低BPD密度4H-SiC外延生长研究

The high density defects in 4H-SiC epitaxial materials effect seriously on electrical properties of SiC devices.The most serious defects on device performance are BPDs in epilayer.In order to improve device reliability, BPDs in 4H-SiC epilayer must be controled.In this project, The mechanism of conversion and propagation of dislocations will be investigation by the result of theoretical calculation of the flexibility ofthe dislocation and non-destructive characterization of defects; According to the mechanism of conversion and prpogation of dislcations and the discipline of crystal growth,the method of epitaxay will be propesed. The rusult of this project will lay a good foundation to improve the reliability of SiC devices.

4H-SiC外延材料中高密度缺陷严重影响着SiC器件的电学性能，其中BPD（基面位错）对器件性能影响最为严重。为了提高器件可靠性，必须采取有效的缺陷控制方法，降低外延层中BPD密度。据此，本项目在前期对BPD成核机理研究基础之上，通过理论计算位错弹性能并结合无损表征结果研究BPD延伸和转化机理；根据衬底表面晶体生长规律，结合BPD延伸和转化机理研究位错生长机制，制定一种有效控制外延层中BPD的外延生长方法,制备出高质量4H-SiC外延材料，为提高SiC器件可靠性奠定良好的基础。

SiC作为第三代宽带隙半导体材料，具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，特别适合制作高温、高压、大功率、耐辐照等半导体器件。然而SiC外延材料中高密度缺陷严重影响着SiC器件的电学性能，其中基面位错（BPD）对器件性能影响最为严重。本项目围绕位错无损表征，位错生长机理等关键问题展开了如下研究：(1)采用CL和高分辨XRD技术研究了缺陷无损表征问题，并结合腐蚀法进一步确定了适合本项目SiC材料缺陷的无损表征方法，建立了较为完整的缺陷表征体系；(2)根据晶体生长理论、位错与阶梯流生长竞争机制等相关理论，系统地阐明了外延层中BPD延伸和转化机理。(3)利用拉曼技术研究了位错对N型4H-SiC材料中杂质分布及对载流子迁移率的影响，从位错结构、弹性能及散射机构等角度初步阐明了位错对材料电学性能的影响机理。本项目的研究结果为高质量4H-SiC晶体生长提供了有价值的理论指导，并且将进一步促进SiC器件的快速发展。