JP5521242B1 - SiC材料の製造方法及びSiC材料積層体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SiC材料を製造するにあたり、種結晶基板110上にp型SiC層210を成長させた後、p型SiC層210上にn型SiC層220を成長させ、さらに、p型SiC層とn型SiC層をこの順で交互に積層していき、第nのp型SiC層250及び第nのn型SiC層260まで積層させることにより、種結晶基板110上の複数のp型SiC層及びn型SiC層が積層されたSiC材料積層体290が作製される。続いて、p型SiC層250にレーザのエネルギーを吸収させて、レーザリフトオフによりn型SiC層260を種結晶基板110側から剥離させる。
【選択図】図11
Description
SiC基板10は主にSiC結晶で構成されているため、6H型SiC結晶のバンドギャップエネルギーEgが形成されている。
SiC基板10に光を入射させると、荷電子帯E2から伝導帯E1に自由電子aが励起され、E2には自由正孔bが生成される。そして、数nsから数μsの短時間のうちに、自由電子aはドナー準位NSD,NDDへ緩和してドナー電子aS’,aD’となり、自由正孔bはアクセプタ準位NAへと緩和してアクセプタ正孔b’となる。
ここで、キュービックサイトのドナーは深いドナー準位NDDを形成し、ヘキサゴナルサイトのドナーは浅いドナー準位NSDを形成することが判明している。
一方、浅いドナー準位NSDへ緩和したドナー電子aS’は、Γバンドとのバンド内吸収に用いられ、アクセプタ正孔b’と再結合しない。すなわち、発光には寄与しない。
さらに、窒素のイオン化エネルギーはホウ素よりも小さいため、室温において、ある程度の窒素がイオン化する。すると、励起されたドナー電子aD’が再度伝導帯E1に遷移することとなり、アクセプタ正孔b’と対になるドナー電子aD’が不足することとなる。対となるドナー電子aD’がないアクセプタ正孔b’は、蛍光発光に寄与することができず、そのアクセプタ正孔b’を励起するためのエネルギーが無駄に消費されたこととなる。すなわち、ドナー電子aD’とアクセプタ正孔b’が過不足なく再結合できるように予めイオン化する窒素量を見越してホウ素濃度よりも窒素濃度を多めに設定しておくことにより、高い蛍光量子効率を実現することができる。
図4に示すように、このSiC蛍光材料の製造方法は、第1のp型層成長工程S1と、第1のn型層成長工程S2と、第2のp型層成長工程S3と、第2のn型層成長工程S4と、第nのp型層成長工程S5と、第nのn型層成長工程S6と、レーザリフトオフ工程S7と、を含んでいる。ここで、nは種結晶基板上に形成されるp型SiC層とn型SiC層のペア数であり、図4においてはnは3以上の整数である。
図5に示すように、この結晶成長装置100は、種結晶基板110及び原料120が配置される内部容器130と、内部容器130を収容する収容管140と、内部容器130を覆う断熱容器150と、収容管140内へ気体を導入する導入管160と、導入管160から導入される気体の流量を計る流量計170と、収容管140内の圧力を調整するポンプ180と、収容管140の外側に配置され種結晶基板110を加熱するためのRFコイル190と、を有している。
図8に示すように、レーザ照射装置300は、レーザビームを発振するレーザ発振器310、発振されたレーザビームの方向を変えるミラー320、レーザビームをフォーカシングする光学レンズ330及びレーザビームの照射対象である作業対象物、即ち接合体160を支持するためのステージ340を有する。また、レーザ照射装置300は、レーザビームの経路を真空状態に維持するハウジング350を有していてもよい。
図9は、試料体A、試料体B及び試料体Cについて、波長と吸収係数の関係を示すグラフである。試料体Aは、Alをドープしたp型SiCであり、Alの濃度を1.5×1019/cm3とした。また、試料体Bは、アンドープのn型SiCである。また、試料体Cは、Al及びNをドープしたn型SiCであり、Alの濃度を4×1018/cm3、Nの濃度を5.5×1018/cm3とした。図9に示すように、p型SiCは、n型SiCと比較して、420nm以上の領域で吸収係数が顕著に大きくなる。n型SiCは、試料体BのようなアンドープのSiCであっても、試料体Cのようなアクセプタ不純物としてのAl及びドナー不純物としてのNがドープされたSiCであってもよいことが理解される。尚、試料体Cは、近紫外光により励起されると青色光を発する蛍光SiCである。
前記実施形態においては、種結晶基板110と反対側からn型SiC層を剥離しているが、例えば図13(b)に示すように、種結晶基板110側からn型SiC層を剥離することも可能である。種結晶基板110が例えばアンドープのようなn型SiC材料であれば、各n型SiC層と同様にレーザ光を吸収することはないので、種結晶基板110側からレーザ光を照射してもp型SiC層に到達する前にレーザ光が吸収されるようなことはない。また、種結晶基板110上に形成されるp型SiC層及びn型SiC層の数も任意である。
10 SiC基板
21 バッファ層
22 第1コンタクト層
23 第1クラッド層
24 多重量子井戸活性層
25 電子ブロック層
26 第2クラッド層
27 第2コンタクト層
31 p電極
32 n電極
100 結晶成長装置
110 種結晶基板
120 原料
130 内部容器
131 坩堝
132 蓋
140 収容管
150 断熱容器
160 導入管
170 流量計
180 ポンプ
190 RFコイル
210 第1のp型SiC層
220 第1のn型SiC層
230 第2のp型SiC層
240 第2のn型SiC層
250 第nのp型SiC層
260 第nのn型SiC層
300 レーザ照射装置
310 レーザ発振器
320 ミラー
330 光学レンズ
340 ステージ
350 ハウジング
Claims (6)
- 種結晶基板上にp型SiC層を成長させるp型層成長工程と、
前記p型SiC層上にn型SiC層を成長させるn型層成長工程と、
前記p型SiC層にレーザのエネルギーを吸収させ、前記n型SiC層を前記種結晶基板側から剥離させるレーザリフトオフ工程と、を含むSiC材料の製造方法。 - 前記p型SiC層は、不純物としてAlまたはBの少なくとも一方を含み、
前記n型SiC層は、アンドープ、または不純物としてNを含む請求項1に記載のSiC材料の製造方法。 - 前記n型SiC層は、ドナー不純物としてNを含み、アクセプタ不純物としてAlまたはBの少なくとも一方を含む蛍光材料である請求項2に記載のSiC材料の製造方法。
- 前記p型層成長工程及び前記n型層成長工程にて、前記p型SiC層及び前記前記n型SiC層を昇華法で成長させ、
前記n型層成長工程にて、水素含有雰囲気で、前記n型SiC層を成長させる請求項3に記載のSiC材料の製造方法。 - 前記n型層成長工程の後、前記n型SiC層上に第2のp型SiC層を成長させる第2のp型層成長工程と、
前記第2のp型層成長工程の後、前記第2のp型SiC層上に第2のn型SiC層を成長させる第2のn型層成長工程と、を含み、
前記レーザリフトオフ工程にて、前記p型SiC層と前記第2のp型SiC層にレーザのエネルギーを吸収させ、前記n型SiC層及び前記第2のn型SiC層を前記種結晶基板側から剥離させる請求項1から4のいずれか1項にSiC材料の製造方法。 - 前記n型層成長工程の後、前記n型SiC層上に発光層を含むIII族窒化物半導体層を成長させるIII族窒化物半導体層成長工程を含み、
前記レーザリフトオフ工程にて、前記n型SiC層及び前記III族窒化物半導体層を前記種結晶基板側から剥離させる請求項1から4のいずれか1項にSiC材料の製造方法。
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