TWI723578B - 高純度碳化矽單晶基材及其製備方法、應用 - Google Patents
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Abstract
本申請公開了高純度碳化矽單晶基材及其製備方法，屬於半導體材料領域。該高純度碳化矽單晶基材至少包括碳化矽單晶基材表層和碳化矽單晶基材主體層，該碳化矽單晶基材表層的本徵點缺陷濃度小於該碳化矽單晶基材本體層的本徵點缺陷濃度，碳化矽單晶基材具有半絕緣性。該方法通過對高純度碳化矽單晶晶片進行高溫快速熱處理和表面雷射退火，將引入到高純度半絕緣碳化矽基材表面區域內點缺陷進行清除，同時保留距離基材表面的內部點缺陷，實現在無缺陷的碳化矽單晶基材表層潔淨區並保留其半絕緣特性，且製備的GaN外延層的獲得最佳的品質。
Description
本申請涉及一種高純度碳化矽單晶基材及其製備方法、應用，屬於半導體材料領域。
半絕緣碳化矽(SiC)單晶基材是製備GaN高頻微波裝置的較佳半導體基底材料，這一方面取決於半絕緣碳化矽單晶基材的高電阻率等優異性能，能夠製備性能優異的電子裝置；另一方面取決於碳化矽和GaN晶格常數的較高的匹配度，能夠使異質外延層獲得良好的結晶品質。
從實現方法上而言，半絕緣碳化矽單晶基材的製備有摻雜和高純度兩種實現方式。通過摻雜高濃度的釩元素引入大量深能階中心，將費米能階釘紮在禁帶中心從而實現半絕緣特性。目前已有研究表明，高濃度的釩摻雜會在製備的裝置中俘獲電子從而引起背閘效應，造成裝置性能降低甚至失效。隨著技術的發展，通過降低晶體中的淺能階雜質濃度減少晶體中的有效載流子濃度，同時引入一定數量的本徵點缺陷作為深能階中心進行補償從而實現半絕緣特性的高純度半絕緣碳化矽單晶基材成為主流。
高純度半絕緣碳化矽單晶基材的高阻特性的實現建立在晶體內部低濃度的電活性雜質和一定濃度的本徵點缺陷如碳空位及其複合體的基礎上。本徵點缺陷是實現高純度半絕緣晶體的電學特性的不可或缺的特徵，然
而，這些點缺陷本身會引入較大的晶格應力，造成晶格畸變，從而破壞了碳化矽單晶晶格的完整性，在一定程度上影響碳化矽單晶的晶格參數。考慮到GaN採用碳化矽單晶基材作為外延的主要原因之一即是兩者晶格參數較小的失配度，點缺陷的引入將會導致GaN和碳化矽的晶格適配度增加，進而降低GaN外延層的品質。
為了解決上述問題，本申請提供了一種高純度碳化矽單晶基材。本申請的高純度碳化矽單晶基材平衡了GaN外延層的晶體品質與高純度碳化矽晶體的電學特性之間的關係，提高了高純度碳化矽單晶基材的品質及其與GaN外延層的晶格匹配度，同時不影響高純度半絕緣碳化矽單晶基材的物理性能實現。
該高純度碳化矽單晶基材，其特徵在於，所述的高純度碳化矽單晶基材至少包括碳化矽單晶基材表層和碳化矽單晶基材主體層，所述碳化矽單晶基材表層的本徵點缺陷濃度小於所述碳化矽單晶基材本體層的本徵點缺陷濃度，所述碳化矽單晶基材具有半絕緣性。
可選地，所述碳化矽單晶基材表層厚度和碳化矽單晶基材主體層的厚度比例為1：4-25。
可選地，所述的高純度碳化矽單晶基材由碳化矽單晶基材表層和碳化矽單晶基材主體層構成。進一步地，所述的高純度碳化矽單晶基材由碳化矽單晶基材表面和碳化矽單晶基材主體層構成。
可選地，所述碳化矽單晶基材表層厚度與所述碳化矽單晶基材厚度的比值不大於31%。進一步地，所述碳化矽單晶基材表層厚度與所述碳化矽單晶基材厚度的比值為9%-31%。更進一步地，所述碳化矽單晶基材表層厚度與所述碳化矽單晶基材厚度的比值下限選自10%、15%、20%、25%或30%，上限選自10%、15%、20%、25%或30%。
可選地，所述半絕緣碳化矽單晶基材的厚度為490-510μm。
可選地，所述碳化矽單晶基材表層室溫下的本徵點缺陷濃度不高於1×1013cm-3。較佳地，所述碳化矽單晶基材表層室溫下的本徵點缺陷的濃度不高於1×1012cm-3。
可選地，所述碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度為1×1014~1×1016cm-3。較佳地，所述碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度為1×1014~1×1015cm-3。
可選地，所述半絕緣碳化矽單晶基材表層的厚度不大於150μm。可選地，所述半絕緣碳化矽單晶表層的厚度為20-150μm。較佳地，所述高純度碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度為50-150μm。進一步地，該高純度碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度的下限選自55μm、70μm、90μm、110μm、130μm或140μm，上限選自55μm、70μm、90μm、110μm、130μm或140μm。更進一步地，所述高純度碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度為80-120μm。
可選地，所述碳化矽單晶基材表層室溫下實質上不含有本徵點缺陷，所述的碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度使得所述的高純度碳化矽單晶基材具有半絕緣性。
可選地，所述碳化矽單晶基材表層室溫下僅含有該溫度下固有的本徵點缺陷，所述的碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度使得所述的高純度碳化矽單晶基材具有半絕緣性。
作為一種實施方式，所述碳化矽單晶基材表層室溫下實質上不含有本徵點缺陷，所述碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度為1×1014~1×1016cm-3，所述的高純度碳化矽單晶基材中的碳化矽單晶基材表層和碳化矽單晶基材主體層的厚度比為1：4-25。所述碳化矽單晶基材表層室溫下實質上不含有本徵點缺陷是本徵點缺陷濃度極低，本徵點缺陷除非在絕對零度下，否則始終存在於晶體中，一定厚度內缺陷濃度最低。
較佳地，所述碳化矽單晶基材表層的碳化矽單晶的晶格具有完全的完整性。
可選地，所述碳化矽單晶基材中的淺能階雜質的濃度為1×1014~1×1016cm-3。進一步地，所述淺能階雜質包括N、B、Al中的至少一種。
可選地，所述的高純度碳化矽單晶基材由包括下述步驟的方法製備得到：將高純度碳化矽單晶片進行高溫快速熱處理和表面退火處理，即製得所述的高純度碳化矽單晶基材。
可選地，所述高溫快速熱處理包括快速升溫加熱階段和快速降溫階段。
較佳地，所述快速升溫加熱階段包括以下處理條件：以30-100℃/s的速率升溫至1800-2300℃，保持60-600s；所述快速降溫階段包括以下處理條件：以50-150℃/s速率快速冷卻至室溫。
進一步地，所述快速升溫加熱階段的升溫速率為50-80℃/s。
進一步地，所述快速升溫加熱階段的保持溫度為2000-2200℃，保持時間為100s-500s。更進一步地，所述快速升溫加熱階段的保持溫度為2100-2000℃，保持時間為150s-200s。
進一步地，所述快速降溫階段包括：以100-150℃/s速率快速冷卻。進一步地，所述快速降溫階段包括：以100-150℃/s速率快速冷卻。所述的快速降溫階段可以將快速升溫加熱階段注入的本徵點缺陷凍結在晶體中。
本申請的高溫快速熱處理在碳化矽單晶片中注入一定數量的本徵點缺陷，以避免在後續的表面退火的過程中造成過量的本徵點缺陷湮滅，影響製備的碳化矽單晶基材的半絕緣特性。
較佳地，所述表面退火處理控制的碳化矽單晶片的表面溫度為1200-1800℃，退火處理的時間為30-90min。
進一步地，該表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度的下限選自1250℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃或1750℃，上限選自1250℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃或1750℃。
進一步地，該表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的時間的下限選自35min、45min、55min、65min、75min或85min，上限選自35min、45min、55min、65min、75min或85min。
較佳地，所述表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度為1400-1600℃，退火處理的時間為45-60min。更進一步地，所述表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度為1500-1600℃。
較佳地，所述表面退火處理為使用表面雷射加熱經高溫快速熱處理後的碳化矽單晶片表面；所述雷射加熱的步驟包括：通過雷射進行往復面
掃描經過高溫快速熱處理的碳化矽單晶片進行表面退火處理，所述雷射移動速率為0.5-3000mm/s。
進一步地，所述雷射裝置移動速率的下限選自1mm/s、1000mm/s、1500mm/s、2000mm/s或2500mm/s，上限選自5mm/s、1000mm/s、1500mm/s、2000mm/s或2500mm/s。更進一步地，所述雷射裝置移動速率為0.5-5mm/s。該雷射裝置移動速率使得雷射能夠加熱基材表面至預設溫度但溫度不會快速傳導至碳化矽單晶基材內部，從而實現對碳化矽單晶基材表面的退火效果。
可選地，所述表面退火處理包括至少退火處理碳化矽單晶片的一個表面。進一步地，所述表面退火處理包括退火處理碳化矽單晶基材生長GaN晶體時與GaN晶體的接觸面。
可選地，所述表面退火處理為使用雷射裝置加熱經高溫快速熱處理後的碳化矽單晶片表面。
可選地，所述雷射裝置的波長小於352nm，脈衝寬度不大於60ns，能量密度不大於150mJ/cm2。較佳地，所述雷射裝置的波長小於352nm，脈衝寬度20-60ns，能量密度70-110mJ/cm2。使用本申請的雷射裝置的參數處理高純度碳化矽單晶片的表面的均勻度高。
根據本申請的另一方面，提供了一種半導體裝置，其包含上述任一項所述的高純度碳化矽單晶基材。
較佳地，所述半導體裝置為外延晶片或晶體管。
根據本申請的又一方面，提供了由上述任一種所述的高純度碳化矽單晶基材在製備半導體裝置中的應用。
較佳地，所述半導體裝置為外延晶片或晶體管。
根據本申請的又一方面，提供了一種製備高品質的半絕緣碳化矽單晶基材的方法。本申請的製備方法平衡了GaN外延層的晶體品質與高純度碳化矽晶體的電學特性之間的關係。該新的高純度半絕緣碳化矽基材的製備方法，提高了半絕緣碳化矽單晶基材的品質及其與GaN外延層的晶格匹配度，同時不影響高純度半絕緣碳化矽單晶基材的物理性能實現。
該製備高品質的半絕緣碳化矽單晶基材的方法，其特徵在於，所述方法包括下述步驟：1)選擇高純度碳化矽單晶片；2)將高純度碳化矽單晶片進行高溫快速熱處理和表面退火處理，即製得所述的高品質的半絕緣碳化矽單晶基材；所述的高品質的半絕緣碳化矽單晶基材至少包括碳化矽單晶基材表層和碳化矽單晶基材主體層。
可選地，所述碳化矽單晶基材表層厚度與所述碳化矽單晶基材厚度的比值不大於31%。進一步地，所述碳化矽單晶基材表層厚度與所述碳化矽單晶基材厚度的比值為9%-31%。更進一步地，所述碳化矽單晶基材表層厚度與所述碳化矽單晶基材厚度的比值下限選自10%、15%、20%、25%或30%，上限選自10%、15%、20%、25%或30%。
可選地，所述半絕緣碳化矽單晶基材的厚度為490-510μm。
可選地，所述半絕緣碳化矽單晶表層的厚度不大於150μm。較佳地，所述半絕緣碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度為20-150μm。較佳地，所述半絕緣碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度為50-150μm。進一步地，該半絕緣碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度的下限選自55μm、70μm、
90μm、110μm、130μm或140μm，上限選自55μm、70μm、90μm、110μm、130μm或140μm。更進一步地，所述半絕緣碳化矽單晶基材經退火處理的表層厚度為80-120μm。
可選地，所述高溫快速熱處理包括快速升溫加熱階段，所述快速升溫加熱階段包括：以30-100℃/s的速率升溫至1800-2300℃，保持60-600s。
進一步地，所述快速升溫加熱階段的升溫速率為50-80℃/s。
進一步地，所述快速升溫加熱階段的保持溫度為2000-2200℃，保持時間為100-500s。更進一步地，所述快速升溫加熱階段的保持溫度為2000-2100℃，保持時間為150-200s。
可選地，所述高溫快速熱處理還包括快速降溫階段，所述快速降溫階段包括以50-150℃/s速率快速冷卻。進一步地，所述快速降溫階段包括：以100-150℃/s速率快速冷卻。所述的快速降溫階段可以將快速升溫加熱階段注入的本徵點缺陷凍結在晶體中。
本申請的高溫快速熱處理在高純度碳化矽單晶片中注入一定數量的本徵點缺陷，以避免在後續的表面退火的過程中造成過量的本徵點缺陷湮滅，影響製備的半絕緣碳化矽單晶基材的半絕緣特性。
可選地，所述表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度為1200-1800℃，退火處理的時間為30-90min。
進一步地，該表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度的下限選自1250℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃或1750℃，上限選自1250℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃或1750℃。
進一步地，該表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的時間的下限選自35min、45min、55min、65min、75min或85min，上限選自35min、45min、55min、65min、75min或85min。
較佳地，所述表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度為1400-1600℃，退火處理的時間為45-60min。更進一步地，所述表面退火處理控制的高純度碳化矽單晶片的表面溫度為1500-1600℃。
可選地，所述表面退火處理包括至少退火處理高純度碳化矽單晶片的一個表面。進一步地，所述表面退火處理包括退火處理高純度碳化矽單晶基材生長GaN晶體時與GaN晶體的接觸面。
可選地，所述表面退火處理為使用雷射裝置加熱經高溫快速熱處理後的高純度碳化矽單晶片表面。
可選地，所述雷射裝置加熱的步驟包括：通過雷射裝置進行往復面掃描經過高溫快速熱處理的高純度碳化矽單晶片進行表面退火處理，所述雷射裝置移動速率為0.5-3000mm/s。進一步地，所述雷射裝置移動速率的下限選自1mm/s、1000mm/s、1500mm/s、2000mm/s或2500mm/s，上限選自5mm/s、1000mm/s、1500mm/s、2000mm/s或2500mm/s。更進一步地，所述雷射裝置移動速率為0.5-5mm/s。該雷射裝置移動速率使得雷射能夠加熱基材表面至預設溫度但溫度不會快速傳導至半絕緣碳化矽單晶基材內部，從而實現對半絕緣碳化矽單晶基材表面的退火效果。
可選地，所述雷射裝置的波長小於352nm，脈衝寬度不大於60ns，能量密度不大於150mJ/cm2。較佳地，所述雷射裝置的波長小於352nm，
脈衝寬度20-60ns，能量密度70-110mJ/cm2。使用本申請的雷射裝置的參數處理高純度碳化矽單晶片的表面均勻度高。
可選地，所述步驟1)高純度碳化矽單晶片的製備方法包括如下步驟：將碳化矽粉料經除雜、長晶階段製得高純度碳化矽單晶後，進行切割、研磨和拋光，製得高純度碳化矽單晶片。
本申請的有益效果包括但不限於：本申請的高純度碳化矽單晶基材表層的本徵點缺陷的低濃度，使得高純度碳化矽單晶作為GaN外延的外延基底時，GaN和碳化矽單晶的晶格適配度更高，使得製備的GaN外延的層的品質更高；且高純度碳化矽單晶的主體層具有一定濃度的內部點缺陷，可以保持高純度碳化矽單晶基材的半絕緣特性。
本申請的高純度碳化矽單晶基材的製備通過高溫快速熱處理技術和表面雷射退火技術，將引入到高純度半絕緣碳化矽基材表面一定區域內的點缺陷進行清除，同時保留距離基材表面的內部點缺陷，從而實現在無缺陷的基材表層潔淨區並保留高純度碳化矽單晶基材的半絕緣特性，從而使GaN外延層獲得最佳的品質。
本申請的高純度半絕緣碳化矽基材平衡了GaN外延層的晶體品質與高純度碳化矽晶體的電學之間的關係，提高了高純度碳化矽單晶基材的品質及其與GaN外延層的晶格匹配度，同時不影響高純度半絕緣碳化矽單晶基材的物理性能實現。
1:雷射裝置
2:高純度碳化矽單晶片
3:本徵點缺陷
4:高純度碳化矽單晶基材表層
5:高純度碳化矽單晶主體層
〔圖1〕為本申請製備高純度碳化矽單晶基材的高溫快速熱處理的示意圖。
〔圖2〕為本申請製備高純度碳化矽單晶基材的表面退火處理示意圖。
〔圖3〕為本申請製備的高純度碳化矽單晶片、經高溫快速熱處理的高純度碳化矽單晶片和高純度碳化矽單晶基材中含本徵點缺陷的濃度示意圖。
下面結合實施例詳述本申請，但本申請並不局限於這些實施例。
如無特別說明，本申請的實施例中涉及的原料等均通過商業途徑購買。
本申請的實施例中分析方法如下：電阻率測試採用Semimap公司的COREMA-WT型非接觸式半絕緣電阻率測試儀。
晶型測試採用Horiba公司的HR800型共聚焦拉曼光譜儀。
碳化矽單晶基材的面型測試採用FRT公司的MicroProf@TTV200型全自動面型測試儀。
元素含量測試採用Cameca公司的IMS 7f-Auto型二次離子質譜儀器。
本申請的高純度碳化矽單晶片的製備利用本領域內的方法製備即可，可使用下述高純度碳化矽單晶片的製備方法，該方法包括下述步驟：
、將一定數量的碳化矽粉料置於石墨坩堝內，碳化矽粉料純度應在99.9999%以上，其中所含的淺能階施主雜質如氮的濃度在1×1016cm-3以下，淺能階受主雜質如硼、鋁等濃度之和應在1×1016cm-3以下；
、將用於生長碳化矽單晶的籽晶置於石墨坩堝內部的碳化矽粉料上部後，將石墨坩堝密封；密封後的石墨坩堝放置於石墨保溫氈內部後，整體移至單晶生長設備內後密封爐膛；
、將爐膛內的壓力抽真空至10-5Pa並保持5-10h，以去除爐腔內的殘餘雜質後，逐步向爐腔內通入保護氣氛，例如氬氣或氦氣；
、以30-50mbar/h的速率將爐膛壓力提升至10-100mbar，同時以10-20℃/h的速率將爐膛內的溫度提升至2100-2200℃，在此溫度下保持50-100h，完成碳化矽單晶的生長過程；
、單晶生長過程結束後，停止加熱爐膛，使爐膛溫度自然降低至室溫後，打開爐膛取出石墨坩堝，即可得所述的高純度碳化矽單晶，繼續進行切割和拋光過程即製得高純度碳化矽單晶片。
實施例1 高純度碳化矽單晶基材的製備
作為一種實施方式，高純度碳化矽單晶片的製備方法，該方法包括下述步驟：
、將一定數量的碳化矽粉料置於石墨坩堝內，碳化矽粉料純度應在99.9999%以上，其中所含的淺能階施主雜質如氮的濃度在1×1016cm-3以下，淺能階受主雜質如硼、鋁等濃度之和應在1×1016cm-3以下；
、將用於生長碳化矽單晶的籽晶置於石墨坩堝內部的碳化矽粉料上部後，將石墨坩堝密封；密封後的石墨坩堝放置於石墨保溫氈內部後，整體移至單晶生長設備內後密封爐膛；
、將爐膛內的壓力抽真空至10-5Pa並保持8h，以去除爐腔內的殘餘雜質後，逐步向爐腔內通入氬氣；
、以40mbar/h的速率將爐膛壓力提升至50mbar，同時以15℃/h的速率將爐膛內的溫度提升至2100-2200℃，在此溫度下保持80h，完成碳化矽單晶的生長過程；
、單晶生長過程結束後，停止加熱爐膛，使爐膛溫度自然降低至室溫後，打開爐膛取出石墨坩堝，即可得所述的高純度碳化矽單晶，繼續進行切割和拋光過程即製得高純度碳化矽單晶片1#。
使用上述方法製備的高純度碳化矽單晶片1#製備高純度碳化矽單晶基材，該製備方法包括下述步驟：
1)將製得的高純度碳化矽單晶片進行高溫快速熱處理和使用雷射裝置對高純度碳化矽單晶片的表面進行往復掃描退火，即製得高純度碳化矽單晶基材。
通過控制雷射裝置的功率、離焦量和雷射熱處理面積等的值控制高純度碳化矽單晶片表面的溫度。
本實施方式的製備高純度碳化矽單晶基材的高溫快速熱處理的示意圖如圖1所示，T為溫度，t為時間。
本實施方式的製備高純度碳化矽單晶基材的表面退火處理示意圖如圖2所示，1為雷射裝置，2為高純度碳化矽單晶片，雷射裝置1在高純度碳化矽單晶片2的表面以一定速率往復移動加熱高純度碳化矽單晶片2的表面。
本申請由半絕緣碳化矽單晶片到高純度碳化矽單晶基材產品的本徵點缺陷的濃度變化示意圖如圖3所示，其中，高純度碳化矽單晶片、經高溫快速熱處理的高純度碳化矽單晶片和高純度碳化矽單晶基材中本徵點缺陷的濃度示意圖分別如圖3a、圖3b和圖3c所示。圖3中的3代表本徵點缺陷，4為高純度碳化矽單晶基材表層，5為高純度碳化矽單晶主體層。本申請的高溫快速熱處理在高純度碳化矽單晶片(如圖3a)中注入一定數量的本徵點缺陷3(如圖3b)，以避免在後續的表面退火的過程中造成過量的本徵點缺陷3湮滅，影響製備的高純度碳化矽單晶基材(如圖3c)的半絕緣特性。本申請的高純度碳化矽單晶基材(如圖3c)的製備通過高溫快速熱處理技術和表面雷射退火技術，將引入到高純度半絕緣碳化矽基材表面4一定區域內的點缺陷進行清除，同時保留距離基材表面的內部點缺陷即純碳化矽單晶主體層5，從而實現在無缺陷的基材表層4潔淨區並保留半絕緣碳化矽基材的半絕緣特性，從而使GaN外延層獲得最佳的品質。
使用KrF脈衝雷射照射對高純度碳化矽單晶基材進行退火處理，控制高純度碳化矽單晶基材能量密度不大於150mJ/cm2。
按照上述的方法和表1所示的具體參數將高純度碳化矽單晶片1#分別製得高純度碳化矽單晶基材1#、高純度碳化矽單晶基材2#、高純度碳化矽單晶基材3#、高純度碳化矽單晶基材4#和高純度碳化矽單晶基材5#。高純度碳化矽單晶基材1#-5#的具體製備參數和基材性質如表1所示。
分別測試製得的高純度碳化矽單晶基材1#、高純度碳化矽單晶基材2#、高純度碳化矽單晶基材3#、高純度碳化矽單晶基材4#和高純度碳化矽單晶基材5#的電阻率、淺能階雜質含量、碳化矽基材表層本徵點濃度、碳化矽基材主體層本徵點濃度等，測試結果如表1所示。由表1數據可知高純度碳化矽單晶基材1#-5#的電阻率高，具有半絕緣性質。高純度碳化矽單晶基材1#-5#的碳化矽單晶基材表層的本徵點缺陷濃度小於所述碳化矽單晶基材本體層的本徵點缺陷濃度，且製備的碳化矽單晶基材1#-5#具有半絕緣性。其中，高純度碳化矽單晶基材1#表層徵點缺陷濃度極低，具有良好的晶格完整性，高純度碳化矽單晶基材1#主體層的本徵點缺陷的濃度使得所述的高純度碳化矽單晶基材具有半絕緣性。碳化矽單晶基材表層室溫下本徵點缺陷濃度極低，本徵點缺陷除非在絕對零度下，否則始終存在於晶體中，一定厚度內本徵點缺陷濃度最低。
本申請製得的4-12英寸半絕緣碳化矽單晶基材電阻率可以達到2×1011Ω‧cm以上，且電阻率徑向分佈控制在2數量級以內，從而實現半絕緣碳化矽單晶基材的電阻率均勻分佈。對於4-12英寸半絕緣碳化矽單晶基材測試其彎曲度和翹曲度，其彎曲度和翹曲度可以控制在45μm以內。
實施例2 製備GaN單晶及性能測試
分別利用實施例1中製備的同尺寸的高純度碳化矽單晶基材1#-5#和高純度碳化矽單晶片1#作為製備GaN單晶外延片的基底，製備方法根據本領域的常規方法。由高純度碳化矽單晶基材1#-5#製得的GaN單晶的晶型品質高於
以高純度碳化矽單晶片1#作為基底製得的GaN單晶外延片的品質，具體數據如表2所示。
以上所述，僅為本申請的實施例而已，本申請的保護範圍並不受這些具體實施例的限制，而是由本申請的申請專利範圍來確定。對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的技術思想和原理之內所作的任何修改、均等替換、改進等，均應包含在本申請的保護範圍之內。
3:本徵點缺陷
4:高純度碳化矽單晶基材表層
5:高純度碳化矽單晶主體層
Claims (9)
- 一種高純度碳化矽單晶基材，其特徵在於，所述的高純度碳化矽單晶基材至少包括碳化矽單晶基材表層和碳化矽單晶基材主體層，所述碳化矽單晶基材表層的本徵點缺陷濃度小於所述碳化矽單晶基材本體層的本徵點缺陷濃度，所述碳化矽單晶基材具有半絕緣性；所述碳化矽單晶基材表層的本徵點缺陷的室溫濃度不高於1×1013cm-3，所述碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度為1×1014~1×1016cm-3。
- 如請求項1所述的高純度碳化矽單晶基材，其中，所述碳化矽單晶基材表層厚度和碳化矽單晶基材主體層的厚度比例為1：4-25。
- 如請求項1所述的高純度碳化矽單晶基材，其中，所述碳化矽單晶基材表層的厚度不大於150μm。
- 如請求項2所述的高純度碳化矽單晶基材，其中，所述碳化矽單晶基材表層室溫下實質上不含有本徵點缺陷，所述的碳化矽單晶基材主體層的本徵點缺陷的濃度使得所述的高純度碳化矽單晶基材具有半絕緣性。
- 如請求項1-4中任一項所述的高純度碳化矽單晶基材，其中，所述基材由以下製備方法製備得到：將高純度碳化矽單晶片進行高溫快速熱處理和表面退火處理，即製得所述的高純度碳化矽單晶基材。
- 如請求項5所述的高純度碳化矽單晶基材，所述高溫快速熱處理包括快速升溫加熱階段和快速降溫階段；所述快速升溫加熱階段包括下述步驟：以30-100℃/s的速率升溫至1800-2200℃，保持60-600s； 所述快速降溫階段包括下述步驟：以50-150℃/s速率快速冷卻至室溫。
- 如請求項5所述的高純度碳化矽單晶基材，其中，所述表面退火處理控制的碳化矽單晶片的表面溫度為1200-1800℃，退火處理的時間為30-90min。
- 如請求項7所述的高純度碳化矽單晶基材，其中，所述表面退火處理為使用表面雷射加熱經高溫快速熱處理後的碳化矽單晶片表面；所述雷射加熱的步驟包括：通過雷射進行往復面掃描經過高溫快速熱處理的碳化矽單晶片進行表面退火處理，所述雷射移動速率為0.5-3000mm/s。
- 一種半導體裝置，其包含請求項1-8中任一項所述的高純度碳化矽單晶基材。
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