JP3792699B2 - ＳｉＣ単結晶の製造方法およびＳｉＣ単結晶の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣ単結晶の製造方法およびＳｉＣ単結晶の製造装置に関するものである。

筒状のガイド部材を用いてＳｉＣバルク単結晶を成長させることが行われており、この技術を図２４，２５を用いて説明する。図２４に示すように、坩堝１００の内部にＳｉＣ原料１０１が配置されるとともに坩堝蓋１０２側にＳｉＣ種結晶１０３が固定され、さらに、坩堝１００の内部にはテーパ状のガイド部材（円筒材）１０４が配置されている。そして、ＳｉＣ原料１０１の加熱に伴なう昇華ガスがガイド部材１０４の内壁に沿って上昇し、ＳｉＣ種結晶１０３からＳｉＣ単結晶１０５が拡大成長する。一方、図２５に示すように、坩堝１００の内部には内径が均一なガイド部材（円筒材）１１０が配置され、ＳｉＣ原料１０１の加熱に伴なう昇華ガスがガイド部材１１０の内壁に沿って上昇し、ＳｉＣ種結晶１０３からＳｉＣ単結晶１０５が長尺成長する。

ＳｉＣ単結晶（成長結晶）１０５とガイド部材１０４，１１０の内壁が固着すると、割れ、亀裂、多結晶、介在物、異種多形、異方位結晶、マイクロパイプ、転位、ボイド、マクロ欠陥などの結晶欠陥を新たに発生することが分かってきた。ＳｉＣ単結晶（成長結晶）１０５とガイド部材１０４，１１０の内壁に常に微小の空間がある方が、結晶欠陥が発生せずに高品質な結晶が得られる。

しかし、実際はＳｉＣ単結晶（成長結晶）１０５とガイド部材１０４，１１０は成長途中で固着するため、上記欠陥がＳｉＣ単結晶１０５に発生する（特に外周部分）。そのため、長尺、大口径の高品質結晶ができないという問題があった。

具体的には、ＳｉＣ単結晶１０５の外径が５０ｍｍ、ＳｉＣ単結晶１０５の長さ（長尺量）が２０ｍｍの場合、マイクロパイプ密度が１００個／ｃｍ²以下、エッチピット密度が１．０×１０⁴個／ｃｍ²以上であった。

ＳｉＣ単結晶１０５とガイド部材１０４，１１０が成長途中で固着する理由は、図２６（図２４のＡ部拡大図）で示すように ＳｉＣ単結晶１０５の外周面の温度と、隣接するガイド部材１０４，１１０の内壁の部分の温度がほぼ等しいからである。ほぼ等しい理由は、ＳｉＣ単結晶１０５もガイド部材１０４，１１０も共にＳｉＣ原料１０１からの輻射熱で温められ、ＳｉＣ単結晶１０５は上部から、ガイド部材１０４，１１０は外壁から放熱するからである。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、筒状のガイド部材を用いてその内方で高品質な結晶を製造することができるＳｉＣ単結晶の製造方法およびＳｉＣ単結晶の製造装置を提供することにある。

請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法においては、成長用容器内におけるＳｉＣ単結晶の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材を配置するとともに、当該ガイド部材の外壁に断熱材を設置し、ガイド部材の内壁の温度よりも原料となるガスの温度の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶の外周面の温度よりもガイド部材の内壁の温度の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶の中心部の温度よりもＳｉＣ単結晶の外周面の温度の方が高い状態を維持したままＳｉＣ単結晶を成長させるようにしたことを特徴としている。よって、ＳｉＣ単結晶の外周面の温度よりもガイド部材の内壁の温度の方が高いという関係を維持することで、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）とガイド部材が成長途中で固着しにくくなり、そのため、結晶欠陥がＳｉＣ単結晶（成長結晶）の外周部分に発生しにくくなる。また、ＳｉＣ単結晶の中心部の温度よりもＳｉＣ単結晶の外周面の温度の方が高いという関係を維持することで、ＳｉＣ単結晶は成長進行方向において拡径したテーパ状に成長して、欠陥が発生することが少なく長尺化が促進される。その結果、筒状のガイド部材を用いてその内方で高品質な結晶を製造することができる。

この請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法を実施するための装置として、請求項３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置を用いるとよい。つまり、成長用容器内におけるＳｉＣ単結晶の成長領域を囲うように、筒状の黒鉛製ガイド部材を配置するとともに、当該ガイド部材の外壁に断熱材を設置する。

ここで、請求項４に記載のように、請求項３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置においてガイド部材は、結晶口径拡大用のテーパ形状をなしていても、請求項５に記載のように、結晶長尺用の内径が均一な筒状をなしていてもよい。また、請求項６に記載のように、請求項３〜５のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において断熱材として黒鉛製シート材を用いることができる。さらに、請求項７に記載のように、請求項３〜６のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において断熱材をガイド部材の外壁にカーボン接着剤を用いて接着して設置することにより、ガイド部材の内壁の温度をＳｉＣ単結晶（成長結晶）の外周面の温度よりも相対的に高温化することができる。さらには、請求項８に記載のように、請求項３〜７のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置においてガイド部材の内壁にガイド部材内壁被覆材を設置することによりガイド部材の内壁からＳｉＣ単結晶（成長結晶）の内部に異物が混入して品質劣化するのを抑制することができる。特に、請求項９に記載のように、ガイド部材内壁被覆材は熱分解炭素コーティング膜であってもよく、請求項１０に記載のように、熱分解炭素コーティング膜の膜厚は２０〜１００μｍであるとよい。また、請求項１１に記載のように、前記ガイド部材内壁被覆材はＴａＣコーティング膜であってもよく、請求項１２に記載のように、ＴａＣコーティング膜の膜厚は２０〜１００μｍであるとよい。さらに、請求項１３に記載のように、前記ガイド部材内壁被覆材はＴａＣ板であってもよく、当該ＴａＣ板の厚さは請求項１４に記載のように、０．０１〜１．０ｍｍであるとよい。

請求項１５に記載のように、請求項３〜１４のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置においてガイド部材にガス抜き部を設置することにより過剰な原料ガスを通過させて成長速度を適正に制御することができる。特に、請求項１６に記載のようにガス抜き部はガイド部材における原料となるガスの入口側に設けたものであり、請求項１７に記載のように、ガス抜き部は、ガイド部材における原料となるガスの入口側の周囲において等間隔に６ｎ（ｎは自然数）個設けるとよい。あるいは、請求項１８に記載のように、ガス抜き部はガイド部材における原料となるガスの出口側に設けたものであり、請求項１９に記載のように、ガス抜き部は、ガイド部材における原料となるガスの出口側の周囲において等間隔に６ｎ（ｎは自然数）個設けるとよい。

請求項２０に記載のように、請求項３〜１９のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において成長用容器の内壁から突出する種結晶支持部の長さは５〜４０ｍｍ、特に、請求項２１に記載のように、１０〜３０ｍｍ、さらに好ましくは、請求項２２に記載のように、１５〜２５ｍｍであると、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）が、種結晶支持部の横で成長する多結晶と固着しないようにするという観点から好ましい。

また、請求項２３に記載のように、請求項３〜２２のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において、原料となるガスの流れにおける成長用容器の出口に多結晶捕獲用チャンバーを設けることにより、過剰な原料ガスが同チャンバー内で多結晶となり原料ガスが外部に漏れるのを防止することができる。特に、請求項２４に記載のように、多結晶捕獲用チャンバーの内部空間は、その径が成長用容器の内径と同じであり、かつ、その長さが５〜５０ｍｍ、特に、請求項２５に記載のように、２０〜４０ｍｍであるとよい。

請求項２６に記載のように請求項３〜２５のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において、断熱材は、その熱伝導度が厚さ方向で１〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向で１００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであると、断熱効果という観点から好ましく、請求項２７に記載のように、断熱材は、その密度が０．５×１０³〜１．５×１０³ｋｇ／ｍ³であるとよく、請求項２８に記載のように、断熱材は、その厚さが０．１〜２ｍｍであるとよい。また、請求項２９に記載のように、請求項３〜２８のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において断熱材は黒鉛製シート材を積層した構造体よりなるものであってもよい。

請求項３０に記載のように、請求項３〜２９のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において、ガイド部材は黒鉛製であり、その厚さは１〜１０ｍｍとするとよく、また、ＳｉＣ種結晶に関しては請求項３１に記載のように、厚さが０．６ｍｍ以上、特に、請求項３２に記載のように、１．２ｍｍ以上であるとよい。

また、請求項３３に記載のように、請求項３〜３２のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において、ガイド部材のＳｉＣ種結晶側の開口部の口径は、ＳｉＣ種結晶の口径よりも小さくなっていると、高品質な結晶を製造する上で好ましいものとなる。

請求項３４に記載のように、成長用容器内におけるＳｉＣ単結晶の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材を配置するとともに、ＳｉＣ種結晶と同じ高さで水平位置にリング状の断熱材をガイド部材と連結するように設置したＳｉＣ単結晶の製造装置を用いて、ガイド部材の内壁の温度よりも原料となるガスの温度の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶の外周面の温度よりもガイド部材の内壁の温度の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶の中心部の温度よりもＳｉＣ単結晶の外周面の温度の方が高い状態を維持したままＳｉＣ単結晶を成長させる。

ここで、請求項３５に記載のように、請求項３４に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置において断熱材は、その厚さが１〜１０ｍｍであるとよい。
また、請求項２，３６に記載のように、ＳｉＣ種結晶およびＳｉＣ単結晶は４Ｈ型であるとよい。

（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図２は、図１のＡ部を拡大した図である。

図１において、黒鉛製の坩堝１と黒鉛製の坩堝蓋２にて成長用容器（単結晶の成長用容器）が構成されている。坩堝１は有底円筒状をなし、その上端開口部に坩堝蓋２が設置され、当該開口部を塞いでいる。坩堝１の底面部にはＳｉＣ原料（粉末）３が充填されている。

坩堝蓋２の下面においてその中央部には下方に突出する種結晶支持部４が一体的に形成され、種結晶支持部４は円柱状をなしている。種結晶支持部４の下面にはＳｉＣ種結晶（ＳｉＣ単結晶基板）５の一方の面が接着（接合固定）され、他方の面がＳｉＣ原料３と対向した状態で配置されている。ＳｉＣ種結晶５は種結晶支持部４と同径である。ＳｉＣ種結晶５は水平方向に配置され、その下面に対する法線方向、即ち、下方向が結晶成長方向となる。つまり、ＳｉＣ種結晶５の下面から下方に向かってＳｉＣ単結晶６が成長することになる。本実施形態においては、ＳｉＣ種結晶５およびＳｉＣ単結晶６は４Ｈ型である。

また、坩堝１の周囲には誘導コイル等の加熱装置（図示略）が設けられ、坩堝１の内部、特にＳｉＣ原料３を加熱することができるようになっている。その結果、ＳｉＣ原料３の配置高さと種結晶５（ＳｉＣ単結晶６）の配置高さにおいて温度差（温度勾配）が作られ、ＳｉＣ原料３の配置高さが高温側となるとともに種結晶５（ＳｉＣ単結晶６）の配置高さが低温側となる。

さらに、成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ種結晶５よりも下側のＳｉＣ単結晶６が成長する領域には（ＳｉＣ単結晶６の形成予定領域の周囲に）、黒鉛製のガイド部材７が設置されている。ガイド部材７は、円筒状の板材にて構成され、かつ、下側ほど内径が広がるテーパ状をなしている。このガイド部材７は坩堝１の内壁の段差部１ａに固定されている。前述の加熱装置による温度分布により、ガイド部材７の内壁の温度ＴｇよりもＳｉＣ原料３の表面温度Ｔｓの方が高くなる（Ｔｓ＞Ｔｇ）。

また、黒鉛製ガイド部材７は厚さが１〜１０ｍｍの範囲であり、より具体的には例えば２ｍｍである。黒鉛製ガイド部材７の厚さを１〜１０ｍｍとしたのは次の理由による。薄いほどガイド部材７の温度が上がりやすいが、厚さが１ｍｍ未満であると、黒鉛の形状加工が困難であるとともに、成長中に高温となるので昇華してしまうおそれがある。また、１０ｍｍを超えるとガイド部材７が高温になりにくい。

さらに、ガイド部材７の外壁には断熱材としての黒鉛製のシート材８が接着されている。シート材８は厚さが０．５ｍｍ、密度が１×１０³ｋｇ／ｍ³であり、厚み方向の熱伝導度が小さく、面方向の熱伝導度が大きいという特性を有している。黒鉛製シート材８の熱伝導度は厚さ方向で１〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向で１００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであるとよい。つまり、熱伝導度が厚さ方向で小さく、面方向で大きいものが断熱性という観点から好ましく、上述した範囲がよい。厚さに関しては厚い方がよいが０．１〜２ｍｍであるとよく、また、密度に関しては０．５×１０³〜１．５×１０³ｋｇ／ｍ³であるとよい。

そして、製造工程において、ＳｉＣ原料３の加熱により昇華ガスが発生し、このガスが原料ガスとしてガイド部材７の内壁に沿って上昇し、ＳｉＣ種結晶５に至る。つまり、成長用容器（１，２）内に配したＳｉＣ種結晶５に対して同じく成長用容器（１，２）内に配したＳｉＣ原料（ＳｉＣ固体原料）３の昇華ガスが下流側ほど低温となる雰囲気下で供給され当該ＳｉＣ種結晶５からＳｉＣ単結晶６が拡大成長する。

ここで、筒状のガイド部材７が、成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶６の成長領域を囲うように配置されているが、そのガイド部材７の外壁に断熱性のシート材（広義には断熱材）８を設置しており、図２４，２５の場合に比べて以下のような効果がある。

図２に示すように、ＳｉＣ原料３の輻射熱で温められたガイド部材７の内壁の熱が外壁から逃げるのを抑制できる。一方、種結晶支持部４を通して坩堝蓋２に放熱され、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の温度が低下する。これにより、ガイド部材７の内壁の温度Ｔｇを、隣接するＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周面の温度Ｔｉｅより相対的に高温化できる（Ｔｇ＞Ｔｉｅ）。また、ＳｉＣ原料３の輻射熱で温められたＳｉＣ単結晶６は種結晶支持部４を通して坩堝蓋２に放熱されるとともにＳｉＣ単結晶６の外周部からガイド部材７を通して坩堝１に放熱されるが、シート材（断熱材）８により、ＳｉＣ単結晶６の外周面の温度ＴｉｅがＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の下面中心部の温度Ｔｉｃよりも高くなる（Ｔｉｅ＞Ｔｉｃ）。このようにして、ＳｉＣ原料３の表面温度がＴｓのとき、Ｔｓ＞Ｔｇ＞Ｔｉｅ＞Ｔｉｃの関係が成長中は常に成立している。

そして、図１では、高温のガイド部材７ではなく、低温のＳｉＣ単結晶（成長結晶）６にＳｉＣ原料３から昇華したガスが付着する。よって、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の長尺化が促進される。また、成長時には前述したようにＴｇ＞Ｔｉｅが成立しており、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６とガイド部材７が成長途中で固着しにくく、結晶欠陥がＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周部分に発生するのが防止される。

また、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の成長面における径方向の中心での温度Ｔｉｃとの関係において、Ｔｉｅ＞Ｔｉｃという関係を維持することで、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６は下側ほど拡径したテーパ状に成長して口径拡大が促進される。つまり、Ｔｉｅ≦Ｔｉｃであると、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６は下側ほど縮径した逆テーパ状に成長して口径が縮小し、この場合には結晶欠陥が発生してしまう。また、低温のＳｉＣ単結晶（成長結晶）６は高温のガイド部材７から輻射熱を得る。これにより、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周部の原子マイグレーションが促進され、拡径部も高品質な結晶が得られる。その結果、コスト的に有利な大口径の高品質結晶が得られる。

なお、この成長で用いるＳｉＣ種結晶５が薄いとガイド部材７からの輻射熱でＳｉＣ種結晶５は熱エッチングされやすくなり、ボイド欠陥発生の原因となるため、ＳｉＣ種結晶５は０．６ｍｍ以上の厚さであると、種結晶裏面からのボイド欠陥が抑制でき好ましい。詳しくは、０．３ｍｍ未満であると、熱エッチングされやすく、厚ければ厚いほどよい。ＳｉＣ種結晶５の厚さはさらに好ましくは１．２ｍｍ以上であるとよい。

以上のごとく、成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶６の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材７を配置し、ガイド部材７の内壁の温度Ｔｇよりも原料となるガスの温度（具体的にはＳｉＣ固体原料（３）の表面温度Ｔｓ）の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶６の外周面の温度Ｔｉｅよりもガイド部材７の内壁の温度Ｔｇの方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶６の中心部の温度ＴｉｃよりもＳｉＣ単結晶６の外周面の温度Ｔｉｅの方が高い状態を維持したままＳｉＣ単結晶６を成長させるようにした。よって、ＳｉＣ単結晶６の外周面の温度Ｔｉｅよりもガイド部材７の内壁の温度Ｔｇの方が高いという関係を維持することで、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６とガイド部材７が成長途中で固着しにくくなり、そのため、結晶欠陥がＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周部分に発生しにくくなる。また、ＳｉＣ単結晶６の中心部の温度ＴｉｃよりもＳｉＣ単結晶６の外周面の温度Ｔｉｅの方が高いという関係を維持することで、ＳｉＣ単結晶６は成長進行方向において拡径したテーパ状に成長して、欠陥が発生することが少なく長尺化が促進される。その結果、筒状のガイド部材７を用いてその内方で大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を３０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を１．０×１０⁴個／ｃｍ²未満とすることができる。

また、断熱材はシート材８であり、その熱伝導度は厚さ方向で１〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向で１００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであるとよく、また、シート材８の密度は０．５×１０³〜１．５×１０³ｋｇ／ｍ³であるとよく、さらに、シート材８の厚さは０．１〜２ｍｍであるとよい。一方、ガイド部材７は黒鉛製であり、その厚さは１〜１０ｍｍの範囲であるとよい。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図３は、図１に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図４は、図３のＡ部を拡大した図である。

図３に示すように本実施形態では、黒鉛製ガイド部材７の外壁に、黒鉛製シート材８をカーボン接着剤１０で貼り付けている（断熱材としての黒鉛製シート材８をガイド部材７の外壁にカーボン接着剤１０を用いて接着して設置している）。よって、第１の実施の形態に対して、図４に示すように、ＳｉＣ原料３の輻射熱で温められたガイド部材７の内壁の熱の断熱効果がより高まるために外壁から逃げるのを更に抑制でき、ガイド部材７の内壁の温度Ｔｇを、隣接するＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周面の温度Ｔｉｅより相対的に高温化することができる。その結果、大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を２０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を１×１０⁴個／ｃｍ²未満にすることができる。

以上のように、ガイド部材７の外壁に、断熱性のシート材８をカーボン接着剤１０で貼り付けることで、図２４の場合に比べ、ＳｉＣ原料３の輻射熱で温められたガイド部材７の内壁の熱が外壁から逃げるのを抑制でき、ガイド部材７の内壁の温度Ｔｇを、隣接するＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周面の温度Ｔｉｅより相対的に高温化できる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図５は、図３に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図６は、図５のＡ部を拡大した図である。

図５に示すように、成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ種結晶５よりも下側のＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が成長する領域には（ＳｉＣ単結晶６の形成予定領域の周囲に）、黒鉛製のガイド部材２０が設置されている。ガイド部材２０は、円筒部２０ａと円板部２０ｂとからなり、内径が等しい円筒部２０ａの上端の外周部には円板部２０ｂが形成され、円板部２０ｂの外周縁が坩堝１の内壁の段差部１ａにおいて固定されている。ガイド部材２０は厚さが１〜１０ｍｍの範囲であり、より具体的には例えば２ｍｍである。

このように、図１，３ではガイド部材７は結晶口径拡大用のテーパ形状をなしていたが、本実施形態においてはガイド部材２０は結晶長尺用の内径が均一な筒状をなしている。
また、ガイド部材２０（円筒部２０ａ）の外壁に、第１の実施の形態と同様の黒鉛製シート材２１がカーボン接着剤２２で貼り付けられている。

よって、図２５の装置に比べ、図６に示すように、ＳｉＣ原料３の輻射熱で温められたガイド部材２０の内壁の熱が外壁から逃げるのを抑制でき、ガイド部材２０の内壁の温度Ｔｇを、隣接するＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周面の温度Ｔｉｅより相対的に高温化できる。また、高温のガイド部材２０ではなく、低温のＳｉＣ単結晶（成長結晶）６にＳｉＣ原料３から昇華したガスが付着し、さらにＴｉｅ＞Ｔｉｃという関係を維持することで、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６は下側ほど拡径したテーパ状に成長して、欠陥が発生することが少なく、長尺化が促進される。つまり、Ｔｉｅ≦Ｔｉｃであると、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６は下側ほど縮径した逆テーパ状に成長して口径が縮小し、この場合には結晶欠陥が発生する。また、低温のＳｉＣ単結晶（成長結晶）６は高温のガイド部材２０から輻射熱を得るので、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の外周部の原子マイグレーションは促進され外周部も高品質な結晶が得られる。よって、コスト的に有利な長尺高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の長さ（長尺量）を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を２０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を１×１０⁴個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図７は、図３に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図８は、図７のＡ部を拡大した図である。

図７に示すように、黒鉛製ガイド部材７の内壁には、ガイド部材内壁被覆材としての熱分解炭素コーティング膜３０が形成されている（予めコーティングされている）。このガイド部材７の内壁に設置した熱分解炭素コーティング膜３０は、ＳｉＣ種のガス（Ｓｉ、ＳｉＣ₂、Ｓｉ₂Ｃなどのガス）に対し不活性である。熱分解炭素コーティング膜３０の膜厚は２０〜１００μｍが好ましい範囲であり、気相法で黒鉛をコーティングする場合には３０〜９０μｍとするとよく、それ未満でもそれ以上でもひび割れが発生しやすい。

これにより、第２の実施の形態に比べて、黒鉛製ガイド部材７の内壁からカーボン粉等が昇華しＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の内部に混入し品質を劣化させることを抑制できる。よって、大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を５×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図９は、図３に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図１０は、図９のＡ部を拡大した図である。

図９に示すように、黒鉛製のガイド部材７の内壁には、ガイド部材内壁被覆材としてのＴａＣコーティング膜４０が形成されている（予めコーティングされている）。このＴａＣコーティング膜４０は、ＳｉＣ種のガス（Ｓｉ、ＳｉＣ₂、Ｓｉ₂Ｃなどのガス）に対し不活性である。ＴａＣコーティング膜４０の膜厚の好ましい範囲は２０〜１００μｍである。詳しくは、気相法でＴａＣ膜をコーティングする場合には２０〜１００μｍとするとよく、それ未満でもそれ以上でもひび割れが発生しやすい。

よって、第２の実施の形態に比べて黒鉛製ガイド部材７の内壁からカーボン粉等が昇華しＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の内部に混入し品質を劣化させることを抑制できる。これにより、大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を５×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態を、第４および第５の実施の形態との相違点を中心に説明する。

第４および第５の実施の形態においては熱分解炭素コーティング膜３０やＴａＣコーティング膜４０を用いたが、本実施形態においてはそれに代わり、図１１（ａ）に示すように、黒鉛製のガイド部材７の内壁にＴａＣ板５０を密着した状態で固定している。ＴａＣ板５０はその厚さが０．２ｍｍである。製造の際には、図１１（ｂ）に示すように、ガイド部材７の内壁に厚さが０．２ｍｍのＴａ板５１を密着した状態で固定した後に炭化熱処理することにより、図１１（ａ）に示すように、ガイド部材７の内壁にＴａＣ板５０を配置する。このようにして、予めガイド部材７の内壁に約０．２ｍｍの不活性なＴａＣ板５０を密着固定しておく。炭化熱処理の条件は、温度が２３００℃で、圧力が１００Ｔｏｒｒ、雰囲気ガスが不活性ガス＋Ｈ₂＋炭素雰囲気、時間が１ｈｒである。

なお、Ｔａ板５１の厚さに関して０．２ｍｍとしたのは、０．０１ｍｍ未満であったり０．５ｍｍを超えるとガイド部材７に密着して均一に取り付けることが難しいからである。また、温度に関して２３００℃としたのは、２０００℃未満だとＴａがＳｉＣ雰囲気で不活性なＴａＣに変化せず、また、２５００℃を超えると黒鉛製ガイド部材７とＴａの熱膨張係数差が大きくてＴａ板が割れてしまうからである。圧力を１００Ｔｏｒｒとしたのは、０．１Ｔｏｒｒ未満だとＴａ板が軟化してしまう虞があり、また、７６０Ｔｏｒｒ以上だとＴａがＳｉＣ雰囲気で不活性なＴａＣに変化しないからである。さらに、雰囲気ガスとしての不活性ガス＋Ｈ₂＋炭素雰囲気において時間を１ｈｒとしたのは、３０分未満だとＴａがＳｉＣ雰囲気で不活性なＴａＣに変化せず、また、１０時間以上だと熱処理に電力を消費しすぎるからである。

このようにして、ガイド部材７の内壁に予めＳｉＣ種のガス（Ｓｉ、ＳｉＣ₂、Ｓｉ₂Ｃなどのガス）に対して不活性なＴａＣ板５０を形成することで、第４および第５の実施の形態に比べて以下の効果を奏する。高価な熱分解炭素コーティング膜３０やＴａＣコーティング膜４０に比べて安価にＴａＣ板５０を形成でき、品質的には第４および第５の実施の形態と同様の効果が得られる。よって、大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を５×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

また、ガイド部材内壁被覆材としてのＴａＣ板５０の形成方法として、ガイド部材７の内壁にＴａ板５１を形成した後に、２０００〜２５００℃で炭化熱処理してＴａをＴａＣに化学変化させることでＴａＣはＴａよりも体積増加し、黒鉛の方がＴａＣよりも熱膨張係数が小さいことを利用して炭化後にＴａＣ板５０をガイド部材７の内壁に密着させる。この場合、Ｔａ板５１の厚さは０．０１〜０．５ｍｍであるとともに、Ｔａを炭化させた後におけるＴａＣ板５０の厚さは０．０１〜１．０ｍｍであるとよい。

（第７の実施の形態）
次に、第７の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図１２は、図３に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図１３は、ガイド部材７の平面図、図１４は、ガイド部材７の構造（断面および正面）を示す図である。

図１３，１４に示すように、第２の実施の形態に比べ、ガイド部材７の下部、即ち、ガイド部材７における原料となるガスの入口側にスリット６０が複数設置されている。このスリット６０を通してＳｉＣの昇華ガスが通り抜ける。ガス抜き部としてのスリット６０について、詳しくは、各スリット６０は、長方形状をなし、上下方向に延び、スリット幅が１．５ｍｍ、スリット長さが４ｍｍである。スリット（抜け穴）６０はガイド部材７の下部の周囲、即ち、ガイド部材７における原料となるガスの入口側の周囲において等間隔に１２個設けられている。スリット（抜け穴）６０の個数に関して、広義には、６ｎ（ｎは自然数）とするとよい。

なお、スリット６０の形状は、上記のような長方形に限らず長さと幅は問わず、正方形、三角形、円形、楕円形等でもよく、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の成長速度が０．１〜２ｍｍ／ｈに制御できるように設ける。さらに好ましくは０．２〜０．７ｍｍ／ｈに制御できるようにする。また、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が同心円状ではなくいびつに成長すると結晶欠陥発生の原因となるので、スリット６０（抜け穴）は上から見た場合、等間隔で同形状が好ましい。さらに、通常ＳｉＣ種結晶５はｃ面の六方晶であるためスリット（抜け穴）６０の数は６の倍数であることが効果的である。また、上記成長速度となるように、ガイド部材７を下から支持するのではなく、上部で支持するようにして、ガイド部材７の下部全周をガス通路としてもよい。

このようにすることにより、第２の実施の形態に比べて、成長に必要のない過剰なＳｉＣの昇華ガスがスリット（抜け穴）６０を通ってＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に付着しないため、高品質結晶を得るために必要不可欠な成長速度を適正に制御でき、高品質な結晶が得られる。よって、大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を８×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態を、第７の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図１５は、図１３に代わる本実施形態でのガイド部材７の平面図である。図１６は、図１４に代わる本実施形態でのガイド部材７の構造（断面および正面）を示す図である。

本実施形態ではガイド部材７の上部、即ち、ガイド部材７における原料となるガスの出口側にガス抜き部としての透孔６５を複数設けている。この透孔６５を通してＳｉＣの昇華ガスが通り抜ける。各透孔６５は円形をなし、その直径は１ｍｍである。透孔６５はガイド部材７の上部の周囲、即ち、ガイド部材７における原料となるガスの出口側の周囲において等間隔に６個設けている。透孔（抜け穴）６５の個数に関して、広義には、６ｎ（ｎは自然数）とするとよい。

なお、各透孔（抜け穴）６５の形状は、円形に限らず三角形、正方形、長方形、楕円形等でもよく、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の成長速度が０．１〜２ｍｍ／ｈに制御できるように設ける。さらに好ましくは０．２〜０．７ｍｍ／ｈに制御できるようにする。また、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が同心円状ではなくいびつに成長すると結晶欠陥発生の原因となるので、それぞれの各透孔（抜け穴）６５は上から見た場合、等間隔で同形状が好ましい。さらに通常ＳｉＣ種結晶５はｃ面の六方晶であるため透孔（抜け穴）６５の数は６の倍数であることが好ましい。また、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が透孔（抜け穴）６５から、はみ出て成長しないように、各々の透孔（抜け穴）６５の面積（一個の面積）は９ｍｍ²以下、さらに好ましくは４ｍｍ²以下にする。

このようにすることにより、第２の実施の形態に比べて、成長に必要のない過剰なＳｉＣの昇華ガスが透孔（抜け穴）６５を通ってＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に付着しないため、高品質結晶を得るために必要不可欠な成長速度を適正に制御でき、高品質な結晶が得られる。よって、大口径高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を８×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態を、第７の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図１７は、図１２に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。

坩堝蓋２の天井面における種結晶支持部（突起部）４の長さが２０ｍｍと長くなっている。種結晶支持部４の長さは５〜４０ｍｍの範囲がよい。その理由は以下の通りである。
種結晶支持部４に固定したＳｉＣ種結晶５からＳｉＣ単結晶６が成長するが、このＳｉＣ単結晶６が種結晶支持部４の横で成長する多結晶６８と固着するとＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に結晶欠陥が発生する。そこで、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が多結晶６８と固着しないようにするために、種結晶支持部４の長さを５ｍｍ以上とする。また、種結晶支持部４が長すぎると、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の放熱が妨げられ成長が困難となることから４０ｍｍ以下にする。好ましくは、種結晶支持部４の長さの範囲は１０〜３０ｍｍ、さらに好ましくは１５〜２５ｍｍである。

つまり、成長用容器（１，２）の内壁（坩堝蓋２の内壁）から突出する種結晶支持部４の長さは５〜４０ｍｍが望ましい範囲であり、１０〜３０ｍｍがより好ましい範囲であり、１５〜２５ｍｍが更に好ましい範囲である。

このように本実施形態は、第７の実施の形態に比べて次の効果を奏する。ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に付着しなかったガスは、坩堝蓋２の天井面で再結晶化し多結晶６８が形成されるが、その多結晶６８はＳｉＣ単結晶（成長結晶）６よりも成長速度が速いため、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に追いついて、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の品質を劣化させる虞がある。しかし、種結晶支持部４を２０ｍｍと長くすることで、多結晶６８が追いつくのに時間がかかるため、さらに大口径、長尺化ができる。よって、大口径、長尺高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を８０ｍｍ、長さ（長尺量）を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を８×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態を、第９の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図１８は、図１２に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図１９は、図１８のＡ−Ａ線での断面図である。

図１８に示したように、ガイド部材７の下部の周囲に、ＳｉＣの昇華ガスが通り抜けるように長さ４ｍｍ×幅１．５ｍｍのスリット６０が等間隔で１２箇所設けられている。また、図１８に示すように、坩堝蓋２に透孔７１が多数形成されている。透孔７１は、円形をなし、直径が１ｍｍであり、図１９に示すように、１２個設けられている。

透孔７１の形状は円形に限らず、長方形、正方形、三角形、楕円形等でもよい。透孔７１の全面積は６〜３００ｍｍ²の範囲が好ましい。なぜなら、全面積は３００ｍｍ²を超えると、ＳｉＣ種結晶５の付近のＳｉＣガス過飽和度が低くなりＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が成長せず、６ｍｍ²未満だと効果がないからである。また、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６が同心円状ではなくいびつに成長すると結晶欠陥発生の原因となるので、それぞれの透孔７１は上から見た場合、等間隔で同形状が好ましい。さらに、通常ＳｉＣ種結晶５はｃ面の六方晶であるため透孔７１の数は６の倍数であることが好ましい。

また、図１８に示すように、坩堝蓋２の上に多結晶捕獲用チャンバー（トラッパー）７０が設けられている。多結晶捕獲用チャンバー（トラッパー）７０の空間容積は、坩堝１の内径と同じで、長さが３０ｍｍである。

多結晶捕獲用チャンバー（トラッパー）７０の空間容積は、坩堝１の内径と同じで、長さは５〜５０ｍｍの範囲であるとよい。なぜなら、容積が坩堝１の内径と同じで、長さが５ｍｍ未満だと、長時間成長したとき多結晶７５がＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に追いつき結晶欠陥が発生する。また、容積が坩堝１の内径と同じで、長さが５０ｍｍを超えると、多結晶捕獲用チャンバー（トラッパー）７０のコストが高くなり問題である。好ましくは、多結晶捕獲用チャンバー（トラッパー）７０の空間容積は、坩堝１の内径と同じで、長さは２０〜４０ｍｍの範囲であるとよい。

このように、第７の実施の形態に比べ、透孔（ガス通路）７１を設けることで、さらに多結晶が追いつくのに時間がかかるため、さらに大口径、長尺化ができる。また、多結晶捕獲用チャンバー（トラッパー）７０を設けることで、ＳｉＣガスが坩堝外の成長炉内に漏れることを抑制でき、成長装置を劣化させることがない。よって、大口径、長尺高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を１００ｍｍ、長さ（長尺量）を８０ｍｍ、 マイクロパイプ密度を１０個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を８×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

以上のように、原料となるガスの流れにおける成長用容器（１，２）の出口に多結晶捕獲用チャンバー７０を設けるとよい。特に、多結晶捕獲用チャンバー７０の内部空間は、その径が成長用容器（１，２）の内径と同じであり、かつ、その長さが５〜５０ｍｍが好ましい範囲であり、２０~４０ｍｍがより好ましい範囲である。

（第１１の実施の形態）
次に、第１１の実施の形態を、第６および第９の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図２０は、図９に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。図２１は、図２０のＡ部を拡大した図である。
図２０に示すように、坩堝蓋２における天井面での種結晶支持部４の長さが２０ｍｍと長くなっている。また、図２０に示すように、ガイド部材７の下部に、ＳｉＣの昇華ガスが通り抜けるように長さ４ｍｍ×幅１．５ｍｍのスリット６０が等間隔で１２箇所設けられている。図２１に示すように、ガイド部材７の内壁にＴａＣ板８０が設置されている。また、ガイド部材７の外壁に、２枚の黒鉛製シート材８１が重ねてカーボン接着剤８２で貼り付けられている。つまり、図１等での断熱材（８）は本実施形態では黒鉛製シート材８１を積層した構造体よりなるものである。なお、黒鉛製シート材８１の積層枚数は２〜５枚の範囲であり、５枚を超えても５枚と同等の効果しか得られないのでコスト的に無駄である。

このようにすることにより、第６の実施の形態で説明したようにガイド部材７の内壁に、ＳｉＣ種のガス（Ｓｉ、ＳｉＣ₂、Ｓｉ₂Ｃなどのガス）に対して不活性なＴａＣ板８０を形成することで、黒鉛製ガイド部材７の内壁からカーボン粉が昇華しＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の内部に混入し品質を劣化させることを抑制できる。さらに、シート材８１を２枚積層することにより、ガイド部材７は高温になりやすいのでより効果的である。さらには、成長に必要のない過剰なＳｉＣの昇華ガスがスリット６０を通ってＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に付着しないため、高品質結晶を得るために必要不可欠な成長速度を適正に制御でき、高品質な結晶が得られる。

また、成長結晶に付着しなかったガスは、坩堝蓋２の天井面で再結晶化し多結晶が形成されるが、その多結晶はＳｉＣ単結晶（成長結晶）６よりも成長速度が速いため、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６に追いついて、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の品質を劣化させる虞がある。しかし、図２０のごとく、種結晶支持部４を２０ｍｍと長くすることで、多結晶が追いつくのに時間がかかるため、さらに大口径、長尺化ができる。

よって、大口径・長尺高品質結晶が得られる。具体的には、ＳｉＣ単結晶（成長結晶）６の直径を８０ｍｍ、長さ（長尺量）を６０ｍｍ、マイクロパイプ密度を１個／ｃｍ²以下、エッチピット密度を３×１０³個／ｃｍ²未満にすることができる。

（第１２の実施の形態）
次に、第１２の実施の形態を、第１〜第１１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図２２は、図１に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。
図２２において、ＳｉＣ種結晶５の外形寸法Ｄｓと、ガイド部材７の上端開口部（ＳｉＣ種結晶５側の開口部）の内径寸法Ｄｇとの関係において、ＳｉＣ種結晶５の外形寸法Ｄｓよりもガイド部材７の上端開口部の内径寸法Ｄｇの方が小さくなっている（Ｄｇ＜Ｄｓ）。また、ＳｉＣ種結晶５の下面よりも下方にガイド部材７の上端開口部が位置している。よって、ＳｉＣ種結晶５からＳｉＣ単結晶６が成長する過程において、ＳｉＣ種結晶５からの成長直後においてはその周囲にガイド部材７が無いので拡径しつつ成長し、その後にガイド部材７の上端開口部において縮径した形状となり、以後はガイド部材７の内壁に沿って成長する。

このように本実施形態においては、ガイド部材７のＳｉＣ種結晶５側の開口部の口径は、ＳｉＣ種結晶５の口径よりも小さくなっている。この構成とすることにより、高品質な結晶を製造する上で好ましいものとなる。当該構成は第２〜第１１の実施の形態において用いてもよい。

（第１３の実施の形態）
次に、第１３の実施の形態を、第１〜第１２の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図２３は、図１に代わる本実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の概略構成による縦断面図である。
図２３において、坩堝１内においてＳｉＣ種結晶５と同水準に（ＳｉＣ種結晶５と同じ高さで水平位置に）、リング状の断熱材９０が配置されている。リング状の断熱材９０は平板状をなしている。断熱材９０に関してより詳しくは、リング状の断熱材９０の外周面が坩堝１の内壁に固定され、リング状の断熱材９０の内周面がＳｉＣ種結晶５の外周面と接近し、さらに、リング状の断熱材９０の内周部においてガイド部材７と連結されている。

ここで、リング状の断熱材９０の設置場所に関して、図２３においてガイド部材７のガス入口よりも上に配置する。断熱材９０は、その厚さが１〜１０ｍｍである。これは、断熱材９０の厚さが１ｍｍよりも薄いとガイド部材７が高温になりにくく、断熱材９０の厚さが１０ｍｍを超えて厚くしても断熱効果が飽和に達してしまうからである。

このように本実施形態においては、成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶６の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材７を配置するとともに、原料となるガスの流れにおけるガイド部材７のガス入口よりも下流にＳｉＣ種結晶５またはＳｉＣ単結晶６を中心位置とするリング状の断熱材９０を設置している。このようにしても、成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶６の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材７を配置し、ガイド部材７の内壁の温度Ｔｇよりも原料となるガスの温度（具体的にはＳｉＣ固体原料（３）の表面温度Ｔｓ）の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶６の外周面の温度Ｔｉｅよりもガイド部材７の内壁の温度Ｔｇの方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶６の中心部の温度ＴｉｃよりもＳｉＣ単結晶６の外周面の温度Ｔｉｅの方が高い状態を維持したままＳｉＣ単結晶６を成長させることができる。

その他の実施の形態を以下に説明する。
・図４等における黒鉛製シート材８に代わり、厚み方向の熱伝導度が小さく面方向の熱伝導度が大きい特性をもつ、フェルト状断熱材もしくは成形断熱材等を黒鉛製ガイド部材７の外壁に設置してもよい。

・黒鉛製ガイド部材７に代わり、ＴａＣなどの高融点金属の炭化物を用いてもよい。
・黒鉛製ガイド部材７の内壁にはＴａＣ膜（４０）、熱分解炭素コーティング膜（３０）以外に他の高融点金属（例えば、タングステン、モリブデン、ジルコニア、チタン、レニウム、イリジウム、バナジウム、ハフニウム、ルテニウムなど）の炭化物を用いてもよい。また、これらの複数を組み合わせて使用することもできる。

・いくつかの実施形態を組み合わせ（例えば、第４の実施形態と第７の実施形態と第９の実施形態と第１０の実施形態の組み合わせ、第１０の実施形態と第１１の実施形態の組み合わせなど）ても、同等もしくはそれ以上の効果がある。

・準密閉系坩堝（１，２）の代わりに開放系の坩堝を用いて、原料にＳｉＣ原料３に代わりＳｉやＣを含む気体原料（例えば、シランやプロパン）を用いて、この気体原料を坩堝外部から坩堝内部に種結晶５に向かって導入してもよい。つまり、これまでの説明においては昇華法（原料として固定原料を用いる方法）にて単結晶を成長する場合について説明してきたが、例えば、Ｓｉ含有ガスとしてモノシランと、Ｃ含有ガスとしてプロパンといった混合ガスを成長用容器を導入して単結晶を成長する場合に適用してもよい。要は、成長用容器（１，２）内に配したＳｉＣ種結晶５に対して原料となるガスを供給して当該ＳｉＣ種結晶５からＳｉＣ単結晶６を成長させるＳｉＣ単結晶の製造装置に適用することができる。

・また、Ｓｉの固体を原料に用いてもよい。
次に、上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）請求項１２に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置におけるガイド部材内壁被覆材（５０）を形成するための方法であって、
ガイド部材７の内壁にＴａ板５１を形成した後に、２０００〜２５００℃で炭化熱処理してＴａをＴａＣに化学変化させてＴａＣ板５０をガイド部材７の内壁に密着させたことを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造装置におけるガイド部材内壁被覆材の形成方法。これにより、ＴａＣ板５０をガイド部材７の内壁に密着して配置することができる。

（ロ）前記ガイド部材７は黒鉛製であることを特徴とする（イ）に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置におけるガイド部材内壁被覆材の形成方法。これにより、（イ）において２０００〜２５００℃で炭化熱処理してＴａをＴａＣに化学変化させてＴａＣ板５０をガイド部材７の内壁に密着させる際に、Ｔａ→ＴａＣ時の体積膨張により、炭化後にＴａＣ板５０をガイド部材７の内壁に確実に密着させることができる。

（ハ）Ｔａ板５１の厚さは０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする（イ）または（ロ）に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置におけるガイド部材内壁被覆材の形成方法。これにより、Ｔａ板５１の厚さを好ましいものにすることができる。

（ニ）Ｔａを炭化させた後におけるＴａＣ板５０の厚さは０．０１〜１．０ｍｍであることを特徴とする（イ）〜（ハ）のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置におけるガイド部材内壁被覆材の形成方法。これにより、ＴａＣ板５０の厚さを好ましいものにすることができる。

第１の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図１のＡ部の拡大図。 第２の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図３のＡ部の拡大図。 第３の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図５のＡ部の拡大図。 第４の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図７のＡ部の拡大図。 第５の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図９のＡ部の拡大図。 （ａ）は第６の実施の形態におけるガイド部材の断面図、（ｂ）はガイド部材内壁被覆材の形成工程を説明するための断面図。 第７の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 ガイド部材の平面図。 ガイド部材の断面および平面図。 第８の実施の形態におけるガイド部材の平面図。 ガイド部材の断面および平面図。 第９の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 第１０の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図１８のＡ−Ａ線での断面図。 第１１の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図２０のＡ部の拡大図。 第１２の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 第１３の実施の形態におけるＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 背景技術を説明するためのＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 背景技術を説明するためのＳｉＣ単結晶の製造装置の縦断面図。 図２４のＡ部の拡大図。

符号の説明

１…坩堝、２…坩堝蓋、３…ＳｉＣ原料、４…種結晶支持部、５…ＳｉＣ種結晶、６…ＳｉＣ単結晶、７…ガイド部材、８…シート材、１０…カーボン接着剤、２０…ガイド部材、３０…熱分解炭素コーティング膜、４０…ＴａＣコーティング膜、５０…ＴａＣ板、５１…Ｔａ板、６０…スリット、６５…透孔、７０…多結晶捕獲用チャンバー、８１…黒鉛製シート材、９０…断熱材。

Claims (36)

1. 成長用容器（１，２）内に配したＳｉＣ種結晶（５）に対して原料となるガスを供給して当該ＳｉＣ種結晶（５）からＳｉＣ単結晶（６）を成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、
   成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶（６）の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材（７）を配置するとともに、当該ガイド部材（７）の外壁に断熱材（８）を設置し、ガイド部材（７）の内壁の温度（Ｔｇ）よりも原料となるガスの温度の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶（６）の外周面の温度（Ｔｉｅ）よりもガイド部材（７）の内壁の温度（Ｔｇ）の方が高く、かつ、ＳｉＣ単結晶（６）の中心部の温度（Ｔｉｃ）よりもＳｉＣ単結晶（６）の外周面の温度（Ｔｉｅ）の方が高い状態を維持したままＳｉＣ単結晶（６）を成長させるようにしたことを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
2. 前記ＳｉＣ種結晶（５）およびＳｉＣ単結晶（６）は４Ｈ型であることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
3. 成長用容器（１，２）内に配したＳｉＣ種結晶（５）に対して原料となるガスを下流側ほど低温となる雰囲気下で供給して当該ＳｉＣ種結晶（５）からＳｉＣ単結晶（６）を成長させるＳｉＣ単結晶の製造装置であって、
   成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶（６）の成長領域を囲うように、筒状の黒鉛製ガイド部材（７）を配置するとともに、当該ガイド部材（７）の外壁に断熱材（８）を設置したことを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造装置。
4. 前記ガイド部材（７）は、結晶口径拡大用のテーパ形状をなしていることを特徴とする請求項３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
5. 前記ガイド部材（２０）は、結晶長尺用の内径が均一な筒状をなしていることを特徴とする請求項３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
6. 前記断熱材（８）は黒鉛製シート材であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
7. 前記断熱材（８）を前記ガイド部材（７）の外壁にカーボン接着剤（１０）を用いて接着して設置したことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
8. 前記ガイド部材（７）の内壁にガイド部材内壁被覆材（３０）を設置したことを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
9. 前記ガイド部材内壁被覆材（３０）は熱分解炭素コーティング膜であることを特徴とする請求項８に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
10. 前記熱分解炭素コーティング膜（３０）の膜厚は２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項９に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
11. 前記ガイド部材内壁被覆材（４０）はＴａＣコーティング膜であることを特徴とする請求項８に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
12. 前記ＴａＣコーティング膜（４０）の膜厚は２０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１１に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
13. 前記ガイド部材内壁被覆材（５０）はＴａＣ板であることを特徴とする請求項８に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
14. 前記ＴａＣ板（５０）の厚さは０．０１〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
15. 前記ガイド部材（７）にガス抜き部（６０）を設置したことを特徴とする請求項３〜１４のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
16. 前記ガス抜き部（６０）はガイド部材（７）における原料となるガスの入口側に設けたものであることを特徴とする請求項１５に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
17. 前記ガス抜き部（６０）は、ガイド部材（７）における原料となるガスの入口側の周囲において等間隔に６ｎ（ｎは自然数）個設けたものであることを特徴とする請求項１６に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
18. 前記ガス抜き部（６５）はガイド部材（７）における原料となるガスの出口側に設けたものであることを特徴とする請求項１５に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
19. 前記ガス抜き部（６５）は、ガイド部材（７）における原料となるガスの出口側の周囲において等間隔に６ｎ（ｎは自然数）個設けたものであることを特徴とする請求項１８に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
20. 前記成長用容器（１，２）の内壁から突出する種結晶支持部（４）の長さは５〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項３〜１９のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
21. 前記成長用容器（１，２）の内壁から突出する種結晶支持部（４）の長さは１０〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３〜１９のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
22. 前記成長用容器（１，２）の内壁から突出する種結晶支持部（４）の長さは１５〜２５ｍｍであることを特徴とする請求項３〜１９のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
23. 原料となるガスの流れにおける成長用容器（１，２）の出口に多結晶捕獲用チャンバー（７０）を設けたことを特徴とする請求項３〜２２のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
24. 前記多結晶捕獲用チャンバー（７０）の内部空間は、その径が成長用容器（１，２）の内径と同じであり、かつ、その長さが５〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項２３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
25. 前記多結晶捕獲用チャンバー（７０）の内部空間は、その径が成長用容器（１，２）の内径と同じであり、かつ、その長さが２０〜４０ｍｍであることを特徴とする請求項２３に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
26. 前記断熱材（８）は、その熱伝導度が厚さ方向で１〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向で１００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする請求項３〜２５のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
27. 前記断熱材（８）は、その密度が０．５×１０³〜１．５×１０³ｋｇ／ｍ³であることを特徴とする請求項３〜２６のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
28. 前記断熱材（８）は、その厚さが０．１〜２ｍｍであることを特徴とする請求項３〜２７のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
29. 前記断熱材は黒鉛製シート材（８１）を積層した構造体よりなるものであることを特徴とする請求項３〜２８のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
30. 前記ガイド部材（７）は黒鉛製であり、その厚さは１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３〜２９のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
31. 前記ＳｉＣ種結晶（５）の厚さは０．６ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３〜３０のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
32. 前記ＳｉＣ種結晶（５）の厚さは１．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３〜３０のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
33. 前記ガイド部材（７）のＳｉＣ種結晶（５）側の開口部の口径は、前記ＳｉＣ種結晶（５）の口径よりも小さいことを特徴とする請求項３〜３２のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
34. 成長用容器（１，２）内に配したＳｉＣ種結晶（５）に対して原料となるガスを下流側ほど低温となる雰囲気下で供給して当該ＳｉＣ種結晶（５）からＳｉＣ単結晶（６）を成長させるＳｉＣ単結晶の製造装置であって、
    成長用容器（１，２）内におけるＳｉＣ単結晶（６）の成長領域を囲うように、筒状のガイド部材（７）を配置するとともに、前記ＳｉＣ種結晶（５）と同じ高さで水平位置にリング状の断熱材（９０）を前記ガイド部材（７）と連結するように設置したことを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造装置。
35. 前記断熱材（９０）は、その厚さが１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３４に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
36. 前記ＳｉＣ種結晶（５）およびＳｉＣ単結晶（６）は４Ｈ型であることを特徴とする請求項３〜３５のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。

Images