JP5189156B2 - ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣ単結晶の製造方法に関し、さらに詳しくは、欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を製造することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法に関する。

ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、六方晶系の結晶構造を持つ高温型（α型）と、立方晶系の結晶構造を持つ低温型（β型）が知られている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて、耐熱性が高いだけでなく、広いバンドギャップを持ち、絶縁破壊電界強度が大きいという特徴がある。そのため、ＳｉＣ単結晶からなる半導体は、Ｓｉ半導体に代わる次世代パワーデバイスの候補材料として期待されている。特に、α型ＳｉＣは、β型ＳｉＣよりバンドギャップが広いので、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として注目されている。

α型ＳｉＣは、その主要な結晶面として｛０００１｝面（以下、これを「ｃ面」ともいう）と、｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面及び｛１１−２０｝面（以下、これらを総称して「ａ面」ともいう）とを有している。
従来より、α型ＳｉＣ単結晶を得る方法として、ｃ面成長法が知られている。ここで、「ｃ面成長法」とは、ｃ面又はｃ面に対するオフセット角が所定の範囲にある面を成長面として露出させたＳｉＣ単結晶を種結晶に用いて、昇華再析出法などの方法により成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる方法をいう。

しかしながら、ｃ面成長法により得られる単結晶中には、＜０００１＞方向に平行な方向にマイクロパイプ欠陥（直径数μｍ〜１００μｍ程度の管状の空隙）やｃ軸貫通型螺旋転位（以下、単に「螺旋転位」という）などの欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
高性能なＳｉＣパワーデバイスを実現するためには、ＳｉＣ半導体に生じるリーク電流を低減することが必須条件である。ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥、螺旋転位などの欠陥は、このリーク電流を増大させる原因と考えられている。

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、ｃ面からの傾きが約６０°〜約１２０°である面（例えば、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面など）を成長面として露出する種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法（以下、このような成長方法を「ａ面成長法」という）が開示されている。
同文献には、
（１）ｃ面から約６０〜１２０°傾いている結晶面上にＳｉＣを成長させると、その結晶面上に原子積層の配列が現れているため、元の種結晶と同じ種類の多形構造を持つ結晶が容易に成長する点、
（２）このような方法を用いた場合、螺旋転位は発生しない点、及び、
（３）種結晶がｃ面に滑り面を有する転位を含む場合、この転位は、成長結晶に引き継がれる点、
が記載されている。

また、特許文献２には、｛１０−１０｝面を成長面とする種結晶を用いてＳｉＣを成長させ、次いで、得られた単結晶から｛０００１｝ウェハを取り出し、このウェハを種結晶に用いてＳｉＣを成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
同文献には、このような方法により、
（１）マイクロパイプ欠陥の少ないＳｉＣ単結晶が得られる点、及び、
（２）アチソン結晶に比べて十分大きな｛０００１｝ウェハが得られるので、これを種結晶として用いることにより、容易に大型の結晶を成長させることができる点、
が記載されている。

また、特許文献３、４には、互いに直交する方向に複数回のａ面成長を行った後、最後にｃ面成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法が開示されている。
同文献には、
（１）ａ面成長の繰り返し回数が多くなるほど、成長結晶中の転位密度が指数関数的に減少する点、
（２）ａ面成長においては、積層欠陥の発生が避けられない点、及び、
（３）最後にｃ面成長を行うと、マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位が発生しないだけでなく、積層欠陥がほとんど存在しないＳｉＣ単結晶が得られる点、
が記載されている。

さらに、特許文献５には、｛０００１｝面よりオフセット角度６０度以内の面を成長面として有し、成長面上に螺旋転位発生可能領域を有する転位制御種結晶を用いて、ＳｉＣを成長させる炭化ケイ素単結晶の製造方法が開示されている。
同文献には、このような転位制御種結晶を用いることにより、ｃ面ファセット内に螺旋転位を確実に形成することができるので、異種多形や異方位結晶の生成を抑制することができる点が記載されている。

ａ面成長法は、螺旋転位密度の低いＳｉＣ単結晶が得られるという利点がある。しかしながら、ａ面成長法は、ｃ面にほぼ平行な高密度の積層欠陥が生成しやすいという問題がある。ＳｉＣ単結晶中に積層欠陥が発生すると、積層欠陥を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため、このような積層欠陥を高密度に有するＳｉＣ単結晶は、パワーデバイス用の半導体として使用することができない。

一方、ａ面成長を少なくとも１回以上行った後、ｃ面成長を行うと、螺旋転位及び積層欠陥をほとんど持たないＳｉＣ単結晶を作製できると考えられている。
しかしながら、ａ面成長法により得られた結晶から作製された種結晶は、螺旋転位をほとんど持たない。そのため、ｃ面成長時に成長結晶の表面に形成されるｃ面ファセット内には、種結晶の多形を成長結晶中に伝達するためのステップ供給源がない。その結果、ｃ面ファセット上に異種多形や異方位結晶が部分的に形成され、それらが進展成長することで成長結晶中に再び螺旋転位がランダムに発生する場合があった。

これに対し、特許文献５に開示されるように、成長の初期から螺旋転位を発生可能な領域を有する転位制御種結晶を作製し、これを用いてＳｉＣ単結晶を成長させると、異種多形や異方位結晶の生成を抑制することができる。
しかしながら、その後の詳細な評価により、種結晶中には＜０００１＞方向の螺旋転位が殆ど存在しないにもかかわらず、種結晶と成長結晶の界面から比較的多くの螺旋転位が発生する場合があることがわかった。
一方、成長面のオフセット角が比較的大きい場合には、種結晶と成長結晶の界面から螺旋転位は発生しにくいが、異種多形抑制のために導入した螺旋転位発生領域から、オフセット方向下流方向に伝搬する積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）が発生しやすいことが明らかになった。この現象は、オフセット角が大きいほど顕著であった。また、螺旋転位発生領域に、さらに結晶構造を乱すような処理を加える場合、積層欠陥の発生密度はより高くなることも明らかになった。

以上のように、比較的小さいオフセット角で成長する場合に発生する螺旋転位と、比較的大きいオフセット角で成長する場合に発生する積層欠陥は、二律背反の関係にあり、更なる高品質化の妨げになっていた。

特開平０５−２６２５９９号公報 特開平０８−１４３３９６号公報 特開２００３−１１９０９７号公報 特開２００３−３２１２９８号公報 特開２００４−３２３３４８号公報

本発明が解決しようとする課題は、異種多形の混入が無く、かつ、積層欠陥や螺旋転位などの欠陥が少ない高品質なＳｉＣ単結晶を製造することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、
ＳｉＣからなる第１種結晶を用いて第１ＳｉＣ単結晶を成長させる第１成長工程と、
得られた第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶（２≦ｋ≦ｎ）から第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ種結晶を用いて第ｋＳｉＣ単結晶を再成長させる第ｋ成長工程を（ｎ−１）回（ｎ≧２）繰り返す再成長工程と
を備えている。
（２）前記第１種結晶の成長面のオフセット角θ₁は、４°＜θ₁≦３０°である。
（３）（ｎ−１）回（ｎ≧２）の前記第ｋ成長工程の内、少なくとも１回は、前記第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）の成長面のオフセット角θ_kと前記第（ｋ−１）種結晶の成長面のオフセット角θ_k-1との間に、θ_k＜θ_k-1の関係を満たす工程がある。
（４）前記第ｎ種結晶の成長面のオフセット角θ_nは、θ_n＜θ₁である。
（５）前記第ｋ種結晶（１≦ｋ≦ｎ）は、すべてオフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域を有する。

第１種結晶を用いて第１ＳｉＣ単結晶を成長させる場合において、第１種結晶の成長面のオフセット角θ₁を相対的に大きくすると、第１種結晶に含まれる螺旋転位が積層欠陥に変換されて成長結晶外に排出される割合が増大する。そのため、螺旋転位密度の高い低品位の単結晶から第１種結晶を切り出した場合であっても、種結晶と比較して相対的に螺旋転位密度の低い第１ＳｉＣ単結晶が得られる。
次に、得られた第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ種結晶を用いて第ｋＳｉＣ単結晶を成長させる場合において、第ｋ種結晶の成長面のオフセット角θ_kを第（ｋ−１）種結晶の成長面のオフセット角θ_k-1より小さくすると、螺旋転位発生領域からの積層欠陥の発生を抑制することができる。また、直前の高オフセット角成長により積層欠陥のかなりの割合が成長結晶外に排出されているので、残存している積層欠陥から螺旋転位への変換も少ない。

本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法の第１具体例を示す概念図である。 本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法の第２具体例を示す概念図である。 本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法の第３具体例を示す概念図である。 従来のａ面成長法＋ｃ面成長法（低オフセット角成長）を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法の一例を示す図である。 低オフセット角成長時の単結晶の成長過程を示す模式図である。 従来のａ面成長法＋ｃ面成長法（高オフセット角成長）を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法の一例を示す図である。 高オフセット角成長時の単結晶の成長過程を示す模式図である。

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 用語の定義］
［１．１． 成長面］
「成長面」とは、ＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させるための種結晶の面をいう。
例えば、昇華析出法を用いてＳｉＣ単結晶を製造する場合、低温部に種結晶を配置し、高温部にＳｉＣ原料を配置し、高温部で昇華させたＳｉＣガスを種結晶表面に析出させる。この場合、「成長面」とは、ＳｉＣ種結晶の露出面の内、その法線ベクトルが坩堝中心軸原料方向成分を有する面をいう。「坩堝中心軸原料方向」とは、ＳｉＣ種結晶から原料に向かう方向であって、坩堝の中心軸に対して平行な方向をいう。換言すれば、「坩堝中心軸原料方向」とは、ＳｉＣ単結晶のマクロな成長方向を表し、通常は、ＳｉＣ種結晶の底面又はこれを固定する種結晶台座の底面に対して垂直な方向をいう。

本発明において、種結晶の成長面は、実質的に単一面からなる。
「単一面」とは、後述するオフセット角が一定である面をいう。例えば、種結晶が角板、円板等の板状である場合、「成長面」とは、板の上面をいう。また、種結晶が円錐、角錐等の錐状である場合、「成長面」とは、錐面をいう。
「実質的に単一面」とは、成長面の一部にオフセット角の異なる面（例えば、板の上面の角部を面取りすることにより形成される面）が含まれていても良いことをいう。但し、オフセット角の異なる面の割合が大きくなると、種結晶の加工が煩雑になるので好ましくない。成長面の総面積Ｓ₀に対する、オフセット角が一定である最大面の面積Ｓ₁の割合（＝Ｓ₁×１００／Ｓ₀（％））は、具体的には、９０％以上が好ましい。

［１．２． オフセット角、オフセット方向］
「成長面のオフセット角」とは、成長面（オフセット角が一定である最大面）の法線ベクトルと、ＳｉＣ種結晶の｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角をいう。
「オフセット方向」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを成長面上に投影したベクトルの方向をいう。
「オフセット方向の上流側」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを成長面上に投影したベクトルの先端が向いている側をいう。
「オフセット方向の下流側」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを成長面上に投影したベクトルの先端が向いている側とは反対の側をいう。
「オフセット方向の上流側端部」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを成長面上に投影したベクトルの先端が向いている側であって、結晶学的に最上位の｛０００１｝面がある部分をいう。
「オフセット方向の下流側端部」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを成長面上に投影したベクトルの先端が向いている側とは反対の側であって、結晶学的に最下位の｛０００１｝面がある部分をいう。
「｛０００１｝面内におけるオフセット傾斜方向」とは、オフセット方向の下流側端部から上流側端部に向かうベクトルをｃ面上に投影したときに、投影ベクトルの先端が向いている側をいう。

［２． ＳｉＣ単結晶の製造方法］
本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、第１成長工程と、再成長工程とを備えている。
［２．１． 第１成長工程］
第１成長工程は、第１種結晶を用いて第１ＳｉＣ単結晶を成長させる工程である。

［２．１．１． 第１種結晶を切り出す単結晶］
成長の最初に用いる第１種結晶を切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。すなわち、本発明に係る方法は、低品位の種結晶から高品位の単結晶を得る方法であるため、第１種結晶は、必ずしも高品位である必要はない。
第１種結晶を切り出すためのＳｉＣ単結晶としては、例えば、
（ａ）ａ面成長法により得られ、積層欠陥密度が相対的に高いＳｉＣ単結晶、
（ｂ）ｃ面成長法により得られ、螺旋転位密度が相対的に高いＳｉＣ単結晶、
（ｃ）繰り返しａ面成長法＋ｃ面成長法により得られ、欠陥密度が相対的に低いＳｉＣ単結晶、
（ｄ）繰り返しａ面成長法＋ｃ面成長法により得られ、ａ面成長結晶から引き継いだ積層欠陥を相対的に多量に含むＳｉＣ単結晶、
（ｅ）螺旋転位発生領域が設けられた種結晶をｃ面成長させることにより得られ、螺旋転位発生領域から生成した高密度の螺旋転位を含むＳｉＣ単結晶、
などがある。

［２．１．２． 第１種結晶のオフセット角θ₁］
第１種結晶のオフセット角θ₁が小さすぎると、種結晶と成長結晶の界面から比較的多くの螺旋転位が発生する場合がある。また、種結晶内の基底面内刃状転位の螺旋転位への変換を抑制するためには、オフセット角θ₁は、大きいほどよい。従って、第１種結晶のオフセット角θ₁は、θ₁＞４°である必要がある。θ₁は、さらに好ましくは、θ₁≧８°である。
一方、オフセット角θ₁が大きくなりすぎると、第１種結晶から成長結晶に引き継がれた積層欠陥を成長結晶外に排出するために、より高い成長高さが必要となる。また、オフセット角θ₁が大きくなりすぎると、成長結晶中に新たな積層欠陥が発生する場合がある。従って、オフセット角θ₁は、θ₁≦３０°である必要がある。

種結晶を切り出すためのＳｉＣ単結晶として相対的に多量の積層欠陥を含むものを用いた場合において、種結晶の切り出し位置やオフセット角θ₁によっては、種結晶の成長面に積層欠陥が露出する場合がある。本発明においては、このような種結晶であっても、高品位のＳｉＣ単結晶を製造するための第１種結晶として用いることができる。
また、第１種結晶の成長面に積層欠陥が露出する場合、積層欠陥露出領域が、後述する螺旋転位発生領域の外に来るように、第１種結晶を切り出すのが好ましい。すなわち、成長面のオフセット方向下流側に積層欠陥露出領域が来るように、第１種結晶を切り出すのが好ましい。このようにすることによって、成長の初期段階で積層欠陥を成長結晶から排出することができる。

［２．１．３． 螺旋転位発生領域］
第１種結晶は、オフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域を有する。
「螺旋転位発生領域」とは、ｃ面ファセット（成長の最先端にあるｃ面）内に、異種多形の発生を抑制できる程度の高密度の螺旋転位を供給することが可能な領域をいう。
第１種結晶に螺旋転位発生領域を形成する方法としては、具体的には、
（１）螺旋転位を高密度に含む領域を残存させるようにａ面成長させる方法（例えば、特許文献５参照）、
（２）ＳｉＣ種結晶の表面に、結晶構造の乱れを発生させる処理（例えば、機械加工、イオン注入処理、レーザー加工など）を施す方法、
（３）螺旋転位を高度に含む基板をＳｉＣ種結晶に接触配置する方法、
（４）種結晶の表面の一部に後退部（へこみ、段差等）を設け、後退部にＳｉＣを予備成長させる方法、
（５）通常のｃ面成長の繰り返しにおいて、オフセット方向下流側のみオフセット角が大きくなるように種結晶形状を成形し、オフセット方向下流側の螺旋転位のみを積極的に排出する方法、
（６）種結晶保持部の応力緩和や拡大成長などにより徐々に螺旋転位密度を低下させ、高品質化する際に、オフセット方向上流側の螺旋転位密度を一定値以上維持するために、意図的に結晶構造の乱れを発生させる処理を施す方法、
などがある。
これらの中でも、結晶構造を乱す処理（特に、機械加工処理）は、種結晶表面に比較的簡単に螺旋転位発生領域を形成することができるという利点がある。
なお、単結晶から引き継いだ螺旋転位発生領域を持つ場合、必ずしも、種結晶に人工的な処理を施す必要はない。しかしながら、単結晶から引き継いだ螺旋転位の密度が相対的に低い場合（例えば、後述する再成長を繰り返した場合）には、種結晶に人工的な処理を施すのが好ましい。

螺旋転位発生領域の面積は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。一般に、螺旋転位発生領域の面積が小さすぎると、ｃ面ファセットの移動領域を十分にカバーできず、ｃ面ファセットに十分な量の螺旋転位を供給するのが困難となる。従って、螺旋転位発生領域の面積は、成長面の面積の２％以上が好ましく、さらに好ましくは、５％以上である。
一方、螺旋転位発生領域の面積が大きくなるほど、ｃ面ファセット内に確実に螺旋転位を供給することはできる。しかしながら、螺旋転位発生領域の面積が大きくなりすぎると、成長結晶全体に占める高品質領域の割合が低下する。従って、螺旋転位発生領域の面積率は、成長面の面積の５０％以下が好ましく、さらに好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２０％以下である。

［２．１．４． 第１ＳｉＣ単結晶の成長方法］
ＳｉＣ単結晶を成長させる方法としては、一般に、昇華析出法、高温溶液析出法、ＣＶＤ法などが知られている。本発明においては、いずれの方法を用いても良い。特に、昇華析出法は、第１種結晶から第１ＳｉＣ単結晶を成長させる方法として好適である。
単結晶の製造条件は特に限定されるものではなく、使用する成長方法に応じて、最適な条件を選択すれば良い。
また、ｃ面ファセットの発生位置がオフセット方向上流側になるように制御するには、
（ａ）種結晶の成長面にオフセット角を設定する（特許文献５参照）、
（ｂ）成長面上のファセットを発生させたい位置の放熱性を向上させる、
（ｃ）ガス濃度を高くする、
などの方法がある。
成長初期のファセットの発生位置の制御には、オフセット角の設定が最も確実である。

［２．２． 再成長工程］
再成長工程は、得られた第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶（２≦ｋ≦ｎ）から第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ種結晶を用いて第ｋＳｉＣ単結晶を再成長させる第ｋ成長工程を（ｎ−１）回（ｎ≧２）繰り返す工程である。

［２．２．１． 第ｋ種結晶を切り出す単結晶］
第ｋ種結晶を切り出すＳｉＣ単結晶は、直前の成長工程で得られた第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶である。このような再成長を（ｎ−１）回繰り返すことにより、低品位種結晶から高品位単結晶を製造することができる。

［２．２．２． 第ｋ種結晶のオフセット角θ_k］
積層欠陥と螺旋転位の双方を低減するためには、再成長工程において、少なくとも１回の高オフセット角（θ_k-1）成長と、これに引き続き少なくとも１回の低オフセット角（θ_k）成長とを行う必要がある。
すなわち、（ｎ−１）回（ｎ≧２）の第ｋ成長工程の内、少なくとも１回は、第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）の成長面のオフセット角θ_kと第（ｋ−１）種結晶の成長面のオフセット角θ_k-1との間に、θ_k＜θ_k-1の関係を満たす工程がある必要がある。
また、積層欠陥と螺旋転位の双方を高度に低減するためには、再成長工程において、オフセット角θ_kを段階的に小さくするのが好ましい。すなわち、（ｎ−１）回（ｎ≧２）の前記第ｋ成長工程は、すべてθ_k＜θ_k-1の関係を満たしているのが好ましい。

（ｎ−１）回の再成長工程において、オフセット角θ_kを段階的に小さくした場合、必然的に第ｎ種結晶の成長面のオフセット角θ_nは、θ_n＜θ₁となる。
一方、（ｎ−１）回の再成長工程において、少なくとも１回の高オフセット角成長→低オフセット角成長を行った場合、他の工程は、θ_k＞θ_k-1（すなわち、低オフセット角成長→高オフセット角成長）になっていても良い。しかしながら、このような場合においても、第ｎ種結晶の成長面のオフセット角θ_nは、θ_n＜θ₁とする必要がある。このようにすることによって、最後（ｎ回目）の成長工程において、成長結晶中に積層欠陥が流入するのを抑制することができる。

積層欠陥の少ない単結晶を得るためには、θ_nは、小さいほどよい。θ_nは、具体的には、θ_n≦１５°が好ましい。θ_nは、さらに好ましくは、θ_n≦８°、さらに好ましくは、θ_n≦４°である。特に、θn≦４°とすると、螺旋転位発生領域からの積層欠陥の発生は、ほとんどない。

第ｋ種結晶のオフセット角θ_kが相対的に小さい場合において、第ｋ種結晶の切り出し位置やオフセット角θ_kによっては、第ｋ種結晶の成長面に第（ｋ−１）種結晶から第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶に引き継がれた積層欠陥が露出する場合がある。成長面に積層欠陥が露出している種結晶を用いて低オフセット角成長を行うと、露出している積層欠陥が螺旋転位に変換されやすくなる。
具体的には、第ｋ成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、第ｋ種結晶の成長面のオフセット角θ_kが４°以下になる場合において、第ｋ種結晶の成長面上に第（ｋ−１）種結晶から第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶に引き継がれた積層欠陥が露出しないように、第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶から第ｋ種結晶を切り出すのが好ましい。

［２．２．３． Δθ_n］
高オフセット角成長→低オフセット角成長を行うことによって、螺旋転位と積層欠陥の双方を同時に低減するためには、θ_nとθ₁との差Δθ_n（＝θ_n−θ₁）は、大きいほどよい。具体的には、Δθnは、Δθ_n≦−２°が好ましい。Δθ_nは、さらに好ましくは、Δθ_n≦−４°である。

［２．２．４． 螺旋転位発生領域］
第ｋ種結晶は、オフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域を有する。螺旋転位発生領域の詳細については、第１種結晶と同様であるので、説明を省略する。
［２．１．５． 第ｋＳｉＣ単結晶の成長方法］
第ｋＳｉＣ単結晶の成長方法の詳細については、第１ＳｉＣ単結晶の成長方法と同様であるので、説明を省略する。

［２．２．６． 第ｋ種結晶の切り出し方向］
螺旋転位と積層欠陥の双方を同時に低減するためには、｛０００１｝面に対して垂直方向から見たときに、第ｋ種結晶のオフセット方向上流側及び下流側と、第（ｋ−１）種結晶のオフセット方向上流側及び下流側とがほぼ一致するように、第ｋ種結晶を順次、切り出すのが好ましい。オフセット傾斜方向の差が大きくなるほど、第（ｋ−１）種結晶から第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶に引き継がれた積層欠陥が第ｋ種結晶の成長面上に露出する割合が大きくなる。
すなわち、（ｎ−１）回（ｎ≧２）の第ｋ成長工程は、すべて第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）のｃ面内におけるオフセット傾斜方向が、第（ｋ−１）種結晶のｃ面内におけるオフセット傾斜方向に対して、±４５°の範囲にあるのが好ましい。
また、（ｎ−１）回（ｎ≧２）の第ｋ成長工程は、すべて第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）のｃ面内におけるオフセット傾斜方向が、第（ｋ−１）種結晶のｃ面内におけるオフセット傾斜方向に対して、±３０°の範囲にあるのが好ましい。
さらに、（ｎ−１）回（ｎ≧２）の第ｋ成長工程は、すべて第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）のｃ面内におけるオフセット傾斜方向が、第（ｋ−１）種結晶のｃ面内におけるオフセット傾斜方向に対して、±１０°の範囲にあるのが好ましい。

［３． 具体例］
［３．１． 第１具体例］
図１に、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法の第１具体例の概念図を示す。
図１（ａ）に、第１種結晶の断面模式図を示す。図１（ａ）に示す第１種結晶１０は、種結晶の底面と｛０００１｝面が非平行である、いわゆる「オフセット基板」であり、オフセット角θ₁が相対的に大きい高オフセット角基板である。また、第１種結晶１０は、ａ面成長結晶から切り出された板状の種結晶（ａ面成長基板）である。そのため、第１種結晶１０は、｛０００１｝面とほぼ平行な積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）を相対的に多量に含んでいる。さらに、第１種結晶１０は、オフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域が形成されている。

このような第１種結晶１０を用いて１回目の成長（第１成長工程）を行うと、図１（ｂ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶（成長結晶）１２が得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
しかしながら、高オフセット角成長を行う場合において、第１種結晶１０の表面に螺旋転位発生領域（人工欠陥部）を形成すると、人工欠陥部から高密度の積層欠陥が発生する。また、第１種結晶１０内に初めから存在していた積層欠陥もまた、成長結晶内に伝搬し、成長結晶外に排出される。すなわち、第１ＳｉＣ単結晶１２は、相対的に多量の積層欠陥を含んでいる。

次に、第１ＳｉＣ単結晶１２から、θ₂＜θ₁となるように、かつ、オフセット傾斜方向がほぼ一致するように、第２種結晶１０ａを切り出す。図１（ｃ）に、切り出された第２種結晶１０ａの断面模式図を示す。図１（ｃ）に示す第２種結晶１０ａは、オフセット角θ₂が相対的に小さい低オフセット角基板である。また、第１ＳｉＣ単結晶１２の成長高さ、第２種結晶１０ａの切り出し位置等を最適化すると、図１（ｃ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶１２内に伝搬した積層欠陥が成長面上に露出していない第２種結晶１０ａが得られる。さらに、第２種結晶１０ａは、オフセット方向上流側端部に、第１ＳｉＣ単結晶１２から引き継いだ高密度の螺旋転位を含んでいる。そのため、切り出された第２種結晶１０ａをそのまま用いても良いが、図１（ｃ）に示す例においては、オフセット方向上流側端部に、さらに結晶格子に歪みを与える処理を施している。

このような第２種結晶１０ａを用いて２回目の成長（第２成長工程）を行うと、図１（ｄ）に示すように、第２ＳｉＣ単結晶１２ａが得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
また、第２種結晶１０ａの表面に人工欠陥部を形成した場合であっても、オフセット角θ₂が小さいために、人工欠陥部から発生した螺旋転位の一部が積層欠陥に変換され、オフセット方向の下流側に向かって流れ出すこともない。さらに、第１成長工程において、積層欠陥の大半が成長結晶外に排出されているので、オフセット方向の下流側にある高品質領域に露出している積層欠陥は少ない。そのため、種結晶と成長結晶の界面から螺旋転位が発生する確率も低い。

［３．２． 第２具体例］
図２に、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法の第２具体例の概念図を示す。
図２（ａ）に、第１種結晶の断面模式図を示す。図２（ａ）に示す第１種結晶２０は、種結晶の底面と｛０００１｝面が非平行である、いわゆる「オフセット基板」であり、オフセット角θ₁が相対的に大きい高オフセット角基板である。また、第１種結晶２０は、ａ面成長結晶から切り出された板状の種結晶（ａ面成長基板）である。そのため、第１種結晶２０は、｛０００１｝面とほぼ平行な積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）を相対的に多量に含んでいる。さらに、第１種結晶２０は、オフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域が形成されている。

このような第１種結晶２０を用いて１回目の成長（第１成長工程）を行うと、図２（ｂ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶２２が得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
しかしながら、高オフセット角成長を行う場合において、第１種結晶２０の表面に螺旋転位発生領域（人工欠陥部）を形成すると、人工欠陥部から高密度の積層欠陥が発生する。また、第１種結晶２０内に初めから存在していた積層欠陥もまた、成長結晶内に伝搬し、成長結晶外に排出される。すなわち、第１ＳｉＣ単結晶２２は、相対的に多量の積層欠陥を含んでいる。

次に、第１ＳｉＣ単結晶２２から、θ₂＜θ₁となるように、かつ、オフセット傾斜方向がほぼ一致するように、第２種結晶２０ａを切り出す。図２（ｃ）に、切り出された第２種結晶２０ａの断面模式図を示す。図２（ｃ）に示す第２種結晶２０ａは、オフセット角θ₂が中程度の中オフセット角基板である。また、第１ＳｉＣ単結晶２２の成長高さ、第２種結晶２０ａの切り出し位置等によっては、図２（ｃ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶２２内に伝搬した積層欠陥が成長面上に露出している第２種結晶２０ａが得られる。さらに、第２種結晶２０ａは、オフセット方向上流側端部に、第１ＳｉＣ単結晶１２から引き継いだ高密度の螺旋転位を含んでいる。そのため、図２（ｃ）に示す例においては、切り出された第２種結晶２０ａをそのまま用いている。

このような第２種結晶２０ａを用いて２回目の成長（第２成長工程）を行うと、図２（ｄ）に示すように、第２ＳｉＣ単結晶２２ａが得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
また、第２種結晶２０ａの表面に人工欠陥部を形成しない場合であっても、オフセット角θ₂が比較的大きいために、螺旋転位発生領域から発生した螺旋転位の一部が積層欠陥に変換され、オフセット方向の下流側に向かって流れ出す。さらに、第２種結晶２０ａの表面に露出している積層欠陥の大半は、成長結晶外に排出されるが、その一部は、螺旋転位に変換され、成長結晶中に伝搬する。

次に、第２ＳｉＣ単結晶２２ａから、θ₃＜θ₂となるように、かつ、オフセット傾斜方向がほぼ一致するように、第３種結晶２０ｂを切り出す。図２（ｅ）に、切り出された第３種結晶２０ｂの断面模式図を示す。図２（ｅ）に示す第３種結晶２０ｂは、オフセット角θ₃が相対的に小さい低オフセット角基板である。また、第２ＳｉＣ単結晶２２ａの成長高さ、第３種結晶２０ｂの切り出し位置等によっては、図２（ｅ）に示すように、第２ＳｉＣ単結晶２２ａ内に伝搬した積層欠陥が成長面上に露出していない第３種結晶２０ｂが得られる。さらに、第３種結晶２０ｂは、オフセット方向上流側端部に、第２ＳｉＣ単結晶２２ａから引き継いだ高密度の螺旋転位を含んでいる。そのため、図２（ｅ）に示す例においては、切り出された第３種結晶２０ｂをそのまま用いている。

このような第３種結晶２０ｂを用いて３回目の成長（第３成長工程）を行うと、図２（ｆ）に示すように、第３ＳｉＣ単結晶２２ｂが得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
また、第３種結晶２０ｂのオフセット角θ₃が小さいために、螺旋転位発生領域から発生した螺旋転位の一部が積層欠陥に変換され、オフセット方向の下流側に向かって流れ出すこともない。さらに、第２成長工程において、積層欠陥の大半が成長結晶外に排出されているので、オフセット方向の下流側にある高品質領域に露出している積層欠陥は少ない。そのため、第２ＳｉＣ単結晶２２ａの成長中に高品質領域に発生した螺旋転位は成長結晶中に伝搬するが、種結晶と成長結晶の界面から新たに螺旋転位が発生する確率は低い。

［３．３． 第３具体例］
図３に、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法の第３具体例の概念図を示す。
図３（ａ）に、第１種結晶の断面模式図を示す。図３（ａ）に示す第１種結晶３０は、種結晶の底面と｛０００１｝面が平行である、いわゆる「オンセット基板」であるが、オフセット角θ₁が相対的に大きい高オフセット角基板でもある。また、第１種結晶３０は、ａ面成長結晶から切り出された錐状の種結晶（ａ面成長基板）である。そのため、第１種結晶３０は、｛０００１｝面とほぼ平行な積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）を相対的に多量に含んでいる。さらに、第１種結晶３０は、オフセット方向上流側端部（すなわち、錐面の頂部）に螺旋転位発生領域（人工欠陥部）が形成されている。

このような第１種結晶３０を用いて１回目の成長（第１成長工程）を行うと、図３（ｂ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶３２が得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
しかしながら、高オフセット角成長を行う場合において、第１種結晶３０の表面に螺旋転位発生領域（人工欠陥部）を形成すると、人工欠陥部から高密度の積層欠陥が発生する。また、第１種結晶３０内に初めから存在していた積層欠陥もまた、成長結晶内に伝搬し、成長結晶外に排出される。すなわち、第１ＳｉＣ単結晶３２は、相対的に多量の積層欠陥を含んでいる。

次に、第１ＳｉＣ単結晶３２から、θ₂＜θ₁となるように、かつ、オフセット傾斜方向がほぼ一致するように、第２種結晶３０ａを切り出す。図３（ｃ）に、切り出された第２種結晶３０ａの断面模式図を示す。図３（ｃ）に示す第２種結晶３０ａは、オフセット角θ₂が相対的に小さい低オフセット角基板である。また、第１ＳｉＣ単結晶３２の成長高さ、第２種結晶３０ａの切り出し位置等を最適化すると、図３（ｃ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶３２内に伝搬した積層欠陥が成長面上に露出していない第２種結晶３０ａが得られる。さらに、第２種結晶３０ａは、オフセット方向上流側端部に、第１ＳｉＣ単結晶３２から引き継いだ高密度の螺旋転位を含んでいる。そのため、図３（ｃ）に示す例においては、切り出された第２種結晶３０ａをそのまま用いている。

このような第２種結晶３０ａを用いて２回目の成長（第２成長工程）を行うと、図３（ｄ）に示すように、第２ＳｉＣ単結晶３２ａが得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
また、第２種結晶３０ａのオフセット角θ₂が小さいために、螺旋転位発生領域から発生した螺旋転位の一部が積層欠陥に変換され、オフセット方向の下流側に向かって流れ出すこともない。さらに、第１成長工程において、積層欠陥の大半が成長結晶外に排出されているので、オフセット方向の下流側にある高品質領域に露出している積層欠陥は少ない。そのため、種結晶と成長結晶の界面から螺旋転位が発生する確率も低い。

［３． ＳｉＣ単結晶の製造方法の作用］
［３．１． 低オフセット角成長］
図４に、従来のａ面成長法＋ｃ面成長法（低オフセット角成長）を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法の一例を示す。
図４（ａ）に、第１種結晶の断面模式図を示す。図４（ａ）に示す第１種結晶４０は、種結晶の底面と｛０００１｝面が非平行である、いわゆる「オフセット基板」であり、オフセット角θ₁が相対的に小さい低オフセット角基板である。また、第１種結晶４０は、ａ面成長結晶から切り出された板状の種結晶（ａ面成長基板）である。そのため、第１種結晶４０は、｛０００１｝面とほぼ平行な積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）を相対的に多量に含んでいる。さらに、第１種結晶４０は、オフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域（人工欠陥部）が形成されている。

このような第１種結晶４０を用いて１回目の成長を行うと、図４（ｂ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶４２が得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
しかしながら、低オフセット角成長を行う場合において、種結晶中には＜０００１＞方向の螺旋転位が殆ど存在しないにも拘わらず、種結晶と成長結晶の界面から比較的多くの螺旋転位が発生する場合があった。

次に、第１ＳｉＣ単結晶４２から、θ₂＝θ₁となるように、かつ、オフセット傾斜方向がほぼ一致するように、第２種結晶４０ａを切り出す。図４（ｃ）に、切り出された第２種結晶４０ａの断面模式図を示す。図４（ｃ）に示す第２種結晶１０ａは、オフセット角θ₂が相対的に小さい低オフセット角基板である。また、第２種結晶４０ａは、オフセット方向上流側端部に、第１ＳｉＣ単結晶１２から引き継いだ高密度の螺旋転位を含んでいる。

このような第２種結晶４０ａを用いて２回目の成長を行うと、図４（ｄ）に示すように、第２ＳｉＣ単結晶４２ａが得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
しかしながら、１回目の成長時に高品質領域で生成した螺旋転位は、そのまま成長結晶中に承継される。そのため、従来のａ面成長法＋ｃ面成長法（低オフセット角成長）では、螺旋転位密度の低減に限界があった。

低オフセット角成長において、種結晶中に螺旋転位が殆ど存在しないにもかかわらず、種結晶と成長結晶の界面から螺旋転位が発生するのは、以下の理由によると考えられる。
図５に、低オフセット角成長時の単結晶の成長過程を示す。ｃ面成長においては、ｃ面のステップにＳｉＣが順次析出することによって成長が進む。そのため、図５（ａ）に示すように、低オフセット角成長時には、あるｃ面のステップとその上に形成されるｃ面のステップとの間の距離（テラス幅）が広い。また、結晶内に積層欠陥がある場合、積層欠陥の先端は、幅の広いテラスの表面に露出する。

このような種結晶を用いてｃ面成長を行うと、図５（ｂ）に示すように、テラス上において積層欠陥のステップ端部が螺旋状に回り込む。さらに成長が進むと、図５（ｃ）に示すように、積層欠陥のステップと後続のステップとが合体する。さらに成長が進むと、図５（ｄ）に示すように、積層欠陥の結晶面と後続（上位）の結晶面が等位になり、結晶面が螺旋状構造になる。すなわち、積層欠陥が螺旋転位に変換される。

［３．２． 高オフセット角成長］
図６に、従来のａ面成長法＋ｃ面成長法（高オフセット角成長）を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法の一例を示す。
図６（ａ）に、第１種結晶の断面模式図を示す。図６（ａ）に示す第１種結晶５０は、種結晶の底面と｛０００１｝面が非平行である、いわゆる「オフセット基板」であり、オフセット角θ₁が相対的に大きい高オフセット角基板である。また、第１種結晶５０は、ａ面成長結晶から切り出された板状の種結晶（ａ面成長基板）である。そのため、第１種結晶５０は、｛０００１｝面とほぼ平行な積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）を相対的に多量に含んでいる。さらに、第１種結晶５０は、オフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域（人工欠陥部）が形成されている。

このような第１種結晶５０を用いて１回目の成長を行うと、図６（ｂ）に示すように、第１ＳｉＣ単結晶５２が得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。また、高オフセット角成長を行うと、種結晶と成長結晶の界面からの螺旋転位の発生も抑制することができる。
しかしながら、高オフセット角成長を行うと、種結晶内部から積層欠陥が成長結晶中に伝搬するだけでなく、異種多形抑制のために導入した螺旋転位発生領域から、オフセット方向下流側に伝搬する積層欠陥（基底面内刃状転位を含む）が発生しやすい。この現象は、オフセット角が大きいほど顕著であった。

次に、第１ＳｉＣ単結晶５２から、θ₂＝θ₁となるように、かつ、オフセット傾斜方向がほぼ一致するように、第２種結晶５０ａを切り出す。図６（ｃ）に、切り出された第２種結晶５０ａの断面模式図を示す。また、図６（ｃ’）に、切り出された種結晶のオフセット方向上流側端部に結晶格子に歪みを与える処理を施した第２種結晶５０ｂの断面模式図を示す。第２種結晶５０ａ及び５０ｂは、いずれも、オフセット角θ₂が相対的に大きい高オフセット角基板である。また、第２種結晶５０ａ及び５０ｂは、いずれも、オフセット方向上流側端部に、第１ＳｉＣ単結晶５２から引き継いだ高密度の螺旋転位を含んでいる。

このような第２種結晶５０ａ、５０ｂを用いて２回目の成長を行うと、図６（ｄ）、図６（ｄ’）に示すように、第２ＳｉＣ単結晶５２ａ、５２ｂが得られる。この時、螺旋転位発生領域から相対的に高密度の螺旋転位が発生し、これがｃ面ファセット内に供給される。その結果、ｃ面ファセット内の螺旋転位が不足することに起因する異種多形の発生を抑制することができる。
しかしながら、２回目の成長時に高オフセット角成長を行うと、螺旋転位発生領域から、再度、オフセット方向下流側に伝搬する積層欠陥が発生しやすい。また、螺旋転位発生領域に結晶構造を乱すような処理を加える場合、積層欠陥の発生密度は、より高くなる。そのため、従来のａ面成長法＋ｃ面成長法（高オフセット角成長）では、積層欠陥密度の低減に限界があった。

高オフセット角成長において、積層欠陥が発生しやすいのは、以下の理由によると考えられる。
図７に、高オフセット角成長時の単結晶の成長過程を示す。図７（ａ）に示すように、高オフセット角成長時においては、テラス幅が狭い。また、結晶内に積層欠陥がある場合、積層欠陥の先端は、幅の狭いテラスの表面に露出する。

このような種結晶を用いてｃ面成長を行うと、図７（ｂ）に示すように、ステップ端部が進展する。しかしながら、テラス幅が狭いために、テラス上において積層欠陥のステップ端部が螺旋状に回り込むことができない。そのため、図７（ｃ）〜図７（ｄ）に示すように、さらに成長が進んでも、積層欠陥が螺旋転位に変換されることなく、積層欠陥のまま成長結晶中に伝搬する。

［３．３． 高オフセット角成長→低オフセット角成長］
上述したように、螺旋転位密度の低い種結晶を用いてｃ面成長させる場合において、低オフセット角成長を行うと、種結晶と成長結晶の界面から螺旋転位が発生する場合がある。一方、ｃ面成長時に高オフセット角成長を行うと、螺旋転位発生領域から積層欠陥が発生する場合がある。
これに対し、ｃ面成長を繰り返す場合において、段階的に種結晶のオフセット角を小さくしていくと、成長結晶の螺旋転位密度と積層欠陥密度を同時に低減することができる。

すなわち、まず、ａ面成長後の初回のｃ面成長時に種結晶の成長面のオフセット角を比較的大きくすると、図７に示すように、種結晶の基底面内刃状転位が螺旋転位に変換しにくくなる。その結果、積層欠陥は、そのままオフセット方向下流側に流れ、成長結晶外に排出される。この効果は、オフセット角が大きくなるほど、大きくなる。その際、螺旋転位発生領域からも基底面内刃状転位を含む積層欠陥が発生する場合がある。発生した積層欠陥は、同様にオフセット方向下流側に伝搬し、成長結晶外に排出される。
この時、螺旋転位発生領域から発生する基底面内刃状転位は比較的高密度であるため、一部が螺旋転位に変換することもあるが、低オフセット角成長時に種結晶と成長結晶の界面から発生する螺旋転位に比べて、その発生量は少ない。

次に、高オフセット角成長を行った後、成長結晶からオフセット角が相対的に小さくなるように種結晶を切り出し、これを用いて単結晶を成長させると、螺旋転位発生領域から成長結晶中に流れ込む積層欠陥の密度を低減することができる。この効果は、オフセット角を小さくするほど、大きくなる。また、螺旋転位発生領域に新たに結晶構造を乱す処理を加える場合においても、オフセット角が十分に小さいと、積層欠陥は発生しにくい。
このように、ａ面成長後のｃ面成長時に比較的大きいオフセット角で成長させた後、オフセット角の小さい結晶を取り出し、これを種結晶として成長させると、螺旋転位と積層欠陥の両方を低減することができる。

なお、種結晶の大きさ（円形の場合は直径）に比べ、十分な成長高さの成長結晶が得られる場合には、オフセット角を一度に小さくしても成長結晶から初回の種結晶と同等の大きさの種結晶を切り出すことができる。
一方、十分な成長高さが得られない場合に、オフセット角が大きく異なる種結晶を取り出そうとすると、成長結晶から新たに取り出す次の成長用の種結晶の大きさは小さくなる。このような場合には、図２に示すように、段階的に徐々にオフセット角を小さくすることで、種結晶の大きさを維持できる。

（実施例１）
［１． 試料の作製］
図１に示す方法を用いて、ＳｉＣ単結晶の成長を行った。すなわち、ａ面成長させたＳｉＣ単結晶からθ₁＝８°の基板（第１種結晶）を２枚切り出した。各第１種結晶のオフセット方向上流側端部には、螺旋転位発生領域を形成した。これらを用いて、それぞれ、単結晶を成長させた（第１成長工程）。
次に、得られた結晶の１つから、第１種結晶のオフセット傾斜方向と同一のオフセット傾斜方向になるように、かつ、十分に第１種結晶から離れ、積層欠陥が排出されている領域から、θ₂＝４°の基板（第２種結晶）を切り出した。これを用いて、単結晶を成長させた（第２成長工程）。

［２． 試験方法］
第１成長工程後の単結晶及び第２成長工程後の単結晶から、それぞれ、成長方向とオフセット方向の両方に平行な面を持つＸ線トポグラフ評価用試料を作製した。得られた試料を用いて、トポグラフ像を得た。

［３． 結果］
第１成長工程後の単結晶において、種結晶−成長結晶界面から発生する螺旋転位は、ほとんど観察されなかった。一方、螺旋転位発生領域からオフセット方向下流側に伝搬する積層欠陥が確認された。
第２成長工程後の単結晶において、種結晶−成長結晶界面からの螺旋転位の発生はなく、螺旋転位発生領域からオフセット方向下流側へ伝搬する積層欠陥もほとんど無かった。第２成長工程後の単結晶の螺旋転位発生領域以外での螺旋転位密度を測定した結果、数個／ｃｍ²であった。

（実施例２）
［１． 試料の作製］
図２に示す方法を用いて、ＳｉＣ単結晶の成長を行った。すなわち、ａ面成長させたＳｉＣ単結晶からθ₁＝８°の基板（第１種結晶）を３枚切り出した。各第１種結晶のオフセット方向上流側端部には、螺旋転位発生領域を形成した。これらを用いて、それぞれ、単結晶を成長させた（第１成長工程）。
次に、得られた結晶の２つから、それぞれ、第１種結晶のオフセット傾斜方向と同一のオフセット傾斜方向になるように、かつ、なるべく第１種結晶から離れ、積層欠陥が排出されている領域が広くなるように、θ₂＝６°の基板（第２種結晶）を切り出した。これらを用いて、単結晶を成長させた（第２成長工程）。
さらに、第２成長工程で得られた単結晶の１つから、第２種結晶のオフセット方向と同一のオフセット方向となるように、かつ、十分に第２種結晶から離れ、積層欠陥が排出されている領域から、θ₃＝４°の基板（第３種結晶）を切り出した。これを用いて、単結晶を成長させた（第３成長工程）。

［２． 試験方法］
第１成長工程〜第３成長工程後の単結晶から、それぞれ、成長方向とオフセット方向の両方に平行な面を持つＸ線トポグラフ評価用試料を作製した。得られた試料を用いて、トポグラフ像を得た。

［３． 結果］
第１成長工程後の単結晶において、種結晶−成長結晶界面から発生する螺旋転位は、ほとんど観察されなかった。一方、螺旋転位発生領域からオフセット方向下流側に伝搬する積層欠陥が観察された。また、成長結晶の成長高さが十分でないことから、積層欠陥が完全に排出されていないことも明らかになった。
第２成長工程後の単結晶において、第２種結晶表面の内、積層欠陥が排出されている領域では、種結晶−成長結晶界面からの螺旋転位の発生はなかった。一方、種結晶のオフセット方向下流側における積層欠陥が残存した領域においては、種結晶−成長結晶界面からの螺旋転位の発生が僅かに認められた。また、オフセット方向上流側の螺旋転位発生領域から、低密度は積層欠陥の伝搬が観察された。
第３成長工程後の単結晶において、第２成長工程で発生したオフセット方向下流側の螺旋転位は、そのまま成長結晶に伝搬したが、種結晶−成長結晶界面からの新たな螺旋転位の発生はなかった。また、螺旋転位発生領域からオフセット方向下流側へ伝搬する積層欠陥もほとんど無かった。第３成長工程後の単結晶の螺旋転位発生領域以外での螺旋転位密度を測定した結果、第２種結晶の積層欠陥が残存した領域上に相当する部分で若干高くなったが、その他の領域では数個／ｃｍ²であった。

（実施例３）
［１． 試料の作製］
図３に示す方法を用いて、ＳｉＣ単結晶の成長を行った。すなわち、ａ面成長させたＳｉＣ単結晶からθ₁＝８°、かつ、オフセット方向上流側端部が基板の中央となるように、錐形のオンセット基板（第１種結晶）を２枚切り出した。各第１種結晶のオフセット方向端部（基板の中央部）には、オフセット方向上流側端部を含むように螺旋転位発生領域を形成した。これらを用いて、それぞれ、単結晶を成長させた（第１成長工程）。
次に、得られた結晶の１つから、第１種結晶から離れ、積層欠陥が排出されている領域から、θ₂＝４°、かつ、オフセット方向上流側端部が基板の中央にくるような、錐形のオンセット基板を切り出した。これを用いて、単結晶を成長させた（第２成長工程）。

［２． 試験方法］
第１成長工程〜第２成長工程後の単結晶から、それぞれ、成長方向とオフセット方向の両方に平行な面を持つＸ線トポグラフ評価用試料を作製した。得られた試料を用いて、トポグラフ像を得た。

［３． 結果］
第１成長工程後の単結晶において、種結晶−成長結晶界面から発生する螺旋転位は、ほとんど観察されなかった。一方、螺旋転位発生領域からオフセット方向下流側に伝搬する積層欠陥が観察された。
第２成長工程後の単結晶において、種結晶−成長結晶界面からの新たな螺旋転位の発生はなく、螺旋転位発生領域からオフセット方向下流側へ伝搬する積層欠陥もほとんど無かった。第３成長工程後の単結晶の螺旋転位発生領域以外での螺旋転位密度を測定した結果、数個／ｃｍ²であった。

（比較例１）
［１． 試料の作製］
ａ面成長させたＳｉＣ単結晶からθ₁＝４°の基板（第１種結晶）を切り出した。種結晶のオフセット方向上流側端部には、螺旋転位発生領域を形成した。これを用いて、単結晶を成長させた。以下、θ₁＝４°の基板の切り出し及び単結晶の成長を複数回繰り返した。
［２． 試験方法］
実施例１と同様にして、トポグラフ像を得た。
［３． 結果］
１回目の成長時に、種結晶−成長結晶界面から螺旋転位が多く発生した。発生した螺旋転位は、２回目以降の成長時に承継された。成長結晶中の螺旋転位発生領域以外での螺旋転位密度を測定した結果、数十個／ｃｍ²であった。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として使用することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法として用いることができる。

Claims (13)

1. 以下の構成を備えたＳｉＣ単結晶の製造方法。
   （１）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、
   ＳｉＣからなる第１種結晶を用いて第１ＳｉＣ単結晶を成長させる第１成長工程と、
   得られた第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶（２≦ｋ≦ｎ）から第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ種結晶を用いて第ｋＳｉＣ単結晶を再成長させる第ｋ成長工程を（ｎ−１）回（ｎ≧２）繰り返す再成長工程と
   を備えている。
   （２）前記第１種結晶の成長面のオフセット角θ₁は、４°＜θ₁≦３０°である。
   （３）（ｎ−１）回（ｎ≧２）の前記第ｋ成長工程の内、少なくとも１回は、前記第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）の成長面のオフセット角θ_kと前記第（ｋ−１）種結晶の成長面のオフセット角θ_k-1との間に、θ_k＜θ_k-1の関係を満たす工程がある。
   （４）前記第ｎ種結晶の成長面のオフセット角θ_nは、θ_n＜θ₁である。
   （５）前記第ｋ種結晶（１≦ｋ≦ｎ）は、すべてオフセット方向上流側端部に螺旋転位発生領域を有する。
   但し、「成長面のオフセット角」とは、前記成長面の法線ベクトルと、前記ＳｉＣ種結晶の｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角をいう。前記成長面の一部に前記オフセット角の異なる面が含まれているときは、「成長面のオフセット角」とは、前記オフセット角が一定である最大面のオフセット角をいう。
   「オフセット方向上流側端部」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを前記成長面上に投影したベクトルの先端が向いている側であって、結晶学的に最上位の｛０００１｝面がある部分をいう。
2. 前記θ_nと前記θ₁との差Δθ_n（＝θ_n−θ₁）は、Δθ_n≦−２°である請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
3. 前記θ_nと前記θ₁との差Δθ_n（＝θ_n−θ₁）は、Δθ_n≦−４°である請求項１又は２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
4. θ_n≦１５°である請求項１から３までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
5. θ_n≦８°である請求項１から４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
6. θ_n≦４°である請求項１から５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
7. θ₁≧８°である請求項１から６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
8. （ｎ−１）回（ｎ≧２）の前記第ｋ成長工程は、すべて前記第ｋ種結晶（２≦ｋ≦ｎ）のｃ面内におけるオフセット傾斜方向が、前記第（ｋ−１）種結晶の｛０００１｝面内におけるオフセット傾斜方向に対して、±４５°の範囲にある請求項１から７までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
   但し、「｛０００１｝面内におけるオフセット傾斜方向」とは、オフセット方向の下流側端部から上流側端部に向かうベクトルをｃ面上に投影したときに、投影ベクトルの先端が向いている側をいう。
   「オフセット方向の下流側端部」とは、｛０００１｝面の成長方向側の法線ベクトルを成長面上に投影したベクトルの先端が向いている側とは反対の側であって、結晶学的に最下位の｛０００１｝面がある部分をいう。
9. （ｎ−１）回（ｎ≧２）の前記第ｋ成長工程は、すべてθ_k＜θ_k-1の関係を満たす請求項１から８までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
10. ｎ＝２である請求項１から９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
11. 前記第ｋ成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ種結晶の成長面のオフセット角θ_kが４°以下の場合において、前記第ｋ種結晶の前記成長面上に前記第（ｋ−１）種結晶から前記第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶に引き継がれた積層欠陥が露出しないように、前記第（ｋ−１）ＳｉＣ単結晶から前記第ｋ種結晶を切り出すものである請求項１から１０までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
12. 前記螺旋転位発生領域は、前記成長面に結晶構造を乱す処理を施すことにより形成されたものである請求項１から１１までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
13. 前記結晶構造を乱す処理は、機械加工処理である請求項１２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。

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