CN100451184C - 在含氢环境中超高纯碳化硅晶体的生长 - Google Patents
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Abstract
公开了一种制备具有可控氮含量的半绝缘碳化硅晶体的方法。所述方法包括如下步骤：将含氢环境气体引入升华生长室；在氢环境生长室中将碳化硅源粉末加热至升华，同时，在氢环境生长室中将碳化硅籽晶加热至比源粉末温度低的第二个温度并随后进行保温，在该第二个温度下，由源粉末升华的物质将凝聚在籽晶上，继续加热碳化硅源粉末直至在籽晶上已出现期望量的碳化硅晶体生长，同时在生长室中保持充分的氢环境浓度，以最大程度地减少进入生长中的碳化硅晶体中的氮量；以及在升华生长期间同时将源粉末和籽晶保持在各自足够高的温度下，以使生长中晶体中点缺陷数目增加至所获碳化硅晶体具有半绝缘性的量。
Description
发明背景
本发明涉及在氢环境中生长超高纯半绝缘碳化硅晶体，所述环境使晶体中的氮含量低，从而提高半绝缘品质。
碳化硅(SiC)拥有的电学性能与物理性能组合使其成为有吸引力的高温、高电压、高频及高功率的电子器件的半导体材料。这些性能包括3.0电子伏特(eV)的带隙(6H)，4兆伏/厘米(MV/cm)的电场击穿，4.9W/cmK的热导率以及2x107厘米/秒(cm/s)的电子漂移速度。碳化硅通过掺杂导电或通过各种加工技术半绝缘化的能力也特别有用。这些品质使得碳化硅成为大阵列电子应用场合的候选材料。
许多应用如RF器件的集成电路的生产要求电子器件能够在其上制造并且相互连接的半绝缘衬底。历史上，由于电流电阻高，曾采用蓝宝石作为微波元件的衬底材料。但是，蓝宝石的缺点是对具有与适当的器件工作相匹配的合适晶格的可在衬底上制造的半导体层的类型有限制。
正如对半导体电子学熟悉的人员所确认的那样，某些器件经常要求高电阻率(“半绝缘”)的衬底，以降低RF耦合，或者满足其他的功能性目标如器件绝缘，因为导电衬底在较高的频率下可能带来严重问题。此处使用的术语“高电阻率”和“半绝缘”对于大多数目的而言可以认为是同义词。一般地，这两个术语都描述的是电阻率高于约1500欧姆-厘米(ohm-cm)的半导体材料。
一般地，半绝缘碳化硅器件应该具有至少约1500欧姆-厘米(ohm-cm)的衬底电阻率，以便获得RF无源特性。此外，为了最大程度地将器件的传输线损降低至可接受的0.1dB/cm或更低的水平，要求电阻率为5000ohm-cm或更好。为了实现器件绝缘和最大程度地减小背栅效应，半绝缘碳化硅的电阻率应该接近50,000ohm-cm或更高。
该领域的研究表明：碳化硅衬底的半绝缘特性是碳化硅带隙内的深处能级的结果，即距价带和导带比p型和n型掺杂剂产生的能级更远。这些“深”能级被认为是距离导带或价带边缘至少300meV的能级态，例如美国专利5,611,955代表了本领域标准的现有技术研究。
在碳化硅中制造的各种器件要求具有不同程度的导电性，以提供准确的电响应，例如电流切换、信号放大、功率传输等。事实上，碳化硅晶体的理想的电响应范围可以从高导电性晶体到高电阻率(半绝缘)晶体。然而，采用多数技术生长的碳化硅对于半绝缘用途而言一般导电率过高。特别是，碳化硅中的名义或者非有意添加的氮浓度在升华生长的晶体中往往足够高(≥1-2x1017/cm3)，从而能够提供充分的导电性，使得碳化硅无法用于要求半绝缘衬底的器件，例如微波器件。
因此，在制造电子器件用碳化硅晶体时的一个反复出现的问题是控制晶体内的单质杂质例如氮。例如，氮含量影响碳化硅晶体的颜色。这种颜色变化可能对晶体在要求发光的某些应用，例如发光二极管和宝石制造中的适用性产生有害的结果。晶体中的氮还会产生导电性，为了使碳化硅在不同电子应用场合具有合适的性能，必须控制导电性。这里，本发明包括获得半绝缘碳化硅晶体的手段，该手段的一个步骤包括在氢环境气氛中采用改善的升华生长方法降低氮含量，从而降低晶体的本征导电性。
因此，研究人员一直对控制特别是降低由升华生长室中的气氛转移到生长中的碳化硅晶体中氮的量这一问题进行努力。例如，授予Carter等的共同转让的美国专利5,718,760公开了降低碳化硅升华系统的环境气氛中的氮浓度的方法。Carter′760专利通过采用惰性气体如氩气反填充生长室并随后将生长室排空至极低压力来降低氮量。
减少晶体生长系统中的环境氮的另一种技术是最大程度地降低装备本身中的氮含量。授予Kong等的共同转让的美国专利5,119,540公开了：晶体生长系统中不需要的氮的大部分(如果不是全部)源自于设备本身逸出的氮气。例如，由于设备开裂或者形成针孔，极高温度下氮会通过裂缝或针孔逸出，则驻留在石墨设备中的氮可能会泄漏至环境气氛中。Kong′540专利通过使用由氮浓度低的材料制成的制造设备来防止氮进入所述的碳化硅晶体中。所以，Kong′540专利教导不存在高氮含量的极纯设备组件能够降低碳化硅晶体受过量氮污染。Kong′540表明在化学气相沉积系统最大程度降低了氮含量，但是在此处公开的升华系统同样适用。
除了降低氮浓度之外，研究人员也降低不可避免的氮含量在碳化硅晶体内的作用。例如，Carter′760专利承认升华室中的背景氮会导致晶体具有不希望的颜色。因此，该′760专利公开了采用相应的p型掺杂剂补偿氮含量的方法，以最大程度地降低或者消除氮的不利作用。P型掺杂剂与氮相互补偿，并且防止在Carter′760发明的优选无色碳化硅晶体中出现不希望的色心。
氮补偿技术也已经被用于防止无意的氮掺杂主导碳化硅晶体的导电性。同样授予Carter等人的共同转让的美国专利6,218,680公开了又一种对通过升华生长的碳化硅晶体中氮含量进行补偿的方法。Carter指出硼可以用来补偿固有的氮。Carter′680专利也在所公开的升华方法中利用温度梯度在碳化硅晶体中产生点缺陷。所述Carter′680技术将碳化硅晶体中不希望的氮浓度与相应的受主掺杂剂如硼配合。然后，Carter′680专利将任何过量的掺杂剂与温度诱发的点缺陷配合，以产生所要求的半绝缘晶体。
其他研究也承认在通过升华生长的碳化硅晶体中会引入无意的氮。该研究趋于重点放在最大程度地降低不希望的氮的作用上，而不是从一开始就防止氮的引入。Barrett等的美国专利5,611,955描述了这方面工作。Barrett′955给出了将元素如钒引入半导体材料中以便在禁能隙产生深能态的手段。Barrett′955方法通过捕获氮并且阻碍氮的电子迁移来控制碳化硅晶体中的氮含量。因此，Barrett通过调整氮的作用而不是阻止其在晶体中存在获得了半绝缘碳化硅晶体。
两个Carter专利(与此处所述并要求权利的本发明具有共同的受让人)提出的技术对于它们各自目的而言可用于最大程度地减小碳化硅晶体中氮引入的影响。Barrett′955专利要求掺杂其他元素，可能会在碳化硅晶体中引起不可预测的电响应。
因此，仍然需要在开始升华时能够深入控制氮进入碳化硅晶体的方法。通过控制晶体开始生长时的氮含量，可以最大程度地减少补偿技术及相关工艺步骤。控制氮的引入也能够开发类型更多的晶体，包括氮含量根据特定目的而变化的晶体。
此处述及并要求权利的方法提供了一种用于制造与现有技术方法相比电阻率更加可预测的半绝缘碳化硅晶体的技术。实现对进入通过升华生长的碳化硅晶体的氮含量的控制是对升华工艺的关键性改进，能够获得更可靠、质量更高的半绝缘碳化硅晶体产品。
发明概述
这里，本发明人已发展了在氢或者含氢环境中生产超高纯半绝缘碳化硅晶体的方法，该氢或含氢环境在晶体中产生低的氮浓度，从而提高半绝缘品质。如上所述，碳化硅标准的升华生长通常在氩环境气氛中进行。此处所述的对碳化硅升华生长的改进之一是在生长室中采用氢环境取代氩环境。氢环境能够控制和选择性调整生长中晶体中的氮含量。
碳化硅晶体中的氮含量是确立晶体导电性或电阻率的仪器因素。因此，此处述及并要求权利的方法提供了降低由升华生长室的环境气氛转移到在其中生长的碳化硅晶体的氮含量的技术。生长中晶体中氮含量的降低能够使所获得的碳化硅产品具有更可靠的半绝缘质量。
本发明涉及一种制备具有可控氮含量的半绝缘碳化硅晶体的方法，所述方法包括：将含氢环境气体引入升华生长室；在氢环境生长室中将碳化硅源粉末加热至升华，同时，在氢环境生长室中将碳化硅籽晶加热至比源粉末温度低的第二个温度并随后进行保温，在该第二个温度下，由源粉末升华的物质将凝聚在籽晶上，继续加热碳化硅源粉末直至在籽晶上已出现希望量的碳化硅晶体生长；同时在生长室中保持充分的氢环境浓度，以最大程度地减少进入生长中的碳化硅晶体中的氮量；以及加热晶体，以使晶体中点缺陷数目增加至使所获碳化硅晶体具有电阻率至少1X105Ω-cm的半绝缘性的量。
附图简述
图1是对应于现有技术传统的氩环境中生长的4H-碳化硅晶体的低温光致发光谱。
图2是对应于在根据此处本发明的氢环境中生长的4H-碳化硅晶体的低温光致发光谱。
发明详述
本发明是降低通过升华生长的半绝缘碳化硅晶体中氮含量的方法和获得的其中具有降低的氮含量的高纯半绝缘碳化硅晶体。本发明的第一个实施方案将氢或者含氢环境气氛引入用于生长碳化硅晶体的升华生长室中。以前的标准升华系统在生长碳化硅时使用氩环境。这里本发明人已发现氢环境在控制生长中晶体中的氮含量方面比其它环境气体更有用。
本发明的方法包括将碳化硅源粉末和碳化硅籽晶放入升华生长室中。所述源粉末，正如其名字的含义那样，提供在生长室中用于在由碳化硅籽晶提供的生长表面上生长碳化硅晶体的碳化硅物质源。美国专利Re.34,861提出粉末形式的固态碳化硅是这样一种优选的源材料。所述第一个实施方案中的方法包括在氢环境的生长室中将碳化硅源粉末加热至升华。通过在约0.1-50乇的压力下，以约10-1000标准立方厘米/分(sccm)的流速将氢气引入生长室中，在升华生长室中建立起氢环境。
升华过程要求对生长室内不同区域的温度进行控制。当将碳化硅源粉末加热至第一个温度时，加热碳化硅籽晶并将其保持在接近源粉末温度的第二个温度下。因此，籽晶的温度比源粉末的温度以及碳化硅升华的温度都低。较低的籽晶温度促使由源粉末升华的物质凝聚在籽晶上。因此，籽晶提供制造具有希望尺寸的碳化硅晶体的生长表面。本文的方法包括对碳化硅源粉末进行连续加热，直至籽晶上出现期望量的碳化硅晶体。
依据所获生长晶体中期望的多型，籽晶优选具有选自于3C，4H，6H和15R碳化硅多型的多型。凝聚在籽晶上的碳化硅物质最好生长与籽晶多型相同的碳化硅晶体。
本发明在籽晶生长表面与源粉末之间保持温度梯度。Re.34,861介绍了各种在源粉末与籽晶之间保持温度梯度的方法。例如，可以通过在籽晶与源粉末之间设定希望的几何距离和温度差，来建立所述梯度。或者，可以通过独立控制在其中发生碳化硅粉末升华和碳化硅晶体生长的生长室内相应区域的温度来建立温度梯度。
典型地，将碳化硅源粉末保持在约2000-2500℃。继而将籽晶保持在比源粉末约低50-350℃的温度下。
本文的方法还包括在升华生长期间将源粉末和籽晶分别保持在各自足够高的温度下，以增加生长晶体中的点缺陷数目。点缺陷连同较低的氮含量一起可使所获碳化硅晶体具有半绝缘性。
或者，增加点缺陷数目的步骤可以包括在标题为“Method ForProducing Semi-Insulating Resistivity In High Purity SiliconCarbide Crystals”的共同未决且共同转让的美国公开申请20030233975中介绍的方法。如本文所述，该方法包括将碳化硅晶体加热至高于由源气体CVD生长碳化硅要求的温度，但是比在环境条件下碳化硅发生不利的高速升华的温度低，以便从热力学上增加晶体中所得状态(resulting states)和点缺陷的浓度(即：单位体积中的数目)；然后，以足够快的速度将加热的晶体冷却至接近室温，以最大程度地缩短在缺陷充分可运动从而消失或重新退火进入晶体中的温度范围内的停留时间，从而制备出这样的碳化硅晶体，该碳化硅晶体中的点缺陷状态浓度比未按该方式进行加热和冷却的同样生长的碳化硅晶体中点缺陷状态浓度高。
此外所述并要求权利的方法能够在不需要深能级掺杂元素如钒的情况下制备半绝缘碳化硅晶体。如共同转让的美国专利6,218,680所讨论的，制备半绝缘碳化硅的现有技术方法加入在碳化硅的价带与导带之间形成能态的掺杂剂。现有技术的这些能态移动远离导带和价带，从而提高了晶体的半绝缘质量。引入到碳化硅的通常深能级捕获元素包括钒和其他过渡金属。本文的方法能够不依赖于可能难以精确控制的更复杂的掺杂量(doping levels)制备出半绝缘碳化硅晶体。
此处本发明人发展的方法能够将在碳化硅源粉末中深能级捕获的元素量保持最低，从而简化制造工艺。碳化硅粉末中深能级捕获元素此处被看作是存在量“低于可探测水平”，意味着所述元素的存在量不能被现代复杂的分析技术探测到。
特别是，更为通用的探测少量元素的技术之一是二次离子质谱(″SIMS″)，因此，此处所指的可探测极限是元素例如钒和其他过渡金属的存在量低于1x1016(1E16)，或者在其他情况下(包括钒)低于1E14。这两个量代表使用SIMS技术时大多数痕量元素(特别是钒)的典型探测极限，例如参见SIMS Theory-Sensitivity and DetectionLimits，Charles Evans & Associates(1995)，www.cea.com。
此处所述并要求权利的方法有助于通过控制生长室中环境气氛中的氢浓度，来控制引入到生长中的碳化硅晶体中的氮量。尽管本发明人不希望受任何特定理论的束缚，但是，氢抑制晶体中氮的有效性应归因于氢原子对碳化硅生长表面的钝化。氢原子有效地阻塞、减少或者阻碍氮原子进入到生长中晶体的表面。
因此，此处本发明的方法在另一个实施方案中适当描述为一种在升华生长室中钝化生长中的碳化硅晶体，以控制能够进入晶体的氮量的方法。本发明方法的第二个实施方案包括将含氢环境气体引入生长室中并且在氢环境生长室中将碳化硅源粉末加热至升华加热源粉末的同时，对在氢环境生长室中的碳化硅籽晶加热并将其保持在低于源粉末温度的第二个温度下。籽晶的温度足够低，使由源粉末升华的物质凝聚在籽晶上。
此外，所述氢钝化方法在升华生长期间将源粉末和籽晶保持在各自足够高的温度，以增加生长中晶体中点缺陷的数目。点缺陷有助于使所获碳化硅晶体具有半绝缘性。加热、升华以及凝聚步骤在充分高的温度连续进行，以使半绝缘晶体中产生足够数目的点缺陷。整个碳化硅沉积过程持续进行，直至在籽晶上生长出期望量的高纯半绝缘碳化硅晶体。
在生长室中保持充分的氢环境浓度，以便使生长中的碳化硅晶体钝化，防止引入氮。因此，氢钝化控制引入到生长中的碳化硅晶体中的氮量。本发明人不希望受任何特定理论的束缚，但是，在升华生长碳化硅晶体领域的研究暗示在生长室环境气氛中的氢原子能够减少碳化硅晶体中未配对电子的数目。授予Williams的美国专利5,151,384在第二栏、第38-70行对在硅化合物上氢钝化的电子配对进行了描述和要求了权利。这种未配对电子的减少对应着碳化硅晶体生长时可能与之结合的氮原子数目的减少。
还存在解释氢环境抑制氮引入的物理机制的另外的几种说法。一种说法是碳化硅晶体的氢钝化基本上是在晶体生长表面上存在一层保护该表面防止氮引入的氢原子。参见例如美国专利5,709,745(第26栏，第18-24行)、美国专利6,113,451(第8栏，第38-44行)和美国专利6,201,342(第8栏，第33-39行)。
最后，1993年3月12日提交的公开的欧洲专利申请0561462A2(第10栏，第42-48行)将氢钝化描述为氢填充在碳化硅晶粒边界之间的空隙处，从而不允许氮的进入。本发明人不依赖上述这些描述氢在碳化硅生长中作用的任何一种具体描述。此处公开并要求权利的方法通过氢原子与生长中的碳化硅晶体之间的这些物理和化学相互作用的组合，成功地控制了氮含量。该方法得到了所期望的高纯度、半绝缘碳化硅晶体生长。
将进入生长室的氢流量控制在约0.1-50乇的压力下约80-1000标准立方厘米/分(sccm)，在生长室中为生长期望的晶体提供充分的氢浓度。已证明所述方法成功地制造出具有低于约2x1015个氮原子/立方厘米(cm-3)的碳化硅晶体。在优选的实践中，环境气氛中的氢浓度制造出具有低于约1x1015cm-3个氮原子的碳化硅晶体。所获碳化硅晶体中的氮浓度低，再加上深能级，能够使电阻率高于或等于1x105ohm-cm。
此处要求权利的本发明能够用于多种其他领域。例如，在含氢环境中合成高纯碳化硅粉末潜在地降低了源粉末中的氮含量。该技术也用于制造接近无色的宝石材料。最后，控制碳化硅晶体中氮的进入代表了在制造用于加工MESFET和HEMT高频电子器件的半绝缘碳化硅晶体和晶片上的进步。此处公开的技术提供了在碳化硅晶体和晶片中获得极低氮含量的高效且直接的方法。事实上，具有极低氮浓度的大块晶片可以通过控制生长中晶体中的氮含量制备出。由这些晶体制备的晶片可以取代对生长在目前碳化硅衬底上的厚高纯外延层的需要。
图1和2描述了此处述及并要求权利的本发明代表了在通过升华生长高纯半绝缘碳化硅晶体领域中的重要进展。氢环境控制进入晶体中的氮并且提供了更可靠的半绝缘碳化硅晶体质量。图1是对应于在传统的氩环境中生长的4H-碳化硅晶体的低温光致发光谱。图2是对应于在根据此处本发明的氢环境中生长的4H-碳化硅晶体的低温光致发光谱。
背景讨论有助于了解图1和2所展示出的优点。上述图绘出的是碳化硅晶体的光致发光光谱，并且示出了在特定波长处的发光强度峰。这些发光峰与所述及的碳化硅晶体中的氮含量成比例相关。参照Ivanov等的文章“Nitrogen Doping Concentration as determined byPhotoluminescence in 4H-and 6H-SiC”(1996年9月15日发表于第80卷、第6期的Journal of Applied Physics，第3504-3508页)。晶体中的氮浓度可以由电子和空穴在中性氮的中心复合期间的发光确定。
在研究电子与空穴的复合时，碳化硅被认为是一种间接带隙半导体。正如为熟悉电子跃迁的人员所了解的那样，当价带顶与导带底具有相同的动量状态时，半导体中出现直接跃迁。这意味着晶体动量在电子与空穴的复合期间容易得到保持，结果，跃迁产生的能量可能会主要并且有效地成为光子(即产生光而不是热)。当导带底与价带顶不具有相同的动量状态时，要求声子(即振动能的量子)以使晶体动量守恒，而且，这种跃迁称作“间接的”。需要第三种粒子-声子使得间接辐射跃迁不容易发生，从而降低晶体的发光效率。
碳化硅的间接带隙阻止空穴与电子的直接复合。因此，与其它粒子无关的自由激子的直接非光子辅助复合被禁止。碳化硅中电子与空穴的复合要求形成前述的声子，以解决复合的电子与空穴之间的动量差。
Ivanov等在1996年报导电子-空穴的激发可能与光子相关，或者受晶体中杂质的束缚以满足要求的动量守恒。复合的发光强度取决于复合的电子-空穴对是否受声子或者杂质如氮的束缚。参见Ivanov等的前述文献(第3504-3508页)。因此，Ivanov等指出：晶体中的杂质浓度可以通过将与杂质配对的电子-空穴复合的发光强度同与光子配对的电子-空穴复合的发光强度进行比较来确定。
此处的图1和2对这些概念进行了描述，并且展示了本发明降低氮含量方法的成功。所述图给出了4H碳化硅晶体的相对发光强度与波长的关系。将发光峰强度标记为Q0，其对应的是受作为晶体中杂质的氮原子束缚的电子-空穴复合的强度。图中发光强度较低的峰对应的是与声子有关的复合，在本文其最有意义的是标记为I75的复合。I75是强度最高的声子辅助复合，并可通过其不对称线形确定(Ivanov的前述文献，第3505页)。正如本领域人员所了解的那样，Q0与I75之比值为一个可用来外推碳化硅晶体中氮含量的常数(Ivanov的前述文献，第3508页)。
参看图1，所绘制的是通过在传统氩环境气氛中生长的4H碳化硅晶体的发光强度。因此，图1代表了在通过升华生长的碳化硅领域中现有技术。所获碳化硅晶体中外推的氮含量约3x1015个氮原子/立方厘米。
图2所示的发光数据对应着采用此处公开的本发明在氢环境气氛中生长的晶体。由图中光谱可以看出，Q0与I75之比值为0.6，对应着晶体中的氮浓度为3x1014个氮原子/立方厘米。图2中的数据表明在升华生长室中存在氢环境可使晶体中的氮含量降低约一个数量级。因此，图2表明生长室环境中的氢浓度可用来降低其中生长的碳化硅晶体中的氮含量。所获低氮的晶体是所期望的高纯半绝缘晶体。
在本说明书中，已对本发明的典型实施方案进行了公开，而且，尽管使用的是特定的术语，但是，所使用的这些术语仅仅具有一般的和描述性意义，其目的不是加以限制。本发明的范围在附后的权利要求中给出。
Claims (15)
1.一种制备具有可控氮含量的半绝缘碳化硅晶体的方法，所述方法包括：将含氢环境气体引入升华生长室；在氢环境生长室中将碳化硅源粉末加热至升华，同时，在氢环境生长室中将碳化硅籽晶加热至比源粉末温度低的第二个温度并随后进行保温，在该第二个温度下，由源粉末升华的物质将凝聚在籽晶上，继续加热碳化硅源粉末直至在籽晶上已出现希望量的碳化硅晶体生长；同时在生长室中保持充分的氢环境浓度，以最大程度地减少进入生长中的碳化硅晶体中的氮量；以及加热晶体，以使晶体中点缺陷数目增加至使所获碳化硅晶体具有电阻率至少1×105Ω-cm的半绝缘性的量。
2.根据权利要求1的方法，其包括将碳氢化合物物质引入生长室，以便建立氢环境。
3.根据权利要求1的制备具有可控氮含量的半绝缘碳化硅晶体的方法，其中，保持氢环境浓度的步骤包括在生长室中保持充分的氢环境浓度，以使生长中的碳化硅晶体相对氮的引入钝化，从而最大程度地减少进入生长中的碳化硅晶体中的氮量。
4.根据权利要求1或3的方法，其中，加热晶体增加点缺陷数目的步骤包括在升华生长期间将源粉末和籽晶保持在各自足够高的温度下，以使生长中晶体中点缺陷数目增加至使所获碳化硅晶体具有半绝缘性的量。
5.根据权利要求1或3的方法，其中，加热晶体增加点缺陷数目的步骤包括加热碳化硅晶体，其加热达到的温度比由源气体CVD生长碳化硅要求的温度高，但是比在环境条件下碳化硅发生不利的高速升华的温度低，从而在热力学上增加晶体中所得状态和点缺陷的浓度；以及，随后以足够快的速度将加热的晶体冷却至接近室温，以便最大程度地缩短在缺陷充分可迁移从而消失或重新退火进入晶体中的温度范围内的停留时间，从而制备出这样的碳化硅晶体，该碳化硅晶体中的点缺陷状态浓度比未按该方式进行加热和冷却的另外相同生长的碳化硅晶体中点缺陷状态浓度高。
6.根据权利要求1或3的方法，其包括在0.1-50乇的压力下将环境氢引入生长室。
7.根据权利要求1或3的方法，其包括以10-1000标准立方厘米/分的流速将环境氢引入生长室。
8.根据权利要求1或3的方法，其包括保持碳化硅源粉末温度为2000-2500℃，以及保持籽晶温度比源粉末温度低50-350℃。
9.根据权利要求1或3的方法，其包括加热具有选自于3C，4H，6H和15R碳化硅多型的多型的籽晶。
10.根据权利要求1或3的方法，其包括加热碳化硅源粉末，该碳化硅源粉末中深能级捕获元素的量低于采用二次离子质谱能够探测的量。
11.根据权利要求1或3的方法，其包括将充分量的环境氢引入生长室，以获得具有低于约2×1015个氮原子/立方厘米的生长中的碳化硅晶体。
12.根据权利要求1或3的方法，其包括将充分量的环境氢引入生长室，以获得具有低于约1×1015个氮原子/立方厘米的生长中的碳化硅晶体。
13.一种制备具有可控氟含量的半绝缘碳化硅晶体的方法，所述方法包括：将碳化硅源粉末加热至升华并保温，同时，将碳化硅籽晶加热至比源粉末温度低的温度并保温，在该温度下，由源粉末升华的物质凝聚在籽晶上，形成连续扩展的碳化硅晶体生长表面；采用氢原子钝化所述碳化硅生长表面，以减少氮由环境气氛进入所获碳化硅晶体；加热晶体，以使晶体中点缺陷数目增加至使所获碳化硅晶体具有电阻率至少1×105Ω-cm的半绝缘性的量。
14.根据权利要求13的方法，其中，加热晶体增加点缺陷数目的步骤包括在升华生长期间将源粉末和籽晶保持在各自足够高的温度下，以使生长中晶体中点缺陷数目增加至使所获碳化硅晶体具有半绝缘性的量。
15.根据权利要求13的方法，其中，加热晶体增加点缺陷数目的步骤包括加热碳化硅晶体，其加热达到的温度比由源气体CVD生长碳化硅要求的温度高，但是比在环境条件下碳化硅发生不利的高速升华的温度低，从而在热力学上增加晶体中所得状态和点缺陷的浓度；以及，随后以足够快的速度将加热的晶体冷却至接近室温，以便最大程度地缩短在缺陷充分可迁移从而消失或重新退火进入晶体中的温度范围内的停留时间，从而制备出这样的碳化硅晶体，该碳化硅晶体中的点缺陷状态浓度比未按该方式进行加热和冷却的另外相同生长的碳化硅晶体中点缺陷状态浓度高。
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