JPH10194896A - ｎ型シリコンカーバイト半導体 - Google Patents
ｎ型シリコンカーバイト半導体Info
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- JPH10194896A JPH10194896A JP34904996A JP34904996A JPH10194896A JP H10194896 A JPH10194896 A JP H10194896A JP 34904996 A JP34904996 A JP 34904996A JP 34904996 A JP34904996 A JP 34904996A JP H10194896 A JPH10194896 A JP H10194896A
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- atoms
- ionization potential
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】シリコンカーバイト半導体中に、Ｓｅ，
Ｓ，Ｂｒ，Ｉなどの炭素原子より電気陰性度が大きく、
且つイオン化ポテンシャルがＳｉ原子とＣ原子の単結合
のそれ(12.296eV)以下で、５価以上の原子をドナー原子
として添加したｎ型シリコンカーバイト半導体。 【効果】本願発明者らの得た理論的な考察に基づいて従
来では考えられなかった原子をドナーとして良好なｎ型
シリコンカーバイト半導体を得ることができた。
Ｓ，Ｂｒ，Ｉなどの炭素原子より電気陰性度が大きく、
且つイオン化ポテンシャルがＳｉ原子とＣ原子の単結合
のそれ(12.296eV)以下で、５価以上の原子をドナー原子
として添加したｎ型シリコンカーバイト半導体。 【効果】本願発明者らの得た理論的な考察に基づいて従
来では考えられなかった原子をドナーとして良好なｎ型
シリコンカーバイト半導体を得ることができた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ｎ型シリコンカーバ
イト半導体に関するものである。
イト半導体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ｎ型シリコンカーバイト半導体と
しては、シリコンカーバイト半導体に窒素（Ｎ）原子を
ドナー原子として添加したものが知られている(W.J.Cho
yke and L.Patrick,in Silicon Carbide-1973.edited b
y R.C.Marshall,J.W.Faust,andC.E.Ryan(University of
South Carolina,Colombia,South Carolina,1974),p.26
1など) 。
しては、シリコンカーバイト半導体に窒素（Ｎ）原子を
ドナー原子として添加したものが知られている(W.J.Cho
yke and L.Patrick,in Silicon Carbide-1973.edited b
y R.C.Marshall,J.W.Faust,andC.E.Ryan(University of
South Carolina,Colombia,South Carolina,1974),p.26
1など) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この窒素原子
は多量に添加しなければ、ｎ型シリコンカーバイト半導
体とすることができず、適当なドナー原子とは言い難い
が、他に適当なドナー原子が見付かっておらず、このた
めｎ型シリコンカーバイト半導体の開発は進行していな
い。
は多量に添加しなければ、ｎ型シリコンカーバイト半導
体とすることができず、適当なドナー原子とは言い難い
が、他に適当なドナー原子が見付かっておらず、このた
めｎ型シリコンカーバイト半導体の開発は進行していな
い。
【０００４】従来より行われているドナー原子乃至アク
セプター原子を見出すために使用された理論をシリコン
半導体について説明すると、ｎ型シリコン半導体は、シ
リコンの単結晶に５価のリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）原子
を微量の不純物として添加することによって得られるこ
とが知られている。
セプター原子を見出すために使用された理論をシリコン
半導体について説明すると、ｎ型シリコン半導体は、シ
リコンの単結晶に５価のリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）原子
を微量の不純物として添加することによって得られるこ
とが知られている。
【０００５】これは図１（ｂ）の概念図に示すように、
４価のシリコン結晶のダイヤモンド構造のシリコン原子
の一部が５価のリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）原子に置換さ
れ、５価の原子の最外殻の４個の電子と共有結合してダ
イヤモンド構造を保ち、残りの１個の電子がシリコンの
結晶に電子を供給し、この不純物原子自身は正に帯電
し、ｎ型半導体になると理解されている。
４価のシリコン結晶のダイヤモンド構造のシリコン原子
の一部が５価のリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）原子に置換さ
れ、５価の原子の最外殻の４個の電子と共有結合してダ
イヤモンド構造を保ち、残りの１個の電子がシリコンの
結晶に電子を供給し、この不純物原子自身は正に帯電
し、ｎ型半導体になると理解されている。
【０００６】この電子を供給する正に帯電した不純物原
子はドナー原子と呼ばれるが、このシリコン単結晶に供
給された電子はほんの僅かなエネルギー（室温程度のkT
で十分）でシリコン原子からの束縛から解放され、隣の
シリコン原子へ移動可能になり、所謂伝導電子となる。
子はドナー原子と呼ばれるが、このシリコン単結晶に供
給された電子はほんの僅かなエネルギー（室温程度のkT
で十分）でシリコン原子からの束縛から解放され、隣の
シリコン原子へ移動可能になり、所謂伝導電子となる。
【０００７】また、シリコンの単結晶に３価のホウ素
（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）原子
を微量の不純物として添加することによってｐ型シリコ
ン半導体が得られることが知られている。
（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）原子
を微量の不純物として添加することによってｐ型シリコ
ン半導体が得られることが知られている。
【０００８】この場合は図１（ｃ）の概念図に示すよう
に、４価のシリコン結晶のダイヤモンド構造のシリコン
原子が一部３価の原子に置換され、３価の原子は隣接す
る４価のシリコン原子の最外殻の４個の電子と共有結合
し、共有結合電子が１個不足した状態になるが、シリコ
ンの単結晶から電子を１個受け取りダイヤモンド構造を
保ち、電子を１個受け取った分だけこの不純物原子自身
は負に帯電し、ｐ型半導体になると理解されている。
に、４価のシリコン結晶のダイヤモンド構造のシリコン
原子が一部３価の原子に置換され、３価の原子は隣接す
る４価のシリコン原子の最外殻の４個の電子と共有結合
し、共有結合電子が１個不足した状態になるが、シリコ
ンの単結晶から電子を１個受け取りダイヤモンド構造を
保ち、電子を１個受け取った分だけこの不純物原子自身
は負に帯電し、ｐ型半導体になると理解されている。
【０００９】この電子を受け取る不純物原子をアクセプ
ター原子と呼んでいるが、電子を供給したシリコン単結
晶には電子の抜けた穴（hole) ができ、この場合ほんの
僅かなエネルギー（室温程度のkTで十分）で隣のシリコ
ン原子の束縛から解放された電子がこの穴(hole)に供給
され、穴(hole)は隣の原子へ移動可能となると理解され
る。
ター原子と呼んでいるが、電子を供給したシリコン単結
晶には電子の抜けた穴（hole) ができ、この場合ほんの
僅かなエネルギー（室温程度のkTで十分）で隣のシリコ
ン原子の束縛から解放された電子がこの穴(hole)に供給
され、穴(hole)は隣の原子へ移動可能となると理解され
る。
【００１０】このような従来の理論に基づいた考察では
てシリコンの単結晶に４価の炭素（Ｃ）原子が微量の不
純物として添加された場合、ＳｉＣの結合(single bon
d) は４価同士のＳｉ原子とＣ原子からなる共有結合
で、両原子とも中性であると考えられていた。
てシリコンの単結晶に４価の炭素（Ｃ）原子が微量の不
純物として添加された場合、ＳｉＣの結合(single bon
d) は４価同士のＳｉ原子とＣ原子からなる共有結合
で、両原子とも中性であると考えられていた。
【００１１】一方、シリコン単結晶に４価の炭素（Ｃ）
原子が微量の不純物として添加された場合について、本
願発明者らはシリコンと炭素の結合の特性をab-initio
MO(Molecular Obital/分子軌道法/RHF631G) を用いて計
算した。
原子が微量の不純物として添加された場合について、本
願発明者らはシリコンと炭素の結合の特性をab-initio
MO(Molecular Obital/分子軌道法/RHF631G) を用いて計
算した。
【００１２】計算に用いたモデルのメチルシラン（Ａ１
／CH3SiH3 ）及び比較のためにＳｉ原子同士の結合(sin
gle bond) のモデルとしてジシラン（Ｂ１／Si2H6)とＣ
原子同士の結合(single bond) のモデルとしてエタン
（Ｃ１／C2H6) も併せて図２に示し、更に計算結果の概
要を下記表１及び図３に示す。
／CH3SiH3 ）及び比較のためにＳｉ原子同士の結合(sin
gle bond) のモデルとしてジシラン（Ｂ１／Si2H6)とＣ
原子同士の結合(single bond) のモデルとしてエタン
（Ｃ１／C2H6) も併せて図２に示し、更に計算結果の概
要を下記表１及び図３に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】以上の計算結果によれば、Ｓｉ原子もＣ原
子も中性でなく、Ｓｉ原子は正(0.2382/net atomic cha
rge)に、Ｃ原子は負(-0.2382/net atomic charge) に帯
電する結果が得られた。
子も中性でなく、Ｓｉ原子は正(0.2382/net atomic cha
rge)に、Ｃ原子は負(-0.2382/net atomic charge) に帯
電する結果が得られた。
【００１５】この結果からすると、Ｓｉ原子は正に帯電
しているので、ドナーと考えられるが、本願発明者らの
先のab-initio MOの計算結果は、ＳｉＣの結合(single
bond) のイオン化ポテンシャル(12.2396ev/ 表１のモデ
ルＡ１）はＳｉ原子同士の結合(single bond) のイオン
化ポテンシャル(11.0214ev/ 表１のモデルＢ１）とＣ原
子同士の結合(single bond) のそれ(13.9334ev/ 表１の
モデルＣ１）との中間の値を示している。
しているので、ドナーと考えられるが、本願発明者らの
先のab-initio MOの計算結果は、ＳｉＣの結合(single
bond) のイオン化ポテンシャル(12.2396ev/ 表１のモデ
ルＡ１）はＳｉ原子同士の結合(single bond) のイオン
化ポテンシャル(11.0214ev/ 表１のモデルＢ１）とＣ原
子同士の結合(single bond) のそれ(13.9334ev/ 表１の
モデルＣ１）との中間の値を示している。
【００１６】これは、Ｓｉ原子とＣ原子の最外殻の軌道
がオーバーラップし、電子親和力の違いにより、Ｓｉ原
子の最外殻軌道の価電子がオーバーラップしたＣ原子の
最外殻軌道に少し偏って存在していることを示してい
る。
がオーバーラップし、電子親和力の違いにより、Ｓｉ原
子の最外殻軌道の価電子がオーバーラップしたＣ原子の
最外殻軌道に少し偏って存在していることを示してい
る。
【００１７】即ち、Ｓｉ原子もＣ原子も内殻はシールド
されているので無視すると、どちらも＋４の電荷を中心
に最外殻に４個の電子を持つ構造と考えられ、中心の電
荷はどちらも同じ＋４であるが、Ｓｉ原子とＣ原子の最
外殻軌道半径はＳｉ原子は3pでＣ原子は2pであり、Ｃ原
子の最外殻軌道半径の方がかなり小さいため、図４の概
念図に示すように、オーバーラップした価電子はＣ原子
の方に引かれて偏っており、このため上述のようにＳｉ
原子は正に、Ｃ原子は負に荷電する結果が得られるので
ある。
されているので無視すると、どちらも＋４の電荷を中心
に最外殻に４個の電子を持つ構造と考えられ、中心の電
荷はどちらも同じ＋４であるが、Ｓｉ原子とＣ原子の最
外殻軌道半径はＳｉ原子は3pでＣ原子は2pであり、Ｃ原
子の最外殻軌道半径の方がかなり小さいため、図４の概
念図に示すように、オーバーラップした価電子はＣ原子
の方に引かれて偏っており、このため上述のようにＳｉ
原子は正に、Ｃ原子は負に荷電する結果が得られるので
ある。
【００１８】したがって、この電子過剰になったＣ原子
の電子構造を考察するならば、最外殻電子が４個の炭素
原子単独の場合に比べてＳｉ原子と結合した場合のＣ原
子のイオン化ポテンシャルは電子過剰になった分だけ炭
素原子のイオン化ポテンシャル Vipよりも小さな値にな
っていて、電子を出し易くなると考えられる（図３参
照）。
の電子構造を考察するならば、最外殻電子が４個の炭素
原子単独の場合に比べてＳｉ原子と結合した場合のＣ原
子のイオン化ポテンシャルは電子過剰になった分だけ炭
素原子のイオン化ポテンシャル Vipよりも小さな値にな
っていて、電子を出し易くなると考えられる（図３参
照）。
【００１９】また、Ｃ原子と結合している電子不足にな
ったＳｉ原子について見れば、最外殻電子が４個のシリ
コン原子単独の場合に比較し，Ｓｉ原子の第１イオン化
ポテンシャルは電子不足になった分だけシリコン原子の
イオン化ポテンシャル Vipよりも第２イオン化ポテンシ
ャルに近い大きな値になっていて、電子を出し難いと考
えられる。
ったＳｉ原子について見れば、最外殻電子が４個のシリ
コン原子単独の場合に比較し，Ｓｉ原子の第１イオン化
ポテンシャルは電子不足になった分だけシリコン原子の
イオン化ポテンシャル Vipよりも第２イオン化ポテンシ
ャルに近い大きな値になっていて、電子を出し難いと考
えられる。
【００２０】このことを考え併せると、この電子過剰に
なったＣ原子がドナー原子であり、このＣ原子の最外殻
電子が伝導帯にドナー(donate)されることを示している
と考えられる（図３参照）。
なったＣ原子がドナー原子であり、このＣ原子の最外殻
電子が伝導帯にドナー(donate)されることを示している
と考えられる（図３参照）。
【００２１】Ｓｉ原子については、電子不足になり、ア
クセプター原子になっていることを示していると考えら
れる。
クセプター原子になっていることを示していると考えら
れる。
【００２２】このことは、表１のＭＯの計算結果を見る
と、HOMO( 最大被占軌道/Highest Occupied Molecular
Orbital)はσ軌道(single bond) で、Max.of W.F.C.(wa
ve function coefficient の最大値) はＣ原子の最外殻
占有軌道(2pz) にあり、またLUMO( 最低非被占軌道/Low
est Unoccupied Molecular Orbital) もσ軌道で、波動
関数の係数の最大値（Max.of W.F.C./wave function co
efficient の最大値)はＳｉ原子の最外殻非占軌道にあ
ることを示していることから明らかである。
と、HOMO( 最大被占軌道/Highest Occupied Molecular
Orbital)はσ軌道(single bond) で、Max.of W.F.C.(wa
ve function coefficient の最大値) はＣ原子の最外殻
占有軌道(2pz) にあり、またLUMO( 最低非被占軌道/Low
est Unoccupied Molecular Orbital) もσ軌道で、波動
関数の係数の最大値（Max.of W.F.C./wave function co
efficient の最大値)はＳｉ原子の最外殻非占軌道にあ
ることを示していることから明らかである。
【００２３】更に、ＳｉＣの２重結合(double bond/ 表
１のモデルＡ２）及び共役(conjugated double bond/表
１のモデルＡ３）の計算結果もやはり表１に示すよう
に、HOMO( π軌道）の波動関数の係数の最大値（Max.of
W.F.C./wave function coefficient の最大値) はＣ原
子の最外殻占有軌道にあり、またLUMO( π軌道) の波動
関数の係数の最大値(Max.of W.F.C./wave function coe
fficientの最大値) はＳｉ原子の最外殻非占軌道にある
ことを示している。
１のモデルＡ２）及び共役(conjugated double bond/表
１のモデルＡ３）の計算結果もやはり表１に示すよう
に、HOMO( π軌道）の波動関数の係数の最大値（Max.of
W.F.C./wave function coefficient の最大値) はＣ原
子の最外殻占有軌道にあり、またLUMO( π軌道) の波動
関数の係数の最大値(Max.of W.F.C./wave function coe
fficientの最大値) はＳｉ原子の最外殻非占軌道にある
ことを示している。
【００２４】以上のＳｉ原子とＣ原子間の結合(bond)の
特性の計算結果から考察して次のような結論を導き出せ
る。(1) 上述の従来の理論ではＳｉＣ半導体結晶中のＳ
ｉ原子、Ｃ原子何れも中性と考えられていたが、シリコ
ン単結晶中の炭素はドナー原子であり、ＳｉＣ半導体結
晶中においてもＣ原子はドナー原子であり、Ｓｉ原子は
アクセプター原子である。即ち、Ｓｉ原子は正に、Ｃ原
子は負に荷電し、Ｓｉ原子が電子不足になり、アクセプ
ター原子になっている。
特性の計算結果から考察して次のような結論を導き出せ
る。(1) 上述の従来の理論ではＳｉＣ半導体結晶中のＳ
ｉ原子、Ｃ原子何れも中性と考えられていたが、シリコ
ン単結晶中の炭素はドナー原子であり、ＳｉＣ半導体結
晶中においてもＣ原子はドナー原子であり、Ｓｉ原子は
アクセプター原子である。即ち、Ｓｉ原子は正に、Ｃ原
子は負に荷電し、Ｓｉ原子が電子不足になり、アクセプ
ター原子になっている。
【００２５】したがって、計算結果からＳｉＣは両性の
真性半導体と考えられるが、Ｓｉのアクセプターレベル
が浅いことから考えると、ＳｉＣ半導体はｐ型半導体の
特性をより鮮明に示し、補償度が大きいであろうことが
推定されるが、事実そのような特性を示している。
真性半導体と考えられるが、Ｓｉのアクセプターレベル
が浅いことから考えると、ＳｉＣ半導体はｐ型半導体の
特性をより鮮明に示し、補償度が大きいであろうことが
推定されるが、事実そのような特性を示している。
【００２６】(2) また、本願発明者らの行ったab-initi
o MOの計算結果は、Ｃ原子は負に荷電するが、electron
donorableな原子であることを示している。この計算結
果は、Ｃ原子とＳｉ原子の電気陰性度乃至電子親和力の
違いから考えると、図３から明らかなように至極当然の
結果である。
o MOの計算結果は、Ｃ原子は負に荷電するが、electron
donorableな原子であることを示している。この計算結
果は、Ｃ原子とＳｉ原子の電気陰性度乃至電子親和力の
違いから考えると、図３から明らかなように至極当然の
結果である。
【００２７】一方、窒素をドープしたβ−ＳｉＣの窒素
ドナーの活性化エネルギーは34-38meVであるのに対して
non-doped のｎ型β−ＳｉＣのunknown donor の活性化
エネルギーは18-25meVであるとの実験結果が報告されて
いる。
ドナーの活性化エネルギーは34-38meVであるのに対して
non-doped のｎ型β−ＳｉＣのunknown donor の活性化
エネルギーは18-25meVであるとの実験結果が報告されて
いる。
【００２８】これによれば、ＳｉＣの活性化エネルギー
の実験値は窒素原子をドナーと考えた値の半分程度であ
るが、これらの実験結果は本願発明者らの計算結果が示
すようにＣ原子がドナーであると考えると説明すること
ができる。
の実験値は窒素原子をドナーと考えた値の半分程度であ
るが、これらの実験結果は本願発明者らの計算結果が示
すようにＣ原子がドナーであると考えると説明すること
ができる。
【００２９】即ち、Ｓｉ原子のイオン化ポテンシャルが
8.151eV であるのに対して、Ｃ原子のイオン化ポテンシ
ャルは11.256eVであり、Ｎ原子のイオン化ポテンシャル
の14.53eV のそれよりもずっと浅いと考えられる。
8.151eV であるのに対して、Ｃ原子のイオン化ポテンシ
ャルは11.256eVであり、Ｎ原子のイオン化ポテンシャル
の14.53eV のそれよりもずっと浅いと考えられる。
【００３０】活性化エネルギーはドナー原子のイオン化
ポテンシャルとＳｉ原子のイオン化ポテンシャルとの差
に比例すると仮定すると、Ｃ原子はＳｉ原子とのイオン
化ポテンシャルの差が約3.1eV で、Ｎ原子はＳｉ原子と
のイオン化ポテンシャルの差が約6.4eV であり、ＳｉＣ
の活性化エネルギーの実験値がＮ原子をドナーと考えた
値の半分程度であることは、Ｃ原子をドナーと考えると
理解でき、実験結果を良く説明されていると考えられ
る。
ポテンシャルとＳｉ原子のイオン化ポテンシャルとの差
に比例すると仮定すると、Ｃ原子はＳｉ原子とのイオン
化ポテンシャルの差が約3.1eV で、Ｎ原子はＳｉ原子と
のイオン化ポテンシャルの差が約6.4eV であり、ＳｉＣ
の活性化エネルギーの実験値がＮ原子をドナーと考えた
値の半分程度であることは、Ｃ原子をドナーと考えると
理解でき、実験結果を良く説明されていると考えられ
る。
【００３１】なお、この実験結果はＮ原子がＳｉＣのｎ
型のドナー原子として不適当であることも示している
が、本願発明者らが得た以上の理論的考察から、原子の
電気陰性度乃至電子親和力とイオン化ポテンシャルの関
係より適当なｎ型のドナー原子、ｐ型のアクセプター原
子を選択することができる。
型のドナー原子として不適当であることも示している
が、本願発明者らが得た以上の理論的考察から、原子の
電気陰性度乃至電子親和力とイオン化ポテンシャルの関
係より適当なｎ型のドナー原子、ｐ型のアクセプター原
子を選択することができる。
【００３２】図５は、各種原子の電気陰性度とイオン化
ポテンシャルのプロット図を示すものであるが、例えば
Ｓｉ原子に対して適当なｐ型のアクセプター原子は、電
気陰性度がＳｉ原子のそれより小さく、且つイオン化ポ
テンシャルがＳｉ原子のそれより小さな原子、即ち図中
Ｓｉ原子の左上部に存在する原子であることを示してい
る。
ポテンシャルのプロット図を示すものであるが、例えば
Ｓｉ原子に対して適当なｐ型のアクセプター原子は、電
気陰性度がＳｉ原子のそれより小さく、且つイオン化ポ
テンシャルがＳｉ原子のそれより小さな原子、即ち図中
Ｓｉ原子の左上部に存在する原子であることを示してい
る。
【００３３】また、Ｓｉ原子に対して適当なｎ型のドナ
ー原子は、電気陰性度がＳｉ原子のそれより大きく、且
つイオン化ポテンシャルがＳｉ原子のそれよりも余り大
きくない原子、即ち図中Ｓｉ原子の右部で余り下方でな
い部分に存在する原子がそれに該当する原子であること
を示している。
ー原子は、電気陰性度がＳｉ原子のそれより大きく、且
つイオン化ポテンシャルがＳｉ原子のそれよりも余り大
きくない原子、即ち図中Ｓｉ原子の右部で余り下方でな
い部分に存在する原子がそれに該当する原子であること
を示している。
【００３４】更に、本願発明者らが得た理論的考察から
ＳｉＣ半導体においてＳｉ原子はアクセプターであり、
Ｃ原子はドナーであるから、ｎ型ＳｉＣ半導体を作成す
るにはＣ原子に対してドナーとなり得る不純物原子を添
加すれば良いことになる。
ＳｉＣ半導体においてＳｉ原子はアクセプターであり、
Ｃ原子はドナーであるから、ｎ型ＳｉＣ半導体を作成す
るにはＣ原子に対してドナーとなり得る不純物原子を添
加すれば良いことになる。
【００３５】即ち、ｎ型ＳｉＣ半導体を作成するに適当
なドナー原子は、電気陰性度がＣ原子のそれよりも大き
く、且つイオン化ポテンシャルがＣ原子のそれよりも余
り大きくない、具体的にはＳｉＣ半導体を構成するＳｉ
原子とＣ原子の単結合のそれ以下、更に具体的には例え
ばメチルシラン(H3SiCH3)のそれ(12.296eV)以下の５価
以上の原子をドナー原子として添加すれば良いことにな
り、この条件に合致するドナー不純物の有力な候補は図
５においてＳｅ，Ｓ，Ｂｒ，Ｉであると結論できる。
なドナー原子は、電気陰性度がＣ原子のそれよりも大き
く、且つイオン化ポテンシャルがＣ原子のそれよりも余
り大きくない、具体的にはＳｉＣ半導体を構成するＳｉ
原子とＣ原子の単結合のそれ以下、更に具体的には例え
ばメチルシラン(H3SiCH3)のそれ(12.296eV)以下の５価
以上の原子をドナー原子として添加すれば良いことにな
り、この条件に合致するドナー不純物の有力な候補は図
５においてＳｅ，Ｓ，Ｂｒ，Ｉであると結論できる。
【００３６】
【課題を解決するための手段】この発明は、以上のよう
な本願発明者らが得た知見に基づいてシリコンカーバイ
ト半導体中に、電気陰性度がＣ原子のそれよりも大き
く、且つイオン化ポテンシャルがＳｉ原子とＣ原子の単
結合のそれ以下で、５価以上の原子をドナー原子として
添加したｎ型シリコンカーバイト半導体を提案するもの
である。
な本願発明者らが得た知見に基づいてシリコンカーバイ
ト半導体中に、電気陰性度がＣ原子のそれよりも大き
く、且つイオン化ポテンシャルがＳｉ原子とＣ原子の単
結合のそれ以下で、５価以上の原子をドナー原子として
添加したｎ型シリコンカーバイト半導体を提案するもの
である。
【００３７】ここで、好ましいドナー原子としてはＳ
ｅ，Ｓ，Ｂｒ，Ｉを挙げることができる。
ｅ，Ｓ，Ｂｒ，Ｉを挙げることができる。
【００３８】
【実施例】以下、この発明の実施例を示す。 実施例１ 高純度(99.9999%)のテトラメチルシランガス(CH3)4Si
に、高純度(99.999%) のセレン化水素ガス(H2Se)を極少
量添加したソースガスを、高純度(99.99999%) の水素ガ
ス(H2)で希釈し、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応炉内に
搬送し、900 ℃以上に予加熱したシリコン単結晶基板上
にシリコンカーバイド(SiC) 半導体膜を成膜させた。作
成した薄膜を４端子法及びHall測定により、抵抗率が約
1.0 ×10-1Ωcmの良好なｎ型シリコンカーバイド半導体
膜が作成されていることを確認できた。
に、高純度(99.999%) のセレン化水素ガス(H2Se)を極少
量添加したソースガスを、高純度(99.99999%) の水素ガ
ス(H2)で希釈し、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応炉内に
搬送し、900 ℃以上に予加熱したシリコン単結晶基板上
にシリコンカーバイド(SiC) 半導体膜を成膜させた。作
成した薄膜を４端子法及びHall測定により、抵抗率が約
1.0 ×10-1Ωcmの良好なｎ型シリコンカーバイド半導体
膜が作成されていることを確認できた。
【００３９】実施例２ 微量のトリブロロシラン(SiHBr3)及びトリブロロエタン
(CH3CBr3) を希釈した高純度のメタンガス(CH4) に、高
純度のモノシラン(SiH4)ガスを混合したものをソースガ
スとして、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応炉に搬送し、
予加熱したシリコン基板上にシリコンカーバイド(SiC)
半導体膜を成膜させた。作成した薄膜を４端子法及びHa
ll測定により、抵抗率が約1.5 ×10-3Ωcmの良好なｎ型
シリコンカーバイド半導体膜が作成されていることを確
認できた。
(CH3CBr3) を希釈した高純度のメタンガス(CH4) に、高
純度のモノシラン(SiH4)ガスを混合したものをソースガ
スとして、マイクロ波プラズマＣＶＤ反応炉に搬送し、
予加熱したシリコン基板上にシリコンカーバイド(SiC)
半導体膜を成膜させた。作成した薄膜を４端子法及びHa
ll測定により、抵抗率が約1.5 ×10-3Ωcmの良好なｎ型
シリコンカーバイド半導体膜が作成されていることを確
認できた。
【００４０】
【発明の効果】以上要するに、この発明によれば本願発
明者らの得た理論的な考察に基づいて従来では考えられ
なかった原子をドナーとして良好なｎ型シリコンカーバ
イト半導体を得ることができた。
明者らの得た理論的な考察に基づいて従来では考えられ
なかった原子をドナーとして良好なｎ型シリコンカーバ
イト半導体を得ることができた。
【図１】 従来の理論に基づくｎ型或はｐ型シリコン半
導体の原理説明図で、（ａ）は不純物をドープしない状
態、（ｂ）はＰ原子をドープしてｎ型にした状態、
（ｃ）はＡｌ原子をドープしてｐ型にした状態。
導体の原理説明図で、（ａ）は不純物をドープしない状
態、（ｂ）はＰ原子をドープしてｎ型にした状態、
（ｃ）はＡｌ原子をドープしてｐ型にした状態。
【図２】 計算に用いたＳｉＣの分子モデルを示す図
【図３】 ＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギーレベルを示
す図
す図
【図４】 Ｓｉ−Ｃの結合における荷電子電荷の分布状
態を示す図
態を示す図
【図５】 各種原子の電気陰性度とイオン化ポテンシャ
ルをプロットした図
ルをプロットした図
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコンカーバイト半導体中に、電気陰
性度がＣ原子のそれよりも大きく、且つイオン化ポテン
シャルがＳｉ原子とＣ原子の単結合のそれ以下で、５価
以上の原子をドナー原子として添加したことを特徴とす
るｎ型シリコンカーバイト半導体。 - 【請求項２】 ドナー原子がＳｅ，Ｓ，Ｂｒ，Ｉから選
ばれる請求項１記載のｎ型シリコンカーバイト半導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34904996A JP2958443B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ｎ型シリコンカーバイト半導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34904996A JP2958443B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ｎ型シリコンカーバイト半導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10194896A true JPH10194896A (ja) | 1998-07-28 |
| JP2958443B2 JP2958443B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=18401151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34904996A Expired - Lifetime JP2958443B2 (ja) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ｎ型シリコンカーバイト半導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2958443B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013150822A1 (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-10 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| US9105756B2 (en) | 2011-07-20 | 2015-08-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device, and methods for manufacturing them |
| JP2016155757A (ja) * | 2016-05-20 | 2016-09-01 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
-
1996
- 1996-12-26 JP JP34904996A patent/JP2958443B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9105756B2 (en) | 2011-07-20 | 2015-08-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device, and methods for manufacturing them |
| US9484416B2 (en) | 2011-07-20 | 2016-11-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device and methods for manufacturing them |
| US9728612B2 (en) | 2011-07-20 | 2017-08-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device and methods for manufacturing them |
| WO2013150822A1 (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-10 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| JP2013212951A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| US9184246B2 (en) | 2012-04-02 | 2015-11-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device, and methods for manufacturing them |
| US9437690B2 (en) | 2012-04-02 | 2016-09-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device, and methods for manufacturing them |
| US9722028B2 (en) | 2012-04-02 | 2017-08-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate, semiconductor device, and methods for manufacturing them |
| JP2016155757A (ja) * | 2016-05-20 | 2016-09-01 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2958443B2 (ja) | 1999-10-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
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