(57)【要約】【課題】高い熱伝導を有し、かつ、高い電気抵抗率を有する多結晶炭化ケイ素焼結体を提供する。【解決手段】窒素濃度、ホウ素濃度が低減された多結晶炭化ケイ素焼結体、より具体的には、窒素濃度が８５ｐｐｍ以下であり、ホウ素濃度が２００ｐｐｍ以下である多結晶炭化ケイ素焼結体により、課題を解決する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶炭化ケイ素焼結体の窒素濃度が８５ｐｐｍ以下であり、ホウ素濃度が２００ｐｐｍ以下である多結晶炭化ケイ素焼結体。
【請求項２】
窒素濃度に対するホウ素濃度Ｂが以下の式（１）を満たす請求項１に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
式（１）ホウ素濃度＝窒素濃度×ホウ素の原子量／窒素の分子量×Ｂ
（但し、０．１≦Ｂ≦１０である）
【請求項３】
さらに、アルミニウム及び／又はバナジウムが含有されている請求項１または２に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
【請求項４】
窒素濃度に対するバナジウム濃度Ｖが以下の式（２）を満たす請求項１から３のいずれか１項に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
式（２）バナジウム濃度＝窒素濃度×バナジウムの原子量／窒素の分子量×Ｖ
（但し、０．００１≦Ｖ≦０．５である）
【請求項５】
窒素濃度に対するアルミニウム濃度Ａｌが以下の式（３）を満たす請求項１から４のいずれか１項に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
式（３）アルミニウム濃度＝窒素濃度×アルミニウムの原子量／窒素の分子量×Ａｌ
（但し、Ａｌ≦５である）
【請求項６】
焼結雰囲気が１０-1Ｐａ以下の高真空で焼結させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
【請求項７】
前記窒素濃度に対するホウ素濃度Ｂは０．５≦Ｂ≦５である請求項２に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体を含む、電子デバイス用絶縁放熱基板。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体を含む、光デバイス用絶縁放熱基板。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体を含む、抵抗加熱用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶炭化ケイ素焼結体に関し、特に高い電気抵抗率を有する多結晶炭化ケイ素焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道、自動車、一般家電などの様々な分野で使用されているパワー半導体デバイスは、更なる小型・低コスト・高効率化などのために、従来のＳｉパワー半導体からＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮなどを使用したパワー半導体へ移行しつつある。
パワー半導体デバイスは、一般的には、複数の半導体デバイスを共通のヒートシンク上に配してパッケージングしたパワー半導体モジュールとして利用される。
このようなパワー半導体デバイスの実用化に向けて、種々の課題が指摘されているが、その内の一つにデバイスから発する熱の放熱問題がある。
【０００３】
炭化ケイ素は、アルミニウム、銅並の熱伝導率を有するものの、炭化ケイ素自身は本来半導体材料であって、絶縁性に乏しいため、高熱伝導性と高絶縁性を同時に必要とする用途への適用に課題があった。
【０００４】
高絶縁性を達成した炭化ケイ素としては、１×１０5Ω以上の抵抗率を有し、窒素含有
率が２００ｐｐｍ以下である再結晶炭化ケイ素体が知られている（特許文献１及び２参照）。
より詳細には、特許文献１及び２では、高抵抗炭化ケイ素の出発原料として細粒の炭化ケイ素素粒子と粗粒の炭化ケイ素粒子を用いており、炭化ケイ素原料の純度は一般に９７％以上であると開示されている。そして、上記炭化ケイ素粒子を混合成形して未焼成品を形成した後、２００℃未満の温度で約２日未満乾燥させ２５００℃以下で再結晶化している。窒素低減については約６Ｔｏｒｒの減圧雰囲気および毎分８標準リットルの流量の不活性ガス流下での再結晶化により実現している。また、より高抵抗品を形成するためホウ素をドープし、ホウ素ドープ剤としてＢ4Ｃ粉末を用いている。ホウ素ドープ剤濃度は７
５、２００、及び５００ｐｐｍが記載されており、高濃度で５００ｐｐｍのとき、抵抗の最高値７．５×１０9Ωｃｍを実現している。なお、熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫ以下である
とされている。
【０００５】
また、高絶縁性を達成するために、表面が、厚みが１０ｎｍ〜５００ｎｍの酸化物被膜によって被膜されてなることを特徴とする炭化ケイ素粉体が知られている（特許文献３参照）。
より詳細には、炭化ケイ素紛体に酸化物で被覆することで、高抵抗化を実現している。具体的には、純度９８．５％の炭化ケイ素を室温で表面を自然酸化させた後、通気下、８００℃で２時間、電気炉で加熱し、凝集した粒子を乳鉢で解砕している。表面中のシリカ含有率は５．１％で、２０ＫＮの加圧下で２．６×１０10Ωｃｍの体積抵抗率であり、シリカ被覆の厚みは１００ｎｍである。
なお、酸化物としてアルミナ、チタニア、シリカが挙げられている。
アルミナ被覆は、アルミナ被覆剤前駆体をアルコール液に加え、炭化ケイ素粉末を撹拌混合した後、濾過、乾燥し、空気雰囲気下で６００〜９００℃で２時間加熱焼成する方法が記載されている。
チタニア被覆は、チタニア前駆体を用いてアルミナ被覆と同様に焼成することが記載されている。
シリカ被覆は、炭化ケイ素の表面酸化を利用し、炭化ケイ素紛体を空気雰囲気下で５００〜１０００℃で数時間加熱することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１１−５０２０９５号公報
【特許文献２】特開２０１３−８２６２５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０６８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１及び２に開示されている技術では、抵抗率の値が十分に高いわけではなく、更なる改良の余地が残される。また、その製造方法は、原料選別、未焼成品の成形、乾燥、再結晶化など工程が多く、煩雑である。
一方、特許文献３の技術によれば、粉体としてある程度の高抵抗率を達成できるものの、炭化ケイ素を高抵抗化しているわけではなく、焼結体として高抵抗率が達成できているわけではない。また、放熱基板として用いることができるか否か不明である。
加えて、それぞれ製造において助剤を用いているため、意図しない不純物混入により抵抗率が下がる可能性が存在する。
本発明は、このような状況においてなされたものであり、高い電気抵抗率を有する多結晶炭化ケイ素焼結体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために研究をすすめ、多結晶炭化ケイ素焼結体の窒素濃度を一定以下に低減させ、かつ、ホウ素濃度を一定以下に低減させることで、高い電気抵抗率を有する多結晶炭化ケイ素焼結体が得られることに想到し、本発明を完成させた。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００９】
［１］多結晶炭化ケイ素焼結体の窒素濃度が８５ｐｐｍ以下であり、ホウ素濃度が２００ｐｐｍ以下である多結晶炭化ケイ素焼結体。
［２］窒素濃度に対するホウ素濃度Ｂが以下の式（１）を満たす［１］に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
式（１）ホウ素濃度＝窒素濃度×ホウ素の原子量／窒素の分子量×Ｂ
（但し、０．１≦Ｂ≦１０である）
［３］さらに、アルミニウム及び／又はバナジウムが含有されている［１］または［２］に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
［４］窒素濃度に対するバナジウム濃度Ｖが以下の式（２）を満たす［１］から［３］のいずれかに記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
式（２）バナジウム濃度＝窒素濃度×バナジウムの原子量／窒素の分子量×Ｖ
（但し、０．００１≦Ｖ≦０．５である）
［５］窒素濃度に対するアルミニウム濃度Ａｌが以下の式（３）を満たす［１］から［４］のいずれかに記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
式（３）アルミニウム濃度＝窒素濃度×アルミニウムの原子量／窒素の分子量×Ａｌ
（但し、Ａｌ≦５である）
［６］焼結雰囲気が１０-1Ｐａ以下の高真空で焼結させることを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
［７］前記窒素濃度に対するホウ素濃度Ｂは０．５≦Ｂ≦５である［２］に記載の多結晶炭化ケイ素焼結体。
［８］［１］〜［７］のいずれかに記載の多結晶炭化ケイ素焼結体を含む、電子デバイス用絶縁放熱基板。
［９］［１］〜［７］のいずれかに記載の多結晶炭化ケイ素焼結体を含む、光デバイス用絶縁放熱基板。
［１０］［１］〜［７］のいずれかに記載の多結晶炭化ケイ素焼結体を含む、抵抗加熱用部材。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多結晶炭化ケイ素焼結体は高い熱伝導を有し、かつ、高い電気抵抗率を有する。そのため、高熱伝導性と高絶縁性を同時に必要とする用途への適用が可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体は多結晶の炭化ケイ素焼結体であり、窒素濃度が８５ｐｐｍ以下であり、ホウ素濃度が２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。このように、窒素濃度及びホウ素濃度が低減された多結晶炭化ケイ素焼結体が、高い電気抵抗率を有することを本発明者らは見出した。
窒素濃度は、炭化ケイ素中でドナーとして働く観点から、８５ｐｐｍ以下であることが好ましく、７０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、６５ｐｐｍ以下であることが更に好ましく、６０ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。
ホウ素濃度は、キャリア補償の観点から、窒素濃度と同程度ないしはそれ以下であることが好ましい。
【００１２】
本実施形態において、多結晶炭化ケイ素焼結体に含有される窒素濃度は、焼結雰囲気の真空度により制御することが可能であり、窒素濃度を低減する場合には、例えばバックグラウンド真空度を１×１０-1Ｐａ以下とすればよく、好ましくは５×１０-2Ｐａ以下、より好ましくは１×１０-2Ｐａ以下であり、更に好ましくは５×１０-3Ｐａ以下であり、下限は通常１×１０-8Ｐａ以上である。窒素濃度が多すぎると伝導電子濃度が高く体積抵抗率は低くなる傾向があり、少なすぎると真性キャリア密度に近づくため、炭化ケイ素の半導体としての特性を示し体積抵抗率は高くなる傾向がある。
また、より窒素濃度を低減させるためには、例えば昇温時に約１０００℃で１時間脱ガス処理を行えばよい。また、多結晶炭化ケイ素焼結体に含有されるホウ素濃度は、原料の仕込み量により制御することが可能である。
【００１３】
多結晶炭化ケイ素焼結体に含有され、かつ電気伝導に寄与するその他の物質としては、アルミニウム、バナジウムがあげられる。
アルミニウムの含有量（濃度）としては通常１００ｐｐｍ以下であり、好ましくは７０ｐｐｍ以下、より好ましくは４０ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下であり、下限は通常０．０１ｐｐｍ以上である。アルミニウムの含有量が多すぎると正孔濃度が高くなり、ドナー濃度より高濃度に含有されていればｐ型伝導を示し、体積抵抗率は低くなる傾向があり、少なすぎると伝導電子濃度が正孔濃度を上回りｎ型伝導を示すため体積抵抗率は低くなる傾向がある。
バナジウムの含有量（濃度）としては通常２０ｐｐｍ以下であり、好ましくは１５ｐｐｍ以下であり、下限は通常０．０１ｐｐｍ以上である。バナジウムの含有量が多すぎると不純物として粒界に析出し金属として働くため体積抵抗率は低くなる傾向があり、少なすぎると電気伝導に寄与するキャリアを捕獲しきれないため体積抵抗率は低くなる傾向がある。本実施形態においては、バナジウムはキャリアの捕獲中心として働き、ホウ素で補償しきれなかった窒素キャリアを捕獲する目的でドープしている。炭化ケイ素におけるバナジウムの個容限界が２０ｐｐｍのためそれ以下であることが好ましい。
本実施形態において、多結晶炭化ケイ素焼結体に含有されるアルミニウム濃度は、原料や焼結に使用する具材の高純度化により制御することが可能である。また、多結晶炭化ケイ素焼結体に含有されるバナジウム濃度は、原料への仕込み量により制御することが可能である。
なお、多結晶炭化ケイ素焼結体中に含有される物質濃度は、質量分析装置などの各種分析装置により測定が可能である。
【００１４】
本実施形態においては、以下の式（１）で表される窒素濃度に対するホウ素濃度Ｂが通常０．１以上、好ましくは０．３以上、より好ましくは０．５以上であり、通常１０以下、好ましくは８以下、より好ましくは５以下である。
式（１）ホウ素濃度＝窒素濃度×ホウ素の原子量／窒素の分子量×Ｂ
上記値が大きすぎると正孔濃度が高くなりｐ型伝導を示し体積抵抗率は低くなる傾向があり、小さすぎると伝導電子を補償できず体積抵抗率は低くなる傾向がある。
また、以下の式（２）で表される窒素濃度に対するバナジウム濃度Ｖが通常０．００１以上、好ましくは０．００５以上、より好ましくは０．０１以上であり、通常０．５以下、好ましくは０．２７以下、より好ましくは０．２６以下、更に好ましくは０．２５以下である。上記値が大きすぎると不純物として粒界に析出し、金属としての特性が現れるため体積抵抗率は低くなる傾向があり、小さすぎると伝導キャリアを捕獲できず体積抵抗率は低くなる傾向がある。
式（２）バナジウム濃度＝窒素濃度×バナジウムの原子量／窒素の分子量×Ｖ
また、以下の式（３）で表される窒素濃度に対するアルミニウム濃度Ａｌが通常０．０１以上、好ましくは０．０２以上、より好ましくは０．０５以上であり、通常５以下、より好ましくは３以下、特に好ましくは０．５以下である。
式（３）アルミニウム濃度＝窒素濃度×アルミニウムの分子量／窒素の分子量×Ａｌ
上記値が大きすぎると正孔濃度がドナー濃度より高くなるためｐ型伝導を示し体積抵抗率は低くなる傾向があり、小さすぎると伝導電子を補償できず体積抵抗率は低くなる傾向がある。
【００１５】
本実施形態は窒素濃度が低減された多結晶炭化ケイ素焼結体であり、さらに当該窒素濃度に対してホウ素濃度、バナジウム濃度、アルミニウム濃度をそれぞれ上記の範囲とすることで、多結晶炭化ケイ素焼結体をより高抵抗化させることができるため、好ましい。
なお、本実施形態において、このように高抵抗化された多結晶炭化ケイ素焼結体が得られる理由について、本発明者らは以下のように考えている。
多結晶炭化ケイ素焼結体の高抵抗化には、焼結体中の窒素をいかに減らすかが問題である。炭化ケイ素中の窒素はドナーとして働くため、窒素が存在すれば電気が流れることは避けられないためである。
一方で本発明者らは、その窒素が供給する電子をホウ素（炭化ケイ素中でアクセプタとして働く）で相殺することで、高抵抗化を実現し得ると考えた。加えて、窒素が供給する電子を相殺することができないことも想定され、余ったキャリア（アクセプタ／ドナー）をバナジウムが捕獲することで、高抵抗化を実現し得ると考えた。
このような知見に基づいて、多結晶炭化ケイ素焼結体を製造した結果、従来にはない高抵抗の多結晶炭化ケイ素を達成することができた。
【００１６】
本実施形態に係る多結晶炭化ケイ素焼結体の製造方法は特段限定されるものではなく、例えば原料となる炭素原料及びケイ素原料を準備するステップ、及び原料を加熱して焼結させるステップ、を含むことができる。更に、焼結体を冷却するステップ、必要に応じて過剰原料を除去するステップを含むことができる。
【００１７】
炭化ケイ素焼結体の原料は、炭素を含む原料及びケイ素を含む原料であれば特段限定されない。炭素を含む原料としては黒鉛粉末、黒鉛シート、カーボンブラック、カーボンフェルト、コークス、カーボンファイバー、Ｃ／Ｃコンポジットなどがあげられる。黒鉛を炭素原料として用いる場合、密度が通常０．５ｇ／ｃｍ3以上のものが用いられ、０．９
ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましく、また通常２．０ｇ／ｃｍ3以下のものが用いられ、好ましくは１．５ｇ／ｃｍ3以下である。
密度が低すぎると、炭化ケイ素焼結体の密度が低下しポーラスになりやすく、密度が高すぎると、シリコンが含浸しにくく、また炭化ケイ素生成による体積膨張を吸収しきれず
に割れ等が発生する。
炭素原料に含有される不純物で重要な元素として窒素、ホウ素、アルミニウム、バナジウムが挙げられる。窒素は１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下である。ホウ素は１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下である。アルミニウムは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下である。バナジウムは１ｐｐｍ以下、より好ましくは０．１ｐｐｍ以下である。
上記不純物量が多いとドーピングによる伝導キャリア濃度の制御ができないため、体積抵抗率は低下する。
一方ケイ素を含む原料としては、シリコン金属、シリコンウェハ、シリカが用いられ、ポリタイプのシリコン金属を用いることが好ましい。シリコン金属を用いる場合、高純度のものを用いることが好ましく、通常純度９９．９９９９％以上のものが用いられ、より好ましくは９９．９９９９９９９％以上、更に好ましくは９９．９９９９９９９９９％以上であることが好ましい。
純度が低すぎると不純物の混入による体積抵抗率が低下する傾向がある。
炭素を含む原料とケイ素を含む原料は、ケイ素が過剰となるように準備することが好ましく、具体的には１５００℃焼結の場合、炭素原料とケイ素原料との重量比が通常１：２〜１０であり、１：３〜７であることが好ましい。また、この重量比は焼結温度上昇にともないシリコン金属の蒸気圧の関係で大きくなる。
上記重量比が小さすぎると十分な反応が行われず未反応炭素が残ることで体積抵抗率が低下する傾向がある。一方、重量比が大きすぎると結晶欠陥などにより体積抵抗率が低下する傾向がある。
一方で炭化ケイ素の単結晶微粒子、炭化ケイ素の単結晶などを原料として用い、多結晶として再結晶させてもよい。
また、原料を焼成する際においてドーパントを加えてもよい。ドーパントとしてはバナジウム（Ｖ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）などが例示される。
【００１８】
焼結ステップでは、ホットプレス法や反応焼結法などにより、原料を加熱して焼結体とする。原料は、炉や坩堝に格納されて焼結される。炉や坩堝の原料は特段限定されないが、不純物を減らす観点から炭素材料やケイ素材料からなる炉や坩堝を用いることが好ましい。
加熱温度は、通常１４３０℃以上、好ましくは１５００℃以上、より好ましくは１６００℃以上、更に好ましくは１７００℃以上であり、また通常２２００℃以下、好ましくは２１００℃以下より好ましくは２０００℃以下、更に好ましくは１９００℃以下である。上記下限以上の温度で加熱することで高抵抗化を実現できる。
加熱時間は、通常１０分以上、好ましくは１時間以上、より好ましくは２時間以上、また通常２４時間以下、好ましくは１０時間以下、より好ましくは５時間以下である。上記下限以上の加熱により、熱伝導率の点で有利となる。
【００１９】
焼結ステップ雰囲気は特段限定されないが、通常不活性ガス下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどがあげられる。より好ましくは、真空雰囲気下で行うことが好ましく、好ましくは１×１０-1Ｐａ以下であり、より好ましくは５×１０-2Ｐａ以下であり、更に好ましくは１×１０-2Ｐａ以下であり、特に好ましくは５×１０-3Ｐａ以下である。
【００２０】
なお、焼結炉は焼結前に焼結温度以上で焼出しを行うことが好ましい。焼きだしを行う場合、焼出し時間は通常１時間以上、好ましくは５時間以上であり、より好ましくは１０時間以上である。
また、加熱温度到達までの昇温速度は特段限定されないが、通常１０℃／ｍｉｎ以上であり、３０℃／ｍｉｎ以上あることが好ましく、通常２００℃／ｍｉｎ以下であり、１００℃／ｍｉｎ以下であることが好ましい。
【００２１】
本実施形態に係る多結晶炭化ケイ素焼結体は、焼結体の窒素濃度が一定以下に低減されており、高い抵抗率を有する。本実施形態では、多結晶炭化ケイ素焼結体の５００Ｖ印加時の体積抵抗率は通常１×１０9Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０10Ω・ｃｍ以上、よ
り好ましくは１×１０11Ω・ｃｍ以上である。
【００２２】
また、多結晶炭化ケイ素焼結体の熱伝導度は通常３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましい。
【００２３】
本実施形態に係る多結晶炭化ケイ素焼結体は、高い抵抗率を有し、かつ、高い熱伝導度を有する。そのため、高熱伝導性と高絶縁性を同時に必要とする用途への適用が可能である。
具体的には、電子デバイス用絶縁放熱基板、光デバイス用絶縁放熱基板、抵抗加熱用部材、半導体又は半導体デバイス製造装置用チャンバー部材、エッチング装置用基板トレー、及び焼成用治具などに適用することが可能である。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明について、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はその趣旨を逸脱しない限り、以下の実施例に限定して解釈されるものではない。
【００２５】
原料には純度９９．９９９９９９９９９％のポリシリコンと密度０．９ｇ／ｃｍ3、厚
さ１ｍｍ、含有不純物量が窒素３０ｐｐｍ、ホウ素１ｐｐｍ、アルミニウム＜１００ｐｐｍ、バナジウム＜０．０２ｐｐｍであるカーボンシートを原料とし、ホウ素、及びバナジウムのドーピングにはあらかじめ金属ホウ素と金属バナジウムをそれぞれシリコン溶湯に添加した母合金を用いた。そして、カーボンシートとシリコン原料を重量比１：５のシリコン過剰条件で黒鉛坩堝に原料を入れて所定の温度および真空度で所定の時間保持した。冷却後、過剰シリコンを弗硝酸溶液で除去し、多結晶炭化ケイ素焼結体を得た。より具体的には、焼結炉は事前に焼結温度以上で２時間焼出しを行った後、冷却し事前に原料を入れた黒鉛坩堝を炉内に設置した。炉内をアルゴンガスで置換した後、炉内真空度が１０-4Ｐａ以下まで真空引きを行った。炉内真空度が１０-4Ｐａ以下であることを確認した後、３０℃／ｍｉｎで所定温度まで昇温した。焼結時の真空度は１０-2Ｐａ以下である。
得られた多結晶炭化ケイ素焼結体の体積抵抗を、三菱化学アナリテック社製ハイレスタにより計測した。なお、体積抵抗率は室温で測定し、得られた体積抵抗率は５００Ｖ印加時の値である。
また、窒素濃度を、ＪＩＳ  Ｇ  １２２８に準じた方法で、ＬＥＣＯ社製酸素窒素水素分析装置により計測した。加えて、ホウ素、バナジウム、アルミニウム濃度をＧＤＭＳ分析により計測した。表１に焼結条件、分析結果を示す。また、表２に上記式（１）乃至式（３）により算出されるＢ、Ｖ、Ａｌの値を示す。
【００２６】
【表１】
2016011223.tif 000002
【００２７】
【表２】
2016011223.tif 000003
【００２８】
＜考察＞
炭化ケイ素焼結体の高抵抗化には、ドナー元素である窒素の低減が必須である。しかしながら、炭化ケイ素中の窒素の生成エネルギーはｎ型になるにつれ負の値となりゼロにすることは極めて難しい。そのため、窒素が供給する電子をアクセプタであるホウ素またはアルミニウムによる補償が不可欠となる。ドナーが供給する電子とアクセプタが供給する正孔濃度を１対１にするのは困難であるため、キャリアの捕獲中心となるバナジウムを同時に添加する必要がある。
実施例は高真空下での焼結により窒素濃度を抑え、原料ポリシリコンにあらかじめホウ素とバナジウムを添加し、キャリア補償・捕獲を狙った焼結体である。ドーピング量は窒素量、焼結温度、真空度に依存し、ある一定の範囲内に収めることが必要であり、その指標として好ましくは式（１）、（２）で表される範囲内に収めなければならない。この範囲から外れた場合、炭化ケイ素焼結体は自由キャリアが系内に存在し抵抗は低下する傾向にある。また、アルミニウムは炭化ケイ素中でホウ素と同じくアクセプタとして働き、ホウ素とアルミニウムが存在することで正孔濃度がドナー濃度を上回り抵抗が低下する傾向にある。そのため、本実施形態では式（３）で示されるアルミニウム量は少ないことが望ましい。実際、窒素量８５ｐｐｍ以下の炭化ケイ素焼結体において、好ましくは式（１）、（２）、（３）で求められるＢ、Ｖ、Ａｌの値がそれぞれ０．１≦Ｂ≦１０、０．００１≦Ｖ≦０．５、Ａｌ≦５を満たす実施例１において、体積抵抗率は１×１０12Ω・ｃｍと高抵抗な多結晶炭化ケイ素焼結体を得た。
【００２９】
比較例１は、同じ条件下で焼結したものの、アルミニウムの意図しない添加によりドナー濃度よりアクセプタ濃度が多く、バナジウムによる余剰キャリアの捕獲でも不十分なため、窒素濃度が０．８５ｐｐｍを超え、体積抵抗率が低下したものと考えられる。実際、式（３）で求められるＡｌの値がＡｌ≦５を満たしていない。
比較例２は実施例と同程度の不純物濃度であるが、窒素濃度が１００ｐｐｍと高くホウ素とバナジウムによるキャリア補償・捕獲しきれていないため体積抵抗率が低下していると考えられる。Ｂ、Ｖ、Ａｌの値は各範囲内に収まっているものの、窒素濃度が高くドナー濃度がアクセプタ濃度を上回るため、体積抵抗率は低下している。
これらの結果から、焼結体において窒素濃度を低減させることで、高抵抗の焼結体が得られることが理解できる。そして、窒素濃度が低減された焼結体を製造するためには、ある窒素濃度に対して適切なホウ素濃度とバナジウム濃度が存在し、その範囲から外れると体積抵抗率は劇的に低下することが分かる。