JPS61222992A - 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Info
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- JPS61222992A JPS61222992A JP5260585A JP5260585A JPS61222992A JP S61222992 A JPS61222992 A JP S61222992A JP 5260585 A JP5260585 A JP 5260585A JP 5260585 A JP5260585 A JP 5260585A JP S61222992 A JPS61222992 A JP S61222992A
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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】
〈産業上の利用分野〉
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。
る方法に関するも、のである。
〈従来の技術〉
炭化珪素は広い禁制帯幅（２，２〜ａ３ｅＶ）を有し、
また熱的、化学的及び機械的に極めて安定な性質を示す
半導体材料であり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、β型及びｎ型の画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。
また熱的、化学的及び機械的に極めて安定な性質を示す
半導体材料であり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、β型及びｎ型の画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。また、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り解
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。
半導体材料として有望視されている。また、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り解
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
（Ｃｕｂ ｉ ｃ ） に属する結晶構造をもち、炭
化珪素の中で２．２ｅＶと最も禁制帯幅が小さいのに対
し、α型の炭化珪素は大方晶系（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ）
や菱面体晶系（Ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ） に
属する結晶構造をもち、２．９〜ａ３ｅＶ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。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（ＺｎＳｅ）、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１機械的
に極めて安定な性質をもっているため、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。
型の炭化珪素に分けられる。β型の炭化珪素は立方晶系
（Ｃｕｂ ｉ ｃ ） に属する結晶構造をもち、炭
化珪素の中で２．２ｅＶと最も禁制帯幅が小さいのに対
し、α型の炭化珪素は大方晶系（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ）
や菱面体晶系（Ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ） に
属する結晶構造をもち、２．９〜ａ３ｅＶ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。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（ＺｎＳｅ）、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１機械的
に極めて安定な性質をもっているため、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。
〈発明が解決しようとする問題点〉
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１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。
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１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。
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
チェソン法により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
形成し、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が製作されてい
る。
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
チェソン法により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
形成し、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り、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１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だめ、量産実
用化にはほど遠い。
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り、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１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だめ、量産実
用化にはほど遠い。
〈発明の概要〉
本発明は上述の問題点に鑑み、α型単結晶基板を再現性
良く工業的規模で量産するためにβ型炭化珪素単結晶基
板上にまず炭素層を堆積し、その上にα型炭化珪素単結
晶を成長させることにより、従来より要望されてきた高
効率の量産性を有する大面積、高品質のα型炭化珪素単
結晶基板を作製することを特徴とする。
良く工業的規模で量産するためにβ型炭化珪素単結晶基
板上にまず炭素層を堆積し、その上にα型炭化珪素単結
晶を成長させることにより、従来より要望されてきた高
効率の量産性を有する大面積、高品質のα型炭化珪素単
結晶基板を作製することを特徴とする。
〈実施例〉
α型炭化珪素はβ型炭化珪素と結晶構造は異なるが、結
晶格子の大きさを示す各原子間の結合距離はほとんど同
じである。一般にβ型炭化珪素は比較的低温において成
長し、α型炭化珪素は１５００℃以上の高温で成長させ
ることができる。
晶格子の大きさを示す各原子間の結合距離はほとんど同
じである。一般にβ型炭化珪素は比較的低温において成
長し、α型炭化珪素は１５００℃以上の高温で成長させ
ることができる。
しかしながら、β型炭化珪素を基板として、高温で直接
α型炭化珪素を成長させようとしても、基板の結晶構造
が成長層に受けつがれてβ型炭化珪素が成長しやすい。
α型炭化珪素を成長させようとしても、基板の結晶構造
が成長層に受けつがれてβ型炭化珪素が成長しやすい。
しかしながらこの点に関し、基板と成長層の間に結晶構
造の連続性を切る役割を担う中間層を導入すれば、β型
炭化珪素基板上にこれと異なる構造の炭化珪素層を成長
させ得ることが判明した。
造の連続性を切る役割を担う中間層を導入すれば、β型
炭化珪素基板上にこれと異なる構造の炭化珪素層を成長
させ得ることが判明した。
そこで、中間層として炭素層（単結晶黒鉛や多結晶黒鉛
等）をまずβ型炭化珪素基板の上に堆積し、その上に高
温で結晶成長を行なうと、基板と異なる結晶構造を有す
るα型炭化珪素を成長形成することが可能になる。
等）をまずβ型炭化珪素基板の上に堆積し、その上に高
温で結晶成長を行なうと、基板と異なる結晶構造を有す
るα型炭化珪素を成長形成することが可能になる。
以下の説明では、β型炭化珪素単結晶基板上に炭素中間
層として黒鉛単結晶層を導入し、α型炭化珪素単結晶膜
を成長させる製造方法を例にとって詳説する。
層として黒鉛単結晶層を導入し、α型炭化珪素単結晶膜
を成長させる製造方法を例にとって詳説する。
なお、β型炭化珪素単結晶基板は本発明者らがβ型炭化
珪素単結晶を成長させる方法（特願昭５８−７６８４２
号）としてすでに提唱した二温連続ＣＶＤ法により成長
させたものを用いることとする。
珪素単結晶を成長させる方法（特願昭５８−７６８４２
号）としてすでに提唱した二温連続ＣＶＤ法により成長
させたものを用いることとする。
添付図面は本実施例に用いられる成長装置の構成図であ
る。水冷式横型二重石英反応管１内に、黒鉛製試料台２
が黒鉛製支持棒３により設置されている。反応管１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１の片側には、ガ
ス流入口となる枝管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
九る。反応管１の他端はステンレス鋼製のフランジ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に黒鉛棒３が固定され
る。試料台２の上にβ型炭化珪素単結晶基板が載置され
る。この成長装置を用いた気相成長法ＣＣＶＤ法）でま
ずβ型炭化珪素単結晶基板上に炭素中間層として黒鉛単
結晶層を適当な厚さくα０５〜Ｌ５μｍ穆度）に堆積し
、その後α型炭化珪素単結晶膜を成長させる。
る。水冷式横型二重石英反応管１内に、黒鉛製試料台２
が黒鉛製支持棒３により設置されている。反応管１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１の片側には、ガ
ス流入口となる枝管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
九る。反応管１の他端はステンレス鋼製のフランジ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に黒鉛棒３が固定され
る。試料台２の上にβ型炭化珪素単結晶基板が載置され
る。この成長装置を用いた気相成長法ＣＣＶＤ法）でま
ずβ型炭化珪素単結晶基板上に炭素中間層として黒鉛単
結晶層を適当な厚さくα０５〜Ｌ５μｍ穆度）に堆積し
、その後α型炭化珪素単結晶膜を成長させる。
黒鉛単結晶層を形成するには反応管ｌ内を排気し。
アルゴンガスで置換した後、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型炭化珪素単結晶
基板１５の温度を１６００〜２０００℃に昇温する。次
に原料ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈｌｌ ） を毎分
１、Ｏｃｃ キャリアガスとして水素ガス等を毎分３Ｉ
！、枝管５より供給する・（ここで、炭素中間層として
黒鉛単結晶層をβ型炭化珪素単結晶基板上に成長させる
方法は特願昭５９−５４４９号にて出願されている。）
その後、β型炭化珪素基板１５の温度を１５００〜１６
００℃に保持し原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ＜）
を毎分０．１〜０．４ ｃｃ、プロパン（Ｃ３Ｈ８）
を毎分α１〜０．４ ｃｃ 、キャリアガスとして水
素ガス等を毎分１〜５１．枝管５より反応管１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
２）１ｍの膜厚のα型炭化珪素単結晶膜が基板１５上全
面に得られる。
流を流して黒鉛製試料台２を加熱しβ型炭化珪素単結晶
基板１５の温度を１６００〜２０００℃に昇温する。次
に原料ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈｌｌ ） を毎分
１、Ｏｃｃ キャリアガスとして水素ガス等を毎分３Ｉ
！、枝管５より供給する・（ここで、炭素中間層として
黒鉛単結晶層をβ型炭化珪素単結晶基板上に成長させる
方法は特願昭５９−５４４９号にて出願されている。）
その後、β型炭化珪素基板１５の温度を１５００〜１６
００℃に保持し原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ＜）
を毎分０．１〜０．４ ｃｃ、プロパン（Ｃ３Ｈ８）
を毎分α１〜０．４ ｃｃ 、キャリアガスとして水
素ガス等を毎分１〜５１．枝管５より反応管１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
２）１ｍの膜厚のα型炭化珪素単結晶膜が基板１５上全
面に得られる。
以上の実施例においては、β型炭化珪素基板の製作方法
としてＣＶＤ法を用いたが、液相成長法。
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ＣＶＤ法など種々の成長方法によ
ってもよい。また、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。
は他の手法を使用したＣＶＤ法など種々の成長方法によ
ってもよい。また、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り、
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、広範な分野での炭化珪素単結晶の応用
が期待される。
積、高品質のα型炭化珪素単結晶の製造が可能となり、
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、広範な分野での炭化珪素単結晶の応用
が期待される。
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。 １、・・・反応管、２．・・・試料台、 ａ・・・支持
棒。 ル・・・ワークコイル、 ５．６．７１ａ・・・枝管
。 ＆・・・フランジ、９．・・・止め板、 １α・・・ボ
ルト。 ＩＬ・・・ナツト、１２．・・Ｏ−リング。 １４・・・支持台、１５．・・・β型炭化珪素単結晶基
板０
断面図である。 １、・・・反応管、２．・・・試料台、 ａ・・・支持
棒。 ル・・・ワークコイル、 ５．６．７１ａ・・・枝管
。 ＆・・・フランジ、９．・・・止め板、 １α・・・ボ
ルト。 ＩＬ・・・ナツト、１２．・・Ｏ−リング。 １４・・・支持台、１５．・・・β型炭化珪素単結晶基
板０
Claims (1)
- １、β型炭化珪素単結晶膜を成長用基板とし、該成長用
基板上に炭素層を堆積した後、該炭素層上にα型炭化珪
素単結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶
基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5260585A JPS61222992A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5260585A JPS61222992A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222992A true JPS61222992A (ja) | 1986-10-03 |
Family
ID=12919418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5260585A Pending JPS61222992A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61222992A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH026387A (ja) * | 1988-06-09 | 1990-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜形成方法 |
| US5944890A (en) * | 1996-03-29 | 1999-08-31 | Denso Corporation | Method of producing single crystals and a seed crystal used in the method |
| US6110279A (en) * | 1996-03-29 | 2000-08-29 | Denso Corporation | Method of producing single-crystal silicon carbide |
-
1985
- 1985-03-15 JP JP5260585A patent/JPS61222992A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH026387A (ja) * | 1988-06-09 | 1990-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜形成方法 |
| US5944890A (en) * | 1996-03-29 | 1999-08-31 | Denso Corporation | Method of producing single crystals and a seed crystal used in the method |
| US6110279A (en) * | 1996-03-29 | 2000-08-29 | Denso Corporation | Method of producing single-crystal silicon carbide |
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