JPH0977594A - 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法 - Google Patents

低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法

Info

Publication number
JPH0977594A
JPH0977594A JP23296695A JP23296695A JPH0977594A JP H0977594 A JPH0977594 A JP H0977594A JP 23296695 A JP23296695 A JP 23296695A JP 23296695 A JP23296695 A JP 23296695A JP H0977594 A JPH0977594 A JP H0977594A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
silicon carbide
gas
crystal
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP23296695A
Other languages
English (en)
Inventor
Noboru Otani
昇 大谷
Kozo Onoe
浩三 尾上
Masakazu Katsuno
正和 勝野
Hirokatsu Yashiro
弘克 矢代
Masatoshi Kanetani
正敏 金谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP23296695A priority Critical patent/JPH0977594A/ja
Publication of JPH0977594A publication Critical patent/JPH0977594A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、低抵抗率を有する単結晶炭化珪
素を成長させる方法を提供することをその目的とする。 【解決手段】 種結晶を用いた昇華再結晶法により炭化
珪素単結晶を成長させる際に、N型の不純物ガスである
窒素の分圧を5Torr以上とし、残部を不活性ガスで
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素単結晶の
製造方法に係わり、特に、青色発光ダイオードや電子デ
バイスなどの基板ウェハとなる良質で大型の低抵抗単結
晶インゴットの成長方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭化珪素(SiC)は耐熱性及び機械的
強度も優れ、放射線に強いなどの物理的、化学的性質か
ら耐環境性半導体材料として注目されている。特に6H
型の炭化珪素結晶は室温で約3eVの禁制帯幅を持ち、
青色発光ダイオード材料として用いられている。しかし
ながら、大面積を有する高品質の炭化珪素単結晶を、工
業的規模で安定に供給し得る結晶成長技術は、いまだ確
立されていない。それゆえ、炭化珪素は、上述のような
多くの利点及び可能性を有する半導体材料にもかかわら
ず、その実用化が阻まれていた。
【0003】従来、研究室程度の規模では、例えば昇華
再結晶法(レーリー法)で炭化珪素単結晶を成長させ、
半導体素子の作製が可能なサイズの炭化珪素単結晶を得
ていた。
【0004】しかしながら、この方法では、得られた単
結晶の面積が小さく、その寸法及び形状を高精度に制御
することは困難である。また、炭化珪素が有する結晶多
形及び不純物キャリア濃度の制御も容易ではない。ま
た、化学気相成長法(CVD法)を用いて珪素(Si)
等などの異種基板上にヘテロエピタキシャル成長させる
ことにより立方晶の炭化珪素単結晶を成長させることも
行われている。この方法では、大面積の単結晶は得られ
るが、基板との格子不整合が約20%もあること等によ
り多くの欠陥(〜107 cm-2)を含む炭化珪素単結晶
しか成長させることができず、高品質の炭化珪素単結晶
を得ることは容易でない。
【0005】これらの問題点を解決するために、種結晶
を用いて昇華再結晶を行う改良型のレーリー法が提案さ
れている(Yu.M. Tairov and V.F. Tsvetkov, Journal
of Crystal Growth vol.52 (1981) pp.146〜150 )。こ
の方法では、種結晶を用いているため結晶の核形成過程
の制御が可能であり、また不活性ガスにより雰囲気圧力
を数Torrから100Torr程度に制御することに
より結晶の成長速度等を再現性良くコントロールでき
る。さらに、結晶の抵抗率は、不活性ガスからなる雰囲
気ガス中にドーパントガスを添加することにより制御可
能である。種結晶を用いた昇華再結晶法を用いれば、結
晶多形及び形状を制御しながら、大型の炭化珪素単結晶
を再現性良く成長させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方法で炭化珪
素単結晶を成長した場合、結晶の抵抗率は、結晶の成長
面を適当に選択すること、あるいは不純物ガスを雰囲気
ガスに微量(数10ppmから数%)に添加することに
より、例えば、古賀 和幸、半導体研究第39巻p.151
に開示されているように0.02〜200Ωcmの範囲
で制御可能であった。
【0007】しかしながら、現在得られている抵抗率の
炭化珪素単結晶をパワーデバイス、あるいは光デバイス
用基板として使用した場合、基板に起因する寄生抵抗
が、発熱、電圧降下等の素子特性の劣化を招いてしま
い、結晶のさらなる低抵抗化が望まれていた。
【0008】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、低抵抗の単結晶インゴットを再現性良く製造し得
る炭化珪素単結晶の製造方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の単結晶炭化珪素の製造方法は、炭化珪素から
なる原材料を加熱昇華させ、炭化珪素単結晶からなる種
結晶上に供給し、この種結晶上に炭化珪素単結晶を成長
する方法において、雰囲気ガス中、N型の不純物ガスで
ある窒素の分圧を5Torr以上とし、残部を不活性ガ
スで制御するものである。また、不活性ガスを用いずに
窒素のみで制御するものである。
【0010】すなわち本発明は、前述の請求項1記載の
ように、種結晶を用いた昇華再結晶法によって炭化珪素
単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪素単結晶の製
造方法であって、N型の不純物ガスである窒素の分圧を
5Torr以上とし、残部を不活性ガスにより雰囲気圧
力を制御することを特徴とする低抵抗炭化珪素単結晶の
製造方法であり、また、請求項2記載のように、種結晶
を用いた昇華再結晶法によって炭化珪素単結晶を成長さ
せる工程を包含する炭化珪素単結晶の製造方法であっ
て、不活性ガスを用いずにN型の不純物ガスである窒素
ガスのみで雰囲気圧力を制御することを特徴とする低抵
抗炭化珪素単結晶の製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法では、昇華再結
晶法における雰囲気ガス中窒素分圧を5Torr以上と
することにより、低抵抗の炭化珪素単結晶を製造しよう
とするものである。
【0012】従来、昇華再結晶法による単結晶炭化珪素
の成長は、雰囲気ガスとして、アルゴン等の不活性ガ
ス、あるいはドーピングする場合にも不純物ガスを低濃
度(数10ppm〜数%)に含有する不活性ガスを使用
していた。これは、化学的に不活性なガスを使うことに
より、結晶成長への悪影響を抑制しようとしたものであ
る。つまり、雰囲気ガスに化学的に活性なガスを使用し
た場合には、その元素と炭素あるいは珪素の化合物が形
成されたり、成長表面における炭素、珪素の拡散が抑制
されたりすることにより、結晶成長が大きく阻害される
可能性があったためである。
【0013】本発明では、結晶の低抵抗化に必要な不純
物元素である窒素を成長表面に高濃度に供給し、結晶中
の窒素濃度の増加をもたらすことにより、炭化珪素単結
晶の低抵抗化を実現した。
【0014】本願発明者らは、従来行われていなかった
10%を越える高濃度の窒素雰囲気中での単結晶炭化珪
素の成長実験を行い、窒素分圧と結晶中の窒素濃度、お
よび結晶性の関係を調査した。そして、このような高濃
度の窒素雰囲気中でも結晶中の窒素濃度は、窒素分圧に
従い上昇し、従来得られなかった低抵抗の結晶が得ら
れ、さらに高濃度でも分圧が40Torrまでは結晶性
に影響を及ぼさないことを見出し、図2に示すような結
果を得た。そして、所望の抵抗率1×10-2Ωcmに対
応する結晶中窒素濃度0.7×1020cm-3を得るため
には、窒素ガスの分圧が5Torr以上必要であること
がわかった。
【0015】さらに、従来のようにAr等の不活性ガス
を用いずに、窒素ガスのみでも、圧力を制御すれば結晶
性が損なわれずに、低抵抗の炭化珪素単結晶が得られる
ことも見いだした。
【0016】
【実施例】以下に、本発明の実施例を述べる。図1は、
本発明の製造装置であり、種結晶を用いた改良型レーリ
ー法によって単結晶炭化珪素を成長させる装置の一例で
ある。
【0017】まず、この単結晶成長装置について簡単に
説明する。結晶成長は、種結晶として用いた炭化珪素単
結晶基板1の上に、原料である炭化珪素粉末2を昇華再
結晶させることにより行われる。種結晶の炭化珪素結晶
基板1は、黒鉛製坩堝3の蓋4の内面に取り付けられ
る。原料の炭化珪素粉末2は、黒鉛製坩堝3の内部に充
填されている。
【0018】このような黒鉛製坩堝3は、二重石英管5
の内部に、黒鉛の支持棒6により設置される。黒鉛製坩
堝3の周囲には、熱シールドのための黒鉛製フェルト7
が設置されている。二重石英管5は、真空排気装置13
により高真空排気(10-5Torr以下)でき、かつ内
部雰囲気をArとドーパントガスの混合ガスにより圧力
制御することができるように、Arガス配管9とこのA
rガスの流量を制御するためのArガスマスフローコン
トローラ10、および窒素ガス配管11と、この窒素ガ
スの流量を制御するための窒素ガスマスフローコントロ
ーラ12が設けられている。また、二重石英管5の外周
には、ワークコイル8が設置されており、高周波電流を
流すことにより黒鉛製坩堝3を加熱し、原料及び種結晶
を所望の温度に加熱することができる。坩堝温度の計測
は、坩堝上部及び下部を覆うフェルトの中央部に直径2
〜4mmの光路を設け坩堝上部及び下部からの光を取り
だし、二色温度計を用いて行う。坩堝下部の温度を原料
温度、坩堝上部の温度を種温度とする。
【0019】次に、この結晶成長装置を用いた炭化珪素
単結晶の製造について実施例を説明する。
【0020】まず、種結晶として、成長面方位が<00
01>方向である六方晶系の炭化珪素からなる基板1を
用意した。そして、この基板1を黒鉛製坩堝3の蓋4の
内面に取り付けた。また、黒鉛製坩堝3の内部には、原
料2を充填した。次いで、原料を充填した黒鉛製坩堝3
を、種結晶を取り付けた蓋4で閉じ、黒鉛製フェルト7
で被覆した後、黒鉛製支持棒6の上に乗せ、二重石英管
5の内部に設置した。そして、石英管の内部を真空排気
した後、ワークコイルに電流を流し原料温度を摂氏20
00度まで上げた。その後、雰囲気ガスとしてArガス
中に窒素ガスを75%含んだ混合ガスを流入させ、石英
管内圧力を約600Torrに保ちながら、原料温度を
目標温度である摂氏2400度まで上昇させた。成長圧
力である20Torr(窒素分圧15Torr)には約
30分かけて減圧し、その後約20時間成長を続けた。
この際の成長速度は約1mm毎時であった。
【0021】こうして得られた炭化珪素単結晶をX線回
折及びラマン散乱により分析したところ、六方晶系の炭
化珪素単結晶が成長したことを確認できた。成長した結
晶は種結晶上より成長最表面まで均一で、高品質の炭化
珪素単結晶であった。
【0022】さらに、結晶中の窒素濃度を二次イオン質
量分析法により調べたところ、1.5×1020cm-3
窒素が結晶中に均一に取り込まれていることがわかっ
た。また、電気抵抗をvan der Pauw法により調べたとこ
ろ、5×10-3Ωcmといった低抵抗率の結晶が成長で
きていた。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、種結晶を用いた改良型レーリー法により、抵抗率が
10-3Ωcm台の炭化珪素単結晶を成長できる。このよ
うな炭化珪素単結晶を成長用基板として用い、気相エピ
タキシャル成長法により、この基板上に炭化珪素単結晶
薄膜を成長させれば、光学的特性の優れた青色発光素
子、電気的特性の優れた高耐圧・耐環境性電子デバイス
を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の製造方法に用いられる単結晶成長装
置の一例を示す構成図である。
【図2】 本発明の昇華再結晶法における、窒素ガスの
分圧と結晶中の窒素濃度の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 炭化珪素単結晶基板(種結晶) 2 炭化珪素粉末原料 3 黒鉛製坩堝 4 黒鉛製坩堝蓋 5 二重石英管 6 支持棒 7 黒鉛製フェルト 8 ワークコイル 9 Arガス配管 10 Arガス用マスフローコントローラ 11 窒素ガス配管 12 窒素ガス用マスフローコントローラ 13 真空排気装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢代 弘克 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者 金谷 正敏 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1 新日 本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 種結晶を用いた昇華再結晶法によって炭
    化珪素単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪素単結
    晶の製造方法であって、N型の不純物ガスである窒素の
    分圧を5Torr以上とし、残部を不活性ガスにより雰
    囲気圧力を制御することを特徴とする低抵抗炭化珪素単
    結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】 種結晶を用いた昇華再結晶法によって炭
    化珪素単結晶を成長させる工程を包含する炭化珪素単結
    晶の製造方法であって、不活性ガスを用いずにN型の不
    純物ガスである窒素ガスのみで雰囲気圧力を制御するこ
    とを特徴とする低抵抗炭化珪素単結晶の製造方法。
JP23296695A 1995-09-11 1995-09-11 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法 Withdrawn JPH0977594A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23296695A JPH0977594A (ja) 1995-09-11 1995-09-11 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23296695A JPH0977594A (ja) 1995-09-11 1995-09-11 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0977594A true JPH0977594A (ja) 1997-03-25

Family

ID=16947674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23296695A Withdrawn JPH0977594A (ja) 1995-09-11 1995-09-11 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0977594A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998050605A1 (en) * 1997-05-08 1998-11-12 Northrop Grumman Corporation Method of making a low resistivity silicon carbide boule
EP1055641A2 (en) * 1999-05-28 2000-11-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide powder and composite material made thereof and method for manufacturing the powder and material
KR20020062225A (ko) * 2001-01-19 2002-07-25 호야 가부시키가이샤 단결정 SiC, SiC 반도체 소자 및 SiC 복합 재료및 그 제조 방법
JP2007230823A (ja) * 2006-03-01 2007-09-13 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット
JP2008001532A (ja) * 2006-06-20 2008-01-10 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
JP2010150133A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Sicrystal Ag 均一ドーピングされたSiCバルク単結晶の製造方法および均一ドーピングされたSiC基板
JP2011506253A (ja) * 2007-12-12 2011-03-03 ダウ コーニング コーポレーション 昇華/凝縮プロセスにより炭化ケイ素の大きな均一のインゴットを製造するための方法
US9702057B2 (en) 2012-12-28 2017-07-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing an n-type SiC single crystal from a Si—C solution comprising a nitride

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998050605A1 (en) * 1997-05-08 1998-11-12 Northrop Grumman Corporation Method of making a low resistivity silicon carbide boule
EP1055641A2 (en) * 1999-05-28 2000-11-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide powder and composite material made thereof and method for manufacturing the powder and material
EP1055641A3 (en) * 1999-05-28 2001-09-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide powder and composite material made thereof and method for manufacturing the powder and material
KR20020062225A (ko) * 2001-01-19 2002-07-25 호야 가부시키가이샤 단결정 SiC, SiC 반도체 소자 및 SiC 복합 재료및 그 제조 방법
JP2007230823A (ja) * 2006-03-01 2007-09-13 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット
JP2008001532A (ja) * 2006-06-20 2008-01-10 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
JP2011506253A (ja) * 2007-12-12 2011-03-03 ダウ コーニング コーポレーション 昇華/凝縮プロセスにより炭化ケイ素の大きな均一のインゴットを製造するための方法
JP2010150133A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Sicrystal Ag 均一ドーピングされたSiCバルク単結晶の製造方法および均一ドーピングされたSiC基板
US9702057B2 (en) 2012-12-28 2017-07-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing an n-type SiC single crystal from a Si—C solution comprising a nitride

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4623425A (en) Method of fabricating single-crystal substrates of silicon carbide
US5433167A (en) Method of producing silicon-carbide single crystals by sublimation recrystallization process using a seed crystal
JP4818754B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JP5031651B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JPH06316499A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2004099340A (ja) 炭化珪素単結晶育成用種結晶と炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
JP3637157B2 (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法およびそれに用いる種結晶
JP3590485B2 (ja) 単結晶炭化珪素インゴット及びその製造方法
JP2003104798A (ja) 炭化珪素単結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶育成用炭化珪素結晶原料
JPH09157092A (ja) 単結晶炭化珪素の製造方法
JP3662694B2 (ja) 単結晶炭化珪素インゴットの製造方法
JPH0977594A (ja) 低抵抗単結晶炭化珪素の製造方法
JP3590464B2 (ja) 4h型単結晶炭化珪素の製造方法
JP4054197B2 (ja) 炭化珪素単結晶育成用種結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JPH04193799A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JP3128179B2 (ja) n型炭化珪素単結晶の製造方法
JPH04292499A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2002274994A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法及びその装置並びに炭化珪素単結晶インゴット
JPH05178698A (ja) 炭化珪素バルク単結晶の製造装置及び製造方法
JP3823345B2 (ja) 単結晶成長方法および単結晶成長装置
JP4585137B2 (ja) 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法
JPH08208380A (ja) 単結晶炭化珪素の製造方法
JP2003137694A (ja) 炭化珪素単結晶育成用種結晶と炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法
JPH06298600A (ja) SiC単結晶の成長方法
JPH0416597A (ja) 炭化珪素単結晶の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20021203