特開 2022-120393 合成宝石用結晶体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022120393

(43)【公開日】2022-08-18

(54)【発明の名称】合成宝石用結晶体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20220810BHJP

   C30B 33/00 20060101ALI20220810BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B33/00

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021017259

(22)【出願日】2021-02-05

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-07-14

(71)【出願人】

【識別番号】319003323

【氏名又は名称】株式会社Ｂｒｉｌｌａｒ

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小原 亦聡

(72)【発明者】

【氏名】木本 恒暢

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077AB01

4G077AB04

4G077BE08

4G077FE11

4G077FH07

4G077GA01

4G077GA06

4G077HA12

(57)【要約】

【課題】半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣ単結晶インゴットを用いて、比較的安価で、輝きを有する無色透明な合成宝石を提供する。
【解決手段】ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶からなる合成宝石であって、ＳｉＣ単結晶は、ｎ型不純物の密度よりも多い密度を有する炭素空孔を含み、ＳｉＣ単結晶は、波長４６０ｎｍの光吸収係数が２ｃｍ^－１以下である。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ単結晶からなる合成宝石用結晶体であって、
前記ＳｉＣ単結晶は、ｎ型不純物と、該ｎ型不純物の密度よりも多い密度を有する炭素空孔とを含み、
前記ＳｉＣ単結晶は、波長４６０ｎｍの光吸収係数が２ｃｍ^－１以下である、合成宝石用結晶体。

【請求項2】

前記炭素空孔は、前記ＳｉＣ単結晶に電子線照射することにより生成されたものである、請求項１に記載の合成宝石用結晶体。

【請求項3】

前記ｎ型不純物の密度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上である、請求項１または２に記載の合成宝石用結晶体。

【請求項4】

前記ｎ型不純物は、前記ＳｉＣ単結晶に、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^１７ｃｍ^－３の密度で、残留不純物として存在する、請求項１または２に記載の合成宝石用結晶体。

【請求項5】

ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶体を用意する工程と、
前記ＳｉＣ単結晶体に電子線照射することにより、前記ＳｉＣ単結晶体内に、炭素空孔を生成する工程と、
を含み、
前記電子線照射の照射エネルギー及び照射量は、前記炭素空孔の密度が、前記ｎ型不純物の密度よりも多くなるように設定される、合成宝石用結晶体の製造方法。

【請求項6】

前記炭素空孔が生成された前記ＳｉＣ単結晶体は、波長４６０ｎｍの光吸収係数が２ｃｍ^－１以下である、請求項５に記載の合成宝石用結晶体の製造方法。

【請求項7】

前記炭素空孔を生成する工程の後、前記ＳｉＣ単結晶体を５００℃～１４００℃の温度で熱処理する工程をさらに含む、請求項５または６に記載の合成宝石用結晶体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶からなる合成宝石用結晶体及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ（炭化珪素）は、半導体デバイスの材料として使用されているが、高い硬度や屈折率を有することから、実用的で、輝きを有する合成宝石としても高く評価されている。

【0003】

しかしながら、半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣウエハの元となるＳｉＣ単結晶インゴットは、通常、低抵抗化を図るために、ｎ型不純物である窒素が導入されている。そのため、ＳｉＣ単結晶は、バンドギャップが広い（Ｅg＝３．２６ｅＶ）ことから、本来は無色透明であるはずが、ｎ型不純物が導入されたＳｉＣ単結晶インゴットでは有色（琥珀色）となる。そのため、このようなＳｉＣ単結晶インゴットをカットして作った合成宝石は、本来備えている合成宝石としての価値を十分に発揮することができない。

【0004】

一方、高純度のＳｉＣ単結晶インゴットは、製造が難しく、価格が非常に高くなるため、リーズナブルな価格で合成宝石を提供することが難しい。

【0005】

特許文献１には、ｎ型不純物が導入されたＳｉＣ単結晶に、ｎ型不純物と同程度の密度を有するｐ型不純物を導入することによって、ｎ型不純物を補償し、これにより、ＳｉＣ単結晶の無色化を図る方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０００－５０３９６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に開示された方法は、ｎ型不純物が導入されたＳｉＣ単結晶を無色化することはできるが、ｎ型不純物と同程度の密度のｐ型不純物を、成長するＳｉＣ単結晶全体に再現性よく導入することは技術的に難しい。特に、結晶成長の初期や、長時間に及ぶ結晶成長の後半では、ｎ型不純物、ｐ型不純物ともに取り込み量が大きく変動するため、無色透明化できる領域が限定されるという課題がある。

【0008】

本発明は、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶からなり、比較的安価で、輝きを有する無色透明な合成宝石用結晶体、及びその製造方法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】

【0009】

本発明に係る合成宝石用結晶体は、ＳｉＣ単結晶からなる合成宝石用結晶体であって、ＳｉＣ単結晶は、ｎ型不純物と、該ｎ型不純物の密度よりも多い密度を有する炭素空孔とを含み、ＳｉＣ単結晶は、波長４６０ｎｍの光吸収係数が２ｃｍ^－１以下である。

【0010】

本発明に係る合成宝石用結晶体の製造方法は、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶体を用意する工程と、ＳｉＣ単結晶体に電子線照射することにより、ＳｉＣ単結晶体内に、炭素空孔を生成する工程とを含み、電子線照射の照射エネルギー及び照射量は、炭素空孔の密度が、ｎ型不純物の密度よりも多くなるように設定される。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶からなり、比較的安価で、輝きを有する無色透明な合成宝石用結晶体、及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】４Ｈ－ＳｉＣ単結晶の光透過スペクトルを測定した結果を示したグラフである。

【図2】ｎ型ＳｉＣ単結晶のバンド構造を示した図である。

【図3】ＤＬＴＳ法を用いて、電子線照射した４Ｈ－ＳｉＣ単結晶の欠陥準位を測定した結果を示したＤＬＴＳスペクトルである。

【図4】電子線照射した後のＳｉＣ単結晶のバンド構造を示した図である。

【図5】ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶に電子線照射した後の光透過スペクトルを測定した結果を示したグラフである。

【図6】ＥＳＲ法を用いて、電子線照射したＳｉＣ単結晶中に生成された結晶欠陥を測定した結果を示したグラフである。

【図7】ＳｉＣ単結晶に電子線照射して、ＳｉＣ単結晶内に生成された炭素空孔密度の深さ方向の分布を測定して結果を示したグラフである。

【図8】電子線照射によりＳｉＣ単結晶内に生成された炭素空孔の生成率と、電子線照射の照射エネルギーとの関係を示したグラフである。

【図9】ＳｉＣ単結晶における波長４６０ｎｍの光吸収係数と、ＳｉＣ単結晶に導入されたｎ型不純物の濃度との関係を示したグラフである。

【図10】（Ａ）～（Ｄ）は、合成宝石用結晶体の製造方法を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

【0014】

図１は、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶の光透過スペクトルを測定した結果を示したグラフである。測定は分光光度計を用いて行い、縦軸は透過率、横軸は波長を表す。図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示したグラフは、それぞれ、ｎ型不純物（窒素）の密度が１×１０^１６ｃｍ^－３、２×１０^１８ｃｍ^－３、５×１０^１８ｃｍ^－３のＳｉＣ単結晶の測定結果を表す。なお、半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣ単結晶インゴットのｎ型不純物密度は、通常、２×１０^１８ｃｍ^－３～８×１０^１８ｃｍ^－３の範囲にある。

【0015】

図１に示すように、矢印Ａで示したグラフでは、可視領域において光吸収はなかったが、矢印Ｂ、Ｃで示したグラフでは、約４６０ｎｍの波長において光吸収（透過率減少）があった。また、ｎ型不純物密度が高いほど、光吸収が大きかった。すなわち、ｎ型不純物密度が２×１０^１８ｃｍ^－３、５×１０^１８ｃｍ^－３のＳｉＣ単結晶では、約４６０ｎｍの波長で光吸収が起き、これが、琥珀色に着色する原因となる。

【0016】

図２は、ｎ型４Ｈ－ＳｉＣ単結晶のバンド構造を示した図である。ＳｉＣ単結晶は、第１伝導帯と、第２伝導帯があり、第１伝導帯には、ｎ型不純物の準位（不図示）から励起された電子ｅが存在する。

【0017】

ＳｉＣ単結晶に入射した光は、第１伝導帯の底近傍に存在する電子を、第２伝導帯の底近傍に励起する。第１伝導帯の底のエネルギー準位Ｅ_ｃ１と、第２伝導帯の底のエネルギー準位Ｅ_ｃ２とのエネルギーギャップＥ_ｇ２は、約２．７ｅＶである。２．７ｅＶは、波長４６０ｎｍの光エネルギーに相当する。そのため、ｎ型不純物が導入されたＳｉＣ単結晶は、４６０ｎｍの波長において光吸収が生じることになる。また、ｎ型不純物の密度が高いほど、第１伝導帯の底近傍に存在する電子の数が多くなるため、光吸収も多くなる。

【0018】

本願発明者等は、ＳｉＣ単結晶に電子線を照射すると、Ｓｉ原子とＣ原子が弾き飛ばされて、空孔と格子間原子の格子欠陥が生成される現象に注目した。Ｃ原子の質量は、Ｓｉ原子の質量よりも小さいため、原子を弾き飛ばすために必要な電子エネルギーは、Ｓｉ原子よりＣ原子の方が小さい。そのため、ＳｉＣ単結晶に電子線を照射した場合、炭素空孔と格子間炭素原子の生成が支配的になる。また、一旦生成された格子間炭素原子は、拡散定数が非常に大きく、電子線照射時の温度上昇や、電子線照射後の意図的な熱処理により、ＳｉＣ結晶表面まで移動するため、ＳｉＣ単結晶内には、ほとんど残らない。これにより、ＳｉＣ単結晶に電子線を照射することによって、ほぼ炭素空孔だけを選択的に生成することができる。

【0019】

なお、本実施形態で言う「炭素空孔を含むＳｉＣ単結晶」は、格子点に１個の炭素空孔がある場合だけでなく、複数の炭素空孔が連なって存在するＳｉＣ単結晶も含む。また、炭素空孔と珪素空孔の対で構成される欠陥が存在するＳｉＣ単結晶も含む。

【0020】

図３は、ＤＬＴＳ（Deep Level Transient Spectroscopy）法を用いて、電子線照射した４Ｈ－ＳｉＣ単結晶の欠陥準位を測定した結果を示したＤＬＴＳスペクトルで、縦軸はＤＬＴＳ信号強度、横軸は温度を表す。図中の矢印Ａで示したスペクトルは、電子線照射する前の測定結果を示し、矢印Ｂで示したスペクトルは、電子線照射した後の測定結果を示し、矢印Ｃで示したスペクトルは、電子線照射後に熱処理したときの測定結果を示す。

【0021】

ここで、電子線照射は、照射エネルギーを２００ｋｅＶ、照射量を１×１０^１６ｃｍ^－２の条件で行った。また、熱処理は、９５０℃の窒素雰囲気中で、３０分行った。

【0022】

図３に示すように、電子線照射した後のＳｉＣ単結晶のＤＬＴＳスペクトルには、矢印Ｐ_１、Ｐ_２で示した２つのピークが現れている。また、電子線照射後に熱処理しても、２つのピークはほとんど変化しなかった。

【0023】

これら２つのピークは、電子線照射によりＳｉＣ単結晶内に生成された炭素空孔に起因した電子トラップと考えられ、２つのピークが現れる温度から、電子線照射した後のＳｉＣ単結晶のバンド構造は、図４に表すように、２つの炭素空孔による欠陥準位Ｅ_Ｄ１（Ｅ_Ｃ１―Ｅ_Ｄ１＝０．６ｅＶ）、Ｅ_Ｄ２（Ｅ_Ｃ１―Ｅ_Ｄ２＝１．５ｅＶ）が存在していると考えられる。

【0024】

従って、図４に示すように、この欠陥準位Ｅ_Ｄ１、Ｅ_Ｄ２に、ｎ型不純物の準位から励起される電子を捕獲させれば、第１伝導帯に存在する電子をなくすことが可能となる。その結果、図２に示したような、第１伝導帯に存在する電子が、第２伝導帯に励起することによって生じる４６０ｎｍの光吸収をなくすことが可能となる。

【0025】

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶に、電子線照射することによって、ＳｉＣ単結晶内に炭素空孔を生成し、この炭素空孔の欠陥準位に、ｎ型不純物の準位から励起される電子を捕獲させることによって、４６０ｎｍの光吸収をなくし、これにより、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶の無色化を図るものである。

【0026】

図５は、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶に電子線照射した後の光透過スペクトルを測定した結果を示したグラフである。図中の矢印Ｂで示したグラフは、電子線照射する前のＳｉＣ単結晶（ｎ型不純物密度が５×１０^１８ｃｍ^－３）の測定結果を示し、矢印Ｃで示したグラフは、電子線照射（照射エネルギー：１ＭｅＶ、照射量：４．５×１０^１８ｃｍ^－２）した後の測定結果を示す。なお、図中の矢印Ａで示したグラフは、ｎ型不純物が低密度（１×１０^１６ｃｍ^－３）のＳｉＣ単結晶の測定結果を示す。

【0027】

図５に示すように、矢印Ｂで示したグラフでは４６０ｎｍの光吸収が見られたが、矢印Ｃで示したグラフでは４６０ｎｍの光吸収は見られなかった。すなわち、一定量のｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶は、電子線照射することによって、４６０ｎｍの光吸収をなくして無色化を図ることができる。

【0028】

図２に示したように、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶において、第１伝導帯に存在する電子密度は、ｎ型不純物密度とほぼ等しい。従って、図４に示したように、炭素空孔の欠陥準位に電子を捕獲することによって、４６０ｎｍの光吸収をなくして無色化を図るためには、炭素空孔の密度を、少なくともｎ型不純物の密度よりも多くすることが好ましい。

【0029】

電子線照射によって生成される炭素空孔の生成量は、電子線照射の照射エネルギー及び照射量が高いほど多い。従って、４６０ｎｍの光吸収をなくして無色化を図るためには、電子線照射の照射エネルギー及び照射量を、炭素空孔の密度が、少なくともｎ型不純物の密度よりも多くなるように設定すればよい。

【0030】

ＳｉＣ単結晶内に生成される炭素空孔の存在、及び炭素空孔の密度は、炭素空孔密度が低い場合は、ＤＬＴＳ法を用いて測定することができる。また、炭素空孔密度が高い場合は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance）法を用いて測定することができる。

【0031】

図６は、ＥＳＲ法を用いて、電子線照射したＳｉＣ単結晶中に生成された欠陥準位を測定した結果の例を示したグラフで、縦軸はＥＳＲ信号を表し、横軸は磁束密度を表す。

【0032】

図６に示すように、電子線照射したＳｉＣ単結晶のＥＳＲスペクトルには、矢印Ｑ_１、Ｑ_２で示した２つのピークが観察され、これらのピークは、電子線照射によりＳｉＣ単結晶内に生成された炭素空孔の欠陥準位に起因したものと考えられる。また、２つのピークにおけるＥＳＲ信号の高さから、生成された炭素空孔密度は、約８×１０^１７ｃｍ^－３と推定される。

【0033】

本実施形態によれば、ｎ型不純物が導入された有色のＳｉＣ単結晶に電子線照射することによって、ＳｉＣ単結晶内に一定の密度の炭素空孔を生成し、この炭素空孔の欠陥準位に、ｎ型不純物の準位から励起される電子を捕獲させることによって、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶に固有の４６０ｎｍの光吸収をなくすことができ、これにより、無色化されたＳｉＣ単結晶を得ることができる。

【0034】

このようにして得られた無色のＳｉＣ単結晶は、合成宝石用結晶体として提供することができ、適当な大きさにカットすることによって、無色透明な合成宝石を作製することができる。また、この方法を用いることにより、半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣ単結晶インゴットを用いて、輝きを有する無色透明な合成宝石を、比較的安い価格で提供することができる。

【0035】

ところで、ＳｉＣ単結晶インゴットは、バルクな単結晶体であるため、ＳｉＣ単結晶インゴットをカットして、無色透明な合成宝石を得るには、バルクな結晶体全体に、一定の密度の炭素空孔を生成する必要がある。

【0036】

図７は、ＳｉＣ単結晶に電子線照射して、ＳｉＣ単結晶内に生成された炭素空孔密度の深さ方向の分布を測定して結果を示したグラフである。縦軸は、生成された炭素空孔密度を表し、横軸は、表面からの深さを表す。また、測定は、ＤＬＴＳ法を用いて、ＳｉＣ単結晶を、深さ方向に研磨を繰り返しながら行った。

【0037】

図中の矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで示したグラフは、それぞれ、電子線照射の照射エネルギーを、２５０ｅＶ、５００ｅＶ、７５０ｅＶ、１．０ＭｅＶ、３．０ＭｅＶとしたときの結果を示す。また、電子線照射の照射量は、全て１×１０^１６ｃｍ^－３とした。

【0038】

図７に示すように、照射エネルギーが高いほど、ＳｉＣ単結晶の奥深くまで炭素空孔を生成させることができる。また、照射エネルギーが高いほど、炭素空孔の生成量も多くなる。なお、図７の測定では、照射量を１×１０^１６ｃｍ^－３としたが、照射量を多くすることによって、炭素空孔の生成量も多くすることができる。

【0039】

このように、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶に電子線照射することによって、ＳｉＣ単結晶の無色透明化を図るためには、ＳｉＣ単結晶全体に亘って、４６０ｎｍの光吸収をなくすために必要な炭素空孔密度になるように、電子線照射の照射エネルギー及び照射量を設定すればよい。

【0040】

図８は、電子線照射によりＳｉＣ単結晶内に生成された炭素空孔の生成率と、電子線照射の照射エネルギーとの関係を示したグラフである。ここで、炭素空孔の生成率は、以下の式（１）により求めた。

【0041】

【数1】

【0042】

ここで、（式１）の分子の炭素空孔密度は、照射したＳｉＣ結晶表面近傍の値である。表面から奥深い領域では、図７で示したように、炭素空孔密度は減少する。

【0043】

図８に示すように、電子線照射の照射エネルギーが高いほど、炭素空孔の生成率は高くなる。ここで、生成される炭素空孔密度は、電子線照射の照射量にほぼ比例するので、４６０ｎｍの光吸収をなくすために必要な炭素空孔密度が分かれば、図８のグラフから、電子線照射の照射エネルギーに対して必要な照射量を求めることができる。

【0044】

例えば、密度が５×１０^１８ｃｍ^－３の炭素空孔を、照射エネルギーが１ＭｅＶの電子線照射で生成するのに必要な照射量は、３．９×１０^１８ｃｍ^－２（５×１０^１８ｃｍ^－３／１．２８ｃｍ^－１）となる。

【0045】

図９は、ＳｉＣ単結晶における波長４６０ｎｍの光吸収係数と、ＳｉＣ単結晶に導入されたｎ型不純物の密度との関係を示したグラフである。測定は分光光度計を用いて行い、縦軸は光吸収係数を表し、横軸はｎ型不純物密度を表す。

【0046】

図９に示すように、波長４６０ｎｍの光吸収係数は、ｎ型不純物密度が７×１０^１６ｃｍ^－３以上では、ｎ型不純物密度にほぼ比例している。また、ｎ型不純物密度が７×１０^１６ｃｍ^－３以下のＳｉＣ単結晶では、光吸収係数が２ｃｍ^－１以下あり、厚さ５ｍｍのＳｉＣ単結晶でも、光が透過し透明となる。一方、ｎ型不純物密度が１×１０^１７ｃｍ^－３以上のＳｉＣ単結晶では、光吸収係数が５ｃｍ^－１以上となり、厚さ２ｍｍ以上のＳｉＣ単結晶では、無色透明にならない。

【0047】

本発明は、このような有色不透明なＳｉＣ単結晶に対して、無色透明化に有効な手段を提供する。すなわち、図９に示すように、Ａで示す範囲（ｎ型不純物密度が１×１０^１７ｃｍ^－２以上）のｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶に、電子線照射することによって、Ｂで示す範囲のように、波長４６０ｎｍの光吸収係数が２ｃｍ^－１以下の無色透明なＳｉＣ単結晶に変えることができる。なお、ｎ型不純物密度が５×１０^１７ｃｍ^－２以上の場合、波長４６０ｎｍの光吸収係数が１０ｃｍ^－１以上になるため、本発明による効果がより発揮される。

【0048】

ここで、電子線照射の照射エネルギー及び照射量は、炭素空孔の密度が、ｎ型不純物の密度よりも多くなるように設定すればよい。また、ＳｉＣ単結晶の厚さに応じて、電子線照射の照射エネルギーは適宜決めればよい。

【0049】

半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣ単結晶インゴットは、通常、ｎ型不純物密度が１×１０^１８ｃｍ^－３以上である。本発明は、特に、このような高密度のｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶インゴットに対して、無色透明化を図るのに有効であり、本発明を適用することによって、無色透明な合成宝石用結晶体を比較的安い価格で提供することが可能になる。

【0050】

半導体デバイスの製造用のＳｉＣ単結晶インゴットは、ｎ型不純物を添加せずに作製することもできる。しかしながら、このような無添加のＳｉＣ単結晶インゴットでも、通常、ｎ型不純物となる窒素が、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^１７ｃｍ^－３の密度で、残留不純物として存在するため、薄い琥珀色が付いている。このような低密度のＳｉＣ単結晶インゴットは、僅かな量の炭素空孔を生成することによって、簡単に無色透明化することができる。そのため、電子線照射の照射量を少なくすることができ、無色透明な合成宝石用結晶体をより安価に提供することが可能になる。

【0051】

図１０（Ａ）～（Ｄ）は、本実施形態における合成宝石用結晶体の製造方法を示した図である。

【0052】

まず、図１０（Ａ）に表すように、ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶体１０を用意する。ＳｉＣ単結晶体１０は、例えば、半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣ単結晶インゴットを用いることができる。

【0053】

次に、図１０（Ｂ）に表すように、ＳｉＣ単結晶体１０に電子線照射することにより、ＳｉＣ単結晶体１０内に、炭素空孔を生成する。ここで、電子線照射の照射エネルギー及び照射量は、炭素空孔の密度が、ｎ型不純物の密度よりも多くなるように設定される。これにより、図１０（Ｃ）に表すように、ＳｉＣ単結晶体１０の表面下に、炭素空孔が生成された欠陥領域１０Ａが形成される。なお、ＳｉＣ単結晶体１０の厚みが薄い場合は、ＳｉＣ単結晶体１０全体に欠陥領域１０Ａが形成される。

【0054】

次に、図１０（Ｄ）に表すように、ＳｉＣ単結晶体１０の欠陥領域１０Ａを切り離す。欠陥領域１０Ａの切り離しは、例えば、欠陥領域１０ＡとＳｉＣ単結晶体１０の界面を、細いダイヤモンドワイヤソーで切断することによって行うことができる。切り離された欠陥領域１０Ａは無色透明化された合成宝石用結晶体として提供することができ、これを適当な大きさにカットすることによって、無色透明な合成宝石を作製することができる。なお、残りのＳｉＣ結晶体１０は原材料として再利用できる。例えば、このＳｉＣ結晶体１０に電子線照射を施すことによって、表面領域を無色透明化し、この領域を合成宝石用結晶体として提供することができる。また、別の目的（例えば、半導体デバイスの製造用の基板）に再利用することもできる。

【0055】

なお、ＳｉＣ単結晶体１０に電子線照射したとき、炭素空孔が生成される以外に、格子間炭素原子が僅かに残る場合がある。この場合、格子間炭素原子によって、僅かな光吸収が生じ、透明度が低下することもある。そのため、透明度の低下を防止する目的で、炭素空孔を生成する工程の後、ＳｉＣ単結晶体１０を５００℃～１４００℃の温度で熱処理してもよい。

【0056】

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶について説明したが、６Ｈ－ＳｉＣ単結晶についても、電子線照射により、炭素空孔の生成が可能で、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶の場合と炭素空孔の生成量は同一であるため、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶と同様の効果を得ることができる。

【0057】

また、電子線照射により、ＳｉＣ単結晶に生成された炭素空孔は、必ずしも均一に分布していなくてもよく、４６０ｎｍの光吸収をなくすために必要な密度の炭素空孔が存在していればよい。

【0058】

また、電子線照射により生成された炭素空孔は、必ずしもＳｉＣ単結晶全体に亘って存在していなくてもよく、ＳｉＣ単結晶の表面から、一定の深さの領域に存在していればよい。この場合、ＳｉＣ単結晶の炭素空孔が生成された領域だけを切り出すことによって、無色透明な合成宝石用結晶体を得ることができる。

【0059】

また、合成宝石用結晶体に用いるＳｉＣ単結晶は、必ずしも、半導体デバイスの製造用として商業的に利用できるＳｉＣ単結晶インゴットに限らず、他の目的で製造されたＳｉＣ単結晶でもよく、勿論、合成宝石用に製造されたＳｉＣ単結晶であってもよい。

【符号の説明】

【0060】

１０ ＳｉＣ単結晶体
１０Ａ 欠陥領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2021-04-30

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ型不純物を含むＳｉＣ単結晶体を用意する工程と、
前記ＳｉＣ単結晶体に電子線照射することにより、前記ＳｉＣ単結晶体内に、炭素空孔を生成する工程と、
を含み、
前記電子線照射の照射エネルギー及び照射量は、前記炭素空孔の密度が、前記ｎ型不純物の密度よりも多くなるように設定される、合成宝石用結晶体の製造方法。

【請求項2】

前記炭素空孔が生成された前記ＳｉＣ単結晶体は、波長４６０ｎｍの光吸収係数が２ｃｍ^－１以下である、請求項１に記載の合成宝石用結晶体の製造方法。

【請求項3】

前記炭素空孔を生成する工程の後、前記ＳｉＣ単結晶体を５００℃～１４００℃の温度で熱処理する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の合成宝石用結晶体の製造方法。

【請求項4】

前記ｎ型不純物の密度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上である、請求項１～３の何れかに記載の合成宝石用結晶体の製造方法。

【請求項5】

前記ｎ型不純物は、前記ＳｉＣ単結晶体に、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^１７ｃｍ^－３の密度で、残留不純物として存在する、請求項１～３の何れかに記載の合成宝石用結晶体の製造方法。