CN113337892A - 碳化硅晶体以及用于生产其的方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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 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和6H多型体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。
因此，仍然需要对该技术的其他贡献。
本文要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在诸如上述那些的环境中运行的实施方式。而是，仅提供此背景来说明一个示例性技术领域，其中可以实施本文描述的一些实施方式。
发明内容
提供该发明内容以介绍简化形式的概念的选择，所述简化形式的概念将在以下在具体实施方式中进一步描述。该发明内容既不旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特性，也不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
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。
本发明的另外的特征和优点将在下面的说明中阐述，并且部分地将从该说明中变得明显，或者可以通过本发明的实施而获知。本发明的特征和优点可以通过在所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。本发明的这些和其他特征将根据以下说明和所附权利要求变得更加充分地明显，或者可以通过下文中阐述的本发明的实施来获知。
附图说明
为了进一步阐明本发明的上述以及其他优点和特征，将通过参照在附图中示出的本发明的具体实施方案来对本发明进行更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施方案，因此不应视为对其范围的限制。将通过使用附图以另外的特性和细节来描述和解释本发明，其中：
图1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2是用于图1的系统中的掺杂容器的示意图；
图3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4是对6H-SiC晶片测量的光吸收(α，cm-1)的波长色散的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来描述本发明的示例性实施方案的各个方面。应理解，附图是这样的示例性实施方案的图示和示意图，并且不限制本发明，也不必按比例绘制。
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于光学应用的碳化硅晶体以及涉及用于生产其的方法。尽管可以在用于光学组件例如光学窗、透镜和光波导的情况下描述各个实施方案，但是例如本文公开的实施方案可以在其中本文公开的功能可以有用的其他领域或运行环境中采用。因此，本发明的范围不应解释为限于本文公开的示例性实施方式和运行环境。
本文公开的碳化硅晶体可以是4H或6H多型体的单晶。在一种形式中，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 Boron andAluminum”，J.of 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NAl+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，，则费米能级将移动在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1，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10。系统10包括其中定位有生长坩埚14的室12。坩埚14由盖16密封并且被热绝缘物18围绕。加热元件20定位在室12周围并配置成向坩埚14提供热。加热元件20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14内，以适合于PVT晶体生长的空间关系布置SiC源22和SiC晶种24。更具体地，SiC晶种24可以定位在坩埚14的顶部附近，并且可以例如附接或耦接至盖16，并且SiC源22可以定位在SiC晶种24的下方。SiC源22容纳在由支撑结构28支撑的坩埚26中。支撑结构28包括与第二构件32间隔开的第一构件30，并且第一构件30和第二构件32从坩埚14的下部朝向盖16延伸。在这种布置中，坩埚26进而定位在坩埚26中的SiC源22定位在坩埚14下部的上方并且在其间定位有自由空间34。第一构件30包括孔36，第二构件32包括孔38。孔36和孔38提供自由空间34与定位在坩埚26和坩埚14之间的空间之间的流体连通，如图1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20加热坩埚14时，SiC源22气化，并以如方向箭头B所示流向SiC晶种24的含Si且含C的蒸气填充坩埚14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。可以在整个坩埚14建立竖直温度梯度，其中坩埚14的下部的温度高于坩埚14的上部(例如在盖16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22带到SiC晶种24。到达SiC晶种24之后，过饱和的蒸气沉积在SiC晶种24上从而引起在SiC晶种24上生长SiC单晶40。
可以用于铝掺杂的缓释掺杂容器42在坩埚14中定位在自由空间34中。掺杂容器42包括用于接收和保持掺杂剂源44的内部空间或室。在一种形式中，掺杂剂源44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42中包含的掺杂剂源44的量可以足以支持贯穿整个晶体生长周期的铝掺杂。
在晶体生长周期期间，坩埚14被加热并且随着坩埚14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14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42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42包括毛细管通道，其进一步的细节将在下面结合图2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42逸出并在坩埚14内迁移，如图1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42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2，在一种非限制性形式中，掺杂容器42由外部组件46和内部组件48形成，在内部组件48之上或周围形成或定位有外部组件46。外部组件46可以至少部分地由第一材料形成，以及内部组件48可以至少部分地由第二不同的材料形成。
在图2所示的形式中，外部组件46呈包括盖52的坩埚50的形式。由于坩埚50和盖52可以定位在自由空间34中，因此进而可以暴露于由SiC源22释放的含硅和碳的蒸气，坩埚50及其盖52可以至少部分地由对坩埚14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50及其盖52可以由致密的细晶粒石墨形成。
在图2所示的形式中，内部组件48呈包括盖56的坩埚54的形式。举例来说，可以移开坩埚50的盖52以便于坩埚54及其盖56在坩埚50中的定位，并且盖52可以与坩埚50再接合以将坩埚54和盖56固定在坩埚50中。由于坩埚54和盖56包括用于接收和保持掺杂剂源44(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44释放的含铝的蒸气中，坩埚54及其盖56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54和盖56的朝向掺杂剂源44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54及其盖56可以由钨形成。
虽然已经将掺杂容器42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42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54和盖56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2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42包括毛细管通道58，当铝氧化物熔化时，含铝和氧的蒸气通过毛细管通道58从掺杂容器42逸出。毛细管通道58由穿过盖52的孔60和穿过盖56的孔62形成。含铝和氧的蒸气可以从掺杂容器42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60和孔62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60和孔62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42中逸出或释放的速率。在一些形式中，孔60和孔62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42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
以下实施例用于举例说明目的，而不应解释为将本文件中公开的发明限制为仅这些实施例中公开的实施方案。
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10提供以下公开的升华生长的实验条件。
准备类似于图2的掺杂容器42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54和盖56，由可从Plansee USA LLC，115 ConstitutionBoulevard，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50和盖52的外坩埚和盖由可从Toyo Tanso USA Inc.，2575 NW 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14和盖16的石墨生长坩埚和盖由可从Toyo Tanso USA Inc.，2575 NWGraham 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，4747 Executive 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26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 7000 UMS)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，cm-1)。
对一些4H-SiC晶片测量的光吸收的波长色散(α，cm-1)在图3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4中示出。图3和图4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)的晶片中的吸收系数。在光学测量之后，将一些测量的晶片切成小片，并将碎片送去以通过二次离子质谱(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1中示出。表1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1
Claims (20)
1.一种组合物，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，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。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求1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。
4.根据权利要求1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。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求1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。
7.根据权利要求1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。
8.根据权利要求1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。
9.根据权利要求1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。
10.一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。
11.根据权利要求10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。
12.根据权利要求10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并且至少部分地由所述第二材料形成的外部组件。
13.根据权利要求10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。
14.根据权利要求10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。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二材料为难熔金属碳化物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述难熔金属碳化物为碳化钽或碳化铌。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二材料为石墨。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述容器还包括难熔碳化物的层。
19.根据权利要求10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。
20.根据权利要求10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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