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作为第三代半导体材料的之一,碳化硅（SiC）材料具有宽的禁带、高的击穿电场、高电子漂移速度和高热导率等优势,是制备高压、高温、大功率、抗辐射的电力电子功率器件的理想材料之一。经过近30年的发展,SiC电子器件已广泛应用于军舰、战机、雷达、通讯和导航等军事领域和光伏逆变器、高速列车、大型数据中心、智能电网、电动汽车等民用领域,并将继续在上述领域的应用中发挥更重要的作用。4H-SiC功率器件的制作需要大直径、低掺杂浓度和低缺陷密度的高质量厚膜同质外延材料。目前,在缺陷控制、大直径厚膜外延材料生长等方面还存在诸多问题,制约了4H-SiC功率器件性能的进一步提高以及在电力电子领域的应用。本文针对4H-SiC同质外延材料生长中存在的问题,以获得高质量的4英寸厚膜外延材料为目的,主要的研究内容及创新成果如下:1.对新型表面三角形缺陷的形貌、结构及产生机理进行了研究。通过光学显微镜、拉曼散射、电子背散射衍射、透射电子显微镜、激光共聚焦显微镜等表征手段,对基于SiH4-C3H8-H2 CVD生长系统中采用标准工艺生长的4H-SiC同质外延材料上新类型三角形缺陷:锯齿状三角形缺陷（ZLTD）和顶端有倒金字塔形结构三角形缺陷（IPRTD）的形貌、结构及形成机理进行了研究。研究发现,ZLTD和IRPTD都由3C-SiC晶型构成,两种缺陷不同的生长模式是二者在形貌和结构上存在差异的主要原因。ZLTD主要由外延生长中台面上自发的3C成核引起。3C的台阶流生长和2D成核生长是ZLTD的主要生长模式。IRPTD的形成是由缺陷引起的2D成核所导致的。在外延生长中,沿[1-100]和[11-20]方向外延生长速率的差异及氢气对外延层的刻蚀是导致倒金字塔形缺陷形成的主要原因。对上述两种缺陷形貌、结构及产生机理的研究进一步完善了4H-SiC同质外延生长中三角形缺陷的形成机理。2.提出一种通过低压外延生长方法在提高外延生长速率的同时获得高质量外延材料的生长技术。研究了低压范围内生长压强对外延材料生长速率、结晶质量、表面缺陷及形貌等的影响。研究发现,随着生长压强的降低,外延材料表面三角形缺陷密度降低。在40mbar时,三角形缺陷密度约为7cm-2,与常规外延生长方法相比,三角形缺陷密度下降了一个数量级。同时发现,由于低压下吸附原子表面扩散长度和表面自由能的增加,外延材料表面出现台阶聚簇（step-bunching）,使外延材料表面粗糙度增大。通过刻蚀工艺的优化,减少了外延材料表面的step-bunching缺陷。获得了厚度和掺杂浓度均匀性较高,缺陷密度较少的高质量4英寸同质外延材料。外延生长速率最高可达15μm/h。10微米厚外延材料厚度均匀性为1.66%,掺杂浓度均匀性为3.52%。Candela测试表明表面缺陷密度约为1cm-2。3.采用低温光致发光（PL）和电子顺磁共振技术（ESR）,研究了生长压强对基于SiH4-C3H8-H2的LPCVD生长系统制备的非故意掺杂4H-SiC同质外延材料本征缺陷的影响。结果表明:不同生长压强条件下,外延材料中本征缺陷均为碳空位（VC）及其络合物,且随着生长压强的降低外延材料中本征缺陷的浓度逐渐减小。利用布里渊拟合对不同样品中与本征缺陷等价的顺磁中心进行了计算,所得出的生长压强对非故意掺杂外延样品中本征缺陷影响的规律与ESR和PL所得结果相同。与常规压强工艺相比,低压条件下制备的非故意掺杂4H-SiC外延材料本征缺陷C空位密度下降了约60%。分析认为,在低压条件下,外延生长系统中有效碳硅比（C/Si）提高,且外延生长的台阶流生长模式得到了增强,抑制了本征缺陷的产生,从而使外延材料中本征缺陷的浓度得到了降低。4.对优化的工艺参数制备的4英寸4H-SiC外延材料进行了JBS/SBD器件验证,重点研究了外延材料表面形貌缺陷对SiC肖特基二极管特性的影响。研究结果表明,当金属接触区或场限环区有彗星形缺陷或彗核存在时,器件击穿电压较低;当接触区只有彗星形缺陷尾部存在时,与金属接触区存在彗星形缺陷的情况相比,击穿电压相对较高,但仍小于金属接触区无缺陷器件的击穿电压。胡萝卜型缺陷会造成反向偏压较低时器件漏电流的增大,对器件的击穿电压影响不大。生长坑对器件的击穿电压无影响,对器件漏电流影响也相对较小。三角形缺陷对器件的击穿电压及漏电流均有较大影响,同金属接触区无三角形缺陷的器件相比,反向击穿电压降低约50%,漏电流增大个4数量级。