炭化珪素単結晶基板およびその製造方法
【課題】エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により、４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単結晶基板上に２Ｈ炭化珪素単結晶が３０μｍ厚以上形成された基板と、その製造方法を提供する。
【解決手段】ルツボ３内でリチウムフラックス中で珪素と炭素の融液１２を形成し、種結晶基板１１として融液１２に浸漬した４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］上に、２Ｈ炭化珪素単結晶のＬＰＥ膜を３０μｍ厚以上成長させる。
【解決手段】ルツボ３内でリチウムフラックス中で珪素と炭素の融液１２を形成し、種結晶基板１１として融液１２に浸漬した４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］上に、２Ｈ炭化珪素単結晶のＬＰＥ膜を３０μｍ厚以上成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光デバイスや電子デバイスの基板材料として好適な、炭化珪素（ＳｉＣ
）単結晶基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶は、熱的および化学的に非常に安定な半導体材料であり、珪
素（Ｓｉ）に比べ、バンドギャップが２〜３倍、熱伝導率が約３倍、絶縁破壊電圧が約１
０倍、飽和電子速度が約２倍大きいという優れた特性を有している。このような優れた特
性から、炭化珪素単結晶はシリコンデバイスの限界を超えるパワーデバイスや、高温で動
作する耐環境デバイスの基板材料としての応用が期待されている。
【０００３】
炭化珪素は多くの結晶多形（ポリタイプ）が存在する。この結晶多形とは化学量論的に
は同じ組成でありながら原子の積層の周期が（Ｃ軸方向にのみ）異なる多くの結晶構造を
取るものである。代表的なポリタイプは２Ｈ，３Ｃ，４Ｈ，６Ｈ，１５Ｒである。Ｈは六
方晶、Ｃは立方晶、Ｒは菱面体構造を表している。数字は積層方向（Ｃ軸方向）の一周期
中に含まれるＳｉ−Ｃ単位層の数を意味する。現在、上市されている炭化珪素単結晶は３
Ｃと４Ｈ，６Ｈであり、なかでも４Ｈ炭化珪素単結晶は、バンドギャップと飽和電子速度
の特性が良いことから、光デバイスや電子デバイスの基板材料として実用化研究の中心的
な材料となっている。
【０００４】
２Ｈ炭化珪素単結晶は、４Ｈ炭化珪素単結晶よりバンドギャップと飽和電子速度の特性
がより良いことが知られている。２Ｈ炭化珪素単結晶の基板材料を得ることができれば、
より高性能な光デバイスや電子デバイスが得られるものである。
【０００５】
炭化珪素単結晶の成長方法としては、気相成長法の昇華法とＣＶＤ法、アチソン法、液
相成長法が知られている。気相成長法には昇華法とＣＶＤ法がある。昇華法は、閉ざされ
た黒鉛坩堝中で炭化珪素粉末を２０００℃以上の高温下で昇華させ、坩堝の低温部に設置
した種結晶基板上に再結晶化させる方法である。現在、上市されている４Ｈと６Ｈ炭化珪
素単結晶基板の多くは、この昇華法で製造されている。しかし、昇華法で成長させた単結
晶にはマイクロパイプ欠陥や積層欠陥の発生、結晶多形ができ易いという問題がある。Ｃ
ＶＤ法は原料をシランガスと炭化水素系ガスで供給するため、原料供給量が少なく厚い膜
が得られない。そのため、光デバイスや電子デバイスの基板材料として要求される、バル
ク単結晶を得ることが難しい。
【０００６】
アチソン法は、容器内に設けられた黒鉛電極の周りに珪砂とコークスを詰めて、黒鉛電
極に通電し２０００℃以上の高温とし、炭化珪素単結晶を得る方法である。アチソン法は
炭化珪素研磨材の製造技術として確立され産業に貢献している。しかし、光デバイスや電
子デバイスの基板材料としては、不純物が多く高純度品が得難いことと、大型の単結晶を
作ることができないという問題がある。
【０００７】
液相成長法は、黒鉛坩堝内で珪素もしくは珪素化合物を融解し、その融液中に黒鉛坩堝
から炭素を溶解させて炭化珪素単結晶を析出させる方法である。しかし、珪素融液中への
炭素の溶解量が小さいため大きな単結晶を得ることが困難であった。
【０００８】
前述した液相成長法の問題点を解決する方法として、珪素と炭素、少なくとも１種の遷
移金属を含む原料を黒鉛坩堝内で加熱溶融して融液を作り、この融液を冷却するか融液に
温度勾配を作り、種結晶基板上に炭化珪素単結晶を生成する方法が、特許文献１から３に
開示されている。特許文献１で得られているのは３Ｃ炭化珪素単結晶、特許文献２で得ら
れているのは６Ｈ炭化珪素単結晶である。融液を冷却する方法を温度降下法、融液に温度
勾配を作る方法を温度勾配法と称している。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２６４７９０号 公報
【特許文献２】特開２００２−３５６３９７号 公報
【特許文献３】特開２００４−２１７３号 公報
【００１０】
高品質の炭化珪素単結晶を安定に、また低コストで製造するには低温で成長させること
が必要である。前述の特許文献１〜３の実施例でも、結晶成長に必要な温度は１４５０℃
以上である。特許文献４には、アルカリ金属［特にリチウム（Ｌｉ）］フラックス中で珪
素と炭素の融液を作って反応させることで、６００℃〜１４００℃と低温で、２Ｈ炭化珪
素単結晶を成長させている。
【００１１】
【特許文献４】国際公開番号ＷＯ ２００６／０７０７４９ Ａ１ 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１と２に記載されている改良レーリー法（昇華法の一例）で得られる種結晶
面と成長結晶の関係は、６Ｈ種結晶のＣ面（０００−１）では４Ｈもしくは６Ｈの成長結
晶、４ＨＣ面種結晶では４Ｈが支配的な成長結晶である。Ｓｉ面（０００１）では４Ｈと
６Ｈの何れも６Ｈの成長結晶であり、１５Ｒがしばしば混在する。これらの関係から、４
Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶上に、２Ｈ炭化珪素単結晶を成長させるこ
とはできていなかった。
【００１３】
【非特許文献１】松波弘之編著「半導体ＳｉＣ技術と応用」日刊工業新聞社刊 ２１ページ
【非特許文献２】応用物理 第７４巻 第２号（２００５） ２２２〜２２３ページ
【００１４】
特許文献４には、６Ｈ−ＳｉＣ結晶基板上もしくは４Ｈ−ＳｉＣ結晶基板上に２Ｈ−Ｓ
ｉＣ単結晶を製造することが好ましいとの記載があるが、６Ｈ−ＳｉＣ（４Ｈ−ＳｉＣ）
結晶基板のどの結晶面に製造するかの詳細な記載がなく、また実施例にも記載はない。特
許文献４の実施例では、種結晶上に２Ｈ−ＳｉＣを成長させたものではなく、Ｌｉフラッ
クス中に珪素と炭素の融液を作って反応させたものである。２Ｈ炭化珪素単結晶基板（膜
）を電子デバイスや光デバイスに用いるには、良質で大面積が要求されるだけでなく厚み
も必要である。種結晶基板上に形成された２Ｈ炭化珪素単結晶膜に電子デバイスを形成す
る場合、少なくとも１０μｍ程度の厚みは必要となってくる。３０μｍ厚以上の２Ｈ炭化
珪素単結晶膜が得られれば、電子デバイス形成後種結晶基板を研磨等で除去した後、電子
デバイスに個片化することで、２Ｈ炭化珪素単結晶基板上に形成された電子デバイスを得
ることができる。そのため、大面積で厚みの厚い２Ｈ炭化珪素単結晶基板を、工業的によ
り効率的でより安定的により低コストで生産できる技術検討が必要である。
【００１５】
本願発明は、より安定的により効率的に、４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単結晶基板上に２
Ｈ炭化珪素単結晶が形成された基板と、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の
Ｃ面［（０００−１）面］に、２Ｈ炭化珪素単結晶が形成されることが好ましい。
【００１７】
リチウムフラックス中に珪素と炭素を溶解した融液に、種結晶基板となる４Ｈもしくは
６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］を浸漬させ、浸漬させた状態を所定の時
間保持した後に温度を降下させる温度降下法で、種結晶のＣ面［（０００−１）面］上に
ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長で、２Ｈ炭化珪素単結晶
を成長させる。融液に温度勾配を作る温度勾配法で、種結晶基板のＣ面［（０００−１）
面］上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させることもできる。
【００１８】
融液の組成はモル比で、リチウム：珪素：炭素＝１．０：０．１〜１．０：０．１〜１
．０とすることができる。炭素の供給形態は黒鉛容器から供給される炭素や純炭素を添加
することができる。また、炭化リチウムの使用やメタンやプロパンガスのような炭化水素
ガスで供給することもできる。
【００１９】
フラックスのリチウムには、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属や
、マグネシウム（Ｍｇ）やカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属を不純物として含ん
でいても良いものである。これら不純物のアルカリ金属やアルカリ土類金属は、フラック
スとして機能するため含有量を特に規定する必要がない。リチウムに含まれる不純物のア
ルカリ金属やアルカリ土類金属を許容することで、安価なリチウムを使用することができ
、製造コストの低減が図れる。３Ｎ以上の純度を有する原料を用いることができる。
【００２０】
また、２Ｈ炭化珪素のＬＰＥ成長時にＮ型やＰ型元素をドープすることができる。２Ｈ
炭化珪素単結晶にドープするドーピング元素をフラックス中に含有させる事で、Ｎ型やＰ
型の２Ｈ炭化珪素単結晶を得ることができる。Ｎ型ドーピング材（元素）としては、窒素
（Ｎ）や燐（Ｐ）、Ｐ型ドーピング材としてはアルミニウム（Ａｌ）やホウ素（Ｂ）を選
択することができる。
【００２１】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の
Ｃ面［（０００−１）面］の傾きが、８度以下であることが好ましい。
【００２２】
ジャスト（０００−１）面であることが好ましいが、（０００−１）面より８度以下の
オフアングル面であれば、ジャスト面と同等の物理特性を持つ２Ｈ炭化珪素単結晶が得ら
れる。８度以下のオフアングル面まで使用できるため、種単結晶基板の加工が容易となり
、製造コストの低減が図れる。
【００２３】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、２Ｈ炭化珪素単結晶が液相中でエピタキシャル成長
したＬＰＥ膜であることが好ましい。
【００２４】
リチウムフラックス中に珪素と炭素を溶解した融液中に、４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単
結晶の種単結晶基板を浸漬させた状態で、所定時間保持した後温度を下げるか温度勾配を
設けて、種単結晶基板上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させる。融液中で種単結晶基
板の位置や保持角度を一定とするため、種結晶基板保持治具を用いていることが好ましい
。種結晶基板の位置が不安定であると、温度勾配法で所定の温度差に制御できないため、
ＬＰＥ膜の成長速度等にばらつきが発生する危険性がある。種結晶基板のＣ面が坩堝の底
面と接触するような事になると、２Ｈ炭化珪素単結晶のＬＰＥ成長が阻害されることが考
えられる。
【００２５】
種結晶基板保持治具は、融液と接触しているので、溶融リチウムに対し耐蝕性を有する
必要がある。タングステン（Ｗ）やタングステン基合金、モリブデン（Ｍｏ）基合金、炭
化珪素セラミックで製作することが好ましい。
【００２６】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、２Ｈ炭化珪素単結晶の厚み（ＬＰＥ膜厚）が３０μ
ｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
２Ｈ炭化珪素単結晶の厚み（ＬＰＥ膜厚）が３０μｍ以上あると、電子デバイスや光デ
バイスを２Ｈ炭化珪素単結晶基板面に形成した後、種結晶基板部を研磨等で除去した後、
電子デバイスに個片化することで、２Ｈ炭化珪素単結晶のみで形成された基板上に、電子
デバイスや光デバイスを設けることができ、高性能化が期待できる。電子デバイスや光デ
バイス等を形成する間には、フォトリソ工程や製膜工程、ミリング工程等で、基板搬送や
治具への着脱など、数多く基板を取扱うものである。これら取扱い時に、基板が破損しな
いように、種結晶基板の除去は後工程に行うのが好ましい。
【００２８】
本願発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法は、リチウムと珪素、炭素の原料を秤量する
工程、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の種結晶基板を作製する工程、秤
量した原料と種結晶基板を坩堝に入れ、坩堝を密封容器に密封する工程、密封容器を加熱
しリチウムフラックス中で珪素と炭素の融液を作製する工程、種結晶基板のＣ面［（００
０−１）面］に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させる工程、密封容器冷却後炭化珪素単
結晶基板取り出す工程を有することが好ましい。
【００２９】
リチウムフラックス中で珪素と炭素の融液を作製する工程は、不活性ガス雰囲気のグロ
ーブボックス内で、種結晶基板保持治具に種結晶基板のＣ面が接触しない様に保持して坩
堝に入れる。次に、リチウムと珪素、炭素を秤量して坩堝に入れる。坩堝は、更に耐熱を
有する密封容器に入れ密封する。グローブボックスから密封容器を取り出し、電気炉を用
い加熱して融液を作る。加熱温度はリチウムの沸点（１３４７℃）以下とし、好ましくは
７００℃〜１０００℃である。電気炉で密封容器中の坩堝が加熱されると、リチウムが融
解してリチウムフラックスが形成され、次いでリチウムフラックス中に珪素と炭素が溶解
して、珪素と炭素の融液を得る。
【００３０】
４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の種結晶基板を作製する工程は、２Ｈ
炭化珪素単結晶（膜）がＬＰＥ成長する種結晶基板の面を、Ｃ面［（０００−１）面］か
ら８度以下の面となる様に加工するものである。
【００３１】
種結晶基板のＣ面に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させる工程は、種結晶基板を融液
に浸漬させて保持する工程、融液の温度を下げて２Ｈ炭化珪素単結晶を析出成長させる（
温度降下法）、もしくは融液に高温領域と低温領域を作り２Ｈ炭化珪素単結晶を析出成長
させる（温度勾配法）工程からなる。種結晶基板のＣ面と融液との接触時間は１〜１００
時間、好ましくは１０〜５０時間である。
【００３２】
温度降下法で、種結晶基板のＣ面上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させるには、融
液温７００〜１０００℃で１〜１００時間保持した後、時間当たり０．１〜１００℃／Ｈ
ｒの一定速度で融液温を低下させる。６００〜８００℃まで融液温が下がったところで、
結晶成長を終了させる。その後、室温まで自然冷却して種結晶基板のＣ面に２Ｈ炭化珪素
単結晶が形成された炭化珪素単結晶基板を得る。成長初期段階で融液中の炭化珪素の過飽
和度を大きくして、種結晶基板が熔融するメルトバック現象を抑制するため、温度降下開
始時の融液温度の低下速度を大きくし、その後一定速度で融液温度を低下させるスーパー
冷却法（２段冷却法）を採用することもできる。
【００３３】
温度勾配法で、種結晶基板のＣ面上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させるには、高
温領域の融液温度を８００℃以上とし、低温領域の融液温度を７００℃以上とし、高温領
域と低温領域の温度差を１０〜５００℃とする。坩堝の底部を高温領域に種結晶基板が融
液に接触する上部を低温領域とすることで、低温領域にある種結晶基板のＣ面に２Ｈ炭化
珪素単結晶を形成することができる。その後、室温まで自然冷却して種結晶基板のＣ面に
２Ｈ炭化珪素単結晶が形成された炭化珪素単結晶基板を得る。
【００３４】
冷却後炭化珪素単結晶基板取り出す工程は、密封容器を室温まで冷却した後電気炉から
密封容器を取り出し、次に密封容器から坩堝を取り出して、エタノールや水で残留リチウ
ム等を除去し、坩堝から２Ｈ炭化珪素単結晶が形成された種結晶基板とその他の珪素と炭
素の混合生成物を取り出す工程と、これら種結晶基板と混合生成物を塩酸で処理する工程
、Ｘ線回折装置等で生成された結晶を測定する工程を含むものである。
【発明の効果】
【００３５】
種結晶基板となる４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］に、２
Ｈ炭化珪素単結晶を低温度で３０μｍ以上の厚みでＬＰＥ成長させることができ、工業的
により効率的でより安定的により低コストで生産できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下本願発明を、図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１に、用いた炭化珪素単結晶成長装置の概要で、抵抗加熱式の電気炉１５にステンレ
ス製の密封容器１４を設置した状態を示す。電気炉内で密封容器内の融液を加熱、保温、
冷却を行い炭化珪素単結晶を成長させた。
【００３８】
アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、リチウム：珪素：炭素＝０．１６３：
０．０７５：０．１２４のモル比で秤量し、総量約４．７２（ｇ）をタングステン製の坩
堝１３に詰め、ステンレス製の密封容器１４の内底面に配した。純度９９．９％以上のリ
チウムと珪素、炭素を用いた。種結晶基板１１は、約１５ｍｍ×約１０ｍｍ×約０．４ｍ
ｍ厚の大きさの６Ｈ炭化珪素単結晶で、種結晶基板保持治具１６に取り付けた。融液と接
する面がＣ面［（０００−１）面］のジャスト面とした。
【００３９】
密封された密封容器１４をグローブボックスより取り出し、電気炉１５内に密封容器１
４を設置した。電気炉１５の温度を上げ坩堝１２を９００℃としリチウムを融解させてリ
チウムフラックス作製した。リチウムフラックス中に珪素と炭素を熔解させるため９００
℃で２時間保持し珪素と炭素の融液を得た後、７００℃まで１０℃／時間の速度で融液の
温度を下げ、６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］に２Ｈ炭化珪素単結晶を成
長させた。７００℃から室温までは炉冷した。
【００４０】
室温迄冷却された密封容器１４を開け、坩堝１３を取り出した後エタノールと水を用い
て残留リチウムの除去処理を行い、坩堝から２Ｈ炭化珪素単結晶が形成された種結晶基板
とその他の珪素と炭素の混合生成物を取り出し、塩酸処理を行い炭化珪素単結晶基板を得
た。
【００４１】
得られた炭化珪素単結晶基板の評価結果を、図２から図４に示す。図２は基板の断面と
表面のＳＥＭ写真、図３に基板のＸ線回折結果、図４に基板以外の混合生成物のＸ線回折
結果を示す。
【００４２】
図２ａ）は、種結晶基板（６Ｈ炭化珪素単結晶）のＣ面側の断面部のＳＥＭ写真である
。図２ａ）の写真で、下向きの矢印領域が種結晶基板の６Ｈ炭化珪素単結晶で、上向きと
左向きの矢印で囲まれる領域が本実施例で得られた、約３３μｍ厚の２Ｈ炭化珪素単結晶
ＬＰＥ膜である。上向きと右向きの矢印で囲まれる領域は、２Ｈ炭化珪素単結晶ＬＰＥ膜
ではなく雑晶となっている。図２ｂ）は表面部のＳＥＭ写真である。図２ａ）と図２ｂ）
から、種結晶基板のＣ面側の一部分ではあるが、ＬＰＥ成長した２Ｈ炭化珪素単結晶の薄
膜が形成されていることが確認できた。該部分をＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓ
ｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｔｒｏｓｃｏｐｙ）で分析した結果（データは省略）、
珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）から形成されていることが確認できた。
【００４３】
図３は、ＬＰＥ成長薄膜のＸ線回折結果である。用いた単結晶Ｘ線回折装置は、リガク
製Ｒ−ＡＸＩＳ ＲＡＰＩＤ２（２はローマ数字）である。種結晶基板の６Ｈ炭化珪素単
結晶の回折ピークは３５．７２４°で、ＬＰＥ薄膜の回折ピークは３５．６４３°と異な
った位置にあることが判る。
【００４４】
図４は、基板以外の混合生成物を、ω／２θでスキャンしたＸ線回折結果である。用い
た粉末Ｘ線回折装置は、リガク製ＲＩＮＴ２０００である。図４に示すように、強い２Ｈ
炭化珪素単結晶の回折ピークデータと、弱い３Ｃ炭化珪素単結晶の回折ピークデータが得
られた。
【００４５】
図２から図４に示した結果から、種結晶基板である６Ｈ炭化珪素単結晶基板のＣ面に形
成されたＬＰＥ成長薄膜は、２Ｈ炭化珪素単結晶であると確認できた。
【実施例２】
【００４６】
本実施例は、融液の原料配合比と種結晶基板、炉内温度以外は実施例１と同じである。
アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、リチウム：珪素：炭素＝０．１４０：０
．０６０：０．０８０のモル比で秤量し、総量約３．６２（ｇ）をタングステン製の坩堝
１３に詰め、ステンレス製の密封容器１４の内底面に配した。純度９９．９％以上のリチ
ウムと珪素、炭素を用いた。種結晶基板１１は、約１５ｍｍ×約１０ｍｍ×約０．４ｍｍ
厚の大きさの４Ｈ炭化珪素単結晶で、種結晶基板保持治具に取り付けた。融液と接する面
がＣ面［（０００−１）面］のジャスト面とした。
【００４７】
密封容器１４を電気炉１５内に設置し、電気炉１５の温度を上げ坩堝１３を９２５℃に
加熱して、リチウムを融解させリチウムフラックスを作製した。リチウムフラックス中に
珪素と炭素を熔解させるため９２５℃で２時間保持し珪素と炭素の融液を得た。９２５℃
から９００℃までは１０℃／時間の速度で融液の温度を下げ、９００℃から７５０℃まで
は３℃／時間の速度で融液の温度を下げた後、７００℃から室温までは炉冷した。
【００４８】
得られた炭化珪素単結晶基板の評価結果を、図５に示す。図５ａ）は種結晶基板（４Ｈ
炭化珪素単結晶）のＣ面側の断面部を４５度の角度から観察したＳＥＭ写真である。図５
ａ）の写真で、下向きの矢印領域が種結晶基板の４Ｈ炭化珪素単結晶で、上向きの矢印領
域が本実施例で得られた約３３μｍ厚の２Ｈ炭化珪素単結晶である。図５ｂ）は表面部の
ＳＥＭ写真である。実施例１と同様に、ＬＰＥ成長薄膜が形成されていることが判る。デ
ータは省略するが、Ｘ線回折結果からＬＰＥ成長薄膜は２Ｈ炭化珪素単結晶であることが
確認できた。
【実施例３】
【００４９】
本実施例は、種結晶基板のＣ面が８度のオフアングル面である以外は、実施例２と同じ
である。データは省略するが、種結晶基板のＣ面から８度のオフアングル面上に形成され
た、約５０μｍ厚のＬＰＥ成長薄膜は２Ｈ炭化珪素単結晶であることが確認できた。
【実施例４】
【００５０】
本実施例は、種結晶基板のＣ面角度と融液の原料配合比、炉内温度の冷却速度を変えた
ものである。アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、リチウム：珪素：炭素＝０
．３５：０．２０：０．２０のモル比で秤量し、総量約１０．４（ｇ）をタングステン製
の坩堝１３に詰め、ステンレス製の密封容器１４の内底面に配した。純度９９．９％以上
のリチウムと珪素、炭素を用いた。種結晶基板１１は、約１５ｍｍ×約１０ｍｍ×約０．
４ｍｍ厚の大きさの４Ｈ炭化珪素単結晶で、種結晶基板保持治具に取り付けた。融液と接
する面がＣ面［（０００−１）面］のジャスト面とした。密封容器１４を電気炉１５内に
設置し、電気炉１５の温度を上げ坩堝１３を９２５℃に加熱して、リチウムを融解させリ
チウムフラックスを作製した。リチウムフラックス中に珪素と炭素を熔解させるため９２
５℃で２時間保持し珪素と炭素の融液を得た。９２５℃から９００℃までは５℃／時間の
速度で融液の温度を下げ、９００℃から７５０℃までは３℃／時間の速度で融液の温度を
下げた後、７００℃から室温までは炉冷した。データは省略するが、種結晶基板のＣ面上
に形成された、約７０μｍ厚のＬＰＥ成長薄膜は２Ｈ炭化珪素単結晶であることが確認で
きた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】密封容器を電気炉に設置した状態を示す概念図である。
【図２】実施例１で形成した基板の断面と表面のＳＥＭ写真である。
【図３】実施例１で形成した基板ＬＰＥ成長薄膜のＸ線回折結果である。
【図４】実施例１で形成した基板以外の混合生成物を、ω／２θでスキャンしたＸ線回折結果である。
【図５】実施例２で形成した基板の断面と表面のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ 種結晶基板、１２ 融液、
１３ 坩堝、１４ 密封容器、
１５ 電気炉、１６ 種結晶基板保持治具。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光デバイスや電子デバイスの基板材料として好適な、炭化珪素（ＳｉＣ
）単結晶基板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶は、熱的および化学的に非常に安定な半導体材料であり、珪
素（Ｓｉ）に比べ、バンドギャップが２〜３倍、熱伝導率が約３倍、絶縁破壊電圧が約１
０倍、飽和電子速度が約２倍大きいという優れた特性を有している。このような優れた特
性から、炭化珪素単結晶はシリコンデバイスの限界を超えるパワーデバイスや、高温で動
作する耐環境デバイスの基板材料としての応用が期待されている。
【０００３】
炭化珪素は多くの結晶多形（ポリタイプ）が存在する。この結晶多形とは化学量論的に
は同じ組成でありながら原子の積層の周期が（Ｃ軸方向にのみ）異なる多くの結晶構造を
取るものである。代表的なポリタイプは２Ｈ，３Ｃ，４Ｈ，６Ｈ，１５Ｒである。Ｈは六
方晶、Ｃは立方晶、Ｒは菱面体構造を表している。数字は積層方向（Ｃ軸方向）の一周期
中に含まれるＳｉ−Ｃ単位層の数を意味する。現在、上市されている炭化珪素単結晶は３
Ｃと４Ｈ，６Ｈであり、なかでも４Ｈ炭化珪素単結晶は、バンドギャップと飽和電子速度
の特性が良いことから、光デバイスや電子デバイスの基板材料として実用化研究の中心的
な材料となっている。
【０００４】
２Ｈ炭化珪素単結晶は、４Ｈ炭化珪素単結晶よりバンドギャップと飽和電子速度の特性
がより良いことが知られている。２Ｈ炭化珪素単結晶の基板材料を得ることができれば、
より高性能な光デバイスや電子デバイスが得られるものである。
【０００５】
炭化珪素単結晶の成長方法としては、気相成長法の昇華法とＣＶＤ法、アチソン法、液
相成長法が知られている。気相成長法には昇華法とＣＶＤ法がある。昇華法は、閉ざされ
た黒鉛坩堝中で炭化珪素粉末を２０００℃以上の高温下で昇華させ、坩堝の低温部に設置
した種結晶基板上に再結晶化させる方法である。現在、上市されている４Ｈと６Ｈ炭化珪
素単結晶基板の多くは、この昇華法で製造されている。しかし、昇華法で成長させた単結
晶にはマイクロパイプ欠陥や積層欠陥の発生、結晶多形ができ易いという問題がある。Ｃ
ＶＤ法は原料をシランガスと炭化水素系ガスで供給するため、原料供給量が少なく厚い膜
が得られない。そのため、光デバイスや電子デバイスの基板材料として要求される、バル
ク単結晶を得ることが難しい。
【０００６】
アチソン法は、容器内に設けられた黒鉛電極の周りに珪砂とコークスを詰めて、黒鉛電
極に通電し２０００℃以上の高温とし、炭化珪素単結晶を得る方法である。アチソン法は
炭化珪素研磨材の製造技術として確立され産業に貢献している。しかし、光デバイスや電
子デバイスの基板材料としては、不純物が多く高純度品が得難いことと、大型の単結晶を
作ることができないという問題がある。
【０００７】
液相成長法は、黒鉛坩堝内で珪素もしくは珪素化合物を融解し、その融液中に黒鉛坩堝
から炭素を溶解させて炭化珪素単結晶を析出させる方法である。しかし、珪素融液中への
炭素の溶解量が小さいため大きな単結晶を得ることが困難であった。
【０００８】
前述した液相成長法の問題点を解決する方法として、珪素と炭素、少なくとも１種の遷
移金属を含む原料を黒鉛坩堝内で加熱溶融して融液を作り、この融液を冷却するか融液に
温度勾配を作り、種結晶基板上に炭化珪素単結晶を生成する方法が、特許文献１から３に
開示されている。特許文献１で得られているのは３Ｃ炭化珪素単結晶、特許文献２で得ら
れているのは６Ｈ炭化珪素単結晶である。融液を冷却する方法を温度降下法、融液に温度
勾配を作る方法を温度勾配法と称している。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２６４７９０号 公報
【特許文献２】特開２００２−３５６３９７号 公報
【特許文献３】特開２００４−２１７３号 公報
【００１０】
高品質の炭化珪素単結晶を安定に、また低コストで製造するには低温で成長させること
が必要である。前述の特許文献１〜３の実施例でも、結晶成長に必要な温度は１４５０℃
以上である。特許文献４には、アルカリ金属［特にリチウム（Ｌｉ）］フラックス中で珪
素と炭素の融液を作って反応させることで、６００℃〜１４００℃と低温で、２Ｈ炭化珪
素単結晶を成長させている。
【００１１】
【特許文献４】国際公開番号ＷＯ ２００６／０７０７４９ Ａ１ 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
非特許文献１と２に記載されている改良レーリー法（昇華法の一例）で得られる種結晶
面と成長結晶の関係は、６Ｈ種結晶のＣ面（０００−１）では４Ｈもしくは６Ｈの成長結
晶、４ＨＣ面種結晶では４Ｈが支配的な成長結晶である。Ｓｉ面（０００１）では４Ｈと
６Ｈの何れも６Ｈの成長結晶であり、１５Ｒがしばしば混在する。これらの関係から、４
Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶上に、２Ｈ炭化珪素単結晶を成長させるこ
とはできていなかった。
【００１３】
【非特許文献１】松波弘之編著「半導体ＳｉＣ技術と応用」日刊工業新聞社刊 ２１ページ
【非特許文献２】応用物理 第７４巻 第２号（２００５） ２２２〜２２３ページ
【００１４】
特許文献４には、６Ｈ−ＳｉＣ結晶基板上もしくは４Ｈ−ＳｉＣ結晶基板上に２Ｈ−Ｓ
ｉＣ単結晶を製造することが好ましいとの記載があるが、６Ｈ−ＳｉＣ（４Ｈ−ＳｉＣ）
結晶基板のどの結晶面に製造するかの詳細な記載がなく、また実施例にも記載はない。特
許文献４の実施例では、種結晶上に２Ｈ−ＳｉＣを成長させたものではなく、Ｌｉフラッ
クス中に珪素と炭素の融液を作って反応させたものである。２Ｈ炭化珪素単結晶基板（膜
）を電子デバイスや光デバイスに用いるには、良質で大面積が要求されるだけでなく厚み
も必要である。種結晶基板上に形成された２Ｈ炭化珪素単結晶膜に電子デバイスを形成す
る場合、少なくとも１０μｍ程度の厚みは必要となってくる。３０μｍ厚以上の２Ｈ炭化
珪素単結晶膜が得られれば、電子デバイス形成後種結晶基板を研磨等で除去した後、電子
デバイスに個片化することで、２Ｈ炭化珪素単結晶基板上に形成された電子デバイスを得
ることができる。そのため、大面積で厚みの厚い２Ｈ炭化珪素単結晶基板を、工業的によ
り効率的でより安定的により低コストで生産できる技術検討が必要である。
【００１５】
本願発明は、より安定的により効率的に、４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単結晶基板上に２
Ｈ炭化珪素単結晶が形成された基板と、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の
Ｃ面［（０００−１）面］に、２Ｈ炭化珪素単結晶が形成されることが好ましい。
【００１７】
リチウムフラックス中に珪素と炭素を溶解した融液に、種結晶基板となる４Ｈもしくは
６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］を浸漬させ、浸漬させた状態を所定の時
間保持した後に温度を降下させる温度降下法で、種結晶のＣ面［（０００−１）面］上に
ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長で、２Ｈ炭化珪素単結晶
を成長させる。融液に温度勾配を作る温度勾配法で、種結晶基板のＣ面［（０００−１）
面］上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させることもできる。
【００１８】
融液の組成はモル比で、リチウム：珪素：炭素＝１．０：０．１〜１．０：０．１〜１
．０とすることができる。炭素の供給形態は黒鉛容器から供給される炭素や純炭素を添加
することができる。また、炭化リチウムの使用やメタンやプロパンガスのような炭化水素
ガスで供給することもできる。
【００１９】
フラックスのリチウムには、ナトリウム（Ｎａ）やカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属や
、マグネシウム（Ｍｇ）やカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属を不純物として含ん
でいても良いものである。これら不純物のアルカリ金属やアルカリ土類金属は、フラック
スとして機能するため含有量を特に規定する必要がない。リチウムに含まれる不純物のア
ルカリ金属やアルカリ土類金属を許容することで、安価なリチウムを使用することができ
、製造コストの低減が図れる。３Ｎ以上の純度を有する原料を用いることができる。
【００２０】
また、２Ｈ炭化珪素のＬＰＥ成長時にＮ型やＰ型元素をドープすることができる。２Ｈ
炭化珪素単結晶にドープするドーピング元素をフラックス中に含有させる事で、Ｎ型やＰ
型の２Ｈ炭化珪素単結晶を得ることができる。Ｎ型ドーピング材（元素）としては、窒素
（Ｎ）や燐（Ｐ）、Ｐ型ドーピング材としてはアルミニウム（Ａｌ）やホウ素（Ｂ）を選
択することができる。
【００２１】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の
Ｃ面［（０００−１）面］の傾きが、８度以下であることが好ましい。
【００２２】
ジャスト（０００−１）面であることが好ましいが、（０００−１）面より８度以下の
オフアングル面であれば、ジャスト面と同等の物理特性を持つ２Ｈ炭化珪素単結晶が得ら
れる。８度以下のオフアングル面まで使用できるため、種単結晶基板の加工が容易となり
、製造コストの低減が図れる。
【００２３】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、２Ｈ炭化珪素単結晶が液相中でエピタキシャル成長
したＬＰＥ膜であることが好ましい。
【００２４】
リチウムフラックス中に珪素と炭素を溶解した融液中に、４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単
結晶の種単結晶基板を浸漬させた状態で、所定時間保持した後温度を下げるか温度勾配を
設けて、種単結晶基板上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させる。融液中で種単結晶基
板の位置や保持角度を一定とするため、種結晶基板保持治具を用いていることが好ましい
。種結晶基板の位置が不安定であると、温度勾配法で所定の温度差に制御できないため、
ＬＰＥ膜の成長速度等にばらつきが発生する危険性がある。種結晶基板のＣ面が坩堝の底
面と接触するような事になると、２Ｈ炭化珪素単結晶のＬＰＥ成長が阻害されることが考
えられる。
【００２５】
種結晶基板保持治具は、融液と接触しているので、溶融リチウムに対し耐蝕性を有する
必要がある。タングステン（Ｗ）やタングステン基合金、モリブデン（Ｍｏ）基合金、炭
化珪素セラミックで製作することが好ましい。
【００２６】
本願発明の炭化珪素単結晶基板は、２Ｈ炭化珪素単結晶の厚み（ＬＰＥ膜厚）が３０μ
ｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
２Ｈ炭化珪素単結晶の厚み（ＬＰＥ膜厚）が３０μｍ以上あると、電子デバイスや光デ
バイスを２Ｈ炭化珪素単結晶基板面に形成した後、種結晶基板部を研磨等で除去した後、
電子デバイスに個片化することで、２Ｈ炭化珪素単結晶のみで形成された基板上に、電子
デバイスや光デバイスを設けることができ、高性能化が期待できる。電子デバイスや光デ
バイス等を形成する間には、フォトリソ工程や製膜工程、ミリング工程等で、基板搬送や
治具への着脱など、数多く基板を取扱うものである。これら取扱い時に、基板が破損しな
いように、種結晶基板の除去は後工程に行うのが好ましい。
【００２８】
本願発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法は、リチウムと珪素、炭素の原料を秤量する
工程、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の種結晶基板を作製する工程、秤
量した原料と種結晶基板を坩堝に入れ、坩堝を密封容器に密封する工程、密封容器を加熱
しリチウムフラックス中で珪素と炭素の融液を作製する工程、種結晶基板のＣ面［（００
０−１）面］に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させる工程、密封容器冷却後炭化珪素単
結晶基板取り出す工程を有することが好ましい。
【００２９】
リチウムフラックス中で珪素と炭素の融液を作製する工程は、不活性ガス雰囲気のグロ
ーブボックス内で、種結晶基板保持治具に種結晶基板のＣ面が接触しない様に保持して坩
堝に入れる。次に、リチウムと珪素、炭素を秤量して坩堝に入れる。坩堝は、更に耐熱を
有する密封容器に入れ密封する。グローブボックスから密封容器を取り出し、電気炉を用
い加熱して融液を作る。加熱温度はリチウムの沸点（１３４７℃）以下とし、好ましくは
７００℃〜１０００℃である。電気炉で密封容器中の坩堝が加熱されると、リチウムが融
解してリチウムフラックスが形成され、次いでリチウムフラックス中に珪素と炭素が溶解
して、珪素と炭素の融液を得る。
【００３０】
４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶の種結晶基板を作製する工程は、２Ｈ
炭化珪素単結晶（膜）がＬＰＥ成長する種結晶基板の面を、Ｃ面［（０００−１）面］か
ら８度以下の面となる様に加工するものである。
【００３１】
種結晶基板のＣ面に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させる工程は、種結晶基板を融液
に浸漬させて保持する工程、融液の温度を下げて２Ｈ炭化珪素単結晶を析出成長させる（
温度降下法）、もしくは融液に高温領域と低温領域を作り２Ｈ炭化珪素単結晶を析出成長
させる（温度勾配法）工程からなる。種結晶基板のＣ面と融液との接触時間は１〜１００
時間、好ましくは１０〜５０時間である。
【００３２】
温度降下法で、種結晶基板のＣ面上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させるには、融
液温７００〜１０００℃で１〜１００時間保持した後、時間当たり０．１〜１００℃／Ｈ
ｒの一定速度で融液温を低下させる。６００〜８００℃まで融液温が下がったところで、
結晶成長を終了させる。その後、室温まで自然冷却して種結晶基板のＣ面に２Ｈ炭化珪素
単結晶が形成された炭化珪素単結晶基板を得る。成長初期段階で融液中の炭化珪素の過飽
和度を大きくして、種結晶基板が熔融するメルトバック現象を抑制するため、温度降下開
始時の融液温度の低下速度を大きくし、その後一定速度で融液温度を低下させるスーパー
冷却法（２段冷却法）を採用することもできる。
【００３３】
温度勾配法で、種結晶基板のＣ面上に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成長させるには、高
温領域の融液温度を８００℃以上とし、低温領域の融液温度を７００℃以上とし、高温領
域と低温領域の温度差を１０〜５００℃とする。坩堝の底部を高温領域に種結晶基板が融
液に接触する上部を低温領域とすることで、低温領域にある種結晶基板のＣ面に２Ｈ炭化
珪素単結晶を形成することができる。その後、室温まで自然冷却して種結晶基板のＣ面に
２Ｈ炭化珪素単結晶が形成された炭化珪素単結晶基板を得る。
【００３４】
冷却後炭化珪素単結晶基板取り出す工程は、密封容器を室温まで冷却した後電気炉から
密封容器を取り出し、次に密封容器から坩堝を取り出して、エタノールや水で残留リチウ
ム等を除去し、坩堝から２Ｈ炭化珪素単結晶が形成された種結晶基板とその他の珪素と炭
素の混合生成物を取り出す工程と、これら種結晶基板と混合生成物を塩酸で処理する工程
、Ｘ線回折装置等で生成された結晶を測定する工程を含むものである。
【発明の効果】
【００３５】
種結晶基板となる４Ｈもしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］に、２
Ｈ炭化珪素単結晶を低温度で３０μｍ以上の厚みでＬＰＥ成長させることができ、工業的
により効率的でより安定的により低コストで生産できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下本願発明を、図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１に、用いた炭化珪素単結晶成長装置の概要で、抵抗加熱式の電気炉１５にステンレ
ス製の密封容器１４を設置した状態を示す。電気炉内で密封容器内の融液を加熱、保温、
冷却を行い炭化珪素単結晶を成長させた。
【００３８】
アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、リチウム：珪素：炭素＝０．１６３：
０．０７５：０．１２４のモル比で秤量し、総量約４．７２（ｇ）をタングステン製の坩
堝１３に詰め、ステンレス製の密封容器１４の内底面に配した。純度９９．９％以上のリ
チウムと珪素、炭素を用いた。種結晶基板１１は、約１５ｍｍ×約１０ｍｍ×約０．４ｍ
ｍ厚の大きさの６Ｈ炭化珪素単結晶で、種結晶基板保持治具１６に取り付けた。融液と接
する面がＣ面［（０００−１）面］のジャスト面とした。
【００３９】
密封された密封容器１４をグローブボックスより取り出し、電気炉１５内に密封容器１
４を設置した。電気炉１５の温度を上げ坩堝１２を９００℃としリチウムを融解させてリ
チウムフラックス作製した。リチウムフラックス中に珪素と炭素を熔解させるため９００
℃で２時間保持し珪素と炭素の融液を得た後、７００℃まで１０℃／時間の速度で融液の
温度を下げ、６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］に２Ｈ炭化珪素単結晶を成
長させた。７００℃から室温までは炉冷した。
【００４０】
室温迄冷却された密封容器１４を開け、坩堝１３を取り出した後エタノールと水を用い
て残留リチウムの除去処理を行い、坩堝から２Ｈ炭化珪素単結晶が形成された種結晶基板
とその他の珪素と炭素の混合生成物を取り出し、塩酸処理を行い炭化珪素単結晶基板を得
た。
【００４１】
得られた炭化珪素単結晶基板の評価結果を、図２から図４に示す。図２は基板の断面と
表面のＳＥＭ写真、図３に基板のＸ線回折結果、図４に基板以外の混合生成物のＸ線回折
結果を示す。
【００４２】
図２ａ）は、種結晶基板（６Ｈ炭化珪素単結晶）のＣ面側の断面部のＳＥＭ写真である
。図２ａ）の写真で、下向きの矢印領域が種結晶基板の６Ｈ炭化珪素単結晶で、上向きと
左向きの矢印で囲まれる領域が本実施例で得られた、約３３μｍ厚の２Ｈ炭化珪素単結晶
ＬＰＥ膜である。上向きと右向きの矢印で囲まれる領域は、２Ｈ炭化珪素単結晶ＬＰＥ膜
ではなく雑晶となっている。図２ｂ）は表面部のＳＥＭ写真である。図２ａ）と図２ｂ）
から、種結晶基板のＣ面側の一部分ではあるが、ＬＰＥ成長した２Ｈ炭化珪素単結晶の薄
膜が形成されていることが確認できた。該部分をＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓ
ｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｔｒｏｓｃｏｐｙ）で分析した結果（データは省略）、
珪素（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）から形成されていることが確認できた。
【００４３】
図３は、ＬＰＥ成長薄膜のＸ線回折結果である。用いた単結晶Ｘ線回折装置は、リガク
製Ｒ−ＡＸＩＳ ＲＡＰＩＤ２（２はローマ数字）である。種結晶基板の６Ｈ炭化珪素単
結晶の回折ピークは３５．７２４°で、ＬＰＥ薄膜の回折ピークは３５．６４３°と異な
った位置にあることが判る。
【００４４】
図４は、基板以外の混合生成物を、ω／２θでスキャンしたＸ線回折結果である。用い
た粉末Ｘ線回折装置は、リガク製ＲＩＮＴ２０００である。図４に示すように、強い２Ｈ
炭化珪素単結晶の回折ピークデータと、弱い３Ｃ炭化珪素単結晶の回折ピークデータが得
られた。
【００４５】
図２から図４に示した結果から、種結晶基板である６Ｈ炭化珪素単結晶基板のＣ面に形
成されたＬＰＥ成長薄膜は、２Ｈ炭化珪素単結晶であると確認できた。
【実施例２】
【００４６】
本実施例は、融液の原料配合比と種結晶基板、炉内温度以外は実施例１と同じである。
アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、リチウム：珪素：炭素＝０．１４０：０
．０６０：０．０８０のモル比で秤量し、総量約３．６２（ｇ）をタングステン製の坩堝
１３に詰め、ステンレス製の密封容器１４の内底面に配した。純度９９．９％以上のリチ
ウムと珪素、炭素を用いた。種結晶基板１１は、約１５ｍｍ×約１０ｍｍ×約０．４ｍｍ
厚の大きさの４Ｈ炭化珪素単結晶で、種結晶基板保持治具に取り付けた。融液と接する面
がＣ面［（０００−１）面］のジャスト面とした。
【００４７】
密封容器１４を電気炉１５内に設置し、電気炉１５の温度を上げ坩堝１３を９２５℃に
加熱して、リチウムを融解させリチウムフラックスを作製した。リチウムフラックス中に
珪素と炭素を熔解させるため９２５℃で２時間保持し珪素と炭素の融液を得た。９２５℃
から９００℃までは１０℃／時間の速度で融液の温度を下げ、９００℃から７５０℃まで
は３℃／時間の速度で融液の温度を下げた後、７００℃から室温までは炉冷した。
【００４８】
得られた炭化珪素単結晶基板の評価結果を、図５に示す。図５ａ）は種結晶基板（４Ｈ
炭化珪素単結晶）のＣ面側の断面部を４５度の角度から観察したＳＥＭ写真である。図５
ａ）の写真で、下向きの矢印領域が種結晶基板の４Ｈ炭化珪素単結晶で、上向きの矢印領
域が本実施例で得られた約３３μｍ厚の２Ｈ炭化珪素単結晶である。図５ｂ）は表面部の
ＳＥＭ写真である。実施例１と同様に、ＬＰＥ成長薄膜が形成されていることが判る。デ
ータは省略するが、Ｘ線回折結果からＬＰＥ成長薄膜は２Ｈ炭化珪素単結晶であることが
確認できた。
【実施例３】
【００４９】
本実施例は、種結晶基板のＣ面が８度のオフアングル面である以外は、実施例２と同じ
である。データは省略するが、種結晶基板のＣ面から８度のオフアングル面上に形成され
た、約５０μｍ厚のＬＰＥ成長薄膜は２Ｈ炭化珪素単結晶であることが確認できた。
【実施例４】
【００５０】
本実施例は、種結晶基板のＣ面角度と融液の原料配合比、炉内温度の冷却速度を変えた
ものである。アルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内で、リチウム：珪素：炭素＝０
．３５：０．２０：０．２０のモル比で秤量し、総量約１０．４（ｇ）をタングステン製
の坩堝１３に詰め、ステンレス製の密封容器１４の内底面に配した。純度９９．９％以上
のリチウムと珪素、炭素を用いた。種結晶基板１１は、約１５ｍｍ×約１０ｍｍ×約０．
４ｍｍ厚の大きさの４Ｈ炭化珪素単結晶で、種結晶基板保持治具に取り付けた。融液と接
する面がＣ面［（０００−１）面］のジャスト面とした。密封容器１４を電気炉１５内に
設置し、電気炉１５の温度を上げ坩堝１３を９２５℃に加熱して、リチウムを融解させリ
チウムフラックスを作製した。リチウムフラックス中に珪素と炭素を熔解させるため９２
５℃で２時間保持し珪素と炭素の融液を得た。９２５℃から９００℃までは５℃／時間の
速度で融液の温度を下げ、９００℃から７５０℃までは３℃／時間の速度で融液の温度を
下げた後、７００℃から室温までは炉冷した。データは省略するが、種結晶基板のＣ面上
に形成された、約７０μｍ厚のＬＰＥ成長薄膜は２Ｈ炭化珪素単結晶であることが確認で
きた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】密封容器を電気炉に設置した状態を示す概念図である。
【図２】実施例１で形成した基板の断面と表面のＳＥＭ写真である。
【図３】実施例１で形成した基板ＬＰＥ成長薄膜のＸ線回折結果である。
【図４】実施例１で形成した基板以外の混合生成物を、ω／２θでスキャンしたＸ線回折結果である。
【図５】実施例２で形成した基板の断面と表面のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００５２】
１１ 種結晶基板、１２ 融液、
１３ 坩堝、１４ 密封容器、
１５ 電気炉、１６ 種結晶基板保持治具。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］に、２Ｈ
炭化珪素単結晶が形成されたことを特徴とする炭化珪素単結晶基板。
【請求項２】
４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］の傾きが
、８度以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板。
【請求項３】
２Ｈ炭化珪素単結晶が液相中でエピタキシャル成長したＬＰＥ膜であることを特徴とす
る請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板。
【請求項４】
２Ｈ炭化珪素単結晶の厚み（ＬＰＥ膜厚）が３０μｍ以上であることを特徴とする請求
項１もしくは３に記載の炭化珪素単結晶基板。
【請求項５】
リチウムと珪素、炭素の原料を秤量する工程、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪
素単結晶の種結晶基板を作製する工程、秤量した原料と種結晶基板を坩堝に入れ、坩堝を
密封容器に密封する工程、密封容器を加熱しリチウムフラックス中で珪素と炭素の融液を
作製する工程、種結晶基板のＣ面［（０００−１）面］に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成
長させる工程、密封容器冷却後炭化珪素単結晶基板取り出す工程を有することを特徴とす
る炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【請求項１】
４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］に、２Ｈ
炭化珪素単結晶が形成されたことを特徴とする炭化珪素単結晶基板。
【請求項２】
４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪素単結晶のＣ面［（０００−１）面］の傾きが
、８度以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板。
【請求項３】
２Ｈ炭化珪素単結晶が液相中でエピタキシャル成長したＬＰＥ膜であることを特徴とす
る請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板。
【請求項４】
２Ｈ炭化珪素単結晶の厚み（ＬＰＥ膜厚）が３０μｍ以上であることを特徴とする請求
項１もしくは３に記載の炭化珪素単結晶基板。
【請求項５】
リチウムと珪素、炭素の原料を秤量する工程、４Ｈ炭化珪素単結晶もしくは６Ｈ炭化珪
素単結晶の種結晶基板を作製する工程、秤量した原料と種結晶基板を坩堝に入れ、坩堝を
密封容器に密封する工程、密封容器を加熱しリチウムフラックス中で珪素と炭素の融液を
作製する工程、種結晶基板のＣ面［（０００−１）面］に２Ｈ炭化珪素単結晶をＬＰＥ成
長させる工程、密封容器冷却後炭化珪素単結晶基板取り出す工程を有することを特徴とす
る炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２３９３７１（Ｐ２００８−２３９３７１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７９５００（Ｐ２００７−７９５００）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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