SiC单晶的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及SiC单晶的制造方法。
【背景技术】
[0002] SiC单晶在热、化学方面非常稳定、机械强度优异、耐放射线方面强，而且与Si单 晶相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异的物理性质。因此，可实现在Si单晶、 GaAs单晶等现有半导体材料中不能实现的尚输出、尚频、耐电压、耐环境性等，作为可进行 大电力控制、节能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、车载用高温器件材 料、耐放射线器件材料等这样宽范围的新一代的半导体材料的期待正在高涨。
[0003] 作为SiC单晶的生长方法，代表性的已知有气相法、艾奇逊（Acheson)法和溶液 法。在气相法中，例如在升华法中，虽然在所生长的单晶中容易产生被称作微管缺陷的中空 贯通状的缺陷、层叠缺陷等晶格缺陷和多晶型，但是以往大量SiC体单晶通过升华法制造， 也进行了降低生长晶体的缺陷的尝试（专利文献1)。在艾奇逊法中，由于使用硅石和焦炭 作为原料在电炉中进行加热，因此，由于原料中的杂质等而不可能得到结晶性高的单晶。
[0004] 溶液法为如下方法：在石墨坩埚中形成Si熔液或熔化了合金的Si熔液，使C溶解 到该熔液中，使SiC结晶层在设置于低温部的晶种基板上析出并生长。由于溶液法与气相 法相比进行在接近热平衡的状态下的晶体生长，因此与升华法相比可期待低缺陷化。因此， 最近，提出了一些基于溶液法的SiC单晶的制造方法，提出了得到晶体缺陷少的SiC单晶的 方法（专利文献2)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :特开2006-290635号公报
[0008] 专利文献2 :特开2013-252979号公报
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 根据专利文献1和2中记载的方法，虽然能够在一定程度上降低生长晶体中的穿 透位错密度，但是需要在晶种基板与生长晶体之间形成浓度倾斜层（缓冲层），对于稳定地 进行穿透位错密度的降低还不够。因此，期望不形成缓冲层且穿透位错密度小的SiC单晶 的制造方法。
[0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本发明以SiC单晶的制造方法为对象，该制造方法为使用具有从内部向表面温度 降低的温度梯度的Si-c溶液，使SiC单晶自SiC晶种基板生长的SiC单晶的制造方法，其 包括：
[0013] 所述Si-c溶液包含Si和Cr，
[0014] 将所述晶种基板中的硼密度Bs与所述生长的SiC单晶中的硼密度B g的硼密度差 Bs_Bg设为 1 X 10 17个 /cm 3 以上，
[0015] 将所述晶种基板中的铬密度Crs与所述生长的SiC单晶中的铬密度Cr』勺铬密度 差(^-〇 ；5设为1\1016个/〇113以上，并且
[0016] 将所述晶种基板的氮密度Ns与所述生长的SiC单晶的氮密度Ng的氮密度差N g_Ns 设为 3. 5 X 1018个 /cm3~5. 8 X 10 18个 /cm3。
[0017] 发明效果
[0018] 根据本发明的方法，能够得到不形成缓冲层且穿透位错密度小的SiC单晶。
【附图说明】
[0019] 图1是可在本发明的方法中使用的基于溶液法的单晶制造装置的截面示意图。
[0020] 图2是实施例中所生长的SiC单晶的穿透位错的观察照片。
[0021] 图3是比较例中所生长的SiC单晶的穿透位错的观察照片。
[0022] 图4是表示晶种基板和生长晶体的氮密度差与生长晶体的穿透位错密度的关系 的图。
[0023] 附图标记说明
[0024] 100单晶制造装置
[0025] 10 石墨坩埚
[0026] 12 石墨轴
[0027] 14 晶种基板
[0028] 18 隔热材料
[0029] 22 高频线圈
[0030] 22A上段高频线圈
[0031] 22B下段高频线圈
[0032] 24 Si-C 溶液
[0033] 26 石英管
【具体实施方式】
[0034] 在本说明书中，（000-1)面等表示中的"-1"为将本来在数字上方赋予横线进行表 示之处表示为"-1"。
[0035] 在通过溶液法使SiC单晶生长的情况下，通常，生长晶体中可能含有氮。由于氮使 SiC的晶格常数变化，因此如果在晶种基板与生长晶体之间氮密度不同，则晶格常数的差 变大，可成为在生长晶体中产生新的穿透位错的原因。因此，以往进行了：消除晶种基板与 生长晶体之间的氮密度差，或者在晶种基板与生长晶体之间形成使氮密度连续变化的缓冲 层，缓和由晶格常数的不同引起的形变。
[0036] 但是，即使消除晶种基板与生长晶体之间的氮密度差，也不清楚将氮密度差具体 减小至何种程度的范围内才可以。另外，为了在溶液法中形成缓冲层，在生长过程中需要 加入氮气等氮原料，可成为生长条件混乱的原因等，在溶液法中精度良好地形成缓冲层是 不容易的。另外，如果形成缓冲层，则在微观方面降低了形变，但由于没有减小晶种基板与 生长晶体之间的氮密度差，也没有减少晶种基板与生长晶体的全部晶体所包含的形变的总 量，因此难以稳定地减少穿透位错。
[0037] 本发明人鉴于上述课题，对不需要在晶种基板与生长晶体之间形成缓冲层且能够 制造穿透位错密度小的SiC单晶的方法进行了专心研究，发现了本发明的方法。
[0038] 已知的是，在使用通过升华法生长的SiC单晶作为晶种基板、使用Si-Cr系溶剂作 为Si-c溶液、通过溶液法使SiC单晶生长的情况下，考虑B和Cr的影响，将晶种基板与生 长晶体的氮密度差控制在规定范围，对于抑制新的穿透位错的产生、得到穿透位错密度低 的SiC单晶是有效的。
[0039] 本发明的方法以SiC单晶的制造方法为对象，该制造方法为使用具有从内部向表 面温度降低的温度梯度的Si-C溶液使SiC单晶自SiC晶种基板生长的SiC单晶的制造方 法，其包括：所述Si-C溶液包含Si和Cr，将所述晶种基板中的硼密度B s与所述生长的SiC 单晶中的硼密度Bg的硼密度差B S-Bg设为1 X 10 17个/cm3以上，将所述晶种基板中的铬密度 Crs与所述生长的SiC单晶中的铬密度Cr g的铬密度差Cr g-Crs设为1 X 10 16个/cm 3以上， 并且将所述晶种基板的氮密度Ns与所述生长的SiC单晶的氮密度N g的氮密度差Ng-Ns设为 3. 5 X 1018个 /cm 3~5. 8 X 10 18个 /cm 3。
[0040] 根据本公开的方法，能够以在晶种基板与生长晶体之间基本上不形成缓冲层的方 式，使穿透位错密度小的SiC单晶生长。在本说明书中，在穿透位错中包含穿透螺型位错和 穿透刃型位错。
[0041] 另外，以往，由于晶种基板与生长晶体之间的晶格常数差所引起的形变的影响，晶 体生长厚度越厚，穿透位错密度越易于增大，但根据本发明的方法，即使在使SiC单晶较厚 地生长的情况下，也能够得到穿透位错密度小的SiC单晶。特别地，即使是优选为1_厚以 上、更优选为2mm厚以上、进一步优选为3mm厚以上的厚度，也能够得到穿透位错密度小的 SiC单晶。根据本发明的方法，在使厚的SiC单晶生长时，由于不需要形成缓冲层，因此与形 成缓冲层的情况相比，也可以缩短生长时间。
[0042] 不受理论束缚，但如果相对于晶种基板，生长晶体包含更多的Cr、包含更少的B， 则均相对于晶种基板在增加生长晶体的晶格常数的方向上起作用。另一方面，如果相对于 晶种基板，生长晶体包含更多的氮，则相对于晶种基板在减小生长晶体的晶格常数的方向 上起作用。因此可认为，通过N的作用减小了因 Cr和B的作用而晶格常数增加的部分的晶 格常数，能够减小晶种基板与生长晶体之间的晶格常数的差，能够得到穿透位错密度小的 SiC单晶。以下，进行详细地说明。
[0043] SiC单晶中的氮密度越大，则SiC的晶格常数变得越小。因此，相对于晶种基板的 氮密度，生长晶体的氮密度变得越大，则相对于晶种基板的晶格常数，生长晶体的晶格常数 变得越小。
[0044] 在通过溶液法使SiC单晶生长的情况下，通常，使用通过升华法所生长的SiC单晶 作为晶种基板。通过升华法所生长的SiC单晶一般含有氮和硼，特别是可具有高于通过溶 液法所生长的SiC单晶的硼密度。
[0045] 在使用通过升华法所生长的晶种基板，利用溶液法使SiC单晶生长的情况下，相 对于晶种基板的硼密度，生长晶体的硼密度可变小。SiC单晶中的硼密度越小，则SiC的晶 格常数变得越大。
[0046] 通过升华法