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技術 炭化珪素単結晶、炭化珪素基板および炭化珪素単結晶の製造方法

出願人 住友電気工業株式会社
発明者 塩見弘木下博之
出願日 2004年10月29日 (16年3ヶ月経過) 出願番号 2004-316458
公開日 2006年5月18日 (14年8ヶ月経過) 公開番号 2006-124245
状態 特許登録済
技術分野 結晶、結晶のための後処理
主要キーワード 高抵抗率化 単結晶インゴッド 金属バナジウム 金属ホウ素 ホウ素単体 ホウ化ハフニウム ホウ化ニオブ 昇華速度
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図面 (3)

課題

高抵抗率を示すSiC単結晶SiC基板を提供し、高抵抗率を示すSiC単結晶を安定して製造することができるSiC単結晶の製造方法を提供する。

解決手段

アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントと、ドナーとしての機能を有する第2ドーパントとを含むSiC単結晶であって、第1ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であり、第2ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であって、第1ドーパントの含有量が第2ドーパントの含有量よりも多いSiC単結晶である。炭素珪素とを含む材料中に金属ホウ化物を混合して原料を作製する工程と、原料を気化させる工程と、炭素と珪素とホウ素と窒素とを含む混合ガスを生成する工程と、混合ガスを種結晶基板の表面上で再結晶させてホウ素と窒素とを含む炭化珪素単結晶を種結晶基板の表面上に成長させる工程とを含む、炭化珪素単結晶の製造方法である。

概要

背景

SiCは、珪素(Si)に比べてバンドギャップが約3倍、絶縁破壊電圧が約10倍、電子飽和速度が約2倍、さらに熱伝導率が約3倍大きく、Siにない物性を有している。また、SiCは熱的かつ化学的に安定な半導体材料であり、これらの物性を生かして、近年ではSiデバイス物理的な限界を打破するパワーデバイス高温で動作する耐環境デバイスなどへの応用が期待されている。

また、光デバイス研究においては短波長化を目指した窒化ガリウム(GaN)系の材料開発がなされているが、SiCはGaNに対する格子不整合が他の化合物半導体に比べて格段に小さいので、SiC基板GaN層エピタキシャル成長用基板として注目されている。

このようなエレクトロニクスの分野においては、使用目的に応じて基板の電気伝導特性を制御する必要があり、例えば、半導体レーザ用の基板としては低抵抗率の基板が必要とされ、高周波デバイス用の基板としては寄生容量低減および素子分離等の理由から、高抵抗率半絶縁性)の基板が必要とされている。

低抵抗率のSiC基板は、例えば、改良レーリー法において雰囲気ガスであるアルゴンガス窒素ガスを混合することにより比較的容易に得ることができる。

一方、高抵抗率のSiC基板は、例えば、特許文献1〜3に記載されているバナジウムを含有させた高抵抗率のSiC単結晶を切断することによって製造される。このバナジウムを含有させた高抵抗率のSiC単結晶は、高純度SiC結晶粉末中に高純度の金属バナジウムを添加し、金属バナジウムをSiCと共に昇華させてSiC単結晶中にバナジウムを含有させることによって製造される。

しかしながら、金属バナジウムの昇華速度が大きいため、SiC単結晶の成長初期に多くのバナジウムがSiC単結晶中に取り込まれてしまい、SiC単結晶中に一様にバナジウムを含有させることができなかった。また、成長初期において、SiC単結晶中に含有されるバナジウムの量が固溶限界を超えてしまい、析出物の発生を伴って結晶性劣化させるため、この成長初期における結晶性の劣化がその後に成長するSiC単結晶にも悪影響を及ぼしていた。その結果、高抵抗率のSiC単結晶を安定して製造することができないという問題があった。また、SiC単結晶を切断して得られるSiC基板の抵抗率にも大きなバラツキが生じてしまうという問題があった。

そこで、特許文献3においては、バナジウムを含有するSiC結晶を予め製造しておき、これを粉末状としたものを原料として改良レーリー法によりバナジウムを含有するSiC単結晶を再度成長させる方法が開示されている。しかしながら、この方法においては、バナジウムを含有するSiC結晶を予め製造する必要があるため、高抵抗率のSiC単結晶を効率的に製造することができないという問題があった。

また、上記したバナジウム添加ではなく、SiC単結晶の純度を向上させることによっても、高抵抗率のSiC基板を作製することができる。例えば、化学気相蒸着CVD)法の延長である高温CVD法を用いて作製されたSiC単結晶は高純度になりやすい。しかしながら、高純度のSiC単結晶を得るためには、その成長プロセス(原料、成長装置等)も高純度化する必要があるが、成長プロセスを安定して高純度化し続けるのは、非常に困難であった。
米国特許5611955号明細書
特表2003−500321号公報
特開2003−104798号公報

概要

高抵抗率を示すSiC単結晶とSiC基板を提供し、高抵抗率を示すSiC単結晶を安定して製造することができるSiC単結晶の製造方法を提供する。アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントと、ドナーとしての機能を有する第2ドーパントとを含むSiC単結晶であって、第1ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であり、第2ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であって、第1ドーパントの含有量が第2ドーパントの含有量よりも多いSiC単結晶である。炭素と珪素とを含む材料中に金属ホウ化物を混合して原料を作製する工程と、原料を気化させる工程と、炭素と珪素とホウ素と窒素とを含む混合ガスを生成する工程と、混合ガスを種結晶基板の表面上で再結晶させてホウ素と窒素とを含む炭化珪素単結晶を種結晶基板の表面上に成長させる工程とを含む、炭化珪素単結晶の製造方法である。

目的

本発明の目的は、高抵抗率を示すSiC単結晶およびSiC基板を提供することにある。また、本発明の目的は、安定して高抵抗率を示すSiC単結晶を製造することができるSiC単結晶の製造方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントと、ドナーとしての機能を有する第2ドーパントと、を含む炭化珪素単結晶であって、前記第1ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であり、前記第2ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であって、前記第1ドーパントの含有量が前記第2ドーパントの含有量よりも多いことを特徴とする、炭化珪素単結晶。

請求項2

前記第1ドーパントの含有量が1×1016個/cm3以上1×1017個/cm3以下であることを特徴とする、請求項1に記載の炭化珪素単結晶。

請求項3

前記第2ドーパントの含有量が1×1016個/cm3以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の炭化珪素単結晶。

請求項4

前記第1ドーパントの含有量と前記第2ドーパントの含有量との差が5×1016個/cm3以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の炭化珪素単結晶。

請求項5

前記第1ドーパントがホウ素であり、前記第2ドーパントが窒素であることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の炭化珪素単結晶。

請求項6

25℃における抵抗率が1×104Ωcm以上であることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の炭化珪素単結晶。

請求項7

25℃における抵抗率が1×107Ωcm以上であることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の炭化珪素単結晶。

請求項8

請求項1から7のいずれかに記載の炭化珪素単結晶からなる、炭化珪素基板

請求項9

炭素珪素とを含む材料中に金属ホウ化物を混合して原料を作製する工程と、前記原料を気化させる工程と、炭素と珪素とホウ素と窒素とを含む混合ガスを生成する工程と、前記混合ガスを種結晶基板の表面上で再結晶させてホウ素と窒素とを含む炭化珪素単結晶を前記種結晶基板の表面上に成長させる工程と、を含む、炭化珪素単結晶の製造方法。

請求項10

前記金属ホウ化物が、ホウ化チタンホウ化ジルコニウムホウ化ハフニウム、ホウ化タンタルおよびホウ化ニオブの群から選択された少なくとも1種類であることを特徴とする、請求項9に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、炭化珪素(SiC)単結晶SiC基板およびSiC単結晶の製造方法に関し、特に高抵抗率を示すp型のSiC単結晶、SiC基板およびSiC単結晶の製造方法に関する。

背景技術

0002

SiCは、珪素(Si)に比べてバンドギャップが約3倍、絶縁破壊電圧が約10倍、電子飽和速度が約2倍、さらに熱伝導率が約3倍大きく、Siにない物性を有している。また、SiCは熱的かつ化学的に安定な半導体材料であり、これらの物性を生かして、近年ではSiデバイス物理的な限界を打破するパワーデバイス高温で動作する耐環境デバイスなどへの応用が期待されている。

0003

また、光デバイス研究においては短波長化を目指した窒化ガリウム(GaN)系の材料開発がなされているが、SiCはGaNに対する格子不整合が他の化合物半導体に比べて格段に小さいので、SiC基板はGaN層エピタキシャル成長用基板として注目されている。

0004

このようなエレクトロニクスの分野においては、使用目的に応じて基板の電気伝導特性を制御する必要があり、例えば、半導体レーザ用の基板としては低抵抗率の基板が必要とされ、高周波デバイス用の基板としては寄生容量低減および素子分離等の理由から、高抵抗率(半絶縁性)の基板が必要とされている。

0005

低抵抗率のSiC基板は、例えば、改良レーリー法において雰囲気ガスであるアルゴンガス窒素ガスを混合することにより比較的容易に得ることができる。

0006

一方、高抵抗率のSiC基板は、例えば、特許文献1〜3に記載されているバナジウムを含有させた高抵抗率のSiC単結晶を切断することによって製造される。このバナジウムを含有させた高抵抗率のSiC単結晶は、高純度SiC結晶粉末中に高純度の金属バナジウムを添加し、金属バナジウムをSiCと共に昇華させてSiC単結晶中にバナジウムを含有させることによって製造される。

0007

しかしながら、金属バナジウムの昇華速度が大きいため、SiC単結晶の成長初期に多くのバナジウムがSiC単結晶中に取り込まれてしまい、SiC単結晶中に一様にバナジウムを含有させることができなかった。また、成長初期において、SiC単結晶中に含有されるバナジウムの量が固溶限界を超えてしまい、析出物の発生を伴って結晶性劣化させるため、この成長初期における結晶性の劣化がその後に成長するSiC単結晶にも悪影響を及ぼしていた。その結果、高抵抗率のSiC単結晶を安定して製造することができないという問題があった。また、SiC単結晶を切断して得られるSiC基板の抵抗率にも大きなバラツキが生じてしまうという問題があった。

0008

そこで、特許文献3においては、バナジウムを含有するSiC結晶を予め製造しておき、これを粉末状としたものを原料として改良レーリー法によりバナジウムを含有するSiC単結晶を再度成長させる方法が開示されている。しかしながら、この方法においては、バナジウムを含有するSiC結晶を予め製造する必要があるため、高抵抗率のSiC単結晶を効率的に製造することができないという問題があった。

0009

また、上記したバナジウム添加ではなく、SiC単結晶の純度を向上させることによっても、高抵抗率のSiC基板を作製することができる。例えば、化学気相蒸着CVD)法の延長である高温CVD法を用いて作製されたSiC単結晶は高純度になりやすい。しかしながら、高純度のSiC単結晶を得るためには、その成長プロセス(原料、成長装置等)も高純度化する必要があるが、成長プロセスを安定して高純度化し続けるのは、非常に困難であった。
米国特許5611955号明細書
特表2003−500321号公報
特開2003−104798号公報

発明が解決しようとする課題

0010

本発明の目的は、高抵抗率を示すSiC単結晶およびSiC基板を提供することにある。また、本発明の目的は、安定して高抵抗率を示すSiC単結晶を製造することができるSiC単結晶の製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントと、ドナーとしての機能を有する第2ドーパントとを含むSiC単結晶であって、第1ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であり、第2ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であって、第1ドーパントの含有量が第2ドーパントの含有量よりも多いSiC単結晶である。

0012

ここで、本発明のSiC単結晶においては、第1ドーパントの含有量が1×1016個/cm3以上1×1017個/cm3以下であることが好ましい。

0013

また、本発明のSiC単結晶においては、第2ドーパントの含有量が1×1016個/cm3以上であることが好ましい。

0014

また、本発明のSiC単結晶においては、第1ドーパントの含有量と第2ドーパントの含有量との差が5×1016個/cm3以下であることが好ましい。

0015

また、本発明のSiC単結晶においては、第1ドーパントがホウ素であり、第2ドーパントが窒素であることが好ましい。

0016

また、本発明のSiC単結晶においては、25℃における抵抗率が1×104Ωcm以上であることが好ましい。

0017

また、本発明のSiC単結晶においては、25℃における抵抗率が1×107Ωcm以上であることが好ましい。

0018

また、本発明は、上記に記載のSiC単結晶からなるSiC基板である。

0019

さらに、本発明は、炭素と珪素とを含む材料中に金属ホウ化物を混合して原料を作製する工程と、原料を気化させる工程と、炭素と珪素とホウ素と窒素とを含む混合ガスを生成する工程と、混合ガスを種結晶基板の表面上で再結晶させてホウ素と窒素とを含む炭化珪素単結晶を種結晶基板の表面上に成長させる工程とを含む、炭化珪素単結晶の製造方法である。

0020

ここで、本発明のSiC単結晶の製造方法においては、金属ホウ化物が、ホウ化チタンホウ化ジルコニウムホウ化ハフニウム、ホウ化タンタルおよびホウ化ニオブの群から選択された少なくとも1種類であることが好ましい。

発明の効果

0021

本発明によれば、高抵抗率を示すSiC単結晶およびSiC基板を提供することができる。また、本発明によれば、高抵抗率を示すSiC単結晶を安定して製造することができるSiC単結晶の製造方法を提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0022

本発明は、アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントと、ドナーとしての機能を有する第2ドーパントとを含むSiC単結晶であって、第1ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であり、第2ドーパントの含有量が5×1015個/cm3以上であって、第1ドーパントの含有量が第2ドーパントの含有量よりも多いSiC単結晶である。これは、本発明者が鋭意検討した結果、SiC単結晶中におけるアクセプタとしての機能を有する第1ドーパントとドナーとしての機能を有する第2ドーパントの含有量が共に5×1015個/cm3以上である場合には、第1ドーパントおよび第2ドーパントがSiC単結晶中に導入された電子を散乱させる傾向が大きくなることを見い出し、また、アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントの含有量をドナーとしての機能を有する第2ドーパントの含有量よりも多くしてドナーとしての機能を有する第2ドーパントをアクセプタとしての機能を有する第1ドーパントで補償してSiC単結晶中における電子の移動度下げることによって純粋なp型SiC単結晶よりもさらに高抵抗率化したものである。

0023

ここで、SiC単結晶中における第1ドーパントの含有量は1×1016個/cm3以上1×1017個/cm3以下であることが好ましい。第1ドーパントの含有量が1×1016個/cm3よりも少ない場合にはSiC単結晶中における第1ドーパントの含有量が少なすぎて第1ドーパントによる電子の散乱が不十分となってSiC単結晶がより高い抵抗率を示さない傾向にあり、1×1017個/cm3よりも多い場合にはSiC単結晶の結晶性が悪化する傾向にあるためである。

0024

また、SiC単結晶中における第2ドーパントの含有量は1×1016個/cm3以上であることが好ましい。第2ドーパントの含有量が1×1016個/cm3よりも少ない場合にはSiC単結晶中における第2ドーパントの含有量が少なすぎて第2ドーパントによる電子の散乱が不十分となってSiC単結晶がより高い抵抗率を示さない傾向にあるためである。

0025

また、第1ドーパントの含有量と第2ドーパントの含有量との差が5×1016個/cm3以下であることが好ましい。第1ドーパントの含有量と第2ドーパントの含有量との差が5×1016個/cm3よりも大きい場合には、第1ドーパントと第2ドーパントとの補償によるキャリア数の減少が十分でなく、SiC単結晶の抵抗率が低くなる傾向にあるためである。

0026

ここで、アクセプタとしての機能を有する第1ドーパントとは、SiC単結晶中において電子受容体として機能するドーパントのことである。第1ドーパントとしては、例えばホウ素、アルミニウムまたはガリウム等があるが、なかでもホウ素が好ましい。ホウ素は深い準位を有するため、ホウ素を含むSiC単結晶は高抵抗率を示しやすいためである。

0027

また、ドナーとしての機能を有する第2ドーパントとは、SiC単結晶中において電子供与体として機能するドーパントのことである。第2ドーパントとしては、例えば窒素またはリン等があるが、なかでも窒素が好ましい。第2ドーパントとして窒素を用いた場合には、SiC単結晶の製造が容易になる傾向にあるためである。

0028

また、本発明のSiC単結晶の25℃における抵抗率は、1×104Ωcm以上であることが好ましく、1×107Ωcm以上であることがより好ましい。本発明のSiC単結晶の25℃における抵抗率が1×104Ωcm以上である場合には絶縁性基板を必要とする半導体デバイスの基板に本発明のSiC単結晶を好適に利用することができる。また、25℃における抵抗率が1×107Ωcm以上である場合には絶縁性基板を必要とする半導体デバイスの基板に本発明のSiC単結晶をさらに好適に利用することができる。

0029

このような本発明のSiC単結晶の製造方法の好ましい一例として、炭素と珪素とを含む材料中に金属ホウ化物を混合して原料を作製する工程と、原料を気化させる工程と、炭素と珪素とホウ素と窒素とを含む混合ガスを生成する工程と、混合ガスを種結晶基板の表面上で再結晶させてホウ素と窒素とを含むSiC単結晶を種結晶基板の表面上に成長させる工程とを含む製造方法がある。

0030

ここで、金属ホウ化物としては、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタル、ホウ化ニオブ、ホウ化アルミニウム、ホウ化イッテルビウム、ホウ化ウラン、ホウ化ガドリニウム、ホウ化カルシウム、ホウ化クロム、ホウ化珪素、ホウ化コバルト、ホウ化ストロンチウムホウ化タングステン、ホウ化鉄、ホウ化銅、ホウ化トリウムホウ化ニッケル、ホウ化バリウムホウ化マグネシウム、ホウ化マンガン、ホウ化モリブデン、ホウ化バナジウムまたはホウ化セリウム等がある。

0031

なかでも、金属ホウ化物としては、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハフニウム、ホウ化タンタルおよびホウ化ニオブの群から選択された少なくとも1種類が用いられることが好ましい。これらの金属ホウ化物は、ホウ素単体よりも蒸気圧が低いため、金属ホウ素を用いた場合と比べて、SiC単結晶の成長初期に多くのホウ素がSiC単結晶中に取り込まれることがなく、SiC単結晶中に一様にホウ素を取り込むことができる傾向にあるためである。また、これらの金属ホウ化物中のホウ素は原子の大きさが炭素とあまり変わらないためホウ素はSiC単結晶中の炭素サイトに取り込まれやすくなる傾向にあるが、金属ホウ化物中の金属は珪素および炭素よりも大きな原子であるのでSiC単結晶中の珪素サイトおよび炭素サイトに取り込まれにくい傾向にあるためである。

0032

炭素と珪素とを含む材料中に金属ホウ化物が混合された原料を例えば2000℃以上2800℃以下に加熱して気化させた気化ガスに窒素ガスを混合して、炭素と珪素とホウ素と窒素とを含む混合ガスを生成する。ここで、混合ガス中におけるホウ素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の2×10-3mol%以上とすることによって、SiC単結晶中におけるホウ素の含有量を5×1015個/cm3以上とすることができる。また、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の2×10-3mol%以上とすることによって、SiC単結晶中における窒素の含有量を5×1015個/cm3以上とすることができる。そして、金属ホウ化物の混合量を調節することによって、混合ガス中におけるホウ素の含有量を混合ガス中における珪素の4×10-3mol%以上4×10-1mol%以下とした場合には、SiC単結晶中におけるホウ素の含有量を1×1016個/cm3以上1×1017個/cm3以下とすることができる。また、窒素ガスの混合量を調節することによって、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の4×10-3mol%以上とした場合には、SiC単結晶中における窒素の含有量を1×1016個/cm3以上とすることができる。そして、金属ホウ化物の混合量と窒素ガスの混合量とを適宜調節することによって、SiC単結晶中におけるホウ素と窒素との含有量の差を5×1016個/cm3以下とすることができる。

0033

そして、この混合ガスを種結晶基板の表面上で再結晶させることによって、種結晶基板の表面上にSiC単結晶を成長させて、本発明のSiC単結晶を製造することができる。

0034

このようにして製造されたSiC単結晶を切断することによって本発明のSiC基板を製造することができる。

0035

(実施例1)
図1に、本発明に用いられるSiC単結晶成長装置の模式的な断面図を示す。この成長装置5は、石英管6の内部に設置された黒鉛製坩堝7と、坩堝7の上端開口部を閉鎖する蓋8と、坩堝7と蓋8の周囲に設置された熱シールドのための黒鉛製のフェルト9と、石英管6の外周を取り巻くように設置されたワークコイル10とを含む。そして、SiCからなる種結晶基板1が蓋8の下面中央に取り付けられており、原料2が坩堝7の内部に充填されている。

0036

原料2は、SiC結晶粉末にホウ化チタン(TiB2)を原料2中の珪素の物質量に対して2×10-2mol%混合することにより製造された。そして、坩堝7の内部の圧力が10-5Paになるまで一旦減圧した後にアルゴン(Ar)ガスを導入し、坩堝7の内部を圧力1×105PaのArガス雰囲気とした。

0037

そして、ワークコイル10に高周波電流を流すことによって原料2を2200℃に加熱し、坩堝7の内部の圧力を1.3×103Paまで減圧することによって原料2を気化させ、この気化ガスに窒素ガスを混合することによって混合ガスを得た。混合ガス中における窒素の含有量は混合ガス中における珪素の含有量の2×10-2mol%であった。また、ワークコイル10による加熱は、原料2からSiC種結晶基板1にかけて次第に低温となるように温度勾配をつけて行なわれた。その後、混合ガスが、SiC種結晶基板1の表面上で再結晶することによりSiC単結晶2aが成長し、SiC単結晶インゴッド3が得られた。

0038

このSiC単結晶インゴッド3を400μmの厚さで切断して、口径2インチ図2に示す円板状のSiC基板4を製造した。そして、このSiC基板4中のホウ素と窒素の含有量をSIMS(2次イオン質量分析法)によって測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は1×1017個/cm3であって、窒素の含有量は5×1016個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は5×1016個/cm3であった。さらに、SiC基板の抵抗率は1×105Ωcmであった。

0039

(実施例2)
混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の3.5×10-2mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は1×1017個/cm3であって、窒素の含有量は8×1016個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は2×1016個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1×106Ωcmであった。

0040

(実施例3)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して0.4×10-2mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の0.4×10-2mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は2×1016個/cm3であって、窒素の含有量は1×1016個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は1×1016個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1×107Ωcmであった。

0041

(実施例4)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して2×10-3mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の2×10-3mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は1×1016個/cm3であって、窒素の含有量は5×1015個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は5×1015個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1×107Ωcmであった。

0042

(実施例5)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して1.9×10-3mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の2×10-3mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は9.5×1015個/cm3であって、窒素の含有量は5×1015個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は4.5×1015個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は5×109Ωcmであった。

0043

(実施例6)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して1.02×10-3mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の2×10-3mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は5.1×1015個/cm3であって、窒素の含有量は5.0×1015個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は1.0×1014個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1.0×1011Ωcmであった。

0044

(実施例7)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して2×10-2mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の1.6×10-2mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は1×1017個/cm3であって、窒素の含有量は4×1016個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は6×1016個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1.1×102Ωcmであった。

0045

(比較例1)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して0.98×10-3mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の1×10-3mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は4.9×1015個/cm3であって、窒素の含有量は2.5×1015個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は2.4×1015個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1×104Ωcmであった。

0046

(比較例2)
TiB2を図1に示す原料2中の珪素の物質量に対して2×10-3mol%混合し、混合ガス中における窒素の含有量を混合ガス中における珪素の含有量の1×10-2mol%としたこと以外は実施例1と同様にしてSiC基板を製造した。そして、実施例1と同様にして、このSiC基板中のホウ素と窒素の含有量を測定し、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差を算出した。また、このSiC基板の抵抗率を測定した。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、このSiC基板中のホウ素の含有量は1×1016個/cm3であって、窒素の含有量は2.5×1016個/cm3であった。また、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差は−1.5×1016個/cm3であった。さらに、このSiC基板の抵抗率は1×10-1Ωcmであった。

0047

0048

表1に示すように、ホウ素の含有量が5×1015個/cm3以上であり、窒素の含有量が5×1015個/cm3以上であって、ホウ素の含有量が窒素の含有量よりも多い実施例1〜7のSiC基板は、ホウ素の含有量と窒素の含有量がいずれも5×1015個/cm3未満である比較例1のSiC基板、ならびにホウ素の含有量が窒素の含有量よりも少ない比較例2のSiC基板よりもかなり大きい抵抗率を示した。

0049

また、表1に示すように、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差が5×1016個/cm3以下である実施例1〜6のSiC基板は、その差が4×1016個/cm3である実施例7のSiC基板よりもかなり大きい抵抗率を示した。

0050

また、表1に示すように、実施例1〜7のSiC基板においては、ホウ素の含有量と窒素の含有量の差が小さくなるほどSiC基板は高抵抗率を示す傾向にあった。

0051

なお、上記実施例においては金属ホウ化物としてTiB2を用いたが、TiB2以外の金属ホウ化物を用いても上記実施例と同様の効果が得られることは言うまでもない。

0052

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0053

上述したように本発明によれば、高抵抗率を示すp型のSiC単結晶およびSiC基板を安定して得ることができる。したがって、本発明は半導体デバイス分野における高周波デバイス、特に、動作周波数の高いスイッチング素子に好適に利用される。

図面の簡単な説明

0054

本発明に用いられるSiC単結晶成長装置の好ましい一例の模式的な断面図である。
本発明のSiC基板の好ましい一例の模式的な斜視図である。

符号の説明

0055

1種結晶基板、2原料、2a SiC単結晶、3 SiC単結晶インゴッド、4SiC基板、5成長装置、6石英管、7坩堝、8 蓋、9フェルト、10ワークコイル。

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