ｐ型ＳｉＣ半導体
【課題】低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であるｐ型ＳｉＣ半導体。Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％であることが望ましい。Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３であることが更に望ましい。
【解決手段】ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であるｐ型ＳｉＣ半導体。Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％であることが望ましい。Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３であることが更に望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ半導体に関し、特に低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体を得ることは困難であった。例えば、特許文献１には、高濃度の内因性の深い順位と、深い順位のアクセプタ（Ｔｉ、Ｂ）とを組み合わせて、高い抵抗率の半絶縁性ＳｉＣ単結晶を得ることが記載されている。非特許文献１には、Ａｌドーピング改良レリー法（昇華法）によるｐ型ＳｉＣ単結晶の製造方法が記載されているが、高濃度のＡｌドーピング成長によって、結晶性が悪化する。特許文献２には、液相成長法によるＳｉＣ単結晶の成長において、液相の合金がＳｉ−Ａｌ−Ｍ合金（ＭはＴｉなど）からなることを特徴とする製造方法が記載されている。しかし、高品質なＳｉＣ単結晶を得るためにＡｌとＴｉを用いており、これら元素が作製した結晶中へ混入する量の制御方法は記載されておらず、特性についても記載が無い。
【０００３】
ｐ型ＳｉＣ半導体を製造することが困難な理由として下記が挙げられる。
【０００４】
ＳｉＣ中において、ｐ型用キャリアであるホールはｎ型用キャリアである電子に比べて移動度が小さいため、低抵抗ｎ型ＳｉＣ基板に比べて、低抵抗ｐ型ＳｉＣ基板を得ることは困難である。
【０００５】
ｐ型ＳｉＣ用アクセプタとしてはＡｌやＢが代表的であるが、ｎ型ＳｉＣ用ドナーであるＮに比べてイオン化エネルギーが大きいため、低抵抗なｐ型ＳｉＣ基板を得ることが困難である。
【０００６】
低抵抗化のためには、Ａｌドーピング量を増加させる手法が考えられるが、トレードオフとして移動度が低下する上、ＳｉＣ単結晶の結晶性が低下する。
【０００７】
ＳｉＣ単結晶中へのＡｌとＴｉとの導入量をそれぞれ制御する手法が必要である。
【０００８】
ＳｉＣ単結晶中にＡｌとＴｉを導入することは、特許文献３〜７に記載されているが、いずれも低抵抗化については何ら配慮がない。
【０００９】
【特許文献１】特表２００５−５０７３６０号公報
【特許文献２】特開２００８−１００８９０号公報
【特許文献３】特開２００７−１３１５４号公報
【特許文献４】特表２００８−５０５８３３号公報
【特許文献５】ＷＯ２００４／０９０９６９
【特許文献６】特開平１０−７０２７３号公報
【特許文献７】特開２００６−２３７３１９号公報
【非特許文献１】T. L. Staubinger, et al. Mat. Sci. Forum 389-393 (2002) p.131
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＳｉＣ単結晶中にアクセプタとしてＡｌと同時にＴｉを含有させ、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度としたことにより、Ａｌ単独添加に比べて比抵抗を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％とすることが望ましい。
【００１４】
更に、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３とすることが望ましい。
【００１５】
ＡｌとＴｉの導入方法は、特に限定する必要は無く、例えば気相成長法（昇華法、ＣＶＤなど）、エピタキシャル成長法、溶液成長法、イオン注入法などを用いることができる。
【実施例】
【００１６】
下記条件にて、ＳｉＣ単結晶にイオン共注入法にてＡｌとＴｉを導入した試料を作製した。また、比較のために、Ａｌのみを導入した試料も作製した。
【００１７】
＜注入用試料＞
ｎ型エピタキシャル層（ドーピング量：約５×１０１５／ｃｍ３）付き４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）ｎ型８°オフ基板
＜イオン注入条件＞
注入深さ：２００ｎｍ
傾き角：０°
注入角：０°
注入基板温度：５００℃
＜注入後高温アニール＞
加熱温度：１７５０℃
加熱時間：２０分
イオン注入した各試料について、Ａｌ濃度およびＴｉ濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した。また、van der Pauw法によるHall効果測定を行なって、各試料の比抵抗を求めた。結果を表１にまとめて示す。なお、表１中には、下記式により求めた比抵抗改善率も併せて示した。
【００１８】
改善率（％）＝｛１−（ρ２／ρ１）｝×１００
ρ１：Ａｌのみを導入した試料の比抵抗（Ωｃｍ）
ρ２：ＡｌとＴｉを導入した試料の比抵抗（Ωｃｍ）
【００１９】
【表１】
【００２０】
表２に、Ａｌ濃度とＴｉ濃度に対する比抵抗改善率を示す。表中、網掛け枠内はＡｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％である範囲、太枠内はＡｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３である範囲を示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
表３にＡｌ濃度に対するＴｉ濃度の比率（％）を、表４に各比率と試料No.の対応を、それぞれ示す。
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
図１に、Ａｌ濃度がそれぞれ１×１０２０／ｃｍ３および５×１０２０／ｃｍ３である場合の、Ｔｉ濃度に対する比抵抗の変化を示す。Ａｌ濃度１×１０２０／ｃｍ３の場合、Ｔｉ濃度の増加に伴い比抵抗は単調に減少していることが明瞭に観察される。Ａｌ濃度５×１０２０／ｃｍ３の場合は、Ａｌ濃度が高いため比抵抗の絶対値がＴｉ無添加の状態で既にかなり低いため、Ｔｉ濃度の増加による比抵抗の減少はかなり小さいが、全体としては漸減傾向が認められる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、ＡｌとＴｉを共に添加したことにより、Ａｌ単独添加に比べて低抵抗化したｐ型ＳｉＣ半導体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明により、ＡｌとＴｉを添加したＳｉＣ単結晶について、各Ａｌ濃度に対するＴｉ濃度の変化に対する比抵抗の変化を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ半導体に関し、特に低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体を得ることは困難であった。例えば、特許文献１には、高濃度の内因性の深い順位と、深い順位のアクセプタ（Ｔｉ、Ｂ）とを組み合わせて、高い抵抗率の半絶縁性ＳｉＣ単結晶を得ることが記載されている。非特許文献１には、Ａｌドーピング改良レリー法（昇華法）によるｐ型ＳｉＣ単結晶の製造方法が記載されているが、高濃度のＡｌドーピング成長によって、結晶性が悪化する。特許文献２には、液相成長法によるＳｉＣ単結晶の成長において、液相の合金がＳｉ−Ａｌ−Ｍ合金（ＭはＴｉなど）からなることを特徴とする製造方法が記載されている。しかし、高品質なＳｉＣ単結晶を得るためにＡｌとＴｉを用いており、これら元素が作製した結晶中へ混入する量の制御方法は記載されておらず、特性についても記載が無い。
【０００３】
ｐ型ＳｉＣ半導体を製造することが困難な理由として下記が挙げられる。
【０００４】
ＳｉＣ中において、ｐ型用キャリアであるホールはｎ型用キャリアである電子に比べて移動度が小さいため、低抵抗ｎ型ＳｉＣ基板に比べて、低抵抗ｐ型ＳｉＣ基板を得ることは困難である。
【０００５】
ｐ型ＳｉＣ用アクセプタとしてはＡｌやＢが代表的であるが、ｎ型ＳｉＣ用ドナーであるＮに比べてイオン化エネルギーが大きいため、低抵抗なｐ型ＳｉＣ基板を得ることが困難である。
【０００６】
低抵抗化のためには、Ａｌドーピング量を増加させる手法が考えられるが、トレードオフとして移動度が低下する上、ＳｉＣ単結晶の結晶性が低下する。
【０００７】
ＳｉＣ単結晶中へのＡｌとＴｉとの導入量をそれぞれ制御する手法が必要である。
【０００８】
ＳｉＣ単結晶中にＡｌとＴｉを導入することは、特許文献３〜７に記載されているが、いずれも低抵抗化については何ら配慮がない。
【０００９】
【特許文献１】特表２００５−５０７３６０号公報
【特許文献２】特開２００８−１００８９０号公報
【特許文献３】特開２００７−１３１５４号公報
【特許文献４】特表２００８−５０５８３３号公報
【特許文献５】ＷＯ２００４／０９０９６９
【特許文献６】特開平１０−７０２７３号公報
【特許文献７】特開２００６−２３７３１９号公報
【非特許文献１】T. L. Staubinger, et al. Mat. Sci. Forum 389-393 (2002) p.131
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低抵抗なｐ型ＳｉＣ半導体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＳｉＣ単結晶中にアクセプタとしてＡｌと同時にＴｉを含有させ、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度としたことにより、Ａｌ単独添加に比べて比抵抗を低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％とすることが望ましい。
【００１４】
更に、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３とすることが望ましい。
【００１５】
ＡｌとＴｉの導入方法は、特に限定する必要は無く、例えば気相成長法（昇華法、ＣＶＤなど）、エピタキシャル成長法、溶液成長法、イオン注入法などを用いることができる。
【実施例】
【００１６】
下記条件にて、ＳｉＣ単結晶にイオン共注入法にてＡｌとＴｉを導入した試料を作製した。また、比較のために、Ａｌのみを導入した試料も作製した。
【００１７】
＜注入用試料＞
ｎ型エピタキシャル層（ドーピング量：約５×１０１５／ｃｍ３）付き４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）ｎ型８°オフ基板
＜イオン注入条件＞
注入深さ：２００ｎｍ
傾き角：０°
注入角：０°
注入基板温度：５００℃
＜注入後高温アニール＞
加熱温度：１７５０℃
加熱時間：２０分
イオン注入した各試料について、Ａｌ濃度およびＴｉ濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した。また、van der Pauw法によるHall効果測定を行なって、各試料の比抵抗を求めた。結果を表１にまとめて示す。なお、表１中には、下記式により求めた比抵抗改善率も併せて示した。
【００１８】
改善率（％）＝｛１−（ρ２／ρ１）｝×１００
ρ１：Ａｌのみを導入した試料の比抵抗（Ωｃｍ）
ρ２：ＡｌとＴｉを導入した試料の比抵抗（Ωｃｍ）
【００１９】
【表１】
【００２０】
表２に、Ａｌ濃度とＴｉ濃度に対する比抵抗改善率を示す。表中、網掛け枠内はＡｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％である範囲、太枠内はＡｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３である範囲を示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
表３にＡｌ濃度に対するＴｉ濃度の比率（％）を、表４に各比率と試料No.の対応を、それぞれ示す。
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
図１に、Ａｌ濃度がそれぞれ１×１０２０／ｃｍ３および５×１０２０／ｃｍ３である場合の、Ｔｉ濃度に対する比抵抗の変化を示す。Ａｌ濃度１×１０２０／ｃｍ３の場合、Ｔｉ濃度の増加に伴い比抵抗は単調に減少していることが明瞭に観察される。Ａｌ濃度５×１０２０／ｃｍ３の場合は、Ａｌ濃度が高いため比抵抗の絶対値がＴｉ無添加の状態で既にかなり低いため、Ｔｉ濃度の増加による比抵抗の減少はかなり小さいが、全体としては漸減傾向が認められる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、ＡｌとＴｉを共に添加したことにより、Ａｌ単独添加に比べて低抵抗化したｐ型ＳｉＣ半導体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明により、ＡｌとＴｉを添加したＳｉＣ単結晶について、各Ａｌ濃度に対するＴｉ濃度の変化に対する比抵抗の変化を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
【請求項２】
請求項１において、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
【請求項３】
請求項１において、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
【請求項１】
ＳｉＣ結晶中に不純物としてＡｌとＴｉを含み、原子比でＴｉ濃度≦Ａｌ濃度であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
【請求項２】
請求項１において、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、０．０１％≦〔Ｔｉ濃度／Ａｌ濃度〕≦２０％であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
【請求項３】
請求項１において、Ａｌ濃度≧５×１０１８／ｃｍ３であり、かつ、１×１０１７／ｃｍ３≦〔Ｔｉ濃度〕≦１×１０１８／ｃｍ３であることを特徴とするｐ型ＳｉＣ半導体。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１２３７９４（Ｐ２０１０−１２３７９４Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６８１４（Ｐ２００８−２９６８１４）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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