JPS6230699A - 炭化珪素単結晶基板の製造方法 - Google Patents
炭化珪素単結晶基板の製造方法Info
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- JPS6230699A JPS6230699A JP17043885A JP17043885A JPS6230699A JP S6230699 A JPS6230699 A JP S6230699A JP 17043885 A JP17043885 A JP 17043885A JP 17043885 A JP17043885 A JP 17043885A JP S6230699 A JPS6230699 A JP S6230699A
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- silicon carbide
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は炭化珪素(SiC)の単結晶基板を再現性良く
量産する製造方法に関するものである。
量産する製造方法に関するものである。
〈従来技術〉
SiCには多くの結晶構造(polytype・多形と
称される)が存在し、結晶構造により2.2乃至3.3
エレクトロンボルト(eV )の禁制帯幅゛ を有する
。またSiCは、熱的、化学的、機械的に極めて安定で
、放射線損傷にも強く、またワイドギャップ半導体とし
てはめずらしく、p型、n型共安定に存在する材料であ
る。従らて高温動作素子、大電力用素子、高信頼性半導
体素子、耐放射線素子等の半導体材料として有望視され
ている。
称される)が存在し、結晶構造により2.2乃至3.3
エレクトロンボルト(eV )の禁制帯幅゛ を有する
。またSiCは、熱的、化学的、機械的に極めて安定で
、放射線損傷にも強く、またワイドギャップ半導体とし
てはめずらしく、p型、n型共安定に存在する材料であ
る。従らて高温動作素子、大電力用素子、高信頼性半導
体素子、耐放射線素子等の半導体材料として有望視され
ている。
又従来の半導体材料を用いた素子では困難な環境下でも
使用可能となり、半導体デバイスの応用範囲を著しく拡
大し得る材料である。さらに、その広いエネルギーギャ
ップを利用して短波長可視光及び近紫外光の光電変換素
子材料としても適用できる半導体材料である。他のワイ
ドギャップ半導体が一般に重金属をその主成分に含有し
、このために公害と資源の問題を伴なうのに対して、炭
化珪素はこれらの両問題から解放されている点からも電
子材料として有望視されるものである。
使用可能となり、半導体デバイスの応用範囲を著しく拡
大し得る材料である。さらに、その広いエネルギーギャ
ップを利用して短波長可視光及び近紫外光の光電変換素
子材料としても適用できる半導体材料である。他のワイ
ドギャップ半導体が一般に重金属をその主成分に含有し
、このために公害と資源の問題を伴なうのに対して、炭
化珪素はこれらの両問題から解放されている点からも電
子材料として有望視されるものである。
このように多くの利点、可能性を有する材料であるにも
かかわらず実用化が阻まれているのは、生産性を考慮し
た工業的規模での量産に必要となる高品質の大面積Si
C基板基板全土で、再現性のある結晶成長技術が確立さ
れていないところにその原因がある。
かかわらず実用化が阻まれているのは、生産性を考慮し
た工業的規模での量産に必要となる高品質の大面積Si
C基板基板全土で、再現性のある結晶成長技術が確立さ
れていないところにその原因がある。
従来、研究室規模でSiC単結晶基板を得る方法として
は、黒鉛坩堝中でSiC粉末’に2.200℃〜2.6
00℃で昇華させ、さらに再結晶させてSiC基板を得
るいわゆる昇華再結晶法(レーリー法と称される)、珪
素又は珪素に鉄、コバルト、白金等の不純物を混入した
混合物を黒鉛坩堝で溶融してSiC基板を得るいわゆる
溶液法、研摩材料を工業的に得るために一般に用いられ
ているアチェソン法により偶発的に、得られるSiC基
板を用いる方法等がある。
は、黒鉛坩堝中でSiC粉末’に2.200℃〜2.6
00℃で昇華させ、さらに再結晶させてSiC基板を得
るいわゆる昇華再結晶法(レーリー法と称される)、珪
素又は珪素に鉄、コバルト、白金等の不純物を混入した
混合物を黒鉛坩堝で溶融してSiC基板を得るいわゆる
溶液法、研摩材料を工業的に得るために一般に用いられ
ているアチェソン法により偶発的に、得られるSiC基
板を用いる方法等がある。
しかしながら上記昇華再結晶法、溶液法では多数の再結
晶を得ることはできるが、多くの結晶核が結晶成長初期
に発生する為に大型のSiC単結晶基板を得ることが困
難であシ、又幾種類かの結晶構造(polytype)
のSiCが混在し、単一結晶構造で大型のSiC単結晶
をより再現性よく得る方法としては不完全なものである
。又、アチェソン法により偶発的に得られるSiC基板
は半導体材料として使用するには純度及び結晶性の点で
、問題があシ、又比較的大型のものが得られても偶発的
に得られるものであり、SiC基板を工業的に得る方法
としては適当でない。
晶を得ることはできるが、多くの結晶核が結晶成長初期
に発生する為に大型のSiC単結晶基板を得ることが困
難であシ、又幾種類かの結晶構造(polytype)
のSiCが混在し、単一結晶構造で大型のSiC単結晶
をより再現性よく得る方法としては不完全なものである
。又、アチェソン法により偶発的に得られるSiC基板
は半導体材料として使用するには純度及び結晶性の点で
、問題があシ、又比較的大型のものが得られても偶発的
に得られるものであり、SiC基板を工業的に得る方法
としては適当でない。
一方、近年の半導体技術の向上に伴ない、良質で大型の
単結晶基板として入手できる珪素(Si)の異質基板上
に、気相成長法(CVD法)を用いたヘテロエピタキシ
ャル技術により3C形5iC(立方晶形に属する結晶構
造を有するもので、そのエネルギーギャップは〜2.2
ev)単結晶薄膜が得られるようになった。CVD法は
工業的規模での量産性に優れた製造技術であシ、大面積
で高品質のSiC単結晶膜を再現性良(Si基板上に成
長させる技術として有望である。通常、珪素原料として
、S iH< 、S icl< 、S 1H2c/2゜
(CH3)3SiC1,(CH3)25iC12、また
、度素原料としてCII4.CH4、C3H5。
単結晶基板として入手できる珪素(Si)の異質基板上
に、気相成長法(CVD法)を用いたヘテロエピタキシ
ャル技術により3C形5iC(立方晶形に属する結晶構
造を有するもので、そのエネルギーギャップは〜2.2
ev)単結晶薄膜が得られるようになった。CVD法は
工業的規模での量産性に優れた製造技術であシ、大面積
で高品質のSiC単結晶膜を再現性良(Si基板上に成
長させる技術として有望である。通常、珪素原料として
、S iH< 、S icl< 、S 1H2c/2゜
(CH3)3SiC1,(CH3)25iC12、また
、度素原料としてCII4.CH4、C3H5。
C2H6,キャリアガスとして水素、アルゴン等を用い
て、Si基板温度を1.200℃〜1.400℃に設定
し3C形SiC単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて
いる。
て、Si基板温度を1.200℃〜1.400℃に設定
し3C形SiC単結晶薄膜をエピタキシャル成長させて
いる。
しかしながら、Siは異質基板であるため、SiCとは
なじみ(ぬれ)が悪く、またSiとSiCは格子定数が
20形も相違するため、Si基板上に直接にSiCを単
結晶成長させようとしても層状成長による単結晶膜は得
られずデンドライト構造を示す多結晶になるかあるいは
ごく薄い単結晶膜が得られたとしても厚くなるにつれて
結晶の品質が劣化し、多結晶化する傾向にある。そこで
珪素基板表面を炭化水素ガスにより炭化することで炭化
珪素の薄膜を表面に形成し、この薄膜上にCVD法によ
り炭化珪素単結晶を成長させる方法が開発されている。
なじみ(ぬれ)が悪く、またSiとSiCは格子定数が
20形も相違するため、Si基板上に直接にSiCを単
結晶成長させようとしても層状成長による単結晶膜は得
られずデンドライト構造を示す多結晶になるかあるいは
ごく薄い単結晶膜が得られたとしても厚くなるにつれて
結晶の品質が劣化し、多結晶化する傾向にある。そこで
珪素基板表面を炭化水素ガスにより炭化することで炭化
珪素の薄膜を表面に形成し、この薄膜上にCVD法によ
り炭化珪素単結晶を成長させる方法が開発されている。
しかしながらこの方法で得られる炭化珪素単結晶は格子
欠陥を多く含むため半導体素子を形成する基板としては
不適当である。(Appl 、 Phys、 Lett
、 42(5) I Mach1983、P460 ’
) 〈発明の目的〉 本発明は、上述の問題点に鑑み、Si基板表面を次代し
て炭化珪素単結晶薄膜を形成した後、低温CVD法によ
る成長によって多結晶又は非晶質のS i’C膜を形成
し、しかる後にSiC単結晶子上記より高温のCVD法
により上記薄いSiC膜上に成長させることにより、大
面積格子欠陥の少ない高品質のSiC単結晶基板を作製
することのできるSiC単結晶基板の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
欠陥を多く含むため半導体素子を形成する基板としては
不適当である。(Appl 、 Phys、 Lett
、 42(5) I Mach1983、P460 ’
) 〈発明の目的〉 本発明は、上述の問題点に鑑み、Si基板表面を次代し
て炭化珪素単結晶薄膜を形成した後、低温CVD法によ
る成長によって多結晶又は非晶質のS i’C膜を形成
し、しかる後にSiC単結晶子上記より高温のCVD法
により上記薄いSiC膜上に成長させることにより、大
面積格子欠陥の少ない高品質のSiC単結晶基板を作製
することのできるSiC単結晶基板の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
〈実施例〉
添附図面は以下の実施例に用いられる成長装置の構成図
である。水冷式横型二重石英反応管1内に、黒鉛製試料
台2が載置された石英製支持台3を設置し、反応管1の
外胴部に巻回されたワークコイ)V4に高周波電流全流
してこの試料台2を誘導加熱する。試料台2は水平に設
置してもよく適当に傾斜させてもよい。反応管lの片端
には、ガス流入口となる枝管5が設けられ、二重石英反
応管1の外側の石英管内には枝管6,7を介して冷却水
が供給される。反応管1の他端はステンレヌ鋼製のフラ
ンジ8、止め板9、ポルト10.ナノ)11.0−リン
グ12にてシールされている。
である。水冷式横型二重石英反応管1内に、黒鉛製試料
台2が載置された石英製支持台3を設置し、反応管1の
外胴部に巻回されたワークコイ)V4に高周波電流全流
してこの試料台2を誘導加熱する。試料台2は水平に設
置してもよく適当に傾斜させてもよい。反応管lの片端
には、ガス流入口となる枝管5が設けられ、二重石英反
応管1の外側の石英管内には枝管6,7を介して冷却水
が供給される。反応管1の他端はステンレヌ鋼製のフラ
ンジ8、止め板9、ポルト10.ナノ)11.0−リン
グ12にてシールされている。
フランジ8にはガスの出口となる枝管13が設けられて
いる。この成長装置を用いて以下の様に結晶成長を行な
った。
いる。この成長装置を用いて以下の様に結晶成長を行な
った。
試料台2上に珪素単結晶基板14(2インチ径)を載置
する。反応管1内を排気した後、枝管5よりキャリアガ
スとして水素(H2)ガスを毎分31炭化用の原料ガス
としてプロパン(C3H8)ガスを毎分1.0cc程度
流し、ワークコイ/L/4Vc高周波電流を流して試料
台2を加熱し、珪素基板14の温度を約1350℃まで
加熱する。この過程で珪素単結晶基板14はプロパンガ
スにより炭化され、その表面に炭化珪素単結晶の薄層が
形成される。
する。反応管1内を排気した後、枝管5よりキャリアガ
スとして水素(H2)ガスを毎分31炭化用の原料ガス
としてプロパン(C3H8)ガスを毎分1.0cc程度
流し、ワークコイ/L/4Vc高周波電流を流して試料
台2を加熱し、珪素基板14の温度を約1350℃まで
加熱する。この過程で珪素単結晶基板14はプロパンガ
スにより炭化され、その表面に炭化珪素単結晶の薄層が
形成される。
以上により成長用基板が構成される。次に2段階の連続
CVD工程でこの成長用基板上にSiC層を成長形成す
る。まず、プロパンの供給を断ち高周波電流を調節して
珪素単結晶基板14の温度を約1000℃に設定し、原
料ガスとしてモノシラン(SiH+)を毎分0.1〜0
.4cc、プロパンを0.1〜0.4ccの流量で数分
間流して炭化珪素の多結晶(又は非晶質)薄膜を気相よ
り上記珪素単結晶基板14の炭化された表面上に形成す
る。続いて温度を1350′cVc昇温し、原料ガスと
してモノシランを毎分0.4〜0.9 cc +プロパ
ンを毎分0.4〜0.9cc流して1時間気相成長させ
る。その結果、電子顕微鏡での観察により格子欠陥の少
ない表面平坦な膜厚約2μmの炭化珪素単結晶膜を珪素
単結晶基板14全面上に得ることができる。
CVD工程でこの成長用基板上にSiC層を成長形成す
る。まず、プロパンの供給を断ち高周波電流を調節して
珪素単結晶基板14の温度を約1000℃に設定し、原
料ガスとしてモノシラン(SiH+)を毎分0.1〜0
.4cc、プロパンを0.1〜0.4ccの流量で数分
間流して炭化珪素の多結晶(又は非晶質)薄膜を気相よ
り上記珪素単結晶基板14の炭化された表面上に形成す
る。続いて温度を1350′cVc昇温し、原料ガスと
してモノシランを毎分0.4〜0.9 cc +プロパ
ンを毎分0.4〜0.9cc流して1時間気相成長させ
る。その結果、電子顕微鏡での観察により格子欠陥の少
ない表面平坦な膜厚約2μmの炭化珪素単結晶膜を珪素
単結晶基板14全面上に得ることができる。
珪素単結晶基板14の炭化された表面上に低温CVD法
で薄いSiCの多結晶又は非晶質膜を形成する工程にお
いて、単結晶成長時よりも基板温度を低くすることによ
り、成長雰囲気下での過飽和度が大きくなシ、基板表面
炭化層上へのSiC成長核の発生密度が高くなって基板
表面が一様平坦なSiC層で覆われる。基板温°度を低
くすると一般に多結晶あるいは非晶質等の結晶性の悪い
SiC層が堆積するが、この層は珪素単結晶・基板14
0表面に形成された炭化珪素層(単結晶)とSiC単結
晶層が直接接触することによる面欠陥の導入を防ぎ、上
部のSiC単結晶層の結晶性をより完全な状態に改善す
る作用を呈するものであシ、この低温CVD成長層自体
は良質の結晶層である必要はなくまたその膜厚は、基板
表面を一様に覆うだけで充分である。従って厚さ10〜
2000A程度の薄い層でよい。低温CVD法には、常
圧CVD法あるいは減圧CVD法のいずれでも適用する
ことができる。
で薄いSiCの多結晶又は非晶質膜を形成する工程にお
いて、単結晶成長時よりも基板温度を低くすることによ
り、成長雰囲気下での過飽和度が大きくなシ、基板表面
炭化層上へのSiC成長核の発生密度が高くなって基板
表面が一様平坦なSiC層で覆われる。基板温°度を低
くすると一般に多結晶あるいは非晶質等の結晶性の悪い
SiC層が堆積するが、この層は珪素単結晶・基板14
0表面に形成された炭化珪素層(単結晶)とSiC単結
晶層が直接接触することによる面欠陥の導入を防ぎ、上
部のSiC単結晶層の結晶性をより完全な状態に改善す
る作用を呈するものであシ、この低温CVD成長層自体
は良質の結晶層である必要はなくまたその膜厚は、基板
表面を一様に覆うだけで充分である。従って厚さ10〜
2000A程度の薄い層でよい。低温CVD法には、常
圧CVD法あるいは減圧CVD法のいずれでも適用する
ことができる。
次に、成長温度を上げて、このSiC薄層の上にSiC
単結晶膜を上記より高温のCVD法で成長させるが、こ
の場合、SiC薄層を形成した後、一旦原料ガスの供給
を絶って成長温度を上げ、SiC単結晶膜を成長させて
もよく、また、原料ガスを供給しながら成長温度を上げ
てSiC単結晶1111成長させてもよい。一般に、単
結晶成長時の成長条件(原料ガス供給量、珪素原料と戻
素原料の混合比その他)は低温CVD法によるSiC薄
層の診成時とは異なる。SiC単結晶の高温CVD法に
よる成長においても常圧CVD法と減圧CVD法のいず
れを用いても良い。
単結晶膜を上記より高温のCVD法で成長させるが、こ
の場合、SiC薄層を形成した後、一旦原料ガスの供給
を絶って成長温度を上げ、SiC単結晶膜を成長させて
もよく、また、原料ガスを供給しながら成長温度を上げ
てSiC単結晶1111成長させてもよい。一般に、単
結晶成長時の成長条件(原料ガス供給量、珪素原料と戻
素原料の混合比その他)は低温CVD法によるSiC薄
層の診成時とは異なる。SiC単結晶の高温CVD法に
よる成長においても常圧CVD法と減圧CVD法のいず
れを用いても良い。
珪素単結晶基板140表面の炭化された層は単結晶のS
iC薄層となるが、この薄層は珪素単結晶基板14と高
温CVD法で成長形成されるSiC単結晶膜が直接接触
するのを防ぎ、双方の格子定数の相違から生ずるSiC
単結晶膜の結晶性劣化を防止し歪を吸収する作用を呈す
る。即ち、珪素単結晶基板140表面次化層で格子定数
の相違に起因する欠陥の導入と歪の発生が阻止され、低
温CVDで得られる多結晶又は非晶質のSiC層で上記
表面炭化層の結晶性の悪さに起因する面欠陥の導入が断
ち切られ高温CVD法で得られる最終のSiC単結晶膜
は極めて良質の結晶層となる。
iC薄層となるが、この薄層は珪素単結晶基板14と高
温CVD法で成長形成されるSiC単結晶膜が直接接触
するのを防ぎ、双方の格子定数の相違から生ずるSiC
単結晶膜の結晶性劣化を防止し歪を吸収する作用を呈す
る。即ち、珪素単結晶基板140表面次化層で格子定数
の相違に起因する欠陥の導入と歪の発生が阻止され、低
温CVDで得られる多結晶又は非晶質のSiC層で上記
表面炭化層の結晶性の悪さに起因する面欠陥の導入が断
ち切られ高温CVD法で得られる最終のSiC単結晶膜
は極めて良質の結晶層となる。
〈発明の効果〉
本発明によれば、Si基板上に格子欠陥の少ない高品質
で大面積のSiC単結晶を得ることができ、量産形態に
適するため、生産性を著しく向上させることができる。
で大面積のSiC単結晶を得ることができ、量産形態に
適するため、生産性を著しく向上させることができる。
従って炭化珪素材料を用いた半導体素子を工業的規模で
実用化させることが可能となる。
実用化させることが可能となる。
添付図面は本発明の1実施例の説明に供する成長装置の
構成図である。 1=−:!反応管、 2・・・試料台、 3・・・支持
台、・L1〜む\ 4・・・ワークコイル、 5,6,7.13・・・
枝管、8・・・フランジ、 14・・・Si単結晶基板
。
構成図である。 1=−:!反応管、 2・・・試料台、 3・・・支持
台、・L1〜む\ 4・・・ワークコイル、 5,6,7.13・・・
枝管、8・・・フランジ、 14・・・Si単結晶基板
。
Claims (1)
- 1、珪素基板表面を炭化水素雰囲気中で加熱することに
より炭化珪素化し、次に低温での気相成長で多結晶又は
非晶質炭化珪素の薄い膜を成長させた後、前記気相成長
より高温の気相成長で単結晶炭化珪素を成長させること
を特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17043885A JPS6230699A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17043885A JPS6230699A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6230699A true JPS6230699A (ja) | 1987-02-09 |
Family
ID=15904916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17043885A Pending JPS6230699A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6230699A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62213251A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-19 | Fujitsu Ltd | SiC半導体膜の形成方法 |
JPH026388A (ja) * | 1988-06-09 | 1990-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜形成方法 |
JPH026387A (ja) * | 1988-06-09 | 1990-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜形成方法 |
JP2006228763A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Air Water Inc | 単結晶SiC基板の製造方法 |
JP2007123675A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Air Water Inc | 単結晶SiC基板の製造方法 |
-
1985
- 1985-07-30 JP JP17043885A patent/JPS6230699A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62213251A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-19 | Fujitsu Ltd | SiC半導体膜の形成方法 |
JPH026388A (ja) * | 1988-06-09 | 1990-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜形成方法 |
JPH026387A (ja) * | 1988-06-09 | 1990-01-10 | Fujitsu Ltd | 薄膜形成方法 |
JP2006228763A (ja) * | 2005-02-15 | 2006-08-31 | Air Water Inc | 単結晶SiC基板の製造方法 |
JP4511378B2 (ja) * | 2005-02-15 | 2010-07-28 | エア・ウォーター株式会社 | SOI基板を用いた単結晶SiC層を形成する方法 |
JP2007123675A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Air Water Inc | 単結晶SiC基板の製造方法 |
JP4563918B2 (ja) * | 2005-10-31 | 2010-10-20 | エア・ウォーター株式会社 | 単結晶SiC基板の製造方法 |
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