JP2007320814A - バルク結晶の成長方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単結晶成長装置にて種結晶3上にバルク結晶を昇華法により成長させ、作製する場合、不純物をガス化した形で導入し、バルク結晶に不純物を添加する。その際に、結晶成長速度の遷移領域である種結晶3上の成長領域10、12、13、15での不純物添加量が、限界不純物添加量を超えないように制御するバルク結晶の成長方法である。
【選択図】図2
Description
特に半導体材料においては、不純物添加による電気伝導度制御が古くから行われ、単元素半導体や化合物半導体など、それぞれの材料が持つ多様な特性を生かした電気・電子デバイスが開発・製造されてきた。
ところが上記従来の昇華法では、成長した単結晶5に多数の結晶欠陥が発生し、結晶性が悪化していることが判明した。
Journal ofCrystal Growth 43 (1978) 209-212 Journal ofCrystal Growth 230 (2001) 239-246
結晶成長がまさに開始される時の成長速度は0であり、一方終了時はその逆となる。このように、結晶成長にはある任意の成長速度と成長速度0までの遷移領域が必ず存在する。成長結晶中の目標不純物添加濃度を達成する任意の成長条件を維持した状態で、成長速度の変化などが避けられない領域に入ると、結晶中の不純物濃度が極端に高くなって限界不純物添加量を超えてしまう。このためこういった成長速度遷移領域では、過剰な不純物によって結晶欠陥が発生することになる。
したがって本発明は上記課題を解決するために、成長速度の遷移領域において限界不純物添加量を超えないように不純物添加量を制御するものである。
(実施例)
図2に示した結晶成長装置にて種結晶上にSiC単結晶の成長を行った。成長中に結晶の導電性がn型となるように窒素ガスをアルゴンガス中に混合して導入した。結晶成長速度の遷移領域である種結晶3直上の成長領域10で、窒素の不純物濃度が確実に1×1019cm-3以上とならないようにするため、窒素ガスを混合しないで厚さ100μm程度成長させた。その後、成長速度が安定してから窒素の不純物濃度が8×1018cm-3となるように窒素ガスを50%の濃度で導入した。この成長速度安定領域11で結晶を厚さ約25mm成長させたところで、成長を終了した。この時、成長終了時の成長速度遷移領域12で同じく窒素の不純物濃度が1×1019cm-3以上とならように窒素ガスの導入を停止した。
なお2回目の結晶成長が不要であれば、2回目以降の結晶成長を省略することができる。また必要があれば2回目の結晶成長に引き続き、3回目以降の結晶成長を同様に行うこともできる。
図2に示した結晶成長装置にて種結晶上にSiC単結晶の成長を行った。成長中には結晶の導電性がn型となるように窒素ガスを導入した。結晶成長速度の遷移領域である種結晶3直上の成長領域10では、成長速度安定領域11で結晶中の窒素不純物濃度が8×1018cm-3となるように50%の濃度で窒素ガスを導入量し、厚さ100μm程度成長させ、続けて成長速度安定領域11で結晶を厚さ約25mm成長させた。その後、成長を終了したが、成長終了時の成長速度遷移領域12でも窒素ガス導入量を変化させなかった。
以上SiCを例に本発明を説明したが、本発明は昇華法により得られるAlNなどのIII−V族化合物、ZnSeなどのII−VI族化合物等のバルク結晶成長にも適用可能である。この場合SiCでは1×1019cm-3限界不純物添加量であるが、限界不純物添加量は結晶欠陥の発生との兼ね合いで材料に応じて適宜決定されることになる。
2 蓋体
3 種結晶
4 SiC原料
5 結晶欠陥の多い単結晶
6 台座
7 ガス導入口
8 ガス排気口
9 加熱コイル
10 成長開始時の成長速度遷移領域
11 成長速度安定領域
12 成長終了時の成長速度遷移領域
13 2回目成長開始時の成長速度遷移領域
14 成長速度安定領域
15 2回目成長終了時の成長速度遷移領域
Claims (7)
- 不純物が添加されたバルク結晶を、昇華法によって作製する場合、成長速度の遷移領域での不純物添加量が、限界不純物添加量を超えないように制御することを特徴とするバルク結晶の成長方法。
- 不純物が添加されたバルク結晶を昇華法によって作製する場合、成長開始直後から結晶成長速度の遷移領域での不純物添加量が、限界不純物添加量を超えないように制御することを特徴とするバルク結晶の成長方法。
- 結晶成長速度の遷移領域から終了直前での不純物添加量が、限界不純物添加量を超えないように制御することを特徴とする請求項2に記載のバルク結晶の成長方法。
- 上記バルク結晶は、SiCである請求項1、2又は3に記載のバルク結晶の成長方法。
- 上記不純物は窒素であり、上記限界不純物添加量は、1×1019cm−3である請求項4に記載のバルク結晶の成長方法。
- 上記バルク結晶は、III−V族化合物である請求項1、2又は3に記載のバルク結晶の成長方法。
- 上記バルク結晶は、II−VI族化合物である請求項1、2又は3に記載のバルク結晶の成長方法。
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