JPH0570295A - 単結晶炭化珪素の形成方法 - Google Patents

単結晶炭化珪素の形成方法

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JPH0570295A
JPH0570295A JP3089994A JP8999491A JPH0570295A JP H0570295 A JPH0570295 A JP H0570295A JP 3089994 A JP3089994 A JP 3089994A JP 8999491 A JP8999491 A JP 8999491A JP H0570295 A JPH0570295 A JP H0570295A
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JP
Japan
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silicon carbide
single crystal
crystal silicon
substrate
growth
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JP3089994A
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Masato Usuda
真人 薄田
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TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は結晶性の良い単結晶炭化珪素を形成
できる形成方法を提供する。 【構成】 本発明方法は、塩化珪素又は水素化珪素と、
塩化炭素又は炭化水素とが原料ガスとして用い、基板2
上に単結晶炭化珪素を形成する方法において、前記基板
2表面に紫外レーザ光を照射し原料ガス成分の表面反応
を生起しつつ単結晶炭化珪素を成長させるようにしたも
のである。これにより、結晶性が良い単結晶炭化珪素を
安価に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶炭化珪素の形成
方法に関し、より詳しくは比較的低い温度条件の基に結
晶性の良い単結晶炭化珪素を得ることができる形成方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】青色発光ダイオードや耐環境半導体素子
の技術分野においては、結晶性の良好な炭化珪素が有望
視されている。これは、炭化珪素が大きなバンドギャッ
プを有し、pn両伝導型が容易に得られることによる。
【0003】このような用途に用いる炭化珪素膜を得る
方法としては、炭化珪素単結晶の基板上への1400℃
以上の温度での液相成長法、もしくは1300℃以上の
温度での気相成長法が通常用いられている。最近ではシ
リコン単結晶上への低温ヘテロエピタキシャル成長が試
みられ、気相成長法により1200℃程度の温度でも単
結晶炭化珪素膜が得られているが、1200℃以下の温
度では欠陥を多く含む膜もしくは多結晶膜となってしま
う。従って、良質の単結晶炭化珪素膜を得るためには、
何れの成長方法を用いても1200℃以上の高温プロセ
スが必要である。
【0004】しかしながら、高温プロセスでは、以下の
ような問題がある。即ち、シリコンの融点が1410℃
であることから、1400℃以上の高温プロセスでは、
シリコン基板を使用することができない。また、120
0℃以上の高温プロセスでは、P型,n型両不純物の熱
による相互拡散のため、界面の接合劣化が生じ、急峻な
ドーピングプロファイル(段階接合)が得難い。さら
に、高温プロセス用の複雑、かつ、高価な成長装置が必
要で、製造コストの高騰を招く。
【0005】また、高価かつ小面積の炭化珪素単結晶基
板を使用する場合でも、製造コストが高くなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来方
法では基板の材料制限や、製品の特性の点で問題があ
り、さらに製造コストも高くなるという欠点を具備して
いる。
【0007】そこで、本発明は、安い製造コストで特性
の良好な単結晶炭化珪素を製造し得る形成方法を提供す
ることを目的とするものである。
【0008】[発明の構成]
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、塩化珪素又は
水素化珪素と、塩化炭素又は炭化水素とを原料ガスとし
て用い、基板上に単結晶炭化珪素を形成する方法におい
て、前記基板表面に紫外レーザ光を照射し原料ガス成分
の表面反応を生起しつつ単結晶炭化珪素を成長させるよ
うにしたものである。
【0010】前記紫外レーザ光の1パルス当りのエネル
ギー密度は基板表面において0.1乃至500mJ/c
2 に設定し、前記原料ガスの反応圧力は1×10-3
orrから常圧の範囲に設定する。
【0011】
【作用】本発明方法によれば、基板表面に紫外レーザ光
を照射し、原料ガスである塩化珪素又は水素化珪素と、
塩化炭素又は炭化水素との表面反応を生起しつつ単結晶
炭化珪素を成長させるものであるから、比較的低温にお
いても紫外レーザ光照射による光誘起脱離や成長表面の
活性化が促進され良質な炭化珪素の単結晶を得ることが
できる。
【0012】紫外レーザ光のエネルギー密度、反応圧力
を上述した値とすることにより、炭化珪素の結晶性が良
好となる。
【0013】
【実施例】以下の本発明の実施例方法について説明す
る。
【0014】図1は、実施例方法に用いられる単結晶炭
化珪素成長装置(以下「成長装置」という。)10を示
すものである。
【0015】この成長装置10は、単結晶炭化珪素11
を成長させる反応容器1、基板2を保持するためのサセ
プタ3、基板2及びサセプタ3を加熱する基板加熱機構
4、紫外レーザ光5を導入するための合成石英製の光導
入窓6及びガス流量制御部(マスフローコントローラ)
7,8,9を具備している。
【0016】原料ガスとはしては100%Si2 6
ス,100%C2 2 ガス,キャリアガスとしては水素
を使用した。基板10としてシリコン単結晶(100)
面を使用した。基板10の前処理としてRCA洗浄を行
った後、ただちにサセプタ3上に載置し、1.0×10
-8Torrまで真空排気した。
【0017】次に、前記ガス流量制御部7を操作し、1
00sccm(スタンダード・cc・分)の水素を反応
容器1内に導入し、排気速度を調整することにより、反
応容器1内の圧力を1.0Torrに保持しながら、基
板2の温度を1000℃まで昇温し、5分間加熱した。
その後基板2の温度を900℃まで降温し、合成石英製
の光導入窓6を通して紫外レーザ光であるArFエキシ
マレーザ光(波長193nm、繰り返し周波数100H
z、1パルス当りのエネルギー密度10mJ/cm2
5を基板2に照射しながら、水素100sccm,C2
2 2sccm,Si2 6 2sccmを反応容器1内
に導入し、反応圧力を1.0Torrで60分間成長を
行った。その結果、膜厚1.5μmの炭化珪素層を基板
2全体に亘り均一に鏡面成長させることができた。この
薄膜は電子線回析により良質の3C型の単結晶炭化珪素
11であることが同定できた。
【0018】即ち、電子線回析により、3C型の単結晶
炭化珪素11であることを示す明瞭なスポット状のパタ
ーンを確認できた。
【0019】尚、ArFエキシマレーザ光5を照射しな
い場合には膜厚1.3μmの多結晶膜が成長した。
【0020】即ち、この場合の電子線回析により、多結
晶を示すリング状パターンを確認できた。
【0021】このことから、上述したArFエキシマレ
ーザ光5の照射により、原料ガス成分の表面反応が生起
し、900℃という比較的低温でも単結晶炭化珪素11
を成長させることが判明した。
【0022】上述したArFエキシマレーザ光照射によ
り得られた単結晶炭化珪素11の表面及び断面の組織を
図4,図5に、ArFエキシマレーザ光を照射しない場
合の多結晶膜の表面及び断面の組織を図6,図7に各々
示す。
【0023】ここで、成長温度と結晶性との関係につい
て考察する。1300℃程度の高温においてはシリコン
原子の隣にシリコン原子が吸着しても脱離し易いのに対
し、炭素原子は脱離し離いためシリコン原子の隣には必
ず炭素原子が吸着し、炭素珪素の結晶ネットワークに組
み込まれる。炭素原子の隣に関しても同様なことが起っ
ている。
【0024】一方、1000℃以下の低温においては、
シリコン原子の隣にシリコン原子と炭素原子のどちらも
が吸着できるため、膜中にシリコン結晶やグラファイト
などが析出し、化学量論組成のずれや結晶性の低下が起
る。
【0025】単結晶の成長には、吸着手が膜成長表面を
充分に泳動し、キンク(kink)に到達することが必
要である。通常の気相成長において吸着手の泳動に要す
るエネルギーは基板から熱エネルギーとして与えられる
ため、良質の単結晶の成長のためには高い成長温度が必
要である。成長温度が低い場合にはキンクからの成長と
ならないため、双晶や積層欠陥が発生し易くなる。更に
低温の場合には多結晶となってしまう。
【0026】しかし、本実施例方法のように、ArFエ
キシマレーザ光5を基板2に照射すると、1000℃以
下の低温においても良質な単結晶炭化珪素11を得るこ
とができる。
【0027】ArFエキシマレーザ光5の照射が膜成長
に及ぼす効果としては以下のように考えられる。
【0028】ArFエキシマレーザ光の照射により、固
体原子に吸収された光エネルギーが局所的に格子を加熱
し、熱伝導で表面層近傍が加熱される結果、例えばシリ
コン原子の隣に吸着したシリコン原子が脱離する。シリ
コン原子の隣の炭素原子は非常に安定なので脱離しな
い。
【0029】また、光照射により成長表面または吸着手
が活性化され、表面での吸着手の泳動が促進され、低温
においてもキンクからの成長が主となるため良質な単結
晶が得られる。
【0030】次に、図8を参照し、前記単結晶炭化珪素
11を基礎した青色発光ダイオード20について説明す
る。
【0031】同図に示す青色発光ダイオード20は、n
型6H炭化珪素(0001)基板25上にN及びAlを
ドープしたn型炭化珪素単結晶層21とAlをドープし
たp型炭化珪素単結晶層22とが順次積層された構造と
なっている。
【0032】n型炭化珪素単結晶層21及びp型炭化珪
素単結晶層22は、既述した本実施例方法により作製し
た。即ち、n型炭化珪素単結晶層(以下「n型層」とい
う。)21及びp型炭化珪素結晶層(以下「p型層」と
いう。)22は、前記成長装置10により形成したが、
この際、N及びAlはNH3 及び(CH3 3 Alをド
ーピングガスとして使用し、キャリアガスH2 とともに
それぞれ独立した別のガス導入ノズル(図示せず)より
反応容器1内に導入した。
【0033】n型層21を形成する場合には繰り返し周
波数100Hz、1パルス当りのエネルギー密度10m
J/cm2 のエキシマレーザ光を900℃に加熱した基
板25上に照射しながら、水素80sccm,C2 2
2sccm,Si2 6 2sccm,水素で希釈したN
3 10sccm,水素で希釈した(CH3 3 Al1
0sccmを反応容器1内に導入し、反応圧力を1.0
Torrに調整し、60分間成長を行った。得られたn
型層21の膜厚は1.5μm,キャリア密度は1×10
18/cm3 であった。
【0034】n型層21の形成後、同様の方法でp型層
22を形成した。但し、p型層22の形成に当っては、
NH3 を導入せずドーピングガスとして水素希釈した
(CH3 3 Al20sccmのみを導入した。結果得
られたp型層22の膜厚は1.5μm,キャリア濃度は
3×1018/cm3 であった。p型層22形成後オーミ
ック電極23,24を形成し青色発光ダイオード20を
得た。
【0035】この青色発光ダイオード20の発光特性は
順方向3.5V,20mAの動作条件で480nm付近
に発光ピーク波長を有し、発光効率は0.7%と従来の
青色発光ダイオードに比べて1桁高いものであった。
【0036】上述した本実施例方法によれば、1000
℃以下の低温でも良質な単結晶炭化珪素を成長させるこ
とができるので不純物の拡散が抑制され、急峻な不純物
プロファイルを有する接合の形成が可能となる。これに
より、優れた半導体素子特性が得られる。高価で面積が
小さい炭化珪素単結晶基板ではなく安価で大面積なシリ
コン単結晶基板上に良質の炭化珪素の単結晶を成長させ
ることができ、低コスト化,量産性の向上を図れる。
【0037】また、高温プロセス用の複雑な成長装置を
必要とせず、簡単な装置を使用することができるので製
造コストを低減することができる。
【0038】本発明は上述した実施例のほか、その要旨
の範囲内で種々の変形が可能である。
【0039】
【発明の効果】上述した本発明方法によれば、紫外レー
ザ光による表面反応を利用することで、優れた特性を発
揮する単結晶炭化珪素を安い製造コストで形成すること
が可能な単結晶炭化珪素の形成方法を提供することがで
きる。
【0040】また、請求項2記載のエネルギー密度,反
応圧力とすることで、単結晶炭化珪素の成長が促進され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例方法に用いる成長装置の概略構
成図
【図2】実施例方法の成膜工程を示す断面図
【図3】実施例方法により得られる単結晶炭化珪素を示
す断面図
【図4】実施例方法により得られる単結晶炭化珪素の表
面組織を示す写真
【図5】実施例方法により得られる単結晶炭化珪素の断
面組織を示す写真
【図6】レーザ光を照射しない場合の炭化珪素の表面組
織を示す写真
【図7】レーザ光を照射しない場合の炭化珪素の断面組
織を示す写真
【図8】本実施例の単結晶炭化珪素を用いた青色発光ダ
イオードを示す断面図
【符号の説明】
1 反応容器 2 基板 5 紫外レーザ光 11 単結晶炭化珪素
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例方法に用いる成長装置の概略構
成図
【図2】実施例方法の成膜工程を示す断面図
【図3】実施例方法により得られる単結晶炭化珪素を示
す断面図
【図4】実施例方法により得られる単結晶炭化珪素の表
面の結晶構造を示す写真
【図5】実施例方法により得られる単結晶炭化珪素の断
面の結晶構造を示す写真
【図6】レーザ光を照射しない場合の炭化珪素の表面の
結晶構造を示す写真
【図7】レーザ光を照射しない場合の炭化珪素の断面の
結晶構造を示す写真
【図8】本実施例の単結晶炭化珪素を用いた青色発光ダ
イオードを示す断面図
【符号の説明】 1 反応容器 2 基板 5 紫外レーザ光 11 単結晶炭化珪素

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 塩化珪素又は水素化珪素と、塩化炭素又
    は炭化水素とを原料ガスとして用い、基板上に単結晶炭
    化珪素を形成する方法において、前記基板表面に紫外レ
    ーザ光を照射し原料ガス成分の表面反応を生起しつつ単
    結晶炭化珪素を成長させることを特徴とする単結晶炭化
    珪素の形成方法。
  2. 【請求項2】 前記紫外レーザ光の1パルス当りのエネ
    ルギー密度が基板表面において0.1乃至500mJ/
    cm2 、前記原料ガスの反応圧力が1×10-3Torr
    から常圧の範囲である請求項1記載の単結晶炭化珪素の
    形成方法。
JP3089994A 1991-03-28 1991-03-28 単結晶炭化珪素の形成方法 Withdrawn JPH0570295A (ja)

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JP (1) JPH0570295A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013028475A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Kyocera Corp 単結晶基板およびそれを用いた半導体素子
JP2015122540A (ja) * 2015-03-16 2015-07-02 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体およびその製造方法と製造装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013028475A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Kyocera Corp 単結晶基板およびそれを用いた半導体素子
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Effective date: 19980514