JP4470690B2 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Description
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。
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デバイスの物理的な限界を打破するパワーデバイスや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基板はＧａＮ層のエピタキシャル成長用の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に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、高純度の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を劣化させるため、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
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。
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１×１０ 16 個／ｃｍ 3 以上１×１０ 17 個／ｃｍ 3 以下であり、第２ドーパントの含有量が１×１０16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く、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以下であって、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ＳｉＣ単結晶である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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を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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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の坩堝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。
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の坩堝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。
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。
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。
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インチの図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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
１ 種結晶基板、２ 原料、２ａ ＳｉＣ単結晶、３ ＳｉＣ単結晶インゴッド、４ ＳｉＣ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。
Claims (6)
- 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１×１０ 16 個／ｃｍ 3 以上１×１０ 17 個／ｃｍ 3 以下であり、前記第２ドーパントの含有量が１×１０16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く、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以下であって、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、炭化珪素単結晶。
- 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に記載の炭化珪素単結晶。
- 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または２に記載の炭化珪素単結晶。
- 請求項１から３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１から４のいずれかに記載の炭化珪素単結晶を製造する方法であって、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、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。
- 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５に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
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