JP2749898B2 - 半導体ＳｉＣ単結晶の製造法 - Google Patents
半導体ＳｉＣ単結晶の製造法Info
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- JP2749898B2 JP2749898B2 JP21458889A JP21458889A JP2749898B2 JP 2749898 B2 JP2749898 B2 JP 2749898B2 JP 21458889 A JP21458889 A JP 21458889A JP 21458889 A JP21458889 A JP 21458889A JP 2749898 B2 JP2749898 B2 JP 2749898B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、CVD法を用いドーピングを伴なうエピタキ
シャル成長によって、LED（可視発光ダイオード）、IC
等に用いられる半導体SiC単結晶を製造する方法に関す
る。
シャル成長によって、LED（可視発光ダイオード）、IC
等に用いられる半導体SiC単結晶を製造する方法に関す
る。
従来、ドーピングしたSiC単結晶を得る方法として
は、アチソン法で合成された六方晶SiCの爪状結晶を基
材として、その表面にSiCの昇華、或いは黒鉛容器内の
溶融Si中に浸漬して、SiCをエピタキシャル成長させる
方法（特開平１−108200号公報、１−133998号公報）、
または、Si単結晶表面にSiCを超格子構造的に成長させ
る方法（1988、秋季応物学会、予稿集、6P−Ｚ−11）が
知られている。
は、アチソン法で合成された六方晶SiCの爪状結晶を基
材として、その表面にSiCの昇華、或いは黒鉛容器内の
溶融Si中に浸漬して、SiCをエピタキシャル成長させる
方法（特開平１−108200号公報、１−133998号公報）、
または、Si単結晶表面にSiCを超格子構造的に成長させ
る方法（1988、秋季応物学会、予稿集、6P−Ｚ−11）が
知られている。
しかしながら、前者においては、ベースとなる基材と
してSiCの爪状結晶を使用せざるを得ない。ところで、
この爪状結晶は、再現性よく作製することが困難で、大
きさが1cm程度で、大きなものが出来ないばかりでな
く、劈開性で扱いにくい等の問題があり、後者は、プロ
セスが複雑で作製に手間がかかる等の問題がある。
してSiCの爪状結晶を使用せざるを得ない。ところで、
この爪状結晶は、再現性よく作製することが困難で、大
きさが1cm程度で、大きなものが出来ないばかりでな
く、劈開性で扱いにくい等の問題があり、後者は、プロ
セスが複雑で作製に手間がかかる等の問題がある。
本発明者等は、上記の問題を解決し、半導体SiC単結
晶を再現性よく容易につくることが出来る方法を得べく
鋭意研究した結果、SiCの結晶系には、六方晶系の6H、4
H、2H型や、立方晶系の3C型があり、それぞれ２〜3eVの
禁制帯幅（Band Gap）を持っているので、ドーピングを
伴なうエピタキシャル成長を自由に行なうことが出来る
と考えた。
晶を再現性よく容易につくることが出来る方法を得べく
鋭意研究した結果、SiCの結晶系には、六方晶系の6H、4
H、2H型や、立方晶系の3C型があり、それぞれ２〜3eVの
禁制帯幅（Band Gap）を持っているので、ドーピングを
伴なうエピタキシャル成長を自由に行なうことが出来る
と考えた。
本発明は上記の考えに基づいてなされたもので、再現
性よく六方晶系、或いは立方晶系SiCを任意に造り分
け、かつ製造中にドーピングを行なう半導体SiC単結晶
の製造法を提供することを目的とする。
性よく六方晶系、或いは立方晶系SiCを任意に造り分
け、かつ製造中にドーピングを行なう半導体SiC単結晶
の製造法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の方法において
は、 SiO2とＣとを原料にして、CVD法によりSiC単結晶を製
造するに際し、系内にドーピング元素を導入して、SiC
結晶中にドープする。
は、 SiO2とＣとを原料にして、CVD法によりSiC単結晶を製
造するに際し、系内にドーピング元素を導入して、SiC
結晶中にドープする。
本発明に用いるCVD法は、原料であるSiO2とＣとの混
合物をガス化させ、基材上にSiCとして析出さる、下記
反応式による方法である。
合物をガス化させ、基材上にSiCとして析出さる、下記
反応式による方法である。
高温部におけるガス化反応 SiO2＋Ｃ→SiO＋CO 低温部における折出反応は基材が炭素の場合 SiO＋2C→SiC＋CO の反応が主として起るが、基材が炭素でない場合もSiC
が生成することから、高温部で生成したCOガスが低温部
で 2CO→Ｃ＋CO2 により、Ｃが析出し、これにより SSiC＋2C→2SiC＋O2 の反応も起っていると推定される。
が生成することから、高温部で生成したCOガスが低温部
で 2CO→Ｃ＋CO2 により、Ｃが析出し、これにより SSiC＋2C→2SiC＋O2 の反応も起っていると推定される。
原料SiO2としては、光ファイバー用のSiO2を用い、Ｃ
源としては、高純度黒鉛を用いることによって、容易に
高純度SiCを折出させることが出来る。
源としては、高純度黒鉛を用いることによって、容易に
高純度SiCを折出させることが出来る。
第１図は、本発明の方法に使用する反応装置の一例を
示すもので、図中符号１は反応容器である。反応容器１
は、それぞれ外部より加熱される高温部（ガス化部）２
および低温部（折出部）３よりなる。
示すもので、図中符号１は反応容器である。反応容器１
は、それぞれ外部より加熱される高温部（ガス化部）２
および低温部（折出部）３よりなる。
上記高温部２には、原料SiO2およびＣをモル比で1:1
±0.5の割合で混合した混合物４を収納した黒鉛容器５
を配置し、低温部３には、SiOガスの流れ、温度、ガス
濃度等によって決められた位置に、基材６を支持台或い
は支持棒6aにより支持し配置する。
±0.5の割合で混合した混合物４を収納した黒鉛容器５
を配置し、低温部３には、SiOガスの流れ、温度、ガス
濃度等によって決められた位置に、基材６を支持台或い
は支持棒6aにより支持し配置する。
しかる後、反応容器１内を0.1〜10Torrに減圧すると
ともに、高温部２を、1700〜2000℃、低温部３を、1600
〜1800℃に加熱すると、高温部２より発生したガス７
は、基材６に達し面にSiCが折出する。
ともに、高温部２を、1700〜2000℃、低温部３を、1600
〜1800℃に加熱すると、高温部２より発生したガス７
は、基材６に達し面にSiCが折出する。
生成する結晶系は、折出部３の温度によって異なり、
1600〜1800℃の場合には立方晶系3Cとなり、1800〜2000
℃では六方晶系となり、6H、4H、2H、21Rなどが多く生
成する。
1600〜1800℃の場合には立方晶系3Cとなり、1800〜2000
℃では六方晶系となり、6H、4H、2H、21Rなどが多く生
成する。
これら結晶は、それぞれBand Gapが異なり例えば3Cで
は2.2eV、6Hでは2.86eV、2Hでは3.3evとなる。青色LED
では、Band Gap2.8eV近傍が必要となるので、これを有
する結晶が優先している事は重要で、温度調整によって
必要とするBand Gapが優先するようにする。
は2.2eV、6Hでは2.86eV、2Hでは3.3evとなる。青色LED
では、Band Gap2.8eV近傍が必要となるので、これを有
する結晶が優先している事は重要で、温度調整によって
必要とするBand Gapが優先するようにする。
上記基材６としては、黒鉛或いは既に作製されたSiC
単結晶が用いられる。
単結晶が用いられる。
黒鉛を基材６とした場合には、径にして0.5〜1mmのSi
C単結晶が柱状に成長してゆくので、エピタキシャル層
は基材面に平行な形で成長する。したがって黒鉛基材を
除去した後、折出部を切断すればよい。
C単結晶が柱状に成長してゆくので、エピタキシャル層
は基材面に平行な形で成長する。したがって黒鉛基材を
除去した後、折出部を切断すればよい。
また既存のSiC単結晶を基材６として使用した場合
は、結晶の直径を大きくする方向に向かって各面が成長
する。したがって基材６となるSiCの表面が多くとれる
ように切出して用いるのが有利である。
は、結晶の直径を大きくする方向に向かって各面が成長
する。したがって基材６となるSiCの表面が多くとれる
ように切出して用いるのが有利である。
またドーピングを行なうには、原料SiO2中に、高融点
化合物で、かつドーピング時に外乱となる元素を含有し
ない化合物を添加する。
化合物で、かつドーピング時に外乱となる元素を含有し
ない化合物を添加する。
例えばＰ型においては、Ｂ、Al、Ca等がドープされる
が、この場合にはB4C、Al4C、CaC、B2H6が原料SiO2に添
加され、ｎ型においては、Ｎ、Ｐ等がSi3N4、PH3、NH3
として添加される。この際、PH3等は、外部より反応容
器１内にガス状で供給してもよい。
が、この場合にはB4C、Al4C、CaC、B2H6が原料SiO2に添
加され、ｎ型においては、Ｎ、Ｐ等がSi3N4、PH3、NH3
として添加される。この際、PH3等は、外部より反応容
器１内にガス状で供給してもよい。
またｐ−ｎ接合の場合には、ドーパントを切換えるこ
とが必要となるが、ガス化速度を予め確認しておき、前
のドーパントが消失した後、次のドーパントが添加され
ているSiO2を高温部に供給したり、或いは、予め別に用
意された次のドーパントが添加されているSiO2とＣとの
温合物を収納している黒鉛容器と交換することによって
行なってもよい。
とが必要となるが、ガス化速度を予め確認しておき、前
のドーパントが消失した後、次のドーパントが添加され
ているSiO2を高温部に供給したり、或いは、予め別に用
意された次のドーパントが添加されているSiO2とＣとの
温合物を収納している黒鉛容器と交換することによって
行なってもよい。
上記ドーパントのドープ量は通常1017〜1021原子/cc
とされるが、原料中に添加するドーパント化合物の量を
調整することによって、ドーピングレベルは自由に調整
される。
とされるが、原料中に添加するドーパント化合物の量を
調整することによって、ドーピングレベルは自由に調整
される。
次に実施例を示して本発明を説明する。
実施例１ 第１図の装置を用い、アチソン法で製造した大きさ約
0.5mmの単結晶SiC粒を黒鉛基材上に、粒間に２〜3mm程
度の間隙を設けて配置し、純度99.9999％以上のSiO2500
g、C500gおよびドーパントとしてSiO2に対して0.1wt％
のSi3N4を添加した原料を黒鉛容器に収納して用いた。
0.5mmの単結晶SiC粒を黒鉛基材上に、粒間に２〜3mm程
度の間隙を設けて配置し、純度99.9999％以上のSiO2500
g、C500gおよびドーパントとしてSiO2に対して0.1wt％
のSi3N4を添加した原料を黒鉛容器に収納して用いた。
反応容器内を0.2Torrに保持し、ガス化部の温度を200
0℃、折出部の温度を1900℃とし、エピタキシャル成長
時間5hrとして約50μｍの六方晶系のエピタキシャル成
長層を得、この折出物の導電性等を測定した。
0℃、折出部の温度を1900℃とし、エピタキシャル成長
時間5hrとして約50μｍの六方晶系のエピタキシャル成
長層を得、この折出物の導電性等を測定した。
実施例２ 原料に添加するドーパントとして、Si3N4の代りに0.0
5wt％のB4Cを用いた以外は実施例１と同じにして50μｍ
の六方晶系の成長層を得、導電性等を測定した。
5wt％のB4Cを用いた以外は実施例１と同じにして50μｍ
の六方晶系の成長層を得、導電性等を測定した。
実施例３ 原料に添加するドーパントとしてSi3N4の代りにSiO2
に対して0.1wt％のAl4C3を用いた以外は実施例１と同じ
にして50μｍの六方晶系SiCのエピタキシャル成長層を
得、導電性等を測定した。
に対して0.1wt％のAl4C3を用いた以外は実施例１と同じ
にして50μｍの六方晶系SiCのエピタキシャル成長層を
得、導電性等を測定した。
実施例４ SiO2、ＣおよびSiO2に対して0.1wt％のSi3N4を添加し
た原料を黒鉛容器に収納したものと、SiO2、ＣおよびSi
O2に対して0.1wt％のB4Cを添加した黒鉛容器に収納した
ものとを予め用意し、先ずSi3N4をドーパントとして2.5
hrエピタキシャル成長を行ない、次いでB4Cをドーパン
トとして2.5hrエピタキシャル成長を行なった以外は実
施例１と同じにして50μｍの六方晶系成長層を得た。
た原料を黒鉛容器に収納したものと、SiO2、ＣおよびSi
O2に対して0.1wt％のB4Cを添加した黒鉛容器に収納した
ものとを予め用意し、先ずSi3N4をドーパントとして2.5
hrエピタキシャル成長を行ない、次いでB4Cをドーパン
トとして2.5hrエピタキシャル成長を行なった以外は実
施例１と同じにして50μｍの六方晶系成長層を得た。
この成長層をオージェ電子分光法（AES）によって測
定し、折出前半でＮ、後半でＢが含まれているこをと確
認した。
定し、折出前半でＮ、後半でＢが含まれているこをと確
認した。
実施例５ 第１図の装置を用い、5cm角、厚さ5mmの高純度黒鉛
（灰分10ppm以下）を基材とし、折出部温度1700℃とし
た以外は実施例２と同じにして、立方晶系の成長層を
得、導電性等を測定した。
（灰分10ppm以下）を基材とし、折出部温度1700℃とし
た以外は実施例２と同じにして、立方晶系の成長層を
得、導電性等を測定した。
実施例１〜５の結果を一括して第１表に示す。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明の方法は、SiO2・Ｃを原料
としたCVD法により、容易に各種ドーパントをドープす
ることが出来、半導体SiC単結晶を容易に製造すること
が出来る。
としたCVD法により、容易に各種ドーパントをドープす
ることが出来、半導体SiC単結晶を容易に製造すること
が出来る。
第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示す図で
ある。 １……反応容器、２……高温部（ガス化部）、３……低
温部（折出部）、４……混合物（SiO2＋Ｃ）、５……黒
鉛容器、６……基材、6a……支持台または支持棒、７…
…高温部より発生したガス。
ある。 １……反応容器、２……高温部（ガス化部）、３……低
温部（折出部）、４……混合物（SiO2＋Ｃ）、５……黒
鉛容器、６……基材、6a……支持台または支持棒、７…
…高温部より発生したガス。
Claims (2)
- 【請求項１】SiO2とを原料にして、CVD法によりSiC単結
晶を製造するに際し、系内にドーピング元素を導入し
て、SiC結晶中にドープすることを特徴とする半導体SiC
単結晶の製造法。 - 【請求項２】ドーピング元素がIII族、Ｖ族の元素であ
る請求項（１）記載の半導体SiC単結晶の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21458889A JP2749898B2 (ja) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | 半導体ＳｉＣ単結晶の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21458889A JP2749898B2 (ja) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | 半導体ＳｉＣ単結晶の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0380197A JPH0380197A (ja) | 1991-04-04 |
| JP2749898B2 true JP2749898B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=16658204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21458889A Expired - Fee Related JP2749898B2 (ja) | 1989-08-21 | 1989-08-21 | 半導体ＳｉＣ単結晶の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2749898B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4839646B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2011-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体の製造方法および炭化珪素半導体の製造装置 |
| JP2008050174A (ja) * | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 単結晶ＳｉＣ及びその製造方法 |
| JP2014166957A (ja) * | 2014-04-24 | 2014-09-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭化珪素半導体およびその製造方法と製造装置 |
| JP5896346B2 (ja) * | 2015-03-16 | 2016-03-30 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体 |
-
1989
- 1989-08-21 JP JP21458889A patent/JP2749898B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0380197A (ja) | 1991-04-04 |
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