JP5521317B2 - ｐ型ＳｉＣ半導体 - Google Patents

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Description

本発明は、ＳｉＣ半導体に関し、特に低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体に関する。
従来、低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体を得ることは困難であった。例えば、特許文献１には、深い準位の内因性欠陥と、深い準位のアクセプタ不純物（Ｔｉ、Ｂ）とを組み合わせて、高い抵抗率の半絶縁性ＳｉＣ単結晶を得ることが記載されている。非特許文献１には、Ａｌドーピング改良レリー法（昇華法）によるｐ型ＳｉＣ単結晶の製造方法が記載されているが、高濃度のＡｌドーピング成長によって、結晶性が悪化する。特許文献２には、液相成長法によるＳｉＣ単結晶の成長において、液相の合金がＳｉ−Ａｌ−Ｍ合金（ＭはＴｉなど）からなることを特徴とする製造方法が記載されている。しかし、高品質なＳｉＣ単結晶を得るためにＡｌとＴｉを用いており、これら元素が作製した結晶中へ混入する量の制御方法は記載されておらず、特性についても記載が無い。
ｐ型ＳｉＣ半導体を製造することが困難な理由として下記が挙げられる。
ＳｉＣ中において、ｐ型用キャリアであるホールはｎ型用キャリアである電子に比べて移動度が小さいため、低抵抗ｎ型ＳｉＣ基板に比べて、低抵抗ｐ型ＳｉＣ基板を得ることは困難である。
ｐ型ＳｉＣ用アクセプタとしてはＡｌやＢが代表的であるが、ｎ型ＳｉＣ用ドナーであるＮに比べてイオン化エネルギーが大きいため、低抵抗なｐ型ＳｉＣ基板を得ることが困難である。
低抵抗化のためには、Ａｌドーピング量を増加させる手法が考えられるが、トレードオフとして移動度が低下する上、ＳｉＣ単結晶の結晶性が低下する。
ＳｉＣ単結晶中へのＡｌとＴｉとの導入量をそれぞれ制御する手法が必要である。
ＳｉＣ単結晶中にＡｌとＴｉを導入することは、特許文献３〜７に記載されているが、いずれも低抵抗化については何ら配慮がない。
特表２００５−５０７３６０号公報 特開２００８−１００８９０号公報 特開２００７−１３１５４号公報 特表２００８−５０５８３３号公報 ＷＯ２００４／０９０９６９ 特開平１０−７０２７３号公報 特開２００６−２３７３１９号公報 T. L. Staubinger, et al. Mat. Sci. Forum 389-393 (2002) p.131
本発明は、低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体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に、本発明によれば、ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体が提供される。
本発明によれば、ＳｉＣ単結晶中にアクセプタとしてＡｌと同時にＴｉを含有させ、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度としたことにより、Ａｌ単独添加に比べて比抵抗を低下させることができる。
本発明においては、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％とすることが望ましい。
更に、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３とすることが望ましい。
ＡｌとＴｉの導入方法は、特に限定する必要は無く、例えば気相成長法（昇華法、ＣＶＤなど）、エピタキシャル成長法、溶液成長法、イオン注入法などを用いることができる。
下記条件にて、ＳｉＣ単結晶にイオン共注入法にてＡｌとＴｉを導入した試料を作製した。また、比較のために、Ａｌのみを導入した試料も作製した。
＜注入用試料＞
ｎ型エピタキシャル層（ドーピング量：約５×１０１５／ｃｍ３）付き４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）ｎ型８°オフ基板
＜イオン注入条件＞
注入深さ：２００ｎｍ
傾き角：０°
注入角：０°
注入基板温度：５００℃
＜注入後高温アニール＞
加熱温度：１７５０℃
加熱時間：２０分
イオン注入した各試料について、Ａｌ濃度およびＴｉ濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した。また、van der Pauw法によるHall効果測定を行なって、各試料の比抵抗を求めた。結果を表１にまとめて示す。なお、表１中には、下記式により求めた比抵抗改善率も併せて示した。
改善率（％）＝｛１−（ρ２／ρ１）｝×１００
ρ１：Ａｌのみを導入した試料の比抵抗（Ωｃｍ）
ρ２：ＡｌとＴｉを導入した試料の比抵抗（Ωｃｍ）
Figure 0005521317
表２に、Ａｌ濃度とＴｉ濃度に対する比抵抗改善率を示す。表中、網掛け枠内はＡｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％である範囲、太枠内はＡｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３である範囲を示す。
Figure 0005521317
表３にＡｌ濃度に対するＴｉ濃度の比率（％）を、表４に各比率と試料No.の対応を、それぞれ示す。
Figure 0005521317
Figure 0005521317
図１に、Ａｌ濃度がそれぞれ１×１０２０／ｃｍ３および５×１０２０／ｃｍ３である場合の、Ｔｉ濃度に対する比抵抗の変化を示す。Ａｌ濃度１×１０２０／ｃｍ３の場合、Ｔｉ濃度の増加に伴い比抵抗は単調に減少していることが明瞭に観察される。Ａｌ濃度５×１０２０／ｃｍ３の場合は、Ａｌ濃度が高いため比抵抗の絶対値がＴｉ無添加の状態で既にかなり低いため、Ｔｉ濃度の増加による比抵抗の減少はかなり小さいが、全体としては漸減傾向が認められる。
本発明によれば、ＡｌとＴｉを共に添加したことにより、Ａｌ単独添加に比べて低抵抗化したｐ型ＳｉＣ半導体が提供される。
図１は、本発明により、ＡｌとＴｉを添加したＳｉＣ単結晶について、各Ａｌ濃度に対するＴｉ濃度の変化に対する比抵抗の変化を示すグラフである。

Claims (1)

  1. ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であり、
    ５×１０１８／ｃｍ３≦Ａｌ濃度≦５×１０２０／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
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