JP3745668B2 - ＳｉＣ単結晶の製造方法並びにＳｉＣ種結晶の製造方法 - Google Patents
ＳｉＣ単結晶の製造方法並びにＳｉＣ種結晶の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は，ＳｉＣ単結晶の製造方法並びにＳｉＣ種結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
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材料として期待されている。高性能な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などを低減することが必須条件である。上記ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，積層欠陥などの欠陥が，上記ＳｉＣ半導体のリーク電流などの原因となっていると考えられる。
【０００３】
図４に示すごとく，上記ＳｉＣ単結晶は主要な面方位として｛０００１｝面（ｃ面）と，｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ａ面）及び｛１１−２０｝面（ａ面）とを有している。
従来より上記ＳｉＣ単結晶を得る方法としては，上記｛０００１｝面（ｃ面）もしくは｛０００１｝面からオフセット角度１０°以内の面を種結晶面として露出するＳｉＣ種結晶を用いて，昇華再析出法などにより上記種結晶面上にＳｉＣ単結晶を成長させる，いわゆるｃ面成長を行う方法が用いられてきた。しかし，このように｛０００１｝面を種結晶面とし，＜０００１＞方向に成長させてなる成長結晶（ｃ面成長結晶）中には，＜０００１＞方向に略平行な方向に上記マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位などの線形欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
【０００４】
上記の問題を解決するために特開平５−２６２５９９号公報には，図６に示すごとく，｛０００１｝面からの傾きが６０〜１２０°（９０°が好ましい）の面を種結晶面９５として，この種結晶９をａ面成長させて，成長結晶（ａ面成長結晶）９０を得る方法が開示されている。そしてこのａ面成長結晶９０中には，マイクロパイプ欠陥や螺旋転位が含まれないことを明らかにした。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記ａ面成長結晶９０中には高密度の積層欠陥９１が含まれている。このような積層欠陥９１を高密度に含有するＳｉＣ単結晶は，積層欠陥９１を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため，上記ａ面成長結晶９は，ＳｉＣパワーデバイス作製用として使用することができない。
また，上記ＳｉＣ単結晶中には，＜０００１＞方向に平行及び直交なバーガースベクトルをもつ刃状転位９２が高密度に存在する。このような刃状転位９２を高密度に含有するＳｉＣ単結晶より，｛０００１｝面が露出した種結晶を作製してｃ面成長を行うと，刃状転位９２に起因して螺旋転位や新たな刃状転位が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質のＳｉＣ単結晶の製造方法並びにＳｉＣ種結晶の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
第１の発明は，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法において，該製造方法はＮ回（Ｎは，Ｎ≧３の自然数）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面として露出させた第１種結晶を用いて，上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，（Ｎ−１）回目である中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製し，
ｎ＝Ｎである最終成長工程においては，第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面として露出させた最終種結晶を第（Ｎ−１）成長結晶より作製し，該最終種結晶の上記最終成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の第１成長工程においては，上記｛１−１００｝面，又は｛１１−２０｝面という，いわゆるａ面からオフセット角度２０°以内の面を第１成長面としている。
そのため，上記第１成長結晶は第１成長面と直交する方向に成長し，これはいわゆるａ面成長に相当する。それ故，上記第１成長結晶中には上記マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。
しかし，上記第１成長工程に用いる第１種結晶中には，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及びそれらの複合転位が存在する。そのため，上記第１成長結晶中には，これらの欠陥に起因する＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位が上記第１成長面の表面から継承されて存在する。このとき上記刃状転位は，第１成長結晶の成長方向に平行な方向に伸びるように存在する。
【０００９】
次に，上記中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面，即ちほぼａ面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製する。
そのため，第（ｎ−１）成長結晶に含まれる刃状転位は，上記第ｎ種結晶の表面にはほとんど露出されないので，第ｎ成長結晶中に上記刃状転位はほとんど発生しない。また，上記中間成長工程におけるＳｉＣ単結晶の成長は，略ａ面成長の方向に起こる。そのため，上記中間成長工程における成長結晶中には，マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。
【００１０】
また，上記中間成長工程は，１回（Ｎ＝３のとき），又は複数回繰り返して行うことができる。そして，中間成長工程の回数を増やす毎に，得られる成長結晶のいわゆる転位密度を指数関数的に減少させることができる。
しかし，上記中間成長工程においては，ＳｉＣ単結晶を略ａ面成長の方向に成長させているため，ａ面成長結晶特有の積層欠陥が発生することは避けられない。
【００１１】
上記最終成長工程においては，上記第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面，即ちほぼｃ面を最終成長面として露出させた最終種結晶としている。そのため，上記最終成長面には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位はほとんど存在しない。それ故，上記最終種結晶を成長させてなるＳｉＣ単結晶（以下適宜最終ＳｉＣ単結晶とよぶ）には，＜０００１＞方向に直交するバーガースベクトルをもつ転位である刃状転位は発生しない。また，＜０００１＞方向に平行な方向のバーガースベクトルをもつ欠陥であるマイクロパイプ欠陥及び螺旋転位も発生しない。
また，上記最終成長工程においては，上記最終種結晶から略ｃ面成長の方向にＳｉＣ単結晶を成長させる。そのため，上記最終種結晶に高密度に含まれる積層欠陥は，最終ＳｉＣ単結晶中にはほとんど存在しない。上記積層欠陥は＜０００１＞方向の成長（いわゆるｃ面成長）には継承されないからである。
【００１２】
したがって，本発明によれば，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質のＳｉＣ単結晶を提供することができる。
なお，本発明において，｛１−１００｝，｛１１−２０｝及び｛０００１｝は，いわゆる結晶面の面指数を表している。上記面指数において，「−」記号は通常数字の上に付されるが，本明細書及び図面においては書類作成の便宜上のため数字の左側に付した。また，＜０００１＞，＜１１−２０＞，及び＜１−１００＞は，結晶内の方向を表し，「−」記号の取り扱いについては，上記面指数と同様である。
【００１４】
第１の発明により作製されるＳｉＣ単結晶は，上述したごとく，結晶中にマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質である。それ故，次世代パワーデバイスの材料として非常に有効である。
【００１５】
第２の発明は，バルク状のＳｉＣ単結晶を成長させるためのＳｉＣ種結晶を製造する方法において，該製造方法は（Ｎ−１）回（Ｎは，Ｎ≧３の自然数）の成長工程と該成長工程後に行う種結晶作製工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮ−１で終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面として露出させた第１種結晶を用いて，上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，（Ｎ−１）回目である中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製し，
上記種結晶作製工程においては，第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面として露出させることを特徴とするＳｉＣ種結晶の製造方法にある（請求項６）。
【００１６】
上記ＳｉＣ種結晶は，第１の発明における最終種結晶と同じものである。そのため，上述したように，上記ＳｉＣ種結晶には，マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は含まれない。また，該ＳｉＣ種結晶の成長面には＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ転位はほとんど露出しない。そして，上記ＳｉＣ種結晶は，｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面としており，略＜０００１＞方向に成長する。そのため，上記ＳｉＣ種結晶を成長させて得られる最終ＳｉＣ単結晶には，積層欠陥はほとんど含まれない。
したがって，本発明のＳｉＣ種結晶を用いて，ＳｉＣ単結晶を成長させると，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥を含まず，高品質のＳｉＣ単結晶を簡単に作製することができる。
【００１８】
上記ＳｉＣ種結晶は，上述のごとく，最終成長面上に転位や欠陥をほとんど有していない。そのため，上記ＳｉＣ種結晶を用いてＳｉＣ単結晶を成長させると，該ＳｉＣ単結晶中にはほとんど転位や欠陥は発生せず，高品質の欠陥フリーのＳｉＣ単結晶を提供することができる。
また，種結晶は一度作製すると同様の結晶を繰り返して製造できることから，上記ＳｉＣ種結晶を用いると，高品質の欠陥フリーのＳｉＣ単結晶を簡単に大量に作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明において，上記第１成長面は，｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面であり，これは｛１−１００｝面又は{１１−２０}面を含む概念である。
ここで，上記第１成長面は，｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面であることが好ましい。
この場合には，上記第１成長は，それぞれ＜１−１００＞又は＜１１−２０＞方向に成長する（ａ面成長）。そのため，上記第１成長結晶に含まれる＜０００１＞方向の貫通欠陥をより効果的に減少させることができる。
【００２０】
また，上記中間成長工程において，上記第ｎ成長面は，第（ｎ−１）成長面より８０°〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より８０°〜９０°傾いた面であることが好ましい。
この場合には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位をより効果的に減少させることができる。
また，上記最終成長面は，上記第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面であることが好ましい。
この場合には，上記最終種結晶を＜０００１＞方向に成長させることができるので，上記ＳｉＣ単結晶に積層欠陥が生じることを防止することができる。
【００２１】
また，上記各成長面の上にＳｉＣ単結晶を成長させる前には，付着物や加工変質層を除去しておくことが好ましい。
この場合には，上記付着物や加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。なお，上記付着物や加工変質層を除去する方法としては例えば，化学洗浄，Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ），犠牲酸化などがある。
【００２２】
また，上記最終成長工程によって得られるＳｉＣ単結晶から，該ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を成長面として露出させた種結晶を切り出し，該種結晶を使用してＳｉＣ単結晶を製造することができる（請求項２）。
【００２３】
この場合には，上記最終成長工程で得られるＳｉＣ単結晶，いわば最終ＳｉＣ単結晶から切り出した上記種結晶を使用して，上記最終ＳｉＣ単結晶と同様な高品質のＳｉＣ単結晶を複製することができる。また，上記と同様の種結晶の切り出しと，これを用いた成長を繰り返すことにより，上記最終ＳｉＣ単結晶と同様のＳｉＣ単結晶を何度でも繰り返し複製することができる。
【００２４】
また，上記第１成長工程及び中間成長工程においては，成長温度もしくは成長温度から±４００℃以内の温度にて，種結晶の表面を熱エッチングする，又は，成長を行うための容器内にエッチングガスを導入する予備工程を行い，その後，成長温度に移行して成長を行うことが好ましい（請求項３，請求項７）。
この場合には，上記第１成長工程及び中間成長工程に用いる各成長面の表面における付着物及び加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。なお，上記エッチングガスとしては，例えばＨ2，ＨＣｌなどがある。
【００２５】
また，上記種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長には昇華再析出法を用いることが好ましい（請求項４，請求項８）。
この場合には，十分な成長高さが得られるため，大口径のＳｉＣ単結晶又はＳｉＣ種結晶を作製することができる。
【００２６】
また，上記種結晶の厚みは１ｍｍ以上であることが好ましい（請求項５，請求項９）。
この場合には，上記種結晶と該種結晶を固定している物体との熱膨張差による応力によって成長結晶に生じる転位を防止することができる。即ち，上記種結晶の厚みを充分大きくすることにより，上記応力が上記種結晶を構成する格子を歪めて，成長結晶に転位が発生することを防止することができる。また，特に，上記種結晶の成長面の面積Ａが５００ｍｍ2を越える場合には，上記種結晶の厚みを１ｍｍよりさらに大きくする必要がある。このときの必要最低限の厚さをｔｓｅｅｄとすると，ｔｓｅｅｄ＝Ａ1/2×２／πの式が与えられる。
なお，上記種結晶及び成長結晶とは，本発明におけるすべての種結晶及びすべての成長結晶を含む概念である。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるＳｉＣ単結晶及びその製造方法並びにＳｉＣ種結晶及びその製造方法につき説明する。
本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法は，図１〜３に示すごとく，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法である。そして，この製造方法はＮ回（本例ではＮ＝３）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表す。
まず，図１に示すごとく，ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面１５として露出させた第１種結晶１を用いて，上記第１成長面１５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶１０を作製する（第１成長工程）。
次に，図２に示すごとく，ｎ＝２である第２成長工程としての中間成長工程においては，第１成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第２成長面２５とした第２種結晶２を作製し，該第２種結晶２の上記第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させて第２成長結晶２０を作製する（中間成長工程）。
そして，図３に示すごとく，ｎ＝Ｎ（Ｎ＝３）である最終成長工程においては，第２成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面３５として露出させた最終種結晶３を作製し，該最終種結晶３の上記最終成長面３５上にバルク状のＳｉＣ単結晶３０を成長させる（最終成長工程）。
【００２８】
以下，本例につき詳細に説明する。
本例では，図１〜図５に示すごとく，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上に昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させて，ＳｉＣ単結晶を製造する。なお，本例においては，上記のごとくＮ＝３，即ち３回の成長工程を含む例を示す。
まず，昇華再析出法により成長したＳｉＣ単結晶を準備した。図４に示すごとく，ＳｉＣ単結晶は，主要な面方位として｛０００１｝面と｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面及び｛１１−２０｝面とを有している。また，｛０００１｝面に垂直な方向が＜０００１＞方向，｛１−１００｝面に垂直な方向が＜１−１００＞方向，｛１１−２０｝面に垂直な方向が＜１１−２０＞である。
図１に示すごとく，上記ＳｉＣ単結晶の｛１−１００｝面が第１成長面１５として露出するように上記ＳｉＣ単結晶を切断し，さらにこの第１成長面１５を加工，研磨した。また，第１成長面１５の表面を化学洗浄して付着物を除去し，ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ），犠牲酸化などにより，切断・研磨に伴う加工変質層を除去した。さらに，第１成長面１５の表面を熱エッチングし，これを第１種結晶１とした。なお，第１種結晶１の厚みは３ｍｍである。
【００２９】
次に，図５に示すごとく，上記第１種結晶１とＳｉＣ原料粉末７５とをこれらが対向するように坩堝６内に配置した。このとき，上記第１種結晶１は坩堝６の蓋体６５の内側面に接着剤などを介して固定した。そして上記坩堝６を減圧不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃に加熱した。このとき，ＳｉＣ原料粉末７５側の温度を第１種結晶１側の温度より２０〜２００℃高く設定した。これにより，坩堝６内のＳｉＣ原料粉末７５が加熱により昇華し，該ＳｉＣ原料粉末７５より低温の第１種結晶１上に堆積し，第１成長結晶１０を得た。
【００３０】
次に，図１，図２に示すごとく，上記第１成長結晶１０から，第１成長面１５より９０°傾き，且つ｛０００１｝面より９０°傾いた面，即ち｛１１−２０｝面を第２成長面２５とする第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして作製した。そして，この第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして成長させ，第２成長結晶２０を得た。
【００３１】
次に，図２〜図３に示すごとく，上記第２成長結晶２０の面５０を最終成長面（第３成長面）３５とする最終種結晶（第３種結晶）３を第１種結晶１及び第２種結晶２と同様にして作製し，この最終種結晶３からＳｉＣ単結晶を成長させ，本発明のＳｉＣ単結晶３０を作製した。
【００３２】
以下，本例の作用効果につき説明する。
本例の第１成長工程においては，上記｛１−１００｝面を第１成長面１５としている。
そのため，上記第１成長結晶１０は第１成長面１５と直交する方向に成長し，これはいわゆるａ面成長に相当する。それ故，上記第１成長結晶１０中には上記マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。しかし，第１種結晶中には，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及びそれらの複合転位などの欠陥が存在する。そのため，上記第１成長結晶１０中には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位が上記第１成長面の表面から継承されて存在する。このとき上記刃状転位は，第１成長結晶の成長方向に平行な方向に伸びるように存在する。
【００３３】
上記中間成長工程においては，第１成長面１５より９０°傾き，且つ｛０００１｝面より９０°傾いた面，即ち｛１１−２０｝面を第２成長面２５とする第２種結晶２を作製している。
そのため，上記第１成長結晶１０に含まれる刃状転位は，上記第２種結晶２の表面にはほとんど露出されない。それ故，第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させても，第２成長結晶２０中には第２種結晶２から継承される刃状転位はほとんど除外される。また，上記中間成長工程において，上記第２種結晶２は略ａ面成長の方向に成長する。そのため，上記第２成長結晶２０中には，マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。
【００３４】
上記最終成長工程においては，上記第２成長結晶２０の｛０００１｝面を最終成長面３５として露出させた最終種結晶３を作製している。そのため，上記最終成長面３５には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位は存在しない。それ故，上記最終ＳｉＣ単結晶３０には，＜０００１＞方向に直交するバーガースベクトルをもつ転位である刃状転位は発生しない。また，＜０００１＞方向に平行な方向のバーガースベクトルをもつ欠陥であるマイクロパイプ欠陥及び螺旋転位も発生しない。
また，上記最終成長工程において，上記最終種結晶３は，＜０００１＞方向に成長している。そのため，上記最終種結晶３に高密度に含まれる積層欠陥は，上記最終ＳｉＣ単結晶３０中にはほとんど存在しない。上記積層欠陥は＜０００１＞方向の成長には継承されないからである。
【００３５】
また，本例においては，上記第１成長面，第２成長面２５及び最終成長面３５の上にＳｉＣ単結晶を成長させる前に，付着物や加工変質層を取り除いている。そのため，上記付着物や加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。
【００３６】
また，上記第１成長工程及び中間成長工程においては，各種結晶１，２の表面を熱エッチングしている。そのため，各成長面１５，２５の表面の付着物及び加工変質層に起因する各成長面１５，２５から各成長結晶１０，２０に継承される転位を防ぐことができる。
【００３７】
また，上記第１種結晶，中間種結晶及び最終種結晶の厚みを１ｍｍ以上にしている。
そのため，上記各種結晶１，２，３と種結晶が接触している蓋体６５との熱膨張差による応力によって成長結晶１０，２０，３０に生じる転位を防止することができる。
【００３８】
したがって，本例によれば，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質のＳｉＣ単結晶及びその製造方法並びにＳｉＣ種結晶及びその製造方法を提供することができる。
【００３９】
また，本例においてはＮ＝３として，上記中間成長工程を１回だけ行っているが，複数回繰り返して行ってもよい。
即ち，本例の中間成長工程においては，｛１１−２０｝面を第２成長面２５として第２成長結晶２０を得た。この第２成長結晶２０から，上記第２成長面２５より９０°傾き，且つ｛０００１｝面より９０°傾いた面，即ち｛１−１００｝面を第３成長工程における第３成長面とし，この上にＳｉＣ単結晶を成長させて，第３成長結晶を作製する。さらに，上記第３成長結晶から，第４成長工程，第５成長工程，・・・，第（Ｎ−１）工程というように，上記中間成長工程を繰り返して行うことができる。
この場合には，上記中間成長工程の回数を増やす毎に，ここで得られる成長結晶のいわゆる転位密度を指数関数的に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にかかる，第１成長工程を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる，中間成長工程を示す説明図。
【図３】実施例１にかかる，最終成長工程を示す説明図。
【図４】実施例１にかかる，ＳｉＣ単結晶の主要な面方位を示す説明図。
【図５】実施例１にかかる，昇華再結晶法によるＳｉＣ単結晶及びＳｉＣ種結晶の製造方法。
【図６】従来例にかかる，ａ面成長と刃状転位及び積層欠陥の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．第１種結晶，
１５．．．第１成長面，
１０．．．第１成長結晶，
２．．．第２種結晶，
２５．．．第２成長面，
２０．．．第２成長結晶，
３．．．最終種結晶（ＳｉＣ種結晶），
３５．．．最終成長面，
３０．．．ＳｉＣ単結晶（最終ＳｉＣ単結晶），
【技術分野】
本発明は，ＳｉＣ単結晶の製造方法並びにＳｉＣ種結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
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材料として期待されている。高性能な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などを低減することが必須条件である。上記ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，積層欠陥などの欠陥が，上記ＳｉＣ半導体のリーク電流などの原因となっていると考えられる。
【０００３】
図４に示すごとく，上記ＳｉＣ単結晶は主要な面方位として｛０００１｝面（ｃ面）と，｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ａ面）及び｛１１−２０｝面（ａ面）とを有している。
従来より上記ＳｉＣ単結晶を得る方法としては，上記｛０００１｝面（ｃ面）もしくは｛０００１｝面からオフセット角度１０°以内の面を種結晶面として露出するＳｉＣ種結晶を用いて，昇華再析出法などにより上記種結晶面上にＳｉＣ単結晶を成長させる，いわゆるｃ面成長を行う方法が用いられてきた。しかし，このように｛０００１｝面を種結晶面とし，＜０００１＞方向に成長させてなる成長結晶（ｃ面成長結晶）中には，＜０００１＞方向に略平行な方向に上記マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位などの線形欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
【０００４】
上記の問題を解決するために特開平５−２６２５９９号公報には，図６に示すごとく，｛０００１｝面からの傾きが６０〜１２０°（９０°が好ましい）の面を種結晶面９５として，この種結晶９をａ面成長させて，成長結晶（ａ面成長結晶）９０を得る方法が開示されている。そしてこのａ面成長結晶９０中には，マイクロパイプ欠陥や螺旋転位が含まれないことを明らかにした。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記ａ面成長結晶９０中には高密度の積層欠陥９１が含まれている。このような積層欠陥９１を高密度に含有するＳｉＣ単結晶は，積層欠陥９１を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため，上記ａ面成長結晶９は，ＳｉＣパワーデバイス作製用として使用することができない。
また，上記ＳｉＣ単結晶中には，＜０００１＞方向に平行及び直交なバーガースベクトルをもつ刃状転位９２が高密度に存在する。このような刃状転位９２を高密度に含有するＳｉＣ単結晶より，｛０００１｝面が露出した種結晶を作製してｃ面成長を行うと，刃状転位９２に起因して螺旋転位や新たな刃状転位が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質のＳｉＣ単結晶の製造方法並びにＳｉＣ種結晶の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
第１の発明は，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法において，該製造方法はＮ回（Ｎは，Ｎ≧３の自然数）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面として露出させた第１種結晶を用いて，上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，（Ｎ−１）回目である中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製し，
ｎ＝Ｎである最終成長工程においては，第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面として露出させた最終種結晶を第（Ｎ−１）成長結晶より作製し，該最終種結晶の上記最終成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法にある（請求項１）。
【０００８】
本発明の第１成長工程においては，上記｛１−１００｝面，又は｛１１−２０｝面という，いわゆるａ面からオフセット角度２０°以内の面を第１成長面としている。
そのため，上記第１成長結晶は第１成長面と直交する方向に成長し，これはいわゆるａ面成長に相当する。それ故，上記第１成長結晶中には上記マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。
しかし，上記第１成長工程に用いる第１種結晶中には，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及びそれらの複合転位が存在する。そのため，上記第１成長結晶中には，これらの欠陥に起因する＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位が上記第１成長面の表面から継承されて存在する。このとき上記刃状転位は，第１成長結晶の成長方向に平行な方向に伸びるように存在する。
【０００９】
次に，上記中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面，即ちほぼａ面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製する。
そのため，第（ｎ−１）成長結晶に含まれる刃状転位は，上記第ｎ種結晶の表面にはほとんど露出されないので，第ｎ成長結晶中に上記刃状転位はほとんど発生しない。また，上記中間成長工程におけるＳｉＣ単結晶の成長は，略ａ面成長の方向に起こる。そのため，上記中間成長工程における成長結晶中には，マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。
【００１０】
また，上記中間成長工程は，１回（Ｎ＝３のとき），又は複数回繰り返して行うことができる。そして，中間成長工程の回数を増やす毎に，得られる成長結晶のいわゆる転位密度を指数関数的に減少させることができる。
しかし，上記中間成長工程においては，ＳｉＣ単結晶を略ａ面成長の方向に成長させているため，ａ面成長結晶特有の積層欠陥が発生することは避けられない。
【００１１】
上記最終成長工程においては，上記第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面，即ちほぼｃ面を最終成長面として露出させた最終種結晶としている。そのため，上記最終成長面には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位はほとんど存在しない。それ故，上記最終種結晶を成長させてなるＳｉＣ単結晶（以下適宜最終ＳｉＣ単結晶とよぶ）には，＜０００１＞方向に直交するバーガースベクトルをもつ転位である刃状転位は発生しない。また，＜０００１＞方向に平行な方向のバーガースベクトルをもつ欠陥であるマイクロパイプ欠陥及び螺旋転位も発生しない。
また，上記最終成長工程においては，上記最終種結晶から略ｃ面成長の方向にＳｉＣ単結晶を成長させる。そのため，上記最終種結晶に高密度に含まれる積層欠陥は，最終ＳｉＣ単結晶中にはほとんど存在しない。上記積層欠陥は＜０００１＞方向の成長（いわゆるｃ面成長）には継承されないからである。
【００１２】
したがって，本発明によれば，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質のＳｉＣ単結晶を提供することができる。
なお，本発明において，｛１−１００｝，｛１１−２０｝及び｛０００１｝は，いわゆる結晶面の面指数を表している。上記面指数において，「−」記号は通常数字の上に付されるが，本明細書及び図面においては書類作成の便宜上のため数字の左側に付した。また，＜０００１＞，＜１１−２０＞，及び＜１−１００＞は，結晶内の方向を表し，「−」記号の取り扱いについては，上記面指数と同様である。
【００１４】
第１の発明により作製されるＳｉＣ単結晶は，上述したごとく，結晶中にマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質である。それ故，次世代パワーデバイスの材料として非常に有効である。
【００１５】
第２の発明は，バルク状のＳｉＣ単結晶を成長させるためのＳｉＣ種結晶を製造する方法において，該製造方法は（Ｎ−１）回（Ｎは，Ｎ≧３の自然数）の成長工程と該成長工程後に行う種結晶作製工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮ−１で終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面として露出させた第１種結晶を用いて，上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，（Ｎ−１）回目である中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製し，
上記種結晶作製工程においては，第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面として露出させることを特徴とするＳｉＣ種結晶の製造方法にある（請求項６）。
【００１６】
上記ＳｉＣ種結晶は，第１の発明における最終種結晶と同じものである。そのため，上述したように，上記ＳｉＣ種結晶には，マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は含まれない。また，該ＳｉＣ種結晶の成長面には＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ転位はほとんど露出しない。そして，上記ＳｉＣ種結晶は，｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面としており，略＜０００１＞方向に成長する。そのため，上記ＳｉＣ種結晶を成長させて得られる最終ＳｉＣ単結晶には，積層欠陥はほとんど含まれない。
したがって，本発明のＳｉＣ種結晶を用いて，ＳｉＣ単結晶を成長させると，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥を含まず，高品質のＳｉＣ単結晶を簡単に作製することができる。
【００１８】
上記ＳｉＣ種結晶は，上述のごとく，最終成長面上に転位や欠陥をほとんど有していない。そのため，上記ＳｉＣ種結晶を用いてＳｉＣ単結晶を成長させると，該ＳｉＣ単結晶中にはほとんど転位や欠陥は発生せず，高品質の欠陥フリーのＳｉＣ単結晶を提供することができる。
また，種結晶は一度作製すると同様の結晶を繰り返して製造できることから，上記ＳｉＣ種結晶を用いると，高品質の欠陥フリーのＳｉＣ単結晶を簡単に大量に作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明において，上記第１成長面は，｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面であり，これは｛１−１００｝面又は{１１−２０}面を含む概念である。
ここで，上記第１成長面は，｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面であることが好ましい。
この場合には，上記第１成長は，それぞれ＜１−１００＞又は＜１１−２０＞方向に成長する（ａ面成長）。そのため，上記第１成長結晶に含まれる＜０００１＞方向の貫通欠陥をより効果的に減少させることができる。
【００２０】
また，上記中間成長工程において，上記第ｎ成長面は，第（ｎ−１）成長面より８０°〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より８０°〜９０°傾いた面であることが好ましい。
この場合には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位をより効果的に減少させることができる。
また，上記最終成長面は，上記第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面であることが好ましい。
この場合には，上記最終種結晶を＜０００１＞方向に成長させることができるので，上記ＳｉＣ単結晶に積層欠陥が生じることを防止することができる。
【００２１】
また，上記各成長面の上にＳｉＣ単結晶を成長させる前には，付着物や加工変質層を除去しておくことが好ましい。
この場合には，上記付着物や加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。なお，上記付着物や加工変質層を除去する方法としては例えば，化学洗浄，Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ），犠牲酸化などがある。
【００２２】
また，上記最終成長工程によって得られるＳｉＣ単結晶から，該ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を成長面として露出させた種結晶を切り出し，該種結晶を使用してＳｉＣ単結晶を製造することができる（請求項２）。
【００２３】
この場合には，上記最終成長工程で得られるＳｉＣ単結晶，いわば最終ＳｉＣ単結晶から切り出した上記種結晶を使用して，上記最終ＳｉＣ単結晶と同様な高品質のＳｉＣ単結晶を複製することができる。また，上記と同様の種結晶の切り出しと，これを用いた成長を繰り返すことにより，上記最終ＳｉＣ単結晶と同様のＳｉＣ単結晶を何度でも繰り返し複製することができる。
【００２４】
また，上記第１成長工程及び中間成長工程においては，成長温度もしくは成長温度から±４００℃以内の温度にて，種結晶の表面を熱エッチングする，又は，成長を行うための容器内にエッチングガスを導入する予備工程を行い，その後，成長温度に移行して成長を行うことが好ましい（請求項３，請求項７）。
この場合には，上記第１成長工程及び中間成長工程に用いる各成長面の表面における付着物及び加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。なお，上記エッチングガスとしては，例えばＨ2，ＨＣｌなどがある。
【００２５】
また，上記種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長には昇華再析出法を用いることが好ましい（請求項４，請求項８）。
この場合には，十分な成長高さが得られるため，大口径のＳｉＣ単結晶又はＳｉＣ種結晶を作製することができる。
【００２６】
また，上記種結晶の厚みは１ｍｍ以上であることが好ましい（請求項５，請求項９）。
この場合には，上記種結晶と該種結晶を固定している物体との熱膨張差による応力によって成長結晶に生じる転位を防止することができる。即ち，上記種結晶の厚みを充分大きくすることにより，上記応力が上記種結晶を構成する格子を歪めて，成長結晶に転位が発生することを防止することができる。また，特に，上記種結晶の成長面の面積Ａが５００ｍｍ2を越える場合には，上記種結晶の厚みを１ｍｍよりさらに大きくする必要がある。このときの必要最低限の厚さをｔｓｅｅｄとすると，ｔｓｅｅｄ＝Ａ1/2×２／πの式が与えられる。
なお，上記種結晶及び成長結晶とは，本発明におけるすべての種結晶及びすべての成長結晶を含む概念である。
【００２７】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるＳｉＣ単結晶及びその製造方法並びにＳｉＣ種結晶及びその製造方法につき説明する。
本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法は，図１〜３に示すごとく，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法である。そして，この製造方法はＮ回（本例ではＮ＝３）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表す。
まず，図１に示すごとく，ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面１５として露出させた第１種結晶１を用いて，上記第１成長面１５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶１０を作製する（第１成長工程）。
次に，図２に示すごとく，ｎ＝２である第２成長工程としての中間成長工程においては，第１成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第２成長面２５とした第２種結晶２を作製し，該第２種結晶２の上記第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させて第２成長結晶２０を作製する（中間成長工程）。
そして，図３に示すごとく，ｎ＝Ｎ（Ｎ＝３）である最終成長工程においては，第２成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面３５として露出させた最終種結晶３を作製し，該最終種結晶３の上記最終成長面３５上にバルク状のＳｉＣ単結晶３０を成長させる（最終成長工程）。
【００２８】
以下，本例につき詳細に説明する。
本例では，図１〜図５に示すごとく，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上に昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させて，ＳｉＣ単結晶を製造する。なお，本例においては，上記のごとくＮ＝３，即ち３回の成長工程を含む例を示す。
まず，昇華再析出法により成長したＳｉＣ単結晶を準備した。図４に示すごとく，ＳｉＣ単結晶は，主要な面方位として｛０００１｝面と｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面及び｛１１−２０｝面とを有している。また，｛０００１｝面に垂直な方向が＜０００１＞方向，｛１−１００｝面に垂直な方向が＜１−１００＞方向，｛１１−２０｝面に垂直な方向が＜１１−２０＞である。
図１に示すごとく，上記ＳｉＣ単結晶の｛１−１００｝面が第１成長面１５として露出するように上記ＳｉＣ単結晶を切断し，さらにこの第１成長面１５を加工，研磨した。また，第１成長面１５の表面を化学洗浄して付着物を除去し，ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ），犠牲酸化などにより，切断・研磨に伴う加工変質層を除去した。さらに，第１成長面１５の表面を熱エッチングし，これを第１種結晶１とした。なお，第１種結晶１の厚みは３ｍｍである。
【００２９】
次に，図５に示すごとく，上記第１種結晶１とＳｉＣ原料粉末７５とをこれらが対向するように坩堝６内に配置した。このとき，上記第１種結晶１は坩堝６の蓋体６５の内側面に接着剤などを介して固定した。そして上記坩堝６を減圧不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃に加熱した。このとき，ＳｉＣ原料粉末７５側の温度を第１種結晶１側の温度より２０〜２００℃高く設定した。これにより，坩堝６内のＳｉＣ原料粉末７５が加熱により昇華し，該ＳｉＣ原料粉末７５より低温の第１種結晶１上に堆積し，第１成長結晶１０を得た。
【００３０】
次に，図１，図２に示すごとく，上記第１成長結晶１０から，第１成長面１５より９０°傾き，且つ｛０００１｝面より９０°傾いた面，即ち｛１１−２０｝面を第２成長面２５とする第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして作製した。そして，この第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして成長させ，第２成長結晶２０を得た。
【００３１】
次に，図２〜図３に示すごとく，上記第２成長結晶２０の面５０を最終成長面（第３成長面）３５とする最終種結晶（第３種結晶）３を第１種結晶１及び第２種結晶２と同様にして作製し，この最終種結晶３からＳｉＣ単結晶を成長させ，本発明のＳｉＣ単結晶３０を作製した。
【００３２】
以下，本例の作用効果につき説明する。
本例の第１成長工程においては，上記｛１−１００｝面を第１成長面１５としている。
そのため，上記第１成長結晶１０は第１成長面１５と直交する方向に成長し，これはいわゆるａ面成長に相当する。それ故，上記第１成長結晶１０中には上記マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。しかし，第１種結晶中には，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及びそれらの複合転位などの欠陥が存在する。そのため，上記第１成長結晶１０中には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位が上記第１成長面の表面から継承されて存在する。このとき上記刃状転位は，第１成長結晶の成長方向に平行な方向に伸びるように存在する。
【００３３】
上記中間成長工程においては，第１成長面１５より９０°傾き，且つ｛０００１｝面より９０°傾いた面，即ち｛１１−２０｝面を第２成長面２５とする第２種結晶２を作製している。
そのため，上記第１成長結晶１０に含まれる刃状転位は，上記第２種結晶２の表面にはほとんど露出されない。それ故，第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させても，第２成長結晶２０中には第２種結晶２から継承される刃状転位はほとんど除外される。また，上記中間成長工程において，上記第２種結晶２は略ａ面成長の方向に成長する。そのため，上記第２成長結晶２０中には，マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位は発生しない。
【００３４】
上記最終成長工程においては，上記第２成長結晶２０の｛０００１｝面を最終成長面３５として露出させた最終種結晶３を作製している。そのため，上記最終成長面３５には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ刃状転位は存在しない。それ故，上記最終ＳｉＣ単結晶３０には，＜０００１＞方向に直交するバーガースベクトルをもつ転位である刃状転位は発生しない。また，＜０００１＞方向に平行な方向のバーガースベクトルをもつ欠陥であるマイクロパイプ欠陥及び螺旋転位も発生しない。
また，上記最終成長工程において，上記最終種結晶３は，＜０００１＞方向に成長している。そのため，上記最終種結晶３に高密度に含まれる積層欠陥は，上記最終ＳｉＣ単結晶３０中にはほとんど存在しない。上記積層欠陥は＜０００１＞方向の成長には継承されないからである。
【００３５】
また，本例においては，上記第１成長面，第２成長面２５及び最終成長面３５の上にＳｉＣ単結晶を成長させる前に，付着物や加工変質層を取り除いている。そのため，上記付着物や加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。
【００３６】
また，上記第１成長工程及び中間成長工程においては，各種結晶１，２の表面を熱エッチングしている。そのため，各成長面１５，２５の表面の付着物及び加工変質層に起因する各成長面１５，２５から各成長結晶１０，２０に継承される転位を防ぐことができる。
【００３７】
また，上記第１種結晶，中間種結晶及び最終種結晶の厚みを１ｍｍ以上にしている。
そのため，上記各種結晶１，２，３と種結晶が接触している蓋体６５との熱膨張差による応力によって成長結晶１０，２０，３０に生じる転位を防止することができる。
【００３８】
したがって，本例によれば，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質のＳｉＣ単結晶及びその製造方法並びにＳｉＣ種結晶及びその製造方法を提供することができる。
【００３９】
また，本例においてはＮ＝３として，上記中間成長工程を１回だけ行っているが，複数回繰り返して行ってもよい。
即ち，本例の中間成長工程においては，｛１１−２０｝面を第２成長面２５として第２成長結晶２０を得た。この第２成長結晶２０から，上記第２成長面２５より９０°傾き，且つ｛０００１｝面より９０°傾いた面，即ち｛１−１００｝面を第３成長工程における第３成長面とし，この上にＳｉＣ単結晶を成長させて，第３成長結晶を作製する。さらに，上記第３成長結晶から，第４成長工程，第５成長工程，・・・，第（Ｎ−１）工程というように，上記中間成長工程を繰り返して行うことができる。
この場合には，上記中間成長工程の回数を増やす毎に，ここで得られる成長結晶のいわゆる転位密度を指数関数的に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にかかる，第１成長工程を示す説明図。
【図２】実施例１にかかる，中間成長工程を示す説明図。
【図３】実施例１にかかる，最終成長工程を示す説明図。
【図４】実施例１にかかる，ＳｉＣ単結晶の主要な面方位を示す説明図。
【図５】実施例１にかかる，昇華再結晶法によるＳｉＣ単結晶及びＳｉＣ種結晶の製造方法。
【図６】従来例にかかる，ａ面成長と刃状転位及び積層欠陥の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．第１種結晶，
１５．．．第１成長面，
１０．．．第１成長結晶，
２．．．第２種結晶，
２５．．．第２成長面，
２０．．．第２成長結晶，
３．．．最終種結晶（ＳｉＣ種結晶），
３５．．．最終成長面，
３０．．．ＳｉＣ単結晶（最終ＳｉＣ単結晶），
Claims (9)
- ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法において，該製造方法はＮ回（Ｎは，Ｎ≧３の自然数）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面として露出させた第１種結晶を用いて，上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，（Ｎ−１）回目である中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製し，
ｎ＝Ｎである最終成長工程においては，第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面として露出させた最終種結晶を第（Ｎ−１）成長結晶より作製し，該最終種結晶の上記最終成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 請求項１において，上記最終成長工程によって得られるＳｉＣ単結晶から，該ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を成長面として露出させた種結晶を切り出し，該種結晶を使用してＳｉＣ単結晶を製造することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１又は２において，上記第１成長工程及び中間成長工程においては，成長温度もしくは成長温度から±４００℃以内の温度にて，上記各種結晶の表面を熱エッチングする，又は，成長を行うための容器内にエッチングガスを導入する予備工程を行い，その後，成長温度に移行して成長を行うことを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項おいて，上記各種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長には昇華再析出法を用いることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項において，上記各種結晶の厚みは１ｍｍ以上であることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- バルク状のＳｉＣ単結晶を成長させるためのＳｉＣ種結晶を製造する方法において，該製造方法は（Ｎ−１）回（Ｎは，Ｎ≧３の自然数）の成長工程と該成長工程後に行う種結晶作製工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まり（Ｎ−１）で終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛１−１００｝面からオフセット角度±２０°以下の面，または｛１１−２０｝面からオフセット角度±２０°以下の面を第１成長面として露出させた第１種結晶を用いて，上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，（Ｎ−１）回目である中間成長工程においては，第（ｎ−１）成長面より４５〜９０°傾き，且つ｛０００１｝面より６０〜９０°傾いた面を第ｎ成長面とした第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶より作製し，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させて第ｎ成長結晶を作製し，
上記種結晶作製工程においては，第（Ｎ−１）成長結晶の｛０００１｝面よりオフセット角度±２０°以下の面を最終成長面として露出させることを特徴とするＳｉＣ種結晶の製造方法。 - 請求項６において，上記第１成長工程及び中間成長工程においては，成長温度もしくは成長温度から±４００℃以内の温度にて，種結晶の表面を熱エッチングする，又は，成長を行うための容器内にエッチングガスを導入する予備工程を行い，その後，成長温度に移行して成長を行うことを特徴とするＳｉＣ種結晶の製造方法。
- 請求項６又は７において，上記各種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長には昇華再析出法を用いることを特徴とするＳｉＣ種結晶の製造方法。
- 請求項６〜８のいずれか１項において，上記各種結晶の厚みは１ｍｍ以上であることを特徴とするＳｉＣ種結晶の製造方法。
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