DE102014217956A1

DE102014217956A1 - Herstellungsverfahren für einen Vanadium-dotierten SiC-Volumeneinkristall und Vanadium-dotiertes SiC-Substrat

Info

Publication number: DE102014217956A1
Application number: DE102014217956.4A
Authority: DE
Inventors: Ralf Müller; Matthias Stockmeier; Michael Vogel
Original assignee: Sicrystal AG
Current assignee: Sicrystal GmbH
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: US20160068994A1; US9732438B2; JP6760721B2; DE102014217956B4; JP2016056088A

Abstract

Das Verfahren dient zur Herstellung mindestens eines SiC-Volumeneinkristalls (2) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 105 Ωcm, wobei in mindestens einem Kristallwachstumsbereich (5) eines Züchtungstiegels (3) eine SiC-Wachstumsgasphase (9) erzeugt wird und der SiC-Volumeneinkristall (2) mittels Abscheidung aus der SiC-Wachstumsgasphase (9) aufwächst. Die SiC-Wachstumsgasphase (9) wird aus einem SiC-Quellmaterial (6), das sich in einem SiC-Vorratsbereich (4) innerhalb des Züchtungstiegels (3) befindet, gespeist, wobei ein Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich (4) zu einer Wachstumsgrenzfläche (16) des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2) stattfindet. Dem Kristallwachstumsbereich (5) wird Vanadium als ein Dotierstoff des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2) zugeführt. An der Wachstumsgrenzfläche (16) des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2) wird eine Wachstumstemperatur von mindestens 2250 °C eingestellt, so dass der SiC-Volumeneinkristall (2) dotiert mit einer Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·1017 cm–3 aufwächst. Der Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich (4) zu der Wachstumsgrenzfläche (16) wird zusätzlich zu den im Züchtungstiegel (3) herrschenden Temperaturbedingungen mittels einer weiteren Transportbeeinflussungsmaßnahme (18) eingestellt, so dass die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche (16) und der Materialtransport zu der Wachstumsgrenzfläche (16) zumindest weitgehend unabhängig voneinander beeinflussbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls sowie ein einkristallines SiC-Substrat.
Das Halbleitermaterial Siliziumcarbid (= SiC) wird aufgrund seiner herausragenden physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften unter anderem auch als Substratmaterial für Hochfrequenzbauelemente eingesetzt. Dabei kommt es auf eine möglichst geringe Wechselwirkung des eigentlichen Bauelements mit dem Substratmaterial an, um Verluste zu vermeiden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass das einkristalline SiC-Substrat neben einer hohen kristallinen Qualität auch einen möglichst hohen elektrischen Widerstand aufweist. Zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls bzw. eines daraus herstellten SiC-Substrats mit hochohmigem Verhalten ist die Kompensation von flachen Störstellen, die innerhalb des Kristalls aufgrund von Verunreinigungen oder intrinsischen Defekten vorliegen, erforderlich. Ein so hergestellter hochohmiger SiC-Volumeneinkristall wird auch als semiisolierend bezeichnet.
Zur Kompensation der genannten flachen Störstellen, die insbesondere durch Stickstoff-Verunreinigungen hervorgerufen werden und vorzugsweise donatorisch wirken, wird in der WO 02/097173 A2 ein Verfahren beschrieben, bei dem zusätzlich zu einer Vanadium-Dotierung mit einer Vanadium-Konzentration von höchstens 1·10¹⁶ cm^–3 gezielt intrinsische Defekte während des Kristallwachstums generiert werden. Damit lassen sich spezifische Widerstandswerte von etwa 10⁵ Ωcm bis maximal etwa 10¹⁰ Ωcm erreichen, wobei aufgrund der diesbezüglich sehr empfindlichen Prozessführung häufig nur Werte von etwa 10⁶ Ωcm erzielt werden. Die Bildung geeigneter intrinsischer Defekte hängt stark von den Prozessparametern während der Kristallzüchtung ab, so dass bereits geringe Prozessschwankungen zu einer inhomogenen Defekt- und damit Widerstandsverteilung führen. Weiterhin können derartige gezielt eingebrachte intrinsische Defekte bei einer thermischen Belastung wieder ausheilen, was zu einer inhomogenen Widerstandsverteilung oder sogar zu einem vollständigen Verlust der hochohmigen Eigenschaften führen kann.
In der US 5,611,955 wird ein anderes Verfahren zur Kompensation der flachen Störstellen beschrieben. Hierbei werden extrinsische tiefe Störstellen gezielt in den SiC-Volumeneinkristall eingebracht. Zur Kompensation der Stickstoff-Hintergrunddotierung (= Stickstoff-Verunreinigungen) kommt als gezielt eingebrachter Dotierstoff Vanadium mit einem Vanadium-Gehalt von 300 bis 1000 Gewichts-ppm zum Einsatz. Auf diese Weise lassen sich spezifische Widerstandswerte von 10¹¹ Ωcm erreichen.
In der DE 10 2008 063 124 B4 wird ein Verfahren zur Züchtung von semiisolierendem SiC mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von bis zu 10¹¹ Ωcm beschrieben. Als Dotierstoff wird Vanadium mit einer Dotierstoffkonzentration von bis zu 5·10¹⁷ cm^–3 homogen in die SiC-Kristallstruktur eingebaut. Die Zuführung des Vanadium-Dotierstoffs erfolgt mittels einer konstruktiv relativ aufwändigen externen Gaszuleitung. Eine konstruktiv ähnliche Züchtungsanordnung geht aus der DE 10 2008 063 129 B4 hervor. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird zusätzlich zu der Vanadium-Dotierung eine weitere Dotierung mit einem akzeptorisch wirkenden und donatorische Verunreinigungen überkompensierenden Dotierstoff, z.B. Aluminium oder Bor, eingesetzt. Die Widerstandswerte des so gezüchteten semiisolierenden SiC-Volumeneinkristalls liegen bei bis zu 10¹² Ωcm.
In der EP 1 807 557 B1 wird ein weiteres Züchtungsverfahren für semiisolierendes SiC beschrieben, bei dem eine Vanadium-Dotierung vorgesehen ist. Als Vanadium-Dotierstoffkonzentration wird ein Wert von höchstens 5·10¹⁷ cm^–3 genannt. Aus einem gezüchteten SiC-Volumeneinkristall ist aber in einer nahe bei dem SiC-Keimkristall gelegenen Position auch ein scheibenförmiges SiC-Substrat (= Wafer) herausgeschnitten worden, das zumindest an einer Stelle eine höhere lokale Vanadium-Konzentration von 8,78·10¹⁷ cm^–3 hatte. Da diese Konzentration über der Löslichkeitsgrenze lag, kam es hier zur Bildung von Vanadium-Ausscheidungen. Das Vanadium war dementsprechend in diesem Bereich nicht als aktiver Dotierstoff in die SiC-Kristallstruktur eingebaut.
Die Löslichkeitsgrenze von Vanadium als in einkristallinem 4H-SiC oder 6H-SiC eingebautem Dotierstoff wird in dem Fachartikel „Deep level transient spectroscopic and Hall effect investigation of the position of vanadium acceptor level in 4H and 6H SiC", von J.R. Jenny et al., aus Applied Physics Letters, 68 (14), 01.04.1996, Seiten 1963 bis 1965, mit 3·10¹⁷ cm^–3 angegeben.
In der EP 1 874 985 B1 wird ein weiteres Verfahren zur Züchtung von semiisolierendem SiC mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen 10⁵ Ωcm und 2·10¹¹ Ωcm (oder möglicherweise auch noch höher) beschrieben. Als Dotierstoff wird Vanadium mit einer Dotierstoffkonzentration im Bereich zwischen 2·10¹⁴ cm^–3 und 1,4·10¹⁷ cm^–3 in die gezüchteten SiC-Volumeneinkristalle eingebaut. Es wird außerdem angegeben, dass die Vanadium-Dotierstoffkonzentration unterhalb der Löslichkeitsgrenze liegt. Die Zuführung des Vanadium-Dotierstoffs erfolgt mittels eines konstruktiv ebenfalls relativ aufwändigen Dotierstoff-Behälters, der abgesehen von gezielt eingebrachten und insbesondere kalibrierten Kapillaröffnungen dicht verschlossen ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber den bekannten Lösungen verbessertes Verfahren zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls sowie ein verbessertes einkristallines SiC-Substrat anzugeben.
Zur Lösung der das Verfahren betreffenden Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein solches zur Herstellung mindestens eines SiC-Volumeneinkristalls mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁵ Ωcm und insbesondere von höchstens 10¹² Ωcm, wobei in mindestens einem Kristallwachstumsbereich eines Züchtungstiegels eine SiC-Wachstumsgasphase erzeugt wird und der SiC-Volumeneinkristall mittels Abscheidung aus der SiC-Wachstumsgasphase aufwächst, und die SiC-Wachstumsgasphase aus einem SiC-Quellmaterial, das sich in einem SiC-Vorratsbereich innerhalb des Züchtungstiegels befindet, gespeist wird. Dabei findet ein Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich zu einer insbesondere in dem Kristallwachstumsbereich befindlichen Wachstumsgrenzfläche des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls statt. Weiterhin wird dem Kristallwachstumsbereich Vanadium als ein Dotierstoff des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls insbesondere gasförmig zugeführt. Außerdem wird an der Wachstumsgrenzfläche des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls eine Wachstumstemperatur von mindestens 2250 °C und insbesondere von höchstens 2500°C, bevorzugt von zwischen 2350 °C und 2450°C, eingestellt, so dass der SiC-Volumeneinkristall dotiert mit einer Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3 und insbesondere von höchstens 1·10¹⁹ cm^–3 aufwächst. Darüber hinaus wird der Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich zu der Wachstumsgrenzfläche zusätzlich zu den im Züchtungstiegel herrschenden Temperaturbedingungen mittels einer weiteren Transportbeeinflussungsmaßnahme eingestellt, so dass die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche und der Materialtransport zu der Wachstumsgrenzfläche zumindest weitgehend unabhängig voneinander beeinflussbar sind.
Es wurde erkannt, dass Vanadium mit einer Dotierstoffkonzentration, die über der bislang als Löslichkeitsgrenze von Vanadium in einkristallinem SiC angenommenen Konzentration von etwa 3·10¹⁷ cm^–3 bis 5·10¹⁷ cm^–3 liegt, in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall eingebaut werden kann. Hierzu wird an der Wachstumsgrenze des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls eine höhere Wachstums-(bzw. Züchtungs-)Temperatur eingestellt, als dies bei bisherigen Züchtungsverfahren für semiisolierende SiC-Volumeneinkristalle üblicherweise der Fall ist. Diese Wachstumstemperatur liegt bei mindestens 2250 °C, insbesondere bei mindestens 2350°C, und kann beispielsweise aber auch Werte von über 2400°C oder sogar von über 2450°C haben. Dadurch lässt sich Vanadium vorteilhafterweise mit einer außergewöhnlich hohen Dotierstoffkonzentration von über 5·10¹⁷ cm^–3, insbesondere von mindestens 6·10¹⁷ cm^–3, bevorzugt von mindestens 7,5·10¹⁷ cm^–3 und höchst bevorzugt von mindestens 2·10¹⁸ cm^–3 in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall einbetten oder einbauen. Insbesondere wächst der mit der Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3 dotierte SiC-Volumeneinkristall frei von makroskopischen Vanadium-Ausscheidungen auf. Unter makroskopischen VanadiumAusscheidungen sind dabei insbesondere solche mit einer lateralen Ausdehnung von mehr als 1 μm zu verstehen. Bevorzugt wächst der hoch mit Vanadium dotierte SiC-Volumeneinkristall sogar vollständig ausscheidungsfrei auf. Dank der an der Wachstumsgrenzfläche eingestellten höheren Wachstumstemperatur lässt sich die Löslichkeitsgrenze für Vanadium in einkristallinem SiC insbesondere auf bis zu 1·10¹⁹ cm^–3 anheben. Jedenfalls bis zu dieser Vanadium-Dotierstoffkonzentration treten keine nennenswerten Vanadium-Ausscheidungen auf. Die Ausscheidungsfreiheit ist günstig im Hinblick auf eine möglichst hohe elektrische Wirksamkeit des dotierten Vanadiums und auch im Hinblick auf eine möglichst niedrige Defektdichte in dem aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall.
Die in den SiC-Volumeneinkristall eingebrachten Vanadium-Atome sind also insbesondere zumindest zu einem überwiegenden Anteil oder sogar in ihrer Gesamtheit elektrisch aktiv oder wirksam. Insbesondere dienen sie zur Kompensation flacher Störstellen. Aufgrund der hohen im Kristallgitter eingebauten Vanadium-Dotierstoffkonzentration kann auch eine höhere Anzahl solcher flacher Störstellen kompensiert werden als bei bisher bekannten Verfahren, so dass SiC-Volumeneinkristalle, die bislang wegen zu vieler flacher Störstellen als Ausschuss zu entsorgen gewesen wären, bei einer Züchtung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren immer noch das gewünschte semiisolierende Verhalten aufweisen. Die Ausschussrate sinkt also. Die spezifischen Widerstandswerte von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gezüchteten SiC-Volumeneinkristallen sind hoch und liegen insbesondere bei 10¹⁰ Ωcm oder darüber, vorzugsweise sogar bei 10¹¹ Ωcm oder darüber.
Um die möglicherweise unerwünschten Auswirkungen einer mit der höheren Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche ggf. auch an anderer Stelle im Züchtungstiegel einhergehenden Veränderung der Temperaturbedingungen zu vermeiden, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine weitgehende Entkopplung der Einstellung der Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche von der Einstellung des Materialtransports zu der Wachstumsgrenzfläche und von der Einstellung ggf. weiterer Züchtungs- oder Wachstumsbedingungen gegeben. Diese vorteilhafte Entkopplung wird durch die weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme erreicht. Damit lassen sich trotz der hohen Wachstumstemperatur hochwertige SiC-Volumeneinkristalle mit geringer Defektdichte züchten.
Abgesehen von der Wachstumstemperatur sind während der Züchtung (= des Wachstums) des SiC-Volumeneinkristalls insbesondere die folgenden Züchtungsbedingungen im Züchtungstiegel eingestellt. Eine im Vorratsbereich herrschende Quelltemperatur liegt vorzugsweise zwischen 2400°C und 2700°C, bevorzugt zwischen 2450°C und 2550°C. Eine Temperaturdifferenz zwischen dieser Quelltemperatur und der Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche liegt vorzugsweise zwischen 100°C und 250°C, bevorzugt zwischen 100°C und 150°C. Ein im Züchtungstiegel herrschender Züchtungsdruck liegt zwischen 1 hPa (= mbar) bis 50 hPa (= mbar), bevorzugt zwischen 5 hPa (= mbar) bis 10 hPa (= mbar).
Insgesamt können mit dem erfindungsgemäßen Züchtungsverfahren SiC-Volumeneinkristalle hergestellt werden, aus denen sich hochqualitative semiisolierende SiC-Substrate gewinnen lassen. Solche SiC-Substrate mit hoher Genauigkeit in ihrer SiC-Kristallstruktur bieten nahezu ideale Bedingungen für die im Rahmen der Bauelementeherstellung durchzuführenden Folgeprozessschritte. Erfindungsgemäß hergestellte SiC-Volumeneinkristalle lassen sich also sehr effizient weiterverwenden, insbesondere zur Herstellung von Halbleiter- und/oder Hochfrequenzbauelementen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein einziger SiC-Volumeneinkristall, aber auch eine größere Anzahl, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder auch vorzugsweise bis zu zehn SiC-Volumeneinkristalle, hergestellt werden. Günstig ist ein Verfahren, bei dem zwei insbesondere in Richtung der Mittenlängsachse über- oder hintereinander angeordnete SiC-Volumeneinkristalle gezüchtet werden, die in Richtung der Mittenlängsachse betrachtet auf beiden Seiten des SiC-Vorratsbereichs aufwachsen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der als weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme mindestens eine gaspermeable Membran aus einem porösen Material zwischen dem SiC-Vorratsbereich und dem Kristallwachstumsbereich angeordnet wird. Insbesondere wird mittels der gaspermeablen Membran das SiC-Quellmaterial abgedeckt. Das poröse Material ist insbesondere poröser Graphit mit einer Dichte von vorzugsweise zwischen 0,8 g/cm³ und 1,6 g/cm³, und bevorzugt von 1,2 g/cm³. Die Durchlässigkeit der Membran für die (SiC-)Gasspezies kann durch die Dichte und ggf. auch durch die Dicke der porösen Membran sehr einfach und auch in weiten Grenzen eingestellt werden. Über die Durchlässigkeit der Membran lässt sich der Materialtransport zur Wachstumsgrenzfläche gezielt einstellen. Die gaspermeable Membran bewirkt eine sehr effiziente Entkopplung der Einstellung des Materialtransports zu der Wachstumsgrenzfläche von der Einstellung der Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche. Durch entsprechende Anpassung der Membran kann die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche gegenüber einer Züchtungsanordnung ohne Membran um 50°C bis 250°C, insbesondere um etwa 150°C, bei gleichbleibender Wachstumsgeschwindigkeit erhöht werden. Dementsprechend lässt sich eine höhere Vanadium-Dotierstoffkonzentration im aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall erreichen.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird als weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme während des Materialtransports von dem SiC-Vorratsbereich und zu der Wachstumsgrenzfläche mindestens ein Umsublimationsschritt durchgeführt. Insbesondere geht das im SiC-Vorratsbereich befindliche SiC-Quellmaterial mittels Sublimation in den gasförmigen Zustand über, von wo aus es sich zunächst nochmals an einer definierten Stelle zwischen dem SiC-Vorratsbereich und der Wachstumsgrenzfläche niederschlägt (resublimiert oder kondensiert). Ausgehend von diesem festen Zwischenstadium wird das Material erneut sublimiert, um erst dann in den eigentlichen Kristallwachstumsbereich zu gelangen. Bei Bedarf kann die Umsublimation auch mehrstufig ausgeführt sein, d.h. Sublimation und Niederschlag (oder Resublimation oder Kondensation) können mehrfach nacheinander durchgeführt werden, ehe die SiC-Gasspezies den Kristallwachstumsbereich erreicht. Auch eine solche ggf. mehrfache Umsublimation bewirkt eine sehr effiziente Entkopplung der Einstellung des Materialtransports zu der Wachstumsgrenzfläche von der Einstellung der Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird als weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme für das SiC-Quellmaterial, das in den SiC-Vorratsbereich eingebracht wird, ein pulverförmiges, insbesondere körniges SiC-Material mit einer spezifischen Dichte im Bereich zwischen 0,8 g/cm³ und 3,2 g/cm³ verwendet. Mittels einer Variation der Dichte des SiC-Quellmaterials kann die Sublimationstemperatur verändert werden. Je höher die Dichte des SiC-Quellmaterials ist – und damit insbesondere je geringer die freie Oberfläche des SiC-Quellmaterials ist –, desto höher ist die Sublimationstemperatur. Durch Verwendung eines SiC-Quellmaterials mit einer hohe Dichte kann also vorzugsweise die Temperatur der gesamten Züchtungsanordnung umfassend den Vorratsbereich mit dem SiC-Quell- material bis hin zu dem Kristallwachstumsbereich mit dem Keimkristall und der Wachstumsgrenzfläche, an der der SiC-Volumeneinkristall aufwächst, erhöht werden, ohne die Wachstumsgeschwindigkeit zu verändern.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird das als Dotierstoff in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall einzubauende Vanadium vor der eigentlichen Züchtung des SiC-Volumeneinkristalls dem SiC-Quellmaterial zugesetzt oder in einen offenen Dotierstoffbehälter, der innerhalb des SiC-Quellmaterials platziert wird, eingebracht. Beides sind relativ einfach und mit geringem Aufwand zu bewerkstelligende Maßnahmen, die aber dennoch eine insbesondere sehr hohe und vorzugsweise auch homogene Dotierung des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls mit Vanadium ermöglichen.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird dem Kristallwachstumsbereich als ein weiterer Dotierstoff des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls Stickstoff zugeführt. Eine insbesondere gezielte externe Zuführung von Stickstoff dient zur Stabilisierung der Modifikation sowie zur Verbesserung der Kristallqualität des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls. Ein gewisser Stickstoffanteil im aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall unterdrückt ansonsten beim Kristallwachstum durchaus vorkommende Polytypwechsel. Eine Stickstoff-Dotierstoffkonzentration des SiC-Volumeneinkristalls liegt bevorzugt mindestens bei 5·10¹⁶ cm^–3, höchst bevorzugt mindestens bei 1·10¹⁷ cm^–3, und bevorzugt höchstens bei 5·10¹⁸ cm^–3, höchst bevorzugt höchstens bei 1·10¹⁸ cm^–3. Die Stickstoff-Dotierstoffkonzentration liegt vorteilhafterweise um mindestens 25% unterhalb der Vanadium-Dotierstoffkonzentration, so dass insbesondere eine sichere und vollständige elektrische Kompensation der Stickstoff-Dotierung erfolgt und das letztendlich gewünschte semiisolierende Verhalten resultiert. Durch eine insbesondere von außerhalb des Züchtungstiegels gezielt steuerbare Zugabe von Stickstoff, beispielsweise in Gasform, kann das Verhältnis zwischen Stickstoff und Vanadium eingestellt werden und auf eventuelle vorhandene Stickstoffverunreinigungen reagiert werden. Auf diese Art kann eine für die Modifikationsstabilität ausschlaggebende hohe Stickstoffkonzentration bei gleichzeitig semiisolierenden Eigenschaften (Kompensation) eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung werden zwei SiC-Volumeneinkristalle hergestellt, wobei der Züchtungstiegel mit zwei getrennten Kristallwachstumsbereichen ausgestattet wird, zwischen denen der gegenüber jedem der beiden Kristallwachstumsbereiche jeweils mit einer gaspermeablen Membran aus einem porösen Material abgedeckte SiC-Vorratsbereich platziert wird. Dies ist besonders effizient, da mit dieser Methode gleichzeitig mehr als ein SiC-Volumeneinkristall gezüchtet werden kann.
Zur Lösung der das SiC-Substrat betreffenden Aufgabe wird ein SiC-Substrat entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen einkristallinen SiC-Substrat handelt es sich um ein solches mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁵ Ωcm und insbesondere von höchstens 10¹² Ωcm, wobei das SiC-Substrat mit Vanadium als Dotierstoff dotiert ist und einen über das komplette SiC-Substrat ermittelten globalen Mittelwert einer Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3 und insbesondere von höchstens 1·10¹⁹ cm^–3 aufweist, und ein in jedem beliebigen 1 mm³ großen Teilvolumen des SiC-Substrats ermittelter lokaler Maximalwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration um höchstens 50% über dem globalen Mittelwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration liegt.
Das erfindungsgemäße SiC-Substrat ist semiisolierend und hat dementsprechend einen hohen elektrischen Widerstand von insbesondere 10¹⁰ Ωcm oder darüber, vorzugsweise von sogar 10¹¹ Ωcm oder darüber. Der hohe elektrische Widerstand ist insbesondere durch die sehr hohe globale mittlere Vanadium-Dotierstoffkonzentration von über 5·10¹⁷ cm^–3 bedingt. Vorteilhafterweise ist das SiC-Substrat trotz der hohen globalen mittleren Vanadium-Dotierstoffkonzentration frei von makroskopischen Vanadium-Ausscheidungen. Makroskopische Ausscheidungen sind dabei als solche mit einer größten Ausdehnung in eine beliebige Richtung von größer als 1 μm zu verstehen. Diese (weitgehende) Freiheit von Vanadium-Ausscheidungen ist insbesondere überall im SiC-Substrat gegeben. Wie bereist vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, ist die Ausscheidungsfreiheit günstig im Hinblick auf eine möglichst hohe elektrische Wirksamkeit des dotierten Vanadiums und auch im Hinblick auf eine möglichst niedrige Defektdichte in dem SiC-Substrat. Das SiC-Substrat hat auch eine sehr hohe Kristallqualität.
Ansonsten bieten das erfindungsgemäße SiC-Substrat und seine günstigen Varianten im Wesentlichen die gleichen Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren und dessen günstigen Varianten beschrieben worden sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen SiC-Substrats ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 8 abhängigen Ansprüche.
Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der der globale Mittelwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration mindestens 6·10¹⁷ cm^–3, insbesondere mindestens 7,5·10¹⁷ cm^–3 und bevorzugt mindestens 2·10¹⁸ cm^–3 beträgt. Mit einer solchen Vanadium-Dotierstoffkonzentration lässt sich ein noch höherer Anteil flacher Störstellen elektrisch kompensieren.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist eine SiC-Kristallstruktur mit nur einem einzigen SiC-Polytyp gegeben, insbesondere einem der SiC-Polytypen 4H, 6H, 3C und 15R. Bevorzugt liegt eine hohe Modifikationsstabilität vor, die sich insbesondere durch die weitest gehende Abwesenheit von Polytypwechseln auszeichnet. Wenn das SiC-Substrat nur einen einzigen SiC-Polytyp aufweist, hat es vorteilhafterweise auch nur eine sehr geringe Defektdichte. Es resultiert eine qualitativ sehr hochwertiges SiC-Substrat.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung hat das SiC-Substrat eine Substrathauptoberfläche mit einem Substratdurchmesser von mindestens 7,62 cm und insbesondere von höchstens 20 cm. Je größer der Substratdurchmesser ist, umso effizienter kann das einkristalline SiC-Substrat beispielsweise zur Herstellung von Halbleiter- und/oder Hochfrequenzbauelementen weiterverwendet werden. Dadurch sinken die Bauelemente-Herstellungskosten. Ein SiC-Substrat mit einem so großen Durchmesser kann mit Vorteil außerdem auch zur Herstellung von relativ großen Halbleiter- und/oder Hochfrequenzbauelementen, die z.B. eine Grundfläche von etwa 1 cm² haben, verwendet werden.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung hat das SiC-Substrat eine Substrathauptoberfläche und eine auf die gesamte Substrathauptoberfläche bezogene mittlere Mikroröhrendichte von höchstens 10 cm^–2, insbesondere von höchstens 1 cm^–2. Damit liegt ein sehr defektarmes SiC-Substrat vor, das sich gut für eine Verwendung zur Herstellung von Halbleiter- und/oder Hochfrequenzbauelementen eignet.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist eine Dotierung mit Stickstoff als weiterem Dotierstoff gegeben, und liegt eine insbesondere wiederum global über das ganze SiC-Substrat betrachtete mittlere Stickstoff-Dotierstoffkonzentration von mindestens 5·10¹⁶ cm^–3, bevorzugt von mindestens 1·10¹⁷ cm^–3, und insbesondere von höchstens 5·10¹⁸ cm^–3, bevorzugt von höchstens 1·10¹⁸ cm^–3, vor. Eine Stickstoff-Dotierung in dieser Größenordnung bewirkt insbesondere eine Steigerung der Modifikationsstabilität und führt vorteilhafterweise dazu, dass das SiC-Substrat im Wesentlichen nur einen einzigen Polytyp hat und als Folge davon sehr defektarm ist. Es liegt ein hohe kristalline Qualität vor.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung mit einem abgedeckten und mit vanadiumhaltigen Beimischungen versehenen SiC-Quellmaterial während der Sublimationszüchtung eines semiisolierenden SiC-Volumeneinkristalls,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung mit einem abgedeckten und mit einem mit Vanadium befüllten Vorratsbehälter versehenen SiC-Quellmaterial während der Sublimationszüchtung eines semiisolierenden SiC-Volumeneinkristalls,
3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele von Züchtungsanordnungen mit ein- bzw. zweistufiger Umsublimation während der Sublimationszüchtung eines semiisolierenden SiC-Volumeneinkristalls,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung mit einem SiC-Quellmaterial mit hoher Dichte während der Sublimationszüchtung eines semiisolierenden SiC-Volumeneinkristalls,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung mit einem zweiseitig abgedeckten und mit vanadiumhaltigen Beimischungen versehenen SiC-Quellmaterial während der Sublimationszüchtung zweier semiisolierender SiC-Volumeneinkristalle.
Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung 1 zur Herstellung eines SiC-Volumeneinkristalls 2 mittels Sublimationszüchtung dargestellt. Die Züchtungsanordnung 1 enthält einen Züchtungstiegel 3, der einen SiC-Vorratsbereich 4 sowie einen Kristallwachstumsbereich 5 umfasst. In dem SiC-Vorratsbereich 4 befindet sich beispielsweise pulverförmiges SiC-Quellmaterial 6, das als vorgefertigtes Ausgangsmaterial vor Beginn des Züchtungsprozesses in den SiC-Vorratsbereich 4 des Züchtungstiegels 3 eingefüllt wird.
Im Bereich einer dem SiC-Vorratsbereich 4 gegenüberliegenden Tiegelstirnwand 7 des Züchtungstiegels 3 ist ein sich axial bis in den Kristallwachstumsbereich 5 erstreckender SiC-Keimkristall 8 angebracht. Der SiC-Keimkristall 8 ist insbesondere einkristallin. Die Tiegelstirnwand 7 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Tiegeldeckel des Züchtungstiegels 3 ausgebildet. Dies ist aber nicht zwingend. Auf dem SiC-Keimkristall 8 wächst der zu züchtende SiC-Volumeneinkristall 2 mittels Abscheidung aus einer sich im Kristallwachstumsbereich 5 ausbildenden SiC-Wachstumsgasphase 9 auf. Der aufwachsende SiC-Volumeneinkristall 2 und der SiC-Keimkristall 8 haben in etwa den gleichen Durchmesser. Wenn überhaupt, ergibt sich eine Abweichung von höchstens 10%, um die ein Keimdurchmesser des SiC-Keimkristalls 8 kleiner als ist ein Einkristalldurchmesser des SiC-Volumeneinkristalls 2. Allerdings kann zwischen der Innenseite einer Tiegelseitenwand 13 einerseits und dem aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 sowie dem SiC-Keimkristall 8 andererseits ein in 1 nicht gezeigter Spalt vorhanden sein.
Der Züchtungstiegel 3 inklusive des Tiegeldeckels 7 besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Graphit-Tiegelmaterial mit einer Dichte von z.B. mindestens 31,75 g/cm³. Um ihn herum ist eine thermische Isolationsschicht 10 angeordnet. Letztere besteht z.B. aus einem schaumartigen Graphit-Isolationsmaterial, dessen Porosität insbesondere deutlich höher ist als die des Graphit-Tiegelmaterials.
Der thermisch isolierte Züchtungstiegel 3 ist innerhalb eines rohrförmigen Behälters 11 platziert, der beim Ausführungsbeispiel als Quarzglasrohr ausgeführt ist und einen Autoklaven oder Reaktor bildet. Zur Beheizung des Züchtungstiegels 3 ist um den Behälter 11 ist eine induktive Heizeinrichtung in Form einer Heizspule 12 angeordnet. Der Züchtungstiegel 3 wird mittels der Heizspule 12 auf die für die Züchtung erforderlichen Temperaturen erhitzt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegen diese Wachstumstemperaturen bei mindestens 2250°C. Die Heizspule 12 koppelt einen elektrischen Strom induktiv in die elektrisch leitfähige Tiegelseitenwand 13 des Züchtungstiegels 3 ein. Dieser elektrische Strom fließt im Wesentlichen als Kreisstrom in Umfangsrichtung innerhalb der kreis- und hohlzylindrischen Tiegelseitenwand 13 und heizt dabei den Züchtungstiegel 3 auf. Bei Bedarf kann die relative Position zwischen der Heizspule 12 und dem Züchtungstiegel 3 axial, d.h. in die Richtung einer Mittenlängsachse 14 des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls 2, verändert werden, insbesondere um die Temperatur bzw. den Temperaturverlauf innerhalb des Züchtungstiegels 3 einzustellen und ggf. auch zu verändern. Die während des Züchtungsprozesses axial veränderbare Position der Heizspule 12 ist in 1 durch den Doppelpfeil 15 angedeutet. Insbesondere wird die Heizspule 12 an den Wachstumsfortschritt des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls 2 angepasst verschoben. Die Verschiebung erfolgt vorzugsweise nach unten, also in Richtung des SiC-Quellmaterials 6, und bevorzugt um die gleiche Länge, um die der SiC-Volumeneinkristall 2 aufwächst, z.B. insgesamt um etwa 20 mm. Hierzu umfasst die Züchtungsanordnung 1 nicht näher gezeigte entsprechend ausgestaltete Kontroll-, Steuer- und Verstellmittel.
Die SiC-Wachstumsgasphase 9 im Kristallwachstumsbereich 5 wird durch das SiC-Quellmaterial 6 gespeist. Die SiC-Wachstumsgasphase 9 enthält zumindest Gasbestandteile in Form von Si, Si₂C und SiC₂ (= SiC-Gasspezies). Der Materialtransport vom SiC-Quellmaterial 6 zu einer Wachstumsgrenzfläche 16 am aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 erfolgt einerseits längs eines axialen Temperaturgradienten. An der Wachstumsgrenzfläche 16 herrscht eine relativ hohe Wachstumstemperatur von mindestens 2250°C, insbesondere sogar von mindestens 2350°C oder 2400°C°. Außerdem wird an der Wachstumsgrenzfläche 16 insbesondere ein in Richtung der Mittenlängsachse 14 gemessener axialer Temperaturgradient von mindestens 5 K/cm, vorzugsweise von mindestens 15 K/cm, eingestellt. Die Temperatur innerhalb des Züchtungstiegels 3 nimmt zu dem aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 hin ab. Die höchste Temperatur liegt mit etwa 2450°C bis 2550°C im Bereich des SiC-Vorratsbereichs 4. Dieser Temperaturverlauf mit einer Temperaturdifferenz von insbesondere 100°C bis 150°C zwischen dem SiC-Vorratsbereich 4 und der der Wachstumsgrenzfläche 16 lässt sich über verschiedene Maßnahmen erreichen. So kann über eine nicht näher gezeigte Aufteilung der Heizspule 12 in zwei oder mehrere axiale Teilabschnitte eine axial variierende Beheizung vorgesehen werden. Weiterhin kann im unteren Abschnitt des Züchtungstiegels 3, z.B. durch eine entsprechende axiale Positionierung der Heizspule 12, eine stärkere Heizwirkung eingestellt werden als im oberen Abschnitt des Züchtungstiegels 3. Außerdem kann die Wärmedämmung an den beiden axialen Tiegelstirnwänden unterschiedlich ausgebildet sein. Wie in 1 schematisch angedeutet kann hierzu die thermische Isolationsschicht 10 an der unteren Tiegelstirnwand eine größere Dicke haben als an der oberen Tiegelstirnwand. Weiterhin ist es möglich, dass die thermische Isolationsschicht 10 benachbart zu der oberen Tiegelstirnwand 7, eine um die Mittenlängsachse 14 angeordnete zentrale Kühlöffnung 17 aufweist, durch die Wärme abgeführt wird. Diese zentrale Kühlöffnung 17 ist in 1 durch die gestrichelte Linien angedeutet.
Andererseits lässt sich der Materialtransport außer durch den axialen Temperaturgradienten durch zusätzliche Transportbeeinflussungsmittel beeinflussen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist dieses zusätzliche Transportbeeinflussungsmittel eine das SiC-Quellmaterial 6 abdeckende gaspermeable Membran 18 aus einem porösen Material, das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als poröses Graphit mit einer spezifischen Dichte von etwa 1,2 g/cm³ ausgebildet ist. Außerdem hat die gaspermeable Membran 18 eine in Richtung der zentralen Mittenlängsachse 14 gemessene axiale Dicke von 4 mm. Alternativ kann die gaspermeable Membran 18 auch eine spezifische Dichte von etwa 1,4 g/cm³ sowie eine axiale Dicke von 2 mm haben.
Dabei kann die gaspermeable Membran 18 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 jeweils direkt auf dem in dem SiC-Vorratsbereich 4 befindlichen SiC-Quellmaterial 6 aufliegen. Bei einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel kann die gaspermeable Membran 18 aber auch an einer in Richtung der zentralen Mittenlängsachse 14 betrachteten beliebigen (anderen) Stelle zwischen dem SiC-Vorratsbereich 4 und dem Kristallwachstumsbereich 5 angeordnet sein.
Außerdem herrscht in dem Züchtungstiegel 3 während der eigentlichen Kristallzüchtung ein Züchtungsdruck von insbesondere 5 hPa (= mbar) bis 10 hPa (= mbar).
Der SiC-Volumeneinkristall 2 wächst in einer Wachstumsrichtung 19, die im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel von oben nach unten, also vom Tiegeldeckel 7 hin zu dem SiC-Vorratsbereich 4, orientiert ist. Die Wachstumsrichtung 19 verläuft parallel zu der zentralen Mittenlängsachse 14. Da der aufwachsende SiC-Volumeneinkristall 2 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel konzentrisch innerhalb der Züchtungsanordnung 1 angeordnet ist, kann die zentrale Mittenlängsachse 14 auch der Züchtungsanordnung 1 insgesamt zugeordnet werden.
Außerdem enthält die SiC-Wachstumsgasphase 9 auch mindestens einen gezielt zugegebenen ersten Dotierstoff, bei dem es sich um Vanadium (V) handelt. Das in der SiC-Wachstumsgasphase 9 vorhandene Vanadium stammt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 aus im SiC-Quellmaterial 6 enthaltenen vanadiumhaltigen Beimischungen 20. Letztere sind z.B. in Form von elementarem Vanadium oder von Vanadiumverbindungen vor der eigentlichen Züchtung dem SiC-Quellmaterial 6 zugegeben bzw. beigemischt worden. Das hier verwendete pulverförmige SiC-Quellmaterial 6 ist also vorbehandelt.
Vanadium erzeugt in der SiC-Bandlücke eine tiefe Störstelle, so dass dotiertes (d.h. in das SiC-Kristallgitter eingebettetes oder eingebautes und entsprechend aktiviertes) Vanadium eine Kompensation flacher Störstellen, die durch Verunreinigungen oder intrinsische Defekte generiert werden, bewirkt. Auch der als Verunreinigung praktisch unvermeidliche Stickstoff wirkt in SiC als flache Störstelle und könnte den elektrischen Widerstand des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls 2 jedenfalls prinzipiell und insbesondere ohne die Kompensation durch das dotierte Vanadium bis in den leitfähigen Bereich senken.
Aufgrund der hohen an der Wachstumsgrenzfläche 16 herrschenden Wachstumstemperatur kann eine außergewöhnlich große Menge an Vanadium in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 eingebaut werden. Der aufwachsende SiC-Volumeneinkristall 2 ist hoch mit Vanadium dotiert und hat eine Vanadium-Konzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3, bei dem Ausführungsbeispiel von 2·10¹⁸ cm^–3. Andere Ausführungsbeispiele so gezüchteter SiC-Volumeneinkristalle 2 können auch Vanadium-Konzentrationen insbesondere im Bereich zwischen 6·10¹⁷ cm^–3 und 4·10¹⁸ cm^–3 haben. Dabei liegt das eingebaute Vanadium jeweils praktisch ausscheidungsfrei im Kristallgitter des SiC-Volumeneinkristalls 2 vor und ist in der eingebauten großen Menge auch elektrisch wirksam.
Deshalb werden flache Störstellen, die insbesondere aber nicht nur durch Stickstoff verursacht sind, sehr gut kompensiert, so dass der aufwachsende SiC-Volumeneinkristall 2 einen vergleichsweise hohen spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁵ Ωcm hat und semiisolierendes Verhalten zeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel beträgt dieser Widerstand 1·10¹¹ Ωcm. Andere Ausführungsbeispiele so gezüchteter SiC-Volumeneinkristalle 2 können auch einen spezifischen elektrischen Widerstand insbesondere im Bereich zwischen 5·10¹⁰ Ωcm und 3·10¹¹ Ωcm haben. Außerdem handelt es sich um SiC vom 6H-Polytyp. Grundsätzlich ist aber auch ein anderer Polytyp (= eine andere Kristallmodifikation), wie z.B. 4H-SiC, 3C-SiC oder 15R-SiC, möglich. Vorteilhafterweise hat der SiC-Volumeneinkristall 2 nur einen einzigen SiC-Polytyp, welcher bei dem Ausführungsbeispiel besagtes 6H-SiC ist. Der SiC-Volumeneinkristall 2 wächst mit einer hohen Modifikationsstabilität auf und hat insofern im Wesentlichen nur einen einzigen Polytyp.
Diese vorteilhafte Modifikationsstabilität wird durch eine gewisse Stickstoffdotierung erreicht. Ein bestimmter Stickstoffgehalt ist in dem SiC-Volumeneinkristall 2 aufgrund der angesprochenen Verunreinigungen ohnehin vorhanden. Optional kann zusätzlicher gasförmiger Stickstoff über eine in 1 nicht mit dargestellte Zuleitung als zweiter Dotierstoff dem Kristallwachstumsbereich 5 zugeführt werden, um eine benötigte Stickstoffmenge in der SiC-Wachstumsgasphase 9 gezielt und insbesondere auch von außerhalb des Züchtungstiegels 3 steuerbar einzustellen. Die Stickstoff-Dotierstoffkonzentration des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls 2 beträgt insbesondere etwa 5·10¹⁶ cm^–3 oder etwa 5·10¹⁷ cm^–3, was jeweils ein relativ hoher und an und für sich einem semiisolierenden Verhalten des SiC-Volumeneinkristalls 2 entgegenstehender Wert ist. Dank der zugleich vorhandenen noch höheren Konzentration an ausscheidungsfrei eingebautem Vanadium wird diese hohe Stickstoff-Konzentration aber trotzdem kompensiert. Es liegen also sowohl der genannte hohe spezifische elektrische Widerstand als auch eine Kristallstruktur mit praktisch nur einer einzigen Modifikation. Letzteres ist günstig im Hinblick auf eine sehr defektarme hohe Kristallqualität.
Die Kristallqualität verschlechtert sich nämlich durch Polytypwechsel. Die verschiedenen SiC-Polytypen unterscheiden sich in ihren jeweiligen Kristallstrukturen. Wechsel zwischen unterschiedlichen Polytypen können beim Kristallwachstum leicht auftreten und sind die Ursache für vielfältige kristalline Defekte, wie z.B. Mikroröhren, Versetzungen, Einschlüsse von Fremdmodifikationen, die die kristalline Qualität beeinträchtigen. Durch Einbringen einer ausreichend großen Menge an Stickstoff in die SiC-Wachstumsgasphase 9 kann das Auftreten nur eines Polytypen während des Kristallwachstums stabilisiert und damit die Defektentstehung durch Polytypwechsel minimiert werden. Auf diese Weise lassen sich SiC-Volumeneinkristalle 2 mit hoher Qualität und mit hoher Ausbeute herstellen.
Zur Erzielung eines SiC-Volumeneinkristalls 2 mit semiisolierendem Verhalten und hoher Kristallqualität ist ein wichtiger Aspekt also insbesondere die möglichst ausscheidungsfreie Einbettung einer sehr hohen Vanadium-Dotierung in das Kristallgitter. Um eine ausscheidungsfreie Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3 zu erreichen, wird an der Wachstumsgrenzfläche 16 die oben genannte hohe Wachstumstemperatur von mindestens 2250°C eingestellt. Es wurde erkannt, dass durch eine derartig hohe Wachstumstemperatur die Löslichkeitsgrenze für Vanadium in einem aufwachsenden SiC-Kristall über eine Konzentration von 5·10¹⁷ cm^–3 angehoben werden kann, so dass auch über diesen Wert liegende Vanadium-Konzentrationen im Wesentlichen ausscheidungsfrei in ein aufwachsendes SiC-Kristallgitter eingebaut werden können.
Bei dem für die SiC-Kristallzüchtung verwendeten Sublimationsverfahren (= PVT-Verfahren) werden die Wachstumsbedingungen inklusive des Materialtransports über die im Züchtungstiegel 3 herrschenden Temperaturen eingestellt und geregelt. Eine Veränderung der an der Wachstumsgrenzfläche 16 herrschenden Wachstumstemperatur beeinflusst folglich auch die übrigen Wachstumsbedingungen, insbesondere auch den Materialtransport vom SiC-Vorratsbereich 4 zur Wachstumsgrenzfläche 16.
Ohne geeignete weitere Maßnahmen könnte die bloße Anhebung der Wachstumstemperatur somit auch zu einer Veränderung der sonstigen Züchtungsbedingungen führen. Insbesondere könnte sich eine höhere Wachstumsrate und damit einhergehend eine vermehrte Defektbildung in dem aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 einstellen. Um diese negativen Auswirkungen einer an der Wachstumsgrenzfläche 16 eingestellten höheren Wachstumstemperatur zu vermeiden, hat die Züchtungsanordnung 1 mit der ersten gaspermeablen Membran 18 ein adäquates Gegenmittel. Mit Hilfe der ersten gaspermeablen Membran 18 kann nämlich der Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich 4 zu der in dem Kristallwachstumsbereich 5 befindlichen Wachstumsgrenzfläche 16 eingestellt werden. Insbesondere lässt sich dieser Materialtransport mittels der ersten gaspermeablen Membran 18 so regulieren, dass trotz der hohen Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche 16 keine zu stark erhöhte Wachstumsrate resultiert. Der Materialtransport zum aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 lässt sich insbesondere über die Durchlässigkeit der ersten gaspermeablen Membran 18 gezielt einstellen.
Insgesamt wird durch diese Transportbeeinflussungsmaßnahme also eine weitgehende Entkopplung der an der Wachstumsgrenzfläche 16 herrschenden Wachstums- oder Züchtungstemperatur von dem Materialtransport zu der Grenzfläche 16 erreicht. Die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche 16 und der Materialtransport zu derselben sind zumindest weitgehend unabhängig voneinander zu beeinflussen.
Damit bietet die Züchtungsanordnung 1 insgesamt sämtliche Voraussetzungen, einen hochqualitativen semiisolierenden SiC-Volumeneinkristall 2 herzustellen.
In 2 wird ein Ausführungsbeispiel einer weiteren Züchtungsanordnung 21 gezeigt, die sich von der Züchtungsanordnung 1 gemäß 1 lediglich durch die Einbringung des ersten Dotierstoffs Vanadium in den SiC-Vorratsbereich 4 unterscheidet. Statt der bei der Züchtungsanordnung 1 im SiC-Quellmaterial 6 vorhandenen vanadiumhaltigen Beimischungen 20 ist bei der Züchtungsanordnung 21 ein offener Dotierstoff-Behälter 22 im SiC-Quellmaterial 6 platziert. Insbesondere steht der Dotierstoff-Behälter 22 auf dem Boden des Züchtungstiegels 3 und ist von dem SiC-Quellmaterial 6 umgeben. In dem Dotierstoff-Behälter 22 befindet sich vanadiumhaltiges Material 23, beispielsweise wiederum in Form von elementarem Vanadium oder einer Vanadiumverbindung.
Sowohl mittels der vanadiumhaltigen Bemischungen 20 als auch mittels des mit vanadiumhaltigen Material 23 befüllten offenen Dotierstoff-Behälters 22 wird ein homogener Einbau von Vanadium in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2 erreicht. Der Vanadium-Einbau wird unter anderem durch die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche 16 sowie durch eine Homogenisierung der Gasphase beim Materialtransport zu der Wachstumsgrenzfläche 16 geregelt. Sowohl die Zugabe der vanadiumhaltigen Beimischungen 20 in das SiC-Quellmaterial 6 als auch die Platzierung des mit Vanadium befüllten offenen Dotierstoff-Behälters 22 in das SiC-Quellmaterial 6 sind vergleichsweise einfache Maßnahmen bzw. Verfahren zur Kontrolle des Dotierstoffflusses bzw. -einbaus. Aufgrund der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Entkopplung des Materialtransports zur Wachstumsgrenzfläche 16 von der an der Wachstumsgrenzfläche 16 herrschenden Wachstumstemperatur kann auf ansonsten übliche deutlich aufwendigere Verfahren zur Kontrolle des Dotierstoffflusses, wie z. B. die Verwendung gekapselter Reservoire oder externer Gaszuleitungen, jedenfalls im Zusammenhang mit der Vanadium-Zuführung und -Dotierung verzichtet werden.
Bei dem in 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung 24 ist verglichen mit der Züchtungsanordnung 1 gemäß 1 außer der den SiC-Vorratsbereich 4 bedeckenden ersten gaspermeablen Membran 18 eine zweite gaspermeable Membran 25 vorgesehen, die zwischen der ersten gaspermeablen Membran 18 und dem Kristallwachstumsbereich 5 platziert ist. Auch die zweite gaspermeable Membran 25 besteht aus porösem Graphit, allerdings mit einer geringeren Porosität als die erste gaspermeable Membran 18. Die zweite gaspermeable Membran 25 hat eine Dichte von etwa 1,4 g/cm³ sowie eine Dicke von 4 mm.
Aufgrund der speziellen Konstruktion der Züchtungsanordnung 24 mit den beiden gaspermeablen Membranen 18 und 25 erfolgt eine Umsublimation des SiC-Quellmaterials 6. So durchdringt das aus dem SiC-Quellmaterial 6 mit relativ hoher Rate freigesetzte (sublimierte) gasförmige Material die erste gaspermeable Membran 18 und kristallisiert an einer der ersten gaspermeablen Membran 18 zugewandten Unterseite der zweiten gaspermeablen Membran 25 als erster polykristalliner SiC-Materialblock 26 aus. Das aus dem ersten polykristallinem SiC-Materialblock 26 dann wiederum freigesetzte (= sublimierte) gasförmige Material durchdringt daraufhin die zweite gaspermeable Membran 25 und bildet danach das Ausgangsmaterial für die SiC-Wachstumsphase 9, aus der der SiC-Volumeneinkristall 2 im Kristallwachstumsbereich 5 aufwächst. Anhand dieser Umsublimation, im Laufe derer der erste polykristalline SiC-Materialblock 26 gebildet wird, lässt sich der Materialtransport zu der Wachstumsgrenzfläche 16 des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls 2 sehr gut, und vor allem auch unabhängig von der an der Wachstumsgrenzfläche herrschenden Wachstumstemperatur, steuern.
Eine noch feinere Steuerung des Materialtransports zur Wachstumsgrenzfläche 16 ist möglich, wenn die Umsublimation nicht wie bei der Züchtungsanordnung 24 gemäß 3 nur in einem einzigen Schritt, sondern in mehreren Schritten erfolgt. Beispielhaft für eine solche mehrstufige Umsublimation ist in 4 ein Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung 27 gezeigt. Sie umfasst eine Umsublimation in zwei Schritten. Dazu ist eine dritte gaspermeable Membran 28 zwischen der zweiten gaspermeablen Membran 25 und dem Kristallwachstumsbereich 5 platziert. Die Porosität und die Dicke der dritten gaspermeablen Membran 28 unterscheiden sich von den entsprechenden Parametern der ersten und zweiten gaspermeablen Membran 18 bzw. 25. Insbesondere hat die dritte gaspermeable Membran 28, die ebenfalls aus porösem Graphit besteht, eine noch niedrigere Porosität als die zweite gaspermeable Membran 25. Ihre Dichte liegt bei etwa 1,6 g/cm³ und ihre Dicke bei 4 mm. Alternativ kann die dritte gaspermeable Membran 28 auch eine spezifische Dichte von etwa 1,4 g/cm³ sowie eine axiale Dicke von 6 mm haben.
Bei dem in 5 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung 30 ist eine andere Maßnahme zur Steuerung des Materialtransports zur Wachstumsgrenzfläche 16 vorgesehen. In dem SiC-Vorratsbereich 4, der bei der Züchtungsanordnung 30 nicht abgedeckt ist, befindet sich ein anderes pulverförmiges SiC-Quellmaterial 31, das verglichen mit dem SiC-Quellmateial 6 der vorher erläuterten Züchtungsanordnungen 1, 21, 24 und 27 eine höhere Schüttdichte (= Korngröße) der Pulverkörner und damit eine geringere freie Oberfläche des SiC-Quellmaterials 31 insgesamt aufweist. Die Dichte des pulverförmigen SiC-Quellmaterials 31 liegt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 bei 1,3 g/cm³. Anhand einer Veränderung der Dichte des SiC-Quellmaterials 31 lässt sich die Sublimationstemperatur verändern. Je höher die Dichte und damit je geringer die freie Oberfläche des SiC-Quellmaterials 31 ist, desto höher ist die Sublimationstemperatur. Durch eine Erhöhung der Dichte lässt sich also auch eine höhere Sublimationstemperatur einstellen. Durch diese Maßnahme kann dann auch die Temperatur des gesamten Aufbaus der Züchtungsanordnung 30, also die Temperatur des SiC-Quellmaterials 31 und die Temperatur im Kristallwachstumsbereich 5, insbesondere die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche 16, gleichermaßen erhöht werden, ohne den Materialtransport vom SiC-Quellmaterial 31 zur Wachstumsgrenzfläche 16 sowie die übrigen Wachstumsbedingungen inklusive der Wachstumsgeschwindigkeit zu verändern.
Die Verwendung des SiC-Quellmaterials 31 mit einer höheren Dichte ist also ebenfalls eine Transportbeeinflussungsmaßnahme, die es ermöglicht, an der Wachstumsgrenzfläche 16 die gewünschte höhere Wachstumstemperatur einzustellen, ohne zugleich negative Auswirkungen, wie beispielsweise eine höhere Materialtransportrate und damit einhergehend eine höhere Defektdichte im aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall 2, in Kauf nehmen zu müssen.
Die Dotierung mit dem ersten Dotierstoff Vanadium erfolgt bei den Züchtungsanordnungen 24, 27 und 30 jeweils mittels der vanadiumhaltigen Beimischungen 20 zum jeweiligen SiC-Quellmaterial 6 bzw. 31. Es gibt aber nicht figürlich dargestellte, zu den Züchtungsanordnungen 24, 27 und 30 alternative Ausführungsbeispiele, bei denen die Vanadium-Zuführung nicht mittels der vanadiumhaltigen Beimischungen 20, sondern stattdessen jeweils mittels des in 2 gezeigten mit vanadiumhaltigem Material 23 befüllten offenen Dotierstoff-Behälters 22 erfolgt.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Züchtungsanordnung 32 gezeigt, die ähnlich zur Züchtungsanordnung 1 realisiert ist. Mit der Züchtungsanordnung 32 kann parallel zum SiC-Volumeneinkristall 2 ein zweiter SiC-Volumeneinkristall 33 hergestellt werden. Dazu ist der bei der Züchtungsanordnung 1 innerhalb des Züchtungstiegels 3 vorgesehene Aufbau im Wesentlichen durch eine Spiegelung am Boden des Züchtungstiegels 3 verdoppelt. Die Züchtungsanordnung 32 enthält dementsprechend einen Züchtungstiegel 34, bei dem ein SiC-Vorratsbereich 35 nicht am Boden, sondern in Richtung der Mittenlängsachse 14 betrachtet mittig angeordnet ist. Oberhalb des SiC-Vorratsbereichs 35 ist der erste Kristallwachstumsbereich 5, unterhalb ein zweiter Kristallwachstumsbereich 36 angeordnet. In den beiden Kristallwachstumsbereichen 5 und 36 wächst jeweils einer der beiden SiC-Volumeneinkristalle 2 und 33 auf. Am Boden des Züchtungstiegels 34 ist ein zweiter SiC-Keimkristall 37 angeordnet, auf dem der zweite SiC-Volumeneinkristall 33 aus einer sich im Kristallwachstumsbereich 36 ausbildenden und durch das SiC-Quellmaterial 6 gespeisten SiC-Wachstumsgasphase 38 aufwächst. Dabei verschiebt sich eine Wachstumsgrenzfläche 39 des zweiten SiC-Volumeneinkristalls 33 in Richtung einer parallel zur Mittenlängsachse 14, aber entgegengesetzt zur Wachstumsrichtung 19 des ersten SiC-Volumeneinkristalls orientierten Wachstumsrichtung 40. Der SiC-Vorratsbereich 34 ist oben mit der ersten gaspermeablen Membran 18 und unten mit der vierten gaspermeablen Membran 41 abgedeckt. Das SiC-Quellmaterial 6 befindet sich somit zwischen den beiden gaspermeablen Membranen 18 und 41.
Insgesamt resultiert also insbesondere in etwa ein bezüglich einer mittig in Richtung der Mittenlängsachse 14 innerhalb des SiC-Vorratsbereichs 35 angeordneten und quer zur Mittenlängsachse 14 verlaufenden (in 6 nicht mit dargestellten) Querebene in Richtung der Mittenlängsachse 14 gespiegelter bzw. symmetrischer Aufbau innerhalb des Züchtungstiegels 34.
Das Wachstum der beiden, jeweils mit Vanadium dotierten semiisolierenden SiC-Volumeneinkristalle 2 und 33 erfolgt analog wie vorstehend anhand der Züchtungsanordnung 1 beschrieben. Insbesondere wird auch an der Wachstumsgrenzfläche 39 des zweiten SiC-Volumeneinkristalls 33 eine hohe Züchtungs- bzw. Wachstumstemperatur eingestellt, um einen ausscheidungsfreien Einbau einer hohen Vanadium-Dotierstoffkonzentration zu ermöglichen. Anhand der beiden gaspermeablen Membranen 18 und 41 erfolgt für beide SiC-Volumeneinkristalle 2 und 33 jeweils die entkoppelte Steuerung des Materialtransports von dem SiC-Vorratsbereich 34 zu der jeweiligen Wachstumsgrenzfläche 16 bzw. 39.
Lediglich die bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 5 optional mögliche axiale Verschiebung der Heizspule 12 entsprechend dem Wachstumsfortschritt des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls 2 entfällt bei der Züchtungsanordnung 32 gemäß 6 wegen des bezüglich des SiC-Vorratsbereichs 35 in Richtung der Mittenlängsachse 14 gespiegelten bzw. symmetrischen Aufbaus mit den beiden oben und unten angeordneten Kristallwachstumsbereichen 5 und 36.
Mittels der Züchtungsanordnungen 1, 21, 24, 27, 30 und 32 lassen sich jeweils sehr defektarme, hochqualitative semiisolierende SiC-Volumeneinkristalle 2, 33 herstellen. Aus diesen qualitativ hochwertigen semiisolierenden SiC-Volumeneinkristallen 2, 33 können dann ebenso hochwertige semiisolierende SiC-Substrate hergestellt werden. Diese scheibenförmigen SiC-Substrate werden aus dem betreffenden SiC-Volumeneinkristall 2 bzw. 33 dadurch gewonnen, dass sie axial sukzessive als Scheiben senkrecht zur Wachstumsrichtung 19 bzw. 40 bzw. zur Mittenlängsachse 14 abgeschnitten bzw. abgesägt werden. Ein derartiges SiC-Substrat ist groß und dünn. In einer möglichen Ausführungsform hat seine Substrathauptoberfläche einen Substratdurchmesser von mindestens 7,62 cm, beispielsweise von 15 cm, wohingegen eine Substratdicke bei etwa 500 µm liegt. Auch die so hergestellten SiC-Substrate sind semiisolierend und haben insbesondere einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1·10¹¹ Ωcm. Ebenso sind aber auch andere Widerstandswerte insbesondere im Bereich zwischen 5·10¹⁰ Ωcm und 3·10¹¹ Ωcm möglich. Die Vanadium-Dotierstoffkonzentration liegt jeweils über 5·10¹⁷ cm^–3, insbesondere bei 1·10¹⁸ cm^–3 oder bei 2·10¹⁸ cm^–3, wobei es sich hierbei jeweils um den über das komplette SiC-Substrat ermittelten globalen Mittelwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration handelt. Die Vanadium-Konzentration des SiC-Substrats kann insbesondere Werte aus dem Bereich zwischen 6·10¹⁷ cm^–3 und 4·10¹⁸ cm^–3 annehmen. Die hohe Vanadium-Dotierstoffkonzentration ist im Wesentlichen jeweils ausscheidungsfrei in die Kristallstruktur des semiisolierenden SiC-Substrats eingebaut. Dies bedeutet, dass es keine ausgedehnten Teilbereiche mit einer demgegenüber sehr viel höheren lokalen Vanadium-Dotierstoffkonzentration gibt. Insofern liegt der lokale Maximalwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration jedes beliebigen 1 mm³ großen Teilvolumens des SiC-Substrats um höchstens 50 % über dem genannten globalen Mittelwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration. Das SiC-Substrat ist dementsprechend frei von makroskopischen Vanadium-Ausscheidungen, wobei unter makroskopischen Ausscheidungen solche mit einer beliebig orientierten größten Ausdehnung von größer als 1 µm zu verstehen sind. Auch die semiisolierenden SiC-Substrate weisen im Wesentlichen nur einen einzigen SiC-Polytyp auf, beispielsweise 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC oder 15R-SiC. Darüber hinaus können die SiC-Substrate die gleiche Dotierung mit dem zweiten Dotierstoff Stickstoff aufweisen, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem SiC-Volumeneinkristall 2 beschrieben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 02/097173 A2 [0003]
US 5611955 [0004]
DE 102008063124 B4 [0005]
DE 102008063129 B4 [0005]
EP 1807557 B1 [0006]
EP 1874985 B1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fachartikel „Deep level transient spectroscopic and Hall effect investigation of the position of vanadium acceptor level in 4H and 6H SiC“, von J.R. Jenny et al., aus Applied Physics Letters, 68 (14), 01.04.1996, Seiten 1963 bis 1965 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung mindestens eines SiC-Volumeneinkristalls (2; 33) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁵ Ωcm, wobei a) in mindestens einem Kristallwachstumsbereich (5; 36) eines Züchtungstiegels (3; 34) eine SiC-Wachstumsgasphase (9; 38) erzeugt wird und der SiC-Volumeneinkristall (2; 33) mittels Abscheidung aus der SiC-Wachstumsgasphase (9; 38) aufwächst, b) die SiC-Wachstumsgasphase (9; 38) aus einem SiC-Quellmaterial (6; 31), das sich in einem SiC-Vorratsbereich (4; 35) innerhalb des Züchtungstiegels (3; 34) befindet, gespeist wird, wobei ein Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich (4; 35) zu einer Wachstumsgrenzfläche (16; 39) des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2; 33) stattfindet, c) dem Kristallwachstumsbereich (5; 36) Vanadium als ein Dotierstoff des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2; 33) zugeführt wird, d) an der Wachstumsgrenzfläche (16; 39) des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2; 33) eine Wachstumstemperatur von mindestens 2250 °C eingestellt wird, so dass der SiC-Volumeneinkristall (2; 33) dotiert mit einer Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3 aufwächst, e) der Materialtransport von dem SiC-Vorratsbereich (4; 35) zu der Wachstumsgrenzfläche (16; 39) zusätzlich zu den im Züchtungstiegel (3; 34) herrschenden Temperaturbedingungen mittels einer weiteren Transportbeeinflussungsmaßnahme (18; 25; 28; 31; 41) eingestellt wird, so dass die Wachstumstemperatur an der Wachstumsgrenzfläche (16; 39) und der Materialtransport zu der Wachstumsgrenzfläche (16; 39) zumindest weitgehend unabhängig voneinander beeinflussbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme mindestens eine gaspermeable Membran (18; 25; 28; 41) aus einem porösen Material zwischen dem SiC-Vorratsbereich (4; 35) und dem Kristallwachstumsbereich (5; 36) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme während des Materialtransports von dem SiC-Vorratsbereich (4) und zu der Wachstumsgrenzfläche (16) mindestens ein Umsublimationsschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Transportbeeinflussungsmaßnahme für das SiC-Quellmaterial (31), das in den SiC-Vorratsbereich (4) eingebracht wird, ein pulverförmiges SiC-Material mit einer spezifischen Dichte im Bereich zwischen 0,8 g/cm³ und 3,2 g/cm³ verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Dotierstoff in den aufwachsenden SiC-Volumeneinkristall (2; 31) einzubauende Vanadium vor der eigentlichen Züchtung des SiC-Volumeneinkristalls (2; 33) dem SiC-Quellmaterial (6; 31) zugesetzt wird oder in einen offenen Dotierstoffbehälter (22), der innerhalb des SiC-Quellmaterials (6) platziert wird, eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kristallwachstumsbereich (5; 36) als ein weiterer Dotierstoff des aufwachsenden SiC-Volumeneinkristalls (2; 33) Stickstoff zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei SiC-Volumeneinkristalle (2, 33) hergestellt werden, wobei der Züchtungstiegel (34) mit zwei getrennten Kristallwachstumsbereichen (5, 36) ausgestattet wird, zwischen denen der gegenüber jedem der beiden Kristallwachstumsbereiche (5, 36) jeweils mit einer gaspermeablen Membran (18, 41) aus einem porösen Material abgedeckte SiC-Vorratsbereich (35) platziert wird.
Einkristallines SiC-Substrat mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10⁵ Ωcm, wobei a) das SiC-Substrat mit Vanadium als Dotierstoff dotiert ist und einen über das komplette SiC-Substrat ermittelten globalen Mittelwert einer Vanadium-Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·10¹⁷ cm^–3 aufweist, und b) ein in jedem beliebigen 1 mm³ großen Teilvolumen des SiC-Substrats ermittelter lokaler Maximalwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration um höchstens 50% über dem globalen Mittelwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration liegt.
SiC-Substrat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der globale Mittelwert der Vanadium-Dotierstoffkonzentration mindestens 6·10¹⁷ cm^–3 beträgt.
SiC-Substrat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine SiC-Kristallstruktur mit nur einem einzigen SiC-Polytyp gegeben ist, insbesondere einem der SiC-Polytypen 4H, 6H, 3C und 15R.
SiC-Substrat nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das SiC-Substrat eine Substrathauptoberfläche mit einem Substratdurchmesser von mindestens 7,62 cm hat.
SiC-Substrat nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das SiC-Substrat eine Substrathauptoberfläche und eine auf die gesamte Substrathauptoberfläche bezogene mittlere Mikroröhrendichte von höchstens 10 cm^–2 hat.
SiC-Substrat nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dotierung mit Stickstoff als weiterem Dotierstoff gegeben ist, und eine Stickstoff-Dotierstoffkonzentration von mindestens 5·10¹⁶ cm^–3 vorliegt.