JPH01224039A - 立方晶窒化硼素ｐ−ｎ接合体の作製方法 - Google Patents
立方晶窒化硼素ｐ−ｎ接合体の作製方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、たとえばダイオードなどに有用である立方晶
窒化硼素（以下ｃＢＮという）ｐ−ｎ接合体の作製方法
に関する。
窒化硼素（以下ｃＢＮという）ｐ−ｎ接合体の作製方法
に関する。
［従来の技術］
超高圧下で合成されるｃＢＮは、６．６ｅＶという大き
なバンドギャップを有し、また大気中で９００℃まで安
定である。さらに、適当な物質をドーピングすることに
より、ｐ型あるいはｎ型の半導体とすることが可能であ
る。このため、ｐ型とｎ型のｃＢＮを接合したｃＢＮｐ
−ｎ接合体は、高い温度まで安定に作動する半導体素子
として大きな期待が寄せられている。
なバンドギャップを有し、また大気中で９００℃まで安
定である。さらに、適当な物質をドーピングすることに
より、ｐ型あるいはｎ型の半導体とすることが可能であ
る。このため、ｐ型とｎ型のｃＢＮを接合したｃＢＮｐ
−ｎ接合体は、高い温度まで安定に作動する半導体素子
として大きな期待が寄せられている。
従来のｃＢＮｐ−ｎ接合体の作製方法は、たとえば特公
昭３８−２４８５６号および特公昭３８−２４８５７号
に述べられており、次のように行なわれる。
昭３８−２４８５６号および特公昭３８−２４８５７号
に述べられており、次のように行なわれる。
■ 窒化硼素（以下ＢＮという）と溶媒の混合物中にＢ
ｅを添加し、これをｃＢＮが生成し得る超高圧・高温下
にさらす。これにより、ｃＢＮの結晶格子の一部がＢｅ
によって買換されたｐ型の半導体特性を示すｃＢＮが合
成される。
ｅを添加し、これをｃＢＮが生成し得る超高圧・高温下
にさらす。これにより、ｃＢＮの結晶格子の一部がＢｅ
によって買換されたｐ型の半導体特性を示すｃＢＮが合
成される。
■ 溶媒とＢＨの混合物に、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳおよびＳｅ
のうちの１種以上を添加する。さらに、前記■で得たｐ
型ｃＢＮを配置し、超高圧・高温下にさらす。その結果
、ｐ型のｃＢＮの上に、格子の一部がたとえばＳｉで置
換されたｎ型の半導体特性を示すｃＢＮが成長する。こ
れにより、ｃＢＮｐ−ｎ接合体が得られる。
のうちの１種以上を添加する。さらに、前記■で得たｐ
型ｃＢＮを配置し、超高圧・高温下にさらす。その結果
、ｐ型のｃＢＮの上に、格子の一部がたとえばＳｉで置
換されたｎ型の半導体特性を示すｃＢＮが成長する。こ
れにより、ｃＢＮｐ−ｎ接合体が得られる。
また、この方法の応用として、より大型のｃＢＮ接合体
を作製する方法が、たとえば１９８７年第２８回高圧討
論会講演要旨集１８４頁において提案されている。これ
は、原料ＢＮと溶媒界面部の温度を種子結晶部の温度よ
り相対的に高くしておくことにより、種子結晶よりｃＢ
Ｎを成長させるいわゆる温度差法を利用した方法である
。この場合には、種子結晶としてｐ型ｃＢＮを用い、溶
媒にＳｉを添加しておくことにより、ｃＢＮｐ−ｎ接合
体を作製する。この方法では、温度差を調節することに
より、ｃＢＨの自発的な核発生や成長速度を制御できる
ので、先に述べた方法よりも大型・高品質のｃＢＮｐ−
ｎ接合体が得られる。
を作製する方法が、たとえば１９８７年第２８回高圧討
論会講演要旨集１８４頁において提案されている。これ
は、原料ＢＮと溶媒界面部の温度を種子結晶部の温度よ
り相対的に高くしておくことにより、種子結晶よりｃＢ
Ｎを成長させるいわゆる温度差法を利用した方法である
。この場合には、種子結晶としてｐ型ｃＢＮを用い、溶
媒にＳｉを添加しておくことにより、ｃＢＮｐ−ｎ接合
体を作製する。この方法では、温度差を調節することに
より、ｃＢＨの自発的な核発生や成長速度を制御できる
ので、先に述べた方法よりも大型・高品質のｃＢＮｐ−
ｎ接合体が得られる。
［発明が解決しようとする課題］
前記特公昭３８−２４８５６号、特公昭３８−２４８５
７号の方法では、大量のｃＢＮｐ−ｎ接合体が低コスト
で得られる。しかし、得られるＣＢＮｐ−ｎ接合体の大
きさが約３００μｍと極めて小さいため、後の工程にお
ける取扱いに多大の困難が生じる。約３００μｍまでの
大きさの接合体しか得られないのは、種子結晶以外から
の自発的な核発生によるｃＢＮの生成・成長が避けられ
ず、種子結晶から成長するｃＢＮの成長可能空間が制限
されるためである。
７号の方法では、大量のｃＢＮｐ−ｎ接合体が低コスト
で得られる。しかし、得られるＣＢＮｐ−ｎ接合体の大
きさが約３００μｍと極めて小さいため、後の工程にお
ける取扱いに多大の困難が生じる。約３００μｍまでの
大きさの接合体しか得られないのは、種子結晶以外から
の自発的な核発生によるｃＢＮの生成・成長が避けられ
ず、種子結晶から成長するｃＢＮの成長可能空間が制限
されるためである。
また、温度差法を用いた前記従来の方法では、数ｍｍの
大きさを持つｃＢＮｐ−ｎ接合体が得られる。しかし、
それに要する時間が数十時間と極めて長いため、コスト
高とならざるを得ない。
大きさを持つｃＢＮｐ−ｎ接合体が得られる。しかし、
それに要する時間が数十時間と極めて長いため、コスト
高とならざるを得ない。
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、低コストで
大量の大粒ｃＢＮｐ−ｎ接合体を作製する方法を提供す
ることにある。
大量の大粒ｃＢＮｐ−ｎ接合体を作製する方法を提供す
ることにある。
［課泡を解決するための手段］
本発明に係るｃＢＮｐ−ｎ接合体の作製方法は、或る導
電型式の半導体特性を示すｃＢＮ種子結晶と、原料ＢＮ
と、逆導電型式を生じさせるドーピング物質を含みかつ
ＢＮを溶解し得る溶媒とを併存させ、ｃＢＮの熱力学的
安定条件かつ溶媒の融点以上の温度で、種子結晶より逆
導電型式の半導体特性を示すｃＢＮを成長させるｃＢＮ
ｐ−ｎ接合体の作製方法である。さらに、本発明では、
前記溶媒は、ドーピング物質を０．１〜５重量％含んで
いる。また、種子結晶は、互いに分離された複数の溶媒
の塊の中に、１個ずつかつ溶媒以外の物質と接触しない
ように配置される。
電型式の半導体特性を示すｃＢＮ種子結晶と、原料ＢＮ
と、逆導電型式を生じさせるドーピング物質を含みかつ
ＢＮを溶解し得る溶媒とを併存させ、ｃＢＮの熱力学的
安定条件かつ溶媒の融点以上の温度で、種子結晶より逆
導電型式の半導体特性を示すｃＢＮを成長させるｃＢＮ
ｐ−ｎ接合体の作製方法である。さらに、本発明では、
前記溶媒は、ドーピング物質を０．１〜５重量％含んで
いる。また、種子結晶は、互いに分離された複数の溶媒
の塊の中に、１個ずつかつ溶媒以外の物質と接触しない
ように配置される。
［作用］
本発明に係るｃＢＮｐ−ｎ接合体の作製方法では、互い
に分離された複数の溶媒の塊の中に、種子結晶を１個ず
つかつ溶媒以外の物質と接触しないように配置する。こ
れによって、種子結晶以外からの核の自発的な発生はな
くなる。その結果、大粒のｃＢＮｐ−ｎ接合体が得られ
るようになる。
に分離された複数の溶媒の塊の中に、種子結晶を１個ず
つかつ溶媒以外の物質と接触しないように配置する。こ
れによって、種子結晶以外からの核の自発的な発生はな
くなる。その結果、大粒のｃＢＮｐ−ｎ接合体が得られ
るようになる。
しかも、本発明によれば、温度差法を用いた従来の方法
に比較して格段に短時間でｃＢＮｐ−ｎ接合体を作製す
ることができる。
に比較して格段に短時間でｃＢＮｐ−ｎ接合体を作製す
ることができる。
［手段の説明コ
発明者等は、自発的に核が発生する原因について考察し
た結果、従来の方法では種子結晶からのｃＢＮの成長に
不必要な溶媒が存在しており、自発的な核発生はその部
分で起こるという考えに到達した。このため、自発的な
核発生を防止するためには、種子結晶からの成長に無関
係な溶媒を除去すればよいと考えた。そこで、種子結晶
を、互いに分離された複数の溶媒の塊の中に、１個ずつ
かつ溶媒以外の物質と接触しないように配置することと
した。
た結果、従来の方法では種子結晶からのｃＢＮの成長に
不必要な溶媒が存在しており、自発的な核発生はその部
分で起こるという考えに到達した。このため、自発的な
核発生を防止するためには、種子結晶からの成長に無関
係な溶媒を除去すればよいと考えた。そこで、種子結晶
を、互いに分離された複数の溶媒の塊の中に、１個ずつ
かつ溶媒以外の物質と接触しないように配置することと
した。
上記考察に基づいたー構成例を、第１図および第２図に
示す。第１図、第２図では、或る導電型式の半導体特性
を示すｃＢＮからなる１個の種子結晶１が、逆導電型式
を生じさせるドーピング物質を含みかつＢＮを溶解し得
る溶媒２で取囲まれている。この溶媒２の複数の塊は、
互いに接触せぬよう原料ＢＨ３中に分散配置されている
。なお、溶媒２は、種子結晶と逆の導電型式を生じさせ
るドーピング物質を０．１〜５重量％含んでいる。
示す。第１図、第２図では、或る導電型式の半導体特性
を示すｃＢＮからなる１個の種子結晶１が、逆導電型式
を生じさせるドーピング物質を含みかつＢＮを溶解し得
る溶媒２で取囲まれている。この溶媒２の複数の塊は、
互いに接触せぬよう原料ＢＨ３中に分散配置されている
。なお、溶媒２は、種子結晶と逆の導電型式を生じさせ
るドーピング物質を０．１〜５重量％含んでいる。
ここで、種子結晶がｐ型の半導体特性を示すものであれ
ば、ドーピング物質としては、ＳＬ、Ｇｅ。
ば、ドーピング物質としては、ＳＬ、Ｇｅ。
ＳおよびＳｅの群から選ばれた少なくとも１つがｎ型の
ｃＢＮを成長させるために採用される。また、種子結晶
がｎ型であれば、ドーピング物質としては、たとえばＢ
ｅがｐ型のｃＢＮを成長させるために採用される。
ｃＢＮを成長させるために採用される。また、種子結晶
がｎ型であれば、ドーピング物質としては、たとえばＢ
ｅがｐ型のｃＢＮを成長させるために採用される。
上記構成のように溶媒を互いに分離しておけば自発的な
核発生が防止できるのは、次の２つの理由からであると
考えられる。第１には、前述したように、不必要な溶媒
を除去することにより自発的な核発生の起こる空間がな
くなるからである。
核発生が防止できるのは、次の２つの理由からであると
考えられる。第１には、前述したように、不必要な溶媒
を除去することにより自発的な核発生の起こる空間がな
くなるからである。
第２には、ＢＮの流れが原料部から種子結晶への一定方
向となり、種子結晶以外の部分で局部的にＢＮ濃度が高
くなるようなことがないからである。
向となり、種子結晶以外の部分で局部的にＢＮ濃度が高
くなるようなことがないからである。
本発明に用いられる原料ＢＮとしては、六方晶ＢＮ（以
下ｈＢＮという）、アモルファス状ＢＮなど、特にその
形態は問わない。但し、その取扱い容易性の観点から、
ホットプレスしたｈＢＮ焼結体が好ましい。また、溶媒
としては、その溶媒能の高さゆえ、Ｌ ｉ、ＢＮ２ 、
Ｃａ、Ｂ２ Ｎ４などのアルカリ金属・アルカリ土類金
属の硼窒化物が好ましい。溶媒径については、１〜２ｍ
ｍのときに、より好ましい結果が得られる。本発明に用
いるｐ型あるいはｎ型のｃＢＮ種子結晶としては、溶媒
と、ドーピング物質と、原料ＢＮとの混合物を、超高圧
・高温下にさらすことにより、容易に合成することがで
きる。詳しくは、たとえば特公昭３８−７３０９号、特
公昭３８−２４８５６号。
下ｈＢＮという）、アモルファス状ＢＮなど、特にその
形態は問わない。但し、その取扱い容易性の観点から、
ホットプレスしたｈＢＮ焼結体が好ましい。また、溶媒
としては、その溶媒能の高さゆえ、Ｌ ｉ、ＢＮ２ 、
Ｃａ、Ｂ２ Ｎ４などのアルカリ金属・アルカリ土類金
属の硼窒化物が好ましい。溶媒径については、１〜２ｍ
ｍのときに、より好ましい結果が得られる。本発明に用
いるｐ型あるいはｎ型のｃＢＮ種子結晶としては、溶媒
と、ドーピング物質と、原料ＢＮとの混合物を、超高圧
・高温下にさらすことにより、容易に合成することがで
きる。詳しくは、たとえば特公昭３８−７３０９号、特
公昭３８−２４８５６号。
特公昭３８−２４８５７号に示されている。
なお、本発明に係るｃＢＮｐ−ｎ接合体の接合方法をさ
らに繰返すことにより、ｐ−ｎ−ｐ型あるいはｎ−ｐ−
ｎ型のｃＢＮトランジスタを作製することも可能である
。
らに繰返すことにより、ｐ−ｎ−ｐ型あるいはｎ−ｐ−
ｎ型のｃＢＮトランジスタを作製することも可能である
。
以下、実施例により具体的に説明する。
［実施例］
実施例１
まず、ＢＮと溶媒の混合物中にＢｅを添加し、これをｃ
ＢＮが生成し得る超高圧・高温下にさらした。なお、原
料ＢＮにはｈＢＮ粉末を、溶媒にはＬｉ３８Ｎ２を、ド
ーピング物質にはＢｅ（ＮＯｌ）２粉末を用いた。溶媒
に対するｈＢＮの比率は２００重二％、溶媒に対するＢ
ｅ （Ｎ ０３ ）２の比率は１０重二％（Ｂｅ換算
では０．６８重二％）であった。これらの混合物を、圧
力５０ｋｂ１温度１６００℃の条件で１時間保持したと
ころ、３００〜５００μｍのｐ型ｃＢＮが大量に得られ
た。
ＢＮが生成し得る超高圧・高温下にさらした。なお、原
料ＢＮにはｈＢＮ粉末を、溶媒にはＬｉ３８Ｎ２を、ド
ーピング物質にはＢｅ（ＮＯｌ）２粉末を用いた。溶媒
に対するｈＢＮの比率は２００重二％、溶媒に対するＢ
ｅ （Ｎ ０３ ）２の比率は１０重二％（Ｂｅ換算
では０．６８重二％）であった。これらの混合物を、圧
力５０ｋｂ１温度１６００℃の条件で１時間保持したと
ころ、３００〜５００μｍのｐ型ｃＢＮが大量に得られ
た。
得られたｐ型ｃＢＮを種子結晶として、第３図。
第４図に示す試料室構成にてｃＢＮｐ−ｎ接合体を作製
した。
した。
第３図、第４図の試料室構成は、前記第１図。
第２図の試料室構成をさらに具体化したものである。第
３図、第４図の試料室構成を得るためには、まずＢＮの
板１０ａの上に孔１１を穿ったＢＮの板１０ｂを置く。
３図、第４図の試料室構成を得るためには、まずＢＮの
板１０ａの上に孔１１を穿ったＢＮの板１０ｂを置く。
次に、その孔１１の中に或る導電型式を生じ得るドーピ
ング物質を含んだ溶媒１２ａを必要量の半分入れ、その
ドーピング物質と逆の導電型式を有するｃＢＮ種子結晶
１３を入れ、さらに残り半分の溶媒１２ｂを入れる。さ
らにその上に、別のＢＨの板１０ａを置く。これによっ
て、第３図、第４図に示す試料室構成が得られる。
ング物質を含んだ溶媒１２ａを必要量の半分入れ、その
ドーピング物質と逆の導電型式を有するｃＢＮ種子結晶
１３を入れ、さらに残り半分の溶媒１２ｂを入れる。さ
らにその上に、別のＢＨの板１０ａを置く。これによっ
て、第３図、第４図に示す試料室構成が得られる。
原料ＢＨには、ｈＢＮのホットプレス品をＮ２中２０５
０℃で脱酸素処理したものを用いた。また、ドーピング
物質を含む溶媒には、Ｓｉ粉末を３重量％含むＬｉ、Ｂ
Ｎ２粉末からなる直径１゜５ｍｍ、厚さ２ ｍ ｍの型
押し体を用いた。圧力５０ｋｂ、温度１６５０℃の条件
で３時間保持したところ、はとんどの種子結晶からｃＢ
Ｎの成長が起こり、その４０％はＢ２０ （８４０μｍ
）に達していた。
０℃で脱酸素処理したものを用いた。また、ドーピング
物質を含む溶媒には、Ｓｉ粉末を３重量％含むＬｉ、Ｂ
Ｎ２粉末からなる直径１゜５ｍｍ、厚さ２ ｍ ｍの型
押し体を用いた。圧力５０ｋｂ、温度１６５０℃の条件
で３時間保持したところ、はとんどの種子結晶からｃＢ
Ｎの成長が起こり、その４０％はＢ２０ （８４０μｍ
）に達していた。
得られたｃＢＮｐ−ｎ接合体に、室温において５Ｖの電
圧を印加したところ、或る一方向が逆の方向に比し５倍
以上の電流を流す整流特性を示した。
圧を印加したところ、或る一方向が逆の方向に比し５倍
以上の電流を流す整流特性を示した。
実施例２
実施例１と同様に行なって、種子結晶とすべきｎ型ｃＢ
Ｎを合成した。但し、ドーピング物質には、溶媒に対し
て３重量％のＳ粉末を用いた。圧力５０ｋｂ、温度１６
００℃の条件で１時間保持することにより、３５０〜５
００μｍのｎ型ｃＢＮが大量に得られた。
Ｎを合成した。但し、ドーピング物質には、溶媒に対し
て３重量％のＳ粉末を用いた。圧力５０ｋｂ、温度１６
００℃の条件で１時間保持することにより、３５０〜５
００μｍのｎ型ｃＢＮが大量に得られた。
得られたｎ型ｃＢＮを種子結晶とし、第３図。
第４図に示す試料室構成によってｃＢＮｐ−ｎ接合体の
作製を行なった。原料ＢＮには、実施例１と同じく、ｈ
ＢＨのホットプレス品を脱酸素処理したものを用いた。
作製を行なった。原料ＢＮには、実施例１と同じく、ｈ
ＢＨのホットプレス品を脱酸素処理したものを用いた。
ドーピング物質を含む溶媒には、Ｂｅ粉末を１重量％含
むＬｉ５ｒＢＮ２粉末の直径２ｍｍ、厚さ３ｍｍの型押
し体を用いた。
むＬｉ５ｒＢＮ２粉末の直径２ｍｍ、厚さ３ｍｍの型押
し体を用いた。
圧力５２ｋｂ、温度１６５０℃の条件で６時間保持した
ところ、３０％の種子結晶が＃１６（１１９０μｍ）に
成長していた。
ところ、３０％の種子結晶が＃１６（１１９０μｍ）に
成長していた。
得られたｃＢＮｐ−ｎ接合体に、室温において５Ｖの電
圧を印加したところ、或る一方向が逆の方向に比し５倍
以上の電抛を流す整流特性を示した。
圧を印加したところ、或る一方向が逆の方向に比し５倍
以上の電抛を流す整流特性を示した。
［発明の効果］
本発明に係るｃＢＮｐ−ｎ接合体の作製方法にによれば
、互いに分離された複数の溶媒の塊の中に種子結晶を１
個ずつかつ溶媒以外の物質と接触しないように配置する
ので、大粒のｃＢＮｐ−ｎ接合体が大量にかつ低コスト
で作製できるようになる。
、互いに分離された複数の溶媒の塊の中に種子結晶を１
個ずつかつ溶媒以外の物質と接触しないように配置する
ので、大粒のｃＢＮｐ−ｎ接合体が大量にかつ低コスト
で作製できるようになる。
第１図は、本発明に係る一例の縦断面図である。
第２図は、第１図の■−■断面図である。第３図は、本
発明の一具体的構成を示す縦断面図である。 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ断面図である。 １．１３は種子結晶、２．１２は溶媒、３はＢＮ、１０
はＢＮの板、１１は孔である。 （ほか２名＞ −Ｌ゛−ど。 第１図 第３図
発明の一具体的構成を示す縦断面図である。 第４図は、第３図のＩＶ−ＩＶ断面図である。 １．１３は種子結晶、２．１２は溶媒、３はＢＮ、１０
はＢＮの板、１１は孔である。 （ほか２名＞ −Ｌ゛−ど。 第１図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 或る導電型式の半導体特性を示す立方晶窒化硼素種子結
晶と、原料窒化硼素と、逆導電型式を生じさせるドーピ
ング物質を含みかつ窒化硼素を溶解し得る溶媒とを併存
させ、立方晶窒化硼素の熱力学安定条件かつ溶媒の融点
以上の温度で、前記種子結晶より逆導電型式の半導体特
性を示す立方晶窒化硼素を成長させる立方晶窒化硼素ｐ
−ｎ接合体の作製方法において、 前記溶媒は前記ドーピング物質を０．１〜５重量％含み
、 前記種子結晶は、互いに分離された複数の前記溶媒の塊
の中に、１個ずつかつ前記溶媒以外の物質と接触しない
ように配置される立方晶窒化硼素ｐ−ｎ接合体の作製方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63051009A JPH01224039A (ja) | 1988-03-03 | 1988-03-03 | 立方晶窒化硼素ｐ−ｎ接合体の作製方法 |
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