(57)【要約】  第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１炭化珪素層の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層の厚みを第１厚みとし、第１炭化珪素層のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層の目標厚みを第２厚みとし、第２炭化珪素層の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層の形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板上に第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記第１炭化珪素層の厚みおよび前記第１炭化珪素層のキャリア濃度を測定する工程と、
第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程と、
第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板上に前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とを備え、
前記第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、前記第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第１炭化珪素層の形成時間を第１形成時間とし、前記第１炭化珪素層の厚みを第１厚みとし、前記第１炭化珪素層のキャリア濃度を第１濃度とし、前記第２炭化珪素層の目標厚みを第２厚みとし、前記第２炭化珪素層の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、
前記第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、前記第２炭化珪素層の第２形成時間は、前記第２厚みを前記第１厚みで除した値に前記第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第２アンモニアガスの第２流量は、前記第２濃度を前記第１濃度で除した値に前記第１流量を掛けた値として算出され、
前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程においては、前記第２形成時間および前記第２流量を用いて、前記第２炭化珪素層が形成され、
前記第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項２】
前記第２濃度を前記第１濃度で除した値は、０．１以上５以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１厚みを前記第１形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１炭化珪素基板のキャリア濃度を第１基板濃度とした場合、前記第１濃度は、前記第１基板濃度の半分よりも小さい、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項５】
第３アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第３炭化珪素基板上に第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記第３炭化珪素層の厚みおよび前記第３炭化珪素層のキャリア濃度を測定する工程と、
第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程と、
前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程前に、第４アンモニアガスをドーパントガスとして用いて前記第２炭化珪素基板上に前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とを備え、
前記第２炭化珪素層は、前記第４炭化珪素層上に形成され、
前記第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、前記第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第３炭化珪素層の形成時間を第３形成時間とし、前記第３炭化珪素層の厚みを第３厚みとし、前記第３炭化珪素層のキャリア濃度を第３濃度とし、前記第４炭化珪素層の目標厚みを第４厚みとし、前記第４炭化珪素層の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、
前記第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、前記第４炭化珪素層の第４形成時間は、前記第４厚みを前記第３厚みで除した値に前記第３形成時間を掛けた値として算出され、かつ、前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第４アンモニアガスの第４流量は、前記第４濃度を前記第３濃度で除した値に前記第３流量を掛けた値として算出され、
前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程においては、前記第４形成時間および前記第４流量を用いて、前記第４炭化珪素層が形成され、
前記第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項６】
前記第４濃度を前記第３濃度で除した値は、０．１以上５以下である、請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項７】
前記第３厚みを前記第３形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である、請求項５または請求項６に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項８】
前記第３炭化珪素基板のキャリア濃度を第３基板濃度とした場合、前記第３濃度は、前記第３基板濃度の半分よりも小さい、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法に関する。本出願は、２０１８年１２月５日に出願した日本特許出願である特願２０１８−２２７９１３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
国際公開２０１７／０５６６９１号（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１７／０５６６９１号
【発明の概要】
【０００４】
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は以下の工程を備えている。第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板上に第１炭化珪素層が形成される。第１炭化珪素層の厚みおよび第１炭化珪素層のキャリア濃度が測定される。第２炭化珪素層の形成条件が算出される。第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板上に第２炭化珪素層が形成される。第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１炭化珪素層の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層の厚みを第１厚みとし、第１炭化珪素層のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層の目標厚みを第２厚みとし、第２炭化珪素層の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層の第２形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第２アンモニアガスの第２流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程においては、第２形成時間および第２流量を用いて、第２炭化珪素層が形成される。第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法を概略的に示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法の第１工程を示す平面模式図である。
【図４】図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図７】図７は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。
【図１５】図１５は、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法により製造された炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。
【図１６】図１６は、キャリア濃度とエピタキシャル成長時間との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、キャリア濃度と窒素ガス流量との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、キャリア濃度とアンモニアガス流量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、条件出し工程を簡略化しつつ、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することである。
【０００７】
[本開示の効果]
本開示によれば、条件出し工程を簡略化しつつ、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することができる。
【０００８】
［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
【０００９】
（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は以下の工程を備えている。第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０が形成される。第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１炭化珪素層１０の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層１０の厚みを第１厚みとし、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層２０の目標厚みを第２厚みとし、第２炭化珪素層２０の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層２０の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層２０の第２形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの第２流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。第２炭化珪素層２０を形成する工程においては、第２形成時間および第２流量を用いて、第２炭化珪素層２０が形成される。第１炭化珪素層１０をエピタキシャル成長により形成する工程と、第２炭化珪素層２０をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる。
【００１０】
（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第２濃度を第１濃度で除した値は、０．１以上５以下であってもよい。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第１厚みを第１形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下であってもよい。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第１炭化珪素基板１１０のキャリア濃度を第１基板濃度とした場合、第１濃度は、第１基板濃度の半分よりも小さくてもよい。
【００１３】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、第３アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０を形成する工程と、第３炭化珪素層３０の厚みおよび第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を測定する工程と、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程と、第２炭化珪素層２０を形成する工程前に、第４アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０を形成する工程とをさらに備えていてもよい。第２炭化珪素層２０は、第４炭化珪素層４０上に形成されてもよい。第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３炭化珪素層３０の形成時間を第３形成時間とし、第３炭化珪素層３０の厚みを第３厚みとし、第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を第３濃度とし、第４炭化珪素層４０の目標厚みを第４厚みとし、第４炭化珪素層４０の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０の第４形成時間は、第４厚みを第３厚みで除した値に第３形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの第４流量は、第４濃度を第３濃度で除した値に第３流量を掛けた値として算出されてもよい。第４炭化珪素層４０を形成する工程においては、第４形成時間および第４流量を用いて、第４炭化珪素層４０が形成されてもよい。第３炭化珪素層３０をエピタキシャル成長により形成する工程と、第４炭化珪素層４０をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる。
【００１４】
（６）上記（５）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第４濃度を第３濃度で除した値は、０．１以上５以下であってもよい。
【００１５】
（７）上記（５）または（６）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第３厚みを第３形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下であってもよい。
【００１６】
（８）上記（５）〜（７）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第３炭化珪素基板１３０のキャリア濃度を第３基板濃度とした場合、第３濃度は、第３基板濃度の半分よりも小さくてもよい。
【００１７】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
まず、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００の構成について説明する。
【００１８】
図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、反応室２０１と、ガス供給部２３５と、制御部２４５と、発熱体２０３、石英管２０４、断熱材（図示せず）、誘導加熱コイル（図示せず）とを主に有している。
【００１９】
発熱体２０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室２０１を形成している。発熱体２０３は、たとえば黒鉛製である。発熱体２０３は、石英管２０４の内周面に接するように石英管２０４の内部に設けられている。断熱材は、発熱体２０３の外周を取り囲んでいる。誘導加熱コイルは、たとえば石英管２０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイルは、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体２０３が誘導加熱される。結果として、反応室２０１が発熱体２０３により加熱される。
【００２０】
反応室２０１は、発熱体２０３の内壁面２０５に取り囲まれて形成された空間である。反応室２０１内には、炭化珪素基板が配置される。反応室２０１は、炭化珪素基板を加熱可能に構成されている。反応室２０１には、炭化珪素基板を保持するサセプタ２１０が設けられる。炭化珪素基板は、サセプタ２１０に配置される。サセプタ２１０は、ステージ２０２上に配置される。ステージ２０２は、回転軸２０９によって自転可能に構成されている。ステージ２０２が回転することで、サセプタ２１０が回転する。
【００２１】
炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、ガス導入口２０７およびガス排気口２０８をさらに有している。ガス排気口２０８は、図示しない排気ポンプに接続されている。図１中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２０７から反応室２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。反応室２０１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。
【００２２】
ガス供給部２３５は、反応室２０１に、原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを含む混合ガスを供給可能に構成されている。具体的には、ガス供給部２３５は、たとえば第１ガス供給部２３１と、第２ガス供給部２３２と、第３ガス供給部２３３と、第４ガス供給部２３４とを含んでいる。
【００２３】
第１ガス供給部２３１は、炭素原子を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第１ガス供給部２３１は、たとえば第１ガスが充填されたガスボンベである。第１ガスは、たとえばプロパン（Ｃ3Ｈ8）ガスである。第１ガスは、たとえばメタン（ＣＨ4）ガス、エタン（Ｃ2Ｈ6）ガス、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガス等であってもよい。
【００２４】
第２ガス供給部２３２は、シランガスを含む第２ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部２３２は、たとえば第２ガスが充填されたガスボンベである。第２ガスは、たとえばシラン（ＳｉＨ4）ガスである。第２ガスは、シランガスと、シラン以外の他のガスとの混合ガスでもよい。
【００２５】
第３ガス供給部２３３は、アンモニアガスを含む第３ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部２３３は、たとえば第３ガスが充填されたガスボンベである。第３ガスは、Ｎ（窒素原子）を含むドーピングガスである。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスに比べて熱分解されやすい。
【００２６】
第４ガス供給部２３４は、たとえば水素などの第４ガス（キャリアガス）を供給可能に構成されている。第４ガス供給部２３４は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。
【００２７】
制御部２４５は、ガス供給部２３５から反応室２０１に供給される混合ガスの流量を制御可能に構成されている。具体的には、制御部２４５は、第１ガス流量制御部２４１と、第２ガス流量制御部２４２と、第３ガス流量制御部２４３と、第４ガス流量制御部２４４とを含んでいてもよい。各制御部は、たとえばＭＦＣ(Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)であってもよい。制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７との間に配置されている。言い換えれば、制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７とを繋ぐ流路に配置されている。
【００２８】
反応室２０１の軸方向において、誘導加熱コイルの巻き密度を変化させてもよい。巻き密度［回／ｍ］とは、装置の軸方向の単位長さあたりのコイルの周回数である。たとえば、上流側でアンモニアを効果的に熱分解させるために、上流側の誘導加熱コイルの巻き密度は、下流側の誘導加熱コイルの巻き密度よりも高くてもよい。
【００２９】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法について説明する。
【００３０】
まず、たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素基板１１０が準備される（図３参照）。炭化珪素基板１１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣである。４Ｈ−ＳｉＣは、電子移動度、絶縁破壊電界強度等において他のポリタイプより優れている。炭化珪素基板１１０は、ｎ型不純物としての窒素を含んでいる。炭化珪素基板１１０の導電型は、ｎ型である。
【００３１】
図３および図４に示されるように、炭化珪素基板１１０は、第１主面１１１と、第２主面１１２と、外縁部１１３とを有している。第１主面１１１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々の方向に沿って２次元的に広がっている。第２主面１１２は、第１主面１１１の反対側にある。第１主面１１１に対して垂直な方向から見て、外縁部１１３は、第１主面１１１を取り囲んでいる。外縁部１１３は、たとえばオリエンテーションフラット１と、円弧状部２とを有している。オリエンテーションフラット１は、第１方向１０１に沿って延在している。円弧状部２は、オリエンテーションフラット１に連なっている。
【００３２】
第２方向１０２は、たとえば＜１−１００＞方向である。第２方向は、たとえば［１−１００]方向であってもよい。第１方向１０１は、第１主面１１１に対して平行であり、かつ第２方向１０２に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１−２０＞方向成分を含む方向である。別の観点から言えば、第１方向は、＜１１−２０＞方向を第１主面１１１に平行な平面に投影した方向である。第１方向１０１は、たとえば[１１−２０]方向成分を含む方向であってもよい。
【００３３】
図３に示されるように、炭化珪素基板１１０の第１主面１１１の直径３（最大径）は、１００ｍｍ以上である。直径３は１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。直径３の上限は特に限定されないが、直径３の上限はたとえば３００ｍｍであってもよい。
【００３４】
第１主面１１１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第１主面１１１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第１主面１１１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１−２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。第１主面１１１は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
【００３５】
次に、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図２）が実施される。具体的には、上述した製造装置２００を用いて、炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、炭化珪素基板１１０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、炭化珪素基板１１０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
【００３６】
反応室の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第１アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば１．０程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
【００３７】
第２ガス流量制御部２４２を用いて、反応室２０１に供給される第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば１１５ｓｃｃｍとなるように調整される。第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば８０ｓｃｃｍ以上１５０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
【００３８】
同様に、第１ガス流量制御部２４１を用いて、反応室２０１に供給される第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば３７．５ｓｃｃｍとなるように調整される。第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば２５ｓｃｃｍ以上５０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
【００３９】
同様に、第３ガス流量制御部２４３を用いて、反応室２０１に供給される第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．００３３ｓｃｃｍとなるよう調整される。第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．００１ｓｃｃｍ以上０．１ｓｃｃｍ以下であってもよい。
【００４０】
同様に、第４ガス流量制御部２４４を用いて、反応室２０１に供給される第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。
【００４１】
以上のように、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される（図５参照）。第１炭化珪素層１０の厚み（第１厚みＴ１）は、たとえば３μｍ以上１０μｍ以下である。第１厚みＴ１は、たとえば３．５μｍ以上であってもよいし、４μｍ以上であってもよい。第１厚みＴ１は、たとえば９．５μｍ以下であってもよいし、９μｍ以下であってもよい。
【００４２】
第１炭化珪素層１０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第１炭化珪素層１０のキャリア濃度は、たとえば１×１０14ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下である。図５に示されるように、第１炭化珪素層１０は、第３主面１１と、第４主面１２とを有している。第４主面１２は、第３主面１１の反対側にある。第４主面１２は、第１主面１１１に接している。
【００４３】
次に、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）が実施される。
【００４４】
まず、第１炭化珪素層１０の厚みの測定方法について説明する。
第１炭化珪素層１０の厚みは、たとえばＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ−ＩｎｆｒａＲｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定することができる。第１炭化珪素層１０の厚みは、たとえば島津製作所製フーリエ変換赤外分光光度計（ＩＲＰｒｅｓｔｉｇｅ−２１）および同社製の赤外顕微鏡（ＡＩＭ−８８００）を組み合わせて測定することができる。ＦＴ−ＩＲによる第１炭化珪素層１０の厚み測定は、第１炭化珪素層１０と炭化珪素基板１１０とのキャリア濃度差により生じる光学定数差を利用して求められる。具体的には、赤外光を照射して、第１炭化珪素層１０の第３主面１１からの反射と、第１炭化珪素層１０と炭化珪素基板１１０との界面からの反射による干渉を計測することにより、第１炭化珪素層１０の厚みが計測される。測定波数範囲は、たとえば１５００ｃｍ-1から３５００ｃｍ-1までの範囲である。波数間隔は、たとえば４ｃｍ-1程度である。
【００４５】
第１炭化珪素層１０の厚みは、第３主面１１の複数の位置において測定される。面内方向の測定間隔は、たとえば１０ｍｍである。具体的には、第１方向１０１に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点が厚みの測定位置とされる。同様に、第２方向１０２に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点が厚みの測定位置とされる。第３主面１１の中心も厚みの測定位置とされる。複数の測定位置において測定された第１炭化珪素層１０の厚みの平均値が、第１炭化珪素層１０の厚みとされる。
【００４６】
次に、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度の測定方法について説明する。
第１炭化珪素層１０のキャリア濃度は、たとえば水銀プローブ方式のＣ（キャパシタンス）−Ｖ（電圧）測定装置により測定される。具体的には、第１炭化珪素層１０の第３主面１１側に一方のプローブが配置され、第１炭化珪素層１０の第４主面１２側に他方のプローブが配置される。一方のプローブの面積は、たとえば０．０１ｃｍ2である。一方のプローブと他方のプローブとの間に電圧が印加され、一方のプローブと他方のプローブとの間のキャパシタンスが測定される。縦軸を１／Ｃ２（キャパシタンスの二乗の逆数）とし、横軸をＶ（電圧）とし、測定データの直線の傾きから、キャリア濃度が求められる。測定電圧範囲は、典型的には−５Ｖ〜０Ｖの範囲である。なお、キャリア濃度は、たとえばＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定されてもよい。
【００４７】
第１炭化珪素層１０のキャリア濃度は、第３主面１１の複数の位置において測定される。面内方向の測定間隔は、たとえば１０ｍｍである。具体的には、第１方向１０１に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされる。同様に、第２方向１０２に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされる。第３主面１１の中心もキャリア濃度の測定位置とされる。複数の測定位置において測定された第１炭化珪素層１０のキャリア濃度の平均値が、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度とされる。以上のように、第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。
【００４８】
次に、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図２）が実施される。
具体的には、第２炭化珪素層２０の形成時間が算出される。第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１炭化珪素層１０の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層１０の厚みを第１厚みとし、第２炭化珪素層２０の目標厚みを第２厚みとした場合、第２炭化珪素層２０の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層２０の形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出される。一例として、第１形成時間が６分であり、第１厚みが６μｍであり、第２厚みが１０μｍである場合、第２炭化珪素層２０の形成時間は、（１０μｍ／６μｍ）×６分＝１０分として算出される。
【００４９】
第１厚みを第１形成時間で除した値は、第１炭化珪素層１０の形成速度である。第１厚みを第１形成時間で除した値は、たとえば５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である。第１厚みを第１形成時間で除した値は、たとえば７μｍ／時間以上であってもよいし、１０μｍ／時間以上であってもよい。第１厚みを第１形成時間で除した値は、たとえば２５μｍ／時間以下であってよいし、２０μｍ／時間以下であってもよい。
【００５０】
同様に、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量が算出される。第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層２０の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層２０の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。一例として、第１流量が０．００１ｓｃｃｍであり、第１濃度が１×１０15ｃｍ-3であり、第２濃度が２×１０15ｃｍ-3である場合、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、（２×１０15ｃｍ-3／１×１０15ｃｍ-3）×０．００１ｓｃｃｍ＝０．００２ｓｃｃｍとして算出される。
【００５１】
第２濃度を第１濃度で除した値は、たとえば０．１以上５以下である。第２濃度を第１濃度で除した値は、たとえば０．２以上であってもよし、０．３以上であってもよい。第２濃度を第１濃度で除した値は、たとえば４以下であってもよし、３以下であってもよい。第１炭化珪素基板１１０のキャリア濃度を第１基板濃度とした場合、第１濃度は、たとえば第１基板濃度の半分よりも小さい。第１濃度は、たとえば第１基板濃度の１／３よりも小さくてもよいし、１／１０よりも小さくてもよい。以上のように、第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。
【００５２】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
（第１実施形態）
次に、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。
【００５３】
図６に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）と、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）と、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）と、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）とを主に有している。
【００５４】
まず、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）が実施される。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）は、上述の第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図２）と同様である。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）においては、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。
【００５５】
次に、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）が実施される。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）は、上述の第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）と同様である。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）においては、第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。
【００５６】
次に、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）が実施される。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）は、上述の第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図２）と同様である。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）においては、第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。
【００５７】
次に、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）が実施される。具体的には、まず、第２炭化珪素基板１２０が準備される（図７参照）。第２炭化珪素基板１２０は、第１炭化珪素基板１１０とは異なる基板である。第２炭化珪素基板１２０は、第１炭化珪素基板１１０と実質的に同じ物理的および化学的特性を有している。図７に示されるように、第２炭化珪素基板１２０は、第５主面１２１と、第６主面１２２を有している。第６主面１２２は、第５主面１２１と反対側にある。第２炭化珪素基板１２０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣである。第２炭化珪素基板１２０の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。
【００５８】
第５主面１２１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第５主面１２１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第５主面１２１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１−２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。第５主面１２１は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
【００５９】
次に、上述した製造装置２００を用いて、第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、第２炭化珪素基板１２０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、第２炭化珪素基板１２０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
【００６０】
反応室２０１の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第２アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０が形成される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば１．０程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
【００６１】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の温度は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の温度と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の温度（℃）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の温度（℃）±０．２％以内である。
【００６２】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の圧力は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の圧力と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）±２％以内である。
【００６３】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
【００６４】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
【００６５】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）±０．５％以内である。
【００６６】
以上のように、第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０が形成される（図８参照）。第２炭化珪素層２０の厚み（第２厚みＴ２）は、たとえば５μｍ以上３０μｍ以下である。第２厚みＴ２は、たとえば６μｍ以上であってもよいし、７μｍ以上であってもよい。第２厚みＴ２は、たとえば２８μｍ以下であってもよいし、２６μｍ以下であってもよい。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）と、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）とは、同じ装置で行われる。
【００６７】
第２炭化珪素層２０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第２炭化珪素層２０のキャリア濃度は、たとえば１×１０14ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下である。図８に示されるように、第２炭化珪素層２０は、第７主面２１と、第８主面２２とを有している。第８主面２２は、第７主面２１の反対側にある。第８主面２２は、第５主面１２１に接している。以上のように、第２炭化珪素基板１２０と、第２炭化珪素層２０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。
【００６９】
図９に示されるように、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ３：図９）と、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）と、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）を主に有している。炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ３：図９）は、第２炭化珪素層２０の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）と、第４炭化珪素層４０の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）とを主に有している。
【００７０】
第２炭化珪素層２０の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）と、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）と、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）とを主に有している。第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）と、第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）と、第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ７０：図９）とを主に有している。
【００７１】
なお、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第２炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）と第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）との順番は、特に限定されない。第２炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）は、第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）の前に行われてもよいし、第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）の後に行われてもよい。
【００７２】
まず、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）が実施される。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）は、上述の第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図２）と同様である。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）においては、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。
【００７３】
次に、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）が実施される。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）は、上述の第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）と同様である。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）においては、第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。
【００７４】
次に、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）が実施される。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）は、上述の第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図２）と同様である。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）においては、第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。
【００７５】
次に、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）が実施される。具体的には、まず、第３炭化珪素基板１３０が準備される（図１０参照）。第３炭化珪素基板１３０は、第１炭化珪素基板１１０および第２炭化珪素基板１２０の各々とは異なる基板である。第３炭化珪素基板１３０は、第１炭化珪素基板１１０と実質的に同じ物理的および化学的特性を有している。図１０に示されるように、第３炭化珪素基板１３０は、第９主面１３１と、第１０主面１３２を有している。第１０主面１３２は、第９主面１３１の反対側にある。第３炭化珪素基板１３０を構成する炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣである。第３炭化珪素基板１３０の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。
【００７６】
第９主面１３１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第９主面１３１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第９主面１３１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１−２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。第９主面１３１は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
【００７７】
次に、上述した製造装置２００を用いて、第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、第３炭化珪素基板１３０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、第３炭化珪素基板１３０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
【００７８】
反応室２０１の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第３アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０が形成される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば０．９程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
【００７９】
第２ガス流量制御部２４２を用いて、反応室２０１に供給される第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば４６ｓｃｃｍとなるように調整される。第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば３０ｓｃｃｍ以上６０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
【００８０】
同様に、第４ガス流量制御部２４４を用いて、反応室２０１に供給される第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば１４ｓｃｃｍとなるように調整される。第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば９ｓｃｃｍ以上１８ｓｃｃｍ以下であってもよい。
【００８１】
同様に、第３ガス流量制御部２４３を用いて、反応室２０１に供給される第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．７ｓｃｃｍとなるよう調整される。第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．１ｓｃｃｍ以上１．０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
【００８２】
同様に、第４ガス流量制御部２４４を用いて、反応室２０１に供給される第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。
【００８３】
以上のように、第３アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０が形成される（図１１参照）。第３炭化珪素層３０の厚み（第３厚みＴ３）は、たとえば３μｍ以上１０μｍ以下である。第３厚みＴ３は、第１厚みＴ１と同じであってもよい。
【００８４】
第３炭化珪素層３０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第３炭化珪素層３０のキャリア濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である。第３炭化珪素層３０のキャリア濃度は、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度よりも高くてもよい。図１１に示されるように、第３炭化珪素層３０は、第１１主面３１と、第１２主面３２とを有している。第１２主面３２は、第１１主面３１の反対側にある。第１２主面３２は、第９主面１３１に接している。
【００８５】
次に、第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）が実施される。第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）は、上述の第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）と同様である。第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）においては、第３炭化珪素層３０の厚みおよび第３炭化珪素層３０のキャリア濃度が測定される。
【００８６】
次に、第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ７０：図９）が実施される。
具体的には、第４炭化珪素層４０の形成時間が算出される。第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３炭化珪素層３０の形成時間を第３形成時間とし、第３炭化珪素層３０の厚みを第３厚みとし、第４炭化珪素層４０の目標厚みを第４厚みとした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０の形成時間は、第４厚みを第３厚みで除した値に第３形成時間を掛けた値として算出される。一例として、第３形成時間が４分であり、第３厚みが４μｍであり、第４厚みが１μｍである場合、第２炭化珪素層２０の形成時間は、（１μｍ／４μｍ）×４分＝１分として算出される。
【００８７】
第３厚みを第３形成時間で除した値は、第３炭化珪素層３０の形成速度である。第３厚みを第３形成時間で除した値は、たとえば５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である。第３厚みを第３形成時間で除した値は、たとえば７μｍ／時間以上であってもよいし、１０μｍ／時間以上であってもよい。第３厚みを第３形成時間で除した値は、たとえば２５μｍ／時間以下であってよいし、２０μｍ／時間以下であってもよい。
【００８８】
同様に、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの流量が算出される。第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を第３濃度とし、第４炭化珪素層４０の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの流量は、第４濃度を第３濃度で除した値に第３流量を掛けた値として算出される。一例として、第３流量が０．４ｓｃｃｍであり、第３濃度が１×１０18ｃｍ-3であり、第４濃度が２×１０18ｃｍ-3である場合、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの流量は、（２×１０18ｃｍ-3／１×１０18ｃｍ-3）×０．４ｓｃｃｍ＝０．８ｓｃｃｍとして算出される。
【００８９】
第４濃度を第３濃度で除した値は、たとえば０．１以上５以下である。第４濃度を第３濃度で除した値は、たとえば０．２以上であってもよし、０．３以上であってもよい。第４濃度を第３濃度で除した値は、たとえば４以下であってもよし、３以下であってもよい。第３炭化珪素基板１３０のキャリア濃度を第３基板濃度とした場合、第３濃度は、たとえば第３基板濃度の半分よりも小さい。第３濃度は、たとえば第３基板濃度の１／３よりも小さくてもよいし、１／１０よりも小さくてもよい。以上のように、第４炭化珪素層４０の形成条件が算出される。
【００９０】
以上のように、第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３炭化珪素層３０の形成時間を第３形成時間とし、第３炭化珪素層３０の厚みを第３厚みとし、第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を第３濃度とし、第４炭化珪素層４０の目標厚みを第４厚みとし、第４炭化珪素層４０の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０の第４形成時間は、第４厚みを第３厚みで除した値に第３形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの第４流量は、第４濃度を第３濃度で除した値に第３流量を掛けた値として算出される。
【００９１】
次に、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）が実施される。具体的には、まず、第２炭化珪素基板１２０が準備される（図１２参照）。第２炭化珪素基板１２０は、第３炭化珪素基板１３０とは異なる基板である。第２炭化珪素基板１２０は、第３炭化珪素基板１３０と実質的に同じ物理的および化学的特性を有している。図１２に示されるように、第２炭化珪素基板１２０は、第５主面１２１と、第６主面１２２を有している。第６主面１２２は、第５主面１２１の反対側にある。第２炭化珪素基板１２０を構成する炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣである。第２炭化珪素基板１２０の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。
【００９２】
次に、上述した製造装置２００を用いて、第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、第２炭化珪素基板１２０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、第２炭化珪素基板１２０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
【００９３】
反応室２０１の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第４アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０が形成される（図１３参照）。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば０．９程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
【００９４】
第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の温度は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の温度と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の温度（℃）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の温度（℃）±０．２％以内である。
【００９５】
第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の圧力は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の圧力と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）±２％以内である。
【００９６】
第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
【００９７】
第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
【００９８】
第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）±０．５％以内である。
【００９９】
以上のように、第４アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０が形成される（図１３参照）。第４炭化珪素層４０の厚み（第４厚みＴ４）は、たとえば０．５μｍ以上３μｍ以下である。第４厚みＴ４は、たとえば０．６μｍ以上であってもよいし、０．７μｍ以上であってもよい。第４厚みＴ４は、たとえば２．８μｍ以下であってもよいし、２．６μｍ以下であってもよい。第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）と、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）とは、同じ装置で行われる。
【０１００】
第４炭化珪素層４０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第４炭化珪素層４０のキャリア濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である。図１３に示されるように、第４炭化珪素層４０は、第１３主面４１と、第１４主面４２とを有している。第１４主面４２は、第１３主面４１の反対側にある。第１４主面４２は、第５主面１２１に接している。
【０１０１】
次に、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）が実施される。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）においては、第４炭化珪素層４０上に第２炭化珪素層２０がエピタキシャル成長によって形成される（図１４参照）。具体的には、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第４アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第４炭化珪素層４０上に第２炭化珪素層２０が形成される。反応室２０１の温度は、たとえば１６００℃である。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば１．０程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
【０１０２】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における反応室２０１の温度は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における反応室２０１の温度と実質的に同じになるように調整されている。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における反応室２０１の圧力は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における反応室２０１の圧力と実質的に同じになるように調整されている。
【０１０３】
第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。
【０１０４】
以上のように、第２炭化珪素層２０は、第４炭化珪素層４０上に形成される（図１４参照）。第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）は、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）の前に実施される。第２炭化珪素層２０の厚み（第２厚みＴ２）は、たとえば１０μｍである。第２炭化珪素層２０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。第２炭化珪素層２０のキャリア濃度は、たとえば１×１０14ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下である。図１４に示されるように、第２炭化珪素層２０は、第７主面２１と、第８主面２２とを有している。第８主面２２は、第７主面２１の反対側にある。第８主面２２は、第１３主面４１に接している。以上のように、第２炭化珪素基板１２０と、第４炭化珪素層４０と、第２炭化珪素層２０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。
【０１０５】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。
【０１０６】
第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法および第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法で説明したように、炭化珪素層の形成条件を決定する工程に基づいて、炭化珪素層の形成条件を算出し、当該算出結果に基づいて、炭化珪素層を実際に形成することを繰り返すことによって、３層以上の炭化珪素層を有する炭化珪素エピタキシャル基板１００を製造することができる。
【０１０７】
図１５に示されるように、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によって製造された炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第２炭化珪素基板１２０と、第４炭化珪素層４０と、第５炭化珪素層５０と、第２炭化珪素層２０とを有している。第４炭化珪素層４０は、第２炭化珪素基板１２０上に設けられている。第５炭化珪素層５０は、第４炭化珪素層４０上に設けられている。第２炭化珪素層２０は、第５炭化珪素層５０上に設けられている。
【０１０８】
第５炭化珪素層５０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第５炭化珪素層５０のキャリア濃度は、たとえば１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下である。図１５に示されるように、第５炭化珪素層５０は、第１５主面５１と、第１６主面５２とを有している。第１６主面５２は、第１５主面５１の反対側にある。第１５主面５１は、第８主面２２に接している。第１６主面５２は、第１３主面４１に接している。
【０１０９】
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法および炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法の作用効果について説明する。
【０１１０】
炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合、一定積算膜厚ごとに成長炉のメンテナンスを行う必要がある。成長炉（製造装置２００）のメンテナンスにおいては、炉内部材に堆積した炭化珪素が除去される。その際、炉内部材が解体される。炉内部材を清掃した後、炉内部材が組み立てられる。そのため、メンテナンスの前後において、炉内の環境が微妙に変動する可能性がある。
【０１１１】
炭化珪素層の成長速度および炭化珪素層に対するドーパントガスの導入効率は、炉内の温度によって変化する。そのため、炉内の温度は、メンテナンスの前後において出来る限り同じにする。しかしながら、メンテナンス前後における炉内の温度をほぼ同じにしたとしても、メンテナンス後の炉内環境をメンテナンス前の炉内環境と全く同じにすることは困難である。そのため、メンテナンス後に、メンテナンス前と全く同じ設定条件を用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した場合であっても、メンテナンス後における炭化珪素層の厚みおよび炭化珪素層のキャリア濃度は、メンテナンス前における炭化珪素層の厚みおよび炭化珪素層のキャリア濃度と異なる場合がある。従って、メンテナンス後にメンテナンス前と同様の炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成するため、メンテナンス後には、炭化珪素層の形成条件の調整（条件出し）を行う必要がある。
【０１１２】
一般的には、ドーパントガスとして窒素ガスを用いて炭化珪素層が形成される。成長炉に導入する窒素ガスの流量を増加させると、炭化珪素層のキャリア濃度は高くなる。しかしながら、窒素ガスの流量が増加すると、炭化珪素層に対する窒素ガスの導入効率は低下する。つまり、炭化珪素層のキャリア濃度は、窒素ガスの流量に完全に比例する訳ではない（線形性が低い）。そのため、窒素ガスの流量を変化させた場合においては、キャリア濃度を精度良く予測することが困難である。
【０１１３】
また、窒素ガスは化学的に非常に安定であるため、熱によって分解されづらい。完全に分解されなかった窒素は、時間の経過に従って成長炉内に蓄積される。そのため、エピタキシャル成長初期におけるキャリア濃度よりも、エピタキシャル成長後期におけるキャリア濃度が高くなる傾向がある（メモリ効果）。よって、炭化珪素層の厚みを変化させた場合においては、キャリア濃度を精度良く予測することが困難である。以上のように、窒素ガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、キャリア濃度を精度良く予測することが困難である。
【０１１４】
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法および炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によれば、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。
【０１１５】
窒素ガスと比較して、アンモニアガスは、ドーパント流量とキャリア濃度との線形性が高い。そのため、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、キャリア濃度がドーパント流量に比例するという簡便な計算式に基づいて、キャリア濃度を精度良く調整することができる。従って、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、窒素ガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合と比較して、条件出し工程を大幅に簡略化しつつ、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することができる。
【０１１６】
またアンモニアガスは、メモリ効果の影響がほとんど無視できる程小さい。そのため、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、エピタキシャル成長時間によらず、炭化珪素層のキャリア濃度は一定である。結果として、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することができる。
【０１１７】
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法および炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によれば、炭化珪素層のキャリア濃度は、炭化珪素基板のキャリア濃度の半分よりも小さい。ＦＴ−ＩＲは、炭化珪素基板のキャリア濃度と炭化珪素層のキャリア濃度との差に起因する屈折率差によって生じる赤外光の干渉スペクトルを利用して、炭化珪素層の厚みを算出している。そのため、ＦＴ−ＩＲを使用して炭化珪素層の厚みを測定する場合には、炭化珪素層のキャリア濃度は、炭化珪素基板のキャリア濃度の半分よりも小さいことが望ましい。
【実施例１】
【０１１８】
（サンプル準備）
まず、比較例として、窒素ガスを用いて炭化珪素基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスと窒素ガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。窒素ガスの流量は、２７.０ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。エピタキシャル成長時間が異なる３種類のサンプルを準備した。エピタキシャル成長時間は、１０分、７５分および１００分とした。【０１１９】
次に、実施例として、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスとアンモニアガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。アンモニアガスの流量は、０．０６７ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。エピタキシャル成長時間が異なる３種類のサンプルを準備した。エピタキシャル成長時間は、１０分、７５分および１００分とした。【０１２０】
（キャリア濃度測定）
次に、炭化珪素層のキャリア濃度が水銀プローブ方式のＣ−Ｖ測定装置により測定された。炭化珪素層のキャリア濃度の測定条件は、上述の通りである。【０１２１】
（測定結果）
図１６に示されるように、比較例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１０分）、３．１×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間７５分）および３．２×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１５０分）であった。一方、実施例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１０分）、３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間７５分）および３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１５０分）であった。【０１２２】
図１６に示されるように、窒素ガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、エピタキシャル成長時間が長くなるに従って、炭化珪素層のキャリア濃度が高くなるという傾向がある（メモリ効果）。一方、アンモニアガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、エピタキシャル成長時間が長くなっても、炭化珪素層のキャリア濃度は一定であり、ほとんど変化しない。つまり、窒素ガスの場合とは異なり、アンモニアガスの場合には、炭化珪素層のキャリア濃度はエピタキシャル成長時間によらず一定である。そのため、炭化珪素層の厚みが変わった場合であっても、炭化珪素層のキャリア濃度を精度良く調整することができる。
【実施例２】
【０１２３】
（サンプル準備）
まず、比較例として、窒素ガスを用いて炭化珪素基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスと窒素ガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。窒素ガスの流量が異なる３種類のサンプルを準備した。窒素ガスの流量は、２８．０ｓｃｃｍ、５０．０ｓｃｃｍおよび７０．０ｓｃｃｍとした。【０１２４】
次に、実施例として、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板１１０上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスとアンモニアガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。アンモニアガスの流量が異なる３種類のサンプルを準備した。アンモニアガスの流量は、０．０６５ｓｃｃｍ、０．１２５ｓｃｃｍおよび０．１８４ｓｃｃｍとした。【０１２５】
（キャリア濃度測定）
次に、炭化珪素層のキャリア濃度が水銀プローブ方式のＣ−Ｖ測定装置により測定された。炭化珪素層のキャリア濃度の測定条件は、上述の通りである。【０１２６】
（測定結果）
図１７に示されるように、比較例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、３．１×１０15ｃｍ-3（窒素ガス流量２８．０ｓｃｃｍ）、５．４×１０15ｃｍ-3（窒素ガス流量５０．０ｓｃｃｍ）および７．５×１０15ｃｍ-3（窒素ガス流量７０．０ｓｃｃｍ）であった。【０１２７】
図１８に示されるように、実施例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、２．９×１０15ｃｍ-3（アンモニアガス流量０．０６５ｓｃｃｍ）、５．６×１０15ｃｍ-3（アンモニアガス流量０．１２５ｓｃｃｍ）および８．２×１０15ｃｍ-3（アンモニアガス流量０．１８４ｓｃｃｍ）であった。【０１２８】
図１７に示されるように、窒素ガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、ドーピングガスの流量に対する炭化珪素層のキャリア濃度は、線形近似から少しずれていることが確認された（線形性が低い）。具体的には、ドーピングガスの流量が多くなるに従って、線形近似直線から離れる傾向がある。そのため、窒素ガスを用いた場合には、炭化珪素層のキャリア濃度とドーピングガスの流量に比例するという単純な計算式に基づいて、炭化珪素層のキャリア濃度を調整することができない。【０１２９】
一方、図１８に示されるように、アンモニアガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、ドーピングガスの流量に対する炭化珪素層のキャリア濃度は、線形近似にほぼ一致している（線形性が高い）。そのため、窒素ガスを用いた場合とは異なり、アンモニアガスを用いた場合には、炭化珪素層のキャリア濃度はドーピングガスの流量に比例するという単純な計算式に基づいて、炭化珪素層のキャリア濃度を精度良く調整することができる。【０１３０】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３１】
１  オリエンテーションフラット、２  円弧状部、３  直径、１０  第１炭化珪素層、１１  第３主面、１２  第４主面、２０  第２炭化珪素層、２１  第７主面、２２  第８主面、３０  第３炭化珪素層、３１  第１１主面、３２  第１２主面、４０  第４炭化珪素層、４１  第１３主面、４２  第１４主面、５０  第５炭化珪素層、５１  第１５主面、５２  第１６主面、１００  炭化珪素エピタキシャル基板、１０１  第１方向、１０２  第２方向、１１０  炭化珪素基板（第１炭化珪素基板）、１１１  第１主面、１１２  第２主面、１１３  外縁部、１２０  第２炭化珪素基板、１２１  第５主面、１２２  第６主面、１３０  第３炭化珪素基板、１３１  第９主面、１３２  第１０主面、２００  製造装置、２０１  反応室、２０２  ステージ、２０３  発熱体、２０４  石英管、２０５  内壁面、２０７  ガス導入口、２０８  ガス排気口、２０９  回転軸、２１０  サセプタ、２３１  第１ガス供給部、２３２  第２ガス供給部、２３３  第３ガス供給部、２３４  第４ガス供給部、２３５  ガス供給部、２４１  第１ガス流量制御部、２４２  第２ガス流量制御部、２４３  第３ガス流量制御部、２４４  第４ガス流量制御部、２４５  制御部、Ｔ１  第１厚み、Ｔ２  第２厚み、Ｔ３  第３厚み、Ｔ４  第４厚み。
【図１】
2020115950.tif 000003
【図２】
2020115950.tif 000004
【図３】
2020115950.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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