一种光程差均匀性好的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底的制作方法

本技术涉及一种光程差均匀性好的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底，属于碳化硅材料制备。

背景技术：

1、导电型碳化硅衬底主要应用于制造肖特基二极管、mosfet、igbt等功率器件。目前导电型碳化硅衬底主要采用物理气相法(pvt)生长，其在制备中通过将碳化硅粉料加入至坩埚中，再通过掺杂氮来实现，以降低材料的电阻率，电阻率越高代表材料的导电性能越好。

2、然而若是想要实现导电型碳化硅晶体的电阻率的尽可能下降，往往采用的是提高氮掺杂量的方式实现，不过该方式会导致晶体内部残余应力增大且应力分布不均匀。在该增大且分布不均匀应力的存在，使得偏振光通过碳化硅衬底时会发生两个不同方向的折射，使得两个方向的光存在一定的光程差，故碳化硅衬底的光程差的均匀性也越差。

3、另外碳化硅生长过程中也会存在轴向、径向温度梯度，且呈现温度梯度的连续渐变性特点，该特点会导致氮掺杂不均匀，使得晶体中的电阻率存在差异性，通常30mω·cm以上的晶体，电阻率的差异性不大。然而想要进一步降低电阻率时，即提高氮掺杂量时，会使得氮掺杂的不均匀性进一步增加，从而造成晶体在轴向和径向的电阻率不均匀的问题加剧，难以满足使用需要。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种光程差均匀性好的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底，该导电型碳化硅晶体能够在提高导电性的同时提高光程差的均匀性，从而满足导电型碳化硅衬底的商业化使用需求。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种光程差均匀性好的导电型碳化硅晶体，所述碳化硅晶体任意位置处的电阻率<30mω·cm；

3、且所述碳化硅晶体制备得到1～n个碳化硅衬底，n取自正整数，表示碳化硅衬底的序号，从碳化硅晶体包含第一端面的第一片碳化硅衬底取值为1，任意一个碳化硅衬底的光程差符合下述公式：

4、△＝a(n-1)+b，其中△表示光程差，单位为nm，a的取值范围为-0.8～0.8，b的取值为0.5～8，单位为nm。

5、本技术的导电型碳化硅晶体得到的若干个碳化硅衬底均符合△＝a(n-1)+b公式，证明该晶体的光程差及应力在晶体的轴向分布均匀性好，该碳化硅晶体得到的所有碳化硅衬底的一致性好。

6、但是对于同一个碳化硅晶棒制备的不同碳化硅衬底而言并非是所有的a和b都是相同的，只要是各个碳化硅衬底独立的符合该公式，即为本技术所保护的碳化硅晶体。

7、该碳化硅晶体头尾磨平之后，再制备1～n个sic衬底，本技术中包含第一端面的碳化硅衬底为磨平后的sic晶体一端经过加工后得到的第一片衬底。

8、可选地，所述碳化硅晶体制备得到的1～n个碳化硅衬底中，至少3个相邻(序号连续)的碳化硅衬底的a和b相同。该情况下，相邻的碳化硅衬底之间光程差以b的数值为基点，按照斜率a均匀过渡，从而代表该碳化硅晶体的轴向均匀性好。

9、优选的，所述碳化硅晶体制备得到的1～n个碳化硅衬底中，至少5个相邻(序号连续)的碳化硅衬底的a和b相同。

10、对统计的碳化硅衬底的光程差进行拟合得到拟合曲线，该拟合曲线的卡方(r2)需要大于0.98才具有代表性。上述a和b是指r2大于0.98的拟合曲线得到的数值。

11、本技术的光程差是指光线在介质内部传播时，由于路径不同而产生的光程差异。应力对碳化硅产品的测试中会由于波长改变导致测试结果不同，这一缺点导致无法有效反馈产品的实际情况，本技术采用光程差对碳化硅晶体及碳化硅衬底进行表征，该参数不受测试波长的影响，更能够表征产品的实际参数，从而优化生产，以得到质量显著上升的碳化硅产品。

12、若是碳化硅晶体制备得到的所有碳化硅衬底的a和b均相同，则证明该碳化硅晶体整体按照一个恒定的斜率a逐渐变化，此时该碳化硅晶体轴向上光程差的趋势可以是自包含第一端面的一端向另一端逐渐下降，此时a的取值范围为-0.002～-0.8，也可以是自包含第一端面的一端向另一端逐渐上升，此时a的取值范围为0.002～0.8，无论是哪种情形都代表本技术的导电型碳化硅晶体在轴向上光程差均匀分布，整体均匀性高。

13、可选地，所述a的取值范围为-0.002～0.2或0.002～0.2。

14、可选地，任意一个碳化硅衬底划分为若干个边长为5mm的正方向区域，每个正方形区域得到一个该区域的光程差；

15、opd1-opd2≤6.5nm，opd1表示所有的正方形区域中光程差的最大值，opd2表示所有的正方形区域中光程差的最小值。

16、优选的，0.15≤opd1-opd2≤6.5nm。

17、针对整体碳化硅衬底而言，每个区域的都会存在一个该区域的光程差，若是所有的区域相比较，最大值减去最小值能够代表该碳化硅衬底的两端极值的情况，因此该opd1-opd2的数值越小，代表径向上碳化硅衬底整体的质量越均匀。

18、可选地，针对任意一个碳化硅衬底的任意相邻两个正方形区域而言，opd3-opd4≤5nm，opd3表示相邻两个正方形区域中光程差的较大值，opd4表示相邻两个正方形区域中光程差的较小值。

19、优选的，0.02≤opd3-opd4≤3.5nm。

20、相邻两个正方形区域进行比较，能够得出该相邻区域之间的差异性，代表该碳化硅衬底光程差均匀过渡的程度，因此opd3-opd4代表碳化硅衬底微观上光程差的分布均匀性，该参数与opd1-opd2相结合，共同证明本技术的碳化硅衬底的光程差一致性高。

21、可选地，任意一个碳化硅衬底划分为若干个边长为5mm的正方形区域，每个正方形区域得到一个该区域的电阻率；

22、r1-r2≤10mω·cm，r1表示所有的正方形区域中光程差的最大值，r2表示所有的正方形区域中电阻率的最小值；

23、优选的，0.2≤r1-r2≤10mω·cm。

24、该参数表示碳化硅衬底的电阻率分布均匀性，r1-r2的数值越小，代表碳化硅衬底在径向上电阻率分布越均匀。

25、综上，本技术的碳化硅晶体不仅能够实现电阻率和光程差双重降低的同时，还能够实现电阻率和光程差在径向及轴向上的分布均匀性，以得到满足碳化硅晶体的商业化生产使用。

26、根据本技术的另一个方面，提供了一种光程差均匀性好的导电型碳化硅衬底，所述碳化硅衬底任意位置处的电阻率<30mω·cm，且所述碳化硅衬底的光程差<9nm。

27、可选地，所述碳化硅衬底的任意一条水平线上光程差的最大值与最小值的差值＜6.5nm。

28、可选地，所述碳化硅衬底划分为若干个边长为5mm的正方向区域，每个正方形区域得到一个该区域的光程差；

29、opd1-opd2≤6.5nm，opd1表示所有的正方形区域中光程差的最大值，opd2表示所有的正方形区域中光程差的最小值。

30、优选的，0.15≤opd1-opd2≤6.5nm。

31、可选地，针对所述碳化硅衬底任意相邻两个正方形区域而言，opd3-opd4≤5nm，opd3表示相邻两个正方形区域中光程差的较大值，opd4表示相邻两个正方形区域中光程差的较小值。

32、优选的，0.02≤opd3-opd4≤3.5nm。

33、可选地，所述碳化硅衬底划分为若干个边长为5mm的正方形区域，每个正方形区域得到一个该区域的电阻率；

34、r1-r2≤10mω·cm，r1表示所有的正方形区域中光程差的最大值，r2表示所有的正方形区域中电阻率的最小值。

35、优选的，0.2≤r1-r2≤10mω·cm。

36、可选地，所述碳化硅衬底的1/5半径内为中心区域，1/5～3/5半径区域为第一环形区域，3/5～4/5半径区域为第二环形区域，4/5半径外为第三环形区域；

37、中心区域的标准差系数<第一环形区域的标准差系数<第二环形区域的标准差系数<第三环形区域的标准差系数，标准差系数定义为区域中光程差的标准差与区域中光程差的均值的比值。

38、可选地，所述中心区域的标准差系数<1.1，第一环形区域的标准差系数<1.2，第二环形区域的标准差系数<1.3，第三环形区域的标准差系数<1.5。

39、可选地，所述碳化硅晶体及碳化硅衬底均为单晶。

40、可选地，所述碳化硅晶体及碳化硅衬底的晶型选自4h、6h、3c中的一种，优选为4h。

41、可选地，所述碳化硅晶体及碳化硅衬底的尺寸选自4寸、6寸、8寸、12寸中的一种，优选为8寸或12寸。

42、可选地，所述碳化硅衬底的厚度<1mm。

43、本技术的有益效果包括但不限于：

44、1.根据本技术的光程差均匀性好的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底，能够在提高导电性的基础上，降低材料内部的应力及晶格畸变，从而降低光程差的数值，提高碳化硅晶体及碳化硅衬底的应用前景。

45、2.根据本技术的光程差均匀性好的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底，能够实现导电性的提升及导电性的均匀分布，从而提高该材料的可利用面积，降低生产成本，并提高材料的使用稳定性和可靠性，便于下游的生产利用。

46、3.根据本技术的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底，内部光程差小且能够在轴向及径向上分布均匀，代表材料内部的残余应力及晶格畸变较小，以提高该导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底整体的均匀性。

47、4.根据本技术的导电型碳化硅晶体及碳化硅衬底，实现材料导电性和光程差性能上的协同提升及均匀性分布，以得到高质量的产品，提高批次化产品的性能均一性，利用工业化推广使用。