[发明专利]一种SiC单晶金属杂质的均匀掺杂的方法

说明书

本发明涉及一种SiC单晶金属杂质的均匀掺杂的方法，属于晶体生长技术领域，方法包括将SiC粉料和待掺杂材料均匀混合后，利用恒温区高温常压加热形成均匀掺杂金属的多晶SiC块体，将SiC多晶块切割为小体积立方块，再与SiC粉料均匀混合，放入PVT生长用石墨坩埚中进行单晶生长，按常规单晶生长方法即获得既定掺杂浓度的均匀掺杂金属杂质的SiC，SiC多晶块中金属杂质在PVT生长中会随着SiC的分解逐步均匀释放，从而达到均匀掺杂的目的，本方法对SiC单晶设备要求低，无需改造，不引入其他杂质且重复性高。

技术领域

本发明涉及一种SiC单晶金属杂质的均匀掺杂的方法，属于晶体生长技术领域。

背景技术

作为第三代半导体材料的典型代表，SiC是目前发展相对比较迅速的半导体。材料的性质决定了材料的应用领域。SiC材料具有禁带宽度大、饱和电子速度高、临界击穿电场强高、热导率高等优异的半导体性能，非常适合制备高温、高频、大功率半导体器件，能够胜任Si等半导体无法应用的领域。因此SiC在高温、高频、大功率及抗辐射领域有巨大的应用潜力。在微电子器件领域，已经成功研制出SiC基P-i-N二极管、异质结双极晶体管、高电子迁移率晶体管等，并在航空航天、雷达通信、电动汽车、无线通讯基站等领域有广泛应用。在电力电子领域，以商业化的SiC二极管、SiC JFET、SiC MOSFET等器件为代表，在提高电能利用效率和实现电力电子装置的小型化方面发挥巨大优势，SiC电力电子器件在输电系统、配电系统、电力汽车、混合动力汽车、各种工业电机、光伏逆变器等领域将逐步体现出其性能和降低系统成本方面的优势。

作为半导体，SiC材料的导电性可以通过元素掺杂进行调控。根据SiC的应用领域不同，有N型、P型和半绝缘型不同的SiC衬底材料。现阶段N型SiC晶体生长技术相对较成熟，已实现商业化。半绝缘SiC衬底国际上有2-3家的供应商。而P型材料很难获得。究其原因是采用物理气相传输法进行P型SiC单晶生长时，均采用的是Al、Ga等金属杂质。由于金属Al、Ga掺杂源蒸气压大，容易导致掺杂源在晶体生长过程中集中释放、掺杂不均匀等问题。为了解决该问题，部分研究学者在一定程度上对物理气相传输装置进行了改进，将坩埚底部添加一个气路管道，管道用于通入掺杂剂气体组分。该装置主要是针对Al组分掺杂，蒸气压高的问题，实现Al源的持续掺杂的目的。但该方法中TMAl会分解出H，钝化受主原子。也有在坩埚底部添加一个Al储层，放置固态Al源，Al组分在载气的运输下进入生长室，实现晶体的掺杂。存在的问题，Al储层的温度极难控制，无法实现定量掺杂。而本课题组前期曾经利用内置坩埚方式实现了过渡金属V和金属Al的掺杂。内置坩埚的方式也存在一定的弊端，即杂质的释放虽然得到缓释，但是释放过程还存在不均匀现象。

可见，现阶段金属掺杂技术仍需要改进。因此，提供一种SiC单晶金属杂质的均匀掺杂的方法是非常必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种SiC单晶金属杂质的均匀掺杂的方法。

本发明的技术方案如下：

一种SiC单晶金属杂质的均匀掺杂的方法，包括步骤如下：

(1)将高纯SiC粉料和待掺杂材料进行均匀混合，以待掺杂材料在SiC中的固溶度作为待掺杂材料的最大掺杂计量值；例如，表1列出了几种常见元素在SiC中的固溶度。以Al元素为例，Al元素的固溶度为7.0×10²⁰cm^-3，即9811ppm。在实际操作中，比如采用1000g的SiC作为原料，可混合含Al元素9.811g的金属、氧化物、碳化物或者硅化物中的一种或几种。

表1不同元素在SiC中的固溶度