[发明专利]SiC单晶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为半导体元件的SiC单晶及其制造方法，更详细地讲，涉及贯穿位错少的高品质的SiC单晶以及采用熔液法的高品质SiC单晶制造方法。

背景技术

SiC单晶在热学、化学上非常稳定，机械强度优异，抗放射线，而且与Si单晶相比，具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等的优异的物性。因此，能够实现在采用Si单晶、GaAs单晶等的已有的半导体材料时不能够实现的高输出、高频率、耐电压、耐环境性等，作为能够实现大功率控制、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的宽范围的下一代的半导体材料，期待在提高。

以往，作为SiC单晶的生长法，代表性的已知气相法、艾奇逊(Acheson)法、以及熔液法。气相法之中，例如升华法，有在生长了的单晶中容易产生被称为微管缺陷的中空贯穿状的缺陷和层积缺陷等的晶格缺陷以及晶体多型的缺点，但由于晶体的生长速度大，因此以往SiC块单晶的多数是采用升华法制造的。另外，也进行了降低生长晶体的缺陷的尝试，曾提出了采用升华法在(11-20)面以及(1-100)面上反复进行结晶生长来降低在＜0001＞方向传播的位错密度的方法(专利文献1)。采用艾奇逊法时，由于作为原料使用硅石和焦炭并在电炉中加热，因此由于原料中的杂质等而导致不能够得到结晶性高的单晶。

熔液法，是在石墨坩埚中使C溶解于Si熔液或者将合金熔化到Si熔液并向该熔液中溶解C，在设置于低温部的籽晶基板上使SiC结晶层析出并使其生长的方法。熔液法，与气相法相比，进行在接近于热平衡的状态下的结晶生长，因此能够期待低缺陷化。因此，最近，提出了好几种采用熔液法的SiC单晶制造方法(专利文献2)，提出了得到结晶缺陷少的SiC单晶的方法(专利文献3)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:特开2003-119097号

专利文献2:特开2008-105896号

专利文献3:特开平6-227886号

发明内容

如专利文献1～3所记载，在升华法或者熔液法中，降低生长晶体的缺陷的尝试曾被进行。但是，为了稳定地得到能够作为半导体元件使用的高品质的SiC单晶，上述方法尚不充分，特别是高合格率地制造不含贯穿位错的SiC单晶依然困难。在升华法中，难以得到大致不含或者完全不含贯穿位错的单晶，在熔液法中，籽晶的位错容易传播，也难以得到在与籽晶的生长面垂直的方向的生长晶体中大致不含或者完全不含贯穿位错的单晶。

本发明是解决上述课题的发明，其目的是提供降低了贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、以及微管缺陷这些贯穿位错密度的高品质的SiC单晶、以及这样的SiC单晶的制造方法。

本发明为一种采用熔液法的SiC单晶制造方法，使SiC籽晶接触具有从内部向表面温度降低的温度梯度的Si-C熔液而使SiC单晶生长，该制造方法包括：

使Si-C熔液的表面区域的温度梯度成为10℃/cm以下；

使SiC籽晶的(1-100)面接触Si-C熔液；以及

在籽晶的(1-100)面上以小于20×10^-4cm²/h·℃的、SiC单晶的生长速度相对于温度梯度的比(单晶的生长速度/温度梯度)使SiC单晶生长。

本发明为一种SiC单晶，其是以SiC籽晶为基点而生长出的SiC单晶，(0001)面中的贯穿位错密度比籽晶的(0001)面中的贯穿位错密度小。

根据本发明，能够得到(0001)面中的贯穿位错密度小的SiC单晶。

附图说明

图1是在本发明中能够使用的采用熔液法的单晶制造装置的截面模式图。

图2是本发明涉及的、在(1-100)面上生长出的SiC单晶的生长面的外观照片。

图3是从本发明涉及的以籽晶为基点的(1-100)面生长晶体切取(0001)面，进行了熔融碱腐蚀的(0001)面的显微镜照片。

图4是对图3的籽晶部分进行了放大观察的照片。

图5是对图3的生长晶体部分进行了放大观察的照片。

图6是(11-20)面生长出的晶体的生长面的外观照片。

图7是(1-100)面生长出的晶体的生长面的外观照片。

图8是表示(1-100)面生长中的、基于Si-C熔液的表面区域的温度梯度以及单晶生长速度/温度梯度的比的、生长条件范围的图。

具体实施方式