本發(fā)明涉及使碳化硅原料升華而使塊狀的碳化硅單晶在籽晶上生長(zhǎng)的碳化硅單晶的制造方法、及碳化硅單晶基板。

背景技術(shù)：

碳化硅(sic)為具有寬的禁帶寬度的寬帶隙半導(dǎo)體，由于在耐電壓性和耐熱性等方面具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)以往的硅(si)的特性，所以作為下一代的半導(dǎo)體材料開(kāi)展了研究開(kāi)發(fā)。

作為使碳化硅單晶(sic單晶)生長(zhǎng)的技術(shù)之一，有升華再結(jié)晶法。即，也稱為改良瑞利法的該方法是在坩堝的蓋體上安裝由sic構(gòu)成的籽晶，在坩堝的容器主體中配置sic原料，通過(guò)使sic原料升華，從而使塊狀的sic單晶在籽晶上生長(zhǎng)。此時(shí)，還能夠向生長(zhǎng)的單晶中摻雜雜質(zhì)，例如在n型sic單晶的情況下，能夠向生長(zhǎng)中的氣氛氣體中添加氮(n2)氣。進(jìn)而，在得到呈大致圓柱狀的塊狀的sic單晶(鑄塊)后，通常在切出成300～600μm左右的厚度后，制造sic單晶基板，在功率電子學(xué)等領(lǐng)域中被供于sic設(shè)備的制作。

在利用該升華再結(jié)晶法的晶體生長(zhǎng)中，由于需要超過(guò)2000℃的溫度，并且，在配置有籽晶和sic原料的坩堝內(nèi)設(shè)置溫度梯度而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，所以在所得到的sic單晶中，無(wú)論如何也會(huì)包含位錯(cuò)缺陷、堆垛層錯(cuò)等晶體缺陷。其中，作為位錯(cuò)缺陷，包含貫通刃狀位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)、及螺旋位錯(cuò)，例如有以下報(bào)告：在市售的sic單晶基板中，螺旋位錯(cuò)存在8×10²～3×10³(個(gè)/cm²)、貫通刃狀位錯(cuò)存在5×10³～2×10⁴(個(gè)/cm²)、基底面位錯(cuò)存在2×10³～2×10⁴(個(gè)/cm²)左右(參照非專利文獻(xiàn)1)。

近年來(lái)，開(kāi)展了關(guān)于sic的晶體缺陷和設(shè)備性能的研究、調(diào)查，各種缺陷所造成的影響逐漸變得清楚。其中，報(bào)告了螺旋位錯(cuò)會(huì)成為設(shè)備的漏電流的原因、會(huì)使門極氧化膜的壽命降低等(參照非專利文獻(xiàn)2及3)，為了制作高性能的sic設(shè)備，要求至少減少了螺旋位錯(cuò)的sic單晶基板。

因此，專利文獻(xiàn)1公開(kāi)下述的sic單晶的制造方法：使用位錯(cuò)控制籽晶而使塊狀的sic單晶生長(zhǎng)，在其生長(zhǎng)時(shí)按照將下述區(qū)域與c面晶面重疊的方式使碳化硅單晶生長(zhǎng)，所述區(qū)域是能夠產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)的區(qū)域在c軸方向上投影而得到的區(qū)域，所述位錯(cuò)控制籽晶以從{0001}面偏移角(偏離角)為60°以內(nèi)的面作為生長(zhǎng)面，并且在生長(zhǎng)面的50％以下的區(qū)域中具有使生長(zhǎng)中的sic單晶以與周圍相比更高密度地產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)的能夠產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)的區(qū)域。專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了：通過(guò)上述制造方法，能夠制作具有螺旋位錯(cuò)密度高的區(qū)域和與該區(qū)域相比螺旋位錯(cuò)密度低的區(qū)域的sic單晶。

然而，在該制造方法中，為了得到上述那樣的位錯(cuò)控制籽晶，必須進(jìn)行沿c軸方向生長(zhǎng)的c面生長(zhǎng)和沿與其垂直的方向生長(zhǎng)的a面生長(zhǎng)。并且，為了按照該方法得到具備許多螺旋位錯(cuò)密度低的區(qū)域的sic單晶，需要在準(zhǔn)備反復(fù)進(jìn)行上述那樣的c面生長(zhǎng)和a面生長(zhǎng)而使能夠產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)的區(qū)域更小的位錯(cuò)控制籽晶的基礎(chǔ)上、使sic單晶生長(zhǎng)。因此，該制造方法的生產(chǎn)率成為問(wèn)題。

此外，專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種sic單晶的制造方法，其包括以下工序：第1生長(zhǎng)工序，其在3.9kpa以上且39.9kpa以下的第1生長(zhǎng)氣氛壓力、及籽晶的溫度為2100℃以上且低于2300℃的第1生長(zhǎng)溫度下，使至少厚度為0.5mm的碳化硅單晶生長(zhǎng)；和第2生長(zhǎng)工序，其在0.13kpa以上且2.6kpa以下的第2生長(zhǎng)氣氛壓力、及籽晶的溫度高于第1生長(zhǎng)溫度且低于2400℃的第2生長(zhǎng)溫度下，比第1生長(zhǎng)工序更厚地使碳化硅單晶生長(zhǎng)。專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了一種方法，其由通過(guò)上述sic單晶的制造方法生長(zhǎng)的塊狀的碳化硅單晶切出，得到與基板的中心部相比周邊部中的螺旋位錯(cuò)少的碳化硅單晶基板。

根據(jù)該方法，在第1生長(zhǎng)工序中sic單晶中的螺旋位錯(cuò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)。特別是這樣的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換在周邊部比sic單晶逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程中的生長(zhǎng)表面的中央部更容易產(chǎn)生，與基板的中心部相比能夠使周邊部中的螺旋位錯(cuò)密度減少至約十分之一。因此，作為減少螺旋位錯(cuò)的方法極其有效。但是，由于螺旋位錯(cuò)減少的區(qū)域變成除基板的中央部以外的環(huán)狀的周邊區(qū)域，所以在進(jìn)一步提高設(shè)備的成品率的方面有研究的余地。

另外，與之前的專利文獻(xiàn)1的方法相關(guān)，專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了一種sic單晶鑄塊的制造方法，其以相對(duì)于(0001)面在<11-20>方向(或<1-100>方向)上具有0.1°以上且10°以下的偏離角的基底基板作為籽晶，在sic單晶鑄塊的端部形成(0001)晶面。專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了：由于在形成有該晶面的表面下的部分中氮容易被攝入，所以氮濃度相對(duì)低的區(qū)域形成于sic單晶鑄塊的中心側(cè)，可得到抑制了氮濃度的不均的sic單晶基板。順便提一下，根據(jù)該方法，雖然所得到的鑄塊實(shí)質(zhì)上在全部區(qū)域中位錯(cuò)減少，但位錯(cuò)減少的詳細(xì)的機(jī)制并不清楚，此外，雖然與基底基板的侵蝕坑密度(1×10⁴～5×10⁴cm^-2)相比，將所得到的sic單晶基板的侵蝕坑密度減少至1/2～1/20，但是在基板中實(shí)際上位錯(cuò)怎樣分布并不清楚。

此外，專利文獻(xiàn)4公開(kāi)了一種制造方法，其包括以下工序：第1生長(zhǎng)工序，其在3.9kpa以上且39.9kpa以下的第1生長(zhǎng)氣氛壓力、及籽晶的溫度為2100℃以上且低于2300℃的第1生長(zhǎng)溫度下使碳化硅單晶生長(zhǎng)；和第2生長(zhǎng)工序，其在0.13kpa以上且2.6kpa以下的第2生長(zhǎng)氣氛壓力、及籽晶的溫度高于第1生長(zhǎng)溫度且低于2400℃的第2生長(zhǎng)溫度下，比第1生長(zhǎng)工序更厚地使碳化硅單晶生長(zhǎng)。專利文獻(xiàn)4公開(kāi)了：通過(guò)上述第1生長(zhǎng)工序使螺旋位錯(cuò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)，在上述第2生長(zhǎng)工序中通過(guò)提高籽晶的溫度，能夠得到高品質(zhì)的碳化硅單晶，并且能夠進(jìn)行生產(chǎn)率良好的高速生長(zhǎng)。

此外，專利文獻(xiàn)5公開(kāi)了一種制造方法，其使用晶體生長(zhǎng)面具有從{0001}面偏離2°以上且15°以下的偏移角的籽晶，在添加了用于控制體積電阻率的雜質(zhì)的狀態(tài)下進(jìn)行碳化硅單晶的晶體生長(zhǎng)。專利文獻(xiàn)5公開(kāi)了：若使用由這樣的晶體切出的sic單晶基板，則能夠以良好的成品率制作功率損耗極小的高性能的半導(dǎo)體元件。

此外，專利文獻(xiàn)6公開(kāi)了一種外延碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，在上述基板上形成具有不同的氮濃度且抑制基底面位錯(cuò)密度的多個(gè)抑制層后，在該抑制層上形成碳化硅單晶薄膜的活性層。專利文獻(xiàn)6公開(kāi)了：通過(guò)使氮濃度階梯狀地變化，從而在抑制層的各層間的界面或者抑制層與活性層的界面中產(chǎn)生不會(huì)產(chǎn)生新的晶體位錯(cuò)的適度的晶體應(yīng)變，能夠使應(yīng)變集中在該界面中，結(jié)果是，對(duì)基底面位錯(cuò)的抑制有效地起作用。

此外，專利文獻(xiàn)7公開(kāi)了一種方法，其通過(guò)一邊進(jìn)行溫度的變更、溫度梯度的變更和氣氛氣體的組成及壓力的變更，一邊使sic單晶梨晶在sic單晶籽晶上升華生長(zhǎng)，從而由sic單晶梨晶生長(zhǎng)中的貫通位錯(cuò)向基底面位錯(cuò)轉(zhuǎn)換，使生長(zhǎng)的sic單晶梨晶的貫通位錯(cuò)密度從梨晶的最初的生長(zhǎng)部分向著梨晶的最后的生長(zhǎng)部分實(shí)質(zhì)上降低。專利文獻(xiàn)7公開(kāi)了：通過(guò)上述方法，使由籽晶向生長(zhǎng)晶體的生長(zhǎng)中的貫通位錯(cuò)的傳播達(dá)到最小限度。

但是，專利文獻(xiàn)1～7的任一者中均沒(méi)有公開(kāi)以下的碳化硅單晶的制造方法：盡管利用以螺旋位錯(cuò)為中心的螺旋生長(zhǎng)，但是使螺旋位錯(cuò)有效地減少，能夠在廣范圍內(nèi)確保螺旋位錯(cuò)減少了的區(qū)域。此外，生長(zhǎng)氣氛中的氮分壓及自晶面的臺(tái)階的供給會(huì)對(duì)螺旋位錯(cuò)密度的降低造成影響在專利文獻(xiàn)1～7的任一者中均沒(méi)有公開(kāi)和教示。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2004-323348號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：wo2013/031856號(hào)小冊(cè)子

專利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2012-240892號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)2014-28757號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)5：日本特開(kāi)2008-1532號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)6：日本特開(kāi)2008-74661號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)7：日本特開(kāi)2014-208590號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：大谷升、sic以及關(guān)聯(lián)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第17次演講論文集(sic及び関連ワイドギャップ半導(dǎo)體研究會(huì)第17回講演會(huì)予稿集)、2008、p8

非專利文獻(xiàn)2：坂東等、sic以及關(guān)聯(lián)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第19次演講論文集(sic及び関連ワイドギャップ半導(dǎo)體研究會(huì)第19回講演會(huì)予稿集)、2010、p140-141

非專利文獻(xiàn)3：山本等、sic以及關(guān)聯(lián)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第19次演講論文集(sic及び関連ワイドギャップ半導(dǎo)體研究會(huì)第19回講演會(huì)予稿集)、2010、p11-12

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

因此，本發(fā)明的目的在于：提供能夠得到使通過(guò)升華再結(jié)晶法得到的sic單晶的螺旋位錯(cuò)有效地減少、并且在廣范圍內(nèi)確保螺旋位錯(cuò)減少了的區(qū)域的sic單晶基板的sic單晶的制造方法。此外，本發(fā)明的另一目的在于：提供螺旋位錯(cuò)減少了的區(qū)域在廣范圍內(nèi)得到確保的sic單晶基板。

用于解決技術(shù)問(wèn)題的方法

因此，本發(fā)明人們對(duì)于用于得到能夠使通過(guò)升華再結(jié)晶法得到的sic單晶的螺旋位錯(cuò)有效地減少、并且考慮sic設(shè)備的成品率等而能夠在更廣的范圍內(nèi)確保螺旋位錯(cuò)減少了的區(qū)域的sic單晶基板的方法進(jìn)行了深入研究。本發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)：通過(guò)按照在塊狀的sic單晶生長(zhǎng)的晶體端面的晶體周緣部形成晶面{0001}面的方式使sic單晶生長(zhǎng)，并且在進(jìn)行主要的晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)主工序之前，包含在高氮濃度下、以規(guī)定的壓力及溫度條件進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)副工序，由此可得到解決上述課題的塊狀的sic單晶，從而完成本發(fā)明。

即，本發(fā)明的主旨如下所述。

(1)一種碳化硅單晶的制造方法，其特征在于，其是下述的碳化硅單晶的制造方法：在具有坩堝容器主體和坩堝蓋體的坩堝的坩堝蓋體上配置由碳化硅構(gòu)成的籽晶，在坩堝容器主體中配置碳化硅原料，使碳化硅原料升華而使塊狀的碳化硅單晶在籽晶上生長(zhǎng)，其中，上述籽晶在從{0001}面偏離的方位具有偏離角，在上述塊狀的碳化硅單晶生長(zhǎng)而成的晶體端面的晶體周緣部形成晶面{0001}面，并且在進(jìn)行獲得所得的sic單晶的超過(guò)50％的厚度的晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)主工序之前，包含與上述生長(zhǎng)主工序相比提高氮濃度、且在生長(zhǎng)氣氛壓力為3.9kpa以上且39.9kpa以下、籽晶的溫度為2100℃以上且低于2300℃下使其晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)副工序。

(2)根據(jù)(1)所述的碳化硅單晶的制造方法，其特征在于，生長(zhǎng)副工序中的晶體生長(zhǎng)速度為0.1mm/小時(shí)以下。

(3)根據(jù)(1)或(2)所述的碳化硅單晶的制造方法，其特征在于，生長(zhǎng)副工序中的晶體中的氮濃度為2×10¹⁹cm^-3以上且1×10²⁰cm^-3以下。

(4)根據(jù)(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的碳化硅單晶的制造方法，其特征在于，生長(zhǎng)主工序中，晶體中的氮濃度為1×10¹⁸cm^-3以上且1×10²⁰cm^-3以下，生長(zhǎng)氣氛壓力為0.13kpa以上且2.6kpa以下，籽晶的溫度高于生長(zhǎng)副工序且低于2400℃。

(5)根據(jù)(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的碳化硅單晶的制造方法，其特征在于，通過(guò)按照塊狀的碳化硅單晶逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程中的生長(zhǎng)表面在生長(zhǎng)周緣部中具有曲面、且與生長(zhǎng)周緣部相比在生長(zhǎng)中央部中變得更平坦的方式，在上述籽晶的主面上形成上述塊狀的碳化硅單晶，從而形成上述晶面{0001}面。

(6)根據(jù)(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的碳化硅單晶的制造方法，其中，在上述生長(zhǎng)副工序中，通過(guò)使上述塊狀的碳化硅單晶生長(zhǎng)至上述塊狀的碳化硅單晶的厚度增加1mm以上為止，從而在生長(zhǎng)副工序中碳化硅單晶中的螺旋位錯(cuò)的一部分結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)，碳化硅單晶的晶體端面中的從晶面{0001}面分隔的區(qū)域中的螺旋位錯(cuò)密度減少。

(7)一種碳化硅單晶基板，其特征在于，其是從{0001}面向偏離方位具有偏離角的碳化硅單晶基板，其中，在表示偏離方位的矢量的終點(diǎn)側(cè)在基板表面的基板周緣部中具有晶面{0001}面，在沿著從上述晶面{0001}向著表示上述偏離方位的矢量的始點(diǎn)方向的基板直徑的螺旋位錯(cuò)密度的分布中，存在螺旋位錯(cuò)密度的減少率急劇變大的螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界。

(8)根據(jù)(7)所述的碳化硅單晶基板，其特征在于，在沿著相對(duì)于上述基板直徑具有+45°的角度的直線的螺旋位錯(cuò)密度的分布和沿著相對(duì)于上述基板直徑具有-45°的角度的直線的螺旋位錯(cuò)密度的分布中，均存在螺旋位錯(cuò)密度急劇下降的螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界。

另外，已知在升華再結(jié)晶法中，除了由具有<0001>的伯格斯矢量的螺旋位錯(cuò)以外、還由具有1/3<11-20>(0001)的伯格斯矢量且在基底面內(nèi)傳播的基底面位錯(cuò)生成復(fù)合螺旋位錯(cuò)(d.nakamuraetal.journalofcrystalgrowth304(2007)57-3)，本發(fā)明中，包含該復(fù)合螺旋位錯(cuò)在內(nèi)稱為螺旋位錯(cuò)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的sic單晶的制造方法，可以得到能夠使sic單晶的螺旋位錯(cuò)有效地減少、并且在廣范圍內(nèi)確保了螺旋位錯(cuò)減少了的區(qū)域的sic單晶基板。此外，根據(jù)本發(fā)明的sic單晶基板，由于螺旋位錯(cuò)減少了的區(qū)域在廣范圍內(nèi)得到確保，所以能夠以良好的成品率得到高品質(zhì)的sic設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1是為了制造本發(fā)明的sic單晶而使用的單晶生長(zhǎng)裝置的概略的構(gòu)成圖。

圖2是表示在本發(fā)明的sic單晶的晶體端面中的晶體周緣部中形成晶面{0001}面的過(guò)程的概略縱截面圖。

圖3的(a)是示意性表示在覆蓋安裝sic籽晶的坩堝的蓋體的絕熱材料上設(shè)置有與sic籽晶的口徑φ相比具有充分小的口徑φ的排熱孔的結(jié)構(gòu)的縱截面圖，(b)是示意性表示(a)圖中所示的單晶生長(zhǎng)裝置的絕熱材料的排熱孔與sic單晶的表面形狀及晶面的位置關(guān)系的縱截面圖。

圖4的(a)是示意性表示覆蓋安裝sic籽晶的坩堝的蓋體的絕熱材料的排熱孔的口徑擴(kuò)大了的結(jié)構(gòu)的縱構(gòu)成圖，(b)是示意性表示(a)圖中所示的單晶生長(zhǎng)裝置的絕熱材料的排熱孔與sic單晶的表面形狀及晶面的位置關(guān)系的縱截面圖。

圖5是示意性表示利用臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)及螺旋生長(zhǎng)的sic的晶體的生長(zhǎng)的樣子的說(shuō)明圖。

圖6的(a)及(b)是示意性表示被高的臺(tái)階覆蓋的螺旋位錯(cuò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)的樣子的說(shuō)明圖。

圖7的(a)及(b)是示意性表示由平臺(tái)上的n量的增加引起的臺(tái)階的形成機(jī)制與臺(tái)階的高度和晶面的位置的關(guān)系的說(shuō)明圖。

圖8是表示實(shí)施例1的sic單晶基板中的位錯(cuò)的分布的測(cè)定點(diǎn)和螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界的概略俯視圖。

圖9是示意性表示實(shí)施例1的sic單晶的(1-100)縱截面中的位錯(cuò)缺陷和堆垛層錯(cuò)的狀態(tài)的概略截面圖。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的制造方法是在具有坩堝容器主體和坩堝蓋體的坩堝的坩堝蓋體上配置由碳化硅構(gòu)成的籽晶(sic籽晶)，并在坩堝容器主體內(nèi)配置sic原料，使sic原料升華而使塊狀的sic單晶在sic籽晶上生長(zhǎng)的sic單晶的制造方法。此外，上述sic籽晶是按照{(diào)0001}面的法線在主面(或表面)上朝向規(guī)定的偏離方位的方式且上述{0001}面與上述主面形成規(guī)定的偏離角的方式切出的。此外，本發(fā)明的制造方法是：在上述塊狀的sic單晶生長(zhǎng)的晶體端面的晶體周緣部形成晶面{0001}面，并且在進(jìn)行主要的晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)主工序之前，包含采用了與生長(zhǎng)主工序不同的生長(zhǎng)條件的生長(zhǎng)副工序。

其中，晶面{0001}面是指：在使sic單晶生長(zhǎng)時(shí)，僅在具有與晶體的c軸即<0001>方向垂直的角度的區(qū)域中產(chǎn)生的平滑面。因此，為了使用按照{(diào)0001}面的法線具有規(guī)定的偏離方位且相對(duì)于主面形成規(guī)定的偏離角的方式切割的sic籽晶，在晶體端面的晶體周緣部形成晶面{0001}面，需要在與由上述偏離方位及上述偏離角構(gòu)成的三維的矢量方向同一方向上形成上述晶體周緣部的至少一部分。

為了形成這樣的晶面{0001}面，如圖2中所示的那樣，只要按照使塊狀的sic單晶12逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程中的生長(zhǎng)表面在生長(zhǎng)周緣部中具有曲面、且與生長(zhǎng)周緣部相比在生長(zhǎng)中央部變得更平坦的方式進(jìn)行晶體生長(zhǎng)即可。由此，所得到的sic單晶12的晶體端面12a的晶體中央部平坦，晶體周緣部具有曲面，呈平緩的凸形狀，其中，在表示sic籽晶1的偏離方位dw的矢量的終點(diǎn)側(cè)、且sic單晶12的晶體端面12a中的晶體周緣部形成晶面{0001}面。

為了如上述那樣在sic單晶的晶體端面中的晶體周緣部形成晶面{0001}面，使用{0001}面相對(duì)于主面具有偏離角的sic籽晶。此時(shí)，關(guān)于該偏離方位dw或偏離角θw的角度沒(méi)有特別限制，但若鑒于現(xiàn)狀的設(shè)備制作的實(shí)情等，優(yōu)選偏離方位dw為<11-20>方向或<1-100>方向中的任一者較佳。此外，關(guān)于偏離角θw的角度，由于設(shè)備制作中使用的基板的多為4°偏離基板等，所以超過(guò)0°且為16°以下較佳，優(yōu)選為2°以上且8°以下較佳。

其中，如圖2中所示的那樣，偏離角θw是指sic籽晶1的主面(或表面)的法線n與<0001>方向(c軸方向)所成的角度。此外，偏離方位dw是指將sic籽晶1的{0001}面的法線矢量n’在sic籽晶1的主面(或表面)上投影而得到的n”矢量的方向。

此外，在要在sic單晶的晶體端面的晶體周緣部形成晶面{0001}面的基礎(chǔ)上，關(guān)于用于使sic單晶12逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程中生長(zhǎng)周緣部中的生長(zhǎng)表面具有曲面、且與生長(zhǎng)周緣部相比生長(zhǎng)中央部中的生長(zhǎng)表面變得更平坦的方法沒(méi)有特別限制。另外，作為這樣的方法的一個(gè)例子，有以下方法：調(diào)整覆蓋安裝sic籽晶的坩堝的蓋體的絕熱材料的排熱孔的口徑，來(lái)控制sic單晶的生長(zhǎng)表面的形狀。

即，如圖3(a)中所示的那樣，與sic籽晶1的口徑φ100相比排熱孔18’的口徑φ20充分小的情況下(例如φ≤1/3φ左右)，在上側(cè)存在排熱孔的晶體中央部的溫度相等，與上述晶體中央部相比周邊部的溫度變高。因此，如圖3(b)中所示的那樣，sic單晶的鑄塊表面形狀變成凸形狀，晶面{0001}面形成于sic單晶的晶體端面的大致中央處。

與此相對(duì)，如圖4(a)中所示的那樣，若擴(kuò)大排熱孔18的口徑(圖4(a)的φ80)，則由于在上側(cè)存在排熱孔18而溫度變得相等的晶體區(qū)域變寬，所以按照表面形狀在晶體中央部變得平坦、僅晶體周邊部具有曲面的方式，sic單晶的鑄塊進(jìn)行生長(zhǎng)。因此，如圖4(b)中所示的那樣，晶面{0001}面形成于sic單晶的晶體端面的晶體周緣部。在該圖4(a)、(b)中，示出了相對(duì)于sic籽晶的口徑φ100(＝100mm)，將制成與sic籽晶的口徑φ100為同心圓狀的絕熱材料的排熱孔18的口徑設(shè)定為φ80(＝80mm)的例子，但在晶體周緣部形成晶面{0001}面的基礎(chǔ)上，優(yōu)選使絕熱材料的排熱孔的口徑φ為sic籽晶的口徑φ的40％以上且80％以下較佳，更優(yōu)選使其為60％以上且80％以下較佳。

此外，作為使生長(zhǎng)周緣部中的生長(zhǎng)表面具有曲面、生長(zhǎng)中央部中的生長(zhǎng)表面與生長(zhǎng)周緣部相比變得更平坦的其他的方法，例如可列舉出以下的方法：關(guān)于覆蓋坩堝蓋體的絕熱材料，和與生長(zhǎng)周邊部對(duì)應(yīng)的部分相比，使與生長(zhǎng)中央部對(duì)應(yīng)的部分的絕熱材料變??；關(guān)于由石墨部件等構(gòu)成的坩堝蓋體，對(duì)于其熱導(dǎo)率來(lái)說(shuō)，與生長(zhǎng)中央部對(duì)應(yīng)的部分比，使與生長(zhǎng)周邊部對(duì)應(yīng)的部分變高等，從而調(diào)整晶體生長(zhǎng)中的溫度分布，由此來(lái)控制鑄塊表面形狀。

并且，本發(fā)明中，如上述那樣在塊狀的sic單晶生長(zhǎng)的晶體端面的晶體周緣部形成晶面{0001}面，并且在進(jìn)行主要的晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)主工序之前，包含采用了與生長(zhǎng)主工序不同的生長(zhǎng)條件的生長(zhǎng)副工序。即，包含在與生長(zhǎng)主工序相比提高氮濃度的基礎(chǔ)上、生長(zhǎng)氣氛壓力為3.9kpa以上且39.9kpa以下、籽晶的溫度為2100℃以上且低于2300℃的生長(zhǎng)副工序。包含這樣的生長(zhǎng)副工序的理由是由于：使sic單晶中的螺旋位錯(cuò)的一部分結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)螺旋位錯(cuò)的減少。詳細(xì)情況如下面說(shuō)明的那樣。

首先，在升華再結(jié)晶法中的sic的晶體生長(zhǎng)中，一般有“以晶面為中心的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)”和“以貫通螺旋位錯(cuò)為中心的螺旋生長(zhǎng)”。即，如圖5中所示的那樣，主要的晶體生長(zhǎng)為臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)，但為了使向圖5中以箭頭表示的生長(zhǎng)方向(即，宏觀的生長(zhǎng)方向)的生長(zhǎng)速度更快，除了晶面中的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)以外，以貫通螺旋位錯(cuò)為中心的螺旋生長(zhǎng)也變得需要。

這里，認(rèn)為本發(fā)明中螺旋位錯(cuò)減少是由于：如圖6(a)中所示的那樣，通過(guò)被螺旋位錯(cuò)高的臺(tái)階覆蓋，從而位錯(cuò)的伸展方向發(fā)生90度偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)。此時(shí)，如圖6(b)中所示的那樣，由于從晶面被供給致密的臺(tái)階，所以通過(guò)阻礙臺(tái)階的橫向的伸展，產(chǎn)生臺(tái)階的互相重疊(臺(tái)階聚束)，形成高的臺(tái)階。

并且，本發(fā)明中，采用如圖7(a)中所示的那樣通過(guò)增加平臺(tái)上的氮(n)量來(lái)阻礙臺(tái)階的橫向的伸展的方法。即，為了增加平臺(tái)上的n量，除了提高生長(zhǎng)氣氛中的氮分壓以外，還抑制生長(zhǎng)速度而使得利用平臺(tái)的前進(jìn)的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)成為支配性條件。此時(shí)，如圖7(b)中所示的那樣，由于不僅通過(guò)臺(tái)階的互相重疊而形成高的臺(tái)階，而且還形成寬的平臺(tái)，在寬的平臺(tái)上n量增加，所以臺(tái)階的橫向的伸展進(jìn)一步被阻礙。因此，認(rèn)為越離開(kāi)晶面，即越遠(yuǎn)離晶面，則越容易形成高的臺(tái)階，螺旋位錯(cuò)的減少化越顯著地體現(xiàn)出。

因此，本發(fā)明中，在生長(zhǎng)副工序中，與生長(zhǎng)主工序相比提高氮濃度，并且抑制生長(zhǎng)速度而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。即，為了抑制生長(zhǎng)速度而使臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)變成支配性，生長(zhǎng)副工序的生長(zhǎng)氣氛壓力設(shè)定為3.9kpa以上且39.9kpa以下(30torr以上且300torr以下)、優(yōu)選13.3kpa以上且39.9kpa以下(100torr以上且300torr以下)，籽晶的溫度設(shè)定為2100℃以上且低于2300℃、優(yōu)選2200℃以上且低于2300℃。若生長(zhǎng)副工序的生長(zhǎng)氣氛壓力低于3.9kpa，則由于生長(zhǎng)速度變快，所以螺旋生長(zhǎng)變成支配性，螺旋位錯(cuò)的減少?zèng)]有有效地體現(xiàn)出，相反若超過(guò)39.9kpa，則由于生長(zhǎng)速度顯著降低，所以生產(chǎn)率出現(xiàn)問(wèn)題。此外，若籽晶的溫度低于2100℃，則由于生長(zhǎng)速度降低，所以生產(chǎn)率出現(xiàn)問(wèn)題，相反若變成2300℃以上，則由于生長(zhǎng)速度變快，所以螺旋位錯(cuò)的減少?zèng)]有有效地體現(xiàn)出。

此外，從更可靠地阻礙臺(tái)階的橫向的伸展、同時(shí)抑制寬大的平臺(tái)上的2維核的形成的觀點(diǎn)出發(fā)，生長(zhǎng)副工序中的氮濃度按照優(yōu)選為2×10¹⁹cm^-3以上且1×10²⁰cm^-3以下的范圍內(nèi)、更優(yōu)選為4×10¹⁹cm^-3以上且1×10²⁰cm^-3以下、且變得比生長(zhǎng)主工序中的氮濃度高的方式進(jìn)行調(diào)整。

進(jìn)而，采用這些生長(zhǎng)條件，同時(shí)優(yōu)選按照生長(zhǎng)副工序中的晶體生長(zhǎng)速度成為0.1mm/小時(shí)以下的方式進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，更優(yōu)選以0.05mm/小時(shí)以下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)較佳。這里，由于生長(zhǎng)副工序中得到的晶體中的氮濃度成為比生長(zhǎng)主工序高的值，所以在一般的設(shè)備用途中考慮的情況下作為制品不合適，因此生長(zhǎng)副工序的生長(zhǎng)時(shí)間盡可能短從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)考慮優(yōu)選，生長(zhǎng)副工序中的晶體生長(zhǎng)速度優(yōu)選為0.01mm/小時(shí)以上。此外，關(guān)于生長(zhǎng)副工序中生長(zhǎng)的晶體的厚度，為了更可靠地得到上述那樣的利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的螺旋位錯(cuò)的減少效果，優(yōu)選為1mm以上，更優(yōu)選為3mm以上。由于通過(guò)增加該生長(zhǎng)副工序中生長(zhǎng)的晶體的厚度，從螺旋位錯(cuò)向堆垛層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換更可靠地進(jìn)行，所以對(duì)其厚度沒(méi)有限制，但若考慮效果飽和、生產(chǎn)率等，則生長(zhǎng)副工序中生長(zhǎng)的晶體的厚度可以以10mm作為上限。

在通過(guò)這樣的生長(zhǎng)副工序使sic單晶中的螺旋位錯(cuò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)后，本發(fā)明中，通過(guò)進(jìn)行主要的晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)主工序而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。其中，進(jìn)行主要的晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)主工序是指在本發(fā)明的方法中進(jìn)行主要的晶體生長(zhǎng)的工序，具體而言，為得到所得到的sic單晶的超過(guò)50％的厚度的工序、或?yàn)樵趕ic單晶的生長(zhǎng)時(shí)間中占超過(guò)50％的晶體生長(zhǎng)時(shí)間的工序、或者為sic單晶生長(zhǎng)的工序中晶體生長(zhǎng)速度最快的工序、或?yàn)闈M足它們中的任1個(gè)以上的工序。

即，在生長(zhǎng)主工序中，與生長(zhǎng)副工序相比降低生長(zhǎng)氣氛壓力，并且，提高籽晶的溫度而提高晶體生長(zhǎng)速度，使sic單晶主要地生長(zhǎng)較佳。關(guān)于具體的生長(zhǎng)條件，可以設(shè)定為與利用一般的升華再結(jié)晶法的sic單晶的生長(zhǎng)條件相同。但是，優(yōu)選生長(zhǎng)氣氛壓力為0.13kpa以上且2.6kpa以下(1torr以上且20torr以下)，更優(yōu)選為0.65kpa以上且1.95kpa以下(5torr以上且15torr以下)。此外，生長(zhǎng)主工序中的籽晶的溫度設(shè)定為比生長(zhǎng)副工序時(shí)的籽晶的溫度高的溫度，但低于2400℃，更優(yōu)選為2200℃以上且2400℃以下。

此外，除了生長(zhǎng)主工序的氮濃度比生長(zhǎng)副工序時(shí)的氮濃度低以外，可以適當(dāng)設(shè)定。例如，為了考慮設(shè)備應(yīng)用而得到體積電阻率為0.005～0.05ωcm(5～50mωcm)左右的n型sic單晶，晶體中的氮濃度設(shè)定為2×10¹⁸cm^-3以上且1×10²⁰cm^-3以下較佳?；蛘撸鶕?jù)需要，也可以將氮供給切斷而得到半絕緣性的sic單晶。

此外，該生長(zhǎng)主工序中的晶體生長(zhǎng)速度優(yōu)選設(shè)定為每1小時(shí)0.1mm以上，更優(yōu)選為0.3mm/小時(shí)以上。進(jìn)而，關(guān)于生長(zhǎng)主工序中生長(zhǎng)的sic單晶的厚度，若考慮通過(guò)本發(fā)明來(lái)制造sic單晶鑄塊、并由其取出sic單晶基板等，則優(yōu)選至少設(shè)定為10mm，適合為30mm以上較佳。另外，若考慮使用現(xiàn)有的設(shè)備等，則生長(zhǎng)主工序中的晶體生長(zhǎng)速度為1.0mm/小時(shí)左右為上限，此外，生長(zhǎng)主工序中生長(zhǎng)的sic單晶的厚度的上限為100mm左右。

此外，在本發(fā)明中，在從生長(zhǎng)副工序向生長(zhǎng)主工序切換時(shí)，優(yōu)選以每1小時(shí)12kpa以下的壓力變化速度減壓較佳，更優(yōu)選為每1小時(shí)1kpa以下較佳。還認(rèn)為每單位時(shí)間的變更幅度越大，則生長(zhǎng)速度的時(shí)間變化量變得越大，期間的晶體生長(zhǎng)變得越不穩(wěn)定，通過(guò)如上述那樣設(shè)定，能夠可靠地排除異種多型的混合存在等的可能。從同樣的理由出發(fā)，在切換生長(zhǎng)溫度時(shí)，優(yōu)選以每1小時(shí)40℃以下的溫度變化速度升溫較佳，更優(yōu)選調(diào)整為每1小時(shí)10℃以下較佳。

本發(fā)明中，由于是利用了位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的螺旋位錯(cuò)的減少化，所以沒(méi)有由所得到的sic單晶的多型產(chǎn)生的限制，可以作為得到代表性的多型即4h型、6h型及3c型的碳化硅單晶的方法而適用。特別是在也能夠適用于作為功率設(shè)備應(yīng)用被視為有力的4h型的方面是有利的。進(jìn)而，本發(fā)明中的螺旋位錯(cuò)的減少由于通過(guò)控制利用升華再結(jié)晶法的生長(zhǎng)條件而成為可能，所以也沒(méi)有所得到的sic單晶的晶體口徑的限制。因此，能夠適用于目前被視為最有力的口徑為50mm以上且300mm以下的晶體生長(zhǎng)工藝。

并且，本發(fā)明中，由于通過(guò)上述那樣的機(jī)制，在生長(zhǎng)副工序中sic單晶中的螺旋位錯(cuò)的一部分結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成堆垛層錯(cuò)，所以對(duì)于在生長(zhǎng)主工序中得到的sic單晶的晶體端面來(lái)說(shuō)，在晶體周緣部形成晶面{0001}面，并且在距該晶面{0001}面具有規(guī)定的距離的區(qū)域中螺旋位錯(cuò)密度減少。

即，若將通過(guò)本發(fā)明的方法得到的塊狀的sic單晶的從{0001}面向規(guī)定的偏離方位具有偏離角的sic單晶基板從上述塊狀的sic單晶切出，則所切出的sic單晶基板在表示偏離方位的矢量的終點(diǎn)側(cè)的基板表面的基板周緣部具有晶面{0001}面。

此外，上述sic單晶基板在按照向著表示偏離方位的矢量的始點(diǎn)從晶面{0001}面遠(yuǎn)離的方式沿著基板直徑求出螺旋位錯(cuò)密度的分布時(shí)，具有螺旋位錯(cuò)密度急劇減少的分布邊界。即，在上述分布邊界中，螺旋位錯(cuò)密度的減少率急劇變大。具體而言，本發(fā)明的sic單晶基板如后述的實(shí)施例中所示的那樣，具有螺旋位錯(cuò)密度突然降低的位錯(cuò)分布邊界。更具體而言，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的sic單晶基板在以晶面{0001}面的中心為起點(diǎn)沿著基板直徑求出螺旋位錯(cuò)密度的分布時(shí)，具有螺旋位錯(cuò)密度的值相對(duì)于sic單晶基板的晶面{0001}面中的螺旋位錯(cuò)密度的值變成75％以下的位錯(cuò)分布邊界。

本發(fā)明的sic單晶基板的更適合的實(shí)施方式是沿著向從晶面{0001}面的中心遠(yuǎn)離的方向相對(duì)于基板直徑具有+45°的角度的直線求出的螺旋位錯(cuò)密度的分布和沿著向從晶面{0001}面的中心遠(yuǎn)離的方向相對(duì)于基板直徑具有-45°的角度的直線求出的螺旋位錯(cuò)密度的分布的任一者均具有螺旋位錯(cuò)密度急劇下降的分布邊界。因此，將螺旋位錯(cuò)密度的上述分布邊界夾持而與晶面{0001}面相反一側(cè)的區(qū)域螺旋位錯(cuò)減少，適合的是，能夠?qū)⒙菪诲e(cuò)密度減少至1～300個(gè)/cm²左右。若使用這樣的sic單晶基板，則能夠以良好的成品率得到高品質(zhì)的sic設(shè)備。

實(shí)施例

接著，基于實(shí)施例對(duì)本發(fā)明更具體地進(jìn)行說(shuō)明。另外，本發(fā)明并不限制于這些內(nèi)容。

圖1示出用于制造為了得到本發(fā)明的sic單晶而使用的塊狀sic單晶的裝置、且利用改良瑞利法(升華再結(jié)晶法)的單晶生長(zhǎng)裝置的一個(gè)例子。晶體生長(zhǎng)通過(guò)利用感應(yīng)加熱使sic原料2升華并在sic籽晶1上使其再結(jié)晶而進(jìn)行。sic籽晶1被安裝于形成石墨制坩堝的坩堝蓋體4的內(nèi)表面上，sic原料2被填充于形成相同石墨制坩堝的坩堝容器主體3中。該石墨制坩堝與坩堝容器主體3及坩堝蓋體4一起為了熱密封而以石墨制毛氈(絕熱材料)7進(jìn)行覆蓋，并被設(shè)置于雙石英管5內(nèi)部的石墨支撐棒6上。進(jìn)而，將雙石英管5的內(nèi)部通過(guò)真空排氣裝置11進(jìn)行真空排氣后，使高純度ar氣及氮?dú)饨橛膳涔?一邊以質(zhì)量流量控制器10進(jìn)行控制一邊流入，將石英管內(nèi)壓力(生長(zhǎng)氣氛壓力)用真空排氣裝置11進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)向工作線圈8中流入高頻電流，通過(guò)將石墨制坩堝加熱而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。其中，在坩堝蓋體4的中央部設(shè)置直徑為2～4mm的光路而將輻射光取出，使用未圖示的二色溫度計(jì)測(cè)定sic籽晶1的溫度，設(shè)定為以下說(shuō)明的生長(zhǎng)溫度。

(實(shí)施例1)

首先，從預(yù)先得到的口徑為100mm的以(0001)面作為主面的sic單晶，按照上述(0001)面的偏離方位為<11-20>方向、且上述(0001)面的偏離角成為4度的方式，切出4h型的sic單晶基板，將所切出的面進(jìn)行鏡面研磨而準(zhǔn)備籽晶。將該sic籽晶1安裝于上述說(shuō)明的單晶生長(zhǎng)裝置的坩堝蓋體4的內(nèi)表面上，安置到填充有sic原料2的石墨制坩堝的坩堝容器主體3中，用石墨制毛氈7進(jìn)行覆蓋。此時(shí)，通過(guò)按照與安裝于坩堝蓋體4的內(nèi)表面上的sic單晶成為同心圓狀的方式，在覆蓋坩堝蓋體4的石墨制毛氈7上設(shè)置口徑為50mm的排熱孔(未圖示)，從而如圖4(b)中所示的那樣，sic單晶12逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程中的生長(zhǎng)表面在生長(zhǎng)周緣部中具有曲面，與生長(zhǎng)周緣部相比在生長(zhǎng)中央部中變得更平坦。進(jìn)而，將用石墨制毛氈7覆蓋的石墨制坩堝(坩堝容器主體3及坩堝蓋體4)放置于石墨支撐棒6上，設(shè)置到雙石英管5的內(nèi)部。

接著，將雙石英管5的內(nèi)部進(jìn)行真空排氣后，使作為氣氛氣體的高純度ar氣流入，將石英管內(nèi)壓力保持在約80kpa，同時(shí)向工作線圈8中流入電流而提高溫度，使sic籽晶1的溫度上升至達(dá)到2200℃為止。然后，將石英管內(nèi)壓力減壓至13.3kpa，使生長(zhǎng)晶體中的氮濃度變成約3×10¹⁹cm^-3，同時(shí)進(jìn)行50小時(shí)的晶體生長(zhǎng)(生長(zhǎng)副工序)。接著，以壓力變化速度1.2kpa/小時(shí)進(jìn)行減壓，并且以10℃/小時(shí)的溫度變化速度提高溫度，使生長(zhǎng)氣氛壓力變成1.3kpa，使sic籽晶1的溫度變成2300℃，使生長(zhǎng)晶體中的氮濃度變成約1×10¹⁹cm^-3，同時(shí)進(jìn)行100小時(shí)的晶體生長(zhǎng)(生長(zhǎng)主工序)。另外，關(guān)于晶體中的氮濃度(氮原子數(shù)密度)，通過(guò)jpn.j.appl.phys.vol.35(1996)pp.2240-2243中記載的2次離子質(zhì)量分析(sims)而求出。

通過(guò)這些生長(zhǎng)副工序及生長(zhǎng)主工序得到的塊狀的sic單晶(鑄塊)的晶體端面的晶體中央部平坦，晶體周緣部具有曲面，鑄塊外形顯示平緩的凸形狀，口徑為約100mm，最高的地方的晶體高度為約33mm。其中，若由關(guān)于各工序以同樣的條件生長(zhǎng)的其它制造例的結(jié)果估算，則認(rèn)為：生長(zhǎng)副工序中生長(zhǎng)的單晶的厚度(高度)為3mm，生長(zhǎng)主工序中生長(zhǎng)的單晶的厚度(高度)為30mm。此外，關(guān)于所得到的sic單晶，若觀察晶體生長(zhǎng)方向的端面(晶體端面)，則在晶體端面的晶體周緣部確認(rèn)到濃茶色的對(duì)比度強(qiáng)的區(qū)域。即，該呈濃茶色的區(qū)域?yàn)榫鎨0001}面，呈長(zhǎng)徑大概為15mm、短徑大概為10mm的大致橢圓形狀，該長(zhǎng)徑與短徑相交的晶面的中心位于從sic單晶的晶體端面的外周沿著晶體端面在中心側(cè)約5mm的距離的地方。

然后，從上述得到的sic單晶的晶體端面在sic籽晶側(cè)從約10mm的深度的位置切出(0001)面基板，通過(guò)金剛石拋光研磨至表面粗糙度ra＝1nm左右為止，得到厚度為400μm、直徑為100mm、按照(0001)面的偏離方位為<11-20>方向且上述(0001)面的偏離角成為4度的方式形成有主面的sic單晶基板。對(duì)于該sic單晶基板，在520℃的熔融koh中按照基板的整個(gè)面浸沒(méi)的方式浸漬5分鐘而進(jìn)行熔融koh蝕刻，用光學(xué)顯微鏡(倍率：80倍)觀察具有偏離角的基板的表面而測(cè)量螺旋位錯(cuò)密度。其中，按照j.takahashietal.，journalofcrystalgrowth，135，(1994)，61-70中記載的方法，將小型的圓型坑作為貫通刃狀位錯(cuò)，將中型、大型的六邊形坑作為貫通螺旋位錯(cuò)(螺旋位錯(cuò))，根據(jù)侵蝕坑形狀將位錯(cuò)缺陷進(jìn)行分類，求出位錯(cuò)密度。

這里，如圖8中所示的那樣，按照從sic單晶基板13的晶面{0001}面13a(以下簡(jiǎn)記為晶面13a)遠(yuǎn)離的方式，從晶面13a的中心向著表示偏離方位的矢量的始點(diǎn)(即向著與晶面13a相反一側(cè)的周緣部)，在sic單晶基板13的直徑上的測(cè)定點(diǎn)求出位錯(cuò)密度，調(diào)查位錯(cuò)的分布。此外，從該基板的直徑方向即(i)方向順時(shí)針地以45°的角度從晶面13a的中心向著相反側(cè)的圓周部的(ii)方向上的測(cè)定點(diǎn)處的位錯(cuò)密度和從(i)方向逆時(shí)針地以45°的角度從晶面13a的中心向著相反側(cè)的圓周部的(iii)方向上的測(cè)定點(diǎn)處的位錯(cuò)密度也通過(guò)與上述(i)方向同樣的方法而求出位錯(cuò)密度，調(diào)查位錯(cuò)的分布。另外，測(cè)定點(diǎn)為圖中以黑圓表示的部位，(i)～(iii)方向均從晶面13a的交界線(距晶面的距離＝0mm)以10mm間隔設(shè)置測(cè)定點(diǎn)，以各測(cè)定點(diǎn)為中心，由4mm×3mm的區(qū)域內(nèi)的侵蝕坑的個(gè)數(shù)求出各個(gè)測(cè)定點(diǎn)處的位錯(cuò)密度。

結(jié)果如表1中歸納的那樣，在(i)、(ii)、(iii)的任一方向上，在距晶面13a的距離為50mm的測(cè)定點(diǎn)處，螺旋位錯(cuò)密度顯示出下降至上述晶面13a的交界處的螺旋位錯(cuò)密度的1/2～2/3左右而減少。由于螺旋位錯(cuò)密度像這樣急劇減少，所以認(rèn)為：距晶面13a的距離為40mm的測(cè)定點(diǎn)與50mm的測(cè)定點(diǎn)之間的區(qū)域相當(dāng)于螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界。此外，如圖8中所示的那樣，將螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界14夾持而與晶面13a相反一側(cè)的區(qū)域13b可以說(shuō)是螺旋位錯(cuò)極度減少了的區(qū)域。

此外，使用將上述sic單晶基板13切出而殘留的sic單晶12，按照包含sic單晶12的晶體端面12a上的晶面13a的大致中心的方式切出(1-100)面基板15，進(jìn)行鏡面研磨后，利用x射線表面形態(tài)測(cè)量法進(jìn)行位錯(cuò)缺陷及堆垛層錯(cuò)的觀察。即，利用x射線表面形態(tài)測(cè)量法觀察實(shí)施例1中得到的sic單晶12的縱截面。

首先，以x射線表面形態(tài)測(cè)量法的衍射面作為(0004)面而拍攝x射線表面形態(tài)測(cè)量法照片，結(jié)果如圖9中所示的那樣，觀察到相對(duì)于sic單晶12的生長(zhǎng)方向平行地伸長(zhǎng)的貫通位錯(cuò)缺陷16在距晶面13a的中心超過(guò)50mm的區(qū)域中轉(zhuǎn)換成沿相對(duì)于生長(zhǎng)方向大致垂直方向伸展的缺陷17的樣子。此外，由另外進(jìn)行的高分辨率x射線表面形態(tài)測(cè)量法觀察，可知：相對(duì)于生長(zhǎng)方向平行地伸長(zhǎng)的缺陷為伯格斯矢量包含<0001>成分的貫通螺旋位錯(cuò)，沿相對(duì)于生長(zhǎng)方向大致垂直方向伸展的缺陷為弗蘭克型堆垛層錯(cuò)。即可知：在從晶面13a的中心遠(yuǎn)離超過(guò)50mm的區(qū)域中，通過(guò)貫通復(fù)合位錯(cuò)向堆垛層錯(cuò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，從而貫通復(fù)合位發(fā)生錯(cuò)減少化。

(實(shí)施例2)

除了使生長(zhǎng)副工序中的晶體中的氮濃度變成約1×10²⁰cm^-3、并且使生長(zhǎng)主工序中的晶體中的氮濃度變成約1×10¹⁹cm^-3以外，與實(shí)施例1同樣地操作，得到實(shí)施例2的塊狀的sic單晶(鑄塊)。

通過(guò)這些生長(zhǎng)副工序及生長(zhǎng)主工序得到的塊狀的sic單晶(鑄塊)的晶體端面的晶體中央部平坦，晶體周緣部具有曲面，鑄塊外形顯示平緩的凸形狀，口徑為約100mm，最高的地方的晶體高度為約33mm。其中，若由關(guān)于各工序以同樣的條件生長(zhǎng)的其他制造例的結(jié)果估算，則認(rèn)為：生長(zhǎng)副工序中生長(zhǎng)的單晶的厚度(高度)為3mm，生長(zhǎng)主工序中生長(zhǎng)的單晶的厚度(高度)為30mm。此外，對(duì)于所得到的sic單晶，若觀察晶體生長(zhǎng)方向的端面(晶體端面)，則在晶體端面的晶體周緣部確認(rèn)到濃茶色的對(duì)比度強(qiáng)的區(qū)域。即，該呈濃茶色的區(qū)域?yàn)榫鎨0001}面，呈長(zhǎng)徑為大概15mm、短徑為大概10mm的大致橢圓形狀，該長(zhǎng)徑與短徑相交的晶面的中心位于從sic單晶的晶體端面的外周沿著晶體端面在中心側(cè)約5mm的距離的地方。

然后，從上述得到的sic單晶的晶體端面在sic籽晶側(cè)從約10mm的深度的位置切出(0001)面基板，通過(guò)金剛石拋光研磨至表面粗糙度ra＝1nm左右為止，得到厚度為400μm、直徑為100mm、按照(0001)面的偏離方位為<11-20>方向且上述(0001)面的偏離角成為4度的方式形成主面的sic單晶基板。對(duì)該sic單晶基板通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法測(cè)量螺旋位錯(cuò)密度。

結(jié)果如表1中歸納的那樣。在(i)、(ii)、(iii)的任一方向上，均在距晶面13a的距離為50mm的測(cè)定點(diǎn)處，螺旋位錯(cuò)密度顯示出下降至1/3左右而減少。由螺旋位錯(cuò)密度的這樣的下降認(rèn)為：距晶面13a的距離為40mm的測(cè)定點(diǎn)與50mm的測(cè)定點(diǎn)之間相當(dāng)于螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界。

(比較例1)

除了使生長(zhǎng)副工序中的晶體中的氮濃度變成約5×10¹⁸cm^-3、并且使生長(zhǎng)主工序中的晶體中的氮濃度變成約1×10¹⁹cm^-3以外，與實(shí)施例1同樣地操作，得到比較例1的塊狀的sic單晶(鑄塊)。

認(rèn)為：所得到的塊狀的sic單晶(鑄塊)的形狀或高度與實(shí)施例1及2的情況大致相同，生長(zhǎng)副工序或生長(zhǎng)主工序中生長(zhǎng)的各自的單晶的厚度(高度)也同樣。此外，關(guān)于所得到的sic單晶的晶體端面上的晶面{0001}面，尺寸或其位置均與實(shí)施例1及2的情況同樣。

然后，從上述得到的sic單晶的晶體端面在sic籽晶側(cè)從約10mm的深度的位置切出(0001)面基板，通過(guò)金剛石拋光研磨至表面粗糙度ra＝1nm左右為止，按照厚度為400μm、直徑為100mm、(0001)面的偏離方位為<11-20>方向且上述(0001)面的偏離角變成4度的方式得到sic單晶基板。對(duì)該sic單晶基板通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法測(cè)量螺旋位錯(cuò)密度。

結(jié)果如表1中歸納的那樣。在(i)、(ii)、(iii)的任一方向上，沒(méi)有確認(rèn)到螺旋位錯(cuò)密度顯示減少的區(qū)域，無(wú)法找到螺旋位錯(cuò)密度顯示下降而減少那樣的規(guī)律性。

此外，與實(shí)施例1同樣地，使用將上述sic單晶基板13切出而殘留的sic單晶12，按照包含sic單晶12的晶體端面12a上的晶面13a的大致中心的方式切出(1-100)面基板15，進(jìn)行鏡面研磨后，利用x射線表面形態(tài)測(cè)量法進(jìn)行位錯(cuò)缺陷及堆垛層錯(cuò)的觀察，以x射線表面形態(tài)測(cè)量法的衍射面作為(0004)面拍攝x射線表面形態(tài)測(cè)量法照片。由上述x射線表面形態(tài)測(cè)量法照片，觀察到貫通螺旋位錯(cuò)相對(duì)于生長(zhǎng)方向平行地伸展的樣子，基本沒(méi)有觀察到向堆垛層錯(cuò)的轉(zhuǎn)換。

(比較例2)

按照與安裝于坩堝蓋體4的內(nèi)表面的sic單晶成為同心圓狀的方式，設(shè)置口徑為20mm的排熱孔且使生長(zhǎng)副工序中的晶體中的氮濃度變成約1×10²⁰cm^-3，并且使生長(zhǎng)主工序中的晶體中的氮濃度變成約1×10¹⁹cm^-3，除此以外與實(shí)施例1同樣地操作，得到比較例2的塊狀的sic單晶(鑄塊)。

通過(guò)這些生長(zhǎng)副工序及生長(zhǎng)主工序得到的塊狀的sic單晶(鑄塊)從晶體中央部向著晶體周緣部具有曲面，鑄塊外形顯示平緩的凸形狀。認(rèn)為：所得到的塊狀的sic單晶(鑄塊)的形狀或高度與實(shí)施例1的情況大致相同，生長(zhǎng)副工序或生長(zhǎng)主工序中生長(zhǎng)的各自的單晶的厚度(高度)也同樣。此外，對(duì)于所得到的sic單晶，若觀察晶體生長(zhǎng)方向的端面(晶體端面)，則在晶體端面的晶體周緣部確認(rèn)到濃茶色的對(duì)比度強(qiáng)的區(qū)域。即，該呈濃茶色的區(qū)域?yàn)榫鎨0001}面，呈長(zhǎng)徑為大概15mm、短徑為大概10mm的大致橢圓形狀，該長(zhǎng)徑與短徑相交的晶面的中心位于從sic單晶的晶體端面的外周沿著晶體端面在中心側(cè)約45mm的距離的晶體端面的大致中央。

然后，從上述得到的sic單晶的晶體端面在sic籽晶側(cè)從約10mm的深度的位置切出(0001)面基板，通過(guò)金剛石拋光研磨至表面粗糙度ra＝1nm左右為止，得到厚度為400μm、直徑為100mm、按照(0001)面的偏離方位為<11-20>方向且上述(0001)面的偏離角成為4度的方式形成主面的sic單晶基板。對(duì)該sic單晶基板通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法測(cè)量螺旋位錯(cuò)密度。

結(jié)果如表1中歸納的那樣。在(i)、(ii)、(iii)的任一方向上，沒(méi)有確認(rèn)到螺旋位錯(cuò)密度顯示減少的區(qū)域，無(wú)法找到螺旋位錯(cuò)密度顯示下降而減少那樣的規(guī)律性。

符號(hào)的說(shuō)明

1：sic籽晶、2：sic原料、3：坩堝容器主體、4：坩堝蓋體、5：雙石英管、6：石墨支撐棒、7：石墨制毛氈(絕熱材料)、8：工作線圈、9：配管、10：質(zhì)量流量控制器、11：真空排氣裝置、12：sic單晶、12a：晶體端面、13：sic單晶基板、13a：晶面{0001}面、13b：螺旋位錯(cuò)減少區(qū)域、14：螺旋位錯(cuò)密度的分布邊界、15：(1-100)面基板、18：排熱孔。