JP5975482B2 - ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

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。

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。

ＳｉＣ単結晶の製造方法として、ＳｉＣ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、ＳｉＣ種結晶を液相中で結晶成長させる方法（所謂液相成長法）とが知られている。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（例えば、特許文献１参照）。

ところで、結晶成長の際には、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面に多数のステップが形成される。このステップの高さを望み通りに制御するのは困難である。ＳｉＣ単結晶を各種デバイス用の基板として用いる場合等には、ＳｉＣ単結晶の表面に高さの高いステップが形成されているのが好ましくない場合があるが、このような場合にはＳｉＣ単結晶の結晶成長面を切削加工する等して平滑化する必要があった。

特開２０００−２６４７９０号公報

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、液相成長法によりＳｉＣ単結晶を結晶成長させ、かつ、結晶成長面に形成されているステップの高さを低減できるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発明者等は、鋭意研究の結果、液相成長法により特定の条件でＳｉＣ単結晶を成長させることで、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面に生じているステップバンチングを解き、ＳｉＣ単結晶表面に形成されているステップの高さを低減できることを見出した。

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）を含む原料溶液中で液相成長法によりＳｉＣ種結晶の結晶成長面にＳｉＣからなるステップを進展させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる結晶成長工程を含み、前記結晶成長工程は、前記原料溶液に外力を加え前記原料溶液を前記ステップの進展方向の逆方向に沿って流動させることで、前記結晶成長面におけるステップバンチングの少なくとも一部を解く平滑化工程を備える方法である。

このような方法を備える本発明の製造方法によると、ステップバンチングが生じ比較的大きな凹凸が形成されたＳｉＣ単結晶の表面を、平滑化工程によって略平滑化することができる。このため、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法によると、研磨加工や切削加工を施さなくても、表面が略平滑化されたＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。

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）前記結晶成長工程は、前記原料溶液を前記ステップの進展方向に沿って流動させることで、前記結晶成長面にステップバンチングを生じさせるバンチング工程を含む。
（２）前記バンチング工程において、前記ステップバンチングにより、ＳｉＣ単結晶からなり高さ７０ｎｍを超えるマクロステップを形成する。
（３）前記バンチング工程において、前記ステップバンチングにより、高さ８０ｎｍ以上のマクロステップを形成する。
（４）前記バンチング工程において、前記ステップバンチングにより、高さ１００ｎｍ以上のマクロステップを形成する。

本発明の発明者等は、鋭意研究の結果、液相成長法により特定の条件で種結晶を結晶成長させることで、ステップバンチングを生じさせ、高さの高いステップを形成しつつ単結晶を結晶成長させ得ることを見出した。

すなわち、上記（１）を備える本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法によると、バンチング工程においてステップバンチングを生じさせることができるため、高さの高いステップを形成しつつ単結晶を結晶成長させることが可能である。なお、バンチング工程を平滑化工程の前におこなうことで、高さの高いステップを進展させつつ結晶成長をおこない、その後に結晶成長面を略平滑化することが可能である。この場合、種結晶の結晶成長面に対する原料溶液の流動方向を１８０°異なる２方向に切り替えれば良い。例えば、原料溶液の流動方向をＳｉＣ単結晶のステップ進展方向と同方向にし、その後ステップ進展方向と逆方向にすれば、欠陥の少ないかつ表面の滑らかなＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。

上記（２）〜（４）の何れかを備える本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法によると、後述するように、欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を容易に製造することができる。

なお、本発明の製造方法で得られたＳｉＣ単結晶は、種々のデバイス等の基板として用いることもできるし、或いは、種結晶として用いることもできる。

本発明の製造方法によると、液相成長法によりＳｉＣ単結晶を結晶成長させ、その際に結晶成長面に形成されるステップの高さを低減できる。

結晶成長中のＳｉＣ単結晶におけるステップ進展方向、テラス面およびステップ高さの関係を模式的に表す説明図である。 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。 試験１のＳｉＣ単結晶の製造方法における坩堝、原料溶液の流動方向および種結晶の位置を模式的に表す説明図である。 試験１のＳｉＣ単結晶の製造方法における位置調整要素、坩堝および種結晶の位置を模式的に表す説明図である。 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。 試験１ａのＳｉＣ単結晶の原子間力顕微鏡像と、当該原子間力顕微鏡像のＡ−Ｂ位置におけるステップ高さを表すグラフである。 試験１ｂのＳｉＣ単結晶の原子間力顕微鏡像と、当該原子間力顕微鏡像のＣ−Ｄ位置におけるステップ高さを表すグラフである。 結晶成長中のＳｉＣ単結晶１ａおよび１ｂにおけるステップ高さの経時変化を表すグラフである。 種結晶、および、参考試験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。 参考試験１で用いた種結晶を図１１および図１２と同一箇所で撮像したＸ線トポグラフィー像である。 参考試験１の方法による結晶成長の初期におけるＳｉＣ単結晶を図１０および図１２と同一箇所で撮像したＸ線トポグラフィー像である。 参考試験１のＳｉＣ単結晶を図１０および図１１と同一箇所で撮像したＸ線トポグラフィー像である。 参考試験１〜３のＳｉＣ単結晶における貫通らせん転位の変換率（％）および各ＳｉＣ単結晶におけるステップ高さの最小値と、参考試験１〜３においてＳｉＣ種結晶に形成したオフ角との関係を表すグラフである。 参考試験１のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像である。 参考試験２のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像である。 参考試験３のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像である。 図１４を基に得たＳｉＣ単結晶のステップを模式的に表す説明図である。 参考試験１〜３の各ＳｉＣ単結晶におけるステップ高さとオフ角との関係を表すグラフである。 参考試験１〜３の各ＳｉＣ単結晶におけるテラス幅とオフ角との関係を表すグラフである。 ＳｉＣ種結晶の断面を模式的に表す説明図である。 ＳｉＣ種結晶の結晶成長面にマクロステップが進展している様子を模式的に表す説明図である。 ＳｉＣ種結晶の結晶成長面にマクロステップが進展している様子を模式的に表す説明図である。 本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法により形成したマクロステップを進展させつつ結晶成長したＳｉＣ単結晶を模式的に表す説明図である。 マクロステップの高さ（ｈ）、マクロステップのステップ進展速度（Ｖ_ｓｔｅｐ）、テラス幅（ｗ）、および、らせん転位の成長速度（ｖ_{ｓｐｉｒａｌ}）の関係を模式的に表す説明図である。 ノマルスキー型微分干渉顕微鏡を用いて参考試験４のＳｉＣ単結晶を撮像した顕微鏡像である。

本発明のＳｉＣ単結晶成長方法において、原料溶液としてはケイ素元素および炭素元素を含む溶液を用いる。この原料溶液にＳｉＣ種結晶を接触させて、少なくともＳｉＣ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ＳｉＣ種結晶近傍において過飽和状態になるようにし、ＳｉＣ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。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溶液等である。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、ＳｉＣ種結晶としては、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣに代表される種々の結晶多形を用いることができる。

何れの場合も、ＳｉＣ単結晶におけるステップ進展方向の逆方向に沿って原料溶液を流動させることで、結晶成長面に存在するステップバンチングの少なくとも一部を解き、結晶成長面を略平滑化することが可能である。また、原料溶液の流動方向をＳｉＣ単結晶のステップ進展方向に沿った方向にすることで、ステップバンチングを生じさせ、結晶成長面に高さの高いステップを形成することが可能である。ところで、本明細書において、原料溶液の流動方向を単結晶のステップ進展方向に沿った方向にする、とは、原料溶液の流動方向をステップ進展方向と平行または略平行な方向にすることをいう。原料溶液の流動方向とステップ進展方向とは、交差角が±１５°以内となれば良い。原料溶液の流動方向とステップ進展方向との交差角は１０°以内であるのが好ましく、±５°以内であるのがより好ましい。

なお本明細書において、原料溶液の流動とは対流でなく強制流を指す。つまり、一般的に液相成長法において、原料溶液には温度勾配等が形成されているため、外力により原料溶液を強制流動させない場合にも、原料溶液の対流が生じている場合がある。本発明の製造方法においては、この対流を打ち消す程度に原料溶液を強制流動させる。原料溶液の強制流動方法は特に問わない。例えば、坩堝等の容器内に収容された原料溶液中で結晶成長をおこなう場合には、容器に外力を加え、容器を回転または振動させることで、容器内の原料溶液に間接的に外力を作用させ、強制流動を生じさせても良い。或いは、原料溶液に直接磁場を印加することで、原料溶液を強制流動させても良い。なお、原料溶液が流動する、とは、液槽中の原料溶液と種結晶の結晶成長面との少なくとも一方が他方に対して相対的に位置変化する、と言い換えることができる。つまり、種結晶自体を位置変化させることで原料溶液と種結晶とを相対的に位置変化させつつ、結晶成長をおこなうことも可能である。

また、本明細書におけるステップの高さｈとは、図１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１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のステップ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。

（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。

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２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の内部に対して自在に位置変化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を駆動するディップ軸駆動部（図略）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２中下端部）は二つに分岐している。各々の先端にはＳｉＣ種結晶１を保持可能な保持部２８が形成されている。保持要素２３は後述する位置調整要素３に保持されている。

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、ＳｉＣ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。

詳しくは、坩堝駆動要素２４によって坩堝２１を一方向に回転させ、図３に示すように、坩堝２１内において原料溶液２９の流れを図中矢印に示すように一方向に形成した。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、ＳｉＣ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。

単結晶成長装置２０における加熱要素２２の設定温度は１７００℃であり、坩堝２１中には２１℃／ｃｍの図２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２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。

保持要素２３は、図２に示すディップ軸部２６と位置調整要素３とを含む。より具体的には、ディップ軸部２６は位置調整要素３に保持され、坩堝２１の径方向および回転軸Ｌ_０方向に対して移動可能であり、坩堝２１内部における略全領域に種結晶１を配置し得る。位置調整要素３は、坩堝２１の上方に配置され略板状をなすｘｙテーブル３０と、ｘｙテーブル３０に取り付けられているｘ方向案内部３０ｘと、ｘ方向案内部３０ｘに取り付けられているｙ方向案内部３０ｙと、ｘｙテーブル３０に取り付けられているｚ方向案内部３０ｚとを持つ。

図４に示すように、ｘ方向案内部３０ｘおよびｙ方向案内部３０ｙはそれぞれ略棹状をなす。ｘ方向案内部３０ｘはｘｙテーブル３０に固定されている。ｙ方向案内部３０ｙの一端部はｘ方向案内部３０ｘにスライド可能に取り付けられている。したがって、ｙ方向案内部３０ｙはｘ方向案内部３０ｘの長手方向（図４中矢印ｘ方向）に沿ってスライド可能である。ｙ方向案内部３０ｙとｘ方向案内部３０ｘとの間には、ｘ方向駆動部３１ｘが介在している。ｘ方向駆動部３１ｘは、第１モータ（図略）と、第１モータの回転運動をｘ方向の直線運動に変換するとともにｙ方向案内部３０ｙに伝達する第１伝達機構（図略）とを含み、ｙ方向案内部３０ｙをｘ方向に自動的にスライドさせる。

ｙ方向案内部３０ｙにはディップ軸部２４ａが取り付けられている。ディップ軸部２４ａはｙ方向案内部３０ｙの長手方向（図４中矢印ｙ方向）に沿ってスライド可能である。ｙ方向案内部３０ｙとディップ軸部２４ａとの間には、ｙ方向駆動部３１ｙが介在している。ｙ方向駆動部３１ｙは、第２モータ（図略）と、第２モータの回転運動をｙ方向の直線運動に変換するとともにディップ軸部２４に伝達する第２伝達機構（図略）とを含み、ディップ軸部２４をｙ方向に自動的にスライドさせる。

ｘｙテーブル３０にはｚ方向案内部３０ｚが取り付けられている。ｚ方向案内部３０ｚはｚ方向（図２中上下方向）に沿ってスライド可能である。ｘｙテーブル３０とｚ方向案内部３０ｚとの間には、ｚ方向駆動部３１ｚが介在している。ｚ方向駆動部３１ｚは、第３モータ（図略）と、第３モータの回転運動をｚ方向の直線運動に変換するとともにｘｙテーブルに伝達する第２伝達機構（図略）とを含み、ｘｙテーブルをｚ方向に自動的にスライドさせる。なお、ディップ軸部２４、ｘ方向案内部３０ｘおよびｙ方向案内部３０ｙもまた、ｘｙテーブル３０に従動して上下にスライドする。

ｘ方向案内部３０ｘの長手方向ｘとｙ方向案内部３０ｙの長手方向ｙとは、互いに交差する方向（試験１においては略直交する方向）であり、ディップ軸部２４ａはｘｙテーブル３０と平行な面上、つまり、ｘｙ平面上を自在に移動可能である。ディップ軸部２４ａの長手方向はｙ方向案内部３０ｙの長手方向ｙおよびｘ方向案内部３０ｘの長手方向ｘと交差する方向（試験１では略直交する方向）であり、かつ、上述したようにディップ軸部２４ａは高さ方向（坩堝２１の深さ方向：ｚ軸方向）にスライド可能である。このため、ディップ軸部２４ａに保持された種結晶１は、坩堝２１内をｘ軸方向およびｙ軸方向に移動可能であるとともに、ｘｙテーブルと略直交する方向（ｚ軸方向、図２に示す上下方向）にも移動可能である。つまり、試験１で用いた結晶製造装置においては、坩堝２１内の略全領域にわたって種結晶１を配置可能である。またディップ軸部２４ａは、ｘ方向駆動部３１ｘ、ｙ方向駆動部３１ｙおよびｚ方向駆動部３１ｚによって、坩堝２１の回転軸Ｌ_０を中心としｘｙ平面上を円弧方向に移動可能である。換言すると、ディップ軸部２４ａは坩堝２１の回転軸Ｌ_０を中心としてｘｙ平面上を公転可能である。

さらに、ディップ軸部２４ａにはモータ３９が取り付けられている。モータ３９はディップ軸部２４ａとともにｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向に移動する。このモータ３９は、ディップ軸部２４ａを回転（自転）駆動可能である。この結晶製造装置においては、ディップ軸部２４ａを回転（公転および／または自転）させることでも、原料溶液（ＳｉＣ溶液）２９を流動させることができる。つまり、モータ３９、ｘ方向駆動部３１ｘ、ｙ方向駆動部３１ｙ、ｚ方向駆動部３１ｚおよびディップ軸部２４ａは、溶液流動要素として用いることも可能である。

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。図５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１．２５°であった。この種結晶１を二つ準備し、図２に示すように、各保持部２８に各々一つずつ取り付けた。このとき各種結晶１のなかでオフ角を形成した結晶成長面は、坩堝２１中の原料溶液２９に対面した。そして、ディップ軸駆動部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を回転させた。この坩堝２１の回転によって、坩堝２１内の原料溶液２９が坩堝２１の回転方向と同方向に流動した（図３）。また、坩堝２１内には２つの種結晶（種結晶１ａ、種結晶１ｂ）が配置され、各種結晶１ａ、１ｂは坩堝２１の回転軸Ｌ_０よりも坩堝２１の径方向外側に配置されている。このため、原料溶液２９は種結晶１の結晶成長面の近傍においても流動した。

ところで、上述したように、２つの種結晶１ａ、１ｂの表面には［１１−２０］方向に向けたオフ角が形成されている。このため、各種結晶１ａ、１ｂ上に成長するＳｉＣ単結晶のステップ進展方向は［１１−２０］方向に案内されている。これに対して原料溶液２９は、種結晶１ａの近傍においてはステップ進展方向と略同方向になるように流動し、かつ、種結晶１ｂの近傍においてはステップ進展方向と略逆方向になるように流動した。なお、このときの坩堝２１の回転速度（最高速度）は約２０ｒｐｍであった。

なお、ｘ方向案内部３０ｘ、ｙ方向案内部３０ｙおよびディップ軸部２６には、各々の長手方向に沿って目盛りが形成されている。ｘ方向案内部３０ｘ、ｙ方向案内部３０ｙおよびディップ軸部２６の目盛りによって、ディップ軸部２６、ひいてはディップ軸部２６に固定されている種結晶１の坩堝２１中における座標を把握することが可能であり、種結晶１を坩堝２１内における望み通りの位置に再現性高く配置することが可能である。

坩堝２１内における原料溶液の流動方向および流速は、例えば、坩堝２１の回転数や原料溶液の量、温度等に基づいて演算することができる。そして、検知または演算により得た原料溶液の流動方向に基づいて、ディップ軸部２６および種結晶１の位置を適宜調整することで、種結晶１上のＳｉＣ単結晶のステップ進展方向と原料溶液の流動方向とを逆方向または同方向にすることができる。

ＳｉＣ種結晶１ａ上におけるＳｉＣ単結晶のステップ進展方向と原料溶液２９の流動方向とを略同方向とし、ＳｉＣ種結晶１ｂ上におけるＳｉＣ単結晶のステップ進展方向と原料溶液２９の流動方向とを略逆方向としつつ、結晶成長を続け、原料溶液２９よりも低温の種結晶１ａ、１ｂの結晶成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させた。このときの成長温度は１７００℃であった。また、原料溶液２９の流動速度は８．６ｃｍ／ｓであった。

成長開始（つまり種結晶１と原料溶液２９との接触開始後）から２０分後、ディップ軸駆動部によりディップ軸部２６を上方に移動させ、結晶成長した２つの種結晶１（つまりＳｉＣ単結晶）を原料溶液２９から引き上げた。引き上げた２つの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単結晶を得た。このうち、種結晶として１ａを用いたものを試験１ａのＳｉＣ単結晶と呼び、種結晶として１ｂを用いたものを試験１ｂのＳｉＣ単結晶と呼ぶ。試験１ａのＳｉＣ単結晶および試験１ｂのＳｉＣ単結晶の何れにも、ステップの進展を伴う結晶成長が生じていた。

原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用い、試験１ａのＳｉＣ単結晶および試験１ｂのＳｉＣ単結晶に形成されたステップの高さを測定した。測定結果を図６および図７に示す。詳しくは、図６の上図は試験１ａのＳｉＣ単結晶の表面の高さ分布を表し、図６の下図は上図中Ａ−Ｂ間の高さのプロファイルを表す。図７の上図は試験１ｂのＳｉＣ単結晶の表面の高さ分布を表し、図７の下図は上図中Ｃ−Ｄ間の高さのプロファイルを表す。図６に示すように、原料溶液の流動方向とステップ進展方向とが略同一方向であった試験１ａのＳｉＣ単結晶において、ステップの平均高さは１０３ｎｍであり、ステップ高さの高いマクロステップが形成されていた。これに対して、図７に示すように、原料溶液の流動方向とステップ進展方向とが略逆方向であった試験１ｂのＳｉＣ単結晶において、ステップの平均高さは６６ｎｍであり、試験１ａのＳｉＣ単結晶のように大きなステップは形成されていなかった。

結晶成長中のＳｉＣ単結晶１ａおよび１ｂにおけるステップ高さの経時変化を表すグラフを図８に示す。図８に示すように、ＳｉＣ溶液２９の流動方向とステップ進展方向とが同方向であった試験１ａのＳｉＣ単結晶に関しては、結晶成長時間が経過するのに伴い（つまり、結晶成長が進行するのに伴い）、ステップ高さが高くなった。つまり、ステップバンチングが進行し、ステップ高さの高いステップ（マクロステップ）が形成された。一方、ＳｉＣ溶液２９の流動方向とステップ進展方向とが逆方向であった試験１ｂのＳｉＣ単結晶に関しては、結晶成長時間が経過するのに伴い、ステップ高さが低くなった。つまり、ステップバンチングが解け、結晶成長面が平滑化された。このように、本発明の結晶成長方法によると、結晶成長面におけるステップバンチングを減少させ（ステップバンチングを解き）、結晶成長面を平滑化することが可能である。また、本発明の結晶成長方法によると、結晶成長面におけるステップバンチングの形成を進行させることができ、マクロステップを形成しつつ単結晶を結晶成長させ得る。そして、貫通らせん転位等の欠陥を基底面の欠陥が変換された単結晶を得ることができる。

試験１では、坩堝２１を回転させることによって、原料溶液２９を流動させたが、例えばディップ軸部２６を原料溶液２９中で回転運動または往復運動させる等して、原料溶液２９を流動させることもできる。この場合、ディップ軸部２６を駆動するための軸部駆動要素（例えばモータ等）や、軸部駆動要素の駆動力をディップ軸部２６に伝達するための軸伝達部（例えばギヤやラックアンドピニオン機構、プーリー機構、クランクシャフト等）を設ければ、ディップ軸部２６を自動的に駆動できる。

ところで、ＳｉＣ単結晶を結晶成長させる際に、種結晶における貫通らせん転位上にマクロステップを進展させる場合には、結晶成長方向に延びる欠陥（例えば貫通らせん転位や貫通刃状転位等）を、基底面に略平行な欠陥（基底面の積層欠陥や基底面転位）等に変換させることができる。つまり、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法により、ステップ進展方向に沿って原料溶液を流動させつつ結晶成長させることで、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面にステップバンチングを生じさせ、ひいてはマクロステップを形成することができる。そして、欠陥上にマクロステップを進展させることで、貫通らせん転位等の欠陥の低減したＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。そして、その後、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法により、ステップ進展方向の逆方向に沿って原料溶液を流動させつつ結晶成長させることで、貫通らせん転位等の欠陥が低減し、かつ、表面が平滑化したＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。

〔ステップ高さと貫通らせん変換率との関係〕
（参考試験１）
参考試験１のＳｉＣ単結晶製造方法は、ＳｉＣ種結晶の（０００１）面に形成するオフ角が１．２５°となるように切削加工を施したこと、および、原料溶液を結晶成長面に対して一方向に強制流動させなかったこと以外は試験１のＳｉＣ単結晶製造方法と同じ方法である。参考試験１のＳｉＣ単結晶製造方法により、参考試験１のＳｉＣ単結晶を得た。

（参考試験２）
参考試験２のＳｉＣ単結晶製造方法は、種結晶の（０００１）面に形成するオフ角が２°となるように切削加工を施したこと以外は、参考試験１のＳｉＣ単結晶製造方法と同じ方法である。参考試験２のＳｉＣ単結晶製造方法により、参考試験２のＳｉＣ単結晶を得た。

（参考試験３）
参考試験３のＳｉＣ単結晶製造方法は、オフ角の角度以外は参考試験１のＳｉＣ単結晶製造方法と同じ方法である。具体的には、参考試験３において種結晶に形成したオフ角は４°であった。参考試験３のＳｉＣ単結晶製造方法により、参考試験３のＳｉＣ単結晶を得た。

（参考試験４）
参考試験４のＳｉＣ単結晶製造方法は、オフ角の角度以外は参考試験１のＳｉＣ単結晶製造方法と同じ方法である。具体的には、参考試験４において種結晶に形成したオフ角は０．７５°であった。参考試験４のＳｉＣ単結晶製造方法により、参考試験４のＳｉＣ単結晶を得た。

（参考評価試験）
〔貫通らせん転位の変換率〕
放射光Ｘ線を用いたＸ線トポグラフィー法を用いて、上記の参考試験１〜３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。

図９は、種結晶、および、参考試験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９中左に示す像が種結晶のＸ線トポグラフィー像であり、図９中右に示す像が結晶成長初期における参考試験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らせん転位ＴＳＤが数多く存在している。この貫通らせん転位ＴＳＤの多くは、成長後の結晶においてステップ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、部分転位を伴うフランク型の積層欠陥ＳＦであることが明らかとなった。この結果から、参考試験１の製造方法によると種結晶に存在する貫通らせん転位を基底面の積層欠陥に変換し得ることがわかる。

図１０〜図１２は、種結晶、参考試験３の方法による結晶成長の初期におけるＳｉＣ単結晶、および参考試験３の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に示す像は種結晶のＸ線トポグラフィー像である。図１１に示す像は結晶成長初期における参考試験３のＳｉＣ単結晶のＸ線トポグラフィー像である。図１２に示す像は参考試験３のＳｉＣ単結晶のＸ線トポグラフィー像である。図１０、１１に示すように、参考試験１に比べてオフ角を大きくした参考試験３のＳｉＣ単結晶は、成長初期において殆どの貫通らせん転位ＴＳＤが積層欠陥ＳＦに変換している。そして、図１２に示すように参考試験３の製造方法で得られたＳｉＣ単結晶はステップが進展した痕跡である段差が数多く形成され、殆どの貫通らせん転位ＴＳＤおよび積層欠陥ＳＦは消失している。この結果から、オフ角の角度を大きくした参考試験３の製造方法によっても、種結晶に存在する貫通らせん転位を基底面の積層欠陥に変換し得ることがわかる。

上記の方法で得たＸ線トポグラフィー像から選択される任意の１ｍｍ×５ｍｍの領域を目視でカウントすることにより、各参考試験に用いた種結晶の貫通らせん転位の数、および、各参考試験で得られたＳｉＣ単結晶の貫通らせん転位の数を計測した。そして、各参考試験で用いた各種結晶における貫通らせん転位の数を１００個数％として、各参考試験による貫通らせん転位の変換率（％）を算出した。結果を図１３に示す。

図１３に示すように、オフ角の角度が大きくなる程、貫通らせん転位から積層欠陥への変換率（％）が高くなる。

〔ステップ高さとオフ角との関係〕
共焦点レーザー顕微鏡を用い、各参考試験で得られたＳｉＣ単結晶に形成されているステップの高さを測定した。具体的には、共焦点レーザー顕微鏡としてオリンパス株式会社製、ＬＥＸＴ ＯＬＳ−３１００を用い、各ＳｉＣ単結晶をテラス面側から撮像した。参考試験１のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像を図１４に示し、参考試験２のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像を図１５に示し、参考試験３のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像を図１６に示す。図１４〜図１６に示す各像の濃淡はステップの高さを示す。ステップ進展方向は各図中上下方向（淡色側→濃色側方向）である。図１４〜図１６に示すように、参考試験１〜３のＳｉＣ単結晶には、バンチングした多数のステップが形成されている。そしてこれら多数のステップが縞状に整列していることから、これらのＳｉＣ単結晶においてステップが進展したこともわかる。さらに、各ステップの高さは参考試験３＞参考試験２＞参考試験１であることもわかる。一例として、図１４に示す参考試験１のＳｉＣ単結晶のレーザー顕微鏡像を基に得た、ＳｉＣ単結晶のステップを模式的に表す説明図を図１７に示す。これらの図から、参考試験１〜３のＳｉＣ単結晶におけるステップの高さおよびテラス幅を読み取った。参考試験１〜３の各ＳｉＣ単結晶におけるステップ高さとオフ角との関係を図１８に示し、参考試験１〜３の各ＳｉＣ単結晶におけるテラス幅とオフ角との関係を図１９に示す。図１８に示すように、オフ角が大きい程、ステップ高さの高いステップが形成された。このため、オフ角が大きい程、ステップ高さの高いステップ（マクロステップ）を多く含むＳｉＣ単結晶を得ることができると考えられる。

参考試験１〜３において種結晶に形成したオフ角と、図１８に示される各ＳｉＣ単結晶におけるステップ高さの最小値と、の関係を貫通らせん転位の変換率とともに図１３に示す。図１３に示すように、貫通らせん転位の変換率と、ＳｉＣ単結晶におけるステップ高さの最小値とには正の相関があり、ステップ高さの最小値が大きい程、貫通らせん転位の変換率が高くなることがわかる。オフ角１．２５°でありステップ高さの最小値が８０ｎｍである参考試験１のＳｉＣ単結晶においては９０％以上の貫通らせん転位が変換した。また、オフ角４°でありステップ高さの最小値が１００ｎｍである参考試験３のＳｉＣ単結晶では９９％以上の貫通らせん転位が変換した。このように、ステップ高さの高いマクロステップを形成することで、貫通らせん転位の積層欠陥への変換率は大きく向上する。

なお、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法においては、全てのステップがマクロステップでなくても良い。少なくとも一つのマクロステップが形成されれば、貫通らせん転位の変換率が向上し、貫通らせん転位の少ないＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。勿論、上述したようにマクロステップが多く形成されれば（例えば、参考試験３のようにステップ高さの最小値が１００ｎｍ以上である場合等には）、貫通らせん転位の著しく低減したＳｉＣ単結晶を得ることができる。つまり、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法によると、マクロステップの数や高さを適宜調整することで、貫通らせん転位のないＳｉＣ単結晶を得ることも可能である。参考までに、図１９に示すように、オフ角が大きい程、テラス幅は小さくなる。

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

上述したように、参考試験３のＳｉＣ単結晶においては貫通らせん転位のほぼ１００％が変換していた。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。このときのマクロステップの高さの最小値は１００ｎｍ（０．１μｍ）であったため、結晶成長面上をマクロステップが進展する現象が２００回以上生じると、ＳｉＣ単結晶の貫通らせん転位のほぼ全てが変換すると考えられる。換言すると、一つの貫通らせん転位上をマクロステップが２００回以上進展すれば貫通らせん転位はほぼ確実に変換すると考えられる。参考試験３のＳｉＣ種結晶における結晶成長面は１ｃｍ×１ｃｍであったため、特に好ましいマクロステップの密度（線密度）は２００個／ｃｍ以上であると言える。なお、実際にはマクロステップの線密度が１００個／ｃｍ以上あれば、大多数の貫通らせん転位は変換する。つまり、マクロ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、貫通らせん転位の変換が生じた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。

参考までに、ここでいうマクロステップの数とは、結晶成長における任意の時点におけるマクロステップの個数をいう。マクロステップの個数は、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、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、マクロ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。

ところで、上述した好ましいマクロ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。

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

結晶成長面上をマクロ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上をマクロステップがｎ＝ｔ／ｈ（回）通過する。また、点Ａ上をマクロステップが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に向けてマクロ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。

また、貫通らせん転位が変換するのに必要なマクロ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、マクロステップが貫通らせん転位をＮ回通過するためには、貫通らせん転位からＮ×Ｗ_ａｖｅ（ｃｍ）離れたところのマクロステップが貫通らせん転位を通過する必要がある。つまり、マクロステップはＮ×Ｗ_ａｖｅ（ｃｍ）以上進展する必要がある。

平均的なマクロステップの線密度ρは１０００個／ｃｍである。また、マクロステップの好ましい高さは上記のとおり０．１μｍである。このため、上式を考慮すると、一つの貫通らせん転位上をマクロステップが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、マクロ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。

なお、多くの貫通らせん転位を変換するためには、マクロ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。図１２に示すＸ線トポグラフィー像の全長は約１０００μｍである。マクロステップはこの像の全域にわたって形成され、その線密度は上述した好ましい範囲つまり１００個／ｃｍ以上である。このため、マクロステップは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いと言える。マクロステップが連続する長さは長ければ長い方が好ましい。このため、マクロステップは１００個／ｃｍ以上（より好ましくは２００個／ｃｍ）の線密度で３ｍｍ以上にわたって連続するのが好ましく、５ｍｍ以上にわたって連続するのが好ましいと考えられる。

また、ＳｉＣ単結晶における貫通らせん転位の総数を低減するためには、マクロステップが多くの貫通らせん転位上を進展するのが好ましい。つまり、種結晶の結晶成長面上において、マクロステップが進展する領域を大きくするのが好ましい。例えば、マクロステップが結晶成長面全体を進展する場合には、ＳｉＣ単結晶に残存する貫通らせん転位の総数を大きく低減できる。結晶成長面におけるマクロステップの進展領域は、ＳｉＣ単結晶における（０００１）結晶成長面を１００面積％としたときに、３０面積％以上であるのが好ましく、５０面積％以上であるのがより好ましい。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、マクロステップが進展した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、および、この結晶成長面上において縞状の段差が残存する領域の面積を測定することで、マクロステップの進展領域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マクロステップを進展させるためには、例えば、参考試験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。

このように、マクロステップを進展させることにより欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を得ることができる理由は明らかではないが、以下のように推測される。

図２０に示すように（０００１）面に対して略垂直な方向に延びる貫通らせん転位ＴＳＤは、上述したマクロステップＳ_ｍを進展させることで、図２１、２２に示すように（０００１）面（つまり基底面）に対して略平行な方向に延びる積層欠陥ＳＦに変換されると考えられる。

図２０〜２２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Ｓ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、貫通らせん転位ＴＳＤ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らせん転位ＴＳＤの成長方向とは略直交する。したがって、マクロステップＳ_ｍを持つＳｉＣ種結晶１の結晶成長時においては、図２１に示すようにマクロステップＳ_ｍが貫通らせん転位ＴＳＤの上を通過しつつ結晶成長する。すると、図２２に示すように貫通らせん転位ＴＳＤの成長方向が（０００１）面と略平行な方向に変化し、積層欠陥ＳＦに変換される。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、貫通らせん転位ＴＳＤ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、結晶成長面（０００１）に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）によって貫通らせん転位ＴＳＤが曲げられ易く、基底面の積層欠陥ＳＦに変換され易いと考えられる。換言すると、本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法では、種結晶１にマクロステップＳ_ｍを形成し、このマクロステップＳ_ｍが貫通らせん転位ＴＳＤ上を進展しさえすれば、貫通らせん転位ＴＳＤを変換することができる。従来の結晶成長方法においては、高さの高いステップＳ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Ｓのみが形成され、マクロステップＳ_ｍが形成されず、貫通らせん転位ＴＳＤを変換することもできなかったと考えられる。

また、図２３に示すように貫通らせん転位ＴＳＤの積層欠陥ＳＦへの変換が生じた後に、さらにＳｉＣ単結晶１０の結晶成長を続けると、種結晶１に由来し貫通らせん転位ＴＳＤ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積層欠陥ＳＦ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に比べて貫通らせん転位ＴＳＤの少ない第３の層１３と、の３層を持つＳｉＣ単結晶１０が得られる。積層欠陥ＳＦは基底面の欠陥であり、結晶成長方向には継承されないためである。第２の層１２は第１の層１１に比べて貫通らせん転位ＴＳＤの数が少なく、積層欠陥ＳＦの数が多い。第３の層１３は貫通らせん転位ＴＳＤが積層欠陥ＳＦへ変換した後に成長した部分であるため、第１の層１１に比べて貫通らせん転位ＴＳＤの数は大きく低減し、かつ、積層欠陥ＳＦ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、貫通らせん転位ＴＳＤ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らせん転位ＴＳＤが存在していても良い場合もある。このような場合には、上述した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。

このようにしてＳｉＣ単結晶を製造する場合には、貫通らせん転位のない（または貫通らせん転位の非常に少ない）ＳｉＣ単結晶を比較的容易かつ短時間で製造できる利点がある。また、このようにして得た貫通らせん転位の少ない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、貫通らせん転位の少ないＳｉＣ単結晶を結晶成長させることも可能である。つまり、ＳｉＣ単結晶上におけるステップバンチングを進行させる本発明の製造方法によると、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面にマクロステップを形成することができ、ひいては貫通らせん転位の少ないＳｉＣ単結晶を容易かつ短時間で製造することが可能である。

ところで、上述したように、らせん転位の成長速度がステップ進展速度より大きいと、ステップは進展せず、らせん転位が残存するとともにスパイラル成長が生じる。したがって、図２４に示すように、マクロステップの高さをｈ、マクロステップのステップ進展速度をＶ_ｓｔｅｐ、テラス幅をｗ、らせん転位の成長速度をｖ_{ｓｐｉｒａｌ}とすると、ステップの進展が生じるための条件は下記のように表される。

Ｖ_{ｓｐｉｒａｌ}＜（ｈ×ｖ_ｓｔｅｐ）／ｗ
参考試験においては、Ｖ_{ｓｐｉｒａｌ}=９μｍ／時間、ｖ_ｓｔｅｐ=５００μｍ／時間であった。これらを上式に代入すると、０．０１８＜ｈ／ｗとなる。これが、ＳｉＣ単結晶の結晶成長時にステップが進展するための条件となる。参考試験１（ステップ高さの最小値８０ｎｍ、オフ角１．２５°、貫通らせん転位の変換率９０％）の場合ｗ=８．５μｍであったので、これを代入すると、ステップが進展する条件は、近似的に、７０ｎｍ＜ｈと考えることができる。このような範囲において、マクロステップによる貫通らせん転位の変換が起こると考えられる。つまり、ステップ形成工程において高さ７０ｎｍを超えるマクロステップを形成すれば、貫通らせん転位の低減したＳｉＣ単結晶を得ることができる。

マクロステップの高さが高い程、貫通らせん転位の積層欠陥への変換率は高くなる。したがって、鏡像力を考慮すると、マクロステップの高さは高い方が好ましい。具体的には、マクロステップの高さは８０ｎｍ以上であるのが好ましく、１００ｎｍ以上であるのがより好ましい。このようなマクロステップを少なくとも一つ、好ましくは複数形成した第２の種結晶を用いてＳｉＣ単結晶を成長させることで、貫通らせん転位の大きく低減したＳｉＣ単結晶を得ることが可能である。

〔ステップ高さとステップ進展との関係〕
ノマルスキー型微分干渉顕微鏡（Ｌｅｉｃａ ＤＭ４０００ Ｍ）を用いて試験４のＳｉＣ単結晶を撮像した顕微鏡像を図２５に示す。図２５に示すように、参考試験４のＳｉＣ単結晶の成長表面には、貫通らせん転位によるスパイラル成長によって生じた多くのヒロック（ｈｉｌｌｏｃｋ：ステップ状でない隆起）が観察された。この結果から、参考試験４のＳｉＣ単結晶においてはスパイラル成長がステップの進展に優先して生じていることがわかり、参考試験４のＳｉＣ単結晶においては貫通らせん転位の変換が生じているものの、多くは生じていないことが示唆される。つまり、参考試験４の製造方法では種結晶にマクロステップが形成されているが、その数は参考試験１等と比較すると少なく、貫通らせん転位の変換頻度もまた参考試験１に比べると低かったと考えられる。

つまり、参考試験１〜参考試験３のＳｉＣ単結晶の製造方法ではマクロステップ形成工程において高さ７０ｎｍを超えるステップであるマクロステップが数多く形成されるとともに、多くの貫通らせん転位上をマクロステップが進展しているのに対し、参考試験４のＳｉＣ単結晶の製造方法では、マクロステップ形成工程において形成されたステップは高さ７０ｎｍ未満のステップが多く、その数も比較的少なかったと考えられる。つまり、オフ角を形成することによりマクロステップを形成する場合には、オフ角の角度を１°以上にするのが好ましいことがわかる。

（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、結晶成長工程の前に、原料溶液を流動させつつオフ角を形成していない種結晶を結晶成長させることで、ステップ進展方向を原料溶液の流動方向に案内する工程（準備工程）を設けても良い。そして、この準備工程で得た単結晶を種結晶として結晶成長工程に用いても良い。

また、結晶成長工程における原料溶液の流動方向は、単結晶のステップ進展方向と完全に一致していなくても良い。例えば、単結晶の一部分におけるステップ進展が他の部分におけるステップ進展方向と異なっても良いし、原料溶液の一部が他の部分と異なる方向に流動しても良い。

（付記）
本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法における結晶成長工程は平滑化工程を含むものであるが、平滑化工程を行わずバンチング工程のみをおこなうことも可能である。つまり、本明細書の記載から以下の技術思想を把握することが可能である。

（付記項１）
ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む原料溶液中で液相成長法によりＳｉＣ種結晶の結晶成長面にＳｉＣからなるステップを進展させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる結晶成長工程を含み、
前記結晶成長工程は、前記原料溶液に外力を加え前記原料溶液を前記ステップの進展方向に沿って流動させることで、前記結晶成長面にステップバンチングを生じさせるバンチング工程を含むＳｉＣ単結晶の製造方法。

（付記項２）
前記結晶成長工程は、前記原料溶液を前記ステップ進展方向の逆方向に沿って流動させることで、前記結晶成長面におけるステップバンチングの少なくとも一部を解く平滑化工程を備える付記項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。

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
ＴＳＤ：貫通らせん転位 ＳＦ：積層欠陥
ｈ：ステップ高さ Ｐ１、Ｐ２：テラス面 Ｓ_ｍ：マクロステップ
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

Claims (5)

1. ケイ素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）を含む原料溶液中で液相成長法によりＳｉＣ種結晶の結晶成長面にＳｉＣからなるステップを進展させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる結晶成長工程を含み、
   前記結晶成長工程は、前記原料溶液に外力を加え前記原料溶液を前記ステップの進展方向の逆方向に沿って流動させることで、前記結晶成長面におけるステップバンチングの少なくとも一部を解く平滑化工程を備えるＳｉＣ単結晶の製造方法。
2. 前記結晶成長工程は、前記原料溶液を前記ステップの進展方向に沿って流動させることで、前記結晶成長面にステップバンチングを生じさせるバンチング工程を含む請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
3. 前記バンチング工程において、前記ステップバンチングにより、ＳｉＣ単結晶からなり高さ７０ｎｍを超えるマクロステップを形成する請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
4. 前記バンチング工程において、前記ステップバンチングにより、高さ８０ｎｍ以上のマクロステップを形成する請求項３に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
5. 前記バンチング工程において、前記ステップバンチングにより、高さ１００ｎｍ以上のマクロステップを形成する請求項３または請求項４に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。