(57)【要約】      （修正有）【課題】デバイスの歩留まり、安定性を高めるための、高品質SiC単結晶基板、高品質SiC単結晶基板製造用種結晶並びに高品質のSiC単結晶基板の製造方法を提供する。【解決手段】SiC単結晶基板を５mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で５０%以下、前記転位対又は転位列以外の転位の基板内転位密度が８０００／ｃｍ２以下のＳｉＣ単結晶基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
SiC単結晶基板を５mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で５０%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板。
【請求項２】
SiC単結晶基板を５mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で１０%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板。
【請求項３】
前記転位対又は転位列以外の転位の基板内転位密度が８０００/cm2以下である請求項１又は２に記載のSiC単結晶基板。
【請求項４】
前記SiC単結晶基板が４Ｈ型又は６Ｈ型である請求項１〜３のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板。
【請求項５】
前記SiC単結晶基板の面方位が、[0001]面、もしくは[0001]面から１０°以内の傾角を有する面である請求項１〜４のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板。
【請求項６】
前記SiC単結晶基板が実質的に円板状であり、該円板の直径が６０mm以上である請求項１〜５のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板。
【請求項７】
前記SiC単結晶基板において、窒素原子が１×１０18cm-3以上含まれている請求項１〜６のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板。
【請求項８】
請求項５記載の基板を種結晶として、昇華再結晶法により単結晶SiCを成長させる、SiC単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記成長が、実質的に<0001>方向、もしくは<0001>方向から１０°以内の傾角を有する方向に成長して製造することを特徴とする請求項８に記載のSiC単結晶の製造方法。
【請求項１０】
種結晶を用いた昇華再結晶法により、単結晶SiCを成長させる方法において、種結晶上に結晶成長中、もしくは成長した結晶を２０００℃以上の温度で、５０℃以上の温度差の熱サイクルを３回以上繰り返すことを特徴とするSiC単結晶の製造方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載のSiC単結晶を切断、研磨することを特徴とするSiC単結晶基板の製造方法。
【請求項１２】
エピタキシャル成長薄膜が３μm〜３０μmの厚さで形成されてなるSiC単結晶基板であって、該エピタキシャル成長薄膜が形成されたSiC基板の薄膜表面を５mm角の領域に分割した各領域内において、表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で５０%以下であることを特徴とするエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板。
【請求項１３】
前記SiC単結晶基板が、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、SiC単結晶基板及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、SiC単結晶を利用するSiC半導体は、Si半導体に代わる次世代パワーデバイスの候補として、有望視されている。また、青色発光ダイオードやレーザーダイオード用の基板としても応用が期待されている。
【０００３】
SiC単結晶は、物理的、化学的に安定で、しかも高温や放射線に耐えられる素材であるため、耐環境性半導体材料としての応用が期待されている。また、SiCパワーデバイスは、従来のSiデバイスに比較して、デバイスでの電力の損失を大幅に低減できることから、特に、省エネルギーデバイスとして着目されている。
【０００４】
しかしながら、大面積を有する高品質のSiC単結晶を、工業的規模で安定的に供給し得る結晶成長技術は、未だに確立されていない。それゆえ、SiCは、上述のような多くの利点及び可能性を有する半導体材料であるにもかかわらず、これまで広く実用に供されることがなかった。
【０００５】
現在、比較的大口径で、高品質のSiC単結晶を得る方法として、SiC単結晶基板を種結晶として用いて、昇華再結晶を行う、改良レーリー法が知られている（非特許文献１）。この方法では、種結晶を用いているため結晶の核形成過程を制御することができ、また、不活性ガスによる雰囲気圧力を調整することにより、結晶の成長速度等を再現性良く制御できる。改良レーリー法を用いれば、SiC単結晶の結晶多形（6H型、4H型等）及び、キャリア型、及び濃度を制御しながら、SiC単結晶を成長させることができる。既にこの方法により、口径２インチ（約50mm）から３インチ（約75mm）のSiC単結晶が製造され、基板として加工され、エピタキシャル薄膜成長、デバイス試作に供されている。しかしながら、現在市販されているSiC単結晶基板は、品質面での問題が多く、今後SiC単結晶及びデバイスを実用化していくためには、結晶品質の改善が必須である。
【０００６】
高性能で、安定した特性のSiCパワーデバイスを実現するためには、上記SiC半導体に生じるリーク電流等の不安定性を克服することが不可欠である。これらの不安定性の原因は、SiC単結晶基板の品質に関係していると考えられている。この品質の劣化は、主として、基板内に形成されている結晶欠陥、即ち、マイクロパイプ欠陥、転位欠陥等に起因するものと考えられる。マイクロパイプ欠陥については、特にその低減について各種取り組みがなされ、マイクロパイプ欠陥の無い基板が作成できているとの報告もされてきたが、転位欠陥の低減については、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に開示されているように、成長結晶面を変換する等の特殊な方法によるものが殆どであって、簡便で工業的に有効な手段は知られていない。
【０００７】
特許文献１には、良質のSiC単結晶を得るための方法が開示されている。即ち、種結晶のSiC単結晶基板上にSiC単結晶を成長させる昇華再結晶法において、種結晶として[0001]面より約６０°〜約１２０°の角度だけずれた結晶面を露出させてあるSiC単結晶からなる種結晶を使用することが効果的であるとされている。また、特許文献２には、[0001]面から約６０°〜約１２０°傾いたSiC単結晶の結晶面を第１の種結晶として使用して成長させた第１のSiC単結晶から、新たに[0001]ウエハを取り出し、これを第２の種結晶とし、結晶を成長させる方法が開示されている。また、特許文献３には、欠陥の少ない結晶を製造する方法が開示されている。即ち、第１成長工程、第（ｎ−１）成長工程、ｎ成長工程でそれぞれ、異なった結晶面を切り出して、種結晶として切り出して成長させるとしている。
【０００８】
最終的にデバイスを製造する場合に一般的には、[0001]面近傍の面を使用するとされており、常に種結晶上に結晶を成長させることを基本とする、昇華再結晶法においては、いずれも、異なった面を切り出して、種として成長し、再度[0001]面上に最終的に成長させる方法は、量産を前提として工程としては、不適切と考えられる。
【０００９】
したがって、現在までは、転位密度が８０００/cm2を下回るものは市場にも殆ど提供されていないのが現状である。
【００１０】
また、[0001]面近傍での成長において、転位同士の相互作用により高温で形成されると考えられる、転位が近接した転位対や転位列等の欠陥は、特にデバイスの特性に影響すると考えられるが、効率的な低減方法は提案されていない。
【００１１】
非特許文献２には、SiC単結晶の評価が記載されている。溶融ＫＯＨエッチングによって結晶に含まれている欠陥を調べると、転位に対応するエッチピットが多数発生するとされている。
【特許文献１】特開平5-262599号公報
【特許文献２】特開平8-143396号公報
【特許文献３】特開2003-119097号公報
【非特許文献１】Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vol.52 (1981) pp.146-150
【非特許文献２】社団法人電気学会電子材料研究会1988年9月5日 資料番号EFM-88-24 p.24
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、SiC結晶基板を用いたデバイスは、Siに代わる次世代のパワーデバイスとして期待されているものの、デバイス特性の安定性、歩留まりが十分ではなく、その原因は、基板の欠陥、特にマイクロパイプが第１の原因とされてきた。しかし、マイクロパイプが皆無の基板を用いてもなお、広く普及するためには、デバイス特性の安定性や歩留まりが十分ではないとされている。また、欠陥として着目されている転位を低減させることについても、効率的な方法が見出せていないのが現状である。また、転位が存在しても、デバイスの動作や特性安定性に問題のない場合もあり、どのような欠陥をどの程度低減させることが有効かも明確ではない。
【００１３】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、デバイスの歩留まり、安定性を高めるための、高品質SiC単結晶基板、高品質SiC単結晶基板製造用種結晶並びに高品質のSiC単結晶基板の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板表面に終端を有する転位を低減すること、また、基板表面に終端を有する転位の内、その間隔が接近している転位対あるいは、転位列のある領域を低減することにより、デバイス品質の安定性、歩留まりを向上させることを可能とするものである。
【００１５】
即ち、本発明は、
(1)  SiC単結晶基板を５mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で５０%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板、
【００１６】
(2)  SiC単結晶基板を５mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で１０%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板、
【００１７】
(3)  前記転位対又は転位列以外の転位の基板内転位密度が８０００/cm2以下である(1)又は(2)に記載のSiC単結晶基板、
【００１８】
(4)  前記SiC単結晶基板が４Ｈ型又は６Ｈ型である(1)〜(3)のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板、
【００１９】
(5)  前記SiC単結晶基板の面方位が、[0001]面もしくは[0001]面から１０°以内の傾角を有する面である(1)〜(4)のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板、
【００２０】
(6)  前記SiC単結晶基板が実質的に円板状であり、該円板の直径が６０mm以上である(1)〜(5)のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板、
【００２１】
(7)  前記SiC単結晶基板において、窒素原子が１×１０18cm-3以上含まれている(1)〜(6)のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板、
【００２２】
(8)  請求項５記載の基板を種結晶として、昇華再結晶法により単結晶SiCを成長させる、SiC単結晶の製造方法、
【００２３】
(9)  前記成長が、実質的に<0001>方向もしくは<0001>方向から１０°以内の傾角を有する方向に成長して製造することを特徴とする(8)に記載のSiC単結晶の製造方法、
【００２４】
(10)  種結晶を用いた昇華再結晶法により、単結晶SiCを成長させる方法において、種結晶上に結晶成長中もしくは、成長した結晶を２０００℃以上の温度で、５０℃以上の温度差の熱サイクルを３回以上繰り返すことを特徴とするSiC単結晶の製造方法、
【００２５】
(11)  (8)〜(10)のいずれか一項に記載のSiC単結晶を切断、研磨することを特徴とするSiC単結晶基板の製造方法、
【００２６】
(12)  エピタキシャル成長薄膜が３μm〜３０μmの厚さで形成されてなるSiC単結晶基板であって、該エピタキシャル成長薄膜が形成されたSiC基板の薄膜表面を５mm角の領域に分割した各領域内において、表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が５μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で５０%以下であることを特徴とするエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板、
【００２７】
(13)  前記SiC単結晶基板が、(1)〜(7)のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板、
である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、結晶中の転位を高温の条件下で、移動させることにより、転位を近接位置に密集又は消滅させることができる。本発明により製造された結晶から、切断、加工された基板においては、表面に終端を有する転位密度が大幅に低減した領域を拡大することができ、この基板を使用して製造されるデバイスは、電気的な特性が安定し、高い歩留まりを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明では、SiC基板上にデバイスを製造するための高品質の基板を提供するものである。欠陥の無い基板が理想ではあるが、このような欠陥の無い基板を工業的に生産することは極めて困難であり、また、その製造方法についても複雑な工程を必要としたり、もしくは生産性の極めて低い方法となり、実用的ではない。特に、欠陥の内、デバイス特性の安定性に大きく寄与するマイクロパイプについては０．１個/cm2以下の基板の製造が可能になってきており、それを種結晶として結晶を成長させることにより、同等のマイクロパイプ密度を維持することが可能になってきた。しかしながら、デバイスの品質安定性は、マイクロパイプの存在しないところでも十分なレベルに到達していない。基板の欠陥としては、転位が問題として考えられるが、８×１０3/cm2レベル以上の数があっても、動作は確認されている場合があり、品質安定性劣化との関係が不明であった。
【００３０】
基板の中に存在する転位の内、転位の相互作用により、近接する転位対あるいは転位列に着目し、それらの欠陥が存在する領域を低減することが、デバイス製造において、安定性の高いデバイスを高い歩留まりで製造できることを見出した。特に５μm以下の近接した転位対又は転位列が、デバイスの安定性を左右することを見出した。さらに好ましくは、１０μm以下の近接する転位対又は転位列を低減することで、さらにデバイスの品質の安定性が確保できると考えられる。領域を定めるのに５mm角としたのは、SiCを基板として用いて製造する半導体の特性の利点を活かすためには、５mm角程度の大きさあるいはそれ以上の大きさのデバイスが有効であるためである。５mm角より大きいサイズのデバイスでも、全体に占める、転位対、転位列の無い領域の面積が大きいことが、有効であることは同様である。デバイスの安定性を考慮して、歩留まりが最低約５０%以上であれば、Siデバイスを置き換えるのに可能な実用性として考えられるので、転位対、転位列が存在する領域が５０%以下の基板を実用可能な基板とした。さらに実用化を加速するための低コスト化、品質安定化のためには、１０%以下が好ましく、デバイス工程での高温での熱処理等を考慮すると、転位対、転位列の無い領域の転位密度は８０００/cm2以下が好ましく、４０００/cm2以下がさらに好ましい。
【００３１】
改良レーリー法では、種結晶を用いて、その種結晶上に結晶を成長させる。そのため、種結晶表面に終端を有する転位が存在すると、その転位欠陥を引き継いで成長される。また、成長中の熱応力等によりに新たな転位が発生すこともある。また、転位は応力場を持っているために、転位同士の相互作用により、成長中に近接して存在するものが増加する。デバイスを製造においては、そのような転位対等の欠陥が存在する場合には、総転位数が同じならば、転位対又は転位列が一様に分散することより、特定な領域に密集していることが、デバイスの歩留まり、安定性が高まることが明らかとなっている。本発明において、転位対又は転位列の存在する領域を低減にするためには、種結晶から引き継いで発生する転位対又は転位列を低減させると同時に、成長中の結晶の転位を移動させて、密集させることが有効である。
【００３２】
成長中の転位を移動させて、欠陥の少ない領域を増大させる方法としては、成長中の結晶の温度を制御することにより、移動させることが可能である。SiC結晶中の転位の移動の活性化エネルギーは極めて高く、単に高温にするだけでは、十分な移動が期待できない。成長中の結晶の中心から周辺部への温度勾配（周辺が高温）を５〜２０℃/cm程度つけることが、成長中の転位の移動には有効である。そのときの結晶の温度は２０００℃以上であることが好ましい。また、結晶成長中に結晶を２０００℃以上の温度で３０℃以上５００℃以下、好ましくは５０℃以上５００℃以下の温度幅の熱サイクル処理を３回以上行なうことが、転位の移動に有効である。これは、熱平衡により存在する点欠陥が、高温側で多く生成し、低温側では転位等の欠陥部分で吸収消滅するために、転位の移動の駆動力となるからである。即ち、熱サイクル処理における温度サイクルで高温、低温が繰り返されることにより、点欠陥の生成、消滅が行われ、転位の移動が促進されるものと考えられる。１サイクルの時間は、１時間以上、好ましくは３時間以上であるのがよい。２０時間を超えると、成長時間内では、非効率的となり好ましくない。サイクル回数は、３回以上、好ましくは５回以上である。３回未満では、通常の結晶成長時の熱履歴、即ち、原料の加熱、結晶成長、冷却の工程における転位の移動の程度と実質的な差異が得られず、結晶の加熱、冷却時、もしくは結晶成長時に導入される歪による転位の増加を打ち消して、転位を低減する効果に乏しい。３回以上の熱サイクル処理を行なうことが転位移動による欠陥の少ない領域の生成に効果的である。熱サイクル処理のサイクル数は多い程好ましいが、生産性を阻害しない範囲では、３００回以下とすることが適当と考えられる。ただし、結晶成長後、同様の熱サイクル処理を行うことも有効であるが、成長中が最も好ましい。２５５０℃以上の温度では、部分的な分解が起こり易く、この温度範囲での１時間以上の加熱は、新たな欠陥が導入される可能性が高くなり、好ましくない。熱サイクル処理における温度サイクルの温度、時間、温度幅は総サイクル数の中で、各サイクルで同一でなくてもよく、上記条件の範囲であれば、それぞれの組み合わせでもよい。
【００３３】
転位の移動は、転位の相互作用により、存在する領域を偏在させると同時に、転位の消滅確率が増えることになり、総転位密度の低減にも効果がある。種結晶として用いる結晶としては、総転位密度が３００００/cm2以下であることが好ましく、また転位対もしくは転位列に含まれない転位密度が１５０００/cm2以下であることが好ましい。本発明の方法により製造した結晶から種結晶を切り出し、再度温度サイクルを付与した本発明の製造方法を適用することが効果的である。同様に複数回、好ましくは３回以上の繰り返しは高品質の結晶を得るためには効果的である。但し、結晶内の転位の数が極端に少なくなると、結晶成長における結晶構造の維持が不安定となり、多結晶や多形の異なった欠陥が入り易くなる。特に、[0001]面方位もしくは[0001]方位から１０°以内の種結晶を用いた場合、安定した成長のためには、最終的に成長させた結晶の転位の密度としては、転位対、転位列を含めた総転位密度として、好ましくは３００/cm2程度以上、さらに好ましくは１０００/cm2程度以上であることが、安定して工業的に結晶成長を行う製造方法として適している。
【００３４】
一方、デバイスを製造した場合の特性の安定性を確保するためには、結晶中の転位密度が低減していることが好ましく、転位列がなく、８０００/cm2以下の転位密度の領域であれば、顕著な歩留まり低下は認められない。
【００３５】
上記の転位の配置の制御、結晶安定性の効果を得るためには、不純物として窒素原子が含まれていることが有効であり、好ましくは１×１０18cm-3以上、より好ましくは５×１０18cm-3以上含まれているのがよい。特に４Ｈ型の結晶を製造する場合には、窒素原子が１×１０18cm-3以上含まれていると、新たな欠陥を生じることがなく、上記効果を得るために好適である。窒素の含有の上限は８×１０20cm-3以下であり、これより高濃度では結晶性の劣化が顕著となる。
【００３６】
結晶のパワーデバイスの製造については、４Ｈ型の結晶が一般に用いられているが、６Ｈ型の結晶についても、転位対、転位列の制御については、上記と同様の手法が有効である。また、使用される結晶面は、[0001]面、もしくは[0001]面から１０°以内の傾きの面で製造されることが、デバイス特性面から優れている。基板の生産性、工業生産の観点からは、同一結晶方位の結晶を製造し、その結晶から成長方向にほぼ垂直、もしくは垂直から１０°以内に切り出して種結晶とし、さらに、デバイス用の基板、もしくは種用の基板をその上に成長させることの繰り返しが好ましい。
【００３７】
SiCエピタキシャル薄膜は、デバイスを製造する場合には、通常基板の上面に形成されるが、基板の欠陥を引き継ぐことが知られており、結晶基板表面の転位分布を上記した手法により制御しておくことが重要である。エピタキシャル成長中に転位対、転位列を移動させたり、消滅させることは、困難である。デバイスを製造する場合のエピタキシャル薄膜の厚みは、３μm〜３０μmが一般的である。
【００３８】
結晶のサイズは、デバイスを製造する場合、また結晶を製造する場合にも、大口径であることが、製造の低コスト化を実現し易くて好ましいが、結晶欠陥の制御がより困難となる。直径５０mm以上の結晶では、特に上記転位欠陥の制御による結晶の高品質化が効果的であり、６０mm以上では、他の方法では特に欠陥の少ない結晶の製造が困難となっている。また７５mm以上のさらに大型の結晶では、結晶成長中に歪が入り易く、総転位密度を低減することが困難となるので、転位の分布に着目した本発明による結晶の高品質化が有用である。直径２５０mm超では、単結晶化が困難であること等、熱サイクル処理では消滅が困難な転位以外の欠陥が主として問題となると考えられる。したがって、本発明は直径約２５０mm以下の結晶への適用が有効である。
【００３９】
種結晶から成長する結晶の長さについては、１５mm以上２００mm以下が好ましい。１５mm以下では、毎回使用される種結晶を多量に消費することとなり、また結晶成長を行うための坩堝の加熱、冷却の回数が頻繁となり、生産性の観点から不適である。生産性の観点からは、長い方が好ましいが、２００mm以上では坩堝の温度制御の安定性の確保が困難となり、歩留まりの低下が顕著となる。成長時間が長くなると、その間に突発的な異常、たとえば供給される電源の不安定性や振動等により結晶成長が不安定となり、新たな欠陥を発生させる確率が高くなる。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
種結晶として直径５２mmの[0001]面を有する４Ｈ型のSiC単結晶基板を用意した。種結晶は総転位密度が約１２０００/cm2の結晶から切り出して加工した。次に、種結晶１を黒鉛製坩堝３の蓋４の内面に取り付けた。黒鉛製坩堝３の内部には、SiC結晶原料粉末２を洗浄した後に充填した。
次いで、原料を充填した黒鉛製坩堝３を蓋４で閉じ、黒鉛製フェルト７で被覆した後、黒鉛製支持棒６の上に乗せ、二重石英管５の内部に設置した。その後、石英管内部を真空排気した後、雰囲気ガスとして高純度Arガスに約７%の窒素ガスを混合した混合ガスを流入させ、石英管内圧を一定の減圧に保ちながら、ワークコイルに電流を流し、原料温度を目標温度である２４００℃まで上昇させ、基板上に結晶を成長させた。成長速度は平均約１mm/時であった。この間の坩堝温度の計測は、坩堝上部及び下部を覆うフェルトの中央部に直径２〜４mmの光路を設け、２色温度計を用いて行った。坩堝下部の温度を原料温度、坩堝上部の温度を種温度とした。成長時間は約２５時間で、結晶の高さは約２５mmであった。成長開始後、成長時間内の約１２時間の間に、約３時間で一周期の割合で、種結晶温度２２５０℃〜２３１０℃の範囲で温度の上下をさせた。コイル位置を上下させる方法とコイル電流を制御する方法とで種の温度を制御した。図２にこの際の熱サイクル処理の温度サイクルを模式的に示す。
【００４１】
成長した結晶から、厚さ０.４mmの[0001]面方位の基板をワイヤソーで切り出し、洗浄し、研磨した。基板は、いずれも４Ｈ型の単結晶であり、Ｘ線回折並びにＸ線トポグラフ撮影によって多結晶が混在していないことが確認された。研磨された基板をＫＯＨでエッチングし、転位分布を観察した。
基板の領域分割を図１に模式的に示す。基板の中心を中央の５mm角メッシュ（45番）の中心として、基板全体を５mm角に分割した。基板端部で５mm角メッシュが欠ける部分（03、12番等）は除き、基板内に完全に含まれるメッシュのみを領域（図１の網掛け部分）としてカウントした。それぞれの領域の中で、転位ピットが５μm以下の間隔で存在する領域がある番号を順次積算し、総メッシュ（端部に欠けの無いもの）で除してその割合（%）を計算した。その結果、１６%が転位対、転位列が含まれている領域であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は３５００/cm2であった。なお、基板サイズは、種結晶とほぼ同等で、直径５２mmであった。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様に、基板サイズが直径７０mmの基板を種結晶として使用し、坩堝のサイズの口径の大きいものを準備して、結晶成長を行った。種結晶の総転位密度は約１００００/cm2程度である。結晶成長後５時間後から１０時間後までの間で、上下５０℃の範囲で５サイクルの熱サイクル処理を実施した。その結果、実施例１と同様の転位分布の観察により、転位対、転位列が含まれている領域は３２%であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は５０００/cm2となった。なお、基板サイズは直径約７２mmであった。
【００４３】
（実施例３）
実施例１に記載した方法と同様の方法で結晶を作成し、そこから基板を切り出し、表面を研磨した後、基板表面に市販のSiC用のCVDエピタキシャル成長装置にて、SiC単結晶膜を２時間で約１０μmの厚さで形成した。
基板の面方位は<0001>より４°傾斜させたものに成長させた。エピタキシャル成長膜の表面の転位分布を、実施例１記載と同様の方法で、観察した。その結果、転位対、転位列が含まれている領域は１０%であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は４０００/cm2であった。基板の転位の分布とほぼ同等の水準の転位対、転位列の領域の数値となり、また、転位列のない部分の転位密度はやや増加しているが、ほぼ同程度の数値となっていた。
【００４４】
（実施例４）
導入する窒素の含有量を変化させた以外は、実施例１に記載した方法と同様の方法で、結晶成長時の４Ｈポリタイプの安定性を検討した。単結晶SiC基板の窒素含有量は二次イオン質量分析法により調べた。各条件で１０回の成長を行った。各条件の場合分けで４Ｈ以外の結晶ポリタイプが観察された回数は、窒素原子が（１〜４）×１０18cm-3含まれている場合が１回で、窒素原子が（５〜９）×１０18cm-3含まれている場合が０回で、窒素原子が（１〜９）×１０19cm-3含まれている場合が１回であった。また、回数で結晶タイプの変換は見られなかった。窒素原子が（５〜９）×１０17cm-3の場合は５回であった。
【００４５】
（実施例５）
転位密度の低減のための温度サイクルの効果を調査する目的で、種々の条件下で検討を行った。装置の基本構成と成長の基本の方法は実施例１の場合と同様である。
種結晶として、直径５２mm、７７mm、８２mmの[0001]面を有するSiC単結晶基板を用意した。
【００４６】
各種成長の条件と結晶成長の歩留まり、基板の転位密度の結果を表１に示す。温度サイクルの条件は、成長開始後成長中、成長中並びに成長後坩堝内、及び成長終了冷却後再加熱を含む回数とした。
【００４７】
本発明における温度サイクル条件を適用した場合には、いずれも、転位密度の低減がみられ、転位対、転位列が含まれる領域は、５０%以下となっている。比較例においては、温度サイクルが１回のもの、サイクルが０回のものでは、いずれも転位対、転位列が含まれる領域が５０%超となっており、また、転位密度の低減効果はなく、増加するものもあった。
【００４８】
なお、種結晶基板並びに成長した結晶の直径は、本発明１〜８及び比較例１、２は５２mm、本発明９、１０はそれぞれ７７mm、８２mmであった。使用した種結晶は、本発明１〜６については、転位対、転位列が含まれる領域が６０%以上であった。また、本発明７及び８は、それぞれ本発明１、２の方法で作成された結晶から切り出した種結晶を使用して新たに成長を行ったものである。本発明９及び１０については、種結晶として、転位対、転位列が含まれる領域が約６０%であった。なお、本発明６の再加熱は、結晶成長中に全サイクル数の半分、冷却後再度加熱して残りの半分のサイクルの熱処理を行った。
【００４９】
【表１】
2008115035.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明における、領域分割を説明するための説明図である。
【図２】図２は、本発明における、温度サイクルを説明するための説明図である。
【図３】図３は、本発明の製造方法に用いられる単結晶成長装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…単結晶SiC種結晶
２…SiC粉末原料
３…黒鉛製坩堝
４…黒鉛製坩堝蓋
５…二重石英管
６…支持棒
７…黒鉛製フェルト
８…ワークコイル
９…Arガス配管
10…Arガス用マスフローコントローラ
11…窒素ガス配管
12…窒素ガス用マスフローコントローラ
13…真空排気装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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