了测定得到的生长晶体的贯穿位错密度，与实施例1同样地从晶种切出生长晶 体部分，对生长晶体的（0001)面进行镜面抛光，使用510°C的熔融K0H和Na 2〇2进行碱蚀刻。对 蚀刻面进行显微镜观察。图4中示出蚀刻面的显微镜照片。测量图4中可看到的蚀刻坑的个 数，测定生长晶体的贯穿位错密度。生长晶体的贯穿位错密度为约IX 1〇6个/cm2,贯穿位错 密度相对于晶种基板的贯穿位错密度大幅度地增加。
[0114] (比较例2)
[0115] 相对于包含氮的Si-C溶液的合计量，以包含0.50原子％的氮原子量的方式加入 〇必粉末作为氮化物，不加入金属锗的粉末，除此以外，以与实施例1同样的方法使晶体生 长，回收生长的SiC晶体。
[0116] 与实施例1同样地进行生长面的外观观察、贯穿位错密度的测定、电阻率和氮密度 的测定。得到的生长晶体具有直径12mm和厚度4. Omm，生长速度为400ym/h，生长晶体为SiC 单晶，不包含杂晶，生长晶体的氮密度为5.ΟΧΙΟ19个/cm3,生长晶体的电阻率为5πιΩ · cm。 但是，生长晶体的贯穿位错密度为约IX 1〇6个/cm2,贯穿位错密度相对于晶种基板的贯穿位 错密度大幅度地增加。
[0117] (比较例3)
[0118] 相对于包含氮和锗的Si-C溶液的合计量，以包含0.60原子％的氮原子量的方式加 入Cr2N粉末作为掺杂剂原料的氮化物，以包含4.0原子％的方式加入金属锗的粉末，除此以 外，以与实施例1同样的方法使晶体生长，回收生长的SiC晶体。
[0119] 与实施例1同样地进行生长面的外观观察、贯穿位错密度的测定、电阻率和氮密度 及锗密度的测定。得到的生长晶体具有直径12mm和厚度4. Omm，生长速度为400ym/h，生长晶 体为SiC单晶，不包含杂晶。另外，生长晶体的氮密度为6.0 X 1019个/cm3，锗密度为1.0 X 1019 个/cm3,锗与氮的密度比[Ge/N]为0.17,电阻率为5πιΩ · cm。但是，生长晶体的贯穿位错密 度为约1 X 105个/cm2,贯穿位错密度相对于晶种基板的贯穿位错密度大幅度地增加。
[0120] (比较例4)
[0121] 相对于包含氮和锗的Si-C溶液的合计量，以包含0.30原子％的氮原子量的方式加 入&必粉末作为掺杂剂原料的氮化物，以包含20.0原子％的方式加入金属锗的粉末，除此 以外，以与实施例1同样的方法使晶体生长，回收生长的SiC晶体。
[0122] 与实施例1同样地进行生长面的外观观察、贯穿位错密度的测定、电阻率和氮密度 及锗密度的测定。得到的生长晶体具有直径12mm和厚度4. Omm，生长速度为400ym/h，生长晶 体为SiC单晶，不包含杂晶。另外，生长晶体的氮密度为3.0 X 1019个/cm3，锗密度为4.8 X 1019 个/cm3,锗与氮的密度比[Ge/N]为1.60,电阻率为8πιΩ · cm。但是，生长晶体的贯穿位错密 度为约1 X 105个/cm2,贯穿位错密度相对于晶种基板的贯穿位错密度大幅度地增加。
[0123] (比较例5)
[0124] 相对于包含氮的Si-C溶液的合计量，以包含0.60原子％的氮原子量的方式加入 〇必粉末作为氮化物，不加入金属锗的粉末，除此以外，以与实施例1同样的方法使晶体生 长，回收生长的SiC晶体。
[0125] 与实施例1同样地进行生长面的外观观察、贯穿位错密度的测定、电阻率和氮密度 的测定。得到的生长晶体具有直径12mm和厚度4. Omm，生长速度为400ym/h，生长晶体为SiC 单晶，不包含杂晶，生长晶体的氮密度为6.ΟΧΙΟ19个/cm3,生长晶体的电阻率为5ι?Ω · cm。 但是，生长晶体的贯穿位错密度为约IX 1〇6个/cm2,贯穿位错密度相对于晶种基板的贯穿位 错密度大幅度地增加。
[0126] (比较例6)
[0127] 相对于包含氮和锗的Si-C溶液的合计量，以包含0.30原子％的氮原子量和0.2原 子％的锗原子量的方式加入Ge3N 4粉末（高纯度化学研究所制，3N)作为掺杂剂原料的氮化 物，在距离溶液表面1 〇mm范围内以从溶液内部向溶液表面温度降低的温度梯度成为36°C/ cm的方式进行控制，除此以外，以与实施例1同样的方法使晶体生长，回收生长的SiC晶体。
[0128] 与实施例1同样地进行生长面的外观观察、贯穿位错密度的测定、电阻率和氮密度 及锗密度的测定。得到的生长晶体具有直径12mm和厚度2.5mm，生长速度为250ym/h，生长晶 体为SiC单晶，不包含杂晶。另外，生长晶体的氮密度为3.0 X 1019个/cm3，锗密度为5.0 X 1017 个/cm3,锗与氮的密度比[Ge/N]为0.02,电阻率为8πιΩ · cm。但是，生长晶体的贯穿位错密 度为约1 X 106个/cm2,贯穿位错密度相对于晶种基板的贯穿位错密度大幅度地增加。
[0129] (比较例7)
[0130] 在将单晶制造装置的内部抽真空至IX l(T3Pa后，导入氩气体和氮气体以形成1个 大气压，用95体积％的氩和5体积％的氮的混合气体置换单晶制造装置的内部空气。通过这 样操作，使用氮气来代替氮化物作为掺杂剂原料，不添加氮化物和金属锗而形成Si-C溶液， 并且在距离Si-C溶液表面10mm范围内以从溶液内部向溶液表面温度降低的温度梯度成为 l〇°C/cm的方式控制上段线圈和下段线圈的输出，除此以外，与实施例1同样的方法使晶体 生长。此时的Si-C溶液中的平均氮浓度以包含氮的Si-C溶液的总量作为基准为0.30原 子％ 〇
[0131] 在晶体生长结束后，使石墨轴上升，从Si-C溶液和石墨轴切离并回收晶种基板和 以晶种基板作为基点而生长的SiC晶体。
[0132] 与实施例1同样地进行生长面的外观观察、贯穿位错密度的测定、电阻率和氮密度 的测定。图5示出从生长面对得到的生长晶体进行观察的照片。得到的生长晶体具有直径 12mm和厚度0.5mm，生长速度为50ym/h。生长晶体为SiC单晶，不包含杂晶，生长晶体的氮密 度为3.0X10 19个/cm3,生长晶体的电阻率为8πιΩ · cm。但是，生长晶体的贯穿位错密度为约 1 X 106个/cm2,贯穿位错密度相对于晶种基板的贯穿位错密度大幅度地增加。
[0133] (比较例8)
[0134] 在距离Si-C溶液的表面10mm范围内以从溶液内部向溶液表面温度降低的温度梯 度成为30°C/cm的方式控制上段线圈和下段线圈的输出，除此以外，以与比较例7同样的方 法使晶体生长，回收生长的SiC晶体。
[0135] 图6示出从生长面对得到的生长晶体进行观察的照片。生长晶体中包含杂晶，得不 至Ij SiC单晶。
[0136] 在表1中汇总了实施例1~4和比较例1~8的生长条件，在表2中汇总了实施例1~4 和比较例1~8的结果。表2的贯穿位错产生量为新生长的生长晶体中的贯穿位错密度，是从 生长晶体的贯穿位错密度减去晶种基板的贯穿位错密度而得到的值。
[0137] 【表1】
[0138]
[0141] 图7中示出表示实施例1~4和比较例1~4中得到的生长晶体中的氮密度及锗密度 与有无产生新的贯穿位错的关系的图。
[0142] 在使用氮气体作为掺杂剂原料的情况下，加快生长速度时得不到单晶。在使用氮 化物作为掺杂剂原料的情况下，以快的生长速度得到了低电阻率的η型SiC单晶。在以规定 量添加了氮化物和金属锗的情况下，以快的生长速度得到了具有低电阻率和与晶种基板同 等的贯穿位错密度的η型SiC单晶。
[0143] 附图标记说明
[0144] 100单晶制造装置
[0145] 10石墨坩埚
[0146] 12石墨轴
[0147] 14晶种基板
[0148] 18隔热材料
[0149] 22高频线圈
[0150] 22A上段高频线圈
[0151] 22B下段高频线圈
[0152] 24 Si-C 溶液
[0153] 26石英管
【主权项】
1 .η型SiC单晶，其为包含锗和氮的η型SiC单晶，其中， 所述锗与所述氮的密度比[Ge/N]满足0.17< [Ge/N] < 1.60的关系。2. 权利要求1所述的η型SiC单晶，其中，所述氮的密度[N]满足1.00X1019个/cm3《[N] < 1.00ΧΙΟ20 个/cm3 的关系。3. 权利要求1或2所述的η型SiC单晶，其中，所述锗的密度[Ge]满足1.70X1018个/cm3< [Ge]<1.60X102° 个/cm3 的关系。4. 权利要求1~3任一项所述的η型SiC单晶，其中，所述锗与所述氮的密度比[Ge/N]满 足0.24 < [Ge/N] <0.83的关系。5.η型SiC单晶的制造方法，其是使SiC晶种基板与具有从内部向表面温度降低的温度 梯度的Si-C溶液接触以使η型SiC单晶晶体生长的η型SiC单晶的制造方法，其包括： 在用于形成所述Si-C溶液的原料或所述Si-C溶液中添加氮化物和金属锗的工序，和 使包含锗和氮的η型SiC单晶生长的工序，其中，所述锗与所述氮的密度比[Ge/N]满足 0.17<[66/^]<1.60的关系。6. 权利要求5所述的制造方法，其中，所述氮化物为选自氮化铬、氮化硅、氮化锗、氮化 钛和氮化镍中的至少一者。7. 权利要求5或6所述的制造方法，其中，以将包含所述氮和所述锗的Si-C溶液的总量 作为基准的氮原子换算量计，所述氮化物的添加量为0.12原子％以上。8. 权利要求5~7任一项所述的制造方法，其中所述Si-C溶液的表面温度为1800°C~ 2200。。。
【专利摘要】提供具有低电阻率且贯穿位错密度小的n型SiC单晶。该n型SiC单晶为包含锗和氮的n型SiC单晶，其中锗与氮的密度比[Ge/N]满足0.17＜[Ge/N]＜1.60的关系。
【IPC分类】C30B19/04, C30B29/36
【公开号】CN105492667
【申请号】CN201480047230
【发明人】白井嵩幸
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月23日
【公告号】EP3040452A1, US20160208411, WO2015029649A1