JPH0565067B2 - - Google Patents
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- JPH0565067B2 JPH0565067B2 JP1167387A JP1167387A JPH0565067B2 JP H0565067 B2 JPH0565067 B2 JP H0565067B2 JP 1167387 A JP1167387 A JP 1167387A JP 1167387 A JP1167387 A JP 1167387A JP H0565067 B2 JPH0565067 B2 JP H0565067B2
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
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-
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Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、六方晶炭化ケイ素単結晶基板上に
六方晶炭化ケイ素単結晶をエピタキシヤル成長さ
せるSiC発光ダイオードの製造方法に関する。 〔従来の技術〕 一般に、炭化ケイ素〔SiC〕は、耐熱性および
機械的強度に優れ、放射線に対して強いなどの物
理的、化学的性質から耐環境性半導体材料として
注目されており、しかもSiC結晶は間接遷移型の
−化合物であり、SiC結晶には同一の化学組
成に対して立方、六方などの種々の結晶構造が存
在し、その禁制帯幅は2.39〜3.33eVと広範囲にわ
たるとともに、pn接合の形成が可能であること
から、赤色から青色までのすべての波長範囲の可
視光を発する発光ダイオード材料として有望視さ
れ、なかでも室温において約3eVの禁制帯幅を有
する六方晶の一種である6HタイプのSiC結晶は、
青色発光ダイオードの材料として用いられてい
る。 そして、青色発光ダイオードの製造は、通常液
相エピタキシヤル成長法（LPE法）あるいは気
相化学反応堆積法（CVD法）により行なわれて
おり、前者のLPE法による具体例として、ジヤ
ーナル オブ アプライド フイジクス50(12)、デ
イセンバ 1979、8215〜8225〔Journal of
Applied Physics 50(12)、December 1979、8215
〜8225〕、後者のCVD法による具体例として、ジ
ヤパニーズ ジヤーナル オブ アプライド フ
イジクス 19(7)、ジユライ 1980、L353〜L356
〔LAPANESE JOURNAL OF APPLIED
PHYSICS 19(7)、JULY1980、L353〜L356〕の
両論文にそれぞれ報告されており、いずれの場合
にも、エピタキシヤル成長に使用する6Hタイプ
のSiC単結晶基板の結晶成長面として、（0001）
面を用いている。 ところで、前記したようにSiC結晶には立法晶
系、六方晶系、菱面体晶系に属する種々の結晶構
造が存在し、これらは結晶多形と呼ばれ、すべて
最密構造を有し、立方晶系の場合、＜111＞方向に
垂直な平面上にSi原子が〓間なく並び、六方晶系
の場合には＜0001＞方向、菱面体晶系の場合には
＜111＞方向にそれぞれ垂直な平面上にSi原子が
〓間なく並び、これらのSi原子の直上にＣ原子が
結合してSiCの構成単位を形成している。 このとき、最密構造とは同じ大きさの球を最も
密に積み重ねた構造およびその球の中心を格子点
とする結晶構造をいい、たとえば第２図に示すよ
うに、同じ大きさの複数個の球をその中心が図中
の点Ａに位置するように〓間なく並べた場合、そ
の上にさらに同じ大きさの複数個の球を〓間なく
並べるとすると、その並べ方として、同図中の点
Ｂに中心が位置するように並べる並べ方と、同図
中の点Ｃに中心が位置するように並べる並べ方の
２通りがあり、第２層として点Ｂに中心が位置す
るように並べると、次の第３層は点Ｃあるいは点
Ａに中心が位置し、一方第２層として点Ｃに中心
が位置するように並べると、次の第３層は点Ｂあ
るいは点Ａに中心が位置することになり、幾通り
もの並べ方が可能となる。 そして、実際のSiC結晶は、前記した第２図と
１つの球にSi原子とＣ原子との１対の原子対が対
応するものと考えられ、従つて、SiCの原子対の
並び方は幾通りも存在することになり、これらが
前記した結晶多形に相当し、SiCの各結晶多形は
禁制帯幅も異なり、代表的な結晶多形の基本周期
のSiC原子対配列パターンとその禁制帯幅を表１
に示す。なお、表中の結晶多形の表示における
“３”や“15”や“６”の数字は１周期中に含ま
れる層の数であり、“Ｃ”、“Ｈ”、“Ｒ”はそれそ
れ立方晶、六方晶、菱面体晶を示し、英語の頭文
字を用いて表わしており、配列パターンの“Ａ”、
“Ｂ”、“Ｃ”は前記した第２図の点Ａ，Ｂ，Ｃに
それぞれ中心が位置するような最密構造における
配列パターンを示す。
六方晶炭化ケイ素単結晶をエピタキシヤル成長さ
せるSiC発光ダイオードの製造方法に関する。 〔従来の技術〕 一般に、炭化ケイ素〔SiC〕は、耐熱性および
機械的強度に優れ、放射線に対して強いなどの物
理的、化学的性質から耐環境性半導体材料として
注目されており、しかもSiC結晶は間接遷移型の
−化合物であり、SiC結晶には同一の化学組
成に対して立方、六方などの種々の結晶構造が存
在し、その禁制帯幅は2.39〜3.33eVと広範囲にわ
たるとともに、pn接合の形成が可能であること
から、赤色から青色までのすべての波長範囲の可
視光を発する発光ダイオード材料として有望視さ
れ、なかでも室温において約3eVの禁制帯幅を有
する六方晶の一種である6HタイプのSiC結晶は、
青色発光ダイオードの材料として用いられてい
る。 そして、青色発光ダイオードの製造は、通常液
相エピタキシヤル成長法（LPE法）あるいは気
相化学反応堆積法（CVD法）により行なわれて
おり、前者のLPE法による具体例として、ジヤ
ーナル オブ アプライド フイジクス50(12)、デ
イセンバ 1979、8215〜8225〔Journal of
Applied Physics 50(12)、December 1979、8215
〜8225〕、後者のCVD法による具体例として、ジ
ヤパニーズ ジヤーナル オブ アプライド フ
イジクス 19(7)、ジユライ 1980、L353〜L356
〔LAPANESE JOURNAL OF APPLIED
PHYSICS 19(7)、JULY1980、L353〜L356〕の
両論文にそれぞれ報告されており、いずれの場合
にも、エピタキシヤル成長に使用する6Hタイプ
のSiC単結晶基板の結晶成長面として、（0001）
面を用いている。 ところで、前記したようにSiC結晶には立法晶
系、六方晶系、菱面体晶系に属する種々の結晶構
造が存在し、これらは結晶多形と呼ばれ、すべて
最密構造を有し、立方晶系の場合、＜111＞方向に
垂直な平面上にSi原子が〓間なく並び、六方晶系
の場合には＜0001＞方向、菱面体晶系の場合には
＜111＞方向にそれぞれ垂直な平面上にSi原子が
〓間なく並び、これらのSi原子の直上にＣ原子が
結合してSiCの構成単位を形成している。 このとき、最密構造とは同じ大きさの球を最も
密に積み重ねた構造およびその球の中心を格子点
とする結晶構造をいい、たとえば第２図に示すよ
うに、同じ大きさの複数個の球をその中心が図中
の点Ａに位置するように〓間なく並べた場合、そ
の上にさらに同じ大きさの複数個の球を〓間なく
並べるとすると、その並べ方として、同図中の点
Ｂに中心が位置するように並べる並べ方と、同図
中の点Ｃに中心が位置するように並べる並べ方の
２通りがあり、第２層として点Ｂに中心が位置す
るように並べると、次の第３層は点Ｃあるいは点
Ａに中心が位置し、一方第２層として点Ｃに中心
が位置するように並べると、次の第３層は点Ｂあ
るいは点Ａに中心が位置することになり、幾通り
もの並べ方が可能となる。 そして、実際のSiC結晶は、前記した第２図と
１つの球にSi原子とＣ原子との１対の原子対が対
応するものと考えられ、従つて、SiCの原子対の
並び方は幾通りも存在することになり、これらが
前記した結晶多形に相当し、SiCの各結晶多形は
禁制帯幅も異なり、代表的な結晶多形の基本周期
のSiC原子対配列パターンとその禁制帯幅を表１
に示す。なお、表中の結晶多形の表示における
“３”や“15”や“６”の数字は１周期中に含ま
れる層の数であり、“Ｃ”、“Ｈ”、“Ｒ”はそれそ
れ立方晶、六方晶、菱面体晶を示し、英語の頭文
字を用いて表わしており、配列パターンの“Ａ”、
“Ｂ”、“Ｃ”は前記した第２図の点Ａ，Ｂ，Ｃに
それぞれ中心が位置するような最密構造における
配列パターンを示す。
ところが、第４図に示す6H−SiC単結晶基板１
上に正常の6H−SiC単結晶のエピタキシヤル成長
が進行すれば、下部のエピタキシヤル層である基
板１と同じＡ・Ｂ・Ｃ・Ａ・Ｃ・Ｂの基本周期の
配列パターンのエピタキシヤル成長層２が形成さ
れるはずであるが、実際にはたとえばＣパターン
の層上にＡ，Ｃパターンの層が順次成長すべきで
あるのに、第４図に示すように、Ｃパターンの層
上にＣ，Ａパターンの層が順次成長し、成長層２
のパターンが一部逆転した積層欠陥と呼ばれる異
常が発生し、エピタキシヤル成長する6H−SiC単
結晶の結晶性の低下の原因となり、このような欠
陥を有する6H−SiC単結晶を用いて青色発光ダイ
オードを製造した場合、歩留まりが低下し、発光
波長の長波長化や低輝度化などの特性劣化につな
がるという問題点があり、このような欠陥の発生
要因として、下部のエピタキシヤル層からの相互
作用の強さに対し、当該相互作用の方向に直角方
向への相互作用が弱いため、原子の配列パターン
に一部前記直角方向へのスリツプが生じるものと
考えられる。 そこで、この発明は、歩留まりの向上を図れ、
発光波長の長波長化や低輝度化などの特性の劣化
を抑制できるSiC発光ダイオードの製造方法を提
供することが目的である。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のSiC発光ダイオードの製造方法は、前
記の点に留意してなされたものであり、（0001）
面、または（000１）面に対して傾斜した面をも
つ6H−SiC単結晶基板の該傾斜した面上に6H−
SiC単結晶エピタキシヤル成長層をLPE法により
形成することを特徴とする。 〔作用〕 したがつて、この発明によると、6H−SiC単結
晶基板の（0001）面、または（000１）面に対し
て傾斜した面上に6H−SiC単結晶エピタキシヤル
成長層をLPE法により形成することにより、SiC
発光ダイオードの歩留まりの向上を図れ、発光波
長の長波長化や低輝度化などの特性の劣化を抑制
できる。 〔実施例〕 つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
１図とともに詳細に説明する。 いま、結晶成長の原理を説明すると、第１図に
示すように、たとえば6H−SiC単結晶基板３の表
面である（0001）面に対し斜めに切断、研磨し、
研磨等により得られた（0001）面に平行でない面
を形成して結晶成長面とし、基板３上に6H−SiC
単結晶をエピタキシヤル成長させる。 このとき、研磨等により得られた（0001）面に
平行でない基板３の結晶成長面は、原子のオーダ
ーで見た場合、第１図に示すように階段状になつ
ていると考えられ、このような結晶成長面に、同
図中に斜線を施したエピタキシヤル成長層４が成
長する際、成長層４は基板３の（0001）面に直角
方向に成長していき、前記した従来の場合と同様
に、成長層４は成長方向に平行な同図中の実線矢
印方向への下層からの相互作用を強く受けると同
時に、基板３の結晶成長面の段部により、前記実
線矢印方向に直角な同図中の破線矢印方向への相
互作用も強く受けることになる。 すなわち、Si原子、Ｃ原子が成長界面に結合す
る際に、前記した互いに直交する２方向から強い
相互作用を受けるため、成長層４における原子の
配列パターンのスリツプが生じにくくなり、成長
層４の基本周期の配列パターンが基板３と同一に
なる。 そして、たとえば6H−SiC単結晶基板の
（0001）面に対し2°傾斜した面を切断、研磨によ
り作成し、この傾斜した作成面を結晶成長面とし
て、LPE法により発光層としての6H−SiC単結
晶のｐ、ｎ接合層を積層してウエハを形成したと
ころ、ウエハ内の青色発光出現率は平均値で80％
となり、従来の如く（0001）面を結晶成長面とし
た場合の青色発光出現率60％に比べて大幅な向上
が見られ、これは前記したメカニズムにより積層
欠陥の発生が抑制されたためと考えられ、積層欠
陥の抑制により、禁制帯内の深い準位のトラツプ
レベルの形成や非発光センターの形成に寄与する
欠陥が低減され、青色発光以外の低エネルギ、長
波長発光や非発光点の出現が従来に比べて大幅に
減少することになる。 ここで、前記したウエハの形成条件として、デ
イツプ法を用い、エピタキシヤル成長温度を約
1700℃とし、ｎ、ｐ層のドーパントとしてそれぞ
れ窒素、アルミニウムを用いた。 なお、基板３の表面が（000１）面であつても、
（000１）面が（0001）面と平行であるため、前記
実施例と同様の効果が得られる。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明は、6H−SiC単結晶基板
の（0001）面、又は（000１）面に対して傾斜し
た面（結晶成長面）上に6H−SiC単結晶エピタキ
シヤル成長層をLPE法により形成するので、基
板上に成長するエピタキシヤル成長層に及ぶ基板
の（0001）面、または（000１）面に平行方向へ
の下層からの相互作用を従来に比べて強くでき、
エピタキシヤル成長層における原子の配列パター
ン前記平行方向へのスリツプを抑えることがで
き、積層欠陥の発生を抑制することが可能とな
り、結晶性の良好な6H−SiC単結晶を得ることが
できると考えられ、この結果、従来に比べて歩留
りの向上を図れ、発光波長の長波長化や低輝度化
などの特性の劣化を抑制した高特性の青色発光ダ
イオードを得ることが可能となる。
上に正常の6H−SiC単結晶のエピタキシヤル成長
が進行すれば、下部のエピタキシヤル層である基
板１と同じＡ・Ｂ・Ｃ・Ａ・Ｃ・Ｂの基本周期の
配列パターンのエピタキシヤル成長層２が形成さ
れるはずであるが、実際にはたとえばＣパターン
の層上にＡ，Ｃパターンの層が順次成長すべきで
あるのに、第４図に示すように、Ｃパターンの層
上にＣ，Ａパターンの層が順次成長し、成長層２
のパターンが一部逆転した積層欠陥と呼ばれる異
常が発生し、エピタキシヤル成長する6H−SiC単
結晶の結晶性の低下の原因となり、このような欠
陥を有する6H−SiC単結晶を用いて青色発光ダイ
オードを製造した場合、歩留まりが低下し、発光
波長の長波長化や低輝度化などの特性劣化につな
がるという問題点があり、このような欠陥の発生
要因として、下部のエピタキシヤル層からの相互
作用の強さに対し、当該相互作用の方向に直角方
向への相互作用が弱いため、原子の配列パターン
に一部前記直角方向へのスリツプが生じるものと
考えられる。 そこで、この発明は、歩留まりの向上を図れ、
発光波長の長波長化や低輝度化などの特性の劣化
を抑制できるSiC発光ダイオードの製造方法を提
供することが目的である。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のSiC発光ダイオードの製造方法は、前
記の点に留意してなされたものであり、（0001）
面、または（000１）面に対して傾斜した面をも
つ6H−SiC単結晶基板の該傾斜した面上に6H−
SiC単結晶エピタキシヤル成長層をLPE法により
形成することを特徴とする。 〔作用〕 したがつて、この発明によると、6H−SiC単結
晶基板の（0001）面、または（000１）面に対し
て傾斜した面上に6H−SiC単結晶エピタキシヤル
成長層をLPE法により形成することにより、SiC
発光ダイオードの歩留まりの向上を図れ、発光波
長の長波長化や低輝度化などの特性の劣化を抑制
できる。 〔実施例〕 つぎに、この発明を、その１実施例を示した第
１図とともに詳細に説明する。 いま、結晶成長の原理を説明すると、第１図に
示すように、たとえば6H−SiC単結晶基板３の表
面である（0001）面に対し斜めに切断、研磨し、
研磨等により得られた（0001）面に平行でない面
を形成して結晶成長面とし、基板３上に6H−SiC
単結晶をエピタキシヤル成長させる。 このとき、研磨等により得られた（0001）面に
平行でない基板３の結晶成長面は、原子のオーダ
ーで見た場合、第１図に示すように階段状になつ
ていると考えられ、このような結晶成長面に、同
図中に斜線を施したエピタキシヤル成長層４が成
長する際、成長層４は基板３の（0001）面に直角
方向に成長していき、前記した従来の場合と同様
に、成長層４は成長方向に平行な同図中の実線矢
印方向への下層からの相互作用を強く受けると同
時に、基板３の結晶成長面の段部により、前記実
線矢印方向に直角な同図中の破線矢印方向への相
互作用も強く受けることになる。 すなわち、Si原子、Ｃ原子が成長界面に結合す
る際に、前記した互いに直交する２方向から強い
相互作用を受けるため、成長層４における原子の
配列パターンのスリツプが生じにくくなり、成長
層４の基本周期の配列パターンが基板３と同一に
なる。 そして、たとえば6H−SiC単結晶基板の
（0001）面に対し2°傾斜した面を切断、研磨によ
り作成し、この傾斜した作成面を結晶成長面とし
て、LPE法により発光層としての6H−SiC単結
晶のｐ、ｎ接合層を積層してウエハを形成したと
ころ、ウエハ内の青色発光出現率は平均値で80％
となり、従来の如く（0001）面を結晶成長面とし
た場合の青色発光出現率60％に比べて大幅な向上
が見られ、これは前記したメカニズムにより積層
欠陥の発生が抑制されたためと考えられ、積層欠
陥の抑制により、禁制帯内の深い準位のトラツプ
レベルの形成や非発光センターの形成に寄与する
欠陥が低減され、青色発光以外の低エネルギ、長
波長発光や非発光点の出現が従来に比べて大幅に
減少することになる。 ここで、前記したウエハの形成条件として、デ
イツプ法を用い、エピタキシヤル成長温度を約
1700℃とし、ｎ、ｐ層のドーパントとしてそれぞ
れ窒素、アルミニウムを用いた。 なお、基板３の表面が（000１）面であつても、
（000１）面が（0001）面と平行であるため、前記
実施例と同様の効果が得られる。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明は、6H−SiC単結晶基板
の（0001）面、又は（000１）面に対して傾斜し
た面（結晶成長面）上に6H−SiC単結晶エピタキ
シヤル成長層をLPE法により形成するので、基
板上に成長するエピタキシヤル成長層に及ぶ基板
の（0001）面、または（000１）面に平行方向へ
の下層からの相互作用を従来に比べて強くでき、
エピタキシヤル成長層における原子の配列パター
ン前記平行方向へのスリツプを抑えることがで
き、積層欠陥の発生を抑制することが可能とな
り、結晶性の良好な6H−SiC単結晶を得ることが
できると考えられ、この結果、従来に比べて歩留
りの向上を図れ、発光波長の長波長化や低輝度化
などの特性の劣化を抑制した高特性の青色発光ダ
イオードを得ることが可能となる。
第１図はこの発明のSiC発光ダイオードの製造
方法の１実施例に係る原理説明図、第２図は結晶
の最密構造の説明図、第３図は一般の六方晶炭化
ケイ素単結晶基板の断面における原子配列パター
ンの説明図、第４図は第３図に示す基板上に六方
晶炭化ケイ素単結晶にエピタキシヤル成長させた
ときの成長界面付近の断面における原子配列パタ
ーンの説明図である。 ３……基板、４……エピタキシヤル成長層。
方法の１実施例に係る原理説明図、第２図は結晶
の最密構造の説明図、第３図は一般の六方晶炭化
ケイ素単結晶基板の断面における原子配列パター
ンの説明図、第４図は第３図に示す基板上に六方
晶炭化ケイ素単結晶にエピタキシヤル成長させた
ときの成長界面付近の断面における原子配列パタ
ーンの説明図である。 ３……基板、４……エピタキシヤル成長層。
Claims (1)
- １ （0001）面、または（000１）面に対して傾
斜した面をもつ6H−SiC単結晶基板の該傾斜した
面上に6H−SiC単結晶エピタキシヤル成長層を
LPE法により形成することを特徴とするSiC発光
ダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62011673A JPS63179516A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | Ｓｉｃ発光ダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62011673A JPS63179516A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | Ｓｉｃ発光ダイオードの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63179516A JPS63179516A (ja) | 1988-07-23 |
| JPH0565067B2 true JPH0565067B2 (ja) | 1993-09-16 |
Family
ID=11784506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62011673A Granted JPS63179516A (ja) | 1987-01-20 | 1987-01-20 | Ｓｉｃ発光ダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63179516A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2529001B2 (ja) * | 1990-05-18 | 1996-08-28 | シャープ株式会社 | 炭化珪素を用いたｐｎ接合型発光ダイオ―ドの製造方法 |
| CA2269912A1 (en) * | 1997-08-27 | 1999-03-04 | Makoto Kitabatake | Silicon carbide substrate, process for producing the same, and semiconductor element containing silicon carbide substrate |
| KR100546384B1 (ko) * | 2003-09-30 | 2006-01-26 | 삼성전자주식회사 | 현재의 온도를 감지하여 이에 상응하는 디지털 데이터를 출력하는 온도 감지기 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6185822A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-01 | Sanyo Electric Co Ltd | ＳｉＣ単結晶の液相エピタキシヤル成長方法 |
-
1987
- 1987-01-20 JP JP62011673A patent/JPS63179516A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6185822A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-01 | Sanyo Electric Co Ltd | ＳｉＣ単結晶の液相エピタキシヤル成長方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63179516A (ja) | 1988-07-23 |
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