高质量6英寸4H-SiC同质外延层快速生长

采用化学气相沉积法在6英寸(1英寸= 2.54 cm)4°偏角4H-SiC衬底上进行快速同质外延生长,通过研究Si/H2比(所用气源摩尔比)与生长速率的相互关系,使4H-SiC同质外延层生长速率达到101 μm/h.同时,系统研究了 C/Si比对4H-SiC同质外延层生长速率、表面缺陷密度和基面位错密度的影响.采用光学...     

4HN-SiC包裹物在薄层同质外延中的转化

对4HN型碳化硅(4HN-SiC)包裹物进行了系统的研究,首次提出了包裹物分布的碳氮竞位模型,并对各种包裹物的起源及抑制改善提出了有效的解决方法。同时研究了4HN型SiC包裹物在薄层同质外延过程中的转化,发现外延后包裹物主要转化为三角形、凸起和凹坑三种表面缺陷。对比外延前后缺陷形貌发现,包裹物外延后呈现的表面缺陷类型主要取决于包裹物的大小和聚集密度。在工艺优化过程中,发现低碳硅比环境下来源于包裹物的表面"杀手级"缺陷数量明显降低。这是由于随着碳硅比的降低,外延过程中台阶流生长占主导,减少了岛状成核点。通过对生长单晶抛光片和外延片工艺的优化,制备出外延后无包裹物导致的表面"杀手级"缺陷的高质量4HN-SiC外延片,其合格率达到99.3%。     

4H-SiC同质外延中的缺陷

从实验出发,用LPCVD外延系统在偏向<11-20>方向8°的4H-SiC(0001)Si面衬底上,利用CVD技术进行了4H-SiC同质外延生长。外延后在熔融KOH腐蚀液中进行腐蚀,使用SEM和光学显微镜表征方法探讨了CVD法4H-SiC同质外延中的位错、微管和孪晶等缺陷形貌,并分析其形成机理。     

4H—SiC同质外延层中的扩展缺陷研究

利用自主研发的热壁低压化学气相沉积(HWLPCVD)系统,在5.08 cm(2英寸)4°偏轴4H-SiC衬底上生长4H-SiC同质外延膜。讨论了4H-SiC同质外延层中的两种扩展缺陷——彗星缺陷和胡萝卜缺陷,研究了这两种缺陷的起源与消除方法。研究发现采用化学机械抛光(CMP)方法可以有效去除扩展缺陷,提高外延膜的质量。另外,提高衬底质量和优化生长条件也可以消除这两种扩展缺陷。     

氢气体积流量对n型4H-SiC同质外延生长的影响

在商业化偏4°导电型4H碳化硅(SiC)衬底上采用化学气相沉积(CVD)的方法进行n型4H-SiC同质外延层生长,研究反应过程中氢气(H₂)对外延生长的影响,并使用表面缺陷测试仪、汞探针和红外膜厚仪等设备对外延层进行分析和表征。结果表明,氢气体积流量由基础值80增加到120 L/min,生长速率呈先增加后降低的趋势,生长速率的增加值最大为2μm/h,但缺陷呈先减少后增加的趋势。在高温CVD外延过程中,生长速率阶段性变化的原因：一是生长速率由气相质量转移系数和表面化学反应速率共同决定;二是氢气体积流量过大时,大量的析出氢难以及时离开生长表面,不利于反应物的有效分解和再沉积过程。综上所述,采用100 L/min氢气体积流量的生长工艺可在较高生长速率下制备高质量、厚度均匀性0.91%和载流子浓度均匀性1.81%的SiC外延片。     

基于国产单晶衬底的150 mm 4H-SiC同质外延技术进展

高阻断电压、大功率密度、高转化效率是电力电子器件技术持续追求的目标,基于4H-SiC优异的材料特性,在电力电子器件应用方面具有广阔的发展前景。围绕SiC MOSFET器件对外延材料的需求,介绍了国内外主流的SiC外延设备及国产SiC衬底的发展,并重点介绍了宽禁带半导体电力电子器件国家重点实验室在国产150 mm(6英寸)SiC衬底上的高速外延技术进展。通过关键技术攻关,实现了150 mm SiC外延材料表面缺陷密度≤0.5 cm^-2,BPD缺陷密度≤0.1 cm^-2,片内掺杂浓度不均匀性≤5%,片内厚度不均匀性≤1%。基于自主外延材料,实现了650～1 200 V SiC MOSFET产品商业化以及6.5～15 kV高压SiC MOSFET器件的产品定型。     

4H-SiC同质外延层的质量表征

在高纯半绝缘4H-SiC偏8°衬底上同质外延生长了高质量的外延层,利用X射线双晶衍射、原子力显微镜(AFM)、汞探针C-V以及霍尔效应等测试方法,对样品的结晶质量、表面粗糙度、掺杂浓度以及电子迁移率进行了分析测试,证实外延层的结晶质量相对于衬底有着很大的改善。在同质外延7.5μm的外延层后,其半高宽从衬底的30.55arcsec减小到27.85arcsec;外延层表面10μm×10μm的粗糙度(RMS)为0.271nm;室温下,样品的掺杂浓度为1×1015cm-3时,霍尔迁移率高达987cm2/(V.s);浓度为1.5×1016cm-3时,霍尔迁移率为821cm2/(V.s)。77K时,霍耳迁移率分别为1.82×104cm2/(V.s)和1.29×104cm2/(V.s)。掺杂浓度的汞探针C-V测试结果与霍尔效应的实验数据一致。     

GaAs(100)同质外延表面相变的动态过程研究

本文叙述了用CCD系统对MBE生长中RHEED图案强度变化进行实时监测，通过（00）级条纹的RHEED强度分析，直接给出了不同生长条件下表面相变的动态过程，得到了从C（4×4）到α（2×4）的连续相变过程，进一步给出了不同条件下的表面化学配比情况．     

p型4H-SiC同质外延有效层厚度

通过化学气相沉积法,采用不同生长工艺在4°偏角4H-SiC衬底上制备p型4H-SiC同质外延片。提出了p型4H-SiC同质外延中有效层厚度的概念,研究发现导致外延有效层厚度减少的直接原因是自掺杂效应的存在。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容电压(Hg-CV)和表面缺陷测试仪对p型4H-SiC同质外延片进行表征,讨论了不同工艺对外延有效层厚度的影响。结果表明,采用隔离法和阻挡层法均能提高外延有效层厚度,且掺杂浓度随距表面深度变化斜率值由1.323减小到0.073。然而,阻挡层法斜率值能进一步优化至0.050,是由于有效抑制了外延中固相和气相自掺杂。对比于优化前工艺,采用阻挡层法制备的p型4H-SiC同质外延片厚度不均匀性和表面总缺陷数量处于同一水平,掺杂浓度不均匀性由2.95%改善到2.67%。综上,采用阻挡层法能够制备出高有效层厚度、高一致性和高质量的p型4H-SiC同质外延片。     

Al掺杂4H-SiC同质外延的缓冲层

利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线双晶衍射谱(XRD)和光致发光谱(PL)对在4H-SiC单晶衬底上采用CVD同质外延的4H-SiC单晶薄膜的特性进行研究,发现外延层有很好的晶格结构和完整性。由于Al原位掺杂引起的晶格失配和衬底和外延的晶向偏离,在样品的衬底和外延的界面出现了约1μm的缓冲层,使得XRD摇摆曲线距主峰左侧约41arcs出现了强衍射峰。缓冲层中存在大量的堆垛缺陷和位错,引入缺陷能级,使室温PL测试为"绿带"发光。通过PL全片扫描发现缓冲层在整个样品中普遍存在且分布均匀。     

Tunneling Atomic Force Microscopy Studies on Surface Growth Pits Due to Dislocations in 4H-SiC Epitaxial Layers

The morphological and electrical properties of surface growth pits caused by dislocations in 4H-SiC epitaxial layers were characterized using tunneling atomic force microscopy. The characteristic distribution of the tip current between the metal-coated atomic force microscopy tip and the SiC was observed within a large surface growth pit caused by a threading screw dislocation. The current was highly localized inside the pit and occurred only on the inclined surface in the up-step direction near the pit bottom. This paper discusses the causes and possible mechanisms of the observed tip current distribution inside surface growth pits.     

小切角衬底上4H-SiC同质外延薄膜的形貌

4H-SiC外延薄膜是加工高频、大功率电子电力器件的理想半导体材料,而使用不同斜切角的衬底进行外延生长的工艺不同.在1.2°小切角的4H-SiC离轴衬底上采用化学气相沉积(CVD)法生长同质外延薄膜.为了改善外延薄膜的表面形貌,对生长温度、原位表面处理和C/Si比这三个重要的生长参数进行了优化.利用光学显微镜和原子力显微镜(AFM)观察外延薄膜的表面形貌,发现较高的生长温度和较低的C/Si比可以有效降低缺陷密度和表面粗糙度.在生长前使用硅烷气体进行原位表面处理可以有效减小外延薄膜表面的台阶聚束效应.低温光致发光测试表明生长的外延薄膜质量良好.     

生长温度对类金刚石膜结构和发光性质的影响

使用脉冲激光沉积技术制备了系列无氢类金刚石薄膜,测量了样品的Raman光谱、光吸收光谱和光致发光光谱,研究了薄膜结构和光致发光性质与制备条件的依赖关系。结果表明,这种薄膜是由少量sp2键和大量sp3键组成的非晶碳膜。薄膜的光学带隙在1.68~2.46eV,发光在可见光区呈宽带结构。生长温度能够对类金刚石薄膜的结构和发光性质产生较大影响。当生长温度从室温升高至400℃时,sp2团簇的变大使C原子的有序度增强,从而导致薄膜的光学带隙变窄,发光峰红移且半高宽变小。     

低温外延生长应变SiGe材料研究

采用紫外光能量辅助化学气相淀积(UVCVD)方法,同时结合超高真空化学气相淀积(UHVCVD)及超低压化学气相淀积(ULPCVD)技术,在450℃低温外延生长了应变SiGe/Si材料。讨论了应变SiGe材料的结晶性及生长速率与生长温度和Ge组分的关系,给出了应变SiGe材料的X射线衍射分析结果。     

Effect of Growth Temperature on InP QD Lasers

We describe the effect of growth temperature on the optical absorption, gain, and threshold current density of 730-nm emitting, metal–organic vapor phase epitaxy (MOVPE) grown, InP–AlGaInP quantum-dot lasers. Decreasing the growth temperature from 750 $^{circ}hbox{C}$ to 690 $^{circ}hbox{C}$ leads to an increase in ground state absorption, while sufficient optical gain and low 300 K threshold current density is obtained in the growth temperature window between 710 $^{circ}hbox{C}$ and 730 $^{circ}hbox{C}$ . Wider (16 nm compared to 8 nm) interlayer barriers lead to lower threshold current density with 300 K values as low as 165 $hbox{Acm}^{-2}$ for 2-mm-long lasers with uncoated facets.      

清洗工艺对锗外延片表面点状缺陷的影响

锗外延片表面的雾、水印及点状缺陷等会影响太阳电池的性能和成品率,其中点状缺陷出现的比例最高。研究了锗抛光片清洗工艺对外延片表面点状缺陷的影响,获得了无点状缺陷、低粗糙度及高表面质量的锗单晶片。采用厚度为175μm p型<100>锗单面抛光片进行清洗试验,研究了SC-1溶液的不同清洗时间、清洗温度和去离子水冲洗温度对锗抛光片外延后点状缺陷的影响,分析了表面SiO_2残留和锗片表面粗糙度对外延片表面点状缺陷的影响。结果表明点状缺陷主要是由于锗单晶抛光片表面沾污没有彻底清洗干净以及清洗过程中产生新的缺陷造成的。采用氢氟酸溶液浸泡、SC-1溶液低温短时间清洗结合低温去离子水冲洗后的锗抛光片进行外延,用其制备的太阳电池光电转换效率由原来的25%提高到31%。     

温度效应对声表面波传播的影响

通过引入材料的高阶热膨胀系数和高阶热弹性系数,对半无限大石英晶体内声表面波的传播方程进行了求解,得到了不同温度下的声表面波波速.计算结果表明,温度变化对AT切和ST切石英晶体的声表面波波速有显著影响.最后分析了ST切石英晶体的声表面波的温频特性,结果表明,由温度变化引起的频率漂移很明显.