JPH11162850A - 炭化珪素基板およびその製造方法、並びに炭化珪素基板を用いた半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化珪素成長表面での炭素と珪素の存在比を
制御することにより、結晶性のよい炭化珪素基板を低温
で再現性良く形成する。 【解決手段】 基板１の炭化珪素結晶成長表面１ａにお
いて、珪素原子２が炭素原子に対し過剰となるように保
ちながら、炭化珪素薄膜をＭＢＥ法等によりエピタキシ
ャル成長させる。この成長は１３００℃以下の低温でも
可能であり、高濃度ドーピング膜・選択成長膜・六方晶
上の立方晶炭化珪素の成長膜の形成が可能となる。ま
た、六方晶上に立方晶炭化珪素を結晶化させる場合に
は、さらに、（数１）方向に傾いたオフカット基板を用
いることが、ツウィンの発生を防止するために有効であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、六方晶や立方晶の
結晶構造を有する炭化珪素基板、また、これらの互いに
異なる結晶系を有する結晶層が積層された炭化珪素基
板、およびこれらの炭化珪素基板のホモエピタキシャル
成長またはヘテロエピタキシャル成長による製造方法、
並びにこれらの炭化珪素基板を用いた半導体素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素結晶は、バンドギャップが広い
ことや、飽和電子速度が大きいこと、熱伝導度が大きい
ことなど、半導体材料として好ましい特性を有している
ことから近年注目されており、６Ｈまたは４Ｈ六方晶炭
化珪素の単結晶基板が市販され、使用されている。ま
た、特に高速、高出力な半導体素子への利用が期待され
ている立方晶炭化珪素は、基板として使用可能な大型の
単結晶を成長させることが難しいため、珪素の単結晶基
板上にヘテロエピタキシャル成長させた薄膜等が用いら
れている。

【０００３】上記のような炭化珪素結晶は、例えばシラ
ンやプロパン等の混合ガスを原料とし、水素をキャリア
ガスとして、１３００℃を越える温度、通常は１５００
℃程度の高温の常圧ＣＶＤ法などにより形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭化珪
素結晶の詳細な成長機構は明らかになっておらず、原料
ガスの供給量と基板温度との関係等を把握して制御し、
再現性よく炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる技
術は、工業的にはまだ十分に完成されていない。このた
め、従来の炭化珪素基板の製造技術は、具体的に以下の
ような種々の問題点を有している。

【０００５】まず、炭化珪素の結晶成長に上記のような
高温を要するために、マスキングによる選択的な領域で
の結晶成長をさせたり、高濃度の窒素ドーピングを行っ
たりすることが困難である。すなわち、上記のような高
温に十分耐え得るマスク材料がないために、パターニン
グして所定の領域だけに結晶成長させることが困難であ
り、特に炭化珪素は選択的エッチングが難しいことか
ら、所望の半導体素子や半導体回路を形成することが困
難なものとなっている。また、上記のような高温の下で
窒素ドープを行うと、結晶成長膜の荒れ等が生じやす
く、例えば５×１０ ¹⁸個／ｃｍ³以上程度の高濃度のド
ーピングが困難である。また、高温での結晶成長におい
ては、供給原料ガスの分解や基板表面での付着、再蒸発
等の機構が複雑であるため、例えば原料ガスの供給量と
基板温度との関係等を把握して制御し、再現性よく炭化
珪素薄膜をエピタキシャル成長させることなどが一層困
難なものとなっている。なお、T.Kimotoらによる J.App
lied Physics Vol. 73, No.2 1993（pp.726-732）に
は、｛０００１｝面の前記（数４）方向のオフカット面
を有する炭化結晶基板を用いて結晶をステップフロー成
長させることなどによって比較的低温で６Ｈ六方晶炭化
珪素結晶を形成する技術が提案されているが、この場合
でも１２００℃程度まで加熱する必要がある。

【０００６】次に、結晶性の良好な六方晶炭化珪素や立
方晶炭化珪素の単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる
ことが困難である。特に、立方晶炭化珪素結晶を珪素基
板上に形成すると、格子不整合が大きく、良好な結晶性
を得ることが困難である。また、例えば６Ｈ六方晶炭化
珪素結晶上に形成する場合などでも、ツウィンの発生に
起因するダブルポジショニングバウンダリを含む立方晶
炭化珪素結晶が成長しがちである。なお、本願発明者ら
は、特開平７−１７２９９７号公報にて、炭化珪素結晶
の成長表面における珪素原子が炭素原子に対して過剰に
なるようにすることにより、（００１）面を有する立方
晶炭化珪素薄膜を形成する方法、および炭素原子が珪素
原子に対して過剰になるようにすることにより、（１１
１）面を有する立方晶炭化珪素薄膜、または（０００
１）面を有する六方晶炭化珪素薄膜を形成する方法を提
案している。しかし、この場合でも、比較的良好な結晶
性は得られるものの、ツウィンの発生等を確実に、また
は大幅に抑制することは困難であった。

【０００７】さらに、炭化珪素基板上に、その炭化珪素
基板の結晶系とは異なる結晶系の炭化珪素結晶を良好な
界面を介してヘテロエピタキシャル成長させることはで
きなかった。すなわち、例えば六方晶炭化珪素基板上に
炭化珪素結晶をステップフロー成長させる場合、形成さ
れる炭化珪素結晶は上記基板の結晶構造に拘束されて、
やはり六方晶炭化珪素となりやすいので、立方晶炭化珪
素などをヘテロエピタキシャル成長させることが困難で
ある。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑み、比較的低い温
度で、良好な結晶性を有する炭化珪素をエピタキシャル
成長させることができ、また、マスキングによる選択的
な領域での結晶成長や高濃度の窒素ドーピングを容易に
行うこともでき、さらに、互いに異なる結晶系の炭化珪
素を良好な界面を介して積層されるようにヘテロエピタ
キシャル成長させることができる炭化珪素基板の製造方
法、およびその製造方法により形成された炭化珪素基
板、並びにそのような炭化珪素基板を用いた高速動作が
可能な半導体素子の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、炭化珪素
結晶の成長表面での炭素と珪素の存在比を珪素原子が炭
素原子に対して過剰になるように制御することにより、
比較的低温に保たれた基板でも平滑表面が再現性良く得
られ、良結晶性の高性能エピタキシャル薄膜が得られる
ことを発見し、この発見に基づき、本発明を完成させた
ものである。

【００１０】すなわち、図１に示すように、基板１の炭
化珪素結晶成長表面１ａにおいて、Ｓｉ−Ｓｉボンド３
で基板１と結合している過剰な珪素原子２は、炭化珪素
結晶成長表面１ａ上で活発に拡散しやすい。これは、Ｓ
ｉ−Ｓｉボンド３が、炭素原子のＣ−ＳｉまたはＣ−Ｃ
ボンドに比べて弱い結合であることによる。それゆえ、
上記のように珪素原子が過剰な状態で炭素原子が供給さ
れると、珪素原子が適正な格子位置で基板１および炭素
原子と結合しやすく、したがって、比較的低温下におい
ても、一様性、平坦性に優れた良好な結晶性が容易に得
られる。なお、本発明者らは、前記のように特開平７−
１７２９９７号公報にて、（００１）面を有する立方晶
炭化珪素においては珪素原子を過剰に供給し、（０００
１）面を有する六方晶炭化珪素等においては炭素原子を
過剰に供給する技術を提案しているが、（０００１）面
等の場合においても、わずかに珪素原子を過剰に供給す
ることによって、上記のようなメカニズムでより良好な
結晶性が得られることを新たに見出し、本願発明を完成
させた。

【００１１】また、前述のように、結晶成長表面が、所
定の結晶面が結晶方位から０．０５°以上１０°以下ず
れるようにオフカットされていると、さらに良結晶性の
結晶が成長する。これは、オフカットすることにより、
図２のように結晶成長表面にテラス４とステップエッジ
５が形成され、ステップエッジ５がテラス４上を成長す
るステップフロー成長６が起こるためである。前記珪素
原子の容易な拡散は、ステップフロー成長６を促進し、
低温下においてもエピタキシャル成長を可能とする。こ
こで、上記オフカットを結晶方位から０．０５°未満と
するとテラス幅が広くなりすぎてステップフロー成長の
ために長距離の表面拡散を必要とし、良好な薄膜の成長
に長時間または高温を要することとなる。一方、オフカ
ットが結晶方位から１０°を越えるようにすると、ステ
ップエッジの密度が高くなりすぎて、ステップエッジか
らの成長２次核の発生等が生じて膜荒れを起こしやすく
なる。

【００１２】オフカットの方向に関しては、成長する炭
化珪素結晶が六方晶である場合には、前記（数１）方
向、または下記（数５）方向に傾いたオフカット面であ
ることにより、良好なステップフロー成長のために最適
なテラスとステップエッジを得ることができる。すなわ
ち、下記（数５）方向の場合には、図３（ａ）に示すよ
うに、結晶成長前のステップエッジ５は前記（数１）方
向であるが、ステップフロー成長６のステップエッジ
は、オフカットの傾斜方向の（数５）方向に対して１２
０°の角度をなす２つの（数５）方向となり、ギザギザ
の鋸刃状ステップエッジが形成されつつ、ステップフロ
ー成長が行われる。ここで、ステップフロー成長６の成
長部６ａ，６ｂは、六方晶の場合には同一の結晶である
ため、良好な結晶性が得られる。ただし、この場合に
は、結晶成長が進むにつれて、成長ステップが複数個重
なるステップバンチングが顕著となって、成長膜表面の
凹凸が大きくなることがある。このような成長膜表面の
凹凸を低減するためには、前記（数１）方向に傾いたオ
フカット面を用いることが有効であることを本発明者ら
は見出した。この場合には、やはり良好な結晶性が得ら
れるとともに、上記ステップバンチングが起こりにくく
なり、成長表面の平坦性が高い炭化珪素基板を形成する
ことができる。このような炭化珪素基板は、例えば微細
加工を必要とするような場合に有効である。

【００１３】

【数５】

【００１４】一方、立方晶が成長する場合に前記（数
５）方向に傾いたオフカット面を用いると、成長部６
ａ，６ｂが鏡像の関係にある結晶となり、ダブルポジシ
ョニングバウンダリが形成されることになる。このダブ
ルポジショニングバウンダリは、結晶成長を続けても減
少はみられない。そこで、本発明者らは種々考察した結
果、図３（ｂ）に示すように、前記（数１）方向に傾い
たオフカット面を用いることにより、立方晶が成長する
場合でも上記のようなツウィンバウンダリを生じること
なく結晶成長させ得ることを見出した。この場合には、
結晶成長の前後共に前記（数５）方向の直線状のステッ
プエッジ５が形成され、ステップフロー成長６の成長部
６ｄ〜６ｆは同一の結晶となり、単相の良好な結晶性が
得られる。具体的には、例えば１ｍｍ四方以上の実質的
に無欠陥である結晶表面部分を含む立方晶炭化珪素を得
ることが可能となる。なお、上記オフカット方向の効果
は、オフカット方向の前記（数１） 方向の成分の大き
さが前記（数５）方向の成分の大きさに対して大きけれ
ば有効であり、（数１）方向から多少ずれていても有効
であった。

【００１５】また、珪素原子を適度な過剰状態に保つた
めには、結晶成長表面の表面再配列構造を指標として用
いることが好ましい。具体的には、例えば六方晶の（０
００１）面（Ｓｉ面）上に六方晶を結晶化させる場合、
表面構造が、ほぼ１×１表面構造とほぼ√３×√３表面
再配列構造との間になるように、珪素原子と炭素原子の
供給量を制御することにより、良好な結晶成長をさせる
ことができる。また、同様に、六方晶の（０００１）面
（Ｓｉ面）または立方晶の（１１１）面（Ｓｉ面）上に
立方晶を結晶成長させる場合、六方晶の前記（数２）面
（Ｃ面）上に六方晶を結晶化させる場合、および六方晶
の前記（数２）面（Ｃ面）または立方晶の前記（数３）
面（Ｃ面）上に立方晶を結晶化させる場合には、ほぼ１
×１とほぼ３×３との間になるように制御することが好
ましい。

【００１６】すなわち、上記のような表面再配列構造の
状態になるようにすれば、炭化珪素結晶成長表面を活発
に拡散する珪素原子を供給することができ、また、珪素
結晶粒の析出も抑制することができる。なお、必ずしも
上記範囲にわたって変化するように制御しなくても、こ
れらの間であればよく、例えば六方晶の（０００１）面
（Ｓｉ面）上に立方晶を結晶成長させる場合に√３×√
３と３×３との間になるように制御したり、これらの間
のほぼ一定の表面再配列構造の状態になるように制御す
るなどしてもよい。さらに、必ずしも表面再配列構造を
検出しながら供給量の制御をしなくても、あらかじめ表
面再配列構造を検出して、珪素原子と炭素原子の供給量
や供給パターンを決定し、製造段階においては上記のよ
うな検出をすることなく結晶成長させるようにしてもよ
い。

【００１７】また、炭化珪素結晶成長表面に過剰に存在
する珪素原子が、５原子層分以下になるようにすること
が、炭化珪素結晶成長表面での珪素結晶粒の析出による
成長薄膜の結晶性・平坦性の悪化を容易に防止できる点
で好ましい。

【００１８】また、珪素原子と炭素原子の供給は、何れ
か一方または双方を間欠的に行うことにより、珪素原子
が過剰な状態に保ちやすくなる。特に、珪素原子と炭素
原子とを炭化珪素結晶成長表面に交互に供給すると、ダ
イナミックに表面状態を変化させることが可能となっ
て、珪素過剰状態の制御がより容易となる。また、珪素
原子を連続的に供給する一方、炭素原子を間欠的に供給
するようにしてもよい。この場合には、珪素過剰の状態
を長く保つことが容易になるため、さらに良結晶性の炭
化珪素薄膜を得ることができる。さらに、珪素原子だけ
の供給を、ほぼ√３×√３、または３×３の表面再配列
構造になるまで行い、炭素原子の供給を、ほぼ１×１の
表面構造になるまで行うようにしても、過剰な珪素原子
数を最適に保つことが容易にできる。

【００１９】また、炭化珪素結晶成長表面の温度は、６
００℃以上１３００℃以下にすることが好ましい。上記
温度を６００℃未満とすると、珪素原子の拡散が十分で
はなくなり、前述の効果を得にくくなる。一方、成長表
面の温度が１３００℃を越えるようにすると、従来の高
温のＤＶＤ法と同様、後述する炭化珪素薄膜の選択成長
や窒素の高濃度ドーピングに適さなくなる。なお、１３
００℃を越える温度であっても、前記のように良好な結
晶性の炭化珪素結晶を形成し得る効果は、同様に得られ
る。

【００２０】窒素のドーピングは、炭化珪素結晶成長表
面に、窒素源としてアンモニア等の反応性窒素含有ガス
を供給することにより、炭化珪素薄膜に窒素をドーピン
グすることができる。すなわち、前記のように比較的低
い温度で炭化珪素の結晶成長をさせることができるの
で、高い濃度の窒素を置換位置に含む結晶性の良好な炭
化珪素薄膜を得ることが容易にでき、具体的には、５×
１０¹⁸個／ｃｍ³以上、さらには１０¹⁹〜５×１０¹⁹個
／ｃｍ³以上の窒素原子を含む炭化珪素薄膜も得ること
も可能である。

【００２１】また、前記温度範囲での結晶成長において
は、低温領域における成膜であることから、前記成長表
面の一部に例えば酸化珪素薄膜等によってマスキングさ
れた領域を設定し、この領域以外の部分において炭化珪
素薄膜を成長させることができる。従来の高温成膜では
マスキング材料として用い得る材料がなく選択成長を行
うことができなかったが、この好ましい例によれば、選
択エッチングが難しい炭化珪素に、素子形成のためのパ
ターニングを施すことが可能となる。

【００２２】また、炭化珪素結晶の成長に先立って、結
晶成長表面が√３×√３表面再配列構造になるように結
晶成長表面を清浄化することにより、結晶性に優れた炭
化珪素薄膜を成長させることができる。上記清浄化は、
具体的には、例えば水素雰囲気または真空中において８
００℃以上１３００℃以下にまで加熱することにより行
うことが好ましい。清浄化の温度を８００℃未満とする
と、酸化膜等の表面不純物が残存して清浄化が不十分と
なる一方、１３００℃を越える温度とすると、成長表面
近傍から珪素原子が蒸発して表面の炭素化が進行する虞
があるからである。

【００２３】次に、互いに結晶系の異なる炭化珪素結晶
の積層について説明する。この積層は、基板温度の設定
により、基板とは異なる結晶系の炭化珪素結晶を成長さ
せる方法と、互いに異なる結晶系の炭化珪素結晶が形成
された領域を有するオフカット基板を用いてステップフ
ロー成長させる方法とにより行うことができる。

【００２４】上記基板温度の設定による方法は、基板温
度を変化させることにより、成長する炭化珪素の結晶系
を制御できることを発見したことに基づくものである。
すなわち、オフカット基板を用いて結晶成長させる際
に、基板表面の温度を完全なステップフロー成長が起こ
る最低温度のほんの少し下に設定すると、その基板温度
において安定な結晶系が基板表面のステップの影響を弱
く受けつつ成長することを利用するものである。つま
り、テラス上に供給された珪素原子または炭素原子は、
テラス上を表面拡散してステップに達する前にテラス上
で凝集して微結晶を作る。この微結晶は、ステップの影
響を受けずに、基板表面温度で決まる最も安定な結晶系
のものになる。この微結晶は成長するが、安定な大きな
結晶となる以前にステップと遭遇してステップの影響を
幾分受けつつ更に成長して、安定な大きな結晶となる。
このため、完全なステップフロー成長のように、基板の
結晶系を完全に反映しては成長しないことになる。

【００２５】そこで、例えば、６Ｈ六方晶炭化珪素｛０
００１｝面の４°のオフカット基板において、９００℃
の基板表面温度に保って上記のような成長をさせると、
３Ｃ立方晶炭化珪素薄膜が成長する。この場合、前記の
ように、オフカット方向がほぼ六方晶の前記（数１）方
向に傾いていると、ツウィンを含まない良結晶性の３Ｃ
立方晶炭化珪素薄膜が得られた。この方向が、上記ステ
ップフロー成長のための最適なテラスとステップエッジ
を与える。また、例えば、４Ｈ六方晶炭化珪素｛０００
１｝面の１°オフカット基板において、１５００℃の基
板表面温度に保って成長させると、６Ｈ六方晶炭化珪素
薄膜が成長する。このように六方晶の炭化珪素を結晶成
長させる場合には、オフカットの傾斜方向は前記（数
５）方向でもよい。ここで、基板温度が上昇すれば、よ
り表面拡散が起こるため、異なる結晶系の炭化珪素を成
長させるためには、ステップ幅をより広く（オフカット
角度をより小さく）する必要がある。また、前記のよう
な珪素原子の過剰状態での結晶成長を行わせる場合に
は、炭化珪素結晶成長表面の温度は、６００℃以上１８
００℃以下であると、良結晶性の薄膜が得られた。６０
０℃以下では、Ｓｉ−Ｓｉボンドで基板と結合している
珪素原子であっても表面拡散が不十分となり、良好な結
晶成長が行われない。１８００℃以上の温度では、成長
表面からの炭化珪素の昇華も顕著となり、成長条件の制
御が困難である。本発明の範囲の低温下での成長により
初めて、良結晶性の基板と結晶系の異なる炭化珪素の成
長が可能となる。

【００２６】一方、前記互いに異なる結晶系の炭化珪素
結晶が形成された領域を有するオフカット基板（前処理
基板）を用いる方法は、ステップフロー成長方向の上流
側に位置するステップから結晶成長する炭化珪素結晶
が、下流側のテラス上を進行しながら結晶成長すること
を利用するものである。すなわち、あらかじめ、基板上
に互いに異なる結晶系の炭化珪素結晶を形成し、これを
用いて完全なステップフロー成長をさせると、上流側の
領域に形成された結晶系の炭化珪素結晶が、下流側の領
域に形成された結晶系の炭化珪素結晶上を進行して結晶
成長し、積層されることになる。この場合、互いに異な
る結晶系の炭化珪素結晶同士の界面が非常に良好に保た
れて成長が進む。

【００２７】上記のような前処理基板の形成は、前記珪
素原子を過剰状態にし、低温下で酸化珪素薄膜などをマ
スクとして、基板表面の一部の領域に選択的に基板と異
なる結晶系の炭化珪素結晶を結晶成長させることにより
容易に行うことができる。また、上記のような選択成長
を用いなくても、結晶面が表面に対して傾いている炭化
珪素の基板表面に基板の結晶系と異なる結晶系を有する
炭化珪素結晶を成長させ、その後に上記成長させた炭化
珪素を部分的に残してエッチングで取り除き、基板面を
露出させることによっても同様の前処理基板を形成する
ことができる。

【００２８】上記の方法によれば、良好な界面で接して
いる炭化珪素薄膜を成長させて積層することができると
ともに、種々の組み合わせの積層構造や、サンドイッチ
構造、また、さらに多層の積層構造などを容易に形成す
ることができる。

【００２９】具体的には、例えば、まず６Ｈ，４Ｈ等の
六方晶炭化珪素の｛０００１｝面が表面に対して傾いて
いる基板表面の少なくとも一部に３Ｃの立方晶炭化珪素
を選択成長させた前処理基板を形成する。この前処理基
板を通常のＣＶＤ成長によりステップフロー成長させる
と、６Ｈ，４Ｈ等の六方晶炭化珪素の｛０００１｝面上
に３Ｃの立方晶炭化珪素の｛１１１｝面が積層された積
層構造、または３Ｃの立方晶炭化珪素の｛１１１｝面上
に６Ｈ，４Ｈ等の六方晶炭化珪素の｛０００１｝面が積
層された積層構造を形成することができる。

【００３０】また、例えば前処理基板形成時の基板温度
を少し高くすることにより、４Ｈ六方晶炭化珪素の｛０
００１｝面が表面に対して傾いている基板表面の少なく
とも一部に６Ｈの六方晶炭化珪素を選択成長させ、この
前処理基板を、通常のステップフロー成長させると、６
Ｈ六方晶炭化珪素の｛０００１｝面上に４Ｈ六方晶炭化
珪素の｛０００１｝面が積層された積層構造、または４
Ｈ六方晶炭化珪素の｛０００１｝面上に６Ｈ六方晶炭化
珪素の｛０００１｝面が積層された積層構造を形成する
ことができる。

【００３１】また、さらに、前処理基板における異なる
結晶系の領域のパターンに応じて、例えば４Ｈ，６Ｈ等
の六方晶炭化珪素の結晶によって挟まれた３Ｃの立方晶
炭化珪素の結晶を含むようにしたり、４Ｈの六方晶炭化
珪素の結晶によって挟まれた６Ｈの六方晶炭化珪素の結
晶を含むようにしたりすることもできる。より詳しく
は、前処理によって例えば６Ｈ六方晶基板の中央部分に
基板と結晶系の異なる３Ｃ立方晶炭化珪素のステップを
形成すると、ステップフロー成長後には、３Ｃ立方晶／
６Ｈ六方晶の積層界面と６Ｈ六方晶／３Ｃ立方晶の積層
界面が形成され、成長とともに欠陥などを含まない状態
で良好な界面が形成される。この場合、炭化珪素の成長
はステップエッジにおいて進み、ステップエッジの結晶
系が成長する炭化珪素の結晶系を決める。すなわち、テ
ラス表面における原子配列は、表面層のみしか成長する
成長層の結晶に影響を与えないため、六方晶や立方晶等
の結晶系の違いに対して実質的に影響を及ぼさない。こ
のため、前記前処理基板に対してステップフロー成長を
続ければ続けるほど異なる結晶系の炭化珪素の界面及び
炭化珪素そのものの結晶性は向上する。

【００３２】また、前記選択成長を用いなくとも、結晶
面が表面に対して傾いている炭化珪素、例えば６Ｈ六方
晶の基板表面全面に基板の結晶系と異なる結晶系を有す
る３Ｃ立方晶炭化珪素を上記と同様に成長させ、その後
に上記成長させた３Ｃ立方晶炭化珪素を部分的に残して
エッチングで取り除いて、６Ｈ六方晶が再び露出した部
分と３Ｃ立方晶が残っている部分を含む前処理基板を形
成し、上記前処理基板をステップフロー成長させても、
上記異なる結晶系を有する炭化珪素の積層構造を含む炭
化珪素基板を形成できた。

【００３３】また、本発明の炭化珪素基板は、前述のよ
うな製造方法により製造される良結晶性の炭化珪素基板
であり、以下に記載の特徴を具備し得るものである。す
なわち、本発明の炭化珪素基板は、例えば、炭化珪素の
成長表面に存在する成長ステップのエッジが六方晶炭化
珪素の前記ステップエッジ（数４）および立方晶炭化珪
素の［１１０］ステップエッジから選ばれるステップエ
ッジにより構成されるという特徴を具備し得る。また、
例えば、５×１０¹⁸個／ｃｍ³以上、さらには１０¹⁹〜
５×１０¹⁹個／ｃｍ³以上の窒素原子を置換位置に含む
という特徴を具備し得る。また、例えば、六方晶炭化珪
素の基板の表面に形成された炭化珪素基板であって、１
ｍｍ四方以上の無欠陥結晶表面部分を含む立方晶炭化珪
素単結晶から成るという特徴を具備し得る。また、例え
ば、炭化珪素基板の一部に選択的にエピタキシャル成長
させた基板であるという特徴を具備し得る。本発明の炭
化珪素基板は、このような特徴を具備することにより、
炭化珪素の優れた熱伝導率、絶縁破壊耐圧、大きいバン
ドギャップ等を活用した半導体素子用基板として利用価
値の高いものとなる。

【００３４】また、前記のように、互いに結晶系が異な
り結晶性の良好な単層の炭化珪素結晶が結晶構造の急峻
な界面を介して積層された炭化珪素基板によって半導体
素子を形成すれば、高速な動作が可能な半導体素子を得
ることができる。すなわち、結晶構造が異なる異種の炭
化珪素結晶が清浄なヘテロ界面で接している場合に、上
記ヘテロ界面における伝導帯のエネルギーの低い方に電
導電子が注入されて２次元電子ガスが形成されるため、
この２次元電子ガスの高いキャリア移動度を利用して、
ＨＦＥＴ等の高速な電子素子を形成することができる。

【００３５】より具体的には、例えば、バンドギャップ
が２．８６ｅＶと広い６Ｈ六方晶炭化珪素と、バンドギ
ャップが２．３ｅＶと狭い３Ｃ立方晶炭化珪素の積層構
造を用いてＨＦＥＴを形成すると、ドーピング濃度が高
く設定された６Ｈ六方晶炭化珪素から、ドーピング濃度
が低く設定された３Ｃ立方晶炭化珪素のチャネル層にキ
ャリアが注入されて、６Ｈ／３Ｃ界面に２次元電子ガス
が形成される。この２次元電子ガスは高いキャリア移動
度を示すため、高速な動作をさせることができる。

【００３６】上記のような２次元電子ガスは、結晶構造
とバンドギャップの異なる炭化珪素の界面であれば、６
Ｈ／３Ｃ界面に限らず、４Ｈ／３Ｃ界面や４Ｈ／６Ｈ界
面などでも形成される。これらの異なる結晶系の炭化珪
素同士のヘテロ界面は、炭化珪素バイレイヤーの積層の
仕方が異なるだけで、炭化珪素バイレイヤーの構造や組
成は変化していないので、原理的に格子不整合などが非
常に小さい。それゆえ、他のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）
等の混晶系の界面に比べて良好なヘテロ界面となり得る
ため、より特性の良好な半導体素子を形成することがで
きる。

【００３７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１として、六方晶炭化珪素の珪素面（Ｓｉ面）上に
六方晶炭化珪素を結晶成長させる例を説明する。

【００３８】まず、（０００１）面（Ｓｉ面）の前記
（数５）方向に３．５°のオフカット面を有する６Ｈの
六方晶炭化珪素の単結晶基板を分子線エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）装置に導入し、バックグラウンドプレッシャを１０
^-9Ｔｏｒｒ以下にして、上記基板を１１００℃に加熱し
た。これにより、基板は清浄化され、高エネルギ反射電
子線回折（ＲＨＥＥＤ）によれば、図４に示すような√
３×√３の表面再配列構造であることが確認された。

【００３９】次に、基板の温度を１１００℃に保った状
態で、１３８０℃に加熱されたｋ−ｃｅｌｌから珪素原
子を供給するとともに、電子ビーム蒸着器から、８ｋ
Ｖ、１００ｍＡのパワーで炭素原子を供給した。より詳
しくは、まず、１／３原子層分の珪素原子が供給される
ことにより、上記√３×√３の表面再配列構造がより鮮
明に観察された。すなわち、図４に示すように、１／３
原子層分の原子数の過剰な珪素原子がテラス上に堆積し
た状態となる。この状態で、基板の表面に上記珪素原子
と同数程度の炭素原子が供給されると、上記√３×√３
表面再配列構造を示すＲＨＥＥＤ回折ストリークが弱ま
り、１×１パターンに近くなる。すなわち、上記テラス
上に堆積した珪素原子と、新たに供給された炭素原子と
が図２に示すようにステップエッジ５付近に集まって結
晶化し、六方晶炭化珪素のステップフロー成長６が生じ
るとともに、テラス４の表面は１×１パターンに近い表
面再配列構造となる。この場合、ステップフロー成長す
る長さは、２／３原子層分の原子数に相当する長さとな
る。具体的には、例えばステップの高さが２原子層（珪
素層と炭素層）分とすると、テラスの長さの１／３だ
け、ステップフロー成長が生じる。

【００４０】以下、上記珪素原子の供給と炭素原子の供
給とが繰り返されることにより、表面再配列構造が√３
×√３と１×１との間で変化しながら、平滑な表面を有
する良結晶性の六方晶炭化珪素エピタキシャル薄膜が形
成される。

【００４１】上記のようにして形成された炭化珪素薄膜
の成長表面をＳＥＭ写真によって観察したところ、図５
に模式的に示すように、互いに１２０°の角度で交差す
る前記（数４）方向のステップエッジ５が進行するよう
に結晶成長していることが確認された。

【００４２】上記のように、珪素原子がわずかに過剰に
なるように珪素原子と炭素原子を供給することによっ
て、比較的低い温度で良好な結晶構造の炭化珪素薄膜を
形成することができる。

【００４３】なお、上記のように、元の炭化珪素基板と
して前記（数５）方向に傾いたオフカット面を用いる場
合には、結晶成長が進むにつれて、成長ステップが複数
個重なるステップバンチングが顕著となって成長膜表面
の凹凸が大きくなることがある。それゆえ、そのような
凹凸が問題となりやすい微細加工などに用いる場合に
は、前記（数１）方向に傾いたオフカット面を用いるこ
とが好ましい。この場合には、上記の場合と同様に比較
的低い温度で良好な結晶性が得られるうえ、ステップバ
ンチングが起こりにくくなり、成長表面の平坦性が向上
する。

【００４４】また、元の炭化珪素基板として４Ｈの六方
晶炭化珪素基板を用いた場合でも、同様の結晶成長が行
われた。ここで、４Ｈの六方晶炭化珪素基板を用いる場
合には、基板の温度を比較的高い温度（例えばオフカッ
ト角度が１°の場合、１６００℃）に保つと、元の炭化
珪素基板と同じ４Ｈの結晶構造が形成（ホモエピタキシ
ャル成長）される一方、より低い温度（例えばオフカッ
ト角度が１°の場合、１５００℃）に保つと、元の炭化
珪素基板の結晶構造に係らず、６Ｈの結晶構造が形成
（ヘテロエピタキシャル成長）される。

【００４５】また、基板の加熱温度は、上記のように、
形成する結晶構造等に応じて設定すればよいが、６００
℃以上であれば、珪素原子の拡散程度が比較的大きいた
めに、結晶性の良好な結晶成長を容易に行わせることが
できる。一方、１３００℃以下であれば、後述する実施
の形態４、５で示すような窒素の高密度ドーピングやマ
スキングによる選択的な領域の結晶成長を容易に行うこ
とができる。なお、１３００℃を越える場合であって
も、前記のように良好な結晶性の炭化珪素結晶を形成し
得る効果は、同様に得られる。すなわち、従来と同様の
温度に加熱する場合には、より結晶性の良好な炭化珪素
結晶を形成することができ、従来と同様の結晶性を得る
ためには、従来よりも低い温度に設定することができ
る。

【００４６】また、珪素原子と炭素原子の供給制御にお
いて、表面再配列構造が√３×√３になった後に、さら
に多量の珪素原子の供給を続け、過剰な炭素原子の数が
六方晶炭化珪素結晶におけるほぼ５原子層分の珪素原子
数を越えると、珪素の結晶粒（ドロップレット）が生じ
やすくなる。一方、１×１になった後に、さらに多量の
炭素原子の供給を続けると、拡散性の低い炭素原子がテ
ラス上に堆積しがちになる。これらのいずれの場合に
も、適切なステップフロー成長が妨げられることになる
が、珪素原子等の供給制御の応答性は必ずしもそれほど
高度である必要はなく、√３×√３や１×１の状態にな
っても、例えば数分程度の間に上記のような供給制御が
行われれば、適切なステップフロー成長をさせることが
できる。また、必ずしも表面再配列構造が√３×√３か
ら１×１にわたって変化するように制御しなくても、こ
れらの間であれば、一定の、またはある程度の範囲の表
面再配列構造になるように制御すればよい。

【００４７】また、珪素原子と炭素原子の供給は、上記
のように交互に行うものに限らず、いずれか一方を連続
的に供給し、他方を間欠的に供給するようにしてもい
い。この場合には、炭素原子の供給を間欠的に行う方
が、比較的制御が容易である。さらに、双方とも連続的
に供給するようにしても、珪素原子のわずかな過剰状態
が保たれるように制御すればよい。

【００４８】また、高エネルギ反射電子線回折（ＲＨＥ
ＥＤ）によって表面再配列構造を検出して珪素原子と炭
素原子の供給制御をする例を示したが、オージェ分析や
ＥＳＣＡ分析などによって直接基板表面の組成比を計測
し、珪素原子と炭素原子の存在比を制御するようにして
もよい。さらに、あらかじめ表面再配列構造を検出し
て、珪素原子と炭素原子の供給量や供給パターンを決定
し、製造段階においては上記のような検出をすることな
く結晶成長させるようにしてもよい。

【００４９】また、元の炭化珪素基板のオフカット角度
（チルト角）は、上記のように３．５°に限らず、０．
０５°以上、１０°以下程度であれば、ステップフロー
成長による良好な結晶化を容易に行わせることができ
る。

【００５０】また、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置を
用いて結晶成長させる例を示したが、これに限らず、Ｃ
ＶＤ装置等を用いるようにしてもよい。

【００５１】また、珪素原子および炭素原子の供給源
も、上記のものに限らず、例えばシランやプロパン、ア
セチレン等のガスなど、他の供給源を用いてもよい。

【００５２】（実施の形態２）本発明の実施の形態２と
して、六方晶炭化珪素の炭素面（Ｃ面）上に六方晶炭化
珪素を結晶成長させる例を説明する。

【００５３】この実施の形態２においては、前記（数
２）面（Ｃ面）の前記（数５）方向に３．５°のオフカ
ット面を有する６Ｈまたは４Ｈの六方晶炭化珪素の単結
晶基板を用いる。この基板を実施の形態１と同様に分子
線エピタキシ装置に導入して清浄化した。なお、この場
合、一定の表面再配列構造は確認されなかった。これ
は、前記（数２）面（Ｃ面）の場合には、特に安定な清
浄な表面再配列構造がないためと考えられる。

【００５４】次に、実施の形態１と同様に珪素および炭
素を順次供給すると、まず、基板の表面に１７／９原子
層分の珪素原子が供給された時点で、図６に示すよう
に、３×３表面再配列構造の状態となる。また、上記珪
素原子と同数程度の炭素原子が供給されると、３×３表
面再配列構造を示すＲＨＥＥＤ回折ストリークが弱まっ
て１×１パターンに近くなり、約４原子層分の原子数に
相当する六方晶炭化珪素のステップフロー成長が生じ
る。

【００５５】以下、上記珪素の供給と炭素の供給とを繰
り返すことにより、表面再配列構造が３×３と１×１と
の間で変化しながら、平滑な表面を有する良結晶性の六
方晶炭化珪素ホモエピタキシャル薄膜が得られた。

【００５６】このように、六方晶炭化珪素のＣ面上に六
方晶炭化珪素を結晶成長させる場合には、前記実施の形
態１と珪素原子および炭素原子の供給制御は異なるが、
やはり、珪素原子がわずかに過剰になるように珪素原子
と炭素原子を供給することによって、比較的低い温度で
良好な結晶構造の炭化珪素薄膜を形成することができ
る。

【００５７】なお、本実施の形態２においても、前記実
施の形態１で説明したような種々の変形が可能である。

【００５８】（実施の形態３）本発明の実施の形態３と
して、六方晶炭化珪素の珪素面（Ｓｉ面）上に立方晶炭
化珪素を結晶成長させる例を説明する。

【００５９】この実施の形態３においては、（０００
１）面（Ｓｉ面）の前記（数１）方向に３．５°のオフ
カット面を有する６Ｈまたは４Ｈの炭化珪素の単結晶基
板を用いる。この基板を実施の形態１と同様に分子線エ
ピタキシ装置に導入して１１００℃に加熱し、清浄化し
た。この場合には、高エネルギ反射電子線回折（ＲＨＥ
ＥＤ）によって、実施の形態１と同様に√３×√３の表
面再配列構造（図４）であることが確認された。

【００６０】次に、実施の形態１と、基板の温度、およ
び珪素と炭素の供給量が異なる点を除き、同様にして結
晶成長をさせる。すなわち、基板の温度を低下させて９
００℃に保った後、まず珪素を供給すると、実施の形態
１と同様に、１／３原子層分の珪素原子が供給されるこ
とにより、上記√３×√３の表面再配列構造がより鮮明
に観察されるが、さらに珪素の供給を続けると、図７に
示すように、１６／９原子層分の原子数の過剰な珪素原
子がテラス上に堆積した３×３表面再配列構造の状態と
なる。また、上記珪素原子と同数程度の炭素原子が供給
されると、３×３表面再配列構造を示すＲＨＥＥＤ回折
ストリークが弱まり、√３×√３パターンを経て、１×
１パターンに近くなり、約４原子層分の原子数に相当す
る立方晶炭化珪素（１１１）のステップフロー成長が生
じる。

【００６１】ここで、前記実施の形態１、２のように六
方晶ではなく、立方晶が結晶成長するのは、基板の温度
が９００℃に保たれているためである。このように比較
的低い温度では、テラス４の表面に堆積した珪素原子の
表面拡散程度が低く、炭素原子が供給されたときに、テ
ラス４上で、上記温度において比較的安定な立方晶の結
晶化が生じやすくなり、ステップエッジ５付近で結晶化
する完全なステップフロー成長が行われないために、上
記のように六方晶炭化珪素上に立方晶炭化珪素をヘテロ
エピタキシャル成長させることができる。

【００６２】以下、上記珪素の供給と炭素の供給とを繰
り返すことにより、表面再配列構造が３×３から、√３
×√３、１×１の間で変化しながら、平滑な表面を有す
る良結晶性の立方晶炭化珪素ヘテロエピタキシャル薄膜
が得られた。

【００６３】上記のように、珪素原子がわずかに過剰に
なるように珪素原子と炭素原子を供給することによっ
て、比較的低い温度で炭化珪素を結晶化させ、立方晶炭
化珪素薄膜を形成することが容易にできる。特に、上記
のように（０００１）面の前記（数１）方向のオフカッ
ト面を有する六方晶炭化珪素基板上に立方晶炭化珪素を
ステップフロー成長させることにより、ツウィンのない
単相の立方晶炭化珪素を結晶成長させることができる。
より具体的には、例えば２０μｍの厚さにまで立方晶炭
化珪素を成長させた場合、１ｍｍ四方以上の範囲にわた
って無欠陥単結晶表面を有するヘテロエピタキシャル薄
膜が得られた。

【００６４】なお、元の炭化珪素基板として６Ｈまたは
４Ｈのいずれの六方晶炭化珪素基板を用いた場合でも、
同様の結晶成長が行われた。また、前記（数２）面（Ｃ
面）の前記（数１）方向に３．５°等のオフカット面を
有する六方晶炭化珪素基板を用いてもよい。さらに、元
の炭化珪素基板として立方晶炭化珪素基板を用いてもよ
い。この場合には、上記六方晶炭化珪素における（００
０１）面または前記（数２）面の（数１）方向のオフカ
ット面に相当する、（１１１）面（Ｓｉ面）または前記
（数３）面（Ｃ面）の＜１１２＞方向のオフカット面を
有する立方晶炭化珪素基板を用いれば、同様に良好な結
晶構造の立方晶炭化珪素薄膜を形成することができる。
ここで、上記のように六方晶の前記（数２）面（Ｃ面）
や、立方晶の（１１１）面（Ｓｉ面）または前記（数
３）面（Ｃ面）を用いて立方晶炭化珪素を結晶化させる
場合も、珪素原子および炭素原子の供給制御の指標とし
て、１×１〜３×３の表面再配列構造を適用することが
できる。また、前記（数５）方向または＜１１０＞方向
のオフカット面を有する六方晶または立方晶の炭化珪素
基板を用いる場合でも、形成される立方晶炭化珪素結晶
にツウィンが生じやすくはなるが、珪素原子を過剰に供
給することにより比較的低い温度で容易に結晶化させる
ことができるという効果は得られる。

【００６５】なお、本実施の形態３においても、上記の
他に、前記実施の形態１で説明したような種々の変形が
可能である。

【００６６】（実施の形態４）前記実施の形態１〜３と
同様にして六方晶または立方晶炭化珪素の結晶成長をさ
せる際に、２×１０^-8Ｔｏｒｒ程度の圧力でアンモニア
ガスを供給した。これにより、少なくとも５×１０¹⁸個
／ｃｍ^-3、また、基板温度等の条件によっては、１０¹⁹
個／ｃｍ^-3以上や、さらに５×１０¹⁹個／ｃｍ^-3以上の
窒素を格子置換位置に含み、かつ膜荒れ等がなく良好な
結晶性を有する炭化結晶薄膜を形成することができた。
すなわち、珪素原子がわずかに過剰になるように珪素原
子と炭素原子を供給することによって、基板の温度を前
記のように低く保って結晶化させることができるため、
窒素原子を炭化珪素結晶の格子置換位置に効率よく導入
させて高密度ドーピングを行うことが容易にできる。

【００６７】（実施の形態５）炭化珪素の結晶成長に先
立って、図８に示すように、六方晶炭化珪素基板１１の
表面に、開口部１２ａが形成された酸化珪素膜１２から
成るマスクパターンを形成した。より具体的には、例え
ば５００ｎｍの厚さの酸化珪素膜１２を例えば六方晶炭
化珪素基板１１の表面にスパッタ蒸着し、バッファフッ
酸エッチングを用いたフォトリソグラフィによりパター
ニングして、開口部１２ａを形成した。

【００６８】上記六方晶炭化珪素基板１１をＣＶＤ成長
室内に導入し、前記実施の形態１〜３で分子線エピタキ
シ装置を用いた場合と同様に、珪素原子がわずかに過剰
になるように珪素原子と炭素原子の供給制御をして、炭
化珪素結晶をエピタキシャル成長させた。これにより、
結晶性が良好で平坦な炭化珪素薄膜を、開口部１２ａの
領域だけに選択的に形成することができた。すなわち、
基板の温度を前記のように低く保つことができることに
より、酸化珪素膜１２に損傷を与えることがないため、
基板の所望の領域だけに炭化珪素を結晶成長させること
が容易にできる。

【００６９】なお、マスクパターンの材料は上記のよう
に酸化珪素膜に限るものではない。すなわち、基板温度
を低く保つことができるので、種々の公知のマスク材料
を用いることができる。

【００７０】また、ＣＶＤ装置を用いる場合に限らず、
実施の形態１〜３と同様に分子線エピタキシ装置を用い
る場合に上記のようなマスキングを行うようにしてもよ
い。

【００７１】（実施の形態６）六方晶炭化珪素結晶と立
方晶炭化珪素結晶とが積層された炭化珪素基板を形成す
る例について説明する。この例では、六方晶炭化珪素結
晶層の間に、立方晶炭化珪素結晶層が介在した積層構造
が形成される。

【００７２】まず、図９（ａ）に示すように、前記実施
の形態５と同様に、マスクパターンである酸化珪素膜１
２を用いて、｛０００１｝面の前記（数１）方向に４°
のオフカット面３１ｂを有する６Ｈまたは４Ｈの六方晶
炭化珪素結晶３１上に、部分的に立方晶炭化珪素結晶３
２を形成する。次に、バッファーフッ酸処理により、図
９（ｂ）に示すように、酸化珪素膜１２を除去して前処
理基板３３を形成する。

【００７３】この前処理基板３３をＣＶＤ成長室内に導
入し、通常のステップフロー成長を行わせる。より詳し
くは、例えば気圧が大気圧、基板温度は１６００℃、キ
ャリアガスとしての水素を２ｓｌｍ、シランを１ｓｃｃ
ｍ、プロパンを１ｓｃｃｍのＣＶＤ条件で結晶成長させ
る。

【００７４】これにより、図９（ｃ）に示すように、例
えば１時間で３μｍ程度の膜厚の六方晶炭化珪素結晶３
４および立方晶炭化珪素結晶３５がステップフロー成長
する。この場合、基板温度が比較的高いので、各ステッ
プエッジ３１ａ，３２ａにおいて、それぞれ元の結晶構
造と同じ結晶構造のステップフロー成長が行われる。す
なわち、六方晶のステップエッジ３１ａからは六方晶炭
化珪素結晶３４が成長し、立方晶のステップエッジ３２
ａからは立方晶炭化珪素結晶３５が成長し、それぞれ斜
めの界面の方向に結晶化が進行する。したがって、六方
晶炭化珪素結晶３４，３４の間に立方晶炭化珪素結晶３
５が介在した積層構造が形成される。このようにして形
成された六方晶炭化珪素結晶３４と立方晶炭化珪素結晶
３５との界面は、欠陥を含まない完全な結晶性を有する
急峻な界面であることが確認された。

【００７５】上記のように、あらかじめ立方晶炭化珪素
結晶が形成された領域と六方晶炭化珪素結晶が形成され
た領域とを有するオフカット基板を用いてステップフロ
ー成長させることにより、立方晶炭化珪素結晶上に六方
晶炭化珪素結晶を形成したり、また六方晶炭化珪素結晶
上に立方晶炭化珪素結晶を形成したり、さらに、両者を
交互に形成したりすることが容易にできる。

【００７６】なお、上記前処理基板を形成するための元
の六方晶炭化珪素基板として、６Ｈまたは４Ｈのいずれ
の六方晶炭化珪素基板を用いた場合でも、同様に積層構
造を形成することができる。

【００７７】また、元の炭化珪素基板のオフカット角度
（チルト角）は、上記のように４°に限らず、０．０５
°以上、１０°以下程度であれば、ステップフロー成長
による上記のような積層構造を容易に形成することがで
きる。

【００７８】また、前処理基板の形成や前処理基板のス
テップフロー成長は、分子線エピタキシ装置およびＣＶ
Ｄ装置を用いるものに限らず、それぞれ、公知の種々の
結晶成長方法を適用することができる。

【００７９】さらに、前処理基板は、前記実施の形態５
と同様にして形成することによって、前記のようにツウ
ィンのない単相の立方晶炭化珪素結晶が形成された前処
理基板を形成することが容易にできるが、これに限ら
ず、基板上に互いに結晶系の異なる良好な結晶性の領域
が形成されたものであればよく、特に、６００℃以上、
１８００℃以下程度の基板温度で他の領域と結晶系の異
なる領域が形成された前処理基板を用いれば、界面の結
晶性が良好な積層構造を形成することが容易にできる。

【００８０】（実施の形態７）上記実施の形態６と同様
に、六方晶炭化珪素結晶と立方晶炭化珪素結晶とが積層
された炭化珪素基板を形成する他の例について説明す
る。この例では、立方晶炭化珪素結晶層の間に、六方晶
炭化珪素結晶層が介在した積層構造が形成される。

【００８１】まず、前記実施の形態３と同様にして、図
１０（ａ）に示すように、六方晶炭化珪素結晶４１上の
全面にわたって、膜厚が例えば３０ｎｍの立方晶炭化珪
素結晶４２を成長させる。

【００８２】次に、メタルマスクのマスクパターン４３
を用いて、図１０（ｂ）に示すように立方晶炭化珪素結
晶４２の所定の領域４２ａの部分だけに、３０ｋｅＶの
加速電圧で酸素イオンを１０¹⁶ｃｍ^-2程度のドーズ量で
イオン打ち込みし、さらに、１１００℃の酸素雰囲気中
でウェット酸化を１時間行う。これにより、上記領域４
２ａの部分の立方晶炭化珪素結晶４２は完全な酸化膜と
なる。

【００８３】その後、バッファードフッ酸エッチング処
理を行うと、酸化膜となった領域４２ａの部分が除去さ
れ、図１０（ｃ）に示すように、立方晶炭化珪素結晶４
２の一部に六方晶炭化珪素結晶４１が露出した前処理基
板４４が形成される。

【００８４】そこで、実施の形態６と同様に、上記前処
理基板４４をＣＶＤ成長室内に導入して結晶成長させる
と、図１０（ｄ）に示すように、立方晶炭化珪素結晶４
６，４６の間に六方晶炭化珪素結晶４５が介在した積層
構造が形成される。

【００８５】（実施の形態８）４Ｈ六方晶炭化珪素結晶
層の間に、６Ｈ六方晶炭化珪素結晶層が介在した炭化珪
素基板を形成する例について説明する。

【００８６】まず、（０００１）面（Ｓｉ面）の前記
（数１）方向に１°のオフカット面を有する４Ｈ六方炭
化珪素の単結晶基板を所定のマスクパターンの黒鉛板ま
たは黒鉛シートによりマスクしてＣＶＤ成長室内に導入
し、上記マスクパターンに対応する部分的な領域だけに
ステップフロー成長を行わせる。より詳しくは、例えば
気圧が大気圧、基板温度は１５００℃、キャリアガスと
しての水素を２ｓｌｍ、シランを１ｓｃｃｍ、プロパン
を１ｓｃｃｍのＣＶＤ条件で１０分間結晶成長させ、４
Ｈ六方晶炭化珪素基板の表面における所定の領域に、
０．５μｍ程度の膜厚の６Ｈ六方晶炭化珪素薄膜を形成
して、前処理基板とする。この場合、基板は上記のよう
に４Ｈ炭化珪素であるが、基板温度が上記のように１５
００℃に保たれ、また、テラス幅が比較的広い（オフカ
ット角度が１°である）ことによって６Ｈ炭化珪素結晶
が成長する。すなわち、上記のような基板温度等の場
合、テラスの表面における珪素原子および炭素原子の表
面拡散程度が不十分となり、ステップエッジ付近で結晶
化する完全なステップフロー成長が行われず、テラス上
で、上記温度において比較的安定な６Ｈ炭化珪素の結晶
化が生じやすくなり、ヘテロエピタキシャル成長するこ
とになる。

【００８７】次に、上記前処理基板をＣＶＤ成長室内に
導入し、通常のステップフロー成長を行わせる。より詳
しくは、例えば気圧が大気圧、基板温度は１６００℃、
キャリアガスとしての水素を２ｓｌｍ、シランを１ｓｃ
ｃｍ、プロパンを１ｓｃｃｍのＣＶＤ条件で結晶成長さ
せる。

【００８８】これにより、例えば１時間で３μｍ程度の
膜厚の４Ｈおよび６Ｈの六方晶炭化珪素結晶がステップ
フロー成長する。この場合、基板温度が高いので、各ス
テップエッジにおいて、それぞれ元の結晶構造と同じ結
晶構造のステップフロー成長が行われる。すなわち、４
Ｈまたは６Ｈのステップエッジからは、それぞれ４Ｈま
たは６Ｈの六方晶炭化珪素結晶が成長し、それぞれ斜め
の界面の方向に結晶化が進行する。したがって、４Ｈ六
方晶炭化珪素結晶の間に６Ｈ六方晶炭化珪素結晶が介在
した積層構造が形成される。

【００８９】なお、互いに異なる結晶系の炭化珪素結晶
層の積層は、上記実施の形態６〜８で示したものに限ら
ず、あらかじめ部分的に互いに異なる結晶系の炭化珪素
結晶領域が形成されたオフカット基板を用いてステップ
フロー成長させることにより、種々の結晶系の炭化珪素
結晶層を複数積層することが容易にできる。

【００９０】（実施の形態９）上記実施の形態８に示し
たＣＶＤ条件で、基板温度を１６００℃、基板を、６Ｈ
六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面から前記（数１）
方向に３．５°傾いたオフカット面として５μｍの膜厚
に結晶成長させると、ステップバンチングが殆ど起こら
ず、１０ｎｍ以下の表面粗さが得られた。一方、同様の
条件で、オフカット方向を前記（数５）とした場合に
は、ステップバンチングにより、５μｍの膜厚の成長後
に、表面粗さが数十ｎｍ以上の粗さを示した。なお、形
成された炭化珪素結晶の結晶性は、いずれも良好であっ
た。

【００９１】すなわち、例えば微細加工に用いる場合な
ど、ステップバンチングに起因する表面粗さの増大が問
題となる場合には、前記（数１）方向のオフカット方向
を用いることによって、その問題を解消することができ
る。

【００９２】なお、６Ｈの炭化珪素の場合に限らず、他
の結晶系の炭化珪素の場合でも、同様の効果は得られ
る。

【００９３】（実施の形態１０）前記実施の形態６〜８
で示したような炭化珪素基板を用いた半導体素子の例を
説明する。

【００９４】この半導体素子は、図１１に示すように、
半絶縁性の六方晶炭化珪素基板５１上に、立方晶炭化珪
素層５２が急峻なヘテロ界面を介して積層され、さら
に、立方晶炭化珪素層５２の表面に、窒素（Ｎ）ドープ
されたドープ六方晶炭化珪素層５３が積層されている。
上記のような層状構造は、前記実施の形態６〜８に示し
たような方法により形成されている。

【００９５】上記ドープ六方晶炭化珪素層５３の情報に
は、ソース電極５４、ドレイン電極５５、およびゲート
電極５６が設けられている。ソース電極５４およびドレ
イン電極５５は、ニッケル（Ｎｉ）の蒸着およびフォト
リソグラフィによって形成され、アルゴン（Ａｒ）によ
る１０００℃で３分間の熱処理によりアロイ化してい
る。これらのソース電極５４およびドレイン電極５５
は、ドープ六方晶炭化珪素層５３にオーミック接合され
ている。一方、ゲート電極は、金（Ａｕ）の蒸着および
フォトリソグラフィによって形成され、ドープ六方晶炭
化珪素層５３にショットキー接合されている。

【００９６】上記立方晶炭化珪素層５２とドープ六方晶
炭化珪素層５３との界面に形成される、キャリアによる
２次元電子層５７は、ソース電極５４とドレイン電極５
５との間の電気伝導に影響を与える。すなわち、ゲート
電極５６に印加されるバイアス電位に応じて、２次元電
子層５７が制御され、ソース電極５４、ドレイン電極５
５間の導通状態が変化して、高速なＦＥＴとして動作す
る。具体的には、１μｍのゲート間隔の素子において、
１０ＭＨｚ以上の周波数でゲインが観測された。

【００９７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００９８】すなわち、炭化珪素結晶をステップフロー
成長させる際に、珪素原子がわずかに過剰になるように
珪素原子と炭素原子を供給することによって、比較的低
い温度で良好な結晶構造の炭化珪素薄膜をエピタキシャ
ル成長させることができるとともに、マスキングによる
選択的な領域での結晶成長や高濃度の窒素ドーピングを
容易に行うこともできる。また、あらかじめ互いに異な
る結晶系の炭化珪素結晶が形成された領域を有するオフ
カット基板を用いてステップフロー成長させることによ
り、互いに異なる結晶系の炭化珪素結晶が積層された炭
化珪素基板を形成することが容易にできる。さらに、互
いに異なる結晶系の炭化珪素結晶が積層された炭化珪素
基板を用いて半導体素子を形成することにより、高速動
作が可能な半導体素子を得ることができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の製造方法の一例を概念的に示す説明
図である。

【図２】 本発明の製造方法の一例におけるオフカット
表面での炭化珪素結晶の成長を概念的に示す説明図であ
る。

【図３】 本発明の製造方法の一例におけるオフカット
表面での炭化珪素結晶の成長を概念的に示す説明図であ
る。

【図４】 六方晶炭化珪素（０００１）面（Ｓｉ面）の
√３×√３表面再配列状態を示す説明図である。

【図５】 本発明の炭化珪素薄膜の表面の一例を示すＳ
ＥＭ写真を模式的に表した説明図である。

【図６】 六方晶炭化珪素の前記（数２）面（Ｃ面）の
３×３表面再配列状態を示す説明図である。

【図７】 六方晶炭化珪素（０００１）面（Ｓｉ面）の
３×３表面再配列状態を示す説明図である。

【図８】 本発明の製造方法の一例における炭化珪素薄
膜の選択成長を示すための斜視図である。

【図９】 実施の形態６の炭化珪素基板の製造工程を示
す説明図である。

【図１０】 実施の形態７の炭化珪素基板の製造工程を
示す説明図である。

【図１１】 実施の形態１０の半導体素子の構成を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 １ａ 炭化珪素結晶成長表面 ２ 珪素原子 ３ ボンド ４ テラス ５ ステップエッジ ６ ステップフロー成長 ６ａ，６ｂ 成長部 ６ｄ〜６ｆ 成長部 １１ 六方晶炭化珪素基板 １２ 酸化珪素膜 １２ａ 開口部 ３１ 六方晶炭化珪素結晶 ３１ａ ステップエッジ ３１ｂ オフカット面 ３２ 立方晶炭化珪素結晶 ３２ａ ステップエッジ ３３ 前処理基板 ３４ 六方晶炭化珪素結晶 ３５ 立方晶炭化珪素結晶 ４１ 六方晶炭化珪素結晶 ４２ 立方晶炭化珪素結晶 ４２ａ 領域 ４３ マスクパターン ４４ 前処理基板 ４５ 六方晶炭化珪素結晶 ４６ 立方晶炭化珪素結晶 ５１ 六方晶炭化珪素基板 ５２ 立方晶炭化珪素層 ５３ ドープ六方晶炭化珪素層 ５４ ソース電極 ５５ ドレイン電極 ５６ ゲート電極 ５７ ２次元電子層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ３０Ｂ 25/18 Ｃ３０Ｂ 25/18 25/20 25/20 29/36 29/36 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 29/16 29/16 29/778 29/80 Ｈ 21/338 29/812

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】珪素原子と炭素原子とを炭化珪素基板の表
   面に供給して炭化珪素結晶を成長させる炭化珪素基板の
   製造方法であって、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面、お
   よび立方晶炭化珪素結晶の｛１１１｝面から選ばれる何
   れかの面から０．０５°以上、かつ１０°以下傾いたオ
   フカット面であるとともに、 上記炭化珪素基板の表面において、珪素原子が、炭素原
   子に対して過剰になるように、上記珪素原子および上記
   炭素原子の供給量が制御されることを特徴とする炭化珪
   素基板の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記成長させる炭化珪素結晶が、六方晶炭化珪素結晶で
   あるとともに、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面から
   ほぼ下記（数１）方向に傾いたオフカット面であること
   を特徴とする炭化珪素基板の製造方法。 【数１】
3. 【請求項３】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記成長させる炭化珪素結晶が、立方晶炭化珪素結晶で
   あるとともに、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面から
   ほぼ前記（数１）方向に傾いたオフカット面、および立
   方晶炭化珪素結晶の｛１１１｝面からほぼ＜１１２＞方
   向に傾いたオフカット面から選ばれる何れかの面である
   ことを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の（０００１）面であ
   り、 上記成長させる炭化珪素結晶が、六方晶炭化珪素結晶で
   あるとともに、 上記珪素原子および上記炭素原子の供給量の制御が、上
   記炭化珪素基板の表面構造がほぼ１×１表面構造とほぼ
   √３×√３表面再配列構造との間になるように行われる
   ことを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の（０００１）面、お
   よび立方晶炭化珪素結晶の（１１１）面から選ばれる何
   れかの面であり、 上記成長させる炭化珪素結晶が、立方晶炭化珪素結晶で
   あるとともに、 上記珪素原子および上記炭素原子の供給量の制御が、上
   記炭化珪素基板の表面構造がほぼ１×１表面構造とほぼ
   ３×３表面再配列構造との間になるように行われること
   を特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の下記（数２）面であ
   り、 上記成長させる炭化珪素結晶が、六方晶炭化珪素結晶で
   あるとともに、 上記珪素原子および上記炭素原子の供給量の制御が、上
   記炭化珪素基板の表面構造がほぼ１×１表面構造とほぼ
   ３×３表面再配列構造との間になるように行われること
   を特徴とする炭化珪素基板の製造方法。 【数２】
7. 【請求項７】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
   板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の前記（数２）面、お
   よび立方晶炭化珪素の下記（数３）面から選ばれるいず
   れかの面であり、 上記成長させる炭化珪素結晶が、立方晶炭化珪素結晶で
   あるとともに、 上記珪素原子および上記炭素原子の供給量の制御が、上
   記炭化珪素基板の表面構造がほぼ１×１表面構造とほぼ
   ３×３表面再配列構造との間になるように行われること
   を特徴とする炭化珪素基板の製造方法。 【数３】
8. 【請求項８】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記珪素原子および上記炭素原子の供給量の制御が、上
   記炭化珪素基板の表面に存在し、上記表面に珪素−珪素
   結合によって結合している過剰の珪素原子の数が、上記
   炭化珪素結晶における５原子層分以下になるように行わ
   れることを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
9. 【請求項９】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であっ
   て、 上記炭化珪素基板の表面に供給される上記珪素原子と上
   記炭素原子とのうち、少なくとも何れか一方が間欠的に
   供給されることを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項９の炭化珪素基板の製造方法であ
    って、 上記珪素原子が連続的に供給される一方、上記炭素原子
    が間欠的に供給されることを特徴とする炭化珪素基板の
    製造方法。
11. 【請求項１１】請求項９の炭化珪素基板の製造方法であ
    って、 上記珪素原子と上記炭素原子とが、それぞれ、互いに異
    なるタイミングで間欠的に供給されるとともに、 上記珪素原子だけの供給は、上記炭化珪素基板の表面再
    配列構造が、ほぼ√３×√３表面再配列構造、および３
    ×３表面再配列構造から選ばれる何れかの表面再配列構
    造になるまで行われる一方、 上記炭素原子の供給は、上記炭化珪素基板の表面再配列
    構造が、ほぼ１×１表面構造になるまで行われることを
    特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
12. 【請求項１２】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であ
    って、 上記炭化珪素基板の表面の温度が、６００℃以上、か
    つ、１３００℃以下に保たれた状態で、上記炭化珪素結
    晶を成長させることを特徴とする炭化珪素基板の製造方
    法。
13. 【請求項１３】請求項１２の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記炭化珪素基板の表面に反応性窒素含有ガスを供給す
    ることにより、炭化珪素結晶に窒素をドーピングするこ
    とを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
14. 【請求項１４】請求項１２の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記炭化珪素基板を所定のマスキングパターンを有する
    マスキング部材によって覆い、上記炭化珪素基板におけ
    る所定の領域だけに上記炭化珪素結晶を成長させること
    を特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
15. 【請求項１５】請求項１４の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記マスキング部材が酸化珪素薄膜であることを特徴と
    する炭化珪素基板の製造方法。
16. 【請求項１６】請求項１の炭化珪素基板の製造方法であ
    って、 上記炭化珪素結晶の成長開始時における上記炭化珪素基
    板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の（０００１）面、お
    よび立方晶炭化珪素結晶の｛１１１｝面から選ばれる何
    れかの面であるとともに、 上記炭化珪素結晶を成長させるのに先立って、上記炭化
    珪素基板の表面再配列構造がほぼ√３×√３表面再配列
    構造になるように上記炭化珪素基板の表面を清浄化する
    ことを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
17. 【請求項１７】請求項１６の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 水素雰囲気中、および真空中から選ばれる何れか中で、
    上記炭化珪素基板の表面の温度が８００℃以上、かつ、
    １３００℃以下になるように上記炭化珪素基板を加熱す
    ることにより、上記清浄化を行うことを特徴とする炭化
    珪素基板の製造方法。
18. 【請求項１８】互いに異なる結晶系の炭化珪素結晶が積
    層された炭化珪素基板の製造方法であって、 第１の炭化珪素結晶が形成された領域と、上記第１の炭
    化珪素結晶と異なる結晶系の第２の炭化珪素結晶が形成
    された領域とを有する前処理基板であって、上記第１の
    炭化珪素結晶および第２の炭化珪素結晶の結晶面が上記
    前処理基板の表面に対して傾いた上記前処理基板を形成
    する工程と、 上記前処理基板における上記第１の炭化珪素結晶、およ
    び上記第２の炭化珪素結晶をそれぞれステップフロー成
    長させることにより、上記第１の炭化珪素結晶、および
    上記第２の炭化珪素結晶から成長した、互いに結晶系の
    異なる炭化珪素結晶の積層構造を形成する工程とを有す
    ることを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
19. 【請求項１９】請求項１８の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記前処理基板を形成する工程は、 上記第１の炭化珪素結晶を有する原炭化珪素基板上にお
    ける所定の領域に、上記第２の炭化珪素結晶をステップ
    フロー成長させる工程を有することを特徴とする炭化珪
    素基板の製造方法。
20. 【請求項２０】請求項１８の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記前処理基板を形成する工程は、 上記第１の炭化珪素結晶を有する原炭化珪素基板上に、
    上記第２の炭化珪素結晶をステップフロー成長させる工
    程と、 上記第２の炭化珪素結晶における所定の領域の部分を除
    去し、上記第１の炭化珪素結晶を部分的に露出させる工
    程とを有することを特徴とする炭化珪素基板の製造方
    法。
21. 【請求項２１】請求項１８の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記第１の炭化珪素結晶は、その｛０００１｝面が上記
    前処理基板の上記表面に対して傾いた六方晶炭化珪素結
    晶であるとともに、 上記第２の炭化珪素結晶は、上記第１の炭化珪素結晶に
    おける所定の領域の部分がステップフロー成長して形成
    された立方晶炭化珪素結晶であることを特徴とする炭化
    珪素基板の製造方法。
22. 【請求項２２】請求項１８の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記第１の炭化珪素結晶は、その｛０００１｝面が上記
    前処理基板の上記表面に対して傾いた４Ｈ六方晶炭化珪
    素結晶であるとともに、 上記第２の炭化珪素結晶は、上記第１の炭化珪素結晶に
    おける所定の領域の部分がステップフロー成長して形成
    された６Ｈ六方晶炭化珪素結晶であることを特徴とする
    炭化珪素基板の製造方法。
23. 【請求項２３】請求項１８の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記第１の炭化珪素結晶の表面が、六方晶炭化珪素結晶
    の｛０００１｝面から０．０５°以上、かつ１０°以下
    傾いたオフカット面であるとともに、 上記第２の炭化珪素結晶は、上記第１の炭化珪素結晶の
    表面における所定の領域において、珪素原子が炭素原子
    に対して過剰になるように、上記珪素原子および上記炭
    素原子の供給量が制御されて形成された炭化珪素結晶で
    あることを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
24. 【請求項２４】請求項２３の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記第１の炭化珪素結晶の表面が、六方晶炭化珪素結晶
    の｛０００１｝面からほぼ前記（数１）方向に傾いたオ
    フカット面であることを特徴とする炭化珪素基板の製造
    方法。
25. 【請求項２５】請求項２３の炭化珪素基板の製造方法で
    あって、 上記第１の炭化珪素結晶の表面の温度が、６００℃以
    上、かつ、１８００℃以下に保たれた状態で、上記第２
    の炭化珪素結晶を成長させることを特徴とする炭化珪素
    基板の製造方法。
26. 【請求項２６】珪素原子と炭素原子とが炭化珪素基板の
    表面に供給されて成長した炭化珪素結晶を有する炭化珪
    素基板であって、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
    板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面、お
    よび立方晶炭化珪素結晶の｛１１１｝面から選ばれる何
    れかの面から０．０５°以上、かつ１０°以下傾いたオ
    フカット面であるとともに、 上記炭化珪素結晶が、上記炭化珪素基板の表面におい
    て、珪素原子が炭素原子に対して過剰になるように、上
    記珪素原子および上記炭素原子の供給量が制御されて成
    長した炭化珪素結晶であることを特徴とする炭化珪素基
    板。
27. 【請求項２７】請求項２６の炭化珪素基板であって、 上記成長した炭化珪素結晶が、立方晶炭化珪素結晶であ
    り、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素基
    板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面から
    ほぼ前記（数１）方向に傾いたオフカット面であるとと
    もに、 上記炭化珪素結晶が、１ｍｍ四方以上の範囲にわたって
    無欠陥単結晶表面を有することを特徴とする炭化珪素基
    板。
28. 【請求項２８】請求項２６の炭化珪素基板であって、 上記炭化珪素結晶の成長時に、上記炭化珪素基板の表面
    に反応性窒素含有ガスが供給されることにより、炭化珪
    素結晶における格子置換位置に、５×１０¹⁸個／ｃｍ³
    以上の窒素を含むことを特徴とする炭化珪素基板。
29. 【請求項２９】珪素原子と炭素原子とが炭化珪素基板の
    表面に供給されて成長した炭化珪素結晶を有する炭化珪
    素基板であって、 上記炭化珪素結晶が、上記炭化珪素結晶の成長前におけ
    る上記炭化珪素基板の結晶系と異なる結晶系を有すると
    ともに、上記炭化珪素基板における所定の選択的な領域
    において結晶成長していることを特徴とする炭化珪素基
    板。
30. 【請求項３０】珪素原子と炭素原子とが炭化珪素基板の
    表面に供給されてステップフロー成長した炭化珪素結晶
    を有する炭化珪素基板であって、 上記炭化珪素結晶が、六方晶炭化珪素結晶、および立方
    晶炭化珪素結晶から選ばれる何れかであるとともに、 上記炭化珪素結晶の表面に、六方晶炭化珪素結晶におけ
    る下記（数４）方向のステップエッジ、および立方晶炭
    化珪素結晶における［１１０］方向のステップエッジか
    ら選ばれる何れかのステップエッジを有することを特徴
    とする炭化珪素基板。 【数４】
31. 【請求項３１】珪素原子と炭素原子とが炭化珪素基板の
    表面に供給されてステップフロー成長した炭化珪素結晶
    を有する炭化珪素基板であって、 上記炭化珪素結晶が、六方晶炭化珪素結晶、および立方
    晶炭化珪素結晶から選ばれる何れかであり、 上記炭化珪素結晶の成長開始前における上記炭化珪素結
    晶の表面が、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝面から
    前記（数１）方向に傾いたオフカット面、および立方晶
    炭化珪素結晶の｛１１１｝面から＜１１２＞方向に傾い
    たオフカット面から選ばれる何れかの面であるととも
    に、 上記炭化珪素結晶の表面粗さが１０ｎｍ以下であること
    を特徴とする炭化珪素基板。
32. 【請求項３２】互いに異なる結晶系で、かつ、それぞれ
    単相の第１の炭化珪素結晶と第２の炭化珪素結晶とを含
    み、上記第１の炭化珪素結晶と上記第２の炭化珪素結晶
    とが、結晶構造の急峻な界面を介して積層されているこ
    とを特徴とする炭化珪素基板。
33. 【請求項３３】請求項３２の炭化珪素基板であって、 上記第１の炭化珪素結晶および第２の炭化珪素結晶は、
    互いに異なる結晶系を有する炭化珪素結晶が形成された
    領域を有する前処理基板における上記各領域の炭化珪素
    結晶がそれぞれステップフロー成長することにより形成
    されていることを特徴とする炭化珪素基板。
34. 【請求項３４】請求項３３の炭化珪素基板であって、 上記前処理基板は、六方晶炭化珪素結晶の｛０００１｝
    面から０．０５°以上、かつ１０°以下傾いたオフカッ
    ト面を有する原炭化珪素基板と、上記原炭化珪素基板の
    表面において、珪素原子が炭素原子に対して過剰になる
    ように、上記珪素原子および上記炭素原子の供給量が制
    御されて形成された炭化珪素結晶とによって、上記互い
    に異なる結晶系を有する炭化珪素結晶の領域が形成され
    たことを特徴とする炭化珪素基板。
35. 【請求項３５】請求項３４の炭化珪素基板であって、 上記原炭化珪素基板の表面が、六方晶炭化珪素結晶の
    ｛０００１｝面からほぼ前記（数１）方向に傾いたオフ
    カット面であることを特徴とする炭化珪素基板。
36. 【請求項３６】請求項３２の炭化珪素基板であって、 上記第１の炭化珪素結晶、および上記第２の炭化珪素結
    晶が、｛０００１｝面を有する六方晶炭化珪素結晶、お
    よび｛１１１｝面を有する立方晶炭化珪素結晶の何れか
    一方と他方であるとともに、上記第１の炭化珪素結晶、
    および上記第２の炭化珪素結晶の何れか一方の上記面上
    に他方が積層されていることを特徴とする炭化珪素基
    板。
37. 【請求項３７】請求項３２の炭化珪素基板であって、 上記第１の炭化珪素結晶、および上記第２の炭化珪素結
    晶が、｛０００１｝面を有する６Ｈ六方晶炭化珪素結
    晶、および｛０００１｝面を有する４Ｈ六方晶炭化珪素
    結晶の何れか一方と他方であるとともに、上記第１の炭
    化珪素結晶、および上記第２の炭化珪素結晶の何れか一
    方の上記面上に他方が積層されていることを特徴とする
    炭化珪素基板。
38. 【請求項３８】請求項３２の炭化珪素基板であって、 ２層の上記第１の炭化珪素結晶と、１層の上記第２の炭
    化珪素結晶とを含み、 上記第１の炭化珪素結晶が｛０００１｝面を有する六方
    晶炭化珪素結晶である一方、上記第２の炭化珪素結晶が
    ｛１１１｝面を有する立方晶炭化珪素結晶であるととも
    に、上記２層の第１の炭化珪素結晶と、上記１層の第２
    の炭化珪素結晶とが、上記２層の第１の炭化珪素結晶の
    間に上記１層の第２の炭化珪素結晶が位置するように積
    層されていることを特徴とする炭化珪素基板。
39. 【請求項３９】請求項３２の炭化珪素基板であって、 ２層の上記第１の炭化珪素結晶と、１層の上記第２の炭
    化珪素結晶とを含み、 上記第１の炭化珪素結晶が｛０００１｝面を有する４Ｈ
    六方晶炭化珪素結晶である一方、上記第２の炭化珪素結
    晶が｛０００１｝面を有する６Ｈ六方晶炭化珪素結晶で
    あるとともに、上記２層の第１の炭化珪素結晶と、上記
    １層の第２の炭化珪素結晶とが、上記２層の第１の炭化
    珪素結晶の間に上記１層の第２の炭化珪素結晶が位置す
    るように積層されていることを特徴とする炭化珪素基
    板。
40. 【請求項４０】互いに異なる結晶系で、かつ、それぞれ
    単相の第１の炭化珪素結晶と第２の炭化珪素結晶とを含
    み、上記第１の炭化珪素結晶と上記第２の炭化珪素結晶
    とが、結晶構造の急峻な界面を介して積層された炭化珪
    素基板を有することを特徴とする半導体素子。