JP2002308698A - ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents
ＳｉＣ単結晶の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 供給されたガスが適切に成長表面で反応させ
られるようにし、速い成長速度においても結晶性の良好
な成長が行えるようにする。 【解決手段】 まず、第１工程として、排気機構を用い
て石英反応管６内を減圧し、６．６５×１０3〜１．３
３×１０4Ｐａにして、ＳｉＣ種結晶２の表面に単結晶
を０．５ｍｍ／ｈ以下の成長速度で成長させる。これに
より、転位密度１×１０5個／ｃｍ2以下で単結晶が成長
する。その後、第２工程として、単結晶の成長が安定化
した時点で、成長結晶表面の温度が第１工程の時よりも
１００℃以上高い２５００℃以上まで上昇させ、ＳｉＣ
粉末原料３の温度を成長結晶表面の温度よりも２００℃
以上高温にする。このように、成長初期においては、第
１工程によって良好な単結晶を成長させ、その後は、第
２工程によって速い成長速度で単結晶を成長させるよう
にする。
られるようにし、速い成長速度においても結晶性の良好
な成長が行えるようにする。 【解決手段】 まず、第１工程として、排気機構を用い
て石英反応管６内を減圧し、６．６５×１０3〜１．３
３×１０4Ｐａにして、ＳｉＣ種結晶２の表面に単結晶
を０．５ｍｍ／ｈ以下の成長速度で成長させる。これに
より、転位密度１×１０5個／ｃｍ2以下で単結晶が成長
する。その後、第２工程として、単結晶の成長が安定化
した時点で、成長結晶表面の温度が第１工程の時よりも
１００℃以上高い２５００℃以上まで上昇させ、ＳｉＣ
粉末原料３の温度を成長結晶表面の温度よりも２００℃
以上高温にする。このように、成長初期においては、第
１工程によって良好な単結晶を成長させ、その後は、第
２工程によって速い成長速度で単結晶を成長させるよう
にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
発光ダイオードなどの素材に利用することができるＳｉ
Ｃ単結晶の製造方法に関する。
発光ダイオードなどの素材に利用することができるＳｉ
Ｃ単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＳｉＣ単結晶を成長させる方法と
して、昇華法が広く用いられている。この昇華再結晶法
は、黒鉛製るつぼ内に配置した黒鉛台座に種結晶を接合
すると共に、るつぼ底部に配したＳｉＣ原料粉末を加
熱、昇華させ、その昇華させたガスを種結晶上で再結晶
化させるというものである。
して、昇華法が広く用いられている。この昇華再結晶法
は、黒鉛製るつぼ内に配置した黒鉛台座に種結晶を接合
すると共に、るつぼ底部に配したＳｉＣ原料粉末を加
熱、昇華させ、その昇華させたガスを種結晶上で再結晶
化させるというものである。
【０００３】しかしながら、現状の昇華再結晶法によっ
て、品質を良好に保つようにＳｉＣ単結晶を成長させた
場合、成長速度が数百μｍ／ｈと遅く、逆に成長速度を
数ｍｍ／ｈと早くした場合、結晶性が劣化して多結晶に
なるという問題が生じている。例えば、Materials Sci
ence and Engineering B46（１９９７）２９６−２
９９において成長速度とマイクロパイプ密度の関係が示
されており、０．７ｍｍ／ｈの成長速度で数百個／ｃｍ
2であったマイクロパイプ密度が、１．４ｍｍ／ｈの成
長速度では数千個／ｃｍ2となっていることが報告され
ている。
て、品質を良好に保つようにＳｉＣ単結晶を成長させた
場合、成長速度が数百μｍ／ｈと遅く、逆に成長速度を
数ｍｍ／ｈと早くした場合、結晶性が劣化して多結晶に
なるという問題が生じている。例えば、Materials Sci
ence and Engineering B46（１９９７）２９６−２
９９において成長速度とマイクロパイプ密度の関係が示
されており、０．７ｍｍ／ｈの成長速度で数百個／ｃｍ
2であったマイクロパイプ密度が、１．４ｍｍ／ｈの成
長速度では数千個／ｃｍ2となっていることが報告され
ている。
【０００４】このため、特公平７−８８２７４号公報で
は、種結晶温度を２２００〜２４００℃、原材料温度を
２３００〜２５００℃、圧力を１．３３×１０2〜１．
３３×１０3Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）とし、黒鉛から
なる集中手段によって昇華ガスを絞り種結晶表面上へ集
中して導くことで、上記問題の解決を試みている。そし
て、１〜２ｍｍ／ｈの成長速度で結晶性の良好な結晶が
得られたということが報告されている。
は、種結晶温度を２２００〜２４００℃、原材料温度を
２３００〜２５００℃、圧力を１．３３×１０2〜１．
３３×１０3Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）とし、黒鉛から
なる集中手段によって昇華ガスを絞り種結晶表面上へ集
中して導くことで、上記問題の解決を試みている。そし
て、１〜２ｍｍ／ｈの成長速度で結晶性の良好な結晶が
得られたということが報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】良好な結晶が得られる
ようにするためには、ガスの供給が十分に行われること
と、供給されたガスが適切に成長表面で反応することが
必要とされる。これに対し、上記従来公報に示される方
法では、ガスの供給による工夫は行われているが、供給
されたガスを適切に成長表面で反応させる工夫は成され
ていないため、結局、ＳｉＣ単結晶の結晶性が劣化し、
多結晶化してしまう。
ようにするためには、ガスの供給が十分に行われること
と、供給されたガスが適切に成長表面で反応することが
必要とされる。これに対し、上記従来公報に示される方
法では、ガスの供給による工夫は行われているが、供給
されたガスを適切に成長表面で反応させる工夫は成され
ていないため、結局、ＳｉＣ単結晶の結晶性が劣化し、
多結晶化してしまう。
【０００６】本発明は上記問題に鑑みたもので、供給さ
れたガスが適切に成長表面で反応させられるようにし、
速い成長速度においても結晶性の良好な成長が行えるＳ
ｉＣ単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
れたガスが適切に成長表面で反応させられるようにし、
速い成長速度においても結晶性の良好な成長が行えるＳ
ｉＣ単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点（成長速度の上昇により結晶性の劣化）が２次元核の
生成、２次元核の成長、２次元核の衝突の３ステップに
よって発生していると推定し、２次元核の生成を抑制す
るための手法について検討を行った。
点（成長速度の上昇により結晶性の劣化）が２次元核の
生成、２次元核の成長、２次元核の衝突の３ステップに
よって発生していると推定し、２次元核の生成を抑制す
るための手法について検討を行った。
【０００８】２次元核を生成させないようにするために
は、吸着原子（分子）が表面マイグレーションによって
キンクの位置に到達し、そこで結晶に取り込まれる必要
がある。そして、このように吸着原子（分子）が結晶に
取り込まれるようにするためには、２つの方策がある。
１つ目は、表面マイグレーションの抵抗となる結晶欠陥
を低減し、吸着原子（分子）の自由行程を大きくするこ
とである。このことにより吸着原子（分子）はキンクの
位置に到達でき、良好に結晶成長できる。２つ目は、成
長表面の温度を高温化することで活性化し、マイグレー
ション速度を高速化することである。このことにより、
雰囲気中の吸着原子（分子）がすばやくキンクの位置に
移動でき、原子（分子）が次々結晶表面に吸着しても良
好に結晶成長できる。
は、吸着原子（分子）が表面マイグレーションによって
キンクの位置に到達し、そこで結晶に取り込まれる必要
がある。そして、このように吸着原子（分子）が結晶に
取り込まれるようにするためには、２つの方策がある。
１つ目は、表面マイグレーションの抵抗となる結晶欠陥
を低減し、吸着原子（分子）の自由行程を大きくするこ
とである。このことにより吸着原子（分子）はキンクの
位置に到達でき、良好に結晶成長できる。２つ目は、成
長表面の温度を高温化することで活性化し、マイグレー
ション速度を高速化することである。このことにより、
雰囲気中の吸着原子（分子）がすばやくキンクの位置に
移動でき、原子（分子）が次々結晶表面に吸着しても良
好に結晶成長できる。
【０００９】ただし、単に結晶表面を高温化して結晶成
長させた場合、高温化のため初期成長における揺らぎが
大きくなって欠陥密度が増加するため、吸着原子の自由
行程が短くなり結晶性が劣化する。逆に、成長中におい
ては結晶表面を高温化した方が、表面マイグレーション
速度が高速化するため結晶性が良好になる。
長させた場合、高温化のため初期成長における揺らぎが
大きくなって欠陥密度が増加するため、吸着原子の自由
行程が短くなり結晶性が劣化する。逆に、成長中におい
ては結晶表面を高温化した方が、表面マイグレーション
速度が高速化するため結晶性が良好になる。
【００１０】実際に、初期成長時の転位密度１×１０5
個／ｃｍ2で成長速度２．５ｍｍ／ｈで成長したものは
新たな欠陥を発生させず良好（転位密度一定）に結晶成
長しているのに対し、初期成長時の転位密度１×１０6
個／ｃｍ2で成長速度２．５ｍｍ／ｈで成長したものは
結晶品質が成長とともに劣化し、多結晶化したという結
果が得られている。
個／ｃｍ2で成長速度２．５ｍｍ／ｈで成長したものは
新たな欠陥を発生させず良好（転位密度一定）に結晶成
長しているのに対し、初期成長時の転位密度１×１０6
個／ｃｍ2で成長速度２．５ｍｍ／ｈで成長したものは
結晶品質が成長とともに劣化し、多結晶化したという結
果が得られている。
【００１１】そこで、請求項１に記載の発明では、容器
（１）内にＳｉＣ種結晶（２）を配置すると共に、Ｓｉ
Ｃ種結晶の表面に原料ガスを供給することで、該ＳｉＣ
種結晶の表面にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶
の製造方法において、ＳｉＣ種結晶の表面に、ＳｉＣ単
結晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以下となるように
成長させる第１工程と、第１工程の後で、第１工程より
速い成長速度でＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを
有することを特徴とする。このように、第１工程で転位
密度が低くなる成長を行っておき、第１工程と第２工程
とでＳｉＣ単結晶の成長速度を変えることで効率良く良
好なＳｉＣ単結晶が得られる。
（１）内にＳｉＣ種結晶（２）を配置すると共に、Ｓｉ
Ｃ種結晶の表面に原料ガスを供給することで、該ＳｉＣ
種結晶の表面にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶
の製造方法において、ＳｉＣ種結晶の表面に、ＳｉＣ単
結晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以下となるように
成長させる第１工程と、第１工程の後で、第１工程より
速い成長速度でＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを
有することを特徴とする。このように、第１工程で転位
密度が低くなる成長を行っておき、第１工程と第２工程
とでＳｉＣ単結晶の成長速度を変えることで効率良く良
好なＳｉＣ単結晶が得られる。
【００１２】請求項２記載の発明では、ＳｉＣ種結晶の
表面に、ＳｉＣ単結晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2
以下となるようにして成長させる第１工程と、第１工程
の後で、該第１工程より成長結晶表面温度を高くしてＳ
ｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを有することを特徴
とする。このように、第１工程で転位密度が低くなる成
長を行っておき、第１工程と第２工程とでＳｉＣ単結晶
の成長温度を変えることで効率良く良好なＳｉＣ単結晶
が得られる。
表面に、ＳｉＣ単結晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2
以下となるようにして成長させる第１工程と、第１工程
の後で、該第１工程より成長結晶表面温度を高くしてＳ
ｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを有することを特徴
とする。このように、第１工程で転位密度が低くなる成
長を行っておき、第１工程と第２工程とでＳｉＣ単結晶
の成長温度を変えることで効率良く良好なＳｉＣ単結晶
が得られる。
【００１３】なお、第１工程をＳｉＣ単結晶成長中いつ
でも行うことが可能であるが、請求項３に示すように、
第１工程を成長初期に行うことにより、効率良く良好な
ＳｉＣ単結晶が得られる。
でも行うことが可能であるが、請求項３に示すように、
第１工程を成長初期に行うことにより、効率良く良好な
ＳｉＣ単結晶が得られる。
【００１４】請求項４記載の発明では、第１工程を１０
ｍｉｎ以上行うことを特徴とする。このようにすること
で、第１工程を安定化させることができ、第１工程によ
って欠陥の発生を抑制してから第２工程を行うことがで
きる。また、請求項５記載の発明では、第１工程によ
り、ＳｉＣ単結晶を少なくとも１００μｍ以上を成長さ
せることを特徴とする。このようにすることで、第１工
程を安定化させることができ、第１工程によって欠陥の
発生を抑制してから第２工程を行うことができる。
ｍｉｎ以上行うことを特徴とする。このようにすること
で、第１工程を安定化させることができ、第１工程によ
って欠陥の発生を抑制してから第２工程を行うことがで
きる。また、請求項５記載の発明では、第１工程によ
り、ＳｉＣ単結晶を少なくとも１００μｍ以上を成長さ
せることを特徴とする。このようにすることで、第１工
程を安定化させることができ、第１工程によって欠陥の
発生を抑制してから第２工程を行うことができる。
【００１５】請求項６記載の発明では、第１工程では、
成長速度を０．５ｍｍ／ｈ以下で成長させることによ
り、ＳｉＣ単結晶の成長初期時の転位密度が１×１０5
個／ｍｍ2以下となるようにすることを特徴とする。こ
のように、第１工程において、成長速度を０．５ｍｍ／
ｈ以下にすることで初期成長時に発生する欠陥を低減し
高品質にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
成長速度を０．５ｍｍ／ｈ以下で成長させることによ
り、ＳｉＣ単結晶の成長初期時の転位密度が１×１０5
個／ｍｍ2以下となるようにすることを特徴とする。こ
のように、第１工程において、成長速度を０．５ｍｍ／
ｈ以下にすることで初期成長時に発生する欠陥を低減し
高品質にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００１６】請求項７記載の発明では、第２工程におけ
る成長速度を第１工程の成長速度の５倍以上とすること
を特徴とする。このようにすれば、成長初期にはゆっく
り高品質にＳｉＣ単結晶を成長させられ、その後成長速
度を速くすることで、効率良く良好なＳｉＣ単結晶を得
ることができる。
る成長速度を第１工程の成長速度の５倍以上とすること
を特徴とする。このようにすれば、成長初期にはゆっく
り高品質にＳｉＣ単結晶を成長させられ、その後成長速
度を速くすることで、効率良く良好なＳｉＣ単結晶を得
ることができる。
【００１７】請求項８記載の発明では、第２工程におけ
るＳｉＣ単結晶表面の温度を２５００℃以上とすること
を特徴とする。これにより、第２工程における表面マイ
グレーション速度を速くすることができ、良好なＳｉＣ
単結晶を成長させることができる。
るＳｉＣ単結晶表面の温度を２５００℃以上とすること
を特徴とする。これにより、第２工程における表面マイ
グレーション速度を速くすることができ、良好なＳｉＣ
単結晶を成長させることができる。
【００１８】請求項９記載の発明では、第２工程におけ
るＳｉＣ単結晶表面の温度を第１工程におけるＳｉＣ単
結晶表面の温度より１００℃以上高温とすることを特徴
とする。これにより、初期成長は制御性の良い低温で良
好にＳｉＣ単結晶を成長させられ、その後高温で成長速
度を速くすることで、良好なＳｉＣ単結晶を効率よく得
ることができる。
るＳｉＣ単結晶表面の温度を第１工程におけるＳｉＣ単
結晶表面の温度より１００℃以上高温とすることを特徴
とする。これにより、初期成長は制御性の良い低温で良
好にＳｉＣ単結晶を成長させられ、その後高温で成長速
度を速くすることで、良好なＳｉＣ単結晶を効率よく得
ることができる。
【００１９】請求項１０記載の発明では、第２工程にお
けるＳｉＣ単結晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以下
となるようにすることを特徴とする。これにより、成長
中に新たに欠陥が発生しない条件を満たしたままＳｉＣ
単結晶を成長させられ、高品質なＳｉＣ単結晶を安定し
て成長させることができる。
けるＳｉＣ単結晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以下
となるようにすることを特徴とする。これにより、成長
中に新たに欠陥が発生しない条件を満たしたままＳｉＣ
単結晶を成長させられ、高品質なＳｉＣ単結晶を安定し
て成長させることができる。
【００２０】請求項１１記載の発明では、ＳｉＣ種結晶
の表面に原料ガスを供給する方法として、ＳｉＣ粉末原
料を加熱昇華させる昇華法を用い、第２工程におけるＳ
ｉＣ粉末原料の温度を２６００℃以上とすることを特徴
とする。このようにすることで、原料ガスを高速でＳｉ
Ｃ種結晶の表面に供給でき、高速かつ良好にＳｉＣ単結
晶を成長させることができる。
の表面に原料ガスを供給する方法として、ＳｉＣ粉末原
料を加熱昇華させる昇華法を用い、第２工程におけるＳ
ｉＣ粉末原料の温度を２６００℃以上とすることを特徴
とする。このようにすることで、原料ガスを高速でＳｉ
Ｃ種結晶の表面に供給でき、高速かつ良好にＳｉＣ単結
晶を成長させることができる。
【００２１】請求項１２記載の発明では、第１工程にお
けるＳｉＣ粉末原料とＳｉＣ単結晶表面との間の温度差
を１００℃以内とし、第２工程におけるＳｉＣ粉末原料
とＳｉＣ単結晶表面との間の温度差を２００℃以上とす
ることを特徴とする。これにより、第１工程では成長初
期に起こり易い揺らぎを低減して良好なＳｉＣ単結晶を
成長させることができ、また、第２工程では初期成長の
品質を保ったまま成長速度を速くしてＳｉＣ単結晶を成
長させることができる。
けるＳｉＣ粉末原料とＳｉＣ単結晶表面との間の温度差
を１００℃以内とし、第２工程におけるＳｉＣ粉末原料
とＳｉＣ単結晶表面との間の温度差を２００℃以上とす
ることを特徴とする。これにより、第１工程では成長初
期に起こり易い揺らぎを低減して良好なＳｉＣ単結晶を
成長させることができ、また、第２工程では初期成長の
品質を保ったまま成長速度を速くしてＳｉＣ単結晶を成
長させることができる。
【００２２】請求項１３に記載の発明では、第２工程に
おけるＳｉＣ単結晶の成長速度を２．５ｍｍ／ｈ以上と
することを特徴とする。これにより、結晶性を良好に保
った上で、効率的にＳｉＣ単結晶を成長させられる。
おけるＳｉＣ単結晶の成長速度を２．５ｍｍ／ｈ以上と
することを特徴とする。これにより、結晶性を良好に保
った上で、効率的にＳｉＣ単結晶を成長させられる。
【００２３】請求項１４記載の発明では、第１工程から
第２工程への移行に際し、ＳｉＣ単結晶表面の温度を第
１工程の条件から第２工程の条件に移行させるタイミン
グが、原料ガスの供給条件を第１工程の条件から第２工
程の条件に移行させるタイミングよりも早くなるように
することを特徴とする。これにより、表面マイグレーシ
ョン速度に余裕を持たせたまま、第１工程から第２工程
への移行が可能となり、第１工程から第２工程への過渡
期に発生する欠陥を抑制できる。
第２工程への移行に際し、ＳｉＣ単結晶表面の温度を第
１工程の条件から第２工程の条件に移行させるタイミン
グが、原料ガスの供給条件を第１工程の条件から第２工
程の条件に移行させるタイミングよりも早くなるように
することを特徴とする。これにより、表面マイグレーシ
ョン速度に余裕を持たせたまま、第１工程から第２工程
への移行が可能となり、第１工程から第２工程への過渡
期に発生する欠陥を抑制できる。
【００２４】請求項１５に記載の発明では、第１工程か
ら第２工程への移行に際し、第１工程の成長条件から第
２工程の成長条件への移行を連続的に３０ｍｉｎ以上の
時間をかけて行うことを特徴とする。これにより、第１
工程から第２工程への移行の過渡期に発生する欠陥を抑
制できる。
ら第２工程への移行に際し、第１工程の成長条件から第
２工程の成長条件への移行を連続的に３０ｍｉｎ以上の
時間をかけて行うことを特徴とする。これにより、第１
工程から第２工程への移行の過渡期に発生する欠陥を抑
制できる。
【００２５】請求項１６に記載の発明では、第１工程で
は、雰囲気ガスとして使用されるガス種の分圧を原料ガ
スの分圧より大きくし、第２工程では、雰囲気ガスとし
て使用されるガス種の分圧を原料ガスの分圧よりも小さ
くすることを特徴とする。このように、第１工程では、
雰囲気中に雰囲気ガスを原料ガスよりも多量に存在させ
ることにより、雰囲気ガスによる原料ガスの散乱の増大
を利用し、原料ガスがＳｉＣ単結晶表面に到達する速度
を遅くすることができる。このため、過飽和度を抑制で
き良好にＳｉＣ単結晶を成長させられる。また、第２工
程では、雰囲気ガスを少なく、原料ガスを多くすること
により、原料ガスの散乱を少なくし、ＳｉＣ単結晶表面
に多量の原料ガスを供給することができる。このため、
高速にＳｉＣ単結晶を成長させられる。
は、雰囲気ガスとして使用されるガス種の分圧を原料ガ
スの分圧より大きくし、第２工程では、雰囲気ガスとし
て使用されるガス種の分圧を原料ガスの分圧よりも小さ
くすることを特徴とする。このように、第１工程では、
雰囲気中に雰囲気ガスを原料ガスよりも多量に存在させ
ることにより、雰囲気ガスによる原料ガスの散乱の増大
を利用し、原料ガスがＳｉＣ単結晶表面に到達する速度
を遅くすることができる。このため、過飽和度を抑制で
き良好にＳｉＣ単結晶を成長させられる。また、第２工
程では、雰囲気ガスを少なく、原料ガスを多くすること
により、原料ガスの散乱を少なくし、ＳｉＣ単結晶表面
に多量の原料ガスを供給することができる。このため、
高速にＳｉＣ単結晶を成長させられる。
【００２６】請求項１７記載の発明では、第２工程で
は、雰囲気ガスとして水素、酸素及び塩素のうちの少な
くとも一つの気体を導入することを特徴とする。これに
より、ＳｉＣ単結晶成長中に生成される２次元核を選択
的にエッチングでき、２次元核を抑制した良好なＳｉＣ
単結晶を得ることが可能となる。
は、雰囲気ガスとして水素、酸素及び塩素のうちの少な
くとも一つの気体を導入することを特徴とする。これに
より、ＳｉＣ単結晶成長中に生成される２次元核を選択
的にエッチングでき、２次元核を抑制した良好なＳｉＣ
単結晶を得ることが可能となる。
【００２７】請求項１８記載の発明では、ｃ面から傾い
た面を種結晶とすることを特徴とする。これにより、Ｓ
ｉＣ単結晶の成長面に現れるステップの密度を増すこと
ができ、さらに高速で良好なＳｉＣ単結晶を成長させる
ことが可能となる。
た面を種結晶とすることを特徴とする。これにより、Ｓ
ｉＣ単結晶の成長面に現れるステップの密度を増すこと
ができ、さらに高速で良好なＳｉＣ単結晶を成長させる
ことが可能となる。
【００２８】請求項１９記載の発明では、第１工程では
ＳｉＣ単結晶表面の温度を２４００℃以下とすること
で、ＳｉＣ単結晶を４Ｈ−ＳｉＣとすることを特徴とす
る。このように単結晶表面の温度を２４００℃以下とす
ることで、４Ｈ−ＳｉＣを形成され易くすることがで
き、良好な４Ｈ−ＳｉＣを作製した後、第２工程におい
て良好な４Ｈ−ＳｉＣの成長速度を速くし、成長させる
ことにより、効率よく良好な４Ｈ−ＳｉＣを得ることが
できる。
ＳｉＣ単結晶表面の温度を２４００℃以下とすること
で、ＳｉＣ単結晶を４Ｈ−ＳｉＣとすることを特徴とす
る。このように単結晶表面の温度を２４００℃以下とす
ることで、４Ｈ−ＳｉＣを形成され易くすることがで
き、良好な４Ｈ−ＳｉＣを作製した後、第２工程におい
て良好な４Ｈ−ＳｉＣの成長速度を速くし、成長させる
ことにより、効率よく良好な４Ｈ−ＳｉＣを得ることが
できる。
【００２９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【００３０】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に、本発明
の第１実施形態で用いられた単結晶製造装置の断面構成
を示す。以下、図１に基づいて単結晶製造装置の構成に
ついての説明を行う。
の第１実施形態で用いられた単結晶製造装置の断面構成
を示す。以下、図１に基づいて単結晶製造装置の構成に
ついての説明を行う。
【００３１】図１に示すように、単結晶製造装置には、
容器本体１ａと蓋体１ｂとによって構成されたグラファ
イト製の成長容器１が備えられている。この成長容器１
内には、蓋体１ｂの裏面に貼り付けられるようにＳｉＣ
種結晶２が配置され、このＳｉＣ種結晶２の表面にＳｉ
Ｃ単結晶が成長するようになっている。また、成長容器
１のうち容器本体１ａの底部には、昇華ガスの供給源と
なるＳｉＣ粉末原料３が配置されている。
容器本体１ａと蓋体１ｂとによって構成されたグラファ
イト製の成長容器１が備えられている。この成長容器１
内には、蓋体１ｂの裏面に貼り付けられるようにＳｉＣ
種結晶２が配置され、このＳｉＣ種結晶２の表面にＳｉ
Ｃ単結晶が成長するようになっている。また、成長容器
１のうち容器本体１ａの底部には、昇華ガスの供給源と
なるＳｉＣ粉末原料３が配置されている。
【００３２】さらに、成長容器１の外周には断熱材４が
配置されており、断熱材４を含む容器全体が石英反応管
５に取り囲まれている。この石英反応管５の外周には高
周波の誘導コイル６が配置されており、これに高周波の
電流を流すことにより、成長容器１を加熱できるように
なっている。そして、石英反応管５内に雰囲気ガスとな
るＡｒガス等の不活性ガスを導入できるように不活性ガ
ス導入管７が設けられている。
配置されており、断熱材４を含む容器全体が石英反応管
５に取り囲まれている。この石英反応管５の外周には高
周波の誘導コイル６が配置されており、これに高周波の
電流を流すことにより、成長容器１を加熱できるように
なっている。そして、石英反応管５内に雰囲気ガスとな
るＡｒガス等の不活性ガスを導入できるように不活性ガ
ス導入管７が設けられている。
【００３３】なお、図示しないが、石英反応管５には真
空ポンプ等の排気機構も接続されており、この排気機構
によって石英反応管５における排気も行えるようになっ
ている。また、ここでは、原料としてＳｉＣ粉末原料３
を配置した例を示しているが、これに限るものではな
く、例えばＳｉ含有ガス及びＣ含有ガスを外部から導入
するものであっても良い。また、加熱装置も同様に高周
波加熱装置に限るものではなく、例えば抵抗加熱装置を
用いても良い。ただし、高周波加熱装置を用いれば容器
を直接加熱できるため、本発明の特徴の一つである高温
を達成するためには高周波加熱装置を用いることが望ま
しい。
空ポンプ等の排気機構も接続されており、この排気機構
によって石英反応管５における排気も行えるようになっ
ている。また、ここでは、原料としてＳｉＣ粉末原料３
を配置した例を示しているが、これに限るものではな
く、例えばＳｉ含有ガス及びＣ含有ガスを外部から導入
するものであっても良い。また、加熱装置も同様に高周
波加熱装置に限るものではなく、例えば抵抗加熱装置を
用いても良い。ただし、高周波加熱装置を用いれば容器
を直接加熱できるため、本発明の特徴の一つである高温
を達成するためには高周波加熱装置を用いることが望ま
しい。
【００３４】次に、上記構成の単結晶製造装置によるＳ
ｉＣ単結晶の製造工程について説明する。
ｉＣ単結晶の製造工程について説明する。
【００３５】まず、排気機構を用いて成長容器１内を真
空にし、高周波コイル６にて成長容器１内を所定温度に
する。その後、不活性ガス導入管７を通じて不活性ガ
ス、例えばＡｒガスを流入させる。そして、石英反応管
５の内部を所定圧に保ちつつ、ＳｉＣ種結晶２の成長面
の温度及びＳｉＣ粉末原料３の温度を目標温度まで上昇
させる。例えば、成長結晶を４Ｈ−ＳｉＣとする場合、
成長結晶表面の温度を２２００〜２４００℃とし、Ｓｉ
Ｃ粉末原料３の温度を成長結晶表面の温度よりも１０〜
１００℃程度高くする。このとき、ＳｉＣ粉末原料３に
対して成長結晶表面を高くする温度が１００℃以下とな
るようにすれば、成長初期に起こり易い揺らぎを低減
し、良好な結晶成長が行える。
空にし、高周波コイル６にて成長容器１内を所定温度に
する。その後、不活性ガス導入管７を通じて不活性ガ
ス、例えばＡｒガスを流入させる。そして、石英反応管
５の内部を所定圧に保ちつつ、ＳｉＣ種結晶２の成長面
の温度及びＳｉＣ粉末原料３の温度を目標温度まで上昇
させる。例えば、成長結晶を４Ｈ−ＳｉＣとする場合、
成長結晶表面の温度を２２００〜２４００℃とし、Ｓｉ
Ｃ粉末原料３の温度を成長結晶表面の温度よりも１０〜
１００℃程度高くする。このとき、ＳｉＣ粉末原料３に
対して成長結晶表面を高くする温度が１００℃以下とな
るようにすれば、成長初期に起こり易い揺らぎを低減
し、良好な結晶成長が行える。
【００３６】そして、第１工程として、排気機構を用い
て石英反応管６内を減圧し、６．６５×１０3〜１．３
３×１０4Ｐａ（５０〜１００Ｔｏｒｒ）にして、Ｓｉ
Ｃ種結晶２の表面に単結晶を例えば０．５ｍｍ／ｈ以
下、好ましくは０．４ｍｍ／ｈ前後の成長速度で成長さ
せる。これにより、転位密度１×１０5個／ｃｍ2以下で
単結晶が成長する。
て石英反応管６内を減圧し、６．６５×１０3〜１．３
３×１０4Ｐａ（５０〜１００Ｔｏｒｒ）にして、Ｓｉ
Ｃ種結晶２の表面に単結晶を例えば０．５ｍｍ／ｈ以
下、好ましくは０．４ｍｍ／ｈ前後の成長速度で成長さ
せる。これにより、転位密度１×１０5個／ｃｍ2以下で
単結晶が成長する。
【００３７】この第１工程においては、雰囲気中の不活
性ガスを原料ガスよりも多量に存在させておけば、不活
性ガスによる原料ガスの散乱を増大させられ、原料ガス
が結晶表面に到達する速度を遅くすることができ、過飽
和度を抑制できて、より良好な単結晶を成長させること
ができる。
性ガスを原料ガスよりも多量に存在させておけば、不活
性ガスによる原料ガスの散乱を増大させられ、原料ガス
が結晶表面に到達する速度を遅くすることができ、過飽
和度を抑制できて、より良好な単結晶を成長させること
ができる。
【００３８】その後、第２工程として、単結晶の成長が
安定化した時点、例えば第１工程を１０ｍｉｎ以上行っ
た時点又は単結晶が１００μｍ以上成長した時点で、成
長結晶表面の温度が第１工程の時よりも１００℃以上高
い２５００℃以上、例えば２５００〜２６００℃まで上
昇させ、ＳｉＣ粉末原料３の温度を成長結晶表面の温度
よりも２００℃以上高温、例えば２６００℃以上にす
る。またこのとき、圧力を１．３３×１０2〜４×１０3
Ｐａ（１〜３０Ｔｏｒｒ）に減圧し、単結晶の成長速度
を２．５〜３ｍｍ／ｈとして成長させる。これにより、
第１工程よりも速い成長速度、例えば第１工程の５倍程
度の成長速度で単結晶が成長するが、第１工程の際に形
成された結晶性を保ったまま、良好な単結晶が成長す
る。
安定化した時点、例えば第１工程を１０ｍｉｎ以上行っ
た時点又は単結晶が１００μｍ以上成長した時点で、成
長結晶表面の温度が第１工程の時よりも１００℃以上高
い２５００℃以上、例えば２５００〜２６００℃まで上
昇させ、ＳｉＣ粉末原料３の温度を成長結晶表面の温度
よりも２００℃以上高温、例えば２６００℃以上にす
る。またこのとき、圧力を１．３３×１０2〜４×１０3
Ｐａ（１〜３０Ｔｏｒｒ）に減圧し、単結晶の成長速度
を２．５〜３ｍｍ／ｈとして成長させる。これにより、
第１工程よりも速い成長速度、例えば第１工程の５倍程
度の成長速度で単結晶が成長するが、第１工程の際に形
成された結晶性を保ったまま、良好な単結晶が成長す
る。
【００３９】この第２工程においては、雰囲気中の不活
性ガスを少なくし、原料ガスを多くすることで、原料ガ
スの散乱を少なくできるため、成長結晶表面に多量の原
料ガスを供給することができ、より速い成長速度で単結
晶を成長させることができる。
性ガスを少なくし、原料ガスを多くすることで、原料ガ
スの散乱を少なくできるため、成長結晶表面に多量の原
料ガスを供給することができ、より速い成長速度で単結
晶を成長させることができる。
【００４０】このように、成長初期においては、第１工
程によって良好な単結晶を成長させ、その後は、第２工
程によって速い成長速度で単結晶を成長させるようにし
ている。このため、第１工程において予め良好な単結晶
を成長させられ、第２工程で成長速度を速くしても良好
な単結晶を成長させることができる。また、第２工程に
おいて、第１工程よりも成長結晶表面の温度を高くして
いるため、成長速度が速くても良好な単結晶を成長させ
ることができる。実験によれば、第２工程における成長
速度が２．５ｍｍ／ｈ以上となっても結晶性を良好に保
ったまま効率的に単結晶をさせられることが確認されて
いる。
程によって良好な単結晶を成長させ、その後は、第２工
程によって速い成長速度で単結晶を成長させるようにし
ている。このため、第１工程において予め良好な単結晶
を成長させられ、第２工程で成長速度を速くしても良好
な単結晶を成長させることができる。また、第２工程に
おいて、第１工程よりも成長結晶表面の温度を高くして
いるため、成長速度が速くても良好な単結晶を成長させ
ることができる。実験によれば、第２工程における成長
速度が２．５ｍｍ／ｈ以上となっても結晶性を良好に保
ったまま効率的に単結晶をさせられることが確認されて
いる。
【００４１】なお、第１工程から第２工程に移行するに
際し、成長結晶表面の温度を移行するタイミングを原料
供給（例えば、原料温度、原料供給量など）を制御する
タイミングよりも速くすれば、表面マイグレーション速
度に余裕を持たせたまま、第１工程から第２工程への移
行が可能となり、第１工程から第２工程への過渡期に発
生する欠陥を抑制することができる。
際し、成長結晶表面の温度を移行するタイミングを原料
供給（例えば、原料温度、原料供給量など）を制御する
タイミングよりも速くすれば、表面マイグレーション速
度に余裕を持たせたまま、第１工程から第２工程への移
行が可能となり、第１工程から第２工程への過渡期に発
生する欠陥を抑制することができる。
【００４２】（第２実施形態）図２に、本発明の第２実
施形態で用いる単結晶製造装置の断面構成を示す。ここ
では、第１実施形態と異なるところについて説明する。
第２実施形態では、原料ガス及び雰囲気ガスの導入口と
して、ガス導入管９を取り付け、第１実施形態において
使用していたＳｉＣ粉末原料３（図１参照）を使用せ
ず、原料ガスとしてＳｉＨ4及びＣ3Ｈ8を用いる。ま
た、雰囲気ガスとして不活性ガスであるＡｒに加え、Ｈ
2を用いる。
施形態で用いる単結晶製造装置の断面構成を示す。ここ
では、第１実施形態と異なるところについて説明する。
第２実施形態では、原料ガス及び雰囲気ガスの導入口と
して、ガス導入管９を取り付け、第１実施形態において
使用していたＳｉＣ粉末原料３（図１参照）を使用せ
ず、原料ガスとしてＳｉＨ4及びＣ3Ｈ8を用いる。ま
た、雰囲気ガスとして不活性ガスであるＡｒに加え、Ｈ
2を用いる。
【００４３】次に、上記構成の単結晶製造装置によるＳ
ｉＣ単結晶の製造工程について説明する。
ｉＣ単結晶の製造工程について説明する。
【００４４】まず、排気機構を用いて成長容器１内を真
空にし、高周波コイル６にて成長容器１内を所定温度に
する。その後、ガス導入管９を通じてＨ2ガスまたはＡ
ｒガスを導入し、ＳｉＣ種結晶２の成長面の温度を目標
温度まで上昇させる。例えば、Ａｒ流量を２ＳＬＭと
し、石英反応管５内の圧力が５００Ｔｏｒｒになるよう
にする。このとき、例えば、成長結晶を４Ｈ−ＳｉＣ
（０００−１）とする場合、成長結晶表面の温度を２２
００〜２４００℃とする。
空にし、高周波コイル６にて成長容器１内を所定温度に
する。その後、ガス導入管９を通じてＨ2ガスまたはＡ
ｒガスを導入し、ＳｉＣ種結晶２の成長面の温度を目標
温度まで上昇させる。例えば、Ａｒ流量を２ＳＬＭと
し、石英反応管５内の圧力が５００Ｔｏｒｒになるよう
にする。このとき、例えば、成長結晶を４Ｈ−ＳｉＣ
（０００−１）とする場合、成長結晶表面の温度を２２
００〜２４００℃とする。
【００４５】そして、この温度に到達したら第１工程と
して、ガス導入管９から原料ガスとなるＳｉＨ4を２５
０ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8を６８ｓｃｃｍ導入し、成長結晶を
０．４ｍｍ／ｈ前後の成長速度で成長させる。
して、ガス導入管９から原料ガスとなるＳｉＨ4を２５
０ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8を６８ｓｃｃｍ導入し、成長結晶を
０．４ｍｍ／ｈ前後の成長速度で成長させる。
【００４６】その後、成長が安定化したところで、第２
工程として、成長結晶表面温度を２５００〜２６００℃
まで上昇させ、ＳｉＨ4を２ＳＬＭ、Ｃ3Ｈ8を０．５６
ＳＬＭと導入量を増加させると共に、Ａｒを１ＳＬＭと
導入量を減少させ、成長結晶を２．５〜３ｍｍ／ｈの成
長速度で成長させる。
工程として、成長結晶表面温度を２５００〜２６００℃
まで上昇させ、ＳｉＨ4を２ＳＬＭ、Ｃ3Ｈ8を０．５６
ＳＬＭと導入量を増加させると共に、Ａｒを１ＳＬＭと
導入量を減少させ、成長結晶を２．５〜３ｍｍ／ｈの成
長速度で成長させる。
【００４７】このように、原料ガスとしてＳｉＨ4及び
Ｃ3Ｈ8を用い、雰囲気ガスとして不活性ガスであるＡｒ
に加えてＨ2を用いるようにしても、第１実施形態と同
様の効果が得られ、第１実施形態と同様に結晶性の良好
なＳｉＣ単結晶を得ることができる。
Ｃ3Ｈ8を用い、雰囲気ガスとして不活性ガスであるＡｒ
に加えてＨ2を用いるようにしても、第１実施形態と同
様の効果が得られ、第１実施形態と同様に結晶性の良好
なＳｉＣ単結晶を得ることができる。
【００４８】（他の実施形態）上記第１実施形態におい
ては、成長中の雰囲気ガスをＡｒとしているが、これに
微量の水素、酸素もしくは塩素ガスを混合しても良い。
また、第２実施形態においても、微量の酸素もしくは塩
素ガスを混合しても良い。これらのガスを導入すること
により、表面が多く露出している２次元核を選択的にエ
ッチングできるため、２次元核生成が抑制され、より良
好な成長結晶が得られる。
ては、成長中の雰囲気ガスをＡｒとしているが、これに
微量の水素、酸素もしくは塩素ガスを混合しても良い。
また、第２実施形態においても、微量の酸素もしくは塩
素ガスを混合しても良い。これらのガスを導入すること
により、表面が多く露出している２次元核を選択的にエ
ッチングできるため、２次元核生成が抑制され、より良
好な成長結晶が得られる。
【００４９】また、第１、第２実施形態において、種結
晶面方位としてｃ面から傾いたｏｆｆ基板を用いても良
い。このようなｏｆｆ基板を用いることにより、成長結
晶表面のステップ密度を増すことができるため、良好な
結晶成長が可能となる。
晶面方位としてｃ面から傾いたｏｆｆ基板を用いても良
い。このようなｏｆｆ基板を用いることにより、成長結
晶表面のステップ密度を増すことができるため、良好な
結晶成長が可能となる。
【００５０】また、第１、第２実施形態では、第１工程
を成長初期としたが、転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以
上の状態から、成長中に転位密度を減少させて１×１０
5個／ｃｍ2以下とした後、第１工程を行っても良い。
を成長初期としたが、転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以
上の状態から、成長中に転位密度を減少させて１×１０
5個／ｃｍ2以下とした後、第１工程を行っても良い。
【００５１】
【実施例】（実施例１）上記第１実施形態の効果を確認
するために、上記図１に示した装置を用い、上述した方
法に従ってＳｉＣ単結晶を成長させた。
するために、上記図１に示した装置を用い、上述した方
法に従ってＳｉＣ単結晶を成長させた。
【００５２】具体的には、種結晶２として４Ｈ−ＳｉＣ
単結晶（０００−１）を使用し、第１工程を１時間、第
２工程を５時間行った。そして、第１工程から第２工程
への移行時間を４０ｍｉｎかけて行った。また、ＳｉＣ
種結晶２の表面とＳｉＣ粉末原料３の表面との距離は３
０ｍｍとした。
単結晶（０００−１）を使用し、第１工程を１時間、第
２工程を５時間行った。そして、第１工程から第２工程
への移行時間を４０ｍｉｎかけて行った。また、ＳｉＣ
種結晶２の表面とＳｉＣ粉末原料３の表面との距離は３
０ｍｍとした。
【００５３】まず、排気機構により、成長容器１内を真
空にし、９００℃まで昇温した後、不活性ガス導入管７
からＡｒを導入しながら石英反応管５内の圧力を６．６
５×１０4Ｐａ（５００Ｔｏｒｒ）に保ち、初期の結晶
成長表面である種結晶２の表面温度が２２５０℃、Ｓｉ
Ｃ粉末原料３の温度が２３００℃となるまで昇温した。
空にし、９００℃まで昇温した後、不活性ガス導入管７
からＡｒを導入しながら石英反応管５内の圧力を６．６
５×１０4Ｐａ（５００Ｔｏｒｒ）に保ち、初期の結晶
成長表面である種結晶２の表面温度が２２５０℃、Ｓｉ
Ｃ粉末原料３の温度が２３００℃となるまで昇温した。
【００５４】その後、第１工程として、石英反応管５内
を緩やかに減圧し、雰囲気圧力を１．３３×１０4Ｐａ
（１００Ｔｏｒｒ）に設定し、ＳｉＣ粉末原料３から原
料ガスを昇華させ、１時間成長させた。なお、これと同
じ条件で別の実験を行い、第１工程のみによってＳｉＣ
単結晶を成長させた場合、成長速度が０．２８ｍｍ／
ｈ、転位密度が４×１０4個／ｃｍ2であった。
を緩やかに減圧し、雰囲気圧力を１．３３×１０4Ｐａ
（１００Ｔｏｒｒ）に設定し、ＳｉＣ粉末原料３から原
料ガスを昇華させ、１時間成長させた。なお、これと同
じ条件で別の実験を行い、第１工程のみによってＳｉＣ
単結晶を成長させた場合、成長速度が０．２８ｍｍ／
ｈ、転位密度が４×１０4個／ｃｍ2であった。
【００５５】次に、第２工程として、成長結晶表面の温
度を２５００℃まで上昇させ、ＳｉＣ粉末原料３の温度
を２７００℃、圧力を４×１０3Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）
として、成長を行った。そして、第１工程から第２工程
の成長条件への移行タイミングは、移行開始からそれぞ
れ、成長結晶表面の温度を直後から２０ｍｉｎの間、Ｓ
ｉＣ粉末原料３の温度は５〜３０ｍｉｎの間、圧力を２
０〜４０ｍ１ｎの間とし、徐々に各条件を移行させた。
度を２５００℃まで上昇させ、ＳｉＣ粉末原料３の温度
を２７００℃、圧力を４×１０3Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）
として、成長を行った。そして、第１工程から第２工程
の成長条件への移行タイミングは、移行開始からそれぞ
れ、成長結晶表面の温度を直後から２０ｍｉｎの間、Ｓ
ｉＣ粉末原料３の温度は５〜３０ｍｉｎの間、圧力を２
０〜４０ｍ１ｎの間とし、徐々に各条件を移行させた。
【００５６】このとき、成長結晶表面の温度を２５０℃
上昇しているため、表面マイグレーション速度が上昇
し、より多くの結晶の取り込みが可能となる。それから
ＳｉＣ粉末原料３の温度を４００℃上昇させ、より多く
の原料を供給する。また、温度が安定化したところで圧
力を減圧することにより、更に多くの原料ガスが供給を
可能となる。
上昇しているため、表面マイグレーション速度が上昇
し、より多くの結晶の取り込みが可能となる。それから
ＳｉＣ粉末原料３の温度を４００℃上昇させ、より多く
の原料を供給する。また、温度が安定化したところで圧
力を減圧することにより、更に多くの原料ガスが供給を
可能となる。
【００５７】また、第１工程では、雰囲気圧力を１．３
３×１０4Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）とし、ＳｉＣ粉末原
料３（２３００℃）の分圧の４×１０2Ｐａ（３Ｔｏｒ
ｒ）以上としているため、ＳｉＣ粉末原料３から昇華し
た原料ガスの拡散を制御でき、初期成長を安定化させる
ことができる。
３×１０4Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）とし、ＳｉＣ粉末原
料３（２３００℃）の分圧の４×１０2Ｐａ（３Ｔｏｒ
ｒ）以上としているため、ＳｉＣ粉末原料３から昇華し
た原料ガスの拡散を制御でき、初期成長を安定化させる
ことができる。
【００５８】一方、第２工程では、雰囲気圧力を４×１
０3Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）としているのに対し、ＳｉＣ
粉末原料３の２７００℃での分圧が２．６６×１０4Ｐ
ａ（２２０Ｔｏｒｒ）と大きいため、ＳｉＣ粉末原料３
から昇華した原料ガスは雰囲気ガスにほとんど散乱され
ることなく自由に成長結晶表面上まで到達することにな
り、原料の供給速度が速くなる。
０3Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）としているのに対し、ＳｉＣ
粉末原料３の２７００℃での分圧が２．６６×１０4Ｐ
ａ（２２０Ｔｏｒｒ）と大きいため、ＳｉＣ粉末原料３
から昇華した原料ガスは雰囲気ガスにほとんど散乱され
ることなく自由に成長結晶表面上まで到達することにな
り、原料の供給速度が速くなる。
【００５９】このような全６時間４０ｍｉｎの成長時間
を経て得られた成長結晶は、１７ｍｍの長尺量となって
いた。このことから、第２工程の成長速度が約３ｍｍ／
ｈであることが分かった。また、得られた成長結晶に対
し、成長方向において数枚、ｃ面に平行に成長結晶を切
り出し、ＫＯＨエッチングを行ったあとに転位密度を求
めた結果、転位密度は成長初期から成長後期まで一定値
で６×１０4個／ｃｍ2であった。このことから、成長速
度が３ｍｍ／ｈの条件においても、転位密度が１×１０
5個／ｃｍ2以下の高品質な結晶を成長できたと言える。
を経て得られた成長結晶は、１７ｍｍの長尺量となって
いた。このことから、第２工程の成長速度が約３ｍｍ／
ｈであることが分かった。また、得られた成長結晶に対
し、成長方向において数枚、ｃ面に平行に成長結晶を切
り出し、ＫＯＨエッチングを行ったあとに転位密度を求
めた結果、転位密度は成長初期から成長後期まで一定値
で６×１０4個／ｃｍ2であった。このことから、成長速
度が３ｍｍ／ｈの条件においても、転位密度が１×１０
5個／ｃｍ2以下の高品質な結晶を成長できたと言える。
【００６０】（実施例２）上記第２実施形態の効果を確
認するために、上記図２に示した装置を用い、上述した
方法に従ってＳｉＣ単結晶の成長を行った。
認するために、上記図２に示した装置を用い、上述した
方法に従ってＳｉＣ単結晶の成長を行った。
【００６１】具体的には、上記実施例１と同様のＳｉＣ
種結晶２を用い、基本的には実施例１と同様の条件でＳ
ｉＣ単結晶を成長させているが、以下の点について条件
を変えている。この異なる部分について説明する。
種結晶２を用い、基本的には実施例１と同様の条件でＳ
ｉＣ単結晶を成長させているが、以下の点について条件
を変えている。この異なる部分について説明する。
【００６２】まず、排気機構により、成長容器１内を真
空にし、その後、Ｈ2ガスを１ＳＬＭ導入しながら成長
結晶表面を１４００℃まで上昇させる。その後、Ｈ2ガ
スの導入を止め、Ａｒガスを２ＳＬＭ導入しながら更に
成長結晶表面を２２５０℃まで昇温させる。そして、成
長結晶表面の温度が安定化したところで、第１工程とし
て、原料ガスとなるＳｉＨ4を２５０ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8
を６８ｓｃｃｍ徐々に導入し、１時間成長させた。
空にし、その後、Ｈ2ガスを１ＳＬＭ導入しながら成長
結晶表面を１４００℃まで上昇させる。その後、Ｈ2ガ
スの導入を止め、Ａｒガスを２ＳＬＭ導入しながら更に
成長結晶表面を２２５０℃まで昇温させる。そして、成
長結晶表面の温度が安定化したところで、第１工程とし
て、原料ガスとなるＳｉＨ4を２５０ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8
を６８ｓｃｃｍ徐々に導入し、１時間成長させた。
【００６３】次に、第２工程として、成長結晶表面の温
度を２５００℃まで上昇させ、ＳｉＨ4を２ＳＬＭ、Ｃ3
Ｈ8を０．５６ＳＬＭと導入量を増加させると共に、Ａ
ｒを１ＳＬＭと導入量を減少させて成長を行った。そし
て、第１工程から第２工程の成長条件への移行タイミン
グは、移行開始からそれぞれ、成長結晶表面の温度を直
後から２０ｍｉｎの間、ＳｉＨ4及びＣ3Ｈ8の導入を５
〜３０ｍｉｎの間、Ａｒの導入の減少を２０〜４０ｍｉ
ｎの間とし、徐々に各条件を移行させた。
度を２５００℃まで上昇させ、ＳｉＨ4を２ＳＬＭ、Ｃ3
Ｈ8を０．５６ＳＬＭと導入量を増加させると共に、Ａ
ｒを１ＳＬＭと導入量を減少させて成長を行った。そし
て、第１工程から第２工程の成長条件への移行タイミン
グは、移行開始からそれぞれ、成長結晶表面の温度を直
後から２０ｍｉｎの間、ＳｉＨ4及びＣ3Ｈ8の導入を５
〜３０ｍｉｎの間、Ａｒの導入の減少を２０〜４０ｍｉ
ｎの間とし、徐々に各条件を移行させた。
【００６４】このとき、第１工程では、雰囲気ガスとな
るＡｒの流量が２ＳＬＭであり、原料ガスに対して多
く、また分圧も高くなる。このため、成長結晶表面に到
達する原料ガスが制御されると共に、パーティクルが発
生しないように、未反応ガスの成長結晶表面での停滞が
防止され、欠陥の発生が抑制される。一方、第２工程で
は、原料ガスを増加し、雰囲気ガスを減少させているた
め、原料の供給速度が速くなる。
るＡｒの流量が２ＳＬＭであり、原料ガスに対して多
く、また分圧も高くなる。このため、成長結晶表面に到
達する原料ガスが制御されると共に、パーティクルが発
生しないように、未反応ガスの成長結晶表面での停滞が
防止され、欠陥の発生が抑制される。一方、第２工程で
は、原料ガスを増加し、雰囲気ガスを減少させているた
め、原料の供給速度が速くなる。
【００６５】このようにして得られた成長結晶を確認し
たところ、第２工程の成長速度が約３ｍｍ／ｈであるこ
とが確認された。また、転位密度は成長初期から成長後
期まで一定値で２×１０4個／ｃｍ2であった。従って、
原料供給をガスで直接行うようにしても、実施例１と同
様の成長を行うことができると言える。
たところ、第２工程の成長速度が約３ｍｍ／ｈであるこ
とが確認された。また、転位密度は成長初期から成長後
期まで一定値で２×１０4個／ｃｍ2であった。従って、
原料供給をガスで直接行うようにしても、実施例１と同
様の成長を行うことができると言える。
【図１】本発明の第１実施形態に用いる単結晶製造装置
の断面構成を示す図である。
の断面構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に用いる単結晶製造装置
の断面構成を示す図である。
の断面構成を示す図である。
１…成長容器、２…ＳｉＣ種結晶、３…ＳｉＣ粉末原
料、４…断熱材、５…石英反応管、６…誘導コイル、７
…Ａｒ導入管、９…ガス導入管。
料、４…断熱材、５…石英反応管、６…誘導コイル、７
…Ａｒ導入管、９…ガス導入管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永久保 雅夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 恩田 正一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AB01 BE08 DA18 EA02 EA06 ED02 SA01 SA07 SA08
Claims (19)
- 【請求項１】 容器（１）内にＳｉＣ種結晶（２）を配
置すると共に、前記ＳｉＣ種結晶の表面に原料ガスを供
給することで、該ＳｉＣ種結晶の表面にＳｉＣ単結晶を
成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、 前記ＳｉＣ種結晶の表面に、前記ＳｉＣ単結晶の転位密
度が１×１０5個／ｃｍ2以下となるように成長させる第
１工程と、 前記第１工程の後で、第１工程より速い成長速度で前記
ＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを有することを特
徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 容器（１）内でＳｉＣ種結晶（２）を配
置すると共に、前記ＳｉＣ種結晶の表面に原料ガスを供
給することで、該ＳｉＣ種結晶の表面にＳｉＣ単結晶を
成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、 前記ＳｉＣ種結晶の表面に、前記ＳｉＣ単結晶の転位密
度が１×１０5個／ｃｍ2以下となるように成長させる第
１工程と、 前記第１工程の後で、該第１工程より成長結晶表面温度
を高くして前記ＳｉＣ単結晶を成長させる第２工程とを
有することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記第１工程を前記ＳｉＣ単結晶の成長
初期に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＳ
ｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 前記第１工程を１０ｍｉｎ以上行うこと
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のＳ
ｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項５】 前記第１工程により、前記ＳｉＣ単結晶
を少なくとも１００μｍ以上を成長させることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結
晶の製造方法。 - 【請求項６】 前記第１工程では、成長速度を０．５ｍ
ｍ／ｈ以下で成長させることにより、前記ＳｉＣ単結晶
の成長初期時の転位密度が１×１０5個／ｍｍ2以下とな
るようにすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
か１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項７】 前記第２工程における成長速度を前記第
１工程の成長速度の５倍以上とすることを特徴とする請
求項１乃至６のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製
造方法。 - 【請求項８】 前記第２工程における前記ＳｉＣ単結晶
表面の温度を２５００℃以上とすることを特徴とする請
求項１乃至７のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製
造方法。 - 【請求項９】 前記第２工程における前記ＳｉＣ単結晶
表面の温度を前記第１工程における前記ＳｉＣ単結晶表
面の温度より１００℃以上高温とすることを特徴とする
請求項１乃至８のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の
製造方法。 - 【請求項１０】 前記第２工程における前記ＳｉＣ単結
晶の転位密度が１×１０5個／ｃｍ2以下となるようにす
ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記
載のＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項１１】 前記ＳｉＣ種結晶の表面に前記原料ガ
スを供給する方法として、ＳｉＣ粉末原料を加熱昇華さ
せる昇華法を用い、 前記第２工程における前記ＳｉＣ粉末原料の温度を２６
００℃以上とすることを特徴とする請求項１乃至１０の
いずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項１２】 前記ＳｉＣ種結晶の表面に前記原料ガ
スを供給する方法として、ＳｉＣ粉末原料を加熱昇華さ
せる昇華法を用い、 前記第１工程における前記ＳｉＣ粉末原料と前記ＳｉＣ
単結晶表面との間の温度差を１００℃以内とし、 前記第２工程における前記ＳｉＣ粉末原料と前記ＳｉＣ
単結晶表面との間の温度差を２００℃以上とすることを
特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載のＳ
ｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項１３】 前記第２工程における前記ＳｉＣ単結
晶の成長速度を２．５ｍｍ／ｈ以上とすることを特徴と
する請求項１乃至１２のいずれか１つに記載のＳｉＣ単
結晶の製造方法。 - 【請求項１４】 前記第１工程から前記第２工程への移
行に際し、前記ＳｉＣ単結晶表面の温度を前記第１工程
の条件から前記第２工程の条件に移行させるタイミング
が、前記原料ガスの供給条件を前記第１工程の条件から
前記第２工程の条件に移行させるタイミングよりも早く
なるようにすることを特徴とする請求項１乃至１３のい
ずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項１５】 前記第１工程から前記第２工程への移
行に際し、前記第１工程の成長条件から前記第２工程の
成長条件への移行を３０ｍｉｎ以上の時間をかけて行う
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１つに記
載のＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項１６】 前記第１工程及び前記第２工程では、
前記原料ガスと共に雰囲気ガスを導入し、 前記第１工程では、雰囲気ガスとして使用されるガス種
の分圧を原料ガスの分圧より大きくし、前記第２工程で
は、雰囲気ガスとして使用されるガス種の分圧を原料ガ
スの分圧よりも小さくすることを特徴とする請求項１乃
至１５のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方
法。 - 【請求項１７】 前記第２工程では、前記雰囲気ガスと
して水素、酸素及び塩素のうちの少なくとも一つの気体
を導入することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれ
か１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 【請求項１８】 前記ＳｉＣ種結晶として、ｃ面から傾
いた面を持つ結晶を用いることを特徴とする請求項１乃
至１７のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方
法。 - 【請求項１９】 前記第１工程では前記ＳｉＣ単結晶表
面の温度を２４００℃以下とすることで、前記ＳｉＣ単
結晶を４Ｈ−ＳｉＣとすることを特徴とする請求項１乃
至１８のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方
法。
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|---|---|---|---|
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