JP6239490B2 - バルク炭化珪素単結晶 - Google Patents
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Description
(1)バルク炭化珪素単結晶であって、成長途中でらせん転位が積層欠陥や基底面転位へ構造変換する構造変換層、および該構造変換層より上の成長層を有し、
該構造変換層において、該種結晶のオフ角θSに由来するオフ方向dS と直交する直径R ⊥ を境にして左右2つの領域を定義したとき、いずれか一方の領域で該構造変換が多発し、
該成長層において、該構造変換の多発した領域の上部(第一半円領域)で観察されるらせん転位密度の平均値が、該構造変換の多発した領域と反対側の領域の上部(第二半円領域)で観察されるらせん転位密度の平均値の80%以下であることを特徴とするバルク炭化珪素単結晶。
(2)該構造変換層の膜厚は少なくとも0.5mmである、(1)に記載のバルク炭化珪素単結晶。
(3)前記成長層から成長方向に垂直に切り出した基板において、該基板の中心点Oを通る法線nと[0001]方向とのなす角θWが0°超12°以下の主面を有しており、中心点Oから[0001]方向軸を主面に投影して得られる仮想方向Vと直交する基板の直径をR⊥として、この直径R⊥を境にして左右2つの半円領域を定義したとき、いずれか一方の半円領域である第一半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、他方の半円領域である第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の80%以下であることを特徴とする(1)または(2)に記載のバルク炭化珪素単結晶。
(5)前記第一半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の50%以下であることを特徴とする(3)に記載のバルク炭化珪素単結晶。
(7)前記第一半円領域を2分する半径をr‖として、この半径r‖を挟んで±45°の中心角を有した扇形領域を定義したとき、扇形領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の30%以下であることを特徴とする(3)〜(5)のいずれか1項に記載のバルク炭化珪素単結晶。
(8)前記なす角θWに相当するオフ角を有し、そのオフ方向dWが<11−20>方向である(3)〜(7)のいずれか1項に記載のバルク炭化珪素単結晶。
i)中心点O
ii)a1〜a13
iii)b1〜b13
iv)a14〜a24
v)b14〜b24
(ここで、記号aとbに付された数字は半径r1〜r24に付された番号に対応するものであって、例えばa1及びb1は半径r1上に存在する測定点である。このうち、aは各半径において0超0.5以下の目盛にある測定点であり、bは各半径において0.5超1以下の目盛にある測定点である。また、同一記号を有した24の測定点は、記号a、bごとにそれぞれ同一円上に存在する。なお、直径R⊥上にある2つの半径のうちのひとつがr1であり、第一半円領域内でこれに隣接する半径をr2として円周方向に順次半径rの番号を決めていく。)
(10)前記第一半円領域で観察されるらせん転位密度の平均値は600個/cm2以下である(9)に記載のバルク炭化珪素単結晶。
i)中心点O
vi)a4〜a10
vii)b4〜b10
iv)a14〜a24
v)b14〜b24
(ここで、記号aとbに付された数字は半径r1〜r24に付された番号に対応するものであって、例えばa1及びb1は半径r1上に存在する測定点である。このうち、aは各半径において0超0.5以下の目盛にある測定点であり、bは各半径において0.5超1以下の目盛にある測定点である。また、同一記号を有した24の測定点は、記号a、bごとにそれぞれ同一円上に存在する。なお、直径R⊥上にある2つの半径のうちのひとつがr1であり、第一半円領域内でこれに隣接する半径をr2として円周方向に順次半径rの番号を決めていく。)
(12)前記扇形領域で観察されるらせん転位密度の平均値は400個/cm2以下である(11)に記載のバルク炭化珪素単結晶。
本発明におけるSiC単結晶基板は、昇華再結晶法で成長させたバルクのSiC単結晶から切り出されたものである。先に述べたように、MSE法による結晶成長やCVD法によるSiCのエピタキシャル成長において、らせん転位を低減させることに成功した報告例は存在する。しかしながら、MSE法やCVD法によるSiCのエピタキシャル成長は、昇華再結晶法でバルクのSiC単結晶を成長させる際の一般的な成長速度の10分の1以下であり、本発明のように、このバルクSiC単結晶から切り出してSiC単結晶基板を製造する形態とは、そもそも生産性の次元が全く異なる。また、MSE法やCVD法による場合では、通常、下地のSiC基板に対して、SiCのエピタキシャル膜を成長させてSiCエピタキシャル基板を得る。そのため、本発明のように、昇華再結晶法により成長させたバルクのSiC単結晶から切り出したSiC単結晶基板とは、基板内でのらせん転位の存在形態が異なる。すなわち、MSE法等によって得られたSiCエピタキシャル基板では、下地のSiC基板にはそのままらせん転位が存在するのに対し、本発明のSiC単結晶基板では、少なくともある片側の半円領域においては、基板の厚み方向に亘ってらせん転位は低減される。
i)中心点O
ii)a1〜a13
iii)b1〜b13
iv)a14〜a24
v)b14〜b24
i)中心点O
vi)a4〜a10
vii)b4〜b10
先ず、予め得られたバルクのSiC単結晶から口径75mmの基板を切り出し、鏡面研磨して、(0001)面に4度のオフ角を有した種結晶1を準備した。すなわち、種結晶1としたこのSiC種結晶基板の法線は[0001]方向との間にθS=4°のオフ角を有し、そのオフ方向dSは[11−20]方向である。この種結晶1を上記で説明した単結晶成長装置の黒鉛蓋12の内面に取り付け、昇華原料10を充填した黒鉛坩堝11にセットし、黒鉛製フェルト15で被覆した後、黒鉛支持棒14の上に載せて二重石英管13の内部に設置した。
結果を表1に示す。
先ず、予め得られたバルクのSiC単結晶から口径75mmの基板を切り出し、鏡面研磨して、(0001)面に4度のオフ角を有した種結晶1を準備した。すなわち、種結晶1としたこのSiC種結晶基板の法線は[0001]方向との間にθS=4°のオフ角を有し、そのオフ方向dSは[11−20]方向である。この種結晶1を上記で説明した単結晶成長装置の黒鉛蓋12の内面に取り付け、昇華原料10を充填した黒鉛坩堝11にセットし、黒鉛製フェルト15で被覆した後、黒鉛支持棒14の上に載せて二重石英管13の内部に設置した。
結果を表1に示す。
先ず、予め得られたバルクのSiC単結晶から口径75mmの基板を切り出し、鏡面研磨して、(0001)面に5度のオフ角を有した種結晶1を準備した。すなわち、種結晶1としたこのSiC種結晶基板の法線は[0001]方向との間にθS=5°のオフ角を有し、そのオフ方向dSは[11−20]方向である。この種結晶1を上記で説明した単結晶成長装置の黒鉛蓋12の内面に取り付け、昇華原料10を充填した黒鉛坩堝11にセットし、黒鉛製フェルト15で被覆した後、黒鉛支持棒14の上に載せて二重石英管13の内部に設置した。
結果を表1に示す。
先ず、予め得られたバルクのSiC単結晶から口径75mmの基板を切り出し、鏡面研磨して、(0001)面に8度のオフ角を有した種結晶1を準備した。すなわち、種結晶1としたこのSiC種結晶基板の法線は[0001]方向との間にθS=8°のオフ角を有し、そのオフ方向dSは[11−20]方向である。この種結晶1を上記で説明した単結晶成長装置の黒鉛蓋12の内面に取り付け、昇華原料10を充填した黒鉛坩堝11にセットし、黒鉛製フェルト15で被覆した後、黒鉛支持棒14の上に載せて二重石英管13の内部に設置した。
結果を表3に示す。
先ず、予め得られたバルクのSiC単結晶から口径75mmの基板を切り出し、鏡面研磨して、(0001)面に4度のオフ角を有した種結晶1を準備した。すなわち、種結晶1としたこのSiC種結晶基板の法線は[0001]方向との間にθS=4°のオフ角を有し、そのオフ方向dSは[11−20]方向である。この種結晶1を上記で説明した単結晶成長装置の黒鉛蓋12の内面に取り付け、昇華原料10を充填した黒鉛坩堝11にセットし、黒鉛製フェルト15で被覆した後、黒鉛支持棒14の上に載せて二重石英管13の内部に設置した。
結果を表3に示す。
Claims (11)
- 4H型のバルク炭化珪素単結晶であって、成長途中でらせん転位が積層欠陥や基底面転位へ構造変換する構造変換層、および該構造変換層より上の成長層を有し、
前記成長層の成長方向に垂直に交わる直交面において、該直交面の中心点Oを通る法線nと[0001]方向とのなす角θ W が0°超8°以下であり、中心点Oから[0001]方向軸を該直交面に投影して得られる仮想方向Vと直交する直径をR ⊥ として、この直径R⊥を境にして左右2つの領域を該バルク炭化珪素単結晶で定義したとき、いずれか一方の領域で該構造変換層において、該構造変換が多発し、
該成長層において、該構造変換の多発した領域の上部(第一半円領域)で観察されるらせん転位密度の平均値が、該構造変換の多発した領域と反対側の領域の上部(第二半円領域)で観察されるらせん転位密度の平均値の80%以下であり、
該構造変換層の膜厚は少なくとも0.5mmであり10mm以下であり、ここで該構造変換層の膜厚は、前記成長層の成長方向に垂直に交わる直交面において、該直交面の中心点Oを通る法線n上で測定する、バルク炭化珪素単結晶。 - 前記成長層から成長方向に垂直に切り出した基板において、該基板の中心点Oを通る法線nと[0001]方向とのなす角θWが0°超8°以下の主面を有しており、中心点Oから[0001]方向軸を主面に投影して得られる仮想方向Vと直交する基板の直径をR⊥として、この直径R⊥を境にして左右2つの半円領域を定義したとき、いずれか一方の半円領域である第一半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、他方の半円領域である第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の80%以下であることを特徴とする請求項1に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記第一半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の60%以下であることを特徴とする請求項2に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記第一半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の50%以下であることを特徴とする請求項2に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記第一半円領域を2分する半径をr‖として、この半径r‖を挟んで±45°の中心角を有した扇形領域を定義したとき、扇形領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の40%以下であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記第一半円領域を2分する半径をr‖として、この半径r‖を挟んで±45°の中心角を有した扇形領域を定義したとき、扇形領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値が、第二半円領域内の複数の測定点で観察されるらせん転位密度の平均値の30%以下であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記なす角θWに相当するオフ角を有し、そのオフ方向dWが<11−20>方向である請求項2〜6のいずれか1項に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記直径R⊥を含めて基板の円周を24等分する12本の直径について、基板の中心点Oをゼロにして該中心点Oから放射状に伸びる24本の半径r1〜r24をそれぞれ0から1までの目盛を有した軸に見立てたとき、前記第一半円領域で観察されるらせん転位密度の平均値は、下記i)〜iii)の合計27の測定点で測定した値の平均であり、また、前記第二半円領域で観察されるらせん転位密度の平均値は、下記iv)〜v)の合計22の測定点で測定した値の平均である請求項2〜4のいずれか1項に記載のバルク炭化珪素単結晶。
i)中心点O
ii)a1〜a13
iii)b1〜b13
iv)a14〜a24
v)b14〜b24
(ここで、記号aとbに付された数字は半径r1〜r24に付された番号に対応するものであって、例えばa1及びb1は半径r1上に存在する測定点である。このうち、aは各半径において0超0.5以下の目盛にある測定点であり、bは各半径において0.5超1以下の目盛にある測定点である。また、同一記号を有した24の測定点は、記号a、bごとにそれぞれ同一円上に存在する。なお、直径R⊥上にある2つの半径のうちのひとつがr1であり、第一半円領域内でこれに隣接する半径をr2として円周方向に順次半径rの番号を決めていく。) - 前記第一半円領域で観察されるらせん転位密度の平均値は600個/cm2以下である請求項8に記載のバルク炭化珪素単結晶。
- 前記直径R⊥を含めて基板の円周を24等分する12本の直径について、基板の中心点Oをゼロにして該中心点Oから放射状に伸びる24本の半径r1〜r24をそれぞれ0から1までの目盛を有した軸に見立てたとき、前記扇形領域で観察されるらせん転位密度の平均値は、下記i)、vi)、及びvii)の合計15の測定点で測定した値の平均であり、また、前記第二半円領域で観察されるらせん転位密度の平均値は、下記iv)〜v)の合計22の測定点で測定した値の平均である請求項5又は6に記載のバルク炭化珪素単結晶。
i)中心点O
vi)a4〜a10
vii)b4〜b10
iv)a14〜a24
v)b14〜b24
(ここで、記号aとbに付された数字は半径r1〜r24に付された番号に対応するものであって、例えばa1及びb1は半径r1上に存在する測定点である。このうち、aは各半径において0超0.5以下の目盛にある測定点であり、bは各半径において0.5超1以下の目盛にある測定点である。また、同一記号を有した24の測定点は、記号a、bごとにそれぞれ同一円上に存在する。なお、直径R⊥上にある2つの半径のうちのひとつがr1であり、第一半円領域内でこれに隣接する半径をr2として円周方向に順次半径rの番号を決めていく。) - 前記扇形領域で観察されるらせん転位密度の平均値は400個/cm2以下である請求項10に記載のバルク炭化珪素単結晶。
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