JP2018150193A - ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間成長が可能なＳｉＣ単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】黒鉛坩堝内に配置され、内部から液面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶保持軸に保持した種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、黒鉛坩堝内に、Ｓｉ系融液を形成するための原料と黒鉛坩堝よりもかさ密度が小さいカーボン部材とを配置すること、及び黒鉛坩堝内において、原料とカーボン部材とを加熱してＳｉ−Ｃ溶液を形成すること、を含む、ＳｉＣ単結晶の製造方法。【選択図】図４

Description

本開示は、ＳｉＣ単結晶の製造方法に関する。

ＳｉＣ単結晶は、熱的、化学的に非常に安定であり、機械的強度に優れ、放射線に強く、しかもＳｉ単結晶に比べて高い絶縁破壊電圧、高い熱伝導率などの優れた物性を有する。そのため、Ｓｉ単結晶やＧａＡｓ単結晶などの既存の半導体材料では実現できない高出力、高周波、耐電圧、耐環境性等を実現することが可能であり、大電力制御や省エネルギーを可能とするパワーデバイス材料、高速大容量情報通信用デバイス材料、車載用高温デバイス材料、耐放射線デバイス材料等、といった広い範囲における、次世代の半導体材料として期待が高まっている。

従来、ＳｉＣ単結晶の成長法としては、代表的には気相法、アチソン（Ａｃｈｅｓｏｎ）法、及び溶液法が知られている。気相法のうち、例えば昇華法では、成長させた単結晶にマイクロパイプ欠陥と呼ばれる中空貫通状の欠陥や積層欠陥等の格子欠陥及び異種ポリタイプ（結晶多形）が生じやすい等の欠点を有するが、従来、ＳｉＣバルク単結晶の多くは昇華法により製造されており、成長結晶の欠陥を低減する試みも行われている。アチソン法では原料として珪石とコークスを使用し電気炉中で加熱するため、原料中の不純物等により結晶性の高い単結晶を得ることは不可能である。

溶液法は、黒鉛坩堝中でＳｉ融液またはＳｉ以外の金属を融解したＳｉ融液を形成し、その融液中にＣを溶解させ、低温部に設置した種結晶基板上にＳｉＣ結晶層を析出させて成長させる方法である。溶液法は気相法に比べ熱平衡に近い状態での結晶成長が行われるため、低欠陥化が期待できる。このため、最近では、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造方法がいくつか提案されている（特許文献１）。

特開２０１４−０４７０９６号公報

特許文献１においては、黒鉛坩堝中でＳｉ融液を形成し、その融液中に黒鉛坩堝から炭素を溶解させてＳｉ融液に炭素を供給してＳｉ−Ｃ溶液を形成し、種結晶基板上にＳｉＣ結晶層を析出させてＳｉＣ単結晶を成長させる方法が開示されている。しかしながら、黒鉛坩堝の溶解によって炭素を供給すると坩堝内面の溶損が生じるため、長時間の成長には限界がある。

そのため、長時間成長が可能なＳｉＣ単結晶の製造方法が求められている。

本開示は、黒鉛坩堝内に配置され、内部から液面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶保持軸に保持した種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、
黒鉛坩堝内に、Ｓｉ系融液を形成するための原料と黒鉛坩堝よりもかさ密度が小さいカーボン部材とを配置すること、及び
黒鉛坩堝内において、原料とカーボン部材とを加熱してＳｉ−Ｃ溶液を形成すること、
を含む、ＳｉＣ単結晶の製造方法を対象とする。

本開示の方法によれば、ＳｉＣ単結晶の長時間成長が可能となる。

本開示の方法において使用し得る溶液法による単結晶製造装置の断面模式図である。 図２は、ＳｉＣ単結晶の結晶成長で用いた黒鉛坩堝の断面写真である。 図３は、図２の破線で囲った部分を拡大した写真である。 図４は、本開示の方法を説明する模式図である。 図５は、従来技術の方法を説明する模式図である。 図６は、実施例の結晶成長に用いた黒鉛坩堝の断面写真である。 図７は、図６の破線で囲った部分を拡大した写真である。 図８は、実施例で得られた成長結晶を成長面から観察した写真である。 図９は、比較例で得られた成長結晶を成長面から観察した写真である。 図１０は、実施例及び比較例における坩堝溶損量を比較したグラフである。 図１１は、比較例で得られた成長結晶を成長面から観察した写真である。

本明細書において、（０００−１）面等の表記における「−１」は、本来、数字の上に横線を付して表記するところを「−１」と表記したものである。

従来の溶液法によるＳｉＣ単結晶の成長においては、坩堝及び原料を加熱して原料を溶融させ、さらに坩堝中の炭素を溶融原料に溶かし込むことによってＳｉ−Ｃ溶液を形成する。このように、ＳｉＣ単結晶の結晶成長に必要な炭素を坩堝から得ている。

そのため、原料加熱を加熱し溶融させて所定の温度まで昇温する過程、及びＳｉＣ単結晶の結晶成長の過程で、坩堝が溶解し、坩堝厚さが減少して坩堝の溶損に至ることがあり、結晶成長時間を長くすることが難しかった。

黒鉛坩堝は概して均質（密度がほぼ一定）な材質であるため、溶損のしやすさは温度分布に依存する。高周波誘導加熱を加熱手法として用いると、坩堝は温度分布を持つため、坩堝とＳｉ−Ｃ溶液との界面のうち温度が最も高い箇所から優先的に坩堝が溶解する。その結果、局所的な溶損が生じる。

図１に、本開示の方法を実施するのに適したＳｉＣ単結晶製造装置の一例を示す。概して、図１に示す破線の丸印で示したＳｉ−Ｃ溶液の液面と坩堝との境界付近が最も高温に加熱され、且つ高周波コイルによる電磁撹拌によって、Ｓｉ−Ｃ溶液は坩堝内を流動しているため、坩堝から溶け出す炭素量（坩堝の溶損量）は、上記境界付近が最も多くなる。そのため、上記境界付近の溶損が概して、結晶成長時間を長くすることが制限され、成長結晶の長尺化が困難となる。

図２に、ＳｉＣ単結晶の結晶成長で用いた黒鉛坩堝の断面写真を示す。坩堝の内部には、冷えた固まったＳｉ−Ｃ溶液がある。図２の破線で囲った部分を拡大した写真を図３に示す。図３の破線で示した箇所は、結晶成長に坩堝を用いる前の初期の坩堝形状を表す。Ｓｉ−Ｃ溶液の液面と坩堝との境界付近の坩堝の厚みが薄くなっていることが分かる。

黒鉛坩堝の溶解によって結晶成長時間が制限されるという問題の別の解決手段として、黒鉛坩堝の肉厚を大きくすることが挙げられる。しかしながら、坩堝の肉厚を大きくすると、高周波電流によって発生する磁束により生じる誘導電流の浸透深さがＳｉ−Ｃ溶液内に届きにくくなるため、Ｓｉ−Ｃ溶液に発生するローレンツ力が小さくなる。その結果、結晶成長に必要な溶液撹拌を十分に行うことができず、結晶成長速度の低下や成長結晶への多結晶付着等の結晶品質の低下を招く。そのため、本問題の解決手段とはならない。

このような従来の状況に鑑みて、本発明者は、黒鉛坩堝内に、Ｓｉ系融液を形成するための原料に加えて、黒鉛坩堝よりもかさ密度が小さいカーボン部材を、配置することにより、坩堝の溶損量を抑制することができることを見出した。

本開示のＳｉＣ単結晶の製造方法は、黒鉛坩堝内に配置され、内部から液面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶保持軸に保持した種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、黒鉛坩堝内に、Ｓｉ系融液を形成するための原料と黒鉛坩堝よりもかさ密度が小さいカーボン部材とを配置すること、及び黒鉛坩堝内において、原料とカーボン部材とを加熱してＳｉ−Ｃ溶液を形成することを含む。

本開示の方法によれば、長時間成長を行うことができるので、大きな結晶成長厚みを得ることができる。

カーボン部材は、黒鉛坩堝よりも小さいかさ密度を有するので、黒鉛坩堝よりも優先的に溶解する。そのため、黒鉛坩堝の溶損を低減することができる。黒鉛坩堝が有する温度差以上に、黒鉛坩堝とカーボン部材との密度差による溶解速度差の方が大きいため、相対的にかさ密度が大きい黒鉛坩堝は、相対的にかさ密度が小さいカーボン部材の溶解が終わるまで、ほとんど溶解しない。本開示の方法によれば、黒鉛坩堝の肉厚を大きくする必要がないため、結晶成長中のＳｉ−Ｃ溶液の電磁撹拌を十分に行うことができ、成長結晶の結晶品質も確保することができる。

カーボン部材のかさ密度は、好ましくは０．１ｇ／ｃｍ³以下である。カーボン部材の体積は、好ましくは、カーボン部材の体積及び密度より見積もられる炭素の物質量が、Ｓｉ−Ｃ溶液の組成及びＳｉ−Ｃ溶液の加熱温度で決まる炭素溶解度を超えない範囲である。原料に対するカーボン部材の添加量は、Ｓｉ−Ｃ溶液が所定の炭素溶解度を有する量であることができ、２０００℃におけるＳｉ−Ｃ溶液中の炭素溶解度が、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは７０％以上、さらにより好ましくは９０％以上、さらに好ましくは１００％となる量である。カーボン部材は、好ましくはカーボンフェルトである。黒鉛坩堝のかさ密度は、例えば、約１．６〜２．０ｇ／ｃｍ^３である。

カーボン部材の配置方法は特に限定されず、例えば、先にＳｉ、Ｃｒ等のＳｉ系融液の原料を坩堝内に投入した後にカーボン部材を配置してもよく、先にカーボン部材を坩堝内に配置した後にＳｉ、Ｃｒ等のＳｉ系融液の原料を投入してもよく、またはＳｉ、Ｃｒ等のＳｉ系融液の原料とカーボン部材とを同時に坩堝内に配置してもよい。好ましくは、カーボン接着剤を用いて、カーボン部材を黒鉛坩堝の内部に固定する。

カーボン部材の形状は、坩堝内に配置可能な形状であれば特に限定されず、例えば直方体または球体であることができる。

図４及び図５に、本開示のＳｉＣ単結晶の製造方法を、従来技術と比較して模式的に説明する。図４は、本開示のＳｉＣ単結晶の製造方法を説明する模式図であり、図５は、従来技術のＳｉＣ単結晶の製造方法を説明する模式図である。

本開示の方法においては、黒鉛坩堝内に、Ｓｉ系融液を形成するための原料に加えて、黒鉛坩堝よりもかさ密度が小さいカーボン部材を配置する。黒鉛坩堝の周囲に配置した加熱装置により、黒鉛坩堝、原料、及びカーボン部材を加熱して、Ｓｉ−Ｃ溶液を形成する。その際、従来技術においては、Ｓｉ−Ｃ溶液の炭素溶解度が飽和するまで黒鉛坩堝を溶解させる。一方で、本開示の方法においては、カーボン部材が溶解するので、黒鉛坩堝をほとんど溶解させることなく、炭素が飽和したＳｉ−Ｃ溶液を形成することができる。従来技術においては、結晶成長開始時点で黒鉛坩堝の厚みが局所的に薄くなっており、長時間の結晶成長を行うことができない。一方で、本開示の方法においては、結晶成長開始時点で黒鉛坩堝の厚みが確保されているので、長時間の結晶成長が可能である。

本開示の方法によれば、黒鉛坩堝の溶損量が低減されるので、好ましくは２０時間以上、より好ましくは３０時間以上の結晶成長を行うことができる。

本開示の方法によれば、上記のように長時間の結晶成長を行うことができるので、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上の成長厚みを有するＳｉＣ単結晶を安定して成長させることができる。

本開示のＳｉＣ単結晶の製造方法においては溶液法が用いられる。溶液法とは、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、ＳｉＣ種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法である。Ｓｉ−Ｃ溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成することによってＳｉ−Ｃ溶液の表面領域を過飽和にして、Ｓｉ−Ｃ溶液に接触させた種結晶基板からＳｉＣ単結晶を成長させることができる。

本開示の方法においては、ＳｉＣ単結晶の製造に一般に用いられる品質のＳｉＣ単結晶を種結晶基板として用いることができる。例えば昇華法で一般的に作成したＳｉＣ単結晶を種結晶基板として用いることができる。また、本方法に用いられ得る種結晶基板は、例えば板状、円盤状、円柱状、角柱状、円錐台状、または角錐台状等の任意の形状であることができる。

単結晶製造装置への種結晶基板の設置は、種結晶基板の上面を種結晶保持軸に保持させることによって行うことができる。

種結晶基板のＳｉ−Ｃ溶液への接触は、種結晶基板を保持した種結晶保持軸をＳｉ−Ｃ溶液面に向かって降下させ、種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液面に対して並行にしてＳｉ−Ｃ溶液に接触させることによって行うことができる。そして、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して種結晶基板を所定の位置に保持して、ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。

種結晶基板の保持位置は、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液面に一致するか、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して下側にあるか、またはＳｉ−Ｃ溶液面に対して上側にあってもよい。種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液面に対して上方の位置に保持する場合は、一旦、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液に接触させて種結晶基板の下面にＳｉ−Ｃ溶液を接触させてから、所定の位置に引き上げる。種結晶基板の下面の位置を、Ｓｉ−Ｃ溶液面に一致するか、またはＳｉ−Ｃ溶液面よりも下側にしてもよいが、多結晶の発生を防止するために、種結晶保持軸にＳｉ−Ｃ溶液が接触しないようにすることが好ましい。これらの方法において、結晶成長中に種結晶基板の位置を調節してもよい。

種結晶保持軸はその端面に種結晶基板を保持する黒鉛の軸であることができる。種結晶保持軸は、円柱状、角柱状等の任意の形状であることができ、種結晶基板の上面の形状と同じ端面形状を有する黒鉛軸を用いてもよい。

Ｓｉ−Ｃ溶液とは、Ｓｉ系融液を溶媒とする炭素が溶解した溶液をいう。Ｓｉ系融液とは、好ましくはＳｉまたはＳｉ／Ｘの融液である。ＸはＳｉ以外の１種類以上の金属であり、ＳｉＣ（固相）と熱力学的に平衡状態となる液相（溶液）を形成できれば特に制限されない。適当な金属Ｘの例としては、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ａｌ等が挙げられる。

Ｓｉ系融液は、より好ましくはＳｉ／Ｃｒ／Ｘの融液である。Ｘは、Ｓｉ及びＣｒ以外の１種以上の金属である。適当な金属Ｘの例としては、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ａｌ等が挙げられる。原子組成百分率でＳｉ：Ｃｒ：Ｘ＝３０〜８０：２０〜７０：０〜２０の融液を溶媒とするＳｉ−Ｃ溶液が、炭素の溶解量の変動が少なく、より好ましい。例えば、坩堝内にＳｉに加えて、Ｃｒ等の原料を投入し、Ｓｉ／Ｃｒ融液に炭素が溶解したＳｉ−Ｃ溶液を形成することができる。

Ｓｉ−Ｃ溶液の温度は、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度をいう。Ｓｉ−Ｃ溶液の表面の温度は、ＳｉＣ単結晶成長に適した炭素溶解度が得られる１９００〜２１００℃であることが好ましい。

Ｓｉ−Ｃ溶液の温度測定は、熱電対、放射温度計等を用いて行うことができる。熱電対に関しては、高温測定及び不純物混入防止の観点から、ジルコニアやマグネシア硝子を被覆したタングステン−レニウム素線を黒鉛保護管の中に入れた熱電対が好ましい。

図１に示したＳｉＣ単結晶製造装置１００は、Ｓｉ系融液中に炭素が溶解してなるＳｉ−Ｃ溶液２４を収容した黒鉛坩堝１０を備え、Ｓｉ−Ｃ溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成し、昇降可能な黒鉛軸１２の先端に保持された種結晶基板１４を、Ｓｉ−Ｃ溶液２４に接触させて、ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。黒鉛坩堝１０及び／または黒鉛軸１２を回転させてもよい。

Ｓｉ−Ｃ溶液２４は、Ｓｉ、Ｃｒ等の原料３２とカーボン部材３０とを黒鉛坩堝１０に投入し、加熱融解させて調製される。Ｓｉ、Ｃｒ等の原料とカーボン部材とを加熱融解させて調製したＳｉ−Ｃ溶液に、坩堝から炭素が溶け出し得るが、本開示の方法によれば、その溶出量を従来よりも大幅に抑えることができる。

保温のために、黒鉛坩堝１０の外周は、断熱材１８で覆われている。これらが一括して、石英管２６内に収容されている。石英管２６の外周には、加熱用の高周波コイル２２が配置されている。高周波コイル２２は、上段コイル２２Ａ及び下段コイル２２Ｂから構成されてもよく、上段コイル２２Ａ及び下段コイル２２Ｂはそれぞれ独立して制御可能である。

黒鉛坩堝１０、断熱材１８、石英管２６、及び高周波コイル２２は、高温になるので、水冷チャンバーの内部に配置される。水冷チャンバーは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ₂等を用いて装置内及び黒鉛坩堝内の雰囲気を調整することを可能にするために、ガス導入口とガス排気口とを備える。

Ｓｉ−Ｃ溶液の温度は、通常、輻射等のためＳｉ−Ｃ溶液の内部よりも表面の温度が低い温度分布となるが、さらに、高周波コイル２２の巻数及び間隔、高周波コイル２２と黒鉛坩堝１０との高さ方向の位置関係、並びに高周波コイルの出力を調整することによって、Ｓｉ−Ｃ溶液２４に、種結晶基板１４が浸漬される溶液上部が低温、溶液下部が高温となるようにＳｉ−Ｃ溶液２４の表面に垂直方向の所定の温度勾配を形成することができる。例えば、下段コイル２２Ｂの出力よりも上段コイル２２Ａの出力を小さくして、Ｓｉ−Ｃ溶液２４に溶液上部が低温、溶液下部が高温となる所定の温度勾配を形成することができる。温度勾配は、例えば、溶液表面からの深さがおよそ１ｃｍまで、または３ｃｍまでの範囲で、１０〜５０℃／ｃｍであることができる。

Ｓｉ−Ｃ溶液２４中に溶解した炭素は、拡散及び対流により分散される。種結晶基板１４の下面近傍は、コイル２２の上段／下段の出力制御、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面からの放熱、及び黒鉛軸１２を介した抜熱によって、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の下部よりも低温となる温度勾配が形成されている。高温で溶解度の大きい溶液下部に溶け込んだ炭素が、低温で溶解度の低い種結晶基板下面付近に到達すると過飽和状態となり、この過飽和度を駆動力として種結晶基板上にＳｉＣ単結晶が成長する。

成長結晶に多結晶が含まれているかいないかの判定は、外観観察または顕微鏡観察により、容易に行うことができる。

（実施例１）
直径が５０ｍｍ、厚みが７００μｍの円盤状４Ｈ−ＳｉＣ単結晶であって、下面が（０００−１）面を有する昇華法により作製したＳｉＣ単結晶を用意して、種結晶基板として用いた。種結晶基板の上面を、円柱形状の黒鉛軸の端面の略中央部に、黒鉛の接着剤を用いて接着した。

内径が１００ｍｍ、外径が１１５ｍｍ、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面位置における側壁の厚み（肉厚）が７．５ｍｍ、及びかさ密度が１．８６ｇ／ｃｍ³である黒鉛坩堝１０を用意した。この側壁の厚みである７．５ｍｍを、黒鉛坩堝の溶損量算出の基準の厚みとした。溶損量は、坩堝使用前の初期厚み（７．５ｍｍ）から坩堝使用後の厚みを引いた値（ｍｍ）とした。図１に示す単結晶製造装置を用い、Ｓｉ−Ｃ溶液を収容する黒鉛坩堝の内部に、カーボン部材として、内径９０ｍｍ、外径１００ｍｍ、及び高さ２５ｍｍの円筒形状を有し、かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ³のカーボンフェルトを、カーボン接着剤を用いて固定し、さらに、Ｓｉ／ＣｒをＳｉ：Ｃｒ＝６０：４０の原子組成比率でＳｉ−Ｃ溶液を形成するための融液原料として仕込んだ。カーボン部材の体積は、Ｓｉ及びＣｒとともに溶解した時のＳｉ−Ｃ溶液の炭素溶解度の約５０％になる量であった。

単結晶製造装置の内部を１×１０^-3Ｐａに真空引きした後、１気圧になるまでヘリウムガスを導入して、単結晶製造装置の内部の空気をヘリウムで置換した。高周波コイルに通電して加熱により黒鉛坩堝内の原料を融解し、Ｓｉ−Ｃ溶液を形成した。

上段コイル及び下段コイルの出力を調節して黒鉛坩堝を加熱し、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面における温度を２０００℃に昇温させ、並びに溶液表面から１ｃｍの範囲で溶液内部から溶液表面に向けて温度低下する温度勾配が３０℃／ｃｍとなるように制御した。Ｓｉ−Ｃ溶液の温度勾配の測定は、昇降可能な熱電対を用いて行った。

黒鉛軸に接着した種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液面に並行にして、種結晶基板の下面の位置を、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面に一致する位置に配置して、Ｓｉ−Ｃ溶液に種結晶基板の下面を接触させるシードタッチを行い、その位置で１．５時間保持して、結晶を成長させた。

結晶成長の終了後、黒鉛軸を上昇させて、種結晶基板及び種結晶基板から成長したＳｉＣ結晶を、Ｓｉ−Ｃ溶液及び黒鉛軸から切り離して回収した。

結晶成長に用いた黒鉛坩堝の断面写真を図６及び図７に示す。図６は、ＳｉＣ単結晶の結晶成長で用いた黒鉛坩堝の断面写真であり、図７は、図６の破線で囲った部分を拡大した写真である。坩堝の内部には、冷えた固まったＳｉ−Ｃ溶液がある。図７の破線で示した箇所は、結晶成長に坩堝を用いる前の初期の坩堝形状を表す。Ｓｉ−Ｃ溶液の液面と坩堝との境界付近の坩堝の厚みの減少はわずかであることが分かる。Ｓｉ−Ｃ溶液の液面位置における黒鉛坩堝の厚み（肉厚）は６．６ｍｍであり、黒鉛坩堝の溶損量は０．９ｍｍであった。

得られた成長結晶を成長面から観察した写真を図８に示す。成長結晶はＳｉＣ単結晶であり、多結晶付着等のマクロな欠陥は含まれていなかった。

（比較例１）
坩堝内にカーボン部材を配置しなかったこと以外は実施例１と同様に、結晶成長を行った。

得られた成長結晶を成長面から観察した写真を図９に示す。結晶成長に用いた黒鉛坩堝の断面写真を図２及び３に示す。図２は、ＳｉＣ単結晶の結晶成長で用いた黒鉛坩堝の断面写真であり、図３は、図２の破線で囲った部分を拡大した写真である。坩堝の内部には、冷えた固まったＳｉ−Ｃ溶液がある。図３の破線で示した箇所は、結晶成長に坩堝を用いる前の初期の坩堝形状を表す。

成長結晶はＳｉＣ単結晶であり、多結晶付着等のマクロな欠陥は含まれていなかったが、図３から、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面と坩堝との境界付近の坩堝の厚みが大きく減少していることが分かる。Ｓｉ−Ｃ溶液の液面位置における黒鉛坩堝の厚み（肉厚）は５．１ｍｍであり、黒鉛坩堝の溶損量は２．４ｍｍであった。

図１０に、実施例１及び比較例１における坩堝溶損量を比較したグラフを示す。図１０のグラフでは、比較例１における坩堝溶損量を１００として、実施例１及び比較例１における坩堝溶損量を表す。溶損量は、坩堝使用前のＳｉ−Ｃ溶液の液面位置における側壁の初期厚み（肉厚）から坩堝使用後の同じ位置における厚み（肉厚）を引いた値（ｍｍ）である。実施例１の坩堝溶損量は、比較例１の坩堝溶損量に比べて６３％減少していた。

（比較例２）
内径が１００ｍｍ、外径が１３０ｍｍ、及びＳｉ−Ｃ溶液の液面位置における側壁の厚み（肉厚）が１５．０ｍｍである黒鉛坩堝１０を用い、黒鉛坩堝内にカーボン部材を配置しなかったこと以外は実施例１と同様に、結晶成長を行った。

得られた成長結晶を成長面から観察した写真を図１１に示す。成長結晶には多結晶が付着しており良好な結晶品質が得られなかった。

１００ 単結晶製造装置
１０ 黒鉛坩堝
１２ 黒鉛軸
１４ 種結晶基板
１８ 断熱材
２２ 高周波コイル
２２Ａ 上段高周波コイル
２２Ｂ 下段高周波コイル
２４ Ｓｉ−Ｃ溶液
２６ 石英管
３０ カーボン部材
３２ 原料

Claims (1)

1. 黒鉛坩堝内に配置され、内部から液面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶保持軸に保持した種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を結晶成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、
   前記黒鉛坩堝内に、Ｓｉ系融液を形成するための原料と前記黒鉛坩堝よりもかさ密度が小さいカーボン部材とを配置すること、及び
   前記黒鉛坩堝内において、前記原料と前記カーボン部材とを加熱してＳｉ−Ｃ溶液を形成すること、
   を含む、ＳｉＣ単結晶の製造方法。