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LIQUID PHASE EPITAXIAL GROWTH METHOD OF SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE, METHOD FOR PRODUCING SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE SUBSTRATE, AND SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE SUBSTRATE achieved

Patent code P08A014084
File No. KG0053
Posted date Nov 21, 2008
Application number P2007-077439
Publication number P2008-230946A
Patent number P5213096
Date of filing Mar 23, 2007
Date of publication of application Oct 2, 2008
Date of registration Mar 8, 2013
Inventor
  • (In Japanese)金子 忠昭
  • (In Japanese)西谷 滋人
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西学院
Title LIQUID PHASE EPITAXIAL GROWTH METHOD OF SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE, METHOD FOR PRODUCING SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE SUBSTRATE, AND SINGLE CRYSTAL SILICON CARBIDE SUBSTRATE achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid phase epitaxial growth method of a single crystal silicon carbide, by which a single crystal silicon carbide having a large surface area can be epitaxially grown at a reduced cost.
SOLUTION: A polycrystalline SiC substrate 20 as a carbon feed substrate having a free energy higher than that of a single crystal SiC substrate 15 is arranged opposite to the single crystal SiC substrate 15 as a seed substrate. Further, a silicon plate 23 is arranged between the single crystal SiC substrate 15 and the polycrystalline SiC substrate 20. Thereafter, the silicon plate 23 is melted by heat treating them under high vacuum high temperature environment so as to interpose an extremely thin melt layer of Si as solvent between the single crystal SiC substrate 15 and the polycrystalline SiC substrate 20. Then, a single crystal silicon carbide is epitaxially grown on the surface of the single crystal SiC substrate 15 in a liquid phase by a metastable solvent epitaxy (MSE) method using, as driving force, the concentration gradient generated in the Si melt layer based on the difference between free energies of the substrates 15, 20.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


炭化ケイ素(SiC)は、耐熱性及び機械的強度に優れ、放射線にも強く、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御も容易にできるとともに、広い禁制帯幅(6H型の単結晶SiCで約3.0eV、4H型の単結晶SiCで約3.3eV)を有するという特徴を備えている。従って、炭化ケイ素は、ケイ素(Si)やガリウムヒ素(GaAs)等の既存の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧・耐環境性を実現することが可能であるとされ、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用半導体の材料として期待が高まっている。また、六方晶SiCは、窒化ガリウム(GaN)と格子定数が近く、GaNの基板として期待されている。



例えば、特許文献1は、SiC単結晶の成長に昇華再結晶法(改良レーリー法)を使用することができる旨を開示する。この方法を説明すると、ルツボ内の低温側に単結晶SiC基板を種結晶として固定配置し、高温側に原料となるSiを含む粉末を配置して、ルツボを不活性雰囲気中で1450℃以上2400℃以下の高温に加熱する。これにより、Siを含む粉末を昇華させて低温側の種結晶の表面上でSiCを再結晶させる。このようにして、単結晶SiCの育成を行うというものである。
【特許文献1】
特開2005-97040号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、主要には、炭化ケイ素(SiC)を液相エピタキシャル成長させる方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
単結晶炭化ケイ素からなるシード基板に対向して、このシード基板より自由エネルギーの高い炭素フィード基板を配置し、前記シード基板と前記炭素フィード基板との間にケイ素の極薄溶融層を溶媒として介在させて真空高温環境で加熱処理する準安定溶媒エピタキシー(MSE)法により、前記シード基板の表面に単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させる単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記シード基板の結晶多形が4H-SiC又は6H-SiCであり、このシード基板において液相エピタキシャル成長を行う表面の結晶面方位は(000-1)C面であり、
前記炭素フィード基板は前記シード基板と同じ結晶多形を有する単結晶炭化ケイ素基板であり、前記シード基板に対向する前記炭素フィード基板の表面の結晶面方位は(0001)Si面、(1-10n)面、(11-2n)面、(1-100)面、又は(11-20)面であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法。

【請求項2】
 
単結晶炭化ケイ素からなるシード基板に対向して、このシード基板より自由エネルギーの高い炭素フィード基板を配置し、前記シード基板と前記炭素フィード基板との間にケイ素の極薄溶融層を溶媒として介在させて真空高温環境で加熱処理する準安定溶媒エピタキシー(MSE)法により、前記シード基板の表面に単結晶炭化ケイ素を液相エピタキシャル成長させる単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記シード基板の結晶多形が4H-SiC又は6H-SiCであり、このシード基板において液相エピタキシャル成長を行う表面の結晶面方位は(0001)Si面であり、
前記炭素フィード基板は前記シード基板と同じ結晶多形を有する単結晶炭化ケイ素基板であり、前記シード基板に対向する前記炭素フィード基板の表面の結晶面方位は(1-10n)面、(11-2n)面、(1-100)面、又は(11-20)面であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であって、
前記シード基板及び前記炭素フィード基板は、タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備える上下が嵌合した収納容器に収納され、この収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにして容器内の真空環境をシリコンの飽和蒸気圧で保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理されることを特徴とする単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法。

【請求項4】
 
請求項3に記載の単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法であって、前記加熱処理は10-4Pa以下の減圧下で行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素の液相エピタキシャル成長方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007077439thum.jpg
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