ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイス
【課題】異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ、大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハを提供すること。
【解決手段】ａ面成長を繰り返して｛０００１｝面口径の大きいＳｉＣ単結晶を製造する場合において、成長面の総面積（Ｓ2）に対するＳｉ面側ファセット領域の面積（Ｓ1）の割合Ｓfcaet（＝Ｓ1×１００／Ｓ2）が２０％以下に維持されるように、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる。
【解決手段】ａ面成長を繰り返して｛０００１｝面口径の大きいＳｉＣ単結晶を製造する場合において、成長面の総面積（Ｓ2）に対するＳｉ面側ファセット領域の面積（Ｓ1）の割合Ｓfcaet（＝Ｓ1×１００／Ｓ2）が２０％以下に維持されるように、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイスに関し、さらに詳しくは、異方位結晶塊又は異種多形結晶塊の少ないＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ及び半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、六方晶系の結晶構造を持つ高温型（α型）と、立方晶系の結晶構造を持つ低温型（β型）が知られている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて、耐熱性が高いだけでなく、広いバンドギャップを持ち、絶縁破壊電界強度が大きいという特徴がある。そのため、ＳｉＣ単結晶からなる半導体は、Ｓｉ半導体に代わる次世代パワーデバイスの候補材料として期待されている。特に、α型ＳｉＣは、β型ＳｉＣよりバンドギャップが広いので、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として注目されている。
【０００３】
α型ＳｉＣは、その主要な結晶面として｛０００１｝面（以下、これを「ｃ面」ともいう）と、｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ｍ面）及び｛１１−２０｝面（狭義のａ面）とを有している。なお、本発明において「ａ面」というときは、広義のａ面、すなわち「ｍ面と狭義のａ面の総称」を表し、ｍ面と狭義のａ面とを区別する必要があるときは、それぞれ「｛１−１００｝面」又は「｛１１−２０｝面」という。
従来より、α型ＳｉＣ単結晶を得る方法として、ｃ面成長法が知られている。ここで、「ｃ面成長法」とは、ｃ面又はｃ面に対するオフセット角が所定の範囲にある面を成長面として露出させたＳｉＣ単結晶を種結晶に用いて、昇華再析出法などの方法により成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる方法をいう。
【０００４】
しかしながら、ｃ面成長法により得られる単結晶中には、＜０００１＞方向に平行な方向にマイクロパイプ欠陥（直径数μｍ〜１００μｍ程度の管状の空隙）やｃ軸貫通型螺旋転位（以下、単に「螺旋転位」という）などの欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
高性能なＳｉＣパワーデバイスを実現するためには、ＳｉＣ半導体に生じるリーク電流を低減することが必須条件である。ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥、螺旋転位などの欠陥は、このリーク電流を増大させる原因と考えられている。
【０００５】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、ｃ面からの傾きが約６０°〜約１２０°である面（例えば、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面など）を成長面として露出する種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法（以下、このような成長方法を「ａ面成長法」という）が開示されている。
同文献には、
（１）ｃ面から約６０〜１２０°傾いている結晶面上にＳｉＣを成長させると、その結晶面上に原子積層の配列が現れているため、元の種結晶と同じ種類の多形構造を持つ結晶が容易に成長する点、
（２）このような方法を用いた場合、螺旋転位は発生しない点、及び、
（３）種結晶がｃ面に滑り面を有する転位を含む場合、この転位は、成長結晶に引き継がれる点、
が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、｛１０−１０｝面を成長面とする種結晶を用いてＳｉＣを成長させ、次いで、得られた単結晶から｛０００１｝ウェハを取り出し、このウェハを種結晶に用いてＳｉＣを成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
同文献には、このような方法により、
（１）マイクロパイプ欠陥の少ないＳｉＣ単結晶が得られる点、及び、
（２）アチソン結晶に比べて十分大きな｛０００１｝ウェハが得られるので、これを種結晶として用いることにより、容易に大型の結晶を成長させることができる点、
が記載されている。
【０００７】
また、特許文献３、４には、互いに直交する方向に複数回のａ面成長を行った後、最後にｃ面成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法が開示されている。
同文献には、
（１）ａ面成長の繰り返し回数が多くなるほど、成長結晶中の転位密度が指数関数的に減少する点、
（２）ａ面成長においては、積層欠陥の発生が避けられない点、及び、
（３）最後にｃ面成長を行うと、マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位が発生しないだけでなく、積層欠陥がほとんど存在しないＳｉＣ単結晶が得られる点、
が記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献５には、昇華再析出法において、種結晶としてＳｉＣ単結晶の（０００１）基底面に垂直な面から（０００−１）Ｃ面方向に５〜３０度オフ角を付けた結晶面を使用するＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
同文献には、
（１）（０００−１）Ｃ面方向にオフした面を使用すると、（０００１）Ｓｉ面方向にオフした面を使用した場合に比べて、結晶方位の異なる結晶は発生しにくい点、
（２）（０００−１）Ｃ面方向にオフした面を使用すると、（０００１）基底面に垂直な無極性な面に比べて、このようなグレイン発生が少ない点、及び、
（３）（０００−１）Ｃ面方向へのオフ角が大きくなりすぎると、多形の存在が起こりやすくなる上、結晶欠陥が多数発生する点、
が記載されている。
【０００９】
ａ面成長法は、螺旋転位密度の低いＳｉＣ単結晶が得られるという利点がある。しかしながら、ａ面成長法は、ｃ面にほぼ平行な高密度の積層欠陥が生成しやすいという問題がある。ＳｉＣ単結晶中に積層欠陥が発生すると、積層欠陥を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため、このような積層欠陥を高密度に有するＳｉＣ単結晶は、パワーデバイス用の半導体として使用することができない。
【００１０】
一方、ａ面成長を少なくとも１回以上行った後、ｃ面成長を行うと、螺旋転位及び積層欠陥をほとんど持たないＳｉＣ単結晶を作製できると考えられている。
ａ面成長とｃ面成長とを組み合わせた方法を用いて大口径の｛０００１｝面基板を作製するには、｛１１−２０｝面成長方向、及びこの面から９０°傾いた｛１−１００｝面成長方向のそれぞれ両方に長尺化させた結晶を成長させる必要がある。しかしながら、｛１１−２０｝面成長や｛１−１００｝面成長においては、成長面に異方位結晶や異種多形結晶が形成されることがしばしばあった。
【００１１】
この問題を解決するために、特許文献５に記載されているように、基底面に垂直な面から（０００−１）Ｃ面方向に５〜３０度オフ角を付けた結晶面を使用することも提案されている。しかしながら、オフ角が小さくなると、異方位結晶の発生を十分に抑制することはできない。一方、オフ角を大きくすると、種結晶のＣ面側の端より外側に成長する異種多形層が結晶の成長に伴い成長結晶中に拡大するため、最終的に｛０００１｝面基板を切り出す際の歩留まりが低下し、大口径基板を切り出すのが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０５−２６２５９９号公報
【特許文献２】特開平０８−１４３３９６号公報
【特許文献３】特開２００３−１１９０９７号公報
【特許文献４】特開２００３−３２１２９８号公報
【特許文献５】特開平０７−２６７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ、大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ及び半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2 ・・・（Ａ）
但し、
Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
【００１５】
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、本発明に係るａ面成長法により得られ、外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないことを要旨とする。
また、本発明に係るＳｉＣウェハは、本発明に係るＳｉＣ単結晶から切り出され、最も広い面が｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面からなることを要旨とする。
さらに、本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るＳｉＣ単結晶又はＳｉＣウェハを用いて製造されたものからなる。
【発明の効果】
【００１６】
ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合、成長面上には、｛１−１００｝面ファセット、Ｓｉ面側極性面ステップ、及びＣ面側極性面ステップで構成される領域（ファセット領域）が形成される。
また、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合において、｛１−１００｝面からのオフセット角が所定の範囲にある結晶面を成長面とするときには、成長結晶の表面のほぼ中央部にファセット領域が生成する。一方、｛１１−２０｝面からのオフセット角が所定の範囲にある結晶面を成長面とするときには、成長結晶の表面の両端にファセット領域が生成する。この場合、異種多形結晶や異方位結晶は、主としてファセット領域の内、Ｓｉ面側極性面ステップがある領域（Ｓｉ面側ファセット領域）から発生しやすい。
そのため、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程を２回以上繰り返すと、異方位結晶や異種多形結晶が少なく、しかも大口径のａ面成長結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＳｉＣを｛１−１００｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、右側面図の部分拡大図（右下）である。
【図２】ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、｛１１−２０｝面選択成長法の概念図（右下）である。
【００１８】
【図３】＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図４】＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図５】＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図６】＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図７】｛１１−２０｝面選択成長法の一種である成長結晶残存法を説明するための工程図である。
【００１９】
【図８】ｃ軸方向に非対称成長するように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【図９】Ｓｉ面寄り側の温度を低くする方法（図９（ａ））、成長結晶表面の一部分のＳｉＣガス濃度を選択的に高くする方法（図９（ｂ））、及び、｛１−１００｝面を平坦成長させる方法（図９（ｃ））を説明するための概念図である。
【図１０】非対称種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【図１１】種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【図１２】｛１−１００｝面を平坦成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【００２０】
【図１３】｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、及び斜視図（右上）、並びに、ｒとＬの関係を表す模式図（右下）である。
【図１４】｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【図１５】窒素ドープ量低減成長法を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【００２１】
【図１６】本発明に係るａ面成長法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（図１６（ａ））、正面図（図１６（ｂ））、及び斜視図（図１６（ｃ））である。
【図１７】ａ面成長させたＳｉＣ単結晶中に生成した｛１−１００｝面ファセット痕（図１７（ａ）、（ｂ））、及びＳｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕（縞状ファセット痕）（図１７（ｃ）、（ｄ））の模式図である。
【図１８】Ｓｉ面側ファセット領域の面積率と成長面内に占める異方位結晶や異種多形の面積率との関係を示す図である。
【図１９】種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【図２０】ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及びダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【図２１】ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及び、ダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 用語の定義］
［１．１． ａ面成長］
「成長面」とは、ＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させるための種結晶の面をいう。
「ａ面成長」とは、｛１１−２０｝面又は｛１−１００｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
「｛１１−２０｝面成長（又は、＜１１−２０＞成長）」とは、｛１１−２０｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
「｛１−１００｝面成長（又は、＜１−１００＞成長）」とは、｛１−１００｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
「成長方向」とは、ＳｉＣ単結晶のマクロな成長方向を表し、通常は、ＳｉＣ種結晶の底面又はこれを固定する種結晶台座に対して垂直な方向をいう。
【００２３】
［１．２． オフセット角］
「｛０００１｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルと、｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角をいう。
「｛１１−２０｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面上に投影したベクトルｂと、｛０００１｝面内にある＜１１−２０＞軸の内、ベクトルｂとなす角が最も小さくなる＜１１−２０＞軸とのなす角をいう。この場合、「正のオフセット角」とは、その＜１１−２０＞軸を基準として、ベクトルｂが時計周り方向にある場合をいう。
「｛１−１００｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面上に投影したベクトルｂ'と、｛０００１｝面内にある＜１−１００＞軸の内、ベクトルｂ'となす角が最も小さくなる＜１−１００＞軸とのなす角をいう。この場合、「正のオフセット角」とは、その＜１−１００＞軸を基準として、ベクトルｂ'が時計周り方向にある場合をいう。
【００２４】
［１．３． ファセット領域］
図１に、ＳｉＣを｛１−１００｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、右側面図の部分拡大図（右下）を示す。
α型ＳｉＣ単結晶には、｛０００１｝面（ｃ面）に代表される極性面と、｛１１−２０｝面や｛１−１００｝面などの非極性面とが存在する。｛０００１｝面は、（０００−１）面で表される炭素原子を露出した面（Ｃ面）と、（０００１）面で表されるシリコン原子を露出した面（Ｓｉ面）に分けられる。｛１１−２０｝面や｛１−１００｝面は、炭素原子とシリコン原子の両方を露出している。
【００２５】
ＳｉＣをａ面成長させると、表面エネルギーが最も小さい｛１−１００｝面ファセットが成長結晶の表面に現れる。｛１−１００｝面ファセットは、＜１−１００＞軸に対してほぼ垂直となる表面に現れる。
例えば、ＳｉＣを｛１−１００｝面成長させる場合、｛１−１００｝面ファセットは、図１に示すように、成長結晶の表面のほぼ中央に現れる。一方、ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる場合、｛１−１００｝面ファセットは、図２に示すように、成長結晶の表面の両端（＜１１−２０＞軸に対して３０°傾いた方向）に現れる。
【００２６】
また、成長結晶の表面は、通常、曲面状となる。これは、成長結晶の表面が曲面状の等温面に沿おうとするためである。一方、｛１−１００｝面ファセットは平面であるため、＜１−１００＞軸に対してほぼ垂直な位置にある曲面状の表面のすべてを｛１−１００｝面ファセットで覆うことができない。また、ａ面成長ではｃ面成長のようにファセット面内方向にステップが広がりながら成長が進行するスパイラル成長ではなく、ファセット内の各点においてファセットに垂直方向にステップが伸展する成長様式のため、｛１−１００｝面ファセット内には、｛０００１｝面ファセットと異なり段差が生じやすい。そのため、ａ面成長時の成長結晶の曲面状の表面には、＜０００１＞方向の曲面に倣うように並んだ複数個の平坦な｛１−１００｝面ファセットに加えて、｛１−１００｝面ファセット間に、｛０００１｝面に対して平行な極性面ステップを生じることが多い。
極性面ステップの法線ベクトルは、＜０００１＞軸に対して完全に平行とは限らず、＜１−１００＞軸方向に傾いている場合が多いと考えられる。｛１−１００｝面ファセット間に形成される極性面ステップは、成長結晶の表面の頂点にある｛１−１００｝面ファセットからＣ面側方向とＳｉ面側方向とで、ステップの向きが反対になっている。
【００２７】
「Ｃ面側極性面ステップ」とは、｛１−１００｝面ファセット間に形成された極性面ステップの内、Ｃ面側に傾いた面（すなわち、法線ベクトルが［０００−１］方向成分を有する面）を持つステップをいう。
「Ｓｉ面側極性面ステップ」とは、｛１−１００｝面ファセット間に形成された極性面ステップの内、Ｓｉ面側に傾いた面（すなわち、法線ベクトルが［０００１］方向成分を有する面）を持つステップをいう。
「ファセット領域」とは、｛１−１００｝面ファセットと、Ｃ面側極性面ステップと、Ｓｉ面側極性面ステップとを含む領域をいう。
「Ｓｉ面側ファセット領域」とは、ファセット領域の内、Ｓｉ面側極性面ステップと、Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットとを含む領域をいう。
【００２８】
［２． ＳｉＣ単結晶の製造方法（１）］
本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えている。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上〜１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2 ・・・（Ａ）
但し、
Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
【００２９】
［２．１． ａ面成長工程］
本実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。２回目以降のａ面成長工程においては、直前のａ面成長工程で得られた成長結晶から切り出された種結晶が用いられる。
第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）で用いられる第ｋ種結晶は、それぞれ、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ。第ｋ成長面の｛０００１｝面からのオフセット角が８０°未満である場合、及び、１００°を超える場合のいずれも、最終的に｛０００１｝面基板を切り出す際の歩留まりが低下する。第ｋ成長面の｛０００１｝面からのオフセット角は、さらに好ましくは、８５°超〜９５°未満である。
【００３０】
第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）の成長方向は、後述するＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが所定の範囲内に維持される限りにおいて、第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して４５°以上１３５°以下の範囲にあれば良い。
異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶を得るためには、第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）の成長方向は、
（１）｛１１−２０｝面成長を行った第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向（｛１１−２０｝面選択成長法）、又は、
（２）｛１１−２０｝面成長又は｛１−１００｝面成長を行った第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向（｛１１−２０｝面及び｛１−１００｝面交互成長法。以下、単に「交互成長法」ともいう。）
が好ましい。
【００３１】
［２．２． Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacet］
ＳｉＣ単結晶をａ面成長させると、成長結晶中に異方位結晶や異種多形結晶が形成されることがしばしばあった。本発明者らが数多くの成長実験を重ね、発生箇所の統計をとった結果、異方位結晶や異種多形結晶が発生する箇所は、殆どの場合、図１に示すようにファセット領域内であることがわかった。また、ファセット領域内の中でも、特にＳｉ面側ファセット領域に多いことも明らかにした。図１のような｛１−１００｝面成長では、通常、成長面の形状が制御されていないため、Ｓｉ面側ファセット領域は、３０〜４０％の広い面積率を占める。その場合、異方位結晶や異種多形結晶の発生確率は、大幅に高くなり、図１８に示すように、成長面内に占める面積率も大きく上昇する。異方位結晶や異種多形結晶が一度発生すると、これらは成長の進行とともに、通常、最大でＳｉ面側ファセット領域の大きさまで拡大することがあるので、特に大口径のａ面成長基板を作製する際に、大きな問題となっていた。
【００３２】
異方位結晶や異種多形結晶がファセット領域内に発生する詳細な原因は明らかではないが、以下のことが挙げられる。
すなわち、図１に示すように、ＳｉＣをａ面成長させると、成長結晶の表面には極性面ステップを含むファセット領域が形成される。このように極性面ステップが生じると、結晶の主な成長面が＜１１−２０＞方向又は＜１−１００＞方向であっても、極性面ステップにおいては、＜０００１＞方向の成長成分が生じると考えられる。成長途中の結晶表面が｛０００１｝面に垂直である場合、結晶多形の層を結晶表面に露出しながら成長するため、異種多形は発生しにくい。
しかし、ａ面成長においては、成長途中の結晶表面に＜０００１＞方向の成長成分が生じても、結晶表面には、＜０００１＞方向に結晶の多形を伝達するステップ供給源である＜０００１＞方向螺旋転位が存在しない。そのため、極性面ステップ上に異種多形が生じ、異方位結晶として粗大化すると考えられる。
さらに、ＳｉＣ単結晶の成長において、Ｓｉ面を露出した種結晶上には、４Ｈ多形のＳｉＣが成長しにくいと言われている。Ｓｉ面側ファセット領域に異方位結晶や異種多形結晶の発生が多いのは、このことと関連していると考えられる。
【００３３】
本発明において、第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）においては、それぞれ、上述した（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、第ｋ成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度や、図１８に示すように、その大きさを著しく低減することができる。また、歩留まりが向上するため、得られた成長結晶から大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことができる。
異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度や拡大の程度は、Ｓfacetが大きい程、大きくなるので、発生頻度を低減し、拡大を防ぐためには、Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetは、小さいほど良い。Ｓfacetは、さらに好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下である。
【００３４】
異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を歩留まりを下げずに作製するには、ａ面から＜０００１＞軸方向に大きなオフ角を付けずに、異方位結晶や異種多形結晶の発生領域となるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetを小さく維持しながら、少なくとも異なる２方向で成長させ、２次元的な拡大を行わなければならない。
このような低いＳfacet値を達成する方法としては、
（１）ファセット領域自体の形成面積を縮小することで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積を小さくする方法、
（２）ファセット領域に占めるＳｉ面側ファセット領域の割合を小さくする方法、
などがある。具体的手段としては、以下のような方法が有効である。
【００３５】
［３． ａ面成長法の具体例（１）：｛１１−２０｝面選択成長法］
［３．１． 概要］
異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製するための第１の具体例は、｛１１−２０｝面選択成長法である。
｛１１−２０｝面選択成長法とは、｛１１−２０｝面を基準として、約６０°又は約１２０°異なる方向にａ面成長を繰り返す方法をいう。
すなわち、｛１１−２０｝面選択成長法とは、
前記第１ａ面成長工程は、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である前記第１成長面を持つ前記第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
このような成長を繰り返すことで、｛０００１｝面内方向の長さがより大きな第ｋ種結晶を順次作製していき、大口径化を行う。
【００３６】
図２に、ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、｛１１−２０｝面選択成長法の概念図（右下）を示す。
ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させると、図２左下図に示すように、ファセット領域は、成長結晶の表面の両端（すなわち、＜１１−２０＞軸に対して３０°傾いた方向）に現れる。しかも、ファセット領域自体の形成面積は、｛１−１００｝面成長の場合に比べて大幅に縮小する。その結果、Ｓｉ面側ファセット領域の面積もこれに応じて縮小し、Ｓfacetを２０％以下に維持して成長できる。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、成長結晶の端部に形成されるので、成長結晶の中央部に異方位結晶や異種多形結晶が生成する確率は極めて低い。さらに、通常、種結晶に比べて成長結晶は、拡大して成長することが多いが、｛１１−２０｝面成長では成長結晶の拡大部分にファセット領域が形成される場合が多い。その場合、種結晶直上の成長結晶中での異方位結晶や異種多形結晶をほぼ完全に抑制できる。
そのため、図２の右下図に示すように、｛１１−２０｝面成長を選択的に繰り返すと、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を確実に作製することができる。
【００３７】
［３．２． オフセット角θk］
第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）において、第ｋ成長面の｛１１−２０｝面からのオフセット角θkは、それぞれ、−１５°≦θk≦１５°であれば良い。θkの絶対値が１５°を超えると、成長方向が＜１−１００＞方向に近づくために、ファセット領域の形成面積が拡大する。また、これによって成長結晶の中心部に異方位結晶や異種多形結晶が発生する確率が高くなる。
【００３８】
オフセット角θkは、ゼロでも良い。しかしながら、｛１１−２０｝面選択成長法は、交互成長法に比べて、所定の｛０００１｝面口径を有するａ面成長基板を製造するために要する繰り返し回数が多くなる。従って、各オフセット角θkは、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板が得られるように、最適な角度を選択するのが好ましい。そのためには、第ｋ成長面のオフセット角θk及び第（ｋ＋１）成長面のオフセット角θk+1（１≦ｋ≦ｎ−１）は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向とするのが好ましい。θkとθk+1を僅かに大きくするだけでも、繰り返し回数を大幅に低減できる。
θkの絶対値は、必ずしもθk-1の絶対値と同一である必要はない。しかしながら、|θk-1|＝|θk|（２≦ｋ≦ｎ）とすると、一方のオフセット角が極端に大きくならないため、｛１−１００｝面ファセットが拡大しにくく、異方位結晶や異種多形結晶をより抑制できるという利点がある。
【００３９】
｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板を効率よく製造するためには、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（１）式の関係が成り立つように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
のが好ましい。
Ｈk＞Ｌkｓｉｎ(６０°＋|θk|＋|θk+1|) ・・・（１）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【００４０】
また、前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）成長結晶から、次の（２）式の関係が成り立つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
Ｌk≒Ｈk-1／ｃｏｓ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（２）
但し、Ｈk-1は、第（ｋ−１）ａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【００４１】
ここで、（１）式は、少なくともＬkを超える｛０００１｝面内方向長さＬk+1を有する第（ｋ＋１）種結晶を得るのに必要な高さＨkまで成長させることを表す。
また、（２）式は、得られた第（ｋ−１）種結晶から、（２）式の右辺にほぼ等しいＬkを有する第ｋ種結晶を切り出すことを表す。なお、（２）式において「≒」は、必ずしもＬkが（２）式の右辺に完全に一致している必要はなく、第ｋ種結晶を切り出す際に種々の原因により生じる誤差（例えば、第ｋ種結晶の外周部の面取り、種結晶を切り出す際の角度誤差など）があっても良いことを意味する。
なお、第（ｋ−１）成長結晶から、ＬkがＬk-1より長く、かつ、（２）式の右辺より短い第ｋ種結晶を切り出しても良い。
（１）式及び（２）式は、必ずしも同時に満たす必要はない。しかしながら、（１）式及び（２）式が同時に満たされるように、種結晶の切り出し及び結晶の成長を行うと、少ない繰り返し回数で、相対的に｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。
【００４２】
｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板をさらに効率よく製造するためには、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（３）式を満たすように前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
Ｈk≧Ｌkｔａｎ（６０°＋|θk|＋|θk+1|） ・・・（３）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【００４３】
また、前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、次の（４）式を満たすように第（ｋ−１）成長結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
Ｌk≒Ｌk-1／ｓｉｎ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（４）
但し、Ｌk-1は、第（ｋ−１）種結晶の第（ｋ−１）成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【００４４】
ここで、（３）式は、少なくとも第ｋ成長結晶から最大のＬk+1を有する第（ｋ＋１）種結晶を切り出すのに必要な成長高さＨkまで成長させることを表す。
また、（４）式は、得られた第（ｋ−１）種結晶から、最大のＬkを有する第ｋ種結晶を切り出すことを表す。なお、（４）式において「≒」は、必ずしもＬkが理論上の最大値に完全に一致している必要はなく、第ｋ種結晶を切り出す際に種々の原因により生じる誤差（例えば、第ｋ種結晶の外周部の面取り、種結晶を切り出す際の角度誤差など）があっても良いことを意味する。
なお、第（ｋ−１）成長結晶から、ＬkがＬk-1より長く、かつ、（４）式の右辺より短い第ｋ種結晶を切り出しても良い。
（３）式及び（４）式は、必ずしも同時に満たす必要はない。しかしながら、（３）式及び（４）式が同時に満たされるように、種結晶の切り出し及び結晶の成長を行うと、少ない繰り返し回数で、相対的に｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。また、（３）式及び（４）式を用いたａ面成長法は、（１）式及び（２）式を用いたａ面成長法に比べて、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。
【００４５】
［３．３． ｛０００１｝面の口径拡大の具体例］
以下に、｛１１−２０｝面選択成長法を用いた｛０００１｝面の口径拡大の具体的方法について、詳細に説明する。
【００４６】
［３．３．１． ＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大（１）］
第１の具体例は、＜１１−２０＞オン成長のみにより｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶より小さい種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。「＜１１−２０＞オン成長」とは、θk＝０の種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させることをいう。図３に、＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）の模式図を示す。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、第１成長面が（１１−２０）面であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1＞Ｌ1ｓｉｎ６０°となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、第２成長面が（２−１−１０）面であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｈ1／ｃｏｓ３０°）である第２種結晶１０ｂを切り出す。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2＞Ｌ2ｓｉｎ６０°となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、第３成長面が（１−２１０）面であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｈ2／ｃｏｓ３０°）である第３種結晶１０ｃを切り出す。
次に、図３（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＞Ｌ3ｓｉｎ６０°となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第３成長結晶１２ｃから、第４成長面が（−１−１２０）面であり、かつ、第４成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ4（≒Ｈ3／ｃｏｓ３０°）である第４種結晶１０ｄを切り出す。
最後に、図３（ｄ）に示すように、第４種結晶１０ｄを用いて、Ｈ4＝Ｌ4となるまで第４成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ4であるａ面成長基板が得られる。
【００４９】
以上のように、＜１１−２０＞オン成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。
なお、図３に示す例においては、合計４回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は４回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００５０】
［３．３．２． ＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大（２）］
第２の具体例は、＜１１−２０＞オン成長のみにより｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。図４に、＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）の模式図を示す。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すように、第１成長面が（１１−２０）面であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1≧Ｌ1ｔａｎ６０°となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、第２成長面が（２−１−１０）面であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｌ1／ｓｉｎ３０°）である第２種結晶１０ｂを切り出す。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2≧Ｌ2ｔａｎ６０°となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、第３成長面が（１−２１０）面であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｌ2／ｓｉｎ３０°）である第３種結晶１０ｃを切り出す。
次に、図４（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3≧Ｌ3ｔａｎ６０°となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第３成長結晶１２ｃから、第４成長面が（−１−１２０）面であり、かつ、第４成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ4（≒Ｌ3／ｓｉｎ３０°）である第４種結晶１０ｄを切り出す。
最後に、図４（ｄ）に示すように、第４種結晶１０ｄを用いて、Ｈ4＝Ｌ4となるまで第４成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ4であるａ面成長基板が得られる。
【００５３】
以上のように、＜１１−２０＞オン成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、Ｌkが理論上の最大値となるまで、ＳｉＣ単結晶を成長させると、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
なお、図４に示す例においては、合計４回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は４回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００５４】
［３．３．３． ＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（３）］
第３の具体例は、＜１１−２０＞オフ成長により｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶より小さな種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。「＜１１−２０＞オフ成長」とは、θk≠０の種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させることをいう。図５に、＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）の模式図を示す。
【００５５】
まず、図５（ａ）に示すように、成長方向が［１１−２０］方向であり、第１成長面のオフセット角がθ1であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1＞Ｌ1ｓｉｎ(６０°＋|θ1|＋|θ2|）となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、成長方向が［２−１−１０］であり、第２成長面のオフセット角がθ2であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｈ1／ｃｏｓ(３０°−|θ1|−|θ2|）である第２種結晶１０ｂを切り出す。この場合、θ1及びθ2は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ2を大きくする方向となるように選択する。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2＞Ｌ2ｓｉｎ(６０°＋|θ2|＋|θ3|）となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、成長方向が［１１−２０］方向であり、第３成長面のオフセット角がθ3であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｈ2／ｃｏｓ(３０°−|θ2|−|θ3|)）である第３種結晶１０ｃを切り出す。この場合、θ2及びθ3は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ3を大きくする方向となるように選択する。
最後に、図５（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＝Ｌ3となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ3であるａ面成長基板が得られる。
【００５７】
以上のように、＜１１−２０＞オフ成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、オフ成長を繰り返すと、オン成長を繰り返す場合に比べて、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
なお、図５に示す例においては、合計３回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は３回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００５８】
［３．３．４． ＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（４）］
第４の具体例は、＜１１−２０＞オフ成長により｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。図６に、＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）の模式図を示す。
【００５９】
まず、図６（ａ）に示すように、成長方向が［１１−２０］方向であり、第１成長面のオフセット角がθ1であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1≧Ｌ1ｔａｎ(６０°＋|θ1|＋|θ2|）となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、成長方向が［２−１−１０］であり、第２成長面のオフセット角がθ2であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｌ1／ｓｉｎ(３０°−|θ1|−|θ2|）である第２種結晶１０ｂを切り出す。この場合、θ1及びθ2は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ2を大きくする方向となるように選択する。
【００６０】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2≧Ｌ2ｔａｎ(６０°＋|θ2|＋|θ3|）となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、成長方向が［１１−２０］方向であり、第３成長面のオフセット角がθ3であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｌ2／ｓｉｎ(３０°−|θ2|−|θ3|)）である第３種結晶１０ｃを切り出す。この場合、θ2及びθ3は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ3を大きくする方向となるように選択する。
最後に、図６（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＝Ｌ3となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ3であるａ面成長基板が得られる。
【００６１】
以上のように、＜１１−２０＞オフ成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、Ｌkが理論上の最大値となるまで、ＳｉＣ単結晶をオフ成長させると、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
なお、図６に示す例においては、合計３回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は３回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００６２】
［３．３．５．＜１１−２０＞オン成長又は＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（５）： 成長結晶残存法］
第５の具体例は、＜１１−２０＞オン成長又は＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、成長結晶の大半をそのまま種結晶に用いる方法（成長結晶残存法）である。
成長結晶残存法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶を、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面に沿って切断するとともに、前記第（ｋ−１）成長結晶の大部分を残存させ、前記第ｋ成長面を露出させた前記第（ｋ−１）成長結晶を前記第ｋ種結晶としてそのまま用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００６３】
図７に、｛１１−２０｝面選択成長法の一種である成長結晶残存法の工程図を示す。
まず、図７（ａ）に示すように、第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａは、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つものであれば良い。図７（ａ）に示す例において、第１種結晶１０ａは、θ1＝０であるオンセット基板である。また、第１種結晶１０ａは、第１成長面が露出するようにインゴットから薄くスライスした基板であっても良く、あるいは、第１成長面が露出するように表面を加工したインゴットをそのまま用いても良い。
このような第１種結晶１０ａを用いて、［１１−２０］方向にＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる（第１ａ面成長工程）。これにより、図７（ｂ）に示すように、第１成長結晶１２ａが得られる。この場合、第１成長結晶１２ａの両端に、異方位結晶又は異種多形結晶１４ａ、１６ａが成長する場合がある。
【００６４】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１種結晶１０ａを含む第１成長結晶１２ａを、第１ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ2が−１５°≦θ2≦１５°である第２成長面（Ｍ2線）に沿って切断する。Ｍ2線の位置は、第２成長面上に異方位結晶又は異種多形１４ａ、１６ａが露出せず、かつ、第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）の大部分が残存するように選択するのが好ましい。
また、第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）は、
（１）口径拡大後の形状を、目的とする最終形状（図７に示す例においては、円形）に近づけるための輪郭線（Ｎ2線）、及び／又は、
（２）第３成長面となる線（Ｍ3線）、
に沿ってさらに切断しても良い。
【００６５】
次に、Ｍ2線、並びに、必要に応じてＮ2線及びＭ3線に沿って第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）を切断した後、図７（ｄ）に示すように、これを第２種結晶１０ｂとしてそのまま用いて、［２−１−１０］方向にＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる（第２ａ面成長工程）。これにより、図７（ｄ）に示すように、第２成長結晶１２ｂが得られる。この場合も、第２成長結晶１２ｂの両端に、異方位結晶又は異種多形結晶１４ｂ、１６ｂが成長する場合がある。
【００６６】
以下、同様にして、
（１）第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）の大部分が残存するように、第３成長面（Ｍ3線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ3線、Ｎ'3線）に沿って第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）を切断する工程（図７（ｅ））、
（２）第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）を第３種結晶１０ｃとしてそのまま用いて、［１−２１０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｆ））、
（３）第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）の大部分が残存するように、第４成長面（Ｍ4線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ4線）に沿って第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）を切断する工程（図７（ｇ））、
（４）第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）を第４種結晶１０ｄとしてそのまま用いて、［−１−１２０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｈ））、
（５）第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）の大部分が残存するように、第５成長面（Ｍ5線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ5線）に沿って第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）を切断する工程（図７（ｉ））、及び、
（６）第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）を第５種結晶１０ｅとしてそのまま用いて、［−２１１０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｊ））、
を繰り返す。
【００６７】
さらに、
（７）第５成長結晶１２ｅ（＋第４種結晶１０ｅ）の大部分が残存するように、第６成長面（Ｍ6線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ6線）に沿って第５成長結晶１２ｅ（＋第５種結晶１０ｅ）を切断する工程（図７（ｋ））、及び、
（６）第５成長結晶１２ｅ（＋第５種結晶１０ｅ）を第６種結晶１０ｆとしてそのまま用いて、［−１２−１０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｌ））、
を行う。
最後に、第６成長結晶１２ｆの外形を整えると、図７（ｍ）に示すように、円形のＳｉＣ単結晶１２ｇが得られる。
【００６８】
成長結晶残存法は、大口径の｛０００１｝面を作製するまでの成長回数を低減することができる。
また、一般に、成長面内における｛０００１｝面内方向の長さＬが大きい種結晶を用いて結晶を成長させると、応力が高くなり、成長結晶が割れやすくなる。これに対し、成長結晶残存法では、Ｌが相対的に大きい種結晶を用いた成長回数が少なくなるので、クラックの発生確率を低減できる。
【００６９】
［３．４． その他の異種多形結晶・異方位結晶の低減方法］
｛１１−２０｝面選択成長法は、成長結晶の端部にＳｉ面側ファセット領域が形成されるため、それのみによっても良質の単結晶が得られる。また、｛１１−２０｝面選択成長法に加えて、後述する方法の内、｛１１−２０｝面成長にも適用可能な１種又は２種以上の方法を組み合わせると、異種多形結晶や異方位結晶の生成確率をさらに低減することができる。
【００７０】
［４． ａ面成長法の具体例（２）：交互成長法］
［４．１． 概要］
交互成長法とは、成長方向が約９０°異なる｛１１−２０｝面成長と｛１−１００｝面成長とを交互に繰り返す方法をいう。
すなわち、交互成長法とは、
前記第１ａ面成長工程は、｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面又は｛１−１００｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長又は｛１−１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
このような成長を繰り返すことで、｛０００１｝面内方向の長さがより大きな第ｋ種結晶を順次作製していき、大口径化を行う。
【００７１】
オフセット角θkの詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
｛１−１００｝面成長を行う場合、ファセット領域は、成長結晶の表面のほぼ中央部に発生する。そのため、良質の結晶を得るためには、｛１−１００｝面成長時に、Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetを所定の範囲内に維持するための追加の手段を講じる必要がある。
一方、｛１１−２０｝面成長を行う場合、ファセット領域は、成長結晶の表面の端部に発生し、Ｓfacetは、自然と小さくなり、所定の範囲内に維持できる。そのため、良質の結晶を得るためには、必ずしもＳｉ面側ファセット面積率Ｓfacetを所定の範囲内に維持するための追加の手段を講じる必要はない。しかしながら、このような手段をさらに講じると、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度をさらに低減することができる。
このような手段としては、具体的には、以下のようなものがある。なお、以下に説明する各種の手段は、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、物理的に可能な限りにおいて、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００７２】
［４．２． Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段］
［４．２．１． ｃ軸方向の非対称成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第１の具体例は、ｃ軸方向の非対称成長法である。
ｃ軸方向の非対称成長法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
ここで、「ｃ軸方向中心」とは、｛０００１｝面に対して垂直な線と成長結晶との交点の中心をいう。
【００７３】
図８に、ｃ軸方向に非対称成長するように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
図８に示すように、｛１−１００｝面成長時において、｛０００１｝面ファセットの最頂部をｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側にすることで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積を縮小することができる。その結果、異方位結晶や異種多形結晶の発生による品質低下を抑制することができる。
なお、図示はしないが、｛１１−２０｝面成長時においても、｛０００１｝面ファセットの最頂部をＳｉ面寄り側にすることで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積をさらに縮小することができる。また、ｃ軸方向の非対称成長は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
【００７４】
ｃ軸方向に非対称成長させる方法には、種々の方法がある。第１の方法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時に、ｃ軸方向中心よりもＳｉ面側の温度を低くする方法である。
Ｓｉ面側の温度を低くする方法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の温度が前記ｃ軸方向中心より低くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００７５】
Ｓｉ面寄り側の温度を低くする方法としては、例えば、図９（ａ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。ＳｉＣ単結晶を成長させる際には、成長面をある程度凸形状に維持しなければならないことが知られている。そのために、坩堝構造に工夫が施されたり、炉体内における坩堝の位置などが調整され、一般的には、坩堝内の単結晶付近においては、坩堝の中心付近の温度が最も低くなっている。図中に詳細な坩堝構造は示さないが、同様に坩堝中心付近の温度が最も低くなるような構造となっていることを前提とする。そのため、種結晶２６の中心を坩堝２２中心から偏倚させ、Ｓｉ面側を坩堝２２中心に近づけると、Ｓｉ面寄り側の温度が低くなる。その結果、成長結晶３０の｛１−１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００７６】
ｃ軸方向に非対称成長させるための第２の方法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時に、ｃ軸方向中心よりもＳｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法である。
Ｓｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側のＳｉＣガス濃度が前記ｃ軸方向中心より高くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００７７】
Ｓｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法としては、例えば、図９（ｂ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。さらに、原料２４の上部には、ＳｉＣガスを成長結晶表面の特定部位に優先的に供給するための昇華ガスガイド２８を設ける。この時、ＳｉＣガスがＳｉ面寄り側に優先的に供給されるように昇華ガスガイド２８の先端を配置すると、昇華ガスガイド２８の先端付近のＳｉＣガス濃度が最も高くなる。その結果、成長結晶３０の｛１−１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。また、これによって、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００７８】
ｃ軸方向に非対称成長させるための第３の方法は、｛１１−２０｝面成長時の種結晶として、Ｓｉ面側の長さが長い非対称種結晶を用いる方法である。
非対称種結晶を用いる方法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の長さがＣ面寄り側の長さより長い前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００７９】
図１０に、非対称種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
上述したように、｛１１−２０｝面成長時には、ファセット領域は、成長結晶の両端に形成される。この時、図１０に示すように、種結晶のＳｉ面寄り側の長さを長くすると、ファセット領域がＳｉ面寄り側に偏って形成され、これと同時に、｛１−１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。そのため、対称な種結晶を用いた場合に比べて、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００８０】
［４．２．２． Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法（貼り合わせ種結晶）］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第２の具体例は、Ｓｉ面側極性面ステップそのものを消滅させる方法である。
Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、少なくとも２個の種結晶素片のＳｉ面が向かい合わせになるように前記種結晶素片を貼り合わせて前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である方法をいう。
Ｓｉ面を介して向かい合う各種結晶素片は、それぞれ、一体の種結晶素片であっても良く、あるいは、Ｓｉ面が同一方向を向くように貼り合わされた複数個の種結晶素片の集合体であっても良い。
【００８１】
図１１に、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
Ｓｉ面が向かい合うように２つの種結晶素片を貼り合わせて種結晶とすると、種結晶のｃ軸方向の端面は、ともにＣ面となる。このような種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させると、｛１−１００｝面ファセット間に形成されるステップは、いずれもＣ面側極性面ステップとなる。すなわち、この方法によれば、実質的にＳｉ面側ファセット領域が消滅する。その結果、異方位結晶や異種多形結晶の発生確率が著しく低下する。
【００８２】
図１９に、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
通常、｛１１−２０｝面成長では、図２に示したように、ファセットは成長結晶の表面の両端に現れ、Ｓｉ面側にはＳｉ面側ファセット領域が形成される。そこで、種結晶上のファセットが形成される種結晶の両端部分に、Ｓｉ面側を向かい合わせるようにして種結晶素片を配置する。
ここで、種結晶の中央部分は、
（ａ）成長結晶は一体的である方が低品質な接合界面を含まないため、成長結晶から取り出す｛０００１｝面ウェハの歩留まりが高くなるという点、また、
（ｂ）中央部分はファセットが形成されないという理由から、
Ｓｉ面側の貼り合わせは行わない一体的な種結晶とする。
【００８３】
このように配置した種結晶では、種結晶の両端部分のｃ軸方向の端面は、ともにＣ面となる。この種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させると、成長結晶の両端の｛１−１００｝面ファセット間に形成されるステップは、いずれもＣ面側極性面ステップとなる。すなわち、この方法によれば、｛１１−２０｝面成長においても、Ｓｉ面側ファセット領域を実質的に消滅させることができる。その結果、異方位結晶や異種多形の発生確率が著しく低下する。また、｛１−１００｝面成長でのＳｉ面側の貼り合わせにおいて生じる成長結晶中の接合界面が、成長結晶の中央部にないため、取り出される｛０００１｝面ウェハの歩留まりも高くなる。
上記Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
【００８４】
［４．２．３． ｛１−１００｝面平坦成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第３の具体例は、｛１−１００｝面成長時に最頂部近傍の｛１−１００｝面を平坦に成長させる方法である。
｛１−１００｝面平坦成長法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ファセット領域内の高低差が１ｍｍ以下である領域の面積がファセット領域の総面積の９０％以上となるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
「高低差が１ｍｍ以下である領域」とは、｛１−１００｝面ファセットの最頂部及びこれに隣接する｛１−１００｝面ファセットを含む領域であって、｛１−１００｝面ファセット最頂部から１ｍｍ以内にある領域（すなわち、極性面ステップが相対的に少ない領域）をいう。
【００８５】
図１２に、｛１−１００｝面平坦成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
図１２に示すように、｛１−１００｝面成長させる場合において、成長開始から成長終了まで成長面を平坦に維持すると、｛１−１００｝面ファセット最頂部が広くなり、「高低差が１ｍｍ以下である領域」が拡大する。その結果、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。また、これによって異方位結晶や異種多形結晶の発生確率が著しく低下する。
【００８６】
｛１−１００｝面を平坦に成長させる方法としては、例えば、図９（ｃ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。さらに、成長結晶３０の表面に対向する位置に均熱板３２を配置する。均熱板３２を配置すると、成長結晶３０の表面近傍において、水平面内の温度差が小さくなる。その結果、成長結晶３０の表面が平坦化する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００８７】
［４．２．４． ｛０００１｝面内方向の凸化成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第４の具体例は、｛１−１００｝面成長時に｛１−１００｝面を｛０００１｝面内方向に凸化成長させる方法である。
凸化成長法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、前記第ｋ成長結晶の表面が｛０００１｝面内方向に凸型となるように、すなわち、前記第ｋ成長結晶の｛０００１｝面内方向長さをＬ、前記第ｋ成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率をｒとするときにｒ＜Ｌを満たすように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００８８】
また、凸化成長させる場合、成長結晶の表面は、ｃ面内方向中心に対して、対称となるように成長させても良く、あるいは、非対称となるように成長させても良い。
すなわち、凸化成長させる場合において、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ面内方向中心に対して端部側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程であっても良い。
「ｃ面内方向中心」とは、｛０００１｝面に対して平行な線と成長結晶との交点の中心をいう。
「凸化」とは、成長結晶の｛０００１｝面内方向の長さをＬ、成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率ｒ（成長面の中心を通る、成長面に垂直な平面が、成長結晶の表面と交わる線分の曲率）とする時、ｒ＜Ｌを満たす場合とする。
【００８９】
図１３に、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、及び斜視図（右上）、並びに、ｒとＬの関係を表す模式図（右下）を示す。
図１３に示すように、｛１−１００｝成長させる場合において、｛０００１｝面内方向に凸化するように結晶を成長させると、ファセット領域の｛０００１｝面内方向の幅が狭くなる。その結果、ファセット領域の面積自体が縮小する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積も縮小する。
【００９０】
図１４に、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
図１４に示すように、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１−１００｝面成長させると、縮小されたＳｉ面側ファセット領域が成長結晶の端部側に移動する。そのため、成長結晶の中央付近での異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制することができる。
【００９１】
結晶を凸化成長させる方法としては、具体的には、図９（ｂ）に示すように、昇華ガスガイド２８を用いて、成長結晶３０の表面の特定部位のＳｉＣガス濃度を高くする方法などがある。
【００９２】
［４．２．５． 窒素ドープ量低減成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第５の具体例は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時に窒素ドープ量を低減する方法である。
窒素ドープ量低減成長法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、窒素ガス分圧が５％以下である雰囲気下において、前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００９３】
一般的に、ＳｉＣ単結晶の成長では、基板上に作製するデバイスの抵抗を低減するために成長雰囲気に窒素を導入しながら成長することが多い。窒素ドープは、ウェハを切り出すｃ面成長時には必須となるが、高品質化工程であるａ面成長時には必須ではない。
逆に、窒素ドープをしながらａ面成長させる場合において、窒素ドープ量が多いと、異方位結晶や異種多形の発生頻度が高くなる。従って、窒素ガス分圧は、５％以下が好ましい。窒素ガス分圧は、さらに好ましくは、１％以下である。
【００９４】
図１５に、窒素ドープ量低減成長法を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
窒素をドープしながらａ面成長させる場合において、窒素ドープ量を低減すると、Ｓｉ面側ファセット領域における異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度が低下する。
これは、
（１）窒素ドープ量を低減すると、図１５に示すように、ファセット領域の｛０００１｝面内方向の幅が若干狭くなり、これに応じてＳｉ面側ファセット領域の面積も縮小するため、及び、
（２）詳細な理由は不明であるが、窒素ドープ量が少ない条件下で｛１−１００｝面成長させると、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度そのものが低下するため、
と考えられる。
【００９５】
［４．２．６． ダミー種結晶配置法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第６の具体例は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時にダミー種結晶を配置する方法である。
ダミー種結晶配置法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、主種結晶にダミー種結晶を隣接させてこれを前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００９６】
主種結晶は、成長の繰り返しとともに厚みが大きいブロック体になる。
一方、ダミー種結晶は、薄い通常の種結晶であっても良い点、最終的に成長結晶から切除するため表面を研磨する必要もない点、及び、結晶方位が限定されない点で、前述のＳｉ面側極性面ステップ消滅法と異なる。また、ダミー種結晶は、一体の種結晶素片であっても良く、あるいは、貼り合わされた複数個の種結晶素片の集合体であっても良い。
【００９７】
図２０に、ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及びダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
主種結晶のＳｉ面側に、ダミー種結晶を配置して成長させると、主種結晶上に成長する結晶上においては、表面の＜０００１＞方向の曲率が小さくなり、ダミー種結晶上に選択的にＳｉ面側極性面ステップが形成される。すなわち、この方法によれば、Ｓｉ面側ファセット領域に、異方位結晶や異種多形結晶が発生したとしても、主種結晶上の成長結晶はその影響を受けにくくなる。
【００９８】
図２１に、ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及び、ダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
主種結晶の｛０００１｝面内方向の両端部に、ダミー種結晶を配置して成長させると、主種結晶上に成長する結晶上においては、表面の｛０００１｝面内方向の曲率が小さくなり、ダミー種結晶上に選択的にファセットが形成されやすくなる。すなわち、この方法によれば、Ｓｉ面側ファセット領域に、異方位結晶や異種多形結晶が発生したとしても、主種結晶上の成長結晶は、その影響を受けにくくなる。
上記ダミー種結晶配置法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
【００９９】
［５． ＳｉＣ単結晶の製造方法（２）］
本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ａ面成長工程と、ｃ面成長工程とを備えている。
［５．１． ａ面成長工程］
ａ面成長工程は、Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが所定の値以下に維持されるように、ａ面成長を２回以上繰り返す工程である。
ａ面成長工程の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
［５．２． ｃ面成長工程］
ｃ面成長工程は、第ｎａ面成長工程で得られた前記第ｎ成長結晶から、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である第（ｎ＋１）成長面を持つ第（ｎ＋１）種結晶を切り出し、前記第（ｎ＋１）成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる工程である。
ｃ面成長時のオフセット角の絶対値が大きすぎると、第ｎ種結晶から成長結晶に引き継がれた積層欠陥を成長結晶外に排出するために、より高い成長高さが必要となる。また、オフセット角の絶対値が大きくなりすぎると、成長結晶中に新たな積層欠陥が発生する場合がある。従って、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値は、３０°以内が好ましい。
【０１０１】
第１の実施の形態に係る方法を用いて得られたａ面成長結晶は、｛０００１｝面口径が大きく、かつ、異方位結晶や異種多形結晶が少ない。そのため、このようなａ面成長結晶からｃ面成長用の種結晶を切り出してｃ面成長させると、｛０００１｝面口径が大きく、かつ、欠陥の少ないｃ面成長結晶を製造することができる。
【０１０２】
［６． ＳｉＣ単結晶： ａ面成長結晶］
第１の実施の形態に係る方法を用いると、欠陥の少ないａ面成長結晶が得られる。具体的には、外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０３】
［６．１． 異方位結晶塊及び異種多形結晶塊］
図１６に、本発明に係るａ面成長法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（図１６（ａ））、正面図（図１６（ｂ））、及び斜視図（図１６（ｃ））を示す。
本発明に係るａ面成長法を用いて｛０００１｝面口径の大きいａ面成長結晶を製造する場合において、製造条件を最適化したときには、Ｓｉ面側ファセット領域は、専ら成長結晶の外周部に形成される。そのため、Ｓｉ面側ファセット領域内に異方位結晶や異種多形結晶の核が生成し、ＳｉＣの成長に伴ってこれらが塊状に成長したとしても、これらは専ら成長結晶の外周部に存在する。
ここで、「外周から２０％の領域」とは、図１６に示すように、成長結晶の表面から０．２ｘに相当する距離までの領域をいう。「ｘ」とは、成長結晶の中心から表面までの距離をいう。
「異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まない」とは、体積が１ｍｍ3を超える塊状の異方位結晶や異種多形結晶を含まないことをいう。
製造条件をさらに最適化すると、外周部から１０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ結晶、あるいは、実質的に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０４】
［６．２． 口径］
本発明に係るａ面成長法は、｛０００１｝面口径の大きいａ面成長結晶を効率よく製造することができる。具体的には、製造条件を最適化すると、｛０００１｝面の口径が１００ｍｍ以上、あるいは、１５０ｍｍ以上であるＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０５】
［６．３． ファセット痕］
図１７に、ａ面成長させたＳｉＣ単結晶中に生成した｛１−１００｝面ファセット痕（図１７（ａ）、（ｂ））、及びＳｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕（図１７（ｃ）、（ｄ））の模式図を示す。
｛１１−２０｝面成長させる場合、ファセット領域は、成長結晶の端部に形成される。そのため、図１７（ａ）に示すように、｛１−１００｝面ファセット痕（ハッチングを施した領域）は、成長結晶の端部に現れる。
一方、｛１−１００｝面成長させる場合、図１７（ｂ）に示すように、｛１−１００｝面ファセット痕は、成長結晶の中央部に現れる。｛１−１００｝面ファセット痕は、Ｓｉ面側極性ステップを含み、異方位結晶や異種多形結晶が発生しやすい領域であるので、その体積率は、低いほど良い。
【０１０６】
上述したａ面成長法において、ファセット領域の面積そのものを縮小させる手段を講じると、｛１−１００｝面ファセット痕の体積率（＝成長結晶の体積に占める｛１−１００｝面ファセット痕の体積の割合）を小さくすることができる。具体的には、製造条件を最適化することによって、｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が４０％以下、あるいは、２０％以下であるＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０７】
また、ａ面成長させる場合、通常、ファセット領域内にＳｉ面側極性面ステップが形成される。ファセット領域内にＳｉ面側極性面ステップが形成されると、縞状のファセット痕となる。
｛１１−２０｝面成長させる場合、図１７（ｃ）に示すように、Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕（以下、これを「縞状ファセット痕」ともいう。）は、両端に形成されたファセット痕の内、Ｓｉ面寄り側（太い破線で囲った領域）を占める。
同様に、｛１−１００｝面成長させる場合、縞状ファセット痕は、中央に形成されたファセット痕の内、Ｓｉ面寄り側を占める。縞状ファセット痕は、異方位結晶や異種多形結晶が発生しやすい領域であるので、その体積率は、低いほどよい。
【０１０８】
上述したａ面成長法において、ファセット領域の面積そのものを縮小させる手段、あるいは、Ｓｉ面側ファセット領域を縮小させる手段を講じると、縞状ファセット痕の体積率（＝成長結晶の体積に占める縞状ファセット痕の体積の割合）を小さくすることができる。具体的には、製造条件を最適化することによって、縞状ファセット痕の体積率が２０％以下、あるいは、１０％以下であるＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０９】
［７． ＳｉＣウェハ、ＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）］
本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣウェハは、ａ面成長法を用いて得られたＳｉＣ単結晶（ａ面成長結晶）から切り出され、最も広い面が略｛０００１｝面（すなわち、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面）からなる。
得られたＳｉＣウェハは、そのまま各種の用途に用いることができる。あるいは、得られたＳｉＣウェハを種結晶に用いて、ＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）を製造することができる。
さらに、本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣウェハは、このようにして得られたＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）から切り出されたものからなる。得られたＳｉＣウェハは、各種の用途に用いることができる。
【０１１０】
［８． 半導体デバイス］
本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るＳｉＣ単結晶又はＳｉＣウェハを用いて製造されたものからなる。半導体デバイスとしては、具体的には、
（ａ）ＬＥＤ、
（ｂ）パワーデバイス用のダイオードやトランジスタ、
などがある。
【０１１１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として使用することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法として用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイスに関し、さらに詳しくは、異方位結晶塊又は異種多形結晶塊の少ないＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ及び半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、六方晶系の結晶構造を持つ高温型（α型）と、立方晶系の結晶構造を持つ低温型（β型）が知られている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて、耐熱性が高いだけでなく、広いバンドギャップを持ち、絶縁破壊電界強度が大きいという特徴がある。そのため、ＳｉＣ単結晶からなる半導体は、Ｓｉ半導体に代わる次世代パワーデバイスの候補材料として期待されている。特に、α型ＳｉＣは、β型ＳｉＣよりバンドギャップが広いので、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として注目されている。
【０００３】
α型ＳｉＣは、その主要な結晶面として｛０００１｝面（以下、これを「ｃ面」ともいう）と、｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ｍ面）及び｛１１−２０｝面（狭義のａ面）とを有している。なお、本発明において「ａ面」というときは、広義のａ面、すなわち「ｍ面と狭義のａ面の総称」を表し、ｍ面と狭義のａ面とを区別する必要があるときは、それぞれ「｛１−１００｝面」又は「｛１１−２０｝面」という。
従来より、α型ＳｉＣ単結晶を得る方法として、ｃ面成長法が知られている。ここで、「ｃ面成長法」とは、ｃ面又はｃ面に対するオフセット角が所定の範囲にある面を成長面として露出させたＳｉＣ単結晶を種結晶に用いて、昇華再析出法などの方法により成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる方法をいう。
【０００４】
しかしながら、ｃ面成長法により得られる単結晶中には、＜０００１＞方向に平行な方向にマイクロパイプ欠陥（直径数μｍ〜１００μｍ程度の管状の空隙）やｃ軸貫通型螺旋転位（以下、単に「螺旋転位」という）などの欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
高性能なＳｉＣパワーデバイスを実現するためには、ＳｉＣ半導体に生じるリーク電流を低減することが必須条件である。ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥、螺旋転位などの欠陥は、このリーク電流を増大させる原因と考えられている。
【０００５】
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、ｃ面からの傾きが約６０°〜約１２０°である面（例えば、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面など）を成長面として露出する種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法（以下、このような成長方法を「ａ面成長法」という）が開示されている。
同文献には、
（１）ｃ面から約６０〜１２０°傾いている結晶面上にＳｉＣを成長させると、その結晶面上に原子積層の配列が現れているため、元の種結晶と同じ種類の多形構造を持つ結晶が容易に成長する点、
（２）このような方法を用いた場合、螺旋転位は発生しない点、及び、
（３）種結晶がｃ面に滑り面を有する転位を含む場合、この転位は、成長結晶に引き継がれる点、
が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、｛１０−１０｝面を成長面とする種結晶を用いてＳｉＣを成長させ、次いで、得られた単結晶から｛０００１｝ウェハを取り出し、このウェハを種結晶に用いてＳｉＣを成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
同文献には、このような方法により、
（１）マイクロパイプ欠陥の少ないＳｉＣ単結晶が得られる点、及び、
（２）アチソン結晶に比べて十分大きな｛０００１｝ウェハが得られるので、これを種結晶として用いることにより、容易に大型の結晶を成長させることができる点、
が記載されている。
【０００７】
また、特許文献３、４には、互いに直交する方向に複数回のａ面成長を行った後、最後にｃ面成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法が開示されている。
同文献には、
（１）ａ面成長の繰り返し回数が多くなるほど、成長結晶中の転位密度が指数関数的に減少する点、
（２）ａ面成長においては、積層欠陥の発生が避けられない点、及び、
（３）最後にｃ面成長を行うと、マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位が発生しないだけでなく、積層欠陥がほとんど存在しないＳｉＣ単結晶が得られる点、
が記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献５には、昇華再析出法において、種結晶としてＳｉＣ単結晶の（０００１）基底面に垂直な面から（０００−１）Ｃ面方向に５〜３０度オフ角を付けた結晶面を使用するＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
同文献には、
（１）（０００−１）Ｃ面方向にオフした面を使用すると、（０００１）Ｓｉ面方向にオフした面を使用した場合に比べて、結晶方位の異なる結晶は発生しにくい点、
（２）（０００−１）Ｃ面方向にオフした面を使用すると、（０００１）基底面に垂直な無極性な面に比べて、このようなグレイン発生が少ない点、及び、
（３）（０００−１）Ｃ面方向へのオフ角が大きくなりすぎると、多形の存在が起こりやすくなる上、結晶欠陥が多数発生する点、
が記載されている。
【０００９】
ａ面成長法は、螺旋転位密度の低いＳｉＣ単結晶が得られるという利点がある。しかしながら、ａ面成長法は、ｃ面にほぼ平行な高密度の積層欠陥が生成しやすいという問題がある。ＳｉＣ単結晶中に積層欠陥が発生すると、積層欠陥を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため、このような積層欠陥を高密度に有するＳｉＣ単結晶は、パワーデバイス用の半導体として使用することができない。
【００１０】
一方、ａ面成長を少なくとも１回以上行った後、ｃ面成長を行うと、螺旋転位及び積層欠陥をほとんど持たないＳｉＣ単結晶を作製できると考えられている。
ａ面成長とｃ面成長とを組み合わせた方法を用いて大口径の｛０００１｝面基板を作製するには、｛１１−２０｝面成長方向、及びこの面から９０°傾いた｛１−１００｝面成長方向のそれぞれ両方に長尺化させた結晶を成長させる必要がある。しかしながら、｛１１−２０｝面成長や｛１−１００｝面成長においては、成長面に異方位結晶や異種多形結晶が形成されることがしばしばあった。
【００１１】
この問題を解決するために、特許文献５に記載されているように、基底面に垂直な面から（０００−１）Ｃ面方向に５〜３０度オフ角を付けた結晶面を使用することも提案されている。しかしながら、オフ角が小さくなると、異方位結晶の発生を十分に抑制することはできない。一方、オフ角を大きくすると、種結晶のＣ面側の端より外側に成長する異種多形層が結晶の成長に伴い成長結晶中に拡大するため、最終的に｛０００１｝面基板を切り出す際の歩留まりが低下し、大口径基板を切り出すのが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０５−２６２５９９号公報
【特許文献２】特開平０８−１４３３９６号公報
【特許文献３】特開２００３−１１９０９７号公報
【特許文献４】特開２００３−３２１２９８号公報
【特許文献５】特開平０７−２６７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ、大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ及び半導体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2 ・・・（Ａ）
但し、
Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
【００１５】
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、本発明に係るａ面成長法により得られ、外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないことを要旨とする。
また、本発明に係るＳｉＣウェハは、本発明に係るＳｉＣ単結晶から切り出され、最も広い面が｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面からなることを要旨とする。
さらに、本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るＳｉＣ単結晶又はＳｉＣウェハを用いて製造されたものからなる。
【発明の効果】
【００１６】
ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合、成長面上には、｛１−１００｝面ファセット、Ｓｉ面側極性面ステップ、及びＣ面側極性面ステップで構成される領域（ファセット領域）が形成される。
また、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合において、｛１−１００｝面からのオフセット角が所定の範囲にある結晶面を成長面とするときには、成長結晶の表面のほぼ中央部にファセット領域が生成する。一方、｛１１−２０｝面からのオフセット角が所定の範囲にある結晶面を成長面とするときには、成長結晶の表面の両端にファセット領域が生成する。この場合、異種多形結晶や異方位結晶は、主としてファセット領域の内、Ｓｉ面側極性面ステップがある領域（Ｓｉ面側ファセット領域）から発生しやすい。
そのため、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程を２回以上繰り返すと、異方位結晶や異種多形結晶が少なく、しかも大口径のａ面成長結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＳｉＣを｛１−１００｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、右側面図の部分拡大図（右下）である。
【図２】ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、｛１１−２０｝面選択成長法の概念図（右下）である。
【００１８】
【図３】＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図４】＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図５】＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図６】＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）を説明するための模式図である。
【図７】｛１１−２０｝面選択成長法の一種である成長結晶残存法を説明するための工程図である。
【００１９】
【図８】ｃ軸方向に非対称成長するように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【図９】Ｓｉ面寄り側の温度を低くする方法（図９（ａ））、成長結晶表面の一部分のＳｉＣガス濃度を選択的に高くする方法（図９（ｂ））、及び、｛１−１００｝面を平坦成長させる方法（図９（ｃ））を説明するための概念図である。
【図１０】非対称種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【図１１】種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【図１２】｛１−１００｝面を平坦成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【００２０】
【図１３】｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、及び斜視図（右上）、並びに、ｒとＬの関係を表す模式図（右下）である。
【図１４】｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【図１５】窒素ドープ量低減成長法を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）である。
【００２１】
【図１６】本発明に係るａ面成長法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（図１６（ａ））、正面図（図１６（ｂ））、及び斜視図（図１６（ｃ））である。
【図１７】ａ面成長させたＳｉＣ単結晶中に生成した｛１−１００｝面ファセット痕（図１７（ａ）、（ｂ））、及びＳｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕（縞状ファセット痕）（図１７（ｃ）、（ｄ））の模式図である。
【図１８】Ｓｉ面側ファセット領域の面積率と成長面内に占める異方位結晶や異種多形の面積率との関係を示す図である。
【図１９】種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【図２０】ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及びダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【図２１】ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及び、ダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 用語の定義］
［１．１． ａ面成長］
「成長面」とは、ＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させるための種結晶の面をいう。
「ａ面成長」とは、｛１１−２０｝面又は｛１−１００｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
「｛１１−２０｝面成長（又は、＜１１−２０＞成長）」とは、｛１１−２０｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
「｛１−１００｝面成長（又は、＜１−１００＞成長）」とは、｛１−１００｝面からのオフセット角が所定の範囲内にある面を成長面としてＳｉＣからなる新たな単結晶を成長させることをいう。
「成長方向」とは、ＳｉＣ単結晶のマクロな成長方向を表し、通常は、ＳｉＣ種結晶の底面又はこれを固定する種結晶台座に対して垂直な方向をいう。
【００２３】
［１．２． オフセット角］
「｛０００１｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルと、｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角をいう。
「｛１１−２０｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面上に投影したベクトルｂと、｛０００１｝面内にある＜１１−２０＞軸の内、ベクトルｂとなす角が最も小さくなる＜１１−２０＞軸とのなす角をいう。この場合、「正のオフセット角」とは、その＜１１−２０＞軸を基準として、ベクトルｂが時計周り方向にある場合をいう。
「｛１−１００｝面からのオフセット角」とは、種結晶の成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面上に投影したベクトルｂ'と、｛０００１｝面内にある＜１−１００＞軸の内、ベクトルｂ'となす角が最も小さくなる＜１−１００＞軸とのなす角をいう。この場合、「正のオフセット角」とは、その＜１−１００＞軸を基準として、ベクトルｂ'が時計周り方向にある場合をいう。
【００２４】
［１．３． ファセット領域］
図１に、ＳｉＣを｛１−１００｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、右側面図の部分拡大図（右下）を示す。
α型ＳｉＣ単結晶には、｛０００１｝面（ｃ面）に代表される極性面と、｛１１−２０｝面や｛１−１００｝面などの非極性面とが存在する。｛０００１｝面は、（０００−１）面で表される炭素原子を露出した面（Ｃ面）と、（０００１）面で表されるシリコン原子を露出した面（Ｓｉ面）に分けられる。｛１１−２０｝面や｛１−１００｝面は、炭素原子とシリコン原子の両方を露出している。
【００２５】
ＳｉＣをａ面成長させると、表面エネルギーが最も小さい｛１−１００｝面ファセットが成長結晶の表面に現れる。｛１−１００｝面ファセットは、＜１−１００＞軸に対してほぼ垂直となる表面に現れる。
例えば、ＳｉＣを｛１−１００｝面成長させる場合、｛１−１００｝面ファセットは、図１に示すように、成長結晶の表面のほぼ中央に現れる。一方、ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる場合、｛１−１００｝面ファセットは、図２に示すように、成長結晶の表面の両端（＜１１−２０＞軸に対して３０°傾いた方向）に現れる。
【００２６】
また、成長結晶の表面は、通常、曲面状となる。これは、成長結晶の表面が曲面状の等温面に沿おうとするためである。一方、｛１−１００｝面ファセットは平面であるため、＜１−１００＞軸に対してほぼ垂直な位置にある曲面状の表面のすべてを｛１−１００｝面ファセットで覆うことができない。また、ａ面成長ではｃ面成長のようにファセット面内方向にステップが広がりながら成長が進行するスパイラル成長ではなく、ファセット内の各点においてファセットに垂直方向にステップが伸展する成長様式のため、｛１−１００｝面ファセット内には、｛０００１｝面ファセットと異なり段差が生じやすい。そのため、ａ面成長時の成長結晶の曲面状の表面には、＜０００１＞方向の曲面に倣うように並んだ複数個の平坦な｛１−１００｝面ファセットに加えて、｛１−１００｝面ファセット間に、｛０００１｝面に対して平行な極性面ステップを生じることが多い。
極性面ステップの法線ベクトルは、＜０００１＞軸に対して完全に平行とは限らず、＜１−１００＞軸方向に傾いている場合が多いと考えられる。｛１−１００｝面ファセット間に形成される極性面ステップは、成長結晶の表面の頂点にある｛１−１００｝面ファセットからＣ面側方向とＳｉ面側方向とで、ステップの向きが反対になっている。
【００２７】
「Ｃ面側極性面ステップ」とは、｛１−１００｝面ファセット間に形成された極性面ステップの内、Ｃ面側に傾いた面（すなわち、法線ベクトルが［０００−１］方向成分を有する面）を持つステップをいう。
「Ｓｉ面側極性面ステップ」とは、｛１−１００｝面ファセット間に形成された極性面ステップの内、Ｓｉ面側に傾いた面（すなわち、法線ベクトルが［０００１］方向成分を有する面）を持つステップをいう。
「ファセット領域」とは、｛１−１００｝面ファセットと、Ｃ面側極性面ステップと、Ｓｉ面側極性面ステップとを含む領域をいう。
「Ｓｉ面側ファセット領域」とは、ファセット領域の内、Ｓｉ面側極性面ステップと、Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットとを含む領域をいう。
【００２８】
［２． ＳｉＣ単結晶の製造方法（１）］
本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、以下の構成を備えている。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上〜１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2 ・・・（Ａ）
但し、
Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
【００２９】
［２．１． ａ面成長工程］
本実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。２回目以降のａ面成長工程においては、直前のａ面成長工程で得られた成長結晶から切り出された種結晶が用いられる。
第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）で用いられる第ｋ種結晶は、それぞれ、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ。第ｋ成長面の｛０００１｝面からのオフセット角が８０°未満である場合、及び、１００°を超える場合のいずれも、最終的に｛０００１｝面基板を切り出す際の歩留まりが低下する。第ｋ成長面の｛０００１｝面からのオフセット角は、さらに好ましくは、８５°超〜９５°未満である。
【００３０】
第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）の成長方向は、後述するＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが所定の範囲内に維持される限りにおいて、第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して４５°以上１３５°以下の範囲にあれば良い。
異方位結晶や異種多形結晶が少なく、かつ大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことが可能なＳｉＣ単結晶を得るためには、第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）の成長方向は、
（１）｛１１−２０｝面成長を行った第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向（｛１１−２０｝面選択成長法）、又は、
（２）｛１１−２０｝面成長又は｛１−１００｝面成長を行った第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向（｛１１−２０｝面及び｛１−１００｝面交互成長法。以下、単に「交互成長法」ともいう。）
が好ましい。
【００３１】
［２．２． Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacet］
ＳｉＣ単結晶をａ面成長させると、成長結晶中に異方位結晶や異種多形結晶が形成されることがしばしばあった。本発明者らが数多くの成長実験を重ね、発生箇所の統計をとった結果、異方位結晶や異種多形結晶が発生する箇所は、殆どの場合、図１に示すようにファセット領域内であることがわかった。また、ファセット領域内の中でも、特にＳｉ面側ファセット領域に多いことも明らかにした。図１のような｛１−１００｝面成長では、通常、成長面の形状が制御されていないため、Ｓｉ面側ファセット領域は、３０〜４０％の広い面積率を占める。その場合、異方位結晶や異種多形結晶の発生確率は、大幅に高くなり、図１８に示すように、成長面内に占める面積率も大きく上昇する。異方位結晶や異種多形結晶が一度発生すると、これらは成長の進行とともに、通常、最大でＳｉ面側ファセット領域の大きさまで拡大することがあるので、特に大口径のａ面成長基板を作製する際に、大きな問題となっていた。
【００３２】
異方位結晶や異種多形結晶がファセット領域内に発生する詳細な原因は明らかではないが、以下のことが挙げられる。
すなわち、図１に示すように、ＳｉＣをａ面成長させると、成長結晶の表面には極性面ステップを含むファセット領域が形成される。このように極性面ステップが生じると、結晶の主な成長面が＜１１−２０＞方向又は＜１−１００＞方向であっても、極性面ステップにおいては、＜０００１＞方向の成長成分が生じると考えられる。成長途中の結晶表面が｛０００１｝面に垂直である場合、結晶多形の層を結晶表面に露出しながら成長するため、異種多形は発生しにくい。
しかし、ａ面成長においては、成長途中の結晶表面に＜０００１＞方向の成長成分が生じても、結晶表面には、＜０００１＞方向に結晶の多形を伝達するステップ供給源である＜０００１＞方向螺旋転位が存在しない。そのため、極性面ステップ上に異種多形が生じ、異方位結晶として粗大化すると考えられる。
さらに、ＳｉＣ単結晶の成長において、Ｓｉ面を露出した種結晶上には、４Ｈ多形のＳｉＣが成長しにくいと言われている。Ｓｉ面側ファセット領域に異方位結晶や異種多形結晶の発生が多いのは、このことと関連していると考えられる。
【００３３】
本発明において、第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）においては、それぞれ、上述した（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、第ｋ成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度や、図１８に示すように、その大きさを著しく低減することができる。また、歩留まりが向上するため、得られた成長結晶から大口径の｛０００１｝面基板を切り出すことができる。
異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度や拡大の程度は、Ｓfacetが大きい程、大きくなるので、発生頻度を低減し、拡大を防ぐためには、Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetは、小さいほど良い。Ｓfacetは、さらに好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下である。
【００３４】
異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を歩留まりを下げずに作製するには、ａ面から＜０００１＞軸方向に大きなオフ角を付けずに、異方位結晶や異種多形結晶の発生領域となるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetを小さく維持しながら、少なくとも異なる２方向で成長させ、２次元的な拡大を行わなければならない。
このような低いＳfacet値を達成する方法としては、
（１）ファセット領域自体の形成面積を縮小することで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積を小さくする方法、
（２）ファセット領域に占めるＳｉ面側ファセット領域の割合を小さくする方法、
などがある。具体的手段としては、以下のような方法が有効である。
【００３５】
［３． ａ面成長法の具体例（１）：｛１１−２０｝面選択成長法］
［３．１． 概要］
異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製するための第１の具体例は、｛１１−２０｝面選択成長法である。
｛１１−２０｝面選択成長法とは、｛１１−２０｝面を基準として、約６０°又は約１２０°異なる方向にａ面成長を繰り返す方法をいう。
すなわち、｛１１−２０｝面選択成長法とは、
前記第１ａ面成長工程は、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である前記第１成長面を持つ前記第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
このような成長を繰り返すことで、｛０００１｝面内方向の長さがより大きな第ｋ種結晶を順次作製していき、大口径化を行う。
【００３６】
図２に、ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させたときの成長結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、斜視図（右上）、及び、｛１１−２０｝面選択成長法の概念図（右下）を示す。
ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させると、図２左下図に示すように、ファセット領域は、成長結晶の表面の両端（すなわち、＜１１−２０＞軸に対して３０°傾いた方向）に現れる。しかも、ファセット領域自体の形成面積は、｛１−１００｝面成長の場合に比べて大幅に縮小する。その結果、Ｓｉ面側ファセット領域の面積もこれに応じて縮小し、Ｓfacetを２０％以下に維持して成長できる。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、成長結晶の端部に形成されるので、成長結晶の中央部に異方位結晶や異種多形結晶が生成する確率は極めて低い。さらに、通常、種結晶に比べて成長結晶は、拡大して成長することが多いが、｛１１−２０｝面成長では成長結晶の拡大部分にファセット領域が形成される場合が多い。その場合、種結晶直上の成長結晶中での異方位結晶や異種多形結晶をほぼ完全に抑制できる。
そのため、図２の右下図に示すように、｛１１−２０｝面成長を選択的に繰り返すと、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を確実に作製することができる。
【００３７】
［３．２． オフセット角θk］
第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）において、第ｋ成長面の｛１１−２０｝面からのオフセット角θkは、それぞれ、−１５°≦θk≦１５°であれば良い。θkの絶対値が１５°を超えると、成長方向が＜１−１００＞方向に近づくために、ファセット領域の形成面積が拡大する。また、これによって成長結晶の中心部に異方位結晶や異種多形結晶が発生する確率が高くなる。
【００３８】
オフセット角θkは、ゼロでも良い。しかしながら、｛１１−２０｝面選択成長法は、交互成長法に比べて、所定の｛０００１｝面口径を有するａ面成長基板を製造するために要する繰り返し回数が多くなる。従って、各オフセット角θkは、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板が得られるように、最適な角度を選択するのが好ましい。そのためには、第ｋ成長面のオフセット角θk及び第（ｋ＋１）成長面のオフセット角θk+1（１≦ｋ≦ｎ−１）は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向とするのが好ましい。θkとθk+1を僅かに大きくするだけでも、繰り返し回数を大幅に低減できる。
θkの絶対値は、必ずしもθk-1の絶対値と同一である必要はない。しかしながら、|θk-1|＝|θk|（２≦ｋ≦ｎ）とすると、一方のオフセット角が極端に大きくならないため、｛１−１００｝面ファセットが拡大しにくく、異方位結晶や異種多形結晶をより抑制できるという利点がある。
【００３９】
｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板を効率よく製造するためには、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（１）式の関係が成り立つように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
のが好ましい。
Ｈk＞Ｌkｓｉｎ(６０°＋|θk|＋|θk+1|) ・・・（１）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【００４０】
また、前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）成長結晶から、次の（２）式の関係が成り立つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
Ｌk≒Ｈk-1／ｃｏｓ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（２）
但し、Ｈk-1は、第（ｋ−１）ａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【００４１】
ここで、（１）式は、少なくともＬkを超える｛０００１｝面内方向長さＬk+1を有する第（ｋ＋１）種結晶を得るのに必要な高さＨkまで成長させることを表す。
また、（２）式は、得られた第（ｋ−１）種結晶から、（２）式の右辺にほぼ等しいＬkを有する第ｋ種結晶を切り出すことを表す。なお、（２）式において「≒」は、必ずしもＬkが（２）式の右辺に完全に一致している必要はなく、第ｋ種結晶を切り出す際に種々の原因により生じる誤差（例えば、第ｋ種結晶の外周部の面取り、種結晶を切り出す際の角度誤差など）があっても良いことを意味する。
なお、第（ｋ−１）成長結晶から、ＬkがＬk-1より長く、かつ、（２）式の右辺より短い第ｋ種結晶を切り出しても良い。
（１）式及び（２）式は、必ずしも同時に満たす必要はない。しかしながら、（１）式及び（２）式が同時に満たされるように、種結晶の切り出し及び結晶の成長を行うと、少ない繰り返し回数で、相対的に｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。
【００４２】
｛０００１｝面口径の大きいａ面成長基板をさらに効率よく製造するためには、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（３）式を満たすように前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
Ｈk≧Ｌkｔａｎ（６０°＋|θk|＋|θk+1|） ・・・（３）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【００４３】
また、前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、次の（４）式を満たすように第（ｋ−１）成長結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
ものが好ましい。
Ｌk≒Ｌk-1／ｓｉｎ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（４）
但し、Ｌk-1は、第（ｋ−１）種結晶の第（ｋ−１）成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【００４４】
ここで、（３）式は、少なくとも第ｋ成長結晶から最大のＬk+1を有する第（ｋ＋１）種結晶を切り出すのに必要な成長高さＨkまで成長させることを表す。
また、（４）式は、得られた第（ｋ−１）種結晶から、最大のＬkを有する第ｋ種結晶を切り出すことを表す。なお、（４）式において「≒」は、必ずしもＬkが理論上の最大値に完全に一致している必要はなく、第ｋ種結晶を切り出す際に種々の原因により生じる誤差（例えば、第ｋ種結晶の外周部の面取り、種結晶を切り出す際の角度誤差など）があっても良いことを意味する。
なお、第（ｋ−１）成長結晶から、ＬkがＬk-1より長く、かつ、（４）式の右辺より短い第ｋ種結晶を切り出しても良い。
（３）式及び（４）式は、必ずしも同時に満たす必要はない。しかしながら、（３）式及び（４）式が同時に満たされるように、種結晶の切り出し及び結晶の成長を行うと、少ない繰り返し回数で、相対的に｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。また、（３）式及び（４）式を用いたａ面成長法は、（１）式及び（２）式を用いたａ面成長法に比べて、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面口径の大きなａ面成長基板を製造することができるという利点がある。
【００４５】
［３．３． ｛０００１｝面の口径拡大の具体例］
以下に、｛１１−２０｝面選択成長法を用いた｛０００１｝面の口径拡大の具体的方法について、詳細に説明する。
【００４６】
［３．３．１． ＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大（１）］
第１の具体例は、＜１１−２０＞オン成長のみにより｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶より小さい種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。「＜１１−２０＞オン成長」とは、θk＝０の種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させることをいう。図３に、＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）の模式図を示す。
【００４７】
まず、図３（ａ）に示すように、第１成長面が（１１−２０）面であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1＞Ｌ1ｓｉｎ６０°となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、第２成長面が（２−１−１０）面であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｈ1／ｃｏｓ３０°）である第２種結晶１０ｂを切り出す。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2＞Ｌ2ｓｉｎ６０°となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、第３成長面が（１−２１０）面であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｈ2／ｃｏｓ３０°）である第３種結晶１０ｃを切り出す。
次に、図３（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＞Ｌ3ｓｉｎ６０°となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第３成長結晶１２ｃから、第４成長面が（−１−１２０）面であり、かつ、第４成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ4（≒Ｈ3／ｃｏｓ３０°）である第４種結晶１０ｄを切り出す。
最後に、図３（ｄ）に示すように、第４種結晶１０ｄを用いて、Ｈ4＝Ｌ4となるまで第４成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ4であるａ面成長基板が得られる。
【００４９】
以上のように、＜１１−２０＞オン成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。
なお、図３に示す例においては、合計４回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は４回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００５０】
［３．３．２． ＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大（２）］
第２の具体例は、＜１１−２０＞オン成長のみにより｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。図４に、＜１１−２０＞オン成長のみによる｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）の模式図を示す。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すように、第１成長面が（１１−２０）面であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1≧Ｌ1ｔａｎ６０°となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、第２成長面が（２−１−１０）面であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｌ1／ｓｉｎ３０°）である第２種結晶１０ｂを切り出す。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2≧Ｌ2ｔａｎ６０°となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、第３成長面が（１−２１０）面であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｌ2／ｓｉｎ３０°）である第３種結晶１０ｃを切り出す。
次に、図４（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3≧Ｌ3ｔａｎ６０°となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第３成長結晶１２ｃから、第４成長面が（−１−１２０）面であり、かつ、第４成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ4（≒Ｌ3／ｓｉｎ３０°）である第４種結晶１０ｄを切り出す。
最後に、図４（ｄ）に示すように、第４種結晶１０ｄを用いて、Ｈ4＝Ｌ4となるまで第４成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ4であるａ面成長基板が得られる。
【００５３】
以上のように、＜１１−２０＞オン成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、Ｌkが理論上の最大値となるまで、ＳｉＣ単結晶を成長させると、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
なお、図４に示す例においては、合計４回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は４回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００５４】
［３．３．３． ＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（３）］
第３の具体例は、＜１１−２０＞オフ成長により｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶より小さな種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。「＜１１−２０＞オフ成長」とは、θk≠０の種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させることをいう。図５に、＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk＜理論上の最大値）の模式図を示す。
【００５５】
まず、図５（ａ）に示すように、成長方向が［１１−２０］方向であり、第１成長面のオフセット角がθ1であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1＞Ｌ1ｓｉｎ(６０°＋|θ1|＋|θ2|）となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、成長方向が［２−１−１０］であり、第２成長面のオフセット角がθ2であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｈ1／ｃｏｓ(３０°−|θ1|−|θ2|）である第２種結晶１０ｂを切り出す。この場合、θ1及びθ2は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ2を大きくする方向となるように選択する。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2＞Ｌ2ｓｉｎ(６０°＋|θ2|＋|θ3|）となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、成長方向が［１１−２０］方向であり、第３成長面のオフセット角がθ3であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｈ2／ｃｏｓ(３０°−|θ2|−|θ3|)）である第３種結晶１０ｃを切り出す。この場合、θ2及びθ3は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ3を大きくする方向となるように選択する。
最後に、図５（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＝Ｌ3となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ3であるａ面成長基板が得られる。
【００５７】
以上のように、＜１１−２０＞オフ成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、オフ成長を繰り返すと、オン成長を繰り返す場合に比べて、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
なお、図５に示す例においては、合計３回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は３回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００５８】
［３．３．４． ＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（４）］
第４の具体例は、＜１１−２０＞オフ成長により｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、理論的に取り出し可能な最大の種結晶を切り出して、｛１１−２０｝面成長を繰り返す方法である。図６に、＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大法（Ｌk≒理論上の最大値）の模式図を示す。
【００５９】
まず、図６（ａ）に示すように、成長方向が［１１−２０］方向であり、第１成長面のオフセット角がθ1であり、かつ、第１成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ1である第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａを切り出すＳｉＣ単結晶の履歴は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を有するＳｉＣ単結晶を用いることができる。
次いで、この第１種結晶１０ａを用いて、第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このとき、Ｈ1≧Ｌ1ｔａｎ(６０°＋|θ1|＋|θ2|）となるまでＳｉＣ単結晶を成長させる。ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、昇華析出法）を用いることができる。得られた第１成長結晶１２ａから、成長方向が［２−１−１０］であり、第２成長面のオフセット角がθ2であり、かつ、第２成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ2（≒Ｌ1／ｓｉｎ(３０°−|θ1|−|θ2|）である第２種結晶１０ｂを切り出す。この場合、θ1及びθ2は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ2を大きくする方向となるように選択する。
【００６０】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２種結晶１０ｂを用いて、Ｈ2≧Ｌ2ｔａｎ(６０°＋|θ2|＋|θ3|）となるまで第２成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。得られた第２成長結晶１２ｂから、成長方向が［１１−２０］方向であり、第３成長面のオフセット角がθ3であり、かつ、第３成長面の｛０００１｝面内方向の長さがＬ3（≒Ｌ2／ｓｉｎ(３０°−|θ2|−|θ3|)）である第３種結晶１０ｃを切り出す。この場合、θ2及びθ3は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬ3を大きくする方向となるように選択する。
最後に、図６（ｃ）に示すように、第３種結晶１０ｃを用いて、Ｈ3＝Ｌ3となるまで第３成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。これにより、｛０００１｝面の口径が約Ｌ3であるａ面成長基板が得られる。
【００６１】
以上のように、＜１１−２０＞オフ成長を繰り返すと、繰り返し毎に｛０００１｝面の口径が拡大する。しかも、Ｓｉ面側ファセット領域は、常に成長結晶の端部に形成される。そのため、異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制しながら、｛０００１｝面の口径が大きなａ面成長基板を作製することができる。また、Ｌkが理論上の最大値となるまで、ＳｉＣ単結晶をオフ成長させると、より少ない繰り返し回数で、より｛０００１｝面の口径が大きいａ面成長基板を作製することができる。
なお、図６に示す例においては、合計３回の｛１１−２０｝面成長を行っているが、｛１１−２０｝面成長の繰り返し回数は３回に限定されるものではなく、要求される｛０００１｝面の口径に応じて最適な回数を選択することができる。
【００６２】
［３．３．５．＜１１−２０＞オン成長又は＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径拡大（５）： 成長結晶残存法］
第５の具体例は、＜１１−２０＞オン成長又は＜１１−２０＞オフ成長による｛０００１｝面の口径を拡大する方法であって、成長結晶の大半をそのまま種結晶に用いる方法（成長結晶残存法）である。
成長結晶残存法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶を、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面に沿って切断するとともに、前記第（ｋ−１）成長結晶の大部分を残存させ、前記第ｋ成長面を露出させた前記第（ｋ−１）成長結晶を前記第ｋ種結晶としてそのまま用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００６３】
図７に、｛１１−２０｝面選択成長法の一種である成長結晶残存法の工程図を示す。
まず、図７（ａ）に示すように、第１種結晶１０ａを用意する。第１種結晶１０ａは、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つものであれば良い。図７（ａ）に示す例において、第１種結晶１０ａは、θ1＝０であるオンセット基板である。また、第１種結晶１０ａは、第１成長面が露出するようにインゴットから薄くスライスした基板であっても良く、あるいは、第１成長面が露出するように表面を加工したインゴットをそのまま用いても良い。
このような第１種結晶１０ａを用いて、［１１−２０］方向にＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる（第１ａ面成長工程）。これにより、図７（ｂ）に示すように、第１成長結晶１２ａが得られる。この場合、第１成長結晶１２ａの両端に、異方位結晶又は異種多形結晶１４ａ、１６ａが成長する場合がある。
【００６４】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１種結晶１０ａを含む第１成長結晶１２ａを、第１ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ2が−１５°≦θ2≦１５°である第２成長面（Ｍ2線）に沿って切断する。Ｍ2線の位置は、第２成長面上に異方位結晶又は異種多形１４ａ、１６ａが露出せず、かつ、第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）の大部分が残存するように選択するのが好ましい。
また、第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）は、
（１）口径拡大後の形状を、目的とする最終形状（図７に示す例においては、円形）に近づけるための輪郭線（Ｎ2線）、及び／又は、
（２）第３成長面となる線（Ｍ3線）、
に沿ってさらに切断しても良い。
【００６５】
次に、Ｍ2線、並びに、必要に応じてＮ2線及びＭ3線に沿って第１成長結晶１２ａ（＋第１種結晶１０ａ）を切断した後、図７（ｄ）に示すように、これを第２種結晶１０ｂとしてそのまま用いて、［２−１−１０］方向にＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる（第２ａ面成長工程）。これにより、図７（ｄ）に示すように、第２成長結晶１２ｂが得られる。この場合も、第２成長結晶１２ｂの両端に、異方位結晶又は異種多形結晶１４ｂ、１６ｂが成長する場合がある。
【００６６】
以下、同様にして、
（１）第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）の大部分が残存するように、第３成長面（Ｍ3線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ3線、Ｎ'3線）に沿って第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）を切断する工程（図７（ｅ））、
（２）第２成長結晶１２ｂ（＋第２種結晶１０ｂ）を第３種結晶１０ｃとしてそのまま用いて、［１−２１０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｆ））、
（３）第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）の大部分が残存するように、第４成長面（Ｍ4線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ4線）に沿って第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）を切断する工程（図７（ｇ））、
（４）第３成長結晶１２ｃ（＋第３種結晶１０ｃ）を第４種結晶１０ｄとしてそのまま用いて、［−１−１２０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｈ））、
（５）第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）の大部分が残存するように、第５成長面（Ｍ5線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ5線）に沿って第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）を切断する工程（図７（ｉ））、及び、
（６）第４成長結晶１２ｄ（＋第４種結晶１０ｄ）を第５種結晶１０ｅとしてそのまま用いて、［−２１１０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｊ））、
を繰り返す。
【００６７】
さらに、
（７）第５成長結晶１２ｅ（＋第４種結晶１０ｅ）の大部分が残存するように、第６成長面（Ｍ6線）、並びに、必要に応じて輪郭線（Ｎ6線）に沿って第５成長結晶１２ｅ（＋第５種結晶１０ｅ）を切断する工程（図７（ｋ））、及び、
（６）第５成長結晶１２ｅ（＋第５種結晶１０ｅ）を第６種結晶１０ｆとしてそのまま用いて、［−１２−１０］方向にＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程（図７（ｌ））、
を行う。
最後に、第６成長結晶１２ｆの外形を整えると、図７（ｍ）に示すように、円形のＳｉＣ単結晶１２ｇが得られる。
【００６８】
成長結晶残存法は、大口径の｛０００１｝面を作製するまでの成長回数を低減することができる。
また、一般に、成長面内における｛０００１｝面内方向の長さＬが大きい種結晶を用いて結晶を成長させると、応力が高くなり、成長結晶が割れやすくなる。これに対し、成長結晶残存法では、Ｌが相対的に大きい種結晶を用いた成長回数が少なくなるので、クラックの発生確率を低減できる。
【００６９】
［３．４． その他の異種多形結晶・異方位結晶の低減方法］
｛１１−２０｝面選択成長法は、成長結晶の端部にＳｉ面側ファセット領域が形成されるため、それのみによっても良質の単結晶が得られる。また、｛１１−２０｝面選択成長法に加えて、後述する方法の内、｛１１−２０｝面成長にも適用可能な１種又は２種以上の方法を組み合わせると、異種多形結晶や異方位結晶の生成確率をさらに低減することができる。
【００７０】
［４． ａ面成長法の具体例（２）：交互成長法］
［４．１． 概要］
交互成長法とは、成長方向が約９０°異なる｛１１−２０｝面成長と｛１−１００｝面成長とを交互に繰り返す方法をいう。
すなわち、交互成長法とは、
前記第１ａ面成長工程は、｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面又は｛１−１００｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長又は｛１−１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
このような成長を繰り返すことで、｛０００１｝面内方向の長さがより大きな第ｋ種結晶を順次作製していき、大口径化を行う。
【００７１】
オフセット角θkの詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
｛１−１００｝面成長を行う場合、ファセット領域は、成長結晶の表面のほぼ中央部に発生する。そのため、良質の結晶を得るためには、｛１−１００｝面成長時に、Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetを所定の範囲内に維持するための追加の手段を講じる必要がある。
一方、｛１１−２０｝面成長を行う場合、ファセット領域は、成長結晶の表面の端部に発生し、Ｓfacetは、自然と小さくなり、所定の範囲内に維持できる。そのため、良質の結晶を得るためには、必ずしもＳｉ面側ファセット面積率Ｓfacetを所定の範囲内に維持するための追加の手段を講じる必要はない。しかしながら、このような手段をさらに講じると、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度をさらに低減することができる。
このような手段としては、具体的には、以下のようなものがある。なお、以下に説明する各種の手段は、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、物理的に可能な限りにおいて、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００７２】
［４．２． Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段］
［４．２．１． ｃ軸方向の非対称成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第１の具体例は、ｃ軸方向の非対称成長法である。
ｃ軸方向の非対称成長法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
ここで、「ｃ軸方向中心」とは、｛０００１｝面に対して垂直な線と成長結晶との交点の中心をいう。
【００７３】
図８に、ｃ軸方向に非対称成長するように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
図８に示すように、｛１−１００｝面成長時において、｛０００１｝面ファセットの最頂部をｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側にすることで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積を縮小することができる。その結果、異方位結晶や異種多形結晶の発生による品質低下を抑制することができる。
なお、図示はしないが、｛１１−２０｝面成長時においても、｛０００１｝面ファセットの最頂部をＳｉ面寄り側にすることで、Ｓｉ面側ファセット領域の面積をさらに縮小することができる。また、ｃ軸方向の非対称成長は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
【００７４】
ｃ軸方向に非対称成長させる方法には、種々の方法がある。第１の方法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時に、ｃ軸方向中心よりもＳｉ面側の温度を低くする方法である。
Ｓｉ面側の温度を低くする方法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の温度が前記ｃ軸方向中心より低くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００７５】
Ｓｉ面寄り側の温度を低くする方法としては、例えば、図９（ａ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。ＳｉＣ単結晶を成長させる際には、成長面をある程度凸形状に維持しなければならないことが知られている。そのために、坩堝構造に工夫が施されたり、炉体内における坩堝の位置などが調整され、一般的には、坩堝内の単結晶付近においては、坩堝の中心付近の温度が最も低くなっている。図中に詳細な坩堝構造は示さないが、同様に坩堝中心付近の温度が最も低くなるような構造となっていることを前提とする。そのため、種結晶２６の中心を坩堝２２中心から偏倚させ、Ｓｉ面側を坩堝２２中心に近づけると、Ｓｉ面寄り側の温度が低くなる。その結果、成長結晶３０の｛１−１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００７６】
ｃ軸方向に非対称成長させるための第２の方法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時に、ｃ軸方向中心よりもＳｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法である。
Ｓｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側のＳｉＣガス濃度が前記ｃ軸方向中心より高くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００７７】
Ｓｉ面側のＳｉＣガス濃度を高くする方法としては、例えば、図９（ｂ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。さらに、原料２４の上部には、ＳｉＣガスを成長結晶表面の特定部位に優先的に供給するための昇華ガスガイド２８を設ける。この時、ＳｉＣガスがＳｉ面寄り側に優先的に供給されるように昇華ガスガイド２８の先端を配置すると、昇華ガスガイド２８の先端付近のＳｉＣガス濃度が最も高くなる。その結果、成長結晶３０の｛１−１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。また、これによって、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００７８】
ｃ軸方向に非対称成長させるための第３の方法は、｛１１−２０｝面成長時の種結晶として、Ｓｉ面側の長さが長い非対称種結晶を用いる方法である。
非対称種結晶を用いる方法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の長さがＣ面寄り側の長さより長い前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００７９】
図１０に、非対称種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
上述したように、｛１１−２０｝面成長時には、ファセット領域は、成長結晶の両端に形成される。この時、図１０に示すように、種結晶のＳｉ面寄り側の長さを長くすると、ファセット領域がＳｉ面寄り側に偏って形成され、これと同時に、｛１−１００｝面ファセットの最頂部がＳｉ面寄り側に偏倚する。そのため、対称な種結晶を用いた場合に比べて、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００８０】
［４．２．２． Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法（貼り合わせ種結晶）］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第２の具体例は、Ｓｉ面側極性面ステップそのものを消滅させる方法である。
Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法とは、すなわち、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、少なくとも２個の種結晶素片のＳｉ面が向かい合わせになるように前記種結晶素片を貼り合わせて前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である方法をいう。
Ｓｉ面を介して向かい合う各種結晶素片は、それぞれ、一体の種結晶素片であっても良く、あるいは、Ｓｉ面が同一方向を向くように貼り合わされた複数個の種結晶素片の集合体であっても良い。
【００８１】
図１１に、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
Ｓｉ面が向かい合うように２つの種結晶素片を貼り合わせて種結晶とすると、種結晶のｃ軸方向の端面は、ともにＣ面となる。このような種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させると、｛１−１００｝面ファセット間に形成されるステップは、いずれもＣ面側極性面ステップとなる。すなわち、この方法によれば、実質的にＳｉ面側ファセット領域が消滅する。その結果、異方位結晶や異種多形結晶の発生確率が著しく低下する。
【００８２】
図１９に、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（中中）、斜視図（右上）、及び右側面図の部分拡大図（右中）、並びに、種結晶素片のＳｉ面側を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
通常、｛１１−２０｝面成長では、図２に示したように、ファセットは成長結晶の表面の両端に現れ、Ｓｉ面側にはＳｉ面側ファセット領域が形成される。そこで、種結晶上のファセットが形成される種結晶の両端部分に、Ｓｉ面側を向かい合わせるようにして種結晶素片を配置する。
ここで、種結晶の中央部分は、
（ａ）成長結晶は一体的である方が低品質な接合界面を含まないため、成長結晶から取り出す｛０００１｝面ウェハの歩留まりが高くなるという点、また、
（ｂ）中央部分はファセットが形成されないという理由から、
Ｓｉ面側の貼り合わせは行わない一体的な種結晶とする。
【００８３】
このように配置した種結晶では、種結晶の両端部分のｃ軸方向の端面は、ともにＣ面となる。この種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させると、成長結晶の両端の｛１−１００｝面ファセット間に形成されるステップは、いずれもＣ面側極性面ステップとなる。すなわち、この方法によれば、｛１１−２０｝面成長においても、Ｓｉ面側ファセット領域を実質的に消滅させることができる。その結果、異方位結晶や異種多形の発生確率が著しく低下する。また、｛１−１００｝面成長でのＳｉ面側の貼り合わせにおいて生じる成長結晶中の接合界面が、成長結晶の中央部にないため、取り出される｛０００１｝面ウェハの歩留まりも高くなる。
上記Ｓｉ面側極性面ステップ消滅法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
【００８４】
［４．２．３． ｛１−１００｝面平坦成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第３の具体例は、｛１−１００｝面成長時に最頂部近傍の｛１−１００｝面を平坦に成長させる方法である。
｛１−１００｝面平坦成長法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ファセット領域内の高低差が１ｍｍ以下である領域の面積がファセット領域の総面積の９０％以上となるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
「高低差が１ｍｍ以下である領域」とは、｛１−１００｝面ファセットの最頂部及びこれに隣接する｛１−１００｝面ファセットを含む領域であって、｛１−１００｝面ファセット最頂部から１ｍｍ以内にある領域（すなわち、極性面ステップが相対的に少ない領域）をいう。
【００８５】
図１２に、｛１−１００｝面平坦成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
図１２に示すように、｛１−１００｝面成長させる場合において、成長開始から成長終了まで成長面を平坦に維持すると、｛１−１００｝面ファセット最頂部が広くなり、「高低差が１ｍｍ以下である領域」が拡大する。その結果、Ｓｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。また、これによって異方位結晶や異種多形結晶の発生確率が著しく低下する。
【００８６】
｛１−１００｝面を平坦に成長させる方法としては、例えば、図９（ｃ）に示す方法がある。すなわち、坩堝２２内に原料２４を充填し、坩堝２２上部には、種結晶２６を固定する。さらに、成長結晶３０の表面に対向する位置に均熱板３２を配置する。均熱板３２を配置すると、成長結晶３０の表面近傍において、水平面内の温度差が小さくなる。その結果、成長結晶３０の表面が平坦化する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積が縮小する。
【００８７】
［４．２．４． ｛０００１｝面内方向の凸化成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第４の具体例は、｛１−１００｝面成長時に｛１−１００｝面を｛０００１｝面内方向に凸化成長させる方法である。
凸化成長法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、前記第ｋ成長結晶の表面が｛０００１｝面内方向に凸型となるように、すなわち、前記第ｋ成長結晶の｛０００１｝面内方向長さをＬ、前記第ｋ成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率をｒとするときにｒ＜Ｌを満たすように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００８８】
また、凸化成長させる場合、成長結晶の表面は、ｃ面内方向中心に対して、対称となるように成長させても良く、あるいは、非対称となるように成長させても良い。
すなわち、凸化成長させる場合において、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ面内方向中心に対して端部側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程であっても良い。
「ｃ面内方向中心」とは、｛０００１｝面に対して平行な線と成長結晶との交点の中心をいう。
「凸化」とは、成長結晶の｛０００１｝面内方向の長さをＬ、成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率ｒ（成長面の中心を通る、成長面に垂直な平面が、成長結晶の表面と交わる線分の曲率）とする時、ｒ＜Ｌを満たす場合とする。
【００８９】
図１３に、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（中下）、及び斜視図（右上）、並びに、ｒとＬの関係を表す模式図（右下）を示す。
図１３に示すように、｛１−１００｝成長させる場合において、｛０００１｝面内方向に凸化するように結晶を成長させると、ファセット領域の｛０００１｝面内方向の幅が狭くなる。その結果、ファセット領域の面積自体が縮小する。また、これによってＳｉ面側ファセット領域の面積も縮小する。
【００９０】
図１４に、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
図１４に示すように、｛０００１｝面内方向に凸化するように、かつ、ｃ面内方向中心に対して非対称となるように｛１−１００｝面成長させると、縮小されたＳｉ面側ファセット領域が成長結晶の端部側に移動する。そのため、成長結晶の中央付近での異方位結晶や異種多形結晶の発生を抑制することができる。
【００９１】
結晶を凸化成長させる方法としては、具体的には、図９（ｂ）に示すように、昇華ガスガイド２８を用いて、成長結晶３０の表面の特定部位のＳｉＣガス濃度を高くする方法などがある。
【００９２】
［４．２．５． 窒素ドープ量低減成長法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第５の具体例は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時に窒素ドープ量を低減する方法である。
窒素ドープ量低減成長法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、窒素ガス分圧が５％以下である雰囲気下において、前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００９３】
一般的に、ＳｉＣ単結晶の成長では、基板上に作製するデバイスの抵抗を低減するために成長雰囲気に窒素を導入しながら成長することが多い。窒素ドープは、ウェハを切り出すｃ面成長時には必須となるが、高品質化工程であるａ面成長時には必須ではない。
逆に、窒素ドープをしながらａ面成長させる場合において、窒素ドープ量が多いと、異方位結晶や異種多形の発生頻度が高くなる。従って、窒素ガス分圧は、５％以下が好ましい。窒素ガス分圧は、さらに好ましくは、１％以下である。
【００９４】
図１５に、窒素ドープ量低減成長法を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左下）、正面図（左上）、右側面図（右下）、及び斜視図（右上）を示す。
窒素をドープしながらａ面成長させる場合において、窒素ドープ量を低減すると、Ｓｉ面側ファセット領域における異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度が低下する。
これは、
（１）窒素ドープ量を低減すると、図１５に示すように、ファセット領域の｛０００１｝面内方向の幅が若干狭くなり、これに応じてＳｉ面側ファセット領域の面積も縮小するため、及び、
（２）詳細な理由は不明であるが、窒素ドープ量が少ない条件下で｛１−１００｝面成長させると、異方位結晶や異種多形結晶の発生頻度そのものが低下するため、
と考えられる。
【００９５】
［４．２．６． ダミー種結晶配置法］
Ｓｉ面側ファセット面積率Ｓfacetの低減手段の第６の具体例は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長時にダミー種結晶を配置する方法である。
ダミー種結晶配置法とは、具体的には、
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、主種結晶にダミー種結晶を隣接させてこれを前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
方法をいう。
【００９６】
主種結晶は、成長の繰り返しとともに厚みが大きいブロック体になる。
一方、ダミー種結晶は、薄い通常の種結晶であっても良い点、最終的に成長結晶から切除するため表面を研磨する必要もない点、及び、結晶方位が限定されない点で、前述のＳｉ面側極性面ステップ消滅法と異なる。また、ダミー種結晶は、一体の種結晶素片であっても良く、あるいは、貼り合わされた複数個の種結晶素片の集合体であっても良い。
【００９７】
図２０に、ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１−１００｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及びダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
主種結晶のＳｉ面側に、ダミー種結晶を配置して成長させると、主種結晶上に成長する結晶上においては、表面の＜０００１＞方向の曲率が小さくなり、ダミー種結晶上に選択的にＳｉ面側極性面ステップが形成される。すなわち、この方法によれば、Ｓｉ面側ファセット領域に、異方位結晶や異種多形結晶が発生したとしても、主種結晶上の成長結晶はその影響を受けにくくなる。
【００９８】
図２１に、ダミー種結晶を配置した種結晶を用いて｛１１−２０｝面成長させたＳｉＣ単結晶の平面図（左中）、正面図（左上）、右側面図（右中）、斜視図（右上）、及び、ダミー種結晶を貼り合わせた種結晶の平面図（左下）を示す。
主種結晶の｛０００１｝面内方向の両端部に、ダミー種結晶を配置して成長させると、主種結晶上に成長する結晶上においては、表面の｛０００１｝面内方向の曲率が小さくなり、ダミー種結晶上に選択的にファセットが形成されやすくなる。すなわち、この方法によれば、Ｓｉ面側ファセット領域に、異方位結晶や異種多形結晶が発生したとしても、主種結晶上の成長結晶は、その影響を受けにくくなる。
上記ダミー種結晶配置法は、｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長のいずれか一方に適用しても良く、あるいは、双方に適用しても良い。
【００９９】
［５． ＳｉＣ単結晶の製造方法（２）］
本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ａ面成長工程と、ｃ面成長工程とを備えている。
［５．１． ａ面成長工程］
ａ面成長工程は、Ｓｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが所定の値以下に維持されるように、ａ面成長を２回以上繰り返す工程である。
ａ面成長工程の詳細については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【０１００】
［５．２． ｃ面成長工程］
ｃ面成長工程は、第ｎａ面成長工程で得られた前記第ｎ成長結晶から、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である第（ｎ＋１）成長面を持つ第（ｎ＋１）種結晶を切り出し、前記第（ｎ＋１）成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる工程である。
ｃ面成長時のオフセット角の絶対値が大きすぎると、第ｎ種結晶から成長結晶に引き継がれた積層欠陥を成長結晶外に排出するために、より高い成長高さが必要となる。また、オフセット角の絶対値が大きくなりすぎると、成長結晶中に新たな積層欠陥が発生する場合がある。従って、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値は、３０°以内が好ましい。
【０１０１】
第１の実施の形態に係る方法を用いて得られたａ面成長結晶は、｛０００１｝面口径が大きく、かつ、異方位結晶や異種多形結晶が少ない。そのため、このようなａ面成長結晶からｃ面成長用の種結晶を切り出してｃ面成長させると、｛０００１｝面口径が大きく、かつ、欠陥の少ないｃ面成長結晶を製造することができる。
【０１０２】
［６． ＳｉＣ単結晶： ａ面成長結晶］
第１の実施の形態に係る方法を用いると、欠陥の少ないａ面成長結晶が得られる。具体的には、外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０３】
［６．１． 異方位結晶塊及び異種多形結晶塊］
図１６に、本発明に係るａ面成長法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（図１６（ａ））、正面図（図１６（ｂ））、及び斜視図（図１６（ｃ））を示す。
本発明に係るａ面成長法を用いて｛０００１｝面口径の大きいａ面成長結晶を製造する場合において、製造条件を最適化したときには、Ｓｉ面側ファセット領域は、専ら成長結晶の外周部に形成される。そのため、Ｓｉ面側ファセット領域内に異方位結晶や異種多形結晶の核が生成し、ＳｉＣの成長に伴ってこれらが塊状に成長したとしても、これらは専ら成長結晶の外周部に存在する。
ここで、「外周から２０％の領域」とは、図１６に示すように、成長結晶の表面から０．２ｘに相当する距離までの領域をいう。「ｘ」とは、成長結晶の中心から表面までの距離をいう。
「異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まない」とは、体積が１ｍｍ3を超える塊状の異方位結晶や異種多形結晶を含まないことをいう。
製造条件をさらに最適化すると、外周部から１０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ結晶、あるいは、実質的に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０４】
［６．２． 口径］
本発明に係るａ面成長法は、｛０００１｝面口径の大きいａ面成長結晶を効率よく製造することができる。具体的には、製造条件を最適化すると、｛０００１｝面の口径が１００ｍｍ以上、あるいは、１５０ｍｍ以上であるＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０５】
［６．３． ファセット痕］
図１７に、ａ面成長させたＳｉＣ単結晶中に生成した｛１−１００｝面ファセット痕（図１７（ａ）、（ｂ））、及びＳｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕（図１７（ｃ）、（ｄ））の模式図を示す。
｛１１−２０｝面成長させる場合、ファセット領域は、成長結晶の端部に形成される。そのため、図１７（ａ）に示すように、｛１−１００｝面ファセット痕（ハッチングを施した領域）は、成長結晶の端部に現れる。
一方、｛１−１００｝面成長させる場合、図１７（ｂ）に示すように、｛１−１００｝面ファセット痕は、成長結晶の中央部に現れる。｛１−１００｝面ファセット痕は、Ｓｉ面側極性ステップを含み、異方位結晶や異種多形結晶が発生しやすい領域であるので、その体積率は、低いほど良い。
【０１０６】
上述したａ面成長法において、ファセット領域の面積そのものを縮小させる手段を講じると、｛１−１００｝面ファセット痕の体積率（＝成長結晶の体積に占める｛１−１００｝面ファセット痕の体積の割合）を小さくすることができる。具体的には、製造条件を最適化することによって、｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が４０％以下、あるいは、２０％以下であるＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０７】
また、ａ面成長させる場合、通常、ファセット領域内にＳｉ面側極性面ステップが形成される。ファセット領域内にＳｉ面側極性面ステップが形成されると、縞状のファセット痕となる。
｛１１−２０｝面成長させる場合、図１７（ｃ）に示すように、Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕（以下、これを「縞状ファセット痕」ともいう。）は、両端に形成されたファセット痕の内、Ｓｉ面寄り側（太い破線で囲った領域）を占める。
同様に、｛１−１００｝面成長させる場合、縞状ファセット痕は、中央に形成されたファセット痕の内、Ｓｉ面寄り側を占める。縞状ファセット痕は、異方位結晶や異種多形結晶が発生しやすい領域であるので、その体積率は、低いほどよい。
【０１０８】
上述したａ面成長法において、ファセット領域の面積そのものを縮小させる手段、あるいは、Ｓｉ面側ファセット領域を縮小させる手段を講じると、縞状ファセット痕の体積率（＝成長結晶の体積に占める縞状ファセット痕の体積の割合）を小さくすることができる。具体的には、製造条件を最適化することによって、縞状ファセット痕の体積率が２０％以下、あるいは、１０％以下であるＳｉＣ単結晶が得られる。
【０１０９】
［７． ＳｉＣウェハ、ＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）］
本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣウェハは、ａ面成長法を用いて得られたＳｉＣ単結晶（ａ面成長結晶）から切り出され、最も広い面が略｛０００１｝面（すなわち、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面）からなる。
得られたＳｉＣウェハは、そのまま各種の用途に用いることができる。あるいは、得られたＳｉＣウェハを種結晶に用いて、ＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）を製造することができる。
さらに、本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣウェハは、このようにして得られたＳｉＣ単結晶（ｃ面成長結晶）から切り出されたものからなる。得られたＳｉＣウェハは、各種の用途に用いることができる。
【０１１０】
［８． 半導体デバイス］
本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係るＳｉＣ単結晶又はＳｉＣウェハを用いて製造されたものからなる。半導体デバイスとしては、具体的には、
（ａ）ＬＥＤ、
（ｂ）パワーデバイス用のダイオードやトランジスタ、
などがある。
【０１１１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として使用することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法として用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えたＳｉＣ単結晶の製造方法。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2 ・・・（Ａ）
但し、
Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
【請求項２】
前記第１ａ面成長工程は、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である前記第１成長面を持つ前記第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（１）式の関係が成り立つように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｈk＞Ｌkｓｉｎ(６０°＋|θk|＋|θk+1|) ・・・（１）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【請求項４】
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）成長結晶から、次の（２）式の関係が成り立つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２又は３に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｌk≒Ｈk-1／ｃｏｓ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（２）
但し、Ｈk-1は、第（ｋ−１）ａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【請求項５】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（３）式を満たすように前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２から４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｈk≧Ｌkｔａｎ（６０°＋|θk|＋|θk+1|） ・・・（３）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【請求項６】
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、次の（４）式を満たすように第（ｋ−１）成長結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２から５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｌk≒Ｌk-1／ｓｉｎ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（４）
但し、Ｌk-1は、第（ｋ−１）種結晶の第（ｋ−１）成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【請求項７】
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶を、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面に沿って切断するとともに、前記第（ｋ−１）成長結晶の大部分を残存させ、前記第ｋ成長面を露出させた前記第（ｋ−１）成長結晶を前記第ｋ種結晶としてそのまま用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２から６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項８】
|θk-1|＝|θk|（２≦ｋ≦ｎ）である
請求項２から７までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記第１ａ面成長工程は、｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面又は｛１−１００｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長又は｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１から９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の温度が前記ｃ軸方向中心より低くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１０に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側のＳｉＣガス濃度が前記ｃ軸方向中心より高くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１０又は１１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の長さがＣ面寄り側の長さより長い前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１０から１２までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１４】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、少なくとも２個の種結晶素片のＳｉ面が向かい合わせになるように前記種結晶素片を貼り合わせて前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である請求項１から１３までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１５】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ファセット領域内の高低差が１ｍｍ以下である領域の面積がファセット領域の総面積の９０％以上となるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１から１４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１６】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、主種結晶にダミー種結晶を隣接させてこれを第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１から１５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１７】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、前記第ｋ成長結晶の表面が｛０００１｝面内方向に凸型となるように、すなわち、前記第ｋ成長結晶の｛０００１｝面内方向長さをＬ、前記第ｋ成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率をｒとするときにｒ＜Ｌを満たすように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１から１６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１８】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ面内方向中心に対して端部側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１７に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１９】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、窒素ガス分圧が５％以下である雰囲気下において、前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１から１８までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２０】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛０００１｝面からのオフセット角が８５°超９５°未満の範囲にある前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を用いて、前記第ｋ成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である
請求項１から１９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２１】
以下の構成をさらに備えた請求項１から２０までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
（ｅ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、前記第ｎ成長結晶から、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である第（ｎ＋１）成長面を持つ第（ｎ＋１）種結晶を切り出し、前記第（ｎ＋１）成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させるｃ面成長工程を備えている。
【請求項２２】
請求項１から２０までのいずれかに記載の方法により得られ、
外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶。
【請求項２３】
前記外周から１０％の領域を除く領域内において、前記異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まない請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２４】
｛０００１｝面の口径が１００ｍｍ以上である請求項２２又は２３に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２５】
｛０００１｝面の口径が１５０ｍｍ以上である請求項２２から２４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２６】
｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が４０％以下である請求項２２から２５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２７】
｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が２０％以下である請求項２２から２６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２８】
Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が２０％以下である請求項２２から２７までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２９】
Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が１０％以下である請求項２２から２８までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項３０】
請求項２２から２９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶から切り出され、
最も広い面が｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面からなるＳｉＣウェハ。
【請求項３１】
請求項３０に記載のＳｉＣウェハを用いてｃ面成長させることにより得られるＳｉＣ単結晶。
【請求項３２】
請求項３１に記載のＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ。
【請求項３３】
請求項２２から２９までのいずれか若しくは請求項３１に記載のＳｉＣ単結晶、又は、請求項３０若しくは請求項３２に記載のＳｉＣウェハを用いて製造される半導体デバイス。
【請求項３４】
前記半導体デバイスは、ダイオード、トランジスタ、又は、ＬＥＤである請求項３３に記載の半導体デバイス。
【請求項１】
以下の構成を備えたＳｉＣ単結晶の製造方法。
（ａ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、ｎ回（ｎ≧２）のａ面成長工程を備えている。
（ｂ）第１ａ面成長工程は、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記第１成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｃ）第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向と４５°以上１３５°以下異なる方向に成長方向を有し、｛０００１｝面からのオフセット角が８０°以上１００°以下の範囲にある第ｋ成長面を持つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
（ｄ）前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、それぞれ、（Ａ）式で表されるＳｉ面側ファセット領域の面積率Ｓfacetが２０％以下に維持されるように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である。
Ｓfacet（％）＝Ｓ1×１００／Ｓ2 ・・・（Ａ）
但し、
Ｓ1は、Ｓｉ面側極性面ステップを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積と、前記Ｓｉ面側極性面ステップで挟まれた｛１−１００｝面ファセットを第ｋ成長面上に投影した面積の総面積の和、
Ｓ2は、第ｋ成長面の総面積。
【請求項２】
前記第１ａ面成長工程は、｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である前記第１成長面を持つ前記第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（１）式の関係が成り立つように、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｈk＞Ｌkｓｉｎ(６０°＋|θk|＋|θk+1|) ・・・（１）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【請求項４】
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）成長結晶から、次の（２）式の関係が成り立つ第ｋ種結晶を切り出し、前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２又は３に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｌk≒Ｈk-1／ｃｏｓ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（２）
但し、Ｈk-1は、第（ｋ−１）ａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【請求項５】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ−１）は、次の（３）式を満たすように前記第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２から４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｈk≧Ｌkｔａｎ（６０°＋|θk|＋|θk+1|） ・・・（３）
但し、Ｈkは、第ｋａ面成長工程における成長高さ、
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk及びθk+1は、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともに第（ｋ＋１）種結晶の第（ｋ＋１）成長面の｛０００１｝面内方向長さＬk+1を大きくする方向。
【請求項６】
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、次の（４）式を満たすように第（ｋ−１）成長結晶から第ｋ種結晶を切り出し、第ｋ成長面上に前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２から５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
Ｌk≒Ｌk-1／ｓｉｎ(３０°−|θk-1|−|θk|) ・・・（４）
但し、Ｌk-1は、第（ｋ−１）種結晶の第（ｋ−１）成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
Ｌkは、第ｋ種結晶の第ｋ成長面の｛０００１｝面内方向長さ。
θk-1及びθkは、符号が互いに反対であり、かつ、回転方向がともにＬkを大きくする方向。
【請求項７】
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶を、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約６０°又は約１２０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面に沿って切断するとともに、前記第（ｋ−１）成長結晶の大部分を残存させ、前記第ｋ成長面を露出させた前記第（ｋ−１）成長結晶を前記第ｋ種結晶としてそのまま用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項２から６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項８】
|θk-1|＝|θk|（２≦ｋ≦ｎ）である
請求項２から７までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記第１ａ面成長工程は、｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からのオフセット角θ1が−１５°≦θ1≦１５°である第１成長面を持つ第１種結晶を用いて、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程であり、
前記第ｋａ面成長工程（２≦ｋ≦ｎ）は、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程で得られた第（ｋ−１）成長結晶から、前記第（ｋ−１）ａ面成長工程の成長方向に対して約９０°異なる方向に成長方向を有し、かつ前記｛１１−２０｝面又は｛１−１００｝面からのオフセット角θkが−１５°≦θk≦１５°である前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を切り出し、切り出された前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長又は｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１から９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の温度が前記ｃ軸方向中心より低くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１０に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、前記第ｋ成長面のｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側のＳｉＣガス濃度が前記ｃ軸方向中心より高くなるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１０又は１１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１１−２０｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ｃ軸方向中心に対してＳｉ面寄り側の長さがＣ面寄り側の長さより長い前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１０から１２までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１４】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、少なくとも２個の種結晶素片のＳｉ面が向かい合わせになるように前記種結晶素片を貼り合わせて前記第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である請求項１から１３までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１５】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、ファセット領域内の高低差が１ｍｍ以下である領域の面積がファセット領域の総面積の９０％以上となるように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１から１４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１６】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、主種結晶にダミー種結晶を隣接させてこれを第ｋ種結晶とし、前記第ｋ種結晶を用いて前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１から１５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１７】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）が、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である場合において、
前記第ｋａ面成長工程は、前記第ｋ成長結晶の表面が｛０００１｝面内方向に凸型となるように、すなわち、前記第ｋ成長結晶の｛０００１｝面内方向長さをＬ、前記第ｋ成長結晶の表面の｛０００１｝面内方向の曲率をｒとするときにｒ＜Ｌを満たすように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１から１６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１８】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛１−１００｝面ファセットの最頂部が前記第ｋ成長面のｃ面内方向中心に対して端部側に来るように、前記ＳｉＣ単結晶を｛１−１００｝面成長させる工程である
請求項１７に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項１９】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、窒素ガス分圧が５％以下である雰囲気下において、前記ＳｉＣを｛１−１００｝面成長又は｛１１−２０｝面成長させる工程である
請求項１から１８までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２０】
前記第ｋａ面成長工程（１≦ｋ≦ｎ）は、｛０００１｝面からのオフセット角が８５°超９５°未満の範囲にある前記第ｋ成長面を持つ前記第ｋ種結晶を用いて、前記第ｋ成長面上にＳｉＣ単結晶をａ面成長させる工程である
請求項１から１９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２１】
以下の構成をさらに備えた請求項１から２０までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
（ｅ）前記ＳｉＣ単結晶の製造方法は、前記第ｎ成長結晶から、｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である第（ｎ＋１）成長面を持つ第（ｎ＋１）種結晶を切り出し、前記第（ｎ＋１）成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させるｃ面成長工程を備えている。
【請求項２２】
請求項１から２０までのいずれかに記載の方法により得られ、
外周から２０％の領域を除く領域内に異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まないＳｉＣ単結晶。
【請求項２３】
前記外周から１０％の領域を除く領域内において、前記異方位結晶塊又は異種多形結晶塊を含まない請求項２２に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２４】
｛０００１｝面の口径が１００ｍｍ以上である請求項２２又は２３に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２５】
｛０００１｝面の口径が１５０ｍｍ以上である請求項２２から２４までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２６】
｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が４０％以下である請求項２２から２５までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２７】
｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が２０％以下である請求項２２から２６までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２８】
Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が２０％以下である請求項２２から２７までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項２９】
Ｓｉ面側極性面ステップを含む｛１−１００｝面ファセット痕の体積率が１０％以下である請求項２２から２８までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項３０】
請求項２２から２９までのいずれかに記載のＳｉＣ単結晶から切り出され、
最も広い面が｛０００１｝面からのオフセット角の絶対値が３０°以内である面からなるＳｉＣウェハ。
【請求項３１】
請求項３０に記載のＳｉＣウェハを用いてｃ面成長させることにより得られるＳｉＣ単結晶。
【請求項３２】
請求項３１に記載のＳｉＣ単結晶から切り出されるＳｉＣウェハ。
【請求項３３】
請求項２２から２９までのいずれか若しくは請求項３１に記載のＳｉＣ単結晶、又は、請求項３０若しくは請求項３２に記載のＳｉＣウェハを用いて製造される半導体デバイス。
【請求項３４】
前記半導体デバイスは、ダイオード、トランジスタ、又は、ＬＥＤである請求項３３に記載の半導体デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−２５０８８８（Ｐ２０１２−２５０８８８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５８８６（Ｐ２０１１−１２５８８６）
【出願日】平成２３年６月５日（２０１１．６．５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度経済産業省「低炭素社会を実現する新材料パワー半導体プロジェクト」委託研究）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月５日（２０１１．６．５）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年度経済産業省「低炭素社会を実現する新材料パワー半導体プロジェクト」委託研究）、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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