JPH0248495A - 炭化ケイ素単結晶の成長方法 - Google Patents
炭化ケイ素単結晶の成長方法Info
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- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 36
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は電子デバイスに用いられる炭化ケイ素単結晶の
成長方法に関する。
成長方法に関する。
幹） 従来の技術
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は物理的、化学的に安定で、且つ
禁制帯幅が広い半導体材料であることから、耐環境性半
導体素子及び短波長発光ダイオードの材料として注目さ
れている。
禁制帯幅が広い半導体材料であることから、耐環境性半
導体素子及び短波長発光ダイオードの材料として注目さ
れている。
ＳｉＣには、同一組成で５Ｃ形、４Ｈ形、６Ｈ形、１５
Ｒ形等各種の結晶形が存在する。このうち５Ｃ形の８ｉ
Ｃは高温あるいは放射線の照射される環境下で作動する
能動素子に用途が考えられている。また６Ｈ形のＳｉＣ
は禁止帯幅が約５．ＯｅＶであり、青色発光素子として
用いられている。
Ｒ形等各種の結晶形が存在する。このうち５Ｃ形の８ｉ
Ｃは高温あるいは放射線の照射される環境下で作動する
能動素子に用途が考えられている。また６Ｈ形のＳｉＣ
は禁止帯幅が約５．ＯｅＶであり、青色発光素子として
用いられている。
４Ｈ形のＳｉＣは、約五２ｅＶと６Ｈ形のものよシも広
い禁止帯幅を持つため、青色から紫色の発光ダイオード
や、その他の結晶形のＳｉＣとのへテロ接合デバイスに
用途が考えられている。
い禁止帯幅を持つため、青色から紫色の発光ダイオード
や、その他の結晶形のＳｉＣとのへテロ接合デバイスに
用途が考えられている。
ＳｉＣ基板用単結晶の成長方法としては、ＳｉＣ原材料
の分解昇華過程を利用した昇華法と、Ｓｉ化合物とＣ化
合物を高温で合成するアチソン法とが用いられる。しか
し、アチソン法では、不純物制御及び結晶サイズの制御
が困難であることから、昇華法が多く採用されている。
の分解昇華過程を利用した昇華法と、Ｓｉ化合物とＣ化
合物を高温で合成するアチソン法とが用いられる。しか
し、アチソン法では、不純物制御及び結晶サイズの制御
が困難であることから、昇華法が多く採用されている。
この昇華法では、特開昭６２−６６０００号公報に開示
されているように、特定の成長条件で良質な単結晶が得
られている。
されているように、特定の成長条件で良質な単結晶が得
られている。
ｅ−）発明が解決しようとする課題
第６図は、Ｐｈ１ｌｉｐｓ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｒｅｐ
。
。
ｒｔｓ、１８巻（１９６３）、Ｐ１６１に記載されてお
り、るつぼ内に収納し＆ＳｉＣ原材料を常圧中で加熱し
た時のるつぼ内で発生するＳｉＣ結晶の各結晶形の発生
割合を加熱温度をパラメータとして示したものである。
り、るつぼ内に収納し＆ＳｉＣ原材料を常圧中で加熱し
た時のるつぼ内で発生するＳｉＣ結晶の各結晶形の発生
割合を加熱温度をパラメータとして示したものである。
但し、この成長方法では種結晶を用いておらず、８ｉＣ
粉末から成長させたもので、し几がって発生した結晶は
、自然核発生しているものの、６Ｈ形、１５Ｒ形等他の
結晶も同時に多く発生している。このように一般的に成
長させるＳｉＣの結晶形を制御することは難しく、特開
昭６２−６６０００号公報に開示されている成長方法に
２いても４Ｈ形を独立して成長させることは困難であっ
た。
粉末から成長させたもので、し几がって発生した結晶は
、自然核発生しているものの、６Ｈ形、１５Ｒ形等他の
結晶も同時に多く発生している。このように一般的に成
長させるＳｉＣの結晶形を制御することは難しく、特開
昭６２−６６０００号公報に開示されている成長方法に
２いても４Ｈ形を独立して成長させることは困難であっ
た。
したがって本発明ば４Ｈ形の５ｉＣＲＡ結晶を独立して
成長できる成長方法ｔ−提供するものである。
成長できる成長方法ｔ−提供するものである。
に）課題全解決するための手段
本発明は、炭化ケイ素からなる原材料を加熱昇華させ、
原材料よりも低い温度に保たれた炭化ケイ素単結晶から
なる種結晶上に４Ｈ形ＳｉＣ単結晶を成長させる方法で
あって、上記種結晶の温度を２３５０〜２４５０°Ｃ１
上記種結晶と原材料の間の温度勾配を５〜２０°Ｃ／’
ＩＩ とすると共に、反志系内のガス圧ｆ７ｃ５〜１
０ｍｂａｒとすることを特徴とする。
原材料よりも低い温度に保たれた炭化ケイ素単結晶から
なる種結晶上に４Ｈ形ＳｉＣ単結晶を成長させる方法で
あって、上記種結晶の温度を２３５０〜２４５０°Ｃ１
上記種結晶と原材料の間の温度勾配を５〜２０°Ｃ／’
ＩＩ とすると共に、反志系内のガス圧ｆ７ｃ５〜１
０ｍｂａｒとすることを特徴とする。
（ホ）作 用
以上の成長条件では４Ｈ形ＳｉＣ単結晶のみが安定して
成長する。
成長する。
（へ）実施例
第１図に本発明方法に用いる結晶成長装置の一例を示す
。同図において、（１］は断面円形のグラファイトから
なるるつぼ、（２）はＳｉＣ原材料、１３）は昇華した
５ｉｃｔ後述するＳｉＣ種結晶（５）へ導くグラファイ
トからなるガイドで、その内径全昇華したＳｉＣの進行
方向に沿って小さくしである。
。同図において、（１］は断面円形のグラファイトから
なるるつぼ、（２）はＳｉＣ原材料、１３）は昇華した
５ｉｃｔ後述するＳｉＣ種結晶（５）へ導くグラファイ
トからなるガイドで、その内径全昇華したＳｉＣの進行
方向に沿って小さくしである。
（４）はグラファイトからなる成長容器、（５）はＳｉ
Ｃ種結晶で、成長容器（４）の内部ニー面にＳｉＣ原材
料と対向して載置固着される。（６）は種結晶（５）上
に成長したＳｉＣインゴットである。斯る結晶成長装置
は図示していない反応管内に配され、その回シを巻回す
る高周波誘導加熱コイルによって加熱される。
Ｃ種結晶で、成長容器（４）の内部ニー面にＳｉＣ原材
料と対向して載置固着される。（６）は種結晶（５）上
に成長したＳｉＣインゴットである。斯る結晶成長装置
は図示していない反応管内に配され、その回シを巻回す
る高周波誘導加熱コイルによって加熱される。
斯る結晶成長装置において、種結晶（５）に六方晶形（
ＨｅｘａＰｏｎａｌ）のＳｉＣ基板全用い、種結晶温度
と原材料温度及び反応系内の圧力を種々変化させて結晶
成長を行っ友。ここで原材料温度は原材料と種結晶の間
の温度勾配が１０’Ｃ／’ｌ となるように設定し友
。ま九、反応系内の圧力は不活性ガス、例えばＡｒガス
を用いてｇ整した。以上の実験によって得られた結晶の
結晶形と成長条件の関係を表１に示す。
ＨｅｘａＰｏｎａｌ）のＳｉＣ基板全用い、種結晶温度
と原材料温度及び反応系内の圧力を種々変化させて結晶
成長を行っ友。ここで原材料温度は原材料と種結晶の間
の温度勾配が１０’Ｃ／’ｌ となるように設定し友
。ま九、反応系内の圧力は不活性ガス、例えばＡｒガス
を用いてｇ整した。以上の実験によって得られた結晶の
結晶形と成長条件の関係を表１に示す。
表 １
表１から明らかなように、成長するＳｉＣは、種結晶温
度２２５０°Ｃ付近を境にして、低温側では６Ｈ形が、
高温側では４Ｈ形がそれぞれ独立して得られている。但
し、種結晶温度２２５０°Ｃで成長させた８ｉＣの結晶
形は再現性に乏しく、６ｔ７＜ Ｈ形、４Ｈ形声に得られた。また表には示していないが
、種結晶温度が２４５０°Ｃを超えると、熱エツチング
が生じる之め結晶成長は困虐となる。
度２２５０°Ｃ付近を境にして、低温側では６Ｈ形が、
高温側では４Ｈ形がそれぞれ独立して得られている。但
し、種結晶温度２２５０°Ｃで成長させた８ｉＣの結晶
形は再現性に乏しく、６ｔ７＜ Ｈ形、４Ｈ形声に得られた。また表には示していないが
、種結晶温度が２４５０°Ｃを超えると、熱エツチング
が生じる之め結晶成長は困虐となる。
したがって、種結晶温度が２５５０〜２４５０°Ｃの範
囲では４Ｈ形のＳｉＣが独立して成長する。
囲では４Ｈ形のＳｉＣが独立して成長する。
この時反応系内の圧力は５〜１０ｍｂａｒが適当である
。即ち、圧力が５ｍｂａｒ以下では、成長速度が速過ぎ
、結晶性の良い結晶は得られず、１０ｍｂａｒ以上にな
ると成長速度が遅くなるため実用的ではなくなる。
。即ち、圧力が５ｍｂａｒ以下では、成長速度が速過ぎ
、結晶性の良い結晶は得られず、１０ｍｂａｒ以上にな
ると成長速度が遅くなるため実用的ではなくなる。
また、本実験では、原材料と：ａ結晶の間の温度勾配を
１０°Ｃ／ｍとしたが、５〜２０°Ｃ／１ の範囲内で
あれば表１と同様の結果が得られ、且つ上述の温度範囲
及び圧力範囲内では結晶性の良い結晶が得られる。
１０°Ｃ／ｍとしたが、５〜２０°Ｃ／１ の範囲内で
あれば表１と同様の結果が得られ、且つ上述の温度範囲
及び圧力範囲内では結晶性の良い結晶が得られる。
次に、六方晶形のＳｉＣ基板を橋結晶として、種結晶温
度２６５０°Ｃ１原材料温度２４５０°Ｃ１温度勾配置
０°Ｃ／ｃｓ、及び反応系内の圧カフｍｂａｒの成長条
件でＳｉＣ単結晶を成長させた。第２図にそのラマン散
乱スペクトルの測定結果を示す。
度２６５０°Ｃ１原材料温度２４５０°Ｃ１温度勾配置
０°Ｃ／ｃｓ、及び反応系内の圧カフｍｂａｒの成長条
件でＳｉＣ単結晶を成長させた。第２図にそのラマン散
乱スペクトルの測定結果を示す。
同図に示されるピーク波数の６１１．７８１．９６７は
いずれも４Ｈ形８ｉＣ単結晶に特有なものであり、６Ｈ
形に特有な７６８．７８９のピークは現われていない。
いずれも４Ｈ形８ｉＣ単結晶に特有なものであり、６Ｈ
形に特有な７６８．７８９のピークは現われていない。
即ち、斯るＳｉＣ単結晶の結晶形は４Ｈ形であって、且
つ６Ｈ形の結晶形を含んでいないことがわかる。
つ６Ｈ形の結晶形を含んでいないことがわかる。
（ト） 発明の効果
本発明方法によれば、種結晶温度を２６５０〜２４５０
°Ｃ１種結晶と原材料の間の温度勾配を５〜２０°ＣＡ
３、反応系内のガス圧を５〜１０ｍｂａｒとすることに
よって、結晶性の良い４Ｈ形ＳｉＣ単結晶を独立して成
長させることができる。
°Ｃ１種結晶と原材料の間の温度勾配を５〜２０°ＣＡ
３、反応系内のガス圧を５〜１０ｍｂａｒとすることに
よって、結晶性の良い４Ｈ形ＳｉＣ単結晶を独立して成
長させることができる。
第１図は本発明方法に用いる結晶成長装置の一例を示す
断面図、第２図は本発明方法によシ作製したＳｉＣ単結
晶のラマン散乱スペクトルを示す特性図、第５図はＰｈ
１ｌｉｐｓ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔｓ、１８
巻Ｃ１９６５）、Ｐ１６１に記載されたＳｉＣの各結晶
形の発生割合を示す特性図である。 １）・・・るつぼ、 （２）・・・ＳｉＣ原材料、 （
５）・・・ＳｉＣ［結晶。
断面図、第２図は本発明方法によシ作製したＳｉＣ単結
晶のラマン散乱スペクトルを示す特性図、第５図はＰｈ
１ｌｉｐｓ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔｓ、１８
巻Ｃ１９６５）、Ｐ１６１に記載されたＳｉＣの各結晶
形の発生割合を示す特性図である。 １）・・・るつぼ、 （２）・・・ＳｉＣ原材料、 （
５）・・・ＳｉＣ［結晶。
Claims (1)
- （１）炭化ケイ素からなる原材料を加熱昇華させ、原材
料よりも低い温度に保たれた炭化ケイ素単結晶からなる
種結晶上に４Ｈ形炭化ケイ素単結晶を成長させる方法に
おいて、上記種結晶の温度を２３５０〜２４５０℃、上
記種結晶と原材料の間の温度勾配を５〜２０℃／ｃｍと
すると共に反応系内のガス圧を５〜１０ｍｂａｒとする
ことを特徴とする炭化ケイ素単結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19691288A JP2680617B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 炭化ケイ素単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19691288A JP2680617B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 炭化ケイ素単結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248495A true JPH0248495A (ja) | 1990-02-19 |
| JP2680617B2 JP2680617B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=16365726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19691288A Expired - Fee Related JP2680617B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 炭化ケイ素単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2680617B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994023096A1 (de) * | 1993-04-01 | 1994-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON SiC-EINKRISTALLEN |
| US5958132A (en) * | 1991-04-18 | 1999-09-28 | Nippon Steel Corporation | SiC single crystal and method for growth thereof |
| US8043937B2 (en) | 2009-03-26 | 2011-10-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate |
| US8513090B2 (en) | 2009-07-16 | 2013-08-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor device |
-
1988
- 1988-08-05 JP JP19691288A patent/JP2680617B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5958132A (en) * | 1991-04-18 | 1999-09-28 | Nippon Steel Corporation | SiC single crystal and method for growth thereof |
| WO1994023096A1 (de) * | 1993-04-01 | 1994-10-13 | Siemens Aktiengesellschaft | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON SiC-EINKRISTALLEN |
| US5707446A (en) * | 1993-04-01 | 1998-01-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for producing SiC single crystals |
| US8043937B2 (en) | 2009-03-26 | 2011-10-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate |
| US8513090B2 (en) | 2009-07-16 | 2013-08-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor device |
| US8653536B2 (en) | 2009-07-16 | 2014-02-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2680617B2 (ja) | 1997-11-19 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |