[发明专利]碳化硅晶体以及用于生产其的方法

说明书

本公开内容一般地涉及可以用于光学应用中的碳化硅晶体，以及涉及用于生产其的方法。在一种形式中，组合物包含铝掺杂的碳化硅晶体，所述铝掺杂的碳化硅晶体具有残留的氮和硼杂质。碳化硅晶体中的铝的浓度大于碳化硅晶体中的氮和硼的组合浓度，并且碳化硅晶体在约400nm至约800nm的范围内的波长下的光吸收系数小于约0.4cm^‑1。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月2日提交的美国临时专利申请62/984,177的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开内容一般地涉及碳化硅晶体以及用于生产其的方法。更具体地但非排他性地，本公开内容涉及可以适合用于光学应用的碳化硅晶体以及涉及用于生产其的方法。

背景技术

除非本文另外指出，否则本文描述的材料不是相对于本申请中的权利要求的现有技术，并且不能由于包含在本部分中而被承认是现有技术。

可以通过通常被称为物理气相传输(PVT)的升华技术由气相生长出大的、工业尺寸的碳化硅(SiC)单晶。在该技术中，可以在坩埚的高温区域中提供可以呈硅碳粉末或晶粒的形式的碳化硅源。可以将碳化硅晶种例如4H或6H多型体的单晶碳化硅板或晶片定位在坩埚的较低温度区域中。可以加热坩埚以使碳化硅源升华并用升华的气态产物填充坩埚。产生的蒸气迁移至较冷的碳化硅晶种并沉积在晶种上，以生长出期望的多型体、直径和厚度的碳化硅晶体梨形晶(boule)。

在升华生长期间，碳化硅晶体可以暴露于存在于生长系统中的各种杂质，并且这样的暴露可能导致在晶体中形成杂质背景。在碳化硅晶体中发现的背景杂质包括硼和氮，在一些情况下，其可能以高达n·10¹⁶cm^-3的水平存在。在通过升华生长的碳化硅晶体中，石墨可能是硼和氮背景杂质的来源。

已经研究了升华生长的本体碳化硅单晶的光学特性，纯的、未掺杂或另外说明地未特意掺杂的六方碳化硅晶体的整体光吸收特性说明于Singh等，“Nonlinear opticalproperties of hexagonal silicon carbide”，Appl.Phys.Lett，第19卷，2(1971)53-56中。该说明表明，这种性质的碳化硅晶体的基本透明区域从带边缘截止值(对于4H为约380nm，对于6H为约410nm)延伸至红外中的λ≈4μm，其中其以多声子吸收带终止。近带边缘吸收肩的大小为约1cm^-1，这对于未掺杂的4H-SiC和6H-SiC晶体而言是典型的。

如Scajev等，“Application of a Time-Resolved Four-Wave Mixing Techniquefor the Determination of Thermal Properties of 4H-SiCCrystals.J.Phys.D.Appl.Phys.42(5)：055413，Feb.2009和Tarekegne等，“Investigationof the Absorption Mechanisms of SiC for Lighting Applications”，6thInternational Workshop on Wideband Semiconductor MaterialsDevices，Fujian，China，2018所讨论的，已经研究了升华生长的经硼、氮和铝重掺杂至10¹⁸cm^-3或更高的4H和6H碳化硅单晶的光学特性。这些杂质中的每一者在可见光范围内产生特定的近带边缘吸收带。与硼有关的光吸收带峰对于4H-SiC在约430nm至480nm处，对于6H-SiC在约450nm至510nm处。与铝有关的吸收肩在约410nm至420nm处，并且非常接近带边缘截止值。与氮有关的吸收带在4H中在约460nm至470nm处，在6H中在约620nm至630nm处。