JP2013028475A - 単結晶基板およびそれを用いた半導体素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐電圧特性を向上させることが可能な単結晶基板を提供する。
【解決手段】 本発明の単結晶基板は、炭化ケイ素の単結晶からなり、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムのうち少なくとも１つを微量添加物として含む。このような微量添加物を含んでいることから、耐電圧特性を向上させることができる。
また、本発明の半導体素子は、上記の単結晶基板１と、単結晶基板１上に設けられた、炭化ケイ素からなるｐ型半導体層３と、単結晶基板１に設けられた第１電極４と、ｐ型半導体層３に設けられた第２電極５とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、炭化ケイ素からなる半導体によって構成された単結晶基板およびそれを用いた半導体素子に関するものである。

炭素と、ケイ素の化合物である炭化ケイ素（Silicon carbide；ＳｉＣ）がある。炭化ケイ素は、バンドギャップがシリコンと比べて広く、絶縁破壊に至る電界強度が大きい（耐電圧特性がよい）こと、熱伝導性が高いこと、耐熱性が高いこと、耐薬品性に優れること、および耐放射線性に優れることなどの種々の利点から注目を集めている。この炭化ケイ素に注目している分野は、例えば、原子力を含む重電、自動車および航空を含む運輸、家電、ならびに宇宙などと幅広い。炭化ケイ素の単結晶は、例えば特許文献１に記載されるような製造方法で製造されている。

特開2000−264790号公報

このような炭化ケイ素からなる単結晶の研究・開発において、耐電圧特性をさらに向上させることが課題の一つとなっている。本発明は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、耐電圧特性を向上させることが可能な炭化ケイ素の単結晶からなる単結晶基板を提供することを目的とする。

本発明の単結晶基板は、炭化ケイ素の単結晶からなり、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムのうち少なくとも１つを微量添加物として含む。

また、本発明の半導体素子は、上記の単結晶基板と、前記単結晶基板上に設けられた、炭化ケイ素からなるｐ型半導体層と、前記単結晶基板に設けられた第１電極と、前記ｐ型半導体層に設けられた第２電極とを有する。

本発明の単結晶基板によれば、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムのうち少なくとも１つを微量添加物として含む炭化ケイ素であることから、耐電圧特性を向上させることができる。

また、本発明の半導体素子によれば、上記の単結晶基板上に、ｐ型半導体層、単結晶基板に第１電極、およびｐ型半導体層に第２電極をそれぞれ設けることから、耐電圧特性を向上させることができる。

本発明に係る単結晶基板の実施形態の一例を示す斜視図である。 格子定数とバンドギャップとの関係を模式的に示す図である。 図１の単結晶基板の実施形態の変形例を示す図であり、微量添加物の濃度分布を示している。 本発明に係る半導体素子の実施形態の一例を示す図であり、（ａ）は概略構成を示す斜視図に相当し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線で切断したときの断面図に相当する。 図１に示す単結晶基板のインゴットを製造する、単結晶育成装置である。

＜単結晶基板および半導体素子＞
（単結晶基板）
本発明に係る単結晶基板の実施形態の一例について、適宜、図面を参照しつつ説明する。単結晶基板１は、炭化ケイ素の単結晶により構成されている。

単結晶基板１は、厚みが、例えば0.5μｍ以上50ｍｍ以下となるように設定されている。ここで単結晶基板１の厚みｈは、第１主面１Ａから、第１主面１Ａと反対側の第２主面１Ｂまでの距離を指す。なお、単結晶基板１は、直径が、例えば１インチ以上10インチ以下となるように設定されている。

単結晶基板１は、平面視形状が、例えば、四角形状若しくは六角形状などの多角形状、または円形状などとなるように設定することができる。後述する通り、本実施形態の単結晶基板１は、溶液法により製造されたインゴットを切りだすことによって製造したり、インゴットを単結晶基板１として用いたりすればよい。

単結晶基板１は、例えば３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、２Ｈ、または１５Ｒなどの結晶面を有している。本実施形態では、単結晶基板１は、厚み方向が、主に４Ｈの結晶面となるように構成されている。また、単結晶基板１内には、厚み方向に延びる転位またはマイクロパイプなどを有していることがある。

本実施形態に係る単結晶基板１の炭化ケイ素の単結晶内には、炭素よりも原子半径の大きな材料が微量添加されている。このような微量添加物としては、例えば、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどがある。微量添加物の濃度は、キャリアの移動度に影響を与えない程度に設定すればよく、例えば１×10¹⁵ｃｍ^−３以下となるように設定することができる。

このように本実施形態の単結晶基板１には、炭素よりも原子半径の大きな、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムのうち少なくとも１つの微量添加物が含まれていることによって、単結晶基板１を構成する炭化ケイ素の単結晶の格子定数が小さくなっている。微量添加物は、炭化ケイ素の単結晶を構成する結晶格子の間に入っている場合と、結晶格子を構成する炭素およびケイ素のいずれかと置き換わっている場合とがある。

このように微量添加物が炭化ケイ素の単結晶内に含まれていることによって、当該微量添加物が、周囲に存在する結晶格子を歪ませることとなる。そのため、歪んだ結晶格子は、結晶格子同士の間隔が近くなり、格子定数が小さくなる。その結果、単結晶基板１全体の格子定数を、炭化ケイ素のものよりも小さくすることができる。

ここで、炭化ケイ素からなる単結晶の格子定数とバンドギャップの関係について、図２に示す。図２において、２点鎖線は微量添加物を添加していない状態の格子定数およびバンドギャップ、および点線は微量添加物を添加した状態の格子定数およびバンドギャップをそれぞれ模式的に示している。

ここで、炭化ケイ素のバンドギャップは、その結晶構造によって、例えば2.2ｅＶ以上3.3ｅＶ以下となるように設定される。炭化ケイ素が４Ｈの結晶面によって構成されている
場合には、例えば、ａ軸方向の格子定数が0.307ｎｍ、バンドギャップが3.26ｅＶとなる。

本実施形態の単結晶基板１は、炭化ケイ素の単結晶に微量添加物を含んでいることによって、その周辺に位置する結晶格子の格子間隔が短くなり、格子定数が局所的に小さくなっている。局所的な格子定数の変化は、４Ｈの結晶においてシリコンと炭素との結晶格子の格子間隔が0.307ｎｍであることから、例えば0.307ｎｍよりも小さくなるように設定される。

単結晶基板１は、局所的に格子定数が小さくなった変化領域、および格子定数がほとんど変化していない通常領域を有することとなる。その結果、単結晶基板１は、変化領域と通常領域を平均化した格子定数を有することとなる。そのため、微量添加物を含む単結晶基板１は、微量添加物を含まない炭化ケイ素の格子定数よりも、格子定数が小さくなっている。具体的に、単結晶基板１の格子定数は、例えば0.01ｎｍ程度小さくなる。

そのため、図２に示すように、単結晶基板１は、バンドギャップが、微量添加物を含まない炭化ケイ素の単結晶よりも広くなっている。単結晶基板１の格子定数が、例えば0.0125ｎｍ小さくなった場合、バンドギャップは0.14ｅＶ程度広くなる。

このようにバンドギャップを広くすることができることから、単結晶基板１の耐電圧特性を高くすることができる。ここで、単結晶基板１の電気特性とバンドギャップの関係を示す値として、バリガー指数（Baliga index）がある。このバリガー指数を用いることによって、バンドギャップの変化から単結晶基板１の耐電圧特性の向上を確認することができる。なお、バリガー指数は、バンドギャップの変化の三乗に比例する値である。

（単結晶基板の変形例１）
微量添加物が、単結晶基板１を構成する単結晶の炭素またはケイ素の一部の元素と置換されていてもよい。微量添加物が単結晶基板１を構成する炭素またはケイ素の一部の元素と置換されていることによって、微量添加物を強固に固定することができる。このように微量添加物が固定されていることから、例えば500度以上の加熱などの高い熱負荷が単結晶基板１にかかった際にも、微量添加物を結晶格子内で移動しにくくすることができ、単結晶基板１の耐電圧特性の変動を抑制することができる。

（単結晶基板の変形例２）
微量添加物は、図３に示すように、第１主面１Ａから当該第１主面１Ａと反対側の第２主面１Ｂに向かうにつれて濃度が高くなっていてもよい。図３は、単結晶基板１を第１主面１Ａの表面から厚み方向（第２主面１Ｂに向かう方向）の微量添加物の濃度分布を示す図である。第１主面１Ａ付近の微量添加物の濃度と第２主面１Ａ付近の微量添加物の濃度とは、例えば10倍以下の濃度差があるように設定することができる。

単結晶基板１は、このような濃度分布を有していることから、第１主面１Ａよりも第２主面１Ｂ付近に含まれている微量添加物の濃度が高くなっている。そのため、単結晶基板１の第１主面１Ａに、単結晶基板１を構成する炭素およびケイ素からなる半導体層をエピタキシャル成長させる場合、第２主面１Ｂよりも微量添加物の濃度が低くなっていることから、格子定数のずれを抑制することができる。その結果、単結晶基板１の耐電圧特性を向上させるとともに、第１主面１Ａに炭化ケイ素からなる半導体層を良好に成長させることができる。

（単結晶基板の変形例３）
単結晶基板１は、単結晶内にドーパントを含むｎ型半導体であってもよい。単結晶内に
含まれるドーパントしては、例えば窒素等を用いることができる。このようなドーパント濃度は、例えば１×10¹⁸ｃｍ^−３以上１×10²⁰ｃｍ^−３以下となるように設定することができる。

後述する通り、本実施形態の炭化ケイ素からなる単結晶基板１は、溶液成長法によってイットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムのうち少なくとも１つの酸化物からなる坩堝を用いて製造してもよい。この場合、単結晶内にはｐ型のドーパントとして機能するアルミニウムが従来よりも少なくなっている。その結果、通常よりも少ないドーパント濃度で高品質のｎ型半導体の性質を呈する炭化ケイ素からなる単結晶基板１を提供することができる。

（半導体素子）
次に、図４を参照しつつ、半導体素子２の実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体素子２は、主に、単結晶基板１、単結晶基板１上に設けられたｐ型半導体層３、単結晶基板１に設けられた第１電極４、およびｐ型半導体層３に設けられた第２電極５から構成されている。

ｐ型半導体層３は、単結晶基板１の第１主面１Ａに設けられている。なお、単結晶基板１は、単結晶内にドーパントを含むことにより、ｎ型半導体となっている。ｐ型半導体層３は、厚みが、例えば100ｎｍ以上50μｍ以下となるように設定されている。ｐ型半導体層３は、炭化ケイ素の単結晶から構成されており、例えばホウ素、アルミニウムまたはバナジウム等のドーパントが添加されている。ドーパントは、濃度が、例えば１×10¹⁸ｃｍ^−３以上となるように設定されている。

半導体素子２は、ｎ型半導体の性質を呈する単結晶基板１上に、ｐ型半導体層３が設けられていることによって、両者がｐｎ接合されている。このような半導体素子２は、例えば高耐圧用のダイオードなどのパワーデバイスに用いることができる。本実施形態の半導体素子２は、従来よりも少ないドーパント濃度でｎ型半導体の性質を呈する単結晶基板１を作製することができることから、ｐ型半導体層３との間で良好なｐｎ接合を有することとなる。その結果、良好なダイオード特性を得ることが可能な半導体素子２を提供することができる。

本実施形態では、単結晶基板１上にｐ型半導体層３を形成した半導体素子２について説明したが、ｐ型半導体層３に換えてｎ⁻型半導体層を形成してもよい。このようにｎ⁻型半導体層を形成した半導体素子２は、ショットキーバリアダイオードとして用いることができる。このような半導体素子２は、単結晶基板１に、例えば１×10¹⁸ｃｍ^−３以上１×10²⁰ｃｍ^−３以下の濃度のドーパントを添加したものを用いることができる。ｎ⁻型半導体層は、例えば１×10¹⁶程度の濃度のドーパントを添加したものを用いることができる。

この場合、単結晶基板１に含まれるｎ型のドーパント濃度が従来よりも小さくなっていることから、ｎ⁻型半導体層を単結晶基板１上に結晶性よく成長させることができる。

また、単結晶基板１に直接、第１電極４および第２電極５を形成して、ショットキーバリアダイオードとして用いてもよい。その場合、第１電極４および第２電極５は、単結晶基板１に対してオーミック接触となる材料およびショットキー接触となる材料を用いればよい。炭化ケイ素からなる単結晶基板１と接触すると、オーミック接触となる材料としては、例えばニッケルなどがある。炭化ケイ素からなる単結晶基板１と接触すると、ショットキー接触となる材料としては、例えばチタンなどがある。

＜単結晶基板および半導体素子の製造方法＞
（単結晶基板の製造方法）
単結晶基板１の製造方法の一例について、図５を参照にしつつ説明する。単結晶基板１を構成する炭化ケイ素からなる単結晶は次のように溶液成長法によって製造することができる。

炭化ケイ素からなる単結晶は、単結晶育成装置６によって製造することができる。単結晶育成装置６は、坩堝７、坩堝容器８、加熱機構９、搬送機構10、および制御部11を有して構成されている。この単結晶育成装置６では、溶液成長法を用いて単結晶の育成を行う。

坩堝７は、育成する単結晶（炭素またはケイ素）の原料を内部で融解させる器としての機能を担っている。本実施形態では、この坩堝７の中で、単結晶の原料を融解させて、原料融液12として貯留する。また、溶液成長法を採用する本実施形態では、この坩堝７の内部で熱的平衡状態を作り出して、単結晶の育成を行う。

坩堝７は、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなどの酸化物によって構成されている。坩堝７は、このような酸化物のうち一つから形成されていてもよいし、複数の酸化物を混ぜて形成されていてもよい。また、炭素からなる坩堝の表面に、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなど少なくとも一つの酸化物をコーティングしたものを坩堝７として用いてもよい。なお、酸化物をコーティングする坩堝の表面は、少なくとも原料融液12と接する表面を含むものである。

坩堝７は、坩堝容器８の内部に配置されている。坩堝容器８は、坩堝７を保持する機能を担っている。この坩堝容器８と坩堝７との間には、加温部材13および保温材14が配置されている。この保温材14は、坩堝７の周囲を囲んでいる。保温材14は、坩堝７からの放熱を抑制し、坩堝７の温度を安定して保つことに寄与している。

坩堝７は、加熱機構９で加熱した加温部材13によって、熱が加えられる。つまり、加熱機構９は、坩堝７を間接的に加熱する機能を担っている。本実施形態の加熱機構９は、電磁波によって加温部材13を加熱する電磁加熱方式を採用しており、コイル15および交流電源16を含んで構成されている。コイル15は、導体によって形成され、坩堝７の周囲を囲むように巻き回されている。交流電源16は、コイル15に交流電流を流すためのものであり、交流電流の周波数が高いものを用いることによって、坩堝７内の設定温度までの加熱時間を短縮することができる。

加温部材13は、例えば、銅、白金、金、ニッケル、亜鉛などの金属材料などを用いることができる。加温部材13を用いることによって、坩堝７が上述の酸化物で構成されている場合であっても、電磁波で加温部材13を加熱して、坩堝７を良好に加熱することができる。

本実施形態では、坩堝７を、次のようにして間接的に加熱している。まず、交流電源16を用いてコイル15に電流を流して、加温部材13を含む空間に電磁場を発生させる。次に、この電磁場によって、金属材料からなる加温部材13に誘導電流が流れる。加温部材13に流れた誘導電流は、電気抵抗によるジュール発熱、およびヒステリシス損失による発熱などの種々の損失によって、熱エネルギに変換される。つまり、加温部材13は、誘導電流の熱損失によって加熱される。

本実施形態では、加熱機構９として電磁加熱方式を採用しているが、他の方式を用いて坩堝７を加熱してもよい。加熱機構９および加温部材13に代えて、例えば、カーボンなど
の発熱抵抗体で生じた熱を伝熱する方式などの他の方式を採用することができる。この伝熱方式の加熱機構を採用する場合は、加温部材13に代えて（坩堝７と保温材14との間に）発熱抵抗体が配置される。

坩堝７の原料融液12には、搬送機構10によって単結晶の種結晶17が供給される。つまり、搬送機構10は、原料融液12の中に種結晶を搬入する機能を担っている。この搬送機構10は、原料融液12の中から育成した単結晶を搬出する機能も担っている。

搬送機構10は、引き上げ軸10ａ、および動力源10ｂを含んで構成されている。この引き上げ軸10ａによって、種結晶17および育成した単結晶の搬入出が行われる。種結晶17は、引き上げ軸10ａの先端に取り付けられており、この引き上げ軸10ａは、動力源10ｂによって上下方向Ｄ１，Ｄ２に移動が制御される。本実施形態では、Ｄ１方向が物理空間上の下方向を意味し、Ｄ２方向が物理空間上の上方向を意味する。

単結晶育成装置６では、加熱機構９の交流電源16と、搬送機構10の動力源10ｂとが制御部11に接続されて制御されている。つまり、この単結晶育成装置６は、制御部11によって、原料融液12の加熱および温度制御と、種結晶17および種結晶の搬入出とが連動して制御されている。制御部11は、中央演算処理装置、およびメモリなどの記憶装置を含んで構成されており、例えば公知のコンピュータからなる。

原料融液12は、育成する単結晶を構成する元素が溶媒として溶融している。原料融液12には、この溶媒中に育成する単結晶を構成する元素が溶質として溶解している。この溶質となる元素の溶解度は、溶媒となる元素の温度が高くなるほど大きくなる。このため、高温下の溶媒に多くの溶質を溶解させた原料融液12が冷えると、熱的な平衡を境に溶質が析出する。この熱的平衡による析出を利用して、本実施形態が採用している溶液成長法では、単結晶の育成を行っている。

本実施形態の加熱機構９は、種結晶17が供給されるＤ１方向側において析出を好適に生じさせるため、種結晶17の周囲となるＤ２方向側の温度がＤ１方向側の温度に比べて低くように加熱している。具体的には、コイル15の巻数がＤ１方向側に比べてＤ２方向側で少なくなっている。コイル15の構成をこのようにすることによって、Ｄ１方向側で生じる誘導電流を多くして、Ｄ１方向側を相対的に高温にすることができる。

このような単結晶育成装置６によって、炭化ケイ素からなる単結晶のインゴット（塊）が製造される。単結晶のインゴット（塊）は、例えば、引き上げた方向と垂直な方向に切断されることによって、単結晶基板１を作製することができる。インゴットを切断する方法としては、例えば、ワイヤーソー、ダイシングソーまたはブレード刃などを用いて物理的に切断する方法などがある。

本実施形態では、坩堝７が、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなどの酸化物によって構成されている。このような酸化物からなる坩堝７は、不純物として、ｐ型の導電性が付与される材料が含まれにくくなっている。そのため、単結晶内に含まれるｐ型の導電性が付与される材料の濃度が、従来の炭化の坩堝を用いて成長させた単結晶と比較して低くなっている。その結果、ｐ型の導電性が付与される材料の濃度が低い、真性またはｎ型の炭化ケイ素からなる単結晶を製造することができる。すなわち、炭化ケイ素からなる単結晶内に、ｐ型のドーパントであるアルミニウムが含まれにくくなっている。

また、このようにｐ型の導電性が付与される材料が含まれにくい酸化物を坩堝７として用いることから、炭化ケイ素の単結晶を厚みが厚くなるように長時間にわたって成長を行
なった場合でも、原料融液に含まれるｐ型の導電性が付与される材料の濃度を小さくすることができる。そのため、単結晶の厚膜化を容易に行なうことができ、生産性を向上させることができる。

従来の溶液成長法では、炭化ケイ素からなる単結晶を製造する際に、炭素を坩堝として用いていた。炭素からなる坩堝には不純物としてアルミニウムが含まれていたため、成長させた炭化ケイ素の単結晶には、１×10¹⁴ｃｍ^−３以上の濃度のアルミニウムが含まれてしまう。そのため、アルミニウムが炭化ケイ素に対してｐ型のドーパントとして機能し、真性またはｎ型の炭化ケイ素単結晶を製造することが困難であった。特に、単結晶の厚みが厚い場合、従来の単結晶の製造では、長時間の坩堝の加熱によって原料融液に含まれるアルミニウムの濃度が増えるため、単結晶の厚膜化を行なうことが難しく、生産性が低かった。

一方、本実施形態では、坩堝７を構成する酸化物の構成元素であるイットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムの一部が溶けだし、原料融液12内に混入しやすくなっている。その結果、成長させた単結晶内に、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの坩堝７を構成する元素が含まれる。そのため、このような元素が単結晶基板１に含まれていた場合には、当該単結晶基板１の耐電圧特性を向上させることができる。

イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの元素を、原料融液12に加えて、結晶成長を行なってもよい。このように原料融液12に、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの元素を加えながら結晶成長させることによって、より確実に単結晶基板１の耐電圧特性を向上させることができる。また、これらの元素の濃度を調節しながら、容易に単結晶基板１内に含まれるイットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの元素の濃度を調整することができる。

（単結晶基板の製造方法の変形例）
コイル15に流す交流電流の周波数の大きさまたは交流電流の電流密度を調節することによって、単結晶基板内に含まれるイットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの元素の濃度を調節してもよい。具体的には、コイル15に流す交流電流の周波数を、単結晶を引き上げるにつれて大きくすることによって、坩堝７から原料融液12内に溶けだす元素の量を増やし、単結晶内に含まれる坩堝７を構成する元素の濃度を高くしてもよい。

または、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの元素を、原料融液12に投入して、成長させる単結晶内に含まれる当該元素の濃度を調整してもよい。具体的には、単結晶を引き上げるにつれて、原料融液12に投入する元素（投入元素という）の投入量を増やすことによって、原料融液12内の含まれる投入元素の濃度を高くし、単結晶内に含まれる投入元素の濃度を高くしてもよい。

このようにして、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムなどの元素の濃度を、第１主面１Ａから第１主面１Ａと反対側の第２主面１Ｂに向かうにつれて高くなった単結晶基板１を製造することができる。

（半導体素子の製造方法）
次に、半導体素子２の製造方法の一実施形態について以下説明をする。半導体素子２は、図４に示す通り、単結晶基板１、ｐ型半導体層３、第１電極４、および第２電極５から主に構成されている。

ｐ型半導体層３は、単結晶基板１の第１主面１Ａ上に、結晶成長させることにより設けられる。ｐ型半導体層３を成長させる方法としては、例えば分子線エピタキシー法、ハイドライド気相成長法またはパルス・レーザ・デポジション法などを用いることができる。なお、導電型を半導体に付与する際には、光半導体層３を結晶成長させながら添加物を混ぜればよい。

次に、第１電極４および第２電極５をそれぞれ形成する。第１電極４および第２電極５を形成する方法としては、例えば金属を用いる場合は、スパッタリング法または蒸着法などを用いることができる。なお、第１電極４および第２電極５となる金属を積層した後、アニールを行なうことによってそれぞれオーミック接触させてもよい。このようにして、半導体素子２を製造することができる。

従来の半導体素子は、上述した通り、単結晶内にアルミニウムが含まれてしまい、ドーパントの添加量を抑制してｎ型の導電型が付与された単結晶基板を製造することが困難だったこと。そのため、例えば、多量のドーパントが添加されたｎ型の単結晶基板上に、ｐ型半導体層を結晶成長させた場合、両者の格子定数がずれてしまい、結晶性の良いｐ型半導体層を形成できず、ダイオード特性を向上させることが難しかった。

本実施形態の半導体素子２は、炭化ケイ素の単結晶内のアルミニウムが、例えば１×10¹⁴ｃｍ^−３よりも低くなるように設定された、ｎ型の単結晶基板１上にｐ型半導体層３を結晶成長させる。そのため、ｐ型半導体層３の結晶性を向上させることができるとともに、単結晶基板１とｐ型半導体層３との格子定数が近いことから、両者の界面付近に良好なｐｎ接合面を形成することができる。その結果、従来よりもダイオード特性を向上させることが可能な半導体素子を提供することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

１ 単結晶基板
１Ａ 第１主面
１Ｂ 第２主面
２ 半導体素子
３ ｐ型半導体層
４ 第１電極
５ 第２電極
６ 単結晶育成装置
７ 坩堝
８ 坩堝容器
９ 加熱機構
10 搬送機構
10ａ 引き上げ軸
10ｂ 動力源
11 制御部
12 原料融液
13 加温部材
14 保温材
15 コイル
16 交流電源
17 種結晶

Claims (5)

1. 炭化ケイ素の単結晶からなり、イットリウム、ジルコニウム、マグネシウムおよびカルシウムのうち少なくとも１つを微量添加物として含む単結晶基板。
2. 前記微量添加物が、前記単結晶の炭素またはケイ素の一部の元素と置換されている請求項１に記載の単結晶基板。
3. 前記微量添加物は、第１主面から該第１主面と反対側の第２主面に向かうにつれて濃度が高くなっている請求項１または２に記載の単結晶基板。
4. 前記単結晶は、ドーパントを含むｎ型半導体である請求項１〜３のいずれかに記載の単結晶基板。
5. 請求項４に記載の単結晶基板と、前記単結晶基板上に設けられた、炭化ケイ素からなるｐ型半導体層と、前記単結晶基板に設けられた第１電極と、前記ｐ型半導体層に設けられた第２電極とを有する半導体素子。

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