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宽带隙半导体材料，即第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速率高、热导率大，介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点，非常适合用于制作抗辐射、高温、高频、大功率和高密度集成的电子和光电子器件。碳化硅(SiC)材料就是其中之一。近来，SiC生长和器件工艺技术已经取得了很大的进步。生长高质量的SiC外延层已经成为制造SiC器件的关键技术。目前，SiC外延层的均匀性问题仍然是限制SiC器件进一步商业化发展的主要问题。另一方面，有高击穿电压的大功率器件需要有厚的外延层。于是快速生长出厚的低缺陷密度的SiC外延层已经成为功率器件技术的关键部分。快速生长能够节省大量的生长时间，减少生长过程中的消耗，从而在经济上占有优势。本文主要研究了宽带隙半导体材料SiC的外延生长工艺。先是用计算流体动力学(computational fluid dynamics)软件Fluent模拟了SiC的外延生长工艺，然后通过实验讨论了影响SiC外延层均匀性的因素，最后讨论了SiC外延层的快速生长工艺。
1.对外延层生长工艺的模拟：在水平化学气相沉积(CVD)系统中，模拟了载气H2的流量和生长时压力的变化对外延层均匀性的影响。水平系统容易改造成热壁系统，而热壁系统提高了反应气体的分解率并且具有良好的温度均匀性。模拟结果显示，增大载气流量可以改善外延层的厚度均匀性，但是平均沉积速率有所下降；生长时压力的变化对外延层的均匀性没有影响，与具体的实验结果有一定的出入，对压力在反应时的作用仍需进一步讨论。对垂直CVD系统中进行了改造，在生长室的上方添加了个喷口。对在这两种情况下的SiC外延分别进行了模拟，并将结果进行了比较。模拟结果表明，添加喷口以后，外延层的沉积速率明显提高，并且改善了外延层的均匀性。
2.SiC外延生长均匀性研究：利用水平低压化学气相沉积(LPCVD)系统在2英寸Si衬底上进行了SiC的异质外延生长。反应采用的是SiH4+C2H4+H2系统。固定SiH4和C2H4的流量以及其它的工艺参数，改变载气(H2)的流量和生长时反应室的压力，进行了一系列的实验。X射线衍射(XRD)谱显示，整个SiC外延层具有良好的结晶均匀性，并且外延层与衬底取向一致；在其它工艺参数不变的条件下，增大载气的流量和提高反应时生长室的压力，能够改善外延膜厚度均匀性，均匀性用σ/M(标准差/平均值)表示，厚度均匀性最好时可达到±5.7％；用方块电阻来表征它的电学均匀性，外延膜的电学均匀性最好可达到2.15％(σ/M值)。
3.Si衬底上SiC的异质快速生长研究：采用垂直LPCVD系统在2英寸的Si衬底上进行SiC快速生长。为了提高SiC外延膜的生长速率，抑制气相中的Si聚集成团簇，在反应气体SiH4+C2H4+H2系统中加入了HCl气体。实验结果表明，通入HCl气体后，能够有效提高外延膜的生长速率，生长速率最快可达到24μm/h；同时抑制Si聚集成团簇，改善了外延膜的表面质量。此外，经过改造设备，在生长室上方添加了一个喷口，增加了反应气体的利用率，利用率提高了35％；并且进一步提高了外延层的生长速率，可以达到35μm/h。采用XRD测试来表征SiC外延层的晶体质量，SiC外延层的XRD谱中出现了强的SiC的特征峰，显示出外延膜具有良好的结晶性；在快速生长条件下，不管衬底是Si(111)还是Si(100)，外延膜的取向都是沿着＜111＞方向，并从外延生长理论方面探讨了两种取向衬底上SiC(111)取向生长的原因。
4.4H-SiC衬底上的同质快速生长以及外延膜的均匀性研究：在上述Si衬底上SiC快速生长和均匀性研究工作的基础上，探索了SiC同质快速生长和外延膜均匀性问题。采用水平LPCVD装置，气体系统为SiH4+C2H4+H2+HCl。对气流不同位置处的样品进行了形貌和晶型的测试。Nomarski显微镜观察发现外延膜表面不平整，反应室中靠近气体入口的位置，生长速率最快，表面最为粗糙；Raman谱测试表明外延膜晶型为4H-SiC，与衬底一致，仅个别区域出现少量3C-SiC的混晶。由于3C-SiC是一种低温稳定多型体，经常在低温时出现，可以通过提高生长温度的方法来减少3C-SiC的混晶。