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JP2958443B2 - n-type silicon carbide semiconductor - Google Patents
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JP2958443B2 - n-type silicon carbide semiconductor - Google Patents

n-type silicon carbide semiconductor

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JP2958443B2
JP2958443B2 JP8349049A JP34904996A JP2958443B2 JP 2958443 B2 JP2958443 B2 JP 2958443B2 JP 8349049 A JP8349049 A JP 8349049A JP 34904996 A JP34904996 A JP 34904996A JP 2958443 B2 JP2958443 B2 JP 2958443B2
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atoms
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洸 我妻
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、n型シリコンカーバ
イト半導体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an n-type silicon carbide semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、n型シリコンカーバイト半導体と
しては、シリコンカーバイト半導体に窒素(N)原子を
ドナー原子として添加したものが知られている(W.J.Cho
yke and L.Patrick,in Silicon Carbide-1973.edited b
y R.C.Marshall,J.W.Faust,andC.E.Ryan(University of
South Carolina,Colombia,South Carolina,1974),p.26
1など) 。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an n-type silicon carbide semiconductor, a silicon carbide semiconductor obtained by adding nitrogen (N) atoms as donor atoms is known (WJCho).
yke and L. Patrick, in Silicon Carbide-1973.edited b
y RCMarshall, JWFaust, and C.E.Ryan (University of
South Carolina, Colombia, South Carolina, 1974), p. 26
1 etc.).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この窒素原子
は多量に添加しなければ、n型シリコンカーバイト半導
体とすることができず、適当なドナー原子とは言い難い
が、他に適当なドナー原子が見付かっておらず、このた
めn型シリコンカーバイト半導体の開発は進行していな
い。
However, if this nitrogen atom is not added in a large amount, it cannot be made into an n-type silicon carbide semiconductor, and it is difficult to say that it is a suitable donor atom. Atomics have not been found, and the development of n-type silicon carbide semiconductors has not been advanced.

【0004】従来より行われているドナー原子乃至アク
セプター原子を見出すために使用された理論をシリコン
半導体について説明すると、n型シリコン半導体は、シ
リコンの単結晶に5価のリン(P)や砒素(As)原子
を微量の不純物として添加することによって得られるこ
とが知られている。
A conventional theory used for finding a donor atom or an acceptor atom will be described with respect to a silicon semiconductor. An n-type silicon semiconductor is a single crystal of silicon in which pentavalent phosphorus (P) or arsenic ( It is known that it can be obtained by adding As) atoms as trace impurities.

【0005】これは図1(b)の概念図に示すように、
4価のシリコン結晶のダイヤモンド構造のシリコン原子
の一部が5価のリン(P)や砒素(As)原子に置換さ
れ、5価の原子の最外殻の4個の電子と共有結合してダ
イヤモンド構造を保ち、残りの1個の電子がシリコンの
結晶に電子を供給し、この不純物原子自身は正に帯電
し、n型半導体になると理解されている。
[0005] As shown in the conceptual diagram of FIG.
Some of the silicon atoms in the diamond structure of the tetravalent silicon crystal are replaced by pentavalent phosphorus (P) or arsenic (As) atoms and covalently bond with the four outermost electrons of the pentavalent atom It is understood that the diamond structure is maintained, and the remaining one electron supplies electrons to the silicon crystal, and the impurity atoms themselves become positively charged and become an n-type semiconductor.

【0006】この電子を供給する正に帯電した不純物原
子はドナー原子と呼ばれるが、このシリコン単結晶に供
給された電子はほんの僅かなエネルギー(室温程度のkT
で十分)でシリコン原子からの束縛から解放され、隣の
シリコン原子へ移動可能になり、所謂伝導電子となる。
The positively charged impurity atoms that supply the electrons are called donor atoms, and the electrons supplied to the silicon single crystal have only a small energy (kT of about room temperature).
Is released from the bond from the silicon atom, and can move to the next silicon atom, and becomes a so-called conduction electron.

【0007】また、シリコンの単結晶に3価のホウ素
(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)原子
を微量の不純物として添加することによってp型シリコ
ン半導体が得られることが知られている。
It is known that a p-type silicon semiconductor can be obtained by adding trivalent boron (B), aluminum (Al), or gallium (Ga) atoms as trace impurities to a single crystal of silicon. .

【0008】この場合は図1(c)の概念図に示すよう
に、4価のシリコン結晶のダイヤモンド構造のシリコン
原子が一部3価の原子に置換され、3価の原子は隣接す
る4価のシリコン原子の最外殻の4個の電子と共有結合
し、共有結合電子が1個不足した状態になるが、シリコ
ンの単結晶から電子を1個受け取りダイヤモンド構造を
保ち、電子を1個受け取った分だけこの不純物原子自身
は負に帯電し、p型半導体になると理解されている。
In this case, as shown in the conceptual view of FIG. 1C, trivalent atoms are partially substituted for silicon atoms in the diamond structure of the tetravalent silicon crystal, and trivalent atoms are adjacent to tetravalent atoms. Is covalently bonded to the outermost four electrons of the silicon atom, and one covalent electron is lacking. However, it receives one electron from a silicon single crystal, maintains a diamond structure, and receives one electron. It is understood that the impurity atoms themselves become negatively charged and become p-type semiconductors.

【0009】この電子を受け取る不純物原子をアクセプ
ター原子と呼んでいるが、電子を供給したシリコン単結
晶には電子の抜けた穴(hole) ができ、この場合ほんの
僅かなエネルギー(室温程度のkTで十分)で隣のシリコ
ン原子の束縛から解放された電子がこの穴(hole)に供給
され、穴(hole)は隣の原子へ移動可能となると理解され
る。
The impurity atoms that receive the electrons are called acceptor atoms, but holes are formed in the silicon single crystal to which the electrons are supplied, and in this case, only a small amount of energy (kT at room temperature or so) is generated. It is understood that the electrons released from the binding of the adjacent silicon atoms are supplied to this hole, and the hole can move to the next atom.

【0010】このような従来の理論に基づいた考察では
てシリコンの単結晶に4価の炭素(C)原子が微量の不
純物として添加された場合、SiCの結合(single bon
d) は4価同士のSi原子とC原子からなる共有結合
で、両原子とも中性であると考えられていた。
According to the consideration based on such a conventional theory, when a tetravalent carbon (C) atom is added as a small amount of impurity to a single crystal of silicon, a single bond of SiC is generated.
d) is a covalent bond composed of tetravalent Si atoms and C atoms, and both atoms were considered to be neutral.

【0011】一方、シリコン単結晶に4価の炭素(C)
原子が微量の不純物として添加された場合について、本
願発明者らはシリコンと炭素の結合の特性をab-initio
MO(Molecular Obital/分子軌道法/RHF631G) を用いて計
算した。
On the other hand, tetravalent carbon (C) is added to a silicon single crystal.
In the case where atoms are added as trace impurities, the inventors of the present invention have changed the characteristics of the bond between silicon and carbon to ab-initio.
The calculation was performed using MO (Molecular Obital / Molecular Orbital Method / RHF631G).

【0012】計算に用いたモデルのメチルシラン(A1
/CH3SiH3 )及び比較のためにSi原子同士の結合(sin
gle bond) のモデルとしてジシラン(B1/Si2H6)とC
原子同士の結合(single bond) のモデルとしてエタン
(C1/C2H6) も併せて図2に示し、更に計算結果の概
要を下記表1及び図3に示す。
The model of methylsilane (A1
/ CH 3 SiH 3 ) and bonding (sin) between Si atoms for comparison.
disilane (B1 / Si 2 H 6 ) and C
Ethane (C1 / C 2 H 6 ) is also shown in FIG. 2 as a model of a single bond, and the summary of the calculation results is shown in Tables 1 and 3 below.

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】以上の計算結果によれば、Si原子もC原
子も中性でなく、Si原子は正(0.2382/net atomic cha
rge)に、C原子は負(-0.2382/net atomic charge) に帯
電する結果が得られた。
According to the above calculation results, neither the Si atom nor the C atom is neutral, and the Si atom is positive (0.2382 / net atomic cha
rge), the C atom was negatively charged (−0.2382 / net atomic charge).

【0015】この結果からすると、Si原子は正に帯電
しているので、ドナーと考えられるが、本願発明者らの
先のab-initio MOの計算結果は、SiCの結合(single
bond) のイオン化ポテンシャル(12.2396ev/ 表1のモデ
ルA1)はSi原子同士の結合(single bond) のイオン
化ポテンシャル(11.0214ev/ 表1のモデルB1)とC原
子同士の結合(single bond) のそれ(13.9334ev/ 表1の
モデルC1)との中間の値を示している。
According to these results, the Si atom is positively charged and is considered to be a donor. However, the calculation result of the ab-initio MO of the present inventors shows that the SiC bond (single
The bond ionization potential (12.2396ev / model A1 in Table 1) is that of the bond between Si atoms (single bond) (11.0214ev / model B1 in table 1) and that of C atoms (single bond). (13.9334ev / model C1 in Table 1).

【0016】これは、Si原子とC原子の最外殻の軌道
がオーバーラップし、電子親和力の違いにより、Si原
子の最外殻軌道の価電子がオーバーラップしたC原子の
最外殻軌道に少し偏って存在していることを示してい
る。
This is because the outermost orbits of the Si atom and the C atom overlap, and the valence electrons of the outermost orbital of the Si atom overlap with the outermost orbital of the C atom due to the difference in electron affinity. It indicates that it exists slightly biased.

【0017】即ち、Si原子もC原子も内殻はシールド
されているので無視すると、どちらも+4の電荷を中心
に最外殻に4個の電子を持つ構造と考えられ、中心の電
荷はどちらも同じ+4であるが、Si原子とC原子の最
外殻軌道半径はSi原子は3pでC原子は2pであり、C原
子の最外殻軌道半径の方がかなり小さいため、図4の概
念図に示すように、オーバーラップした価電子はC原子
の方に引かれて偏っており、このため上述のようにSi
原子は正に、C原子は負に荷電する結果が得られるので
ある。
That is, if the Si shell and the C atom are neglected because their inner shells are shielded, they are considered to have a structure having four electrons in the outermost shell with a +4 charge at the center. Is the same as +4, but the outermost orbital radii of Si and C atoms are 3p for Si atoms and 2p for C atoms, and the outermost orbital radii of C atoms are much smaller. As shown in the figure, the overlapped valence electrons are attracted and biased toward the C atom, and as a result,
The result is that atoms are positively charged and C atoms are negatively charged.

【0018】したがって、この電子過剰になったC原子
の電子構造を考察するならば、最外殻電子が4個の炭素
原子単独の場合に比べてSi原子と結合した場合のC原
子のイオン化ポテンシャルは電子過剰になった分だけ炭
素原子のイオン化ポテンシャル Vipよりも小さな値にな
っていて、電子を出し易くなると考えられる(図3参
照)。
Therefore, considering the electronic structure of the electron-excess C atom, the ionization potential of the C atom in the case where the outermost electron is bonded to the Si atom as compared with the case where only four carbon atoms are used alone is considered. Is smaller than the ionization potential Vip of carbon atoms by the amount of excess electrons, and it is considered that electrons can be easily emitted (see FIG. 3).

【0019】また、C原子と結合している電子不足にな
ったSi原子について見れば、最外殻電子が4個のシリ
コン原子単独の場合に比較し,Si原子の第1イオン化
ポテンシャルは電子不足になった分だけシリコン原子の
イオン化ポテンシャル Vipよりも第2イオン化ポテンシ
ャルに近い大きな値になっていて、電子を出し難いと考
えられる。
In the case of the Si-deficient Si atom bonded to the C atom, the first ionization potential of the Si atom is lower than that of the case where the outermost electrons are four silicon atoms alone. The value becomes closer to the second ionization potential than the ionization potential Vip of the silicon atom by the amount of, and it is considered that it is difficult to emit electrons.

【0020】このことを考え併せると、この電子過剰に
なったC原子がドナー原子であり、このC原子の最外殻
電子が伝導帯にドナー(donate)されることを示している
と考えられる(図3参照)。
Considering this fact, it is considered that the electron-rich C atom is a donor atom, and that the outermost electron of the C atom is donated to the conduction band. (See FIG. 3).

【0021】Si原子については、電子不足になり、ア
クセプター原子になっていることを示していると考えら
れる。
It is considered that the Si atom becomes short of electrons, indicating that it is an acceptor atom.

【0022】このことは、表1のMOの計算結果を見る
と、HOMO( 最大被占軌道/Highest Occupied Molecular
Orbital)はσ軌道(single bond) で、Max.of W.F.C.(wa
ve function coefficient の最大値) はC原子の最外殻
占有軌道(2pz) にあり、またLUMO( 最低非被占軌道/Low
est Unoccupied Molecular Orbital) もσ軌道で、波動
関数の係数の最大値(Max.of W.F.C./wave function co
efficient の最大値)はSi原子の最外殻非占軌道にあ
ることを示していることから明らかである。
This can be seen from the result of MO calculation in Table 1, which shows that HOMO (Highest Occupied Molecular
Orbital) is a sigma orbit (single bond) and Max.of WFC (wa
ve function coefficient) is in the outermost occupied orbit of C atom (2pz), and LUMO (lowest unoccupied orbit / Low
est Unoccupied Molecular Orbital) also has a σ orbit, and the maximum value of the wave function coefficient (Max.of WFC / wave function co
(the maximum value of efficient) is evident from the fact that it is in the outermost non-occupied orbit of the Si atom.

【0023】更に、SiCの2重結合(double bond/ 表
1のモデルA2)及び共役(conjugated double bond/表
1のモデルA3)の計算結果もやはり表1に示すよう
に、HOMO( π軌道)の波動関数の係数の最大値(Max.of
W.F.C./wave function coefficient の最大値) はC原
子の最外殻占有軌道にあり、またLUMO( π軌道) の波動
関数の係数の最大値(Max.of W.F.C./wave function coe
fficientの最大値) はSi原子の最外殻非占軌道にある
ことを示している。
Further, as shown in Table 1, the calculation results of the double bond (double bond / model A2 in Table 1) and the conjugate (conjugated double bond / model A3 in Table 1) of HOMO (π orbital) are also shown in Table 1. Maximum value of the wave function coefficient (Max.of
The maximum value of the WFC / wave function coefficient is in the outermost occupied orbit of the C atom, and the maximum value of the wave function coefficient of LUMO (π orbit) (Max.of WFC / wave function coe
fficient) indicates that the Si atom is in the outermost unoccupied orbit.

【0024】以上のSi原子とC原子間の結合(bond)の
特性の計算結果から考察して次のような結論を導き出せ
る。(1) 上述の従来の理論ではSiC半導体結晶中のS
i原子、C原子何れも中性と考えられていたが、シリコ
ン単結晶中の炭素はドナー原子であり、SiC半導体結
晶中においてもC原子はドナー原子であり、Si原子は
アクセプター原子である。即ち、Si原子は正に、C原
子は負に荷電し、Si原子が電子不足になり、アクセプ
ター原子になっている。
The following conclusions can be drawn from the above calculation results of the characteristics of the bond between Si atoms and C atoms. (1) According to the conventional theory described above, S in the SiC semiconductor crystal
Although both the i atom and the C atom were considered to be neutral, the carbon in the silicon single crystal is a donor atom, the C atom is a donor atom in the SiC semiconductor crystal, and the Si atom is an acceptor atom. That is, the Si atom is positively charged and the C atom is negatively charged, and the Si atom becomes deficient in electrons and becomes an acceptor atom.

【0025】したがって、計算結果からSiCは両性の
真性半導体と考えられるが、Siのアクセプターレベル
が浅いことから考えると、SiC半導体はp型半導体の
特性をより鮮明に示し、補償度が大きいであろうことが
推定されるが、事実そのような特性を示している。
Therefore, SiC is considered to be an amphoteric intrinsic semiconductor from the calculation results. However, considering that the acceptor level of Si is shallow, the SiC semiconductor clearly shows the characteristics of the p-type semiconductor and has a large degree of compensation. It is presumed that this is the case, but in fact it exhibits such properties.

【0026】(2) また、本願発明者らの行ったab-initi
o MOの計算結果は、C原子は負に荷電するが、electron
donorableな原子であることを示している。この計算結
果は、C原子とSi原子の電気陰性度乃至電子親和力の
違いから考えると、図3から明らかなように至極当然の
結果である。
(2) In addition, the ab-initi
o MO calculation shows that C atom is negatively charged,
This indicates that it is a donorable atom. Considering the difference in electronegativity or electron affinity between C atoms and Si atoms, this calculation result is an extremely natural result as is apparent from FIG.

【0027】一方、窒素をドープしたβ−SiCの窒素
ドナーの活性化エネルギーは34-38meVであるのに対して
non-doped のn型β−SiCのunknown donor の活性化
エネルギーは18-25meVであるとの実験結果が報告されて
いる。
On the other hand, the activation energy of the nitrogen donor of β-SiC doped with nitrogen is 34-38 meV, whereas
Experimental results have reported that the activation energy of an unknown donor of non-doped n-type β-SiC is 18-25 meV.

【0028】これによれば、SiCの活性化エネルギー
の実験値は窒素原子をドナーと考えた値の半分程度であ
るが、これらの実験結果は本願発明者らの計算結果が示
すようにC原子がドナーであると考えると説明すること
ができる。
According to this, the experimental value of the activation energy of SiC is about half of the value when a nitrogen atom is considered as a donor, but these experimental results are, as shown by the calculation results of the present inventors, the C atom. Can be explained by considering that is a donor.

【0029】即ち、Si原子のイオン化ポテンシャルが
8.151eV であるのに対して、C原子のイオン化ポテンシ
ャルは11.256eVであり、N原子のイオン化ポテンシャル
の14.53eV のそれよりもずっと浅いと考えられる。
That is, the ionization potential of the Si atom is
While the ionization potential of C atoms is 11.256 eV, which is 8.151 eV, it is considered that the ionization potential of N atoms is much shallower than that of 14.53 eV.

【0030】活性化エネルギーはドナー原子のイオン化
ポテンシャルとSi原子のイオン化ポテンシャルとの差
に比例すると仮定すると、C原子はSi原子とのイオン
化ポテンシャルの差が約3.1eV で、N原子はSi原子と
のイオン化ポテンシャルの差が約6.4eV であり、SiC
の活性化エネルギーの実験値がN原子をドナーと考えた
値の半分程度であることは、C原子をドナーと考えると
理解でき、実験結果を良く説明されていると考えられ
る。
Assuming that the activation energy is proportional to the difference between the ionization potential of the donor atom and the ionization potential of the Si atom, the difference in ionization potential between the C atom and the Si atom is about 3.1 eV, and the N atom is the same as the Si atom. Is about 6.4 eV, and SiC
The fact that the experimental value of the activation energy is about half of the value when N atoms are considered as donors can be understood by considering C atoms as donors, and it is considered that the experimental results are well explained.

【0031】なお、この実験結果はN原子がSiCのn
型のドナー原子として不適当であることも示している
が、本願発明者らが得た以上の理論的考察から、原子の
電気陰性度乃至電子親和力とイオン化ポテンシャルの関
係より適当なn型のドナー原子、p型のアクセプター原
子を選択することができる。
The experimental results show that the N atom is n of SiC.
Although it is shown that the donor type is not suitable as a donor atom, from the theoretical considerations obtained by the inventors of the present invention, an n-type donor which is more suitable than the relationship between the electronegativity or the electron affinity of an atom and the ionization potential. An atom or a p-type acceptor atom can be selected.

【0032】図5は、各種原子の電気陰性度とイオン化
ポテンシャルのプロット図を示すものであるが、例えば
Si原子に対して適当なp型のアクセプター原子は、電
気陰性度がSi原子のそれより小さく、且つイオン化ポ
テンシャルがSi原子のそれより小さな原子、即ち図中
Si原子の左上部に存在する原子であることを示してい
る。
FIG. 5 shows a plot of the electronegativity and ionization potential of various atoms. For example, a p-type acceptor atom suitable for a Si atom has an electronegativity lower than that of a Si atom. This indicates that the atom is small and has an ionization potential smaller than that of the Si atom, that is, an atom existing at the upper left of the Si atom in the figure.

【0033】また、Si原子に対して適当なn型のドナ
ー原子は、電気陰性度がSi原子のそれより大きく、且
つイオン化ポテンシャルがSi原子のそれよりも余り大
きくない原子、即ち図中Si原子の右部で余り下方でな
い部分に存在する原子がそれに該当する原子であること
を示している。
An n-type donor atom suitable for a Si atom is an atom whose electronegativity is higher than that of a Si atom and whose ionization potential is not much larger than that of a Si atom, ie, an Si atom in the figure. Indicates that the atoms present in the portion that is not too low on the right side of are the corresponding atoms.

【0034】更に、本願発明者らが得た理論的考察から
SiC半導体においてSi原子はアクセプターであり、
C原子はドナーであるから、n型SiC半導体を作成す
るにはC原子に対してドナーとなり得る不純物原子を添
加すれば良いことになる。
Further, from the theoretical considerations obtained by the present inventors, Si atoms are acceptors in a SiC semiconductor,
Since C atoms are donors, an n-type SiC semiconductor can be formed by adding an impurity atom that can serve as a donor to C atoms.

【0035】即ち、n型SiC半導体を作成するに適当
なドナー原子は、電気陰性度がC原子のそれよりも大き
く、且つイオン化ポテンシャルがC原子のそれよりも余
り大きくない、具体的にはSiC半導体を構成するSi
原子とC原子の単結合のそれ以下、更に具体的には例え
ばメチルシラン(H3SiCH3)のそれ(12.296eV)以下の5価
以上の原子をドナー原子として添加すれば良いことにな
り、この条件に合致するドナー不純物の有力な候補は図
5においてSe,S,Br,Iであると結論できる。
That is, a donor atom suitable for producing an n-type SiC semiconductor has an electronegativity larger than that of C atoms and an ionization potential not much larger than that of C atoms. Si for semiconductors
It is only necessary to add, as a donor atom, a pentavalent or more atom that is less than that of a single bond between an atom and a C atom, more specifically, for example, that of methylsilane (H 3 SiCH 3 ) that is less than that of 12.296 eV It can be concluded that Se, S, Br and I are the promising candidates for the donor impurity meeting the conditions in FIG.

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段】この発明は、以上のよう
な本願発明者らが得た知見に基づいてシリコンカーバイ
ト半導体中に、電気陰性度がC原子のそれよりも大き
く、且つイオン化ポテンシャルがSi原子とC原子の単
結合のそれ以下で、5価以上の原子をドナー原子として
添加したn型シリコンカーバイト半導体を提案するもの
である。
According to the present invention, based on the findings obtained by the present inventors as described above, a silicon carbide semiconductor has an electronegativity greater than that of C atoms and an ionization potential. Is an n-type silicon carbide semiconductor in which a single bond of Si atom and C atom or less is added and pentavalent or more atoms are added as donor atoms.

【0037】ここで、好ましいドナー原子としてはS
e,S,Br,Iを挙げることができる。
Here, a preferred donor atom is S
e, S, Br and I.

【0038】[0038]

【実施例】以下、この発明の実施例を示す。 実施例1 高純度(99.9999%)のテトラメチルシランガス(CH3)4Si
に、高純度(99.999%) のセレン化水素ガス(H2Se)を極少
量添加したソースガスを、高純度(99.99999%) の水素ガ
ス(H2)で希釈し、マイクロ波プラズマCVD反応炉内に
搬送し、900 ℃以上に予加熱したシリコン単結晶基板上
にシリコンカーバイド(SiC) 半導体膜を成膜させた。作
成した薄膜を4端子法及びHall測定により、抵抗率が約
1.0 ×10-1Ωcmの良好なn型シリコンカーバイド半導体
膜が作成されていることを確認できた。
Embodiments of the present invention will be described below. Example 1 High purity (99.9999%) tetramethylsilane gas (CH 3 ) 4 Si
Then, a source gas obtained by adding a very small amount of high-purity (99.999%) hydrogen selenide gas (H 2 Se) is diluted with high-purity (99.99999%) hydrogen gas (H 2 ). A silicon carbide (SiC) semiconductor film was formed on a silicon single crystal substrate preheated to 900 ° C. or higher. The resistivity of the prepared thin film was measured by the four-terminal method and Hall measurement.
It was confirmed that a good n-type silicon carbide semiconductor film of 1.0 × 10 −1 Ωcm was formed.

【0039】実施例2 微量のトリブロロシラン(SiHBr3)及びトリブロロエタン
(CH3CBr3) を希釈した高純度のメタンガス(CH4) に、高
純度のモノシラン(SiH4)ガスを混合したものをソースガ
スとして、マイクロ波プラズマCVD反応炉に搬送し、
予加熱したシリコン基板上にシリコンカーバイド(SiC)
半導体膜を成膜させた。作成した薄膜を4端子法及びHa
ll測定により、抵抗率が約1.5 ×10-3Ωcmの良好なn型
シリコンカーバイド半導体膜が作成されていることを確
認できた。
Example 2 Trace amounts of trifluorosilane (SiHBr 3 ) and trifluoroethane
A mixture of high-purity methane gas (CH 4 ) diluted with (CH 3 CBr 3 ) and high-purity monosilane (SiH 4 ) gas as a source gas is transferred to a microwave plasma CVD reactor,
Silicon carbide (SiC) on pre-heated silicon substrate
A semiconductor film was formed. The prepared thin film is subjected to the 4-terminal method and Ha
By the ll measurement, it was confirmed that a good n-type silicon carbide semiconductor film having a resistivity of about 1.5 × 10 −3 Ωcm was formed.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上要するに、この発明によれば本願発
明者らの得た理論的な考察に基づいて従来では考えられ
なかった原子をドナーとして良好なn型シリコンカーバ
イト半導体を得ることができた。
In summary, according to the present invention, it is possible to obtain a good n-type silicon carbide semiconductor by using atoms, which have not been considered heretofore, as donors based on the theoretical considerations obtained by the present inventors. Was.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来の理論に基づくn型或はp型シリコン半
導体の原理説明図で、(a)は不純物をドープしない状
態、(b)はP原子をドープしてn型にした状態、
(c)はAl原子をドープしてp型にした状態。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of an n-type or p-type silicon semiconductor based on a conventional theory, wherein (a) is a state in which impurities are not doped, (b) is a state in which P atoms are doped to be n-type,
(C) is a state in which Al atoms are doped to be p-type.

【図2】 計算に用いたSiCの分子モデルを示す図FIG. 2 is a diagram showing a molecular model of SiC used for calculation.

【図3】 HOMOとLUMOのエネルギーレベルを示
す図
FIG. 3 is a diagram showing energy levels of HOMO and LUMO.

【図4】 Si−Cの結合における荷電子電荷の分布状
態を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a distribution state of valence charges in a Si—C bond;

【図5】 各種原子の電気陰性度とイオン化ポテンシャ
ルをプロットした図
FIG. 5 is a diagram plotting the electronegativity and ionization potential of various atoms.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 31/00 - 31/20 CA(STN) REGISTRY(STN)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C30B 28/00-35/00 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 31/00-31/20 CA (STN ) REGISTRY (STN)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコンカーバイト半導体中に、電気陰
性度がC原子のそれよりも大きく、且つイオン化ポテン
シャルがSi原子とC原子の単結合のそれ以下で、5価
以上の原子を微量の不純物ドナー原子として添加したこ
とを特徴とするn型シリコンカーバイト半導体。
To 1. A silicon car bytes semiconductors, electronegativity larger than that of C atoms, and below it the ionization potential of the single bonds of Si atoms and C atoms, trace pentavalent or more atoms An n-type silicon carbide semiconductor characterized by being added as an impurity donor atom.
【請求項2】 ドナー原子がSe,S,Br,Iから選
ばれる請求項1記載のn型シリコンカーバイト半導体。
2. The n-type silicon carbide semiconductor according to claim 1, wherein the donor atom is selected from Se, S, Br and I.
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