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公開番号2024090246
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-04
出願番号2022206002
出願日2022-12-22
発明の名称炭化ケイ素単結晶の製造方法
出願人株式会社プロテリアル,国立大学法人東海国立大学機構
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類C30B 29/36 20060101AFI20240627BHJP(結晶成長)
要約【課題】溶液成長において、炭化ケイ素単結晶中への金属不純物の混入を抑制しつつ、結晶成長界面の荒れをも抑制する。
【解決手段】(a)ケイ素と、炭素とを含み、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウムおよびツリウムから選ばれる少なくとも1種を含む第1の希土類元素とを含み、さらにモリブデンおよびタングステンから選ばれる少なくとも1種を含む金属元素と、を含有する溶液を準備する工程と、(b)上記溶液に、炭化ケイ素の種結晶の結晶成長面を接触させ、上記種結晶上に炭化ケイ素単結晶を成長させる工程と、を備える、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
（ａ）ケイ素と、炭素とを含み、サマリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウムおよびツリウムから選ばれる少なくとも１種を含む第１の希土類元素とを含み、さらにモリブデンおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含む金属元素と、を含有する溶液を準備する工程と、
（ｂ）前記溶液に、炭化ケイ素の種結晶を接触させ、前記種結晶の結晶成長面上に炭化ケイ素単結晶を成長させる工程と、
を備える、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記ケイ素、前記第１の希土類元素および前記金属元素の合計を１００原子％としたとき、前記第１の希土類元素の含有量が、５原子％以上４０原子％未満である、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記ケイ素、前記第１の希土類元素および前記金属元素の合計を１００原子％としたとき、前記金属元素の含有量が、０．５原子％以上１０原子％未満である、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記溶液中に、前記第１の希土類元素以外の第２の希土類元素を含有する、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記第２の希土類元素が、ランタン、セリウム、プラセオジムおよびネオジムから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記結晶成長面は、（０００１）面から傾斜したオフ角を有する炭化ケイ素単結晶基板である、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記オフ角は、０．５°以上８°以下である、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記（ｂ）工程において、前記溶液の温度を１８００℃以上２０００℃以下の温度で保持する、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記（ａ）工程において、前記溶液を黒鉛または炭化ケイ素からなる坩堝で保持する、炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法において、
前記（ａ）工程は、前記坩堝に前記希土類元素および前記ケイ素を配置し、前記坩堝を加熱することによって、前記希土類元素および前記ケイ素を溶解させ、
前記希土類元素および前記ケイ素の溶液に前記坩堝から前記黒鉛または前記炭化ケイ素から炭素を溶出させることによって前記炭化ケイ素溶液を得る、炭化ケイ素単結晶の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素からなる単結晶の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車や家電製品などに含まれるモータを制御する回路として、インバータ回路が使用される。このインバータ回路には、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に代表されるパワー半導体素子が使用される。
【０００３】
このようなパワー半導体素子には、例えば、高耐圧の他に低オン抵抗や低スイッチング損失であることが要求される。ここで、パワー半導体素子の現在の主流は、シリコンを主成分とする半導体基板に形成された電界効果トランジスタであるが、このパワー半導体素子は、理論的な性能限界に近づいている。
【０００４】
この点に関し、シリコンよりもバンドギャップの大きな半導体材料を主成分とする半導体基板に形成された電界効果トランジスタを含む半導体素子（以下では、ワイドバンドギャップパワー半導体素子と呼ぶ）が注目されている。
【０００５】
なぜなら、バンドギャップが大きいということは、高い絶縁破壊強度を有していることを意味するから高耐圧を実現しやすくなるからである。
【０００６】
そして、半導体材料自体が高い絶縁破壊強度を有していると、耐圧を保持するドリフト層を薄くしても耐圧を確保できることから、例えば、ドリフト層を薄くするとともに、不純物濃度を高くすることにより、パワー半導体素子のオン抵抗を低減することができる。
【０００７】
すなわち、ワイドバンドギャップパワー半導体素子は、互いにトレードオフの関係にある耐圧の向上とオン抵抗の低減とを両立できる点で優れている。したがって、ワイドバンドギャップパワー半導体素子は、高性能を実現できる半導体素子として期待されている。
【０００８】
シリコンよりもバンドギャップの大きな半導体材料とは、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ
２
Ｏ
３
）またはダイヤモンドなどを挙げることができる。以下、炭化ケイ素に着目して説明する。
【０００９】
炭化ケイ素からなる単結晶（以下、ＳｉＣ単結晶とも呼ぶ）は、例えば、昇華法、高温ガス成長法、溶液成長法、などにより製造できる。
【００１０】
昇華法は、２０００℃以上の高温にて原料からシリコンと炭素を蒸発させ、原料よりも低温となっている炭化ケイ素の種結晶上にＳｉＣ単結晶を凝結させる方法である。この方法は成長界面が気相と固相であり、かつその温度差が大きいため、育成した結晶は転位密度が大きく結晶品質に課題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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