JPS582296A - エピタキシヤル単結晶及びこの製造方法 - Google Patents

エピタキシヤル単結晶及びこの製造方法

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JPS582296A
JPS582296A JP57064844A JP6484482A JPS582296A JP S582296 A JPS582296 A JP S582296A JP 57064844 A JP57064844 A JP 57064844A JP 6484482 A JP6484482 A JP 6484482A JP S582296 A JPS582296 A JP S582296A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化ケイ素及び窒化アルミニウムの結晶に係り
、更に具体的には成る相対的量の炭化ケイ素及び窒化ア
ルミニウムより成る単結晶に係る。
更に、本発明は炭化ケイ素及び窒化アルミニウムの結晶
を基板の上に含む構造に係る。更に、本発明は炭化ケイ
素及び窒化アルミニウムの結晶を成長させるための方法
に係り、これによりこの組成は厳密に且つ確実に制御で
きる。
第■族−第■族の系あるいは第■族−第■族の系の何れ
かの半導体混合結晶の固溶体は知られておりそして通常
種々の組成量範囲にわたって組成比が連続している。し
かしながら、数パーセントの精度で特定な組成の均質混
合物を確実に製造することは全く困難である。第■族−
第■族−第■族の系の混合結晶は再現性を以って製造す
ることが非常に困難である。更に、第■族−第■族の系
において、独特な情況がケイ素及び炭素の混合結晶に存
在し、ただ１つの組成の炭化ケイ素のみが化合物として
存在−するだけである。ケイ素がごくわずかに溶は込ん
だ炭素の単結晶、ケイ素の単結晶及び炭素から生じるそ
の他の組合せは通常混合結晶というより、むしろ−元素
の結晶の中の他元素不純物として説明される。同様に、
数パーセント以下程度の少量の異質原子が存在するよう
な半導体化合物の場合に、ホスト格子が不純物で構成さ
れた単結晶と呼ばれる。他方、かなりの量の異質原子が
存在する時には、元のホスト原子及び異質原子を含んで
いる混合結晶と呼ばれる。
第■族−第■族−第■族−第■族の系であるＳｉＣ：Ａ
ｔＮの系に関しては、非常に少ない出版物しかない。特
に、米国特許第５６５４１４９号はＳｉＣ基板の上にエ
ピタキシャル成長されたＳｉＣ：ＡｔＮの混合結晶を示
すが２１００℃を越えた温度のみで成長させることを示
す。しかしながら、多年にわたる広範囲の研究努力にも
かかわらず、単結晶の半導体電子装置に関しであるいは
基板として経済的に利用できるように十分大きい寸法の
複製可能なＳｉＣ単結晶板を製造する方法の研究は成功
しなかった。
活用でき且つ経済的に適している高温基板はサファイア
である。たとえば、集積回路用材料としてサファイアの
上にエピタキシャル成長させたケイ素は公知である。し
かしながら、基板としてサファイアを用いる場合に、２
［１４１：１℃のサファイアの融点より下の温度でのみ
使用できる。即ち、これはＳｉＣ二ＡｔＮの混合結晶を
成長させるようには米国特許第５６３１１４９号に述べ
られた２１００℃最小限度よりも充分に下である。
ＳｉＣ：ＡｔＨの混合結晶に関する他の出版物は、１９
７８年１０月号のＮａｔｕｒｅの２７５巻、′ｌ 第４３４頁乃至第４３５頁の記事である。この記事は、
成長するＳｉＣ：ＡｔＮのセラミック方法を述べており
、この方法は通常小さな寸法の多結晶材料を製造する。
ここに提案されたプロセスは、約１４００℃乃至約１６
００℃の温度で材料を成長させるやり方を用いている。
提案されたプロセスは、基板の上にエピタキシャル成搭
させることを含んでいない。
従って、本発明は紫外線領域において広帯域のギャップ
を有しそして正確に且つ複製可能に製造できる半導体材
料を提供することに係る。具体的には、本発明はエピタ
キシャル単結晶の（ＳｉＣ）ｘ（ＡｔＮ　）　　　組成
に係り、ここでＸは約０．２乃−ｘ 全豹０．５でありそして約０．５乃至約０．５である事
が好捷しい。上記の単結晶組成は複製可能である。
上記組成はＣ軸格子変数のＸ線分析により且つＶｅｇａ
ｒｄの法則を用いることにより示される。更に、Ｘ＠分
析は２Ｈ結晶形を示す。本発明の良好な結晶はＣ軸結晶
あるいはＣ結晶である。
本発明は、基板の上の（ＳｉＣ）　　（ＡＬＮ）１−の
エピタキシャル結晶にも係る。
本発明のプロセスは、（ＳｉＣ）　　（ＡｔＮ）１−の
結晶を成長させることに係り、ここでＸは約０．２乃至
約０．５である。本発明のプロセスは、基板を用意する
こと及び基板に接近させてＳｉＣの第１の原材料及びＡ
ｔＨの第２の原材料を用意することからなる。これらの
原材料は基板から離されている。
ＳｉＣ及びＡｔＮの原材料は、Ｎ２及びＮ２のガスの存
在下で約１９００℃乃至約２０２０℃の温度で加熱され
そしてこのガスは、ＳｉＣ及びＡｔＮの上から基板の方
向に流される。
第１図を参照するに、本発明を実施するだめの代表的な
構成が示され、そこで抵抗加熱型のタングステン類るつ
ぼ１は必要とされる高温度源を与える。底部に穴を有す
る内側の熱分解炭素（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃｃａｒｂｏｎ
　虜るつぼ２は抵抗加熱型のタングステンのるつぼの中
にある。基板５が与えられこれは環状リングのスペーサ
ーすなわち支持部材３によって麦秋され、このスペーサ
ーは通常炭化ケイ素、９　タングステンあるいは炭素か
ら作られる。ゆるく合わされたタングステン爬あるいは
炭素製のようなふた６が用意されている。炭化ケイ素の
原材料は７として示されそして窒化アルミニウムの原材
料は８として示されている。ガスは、通常タングステン
から作られた導管１２を通って送られそして炭化ケイ素
及び窒化アルミニウムの原材料の上から基板５の方向に
流れる。基板の上に成長した結晶組成は４として示され
る。基板５は、プロセス条件下で融解せずそして＜０１
１２＞結晶面のサファイア、＜ｏｏｏ、ｉ＞結晶面のサ
ファイア、タングステン（たとえば＜１１１＞単結晶の
タングステン・ウニ・・）、ＳｉＣ及びＣサファイアの
上部のＣＡｔＮエヒリキシャル結晶を含む材料から作ら
れる。良好な基板はサファイアでありそしてもつとも良
好な基板は＜００１＞結晶面のサファイアである。
第２図を参照するに、抵抗加熱型のタングステン製るつ
ぼ１及び内側のタングステン製るつぼ１０が示されてい
る。ゆるく合わされたタングステン製あるいは炭素製の
ようなふた６も用意されている。炭化ケイ素の原材料７
例示されそしてＡｔ２０の原材料９が示されている。両
方とも炭素の円盤１１の上に支持され、この円盤はＡｔ
２０３と反応ＡｔＮ全形成する反応は次の化学方程式に
従う。
％式％ ガスは導管１２を通って装置へ送られる。基板５は内側
のるつぼ１０の上に支持される。ＳｉＣ及びＡｔＮのエ
ピタキシャル混合単結晶は基板５の上に与えられる。
プロセス動作において、結晶は、ＳｉＣ及びＡｔＮの小
さな破片のほぼ一様な分布をもたらすようにほぼ同量の
ＳｉＣ及びＡｔＮｆ用意することによって良好に成長さ
れる。通常、このような源材料は基板５から約０．１　
ｍｍ乃至約５ｍｍ離隔されている。混合結晶を形成する
反応は、これらの原材料を約１９００℃乃至約２０２０
℃の温度に加熱しそしてこれらの原材料の上のガスをサ
フイア基板の方向に流すことを含んでいる。ＳｉＣ及び
ＡｔＮの原材料は基板５に対して対流的関係：　で置か
れる。基板は原材料の温度よりも冷たい約１０℃乃至約
１００℃の温度に保たれる。原材料は、基板の上に（Ｓ
ｉＣ）　　（ＡｔＮ）　　　　のｘ　　　　　　　　　
　　１−Ｘ エビタキ／ヤル成長層を形成するように蒸気状態で送ら
れる。このような層の成長率は通常１分当り１ミクロン
の程度である。使用される良好なガスはＮｏ及びＮ２　
ｋ含みそして最も好ましいガスは体積比において約８５
チのＮ２及び１５チのＮ２を含む１．タングステンが酸
化しないことを保証することに加えて、Ｎ２は成長プロ
セスを促進する１ＳｉＣの代りに、５ｉ０２あるいはＳ
ｉ３Ｎ４は炭素と共に使用でき、５ｉｃｉ発生する。同
様に、原材料としてＡｔＮの代りに、このような原材料
はたとえば上記の化学方程式に示すように炭素及びＮ２
　ｋ用いてＡｚ、、ｏａからその場所に形成できる。従
って、本明細書中でＳｉＣの原材料及びＡｔＮの原材料
と指称する時には、これらの材料自体のみならずその場
でＡｔＮ及びＳｉＣ’ｊｉ７形成するために用いられる
材料も含むものとする。
穴付の底部を有する内側の炭素製不つぼを示す第１図の
装置は、装置全通過するガスの流れを促進するように用
意され、従って高い成長率をもたらす。他方、第２図の
装置は、穴付でない内側のるつぼの用法を示しそしてこ
のるつぼはガスの拡散を制限し、これにより遅い成長率
をもたらすが所望の結晶の非常に一様な核形成を生じる
。
両方の形式の装置に従った結晶成長のテストは、２Ｈ結
晶形を示す。更に、１９００℃乃至２０２０℃の範囲の
温度はＣ軸格子を示し、このＣ軸格子は使用温度にかか
わらず非常に厳密に一致する。
特に、この範囲はＸ線分析によって調べられるよウニ約
ｓ、ｏ　１５２Ｘ乃至約ｓ、ｏ　ｏ　３８　ｚ−ｃｈル
。
又、得られた種々の試料は結晶の組成と共に変化する吸
収端を示し、高いエネルギ一端はＡｔＨのより豊富な組
成に関係する。更に、本発明によって成長された結晶の
室温での吸収端は約４．５ｅＶ（電子ボルト〕乃至４．
８ｅＶの範囲である。特に、０、４５５のＸ値の結晶は
約４．６ｅＶの吸収端を示し、この吸収端は約２７００
Ｘの紫外線に相当する。
達成された組成は上記範囲内の使用温度及び原材料と基
板の間の温度勾配に依存すると考えられる。他方、成長
率は特別な使用装置の幾何形状の関数である。
本発明に従って作られた結晶は約１ミクロン乃至約１０
ミクロンの厚さでありそしてこのような結晶の面積は代
表的に約１ｃｒｎ　　である。通常、結晶は非常に高い
電気抵抗の結晶である。しかしながら、もしも商業的に
利用できる内でできる限り純粋に原材料を保つように極
端な注意が払われそして温度が基板を融解せずに可能な
かぎり高いならば、Ｎ型導電性を示す１００ｍよりも低
い抵抗が得られる。
本発明の結晶はＳｉＣのように食刻抵抗の所望の強じん
特性並びに非常に高い温度及び侵食性の環境に持ちこた
える能力を有する。本発明の結晶はＳｉＣよりもすぐれ
ており、この結果この結晶はただ１つのポリタイプ（た
とえば２Ｈ）において再結合を起しそして使用できる厚
さ及び大きな面積（たとえば用いられる基板クエハと同
じ大きさ）の層全達成できる。即ち、本ｉ明結晶は化合
物基板として特に適しそして格子変数が厳密に一致する
関係材料ＳｉＣ及びＡ　ｔＮ’ｉこの基板の上にエピタ
キシャル成長させる。
本発明の新規な単結晶はＳｉＣあるいはＡｔＨのヘテロ
ジャンクション、電界効果電子装置、光発生装置及び冷
陰極装置に関して提案されたほとんどの使用に適する。
又、本発明の結晶は光学的フィルターとして使用できる
。更に、本発明の結晶の格子定数がＳｉＣ及びＡｔＮの
格子定数に非常に近いから、このような結晶はＳｉＣ及
び（あるい１ｄ）ＡｔＮに関するヘテロジャンクション
に使用できる。
の結晶に関する（黒化濃度測定値）　対吸収光量子の図
表であり、ここでｘｔｉｏ、４３５でありそしてＣ格子
変数は５．０１０６Ｘである。この図表は曲線の直線部
分の外挿法が吸収端を示す場合の方法を示す。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は本発明の結晶を形成するのに適する
装置の断面図、第３図は（黒化濃度）２対吸収光量子の
関係ｔ−７ｆす図表である。 １、．２．１０・・・・るつぼ、１２・・・・導管、５
・・・・基板、６・・・・ふた、７．８．９・・・原材
料、６・・　スペーサー、４・・・・結晶。 出願人　　インター九４ｖブ／・ビジネス・マシーンズ
・コづ幀々うタン１− し−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　　（ＳｉＣ）（ＡｔＮ）　　　（ｘは０．２乃
    至０．５でｘ　　　　　　　　１−ｘ ある）の組成を有するエピタキシャル単結晶。 （２）２Ｈ結晶形である特許請求の範囲第（１）項記載
    のエピタキシャル単結晶。 （５）　　５．０１５２　Ｘ乃至５．００　ａ　ＸのＣ
    軸格子を有する特許請求の範囲第（１）項記載のエピタ
    キシャル単結晶。 ℃ （４）　　４．３ｅ’Ｖ乃至４．８　ｅ　Ｖの吸収端を
    有する特許請求の範囲第（１）項記載のエピタキシャル
    単結晶。 （５）基板の上に含まれる特許請求の範囲第（１）項記
    載のエピタキシャル単結晶。 （６）　　（ＳｉＣ）（ＡｔＮ）　　　（ｘは０．２乃
    至０．５でｘ　　　　　　　　１−ｘ ある）の結晶を成長させる方法において、基板を用意す
    る工程と、 ＳｉＣの第１の原材料及びＡｔＮの第２の原材料金上記
    基板に接近させて用意する工程と、Ｎ２　十Ｈ２のガス
    の存在下で、上記第１及び第２の原材料ｅ１９００℃乃
    至２０２０℃の範囲で加熱し且つ該ガス金上記原材料の
    上から上記基板の方向に流す工程と、 からなるエピタキシャル単結晶の製造方法。
JP57064844A 1981-06-30 1982-04-20 エピタキシヤル単結晶及びこの製造方法 Granted JPS582296A (ja)

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US06/280,145 US4382837A (en) 1981-06-30 1981-06-30 Epitaxial crystal fabrication of SiC:AlN
US280145 1981-06-30

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JPS582296A true JPS582296A (ja) 1983-01-07
JPH0353277B2 JPH0353277B2 (ja) 1991-08-14

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