JPH04206578A - 炭化珪素半導体素子 - Google Patents
炭化珪素半導体素子Info
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- JPH04206578A JPH04206578A JP2329507A JP32950790A JPH04206578A JP H04206578 A JPH04206578 A JP H04206578A JP 2329507 A JP2329507 A JP 2329507A JP 32950790 A JP32950790 A JP 32950790A JP H04206578 A JPH04206578 A JP H04206578A
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Landscapes
- Led Devices (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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、異なる導電型半導体層の接合を有する炭化
珪素半導体素子に関する。
珪素半導体素子に関する。
（従来の技術）
炭化珪素（ＳｉＣ）は、禁制帯幅が広く、容易にｐｎ接
合が形成できることから、青色発光ダイオード用材料等
として期待されており、また熱的に安定で硬度も高いこ
とから高温高圧下で動作可能なデバイス用半導体材料と
しても注目されている。
合が形成できることから、青色発光ダイオード用材料等
として期待されており、また熱的に安定で硬度も高いこ
とから高温高圧下で動作可能なデバイス用半導体材料と
しても注目されている。
これらのデバイスのうち、例えばＳｉＣ青色発光ダイオ
ードの断面の第４図に示した。先ず、第１導電型を有す
る６Ｈ型のＳｉＣ基板１１上に、第１導電型１２並びに
第２導電型の結晶層１３を順次エピタキシャル成長させ
ることによって作製される。
ードの断面の第４図に示した。先ず、第１導電型を有す
る６Ｈ型のＳｉＣ基板１１上に、第１導電型１２並びに
第２導電型の結晶層１３を順次エピタキシャル成長させ
ることによって作製される。
１４．１５は夫々電極である。しかしこのような発光ダ
イオードはＳｉＣの成長温度が高いことに起因して、そ
の単結晶中に転位、積層欠陥（図示せず）を多く含んで
いる。そのためＬＥＤを作製した後に、通電した際、欠
陥の伝播が生じ、発光色の経時変化、発光強度の低下と
いう問題となって現れてくる。４０はこの欠陥を示す。
イオードはＳｉＣの成長温度が高いことに起因して、そ
の単結晶中に転位、積層欠陥（図示せず）を多く含んで
いる。そのためＬＥＤを作製した後に、通電した際、欠
陥の伝播が生じ、発光色の経時変化、発光強度の低下と
いう問題となって現れてくる。４０はこの欠陥を示す。
このため長寿命、高輝度のＳｉＣ青色発光ダイオード及
び高信頼性の電子デバイスはいまだ実用の域に達してい
ない。
び高信頼性の電子デバイスはいまだ実用の域に達してい
ない。
また、前述の欠陥の伝播は、ＬＥＤに限らず、通常の電
子デバイスでも生じる。すなわち、対環境トランジスタ
、ダイオード、パワートランジスタなどにおいても、通
電時に欠陥の伝播が生じ、それを通してリーク電流が生
しるので、電流増幅率の低下、逆方向ブレークダウン電
圧の低下となって現れる。
子デバイスでも生じる。すなわち、対環境トランジスタ
、ダイオード、パワートランジスタなどにおいても、通
電時に欠陥の伝播が生じ、それを通してリーク電流が生
しるので、電流増幅率の低下、逆方向ブレークダウン電
圧の低下となって現れる。
（発明が解決しようとする課題）
上述のように、現在作製されているＳｉＣ結晶は転位、
積層欠陥を多く含んでおり、これを使用してＬＥＤ電子
デバイスを形成した場合、通電時におけるこの欠陥の伝
播が高輝度、長寿命のＳＩＣ青色発光ダイオード及び高
性能のＳｉＣ電子デバイスの実現を阻んでいる。
積層欠陥を多く含んでおり、これを使用してＬＥＤ電子
デバイスを形成した場合、通電時におけるこの欠陥の伝
播が高輝度、長寿命のＳＩＣ青色発光ダイオード及び高
性能のＳｉＣ電子デバイスの実現を阻んでいる。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ＳｉＣ結晶中の転位、積層欠陥に起因
して、通電時に発生する欠陥の伝播を抑えた実用に耐え
得る炭化珪素半導体素子を提供することにある。
とするところは、ＳｉＣ結晶中の転位、積層欠陥に起因
して、通電時に発生する欠陥の伝播を抑えた実用に耐え
得る炭化珪素半導体素子を提供することにある。
［発明の構成コ
（課題を解決するための手段）
本発明は一導電型炭化珪素半導体層と、この一導電型炭
化珪素半導体層に接合する他導電型炭化珪素半導体層と
を備え、前記接合に電流を流したときに生じる少数キャ
リアの拡散領域内にＴ１、Ｚｒ５Ｈｆのうちから選ばれ
る少なくとも１つの元素が添加されたことを特徴とする
炭化珪素半導体素子を提供するものである。
化珪素半導体層に接合する他導電型炭化珪素半導体層と
を備え、前記接合に電流を流したときに生じる少数キャ
リアの拡散領域内にＴ１、Ｚｒ５Ｈｆのうちから選ばれ
る少なくとも１つの元素が添加されたことを特徴とする
炭化珪素半導体素子を提供するものである。
（作 用）
転位がｐｎ接合位置から少数キャリアの拡散する距離内
に存在する場合、通電時の電子・正孔対の再結合エネル
ギーか非輻射過程を通じて伝達され、転位が伝播する。
に存在する場合、通電時の電子・正孔対の再結合エネル
ギーか非輻射過程を通じて伝達され、転位が伝播する。
これに対して、Ｔ１、Ｚｒ、ＨｆはＳｉＣ結晶内て転位
の伝播を抑制する働きがある。したかって、このｐｎ接
合位置から少数キャリアの拡散する距離内に該不純物を
添加しておけば、転位の伝播を有効に抑制する二とかで
きる。
の伝播を抑制する働きがある。したかって、このｐｎ接
合位置から少数キャリアの拡散する距離内に該不純物を
添加しておけば、転位の伝播を有効に抑制する二とかで
きる。
（実施例）
以下、本発明を実施例を参照して説明する。
第１図に本発明の第１の実施例に係る半導体発光素子の
断面構造を示す。図中、１１はｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板で
、その上にＮを２×１０１８ｃｒｎ−３の濃度含みかつ
ＡＩをＩ Ｘ １０１８ｃｌＴ、−３含む層厚５μｍの
ｎ型ＳｉＣ層１２と、その上に積層して形成されたＡｌ
を３ Ｘ １０１８ｃｍ−３含む層厚５μｍのｐ型Ｓｉ
Ｃ層１３と、その上に形成されたＡＩとＴ１の２層でな
るｐ型電極層１４と、このｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１の
裏面に形成されたＮ１でなるｎ型電極１５で構成されて
いる。
断面構造を示す。図中、１１はｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板で
、その上にＮを２×１０１８ｃｒｎ−３の濃度含みかつ
ＡＩをＩ Ｘ １０１８ｃｌＴ、−３含む層厚５μｍの
ｎ型ＳｉＣ層１２と、その上に積層して形成されたＡｌ
を３ Ｘ １０１８ｃｍ−３含む層厚５μｍのｐ型Ｓｉ
Ｃ層１３と、その上に形成されたＡＩとＴ１の２層でな
るｐ型電極層１４と、このｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１の
裏面に形成されたＮ１でなるｎ型電極１５で構成されて
いる。
上記実施例の構造の素子の製造方法は、Ｓｉを溶媒とし
た液相エピタキシャル法である。Ｓｉメルトを入れたカ
ーボンルツボ底部の温度を１７００℃に保ち、ｎ型６Ｈ
−ＳｉＣ基板１１をそれよりも温度の低い位置に挿入す
ることによって結晶成長を行なう。Ｃはカーボン製ルツ
ボから自動的に供給される。ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１
上にｎ型５ｉＣ１２を成長させるに当たっては、不純物
原料として窒化シリコンとＡＩを用い、さらにＴｉを添
加した。また、ｎ型５ｉＣ１２上にｐ型５ｉＣ１３を成
長させるに当っては、アクセプタ不純物原料としてＡＩ
を用い、さらにＴｉを添加した。結晶成長後、Ｔｉの不
純物濃度を２次イオン質量分析器で測定したところ、ｐ
層、ｎ層それぞれ２×１０１８ＣＩ７１−３．３ Ｘ
１０１８Ｃ１１１−３のＴｉが含まれていた。
た液相エピタキシャル法である。Ｓｉメルトを入れたカ
ーボンルツボ底部の温度を１７００℃に保ち、ｎ型６Ｈ
−ＳｉＣ基板１１をそれよりも温度の低い位置に挿入す
ることによって結晶成長を行なう。Ｃはカーボン製ルツ
ボから自動的に供給される。ｎ型６Ｈ−ＳｉＣ基板１１
上にｎ型５ｉＣ１２を成長させるに当たっては、不純物
原料として窒化シリコンとＡＩを用い、さらにＴｉを添
加した。また、ｎ型５ｉＣ１２上にｐ型５ｉＣ１３を成
長させるに当っては、アクセプタ不純物原料としてＡＩ
を用い、さらにＴｉを添加した。結晶成長後、Ｔｉの不
純物濃度を２次イオン質量分析器で測定したところ、ｐ
層、ｎ層それぞれ２×１０１８ＣＩ７１−３．３ Ｘ
１０１８Ｃ１１１−３のＴｉが含まれていた。
結晶成長終了後エビタキンヤル層表面にＴｉ、ＡＩを順
次真空蒸着し、さらにｎ型６Ｈ−５ｉＣ基板１１の裏面
にＮ１、を順次蒸着した後、１０００℃で５分間熱処理
し、ウェハーを０．３ ｍｍ角にへき関すると、第１図
に概略的に示した構造の素子を得る。
次真空蒸着し、さらにｎ型６Ｈ−５ｉＣ基板１１の裏面
にＮ１、を順次蒸着した後、１０００℃で５分間熱処理
し、ウェハーを０．３ ｍｍ角にへき関すると、第１図
に概略的に示した構造の素子を得る。
第２図は、ＰＮ接合界面近傍での、少数キャリアの分布
及び、２次イオン質量分析法から求めたＴｉの濃度分布
を示す。ここで少数キャリアが拡散した領域とは、通電
時の空乏層を含み、空乏層の端からｆ７丁で定義された
Ｐ型、Ｎ型の両頭域をいう。ここでτは少数キャリアの
ライフタイム、Ｄは少数キャリアの拡散定数である。た
だし便宜的には、電子ビーム励起電流を測定した時に得
られる信号が、ピーク強度の１／ｅ（ｅはＮａｐｉｅｒ
の数）になる領域とすることができる。この少数キャリ
アが拡散する領域は、Ｐ型層、Ｎ型層の各キャリア濃度
及びバイアス電圧によって変化するが、実施例の場合、
２μｍ程度である。上述の実施例では少数キャリアが拡
散した領域を越えて、不純物を添加した場合を示したか
、これに限るものではなく、ＰＮ接合界面から少数キャ
リアの濃度か、空乏層における少数キャリア濃度の１／
ｅになる位置までの斜線で示した領域のみにＴｉを添加
しても良い。またこの少数キャリアの拡散した領域のい
ずれかの部分例えば、Ｐ型層のみ、又はＮ型層のみ、或
いはＰＮ接合の空乏層のみなどにＴｉを添加しても効果
は期待できる。
及び、２次イオン質量分析法から求めたＴｉの濃度分布
を示す。ここで少数キャリアが拡散した領域とは、通電
時の空乏層を含み、空乏層の端からｆ７丁で定義された
Ｐ型、Ｎ型の両頭域をいう。ここでτは少数キャリアの
ライフタイム、Ｄは少数キャリアの拡散定数である。た
だし便宜的には、電子ビーム励起電流を測定した時に得
られる信号が、ピーク強度の１／ｅ（ｅはＮａｐｉｅｒ
の数）になる領域とすることができる。この少数キャリ
アが拡散する領域は、Ｐ型層、Ｎ型層の各キャリア濃度
及びバイアス電圧によって変化するが、実施例の場合、
２μｍ程度である。上述の実施例では少数キャリアが拡
散した領域を越えて、不純物を添加した場合を示したか
、これに限るものではなく、ＰＮ接合界面から少数キャ
リアの濃度か、空乏層における少数キャリア濃度の１／
ｅになる位置までの斜線で示した領域のみにＴｉを添加
しても良い。またこの少数キャリアの拡散した領域のい
ずれかの部分例えば、Ｐ型層のみ、又はＮ型層のみ、或
いはＰＮ接合の空乏層のみなどにＴｉを添加しても効果
は期待できる。
このようにして形成したダイオードについて、上記構造
にＡｌ電極１４を正として電圧を印加した場合の発光強
度の時間変化を、従来のＴｉを含まない発光素子の発光
強度の時間変化とともに第３図に示すことによって、本
発明の有効性を示した。
にＡｌ電極１４を正として電圧を印加した場合の発光強
度の時間変化を、従来のＴｉを含まない発光素子の発光
強度の時間変化とともに第３図に示すことによって、本
発明の有効性を示した。
従来の発光素子にはＴｉが含まれていなかったため、通
電開始後すぐに発光強度の低下が生じているが、本発明
の実施例では従来例に比較して、発光強度の低下がない
ことがわかる。さらに図には示していないが、従来例の
場合には、発光強度の低下と共に発光色が青色から緑白
色に変化するという現象がみられたか、本発明の実施例
では発光色の変化は生じなかった。
電開始後すぐに発光強度の低下が生じているが、本発明
の実施例では従来例に比較して、発光強度の低下がない
ことがわかる。さらに図には示していないが、従来例の
場合には、発光強度の低下と共に発光色が青色から緑白
色に変化するという現象がみられたか、本発明の実施例
では発光色の変化は生じなかった。
本発明者らの行った実験によれば転位の伝播を抑制する
のに必要なＴｉの濃度は最低Ｉ Ｘ １０１６■ であ
るが、５ Ｘ １０１７σ−３以上であることか望まし
い事が判明した。ここでいう濃度は、不純物領域の平均
値を言う。
のに必要なＴｉの濃度は最低Ｉ Ｘ １０１６■ であ
るが、５ Ｘ １０１７σ−３以上であることか望まし
い事が判明した。ここでいう濃度は、不純物領域の平均
値を言う。
さらに、本発明の第２の実施例を第５図に沿って説明す
る。第５図は、ＳｉＣを用いた耐環境トランジスタを示
す図である。このトランジスタは、ＰＮＰバイパーラト
ランジスタであるが、コレクタ５２とベース５３、及び
ベース５３とエミッタ５４との間がＰＮ接合になってい
る。このトランジスタでは、エミッタから注入された少
数キャリアは、は′とんど再結合せずにコレクタに流れ
込んで多数キャリアとなるため、トランジスタがＳｉＣ
で構成されていても、ベース領域においては再結合によ
る欠陥の発生は少ない。しかしベースからエミッタに注
入された少数キャリアはすべてエミッタで再結合するの
で、エミッタにおいては、再結合による欠陥の発生が徐
々に生じ、それは電流増幅率の低下となって現れる。こ
の実施例では、Ｐ型コレクタ５２をエピタキシャル成長
させるときに、Ｔ１を添加した。したがってその後エピ
タキシャル成長層にＮ型ドーパントを拡散させて形成す
るＮ型ベース５３にも、さらにその後ＡＩを拡散させて
形成するＰ型エミッタ５４にも、Ｐ型コレクタと同程度
のＴｉを含ませている。したがってこのトランジスタで
は、エミッタにおいて再結合による欠陥の発生が生じる
ことはなく、この結果電流増幅率の低下の発生もない。
る。第５図は、ＳｉＣを用いた耐環境トランジスタを示
す図である。このトランジスタは、ＰＮＰバイパーラト
ランジスタであるが、コレクタ５２とベース５３、及び
ベース５３とエミッタ５４との間がＰＮ接合になってい
る。このトランジスタでは、エミッタから注入された少
数キャリアは、は′とんど再結合せずにコレクタに流れ
込んで多数キャリアとなるため、トランジスタがＳｉＣ
で構成されていても、ベース領域においては再結合によ
る欠陥の発生は少ない。しかしベースからエミッタに注
入された少数キャリアはすべてエミッタで再結合するの
で、エミッタにおいては、再結合による欠陥の発生が徐
々に生じ、それは電流増幅率の低下となって現れる。こ
の実施例では、Ｐ型コレクタ５２をエピタキシャル成長
させるときに、Ｔ１を添加した。したがってその後エピ
タキシャル成長層にＮ型ドーパントを拡散させて形成す
るＮ型ベース５３にも、さらにその後ＡＩを拡散させて
形成するＰ型エミッタ５４にも、Ｐ型コレクタと同程度
のＴｉを含ませている。したがってこのトランジスタで
は、エミッタにおいて再結合による欠陥の発生が生じる
ことはなく、この結果電流増幅率の低下の発生もない。
第５図（ｂ）にベース５３とエミッタ５４及びこれらの
内部のＴｉ濃度と少数キャリアの分布の様子、及びコレ
クタ５２中のＴｉａ度を示した。
内部のＴｉ濃度と少数キャリアの分布の様子、及びコレ
クタ５２中のＴｉａ度を示した。
さらに、本発明の第３の実施例を説明する。半光
導体発Ｙ素子の構造およびその形成方法は第１の実施例
と同様である。異なる点は、不純物としてＴｉの変わり
にＺｒ、或いはＨｆを用いたことにある。第１表にこれ
らの材料と、結晶欠陥の発生を抑えるのに適した濃度を
示す。
と同様である。異なる点は、不純物としてＴｉの変わり
にＺｒ、或いはＨｆを用いたことにある。第１表にこれ
らの材料と、結晶欠陥の発生を抑えるのに適した濃度を
示す。
第 １ 表
また、これらの材料はＴｉ、Ｚｒ５Ｈｆのうちの２種或
いは、３種を組み合わせて添加材料として使用しても効
果がある。さらにこれらの材料を第２の実施例で示した
ような他のＳｉＣを用いた他のデバイスに用いても同様
の効果を得ることはいうまでもない。
いは、３種を組み合わせて添加材料として使用しても効
果がある。さらにこれらの材料を第２の実施例で示した
ような他のＳｉＣを用いた他のデバイスに用いても同様
の効果を得ることはいうまでもない。
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例
えば添加する不純物の濃度分布は一様でなく、例えばイ
オン注入法で添加したような分布でも良い。また発光素
子の構造はダブルヘテロなどの多層構造でも良い。さら
に、半導体材料は６Ｈ型のＳｉＣに限らず、２Ｈ，４Ｈ
あるいは３Ｓ型のものも使用できる。さらにまたＳｉＣ
の成長相 方法は、液１くビタキシャル法に限らず、ＣＶＤなどの
気相成長法でもよく、不純物の添加方法も特に規定しな
い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して用いることかできる。
えば添加する不純物の濃度分布は一様でなく、例えばイ
オン注入法で添加したような分布でも良い。また発光素
子の構造はダブルヘテロなどの多層構造でも良い。さら
に、半導体材料は６Ｈ型のＳｉＣに限らず、２Ｈ，４Ｈ
あるいは３Ｓ型のものも使用できる。さらにまたＳｉＣ
の成長相 方法は、液１くビタキシャル法に限らず、ＣＶＤなどの
気相成長法でもよく、不純物の添加方法も特に規定しな
い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して用いることかできる。
［発明の効果］
以上詳述したように本発明によれば、炭化珪素半導体を
用いた半導体素子の通電時のＳｉＣ中の欠陥伝播を抑制
でき、それによって高い安定性を得ることができ、その
有用性は大である。
用いた半導体素子の通電時のＳｉＣ中の欠陥伝播を抑制
でき、それによって高い安定性を得ることができ、その
有用性は大である。
図は不発−明の第１の実施例を説明する図、第４図は従
来例を示す断面図、第５図は本発明の第２の実施を示す
図である。 〜
来例を示す断面図、第５図は本発明の第２の実施を示す
図である。 〜
Claims (1)
- 一導電型炭化珪素半導体層と、この一導電型炭化珪素半
導体層に接合する他導電型炭化珪素半導体層とを備え、
前記接合に電流を流したときに生じる少数キャリアの拡
散領域内にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆのうちから選ばれる少なく
とも１つの元素が添加されたことを特徴とする炭化珪素
半導体素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2329507A JPH04206578A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 炭化珪素半導体素子 |
| US07/784,706 US5281831A (en) | 1990-10-31 | 1991-10-30 | Optical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2329507A JPH04206578A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 炭化珪素半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206578A true JPH04206578A (ja) | 1992-07-28 |
Family
ID=18222149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2329507A Pending JPH04206578A (ja) | 1990-10-31 | 1990-11-30 | 炭化珪素半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04206578A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010058264A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | P-TYPE SiC SEMICONDUCTOR |
| JP2017048104A (ja) * | 2016-08-26 | 2017-03-09 | 株式会社東芝 | ＳｉＣエピタキシャルウェハおよび半導体装置 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2329507A patent/JPH04206578A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010058264A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-05-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | P-TYPE SiC SEMICONDUCTOR |
| JP2010123794A (ja) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Toyota Motor Corp | ｐ型ＳｉＣ半導体 |
| CN102224592A (zh) * | 2008-11-20 | 2011-10-19 | 丰田自动车株式会社 | p型SiC半导体 |
| US8399888B2 (en) | 2008-11-20 | 2013-03-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | P-type SiC semiconductor |
| JP2017048104A (ja) * | 2016-08-26 | 2017-03-09 | 株式会社東芝 | ＳｉＣエピタキシャルウェハおよび半導体装置 |
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