CN102224592A - p型SiC半导体 - Google Patents

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Abstract

一种p型SiC半导体，其包括含有作为杂质的Al和Ti的SiC晶体，其中Ti的原子数目浓度等于或小于Al的原子数目浓度。优选Al的浓度和Ti的浓度满足以下关系：(Al的浓度)＞5×1018/cm3；以及0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％。更优选Al的浓度和Ti的浓度满足以下关系：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及1×1017/cm3≤(Ti的浓度)≤1×1018/cm3。

Description

p型SiC半导体
技术领域
本发明涉及SiC半导体，特别地，涉及低电阻的p型SiC半导体。
背景技术
一直难以获得低电阻的p型SiC半导体。例如，PCT申请的公开的日文译文2005-507360(JP-A-2005-507360)描述了通过采用高浓度的深能级本征缺陷和深能级受主(Ti和B)的组合来获得高电阻的半绝缘SiC单晶的方法。在T.L.Staubinger等人的Mat.Sci.Forum 389-393(2002)p.131中描述了一种通过Al掺杂的改良莱利(Lely)法(升华法)制造p型SiC单晶的方法。然而，利用高浓度Al掺杂的晶体生长会不利地影响结晶性。日本专利申请公开2008-100890(JP-A-2008-100890)描述了一种制造方法，其特征为，在通过液相生长方法生长SiC单晶时使用的液体合金为Si-Al-M合金(M为例如Ti)。然而，在该文件中，使用Al和Ti来获得高质量SiC单晶，没有记载在所制成的晶体中混合的这些元素的量的控制方法，也没有记载晶体的特性。
难以制造p型SiC半导体的原因如下。
由于在SiC晶体中，作为p型载流子的空穴的迁移率低于作为n型载流子的电子的迁移率，因此与获得低电阻n型SiC衬底相比，难以获得低电阻p型SiC衬底。
Al和B是用于p型SiC的代表性受主。然而，Al和B的电离能高于用于n型SiC的施主的N的电离能。由此，难以获得低电阻p型SiC衬底。
可以使用增加Al掺杂的量的方法以减小电阻。然而，这导致迁移率的降低，并且还会降低SiC单晶的结晶性。
由此，需要独立地控制引入到SiC单晶的Al的量和Ti的量的方法。
日本专利申请公开2007-13154(JP-A-2007-13154)、PCT申请的公开日文译文2008-505833(JP-A-2008-505833)、WO2004/090969、日本专利申请公开10-70273(JP-A-10-70273)以及日本专利申请公开2006-237319(JP-A-2006-237319)描述了在SiC单晶中引入Al和Ti原子。然而，这些文件没有考虑如何减小电阻。
发明内容
本发明提供了一种低电阻的p型SiC半导体。
本发明的一个方面为一种p型SiC半导体，其包括含有作为杂质的Al和Ti的SiC晶体，其中Ti的原子数目浓度等于或小于Al的原子数目浓度。
在上述方面中，Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度可满足以下关系：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％。
在上述方面中，Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度可满足以下关系：5×1018/cm3≤(Al的浓度)≤1×1020/cm3；以及0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％。
在上述方面中，Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度可满足以下关系：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及1×1017/cm3≤(Ti的浓度)≤1×1018/cm3。
在上述方面中，Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度可满足以下关系：5×1018/cm3≤(Al的浓度)≤1×1020/cm3；以及1×1017/cm3≤(Ti的浓度)≤1×1018/cm3。
根据本发明，使SiC晶体包含作为受主的Ti以及Al，并且Ti的原子数目浓度等于或小于Al的原子数目浓度，从而与仅仅添加Al的情况相比，可以减小比电阻(specific resistance)。
附图说明
通过以下参考附图对实例的描述，本发明的上述和其他目的、特征以及优点将变得显而易见，在附图中，
图1为这样的图，其示出了在根据本发明的添加了Al和Ti原子的SiC单晶中对于每种Al浓度的比电阻随Ti浓度改变的变化。
具体实施方式
在本发明中，优选Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度满足以下关系：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％。
更优选Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度满足以下关系：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及1×1017/cm3≤(Ti的浓度)≤1×1018/cm3。
不需要将Al和Ti的引入方法限制为特定的方法。例如，可以使用气相沉积(升华法、化学气相沉积(CVD)等)、外延生长方法、液相生长、离子注入方法等等。
制造了通过离子共注入将Al和Ti原子引入到SiC单晶中而获得的样品。为了比较，还制造了通过仅仅将Al引入到SiC单晶中而获得的样品。
<注入样品>
具有n型外延层(掺杂量：约5×1015/cm3)的8度偏移的n型4H-SiC(0001)衬底
<离子注入条件>
注入深度：200nm
倾角：0°
注入角：0°
注入衬底温度：500℃
<在注入后的高温退火>
加热温度：1750℃
加热时间：20分钟
对于已向其中注入了离子的每个样品，通过二次离子质谱(SIMS)测量Al的原子数目浓度和Ti的原子数目浓度。然后，通过范德堡(van der Pauw)法进行霍尔效应(Hall-effect)测量，确定每个样品的比电阻。结果被全部示于表1中。在表1中，还示出了使用下式获得的比电阻改善率。
改善率(％)＝{1-(ρ2/ρ1)}×100
ρ1：当仅仅引入了Al时的样品的比电阻(Ω·cm)
ρ2：当引入了Al和Ti时的样品的比电阻(Ω·cm)
表1
Figure BDA0000062555390000041
(＊)+：改善的-：劣化的
在表2中，示出了对于各种Al和Ti浓度的比电阻改善率。在表2中，阴影单元表明Al和Ti的浓度在以下范围内：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％，而由粗线围绕的单元表明Al和Ti的浓度在以下范围内：(Al的浓度)≥5×1018/cm3；以及1×1017/cm3≤(Ti的浓度)≤1×1018/cm3。
表2(改善率)
表3示出了Ti浓度对Al浓度的比率(％)，表4示出了在各比率与样品号之间的关系。
表3(Al和Ti的浓度的组合)
Figure BDA0000062555390000051
包含数字的单元：有测量结果
表4(样品号)
Figure BDA0000062555390000052
图1示出了当Al浓度为1×1020/cm3和5×1020/cm3时比电阻随Ti浓度改变的变化。可以清楚地看出，当Al浓度为1×1020/cm3时，比电阻率随Ti浓度的增加而单调减小。当Al浓度为5×1020/cm3时，由于即使没有添加Ti时Al浓度也是高的且由此比电阻的绝对值相对低，因此，比电阻随着Ti浓度的增加而减小的程度小。然而，可以辨认出，整体上仍具有逐渐减小的趋势。
根据本发明，通过添加Al和Ti二者，提供了与仅添加Al的情况相比减小了电阻的p型SiC半导体。
虽然已经参考本发明的实例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所描述的实例。相反地，本发明旨在涵盖各种修改和等价形式。

Claims (5)

1.一种p型SiC半导体，其包括含有作为杂质的Al和Ti的SiC晶体，其中Ti的原子数目浓度等于或小于Al的原子数目浓度。
2.根据权利要求1的p型SiC半导体，其中Al的浓度和Ti的浓度满足以下关系：
Al的浓度≥5×1018/cm3；以及
0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％。
3.根据权利要求2的p型SiC半导体，其中Al的浓度和Ti的浓度满足以下关系：
5×1018/cm3≤Al的浓度≤1×1020/cm3；以及
0.01％≤(Ti的浓度)/(Al的浓度)≤20％。
4.根据权利要求1的p型SiC半导体，其中Al的浓度和Ti的浓度满足以下关系：
Al的浓度≥5×1018/cm3；以及
1×1017/cm3≤Ti的浓度≤1×1018/cm3。
5.根据权利要求4的p型SiC半导体，其中Al的浓度和Ti的浓度满足以下关系：
5×1018/cm3≤Al的浓度≤1×1020/cm3；以及
1×1017/cm3≤Ti的浓度≤1×1018/cm3。
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