JP2017019691A - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素単結晶基板３０が準備される。炭化珪素単結晶基板３０上にエピタキシャル成長により炭化珪素層１０が形成される。炭化珪素層１０を形成する工程では、第１時点ａ１において、炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１になり、第１時点よりも後の第２時点ａ２において、炭化珪素層１０の成長速度は、第２成長速度Ｖ２になり、第２時点よりも後の第３時点ａ３において、炭化珪素層１０の成長速度は、第３成長速度Ｖ３になる。第２成長速度Ｖ２は、第１成長速度Ｖ１および第３成長速度Ｖ３よりも小さい。第１時点ａ１から第３時点ａ３までの間、正の成長速度が維持される。【選択図】図１５

Description

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法に関する。

近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。たとえば特開２０１１−２４３７７１号公報（特許文献１）は、ベース基板上に炭化珪素エピタキシャル成長層を形成する方法を開示している。

特開２０１１−２４３７７１号公報

本開示の目的は、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を提供することである。

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素単結晶基板が準備される。炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル成長により炭化珪素層が形成される。炭化珪素層を形成する工程では、第１時点において、炭化珪素層の成長速度は、第１成長速度になり、第１時点よりも後の第２時点において、炭化珪素層の成長速度は、第２成長速度になり、第２時点よりも後の第３時点において、炭化珪素層の成長速度は、第３成長速度になる。第２成長速度は、第１成長速度および第３成長速度よりも小さい。第１時点から第３時点までの間、正の成長速度が維持される。

本開示によれば、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造工程の第１工程を示す斜視模式図である。 基底面転位を説明するための模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造工程の第１工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造工程の第２工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造工程の第３工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造工程の第４工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造工程の第５工程を示す断面模式図である。 炭化珪素層の成長速度と時間との関係を概略的に示す図である。 水素流量（上段）、シラン流量（中段）およびプロパン流量（下段）と、時間との関係を概略的に示す図である。 炭化珪素層の成長速度と時間との関係の第１変形例を概略的に示す図である。 水素流量（上段）、シラン流量（中段）およびプロパン流量（下段）と、時間との関係の第１変形例を概略的に示す図である。 炭化珪素層の成長速度と時間との関係の第２変形例を概略的に示す図である。 水素流量（上段）、シラン流量（中段）およびプロパン流量（下段）と、時間との関係の第２変形例を概略的に示す図である。 炭化珪素層の成長速度と時間との関係の第３変形例を概略的に示す図である。 炭化珪素層の成長速度と時間との関係の第４変形例を概略的に示す図である。

［実施形態の説明］
（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素単結晶基板３０が準備される。炭化珪素単結晶基板３０上にエピタキシャル成長により炭化珪素層１０が形成される。炭化珪素層１０を形成する工程では、第１時点ａ１において、炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１になり、第１時点よりも後の第２時点ａ２において、炭化珪素層１０の成長速度は、第２成長速度Ｖ２になり、第２時点よりも後の第３時点ａ３において、炭化珪素層１０の成長速度は、第３成長速度Ｖ３になる。第２成長速度Ｖ２は、第１成長速度Ｖ１および第３成長速度Ｖ３よりも小さい。第１時点ａ１から第３時点ａ３までの間、正の成長速度が維持される。

炭化珪素単結晶基板３０には、通常、転位が存在している。炭化珪素に存在する転位としては、転位線の方向が｛０００１｝面内に平行である基底面転位と、転位線の方向が｛０００１｝面に対して概ね垂直である貫通刃状転位および貫通螺旋転位が知られている。貫通刃状転位と基底面転位とは、バーガースベクトルが等しい。そのため、貫通刃状転位と基底面転位とは、転位線の方向によって区別され得る。

基底面転位が炭化珪素エピタキシャル基板に存在すると、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるバイポーラデバイスの信頼性が低下する。具体的には、基底面転位は、Ｐ型領域とＮ型領域との界面において積層欠陥に伸展し、バイポーラデバイスの信頼性が低下する場合がある。一方、貫通刃状転位は、炭化珪素エピタキシャル基板に存在していても、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるバイポーラデバイスの信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素単結晶基板に存在する基底面転位を貫通刃状転位に転換し、基底面転位の数を低減することが望ましい。

上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１時点ａ１において、炭化珪素層１０（バッファ層）の成長速度は、第１成長速度Ｖ１になり、第１時点よりも後の第２時点ａ２において、炭化珪素層１０の成長速度は、第２成長速度Ｖ２になり、第２時点よりも後の第３時点ａ３において、炭化珪素層１０の成長速度は、第３成長速度Ｖ３になる。第２成長速度Ｖ２は、第１成長速度Ｖ１および第３成長速度Ｖ３よりも小さい。

炭化珪素単結晶基板３０上に炭化珪素層１０をエピタキシャル成長により形成する際、炭化珪素単結晶基板３０に存在していた基底面転位は、炭化珪素層１０に伝播する。炭化珪素層１０の成長速度を第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２に低減すると、基底面転位に作用する鏡像力が大きくなる。そのため、基底面転位の伝播方向は、基底面に平行な方向から、炭化珪素層１０の結晶成長表面に対してほぼ垂直な方向に変化しやすくなる。つまり、炭化珪素層の成長速度を遅くすることで、基底面転位に作用する鏡像力を高め、基底面転位が貫通刃状転位に転換されやすい環境とすることができる。これにより、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上することができる。

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１成長速度Ｖ１を第２成長速度Ｖ２で除した値は、２以上１００以下であってもよい。

（３）上記（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１成長速度Ｖ１を第２成長速度Ｖ２で除した値は、５以上２０以下であってもよい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間に形成される炭化珪素層１０の領域１１の厚みは、０．１μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造時間を短縮することができる。結果として、炭化珪素エピタキシャル基板５０の低コスト化を実現することができる。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、炭化珪素層１０を形成する工程では、第３時点ａ３よりも後の第４時点ａ４において、炭化珪素層１０の成長速度は、第４成長速度Ｖ４になり、第４時点ａ４よりも後の第５時点ａ５において、炭化珪素層１０の成長速度は、第５成長速度Ｖ５になってもよい。第４成長速度Ｖ４は、第３成長速度Ｖ３および第５成長速度Ｖ５よりも小さくてもよい。第３時点ａ３から第５時点ａ５までの間、正の成長速度が維持されてもよい。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、炭化珪素層１０を形成する工程は、第１時点ａ１よりも前に、第１成長速度Ｖ１よりも小さい第６成長速度Ｖ６で一定時間保持される工程を含んでいてもよい。

（７）上記（６）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１成長速度Ｖ１を第６成長速度Ｖ６で除した値は、２以上１００以下であってもよい。

（８）上記（７）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１成長速度Ｖ１を第６成長速度Ｖ６で除した値は、５以上２０以下であってもよい。

（９）上記（１）〜（８）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。

（１０）上記（１）〜（９）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法において、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間に形成される炭化珪素層１０の領域１１の厚み方向において、領域１１中の窒素濃度の最大値と最小値との差の絶対値を、領域１１中の窒素濃度の平均値で除した値は、１以下であってもよい。
［実施形態の詳細］
以下、図面に基づいて実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。本明細書中においては、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

まず、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
図１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０は、炭化珪素単結晶基板３０と、第１炭化珪素層１０と、第２炭化珪素層２０とを主に有している。第１炭化珪素層１０は、炭化珪素単結晶基板３０上にある。第１炭化珪素層１０は、たとえばバッファ層である。第１炭化珪素層１０は、エピタキシャル成長により炭化珪素単結晶基板３０に接して形成されたエピタキシャル層である。第２炭化珪素層２０は、たとえばドリフト層である。第２炭化珪素層２０は、第１炭化珪素層１０上にある。第２炭化珪素層２０は、エピタキシャル成長により第１炭化珪素層１０に接して形成されたエピタキシャル層である。第１炭化珪素層１０は、炭化珪素単結晶基板３０および第２炭化珪素層２０に挟まれている。第２炭化珪素層２０が、炭化珪素エピタキシャル基板５０の表面Ｓ７を構成する。炭化珪素単結晶基板３０が、炭化珪素エピタキシャル基板５０の裏面Ｓ２を構成する。

炭化珪素単結晶基板３０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板３０の表面Ｓ１は、たとえば基底面からオフ角だけ傾斜した面である。基底面は、たとえば｛０００１｝面であり、特定的には（０００１）面である。オフ角は、たとえば２°以上８°以下である。オフ方向は、＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１１−２０＞方向であってもよい。表面Ｓ１および裏面Ｓ２の最大径は、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。

炭化珪素単結晶基板３０と、第１炭化珪素層１０と、第２炭化珪素層２０とは、たとえば窒素などのｎ型不純物を含む。炭化珪素単結晶基板３０が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０^１９ｃｍ^−３である。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度は、第１炭化珪素層１０が含むｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。第１炭化珪素層１０が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０^１８ｃｍ^−３である。第１炭化珪素層１０が含むｎ型不純物の濃度は、第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。第２炭化珪素層２０が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０^１５ｃｍ^−３以上２×１０^１６ｃｍ^−３以下である。

炭化珪素単結晶基板３０の厚みは、たとえば３５０μｍ以上５００μｍ以下である。第１炭化珪素層１０の厚みは、たとえば０．１μｍ以上２０μｍ以下である。第２炭化珪素層２０の厚みは、第１炭化珪素層１０の厚みよりも大きくてもよい。第２炭化珪素層２０の厚みは、たとえば１μｍ以上１５０μｍ以下である。炭化珪素単結晶基板３０の厚みは、第２炭化珪素層２０の厚みよりも大きくてもよい。第１炭化珪素層１０は、炭化珪素単結晶基板３０上に設けられた第１部分１と、第１部分１上に設けられた第２部分２と、第２部分２上に設けられた第３部分とを有していてもよい。

炭化珪素単結晶基板３０は、複数の基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を含んでいてもよい。基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の多くは、第１炭化珪素層１０において、貫通刃状転位Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６に転換されている。好ましくは、全ての基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が、第１炭化珪素層１０において、貫通刃状転位Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６に転換されている。基底面転位Ｂ１は、第１部分１および第２部分２の境界付近で、貫通刃状転位Ｂ４に転換されていてもよい。基底面転位Ｂ２は、第２部分２および第３部分３の境界付近で、貫通刃状転位Ｂ５に転換されていてもよい。基底面転位Ｂ３は、第３部分３および第２炭化珪素層２０の境界付近で、貫通刃状転位Ｂ５に転換されていてもよい。第１炭化珪素層１０は、基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３および貫通刃状転位Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６を含んでいてもよい。第２炭化珪素層２０は、貫通刃状転位Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６を含んでいてもよい。好ましくは、第２炭化珪素層２０は、基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を含んでいない。

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素単結晶基板を準備する工程（Ｓ１０：図２）が実施される。たとえば昇華法により製造された炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより、表面Ｓ１と、裏面Ｓ２とを有する炭化珪素単結晶基板３０が準備される（図３参照）。炭化珪素単結晶基板３０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板３０の表面Ｓ１の最大径Ｗは、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。炭化珪素単結晶基板３０の厚みは、たとえば３５０μｍ以上５００μｍ以下である。

図４および図５に示されるように、表面Ｓ１は、基底面Ｓ３からオフ角θだけ傾斜した面である。基底面Ｓ３は、たとえば｛０００１｝面であり、特定的には（０００１）Ｓｉ面である。オフ角θは、たとえば２°以上８°以下である。オフ方向は、＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１１−２０＞方向であってもよい。図４に示されるように、基底面Ｓ３には、基底面転位Ｂ１が存在している。基底面転位Ｂ１は、基底面Ｓ３内において連続的に伸展する転位であり、表面Ｓ１に露出している。基底面転位Ｂ１の転位線は、基底面Ｓ３内に位置している。基底面転位Ｂ１は、炭化珪素単結晶基板３０の側面または裏面Ｓ２に露出していてもよい。炭化珪素単結晶基板３０には、複数の基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が形成されていてもよい。図５に示されるように、表面Ｓ１に対して平行な方向から見て、複数の基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の各々は、互いに平行であってもよい。

次に、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ２０：図２）が実施される。まず、炭化珪素単結晶基板３０が、成膜装置４０内に配置される（図６参照）。成膜装置４０は、たとえばＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。図６に示されるように、成膜装置４０は、石英管４３と、誘導加熱コイル４４と、断熱材４２と、発熱体４１と、配管６０と、第１ガスボンベ５１と、第２ガスボンベ５２と、第３ガスボンベ５３と、第４ガスボンベ５４と、基板ホルダ４６とを主に有している。具体的には、発熱体４１は中空構造であって、内部に反応室４５を形成している。断熱材４２は、発熱体４１の外周を囲うように配置されている。石英管４３は、断熱材４２の外周を囲うように配置されている。誘導加熱コイル４４は、石英管４３の外周を巻回するように設けられている。配管６０は、反応室４５と連通している。

第１ガスボンベ５１には、たとえばキャリアガスである水素（Ｈ_２）ガスが充填されている。第２ガスボンベ５２および第３ガスボンベ５３には、たとえば、炭化珪素の原料となるシラン（ＳｉＨ_４）ガスおよびプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガスが各々充填されている。第４ガスボンベ５４には、たとえばドーパントガスであるアンモニア（ＮＨ_３）ガスまたは窒素（Ｎ_２）ガスが充填されている。配管６０は、上記ガスＧを反応室４５に導入可能に構成されている。

図６に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０が、反応室４５の内部において、たとえばサセプタなどの基板ホルダ４６上に載置される。次に、たとえば水素ガスが、配管６０を通って反応室４５に供給される。水素ガスの流量は、たとえば１２０ｓｌｍである。水素ガスが反応室４５に供給された状態を維持しながら、炭化珪素単結晶基板３０が加熱される。たとえば誘導加熱コイル４４に高周波電流を流すことで、電磁誘導作用により、発熱体４１は誘導加熱される。これにより、反応室４５中の炭化珪素単結晶基板３０およびガスＧが、たとえば室温から１５００°以上１７００°以下程度に加熱される。次に、たとえば水素（Ｈ₂）を含むキャリアガスと、シラン（ＳｉＨ₄）およびプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）を含む原料ガスと、窒素（Ｎ₂）などのドーパントガスとが反応室４５に導入される。以上のようにして、炭化珪素単結晶基板３０上にエピタキシャル成長により第１炭化珪素層１０の第１領域１１が形成される（図７参照）。

第１炭化珪素層１０を形成する工程において、第１炭化珪素層１０の成長速度が、図１１に示されるプロファイルのように制御される。具体的には、成長開始時点ａ０において、第１炭化珪素層１０のエピタキシャル成長が開始される。成長開始時点ａ０における、第１炭化珪素層１０の成長速度は、０である。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、０から第１成長速度Ｖ１に増加する。第１成長速度Ｖ１は、たとえば１０μｍ／ｈである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第１時点ａ１から第８時点ｃ１まで、第１炭化珪素層１０の成長速度が第１成長速度Ｖ１で保持される。

第１炭化珪素層１０の成長速度は、たとえば反応室４５に供給される原料ガスの流量を調整することにより制御される。図１２に示されるように、成長開始時点ａ０まで反応室４５には、水素ガスのみが供給されている。水素ガスの流量Ｅは、たとえば１２０ｓｌｍである。水素ガスの流量は、第１炭化珪素層１０の成長が終了するまで一定であってもよい。成長開始時点ａ０において、反応室４５に、第１炭化珪素層１０の原料となるシランガスおよびプロパンガスが供給される。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、シランガスの流量は、０から第１流量Ｆ１に増加する。第１流量Ｆ１は、たとえば１００ｓｃｃｍである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、シランガスの流量は、単調に増加してもよい。同様に、成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、プロパンガスの流量は、０から第１流量Ｇ１に増加する。第１流量Ｇ１は、たとえば３３ｓｃｃｍである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、プロパンガスの流量は、単調に増加してもよい。第１時点ａ１から第８時点ｃ１まで、シランガスの流量が第１流量Ｆ１で維持され、かつプロパンガスの流量が第１流量Ｇ１保持される。

図７に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０に存在していた複数の基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が、第１炭化珪素層１０に伝播する。第１炭化珪素層１０の成長速度が第１成長速度で維持される間、複数の基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が、第１炭化珪素層１０中において伸展する。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間に、第１炭化珪素層１０の第１領域１１が形成される。第１領域１１の厚みは、たとえば０．１μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。

次に、第１炭化珪素層１０の成長速度は、低減する。図１１に示されるように、第８時点ｃ１から第２時点ａ２にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度が低減される。第８時点ｃ１から第２時点ａ２にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第２時点ａ２から第９時点ｃ２まで、第１炭化珪素層１０の成長速度が、第２成長速度Ｖ２で保持される。第２成長速度Ｖ２は、第１成長速度Ｖ１よりも小さい。第２成長速度Ｖ２が保持される第２時点ａ２から第９時点ｃ２までの時間は、第１成長速度Ｖ１が保持される第１時点ａ１から第８時点ｃ１までの時間よりも長くてもよいし、短くてもよいし、同じでもよい。第２時点ａ２および第９時点ｃ２の間に、第２成長速度Ｖ２で成長する第１炭化珪素層１０の領域の厚みは、たとえば１μｍである。

図８に示されるように、炭化珪素層１０の成長速度を第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２に低減すると、基底面転位Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に作用する鏡像力が大きくなる。そのため、ある基底面転位Ｂ１の伝播方向は、基底面Ｓ３に平行な方向から、第１炭化珪素層１０の成長表面Ｓ４に対してほぼ垂直な方向に変化しやすくなる。つまり、第１炭化珪素層１０の成長速度を遅くすることで、基底面転位Ｂ１に作用する鏡像力を高め、基底面転位Ｂ１が貫通刃状転位に転換されやすい環境とする。図８に示されるように、表面Ｓ１に対して平行な方向から見た場合、基底面転位Ｂ１は、成長表面Ｓ４に対して基底面Ｓ３と線対称な面Ｍに沿って第１炭化珪素層中を伝播する。第２領域１２が第１領域１１上に形成される際、ある基底面転位Ｂ１の伝播方向は成長表面Ｓ４に対してほぼ垂直な方向に変化する。他の基底面転位Ｂ２、Ｂ３の伝播方向は変化しなくてもよい。

次に、第１炭化珪素層１０の成長速度は、再び増加する。第９時点ｃ２から第３時点ａ３までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は増加する。第３成長速度Ｖ３は、たとえば１０μｍ／ｈである。第９時点ｃ２から第３時点ａ３にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第３成長速度Ｖ３は、第２成長速度Ｖ２よりも大きい。第３成長速度Ｖ３は、第１成長速度Ｖ１とほぼ同じであってもよい。

図１２に示されるように、第９時点ｃ２から第３時点ａ３にかけて、シランガスの流量は、第２流量Ｆ２から第３流量Ｆ３に増加する。第３流量Ｆ３は、たとえば１００ｓｃｃｍである。第９時点ｃ２から第３時点ａ３にかけて、シランガスの流量は、単調に増加してもよい。同様に、第９時点ｃ２から第３時点ａ３にかけて、プロパンガスの流量は、第２流量Ｇ２から第３流量Ｇ３に増加する。第３流量Ｇ３は、たとえば３３ｓｃｃｍである。第９時点ｃ２から第３時点ａ３にかけて、プロパンガスの流量は、単調に増加してもよい。

図１１に示されるように、第３時点ａ３から第１０時点ｃ３まで、第１炭化珪素層１０の成長速度が第３成長速度Ｖ３で保持されてもよい。図１２に示されるように、第３時点ａ３から第１０時点ｃ３まで、シランガスの流量は、第３流量Ｆ３に維持される。同様に、第３時点ａ３から第１０時点ｃ３まで、プロパンガスの流量は、第３流量Ｇ３に維持される。第１炭化珪素層１０の成長速度を増加させることにより、基底面転位Ｂ１から転換された貫通刃状転位Ｂ４は、貫通刃状転位の状態で炭化珪素層中を伝播する。貫通刃状転位Ｂ４の伝播方向は、基底面転位Ｂ１の伝播方向に対してほぼ垂直な方向である。

以上のように、第１時点ａ１において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１になる。第１時点ａ１よりも後の第２時点ａ２において、炭化珪素層１０の成長速度は、第２成長速度Ｖ２になる。第２時点ａ２よりも後の第３時点ａ３において、炭化珪素層１０の成長速度は、第３成長速度Ｖ３になる。第２成長速度Ｖ２は、第１成長速度Ｖ１および第３成長速度Ｖ３よりも小さい。

炭化珪素層の成長速度は、炭化珪素の成膜速度と、成膜された炭化珪素のエッチング速度とのバランスにより決定される。炭化珪素のエッチング速度が、炭化珪素の成膜速度よりも大きい場合は、炭化珪素層の成長速度は負の成長速度となる。反対に、炭化珪素のエッチング速度が、炭化珪素の成膜速度よりも小さい場合は、炭化珪素層の成長速度は正の成長速度となる。本実施の形態においては、第１時点ａ１から第３時点ａ３までの間、正の成長速度が維持される。好ましくは、第１炭化珪素層１０の形成工程においては、最初から最後まで正の成長速度が維持される。

第１成長速度Ｖ１を第２成長速度Ｖ２で除した値は、２以上１００以下であってもよい。たとえば、第１成長速度Ｖ１が１０μｍ／ｈであり、かつ第２成長速度Ｖ２が０．１μｍ／ｈであってもよい。第２成長速度Ｖ２が０．１μｍ／ｈの場合、シランガスおよびプロパンガスの流量は、それぞれ１ｓｃｃｍおよび０．３３ｓｃｃｍであってもよい。好ましくは、第１成長速度Ｖ１を第２成長速度Ｖ２で除した値は、５以上２０以下である。たとえば、第１炭化珪素層１０の成長速度は、たとえば１０μｍ／ｈで一定時間保持された後、成長速度が低減され、１μｍ／ｈで一定時間保持され、さらに成長速度が低減され０．１μｍ／ｈで一定時間保持されてもよい。つまり、第８時点ｃ１から第２時点ａ２の間において、第１成長速度Ｖ１よりも小さく、かつ第２成長速度Ｖ２よりも大きい成長速度が一定時間保持されてもよい。

好ましくは、炭化珪素単結晶基板３０の表面Ｓ１に対して垂直な方向において、第１炭化珪素層１０に含まれる窒素濃度は、ほぼ一定である。たとえば、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間に形成される第１炭化珪素層１０の第１領域１１の厚み方向において、第１領域１１中の窒素濃度の最大値と最小値との差の絶対値を、第１領域１１中の窒素濃度の平均値で除した値は、１以下である。たとえば、第１領域１１中の平均窒素濃度が２×１０^１８ｃｍ^−３であり、窒素濃度の最大値が３×１０^１８ｃｍ^−３であり、かつ窒素濃度の最小値が１×１０^１８ｃｍ^−３である場合、第１領域１１中の窒素濃度の最大値と最小値との差の絶対値を、第１領域１１中の窒素濃度の平均値で除した値は、（３×１０^１８ｃｍ^−３−１×１０^１８ｃｍ^−３）／２×１０^１８ｃｍ^−３＝１となる。なお、窒素濃度は、たとえばＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定することが可能である。

次に、第１炭化珪素層１０の成長速度は、再び減少する。図１１に示されるように、第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度が減少する。第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第３成長速度Ｖ３から第４成長速度Ｖ４に減少する。第４成長速度Ｖ４は、たとえば１μｍ／ｈである。第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第４時点ａ４から第１１時点ｃ４まで、第１炭化珪素層１０の成長速度が、第４成長速度Ｖ４で保持される。

図１２に示されるように、第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、シランガスの流量は、第３流量Ｆ３から第４流量Ｆ４に減少する。第４流量Ｆ４は、たとえば１０ｓｃｃｍである。第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、シランガスの流量は、単調に減少してもよい。第４時点ａ４から第１１時点ｃ４まで、シランの流量は、第４流量Ｆ４に保持される。同様に、第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、プロパンガスの流量は、第３流量Ｇ３から第４流量Ｇ４に減少する。第４流量Ｇ４は、たとえば３．３ｓｃｃｍである。第１０時点ｃ３から第４時点ａ４にかけて、プロパンガスの流量は、単調に減少してもよい。第４時点ａ４から第１１時点ｃ４まで、プロパンの流量は、第４流量Ｇ４に保持される。

炭化珪素層の成長速度を再度遅くすることで、貫通刃状転位に転換されずに第１炭化珪素層１０に残っている基底面転位Ｂ２に作用する鏡像力を高め、貫通刃状転位への転換を促す。これにより、ある基底面転位Ｂ２の伝播方向は、基底面Ｓ３に平行な方向から、成長表面Ｓ４に対してほぼ垂直な方向に変化する。図９に示されるように、ある基底面転位Ｂ２の伝播方向は成長表面Ｓ５に対してほぼ垂直な方向に変化するが、他の基底面転位Ｂ３の伝播方向は変化しなくてもよい。

次に、第１炭化珪素層１０の成長速度は、再び増加する。第１１時点ｃ４から第５時点ａ５にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第４成長速度Ｖ４から第５成長速度Ｖ５に増加する。第５成長速度Ｖ５は、たとえば１０μｍ／ｈである。第１１時点ｃ４から第５時点ａ５にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第５時点ａ５から第１２時点ｃ５まで、第１炭化珪素層１０の成長速度が第５成長速度Ｖ５で保持されてもよい。

図１２に示されるように、第１１時点ｃ４から第５時点ａ５にかけて、シランガスの流量は、第４流量Ｆ４から第５流量Ｆ５に増加する。第５流量Ｆ５は、たとえば１００ｓｃｃｍである。第１１時点ｃ４から第５時点ａ５にかけて、シランガスの流量は、単調に増加してもよい。第５時点ａ５から第１２時点ｃ５まで、シランガスの流量は、第５流量Ｆ５に保持されてもよい。同様に、第１１時点ｃ４から第５時点ａ５にかけて、プロパンガスの流量は、第４流量Ｇ４から第５流量Ｇ５に減少する。第５流量Ｇ５は、たとえば３３ｓｃｃｍである。第１１時点ｃ４から第５時点ａ５にかけて、プロパンガスの流量は、単調に増加してもよい。第５時点ａ５から第１２時点ｃ５まで、プロパンガスの流量は、第５流量Ｇ５に保持されてもよい。

以上のように、第３時点ａ３よりも後の第４時点ａ４において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第４成長速度Ｖ４になる。第４時点ａ４よりも後の第５時点ａ５において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第５成長速度Ｖ５になる。第４成長速度Ｖ４は、第３成長速度Ｖ３および第５成長速度Ｖ５よりも小さい。第３時点ａ３から第５時点ａ５までの間、正の成長速度が維持される。

第３成長速度Ｖ３を第４成長速度Ｖ４で除した値は、２以上１００以下であってもよい。たとえば、第３成長速度Ｖ３が１０μｍ／ｈであり、かつ第４成長速度Ｖ４が０．１μｍ／ｈであってもよい。好ましくは、第３成長速度Ｖ３を第４成長速度Ｖ４で除した値は、５以上２０以下である。

次に、第１炭化珪素層１０の成長速度は、再び減少する。図１１に示されるように、第１２時点ｃ５から第６時点ａ６にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第５成長速度Ｖ５から第６成長速度に減少する。第６成長速度は、たとえば１μｍ／ｈである。第１２時点ｃ５から第６時点ａ６にかけて、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第６時点ａ６から第１３時点ｃ６まで、第１炭化珪素層１０の成長速度が、第６成長速度で保持されてもよい。

図１２に示されるように、第１２時点ｃ５から第６時点ａ６にかけて、シランガスの流量は、第５流量Ｆ５から第６流量Ｆ６に減少する。第６流量Ｆ６は、たとえば１０ｓｃｃｍである。第１２時点ｃ５から第６時点ａ６にかけて、シランガスの流量は、単調に減少してもよい。第６時点ａ６から第１３時点ｃ６まで、シランガスの流量は、第６流量Ｆ６で保持されてもよい。同様に、第１２時点ｃ５から第６時点ａ６にかけて、プロパンガスの流量は、第５流量Ｇ５から第６流量Ｇ６に減少する。第６流量Ｇ６は、たとえば３．３ｓｃｃｍである。第１２時点ｃ５から第６時点ａ６にかけて、プロパンガスの流量は、単調に減少してもよい。第６時点ａ６から第１３時点ｃ６まで、プロパンガスの流量は、第６流量Ｇ６で保持されてもよい。第１３時点ｃ６から第７時点ａ７までの間、炭化珪素層の成長速度は増加する。

図１０に示されるように、基底面転位Ｂ３の伝播方向は、基底面Ｓ３に平行な方向から、成長表面Ｓ６に対してほぼ垂直な方向に変化する。これにより、基底面転位Ｂ３は、貫通刃状転位Ｂ６（図１参照）に転換される。貫通刃状転位Ｂ４、Ｂ５は、第１炭化珪素層１０内を伝播する。

以上のように、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１を一定時間維持した後、第１成長速度Ｖ１から第２成長速度まで減少し、第２成長速度Ｖ２を一定時間維持した後、第２成長速度Ｖ２から第３成長速度Ｖ３まで増加するサイクルを３回以上繰り返してもよい。

次に、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１変形例について説明する。
図１３に示されるように、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率は一定であってもよい。第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの増加率は一定であってもよい。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間における第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率の絶対値は、第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間における第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの増加率よりも小さくてもよいし、大きくてもよいし、同じでもよい。

図１４に示されるように、成長開始時点ａ０まで反応室４５には、水素ガスのみが供給されている。水素ガスの流量Ｅは、たとえば１２０ｓｌｍである。水素ガスの流量は、第１炭化珪素層１０の成長が終了するまで一定であってもよい。成長開始時点ａ０において、反応室４５に、第１炭化珪素層１０の原料となるシランガスおよびプロパンガスが供給される。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、シランガスの流量は、０から第１流量Ｆ１に増加する。第１流量Ｆ１は、たとえば１００ｓｃｃｍである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、シランガスの流量は、単調に増加してもよい。同様に、成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、プロパンガスの流量は、０から第１流量Ｇ１に増加する。第１流量Ｇ１は、たとえば３３ｓｃｃｍである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、プロパンガスの流量は、単調に増加してもよい。

第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、シランガスの流量が単調に減少する。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、シランガスの流量の単位時間あたりの減少率は一定であってもよい。第２時点ａ２におけるシランガスの流量（第２流量Ｆ２）は、たとえば１０ｓｃｃｍである。同様に、第１時点ａ１から第２時点ａ２まで、プロパンガスの流量が減少する。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、プロパンガスの流量の単位時間あたりの減少率は一定であってもよい。第２時点ａ２におけるプロパンガスの流量（第２流量Ｇ２）は、たとえば３．３ｓｃｃｍである。

第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、シランガスの流量は、単調に増加する。第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、シランガスの流量の単位時間あたりの増加率は一定であってもよい。第３時点ａ３におけるシランガスの流量（第３流量Ｆ３）は、たとえば１００ｓｃｃｍである。同様に、第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、プロパンガスの流量は、単調に増加する。第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、プロパンガスの流量の単位時間あたりの増加率は一定であってもよい。第３時点ａ３におけるプロパンガスの流量（第３流量Ｇ３）は、たとえば３３ｓｃｃｍである。

図１３に示されるように、第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率は一定であってもよい。第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの増加率は一定であってもよい。

同様に、第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率は一定であってもよい。第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの増加率は一定であってもよい。

以上のように、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２まで単位時間あたりの減少率が一定の減少率を維持したまま減少した後、第２成長速度Ｖ２から第３成長速度Ｖ３まで単位時間あたりの増加率が一定の増加率を維持したまま増加するサイクルを３回以上繰り返してもよい。

次に、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２変形例について説明する。
図１５に示されるように、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率が、徐々に小さくなってもよい。第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。

図１６に示されるように、成長開始時点ａ０まで反応室４５には、水素ガスのみが供給されている。水素ガスの流量Ｅは、たとえば１２０ｓｌｍである。水素ガスの流量は、第１炭化珪素層１０の成長が終了するまで一定であってもよい。成長開始時点ａ０において、反応室４５に、第１炭化珪素層１０の原料となるシランガスおよびプロパンガスが供給される。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、シランガスの流量は、０から第１流量Ｆ１に増加する。第１流量Ｆ１は、たとえば１００ｓｃｃｍである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、シランガスの流量は、単調に増加してもよい。同様に、成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、プロパンガスの流量は、０から第１流量Ｇ１に増加する。第１流量Ｇ１は、たとえば３３ｓｃｃｍである。成長開始時点ａ０から第１時点ａ１にかけて、プロパンガスの流量は、単調に増加してもよい。

第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、シランガスの流量が単調に減少する。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、シランガスの流量の単位時間あたりの減少率が、徐々に小さくなってもよい。第２時点ａ２におけるシランガスの流量（第２流量Ｆ２）は、たとえば１０ｓｃｃｍである。同様に、第１時点ａ１から第２時点ａ２まで、プロパンガスの流量が減少する。第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、の単位時間あたりの減少率が、徐々に小さくなってもよい。第２時点ａ２におけるプロパンガスの流量（第２流量Ｇ２）は、たとえば３．３ｓｃｃｍである。

第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、シランガスの流量は、単調に増加する。第３時点ａ３におけるシランガスの流量（第３流量Ｆ３）は、たとえば１００ｓｃｃｍである。同様に、第２時点ａ２から第３時点ａ３までの間、プロパンガスの流量は、単調に増加する。第３時点ａ３におけるプロパンガスの流量（第３流量Ｇ３）は、たとえば３３ｓｃｃｍである。

図１５に示されるように、第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率が、徐々に小さくなってもよい。第３時点ａ３から第４時点ａ４までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。

同様に、第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少してもよい。第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度の単位時間あたりの減少率が、徐々に小さくなってもよい。第５時点ａ５から第６時点ａ６までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。

以上のように、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２まで、単位時間あたりの減少率が徐々に小さくなるように減少した後、第２成長速度Ｖ２から第３成長速度Ｖ３まで増加するサイクルを３回以上繰り返してもよい。

次に、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第３変形例について説明する。
図１７に示されるように、第１炭化珪素層１０を形成する工程は、第１時点ａ１よりも前に、第１成長速度Ｖ１よりも小さい第６成長速度Ｖ６で一定時間保持される工程を含んでいてもよい。具体的には、成長開始時点ａ０と第１時点ａ１との間において、第１炭化珪素層１０が第６成長速度Ｖ６で一定時間保持される。たとえば、成長開始時点ａ０から第１４時点ｄ１までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度が増加する。第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第１４時点ｄ１から第１５時点ｄ２までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、一定の成長速度（第６成長速度Ｖ６）で一定時間保持される。第１５時点ｄ２から第１時点ａ１までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度が増加する。第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に増加してもよい。第１時点ａ１において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１になる。

第１成長速度Ｖ１を第６成長速度Ｖ６で除した値は、たとえば２以上１００以下である。好ましくは、第１成長速度Ｖ１を第６成長速度Ｖ６で除した値は、５以上２０以下である。第６成長速度Ｖ６は、第２成長速度Ｖ２よりも小さくてもよいし、大きくてもよいし、同じであってもよい。第１４時点ｄ１から第１５時点ｄ２までの時間は、成長開始時点ａ０から第１４時点ｄ１までの時間よりも長くてもよい。同様に、第１４時点ｄ１から第１５時点ｄ２までの時間は、第１５時点ｄ２から第１時点ａ１までの時間よりも長くてもよい。

次に、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第４変形例について説明する。
図１８に示されるように、第３成長速度Ｖ３は、第１成長速度Ｖ１よりも小さくてもよい。同様に、第７成長速度は、第５成長速度Ｖ５よりも小さくてもよい。第１成長速度Ｖ１は、第５成長速度Ｖ５と同じであってもよい。同様に、第３成長速度Ｖ３は、第７成長速度と同じであってもよい。以上のように、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２に減少した後、第１成長速度Ｖ１よりも小さい第３成長速度Ｖ３に増加するサイクルを３回以上繰り返してもよい。

反対に、第３成長速度Ｖ３は、第１成長速度Ｖ１よりも大きくてもよい。同様に、第７成長速度は、第５成長速度Ｖ５よりも大きくてもよい。第１成長速度Ｖ１は、第５成長速度Ｖ５と同じであってもよい。同様に、第３成長速度Ｖ３は、第７成長速度と同じであってもよい。以上のように、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２に減少した後、第１成長速度Ｖ１よりも大きい第３成長速度Ｖ３に増加するサイクルを３回以上繰り返してもよい。

なお、上記実施の形態においては、水素ガスの流量を一定に維持しつつシランガスおよびプロパンガスなどの原料ガスの流量を変化させることにより、第１炭化珪素層１０の成長速度を変化させる方法について説明したが、第１炭化珪素層１０の成長速度を変化させる方法は、上記方法に限定されない。たとえば、原料ガスの流量を一定に維持しながら、水素などのエッチングガスの流量を変化させることにより、第１炭化珪素層１０の成長速度を変化させてもよいし、原料ガスおよびエッチングガスの双方の流量を変化させることにより、第１炭化珪素層１０の成長速度を変化させてもよい。

次に、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ３０：図２）が実施される。反応室４５内に導入されたキャリアガスおよび原料ガスを含むガスＧと炭化珪素単結晶基板３０とが加熱されることにより、第１炭化珪素層１０上に第２炭化珪素層２０が形成される。第２炭化珪素層２０の成長速度は、第２成長速度Ｖ２よりも高くてもよい。第２炭化珪素層２０が含む窒素の濃度は、たとえば５×１０^１５ｃｍ^−３である。第２炭化珪素層２０の厚みは、第１炭化珪素層１０の厚みよりも大きくてもよい。以上により、炭化珪素単結晶基板３０と、第１炭化珪素層１０と、第２炭化珪素層２０とを含む炭化珪素エピタキシャル基板５０（図１参照）が製造される。

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の作用効果について説明する。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１時点ａ１において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第１成長速度Ｖ１になり、第１時点よりも後の第２時点ａ２において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第２成長速度Ｖ２になり、第２時点よりも後の第３時点ａ３において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第３成長速度Ｖ３になる。第２成長速度Ｖ２は、第１成長速度Ｖ１および第３成長速度Ｖ３よりも小さい。

炭化珪素単結晶基板３０上に第１炭化珪素層１０をエピタキシャル成長により形成する際、炭化珪素単結晶基板３０に存在していた基底面転位は、第１炭化珪素層１０に伝播する。第１炭化珪素層１０の成長速度を第１成長速度Ｖ１から第２成長速度Ｖ２に低減すると、基底面転位に作用する鏡像力が大きくなる。そのため、基底面転位の伝播方向は、基底面に平行な方向から、炭化珪素層１０の結晶成長表面に対してほぼ垂直な方向に変化しやすくなる。つまり、炭化珪素層の成長速度を遅くすることで、基底面転位に作用する鏡像力を高め、基底面転位が貫通刃状転位に転換されやすい環境とすることができる。これにより、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上することができる。

また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１成長速度Ｖ１を第２成長速度Ｖ２で除した値は、２以上１００以下である。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１成長速度Ｖ１を第２成長速度Ｖ２で除した値は、５以上２０以下である。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間に形成される第１炭化珪素層１０の領域１１の厚みは、０．１μｍ以上２０μｍ以下である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造時間を短縮することができる。結果として、炭化珪素エピタキシャル基板５０の低コスト化を実現することができる。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１炭化珪素層１０を形成する工程では、第３時点ａ３よりも後の第４時点ａ４において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第４成長速度Ｖ４になり、第４時点ａ４よりも後の第５時点ａ５において、第１炭化珪素層１０の成長速度は、第５成長速度Ｖ５になる。第４成長速度Ｖ４は、第３成長速度Ｖ３および第５成長速度Ｖ５よりも小さい。第３時点ａ３から第５時点ａ５までの間、正の成長速度が維持される。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１炭化珪素層１０を形成する工程は、第１時点ａ１よりも前に、第１成長速度Ｖ１よりも小さい第６成長速度Ｖ６で一定時間保持される工程を含む。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１成長速度Ｖ１を第６成長速度Ｖ６で除した値は、２以上１００以下である。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１成長速度Ｖ１を第６成長速度Ｖ６で除した値は、５以上２０以下である。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間、第１炭化珪素層１０の成長速度は、単調に減少する。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の製造方法によれば、第１時点ａ１から第２時点ａ２までの間に形成される炭化珪素層１０の第１領域１１の厚み方向において、第１領域１１中の窒素濃度の最大値と最小値との差の絶対値を、第１領域１１中の窒素濃度の平均値で除した値は、１以下である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 第１部分
２ 第２部分
３ 第３部分
１０ 第１炭化珪素層（炭化珪素層）
１１ 第１領域（領域）
１２ 第２領域
２０ 第２炭化珪素層
３０ 炭化珪素単結晶基板
４０ 成膜装置
４１ 発熱体
４２ 断熱材
４３ 石英管
４４ 誘導加熱コイル
４５ 反応室
４６ 基板ホルダ
５０ 炭化珪素エピタキシャル基板
５１ 第１ガスボンベ
５２ 第２ガスボンベ
５３ 第３ガスボンベ
５４ 第４ガスボンベ
６０ 配管
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 基底面転位
Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６ 貫通刃状転位
Ｅ 流量
Ｆ１，Ｇ１ 第１流量
Ｆ２，Ｇ２ 第２流量
Ｆ３，Ｇ３ 第３流量
Ｆ４，Ｇ４ 第４流量
Ｆ５，Ｇ５ 第５流量
Ｆ６，Ｇ６ 第６流量
Ｇ ガス
Ｓ１，Ｓ７ 表面
Ｓ２ 裏面
Ｓ３ 基底面
Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ 成長表面
Ｖ１ 第１成長速度
Ｖ２ 第２成長速度
Ｖ３ 第３成長速度
Ｖ４ 第４成長速度
Ｖ５ 第５成長速度
Ｖ６ 第６成長速度
Ｖ７ 第７成長速度
Ｗ 最大径
ａ０ 成長開始時点
ａ１ 第１時点
ａ２ 第２時点
ａ３ 第３時点
ａ４ 第４時点
ａ５ 第５時点
ａ６ 第６時点
ａ７ 第７時点
ｃ１ 第８時点
ｃ２ 第９時点
ｃ３ 第１０時点
ｃ４ 第１１時点
ｃ５ 第１２時点
ｃ６ 第１３時点
ｄ１ 第１４時点
ｄ２ 第１５時点

Claims (10)

1. 炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
   前記炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル成長により炭化珪素層を形成する工程とを備え、
   前記炭化珪素層を形成する工程では、
   第１時点において、前記炭化珪素層の成長速度は、第１成長速度になり、
   前記第１時点よりも後の第２時点において、前記炭化珪素層の成長速度は、第２成長速度になり、
   前記第２時点よりも後の第３時点において、前記炭化珪素層の成長速度は、第３成長速度になり、
   前記第２成長速度は、前記第１成長速度および前記第３成長速度よりも小さく、
   前記第１時点から前記第３時点までの間、正の成長速度が維持される、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
2. 前記第１成長速度を前記第２成長速度で除した値は、２以上１００以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
3. 前記第１成長速度を前記第２成長速度で除した値は、５以上２０以下である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
4. 前記第１時点から前記第２時点までの間に形成される前記炭化珪素層の領域の厚みは、０．１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
5. 前記炭化珪素層を形成する工程では、前記第３時点よりも後の第４時点において、前記炭化珪素層の成長速度は、第４成長速度になり、
   前記第４時点よりも後の第５時点において、前記炭化珪素層の成長速度は、第５成長速度になり、
   前記第４成長速度は、前記第３成長速度および前記第５成長速度よりも小さく、
   前記第３時点から前記第５時点までの間、正の成長速度が維持される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
6. 前記炭化珪素層を形成する工程は、
   前記第１時点よりも前に、前記第１成長速度よりも小さい第６成長速度で一定時間保持される工程を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
7. 前記第１成長速度を前記第６成長速度で除した値は、２以上１００以下である、請求項６に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
8. 前記第１成長速度を前記第６成長速度で除した値は、５以上２０以下である、請求項７に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
9. 前記第１時点から前記第２時点までの間、前記炭化珪素層の成長速度は、単調に減少する、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
10. 前記第１時点から前記第２時点までの間に形成される前記炭化珪素層の領域の厚み方向において、前記領域中の窒素濃度の最大値と最小値との差の絶対値を、前記領域中の窒素濃度の平均値で除した値は、１以下である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

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