WO2023282000A1 - 炭化珪素単結晶および炭化珪素基板 - Google Patents

炭化珪素単結晶および炭化珪素基板 Download PDF

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俊策 上田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer

Definitions

  • the present disclosure relates to silicon carbide single crystals and silicon carbide substrates.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-113365 filed on July 8, 2021. All the contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing a silicon carbide single crystal in which screw dislocations are partially reduced.
  • a silicon carbide single crystal according to the present disclosure includes a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, and an outer peripheral surface continuous with each of the first main surface and the second main surface. I have.
  • a cross section perpendicular to the thickness direction of the silicon carbide single crystal and located between a first boundary between the first main surface and the outer peripheral surface and a second boundary between the second main surface and the outer peripheral surface is an intermediate cross section. Assuming that the average value of the areal density of threading screw dislocations in the intermediate cross section is the overall average areal density, the intermediate cross section includes a dense region having a areal density of threading screw dislocations that is at least twice the overall average areal density.
  • the area of the dense region is 10% or less of the area of the intermediate cross section.
  • a cross-section separated from the first boundary toward the second boundary by a distance 0.1 times the distance from the first boundary to the second boundary is defined as the first cross-section, and the cross-section is defined as the first boundary toward the first boundary from the second boundary.
  • the linear density of stacking faults in each of the first cross section and the second cross section is 1/cm or less.
  • the intermediate cross-section includes sparse and dense regions having an areal density of threading screw dislocations lower than half of the overall average areal density.
  • the area of the sparse and dense regions is 12% or more of the area of the intermediate cross section.
  • a silicon carbide substrate according to the present disclosure has a main surface. Assuming that the average value of the areal density of threading screw dislocations on the principal surface is the total average areal density, the principal surface includes a dense region having a areal density of threading screw dislocations that is at least twice the total average areal density. The area of the dense region is 10% or less of the area of the main surface. The linear density of stacking faults on the main surface is 1/cm or less.
  • the principal surface includes sparse and dense regions having an areal density of threading screw dislocations lower than half of the overall average areal density. The area of the sparse and dense regions is 12% or more of the area of the main surface.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide single crystal according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic diagram showing a photoluminescence image of the first cross section.
  • FIG. 4 is a partially enlarged schematic diagram showing a photoluminescence image of the second cross section.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the third main surface of the silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • FIG. 7 is a partially enlarged schematic diagram showing a photoluminescence image of the third main surface.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide single crystal according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a partially
  • FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view showing a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.
  • 10 is a schematic plan view showing surface densities of threading screw dislocations in a plurality of square regions on the third main surface of the silicon carbide substrate according to Sample 1.
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing surface densities of threading screw dislocations in a plurality of square regions on the third main surface of the silicon carbide substrate according to sample 2.
  • An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide single crystal and a silicon carbide substrate that can improve the yield of silicon carbide semiconductor devices. [Effect of the present disclosure] According to the present disclosure, it is possible to provide a silicon carbide single crystal and a silicon carbide substrate that can improve the yield of silicon carbide semiconductor devices.
  • Silicon carbide single crystal 100 includes first main surface 1, second main surface 2 opposite to first main surface 1, and each of first main surface 1 and second main surface and an outer peripheral surface 4 that continues to the Perpendicular to the thickness direction of silicon carbide single crystal 100 and intermediate between first boundary 81 between first main surface 1 and outer peripheral surface 4 and second boundary 82 between second main surface 2 and outer peripheral surface 4 , and the average value of the surface density of the threading screw dislocations 70 in the intermediate cross section 3 is defined as the overall average surface density. contains a dense region 55 having an areal density of . The area of the dense region 55 is 10% or less of the area of the intermediate section 3 .
  • a cross section separated from the first boundary 81 toward the second boundary 82 by a distance of 0.1 times the distance from the first boundary 81 to the second boundary 82 is defined as a first cross section, and from the second boundary 82 to the first boundary 81 Assuming that the second cross section is a cross section that is 0.1 times the distance from the first boundary 81 to the second boundary 82 toward The density is 1/cm or less.
  • the intermediate cross-section 3 includes a sparse and dense region 58 having an areal density of threading screw dislocations 70 lower than half of the overall average areal density. The area of the sparse and dense regions 58 is 12% or more of the area of the intermediate section 3 .
  • dense region 55 may include the center of intermediate cross section 3 .
  • the area of sparse-dense region 58 may be 30% or more of the area of intermediate cross section 3 .
  • intermediate cross section 3 includes first circle 51 having a diameter that is 40% of the diameter of intermediate cross section 3 and It may include an annular region 57 between the second circle 52 having a diameter of 60% of the diameter.
  • Each of the center of the first circle 51 and the center of the second circle 52 may be the same as the center of the intermediate section 3 .
  • the average surface density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 may be 1.3 times or more the overall average surface density.
  • intermediate cross section 3 may have a diameter of 150 mm or more.
  • Silicon carbide substrate 10 includes main surface 61 . If the average value of the areal density of the threading screw dislocations 70 on the main surface 61 is defined as the overall average areal density, the main surface 61 includes a dense region 55 having an areal density of the threading screw dislocations 70 that is at least twice the overall average areal density. . The area of dense region 55 is 10% or less of the area of main surface 61 . The linear density of the stacking faults 5 on the main surface 61 is 1/cm or less. The major surface 61 includes a sparse and dense region 58 having a areal density of threading screw dislocations 70 lower than half of the overall average areal density. The area of the sparse and dense regions 58 is 12% or more of the area of the main surface 61 .
  • dense region 55 may include the center of main surface 61 .
  • the area of coarsely-dense regions 58 may be 30% or more of the area of main surface 61 .
  • main surface 61 includes first circle 51 having a diameter that is 40% of the diameter of main surface 61 and the diameter of main surface 61 may include an annular region 57 between the second circle 52 having a diameter of 60% of .
  • Each of the center of the first circle 51 and the center of the second circle 52 may be the same as the center of the major surface 61 .
  • the average surface density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 may be 1.3 times or more the overall average surface density.
  • main surface 61 may have a diameter of 150 mm or more.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide single crystal 100 according to this embodiment.
  • silicon carbide single crystal 100 according to the present embodiment has first main surface 1 , second main surface 2 , and outer peripheral surface 4 .
  • the second major surface 2 is opposite the first major surface 1 .
  • the outer peripheral surface 4 continues to each of the first main surface 1 and the second main surface 2 .
  • the outer peripheral surface 4 is, for example, a cylindrical surface. Outer peripheral surface 4 surrounds central axis C of silicon carbide single crystal 100 .
  • the first major surface 1 is planar, for example.
  • the first main surface 1 is, for example, the ⁇ 0001 ⁇ plane or a plane inclined at an off angle with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the first main surface 1 may be the (0001) plane or a plane inclined by an off angle with respect to the (0001) plane, and the first main surface 1 may be the (000-1) plane.
  • it may be a plane inclined at an off angle with respect to the (000-1) plane.
  • the off angle may be, for example, 5° or less, or may be 3° or less.
  • the off direction may be, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the first main surface 1 extends along each of the first direction 101 and the second direction 102 .
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the thickness direction of silicon carbide single crystal 100 is set to third direction 103 .
  • the third direction 103 is, for example, the ⁇ 0001> direction.
  • the third direction 103 may be a direction inclined by an off angle with respect to the ⁇ 0001> direction.
  • Third direction 103 is the same as the growth direction of silicon carbide.
  • the third direction 103 may be perpendicular to the first major surface 1 .
  • Central axis C of silicon carbide single crystal 100 extends along third direction 103 .
  • the second main surface 2 has a central region 24 and an outer peripheral region 25 .
  • the outer peripheral region 25 is outside the central region 24 .
  • a peripheral region 25 surrounds the central region 24 .
  • the central region 24 may be curved to be concave inward. From another point of view, the central region 24 may be curved so as to be recessed toward the first main surface 1 .
  • the outer peripheral region 25 may be curved so as to protrude outward. From another point of view, the outer peripheral region 25 may be curved so as to project to the opposite side of the first main surface 1 .
  • the thickness (fourth thickness H4) of silicon carbide single crystal 100 is, for example, 1 mm or more and 100 mm or less.
  • the lower limit of the fourth thickness H4 is not particularly limited, it may be, for example, 5 mm or more, or 10 mm or more.
  • the upper limit of the fourth thickness H4 is not particularly limited, it may be, for example, 80 mm or less, or 60 mm or less.
  • a boundary between the first main surface 1 and the outer peripheral surface 4 is defined as a first boundary 81 .
  • a boundary between the second main surface 2 and the outer peripheral surface 4 is defined as a second boundary 82 .
  • a fourth thickness H4 is the distance from the first boundary 81 to the second boundary 82 . From another point of view, fourth thickness H4 is the thickness of silicon carbide single crystal 100 at the thinnest portion.
  • a cross section perpendicular to the thickness direction of silicon carbide single crystal 100 and located midway between first boundary 81 and second boundary 82 is intermediate cross section 3 .
  • the distance (the third distance H3) between the first main surface 1 and the intermediate section 3 is half the fourth thickness H4.
  • a cross section that is 0.1 times the distance from the first boundary 81 to the second boundary 82 from the first boundary 81 toward the second boundary 82 is defined as a first cross section 11 .
  • the distance (first distance H1) between first boundary 81 and first cross section 11 in third direction 103 is 10% of the thickness of silicon carbide single crystal 100 .
  • a cross section that is 0.1 times the distance from the first boundary 81 to the second boundary 82 from the second boundary 82 toward the first boundary 81 is defined as a second cross section 12 .
  • the distance (second distance H2) between second boundary 82 and second cross section 12 in third direction 103 is 10% of the thickness of silicon carbide single crystal 100 .
  • silicon carbide single crystal 100 has a plurality of threading screw dislocations 70 .
  • the plurality of threading screw dislocations 70 have, for example, a first threading screw dislocation 71 , a second threading screw dislocation 72 , a third threading screw dislocation 73 , and a fourth threading screw dislocation 74 .
  • the first threading screw dislocation 71 extends, for example, along the third direction 103 .
  • the first threading screw dislocation 71 may extend along the central axis C.
  • the first threading screw dislocation 71 may be located at the center of the first main surface 1 .
  • the first threading screw dislocation 71 is exposed on each of the first principal surface 1 and the second principal surface 2 .
  • the third threading screw dislocation 73 may be parallel to the first threading screw dislocation 71 .
  • the third threading screw dislocation 73 may extend along the third direction 103 .
  • the third threading screw dislocation 73 is spaced apart from the center of the first main surface 1 .
  • the third threading screw dislocation 73 is exposed on each of the first principal surface 1 and the second principal surface 2 .
  • the second threading screw dislocation 72 is inclined with respect to the central axis C.
  • Second threading screw dislocation 72 approaches central axis C as silicon carbide single crystal 100 grows. From another point of view, the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C in the direction perpendicular to the third direction 103 decreases from the first principal surface 1 toward the second principal surface 2 .
  • the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C on the first principal surface 1 is greater than the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C on the second principal surface 2 .
  • the second threading screw dislocation 72 is exposed on each of the first principal surface 1 and the second principal surface 2 .
  • the fourth threading screw dislocation 74 is inclined with respect to the central axis C. Fourth threading screw dislocation 74 moves away from central axis C as silicon carbide single crystal 100 grows. From another point of view, the distance between the fourth threading screw dislocation 74 and the central axis C in the direction perpendicular to the third direction 103 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2 . The distance between the fourth threading screw dislocation 74 and the central axis C on the first principal surface 1 is smaller than the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C on the second principal surface 2 . The fourth threading screw dislocation 74 is exposed on each of the first principal surface 1 and the second principal surface 2 . The fourth threading screw dislocation 74 may be exposed on the outer peripheral surface 4 .
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the cross-section shown in FIG. 2 is an intermediate cross-section 3 located between the first main surface 1 and the second main surface 2 .
  • the shape of the intermediate section 3 is substantially circular.
  • the intermediate section 3 is perpendicular to the third direction 103 .
  • the fourth diameter W4 is, for example, 150 mm.
  • the lower limit of the fourth diameter W4 is not particularly limited, it may be, for example, 150 mm or more, or 200 mm or more.
  • the upper limit of the fourth diameter W4 is not particularly limited, but may be, for example, 300 mm or less, or 250 mm or less.
  • the intermediate section 3 has, for example, a dense area 55, a non-dense area 56, an annular area 57, and a sparse and dense area 58.
  • the dense region 55 has an areal density of the threading screw dislocations 70 that is at least twice the overall average areal density. From another point of view, the areal density of the threading screw dislocations 70 in the dense region 55 is at least twice the overall average areal density.
  • Dense region 55 may include center 54 of intermediate cross-section 3 .
  • the area of the dense region 55 is 10% or less of the area of the intermediate section 3.
  • the upper limit of the area of dense region 55 is not particularly limited, but may be, for example, 9% or less of the area of intermediate cross section 3 or 8% or less of the area of intermediate cross section 3 .
  • the lower limit of the area of dense region 55 is not particularly limited, but may be, for example, 1% or more of the area of intermediate cross section 3 or 2% or more of the area of intermediate cross section 3 .
  • the outline of the dense area 55 may be circular.
  • the outer shape of the dense area 55 is assumed to be the third circle 53 .
  • the diameter of the third circle 53 is assumed to be a third diameter W3.
  • the upper limit of the third diameter W3 is not particularly limited, but may be, for example, 0.3 times or less than the fourth diameter W4, or may be 0.25 times or less.
  • the lower limit of the third diameter W3 is not particularly limited, it may be, for example, 0.1 times or more, or 0.2 times or more the fourth diameter W4.
  • the non-dense area 56 is outside the dense area 55 .
  • a non-dense region 56 may surround the dense region 55 .
  • the non-dense regions 56 have an areal density of threading screw dislocations 70 that is less than twice the overall average areal density. From another point of view, the areal density of the non-dense regions 56 is less than twice the overall average areal density.
  • the annular region 57 is between the first circle 51 and the second circle 52.
  • the diameter of the first circle 51 is a first diameter W1
  • the first diameter W1 has a diameter that is 40% of the diameter of the intermediate section 3 .
  • the diameter of the second circle 52 is a second diameter W2
  • the second diameter W2 has a diameter that is 60% of the diameter of the intermediate section 3 .
  • the center of the first circle 51 and the center of the second circle 52 are each the same as the center of the intermediate section 3 .
  • the average surface density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 is 1.3 times or more the overall average surface density.
  • the lower limit of the average areal density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 is not particularly limited, but may be 1.35 times or more of the overall average areal density, or may be 1.4 times or more. good.
  • the upper limit of the average areal density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 is not particularly limited, but may be 1.9 times or less the overall average areal density, or may be 1.8 times or less. good.
  • the sparse-dense region 58 has an areal density of threading screw dislocations 70 lower than half of the overall average areal density.
  • the sparse and dense area 58 is located outside the dense area 55, for example.
  • the sparse and dense area 58 is located outside the second circle 52, for example.
  • the sparse and dense area 58 may be separated from the annular area 57 .
  • the sparse and dense area 58 may surround the annular area 57 .
  • the area of the sparse and dense regions 58 may be 12% or more of the area of the intermediate cross section 3 .
  • the lower limit of the area of the sparse-dense region 58 is not particularly limited, but may be, for example, 20% or more of the area of the intermediate cross section 3, or 25% or more of the area of the intermediate cross section 3, or 25% or more of the area of the intermediate cross section 3. 30% or more of the area of the intermediate section 3 or 35% or more of the area of the intermediate section 3 .
  • the upper limit of the area of the sparse-dense region 58 is not particularly limited, but may be, for example, 60% or less of the area of the intermediate cross section 3 or 50% or less of the area of the intermediate cross section 3 .
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic diagram showing a photoluminescence image of the first cross section 11.
  • FIG. Silicon carbide single crystal 100 according to the present embodiment has stacking faults 5 .
  • Stacking faults 5 may extend along the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • Stacking faults 5 may extend from first main surface 1 .
  • the first main surface 1 may be inclined in the off direction with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the off direction is the second direction 102, for example.
  • the stacking faults 5 may extend in a direction perpendicular to the second direction 102 .
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • first length A1 the length of the stacking fault 5 in the first direction 101
  • second length A2 the length of the stacking fault 5 in the second direction 102
  • the linear density of stacking faults 5 in the first cross section 11 is 1/cm or less.
  • the upper limit of the linear density of stacking faults 5 in first cross section 11 is not particularly limited, it may be, for example, 0.9/cm or less, or 0.8/cm or less.
  • the lower limit of the linear density of stacking faults 5 in first cross section 11 is not particularly limited, it may be, for example, 0.01/cm or more, or 0.1/cm or more.
  • FIG. 4 is a partially enlarged schematic diagram showing a photoluminescence image of the second cross section 12.
  • the stacking faults 5 may be exposed in the second cross section 12, as shown in FIG.
  • the linear density of the stacking faults 5 in the second cross section 12 may be lower than the linear density of the stacking faults 5 in the first cross section 11 .
  • the linear density of stacking faults 5 in the second cross section 12 is 1/cm or less.
  • the upper limit of the linear density of stacking faults 5 in the second cross section 12 is not particularly limited, it may be, for example, 0.9/cm or less, or 0.8/cm or less.
  • the lower limit of the linear density of stacking faults 5 in second cross section 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.01/cm or more, or may be 0.1/cm or more.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of silicon carbide substrate 10 according to the present embodiment.
  • silicon carbide substrate 10 according to the present embodiment has a third main surface 61 , a fourth main surface 62 and a peripheral edge surface 63 .
  • the fourth major surface 62 is on the opposite side of the third major surface 61 .
  • the peripheral surface 63 continues to each of the third main surface 61 and the fourth main surface 62 .
  • the peripheral surface 63 is, for example, a cylindrical surface. Peripheral edge surface 63 surrounds central axis C of silicon carbide substrate 10 .
  • the third main surface 61 is planar, for example.
  • the third main surface 61 is, for example, the ⁇ 0001 ⁇ plane or a plane inclined at an off angle with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the third main surface 61 may be the (0001) plane or a plane inclined by an off angle with respect to the (0001) plane, and the third main surface 61 may be the (000-1) plane.
  • it may be a plane inclined at an off angle with respect to the (000-1) plane.
  • the off angle may be, for example, 5° or less, or may be 3° or less.
  • the off direction may be, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the third main surface 61 extends along each of the first direction 101 and the second direction 102 .
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the thickness direction of silicon carbide substrate 10 is defined as third direction 103 .
  • the third direction 103 is, for example, the ⁇ 0001> direction.
  • the third direction 103 may be a direction inclined by an off angle with respect to the ⁇ 0001> direction.
  • Third direction 103 is the same as the growth direction of silicon carbide.
  • the third direction 103 may be perpendicular to the third major surface 61 .
  • Central axis C of silicon carbide substrate 10 extends along third direction 103 .
  • the peripheral surface 63 surrounds the central axis C. As shown in FIG.
  • the fourth major surface 62 may be parallel to the third major surface 61 .
  • the thickness (fifth thickness H5) of silicon carbide substrate 10 according to the present embodiment is, for example, 100 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the fifth thickness H5 is not particularly limited, it may be, for example, 200 ⁇ m or more, or may be 300 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the fifth thickness H5 is not particularly limited, it may be, for example, 600 ⁇ m or less, or 500 ⁇ m or less.
  • a fifth thickness H5 is the longest distance between the third main surface 61 and the fourth main surface 62 in the third direction 103 .
  • silicon carbide substrate 10 has a plurality of threading screw dislocations 70 .
  • the plurality of threading screw dislocations 70 have, for example, a first threading screw dislocation 71 , a second threading screw dislocation 72 , a third threading screw dislocation 73 , and a fourth threading screw dislocation 74 .
  • the first threading screw dislocation 71 extends, for example, along the third direction 103 .
  • the first threading screw dislocation 71 may extend along the central axis C.
  • the first threading screw dislocation 71 may be located at the center of the third main surface 61 .
  • the first threading screw dislocation 71 is exposed on each of the third main surface 61 and the fourth main surface 62 .
  • the third threading screw dislocation 73 may be parallel to the first threading screw dislocation 71 .
  • the third threading screw dislocation 73 may extend along the third direction 103 .
  • the third threading screw dislocation 73 is spaced apart from the center of the third main surface 61 .
  • the third threading screw dislocation 73 is exposed on each of the third main surface 61 and the fourth main surface 62 .
  • the second threading screw dislocation 72 is inclined with respect to the central axis C.
  • Second threading screw dislocations 72 approach central axis C as silicon carbide substrate 10 grows. From another point of view, the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C in the direction perpendicular to the third direction 103 decreases from the third principal surface 61 toward the fourth principal surface 62 .
  • the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C on the third principal surface 61 is greater than the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C on the fourth principal surface 62 .
  • the second threading screw dislocation 72 is exposed on each of the third main surface 61 and the fourth main surface 62 .
  • the fourth threading screw dislocation 74 is inclined with respect to the central axis C. Fourth threading screw dislocations 74 move away from central axis C as silicon carbide substrate 10 grows. From another point of view, the distance between the fourth threading screw dislocation 74 and the central axis C in the direction perpendicular to the third direction 103 increases from the third principal surface 61 toward the fourth principal surface 62 . The distance between the fourth threading screw dislocation 74 and the central axis C on the third principal surface 61 is smaller than the distance between the second threading screw dislocation 72 and the central axis C on the fourth principal surface 62 . The fourth threading screw dislocation 74 is exposed on each of the third principal surface 61 and the fourth principal surface 62 . The fourth threading screw dislocation 74 may be exposed on the peripheral surface 63 .
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the third main surface of the silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • the peripheral surface 63 has an orientation flat portion 7 and an arcuate portion 8 .
  • the arcuate portion 8 continues to the orientation flat portion 7 .
  • the orientation flat portion 7 extends along the second direction 102 when viewed in the third direction 103 .
  • the fourth diameter W4 is, for example, 150 mm.
  • the lower limit of the fourth diameter W4 is not particularly limited, it may be, for example, 150 mm or more, or 200 mm or more.
  • the upper limit of the fourth diameter W4 is not particularly limited, but may be, for example, 300 mm or less, or 250 mm or less.
  • a fourth diameter W ⁇ b>4 is the longest linear distance between two different points on the peripheral surface 63 when viewed in the third direction 103 .
  • the third main surface 61 has, for example, a dense area 55, a non-dense area 56, an annular area 57, and a sparse and dense area 58. If the average value of the areal density of the threading screw dislocations 70 on the third main surface 61 is taken as the total average areal density, the dense region 55 has the areal density of the threading screw dislocations 70 that is at least twice the total average areal density. From another point of view, the areal density of the threading screw dislocations 70 in the dense region 55 is at least twice the overall average areal density. Dense region 55 may include center 54 of third major surface 61 .
  • the area of the dense region 55 is 10% or less of the area of the third main surface 61 .
  • the upper limit of the area of the dense region 55 is not particularly limited, but may be, for example, 9% or less of the area of the third main surface 61 or 8% or less of the area of the third main surface 61.
  • the lower limit of the area of the dense region 55 is not particularly limited, but may be, for example, 1% or more of the area of the third main surface 61 or 2% or more of the area of the third main surface 61. .
  • the outline of the dense area 55 may be circular.
  • the outer shape of the dense area 55 is assumed to be the third circle 53 .
  • the diameter of the third circle 53 is assumed to be a third diameter W3.
  • the upper limit of the third diameter W3 is not particularly limited, but may be, for example, 0.3 times or less than the fourth diameter W4, or may be 0.25 times or less.
  • the lower limit of the third diameter W3 is not particularly limited, it may be, for example, 0.1 times or more, or 0.2 times or more the fourth diameter W4.
  • the non-dense area 56 is outside the dense area 55 .
  • a non-dense region 56 may surround the dense region 55 .
  • the non-dense regions 56 have an areal density of threading screw dislocations 70 that is less than twice the overall average areal density. From another point of view, the areal density of the non-dense regions 56 is less than twice the overall average areal density.
  • the annular region 57 is between the first circle 51 and the second circle 52.
  • the diameter of the first circle 51 is a first diameter W1
  • the first diameter W1 has a diameter that is 40% of the diameter of the third main surface 61 .
  • the diameter of the second circle 52 is a second diameter W2
  • the second diameter W2 has a diameter that is 60% of the diameter of the third main surface 61 .
  • the center of the first circle 51 and the center of the second circle 52 are each the same as the center of the third main surface 61 .
  • the average surface density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 is 1.3 times or more the overall average surface density.
  • the lower limit of the average areal density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 is not particularly limited, but may be 1.35 times or more of the overall average areal density, or may be 1.4 times or more. good.
  • the upper limit of the average areal density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 is not particularly limited, but may be 1.9 times or less the overall average areal density, or may be 1.8 times or less. good.
  • the sparse-dense region 58 has an areal density of threading screw dislocations 70 lower than half of the overall average areal density.
  • the sparse and dense area 58 is located outside the dense area 55, for example.
  • the sparse and dense area 58 is located outside the second circle 52, for example.
  • the sparse and dense area 58 may be separated from the annular area 57 .
  • the sparse and dense area 58 may surround the annular area 57 .
  • the area of the sparse and dense regions 58 may be 12% or more of the area of the third main surface 61 .
  • the lower limit of the area of the sparse and dense region 58 is not particularly limited, but may be, for example, 20% or more of the area of the third main surface 61, or 25% or more of the area of the third main surface 61. , 30% or more of the area of the third main surface 61 or 35% or more of the area of the third main surface 61 .
  • the upper limit of the area of the sparse/dense region 58 is not particularly limited, but may be, for example, 60% or less of the area of the third main surface 61 or 50% or less of the area of the third main surface 61 .
  • FIG. 7 is a partially enlarged schematic diagram showing a photoluminescence image of the third main surface 61.
  • FIG. Silicon carbide substrate 10 according to the present embodiment has stacking faults 5 .
  • Stacking faults 5 may extend along the ⁇ 0001 ⁇ plane. As shown in FIG. 3 , the stacking faults 5 are exposed on the third major surface 61 .
  • the third main surface 61 may be inclined in the off direction with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the off direction is the second direction 102, for example.
  • the stacking faults 5 may extend in a direction perpendicular to the second direction 102 .
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • first length A1 the length of the stacking fault 5 in the first direction 101
  • second length A2 the length of the stacking fault 5 in the second direction 102
  • the linear density of stacking faults 5 on the third main surface 61 is 1/cm or less.
  • the upper limit of the linear density of stacking faults 5 on the third main surface 61 is not particularly limited, it may be, for example, 0.9/cm or less, or 0.8/cm or less.
  • the lower limit of the linear density of stacking faults 5 on the third main surface 61 is not particularly limited, but may be, for example, 0.01/cm or more, or may be 0.1/cm or more.
  • the stacking faults 5 may be exposed on the fourth main surface 62 .
  • the linear density of the stacking faults 5 on the fourth main surface 62 may be lower than the linear density of the stacking faults 5 on the third main surface 61 .
  • a method for measuring the linear density of stacking faults 5 will be described.
  • a photoluminescence imaging device (model number: PLI-200) manufactured by Photon Design Co., Ltd. is used.
  • a mercury-xenon lamp for example, is used as the excitation light source.
  • the excitation light from the light source passes through a 313 nm bandpass filter and is then applied to the area to be measured.
  • Photoluminescence light having a wavelength of 750 nm or more reaches a light receiving element such as a camera. As described above, a photoluminescence image of the area to be measured is captured.
  • the emission intensity of the stacking faults 5 is higher than that of the silicon carbide region with a polytype of 4H. Therefore, the stacking fault 5 is displayed as a bright linear region in the photoluminescence image (see FIGS. 3, 4 and 7).
  • a photoluminescence image of the surface to be measured is taken while moving silicon carbide substrate 10 in a direction parallel to the surface to be measured (eg, third main surface 61, first cross section 11 or second cross section 12).
  • the area of one field of view of the photoluminescence image is, for example, 2.6 mm ⁇ 2.6 mm.
  • the photoluminescence image is mapped over the entire area of the surface to be measured.
  • a stacking fault 5 is identified in the acquired photoluminescence image.
  • the value obtained by dividing the total length of the stacking faults 5 by the area of the measurement region on the surface to be measured is the linear density of the stacking faults 5 .
  • the length of the stacking fault 5 is the length (first length A1) of the stacking fault 5 in the longitudinal direction (see FIG. 7).
  • the total length of the stacking faults 5 is the total length of each of the multiple stacking faults 5 .
  • the areal density of threading screw dislocations 70 is determined using molten potassium hydroxide (KOH), for example.
  • KOH molten potassium hydroxide
  • the surface to be measured (for example, the third main surface 61, the first cross section 11 or the second cross section 12) is etched with molten KOH.
  • the silicon carbide region near the threading screw dislocation 70 exposed on the surface to be measured is etched to form etch pits on the surface to be measured.
  • the temperature of the KOH melt is, for example, 500° C. or higher and 550° C. or lower.
  • the etching time is 5 minutes or more and 10 minutes or less.
  • etch pits on the surface to be measured are observed using a Normarski differential interference microscope.
  • a value obtained by dividing the number of etch pits formed on the surface to be measured by the measured area on the surface to be measured corresponds to the areal density of threading screw dislocations 70 .
  • the observation field of view is, for example, 0.082 cm ⁇ 0.070 cm.
  • a measurement interval is, for example, 5 mm.
  • FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment.
  • the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus mainly includes a crucible 30 , a first resistance heater 41 , a second resistance heater 42 and a third resistance heater 43 .
  • the crucible 30 has a raw material storage portion 32 and a lid portion 31 .
  • the lid portion 31 is arranged on the raw material storage portion 32 .
  • the raw material storage portion 32 has a side wall portion 33 , a bottom wall portion 35 and a hollow cylindrical portion 34 .
  • the side wall portion 33 is annular.
  • the bottom wall portion 35 continues to the side wall portion 33 .
  • the hollow tubular portion 34 is arranged in a through hole provided in the bottom wall portion 35 .
  • Silicon carbide source material 23 is arranged in a region inside side wall portion 33 and outside hollow tubular portion 34 .
  • the first resistance heater 41 is arranged above the lid portion 31 .
  • the second resistance heater 42 is arranged so as to surround the side wall portion 33 of the raw material containing portion 32 .
  • the third resistance heater 43 is arranged below the bottom wall portion 35 of the raw material storage portion 32 .
  • the hollow tubular portion 34 is arranged between the third resistance heater 43 and the lid portion 31 . Radiation heat B from third resistance heater 43 reaches the vicinity of the center of silicon carbide seed substrate 20 through the interior of hollow tubular portion 34 .
  • silicon carbide source material 23 is placed in source material accommodating portion 32 .
  • Silicon carbide raw material 23 is, for example, powder of polycrystalline silicon carbide.
  • Silicon carbide seed substrate 20 is fixed to lid portion 31 using an adhesive (not shown), for example.
  • Silicon carbide seed substrate 20 has a growth surface 21 and a mounting surface 22 .
  • the mounting surface 22 is opposite the growth surface 21 .
  • Growth surface 21 faces silicon carbide source material 23 .
  • the mounting surface 22 faces the lid portion 31 .
  • the outer peripheral portion of growth surface 21 of silicon carbide seed substrate 20 is arranged to face the surface of silicon carbide source material 23 .
  • the hollow tubular portion 34 faces the central portion of the growth surface 21 .
  • Silicon carbide seed substrate 20 is, for example, a hexagonal silicon carbide substrate of polytype 4H.
  • the diameter of growth surface 21 is, for example, 150 mm.
  • the diameter of growth surface 21 may be 150 mm or more.
  • Growth plane 21 is, for example, a ⁇ 0001 ⁇ plane or a plane inclined at an off angle of about 5° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • Silicon carbide seed substrate 20 has a plurality of fifth threading screw dislocations 75 . Each of the plurality of fifth threading screw dislocations 75 may extend in a direction perpendicular to the growth surface 21 . As described above, silicon carbide seed substrate 20 and silicon carbide source material 23 are placed in crucible 30 .
  • FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view showing a method for manufacturing a silicon carbide single crystal.
  • crucible 30 is heated to a temperature of, for example, 2100° C. or higher and 2300° C. or lower. While the temperature of crucible 30 is rising, the pressure of the atmospheric gas in crucible 30 is maintained at, for example, about 80 kPa.
  • Atmospheric gas includes inert gas such as argon gas, helium gas, or nitrogen gas.
  • the pressure of the atmosphere gas inside the crucible 30 is reduced to, for example, 1.0 kPa.
  • silicon carbide source material 23 starts to sublimate, and the sublimated silicon carbide gas is recrystallized on growth surface 21 of silicon carbide seed substrate 20 .
  • Silicon carbide single crystal 100 begins to grow on the growth surface of silicon carbide seed substrate 20 . While silicon carbide single crystal 100 is growing, the pressure in crucible 30 is maintained, for example, at approximately 0.1 kPa or more and 3 kPa or less.
  • a plurality of fifth threading screw dislocations 75 existing in silicon carbide seed substrate 20 are inherited by silicon carbide single crystal 100 to become a plurality of threading screw dislocations 70 .
  • the plurality of threading screw dislocations 70 has a first threading screw dislocation 71 , a second threading screw dislocation 72 , a third threading screw dislocation 73 , and a fourth threading screw dislocation 74 .
  • a hollow tubular portion 34 is provided in the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to the present embodiment. Therefore, radiant heat from the third resistance heater 43 is directly radiated to the central portion of the growth surface. As a result, the temperature of the central portion of the growth surface is higher than the temperature of the peripheral portion surrounding the central portion. Therefore, the growth rate of silicon carbide single crystal 100 in the central portion of the growth surface is lower than the growth rate of silicon carbide single crystal 100 in the outer peripheral portion of the growth surface. As a result, silicon carbide single crystal 100 grows with the central portion of the growth surface (the surface closest to the raw material) of silicon carbide single crystal 100 being depressed (see FIG. 9). Next, silicon carbide single crystal 100 is sliced along a plane perpendicular to the central axis of the silicon carbide single crystal. Thereby, a plurality of silicon carbide substrates 10 are obtained (see FIG. 5).
  • Threading screw dislocations 70 tend to extend along the growth direction of silicon carbide single crystal 100 . From another point of view, silicon carbide single crystal 100 tends to elongate in a direction perpendicular to the growth plane. During the crystal growth of silicon carbide single crystal 100, by intentionally recessing central region 24 of the growth surface of silicon carbide single crystal 100, the growth direction of silicon carbide single crystal 100 is changed to the growth surface of silicon carbide single crystal 100. toward the central region 24 of the . As a result, threading screw dislocations 70 extend toward central region 24 of the growth surface of silicon carbide single crystal 100 . That is, threading screw dislocations 70 are concentrated in central region 24 of the growth surface of silicon carbide single crystal 100 .
  • threading screw dislocations 70 can be reduced in outer peripheral region 25 around central region 24 of the growth surface (second main surface 2) of silicon carbide single crystal 100 . Therefore, the area of the region of silicon carbide single crystal 100 having a low areal density of threading screw dislocations 70 can be increased. Further, according to the above method, it is not necessary to positively convert threading screw dislocations 70 into stacking faults 5 using a structural conversion layer. Therefore, an increase in the linear density of the stacking faults 5 can be suppressed. Therefore, the yield of silicon carbide semiconductor devices manufactured using silicon carbide single crystal 100 can be improved.
  • the cross section perpendicular to the thickness direction of the silicon carbide single crystal 100 and located between the first main surface 1 and the second main surface 2 is the intermediate cross section.
  • the average value of the areal density of the threading screw dislocations 70 in the intermediate cross section 3 is defined as the overall average areal density
  • the intermediate cross section 3 is a dense region having an areal density of the threading screw dislocations 70 that is at least twice the overall average areal density. 55.
  • the area of the dense region 55 is 10% or less of the area of the intermediate section 3 .
  • first cross section 11 a cross section at a distance of 0.1 times the thickness of silicon carbide substrate 10 from first main surface 1 is defined as first cross section 11 , and a distance from second main surface 2 is 0.1 times the thickness.
  • this cross section is a second cross section 12
  • the linear density of the stacking faults 5 in each of the first cross section 11 and the second cross section 12 is 1/cm or less.
  • main surface 61 has a through-hole density of at least twice the overall average areal density. It includes a dense region 55 having an areal density of screw dislocations 70 .
  • the area of dense region 55 is 10% or less of the area of main surface 61 .
  • the linear density of the stacking faults 5 on the main surface 61 is 1/cm or less.
  • Silicon carbide single crystals 100 according to sample 1 and sample 2 were prepared. Silicon carbide single crystal 100 according to sample 1 is a comparative example. Silicon carbide single crystal 100 according to sample 2 is an example. Silicon carbide single crystal 100 according to sample 2 was manufactured using the manufacturing apparatus shown in FIG. In the manufacturing apparatus for manufacturing silicon carbide single crystal 100 according to sample 2, hollow cylindrical portion 34 is provided in bottom wall portion 35 of the crucible. On the other hand, silicon carbide single crystal 100 according to sample 1 was manufactured using a conventional manufacturing apparatus in which bottom wall portion 35 of the crucible is not provided with hollow cylindrical portion 34 . The conditions for manufacturing silicon carbide single crystal 100 were as described above.
  • a photoluminescence imaging device (model number: PLI-200) manufactured by Photon Design Co., Ltd. was used to measure the linear density of stacking faults 5 in the first cross section 11 of each of the silicon carbide single crystals 100 of Samples 1 and 2. bottom. A photoluminescence image of first cross section 11 was taken while moving silicon carbide single crystal 100 in a direction parallel to first cross section 11 . Similarly, the linear density of stacking faults 5 in second cross section 12 of each of silicon carbide single crystals 100 according to sample 1 and sample 2 was measured. A photoluminescence image of the second cross section 12 was taken while moving the silicon carbide single crystal 100 in a direction parallel to the second cross section 12 .
  • a stacking fault 5 was identified in the acquired photoluminescence image.
  • a value obtained by dividing the total length of the stacking faults 5 in the first cross section 11 by the area of the first cross section 11 was taken as the linear density of the stacking faults 5 in the first cross section 11 .
  • the value obtained by dividing the total length of the stacking faults 5 in the second cross section 12 by the area of the second cross section 12 was taken as the linear density of the stacking faults 5 in the second cross section 12 .
  • each of silicon carbide single crystals 100 according to sample 1 and sample 2 was cut with a wire saw.
  • silicon carbide substrates 10 according to sample 1 and sample 2 were obtained.
  • a photoluminescence image of third main surface 61 was taken while moving silicon carbide substrate 10 in a direction parallel to third main surface 61 .
  • a value obtained by dividing the total length of stacking faults 5 on third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 by the area of third main surface 61 was taken as the linear density of stacking faults 5 on third main surface 61 .
  • the off angle of third main surface 61 of each of silicon carbide substrates 10 according to sample 1 and sample 2 is set to 4°.
  • the linear densities of stacking faults 5 in first cross section 11 and second cross section 12 of silicon carbide single crystal 100 according to sample 1 were 0.8/cm and 0.2/cm, respectively. rice field.
  • the linear density of stacking faults 5 in third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 1 obtained by slicing silicon carbide substrate 10 according to sample 1 was 0.9/cm.
  • the linear densities of stacking faults 5 in first cross section 11 and second cross section 12 of silicon carbide substrate 10 according to sample 2 were 0.7/cm and 0.3/cm, respectively.
  • the linear density of stacking faults 5 in third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 2 obtained by slicing silicon carbide substrate 10 according to sample 2 was 0.6/cm. From the above results, it was confirmed that the linear density of stacking faults 5 in silicon carbide substrate 10 according to sample 1 is approximately the same as the linear density of stacking faults 5 in silicon carbide substrate 10 according to sample 2 .
  • the number of etch pits was determined in each of the square regions. A value obtained by dividing the number of etch pits in the square region by the area of the observation field of the etch pits (0.082 cm ⁇ 0.070 cm) was taken as the surface density of threading screw dislocations 70 in the square region.
  • the surface density of threading screw dislocations 70 on third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 was obtained by dividing the total surface density of threading screw dislocations 70 in all square regions by the number of square regions.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing surface densities of threading screw dislocations 70 in a plurality of square regions of third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 1.
  • the first region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is less than 520 cm ⁇ 2 .
  • the second region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 520 cm ⁇ 2 or more and less than 1040 cm ⁇ 2 .
  • the third region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 1040 cm ⁇ 2 or more and less than 1560 cm ⁇ 2 .
  • the fourth region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 1560 cm ⁇ 2 or more and less than 2160 cm ⁇ 2 .
  • the fifth region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 2160 cm ⁇ 2 or more.
  • the average value of threading screw dislocations 70 in third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 1 is 1040 cm ⁇ 2 .
  • the average surface density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 of the third main surface 61 is 1070 cm ⁇ 2 .
  • threading screw dislocations 70 are evenly distributed on third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 1 .
  • FIG. 11 is a schematic plan view showing surface densities of threading screw dislocations 70 in a plurality of square regions of third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 2.
  • the sixth region is a region in which the surface density of threading screw dislocations 70 is less than 410 cm ⁇ 2 .
  • the seventh region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 410 cm ⁇ 2 or more and less than 820 cm ⁇ 2 .
  • the eighth region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 820 cm ⁇ 2 or more and less than 1230 cm ⁇ 2 .
  • the ninth region is a region where the surface density of threading screw dislocations 70 is 1230 cm ⁇ 2 or more and less than 1640 cm ⁇ 2 .
  • the tenth region is a region in which the surface density of threading screw dislocations 70 is 1640 cm ⁇ 2 or more.
  • the average value of threading screw dislocations 70 in third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 2 is 820 cm ⁇ 2 .
  • the average surface density of the threading screw dislocations 70 in the annular region 57 of the third main surface 61 is 1080 cm ⁇ 2 .
  • regions with a high surface density of threading screw dislocations 70 are concentrated near the center of third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 2 .
  • regions with a low areal density of threading screw dislocations 70 are distributed.
  • Table 2 shows the area ratio of threading screw dislocations 70 in third main surface 61 of silicon carbide substrate 10 according to sample 1.
  • the area ratio of a certain region is a value obtained by dividing the total area of a certain region by the total area of the third main surface 61 .
  • the first region is a region having an areal density of threading screw dislocations 70 lower than half of the average value of the areal density of threading screw dislocations 70 on the third main surface 61 .
  • the fifth region is a region having an areal density of threading screw dislocations 70 higher than twice the average value of the areal density of threading screw dislocations 70 on the third main surface 61 .
  • Table 3 shows the area ratio of threading screw dislocations 70 in the third main surface 61 of the silicon carbide substrate 10 according to Sample 2.
  • the sixth region is a region having an areal density of threading screw dislocations 70 lower than half of the average value of the areal density of threading screw dislocations 70 on the third main surface 61 .
  • the tenth region is a region having an areal density of threading screw dislocations 70 higher than twice the average value of the areal density of threading screw dislocations 70 on the third main surface 61 .
  • the area ratio of the tenth region of silicon carbide substrate 10 according to sample 2 is four times or more the area ratio of the fifth region of silicon carbide substrate 10 according to sample 1. . That is, silicon carbide substrate 10 according to sample 2 has threading screw dislocations higher than twice the average surface density of threading screw dislocations 70 in third main surface 61 as compared with silicon carbide substrate 10 according to sample 1. The area ratio of regions having an areal density of 70 is high.
  • the area ratio of the sixth region of silicon carbide substrate 10 according to sample 2 is more than twice the area ratio of the first region of silicon carbide substrate 10 according to sample 1. That is, silicon carbide substrate 10 according to sample 2 has threading screw dislocations 70 lower than half of the average surface density of threading screw dislocations 70 in third main surface 61 as compared with silicon carbide substrate 10 according to sample 1 .
  • the area ratio of the region having an areal density of is high. That is, silicon carbide substrate 10 according to sample 2 can have a higher area ratio of a region with a low surface density of threading screw dislocations 70 compared to silicon carbide substrate 10 according to sample 1 .

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Abstract

中間断面は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位の面密度を有する密集領域を含んでいる。密集領域の面積は、中間断面の面積の１０％以下である。第１境界から第２境界に向かって第１境界から第２境界までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第１断面とし、第２境界から第１境界に向かって第１境界から第２境界までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第２断面とすると、第１断面および第２断面の各々における積層欠陥の線密度は、１／ｃｍ以下である。中間断面は、全体平均面密度の半分より低い貫通螺旋転位の面密度を有する疎密領域を含んでいる。疎密領域の面積は、中間断面の面積の１２％以上である。

Description

炭化珪素単結晶および炭化珪素基板
　本開示は、炭化珪素単結晶および炭化珪素基板に関する。本出願は、２０２１年７月８日に出願した日本特許出願である特願２０２１－１１３３６５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。
　特開２０１４－２８７５７号公報（特許文献１）には、部分的に螺旋転位が低減された炭化珪素単結晶の製造方法が記載されている。
特開２０１４－２８７５７号公報
　本開示に係る炭化珪素単結晶は、第１主面と、第１主面と反対側にある第２主面と、第１主面および第２主面の各々に連なっている外周面とを備えている。炭化珪素単結晶の厚み方向に垂直であって、かつ第１主面と外周面との第１境界と、第２主面と外周面との第２境界との中間に位置する断面を中間断面とし、中間断面における貫通螺旋転位の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、中間断面は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位の面密度を有する密集領域を含んでいる。密集領域の面積は、中間断面の面積の１０％以下である。第１境界から第２境界に向かって第１境界から第２境界までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第１断面とし、第２境界から第１境界に向かって第１境界から第２境界までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第２断面とすると、第１断面および第２断面の各々における積層欠陥の線密度は、１／ｃｍ以下である。中間断面は、全体平均面密度の半分より低い貫通螺旋転位の面密度を有する疎密領域を含んでいる。疎密領域の面積は、中間断面の面積の１２％以上である。
　本開示に係る炭化珪素基板は、主面を備えている。主面における貫通螺旋転位の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、主面は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位の面密度を有する密集領域を含む。密集領域の面積は、主面の面積の１０％以下である。主面における積層欠陥の線密度は、１／ｃｍ以下である。主面は、全体平均面密度の半分よりも低い貫通螺旋転位の面密度を有する疎密領域を含んでいる。疎密領域の面積は、主面の面積の１２％以上である。
図１は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の構成を示す断面模式図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。 図３は、第１断面のフォトルミネッセンス画像を示す一部拡大模式図である。 図４は、第２断面のフォトルミネッセンス画像を示す一部拡大模式図である。 図５は、本実施形態に係る炭化珪素基板の構成を示す断面模式図である。 図６は、本実施形態に係る炭化珪素基板の第３主面の構成を示す平面模式図である。 図７は、第３主面のフォトルミネッセンス画像を示す一部拡大模式図である。 図８は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。 図９は、炭化珪素単結晶の製造方法を示す一部断面模式図である。 図１０は、サンプル１に係る炭化珪素基板の第３主面の複数の正方領域における貫通螺旋転位の面密度を示す平面模式図である。 図１１は、サンプル２に係る炭化珪素基板の第３主面の複数の正方領域における貫通螺旋転位の面密度を示す平面模式図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　上記炭化珪素単結晶の製造方法においては、結晶成長の初期に形成された構造変換層を利用することで、螺旋転位の一部が積層欠陥に変換される。積層欠陥は、炭化珪素単結晶の外周に向かって伸長する。そのため、上記炭化珪素単結晶の製造方法によって製造された炭化珪素単結晶においては、中央付近に多数の螺旋転位が存在し、かつ外周付近に多数の積層欠陥が存在していた。従って、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができなかった。
　本開示の目的は、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素単結晶および炭化珪素基板を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示によれば、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素単結晶および炭化珪素基板を提供することができる。
　［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。
　（１）本開示に係る炭化珪素単結晶１００は、第１主面１と、第１主面１と反対側にある第２主面２と、第１主面１および第２主面の各々に連なっている外周面４とを備えている。炭化珪素単結晶１００の厚み方向に垂直であって、かつ第１主面１と外周面４との第１境界８１と、第２主面２と外周面４との第２境界８２との中間に位置する断面を中間断面３とし、中間断面３における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、中間断面３は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位７０の面密度を有する密集領域５５を含む。密集領域５５の面積は、中間断面３の面積の１０％以下である。第１境界８１から第２境界８２に向かって第１境界８１から第２境界８２までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第１断面とし、第２境界８２から第１境界８１に向かって第１境界８１から第２境界８２までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第２断面とすると、第１断面１１および第２断面１２の各々における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。中間断面３は、全体平均面密度の半分より低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する疎密領域５８を含んでいる。疎密領域５８の面積は、中間断面３の面積の１２％以上である。
　（２）上記（１）に係る炭化珪素単結晶１００において、密集領域５５は、中間断面３の中心を含んでいてもよい。
　（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶１００において、疎密領域５８の面積は、中間断面３の面積の３０％以上であってもよい。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る炭化珪素単結晶１００において、中間断面３は、中間断面３の直径の４０％の直径を有する第１円５１と、中間断面３の直径の６０％の直径を有する第２円５２との間にある環状領域５７を含んでいてもよい。第１円５１の中心および第２円５２の中心の各々は、中間断面３の中心と同じであってもよい。環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値は、全体平均面密度の１．３倍以上であってもよい。
　（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素単結晶１００において、中間断面３の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。
　（６）本開示に係る炭化珪素基板１０は、主面６１を備えている。主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、主面６１は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位７０の面密度を有する密集領域５５を含む。密集領域５５の面積は、主面６１の面積の１０％以下である。主面６１における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。主面６１は、全体平均面密度の半分よりも低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する疎密領域５８を含んでいる。疎密領域５８の面積は、主面６１の面積の１２％以上である。
　（７）上記（６）に係る炭化珪素基板１０において、密集領域５５は、主面６１の中心を含んでいてもよい。
　（８）上記（６）または（７）に係る炭化珪素基板１０において、疎密領域５８の面積は、主面６１の面積の３０％以上であってもよい。
　（９）上記（６）から（８）のいずれかに係る炭化珪素基板１０において、主面６１は、主面６１の直径の４０％の直径を有する第１円５１と、主面６１の直径の６０％の直径を有する第２円５２との間にある環状領域５７を含んでいてもよい。第１円５１の中心および第２円５２の中心の各々は、主面６１の中心と同じであってもよい。環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値は、全体平均面密度の１．３倍以上であってもよい。
　（１０）上記（６）から（９）のいずれかに係る炭化珪素基板１０において、主面６１の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。
　［本開示の実施形態の詳細］
　以下、図面に基づいて本開示の実施形態（以降、本実施形態とも称する）の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
　まず、本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００の構成について説明する。
　図１は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００の構成を示す断面模式図である。図１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００は、第１主面１と、第２主面２と、外周面４とを有している。第２主面２は、第１主面１と反対側にある。外周面４は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。外周面４は、たとえば筒状面である。外周面４は、炭化珪素単結晶１００の中心軸Ｃを取り囲んでいる。第１主面１は、たとえば平面状である。
　第１主面１は、たとえば｛０００１｝面または｛０００１｝面に対してオフ角だけ傾斜した面である。具体的には、第１主面１は、（０００１）面または（０００１）面に対してオフ角だけ傾斜した面であってもよいし、第１主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対してオフ角だけ傾斜した面であってもよい。オフ角は、たとえば５°以下であってもよいし、３°以下であってもよい。オフ方向は、たとえば＜１１－２０＞方向であってもよい。
　第１主面１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って延在している。第１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向である。炭化珪素単結晶１００の厚さ方向は、第３方向１０３とする。第３方向１０３は、たとえば＜０００１＞方向である。第３方向１０３は、＜０００１＞方向に対してオフ角だけ傾斜した方向であってもよい。第３方向１０３は、炭化珪素の成長方向と同じである。第３方向１０３は、第１主面１に対して垂直であってもよい。炭化珪素単結晶１００の中心軸Ｃは、第３方向１０３に沿って延在している。
　第２主面２は、中央領域２４と、外周領域２５とを有している。中心軸Ｃに対して垂直な方向において、外周領域２５は、中央領域２４の外側にある。外周領域２５は、中央領域２４を取り囲んでいる。中央領域２４は、内側に凹となるように湾曲していてもよい。別の観点から言えば、中央領域２４は、第１主面１に向かって凹むように湾曲していてもよい。外周領域２５は、外側に凸となるように湾曲していてもよい。別の観点から言えば、外周領域２５は、第１主面１の反対側に突出するように湾曲していてもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００の厚み（第４厚みＨ４）は、たとえば１ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。第４厚みＨ４の下限は、特に限定されないが、たとえば５ｍｍ以上であってもよいし、１０ｍｍ以上であってもよい。第４厚みＨ４の上限は、特に限定されないが、たとえば８０ｍｍ以下であってもよいし、６０ｍｍ以下であってもよい。第１主面１と外周面４との境界は、第１境界８１とする。第２主面２と外周面４との境界は、第２境界８２とする。第４厚みＨ４は、第１境界８１から第２境界８２までの距離とする。別の観点から言えば、第４厚みＨ４は、最薄部における炭化珪素単結晶１００の厚みである。
　炭化珪素単結晶１００の厚み方向に垂直であって、かつ第１境界８１と第２境界８２との中間に位置する断面は、中間断面３とする。第３方向１０３において、第１主面１と中間断面３との距離（第３距離Ｈ３）は、第４厚みＨ４の半分である。第１境界８１から第２境界８２に向かって第１境界８１から第２境界８２までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面は、第１断面１１とする。言い換えれば、第３方向１０３において、第１境界８１と第１断面１１との距離（第１距離Ｈ１）は、炭化珪素単結晶１００の厚みの１０％である。第２境界８２から第１境界８１に向かって第１境界８１から第２境界８２までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面は、第２断面１２とする。言い換えれば、第３方向１０３において、第２境界８２と第２断面１２との距離（第２距離Ｈ２）は、炭化珪素単結晶１００の厚みの１０％である。
　図１に示されるように炭化珪素単結晶１００は、複数の貫通螺旋転位７０を有している。複数の貫通螺旋転位７０は、たとえば、第１貫通螺旋転位７１と、第２貫通螺旋転位７２と、第３貫通螺旋転位７３と、第４貫通螺旋転位７４とを有している。第１貫通螺旋転位７１は、たとえば第３方向１０３に沿って延在している。第１貫通螺旋転位７１は、中心軸Ｃに沿って延在していてもよい。第１貫通螺旋転位７１は、第１主面１の中心に位置していてもよい。第１貫通螺旋転位７１は、第１主面１および第２主面２の各々に露出している。第３貫通螺旋転位７３は、第１貫通螺旋転位７１と平行であってもよい。第３貫通螺旋転位７３は、第３方向１０３に沿って延在していてもよい。第３貫通螺旋転位７３は、第１主面１の中心から離間している。第３貫通螺旋転位７３は、第１主面１および第２主面２の各々に露出している。
　図１に示されるように、第２貫通螺旋転位７２は、中心軸Ｃに対して傾斜している。第２貫通螺旋転位７２は、炭化珪素単結晶１００が成長するに従って中心軸Ｃに近づいていく。別の観点から言えば、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて、第２貫通螺旋転位７２は、第３方向１０３に垂直な方向における中心軸Ｃとの距離が小さくなる。第１主面１における第２貫通螺旋転位７２と中心軸Ｃとの距離は、第２主面２における第２貫通螺旋転位７２と中心軸Ｃとの距離よりも大きい。第２貫通螺旋転位７２は、第１主面１および第２主面２の各々に露出している。
　図１に示されるように、第４貫通螺旋転位７４は、中心軸Ｃに対して傾斜している。第４貫通螺旋転位７４は、炭化珪素単結晶１００が成長するに従って中心軸Ｃから遠ざかっていく。別の観点から言えば、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて、第４貫通螺旋転位７４は、第３方向１０３に垂直な方向における中心軸Ｃとの距離が大きくなる。第１主面１における第４貫通螺旋転位７４と中心軸Ｃとの距離は、第２主面２における第２貫通螺旋転位７２と中心軸Ｃとの距離よりも小さい。第４貫通螺旋転位７４は、第１主面１および第２主面２の各々に露出している。第４貫通螺旋転位７４は、外周面４に露出しいてもよい。
　図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。図２に示される断面は、第１主面１と第２主面２との中間に位置する中間断面３である。中間断面３の形状は、略円形である。中間断面３は、第３方向１０３に対して垂直である。中間断面３の直径を第４直径Ｗ４とすると、第４直径Ｗ４は、たとえば１５０ｍｍである。第４直径Ｗ４の下限は、特に限定されないが、たとえば１５０ｍｍ以上であってもよいし、２００ｍｍ以上であってもよい。第４直径Ｗ４の上限は、特に限定されないが、たとえば３００ｍｍ以下であってもよいし、２５０ｍｍ以下であってもよい。
　図２に示されるように、中間断面３は、たとえば、密集領域５５と、非密集領域５６と、環状領域５７と、疎密領域５８とを有している。中間断面３における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、密集領域５５は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位７０の面密度を有する。別の観点から言えば、密集領域５５における貫通螺旋転位７０の面密度は、全体平均面密度の２倍以上である。密集領域５５は、中間断面３の中心５４を含んでいてもよい。
　密集領域５５の面積は、中間断面３の面積の１０％以下である。密集領域５５の面積の上限値は、特に限定されないが、たとえば中間断面３の面積の９％以下であってもよいし、中間断面３の面積の８％以下であってもよい。密集領域５５の面積の下限値は、特に限定されないが、たとえば中間断面３の面積の１％以上であってもよいし、中間断面３の面積の２％以上であってもよい。
　密集領域５５の外形は、円形であってもよい。密集領域５５の外形は、第３円５３とする。第３円５３の直径は、第３直径Ｗ３とする。第３直径Ｗ３の上限は、特に限定されないが、たとえば第４直径Ｗ４の０．３倍以下であってもよいし、０．２５倍以下であってもよい。第３直径Ｗ３の下限は、特に限定されないが、たとえば第４直径Ｗ４の０．１倍以上であってもよいし、０．２倍以上であってもよい。
　非密集領域５６は、密集領域５５の外側にある。非密集領域５６は、密集領域５５を取り囲んでいてもよい。非密集領域５６は、全体平均面密度の２倍未満の貫通螺旋転位７０の面密度を有する。別の観点から言えば、非密集領域５６の面密度は、全体平均面密度の２倍未満である。
　図２に示されるように、環状領域５７は、第１円５１と第２円５２との間にある。第１円５１の直径を第１直径Ｗ１とすると、第１直径Ｗ１は、中間断面３の直径の４０％の直径を有する。第２円５２の直径を第２直径Ｗ２とすると、第２直径Ｗ２は、中間断面３の直径の６０％の直径を有する。第１円５１の中心および第２円５２の中心の各々は、中間断面３の中心と同じである。
　環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値は、全体平均面密度の１．３倍以上である。環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の下限値は、特に限定されないが、全体平均面密度の１．３５倍以上であってもよいし、１．４倍以上であってもよい。環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の上限値は、特に限定されないが、全体平均面密度の１．９倍以下であってもよいし、１．８倍以下であってもよい。
　疎密領域５８は、全体平均面密度の半分より低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する。疎密領域５８は、たとえば密集領域５５の外側に位置している。疎密領域５８は、たとえば第２円５２の外側に位置している。疎密領域５８は、環状領域５７から離間していてもよい。疎密領域５８は、環状領域５７を取り囲んでいてもよい。
　疎密領域５８の面積は、中間断面３の面積の１２％以上であってもよい。疎密領域５８の面積の下限は、特に限定されないが、たとえば中間断面３の面積の２０％以上であってもよいし、中間断面３の面積の２５％以上であってもよいし、中間断面３の面積の３０％以上であってもよいし、中間断面３の面積の３５％以上であってもよい。疎密領域５８の面積の上限は、特に限定されないが、たとえば中間断面３の面積の６０％以下であってもよいし、中間断面３の面積の５０％以下であってもよい。
　図３は、第１断面１１のフォトルミネッセンス画像を示す一部拡大模式図である。本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００は、積層欠陥５を有している。積層欠陥５は、｛０００１｝面に沿って延在していてもよい。積層欠陥５は、第１主面１から延在していてもよい。図３に示されているように、積層欠陥５は、第１断面１１に露出している。第１主面１は、｛０００１｝面に対してオフ方向に傾斜していてもよい。オフ方向は、たとえば第２方向１０２である。第３方向１０３に見て、積層欠陥５は、第２方向１０２に垂直な方向に延在していてもよい。
　第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向である。図３に示されるように、第１方向１０１における積層欠陥５の長さ（第１長さＡ１）は、第２方向１０２における積層欠陥５の長さ（第２長さＡ２）よりも長くてもよい。
　第１断面１１における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。第１断面１１における積層欠陥５の線密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．９／ｃｍ以下であってもよいし、０．８／ｃｍ以下であってもよい。第１断面１１における積層欠陥５の線密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０１／ｃｍ以上であってもよいし、０．１／ｃｍ以上であってもよい。
　図４は、第２断面１２のフォトルミネッセンス画像を示す一部拡大模式図である。図４に示されているように、積層欠陥５は、第２断面１２に露出していてもよい。第２断面１２における積層欠陥５の線密度は、第１断面１１における積層欠陥５の線密度よりも低くてもよい。
　第２断面１２における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。第２断面１２における積層欠陥５の線密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．９／ｃｍ以下であってもよいし、０．８／ｃｍ以下であってもよい。第２断面１２における積層欠陥５の線密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０１／ｃｍ以上であってもよいし、０．１／ｃｍ以上であってもよい。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素基板１０の構成について説明する。
　図５は、本実施形態に係る炭化珪素基板１０の構成を示す断面模式図である。図５に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板１０は、第３主面６１と、第４主面６２と、周縁面６３とを有している。第４主面６２は、第３主面６１と反対側にある。周縁面６３は、第３主面６１および第４主面６２の各々に連なっている。周縁面６３は、たとえば筒状面である。周縁面６３は、炭化珪素基板１０の中心軸Ｃを取り囲んでいる。第３主面６１は、たとえば平面状である。
　第３主面６１は、たとえば｛０００１｝面または｛０００１｝面に対してオフ角だけ傾斜した面である。具体的には、第３主面６１は、（０００１）面または（０００１）面に対してオフ角だけ傾斜した面であってもよいし、第３主面６１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対してオフ角だけ傾斜した面であってもよい。オフ角は、たとえば５°以下であってもよいし、３°以下であってもよい。オフ方向は、たとえば＜１１－２０＞方向であってもよい。
　第３主面６１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って延在している。第１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向である。炭化珪素基板１０の厚さ方向は、第３方向１０３とする。第３方向１０３は、たとえば＜０００１＞方向である。第３方向１０３は、＜０００１＞方向に対してオフ角だけ傾斜した方向であってもよい。第３方向１０３は、炭化珪素の成長方向と同じである。第３方向１０３は、第３主面６１に対して垂直であってもよい。炭化珪素基板１０の中心軸Ｃは、第３方向１０３に沿って延在している。周縁面６３は、中心軸Ｃを取り囲んでいる。第４主面６２は、第３主面６１と平行であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１０の厚み（第５厚みＨ５）は、たとえば１００μｍ以上７００μｍ以下である。第５厚みＨ５の下限は、特に限定されないが、たとえば２００μｍ以上であってもよいし、３００μｍ以上であってもよい。第５厚みＨ５の上限は、特に限定されないが、たとえば６００μｍ以下であってもよいし、５００μｍ以下であってもよい。第５厚みＨ５は、第３方向１０３における第３主面６１と第４主面６２との最長距離とする。
　図５に示されるように炭化珪素基板１０は、複数の貫通螺旋転位７０を有している。複数の貫通螺旋転位７０は、たとえば、第１貫通螺旋転位７１と、第２貫通螺旋転位７２と、第３貫通螺旋転位７３と、第４貫通螺旋転位７４とを有している。第１貫通螺旋転位７１は、たとえば第３方向１０３に沿って延在している。第１貫通螺旋転位７１は、中心軸Ｃに沿って延在していてもよい。第１貫通螺旋転位７１は、第３主面６１の中心に位置していてもよい。第１貫通螺旋転位７１は、第３主面６１および第４主面６２の各々に露出している。第３貫通螺旋転位７３は、第１貫通螺旋転位７１と平行であってもよい。第３貫通螺旋転位７３は、第３方向１０３に沿って延在していてもよい。第３貫通螺旋転位７３は、第３主面６１の中心から離間している。第３貫通螺旋転位７３は、第３主面６１および第４主面６２の各々に露出している。
　図５に示されるように、第２貫通螺旋転位７２は、中心軸Ｃに対して傾斜している。第２貫通螺旋転位７２は、炭化珪素基板１０が成長するに従って中心軸Ｃに近づいていく。別の観点から言えば、第３主面６１から第４主面６２に向かうにつれて、第２貫通螺旋転位７２は、第３方向１０３に垂直な方向における中心軸Ｃとの距離が小さくなる。第３主面６１における第２貫通螺旋転位７２と中心軸Ｃとの距離は、第４主面６２における第２貫通螺旋転位７２と中心軸Ｃとの距離よりも大きい。第２貫通螺旋転位７２は、第３主面６１および第４主面６２の各々に露出している。
　図５に示されるように、第４貫通螺旋転位７４は、中心軸Ｃに対して傾斜している。第４貫通螺旋転位７４は、炭化珪素基板１０が成長するに従って中心軸Ｃから遠ざかっていく。別の観点から言えば、第３主面６１から第４主面６２に向かうにつれて、第４貫通螺旋転位７４は、第３方向１０３に垂直な方向における中心軸Ｃとの距離が大きくなる。第３主面６１における第４貫通螺旋転位７４と中心軸Ｃとの距離は、第４主面６２における第２貫通螺旋転位７２と中心軸Ｃとの距離よりも小さい。第４貫通螺旋転位７４は、第３主面６１および第４主面６２の各々に露出している。第４貫通螺旋転位７４は、周縁面６３に露出しいてもよい。
　図６は、本実施形態に係る炭化珪素基板の第３主面の構成を示す平面模式図である。図６に示されるように、周縁面６３は、オリエンテーションフラット部７と、円弧状部８とを有している。円弧状部８は、オリエンテーションフラット部７に連なっている。図６に示されるように、第３方向１０３に見て、オリエンテーションフラット部７は、第２方向１０２に沿って延在している。
　図６に示されるように、第３主面６１の直径を第４直径Ｗ４とすると、第４直径Ｗ４は、たとえば１５０ｍｍである。第４直径Ｗ４の下限は、特に限定されないが、たとえば１５０ｍｍ以上であってもよいし、２００ｍｍ以上であってもよい。第４直径Ｗ４の上限は、特に限定されないが、たとえば３００ｍｍ以下であってもよいし、２５０ｍｍ以下であってもよい。第３方向１０３に見て、第４直径Ｗ４は、周縁面６３上の異なる２点間の最長直線距離である。
　図６に示されるように、第３主面６１は、たとえば、密集領域５５と、非密集領域５６と、環状領域５７と、疎密領域５８とを有している。第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、密集領域５５は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位７０の面密度を有する。別の観点から言えば、密集領域５５における貫通螺旋転位７０の面密度は、全体平均面密度の２倍以上である。密集領域５５は、第３主面６１の中心５４を含んでいてもよい。
　密集領域５５の面積は、第３主面６１の面積の１０％以下である。密集領域５５の面積の上限値は、特に限定されないが、たとえば第３主面６１の面積の９％以下であってもよいし、第３主面６１の面積の８％以下であってもよい。密集領域５５の面積の下限値は、特に限定されないが、たとえば第３主面６１の面積の１％以上であってもよいし、第３主面６１の面積の２％以上であってもよい。
　密集領域５５の外形は、円形であってもよい。密集領域５５の外形は、第３円５３とする。第３円５３の直径は、第３直径Ｗ３とする。第３直径Ｗ３の上限は、特に限定されないが、たとえば第４直径Ｗ４の０．３倍以下であってもよいし、０．２５倍以下であってもよい。第３直径Ｗ３の下限は、特に限定されないが、たとえば第４直径Ｗ４の０．１倍以上であってもよいし、０．２倍以上であってもよい。
　非密集領域５６は、密集領域５５の外側にある。非密集領域５６は、密集領域５５を取り囲んでいてもよい。非密集領域５６は、全体平均面密度の２倍未満の貫通螺旋転位７０の面密度を有する。別の観点から言えば、非密集領域５６の面密度は、全体平均面密度の２倍未満である。
　図６に示されるように、環状領域５７は、第１円５１と第２円５２との間にある。第１円５１の直径を第１直径Ｗ１とすると、第１直径Ｗ１は、第３主面６１の直径の４０％の直径を有する。第２円５２の直径を第２直径Ｗ２とすると、第２直径Ｗ２は、第３主面６１の直径の６０％の直径を有する。第１円５１の中心および第２円５２の中心の各々は、第３主面６１の中心と同じである。
　環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値は、全体平均面密度の１．３倍以上である。環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の下限値は、特に限定されないが、全体平均面密度の１．３５倍以上であってもよいし、１．４倍以上であってもよい。環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の上限値は、特に限定されないが、全体平均面密度の１．９倍以下であってもよいし、１．８倍以下であってもよい。
　疎密領域５８は、全体平均面密度の半分より低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する。疎密領域５８は、たとえば密集領域５５の外側に位置している。疎密領域５８は、たとえば第２円５２の外側に位置している。疎密領域５８は、環状領域５７から離間していてもよい。疎密領域５８は、環状領域５７を取り囲んでいてもよい。
　疎密領域５８の面積は、第３主面６１の面積の１２％以上であってもよい。疎密領域５８の面積の下限は、特に限定されないが、たとえば第３主面６１の面積の２０％以上であってもよいし、第３主面６１の面積の２５％以上であってもよいし、第３主面６１の面積の３０％以上であってもよいし、第３主面６１の面積の３５％以上であってもよい。疎密領域５８の面積の上限は、特に限定されないが、たとえば第３主面６１の面積の６０％以下であってもよいし、第３主面６１の面積の５０％以下であってもよい。
　図７は、第３主面６１のフォトルミネッセンス画像を示す一部拡大模式図である。本実施形態に係る炭化珪素基板１０は、積層欠陥５を有している。積層欠陥５は、｛０００１｝面に沿って延在していてもよい。図３に示されているように、積層欠陥５は、第３主面６１に露出している。第３主面６１は、｛０００１｝面に対してオフ方向に傾斜していてもよい。オフ方向は、たとえば第２方向１０２である。第３方向１０３に見て、積層欠陥５は、第２方向１０２に垂直な方向に延在していてもよい。
　第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向である。図７に示されるように、第１方向１０１における積層欠陥５の長さ（第１長さＡ１）は、第２方向１０２における積層欠陥５の長さ（第２長さＡ２）よりも長くてもよい。
　第３主面６１における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。第３主面６１における積層欠陥５の線密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．９／ｃｍ以下であってもよいし、０．８／ｃｍ以下であってもよい。第３主面６１における積層欠陥５の線密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０１／ｃｍ以上であってもよいし、０．１／ｃｍ以上であってもよい。積層欠陥５は、第４主面６２に露出していてもよい。第４主面６２における積層欠陥５の線密度は、第３主面６１における積層欠陥５の線密度よりも低くてもよい。
　次に、積層欠陥５の線密度の測定方法について説明する。
　積層欠陥５の測定においては、たとえば株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置（型番：ＰＬＩ－２００）が用いられる。積層欠陥５の被測定領域に対して励起光が照射されると、被測定領域からフォトルミネッセンス光が観測される。励起光源としては、たとえば水銀キセノンランプが使用される。光源からの励起光は、３１３ｎｍのバンドパスフィルターを通過した後、被測定領域に照射される。７５０ｎｍ以上の波長を有するフォトルミネッセンス光が、カメラ等の受光素子に到達する。以上のように、被測定領域のフォトルミネッセンス画像が撮影される。
　積層欠陥５の発光強度は、ポリタイプが４Ｈの炭化珪素領域の発光強度よりも高い。そのため、フォトルミネッセンス画像において、積層欠陥５は、明るい線状の領域として表示される（図３、図４および図７参照）。たとえば被測定面（たとえば、第３主面６１、第１断面１１または第２断面１２）と平行な方向に炭化珪素基板１０を移動させながら、被測定面のフォトルミネッセンス画像が撮影される。フォトルミネッセンス画像の１つの視野の面積は、たとえば２．６ｍｍ×２．６ｍｍである。これにより、被測定面の全領域におけるフォトルミネッセンス画像がマッピングされる。取得されたフォトルミネッセンス画像において積層欠陥５が特定される。積層欠陥５の総長を、被測定面における測定領域の面積で除した値が積層欠陥５の線密度である。ここで、積層欠陥５の長さは、長手方向における積層欠陥５の長さ（第１長さＡ１）である（図７参照）。積層欠陥５が複数ある場合、積層欠陥５の総長とは、複数の積層欠陥５の各々の長さの合計である。
　次に、貫通螺旋転位７０の面密度の測定方法について説明する。
　貫通螺旋転位７０の面密度は、たとえば溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて決定される。具体的には、被測定面（たとえば、第３主面６１、第１断面１１または第２断面１２）が、溶融ＫＯＨによってエッチングされる。これにより、被測定面に露出した貫通螺旋転位７０の付近にある炭化珪素領域がエッチングされ、被測定面にエッチピットが形成される。ＫＯＨ融液の温度は、たとえば５００℃以上５５０℃以下とする。エッチング時間は、５分以上１０分以下とする。
　エッチング後、被測定面におけるエッチピットが、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて観察される。被測定面に形成されたエッチピットの数を、被測定面における測定面積で除した値が、貫通螺旋転位７０の面密度に対応する。観察視野は、たとえば０．０８２ｃｍ×０．０７０ｃｍとする。測定間隔は、たとえば５ｍｍとする。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成について説明する。
　図８は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。図８に示されるように、炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝３０と、第１抵抗ヒータ４１と、第２抵抗ヒータ４２と、第３抵抗ヒータ４３とを主に有している。坩堝３０は、原料収容部３２と、蓋部３１とを有している。蓋部３１は、原料収容部３２上に配置される。
　原料収容部３２は、側壁部３３と、底壁部３５と、中空筒状部３４とを有している。側壁部３３は、環状である。底壁部３５は、側壁部３３に連なっている。中空筒状部３４は、底壁部３５に設けられた貫通孔に配置されている。炭化珪素原料２３は、側壁部３３の内側であってかつ中空筒状部３４の外側の領域において配置される。
　第１抵抗ヒータ４１は、蓋部３１の上方に配置されている。第２抵抗ヒータ４２は、原料収容部３２の側壁部３３を取り囲むように配置されている。第３抵抗ヒータ４３は、原料収容部３２の底壁部３５の下方に配置されている。中空筒状部３４は、第３抵抗ヒータ４３と、蓋部３１との間に配置されている。第３抵抗ヒータ４３からの輻射熱Ｂは、中空筒状部３４の内部を通って、炭化珪素種基板２０の中央付近に達する。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造方法について説明する。
　図８に示されるように、炭化珪素原料２３が原料収容部３２に配置される。炭化珪素原料２３は、たとえば多結晶炭化珪素の粉末である。炭化珪素種基板２０は、たとえば接着剤（図示せず）を用いて蓋部３１に固定される。炭化珪素種基板２０は、成長面２１と、取付面２２とを有している。取付面２２は、成長面２１と反対側にある。成長面２１は、炭化珪素原料２３に対向する。取付面２２は、蓋部３１に対向する。炭化珪素種基板２０の成長面２１の外周部は、炭化珪素原料２３の表面に対向するように配置される。中空筒状部３４は、成長面２１の中央部に対向している。
　炭化珪素種基板２０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素基板である。成長面２１の直径は、たとえば１５０ｍｍである。成長面２１の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。成長面２１は、たとえば｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して５°以下程度のオフ角だけ傾斜した面である。炭化珪素種基板２０は、複数の第５貫通螺旋転位７５を有している。複数の第５貫通螺旋転位７５の各々は、成長面２１に対して垂直な方向に延在していてもよい。以上のように、炭化珪素種基板２０と炭化珪素原料２３とが坩堝３０に配置される。
　図９は、炭化珪素単結晶の製造方法を示す一部断面模式図である。
　まず、坩堝３０の温度が、たとえば２１００℃以上２３００℃以下の温度になるまで加熱される。坩堝３０の温度が上昇している間、坩堝３０内の雰囲気ガスの圧力はたとえば８０ｋＰａ程度に維持される。雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガス、ヘリウムガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスを含んでいる。
　次に、坩堝３０内の雰囲気ガスの圧力が、たとえば１．０ｋＰａまで減圧される。これにより、炭化珪素原料２３が昇華を開始し、昇華した炭化珪素ガスが炭化珪素種基板２０の成長面２１において再結晶化する。炭化珪素種基板２０の成長面上において、炭化珪素単結晶１００が成長し始める。炭化珪素単結晶１００が成長している間、坩堝３０内の圧力は、たとえば０．１ｋＰａ以上３ｋＰａ以下程度に維持される。炭化珪素種基板２０に存在していた複数の第５貫通螺旋転位７５は、炭化珪素単結晶１００に引き継がれて複数の貫通螺旋転位７０となる。複数の貫通螺旋転位７０は、第１貫通螺旋転位７１と、第２貫通螺旋転位７２と、第３貫通螺旋転位７３と、第４貫通螺旋転位７４とを有している。
　本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置においては、中空筒状部３４が設けられている。そのため、第３抵抗ヒータ４３からの輻射熱が成長面の中央部に直接輻射される。その結果、成長面の中央部の温度は、中央部の周囲にある外周部の温度よりも高くなる。従って、成長面の中央部における炭化珪素単結晶１００の成長速度は、成長面の外周部における炭化珪素単結晶１００の成長速度よりも低くなる。結果として、炭化珪素単結晶１００の成長面（最も原料に近い面）の中央部が凹んだ状態で、炭化珪素単結晶１００が成長する（図９参照）。次に、炭化珪素単結晶の中心軸に垂直な平面に沿って、炭化珪素単結晶１００がスライスされる。これにより、複数の炭化珪素基板１０が得られる（図５参照）。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００および炭化珪素基板１０の作用効果について説明する。
　発明者は、積層欠陥５を低減しつつ貫通螺旋転位７０を低減する方策について鋭意検討の結果、以下の知見を得て、本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００、炭化珪素基板１０およびそれらの製造方法を見出した。
　貫通螺旋転位７０は、炭化珪素単結晶１００の成長方向に沿って伸長しやすい。別の観点から言えば、炭化珪素単結晶１００の成長面に対して垂直な方向に伸長しやすい。炭化珪素単結晶１００の結晶成長時において、炭化珪素単結晶１００の成長面の中央領域２４を意図的に凹ませることにより、炭化珪素単結晶１００の成長方向は、炭化珪素単結晶１００の成長面の中央領域２４に向かって傾く。結果として、貫通螺旋転位７０は、炭化珪素単結晶１００の成長面の中央領域２４に向かって伸長する。つまり、貫通螺旋転位７０は、炭化珪素単結晶１００の成長面の中央領域２４に集中する。
　結果として、炭化珪素単結晶１００の成長面（第２主面２）の中央領域２４の周りにある外周領域２５において、貫通螺旋転位７０を低減することができる。従って、貫通螺旋転位７０の面密度が低い炭化珪素単結晶１００の領域の面積を大きくすることができる。また上記方法によれば、構造変換層を用いて、貫通螺旋転位７０を積極的に積層欠陥５に変換する必要がない。そのため、積層欠陥５の線密度が増加することを抑制することができる。従って、炭化珪素単結晶１００を用いて製造する炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素単結晶１００によれば、炭化珪素単結晶１００の厚み方向に垂直であって、かつ第１主面１と第２主面２との中間に位置する断面を中間断面３とし、中間断面３における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、中間断面３は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位７０の面密度を有する密集領域５５を含む。密集領域５５の面積は、中間断面３の面積の１０％以下である。厚み方向において、第１主面１から炭化珪素基板１０の厚みの０．１倍の距離だけ離れた断面を第１断面１１とし、第２主面２から厚みの０．１倍の距離だけ離れた断面を第２断面１２とすると、第１断面１１および第２断面１２の各々における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。これにより、積層欠陥５の線密度が低減されかつ貫通螺旋転位７０が密集領域５５に集中した炭化珪素単結晶１００が得られる。そのため、炭化珪素単結晶１００を用いて製造する炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１０によれば、主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、主面６１は、全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位７０の面密度を有する密集領域５５を含む。密集領域５５の面積は、主面６１の面積の１０％以下である。主面６１における積層欠陥５の線密度は、１／ｃｍ以下である。これにより、積層欠陥５の線密度が低減されかつ貫通螺旋転位７０が密集領域５５に集中した炭化珪素基板１０が得られる。そのため、炭化珪素基板１０を用いて製造する炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができる。
　（サンプル準備）
　サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素単結晶１００を準備した。サンプル１に係る炭化珪素単結晶１００は比較例である。サンプル２に係る炭化珪素単結晶１００は実施例である。サンプル２に係る炭化珪素単結晶１００は、図８に示される製造装置を使用して製造した。サンプル２に係る炭化珪素単結晶１００を製造するための製造装置においては、坩堝の底壁部３５に中空筒状部３４が設けられている。一方、サンプル１に係る炭化珪素単結晶１００は、坩堝の底壁部３５に中空筒状部３４が設けられていない従来の製造装置を使用して作製した。炭化珪素単結晶１００の製造条件は、上述の通りとした。
　（評価方法１）
　株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置（型番：ＰＬＩ－２００）を用いて、サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素単結晶１００の各々の第１断面１１における積層欠陥５の線密度を測定した。第１断面１１と平行な方向に炭化珪素単結晶１００を移動させながら、第１断面１１のフォトルミネッセンス画像を撮影した。同様に、サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素単結晶１００の各々の第２断面１２における積層欠陥５の線密度を測定した。第２断面１２と平行な方向に炭化珪素単結晶１００を移動させながら、第２断面１２のフォトルミネッセンス画像を撮影した。
　取得されたフォトルミネッセンス画像において積層欠陥５を特定した。第１断面１１における積層欠陥５の総長を、第１断面１１の面積で除した値は、第１断面１１における積層欠陥５の線密度とした。同様に、第２断面１２における積層欠陥５の総長を、第２断面１２の面積で除した値は、第２断面１２における積層欠陥５の線密度とした。
　次に、サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素単結晶１００の各々は、ワイヤーソーによって切断された。これにより、サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素基板１０が得られた。第３主面６１と平行な方向に炭化珪素基板１０を移動させながら、第３主面６１のフォトルミネッセンス画像を撮影した。炭化珪素基板１０の第３主面６１における積層欠陥５の総長を、第３主面６１の面積で除した値は、第３主面６１における積層欠陥５の線密度とした。サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素基板１０の各々の第３主面６１のオフ角は４°とした。
　（評価結果１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、サンプル１に係る炭化珪素単結晶１００の第１断面１１および第２断面１２における積層欠陥５の線密度は、それぞれ０．８／ｃｍおよび０．２／ｃｍであった。またサンプル１に係る炭化珪素基板１０をスライスすることによって得られたサンプル１に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における積層欠陥５の線密度は、０．９／ｃｍであった。
　サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第１断面１１および第２断面１２における積層欠陥５の線密度は、それぞれ０．７／ｃｍおよび０．３／ｃｍであった。またサンプル２に係る炭化珪素基板１０をスライスすることによって得られたサンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における積層欠陥５の線密度は、０．６／ｃｍであった。以上の結果より、サンプル１に係る炭化珪素基板１０における積層欠陥５の線密度は、サンプル２に係る炭化珪素基板１０における積層欠陥５の線密度と同程度であることが確認された。
　（評価方法２）
　次に、溶融ＫＯＨ法を用いてサンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度分布を測定した。具体的には、サンプル１およびサンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１は、溶融ＫＯＨによってエッチングされた。炭化珪素基板１０の第３主面６１を溶融ＫＯＨでエッチング後、貫通螺旋転位７０に起因するエッチピットを、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて観察した。エッチピットの観察視野は、０．０８２ｃｍ×０．０７０ｃｍとした。炭化珪素基板１０の第３主面６１は、複数の正方領域に区分された。複数の正方領域の各々のサイズは、５ｍｍ×５ｍｍとした。複数の正方領域の各々においてエッチピットの数を求めた。正方領域におけるエッチピットの数を、エッチピットの観察視野の面積（０．０８２ｃｍ×０．０７０ｃｍ）で割った値を、当該正方領域における貫通螺旋転位７０の面密度とした。全ての正方領域における貫通螺旋転位７０の面密度の合計を、正方領域の数で割った値を、炭化珪素基板１０の第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度とした。
　（評価結果２）
　図１０は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１の複数の正方領域における貫通螺旋転位７０の面密度を示す平面模式図である。第１領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が５２０ｃｍ-2未満の領域である。第２領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が５２０ｃｍ-2以上１０４０ｃｍ-2未満の領域である。第３領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が１０４０ｃｍ-2以上１５６０ｃｍ-2未満の領域である。第４領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が１５６０ｃｍ-2以上２１６０ｃｍ-2未満の領域である。第５領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が２１６０ｃｍ-2以上の領域である。
　サンプル１に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における貫通螺旋転位７０の平均値は、１０４０ｃｍ-2である。第３主面６１の環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値は、１０７０ｃｍ-2である。図１０に示されるように、サンプル１に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１においては、貫通螺旋転位７０は万遍なく分布している。
　図１１は、サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１の複数の正方領域における貫通螺旋転位７０の面密度を示す平面模式図である。第６領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が４１０ｃｍ-2未満の領域である。第７領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が４１０ｃｍ-2以上８２０ｃｍ-2未満の領域である。第８領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が８２０ｃｍ-2以上１２３０ｃｍ-2未満の領域である。第９領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が１２３０ｃｍ-2以上１６４０ｃｍ-2未満の領域である。第１０領域は、貫通螺旋転位７０の面密度が１６４０ｃｍ-2以上の領域である。
　サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における貫通螺旋転位７０の平均値は、８２０ｃｍ-2である。第３主面６１の環状領域５７における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値は、１０８０ｃｍ-2である。図１１に示されるように、サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１の中央付近おいては、貫通螺旋転位７０の面密度の高い領域が集中している。一方、第３主面６１の外周付近おいては、貫通螺旋転位７０の面密度の低い領域が分布している。
　表２は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面積割合を示している。ある領域の面積割合とは、ある領域の合計面積を第３主面６１の全面積で除した値である。第１領域は、第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の半分よりも低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する領域である。第５領域は、第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の２倍よりも高い貫通螺旋転位７０の面密度を有する領域である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３は、サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面積割合を示している。第６領域は、第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の半分よりも低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する領域である。第１０領域は、第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の２倍よりも高い貫通螺旋転位７０の面密度を有する領域である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２と表３とを比較すると、サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第１０領域の面積割合は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０の第５領域の面積割合の４倍以上となっている。つまり、サンプル２に係る炭化珪素基板１０は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０と比較して、第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の２倍よりも高い貫通螺旋転位７０の面密度を有する領域の面積割合が高い。
　一方、サンプル２に係る炭化珪素基板１０の第６領域の面積割合は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０の第１領域の面積割合の２倍以上となっている。つまり、サンプル２に係る炭化珪素基板１０は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０と比較して、第３主面６１における貫通螺旋転位７０の面密度の平均値の半分よりも低い貫通螺旋転位７０の面密度を有する領域の面積割合が高い。つまり、サンプル２に係る炭化珪素基板１０は、サンプル１に係る炭化珪素基板１０と比較して、貫通螺旋転位７０の面密度が低い領域の面積割合を高くすることができる。
　今回開示された実施の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説明ではなくて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　第１主面、２　第２主面、３　中間断面、４　外周面、５　積層欠陥、７　オリエンテーションフラット部、８　円弧状部、１０　炭化珪素基板、１１　第１断面、１２　第２断面、２０　炭化珪素種基板、２１　成長面、２２　取付面、２３　炭化珪素原料、２４　中央領域、２５　外周領域、３０　坩堝、３１　蓋部、３２　原料収容部、３３　側壁部、３４　中空筒状部、３５　底壁部、４１　第１抵抗ヒータ、４２　第２抵抗ヒータ、４３　第３抵抗ヒータ、５１　第１円、５２　第２円、５３　第３円、５４　中心、５５　密集領域、５６　非密集領域、５７　環状領域、５８　疎密領域、６１　第３主面（主面）、６２　第４主面、６３　周縁面、７０　貫通螺旋転位、７１　第１貫通螺旋転位、７２　第２貫通螺旋転位、７３　第３貫通螺旋転位、７４　第４貫通螺旋転位、７５　第５貫通螺旋転位、８１　第１境界、８２　第２境界、１００　炭化珪素単結晶、１０１　第１方向、１０２　第２方向、１０３　第３方向、Ａ１　第１長さ、Ａ２　第２長さ、Ｂ　輻射熱、Ｃ　中心軸、Ｈ１　第１距離、Ｈ２　第２距離、Ｈ３　第３距離、Ｈ４　第４厚み、Ｈ５　第５厚み、Ｗ１　第１直径、Ｗ２　第２直径、Ｗ３　第３直径、Ｗ４　第４直径。

Claims (10)

  1. 　第１主面と、前記第１主面と反対側にある第２主面と、前記第１主面および前記第２主面の各々に連なっている外周面とを備えた炭化珪素単結晶であって、
    　前記炭化珪素単結晶の厚み方向に垂直であって、かつ前記第１主面と前記外周面との第１境界と、前記第２主面と前記外周面との第２境界との中間に位置する断面を中間断面とし、前記中間断面における貫通螺旋転位の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、前記中間断面は、前記全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位の面密度を有する密集領域を含み、
    　前記密集領域の面積は、前記中間断面の面積の１０％以下であり、
    　前記第１境界から前記第２境界に向かって前記第１境界から前記第２境界までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第１断面とし、前記第２境界から前記第１境界に向かって前記第１境界から前記第２境界までの距離の０．１倍の距離だけ離れた断面を第２断面とすると、前記第１断面および前記第２断面の各々における積層欠陥の線密度は、１／ｃｍ以下であり、
    　前記中間断面は、前記全体平均面密度の半分より低い貫通螺旋転位の面密度を有する疎密領域を含み、
    　前記疎密領域の面積は、前記中間断面の面積の１２％以上である、炭化珪素単結晶。
  2. 　前記密集領域は、前記中間断面の中心を含む、請求項１に記載の炭化珪素単結晶。
  3. 　前記疎密領域の面積は、前記中間断面の面積の３０％以上である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶。
  4. 　前記中間断面は、前記中間断面の直径の４０％の直径を有する第１円と、前記中間断面の直径の６０％の直径を有する第２円との間にある環状領域を含み、
    　前記第１円の中心および前記第２円の中心の各々は、前記中間断面の中心と同じであり、
    　前記環状領域における貫通螺旋転位の面密度の平均値は、前記全体平均面密度の１．３倍以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶。
  5. 　前記中間断面の直径は、１５０ｍｍ以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶。
  6. 　主面を備えた炭化珪素基板であって、
    　前記主面における貫通螺旋転位の面密度の平均値を全体平均面密度とすると、前記主面は、前記全体平均面密度の２倍以上の貫通螺旋転位の面密度を有する密集領域を含み、
    　前記密集領域の面積は、前記主面の面積の１０％以下であり、
    　前記主面における積層欠陥の線密度は、１／ｃｍ以下であり、
    　前記主面は、前記全体平均面密度の半分よりも低い貫通螺旋転位の面密度を有する疎密領域を含み、
    　前記疎密領域の面積は、前記主面の面積の１２％以上である、炭化珪素基板。
  7. 　前記密集領域は、前記主面の中心を含む、請求項６に記載の炭化珪素基板。
  8. 　前記疎密領域の面積は、前記主面の面積の３０％以上である、請求項６または請求項７に記載の炭化珪素基板。
  9. 　前記主面は、前記主面の直径の４０％の直径を有する第１円と、前記主面の直径の６０％の直径を有する第２円との間にある環状領域を含み、
    　前記第１円の中心および前記第２円の中心の各々は、前記主面の中心と同じであり、
    　前記環状領域における貫通螺旋転位の面密度の平均値は、前記全体平均面密度の１．３倍以上である、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  10. 　前記主面の直径は、１５０ｍｍ以上である、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
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