(57)【要約】【課題】  原料溶液に特定の添加元素を添加することで、炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができ、且つ、炭化珪素単結晶中に添加元素が高濃度で取り込まれることを抑制することができる、炭化珪素単結晶の製造方法を提供すること。【解決手段】  珪素融液にバナジウムを０．５ａｔ％以上溶解した原料溶液と炭素源とを用いて結晶育成を行う、炭化珪素単結晶の製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素融液にバナジウムを０．５ａｔ％以上溶解した原料溶液と炭素源とを用いて結晶育成を行う、炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記原料溶液として、珪素融液にバナジウムを１．０ａｔ％以上溶解した原料溶液を用いる、請求項１記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記原料溶液として、珪素融液にバナジウムを２．０ａｔ％以上溶解した原料溶液を用いる、請求項１又は２記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記原料溶液として、珪素融液にバナジウムを２０ａｔ％以下溶解した原料溶液を用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法により製造された炭化珪素単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素単結晶及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ワイドギャップ半導体である炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶を用いたパワーデバイスは、小型、低損失、且つ高効率な素子であり、現在主流のシリコン（Ｓｉ）単結晶を用いたパワーデバイスと比較して大きな省エネルギー効果が得られため、環境保護の観点からも早期開発が期待される。
【０００３】
Ｓｉを使った従来のパワー半導体は、Ｓｉの物性で決まる理論的な性能限界に近づいており、今後さらなる飛躍的な性能向上を期待することが困難になってきている。一方、ＳｉＣは、バンドギャップがＳｉの３倍、絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍以上という優れた特性を持っている。また、ＳｉＣは、高温動作が可能であり、大きな飽和電子ドリフト速度を有するなどの特徴もある。この結果、ＳｉＣを使えばパワー半導体のオン抵抗を下げ、電力変換回路の電力損失を大幅に削減することが可能である。各種モータ及びエアコンなどでインバータ化及びインバータのＳｉＣパワーデバイスによる高効率化を推進すると、日本だけで原子力発電所４基分（ＣＯ２排出量１０００万トン）の省エネルギー効果を期待できる。
【０００４】
さらに、太陽電池発電及び風力発電などの再生可能エネルギーを安定的に利用するには、電力網内での需給バランスの最適化調整を実現するとともに、事故及び過負荷などに対する抗堪性を高める、いわゆるスマートグリッドが必要となる。スマートグリッドでは、電力の変換技術が必要不可欠であるが、この電力変換時のロスの少なさが重要であることから、パワー半導体の性能改善が期待されるＳｉＣ素子が重要な位置を占める。
【０００５】
ところで、高品質ＳｉＣ単結晶の成長法としては、昇華法、化学気相法、溶液法が知られている。昇華法では大型単結晶基板が作製可能であるが、結晶中の欠陥密度が大きいという課題がある。化学気相法はガスによる原料供給を行うため、一般的には薄膜結晶成長の方法であり、バルク単結晶成長法としては多くの課題を残している。溶液法は、黒鉛坩堝中でＳｉ又はＳｉ含有合金を融解し、その融液中に黒鉛坩堝から、もしくは炭化水素ガス供給によって気相から炭素を溶解させ、低温部に設置した単結晶基板上にＳｉＣ結晶層を溶液析出によって成長させる方法である。溶液法は気相法に比べ比較的熱平衡状態に近い条件で結晶成長が進行すると考えられることから、一般的には高品質な単結晶を得る方法としては好都合であることが知られている。上述の理由から、近年、溶液法によるＳｉＣ単結晶の成長方法について、成長速度及び結晶品質を高める検討がなされている。
【０００６】
溶液法（溶液成長法）を用いたＳｉＣ単結晶の作製方法に関し、例えば、特許文献１には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃ溶液、又はＳｉ、Ｃｒ、Ｃ溶液にＡｌを添加した溶液を用いることで、結晶成長速度を向上する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１８４８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＡｌはＳｉＣ中ではアクセプタとなる元素であり、また、イオン半径もＳｉと近いことから、Ａｌを添加した溶液から育成したＳｉＣ単結晶には、不純物としてＡｌが高濃度で取り込まれることとなる。Ａｌのような添加元素が高濃度で取り込まれると、ｐ型半導体になりやすく、ｎ型半導体になりにくいという問題が生じる。そのため、溶液中に添加することでＳｉＣ単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができ、且つ、ＳｉＣ単結晶中には高濃度で取り込まれない添加元素が望まれている。
【０００９】
本発明は上記背景を鑑み、原料溶液に特定の添加元素を添加することで、炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができ、且つ、炭化珪素単結晶中に添加元素が高濃度で取り込まれることを抑制することができる、炭化珪素単結晶の製造方法、及び、その製造方法によって得られる炭化珪素単結晶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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、珪素融液にバナジウムを０．５ａｔ％以上溶解した原料溶液と炭素源とを用いて結晶育成を行う、炭化珪素単結晶の製造方法を提供する。
【００１１】
記炭化珪素単結晶の製造方法によれば、原料溶液に添加元素としてバナジウムを所定量添加することにより、炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができ、且つ、炭化珪素単結晶中にバナジウムが高濃度で取り込まれることを抑制することができる。かかる効果が得られるのは、バナジウムを原料溶液に添加することで、成長界面の巨大ステップバンチングの発生を抑えることができるためであると考えられる。
【００１２】
上記炭化珪素単結晶の製造方法においては、上記原料溶液として、珪素融液にバナジウムを１．０ａｔ％以上溶解した原料溶液を用いることが好ましく、珪素融液にバナジウムを２．０ａｔ％以上溶解した原料溶液を用いることがより好ましい。バナジウムの添加量を上記範囲とすることにより、炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質をより高めることができる。また、炭化珪素単結晶中のバナジウム濃度をより低減する観点から、上記原料溶液として、珪素融液にバナジウムを２０ａｔ％以下溶解した原料溶液を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明はまた、上記本発明の製造方法により製造された炭化珪素単結晶を提供する。かかる炭化珪素単結晶は、上記本発明の製造方法により製造されているため、結晶品質が高く、且つ、バナジウムが高濃度で取り込まれることが抑制されたものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、原料溶液に特定の添加元素を添加することで、炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができ、且つ、炭化珪素単結晶中に添加元素が高濃度で取り込まれることを抑制することができる、炭化珪素単結晶の製造方法、及び、その製造方法によって得られる炭化珪素単結晶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法で用いる結晶成長装置の全体構造を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、本実施形態における圧力単位はゲージ圧である。
【００１７】
［ＳｉＣ単結晶の製造］
本実施形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、珪素融液にバナジウムを０．５ａｔ％以上溶解した原料溶液と炭素源とを用いてＳｉＣ単結晶を育成する成長工程を少なくとも備える。ＳｉＣ単結晶の製造方法は、好ましくは、結晶育成準備を行う準備工程、表面研磨したＳｉＣ種結晶表面に残留している加工変質層を除去するメルトバック工程、及び、上記成長工程を備える。ＳｉＣ単結晶の製造にあたっては、抵抗加熱方式の結晶成長装置を用いてもよいし、高周波加熱方式の結晶成長装置を用いてもよい。ここでは、図１に示す高周波加熱方式のＳｉＣ結晶成長装置を例に用いて説明する。
【００１８】
（結晶成長装置の概要）
図１は、本実施形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法で用いる結晶成長装置例の全体構造を示す要部断面図であり、上記成長工程における結晶成長装置の状態を示している。
【００１９】
図１に示すＳｉＣ結晶成長装置は、原料溶液２が充填された黒鉛製原料容器１（炭素源）及びそれを支持する黒鉛製容器支持体８を備え、黒鉛製種結晶支持体４の下方端面に保持されたＳｉＣ種結晶３を原料溶液２に浸漬し、高周波加熱コイル６で加熱することによって、ＳｉＣ成長結晶５を形成する装置である。これらは、保温のために、断熱構造材７で覆われており、さらに全体が、不活性ガス導入口９及びガス排気口１０を備える密閉容器本体１１に収容されている。さらに、密閉容器本体１１の外部には、黒鉛製原料容器１等の温度を測定するための放射温度計１２、並びに、電極１５に接続された直流電圧印加電源１４及び電流計１３が備えられている。
【００２０】
本実施形態においては、炭素源として黒鉛製原料容器１を用いているが、他の材料からなる容器を用いてもよい。他の材料とは、成長工程における加熱及び溶液との反応に実質的に耐え得る材料であれば特に制限されず、原料溶液２に炭素を供給できる黒鉛以外の材料でもよく、原料溶液２に炭素を供給しない材料であってもよい。原料溶液２に炭素を供給しない材料からなる容器を用いる場合には、固体の炭素源を容器中に投入する、又は気体の炭素源を原料溶液２に吹き込む若しくは雰囲気ガスに混入させることによって、原料溶液２に炭素を供給することができる。固体の炭素源としては、ブロック状、棒状、顆粒状、粉体状等の黒鉛、金属の炭化物、ＳｉＣなどを用いることができる。また、気体の炭素源としては、ＣＨ４等の炭化水素ガスを用いることができる。
【００２１】
原料溶液２としては、Ｓｉ（珪素）融液にＶ（バナジウム）を溶解した溶液を用いてもよいし、Ｓｉ融液にＴｉ及びＶを溶解した溶液、又はＳｉ融液にＣｒ及びＶを溶解した溶液を用いてもよい。
【００２２】
原料溶液２の組成をＳｉ１００−ｘＶｘ（ｘの単位はｍｏｌ％（ａｔ％））で表すと、ｘは０．５≦ｘを満たし、１．０≦ｘを満たすことが好ましく、２．０≦ｘを満たすことがより好ましい。ｘをこのような範囲にすることにより、炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができる。また、バナジウムはＡｌに比べ、Ｓｉ及びＣとのイオン半径の差が大きいため、アルミニウム等の添加元素と比較してＳｉＣ単結晶に取り込まれ難く、ｘを上記範囲にした場合であっても、バナジウムがＳｉＣ単結晶に不純物として高濃度で取り込まれることを抑制することができる。ＳｉＣ単結晶中のバナジウム濃度をより低減する観点から、ｘはｘ≦２０を満たすことが好ましく、ｘ≦１０を満たすことがより好ましく、ｘ≦５．０を満たすことがさらに好ましい。なお、原料溶液２がＴｉ又はＣｒ等の他の元素をさらに含む場合であっても、原料溶液２中のＶの濃度（ｘの値）は上記範囲とすることが好ましい。
【００２３】
原料溶液２の調製に用いられる原材料（各元素源）としては、それぞれ例えば下記のものが挙げられる（各元素の炭化物、各元素のシリサイド等を使用できる）。
Ｓｉ源：Ｓｉ、ＳｉＣ、チタンシリサイド、クロムシリサイド、アルミシリサイド。
Ｔｉ源：金属Ｔｉ、炭化チタン、チタンシリサイド。
Ｃｒ源：金属Ｃｒ、炭化クロム、クロムシリサイド。
Ｖ源：金属Ｖ、炭化バナジウム、バナジウムシリサイド。
【００２４】
ＳｉＣ種結晶３としては、例えば昇華法又は溶液法により作製されたものであり、表面研磨されているウエハを利用することができる。ＳｉＣ種結晶３の形状は、円盤形状、六角形平板形状、四角形平板等の板状でも、立方体状でもよい。
【００２５】
ＳｉＣ種結晶３の結晶構造は、目的とするＳｉＣ成長結晶の種類に合わせて適宜選択でき、例えば２Ｈ型、３Ｃ型、４Ｈ型、６Ｈ型等を用いることができる。例えば、２Ｈ型のＳｉＣ成長結晶を得ようとする場合には、２Ｈ型のＳｉＣ種結晶３を用いることが好ましい。なお、本実施形態においては、ＳｉＣ種結晶３として４Ｈ型のＳｉＣ種結晶３（４Ｈ−ＳｉＣ単結晶ウエハ）を用いることが好ましい。
【００２６】
ＳｉＣ単結晶はＳｉとＣとが層状に積層した構造であるため、ＳｉＣ種結晶３は、結晶表面にＣが並んだＣ面が露出しているものと、Ｓｉが並んだＳｉ面が露出しているものとが存在する。本実施形態において、どちらのＳｉＣ種結晶３も使用可能であるが、Ｃ面から結晶育成を開始することで、より表面モフォロジーの良好な結晶を作製することができる。
【００２７】
また、本実施形態において、ＳｉＣ種結晶３の成長面としては、｛０００１｝面（オンアクシス（ｏｎ−ａｘｉｓ）面）及び｛０００１｝面から傾いた面（オフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）面）のいずれを用いてもよい。なお、将来的にＳｉＣデバイスを作製する際、ＳｉＣ単結晶から作製した基板の上に、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成し、さらにエピタキシャル膜のキャリア密度等を調整して素子化する。このエピタキシャル膜の製膜時には、オフ基板が使用されることから、オフアクシス面を用いることが好ましい。これによりエピタキシャル製膜の際に歩留まりを良好にすることができる。
【００２８】
以下、本実施形態のＳｉＣ単結晶の製造方法の各工程について、より具体的に説明する。
【００２９】
（準備工程）
まず、黒鉛製原料容器１に原料溶液２の原料を充填し、黒鉛製種結晶支持体４の下方端面に保持されたＳｉＣ種結晶３を、原料溶液２の液面から上方に離して配置し、加熱する。加熱温度は、１５００〜２０００℃とすることが好ましい。また、加熱する際に、密閉容器本体１１内を真空引きしてもよい。
【００３０】
その後、成長雰囲気ガスを導入し、密閉容器本体１１内の圧力を例えば０．１〜１ＭＰａ程度、成長雰囲気ガス流量を例えば０．１〜５Ｌ／ｍｉｎ程度とし、昇温する。成長雰囲気ガスは、特に制限はないが、ＳｉＣ結晶及び溶液の酸化を防止するために、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガスであることが好ましい。または、該不活性ガスにＮ２、Ｈ２、ＣＨ４等のガスを混合したものを成長雰囲気ガスとして用いてもよい。
【００３１】
（メルトバック工程）
次いで、黒鉛製種結晶支持体４及びＳｉＣ種結晶３を、原料溶液２表面に向けてゆっくり降下させ、原料溶液２に浸漬させる。
【００３２】
その後、育成温度まで昇温させることで、ＳｉＣ種結晶３の表面を含む一部が溶融される。育成温度Ｔは、状態図における液相線がｌｉｑｕｉｄ相とｌｉｑｕｉｄ＋ＳｉＣ相の境界となっている温度において適宜設定すればよいが、１８００〜２２００℃であることが好ましく、１９００〜２１００℃であることがより好ましい。なお、本実施形態における育成温度は、黒鉛製原料容器１底部の下方表面の温度を意味し、放射温度計１２により測定される。なお、所望の育成温度において結晶育成を行うには、原料溶液２中の炭素濃度が飽和濃度に達していることが必須である。したがって、所望の育成温度に達した後、結晶育成を開始するまでには、原料溶液２中の炭素濃度が飽和濃度に達するまで待つことが好ましい。
【００３３】
なお、ＳｉＣ種結晶３を原料溶液２に接触させた後、結晶育成を開始する前にエッチバック工程を設けることが好ましい。これは、結晶成長開始時に種結晶の成長面が汚染されていると、成長した結晶の品質が著しく低下するためである。これにより、表面研磨したＳｉＣ種結晶３の表面に残留している加工変質層を除去することができる。
【００３４】
（成長工程）
溶液成長法では、種結晶近傍が原料溶液に比べて温度が低くなるように温度勾配を形成することで過飽和状態を作り出し結晶成長させる方法（温度勾配法）が、長時間安定に結晶成長を行えるため一般的である。本実施形態においても温度勾配法により実施することが好ましい。なお、別の方法として、種結晶を浸漬した溶液全体の温度を下げることで過飽和状態を形成し、結晶成長を行う方法（徐冷法）も挙げられる。徐冷法では加熱と冷却とを繰り返し行うことで結晶成長させるが、成長中に温度が変化して育成条件が安定しないため、高品質結晶の作製には好ましくない。
【００３５】
本実施形態において、結晶成長のメカニズムは以下のように説明される。すなわち、ＳｉＣ種結晶３近傍の原料溶液２の熱が、ＳｉＣ種結晶３及び黒鉛製種結晶支持体４を介して外部に伝達されるので、ＳｉＣ種結晶３近傍の原料溶液２の温度が低下する。このため、ＳｉＣ種結晶３近傍の原料溶液２内には温度勾配が生じる。そして、温度が低い領域では、原料溶液２中の炭素が過飽和状態となるため、ＳｉＣ種結晶３の表面にＳｉＣ成長結晶５が析出する。
【００３６】
ここで、本実施形態における温度勾配とは、より具体的には、黒鉛製原料容器１底部の下方表面（「点Ａ」とする）における温度をＴＡ（℃）、融液表面（「点Ｂ」とする）における温度をＴＢ（℃）として、以下のように定義される。
温度勾配（℃／ｃｍ）＝（ＴＡ−ＴＢ）／（点Ａ−Ｂ間の距離（ｃｍ））
なお、上記ＴＡ及びＴＢは、放射温度計及び熱伝対（成長中は測定しておらず別実験を行い測定）によって測定することができる。
【００３７】
温度勾配は０．１〜１０℃／ｃｍであることが好ましく、０．１〜５℃／ｃｍであることがより好ましく、０．１〜１℃／ｃｍであることがさらに好ましい。温度勾配を上記範囲内にすることによって、結晶成長面を比較的高品質に保ちつつ長時間の結晶育成を行うことができる。温度勾配は、例えばヒーターの上下出力比を変えることによって制御することができる。
【００３８】
原料溶液２に浸漬したＳｉＣ種結晶３を、例えば５０μｍ／ｈ程度の速度で上方に引き上げながら、必要なＳｉＣ成長結晶５の厚さに応じた時間だけ、ＳｉＣ種結晶３上にＳｉＣ成長結晶５を形成し、その後、ＳｉＣ種結晶３を原料溶液２から切り離す。以上により、ＳｉＣ単結晶が得られる。なお、溶液成長法では、一般に結晶育成時に種結晶及び坩堝を回転させながら行う。この回転の回転軸は、種結晶保持軸及びそれに平行な坩堝保持軸に対して平行な回転軸となっている。種結晶及び坩堝の回転方向は同じでもよいし逆になってもよい。また、その回転数は、例えば１〜１００ｒｐｍ程度の範囲で一定にしてもよく、周期的に変化させてもよい。
【００３９】
［ＳｉＣ単結晶］
本実施形態のＳｉＣ単結晶は、インゴット状又はウエハ状のＳｉＣ単結晶である。インゴット状のＳｉＣ単結晶は、上述の製造法により得られる円柱状のＳｉＣ成長結晶５をＳｉＣ種結晶３から切り離すことにより得ることができる。ＳｉＣ種結晶３からＳｉＣ成長結晶５を切り離す際には、例えばＳｉＣ種結晶３とＳｉＣ成長結晶５との界面からＳｉＣ成長結晶５側に約０．３ｍｍの位置で切り離すことができる。また、ウエハ状のＳｉＣ単結晶は、得られるインゴット状のＳｉＣ単結晶を、所望の厚さにスライスすることにより得ることができる。
【００４０】
本実施形態のＳｉＣ単結晶の直径は、０．１ｃｍ以上が好ましく、０．５ｃｍ以上がより好ましく、１ｃｍ以上がさらに好ましい。直径の好ましい上限は特に制限されるものでなく、例えば１０ｃｍとすることができる。
【００４１】
本実施形態のＳｉＣ単結晶の結晶構造は特に限定されず、例えば２Ｈ型、３Ｃ型、４Ｈ型、６Ｈ型等の結晶構造とすることができる。これらの中でも、本実施形態のＳｉＣ単結晶は４Ｈ型のＳｉＣ単結晶であることが好ましい。
【００４２】
本実施形態のＳｉＣ単結晶において、バナジウム原子の含有量（バナジウム濃度）は、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましく３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることがより好ましく、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることがさらに好ましい。また、バナジウム濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましく、３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることがさらに好ましい。バナジウム濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることにより、効果的に炭化珪素単結晶の成長速度及び結晶品質を高めることができる。一方、バナジウム濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることにより、不純物によりデバイス性能が劣化することを抑えることができる。
【００４３】
ＳｉＣ単結晶中のバナジウム濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）分析、又は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）分析により、容易に測定することができる。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
［ＳｉＣ単結晶の作製］
（実施例１および２）
図１に示すＳｉＣ結晶成長装置を用いて、ＳｉＣ単結晶を育成した。
【００４７】
原料溶液の初期組成がＳｉ：Ｖ＝（１００−ｘ）：ｘ（単位はａｔ％）となるように、原料としてＳｉ（珪素単体）及び金属バナジウム（バナジウム単体）を黒鉛製原料容器（円筒型るつぼ、内径５０ｍｍ、外径７０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）に充填した。なお、実施例１および２におけるｘの値、すなわちバナジウム原子の割合（以下、「ＣＶ」とも言う）は表１に示す通りとした。また、炭素は結晶成長中に黒鉛製原料容器から溶液内に供給した。この黒鉛製原料容器を結晶成長装置内に設置し、黒鉛製種結晶支持体の下方端面に存在するＳｉＣ種結晶（円盤形状、直径２２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、成長面：（０００−１）面（オンアクシス面））を溶液液面から１０ｃｍ上方に保持した。この状態で、装置内を真空排気しながら所定の温度まで昇温した。その後、成長雰囲気ガスとしてＨｅガスを、装置内の圧力が０．９ＭＰａとなるように装置内に導入した。この時点で黒鉛製原料容器内の溶液原料は融解し溶液化した。
【００４８】
その後、種結晶を溶液液面に向けてゆっくり下降させ浸漬させた後、１時間ほどそのまま保持することで、種結晶の表面を薄く溶かすメルトバック工程を行った。次いで、種結晶を５０μｍ／ｈの速度で上方に引き上げることで単結晶の育成を開始した。育成温度は２０００℃とした。育成中は、種結晶近傍の温度勾配を０．３８℃／ｃｍ、成長雰囲気ガス流量を０．５Ｌ／ｍｉｎとした。また、種結晶と原料容器は互いに逆方向に回転させており、種結晶の回転数を５０ｒｐｍ、原料容器の回転数を１０ｒｐｍとした。上記条件で種結晶を原料溶液から引き上げ、単結晶を作製した。得られた単結晶の成長厚さは１ｍｍであった。
【００４９】
（比較例１）
原料溶液の初期組成がＳｉのみとなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして、ＳｉＣ単結晶を作製した。
【００５０】
（比較例２）
原料溶液の初期組成がＳｉ：Ａｌ＝（１００−ｘ）：ｙ（単位はａｔ％）となるように、原料としてＳｉ（珪素単体）及び金属アルミニウム（アルミニウム単体）を黒鉛製原料容器（円筒型るつぼ、内径５０ｍｍ、外径７０ｍｍ、高さ１００ｍｍ）に充填した。なお、比較例２におけるｙの値、すなわちアルミニウム原子の割合（以下、「ＣＡｌ」とも言う）は表１に示す通りとした。上記原料溶液を用いたこと以外は実施例１と同様にして、ＳｉＣ単結晶を作製した。
【００５１】
［ＳｉＣ単結晶の評価］
成長後のＳｉＣ単結晶表面を顕微鏡により観察し、その反射像を観測することで結晶性の評価を行った。そして、結晶表面にアイランド構造及びトレンチ構造がいずれも確認されなかったものをＡ評価とし、アイランド構造及びトレンチ構造のいずれかが確認されたものをＢ評価とした。ここで、アイランド構造とは、結晶成長界面に二次元核が形成され、それが島状に成長した構造を意味し、トレンチ構造とは、結晶成長界面の一部がなんらかの原因で成長が遅れ、溝状に成長が遅い部分が発生した構造を意味する。アイランド構造及びトレンチ構造が存在しない場合、ＳｉＣ単結晶の結晶性が良好であると判断することができる。また、成長後のＳｉＣ単結晶中の添加元素（Ｖ又はＡｌ）濃度を、ＳＩＭＳ（Secondary IonMass Spectrometry）分析により測定した。それらの結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2016172677.tif 000003
【符号の説明】
【００５３】
１…黒鉛製原料容器、２…原料溶液、３…炭化珪素（ＳｉＣ）種結晶、４…黒鉛製種結晶支持体、５…炭化珪素（ＳｉＣ）成長結晶、６…黒鉛製ヒーター、７…断熱構造材、８…黒鉛製容器支持体、９…不活性ガス導入口、１０…ガス排気口、１１…密閉容器本体、１２…放射温度計、１３…電流計、１４…直流電圧印加電源、１５…電極。
【図１】
2016172677.tif 000004