WO2012169465A1 - ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイス - Google Patents

ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイス Download PDF

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造 郡司島
啓輔 重藤
泰 浦上
山田　正徳
歩 安達
小林　正和
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株式会社豊田中央研究所
株式会社デンソー
昭和電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a SiC single crystal and a method for producing the same, and a SiC wafer and a semiconductor device.
  • the present invention relates to a SiC wafer and a semiconductor device cut out from a SiC single crystal.
  • SiC silicon carbide
  • ⁇ -type high-temperature type
  • ⁇ -type low-temperature type
  • cubic crystal structure SiC not only has higher heat resistance than Si, but also has a wide band gap and a high breakdown field strength. Therefore, a semiconductor composed of a SiC single crystal is expected as a candidate material for a next-generation power device that replaces a Si semiconductor.
  • ⁇ -type SiC has attracted attention as a semiconductor material for ultra-low power loss power devices because it has a wider band gap than ⁇ -type SiC.
  • ⁇ -type SiC has ⁇ 0001 ⁇ plane (hereinafter also referred to as “c plane”), ⁇ 1-100 ⁇ plane (m plane) and ⁇ 11 ⁇ plane perpendicular to the ⁇ 0001 ⁇ plane as its main crystal plane. 20 ⁇ plane (a plane in the narrow sense).
  • a-plane means a broad a-plane, that is, “a general term for an m-plane and a narrow a-plane”, and when it is necessary to distinguish between an m-plane and a narrow a-plane, These are referred to as “ ⁇ 1-100 ⁇ plane” or “ ⁇ 11-20 ⁇ plane”, respectively.
  • a c-plane growth method is known as a method for obtaining an ⁇ -type SiC single crystal.
  • the “c-plane growth method” is a sublimation reprecipitation method such as a sublimation reprecipitation method using a SiC single crystal exposed as a growth surface with a c-plane or a plane having an offset angle with respect to the c-plane in a predetermined range.
  • micropipe defects tubular voids having a diameter of about several ⁇ m to 100 ⁇ m
  • pipe c-axis penetrating screw dislocations
  • defects such as “spiral dislocation”
  • it is an essential condition to reduce the leakage current generated in the SiC semiconductor. Defects such as micropipe defects and screw dislocations occurring in the SiC single crystal are considered to cause this leakage current to increase.
  • Patent Document 1 discloses a seed crystal in which a plane (for example, ⁇ 1-100 ⁇ plane, ⁇ 11-20 ⁇ plane, etc.) whose inclination from c-plane is about 60 ° to about 120 ° is exposed as a growth plane.
  • a SiC single crystal growth method (hereinafter, such a growth method is referred to as an “a-plane growth method”) is disclosed in which a SiC single crystal is grown using the above method.
  • SiC is grown using a seed crystal having a ⁇ 10-10 ⁇ plane as a growth surface, and then a ⁇ 0001 ⁇ wafer is taken out from the obtained single crystal, and this wafer is used as a seed crystal.
  • a method of growing a SiC single crystal that uses it to grow SiC is disclosed. In this document, by such a method, (1) A SiC single crystal with few micropipe defects can be obtained, and (2) A sufficiently large ⁇ 0001 ⁇ wafer can be obtained as compared to the Atchison crystal, and by using this as a seed crystal, a large crystal can be easily grown. Is described.
  • Patent Documents 3 and 4 disclose a method for producing a SiC single crystal in which a-plane growth is performed a plurality of times in directions orthogonal to each other, and finally c-plane growth is performed.
  • (1) The point that the dislocation density in the grown crystal decreases exponentially as the number of repetitions of a-plane growth increases.
  • (2) In a-plane growth, the occurrence of stacking faults is unavoidable, and (3)
  • c-plane growth is performed, a SiC single crystal in which not only micropipe defects and screw dislocations are generated but also almost no stacking faults are obtained, Is described.
  • Patent Document 5 discloses a crystal having an off angle of 5 to 30 degrees from the plane perpendicular to the (0001) basal plane of the SiC single crystal as a seed crystal in the (000-1) C plane direction in the sublimation reprecipitation method.
  • a method for growing a SiC single crystal using a surface is disclosed.
  • the a-plane growth method has an advantage that a SiC single crystal having a low screw dislocation density can be obtained.
  • the a-plane growth method has a problem that high-density stacking faults substantially parallel to the c-plane are likely to be generated.
  • the electrical resistance in the direction across the stacking fault increases. Therefore, an SiC single crystal having such stacking defects at a high density cannot be used as a semiconductor for power devices.
  • a SiC single crystal having few screw dislocations and stacking faults can be produced by performing c-plane growth after performing a-plane growth at least once.
  • the ⁇ 11-20 ⁇ plane growth direction and ⁇ 1-100 ⁇ It is necessary to grow a long crystal in each of the plane growth directions.
  • different orientation crystals and heterogeneous polymorph crystals were often formed on the growth plane.
  • the problems to be solved by the present invention include a SiC single crystal that has a small number of differently oriented crystals and heterogeneous polymorphic crystals, and that can cut a large-diameter ⁇ 0001 ⁇ plane substrate, a method for producing the same, and such a method.
  • An object of the present invention is to provide a SiC wafer and a semiconductor device cut out from a SiC single crystal.
  • the gist of a method for producing an SiC single crystal according to the present invention is as follows.
  • the method for producing the SiC single crystal includes n times (n ⁇ 2) a-plane growth steps.
  • the 1a-plane growth step uses a first seed crystal having a first growth surface in which the offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane is in the range of 80 ° to 100 ° on the first growth surface. This is a step of growing an a-plane of a SiC single crystal.
  • the ka-th surface growth step (2 ⁇ k ⁇ n) is performed from the (k-1) -th growth crystal obtained in the (k-1) -th surface growth step, from the (k-1) a-th Type k having a growth direction in a direction different from the growth direction of the surface growth process by 45 ° or more and 135 ° or less and having an offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane in the range of 80 ° or more and 100 ° or less.
  • the crystal is cut out and the SiC single crystal is grown on the a-plane on the k-th growth surface.
  • the area ratio S facet of the Si face side facet region represented by the formula (A) is maintained at 20% or less.
  • the SiC single crystal is a-plane grown on the k-th growth surface.
  • S facet (%) S 1 ⁇ 100 / S 2 (A)
  • S 1 represents the total area of the projected area of the Si-plane-side polar plane step on the k-th growth plane and the ⁇ 1-100 ⁇ plane facet sandwiched between the Si-plane-side polar plane steps on the k-th growth plane.
  • the sum of the total areas projected, S 2 is the total area of the k-th growth surface.
  • the SiC single crystal according to the present invention is obtained by the a-plane growth method according to the present invention, and the gist thereof is that it does not include a differently oriented crystal lump or a heterogeneous polymorphous crystal lump in a region excluding a region of 20% from the outer periphery. .
  • the SiC wafer according to the present invention is cut out from the SiC single crystal according to the present invention, and the gist of the widest surface is a surface having an absolute value of an offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane within 30 °.
  • the semiconductor device according to the present invention is manufactured using the SiC single crystal or the SiC wafer according to the present invention.
  • a region (facet region) composed of a ⁇ 1-100 ⁇ facet, a Si face side polar face step, and a C face side polar face step is formed on the growth face.
  • a facet region is formed at a substantially central portion of the surface of the grown crystal.
  • facet regions are generated at both ends of the surface of the grown crystal.
  • heterogeneous polymorphic crystals and differently oriented crystals are likely to be generated mainly from a region having a Si-plane-side polar plane step (Si-plane-side facet region) in the facet region. Therefore, when the step of growing the SiC single crystal on the growth surface a-plane is repeated twice or more so that the area ratio S facet of the Si facet facet region represented by the formula (A) is maintained at 20% or less. In addition, it is possible to produce a large-diameter a-plane grown crystal with few different orientation crystals and different polymorphic crystals.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a ⁇ 0001 ⁇ plane aperture enlargement method (L k ⁇ theoretical maximum value) by only ⁇ 11-20> on growth.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a ⁇ 0001 ⁇ face diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by only ⁇ 11-20> on growth.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a ⁇ 0001 ⁇ face diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by ⁇ 11-20> off growth.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a ⁇ 0001 ⁇ face diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by ⁇ 11-20> off growth.
  • FIG. 6 is a process diagram for explaining a grown crystal remaining method which is a kind of ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method.
  • FIG. 4 is a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view (upper right) of a SiC single crystal grown asymmetrically in the c-axis direction in the ⁇ 1-100 ⁇ plane.
  • a method of lowering the temperature closer to the Si surface (FIG. 9A), a method of selectively increasing the SiC gas concentration in a part of the surface of the grown crystal (FIG. 9B), and a ⁇ 1-100 ⁇ surface
  • FIG. 9 (c) It is a conceptual diagram for demonstrating the method (FIG.9 (c)) made to grow flat.
  • FIG. 4 is a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view (upper right) of a SiC single crystal grown by using an asymmetric seed crystal.
  • Plan view (middle left), front view (upper left), right side view (middle middle) of a SiC single crystal grown from the ⁇ 1-100 ⁇ plane using the seed crystal bonded to the Si surface side of the seed crystal element They are a perspective view (upper right), a partially enlarged view of the right side view (middle right), and a plan view (lower left) of the seed crystal obtained by bonding the Si surface side of the seed crystal piece.
  • FIG. 3 is a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view (upper right) of a SiC single crystal with a ⁇ 1-100 ⁇ plane grown flat.
  • Plan view (lower left) and front view of a SiC single crystal grown ⁇ 1-100 ⁇ so as to be convex in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction and symmetrical with respect to the c-plane direction center The upper left), the right side view (middle lower), the perspective view (upper right), and the schematic diagram (lower right) showing the relationship between r and L.
  • FIG. 4 is a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view (upper right) of a SiC single crystal grown by ⁇ 1-100 ⁇ plane using a nitrogen doping reduction method. .
  • FIG. 16 is a plan view (FIG. 16 (a)), a front view (FIG. 16 (b)), and a perspective view (FIG. 16 (c)) of an SiC single crystal manufactured using the a-plane growth method according to the present invention. . ⁇ 1-100 ⁇ facet marks (FIGS. 17A and 17B) generated in a-plane grown SiC single crystal, and ⁇ 1-100 ⁇ facet marks (Si surface side polar face step) FIG. 18 is a schematic diagram of a striped facet mark (FIGS. 17C and 17D).
  • FIG. 4 is a plan view (lower left) of a seed crystal to which a dummy seed crystal is bonded.
  • the “growth surface” refers to a surface of a seed crystal for growing a new single crystal made of SiC.
  • A-plane growth means that a new single crystal made of SiC is grown with a plane whose offset angle from the ⁇ 11-20 ⁇ plane or ⁇ 1-100 ⁇ plane is within a predetermined range as a growth plane.
  • ⁇ 11-20 ⁇ plane growth (or ⁇ 11-20> growth”) is a new single crystal made of SiC with a plane whose offset angle from the ⁇ 11-20 ⁇ plane is within a predetermined range as the growth plane. This refers to growing crystals.
  • ⁇ 1-100 ⁇ plane growth is a new single crystal made of SiC with a plane whose offset angle from the ⁇ 1-100 ⁇ plane is within a predetermined range as a growth plane. This refers to growing crystals.
  • the “growth direction” represents a macroscopic growth direction of the SiC single crystal, and usually refers to a direction perpendicular to the bottom surface of the SiC seed crystal or the seed crystal pedestal for fixing the same.
  • Offset angle refers to an angle formed by the normal vector of the seed crystal growth plane and the normal vector of the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • Offset angle from ⁇ 11-20 ⁇ plane means a vector b obtained by projecting the normal vector of the growth surface of the seed crystal onto the ⁇ 0001 ⁇ plane, and the ⁇ 11-20> axis in the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the angle formed with the ⁇ 11-20> axis is the smallest angle formed with the vector b.
  • the “positive offset angle” means a case where the vector b is in the clockwise direction with respect to the ⁇ 11-20> axis.
  • Offset angle from ⁇ 1-100 ⁇ plane means a vector b ′ obtained by projecting a normal vector of the growth surface of the seed crystal onto the ⁇ 0001 ⁇ plane, and ⁇ 1-100> in the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the angle formed with the ⁇ 1-100> axis which is the smallest angle formed with the vector b ′.
  • the “positive offset angle” refers to a case where the vector b ′ is in the clockwise direction with respect to the ⁇ 1-100> axis.
  • FIG. 1 is a plan view (lower left), front view (upper left), right side view (middle lower), perspective view (upper right), and right side of a grown crystal when SiC is grown in the ⁇ 1-100 ⁇ plane.
  • a partially enlarged view (lower right) of the figure is shown.
  • the ⁇ -type SiC single crystal has a polar plane represented by the ⁇ 0001 ⁇ plane (c plane) and a nonpolar plane such as a ⁇ 11-20 ⁇ plane or ⁇ 1-100 ⁇ plane.
  • the ⁇ 0001 ⁇ plane is divided into a plane (C plane) exposing carbon atoms represented by the (000-1) plane and a plane (Si plane) exposing silicon atoms represented by the (0001) plane.
  • the ⁇ 11-20 ⁇ plane and the ⁇ 1-100 ⁇ plane expose both carbon atoms and silicon atoms.
  • ⁇ 1-100 ⁇ facets When a-plane growth of SiC, ⁇ 1-100 ⁇ facets with the smallest surface energy appear on the surface of the grown crystal.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ facet appears on a surface that is substantially perpendicular to the ⁇ 1-100> axis.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ plane facet appears almost at the center of the surface of the grown crystal as shown in FIG.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ plane facets are tilted by 30 ° with respect to both ends ( ⁇ 11-20> axis of the surface of the grown crystal as shown in FIG. Direction).
  • the surface of the growth crystal is usually curved. This is because the surface of the grown crystal tends to follow a curved isothermal surface.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ facet is a flat surface, it is not possible to cover all of the curved surface located substantially perpendicular to the ⁇ 1-100> axis with the ⁇ 1-100 ⁇ facet.
  • the a-plane growth is not a spiral growth in which the growth progresses while the step spreads in the facet plane direction like the c-plane growth, but a growth mode in which the step extends in the direction perpendicular to the facet at each point in the facet.
  • ⁇ 1-100 ⁇ facet unlike the ⁇ 0001 ⁇ facet, a step is likely to occur. Therefore, in addition to a plurality of flat ⁇ 1-100 ⁇ facets arranged so as to follow the curved surface in the ⁇ 0001> direction, ⁇ 1-100 ⁇ Often, polar face steps parallel to the ⁇ 0001 ⁇ face occur between the facet faces.
  • the normal vector of the polar plane step is not necessarily completely parallel to the ⁇ 0001> axis, and is considered to be inclined in the ⁇ 1-100> axis direction in many cases.
  • the polar face step formed between the ⁇ 1-100 ⁇ facets is opposite in the direction of the step from the ⁇ 1-100 ⁇ facet at the apex of the surface of the grown crystal to the C face side direction and the Si face side direction. It has become.
  • C-plane side polar plane step means a plane tilted toward the C plane among the polar plane steps formed between ⁇ 1-100 ⁇ plane facets (that is, the normal vector has a [000-1] direction component A step having a surface.
  • Si plane side polar plane step means a plane tilted toward the Si plane among the polar plane steps formed between the ⁇ 1-100 ⁇ plane facets (that is, the normal vector has a [0001] direction component. Step).
  • the “facet region” refers to a region including a ⁇ 1-100 ⁇ plane facet, a C plane side polar plane step, and a Si plane side polar plane step.
  • the “Si face side facet area” refers to an area including a Si face side polar face step and a ⁇ 1-100 ⁇ face facet sandwiched between Si face side polar face steps.
  • the manufacturing method of the SiC single crystal according to the first embodiment of the present invention has the following configuration.
  • the method for producing the SiC single crystal includes n times (n ⁇ 2) a-plane growth steps.
  • the 1a-plane growth step uses a first seed crystal having a first growth surface in which the offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane is in the range of 80 ° to 100 ° on the first growth surface. This is a step of growing an a-plane of a SiC single crystal.
  • the ka-th surface growth step (2 ⁇ k ⁇ n) is performed from the (k-1) -th growth crystal obtained in the (k-1) -th surface growth step, from the (k-1) a-th A k-th growth surface having a growth direction in a direction different from the growth direction of the surface growth step by 45 ° to 135 ° and having an offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane in the range of 80 ° to 100 °.
  • the area ratio S facet of the Si face side facet region represented by the formula (A) is maintained at 20% or less.
  • the SiC single crystal is a-plane grown on the k-th growth surface.
  • S facet (%) S 1 ⁇ 100 / S 2 (A)
  • S 1 represents the total area of the projected area of the Si-plane-side polar plane step on the k-th growth plane and the ⁇ 1-100 ⁇ plane facet sandwiched between the Si-plane-side polar plane steps on the k-th growth plane.
  • the sum of the total areas projected, S 2 is the total area of the k-th growth surface.
  • the SiC single crystal manufacturing method includes n times (n ⁇ 2) a-plane growth steps. In the second and subsequent a-plane growth steps, a seed crystal cut out from the growth crystal obtained in the immediately preceding a-plane growth step is used.
  • the k-th seed crystal used in the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n) has a k-th growth surface in which the offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane is in the range of 80 ° to 100 °.
  • the offset angle of the kth growth plane from the ⁇ 0001 ⁇ plane is less than 80 ° and exceeds 100 °, the yield when the ⁇ 0001 ⁇ plane substrate is finally cut is lowered.
  • the offset angle of the kth growth plane from the ⁇ 0001 ⁇ plane is more preferably more than 85 ° and less than 95 °.
  • the growth direction of the ka-th surface growth step (2 ⁇ k ⁇ n) is the (k ⁇ 1) -th surface growth as long as the area ratio S facet of the Si-faced facet region described later is maintained within a predetermined range. What is necessary is just to exist in the range of 45 degrees or more and 135 degrees or less with respect to the growth direction of a process.
  • the growth direction of the ka-plane growth step (2 ⁇ k ⁇ n) Is (1) A direction ( ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method) that differs by about 60 ° or about 120 ° with respect to the growth direction of the (k-1) a-plane growth step in which ⁇ 11-20 ⁇ plane growth has been performed, Or (2) A direction ( ⁇ 11-20 ⁇ plane different from the growth direction of the (k-1) a-plane growth step in which ⁇ 11-20 ⁇ plane growth or ⁇ 1-100 ⁇ plane growth is performed by about 90 ° ⁇ 1-100 ⁇ plane alternating growth method (hereinafter also referred to simply as “alternate growth method”) Is preferred.
  • the area ratio S facet of the Si-face side facet region represented by the above-described formula (A) is maintained at 20% or less.
  • an a-plane SiC single crystal is grown on the kth growth surface. Therefore, the occurrence frequency of differently oriented crystals and different polymorphic crystals and the size thereof can be significantly reduced as shown in FIG.
  • the yield is improved, a ⁇ 0001 ⁇ plane substrate having a large diameter can be cut out from the obtained grown crystal.
  • S facet Since the occurrence frequency and degree of expansion of different orientation crystals and heterogeneous polymorph crystals increase as S facet increases, the area ratio S facet of the facet region on the Si surface is reduced to reduce the occurrence frequency and prevent expansion. Smaller is better. S facet is more preferably 10% or less, and further preferably 5% or less.
  • the area ratio S facet of the Si facet facet region which is the generation region of differently oriented crystals and heterogeneous polymorphic crystals, is kept small, and it must be grown in at least two different directions to perform two-dimensional expansion. I must.
  • a-plane growth method (1) ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method
  • ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method [3.1. Overview]
  • a first specific example for producing an a-plane growth substrate having a large diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane while suppressing the occurrence of different orientation crystals and different polymorphic crystals is the ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method.
  • the ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method is a method in which a-plane growth is repeated in directions different by about 60 ° or about 120 ° with respect to the ⁇ 11-20 ⁇ plane.
  • the ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method is
  • the first-a-plane growth step uses the first seed crystal having the first growth surface with an offset angle ⁇ 1 from the ⁇ 11-20 ⁇ plane being ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 15 °, and using the first seed crystal.
  • the growth direction is different from the growth direction of the process by about 60 ° or 120 °, and the offset angle ⁇ k from the ⁇ 11-20 ⁇ plane is ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ k ⁇ 15 °
  • FIG. 2 is a plan view (lower left), front view (upper left), right side view (middle lower), perspective view (upper right), and ⁇ 11
  • a conceptual diagram (lower right) of the ⁇ 20 ⁇ plane selective growth method is shown.
  • the facet regions are inclined at 30 ° with respect to both ends of the surface of the grown crystal (ie, ⁇ 11-20> axis). ).
  • the formation area of the facet region itself is greatly reduced as compared with the case of ⁇ 1-100 ⁇ plane growth.
  • the area of the facet region on the Si surface side is reduced accordingly, and growth can be performed while maintaining S facet at 20% or less.
  • the probability that a differently oriented crystal or a different polymorphic crystal is generated at the center of the grown crystal is extremely low.
  • a grown crystal often grows larger than a seed crystal, but in ⁇ 11-20 ⁇ plane growth, a facet region is often formed in an enlarged portion of the grown crystal. In that case, different orientation crystals and heterogeneous polymorph crystals in the grown crystal immediately above the seed crystal can be almost completely suppressed. Therefore, as shown in the lower right diagram of FIG. 2, when the ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is selectively repeated, the generation of the ⁇ 0001 ⁇ plane is large while suppressing the generation of differently oriented crystals and different polymorphic crystals. A plane growth substrate can be produced reliably.
  • the offset angle ⁇ k from the ⁇ 11-20 ⁇ plane of the k-th growth surface may be ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ k ⁇ 15 °, respectively.
  • the absolute value of ⁇ k exceeds 15 ° the growth direction approaches the ⁇ 1-100> direction, so that the formation area of the facet region increases. This also increases the probability that a differently oriented crystal or a different polymorphic crystal is generated at the center of the grown crystal.
  • the offset angle ⁇ k may be zero.
  • the ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method requires a larger number of repetitions to produce an a-plane growth substrate having a predetermined ⁇ 0001 ⁇ plane aperture than the alternate growth method. Therefore, it is preferable to select an optimum angle for each offset angle ⁇ k so that an a-plane grown substrate having a larger ⁇ 0001 ⁇ plane aperture can be obtained with a smaller number of repetitions.
  • the offset angle ⁇ k of the k-th growth surface and the offset angle ⁇ k + 1 (1 ⁇ k ⁇ n ⁇ 1) of the (k + 1) -th growth surface are opposite in sign and the rotation direction is In both cases, it is preferable to increase the ⁇ 0001 ⁇ in-plane length L k + 1 of the (k + 1) -th growth surface of the (k + 1) -th seed crystal. Even if ⁇ k and ⁇ k + 1 are slightly increased, the number of repetitions can be significantly reduced.
  • the absolute value of theta k is not necessarily the same as the absolute value of ⁇ k-1.
  • the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n ⁇ 1) is a step in which the SiC is grown on the ⁇ 11-20 ⁇ surface on the k-th growth surface so that the relationship of the following equation (1) is satisfied.
  • H k is the growth height in the ka-th surface growth step
  • L k is the length in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the k-th growth surface of the k-th crystal.
  • ⁇ k and ⁇ k + 1 have signs opposite to each other, and both rotation directions increase the ⁇ 0001 ⁇ in-plane length L k + 1 of the (k + 1) -th growth surface of the (k + 1) -th seed crystal.
  • a k-th seed crystal satisfying the relationship of the following expression (2) is cut out from the (k ⁇ 1) -th grown crystal, and the k-th growth surface What is the step of growing the above-mentioned SiC single crystal on ⁇ 11-20 ⁇ plane is preferable.
  • H k-1 is the growth height in the (k-1) -th a-plane growth process
  • L k is the length in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the k-th growth surface of the k-th crystal.
  • ⁇ k-1 and ⁇ k are opposite to each other in the sign, and both directions of rotation increase L k .
  • the expression (1) represents that the crystal is grown to a height H k necessary to obtain the (k + 1) -th seed crystal having a ⁇ 0001 ⁇ in-plane length L k + 1 that exceeds at least L k.
  • the expression (2) represents that the k-th seed crystal having L k substantially equal to the right side of the expression (2) is cut out from the obtained (k ⁇ 1) -th seed crystal. Note that “ ⁇ ” in the equation (2) does not necessarily require L k to completely match the right side of the equation (2), and an error (for example, due to various causes when cutting the k-th seed crystal) This means that there may be chamfering of the outer periphery of the k-th seed crystal, angle error when cutting the seed crystal, and the like.
  • L k is longer than L k-1, and may be cut out first k seed shorter than the right side of equation (2).
  • Expressions (1) and (2) need not be satisfied at the same time.
  • an a-plane grown substrate having a relatively large ⁇ 0001 ⁇ face diameter can be obtained with a small number of repetitions. There is an advantage that it can be manufactured.
  • the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n ⁇ 1) is a step of growing the SiC single crystal on the k-th growth surface to satisfy the following expression (3): ⁇ 11-20 ⁇ surface. Those are preferred. H k ⁇ L k tan (60 ° +
  • ⁇ k and ⁇ k + 1 have signs opposite to each other, and both rotation directions increase the ⁇ 0001 ⁇ in-plane length L k + 1 of the (k + 1) -th growth surface of the (k + 1) -th seed crystal.
  • the k-th seed crystal is cut out from the (k ⁇ 1) -th growth crystal so as to satisfy the following equation (4), and the k-th growth surface is formed on the k-th growth surface.
  • L k-1 is the length in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the (k-1) th growth surface of the (k-1) seed crystal.
  • L k is the length in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the k-th growth surface of the k-th crystal. ⁇ k-1 and ⁇ k are opposite to each other in the sign, and both directions of rotation increase L k .
  • the expression (3) represents that the crystal is grown to a growth height H k necessary to cut out the (k + 1) -th seed crystal having the maximum L k + 1 from at least the k-th growth crystal.
  • the formula (4) represents that the k-th seed crystal having the maximum L k is cut out from the obtained (k ⁇ 1) -th seed crystal.
  • “ ⁇ ” does not necessarily require L k to completely match the theoretical maximum value, and an error (for example, the first) caused by various causes when cutting the k-th seed crystal. This means that there may be chamfering of the outer periphery of the k seed crystal, angle error when cutting the seed crystal, and the like.
  • L k is longer than L k-1, and may be cut out (4) of the k-th species shorter than right crystals.
  • Expressions (3) and (4) need not be satisfied at the same time.
  • an a-plane grown substrate having a relatively large ⁇ 0001 ⁇ face diameter can be obtained with a small number of repetitions.
  • the a-plane growth method using the equations (3) and (4) is more ⁇ 0001 ⁇ than the a-plane growth method using the equations (1) and (2) with a smaller number of iterations.
  • an a-plane growth substrate having a large surface diameter can be manufactured.
  • the first specific example is a method of enlarging the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane only by ⁇ 11-20> on growth, and a seed crystal smaller than the maximum theoretically extractable seed crystal is cut out, and ⁇ 11 This method repeats ⁇ 20 ⁇ plane growth.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of the ⁇ 0001 ⁇ face diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by only ⁇ 11-20> on growth.
  • the first growth surface is the (11-20) surface, and the length of the first growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 1.
  • a crystal 10a is prepared.
  • the history of the SiC single crystal from which the first seed crystal 10a is cut is not particularly limited, and SiC single crystals having various histories can be used.
  • an SiC single crystal is grown on the first growth surface using the first seed crystal 10a. At this time, the SiC single crystal is grown until H 1 > L 1 sin 60 °.
  • the growth method of the SiC single crystal is not particularly limited, and a known method (for example, sublimation precipitation method) can be used.
  • the second growth surface is the (2-1-10) plane, and the length of the second growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 2 ( ⁇ H 1 / cos 30 °), the second seed crystal 10b is cut out.
  • a SiC single crystal is grown on the second growth surface using the second seed crystal 10b until H 2 > L 2 sin 60 °.
  • the third growth surface is the (1-210) plane, and the length of the third growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 3 ( ⁇ H 2 / cos 30 °.
  • the third seed crystal 10c is cut out.
  • a SiC single crystal is grown on the third growth surface using the third seed crystal 10c until H 3 > L 3 sin 60 °.
  • the fourth growth surface is the (-1-120) plane, and the length of the fourth growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 4 ( ⁇ H 3 / cos 30
  • the fourth seed crystal 10d is cut out.
  • an a-plane growth substrate having a ⁇ 0001 ⁇ plane aperture of about L 4 is obtained.
  • ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is performed four times in total, but the number of repetitions of ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is not limited to four, and is required. The optimal number of times can be selected according to the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the ⁇ 0001 ⁇ face diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by only ⁇ 11-20> on growth.
  • the first growth surface is the (11-20) surface, and the length of the first growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 1.
  • a crystal 10a is prepared.
  • the history of the SiC single crystal from which the first seed crystal 10a is cut is not particularly limited, and SiC single crystals having various histories can be used.
  • an SiC single crystal is grown on the first growth surface using the first seed crystal 10a. At this time, the SiC single crystal is grown until H 1 ⁇ L 1 tan 60 °.
  • the growth method of the SiC single crystal is not particularly limited, and a known method (for example, sublimation precipitation method) can be used.
  • the second growth surface is the (2-1-10) plane, and the length of the second growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 2 ( ⁇ L 1 / The second seed crystal 10b that is sin 30 °) is cut out.
  • an SiC single crystal is grown on the second growth surface using the second seed crystal 10b until H 2 ⁇ L 2 tan 60 °.
  • the third growth surface is the (1-210) plane, and the length of the third growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 3 ( ⁇ L 2 / sin 30 °.
  • the third seed crystal 10c is cut out.
  • an SiC single crystal is grown on the third growth surface using the third seed crystal 10c until H 3 ⁇ L 3 tan 60 °.
  • the fourth growth surface is the (-1-120) plane, and the length of the fourth growth surface in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction is L 4 ( ⁇ L 3 / sin 30).
  • the fourth seed crystal 10d is cut out.
  • an a-plane growth substrate having a ⁇ 0001 ⁇ plane aperture of about L 4 is obtained.
  • the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane increases with each repetition. Moreover, the Si facet facet region is always formed at the end of the grown crystal. Therefore, an a-plane growth substrate having a large ⁇ 0001 ⁇ face diameter can be produced while suppressing the occurrence of different orientation crystals and different polymorphic crystals. Further, when the SiC single crystal is grown until L k reaches the theoretical maximum value, an a-plane grown substrate having a larger diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane can be produced with a smaller number of repetitions. In the example shown in FIG. 4, ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is performed four times in total. However, the number of repetitions of ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is not limited to four, and is required. The optimal number of times can be selected according to the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • a third specific example is a method of enlarging the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane by ⁇ 11-20> off growth, in which a seed crystal smaller than the largest seed crystal that can be theoretically extracted is cut out and ⁇ 11- 20 ⁇ It is a method of repeating surface growth.
  • “ ⁇ 11-20> off growth” means that ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is performed using a seed crystal of ⁇ k ⁇ 0.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the ⁇ 0001 ⁇ plane diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by ⁇ 11-20> off growth.
  • the growth direction is the [11-20] direction
  • the offset angle of the first growth surface is ⁇ 1
  • the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the first growth surface the length of providing a first seed crystal 10a is L 1.
  • the history of the SiC single crystal from which the first seed crystal 10a is cut is not particularly limited, and SiC single crystals having various histories can be used.
  • an SiC single crystal is grown on the first growth surface using the first seed crystal 10a. At this time, the SiC single crystal is grown until H 1 > L 1 sin (60 ° +
  • the growth method of the SiC single crystal is not particularly limited, and a known method (for example, sublimation precipitation method) can be used.
  • the growth direction is [2-1-10]
  • the offset angle of the second growth surface is ⁇ 2
  • the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the second growth surface is A second seed crystal 10b having a length of L 2 ( ⁇ H 1 / cos (30 ° ⁇
  • ) is cut out.
  • ⁇ 2 and ⁇ 3 are selected so that the signs are opposite to each other and the rotation direction is a direction that increases L 3 .
  • the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane is enlarged each time it is repeated. Moreover, the Si facet facet region is always formed at the end of the grown crystal. Therefore, an a-plane grown substrate having a large ⁇ 0001 ⁇ face diameter can be produced while suppressing the occurrence of different orientation crystals and different polymorphic crystals.
  • an a-plane grown substrate having a larger ⁇ 0001 ⁇ face diameter can be produced with a smaller number of repetitions than when on-growth is repeated.
  • ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is performed three times in total, but the number of repetitions of ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is not limited to three and is required. The optimal number of times can be selected according to the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of the ⁇ 0001 ⁇ face diameter expansion method (L k ⁇ theoretical maximum value) by ⁇ 11-20> off growth.
  • the growth direction is the [11-20] direction
  • the offset angle of the first growth surface is ⁇ 1
  • the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the first growth surface the length of providing a first seed crystal 10a is L 1.
  • the history of the SiC single crystal from which the first seed crystal 10a is cut is not particularly limited, and SiC single crystals having various histories can be used.
  • an SiC single crystal is grown on the first growth surface using the first seed crystal 10a. At this time, the SiC single crystal is grown until H 1 ⁇ L 1 tan (60 ° +
  • the growth method of the SiC single crystal is not particularly limited, and a known method (for example, sublimation precipitation method) can be used.
  • the growth direction is [2-1-10]
  • the offset angle of the second growth surface is ⁇ 2
  • the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the second growth surface is A second seed crystal 10b having a length of L 2 ( ⁇ L 1 / sin (30 ° ⁇
  • ) is cut out.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 have opposite signs.
  • There, and selected to the rotational direction are both directions to increase the L 2.
  • ⁇ 2 and ⁇ 3 are selected so that the signs are opposite to each other and the rotation direction is a direction that increases L 3 .
  • the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane is increased at each repetition.
  • the Si facet facet region is always formed at the end of the grown crystal. Therefore, an a-plane growth substrate having a large ⁇ 0001 ⁇ face diameter can be produced while suppressing the occurrence of different orientation crystals and different polymorphic crystals.
  • an a-plane grown substrate having a larger diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane can be produced with a smaller number of repetitions.
  • ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is performed three times in total, but the number of repetitions of ⁇ 11-20 ⁇ plane growth is not limited to three, and is required. The optimal number of times can be selected according to the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • a fifth specific example is a method of enlarging the diameter of the ⁇ 0001 ⁇ plane by ⁇ 11-20> on growth or ⁇ 11-20> off growth, in which most of the grown crystal is directly used as a seed crystal (growth Crystal remaining method).
  • the growth crystal residual method is: In the ka-th surface growth step (2 ⁇ k ⁇ n), the (k ⁇ 1) -th growth crystal obtained in the (k ⁇ 1) -th a-plane growth step
  • the growth direction is different from the growth direction of the process by about 60 ° or about 120 °
  • the offset angle ⁇ k from the ⁇ 11-20 ⁇ plane is ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ k ⁇ 15 °
  • the k-th growth crystal is cut along the k-th growth plane, and most of the (k-1) -growth crystal remains and the k-th growth surface is exposed, so that the k-th growth crystal is exposed.
  • This is a method which is a step of growing the SiC single crystal by ⁇ 11-20 ⁇ plane using it as a crystal as it is.
  • FIG. 7 shows a process chart of a grown crystal remaining method which is a kind of ⁇ 11-20 ⁇ plane selective growth method.
  • a first seed crystal 10a is prepared.
  • the first seed crystal 10a is not limited as long as having a first growth surface offset angle theta 1 is -15 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 15 ° from the ⁇ 11-20 ⁇ plane.
  • the first seed crystal 10a may be a substrate sliced thinly from an ingot so that the first growth surface is exposed, or an ingot whose surface is processed so that the first growth surface is exposed is used as it is. Also good.
  • first seed crystal 10a Using such first seed crystal 10a, a SiC single crystal is grown in the ⁇ 11-20 ⁇ plane in the [11-20] direction (first a plane growth step). Thereby, as shown in FIG.7 (b), the 1st growth crystal 12a is obtained. In this case, different orientation crystals or different polymorphic crystals 14a and 16a may grow on both ends of the first growth crystal 12a.
  • the first growth crystal 12a including the first seed crystal 10a is grown in a direction different from the growth direction of the first a-plane growth process by about 60 ° or about 120 °.
  • an offset angle ⁇ 2 from the ⁇ 11-20 ⁇ plane is cut along a second growth plane (line M 2 ) where ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ 2 ⁇ 15 °.
  • the position of the M 2 line is such that the differently oriented crystals or different polymorphs 14a and 16a are not exposed on the second growth surface, and most of the first grown crystal 12a (+ first seed crystal 10a) remains. It is preferable to select.
  • first growth crystal 12a (+ first seed crystal 10a) is (1) Contour line (N 2 line) for approximating the shape after caliber enlargement to the intended final shape (circular in the example shown in FIG. 7), and / or (2) Line (M 3 line) that becomes the third growth surface You may cut
  • N 2 line Contour line
  • M 3 line Line
  • the growth crystal remaining method can reduce the number of times of growth until a large-diameter ⁇ 0001 ⁇ plane is formed.
  • a crystal is grown using a seed crystal having a large length L in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction in the growth plane, the stress becomes high and the grown crystal tends to break.
  • the number of times of growth using a seed crystal having a relatively large L is reduced, so that the probability of occurrence of cracks can be reduced.
  • the alternating growth method refers to a method of alternately repeating ⁇ 11-20 ⁇ plane growth and ⁇ 1-100 ⁇ plane growth whose growth directions differ by about 90 °. That is, the alternating growth method is In the first a-plane growth step, a first seed crystal having a first growth plane in which an offset angle ⁇ 1 from the ⁇ 1-100 ⁇ plane or the ⁇ 11-20 ⁇ plane is ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 15 ° is formed.
  • the (k-1) a-plane growth is performed from the (k-1) -th growth crystal obtained in the (k-1) a-plane growth step.
  • the growth direction is different from the growth direction of the process by about 90 °, and the offset angle ⁇ k from the ⁇ 11-20 ⁇ plane or ⁇ 1-100 ⁇ plane is ⁇ 15 ° ⁇ ⁇ k ⁇ 15 ° Cutting the k-th seed crystal having the k-th growth surface and growing the SiC single crystal by ⁇ 11-20 ⁇ plane growth or ⁇ 1-100 ⁇ plane using the cut-out k-th seed crystal Is the method. By repeating such growth, k-th seed crystals having a longer length in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction are sequentially produced, and the diameter is increased.
  • the details of the offset angle ⁇ k are as described above, and a description thereof will be omitted.
  • the facet region is generated almost at the center of the surface of the grown crystal. Therefore, in order to obtain a high-quality crystal, it is necessary to take additional means for maintaining the Si-face side facet area ratio S facet within a predetermined range during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth.
  • the facet region occurs at the end of the surface of the grown crystal, and S facet naturally decreases and can be maintained within a predetermined range.
  • Asymmetric growth method in the c-axis direction A first specific example of the means for reducing the Si-face-side facet area ratio S facet is an asymmetric growth method in the c-axis direction.
  • the asymmetric growth method in the c-axis direction is The ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n) is performed so that the topmost portion of the ⁇ 1-100 ⁇ facet faces the Si surface closer to the c-axis direction center of the k-th growth surface.
  • the “center in the c-axis direction” refers to the center of the intersection of a line perpendicular to the ⁇ 0001 ⁇ plane and the grown crystal.
  • FIG. 8 shows a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view of a SiC single crystal grown in a ⁇ 1-100 ⁇ plane so as to grow asymmetrically in the c-axis direction. Upper right).
  • the top surface of the ⁇ 0001 ⁇ plane facet is positioned closer to the Si plane with respect to the c-axis direction center, thereby reducing the area of the Si plane side facet region. Can be reduced. As a result, it is possible to suppress deterioration in quality due to generation of differently oriented crystals and different polymorphic crystals.
  • the area of the Si facet facet region can be further reduced by making the top part of the ⁇ 0001 ⁇ facet closer to the Si face even during ⁇ 11-20 ⁇ face growth.
  • the asymmetric growth in the c-axis direction may be applied to either ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth, or may be applied to both.
  • the first method is a method in which the temperature on the Si plane side is lower than the center in the c-axis direction during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth.
  • the method for lowering the temperature on the Si surface side is: In the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n), the SiC single crystal is formed such that the temperature closer to the Si surface with respect to the c-axis direction center of the k-th growth surface is lower than the c-axis direction center. Is a step of growing ⁇ 1-100 ⁇ plane or ⁇ 11-20 ⁇ plane.
  • the raw material 24 is filled in the crucible 22, and the seed crystal 26 is fixed on the upper portion of the crucible 22.
  • the crucible structure is devised, the position of the crucible in the furnace is adjusted, and generally the temperature near the center of the crucible is the lowest in the vicinity of the single crystal in the crucible.
  • a detailed crucible structure is not shown in the figure, it is premised that the structure is such that the temperature near the center of the crucible is the lowest.
  • the center of the seed crystal 26 is deviated from the center of the crucible 22 and the Si surface side is brought closer to the center of the crucible 22, the temperature on the side closer to the Si surface is lowered. As a result, the topmost portion of the ⁇ 1-100 ⁇ facet of the grown crystal 30 is biased toward the Si surface. This also reduces the area of the Si facet facet region.
  • the second method for asymmetric growth in the c-axis direction is a method in which the SiC gas concentration on the Si surface side is made higher than the center in the c-axis direction during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth. is there.
  • the method of increasing the SiC gas concentration on the Si surface side is: In the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n), the SiC gas concentration closer to the Si surface with respect to the c-axis direction center of the k-th growth surface is higher than the c-axis direction center.
  • the raw material 24 is filled in the crucible 22, and the seed crystal 26 is fixed on the upper portion of the crucible 22. Further, a sublimation gas guide 28 for preferentially supplying SiC gas to a specific part of the growth crystal surface is provided on the upper part of the raw material 24. At this time, if the tip of the sublimation gas guide 28 is arranged so that SiC gas is preferentially supplied to the side near the Si surface, the SiC gas concentration near the tip of the sublimation gas guide 28 becomes the highest. As a result, the topmost portion of the ⁇ 1-100 ⁇ facet of the grown crystal 30 is biased toward the Si surface. This also reduces the area of the Si facet facet region.
  • a third method for asymmetric growth in the c-axis direction is a method using an asymmetric seed crystal having a long length on the Si plane side as a seed crystal during ⁇ 11-20 ⁇ plane growth.
  • the method using an asymmetric seed crystal is: In the case where the ka-plane growth step (1 ⁇ k ⁇ n) is a step of growing the SiC single crystal in a ⁇ 11-20 ⁇ plane, In the ka-plane growth step, the SiC is grown on the ⁇ 11-20 ⁇ plane using the k-th seed crystal having a length closer to the Si plane with respect to the center in the c-axis direction than a length closer to the C plane.
  • FIG. 10 is a plan view (lower left), front view (upper left), right side view (lower right), and perspective view (upper right) of a SiC single crystal grown using an asymmetric seed crystal. Show. As described above, facet regions are formed at both ends of the grown crystal during ⁇ 11-20 ⁇ plane growth. At this time, as shown in FIG. 10, when the length of the seed crystal closer to the Si surface is lengthened, the facet region is formed to be biased toward the Si surface, and at the same time, the maximum of the ⁇ 1-100 ⁇ facet is formed. The top is biased toward the Si surface. Therefore, the area of the facet region on the Si surface side is reduced as compared with the case where a symmetric seed crystal is used.
  • Si surface side polar surface step extinction method (bonded seed crystal)
  • a second specific example of the means for reducing the Si face side facet area ratio S facet is a method of eliminating the Si face side polar face step itself.
  • the Si plane side polar plane step extinction method is: In the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n), the seed crystal pieces are bonded so that the Si surfaces of at least two seed crystal pieces face each other to form the k-th seed crystal, A method that is a step of growing the SiC by ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth using a k-th seed crystal.
  • Each of the various crystal pieces facing each other through the Si surface may be an integral seed crystal piece, or an aggregate of a plurality of seed crystal pieces bonded together so that the Si surface faces the same direction. It may be.
  • FIG. 11 is a plan view (middle left), a front view (upper left), and a right side view of a SiC single crystal grown by ⁇ 1-100 ⁇ plane using a seed crystal obtained by bonding the Si surface side of a seed crystal piece.
  • (Middle) a perspective view (upper right), a partially enlarged view of the right side view (middle right), and a plan view (lower left) of the seed crystal obtained by bonding the Si surface side of the seed crystal piece.
  • both end faces in the c-axis direction of the seed crystal are C planes.
  • any step formed between the ⁇ 1-100 ⁇ plane facets becomes a C plane side polar plane step. That is, according to this method, the Si face side facet region substantially disappears. As a result, the probability of occurrence of differently oriented crystals and different polymorphic crystals is significantly reduced.
  • FIG. 19 is a plan view (middle left), front view (upper left), and right side view of a SiC single crystal grown by ⁇ 11-20 ⁇ plane using a seed crystal obtained by bonding the Si surface side of the seed crystal piece.
  • (Middle) a perspective view (upper right), a partially enlarged view of the right side view (middle right), and a plan view (lower left) of the seed crystal obtained by bonding the Si surface side of the seed crystal piece.
  • facets appear at both ends of the surface of the grown crystal, and a Si face side facet region is formed on the Si face side.
  • seed crystal pieces are arranged at both end portions of the seed crystal where facets on the seed crystal are formed so that the Si surface side faces each other.
  • the central part of the seed crystal is (A) Since the grown crystal does not include a low-quality bonding interface when it is integrated, the yield of the ⁇ 0001 ⁇ plane wafer taken out from the grown crystal is increased, (B) Because the central part is not faceted, An integral seed crystal without bonding on the Si surface side is used.
  • both end faces in the c-axis direction of both end portions of the seed crystal are C planes.
  • any step formed between the ⁇ 1-100 ⁇ plane facets at both ends of the grown crystal becomes a C plane side polar plane step. That is, according to this method, the Si-face side facet region can be substantially eliminated even in ⁇ 11-20 ⁇ plane growth. As a result, the occurrence probability of differently oriented crystals and different polymorphs is significantly reduced.
  • the Si plane side polar plane step extinction method may be applied to either ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth, or may be applied to both.
  • a third specific example of means for reducing the Si-face-side facet area ratio S facet is a method of growing the ⁇ 1-100 ⁇ plane in the vicinity of the top most flatly during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ plane flat growth method is:
  • the ka-plane growth step (1 ⁇ k ⁇ n) is a step of growing the SiC single crystal in a ⁇ 1-100 ⁇ plane
  • the SiC single crystal is grown on the ⁇ 1-100 ⁇ plane so that the area of the facet region having a height difference of 1 mm or less is 90% or more of the total area of the facet region.
  • the “region where the height difference is 1 mm or less” is a region including the top of the ⁇ 1-100 ⁇ facet and the adjacent ⁇ 1-100 ⁇ facet, and the ⁇ 1-100 ⁇ facet most An area within 1 mm from the top (that is, an area having relatively few polar surface steps).
  • FIG. 12 shows a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view (upper right) of an SiC single crystal grown in a ⁇ 1-100 ⁇ plane.
  • ⁇ 1-100 ⁇ plane growth if the growth plane is kept flat from the start of growth to the end of growth, the top of the ⁇ 1-100 ⁇ plane facet becomes wider, and “the height difference is 1 mm.
  • the “area below” is expanded. As a result, the area of the facet region on the Si surface side is reduced. This also significantly reduces the probability of occurrence of different orientation crystals and different polymorphic crystals.
  • the raw material 24 is filled in the crucible 22, and the seed crystal 26 is fixed on the upper portion of the crucible 22. Further, a soaking plate 32 is disposed at a position facing the surface of the growth crystal 30. When the soaking plate 32 is disposed, the temperature difference in the horizontal plane is reduced in the vicinity of the surface of the grown crystal 30. As a result, the surface of the grown crystal 30 is flattened. This also reduces the area of the Si facet facet region.
  • a fourth specific example of means for reducing the Si-face-side facet area ratio S facet is a method in which the ⁇ 1-100 ⁇ plane is convexly grown in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth.
  • the convex growth method is:
  • the ka-plane growth step (1 ⁇ k ⁇ n) is a step of growing the SiC single crystal in a ⁇ 1-100 ⁇ plane
  • the ka-th growth step is performed so that the surface of the k-th growth crystal is convex in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction, that is, the ⁇ 0001 ⁇ in-plane length of the k-th growth crystal is L
  • This is a method of growing the SiC single crystal in the ⁇ 1-100 ⁇ plane so that r ⁇ L, where r is the curvature in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the surface of the k-th grown crystal.
  • the surface of the growth crystal may be grown so as to be symmetric with respect to the center in the c-plane direction, or may be grown so as to be asymmetric. That is, in the case of convex growth, The ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n) is performed so that the topmost part of the ⁇ 1-100 ⁇ facet faces the end side with respect to the center in the c-plane direction of the k-th growth surface. A step of growing a ⁇ 1-100 ⁇ plane of the single crystal may be used.
  • the “center in the c-plane direction” refers to the center of the intersection of a line parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane and the grown crystal.
  • convex means that the length in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the growth crystal is L, the curvature r in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the surface of the growth crystal (a plane perpendicular to the growth surface, passing through the center of the growth surface). Is the curvature of the line segment intersecting the surface of the grown crystal), r ⁇ L.
  • FIG. 13 is a plan view (lower left) of an SiC single crystal grown in ⁇ 1-100 ⁇ plane so as to be convex in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction and symmetrical with respect to the c-plane in-direction center.
  • a front view (upper left), a right side view (middle lower), a perspective view (upper right), and a schematic diagram (lower right) showing the relationship between r and L are shown.
  • the width of the facet region in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction becomes narrow.
  • the area of the facet region itself is reduced. This also reduces the area of the Si facet facet region.
  • FIG. 14 is a plan view (lower left) of a SiC single crystal grown in ⁇ 1-100 ⁇ plane so as to be convex in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction and asymmetric with respect to the c-plane direction center.
  • a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view (upper right) are shown.
  • the reduced Si plane moves to the end side of the grown crystal. Therefore, generation of different orientation crystals and different polymorphic crystals near the center of the grown crystal can be suppressed.
  • a fifth specific example of means for reducing the Si facet facet area ratio S facet is a method of reducing the nitrogen doping amount during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth.
  • the nitrogen doping reduction growth method is:
  • the ka-plane growth step (1 ⁇ k ⁇ n) is a step of growing the SiC in a ⁇ 1-100 ⁇ plane or a ⁇ 11-20 ⁇ plane in an atmosphere having a nitrogen gas partial pressure of 5% or less. It says a certain method.
  • the nitrogen gas partial pressure is preferably 5% or less.
  • the nitrogen gas partial pressure is more preferably 1% or less.
  • FIG. 15 shows a plan view (lower left), a front view (upper left), a right side view (lower right), and a perspective view of a SiC single crystal grown by ⁇ 1-100 ⁇ plane using the nitrogen doping reduction growth method.
  • Upper right In the case where the a-plane growth is performed while doping nitrogen, if the amount of nitrogen doping is reduced, the frequency of occurrence of different orientation crystals and different polymorphic crystals in the facet region on the Si plane decreases. this is, (1) When the nitrogen doping amount is reduced, as shown in FIG.
  • the width in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the facet region is slightly narrowed, and the area of the Si surface side facet region is accordingly reduced, and , (2)
  • the ⁇ 1-100 ⁇ plane growth is performed under a condition where the amount of nitrogen doping is small, the occurrence frequency itself of differently oriented crystals and heterogeneous polymorphic crystals decreases. it is conceivable that.
  • a sixth specific example of means for reducing the Si facet facet area ratio S facet is a method of arranging a dummy seed crystal during ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth.
  • the dummy seed crystal placement method is: In the ka-th surface growth step (1 ⁇ k ⁇ n), a dummy seed crystal is adjacent to a main seed crystal to form the k-th seed crystal, and the SiC is ⁇ 1-100 using the k-th seed crystal. ⁇ Surface growth or ⁇ 11-20 ⁇ surface growth.
  • the main seed crystal becomes a block body having a large thickness with repeated growth.
  • the dummy seed crystal may be a thin normal seed crystal, there is no need to polish the surface because it is finally cut from the grown crystal, and the crystal orientation is not limited. It differs from the plane side polar plane step extinction method.
  • the dummy seed crystal may be an integral seed crystal piece, or may be an aggregate of a plurality of seed crystal pieces that are bonded together.
  • FIG. 20 shows a plan view (middle left), a front view (upper left), a right side view (middle right), and a perspective view of a SiC single crystal grown using a seed crystal with a dummy seed crystal ⁇ 1-100 ⁇ plane.
  • the figure (upper right) and the plan view (lower left) of the seed crystal bonded with the dummy seed crystal are shown.
  • the Si surface side polar surface step is formed. That is, according to this method, even if a different orientation crystal or a different polymorph crystal is generated in the facet region on the Si surface side, the grown crystal on the main seed crystal is not easily affected.
  • FIG. 21 shows a plan view (middle left), a front view (upper left), a right side view (middle right), and a perspective view of a SiC single crystal grown with a ⁇ 11-20 ⁇ plane using a seed crystal on which a dummy seed crystal is arranged.
  • the figure (upper right) and the plan view (lower left) of the seed crystal bonded with the dummy seed crystal are shown.
  • the curvature in the ⁇ 0001 ⁇ in-plane direction of the surface is small on the crystal growing on the main seed crystal.
  • facets are easily formed selectively on the dummy seed crystal.
  • the dummy seed crystal arrangement method may be applied to either ⁇ 1-100 ⁇ plane growth or ⁇ 11-20 ⁇ plane growth, or may be applied to both.
  • the SiC single crystal manufacturing method according to the second embodiment of the present invention includes an a-plane growth step and a c-plane growth step.
  • the a-plane growth step is a step in which the a-plane growth is repeated twice or more so that the area ratio S facet of the Si-face side facet region is maintained below a predetermined value.
  • the details of the a-plane growth step are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the c-plane growth step has a (n + 1) -th growth surface with an absolute value of an offset angle within 30 ° from the ⁇ 0001 ⁇ plane from the n-th growth crystal obtained in the na-th surface growth step. ) A step of cutting out the seed crystal and growing the SiC single crystal on the (n + 1) th growth surface in the c-plane. If the absolute value of the offset angle during c-plane growth is too large, a higher growth height is required to discharge stacking faults inherited from the n-th seed crystal to the growth crystal to the outside of the growth crystal. Further, if the absolute value of the offset angle becomes too large, new stacking faults may occur in the grown crystal. Therefore, the absolute value of the offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane is preferably within 30 °.
  • the a-plane grown crystal obtained by using the method according to the first embodiment has a large ⁇ 0001 ⁇ face diameter and a small number of differently oriented crystals and different kinds of polymorphic crystals. Therefore, when a seed crystal for c-plane growth is cut out from such an a-plane grown crystal and grown in c-plane, a c-plane grown crystal having a large ⁇ 0001 ⁇ face diameter and few defects can be produced.
  • SiC single crystal a-plane grown crystal
  • an a-plane grown crystal with few defects can be obtained.
  • a SiC single crystal that does not include a differently oriented crystal lump or a heterogeneous polymorphous crystal lump in a region excluding a 20% region from the outer periphery is obtained.
  • FIG. 16 is a plan view (FIG. 16A), a front view (FIG. 16B), and a perspective view (FIG. 16C) of a SiC single crystal manufactured by using the a-plane growth method according to the present invention. )).
  • the Si-face side facet region is exclusively in the outer peripheral portion of the grown crystal. It is formed.
  • nuclei of differently oriented crystals or heterogeneous polymorphic crystals are generated in the facet region on the Si surface, and these grow in a lump as SiC grows, they exist exclusively on the outer periphery of the grown crystal.
  • region of 20% from the outer periphery means a region from the surface of the grown crystal to a distance corresponding to 0.2x, as shown in FIG. “X” refers to the distance from the center of the grown crystal to the surface.
  • Does not include hetero-oriented crystal lumps or heterogeneous polymorphic crystal lumps means that it does not include lumpy hetero-oriented crystals or heterogeneous polymorphic crystals whose volume exceeds 1 mm 3 .
  • a SiC single crystal containing no lump is obtained.
  • the a-plane growth method according to the present invention can efficiently produce an a-plane grown crystal having a large ⁇ 0001 ⁇ face diameter. Specifically, when the manufacturing conditions are optimized, a SiC single crystal having a ⁇ 0001 ⁇ face diameter of 100 mm or more, or 150 mm or more is obtained.
  • FIG. 17 includes ⁇ 1-100 ⁇ facet traces (FIGS. 17A and 17B) generated in an a-plane grown SiC single crystal, and ⁇ 1-100 ⁇ including a Si-face-side polar face step.
  • the schematic diagram of a surface facet mark (FIGS. 17C and 17D) is shown.
  • FIG. 17A When the ⁇ 11-20 ⁇ plane is grown, the facet region is formed at the end of the grown crystal. Therefore, as shown in FIG. 17A, ⁇ 1-100 ⁇ facet marks (hatched areas) appear at the ends of the grown crystal.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ plane facet mark appears at the center of the grown crystal as shown in FIG.
  • the ⁇ 1-100 ⁇ plane facet mark includes a Si-plane-side polarity step and is a region where differently oriented crystals and heterogeneous polymorphic crystals are likely to be generated. Therefore, the lower the volume ratio, the better.
  • a SiC single crystal having a volume ratio of ⁇ 1-100 ⁇ facet scars of 40% or less, or 20% or less can be obtained.
  • a Si-face side polar face step is usually formed in the facet region.
  • a striped facet mark is formed.
  • a ⁇ 1-100 ⁇ plane facet trace including a Si plane-side polar plane step (hereinafter also referred to as “striped facet trace”). ) Occupies the side closer to the Si surface (region surrounded by a thick broken line) among the facet marks formed at both ends.
  • the striped facet mark occupies the side closer to the Si surface among the facet marks formed at the center.
  • the striped facet mark is a region where differently oriented crystals and different kinds of polymorphic crystals are likely to be generated. Therefore, the lower the volume ratio, the better.
  • the volume ratio of facet marks can be reduced. Specifically, by optimizing the manufacturing conditions, an SiC single crystal having a volume ratio of striped facet marks of 20% or less or 10% or less is obtained.
  • the SiC wafer according to the first embodiment of the present invention is cut out from an SiC single crystal (a-plane grown crystal) obtained by using the a-plane growth method, and the widest surface is substantially ⁇ 0001 ⁇ plane (that is, A plane whose absolute value of the offset angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane is within 30 °.
  • the obtained SiC wafer can be used for various applications as it is.
  • an SiC single crystal (c-plane grown crystal) can be manufactured using the obtained SiC wafer as a seed crystal.
  • the SiC wafer according to the second embodiment of the present invention is formed by cutting out from the SiC single crystal (c-plane grown crystal) thus obtained.
  • the obtained SiC wafer can be used for various applications.
  • the semiconductor device which concerns on this invention consists of what was manufactured using the SiC single crystal or SiC wafer which concerns on this invention. Specifically, as a semiconductor device, (A) LED, (B) Power device diodes and transistors, and so on.
  • the method for producing an SiC single crystal according to the present invention can be used as a method for producing an SiC single crystal that can be used as a semiconductor material for an ultra-low power loss power device.

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Abstract

ａ面成長を繰り返して｛０００１｝面口径の大きいＳｉＣ単結晶を製造する場合において、成長面の総面積（Ｓ2）に対するＳｉ面側ファセット領域の面積（Ｓ1）の割合Ｓfcaet（＝Ｓ1×１００／Ｓ2）が２０％以下に維持されるように、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる。ａ面成長は、｛１１－２０｝面を基準として約６０°又は約１２０°異なる方向にａ面成長を繰り返す｛１１－２０｝面選択成長法、又は、｛１１－２０｝面成長と｛１－１００｝面成長を交互に繰り返す交互成長法が好ましい。

Description

ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイス
　本発明は、ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイスに関し、さらに詳しくは、異方位結晶塊又は異種多形結晶塊の少ないＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ及び半導体デバイスに関する。
　ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、六方晶系の結晶構造を持つ高温型（α型）と、立方晶系の結晶構造を持つ低温型（β型）が知られている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて、耐熱性が高いだけでなく、広いバンドギャップを持ち、絶縁破壊電界強度が大きいという特徴がある。そのため、ＳｉＣ単結晶からなる半導体は、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。特に、α型ＳｉＣは、β型ＳｉＣよりバンドギャップが広いので、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として注目されている。
　α型ＳｉＣは、その主要な結晶面として｛０００１｝面（以下、これを「ｃ面」ともいう）と、｛０００１｝面に垂直な｛１－１００｝面（ｍ面）及び｛１１－２０｝面（狭義のａ面）とを有している。なお、本発明において「ａ面」というときは、広義のａ面、すなわち「ｍ面と狭義のａ面の総称」を表し、ｍ面と狭義のａ面とを区別する必要があるときは、それぞれ「｛１－１００｝面」又は「｛１１－２０｝面」という。
　従来より、α型ＳｉＣ単結晶を得る方法として、ｃ面成長法が知られている。ここで、「ｃ面成長法」とは、ｃ面又はｃ面に対するオフセット角が所定の範囲にある面を成長面として露出させたＳｉＣ単結晶を種結晶に用いて、昇華再析出法などの方法により成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる方法をいう。
　しかしながら、ｃ面成長法により得られる単結晶中には、＜０００１＞方向に平行な方向にマイクロパイプ欠陥（直径数μｍ～１００μｍ程度の管状の空隙）やｃ軸貫通型螺旋転位（以下、単に「螺旋転位」という）などの欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
　高性能なＳｉＣパワーデバイスを実現するためには、ＳｉＣ半導体に生じるリーク電流を低減することが必須条件である。ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥、螺旋転位などの欠陥は、このリーク電流を増大させる原因と考えられている。
　そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
　例えば、特許文献１には、ｃ面からの傾きが約６０°～約１２０°である面（例えば、｛１－１００｝面、｛１１－２０｝面など）を成長面として露出する種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法（以下、このような成長方法を「ａ面成長法」という）が開示されている。
　同文献には、
（１）ｃ面から約６０～１２０°傾いている結晶面上にＳｉＣを成長させると、その結晶面上に原子積層の配列が現れているため、元の種結晶と同じ種類の多形構造を持つ結晶が容易に成長する点、
（２）このような方法を用いた場合、螺旋転位は発生しない点、及び、
（３）種結晶がｃ面に滑り面を有する転位を含む場合、この転位は、成長結晶に引き継がれる点、
が記載されている。
　また、特許文献２には、｛１０－１０｝面を成長面とする種結晶を用いてＳｉＣを成長させ、次いで、得られた単結晶から｛０００１｝ウェハを取り出し、このウェハを種結晶に用いてＳｉＣを成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
　同文献には、このような方法により、
（１）マイクロパイプ欠陥の少ないＳｉＣ単結晶が得られる点、及び、
（２）アチソン結晶に比べて十分大きな｛０００１｝ウェハが得られるので、これを種結晶として用いることにより、容易に大型の結晶を成長させることができる点、
が記載されている。
　また、特許文献３、４には、互いに直交する方向に複数回のａ面成長を行った後、最後にｃ面成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法が開示されている。
　同文献には、
（１）ａ面成長の繰り返し回数が多くなるほど、成長結晶中の転位密度が指数関数的に減少する点、
（２）ａ面成長においては、積層欠陥の発生が避けられない点、及び、
（３）最後にｃ面成長を行うと、マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位が発生しないだけでなく、積層欠陥がほとんど存在しないＳｉＣ単結晶が得られる点、
が記載されている。
　さらに、特許文献５には、昇華再析出法において、種結晶としてＳｉＣ単結晶の（０００１）基底面に垂直な面から（０００－１）Ｃ面方向に５～３０度オフ角を付けた結晶面を使用するＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
　同文献には、
（１）（０００－１）Ｃ面方向にオフした面を使用すると、（０００１）Ｓｉ面方向にオフした面を使用した場合に比べて、結晶方位の異なる結晶は発生しにくい点、
（２）（０００－１）Ｃ面方向にオフした面を使用すると、（０００１）基底面に垂直な無極性な面に比べて、このようなグレイン発生が少ない点、及び、
（３）（０００－１）Ｃ面方向へのオフ角が大きくなりすぎると、多形の存在が起こりやすくなる上、結晶欠陥が多数発生する点、
が記載されている。
　ａ面成長法は、螺旋転位密度の低いＳｉＣ単結晶が得られるという利点がある。しかしながら、ａ面成長法は、ｃ面にほぼ平行な高密度の積層欠陥が生成しやすいという問題がある。ＳｉＣ単結晶中に積層欠陥が発生すると、積層欠陥を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため、このような積層欠陥を高密度に有するＳｉＣ単結晶は、パワーデバイス用の半導体として使用することができない。
　一方、ａ面成長を少なくとも１回以上行った後、ｃ面成長を行うと、螺旋転位及び積層欠陥をほとんど持たないＳｉＣ単結晶を作製できると考えられている。
　ａ面成長とｃ面成長とを組み合わせた方法を用いて大口径の｛０００１｝面基板を作製するには、｛１１－２０｝面成長方向、及びこの面から９０°傾いた｛１－１００｝面成長方向のそれぞれ両方に長尺化させた結晶を成長させる必要がある。しかしながら、｛１１－２０｝面成長や｛１－１００｝面成長においては、成長面に異方位結晶や異種多形結晶が形成されることがしばしばあった。
　この問題を解決するために、特許文献５に記載されているように、基底面に垂直な面から（０００－１）Ｃ面方向に５～３０度オフ角を付けた結晶面を使用することも提案されている。しかしながら、オフ角が小さくなると、異方位結晶の発生を十分に抑制することはできない。一方、オフ角を大きくすると、種結晶のＣ面側の端より外側に成長する異種多形層が結晶の成長に伴い成長結晶中に拡大するため、最終的に｛０００１｝面基板を切り出す際の歩留まりが低下し、大口径基板を切り出すのが難しい。
特開平０５－２６２５９９号公報 特開平０８－１４３３９６号公報 特開２００３－１１９０９７号公報 特開２００３－３２１２９８号公報 特開平０７－２６７７９５号公報
　本発明が解決しようとする課題は、異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ、大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ及び半導体デバイスを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
　Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2　　　・・・（Ａ）
　但し、
　Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１－１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
　Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
　本発明に係るＳｉＣ単結晶は、本発明に係るａ面成長法により得られ、外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないことを要旨とする。
　また、本発明に係るＳｉＣウェハは、本発明に係るＳｉＣ単結晶から切り出され、最も広い面が｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面からなることを要旨とする。
　さらに、本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るＳｉＣ単結晶又はＳｉＣウェハを用いて製造されたものからなる。
　ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合、成長面上には、｛１－１００｝面ファセット、Ｓｉ面側極性面ステップ、及びＣ面側極性面ステップで構成される領域（ファセット領域）が形成される。
　また、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合において、｛１－１００｝面からのオフセット角が所定の範囲にある結晶面を成長面とするときには、成長結晶の表面のほぼ中央部にファセット領域が生成する。一方、｛１１－２０｝面からのオフセット角が所定の範囲にある結晶面を成長面とするときには、成長結晶の表面の両端にファセット領域が生成する。この場合、異種多形結晶や異方位結晶は、主としてファセット領域の内、Ｓｉ面側極性面ステップがある領域（Ｓｉ面側ファセット領域）から発生しやすい。
　そのため、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程を２回以上繰り返すと、異方位結晶や異種多形結晶が少なく、しかも大口径のａ面成長結晶を製造することができる。
ＳｉＣを｛１－１００｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、右側面図の部分拡大図（右下）である。 ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、｛１１－２０｝面選択成長法の概念図（右下）である。
＜１１－２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）を説明するための模式図である。 ＜１１－２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）を説明するための模式図である。 ＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）を説明するための模式図である。 ＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）を説明するための模式図である。 ｛１１－２０｝面選択成長法の一種である成長結晶残存法を説明するための工程図である。
ｃ軸方向に非対称成長するように｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。 Ｓｉ面寄り側の温度を低くする方法（図９（ａ））、成長結晶表面の一部分のＳｉＣガス濃度を選択的に高くする方法（図９（ｂ））、及び、｛１－１００｝面を平坦成長させる方法（図９（ｃ））を説明するための概念図である。 非対称種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。 種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。 ｛１－１００｝面を平坦成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して対称となるように｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、及び斜視図（右上）、並びに、ｒとＬの関係を表す模式図（右下）である。 ｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。 窒素ドープ量低減成長法を用いて｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
本発明に係るａ面成長法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（図１６（ａ））、正面図（図１６（ｂ））、及び斜視図（図１６（ｃ））である。 ａ面成長させたＳｉＣ単結晶中に生成した｛１－１００｝面ファセット痕（図１７（ａ）、（ｂ））、及びＳｉ面側極性面ステップを含む｛１－１００｝面ファセット痕（縞状ファセット痕）（図１７（ｃ）、（ｄ））の模式図である。 Ｓｉ面側ファセット領域の面積率と成長面内に占める異方位結晶や異種多形の面積率との関係を示す図である。 種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。 ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及びダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。 ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及び、ダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
　以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．　用語の定義］
［１．１．　ａ面成長］
　「成長面」とは、ＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させるための種結晶の面をいう。
　「ａ面成長」とは、｛１１－２０｝面又は｛１－１００｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
　「｛１１－２０｝面成長（又は、＜１１－２０＞成長）」とは、｛１１－２０｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
　「｛１－１００｝面成長（又は、＜１－１００＞成長）」とは、｛１－１００｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
　「成長方向」とは、ＳｉＣ単結晶のマクロな成長方向を表し、通常は、ＳｉＣ種結晶の底面又はこれを固定する種結晶台座に対して垂直な方向をいう。
［１．２．　オフセット角］
　「｛０００１｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルと、｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角をいう。
　「｛１１－２０｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面上に投影したベクトルｂと、｛０００１｝面内にある＜１１－２０＞軸の内、ベクトルｂとなす角が最も小さくなる＜１１－２０＞軸とのなす角をいう。この場合、「正のオフセット角」とは、その＜１１－２０＞軸を基準として、ベクトルｂが時計周り方向にある場合をいう。
　「｛１－１００｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面上に投影したベクトルｂ'と、｛０００１｝面内にある＜１－１００＞軸の内、ベクトルｂ'となす角が最も小さくなる＜１－１００＞軸とのなす角をいう。この場合、「正のオフセット角」とは、その＜１－１００＞軸を基準として、ベクトルｂ'が時計周り方向にある場合をいう。
［１．３．　ファセット領域］
　図１に、ＳｉＣを｛１－１００｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、右側面図の部分拡大図（右下）を示す。
　α型ＳｉＣ単結晶には、｛０００１｝面（ｃ面）に代表される極性面と、｛１１－２０｝面や｛１－１００｝面などの非極性面とが存在する。｛０００１｝面は、（０００－１）面で表される炭素原子を露出した面（Ｃ面）と、（０００１）面で表されるシリコン原子を露出した面（Ｓｉ面）に分けられる。｛１１－２０｝面や｛１－１００｝面は、炭素原子とシリコン原子の両方を露出している。
　ＳｉＣをａ面成長させると、表面エネルギーが最も小さい｛１－１００｝面ファセットが成長結晶の表面に現れる。｛１－１００｝面ファセットは、＜１－１００＞軸に対してほぼ垂直となる表面に現れる。
　例えば、ＳｉＣを｛１－１００｝面成長させる場合、｛１－１００｝面ファセットは、図１に示すように、成長結晶の表面のほぼ中央に現れる。一方、ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる場合、｛１－１００｝面ファセットは、図２に示すように、成長結晶の表面の両端（＜１１－２０＞軸に対して３０°傾いた方向）に現れる。
　また、成長結晶の表面は、通常、曲面状となる。これは、成長結晶の表面が曲面状の等温面に沿おうとするためである。一方、｛１－１００｝面ファセットは平面であるため、＜１－１００＞軸に対してほぼ垂直な位置にある曲面状の表面のすべてを｛１－１００｝面ファセットで覆うことができない。また、ａ面成長ではｃ面成長のようにファセット面内方向にステップが広がりながら成長が進行するスパイラル成長ではなく、ファセット内の各点においてファセットに垂直方向にステップが伸展する成長様式のため、｛１－１００｝面ファセット内には、｛０００１｝面ファセットと異なり段差が生じやすい。そのため、ａ面成長時の成長結晶の曲面状の表面には、＜０００１＞方向の曲面に倣うように並んだ複数個の平坦な｛１－１００｝面ファセットに加えて、｛１－１００｝面ファセット間に、｛０００１｝面に対して平行な極性面ステップを生じることが多い。
　極性面ステップの法線ベクトルは、＜０００１＞軸に対して完全に平行とは限らず、＜１－１００＞軸方向に傾いている場合が多いと考えられる。｛１－１００｝面ファセット間に形成される極性面ステップは、成長結晶の表面の頂点にある｛１－１００｝面ファセットからＣ面側方向とＳｉ面側方向とで、ステップの向きが反対になっている。
　「Ｃ面側極性面ステップ」とは、｛１－１００｝面ファセット間に形成された極性面ステップの内、Ｃ面側に傾いた面（すなわち、法線ベクトルが［０００－１］方向成分を有する面）を持つステップをいう。
　「Ｓｉ面側極性面ステップ」とは、｛１－１００｝面ファセット間に形成された極性面ステップの内、Ｓｉ面側に傾いた面（すなわち、法線ベクトルが［０００１］方向成分を有する面）を持つステップをいう。
　「ファセット領域」とは、｛１－１００｝面ファセットと、Ｃ面側極性面ステップと、Ｓｉ面側極性面ステップとを含む領域をいう。
　「Ｓｉ面側ファセット領域」とは、ファセット領域の内、Ｓｉ面側極性面ステップと、Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１－１００｝面ファセットとを含む領域をいう。
［２．　ＳｉＣ単結晶の製造方法（１）］
　本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えている。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上～１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
　Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2　　　・・・（Ａ）
　但し、
　Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１－１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
　Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
［２．１．　ａ面成長工程］
　本実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。２回目以降のａ面成長工程においては、直前のａ面成長工程で得られた成長結晶から切り出された種結晶が用いられる。
　第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）で用いられる第ｋ種結晶は、それぞれ、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ。第ｋ成長面の｛０００１｝面からのオフセット角が８０°未満である場合、及び、１００°を超える場合のいずれも、最終的に｛０００１｝面基板を切り出す際の歩留まりが低下する。第ｋ成長面の｛０００１｝面からのオフセット角は、さらに好ましくは、８５°超～９５°未満である。
　第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）の成長方向は、後述するＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが所定の範囲内に維持される限りにおいて、第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して４５°以上１３５°以下の範囲にあれば良い。
　異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶を得るためには、第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）の成長方向は、
（１）｛１１－２０｝面成長を行った第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向（｛１１－２０｝面選択成長法）、又は、
（２）｛１１－２０｝面成長又は｛１－１００｝面成長を行った第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向（｛１１－２０｝面及び｛１－１００｝面交互成長法。以下、単に「交互成長法」ともいう。）
が好ましい。
［２．２．　Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacet］
　ＳｉＣ単結晶をａ面成長させると、成長結晶中に異方位結晶や異種多形結晶が形成されることがしばしばあった。本発明者らが数多くの成長実験を重ね、発生箇所の統計をとった結果、異方位結晶や異種多形結晶が発生する箇所は、殆どの場合、図１に示すようにファセット領域内であることがわかった。また、ファセット領域内の中でも、特にＳｉ面側ファセット領域に多いことも明らかにした。図１のような｛１－１００｝面成長では、通常、成長面の形状が制御されていないため、Ｓｉ面側ファセット領域は、３０～４０％の広い面積率を占める。その場合、異方位結晶や異種多形結晶の発生確率は、大幅に高くなり、図１８に示すように、成長面内に占める面積率も大きく上昇する。異方位結晶や異種多形結晶が一度発生すると、これらは成長の進行とともに、通常、最大でＳｉ面側ファセット領域の大きさまで拡大することがあるので、特に大口径のａ面成長基板を作製する際に、大きな問題となっていた。
　異方位結晶や異種多形結晶がファセット領域内に発生する詳細な原因は明らかではないが、以下のことが挙げられる。
　すなわち、図１に示すように、ＳｉＣをａ面成長させると、成長結晶の表面には極性面ステップを含むファセット領域が形成される。このように極性面ステップが生じると、結晶の主な成長面が＜１１－２０＞方向又は＜１－１００＞方向であっても、極性面ステップにおいては、＜０００１＞方向の成長成分が生じると考えられる。成長途中の結晶表面が｛０００１｝面に垂直である場合、結晶多形の層を結晶表面に露出しながら成長するため、異種多形は発生しにくい。
　しかし、ａ面成長においては、成長途中の結晶表面に＜０００１＞方向の成長成分が生じても、結晶表面には、＜０００１＞方向に結晶の多形を伝達するステップ供給源である＜０００１＞方向螺旋転位が存在しない。そのため、極性面ステップ上に異種多形が生じ、異方位結晶として粗大化すると考えられる。
　さらに、ＳｉＣ単結晶の成長において、Ｓｉ面を露出した種結晶上には、４Ｈ多形のＳｉＣが成長しにくいと言われている。Ｓｉ面側ファセット領域に異方位結晶や異種多形結晶の発生が多いのは、このことと関連していると考えられる。
　本発明において、第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）においては、それぞれ、上述した（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、第ｋ成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度や、図１８に示すように、その大きさを著しく低減することができる。また、歩留まりが向上するため、得られた成長結晶から大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことができる。
　異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度や拡大の程度は、Ｓfacetが大きい程、大きくなるので、発生頻度を低減し、拡大を防ぐためには、Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetは、小さいほど良い。Ｓfacetは、さらに好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下である。
　異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を歩留まりを下げずに作製するには、ａ面から＜０００１＞軸方向に大きなオフ角を付けずに、異方位結晶や異種多形結晶の発生領域となるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetを小さく維持しながら、少なくとも異なる２方向で成長させ、２次元的な拡大を行わなければならない。
　このような低いＳfacet値を達成する方法としては、
（１）ファセット領域自体の形成面積を縮小することで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積を小さくする方法、
（２）ファセット領域に占めるＳｉ面側ファセット領域の割合を小さくする方法、
などがある。具体的手段としては、以下のような方法が有効である。
［３．　ａ面成長法の具体例（１）：｛１１－２０｝面選択成長法］
［３．１．　概要］
　異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製するための第１の具体例は、｛１１－２０｝面選択成長法である。
　｛１１－２０｝面選択成長法とは、｛１１－２０｝面を基準として、約６０°又は約１２０°異なる方向にａ面成長を繰り返す方法をいう。
　すなわち、｛１１－２０｝面選択成長法とは、
　前記第１ａ面成長工程は、｛１１－２０｝面からのオフセット角θ1が－１５°≦θ1≦１５°である前記第１成長面を持つ前記第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程であり、
　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１－２０｝面からのオフセット角θkが－１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　このような成長を繰り返すことで、｛０００１｝面内方向の長さがより大きな第ｋ種結晶を順次作製していき、大口径化を行う。
　図２に、ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、｛１１－２０｝面選択成長法の概念図（右下）を示す。
　ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させると、図２左下図に示すように、ファセット領域は、成長結晶の表面の両端（すなわち、＜１１－２０＞軸に対して３０°傾いた方向）に現れる。しかも、ファセット領域自体の形成面積は、｛１－１００｝面成長の場合に比べて大幅に縮小する。その結果、Ｓｉ面側ファセット領域の面積もこれに応じて縮小し、Ｓfacetを２０％以下に維持して成長できる。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、成長結晶の端部に形成されるので、成長結晶の中央部に異方位結晶や異種多形結晶が生成する確率は極めて低い。さらに、通常、種結晶に比べて成長結晶は、拡大して成長することが多いが、｛１１－２０｝面成長では成長結晶の拡大部分にファセット領域が形成される場合が多い。その場合、種結晶直上の成長結晶中での異方位結晶や異種多形結晶をほぼ完全に抑制できる。
　そのため、図２の右下図に示すように、｛１１－２０｝面成長を選択的に繰り返すと、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を確実に作製することができる。
［３．２．　オフセット角θk］
　第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）において、第ｋ成長面の｛１１－２０｝面からのオフセット角θkは、それぞれ、－１５°≦θk≦１５°であれば良い。θkの絶対値が１５°を超えると、成長方向が＜１－１００＞方向に近づくために、ファセット領域の形成面積が拡大する。また、これによって成長結晶の中心部に異方位結晶や異種多形結晶が発生する確率が高くなる。
　オフセット角θkは、ゼロでも良い。しかしながら、｛１１－２０｝面選択成長法は、交互成長法に比べて、所定の｛０００１｝面口径を有するａ面成長基板を製造するために要する繰り返し回数が多くなる。従って、各オフセット角θkは、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板が得られるように、最適な角度を選択するのが好ましい。そのためには、第ｋ成長面のオフセット角θk及び第（ｋ＋１）成長面のオフセット角θk+1（１≦ｋ≦ｎ－１）は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向とするのが好ましい。θkとθk+1を僅かに大きくするだけでも、繰り返し回数を大幅に低減できる。
　θkの絶対値は、必ずしもθk-1の絶対値と同一である必要はない。しかしながら、|θk-1|＝|θk|（２≦ｋ≦ｎ）とすると、一方のオフセット角が極端に大きくならないため、｛１－１００｝面ファセットが拡大しにくく、異方位結晶や異種多形結晶をより抑制できるという利点がある。
　｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板を効率よく製造するためには、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ－１）は、次の（１）式の関係が成り立つように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程である
のが好ましい。
　Ｈk＞Ｌkｓｉｎ(６０°＋|θk|＋|θk+1|)　　・・・（１）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
　　　θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
　また、前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）成長結晶から、次の（２）式の関係が成り立つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
　Ｌk≒Ｈk-1／ｃｏｓ(３０°－|θk-1|－|θk|)　　・・・（２）
但し、Ｈk-1は、第（ｋ－１）ａ面成長工程における成長高さ、
　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
　　　θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
　ここで、（１）式は、少なくともＬkを超える｛０００１｝面内方向長さＬk+1を有する第（ｋ＋１）種結晶を得るのに必要な高さＨkまで成長させることを表す。
　また、（２）式は、得られた第（ｋ－１）種結晶から、（２）式の右辺にほぼ等しいＬkを有する第ｋ種結晶を切り出すことを表す。なお、（２）式において「≒」は、必ずしもＬkが（２）式の右辺に完全に一致している必要はなく、第ｋ種結晶を切り出す際に種々の原因により生じる誤差（例えば、第ｋ種結晶の外周部の面取り、種結晶を切り出す際の角度誤差など）があっても良いことを意味する。
　なお、第（ｋ－１）成長結晶から、ＬkがＬk-1より長く、かつ、（２）式の右辺より短い第ｋ種結晶を切り出しても良い。
　（１）式及び（２）式は、必ずしも同時に満たす必要はない。しかしながら、（１）式及び（２）式が同時に満たされるように、種結晶の切り出し及び結晶の成長を行うと、少ない繰り返し回数で、相対的に｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。
　｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板をさらに効率よく製造するためには、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ－１）は、次の（３）式を満たすように前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
　Ｈk≧Ｌkｔａｎ（６０°＋|θk|＋|θk+1|）　　・・・（３）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
　　　θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
　また、前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、次の（４）式を満たすように第（ｋ－１）成長結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
　Ｌk≒Ｌk-1／ｓｉｎ(３０°－|θk-1|－|θk|)　　・・・（４）
但し、Ｌk-1は、第（ｋ－１）種結晶の第（ｋ－１）成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
　　　θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
　ここで、（３）式は、少なくとも第ｋ成長結晶から最大のＬk+1を有する第（ｋ＋１）種結晶を切り出すのに必要な成長高さＨkまで成長させることを表す。
　また、（４）式は、得られた第（ｋ－１）種結晶から、最大のＬkを有する第ｋ種結晶を切り出すことを表す。なお、（４）式において「≒」は、必ずしもＬkが理論上の最大値に完全に一致している必要はなく、第ｋ種結晶を切り出す際に種々の原因により生じる誤差（例えば、第ｋ種結晶の外周部の面取り、種結晶を切り出す際の角度誤差など）があっても良いことを意味する。
　なお、第（ｋ－１）成長結晶から、ＬkがＬk-1より長く、かつ、（４）式の右辺より短い第ｋ種結晶を切り出しても良い。
　（３）式及び（４）式は、必ずしも同時に満たす必要はない。しかしながら、（３）式及び（４）式が同時に満たされるように、種結晶の切り出し及び結晶の成長を行うと、少ない繰り返し回数で、相対的に｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。また、（３）式及び（４）式を用いたａ面成長法は、（１）式及び（２）式を用いたａ面成長法に比べて、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。
［３．３．　｛０００１｝面の口径拡大の具体例］
　以下に、｛１１－２０｝面選択成長法を用いた｛０００１｝面の口径拡大の具体的方法について、詳細に説明する。
［３．３．１．　＜１１－２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大（１）］
　第１の具体例は、＜１１－２０＞オン成長のみにより｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶より小さい種結晶を切り出して、｛１１－２０｝面成長を繰り返す方法である。「＜１１－２０＞オン成長」とは、θk＝０の種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させることをいう。図３に、＜１１－２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）の模式図を示す。
　まず、図３（ａ）に示すように、第１成長面が（１１－２０）面であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
　次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1＞Ｌ1ｓｉｎ６０°となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、第２成長面が（２－１－１０）面であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｈ1／ｃｏｓ３０°）である第２種結晶１０ｂを切り出す。
　次に、図３（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2＞Ｌ2ｓｉｎ６０°となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、第３成長面が（１－２１０）面であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｈ2／ｃｏｓ３０°）である第３種結晶１０ｃを切り出す。
　次に、図３（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＞Ｌ3ｓｉｎ６０°となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第３成長結晶１２ｃから、第４成長面が（－１－１２０）面であり、かつ、第４成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ4（≒Ｈ3／ｃｏｓ３０°）である第４種結晶１０ｄを切り出す。
　最後に、図３（ｄ）に示すように、第４種結晶１０ｄを用いて、Ｈ4＝Ｌ4となるまで第４成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ4であるａ面成長基板が得られる。
　以上のように、＜１１－２０＞オン成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。
　なお、図３に示す例においては、合計４回の｛１１－２０｝面成長を行っているが、｛１１－２０｝面成長の繰り返し回数は４回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
［３．３．２．　＜１１－２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大（２）］
　第２の具体例は、＜１１－２０＞オン成長のみにより｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶を切り出して、｛１１－２０｝面成長を繰り返す方法である。図４に、＜１１－２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）の模式図を示す。
　まず、図４（ａ）に示すように、第１成長面が（１１－２０）面であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
　次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1≧Ｌ1ｔａｎ６０°となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、第２成長面が（２－１－１０）面であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｌ1／ｓｉｎ３０°）である第２種結晶１０ｂを切り出す。
　次に、図４（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2≧Ｌ2ｔａｎ６０°となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、第３成長面が（１－２１０）面であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｌ2／ｓｉｎ３０°）である第３種結晶１０ｃを切り出す。
　次に、図４（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3≧Ｌ3ｔａｎ６０°となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第３成長結晶１２ｃから、第４成長面が（－１－１２０）面であり、かつ、第４成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ4（≒Ｌ3／ｓｉｎ３０°）である第４種結晶１０ｄを切り出す。
　最後に、図４（ｄ）に示すように、第４種結晶１０ｄを用いて、Ｈ4＝Ｌ4となるまで第４成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ4であるａ面成長基板が得られる。
　以上のように、＜１１－２０＞オン成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、Ｌkが理論上の最大値となるまで、ＳｉＣ単結晶を成長させると、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
　なお、図４に示す例においては、合計４回の｛１１－２０｝面成長を行っているが、｛１１－２０｝面成長の繰り返し回数は４回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
［３．３．３．　＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（３）］
　第３の具体例は、＜１１－２０＞オフ成長により｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶より小さな種結晶を切り出して、｛１１－２０｝面成長を繰り返す方法である。「＜１１－２０＞オフ成長」とは、θk≠０の種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させることをいう。図５に、＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）の模式図を示す。
　まず、図５（ａ）に示すように、成長方向が［１１－２０］方向であり、第１成長面のオフセット角がθ1であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
　次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1＞Ｌ1ｓｉｎ(６０°＋|θ1|＋|θ2|）となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、成長方向が［２－１－１０］であり、第２成長面のオフセット角がθ2であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｈ1／ｃｏｓ(３０°－|θ1|－|θ2|）である第２種結晶１０ｂを切り出す。この場合、θ1及びθ2は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ2を大きくする方向となるように選択する。
　次に、図５（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2＞Ｌ2ｓｉｎ(６０°＋|θ2|＋|θ3|）となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、成長方向が［１１－２０］方向であり、第３成長面のオフセット角がθ3であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｈ2／ｃｏｓ(３０°－|θ2|－|θ3|)）である第３種結晶１０ｃを切り出す。この場合、θ2及びθ3は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ3を大きくする方向となるように選択する。
　最後に、図５（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＝Ｌ3となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ3であるａ面成長基板が得られる。
　以上のように、＜１１－２０＞オフ成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、オフ成長を繰り返すと、オン成長を繰り返す場合に比べて、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
　なお、図５に示す例においては、合計３回の｛１１－２０｝面成長を行っているが、｛１１－２０｝面成長の繰り返し回数は３回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
［３．３．４．　＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（４）］
　第４の具体例は、＜１１－２０＞オフ成長により｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶を切り出して、｛１１－２０｝面成長を繰り返す方法である。図６に、＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）の模式図を示す。
　まず、図６（ａ）に示すように、成長方向が［１１－２０］方向であり、第１成長面のオフセット角がθ1であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
　次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1≧Ｌ1ｔａｎ(６０°＋|θ1|＋|θ2|）となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、成長方向が［２－１－１０］であり、第２成長面のオフセット角がθ2であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｌ1／ｓｉｎ(３０°－|θ1|－|θ2|）である第２種結晶１０ｂを切り出す。この場合、θ1及びθ2は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ2を大きくする方向となるように選択する。
　次に、図６（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2≧Ｌ2ｔａｎ(６０°＋|θ2|＋|θ3|）となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、成長方向が［１１－２０］方向であり、第３成長面のオフセット角がθ3であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｌ2／ｓｉｎ(３０°－|θ2|－|θ3|)）である第３種結晶１０ｃを切り出す。この場合、θ2及びθ3は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ3を大きくする方向となるように選択する。
　最後に、図６（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＝Ｌ3となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ3であるａ面成長基板が得られる。
　以上のように、＜１１－２０＞オフ成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、Ｌkが理論上の最大値となるまで、ＳｉＣ単結晶をオフ成長させると、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
　なお、図６に示す例においては、合計３回の｛１１－２０｝面成長を行っているが、｛１１－２０｝面成長の繰り返し回数は３回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
［３．３．５．＜１１－２０＞オン成長又は＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（５）：　成長結晶残存法］
　第５の具体例は、＜１１－２０＞オン成長又は＜１１－２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、成長結晶の大半をそのまま種結晶に用いる方法（成長結晶残存法）である。
　成長結晶残存法とは、具体的には、
　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶を、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１－２０｝面からのオフセット角θkが－１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面に沿って切断するとともに、前記第（ｋ－１）成長結晶の大部分を残存させ、前記第ｋ成長面を露出させた前記第（ｋ－１）成長結晶を前記第ｋ種結晶としてそのまま用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　図７に、｛１１－２０｝面選択成長法の一種である成長結晶残存法の工程図を示す。
　まず、図７（ａ）に示すように、第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａは、｛１１－２０｝面からのオフセット角θ1が－１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つものであれば良い。図７（ａ）に示す例において、第１種結晶１０ａは、θ1＝０であるオンセット基板である。また、第１種結晶１０ａは、第１成長面が露出するようにインゴットから薄くスライスした基板であっても良く、あるいは、第１成長面が露出するように表面を加工したインゴットをそのまま用いても良い。
　このような第１種結晶１０ａを用いて、［１１－２０］方向にＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる（第１ａ面成長工程）。これにより、図７（ｂ）に示すように、第１成長結晶１２ａが得られる。この場合、第１成長結晶１２ａの両端に、異方位結晶又は異種多形結晶１４ａ、１６ａが成長する場合がある。
　次に、図７（ｂ）に示すように、第１種結晶１０ａを含む第１成長結晶１２ａを、第１ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ、｛１１－２０｝面からのオフセット角θ2が－１５°≦θ2≦１５°である第２成長面（Ｍ2線）に沿って切断する。Ｍ2線の位置は、第２成長面上に異方位結晶又は異種多形１４ａ、１６ａが露出せず、かつ、第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）の大部分が残存するように選択するのが好ましい。
　また、第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）は、
（１）口径拡大後の形状を、目的とする最終形状（図７に示す例においては、円形）に近づけるための輪郭線（Ｎ2線）、及び／又は、
（２）第３成長面となる線（Ｍ3線）、
に沿ってさらに切断しても良い。
　次に、Ｍ2線、並びに、必要に応じてＮ2線及びＭ3線に沿って第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）を切断した後、図７（ｄ）に示すように、これを第２種結晶１０ｂとしてそのまま用いて、［２－１－１０］方向にＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる（第２ａ面成長工程）。これにより、図７（ｄ）に示すように、第２成長結晶１２ｂが得られる。この場合も、第２成長結晶１２ｂの両端に、異方位結晶又は異種多形結晶１４ｂ、１６ｂが成長する場合がある。
　以下、同様にして、
（１）第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）の大部分が残存するように、第３成長面（Ｍ3線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ3線、Ｎ'3線）に沿って第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）を切断する工程（図７（ｅ））、
（２）第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）を第３種結晶１０ｃとしてそのまま用いて、［１－２１０］方向にＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程（図７（ｆ））、
（３）第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）の大部分が残存するように、第４成長面（Ｍ4線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ4線）に沿って第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）を切断する工程（図７（ｇ））、
（４）第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）を第４種結晶１０ｄとしてそのまま用いて、［－１－１２０］方向にＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程（図７（ｈ））、
（５）第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）の大部分が残存するように、第５成長面（Ｍ5線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ5線）に沿って第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）を切断する工程（図７（ｉ））、及び、
（６）第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）を第５種結晶１０ｅとしてそのまま用いて、［－２１１０］方向にＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程（図７（ｊ））、
を繰り返す。
　さらに、
（７）第５成長結晶１２ｅ（＋第４種結晶１０ｅ）の大部分が残存するように、第６成長面（Ｍ6線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ6線）に沿って第５成長結晶１２ｅ（＋第５種結晶１０ｅ）を切断する工程（図７（ｋ））、及び、
（６）第５成長結晶１２ｅ（＋第５種結晶１０ｅ）を第６種結晶１０ｆとしてそのまま用いて、［－１２－１０］方向にＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程（図７（ｌ））、
を行う。
　最後に、第６成長結晶１２ｆの外形を整えると、図７（ｍ）に示すように、円形のＳｉＣ単結晶１２ｇが得られる。
　成長結晶残存法は、大口径の｛０００１｝面を作製するまでの成長回数を低減することができる。
　また、一般に、成長面内における｛０００１｝面内方向の長さＬが大きい種結晶を用いて結晶を成長させると、応力が高くなり、成長結晶が割れやすくなる。これに対し、成長結晶残存法では、Ｌが相対的に大きい種結晶を用いた成長回数が少なくなるので、クラックの発生確率を低減できる。
［３．４．　その他の異種多形結晶・異方位結晶の低減方法］
　｛１１－２０｝面選択成長法は、成長結晶の端部にＳｉ面側ファセット領域が形成されるため、それのみによっても良質の単結晶が得られる。また、｛１１－２０｝面選択成長法に加えて、後述する方法の内、｛１１－２０｝面成長にも適用可能な１種又は２種以上の方法を組み合わせると、異種多形結晶や異方位結晶の生成確率をさらに低減することができる。
［４．　ａ面成長法の具体例（２）：交互成長法］
［４．１．　概要］
　交互成長法とは、成長方向が約９０°異なる｛１１－２０｝面成長と｛１－１００｝面成長とを交互に繰り返す方法をいう。
　すなわち、交互成長法とは、
　前記第１ａ面成長工程は、｛１－１００｝面又は｛１１－２０｝面からのオフセット角θ1が－１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程であり、
　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１－２０｝面又は｛１－１００｝面からのオフセット角θkが－１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長又は｛１－１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
　このような成長を繰り返すことで、｛０００１｝面内方向の長さがより大きな第ｋ種結晶を順次作製していき、大口径化を行う。
　オフセット角θkの詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
　｛１－１００｝面成長を行う場合、ファセット領域は、成長結晶の表面のほぼ中央部に発生する。そのため、良質の結晶を得るためには、｛１－１００｝面成長時に、Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetを所定の範囲内に維持するための追加の手段を講じる必要がある。
　一方、｛１１－２０｝面成長を行う場合、ファセット領域は、成長結晶の表面の端部に発生し、Ｓfacetは、自然と小さくなり、所定の範囲内に維持できる。そのため、良質の結晶を得るためには、必ずしもＳｉ面側ファセット面積率Ｓfacetを所定の範囲内に維持するための追加の手段を講じる必要はない。しかしながら、このような手段をさらに講じると、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度をさらに低減することができる。
　このような手段としては、具体的には、以下のようなものがある。なお、以下に説明する各種の手段は、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、物理的に可能な限りにおいて、２種以上を組み合わせて用いても良い。
［４．２．　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段］
［４．２．１．　ｃ軸方向の非対称成長法］
　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第１の具体例は、ｃ軸方向の非対称成長法である。
　ｃ軸方向の非対称成長法とは、すなわち、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１－１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　ここで、「ｃ軸方向中心」とは、｛０００１｝面に対して垂直な線と成長結晶との交点の中心をいう。
　図８に、ｃ軸方向に非対称成長するように｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
　図８に示すように、｛１－１００｝面成長時において、｛０００１｝面ファセットの最頂部をｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側にすることで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積を縮小することができる。その結果、異方位結晶や異種多形結晶の発生による品質低下を抑制することができる。
　なお、図示はしないが、｛１１－２０｝面成長時においても、｛０００１｝面ファセットの最頂部をＳｉ面寄り側にすることで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積をさらに縮小することができる。また、ｃ軸方向の非対称成長は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
　ｃ軸方向に非対称成長させる方法には、種々の方法がある。第１の方法は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長時に、ｃ軸方向中心よりもＳｉ面側の温度を低くする方法である。
　Ｓｉ面側の温度を低くする方法とは、すなわち、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の温度が前記ｃ軸方向中心より低くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　Ｓｉ面寄り側の温度を低くする方法としては、例えば、図９（ａ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。ＳｉＣ単結晶を成長させる際には、成長面をある程度凸形状に維持しなければならないことが知られている。そのために、坩堝構造に工夫が施されたり、炉体内における坩堝の位置などが調整され、一般的には、坩堝内の単結晶付近においては、坩堝の中心付近の温度が最も低くなっている。図中に詳細な坩堝構造は示さないが、同様に坩堝中心付近の温度が最も低くなるような構造となっていることを前提とする。そのため、種結晶２６の中心を坩堝２２中心から偏倚させ、Ｓｉ面側を坩堝２２中心に近づけると、Ｓｉ面寄り側の温度が低くなる。その結果、成長結晶３０の｛１－１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
　ｃ軸方向に非対称成長させるための第２の方法は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長時に、ｃ軸方向中心よりもＳｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法である。
　Ｓｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法とは、すなわち、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側のＳｉＣガス濃度が前記ｃ軸方向中心より高くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　Ｓｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法としては、例えば、図９（ｂ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。さらに、原料２４の上部には、ＳｉＣガスを成長結晶表面の特定部位に優先的に供給するための昇華ガスガイド２８を設ける。この時、ＳｉＣガスがＳｉ面寄り側に優先的に供給されるように昇華ガスガイド２８の先端を配置すると、昇華ガスガイド２８の先端付近のＳｉＣガス濃度が最も高くなる。その結果、成長結晶３０の｛１－１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。また、これによって、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
　ｃ軸方向に非対称成長させるための第３の方法は、｛１１－２０｝面成長時の種結晶として、Ｓｉ面側の長さが長い非対称種結晶を用いる方法である。
　非対称種結晶を用いる方法とは、すなわち、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である場合において、
　前記第ｋａ面成長工程は、ｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の長さがＣ面寄り側の長さより長い前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　図１０に、非対称種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
　上述したように、｛１１－２０｝面成長時には、ファセット領域は、成長結晶の両端に形成される。この時、図１０に示すように、種結晶のＳｉ面寄り側の長さを長くすると、ファセット領域がＳｉ面寄り側に偏って形成され、これと同時に、｛１－１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。そのため、対称な種結晶を用いた場合に比べて、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
［４．２．２．　Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法（貼り合わせ種結晶）］
　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第２の具体例は、Ｓｉ面側極性面ステップそのものを消滅させる方法である。
　Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法とは、すなわち、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、少なくとも２個の種結晶素片のＳｉ面が向かい合わせになるように前記種結晶素片を貼り合わせて前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である方法をいう。
　Ｓｉ面を介して向かい合う各種結晶素片は、それぞれ、一体の種結晶素片であっても良く、あるいは、Ｓｉ面が同一方向を向くように貼り合わされた複数個の種結晶素片の集合体であっても良い。
　図１１に、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
　Ｓｉ面が向かい合うように２つの種結晶素片を貼り合わせて種結晶とすると、種結晶のｃ軸方向の端面は、ともにＣ面となる。このような種結晶を用いて｛１－１００｝面成長させると、｛１－１００｝面ファセット間に形成されるステップは、いずれもＣ面側極性面ステップとなる。すなわち、この方法によれば、実質的にＳｉ面側ファセット領域が消滅する。その結果、異方位結晶や異種多形結晶の発生確率が著しく低下する。
　図１９に、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
　通常、｛１１－２０｝面成長では、図２に示したように、ファセットは成長結晶の表面の両端に現れ、Ｓｉ面側にはＳｉ面側ファセット領域が形成される。そこで、種結晶上のファセットが形成される種結晶の両端部分に、Ｓｉ面側を向かい合わせるようにして種結晶素片を配置する。
　ここで、種結晶の中央部分は、
（ａ）成長結晶は一体的である方が低品質な接合界面を含まないため、成長結晶から取り出す｛０００１｝面ウェハの歩留まりが高くなるという点、また、
（ｂ）中央部分はファセットが形成されないという理由から、
Ｓｉ面側の貼り合わせは行わない一体的な種結晶とする。
　このように配置した種結晶では、種結晶の両端部分のｃ軸方向の端面は、ともにＣ面となる。この種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させると、成長結晶の両端の｛１－１００｝面ファセット間に形成されるステップは、いずれもＣ面側極性面ステップとなる。すなわち、この方法によれば、｛１１－２０｝面成長においても、Ｓｉ面側ファセット領域を実質的に消滅させることができる。その結果、異方位結晶や異種多形の発生確率が著しく低下する。また、｛１－１００｝面成長でのＳｉ面側の貼り合わせにおいて生じる成長結晶中の接合界面が、成長結晶の中央部にないため、取り出される｛０００１｝面ウェハの歩留まりも高くなる。
　上記Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
［４．２．３．　｛１－１００｝面平坦成長法］
　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第３の具体例は、｛１－１００｝面成長時に最頂部近傍の｛１－１００｝面を平坦に成長させる方法である。
　｛１－１００｝面平坦成長法とは、具体的には、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である場合において、
　前記第ｋａ面成長工程は、ファセット領域内の高低差が１ｍｍ以下である領域の面積がファセット領域の総面積の９０％以上となるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
　「高低差が１ｍｍ以下である領域」とは、｛１－１００｝面ファセットの最頂部及びこれに隣接する｛１－１００｝面ファセットを含む領域であって、｛１－１００｝面ファセット最頂部から１ｍｍ以内にある領域（すなわち、極性面ステップが相対的に少ない領域）をいう。
　図１２に、｛１－１００｝面平坦成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
　図１２に示すように、｛１－１００｝面成長させる場合において、成長開始から成長終了まで成長面を平坦に維持すると、｛１－１００｝面ファセット最頂部が広くなり、「高低差が１ｍｍ以下である領域」が拡大する。その結果、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。また、これによって異方位結晶や異種多形結晶の発生確率が著しく低下する。
　｛１－１００｝面を平坦に成長させる方法としては、例えば、図９（ｃ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。さらに、成長結晶３０の表面に対向する位置に均熱板３２を配置する。均熱板３２を配置すると、成長結晶３０の表面近傍において、水平面内の温度差が小さくなる。その結果、成長結晶３０の表面が平坦化する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
［４．２．４．　｛０００１｝面内方向の凸化成長法］
　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第４の具体例は、｛１－１００｝面成長時に｛１－１００｝面を｛０００１｝面内方向に凸化成長させる方法である。
　凸化成長法とは、具体的には、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である場合において、
　前記第ｋａ面成長工程は、前記第ｋ成長結晶の表面が｛０００１｝面内方向に凸型となるように、すなわち、前記第ｋ成長結晶の｛０００１｝面内方向長さをＬ、前記第ｋ成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率をｒとするときにｒ＜Ｌを満たすように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
　また、凸化成長させる場合、成長結晶の表面は、ｃ面内方向中心に対して、対称となるように成長させても良く、あるいは、非対称となるように成長させても良い。
　すなわち、凸化成長させる場合において、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１－１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ面内方向中心に対して端部側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程であっても良い。
　「ｃ面内方向中心」とは、｛０００１｝面に対して平行な線と成長結晶との交点の中心をいう。
　「凸化」とは、成長結晶の｛０００１｝面内方向の長さをＬ、成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率ｒ（成長面の中心を通る、成長面に垂直な平面が、成長結晶の表面と交わる線分の曲率）とする時、ｒ＜Ｌを満たす場合とする。
　図１３に、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して対称となるように｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、及び斜視図（右上）、並びに、ｒとＬの関係を表す模式図（右下）を示す。
　図１３に示すように、｛１－１００｝成長させる場合において、｛０００１｝面内方向に凸化するように結晶を成長させると、ファセット領域の｛０００１｝面内方向の幅が狭くなる。その結果、ファセット領域の面積自体が縮小する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積も縮小する。
　図１４に、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
　図１４に示すように、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１－１００｝面成長させると、縮小されたＳｉ面側ファセット領域が成長結晶の端部側に移動する。そのため、成長結晶の中央付近での異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制することができる。
　結晶を凸化成長させる方法としては、具体的には、図９（ｂ）に示すように、昇華ガスガイド２８を用いて、成長結晶３０の表面の特定部位のＳｉＣガス濃度を高くする方法などがある。
［４．２．５．　窒素ドープ量低減成長法］
　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第５の具体例は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長時に窒素ドープ量を低減する方法である。
　窒素ドープ量低減成長法とは、具体的には、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、窒素ガス分圧が５％以下である雰囲気下において、前記ＳｉＣを｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　一般的に、ＳｉＣ単結晶の成長では、基板上に作製するデバイスの抵抗を低減するために成長雰囲気に窒素を導入しながら成長することが多い。窒素ドープは、ウェハを切り出すｃ面成長時には必須となるが、高品質化工程であるａ面成長時には必須ではない。
　逆に、窒素ドープをしながらａ面成長させる場合において、窒素ドープ量が多いと、異方位結晶や異種多形の発生頻度が高くなる。従って、窒素ガス分圧は、５％以下が好ましい。窒素ガス分圧は、さらに好ましくは、１％以下である。
　図１５に、窒素ドープ量低減成長法を用いて｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
　窒素をドープしながらａ面成長させる場合において、窒素ドープ量を低減すると、Ｓｉ面側ファセット領域における異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度が低下する。
　これは、
（１）窒素ドープ量を低減すると、図１５に示すように、ファセット領域の｛０００１｝面内方向の幅が若干狭くなり、これに応じてＳｉ面側ファセット領域の面積も縮小するため、及び、
（２）詳細な理由は不明であるが、窒素ドープ量が少ない条件下で｛１－１００｝面成長させると、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度そのものが低下するため、
と考えられる。
［４．２．６．　ダミー種結晶配置法］
　Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第６の具体例は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長時にダミー種結晶を配置する方法である。
　ダミー種結晶配置法とは、具体的には、
　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、主種結晶にダミー種結晶を隣接させてこれを前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
　主種結晶は、成長の繰り返しとともに厚みが大きいブロック体になる。
　一方、ダミー種結晶は、薄い通常の種結晶であっても良い点、最終的に成長結晶から切除するため表面を研磨する必要もない点、及び、結晶方位が限定されない点で、前述のＳｉ面側極性面ステップ消滅法と異なる。また、ダミー種結晶は、一体の種結晶素片であっても良く、あるいは、貼り合わされた複数個の種結晶素片の集合体であっても良い。
　図２０に、ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１－１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及びダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
　主種結晶のＳｉ面側に、ダミー種結晶を配置して成長させると、主種結晶上に成長する結晶上においては、表面の＜０００１＞方向の曲率が小さくなり、ダミー種結晶上に選択的にＳｉ面側極性面ステップが形成される。すなわち、この方法によれば、Ｓｉ面側ファセット領域に、異方位結晶や異種多形結晶が発生したとしても、主種結晶上の成長結晶はその影響を受けにくくなる。
　図２１に、ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１１－２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及び、ダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
　主種結晶の｛０００１｝面内方向の両端部に、ダミー種結晶を配置して成長させると、主種結晶上に成長する結晶上においては、表面の｛０００１｝面内方向の曲率が小さくなり、ダミー種結晶上に選択的にファセットが形成されやすくなる。すなわち、この方法によれば、Ｓｉ面側ファセット領域に、異方位結晶や異種多形結晶が発生したとしても、主種結晶上の成長結晶は、その影響を受けにくくなる。
　上記ダミー種結晶配置法は、｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
［５．　ＳｉＣ単結晶の製造方法（２）］
　本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ａ面成長工程と、ｃ面成長工程とを備えている。
［５．１．　ａ面成長工程］
　ａ面成長工程は、Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが所定の値以下に維持されるように、ａ面成長を２回以上繰り返す工程である。
　ａ面成長工程の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
［５．２．　ｃ面成長工程］
　ｃ面成長工程は、第ｎａ面成長工程で得られた前記第ｎ成長結晶から、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である第（ｎ＋１）成長面を持つ第（ｎ＋１）種結晶を切り出し、前記第（ｎ＋１）成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる工程である。
　ｃ面成長時のオフセット角の絶対値が大きすぎると、第ｎ種結晶から成長結晶に引き継がれた積層欠陥を成長結晶外に排出するために、より高い成長高さが必要となる。また、オフセット角の絶対値が大きくなりすぎると、成長結晶中に新たな積層欠陥が発生する場合がある。従って、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値は、３０°以内が好ましい。
　第１の実施の形態に係る方法を用いて得られたａ面成長結晶は、｛０００１｝面口径が大きく、かつ、異方位結晶や異種多形結晶が少ない。そのため、このようなａ面成長結晶からｃ面成長用の種結晶を切り出してｃ面成長させると、｛０００１｝面口径が大きく、かつ、欠陥の少ないｃ面成長結晶を製造することができる。
［６．　ＳｉＣ単結晶：　ａ面成長結晶］
　第１の実施の形態に係る方法を用いると、欠陥の少ないａ面成長結晶が得られる。具体的には、外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶が得られる。
［６．１．　異方位結晶塊及び異種多形結晶塊］
　図１６に、本発明に係るａ面成長法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（図１６（ａ））、正面図（図１６（ｂ））、及び斜視図（図１６（ｃ））を示す。
　本発明に係るａ面成長法を用いて｛０００１｝面口径の大きいａ面成長結晶を製造する場合において、製造条件を最適化したときには、Ｓｉ面側ファセット領域は、専ら成長結晶の外周部に形成される。そのため、Ｓｉ面側ファセット領域内に異方位結晶や異種多形結晶の核が生成し、ＳｉＣの成長に伴ってこれらが塊状に成長したとしても、これらは専ら成長結晶の外周部に存在する。
　ここで、「外周から２０％の領域」とは、図１６に示すように、成長結晶の表面から０．２ｘに相当する距離までの領域をいう。「ｘ」とは、成長結晶の中心から表面までの距離をいう。
　「異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まない」とは、体積が１ｍｍ3を超える塊状の異方位結晶や異種多形結晶を含まないことをいう。
　製造条件をさらに最適化すると、外周部から１０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ結晶、あるいは、実質的に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶が得られる。
［６．２．　口径］
　本発明に係るａ面成長法は、｛０００１｝面口径の大きいａ面成長結晶を効率よく製造することができる。具体的には、製造条件を最適化すると、｛０００１｝面の口径が１００ｍｍ以上、あるいは、１５０ｍｍ以上であるＳｉＣ単結晶が得られる。
［６．３．　ファセット痕］
　図１７に、ａ面成長させたＳｉＣ単結晶中に生成した｛１－１００｝面ファセット痕（図１７（ａ）、（ｂ））、及びＳｉ面側極性面ステップを含む｛１－１００｝面ファセット痕（図１７（ｃ）、（ｄ））の模式図を示す。
　｛１１－２０｝面成長させる場合、ファセット領域は、成長結晶の端部に形成される。そのため、図１７（ａ）に示すように、｛１－１００｝面ファセット痕（ハッチングを施した領域）は、成長結晶の端部に現れる。
　一方、｛１－１００｝面成長させる場合、図１７（ｂ）に示すように、｛１－１００｝面ファセット痕は、成長結晶の中央部に現れる。｛１－１００｝面ファセット痕は、Ｓｉ面側極性ステップを含み、異方位結晶や異種多形結晶が発生しやすい領域であるので、その体積率は、低いほど良い。
　上述したａ面成長法において、ファセット領域の面積そのものを縮小させる手段を講じると、｛１－１００｝面ファセット痕の体積率（＝成長結晶の体積に占める｛１－１００｝面ファセット痕の体積の割合）を小さくすることができる。具体的には、製造条件を最適化することによって、｛１－１００｝面ファセット痕の体積率が４０％以下、あるいは、２０％以下であるＳｉＣ単結晶が得られる。
　また、ａ面成長させる場合、通常、ファセット領域内にＳｉ面側極性面ステップが形成される。ファセット領域内にＳｉ面側極性面ステップが形成されると、縞状のファセット痕となる。
　｛１１－２０｝面成長させる場合、図１７（ｃ）に示すように、Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１－１００｝面ファセット痕（以下、これを「縞状ファセット痕」ともいう。）は、両端に形成されたファセット痕の内、Ｓｉ面寄り側（太い破線で囲った領域）を占める。
　同様に、｛１－１００｝面成長させる場合、縞状ファセット痕は、中央に形成されたファセット痕の内、Ｓｉ面寄り側を占める。縞状ファセット痕は、異方位結晶や異種多形結晶が発生しやすい領域であるので、その体積率は、低いほどよい。
　上述したａ面成長法において、ファセット領域の面積そのものを縮小させる手段、あるいは、Ｓｉ面側ファセット領域を縮小させる手段を講じると、縞状ファセット痕の体積率（＝成長結晶の体積に占める縞状ファセット痕の体積の割合）を小さくすることができる。具体的には、製造条件を最適化することによって、縞状ファセット痕の体積率が２０％以下、あるいは、１０％以下であるＳｉＣ単結晶が得られる。
［７．　ＳｉＣウェハ、ＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）］
　本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣウェハは、ａ面成長法を用いて得られたＳｉＣ単結晶（ａ面成長結晶）から切り出され、最も広い面が略｛０００１｝面（すなわち、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面）からなる。
　得られたＳｉＣウェハは、そのまま各種の用途に用いることができる。あるいは、得られたＳｉＣウェハを種結晶に用いて、ＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）を製造することができる。
　さらに、本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣウェハは、このようにして得られたＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）から切り出されたものからなる。得られたＳｉＣウェハは、各種の用途に用いることができる。
［８．　半導体デバイス］
　本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るＳｉＣ単結晶又はＳｉＣウェハを用いて製造されたものからなる。半導体デバイスとしては、具体的には、
（ａ）ＬＥＤ、
（ｂ）パワーデバイス用のダイオードやトランジスタ、
などがある。
　以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
　本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として使用することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法として用いることができる。

Claims (34)

  1. 　以下の構成を備えたＳｉＣ単結晶の製造方法。
    （ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
    （ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
    （ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
    （ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
    　Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2　　　・・・（Ａ）
    　但し、
    　Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１－１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
    　Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
  2. 　前記第１ａ面成長工程は、｛１１－２０｝面からのオフセット角θ1が－１５°≦θ1≦１５°である前記第１成長面を持つ前記第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程であり、
    　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１－２０｝面からのオフセット角θkが－１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  3. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ－１）は、次の（１）式の関係が成り立つように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
    　Ｈk＞Ｌkｓｉｎ(６０°＋|θk|＋|θk+1|)　　・・・（１）
    但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
    　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
    　　　θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
  4. 　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）成長結晶から、次の（２）式の関係が成り立つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
    　Ｌk≒Ｈk-1／ｃｏｓ(３０°－|θk-1|－|θk|)　　・・・（２）
    但し、Ｈk-1は、第（ｋ－１）ａ面成長工程における成長高さ、
    　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
    　　　θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
  5. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ－１）は、次の（３）式を満たすように前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
    　Ｈk≧Ｌkｔａｎ（６０°＋|θk|＋|θk+1|）　　・・・（３）
    但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
    　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
    　　　θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
  6. 　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、次の（４）式を満たすように第（ｋ－１）成長結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
    　Ｌk≒Ｌk-1／ｓｉｎ(３０°－|θk-1|－|θk|)　　・・・（４）
    但し、Ｌk-1は、第（ｋ－１）種結晶の第（ｋ－１）成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
    　　　Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
    　　　θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
  7. 　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶を、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１－２０｝面からのオフセット角θkが－１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面に沿って切断するとともに、前記第（ｋ－１）成長結晶の大部分を残存させ、前記第ｋ成長面を露出させた前記第（ｋ－１）成長結晶を前記第ｋ種結晶としてそのまま用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  8. 　|θk-1|＝|θk|（２≦ｋ≦ｎ）である
    請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  9. 　前記第１ａ面成長工程は、｛１－１００｝面又は｛１１－２０｝面からのオフセット角θ1が－１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程であり、
    　前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ－１）成長結晶から、前記第（ｋ－１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１－２０｝面又は｛１－１００｝面からのオフセット角θkが－１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長又は｛１－１００｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  10. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１－１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  11. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の温度が前記ｃ軸方向中心より低くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１０に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  12. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側のＳｉＣガス濃度が前記ｃ軸方向中心より高くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１０に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  13. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１－２０｝面成長させる工程である場合において、
    　前記第ｋａ面成長工程は、ｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の長さがＣ面寄り側の長さより長い前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１０に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  14. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、少なくとも２個の種結晶素片のＳｉ面が向かい合わせになるように前記種結晶素片を貼り合わせて前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  15. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である場合において、
    　前記第ｋａ面成長工程は、ファセット領域内の高低差が１ｍｍ以下である領域の面積がファセット領域の総面積の９０％以上となるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  16. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、主種結晶にダミー種結晶を隣接させてこれを第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  17. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である場合において、
    　前記第ｋａ面成長工程は、前記第ｋ成長結晶の表面が｛０００１｝面内方向に凸型となるように、すなわち、前記第ｋ成長結晶の｛０００１｝面内方向長さをＬ、前記第ｋ成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率をｒとするときにｒ＜Ｌを満たすように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  18. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１－１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ面内方向中心に対して端部側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１－１００｝面成長させる工程である
    請求項１７に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  19. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、窒素ガス分圧が５％以下である雰囲気下において、前記ＳｉＣを｛１－１００｝面成長又は｛１１－２０｝面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  20. 　前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛０００１｝面からのオフセット角が８５°超９５°未満の範囲にある前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を用いて、前記第ｋ成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である
    請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
  21. 　以下の構成をさらに備えた請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
    （ｅ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、前記第ｎ成長結晶から、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である第（ｎ＋１）成長面を持つ第（ｎ＋１）種結晶を切り出し、前記第（ｎ＋１）成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させるｃ面成長工程を備えている。
  22. 　請求項１に記載の方法により得られ、
    　外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶。
  23. 　前記外周から１０％の領域を除く領域内において、前記異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まない請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  24. 　｛０００１｝面の口径が１００ｍｍ以上である請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  25. 　｛０００１｝面の口径が１５０ｍｍ以上である請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  26. 　｛１－１００｝面ファセット痕の体積率が４０％以下である請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  27. 　｛１－１００｝面ファセット痕の体積率が２０％以下である請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  28. 　Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１－１００｝面ファセット痕の体積率が２０％以下である請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  29. 　Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１－１００｝面ファセット痕の体積率が１０％以下である請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
  30. 　請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶から切り出され、
    　最も広い面が｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面からなるＳｉＣウェハ。
  31. 　請求項３０に記載のＳｉＣウェハを用いてｃ面成長させることにより得られるＳｉＣ単結晶。
  32. 　請求項３１に記載のＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ。
  33. 　請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶を用いて製造される半導体デバイス。
  34. 　前記半導体デバイスは、ダイオード、トランジスタ、又は、ＬＥＤである請求項３３に記載の半導体デバイス。
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