[发明专利]一种高质量n型碳化硅及其制备方法

说明书

本申请公开了一种高质量n型碳化硅晶体的制备方法，包括下述步骤：(1)组装阶段；(2)加热阶段；(3)长晶阶段：将含有氮源气体和惰性保护气体的混合气体通入到所述长晶炉内，控制所述长晶炉至所需的压力，在所述籽晶上生长n型碳化硅晶体；其中，随着n型碳化硅晶体的长晶面下移，逐渐提高氮源气体在混合气体的体积分数。本申请的制备方法中，通过在长晶过程中不断调控氮源气体的体积分数，逐渐提高氮源气体的分压，可以抵消长晶过程中长晶面温度上升不利于氮的掺杂，有效避免了由于高温掺氮量降低，而使得晶体电阻率不合格和不均匀的问题；且通过逐渐提高长晶压力来优化调控晶体中的掺氮量，有效提高了掺氮的均匀性和稳定性。

技术领域

本申请涉及一种高质量n型碳化硅晶体及其制备方法，属于半导体材料的技术领域。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，因其具有禁带宽度大、饱和电子迁移率高、击穿场强大、热导率高等优异性质，而被广泛应用于电力电子、光电子器件等领域。高质量晶体是半导体和信息产业发展的基石，它的制备水平制约了下游器件的制备与性能。

目前，物理气相传输(PVT)法是生长碳化硅晶体的主要方法，物理气相传输法生长碳化硅晶体所用的设备简单，并且工艺容易控制，使用物理气相传输法能生长出高质量、大尺寸的碳化硅晶体物理气相传输法采用感应加热和电阻加热的方式对密闭的坩埚系统加热，将碳化硅原料置于温度较高的坩埚底部，籽晶固定在温度较低的坩埚顶部，碳化硅原料在低压高温下升华分解产生气体物质，在由原料与籽晶存在的温度梯度而形成的压力梯度的驱动下，这些气体物质被输送到低温的籽晶处，完成晶体的生长。

尽管近几年物理气相传输法生长碳化硅晶体取得了长足的进步，但其生长碳化硅晶体是一个复杂的过程，因此，物理气相传输法生长晶体的稳定性仍需要进一步研究。特别是对于有掺杂氮的n型碳化硅的生长更是如此，其电阻率不合格和不稳定性一直是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种高质量n型碳化硅晶体及其制备方法。该高质量n型碳化硅晶体的制备方法通过调控氮源气体的体积分数，逐渐提高氮源气体的分压，从而抵消长晶过程中长晶面温度逐渐上升不利于氮气的吸附从而掺氮量降低，制得的n型碳化硅晶体的电阻率均匀，导电性稳定，且晶体的质量高。

根据本申请的一个方面，提供了一种高质量n型碳化硅晶体的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：

(1)组装阶段：将原料放置在坩埚的高温区，籽晶放置在坩埚的低温区；

(2)加热阶段：将组装完成的坩埚置于长晶炉内，对所述长晶炉进行加热和抽真空；

(3)长晶阶段：将含有氮源气体和惰性保护气体的混合气体通入到所述长晶炉内，控制所述长晶炉至所需的压力，在所述籽晶上生长n型碳化硅晶体；

其中，随着n型碳化硅晶体的长晶面下移，逐渐提高氮源气体在混合气体的体积分数。

本申请碳化硅晶体在长晶过程中，随着长晶过程的进行，n型碳化硅晶体的长晶面下移，晶体加厚，晶体的长晶面越来越接近原料表面，晶体的长晶面温度是逐渐上升的，而温度越高，能掺进晶体中的氮的含量就越少，使得上个阶段中的氮源气体不满足现阶段的应用，因此，本申请通过不断调控氮源气体的体积分数，逐渐提高氮源气体的分压，平衡和稳定氮的掺杂量，有效避免了由于高温氮的掺杂量降低，而使得晶体电阻率不合格和不均匀的问题，从而制得一种电导率均匀和结晶质量高的n型碳化硅晶体。