JP6594148B2 - 炭化珪素単結晶インゴット - Google Patents
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Description
(1)炭化珪素単結晶基板からなる種結晶上に、炭化珪素単結晶が成長した成長結晶を備えた炭化珪素単結晶インゴットであって、種結晶と成長結晶との界面近傍の少なくとも該インゴットの直径方向中心部において、種結晶と成長結晶との界面から種結晶側に厚さ0.2mmの界面領域は、ドナー型不純物を1×1019cm-3以下含み、また、種結晶と成長結晶との界面から成長結晶側に厚さ0.5mmの界面領域は、ドナー型不純物を1×1019cm-3以上6×1020cm-3以下含むと共にアクセプター型不純物を1×1019cm-3以上4×1019cm-3以下含んで、かつ、該成長結晶側の界面領域での総転位密度が、該種結晶側の界面領域での総転位密度の10倍未満であることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット。
(2)前記成長結晶におけるアクセプター型不純物の濃度は、前記成長結晶側の界面領域から該インゴットの結晶成長先端側に向かって漸減する(1)に記載の炭化珪素単結晶インゴット。
(3)前記ドナー型不純物が窒素であり、前記アクセプター型不純物がアルミニウムである(1)又は(2)に記載の炭化珪素単結晶インゴット。
本発明の目的は、SiC単結晶基板からなる種結晶上に昇華再結晶法によりSiC単結晶を成長させる際に、成長したSiC単結晶(単に「成長結晶」と言う)と種結晶との界面部分で転位の増大を抑制することである。先に述べたように、本発明者らは、ドナー型不純物とアクセプター型不純物を共にドープさせたSiC単結晶について、種結晶と成長結晶とのドナー型不純物の濃度差がある程度大きい場合、成長結晶側のアクセプター型不純物濃度をコントロールすることにより、種結晶と成長結晶との界面における転位増大の抑制が可能であることを見出した。
ここで、従来技術として成長初期に種結晶表面の一部、特に外周部において成長前にエッチング現象を起こす手法が知られている(Kato, et al. Journal of Crystal Growth, 233 (2001) p.219)。このエッチング現象は種結晶表面全面ではなく、外周部(直径方向中心から外周方向に向かって直径比で50%より外側の領域)で起こる。エッチング領域では貫通刃状転位密度の増大が抑えられるため、本発明におけるSiC単結晶インゴットの直径方向中心部とは、より詳しくは該インゴットの直径方向中心から外周方向に向かって直径比で50%以内の範囲である。
図1は、本発明の実施例に係るSiC単結晶インゴットを製造するための装置であって、改良レーリー法(昇華再結晶法)による単結晶成長装置の一例を示す。結晶成長は、SiCの昇華原料1を誘導加熱により昇華させ、SiC単結晶基板からなる種結晶2上に再結晶させることにより行われる。また、図2には、昇華原料1と種結晶2が配される坩堝内部の構造を示す。種結晶2は黒鉛製の坩堝(黒鉛坩堝)4を形成する黒鉛蓋3の内面に取り付けられており、昇華原料1は黒鉛坩堝4の内部に充填される。この実施例1では、昇華原料1として用いるSiC粉末の上部にはアクセプター型不純物含有材料12(例えばこの実施例1ではAl4C3を使用)を質量比0.1%だけ設置した。この黒鉛坩堝4及び黒鉛蓋3は、熱シールドのために黒鉛製フェルト5で被膜されており、二重石英管6内部の黒鉛支持棒7の上に設置される。二重石英管6の内部を真空排気装置8によって真空排気した後、高純度Arガス及び窒素ガスを配管9を介してマスフローコントローラ10でAr:窒素=15:1になるように制御しながら流入させ、石英管内圧力(成長雰囲気圧力)を真空排気装置8で調整して80kPaにした。この圧力下において、ワークコイル11に電流を流して温度を上げ、種結晶2の温度が2200℃になるまで上昇させた。その後、30分かけて成長雰囲気圧力を1.3kPaに減圧して、種結晶2の(000−1)面を結晶成長面とする30時間の結晶成長を行った。
比較例1では、昇華原料部分にアクセプター型不純物を含む材料を設置しなかった以外は実施例1と同様にして、SiC単結晶インゴットを製造した。得られたSiC単結晶インゴットは実施例1と同様に(0001)面に種結晶と反対方向にオフ角を持つように切り出して、評価用基板Bを得て、実施例1と同様にKOHエッチングを行ない、光学顕微鏡で転位密度を計測した。結果を表2に示す。表2に示した結果から分かるように、測定点iiiとivによれば、種結晶から成長SiC単結晶への転位密度増大は約58倍に増大していることが分かった。
Claims (2)
- 炭化珪素単結晶基板からなる種結晶上に、炭化珪素単結晶が成長した成長結晶を備えた炭化珪素単結晶インゴットであって、種結晶と成長結晶との界面近傍の少なくとも該インゴットの直径方向中心部において、種結晶と成長結晶との界面から種結晶側に厚さ0.2mmの界面領域は、ドナー型不純物を1×1019cm-3以下含み、また、種結晶と成長結晶との界面から成長結晶側に厚さ0.5mmの界面領域は、ドナー型不純物を1×1019cm-3以上6×1020cm-3以下含むと共にアクセプター型不純物を1×1019cm-3以上4×1019cm-3以下含んで、かつ、該成長結晶側の界面領域での総転位密度が、該種結晶側の界面領域での総転位密度の10倍未満であり、
前記成長結晶におけるアクセプター型不純物の濃度は、前記成長結晶側の界面領域から該インゴットの結晶成長先端側に向かって漸減することを特徴とする炭化珪素単結晶インゴット。 - 前記ドナー型不純物が窒素であり、前記アクセプター型不純物がアルミニウムである請求項1に記載の炭化珪素単結晶インゴット。
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