4H-SiC外延层中堆垛层错与衬底缺陷的关联性研究

本研究探讨了同质外延生长的4H-SiC晶片表面堆垛层错(SF)的形貌特征和起因。依据表面缺陷检测设备KLA-Tencor CS920的光致发光(PL)通道和形貌通道的特点, 将SF分为五类。其中I类SF在PL通道图中显示为梯形, 在形貌图中不显示; II类SF在PL通道图中显示为三角形, 且与I类SF重合, 在形貌图中显示为胡萝卜形貌。III-V类SF在PL通道图中均显示为三角形, 在形貌图中分别显示为胡萝卜、无对应图像或三角形。研究结果表明, I类SF起源于衬底的基平面位错(BPD)连线, 该连线平行于<1$\bar{1}本研究探讨了同质外延生长的4H-SiC晶片表面堆垛层错(SF)的形貌特征和起因。依据表面缺陷检测设备KLA-Tencor CS920的光致发光(PL)通道和形貌通道的特点,将SF分为五类。其中I类SF在PL通道图中显示为梯形,在形貌图中不显示; II类SF在PL通道图中显示为三角形,且与I类SF重合,在形貌图中显示为胡萝卜形貌。III-V类SF在PL通道图中均显示为三角形,在形貌图中分别显示为胡萝卜、无对应图像或三角形。研究结果表明,I类SF起源于衬底的基平面位错(BPD)连线,该连线平行于1100方向,在生长过程中沿着1120方向移动,形成基平面SF。II类和大部分的III-IV类SF起源于衬底的BPD,其中一个BPD在外延过程中首先转化为刃位错(TED),并在外延过程中延0001轴传播,其余BPD或由TED分解形成的不全位错(PDs)在(0001)面内传播形成三角形基平面SF。其余的III-V类SF起源于衬底的TED或其它。II-III类SF在形貌通道中显示为胡萝卜,而IV类SF不显示,主要区别在于外延过程中是否有垂直于(0001)面的棱镜面SF与表面相交。上述研究说明减少衬底的BPD,对减少外延层中的SF尤为重要。     

4H-SiC晶体中的层错研究

采用物理气相传输法(PVT法)在4英寸(1英寸=25.4 mm)偏<11¯20>方向4°的4H-SiC籽晶的C面生长4H-SiC晶体。用熔融氢氧化钾腐蚀4H-SiC晶体, 并利用光学显微镜研究了晶体中的堆垛层错缺陷的形貌特征和生长过程中氮掺杂对4H-SiC晶体中堆垛层错缺陷的影响。结果显示, 4H-SiC晶片表面的基平面位错缺陷的连线对应于晶体中的堆垛层错, 并且该连线的方向平行于<1¯100>方向。相对于非故意氮掺杂生长的4H-SiC晶体, 氮掺杂生长的4H-SiC晶体中堆垛层错显著偏多。然而, 在氮掺杂生长的4H-SiC晶体的小面区域, 虽然氮浓度高于其他非小面区域, 但是该小面区域并没有堆垛层错缺陷存在, 推测这主要是由于4H-SiC晶体小面区域特有的晶体生长习性导致的。