WO2014129103A1 - 炭化珪素単結晶および炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶および炭化珪素単結晶の製造方法 Download PDF

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carbide single
sic single
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近藤　宏行
正一 恩田
泰男 木藤
弘紀 渡辺
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株式会社デンソー
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    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
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    • C01B32/914—Carbides of single elements
    • C01B32/956—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/025—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for producing silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) single crystal or SiC single crystal.
  • Patent Document 1 there is one disclosed in Patent Document 1 as a high-quality SiC single crystal wafer.
  • the dislocation density that adversely affects the device characteristics is set to a specified value or less, specifically, the dislocation density is set to 2500 cm ⁇ 2 or less in a wafer having a diameter of 3 inches. This makes it suitable for device fabrication.
  • the dislocation here is a crystal defect that rises linearly, and the targeted dislocation is a screw dislocation having a direction parallel to the c-axis.
  • Patent Document 1 it is suitable for manufacturing a device that can suppress leakage current even if the density of screw dislocations is simply below a specified value. It turned out that it will not become a SiC single crystal.
  • This disclosure is intended to provide a high-quality SiC single crystal suitable for device fabrication capable of suppressing leakage current and a method for producing the SiC single crystal.
  • the SiC single crystal according to the first aspect of the present disclosure includes a screw dislocation.
  • a dislocation satisfying b> ⁇ 0001> +1/3 ⁇ 11-20> is set as an L dislocation, and the L dislocation
  • the density of dislocations is set to 300 pieces / cm 2 or less.
  • the density of L dislocations that can cause leakage current among the screw dislocations is set to 300 pieces / cm 2 or less. As a result, it is possible to obtain a high-quality SiC single crystal suitable for device fabrication that can suppress the leakage current.
  • the substrate is made of the SiC single crystal according to the first aspect, and the surface is parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane or is predetermined with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • a substrate having an off angle is prepared, and a SiC single crystal is grown on the surface using the substrate as a seed crystal.
  • the substrate is a substrate made of the SiC single crystal according to the first aspect, and the surface is 10 degrees in the ⁇ 11-20> direction with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • a substrate having an off angle of within is prepared, and a SiC single crystal is grown on the surface using the substrate as a seed crystal.
  • the method for producing a SiC single crystal according to the fourth aspect of the present disclosure is a substrate made of a SiC single crystal according to the first aspect, the surface of which is 10 degrees in the ⁇ 11-20> direction with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • a substrate having an off-angle within the range is prepared, a first step of growing a SiC single crystal on the surface using the substrate as a seed crystal, and a surface of ⁇ 0001 from the SiC single crystal grown in the first step ⁇ Cutting out a substrate having an off angle of 10 degrees or less in the ⁇ 11-20> direction with respect to the surface, and using the substrate as a seed crystal to grow a SiC single crystal on the surface, the first step,
  • the process and the second process are repeated a plurality of times.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an SiC single crystal according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is an enlarged schematic diagram showing the L dislocations in the region R1 in FIG. 1 and the state of spiral distortion that occurs around the L dislocations.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing the direction of the helical distortion shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a diagram showing details of a Burgers vector which is the direction of the helical distortion shown in FIG. 2B.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an SiC single crystal according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is an enlarged schematic diagram showing the L dislocations in the region R1 in FIG. 1 and the state of spiral distortion that occurs around the L dislocations.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing the direction of the helical distortion shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a diagram showing details of a Burgers vector which is the direction of
  • FIG. 3A is an enlarged schematic diagram illustrating a state of a helical strain generated around the nL dislocation and the nL dislocation in the region R2 in FIG. 1.
  • FIG. 3B is a schematic diagram showing the direction of the helical distortion shown in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a diagram showing details of a Burgers vector that is the direction of the helical distortion shown in FIG. 3B.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the crystal orientation of the SiC single crystal.
  • FIG. 5 is a graph showing the results of investigating the leakage current when a PN diode is configured using a SiC single crystal.
  • the SiC single crystal 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 is a SiC single crystal ingot formed by a sublimation recrystallization method, a gas supply method, or the like.
  • the SiC single crystal 1 is parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane or has a predetermined The off-angle is set and the substrate is cut out.
  • the SiC single crystal 1 cut into a substrate shape will be described as an example.
  • the SiC single crystal referred to in the present disclosure is not limited to a substrate shape but also includes an ingot shape. Including a structure in which an unnecessary part is removed from an ingot.
  • This SiC single crystal 1 includes a screw dislocation 2.
  • the density of the screw dislocations 2, that is, the number of the screw dislocations 2 per 1 cm 2 when the SiC single crystal 1 is cut in a direction perpendicular to the screw dislocations 2, is a crystal that satisfies the relationship described later.
  • the present inventors conducted various experiments to investigate the relationship between the density of the screw dislocation 2 and the leakage current.
  • a structure generally used when examining the presence or absence of leakage current specifically, a PN diode was constructed, and the presence or absence of leakage current when a desired voltage was applied was examined.
  • the PN diode is configured by ion-implanting impurities into the SiC single crystal 1 so that the impurity concentration is 1 ⁇ 10 21 cm ⁇ 3 .
  • FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C are diagrams showing the screw dislocations 2 having different strains.
  • the screw dislocation 2 having a large strain will be described with reference to FIGS. 2A to 2C, and the screw dislocation 2 having a small strain will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
  • a dislocation that causes a large leak current in the screw dislocation 2 is referred to as a leakage (L) dislocation 2a
  • nL negligiblyligleakage
  • Burgers vectors which are directions of helical distortion are represented as directions b1 and b2 shown in FIGS. 2B and 3B. Further, these Burgers vectors b1 and b2 can be schematically represented as shown in FIG. 2C and FIG. 3C, respectively.
  • the screw dislocation 2 is a dislocation having a c-axis component [0001] as shown in the schematic diagram of the crystal orientation of the SiC single crystal 1 composed of hexagonal crystals shown in FIG. .
  • the screw dislocation 2 is accompanied by a dislocation with [1-100] and a third [11-20] in addition to the c-axis component [0001]. It was confirmed that some dislocations existed.
  • the Burgers vector b1 was composed of a vector c in the ⁇ 0001> direction and a vector m in the ⁇ 1-100> direction.
  • the Burgers vector b2 is composed of a vector c in the ⁇ 0001> direction and a vector a in the 1/3 ⁇ 11-20> direction.
  • the vector c is 1.008 nm
  • the vector a is 0.309 nm
  • the nL dislocation 2b may not be obtained.
  • L dislocation 2a That is, if the Burgers vector b exceeds the size of the vector c in the ⁇ 0001> direction and the vector a in the 1/3 ⁇ 11-20> direction, it is recognized as the L dislocation 2a.
  • the screw dislocation 2 is distinguished into the L dislocation 2a and the nL dislocation 2b, and ion implantation is performed on the SiC single crystal 1 to form a PN diode.
  • the density of the L dislocation 2a, the density of the nL dislocation 2b, and the leakage was examined by experiment. As a result, whether or not a leakage current is generated mainly depends on the density of the L dislocations 2a, and even if there are many nL dislocations 2b, they are not a significant cause of the leakage current. Was confirmed.
  • screw dislocation 2 is the L dislocation 2a or the nL dislocation 2b can be confirmed by a large angle convergent electron diffraction method (LACBED).
  • LACBED large angle convergent electron diffraction method
  • TEM transmission electron microscope
  • the density of L dislocations 2a satisfying b> ⁇ 0001> +1/3 ⁇ 11-20> among the screw dislocations 2 in the SiC single crystal 1 is 300 / cm 2 or less, preferably 100 / cm 2 or less. As a result, it is possible to obtain a high-quality SiC single crystal 1 suitable for manufacturing a device capable of suppressing leakage current.
  • Such a high-quality SiC single crystal 1 can be manufactured by the following method, for example. First, a SiC single crystal is grown on the ⁇ 1-100 ⁇ plane, which is the growth plane, using a seed crystal with the ⁇ 1-100 ⁇ plane exposed. Subsequently, a seed crystal exposing the ⁇ 11-20 ⁇ plane is produced from this SiC single crystal. Next, a SiC single crystal is grown on the ⁇ 11-20 ⁇ plane which is the growth plane of the seed crystal. Subsequently, a substrate-like SiC single crystal can be produced by cutting from this SiC single crystal with a predetermined off angle parallel to the ⁇ 0001 ⁇ plane or with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane. Since this SiC single crystal is produced from a so-called a-plane grown crystal, it originally contains almost no screw dislocations 2.
  • the quality of the seed crystal as a base is inherited. It can be a high quality SiC single crystal ingot.
  • the surface of the SiC single crystal has a predetermined off angle with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane, it is possible to suppress the formation of heterogeneous polymorphs by step flow growth and to improve the quality of the SiC single crystal. Crystal ingots can be manufactured.
  • a substrate-like SiC single crystal 1 can be produced by cutting out with a predetermined off angle with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane or with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane. Among these, those having a density of L dislocations 2a satisfying the above range are selected. Thereby, the high quality SiC single crystal 1 suitable for device manufacture demonstrated in this embodiment can be obtained.
  • the Burgers vector b of the L dislocation 2a of the screw dislocation 2 existing in the seed crystal is ⁇ 0001> + ⁇ From 1-100>, Burgers vector b can be easily converted to ⁇ 0001> +1/3 ⁇ 11-20>, so that L dislocation 2a can be converted to nL dislocation 2b, which is more effective.
  • This principle is because the direction of the screw dislocation 2 is easily grown from the ⁇ 1-100> direction to the ⁇ 11-20> direction by growth.
  • the Burgers vector b is easily converted to ⁇ 0001> +1/3 ⁇ 11-20>.
  • the L dislocation 2a can be converted exponentially into the nL dislocation 2b, which is more effective. This is because, similarly to the above, the orientation of the screw dislocation 2 is easily oriented from the ⁇ 1-100> direction to the ⁇ 11-20> direction by growth.
  • the off-angle is larger than 10 degrees in the above growth, there is a problem that stacking faults occur, so that it does not become a high-quality SiC single crystal suitable for device fabrication.
  • the screw dislocation 2 is divided into the L dislocation 2a and the nL dislocation 2b, and the density of the L dislocation 2a is 300 pieces / cm 2 or less, preferably 100 pieces / cm 2 or less. Yes. As a result, it is possible to obtain a high-quality SiC single crystal 1 suitable for manufacturing a device capable of suppressing leakage current.
  • the plane orientation and manufacturing method of the SiC single crystal 1 described in the above embodiment are arbitrary, and at least the density of the L dislocations 2a in the SiC single crystal 1 may be within the range described in the above embodiment.
  • a low-density screw dislocation region in which a screw dislocation generation region that actively generates screw dislocations 2 is partially provided and the density of the screw dislocations 2 is reduced in other portions. May be configured.
  • the density of the L dislocations 2a may be within the range described in the above embodiment for the low density screw dislocation region used for device fabrication.
  • a PN diode is manufactured as an example of a device formed for the SiC single crystal 1 and the occurrence of leakage current is examined.
  • the occurrence of leakage current also occurs in other elements such as MOSFETs.
  • the relationship between the presence and absence of is the same as that of the PN diode. Therefore, if the density of the L dislocations 2a is within the range described in the above embodiment, it can be said that the SiC single crystal 1 is suitable for manufacturing other devices of the diode.
  • the desired English character when indicating a vector, originally, should be bold, or a right arrow should be attached on the English character, but there are restrictions on the expression based on the electronic application. It shall be described as a vector before.
  • a bar (-) when indicating the orientation of a crystal, a bar (-) should be put on a desired number, but there is a limitation in expression based on an electronic application. A bar shall be placed in front of the number.

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Abstract

　螺旋転位（２）を含む炭化珪素単結晶において、前記螺旋転位のうちバーガースベクトルｂがｂ＞＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞を満たす転位をＬ転位（２ａ）とする。前記Ｌ転位は、歪みが大きくリーク電流の発生要因となり得るため、炭化珪素単結晶中の前記Ｌ転位の密度を３００個／ｃｍ2以下、好ましくは１００個／ｃｍ2以下とすることにより、リーク電流を抑制できるデバイス作成に好適な高品質の炭化珪素単結晶とすることが可能となる。

Description

炭化珪素単結晶および炭化珪素単結晶の製造方法 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１３年２月２０日に出願された日本出願番号２０１３－３１２３９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶やＳｉＣ単結晶の製造方法に関するものである。
　従来、高品質ＳｉＣ単結晶ウェハとして、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に開示されているＳｉＣ単結晶ウェハにおいては、デバイス特性に悪影響を与える転位の密度を規定値以下、具体的には３インチの直径を有するウェハにおいて転位密度を２５００ｃｍ-2以下とすることで、デバイス作製に向くようにしている。ここでいう転位とは、線状に上る結晶欠陥であり対象としている転位は、ｃ軸と平行な方向を持つ螺旋転位である。
　しかしながら、本発明者らが実験などに基づいて鋭意検討を行った結果、特許文献１に示されるように、単に螺旋転位の密度を規定値以下にしても、リーク電流を抑制できるデバイス作製に好適なＳｉＣ単結晶にはならないということが判った。
日本特表２００８－５１５７４８号公報（米国特許７，３１４，５２０号公報に対応）
　本開示は、リーク電流を抑制できるデバイス作製に好適な高品質のＳｉＣ単結晶およびＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
　本開示の第１態様に係るＳｉＣ単結晶は、螺旋転位を含み、前記螺旋転位のうちバーガースベクトルｂがｂ＞＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞を満たす転位をＬ転位とし、前記Ｌ転位の密度が３００個／ｃｍ2以下とされている。
　前記ＳｉＣ単結晶では、螺旋転位の中でもリーク電流の発生要因となり得るＬ転位の密度を３００個／ｃｍ2以下にしている。これにより、リーク電流を抑制できるデバイス作製に好適な高品質のＳｉＣ単結晶とすることが可能となる。
　本開示の第２態様に係るＳｉＣ単結晶の製造方法では、前記第１態様に係るＳｉＣ単結晶からなる基板であって、表面が｛０００１｝面と平行もしくは｛０００１｝面に対して所定のオフ角を有する基板を用意し、前記基板を種結晶として、前記表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。
　本開示の第３態様に係るＳｉＣ単結晶の製造方法では、前記第１態様に係るＳｉＣ単結晶からなる基板であって、表面が｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に１０度以内のオフ角を有する基板を用意し、前記基板を種結晶として、前記表面にＳｉＣ単結晶を成長させる。
　本開示の第４態様に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、前記第１態様に係るＳｉＣ単結晶からなる基板であって、表面が｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に１０度以内のオフ角を有する基板を用意し、前記基板を種結晶として、前記表面にＳｉＣ単結晶を成長させる第１工程と、前記第１工程で成長させられたＳｉＣ単結晶から、表面が｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に１０度以内のオフ角を有する基板を切り出し、前記基板を種結晶として、前記表面にＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを含み、前記第１工程と第２工程を複数回繰り返す。
　このように、前記第１態様に係るＳｉＣ単結晶を種結晶として用いて、更に新たなＳｉＣ単結晶を成長させることにより、下地となる種結晶の品質を引き継いだ高品質なＳｉＣ単結晶を製造することができる。
　本開示における上記あるいは他の目的、構成、利点は、下記の図面を参照しながら、以下の詳細説明から、より明白となる。図面において、
図１は、本開示の第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の断面模式図である。 図２Ａは、図１中の領域Ｒ１におけるＬ転位およびＬ転位の周囲に発生する螺旋状の歪みの様子を示した拡大模式図である。 図２Ｂは、図２Ａに示した螺旋状の歪みの方向を示した模式図である。 図２Ｃは、図２Ｂに示した螺旋状の歪みの方向であるバーガースベクトルの詳細を示した図である。 図３Ａは、図１中の領域Ｒ２におけるｎＬ転位およびｎＬ転位の周囲に発生する螺旋状の歪みの様子を示した拡大模式図である。 図３Ｂは、図３Ａに示した螺旋状の歪みの方向を示した模式図である。 図３Ｃは、図３Ｂに示した螺旋状の歪みの方向であるバーガースベクトルの詳細を示した図である。 図４は、ＳｉＣ単結晶の結晶方位を示した模式図である。 図５は、ＳｉＣ単結晶を用いてＰＮダイオードを構成した場合のリーク電流を調べた結果を示すグラフである。
　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１に示す本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶１は、昇華再結晶法やガス供給法などによって形成されたＳｉＣ単結晶インゴットを例えば｛０００１｝面と平行もしくは｛０００１｝面に対して所定のオフ角を設定して基板状に切り出したものである。なお、ここでは、基板状に切り出したＳｉＣ単結晶１を例に挙げて説明するが、本開示でいうＳｉＣ単結晶には、基板状に切り出したものに限らず、インゴット状のものも含むし、インゴットから不要部分を取除いた構造のものも含む。
　このＳｉＣ単結晶１は、螺旋転位２を含んでいる。この螺旋転位２の密度、つまりＳｉＣ単結晶１を螺旋転位２と垂直方向に切断したとした場合における１ｃｍ2当たりに存在する螺旋転位２の数について、後述する関係を満たす結晶とされている。
　本発明者らは、様々な実験を行って螺旋転位２の密度とリーク電流との関係について調べた。例えば、リーク電流の有無を調べる際に一般的に用いられている構造、具体的にはＰＮダイオードを構成し、所望の電圧を印加したときのリーク電流の発生の有無について調べた。例えば、ＰＮダイオードについては、ＳｉＣ単結晶１に対して不純物をイオン注入することで構成し、不純物濃度が１×１０21ｃｍ-3となるようにした。その結果、螺旋転位２の密度とリーク電流とは相関関係があるものの、螺旋転位２の密度が等しかったとしてもリーク電流が一定にならず、デバイス作製に向くものと向かないものがあるということが確認された。
　そして、更に鋭意検討を行ったところ、螺旋転位２にも種類があり、螺旋転位２の中でも歪が大きいものと小さいものがあり、歪が小さいものについてはリーク電流の発生要因にはなり難く、歪が大きいものがリーク電流の発生要因になることも判った。
　従来では、歪みの大小に関係なく同じ螺旋転位２として認識していた。特許文献１では１ｃ螺旋転位密度を規定している。一般的な螺旋転位の定義では、バーガースベクトルｂ＝１ｃ＝＜０００１＞に相当する。しかし、バーガースベクトルの測定手法の詳細な記述がない。このため、歪みの大小を考慮に入れずに、すべての螺旋転位２を同じものとして捉えて螺旋転位２の密度を規定していた。しかしながら、本発明者らが見出した結果に基づけば、ＳｉＣ単結晶がデバイス作製に向くか否かについて螺旋転位２の密度で規定する場合には、螺旋転位２の歪みの大きさまで考慮に入れて規定することが必要となることが判る。つまり、螺旋転位２の歪みの大きさを考慮に入れることなく、全ての螺旋転位２を一様に同じ螺旋転位２と考えて螺旋転位２の密度を規定値以下にしても、リーク電流を抑制できるデバイス作製に好適なＳｉＣ単結晶を得ることはできない。
　図２Ａ～図２Ｃおよび図３Ａ～図３Ｃは、歪みの異なる大きさの螺旋転位２について示した図である。図２Ａ～図２Ｃを参照して歪みが大きな螺旋転位２について説明し、図３Ａ～図３Ｃを参照して歪みが小さな螺旋転位２について説明する。なお、以下の説明では、螺旋転位２のうちリーク電流の発生要因となる歪みが大きな転位をleakage（Ｌ）転位２ａといい、リーク電流の発生要因になり難い歪みが小さな転位をnegligibly leakage(ｎＬ)転位２ｂという。
　図２Ａおよび図３Ａに示すように、螺旋転位２の周囲では、螺旋転位２の転位芯を中心として螺旋状に歪みが発生している。そして、実験により確認したところ、図２Ａに示すＬ転位２ａでは螺旋状の歪みが大きく、それと比較して、図３Ａに示すｎＬ転位２ｂでは螺旋状の歪みが小さくなっていた。
　これらＬ転位２ａとｎＬ転位２ｂについては、螺旋状の歪みの方向であるバーガースベクトルが図２Ｂおよび図３Ｂに示す方向ｂ１、ｂ２として表される。また、これらのバーガースベクトルｂ１、ｂ２を模式的に表すと、それぞれ図２Ｃや図３Ｃのように表すことができる。
　基本的には、螺旋転位２は、図４に示した六方晶で構成されるＳｉＣ単結晶１の結晶方位の模式図に表されるように、ｃ軸成分［０００１］を有した転位となる。そして、様々な検討およびＳｉＣ単結晶１を解析した結果、螺旋転位２は、ｃ軸成分［０００１］に加えて、［１－１００］を伴う転位と、１／３［１１－２０］を伴う転位が存在しているものがあることが確認された。
　具体的には、実験により確認されたＬ転位２ａについては、バーガースベクトルｂ１が、＜０００１＞方向のベクトルｃと＜１－１００＞方向のベクトルｍによって構成されていた。また、ｎＬ転位２ｂについては、バーガースベクトルｂ２が＜０００１＞方向のベクトルｃと１／３＜１１－２０＞方向のベクトルａによって構成されていた。
　したがって、確認されたｎＬ転位２ｂよりもバーガースベクトルｂが小さい螺旋転位２については、リーク電流の発生要因になり難いｎＬ転位２ｂとして把握することができる。つまり、バーガースベクトルｂが少なくとも＜０００１＞方向のベクトルｃと１／３＜１１－２０＞方向のベクトルａとを合わせた大きさ以下であればｎＬ転位２ｂとなると言える。これは、ｂ≦＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞を満たすこと、つまりｂ2≦ｃ2＋２ａ・ｃ＋ａ2（ただし、ベクトルの内積ａ・ｃ＝ａ×ｃ×ｃｏｓ９０度＝０）の関係を満たすことを意味している。なお、各ベクトルの大きさについては、４Ｈ－ＳｉＣの場合、ベクトルｃは１．００８ｎｍ、ベクトルａは０．３０９ｎｍ、ベクトルｍは３0.5×ａ＝０．５３５ｎｍである。
　一方、バーガースベクトルｂが＜０００１＞方向のベクトルｃと１／３＜１１－２０＞方向のベクトルａとを合わせた大きさを超えている場合には、ｎＬ転位２ｂにならない可能性があるため、Ｌ転位２ａとして把握する。つまり、バーガースベクトルｂが＜０００１＞方向のベクトルｃと１／３＜１１－２０＞方向のベクトルａとを合わせた大きさを超えていれば、Ｌ転位２ａとして把握する。ｂ＞＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞を満たすこと、つまりｂ2＞ｃ2＋２ａ・ｃ＋ａ2（ただし、ベクトルの内積ａ・ｃ＝ａ×ｃ×ｃｏｓ９０度＝０）の関係を満たしていれば、Ｌ転位２ａとする。
　このようにして、螺旋転位２をＬ転位２ａとｎＬ転位２ｂとに区別し、ＳｉＣ単結晶１にイオン注入を行ってＰＮダイオードを形成し、Ｌ転位２ａの密度やｎＬ転位２ｂの密度とリーク電流の発生の有無について実験により調べた。その結果、リーク電流が発生するか否かについては、主にＬ転位２ａの密度に依存しており、ｎＬ転位２ｂについては多く存在していてもリーク電流の発生要因にはあまりなっていないことが確認された。
　具体的には、図５に示されるように、ダイオードを構成した場合のリーク電流を確認すると、Ｌ転位２ａの密度が１００個／ｃｍ2以下であれば殆どリーク電流が発生していなかった。また、Ｌ転位２ａの密度が３００個／ｃｍ2以下であれば若干リーク電流が発生しているものの、作製されるデバイスには殆ど影響を与えなかった。このため、この場合にも、ＳｉＣ単結晶１がデバイス作製に向いたものであると言うことができる。逆に、Ｌ転位２ａの密度が１０００個／ｃｍ2程度になると、リーク電流が発生していた。この場合には、作製されるデバイスに影響を与えることから、デバイス作製には向かないと言える。
　なお、螺旋転位２がＬ転位２ａとｎＬ転位２ｂのいずれであるかは、大角度収束電子回折法（ＬＡＣＢＥＤ）によって確認することができる。また、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察やＸ線トポグラフなどの他の方法によっても、螺旋転位２がＬ転位２ａとｎＬ転位２ｂのいずれであるかを確認することができる。
　したがって、ＳｉＣ単結晶１に、螺旋転位２のうちバーガースベクトルｂがｂ＞＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞を満たすＬ転位２ａの密度を３００個／ｃｍ2以下、好ましくは１００個／ｃｍ2以下にしている。これにより、リーク電流を抑制できるデバイス作製に好適な高品質のＳｉＣ単結晶１とすることが可能となる。
　このような高品質なＳｉＣ単結晶１については、例えば次のような方法によって製造できる。まず、｛１－１００｝面を露出させた種結晶を用いて、その成長面である｛１－１００｝面上に、ＳｉＣ単結晶を成長させる。続いて、このＳｉＣ単結晶から｛１１－２０｝面を露出する種結晶を作製する。次に、この種結晶の成長面である｛１１－２０｝面上に、ＳｉＣ単結晶を成長させる。続いて、このＳｉＣ単結晶より、｛０００１｝面と平行もしくは｛０００１｝面に対して所定のオフ角を設けて切り出すことで、基板状のＳｉＣ単結晶を作製することができる。このＳｉＣ単結晶は、いわゆるａ面成長結晶から作製されたものであるため、もともと螺旋転位２をほとんど含有していない。
　このような高品質なＳｉＣ単結晶を種結晶として用いて、更に昇華再結晶法やガス供給法などによって新たなＳｉＣ単結晶インゴットを成長させるようにすれば、下地となる種結晶の品質を引き継いだ高品質なＳｉＣ単結晶インゴットにできる。特に、ＳｉＣ単結晶の表面が｛０００１｝面に対して所定のオフ角を持つものとすれば、ステップフロー成長により、異種多形が形成されることを抑制しつつ、より高品質なＳｉＣ単結晶インゴットを製造できる。このＳｉＣ単結晶インゴットより、｛０００１｝面と平行もしくは｛０００１｝面に対して所定のオフ角を設けて切り出すことで、基板状のＳｉＣ単結晶１を作製することができる。この中から更にＬ転位２ａの密度が上記範囲を満たすものを選別する。これにより、本実施形態で説明したデバイス作製に向く高品質なＳｉＣ単結晶１を得ることができる。
　また、｛０００１｝面からの所定のオフ角を＜１１－２０＞方向に１０度以内とすることで、種結晶に存在する螺旋転位２のＬ転位２ａのバーガースベクトルｂを＜０００１＞＋＜１－１００＞から、バーガースベクトルｂを＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞に変換しやすくなるので、Ｌ転位２ａをｎＬ転位２ｂに変換でき、より効果的である。この原理は、螺旋転位２の向きが成長により、＜１－１００＞方向から＜１１－２０＞方向に配向しやすくなるからである。
　さらに、｛０００１｝面からの所定のオフ角を＜１１－２０＞方向に１０度以内の成長を繰り返せば繰り返すほど、バーガースベクトルｂを＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞に変換しやすくなり、Ｌ転位２ａをｎＬ転位２ｂに指数関数的に変換できるのでさらに効果的である。この原理も上記と同様、螺旋転位２の向きが成長により、＜１－１００＞方向から＜１１－２０＞方向に配向しやすくなるからである。
　上記成長でオフ角を１０度より大きくすると、積層欠陥が発生するという問題があるので、デバイス作製に向く高品質なＳｉＣ単結晶とはならない。
　以上説明したように、本実施形態では、螺旋転位２をＬ転位２ａとｎＬ転位２ｂとに区分けし、Ｌ転位２ａの密度を３００個／ｃｍ2以下、好ましくは１００個／ｃｍ2以下にしている。これにより、リーク電流を抑制できるデバイス作製に好適な高品質のＳｉＣ単結晶１とすることが可能となる。
　（他の実施形態）
　本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
　例えば、上記実施形態で説明したＳｉＣ単結晶１の面方位や製造方法などは任意であり、少なくともＳｉＣ単結晶１におけるＬ転位２ａの密度が上記実施形態で説明した範囲内であれば良い。また、ＳｉＣ単結晶インゴットを製造する際に、部分的に螺旋転位２を積極的に発生させる螺旋転位発生可能領域を設け、それ以外の部分において螺旋転位２の密度が小さくなる低密度螺旋転位領域が構成されるようにする場合もある。その場合には、デバイス作製に用いられる低密度螺旋転位領域について、Ｌ転位２ａの密度が上記実施形態で説明した範囲内であれば良い。
　なお、上記実施形態では、ＳｉＣ単結晶１に対して形成するデバイスの一例としてＰＮダイオードを作製してリーク電流の発生の有無について調べたが、ＭＯＳＦＥＴなどの他の素子についても、リーク電流の発生の有無の関係はＰＮダイオードと同様になる。したがって、Ｌ転位２ａの密度が上記実施形態で説明した範囲内であれば、ＳｉＣ単結晶１がダイオードの他のデバイス作製にも向くものであると言える。
　また、ベクトルを示す場合、本来ならば所望の英文字を太字、もしくは、英文字の上に右向き矢印を付すべきであるが、電子出願に基づく表現上の制限が存在するため、所望の英文字の前にベクトルと記述するものとする。また、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー（－）を付すべきであるが、電子出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。

Claims (5)

  1. 　螺旋転位（２）を含む炭化珪素単結晶であって、
    　前記螺旋転位のうちバーガースベクトルｂがｂ＞＜０００１＞＋１／３＜１１－２０＞を満たす転位をＬ転位（２ａ）とし、前記Ｌ転位の密度が３００個／ｃｍ2以下とされている炭化珪素単結晶。
  2. 　前記Ｌ転位の密度が１００個／ｃｍ2以下とされている請求項１に記載の炭化珪素単結晶。
  3. 　請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶からなる基板であって、表面が｛０００１｝面と平行もしくは｛０００１｝面に対して所定のオフ角を有する基板を用意し、
    　前記基板を種結晶として、前記表面に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法。
  4. 　請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶からなる基板であって、表面が｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に１０度以内のオフ角を有する基板を用意し、
    　前記基板を種結晶として、前記表面に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法。
  5. 　請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶からなる基板であって、表面が｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に１０度以内のオフ角を有する基板を用意し、前記基板を種結晶として、前記表面に炭化珪素単結晶を成長させる第１工程と、
    　前記第１工程で成長させられた炭化珪素単結晶から、表面が｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に１０度以内のオフ角を有する基板を切り出し、前記基板を種結晶として、前記表面に炭化珪素単結晶を成長させる第２工程とを含み、
    　前記第１工程と第２工程を複数回繰り返す炭化珪素単結晶の製造方法。
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