特許 6594148 炭化珪素単結晶インゴット

(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】6594148

(24)【登録日】2019年10月4日

(45)【発行日】2019年10月23日

(54)【発明の名称】炭化珪素単結晶インゴット

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20191010BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/36 A

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-195213(P2015-195213)

(22)【出願日】2015年9月30日

(65)【公開番号】特開2017-65996(P2017-65996A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年6月5日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合技術開発機構「低炭素社会を実現する新材料パワー半導体プロジェクト／研究開発項目（１）−１−２高品質・大口径ＳｉＣ結晶成長技術開発（その２）」継続研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100146466

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 正俊

(74)【代理人】

【識別番号】100173107

【弁理士】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100202418

【弁理士】

【氏名又は名称】河原 肇

(74)【代理人】

【識別番号】100144417

【弁理士】

【氏名又は名称】堂垣 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】谷 小桃

(72)【発明者】

【氏名】矢野 孝幸

(72)【発明者】

【氏名】藤本 辰雄

(72)【発明者】

【氏名】柘植 弘志

(72)【発明者】

【氏名】勝野 正和

(72)【発明者】

【氏名】中林 正史

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 信也

(72)【発明者】

【氏名】牛尾 昌史

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０４４４８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１６７０４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素単結晶基板からなる種結晶上に、炭化珪素単結晶が成長した成長結晶を備えた炭化珪素単結晶インゴットであって、種結晶と成長結晶との界面近傍の少なくとも該インゴットの直径方向中心部において、種結晶と成長結晶との界面から種結晶側に厚さ０．２ｍｍの界面領域は、ドナー型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下含み、また、種結晶と成長結晶との界面から成長結晶側に厚さ０．５ｍｍの界面領域は、ドナー型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上６×１０²⁰ｃｍ^-3以下含むと共にアクセプター型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上４×１０¹⁹ｃｍ^-3以下含んで、かつ、該成長結晶側の界面領域での総転位密度が、該種結晶側の界面領域での総転位密度の１０倍未満であり、
前記成長結晶におけるアクセプター型不純物の濃度は、前記成長結晶側の界面領域から該インゴットの結晶成長先端側に向かって漸減することを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット。

【請求項2】

前記ドナー型不純物が窒素であり、前記アクセプター型不純物がアルミニウムである請求項１に記載の炭化珪素単結晶インゴット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、種結晶上に昇華再結晶法で炭化珪素単結晶を成長させたバルクの炭化珪素単結晶インゴットに関し、詳しくは、ドナー型不純物とアクセプター型不純物を共にドープさせた炭化珪素単結晶インゴットであって、種結晶と成長させた成長炭化珪素単結晶との界面近傍領域において、成長炭化珪素単結晶の転位密度が従来に比べて小さい炭化珪素単結晶インゴットに関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（以下、ＳｉＣ）は、２．２〜３．３ｅＶの広い禁制帯幅を有するワイドバンドギャップ半導体であり、その優れた物理的、化学的特性から、耐環境性半導体材料として研究開発が行われている。特に近年では、青色から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波電子デバイス、高耐圧・高出力電子デバイス等の材料として注目されており、ＳｉＣによるデバイス（半導体素子）作製の研究開発が盛んになっている。

【0003】

ＳｉＣデバイスの実用化を進めるにあたっては、大口径のＳｉＣ単結晶を製造することが不可欠であり、その多くは、種結晶を用いた昇華再結晶法（改良型レーリー法）によってバルクのＳｉＣ単結晶を成長させる方法が採用されている（非特許文献１参照）。すなわち、坩堝内にＳｉＣの昇華原料を収容し、坩堝の蓋体にはＳｉＣ単結晶からなる種結晶を取り付けて、原料を昇華させることで、再結晶により種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させる。そして、略円柱状をしたＳｉＣのバルク単結晶であるＳｉＣ単結晶インゴットを得た後、一般には、３００〜６００μｍ程度の厚さに切り出すことでＳｉＣ単結晶基板が製造され、電力エレクトロニクス分野等でのＳｉＣデバイスの作製に供されている。

【0004】

ところで、ＳｉＣ単結晶中には、マイクロパイプと呼ばれる成長方向に貫通した中空ホール状欠陥のほか、転位欠陥、積層欠陥等の結晶欠陥が存在する。これらの結晶欠陥はデバイス性能を低下させるため、その低減がＳｉＣデバイスへ応用する上で重要な課題となっている。このうち、転位欠陥には、貫通刃状転位、基底面転位、及びらせん転位が含まれる。例えば、市販されているＳｉＣ単結晶基板では、らせん転位が８×１０²〜３×１０³（個/cm²）、貫通刃状転位が５×１０³〜２×１０⁴（個/cm²）、基底面転位が２×１０³〜２×１０⁴（個/cm²）程度存在するとの報告がある（非特許文献２参照）。

【0005】

近年、ＳｉＣの結晶欠陥とデバイス性能に関する研究・調査が進み、転位欠陥がデバイスのリーク電流の原因となることや、ゲート酸化膜寿命を低下させることなどが報告されており（非特許文献３及び４参照）、高性能なＳｉＣデバイスを作製するには、転位密度を低減させたＳｉＣ単結晶インゴットが求められる。

【0006】

昇華再結晶法における転位の挙動について、種結晶と、種結晶上に成長した成長ＳｉＣ単結晶との界面において、成長ＳｉＣ単結晶では転位密度が種結晶と比較して大きく増加することが分かっている（非特許文献５参照）。転位密度の低減のためには、この成長ＳｉＣ単結晶における転位密度の増大を発生させない結晶成長が効果的である。特に、貫通刃状転位は界面で１０³（個/cm²）オーダーから１０⁵（個/cm²）オーダーまで１００倍以上に増大するため、界面での転位密度増大の抑制が行なえれば、貫通刃状転位の低減に非常に効果的であるといえる。

【0007】

ところで、昇華再結晶法によりドナー型不純物とアクセプター型不純物を共にドープさせて炭化珪素単結晶を成長させる方法が知られている（特許文献１、２参照）。このような方法では、ドナー型不純物、アクセプター型不純物のそれぞれの濃度を調整することにより、ＳｉＣ単結晶中に発生する基底面転位もしくは積層欠陥を低減させることができるとする。ところが、この特許文献１及び２では、種結晶と成長単結晶との界面近傍については考慮しておらず、転位欠陥が最も発生し易い界面近傍での転位増大の抑制が十分に行えないと考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４４６９３９６号

【特許文献2】特開２０１５−３０６４０号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vol. 52（1981）pp.146〜150

【非特許文献2】大谷昇、ＳｉＣ及び関連ワイドギャップ半導体研究会第１７回講演会予稿集、２００８、ｐ８

【非特許文献3】Q. Wahab et al. Appl. Phys. Lett 76（2000） 2725

【非特許文献4】デンソーテクニカルレビューＶｏｌ. １６ （２０１１） ９０

【非特許文献5】A. Gupta et al. Mater. Res. Soc. Symp. Proc.1246（2010） 1246-B01-01

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上述したように、昇華再結晶法による炭化珪素単結晶インゴットの製造では、種結晶と成長ＳｉＣ単結晶との界面において、成長ＳｉＣ単結晶側の転位密度が増大する傾向にある。そこで、本発明の目的は、種結晶と成長ＳｉＣ単結晶との界面近傍での転位の増大が抑制されたＳｉＣ単結晶インゴットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者等は、昇華再結晶法を用いて、成長させたＳｉＣ単結晶（成長結晶）と種結晶との界面における転位増大の抑制されたＳｉＣ単結晶インゴットを得るための手段について鋭意検討した結果、ドナー型不純物とアクセプタ−型不純物を共にドープさせた結晶について、種結晶と成長結晶とのドナー型不純物の濃度差がある程度大きい場合には、成長結晶側のアクセプター型不純物濃度をコントロールすることにより、種結晶と成長結晶との界面での転位の増大が抑制されたＳｉＣ単結晶インゴットが得られるようになることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0012】

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）炭化珪素単結晶基板からなる種結晶上に、炭化珪素単結晶が成長した成長結晶を備えた炭化珪素単結晶インゴットであって、種結晶と成長結晶との界面近傍の少なくとも該インゴットの直径方向中心部において、種結晶と成長結晶との界面から種結晶側に厚さ０．２ｍｍの界面領域は、ドナー型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下含み、また、種結晶と成長結晶との界面から成長結晶側に厚さ０．５ｍｍの界面領域は、ドナー型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上６×１０²⁰ｃｍ^-3以下含むと共にアクセプター型不純物を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上４×１０¹⁹ｃｍ^-3以下含んで、かつ、該成長結晶側の界面領域での総転位密度が、該種結晶側の界面領域での総転位密度の１０倍未満であることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット。
（２）前記成長結晶におけるアクセプター型不純物の濃度は、前記成長結晶側の界面領域から該インゴットの結晶成長先端側に向かって漸減する（１）に記載の炭化珪素単結晶インゴット。
（３）前記ドナー型不純物が窒素であり、前記アクセプター型不純物がアルミニウムである（１）又は（２）に記載の炭化珪素単結晶インゴット。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ＳｉＣ単結晶が成長した成長結晶と種結晶との界面近傍における転位の増大が抑制されたＳｉＣ単結晶インゴットを得ることができる。すなわち、本発明のＳｉＣ単結晶インゴットは、種結晶と成長結晶との界面近傍で発生する転位密度の増大の程度が従来に比べて抑制され、好適には増大を起こさないことから、成長初期の転位密度が大幅に低減される。そのため、例えば、転位密度の非常に小さい種結晶を用いれば、その転位密度をそのまま引き継いだＳｉＣ単結晶インゴットが得られるようになる。また、本発明のＳｉＣ単結晶インゴットは成長初期の転位密度が小さいため、成長初期の領域からも高品質なＳｉＣ単結晶基板を切り出せるようになることから、ＳｉＣ単結晶基板製造の歩留まりを向上させることができるなど、工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明のＳｉＣ単結晶インゴットを製造するための単結晶製造装置を示した断面模式図である。

【図2】図２は、単結晶製造装置における坩堝内の様子を示した模式説明図である。

【図3】図３（ａ）、（ｂ）は、実施例及び比較例で得られたＳｉＣ単結晶インゴットにおける種結晶と成長結晶との界面近傍での転位密度を評価する際に用いる評価用ＳｉＣ単結晶基板を切り出す様子を示した模式説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明についてより詳細に説明する。
本発明の目的は、ＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶上に昇華再結晶法によりＳｉＣ単結晶を成長させる際に、成長したＳｉＣ単結晶（単に「成長結晶」と言う）と種結晶との界面部分で転位の増大を抑制することである。先に述べたように、本発明者らは、ドナー型不純物とアクセプター型不純物を共にドープさせたＳｉＣ単結晶について、種結晶と成長結晶とのドナー型不純物の濃度差がある程度大きい場合、成長結晶側のアクセプター型不純物濃度をコントロールすることにより、種結晶と成長結晶との界面における転位増大の抑制が可能であることを見出した。

【0016】

種結晶と成長結晶との界面における転位欠陥の発生要因として、種結晶と成長結晶との格子定数の違いが可能性の一つとして挙げられている（Ohtani, et al. Journal of Crystal Growth, 386(2014)p.9）。例えば、この格子定数の違いは種結晶と成長結晶のドナー型不純物濃度の違いによって起こる。種結晶は、通常ポリタイプ安定性や抵抗率を保つためにドナー型不純物を原子数密度で１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下ドープさせて作製する。詳細は明らかではないが、成長開始時は種結晶よりも成長結晶のドナー型不純物濃度の方が高くなり（１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上６×１０²⁰ｃｍ^-3以下程度）、種結晶と成長ＳｉＣ単結晶との格子定数に違いが生じ、その歪みを緩和するために界面で転位が入ると考えられる。このことから、種結晶と成長結晶との界面で発生する転位欠陥を抑制するためには、種結晶と成長結晶との界面近傍領域で成長結晶側のドナー型不純物濃度が高くなることに起因する格子定数の違いを緩和する必要がある。

【0017】

そこで、本発明者らは、成長結晶側にアクセプター型不純物を添加することによって、種結晶と成長結晶との界面近傍でのドナー型不純物の濃度差による格子定数の変化を緩和し、種結晶と成長結晶との界面における転位欠陥の増大を抑制するようにしている。

【0018】

本発明において、昇華再結晶法によるＳｉＣ単結晶の成長における不純物の添加方法としては、ドナー型不純物の場合、アクセプター型不純物の場合、ともに様々な方法を用いることが可能である。例えば、昇華原料である粉末の炭化珪素原料中に不純物元素を含んだ粉末を添加したり、成長雰囲気中にガスとして不純物を添加することができる。

【0019】

ここで、種結晶と成長結晶との界面近傍において、少なくともインゴットの直径方向中心部では、種結晶と成長結晶との界面から種結晶側に厚さ０．２ｍｍの界面領域（以下、「種結晶側界面領域」と言う）と、種結晶と成長結晶との界面から成長結晶側に厚さ０．５ｍｍの界面領域（以下、「成長結晶側界面領域」と言う）とが、それぞれ次のような不純物濃度を備えるようにする。

【0020】

先ず、成長結晶側界面領域のアクセプター型不純物の濃度としては、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上４×１０¹⁹ｃｍ^-3以下となるようにする。このアクセプター型不純物濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3未満では、種結晶と成長結晶との界面における転位増大の抑制効果を得るのは難しく、反対に４×１０¹⁹ｃｍ^-3を超えると、４Ｈ型のポリタイプが不安定化して、デバイス利用に好適な結晶が得られない可能性がある。特に、種結晶と成長結晶との界面で４×１０¹⁹ｃｍ^-3を超えるアクセプター型不純物のドープを行おうとすると、インゴットの成長後半までアクセプター型不純物が一定濃度で残る可能性がある。つまり、ＳｉＣ単結晶インゴットにおいてドナー・アクセプターペアを形成し、バイポーラデバイスに重要なキャリア寿命の低下を引き起こす可能性がある。そのため、好ましくは、成長結晶におけるアクセプター型不純物の濃度は、成長結晶側界面領域からインゴットの結晶成長先端側に向かって漸減するのがよい。

【0021】

また、本発明におけるＳｉＣ単結晶インゴットは、成長結晶側界面領域のドナー型不純物の濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上６×１０²⁰ｃｍ^-3以下であり、種結晶側界面領域のドナー型不純物の濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下である。ＳｉＣの格子定数は１×１０¹⁹ｃｍ^-3近傍を境に大きく変化しており（T. Matsumoto et al., Materials Science Forum 645-648 (2010) 247-250）、この格子定数の違いにより種結晶と成長結晶との界面における歪が大きくなり転位が発生しやすくなるため、上記のとおり、成長結晶側界面領域におけるアクセプター型不純物の濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上４×１０¹⁹ｃｍ^-3以下となるようにする。なお、種結晶側界面領域のドナー型不純物の濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であれば格子定数の違いが小さいため特に制限されないが、上述したようにポリタイプ安定性や抵抗率を保つため１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であるのがよく、好ましくは１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上、さらに好ましくは１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であるのがよい。

【0022】

ここで、添加不純物については、公知のＳｉＣ単結晶の場合と同様のものを用いることができるが、濃度による格子歪の程度が最も近いとされている組合せとして、ドナー型不純物に窒素、アクセプター型不純物にアルミニウムを用いるのが好ましい。

【0023】

上述したように、本発明では、成長結晶側にアクセプター型不純物をドープすることにより（特に、成長結晶側界面領域にアクセプター型不純物をドープすることにより）、種結晶と成長結晶との界面における転位密度増大を抑制したＳｉＣ単結晶インゴットが得られるようになる。従来の方法では、種結晶と成長結晶との界面近傍、詳しくは、少なくともインゴットの直径方向中心部において、種結晶と成長結晶との界面から成長結晶側に厚さ０．５ｍｍの範囲内の成長結晶（成長結晶側界面領域）の総転位密度は、種結晶と成長結晶との界面から種結晶側に厚さ０．２ｍｍの範囲内の種結晶（種結晶側界面領域）の総転位密度の１０倍以上となってしまうが、本発明を用いることによりこれを１０倍未満に低減することが可能である。

【0024】

すなわち、本発明においては、特にＳｉＣ単結晶インゴットの直径方向中心部における種結晶と成長結晶との界面近傍での転位密度の増大を抑制することができ、なかでも、成長結晶側で発生する貫通刃状転位を従来法に比べて大幅に減らすことができ、成長結晶側界面領域で発生した貫通刃状転位密度が、種結晶側界面領域に存在する貫通刃状転位密度の１０倍未満である。
ここで、従来技術として成長初期に種結晶表面の一部、特に外周部において成長前にエッチング現象を起こす手法が知られている（Kato, et al. Journal of Crystal Growth, 233 (2001) p.219）。このエッチング現象は種結晶表面全面ではなく、外周部（直径方向中心から外周方向に向かって直径比で５０％より外側の領域）で起こる。エッチング領域では貫通刃状転位密度の増大が抑えられるため、本発明におけるＳｉＣ単結晶インゴットの直径方向中心部とは、より詳しくは該インゴットの直径方向中心から外周方向に向かって直径比で５０％以内の範囲である。

【0025】

このように、本発明によれば、少なくともインゴット直径方向の中心部における種結晶との界面近傍での転位密度の増加を抑制することができ、成長させたＳｉＣ単結晶の転位密度を種結晶の転位密度と同等レベルまで低減させることができる。特に、従来法において種結晶の界面近傍で増大している転位欠陥は貫通刃状転位であり、本発明ではこの貫通刃状転位の低減において極めて大きな効果を得ることができる。

【実施例】

【0026】

以下、実施例等に基づき本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例の内容に制限されるものではない。

【0027】

（実施例１）
図１は、本発明の実施例に係るＳｉＣ単結晶インゴットを製造するための装置であって、改良レーリー法（昇華再結晶法）による単結晶成長装置の一例を示す。結晶成長は、ＳｉＣの昇華原料１を誘導加熱により昇華させ、ＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶２上に再結晶させることにより行われる。また、図２には、昇華原料１と種結晶２が配される坩堝内部の構造を示す。種結晶２は黒鉛製の坩堝（黒鉛坩堝）４を形成する黒鉛蓋３の内面に取り付けられており、昇華原料１は黒鉛坩堝４の内部に充填される。この実施例１では、昇華原料１として用いるＳｉＣ粉末の上部にはアクセプター型不純物含有材料１２（例えばこの実施例１ではＡｌ₄Ｃ₃を使用）を質量比０．１％だけ設置した。この黒鉛坩堝４及び黒鉛蓋３は、熱シールドのために黒鉛製フェルト５で被膜されており、二重石英管６内部の黒鉛支持棒７の上に設置される。二重石英管６の内部を真空排気装置８によって真空排気した後、高純度Ａｒガス及び窒素ガスを配管９を介してマスフローコントローラ１０でＡｒ：窒素＝１５：１になるように制御しながら流入させ、石英管内圧力（成長雰囲気圧力）を真空排気装置８で調整して８０ｋＰａにした。この圧力下において、ワークコイル１１に電流を流して温度を上げ、種結晶２の温度が２２００℃になるまで上昇させた。その後、３０分かけて成長雰囲気圧力を１．３ｋＰａに減圧して、種結晶２の（０００−１）面を結晶成長面とする３０時間の結晶成長を行った。

【0028】

上記のプロセスにより、高さ９ｍｍ、口径５１ｍｍのＳｉＣ単結晶インゴットが得られた。得られたＳｉＣ単結晶インゴットについて、先ず、該インゴットから、種結晶からの高さで表される成長高さ２ｍｍの位置において、種結晶表面に平行に（すなわち４°のオフ角を有するように）評価用基板Ａを切り出した。得られた評価用基板Ａについて、５２０℃の溶融ＫＯＨに基板の全面が浸るように５分間浸して溶融ＫＯＨエッチングを行い、エッチングされた評価用基板Ａの表面を光学顕微鏡（倍率：80倍）で観察して転位密度を計測した。ここでは、J. Takahashi et al., Journal of Crystal Growth, 135, (1994), 61-70に記載されている方法に従い、貝殻型ピットを基底面転位、小型の６角形ピットを貫通刃状転位、中型・大型の６角形ピットをらせん転位として、エッチピット形状による転位欠陥を分類し、各転位密度を求めて、総欠陥密度（エッチピッド密度：EPD）を算出した。その結果、評価用基板Ａの外周から直径比で内側に５％のリング状領域（外周から幅2.55mmの領域）を除いた残りの領域でほぼ一様に転位密度が分散していることを確認した。なお、同様にして種結晶についても確認したところ、面内に転位密度は一様に分布していた。

【0029】

次に、図３（ａ）に示したように、上記で得られたＳｉＣ単結晶インゴットを、種結晶２のｃ軸のオフ方向と反対方向へ４°傾いた方向が結晶のｃ軸となるように切り出し（図中の斜め太実線が切り出し面を示す）、（０００１）面に種結晶と反対方向にオフ角を持つ評価用基板Ｂを得た。その際、評価用基板Ｂが種結晶の直径方向中心を通るようにして切り出し、評価用基板Ｂの表面には、種結晶からなる結晶領域と成長した成長ＳｉＣ単結晶からなる結晶領域とが含まれるようにして、図３（ｂ）に示したように、評価用基板Ｂの表面上のａ辺と種結晶の直径方向上のｂ辺とのなす角が８°であり、高さｈの直角三角形が形成される位置関係となるようにした。本切り出し方法を用いることにより、成長に従う転位密度の変化を連続的に観察することが可能となる。また、種結晶２と成長ＳｉＣ単結晶１６との界面１７も直接観察可能である。更に、成長方向の変化が実質的に１／ｓｉｎ８°（約７倍）に拡大されるため、より詳細な高精度の転位密度計測を行なうことができる。

【0030】

得られた評価用基板Ｂについて、先の評価用基板Ａと同様に、５２０℃の溶融ＫＯＨに基板の全面が浸るように５分間浸して溶融ＫＯＨエッチングを行い、エッチングされた基板Ｂの表面を、成長ＳｉＣ単結晶の高さ変化に沿うように、図３（ｂ）に示したａ辺（＝ｈ／sin8°）上の測定点を主に２ｍｍ（成長方向の高さｈの変化がおよそ０．３ｍｍに相当）ごとに光学顕微鏡（倍率：80倍）で観察して転位密度を計測した。結果を表１に示す。なお、表１中、界面からの測定位置（a=h/sin8°）、対応する高さ（h）、及び、中心からの距離（b=h/tan8°）がマイナスの値の測定点は、種結晶領域に相当する箇所であることを示す（直径方向中心における種結晶と成長SiC単結晶との界面であって、図３（ｂ）中、直径方向中心を通る垂線ｐと界面１７との交わる点がゼロになる）。

【0031】

【表1】

【0032】

表１に示した結果から分かるように、測定点iiiとivによれば、種結晶から成長ＳｉＣ単結晶への転位密度増大は、約２倍であった。すなわち、成長結晶側の界面領域での総転位密度は、種結晶側の界面領域での総転位密度の１０倍未満であると言える。そして、先の評価用基板Ａで確認した転位分布の一様性からすれば、種結晶２と成長ＳｉＣ単結晶１６との界面から少なくとも高さｈ＝１．６７ｍｍの成長ＳｉＣ単結晶領域では、インゴットの直径方向中心から外周方向に向かって直径比で９０％以内は上記と同様に転位の増大を抑制できていることになる。また、表１に示した評価用基板Ｂの結果からすれば、この実施例１で得られたＳｉＣ単結晶インゴットの直径方向中心から外周方向に向かって直径比で５０％以内の範囲（直径比50％の同心円の範囲）では、上記と同様に成長結晶側の界面領域での総転位密度は、種結晶側の界面領域での総転位密度の１０倍未満であると言える。

【0033】

また、上記の評価基板Ｂと同様の方法で更に評価基板Ｃを切り出し、種結晶からの成長高さが０．５ｍｍに対応する位置の成長ＳｉＣ単結晶についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、窒素濃度が３×１０²⁰ｃｍ^-3、アルミニウム濃度が２×１０¹⁹ｃｍ^-3であった。更には、種結晶部分については、種結晶の表面から厚さ０．２ｍｍの位置でＳＩＭＳ測定を行ったところ、窒素濃度８×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。更にまた、種結晶からの成長高さが１．０ｍｍ以上の点についても同様にＳＩＭＳ測定を行ったところ、アルミニウム濃度は１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であった。これは、昇華原料１の表面に配置したアクセプター型不純物含有材料１２は結晶成長の初期に消費されてしまったことを示しており、この実施例１では、特にバイポーラデバイスに好適な、ドナー・アクセプターペアが十分に抑制されたｎ型ＳｉＣが実現されていることを確認した。

【0034】

（比較例１）
比較例１では、昇華原料部分にアクセプター型不純物を含む材料を設置しなかった以外は実施例１と同様にして、ＳｉＣ単結晶インゴットを製造した。得られたＳｉＣ単結晶インゴットは実施例１と同様に（０００１）面に種結晶と反対方向にオフ角を持つように切り出して、評価用基板Ｂを得て、実施例１と同様にＫＯＨエッチングを行ない、光学顕微鏡で転位密度を計測した。結果を表２に示す。表２に示した結果から分かるように、測定点iiiとivによれば、種結晶から成長ＳｉＣ単結晶への転位密度増大は約５８倍に増大していることが分かった。

【0035】

【表2】

【符号の説明】

【0036】

１：昇華原料、２：種結晶、３：黒鉛蓋、４：黒鉛坩堝、５：黒鉛製フェルト、６：二重石英管、７：黒鉛支持棒、８：真空排気装置、９：配管、１０：マスフローコントローラ、１１：ワークコイル、１２：アクセプター型不純物を含む材料、１６：成長ＳｉＣ単結晶（成長結晶）、１７：界面。

【図1】

【図2】

【図3】