発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

しかしながら、厚いバッファ層の成膜は、エピ成長のスループット低下によるコスト増大、欠陥密度増加による歩留まり低下および基板の抵抗増大につながる。このため、基板と同程度以上の不純物濃度の窒素（Ｎ）に加えて、ライフタイムキラーとなる元素を同時添加（コドープ）して、少数キャリア寿命の短いバッファ層を成膜することが提案されている。 少数キャリア寿命が短いと、ホールのライフタイムが短くなるため、ホールを十分に減少させることができ、基板へのホールの到達を減少させ、基板中での電子−ホールの再結合を防ぐことができる。これにより、炭化珪素半導体基板（以下、積層欠陥抑制半導体基板と略する）は、バッファ層の厚みを抑制しつつ、大電流でバイポーラ動作させても、基板内の三角・帯状積層欠陥の発生を効果的に抑制することが可能になる。 図６は、積層欠陥抑制半導体基板の構成を示す断面図である。図６に示すように、積層欠陥抑制基板は、ｎ型炭化珪素基板１の第１主面（おもて面）、例えば（０００１）面（Ｓｉ面）、にｎ⁺型炭化珪素バッファ層２が堆積されている。 ｎ型炭化珪素基板１は、例えば窒素がドーピングされた炭化珪素単結晶基板である。ｎ⁺型炭化珪素バッファ層２は、ライフタイムキラーとなる元素をコドープしたバッファ層（コドープエピ層）である。ライフタイムキラーとしては、例えば、ホウ素（Ｂ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）等の少なくとも１種類以上が選択可能である。ｎ⁺型炭化珪素バッファ層２の、ｎ型炭化珪素基板１側に対して反対側の表面側は、ｎ型耐圧維持層３が形成されている。ｎ型耐圧維持層３は、ｎ型炭化珪素基板１およびｎ⁺型炭化珪素バッファ層２より低不純物濃度で、例えば窒素がドーピングされているドリフト層である。 積層欠陥抑制半導体基板は、ｎ⁺型炭化珪素バッファ層２内で電子−ホールの再結合を促進し、ｎ型炭化珪素基板１に注入されるホール密度を抑えることで、三角・帯状積層欠陥の発生を効果的に抑制する。 ここで、コドープエピ層において、ライフタイムキラーとなる元素の密度を増やすと少数キャリア寿命が一定の間隔で短くなることが知られている。図７は、コドープ元素密度と少数キャリア寿命の関係を示すグラフである。図７において、縦軸は２５０℃における少数キャリア寿命の逆数であり、単位は／μｓである。また、横軸はコドープした元素の密度であり、単位は／ｃｍ³である。図７は、窒素の密度が５×１０¹⁸／ｃｍ³で、ライフタイムキラーとしてＶをコドープした結果である。図７に示すように、少数キャリア寿命の逆数をｙ、コドープしたＶの密度をｘとすると、ｙ＝５．７０８×１０^-14ｘ＋７．３４３の関係があり、Ｖの密度を増やすと少数キャリア寿命が一定の間隔で短くなっている。 従来、少数キャリア寿命の評価は以下のＴＲＰＬ（Ｔｉｍｅ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）法で行われている。図８は、従来の少数キャリア寿命評価方法であるＴＲＰＬ法を示す図である。ＴＲＰＬ法は、まず、ｎ型炭化珪素基板
１上のｎ⁺型炭化珪素バッファ層２にＳｉＣのバンドギャップ（３．２４ｅＶ）以上のエネルギーをもつ励起レーザー光を照射する。次に、コドープエピ層から輻射されるＰＬ（Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光のうち、自由キャリアの再結合に起因するＰＬ発光（中心波長３８７ｎｍ）をバンドパスフィルタ１２によって選別し、光電子増倍管１４で受信しながら、その発光量の時間減衰を測定する。その結果を例えば、演算装置１５で計測する。 図９は、発光量の時間減衰から少数キャリア寿命の測定を示すグラフである。図９において、縦軸は光電子増倍管１４がカウントした光子数であり、横軸はレーザー照射からの経過時間であり、単位はμｓである。少数キャリア寿命は、熱平衡状態より増加した少数キャリアの数がｅ^-1倍（ｅは自然対数の底）に減衰する時間であるため、図９から光子数がｅ^-1倍になる時間幅（例えば、図９で示された実線の間）より評価することができる。 しかしながら、コドープした元素の密度を増やし、少数キャリア寿命が１０ｎｓ以下と短くなると、減衰時間が非常に短くなってしまい、ＴＲＰＬ法では測定できなくなる。図１０は、従来の少数キャリア寿命評価方法の限界を示すグラフである。図１０において、縦軸はＴＲＰＬ法で測定した少数キャリア寿命であり、単位はｎｓである。横軸は温度であり、単位は℃である。図１０は、窒素の密度が５×１０¹⁸／ｃｍ³で、ライフタイムキラーとしてＶをコドープした結果である。図１０において、◇は、Ｖがドープされない場合を示し、□はＶを密度４×１０¹³／ｃｍ³でコドープし、×はＶを密度３×１０¹⁴／ｃｍ³でコドープした場合である。図１０に示すように、Ｖを密度３×１０¹⁴／ｃｍ³でコドープした場合、温度５０℃〜１００℃では少数キャリア寿命が１０ｎｓ以下となる。このため、Ｖの濃度が３×１０¹⁴／ｃｍ³より大きくなると、ＴＲＰＬ法では少数キャリア寿命を測定できなくなる。 従来、このような短い少数キャリア寿命の評価は、図７に示す関係を利用して、コドープした元素の密度を評価することにより、少数キャリア寿命を推定することが行われている。しかしながら、コドープした元素の密度の評価にはＳＩＭＳ（二次イオン質量分析：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法のような破壊評価が必要であるため、製品の現物評価ができないという問題がある。ここで、ＳＩＭＳ法とは、固体の表面にビーム状のイオンを照射し、そのイオンと固体表面の分子・原子レベルでの衝突によって発生するイオンを質量分析計で検出する表面計測法である。さらに、ＳＩＭＳ法は、超高真空下で測定しなければならないため、真空引き等の前準備が必要であり、評価に時間がかかるという問題がある。 この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、少数キャリア寿命が短い場合にＰＬ発光によって少数キャリア寿命を評価できる少数キャリア寿命評価方法および少数キャリア寿命評価装置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[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明にかかる少数キャリア寿命評価方法および少数キャリア寿命評価装置によれば、少数キャリア寿命が短い場合にＰＬ発光によって少数キャリア寿命を評価できるという効果を奏する。