JPS60145992A - 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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JPS60145992A JP58246512A JP24651283A JPS60145992A JP S60145992 A JPS60145992 A JP S60145992A JP 58246512 A JP58246512 A JP 58246512A JP 24651283 A JP24651283 A JP 24651283A JP S60145992 A JPS60145992 A JP S60145992A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明はα型炭化珪素（５ｉＣ）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■−■複化合物半導体や１■〜■複化合物半導体等が
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（ｐｏ］、ｙｔｙｐｅ。
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２．２ｅＶ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（Ｈｅｘａｇｏｎａ　１　）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型炭化珪素け、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拐料とし
て、他に硫化亜鉛（ＺｎＳ）、センン化亜鉛（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型両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機掛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。
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２２００〜２．６０
０℃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。
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、アチェン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０このように、炭化
珪素基板を製作するだめの従来の結晶成長法は寸法、形
状２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（ＣＶＤ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５８−７６８４２
号にて出願している。この方法は珪素基板上に低温ＣＶ
Ｄ法で炭化珪素薄膜を形成した後昇温しで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り、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１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。
〈発明の目的ン 本発明は上述の問題的に鑑み、β型炭化珪素単結晶基板
上に、α型炭化珪素単結晶層を成長させることにより、
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製造方法を提供す
ることを目的とする。
〈実施例の説明〉 β型炭化珪素はα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変
わらないため、一般的に異種基板上へのエピタキシャル
成長（ペテロエピタキンヤル成長）において結晶格子の
大きさの遠い（格子不整合）から発生するエピタキシャ
ル成長層の結高品質の劣化は起こらず、捷た基板も同一
構成原子のため、成長層への基板からの不純物汚染も防
ぐことができ、良質のα型炭化珪素単結晶膜が得られる
。従って、以下の実施例ではβ型炭化珪素単結晶基板上
にα型炭化珪素単結晶膜を成長させる製造方法を基本と
して詳細に説明する。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れる。反応管工の他端はステン
レス鋼製のフランジ８．止め板９．ボルト１０．ナツト
１１．Ｏ−リング１２に−Ｃ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（ＣＶＤ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
５８−７６８４２号の製造方法即ち珪素基板上に２段階
温度制御したＣＶＤ法により形成したβ型炭化珪素膜で
厚を約３０μｍ大きさ１ｍ×１ｍの単結晶であり、酸に
より予じ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１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゛Ｃに昇温する。原料
ガスとしてモノンラン（ＳｉＨ４）を毎分０．１〜Ｑ、
４ｃｍ　、プロパｙ　（Ｃ３Ｈ５）を毎分０１〜０４−
　、キャリアガスとして水素を毎分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
板上全面に得られる。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
により除去し、α型炭化珪素単結晶単体を半導体材料と
する。
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。
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。
〈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。寸だ、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】
パ紛付図面は本発明の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、　３・・支持棒。 ４・・ワークコイル、５．６．７．１３．　枝管。 ８フランジ、９．・・・止め板、１０．・・・ボルト。 １１、・・・ナツト、１２．・Ｏ−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とし、該成長
    用基板上にα型炭化珪素単結晶を成長形成することを特
    徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。
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