SIC單晶、SIC晶片、SIC基板，和SIC器件的製作方法
2024-04-10 10:35:05
本發明涉及sic單晶、sic晶片、sic基板、和sic器件，特別涉及在特定區域內不均勻存在特定位錯類型的sic單晶，從該sic單晶上切割的sic晶片和sic基板，以及用該sic晶片或sic基板製造的sic器件。
背景技術：
作為下一代動力器件中si的繼任材料，sic基板材料一直受到關注。然而，與si相比，現有的sic含有許多位錯，這在很大程度上影響了器件特性。因此，已經提出了各種技術建議從而降低sic單晶中的位錯。
例如，專利文獻1公開了使用圓錐形晶種以降低生長晶體中微管和螺旋位錯的技術，該晶種的中軸方向與方向偏差在正或負10度之內且垂直角為20-90度。
專利文獻2公開了重複晶體生長的技術，其中生長面與{0001}面的偏差角為20度或更高。
此外，專利文獻3提出了使用晶種以防止從偏差上遊部分到偏差下遊部分的位錯流，其中對所述晶種的生長面進行形狀加工使得所述生長面的偏差角沿著所述生長面上{0001}面較低的部分向{0001}面最高部分方向而降低。
為了改善器件特性，晶體中的位錯應儘可能地降低。另外，不僅是所述sic單晶中位錯的整體下降，而且將位錯分組成特定位錯類型或特定伯格斯(burgers)矢量的技術也被認為是改善器件特性的有效方法。
sic中的位錯包括螺旋位錯、邊緣位錯、和基底面位錯。每種位錯類型對器件的影響都已有報導，例如因線位錯如螺旋位錯和邊緣位錯而造成漏電流的增加，和因基底面位錯造成的雙極器件的前向退化。因此，如果可以生產特定位錯被降低的sic單晶，且當對應所要製備的器件類型而使用所述sic單晶時，就可以改善該器件的目標特性。
在之前的嘗試中，在外延生長過程中，在提高的速率下基板中的基底面位錯被轉換成了邊緣位錯。然而該嘗試還沒有實現將所有的基底面位錯轉換成邊緣位錯。一個可能的原因如下。多個伯格斯矢量方向存在於所述基底面位錯中，且伯格斯矢量平行於所述基板偏差方向的基底面位錯難於被轉換成邊緣位錯。
因此認為，當製備的基板主要含有伯格斯矢量在特定方向上的基底面位錯時(即不含有伯格斯矢量平行於所述偏差方向的基底面位錯)，可提高從基底面位錯到邊緣位錯的轉換效率。
然而，生長sic單晶從而主要含有特定位錯類型的特定技術，或生長sic單晶從而僅含有特定伯格斯矢量的特定技術目前還是未知。而且，也還沒有在晶片表面僅行成特定位錯類型或在特定區域具有特定伯格斯矢量的位錯類型的嘗試。
索引列表
專利文獻
ptl1：日本未審查專利申請公開號h10-045499。
ptl2：日本未審查專利申請公開號2006-225232。
ptl3：日本未審查專利申請公開號2012-046377。
技術實現要素：
技術問題
本發明要解決的問題是提供特定位錯類型不均勻地存在於特定區域內的sic單晶、從該sic單晶切割得到的sic晶片和sic基板、及使用該sic晶片或sic基本製備的sic器件。
解決問題的方法
為了解決上述問題，根據本發明的sic單晶概括為，包括
在基本平行於c-平面的面內，
(a)區域(a)，具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯不均勻地分布於其中，及
(b)區域(b)，具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯不均勻地分布於其中。
本發明sic晶片是在特定方向上切割本發明sic單晶得到的。
本發明sic基板的製備是通過
沿著基本上平行於sic單晶的c-平面方向切割由本發明sic單晶製得的sic晶片，及
切割由所述sic晶片製得的sic基板，使得所述sic基板主要包含所述區域(a)和所述區域(b)中的一個。
此外，利用本發明sic晶片或sic基板製備本發明sic器件。
[發明的有利效果]
在c-平面生長所述sic單晶的情況下，當晶種的形狀(即起始生長時c-平面的晶面形狀、為所述c-平面鏡面提供螺旋位錯的區域尺寸等)和生長條件為最優化時，可製備具有特定方向伯格斯矢量不均勻地存在於特定區域的特定位錯類型的sic單晶。當sic基板是由該sic單晶切割得到時，且當切割位置和切割尺寸都分別被優化時，可製備主要包含特定位錯類型的sic基板(換言之，sic基板基本上不包含或略包含特定的位錯類型)。
當用該sic基板製備sic器件時，可抑制因特定位錯類型而導致的性能退化。相似地，當用該sic基板作為晶種生長sic單晶時，且當用該sic單晶製備sic器件時，可以抑制因特定位錯類型而導致的性能退化。
附圖說明
[圖1]圖1包括了沿著基本上平行於sic單晶c-平面的方向切割本發明sic單晶而得到的sic晶片的示意圖(左圖)，和由切割所述sic晶片而得到的sic基板的示意圖(右上和右下圖)。
[圖2]圖2包括示例性的透射x-射線形貌圖片，用於解釋根據透射x-射線形貌確定不同類型位錯的方法。
[圖3]圖3包括在sic晶片的同一區域內拍照得到的透射x-射線形貌圖片(左圖)和反射x-射線形貌圖片(右圖)。
[圖4]圖4包括在位於相對晶面部分的[-1100]方向且包含不均勻分布邊緣位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖、(-1010)面衍射圖、和(01-10) 面衍射圖。
[圖5]圖5包括sic晶片的示意圖(左上圖)、在位於相對晶面部分的[-1100]方向上的區域內拍攝的2-2010-衍射反射x-射線形貌圖片(左下圖)、和在同一區域內拍攝的11-28-衍射反射x-射線形貌圖片(右上圖)。
[圖6]圖6包括在位於相對晶面部分的[01-10]方向上且包含不均勻分布的邊緣位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
圖7包括在位於相對晶面部分的[-1010]方向上且包含不均勻分布的邊緣位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
[圖8]圖8包括在位於相對晶面部分的[-2110]方向上且包含不均勻分布的基底面位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
[圖9]圖9包括在位於相對晶面部分的[-12-10]方向上且包含不均勻分布的基底面位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
[圖10]圖10是實施例2中所製備的sic單晶的位錯分布圖。
[圖11]圖11是實施例3中所製備的sic單晶的位錯分布圖.
[具體實施方式]
現在將詳細說明本發明的實施方案。
(1.術語定義)
術語*c-平面*指{0001}面。
術語*基本平行於c-平面*指相對於c-平面的偏差角小於等於20度的平面。
術語*c-平面生長*指以基本平行於c-平面的面作為生長面的單晶生長。
術語*偏差角*指特定面的法向矢量和c-平面的法向矢量所定義的角。
術語*偏差方向*指平行於矢量的方向作為某平面法向矢量在c-平面上的投影。
術語*偏差基板*指由生長面的偏差角為0.5-30度的單晶所構成的基板。
術語*起始基板*指由生長面的偏差角為小於0.5度的單晶所構成的基板。
術語*晶面部分*指形成c-平面晶面所處的區域。
術語*c-平面晶面*指單晶生長過程中晶體最高的{0001}面所處的區域。
術語*穿線邊緣位錯(或簡稱*邊緣位錯*)*指位錯線基本垂直於{0001}面(基底面)且伯格斯矢量平行於方向的位錯。
術語*基底面位錯*指
(a)位錯線位於{0001}面(基底面)上且伯格斯矢量平行於方向的邊緣位錯，
(b)位錯線位於{0001}面(基底面)上且伯格斯矢量平行於方向的螺旋位錯，或
(c)類型(a)和(b)的混合位錯。
術語*穿線螺旋位錯*指位錯線基本垂直於{0001}面(基底面)且伯格斯矢量平行於方向的位錯。
(2.sic單晶)
本發明的sic單晶包括，
在基本平行於c-平面的面內，
(a)區域(a)，其中具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯不均勻分布，及
(b)區域(b)，其中具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯不均勻分布。
(2.1區域(a)和區域(b))
圖1中左圖給出了沿著基本平行於sic單晶c-平面的方向切割本發明sic單晶而得到的sic晶片的示意圖。
在圖1所給出的示例性情況下，所述sic晶片具有半橢圓形，且晶面部 分位於所述半橢圓形的大致下半部分。具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯不均勻分布於其中的區域(a)及具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯不均勻分布於其中的區域(b)位於所述sic晶片上。
在區域(a)中，具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯的數量大於其它邊緣位錯的數量。
當生產條件被優化時，在所述晶片的特定區域內，具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯的數量(ne)與具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯的數量(ne)及其它邊緣位錯的數量(nother)之和的比值(＝ne*100/(ne+nother)(％))為大於等於80％或大於等於90％。
在區域(b)中，具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯的數量大於其它基底面位錯的數量。
當生產條件被優化時，在所述晶片的特定區域內，具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯的數量(nb)與具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯的數量(nb)及其它邊基底面位錯的數量(nother)之和的比值(＝nb*100/(nb+nother)(％))為大於等於80％或大於等於90％。
(2.2伯格斯矢量)
切割用後述方法生產的sic單晶所得到的sic晶片上通常存在多個區域(a)和區域(b)。
在個別區域(a)中主要位錯類型的伯格斯矢量(a)分別沿特定方向取向。所述區域(a)形成在相對晶面部分的方向上的一個位置。
相似地，在個別區域(b)中主要位錯類型的伯格斯矢量(b)分別沿特定方向取向。所述區域(b)形成在相對晶面部分的方向上的一個位置。
包含在個別區域(a)內的邊緣位錯的大多數都具有下述伯格斯矢量(a)。從所述晶面部分的中心看，位於指定方向的區域(a)內，所述伯格斯矢量(a)沿著垂直於所述指定方向的方向取向。具體而言，具有該伯格斯矢量(a)的邊緣位錯相對於全部邊緣位錯的比例為大於等於80％，大於等於90％，或大於等於95％。
相似地，包含在個別區域(b)內的基底面位錯的大多數都具有下述伯格 斯矢量(b)。從所述晶面部分的中心看，位於指定方向的區域(b)內，所述伯格斯矢量(b)沿著平行於所述指定方向的方向取向。具體而言，具有該伯格斯矢量(b)的基底面位錯相對於全部基底面位錯的比例為大於等於80％或大於等於90％。
術語*晶面部分的中心*指晶面軌跡的重心(深色具有不同摻雜濃度的區域)。
在圖1的左圖中所給出的示例性情況下，sic晶片的[-1100]方向對應於紙面的縱向(y方向)，及它的[11-20]方向相應於紙面的側向(x方向)。
在每個[-1100]方向(所述晶片的上部，y-軸方向)、[01-10]方向(所述晶片的右側，與x軸約30度斜角方向)、和[-1010]方向(所述晶片的左側、與x軸約150度的斜角方向)都提供所述區域(a)。
另一方面，在每個[-12-10]方向(所述晶片的斜右上部，與x-軸約60度斜角方向)和[-2110]方向(所述晶片的斜左上部，與x軸約120度斜角方向)都提供所述區域(b)。
位於[-1100]方向的區域(a)包含許多具有[11-20]方向或[-1-120]方向的伯格斯矢量的邊緣位錯。
相似地，位於[01-10]方向的區域(a)包含許多具有[2-1-10]方向或[-2110]方向的伯格斯矢量的邊緣位錯。
相似地，位於[-1010]方向的區域(a)包含許多具有[-12-10]方向或[1-210]方向的伯格斯矢量的邊緣位錯。
位於[-12-10]方向的區域(b)包含許多具有[-12-10]方向或[1-210]方向的伯格斯矢量的基底面位錯。
相似地，位於[-2110]方向的區域(b)包含許多具有[-2110]方向或[2-1-10]方向的伯格斯矢量的基底面位錯。
(2.3晶面部分)
根據生產所述sic單晶方法的不同，所述晶面部分的形成位置也不同。
例如，當所述sic單晶用偏差基板生產時，所述晶面部分形成在所述單晶的末端。在所述晶面方向相反的方向(圍繞所述單晶的中心旋轉180度所給出的方向)形成與其它區域相比相對較寬的且包含具有特定方向伯格 斯矢量的許多特定類型位錯的一個區域。
在所述相反方向形成的區域中，有時所述不均勻分布的位錯類型主要是邊緣位錯(即形成區域(a)的情況)，有時所述不均勻分布的位錯類型主要是基底面位錯(即形成區域(b)的情況)。
在所述相反方向所形成的區域是區域(a)還是區域(b)是根據生產sic單晶所用晶種的偏差方向而改變的。
另一方面，當sic單晶的生產使用起始基板時，所述晶面部分形成於所述單晶的中心。此時，沿著所述晶面部分徑向地形成包含許多具有特定方向伯格斯矢量的特定類型位錯。
(3.sic晶片)
當上述sic單晶被切片成適當的厚度時，就製備了sic晶片。此時，當切片方向被優化時，可以適當地控制所述區域(a)或區域(b)的偏差方向和位置。
例如，對於晶面部分存在於sic單晶末端的sic單晶，且所述區域(a)或區域(b)存在於所述晶面方向相反的方向，當對所述sic單晶沿著基本平行於c-平面的方向進行切片時，可以切割出sic晶片，該sic晶片切片平面的偏差方向為方向且區域(a)位於所述晶面部分相反方向的末端。
在該sic晶片中，所述{11-20}平面垂直於晶片表面。眾所周知，sic在{11-20}平面的面內方向具有高的載流子遷移率。例如，具有垂直於晶片表面溝槽結構的器件在方向的偏差下具有最大的遷移率。利用這樣的器件，用所述sic晶片可有利地製備出許多每個基板基底面位錯密度都降低的器件。
例如，對於晶面部分存在於sic單晶末端的sic單晶，且所述區域(a)或區域(b)存在於所述晶面方向相反的方向，當對所述sic單晶沿著基本平行於c-平面的方向進行切片時，可以切割出sic晶片，該sic晶片切片平面的偏差方向為方向且區域(b)位於所述晶面部分相反方向的末端。
該sic晶片具有典型的偏差方向，因此與典型器件相比可有利地允許制 備出許多每個基板邊緣位錯數量都相對小的器件。
對於晶面部分基本上位於sic單晶中心的sic單晶，當對所述sic單晶沿著基本平行於c-平面的方向進行切片時，可以切割出sic晶片，該sic晶片切片平面的偏差方向為方向。
該sic晶片有利地允許研究各種位錯類型或各種伯格斯矢量對在{11-20}平面面內方向具有載流子遷移率的溝槽柵結構器件的影響。
對於晶面部分存在於sic單晶末端的sic單晶，當對所述sic單晶沿著基本平行於c-平面的方向進行切片時，可以切割出sic晶片，該sic晶片切片平面的偏差方向為方向。
對於典型器件，該sic晶片有利地允許研究各種位錯類型或各種伯格斯矢量對器件的影響。
此外，這樣製備的sic晶片允許在所述區域(b)的方向提供定向扁平部分(作為晶片取向標記的預設部分)。
在該sic晶片中，在所述區域(b)的方向上提供所述定向扁平部分；因此，所述區域(b)被指定為所述晶片的預設部分。結果，與區域(b)沒有被指定為晶片預設部分的情況相比，有可能提供具有相對小數量基底面位錯的晶片。
(4.sic基板)
本發明sic基板的製備是通過
沿著基本平行sic單晶的c-平面的方向切割本發明sic單晶得到sic晶片，及
由所述sic晶片切割得到sic基板，使得所述sic基板主要包含區域(a)和區域(b)中的一個。
圖1的右上圖和右下圖為從所述sic晶片上切割所得sic基板的示意圖。
當在如圖1的左圖所示的位於所述晶片[-1100]方向內的區域上切割具有預訂尺寸的基板時，如圖1的右上圖所示，製備了sic基板，該sic基板主要包含每個都具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯。
相似地，當在如圖1的左圖所示的位於所述晶片[-12-10]方向內的區域 上切割具有預訂尺寸的基板時，如圖1的右下圖所示，製備了sic基板，該sic基板主要包含每個都具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯。
*主要包含區域(a)*意味著大於等於50％面積的sic基板包括區域(a)。
當所述sic基板的尺寸和切割位置被優化時，在所述sic基板中，具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯的數量(ne)與具有特定方向伯格斯矢量(a)的邊緣位錯的數量(ne)及其它邊緣位錯的數量(nother)之和的比值(＝ne*100/(ne+nother)(％))為大於等於80％或大於等於90％。
*主要包含區域(b)*意味著大於等於50％面積的sic基板包括區域(b)。
當所述sic基板的尺寸和切割位置被優化時，在所述sic基板中，具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯的數量(nb)與具有特定方向伯格斯矢量(b)的基底面位錯的數量(nb)及其它基底面位錯的數量(nother)之和的比值(＝nb*100/(nb+nother)(％))為大於等於80％或大於等於90％。
包含在sic基板中具有特定方向伯格斯矢量的位錯類型的比例依賴於所述sic基板的尺寸和/或切割位置。如上所述，每個區域(a)和區域(b)都形成在相對於所述晶面部分的特定方向上。結果，具有特定方向伯格斯矢量的位錯類型的比例隨著sic切割位置偏離所述特定方向的增加或所述sic尺寸的增加而下降。
此外，當所述sic晶片和所述sic基板從所述sic單晶上切割時，可適當地選擇每個晶片和基板的偏差方向。
例如，當從區域(b)切割sic基板時，可以切割所述晶片和基板使得所述偏差方向基本垂直於所述基底面位錯的伯格斯矢量(b)。當在該sic基板表面上形成外延膜時，大多數基底面位錯都能夠被轉變成邊緣位錯。
當從區域(a)切割sic基板時，可以切割所述晶片和基板使得所述偏差方向基本垂直於所述邊緣位錯的伯格斯矢量(a)。當在該sic基板表面上形成外延膜時，可形成該外延膜，同時基板中的邊緣位錯作為邊緣位錯保留而不用被轉換成基底面位錯，不用考慮所述基板偏差角的大小。
(5.sic器件)
使用本發明的sic基板製備本發明的sic器件。
本發明sic基板主要包含具有特定方向伯格斯矢量的特定位錯類型(換 言之，本發明sic基板僅略含有或基本上不含有具有特定方向伯格斯矢量的特定位錯類型)。其結果是，可以抑制因特定位錯類型而導致的器件性能退化。
例如，當在含有區域(a)的sic基板上製備雙極器件時，因為基底面位錯的數量小，可以抑制前向退化。
(6.sic單晶的生產方法)
通過在具有特定結構的sic晶種的生長面上生長sic單晶製備了本發明sic單晶。
為了生產本發明sic單晶，所述sic晶種及sic單晶的生長過程必須滿足下述條件。
第一，所述sic晶種必須是從生長在與{0001}面具有60-90度偏差角的平面上的sic單晶(所謂的a-平面生長的晶體)上切割得到。所述a-平面生長的晶體具有低的螺旋位錯密度；因此，當單晶是用a-平面生長的晶體作為晶種新生長出來時，可製備高質量的單晶。
第二，所述sic晶種必須是所謂的c-平面生長晶種。此時，所述sic晶種可以是偏差基板或起始基板。
第三，在所述sic晶種中，生長面由三個或多個非平行的平面構成，且這些平面和{0001}面交線(脊線)所定義的角必須大於等於2.3度，形成c-平面晶面的區域(靠近這些平面相交的區域)除外。
當這些平面脊線的角度小於等於預訂值時，在起始生長階段可以減少所述c-平面晶面的形狀。此外，因為減少了所述c-平面晶面的形狀，就可以減少為c-平面晶面提供螺旋位錯的區域(例如可形成螺旋位錯的區域就是螺旋位錯的供應源)。
第四，在sic的生長中，sic生長時必須通過控制溫度分布來維持生長面的形狀，使晶面位置在晶種的特定位置上不顯著漂移。
任何不同的生長方法都可被用作所述sic單晶的生長方法，沒有限制。所述sic單晶的生長方法包括升華-再沉澱方法、cvd方法、和溶液法。
使用該sic晶種和sic生長方法的所述sic單晶的生長不僅導致位錯密度的降低，而且還製備了sic單晶，其中具有特定方向伯格斯矢量的特定 類型位錯不均勻分布於特定區域之中。
(7.效果)
在c-平面生長所述sic單晶的情況下，當晶種的形狀(即起始生長階段c-平面晶面的形狀、為所述c-平面晶面提供螺旋位錯的區域尺寸等)和生長條件被優化時，可製備所述sic單晶，其中具有特定方向伯格斯矢量的特定位錯類型不均勻地存在於特定區域中。當從該sic單晶上切割所述sic基板時，且當切割位置和尺寸都分別被優化時，可以製備主要包含特定位錯類型的sic基板(換言之，基本不含有或僅略含有特定位錯類型的sic基板)。
當用該sic基板製備sic器件時，可以抑制因特定位錯類型所導致的性能退化。相似地，用該sic基板作為晶種生長sic單晶時，且當用所述單晶製備sic器件時，可以抑制因所述特定位錯導致的性能退化。
具體而言，使用所述包含所述區域(a)的sic基板製備器件使得抑制因基底面位錯而導致的器件性能退化成為可能。
在使用含有所述區域(b)的sic基板製備器件的情況下，當所述sic基板的偏差方向被控制時，基底面位錯可在形成外延膜的過程中有效地被轉變成邊緣位錯。
本發明sic單晶允許對位錯密度的分布進行預測。其結果是，可以對用從高位錯密度的低質量部分切割得到的sic基板所製備的器件進行單獨的質量檢查。換言之，可以簡化器件的質量檢查。
此外，使用從本發明sic單晶切割得到的sic晶片讓通過透射形貌評估整個晶片的位錯密度成為可能。
此外，使用具有均勻排列伯格斯矢量的晶種使得可以容易地將位錯從單晶中去除或者在所述晶種的表面形成薄膜。
[實施例]
(實施例1)
(1.樣品製備)
從重複五次a-平面生長並改變生長方向所形成的晶體上切割得到偏差 方向為方向的用於c-平面生長的晶種。隨後，對所述晶種的表面進行處理使得生長面由三個平面構成，且這些平面與{0001}平面之間脊線所定義的角度為2.7度。此外，允許形成螺旋位錯的可形成螺旋位錯區域形成在所述三個平面之間的交點附近。
用所得晶種通過所述的升華-再沉澱方法生長了sic單晶。執行所述生長時，在可形成螺旋位錯的區域內所述三個平面所形成的{0001}平面的最高點被放置在靠近坩堝的中心處，從而使得所述{0001}平面的最高點附近的溫度在生長過程中被保持為最低。
(2.測試步驟)
從所述sic單晶上切割sic晶片使得其基本上與所述c-平面平行。利用透射x-射線形貌和反射x-射線形貌對該sic晶片進行位錯分析。
(3.結果)
(3.1用透射x-射線形貌確定位錯類型)
圖2給出了用於解釋根據透射x-射線形貌確定不同類型位錯方法的示例性透射x-射線形貌圖片。圖2的中間圖給出了具有較低位錯密度的晶體(1-100)面衍射的透射x-射線形貌圖片。圖2的左圖(小圖)給出了具有高位錯密度的現有晶體的透射x-射線形貌圖片。
如圖2所示，所述基底面位錯的長度通常大於或等於樣品的厚度，並以中等對比度的線示出。所述邊緣位錯(穿線邊緣位錯)的長度大約等於所述樣品的厚度，並以具有高對比度的線示出。此外，當所述穿線螺旋位錯的伯格斯矢量在所述{0001}面的面內方向包含某組分時，所述穿線螺旋位錯以高對比度點的形式示出。
在現有的晶體(高位錯密度晶體)中，通常還沒有用基本平行於c-平面的基板利用透射x-射線形貌圖片對邊緣位錯進行觀察。其一個原因如下。在具有高密度基底面位錯的現有晶體中還沒有觀察到如圖2的左圖所示的短且對比度低的邊緣位錯的清晰圖片。
然而，當所述位錯密度被降低時，如圖2的中間圖所示，即使所述基板基本平行於所述c-平面也可以通過透射x-射線形貌觀察所述邊緣位錯。
圖3給出了在sic晶片的同一區域拍攝的透射x-射線形貌圖片(左圖)和反射x-射線形貌圖片(右圖)。
在圖3左圖中的透射x-射線形貌圖片中，
(a)用小的細線圓圈示出了短且對比度低的線，和
(b)用大的粗線圓圈示出了短且對比度高的線。
左圖中所得到的每個圓圈的位置都被疊加在被用於確定邊緣位錯或螺旋位錯的反射形貌圖片上。其結果是，確認了所述小的細線圓圈對應於邊緣位錯，及所述大的粗線圓圈對應於螺旋位錯。該結果表明當所述位錯密度被降低時，所述邊緣位錯還可以通過基本平行於所述c-平面的基板的透射x-射線形貌圖片進行觀察。
(3.2邊緣位錯的伯格斯矢量方向的說明)
(3.2.1在[-1100]方向上的區域)
進行了透射x-射線形貌的三個等價衍射操作以得到位錯的伯格斯矢量方向。圖4給出了相對晶面部分位於[-1100]方向上且包含不均勻分布邊緣位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖(左上圖)、(-1010)面衍射圖(中上圖)、和(01-10)面衍射圖(右上圖)。
在該區域內，主要觀察到了邊緣位錯。在所述同一區域內拍攝的三個等價衍射圖片中，只在所述的(1-100)面衍射中位錯圖片消失。這暗示這些邊緣位錯每個都具有垂直於所述衍射的g矢量(衍射面的法線方向)的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[11-20]方向(假設正向和負向相互相等，這在下面也同樣適用)。
圖5給出了sic晶片的示意圖(左上圖)、在相對晶面部分的[-1100]方向上的區域內拍攝的2-2010-衍射反射x-射線形貌圖片(左下圖)、和在同一區域內拍攝的11-28-衍射反射x-射線形貌圖片(右上圖)。
在所述11-28-衍射反射x-射線形貌圖片(圖5的右上圖)中，觀察到了圍在點線圓圈中的邊緣位錯和圍在實線圓圈內的邊緣位錯。另一方面，在同一區域拍攝的2-2010-衍射反射x-射線形貌圖片(圖5的左下圖)中，所述圍在點線圓圈中的邊緣位錯消失了。
在觀察的視野範圍內，用點線圓圈包圍的邊緣位錯的整體數量是100。 該邊緣位錯在(2-2010)面衍射中消失，表明所述位錯的伯格斯矢量的方向是[11-20]方向(紙面的水平方向(x-軸方向))。
另一方面，在觀察的視野範圍內，用實線圓圈包圍的邊緣位錯的整體數量是3。該位錯在所述的兩個衍射圖片中都沒有消失，表明該位錯的伯格斯矢量的方向是[-12-20]方向(相對於x-軸方向斜角60度方向)或[-2110]方向(相對於x-軸方向斜角120度方向)。
圖5表明位於所述[-1100]方向區域內的97％的邊緣位錯都具有相同方向的伯格斯矢量。
(3.2.2在[01-10]方向上的區域)
圖6給出了在位於相對晶面部分的[01-10]方向上且包含不均勻分布的邊緣位錯的同一區域內拍攝的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
在該區域內，主要觀察到了邊緣位錯。在所述同一區域內拍攝的三個等價衍射圖片中，只在所述的(01-10)面衍射中位錯圖片消失。這暗示這些邊緣位錯每個都具有垂直於所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[-2110]方向。
(3.2.3在[-1010]方向上的區域)
圖7給出了在位於相對晶面部分的[-1010]方向上且包含不均勻分布的邊緣位錯的同一區域內的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
在該區域內，主要觀察到了邊緣位錯。在所述同一區域內拍攝的三個等價衍射圖片中，只在所述的(-1010)面衍射中位錯圖片消失。這暗示這些邊緣位錯每個都具有垂直於所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[1-210]方向。
(3.3基底面位錯的伯格斯矢量方向的說明)
(3.3.1在[-2110]方向上的區域)
圖8給出了在位於相對晶面部分的[-2110]方向上且包含不均勻分布的 基底面位錯的同一區域內的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
在該區域內，主要觀察到了基底面位錯。在所述同一區域內拍攝的三個等價衍射圖片中，只在所述的(01-10)面衍射中位錯圖片消失。這暗示這些基底面位錯每個都在[-2110]方向上延伸且具有垂直於所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[-2110]方向。
(3.3.2在[-12-10]方向上的區域)
圖9給出了在位於相對晶面部分的[-12-10]方向上且包含不均勻分布的基底面位錯的同一區域內的(1-100)面衍射圖片、(-1010)面衍射圖片、和(01-10)面衍射圖片。
在該區域內，主要觀察到了基底面位錯。在所述同一區域內拍攝的三個等價衍射圖片中，只在所述的(-1010)面衍射中位錯圖片消失。這暗示這些基底面位錯每個都在[-12-10]方向上延伸且具有垂直於所述衍射的g矢量的伯格斯矢量，即伯格斯矢量在[-12-10]方向。
(3.4圖片處理的確認方法)
如上所述的由所述透射x-射線形貌圖片來確定具有特定方向伯格斯矢量的位錯的密度的操作可以通過圖片處理等快速地進行。
根據每個形貌圖片所給出的各個位錯類型的特定(長度和對比度)對位錯進行確定。將所述形貌圖片分成具有特定尺寸的片段，並得到各片段中各種類型位錯的數量密度。因為各片段中位錯的數量密度對應於在兩個方向上具有伯格斯矢量的位錯的數量密度，因此用三個等價形貌圖片來獲得那個片段中一種類型伯格斯矢量的數量密度。
相應的在三個方向上具有伯格斯矢量的位錯的數量密度被暫時表示為x、y、和z。所述相應的形貌圖片的等價片段中位錯的數量密度被暫時表示為a、b、和c。此時，這些變量表現為a＝x+y、b＝y+z、和c＝z+x。
當求解這些方程時，得到x＝(a+c-b)/2、y＝(a+b-c)/2、和z＝(c+b-a)/2。具體而言，可通過在所述等價片段中的三個形貌圖片來獲得具有特定方向伯格斯矢量的位錯的數量密度。
利用所述形貌圖片通過這樣的位錯分析來得到圖1左圖所示的sic單晶的位錯結構。
(實施例2)
(1.樣品製備)
從重複五次a-平面生長並改變生長方向所形成的晶體上切割得到偏差方向為方向的用於c-平面生長的晶種。隨後，對所述晶種的表面進行處理使得生長面由三個平面構成，且這些平面與{0001}平面之間脊線所定義的角度為2.7度。此外，允許形成螺旋位錯的可形成螺旋位錯區域形成在所述三個平面之間的交點附近。
用所得晶種通過所述的升華-再沉澱方法生長了sic單晶。執行所述生長時，在可形成螺旋位錯的區域內所述三個平面所形成的{0001}平面的最高點被放置在靠近坩堝的中心處，從而使得所述{0001}平面的最高點附近的溫度在生長過程中被保持為最低。
(2.結果)
如實施例1，各個位錯類型的分布吉各伯格斯矢量的方向用x-射線形貌確定。結果是，在方向，主要觀察到了邊緣位錯，且各個伯格斯矢量的方向被確認為沿著各個區域中的特定方向取向(從晶面部分的角度看，朝向那個區域的方向的垂直方向)。在方向，觀察到了具有特定方向伯格斯矢量的基底面位錯區域(從晶面部分的角度看，朝向那個區域的方向的平行方向)。
(實施例3)
(1.樣品製備)
從重複五次a-平面生長並改變生長方向所形成的晶體上切割得到的用於c-平面生長的晶種(該晶種具有起始底面)。隨後，對所述晶種的表面進行處理使得生長面由三個平面構成，且這些平面與{0001}平面之間脊線所定義的角度為2.7度。此外，允許形成螺旋位錯的可形成螺旋位錯區域形成在所述三個平面之間的交點附近。
用所得晶種通過所述的升華-再沉澱方法生長了sic單晶。在使用起始基板的生長中，晶面尺寸特別容易在生長過程中增加。因此為了抑制它，執行所述生長時，將連接底座的晶種的一個位置(靠近中心)，其對應於所述三個平面所形成的{0001}平面的最高點的附近，加工得較薄以改善熱輻射，從而加速所述最高點附近的生長速率。
(2.結果)
如實施例1，各個位錯類型的分布吉各伯格斯矢量的方向用x-射線形貌確定。結果是，觀察到了圍繞所述晶面部分的徑向位錯分布。在方向，主要觀察到了邊緣位錯，且各個伯格斯矢量的方向被確認為沿著各個區域中的特定方向取向(從晶面部分的角度看，朝向那個區域的方向的垂直方向)。在方向，觀察到了具有特定方向伯格斯矢量的基底面位錯區域(從晶面部分的角度看，朝向那個區域的方向的平行方向)(見圖11)。
儘管在此之前已經詳細說明了本發明的實施方案，但本發明不限於此，在不偏離本發明精神的範圍內可以對其進行各種修改或改變。
[工業可應用性]
本發明的sic單晶和sic基板可被用於生產用在超低能耗能源器件方面的半導體材料。