JP2011098870A - ＳｉＣ単結晶の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶液法によってＳｉＣ単結晶を製造する際、ＳｉＣ多結晶の析出を抑制することができるＳｉＣ単結晶の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液１を収容するための黒鉛坩堝２と、該黒鉛坩堝２の周囲に配置された加熱手段３と、前記黒鉛坩堝２の上方で上下方向に移動可能に配置された種結晶保持部５とを備え、該種結晶保持部５の下端に保持された種結晶４を前記黒鉛坩堝２内の原料融液１に浸漬させることにより種結晶４の下にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶製造装置において、前記黒鉛坩堝２の内壁と前記原料融液１の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝２の内壁上に断熱材６が配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる溶液法によってＳｉＣ単結晶を製造するための装置及び方法に関する。

ＳｉＣは、バンドギャップがＳｉの約３倍、絶縁破壊電界強度がＳｉの約１０倍など優れた物性を有する半導体であり、これをパワーデバイスに応用することができれば、Ｓｉパワーデバイスよりも低電力損失のデバイスを実現することができる。また、ＳｉＣパワーデバイスは、Ｓｉパワーデバイスと比べて電力損失が小さいだけでなく、より高温・高速での動作が可能である。それゆえ、ＳｉＣパワーデバイスを用いることでインバータ等の電力変換器において高効率化及び小型化を達成することが可能である。

従来、このようなＳｉＣの単結晶を製造する方法として、昇華法や溶液法が知られている。

溶液法は、原料を溶解した融液中に種結晶を浸漬させ、例えば、融液内部から融液表面に向けて温度が低下するよう温度勾配を設けることにより、種結晶周辺の融液中に溶解している原料を過飽和状態とし、それを種結晶上に析出させる方法である。溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造では、種結晶に存在するマイクロパイプが成長過程において消滅することが報告されている。一方で、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造では、一般的に黒鉛からなる坩堝が用いられ、この黒鉛坩堝からＳｉ融液中にＳｉＣ単結晶のもう一方の原料である炭素（Ｃ）が供給される。しかしながら、黒鉛坩堝からＳｉ融液中に炭素が溶解する量は非常に少ないため、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造では、結晶成長における成長速度が遅いという問題がある。このため、原料を溶解した融液中にＴｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素を添加して融液中の炭素濃度を高め、それによってＳｉＣ単結晶の成長速度を向上させる技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１〜５を参照）。

しかしながら、ＳｉＣ単結晶の原料である炭素は、上記のように黒鉛坩堝から供給されるため、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素を添加して融液中の炭素濃度を高めると、当然ながら黒鉛坩堝壁付近における融液中の炭素濃度が最も高くなる。一方で、融液表面は雰囲気ガスとの界面でもあるため、融液表面付近に最も温度勾配がつきやすい。したがって、黒鉛坩堝壁付近の融液表面では、炭素濃度が過飽和な状態となり、ＳｉＣの粗粒な結晶（以下、多結晶と称する）が析出しやすいという傾向がある。このような多結晶は、例えば、それが成長中の種結晶の表面に付着等すると、本来の目的である種結晶からの単結晶成長を阻害する虞がある。それゆえ、このような多結晶の析出は、溶液法による単結晶成長においては重大な問題である。

特許文献６では、チャンバー内に設置された坩堝の内部を筒状の隔壁で内側部分と外側部分に区画し、該坩堝の外側部分の単結晶原料の融液に更にその粒状原料を連続的に供給しながら単結晶を育成させる装置であって、育成中の単結晶を同心的に囲繞する筒体をチャンバー上部から下方へ延設するとともに、該筒体の下端部に、下方に向かって縮径する截頭円錐状の断熱リングを取り付けて構成される単結晶引上装置において、前記断熱リングの外殻をカーボン材で構成し、該外殻の内部に断熱材を充填したことを特徴とする単結晶引上装置が記載されている。また、特許文献６では、このような単結晶引上装置によれば、隔壁と融液表面との界面付近を高温に保つことができるので、隔壁近傍における融液の固化を防ぐことができ、単結晶の成長速度を高めて生産性の向上を図ることができると記載されている。

特開２００４−２１７３号公報 特開２００７−７６９８６号公報 特開２００７−２６１８４３号公報 特開２００７−２６１８４４号公報 特開２０００−２６４７９０号公報 特開平７−６９７７９号公報

特許文献６に記載の単結晶引上装置では、上記の断熱リングは、その下端が融液表面と１０ｍｍ以上離れた位置に配置されている。したがって、このような装置を用いてＳｉＣ単結晶の製造を行った場合には、ＳｉＣ単結晶の製造において坩堝として使用される黒鉛坩堝の内壁付近における多結晶の析出を十分に防ぐことができない。

そこで、本発明は、溶液法によってＳｉＣ単結晶を製造する際、上記のような多結晶の析出を抑制することができるＳｉＣ単結晶の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は下記にある。
（１）ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液を収容するための黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝の周囲に配置された加熱手段と、前記黒鉛坩堝の上方で上下方向に移動可能に配置された種結晶保持部とを備え、該種結晶保持部の下端に保持された種結晶を前記黒鉛坩堝内の原料融液に浸漬させることにより種結晶の下にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶製造装置において、前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝の内壁上に断熱材が配置されたことを特徴とする、ＳｉＣ単結晶製造装置。
（２）前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触しないように、黒鉛坩堝の内壁の全周に前記断熱材が配置されたことを特徴とする、上記（１）に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
（３）前記断熱材の形状が円環状であることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
（４）前記断熱材が炭素繊維を含むことを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
（５）前記断熱材がカーボンフェルトからなることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
（６）ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液を収容するための黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝の周囲に配置された加熱手段と、前記黒鉛坩堝の上方で上下方向に移動可能に配置された種結晶保持部とを備え、前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝の内壁上に断熱材が配置されたＳｉＣ単結晶製造装置を用いて、前記種結晶保持部の下端に保持された種結晶を前記黒鉛坩堝内の原料融液に浸漬させることにより種結晶の下にＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とする、ＳｉＣ単結晶の製造方法。
（７）前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触しないように、黒鉛坩堝の内壁の全周に前記断熱材が配置されたことを特徴とする、上記（６）に記載の方法。
（８）前記断熱材の形状が円環状であることを特徴とする、上記（６）又は（７）に記載の方法。
（９）前記断熱材が炭素繊維を含むことを特徴とする、上記（６）〜（８）のいずれか１つに記載の方法。
（１０）前記断熱材がカーボンフェルトからなることを特徴とする、上記（６）〜（８）のいずれか１つに記載の方法。

本発明のＳｉＣ単結晶の製造装置及び製造方法によれば、融液表面、特には坩堝壁付近の融液表面における多結晶の析出を顕著に抑制することができる。したがって、本発明のＳｉＣ単結晶の製造装置及び製造方法によれば、このような多結晶体が坩堝壁から徐々に拡大して融液表面全体を覆うことを防ぐことができるので、種結晶からの単結晶成長が阻害されることなく、長時間にわたってＳｉＣ単結晶を安定に成長させることが可能である。

本発明によるＳｉＣ単結晶製造装置の一例を模式的に示した断面図である。 （ａ）は、断熱材なしで原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で５時間加熱保持した後の融液表面を示す写真であり、（ｂ）は、同様に断熱材なしで原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で１０時間加熱保持した後の融液表面を示す写真である。 本発明のＳｉＣ単結晶製造装置において使用される黒鉛坩堝とカーボンフェルトからなる断熱材の例である。 （ａ）は、円環状カーボンフェルトからなる断熱材を用いて、原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で５時間加熱保持した後の融液表面を示す写真であり、（ｂ）は、円環状カーボンフェルトからなる断熱材の一部を欠いた断熱材を用いて、原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で５時間加熱保持した後の融液表面を示す写真である。 本発明における断熱材の効果を示す黒鉛坩堝壁付近の模式断面図である。

本発明のＳｉＣ単結晶製造装置は、ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液を収容するための黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝の周囲に配置された加熱手段と、前記黒鉛坩堝の上方で上下方向に移動可能に配置された種結晶保持部とを備え、該種結晶保持部の下端に保持された種結晶を前記黒鉛坩堝内の原料融液に浸漬させることにより種結晶の下にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶製造装置において、前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝の内壁上に断熱材が配置されたことを特徴としている。

先に記載したように、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造では、一般的に黒鉛からなる坩堝が用いられ、この黒鉛坩堝からＳｉ融液中にＳｉＣ単結晶のもう一方の原料である炭素（Ｃ）が供給される。一方で、融液表面は雰囲気ガスとの界面でもあるため、融液表面付近に最も温度勾配がつきやすい。したがって、黒鉛坩堝壁付近の融液表面では、炭素濃度が過飽和な状態となり、ＳｉＣの粗粒な結晶、すなわち、多結晶が析出しやすい。このような現象は、原料を溶解した融液中の炭素濃度の向上を図るために、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素を添加した場合に特に顕著となる。また、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造では、例えば、黒鉛坩堝から原料融液中に溶解した炭素を種結晶のほうへ移動させるために、黒鉛坩堝及び／又は種結晶を保持する種結晶保持部を回転等させている。それゆえ、上記のように黒鉛坩堝の内壁に析出した多結晶は、次第に融液表面の中央部へと拡大し、いずれは融液表面全体を覆ってしまう。このような状態になると、種結晶上にＳｉＣの単結晶を成長させることができなくなることはもちろんであるが、融液表面全体がこのような多結晶によって覆われる途中の段階においても、例えば、析出した多結晶が成長中の種結晶の表面に付着等すると、本来の目的である種結晶からの単結晶成長が阻害されてしまう。

本発明者らは、黒鉛坩堝の内壁と原料融液の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように黒鉛坩堝の内壁上に断熱材を配置することで、好ましくは黒鉛坩堝の内壁と原料融液の液面が接触しないように黒鉛坩堝の内壁の全周に断熱材を配置することで、黒鉛坩堝の内壁付近の融液表面にＳｉＣの多結晶が析出するのを顕著に抑制できることを見出した。さらに、本発明者らは、黒鉛坩堝の内壁付近における多結晶の析出を抑制することで、ＳｉＣの単結晶を成長させる融液中央部の状態を常に良好な状態に維持できることを見出した。

図１は、本発明によるＳｉＣ単結晶製造装置の一例を模式的に示した断面図である。

図１を参照すると、ＳｉＣ単結晶製造装置１０は、ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液１を収容するための黒鉛坩堝２と、該黒鉛坩堝２の周囲に配置された加熱手段３と、前記黒鉛坩堝２の上方で上下方向に移動可能に配置され、下端に種結晶４を保持した種結晶保持部５とを備え、前記黒鉛坩堝２に対する任意選択の蓋部７と、該蓋部７の両側に配置される任意選択の断熱材８とをさらに備え、前記黒鉛坩堝２の内壁と前記原料融液１の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝２の内壁上に断熱材６が配置されている。より詳しくは、前記黒鉛坩堝２は、その内側部２ａとそれを保持するサセプタ部２ｂとによって構成されている。また、このＳｉＣ単結晶製造装置１０を用いたＳｉＣ単結晶の製造では、製造されるＳｉＣ単結晶と雰囲気ガスとの化学反応等を防ぐために、黒鉛坩堝２、加熱手段３等は、チャンバー９内に配置され、このチャンバー９の内部がアルゴン等の不活性ガスで満たされる。

本発明によるＳｉＣ単結晶製造装置１０を用いてＳｉＣ単結晶を製造する場合には、例えば、まず、黒鉛坩堝２内に融液原料を導入し、チャンバー９内を排気した後、アルゴン等の不活性ガスによってチャンバー９内を大気圧又はそれよりも高い圧力に加圧する。次いで、加熱手段３により黒鉛坩堝２を加熱して融液原料を溶融し原料融液１を形成する。次いで、溶融された原料融液１の液面に対して上方から種結晶保持部５を下降させて種結晶を原料融液１の液面に接触させ、その後、例えば、種結晶保持部５をゆっくりと回転等させながら引き上げることにより種結晶の下にＳｉＣ単結晶を形成させる。

本発明のＳｉＣ単結晶製造装置１０によれば、黒鉛坩堝２の内壁上に配置された断熱材６によって、黒鉛坩堝２の内壁付近における融液表面からの放熱を抑制することができる。したがって、この部分の急激な温度低下が抑えられ、すなわち、この部分の融液中に溶解している炭素が過飽和状態となるのを抑制することができるので、それが黒鉛坩堝２の内壁上に多結晶として析出するのを防ぐことができる。

本発明によれば、黒鉛坩堝の内壁上に配置される断熱材としては、一般的には耐熱性に優れ、原料融液と反応しにくい材料を選択することができる。例えば、上記断熱材の材料として、タンタル等の耐熱性の高い金属を使用してもよい。しかしながら、このような金属は非常に高価であり、しかも原料融液中に溶解した場合には不純物として混入してしまうことになる。したがって、黒鉛坩堝の内壁上に配置される断熱材としては、好ましくは炭素系材料が使用され、より好ましくは炭素繊維を含む材料が使用され、最も好ましくは炭素繊維からなるカーボンフェルトが使用される。これらの材料は、安価で耐熱性にも優れ、さらには高温の原料融液によって侵食されて溶解しても、ＳｉＣ単結晶のための炭素源として利用することができる。したがって、断熱材として炭素系材料を使用することで、原料融液中の炭素濃度が増加するので、ＳｉＣ単結晶の成長速度を向上させることができる。

また、黒鉛坩堝の内壁上に配置される断熱材は、黒鉛坩堝の内壁と原料融液の液面が接触しないように、言い換えれば、原料融液の液面が上記断熱材の厚さの範囲内にあるように取り付けられる。なお、本発明において「原料融液の液面」とは、原料融液と雰囲気ガス、例えば、アルゴン等の不活性ガスとの界面を言うものである。本発明によれば、このような位置に断熱材を取り付けることで、黒鉛坩堝の内壁付近における融液表面からの放熱を確実に抑制することができる。したがって、先に記載したとおり、この部分の融液中に溶解している炭素が過飽和状態となるのを抑制することができるので、それが黒鉛坩堝の内壁上に多結晶として析出するのを防ぐことができる。これに対し、断熱材が原料融液の液面よりも高い位置に取り付けられるか、又は原料融液中に完全に浸漬した状態で取り付けられた場合には、黒鉛坩堝の内壁付近における融液表面からの放熱を確実に抑制することができないため、上記の効果を十分に得ることができない。

本発明によれば、黒鉛坩堝の内壁上に配置される断熱材としては、黒鉛坩堝の内壁と原料融液の液面の接触を少なくとも部分的に防ぐことができる任意の形状のものを使用することができる。しかしながら、黒鉛坩堝の内壁付近における多結晶の析出を確実に抑制するためには、黒鉛坩堝の内壁の全周に断熱材を配置することが好ましく、このような断熱材としては、例えば、黒鉛坩堝の内径に相当する外径を有する円環状のものを使用することが好ましい。この円環状断熱材の内径は、特に限定されないが、種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させるのに十分な原料融液の自由表面が得られる大きさであればよい。

断熱材は、黒鉛坩堝の内壁上に任意の方法で取り付けることができる。例えば、接着剤を用いて断熱材を黒鉛坩堝の内壁に設置してもよいし、あるいは黒鉛坩堝の内壁にツバ部を設けてこの上に断熱材を乗せる形で設置してもよい。断熱材の設置又は固定方法としては種々のものが考えられるが、原料融液の液面が当該断熱材の厚さの範囲内にあるよう取り付けられる限り、その効果において大きな差異はない。

また、黒鉛坩堝の内壁上に配置される断熱材の厚さは、特に限定されないが、一般的には５〜２０ｍｍ、特には１０〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。例えば、断熱材として、炭素系材料、特にはカーボンフェルトを用いた場合、それらは高温の原料融液によって単位時間当たり一定の量が侵食されるため、それらが完全に侵食された場合には、もはや多結晶析出の抑制効果を十分に発揮することができなくなる。したがって、断熱材の厚さは、ＳｉＣ単結晶を製造する際の温度や時間並びに黒鉛坩堝のサイズ等を考慮して、例えば、ＳｉＣ単結晶の製造操作の間に、当該断熱材が原料融液中に完全に溶解してしまうことがない範囲において適宜決定すればよい。

本発明によれば、黒鉛坩堝の周囲に配置される加熱手段としては、温度制御が可能な当業者に公知の任意の加熱手段を使用することができる。例えば、このような加熱手段としては、抵抗加熱、高周波誘導加熱などが使用可能である。

本発明によれば、黒鉛坩堝の上方で上下方向に移動可能に配置される種結晶保持部としては、一般的には耐熱性に優れ、原料融液と反応しにくい材料を選択することができ、好ましくは黒鉛からなる材料を使用することができる。また、本発明において、黒鉛坩堝の上部に任意選択で配置される蓋等の部材も同様に、黒鉛からなる材料を使用することが好ましい。

本発明によるＳｉＣ単結晶製造装置を用いたＳｉＣ単結晶の製造においては、上記の黒鉛坩堝及び種結晶保持部は、例えば、黒鉛坩堝から原料融液中に溶解した炭素を種結晶のほうへ移動させるために、任意選択でいずれか一方又はそれらの両方を回転させることができる。この際の回転は定常回転であっても、加減速回転であってもよい。また、黒鉛坩堝と種結晶保持部の回転方向は、互いに同じ方向でもよく、あるいは逆方向でもよい。これらの回転速度や回転方向等は、ＳｉＣ単結晶製造装置の操作条件などに応じて適宜決定すればよい。

また、ＳｉＣ単結晶を製造する際の原料融液の温度は、原料が溶解した状態を維持するために原料の融点以上の温度であればよく、例えば、１８００℃以上の温度とすることができる。なお、原料融液の温度が２３００℃を超えると、原料融液からＳｉが激しく蒸発する等の問題が生じるので、原料融液の温度は一般的に２３００℃以下とすることが好ましい。また、安定な結晶成長を確保するためには、原料融液が、その内部から種結晶と接触する表面に向かって、例えば、１０〜４５℃／ｃｍの温度勾配で以って温度が低下するよう温度制御することが好ましい。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

本実施例では、図１に示す本発明のＳｉＣ単結晶製造装置を用いて、黒鉛坩堝の内壁上に断熱材を取り付けた場合の効果について調べた。

［比較例１］
比較例１として、断熱材を黒鉛坩堝の内壁上に取り付けなかったこと以外は、図１に示す本発明のＳｉＣ単結晶製造装置と同じＳｉＣ単結晶製造装置を用いて、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造を行い、その際の原料融液表面におけるＳｉＣ多結晶の析出状態を調べた。なお、ＳｉＣ単結晶製造装置の種結晶保持部には、その内部（種結晶から２ｍｍの位置）に熱電対が設置されており、当該熱電対により測定した温度に基づいて加熱手段への出力を調整することで、原料融液の表面温度を１９００〜１９３５℃の範囲に保持した。その結果を図２（ａ）及び（ｂ）に示す。

図２（ａ）は、原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で５時間にわたり加熱保持しながら、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造を行った後の融液表面を示す写真である。図２（ａ）において、外側のリング状に白く見える部分がＳｉＣの多結晶であり、その内側に白く見えるリング状部分は、実験後の温度低下により原料融液が単に固化したものである。

図２（ｂ）は、同様に原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で１０時間にわたり加熱保持しながら、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造を行った後の融液表面を示す写真である。図２（ｂ）から明らかなように、原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で１０時間加熱保持した場合には、融液表面のほぼ全面が多結晶で覆われていることがわかる。図２（ａ）と図２（ｂ）の結果から、このような多結晶の析出が、時間の経過とともに、黒鉛坩堝の内壁面から融液表面の中央部に向かって拡大していることがわかる。

［実施例１］
図３に黒鉛坩堝とカーボンフェルトからなる断熱材の例を示す。本実施例では、この図に示すような円環状のカーボンフェルトからなる断熱材を黒鉛坩堝の内壁上に配置した図１に示す本発明のＳｉＣ単結晶製造装置を用いた。

［黒鉛坩堝へのカーボンフェルトの接着］
黒鉛坩堝の内径に相当する外形を有する円環状のカーボンフェルトからなる断熱材を、下表１に示す接着剤を用いて、以下の手順に従って黒鉛坩堝内壁の全周に取り付けた。

まず、表１に示す組成を有する接着剤を黒鉛坩堝とカーボンフェルトの接着面にそれぞれ塗布し、次いで、それらを張り合わせ、この接着面に対して０．５〜２．０ｋｇｆ程度の荷重をかけながら約２００℃に加熱して一次脱脂と固化を行った。次いで、加熱雰囲気炉（脱脂炉及び焼成炉）を用いて、先と同様、接着面に０．５〜２．０ｋｇｆ程度の荷重をかけながら、２００℃で１時間、さらに７００℃で３時間加熱保持することにより接着剤を熱硬化処理し、その後、室温まで炉冷した。

上記のＳｉＣ単結晶製造装置を用いてＳｉＣ単結晶の製造を行い、その際の原料融液表面におけるＳｉＣ多結晶の析出状態を調べた。なお、比較例１の場合と同様に、種結晶保持部の内部（種結晶から２ｍｍの位置）に設置された熱電対と黒鉛坩堝の周囲に配置した加熱手段により原料融液の表面温度を１９００〜１９３５℃の範囲に制御して５時間保持した。その結果を図４（ａ）に示す。

図４（ａ）は、原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で５時間にわたり加熱保持しながら、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造を行った後の融液表面を示す写真である。図４（ａ）を参照すると、本発明のＳｉＣ単結晶製造装置を用いた場合には、カーボンフェルトからなる断熱材なしで同様の実験を行った比較例１の図２（ａ）と比較して、明らかにＳｉＣの多結晶が析出していないことがわかる。

［実施例２］
本実施例では、図４（ｂ）の上に模式図で示すように、円環状カーボンフェルトからなる断熱材の一部を欠いた断熱材を用いて、実施例１の場合と同様の実験を行った。その結果を図４（ｂ）に示す。

図４（ｂ）は、原料融液を１９００〜１９３５℃の温度で５時間にわたり加熱保持しながら、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造を行った後の融液表面を示す写真である。図４（ｂ）を参照すると、カーボンフェルトを欠いた部分には多結晶の析出が見られるが、カーボンフェルトが存在する部分には多結晶が析出していないことがわかる。また、図４（ａ）及び（ｂ）の両方の場合において、カーボンフェルトからなる断熱材自体にも多結晶の析出は確認されなかった。これらの結果から、カーボンフェルトからなる断熱材を黒鉛坩堝の内壁上に原料融液と接触させて取り付けることで、多結晶の析出を顕著に抑制できることがわかった。

実施例１及び２並びに比較例１の結果をまとめると、以下のとおりである。

溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造操作においては、図５（ａ）に示すように、黒鉛坩堝１２の内壁付近における原料融液１１の表面からＳｉＣが多結晶として析出する。このような多結晶体は、時間の経過とともに、次第に融液表面の中央部へと拡大して最終的に融液表面全体を覆ってしまう。しかしながら、本発明のＳｉＣ単結晶製造装置によれば、図５（ｂ）に示すように、カーボンフェルトからなる断熱材１３を、黒鉛坩堝１２の内壁と原料融液１１の液面が接触する部分の少なくとも一部にそれらが接触しないように配置することで、黒鉛坩堝壁１２付近の融液表面における多結晶の析出を顕著に抑制することができる。特に、断熱材１３を黒鉛坩堝１２の内壁全周に配置することで、多結晶の析出を確実に抑制することができる。それゆえ、このような多結晶体が黒鉛坩堝壁から徐々に拡大して融液表面全体を覆うこともないため、ＳｉＣ単結晶が成長する融液中央部の状態を常に良好な状態に維持することができる。

［実施例３］
本実施例では、図１に示す本発明のＳｉＣ単結晶製造装置に関し、下表２に示すように、種々の厚さを有する円環状カーボンフェルト（外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍ）を用いて実験を行い、原料融液を１９００〜１９５０℃の温度で加熱保持した場合のカーボンフェルト及び融液表面の状態について調べた。

図中の○印は、実験後、明らかに確認できる形でカーボンフェルトが残っていた場合を示している。また、△印は、カーボンフェルトの確認は困難な状態であったが、多結晶の析出は見られなかった場合を示し、×印は、高温の原料融液による侵食のためにカーボンフェルトが完全になくなっており、多結晶の析出が黒鉛坩堝の内壁面上に見られた場合を示している。

なお、表２中のすべての実験に関して、融液中央部に多結晶は析出しなかった。すなわち、カーボンフェルトからなる断熱材を、その厚さの範囲内に原料融液の液面が存在するよう黒鉛坩堝の内壁面上に取り付けることで、融液表面、特には、実際にＳｉＣ単結晶が成長する融液中央部の状態を常に結晶成長可能な状態に維持することができた。

１ 原料融液
２ 黒鉛坩堝
３ 加熱手段
４ 種結晶
５ 種結晶保持部
６ 断熱材
７ 蓋部
８ 断熱材
９ チャンバー
１０ ＳｉＣ単結晶製造装置

Claims (10)

1. ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液を収容するための黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝の周囲に配置された加熱手段と、前記黒鉛坩堝の上方で上下方向に移動可能に配置された種結晶保持部とを備え、該種結晶保持部の下端に保持された種結晶を前記黒鉛坩堝内の原料融液に浸漬させることにより種結晶の下にＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶製造装置において、前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝の内壁上に断熱材が配置されたことを特徴とする、ＳｉＣ単結晶製造装置。
2. 前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触しないように、黒鉛坩堝の内壁の全周に前記断熱材が配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
3. 前記断熱材の形状が円環状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
4. 前記断熱材が炭素繊維を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
5. 前記断熱材がカーボンフェルトからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶製造装置。
6. ＳｉＣ単結晶の原料となる原料融液を収容するための黒鉛坩堝と、該黒鉛坩堝の周囲に配置された加熱手段と、前記黒鉛坩堝の上方で上下方向に移動可能に配置された種結晶保持部とを備え、前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触する部分の少なくとも一部に、それらが接触しないように前記黒鉛坩堝の内壁上に断熱材が配置されたＳｉＣ単結晶製造装置を用いて、前記種結晶保持部の下端に保持された種結晶を前記黒鉛坩堝内の原料融液に浸漬させることにより種結晶の下にＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とする、ＳｉＣ単結晶の製造方法。
7. 前記黒鉛坩堝の内壁と前記原料融液の液面が接触しないように、黒鉛坩堝の内壁の全周に前記断熱材が配置されたことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記断熱材の形状が円環状であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記断熱材が炭素繊維を含むことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記断熱材がカーボンフェルトからなることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の方法。