特許 7363423 炭化珪素単結晶の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】炭化珪素単結晶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20231011BHJP

   C30B 25/16 20060101ALI20231011BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20231011BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20231011BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B25/16

C23C16/42

H01L21/205

H01L21/66 L

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019218213

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2021088469

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-03-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀合 慧祥

(72)【発明者】

【氏名】徳田 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】土田 秀一

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 功穂

(72)【発明者】

【氏名】星乃 紀博

【審査官】安齋 美佐子

(56)【参考文献】

【文献】特許第６５８５７９９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－０４１９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－００２７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０９４７６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応炉内に種結晶を配置することと、
前記種結晶の表面に、Ｓｉ原料ガスとＣ原料ガスを導入することで、ガス成長法によって炭化珪素単結晶（２０）を成長させることと、を含み、
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、
前記反応炉内における前記炭化珪素単結晶の成長表面が２５００℃以上となる温度下とし、前記反応炉内に、ｎ型の不純物ドーパントとキャリアガスとしてのＨ_２を導入することでｎ型不純物濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３以上となり、電子励起に対して室温での電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光ピークを持つＰＬスペクトルとなり、かつ、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光を持つのに加えて、３８５～４０８ｎｍ波長のバンド端発光ピークと４８０～５８０ｎｍ波長の発光を持つＰＬスペクトルとなり、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光のピーク強度Ｉ１ｐと４８０～５８０ｎｍ波長で最大の発光強度Ｉ２ｐとの強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐが、
（数１）
Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ＞１
を満たす前記炭化珪素単結晶を成長させる、炭化珪素単結晶の製造方法。

【請求項2】

反応炉内に種結晶を配置することと、
前記種結晶の表面に、Ｓｉ原料ガスとＣ原料ガスを導入することで、ガス成長法によって炭化珪素単結晶（２０）を成長させることと、を含み、
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、
前記反応炉内における前記炭化珪素単結晶の成長表面が２５００℃以上となる温度下とし、前記反応炉内に、ｎ型の不純物ドーパントとキャリアガスとしてのＨ_２を導入することでｎ型不純物濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３以上となり、電子励起に対して室温での電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光ピークを持つＰＬスペクトルとなり、かつ、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光を持つのに加えて、３８５～４０８ｎｍ波長のバンド端発光ピークと４８０～５８０ｎｍ波長の発光を持つＰＬスペクトルとなり、６５０～７５０ｎｍ波長での近赤外のＰＬ発光の強度Ｉ１ｐの積分値のΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）と４８０～５８０ｎｍ波長で最大の発光強度Ｉ２ｐの積分値のΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）との積分強度比ΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）／ΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）が、
（数２）
ΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）／ΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）＞１
を満たす前記炭化珪素単結晶を成長させる、炭化珪素単結晶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェハとしてＳｉＣ単結晶ウェハを用いてＳｉＣデバイスを作成する場合、ＳｉＣ単結晶ウェハに対して、デバイス品質に影響を与える項目の評価が行われる。その項目として、ＳｉＣ単結晶基板の転位密度の評価がある。ＳｉＣ単結晶ウェハの面内において転位密度が高い場所は良好な特性のＳｉＣデバイスが得られない可能性があるため、予め転位密度の高い場所を特定しておき、その部分についてはチップとして取り出さないなどの措置がとられる。このため、ＳｉＣデバイス形成に先立ち、予めＳｉＣ単結晶ウェハの面内における転位密度の評価が行われている。

【0003】

転位密度の評価については簡便な評価方法によって行えると好ましいが、ＳｉＣ単結晶中に含まれる不純物が多い場合など、検査手法が限られてしまう場合がある。その場合、例えばＫＯＨエッチングによる破壊検査（例えば、特許文献１参照）や放射光施設を使用したトポグラフィによる転位密度評価が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１６４１２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ＫＯＨエッチングを行う場合には破壊検査になってしまうし、トポグラフィによる転位密度評価では放射光施設という大型設備の使用が必要になる。

【0006】

本発明は上記点に鑑みて、破壊検査を行わなくても良く、放射光設備という大型設備を使用しなくても転位密度評価を行うことができる炭化珪素単結晶の製造方法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】

【0007】

上記目的を達成するため、請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法では、反応炉内に種結晶を配置することと、種結晶の表面に、Ｓｉ原料ガスとＣ原料ガスを導入することで、ガス成長法によってＳｉＣ単結晶（２０）を成長させることと、を含んでいる。より詳しくは、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法では、反応炉内におけるＳｉＣ単結晶の成長表面が２５００℃以上となる温度下とし、反応炉内に、ｎ型の不純物ドーパントとキャリアガスとしてのＨ _２ を導入することでｎ型不純物濃度が５×１０ ^１８ ｃｍ ^－３ 以上となり、電子励起に対して室温での電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ（Photoluminescence）発光ピークを持つＰＬスペクトルとなり、かつ、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光を持つのに加えて、３８５～４０８ｎｍ波長のバンド端発光ピークと４８０～５８０ｎｍ波長の発光を持つＰＬスペクトルとなり、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光のピーク強度Ｉ１ｐと４８０～５８０ｎｍ波長で最大の発光強度Ｉ２ｐとの強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐが、Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ＞１を満たすＳｉＣ単結晶を成長させる。また、請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法では、反応炉内におけるＳｉＣ単結晶の成長表面が２５００℃以上となる温度下とし、反応炉内に、ｎ型の不純物ドーパントとキャリアガスとしてのＨ _２ を導入することでｎ型不純物濃度が５×１０ ^１８ ｃｍ ^－３ 以上となり、電子励起に対して室温での電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光ピークを持つＰＬスペクトルとなり、かつ、６５０～７５０ｎｍ波長の近赤外のＰＬ発光を持つのに加えて、３８５～４０８ｎｍ波長のバンド端発光ピークと４８０～５８０ｎｍ波長の発光を持つＰＬスペクトルとなり、６５０～７５０ｎｍ波長での近赤外のＰＬ発光の強度Ｉ１ｐの積分値のΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）と４８０～５８０ｎｍ波長で最大の発光強度Ｉ２ｐの積分値のΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）との積分強度比ΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）／ΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）が、ΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）／ΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）＞１を満たすＳｉＣ単結晶を成長させる。

【0008】

このように、電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍにＰＬ発光ピークを持つＰＬスペクトルのＳｉＣ単結晶とすることで、ＰＬイメージングによるコントラストを大きくすることができる。したがって、非破壊で転位密度を評価することができると共に、大型設備の使用の必要も無く、励起光とカメラなどを備えた簡素な評価装置によるＰＬイメージングによって転位密度評価を行うことが可能となる。
そして、ガス成長法によってＳｉＣ単結晶インゴットを形成し、反応炉内におけるＳｉＣ単結晶の成長表面が２５００℃以上となるような成長を行うと、成長結晶内におけるＳｉ抜けもしくはＣ抜けが多くなる。このため、ＳｉＣ単結晶インゴットや、それをスライスして切り出したＳｉＣ単結晶ウェハ中の真性点欠陥、つまりＳｉ空孔もしくはＣ空孔による点欠陥の密度が高くなる。これにより、より的確にＰＬイメージングによって転位密度評価を行うことが可能となる。

【0009】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態で説明するＤＡペア発光のピーク強度がＰＬ発光のピーク強度よりも高くなる場合のＰＬスペクトル波形図である。

【図2】ＤＡペア発光のピーク強度よりもＰＬ発光のピーク強度が高くなる場合のＰＬスペクトル波形図である。

【図3】ＰＬスペクトル測定装置の模式図である。

【図4】ＰＬイメージング評価装置の模式図である。

【図5】ＰＬイメージングを行って得た撮影画像図である。

【図6】ＰＬイメージングを行って得たＰＬスペクトル波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0012】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。ここでは、転位密度の簡便な評価方法であるＰＬイメージング、すなわち結晶欠陥をＰＬによって可視化できるＳｉＣ単結晶およびその製造方法について説明する。なお、ここでいうＳｉＣ単結晶は、薄板化した後のＳｉＣ単結晶ウェハであっても良いし、長尺なＳｉＣ単結晶インゴットであっても良い。

【0013】

ＰＬイメージングは、ＳｉＣ単結晶ウェハもしくはＳｉＣ単結晶インゴットなどのＳｉＣ単結晶の試料の表面に励起光となる紫外光を照射した際のＰＬ強度の面内分布をカメラによって撮影し、二次元イメージとして得る手法である。ＰＬイメージングによって得られた二次元イメージとなる撮影画像において、転位が無い部分は明るく、転位がある部分は暗くなるため、そのコントラストに基づいて転位密度を評価することが可能となる。ＰＬイメージングは、非破壊で転位密度を評価することができると共に、励起光とカメラなどを備えた簡素な評価装置があれば良いため、大型設備の使用も不要である。

【0014】

しかしながら、ＰＬイメージングによる転位密度の検査では、二次元イメージとなる撮影画像中において、転位が存在する部分と存在しない部分のコントラストが大きくないと的確に転位密度を評価できない。

【0015】

このため、本発明者らは、転位が存在する部分と存在しない部分のコントラストが大きくなるようにすべく、鋭意検討を行った。その結果、室温での電子線励起に対し、近赤外となる波長６５０～７５０ｎｍにおいてＰＬ発光ピークを持ち、このＰＬ発光ピークが波長４８０～５８０ｎｍのＤＡペア発光ピークよりも相対強度が大きいと、コントラストを大きくできることを見出した。

【0016】

具体的には、ＰＬイメージングによる転位密度の検査において、コントラストを大きくするためには近赤外となる波長６５０～７５０ｎｍでのＰＬ発光ピークと、波長４８０～５８０ｎｍのＤＡペア発光ピークが関係していることが確認された。転位の無い場合に近赤外となる波長６５０～７５０ｎｍにＰＬ発光ピークを持つことにより、転位が無い部分でのＰＬ強度が高くなる。このため、転位の存在する部分とのＰＬ強度差が大きくなって、コントラストが大きくなった。これにより、容易に転位密度評価を行うことが可能となった。

【0017】

これに対して、転位の無い場合に近赤外となる波長６５０～７５０ｎｍのピークを持たない場合には、転位が無い部分でのＰＬ強度があまり高くならず、転位の存在する部分とのＰＬ強度差が小さくなって、コントラストが小さくなった。また、近赤外となる波長６５０～７５０ｎｍのピークを持っていたとしても、小さなピークであると、同様にコントラストが小さくなった。このため、転位密度評価を的確に行うことができなかった。

【0018】

図１は、コントラストが小さかった場合のＰＬスペクトル測定結果を示している。また、図２は、コントラストが大きかった場合のＰＬスペクトル測定結果を示している。ＰＬスペクトル測定については、図３に示すように、レーザ出力源１０と、波長フィルタ１１、集光レンズ１２、分光機能を有する検出器１３を有したＰＬスペクトル測定装置を用いて行っている。レーザ出力源１０から、波長フィルタ１１を通して所定の波長域の励起光を照射できるようになっている。そして、ＳｉＣ単結晶ウェハ２０の表面に励起光を照射することで電子を励起して再結合が生じた際の発光を集光レンズ１２で集光し、それが検出器１３に入射されることで分光した各波長のＰＬスペクトルが測定されるようになっている。

【0019】

ここでは、室温、例えば－１０～４０℃の温度下で、ＳｉＣ単結晶ウェハ２０の表面にバンド端エネルギーより高エネルギー励起光、例えば波長３２５ｎｍのＨｅ－Ｃｄレーザで電子を励起して再結合により発光するＰＬスペクトルを測定した。

【0020】

図１に示す結果では、ＰＬスペクトルを測定した際に、波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光のピーク強度が波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光のピーク強度よりも大きくなっている。このような場合には、ＰＬ発光ピークが無くなったり不明確になったりしていた。これは、波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光のピーク強度が大きいために、波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光ピークが影響を受けたためと考えられる。このような場合には、ＰＬイメージングでのコントラストが小さくなって、転位密度評価が的確に行えなくなる。

【0021】

一方、図２に示す結果では、波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光のピーク強度よりも波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光のピーク強度の方が大きくなっており、明確なＰＬ発光ピークを持っていた。このような場合には、ＰＬイメージングでのコントラストが大きくなって、転位密度評価を的確に行えた。

【0022】

これらの知見に基づき、ＰＬイメージングでのコントラストを大きくできる範囲について、実験等に基づいて考察した。その結果、波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光の強度をＩ１、波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光の強度をＩ２とし、それぞれのピーク強度をＩ１ｐ、Ｉ２ｐとして、Ｉ１ｐがＩ２ｐ以上だと十分なコントラストが得られた。つまり、Ｉ１ｐとＩ２ｐの強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐが、Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ≧１の関係を満たしていると、ＰＬイメージングを行うことが可能なコントラストが得られた。

【0023】

さらに、強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐが大きいほど好ましく、Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ≧１０の関係を満たすようにすると、よりＰＬイメージングにおいて十分なコントラストが得られた。これにより、転位密度評価における検査工程において、より明確に転位密度を測定できるコントラストを得ることができた。

【0024】

具体的に、図４に示すＰＬイメージング評価装置を用いてＳｉＣ単結晶ウェハ２０に対してＰＬイメージングを行った。これにより得られた撮影画像およびＰＬスペクトル波形を図５、図６に示す。

【0025】

図４に示すように、ＰＬイメージング評価装置については、例えば励起光出力源３０と、波長フィルタ３１、波長フィルタ３２およびＣＣＤカメラ３３を有した構成とされている。励起光出力源３０から、波長フィルタ３１を通して所定の波長域の励起光、例えば水銀ランプから３１３ｎｍの波長を取り出して紫外光を照射できるようになっている。そして、ＳｉＣ単結晶ウェハ２０の表面に紫外光を照射し、波長フィルタ３２を通じてＳｉＣ単結晶ウェハ２０の表面の発光状態をＣＣＤカメラ３３で撮影することで、撮影画像やＰＬスペクトル波形を得ることができるようになっている。波長フィルタ３２については、より６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光を明確にするために、６５０～７５０ｎｍのロングパスフィルタを用いている。

【0026】

図５に示すように、ＰＬイメージングにおける撮影画像のコントラストが大きくなっていて、各種転位が確認出来ることが判る。例えば、黒色の点として確認されるのは、ＴＥＤ（貫通刃状転位）２１もしくはＴＳＤ（貫通らせん転位）２２であり、黒色の線として確認されるのはＢＰＤ（基底面転位）２３である。この撮影画像に示されるように、転位２１～２３が存在する部分とそれ以外の存在しない部分とのコントラストが大きくなる。このため、転位２１～２３を確認し易くなり、転位密度の評価を容易に行うことが可能になる。この場合、図６に示すように、ＰＬイメージングを行ったときのＰＬスペクトルを確認すると判るように、６５０～７５０ｎｍ波長、図中では６８０ｎｍにおいてＰＬ発光ピークを取っていた。このことからも、Ｉ１ｐ、Ｉ２ｐが上記関係を満たすようにすることで、ＰＬイメージングでのコントラストが大きくなって、ＰＬマッピングにより転位密度評価を的確に行うことができると言える。

【0027】

また、上記したように、６５０～７５０ｎｍ波長のロングパスフィルタを用いてＰＬイメージングを得る場合、Ｓｉ空孔に起因するＳｉコア転位の場合は低波長側に、Ｃ空孔に起因するＣコア転位の場合は長波長側にスペクトルが現れる。これを利用してＰＬイメージングの際に転位の分離をすることもできる。そのため、転位の存在により、近赤外スペクトルを検出するため、４８０～５８０ｎｍ波長付近にピークを持つＤＡペア発光のスペクトルと区別できるように、６５０～７５０ｎｍ波長でピークを持つＳｉＣ単結晶ウェハであると好ましい。

【0028】

なお、ここでは、ＰＬイメージングにおいて必要なコントラストが得られる条件について、波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光のピーク強度Ｉ１ｐと波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光のピーク強度Ｉｐ２で表した。これに限らず、ＰＬ発光とＤＡペア発光の各周波数帯域の積分値によって表すこともできる。例えば、波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光の強度Ｉ１の積分値をΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）、波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光の強度の積分値をΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）で表すことができる。その場合、積分強度比は、ΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）／ΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）で表され、次式を満たすようにすることで、ＰＬイメージングにおいて必要なコントラストを得ることができる。

【0029】

（数１）
ΣＩ１（６５０～７５０ｎｍ）／ΣＩ２（４８０～５８０ｎｍ）≧１
また、図３に示すＰＬスペクトル測定装置にてバンド端エネルギーより高エネルギーの励起光を用いてＰＬスペクトル測定を行った際に、図２に示されるように、３８５～４０８ｎｍにピークを有するバンド端発光を有していることも判る。このように、バンド端に発光ピークを有していることにより、顕微鏡でしか観察できない微小なポリタイプ、すなわち結晶多形を判別することも可能である。

【0030】

このように、室温での電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍにＰＬ発光ピークを持つＰＬスペクトルのＳｉＣ単結晶ウェハ２０を用いるようにすることで、ＰＬイメージングによるコントラストを大きくすることができる。したがって、非破壊で転位密度を評価することができると共に、大型設備の使用も必要なく、励起光とカメラなどを備えた簡素な評価装置によるＰＬイメージングによって転位密度評価を行うことが可能となる。

【0031】

より詳細には、波長６５０～７５０ｎｍでのＰＬ発光のピーク強度Ｉ１ｐと波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光のピーク強度Ｉ２ｐとの強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐが、Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ≧１の関係を満たすようにする。これにより、ＰＬイメージングを行うことが可能なコントラストを得ることができる。より好ましくは、強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐが、Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ≧１０の関係を満たすようにすれば、よりコントラストを大きくすることができ、より明確に転位密度を測定できるコントラストを得ることができる。

【0032】

さらに、３８５～４０８ｎｍのバンド端発光ピークを有するようにすることで、微小なポリタイプの判別も可能とすることができる。

【0033】

なお、ここではＳｉＣ単結晶ウェハ２０について説明したが、ＳｉＣ単結晶インゴットについても同様のことが言える。すなわち、室温での電子励起に対して、６５０～７５０ｎｍにＰＬ発光ピークを持つＰＬスペクトルのＳｉＣ単結晶インゴットを用いることで、ＰＬイメージングによって転位密度評価を行うことが可能となる。

【0034】

また、このようなＳｉＣ単結晶インゴットについては、ガス成長法によって製造すると好ましい。ガス成長法は、カーボンなどで構成された反応炉内にＳｉＣの原料ガスを供給し、ＳｉＣ単結晶で構成された種結晶の表面にＳｉＣ単結晶インゴットを成長させる方法である。例えば、反応炉の上方側に位置する台座に種結晶を貼り付け、ＳｉＣの成長ガスとして、シラン（ＳｉＨ_４）などのＳｉ原料ガスとプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）などのＣ原料ガスを反応炉の下方から導入する。そして、反応炉内の少なくとも一部、例えば成長表面が２５００℃以上、例えば２５００～２８００℃の環境下となるようにＳｉＣ単結晶インゴットを成長させる。

【0035】

このようなガス成長法によってＳｉＣ単結晶インゴットを形成し、反応炉内の少なくとも一部が２５００℃以上となるような成長を行うと、成長結晶内におけるＳｉ抜けもしくはＣ抜けが多くなる。このため、ＳｉＣ単結晶インゴットや、それをスライスして切り出したＳｉＣ単結晶ウェハ中の真性点欠陥、つまりＳｉ空孔もしくはＣ空孔による点欠陥の密度が高くなる。この真性点欠陥がＰＬイメージングの際に赤外光発光を明るくさせ、コントラストを大きくできていると考えられる。特に、高温での処理により点欠陥が動き、転位近辺に移動することで、転位の無い部分では発光が強くなり、よりコントラストが得られる。このため、Ｓｉ空孔もしくはＣ空孔による点欠陥密度が高くなることで、より的確にＰＬイメージングによって転位密度評価を行うことが可能となる。

【0036】

また、ガス成長法によってＳｉＣ単結晶インゴットを成長させる際に、不純物ドーパントとなるもの、例えばｎ型ドーパントとなる窒素（Ｎ_２）を導入することで、ＳｉＣ単結晶インゴットをｎ型ＳｉＣで構成できる。また、このときにキャリアガスとしてＨ_２（水素）を導入することで、導入ガス流速のばらつきを抑えられ、ｎ型ＳｉＣの不純物濃度の均一化が図れる。

【0037】

実験によれば、ガス成長法により５×１０ ^１８ ｃｍ^－３以上という比較的高いｎ型不純物濃度が含まれるＳｉＣ単結晶インゴットについても製造できている。そして、そのようなＳｉＣ単結晶インゴットをスライスしたＳｉＣ単結晶ウェハについてＰＬスペクトル測定を行った。ここでは、上記と同様、室温下において、ＳｉＣ単結晶ウェハの表面にバンド端エネルギーより波長３２５ｎｍのＨｅ－Ｃｄレーザを照射し、電子を励起して再結合により発光するＰＬスペクトルを測定した。その結果、波長４８０～５８０ｎｍでのＤＡペア発光のピーク強度Ｉ２ｐよりも波長６５０～７５０ｎｍのＰＬ発光のピーク強度Ｉ１ｐの方が大きく、強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ≧１となっており、明確なＰＬ発光ピークを持っていた。

【0038】

そして、このようなＳｉＣ単結晶ウェハについて、ＰＬイメージングを行ったところ、大きなコントラストが得られ、的確に転位密度評価を実施することができた。

【0039】

ｎ型不不純物濃度が高い場合、不純物由来のピークを高くしてしまうため、ＰＬイメージングを行うことが困難である。しかしながら、本実施形態のように、強度比Ｉ１ｐ／Ｉ２ｐ≧１となっているＳｉＣ単結晶ウェハとすることで、ｎ型不純物濃度が高くても、ＰＬイメージングのコントラストを大きくでき、的確に転位密度評価を実施することができた。このため、ガス成長法により、少なくとも反応炉内の一部が２５００℃以上となる条件下で成長させた５×１０ ^１８ ｃｍ^－３以上という比較的高いｎ型不純物濃度が含まれるＳｉＣ単結晶インゴットであっても、的確に転位密度評価を実施できる。

【0040】

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0041】

例えば、上記実施形態では、ＰＬスペクトル測定装置やＰＬイメージング評価装置の一例を示したが、これに限るものではなく、他の構成のものを用いても良い。また、４８０～５８０ｎｍ波長の発光については、必ずしもピークを持つ必要は無い。その場合、上記したピーク強度Ｉ２ｐについては、４８０～５８０ｎｍ波長で最大の発光強度とすれば良い。

【符号の説明】

【0042】

１０ レーザ出力源
１１ 波長フィルタ
１２ 集光レンズ
１３ 検出器
２０ ＳｉＣ単結晶ウェハ
３０ 励起光出力源
３１ 波長フィルタ
３２ 波長フィルタ
３３ ＣＣＤカメラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】