硅(Si)和砷化镓(GaAs)材料制成半导体器件由于材料本身的限制已经达到发展极限，难以满足当今对高功率和强辐射器件的需求。碳化硅(SiC)作为物理性能优异的宽禁带半导体，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、LED照明和航空航天等领域崭露头角，而生长高质量的SiC晶体则是实现这些SiC基器件的优异性能的基础。本论文对SiC单晶生长及性能进行了深入地研究，旨在认识晶体缺陷形成机理，减少晶体缺陷，提高晶体质量，获得满足电子器件要求的SiC晶片。论文的主要工作如下:　　首先，对SiC晶体中的三种主要缺陷:绿斑、平面六方空洞和包裹物的典型形貌特征、分布规律以及形成机理进行了系统的表征和研究。1）绿斑缺陷是在生长掺N的6H-SiC晶体时发现:它通常呈六边形，六条边的颜色较其他区域颜色更深，边上的黑点在加工后发现是一个空洞;晶体表面凹坑下部有绿斑特征;二次离子质谱(SIMS)检测发现绿斑的掺N量高于正常区域;统计发现绿斑多出现在晶体生长后期及晶体的边缘;提出绿斑的形成机理:富C气氛导致晶体表面出现凹坑，而绿斑则是凹坑愈合过程的轨迹;在4H-SiC晶片上也发现类似绿斑的缺陷。2）对SiC晶体中的平面六方空洞研究发现:平面六方空洞的形成主要原因是籽晶温场不均，轴向温度梯度大及石墨盖的多孔性造成的。通过提高籽晶和石墨托的平整度，在粘合剂中添加石墨粉及在籽晶粘结面镀一层致密石墨涂层能将减少90％以上的平面六方空洞缺陷。3）对SiC晶体中的包裹物研究发现:包裹物有两种，一种是絮状包裹物，主要是SiC普通原料中V和Ti杂质原子聚集而成。对SiC普通原料进行高温提纯或采用高纯SiC原料消除这类包裹物;第二种石墨包裹物，主要来自石墨化的SiC原料，分析石墨包裹物的形成原因，并在此基础上提出了石墨化通道模型（Graphitization path model，GP模型）。在大量实验基础上，提出用升华的SiC料块代替粉料可以消除石墨包裹物。　　其次，对SiC晶体的扩径、大尺寸晶体退火和提高大尺寸晶体质量进行了研究，包括:1）确认凸界面生长有利于晶体扩径而凹界面生长不利于扩径;证实圆台形的石墨盖结构最有利于晶体的扩径，一次单晶区可以扩大12mm;用该扩径工艺成功获得了5英寸和6英寸的SiC晶体。2）分析了大尺寸SiC晶体应力形成原因;采用小温度梯度SiC晶体生长工艺，生长结束后才采用降低生长室内的温度梯度的原位退火工艺及二次退火工艺可以很好减小晶体内应力问题，从而控制大尺寸SiC晶体在后续加工过程中破损率在3％以内。3）通过统计大尺寸SiC晶体生长室使用次数与晶体质量关系，获得它们的最佳使用次数;采用持续提高籽晶质量的自循环工艺并严格控制优化SiC晶体生长工艺环节，提高了生长晶体质量，批量获得了的高质量的4英寸导电4H-SiC晶体和晶片:微管密度0.3个/cm2;X射线摇摆曲线平均半高宽为21.6arcsec。　　最后，研究了不同掺N浓度对4H-SiC晶体质量及电学参数的影响，包括:1）通过调整N2所占流气总量的比例，用0°和4°籽晶各生长7块不同掺N浓度的4H-SiC晶体;在全N2氛围下0°籽晶下生长晶体中心出现多晶;Raman光谱表明晶体主要是4H-SiC晶型，但流气全为N2时在964 cm-1出现反LOPC效应;X-射线摇摆曲线的半峰宽都在20 arcsec左右，表明晶体质量良好并且没有随着掺N量的增加而变差;晶片的位错密度都在3.4×104/cm2左右，也未因掺N量增大而增多;SIMS测试晶体的实际掺N量，在非故意掺杂情况下，4°晶体掺N量1.97×1018/cm3，而流气全为N2的情况下，掺N量4.14×i019/cm3;载流子浓度也随着掺N量增加而变大，由最小的9.70×1017/cm3增加到2.41 e×1019/cm3;电子迁移率则随着掺N量的增加而减小，由162.0cm2/V·s降低到36.2cm2/V·s。随着掺N浓度的增加，4°晶体电阻率由非故意掺N的0.0524Ω·cm降至N2气氛下的0.00717Ω·cm;0°晶体电学性质变化规律和4°类似。