[发明专利]一种低应力高纯半绝缘SiC单晶的制备方法

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。

主权项

1.一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℃，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埚里，密封坩埚；将该坩埚与步骤（1）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℃，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℃，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℃进行合成，合成时间为5‑10h，而后降至室温，得到高纯SiC粉料；纯度大于99.999%，其中硼的杂质含量小于0.01ppm；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℃，保温5‑10h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埚下部，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℃，保温5‑10h，而后降至室温；③取出步骤②的石墨坩埚，将籽晶放入石墨坩埚内的籽晶托中，籽晶托外有覆层，把石墨坩埚放入生长腔，密封炉口；整个操作过程为1‑3min；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℃，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℃，轴向的温度梯度控制在50‑150℃/mm，生长速率控制在200‑300μm/h，晶体生长时间为50‑120h，晶体高温生长阶段完成；⑥在步骤⑤晶体生长完成后，快速降温至1900‑1950℃，降温速率50‑100℃/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℃/min，以消除残余应力。