[发明专利]低微管密度碳化硅单晶制备方法及碳化硅单晶

说明书

本发明提供了一种低微管密度碳化硅单晶制备方法及碳化硅单晶，涉及碳化硅晶体制备的技术领域，通过调整保护性气体流速来使炉内压力由第一目标压力上升至第二目标压力，从而在第一目标温度与第二目标压力的生长条件下，在碳化硅固气界面处形成热力学平衡态，使原本具有微管的碳化硅单晶表面发生重构，使得后续在其表面生成的碳化硅单晶具有低缺陷、低微管密度的优点。

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体制备领域，特别涉及一种低微管密度碳化硅单晶制备方法及碳化硅单晶。

背景技术

碳化硅作为第三代宽带隙半导体材料，具有宽禁带、高热导率、高电子饱和迁移速率、高击穿电场等性质，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、高温电子器件理想的半导体材料，在白光照明、光存储、屏幕显示、航天航空、石油勘探、自动化、雷达与通信、汽车电子化等方面有广泛应用。

在碳化硅晶体生长法中，籽晶和碳化硅源被设置在坩埚中，然后将坩埚加热至碳化硅的升华温度，通过坩埚周围环境的受控加热，在升华的碳化硅源和稍冷的籽晶之间形成热梯度，通过热梯度，气相中的碳化硅源被传输到籽晶表面结晶生长成碳化硅单晶。这种晶体生长方法通常被称为物理气相传输（PVT）法。

虽然碳化硅单晶制备已取得了许多巨大进步，然而采用常规工艺生产的碳化硅单晶材料中存在着某些结构缺陷，特别是微管的产生严重影响了晶体质量，从而有损于之后在碳化硅衬底上形成的半导体器件成品率和可靠性。因此减少结构缺陷，特别是去除微管是碳化硅晶体生长一直追求的目标之一。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种低微管密度碳化硅单晶制备方法及碳化硅单晶，从而可制得低缺陷、低微管密度的高质量碳化硅单晶材料。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种低微管密度碳化硅单晶制备方法，将装有碳化硅粉料并装配好碳化硅籽晶的坩埚放入晶体生长炉中并对炉内抽真空降压，当炉内压力到达本底真空度后，再充入保护性气体调节压力并同时进行升温；当炉内温度上升至第一目标温度后，使炉内压力降低至第一目标压力，在第一目标压力和第一目标温度下，进行第一设定时间的晶体生长；通过调整所述保护性气体流速使炉内压力上升至第二目标压力，在第二目标压力和第一目标温度下，通过升压降低了碳化硅粉料的升华速率，进而降低了沉积速率，使晶体生长面上的沉积速率小于等于升华速率，从而进行第二设定时间的晶体表面回熔重构，使得碳化硅晶体表面的形状朝温场分布进行重构；调整保护性气体流速使炉内压力降低至所述第一目标压力，在所述第一目标压力和所述第一目标温度下，进行第三设定时间的晶体生长，从而得到低微管密度碳化硅单晶。

可选的，当炉内温度上升至第一目标温度后，使炉内压力降低至第一目标压力，然后再通入氢气，氢气与所述保护性气体流速比为1：8～1：15，进行晶体生长。

可选的，在结束第三设定时间的晶体生长后，还包括：停止通入氢气并调整保护性气体流速使炉内压力上升至第二目标压力，并使炉内温度降至第二目标温度从而结束晶体生长，所述第二目标温度为1000℃。

可选的，所述第一目标压力的范围为1Pa~1KPa，所述第二目标压力的范围为1KPa~50KPa。

可选的，所述第一目标压力为500Pa，所述第二目标压力为30KPa。

可选的，所述第一目标温度为2000℃~2500℃。

可选的，所述第一目标温度为2200℃。

可选的，所述第一设定时间为10~20小时，所述第二设定时间为3~6小时，所述第三设定时间为40~70小时。

可选的，所述保护性气体为氩气或氦气，所述氩气或氦气的纯度≥99.999%。

本发明实施例还提供了一种碳化硅单晶，通过上述的低微管密度碳化硅单晶制备方法制得，微管密度小于0.05个/CM²。