DE60030851T2 - Halbisolierender nicht durch vanadium dominierter siliziumkarbid - Google Patents

Halbisolierender nicht durch vanadium dominierter siliziumkarbid Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Wachstum von qualitativ hochwertigen Siliziumkarbidkristallen für bestimmte Zwecke und sie betrifft insbesondere die Herstellung von qualitativ hochwertigen semiisolierenden Siliziumkarbidsubstraten, welche in Mikrowellenvorrichtungen verwendet werden können. Diese Erfindung wurde für den Verantwortungsbereich des Air Force Vertrags mit der Nummer F33615-95-C-5426 gemacht. Die Regierung kann bestimmte Rechte an dieser Erfindung haben.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Der Ausdruck „Mikrowellen" bezeichnet elektromagnetische Energie in Frequenzen, welche den Bereich von ungefähr 0,1 Gigahertz (GHz) bis 1000 GHz mit entsprechenden Wellenlängen von ungefähr 300 cm bis ungefähr 0,3 mm abdecken. Obwohl „Mikrowellen" von dem Laien vielleicht am ehesten mit Kochvorrichtungen assoziiert werden, erkennen solche Personen, die mit elektronischen Vorrichtungen vertraut sind, daß die Mikrowellenfrequenzen für eine große Auswahl an elektronischen Zwecken und entsprechenden elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, einschließlich verschiedener Kommunikationsvorrichtungen und den dazugehörigen Schaltkreiselementen und Schaltkreisen, die sie betreiben. So wie dies für verschiedene andere elektronische Halbleitervorrichtungen und daraus resultierende Schaltkreise der Fall ist, hängt die Fähigkeit einer Vorrichtung (oder eines Schaltkreises), bestimmte erwünschte oder notwendige Leistungscharakteristiken zu zeigen, zu einem großen Teil und häufig vollständig von dem Material ab, aus dem sie hergestellt ist. Ein geeignetes Kandidatenmaterial für Mikrowellenvorrichtungen ist Siliziumkarbid, welches ein sehr hohes elektrisches Zusammenbruchsfeld aufweist. Diese Eigenschaft von Siliziumkarbid ermöglicht Vorrichtungen, wie zum Beispiel Metallhalbleiterfeldeffekttransistoren (Metal Semoconductor Field Effect Transistors, MESFETs) die bei Drainspannungen arbeiten, welche zehnmal größer sind als bei Feldeffekttransistoren, welche in Galliumarsenid (GaAs) gebildet sind.
  • Zusätzlich hat Siliziumkarbid den signifikanten Vorteil einer thermischen Leitfähigkeit von 4,9 Watt pro Grad Kelvin pro Zentimeter (W/K-cm), was 3,3 mal höher ist als bei Silizium und zehnmal höher als bei entweder Galliumarsenid oder Saphir. Diese Eigenschaften geben Siliziumkarbid eine höhere Leistungsdichte im Sinne der Gate-Umgebung, gemessen in Watt pro Millimeter (W/mm) und auch eine extrem hohe Leistungsbelastbarkeit im Sinne der Chipfläche (W/mm). Dies ist insbesondere vorteilhaft für Hochleistungs-, Hochfrequenzanwendungen, da de Chipgröße durch die Wellenlänge begrenzt wird. Entsprechend sollten aufgrund der exzellenten thermischen und elektronischen Eigenschaften von Siliziumkarbid bei irgendeiner gegebenen Frequenz, Siliziumkarbid MESFETs in der Lage sein, mindestens die fünffache Leistung von Vorrichtungen, die aus Galliumarsenid hergestellt sind, aufzunehmen.
  • Wie für diejenigen, welche mit Mikrowellenvorrichtungen vertraut sind, offensichtlich, benötigen diesie häufig Substrate mit einem hohen spezifischen Widerstand („semi-isolierend") für Kopplungszwecke, da leitfähige Substrate dazu neigen, signifikante Probleme bei Mikrowellenfrequenzen zu verursachen. So wie sie hierin verwendet werden, können die Ausdrücke „hoher spezifischer Widerstand" und „semi-isolierend" für die meisten Zwecke als synonym betrachtet werden. Im allgemeinen beschreiben beide Ausdrücke ein Halbleitermaterial, welches einen spezifischen Widerstand größer als ungefähr 1500 Ohm-Zentimeter (Ω-cm) aufweist.
  • Solche Mikrowellenvorrichtungen sind insbesondere für monolithische integrierte Mikrowellenschaltkreise (Monolithic Microwave Integrated Circuits, MMICs) wichtig, welche in Kommunikationsvorrichtungen weit verbreitet sind, wie zum Beispiel Pagern und Mobiltelefonen und die im allgemeinen ein Substrat mit einem hohen spezifischen Widerstand erfordern.
  • Entsprechend sind die folgenden Eigenschaften für Mikrowellenvorrichtungssubstrate erwünschent: eine hohe kristalline Qualität, welche für hochkomplexe Hochleistungsschaltkreiselemente geeignet ist, eine gute thermische Leitfähigkeit, eine gute elektrische Isolation zwischen Vorrichtungen und dem Substrat, geringe Widerstandsverlusteigenschaften, geringe Übersprecheigenschaften und große Waferdurchmesser.
  • Ausgehend von der breiten Bandlücke (3,2 eV in 4H Siliziumkarbid bei 300 K) von Siliziumkarbid, sollten solche semi-isolierenden Eigenschaften theoretisch möglich sein. Im Ergebnis würde es ein passendes Siliziumkarbidsubstrat mit hohem spezifischen Widerstand ermöglichen, sowohl Leistungs- als auch passive Vorrichtungen auf dem gleichen integrierten Schaltkreis („Chip") anzuordnen, wodurch die Größe der Vorrichtung verringert wird, während ihre Effizienz und Leistungsfähigkeit erhöht wird. Siliziumkarbid stellt auch andere vorteilhafte Qualitäten bereit, einschließlich der Möglichkeit, bei hohen Temperaturen ohne physikalische, chemische oder elektrische Zerstörung zu arbeiten.
  • Wie für diejenigen, die mit Siliziumkarbid vertraut sind, offensichtlich, ist Siliziumkarbid, welches mit den meisten Techniken gewachsen wurde, jedoch im allgemeinen zu leitfähig für diese Zwecke. Insbesondere neigt die nominale oder unbeabsichtigte Stickstoffkonzentration in Siliziumkarbid dazu, in sublimationsgewachsenen Kristallen (1–2 × 1017 cm–3) hoch genug zu sein, so daß eine ausreichende Leitfähigkeit bereitgestellt wird, so daß so verhindert wird, daß solches Siliziumkarbid in Mikrowellenvorrichtungen verwendet wird.
  • Einige kürzliche Bemühungen versuchten, das effektive Niveau an Stickstoff durch Hinzufügen eines Dotierstoffs vom P-Typ (d.h. einem Akzeptor), wie zum Beispiel Bor, zu kompensieren. In der Praxis jedoch zeigten SiC-basierende Vorrichtungen, welche hergestellt wurden, wobei Bor verwendet wurde, um einen hohen spezifischen Widerstand zu erhalten, unerwartet schwache Ergebnisse bei hohen Leistungsniveaus. Zusätzlich neigt Bor im Vergleich mit einigen anderen Elementen dazu, relativ gut in SiC zu diffundieren, wodurch es eine unerwünschte Tendenz hat, in benachbarte Vorrichtungsschichten zu migrieren und diese unbeabsichtigt zu beeinflussen.
  • Um besonders nützlich zu sein, sollten Siliziumkarbidvorrichtungen einen spezifischen Substratwiderstand von mindestens 1500 Ohm-cm (Ω-cm) aufweisen, so daß ein passives RF-Verhalten erreicht wird. Darüber hinaus werden spezifische Widerstände von 5000 Ω-cm oder besser benötigt, um die Übertragungsleitungsverluste der Vorrichtung auf ein akzeptables Niveau von 0,1 dB/cm oder weniger zu minimieren. Für eine Isolierung der Vorrichtung und um Backgating-Effekte zu minimieren, sollte der spezifische Widerstand von semi-isolierendem Siliziumkarbid einen Bereich von 50000 Ω-cm oder mehr erreichen. Aktuelle Arbeiten scheinen zu bestätigen, daß das semi-isolierende Verhalten eines Siliziumkarbidsubstrats das Ergebnis von Energieniveaus tief innerhalb der Bandlücke des Siliziumkarbids ist, d.h. sowohl von dem Valenzband als auch dem Leitungsband weiter entfernt als die Energieniveaus, welche durch Dotierstoffe vom p-Typ und vom n-Typ erzeugt werden. Es wird angenommen, daß diese „tiefen" Energieniveaus aus Zuständen bestehen, welche bei mindesten 300 meV entfernt von der Leitungs- oder Valenzbandkante liegen, zum Beispiel US-Patent Nr. 5,61 1,955, das beispielhaft für die derzeitigen konventionellen Überlegungen auf diesem Gebiet sind. Gemäß dem '955-Patent können die tiefen Niveaus zwischen den Valenz- und Leitungsbändern in dem Siliziumkarbid durch das gesteuerte Hinzufügen von ausgewählten Elementen in das Siliziumkarbid, wie zum Beispiel von Übergangsmetallen oder passivierenden Elementen, wie zum Beispiel Wasserstoff, Chlor oder Fluor oder Kombinationen dieser Elemente, hergestellt werden, um tiefe Niveauzentren in dem Siliziumkarbid zu bilden, zum Beispiel Spalte 3, Zeilen 37–53. Siehe auch Mitchel, The 1.1 eV Deep Level in 4H-SiC. SIMC-X, Berkley CA, Juni 1998; Hobgood, Semi-Insulating GH-SiC Grown by Physical Vapor Transport, Appl. Phys. Lett. Band 66, Nr. 11 (1995); WO/95 704171; Sriram; RF Performance of SiC MESFETs on High Resistivity Substrates, IEEE Electron Device Letters, Band 15, Nr. 11 (1994), Evwaraye, Examination of Electrical and Optical Properties of Vanadium in Bulk n-type Silicon Carbide, J. Appl. Phys. 76 (10) (1994), Schneider, Infrared Spectra and Electro Spin Resonance of Vanadium Deep Level Impurities in Silicon Carbide, Appl. Phys. Lett 56 (12) (1990) und Allen, Frequency and Power Performance of Microwave SiC FET's, Proceedings of International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 1995, Institute of Physics.
  • Barrett, Growth of Large SiC Single Crystals, J. Crystal Growth 128 (1993) offenbart auf Seiten 358–362 das Wachstum von 6H-Polytyp Siliziumkarbid-Einkristallboules von bis zu 60 mm Durchmesser durch den physikalischen Dampftransportprozeß bei 2300°C. Das Verfahren weist den Schritt des Erwärmens des Siliziumkarbidausgangsmaterials bei einer Temperatur oberhalb von 800°C auf, so daß die Hintergrund-Stickstoffkontamination reduziert wird, gefolgt von einem Temperaturstabilisationsschritt in hochreinem Argon, um die optimale Temperaturdifferenz zwischen der Quelle und dem Keim zu erreichen. Eine programmierte Druckreduzierung, um eine geringe Defektanhäufung und ein gleichförmiges epitaktisches Wachstum zu erreichen und der Schritt des Boulewachstums vervollständigen das Verfahren. Substrat-Wafer, die aus diesen undotierten Kristallen präpariert werden, zeigen spezifische Widerstände von bis zu 105 Ohm-Zentimeter. Die Substrate wurden für eine Answendung in einer Mikrowellenvorrichtung (zum Beispiel einem MESFET) ver wendet. Barrett schlägt vor, daß die Reinheit des Siliziumkarbidausgangsmaterials der Schlüssel für das Wachstum von Kristallen mit hohem spezifischen Widerstand sein könnte.
  • Über die gewöhnliche Betrachtung hinaus können diese elementaren Verunreinigungen bei tiefen Niveaus (auch als Einfang- oder Trapping-Elemente bei tiefen Niveaus bekannt) durch Hinzufügen dieser während eines Wachstums durch Hochtemperatursublimation oder chemischer Dampfabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) von hochreinem Siliziumkarbid eingebaut werden. Insbesondere wird Vanadium als ein erwünschtes Übergangsmetall für diesen Zweck betrachtet. Gemäß dem '955-Patent und ähnlichem Stand der Technik kompensiert das Vanadium das Siliziumkarbidmaterial und erzeugt die hohen spezifischen Widerstands (d.h. semi-isolierenden)-Eigenschaften des Siliziumkarbids.
  • Das Hinzufügen von Vanadium als ein kompensierendes Element, so daß semi-isolierendes Siliziumkarbid hergestellt wird, führt jedoch auch bestimmte Nachteile ein. Zunächst kann das Vorhandensein von elektronisch signifikanten Mengen irgendeines Dotierstoffs, einschließlich Vanadium, die kristalline Qualität des resultierenden Materials negativ beeinflussen. Entsprechend kann in dem Maß, in dem das Vanadium oder andere Elemente signifikant reduziert oder weggelassen werden können, die Kristallqualität des resultierenden Materials und seine entsprechende elektronische Qualität erhöht werden. Insbesondere ist es das gegenwärtige Verständnis, daß kompensierende Mengen an Vanadium Wachstumsdefekte bewirken können, wie zum Beispiel Einschlüsse und Mikroröhren in Siliziumkarbid.
  • Als ein zweiter Nachteil kann das Hinzufügen von kompensierenden Mengen an Vanadium die Ausbeute reduzieren und der Herstellung von semi-isolierenden Siliziumkarbidsubstraten Kosten hinzufügen. Drittens kann die pro-aktive Kompensation von Siliziumkarbid oder irgendeinem anderen Halbleiterelement komplex und unvorhersehbar sein und daher eine Herstellungskomplexität bewirken, welche wünschenswerterweise vermieden werden kann, wenn die Kompensation vermieden werden kann.
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein semi-isolierendes Siliziumkarbidsubstrat bereitzustellen, welches die für einen Hochfrequenzbetrieb benötigten und vorteilhaften Eigenschaften aufweist, während es jedoch die Nachteile der Materialien aus dem Stand der Technik und der Verfahren aus dem Stand der Technik vermeidet.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem semi-isolierenden massiven Einkristall aus Siliziumkarbid, der einen spezifischen Widerstand von mindestens 5000 Ω-cm bei Raumtemperatur, eine Konzentration an Einfangelementen auf tiefem Niveau, welche unterhalb erfaßbarer Schwellen liegt oder welche die elektronischen Eigenschaften des Materials nicht beeinflußt und eine Konzentration von Stickstoffatomen unter 1 × 1017 cm–3 aufweist.
  • Unter einem weiteren Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines semi-isolierenden massiven Einkristalls aus Siliziumkarbid. Das Verfahren weist ein Erhitzen eines Siliziumkarbidausgagnspulvers auf, so daß dieses während des Erhitzens sublimiert und dann Halten des Siliziumkarbidkeimkristall auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Ausgangspulvers, bei welcher Temperatur sublimierte Spezies des Ausgangspulver auf dem Keimkristall kondensieren werden und Fortsetzen des Erhitzens des Siliziumkarbidausgangspulvers bis eine gewünschte Menge an massivem Einkristallwachstum auf dem Keimkristall stattgefunden hat. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen an Einfangelementen bei tiefen Niveaus in dem Ausgangspulver unterhalb erfaßbarer Schwellen liegen und dadurch, daß während des Sublimationswachstums das Ausgangspulver und der Keimkristall bei entsprechenden Temperaturen gehalten werden, welche hoch genug sind, daß sie die Menge an Stickstoff, welche sonst in das massive Wachstum auf dem Keimkristall eingebaut würden, signifikant reduzieren und daß sie die Anzahl von Punktdefekten in dem massiven Wachstum auf eine Menge erhöhen, welche den resultierenden Siliziumkarbideinkristall semi-isolierend macht.
  • Unter einem weiteren Aspekt weist die Erfindung Vorrichtungen auf, welche das semi-isolierende Siliziumkarbid gemäß der beanspruchten Erfindung verwenden, einschließlich MESFETs, bestimmten MOSFETs und HEMTs (High Electron Mobility Trasistors).
  • Die vorgenannten und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung und die Weise, in der dieselben erreicht werden können, werden basierend auf der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, in denen:
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 bis 3 sind graphische Darstellungen der Hall-Effektmessungen, welche an Wafern ausgeführt wurden, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
  • 4 ist eine graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus der Trägerkonzentration gegen die reziproke Temperatur (Grad Kelvin) für semi-isolierendes Siliziumkarbid gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus des spezifischen Widerstands gegen die reziproke Temperatur für semi-isolierendes Siliziumkarbid gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 bis 8 stellen die gleichen Messungen wie in den 1 bis 3 darg, jedoch gemessen an einem anderen Teil des Substratwafers.
  • 9 ist eine weitere graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus der Trägerkonzentration gegen die reziproke Temperatur für die in den 6 bis 8 dargestellten Proben.
  • 10 ist eine weitere graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus des spezifischen Widerstands gegen die reziproke Temperatur und wieder entsprechend den Probenmessungen aus den 6 bis 8.
  • 11 bis 13 sind noch ein weiterer Satz graphischer Darstellungen, identisch mit den 1 bis 3 und 6 bis 8 für noch eine weitere Messung eines weiteren Teils des semi-isolierenden Siliziumkarbidmaterials.
  • 14 ist noch eine weitere graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus des spezifischen Widerstands gegen die reziproke Temperatur für die in den 11 bis 13 dargestellten Proben und
  • 15, 16 und 17 sind graphische Darstellungen der sekundären Ionenmassenspektroskopie (Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS) für verschiedene Proben von Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung und Material aus dem Stand der Technik.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In einer ersten Ausführungsform ist die Erfindung ein massiver semi-isolierender Einkristall aus Siliziumkarbid, welcher eine Konzentration an Einfangelementen bei tiefem Niveau aufweist, welche unter einem Wert liegt, bei welchem solche Elemente den spezifischen Widerstand des Kristalls dominieren und vorzugsweise bei einer Konzentration, welche unter erfaßbaren Werten liegt.
  • So wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „Einfangelement bei einem tiefen Niveau" auf solche Elemente aus dem Periodensystem, die, wenn sie als Dotierstoffe in Siliziumkarbid eingebaut werden, Zustände bei Niveaus zwischen den Valenz- und Leitungsbändern von Siliziumkarbid bilden, die viel weiter (d.h. mindesten 300 MeV) sowohl von dem Leitungs- als auch von dem Valenzband entfernt liegen als konventionelle Dotierstoffe vom p-Typ oder n-Typ. Wie in dem Gebiet und dem Hintergrund dargelegt, umfassen bekannte Einfangelemente bei tiefem Niveau Vanadium und andere Übergangsmetalle.
  • Wie weiter hierin verwendet, bezieht sich die Konzentration, welche definiert ist als „unterhalb erfaßbarer Werte" auf Elemente, die in Mengen vorhanden sind, die nicht durch moderne hochentwickelte Analysetechniken erfaßt werden können. Insbesondere sind, da eine der verbreiteten Techniken zum Erfassen von Elementen in kleinen Mengen die Sekundärionen-Massen-Spektroskopie („SIMS") ist, sind die erfaßbaren Grenzen, auf die hierin Bezug genommen wird, solche Mengen von Elementen, wie zum Beispiel Vanadium oder anderen Übergangsmetallen, die in Mengen von weniger als 1 × 1016 cm–3 (1E16) oder in anderen Fällen weniger als ungefähr 1E14 vorhanden sind. Diese zwei Mengen stellen typische Erfassungsgrenzen für die meisten Spurenelemente (insbesondere Vanadium) dar, wobei SIMS-Techniken verwendet werden, zum Beispiel SIMS Theory – Sensitivity and Detection Limits, Charles Evans & Associates (1995), www.cea.com.
  • Wie oben erwähnt, ist Vanadium (V) eines der weiter verbreiteten Elemente zur von Herstellung von Einfangstellen in Siliziumkarbid bei einem tiefen Niveau. Entsprechend ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß Vanadium entweder fehlt oder falls es vorhanden ist, in Mengen vorhanden ist, unterhalb denjenigen, welche den spezifischen Widerstand des Kristalls wesentlich beeinflussen und vorzugsweise unterhalb der Menge, welche durch SIMS erfaßt werden kann.
  • Obwohl andere Polytypen (d.h. Kristallstrukturen) möglich sind, west der Siliziumkarbideinkristall gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise einen Polytyp auf, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den 3C-, 4GH-, 5H- und 15R-Polytypen besteht.
  • Darüber hinaus haben Siliziumkarbideinkristalle gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise eine Konzentration an Stickstoffatomen unterhalb von ungefähr 1 × 1017 cm–3 (1E17), um die mit dem Vorhandensein von Stickstoff verbundenen Probleme und die resultierende Notwendigkeit zu versuchen, den Stickstoff zu kompensieren, zu vermeiden. Vorzugsweise hat der semi-isolierende Siliziumkarbideinkristall gemäß der vorliegenden Erfindung eine Stickstoffkonzentration von 5E16 oder weniger. Da die Vanadiumkonzentration unterhalb des Niveaus liegt, welches die elektrischen Eigenschaften des Kristalls beeinflußt und vorzugsweise geringer ist als durch Sekundärionen-Massen-Spektroskopie erfaßt werden kann, beträgt die Vanadiumkonzentration entsprechend weniger als 1E16 Atome pro Kubikzentimeter und besonders bevorzugt weniger als 1E14 Atome pro Kubikzentimeter. Darüber hinaus hat der resultierende massive Siliziumkarbideinkristall vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von mindestens 10000 Ω-cm bei Raumtemperatur und besonders bevorzugt einen spezifischen Widerstand von mindestens 50000 Ω-cm bei Raumtemperatur.
  • Für Zwecke des Bereitstellens von semi-isolierenden Siliziumkarbidsubstraten für Hochfrequenz MESFETs wird der 4H-Polytyp aufgrund seiner höheren massiven Elektronenmobilität bevorzugt. Für andere Vorrichtungen können die anderen Polytypen bevorzugt sein. Entsprechend ist eine der mehreren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ein massiver semi-isolierender Einkristall aus 4H Siliziumkarbid, welches einen spezifischen Widerstand von mindestens 10000 Ω-cm bei Raumtemperatur aufweist und eine Konzentration von Vanadiumatomen von weniger als 1E14.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines massiven semi-isolierenden Einkristalls aus Siliziumkarbid auf. In dieser Ausführungsform weist das Verfahren das Erhitzen eines Siliziumkarbidausgangspulvers bis zur Sublimation auf, Erhitzen und dann Halten eines Siliziumkarbidkeimkristalls auf einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Ausgangspulvers und bei welcher Temperatur sublimierte Spezies aus dem Ausgangspulver auf dem Keimkristall kondensieren. Danach weist das Verfahren das Fortsetzen des Erhitzens des Siliziumkarbidausgangspulvers auf, bis eine gewünschte Menge an massivem Einkristallwachstum auf dem Keimkristall stattgefunden hat. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß (1) die Mengen an bei tiefen Niveaus einfangenden Elementen in dem Ausgangspulver (wie oben beschrieben) unterhalb der relevanten Mengen liegen, (2) das Ausgangspulver 5E16 oder weniger Stickstoff enthält und (3) während des Sublimationswachstums das Ausgangspulver und der Keimkristall bei entsprechenden Temperaturen gehalten werden, die hoch genug sind, um die Menge an Stickstoff signifikant zu reduzieren, welche sonst in das massive Wachstum auf dem Keimkristall eingelagert würde und um die Anzahl von Punktdefekten (manchmal als intrinsische Punktdefekte bezeichnet) in dem massiven Wachstum auf dem Keimkristall auf eine Menge zu erhöhen, welche den resultierenden massiven Siliziumkarbideinkristall semi-isolierend macht. Vorzugsweise und konzeptionell kann durch Halten der Menge von Stickstoff oder anderen Dotierstoffen so niedrig wie möglich, die Anzahl von Punktdefekten, welche benötigt wird, um den Kristall semi-isolierend zu machen, ebenfalls minimiert werden. Gegenwärtig scheint die bevorzugte Anzahl von Punktdefekten in dem Bereich von 1E15 bis 5E17 zu liegen.
  • Obwohl die Erfinder nicht an irgendeine bestimmte Theorie gebunden sein wollen, scheint es, daß die resultierenden tiefen Einfangstellen in dem Siliziumkarbid, welche es semi-isolierend machen, eher von Lücken, Zwischengitterplätzen oder anderen intrinsischen Punktdefekten herrüh ren als dem Vorhandensein von Vanadium, anderen Übergangsmetallen oder anderen Elementen. Um das semi-isolierende Siliziumkarbid gemäß der Erfindung herzustellen, muß das Ausgangspulver, welches verwendet wird, frei von Vanadium sein oder wenn Vanadium vorhanden ist, muß es unterhalb erfaßbarer Niveaus liegen. Wie oben erwähnt, sind die erfaßbaren Mengen typischerweise als diejenigen charakterisiert, die gemessen werden können, wobei SIMS verwendet wird. Anders ausgedrückt, beträgt die Menge an Vanadium in dem Ausgangspulver vorzugsweise weniger als 1E16 Atome pro Kubikzentimeter und besonders bevorzugt weniger als 1E14 Atome pro Kubikzentimeter.
  • Es wurde weiterhin gemäß der vorliegenden Erfindung beobachtet, daß die Menge an Stickstoff in dem resultierenden massiven Einkristall reduziert werden kann, nicht nur durch Verwenden der hochreinen Techniken, auf die in dem Stand der Technik Bezug genommen wird (welche sicher als Teil erfindungsgemäßer Technik akzeptabel sind), sondern auch durch Ausführen der Sublimation bei relativ höheren Temperaturen, während die Temperatur des Keimkristalls und ei irgendeines massiven Wachstums auf dem Keimkristall bei einer Temperatur unter der Temperatur des Ausgangspulvers gehalten wird. Eine bevorzugte Technik zum Sublimationswachstum (anders als wie hierin beschrieben modifiziert) ist dem US-Patent Nr. RE 34.861 dargelegt, dessen Inhalt vollständig hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird („das '861-Patent").
  • Die Sublimation wird in einem passenden Tiegel ausgeführt, der wie in dem '861-Patent dargelegt, typischerweise aus Graphit gebildet ist. Der Tiegel weist einen Keimhalter auf und beide sind in einem Sublimationsofen angeordnet. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist SiC-Ausgangspulver gewählt und wie notwendig gereinigt, so daß es eine Stickstoffkonzentration von weniger als ungefähr 1E17 und vorzugsweise weniger als ungefähr 5E16 aufweist. Darüber hinaus hat das Ausgangspulver eine Konzentration von Vanadium oder anderen Schwermetallen oder Übergangselementen, welche unterhalb der Menge liegt, welche die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kristalls beeinflussen würden. Solche Menge schließen diejenigen unterhalb der SIMS-erfaßbaren Schwellen ein, was bedeutet, daß sie mindestens unter 1E16 und vorzugsweise unter 1E14 Atomen pro Kubikzentimeter liegen, wenn derzeit erhältliche SIMS verwendet wird. Das Ausgangsmaterial erreicht vorteilhafterweise auch die anderen vorteilhaften Eigenschaften, die in dem "861 Patent dargelegt sind.
  • Unter einem praktischen Gesichtspunkt kann Siliziumkarbidsublimation mit Quellentemperaturen ausgeführt werden, die von ungefähr 2100°C bis 2500°C reichen, wobei die Temperatur des Keimkristalls proportional niedriger gehalten wird. Für die hierin beschriebenen Materialien wurde die Quelle zwischen ungefähr 2360 und 2380°C gehalten, wobei der Keim 300 ist 350°C niedriger liegt. Wie denjenigen, die mit solchen Verfahren und Messungen vertraut sind, bekannt ist, können die angegebenen Temperaturen davon abhängen, wie und wo das System gemessen wird und sie können sich leicht von System zu System unterscheiden.
  • Da Vanadium das ausgewählte, bei tiefen Niveaus einfangende Element für vorangehende Versuche, semi-isolierendes Siliziumkarbid vom kompensierten Typ herzustellen, war, kann die Erfindung als der massive SiC-Einkristall ausgedrückt werden und das Verfahren zu seiner Herstel lung, in dem Vanadium unterhalb der erfaßbaren und oben angegebenen numerischen Schwellen liegt. Es ist jedoch für diejenigen, die mit dem Wachstum von Siliziumkarbid und den Eigenschaften von Siliziumkarbid, so wie es für Halbleiterzwecke verwendet wird, vertraut sind, offensichtlich, daß die Erfindung in ähnlicher Weise das Fehlen von irgendwelchen anderen Elementen in Betracht zieht, welche Einfangstellen bei tiefen Niveaus erzeugen würden.
  • Durch Vermeiden der Verwendung von Elementen, die Einfangstellen bei tiefen Niveaus erzeugen können, vermeidet die Erfindung auf ähnliche Weise die Notwendigkeit, die Einfangelemente mit anderen Elementen zu kompensieren und reduziert entsprechend die Komplikationen, die eine solche Kompensation in den Kristallwachstumsprozeß einführt.
  • 1 bis 17 stellen verschiedene Messungen dar, die an den semi-isolierenden Substraten gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wurden, zusammen mit einigen Vergleichen mit konventionellem, kompensierten und nicht kompensierten Siliziumkarbidmaterial.
  • 1 bis 3 stellen einen entsprechenden Satz von Messungen dar, die an einem Substratwafer durchgeführt wurden, welcher bei Cree Research Inc., Durham, North Carolina gemäß der vorliegenden Erfindung gewachsen wurde. Wie in dem „experimentellen" Teil hierin beschrieben, wurden die Eigenschaften dieser Materialien von dem Air Force Research Laboratory in Dayton, Ohio getestet. 1 trägt die Trägerkonzentration gegen die reziproke Temperatur (wobei die Konzentration auf einer logarithmischen Skala dargestellt ist) für einen semi-isolierenden Substratwafer gemäß der vorliegenden Erfindung auf. Die Steigung der resultierenden Linie gibt die Aktivierungsenergie wieder, welche ungefähr 1,1 Elektronenvolt (eV) beträgt.
  • 2 zeigt, daß der spezifische Widerstand sich; wenn die Temperatur abnimmt; auf eine Weise erhöht, welche mit den anderen erwarteten Eigenschaften des semi-isolierenden Materials gemäß der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
  • 3 stellt die Mobilität aufgetragen gegen die Temperatur in Grad Kelvin dar. 4 ist eine graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus (In) der Trägerkonzentration aufgetragen gegen die reziproke Temperatur (Grad Kelvin). Wie denjenigen, die mit diesen Messungen vertraut sind, bekannt ist, ergibt die Steigung des natürlichen Logarithmus der Trägerkonzentration gegen die reziproke Temperatur die Aktivierungsenergie. Wie mit der eingezeichneten Box in 4 bezeichnet, liegt die Aktivierungsenergie für diese Probe gemäß der Erfindung in der Größenordnung von 1,1 eV, d.h. in Übereinstimmung mit dem Ergebnis aus 1. Durch Vergleich und wie sonst denjenigen bekannt ist, die mit semi-isolierendem Siliziumkarbid vertraut sind, würde die Aktivierungsenergie für semi-isolierendes Siliziumkarbid, wenn Vanadium als das bei tiefen Niveaus einfangende Element verwendet wird, unter den gleichen Umständen bei ungefähr 1,6 eV liegen.
  • Die Daten wurden unter einem magnetischen Feld von 400 Kilogauss bei einer Probendicke von 0,045 cm und über einen Temperaturbereich von ungefähr 569 K bis ungefähr 1023 K gemessen.
  • 5 ist eine graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus des spezifischen Widerstands gegen die reziproke Temperatur in Grad Kelvin. Diese Daten und diese Darstellung können ebenfalls verwendet werden, um die Aktivierungsenergie des semi-isolierenden Siliziumkarbidmate rials zu bestimmen. Der Wert von 1,05667 eV, der aus dieser Darstellung bestimmt wurde, hilft, die zuvor gemessene Aktivierungsenergie von 1,1 eV zu bestätigen. Anders ausgedrückt, liegt die Differenz zwischen den Aktivierungsenergien, wie in 4 und 5 gemessen, innerhalb der erwarteten experimentellen Grenzen, und die Daten bestätigen einander.
  • 6 bis 10 stellen die gleichen Typen von Messungen und graphischen Darstellungen dar, wie die 1 bis 5, jedoch gemessen an einer anderen Probe, genauer in einem anderen Bereich des gleichen Wafers, der für die 1 bis 5 gemessen wurde. Es ist entsprechend ersichtlich, daß die 6 bis 8 in Übereinstimmung mit den in 1 bis 3 aufgetragenen Ergebnissen liegen. Insbesondere zeigt 9, welch eine weitere graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus der Trägerkonzentration gegen die reziproke Temperatur ist, eine berechnete Aktivierungsenergie von 1,00227 eV. Wieder liegt dies innerhalb der experimentellen Grenzen der zuvor gemessenen 1,1 eV.
  • Auf gleiche Weise trägt 10 den natürlichen Logarithmus des spezifischen Widerstands gegen die reziproke Temperatur auf und stellt ähnlich eine Aktivierungsenergie von 1,01159 bereit, welche ebenso innerhalb der experimentellen Grenzen von 1,1 eV liegt. 11 bis 13 zeigen Ergebnisse von noch einem anderen Teil des Wafers, die jedoch als weniger bevorzugt betrachtet werden als die in den vorangegangenen Messungen beobachteten Ergebnisse. Insbesondere zeigt die Auftragung aus 11 nicht die Bildung einer geraden Linie in der gewünschten Weise und die Daten sind weniger bevorzugt als die vorherigen Ergebnisse. Auf ähnliche Weise zeigt 14, welche den natürlichen Logarithmus des spezifischen Widerstands gegen die reziproke Temperatur aufträgt, eine berechnete Aktivierungsenergie von nur 0,63299, einen Wert, welcher deutlich von 1,1 eV abweicht, unabhängig von der experimentellen Ungenauigkeit.
  • 15, 16 und 17 stellen die sekundären Ionen-Massenspektren (SIMS) von verschiedenen Vergleichsproben dar und neigen dazu, die elementaren Verunreinigungen und andere Materialien in den semi-isolierenden Siliziumkarbidsubstraten zu zeigen. 15 ist das SIMS-Spektrum des semi-isolierenden Siliziumkarbidmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung und bestätigt das Fehlen von Vanadium oder irgendwelchen anderen Übergangsmetallen in der Probe. Dies bestätigt, daß die Aktivierungsenergie und die bei tiefen Niveaus vorhandenen Zustände in der Erfindung nicht von dem Vorhandensein von Vanadium oder anderen Übergangsmetallen herrührt.
  • 16 ist für Vergleichszwecke enthalten und ist das SIMS-Spektrum eines Wafers aus Siliziumkarbid vom N-Typ, der weder semi-isolierend ist, noch gemäß der vorliegenden Erfidnung hergestellt ist, aber stattdessen eine leitende Siliziumkarbidprobe darstellt. Da kein Grund existiert, Vanadium in Substraten vom N-Typ vorzusehen, fehlt Vanadium in dem Massenspektrum.
  • 17 stellt einen Vergleich einer vorherigen Version von semi-isolierendem Siliziumkarbid dar, welches mit Vanadium kompensiert ist. Die Vanadiumspitze ist bei ungefähr 51 Atommasseneinheiten deutlich in dem Spektrum vorhanden. Diese Vanadiumspitze fehlt deutlich in den 15 und 16.
  • Es ist natürlich für diejenigen, die mit diesen Materialien vertraut sind, offensichtlich, daß obwohl der Ausdruck „unterhalb erfaßbarer Mengen" eine vollständig passende Beschreibung der Erfindung ist, diese Mengen auch verstanden werden können als diejenigen, die unterhalb der Menge liegen, welche die elektronischen Eigenschaften und insbesondere den spezifischen Widerstand des Siliziumkarbidkristalls beeinflußt.
  • Entsprechend weist unter einem anderen Aspekt die Erfindung einen semi-isolierenden Siliziumkarbideinkristall mit flachen Donordotierstoffen, flachen Akzeptordotierstoffen und intrinsischen Punktdefekten auf. Unter diesem Aspekt der Erfindung ist die Anzahl an flachen Donatordotierstoffe (Nd) in dem Siliziumkarbidkristall größer als die Anzahl von flachen Akzeptordotierstoffen (Na) und die Anzahl von intrinsischen Punktdefekten (Ndl) in dem Siliziumkarbid, welche dann als Akzeptoren wirken, ist größer als die numerische Differenz zwischen der Anzahl dieser Donator- und Akzeptordotierstoffen. Über diesen Aspekt hinaus ist die Konzentration von Elementen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Übergangselemente und Schwermetalle enthält, geringer als die Konzentration, welche die elektronischen Eigenschaften des Siliziumkarbideinkristalls beeinflussen würde. Der resultierende Siliziumkarbideinkristall hat einen spezifischen Widerstand von mindestens 5000 Ω-cm bei Raumtemperatur.
  • Dieser Aspekt der Erfindung gilt auch für die komplementäre Situation, in der die Anzahl von Akzeptordotierungsatomen größer ist als die Anzahl von Donatordotierungsatomen. In solch einem Fall ist die Anzahl von intrinsischen Punktdefekten, welche als Donatoren wirken, größer als die numerische Differenz zwischen der Anzahl der schwachen Donatorstörstellen und der flachen Akzeptorstörstellen.
  • Anders ausgedrückt, kompensieren die flachen Dotierstoffe vom n-Typ und vom p-Typ einander, wobei der eine oder der andere zu einem bestimmten Grad dominiert. Die Anzahl von intrinsischen Punktdefekten in dem Kristall, welche elektrisch aktiviert sind, ist größer als die Nettomenge an Dotierungsatomen vom n-Typ oder vom p-Typ, die gegenüber dem anderen in dem Kristall dominieren. Ausgedrückt als eine Formel gilt Ndl > (Nd – Na),wobei die Donatoren gegenüber den Akzeptoren dominieren, oder Ndl > (Na – Nd),wobei die Akzeptoren gegenüber den Donatoren dominieren. In dem ersten Fall würde der Kristall n-Typ kompensiert, basierend auf Dotierungsatomen. Diese Nettodonatoren sind wiederum kompensiert, jedoch durch Punktdefekte vom Akzeptortyp, so daß der semi-isolierende Kristall erzeugt wird. In dem zweiten Fall wirken die Punktdefekte als Donator-Typ und kompensieren den Nettoübeschuß an Akzeptoren in dem Kristall.
  • Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck „Dotierstoff" in einem breiten Sinne verwendet, d.h. um ein anderes Atom als Silizium (Si) oder Kohlenstoff (C), welche in dem Kristallgitter vorhanden sind und welches entweder ein zusätzliches Elektron (einen Donator) oder ein zusätzliches Loch (einen Akzeptor) bereitstellen, zu beschreiben. In der Erfindung können die Dotierstoffe entweder passiv oder pro-aktiv vorhanden sein, d.h. der Ausdruck „Dotierstoff" impliziert weder einen „Dotierungs"-Schritt noch das Fehlen eines solchen.
  • Es ist zu erwarten, daß die Anzahl von Punktdefekten zu einem gewissen Grad durch Bestrahlen von Siliziumkarbid mit Neutronen, hochenergetischen Elektronen oder Gammastrahlen gesteuert werden kann, um die gewünschte Anzahl von Punktdefekten zu erzeugen, so daß die Ergebnisse in Übereinstimmung mit den oben angegebenen Formeln erzielt werden.
  • Obwohl eine exakte Anzahl von Punktdefekten schwierig zu messen ist, geben die Techniken, wie zum Beispiel paramagnetische Elektronenresonanz (EPR) Transientenspektroskopie bei tiefen Niveaus (Deep Level Transient Spektroskopie, DLTS) und Position Annihilation Spektroscopy die besten verfügbaren Werte für die vorhandenen Anzahlen. Wie weiter hierin dargelegt wird, bestätigen Hall-Effektmessungen auch die gewünschten Eigenschaften des Kristalls.
  • Unter einem weiteren Aspekt kann die Erfindung in aktive Vorrichtungen eingebaut werden, insbesondere aktive Mikrowellenvorrichtungen, welche von dem Vorteil des semi-isolierenden Siliziumkarbidsubstrats Gebrauch machen. Wie oben erwähnt und für diejenigen offensichtlich, die mit aktiven Halbleitermikrowellenvorrichtungen vertraut sind, kann die Frequenz, bei der eine Mikrowellenvorrichtung arbeiten kann, signifikant durch irgendeine Wechselwirkung von Trägern mit dem Substrat behindert werden, entgegen der idealen Situation, in der Träger auf einen bestimmten Kanal und andere funktionelle Bereiche der Mikrowellenvorrichtung beschränkt sind.
  • Die Natur des semi-isolierenden Siliziumkarbidmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung ist so, daß es exzellente Leistungseigenschaften in den entsprechenden Vorrichtungen aufweist. Diese schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf MESFETs, bestimmte MOSFETs und andere Vorrichtungen wie diejenigen, die beschrieben werden in den derzeitigen US-Patenten und anhängigen Anmeldungen mit den Nummern 5,270,554, 5,686,737, 5,719,409, 5,831,288, Serial Number 08/891,221, angemeldet am 7. Oktober 1997 und Serial Number 09/082,554, angemeldet am 25. Mai 1998, beide für „Latch-up Free Power UMOS Bipolar Transistor", Serial Number 08/797,536, angemeldet am 7.2.1997 für „Structure for Increasing the Maximum Voltage of Silicon Carbide Power Transistors", Serial Number 08/795,135, angemeldet am 7.2.1997 für "Structure to Reduce the On-resistance of Power Transistors" und Anmeldung Nr. PCT/US98/13003, angemeldet am 23.6.1998 (die Vereinigten Staaten benennend) für „Power Devices in Wide Bandgap Semiconductors", deren Inhalt hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • EXPERIMENTELLES
  • Zwei Wafer aus semi-isolierendem SiC wurden in dem Air Force Research Laboratory in Dayton, Ohio (Wright-Patterson Air Force Base) mit Hochtemperatur-Hall-Effekt und SIMS untersucht. Von einem der Wafer konnten keine verständlichen Ergebnisse gewonnen werden (möglicherweise aufgrund unzureichender Ohmscher Kontakte) aber zwei Hall-Proben von dem zweiten Wafer ergaben beide die gleichen Ergebnisse, was zu einer vernünftigen Aussagewahrscheinlichkeit für diese Ergebnisse führt.
  • Beide Wafer waren bei Raumtemperatur isolierend. Der meßbare Wafer war bei höheren Temperaturen thermisch aktiviert, und die Trägerkonzentration war meßbar, was bei semi-isolierendem Material aufgrund der geringen Mobilitäten wegen der hohen vorhandenen Temperaturen nicht immer möglich ist. Die Trägerkonzentration lag um 1015 cm–3 bei 1000 K, wobei der spezifische Widerstand um 103 Ω-cm lag. Eine solche Trägerkonzentration ist um eine oder zwei Größenordnungen geringer als die in konventionellem semi-isolierendem Material oder Vanadium-dotierem Material bei der gleichen Temperatur beobachtete. Jedoch konnte keine Anpassung der n gegen 1:T-Kurve durchgeführt werden, so daß die Gesamtkonzentration für die aktive Schicht nicht verfügbar war. Die Aktivierungsenergie lag um 1,1 eV.
  • SIMS wurde mit einem hochauflösenden System an der Probe ausgeführt. Es war nichts zu beobachten außer ein wenig Kupfer nahe der Erfassungsgrenze zusammen mit ein wenig Wasserstoff, das aufgrund der Spitze der Masse 47 vermutet wurde. Die Spitze der Masse 47 wurde entsprechend SiOH zugeordnet. Der Massenscan für die Erfindung zusammen mit den Scans für zwei Vergleichsproben sind hierin als 18 bis 20 enthalten. Titan (Ti) ist in 19 und 20 um 1 × 1016 cm–3 ersichtlich, aber nicht in den Proben der Erfindung (18). Vanadium tritt auch in der semi-isolierenden Standardprobe (20) zusammen mit der SiOH-Linie, welche Wasserstoff bezeichnet, auf.
  • Aus diesen Ergebnissen wurde gefolgert, daß der erste Wafer eine sehr hohe Reinheit aufweist und als isolierend betrachtet wird, da irgendwelche verbleibenden Vanadiumstörstellen zusammen mit dem, was andere Defekte zu dem 1,1 eV Niveau beitragen, in Konzentrationen vorhanden sind, welche größer sind als die Summe der flachen Störstellen und so die 1,1 eV Niveaus die flachen Störstellen kompensieren. Das Fermi-Niveau ist auf dem tiefen Niveau festgelegt, wodurch das Material semi-isolierend ist. Das Vorhandensein von Wasserstoff, wenn überhaupt, könnte bedeuten, daß Wasserstoffkompensation stattfindet, aber es ist nicht zu erwarten, daß eine solche selektiv die flachen Störstellen kompensiert oder neutralisiert und nicht die tiefen Niveaus.
  • In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden typische Ausführungsformen der Erfindung offenbart und obwohl bestimmte Ausdrücke verwendet wurden, wurden sie nur auf eine numerische und beschreibende Weise verwendet und nicht zum Zweck der Beschränkung des Schutzbereichs der Erfindung, so wie er in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims (23)

  1. Semiisolierender massiver Einkristall aus Siliziumkarbid mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 5000 Ω cm bei Raumtemperatur, mit einer Konzentration von bei tiefen Niveaus einfangenden Elementen, die unter dem Wert liegt, der die elektrischen Charakteristiken des Kristalls beeinflußt und mit einer Konzentration von Stickstoffatomen unter 1 × 1017 pro cm–3.
  2. Semiisolierender Siliziumkarbideinkristall mit: flachen Donator-Dotierstoffen, flachen Akzeptor-Dotierstoffen und intrinsischen Punktdefekten in dem Siliziumkarbideinkristall, wobei die Anzahl von flachen Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps größer ist als die Anzahl von flachen Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps und die Anzahl von intrinsischen Punktdefekten in dem Siliziumkarbidkristall, die so wirken, daß sie den vorherrschenden ersten Dotierstofftyp kompensieren, größer ist als die numerische Differenz, um welche der erste Typ von flachen Dotierstoffen gegenüber dem zweiten Typ von flachen Dotierstoffen dominiert und die Konzentration an Übergangselementen und Schwermetallen geringer ist als die Konzentration, welche die elektrischen Eigenschaften des Siliziumkarbideinkristalls beeinflussen würde, wobei der Siliziumkarbideinkristall eine Konzentration von Stickstoffatomen unter 1 × 1017 cm–3 und einen spezifischen Widerstand von mindestens 5000 Ω cm bei Raumtemperatur hat.
  3. Semiisolierender Siliziumkarbidkristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffe vom ersten Typ Donatoren sind, die Dotierstoffe vom zweiten Typ Akzeptoren sind und die intrinsischen Punktdefekte als Akzeptoren wirken.
  4. Semiisolierender Siliziumkarbidkristall nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffe vom ersten Typ Akzeptoren, die Dotierstoffe vom zweiten Typ Donatoren sind und die intrinsischen Punktdefekte als Donatoren arbeiten.
  5. Semiisolierender Siliziumkarbideinkristall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polytyp des Siliziumkarbids aus den 3C, 4H, 6H und 15R Polytypen ausgewählt ist.
  6. Siliziumkarbideinkristall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffkonzentration 5 × 1016 cm–3 oder weniger beträgt.
  7. Siliziumkarbideinkristall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vanadiumkonzentration weniger als 1 × 1016 cm–3 beträgt.
  8. Siliziumkarbideinkristall nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vanadiumkonzentration weniger als 1 × 1014 cm–3 beträgt.
  9. Siliziumkarbideinkristall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen spezifischen Widerstand von mindestens 10.000 Ω cm bei Raumtemperatur aufweist.
  10. Siliziumkarbideinkristall nach Anspruch 9, der einen spezifischen Widerstand von mindestens 50.000 Ω cm bei Raumtemperatur aufweist.
  11. Semiisolierender Siliziumkarbideinkristall nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Punktdefekten 5 × 1017 cm–3 nicht übersteigt.
  12. Semiisolierender Siliziumkarbideinkristall nach Anspruch 11, der eine Konzentration von Punktdefekten aufweist, die größer ist als die Stickstoffkonzentration.
  13. Transistor, der ein Substrat hat, das den massiven Einkristall gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
  14. Transistor nach Anspruch 13, der ein Metall-Halbleiterfeldeffekttransistor, ein Metall-Isolatorfeldeffekttransistor oder ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität ist.
  15. Verfahren zum Herstellen eines hochresistiven Siliziumkarbideinkristallsubstrats mit: Bestrahlen eines Einkristalls aus Siliziumkarbid, in dem die Konzentration von tiefen Niveaueinfangelementen unter 1 × 1016 cm–3 ist und die Stickstoffkonzentration unter 1 × 1017 cm–3 ist, mit einer Bestrahlungsquelle, die ausgewählt ist aus Neutronen-, Elektronen- und Gammastrahlung und so lange, bis die Anzahl von kompensierenden Punktdefekten in dem Kristall größer ist als die Nettoanzahl von Dotierstoffatomen des Leitfähigkeitstyps, der gegenüber den Dotierstoffatomen des anderen Leitfähigkeitstyps in dem Kristall vorherrscht.
  16. Verfahren nach Anspruch 15 mit Bestrahlen eines Siliziumkarbideinkristalls, wobei der Polytyp des Siliziumkarbids aus den 3C, 4H, 6H und 15R Polytypen ausgewählt ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16 mit Bestrahlen eines Siliziumkarbideinkristalls, der eine Konzentration von Stickstoffatomen unter 1 × 1017 cm–3 aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17 mit Bestrahlen eines Siliziumkarbideinkristalls nach Anspruch 1, wobei die Stickstoffkonzentration 5 × 1016 cm–3 oder weniger beträgt.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18 mit Bestrahlen eines Siliziumkarbideinkristalls, wobei die Vanadiumkonzentration weniger als 1 × 1014 cm–3 beträgt.
  20. Verfahren zum Herstellen eines semiisolierenden massiven Siliziumkarbideinkristalls, wobei das Verfahren aufweist: Erhitzen eines Siliziumkarbidausgangspulvers, in dem die Anzahl von in tiefen Niveaus einfangenden Elementen in dem Ausgangspulver unter 1 × 1016 cm–3 ist, bis zur Sublimation, Erhitzen und dann Halten eines Siliziumkarbidkristallkeims bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Ausgangspulvers, bei welcher Temperatur die sublimierten Spezies aus dem Ausgangspulver an dem Kristallkeim kondensieren, und Fortsetzen des Erhitzens des Siliziumkarbidausgangspulvers, bis eine gewünschte Menge massiven Einkristalls auf dem Kristallkeim gewachsen ist, und währenddessen Halten des Ausgangspulvers und des Kristallkeims während des Sublimationswachstums auf entsprechenden Temperaturen, die hoch genug sind, um den Betrag an Stickstoff, der anderenfalls in dem massiven auf dem Kristallkeim aufgewachsenen Material enthalten wäre, auf eine Konzentration unter 1 × 1017 cm–1 zu reduzieren, und um die Anzahl von Punktdefekten in dem massiv aufgewachsenen Material auf einen Betrag zu reduzieren, der den resultierenden Siliziumkarbideinkristall semiisolierend macht.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, in dem die Menge an Vanadium in dem Ausgangspulver kleiner als 1 × 1016 cm–3 ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, in dem die Menge an Vanadium in dem Ausgangspulver kleiner als 1 × 1014 cm–3 ist.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an Übergangsmetallen in dem Ausgangspulver kleiner als 1 × 1014 cm–3 ist.
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