JP3043687B2 - 単結晶SiC及びその製造方法 - Google Patents
単結晶SiC及びその製造方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶SiCおよ
びその製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオ
ードや電子デバイスの基板ウエハなどとして用いられる
単結晶SiC及びその製造方法に関するものである。
びその製造方法に関するもので、詳しくは、発光ダイオ
ードや電子デバイスの基板ウエハなどとして用いられる
単結晶SiC及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】SiC(炭化珪素)は、耐熱性および機
械的強度に優れているだけでなく、放射線にも強く、さ
らに不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容
易である上、広い禁制帯幅を持つ(因みに、6H型のS
iC単結晶で約3.0eV、4H型のSiC単結晶で
3.26eV)ために、Si(シリコン)やGaAs
(ガリウムヒ素)などの既存の半導体材料では実現する
ことができない大容量、高周波、耐圧、耐環境性を実現
することが可能で、次世代のパワーデバイス用半導体材
料として注目され、かつ期待されている。
械的強度に優れているだけでなく、放射線にも強く、さ
らに不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御が容
易である上、広い禁制帯幅を持つ(因みに、6H型のS
iC単結晶で約3.0eV、4H型のSiC単結晶で
3.26eV)ために、Si(シリコン)やGaAs
(ガリウムヒ素)などの既存の半導体材料では実現する
ことができない大容量、高周波、耐圧、耐環境性を実現
することが可能で、次世代のパワーデバイス用半導体材
料として注目され、かつ期待されている。
【0003】ところで、この種のSiC単結晶の成長
(製造)方法として、従来、種結晶を用いた昇華再結晶
法によってSiC単結晶を成長させる方法と、高温度で
の場合はシリコン基板上に化学気相成長法(CVD法)
を用いてエピタキシャル成長させることにより立方晶の
SiC単結晶(β−SiC)を成長させる方法とが知ら
れている。
(製造)方法として、従来、種結晶を用いた昇華再結晶
法によってSiC単結晶を成長させる方法と、高温度で
の場合はシリコン基板上に化学気相成長法(CVD法)
を用いてエピタキシャル成長させることにより立方晶の
SiC単結晶(β−SiC)を成長させる方法とが知ら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の製造方法は共に結晶成長速度が1μm/hr.
と非常に低いだけでなく、昇華再結晶法にあっては、マ
イクロパイプ欠陥と呼ばれ半導体デバイスを作製した際
の漏れ電流等の原因となる結晶の成長方向に貫通する直
径数ミクロンのピンホールが100〜1000/cm2
程度成長結晶中に多数存在し、このことが既述のように
SiやGaAsなどの既存の半導体材料に比べて多くの
優れた特徴を有しながらも、結晶品質が不十分であるこ
とから、その実用化を阻止する要因になっている。
た従来の製造方法は共に結晶成長速度が1μm/hr.
と非常に低いだけでなく、昇華再結晶法にあっては、マ
イクロパイプ欠陥と呼ばれ半導体デバイスを作製した際
の漏れ電流等の原因となる結晶の成長方向に貫通する直
径数ミクロンのピンホールが100〜1000/cm2
程度成長結晶中に多数存在し、このことが既述のように
SiやGaAsなどの既存の半導体材料に比べて多くの
優れた特徴を有しながらも、結晶品質が不十分であるこ
とから、その実用化を阻止する要因になっている。
【0005】また、高温CVD法によるエピタキシャル
成長の場合は、基板温度が1700〜1800℃と高い
上に、高純度の還元性雰囲気を作ることが必要であっ
て、このような条件に耐える構造材がほとんどなく、設
備的に非常に困難であり、さらに、エピタキシャル成長
のため成長速度にも自ずと限界があるという問題があっ
た。
成長の場合は、基板温度が1700〜1800℃と高い
上に、高純度の還元性雰囲気を作ることが必要であっ
て、このような条件に耐える構造材がほとんどなく、設
備的に非常に困難であり、さらに、エピタキシャル成長
のため成長速度にも自ずと限界があるという問題があっ
た。
【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、結晶成長に要する熱エネルギーが少なくてすみなが
ら、マイクロパイプ欠陥および結晶粒界のほとんどない
大型かつ高品質の単結晶を効率良く育成でき、半導体材
料としての実用化を促進することができる単結晶SiC
及びその製造方法を提供することを目的としている。
で、結晶成長に要する熱エネルギーが少なくてすみなが
ら、マイクロパイプ欠陥および結晶粒界のほとんどない
大型かつ高品質の単結晶を効率良く育成でき、半導体材
料としての実用化を促進することができる単結晶SiC
及びその製造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明に係る単結晶SiCは、α−S
iC単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法でα−2H−S
iC層を形成してなる複合体を熱処理することにより、
上記α−2H−SiC層をα−SiCに転化させ、か
つ、上記α−SiC単結晶基材の結晶軸と同方位に配向
させて単結晶を一体に成長させていることを特徴とする
ものであり、α−SiC単結晶基材の表面に該α−Si
C単結晶基材の結晶構造に近い規則性を持つ結晶構造の
α−2H−SiC層を熱化学的蒸着法で形成させること
により、この熱化学的蒸着時にα−2H−SiC層の一
部をα−6H(または4H)−SiCに相変態させた
上、その複合体を熱処理することによって、この熱処理
時における熱エネルギー(熱×時間)が小さいものであ
りながら、α−2H−SiC層の全体をα−6H(また
は4H)−SiCに素早く転化(相変態)させると共
に、α−SiC単結晶基材の結晶軸と同方位に配向させ
て該基材の単結晶と一体化した大型の単結晶SiCが育
成される。このように育成された単結晶SiCはマイク
ロパイプ欠陥および結晶粒界がほとんどなく、高品質な
単結晶SiCを得ることが可能である。
に、請求項1記載の発明に係る単結晶SiCは、α−S
iC単結晶基材の表面に熱化学的蒸着法でα−2H−S
iC層を形成してなる複合体を熱処理することにより、
上記α−2H−SiC層をα−SiCに転化させ、か
つ、上記α−SiC単結晶基材の結晶軸と同方位に配向
させて単結晶を一体に成長させていることを特徴とする
ものであり、α−SiC単結晶基材の表面に該α−Si
C単結晶基材の結晶構造に近い規則性を持つ結晶構造の
α−2H−SiC層を熱化学的蒸着法で形成させること
により、この熱化学的蒸着時にα−2H−SiC層の一
部をα−6H(または4H)−SiCに相変態させた
上、その複合体を熱処理することによって、この熱処理
時における熱エネルギー(熱×時間)が小さいものであ
りながら、α−2H−SiC層の全体をα−6H(また
は4H)−SiCに素早く転化(相変態)させると共
に、α−SiC単結晶基材の結晶軸と同方位に配向させ
て該基材の単結晶と一体化した大型の単結晶SiCが育
成される。このように育成された単結晶SiCはマイク
ロパイプ欠陥および結晶粒界がほとんどなく、高品質な
単結晶SiCを得ることが可能である。
【0008】また、請求項2記載の発明に係る単結晶S
iCは、請求項1記載の発明の構成のうち、上記α−2
H−SiC層が、1300〜1500℃範囲の熱化学的
蒸着法によりα−SiC単結晶基材の表面に形成された
ものであり、このα−2H−SiC層の一部が比較的低
温かつ短時間の熱化学的蒸着で素早くα−SiCに転化
されて単結晶に成長されるために、不純物原子の拡散が
抑えられ、α−SiC単結晶基材よりも不純物や格子欠
陥などのない高純度の単結晶を得ることが可能である。
iCは、請求項1記載の発明の構成のうち、上記α−2
H−SiC層が、1300〜1500℃範囲の熱化学的
蒸着法によりα−SiC単結晶基材の表面に形成された
ものであり、このα−2H−SiC層の一部が比較的低
温かつ短時間の熱化学的蒸着で素早くα−SiCに転化
されて単結晶に成長されるために、不純物原子の拡散が
抑えられ、α−SiC単結晶基材よりも不純物や格子欠
陥などのない高純度の単結晶を得ることが可能である。
【0009】さらに、請求項3記載の発明に係る単結晶
SiCの製造方法は、α−SiC単結晶基材の表面に熱
化学的蒸着法でα−2H−SiC層を形成した後、その
複合体を熱処理して上記α−2H−SiC層をα−Si
Cに転化させ、かつ、上記α−SiC単結晶基材の結晶
軸と同方位に配向して単結晶を一体化し育成することを
特徴とするものであって、請求項1記載の発明でいうと
ころのマイクロパイプ欠陥および結晶粒界のほとんどな
い大型かつ高品質な単結晶SiCを容易かつ効率よく成
長させ、半導体材料としての実用化の促進に寄与する単
結晶SiCを工業的規模で安定に製造し供給することが
可能である。
SiCの製造方法は、α−SiC単結晶基材の表面に熱
化学的蒸着法でα−2H−SiC層を形成した後、その
複合体を熱処理して上記α−2H−SiC層をα−Si
Cに転化させ、かつ、上記α−SiC単結晶基材の結晶
軸と同方位に配向して単結晶を一体化し育成することを
特徴とするものであって、請求項1記載の発明でいうと
ころのマイクロパイプ欠陥および結晶粒界のほとんどな
い大型かつ高品質な単結晶SiCを容易かつ効率よく成
長させ、半導体材料としての実用化の促進に寄与する単
結晶SiCを工業的規模で安定に製造し供給することが
可能である。
【0010】さらにまた、請求項4記載の発明に係る単
結晶SiCの製造方法は、請求項3記載の発明における
複合体の熱処理温度を熱化学的蒸着の温度よりも高温、
具体的には請求項5に記載のように、1600〜240
0℃で、かつSiC飽和蒸気圧中で行なうものであり、
高品質の単結晶SiCを設備的にも非常に容易に製造す
ることが可能である。
結晶SiCの製造方法は、請求項3記載の発明における
複合体の熱処理温度を熱化学的蒸着の温度よりも高温、
具体的には請求項5に記載のように、1600〜240
0℃で、かつSiC飽和蒸気圧中で行なうものであり、
高品質の単結晶SiCを設備的にも非常に容易に製造す
ることが可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図1は本発明に係る単結晶Si
Cの熱処理前の状態を示す模式図であり、同図におい
て、1は六方晶系(6H型または4H型)のα−SiC
単結晶基材で、その表面に1300〜1500℃の範囲
の熱CVD法によりα−2H−SiC層2を成膜するこ
とにより、格子欠陥を含むα−SiC単結晶基材1の表
面にα−2H−SiC層2の一部の相変態によりα−6
H(または4H)−SiC単結晶体が成長された複合体
Mが形成される。
にもとづいて説明する。図1は本発明に係る単結晶Si
Cの熱処理前の状態を示す模式図であり、同図におい
て、1は六方晶系(6H型または4H型)のα−SiC
単結晶基材で、その表面に1300〜1500℃の範囲
の熱CVD法によりα−2H−SiC層2を成膜するこ
とにより、格子欠陥を含むα−SiC単結晶基材1の表
面にα−2H−SiC層2の一部の相変態によりα−6
H(または4H)−SiC単結晶体が成長された複合体
Mが形成される。
【0012】この後、上記複合体Mの全体を、1600
〜2400℃、好ましくは2000〜2200℃の温度
範囲、具体的には2000℃×5時間もしくは2200
℃×4時間で、かつSiC飽和蒸気圧中で熱処理するこ
とにより、一部が既に上記α−6H(または4H)−S
iC単結晶体に成長している上記α−2H−SiC層2
の全体がα−6H(または4H)−SiCに転化すると
共に上記α−SiC単結晶基材1の結晶軸と同方位に配
向して該基材1の単結晶と一体化し図2に示すような大
型の単結晶SiC5が育成される。
〜2400℃、好ましくは2000〜2200℃の温度
範囲、具体的には2000℃×5時間もしくは2200
℃×4時間で、かつSiC飽和蒸気圧中で熱処理するこ
とにより、一部が既に上記α−6H(または4H)−S
iC単結晶体に成長している上記α−2H−SiC層2
の全体がα−6H(または4H)−SiCに転化すると
共に上記α−SiC単結晶基材1の結晶軸と同方位に配
向して該基材1の単結晶と一体化し図2に示すような大
型の単結晶SiC5が育成される。
【0013】上記のようにα−SiC単結晶基材1の表
面に該α−SiC単結晶基材1の結晶構造に近い規則性
を持つ結晶構造のα−2H−SiC層2を熱化学的蒸着
法で形成させてその結晶の一部がα−6H(または4
H)−SiC単結晶体に成長された複合体Mに熱処理を
施すことにより、α−SiC単結晶基材1の表面にβ−
SiC(3C−SiC)層を熱化学的蒸着法で形成させ
た複合体を熱処理する場合に比べて、この熱処理時に上
述のような小さい熱エネルギーを付与するだけで、マイ
クロパイプ欠陥および結晶粒界がほとんどない(1cm2
あたり10以下)高品質で、かつ、大型の単結晶SiC
を効率よく製造することができる。
面に該α−SiC単結晶基材1の結晶構造に近い規則性
を持つ結晶構造のα−2H−SiC層2を熱化学的蒸着
法で形成させてその結晶の一部がα−6H(または4
H)−SiC単結晶体に成長された複合体Mに熱処理を
施すことにより、α−SiC単結晶基材1の表面にβ−
SiC(3C−SiC)層を熱化学的蒸着法で形成させ
た複合体を熱処理する場合に比べて、この熱処理時に上
述のような小さい熱エネルギーを付与するだけで、マイ
クロパイプ欠陥および結晶粒界がほとんどない(1cm2
あたり10以下)高品質で、かつ、大型の単結晶SiC
を効率よく製造することができる。
【0014】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、α−SiC単結晶基材にそれの結晶構造に近い規
則性を持つ結晶構造のα−2H−SiC層を熱化学的蒸
着法で形成させてα−2H−SiC層の一部をα−6H
(または4H)−SiCに相変態させたうえ、その複合
体を熱処理することで、結晶成長に要する熱エネルギー
(熱×時間)が小さくすむものでありながら、α−2H
−SiC層の全体をα−6H(または4H)−SiCに
素早く転化(相変態)させると共に、α−SiC単結晶
基材の結晶軸と同方位に配向させ該基材の単結晶と一体
化した大型で、かつマイクロパイプ欠陥および結晶粒界
がほとんどない高品質な単結晶SiCを効率よく得るこ
とができる。これによって、Si(シリコン)やGaA
s(ガリウムヒ素)などの既存の半導体材料に比べて大
容量、高周波、耐圧、耐環境性に優れパワーデバイス用
半導体材料として期待されている単結晶SiCの実用化
を促進することができるという効果を奏する。
れば、α−SiC単結晶基材にそれの結晶構造に近い規
則性を持つ結晶構造のα−2H−SiC層を熱化学的蒸
着法で形成させてα−2H−SiC層の一部をα−6H
(または4H)−SiCに相変態させたうえ、その複合
体を熱処理することで、結晶成長に要する熱エネルギー
(熱×時間)が小さくすむものでありながら、α−2H
−SiC層の全体をα−6H(または4H)−SiCに
素早く転化(相変態)させると共に、α−SiC単結晶
基材の結晶軸と同方位に配向させ該基材の単結晶と一体
化した大型で、かつマイクロパイプ欠陥および結晶粒界
がほとんどない高品質な単結晶SiCを効率よく得るこ
とができる。これによって、Si(シリコン)やGaA
s(ガリウムヒ素)などの既存の半導体材料に比べて大
容量、高周波、耐圧、耐環境性に優れパワーデバイス用
半導体材料として期待されている単結晶SiCの実用化
を促進することができるという効果を奏する。
【0015】また、請求項2記載の発明によれば、上記
請求項1記載の発明で得られる単結晶SiCを不純物や
格子欠陥などがより一層少ない高純度の単結晶とするこ
とができる。
請求項1記載の発明で得られる単結晶SiCを不純物や
格子欠陥などがより一層少ない高純度の単結晶とするこ
とができる。
【0016】さらに、請求項3記載の発明によれば、請
求項1記載の発明でいうところのマイクロパイプ欠陥お
よび結晶粒界の極めて少ない高品質な単結晶SiCを容
易に、かつ効率よく成長させ、半導体材料として工業的
規模で安定よく供給することができるという効果を奏す
る。
求項1記載の発明でいうところのマイクロパイプ欠陥お
よび結晶粒界の極めて少ない高品質な単結晶SiCを容
易に、かつ効率よく成長させ、半導体材料として工業的
規模で安定よく供給することができるという効果を奏す
る。
【0017】さらにまた、請求項4および請求項5記載
の発明によれば、高品質の単結晶SiCを設備的にも非
常に容易に製造することができる。
の発明によれば、高品質の単結晶SiCを設備的にも非
常に容易に製造することができる。
【図1】本発明に係る単結晶SiCの熱処理前の状態を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図2】本発明に係る単結晶SiCの熱処理後の状態を
示す模式図である。
示す模式図である。
1 α−SiC単結晶基材 2 α−2H−SiC層 5 単結晶SiC M 複合体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−47900(JP,A) 特開 平6−183897(JP,A) 特開 平4−12096(JP,A) 特開 平10−182297(JP,A) 特開 平10−324599(JP,A) 特開 平6−188163(JP,A) 米国特許4912064(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 CA(STN) 特許ファイル(PATOLIS) EPAT(QUESTEL)
Claims (5)
- 【請求項1】 α−SiC単結晶基材の表面に熱化学的
蒸着法でα−2H−SiC層を形成してなる複合体を熱
処理することにより、上記α−2H−SiC層をα−S
iCに転化させ、かつ、上記α−SiC単結晶基材の結
晶軸と同方位に配向させて単結晶を一体に成長させてい
ることを特徴とする単結晶SiC。 - 【請求項2】 上記α−2H−SiC層が、1300〜
1500℃範囲の熱化学的蒸着法によりα−SiC単結
晶基材の表面に形成されたものである請求項1に記載の
単結晶SiC。 - 【請求項3】 α−SiC単結晶基材の表面に熱化学的
蒸着法でα−2H−SiC層を形成した後、 その複合体を熱処理して上記α−2H−SiC層をα−
SiCに転化させ、かつ、上記α−SiC単結晶基材の
結晶軸と同方位に配向して単結晶を一体化し育成するこ
とを特徴とする単結晶SiCの製造方法。 - 【請求項4】 上記熱処理温度が、熱化学的蒸着温度よ
りも高温で、かつ、SiC飽和蒸気圧中で行なわれる請
求項3に記載の単結晶SiCの製造方法。 - 【請求項5】 上記熱処理温度が、1600〜2400
℃である請求項4に記載の単結晶SiCの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31512497A JP3043687B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | 単結晶SiC及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31512497A JP3043687B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | 単結晶SiC及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11147792A JPH11147792A (ja) | 1999-06-02 |
JP3043687B2 true JP3043687B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=18061702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP31512497A Expired - Fee Related JP3043687B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | 単結晶SiC及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3043687B2 (ja) |
-
1997
- 1997-11-17 JP JP31512497A patent/JP3043687B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH11147792A (ja) | 1999-06-02 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |