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CN107241917A - Sic单晶、sic晶片、sic基板，和sic器件 - Google Patents

Sic单晶、sic晶片、sic基板，和sic器件 Download PDF

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CN107241917A CN201480009591.7A CN201480009591A CN107241917A CN 107241917 A CN107241917 A CN 107241917A CN 201480009591 A CN201480009591 A CN 201480009591A CN 107241917 A CN107241917 A CN 107241917A
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Abstract

SiC单晶，在基本平行于其c‑平面的面内包括，具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错不均匀地分布于其中的区域(A)，和具有特定方向伯格斯矢量(B)不均匀分布于其中的区域(B)。所述区域(A)位于相对于晶面部分的<1‑100>方向，而所述的区域(B)位于相对于所述晶面部分的<11‑20>方向。SiC是通过沿着基本平行于所述c‑平面的方向切割由所述SiC单晶所得的SiC晶片而制备的，且从所述SiC晶片上切割所述SiC基板使得所述SiC基板主要包含所述区域(A)和所述区域(B)中的一个。使用所述SiC基板制备SiC器件。

Description

SIC单晶、SIC晶片、SIC基板，和SIC器件
技术领域
本发明涉及SiC单晶、SiC晶片、SiC基板、和SiC器件，特别涉及在特定区域内不均匀存在特定位错类型的SiC单晶，从该SiC单晶上切割的SiC晶片和SiC基板，以及用该SiC晶片或SiC基板制造的SiC器件。
背景技术
作为下一代动力器件中Si的继任材料，SiC基板材料一直受到关注。然而，与Si相比，现有的SiC含有许多位错，这在很大程度上影响了器件特性。因此，已经提出了各种技术建议从而降低SiC单晶中的位错。
例如，专利文献1公开了使用圆锥形晶种以降低生长晶体中微管和螺旋位错的技术，该晶种的中轴方向与<0001>方向偏差在正或负10度之内且垂直角为20-90度。
专利文献2公开了重复晶体生长的技术，其中生长面与{0001}面的偏差角为20度或更高。
此外，专利文献3提出了使用晶种以防止从偏差上游部分到偏差下游部分的位错流，其中对所述晶种的生长面进行形状加工使得所述生长面的偏差角沿着所述生长面上{0001}面较低的部分向{0001}面最高部分方向而降低。
为了改善器件特性，晶体中的位错应尽可能地降低。另外，不仅是所述SiC单晶中位错的整体下降，而且将位错分组成特定位错类型或特定伯格斯(Burgers)矢量的技术也被认为是改善器件特性的有效方法。
SiC中的位错包括螺旋位错、边缘位错、和基底面位错。每种位错类型对器件的影响都已有报道，例如因线位错如螺旋位错和边缘位错而造成漏电流的增加，和因基底面位错造成的双极器件的前向退化。因此，如果可以生产特定位错被降低的SiC单晶，且当对应所要制备的器件类型而使用所述SiC单晶时，就可以改善该器件的目标特性。
在之前的尝试中，在外延生长过程中，在提高的速率下基板中的基底面位错被转换成了边缘位错。然而该尝试还没有实现将所有的基底面位错转换成边缘位错。一个可能的原因如下。多个伯格斯矢量方向存在于所述基底面位错中，且伯格斯矢量平行于所述基板偏差方向的基底面位错难于被转换成边缘位错。
因此认为，当制备的基板主要含有伯格斯矢量在特定方向上的基底面位错时(即不含有伯格斯矢量平行于所述偏差方向的基底面位错)，可提高从基底面位错到边缘位错的转换效率。
然而，生长SiC单晶从而主要含有特定位错类型的特定技术，或生长SiC单晶从而仅含有特定伯格斯矢量的特定技术目前还是未知。而且，也还没有在晶片表面仅行成特定位错类型或在特定区域具有特定伯格斯矢量的位错类型的尝试。
索引列表
专利文献
PTL 1：日本未审查专利申请公开号H10-045499。
PTL 2：日本未审查专利申请公开号2006-225232。
PTL 3：日本未审查专利申请公开号2012-046377。
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供特定位错类型不均匀地存在于特定区域内的SiC单晶、从该SiC单晶切割得到的SiC晶片和SiC基板、及使用该SiC晶片或SiC基本制备的SiC器件。
解决问题的方法
为了解决上述问题，根据本发明的SiC单晶概括为，包括
在基本平行于c-平面的面内，
(a)区域(A)，具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错不均匀地分布于其中，及
(b)区域(B)，具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错不均匀地分布于其中。
本发明SiC晶片是在特定方向上切割本发明SiC单晶得到的。
本发明SiC基板的制备是通过
沿着基本上平行于SiC单晶的c-平面方向切割由本发明SiC单晶制得的SiC晶片，及
切割由所述SiC晶片制得的SiC基板，使得所述SiC基板主要包含所述区域(A)和所述区域(B)中的一个。
此外，利用本发明SiC晶片或SiC基板制备本发明SiC器件。
[发明的有利效果]
在c-平面生长所述SiC单晶的情况下，当晶种的形状(即起始生长时c-平面的晶面形状、为所述c-平面镜面提供螺旋位错的区域尺寸等)和生长条件为最优化时，可制备具有特定方向伯格斯矢量不均匀地存在于特定区域的特定位错类型的SiC单晶。当SiC基板是由该SiC单晶切割得到时，且当切割位置和切割尺寸都分别被优化时，可制备主要包含特定位错类型的SiC基板(换言之，SiC基板基本上不包含或略包含特定的位错类型)。
当用该SiC基板制备SiC器件时，可抑制因特定位错类型而导致的性能退化。相似地，当用该SiC基板作为晶种生长SiC单晶时，且当用该SiC单晶制备SiC器件时，可以抑制因特定位错类型而导致的性能退化。
附图说明
[图1]图1包括了沿着基本上平行于SiC单晶c-平面的方向切割本发明SiC单晶而得到的SiC晶片的示意图(左图)，和由切割所述SiC晶片而得到的SiC基板的示意图(右上和右下图)。
[图2]图2包括示例性的透射X-射线形貌图片，用于解释根据透射X-射线形貌确定不同类型位错的方法。
[图3]图3包括在SiC晶片的同一区域内拍照得到的透射X-射线形貌图片(左图)和反射X-射线形貌图片(右图)。
[图4]图4包括在位于相对晶面部分的[-1100]方向且包含不均匀分布边缘位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图、(-1010)面衍射图、和(01-10)面衍射图。
[图5]图5包括SiC晶片的示意图(左上图)、在位于相对晶面部分的[-1100]方向上的区域内拍摄的2-2010-衍射反射X-射线形貌图片(左下图)、和在同一区域内拍摄的11-28-衍射反射X-射线形貌图片(右上图)。
[图6]图6包括在位于相对晶面部分的[01-10]方向上且包含不均匀分布的边缘位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
图7包括在位于相对晶面部分的[-1010]方向上且包含不均匀分布的边缘位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
[图8]图8包括在位于相对晶面部分的[-2110]方向上且包含不均匀分布的基底面位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
[图9]图9包括在位于相对晶面部分的[-12-10]方向上且包含不均匀分布的基底面位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
[图10]图10是实施例2中所制备的SiC单晶的位错分布图。
[图11]图11是实施例3中所制备的SiC单晶的位错分布图.
[具体实施方式]
现在将详细说明本发明的实施方案。
(1.术语定义)
术语*c-平面*指{0001}面。
术语*基本平行于c-平面*指相对于c-平面的偏差角小于等于20度的平面。
术语*c-平面生长*指以基本平行于c-平面的面作为生长面的单晶生长。
术语*偏差角*指特定面的法向矢量和c-平面的法向矢量所定义的角。
术语*偏差方向*指平行于矢量的方向作为某平面法向矢量在c-平面上的投影。
术语*偏差基板*指由生长面的偏差角为0.5-30度的单晶所构成的基板。
术语*起始基板*指由生长面的偏差角为小于0.5度的单晶所构成的基板。
术语*晶面部分*指形成c-平面晶面所处的区域。
术语*c-平面晶面*指单晶生长过程中晶体最高的{0001}面所处的区域。
术语*穿线边缘位错(或简称*边缘位错*)*指位错线基本垂直于{0001}面(基底面)且伯格斯矢量平行于<11-20>方向的位错。
术语*基底面位错*指
(a)位错线位于{0001}面(基底面)上且伯格斯矢量平行于<11-20>方向的边缘位错，
(b)位错线位于{0001}面(基底面)上且伯格斯矢量平行于<11-20>方向的螺旋位错，或
(c)类型(a)和(b)的混合位错。
术语*穿线螺旋位错*指位错线基本垂直于{0001}面(基底面)且伯格斯矢量平行于<0001>方向的位错。
(2.SiC单晶)
本发明的SiC单晶包括，
在基本平行于c-平面的面内，
(a)区域(A)，其中具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错不均匀分布，及
(b)区域(B)，其中具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错不均匀分布。
(2.1区域(A)和区域(B))
图1中左图给出了沿着基本平行于SiC单晶c-平面的方向切割本发明SiC单晶而得到的SiC晶片的示意图。
在图1所给出的示例性情况下，所述SiC晶片具有半椭圆形，且晶面部分位于所述半椭圆形的大致下半部分。具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错不均匀分布于其中的区域(A)及具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错不均匀分布于其中的区域(B)位于所述SiC晶片上。
在区域(A)中，具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错的数量大于其它边缘位错的数量。
当生产条件被优化时，在所述晶片的特定区域内，具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错的数量(ne)与具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错的数量(ne)及其它边缘位错的数量(nother)之和的比值(＝ne*100/(ne+nother)(％))为大于等于80％或大于等于90％。
在区域(B)中，具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错的数量大于其它基底面位错的数量。
当生产条件被优化时，在所述晶片的特定区域内，具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错的数量(nb)与具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错的数量(nb)及其它边基底面位错的数量(nother)之和的比值(＝nb*100/(nb+nother)(％))为大于等于80％或大于等于90％。
(2.2伯格斯矢量)
切割用后述方法生产的SiC单晶所得到的SiC晶片上通常存在多个区域(A)和区域(B)。
在个别区域(A)中主要位错类型的伯格斯矢量(A)分别沿特定方向取向。所述区域(A)形成在相对晶面部分的<1-100>方向上的一个位置。
相似地，在个别区域(B)中主要位错类型的伯格斯矢量(B)分别沿特定方向取向。所述区域(B)形成在相对晶面部分的<11-20>方向上的一个位置。
包含在个别区域(A)内的边缘位错的大多数都具有下述伯格斯矢量(A)。从所述晶面部分的中心看，位于指定<1-100>方向的区域(A)内，所述伯格斯矢量(A)沿着垂直于所述指定<1-100>方向的方向取向。具体而言，具有该伯格斯矢量(A)的边缘位错相对于全部边缘位错的比例为大于等于80％，大于等于90％，或大于等于95％。
相似地，包含在个别区域(B)内的基底面位错的大多数都具有下述伯格斯矢量(B)。从所述晶面部分的中心看，位于指定<11-20>方向的区域(B)内，所述伯格斯矢量(B)沿着平行于所述指定<11-20>方向的方向取向。具体而言，具有该伯格斯矢量(B)的基底面位错相对于全部基底面位错的比例为大于等于80％或大于等于90％。
术语*晶面部分的中心*指晶面轨迹的重心(深色具有不同掺杂浓度的区域)。
在图1的左图中所给出的示例性情况下，SiC晶片的[-1100]方向对应于纸面的纵向(y方向)，及它的[11-20]方向相应于纸面的侧向(x方向)。
在每个[-1100]方向(所述晶片的上部，y-轴方向)、[01-10]方向(所述晶片的右侧，与x轴约30度斜角方向)、和[-1010]方向(所述晶片的左侧、与x轴约150度的斜角方向)都提供所述区域(A)。
另一方面，在每个[-12-10]方向(所述晶片的斜右上部，与x-轴约60度斜角方向)和[-2110]方向(所述晶片的斜左上部，与x轴约120度斜角方向)都提供所述区域(B)。
位于[-1100]方向的区域(A)包含许多具有[11-20]方向或[-1-120]方向的伯格斯矢量的边缘位错。
相似地，位于[01-10]方向的区域(A)包含许多具有[2-1-10]方向或[-2110]方向的伯格斯矢量的边缘位错。
相似地，位于[-1010]方向的区域(A)包含许多具有[-12-10]方向或[1-210]方向的伯格斯矢量的边缘位错。
位于[-12-10]方向的区域(B)包含许多具有[-12-10]方向或[1-210]方向的伯格斯矢量的基底面位错。
相似地，位于[-2110]方向的区域(B)包含许多具有[-2110]方向或[2-1-10]方向的伯格斯矢量的基底面位错。
(2.3晶面部分)
根据生产所述SiC单晶方法的不同，所述晶面部分的形成位置也不同。
例如，当所述SiC单晶用偏差基板生产时，所述晶面部分形成在所述单晶的末端。在所述晶面方向相反的方向(围绕所述单晶的中心旋转180度所给出的方向)形成与其它区域相比相对较宽的且包含具有特定方向伯格斯矢量的许多特定类型位错的一个区域。
在所述相反方向形成的区域中，有时所述不均匀分布的位错类型主要是边缘位错(即形成区域(A)的情况)，有时所述不均匀分布的位错类型主要是基底面位错(即形成区域(B)的情况)。
在所述相反方向所形成的区域是区域(A)还是区域(B)是根据生产SiC单晶所用晶种的偏差方向而改变的。
另一方面，当SiC单晶的生产使用起始基板时，所述晶面部分形成于所述单晶的中心。此时，沿着所述晶面部分径向地形成包含许多具有特定方向伯格斯矢量的特定类型位错。
(3.SiC晶片)
当上述SiC单晶被切片成适当的厚度时，就制备了SiC晶片。此时，当切片方向被优化时，可以适当地控制所述区域(A)或区域(B)的偏差方向和位置。
例如，对于晶面部分存在于SiC单晶末端的SiC单晶，且所述区域(A)或区域(B)存在于所述晶面方向相反的方向，当对所述SiC单晶沿着基本平行于c-平面的方向进行切片时，可以切割出SiC晶片，该SiC晶片切片平面的偏差方向为<1-100>方向且区域(A)位于所述晶面部分相反方向的末端。
在该SiC晶片中，所述{11-20}平面垂直于晶片表面。众所周知，SiC在{11-20}平面的面内方向具有高的载流子迁移率。例如，具有垂直于晶片表面沟槽结构的器件在<1-100>方向的偏差下具有最大的迁移率。利用这样的器件，用所述SiC晶片可有利地制备出许多每个基板基底面位错密度都降低的器件。
例如，对于晶面部分存在于SiC单晶末端的SiC单晶，且所述区域(A)或区域(B)存在于所述晶面方向相反的方向，当对所述SiC单晶沿着基本平行于c-平面的方向进行切片时，可以切割出SiC晶片，该SiC晶片切片平面的偏差方向为<11-20>方向且区域(B)位于所述晶面部分相反方向的末端。
该SiC晶片具有典型的偏差方向，因此与典型器件相比可有利地允许制备出许多每个基板边缘位错数量都相对小的器件。
对于晶面部分基本上位于SiC单晶中心的SiC单晶，当对所述SiC单晶沿着基本平行于c-平面的方向进行切片时，可以切割出SiC晶片，该SiC晶片切片平面的偏差方向为<1-100>方向。
该SiC晶片有利地允许研究各种位错类型或各种伯格斯矢量对在{11-20}平面面内方向具有载流子迁移率的沟槽栅结构器件的影响。
对于晶面部分存在于SiC单晶末端的SiC单晶，当对所述SiC单晶沿着基本平行于c-平面的方向进行切片时，可以切割出SiC晶片，该SiC晶片切片平面的偏差方向为<11-20>方向。
对于典型器件，该SiC晶片有利地允许研究各种位错类型或各种伯格斯矢量对器件的影响。
此外，这样制备的SiC晶片允许在所述区域(B)的方向提供定向扁平部分(作为晶片取向标记的缺省部分)。
在该SiC晶片中，在所述区域(B)的方向上提供所述定向扁平部分；因此，所述区域(B)被指定为所述晶片的缺省部分。结果，与区域(B)没有被指定为晶片缺省部分的情况相比，有可能提供具有相对小数量基底面位错的晶片。
(4.SiC基板)
本发明SiC基板的制备是通过
沿着基本平行SiC单晶的c-平面的方向切割本发明SiC单晶得到SiC晶片，及
由所述SiC晶片切割得到SiC基板，使得所述SiC基板主要包含区域(A)和区域(B)中的一个。
图1的右上图和右下图为从所述SiC晶片上切割所得SiC基板的示意图。
当在如图1的左图所示的位于所述晶片[-1100]方向内的区域上切割具有预订尺寸的基板时，如图1的右上图所示，制备了SiC基板，该SiC基板主要包含每个都具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错。
相似地，当在如图1的左图所示的位于所述晶片[-12-10]方向内的区域上切割具有预订尺寸的基板时，如图1的右下图所示，制备了SiC基板，该SiC基板主要包含每个都具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错。
*主要包含区域(A)*意味着大于等于50％面积的SiC基板包括区域(A)。
当所述SiC基板的尺寸和切割位置被优化时，在所述SiC基板中，具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错的数量(ne)与具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错的数量(ne)及其它边缘位错的数量(nother)之和的比值(＝ne*100/(ne+nother)(％))为大于等于80％或大于等于90％。
*主要包含区域(B)*意味着大于等于50％面积的SiC基板包括区域(B)。
当所述SiC基板的尺寸和切割位置被优化时，在所述SiC基板中，具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错的数量(nb)与具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错的数量(nb)及其它基底面位错的数量(nother)之和的比值(＝nb*100/(nb+nother)(％))为大于等于80％或大于等于90％。
包含在SiC基板中具有特定方向伯格斯矢量的位错类型的比例依赖于所述SiC基板的尺寸和/或切割位置。如上所述，每个区域(A)和区域(B)都形成在相对于所述晶面部分的特定方向上。结果，具有特定方向伯格斯矢量的位错类型的比例随着SiC切割位置偏离所述特定方向的增加或所述SiC尺寸的增加而下降。
此外，当所述SiC晶片和所述SiC基板从所述SiC单晶上切割时，可适当地选择每个晶片和基板的偏差方向。
例如，当从区域(B)切割SiC基板时，可以切割所述晶片和基板使得所述偏差方向基本垂直于所述基底面位错的伯格斯矢量(B)。当在该SiC基板表面上形成外延膜时，大多数基底面位错都能够被转变成边缘位错。
当从区域(A)切割SiC基板时，可以切割所述晶片和基板使得所述偏差方向基本垂直于所述边缘位错的伯格斯矢量(A)。当在该SiC基板表面上形成外延膜时，可形成该外延膜，同时基板中的边缘位错作为边缘位错保留而不用被转换成基底面位错，不用考虑所述基板偏差角的大小。
(5.SiC器件)
使用本发明的SiC基板制备本发明的SiC器件。
本发明SiC基板主要包含具有特定方向伯格斯矢量的特定位错类型(换言之，本发明SiC基板仅略含有或基本上不含有具有特定方向伯格斯矢量的特定位错类型)。其结果是，可以抑制因特定位错类型而导致的器件性能退化。
例如，当在含有区域(A)的SiC基板上制备双极器件时，因为基底面位错的数量小，可以抑制前向退化。
(6.SiC单晶的生产方法)
通过在具有特定结构的SiC晶种的生长面上生长SiC单晶制备了本发明SiC单晶。
为了生产本发明SiC单晶，所述SiC晶种及SiC单晶的生长过程必须满足下述条件。
第一，所述SiC晶种必须是从生长在与{0001}面具有60-90度偏差角的平面上的SiC单晶(所谓的a-平面生长的晶体)上切割得到。所述a-平面生长的晶体具有低的螺旋位错密度；因此，当单晶是用a-平面生长的晶体作为晶种新生长出来时，可制备高质量的单晶。
第二，所述SiC晶种必须是所谓的c-平面生长晶种。此时，所述SiC晶种可以是偏差基板或起始基板。
第三，在所述SiC晶种中，生长面由三个或多个非平行的平面构成，且这些平面和{0001}面交线(脊线)所定义的角必须大于等于2.3度，形成c-平面晶面的区域(靠近这些平面相交的区域)除外。
当这些平面脊线的角度小于等于预订值时，在起始生长阶段可以减少所述c-平面晶面的形状。此外，因为减少了所述c-平面晶面的形状，就可以减少为c-平面晶面提供螺旋位错的区域(例如可形成螺旋位错的区域就是螺旋位错的供应源)。
第四，在SiC的生长中，SiC生长时必须通过控制温度分布来维持生长面的形状，使晶面位置在晶种的特定位置上不显著漂移。
任何不同的生长方法都可被用作所述SiC单晶的生长方法，没有限制。所述SiC单晶的生长方法包括升华-再沉淀方法、CVD方法、和溶液法。
使用该SiC晶种和SiC生长方法的所述SiC单晶的生长不仅导致位错密度的降低，而且还制备了SiC单晶，其中具有特定方向伯格斯矢量的特定类型位错不均匀分布于特定区域之中。
(7.效果)
在c-平面生长所述SiC单晶的情况下，当晶种的形状(即起始生长阶段c-平面晶面的形状、为所述c-平面晶面提供螺旋位错的区域尺寸等)和生长条件被优化时，可制备所述SiC单晶，其中具有特定方向伯格斯矢量的特定位错类型不均匀地存在于特定区域中。当从该SiC单晶上切割所述SiC基板时，且当切割位置和尺寸都分别被优化时，可以制备主要包含特定位错类型的SiC基板(换言之，基本不含有或仅略含有特定位错类型的SiC基板)。
当用该SiC基板制备SiC器件时，可以抑制因特定位错类型所导致的性能退化。相似地，用该SiC基板作为晶种生长SiC单晶时，且当用所述单晶制备SiC器件时，可以抑制因所述特定位错导致的性能退化。
具体而言，使用所述包含所述区域(A)的SiC基板制备器件使得抑制因基底面位错而导致的器件性能退化成为可能。
在使用含有所述区域(B)的SiC基板制备器件的情况下，当所述SiC基板的偏差方向被控制时，基底面位错可在形成外延膜的过程中有效地被转变成边缘位错。
本发明SiC单晶允许对位错密度的分布进行预测。其结果是，可以对用从高位错密度的低质量部分切割得到的SiC基板所制备的器件进行单独的质量检查。换言之，可以简化器件的质量检查。
此外，使用从本发明SiC单晶切割得到的SiC晶片让通过透射形貌评估整个晶片的位错密度成为可能。
此外，使用具有均匀排列伯格斯矢量的晶种使得可以容易地将位错从单晶中去除或者在所述晶种的表面形成薄膜。
[实施例]
(实施例1)
(1.样品制备)
从重复五次a-平面生长并改变生长方向所形成的晶体上切割得到偏差方向为<1-100>方向的用于c-平面生长的晶种。随后，对所述晶种的表面进行处理使得生长面由三个平面构成，且这些平面与{0001}平面之间脊线所定义的角度为2.7度。此外，允许形成螺旋位错的可形成螺旋位错区域形成在所述三个平面之间的交点附近。
用所得晶种通过所述的升华-再沉淀方法生长了SiC单晶。执行所述生长时，在可形成螺旋位错的区域内所述三个平面所形成的{0001}平面的最高点被放置在靠近坩埚的中心处，从而使得所述{0001}平面的最高点附近的温度在生长过程中被保持为最低。
(2.测试步骤)
从所述SiC单晶上切割SiC晶片使得其基本上与所述c-平面平行。利用透射X-射线形貌和反射X-射线形貌对该SiC晶片进行位错分析。
(3.结果)
(3.1用透射X-射线形貌确定位错类型)
图2给出了用于解释根据透射X-射线形貌确定不同类型位错方法的示例性透射X-射线形貌图片。图2的中间图给出了具有较低位错密度的晶体(1-100)面衍射的透射X-射线形貌图片。图2的左图(小图)给出了具有高位错密度的现有晶体的透射X-射线形貌图片。
如图2所示，所述基底面位错的长度通常大于或等于样品的厚度，并以中等对比度的线示出。所述边缘位错(穿线边缘位错)的长度大约等于所述样品的厚度，并以具有高对比度的线示出。此外，当所述穿线螺旋位错的伯格斯矢量在所述{0001}面的面内方向包含某组分时，所述穿线螺旋位错以高对比度点的形式示出。
在现有的晶体(高位错密度晶体)中，通常还没有用基本平行于c-平面的基板利用透射X-射线形貌图片对边缘位错进行观察。其一个原因如下。在具有高密度基底面位错的现有晶体中还没有观察到如图2的左图所示的短且对比度低的边缘位错的清晰图片。
然而，当所述位错密度被降低时，如图2的中间图所示，即使所述基板基本平行于所述c-平面也可以通过透射X-射线形貌观察所述边缘位错。
图3给出了在SiC晶片的同一区域拍摄的透射X-射线形貌图片(左图)和反射X-射线形貌图片(右图)。
在图3左图中的透射X-射线形貌图片中，
(a)用小的细线圆圈示出了短且对比度低的线，和
(b)用大的粗线圆圈示出了短且对比度高的线。
左图中所得到的每个圆圈的位置都被叠加在被用于确定边缘位错或螺旋位错的反射形貌图片上。其结果是，确认了所述小的细线圆圈对应于边缘位错，及所述大的粗线圆圈对应于螺旋位错。该结果表明当所述位错密度被降低时，所述边缘位错还可以通过基本平行于所述c-平面的基板的透射X-射线形貌图片进行观察。
(3.2边缘位错的伯格斯矢量方向的说明)
(3.2.1在[-1100]方向上的区域)
进行了透射X-射线形貌的三个等价衍射操作以得到位错的伯格斯矢量方向。图4给出了相对晶面部分位于[-1100]方向上且包含不均匀分布边缘位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图(左上图)、(-1010)面衍射图(中上图)、和(01-10)面衍射图(右上图)。
在该区域内，主要观察到了边缘位错。在所述同一区域内拍摄的三个等价衍射图片中，只在所述的(1-100)面衍射中位错图片消失。这暗示这些边缘位错每个都具有垂直于所述衍射的g矢量(衍射面的法线方向)的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[11-20]方向(假设正向和负向相互相等，这在下面也同样适用)。
图5给出了SiC晶片的示意图(左上图)、在相对晶面部分的[-1100]方向上的区域内拍摄的2-2010-衍射反射X-射线形貌图片(左下图)、和在同一区域内拍摄的11-28-衍射反射X-射线形貌图片(右上图)。
在所述11-28-衍射反射X-射线形貌图片(图5的右上图)中，观察到了围在点线圆圈中的边缘位错和围在实线圆圈内的边缘位错。另一方面，在同一区域拍摄的2-2010-衍射反射X-射线形貌图片(图5的左下图)中，所述围在点线圆圈中的边缘位错消失了。
在观察的视野范围内，用点线圆圈包围的边缘位错的整体数量是100。该边缘位错在(2-2010)面衍射中消失，表明所述位错的伯格斯矢量的方向是[11-20]方向(纸面的水平方向(x-轴方向))。
另一方面，在观察的视野范围内，用实线圆圈包围的边缘位错的整体数量是3。该位错在所述的两个衍射图片中都没有消失，表明该位错的伯格斯矢量的方向是[-12-20]方向(相对于x-轴方向斜角60度方向)或[-2110]方向(相对于x-轴方向斜角120度方向)。
图5表明位于所述[-1100]方向区域内的97％的边缘位错都具有相同方向的伯格斯矢量。
(3.2.2在[01-10]方向上的区域)
图6给出了在位于相对晶面部分的[01-10]方向上且包含不均匀分布的边缘位错的同一区域内拍摄的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
在该区域内，主要观察到了边缘位错。在所述同一区域内拍摄的三个等价衍射图片中，只在所述的(01-10)面衍射中位错图片消失。这暗示这些边缘位错每个都具有垂直于所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[-2110]方向。
(3.2.3在[-1010]方向上的区域)
图7给出了在位于相对晶面部分的[-1010]方向上且包含不均匀分布的边缘位错的同一区域内的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
在该区域内，主要观察到了边缘位错。在所述同一区域内拍摄的三个等价衍射图片中，只在所述的(-1010)面衍射中位错图片消失。这暗示这些边缘位错每个都具有垂直于所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[1-210]方向。
(3.3基底面位错的伯格斯矢量方向的说明)
(3.3.1在[-2110]方向上的区域)
图8给出了在位于相对晶面部分的[-2110]方向上且包含不均匀分布的基底面位错的同一区域内的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
在该区域内，主要观察到了基底面位错。在所述同一区域内拍摄的三个等价衍射图片中，只在所述的(01-10)面衍射中位错图片消失。这暗示这些基底面位错每个都在[-2110]方向上延伸且具有垂直于所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[-2110]方向。
(3.3.2在[-12-10]方向上的区域)
图9给出了在位于相对晶面部分的[-12-10]方向上且包含不均匀分布的基底面位错的同一区域内的(1-100)面衍射图片、(-1010)面衍射图片、和(01-10)面衍射图片。
在该区域内，主要观察到了基底面位错。在所述同一区域内拍摄的三个等价衍射图片中，只在所述的(-1010)面衍射中位错图片消失。这暗示这些基底面位错每个都在[-12-10]方向上延伸且具有垂直于所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[-12-10]方向。
(3.4图片处理的确认方法)
如上所述的由所述透射X-射线形貌图片来确定具有特定方向伯格斯矢量的位错的密度的操作可以通过图片处理等快速地进行。
根据每个形貌图片所给出的各个位错类型的特定(长度和对比度)对位错进行确定。将所述形貌图片分成具有特定尺寸的片段，并得到各片段中各种类型位错的数量密度。因为各片段中位错的数量密度对应于在两个方向上具有伯格斯矢量的位错的数量密度，因此用三个等价形貌图片来获得那个片段中一种类型伯格斯矢量的数量密度。
相应的在三个方向上具有伯格斯矢量的位错的数量密度被暂时表示为x、y、和z。所述相应的形貌图片的等价片段中位错的数量密度被暂时表示为a、b、和c。此时，这些变量表现为a＝x+y、b＝y+z、和c＝z+x。
当求解这些方程时，得到x＝(a+c-b)/2、y＝(a+b-c)/2、和z＝(c+b-a)/2。具体而言，可通过在所述等价片段中的三个形貌图片来获得具有特定方向伯格斯矢量的位错的数量密度。
利用所述形貌图片通过这样的位错分析来得到图1左图所示的SiC单晶的位错结构。
(实施例2)
(1.样品制备)
从重复五次a-平面生长并改变生长方向所形成的晶体上切割得到偏差方向为<11-20>方向的用于c-平面生长的晶种。随后，对所述晶种的表面进行处理使得生长面由三个平面构成，且这些平面与{0001}平面之间脊线所定义的角度为2.7度。此外，允许形成螺旋位错的可形成螺旋位错区域形成在所述三个平面之间的交点附近。
用所得晶种通过所述的升华-再沉淀方法生长了SiC单晶。执行所述生长时，在可形成螺旋位错的区域内所述三个平面所形成的{0001}平面的最高点被放置在靠近坩埚的中心处，从而使得所述{0001}平面的最高点附近的温度在生长过程中被保持为最低。
(2.结果)
如实施例1，各个位错类型的分布吉各伯格斯矢量的方向用X-射线形貌确定。结果是，在<1-100>方向，主要观察到了边缘位错，且各个伯格斯矢量的方向被确认为沿着各个区域中的特定方向取向(从晶面部分的角度看，朝向那个区域的方向的垂直方向)。在<11-20>方向，观察到了具有特定方向伯格斯矢量的基底面位错区域(从晶面部分的角度看，朝向那个区域的方向的平行方向)。
(实施例3)
(1.样品制备)
从重复五次a-平面生长并改变生长方向所形成的晶体上切割得到的用于c-平面生长的晶种(该晶种具有起始底面)。随后，对所述晶种的表面进行处理使得生长面由三个平面构成，且这些平面与{0001}平面之间脊线所定义的角度为2.7度。此外，允许形成螺旋位错的可形成螺旋位错区域形成在所述三个平面之间的交点附近。
用所得晶种通过所述的升华-再沉淀方法生长了SiC单晶。在使用起始基板的生长中，晶面尺寸特别容易在生长过程中增加。因此为了抑制它，执行所述生长时，将连接底座的晶种的一个位置(靠近中心)，其对应于所述三个平面所形成的{0001}平面的最高点的附近，加工得较薄以改善热辐射，从而加速所述最高点附近的生长速率。
(2.结果)
如实施例1，各个位错类型的分布吉各伯格斯矢量的方向用X-射线形貌确定。结果是，观察到了围绕所述晶面部分的径向位错分布。在<1-100>方向，主要观察到了边缘位错，且各个伯格斯矢量的方向被确认为沿着各个区域中的特定方向取向(从晶面部分的角度看，朝向那个区域的方向的垂直方向)。在<11-20>方向，观察到了具有特定方向伯格斯矢量的基底面位错区域(从晶面部分的角度看，朝向那个区域的方向的平行方向)(见图11)。
尽管在此之前已经详细说明了本发明的实施方案，但本发明不限于此，在不偏离本发明精神的范围内可以对其进行各种修改或改变。
[工业可应用性]
本发明的SiC单晶和SiC基板可被用于生产用在超低能耗能源器件方面的半导体材料。

Claims (14)

1.SiC单晶，其包含：
在基本平行于c-平面的面内，
(a)区域(A)，具有特定方向伯格斯矢量(A)的边缘位错不均匀地分布于其中，及
(b)区域(B)，具有特定方向伯格斯矢量(B)的基底面位错不均匀地分布于其中。
2.权利要求1的SiC单晶，其进一步包含：
一晶面部分，
其中所述区域(A)位于相对于所述晶面部分的<1-100>方向，及
所述区域(B)位于相对于所述晶面部分的<11-20>方向。
3.权利要求2的SiC单晶，其中所述晶面部分位于所述SiC单晶的末端，及
所述区域(A)和所述区域(B)中的一个位于与所述晶面部分的方向相反的方向上。
4.SiC晶片，其中所述SiC晶片是沿着基本平行于所述SiC单晶的c-平面方向从权利要求3的SiC单晶上得到的切片，
切割平面的偏差方向为<1-100>方向，及
在与所述晶面部分相对的末端处提供所述区域(A)。
5.SiC晶片其中所述SiC晶片是沿着基本平行于所述SiC单晶的c-平面方向从权利要求3的SiC单晶上得到的切片，
切割平面的偏差方向为<11-20>方向，及
在与所述晶面部分相对的末端处提供所述区域(B)。
6.权利要求2的SiC单晶，其中所述晶面部分基本位于所述SiC单晶的中心。
7.SiC晶片，其中所述SiC晶片是沿着基本平行于所述SiC单晶的c-平面方向从权利要求6的SiC单晶上得到的切片，及
切割平面的偏差方向为<1-100>方向。
8.SiC晶片，其中所述SiC晶片是沿着基本平行于所述SiC单晶的c-平面方向从权利要求6的SiC单晶上得到的切片，及
切割平面的偏差方向为<11-20>方向。
9.权利要求4、5、7和8任一的SiC晶片，其中在所述区域(B)的方向上提供了定向扁平部分(作为晶片取向标记的缺省部分)。
10.SiC基板，其中所述SiC基板是通过以下过程制备的：沿着基本平行于所述SiC单晶c-平面的方向切割从权利要求1的SiC单晶得到的SiC晶片，及从所述SiC晶片切割所述SiC基板，使得所述SiC基板主要包含所述区域(A)和所述区域(B)中的一个。
11.权利要求10的SiC基板，其中所述SiC基板包含所述区域(A)，并且
偏差方向基本垂直于所述伯格斯矢量(A)。
12.权利要求10的SiC基板，其中所述SiC基板包含所述区域(B)，并且
偏差方向基本垂直于所述伯格斯矢量(B)。
13.SiC器件，其中所述SiC器件是用权利要求4、5、7和8之一的SiC晶片制备的。
14.SiC器件，其中所述SiC器件是使用权利要求10的SiC基板制备的。
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