[发明专利]低电阻率P型4H-SiC单晶及制备方法

说明书

本申请提供了一种低电阻率P型4H‑SiC单晶及制备方法，采用碳化硅生长仿真软件，对物理气相传输法生长晶体的过程模拟，获取将不可监测的坩埚内各点温度、物质输运流线、剩料形状及结晶度等，根据SiC单晶的生长过程中在各预设时间节点的物质传输路径及SiC粉料状态图、坩埚内的温场图，获得模型中的温场、热扩散、物质传输和表面动力学。然后，将模拟的结果进行分析，选择的生长温度和生长压力、Al源释放器在坩埚中的放置位置，并利用PVT单晶生长炉对p型4H‑SiC单晶进行实际生长，进而可以提高掺杂均匀性，获得质量良好的P型4H‑SiC单晶。

技术领域

本申请涉及碳化硅单晶生长技术领域，尤其涉及一种低电阻率P型4H-SiC单晶及制备方法。

背景技术

作为第三代半导体材料，SiC(碳化硅)具有优越的物理化学性质，是制作大功率、高温、高频、抗辐照等器件的理想衬底材料，在电力电子、交通运输、清洁能源、国防军事等领域具有广阔的应用前景。因此，对SiC单晶的生长研究一直备受关注。SiC单晶根据导电类型分为n型、半绝缘、p型。目前国内外对n型和半绝缘型SiC衬底的研究较为成熟，对p型SiC衬底的研究刚刚起步。

很多电力、电子器件需要p型SiC衬底，特别在高压领域中，要求器件的电压达到10kV以上，n沟道SiC基IGBT器件由于电导调制作用，在高压领域中具有低的导通电阻特性，被认为是最有发展潜力的电子器件之一。在n沟道SiC基的IGBT器件中，需要一层p+SiC层作为漏注入区。另外，P型SiC衬的应变系数远高于n型SiC衬，甚至比大多数金属材料高一个数量级，在600℃的高温和零下120℃的低温条件下仍保持很高的应变系数。因此，p型SiC衬底更适合应用于高灵敏度的机械传感器。

在制备p型SiC单晶时，由于Al元素能够在SiC中形成最浅的受主能级，所以目前对p型SiC单晶的生长通常选用Al作为掺杂元素来形成受主能级。由于Al原子在SiC中占据Si原子的位置，4H-SiC只能沿着籽晶C面生长，因此，相对于沿着籽晶Si面生长的6H-SiC掺杂更加困难。由于掺杂技术的制约，目前p型4H-SiC衬底的电阻率远高于n型衬底的电阻率，要想实现p型4H-SiC衬底低电阻率条件，则需要大量掺杂Al元素，因此，高掺杂、低电阻率和低缺陷的p型4H-SiC单晶的制备是目前的研究热点。

但是，基于PVT(物理气相沉积)法生长SiC单晶所用坩埚的封闭性，只能通过坩埚上盖温度监测点来预测坩埚内部温场情况，对生长过程中坩埚内部的晶体生长状况无法了解，不利于晶体生长的调控，导致杂Al元素掺导不均匀，进而造成生长低电阻率p型4H-SiC单晶成功率低且实验周期长。

发明内容

针对现有的采用PVT法生长低电阻率p型4H-SiC单晶成功率低且实验周期长的问题，本申请实施例提供了一种低电阻率P型4H-SiC单晶及制备方法。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种低电阻率P型4H-SiC单晶制备方法，所述方法包括：

根据预设SiC单晶生长炉结构，在碳化硅生长仿真软件中，建立SiC单晶生长炉模型，并设定所述生长炉模型中各模块的材料属性、所述生长炉模型的加热方式；

使所述生长炉模型在不同的生长温度、生长压力条件下，模拟SiC单晶的生长，并输出在SiC单晶的生长过程中在各预设时间节点的物质传输路径及SiC粉料状态图、坩埚内的温场图；

根据模拟生长得到的SiC单晶的生长速率、所述坩埚内的温场图中籽晶处温场是否为微凸场，选择最终的生长温度和生长压力；

根据选择的生长温度和生长压力所对应的在各预设时间节点的物质传输路径及SiC粉料状态图，设计Al源释放器在坩埚中的放置位置。

根据选择的生长温度和生长压力、Al源释放器在坩埚中的放置位置，在所述预设SiC单晶生长炉中进行P型4H-SiC单晶的生长。