JPS6117497A - 炭化硅素単結晶膜の製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、絶縁性基板であるサファイア基板上への炭
化硅素単結晶膜の製造方法に関するものである。

〔従来技術〕

サファイアなどの絶縁性基板上へのシリコン単結晶膜の
作製（ＳＯ８）は、素子集積化に際して素子間の電気的
分離が容易であるために、シリ′コン集積回路作製技術
上重要である。これと同様の理由で絶縁性基板であるサ
ファイア基板上への炭化硅素単結晶膜の作製技術は、炭
化硅素を用いた電子あるいは光電子素子作製上重要であ
る。

しかし、サファイア基板上への炭化硅素単結晶膜の作製
は殆ど行われていない。

例えば、化成蒸着法によりサファイア基板上に炭化硅素
を成長させた場合、繊維構造膜は基板より剥離しないが
、単結晶膜は厚さ２０００Ａ以上で、膜成長後膜が基板
から剥離してしまう。しかしサファイア基板上に、化成
蒸庸法により窒化アルミニウム単結晶膜を成長させ、こ
の上に炭化硅素を成長させることにより、剥離すること
なく炭化硅素単結晶膜が成長できる。この炭化硅素単結
晶膜は双晶構造を含むため、電気的性質に劣り、電子素
子への応用上結晶の質の向上が必要である。

〔発明の概要〕

この発明は、上記の点にかんがみなされたもので、絶縁
基板であるす７フイ７基板上に窒化アルミニウム単結晶
膜を成長させた後、その上にアルミニウムの酸化層を成
長させ、さらに、その上に炭化硅素単結晶膜を成長させ
ることＫより、剥離することなくサファイア基板上に、
結晶性の良好な、電気的性質に優れた炭化硅素単結晶膜
を成長させる方法を提供することを目的とするものであ
る。

本発明者等は、窒化アルミニウム単結晶膜上へのアルミ
ニウムの酸化層がこの目的を達成するのに極めて有効で
あることを見出し、この発明に至ったものである。

次に、この発明に至った技術的経緯を説明する。

サファイア基板上に窒化アルミニウム単結晶を成長させ
、この上圧炭化硅素単結晶を成長させる場合、窒化アル
ミニウム単結晶膜成長後、室温において窒化アルミニウ
ム単結晶表面を大気にさらした後、この上に炭化硅素を
成長させるほうが、大気にさらさない窒化アルミニウム
上に成長させるより、単結晶の成長が容易であった。

窒化アルミニウム単結晶膜は、大気にさらされることに
よりその表面には数１ＯＡ厚さの酸化層が形成されるこ
とが、オージェ電子分光測定による深さ方向の組成分析
の結果よりわかっている。

また、サファイア基板上へ直接炭化硅素単結晶を成長さ
せた場合には、膜は成長波数時間で基板より剥離してし
まうが、成長した炭化硅素単結晶膜は双晶構造を含まな
い極めて良好な結晶性を示す。

窒化アルミニウムおよびその酸化層は１ＱｌｉΩ・錦以
上の高い抵抗率を持ち、また、熱的、化学的忙極めて安
定であるために、窒化アルミニウムとその酸化層が存在
することは、炭化硅素単結晶膜を絶縁基板上に成長させ
るという目的を妨げないはかりでなく、素子化のための
炭化硅素膜に対する熱的、化学的プロセスに十分耐え得
ると考えられる。

この発明は、以上の知見に基づいて完成したものである
。以下、この発明につき実施例に基づき化成蒸着法によ
る方法を説明する。

〔発明の実施例〕

図面は、この発明を実施するための装置を示す構成図で
ある。１ｏ−’Ｐａ以下の超高真空に排気された真空槽
１内には、基板の背面或いは側面に基板加熱ヒータ２が
あり、基板加熱ヒータ２近くにはサファイア基板３が配
置され、その前面はシャッタ４で遮断されるようＫなっ
ている。また、サファイア基板３の前方中央にはアンモ
ニア（ＮＨｓ）と酸ａ＜ＯＸ）およびアセチレンガス（
ＣｔＨｔ）を導入するパイプ５が、その開口部５ａをサ
ファイア基板３に向けて配置され、パイプ５０両側には
アルミニウム（Ａｔ）ｉ発源６およびシリコン（Ｓｉ）
蒸発源１が配置されている。また、８は排気口、９．１
０．１１は制御弁である。なお、基板加熱ヒータ２の温
度制御装置は省略しである。

炭化硅素単結晶膜作製の工程としては、真空槽１内を１
０−６Ｐａ以下の超高真空に排気し、アルミニウム蒸発
源６よりアルミニウム分子線を、基板方向に向いたガス
導入パイプ５より１０−’Ｐａの７ンモニ７を１０００
〜１２００℃に加熱されたサファイア基板３に同時に入
射させ、窒化アルミニウム単結晶膜を成長させる。膜の
成長速度は、アルミニウム分子線強度およびアンモニア
分圧に依存するが、２　Ｘ　１０”／ｃｔＩＬ”ｅ　ｓ
ｅｃ、　７　Ｘ　１０−”　Ｐａの時、約２＾／ｓｅｃ
である。

次に、所定の膜厚の窒化アルミニウム単結晶膜を成長さ
せた後、アルミニウム分子線はそのままとし、アンモニ
アカスの供給を止めるとともに、す７アイ７基板３の温
度を同一に保ったままガス導入パイプ５より、１０−’
Ｐａの酸素を窒化アルミニウム単結晶膜でおおわれたす
７フイ７基板３に向けて、導入する。成長時間は５分間
である。

さらに、アルミニウム分子線および酸素の供給を止め、
アンモニアガスおよび酸素などの残留ガスの影響を避け
るため、サファイア基板３を１０００℃で真空中に６０
分以上保持して後、約１２００℃にサファイア基板３の
温度を保ち、シリコン蒸発源７よりシリコン分子線を、
ガス導入パイプ５より１０−’　Ｐａのアセチレンを窒
化アルミニウム単結晶膜とその酸化層でおおわれたサフ
ァイア基板３に同時に入射させ、炭化硅素単結晶膜を成
長させる。

膜の成長速度は、シリコン分子線強度およびアセチレン
分圧に依存するが、１．７　Ｘ　１０”／ｃ１ｒＬ”　
−ｓｅｃ、　　Ｉ　Ｘ　１０−”　Ｐａ０時、約３λ／
　ｓｅｃである。

この方法により作製したサファイア基板３上の窒化アル
ミニウム単結晶膜とその酸化層上の炭化硅素膜は、数μ
ｍの膜厚であっても、作製後サファイア基板３の温度を
室温とし、大気中に取り出しても剥離することはなく、
また、膜をこすっても剥れることはなかった。

さらに、反射電子線回折により作成した膜は、双晶構造
を含まないβ（あるいは３Ｃ）−炭化硅素単結晶膜であ
ることが判明した。

また、作成した膜は従来の方法による絶縁基板上の膜よ
り電気的に優れている。すなわち、サファイア基板３上
に直接成長させた繊維状構造およびサファイア基板３上
へ窒化アルミニウムを成長させその上に成長させた膜は
電子移動度が５〜６６ｒｌＬ”　’／”Ｊ　−３６（で
あるのに対し、この方法による膜は、電子移動度が’２
４　Ｃｍ”　／　Ｖ−ｓｅｃと大きな値を示した。

なお、この発明は上記の実施例に示される化成蒸着法に
よる方法に限定されるものではなく、全ての成長過程を
反応性イオンブレーティング法や気相成長法などいずれ
に従ってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明はサファイア基板上に窒
化アルミニウム単結晶膜を成長させ、この窒化アルミニ
ウム単結晶膜上にアルミニウム酸化層を成長させ、前記
アルミニウムの酸化層上に■ 炭化硅素を成長させたので、絶縁性基板であφ−サファ
イア基板上に、結晶性に優れた炭化硅素単結晶膜を剥離
することなく成長させることがでれ炭化硅素を用いた電
子素子等の諸種の応用に巻り活用が期待できる利点を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明を実施するための装置を示す構成図であ
る。 図中、１は真空槽、２は基板加熱ヒータ、３はサファイ
ア基板、４はシャッタ、５は７ンモニ７ガスと酸素およ
びアセチレンガスの導入バイブ、６はアルミニウム蒸発
源、７はシリコン蒸発源、８は排気口、８〜１１は制御
弁である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サファイア基板上に窒化アルミニウム単結晶膜を成長さ
   せ、この窒化アルミニウム単結晶膜上に７ルミニウム酸
   化層を成長させ、前記アルミニウムの酸化層上に炭化硅
   素を成長させることを特徴とする炭化硅素単結晶膜の製
   造方法。