WO2020115950A1 - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents

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洋典 伊東
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住友電気工業株式会社
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    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate.
  • This application claims the priority right based on Japanese Patent Application No. 2018-227913 filed on December 5, 2018. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a method of epitaxially growing a silicon carbide layer on a silicon carbide single crystal substrate.
  • the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate includes the following steps.
  • a first silicon carbide layer is formed on the first silicon carbide substrate using the first ammonia gas as a dopant gas.
  • the thickness of the first silicon carbide layer and the carrier concentration of the first silicon carbide layer are measured.
  • the conditions for forming the second silicon carbide layer are calculated.
  • a second silicon carbide layer is formed on the second silicon carbide substrate using the second ammonia gas as a dopant gas.
  • the flow rate of the first ammonia gas in the step of forming the first silicon carbide layer by epitaxial growth is the first flow rate
  • the formation time of the first silicon carbide layer in the step of forming the first silicon carbide layer by epitaxial growth is the first formation time.
  • the thickness of the first silicon carbide layer is the first thickness
  • the carrier concentration of the first silicon carbide layer is the first concentration
  • the target thickness of the second silicon carbide layer is the second thickness
  • the target carrier of the second silicon carbide layer is When the concentration is the second concentration
  • the second formation time of the second silicon carbide layer is set to the value obtained by dividing the second thickness by the first thickness.
  • the second flow rate of the second ammonia gas calculated in the step of forming the second silicon carbide layer by epitaxial growth is calculated by multiplying the formation time, and the second flow rate is the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration. It is calculated as the multiplied value.
  • the second silicon carbide layer is formed using the second formation time and the second flow rate.
  • the step of forming the first silicon carbide layer by epitaxial growth and the step of forming the second silicon carbide layer by epitaxial growth are performed by the same apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a flowchart schematically showing a method for calculating the manufacturing conditions of the silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a first step of the method for calculating the manufacturing conditions of the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view showing a second step of the method for calculating the manufacturing conditions of the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart schematically showing the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view showing a second step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic sectional view showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic sectional view showing a second step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic sectional view showing a third step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic sectional view showing a configuration of a silicon carbide epitaxial substrate manufactured by the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between carrier concentration and epitaxial growth time.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between carrier concentration and nitrogen gas flow rate.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between carrier concentration and ammonia gas flow rate.
  • An object of the present disclosure is to improve the accuracy of the carrier concentration of the silicon carbide layer while simplifying the condition setting process.
  • the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate 100 includes the following steps. First silicon carbide layer 10 is formed on first silicon carbide substrate 110 using first ammonia gas as a dopant gas. The thickness of first silicon carbide layer 10 and the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 are measured. The conditions for forming second silicon carbide layer 20 are calculated. Second silicon carbide layer 20 is formed on second silicon carbide substrate 120 using second ammonia gas as a dopant gas. The flow rate of the first ammonia gas in the step of forming the first silicon carbide layer 10 is the first flow rate, and the formation time of the first silicon carbide layer 10 in the step of forming the first silicon carbide layer 10 is the first formation time.
  • the first silicon carbide layer 10 has a first thickness
  • the carrier concentration of the first silicon carbide layer 10 has a first concentration
  • the target thickness of the second silicon carbide layer 20 has a second thickness
  • the second silicon carbide layer 20 has a second thickness.
  • the target carrier concentration of 2 is set to the second concentration
  • the second formation time of the second silicon carbide layer 20 is the second thickness divided by the first thickness.
  • the second flow rate of the second ammonia gas in the step of forming the second silicon carbide layer 20 is calculated as a value obtained by multiplying the above-mentioned value by the first formation time to a value obtained by dividing the second concentration by the first concentration.
  • second silicon carbide layer 20 is formed using the second formation time and the second flow rate.
  • the step of forming first silicon carbide layer 10 by epitaxial growth and the step of forming second silicon carbide layer 20 by epitaxial growth are performed by the same apparatus.
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration may be 0.1 or more and 5 or less.
  • the value obtained by dividing the first thickness by the first formation time may be 5 ⁇ m/hour or more and 30 ⁇ m/hour or less. ..
  • the first concentration is It may be less than half of one substrate concentration.
  • third silicon carbide layer 30 is formed on third silicon carbide substrate 130 by using a third ammonia gas as a dopant gas. Forming the third silicon carbide layer 30, measuring the thickness of the third silicon carbide layer 30 and the carrier concentration of the third silicon carbide layer 30, calculating the formation conditions of the fourth silicon carbide layer 40, and the second silicon carbide layer. Before the step of forming 20, the step of forming the fourth silicon carbide layer 40 on the second silicon carbide substrate 120 using the fourth ammonia gas as a dopant gas may be further included. Second silicon carbide layer 20 may be formed on fourth silicon carbide layer 40.
  • the flow rate of the third ammonia gas in the step of forming the third silicon carbide layer 30 is the third flow rate
  • the formation time of the third silicon carbide layer 30 in the step of forming the third silicon carbide layer 30 is the third formation time
  • the thickness of the third silicon carbide layer 30 is the third thickness
  • the carrier concentration of the third silicon carbide layer 30 is the third concentration
  • the target thickness of the fourth silicon carbide layer 40 is the fourth thickness
  • the fourth silicon carbide layer 40 is the fourth thickness divided by the third thickness.
  • the fourth flow rate of the fourth ammonia gas calculated in the step of forming the fourth silicon carbide layer 40 is a value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration. It may be calculated as a value multiplied by the third flow rate.
  • fourth silicon carbide layer 40 may be formed using the fourth formation time and the fourth flow rate.
  • the step of forming the third silicon carbide layer 30 by epitaxial growth and the step of forming the fourth silicon carbide layer 40 by epitaxial growth are performed by the same apparatus.
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration may be 0.1 or more and 5 or less.
  • the value obtained by dividing the third thickness by the third formation time may be 5 ⁇ m/hour or more and 30 ⁇ m/hour or less. ..
  • the third concentration is It may be less than half the concentration of the three substrates.
  • an apparatus 200 for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate 100 is, for example, a hot wall type horizontal CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.
  • An apparatus 200 for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate 100 includes a reaction chamber 201, a gas supply unit 235, a control unit 245, a heating element 203, a quartz tube 204, a heat insulating material (not shown), and an induction heating coil (not shown). ) And have mainly.
  • the heating element 203 has, for example, a tubular shape, and forms the reaction chamber 201 inside.
  • the heating element 203 is made of graphite, for example.
  • the heating element 203 is provided inside the quartz tube 204 so as to contact the inner peripheral surface of the quartz tube 204.
  • the heat insulating material surrounds the outer circumference of the heating element 203.
  • the induction heating coil is wound, for example, along the outer peripheral surface of the quartz tube 204.
  • the induction heating coil is configured to be able to supply an alternating current by an external power source (not shown). As a result, the heating element 203 is induction-heated. As a result, the reaction chamber 201 is heated by the heating element 203.
  • the reaction chamber 201 is a space surrounded by the inner wall surface 205 of the heating element 203.
  • a silicon carbide substrate is arranged in reaction chamber 201.
  • Reaction chamber 201 is configured to be able to heat the silicon carbide substrate.
  • Reaction chamber 201 is provided with susceptor 210 that holds a silicon carbide substrate.
  • the silicon carbide substrate is arranged on susceptor 210.
  • the susceptor 210 is arranged on the stage 202.
  • the stage 202 is configured to be rotatable by a rotation shaft 209. As the stage 202 rotates, the susceptor 210 rotates.
  • the apparatus 200 for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate 100 further has a gas inlet 207 and a gas outlet 208.
  • the gas exhaust port 208 is connected to an exhaust pump (not shown).
  • the arrow in FIG. 1 indicates the flow of gas.
  • the gas is introduced into the reaction chamber 201 through the gas introduction port 207 and exhausted through the gas exhaust port 208.
  • the pressure in the reaction chamber 201 is adjusted by the balance between the gas supply amount and the gas exhaust amount.
  • the gas supply unit 235 is configured to be able to supply a mixed gas containing a source gas, a dopant gas, and a carrier gas to the reaction chamber 201.
  • the gas supply unit 235 includes, for example, a first gas supply unit 231, a second gas supply unit 232, a third gas supply unit 233, and a fourth gas supply unit 234.
  • the first gas supply unit 231 is configured to be able to supply the first gas containing carbon atoms.
  • the first gas supply unit 231 is, for example, a gas cylinder filled with the first gas.
  • the first gas is, for example, propane (C 3 H 8 ) gas.
  • the first gas may be, for example, methane (CH 4 ) gas, ethane (C 2 H 6 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, or the like.
  • the second gas supply unit 232 is configured to be able to supply the second gas containing the silane gas.
  • the second gas supply unit 232 is, for example, a gas cylinder filled with the second gas.
  • the second gas is, for example, silane (SiH 4 ) gas.
  • the second gas may be a mixed gas of silane gas and a gas other than silane.
  • the third gas supply unit 233 is configured to be able to supply a third gas containing ammonia gas.
  • the third gas supply unit 233 is, for example, a gas cylinder filled with a third gas.
  • the third gas is a doping gas containing N (nitrogen atoms). Ammonia gas is more likely to be thermally decomposed than nitrogen gas having a triple bond.
  • the fourth gas supply unit 234 is configured to be able to supply a fourth gas (carrier gas) such as hydrogen.
  • the fourth gas supply unit 234 is, for example, a gas cylinder filled with hydrogen.
  • the control unit 245 is configured to control the flow rate of the mixed gas supplied from the gas supply unit 235 to the reaction chamber 201.
  • the control unit 245 may include a first gas flow rate control unit 241, a second gas flow rate control unit 242, a third gas flow rate control unit 243, and a fourth gas flow rate control unit 244. Good.
  • Each control unit may be, for example, an MFC (Mass Flow Controller).
  • the control unit 245 is arranged between the gas supply unit 235 and the gas introduction port 207. In other words, the control unit 245 is arranged in the flow path that connects the gas supply unit 235 and the gas introduction port 207.
  • the winding density of the induction heating coil may be changed in the axial direction of the reaction chamber 201.
  • the winding density [turns/m] is the number of turns of the coil per unit length in the axial direction of the device.
  • the winding density of the upstream induction heating coil may be higher than the winding density of the downstream induction heating coil in order to effectively thermally decompose ammonia on the upstream side.
  • silicon carbide substrate 110 is prepared (see FIG. 3 ).
  • the polytype of silicon carbide forming silicon carbide substrate 110 is, for example, 4H—SiC. 4H-SiC is superior to other polytypes in electron mobility, dielectric breakdown field strength, and the like.
  • Silicon carbide substrate 110 contains nitrogen as an n-type impurity.
  • the conductivity type of silicon carbide substrate 110 is n-type.
  • silicon carbide substrate 110 has a first main surface 111, a second main surface 112, and an outer edge portion 113.
  • the first main surface 111 extends two-dimensionally along each of the first direction 101 and the second direction 102.
  • the second main surface 112 is on the opposite side of the first main surface 111.
  • the outer edge portion 113 surrounds the first main surface 111 when viewed from the direction perpendicular to the first main surface 111.
  • the outer edge portion 113 has, for example, an orientation flat 1 and an arcuate portion 2.
  • the orientation flat 1 extends along the first direction 101.
  • the arcuate portion 2 is continuous with the orientation flat 1.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • the second direction may be, for example, the [1-100] direction.
  • the first direction 101 is a direction parallel to the first major surface 111 and perpendicular to the second direction 102.
  • the first direction 101 is, for example, a direction including a ⁇ 11-20> direction component. From another viewpoint, the first direction is a direction obtained by projecting the ⁇ 11-20> direction onto a plane parallel to the first main surface 111.
  • the first direction 101 may be a direction including a [11-20] direction component, for example.
  • diameter 3 (maximum diameter) of first main surface 111 of silicon carbide substrate 110 is 100 mm or more.
  • the diameter 3 may be 150 mm or more, 200 mm or more, or 250 mm or more.
  • the upper limit of the diameter 3 is not particularly limited, but the upper limit of the diameter 3 may be 300 mm, for example.
  • the first main surface 111 is a ⁇ 0001 ⁇ surface or a surface inclined at an angle of 8° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ surface.
  • the first main surface 111 is, for example, a (0001) plane or a plane inclined at an angle of 8° or less with respect to the (0001) plane.
  • the tilt direction (OFF direction) is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the inclination angle (off angle) with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane may be 1° or more, or 2° or more.
  • the off angle may be 7° or less, 6° or less, or 4° or less.
  • the first major surface 111 may be a (000-1) plane or a plane inclined at an angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane.
  • first silicon carbide layer 10 is formed on silicon carbide substrate 110 by epitaxial growth.
  • silicon carbide substrate 110 is placed on susceptor 210.
  • Hydrogen (H 2 ) gas which is a carrier gas, is introduced into the reaction chamber 201 from the fourth gas supply unit 234 during the temperature rise.
  • the flow rate of hydrogen gas is adjusted by the fourth gas flow rate control unit 244.
  • the source gas, the dopant gas and the carrier gas are supplied to the reaction chamber 201.
  • a mixed gas containing silane, propane, ammonia (first ammonia gas), and hydrogen is introduced into the reaction chamber 201.
  • each gas is thermally decomposed to form first silicon carbide layer 10 on silicon carbide substrate 110.
  • the flow rates of silane and propane are adjusted so that the C/Si ratio of the mixed gas is, for example, about 1.0.
  • the pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 6 kPa.
  • the flow rate of the second gas (silane gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be 115 sccm, for example.
  • the flow rate of the second gas (silane gas) may be, for example, 80 sccm or more and 150 sccm or less.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be, for example, 37.5 sccm by using the first gas flow rate control unit 241.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) may be, for example, 25 sccm or more and 50 sccm or less.
  • the flow rate of the third gas (ammonia gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be 0.0033 sccm, for example.
  • the flow rate of the third gas (ammonia gas) may be, for example, 0.001 sccm or more and 0.1 sccm or less.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be 120 slm, for example.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) may be, for example, 100 slm or more and 150 slm or less.
  • First silicon carbide layer 10 is formed on the silicon carbide substrate 110 using the first ammonia gas as the dopant gas (see FIG. 5).
  • First silicon carbide layer 10 has a thickness (first thickness T1) of, for example, 3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the first thickness T1 may be, for example, 3.5 ⁇ m or more, or may be 4 ⁇ m or more.
  • the first thickness T1 may be, for example, 9.5 ⁇ m or less, or may be 9 ⁇ m or less.
  • First silicon carbide layer 10 contains nitrogen (N) as an n-type impurity. In this case, the carriers are electrons.
  • the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 is, for example, 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • first silicon carbide layer 10 has a third main surface 11 and a fourth main surface 12.
  • the fourth major surface 12 is on the opposite side of the third major surface 11.
  • the fourth major surface 12 is in contact with the first major surface 111.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 2) is performed.
  • the thickness of the first silicon carbide layer 10 can be measured by using, for example, an FT-IR (Fourier Transform-InfraRed spectrometer).
  • the thickness of the first silicon carbide layer 10 can be measured, for example, by combining a Fourier transform infrared spectrophotometer (IRPrestige-21) manufactured by Shimadzu Corporation and an infrared microscope (AIM-8800) manufactured by the same.
  • IRPrestige-21 Fourier transform infrared spectrophotometer manufactured by Shimadzu Corporation
  • AIM-8800 infrared microscope manufactured by the same.
  • the thickness measurement of first silicon carbide layer 10 by FT-IR is obtained by utilizing the optical constant difference caused by the difference in carrier concentration between first silicon carbide layer 10 and silicon carbide substrate 110.
  • the interference from the reflection from the third main surface 11 of the first silicon carbide layer 10 and the reflection from the interface between the first silicon carbide layer 10 and the silicon carbide substrate 110 is prevented.
  • the thickness of the first silicon carbide layer 10 is measured.
  • the measurement wave number range is, for example, from 1500 cm ⁇ 1 to 3500 cm ⁇ 1 .
  • the wave number interval is, for example, about 4 cm ⁇ 1 .
  • the thickness of first silicon carbide layer 10 is measured at a plurality of positions on third main surface 11.
  • the measurement interval in the in-plane direction is, for example, 10 mm.
  • points that are ⁇ 10 mm, ⁇ 20 mm, ⁇ 30 mm, ⁇ 40 mm, ⁇ 50 mm, and ⁇ 60 mm from the center of the third major surface 11 are the thickness measurement positions.
  • points that are ⁇ 10 mm, ⁇ 20 mm, ⁇ 30 mm, ⁇ 40 mm, ⁇ 50 mm, and ⁇ 60 mm from the center of the third major surface 11 in the direction parallel to the second direction 102 are the thickness measurement positions.
  • the center of the third major surface 11 is also the thickness measurement position.
  • the average value of the thickness of first silicon carbide layer 10 measured at a plurality of measurement positions is set as the thickness of first silicon carbide layer 10.
  • the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 is measured by, for example, a mercury probe type C (capacitance)-V (voltage) measuring device. Specifically, one probe is arranged on the side of third main surface 11 of first silicon carbide layer 10, and the other probe is arranged on the side of fourth main surface 12 of first silicon carbide layer 10. The area of one probe is, for example, 0.01 cm 2 . A voltage is applied between one probe and the other probe and the capacitance between the one probe and the other probe is measured.
  • a mercury probe type C (capacitance)-V (voltage) measuring device Specifically, one probe is arranged on the side of third main surface 11 of first silicon carbide layer 10, and the other probe is arranged on the side of fourth main surface 12 of first silicon carbide layer 10. The area of one probe is, for example, 0.01 cm 2 . A voltage is applied between one probe and the other probe and the capacitance between the one probe and the other probe is measured.
  • the vertical axis represents 1/C 2 (the reciprocal of the square of capacitance), the horizontal axis represents V (voltage), and the carrier concentration is obtained from the slope of the straight line of the measurement data.
  • the measurement voltage range is typically in the range of -5V to 0V.
  • the carrier concentration may be measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry), for example.
  • the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 is measured at a plurality of positions on third main surface 11.
  • the measurement interval in the in-plane direction is, for example, 10 mm.
  • points separated by ⁇ 10 mm, ⁇ 20 mm, ⁇ 30 mm, ⁇ 40 mm, ⁇ 50 mm, and ⁇ 60 mm from the center of the third major surface 11 are the carrier concentration measurement positions.
  • points in the direction parallel to the second direction 102 that are ⁇ 10 mm, ⁇ 20 mm, ⁇ 30 mm, ⁇ 40 mm, ⁇ 50 mm, and ⁇ 60 mm from the center of the third main surface 11 are the carrier concentration measurement positions. ..
  • the center of the third main surface 11 is also the measurement position of the carrier concentration.
  • the average value of the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 measured at a plurality of measurement positions is set as the carrier concentration of first silicon carbide layer 10. As described above, the thickness of first silicon carbide layer 10 and the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 are measured.
  • the step of calculating the conditions for forming the second silicon carbide layer (S30: FIG. 2) is performed. Specifically, the formation time of second silicon carbide layer 20 is calculated.
  • the formation time of the first silicon carbide layer 10 in the step of forming the first silicon carbide layer 10 is the first formation time
  • the thickness of the first silicon carbide layer 10 is the first thickness
  • the target thickness of the second silicon carbide layer 20 is the same.
  • the second thickness in the step of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer 20
  • the formation time of the second silicon carbide layer 20 is the value obtained by dividing the second thickness by the first thickness. Calculated as a value multiplied by time.
  • the value obtained by dividing the first thickness by the first formation time is the formation rate of the first silicon carbide layer 10.
  • a value obtained by dividing the first thickness by the first formation time is, for example, 5 ⁇ m/hour or more and 30 ⁇ m/hour or less.
  • the value obtained by dividing the first thickness by the first formation time may be, for example, 7 ⁇ m/hour or more, or may be 10 ⁇ m/hour or more.
  • the value obtained by dividing the first thickness by the first forming time may be, for example, 25 ⁇ m/hour or less, or may be 20 ⁇ m/hour or less.
  • the flow rate of the second ammonia gas in the step of forming the second silicon carbide layer 20 is calculated.
  • the flow rate of the first ammonia gas is the first flow rate
  • the carrier concentration of the first silicon carbide layer 10 is the first concentration
  • the target carrier concentration of the second silicon carbide layer 20 is the first concentration.
  • the concentration is 2
  • the flow rate of the second ammonia gas in the step of forming the second silicon carbide layer 20 in the step of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer 20 is the second concentration divided by the first concentration. It is calculated as a value obtained by multiplying the calculated value by the first flow rate.
  • the first flow rate is 0.001 sccm
  • the first concentration is 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3
  • the second concentration is 2 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration is, for example, 0.1 or more and 5 or less.
  • a value obtained by dividing the second density by the first density may be, for example, 0.2 or more, or may be 0.3 or more.
  • the value obtained by dividing the second density by the first density may be, for example, 4 or less, or may be 3 or less.
  • the carrier concentration of first silicon carbide substrate 110 is the first substrate concentration
  • the first concentration is, for example, less than half the first substrate concentration.
  • the first concentration may be, for example, less than 1/3 of the first substrate concentration or less than 1/10.
  • the conditions for forming second silicon carbide layer 20 are calculated.
  • the method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate 100 includes a step of forming a first silicon carbide layer (S10: FIG. 6), a thickness of the first silicon carbide layer, and a carrier.
  • a step of measuring the concentration S20: FIG. 6
  • a step of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer S30: FIG. 6
  • a step of forming the second silicon carbide layer S40: FIG. 6). Mainly has.
  • the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6) is performed.
  • the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6) is the same as the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 2) described above.
  • first ammonia gas is used as a dopant gas to form first silicon carbide layer 10 on first silicon carbide substrate 110.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 6) is performed.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 6) is the same as the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 2).
  • the thickness of first silicon carbide layer 10 and the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 are measured.
  • the step of calculating the conditions for forming the second silicon carbide layer (S30: FIG. 6) is performed.
  • the step of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer (S30: FIG. 6) is the same as the step of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer (S30: FIG. 2) described above.
  • the step of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer (S30: FIG. 6) the formation conditions of second silicon carbide layer 20 are calculated.
  • second silicon carbide substrate 120 is prepared (see FIG. 7).
  • Second silicon carbide substrate 120 is a substrate different from first silicon carbide substrate 110.
  • Second silicon carbide substrate 120 has substantially the same physical and chemical characteristics as first silicon carbide substrate 110.
  • second silicon carbide substrate 120 has fifth main surface 121 and sixth main surface 122.
  • the sixth major surface 122 is on the opposite side of the fifth major surface 121.
  • the polytype of silicon carbide forming second silicon carbide substrate 120 is, for example, 4H—SiC.
  • Second silicon carbide substrate 120 has a diameter of, for example, 150 mm or more.
  • the fifth main surface 121 is a ⁇ 0001 ⁇ surface or a surface inclined at an angle of 8° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ surface.
  • the fifth main surface 121 is, for example, a (0001) surface or a surface inclined at an angle of 8° or less with respect to the (0001) surface.
  • the inclination direction (OFF direction) is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the inclination angle (off angle) with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane may be 1° or more, or 2° or more.
  • the off angle may be 7° or less, 6° or less, or 4° or less.
  • the fifth major surface 121 may be a (000-1) plane or a plane inclined at an angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane.
  • second silicon carbide layer 20 is formed on second silicon carbide substrate 120 by epitaxial growth.
  • second silicon carbide substrate 120 is placed on susceptor 210.
  • Hydrogen (H 2 ) gas which is a carrier gas, is introduced into the reaction chamber 201 from the fourth gas supply unit 234 during the temperature rise.
  • the flow rate of hydrogen gas is adjusted by the fourth gas flow rate control unit 244.
  • the source gas, the dopant gas, and the carrier gas are supplied to the reaction chamber 201.
  • a mixed gas containing silane, propane, ammonia (second ammonia gas), and hydrogen is introduced into the reaction chamber 201.
  • each gas is thermally decomposed to form second silicon carbide layer 20 on second silicon carbide substrate 120.
  • the flow rates of silane and propane are adjusted so that the C/Si ratio of the mixed gas is, for example, about 1.0.
  • the pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 6 kPa.
  • the temperature of the reaction chamber 201 in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is substantially the same as the temperature of the reaction chamber 201 in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the temperature (° C.) of the reaction chamber 201 in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as that of the reaction chamber 201 in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the temperature (°C) is within ⁇ 0.2%.
  • the pressure of the reaction chamber 201 in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is substantially the same as the pressure of the reaction chamber 201 in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the pressure (kPa) of the reaction chamber 201 in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as that of the reaction chamber 201 in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • Pressure (kPa) is within ⁇ 2%.
  • the flow rate of the second gas (silane gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as the flow rate of the second gas (silane gas) in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6). Is adjusted to be substantially the same as. Specifically, the flow rate (sccm) of the second gas (silane gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as that in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6). The flow rate (sccm) of the second gas (silane gas) is within ⁇ 0.5%.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as that of the first gas (propane gas) in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the flow rate is adjusted to be substantially the same.
  • the flow rate (sccm) of the first gas (propane gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the flow rate (sccm) of the first gas (propane gas) is within ⁇ 0.5%.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as that of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the flow rate is adjusted to be substantially the same.
  • the flow rate (slm) of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) is the same as the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6).
  • the flow rate (slm) of the fourth gas (hydrogen gas) is within ⁇ 0.5%.
  • Second silicon carbide layer 20 is formed on the second silicon carbide substrate 120 by using the second ammonia gas as the dopant gas (see FIG. 8).
  • Second silicon carbide layer 20 has a thickness (second thickness T2) of, for example, 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the second thickness T2 may be, for example, 6 ⁇ m or more, or may be 7 ⁇ m or more.
  • the second thickness T2 may be, for example, 28 ⁇ m or less, or may be 26 ⁇ m or less.
  • the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 6) and the step of forming the second silicon carbide layer (S40: FIG. 6) are performed by the same apparatus.
  • Second silicon carbide layer 20 contains nitrogen (N) as an n-type impurity. In this case, the carriers are electrons.
  • the carrier concentration of second silicon carbide layer 20 is, for example, 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • second silicon carbide layer 20 has a seventh main surface 21 and an eighth main surface 22.
  • the eighth major surface 22 is on the opposite side of the seventh major surface 21.
  • the eighth major surface 22 is in contact with the fifth major surface 121.
  • silicon carbide epitaxial substrate 100 having second silicon carbide substrate 120 and second silicon carbide layer 20 is manufactured.
  • a step of determining conditions for forming a silicon carbide layer (S3: FIG. 9) and a step of forming a fourth silicon carbide layer. (S80: FIG. 9) and a step of forming a second silicon carbide layer (S90: FIG. 9) are mainly included.
  • the step of determining the formation conditions of the silicon carbide layer (S3: FIG. 9) includes the step of determining the formation conditions of the second silicon carbide layer 20 (S1: FIG. 9) and the step of determining the formation conditions of the fourth silicon carbide layer 40 ( S2: FIG. 9) are mainly included.
  • the step of forming first silicon carbide layer (S10: FIG. 9) and the thickness and carrier concentration of first silicon carbide layer are measured. It mainly includes a step (S20: FIG. 9) and a step (S30: FIG. 9) of calculating the formation conditions of the second silicon carbide layer.
  • the step of determining the formation conditions of the fourth silicon carbide layer (S2: FIG. 9) includes the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9) and the step of measuring the thickness and carrier concentration of the third silicon carbide layer. It mainly includes (S60: FIG. 9) and a step (S70: FIG. 9) of calculating the formation conditions of the fourth silicon carbide layer.
  • the step of determining the conditions for forming the second silicon carbide layer (S1: FIG. 9) and the step of determining the conditions for forming the fourth silicon carbide layer (S2: The order of FIG. 9) is not particularly limited.
  • the step of determining the formation conditions of the second silicon carbide layer (S1: FIG. 9) may be performed before the step of determining the formation conditions of the fourth silicon carbide layer (S2: FIG. 9), or the fourth silicon carbide. It may be performed after the step of determining the layer forming condition (S2: FIG. 9).
  • the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9) is performed.
  • the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9) is the same as the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 2) described above.
  • first ammonia gas is used as a dopant gas to form first silicon carbide layer 10 on first silicon carbide substrate 110.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 9) is performed.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 9) is the same as the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 2).
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of first silicon carbide layer (S20: FIG. 9) the thickness of first silicon carbide layer 10 and the carrier concentration of first silicon carbide layer 10 are measured.
  • the step of calculating the conditions for forming the second silicon carbide layer (S30: FIG. 9) is performed.
  • the step of calculating the formation condition of the second silicon carbide layer (S30: FIG. 9) is the same as the step of calculating the formation condition of the second silicon carbide layer (S30: FIG. 2).
  • the formation conditions of second silicon carbide layer 20 are calculated.
  • third silicon carbide substrate 130 is prepared (see FIG. 10).
  • Third silicon carbide substrate 130 is a substrate different from each of first silicon carbide substrate 110 and second silicon carbide substrate 120.
  • Third silicon carbide substrate 130 has substantially the same physical and chemical characteristics as first silicon carbide substrate 110.
  • third silicon carbide substrate 130 has a ninth main surface 131 and a tenth main surface 132.
  • the tenth main surface 132 is on the opposite side of the ninth main surface 131.
  • the polytype of the silicon carbide single crystal forming third silicon carbide substrate 130 is, for example, 4H—SiC.
  • Third silicon carbide substrate 130 has a diameter of, for example, 150 mm or more.
  • the ninth main surface 131 is a ⁇ 0001 ⁇ surface or a surface inclined at an angle of 8° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ surface.
  • the ninth main surface 131 is, for example, a (0001) surface or a surface inclined at an angle of 8° or less with respect to the (0001) surface.
  • the inclination direction (OFF direction) is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the inclination angle (off angle) with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane may be 1° or more, or 2° or more.
  • the off angle may be 7° or less, 6° or less, or 4° or less.
  • the ninth main surface 131 may be a (000-1) plane or a plane inclined at an angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane.
  • third silicon carbide layer 30 is formed on third silicon carbide substrate 130 by epitaxial growth.
  • the third silicon carbide substrate 130 is placed on the susceptor 210.
  • the pressure in reaction chamber 201 is reduced from atmospheric pressure to about 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa
  • the temperature rise of third silicon carbide substrate 130 is started.
  • Hydrogen (H 2 ) gas which is a carrier gas, is introduced into the reaction chamber 201 from the fourth gas supply unit 234 during the temperature rise.
  • the flow rate of hydrogen gas is adjusted by the fourth gas flow rate control unit 244.
  • the source gas, the dopant gas, and the carrier gas are supplied to the reaction chamber 201.
  • a mixed gas containing silane, propane, ammonia (third ammonia gas), and hydrogen is introduced into the reaction chamber 201.
  • each gas is thermally decomposed to form third silicon carbide layer 30 on third silicon carbide substrate 130.
  • the flow rates of silane and propane are adjusted so that the C/Si ratio of the mixed gas is, for example, about 0.9.
  • the pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 6 kPa.
  • the flow rate of the second gas (silane gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be, for example, 46 sccm.
  • the flow rate of the second gas (silane gas) may be, for example, 30 sccm or more and 60 sccm or less.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be, for example, 14 sccm.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) may be, for example, 9 sccm or more and 18 sccm or less.
  • the flow rate of the third gas (ammonia gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to, for example, 0.7 sccm.
  • the flow rate of the third gas (ammonia gas) may be, for example, 0.1 sccm or more and 1.0 sccm or less.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) supplied to the reaction chamber 201 is adjusted to be 120 slm, for example.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) may be, for example, 100 slm or more and 150 slm or less.
  • the third silicon carbide layer 30 is formed on the third silicon carbide substrate 130 by using the third ammonia gas as the dopant gas (see FIG. 11).
  • Third silicon carbide layer 30 has a thickness (third thickness T3) of, for example, 3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the third thickness T3 may be the same as the first thickness T1.
  • Third silicon carbide layer 30 contains nitrogen (N) as an n-type impurity. In this case, the carriers are electrons.
  • the carrier concentration of the third silicon carbide layer 30 is, for example, 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the carrier concentration of third silicon carbide layer 30 may be higher than the carrier concentration of first silicon carbide layer 10.
  • third silicon carbide layer 30 has eleventh main surface 31 and twelfth main surface 32.
  • the twelfth main surface 32 is on the opposite side of the eleventh main surface 31.
  • the twelfth main surface 32 is in contact with the ninth main surface 131.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the third silicon carbide layer (S60: FIG. 9) is performed.
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the third silicon carbide layer (S60: FIG. 9) is the same as the step of measuring the thickness and carrier concentration of the first silicon carbide layer (S20: FIG. 2).
  • the step of measuring the thickness and carrier concentration of the third silicon carbide layer (S60: FIG. 9) the thickness of third silicon carbide layer 30 and the carrier concentration of third silicon carbide layer 30 are measured.
  • the step of calculating the formation conditions of the fourth silicon carbide layer (S70: FIG. 9) is performed. Specifically, the formation time of fourth silicon carbide layer 40 is calculated.
  • the formation time of the third silicon carbide layer 30 is the third formation time
  • the thickness of the third silicon carbide layer 30 is the third thickness
  • the target thickness of the fourth silicon carbide layer 40 Is the fourth thickness
  • the value obtained by dividing the third thickness by the third formation time is the formation rate of the third silicon carbide layer 30.
  • a value obtained by dividing the third thickness by the third forming time is, for example, 5 ⁇ m/hour or more and 30 ⁇ m/hour or less.
  • the value obtained by dividing the third thickness by the third formation time may be, for example, 7 ⁇ m/hour or more, or may be 10 ⁇ m/hour or more.
  • the value obtained by dividing the third thickness by the third forming time may be, for example, 25 ⁇ m/hour or less, or may be 20 ⁇ m/hour or less.
  • the flow rate of the fourth ammonia gas in the step of forming the fourth silicon carbide layer 40 is calculated.
  • the flow rate of the third ammonia gas is the third flow rate
  • the carrier concentration of the third silicon carbide layer 30 is the third concentration
  • the target carrier concentration of the fourth silicon carbide layer 40 is the third concentration.
  • the concentration is 4
  • the flow rate of the fourth ammonia gas in the step of forming the fourth silicon carbide layer 40 is the fourth concentration divided by the third concentration in the step of calculating the formation conditions of the fourth silicon carbide layer 40. It is calculated as a value obtained by multiplying the calculated value by the third flow rate.
  • the third flow rate is 0.4 sccm
  • the third concentration is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • the fourth concentration is 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • the fourth silicon carbide layer 40 is formed.
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration is, for example, 0.1 or more and 5 or less.
  • the value obtained by dividing the fourth density by the third density may be, for example, 0.2 or more, or may be 0.3 or more.
  • the value obtained by dividing the fourth density by the third density may be, for example, 4 or less, or may be 3 or less.
  • the carrier concentration of third silicon carbide substrate 130 is the third substrate concentration
  • the third concentration is, for example, less than half the third substrate concentration.
  • the third concentration may be smaller than 1/3 or smaller than 1/10 of the third substrate concentration, for example. As described above, the conditions for forming fourth silicon carbide layer 40 are calculated.
  • the flow rate of the third ammonia gas in the step of forming the third silicon carbide layer 30 is set to the third flow rate
  • the formation time of the third silicon carbide layer 30 in the step of forming the third silicon carbide layer 30 is 3 formation time
  • the thickness of the third silicon carbide layer 30 is the third thickness
  • the carrier concentration of the third silicon carbide layer 30 is the third concentration
  • the target thickness of the fourth silicon carbide layer 40 is the fourth thickness
  • the fourth formation time of the fourth silicon carbide layer 40 is equal to the fourth thickness.
  • the fourth flow rate of the fourth ammonia gas calculated in the step of forming the fourth silicon carbide layer 40 is calculated by multiplying the value obtained by dividing the third thickness by the third formation time, and the fourth concentration is the third concentration. It is calculated as a value obtained by multiplying the value divided by by the third flow rate.
  • second silicon carbide substrate 120 is prepared (see FIG. 12).
  • Second silicon carbide substrate 120 is a substrate different from third silicon carbide substrate 130.
  • Second silicon carbide substrate 120 has substantially the same physical and chemical characteristics as third silicon carbide substrate 130.
  • second silicon carbide substrate 120 has fifth main surface 121 and sixth main surface 122.
  • the sixth major surface 122 is on the opposite side of the fifth major surface 121.
  • the polytype of the silicon carbide single crystal forming second silicon carbide substrate 120 is, for example, 4H—SiC.
  • Second silicon carbide substrate 120 has a diameter of, for example, 150 mm or more.
  • fourth silicon carbide layer 40 is formed on second silicon carbide substrate 120 by epitaxial growth.
  • second silicon carbide substrate 120 is placed on susceptor 210.
  • Hydrogen (H 2 ) gas which is a carrier gas, is introduced into the reaction chamber 201 from the fourth gas supply unit 234 during the temperature rise.
  • the flow rate of hydrogen gas is adjusted by the fourth gas flow rate control unit 244.
  • the source gas, the dopant gas, and the carrier gas are supplied to the reaction chamber 201.
  • a mixed gas containing silane, propane, ammonia (fourth ammonia gas), and hydrogen is introduced into the reaction chamber 201.
  • each gas is pyrolyzed to form fourth silicon carbide layer 40 on second silicon carbide substrate 120 (see FIG. 13 ).
  • the flow rates of silane and propane are adjusted so that the C/Si ratio of the mixed gas is, for example, about 0.9.
  • the pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 6 kPa.
  • the temperature of the reaction chamber 201 in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is substantially the same as the temperature of the reaction chamber 201 in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the temperature (° C.) of the reaction chamber 201 in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as that of the reaction chamber 201 in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the temperature (°C) is within ⁇ 0.2%.
  • the pressure of the reaction chamber 201 in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is substantially the same as the pressure of the reaction chamber 201 in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the pressure (kPa) of the reaction chamber 201 in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as that of the reaction chamber 201 in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • Pressure (kPa) is within ⁇ 2%.
  • the flow rate of the second gas (silane gas) in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as the flow rate of the second gas (silane gas) in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9). Is adjusted to be substantially the same as. Specifically, the flow rate (sccm) of the second gas (silane gas) in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as that in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9). The flow rate (sccm) of the second gas (silane gas) is within ⁇ 0.5%.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as that of the first gas (propane gas) in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the flow rate is adjusted to be substantially the same.
  • the flow rate (sccm) of the first gas (propane gas) in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the flow rate (sccm) of the first gas (propane gas) is within ⁇ 0.5%.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as that of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the flow rate is adjusted to be substantially the same.
  • the flow rate (slm) of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is the same as the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9).
  • the flow rate (slm) of the fourth gas (hydrogen gas) is within ⁇ 0.5%.
  • the fourth silicon carbide layer 40 is formed on the second silicon carbide substrate 120 by using the fourth ammonia gas as the dopant gas (see FIG. 13).
  • Fourth silicon carbide layer 40 has a thickness (fourth thickness T4) of, for example, 0.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the fourth thickness T4 may be, for example, 0.6 ⁇ m or more, or may be 0.7 ⁇ m or more.
  • the fourth thickness T4 may be, for example, 2.8 ⁇ m or less, or may be 2.6 ⁇ m or less.
  • the step of forming the third silicon carbide layer (S50: FIG. 9) and the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) are performed by the same apparatus.
  • the fourth silicon carbide layer 40 contains nitrogen (N) as an n-type impurity. In this case, the carriers are electrons.
  • the carrier concentration of fourth silicon carbide layer 40 is, for example, 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the fourth silicon carbide layer 40 has a thirteenth main surface 41 and a fourteenth main surface 42.
  • the fourteenth main surface 42 is on the opposite side of the thirteenth main surface 41.
  • the fourteenth main surface 42 is in contact with the fifth main surface 121.
  • second silicon carbide layer 20 is formed on fourth silicon carbide layer 40 by epitaxial growth (see FIG. 14).
  • the source gas, the dopant gas, and the carrier gas are supplied to the reaction chamber 201.
  • a mixed gas containing silane, propane, ammonia (fourth ammonia gas), and hydrogen is introduced into the reaction chamber 201.
  • the respective gases are pyrolyzed to form second silicon carbide layer 20 on fourth silicon carbide layer 40.
  • the temperature of the reaction chamber 201 is, for example, 1600°C.
  • the flow rates of silane and propane are adjusted so that the C/Si ratio of the mixed gas is, for example, about 1.0.
  • the pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 6 kPa.
  • the temperature of the reaction chamber 201 in the step of forming the second silicon carbide layer is substantially the same as the temperature of the reaction chamber 201 in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9).
  • the pressure of the reaction chamber 201 in the step of forming the second silicon carbide layer is substantially the same as the pressure of the reaction chamber 201 in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9).
  • the flow rate of the second gas (silane gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S90: FIG. 9) is the same as the flow rate of the second gas (silane gas) in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9). Is adjusted to be substantially the same as.
  • the flow rate of the first gas (propane gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S90: FIG. 9) is the same as that of the first gas (propane gas) in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9).
  • the flow rate is adjusted to be substantially the same.
  • the flow rate of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the second silicon carbide layer (S90: FIG. 9) is the same as that of the fourth gas (hydrogen gas) in the step of forming the first silicon carbide layer (S10: FIG. 9). The flow rate is adjusted to be substantially the same.
  • second silicon carbide layer 20 is formed on fourth silicon carbide layer 40 (see FIG. 14).
  • the step of forming the fourth silicon carbide layer (S80: FIG. 9) is performed before the step of forming the second silicon carbide layer (S90: FIG. 9).
  • Second silicon carbide layer 20 has a thickness (second thickness T2) of, for example, 10 ⁇ m.
  • Second silicon carbide layer 20 contains nitrogen (N) as an n-type impurity.
  • the carrier concentration of second silicon carbide layer 20 is, for example, 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • second silicon carbide layer 20 has a seventh main surface 21 and an eighth main surface 22.
  • the eighth major surface 22 is on the opposite side of the seventh major surface 21.
  • the eighth main surface 22 is in contact with the thirteenth main surface 41.
  • silicon carbide epitaxial substrate 100 having second silicon carbide substrate 120, fourth silicon carbide layer 40, and second silicon carbide layer 20 is manufactured.
  • carbonization is performed based on the step of determining the conditions for forming the silicon carbide layer.
  • a silicon carbide epitaxial substrate 100 having three or more silicon carbide layers can be manufactured by calculating the formation conditions of the silicon layer and repeating the actual formation of the silicon carbide layer based on the calculation result. ..
  • silicon carbide epitaxial substrate 100 manufactured by the method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate 100 according to the third embodiment includes second silicon carbide substrate 120, fourth silicon carbide layer 40, and It has a fifth silicon carbide layer 50 and a second silicon carbide layer 20.
  • Fourth silicon carbide layer 40 is provided on second silicon carbide substrate 120.
  • the fifth silicon carbide layer 50 is provided on the fourth silicon carbide layer 40.
  • Second silicon carbide layer 20 is provided on fifth silicon carbide layer 50.
  • the fifth silicon carbide layer 50 contains nitrogen (N) as an n-type impurity. In this case, the carriers are electrons.
  • the carrier concentration of fifth silicon carbide layer 50 is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less.
  • the fifth silicon carbide layer 50 has a fifteenth main surface 51 and a sixteenth main surface 52.
  • the sixteenth main surface 52 is on the opposite side of the fifteenth main surface 51.
  • the fifteenth major surface 51 is in contact with the eighth major surface 22.
  • the sixteenth main surface 52 is in contact with the thirteenth main surface 41.
  • the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth, it is necessary to maintain the growth furnace for each constant integrated film thickness.
  • the silicon carbide deposited on the members inside the furnace is removed. At that time, the members in the furnace are disassembled. After cleaning the furnace inner member, the furnace inner member is assembled. Therefore, the environment in the furnace may slightly change before and after the maintenance.
  • the growth rate of the silicon carbide layer and the introduction efficiency of the dopant gas into the silicon carbide layer change depending on the temperature inside the furnace. Therefore, the temperature inside the furnace should be the same before and after maintenance. However, even if the temperature inside the furnace before and after the maintenance is made substantially the same, it is difficult to make the environment inside the furnace after the maintenance exactly the same as the environment before the maintenance. Therefore, even after the maintenance, even if the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth using the same setting conditions as before the maintenance, the thickness of the silicon carbide layer and the carrier concentration of the silicon carbide layer after the maintenance may be the same as those before the maintenance. It may differ from the thickness of the silicon layer and the carrier concentration of the silicon carbide layer. Therefore, since the same silicon carbide layer as before maintenance is formed after the maintenance by epitaxial growth, it is necessary to adjust the conditions for forming the silicon carbide layer after the maintenance.
  • a silicon carbide layer is formed using nitrogen gas as a dopant gas.
  • nitrogen gas as a dopant gas.
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer becomes higher.
  • the introduction efficiency of nitrogen gas into the silicon carbide layer decreases. That is, the carrier concentration of the silicon carbide layer is not completely proportional to the flow rate of nitrogen gas (low linearity). Therefore, it is difficult to accurately predict the carrier concentration when the flow rate of nitrogen gas is changed.
  • nitrogen gas is chemically very stable, it is hard to be decomposed by heat. Nitrogen that is not completely decomposed accumulates in the growth furnace over time. Therefore, the carrier concentration in the latter stage of epitaxial growth tends to be higher than the carrier concentration in the early stage of epitaxial growth (memory effect). Therefore, it is difficult to accurately predict the carrier concentration when the thickness of the silicon carbide layer is changed. As described above, when the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth using nitrogen gas as the dopant gas, it is difficult to accurately predict the carrier concentration.
  • first silicon carbide layer 10 is formed on silicon carbide substrate 110 by using the first ammonia gas as the dopant gas. Is formed.
  • the flow rate of the second ammonia gas in the step of forming second silicon carbide layer 20 is calculated as a value obtained by dividing the second concentration by the first concentration by the first flow rate.
  • Ammonia gas has a higher linearity between the dopant flow rate and the carrier concentration than nitrogen gas. Therefore, when the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth using ammonia gas as the dopant gas, the carrier concentration can be accurately adjusted based on a simple calculation formula that the carrier concentration is proportional to the dopant flow rate. Therefore, when the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth using ammonia gas as the dopant gas, the condition setting step is significantly performed as compared with the case where the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth using the nitrogen gas as the dopant gas. The accuracy of the carrier concentration of the silicon carbide layer can be improved while simplifying.
  • ammonia gas is so small that the effect of memory effect can be almost ignored. Therefore, when the silicon carbide layer is formed by epitaxial growth using ammonia gas as a dopant gas, the carrier concentration of the silicon carbide layer is constant regardless of the epitaxial growth time. As a result, the accuracy of the carrier concentration of the silicon carbide layer can be improved.
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer is smaller than half the carrier concentration of the silicon carbide substrate.
  • FT-IR calculates the thickness of the silicon carbide layer by utilizing the interference spectrum of infrared light generated by the difference in refractive index due to the difference between the carrier concentration of the silicon carbide substrate and the carrier concentration of the silicon carbide layer. .. Therefore, when the thickness of the silicon carbide layer is measured using FT-IR, the carrier concentration of the silicon carbide layer is preferably smaller than half the carrier concentration of the silicon carbide substrate.
  • a silicon carbide layer was grown by epitaxial growth on a silicon carbide substrate using nitrogen gas.
  • a silicon carbide layer was formed by epitaxial growth using silane gas, propane gas, and nitrogen gas. More specifically, the flow rate of silane gas was 120 sccm. The flow rate of propane gas was 40 sccm. The flow rate of nitrogen gas was 27.0 sccm. The flow rate of hydrogen gas was 130 slm.
  • Three types of samples with different epitaxial growth times were prepared. The epitaxial growth time was set to 10, 75 and 100 minutes.
  • a silicon carbide layer was grown by epitaxial growth on a silicon carbide substrate using ammonia gas as a dopant gas.
  • a silicon carbide layer was formed by epitaxial growth using silane gas, propane gas, and ammonia gas. More specifically, the flow rate of silane gas was 120 sccm. The flow rate of propane gas was 40 sccm. The flow rate of ammonia gas was 0.067 sccm. The flow rate of hydrogen gas was 130 slm.
  • Three types of samples with different epitaxial growth times were prepared. The epitaxial growth time was set to 10, 75 and 100 minutes.
  • carrier concentration measurement Next, the carrier concentration of the silicon carbide layer was measured by a mercury probe type CV measuring device. The conditions for measuring the carrier concentration of the silicon carbide layer are as described above.
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer according to the comparative sample was 3.0 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (epitaxial growth time 10 minutes), 3.1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (epitaxial growth time). 75 minutes) and 3.2 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (epitaxial growth time 150 minutes).
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer according to the sample of the example is 3.0 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (epitaxial growth time 10 minutes), 3.0 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (epitaxial growth time 75 minutes) and 3. It was 0 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (epitaxial growth time 150 minutes).
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer tends to increase as the epitaxial growth time increases (memory effect).
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer is constant and hardly changes even if the epitaxial growth time becomes long. That is, unlike the case of nitrogen gas, in the case of ammonia gas, the carrier concentration of the silicon carbide layer is constant regardless of the epitaxial growth time. Therefore, even if the thickness of the silicon carbide layer changes, the carrier concentration of the silicon carbide layer can be adjusted with high accuracy.
  • a silicon carbide layer was grown by epitaxial growth on a silicon carbide substrate using nitrogen gas.
  • a silicon carbide layer was formed by epitaxial growth using silane gas, propane gas, and nitrogen gas. More specifically, the flow rate of silane gas was 120 sccm. The flow rate of propane gas was 40 sccm. The flow rate of hydrogen gas was 130 slm. Three types of samples having different nitrogen gas flow rates were prepared. The nitrogen gas flow rates were 28.0 sccm, 50.0 sccm, and 70.0 sccm.
  • a silicon carbide layer was epitaxially grown on the silicon carbide substrate 110 using ammonia gas as a dopant gas.
  • a silicon carbide layer was formed by epitaxial growth using silane gas, propane gas, and ammonia gas. More specifically, the flow rate of silane gas was 120 sccm. The flow rate of propane gas was 40 sccm. The flow rate of hydrogen gas was 130 slm. Three types of samples having different flow rates of ammonia gas were prepared. The flow rates of ammonia gas were 0.065 sccm, 0.125 sccm, and 0.184 sccm.
  • carrier concentration measurement Next, the carrier concentration of the silicon carbide layer was measured by a mercury probe type CV measuring device. The conditions for measuring the carrier concentration of the silicon carbide layer are as described above.
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer according to the comparative sample was 3.1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (nitrogen gas flow rate 28.0 sccm), 5.4 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 ( The nitrogen gas flow rate was 50.0 sccm) and 7.5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (nitrogen gas flow rate 70.0 sccm).
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer according to the sample of the example was 2.9 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (ammonia gas flow rate 0.065 sccm), 5.6 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 ( The ammonia gas flow rate was 0.125 sccm) and 8.2 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 (ammonia gas flow rate 0.184 sccm).
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer with respect to the flow rate of the doping gas was slightly deviated from the linear approximation ( Low linearity). Specifically, as the flow rate of the doping gas increases, it tends to deviate from the linear approximation line. Therefore, when nitrogen gas is used, the carrier concentration of the silicon carbide layer cannot be adjusted based on a simple calculation formula that is proportional to the carrier concentration of the silicon carbide layer and the flow rate of the doping gas.
  • the carrier concentration of the silicon carbide layer with respect to the flow rate of the doping gas substantially matches the linear approximation (linearity). Is high). Therefore, unlike the case where nitrogen gas is used, when ammonia gas is used, the carrier concentration of the silicon carbide layer is based on a simple calculation formula that the carrier concentration of the silicon carbide layer is proportional to the flow rate of the doping gas. Can be adjusted accurately.

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Abstract

第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１炭化珪素層の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層の厚みを第１厚みとし、第１炭化珪素層のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層の目標厚みを第２厚みとし、第２炭化珪素層の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層の形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。

Description

炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法
　本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法に関する。本出願は、２０１８年１２月５日に出願した日本特許出願である特願２０１８－２２７９１３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　国際公開２０１７／０５６６９１号（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。
国際公開２０１７／０５６６９１号
　本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は以下の工程を備えている。第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板上に第１炭化珪素層が形成される。第１炭化珪素層の厚みおよび第１炭化珪素層のキャリア濃度が測定される。第２炭化珪素層の形成条件が算出される。第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板上に第２炭化珪素層が形成される。第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第１炭化珪素層の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層の厚みを第１厚みとし、第１炭化珪素層のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層の目標厚みを第２厚みとし、第２炭化珪素層の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層の第２形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における第２アンモニアガスの第２流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程においては、第２形成時間および第２流量を用いて、第２炭化珪素層が形成される。第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる。
図１は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。 図２は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法を概略的に示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法の第１工程を示す平面模式図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。 図５は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法の第２工程を示す断面模式図である。 図６は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 図７は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。 図８は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。 図９は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 図１０は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。 図１１は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。 図１２は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。 図１３は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。 図１４は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。 図１５は、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法により製造された炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。 図１６は、キャリア濃度とエピタキシャル成長時間との関係を示す図である。 図１７は、キャリア濃度と窒素ガス流量との関係を示す図である。 図１８は、キャリア濃度とアンモニアガス流量との関係を示す図である。
　[本開示が解決しようとする課題]
　本開示の目的は、条件出し工程を簡略化しつつ、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することである。
　[本開示の効果]
　本開示によれば、条件出し工程を簡略化しつつ、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することができる。
　［本開示の実施形態の概要］
　まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
　（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は以下の工程を備えている。第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０が形成される。第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１炭化珪素層１０の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層１０の厚みを第１厚みとし、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層２０の目標厚みを第２厚みとし、第２炭化珪素層２０の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層２０の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層２０の第２形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの第２流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。第２炭化珪素層２０を形成する工程においては、第２形成時間および第２流量を用いて、第２炭化珪素層２０が形成される。第１炭化珪素層１０をエピタキシャル成長により形成する工程と、第２炭化珪素層２０をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる。
　（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第２濃度を第１濃度で除した値は、０．１以上５以下であってもよい。
　（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第１厚みを第１形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下であってもよい。
　（４）上記（１）～（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第１炭化珪素基板１１０のキャリア濃度を第１基板濃度とした場合、第１濃度は、第１基板濃度の半分よりも小さくてもよい。
　（５）上記（１）～（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、第３アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０を形成する工程と、第３炭化珪素層３０の厚みおよび第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を測定する工程と、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程と、第２炭化珪素層２０を形成する工程前に、第４アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０を形成する工程とをさらに備えていてもよい。第２炭化珪素層２０は、第４炭化珪素層４０上に形成されてもよい。第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３炭化珪素層３０の形成時間を第３形成時間とし、第３炭化珪素層３０の厚みを第３厚みとし、第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を第３濃度とし、第４炭化珪素層４０の目標厚みを第４厚みとし、第４炭化珪素層４０の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０の第４形成時間は、第４厚みを第３厚みで除した値に第３形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの第４流量は、第４濃度を第３濃度で除した値に第３流量を掛けた値として算出されてもよい。第４炭化珪素層４０を形成する工程においては、第４形成時間および第４流量を用いて、第４炭化珪素層４０が形成されてもよい。第３炭化珪素層３０をエピタキシャル成長により形成する工程と、第４炭化珪素層４０をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる。
　（６）上記（５）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第４濃度を第３濃度で除した値は、０．１以上５以下であってもよい。
　（７）上記（５）または（６）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第３厚みを第３形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下であってもよい。
　（８）上記（５）～（７）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第３炭化珪素基板１３０のキャリア濃度を第３基板濃度とした場合、第３濃度は、第３基板濃度の半分よりも小さくてもよい。
　［本開示の実施形態の詳細］
　以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
　まず、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００の構成について説明する。
　図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、反応室２０１と、ガス供給部２３５と、制御部２４５と、発熱体２０３、石英管２０４、断熱材（図示せず）、誘導加熱コイル（図示せず）とを主に有している。
　発熱体２０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室２０１を形成している。発熱体２０３は、たとえば黒鉛製である。発熱体２０３は、石英管２０４の内周面に接するように石英管２０４の内部に設けられている。断熱材は、発熱体２０３の外周を取り囲んでいる。誘導加熱コイルは、たとえば石英管２０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイルは、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体２０３が誘導加熱される。結果として、反応室２０１が発熱体２０３により加熱される。
　反応室２０１は、発熱体２０３の内壁面２０５に取り囲まれて形成された空間である。反応室２０１内には、炭化珪素基板が配置される。反応室２０１は、炭化珪素基板を加熱可能に構成されている。反応室２０１には、炭化珪素基板を保持するサセプタ２１０が設けられる。炭化珪素基板は、サセプタ２１０に配置される。サセプタ２１０は、ステージ２０２上に配置される。ステージ２０２は、回転軸２０９によって自転可能に構成されている。ステージ２０２が回転することで、サセプタ２１０が回転する。
　炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、ガス導入口２０７およびガス排気口２０８をさらに有している。ガス排気口２０８は、図示しない排気ポンプに接続されている。図１中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２０７から反応室２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。反応室２０１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。
　ガス供給部２３５は、反応室２０１に、原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを含む混合ガスを供給可能に構成されている。具体的には、ガス供給部２３５は、たとえば第１ガス供給部２３１と、第２ガス供給部２３２と、第３ガス供給部２３３と、第４ガス供給部２３４とを含んでいる。
　第１ガス供給部２３１は、炭素原子を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第１ガス供給部２３１は、たとえば第１ガスが充填されたガスボンベである。第１ガスは、たとえばプロパン（Ｃ3Ｈ8）ガスである。第１ガスは、たとえばメタン（ＣＨ4）ガス、エタン（Ｃ2Ｈ6）ガス、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガス等であってもよい。
　第２ガス供給部２３２は、シランガスを含む第２ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部２３２は、たとえば第２ガスが充填されたガスボンベである。第２ガスは、たとえばシラン（ＳｉＨ4）ガスである。第２ガスは、シランガスと、シラン以外の他のガスとの混合ガスでもよい。
　第３ガス供給部２３３は、アンモニアガスを含む第３ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部２３３は、たとえば第３ガスが充填されたガスボンベである。第３ガスは、Ｎ（窒素原子）を含むドーピングガスである。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスに比べて熱分解されやすい。
　第４ガス供給部２３４は、たとえば水素などの第４ガス（キャリアガス）を供給可能に構成されている。第４ガス供給部２３４は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。
　制御部２４５は、ガス供給部２３５から反応室２０１に供給される混合ガスの流量を制御可能に構成されている。具体的には、制御部２４５は、第１ガス流量制御部２４１と、第２ガス流量制御部２４２と、第３ガス流量制御部２４３と、第４ガス流量制御部２４４とを含んでいてもよい。各制御部は、たとえばＭＦＣ(Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)であってもよい。制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７との間に配置されている。言い換えれば、制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７とを繋ぐ流路に配置されている。
　反応室２０１の軸方向において、誘導加熱コイルの巻き密度を変化させてもよい。巻き密度［回／ｍ］とは、装置の軸方向の単位長さあたりのコイルの周回数である。たとえば、上流側でアンモニアを効果的に熱分解させるために、上流側の誘導加熱コイルの巻き密度は、下流側の誘導加熱コイルの巻き密度よりも高くてもよい。
　（炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件の算出方法）
　次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法について説明する。
　まず、たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素基板１１０が準備される（図３参照）。炭化珪素基板１１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈ－ＳｉＣである。４Ｈ－ＳｉＣは、電子移動度、絶縁破壊電界強度等において他のポリタイプより優れている。炭化珪素基板１１０は、ｎ型不純物としての窒素を含んでいる。炭化珪素基板１１０の導電型は、ｎ型である。
　図３および図４に示されるように、炭化珪素基板１１０は、第１主面１１１と、第２主面１１２と、外縁部１１３とを有している。第１主面１１１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々の方向に沿って２次元的に広がっている。第２主面１１２は、第１主面１１１の反対側にある。第１主面１１１に対して垂直な方向から見て、外縁部１１３は、第１主面１１１を取り囲んでいる。外縁部１１３は、たとえばオリエンテーションフラット１と、円弧状部２とを有している。オリエンテーションフラット１は、第１方向１０１に沿って延在している。円弧状部２は、オリエンテーションフラット１に連なっている。
　第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。第２方向は、たとえば［１－１００]方向であってもよい。第１方向１０１は、第１主面１１１に対して平行であり、かつ第２方向１０２に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向成分を含む方向である。別の観点から言えば、第１方向は、＜１１－２０＞方向を第１主面１１１に平行な平面に投影した方向である。第１方向１０１は、たとえば[１１－２０]方向成分を含む方向であってもよい。
　図３に示されるように、炭化珪素基板１１０の第１主面１１１の直径３（最大径）は、１００ｍｍ以上である。直径３は１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。直径３の上限は特に限定されないが、直径３の上限はたとえば３００ｍｍであってもよい。
　第１主面１１１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第１主面１１１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第１主面１１１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１－２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。第１主面１１１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
　次に、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図２）が実施される。具体的には、上述した製造装置２００を用いて、炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、炭化珪素基板１１０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、炭化珪素基板１１０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
　反応室の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第１アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば１．０程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
　第２ガス流量制御部２４２を用いて、反応室２０１に供給される第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば１１５ｓｃｃｍとなるように調整される。第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば８０ｓｃｃｍ以上１５０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
　同様に、第１ガス流量制御部２４１を用いて、反応室２０１に供給される第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば３７．５ｓｃｃｍとなるように調整される。第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば２５ｓｃｃｍ以上５０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
　同様に、第３ガス流量制御部２４３を用いて、反応室２０１に供給される第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．００３３ｓｃｃｍとなるよう調整される。第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．００１ｓｃｃｍ以上０．１ｓｃｃｍ以下であってもよい。
　同様に、第４ガス流量制御部２４４を用いて、反応室２０１に供給される第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。
　以上のように、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される（図５参照）。第１炭化珪素層１０の厚み（第１厚みＴ１）は、たとえば３μｍ以上１０μｍ以下である。第１厚みＴ１は、たとえば３．５μｍ以上であってもよいし、４μｍ以上であってもよい。第１厚みＴ１は、たとえば９．５μｍ以下であってもよいし、９μｍ以下であってもよい。
　第１炭化珪素層１０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第１炭化珪素層１０のキャリア濃度は、たとえば１×１０14ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下である。図５に示されるように、第１炭化珪素層１０は、第３主面１１と、第４主面１２とを有している。第４主面１２は、第３主面１１の反対側にある。第４主面１２は、第１主面１１１に接している。
　次に、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）が実施される。
　まず、第１炭化珪素層１０の厚みの測定方法について説明する。
　第１炭化珪素層１０の厚みは、たとえばＦＴ－ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ－ＩｎｆｒａＲｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定することができる。第１炭化珪素層１０の厚みは、たとえば島津製作所製フーリエ変換赤外分光光度計（ＩＲＰｒｅｓｔｉｇｅ－２１）および同社製の赤外顕微鏡（ＡＩＭ－８８００）を組み合わせて測定することができる。ＦＴ－ＩＲによる第１炭化珪素層１０の厚み測定は、第１炭化珪素層１０と炭化珪素基板１１０とのキャリア濃度差により生じる光学定数差を利用して求められる。具体的には、赤外光を照射して、第１炭化珪素層１０の第３主面１１からの反射と、第１炭化珪素層１０と炭化珪素基板１１０との界面からの反射による干渉を計測することにより、第１炭化珪素層１０の厚みが計測される。測定波数範囲は、たとえば１５００ｃｍ-1から３５００ｃｍ-1までの範囲である。波数間隔は、たとえば４ｃｍ-1程度である。
　第１炭化珪素層１０の厚みは、第３主面１１の複数の位置において測定される。面内方向の測定間隔は、たとえば１０ｍｍである。具体的には、第１方向１０１に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点が厚みの測定位置とされる。同様に、第２方向１０２に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点が厚みの測定位置とされる。第３主面１１の中心も厚みの測定位置とされる。複数の測定位置において測定された第１炭化珪素層１０の厚みの平均値が、第１炭化珪素層１０の厚みとされる。
　次に、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度の測定方法について説明する。
　第１炭化珪素層１０のキャリア濃度は、たとえば水銀プローブ方式のＣ（キャパシタンス）－Ｖ（電圧）測定装置により測定される。具体的には、第１炭化珪素層１０の第３主面１１側に一方のプローブが配置され、第１炭化珪素層１０の第４主面１２側に他方のプローブが配置される。一方のプローブの面積は、たとえば０．０１ｃｍ2である。一方のプローブと他方のプローブとの間に電圧が印加され、一方のプローブと他方のプローブとの間のキャパシタンスが測定される。縦軸を１／Ｃ２（キャパシタンスの二乗の逆数）とし、横軸をＶ（電圧）とし、測定データの直線の傾きから、キャリア濃度が求められる。測定電圧範囲は、典型的には－５Ｖ～０Ｖの範囲である。なお、キャリア濃度は、たとえばＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定されてもよい。
　第１炭化珪素層１０のキャリア濃度は、第３主面１１の複数の位置において測定される。面内方向の測定間隔は、たとえば１０ｍｍである。具体的には、第１方向１０１に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされる。同様に、第２方向１０２に平行な方向において、第３主面１１の中心から±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされる。第３主面１１の中心もキャリア濃度の測定位置とされる。複数の測定位置において測定された第１炭化珪素層１０のキャリア濃度の平均値が、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度とされる。以上のように、第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。
　次に、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図２）が実施される。
　具体的には、第２炭化珪素層２０の形成時間が算出される。第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１炭化珪素層１０の形成時間を第１形成時間とし、第１炭化珪素層１０の厚みを第１厚みとし、第２炭化珪素層２０の目標厚みを第２厚みとした場合、第２炭化珪素層２０の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層２０の形成時間は、第２厚みを第１厚みで除した値に第１形成時間を掛けた値として算出される。一例として、第１形成時間が６分であり、第１厚みが６μｍであり、第２厚みが１０μｍである場合、第２炭化珪素層２０の形成時間は、（１０μｍ／６μｍ）×６分＝１０分として算出される。
　第１厚みを第１形成時間で除した値は、第１炭化珪素層１０の形成速度である。第１厚みを第１形成時間で除した値は、たとえば５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である。第１厚みを第１形成時間で除した値は、たとえば７μｍ／時間以上であってもよいし、１０μｍ／時間以上であってもよい。第１厚みを第１形成時間で除した値は、たとえば２５μｍ／時間以下であってよいし、２０μｍ／時間以下であってもよい。
　同様に、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量が算出される。第１炭化珪素層１０を形成する工程における第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度を第１濃度とし、第２炭化珪素層２０の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、第２炭化珪素層２０の形成条件を算出する工程においては、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。一例として、第１流量が０．００１ｓｃｃｍであり、第１濃度が１×１０15ｃｍ-3であり、第２濃度が２×１０15ｃｍ-3である場合、第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、（２×１０15ｃｍ-3／１×１０15ｃｍ-3）×０．００１ｓｃｃｍ＝０．００２ｓｃｃｍとして算出される。
　第２濃度を第１濃度で除した値は、たとえば０．１以上５以下である。第２濃度を第１濃度で除した値は、たとえば０．２以上であってもよし、０．３以上であってもよい。第２濃度を第１濃度で除した値は、たとえば４以下であってもよし、３以下であってもよい。第１炭化珪素基板１１０のキャリア濃度を第１基板濃度とした場合、第１濃度は、たとえば第１基板濃度の半分よりも小さい。第１濃度は、たとえば第１基板濃度の１／３よりも小さくてもよいし、１／１０よりも小さくてもよい。以上のように、第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。
　（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
　（第１実施形態）
　次に、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。
　図６に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）と、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）と、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）と、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）とを主に有している。
　まず、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）が実施される。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）は、上述の第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図２）と同様である。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）においては、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。
　次に、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）が実施される。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）は、上述の第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）と同様である。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図６）においては、第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。
　次に、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）が実施される。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）は、上述の第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図２）と同様である。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図６）においては、第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。
　次に、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）が実施される。具体的には、まず、第２炭化珪素基板１２０が準備される（図７参照）。第２炭化珪素基板１２０は、第１炭化珪素基板１１０とは異なる基板である。第２炭化珪素基板１２０は、第１炭化珪素基板１１０と実質的に同じ物理的および化学的特性を有している。図７に示されるように、第２炭化珪素基板１２０は、第５主面１２１と、第６主面１２２を有している。第６主面１２２は、第５主面１２１と反対側にある。第２炭化珪素基板１２０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈ－ＳｉＣである。第２炭化珪素基板１２０の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。
　第５主面１２１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第５主面１２１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第５主面１２１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１－２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。第５主面１２１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
　次に、上述した製造装置２００を用いて、第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、第２炭化珪素基板１２０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、第２炭化珪素基板１２０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
　反応室２０１の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第２アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０が形成される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば１．０程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の温度は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の温度と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の温度（℃）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の温度（℃）±０．２％以内である。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の圧力は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の圧力と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）±２％以内である。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）±０．５％以内である。
　以上のように、第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第２炭化珪素層２０が形成される（図８参照）。第２炭化珪素層２０の厚み（第２厚みＴ２）は、たとえば５μｍ以上３０μｍ以下である。第２厚みＴ２は、たとえば６μｍ以上であってもよいし、７μｍ以上であってもよい。第２厚みＴ２は、たとえば２８μｍ以下であってもよいし、２６μｍ以下であってもよい。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図６）と、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ４０：図６）とは、同じ装置で行われる。
　第２炭化珪素層２０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第２炭化珪素層２０のキャリア濃度は、たとえば１×１０14ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下である。図８に示されるように、第２炭化珪素層２０は、第７主面２１と、第８主面２２とを有している。第８主面２２は、第７主面２１の反対側にある。第８主面２２は、第５主面１２１に接している。以上のように、第２炭化珪素基板１２０と、第２炭化珪素層２０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。
　図９に示されるように、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ３：図９）と、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）と、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）を主に有している。炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ３：図９）は、第２炭化珪素層２０の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）と、第４炭化珪素層４０の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）とを主に有している。
　第２炭化珪素層２０の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）と、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）と、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）とを主に有している。第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）と、第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）と、第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ７０：図９）とを主に有している。
　なお、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第２炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）と第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）との順番は、特に限定されない。第２炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ１：図９）は、第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）の前に行われてもよいし、第４炭化珪素層の形成条件の決定工程（Ｓ２：図９）の後に行われてもよい。
　まず、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）が実施される。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）は、上述の第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図２）と同様である。第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）においては、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。
　次に、第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）が実施される。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）は、上述の第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）と同様である。第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図９）においては、第１炭化珪素層１０の厚みおよび第１炭化珪素層１０のキャリア濃度が測定される。
　次に、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）が実施される。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）は、上述の第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図２）と同様である。第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ３０：図９）においては、第２炭化珪素層２０の形成条件が算出される。
　次に、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）が実施される。具体的には、まず、第３炭化珪素基板１３０が準備される（図１０参照）。第３炭化珪素基板１３０は、第１炭化珪素基板１１０および第２炭化珪素基板１２０の各々とは異なる基板である。第３炭化珪素基板１３０は、第１炭化珪素基板１１０と実質的に同じ物理的および化学的特性を有している。図１０に示されるように、第３炭化珪素基板１３０は、第９主面１３１と、第１０主面１３２を有している。第１０主面１３２は、第９主面１３１の反対側にある。第３炭化珪素基板１３０を構成する炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈ－ＳｉＣである。第３炭化珪素基板１３０の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。
　第９主面１３１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第９主面１３１は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である。第９主面１３１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１－２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。第９主面１３１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
　次に、上述した製造装置２００を用いて、第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、第３炭化珪素基板１３０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、第３炭化珪素基板１３０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
　反応室２０１の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第３アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０が形成される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば０．９程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
　第２ガス流量制御部２４２を用いて、反応室２０１に供給される第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば４６ｓｃｃｍとなるように調整される。第２ガス（シランガス）の流量は、たとえば３０ｓｃｃｍ以上６０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
　同様に、第４ガス流量制御部２４４を用いて、反応室２０１に供給される第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば１４ｓｃｃｍとなるように調整される。第１ガス（プロパンガス）の流量は、たとえば９ｓｃｃｍ以上１８ｓｃｃｍ以下であってもよい。
　同様に、第３ガス流量制御部２４３を用いて、反応室２０１に供給される第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．７ｓｃｃｍとなるよう調整される。第３ガス（アンモニアガス）の流量は、たとえば０．１ｓｃｃｍ以上１．０ｓｃｃｍ以下であってもよい。
　同様に、第４ガス流量制御部２４４を用いて、反応室２０１に供給される第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。
　以上のように、第３アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第３炭化珪素基板１３０上に第３炭化珪素層３０が形成される（図１１参照）。第３炭化珪素層３０の厚み（第３厚みＴ３）は、たとえば３μｍ以上１０μｍ以下である。第３厚みＴ３は、第１厚みＴ１と同じであってもよい。
　第３炭化珪素層３０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第３炭化珪素層３０のキャリア濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である。第３炭化珪素層３０のキャリア濃度は、第１炭化珪素層１０のキャリア濃度よりも高くてもよい。図１１に示されるように、第３炭化珪素層３０は、第１１主面３１と、第１２主面３２とを有している。第１２主面３２は、第１１主面３１の反対側にある。第１２主面３２は、第９主面１３１に接している。
　次に、第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）が実施される。第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）は、上述の第１炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ２０：図２）と同様である。第３炭化珪素層の厚みおよびキャリア濃度を測定する工程（Ｓ６０：図９）においては、第３炭化珪素層３０の厚みおよび第３炭化珪素層３０のキャリア濃度が測定される。
　次に、第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程（Ｓ７０：図９）が実施される。
　具体的には、第４炭化珪素層４０の形成時間が算出される。第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３炭化珪素層３０の形成時間を第３形成時間とし、第３炭化珪素層３０の厚みを第３厚みとし、第４炭化珪素層４０の目標厚みを第４厚みとした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０の形成時間は、第４厚みを第３厚みで除した値に第３形成時間を掛けた値として算出される。一例として、第３形成時間が４分であり、第３厚みが４μｍであり、第４厚みが１μｍである場合、第２炭化珪素層２０の形成時間は、（１μｍ／４μｍ）×４分＝１分として算出される。
　第３厚みを第３形成時間で除した値は、第３炭化珪素層３０の形成速度である。第３厚みを第３形成時間で除した値は、たとえば５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である。第３厚みを第３形成時間で除した値は、たとえば７μｍ／時間以上であってもよいし、１０μｍ／時間以上であってもよい。第３厚みを第３形成時間で除した値は、たとえば２５μｍ／時間以下であってよいし、２０μｍ／時間以下であってもよい。
　同様に、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの流量が算出される。第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を第３濃度とし、第４炭化珪素層４０の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの流量は、第４濃度を第３濃度で除した値に第３流量を掛けた値として算出される。一例として、第３流量が０．４ｓｃｃｍであり、第３濃度が１×１０18ｃｍ-3であり、第４濃度が２×１０18ｃｍ-3である場合、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの流量は、（２×１０18ｃｍ-3／１×１０18ｃｍ-3）×０．４ｓｃｃｍ＝０．８ｓｃｃｍとして算出される。
　第４濃度を第３濃度で除した値は、たとえば０．１以上５以下である。第４濃度を第３濃度で除した値は、たとえば０．２以上であってもよし、０．３以上であってもよい。第４濃度を第３濃度で除した値は、たとえば４以下であってもよし、３以下であってもよい。第３炭化珪素基板１３０のキャリア濃度を第３基板濃度とした場合、第３濃度は、たとえば第３基板濃度の半分よりも小さい。第３濃度は、たとえば第３基板濃度の１／３よりも小さくてもよいし、１／１０よりも小さくてもよい。以上のように、第４炭化珪素層４０の形成条件が算出される。
　以上のように、第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、第３炭化珪素層３０を形成する工程における第３炭化珪素層３０の形成時間を第３形成時間とし、第３炭化珪素層３０の厚みを第３厚みとし、第３炭化珪素層３０のキャリア濃度を第３濃度とし、第４炭化珪素層４０の目標厚みを第４厚みとし、第４炭化珪素層４０の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、第４炭化珪素層４０の形成条件を算出する工程においては、第４炭化珪素層４０の第４形成時間は、第４厚みを第３厚みで除した値に第３形成時間を掛けた値として算出され、かつ、第４炭化珪素層４０を形成する工程における第４アンモニアガスの第４流量は、第４濃度を第３濃度で除した値に第３流量を掛けた値として算出される。
　次に、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）が実施される。具体的には、まず、第２炭化珪素基板１２０が準備される（図１２参照）。第２炭化珪素基板１２０は、第３炭化珪素基板１３０とは異なる基板である。第２炭化珪素基板１２０は、第３炭化珪素基板１３０と実質的に同じ物理的および化学的特性を有している。図１２に示されるように、第２炭化珪素基板１２０は、第５主面１２１と、第６主面１２２を有している。第６主面１２２は、第５主面１２１の反対側にある。第２炭化珪素基板１２０を構成する炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈ－ＳｉＣである。第２炭化珪素基板１２０の直径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。
　次に、上述した製造装置２００を用いて、第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０がエピタキシャル成長によって形成される。まず、第２炭化珪素基板１２０がサセプタ２１０に載置される。次に、反応室２０１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、第２炭化珪素基板１２０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、第４ガス流量制御部２４４により調整される。
　反応室２０１の温度がたとえば１６００℃程度になった後、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第４アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０が形成される（図１３参照）。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば０．９程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
　第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の温度は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の温度と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の温度（℃）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の温度（℃）±０．２％以内である。
　第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の圧力は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の圧力と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における反応室２０１の圧力（ｋＰａ）±２％以内である。
　第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
　第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量（ｓｃｃｍ）±０．５％以内である。
　第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。具体的には、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）は、第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量（ｓｌｍ）±０．５％以内である。
　以上のように、第４アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板１２０上に第４炭化珪素層４０が形成される（図１３参照）。第４炭化珪素層４０の厚み（第４厚みＴ４）は、たとえば０．５μｍ以上３μｍ以下である。第４厚みＴ４は、たとえば０．６μｍ以上であってもよいし、０．７μｍ以上であってもよい。第４厚みＴ４は、たとえば２．８μｍ以下であってもよいし、２．６μｍ以下であってもよい。第３炭化珪素層を形成する工程（Ｓ５０：図９）と、第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）とは、同じ装置で行われる。
　第４炭化珪素層４０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第４炭化珪素層４０のキャリア濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下である。図１３に示されるように、第４炭化珪素層４０は、第１３主面４１と、第１４主面４２とを有している。第１４主面４２は、第１３主面４１の反対側にある。第１４主面４２は、第５主面１２１に接している。
　次に、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）が実施される。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）においては、第４炭化珪素層４０上に第２炭化珪素層２０がエピタキシャル成長によって形成される（図１４参照）。具体的には、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、シランとプロパンとアンモニア（第４アンモニアガス）と水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、第４炭化珪素層４０上に第２炭化珪素層２０が形成される。反応室２０１の温度は、たとえば１６００℃である。混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば１．０程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における反応室２０１の温度は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における反応室２０１の温度と実質的に同じになるように調整されている。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における反応室２０１の圧力は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における反応室２０１の圧力と実質的に同じになるように調整されている。
　第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における第２ガス（シランガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における第１ガス（プロパンガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量は、第１炭化珪素層を形成する工程（Ｓ１０：図９）における第４ガス（水素ガス）の流量と実質的に同じになるように調整されている。
　以上のように、第２炭化珪素層２０は、第４炭化珪素層４０上に形成される（図１４参照）。第４炭化珪素層を形成する工程（Ｓ８０：図９）は、第２炭化珪素層を形成する工程（Ｓ９０：図９）の前に実施される。第２炭化珪素層２０の厚み（第２厚みＴ２）は、たとえば１０μｍである。第２炭化珪素層２０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。第２炭化珪素層２０のキャリア濃度は、たとえば１×１０14ｃｍ-3以上１×１０16ｃｍ-3以下である。図１４に示されるように、第２炭化珪素層２０は、第７主面２１と、第８主面２２とを有している。第８主面２２は、第７主面２１の反対側にある。第８主面２２は、第１３主面４１に接している。以上のように、第２炭化珪素基板１２０と、第４炭化珪素層４０と、第２炭化珪素層２０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。
　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。
　第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法および第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法で説明したように、炭化珪素層の形成条件を決定する工程に基づいて、炭化珪素層の形成条件を算出し、当該算出結果に基づいて、炭化珪素層を実際に形成することを繰り返すことによって、３層以上の炭化珪素層を有する炭化珪素エピタキシャル基板１００を製造することができる。
　図１５に示されるように、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によって製造された炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第２炭化珪素基板１２０と、第４炭化珪素層４０と、第５炭化珪素層５０と、第２炭化珪素層２０とを有している。第４炭化珪素層４０は、第２炭化珪素基板１２０上に設けられている。第５炭化珪素層５０は、第４炭化珪素層４０上に設けられている。第２炭化珪素層２０は、第５炭化珪素層５０上に設けられている。
　第５炭化珪素層５０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。この場合、キャリアは電子である。第５炭化珪素層５０のキャリア濃度は、たとえば１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下である。図１５に示されるように、第５炭化珪素層５０は、第１５主面５１と、第１６主面５２とを有している。第１６主面５２は、第１５主面５１の反対側にある。第１５主面５１は、第８主面２２に接している。第１６主面５２は、第１３主面４１に接している。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法および炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法の作用効果について説明する。
　炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合、一定積算膜厚ごとに成長炉のメンテナンスを行う必要がある。成長炉（製造装置２００）のメンテナンスにおいては、炉内部材に堆積した炭化珪素が除去される。その際、炉内部材が解体される。炉内部材を清掃した後、炉内部材が組み立てられる。そのため、メンテナンスの前後において、炉内の環境が微妙に変動する可能性がある。
　炭化珪素層の成長速度および炭化珪素層に対するドーパントガスの導入効率は、炉内の温度によって変化する。そのため、炉内の温度は、メンテナンスの前後において出来る限り同じにする。しかしながら、メンテナンス前後における炉内の温度をほぼ同じにしたとしても、メンテナンス後の炉内環境をメンテナンス前の炉内環境と全く同じにすることは困難である。そのため、メンテナンス後に、メンテナンス前と全く同じ設定条件を用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した場合であっても、メンテナンス後における炭化珪素層の厚みおよび炭化珪素層のキャリア濃度は、メンテナンス前における炭化珪素層の厚みおよび炭化珪素層のキャリア濃度と異なる場合がある。従って、メンテナンス後にメンテナンス前と同様の炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成するため、メンテナンス後には、炭化珪素層の形成条件の調整（条件出し）を行う必要がある。
　一般的には、ドーパントガスとして窒素ガスを用いて炭化珪素層が形成される。成長炉に導入する窒素ガスの流量を増加させると、炭化珪素層のキャリア濃度は高くなる。しかしながら、窒素ガスの流量が増加すると、炭化珪素層に対する窒素ガスの導入効率は低下する。つまり、炭化珪素層のキャリア濃度は、窒素ガスの流量に完全に比例する訳ではない（線形性が低い）。そのため、窒素ガスの流量を変化させた場合においては、キャリア濃度を精度良く予測することが困難である。
　また、窒素ガスは化学的に非常に安定であるため、熱によって分解されづらい。完全に分解されなかった窒素は、時間の経過に従って成長炉内に蓄積される。そのため、エピタキシャル成長初期におけるキャリア濃度よりも、エピタキシャル成長後期におけるキャリア濃度が高くなる傾向がある（メモリ効果）。よって、炭化珪素層の厚みを変化させた場合においては、キャリア濃度を精度良く予測することが困難である。以上のように、窒素ガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、キャリア濃度を精度良く予測することが困難である。
　本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法および炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によれば、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板１１０上に第１炭化珪素層１０が形成される。第２炭化珪素層２０を形成する工程における第２アンモニアガスの流量は、第２濃度を第１濃度で除した値に第１流量を掛けた値として算出される。
　窒素ガスと比較して、アンモニアガスは、ドーパント流量とキャリア濃度との線形性が高い。そのため、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、キャリア濃度がドーパント流量に比例するという簡便な計算式に基づいて、キャリア濃度を精度良く調整することができる。従って、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、窒素ガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合と比較して、条件出し工程を大幅に簡略化しつつ、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することができる。
　またアンモニアガスは、メモリ効果の影響がほとんど無視できる程小さい。そのため、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する場合には、エピタキシャル成長時間によらず、炭化珪素層のキャリア濃度は一定である。結果として、炭化珪素層のキャリア濃度の精度を向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造条件の算出方法および炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によれば、炭化珪素層のキャリア濃度は、炭化珪素基板のキャリア濃度の半分よりも小さい。ＦＴ－ＩＲは、炭化珪素基板のキャリア濃度と炭化珪素層のキャリア濃度との差に起因する屈折率差によって生じる赤外光の干渉スペクトルを利用して、炭化珪素層の厚みを算出している。そのため、ＦＴ－ＩＲを使用して炭化珪素層の厚みを測定する場合には、炭化珪素層のキャリア濃度は、炭化珪素基板のキャリア濃度の半分よりも小さいことが望ましい。
　（サンプル準備）
　まず、比較例として、窒素ガスを用いて炭化珪素基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスと窒素ガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。窒素ガスの流量は、２７.０ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。エピタキシャル成長時間が異なる３種類のサンプルを準備した。エピタキシャル成長時間は、１０分、７５分および１００分とした。
　次に、実施例として、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスとアンモニアガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。アンモニアガスの流量は、０．０６７ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。エピタキシャル成長時間が異なる３種類のサンプルを準備した。エピタキシャル成長時間は、１０分、７５分および１００分とした。
　（キャリア濃度測定）
　次に、炭化珪素層のキャリア濃度が水銀プローブ方式のＣ－Ｖ測定装置により測定された。炭化珪素層のキャリア濃度の測定条件は、上述の通りである。
　（測定結果）
　図１６に示されるように、比較例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１０分）、３．１×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間７５分）および３．２×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１５０分）であった。一方、実施例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１０分）、３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間７５分）および３．０×１０15ｃｍ-3（エピタキシャル成長時間１５０分）であった。
　図１６に示されるように、窒素ガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、エピタキシャル成長時間が長くなるに従って、炭化珪素層のキャリア濃度が高くなるという傾向がある（メモリ効果）。一方、アンモニアガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、エピタキシャル成長時間が長くなっても、炭化珪素層のキャリア濃度は一定であり、ほとんど変化しない。つまり、窒素ガスの場合とは異なり、アンモニアガスの場合には、炭化珪素層のキャリア濃度はエピタキシャル成長時間によらず一定である。そのため、炭化珪素層の厚みが変わった場合であっても、炭化珪素層のキャリア濃度を精度良く調整することができる。
　（サンプル準備）
　まず、比較例として、窒素ガスを用いて炭化珪素基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスと窒素ガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。窒素ガスの流量が異なる３種類のサンプルを準備した。窒素ガスの流量は、２８．０ｓｃｃｍ、５０．０ｓｃｃｍおよび７０．０ｓｃｃｍとした。
　次に、実施例として、アンモニアガスをドーパントガスとして用いて炭化珪素基板１１０上に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって成長させた。具体的には、シランガスとプロパンガスとアンモニアガスとを用いて、炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成した。より具体的には、シランガスの流量は、１２０ｓｃｃｍとした。プロパンガスの流量は、４０ｓｃｃｍとした。水素ガスの流量は、１３０ｓｌｍとした。アンモニアガスの流量が異なる３種類のサンプルを準備した。アンモニアガスの流量は、０．０６５ｓｃｃｍ、０．１２５ｓｃｃｍおよび０．１８４ｓｃｃｍとした。
　（キャリア濃度測定）
　次に、炭化珪素層のキャリア濃度が水銀プローブ方式のＣ－Ｖ測定装置により測定された。炭化珪素層のキャリア濃度の測定条件は、上述の通りである。
　（測定結果）
　図１７に示されるように、比較例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、３．１×１０15ｃｍ-3（窒素ガス流量２８．０ｓｃｃｍ）、５．４×１０15ｃｍ-3（窒素ガス流量５０．０ｓｃｃｍ）および７．５×１０15ｃｍ-3（窒素ガス流量７０．０ｓｃｃｍ）であった。
　図１８に示されるように、実施例のサンプルに係る炭化珪素層のキャリア濃度は、２．９×１０15ｃｍ-3（アンモニアガス流量０．０６５ｓｃｃｍ）、５．６×１０15ｃｍ-3（アンモニアガス流量０．１２５ｓｃｃｍ）および８．２×１０15ｃｍ-3（アンモニアガス流量０．１８４ｓｃｃｍ）であった。
　図１７に示されるように、窒素ガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、ドーピングガスの流量に対する炭化珪素層のキャリア濃度は、線形近似から少しずれていることが確認された（線形性が低い）。具体的には、ドーピングガスの流量が多くなるに従って、線形近似直線から離れる傾向がある。そのため、窒素ガスを用いた場合には、炭化珪素層のキャリア濃度とドーピングガスの流量に比例するという単純な計算式に基づいて、炭化珪素層のキャリア濃度を調整することができない。
　一方、図１８に示されるように、アンモニアガスを使用して形成した炭化珪素層の場合には、ドーピングガスの流量に対する炭化珪素層のキャリア濃度は、線形近似にほぼ一致している（線形性が高い）。そのため、窒素ガスを用いた場合とは異なり、アンモニアガスを用いた場合には、炭化珪素層のキャリア濃度はドーピングガスの流量に比例するという単純な計算式に基づいて、炭化珪素層のキャリア濃度を精度良く調整することができる。
　今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　オリエンテーションフラット、２　円弧状部、３　直径、１０　第１炭化珪素層、１１　第３主面、１２　第４主面、２０　第２炭化珪素層、２１　第７主面、２２　第８主面、３０　第３炭化珪素層、３１　第１１主面、３２　第１２主面、４０　第４炭化珪素層、４１　第１３主面、４２　第１４主面、５０　第５炭化珪素層、５１　第１５主面、５２　第１６主面、１００　炭化珪素エピタキシャル基板、１０１　第１方向、１０２　第２方向、１１０　炭化珪素基板（第１炭化珪素基板）、１１１　第１主面、１１２　第２主面、１１３　外縁部、１２０　第２炭化珪素基板、１２１　第５主面、１２２　第６主面、１３０　第３炭化珪素基板、１３１　第９主面、１３２　第１０主面、２００　製造装置、２０１　反応室、２０２　ステージ、２０３　発熱体、２０４　石英管、２０５　内壁面、２０７　ガス導入口、２０８　ガス排気口、２０９　回転軸、２１０　サセプタ、２３１　第１ガス供給部、２３２　第２ガス供給部、２３３　第３ガス供給部、２３４　第４ガス供給部、２３５　ガス供給部、２４１　第１ガス流量制御部、２４２　第２ガス流量制御部、２４３　第３ガス流量制御部、２４４　第４ガス流量制御部、２４５　制御部、Ｔ１　第１厚み、Ｔ２　第２厚み、Ｔ３　第３厚み、Ｔ４　第４厚み。

Claims (8)

  1. 　第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板上に第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
    　前記第１炭化珪素層の厚みおよび前記第１炭化珪素層のキャリア濃度を測定する工程と、
    　第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程と、
    　第２アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第２炭化珪素基板上に前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とを備え、
    　前記第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第１アンモニアガスの流量を第１流量とし、前記第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第１炭化珪素層の形成時間を第１形成時間とし、前記第１炭化珪素層の厚みを第１厚みとし、前記第１炭化珪素層のキャリア濃度を第１濃度とし、前記第２炭化珪素層の目標厚みを第２厚みとし、前記第２炭化珪素層の目標キャリア濃度を第２濃度とした場合、
    　前記第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、前記第２炭化珪素層の第２形成時間は、前記第２厚みを前記第１厚みで除した値に前記第１形成時間を掛けた値として算出され、かつ、前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第２アンモニアガスの第２流量は、前記第２濃度を前記第１濃度で除した値に前記第１流量を掛けた値として算出され、
    　前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程においては、前記第２形成時間および前記第２流量を用いて、前記第２炭化珪素層が形成され、
    　前記第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  2. 　前記第２濃度を前記第１濃度で除した値は、０．１以上５以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  3. 　前記第１厚みを前記第１形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  4. 　前記第１炭化珪素基板のキャリア濃度を第１基板濃度とした場合、前記第１濃度は、前記第１基板濃度の半分よりも小さい、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  5. 　第３アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第３炭化珪素基板上に第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
    　前記第３炭化珪素層の厚みおよび前記第３炭化珪素層のキャリア濃度を測定する工程と、
    　第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程と、
    　前記第２炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程前に、第４アンモニアガスをドーパントガスとして用いて前記第２炭化珪素基板上に前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とを備え、
    　前記第２炭化珪素層は、前記第４炭化珪素層上に形成され、
    　前記第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第３アンモニアガスの流量を第３流量とし、前記第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第３炭化珪素層の形成時間を第３形成時間とし、前記第３炭化珪素層の厚みを第３厚みとし、前記第３炭化珪素層のキャリア濃度を第３濃度とし、前記第４炭化珪素層の目標厚みを第４厚みとし、前記第４炭化珪素層の目標キャリア濃度を第４濃度とした場合、
    　前記第４炭化珪素層の形成条件を算出する工程においては、前記第４炭化珪素層の第４形成時間は、前記第４厚みを前記第３厚みで除した値に前記第３形成時間を掛けた値として算出され、かつ、前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程における前記第４アンモニアガスの第４流量は、前記第４濃度を前記第３濃度で除した値に前記第３流量を掛けた値として算出され、
    　前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程においては、前記第４形成時間および前記第４流量を用いて、前記第４炭化珪素層が形成され、
    　前記第３炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第４炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程とは、同じ装置で行われる、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  6. 　前記第４濃度を前記第３濃度で除した値は、０．１以上５以下である、請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  7. 　前記第３厚みを前記第３形成時間で除した値は、５μｍ／時間以上３０μｍ／時間以下である、請求項５または請求項６に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  8. 　前記第３炭化珪素基板のキャリア濃度を第３基板濃度とした場合、前記第３濃度は、前記第３基板濃度の半分よりも小さい、請求項５～請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
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