CN103582723A - SiC单晶、其制造方法、SiC晶片和半导体器件 - Google Patents

SiC单晶、其制造方法、SiC晶片和半导体器件 Download PDF

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Abstract

当通过重复a面生长来制造具有大的{0001}面直径的SiC单晶时，实施SiC单晶的a面生长，使得Si面侧小面区域的面积(S1)对生长面的总面积(S2)之比S小面(=S1×100/S2)保持在20%以下。a面生长优选为以{11-20}面作为基准，在相差大约60°或约120°的方向上重复a面生长的{11-20}面选择性生长法，或者优选为交替重复{11-20}面生长与{1-100}面生长的交替生长法。

Description

SiC单晶、其制造方法、SiC晶片和半导体器件
技术领域
本发明涉及SiC单晶及其制造方法以及SiC晶片和半导体器件。更具体地，本发明涉及含有很少不同取向的晶体块或很少异质多型晶体块的SiC单晶及其制造方法以及从所述SiC单晶切出的SiC晶片和半导体器件。
背景技术
在SiC(碳化硅)中，具有六方晶系晶体结构的高温型(α型)和具有立方晶系晶体结构的低温型(β型)是已知的。与Si相比，SiC的特征在于具有高耐热性、宽带隙和高介电击穿电场强度。基于所述原因，预期包含SiC单晶的半导体为取代Si半导体的下一代功率器件的候选材料。特别地，α型SiC的带隙比β型SiC的带隙更宽，因此α型SiC作为超低电力损失功率器件的半导体材料引起了关注。
作为主要的晶面，α型SiC具有{0001}面(下文中也称作“c面”)、以及与{0001}面垂直的{1-100}面(m面)和{11-20}面(狭义的a面)。在本发明中，“a面”是指广义的a面，即“m面和狭义的a面的统称”。当需要对m面和狭义的a面进行区分时，分别将其称作“{1-100}面”和“{11-20}面”。
作为得到α型SiC单晶的方法，至今已知的有c面生长法。此处引用的“c面生长法”是指使用其中c面或对c面的偏离角在预定范围内的a面露出以作为生长面的SiC单晶作为籽晶、并通过升华析出法等在生长面上生长SiC单晶的方法。
然而，问题在于，在通过c面生长法得到的单晶中，在平行于<0001>方向的方向上产生大量缺陷如微管缺陷(直径为约几μm到100μm的管状空隙)和贯通型螺旋位错(下文中还仅称作“螺旋位错”)。
为了实现高性能的SiC功率器件，降低在SiC半导体中产生的泄漏电流是必须的条件。认为在SiC单晶中产生的缺陷如微管缺陷和螺旋位错造成这种泄漏电流的增大。
于是，为了解决该问题，已经提出了各种建议。
例如，专利文献1公开了一种通过使用具有自c面倾斜约60°～约120°并露出以作为生长面的面(例如{1-100}面或11-20面)的籽晶来生长SiC单晶的SiC单晶生长方法(下文中将这种生长方法称作“a面生长法”)。
上述文献教导了：
(1)当在自c面倾斜约60°～约120°的晶面上生长SiC时，在晶面上呈现原子层阵列，由此使得易于生长具有与原始籽晶相同类型的多型结构的晶体；
(2)当使用该方法时，不会发生螺旋位错；以及
(3)当籽晶包含在c面上具有滑移面的位错时，该位错被携带至生长晶体。
专利文献2公开了一种SiC单晶的生长方法，包括如下步骤：
通过使用具有{10-10}面作为生长面的籽晶生长SiC；
从得到的单晶取出{0001}晶片；以及
通过使用该晶片作为籽晶而生长SiC。
上述文献教导了，通过该方法，
(1)得到具有很少微管缺陷的SiC单晶；以及
(2)由于得到了比艾奇逊(Acheson)晶体大得多的{0001}晶片，所以将其用作籽晶以容易地生长大尺寸晶体。
专利文献3和4公开了一种制造SiC单晶的方法，包括如下步骤：
在正交方向上实施多次a面生长；和
在最后实施c面生长。
上述文献教导了：
(1)随着a面生长的重复次数的增大，生长晶体中的位错密度呈指数方式下降；
(2)不能避免在a面生长期间发生叠层缺陷；以及
(3)当在最后实施c面生长时，不发生微管缺陷和螺旋位错并得到几乎不具有叠层缺陷的SiC单晶。
此外，专利文献5公开了一种SiC单晶的生长方法，其中将具有如下晶面的籽晶用于升华析出法中，所述晶面自垂直于SiC单晶的(0001)基面的面在(000-1)C面方向上具有5°～30°的偏离角。
上述文献教导了：
(1)当使用相对于(000-1)C面方向偏离的面时，与使用相对于(0001)Si面方向偏离的面时相比，几乎不得到具有不同晶体取向的晶粒；
(2)当使用相对于(000-1)C面方向偏离的面时，与垂直于(0001)基面的非极性面相比，很少产生这种颗粒；以及
(3)当相对于(000-1)C面方向的偏离角太大时，易于产生多型的混合物并产生大量晶体缺陷。
a面生长法具有得到具有低螺旋位错密度的SiC单晶的优势。然而，a面生长法的问题在于，倾向于生成几乎与c面平行的高密度叠层缺陷。当在SiC单晶中产生叠层缺陷时，在横穿叠层缺陷的方向上的电阻增大。因此，以高密度具有这种叠层缺陷的SiC单晶不能用作功率器件用半导体。
同时，认为当在将a面生长实施至少一次之后实施c面生长时，能够制造几乎不具有螺旋位错且不具有叠层缺陷的SiC单晶。
为了通过使用利用a面生长和c面生长的组合的方法制造具有大的{0001}面直径的衬底，必须生长在{11-20}面的生长方向和自所述面倾斜90°的{1-100}面的生长方向两个生长方向上都延长的晶体。然而，在{11-20}面生长和{1-100}面生长中，通常在生长面上产生不同取向的晶体或异质多型晶体。
为了解决该问题，如同专利文献5所公开的，提出使用自垂直于基面的面在(000-1)C面方向上具有5°～30°的偏离角的晶面。然而，当偏离角小时，不可能完全抑制不同取向的晶体的产生。当偏离角大时，从籽晶的C面侧的端部向外侧生长的异质多型层随晶体的生长而扩大到生长晶体中。因此，切出{0001}面衬底时的最终收率下降，且难以切出大直径的衬底。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]  日本特开平05-262599号公报
[专利文献2]  日本特开平08-143396号公报
[专利文献3]  日本特开2003-119097号公报
[专利文献4]  日本特开2003-321298号公报
[专利文献5]  日本特开平07-267795号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种SiC单晶、其制造方法、从这种SiC单晶切出的SiC晶片以及半导体器件，所述SiC单晶含有很少不同取向的晶体或很少异质多型晶体且由其能够切出具有大的{0001}面直径的衬底。
为了实现上述目的，本发明制造SiC单晶的方法具有如下构成：
(a)所述制造SiC单晶的方法重复n(n≥2)次a面生长步骤；
(b)第1a面生长步骤是通过使用具有第一生长面的第一籽晶在所述第一生长面上实施SiC单晶的a面生长的步骤，所述第一生长面自(0001)面的偏离角为80°～100°；
(c)第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有第k生长面的第k籽晶，并在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，所述第k生长面的生长方向与第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差45°～135°、且自{0001}面的偏离角为80°～100°；
(d)所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，使得由等式(A)表示的Si面侧小面区域的面积率S小面保持在20%以下，
S小面(%)=S1×100/S2    (A)
其中S1为通过将Si面侧的极性面阶梯投影在第k生长面上而得到的面积的总面积与通过将夹在所述Si面侧的极性面阶梯之间的{1-100}面小面投影在第k生长面上而得到的面积的总面积之和，且
S2是所述第k生长面的总面积。
本发明的SiC单晶是通过本发明的a面生长法而得到的，且在除自外周20%的区域以外的区域内不含不同取向的晶体块或异质多型晶体块。
本发明的SiC晶片是从本发明的SiC单晶切出的，且其最宽的面自{0001}面的偏离角的绝对值为30°以下。
此外，本发明的半导体器件是通过使用本发明的SiC单晶或SiC晶片而制造的。
当实施SiC单晶的a面生长时，形成由{1-100}面小面、Si面侧的极性面阶梯和C面侧的极性面阶梯构成的区域(小面区域)。
在SiC单晶的a面生长的情况下，当使用自{1-100}面的偏离角在预定范围内的晶面作为生长面时，在生长晶体表面的几乎中央部形成小面区域。当将自{11-20}面的偏离角在预定范围内的晶面用作生长面时，在生长晶体表面的两端形成小面区域。在此情况下，倾向于主要从在小面区域内具有Si面侧极性面阶梯的区域(Si面侧小面区域)产生异质多型晶体或不同取向的晶体。
因此，当将在生长面上实施SiC单晶的a面生长，使得由等式(A)表示的Si面侧小面区域的面积率S小面保持在20%以下的步骤重复两次以上时，能够制造含有很少不同取向的晶体或很少异质多型晶体的大直径的a面生长晶体。
附图说明
图1是通过在{1-100}面上生长SiC而得到的生长晶体的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(中下)、透视图(右上)和部分放大的右侧视图(右下)；
图2是通过在{11-20}面上生长SiC而得到的生长晶体的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(中下)和透视图(右上)，以及{11-20}面选择性生长法的概念图(右下)；
图3(a)～3(d)是用于说明仅通过<11-20>正位生长(onset-growth)来扩大{0001}面的直径的方法(Lk<理论最大值)的示意图；
图4(a)～4(d)是用于说明仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径的方法(Lk≈理论最大值)的示意图；
图5(a)～5(c)是用于说明通过<11-20>偏离生长(offset-growth)来扩大{0001}面的直径的方法(Lk<理论最大值)的示意图；
图6(a)～6(c)是用于说明通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径的方法(Lk≈理论最大值)的示意图；
图7(a)～7(m)是用于说明作为{11-20}面选择性生长法的一种的生长晶体残留法的流程图；
图8是以使得在c轴方向上变得不对称的方式在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)；
图9(a)是说明用于降低靠近Si面侧的温度的方法的概念图，图9(b)是说明用于选择性提高生长晶体表面的一部分的SiC气体浓度的方法的概念图，且图9(c)是说明用于生长平坦的{1-100}面的方法的概念图；
图10是通过使用不对称籽晶在{11-20}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)；
图11是通过使用通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶在{1-100}面生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(中中)、透视图(右上)和部分放大的右侧视图(右中)，以及通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶的平面图(左下)；
图12是已平坦生长{1-100}面的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)；
图13是以使得其在{0001}面方向变得凸起并对c面方向的中心变得对称的方式在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(中下)和透视图(右上)，以及显示“r”与“L”之间的关系的示意图(右下)；
图14是以使得其在{0001}面方向变得凸起并对c面方向的中心变得不对称的方式在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)；
图15是通过使用氮掺杂量下降的生长法在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)；
图16(a)、16(b)和16(c)分别是通过使用本发明的a面生长法制造的SiC单晶的平面图、正视图和透视图；
图17(a)和17(b)是在a面上生长的SiC单晶中形成的{1-100}面的小面痕迹的示意图，且图17(c)和17(d)是包含Si面侧极性面阶梯的{1-100}面的小面痕迹(条状小面痕迹)的示意图；
图18是显示Si面侧小面区域的面积率与生长面内所占的不同取向的晶体或异质多型晶体的面积率之间的关系的图；
图19是通过使用通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶在{11-20}面上生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(中中)、透视图(右上)和部分放大的右侧视图(右中)，以及通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶的平面图(左下)；
图20是通过使用通过将虚拟籽晶临近主籽晶放置而得到的籽晶在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(右中)和透视图(右上)，以及通过将虚拟籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面图(左下)；且
图21是通过使用通过将虚拟籽晶临近主籽晶放置而得到的籽晶在{11-20}面上生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(右中)和透视图(右上)，以及通过将虚拟籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面图(左下)。
具体实施方式
下文中将对本发明的优选实施方式进行详细说明。
[1.术语的定义]
[1.1.a面生长]
术语“生长面”是指用于生长由SiC构成的新单晶的籽晶的面。
术语“a面生长”是指通过使用自{11-20}面或{1-100}面的偏离角在预定范围内的面作为生长面来生长由SiC构成的新单晶。
术语“{11-20}面生长(或<11-20>生长)”是指通过使用自{11-20}面的偏离角在预定范围内的面作为生长面来生长由SiC构成的新单晶。
术语“{1-100}面生长(或<1-100>生长)”是指通过使用自{1-100}面的偏离角在预定范围内的面作为生长面来生长由SiC构成的新单晶。
术语“生长方向”是指SiC单晶的宏观生长方向，通常是垂直于SiC籽晶的底面的方向或垂直于固定所述SiC籽晶的籽晶底座的方向。
[1.2.偏离角]
术语“自{0001}面的偏离角”是指籽晶生长面的法线矢量与{0001}面的法线矢量之间的角。
术语“自{11-20}面的偏离角”是指通过将籽晶生长面的法线矢量投影在{0001}面上而得到的矢量b与在{0001}面内的<11-20>轴中与矢量b形成的角最小的<11-20>轴之间的角。在此情况下，术语“正偏离角”是指在以<11-20>轴作为基准的条件下矢量b在顺时针方向上。
术语“自{1-100}面的偏离角”是指通过将籽晶生长面的法线矢量投影在{0001}面上而得到的矢量b'与在{0001}面内的<1-100>轴中与矢量b'形成的角最小的<1-100>轴之间的角。在此情况下，术语“正偏离角”是指在以<1-100>轴作为基准的条件下矢量b'在顺时针方向上。
[1.3.小面区域]
图1显示了通过在{1-100}面上生长SiC而得到的生长晶体的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(中下)、透视图(右上)和部分放大的右侧视图(右下)。
α型SiC单晶具有由{0001}面(c面)代表的极性面和非极性面如{11-20}面和{1-100}面。将{0001}面分为由(000-1)面表示的碳原子露出的面(C面)和由(0001)面表示的硅原子露出的面(Si面)。碳原子和硅原子两者都从{11-20}面和{1-100}面露出。
当在a面上生长SiC时，具有最小表面能的{1-100}面小面呈现在生长晶体的表面上。{1-100}面小面呈现在几乎垂直于<1-100>轴的表面上。
例如，当在{1-100}面上生长SiC时，{1-100}面小面呈现在生长晶体表面的几乎中央部，如图1中所示。同时，当在{11-20}面上生长SiC时，{1-100}面小面呈现在生长晶体的表面的两端(自<11-20>轴倾斜30°的方向)，如图2中所示。
生长晶体的表面通常是弯曲的。这是因为，生长晶体的表面倾向于符合弯曲的等温面。由于{1-100}面小面是平面，所以在几乎垂直于<1-100>轴的位置中的整个弯曲表面不能被{1-100}面小面覆盖。a面生长不是如c面生长一样在阶梯在小面面内方向上扩展的同时进行生长的螺旋生长，而是阶梯在小面内的各个点处在垂直于小面的方向上伸展的生长。因此，与{0001}面小面不同，在{1-100}面小面内易于形成阶梯。因此，在a面生长期间的生长晶体的弯曲表面上，除了沿<0001>方向的曲面设置多个平坦的{1-100}面小面之外，在{1-100}面小面之间通常还形成平行于{0001}面的极性面阶梯。
极性面阶梯的法线矢量不一定完全平行于<0001>轴。认为在大部分情况下其向<1-100>轴方向倾斜。至于在{1-100}面小面之间形成的极性面阶梯，自生长晶体的表面的顶点处的{1-100}面小面，在C面侧方向上的阶梯和在Si面侧方向上的阶梯在相反方向上取向。
术语“C面侧的极性面阶梯”是指在{1-100}面小面之间形成的极性面阶梯中具有向C面侧倾斜的面(即，其法线矢量具有[000-1]方向分量的面)的阶梯。
术语“Si面侧的极性面阶梯”是指在{1-100}面小面之间形成的极性面阶梯中具有向Si面侧倾斜的面(即，其法线矢量具有[0001]方向分量的面)的阶梯。
术语“小面区域”是指包含{1-100}面小面、C面侧的极性面阶梯和Si面侧的极性面阶梯的区域。
术语“Si面侧小面区域”是指在小面区域内，包含Si面侧的极性面阶梯和夹在Si面侧的极性面阶梯之间的{1-100}面小面的区域。
[2.制造SiC单晶的方法(1)]
根据本发明第一实施方式的制造SiC单晶的方法具有如下构成：
(a)所述制造SiC单晶的方法重复n(n≥2)次a面生长步骤；
(b)第1a面生长步骤是通过使用具有第一生长面的第一籽晶在所述第一生长面上实施SiC单晶的a面生长的步骤，所述第一生长面自(0001)面的偏离角为80°～100°；
(c)第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有第k生长面的第k籽晶，并在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，所述第k生长面的生长方向与第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差45°～135°、且自{0001}面的偏离角为80°～100°；
(d)所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，使得由等式(A)表示的Si面侧小面区域的面积率S小面保持在20%以下，
S小面(%)=S1×100/S2    (A)
其中S1为通过将Si面侧的极性面阶梯投影在第k生长面上而得到的面积的总面积与通过将夹在所述Si面侧的极性面阶梯之间的{1-100}面小面投影在第k生长面上而得到的面积的总面积之和，且
S2是所述第k生长面的总面积。
[2.1.a面生长步骤]
根据本实施方式的制造SiC单晶的方法重复n(n≥2)次a面生长步骤。在第二次之后的a面生长步骤中，使用从在先前的a面生长步骤中得到的生长晶体切出的籽晶。
用于第k a面生长步骤(1≤k≤n)的第k籽晶具有第k生长面，所述第k生长面自{0001}面的偏离角为80°～100°。当自第k生长面的{0001}面的偏离角小于80°或大于100°时，切出{0001}面衬底时的最终收率下降。自第k生长面的{0001}面的偏离角更优选大于85°～小于95°。
第k a面生长步骤(2≤k≤n)的生长方向相对于第(k-1)a面生长步骤的生长方向应在45°～135°的范围内，只要将Si面侧小面区域的面积率S小面保持在预定范围内即可。
为了得到能够从其切出含有很少不同取向的晶体或很少异质多型晶体、具有大的{0001}面直径的衬底的SiC单晶，第k a面生长步骤(2≤k≤n)的生长方向优选为：
(1)与其中实施{11-20}面生长的第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约60°或约120°的方向({11-20}面选择性生长法)；或
(2)与其中实施{11-20}面生长或{1-100}面生长的第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约90°的方向({11-20}面和{1-100}面交替生长法。下文中简称作“交替生长法”)。
[2.2.Si面侧小面区域的面积率S小面]
当在a面上生长SiC单晶时，通常在生长晶体中产生不同取向的晶体或异质多型晶体。本发明的发明人已经进行了大量生长实验并对产生位点进行了统计。结果发现，在大部分情况下产生不同取向的晶体或异质多型晶体的位点处于小面区域内，如图1中所示。还发现，主要在小面区域中的Si面侧小面区域中产生这些晶体。在图1中所示的{1-100}面生长中，由于通常不对生长面的形状进行控制，所以Si面侧小面区域具有30%～40%的大面积率。在此情况下，不同取向的晶体或异质多型晶体的产生概率非常高且这些晶体对生长面的面积率明显提高，如图18中所示。一旦产生不同取向的晶体或异质多型晶体，则随着生长的进行，它们可能最大扩大至Si面侧小面区域的尺寸。因此，这对于制造大直径的a面生长衬底是要解决的严重问题。
尽管产生不同取向的晶体或异质多型晶体的详细原因未知，但可设想如下。
即，如图1中所示，当在a面上生长SiC时，在生长晶体的表面上形成包含极性面阶梯的小面区域。据认为，当像这样形成极性面阶梯时，即使晶体的主要生长面在<11-20>方向或<1-100>方向上，在极性面阶梯中仍产生<0001>方向的生长成分。当生长晶体的表面垂直于{0001}面时，由于在晶体多型的层在晶体表面露出的同时生长晶体，所以异质多型难以产生。
然而，在a面生长中，如果在生长晶体的表面上产生<0001>方向的生长成分，则在晶体表面上不存在<0001>方向上的贯通型螺旋位错，所述贯通型螺旋位错是用于在<0001>方向上传输晶体多型的阶梯供应源。因此认为，异质多型在极性面阶梯上产生并且作为不同取向的晶体***糙。
此外据称，在SiC单晶的生长中，在露出Si面的籽晶上难以生长4H多型SiC。认为如下事实与此相关：在Si面侧小面区域中通常产生不同取向的晶体或异质多型晶体。
在本发明中，在第k a面生长步骤中(1≤k≤n)中，在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，使得由上述等式(A)表示的Si面侧小面区域的面积率S小面保持在20%以下。因此，不同取向的晶体或异质多型晶体的产生频率和这些晶体的尺寸可以明显下降，如图18中所示。此外，由于收率提高，所以能够从得到的生长晶体切出具有大的{0001}面直径的衬底。
不同取向的晶体或异质多型晶体的产生频率以及扩大程度随S小面变大而变大。因此，为了降低产生频率并防止扩大，Si面侧小面区域的面积率S小面越小越好。S小面更优选为10%以下，更优选5%以下。
为了在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时在不降低收率的条件下制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底，必须在<0001>轴方向上自a面不提供大偏离角的条件下将会变为不同取向的晶体或异质多型晶体的产生区域的Si面侧小面区域的面积率S小面保持在小值下的同时，在至少两个不同方向上生长衬底且实施二维扩大。
实现这种低S小面值的方法包括：
(1)通过将小面区域自身的形成面积缩小来降低Si面侧小面区域的面积的方法；或
(2)降低Si面侧小面区域对小面区域之比的方法。
作为具体手段，如下方法是有效的。
[3.a面生长法的实例(1)：{11-20}面选择性生长法]
[3.1.概述]
用于在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底的第一实例是{11-20}面选择性生长法。
{11-20}面选择性生长法是其中在与作为基准的{11-20}面相差约60°或约120°的方向上重复a面生长的方法。
即，{11-20}面选择性生长法是如下方法：所述第1a面生长步骤是通过使用具有所述第一生长面的所述第一籽晶在{11-20}面上生长所述SiC单晶的步骤，所述第一生长面自{11-20}面的偏离角θ1为-15°～15°，且
所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在所述第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有所述第k生长面的所述第k籽晶，并通过使用所述第k籽晶在{11-20}面上生长所述SiC单晶，所述第k生长面的生长方向与所述第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约60°或约120°、且自所述{11-20}面的偏离角θk为-15°～15°。
通过重复这种生长，制造在{0001}面方向上具有更大长度的第k籽晶以提高直径。
图2显示了通过在{11-20}面上生长SiC而得到的生长晶体的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(中下)和透视图(右上)，以及{11-20}面选择性生长法的概念图(右下)。
当在{11-20}面上生长SiC单晶时，如图2的左下图中所示，在生长晶体的表面的两端(即，相对于<11-20>轴倾斜30°的方向)呈现小面区域。另外，与{1-100}面生长相比，小面区域自身的形成面积大大减小。结果，Si面侧小面区域的面积随此而变小，且能够在将S小面保持在20%以下的同时生长SiC单晶。另外，由于Si面侧小面区域形成在生长的晶体的端部，所以在生长晶体的中央部产生不同取向的晶体或异质多型晶体的概率极低。此外，通常，与籽晶相比，生长晶体通常在扩大的同时生长。然而，在{11-20}面生长中，通常在生长晶体的扩大部分中形成小面区域。在此情况下，在籽晶正上方的生长晶体中几乎能够完全抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生。
因此，如图2的右下图中所示，当选择性地重复{11-20}面生长时，能够在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时，确实地制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底。
[3.2.偏离角θk]
在第k a面生长步骤中(1≤k≤n)，自第k生长面的{11-20}面的偏离角θk应为-15°～15°。当θk的绝对值大于15°时，生长方向变得接近于<1-100>方向，由此小面区域的形成面积扩大。由此，在生长晶体的中心部产生不同取向的晶体或异质多型晶体的概率变高。
偏离角θk可以为零。然而，在{11-20}面选择性生长法中，制造具有预定的{0001}面直径的a面生长衬底所需要的重复次数大于交替生长法的重复次数。因此，优选以在重复次数少的条件下得到具有大的{0001}面直径的a面生长衬底的方式选择最佳的偏离角θk。为此，第k生长面的偏离角θk和第(k+1)生长面的偏离角θk+1(1≤k≤n-1)具有相反的符号且其旋转方向优选为增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生长面的{0001}面方向的长度Lk+1的方向。通过轻微提高θk和θk+1能够大大减少重复次数。
θk的绝对值不一定需要与θk-1的绝对值相同。然而，当|θk-1|=|θk|(2≤k≤n)时，偏离角中的一个不会变得极大。结果，{1-100}面小面难以扩大，且可进一步抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生。
为了有效制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底，所述第k a面生长步骤(1≤k≤n-1)优选是如下步骤：在所述第k生长面上实施SiC的{11-20}面生长，使得如下表达式(1)的关系成立，
Hk＞Lksin(60°+|θk|+|θk+1|)    (1)
其中Hk是在第k a面生长步骤中的生长高度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk和θk+1具有相反的符号且其旋转方向是增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生长面的{0001}面方向的长度Lk+1的方向。
所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)优选是如下步骤：从所述第(k-1)生长晶体切出具有如下表达式(2)的关系的第k籽晶，并在所述第k生长面上实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，
Lk≈Hk-1/cos(30°-|θk-1|-|θk|)    (2)
其中Hk-1是在第(k-1)a面生长步骤中的生长高度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk-1和θk具有相反的符号且其旋转方向是增大Lk的方向。
此处，表达式(1)显示，将SiC单晶生长至至少得到在{0001}面方向的长度Lk+1大于Lk的第(k+1)籽晶所需要的高度Hk。
表达式(2)显示，从得到的第(k-1)生长晶体切出Lk几乎等于表达式(2)的右边的第k籽晶。在表达式(2)中，“≈”是指Lk不一定需要完全等于表达式(2)的右边且在切出第k籽晶时可以存在由各种原因造成的误差(例如，第k籽晶的外周部的倒角和切出籽晶时的角度误差)。
可以从第(k-1)生长晶体切出Lk大于Lk-1且小于表达式(2)的右边的第k籽晶。
表达式(1)和(2)不一定同时满足。然而，当实施籽晶的切出和晶体的生长而同时满足表达式(1)和(2)时，能够在重复次数少的条件下制造具有相对大的{0001}面直径的a面生长衬底。
为了更有效地制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底，所述第k a面生长步骤(1≤k≤n-1)优选是如下步骤：在所述第k生长面上实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，使得满足如下表达式(3)，
Hk≥Lktan(60°+|θk|+|θk+1|)    (3)
其中Hk是在第k a面生长步骤中的生长高度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk和θk+1具有相反的符号且其旋转方向是增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生长面的{0001}面方向的长度Lk+1的方向。
所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)优选是如下步骤：从第(k-1)生长晶体切出第k籽晶使得满足如下表达式(4)，并在第k生长面上实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，
Lk≈Lk-1/sin(30°-|θk-1|-|θk|)    (4)
其中Lk-1是在第(k-1)籽晶的第(k-1)生长面的(0001)面方向的长度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk-1和θk具有相反的符号且其旋转方向是增大Lk的方向。
此处，表达式(3)显示，将SiC单晶生长至至少从第k生长晶体切出具有最大Lk+1的第(k+1)籽晶所需要的生长高度Hk。
表达式(4)显示，从得到的第(k-1)生长晶体切出具有最大Lk的第k籽晶。在表达式(4)中，“≈”是指Lk不一定需要完全等于理论最大值且在切出第k籽晶时可以存在由各种原因造成的误差(例如，第k籽晶的外周部的倒角和切出籽晶时的角度误差)。
可以从第(k-1)生长晶体切出Lk大于Lk-1且小于表达式(4)的右边的第k籽晶。
表达式(3)和表达式(4)不一定需要同时满足。然而，当实施籽晶的切出和晶体的生长而同时满足表达式(3)和(4)时，能够在重复次数少的条件下制造具有相对大的{0001}面直径的a面生长衬底。使用表达式(3)和表达式(4)的a面生长法的优势在于，与使用表达式(1)和表达式(2)的a面生长法相比，能够在重复次数更少的条件下制造具有更大的{0001}面直径的a面生长衬底。
[3.3.{0001}面的直径扩大的实例]
下文中将对通过使用{11-20}面选择性生长法来扩大{0001}面的直径的具体方法进行详细说明。
[3.3.1仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径(1)]
第一实例是仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径的方法，其中切出尺寸比理论上能够取出的尺寸更小的籽晶并重复在籽晶的{11-20}面上的生长。术语“<11-20>正位生长”是指使用θk=0的籽晶的{11-20}面生长。图3显示了仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径的方法(Lk<理论最大值)的示意图。
如图3(a)中所示，首先准备第一籽晶10a，其第一生长面为(11-20)面且其在第一生长面的{0001}面方向的长度为L1。用于切出第一籽晶10a的SiC单晶的历史没有特别限制且可以使用具有各种历史的SiC单晶。
然后，通过使用该第一籽晶10a在第一生长面上生长SiC单晶。此时，生长SiC单晶，直至H1>L1sin60°。SiC单晶的生长方法没有特别限制且可以使用已知的方法(例如升华析出法)。从得到的第一生长晶体12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶10b的第二生长面为(2-1-10)面且其在第二生长面的{0001}面方向的长度为L2(≈H1/cos30°)。
然后，如图3(b)中所示，通过使用第二籽晶10b在第二生长面上生长SiC单晶，直至H2>L2sin60°。从得到的第二生长晶体12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶10c的第三生长面为(1-210)面且其在第三生长面的{0001}面方向的长度为L3(≈H2/cos30°)。
然后，如图3(c)中所示，通过使用第三籽晶10c在第三生长面上生长SiC单晶，直至H3>L3sin60°。从得到的第三生长晶体12c切出第四籽晶10d，所述第四籽晶10d的第四生长面为(-1-210)面且其在第四生长面的{0001}面方向的长度为L4(≈H3/cos30°)。
最后，如图3(d)中所示，通过使用第四籽晶10d在第四生长面上生长SiC单晶，直至H4=L4。由此得到{0001}面的直径为约L4的a面生长衬底。
如上所述，每次重复<11-20>正位生长，{0001}面的直径都扩大。另外，Si面侧小面区域始终形成在生长晶体的端部。因此，能够在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时，制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底。
在图3中所示的实例中，将{11-20}面生长实施总共四次。{11-20}面生长的重复次数不限于四次且能够根据{0001}面所需要的直径选择最佳重复次数。
[3.3.2仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径(2)]
第二实例是仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径的方法，其中切出具有理论上能够取出的最大尺寸的籽晶并重复在籽晶的{11-20}面上的生长。图4显示了仅通过<11-20>正位生长来扩大{0001}面的直径的方法(Lk≈理论最大值)的示意图。
如图4(a)中所示，首先准备第一籽晶10a，其第一生长面为(11-20)面且其在第一生长面的{0001}面方向的长度为L1。用于切出第一籽晶10a的SiC单晶的历史没有特别限制且可以使用具有各种历史的SiC单晶。
然后，通过使用该第一籽晶10a在第一生长面上生长SiC单晶。此时，生长SiC单晶，直至H1≥L1tan60°。SiC单晶的生长方法没有特别限制且可以使用已知的方法(例如升华析出法)。从得到的第一生长晶体12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶10b的第二生长面为(2-1-10)面且其在第二生长面的{0001}面方向的长度为L2(≈L1/sin30°)。
然后，如图4(b)中所示，通过使用第二籽晶10b在第二生长面上生长SiC单晶，直至H2≥L2tan60°。从得到的第二生长晶体12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶10c的第三生长面为(1-210)面且其在第三生长面的{0001}面方向的长度为L3(≈L2/sin30°)。
然后，如图4(c)中所示，通过使用第三籽晶10c在第三生长面上生长SiC单晶，直至H3≥L3tan60°。从得到的第三生长晶体12c切出第四籽晶10d，所述第四籽晶10d的第四生长面为(-1-210)面且其在第四生长面的{0001}面方向的长度为L4(≈L3/sin30°)。
最后，如图4(d)中所示，通过使用第四籽晶10d在第四生长面上生长SiC单晶，直至H4=L4。由此得到{0001}面的直径为约L4的a面生长衬底。
如上所述，每次重复<11-20>正位生长，{0001}面的直径都扩大。另外，Si面侧小面区域始终形成在生长晶体的端部。因此，能够在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时，制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底。当生长SiC单晶，直至Lk变为理论上的最大值时，能够在重复次数更少的条件下制造具有大的(0001)面直径的a面生长衬底。
在图4中所示的实例中，将{11-20}面生长实施总共四次。{11-20}面生长的重复次数不限于四次且能够根据{0001}面所需要的直径选择最佳重复次数。
[3.3.3通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径(3)]
第三实例是通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径的方法，其中切出尺寸比理论上能够取出的尺寸更小的籽晶并重复在籽晶的{11-20}面上的生长。术语“<11-20>偏离生长”是指使用满足θk≠0的籽晶的{11-20}面生长。图5显示了通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径的方法(Lk<理论最大值)的示意图。
如图5(a)中所示，首先准备第一籽晶10a，所述第一籽晶10a的生长方向为[11-20]方向、其第一生长面具有θ1的偏离角且其在第一生长面的{0001}面方向的长度为L1。用于切出第一籽晶10a的SiC单晶的历史没有特别限制且可以使用具有各种历史的SiC单晶。
然后，通过使用该第一籽晶10a在第一生长面上生长SiC单晶。此时，生长SiC单晶，直至H1＞L1sin(60°+|θ1|+|θ2|)。SiC单晶的生长方法没有特别限制且可以使用已知的方法(例如升华析出法)。从得到的第一生长晶体12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶10b的生长方向为[2-1-10]方向、其第二生长面具有θ2的偏离角且其在第二生长面的{0001}面方向的长度为L2(≈H1/cos(30°-|θ1|-|θ2|)。在此情况下，θ1和θ2具有相反的符号且以增大L2的方式选择其旋转方向。
然后，如图5(b)中所示，通过使用第二生长籽晶10b在第二生长面上生长SiC单晶，直至H2＞L2sin(60°+|θ2|+|θ3|)。从得到的第二生长晶体12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶10c的生长方向为[11-20]方向、其第三生长面具有θ3的偏离角且其在第三生长面的{0001}面方向的长度为L3(≈H2/cos(30°-|θ2|-|θ3|)。在此情况下，θ2和θ3具有相反的符号且以增大L3的方式选择其旋转方向。
最后，如图5(c)中所示，通过使用第三籽晶10c在第三生长面上生长SiC单晶，直至H3=L3。由此得到{0001}面的直径为约L3的a面生长衬底。
如上所述，每次重复<11-20>偏离生长，{0001}面的直径都扩大。另外，Si面侧小面区域始终形成在生长晶体的端部。因此，能够在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时，制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底。能够在偏离生长的重复次数少于正位生长的重复次数的条件下制造具有大的(0001)面直径的a面生长衬底。
在图5中所示的实例中，将{11-20}面生长实施总共三次。{11-20}面生长的重复次数不限于三次且能够根据{0001}面所需要的直径选择最佳重复次数。
[3.3.4通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径(4)]
第四实例是通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径的方法，其中切出具有理论上能够切出的最大尺寸的籽晶并重复在籽晶的{11-20}面上的生长。图6显示了通过<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径的方法(Lk≈理论最大值)的示意图。
如图6(a)中所示，首先准备第一籽晶10a，所述第一籽晶10a的生长方向为[11-20]方向、其第一生长面具有θ1的偏离角且其在第一生长面的{0001}面方向的长度为L1。用于切出第一籽晶10a的SiC单晶的历史没有特别限制且可以使用具有各种历史的SiC单晶。
然后，通过使用该第一籽晶10a在第一生长面上生长SiC单晶。此时，生长SiC单晶，直至H1≥L1tan(60°+|θ1|+|θ2|)。SiC单晶的生长方法没有特别限制且可以使用已知的方法(例如升华析出法)。从得到的第一生长晶体12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶10b的生长方向为[2-1-10]方向、其第二生长面具有θ2的偏离角且其在第二生长面的{0001}面方向的长度为L2(≈L1/sin(30°-|θ1|-|θ2|)。在此情况下，θ1和θ2具有相反的符号且以增大L2的方式选择其旋转方向。
然后，如图6(b)中所示，通过使用第二籽晶10b，在第二生长面上生长SiC单晶，直至H2≥L2tan(60°+|θ2|+|θ3|)。从得到的第二生长晶体12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶10c的生长方向为[11-20]方向、其第三生长面具有θ3的偏离角且其在第三生长面的{0001}面方向的长度为L3(≈L2/sin(30°-|θ2|-|θ3|)。在此情况下，θ2和θ3具有相反的符号且以增大L3的方式选择其旋转方向。
最后，如图6(c)中所示，通过使用第三籽晶10c在第三生长面上生长SiC单晶，直至H3=L3。由此得到{0001}面的直径为约L3的a面生长衬底。
如上所述，每次重复<11-20>偏离生长，{0001}面的直径都扩大。另外，Si面侧小面区域始终形成在生长晶体的端部。因此，能够在抑制不同取向的晶体或异质多型晶体的产生的同时，制造具有大的{0001}面直径的a面生长衬底。当实施SiC单晶的偏离生长，直至Lk变为理论上的最大值时，能够在重复次数更少的条件下制造具有更大的(0001)面直径的a面生长衬底。
在图6所示的实例中，将{11-20}面生长实施总共三次。{11-20}面生长的重复次数不限于三次且能够根据{0001}面所需要的直径选择最佳重复次数。
[3.3.5通过<11-20>正位生长或<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径：生长晶体残留法(5)]
第五实例是通过<11-20>正位生长或<11-20>偏离生长来扩大{0001}面的直径的方法，其中将大部分生长晶体直接用作籽晶(生长晶体残留法)。
具体地，生长晶体残留法是如下方法：所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：对在所述第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体沿所述第k生长面进行切割，使得所述第(k-1)生长晶体的大部分残留，并通过使用所述第k生长面露出的所述第(k-1)生长晶体作为所述第k籽晶实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，所述第k生长面的生长方向与所述第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约60°或约120°、且自所述{11-20}面的偏离角θk为-15°～15°。
图7显示了作为{11-20}面选择性生长法的一种的生长晶体残留法的流程图。
如图7(a)中所示，首先准备第一籽晶10a。所述第一籽晶10a应具有第一生长面，所述第一生长面自{11-20}面的偏离角θ1为-15°～15°。在图7(a)中所示的实例中，第一籽晶10a为θ1=0的正位衬底。此外，第一籽晶10a可以为以使得第一生长面露出的方式从锭薄切的衬底，或可以为其表面已经被加工而使得第一生长面露出的锭。
使用该第一籽晶10a以在[11-20]方向上在{11-20}面上生长SiC单晶(第1a面生长步骤)。由此，如图7(b)中所示，得到第一生长晶体12a。在此情况下，可在第一生长晶体12a的两端分别生长不同取向的晶体或异质多型晶体14a和16a。
然后，如图7(b)中所示，对包含第一籽晶10a的第一生长晶体12a沿第二生长面(M2线)进行切割，所述第二生长面具有与第1a面生长步骤的生长方向相差约60°或约120°的生长方向并且自{11-20}面的偏离角θ2为-15°～15°。优选以不同取向的晶体或异质多型晶体14a和16a不在第二生长面上露出且第一生长晶体12a(+第一籽晶10a)的大部分残留的方式选择M2线的位置。
还可以对第一生长晶体12a(+第一籽晶10a)沿如下线进行切割：
(1)轮廓线(N2线)，其用于使得直径扩大之后的晶体的形状接近于作为目的的最终形状(图7的实例中的圆形)和/或
(2)变为第三生长面的线(M3线)。
然后，在对第一生长晶体12a(+第一籽晶10a)沿M2线并任选地沿N2线和M3线进行切割之后，如图7(c)中所示，将得到的晶体直接用作第二籽晶10b以在[2-1-10]方向上在{11-20}面上生长SiC单晶(第2a面生长步骤)。由此，如图7(d)中所示，得到第二生长晶体12b。此外，在此情况下，可在第二生长晶体12b的两端分别生长不同取向的晶体或异质多型晶体14b和16b。
然后，类似地重复如下步骤：
(1)对第二生长晶体12b(+第二籽晶10b)沿第三生长面(M3线)并任选地沿轮廓线(N3线、N'3线)进行切割，使得第二生长晶体12b(+第二籽晶10b)的大部分残留的步骤(图7(e))；
(2)通过将第二生长晶体12b(+第二籽晶10b)直接用作第三籽晶10c而在[1-210]方向上在{11-20}面上生长SiC的步骤(图7(f))；
(3)对第三生长晶体12c(+第三籽晶10c)沿第四生长面(M4线)并任选地沿轮廓线(N4线)进行切割，使得第三生长晶体12c(+第三籽晶10c)的大部分残留的步骤(图7(g))；
(4)通过将第三生长晶体12c(+第三籽晶10c)直接用作第四籽晶10d而在[-1-120]方向上在{11-20}面上生长SiC的步骤(图7(h))；
(5)对第四生长晶体12d(+第四籽晶10d)沿第五生长面(M5线)并任选地沿轮廓线(N5线)进行切割，使得第四生长晶体12d(+第四籽晶10d)的大部分残留的步骤(图7(i))；以及
(6)通过将第四生长晶体12d(+第四籽晶10d)直接用作第五籽晶10e而在[-2110]方向上在{11-20}面上生长SiC的步骤(图7(j))。
此外，实施如下步骤：
(7)对第五生长晶体12e(+第五籽晶10e)沿第六生长面(M6线)并任选地沿轮廓线(N6线)进行切割，使得第五生长晶体12e(+第五籽晶10e)的大部分残留的步骤(图7(k))；以及
(8)通过将第五生长晶体12e(+第五籽晶10e)直接用作第六籽晶10f而在[-12-10]方向上在{11-20}面上生长SiC的步骤(图7(l))。
最后，对第六生长晶体12f进行成形以得到如图7(m)中所示的圆形SiC单晶12g。
生长晶体残留法能够减少直至制造具有大直径的{0001}面的生长次数。
此外，通常，当通过使用在生长面内{0001}面方向的长度L大的籽晶生长晶体时，应力变大且生长晶体倾向于破裂。与此相比，由于使用具有相对大的L的籽晶的生长次数减少，所以生长晶体残留法能够降低破裂的概率。
[3.4.减少异质多型晶体或不同取向的晶体的其他方法]
由于在{11-20}面选择性生长法中Si面侧小面区域形成在生长晶体的端部，所以仅通过该方法可得到高品质单晶。当将后述方法中能够应用于{11-20}面生长的一种或多种方法与{11-20}面的选择性生长法组合使用时，能够进一步降低异质多型晶体或不同取向的晶体的产生概率。
[4.a面生长法的实例(2)：交替生长法]
[4.1.概述]
交替生长法是交替地重复{11-20}面生长和{1-100}面生长，其中{1-100}面生长的生长方向与{11-20}面生长的生长方向相差约90°。
即，交替生长法是如下方法：所述第1a面生长步骤是通过使用具有第一生长面的第一籽晶实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤，所述第一生长面自{1-100}面或{11-20}面的偏离角θ1为-15°～15°，且
所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在所述第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有所述第k生长面的所述第k籽晶，并使用所述第k籽晶实施所述SiC单晶的{11-20}面生长或{1-100}面生长，所述第k生长面的生长方向与所述第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约90°、且自所述{11-20}面或{1-100}面的偏离角θk为-15°～15°。
通过重复上述生长，能够依次制造在{0001}面方向的长度更大的第k籽晶而提高直径。
由于上面已经对偏离角θk进行了详细描述，所以省略其说明。
当实施{1-100}面生长时，小面区域形成在生长晶体的表面的几乎中央部。因此，为了得到高品质的晶体，必须在{1-100}面生长时采取将Si面侧小面区域的面积率S小面保持在预定范围内的另外的手段。
同时，当实施{11-20}面生长时，小面区域形成在生长晶体的表面的端部，且S小面自然变小并能够保持在预定范围内。因此。为了得到高品质晶体，不一定需要采取将Si面侧小面区域的面积率S小面保持在预定范围内的另外的手段。然而，当采取这种手段时，能够进一步降低不同取向的晶体或异质多型晶体的产生概率。
这种手段包括如下手段。下述手段可以单独使用或以两种以上组合的方式使用，只要其物理上可行即可。
[4.2降低Si面侧小面区域的面积率S小面的方法]
[4.2.1c轴方向的不对称生长法]
降低Si面侧小面区域的面积率S小面的手段的第一实例是c轴方向的不对称生长法。
即，c轴方向的不对称生长法是如下方法：所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长，使得{1-100}面小面的最顶部相对于所述第k生长面的c轴方向的中心位于靠近Si面侧。
此处，术语“c轴方向的中心”是指垂直于{0001}面的线与生长晶体的表面之间的交点的中心。
图8显示了以使得其在c轴方向上不对称生长的方式在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)。
如图8中所示，当在{1-100}面生长时{0001}面小面的最顶部相对于c轴方向的中心位于靠近Si面侧时，能够降低Si面侧小面区域的面积。结果，能够抑制由于不同取向的晶体或异质多型晶体的产生而造成的生长晶体的劣化。
尽管未示出，但是当在{11-20}面生长时{0001}面小面的最顶部也位于靠近Si面侧时，能够进一步降低Si面侧小面区域的面积。可以将c轴方向上的不对称生长应用于{1-100}面生长和{11-20}面生长中的一者或两者。
关于c轴方向上的不对称生长，存在各种方法。第一种方法是在{1-100}面生长或{11-20}面生长时使得Si面侧的温度低于c轴方向的中心处的温度。
降低Si面侧的温度的方法是如下方法：所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长，使得相对于所述第k生长面的c轴方向的中心，靠近Si面侧的温度变得低于所述c轴方向的中心处的温度。
作为降低靠近Si面侧的温度的方法，例如，存在图9(a)中所示的方法。即，将原料24装入坩埚22中，并将籽晶26固定在坩埚22的顶部。已知的是，当生长SiC单晶时，必须将生长面保持为特定程度的凸起。为此，对坩埚结构进行设计，对坩埚在炉子中的位置进行调节，且在坩埚内的单晶附近在坩埚中心附近的温度变得最低。尽管在图中未显示坩埚的详细结构，但推测采用其中坩埚中心附近的温度变得最低的结构。因此，当籽晶26的中心从坩埚22的中心发生位移、且将Si面侧移动从而接近坩埚22的中心时，靠近Si面侧的温度下降。结果，生长晶体30的{1-100}面小面的最顶部位移至靠近Si面侧。由此，Si面侧小面区域的面积减小。
实施c轴方向的不对称生长的第二种方法是如下方法：在{1-100}面生长或{11-20}面生长时，使得靠近Si面侧的SiC气体浓度高于c轴方向的中心处的浓度。
提高靠近Si面侧的SiC气体浓度的方法是如下方法：所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长，使得相对于所述第k生长面的c轴方向的中心，靠近Si面侧的SiC气体浓度变得高于所述c轴方向的中心处的浓度。
作为提高靠近Si面侧的SiC气体浓度的方法，例如，存在图9(b)中所示的方法。即，将原料24装入坩埚22中，并将籽晶26固定在坩埚22的顶部。此外，将升华气体导管28设置在原料24的上部，从而优先向生长晶体表面的特定位点供应SiC气体。此时，当以优先将SiC气体供应至靠近Si面侧的方式设置升华气体导管28的端部时，在升华气体导管28的端部附近的SiC气体的浓度变得最高。结果，生长晶体30的{1-100}面小面的最顶部位移至靠近Si面侧。此外，Si面侧小面区域的面积由此减小。
实施c轴方向的不对称生长的第三种方法是其中将靠近Si面侧的长度大的不对称籽晶用作{11-20}面生长时的籽晶的方法。
即，使用不对称籽晶的方法是如下方法：当所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是实施所述SiC单晶的{11-20}面生长的步骤时，所述第k a面生长步骤是通过使用所述第k籽晶实施所述SiC的{11-20}面生长的步骤，所述第k籽晶相对于c轴方向的中心在靠近Si面侧的长度大于靠近C面侧的长度。
图10显示了通过使用不对称籽晶在{11-20}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)。
如上所述，在{11-20}面生长时在生长晶体的两端形成小面区域。此时，如图10中所示，当使得在籽晶的靠近Si面侧的长度变大时，小面区域位移至靠近Si面侧且{1-100}面小面的最顶部同时位移至靠近Si面侧。因此，与使用对称籽晶时相比，Si面侧小面区域的面积减小。
[4.2.2.Si面侧极性面阶梯消灭法(接合的籽晶)]
降低Si面侧小面区域的面积率S小面的手段的第二实例是消灭Si面侧极性面阶梯自身的方法。
即，Si面侧极性面阶梯消灭法是如下方法：所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是通过使用所述第k籽晶实施SiC的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤，所述第k籽晶是通过将至少两个籽晶片段以其Si面彼此相向的方式接合在一起而得到的。
通过Si面彼此相向的各籽晶片段可以是单块籽晶片段或以其Si面面向相同方向的方式接合在一起的多个籽晶片段的集合体。
图11显示了通过使用通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶在{1-100}面生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(中中)、透视图(右上)和部分放大的右侧视图(右中)，以及通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶的平面图(左下)。
当通过将两个籽晶片段以其Si面彼此相向的方式接合在一起而得到籽晶时，在籽晶的c轴方向的端面变为C面。当通过使用该籽晶实施{1-100}面生长时，在{1-100}面小面之间形成的所有阶梯都变为C面侧极性面阶梯。即，根据该方法，Si面侧小面区域基本上消失。结果，不同取向的晶体或异质多型晶体的产生概率大大下降。
图19显示了通过使用通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶在{11-20}面上生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(中中)、透视图(右上)和部分放大的右侧视图(右中)，以及通过将籽晶片段的Si面侧接合在一起而得到的籽晶的平面图(左下)。
通常，如图2中所示，在{11-20}面生长中小面呈现在生长晶体表面的两端且Si面侧小面区域形成在Si面侧。然后，以其Si面侧彼此相向的方式将籽晶片段设置在籽晶上的形成有小面的两端部分。
此处，籽晶的中央部分由在不接合Si面侧的情况下得到的单块籽晶构成。其基于如下原因：
(a)从生长晶体切出的{0001}面晶片的收率变高，因为单块生长晶体不含低品质接合界面；且
(b)在中央部分未形成小面。
在像这样设置的籽晶中，籽晶的两端部分的c轴方向的两个端面都变为C面。当通过使用该籽晶实施{11-20}面生长时，在生长晶体的两端的{1-100}面小面之间形成的所有阶梯都变为C面侧极性面阶梯。即，根据该方法，即使在{11-20}面生长中，也能够基本上消灭Si面侧小面区域。结果，不同取向的晶体或异质多型晶体的产生概率明显下降。在{1-100}面生长的情况下，通过接合Si面侧而产生生长晶体中的接合界面。另一方面，在{11-20}面生长的情况下，由于这种接合界面不存在于生长晶体的中央部，所以取出的{0001}面的晶片的收率变高。
Si面侧极性面阶梯消灭法可以应用于{1-100}面生长和{11-20}面生长中的一者或两者。
[4.2.3.{1-100}面的平坦生长法]
降低Si面侧小面区域的面积率S小面的手段的第三实例是在{1-100}面生长时在最顶部附***坦生长{1-100}面的方法。
{1-100}面的平坦生长法更具体地是如下方法：当所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是实施所述SiC单晶的{1-100}面生长的步骤时，所述第k a面生长步骤是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长，使得在小面区域内具有1mm以下高度差的区域的面积占小面区域的总面积的90%以上。
术语“具有1mm以下高度差的区域”是包含{1-100}面小面的最顶部和与此相邻的{1-100}面小面的区域、以及距{1-100}面小面的最顶部在1mm以内的区域(即，其中极性面阶梯的数目相对少的区域)。
图12显示了已平坦生长{1-100}面的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)。
如图12中所示，当在{1-100}面生长的情况下从开始生长到生长结束将生长面保持平坦时，{1-100}面小面的最顶部变宽且“其中具有1mm以下高度差的区域”扩大。结果，Si面侧小面区域的面积减小。由此，不同取向的晶体或异质多型晶体的产生概率明显下降。
作为平坦生长{1-100}面的方法，例如存在图9(c)中所示的方法。即，将原料24装入坩埚22中，并将籽晶26固定在坩埚22的顶部。此外，将均热板32安装在与生长晶体30的表面相对的位置处。当安装均热板32时，在生长晶体30的表面附近，在水平面内的温度差变小。结果，生长晶体30的表面变平坦。由此，Si面侧小面区域的面积减小。
[4.2.4{0001}面方向的凸起生长法]
降低Si面侧小面区域的面积率S小面的手段的第四实例是在{1-100}面生长时在{0001}面方向上生长{1-100}面凸起的方法。
凸起生长法具体地是如下方法：当所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是实施所述SiC单晶的{1-100}面生长的步骤时，所述第k a面生长步骤是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长，使得所述第k生长晶体的表面在{0001}面方向变得凸起，即当“L”表示所述第k生长晶体的{0001}面方向的长度、且“r”表示所述第k生长晶体的表面的{0001}面方向的曲率时，满足r<L。
当实施凸起生长时，生长晶体的表面可以相对于c面方向的中心呈对称或不对称地生长。
即，当实施凸起生长时，第k a面生长步骤(1≤k≤n)可以是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长，使得{1-100}面小面的最顶部相对于所述第k生长面的c面方向的中心位于端部侧。
术语“c面方向的中心”是指平行于{0001}面的线与生长晶体的表面之间的交点的中心。
术语“凸起”是指当“L”表示生长晶体的{0001}面方向的长度、且“r”表示生长晶体的表面的{0001}面方向的曲率(其中穿过生长面的中心并垂直于生长面的平面与生长晶体的表面相交的线段的曲率)时，满足r＜L。
图13显示了以使得在{0001}面方向变得凸起并且相对于c面方向的中心变得对称的方式，在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(中下)和透视图(右上)，以及显示“r”与“L”之间的关系的示意图(右下)。
如图13中所示，当实施{1-100}面生长时，如果生长晶体而使得在{0001}面方向变得凸起，则在小面区域的{0001}面方向的宽度变小。结果，小面区域自身的面积减小。由此，Si面侧小面区域的面积也减小。
图14显示了以使得在{0001}面方向变得凸起并且相对于c面方向的中心变得不对称的方式在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)。
如图14中所示，当以使得在{0001}面方向变得凸起并相对于c面方向的中心变得不对称的方式在{1-100}面上生长SiC单晶时，减小的Si面侧小面区域向生长晶体的端部移动。因此，可以抑制在生长晶体的中央附近产生不同取向的晶体或异质多型晶体。
为了生长凸起晶体，更具体地，如图9(b)中所示，存在通过使用升华气体导管28提高在生长晶体30的表面的特定位点的SiC气体浓度的方法。
[4.2.5氮掺杂量下降的生长法]
降低Si面侧小面区域的面积率S小面的手段的第五实例是在{1-100}面生长或{11-20}面生长时降低氮掺杂量的方法。
这种氮掺杂量下降的生长法具体地是如下方法：所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是在氮气分压为5%以下的气氛中实施SiC的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤。
通常，为了降低在衬底上制造的器件的电阻，通常在向生长气氛中引入氮的同时实施SiC单晶的生长。氮掺杂在用于切出晶片的c面生长时是必要的，但在作为高品质化工序的a面生长时不是必要的。
相反，当在掺杂氮的同时实施a面生长时，如果氮的掺杂量大，则不同取向的晶体或异质多型晶体的产生频率提高。因此，氮气分压优选为5%以下。氮气分压更优选为1%以下。
图15显示了通过使用氮掺杂量下降的生长法在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左下)、正视图(左上)、右侧视图(右下)和透视图(右上)。
当在掺杂氮的同时实施a面生长时，通过减少氮掺杂量从而降低不同取向的晶体或异质多型晶体在Si面侧小面区域中的产生频率。
考虑其原因如下：
(1)当减少氮掺杂量时，如图15中所示，在小面区域的{0001}面方向的宽度轻微下降且Si面侧小面区域的面积也相应减小；以及
(2)尽管详细原因未知，但当在氮掺杂量小的条件下实施{1-100}面生长时，不同取向的晶体或异质多型晶体的产生频率自身下降。
[4.2.6.虚拟籽晶放置法]
降低Si面侧小面区域的面积率S小面的手段的第六实例是如下方法：在{1-100}面生长或{11-20}面生长时将虚拟籽晶临近主籽晶放置。
虚拟籽晶放置法具体地是如下方法：第k a面生长步骤(1≤k≤n)是通过将虚拟籽晶临近主籽晶放置来制造所述第k籽晶并通过使用所述第k籽晶实施所述SiC的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤。
主籽晶变为其厚度通过重复生长而提高的块体。
该方法在如下方面与上述Si面侧极性面阶梯消灭法不同。即，虚拟籽晶可以为普通的薄籽晶。虚拟籽晶的表面不需要被研磨，因为最终将虚拟籽晶从生长晶体中切除。此外，虚拟籽晶的晶体取向没有限制。虚拟籽晶可以为单块籽晶片段或接合在一起的多个籽晶片段的集合体。
图20显示了通过使用通过将虚拟籽晶临近主籽晶放置而得到的籽晶在{1-100}面上生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(右中)和透视图(右上)，以及通过将虚拟籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面图(左下)。
当通过使用通过将虚拟籽晶放置在主籽晶的Si面侧上而得到的籽晶来生长SiC单晶时，在主籽晶上生长的晶体上，表面的<0001>方向的曲率变小且Si面侧极性面阶梯选择性地形成在虚拟籽晶上。即，根据该方法，即使当在Si面侧小面区域中产生不同取向的晶体或异质多型晶体时，在主籽晶上生长的晶体仍难以受到这些晶体的影响。
图21显示了通过使用通过将虚拟籽晶临近主籽晶放置而得到的籽晶在{11-20}面上生长的SiC单晶的平面图(左中)、正视图(左上)、右侧视图(右中)和透视图(右上)，以及通过将虚拟籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面图(左下)。
当通过使用通过将虚拟籽晶放置在主籽晶的{0001}面方向的两端部而得到的籽晶来生长SiC单晶时，在主籽晶上生长的晶体上，表面的{0001}方向的曲率变小、且小面倾向于选择性地形成在虚拟籽晶上。即，根据该方法，即使当在Si面侧小面区域中产生不同取向的晶体或异质多型晶体时，在主籽晶上生长的晶体仍难以受到这些晶体的影响。
上述虚拟籽晶放置法可以应用于{1-100}面生长和{11-20}面生长中的一者或两者。
[5.制造SiC单晶的方法(2)]
根据本发明第二实施方式的制造SiC单晶的方法包括a面生长步骤和c面生长步骤。
[5.1.a面生长步骤]
a面生长步骤是重复两次以上a面生长，使得Si面侧小面区域的面积率S小面保持在预定值以下的步骤。
至于a面生长步骤的细节，由于其与第一实施方式的细节相同，所以省略其说明。
[5.2.c面生长步骤]
c面生长步骤是如下步骤：从第n a面生长步骤中得到的所述第n生长晶体切出具有第(n+1)生长面的第(n+1)籽晶，并在所述第(n+1)生长面上实施所述SiC单晶的c面生长，所述第(n+1)生长面自{0001}面的偏离角的绝对值为30°以下。
当在c面生长时偏离角的绝对值太大时，需要更大的生长高度以将携带至生长晶体的叠层缺陷从第n生长晶体排出到生长晶体的外部。当偏离角的绝对值变得太大时，可能在生长晶体中产生新的叠层缺陷。因此，自{0001}面的偏离角的绝对值优选为30°以下。
通过根据第一实施方式的方法得到的a面生长晶体具有大的{0001}面直径并包含很少不同取向的晶体或很少异质多型晶体。因此，当从a面生长晶体切出用于c面生长的籽晶并通过使用籽晶来实施c面生长时，能够制造具有大的{0001}面直径并具有很少缺陷的c面生长晶体。
[6.SiC单晶：a面生长晶体]
当使用根据第一实施方式的方法时，得到具有很少缺陷的a面生长晶体。更具体地说，得到在除自外周20%的区域以外的区域内不含不同取向的晶体或异质多型晶体的SiC单晶。
[6.1.不同取向的晶体块和异质多型晶体块]
图16显示了通过使用本发明的a面生长法制造的SiC单晶的平面图(图16(a))、正视图(图16(b))和透视图(图16(c))。
当通过使用本发明的a面生长法制造具有大的{0001}面直径的a面生长晶体时，如果将制造条件优化，则在生长晶体的外周部形成Si面侧小面区域。因此，即使不同取向的晶体或异质多型晶体的核形成在Si面侧小面区域中并随SiC的生长而生长成块状，其仍存在于生长晶体的外周部。
术语“自外周20%的区域”是指如图16(a)～16(c)中所示，从生长晶体的表面到对应于0.2×的距离的区域。“×”是从生长晶体的中心到表面的距离。
术语“不含不同取向的晶体或异质多型晶体”是指不含具有超过1mm3体积的块状的不同取向的晶体或块状的异质多型晶体。
当对制造条件进一步优化时，得到在除自外周10%的区域以外的区域内不含不同取向的晶体块或异质多型晶体块的SiC晶体，或基本不含不同取向的晶体块或异质多型晶体块的SiC单晶。
[6.2.直径]
根据本发明的a面生长法能够有效地制造具有大的{0001}面直径的a面生长晶体。更具体地说，当对制造条件进行优化时，得到具有100mm以上或150mm以上的{0001}面直径的SiC单晶。
[6.3.小面痕迹]
图17显示了在a面上生长的SiC单晶中形成的{1-100}面的小面痕迹的示意图(图17(a)和17(b))，以及包含Si面侧极性面阶梯的{1-100}面的小面痕迹(图17(c)和17(d))的示意图。
当实施{11-20}面的生长时，小面区域形成在生长晶体的端部。因此，如图17(a)中所示，{1-100}面的小面痕迹(画有阴影线的区域)呈现在生长晶体的端部。
同时，当实施{1-100}面的生长时，如图17(b)中所示，{1-100}面的小面痕迹呈现在生长晶体的中央部。由于{1-100}面的小面痕迹包含Si面侧极性面阶梯、且为倾向于产生不同取向的晶体或异质多型晶体的区域，所以小面痕迹的体积率越低越好。
在上述a面生长法中，当采取将小面区域的面积自身缩小的手段时，能够降低{1-100}面的小面痕迹的体积率({1-100}面的小面痕迹的体积对生长晶体的体积之比)。更具体地，通过优化制造条件，得到{1-100}面的小面痕迹的体积率为40%以下或20%以下的SiC单晶。
当实施a面生长时，Si面侧极性面阶梯通常形成在小面区域内。当Si面侧极性面阶梯形成在小面区域内时，呈现具有条状的小面痕迹。
当实施{11-20}面的生长时，如图17(c)中所示，在两端形成的小面痕迹中，包含Si面侧极性面阶梯的{1-100}面的小面痕迹(下文中也称作“条状小面痕迹”)占据靠近Si面侧(由粗虚线包围的区域)。
类似地，当实施{1-100}面的生长时，在中央形成的小面痕迹中，条状小面痕迹占据靠近Si面侧。由于条状小面痕迹是其中倾向于产生不同取向的晶体或异质多型晶体的区域，所以其体积率越低越好。
在上述a面生长法中，当采取将小面区域的面积自身缩小的手段或将Si面侧小面区域缩小的手段时，能够降低条状小面痕迹的体积率(条状小面痕迹的体积对生长晶体的体积之比)。更具体地，通过优化制造条件，能够得到条状小面痕迹的体积率为20%以下或10%以下的SiC单晶。
[7.SiC晶片、SiC单晶(c面生长晶体)]
根据本发明第一实施方式的SiC晶片是从通过使用a面生长法得到的SiC单晶(a面生长晶体)切出的，且其最宽的面基本为{0001}面(即，自{0001}面的偏离角的绝对值为30°以下的面)。
得到的SiC晶片可以直接用于各种目的。或者，可以通过使用得到的SiC晶片作为籽晶而制造SiC单晶(c面生长晶体)。
此外，根据本发明第二实施方式的SiC晶片是从按上述得到的SiC单晶(c面生长晶体)切出的。得到的SiC晶片可以用于各种目的。
[8.半导体器件]
根据本发明的半导体器件是通过使用本发明的SiC单晶或SiC晶片而制造的。半导体器件的具体实例包括(a)LED和(b)功率器件用二极管和晶体管。
尽管已经对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明不限于此，而是可以在不背离本发明的主旨或范围的条件下进行各种改变。
根据本发明的SiC单晶制造方法能够用于制造SiC单晶，所述SiC单晶能够用作超低电力损失的功率器件用半导体材料。

Claims (34)

1.一种制造SiC单晶的方法，具有如下构成：
(a)所述制造SiC单晶的方法重复n(n≥2)次a面生长步骤；
(b)第1a面生长步骤是通过使用具有第一生长面的第一籽晶在所述第一生长面上实施SiC单晶的a面生长的步骤，所述第一生长面自(0001)面的偏离角为80°～100°；
(c)第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有第k生长面的第k籽晶，并在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，所述第k生长面的生长方向与第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差45°～135°、且自{0001}面的偏离角为80°～100°；
(d)所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长，使得由等式(A)表示的Si面侧小面区域的面积率S小面保持在20%以下，
S小面(%)=S1×100/S2    (A)
其中S1为通过将Si面侧的极性面阶梯投影在第k生长面上而得到的面积的总面积与通过将夹在所述Si面侧的极性面阶梯之间的{1-100}面小面投影在第k生长面上而得到的面积的总面积之和，且
S2是所述第k生长面的总面积。
2.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，
其中所述第1a面生长步骤是通过使用具有所述第一生长面的所述第一籽晶在{11-20}面上生长所述SiC单晶的步骤，所述第一生长面自{11-20}面的偏离角θ1为-15°～15°，且
所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在所述第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有所述第k生长面的所述第k籽晶，并通过使用所述第k籽晶实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，所述第k生长面的生长方向与所述第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约60°或约120°、且自所述{11-20}面的偏离角θk为-15°～15°。
3.如权利要求2所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n-1)是如下步骤：在所述第k生长面上实施SiC的{11-20}面生长，使得如下表达式(1)的关系成立，
Hk＞Lksin(60°+|θk|+|θk+1|)    (1)
其中Hk是在第k a面生长步骤中的生长高度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk和θk+1具有相反的符号且其旋转方向是增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生长面的{0001}面方向的长度Lk+1的方向。
4.如权利要求2所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从所述第(k-1)生长晶体切出具有如下表达式(2)的关系的第k籽晶，并在所述第k生长面上实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，
Lk≈Hk-1/cos(30°-|θk-1|-|θk|)    (2)
其中Hk-1是在第(k-1)生长步骤中的生长高度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk-1和θk具有相反的符号且其旋转方向是增大Lk的方向。
5.如权利要求2所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n-1)是如下步骤：在所述第k生长面上实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，使得满足如下表达式(3)，
Hk≥Lktan(60°+|θk|+|θk+1|)    (3)
其中Hk是在第k a面生长步骤中的生长高度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk和θk+1具有相反的符号且其旋转方向是增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生长面的{0001}面方向的长度Lk+1的方向。
6.如权利要求2所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从第(k-1)生长晶体切出第k籽晶使得满足如下表达式(4)，并在第k生长面上实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，
Lk≈Lk-1/sin(30°-|θk-1|-|θk|)    (4)
其中Lk-1是在第(k-1)籽晶的第(k-1)生长面的(0001)面方向的长度，
Lk是在第k籽晶的第k生长面的{0001}面方向的长度，且
θk-1和θk具有相反的符号且其旋转方向是增大Lk的方向。
7.如权利要求2所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：对在所述第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体沿所述第k生长面进行切割，使得所述第(k-1)生长晶体的大部分残留，并通过使用所述第k生长面露出的所述第(k-1)生长晶体作为所述第k籽晶实施所述SiC单晶的{11-20}面生长，所述第k生长面的生长方向与所述第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约60°或约120°、且自所述{11-20}面的偏离角θk为-15°～15°。
8.如权利要求2所述的制造SiC单晶的方法，其中|θk-1|=|θk|(2≤k≤n)。
9.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，
其中所述第1a面生长步骤是通过使用具有第一生长面的第一籽晶实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤，所述第一生长面自{1-100}面或{11-20}面的偏离角θ1为-15°～15°，且
所述第k a面生长步骤(2≤k≤n)是如下步骤：从在所述第(k-1)a面生长步骤中得到的第(k-1)生长晶体切出具有所述第k生长面的所述第k籽晶，并使用所述第k籽晶实施所述SiC单晶的{11-20}面生长或{1-100}面生长，所述第k生长面的生长方向与所述第(k-1)a面生长步骤的生长方向相差约90°、且自所述{11-20}面或{1-100}面的偏离角θk为-15°～15°。
10.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长，使得{1-100}面小面的最顶部相对于所述第k生长面的c轴方向的中心位于靠近Si面侧。
11.如权利要求10所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长，使得相对于所述第k生长面的c轴方向的中心，靠近Si面侧的温度变得低于所述c轴方向的中心处的温度。
12.如权利要求10所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长或{11-20}面生长，使得相对于所述第k生长面的c轴方向的中心，靠近Si面侧的SiC气体浓度变得高于所述c轴方向的中心处的浓度。
13.如权利要求10所述的制造SiC单晶的方法，其中当所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是实施所述SiC单晶的{11-20}面生长的步骤时，所述第k a面生长步骤是通过使用所述第k籽晶实施所述SiC的{11-20}面生长的步骤，所述第k籽晶相对于c轴方向的中心在靠近Si面侧的长度大于靠近C面侧的长度。
14.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是通过使用所述第k籽晶实施SiC的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤，所述第k籽晶是通过将至少两个籽晶片段以其Si面彼此相向的方式接合在一起而得到的。
15.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中当所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是实施所述SiC单晶的{1-100}面生长的步骤时，所述第k a面生长步骤是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长，使得在小面区域内具有1mm以下高度差的区域的面积占小面区域的总面积的90%以上。
16.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是通过使用所述第k籽晶实施SiC的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤，所述第k籽晶是通过将虚拟籽晶临近主籽晶放置而得到的。
17.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中当所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是实施所述SiC单晶的{1-100}面生长的步骤时，所述第k a面生长步骤是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长，使得所述第k生长晶体的表面在{0001}面方向变得凸起，即当“L”表示所述第k生长晶体的{0001}面方向的长度、且“r”表示所述第k生长晶体的表面的{0001}面方向的曲率时，满足r<L。
18.如权利要求17所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是如下步骤：实施所述SiC单晶的{1-100}面生长，使得{1-100}面小面的最顶部相对于所述第k生长面的c面方向的中心位于端部侧。
19.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是在氮气分压为5%以下的气氛中实施SiC的{1-100}面生长或{11-20}面生长的步骤。
20.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，其中所述第k a面生长步骤(1≤k≤n)是通过使用具有所述第k生长面的所述第k籽晶在所述第k生长面上实施SiC单晶的a面生长的步骤，所述第k生长面自{0001}面的偏离角为大于85°至小于95°。
21.如权利要求1所述的制造SiC单晶的方法，还包括如下构成：
(e)所述制造SiC单晶的方法包括如下c面生长步骤：从所述第n生长晶体切出具有第(n+1)生长面的第(n+1)籽晶，并在所述第(n+1)生长面上实施所述SiC单晶的c面生长，所述第(n+1)生长面自{0001}面的偏离角的绝对值为30°以下。
22.一种SiC单晶，其是通过权利要求1的方法而得到，且在除自外周20%的区域以外的区域内不含不同取向的晶体块或异质多型晶体块。
23.如权利要求22所述的SiC单晶，其在除自外周10%的区域以外的区域内不含所述不同取向的晶体块或所述异质多型晶体块。
24.如权利要求22所述的SiC单晶，其中{0001}面的直径为100mm以上。
25.如权利要求22所述的SiC单晶，其中{0001}面的直径为150mm以上。
26.如权利要求22所述的SiC单晶，其中{1-100}面的小面痕迹的体积率为40%以下。
27.如权利要求22所述的SiC单晶，其中{1-100}面的小面痕迹的体积率为20%以下。
28.如权利要求22所述的SiC单晶，其中包含Si面侧的极性面阶梯的{1-100}面的小面痕迹的体积率为20%以下。
29.如权利要求22所述的SiC单晶，其中包含Si面侧的极性面阶梯的{1-100}面的小面痕迹的体积率为10%以下。
30.一种SiC晶片，其是从权利要求22的SiC单晶切出的，且其最宽的面自{0001}面的偏离角的绝对值为30°以下。
31.一种SiC单晶，其是通过使用权利要求30的SiC晶片实施c面生长而得到。
32.一种SiC晶片，其是从权利要求31的SiC单晶切出的。
33.一种半导体器件，其是通过使用权利要求22的SiC单晶而制造的。
34.如权利要求33所述的半导体器件，其为二极管、晶体管或LED。
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