JPS61243000A - 炭化珪素単結晶基板の製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶基板の製造方法

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JPS61243000A
JPS61243000A JP60084237A JP8423785A JPS61243000A JP S61243000 A JPS61243000 A JP S61243000A JP 60084237 A JP60084237 A JP 60084237A JP 8423785 A JP8423785 A JP 8423785A JP S61243000 A JPS61243000 A JP S61243000A
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JP
Japan
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silicon carbide
single crystal
type silicon
substrate
carbide single
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JP60084237A
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English (en)
Inventor
Mitsuhiro Shigeta
光浩 繁田
Akira Suzuki
彰 鈴木
Masaki Furukawa
勝紀 古川
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

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】 く技術分野〉 本発明はα型炭化珪素(SiC)の単結晶基板を製造す
る方法に関するものである。
〈従来技術〉 炭化珪素は広い禁制帯幅をもち(2,2〜3.3eV)
また熱的、化学的及び機械的に極めて安定な性質を示す
半導体材料であシ放射線損傷にも強いという優れた特徴
をもっている。また、広い禁制帯幅をもつ半導体として
は珍らしく、p型及びn型の両導電型共安定に存在する
材料である。従って可視光短波長用発光受光素子、高温
動作素子、大電力用素子、高信頼性半導体素子、耐放射
線素子等の半導体材料として有望視されている。又従来
の半導体材料を用いた素子では困難な環境下でも使用可
能となり、半導体デバイスの応用範囲を著しく拡大し得
る材料である。他の広い禁制帯幅をもつ半導体材料例え
ば■−■族化合物半導体やm−V族化合物半導体等が一
般に重金属をその主成分に含有し、このために公害と資
源の問題を伴なうのに対して、炭化珪素はこれらの両問
題よシ解放されている点からも電子材料として有望視さ
れるものである。
炭化珪素には多くの結晶構造(polytype。
多形と称される〕が存在し、大きくα型の炭化珪素とβ
型の炭化珪素に分けられる。β型の炭化珪素は立方晶系
(Cubic)に属する結晶構造をもち、炭化珪素の中
で2.2゛eVと最も禁制帯@が小さいのに対し、α型
の炭化珪素は六方晶系(Hexagonal )や菱面
体晶系(Rhombohedral )に属する結晶構
造をもち、2.9〜3.3eVと炭化珪素の中でも大き
な禁制帯幅をもつ。このためα型炭化珪素は、その広い
禁制帯幅を利用して青色をはじめとする短波長可視光及
び近紫外光の発光素子、受光素子等の光電変換素子材料
として非常に有望視されている半導体材料である0青色
をはじめとする短波長可視光発光素子用の有望な材料と
して、他に硫化亜鉛(ZnS )、セレン化亜鉛(Zn
Se)、窒化ガリウム(GaN)等があるが、いずれも
通常はp型、n型の一方の導電型の結晶しか得られず、
両方の導電型の結晶を得るには多くの困難がともなう。
これに対してα型炭化珪素はp型、n型側導電型の結晶
を製作するのが容易でp −n接合構造を形成できるた
め、発光特性や電気的特性に優れた発光素子、受光素子
の実現が期待できる。また熱的、化学的9機械的に極め
て安定な性質をもっていることよシ、他の半導体材料に
比して広範な応用領域を開拓することができる。
このように、炭化珪素はα型、β型を含めて多くの利点
や可能性を有する材料であるにもかかわらず実用化が阻
まれているのは、生産性を考慮した工業的規模での量産
に必要となる高品質の大面積炭化珪素基板を得る上で、
寸法、形状2品質を再現性良く制御できる結晶成長技術
が確立されていないところにその原因がある。
従来、研究室規模で炭化珪素単結晶基板を得る方法とし
ては、黒鉛坩堝中で炭化珪素粉末を2.200−2,6
00℃で昇華させ、さらに再結晶させて炭化珪素基板を
得るいわゆる昇華再結晶法(レーリー法と称される)、
珪素又は珪素に鉄。
コバルト、白金等の不純物を混入した混合物を黒鉛坩堝
で溶融して炭化珪素基板を得るいわゆる溶液法のほか、
研摩材料を工業的に得るために一般に用いられているア
チェンン法によシ偶発的に得られる炭化珪素基板を用い
る方法等がある。これらの結晶成長法で得られたα型炭
化珪素を基板として、その上に液相エピタキシャル成長
法(LPE法)や気相成長法(CVD法)でα型炭化珪
素単結晶層をエピタキシャル成長させてp−n接合を形
成することにより青色発光ダイオード(LED)が製作
されている。
しかしながら、上記昇華再結晶法、溶液法では多数の小
形の単結晶を得ることはできるが、多くの結晶核が結晶
成長初期に発生する為に大型の単結晶基板を得ることが
困難である。又、アチェソン法により偶発的に得られる
炭化珪素基板は半導体材料として使用するには純度及び
結晶性の点で問題があシ、又、比較的大型のものが得ら
れても偶発的に得られるものである。このように、炭化
珪素基板を製作するための従来の結晶成長法は寸法、形
状9品質、不純物等の制御が困難で、炭化珪素単結晶基
板を、量産性を考慮した工業的規模で得る方法としては
適当でない。上述したように、これらの方法で得たα型
炭化珪素基板上に液相エピタキシャル法や気相成長法で
発光ダイオードが製作されているが、大面積で高品質の
α型単結晶基板を工業的に得る方法が無いため、量産実
用化にはほど遠い。
一方、最近、本発明者らは、珪素(Si)単結晶基板上
に気相成長法(C’VD法)で良質な大面積炭化珪素単
結晶を成長させる方法を完成し、特願昭58−7684
2号にて出願している。この方法は珪素基板上に低温C
VD法で炭化珪素薄膜を形成した後昇温してCVD法で
この上に炭化珪素単結晶膜を成長させる技術であシ、安
価で入手の容易な珪素単結晶基板上に結晶多形、不純物
濃度。
電気伝導度9寸法、形状等を制御して大面積で高品質の
β型の炭化珪素単結晶基板を製作することができる。本
発明者はα型炭化珪素単結晶を得る方法として、このβ
型炭化珪素単結晶を基板結晶に利用した方法を特願昭5
8−246512号としてすでに出願している。α型炭
化珪素とβ型炭化珪素は、結晶格子の大きさを反映する
各原子間の結合距離は同じであシ、構造的にある特定の
結晶面例えばβ型炭化珪素では(111)面、α型炭化
珪素では(0001)面(0面とも称す)上への原子層
の積み重なり方が異なりているのみである。このため、
α型炭化珪素の成長用基板としてβ型炭化珪素単結晶の
(111)面を基板面として用い、α型炭化珪素の結晶
成長条件で成長を行なえば、容易にα型炭化珪素単結晶
が成長することになると期待される。
〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、β型炭化珪素単結晶を成
長用基板面とし、この基板上にα型炭化珪素を成長する
場合にβ型炭化珪素単結晶の(111)面を成長用基板
面方位として用いることによシ工業的規模での量産性に
優れた大面積、高品質のα型炭化珪素単結晶基板を得る
ことのできる炭化珪素単結晶基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。
〈実施例の説明〉 添付図面は本発明の1実施例に用いられる気相成長装置
の構成図である。水冷式横型二重石英反応管l内に、黒
鉛製試料台2が黒鉛製支持棒3によシ設置されている。
反応管lの外胴部に巻回されたワークコイル4に高周波
電流を流してこの試料台2を誘導加熱する。反応管lの
片側には、ガ体流入口となる枝管5が設けられ、二重石
英反応管1の外側の石英管内には枝管6,7を介して冷
却水が供給される。反応管1の他端はステンレス鋼製の
7ランジ8.止め板9.ボルト10.ナツト11.0−
リング12にてシールされている。
フランジ8にはガスの出口となる枝管13が設けられ、
支持台14に黒鉛体3が固定される。試料台2上に面方
位(111)を基板面とするβ型炭化珪搭単結晶基板1
5が載置される。この成長装置を用いた気相成長法CC
VD法〕でα型炭化珪素の結晶成長を行なう。基板とし
て用いたβ型炭化珪素は、前述した特願昭58−768
42号の製造方法即ち珪素基板上に二段階温度制御した
CVD法によシ形成した面方位(111)のβ型炭化珪
素膜で厚さ約30μm大きさ1αX1crnの単結晶で
あシ、酸によシ予しめ珪素を溶解除去しである。
この成長装置を用いて以下の様に結晶成長を行なう。即
ち、反応管l内を排気して水素ガスで置換し、ワークコ
イル4に高周波電流を流して黒鉛製試料台2を加熱し、
β型炭化珪素基板15の温度を1500〜1600℃に
昇温する。原料ガスとしてモノシラン(SiH4)  
を毎分0.1〜0.4 crIK。
プロパンCC5Hs)を毎分0.1〜054m、キャリ
アガスとして水素を毎分1〜St、枝管5よシ反応管l
内へ供給して成長を行なった。その結果1時間の成長で
約2μmの膜厚のα型炭化珪素単結晶膜が基板上全面に
得られた。α型炭化珪素単結晶膜の成長基板であるβ型
炭化珪素単結晶は必要に応じてエツチング等によシ除去
し、α型炭化珪素単結晶単体を半導体材料として取シ出
す。
β型炭化珪素単結晶の成長層は、シリコン等の成長用基
板上に低温CVD法で薄いβ−8iCを形成した後、昇
温して通常の温度下のCVD法で気相成長を続ける二段
階CVD法を用いることにょシ容易に形成される。
以上の実施例においては、面方位(111)のβ型炭化
珪素単結晶基板の裏作方法としてCVD法を用いたが、
液相成長法昇華再結晶法、蒸着法。
MBE法、スパッタ法、あるいは他の手法を使用したC
VD法など種々の成長方法釦よってもよい。
また、面方位(エエ1)のβ型炭化珪素基板上へのα型
炭化珪素の成長においても上記実施例ではCVD法を用
いたが、上述した他の各種方法を使用して行なってもよ
い。
〈発明の効果〉 本発明を用いれば、工業的規模での量産性に優れた大面
積、高品質のα型炭化珪素単結晶の製造が可能となシ、
青色を初めとする短波長可視光及び近紫外光の発光素子
、受光素子等の光電変換材料として安定した実用化の道
が開ける。また、熱的、化学的、機械的に極めて安定な
性質を生かして、広範な分野での応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の1実施例の説明に供する成長装置の
断面図である。 工・・・反応管、2・・・試料台、3・・・支持棒、4
・・・ワークコイル、5.6.7.13・・・枝管、8
・・・7ランジ、9・・・止め板、10・・・ボルト、
1工・・・ナツト。 12・・・0−リング、14・・・支持台、15・・・
β型炭化珪素単結晶基板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、β型炭化珪素単結晶膜を成長用基板面とし、該成長
    用基板面上にα型炭化珪素単結晶層を成長させる炭化珪
    素単結晶基板の製造方法において、前記β型炭化珪素単
    結晶膜の(111)面を成長用基板面方位とすることを
    特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。
JP60084237A 1985-04-18 1985-04-18 炭化珪素単結晶基板の製造方法 Pending JPS61243000A (ja)

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