[发明专利]图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延层、半导体器件

说明书

本发明涉及碳化硅晶体生长领域，具体而言，提供了一种图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延层、半导体器件。该图案化的碳化硅籽晶包括籽晶表面，所述籽晶表面包括至少两个凸起，相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大。该碳化硅籽晶的表面呈特定的凹凸结构，因而采用该籽晶进行碳化硅晶体的生长时，碳化硅原子优先生长于相邻两个凸起之间的凹槽，在该凹槽内生长时，缺陷生长方向由纵向逐渐转变为横向，当碳化硅原子填满该凹槽后，碳化硅原子开始纵向生长，因此横向生长的缺陷将消失，从而使碳化硅晶体的缺陷密度得到有效降低。

技术领域

本发明涉及碳化硅晶体生长领域，具体而言，涉及一种图案化的碳化硅籽晶及其加工方法和应用、碳化硅晶体、外延层、半导体器件。

背景技术

SiC作为宽禁带材料的代表，是继Si和GaAs之后的第三代半导体。SiC相对于Si和GaAs而言，具有更优异的高击穿场强、高热导率、高键合能和高饱和电子漂移速率等性能，在高频、高功率、高温及抗辐射器件方面拥有巨大的应用前景。此外，由于SiC与GaN相近的晶格常数和热膨胀系数，使其在光电器件领域也具有极其广阔的应用前景。

目前生长SiC晶体的方法是物理气相传输法，其原理是利用底部原料与SiC籽晶间的温度梯度，使经过高温加热后升华的SiC气态物传输到坩埚顶部低温的SiC籽晶上面，SiC气态物遇到低温的SiC籽晶，在其表面缓慢结晶，从而生长出SiC晶体。

以上方法中，在晶体生长的过程中，升华到坩埚顶部籽晶上的SiC气态物将沿着籽晶的轴向进行原子排列生长(即碳化硅单晶纵向生长)，但当遇到籽晶原有缺陷时，晶体在生长的过程中会将大部分缺陷继承下去。当所得SiC晶体被加工成衬底后，缺陷将在衬底内部保留下来；在SiC衬底表面生长外延层后将会形成新的缺陷，即使不形成新的缺陷也会对生长在SiC衬底表面的外延层质量造成不良影响，从而降低采用该外延层制成的器件的成品率。因此，如何生长出缺陷密度低的SiC晶体变得极其重要。

目前降低SiC晶体的缺陷密度的方法多集中在改造SiC单晶炉设备和优化SiC晶体的制备工艺方面，然而这些方法无法从根本上降低SiC晶体的缺陷密度，SiC晶体的缺陷密度无法得到有效降低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种图案化的碳化硅籽晶，该碳化硅籽晶的表面呈特定的凹凸结构，因而采用该籽晶进行碳化硅晶体的生长时，碳化硅原子优先生长于相邻两个凸起之间的凹槽内，在该凹槽内生长时，缺陷生长方向由纵向逐渐转变为横向，当碳化硅原子填满该凹槽后，碳化硅原子开始纵向生长，因此横向生长的缺陷将消失，从而使碳化硅晶体的缺陷密度得到有效降低。

本发明的第二目的在于提供一种上述图案化的碳化硅籽晶的制备方法。

本发明的第三目的在于提供一种上述图案化的碳化硅籽晶在制备碳化硅晶体中的应用。

本发明的第四目的在于提供一种碳化硅晶体。

本发明的第五目的在于提供一种外延层。

本发明的第六目的在于提供一种半导体器件。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种图案化的碳化硅籽晶，包括籽晶表面，所述籽晶表面包括至少两个凸起，相邻两个凸起之间的凹槽的横截面积由下向上逐渐变大。

作为进一步优选的技术方案，所述凸起的形状包括圆锥、圆台、棱锥体或多棱台中的至少一种；

优选地，棱锥体包括三棱锥、四棱锥、五棱锥或六棱锥中的至少一种；

优选地，多棱台包括三棱台、四棱台、五棱台或六棱台中的至少一种；