[发明专利]n型SiC单晶的制造方法、由此得到的n型SiC单晶及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及n型SiC单晶的制造方法、通过所述方法获得的n型SiC单晶及其应用。更特别地，本发明涉及其中在晶体生长期间添加用于获得n型半导体的施主元素氮(N)、以及镓(Ga)的n型SiC单晶的制造方法、通过所述方法得到的n型SiC单晶、及其应用。

背景技术

SiC单晶在热和化学方面极其稳定，具有优异的机械强度并对辐射具有抵抗性。另外，与硅(Si)单晶相比，SiC单晶具有包括高介电击穿电压和高热导率的优异性能。而且，SiC单晶能够根据所添加的杂质而容易地将电子传导类型控制为p型或n型传导，且所述SiC单晶还具有带隙宽的特性(对于4H-SiC单晶为约3.3eV且对于6H-SiC单晶为约3.0eV)。因此，SiC单晶能够实现高温、高频、耐受电压和耐环境性，这是利用常规半导体材料如Si单晶或砷化镓(GaAs)单晶所不能实现的，由此使得其用作下一代半导体材料的期待得到提高。

已经提出了用于获得半导体材料用的p、n传导型的SiC单晶的方法，所述方法包括在晶体生长期间引入杂质，且正在对含有各种杂质的SiC单晶及其制造方法进行研究。在被认为是SiC单晶的主要应用之一的半导体器件如开关器件中，使造成电力损失的通电时的电阻降低是一个重要因素。

日本特开平6-219898号公报(JP-A-6-219898)描述了一种通过升华法制造n型6H-SiC单晶的方法，其中向SiC粉末中添加20～100ppm的Al，随后在氮气气氛中进行升华。该公布还描述了根据上述方法获得的n型6H-SiC单晶的具体实例，其具有0.1Ωcm的电阻率。另外，日本特开2002-57109号公报(JP-A-2002-57109)描述了一种制造用作p型半导体或n型半导体的SiC的方法，所述方法包括在衬底上形成Si层的步骤；向所述Si层添加杂质的步骤，所述杂质是选自N、B、Al、Ga、In、P、As、Sb、Se、Zn、O、Au、V、Er、Ge和Fe中的至少一种元素；以及通过对添加了杂质的Si层进行碳化而形成添加有杂质的SiC层。另外，该日本特开2002-57109号公报(JP-A-2002-57109)还描述了杂质浓度在1×10¹³/cm³～1×10²¹/cm³的范围内的SiC，且通过同时添加施主和受主可提高电阻率。

另外，日本特开2003-73194号公报(JP-A-2003-73194)描述了一种制造优选用作p型半导体的SiC单晶的方法。所述制造方法包括将SiC粉末升华，所述SiC粉末中氮(N)的含量为0.1ppm以下且属于周期表中13族的元素如B、Al、Ga、In或Tl的总含量等于或大于所述氮含量，随后通过重结晶生长SiC单晶。另外，该日本特开2003-73194号公报(JP-A-2003-73194)描述了体积电阻率为1×10¹Ωcm以下的SiC单晶。该公布文献还描述了根据这种方法得到的p型SiC单晶的具体实例，其中周期表的13族元素Al的含量为40ppm且N的含量为0.05ppm以下。

另外，日本特开2005-109408号公报(JP-A-2005-109408)描述了一种SiC外延生长方法和SiC外延生长膜，其中通过控制使得SiC外延生长膜在5×10²³cm^-3～3×10¹⁹cm^-3范围内掺杂有N、B、Al和P中的至少一种而将所述SiC外延生长方法和SiC外延生长膜用于制造具有低导通电阻和高耐受电压的器件。而且，日本特开2007-320790号公报(JP-A-2007-320790)描述了通过利用施主和受主对SiC单晶进行掺杂来制造SiC单晶的方法、根据这种制造方法制造的SiC单晶锭、以及使用所述SiC单晶锭的衬底。所述制造方法包括向晶体生长气氛中引入气体源，所述气体源包含含充当施主的元素如N的杂质、和含充当受主的元素如B或Al中的一种或两种的杂质。该公布文献还描述了根据上述方法得到的SiC单晶的具体实例，其具有7×10¹⁷cm^-3或9×10¹⁷cm^-3的氮(N)浓度。