CN113337891A - 光学级的钒补偿的4h单晶和6h单晶，以及碳化硅晶体和用于生产其的方法 - Google Patents
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Abstract
一种光学装置，包含钒补偿的高电阻率的6H多型或4H多型SiC单晶，所述SiC单晶用于透射波长在420nm至4.5μm范围内的光。所述装置可以包括窗、透镜、棱镜、或波导。一种系统，包括用于产生波长在420nm至4.5μm范围内的光的源和用于接收和透射所述光的装置，其中所述装置包含钒补偿的高电阻率的6H多型或4H多型SiC单晶。本公开内容还涉及用于光学应用的晶体和方法，所述晶体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，其中铝浓度大于氮和硼的组合浓度，以及其中在约400nm至约800nm的波长下的光吸收系数小于约0.4cm‑1。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年3月2日提交的美国临时专利申请第62/984,177号的优先权，并要求2020年9月23日提交的美国专利申请第17/029,746号的权益。本申请是美国专利申请第17/029,746号的继续。美国临时专利申请第62/984,177号和美国专利申请第17/029,746号的全部公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及光学装置、光学传输系统、组合物以及用于制备铝掺杂的碳化硅晶体的方法。
背景技术
本公开内容一般地涉及用于传输光能或信息的光学装置，所述光学装置包括但不必限于窗、透镜、棱镜和波导。本公开内容一般地还涉及用于使用光学装置传输光能或信息的系统和方法。
本公开内容一般地还涉及碳化硅晶体以及用于生产其的方法。更特别地但非排他性地，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。
发明内容
本公开内容涉及钒补偿的4H六方多型和6H六方多型碳化硅(SiC)单晶，所述碳化硅(SiC)单晶在其基本透明度范围尤其是但不必限于约420nm至约4.5μm范围内的波长内具有低的光吸收。根据本公开内容的SiC单晶可以用于各种光学应用，例如但不限于在可见光谱和近红外(IR)光谱范围内工作的光学窗、透镜、棱镜和波导。
本公开内容还涉及光学装置，所述光学装置包含：钒补偿的高电阻率的6H多型或4H多型SiC单晶；其中SiC单晶被配置成用于透射波长在420nm至4.5μm范围内的光。根据本公开内容的一个方面，该光学装置可以包括用于透射波长在420nm至4.5μm范围内的光的窗、透镜、棱镜、或波导。
本公开内容还涉及光学传输系统，所述光学传输系统包括：光源，所述光源用于产生波长在420nm至4.5μm范围内的光；和用于接收和透射所述光的光学装置，其中光学装置包含钒补偿的高电阻率的6H多型或4H多型SiC单晶。
此外，在一个实施方案中，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。碳化硅晶体在碳化硅晶体中包含浓度大于碳化硅晶体中的氮和硼的组合浓度的铝，以及碳化硅晶体在约400nm至约800nm的范围内的波长下的光吸收系数小于约0.4cm-1。
在另一个实施方案中，用于制备铝掺杂的碳化硅晶体的方法包括在生长坩埚中提供碳化硅源材料和碳化硅单晶晶种。该方法还包括在容器中提供包含含有铝和氧的化合物的固体铝掺杂剂源材料。在容器被定位在生长坩埚中的情况下以以下方式加热生长坩埚：所述方式有效于由生长坩埚中的碳化硅源材料产生含硅和碳的蒸气以及由容器中的固体铝掺杂剂源材料产生含铝的蒸气，以及有效于使含硅和碳的蒸气和含铝的蒸气沉积在碳化硅单晶晶种上以生长铝掺杂的碳化硅晶体。容器包含抵抗铝掺杂剂源和含铝的蒸气损害的第一材料、和抵抗含硅和碳的蒸气损害的第二材料。
附图说明
图1是根据本公开内容构造的碳化硅(SiC)晶片的一个实例的顶视图；
图2是图1的SiC晶片的侧视图；
图3是根据本公开内容构造的光学传输系统的一个实例的示意图；
图4是某些钒补偿的4H-SiC晶片的透射(Tmes)曲线和反射(Rmes)曲线(Tmes、Rmes作为波长的函数)的图；
图5是某些钒补偿的6H-SiC晶片的透射曲线和反射曲线(Tmes、Rmes作为波长的函数)的图；
图6是示出两个晶片的光吸收曲线(吸收系数作为波长的函数)的图；
图7是示出六个钒补偿的6H-SiC晶片的透射曲线(透射率作为波长的函数)的图；
图8是4H-SiC晶片在可见光范围内的光吸收(吸收系数作为波长的函数)的图；
图9是6H-SiC晶片在可见光范围内的光吸收(吸收系数作为波长的函数)的图；
图10是用于铝掺杂的碳化硅晶体的升华生长的系统的示意图；
图11是用于图10的系统中的掺杂容器的示意图；
图12是对4H-SiC晶片测量的光吸收(α，cm-1)的波长色散的示意图；以及
图13是对6H-SiC晶片测量的光吸收(α，cm-1)的波长色散的示意图。
在附图中使用相同的附图标记或其他特征指示符来指示相同或相似的特征。
具体实施方式
图1和2示出了根据本公开内容构造的碳化硅(SiC)晶片10的一个实例。晶片10可以具有面12和圆柱形边缘14。如以下更详细描述的，晶片10可以为钒补偿的高电阻率的4H六方多型或6H六方多型SiC单晶。图3是根据本公开内容构造的光学传输系统的一个实例的图。传输系统可以包括用于产生光20的光源18、用于接收和透射光20的光学装置16、以及通过光学装置16向其传输光20的目标22。
光20可以具有在420nm至4.5μm范围内的一个或更多个波长。光学装置16可以由晶片10制造，并且可以为例如用于在光源18与目标22之间提供物理屏障的同时透射光20的窗、用于使光20聚焦或分散的透镜、用于分离光20的光谱分量的棱镜、或者用于将光20导向目标22的波导。
SiC单晶用于某些半导体装置，包括高功率和高频率二极管和晶体管、超快半导体光学开关以及在苛刻环境中工作的检测器。六方SiC晶体可以用作用于SiC或氮化镓(GaN)外延层的外延生长的基底。氮掺杂的n型4H-SiC晶体用作用于外延4H-SiC功率转换二极管和晶体管(例如MOSFET)的基底。参见美国专利第8,507,986号。高电阻率(半绝缘)4H-SiC晶体和6H-SiC晶体用作用于外延的基于GaN的高频晶体管(例如HEMT)的基底。参见美国专利第9,484,284号。
大尺寸SiC单晶可以通过升华由气相生长。参见美国专利第5,746,827号。在准备生长时，可以在石墨坩埚的高温区域中提供可以呈SiC粉末或晶粒形式的SiC源。将SiC晶种例如单晶SiC板或晶片定位在坩埚的较低温度区域中，例如，附接至坩埚盖。将坩埚加热以使SiC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SiC晶种并沉积在晶种上，以生长出适当尺寸的SiC梨形晶(boule)。
为了满足某些要求，可以向生长体系中引入掺杂剂以改变生长的SiC晶体的电子参数，例如电导率类型和电阻率。可以使用氮掺杂来制造低电阻率的n型4H-SiC单晶。存在至少两种类型的补偿的高电阻率SiC单晶，即，使用钒掺杂制造的钒补偿的半绝缘(vanadium-compensated semi-insulating，VCSI)SiC晶体(参见美国专利第5,611,955号)、以及高纯度半绝缘(high-purity semi-insulating，HPSI)SiC晶体(参见美国专利第7,601,441号)。后者可以在不掺杂的情况下制造，并且通过引入深能级点缺陷来补偿。
已经在紫外(UV)、可见光和IR范围内研究了各种晶体SiC形式的光学特性和光谱特性。参见Singh等，Nonlinear Optical Properties of Hexagonal Silicon Carbide，Appl.Phys.Lett，第19卷，2(1971)53-56。4H-SiC和6H-SiC的基本光透射的区域从可见光中的带边缘截止延伸至红外中的λ≈4.5μm，其中透明度由多声子吸收带终止(参见例如Singh的图1)。
SiC的机械特性、化学特性和热特性对于各种光学应用可以是有吸引力的。期望的特性可以包括低密度、高强度和硬度、高耐磨性、高耐热冲击性、高热导率、和化学稳定性。研究了通过化学气相沉积(CVD)生长的多晶3C-SiC作为用于在苛刻环境中工作的中-IR窗和圆顶的潜在材料。参见Goela等，Transparent SiC for mid-IR windows and domes，SPIE第2286卷(1994)46-59。
探索了六方单晶SiC作为用于光波导的材料。参见Luan等，Optical ridgewaveguides in 4H-SiC single crystal produced by combination of carbon ionirradiation and femtosecond laser ablation，Optical Materials Express，第4卷，第6期(2014)1166-1171；日本专利文献第6002106号(Silicon Carbide Optical WaveguideElement)；和中国专利文献第103472533号(一种离子注入制备掺铒碳化硅光波导的方法)。
已经研究了升华生长的4H-SiC单晶和6H-SiC单晶在可见光(VIS)到红外范围中的光吸收。参见Wellmann等，Optical Quantitative Determination of Doping Levels andTheir Distribution in SiC，Mat.Sci.Eng.B91-92(2002)75-78。这些晶体以高达1·1018cm-3的量掺杂有N、B和Al，并且具有差的光透射。已经研究了4H-SiC晶体和6H-SiC晶体在红外中的光透射和反射。Cuia等，Infrared Transmission and ReflectivityMeasurements of 4H-and 6H-SiC Single Crystals，Mat.Sci.For.第821至823卷，第265至268页(2015)。在研究中的样品包括纯的(未经有意掺杂)、N掺杂的、B掺杂的、VCSI和HPSI。在所有这些研究中，N掺杂的SiC晶体和B掺杂的SiC晶体显示出随掺杂剂浓度增加的显著的光学损耗。纯SiC晶体显示出较小的损耗，尤其是在可见光范围内。在半绝缘VCSI样品和HPSI样品上测得最佳的IR光学透明度。
4H-SiC和6H-SiC属于6mm空间群并且是正单轴晶体。已经研究了通过升华生长的半绝缘4H-SiC单晶和6H-SiC单晶的折射率对波长、偏振(寻常对非寻常)和温度的依赖关系。参见Xu等，Temperature Dependence of Refractive Indices for 4H and 6H，J.Appl.Phys.115，113501(2014)1-4。对于这些测量，由单晶制造具有低顶角的棱镜，其中棱镜边缘平行于c轴。发现4H-SiC和6H-SiC的折射率值和其色散实际上是相同的。
虽然大尺寸半绝缘SiC单晶(VCSI和HPSI二者)是可商购的，但是在传输光学领域中这样的晶体还没有已知的工业应用。这可能是由于六方SiC中的残余光学损耗，所述残余光学损耗还没有被很好地理解或控制。文献中已经讨论了可以引起SiC基本透明度范围内的光吸收的各种机制。这些机制包括掺杂引起的带隙变窄，涉及掺杂剂、杂质或缺陷的跃迁(参见例如Atabaev等，Spectral Dependence of Optical Absorption of 4H-SiC Dopedwith Boron and Aluminum，J.of Spectroscopy(2018)文章ID 8705658中的图1)，带内跃迁和自由载流子的吸收。
图1至图3中作为实例示出的晶片10和光学装置16可以包含钒补偿的6H多型或4H多型SiC单晶，所述SiC单晶在可见光中的约420nm至近红外中的约4.5μm的波长范围内具有优异的光透射。SiC单晶可以用作用于传输光学领域中的应用(例如但不限于光学窗、透镜、棱镜和波导)的光学材料。
本文所述的SiC晶体可以是通过升华生长的钒补偿的4H-SiC晶体和6H-SiC晶体。在生长期间，如通过二次离子质谱法(SIMS)测量的，晶体可以由钒进行掺杂(补偿)到9·1016cm-3至1.5·1017cm-3的水平。如通过SIMS测量的，可以将浅杂质(例如N、B和A1)的浓度控制为不超过3·1016cm-3。用于钒掺杂和浅杂质控制的技术描述于美国专利第7,608,524号、第8,216,369号、第8,361,227号、第8,858,709号、第9,017,629号和第9,090,989号中。
构成晶片10或光学装置16的SiC晶体可以具有没有尺寸晶体缺陷(例如夹杂物或亚晶粒)的高结构品质，以及小于1·104cm-2的总位错密度。总体晶体品质可以使用X射线摇摆曲线技术进行评估。FWHM低于25弧秒的X射线反射可以是高晶体品质的典型指示。
由4H-SiC单晶或6H-SiC单晶形成的晶片10可以被化学机械抛光(CMP)，并且具有150mm的直径和0.5mm的厚度。晶片10可以被定向为“同轴”，即，其中其面12垂直于六方c轴。晶片10的切片、研磨和抛光可以根据已知的制造技术来进行。
与光学装置16相关的光透射和反射可以使用Cary 7000通用测量分光光度计(Universal Measurement Spectrophotometer，UMS)在VIS-IR范围内测量。用于计算根据本公开内容的光学参数的数学形式可以如以下结合方程式(A1 a)至(A7)所述：
4H-SiC和6H-SiC是六方单轴晶体。在这样的晶体中，光轴与晶体学六方c轴重合。当光束垂直于这样的晶体的c面入射时，其偏振始终垂直于光轴。即，这样的光束是寻常光束，并且其传播由寻常折射率n0控制。利用来自Xu(上述引用的)的关于n0的方程式(3)和表1并将T＝300K代入，可以获得在室温下n0(λ)的表达式：
对于4H-SiC：
对于6H-SiC：
对于垂直于六方单轴晶体的c面入射的光束，反射率(R)表示为：
具有平行表面的板的光透射和反射通过考虑板前界面和后界面处的多次反射来计算。这种近似得出关于测量的透射(Tmes)和反射(Rmes)的以下方程式。参见Pankove J.，Optical Processes in Semiconductors，Dover Publ.NY 1971，第93页；F.Soler，Multiple Reflections in an Approximately ParallelPlate，Opt.Comm.139(1997)165-169。
在方程式(A3)和(A4)中，α是以cm-1计的吸收系数，以及d是以cm计的板厚度。如果已知反射率R的值，则可以如下相对于α解析方程式(A3)：
在完全透明板的极端情况下的透射和反射可以如下通过将a＝0代入方程式(A3)和(A4)来获得：
SiC单晶的光吸收系数利用测量的透射(Tmes)和反射率(R)由方程式(A5)计算。R值利用方程式(A2)根据由Xu确定的4H和6H的折射率色散(A1a)和(A1b)来计算。
除了光透射和反射以外，还使用其灵敏度为1·105Ωcm至1·1012Ωcm的非接触式仪器COREMA-W在室温下测量SiC单晶的电阻率。使用温度可变的非接触式电阻率计COREMA-VT测量在25℃至400℃的温度范围内的电阻率的温度依赖性，并且计算电导率(EA)的活化能的值。在晶片电阻率超过1·1012Ωcm的情况下，通过使用EA值将电阻率外推至T＝300K来评估室温电阻率。本研究中所有SiC晶体的电阻率都为1·106Ωcm至1.1014Ωcm。
在几个高电阻率的钒补偿的4H-SiC晶片上在0.35μm至0.80μm的可见光范围内测量的透射曲线50(Tmes@0°AOI)和反射曲线52(Rmes@6°AOI)的实例示于图4中。在几个高电阻率的钒补偿的6H-SiC晶片上在0.35μm至0.80μm的可见光范围内测量的透射曲线54(Tmes@0°AOI)和反射曲线56(Rmes@6°AOI)的实例示于图5中。
两个晶片(一个高电阻率4H-SiC(线60)和一个高电阻率6H-SiC(线58))在可见光范围内的使用方程式(A5)计算的吸收光谱α(λ)的实例示于图6中。这些吸收曲线60、58显示出两个不同的吸收区域：对于4H晶体在低于约0.40μm的波长处吸收的陡峭上升以及对于6H晶体在低于约0.44μm的波长处吸收的陡峭上升。认为该吸收增加是由于基本截止，即从价带到导带的跃迁。由于六方SiC带隙和声子辅助电子跃迁的间接性质，其斜率与λ-2成正比。参见Sridhara等，Absorption Coefficient of 4H Silicon Carbide from 3900 to 3250A，J.Appl.Phys.第84卷，第5期(1998)2963-2964
如图6中所示，在0.45μm至0.7μm之间存在近带边缘吸收“肩部”，其中其振幅为λ≈0.7μm处的约0.01cm-1至λ≈0.45μm处的约1Gm-1。这种残余吸收通常在宽带隙半导体中观察到并且通常被归因于涉及未指定的浅能级例如晶体缺陷或杂质的电子跃迁。超过λ≈0.7μm的波长处的光吸收非常低，低于0.1cm-1。
虽然在该研究中所有钒补偿的SiC晶体都是光学透射的，但是它们的透射率显示出显著的变化。这样的变化的一个实例示于图7中，图7示出了在六个不同的钒补偿的6H-SiC晶片上测量的在VIS-NIR范围内的光透射。在两个Nu型6H晶片上测得最低透射率的两条曲线66。(Nu型是指其中浅施主(氮)相比浅受主(Al+B)占优势的补偿SiC晶体的类型。)Nu型晶片的电阻率在9·109Ωcm至2·1011Ωcm的范围内。
图7中最高透射率的两条曲线62(一条实线和一条虚线)表示两个Pi型晶片。(Pi型意指其中浅受主(在这种情况下为A1)相比浅施主(N)占优势的补偿SiC晶体的类型。)这些晶片的电阻率为1·106Ωcm至1·107Ωcm。
图7中的两条曲线64示出了以超过N(浅施主)的浓度的浓度包含硼(浅受主)的两个Pi型6H-SiC晶片的光透射。这些晶片的电阻率为1·1012Ωcm至1·1014Ωcm。
具有不同掺杂和电阻率的几个4H-SiC晶片和6H-SiC晶片的使用方程式(A5)计算的在可见光范围内的光吸收示于图8和图9中。
由图8和图9中的线68和76所示的最强吸收是在浅杂质背景中氮占优势下的Nu型晶片的吸收。4H晶片的电阻率为1·1011Ωcm，而6H晶片的电阻率为1·109Ωcm。对于这些晶片，光吸收不仅在可见光范围内是最高的，而且在红外内也是最高的。
由线70和线77所示的稍低的光吸收也是Nu型晶片的。然而，这些晶片对于4H具有5·1012Ωcm的较高电阻率以及对于6H具有5·1010Ωcm的较高电阻率。
图8和图9中的线72、74和78表示在浅杂质背景中硼占优势下的Pi型晶片上测量的光吸收。4H晶片的电阻率为1·1013Ωcm(线72)和1·1014Ωcm(线78)。6H晶片的电阻率为1·1011Ωcm(线78)。这些晶片中的吸收被限制到带边缘肩部并且不延伸到红外中。
最低的光吸收由图9中的曲线80和82示出。其是在两个在浅杂质背景中Al占优势下的Pi型6H-SiC晶片上测量的。晶片具有1·105Ωcm和1·107Ωcm的相对低的电阻率。
下表1中给出了钒补偿的SiC晶体的光吸收、其类型、掺杂和电阻率之间的关系。在最后一列中增加了在λ＝2.5μm的红外光中确定的光吸收系数。
表1
所获得的数据可以用作用于选择用于可见光和近红外光谱范围的传输光学领域中的应用的某些类型的钒补偿的高电阻率SiC单晶的指导。
钒补偿的高电阻率的6H多型和4H多型SiC单晶二者均适用于可见光中的420nm至红外中的约4.5μm的波长范围内的传输光学领域中的苛刻应用，尤其是如果它们的掺杂和电阻率已优化的情形下。
由于较宽的带隙，钒补偿的4H-SiC单晶优选用于低于450nm的较短波长的光学应用。
如果钒补偿的Nu型SiC单晶的电阻率对于6H低于1·1010Ωcm，对于4H低于1·1012Ωcm，则其不能用于苛刻的光学应用。这样的晶体在可见光范围内的光学损耗将接近1cm-1，在红外中的光学损耗将高达0.1cm-1。
如果钒补偿的Nu型SiC单晶的电阻率对于6H大于1·1011Ωcm，对于4H大于5·1012Ωcm，则其可以用于红外光学应用。对于这样的晶体，在红外中的光吸收将低于0.01cm-1。
如果在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的Pi型SiC单晶的电阻率对于6H大于1·1011Ωcm，对于4H大于1·1013Ωcm，则其可以用于红外光学应用。对于这样的晶体，在红外中的光吸收将低于0.01cm-1。
如果在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的Pi型SiC单晶的电阻率对于4H大于1·1013Ωcm，对于6H大于5·1011Ωcm，则其可以用于可见光范围的光学应用。对于这样的晶体，光吸收在λ＝450nm处应低于0.8cm-1，在λ＝750nm处应低于0.01cm-1。
如果在浅杂质背景中铝占优势下的钒补偿的Pi型6H-SiC单晶的电阻率为1·105Ωcm至1·108Ωcm，则其可以用于苛刻的光学应用。这样的晶体可以在可见光范围内提供最佳的透射率。它们的光吸收在λ＝450nm处应低于0.8cm-1，在λ＝750nm处应低于0.01cm-1。与所有其他晶体类型相比，它们的近带边缘吸收肩部更低且更窄。
此外，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多型或6H多型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梨形晶。
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-SiC Crystals.”J..Phys.D.Appl.Phys.42(5)：055413，Feb.2009和Tarekegne等，“Investigation of theAbsorption Mechanisms of SiC for Lighting Applications”，6th InternationalWorkshop onWideband Semiconductor Materials&Devices，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碳化硅单晶和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。.
虽然已经观察到这些晶体具有一些光学透明性，但是发现它们光学应用非常有限，主要是由于可能由残留的杂质引起的光学吸收。使升华生长的4H多型碳化硅晶体和6H多型碳化硅晶体中的近带边缘吸收最小化的一种方法是减少不需要的背景杂质的存在。然而，考虑到PVT生长过程的高温以及使用石墨作为坩埚材料，将PVT生长的碳化硅单晶中的硼和氮背景杂质减少到低于1·1015cm-3的水平可以至少被认为具有挑战性，即使不切实际。
根据本公开内容，4H多型或6H多型碳化硅晶体可以在可见光谱范围内具有高的光学透明性。表现出这些特性或类似特性的碳化硅晶体可以用于各种光学应用中，例如但不限于在约410nm至约750nm的波长下运行的光学窗、透镜和光波导。升华物理气相传输(PVT)技术可以用于生长光学透明的4H碳化硅晶体和6H碳化硅晶体。在一种形式中，碳化硅单晶经铝掺杂并且包含残留的硼和氮杂质。一方面，铝掺杂剂以超过残留的氮和硼杂质的组合浓度的浓度存在，否则低于可能导致晶体生长不稳定的水平。尽管不旨在受到任何特定理论的束缚，但认为铝掺杂剂降低与硼和氮杂质的存在有关的近带边缘光吸收的大小。类似地，保持背景硼和氮杂质的最低可能的浓度也可以减少光吸收。
如上所述，可以使用升华技术来生长碳化硅单晶，包括4H多型体和6H多型体的碳化硅单晶。一方面，这些技术可以设计成减少或去除生长系统中的或来自生长系统的硼和氮杂质。例如，可以通过使用卤素纯化的石墨部件(包括但不限于生长坩埚)来减少背景硼的存在。在一种形式中，石墨部件的卤素纯化可以包括在具有包含氯、氟或者氯和氟二者的气氛的炉室中加热石墨部件。在高温下，存在于石墨中的碳结合的硼与气态卤素例如氯和氟反应，并形成挥发性卤化物例如BCl3和BF3。通过炉室的惰性气体流可以将该挥发性卤化物从炉室去除。在该纯化之后，石墨部件可能仍包含约10重量ppb至约100重量ppb的浓度的残留硼。类似地，通过利用这些经纯化的石墨部件的升华而生长的碳化硅晶体可能仍包含约1015cm-3至1016cm-3的浓度的残留硼杂质。
减少或去除生长系统中的或来自生长系统的氮杂质可以包括在真空中对晶体生长热区域进行预生长高温烘烤。另外，可以在超高纯度氩气的流动下进行升华晶体生长。在这些条件下生长的碳化硅晶体可能仍包含浓度为约1015cm-3至1016cm-3的残留氮杂质。
考虑到即使采取用于减少或去除杂质的步骤，仍可能残留一些残留的硼和氮杂质，由于它们的存在仍可能存在近带边缘光吸收。然而，如上所述，可以使用铝掺杂剂的添加来减少由硼和氮杂质的存在引起的近带边缘光吸收。与硼相似，铝是4H-SiC和6H-SiC中的浅受主。在SiC间隙中，铝的能级位于价带最大值以上约0.2eV处(参见例如Atabaev等，“Spectral Dependence of Optical Absorption of 4H-SiC Doped with BoronandAluminum”，J.Spectroscopy(2018)文章ID 8705658和在线NSM Archive-SiliconCarbide(SiC)-Impurities and Defects)。硼受主的最低能级在价带边缘以上约0.35eV处，并且高于铝的能级。作为受主，铝可以与补偿氮(施主)的硼结合。如果以足够的浓度引入铝使得NA1+NB＞NN，则所有电子会从氮能级剥离并因此在导带的底部不存在电子。因此，可以减少或消除氮相关的光吸收。
掺杂铝会引起电荷在碳化硅晶体中的再分布，这将通过更靠近铝能级的费米能级位置的偏移来体现。如果以足够的浓度引入铝使得NAl＞NB+NN，则费米能级将移动到低于硼的最低能级的位置，从而减少或消除存在于硼能级的电子群。因此，可以减少或消除与硼有关的光吸收。
考虑到以上，为了使硼受主和氮施主二者从电子中“减少”，如方程式(1)所示，铝掺杂剂的浓度(NAl)超过残留的硼(NB)和氮(NN)的组合浓度：
NAl＞NB+NN (1)
掺杂铝可能会导致铝相关的光吸收，但是任何这样的吸收带都将非常接近带边缘截止值并且实际上会与其合并。
在经铝掺杂的4H碳化硅多型体和6H碳化硅多型体中，铝会替代硅。铝的共价半径为
而硅的共价半径为
考虑到铝的半径较大，铝在碳化硅晶体中的溶解可能引起晶格的局部膨胀和应力。在特定浓度的铝下，在碳化硅晶体生长期间可能会出现形成晶体缺陷、取向不当的晶粒和异体多型体(foreign polytype)。通过将铝的浓度保持在低于特定水平(例如约5·1017cm-3)可以避免这些问题，尽管变化是可能的。
虽然可以通过将碳化铝(Al4C3)直接添加到碳化硅固体源中来生长铝掺杂的碳化硅单晶，但Al4C3在高温下不稳定并且可能通过包晶反应经历分解成固体碳和Al+C液体，其中气态铝在液体上的分压超过100托。因此，可能存在晶体中的铝浓度最初的峰值然后是铝源的快速消耗。
其内容通过引用整体并入本文的美国专利第8,216,369号涉及在PVT工艺中的空间上更均匀的掺杂。例如，其公开了一种生长方法，该方法包括负载有掺杂剂并且容纳在生长坩埚内部的掺杂缓释容器。参照本申请的图10，示意性地示出了用于在整个晶体中具有空间上更均匀的铝浓度的铝掺杂的碳化硅晶体的升华生长的系统110。系统110包括其中定位有生长坩埚114的室112。
坩埚114由盖116密封并且被热绝缘物118围绕。加热元件120定位在室112周围并配置成向坩埚114提供热。加热元件120可以是RF线圈或电阻加热元件，尽管其他变化也是可能的。
在坩埚114内，以适合于PVT晶体生长的空间关系布置SiC源122和SiC晶种124。更具体地，SiC晶种124可以定位在坩埚114的顶部附近，并且可以例如附接或耦接至盖116，并且SiC源122可以定位在SiC晶种124的下方。SiC源122容纳在由支撑结构128支撑的坩埚126中。支撑结构128包括与第二构件132间隔开的第一构件130，并且第一构件130和第二构件132从坩埚114的下部朝向盖116延伸。在这种布置中，坩埚126进而定位在坩埚126中的SiC源122定位在坩埚114下部的上方并且在其间定位有自由空间134。第一构件130包括孔136，第二构件132包括孔138。孔136、138提供自由空间134与定位在坩埚126和坩埚114之间的空间之间的流体连通，如图10的方向箭头A所示。
当在晶体的升华生长期间通过加热元件120加热坩埚114时，SiC源122气化，并以如方向箭头B所示流向SiC晶种124的含Si且含C的蒸气填充坩埚114的内部。含Si且含C的蒸气可以包含挥发性分子物质，例如Si、Si2C和SiC2。可以在坩埚114上建立竖直温度梯度，其中坩埚114的下部的温度高于坩埚114的上部(例如在盖116附近)的温度。这种性质的竖直温度梯度产生如方向箭头B所示的蒸气传输的驱动力。该蒸气传输将蒸气养分从SiC源122带到SiC晶种124。一旦到达SiC晶种124，过饱和的蒸气沉积在SiC晶种124上从而引起在SiC晶种124上生长SiC单晶140。
可以用于铝掺杂的缓释掺杂容器142在坩埚114中定位在自由空间134中。掺杂容器142包括用于接收和保持掺杂剂源144的内部空间或室。在一种形式中，掺杂剂源144为铝掺杂剂源，并且可以是在SiC升华生长温度下具有低分解压力的固体铝化合物的形式。例如，在一种形式中，分解压力可以低于约1托，尽管其他变化也是可能的。可以使用的固体铝化合物的非限制性实例包括含氧的铝化合物，例如但不限于碳酸铝、硅酸铝和铝氧化物。在一种特定但非限制性的形式中，固体铝化合物是铝氧化物(Al2O3)，其还被称为氧化铝。铝氧化物可以以预熔化的氧化铝“裂纹”的形式提供，例如纯的、未掺杂的蓝宝石片。一般而言，掺杂容器142中包含的掺杂剂源144的量可以足以支持整个晶体生长周期中的铝掺杂。
在晶体生长周期期间，坩埚114被加热并且随着坩埚114的温度升高至高至约2000℃，含氧的铝化合物经历最终产生固体铝氧化物的化学转变。随着坩埚114的温度进一步升高并且达到并超过约2040℃的铝氧化物的熔点，铝氧化物熔化并以作为铝氧化物熔体蒸发和分解的产物的蒸气填充掺杂容器142的内部。蒸气可以包含Al2O3、Al2O、AlO、Al和O的分子。在铝氧化物的熔点下，熔体上方的总蒸气压为约0.01托，而在2200℃下，其小于0.1托。类似地，如果SiC升华生长过程的温度不超过约2400℃，则熔化的铝氧化物的蒸气压应不超过约1托。
掺杂容器142包括毛细管通道，其进一步的细节将在下面结合图11进行讨论，含铝和氧的蒸气通过所述毛细管通道从掺杂容器142逸出并在坩埚114内迁移，如图10中的方向箭头C所示。在迁移的过程中，这些蒸气可以与石墨的碳接触并与其反应以形成元素铝蒸气和一氧化碳气体。最终，铝蒸气可以到达碳化硅晶体生长界面并吸附在界面上，从而引起铝对正在生长的碳化硅晶体的掺杂。
掺杂容器142可以由一种或更多种这样的材料形成，所述材料在碳化硅升华生长的高温环境中提供稳定性，并且抵抗熔化的氧化铝以及高度腐蚀性的含硅和碳的蒸气的侵蚀。例如，参照图11，在一种非限制性形式中，掺杂容器142由外部组件146和内部组件148形成，在内部组件148之上或周围形成或定位有外部组件146。外部组件146可以至少部分地由第一材料形成，以及内部组件148可以至少部分地由第二不同的材料形成。
在图11所示的形式中，外部组件146呈包括盖152的坩埚150的形式。由于坩埚150和盖152可以定位在自由空间134中，因此进而可以暴露于由SiC源122释放的含硅和碳的蒸气，坩埚150及其盖152可以至少部分地由对坩埚114中可能存在的含硅和碳的蒸气的腐蚀稳定的材料形成。例如，至少可能与含硅和碳的蒸气接触的外表面可以由对含硅和碳的蒸气的腐蚀稳定的材料形成。可以提供这种性质的稳定性的材料的非限制性实例包括石墨、难熔金属的碳化物例如碳化钽(TaC)或碳化铌(NbC)、以及涂覆有或成层有难熔碳化物的石墨。在一种特定但非限制性的形式中，坩埚150及其盖152可以由致密的细晶粒石墨形成。
在图11所示的形式中，内部组件148呈包括盖156的坩埚154的形式。举例来说，可以移开坩埚150的盖152以便于坩埚154及其盖156在坩埚150中的定位，并且盖152可以与坩埚150再接合以将坩埚154和盖156固定在坩埚150中。由于坩埚154和盖156包括用于接收和保持掺杂剂源144(例如，其可以是铝掺杂剂源)的内部空间或室，并且进而可以暴露于熔化的铝氧化物以及暴露于由掺杂剂源144释放的含铝的蒸气中，坩埚154及其盖156可以至少部分地由对熔化的铝氧化物或含铝的蒸气的腐蚀或损害稳定的材料形成。例如，至少坩埚154和盖156的朝向掺杂剂源144布置的内表面可以由对熔化的铝氧化物或含铝的蒸气的腐蚀或损害稳定的或有抵抗力的材料形成。可以提供这种性质的稳定性的材料的非限制性实例包括难熔的金属或金属合金，例如但不限于钽、钼、钨、铼、或其合金。在一种特定但非限制性的形式中，坩埚154及其盖156可以由钨形成。
虽然已经将掺杂容器142描述为由单独的由不同材料形成的内部组件和外部组件形成，但是应当理解，掺杂容器142也可以由具有由不同材料形成的复合结构的单个组件制成。例如，单独的层中可以存在不同的材料，其中第一材料的一个层沉积在由单独的材料形成的第二层上。例如，在坩埚154和盖156的情况下，这些组件可以由第一材料形成然后可以在其外表面涂覆或固定第二材料以提供与图11所示的结构相似的结构，尽管其他变化也是可能的。
如上所述，掺杂容器142包括毛细管通道158，当铝氧化物熔化时，含铝和氧的蒸气通过毛细管通道158从掺杂容器142逸出。毛细管通道158由穿过盖152的孔160和穿过盖156的孔162形成。含铝和氧的蒸气可以从掺杂容器142逸出或释放的速率可以至少部分地通过铝氧化物熔化的温度以及孔160、162的尺寸控制。例如，当保持熔化的铝氧化物的温度较高并且孔160、162的尺寸较大时，可以出现更高的含铝和氧的蒸气从掺杂容器142中逸出或释放的速率。在一些形式中，孔160、162的尺寸可以相同或不同，其中一者或两者的直径在约0.1mm至约1.5mm的范围内。
使用掺杂容器142可以例如促进升华生长的包含在整个晶体中在空间上均匀浓度的铝掺杂剂的碳化硅单晶的生产。上述技术还可以类似地避免在首先生长的晶体梨形晶部分中存在高的铝浓度随后快速消耗铝源的情况。另外，可以控制铝掺杂剂浓度使得其超过残留的硼和氮的组合浓度同时保持低于导致晶体缺陷产生的水平(例如，约5·1017cm-3)。
实施例1：通过升华生长四种铝掺杂的SiC单晶，即两种4H多型体和两种6H多型体。出于比较的目的，通过升华但不进行铝掺杂来生长两种另外的SiC梨形晶，一者是4H多型体并且一者是6H多型体。参照上述系统110提供以下公开的升华生长的实验条件。
准备类似于图11的掺杂容器142的掺杂容器。掺杂容器包括内坩埚和盖，所述内部坩埚和盖对应于或类似于坩埚154和盖156，由可从Plansee USA LLC，115ConstitutionBoulevard，Franklin，MA 02038获得的纯钨制成。内坩埚具有以下尺寸：25mm OD×15mm ID×25mm高。盖为5mm厚并且在其中心钻有1.0mm直径的单个通孔。对应于坩埚150和盖152的外坩埚和盖由可从Toyo Tanso USA Inc.，2575NW Graham Cir，Troutdale，OR 97060获得的经卤素纯化的致密的等静压石墨级IG-11制成。外坩埚具有以下尺寸：32mm OD×25mm ID×30mm高。石墨盖为5mm厚并且在其中心钻有1.0mm直径的孔。内坩埚紧密地装配在外石墨坩埚内部。
将总重量为7克的纯的预熔化的蓝宝石裂纹片装入缓释容器的内坩埚中。类似于或对应于坩埚114和盖116的石墨生长坩埚和盖由可从Toyo Tanso USA Inc.，2575NWGraham Cir，Troutdale，OR 97060获得的经卤素纯化的致密的等静压石墨级IG-11制成。在其用于晶体生长之前，将坩埚和盖进行卤素纯化至灰分级按重量计低于5ppm。通过用辉光放电质谱仪(EAG LLC，4747Executive Drive，Suite 700，San Diego，CA 92121)进行杂质分析，确定经纯化的石墨中的硼含量为30重量ppb。
将掺杂容器装载在石墨生长坩埚的底部，并将对应于或类似于坩埚126的容纳SiC源的源坩埚装载到石墨生长坩埚中。将源坩埚放置在支撑物上，使得形成自由空间以容纳掺杂容器。将SiC晶种附接到石墨生长坩埚的盖上并用该盖密封石墨生长坩埚。SiC晶种为直径为150mm的4H-SiC和6H-SiC晶片。4H-SiC晶种以其面向＜000-1＞结晶方向的生长表面取向。6H-SiC晶种以其面向＜0001＞结晶方向的生长表面取向。
将经装载的石墨生长坩埚放入其中其被热绝缘物包围的炉室中。将室抽真空，并将RF线圈通电以将石墨生长坩埚加热到1400℃的初始温度。在该温度下并在连续泵送下，将生长系统沉浸24小时以实现最深的可能的除气并达到1·10-6托的残余压力。向该室填充包含少于10ppb的残留N2的UHP氩气直到压力为5托，并在整个室中建立300sccm的UHP氩气流。
然后将石墨生长坩埚加热至升华生长温度。更具体地，将石墨生长坩埚加热以在坩埚顶部达到2180℃的温度并在坩埚底部达到2210℃的温度。用光学高温计测量和监测顶部温度和底部温度。将石墨生长坩埚在上述温度下沉浸预定的时间段，然后冷却至室温。
在完成生长运行之后，回收生长的SiC晶体梨形晶，并根据SEMI标准将其制造成150mm直径×500微米厚的晶片。首先对晶片进行机械抛光，然后使用最终的CMP抛光进行抛光。
实施例2：评估实施例1中生产的晶片的光学特性。该评估包括其光透射和反射的测量。使用分光光度计(Agilent Cary 7000UMS)在350nm至850nm的波长范围内对非偏振光进行测量。在透射的测量期间，入射角(angle of incidence，AOI)为0°。在反射的测量期间，AOI为6°。如Optical Processes in Semiconductors，J.I.Pankove，Dover Publ，NY，1971，第93至94页中概述的，使用具有平行表面、厚度d和无限数量的内部反射的板的近似值由关于透射和反射的数据计算光吸收系数(α，em-1)。
对一些4H-SiC晶片测量的光吸收的波长色散(α，cm-1)在图12中示出，以及对一些6H-SiC晶片测量的光吸收的波长色散(α，cm-1)在图13中示出。图12和图13的曲线示出了经铝掺杂(下部曲线)的晶片和未经铝掺杂(上部曲线)的晶片的吸收系数。在光学测量之后，将一些测量的晶片切成小片，并将碎片送去通过二次离子质谱(SIMS)(EAG LLC，4747Executive Drive，Suite 700，San Diego，CA 92121)进行N、B和Al杂质分析。SIMS杂质分析的结果示于表2中。旨在减少背景B和N污染物的措施包括使用经卤素纯化的石墨和延长的热区域真空烘烤，使得生长的SiC晶体中的B和N的水平低于1·1016cm-3。光吸收系数测量的结果也在表2中示出。表2的最后两行中的SiC晶体是在没有特意的铝掺杂的情况下生长的，并且在表中示出以用于比较。所获得的结果表明，通过铝掺杂，实现在可见光谱范围内大大减少的光透射。
表2
上面描述的是实例。本公开内容旨在涵盖落入包括所附权利要求的本申请的范围内的本文所描述的主题的变更、修改和变化。如本文所用，术语“包括”意指包括但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。另外，在本公开内容或权利要求记载了不定冠词“一个/种(a)”、“一个/种(an)”、“第一(a first)”、或“另一(another)”要素或其等同物的情况下，可将其解释为包括一个或多于一个这样的要素，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。
Claims (42)
1.一种光学装置，包括：
钒补偿的高电阻率的6H多型或4H多型碳化硅(SiC)单晶；
其中所述SiC单晶被配置成用于透射波长在420nm至4.5μm范围内的光；以及
其中所述光学装置包括用于透射波长在420nm至4.5μm范围内的所述光的窗、透镜、棱镜、或波导。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为钒补偿的4H-SiC单晶，以及其中所述光的波长小于450nm。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为钒补偿的6H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于或等于1·1010Ωcm的电阻率。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为钒补偿的4H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于或等于1·1012Ωcm的电阻率。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为钒补偿的6H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于1·1011Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为钒补偿的4H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于5·1012Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的6H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于1·1011Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的4H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于1·1013Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的4H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于1·1013Ωcm的电阻率。
10.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的6H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于5·1011Ωcm的电阻率。
11.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中铝占优势下的钒补偿的Pi型6H-SiC单晶，以及具有1·105Ωcm至1·108Ωcm的电阻率。
12.一种光学传输系统，包括：
光源，所述光源用于产生波长在420nm至4.5μm范围内的光；和
用于接收和透射所述光的光学装置，其中所述光学装置包含钒补偿的高电阻率的6H多型或4H多型碳化硅(SiC)单晶。
13.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为钒补偿的4H-SiC单晶，以及其中所述光的波长小于450nm。
14.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为钒补偿的6H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于或等于1·1010Ωcm的电阻率。
15.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为钒补偿的4H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于或等于1.1012Ωcm的电阻率。
16.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为钒补偿的6H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于1·1011Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
17.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为钒补偿的4H多型Nu型SiC单晶，以及具有大于5·1012Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
18.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的6H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于1·1011Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
19.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的4H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于1·1013Ωcm的电阻率，以及其中所述光的波长为红外的。
20.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的4H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于1·1013Ωcm的电阻率。
21.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中硼占优势下的钒补偿的6H多型Pi型SiC单晶，以及具有大于5·1011Ωcm的电阻率。
22.根据权利要求12所述的光学传输系统，其中所述SiC单晶为在浅杂质背景中铝占优势下的钒补偿的Pi型6H-SiC单晶，以及具有1·105Ωcm至1·108Ωcm的电阻率。
23.一种组合物，包括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，其中所述碳化硅晶体以比所述碳化硅晶体中的氮和硼的组合浓度更大的浓度包含铝，以及所述碳化硅晶体在约400nm至约800nm的范围内的波长下的光吸收系数小于约0.4cm-1。
24.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体中的硼的浓度小于或等于约1·1016cm-3。
25.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体中的氮的浓度小于或等于约1·1016cm-3。
26.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体中的铝的浓度小于约5·1017cm-3。
27.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体基本上没有铝引起的缺陷。
28.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体是4H多型体或6H多型体。
29.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体在约450nm的波长下表现出低于约0.4cm-1的吸收系数。
30.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体在约550nm的波长下表现出低于约0.05cm-1的吸收系数。
31.根据权利要求23所述的组合物，其中所述碳化硅晶体在650nm的波长下表现出低于约0.01cm-1的吸收系数。
32.一种用于制备铝掺杂的碳化硅晶体的方法，包括：
在生长坩埚中提供碳化硅源材料和碳化硅单晶晶种；
在容器中提供包含含有铝和氧的化合物的固体铝掺杂剂源材料；以及
在所述容器被定位在所述生长坩埚中的情况下以以下方式加热所述生长坩埚，所述方式有效于由所述生长坩埚中的所述碳化硅源材料产生含硅和碳的蒸气以及由所述容器中的所述固体铝掺杂剂源材料产生含铝的蒸气，以及有效于使所述含硅和碳的蒸气和所述含铝的蒸气沉积在所述碳化硅单晶晶种上以生长所述铝掺杂的碳化硅晶体；
其中所述容器包含抵抗所述铝掺杂剂源和所述含铝的蒸气的损害的第一材料、和抵抗所述含硅和碳的蒸气的损害的第二材料。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述加热还有效于在所述容器中产生固体铝氧化物并随后使所述固体铝氧化物熔化。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述容器包括至少部分地由所述第一材料形成的内部组件、以及围绕所述内部组件布置以及至少部分地由所述第二材料形成的外部组件。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述容器包括至少部分地由所述第一材料形成的第一层、和至少部分地由所述第二材料形成的第二层。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一材料包括选自钽、钼、钨、铼、及其合金中的难熔金属。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述第二材料为难熔金属碳化物。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述难熔金属碳化物为碳化钽或碳化铌。
39.根据权利要求32所述的方法，其中所述第二材料为石墨。
40.根据权利要求32所述的方法，其中所述容器还包括难熔碳化物的层。
41.根据权利要求32所述的方法，其中所述容器还包括与所述铝掺杂剂源材料气相连通的毛细管。
42.根据权利要求32所述的方法，其中所述铝掺杂剂源材料包括铝氧化物。
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