JPH0380197A - 半導体ＳｉＣ単結晶の製造法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分！Ｉ！［ 本発明は、ＣＶＤ法を用いドーピングを（’１′なうエ
ピタキシャル成長によって、ＬＥＤ（可視発光タイオー
１”）、ＩＣ等に用いられる半導体ＳｉＣ単結晶を製造
する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ドーピングしたＳｉＣ単結晶を得る方法としては
、アチソン法で合成された六方晶ＳｉＣの爪状結晶を基
材として、その表面にＳｉＣの昇華、或いは黒鉛容器内
の溶融Ｓｌ中にｅ？Ｍして、ＳｉＣをエピタキシャル成
長させる方法（特開平１１０８２００シフ公相、］−１
１３３９９８号公報、または、Ｓｉ単結晶表面にＳｉＣ
を超格子構造的に成長させる方法（＋９８８、秋季応物
学会、予稿集、６１）−Ｚ−１１）か知られている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、前者においては、ヘースとなる基材とし
てＳｉＣの爪状結晶を使用せざるを得ない。ところで、
この爪状結晶は、再現性よく作製することか困ガ］て、
大きさか１ｃｍ程度で、大きなものが出来ないばかりで
なく、臂開性て扱いにくい等の問題かあり、後者は、プ
ロセスか複雑で作製に手間がかかる等の問題かある。

本発明者等は、」二記の問題を解決し、半導体ＳＩＣ単
結晶を再現性よく容易につくることが出来る方法を得へ
く鋭意研究した結果、ＳｉＣの結晶系には、六方量系の
６１１．／ＩＩ＋、２＋１八りや、ＳＬ方晶系の３Ｃ型
かあり、それぞれ２〜３ｅＶの禁制帯幅（Ｂａｎｄ　Ｇ
ａｐ）を持っているので、！・−ピッグを伴なうエピタ
牛ンヤル成長を口出に行なうことか出来ると考えた。

不発明は上記の考えにノ、（ついてなされたちので、再
現性よく六方晶系、或いは立方晶系ＳｉＣを作意に造り
分け、かつ製造中にドーピングを行なう半導体ＳｉＣ単
結晶の製造法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の方法においては、 ５ｉｎ２とＣとを原料にして、ＣＶ　Ｄ　法によりＳＣ
単結晶を製造するに際し、系内に１・−ピック元素を導
入して、ＳｉＣ結晶中にドープする。

本発明に用いるＣＶＤ法は、原料であるＳｉｎ。

とＣとの混合物をカス化させ、基材」二にＳｉＣとして
析出さる、下記反応式による方法である。

高温部におけるカス化反応 Ｓ　ｉｏ、−１−ｃ−＞ｓ　ｉ○ｌＣＯ低温部における
析出反応は基材か炭素の場合５ｉＯ−１−２Ｃ−＞５ｉ
Ｃ−１−Ｃ０の反応か主として起るか、基材か炭素でな
い場合もＳｉＣか生成することから、高温部て生成した
ＣＯガスかｆＩ（高部で ２Ｃ（１＞ＣＩ　Ｃｏ。

により、Ｃが析出し、これにより ２Ｓｉ○＋２Ｃ→２ＳｉＣ＋０２ の反応も起っていると推定される。

原料Ｓｉｎ、としては、光フアイバー用のＳｉｎ。

を用い、Ｃ源としては、高純度黒鉛を用いることによっ
て、置局に高純度ＳｉＣを析出させることか出来る。

第１図は、不発１１ＪＪの方法に使用する反応装置の一
例を示すもので、図中符号１は反応容器である。

反応容器１は、それぞれ外部より加熱される高温部（カ
ス化部）２および低温部（析出部）３よりなる。

Ｊｌ記高渦部２には、原料Ｓｉ○２およびＣをモル比て
１１±０５の割合でｄ合した混合物４を収納した黒鉛容
器５を配置し、低温部３には、Ｓｌ○カスの流れ、高度
、カス濃度等によって決められた位置に、基材６を支持
台或いは支持棒６ａにより支持し配置する。

しかる後、反応容ａ’ｒｓ　Ｉ内を０．　］　〜ｌ　Ｏ
Ｔｏｒｒに減圧するとともに、畠１ｉＡ部２を、１７０
０〜２０００°Ｃ１低渦部３を、１６００〜１８００°
Ｃに加熱すると、高温部２より発生したＪｊスフは、Ｌ
（材６に達し面にＳｉＣが析出する。

生成する結晶系は、析出部３の温度によって穴なり、］
　６００〜１８００°Ｃの場合には立方晶系３Ｃとなり
、１８００〜２０００“Ｃては六方晶系となり、６　Ｈ
１４Ｈ１２＋−１，２１尺などか多く生成する。

これら結晶は、それぞれＢａｎｄＧａｐか異なり例えば
３Ｃては２　、２　ｅＶ、６１−１ては２．８６ｅＶ、
２Ｉ］ては３　、３　ｅＶとなる。青色Ｌ　Ｅ　Ｄては
、Ｂ　ａｎｄＧａｐ２．８ｅＶ近傍か必要となるのて、
これを有する結晶が優先している市は重要で、温度調整
によって必要とするＢａｎｄＧａｐか優先するようにす
る。

」１記基材６としては、黒鉛或いは既に作製されたＳｉ
Ｃ単結晶か用いられる。

黒鉛を基材６とした場合には、径にして０５〜１ｍｍの
５ｉＣ１１ｉ占品か桂状に成長してゆくので、エピタキ
シャル層は基材面に平行な形て成長する。

したかって黒鉛基材を除去した後、析出部を切断すれば
よい。

また既存のＳｉＣ単結晶を基材６として使用した場合は
、結晶の直径を大きくする方向に向かって各面か成長す
る。したかって基材６となるＳｉＣの表面か多くとれる
ように切出して用いるのが有利である。

またドーピングを行なうには、原料Ｓ］０２中に、高特
１１点化合物て、かつドーピング時に外乱となる元素を
含有しない化合物を添加する。

例えばＰ型においては、Ｂ、Ａ＆、Ｃａ等が１・−プさ
れるが、この場合にはＢ　、ＣＸＡ　ＬＣ、ＣａＣｌＢ
、Ｈ６が原料５ｉＯ−に添加され、ｎ型においては、Ｎ
、Ｐ等かＳｉ、Ｈ４、ＰＨ，、Ｎ　Ｈ３として添加され
る。この際、Ｐ　Ｉ−１、等は、外部より反応容器１内
にガス状で供給してもよい。

またｐ　−ｎ接合の場合には、１・−バントを切換える
ことか必要となるか、カス化速度を予めｌｊ７に＋ｉ？
ｊしておき、前の１・−パンｌ−／ｌ）？ｉ’ｉ失した
後、次の１・−パントが添加されているＳ　ｉ　Ｏｐを
高／！５１部にｌｔ給したり、或いは、予め別に用意さ
れた次の１・−パンＩ・か添加されているＳｉｎ、とＣ
との７ｉｉＡ合物を収納している黒鉛容器と交換するこ
とによって行なってもよい。

」１記ドーパントのドープ鼠は通常１０１７〜１０″原
子／　ｃ　ｃとされるか、原料中に添加するｌ；　　／
　ｓ＋１ン１−化合物の量を調整することによって、ド
ーピングレヘルは自由に調整される。

〔実施例〕

次に実施例を示して本発明を説明する。

実施例１ 第１図の装置を用い、アチソン法で製造した大きさ約Ｑ
　、　５　ｍｍの単結晶ＳｉＣ粒を黒鉛基材上に、粒間
に２〜３ｍｍ程度の間隙を設けて配置し、純度９９、９
９９９％以」−の５１０２５００ｇ、Ｃ５００ｇおよび
ドーパントとしてＳｉ○、に対してＱ、１ｗｔ％の５１
３Ｎ４を添加した原料を黒鉛容器に収納して用いた。

反応容器内を０．２Ｔｏｒｒに保持し、カス化部の温度
を２０００°Ｃ１析出部の温度を１９００　’Ｃとし、
エピタキシャル成長層間５１１ｒとして約５０μｍの六
方晶系のエピタキシャル成長層を得、この析出物の導電
性等を測定した。

実施例２ 原料に添加するドーパントとじて、Ｓｉ３Ｎ、の代りに
０．０５ｗｔ％のＢ４Ｃを用いた以外は実施例１と同し
にして５０μｍの六方晶系の成長層を得、導電性等を測
定した。

実施例３ 原料に添加するドーパントとじて５１３Ｎ−の代りに５
ＩＯ２に対してＯ，１ｗｔ％のＡＱ４Ｃ３を用いた以外
は実施例１と同じにして５０μｍの六方晶系ＳｉＣのエ
ピタキシャル戊長層を得、導電性等を測定した。

実施例４ ＳｉＯ２、ＣおよびＳｉ○、に対してＱ、１ｗｔ％の５
１３Ｎ＋を添加した原料を黒鉛容器に収納したものと、
５１０７、ＣおよびＳｉｎ、に対してＱ、１ｗｔ％のＢ
、Ｃを添加した黒鉛容器に収納したものとを予め用意し
、先ずＳｉ３Ｎ４をｌ−一７　ＸＨ７１〜として２、５
　ｈｒエピタキンヤル成長を行ない、次１．）テ■３゜
Ｃヲｌ”−パン１へとして２　、５　ｈｒエピタキシャ
ル成長を行なった以外は実施例１と同しにして５０μｍ
の六方晶系成長層を得た。

この成長層をオーン、−電子分光広（ＡＥＳ）によって
測定し、析出前半てＮ、後半てＢか含ま４″しているこ
をと確認した。

実施例５ 第１図の装置を用い、５ｃｍ角、厚さ５ｍｍの高純度黒
鉛（灰分］Ｏｐｐｍ以下）を系材とし、析出部温度１７
００°Ｃとした以外は実施例２と同じζこして、立方晶
系の成長層を得、導電性等をＨ１ｌ＋定しｔコ。

実施例１〜５の結果を一話して第１表に示−す。

第 表 〔発明の効果〕 以上述へたように、本発明の方法は、ＳｉＯ２・Ｃを原
料としたＣＶＤＫにより、容易に各種ドーパントをドー
プすることか出来、半導体ＳｉＣ単結晶を容易に製造す
ることか出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の一例を示す図で
ある。 １・　・反応容器、２・・　高畠部（カス化部）、３低
ｎ１部 （析出部） １１ｓ合物 （Ｓ ○２−１ Ｃ） ５・ 黒鉛容器、 Ｌ（材、 ａ 支 持合または支持棒、 高温部より発生した）Ｊ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＯ＿２とＣとを原料にして、ＣＶＤ法により
   ＳｉＣ単結晶を製造するに際し、系内にドーピング元素
   を導入して、ＳｉＣ結晶中にドープすることを特徴とす
   る半導体ＳｉＣ単結晶の製造法。
2. （２）ドーピング元素がIII族、Ｖ族の元素である請求
   項（１）記載の半導体ＳｉＣ単結晶の製造法。