一种低应力高纯半绝缘SiC 单晶的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法。该方法包括：高纯SiC粉料的合成和采用物理气相传输法进行晶体生长，在合成料和晶体生长过程中同时降低浅能级杂质浓度，对保温材料进行高温预处理，避免硼杂质融入；硅粉和碳粉原料放在有覆层的石墨坩埚中进行SiC合成；对得到的高纯SiC粉料进行预处理，下籽晶，抽真空，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，进行晶体生长，然后快速降温增大点缺陷，再慢速降温至室温，消除应力。SiC晶体生长在平衡态下进行，制得的晶体应力小，微管密度小，晶体质量好，整片面积上电阻率在108Ω.cm以上。本方法设备投资小，安全性高，无污染。
【专利说明】
一种低应力高纯半绝缘S i C单晶的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，属于单晶生长技术领域。
【背景技术】
[0002]作为第三代宽带隙半导体材料的一员，SiC单晶具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿场强等诸多优异的性质。基于这些优良的性质，SiC是制备大功率器件的理想半导体材料。其中半绝缘SiC单晶可用于制备高功率微波器件，可广泛应用于微波通讯、机载雷达、舰载雷达等领域。
[0003]通常，获得半绝缘SiC单晶的方法有两种，一是通过掺杂钒元素，形成深能级，从而可补偿浅能级杂质，从而获得半绝缘性质。但是此方法中，掺杂的钒会在微波器件中引入有害的电荷陷阱，导致电流崩塌和不同工作频率下的漏电流离散，并降低输出功率。二是通过本征的深能级点缺陷补偿浅能级杂质，获得半绝缘特性。本发明参用该第二种方法。
[0004]目前生长高纯半绝缘Si C单晶的方法均为物理气相传输法，如中国授权专利CN101724893B公开的“一种制备高纯半绝缘碳化硅晶体的方法”、CN104775149A公开的“一种生长高纯半绝缘碳化硅单晶的方法及装置”以及CN104947182A公开的“一种快速生长大尺寸高纯半绝缘碳化硅单晶的方法”。
[0005]中国专利文件CN101724893A公开了一种无深能级补偿元素的情况下制备高纯半绝缘碳化硅晶体的方法，该方法是:通过快速晶体生长速率，速率达到0.6mm/h以上，优先在2mm/h以上，使晶体在非平衡恒状态下生长，从而增加晶体中点缺陷浓度，然后将生长完的碳化硅晶体以较快的降温速度冷却至1000-1500°C，确保晶体点缺陷浓度补偿所有浅能级杂质浓度，最终达到半绝缘的电学性能。该方法获得的晶体应力很大，尤其对于生长4英寸或6英寸或更大尺寸的晶体，内应力更大，会造成晶体开裂或者加工衬底的翘曲度增大。
[0006]中国专利文件CN104775149A提供一种高纯半绝缘碳化硅单晶的方法及装置，发明了特定装置，并采用该装置将坩祸及保温材料进行预处理，并在生长过程通入特定气体如H2，CH4，HC1，H2S等，可有效减少氮、硼及金属离子杂质，制得了高纯半绝缘SiC单晶。该方法需要添置特定设备，并与大气隔离。另外，生长中通入的特定气体大部分为危险气体，需要配置专用的管道和尾气处理、排放设备，因此设备总体投资较大。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，提供了一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法。尤其是对于生长6英寸或更大尺寸的晶体，优势更加明显，也不会造成晶体开裂或者质量变差。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]—种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，包括高纯SiC粉料的合成和采用物理气相传输法进行晶体生长，在合成料和晶体生长过程同时降低浅能级杂质，晶体生长后期提高SiC晶体本征点缺陷杂质浓度，包括步骤:
[0010]一、高纯SiC粉料的合成
[0011]对合成SiC粉料用的保温材料进行1800-1900°c高温预处理，避免硼、氮等杂质融进SiC粉料中；
[0012]采用高纯的硅粉和碳粉为原料，在高真空条件下，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，放在有覆层的石墨坩祸中进行1500-1800°C高温合成，得到低氮浓度和硼浓度且硼浓度恒定的高纯SiC粉料。
[0013]二、晶体生长
[0014]单晶生长用的保温材料进行2300-2400°C高温预处理，避免硼杂质融进SiC单晶中；
[0015]将SiC粉料在真空条件下，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，放于有覆层的石墨坩祸中进行2050-2300°C高温预处理;放籽晶，抽真空，实时监控氮的分压Pn;停止抽真空后，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，进行晶体生长，生长温度2000-2250°C，生长速率控制在200-300ym/h，晶体生长时间为50-120h;然后快速降温至1900-1950°C，以实现增大SiC晶体本征点缺陷浓度;然后将晶体慢速降温至室温，消除残余应力，晶体生长完成。
[0016]优选的，晶体生长过程中，当实时监控氮的分压Pn与由氮的分凝系数推导出的氮的分压Pn’相等或接近相等时，停止抽真空。
[0017]根据本发明，更为详细地，一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，包括步骤:
[0018]一、高纯SiC粉料的合成
[0019](I)将保温材料放入生长炉中，进行预处理，加热到1800-1900°C，保温5-10h后，慢速降至室温;连续重复上述操作2-3次，确保后续的合成料炉次中，保温材料中的硼不再释放，避免有硼杂质融进SiC粉料中；
[0020](2)将高纯的硅粉和碳粉按摩尔比1:1混合均匀，放在有覆层的石墨坩祸里，密封坩祸;将该与坩祸步骤(I)预处理的保温材料放入生长炉腔中，密封炉口；
[0021](3)对生长室抽真空5-15h，使真空度达到10—5-10—4Pa，将温度升高到900-1000°C，继续抽真空10_20h，使真空度达到10—5-10—4Pa，然后再次升温到1200-1500°C，继续抽真空10-20h，使真空度达到10—5-10—4Pa;然后通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，压力为800-900mbar，升温至1500-1800°C进行合成，合成时间为5-10h，而后降至室温，得到高纯SiC粉料;其目的是达到氮浓度和硼浓度都很低且硼浓度恒定；
[0022]二、晶体生长
[0023]①将单晶生长用的保温材料放入生长炉中，进行预处理，加热到2300-2400°C，保温5-10h后，慢速降至室温;连续重复2-3次。确保后续的炉次中保温材料里的硼不再释放；避免有硼杂质融进SiC单晶中；
[0024]②将上述合成的高纯SiC粉料放在有覆层的石墨坩祸下部，进行粉料预处理，先抽真空10-20h，使生长室真空度在10—5Pa?10—4Pa;通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，压力为800-900mbar，采用感应加热，温度控制在2050-2300°C，保温5-10h，而后降至室温。此步操作的目的是降氮。
[0025]③取出步骤②的石墨坩祸，将籽晶放入石墨坩祸内的籽晶托中，籽晶托外有覆层，把石墨坩祸放入生长腔，密封炉口 ；整个操作过程为l_3min;
[0026]④晶体生长开始前，先抽真空10_20h，使生长室真空度在10—5Pa?10—4Pa;然后升温至800-1000°C，继续抽真空10-20h，采用残留气体分析仪实时监控氮的分压PN;
[0027]由于SiC粉料中的硼含量恒定，可根据硼的分凝系数推算出晶体中的硼杂质浓度；根据所得到的硼杂质浓度，由氮的分凝系数推导出氮的分压Pn’；当实时监控氮的分压Pn与推导的氮的分压Pn’相等或接近相等时，停止抽真空；
[0028]⑤晶体生长开始，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，生长压力为5-50mbar，生长温度控制在2000-2250°C，轴向的温度梯度控制在50-150°C/mm，生长速率控制在200-300ym/h，晶体生长时间为50-120h，晶体高温生长阶段完成。
[0029]当上述方法获得的氮和硼的浓度相同，则制得的SiC晶体达到半绝缘特性。当存在计算误差或者测量误差，最终获得的SiC单晶的氮和硼的浓度接近平衡，为了补偿剩余的浅能级杂质浓度，则需要增大本征点缺陷浓度。增大本征点缺陷浓度的方法是:
[0030]⑥在步骤⑤晶体生长完成后，快速降温至1900-1950°C，降温速率50-100°C/min，从而产生点缺陷，以实现增大SiC晶体本征点缺陷浓度;然后将晶体慢速降温至室温，降温速率5-10°C/min，以消除残余应力。
[0031]上述步骤⑥中所述的快速降温速率需要根据所述氮与硼浓度的差值精准确定。在降温速率50-100°C/min范围内，按氮与硼浓度的差值与降温速率成正比的关系来确定具体降温速率。
[0032]根据本发明的方法，由于晶体生长步骤①去除了晶体生长所用保温材料中的硼杂质，根据步骤②、③所述，石墨坩祸及籽晶托等石墨件均有覆层，其中的硼杂质也无外逸，因此生长所得单晶中硼杂质主要来源于合成SiC粉料;故此可知，因SiC粉料中的硼含量恒定，可根据硼的分凝系数推算出晶体中的硼杂质浓度，参见上述步骤④。
[0033]以上方法中所述的高纯硅粉和碳粉的纯度大于99.999%;步骤(3)制得的高纯SiC粉料，纯度大于99.999%，其中硼的杂质含量小于0.0lppm。
[0034]以上方法中所述的高纯氩气或氢气的纯度为大于99.999%。
[0035]以上方法中使用的整个坩祸及籽晶托等石墨件均有覆层，覆层为金属钽或钽的碳化物之一或两者的混合物，防止硼杂质进入晶体中。
[0036]优选的，上述单晶生长步骤③所述的籽晶，直径为2英寸或3英寸以上，本发明6英寸或更大尺寸的SiC单晶效果更加突出，生长得到的SiC单晶尺寸与籽晶的尺寸一致。
[0037]优选的，所述籽晶为4H-SiC、6H_SiC或15R_SiC单晶。
[0038]优选的，上述单晶生长步骤④中，用残留气体分析仪实时监控氮的分压。
[0039]本发明生长的SiC单晶的晶型为4H、6H或15R;即，4H-SiC，6H-SiC，或15R-SiC。
[0040]本发明生长的SiC单晶的晶向为正向、偏[11 -20 ] 4°、偏[11 -20 ] 3.5°或偏[11-20]S00
[0041]本发明晶体生长完成后，进行后续的切割和研磨、抛光工艺处理，制得相应尺寸的SiC晶片。然后进行晶体电阻率、晶体内应力的测量:
[0042]用非接触电阻率测试仪测量SiC晶片的电学性质，整片面积上电阻率在15Ω.cm以上，优选的在108Ω.cm以上。晶体内应力小，利用高分辨X射线衍射仪测试其半峰宽在20-40arCSeC，从应力仪上显示的晶体应力图像看，应力分布均匀，无明显发亮区域，微管密度小，表明晶体质量很好。
[0043]本发明的技术特点及优良效果:
[0044]本发明利用SiC单晶本征的深能级缺陷来补偿浅能级杂质，实现无钒掺杂的高纯半绝缘SiC单晶制备。包括两个方面:一是尽可能降低浅能级杂质浓度，最主要是涉及浅施主氮杂质浓度以及浅受主硼杂质浓度，同时控制两者浓度降低的幅度，作用是保证其产生的载流子浓度平衡或近平衡，即两者浓度差达到最小，理想状态下为零。另一方面，在晶体生长完成后，快速降温至2000°C，使之产生一定量的高温点缺陷，用以补偿上述浅能级杂质浓度的差值部分;然后使晶体慢速降温，避免应力产生。
[0045]本发明克服了现有技术的不足，成功获得低应力、高质量的半绝缘SiC晶体，同时大幅度降低固定设备投资，且不使用高危气体，操作安全。与现有同类技术相比，其优点在于:
[0046]1、SiC晶体生长在平衡态下进行，制得的晶体应力小，微管密度小，晶体质量好。
[0047]2、设备投资小，无需额外的附加设施，成本低，操作简便，安全性高，利于规模化生产。
[0048]3、晶体制备的整个过程采用的原料环保，无污染。
【附图说明】
[0049]图1是实施例1制备的3英寸SiC晶片的电阻率mapping图，可看到整片面积上电阻率大于101° Ω.Cffl0
[0050]图2是实施例2制备的4英寸SiC晶片应力照片，可看到应力分布均匀。
【具体实施方式】
[0051 ]下面结合实施例对本发明做进一步说明。但不限于此。
[0052]实施例1
[0053]一种生长低应力高纯半绝缘SiC单晶的方法，步骤如下:
[0054]步骤一:高纯SiC粉料合成
[0055](I)将合成料的保温材料放入生长炉中，进行预处理，加热到1800°C，保温5h后，慢速降至室温。连续重复2次，确保后续的合成料炉次中，保温中的硼不再释放，避免有硼杂质融进SiC粉料中。
[0056](2)将高纯的硅粉和碳粉按摩尔比1:1混合均匀，放在表面有覆层的石墨坩祸里，密封坩祸。将坩祸、保温材料等放入生长炉腔中，并密封炉口。
[0057](3)对生长室抽真空15h，使真空度达到10—5Pa后，将温度升高到900°C，继续抽真空20h，使真空度达到10—5Pa后，再提高温度到1200°C，继续抽真空20h，使真空度达到10—5Pa。然后通入高纯氩气，压力为SOOmbar，升温至1500°C进行合成，合成时间为5小时，而后降至室温，即可得到氮浓度和硼浓度均很低，而且硼浓度恒定的高纯SiC粉料。
[0058]以上(2)中所述的高纯硅粉和碳粉的纯度大于99.999%。
[0059]以上(3)中得到高纯SiC粉料，其纯度大于99.999 %，其中硼的杂质含量小于O-Olppm0
[0060]步骤_晶体生长
[0061](I)将单晶生长的保温材料放入生长炉中，进行预处理，加热到2300°C，保温5h后，慢速降至室温。连续重复2次，确保后续的炉次中，保温中的硼不再释放，不融进SiC单晶中。从而消除保温里带来的硼杂质。
[0062](2)将上述合成的高纯SiC粉料放在有覆层的石墨坩祸下部，进行粉料预处理。先抽真空20h，使生长室真空度在10—5Pa。采用感应加热，通入高纯氩气，压力为800mbar，温度控制在2050°C，保温5h，而后降至室温。此步操作的目的是降氮。
[0063](3)取出步骤(2)的石墨坩祸，将籽晶放入石墨坩祸内的籽晶托中，籽晶托外有覆层，把石墨坩祸放入生长腔，密封炉口 ；整个操作过程为Imin。
[0064](4)生长开始前，先抽真空20h，使生长室真空度在10—5Pa。然后升高至800°C，继续抽真空20h，用残留气体分析仪实时监控氮的分压Pn;由于SiC粉料中的硼含量恒定，可根据硼的分凝系数推算出晶体中的硼杂质浓度;根据上述得到的硼杂质浓度，由氮的分凝系数推导出氮的分压Pn’；当实时监控氮的分压Pn与推导的氮的分压Pn’相等时，停止抽真空；
[0065](5)晶体生长开始，通入高纯氩气，生长压力为5mbar，生长温度控制在2000°C，轴向的温度梯度控制在50°C/mm，生长速率控制在200ym/h，晶体生长时间为50h，晶体生长阶段完成。
[0066]当上述方法获得的氮和硼的浓度相同，则制得的SiC晶体达到半绝缘特性。当存在计算误差或者测量误差，最终获得的SiC单晶的氮和硼的浓度接近平衡，为了补偿剩余的浅能级杂质浓度，则需要增大本征点缺陷浓度。增大本征点缺陷浓度的方法是:
[0067](6)在步骤(5)晶体生长完成后，快速降温至1900°C，降温速率50°C/min，然后晶体慢速降温至室温，降温速率5-10°C/min，以消除残余应力。
[0068]根据本发明的方法，由于晶体生长步骤(I)去除了晶体生长所用保温材料中的硼杂质，根据步骤(2)、(3)所述，石墨坩祸及籽晶托等石墨件均有覆层，其中的硼杂质也无外逸，因此生长所得单晶中硼杂质主要来源于合成SiC粉料;故此可知，因SiC粉料中的硼含量恒定，可根据硼的分凝系数推算出晶体中的硼杂质浓度。
[0069]所述的高纯氩气纯度为大于99.999%。使用的整个坩祸及籽晶托等石墨件均有覆层，覆层为金属钽，防止硼杂质进入晶体中。
[0070]优选的，上述单晶生长步骤④中，用残留气体分析仪实时监控氮的分压。
[0071]单晶生长步骤(4)使用的籽晶直径为3英寸4H_SiC，晶向为正向。
[0072]本发明晶体生长完成后，进行后续的切割和研磨、抛光工艺处理，制得相应尺寸的SiC晶片。然后进行晶体电阻率、晶体内应力的测量:
[0073]用非接触电阻率测试仪测量SiC晶片的电学性质，整片面积上电阻率在18Ω.cm以上。晶体内应力小，利用高分辨X射线衍射仪测试其半峰宽在40arcsec，从应力仪上显示的晶体应力图像看，应力分布均匀，无明显发亮区域，微管密度小，表明晶体质量很好。
[0074]实施例2
[0075]—种生长低应力高纯半绝缘SiC单晶的方法，如实施例1所述，不同之处在于，
[0076]步骤一:高纯SiC粉料合成
[0077]保温材料预处理温度1900°C，保温1h后，慢速降至室温。对生长室抽真空5h，使真空度达到10—4Pa,将温度升高到1000°C，继续抽真空10h，使真空度达到10—4Pa后，再提高温度到1500度，继续抽真空10h，使真空度达到10—4Pa。然后通入氩气和氢气的混合气体，压力为900mbar，升温至1800 °C进行合成，合成时间为1小时。
[0078]步骤二:晶体生长
[0079]保温材料预处理温度为2400 °C，保温10h。高纯SiC粉料预处理，先抽真空10h，使生长室真空度在10—4Pa。采用感应加热，通入高纯氩气和氢气的混合气体，压力为900mbar，温度控制在2300°C，保温10h，而后降至室温。放籽晶时间不超过3min。生长开始前，先抽真空10h，使生长室真空度在10—4Pa。然后升高至1000°C，继续抽真空10h，用残留气体分析仪实时监控氮的分压，由氮的分凝系数推导出氮的分压。生长开始，通入高纯氩气和氢气的混合气体，生长压力为50mbar，生长温度2250°C，轴向的温度梯度控制在150°C/mm，生长速率控制在300ym/h，晶体生长时间为120h。
[0080]上述晶体生长完成后，快速降温至1950°C，降温速率100°C/min。然后晶体慢速降温至室温，降温速率10°C/min。使用的整套坩祸及石墨件的覆层为金属钽的碳化物。籽晶直径为4英寸，晶型为6H，晶向偏[11-20]4°。用非接触电阻率测试仪测量其电学性质，整片面积上电阻率在18 Ω.cm以上。高分辨X射线衍射仪测试其半峰宽在20arcSec，应力分布均匀。
[0081 ] 实施例3
[0082]如实施例1所述，各步骤操作如实施例1所述，所不同的是:
[0083]步骤一:高纯SiC粉料合成
[0084]保温材料预处理温度1850°C，保温Sh后，慢速降至室温。对生长室抽真空8h，使真空度达到5 X 10—5Pa,将温度升高到950°C，继续抽真空15h，使真空度达到5 X 10—5Pa后，再提高温度到1400度，继续抽真空15h，使真空度达到5 X 10—5Pa。然后通入氩气和氢气的混合气体，压力为850mbar，升温至1600°C进行合成，合成时间为8h。
[0085]步骤一■:晶体生长
[0086]保温材料预处理温度为2300 °C，保温8h。高纯SiC粉料料预处理，先抽真空8h，使生长室真空度在5 X 10—5Pa。采用感应加热，通入高纯氩气和氢气的混合气体，压力为850mbar，温度控制在2200°C，保温8h，而后降至室温。放籽晶时间为2min。生长开始前，先抽真空15h，使生长室真空度在5 X 10—5Pa。然后升高至950°C，继续抽真空15h，用残留气体分析仪实时监控氮的分压，由氮的分凝系数推导出氮的分压。生长开始，通入高纯氩气，生长压力为30mbar，生长温度2150°C，轴向的温度梯度控制在100°C/mm，生长速率控制在260ym/h，晶体生长时间为10h。
[0087]上述晶体生长完成后，快速降温至1920°C，降温速率80°C/min。然后晶体慢速降温至室温，降温速率8°C/min。使用的整套坩祸及石墨件的覆层为金属钽和钽的碳化物。籽晶直径为6英寸，晶型为4H，晶向偏[11-20]8°。用非接触电阻率测试仪测量其电学性质，整片面积上电阻率在18 Ω.cm以上。高分辨X射线衍射仪测试其半峰宽在25arcSec，应力分布均匀。
【主权项】
1.一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，包括高纯SiC粉料的合成和采用物理气相传输法进行晶体生长，在合成料和晶体生长过程同时降低浅能级杂质浓度，在晶体生长后期提高点缺陷杂质浓度，包括步骤: 一、高纯SiC粉料的合成 对合成料用的保温材料进行1800-1900°c高温预处理，避免硼杂质融进SiC粉料中； 采用高纯的硅粉和碳粉为原料，在真空条件下，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，放在有覆层的石墨坩祸中进行1500-1800°C高温合成，得到SiC粉料； 二、晶体生长 单晶生长用的保温材料进行2300-2400°C高温预处理，避免硼杂质融进SiC单晶中； 将合成的SiC粉料在真空条件下，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，放于有覆层的石墨坩祸中进行2050-2300°C高温预处理;放籽晶，抽真空，实时监控氮的分压Pn;停止抽真空后，通入氩气或者氩气和氢气的混合气体，进行晶体生长，生长温度2000-2250 °C，生长速率控制在200-300ym/h，晶体生长时间为50-120h;然后快速降温至1900-1950°C，以增大SiC晶体本征点缺陷浓度;然后将晶体慢速降温至室温，消除残余应力，晶体生长完成。2.—种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，包括步骤: 一、高纯SiC粉料的合成 (1)将保温材料放入生长炉中，进行预处理，加热到1800-1900°C，保温5-10h后，慢速降至室温;连续重复上述操作2-3次； (2)将高纯的硅粉和碳粉按摩尔比1:1混合均匀，放在有覆层的石墨坩祸里，密封坩祸；将该与坩祸步骤(I)预处理的保温材料放入生长炉腔中，密封炉口； (3)对生长室抽真空5-15h，使真空度达到10—5-10—4Pa,将温度升高到900-1000°C，继续抽真空10_20h，使真空度达到10—5-10—4Pa,然后再次升温到1200-1500°C，继续抽真空10-20h，使真空度达到10—5-10—4Pa ；然后通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，压力为800-900mbar，升温至1500-1800°C进行合成，合成时间为5-10h，而后降至室温，得到高纯SiC粉料； 二、晶体生长 ①将单晶生长用的保温材料放入生长炉中，进行预处理，加热到2300-2400°C，保温5-1Oh后，慢速降至室温;连续重复2-3次； ②将上述合成的高纯SiC粉料放在有覆层的石墨坩祸下部，进行粉料预处理，先抽真空10-20h，使生长室真空度在10—5Pa?10—4Pa;通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，压力为800-900mbar，采用感应加热，温度控制在2050-2300°C，保温5-10h，而后降至室温； ③取出步骤②的石墨坩祸，将籽晶放入石墨坩祸内的籽晶托中，籽晶托外有覆层，把石墨坩祸放入生长腔，密封炉口 ；整个操作过程为l_3min; ④晶体生长开始前，先抽真空10-20h，使生长室真空度在10—5Pa?10—4Pa;然后升温至800-1000°C，继续抽真空10-20h，实时监控氮的分压PN; 根据硼的分凝系数推算出晶体中的硼杂质浓度;根据所得到的硼杂质浓度，由氮的分凝系数推导出氮的分压Pn’；当实时监控氮的分压Pn与推导的氮的分压Pn’相等或接近相等时，停止抽真空； ⑤晶体生长开始，通入高纯氩气或者氩气和氢气的混合气体，生长压力为5_50mbar，生长温度控制在2000-2250 °C，轴向的温度梯度控制在50-150 °C/mm，生长速率控制在200-300μπι/h，晶体生长时间为50-120h，晶体高温生长阶段完成。3.如权利要求2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于还继续以下步骤: ⑥在步骤⑤晶体生长完成后，快速降温至1900-1950 °C，降温速率50-100 °C/min，从而产生点缺陷，以实现增大SiC晶体本征点缺陷浓度;然后将晶体慢速降温至室温，降温速率5-10°C/min，以消除残余应力。4.如权利要求1或2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于所述的高纯硅粉和碳粉的纯度大于99.999% ;所述的高纯氩气或氢气的纯度为大于99.999%。5.如权利要求1或2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于制得的高纯S i C粉料，纯度大于99.999 %，其中硼的杂质含量小于0.0I ppm。6.如权利要求1或2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于所述石墨坩祸及籽晶托均有覆层，覆层为金属钽或钽的碳化物之一或两者的混合物。7.如权利要求2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于所述籽晶为4H-SiC、6H-SiC或15R-SiC单晶;直径为2英寸以上。8.如权利要求2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于，在单晶生长步骤④中，用残留气体分析仪实时监控氮的分压。9.如权利要求1或2所述的一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法，其特征在于生长的SiC单晶的晶型为4H、6H或15R;晶向为正向、偏[11-20]4°、偏[11-20]3.5°或偏[11-20]S0010.权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的低应力高纯半绝缘SiC单晶，用非接触电阻率测试仪测量SiC晶片的电学性质，整片面积上电阻率在15 Ω.cm以上，优选的整片面积上电阻率在18Ω.cm以上;利用高分辨X射线衍射仪测试其半峰宽为20-40arcSec。
【文档编号】C30B29/36GK105821471SQ201610308537
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】陈秀芳, 徐现刚, 彭燕, 胡小波
【申请人】山东大学