C溶解在Si或Si/X烙液中而成的Si-C溶液24的相蜗10,形成从Si-C 溶液的内部向溶液的表面溫度降低的溫度梯度，能够使保持于可升降的石墨轴12的前端的 晶种基板14与Si-C溶液24接触，从而使SiC单晶生长。优选使相蜗10和石墨轴12旋转。
[0157] 通过将原料投入相蜗，使C溶解在加热烙化而制备的Si或Si/X烙液中来制备Si-C 溶液24。通过将相蜗10设为石墨相蜗等碳质相蜗或SiC相蜗，C因相蜗10的溶解而溶解在烙 液中，形成Si-C溶液。运样，Si-C溶液24中不存在未溶解的C，能够防止由SiC单晶在未溶解 的C上的析出引起的SiC的浪费。C的供给例如可W利用控气体的吹入、或将固体C供给源与 烙液原料一起投入的方法，或者也可W将运些方法与相蜗的溶解组合。
[0158] 为了保溫，相蜗10的外周用隔热材料18覆盖。它们一并收容于石英管26内。在石英 管26的外周配置有加热用的高频线圈22。高频线圈22可W由上段线圈22A和下段线圈2?构 成，上段线圈22A和下段线圈22B可各自独立地控制。
[0159] 由于相蜗10、隔热材料18、石英管26和高频线圈22成为高溫，因此配置在水冷腔室 的内部。为了可将装置内的气氛调整为Ar、He等，水冷腔室具备气体导入口和气体排出口。
[0160] Si-C溶液的溫度通常由于福射等而形成与Si-C溶液的内部相比表面溫度低的溫 度分布，进一步地，通过调整高频线圈22的圈数和间隔、高频线圈22与相蜗10的高度方向的 位置关系、W及高频线圈22的输出，能够在Si-C溶液24中W浸溃了晶种基板14的溶液上部 成为低溫、溶液下部成为高溫的方式形成垂直于Si-C溶液24的表面方向的规定的溫度梯 度。例如，可W使上段线圈22A的输出小于下段线圈22B的输出，从而在Si-C溶液24中形成溶 液上部成为低溫、溶液下部成为高溫的规定的溫度梯度。
[0161] 在Si-C溶液24中溶解的C通过扩散和对流而被分散。通过线圈22的上段/下段的输 出控制、自Si-C溶液24表面的散热、W及经由石墨轴12的热损失，晶种基板14的底面附近形 成了与Si-C溶液24的下部相比成为低溫的溫度梯度。在高溫且溶解度大的溶液下部溶入的 C到达低溫且溶解度低的晶种基板底面附近时成为过饱和状态，W该过饱和度作为驱动力， SiC单晶在晶种基板上生长。
[0162] 在一些实施方式中，在SiC单晶的生长前，也可W进行使SiC晶种基板的表面层溶 解在Si-C溶液中而被除去的回烙。在使SiC单晶生长的晶种基板的表层，有时存在位错等加 工变质层、自然氧化膜等，在使SiC单晶生长前将它们溶解并除去对于使高质量的SiC单晶 生长是有效的。溶解的厚度根据SiC晶种基板的表面的加工状态而变化，但为了充分地除去 加工变质层和自然氧化膜，优选为约5~50μηι。
[0163] 回烙可W通过如下来进行:形成从Si-C溶液的内部向溶液的表面溫度增加的溫度 梯度，即，在Si-c溶液中形成与SiC单晶生长相反方向的溫度梯度。通过控制高频线圈的输 出，能够形成上述相反方向的溫度梯度。
[0164] 回烙也可W通过如下来进行:不在Si-C溶液中形成溫度梯度，仅将晶种基板浸溃 在被加热至高于液相线溫度的溫度的Si-C溶液中。在该情况下，Si-C溶液溫度变得越高，溶 解速度越快，但有时溶解量的控制变得困难，溫度低时溶解速度变慢。
[0165] 在一些实施方式中，也可W在预先加热晶种基板之后使晶种基板与Si-C溶液接 触。如果使低溫的晶种基板与高溫的Si-c溶液接触，则有时在晶种中产生热冲击位错。在使 晶种基板与Si-c溶液接触之前预先加热晶种基板，对于防止热冲击位错、使高质量的SiC单 晶生长是有效的。晶种基板的加热可W同石墨轴一起加热来进行。另外，替代该方法，也可 W在使晶种基板与较低溫的Si-c溶液接触之后，将Si-c溶液加热至使晶体生长的溫度。在 运种情况下，对于防止热冲击位错、使高质量的SiC单晶生长也是有效的。
[0166] 另外，本发明W贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷和基底面位错的密度各自 为10个/cm2W下，并且层叠缺陷的密度为10个/cmW下的SiC单晶为对象。
[0167] 在根据本发明的SiC单晶中，贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷和基底面位 错的各自的密度优选为5个/cm2W下、更优选为1个/cm 2W下，进一步优选为0个/cm2,并且层 叠缺陷的密度优选为5个/cmW下，更优选为1个/cmW下，进一步优选为0个/cm。
[0168] 在根据本发明的SiC单晶中，优选贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷和基底 面位错的密度(个/cm2) W及层叠缺陷的密度(个/cm)中的至少一者为零。
[0169] 根据本发明的SiC单晶优选为η型4H-SiC单晶。渗杂剂可W为氮原子，SiC单晶中 的氮密度优选为1 X l〇is个/cm3~1 X 102MVcm3。氮源可W是相蜗气氛中所包含的氮、相蜗 所吸附的氮等。
[0170] SiC单晶中的氮密度可利用二次离子质量分析法(SIMS)来测定。
[0171] 使用根据本发明的SiC单晶作为晶片在其上进行外延生长时，由于晶片中几乎不 包含或者完全不包含缺陷，因此能够得到不包含缺陷的外延生长层。如果使用根据本发明 的SiC单晶作为晶片，能够防止在外延生长层中产生纳米坑(nanopit)，另外，也能够降低外 延缺陷的产生。因此，在该外延生长层上形成的元件能够得到高的产率。
[0172] 外延生长层的缺陷可降低少数载流子的寿命，但是在几乎不包含或者完全不包含 缺陷的根据本发明的SiC单晶上形成的外延生长层对于低损耗双极器件的实现是非常有利 的。由于几乎不包含或完全不包含基底面位错等缺陷，因此也能够抑制双极器件的电阻的 增加。
[017引实施例
[0174](基于Si-c溶液的表面区域的溫度梯度的晶体厚度与结晶生长速度的关系研究） [017引 W下，如作为m面生长例1~11所示的那样，事先，将在距溶液表面3mm的范围内从 溶液内部向溶液表面溫度降低的溫度梯度设为10°C/cm、irC/cm、13°C/cm和2rC/cm，生长 时间设为15小时和24小时，并改变晶体厚度来研究晶体厚度与晶体生长速度的关系，得到 图5和图6中示出的结果。
[0176] (m面生长例1)
[0Π 7]准备通过升华法制作的SiC单晶作为晶种基板，该SiC单晶是长为10mm、宽为10mm W及厚为1.5mm的长方体形状的4H-SiC单晶，底面具有（1-100)面(正面）。使用石墨的粘接 剂，将晶种基板的顶面粘接于圆柱形状的石墨轴的端面的大致中央部。
[0178] 使用图8中示出的单晶制造装置，在收容Si-C溶液24的石墨相蜗中，W原子组成百 分比计^50:40:10的比例装入Si/Cr/Ni作为烙液原料。用氮置换单晶制造装置内部的空 气。对配置于石墨相蜗10周围的高频线圈22通电，通过加热来烙化石墨相蜗10内的原料，形 成Si/化/化合金的烙液。然后使足够量的C从石墨相蜗10溶解到Si/化/化合金的烙液中，形 成Si-C溶液24。
[0179] 调节上段线圈22A和下段线圈2?的输出来加热石墨相蜗10,形成从Si-C溶液24的 内部向溶液的表面溫度降低的溫度梯度。形成规定的溫度梯度的确认通过使用可升降的热 电偶测定Si-C溶液24的溫度来进行。通过高频线圈22A和22B的输出控制来调节高频线圈22 的输出，从而使Si-C溶液24表面处的溫度升溫至2000°C，并且在距溶液表面3mm的范围内从 溶液内部向溶液表面溫度降低的溫度梯度成为l〇°C/cm。
[0180] 将与石墨轴粘接的晶种基板的底面(m面)与Si-C溶液面平行地保持，同时将晶种 基板的底面的位置配置于与Si-C溶液的液面一致的位置，进行使晶种基板的底面与Si-C溶 液接触的巧晶接触(seed touch)。接着，提拉石墨轴，使得晶种基板的底面的位置位于Si-C 溶液的液面上方1.5mm。在提拉至1.5mm的位置处保持15小时，使SiC晶体生长。
[0181] 在15小时的晶体生长后，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W晶种基板为基点生长的SiC晶体。得到的生长晶体为单晶，具有2.0mm的生长厚度。晶 种基板与生长晶体的合计厚度为3.5mm，生长速度为133μπιΑ。
[0182] (m面生长例2)
[0183] 直接使用m面生长例1中得到的3.5mm厚的SiC晶体作为晶种而不实施抛光，在与m 面生长例1相同的条件下使（1-100)面生长。
[0184] 得到的生长晶体为单晶，具有0.9mm的生长厚度。晶种与生长晶体的合计厚度为 4.4mm，生长速度为60皿A。
[018引 （m面生长例3)
[0186] 直接使用m面生长例2中得到的4.4mm厚的SiC晶体作为晶种而不实施抛光，将溫度 梯度设为21°C/cm，生长时间设为24小时，除此W外，在与m面生长例1相同的条件下使（1-100)面生长。
[0187] 得到的生长晶体为单晶，具有2.1mm的生长厚度。晶种与生长晶体的合计厚度为 6.5mm，生长速度为87皿A。
[018引 （m面生长例4)
[0189] 直接使用m面生长例3中得到的6.5mm厚的SiC晶体作为晶种而不实施抛光，将溫度 梯度设为2rC/cm，除此W外，在与m面生长例1相同的条件下使(1-100)面生长。
[0190] 得到的生长晶体为单晶，具有0.6mm的生长厚度。晶种与生长晶体的合计厚度为 7.1mm，生长速度为40皿A。
[0191] (m面生长例5)
[0192] 准备通过升华法制作的SiC单晶用作晶种基板，该SiC单晶是为10mm、宽为lOmmW 及厚为1.5mm的长方体形状的4H-SiC单晶，底面具有（1-100)面(正面）。将溫度梯度设为13 °C/cm，生长时间设为10小时，除此W外，在与m面生长例1相同的条件下使(1-100)面生长。
[0193] 得到的生长晶体为单晶，具有1.7mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为3.2mm，生长速度为170μπι A。
[0194] (m面生长例6)
[0195] 直接使用m面生长例5中得到的3.2mm厚的SiC晶体作为晶种而不实施抛光，将生长 时间设为24小时，除此W外，在与m面生长例5相同的条件下使(1-100)面生长。
[0196] 得到的生长晶体为单晶，具有0.8mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为4.0mm，生长速度为33μπι A。
[0197] (m面生长例7)
[0198] 对m面生长例6中得到SiC晶体的生长面进行镜面抛光，得到厚度3.7mm的SiC晶体， 作为晶种使用，将生长时间设为24小时，除此W外，在与m面生长例5相同的条件下使（1-100)面生长。
[0199] 得到的生长晶体为单晶，具有0.4mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为4.1mm，生长速度为17皿A。
[0200] (m面生长例8)
[0201] 直接使用m面生长例7中得到的4.1mm厚的SiC晶体作为晶种而不实施抛光，将生长 时间设为15小时，除此W外，在与m面生长例5相同的条件下使(1-100)面生长。
[0202] 得到的生长晶体为单晶，具有0.9mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为5.0mm，生长速度为60μπι A。
[0203] (m面生长例9)
[0204] 直接使用m面生长例8中得到的5.0mm厚的SiC晶体作为晶种而不实施抛光，将溫度 梯度设为2rC/cm，将生长时间设为24小时，除此W外，在与m面生长例5相同的条件下使（1-100)面生长。
[0205] 得到的生长晶体为单晶，具有1.3mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为6.3mm，生长速度为54μπι A。
[0206] (m面生长例10)
[0207 ]准备通过升华法制作的Si C单晶用作晶种基板，该S i C单晶是为10mm、宽为10mm W 及厚为3.4mm的长方体形状的4H-SiC单晶，底面具有（1-100)面(正面）。将溫度梯度设为21 °C/cm，除此W外，在与m面生长例1相同的条件下使(1-100)面生长。
[0208] 得到的生长晶体为单晶，具有1.5mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为4.9mm，生长速度为100μπιΑ。
[0209] (m面生长例11)
[0210] 准备通过升华法制作的SiC单晶用作晶种基板，该SiC单晶是为10mm、宽为lOmmW 及厚为2.9mm的长方体形状的4H-SiC单晶，底面具有（1-100)面(正面）。将溫度梯度设为11 °C/cm，除此W外，在与m面生长例1相同的条件下使(1-100)面生长。
[0211] 得到的生长晶体为单晶，具有1.4mm的生长厚度。晶种基板与生长晶体的合计厚度 为4.3mm，生长速度为93μπι A。
[0212] (贯穿位错密度的评价）
[021引进行了 m面生长例1~11中生长的SiC单晶的贯穿位错密度的测定。
[0214] W使从(0001)面向<1-100〉方向倾斜了4°的面露出的方式，用金刚石银将m面生长 例1~11中生长的SiC单晶切割成1mm厚的板状，用巧巾金刚石浆料(浆料粒径:6wii和3μπι)对 切割的晶体进行抛光来进行镜面加工。接着，在将氨氧化钟（ナ力ク^テス夕株式会社制） 和过氧化钢(和光纯药工业制)混合而成的510°C的烙液中将各SiC单晶浸溃5分钟来进行蚀 亥IJ。同样地，对于作为晶种基板使用的通过升华法制作的SiC单晶，也对从(0001)面向<1-100〉方向倾斜了 4°的面进行蚀刻。从混合烙液中取出经蚀刻的各SiC单晶，在纯水中进行超 声波洗净后，利用显微镜观察（二3シ制)进行贯穿位错的观察。m面生长例1~4中继续生长 的SiC单晶为连续的晶体，但各例中生长的厚度为已知的，因此分别对各例中生长的部分的 贯穿位错密度进行分析。对于m面生长例5~9中生长的SiC单晶的贯穿位错密度也同样地进 行分析。
[021引在晶种基板的蚀亥晒检测出了贯穿位错，但在m面生长例1~11中生长的SiC单晶 的蚀刻面没有检测出贯穿位错。
[0216] (有无夹杂物的观察）
[0217] 进行了 m面生长例1~11中生长的SiC单晶的有无夹杂物的评价。对上述贯穿位错 密度的测定中使用的SiC单晶从下方照射光来进行显微镜观察，进行断面透射图像的观察。
[0218] 图16示出m面生长例1中生长的SiC晶体的断面透射图像。如图16所示，m面生长例1 中生长的SiC晶体包含夹杂物。图17示出m面生长例2中生长的SiC晶体的断面透射图像。如 图17所示，m面生长例2中生长的SiC晶体不包含夹杂物。将同样地操作而进行m面生长例3~ 11中生长的SiC单晶的有无夹杂物的观察结果示于W下的表2。
[0219] 关于m面生长例1~11的生长条件、W及生长晶体的厚度、生长速度、贯穿位错密度 和夹杂物的有无，在表2中予W汇总。
[0220] 表2m面生长例1~11的生长条件W及生长晶体的厚度、生长速度贯穿位错密度和