[发明专利]单晶SiC及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶SiC及其制造方法，更详细地说，涉及用于发光二极管、X射线光学元件、开关元件、放大元件、光传感器等高温半导体电子元件的衬底晶片等的单晶SiC及其制造方法。

背景技术

SiC(碳化硅)与Si(硅)或GaAs(砷化镓)等现有的半导体材料相比，不仅耐热性能及机械强度好，放射线强，而且通过添加杂质，容易控制电子或空穴的价电子，具有较宽的禁带宽度(顺便提一下，在6H型的SiC单晶的情况下约为3.0eV，在4H型的SiC单晶的情况下为3.26eV)，所以能实现用上述现有的半导体材料所不能实现的大容量、高频特性、耐压特性、耐环境特性等，作为下一代功率器件用的半导体材料SiC引人注目，深受期盼。

作为这种SiC单晶的制造(生长)方法，现在已知有：用籽晶通过升华再结晶法生长SiC单晶的方法、以及在高温情况下用化学气相淀积生长法(CVD法)在硅衬底上进行外延生长得到立方晶系的SiC单晶(β-SiC)的方法。

可是，上述这些现有的制造方法不仅结晶生长速度都非常低，仅为1微米/小时，而且在升华再结晶的情况下，存在这样的问题，即在生长的晶体中存在100～1000/cm²左右的称为微泡(micropipe)的缺陷、沿晶体生长方向贯通的直径达数微米的针孔，这都成为制造半导体器件时产生漏电流的原因。如上所述，与Si或GaAs等现有的半导体材料相比，SiC虽然具有许多优点，但上述问题却成为阻碍其实用化的主要原因。

另外，在高温CVD法的情况下，衬底温度高达1700～1900℃，且需要在高纯度的还原性气氛下操作，设备方面存在很大困难。而且，由于进行外延生长，所以在生长速度方面自然也存在受限制的问题。

发明内容

本发明就是鉴于上述现有技术背景而完成的，其目的在于提供一种微泡缺陷等非常少的高质量大型单晶SiC，以及能制造这样的高质量大型单晶SiC、设备和操作简易、生产率高、且能促进半导体材料的实用化的单晶SiC的制造方法。

根据本发明第一方面的单晶SiC的特征在于：通过平滑表面将SiC单晶基体材料和由Si原子及C原子构成的多晶片重叠起来构成复合体，通过对该复合体进行热处理，使上述多晶片的多晶体相变而变成单晶。

如果采用这样的结构，则不仅能用简易的设备和操作方法对由SiC单晶基体材料和多晶片重叠而成的复合体进行热处理，而且能使多晶片的多晶体发生相变而高效地生长单晶体。而且由于通过平滑的表面对构成复合体的SiC单晶基体材料和多晶片进行热处理，所以在进行该热处理时杂质不会从系统外进入两者的界面，故不仅没有晶格缺陷及微泡缺陷，而且不会发生由于杂质的进入而形成的晶界，能获得高质量的单晶SiC。因此，与Si(硅)或GaAs(砷化镓)等现有的半导体材料相比，具有以下效果：不仅高温特性、高频特性、耐压特性、耐环境特性等好，而且能使作为功率器件用半导体材料而被期待的单晶SiC实用化。

根据本发明的单晶SiC的特征在于：将相邻侧面接触且排成一列的多个SiC单晶基体材料和由Si原子及C原子构成的多晶片重叠起来构成复合体，对该复合体进行热处理，使上述多晶片的多晶体发生相变而成为单晶。

如果采用这样的结构，通过对复合体进行热处理不仅能获得晶格缺陷、微泡缺陷及晶界的产生都非常少的高质量单晶SiC，而且能容易地将多个SiC单晶基体材料的侧面熔融在一起而获得大面积的单晶SiC，具有以下效果：能将具有各种比现有的半导体材料更优良性能的单晶SiC作为从小型制品到大型制品的半导体材料而广泛地使用。

另外，作为本发明的单晶SiC的制造方法，最好是使SiC单晶基体材料和由Si原子及C原子构成的多晶片的至少一个表面平整化，通过这些表面使SiC单晶基体材料和多晶片重叠，对该复合体进行热处理，使上述多晶片的多晶体发生相变而生长成单晶。

这样的制造方法具有以下效果：能容易地、而且有效地使上述情况的晶格缺陷、微泡缺陷及晶界等非常少的高质量的单晶SiC生长，能以工业规模稳定地制造并供给性能非常好的能作为半导体材料使用的单晶SiC。

另外，作为本发明的单晶SiC的制造方法，通过将相邻侧面接触且排成一列的多个SiC单晶基体材料和由Si原子及C原子构成的多晶片重叠，并对该复合体进行热处理，能使上述多晶片的多晶体发生相变而生长成单晶。

这样的制造方法具有以下效果：能有效地使上述情况的晶格缺陷、微泡缺陷及晶界等非常少的高质量大面积的单晶SiC生长，能以工业规模稳定地制造并供给性能非常好的同时作为半导体材料使用范围大的单晶SiC。