JPS59219929A - Sic単結晶積層体及びその製造方法 - Google Patents
Sic単結晶積層体及びその製造方法Info
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- JPS59219929A JPS59219929A JP58096494A JP9649483A JPS59219929A JP S59219929 A JPS59219929 A JP S59219929A JP 58096494 A JP58096494 A JP 58096494A JP 9649483 A JP9649483 A JP 9649483A JP S59219929 A JPS59219929 A JP S59219929A
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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。
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SiC単結晶積層体及びその製造方法に関する
。
。
(ロ)従来技術
現在SiC単結晶は耐環境性素子材料として研究が進め
られ工いる。またSiCは間接遷移型のIV−1H化合
物であり、種々の結晶構造が存在しその禁止帯幅は2.
39eV〜3.33eVまで多岐にわたると共にP−n
接合形成が可能なことから赤色から青色まで全ての可視
光を発光可能な発光ダイオード材料として有望視されて
いる。
られ工いる。またSiCは間接遷移型のIV−1H化合
物であり、種々の結晶構造が存在しその禁止帯幅は2.
39eV〜3.33eVまで多岐にわたると共にP−n
接合形成が可能なことから赤色から青色まで全ての可視
光を発光可能な発光ダイオード材料として有望視されて
いる。
上述した如<SiCは種々の結晶構造を有しており、そ
の構造を大別するとβ型とβ型とに分けられる。なかで
もβ型の6H(ヘキサゴナール)タイプ及びβ型の3C
(キュービック)タイプは再現性良く成長させることが
できる。
の構造を大別するとβ型とβ型とに分けられる。なかで
もβ型の6H(ヘキサゴナール)タイプ及びβ型の3C
(キュービック)タイプは再現性良く成長させることが
できる。
また6H−8iC及び3C−8iCは夫々3.OeV及
び2.2eV程度のバンドギャップを有しており、従っ
て6H−8iCは青色発光素子材料として、また3C−
8iCは赤色発光素子材料として有用である。具体的に
は例えば不純物としてAN<アルミニウム)及びN(窒
素)を夫々の結晶中にドープすることにより、6H−8
iCのエネルギーキャップは約2.68eVとなり、ま
た3C−5iCのバンドギャップは約1.88eVとな
り、夫々波長480nm及び680nmの発光が可能と
なる。
び2.2eV程度のバンドギャップを有しており、従っ
て6H−8iCは青色発光素子材料として、また3C−
8iCは赤色発光素子材料として有用である。具体的に
は例えば不純物としてAN<アルミニウム)及びN(窒
素)を夫々の結晶中にドープすることにより、6H−8
iCのエネルギーキャップは約2.68eVとなり、ま
た3C−5iCのバンドギャップは約1.88eVとな
り、夫々波長480nm及び680nmの発光が可能と
なる。
従ッテ6 HS j C単結晶と3C−3iC単結晶と
を積層形成することによりマルチカラーLEDが得られ
る可能性もある。
を積層形成することによりマルチカラーLEDが得られ
る可能性もある。
然るに、未た斯るSiCマルチLEDが開発されていな
い背景としては、結晶構造の異なる6H−3iC単結晶
と3C−3iC単結晶とを積層する技術が開発されてい
ないことにある。即ち、従来既に提案されている6H−
5iC単結晶上への3C−8iC単結晶の積層方法では
、成長した3cmSiC単結晶の表面平坦性等の結晶性
が悪く発光層として用いることが不可能であった。
い背景としては、結晶構造の異なる6H−3iC単結晶
と3C−3iC単結晶とを積層する技術が開発されてい
ないことにある。即ち、従来既に提案されている6H−
5iC単結晶上への3C−8iC単結晶の積層方法では
、成長した3cmSiC単結晶の表面平坦性等の結晶性
が悪く発光層として用いることが不可能であった。
(ハ) 発明の目的
本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、6H−8iC
単結晶上に3C−3iC単結晶を積層するに際して、上
記3C−5iC単結晶の結晶性が発光素子に適用し得る
程度に良好となるSiC単結晶の積層構造及びその製造
方法を提供せんとするものである。
単結晶上に3C−3iC単結晶を積層するに際して、上
記3C−5iC単結晶の結晶性が発光素子に適用し得る
程度に良好となるSiC単結晶の積層構造及びその製造
方法を提供せんとするものである。
(ニ)発明の構成
本発明者の実験に依れば、気相成長によりSiC単結晶
を基板上に成長させる際、その成長層の結晶構造は基板
温度に依存していることが確認きれた。
を基板上に成長させる際、その成長層の結晶構造は基板
温度に依存していることが確認きれた。
即ち、基板温度が1350℃以下では3C−3iC多結
晶が、1350℃〜1550℃では3C−8iC単結晶
が、1550℃〜1650℃では3C−8iC結晶に6
H−3iC結晶が混入した層が、また1650℃以上で
は6H−8iC単結晶が夫々成長する。
晶が、1350℃〜1550℃では3C−8iC単結晶
が、1550℃〜1650℃では3C−8iC結晶に6
H−3iC結晶が混入した層が、また1650℃以上で
は6H−8iC単結晶が夫々成長する。
更に本発明者の他の実験によれは、6H−3iC単結晶
と3C−8iC単結晶との間に炭化層を介挿させること
により3C−3iC’!結晶の結晶性が向上し、発光層
として用いることが可能であることが確認されている。
と3C−8iC単結晶との間に炭化層を介挿させること
により3C−3iC’!結晶の結晶性が向上し、発光層
として用いることが可能であることが確認されている。
本発明は斯る知見に基づいてなされたもので、その特徴
は6H−8iC単結晶、該R結晶表面に形成きれた炭化
層、該炭化層上に積層された3C−5iC単結晶からな
ることにある。
は6H−8iC単結晶、該R結晶表面に形成きれた炭化
層、該炭化層上に積層された3C−5iC単結晶からな
ることにある。
また、静岡大学電子工学研究所研究報告第2巻第51頁
乃至第56頁(1967年)にはSiC単結晶をアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で一定時間高
温保持すると斯る単結晶表面に黒色層が生じるという報
告がなされ、また本発明者が斯る黒色層をX線回折等で
調べた結果、斯る黒色層はグラファイトからなる炭化層
であることが判明した。これはSiC単結晶表面のSi
原子のみが昇華するためであり、具体的には斯る炭化層
はSi□−XC(0<X<1>という組成となる。
乃至第56頁(1967年)にはSiC単結晶をアルゴ
ン等の不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で一定時間高
温保持すると斯る単結晶表面に黒色層が生じるという報
告がなされ、また本発明者が斯る黒色層をX線回折等で
調べた結果、斯る黒色層はグラファイトからなる炭化層
であることが判明した。これはSiC単結晶表面のSi
原子のみが昇華するためであり、具体的には斯る炭化層
はSi□−XC(0<X<1>という組成となる。
本発明の他の特徴は、斯る知見に基づいてなされたもの
で、6H−8iC単結晶を準備する工程、上記6H−5
iC単結晶を不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で高温
で保持し、上記61(−3iC単結晶表面よりSlを昇
華きせ炭化層を形成する工程、上記炭化層上にシリコン
系化合物ガスと炭素系化合物ガスもしくはシリコン−炭
素化合物ガスを用いて3C−3iCi結晶を気相成長さ
せる工程からなることにある。
で、6H−8iC単結晶を準備する工程、上記6H−5
iC単結晶を不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で高温
で保持し、上記61(−3iC単結晶表面よりSlを昇
華きせ炭化層を形成する工程、上記炭化層上にシリコン
系化合物ガスと炭素系化合物ガスもしくはシリコン−炭
素化合物ガスを用いて3C−3iCi結晶を気相成長さ
せる工程からなることにある。
くホ) 実施例
第1図は本発明の実施例に用いる基板水平載置型の水冷
式石英製縦型気相成長装置を示し、く1)は石英製の反
応室であり、該反応室を形成する石芙器自身は水により
冷却されている。(2)は該反応室の上部端に設けられ
たガス流入管であり、該ガス流入管は更に第1〜第3流
入管〈3)〜(5)に分岐している。(6)は反応室(
1)の底部端に設けられたガス流出管である。
式石英製縦型気相成長装置を示し、く1)は石英製の反
応室であり、該反応室を形成する石芙器自身は水により
冷却されている。(2)は該反応室の上部端に設けられ
たガス流入管であり、該ガス流入管は更に第1〜第3流
入管〈3)〜(5)に分岐している。(6)は反応室(
1)の底部端に設けられたガス流出管である。
斯る装置では、反応室(1)内をヒータ(−9)により
加熱し一定の温度に保持すると共にガス流入管(2)よ
り反応ガスを注入することにより、反応室(1)内の基
板載置台(7)上に戟1fきれた基板(8)表面上にD
[望のエピタキシャル層を成長できる。
加熱し一定の温度に保持すると共にガス流入管(2)よ
り反応ガスを注入することにより、反応室(1)内の基
板載置台(7)上に戟1fきれた基板(8)表面上にD
[望のエピタキシャル層を成長できる。
第2図は本発明の一実施例SiC単結晶積層体を示し、
(11)は6H−8iC単結晶からなる基板、 (12
)は該基板(11)上に積層された6H−3iC単結晶
層、(13)は該単結晶層(12)表面に形成された炭
化層、(14)は該炭化層(13)上に積層された3−
C−3iC単結晶層である。
(11)は6H−8iC単結晶からなる基板、 (12
)は該基板(11)上に積層された6H−3iC単結晶
層、(13)は該単結晶層(12)表面に形成された炭
化層、(14)は該炭化層(13)上に積層された3−
C−3iC単結晶層である。
次に斯る第2図に示した積層体の第1図装置を用いての
製造方法について説明する。
製造方法について説明する。
第3図は斯る製造方法の温度プログラムを示す。以下斯
る温度プログラムを各ステップ1〜■毎に逐次説明する
。尚、このとき上記成長装置の第1〜第3流入管(3)
〜(5〉からは夫々反応ガスとしてのC3HRガス、S
iH4ガス及びキャリアガスとしてのH2ガスが必要に
応じて流入される。
る温度プログラムを各ステップ1〜■毎に逐次説明する
。尚、このとき上記成長装置の第1〜第3流入管(3)
〜(5〉からは夫々反応ガスとしてのC3HRガス、S
iH4ガス及びキャリアガスとしてのH2ガスが必要に
応じて流入される。
また基板載置台(7〉上には6H−3iC基板(11)
が載置される。
が載置される。
(1)ステップI
斯るステップでは、5〜1o分間基板(11)の温度を
1850℃に保持すると共に第3流入管(5)よりH2
ガスを毎分3ρ注入する。これは基板(11)表面の汚
染物質の除去を目的とする気相エンチングである。
1850℃に保持すると共に第3流入管(5)よりH2
ガスを毎分3ρ注入する。これは基板(11)表面の汚
染物質の除去を目的とする気相エンチングである。
(11)ステップ■
斯るステップでは基板(11)上に6H−5iC単結晶
層(12)を形成する。具体的には基板(11)を18
00℃に保持し、第1〜第3流入管(3)〜(5)より
反応室(1)にC3HBカス、 SiH4カス、 H2
iスを夫々送り込む。斯るカスの流入量は夫々o、47
vnQ/ min 、 1.0mQ/ min 、 3
ρ/minである。
層(12)を形成する。具体的には基板(11)を18
00℃に保持し、第1〜第3流入管(3)〜(5)より
反応室(1)にC3HBカス、 SiH4カス、 H2
iスを夫々送り込む。斯るカスの流入量は夫々o、47
vnQ/ min 、 1.0mQ/ min 、 3
ρ/minである。
このような条件を約1時間保持することにより約5〜6
μmの層厚を有する6H−8iC単結晶層(12)が基
板(11)表面に成長した。
μmの層厚を有する6H−8iC単結晶層(12)が基
板(11)表面に成長した。
(ii)ステップ■
斯るステップでは、6H−8iC単結晶層(12)表面
に炭化層(13〉を形成する。
に炭化層(13〉を形成する。
具体的にはガス流入管(2)よりArガスのみを反応室
(1)に送り込むと共に基板温度を1800”Cとして
約30分間保持する。
(1)に送り込むと共に基板温度を1800”Cとして
約30分間保持する。
この結果既述した如<6H−3iC単結晶層(12)の
表面よりSi原子が昇華し、層厚約1000人の炭化層
(13)ができる。
表面よりSi原子が昇華し、層厚約1000人の炭化層
(13)ができる。
(1v)ステップ■
斯るステップでは炭化層(13)上に3C−3iC単結
晶層(14)を形成する。
晶層(14)を形成する。
具体的には、基板温度を1450°Cに保持すると共に
第1〜第3流入管(3)〜(5)より夫々C5Hgガス
、SiH4ガス、 H2ガスを0.47+nl/ mi
n 、 1.0mQ/ min 、 3 j2/ mi
nの割合で反応室(1)内に送り込み約2時間保持する
。この結果、炭化層(13)上に層厚約13μmの3C
−8iC単結晶層(14)が成長した。
第1〜第3流入管(3)〜(5)より夫々C5Hgガス
、SiH4ガス、 H2ガスを0.47+nl/ mi
n 、 1.0mQ/ min 、 3 j2/ mi
nの割合で反応室(1)内に送り込み約2時間保持する
。この結果、炭化層(13)上に層厚約13μmの3C
−8iC単結晶層(14)が成長した。
尚、上記ステップ■及び■で生じる化学反応はC3H8
+ 3 S iH4→3SiC+10H2というもので
ある。
+ 3 S iH4→3SiC+10H2というもので
ある。
またステップ■の3C−8iC単結晶層(14)の成長
における初期にはSi原子の一部が上記灰化Jl!1(
13)中のC原子と結びつくため斯る炭化層り13ノの
組成がS 11−y C(Y > X )となりよりS
iC化されることが確認されている。
における初期にはSi原子の一部が上記灰化Jl!1(
13)中のC原子と結びつくため斯る炭化層り13ノの
組成がS 11−y C(Y > X )となりよりS
iC化されることが確認されている。
第4図Aは上記方法により得られた3C−3’iC単結
晶層(14)の表面状態を示す顕微鏡写真であり、第4
図Bは上記方法においてステップ■を除いて成長した積
層体つまり炭化層(13)を有さず6H−8iC単結晶
層(12)上に直接3C−3iC単結晶層(14)を成
長された際の断る3C−8iC単結晶層(14)の表面
状態を示す顕微鏡写真である。
晶層(14)の表面状態を示す顕微鏡写真であり、第4
図Bは上記方法においてステップ■を除いて成長した積
層体つまり炭化層(13)を有さず6H−8iC単結晶
層(12)上に直接3C−3iC単結晶層(14)を成
長された際の断る3C−8iC単結晶層(14)の表面
状態を示す顕微鏡写真である。
第4図A、Bより明らかな如く本実施例により得られた
3C−8iC単結晶層(14〉の表面状態が平坦となる
。また斯る平坦性によりその結晶性も良好となっている
ことが推察でき、かつ電子線回折、X線回折、エッチビ
ットの形状等の総合的評価より本実施例により得られた
3C−8iC単結晶層(14)の結晶性が数段優ってい
るという結果を得た。
3C−8iC単結晶層(14〉の表面状態が平坦となる
。また斯る平坦性によりその結晶性も良好となっている
ことが推察でき、かつ電子線回折、X線回折、エッチビ
ットの形状等の総合的評価より本実施例により得られた
3C−8iC単結晶層(14)の結晶性が数段優ってい
るという結果を得た。
これは、格子定数等の結晶構造が異なる6H−3iC?
tl結晶層(12)と3C−3iC#i結晶層(14)
との間に位置する炭化層(13)が格子定数等の差を吸
収するバッファ層の役目をしているからだと推察きれる
。
tl結晶層(12)と3C−3iC#i結晶層(14)
との間に位置する炭化層(13)が格子定数等の差を吸
収するバッファ層の役目をしているからだと推察きれる
。
尚、本発明者の実験によれば上記炭化層(13)の層厚
は200人〜1000人が好ましいことが判明している
。即ち200Å以下では斯る炭化層(13)がない場合
と全く同じ結果となり、1000Å以上では成長した3
C−3iC層は表面平坦性がくずれ、結晶性が悪くなっ
た。
は200人〜1000人が好ましいことが判明している
。即ち200Å以下では斯る炭化層(13)がない場合
と全く同じ結果となり、1000Å以上では成長した3
C−3iC層は表面平坦性がくずれ、結晶性が悪くなっ
た。
また、本実施例では反応ガスとしてC1H8及びSiH
4ガスを用いたが、C3HRガスに換えてCH4,C2
H1l 、 C4H,10,C5H12、C2H4等の
ガスを、またSiHガスに換えてS IH3C1+ S
rH,Cj22..5iHCj23,5iCj24等
のガスを用いることも可能である。更に反応ガスとして
CH3S I HBr CH3S I HCj2++
+ CH3S I H2Cρ等のようなシリコン−炭素
化合物ガスを用いることが可能である。
4ガスを用いたが、C3HRガスに換えてCH4,C2
H1l 、 C4H,10,C5H12、C2H4等の
ガスを、またSiHガスに換えてS IH3C1+ S
rH,Cj22..5iHCj23,5iCj24等
のガスを用いることも可能である。更に反応ガスとして
CH3S I HBr CH3S I HCj2++
+ CH3S I H2Cρ等のようなシリコン−炭素
化合物ガスを用いることが可能である。
くべ)発明の効果
本発明によれば6H−3iC単結晶上に表面平坦でかつ
結晶性の優れた3C−8iC単結晶を形成で″きるので
、SiC単結晶を用いたマルチLED等の作成が可能と
なる。
結晶性の優れた3C−8iC単結晶を形成で″きるので
、SiC単結晶を用いたマルチLED等の作成が可能と
なる。
第1図は気相成長装置の断面図、第2図は本発明の実施
例積層体を示す断面図、第3図は第2図積層体を製造す
るための温度プログラム図、第4図A 、 Bは本発明
による積層体の結晶性を示す電子顕微鏡写真である。 (12)・・・6H−3’iC単結晶(層−)、(13
〉・・・炭化層、(14)・・・3C−8iC単結晶(
層、)第3図 時 間 第4図
例積層体を示す断面図、第3図は第2図積層体を製造す
るための温度プログラム図、第4図A 、 Bは本発明
による積層体の結晶性を示す電子顕微鏡写真である。 (12)・・・6H−3’iC単結晶(層−)、(13
〉・・・炭化層、(14)・・・3C−8iC単結晶(
層、)第3図 時 間 第4図
Claims (3)
- (1)6H−8iC単結晶、該単結晶表面に形成された
炭化層、該炭化層上に積層された3C−8iC単結晶か
らなることを特徴とするSiC単結晶積層体。 - (2)6H−8iC単結晶を準備する工程、上記6H−
SiC単結晶を不活性ガス雰囲気中もしくは真空中で高
温保持し、上記6H−8iC単結晶表面よりSlを昇華
きせ炭化層を形成する工程、上記炭化層上にシリコン系
化合物ガスと炭素系化合物ガスもしくはシリコン−炭素
化合物ガスを用いて3C−3iC単結晶を気相成長させ
る工程からなることを特徴とするSiC単結晶積層体の
製造方法。 - (3)特許請求の範囲第2項におりて、上記気相成長工
程では基板温度を1350℃〜1550°Cにすること
を特徴とするSiC単結晶積層体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58096494A JPS59219929A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | Sic単結晶積層体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58096494A JPS59219929A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | Sic単結晶積層体及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59219929A true JPS59219929A (ja) | 1984-12-11 |
JPH0572740B2 JPH0572740B2 (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=14166635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58096494A Granted JPS59219929A (ja) | 1983-05-30 | 1983-05-30 | Sic単結晶積層体及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59219929A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008543037A (ja) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | エルピーイー ソシエタ ペル アチオニ | 反応ガスを反応チャンバに導入するデバイス、および前記デバイスを使用するエピタキシャル反応炉 |
-
1983
- 1983-05-30 JP JP58096494A patent/JPS59219929A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008543037A (ja) * | 2005-05-25 | 2008-11-27 | エルピーイー ソシエタ ペル アチオニ | 反応ガスを反応チャンバに導入するデバイス、および前記デバイスを使用するエピタキシャル反応炉 |
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Publication number | Publication date |
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JPH0572740B2 (ja) | 1993-10-12 |
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