JPH04265294A - 半導体結晶の製造方法 - Google Patents

半導体結晶の製造方法

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JPH04265294A
JPH04265294A JP2425791A JP2425791A JPH04265294A JP H04265294 A JPH04265294 A JP H04265294A JP 2425791 A JP2425791 A JP 2425791A JP 2425791 A JP2425791 A JP 2425791A JP H04265294 A JPH04265294 A JP H04265294A
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JP
Japan
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crystal
type
sic
crucible
impurities
Prior art date
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Pending
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JP2425791A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Uemoto
勉 上本
Takashi Fujii
高志 藤井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可視発光素子、高温用
MOSFET等に用いる半導体結晶の製造方法に関する
【0002】
【従来の技術】SiCはきわめて安定であることから耐
環境素子材料として研究が進められているのみならず、
禁制帯幅が2.39〜3.33eVまでと広い幅の多様
な結晶構造をとり、またpn接合が製作可能であるため
、青色及び紫色発光ダイオード材料として注目されてい
る。
【0003】SiCはα(ヘキサーゴナール)型とβ(
キュービック)型の結晶構造をとるが再現性よく大型結
晶を成長することができるのはα型の6H型結晶であり
、最も実用化が進んでいる。
【0004】この6H型結晶の作成方法を図4に示す。 この図に示すように容器32に珪砂31とカーボン粉末
33を混合し加熱する方法または図示しないがSiC粉
末を昇華してつくる方法があった。しかしこれらの方法
には問題があった。前者ではあまり大きな結晶が作成で
きなかった。また、後者では大きな結晶はできるものの
原料の特性によってできる結晶の特性が大きく異なった
。このことは例えばUSP486605に示されている
ように原料結晶の結晶型、粒型により大きく依存し、ま
た、原料結晶の不純物ができた結晶の不純物の特性を決
めるといった欠点があった。このため用いる材料として
は図4の方法で作成した結晶の粒型を選別して使用する
といった方法がとられていた。しかし、この方法では原
料の粉末に空気中の水分が製造工程の途中で含まれてし
まい、そのため基本的に純度の良い結晶が作れず、従っ
てできた結晶の純度もあまり良いものはできなかった。 即ち、SiCは空気中のO2 やH2 Oとこの結晶中
のSiが反応してSiO2 に成り易く、これがSiC
結晶の純度及び大型化を困難なものにしていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のSi
C結晶作成技術では、純度の高い、大口径の結晶を作成
することはできなかった。本発明は前記問題点に鑑みて
なされたもので、大口径で高純度かつ所望の結晶型の半
導体結晶の製造方法を提供することを目的とする。 [発明の構成]
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は第1結晶型の半導体結晶を加熱することによ
り第2結晶型の半導体結晶に変換する第1の工程と、そ
の後減圧状態で加熱することにより前記第2結晶型の半
導体結晶内の不純物を除去する第2の工程と、続けて前
記第2結晶型の半導体結晶を原料にして種結晶表面に気
相成長層を形成する第3の工程とを備え、前記第1乃至
第3の工程を密閉容器内で行う事を特徴とする半導体結
晶の製造方法を提供するものである。
【0007】
【作用】上記構成により、所望の結晶型への変換→不純
物除去→結晶の気相成長の一連の工程を外気に材料を触
れさせることなく同一の密閉容器内で行う様にしている
ため、所望の結晶型に変換した後の結晶内に空気中の水
分が含まれる心配がなくなり、従って極めて純度の高い
大型の単結晶が形成できる。
【0008】
【実施例】本発明の詳細を実施例に沿って説明する。図
1は本発明の第1の実施例に係る半導体結晶の製造方法
を示す。また図2には、この製造方法に使用する製造装
置を示す。先ずグラファイト製の容器1の周囲に、加熱
用ヒーター2を備えたCVD装置を用意し、これに原料
ガス例えばSiH4 及びC3 H8 3を流すことに
より壁面にβ型SiC多結晶粉末を付着させる。β型S
iCはα型に比べこの方法によって容易に得られる(図
1(a))。
【0009】次いで、このβ型SiC多結晶粉末を坩堝
11に一旦収納する。この坩堝11は図2に示した結晶
成長装置の一部となっている。この装置は熱処理炉と気
相成長装置を兼ねた構造になっており、内部に収納した
原料を外気に一切触れさせることなく処理することがで
きる様になっている。この粉末結晶10を坩堝11にい
れた際、SiCの種結晶12は坩堝11表面からずれた
位置に置き、不純物が表面に被着しない様にする。この
ために本結晶成長装置では横方向の移動装置13を使用
した。次いで、チャンバー151 ,152 内を10
−5torr程度の真空にし、その後、Arガスを導入
する。その後、坩堝11を誘導加熱装置16により高周
波加熱する。このとき、温度は1600℃、雰囲気ガス
の圧力としては1気圧である。この状態で6時間程度加
熱を行うと、ソース部の原料4はすべて6H型SiC5
1 に転移する。その後、チャンバー内を減圧し数To
rrにする。その後2時間そのままで放置し、高純度化
を行う。これにより6H型SiC内の不純物6が除去さ
れた(図1(b))。
【0010】次いで種基板12をスライドさせソース部
の上にセットする。さらに、種基板12を2300℃、
ソース部である坩堝11を2400℃まで加熱する。そ
の後、この6H型SiC52 を原料にして12時間蒸
着を行うと、種結晶12上にSiC結晶8が数cm成長
する(図1(c))。
【0011】このようにして成長した結晶は、高純度の
6H型の結晶がえられた。本実施例の製造方法では、β
型SiC原料は熱処理により、まずα型に変換される。 このときできる結晶型により最終的にできる結晶の品質
を決定することができる。また、熱処理の雰囲気、圧力
と温度により、結晶型の制御を行うことができる。この
条件として、6H型を作成するには1500℃で不活性
ガス中で行うことにより達成できる。原料はCVD法に
より作成されるため、純度よく作成できる。この原料を
用い昇華法で結晶を作成することにより、大口径で高純
度な6H型結晶を作成できるのである。一方従来の製造
方法では6H型以外に4H型または15R型の結晶が混
在することがおおかったが本発明を用いることにより、
他の結晶型が混じることが少なくなった。
【0012】図3は熱処理温度による原料中の多型の発
生確率を示したものである。縦軸は4H型SiCに対す
る6H型SiCの割合を示す。この様に1400℃を超
えて6H型SiCが急増し、1500℃以上では殆ど6
H型に転化する事が判る。従って結晶型変換のための熱
処理温度は1400℃以上、好ましくは1500℃以上
である方が良い。 これにより作成後の結晶の歩留りを向上できる。この様
にして得たSiC結晶を用いて、発光素子例えば青色発
光ダイオードを形成したところ高輝度のものを得た。
【0013】次ぎに、本発明の第2の実施例を説明する
。本実施例が先の実施例と異なる点は、昇華法の代わり
にガス輸送法を用いて気相成長膜を形成した事及び、種
結晶の表面を気相成長法によって成膜する前に塩素系ガ
スでエッチングした事にある。真空中で行う熱処理によ
る不純物除去までは先の実施例と全く同じ様に行う。 次ぎに、輸送ガスとしてH2 又は不活性気体のいずれ
か単体または混合ガスを原料粉末から種結晶の方向に流
す。この様にすることによりSiCの蒸発気体は、輸送
ガスにより上流側から下流側に輸送される。その後、種
結晶上にSiC結晶として成長する。成長温度としては
種基板、ソース部は昇華法と同じである。この様にする
ことによりソース部と種結晶の距離を離すことができる
。このためソースの容量に制限がなくなり成長できる結
晶の大きさを大きくすることができる様になった。この
様な方法によっても先の実施例と同様の効果を奏する。 さらに、本発明の第3の実施例を説明する。この実施例
が先の第1の実施例と大きく異なる点は、SiCの代わ
りにZnSを原料に使用した事である。
【0014】ZnSには高温域でCVD法により成長し
た場合、立方晶型と六方晶型の結晶が混在するという欠
点があった。図1(a)と同様の炉中にジメチル亜鉛と
ジメチルイオウを混合し500 ℃以上の高温で加熱す
ると多結晶ZnSが成長することができる。この時炉の
温度を高くすることにより多結晶中にイオウ単体を含ま
ない多結晶を作製することが可能となる。しかし、低温
では立方晶しか生成しないが高温では六方晶の結晶が混
合する。そこで800 ℃程度の温度でまず多結晶の作
製を行った後、図1(b)と同様にるつぼに入れArと
H2 Sガスの混合ガス中で900 ℃程度で加熱する
。この時、雰囲気ガスの圧力を数十Torrまで減圧す
ることにより、立方晶型結晶が得られやすくなる。その
後、同一チャンバー中でさらに減圧し、真空中で110
0℃で、まず不純物を除去し、その後ルツボ上部の低温
部に立方晶型ZnSの種結晶を置き、数日程度で結晶を
成長することができる。 この様な方法によっても第1の実施例と同様の効果を奏
する。本発明は先の実施例に限定されるものではなく、
以下の様にしても良い。
【0015】1  SiC,ZnSに限らず他の化合物
半導体例えばGaNやII−IV族化合物半導体のCd
Se,CdTe等の多型構造を有する結晶の製造にも本
発明は適用できる。 2  ここでは青色発光ダイオードとしてn型SiC結
晶上にAlNを含んだn型SiC結晶、さらにその上に
高濃度P型SiC結晶を液層エピタキシャル法で成長し
た素子に適用することにより高光度青色発光素子が達成
できるが、他の発光素子例えば緑色発光素子にもその他
高温素子にも本発明で形成した結晶を利用できる。また
CdTe,CdSは放射線検出器、可視光検出器にも適
用できる。 3  ここでは、気相成長時に不純物を添加しなかった
が、この段階で不純物を加えてP型或いはN型層を形成
する様にして発光素子を得ても良い。その他、本発明は
、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して使用するこ
とができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、所望の結晶型で、高純度、大口径の半導体結晶を歩
留りよく作成することができる。また、本発明により、
結晶を高純度にできるので従来より高抵抗の基板を作成
することができる。これにより、高耐圧素子などの作成
が容易になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の第1の実施例を示す断面図
【図2
】  本発明の第1の実施例を示す断面図
【図3】  
本発明の第1の実施例を説明する図
【図4】  従来例
を示す図
【符号の説明】
1  グラファイド製容器 2  ヒーター 3  原料ガス 4  原料粉末 11  坩堝 12  種基板 13  種結晶移動装置 14  断熱材 15  石英チャンバー 16  高周波コイル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1結晶型の半導体結晶を加熱するこ
    とにより第2結晶型の半導体結晶に変換する第1の工程
    と、その後減圧状態で加熱することにより前記第2結晶
    型の半導体結晶内の不純物を除去する第2の工程と、続
    けて前記第2結晶型の半導体結晶を原料にして種結晶表
    面に気相成長層を形成する第3の工程とを備え、前記第
    1乃至第3の工程を密閉容器内で行う事を特徴とする半
    導体結晶の製造方法。
JP2425791A 1991-02-19 1991-02-19 半導体結晶の製造方法 Pending JPH04265294A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996017113A1 (de) * 1994-12-01 1996-06-06 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zum herstellen von siliciumcarbid-einkristallen durch sublimationszüchtung
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JP2011219295A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Nippon Steel Corp 炭化珪素単結晶インゴットの製造装置

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