特許 6069757 ＳｉＣ単結晶の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6069757

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】ＳｉＣ単結晶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20170123BHJP

   C30B 19/12 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/36 A

   C30B19/12

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2012-185974(P2012-185974)

(22)【出願日】2012年8月26日

(65)【公開番号】特開2014-43368(P2014-43368A)

(43)【公開日】2014年3月13日

【審査請求日】2015年7月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人名古屋大学

(74)【代理人】

【識別番号】100081776

【弁理士】

【氏名又は名称】大川 宏

(72)【発明者】

【氏名】宇治原 徹

(72)【発明者】

【氏名】原田 俊太

(72)【発明者】

【氏名】関 和明

【審査官】 吉野 涼

(56)【参考文献】

【文献】 Toru Ujihara, et al.，Materials Science Forum，２０１５年 ５月，Vol.717-720，P.351-354

【文献】 K. Kamei, et al.，Materials Science Forum，２０１２年 ５月１４日，Vol.717-720，P.45-48

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００〜３５／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む反応雰囲気下でＳｉＣ種結晶の結晶成長面にＳｉＣ単結晶を結晶成長させ、前記ＳｉＣ種結晶における貫通刃状転位上にＳｉＣからなるステップを進展させる結晶成長工程を備え、
前記ＳｉＣ種結晶として４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣを用い、
前記結晶成長面は（０００１）面であり、
前記結晶成長工程において、前記ステップの進展方向が、以下の（１）〜（３）から選ばれる少なくとも２方向になるように、前記ステップの進展方向に対する前記ＳｉＣ種結晶の向きを変更して、繰り返し前記ステップを進展させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法。
（１）：［−１−１２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［１１−２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、
（２）：［−２１１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［２−１−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、
（３）：［−１２−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向、または、［１−２１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向。

【請求項2】

ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む反応雰囲気下でＳｉＣ種結晶の結晶成長面にＳｉＣ単結晶を結晶成長させ、前記ＳｉＣ種結晶における貫通刃状転位上にＳｉＣからなるステップを進展させる結晶成長工程を備え、
前記ＳｉＣ種結晶として４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣを用い、
前記結晶成長面は（０００１）面であり、
前記結晶成長工程における前記ステップの進展方向は、以下の（１）〜（３）から選ばれる少なくとも１方向であり、
前記結晶成長工程において、
前記ステップは、前記ＳｉＣ種結晶の（０００１）結晶成長面上に２５０個／ｃｍ以上の線密度で１ｍｍ以上の長さにわたって存在する、ＳｉＣ単結晶の製造方法。
（１）：［−１−１２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［１１−２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、
（２）：［−２１１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［２−１−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、
（３）：［−１２−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向、または、［１−２１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向。

【請求項3】

前記（１）〜（３）の方向は、各々以下の方向である請求項１または請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
（１）：［−１−１２０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、または、［１１−２０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、
（２）：［−２１１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、または、［２−１−１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、
（３）：［−１２−１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、または、［１−２１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向。

【請求項4】

前記結晶成長工程において、前記ＳｉＣ種結晶における貫通刃状転位上に複数の前記ステップを進展させる請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。

【請求項5】

前記結晶成長工程において、
前記ステップは、前記ＳｉＣ種結晶の（０００１）結晶成長面上に２５０個／ｃｍ以上の線密度で１ｍｍ以上の長さにわたって存在する請求項１、請求項１を引用する請求項３、請求項１を引用する請求項４、請求項１を引用する請求項３を引用する請求項４の何れか一項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣ種結晶を結晶成長させてＳｉＣ単結晶を製造する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ（炭化ケイ素）は熱的および化学的に非常に安定な半導体材料である。ＳｉＣは、電子デバイスなどの基板材料として現在広く用いられているケイ素（Ｓｉ）と比較して、禁制帯幅２〜３倍程度、絶縁破壊電圧が約１０倍である。このためＳｉＣ単結晶は、ケイ素を用いたデバイスを超えるパワーデバイスの基板材料などとして期待されている。

【0003】

ところで、パワーデバイスを低損失化および耐高電圧化するためには、基板材料たるＳｉＣ単結晶を高品質化する必要がある。具体的には、現在広く流通しているＳｉＣ単結晶は、欠陥を高密度で含む。このような欠陥はリーク電流の通路となる可能性があり、デバイス特性の向上を図るためには欠陥の数を低減する必要があった。特に、欠陥の一種である貫通刃状転位は、欠陥密度が比較的大きく、かつ、少数キャリアのライフタイムを低下させることが知られている。高耐圧低損失デバイスを実現するためには、少数キャリアのライフタイムは長くなければならないため、貫通刃状転位の低減したＳｉＣ単結晶を製造する技術が求められている。

【0004】

ＳｉＣ単結晶の製造方法は、種結晶を気相中で結晶成長させる方法（所謂気相成長法）と、種結晶を液相中で結晶成長させる方法（所謂液相成長法）とに大別される。液相成長法は、気相成長法に比べると熱平衡に近い状態で結晶成長をおこなうため、高品質なＳｉＣ単結晶が得られると考えられている。特に、ＳｉＣ単結晶におけるマイクロパイプおよび基底面転位に関しては、液相成長法を用いることで低減可能であることが知られている。しかし一般的な液相成長法によって得られたＳｉＣ単結晶もまた依然として多くの欠陥を含む。つまり液相成長法によっても、パワーデバイス用の基板材料として好適な程度にまでＳｉＣ単結晶の欠陥を低減するのは困難であった。

【0005】

気相成長を用いて欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を製造する方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に紹介されているＳｉＣ単結晶の製造方法はＲＡＦ法と呼ばれる方法であり、ＳｉＣ種結晶を切り出してａ軸方向に数ｍｍ結晶成長させる工程と、成長後のＳｉＣ単結晶からＳｉＣ種結晶を切り出してｃ軸方向に数ｍｍ結晶成長させる工程と、を繰り返す。このことで、ＳｉＣ単結晶がａ軸方向に結晶成長する際に受け継がれ難い欠陥と、ｃ軸方向に結晶成長する際に受け継がれ難い欠陥と、を徐々に減らすことができる。この方法によると、上述した２つの工程を数多く繰り返せば繰り返すほど種結晶の欠陥を少なくできるため、理論的には欠陥のない（あるいは、欠陥のほぼない）ＳｉＣ単結晶を得ることができると考えられる。しかしその反面、この結晶成長方法は非常に多くの工程を必要とする上、種結晶を互いに垂直な２方向（ａ軸方向およびｃ軸方向）に複数回ずつ結晶成長させる必要があるために、大きなＳｉＣ単結晶を得るのに非常に長い時間を要する問題があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｄ．Ｎａｋａｍｕｒａら、Ｎａｔｕｒｅ、２００４年、４３０号、ｐ．１００９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、比較的少ない工数かつ比較的短時間で、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を製造し得る方法、および、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の発明者等は、鋭意研究の結果、特定の条件でＳｉＣ種結晶を成長させることで、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶が得られることを見出した。

【0009】

すなわち、上記課題を解決する本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法は、ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む反応雰囲気下でＳｉＣ種結晶の結晶成長面にＳｉＣ単結晶を結晶成長させ、前記ＳｉＣ種結晶における貫通刃状転位上にＳｉＣからなるステップを進展させる結晶成長工程を備え、前記ＳｉＣ種結晶として４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣを用い、前記結晶成長面は（０００１）面であり、前記結晶成長工程における前記ステップの進展方向は、以下の（１）〜（３）から選ばれる少なくとも１方向であるＳｉＣ単結晶の製造方法。
（１）：［−１−１２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［１１−２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、
（２）：［−２１１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［２−１−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、
（３）：［−１２−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向、または、［１−２１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向。

【0010】

このような工程を備える本発明の製造方法によると、後述するように貫通刃状転位を変換することができ、貫通刃状転位の非常に少ないＳｉＣ単結晶を得ることができる。また、本発明の製造方法によると、上述したＲＡＦ法のように結晶成長→種結晶切り出しの工程を数多く繰り返す必要はないため、ＲＡＦ法に比べて非常に少ない工数および非常に短い時間で貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。

【0011】

本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法によると、ＳｉＣ種結晶に含まれる複数の貫通刃状転位のなかの少なくとも一部を基底面転位に変換することができ、その結果、貫通刃状転位の低減したＳｉＣ単結晶を得ることができる。また、上述したＲＡＦ法のように結晶成長→切り出し→結晶成長を数多く繰り返す工程を必要としないため、貫通刃状転位の低減したＳｉＣ単結晶を比較的容易に得ることができる。

【0012】

本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法は、下記の［１］〜［４］の何れかを備えるのが好ましく、［１］〜［４］の複数を備えるのがより好ましい。
［１］前記結晶成長工程における前記ステップの進展方向は、上記（１）〜（３）から選ばれる少なくとも２方向である。
［２］前記（１）〜（３）の方向は、各々以下の方向である。
（１）：［−１−１２０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、または、［１１−２０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、
（２）：［−２１１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、または、［２−１−１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、
（３）：［−１２−１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向、または、［１−２１０］方向に対する交差角が±１５°以内となる方向。
［３］前記結晶成長工程において、前記ＳｉＣ種結晶における貫通刃状転位上に複数の前記ステップを進展させる。
［４］前記結晶成長工程において、前記マクロステップは、前記ＳｉＣ種結晶の（０００１）結晶成長面上に２５０個／ｃｍ以上の線密度で１ｍｍ以上の長さにわたって存在する。

【0013】

本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法が上記［１］〜［４］の何れかを備える場合には、貫通刃状転位の基底面転位への変換を、より頻度高く生じさせることができる。

【0014】

上記課題を解決する本発明のＳｉＣ単結晶は、貫通刃状転位を含む第１の層と、前記第１の層に連続して形成され、前記貫通刃状転位が変換した基底転位を含む第２の層と、前記第２の層に連続して形成され、前記第１の層に比べて基底転位の少ない第３の層と、を含むものである。本発明のＳｉＣ単結晶は、上述した本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法で製造することが可能である。

【0015】

なお、本発明のＳｉＣ単結晶において、第３の層に含まれる貫通刃状転位は非常に少ない。このため、本発明のＳｉＣ単結晶における第３の層は、貫通刃状転位の低減したＳｉＣ単結晶として利用できる。例えば、本発明のＳｉＣ単結晶から第３の層を切り出して、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶として使用しても良い。また、本発明のＳｉＣ単結晶には、後述するように、貫通刃状転位が積層欠陥に変換されてなる湾曲形状の欠陥は存在するが、ＳｉＣ単結晶を直線的に貫通する欠陥は大きく低減される。このため、用途によっては、本発明のＳｉＣ単結晶をそのまま利用することもできる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の製造方法によると、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を比較的短時間かつ少ない工数で製造することができる。また、本発明のＳｉＣ単結晶は、貫通刃状転位の少ない第３の層を持つ。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ＳｉＣ種結晶の断面を模式的に表す説明図である。

【図2】六方晶からなるＳｉＣ種結晶上に形成されている貫通刃状転位のバーガースベクトル、および、このバーガースベクトルを基に形成した（１）〜（３）方向を模式的に表す説明図である。

【図3】ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶が結晶成長している様子を模式的に表す説明図である。

【図4】ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶が結晶成長している様子を模式的に表す説明図である。

【図5】結晶成長中のＳｉＣ単結晶におけるステップの進展方向、貫通刃状転位、テラス面、ステップ高さの関係を模式的に表す説明図である。

【図6】本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法により得られた本発明のＳｉＣ単結晶を模式的に表す説明図である。

【図7】実施形態で用いた単結晶成長装置を模式的に表す説明図である。

【図8】ＳｉＣ単結晶の（０００１）面にオフ角を形成した様子を模式的に表す説明図である。

【図9】４Ｈ−ＳｉＣ種結晶の表面に存在するバーガースベクトルの異なる６種の貫通刃状転位を撮像したＸ線トポグラフィー像である。

【図10】種結晶、および、試験１の方法による結晶成長の初期におけるＳｉＣ単結晶を同一箇所で撮像したＸ線トポグラフィー像である。

【図11】試験１のＳｉＣ単結晶における、ステップの進展方向、貫通刃状転位のバーガースベクトル、および貫通刃状転位の変換率の関係を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明のＳｉＣ単結晶成長方法は、液相成長法を用いても良いし気相成長法を用いても良い。気相成長法に関しては、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、物理気相成長（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の一般的な方法を用いることができる。一例として、シランガスおよび炭化水素系ガスを原料ガスとして用いたＣＶＤ法を挙げることができる。或いは、ＳｉＣ粉末を原料とし２０００℃以上の高温で原料を昇華させ、ＳｉとＣとからなる蒸気を低温にした種結晶上で過飽和にして、ＳｉＣ単結晶を析出させるＰＶＤ法（昇華法とも呼ばれる）を挙げることもできる。

【0019】

液相成長法を用いる場合、原料溶液として、ケイ素元素および炭素元素を含む融液を用いる。この原料溶液（ＳｉＣ溶液）に種結晶を接触させて、少なくとも種結晶近傍の溶液を過冷却状態にする。このことで、原料溶液のＣ濃度が種結晶近傍において過飽和状態になるようにし、種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長（主としてエピタキシャル成長）させる。なお、成長前に、種結晶を原料溶液中のカーボン濃度が低い場所に浸漬することによって、結晶表面を溶解する工程（メルトバック工程）を行い、種結晶表面の清浄化を行うことができる。液相成長法では、熱平衡状態に近い環境で結晶成長が進行するため、積層欠陥などの欠陥の密度が低い良質なＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。なお、原料溶液の材料は特に限定されず、一般的なものを使用することができる。例えば、原料溶液のＳｉ源としては、ＳｉまたはＳｉ合金を用いることができる。具体的には、Ｓｉを主成分とし、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｃ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｏ、Ｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｆｅから選ばれる少なくとも一種を加えた合金融液等である。原料溶液のＣ源としては、黒鉛、グラッシーカーボン、ＳｉＣ、メタン、エタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素ガス、および、下記に上げる元素Ｘの炭化物（Ｘ＝Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂｒ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｔｈ、Ｕ、Ｐｕ）から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。なお、本発明の製造方法に用いるＳｉＣ種結晶としては、六方晶である４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣを用いることができる。

【0020】

何れの場合にも、ＳｉＣ種結晶の結晶成長面において所定の方向にＳｉＣからなるステップを進展させることで、刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶が得られると考えられる。つまり、本発明の発明者等は、鋭意研究の結果、ＳｉＣ単結晶を成長させる際に、貫通刃状転位のバーガースベクトルと同方向または逆方向にステップを進展させることで、貫通刃状転位を基底面転位に変換できることを見出した。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。

【0021】

図１に示すように、ＳｉＣ種結晶は（０００１）面に対して略垂直な方向に延びる貫通刃状転位ＴＥＤを持つ。本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法において、ＳｉＣ種結晶としては六方晶である４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ―ＳｉＣを用いるため、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣに形成されている貫通刃状転位（ＴＥＤ）のバーガースベクトルは、図２に示すように、１／３＜１１−２０＞、つまり、１／３［−１−１２０］、１／３［１１−２０］、１／３［−２１１０］、１／３［２−１−１０］、１／３［１−２１０］、１／３［−１２−１０］の何れかである。

【0022】

本発明の発明者等は、図４に示すように、このＳｉＣ種結晶の結晶成長面、つまり、（０００１）面上にステップを進展させ、かつ、ステップ進展方向を貫通刃状転位のバーガースベクトルと同方向または逆方向になるようにした。このような方向に向けて、ステップが貫通刃状転位上を進展することで、図４に示すように、ＳｉＣ種結晶に含まれる貫通刃状転位ＴＥＤを、（０００１）面（つまり基底面）に対して略平行な方向に延びる基底面転位ＢＰＤに変換させることができた。このような現象が生じる理由は明らかではないが、ステップの高さが関係すると考えられる。つまり、貫通刃状転位ＴＥＤの成長方向と、ＳｉＣ単結晶のステップ進展方向とは略直交する。このため、ステップを進展させる結晶成長面（０００１）において、形成されているステップの高さが大きい場合には（つまり、ステップがマクロステップＳ_ｍであれば）、鏡像力（ｉｍａｇｅ ｆｏｒｃｅ）によって、ステップ進展方向と同方向または逆方向のバーガースベクトルを有する貫通刃状転位ＴＥＤが曲げられ易く、基底面転位ＢＰＤに変換され易いと考えられる。

【0023】

ところで、（０００１）面に対して略垂直な方向に延びる貫通刃状転位において、そのバーガースベクトルの方向は、転位線に対して垂直な方向である。このため、貫通刃状転位のバーガースベクトルは、種結晶の結晶構造に応じた数種類の方向から選ばれる一方向となる。換言すれば、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣに形成されている貫通刃状転位（ＴＥＤ）は、図２に示すように、［−１−１２０］方向、［１１−２０］方向、［−２１１０］方向、［２−１−１０］方向、［１−２１０］方向、および［−１２−１０］方向の６方向の何れかにバーガースベクトルを向ける。ところで、［−１−１２０］方向と［１１−２０］方向とは逆方向である。また、［−２１１０］方向と［２−１−１０］方向とは逆方向である。さらに、［１−２１０］方向と［−１２−１０］方向とは逆方向である。このため上述した６方向は、実質的には、（Ｉ）［−１−１２０］方向または［１１−２０］方向、（ＩＩ）［−２１１０］方向または［２−１−１０］方向、（ＩＩＩ）［１−２１０］方向または［−１２−１０］方向の３対に分類される。したがって、４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣに形成されている貫通刃状転位（ＴＥＤ）のバーガースベクトルは、上記した（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の方向の何れかに一致する。そして、この（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の何れかの方向にステップを進展させることで、種結晶に存在する貫通刃状転位を基底面転位に変換し、ひいては貫通刃状転位のないＳｉＣ単結晶、または、一部にのみ貫通刃状転位の存在するＳｉＣ単結晶を得ることができる。

【0024】

さらに、本発明の発明者等が鋭意研究した結果、貫通刃状転位の基底面転位への変換は、ステップの進展方向が上記（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の方向に完全に一致しない場合にも生じることを見出した。具体的には、ステップの進展方向が、上記した何れかのバーガースベクトルを中心とした略±３０°の角度範囲内であれば、各バーガースベクトルと同方向または逆方向にステップを進展させ貫通刃状転位上を通過させた場合と同様に、貫通刃状転位の変換が生じる。

【0025】

つまり、図２に示すように、ＳｉＣ種結晶の（０００１）面に対する任意の法線Ｌ_０をとり、この法線Ｌ_０を中心とする上記６つのバーガースベクトルをとる。そして、各バーガースベクトルに対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向に、ステップを進展させる。具体的には、（１）［−１−１２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［１１−２０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向にステップを進展させれば、バーガースベクトルが［−１−１２０］方向である貫通刃状転位およびバーガースベクトルが［１１−２０］方向である貫通刃状転位を変換できる。また、（２）［−２１１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向、または、［２−１−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満である方向にステップを進展させれば、バーガースベクトルが［−２１１０］方向である貫通刃状転位およびバーガースベクトルが［２−１−１０］方向である貫通刃状転位を変換できる。また、（３）［−１２−１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向、または、［１−２１０］方向に対する交差角が−３０°以内かつ＋３０°未満となる方向にステップを進展させれば、バーガースベクトルが［−１２−１０］方向である貫通刃状転位およびバーガースベクトルが［１−２１０］方向である貫通刃状転位を変換できる。

【0026】

なお、ここでいう＋３０°および−３０°とは、（０００１）面に対する任意の法線Ｌ_０を中心とする（０００１）面上の角度を指す。より具体的には、［−１−１２０］から［−２１１０］に向けた円弧方向（図２中時計回り方向）を＋方向と呼び、その逆方向（［−２１１０］から［−１−１２０］方向に向けた円弧方向；図２中反時計回り方向）を−方向と呼ぶ。したがって、上記の（１）〜（３）は以下のように換言できる。

【0027】

（１）は［−１−１２０］方向を中心とし、［−２１１０］方向に３０°未満かつ［１−２１０］方向に３０°以内となる何れかの方向、または、［１１−２０］方向を中心とし、［２−１−１０］方向に３０°未満かつ［−１２−１０］方向に３０°以内となる何れかの方向である。

【0028】

（２）は［−２１１０］方向を中心とし、［−１２−１０］方向に３０°未満かつ［−１−１２０］方向に３０°以内となる何れかの方向、または、［２−１−１０］方向を中心とし、［１−２１０］方向に３０°未満かつ［１１−２０］方向に３０°以内となる何れかの方向である。

【0029】

（３）は［−１２−１０］方向を中心とし、［１１−２０］方向に３０°未満かつ［−２１１０］方向に３０°以内となる何れかの方向、または、［１−２１０］方向を中心とし、［−１−１２０］方向に３０°未満かつ［２−１−１０］方向に３０°以内となる何れかの方向である。

【0030】

勿論、貫通刃状転位の変換頻度を高めるためには、上記（１）〜（３）のうち２以上の方向にステップを進展させるのが好ましい。具体的には、（１）〜（３）のうちの２方向にステップを進展させるのが好ましく、３方向全てにステップを進展させるのがより好ましい。つまり、ＳｉＣ単結晶の結晶成長に伴うステップ進展をおこなう結晶成長工程は、異なる２方向以上の方向に向けて２回以上繰り返すのが好ましい。或いは、貫通刃状転位の変換頻度を高めるためには、ステップの進展方向を上述した貫通刃状転位のバーガースベクトルに近い方向にするのがより好ましい。具体的には、上記した（１）〜（３）のステップ進展方向の範囲を、以下のように狭めるのがより好ましい。（１）：［−１−１２０］方向に対して±１５°以内となる方向、または、［１１−２０］方向に対して±１５°以内となる方向、（２）：［−２１１０］方向に対して±１５°以内となる方向、または、［２−１−１０］方向に対して±１５°以内となる方向、（３）：［−１２−１０］方向に対して±１５°以内となる方向、または、［１−２１０］方向に対して±１５°以内となる方向。

【0031】

ところで、図３中矢印で示すように、ＳｉＣ単結晶が結晶成長する際に各ステップが進展する方向（ステップ進展方向）は、（０００１）面と略平行な方向である。一方、貫通刃状転位ＴＥＤの成長方向は（０００１）面と略垂直な方向である。つまりステップ進展方向と貫通刃状転位ＴＥＤの成長方向とは略直交する。したがって、ＳｉＣ種結晶の結晶成長時においては、ステップが貫通刃状転位ＴＥＤの上を通過しつつ結晶成長する。すると、図４に示すように、貫通刃状転位ＴＥＤの成長方向が（０００１）面と略平行な方向に変化し、貫通刃状転位ＴＥＤは基底面転位ＢＰＤに変換される。

【0032】

このような現象をより頻度高く生じさせるためには、ステップ高さの高いステップを形成するのが有効だと考えられる。以下、ステップ高さの高いステップをマクロステップと呼ぶ。つまり、貫通刃状転位ＴＥＤの成長方向と、ＳｉＣ単結晶のステップ進展方向とは略直交する。このため、ステップが進展する結晶成長面（０００１）において、形成されているステップの高さが大きい場合には（つまり、ステップがマクロステップＳ_ｍであれば）、鏡像力（ｉｍａｇｅ ｆｏｒｃｅ）によって貫通刃状転位ＴＥＤが曲げられ易く、基底面転位ＢＰＤに変換され易いと考えられる。換言すると、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法によると、ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を結晶成長させる際に、上述した（１）〜（３）から選ばれる少なくとも一つの方向にステップを進展させさえすれば、貫通刃状転位を変換することができるが、この変換の頻度を高めるためには、ステップ高さの高いマクロステップを形成し、マクロステップを進展させるのが有効である。参考までに、従来の結晶成長方法においては、高さの高いステップを形成しないように結晶成長させるのが良いとされていた。このため、従来の結晶成長方法によると、高さの低いステップのみが形成され、マクロステップが形成されず、貫通刃状転位を高頻度で変換することもできなかったと考えられる。

【0033】

なお、ここでいうステップの高さｈとは、図５に示すテラス面Ｐ１とＰ２との距離を指す。より詳しくは、ステップの高さは以下のように説明できる。図５に示すように、任意のステップＳ１のテラス面（つまりＳｉＣ種結晶自体の結晶成長方向における先端面）をテラス面Ｐ１とし、当該テラス面Ｐ１を通る直線を直線Ｌ１とする。また、当該ステップＳ１の進展方向の先側に隣接する他のステップＳ２のテラス面をＰ２とし、当該テラス面Ｐ２を通る直線を直線Ｌ２とする。この場合にステップＳ１の高さは直線Ｌ１と直線Ｌ２との距離に相当する。なお、本明細書においては、７０ｎｍを超える高さのステップをマクロステップと呼ぶ。

【0034】

本発明の製造方法においては、図６に示すように、貫通刃状転位ＴＥＤの基底面転位ＢＰＤへの変換が生じた後に、さらにＳｉＣの結晶成長を続ける。基底面転位ＢＰＤは基底面の欠陥であり、結晶成長方向には継承されない。このようにして得られたＳｉＣ単結晶１０は、種結晶１に由来し貫通刃状転位ＴＥＤを含む層（第１の層１１）と、この第１の層１１に連続して形成され基底面転位ＢＰＤを含む第２の層１２と、この第２の層１２に連続して形成され第１の層１１に比べて貫通刃状転位ＴＥＤの少ない第３の層１３と、の３層を持つ。第２の層１２は第１の層１１に比べて貫通刃状転位ＴＥＤの数が少なく、基底面転位ＢＰＤの数が多い。第３の層１３は貫通刃状転位ＴＥＤが基底面転位ＢＰＤへ変換した後に成長した部分であるため、第１の層１１に比べて貫通刃状転位ＴＥＤの数は大きく低減し、かつ、基底面転位ＢＰＤの数も大きく低減する。したがって、このＳｉＣ単結晶１０から第３の層１３を切り出すことで、貫通刃状転位ＴＥＤの非常に少ないＳｉＣ単結晶１０を得ることができる。また、ＳｉＣ単結晶１０の用途によっては、ＳｉＣ単結晶１０の結晶成長方向にわたって貫通形成された欠陥の数が低減されれば良く、ＳｉＣ単結晶１０の結晶成長方向の一部分に貫通刃状転位ＴＥＤが存在していても良い場合もある。このような場合には、本発明の製造方法で得られたＳｉＣ単結晶１０をそのまま使用することも可能である。

【0035】

何れの場合にも、上述したＲＡＦ法のように結晶成長→切り出し→方向を変えて結晶成長→切り出し…という工程を繰り返す場合に比べて、工数が大きく低減する。また、貫通刃状転位ＴＥＤのない（または貫通刃状転位の非常に少ない）ＳｉＣ単結晶を得るまでに要する時間を大きく短縮できる。つまり、本発明の製造方法によると、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を比較的少ない工数で比較的短時間に得ることが可能である。さらに、このようにして得た貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を種結晶として用いれば、一般的な液相法や気相法によって、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を結晶成長させることも可能である。

【0036】

（実施形態）
（試験１）
以下、具体例を挙げて、本発明のＳｉＣ単結晶およびその製造方法を説明する。

【0037】

高周波加熱グラファイトホットゾーン炉を用いて、ＳｉＣ単結晶を製造した。この単結晶成長装置を模式的に表す説明図を図７に示す。単結晶成長装置２０は、カーボン製の坩堝２１と、この坩堝２１を加熱する加熱要素２２と、坩堝２１の内部に対して進退可能である保持要素２３と、坩堝２１を回転させる坩堝駆動要素２４と、これらを収容するチャンバー（図略）とを持つ。坩堝２１は上方に開口する有底の略円筒状をなす。坩堝２１の内径は４５ｍｍであり、深さは５０ｍｍである。加熱要素２２は誘導加熱式のヒータである。加熱要素２２はコイル状の導線２５と、導線２５と図略の電源とを接続する図略のリード線とを持つ。導線２５は坩堝２１の外側に巻回されて、坩堝２１と同軸的なコイルを形成している。保持要素２３は、ロッド状をなすディップ軸部２６と、ディップ軸部２６を長手方向（図７中上下方向）に進退させるディップ軸駆動部２７と、を持つ。ディップ軸部２６の直径は１０ｍｍであり、ディップ軸部２６の長手方向の一端部（図７中下端部）には種結晶１を保持可能な保持部２８が形成されている。

【0038】

試験１においては、この単結晶成長装置を用い、溶液引き上げ（ＴＳＳＧ：Ｔｏｐ Ｓｅｅｄｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｇｒｏｗｔｈ）法に基づいて、種結晶１を坩堝２１の中の原料溶液２９に浸すとともに引き上げながら結晶成長させた。

【0039】

より具体的には、カーボン製の坩堝２１中でＳｉ（純度１１Ｎ、株式会社トクヤマ製）を加熱要素２２により加熱することで、坩堝２１に含まれるＣを坩堝２１中のＳｉ融液に溶出させて、原料溶液２９を得た。なお、前処理として、Ｓｉ種結晶およびＳｉは予め、メタノール、アセトン、および精製水（１８ＭΩ／ｃｍ）中でそれぞれ超音波洗浄した。

【0040】

単結晶成長装置２０における加熱要素２２の設定温度は１６３０℃であり、坩堝２１中には３２Ｋ／ｃｍの図中上下方向（坩堝２１の液面−底面方向）に向けた温度勾配が形成された。つまり、坩堝２１中に収容されている原料溶液２９は、導線２５の近傍に位置しかつ坩堝２１の内面２１ａに隣接する部分において最も高温である。坩堝２１の中心部に近づく程（坩堝の内面２１ａから離れる程）、あるいは、坩堝２１の軸方向すなわち図７に示す上下方向に導線２５から離れる程、原料溶液２９の温度は低くなる。このように坩堝２１中の原料溶液２９に温度勾配を形成した状態で、チャンバー内部に高純度（９９．９９９９体積％）のアルゴンガスを供給しつつ、ＳｉＣ種結晶１（以下、単に種結晶１と呼ぶ）を保持したディップ軸部２６を坩堝中２１に挿入した。

【0041】

種結晶１としては、気相成長法（昇華法）で製造された４Ｈ−ＳｉＣ単結晶（１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ０．３５ｍｍ）を用いた。参考までに、気相成長法で製造された一般的な４Ｈ−ＳｉＣ単結晶は１０^４ｃｍ^−２程度の貫通刃状転位を含む。本試験で用いた種結晶もまた、１０^４ｃｍ^−２程度の貫通刃状転位を含んでいた。図８に示すように、この種結晶１の結晶成長面すなわち（０００１）面に、［１１−２０］方向に向けたオフセット面を切削形成した。このときのオフ角は２°であった。

【0042】

次いで、図７に示すように、オフ角を形成した結晶成長面が坩堝２１中の原料溶液２９に対面するように種結晶１を保持部２８に取り付け、ディップ軸駆動部２７によりディップ軸部２６を坩堝２１の内部に向けて進行させ、種結晶１を原料溶液２９に浸漬した。原料溶液２９が温度の低い種結晶１付近で冷却されることで、種結晶１の表面にＳｉＣ結晶が成長した。なお、結晶成長は加速るつぼ回転法（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）に基づいておこなった。つまり結晶成長中は坩堝駆動要素２４によって坩堝２１を回転させ、坩堝２１と種結晶１とを相対的に逆方向に回転させるとともに、回転方向を交互に切換えた。このときの回転速度（最高速度）は約２０ｒｐｍであった。

【0043】

成長開始（つまり種結晶と原料溶液との接触開始後）から１時間後、ディップ軸駆動部２７によりディップ軸部２６を上方に移動させ、結晶成長した種結晶１（つまりＳｉＣ単結晶１０）を原料溶液２９から引き上げた。引き上げたＳｉＣ単結晶１０は、表面に残存する原料溶液を除去するため、ＨＮＯ_３とＨＦとの混液（ＨＮＯ_３：ＨＦ＝２：１）でエッチングした。以上の工程で、試験１のＳｉＣ単結晶１０を得た。なお、上述したように、種結晶１の結晶成長面すなわち（０００１）面には、［１１−２０］方向に向けたオフセット面を切削形成した。このため、この種結晶上に形成されるＳｉＣ単結晶のステップは［１１−２０］方向に進展した。

【0044】

（評価）
放射光Ｘ線を用いたＸ線トポグラフィー法を用いて、上記の試験１のＳｉＣ単結晶を観察し、各ＳｉＣ単結晶に残存する欠陥を評価した。なお、結晶成長前の種結晶についても同じ方法で欠陥の評価をおこなった。Ｘ線トポグラフィー法については、ビームラインとしてＰｈｏｔｏｎ ｆａｃｔｏｒｙ ＢＬ−１５Ｃを用いた。波長は０．１５０ｎｍであり、反射面は（１１−２８）であった。

【0045】

図９（ａ）〜（ｆ）は、種結晶の表面を撮像したＸ線トポグラフィー像である。図９に示すように、種結晶にはバーガースベクトルの異なる６種の貫通刃状転位が存在する。なお、各図中の矢印ｂは、各貫通刃状転位におけるバーガースベクトルの方向を示す。詳しくは、図９（ａ）に撮像されている貫通刃状転位はバーガースベクトルを［１１−２０］方向に向けている。図９（ｂ）に撮像されている貫通刃状転位はバーガースベクトルを［−１２−１０］方向に向けている。図９（ｃ）に撮像されている貫通刃状転位はバーガースベクトルを［−２１１０］方向に向けている。図９（ｄ）に撮像されている貫通刃状転位はバーガースベクトルを［−１−１２０］方向に向けている。図９（ｅ）に撮像されている貫通刃状転位はバーガースベクトルを［１−２１０］方向に向けている。図９（ｆ）に撮像されている貫通刃状転位はバーガースベクトルを［２−１−１０］方向に向けている。

【0046】

図１０は、種結晶、および、試験１の方法による結晶成長の初期におけるＳｉＣ単結晶を同一箇所で撮像したＸ線トポグラフィー像である。より具体的には、図１０中右側に示す像が種結晶のＸ線トポグラフィー像であり、図１０中左側に示す像が結晶成長初期における試験１のＳｉＣ単結晶のＸ線トポグラフィー像である。成長前の種結晶には点状のコントラストで表される貫通刃状転位ＴＥＤが数多く存在している。この貫通刃状転位ＴＥＤの多くは、成長後の結晶においてステップの進展方向に延びる線状のコントラストに変換している。ＴＥＭ観察の結果から、このようなコントラストを示す欠陥は、基底面転位であることが明らかとなった。この結果から、試験１の製造方法によると種結晶に存在する貫通刃状転位を基底面転位に変換し得ることがわかる。

【0047】

さらに、貫通刃状転位の変換率を、バーガースベクトルの方向毎に算出した。具体的には、ＳｉＣ種結晶に存在する貫通刃状転位を任意の数（本実施形態においては２００〜３００個）カウントした。カウントした各貫通刃状転位について、目視でそのバーガースベクトルを調べた。そして、カウントした各貫通刃状転位が、結晶成長工程後に得られた試験１のＳｉＣ単結晶において、基底面転位に変換されたか否かを調べた。貫通刃状転位のバーガースベクトル毎に、種結晶に存在した貫通刃状転位の数を１００％として、変換が生じた貫通刃状転位の割合（個数％）を算出した。その結果を図１１に示す。

【0048】

図１１に示すように、種結晶として４Ｈ−ＳｉＣを用い、この種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させる際に、ステップを［１１−２０］方向に進展させることで得られた試験１のＳｉＣ単結晶においては、バーガースベクトルを［１１−２０］方向または［−１−１２０］方向に向けた貫通刃状転位の殆どが基底面転位に変換された。より具体的には、バーガースベクトルを［１１−２０］方向に向けた貫通刃状転位に関しては約９０％が基底面転位に変換され、バーガースベクトルを［−１−１２０］方向に向けた貫通刃状転位に関しては全数が基底面転位に変換された。この結果から、ＳｉＣ種結晶に存在する貫通刃状転位のバーガースベクトルと同方向または逆方向に向けてステップを進展させることで、貫通刃状転位を頻度高く基底面転位に変換し得ることがわかる。

【0049】

また、［１１−２０］方向および［−１−１２０］方向以外の方向にバーガースベクトルを向けた貫通刃状転位に関しては、一部が貫通刃状転位として残存し、他の一部が基底面転位に変換された。より具体的には、バーガースベクトルを［−２１１０］方向に向けた貫通刃状転位に関しては約４０個数％が変換され、バーガースベクトルを［２−１−１０］方向に向けた貫通刃状転位に関しては約２０個数％が変換された。また、バーガースベクトルを［−１２−１０］方向に向けた貫通刃状転位に関しては約３０個数％が変換され、バーガースベクトルを［１−２１０］方向に向けた貫通刃状転位に関しては約５個数％が変換された。この結果から、ステップ進展方向と貫通刃状転位のバーガースベクトルとは必ずしも同方向でなくても良い（または逆方向でなくても良い）ことがわかる。つまり、種結晶として４Ｈ−ＳｉＣまたは６Ｈ−ＳｉＣを用いる場合、上記（１）〜（３）の何れかの方向にステップを進展させさえすれば、貫通刃状転位の少なくとも一部を基底面転位に変換することができ、貫通刃状転位の少ないＳｉＣ単結晶を得ることができる。

【0050】

なお、貫通刃状転位上を進展するステップの数は、多ければ多い方が好ましい。一つの貫通刃状転位上を複数のステップが進展すれば、貫通刃状転位が変換される頻度が高まるからである。好ましいステップの数は、以下の計算に基づき、好ましいステップの密度として表すことができる。

【0051】

本発明の発明者等は、貫通刃状転位のほぼ略１００％が変換したＳｉＣ単結晶を基に、好ましいステップにの密度を算出した。具体的には、このＳｉＣ単結晶の厚さ（結晶成長した分の厚さ）は２０μｍであった。このときのステップの高さの最小値は１００ｎｍ（０．１μｍ）であったため、結晶成長面上をステップが進展する現象が２００回以上生じると、ＳｉＣ単結晶の貫通刃状転位のほぼ全てが変換すると考えられる。換言すると、一つの貫通刃状転位上をステップが２００回以上進展すれば貫通刃状転位はほぼ確実に変換すると考えられる。上記のＳｉＣ種結晶における結晶成長面は１ｃｍ×１ｃｍであったため、好ましいステップの密度は２００個／ｃｍ以上であると言える。なお、実際にはステップの線密度が１００個／ｃｍ以上あれば、大多数の貫通刃状転位は変換する。つまり、ステップの好ましい線密度は１００個／ｃｍ以上であると言える。マクロステップの線密度は、２５０個／ｃｍ以上であるのがより好ましく、５００個／ｃｍ以上であるのがさらに好ましい。なお、本発明のＳｉＣ単結晶における平均的なマクロステップの線密度ρは１０００個／ｃｍ程度であったため、マクロステップの線密度ρは１０００個／ｃｍ以上であるのが特に好ましく、２０００個／ｃｍ以上であるのがより一層好ましいといえる。

【0052】

参考までに、ここでいうステップの数とは、結晶成長における任意の時点におけるステップの個数をいう。ステップの個数は、本発明の製造方法で得られたＳｉＣ単結晶上に残存する縞状の段差の数と近似する。この縞状の段差の数をステップの個数と見なしても良い。また、ＳｉＣ種結晶における結晶成長面の大きさは、ＳｉＣ単結晶における結晶成長面の大きさと近似する。したがって、本発明の製造方法で得られたＳｉＣ単結晶の結晶成長面に残存する縞状の段差の密度を測定することで、ステップの密度を測定することが可能である。なお、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面に残存する縞状の段差の数は、レーザー顕微鏡下で測定することができる。

【0053】

ところで、上述した好ましいステップの個数または密度は、以下のように表現することもできる。

【0054】

ステップの平均高さをｈ（ｃｍ）、ＳｉＣ単結晶の成長厚さをｔ（ｃｍ）、ステップの個数をρ（個）、ステップの線密度、つまり、単位長さ（ｃｍ）あたりに縞状の段差が幾つあるかをρ（１／ｃｍ）、平均的なステップの間隔Ｗ_ａｖｅを１／ρ（ｃｍ）とする。

【0055】

結晶成長面上をステップが進展する場合を、結晶成長面上の任意の点Ａに注目して考える。ＳｉＣ単結晶が厚さｔ成長すると、点Ａ上をステップがｎ＝ｔ／ｈ（回）通過する。また、点Ａ上をステップがｎ回通過するためには、点Ａからｎ×Ｗ_ａｖｅ（ｃｍ）だけ離れたところから点Ａに向けてステップが進展する必要がある。つまり、ＳｉＣ単結晶のステップ進展方向に向けた長さがｙ（ｃｍ）とすると、厚さｔ（ｃｍ）成長するということは、ＳｉＣ種結晶全体のステップ進展方向に向けた長さのｔ／ｙの割合を成長したことになる。

【0056】

また、貫通刃状転位が変換するのに必要なステップ通過回数がＮ回とすると、ＳｉＣ単結晶は厚さＮ×ｈだけ成長する必要がある。また、ステップが貫通刃状転位をＮ回通過するためには、貫通刃状転位からＮ×Ｗ_ａｖｅ（ｃｍ）離れたところのステップが貫通刃状転位を通過する必要がある。つまり、ステップはＮ×Ｗ_ａｖｅ（ｃｍ）以上進展する必要がある。

【0057】

平均的なステップの線密度ρは１０００個／ｃｍである。また、ステップの好ましい高さは０．１μｍ以上であると考えられる。このため、上式を考慮すると、一つの貫通刃状転位上をステップが１００回以上進展するためには、ＳｉＣ単結晶の成長厚さは、１００×０．１μｍ＝１０μｍ以上である事が好ましい。より好ましい成長厚さは、２０μｍ以上である。また、ステップの好ましい進展距離（ｃｍ）は、１００×Ｗ_ａｖｅ＝１００×１／ρ＝１００×１／１０００＝１／１０ｃｍ＝１ｍｍである。

【0058】

ところで、多くの貫通刃状転位を変換するためには、ステップが広域にわたって連続的に進展するのが好ましい。例えば、ステップは１００個／ｃｍ以上（より好ましくは２００個／ｃｍ）の線密度で１ｍｍ以上にわたって連続するのが好ましく、３ｍｍ以上にわたって連続するのがより好ましく、５ｍｍ以上にわたって連続するのがさらに好ましいと考えられる。なお、ＳｉＣ単結晶の表面（結晶成長面）において、上述した規則的な縞状の段差が生じている領域を、ステップが連続する領域だとみなすことができる。上述したように、ＳｉＣ種結晶における結晶成長面とＳｉＣ単結晶における結晶成長面とは同じ面積だとみなすことが可能である。このため、本発明の製造方法で得られたＳｉＣ単結晶の結晶成長面上において縞状の段差が残存する領域の長さを測定することで、ステップが連続する長さを測定することが可能である。ＳｉＣ種結晶の結晶成長面全体にステップを進展させるためには、例えば、試験１のように種結晶の結晶成長面にオフ角を設けるのが好ましいが、この方法に限定されない。

【0059】

〔ステップ高さ〕
ところで、貫通刃状転位を変換するにあたり、貫通刃状転位上を進展させるステップの高さは、高い方が好ましいと考えられる。つまり、ステップ進展速度が貫通刃状転位の成長速度より大きくなると、ステップが進展し易く、刃状転位が変換し易くなる。ステップの進展速度を高めるためには、ステップの高さを高くするのが有効である。高さの高いステップ（マクロステップ）を形成するためには幾つかの方法があるが、その一つとして、種結晶にオフ角を設ける方法が挙げられる。例えば、種結晶の（０００１）結晶成長面に対してオフ角を形成し、この種結晶を液相成長法により結晶成長させることで、マクロステップを形成できると考えられる。或いは、オフ角を形成した種結晶を溶解するだけでも（例えば上述したメルトバック工程でも）マクロステップを形成できると考えられる。更には、比較的高さの低いステップであっても、種結晶の結晶成長（ステップの進展）に伴ってステップ高さが高くなり、マクロステップが形成される場合もある。例えば、ステップへのＳｉおよびＣの供給が上段から行われる場合、上段のステップのテラス幅が大きいほどステップの進展速度は速くなるため、上段のステップが下段のステップに追いついて、上下段のステップが一つになり、ステップ高さの高いマクロステップが形成される。

【0060】

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば実施形態のＳｉＣ単結晶製造方法においては液相成長法を用いて種結晶を成長させているが、気相成長法を用いることも可能である。この場合、例えば上述した貫通刃状転位のバーガースベクトルの何れかに対して±略３０°となる方向、つまり、（１）〜（３）方向の何れかにステップ進展するように、ＳｉＣ種結晶の結晶成長面にマクロステップを形成しておく。そして、その後にマクロステップの形成された種結晶（第２の種結晶）における貫通刃状転位上にステップを進展させれば、実施形態と同様に貫通刃状転位の低減したＳｉＣ単結晶を得ることができる。

【符号の説明】

【0061】

１：ＳｉＣ種結晶 １０：ＳｉＣ単結晶 １１：第１の層
１２：第２の層 １３：第３の層 １５：第２の種結晶
ＴＥＤ：貫通刃状転位 ＢＰＤ：基底面転位 ｈ：ステップ高さ
Ｐ１、Ｐ２：テラス面
２０：単結晶成長装置 ２１：坩堝 ２２：加熱要素
２３：保持要素 ２４：坩堝駆動要素 ２５：導線
２６：ディップ軸部 ２７：ディップ軸駆動部 ２８：保持部
２９：原料溶液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図11】

【図9】

【図10】