6英寸碳化硅晶体生长及缺陷研究

Silicon carbide（SiC）crystal materials have important applications in light-emitting diodes, power electronic devices and high frequency microwave devices. It has important significance, to carry out study on the crystal growth and make breakthrough in the key technology. In this project, we focus on some of the key problems in science and technology for the 6- inch SiC crystal growth process, to carry out theoretical and experimental research. Study the influence of the temperature field of crystal growth interface shape, and to optimize the design of the temperature field. Study the influence law of the growth temperature, temperature gradient, gases, pressure, and many other factors on the stability of 4H-type SiC, to obtain the optimized growth conditions, to solve 4H- SiC phase change problem in the process of the 6-inch crystal growth. Research two main defects in SiC crystals: micropipes and dislocation defects (edge dislocation, screw dislocation and basal plane dislocation, etc.), to analyze its morphology characteristics, distribution, to sum up its corresponding formation mechanism. On this basis, put forward effective method to inhibit the defects. Break through the key technology of 6-inch SiC crystal growth, to obtain high quality 6-inch 4H-SiC crystals.

碳化硅（SiC）晶体材料在发光二极管、电力电子器件和高频微波器件等方面有重要的应用价值，开展SiC晶体生长研究，突破关键生长技术具有重要的意义。本项目针对6英寸SiC 晶体生长过程中的一些关键科学技术难题，开展理论和实验研究。研究温场对晶体生长界面形状的影响，优化温场设计；研究生长温度、温度梯度、气氛、生长压力等诸多因素对4H晶型稳定性的影响规律，获得优化的生长工艺条件，解决6英寸4H-SiC晶体生长过程中的多型相变问题；研究碳化硅晶体中的两种主要缺陷：微管和位错缺陷（刃位错、螺位错、基平面位错等），分析其形貌特征、分布规律，总结出其相应的形成机理，在此基础上，提出抑制这两种缺陷产生的有效技术方案和措施。突破6英寸SiC晶体生长的关键技术，制备出高质量的6英寸4H-SiC晶体。

碳化硅(SiC)晶体是一种性能优异的宽禁带半导体材料，在发光器件、电力电子器件、射频微波器件制备等领域具有广泛的应用。但其晶体生长极其困难，只有少数发达国家掌握SiC晶体生长和加工技术。碳化硅晶体国产化，对避免我国宽禁带半导体产业被卡脖子是至关重要的。本项目针对6英寸SiC晶体生长过程中的一些关键科学技术问题，开展了理论和实验研究，取得了多项创新成果：利用计算机模拟结合晶体生长实验，研究了温场对晶体生长界面形状的影响，掌握了温场优化设计技术；研究了不同退火时间和退火温度消除位错缺陷的效果，获得了高温退火对4H导电SiC晶体中位错的影响规律；研究了碳化硅晶体中堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响，指导晶体生长工艺改进，极大地降低了晶体中的堆垛层错缺陷密度；研究了碳化硅晶体中微管缺陷的形成机理，制备出了“零”微管缺陷6英寸4H-SiC晶片；研究了激光辐照SiC晶片对晶体表面产生的影响，开发了一种通过激光辐照快速表征SiC衬底晶片表面不可见划痕的方法。在此基础上，突破6英寸SiC晶体生长的关键技术，制备出了高质量的6英寸4H-SiC晶体。