[发明专利]n型SiC单晶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为半导体元件适合的n型SiC单晶及其制造方法。

背景技术

SiC单晶在热学、化学方面非常稳定、机械强度优异、耐放射线方面强，而且与Si单晶相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异的物性。因此，可实现Si单晶和GaAs单晶等现有半导体材料不能实现的高输出、高频、耐电压、耐环境性等，作为可进行大电力控制和节能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、车载用高温器件材料、耐放射线器件材料等这样宽范围的新一代半导体材料的期待正在高涨。

作为SiC单晶的生长法，代表性的已知有气相法、艾奇逊(Acheson)法和溶液法。在气相法中，例如在升华法中，具有所生长的单晶中易于产生被称作微管缺陷的中空贯穿状的缺陷、层叠缺陷等晶格缺陷和多晶型这样的缺点，但由于晶体的生长速度大，因此以往SiC块状单晶大多通过升华法来制造，也进行了降低生长晶体的缺陷的尝试。在艾奇逊法中，由于使用硅石和焦炭作为原料并在电炉中进行加热，因此因原料中的杂质等而不可能得到结晶性高的单晶。

溶液法为如下方法：在石墨坩埚中形成Si熔液或在Si熔液中熔化合金，使C溶解到该熔液中，使SiC结晶层在设置于低温部的晶种基板上析出并生长。由于溶液法与气相法相比进行接近热平衡的状态下的晶体生长，因此与升华法相比可期待低缺陷化。因此，最近，提出了一些基于溶液法的SiC单晶的制造方法，提出了得到晶体缺陷少的SiC单晶的方法(专利文献1)。

另外，在要将SiC单晶应用于功率器件等电子器件的情况下等，为了降低电力损失，进行了意图得到体积电阻率(以下称作电阻率)小的SiC单晶的尝试。例如，为了降低SiC单晶的电阻率，提出：使用溶液法，向坩埚内供给氮气体或使氮吸附于坩埚等，由此使n型掺杂剂掺杂在SiC单晶中，从而使电阻率低的n型SiC单晶成长(专利文献2～4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2008-105896号公报

专利文献2：特开2010-189235号公报

专利文献3：特开2007-153719号公报

专利文献4：特开2011-102206号公报

发明内容

发明所要解决的课题

这样，进行了使用溶液法以意图得到高质量的SiC单晶的尝试，但如专利文献2那样，在使用溶液法以意图得到掺杂有氮的n型SiC单晶时，存在生长晶体中易于产生大量贯穿位错这样的问题。

本发明是鉴于上述状况而完成的，目的在于提供一种具有低电阻率并且贯穿位错密度小的n型SiC单晶。

用于解决课题的手段

本发明为n型SiC单晶，其为包含锗和氮的n型SiC单晶，其中，锗与氮的密度比[Ge/N]满足0.17＜[Ge/N]＜1.60的关系。

另外，本发明为n型SiC单晶的制造方法，其是使SiC晶种基板与具有从内部向表面温度降低的温度梯度的Si-C溶液接触以使n型SiC单晶晶体生长的n型SiC单晶的制造方法，其包括：

在用于形成Si-C溶液的原料或Si-C溶液中添加氮化物和金属锗的工序，和

使包含锗和氮的n型SiC单晶生长的工序，其中，所生长的SiC单晶中的锗与氮的密度比[Ge/N]满足0.17＜[Ge/N]＜1.60的关系。

发明效果

根据本发明，能够得到具有低电阻率并且贯穿位错密度小的n型SiC单晶。

附图说明

图1是在本发明中可使用的基于溶液法的单晶制造装置的剖面示意图。

图2是从作为生长面的(000-1)面观察根据本发明的生长晶体的外观照片。

图3是实施例中所生长的SiC单晶的蚀刻面的显微镜照片。

图4是比较例中所生长的SiC单晶的蚀刻面的显微镜照片。

图5是从作为生长面的(000-1)面观察用根据以往技术的方法所生长的生长晶体的外观照片。

图6是从作为生长面的(000-1)面观察用根据以往技术的方法所生长的生长晶体的外观照片。

图7是示出生长晶体中的氮密度及锗密度与有无产生新的贯穿位错的关系的图。

具体实施方式

如上所述，以往，为了使用溶液法以使氮掺杂的n型SiC单晶生长，提出了通过将氮气加入生长炉内的气氛中或者使氮吸附于坩埚等，将氮供给至Si-C溶液的方法。

如果想要通过该以往方法得到使氮掺杂的n型SiC单晶，则存在生长晶体的贯穿位错密度变得非常大这样的问题。