JP4219800B2 - ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてなるＳｉＣ単結晶の製造方法に関する。
従来より、ＳｉＣ単結晶を利用するＳｉＣ半導体は、Ｓｉ半導体に代わる次世代パワーデバイスの候補材料として期待されている。高性能なＳｉＣパワーデバイスを実現するためには、高品質かつ大口径で長尺のＳｉＣ単結晶が求められている。
上記ＳｉＣ単結晶は、例えば昇華再析出法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させることにより得ることができる。
上記ＳｉＣ単結晶は、例えば昇華再析出法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により、ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させることにより得ることができる。
ここで、図２３に、昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を作製する様子を示す。
同図に示すごとく、ＳｉＣ単結晶９０の作製は、例えば坩堝等の成長容器９１内で行われる。この成長容器９１は、一般に、ＳｉＣ原料粉末９３が供給される本体部９１１と、ＳｉＣ種結晶９を保持するための台座９１３が一体的に形成された上蓋９１２とを有する。
このような成長容器９１内において、ＳｉＣ種結晶９は、ＳｉＣ単結晶９０を成長させるための成長面９５をＳｉＣ原料粉末９３側に向けた状態で上記台座９１３に固定される。そして、この状態で、ＳｉＣ原料粉末９３を加熱して昇華させると、ＳｉＣ種結晶９上にＳｉＣが結晶となって堆積する。このようにして、ＳｉＣ種結晶９上にＳｉＣ単結晶９０を得ることができる。また、このとき、ＳｉＣ単結晶９０の周辺においては、成長容器の内壁や上蓋９１２の内表面等から多結晶９９が成長する。
同図に示すごとく、ＳｉＣ単結晶９０の作製は、例えば坩堝等の成長容器９１内で行われる。この成長容器９１は、一般に、ＳｉＣ原料粉末９３が供給される本体部９１１と、ＳｉＣ種結晶９を保持するための台座９１３が一体的に形成された上蓋９１２とを有する。
このような成長容器９１内において、ＳｉＣ種結晶９は、ＳｉＣ単結晶９０を成長させるための成長面９５をＳｉＣ原料粉末９３側に向けた状態で上記台座９１３に固定される。そして、この状態で、ＳｉＣ原料粉末９３を加熱して昇華させると、ＳｉＣ種結晶９上にＳｉＣが結晶となって堆積する。このようにして、ＳｉＣ種結晶９上にＳｉＣ単結晶９０を得ることができる。また、このとき、ＳｉＣ単結晶９０の周辺においては、成長容器の内壁や上蓋９１２の内表面等から多結晶９９が成長する。
ところが、上記のような方法により、ＳｉＣ種結晶９上へのＳｉＣの堆積をさらに続け、ＳｉＣ単結晶の大口径化や長尺化を図ろうとすると、図２３に示すごとく、成長結晶９０の先端部が先細りしてしまう。
良好な成長を継続し、長尺のＳｉＣ単結晶９０を得るためには、単結晶部分の周辺に成長する多結晶９９に比べて単結晶９０からの放熱性を相対的に高く保たなければならないが、ＳｉＣ単結晶９０の成長と共に成長容器９１内の温度分布が変化するため、単結晶９０からの放熱性は相対的に低下していく。その結果、単結晶９０の成長速度が低下し、周辺多結晶９９の成長による単結晶部分の先細りや品質劣化が発生するという問題があった。
良好な成長を継続し、長尺のＳｉＣ単結晶９０を得るためには、単結晶部分の周辺に成長する多結晶９９に比べて単結晶９０からの放熱性を相対的に高く保たなければならないが、ＳｉＣ単結晶９０の成長と共に成長容器９１内の温度分布が変化するため、単結晶９０からの放熱性は相対的に低下していく。その結果、単結晶９０の成長速度が低下し、周辺多結晶９９の成長による単結晶部分の先細りや品質劣化が発生するという問題があった。
これまでに開発されている、ＳｉＣ単結晶を長尺化させる方法としては、例えば下記の特許文献１〜３に開示されたものがある。
特許文献１においては、原料を収容する坩堝と種結晶を保持する支持部材とをそれぞれ独立に上下動かつ回転可能にして、原料の温度と単結晶の温度及びその温度差を単結晶の成長中に調整可能にした単結晶育成装置が提案されている。
また、特許文献２においては、種結晶の周りにガイドを設け、ガイド部と単結晶部が常に面一になるように、成長方向と逆方向に種結晶保持部を相対移動させることにより、周囲の多結晶の付着を防止できる単結晶製造装置が提案されている。
さらに、特許文献３においては、周辺に成長した多結晶を一旦除去し、再度成長行う方法が提案されている。
特許文献１においては、原料を収容する坩堝と種結晶を保持する支持部材とをそれぞれ独立に上下動かつ回転可能にして、原料の温度と単結晶の温度及びその温度差を単結晶の成長中に調整可能にした単結晶育成装置が提案されている。
また、特許文献２においては、種結晶の周りにガイドを設け、ガイド部と単結晶部が常に面一になるように、成長方向と逆方向に種結晶保持部を相対移動させることにより、周囲の多結晶の付着を防止できる単結晶製造装置が提案されている。
さらに、特許文献３においては、周辺に成長した多結晶を一旦除去し、再度成長行う方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１の方法においては、単結晶の周りに多結晶が生じることを実際上回避できず、単結晶の先細りが発生するおそれがある。また、支持部材の可動時に上記成長容器内に塵が発生し、成長結晶に悪影響を及ぼすおそれがある。また、特許文献２の方法においては、単結晶の周囲に可動部があるため、発生したカーボン微粒子などが成長中の結晶に混入しやすく、結晶品質を劣化させてしまうおそれがある。また、特許文献３の方法においては、周辺多結晶の成長による単結晶部の先細りに対してはある程度の効果があるが、単結晶部の放熱性は成長と共に悪くなり、成長速度が急激に低下するおそれがある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、大口径及び長尺の、高品質なＳｉＣ単結晶を短時間で製造できるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供しようとするものである。
本発明は、成長容器内にＳｉＣ種結晶を配置し、該ＳｉＣ種結晶の成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させて、ＳｉＣ単結晶を製造する方法において、
上記成長容器としては、ＳｉＣ原料が供給される本体部とその上部に配置される上蓋とを有し、該上蓋に上記成長容器の外部に向けて凹んだ種収容部を形成したものを用い、
上記ＳｉＣ種結晶としては、成長方向に２０ｍｍ以上の厚さを有し、その側面部に該側面部を覆う保護材が接着剤により一体的に接合されたものを用い、
上記ＳｉＣ種結晶を、その上記成長面とＳｉＣ原料の発生源とが対向するよう上記種収容部に埋め込み、上記成長面と反対側の裏面を上記上蓋の内表面から上記ＳｉＣ原料の発生源と離れる方向に後退させて配置することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法にある（請求項１）。
上記成長容器としては、ＳｉＣ原料が供給される本体部とその上部に配置される上蓋とを有し、該上蓋に上記成長容器の外部に向けて凹んだ種収容部を形成したものを用い、
上記ＳｉＣ種結晶としては、成長方向に２０ｍｍ以上の厚さを有し、その側面部に該側面部を覆う保護材が接着剤により一体的に接合されたものを用い、
上記ＳｉＣ種結晶を、その上記成長面とＳｉＣ原料の発生源とが対向するよう上記種収容部に埋め込み、上記成長面と反対側の裏面を上記上蓋の内表面から上記ＳｉＣ原料の発生源と離れる方向に後退させて配置することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法にある（請求項１）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明の製造方法においては、上記ＳｉＣ種結晶として成長方向に２０ｍｍ以上の厚さを有する比較的長尺のものを用いる。そのため、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面を上記成長容器内に露出させたまま、上記ＳｉＣ種結晶を上蓋の上記種収容部に埋め込んだ配置構成を容易かつ確実に実現することができる。
本発明の製造方法においては、上記ＳｉＣ種結晶として成長方向に２０ｍｍ以上の厚さを有する比較的長尺のものを用いる。そのため、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面を上記成長容器内に露出させたまま、上記ＳｉＣ種結晶を上蓋の上記種収容部に埋め込んだ配置構成を容易かつ確実に実現することができる。
また、上記の埋め込んだ配置構成の実現により、上記ＳｉＣ種結晶は、その上記成長面と反対側の上記裏面を上記上蓋の内表面から後退させ、上記成長面の露出位置よりも低温となり易い位置に配置することができる。そのため、上記ＳｉＣ種結晶上に成長するＳｉＣ単結晶の熱を上記裏面を介して効率的に放出することができる。それ故、上記ＳｉＣ単結晶の成長中に上記ＳｉＣ種結晶の周囲に成長する多結晶の放熱性よりも、上記ＳｉＣ種結晶上に成長するＳｉＣ単結晶（以下、適宜成長結晶という）の放熱性を高くすることができる。したがって、上記ＳｉＣ単結晶の成長速度の低下を防止することができ、また、上記ＳｉＣ単結晶の先端に発生しうる先細りを防止することができる。
なお、上記ＳｉＣ単結晶の放熱性は、上記種収容部を外部に連通する開口部とした場合に、より一層向上させることができる。
なお、上記ＳｉＣ単結晶の放熱性は、上記種収容部を外部に連通する開口部とした場合に、より一層向上させることができる。
また、本発明の製造方法において、上記ＳｉＣ種結晶は、その上記成長面と反対側の裏面を上記上蓋の内表面から上記ＳｉＣ原料の発生源と離れる方向に後退させて配置する。
そのため、上記ＳｉＣ種結晶の周囲に成長する多結晶が、上記ＳｉＣ種結晶上に成長する成長結晶に悪影響を及ぼして、上記ＳｉＣ単結晶の品質が劣化することを防止することができる。
特に、上記ＳｉＣ種結晶上に繰り返しＳｉＣ単結晶を成長させてＳｉＣ単結晶の長尺化や大口径化を図る場合には、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶を再び上記ＳｉＣ種結晶として用い、該ＳｉＣ種結晶の上記裏面を上記上蓋の内表面から後退させるように配置して成長させることができる。このとき、上記ＳｉＣ種結晶は、その大部分を上記成長容器の内表面よりも後退させて配置することができるため、周囲にて成長する多結晶の影響をほとんど受けない。そのため、長尺又は大口径のＳｉＣ単結晶を高品質な状態で得ることができる。
そのため、上記ＳｉＣ種結晶の周囲に成長する多結晶が、上記ＳｉＣ種結晶上に成長する成長結晶に悪影響を及ぼして、上記ＳｉＣ単結晶の品質が劣化することを防止することができる。
特に、上記ＳｉＣ種結晶上に繰り返しＳｉＣ単結晶を成長させてＳｉＣ単結晶の長尺化や大口径化を図る場合には、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶を再び上記ＳｉＣ種結晶として用い、該ＳｉＣ種結晶の上記裏面を上記上蓋の内表面から後退させるように配置して成長させることができる。このとき、上記ＳｉＣ種結晶は、その大部分を上記成長容器の内表面よりも後退させて配置することができるため、周囲にて成長する多結晶の影響をほとんど受けない。そのため、長尺又は大口径のＳｉＣ単結晶を高品質な状態で得ることができる。
一般に、長尺化や大口径化を図ると、ＳｉＣ単結晶は放熱性が低下し成長速度が遅くなったり、周囲の多結晶からの悪影響を受けやすく品質が劣化し易くなる。しかし、本発明においては、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶の上記裏面を上記上蓋の内表面から後退させるように上記ＳｉＣ種結晶を配置しているため、上記ＳｉＣ種結晶及び該ＳｉＣ種結晶上に成長する上記ＳｉＣ単結晶の熱を上記成長容器の外部へ効率的に排出することができ、成長速度の低下を防止できる。それ故、大口径で長尺のＳｉＣ単結晶を短時間で製造できる。
また、本発明の製造方法においては、従来のごとく、上記成長容器内に可動部等の装置を設ける必要がない。そのため、摩擦や振動によって上記成長容器内に塵が発生することがほとんどない。それ故、成長結晶中に異物などが混入することを防止でき、高品質のＳｉＣ単結晶を作製することができる。
以上のごとく、本発明によれば、大口径及び長尺の、高品質なＳｉＣ単結晶を短時間で製造できるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することができる。
以上のごとく、本発明によれば、大口径及び長尺の、高品質なＳｉＣ単結晶を短時間で製造できるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することができる。
本発明（請求項１）において、上記ＳｉＣ種結晶としては、その成長方向の厚みが２０ｍｍ以上のものを用いる。上記ＳｉＣ種結晶の厚みが２０ｍｍ未満の場合には、上記種収容部に埋め込み、上記裏面を上記上蓋の内表面から後退させて配置することが困難になる。その結果、上述の作用効果が得られなくなるおそれがある。
また、上記成長容器は、その上記上蓋に、上記成長容器の外部に向けて凹んだ上記種収容部を有しており、上記ＳｉＣ種結晶をこの種収容部に埋め込んで配置する。上記ＳｉＣ種結晶の形状は、例えば円柱状、角柱状、及び直方体状等があり、上記上蓋の上記種収容部は、このＳｉＣ種結晶の形状に合わせて形成することができる。
また、上記成長容器の上記本体部には、上記ＳｉＣ原料が供給される。後述の昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させる場合には、上記ＳｉＣ原料として、例えばＳｉＣ粉末等を供給することができる。また、後述のＣＶＤ法によりＳｉＣ単結晶を成長させる場合には、上記ＳｉＣ原料として、例えばケイ素を含有するケイ素含有ガスと炭素を含有する炭素含有ガスとを供給することができる。ケイ素含有ガスとしては例えばＳｉＨ4等があり、また炭素含有ガスとしては例えばＣ3Ｈ8等がある。
上記ＳｉＣ種結晶上にバルク上のＳｉＣ単結晶を成長させる方法としては、例えば昇華再析出法や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを利用することができる。
好ましくは、昇華再析出法がよい。この場合には、充分な成長高さが得られるため、より短時間で、大口径で長尺のＳｉＣ単結晶を得ることができる。
好ましくは、昇華再析出法がよい。この場合には、充分な成長高さが得られるため、より短時間で、大口径で長尺のＳｉＣ単結晶を得ることができる。
また、本発明において、上記ＳｉＣ種結晶としては、本発明の製造方法により作製したＳｉＣ単結晶を用いることができる。即ち、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面上に上記ＳｉＣ単結晶を成長させてＳｉＣ単結晶を作製し、該ＳｉＣ単結晶を上記ＳｉＣ種結晶として再び用いて、その上記成長面上に上記ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。このように繰り返してＳｉＣ単結晶を成長させることにより、上記ＳｉＣ単結晶のさらなる大口径化及び長尺化が可能になる。
上記ＳｉＣ種結晶としては、例えば昇華再析出法等により成長したＳｉＣ単結晶から切断・成形・研磨して作製された単結晶基板等を用いることができる。
上記ＳｉＣ種結晶において、上記ＳｉＣ単結晶の成長に用いる上記成長面は、化学洗浄等により付着物を除去し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）及び犠牲酸化等により切断や研磨に伴う加工変質層を除去しておくことが好ましい。このように、付着物や加工変質層を除去しておくことにより、成長結晶内に上記種結晶から欠陥が継承されるのを防止することができ、高品質のＳｉＣ単結晶を作製することができる。
上記ＳｉＣ種結晶において、上記ＳｉＣ単結晶の成長に用いる上記成長面は、化学洗浄等により付着物を除去し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）及び犠牲酸化等により切断や研磨に伴う加工変質層を除去しておくことが好ましい。このように、付着物や加工変質層を除去しておくことにより、成長結晶内に上記種結晶から欠陥が継承されるのを防止することができ、高品質のＳｉＣ単結晶を作製することができる。
次に、上記ＳｉＣ種結晶の側面部の少なくとも一部には、該側面部を覆う保護材が配設されていることが好ましい。
この場合には、上記成長容器の内側において、該成長容器の内表面から成長する多結晶が上記ＳｉＣ種結晶に悪影響を及ぼして該ＳｉＣ種結晶から成長するＳｉＣ単結晶に転位が発生することを防止できる。また、上記保護材が上記ＳｉＣ種結晶の側面における上記成長容器の外側に位置する部分に配設されている場合には、上記成長容器の外側において、上記ＳｉＣ種結晶からＳｉＣが昇華してしまうことを防止することができる。
この場合には、上記成長容器の内側において、該成長容器の内表面から成長する多結晶が上記ＳｉＣ種結晶に悪影響を及ぼして該ＳｉＣ種結晶から成長するＳｉＣ単結晶に転位が発生することを防止できる。また、上記保護材が上記ＳｉＣ種結晶の側面における上記成長容器の外側に位置する部分に配設されている場合には、上記成長容器の外側において、上記ＳｉＣ種結晶からＳｉＣが昇華してしまうことを防止することができる。
また、上記保護材は、上記ＳｉＣ種結晶の側面のみならず、上記ＳｉＣ種結晶における上記成長面と反対側の上記裏面に配設することもできる。この場合には、上記ＳｉＣ種結晶の裏面からＳｉＣが昇華してしまうことを防止できる。
また、上記保護材としては黒鉛よりなるものを用いることができる。この場合には、上記保護材は、上記ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させるときの例えば１８００℃〜２５００℃という高い温度においても安定に存在できる。また、上記保護材としては、例えば黒鉛よりなる板を上記ＳｉＣ種結晶に貼付することにより配設することができる。また、上記保護材としては、黒鉛粉末を分散させたフェノール樹脂等を上記ＳｉＣ種結晶に塗布し焼成して、膜状の黒鉛を形成させることによっても配設することができる。
また、上記ＳｉＣ種結晶と、上記保護材とは一体的に接合されていることが好ましい。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との接着性が高まり、上記ＳｉＣ種結晶の放熱性を向上させることができる。また、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材とが一体的に接合されていない場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との間でＳｉＣの昇華再析出が起き、上記ＳｉＣ種結晶上に成長する上記ＳｉＣ単結晶に欠陥が発生するおそれがある。上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材とは、例えば接着剤等を用いて一体的に接合させることができる。
また、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との間に、後述の応力緩衝材を配設する場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材とを、上記応力緩衝材を介して一体的に接合させることができる。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との接着性が高まり、上記ＳｉＣ種結晶の放熱性を向上させることができる。また、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材とが一体的に接合されていない場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との間でＳｉＣの昇華再析出が起き、上記ＳｉＣ種結晶上に成長する上記ＳｉＣ単結晶に欠陥が発生するおそれがある。上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材とは、例えば接着剤等を用いて一体的に接合させることができる。
また、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との間に、後述の応力緩衝材を配設する場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材とを、上記応力緩衝材を介して一体的に接合させることができる。
また、上記保護材と上記ＳｉＣ種結晶との間には、両者の間にはたらく熱応力を緩和するための応力緩衝材が配設されていることが好ましい（請求項２）。
また、上記保護材と上記上蓋との間には、両者の間に働く熱応力を緩和するための応力緩衝材が配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との熱膨張差や、上記保護材と上記成長容器の上蓋との熱膨張差に起因した応力を緩衝することができる。即ち、上記応力緩衝材は、熱膨張差に起因した応力を歪みとして吸収することができる。そのため、上記ＳｉＣ種結晶に応力がほとんどかからない状態でＳｉＣ単結晶を成長させることができ、格子面の反りやマクロ欠陥の発生を防止することができる。このような応力緩衝材としては、例えば一定の柔軟性を有するものを用いることができる。具体的には、後述するごとく、例えば一定の引張強度又は／及びヤング率を有するものを用いることができる。
また、上記保護材と上記上蓋との間には、両者の間に働く熱応力を緩和するための応力緩衝材が配設されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との熱膨張差や、上記保護材と上記成長容器の上蓋との熱膨張差に起因した応力を緩衝することができる。即ち、上記応力緩衝材は、熱膨張差に起因した応力を歪みとして吸収することができる。そのため、上記ＳｉＣ種結晶に応力がほとんどかからない状態でＳｉＣ単結晶を成長させることができ、格子面の反りやマクロ欠陥の発生を防止することができる。このような応力緩衝材としては、例えば一定の柔軟性を有するものを用いることができる。具体的には、後述するごとく、例えば一定の引張強度又は／及びヤング率を有するものを用いることができる。
上記応力緩衝材は、その引張強度が１０ＭＰａ以下であることが好ましい。上記応力緩衝材の引張強度が１０ＭＰａを越える場合には、上記応力緩衝材と、上記ＳｉＣ種結晶や上記保護材との間の熱膨張差に起因して応力が発生し、この応力が成長中のＳｉＣ単結晶に加えられることにより、得られるＳｉＣ単結晶の品質が劣化するおそれがある。
また、上記応力緩衝材は、そのヤング率が５ＧＰａ以下であることが好ましい。上記応力緩衝材のヤング率が５ＧＰａを越える場合には、上記応力緩衝材と、上記ＳｉＣ種結晶や上記保護材との間の熱膨張差に起因して発生する応力により、得られるＳｉＣ単結晶の品質が劣化するおそれがある。
また、上記応力緩衝材は、そのヤング率が５ＧＰａ以下であることが好ましい。上記応力緩衝材のヤング率が５ＧＰａを越える場合には、上記応力緩衝材と、上記ＳｉＣ種結晶や上記保護材との間の熱膨張差に起因して発生する応力により、得られるＳｉＣ単結晶の品質が劣化するおそれがある。
また、上記応力緩衝材としては、柔軟性黒鉛シートを用いることができる。柔軟性黒鉛シートは、該柔軟性黒鉛シートを構成している結晶粒子のｃ軸が厚さ方向に配向しているため、１〜１０ＭＰａという低い引張強度を示すことができる。そのため、この場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との間、又は上記保護材と上記上蓋との間に生じる熱応力を充分に緩衝することができる。
また、上記柔軟性黒鉛シートは、上記ＳｉＣ単結晶を成長させる際の例えば１８００℃〜２５００℃という高い温度においても安定に存在できるため、上記応力緩衝材として適している。
また、上記柔軟性黒鉛シートは、上記ＳｉＣ単結晶を成長させる際の例えば１８００℃〜２５００℃という高い温度においても安定に存在できるため、上記応力緩衝材として適している。
また、上記応力緩衝材は、その厚みが０．０１〜３．０ｍｍであることが好ましい。応力緩衝材の厚みが０．０１ｍｍ未満の場合には、上記ＳｉＣ種結晶と上記保護材との間、又は上記保護材と上記上蓋との間の熱膨張差に起因する応力を充分に緩衝することができないおそれがある。一方、３．０ｍｍ越える場合には、上記ＳｉＣ種結晶の冷却効率が悪くなり、成長速度が遅くなるおそれがある。
また、上記ＳｉＣ種結晶として、ｃ面よりオフセット角度６０°以内の面を上記成長面として露出させたものを用いることが好ましい（請求項４）
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶は、略ｃ軸方向（＜０００１＞方向）に成長し、所謂ｃ面成長を行うことができる。そして、このようにｃ面成長をおこなうことにより、積層欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を作製することができる。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶は、略ｃ軸方向（＜０００１＞方向）に成長し、所謂ｃ面成長を行うことができる。そして、このようにｃ面成長をおこなうことにより、積層欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を作製することができる。
また、上記ＳｉＣ種結晶として、ｃ面と略垂直な面を上記成長面として露出させたものを用いることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶はｃ軸と略垂直な方向に成長し、所謂ａ面成長を行うことができる。そして、このようにａ面成長をおこなうことにより、マイクロパイプ欠陥や螺旋転位の少ないＳｉＣ単結晶を作製することができる。また、本発明においては、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶を上記種収容部に埋め込んで配置するため、この場合には、略＜１−１００＞軸又は略＜１１−２０＞軸方向に長尺なＳｉＣ単結晶を作製することができる。また、このようなＳｉＣ単結晶は、そのｃ面側から見るとｃ面が大口径化したものとなる。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶はｃ軸と略垂直な方向に成長し、所謂ａ面成長を行うことができる。そして、このようにａ面成長をおこなうことにより、マイクロパイプ欠陥や螺旋転位の少ないＳｉＣ単結晶を作製することができる。また、本発明においては、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶を上記種収容部に埋め込んで配置するため、この場合には、略＜１−１００＞軸又は略＜１１−２０＞軸方向に長尺なＳｉＣ単結晶を作製することができる。また、このようなＳｉＣ単結晶は、そのｃ面側から見るとｃ面が大口径化したものとなる。
具体的には、図２２に示すごとく、ＳｉＣ単結晶は、その主要な面方位として｛０００１｝面（ｃ面）と、｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ａ面）及び｛１１−２０｝面（ａ面）とを有している。そして、一般的には、ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させる際には、｛０００１｝面（ｃ面）又は｛０００１｝面からオフセット角度１０°以内の面を種結晶の成長面として露出するＳｉＣ種結晶を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるという、所謂ｃ面成長が行われる。ところが、このようなｃ面成長を行って得られる成長結晶（ｃ面成長結晶）中には、＜０００１＞方向と略平行な方向にマイクロパイプ欠陥や螺旋転位等の欠陥が非常に多く発生する。
上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶をｃ軸（＜０００１＞方向）と略垂直な方向に成長させるという、所謂ａ面成長を行うことにより、マイクロパイプ欠陥や螺旋転位が少なく、略＜１−１００＞軸又は略＜１１−２０＞軸方向に長尺なＳｉＣ単結晶が得られる。このようなＳｉＣ単結晶は、上記のごとく、そのｃ面側から見るとｃ面が大口径化したものとなる。
上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶をｃ軸（＜０００１＞方向）と略垂直な方向に成長させるという、所謂ａ面成長を行うことにより、マイクロパイプ欠陥や螺旋転位が少なく、略＜１−１００＞軸又は略＜１１−２０＞軸方向に長尺なＳｉＣ単結晶が得られる。このようなＳｉＣ単結晶は、上記のごとく、そのｃ面側から見るとｃ面が大口径化したものとなる。
また、上記ａ面成長を繰り返しおこなうことにより、ＳｉＣ単結晶中の欠陥や転位を一層低減させることができる。また、上記ａ面成長を繰り返し行うことにより、ｃ面（｛０００１｝面）をさらに大口径化させることができる。即ち、上記ＳｉＣ種結晶を略＜１−１００＞方向（又は略＜１１−２０＞方向）に成長させてＳｉＣ単結晶を作製し、該ＳｉＣ単結晶を種結晶として用いて、略＜１１−２０＞方向（又は略＜１−１００＞方向）に成長させることにより、｛０００１｝面（ｃ面）の大口径化を図ることができる。
また、上記のごとく、ｃ面と略垂直な面を上記成長面として露出させたＳｉＣ種結晶を成長させて得られるＳｉＣ単結晶、即ちａ面成長を行って得られるＳｉＣ単結晶から、｛０００１｝面又は｛０００１｝面からオフセット角度６０℃以内の面を成長面として露出させたＳｉＣ種結晶を作製し、該ＳｉＣ種結晶上にさらにＳｉＣ単結晶を成長させることが好ましい。
この場合には、大口径化したｃ面を有し、かつ螺旋転位、マイクロパイプ欠陥、及び積層欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができる。
即ち、ａ面成長においては、上記のごとく螺旋転位やマイクロパイプ欠陥を低減させることができるが、＜１−１００＞方向（又は＜１１−２０＞方向）と略平行な向きに積層欠陥が発生する。上記のごとく、ａ面成長を行って螺旋転位やマイクロパイプ欠陥を低減させた後に、ｃ面成長（略＜０００１＞方向への成長）を行うことにより、螺旋転位及びマイクロパイプ欠陥がほとんどなく、さらに積層欠陥もほとんどない高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。積層欠陥は、略＜０００１＞方向への成長にはほとんど発生しないからである。
この場合には、大口径化したｃ面を有し、かつ螺旋転位、マイクロパイプ欠陥、及び積層欠陥の少ない高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができる。
即ち、ａ面成長においては、上記のごとく螺旋転位やマイクロパイプ欠陥を低減させることができるが、＜１−１００＞方向（又は＜１１−２０＞方向）と略平行な向きに積層欠陥が発生する。上記のごとく、ａ面成長を行って螺旋転位やマイクロパイプ欠陥を低減させた後に、ｃ面成長（略＜０００１＞方向への成長）を行うことにより、螺旋転位及びマイクロパイプ欠陥がほとんどなく、さらに積層欠陥もほとんどない高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。積層欠陥は、略＜０００１＞方向への成長にはほとんど発生しないからである。
なお、本明細書、特許請求の範囲、及び図面において、｛０００１｝、｛１−１００｝、及び｛１１−２０｝は、所謂結晶面の面指数を表している。上記面指数において、「−」記号は通常数字の上に付されるが、本明細書及び図面においては、書類作成の便宜のため数字の左側に付した。また、＜０００１＞、＜１−１００＞、及び＜１１−２０＞は、結晶内の方向を表し、「−」記号の取り扱いについては、上記面指数と同様である。
次に、上記ＳｉＣ種結晶は、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域を少なくとも一部に有することが好ましい（請求項６）。
この場合には、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域を有する上記ＳｉＣ種結晶を、ｃ軸方向（＜０００１＞方向）と略垂直な方向に成長させることにより、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域と螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2未満の領域とを有するＳｉＣ単結晶を作製することができる。螺旋転位はｃ軸方向と略垂直な方向にはほとんど継承されないからである。そして、このＳｉＣ単結晶から螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域と、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2未満の領域とを含み、かつｃ面からオフセット角度６０°以内の面が露出するように新たにＳｉＣ種結晶を切り出すことにより、後述の転位制御種結晶を作製することができる。また、本発明においては、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶を上記成長容器の上記種収容部に埋め込み、成長容器の内表面から後退させて配置するため、上記のごとく、ｃ軸方向（＜０００１＞方向）と略垂直な方向に成長させることにより、＜０００１＞方向と略垂直な方向に長尺なＳｉＣ単結晶を得ることができる。したがって、該ＳｉＣ単結晶から切り出して得られる上記転位制御種結晶を大口径のものにすることができる。
この場合には、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域を有する上記ＳｉＣ種結晶を、ｃ軸方向（＜０００１＞方向）と略垂直な方向に成長させることにより、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域と螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2未満の領域とを有するＳｉＣ単結晶を作製することができる。螺旋転位はｃ軸方向と略垂直な方向にはほとんど継承されないからである。そして、このＳｉＣ単結晶から螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2以上の領域と、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2未満の領域とを含み、かつｃ面からオフセット角度６０°以内の面が露出するように新たにＳｉＣ種結晶を切り出すことにより、後述の転位制御種結晶を作製することができる。また、本発明においては、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶を上記成長容器の上記種収容部に埋め込み、成長容器の内表面から後退させて配置するため、上記のごとく、ｃ軸方向（＜０００１＞方向）と略垂直な方向に成長させることにより、＜０００１＞方向と略垂直な方向に長尺なＳｉＣ単結晶を得ることができる。したがって、該ＳｉＣ単結晶から切り出して得られる上記転位制御種結晶を大口径のものにすることができる。
以下、上記転位制御種結晶について説明する。
上記転位制御種結晶は、｛０００１｝面よりオフセット角度６０°以内の面を成長面として有し、成長中のＳｉＣ単結晶に螺旋転位を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で発生することができる螺旋転位発生可能領域を、上記成長面上の５０％以下の領域に有すると共に、上記成長面上における上記螺旋転位発生可能領域以外の領域には、上記成長面上に露出している螺旋転位が螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満である低密度螺旋転位領域を有する。
そして、該転位制御種結晶の上記成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させるときにおいては、該ＳｉＣ単結晶の成長途中の表面である途中表面に、平坦なｃ面ファセットが形成され、かつ該ｃ面ファセットと、上記成長面上の上記螺旋転位発生可能領域をｃ軸方向又は上記成長面に垂直な方向において上記途中表面に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるようにＳｉＣ単結晶を成長させることが好ましい（請求項７）。
上記転位制御種結晶は、｛０００１｝面よりオフセット角度６０°以内の面を成長面として有し、成長中のＳｉＣ単結晶に螺旋転位を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で発生することができる螺旋転位発生可能領域を、上記成長面上の５０％以下の領域に有すると共に、上記成長面上における上記螺旋転位発生可能領域以外の領域には、上記成長面上に露出している螺旋転位が螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満である低密度螺旋転位領域を有する。
そして、該転位制御種結晶の上記成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させるときにおいては、該ＳｉＣ単結晶の成長途中の表面である途中表面に、平坦なｃ面ファセットが形成され、かつ該ｃ面ファセットと、上記成長面上の上記螺旋転位発生可能領域をｃ軸方向又は上記成長面に垂直な方向において上記途中表面に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるようにＳｉＣ単結晶を成長させることが好ましい（請求項７）。
このように上記転位制御種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させた場合には、上記螺旋転位発生可能領域から成長中のＳｉＣ単結晶中に螺旋転位が発生すると共に、その少なくとも一部が成長中のＳｉＣ単結晶の上記ｃ面ファセット内に位置するように、上記ＳｉＣ単結晶が成長する。その結果、上記ＳｉＣ単結晶中に異種多形結晶や異方位結晶が形成されることを防止することができる。また、成長中にランダムに螺旋転位が発生することを防止することができる。それ故、上記ＳｉＣ単結晶の品質をさらに向上させることができる。
上記螺旋転位発生可能領域は、螺旋転位を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で発生できる領域である。
上記螺旋転位発生領域から発生する螺旋転位が１００個／ｃｍ2未満の場合には、成長中のＳｉＣ単結晶に異種多形や異方位結晶が形成されるおそれがある。
また、上記螺旋転位発生可能領域は、上記転位制御種結晶における上記成長面上の５０％以下の領域にある。上記螺旋転位発生可能領域が５０％を越える場合には、成長後に得られる上記ＳｉＣ単結晶中に多くの螺旋転位が形成され、ＳｉＣ単結晶の品質が劣化するおそれがある。好ましくは、上記螺旋転位発生可能領域は、上記成長面上の３０％以下であることがよい。より好ましくは、１０％以下である。
上記螺旋転位発生領域から発生する螺旋転位が１００個／ｃｍ2未満の場合には、成長中のＳｉＣ単結晶に異種多形や異方位結晶が形成されるおそれがある。
また、上記螺旋転位発生可能領域は、上記転位制御種結晶における上記成長面上の５０％以下の領域にある。上記螺旋転位発生可能領域が５０％を越える場合には、成長後に得られる上記ＳｉＣ単結晶中に多くの螺旋転位が形成され、ＳｉＣ単結晶の品質が劣化するおそれがある。好ましくは、上記螺旋転位発生可能領域は、上記成長面上の３０％以下であることがよい。より好ましくは、１０％以下である。
また、上記螺旋転位発生可能領域は、上記転位制御種結晶の端部に形成されていることが好ましい。
この場合には、上記螺旋転位発生可能領域から成長中のＳｉＣ単結晶中に発生する螺旋転位の位置を、上記ＳｉＣ単結晶の端部にすることができる。そして、この場合には、上記ＳｉＣ単結晶において、螺旋転位が発生したＳｉＣ単結晶の端部を切除することにより、螺旋転位がほとんどないＳｉＣ単結晶を作製することができる。
なお、螺旋転位が発生した部分は切除せずに、成長後の上記ＳｉＣ単結晶をそのままＳｉＣ半導体等に用いることもできる。
この場合には、上記螺旋転位発生可能領域から成長中のＳｉＣ単結晶中に発生する螺旋転位の位置を、上記ＳｉＣ単結晶の端部にすることができる。そして、この場合には、上記ＳｉＣ単結晶において、螺旋転位が発生したＳｉＣ単結晶の端部を切除することにより、螺旋転位がほとんどないＳｉＣ単結晶を作製することができる。
なお、螺旋転位が発生した部分は切除せずに、成長後の上記ＳｉＣ単結晶をそのままＳｉＣ半導体等に用いることもできる。
また、上記転位制御種結晶は、上記成長面上に露出している螺旋転位が螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満である低密度螺旋転位領域を有している。
上記低密度螺旋転位領域の螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2を越える場合には、成長後に得られる上記ＳｉＣ単結晶中に、多くの螺旋転位が形成され、上記ＳｉＣ単結晶の品質が低下するおそれがある。好ましくは、上記低密度螺旋転位領域は、螺旋転位密度が１０個／ｃｍ2未満であることがよい。より好ましくは１個／ｃｍ2未満がよい。最も好ましくは０個／ｃｍ2がよい。
上記低密度螺旋転位領域の螺旋転位密度が１００個／ｃｍ2を越える場合には、成長後に得られる上記ＳｉＣ単結晶中に、多くの螺旋転位が形成され、上記ＳｉＣ単結晶の品質が低下するおそれがある。好ましくは、上記低密度螺旋転位領域は、螺旋転位密度が１０個／ｃｍ2未満であることがよい。より好ましくは１個／ｃｍ2未満がよい。最も好ましくは０個／ｃｍ2がよい。
また、上記転位制御種結晶の上記成長面は、｛０００１｝面よりオフセット角度６０°以内の面である。６０°を越える場合には、上記ＳｉＣ単結晶の上記途中表面に、ｃ面ファセットが形成されないおそれがある。また、上記ＳｉＣ単結晶に積層欠陥が発生し、ＳｉＣ単結晶の品質が低下するおそれがある。
また、上記螺旋転位発生可能領域は、例えばＳｉＣ種結晶の成長面上に、機械加工、研削加工、及びイオン注入処理等の表面処理を施し、その結晶構造に部分的に乱れを生じさせることにより形成することもできる。
次に、上記ＳｉＣ種結晶上に成長したＳｉＣ単結晶を、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面と略平行な方向に切断して取り外し、該ＳｉＣ種結晶上に再びＳｉＣ単結晶を成長させることが好ましい（請求項８）
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶から連続的に高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。
一般に、ＳｉＣの単結晶成長においては、成長中に成長結晶（ＳｉＣ単結晶）に異種多形が混入し、成長結晶の品質を著しく劣化させるおそれがある。そのため、種結晶上に成長した成長結晶をスライスして新たに種結晶を作製すると、該種結晶中に、成長結晶に混入した異種多結晶が含まれ種結晶として用いることができないおそれがある。
そこで、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶上に成長したＳｉＣ単結晶を、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面と略平行な方向に切断して取り外し、該ＳｉＣ種結晶上に再びＳｉＣ単結晶を成長させると、たとえ成長中に異種多結晶が発生したとしても、成長したＳｉＣ単結晶は取り外されるため、繰り返しＳｉＣ単結晶の成長を行うことができる。即ち、上記ＳｉＣ種結晶を繰り返し使い回すことが可能になる。
この場合には、上記ＳｉＣ種結晶から連続的に高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。
一般に、ＳｉＣの単結晶成長においては、成長中に成長結晶（ＳｉＣ単結晶）に異種多形が混入し、成長結晶の品質を著しく劣化させるおそれがある。そのため、種結晶上に成長した成長結晶をスライスして新たに種結晶を作製すると、該種結晶中に、成長結晶に混入した異種多結晶が含まれ種結晶として用いることができないおそれがある。
そこで、上記のごとく、上記ＳｉＣ種結晶上に成長したＳｉＣ単結晶を、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面と略平行な方向に切断して取り外し、該ＳｉＣ種結晶上に再びＳｉＣ単結晶を成長させると、たとえ成長中に異種多結晶が発生したとしても、成長したＳｉＣ単結晶は取り外されるため、繰り返しＳｉＣ単結晶の成長を行うことができる。即ち、上記ＳｉＣ種結晶を繰り返し使い回すことが可能になる。
また、一般に厚みが１ｍｍ程度の薄い種結晶を、成長容器の台座に保持して成長させる場合においては、種結晶は台座の熱応力を受けて品質が劣化するため、これを種結晶として繰り返し使い回すことは困難である。しかし、本発明においては、上記のごとく、２０ｍｍ以上の厚さを有するＳｉＣ種結晶を、上記種収容部に埋め込み、上記ＳｉＣ原料の発生源と離れる方向に後退させて配置して成長を行っている。そのため、台座の熱応力をほとんど受けることはなく、ＳｉＣ種結晶の品質はほとんど劣化しないため、上記のごとくＳｉＣ種結晶を使い回すことができる。
また、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶には、そのＳｉＣ種結晶側に、上記ＳｉＣ種結晶から継承されたｃ面に平行な積層欠陥が含まれる場合がある。
したがって、上記ＳｉＣ種結晶から継承されたｃ面に平行な積層欠陥を完全に排出するため、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶のうち、積層欠陥を含まない高品質な部分のみを取り外し、積層欠陥が含まれる部分をＳｉＣ種結晶側に残して新たなＳｉＣ種結晶として用いることが好ましい。即ち、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶を取り外す際に、積層欠陥が含まれる成長高さ以上でＳｉＣ単結晶を取り外し、積層欠陥が含まれる成長高さ以下の部分をＳｉＣ種結晶に残し、該種結晶を再びＳｉＣ種結晶として利用することが好ましい。この場合には、再度成長を行って得られるＳｉＣ単結晶は全領域において積層欠陥を含まない高品質なものとなり、歩留まりが向上する。なお、上記の成長高さは、上記ＳｉＣ単結晶における上記ＳｉＣ種結晶の成長面からの高さである。
したがって、上記ＳｉＣ種結晶から継承されたｃ面に平行な積層欠陥を完全に排出するため、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶のうち、積層欠陥を含まない高品質な部分のみを取り外し、積層欠陥が含まれる部分をＳｉＣ種結晶側に残して新たなＳｉＣ種結晶として用いることが好ましい。即ち、上記ＳｉＣ種結晶上に成長した上記ＳｉＣ単結晶を取り外す際に、積層欠陥が含まれる成長高さ以上でＳｉＣ単結晶を取り外し、積層欠陥が含まれる成長高さ以下の部分をＳｉＣ種結晶に残し、該種結晶を再びＳｉＣ種結晶として利用することが好ましい。この場合には、再度成長を行って得られるＳｉＣ単結晶は全領域において積層欠陥を含まない高品質なものとなり、歩留まりが向上する。なお、上記の成長高さは、上記ＳｉＣ単結晶における上記ＳｉＣ種結晶の成長面からの高さである。
（実施例１）
次に、本発明の実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例は、成長容器内に２０ｍｍ以上の厚さを有するＳｉＣ種結晶を配置し、該ＳｉＣ種結晶の成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させてＳｉＣ単結晶を製造する例である。
次に、本発明の実施例につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例は、成長容器内に２０ｍｍ以上の厚さを有するＳｉＣ種結晶を配置し、該ＳｉＣ種結晶の成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させてＳｉＣ単結晶を製造する例である。
まず、以下のようにして、厚さ２０ｍｍ以上のＳｉＣ種結晶を準備する。具体的には、ｃ面を成長面として露出する種結晶を準備し、該種結晶を成長させた後、２０ｍｍ以上厚みで切り出してＳｉＣ種結晶を作製する。
種結晶の成長には、図１に示すごとく、成長容器２として、ＳｉＣ原料粉末２３が供給される本体部２１と、該本体部２１から取り外し可能な上蓋２２とを有する坩堝を用いた。本体部２１は、ＳｉＣ原料粉末２３や、種結晶、ＳｉＣ単結晶等を出し入れするために、その上部を開口させてあり、上蓋２２はこの開口部分を塞ぐように配置される。また、上蓋２２は、周囲よりも突出した台座２２５を有しており、種結晶はこの台座２２５に配置される。
種結晶の成長には、図１に示すごとく、成長容器２として、ＳｉＣ原料粉末２３が供給される本体部２１と、該本体部２１から取り外し可能な上蓋２２とを有する坩堝を用いた。本体部２１は、ＳｉＣ原料粉末２３や、種結晶、ＳｉＣ単結晶等を出し入れするために、その上部を開口させてあり、上蓋２２はこの開口部分を塞ぐように配置される。また、上蓋２２は、周囲よりも突出した台座２２５を有しており、種結晶はこの台座２２５に配置される。
まず、本体部内の底部にＳｉＣ原料粉末２３を配置した。また、種結晶１を上蓋２２の台座２２５に接着剤により固定し、この上蓋２２を本体部２３の開口部分に配置した。このとき、ＳｉＣ原料粉末２３と種結晶１の成長面１５とが対向するように、成長面１５の反対側の面と台座２２５とを接着剤により固定した。種結晶１の厚みは、１ｍｍである。
次いで、成長容器２を減圧不活性雰囲気中で温度２１００〜２４００℃に加熱した。このとき、ＳｉＣ原料粉末２３側の温度を種結晶１側の温度よりも２０〜２００℃高く設定した。これにより、図２に示すごとく、成長容器２内のＳｉＣ原料粉末２３が加熱により昇華し、このＳｉＣ原料粉末２３よりも低温の種結晶１上にＳｉＣが堆積し、ＳｉＣ単結晶１０を得た（昇華再析出法）。
次いで、成長容器２を減圧不活性雰囲気中で温度２１００〜２４００℃に加熱した。このとき、ＳｉＣ原料粉末２３側の温度を種結晶１側の温度よりも２０〜２００℃高く設定した。これにより、図２に示すごとく、成長容器２内のＳｉＣ原料粉末２３が加熱により昇華し、このＳｉＣ原料粉末２３よりも低温の種結晶１上にＳｉＣが堆積し、ＳｉＣ単結晶１０を得た（昇華再析出法）。
次いで、このＳｉＣ単結晶１０を立方体状に成形し、図３に示すごとく、ｃ面を成長面３５として露出させてＳｉＣ種結晶３を作製した。その厚みは３０ｍｍであった。
続いて、図３及び図４に示すような成長容器４を用いて、上記ＳｉＣ種結晶３を成長させる。
同図に示すごとく、成長容器４は、ＳｉＣ原料粉末４３が供給される本体部４１と上蓋４２とからなる坩堝である。上蓋４２は、本体部４１から取り外し可能になっており、本体部４１の上部の開口部分を塞ぐ上蓋の役割を果たしている。また、上蓋４２は、その略中央に、成長容器４の外部に向けて凹んだ種収容部４２５としての開口部を有しており、ＳｉＣ種結晶は、この開口部４２５に配置される。
同図に示すごとく、成長容器４は、ＳｉＣ原料粉末４３が供給される本体部４１と上蓋４２とからなる坩堝である。上蓋４２は、本体部４１から取り外し可能になっており、本体部４１の上部の開口部分を塞ぐ上蓋の役割を果たしている。また、上蓋４２は、その略中央に、成長容器４の外部に向けて凹んだ種収容部４２５としての開口部を有しており、ＳｉＣ種結晶は、この開口部４２５に配置される。
まず、上記のようにして作製したＳｉＣ種結晶３の成長面（ｃ面）以外の面に、黒鉛板よりなる保護材３８を接着剤で貼付した。
次いで、保護材３８を貼付したＳｉＣ種結晶３を、その成長面３５とＳｉＣ原料粉末４３とが対向するように、成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、ＳｉＣ種結晶３は、その上記成長面３５と反対側の裏面３６を上記上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料の発生源、即ち本体部４１内のＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退させて配置した。
次に、成長容器４を加熱して、上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶３上にＳｉＣ原料を堆積させて、図４に示すごとくＳｉＣ単結晶３０を得た。
次いで、保護材３８を貼付したＳｉＣ種結晶３を、その成長面３５とＳｉＣ原料粉末４３とが対向するように、成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、ＳｉＣ種結晶３は、その上記成長面３５と反対側の裏面３６を上記上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料の発生源、即ち本体部４１内のＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退させて配置した。
次に、成長容器４を加熱して、上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶３上にＳｉＣ原料を堆積させて、図４に示すごとくＳｉＣ単結晶３０を得た。
続いて、上記のようにして得られたＳｉＣ単結晶３０を成形し、これを種結晶として用いてさらにＳｉＣ単結晶を成長させる。
即ち、図５に示すごとく、上記にて得られたＳｉＣ単結晶３０を立方体状に成形し、そのｃ面を成長面５５として露出させてＳｉＣ種結晶５を作製した。その厚み（高さ）は６０ｍｍであった。
このＳｉＣ種結晶５の成長面５５（ｃ面）以外の面に、上記と同様にして黒鉛板よりなる保護材５８を接着剤を用いて貼付し、図５に示すごとく、このＳｉＣ種結晶５を成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、同図に示すごとく、ＳｉＣ種結晶５は、上記成長面５５の反対側の裏面５６が上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退するよう配置した。そして、成長容器４を加熱して、図６に示すごとく、上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶５上にＳｉＣ原料を堆積させて、ＳｉＣ単結晶５０を得た。
即ち、図５に示すごとく、上記にて得られたＳｉＣ単結晶３０を立方体状に成形し、そのｃ面を成長面５５として露出させてＳｉＣ種結晶５を作製した。その厚み（高さ）は６０ｍｍであった。
このＳｉＣ種結晶５の成長面５５（ｃ面）以外の面に、上記と同様にして黒鉛板よりなる保護材５８を接着剤を用いて貼付し、図５に示すごとく、このＳｉＣ種結晶５を成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、同図に示すごとく、ＳｉＣ種結晶５は、上記成長面５５の反対側の裏面５６が上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退するよう配置した。そして、成長容器４を加熱して、図６に示すごとく、上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶５上にＳｉＣ原料を堆積させて、ＳｉＣ単結晶５０を得た。
本例においては、上記のごとく、ＳｉＣ種結晶からＳｉＣ単結晶を作製し、該ＳｉＣ単結晶を上記ＳｉＣ単結晶として再び用いてＳｉＣ単結晶の成長を繰り替えし行うことにより、ＳｉＣ単結晶の長尺化を図ることができた。また、ＳｉＣ単結晶を繰り返して成長させたときの平均の成長速度は、第１回目の単結晶の成長時とほとんど変わらなかった。即ち、ＳｉＣ単結晶を繰り替えし成長させても成長速度の低下はほとんどなく、短期間で長尺のＳｉＣ単結晶を作製することができた。
また、成長結晶の先細りがなかったことから、ＳｉＣ種結晶からは熱が効率的に放熱されていたと考えられる。また、ＳｉＣ単結晶を成長方向と平行にスライスし、透過光学顕微鏡にて観察を行って結晶性を評価した結果、カーボンインクルージョンやクラック等の発生は観察されず、高品質であった。
また、成長結晶の先細りがなかったことから、ＳｉＣ種結晶からは熱が効率的に放熱されていたと考えられる。また、ＳｉＣ単結晶を成長方向と平行にスライスし、透過光学顕微鏡にて観察を行って結晶性を評価した結果、カーボンインクルージョンやクラック等の発生は観察されず、高品質であった。
また、本例においては、例えば図３及び図４に示すごとく、ＳｉＣ種結晶３の側面部に、該側面部を覆う保護材３８を配設した。
そのため、成長容器４の内側において、該成長容器４の内表面から成長する多結晶がＳｉＣ種結晶３に悪影響を及ぼして該ＳｉＣ種結晶３から成長するＳｉＣ単結晶３０に転位が発生することを防止でき、上記のごとく高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができた。
そのため、成長容器４の内側において、該成長容器４の内表面から成長する多結晶がＳｉＣ種結晶３に悪影響を及ぼして該ＳｉＣ種結晶３から成長するＳｉＣ単結晶３０に転位が発生することを防止でき、上記のごとく高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができた。
また、本例においては、例えば図３及び図４に示すごとく、ＳｉＣ種結晶３の側面における成長容器４の外側に位置する部分にも保護材４を配設した。即ち、開口部４２５にＳｉＣ種結晶３を埋め込んで配置したことにより、ＳｉＣ種結晶３における成長容器４の外側に露出した部分にも、その側面に保護材４を配設してある。また、ＳｉＣ種結晶３の裏面３６にも保護材４を配設してある。そのため、成長容器４の外側において、ＳｉＣ種結晶からＳｉＣが昇華してしまうことを防止できた。
（実施例２）
実施例１においては、ｃ軸方向に繰り返し成長させてＳｉＣ単結晶の長尺化を図ったが、本例は、ＳｉＣ種結晶をｃ軸と垂直な方向（ａ面方向）に繰り返し成長させてＳｉＣ単結晶のｃ面の大口径化を図った例である。
まず、ＳｉＣ単結晶から、成長面として｛１−１００｝面を露出した、厚み３０ｍｍのＳｉＣ種結晶を切り出した。
実施例１においては、ｃ軸方向に繰り返し成長させてＳｉＣ単結晶の長尺化を図ったが、本例は、ＳｉＣ種結晶をｃ軸と垂直な方向（ａ面方向）に繰り返し成長させてＳｉＣ単結晶のｃ面の大口径化を図った例である。
まず、ＳｉＣ単結晶から、成長面として｛１−１００｝面を露出した、厚み３０ｍｍのＳｉＣ種結晶を切り出した。
続いて、図７に示すごとく、上記にて準備したＳｉＣ種結晶６の成長面６５（｛１−１００｝面）以外の面に、黒鉛板よりなる保護材６８を接着剤を用いて貼付した。
次いで、実施例１と同様の成長容器４を準備し、上記ＳｉＣ種結晶６は、成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込み、その成長面６５と反対側の裏面６６を上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退させて配置した。そして、図８に示すごとく、成長容器４を加熱して、実施例１と同様に昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶６上にＳｉＣ原料を堆積させてＳｉＣ単結晶６０を得た。
次いで、実施例１と同様の成長容器４を準備し、上記ＳｉＣ種結晶６は、成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込み、その成長面６５と反対側の裏面６６を上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退させて配置した。そして、図８に示すごとく、成長容器４を加熱して、実施例１と同様に昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶６上にＳｉＣ原料を堆積させてＳｉＣ単結晶６０を得た。
次いで、上記のようにして得られたＳｉＣ単結晶６０を立方体状に成形し、図９に示すごとく、｛１１−２０｝面を成長面６１５として露出するＳｉＣ種結晶６１を作製した。このＳｉＣ種結晶６１の成長面６１５（｛１１−２０｝面）以外の面に、上記と同様に保護材６８を貼付した。そして、図９に示すごとく、この｛１１−２０｝面を成長面６１５として露出するＳｉＣ種結晶６１を、成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで、ＳｉＣ種結晶６１における成長面６１５と反対側の裏面６１６が上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退するようにこれを配置した。そして、成長容器４を加熱して、図１０に示すごとく上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶６１上にＳｉＣ原料を堆積させて、ＳｉＣ単結晶６２を得た。
次いで、上記のようにして得られたＳｉＣ単結晶６２を立方体状に成形し、図１１に示すごとく、｛０００１｝面を成長面６３５と露出させたＳｉＣ種結晶６３を作製した。このＳｉＣ種結晶６３の成長面６３５（｛０００１｝面）以外の面に、上記と同様にして黒鉛板よりなる保護材６８を接着剤を用いて貼付し、このＳｉＣ種結晶６３を、成長容器４における上蓋４２の開口部４２５に埋め込み、その成長面６３５と反対側の裏面６３６が上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退するように配置した。そして、成長容器４を加熱して、図１２に示すごとく、上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶６３上にＳｉＣ原料を堆積させて、ＳｉＣ単結晶６４を得た。
上記のごとく、本例においては、まず、成長面としてａ面（｛１１−２０｝面及び｛１−１００｝面）を露出させてＳｉＣの成長を行っている。これは所謂ａ面成長であり、このａ面成長を繰り返し行うことにより、得られるＳｉＣ単結晶のｃ面の大口径化を図ることができる。また、螺旋転位やマイクロパイプ欠陥のほとんどないＳｉＣ単結晶を得ることができる。
また、本例においては、ａ面成長を繰り返した後、さらにｃ面成長を行っている。そのため、螺旋転位やマイクロパイプ欠陥に加えて、積層欠陥のほとんどないＳｉＣ単結晶６４を得ることができる。また、ＳｉＣ単結晶６４は、図１２に示すごとく、大口径で長尺のものとすることができる。
また、本例においては、ａ面成長を繰り返した後、さらにｃ面成長を行っている。そのため、螺旋転位やマイクロパイプ欠陥に加えて、積層欠陥のほとんどないＳｉＣ単結晶６４を得ることができる。また、ＳｉＣ単結晶６４は、図１２に示すごとく、大口径で長尺のものとすることができる。
また、実施例１と同様に、本例においてもＳｉＣ単結晶の平均の成長速度は通常の単結晶成長時とかわず、ＳｉＣ単結晶を繰り返して成長させても成長速度の低下はほとんどおこらなかった。その結果、大口径かつ長尺のＳｉＣ単結晶を短時間で作製することができた。
また、成長結晶の先細りがなかったことから、ＳｉＣ種結晶からは熱が効率的に放熱されていたと考えられる。また、ＳｉＣ単結晶を成長方向と平行にスライスし、透過光学顕微鏡にて観察を行って結晶性を評価した結果、カーボンインクルージョンやクラック等の発生は観察されず、高品質であった。
また、成長結晶の先細りがなかったことから、ＳｉＣ種結晶からは熱が効率的に放熱されていたと考えられる。また、ＳｉＣ単結晶を成長方向と平行にスライスし、透過光学顕微鏡にて観察を行って結晶性を評価した結果、カーボンインクルージョンやクラック等の発生は観察されず、高品質であった。
（実施例３）
本例は、成長面に螺旋転位発生可能領域を有する転位制御種結晶を作製し、該転位制御種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を作製する例である。
以下、本例について図１３〜図１７を用いて説明する。まず、以下のようにして上記転位制御種結晶を準備する。
具体的には、まず図１３に示すごとく、＜０００１＞方向と略平行な面（｛１−１００｝面）を成長面７１５として露出した、厚さ３０ｍｍのＳｉＣ種結晶７１を準備した。
このＳｉＣ種結晶７１は、ｃ面成長により作製された４Ｈ多形のＳｉＣ単結晶より、＜０００１＞方向と平行な面である｛１−１００｝面を露出するようにして切り出されて作製されたものである。ＳｉＣ種結晶７１は、その内部に螺旋転位７９を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上有している。
本例は、成長面に螺旋転位発生可能領域を有する転位制御種結晶を作製し、該転位制御種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を作製する例である。
以下、本例について図１３〜図１７を用いて説明する。まず、以下のようにして上記転位制御種結晶を準備する。
具体的には、まず図１３に示すごとく、＜０００１＞方向と略平行な面（｛１−１００｝面）を成長面７１５として露出した、厚さ３０ｍｍのＳｉＣ種結晶７１を準備した。
このＳｉＣ種結晶７１は、ｃ面成長により作製された４Ｈ多形のＳｉＣ単結晶より、＜０００１＞方向と平行な面である｛１−１００｝面を露出するようにして切り出されて作製されたものである。ＳｉＣ種結晶７１は、その内部に螺旋転位７９を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上有している。
次に、実施例２と同様の成長容器を準備し、実施例２と同様に該成長容器における上蓋の開口部に上記ＳｉＣ単結晶７１を埋め込み、その裏面を上蓋の内表面から後退させて配置し、昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶７１上にＳｉＣ単結晶を成長させた（図７〜図１０参照）。なお、ＳｉＣ種結晶の成長面以外の面には、実施例２と同様に予め黒鉛よりなる保護材を貼付しておく。このようにして、図１４に示すごとく、上記ＳｉＣ種結晶７１を＜１−１００＞方向に成長させて、さらに、図１５に示すごとく、＜１１−２０＞方向に成長させてＳｉＣ単結晶７２を作製した。
このＳｉＣ単結晶７２は、上記ＳｉＣ種結晶７１以外の領域には、螺旋転位７９をほとんど含有していない。続いて、このＳｉＣ単結晶７２より、その｛０００１｝面から８°傾いた面が成長面として露出するように種結晶を切り出し、図１６に示すごとく、これを転位制御種結晶７とした。
このとき、ＳｉＣ種結晶７１の少なくとも一部が残るように上記転位制御種結晶７を切り出すことにより、転位制御種結晶７は、図１６に示すごとく、上記螺旋転位発生可能領域７５として、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で螺旋転位を露出する領域を有すると共に、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満の低密度螺旋転位領域７６を有するものとなる。また、螺旋転位発生可能領域７５は、上記転位制御種結晶７における端部の成長面上の約２５％の領域に形成されていた。
このとき、ＳｉＣ種結晶７１の少なくとも一部が残るように上記転位制御種結晶７を切り出すことにより、転位制御種結晶７は、図１６に示すごとく、上記螺旋転位発生可能領域７５として、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で螺旋転位を露出する領域を有すると共に、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満の低密度螺旋転位領域７６を有するものとなる。また、螺旋転位発生可能領域７５は、上記転位制御種結晶７における端部の成長面上の約２５％の領域に形成されていた。
本例においては、上記のごとく、まず、実施例１及び実施例２と同様の、上蓋に種収容部を有した成長容器を用い、該種収容部に上記ＳｉＣ種結晶を埋め込み、上蓋の内表面からＳｉＣ原料の発生源と離れる方向に後退させて配置し、ａ面成長を行ってＳｉＣ単結晶を作製した。そのため、ｃ面が大口径のＳｉＣ単結晶を得ることができ、さらに上記のごとく、該ＳｉＣ単結晶から種結晶を切り出すことにより、大口径の転位制御種結晶を得ることができた。
次に、上記転位制御種結晶７を用いて、ＳｉＣ単結晶を作製する。
図１７に示すごとく、螺旋転位制御結晶７は、｛０００１｝面よりオフセット角度６０°以内の面を上記成長面７７として有し、成長中の上記ＳｉＣ単結晶７０に螺旋転位７９を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で発生することができる螺旋転位発生可能領域７５を、上記成長面７７上の５０％以下の領域に有すると共に、上記成長面７７上における上記螺旋転位発生可能領域７７以外の領域には、上記成長面７７上に露出している螺旋転位が螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満である低密度螺旋転位領域７６を有する。
図１７に示すごとく、螺旋転位制御結晶７は、｛０００１｝面よりオフセット角度６０°以内の面を上記成長面７７として有し、成長中の上記ＳｉＣ単結晶７０に螺旋転位７９を螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で発生することができる螺旋転位発生可能領域７５を、上記成長面７７上の５０％以下の領域に有すると共に、上記成長面７７上における上記螺旋転位発生可能領域７７以外の領域には、上記成長面７７上に露出している螺旋転位が螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満である低密度螺旋転位領域７６を有する。
そして、該転位制御種結晶７の上記成長面上に上記ＳｉＣ単結晶を成長させるときにおいては、上記転位制御種結晶７の成長途中の表面である途中表面７０３に、平坦なｃ面ファセット７０５が形成され、かつ該ｃ面ファセット７０５と、上記成長面７７上の上記螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向又は上記成長面７７に垂直な方向において上記途中表面７０３に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるようにＳｉＣ単結晶７０を成長させる。
上記転位制御種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長は、昇華再析出法によりおこなう。また、成長容器としては、図１に示すものと同様の、上蓋２２に周囲よりも突出した台座２２５を有した成長容器２を用いた（図１及び図２参照）。
具体的には、まず、図１７に示すごとく、成長容器の上蓋２２の台座２２５に上記転位制御種結晶７を配置した。このとき、該転位制御種結晶７を、その上記成長面７７とＳｉＣ原料の発生源とが対向するように配置した。
次いで、実施例１と同様に、昇華再析出法により転位制御種結晶７の成長面７７上に、ＳｉＣを堆積させ、ＳｉＣ単結晶７０を成長させた（昇華再析出法）。
次いで、実施例１と同様に、昇華再析出法により転位制御種結晶７の成長面７７上に、ＳｉＣを堆積させ、ＳｉＣ単結晶７０を成長させた（昇華再析出法）。
このとき、図１７に示すごとく、成長中のＳｉＣ単結晶７０の途中表面７０３には、｛０００１｝面と略平行なｃ面ファセット７０５が形成される。上記転位制御種結晶７は、｛０００１｝面より８°傾いた面を成長面７７としているため、成長と共に形成されるｃ面ファセット１０５は、途中表面７０３の端部に形成される。
一方、上記転位制御種結晶７の上記螺旋転位発生可能領域７５からは、成長中のＳｉＣ単結晶７０中に螺旋転位７９が継承される。
一方、上記転位制御種結晶７の上記螺旋転位発生可能領域７５からは、成長中のＳｉＣ単結晶７０中に螺旋転位７９が継承される。
本例においては、上記のごとく、螺旋転位発生可能領域７５を転位制御種結晶７の端部に形成し、｛０００１｝面からオフセット角度８°の面を成長面としたことにより、成長と共に形成されるｃ面ファセット７０５と、上記成長面７７上の上記螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向又は上記成長面７７に垂直な方向において上記途中表面７０３に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるようにＳｉＣ単結晶７０が成長する。なお、図１７においては、上記螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向において途中表面７０３に投影した領域を矢印ａで示し、上記成長面７７に垂直な方向において途中表面７０３に投影した領域を矢印ｂで示した。
そのため、図１７に示すごとく、ＳｉＣ単結晶７０の成長中においては、常にｃ面ファセット７０５内には螺旋転位７９（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能した。
その結果、本例において得られたＳｉＣ単結晶７０には、異種多形結晶の二次元核生成が発生することなく、異方位結晶が生じることはなかった。
その結果、本例において得られたＳｉＣ単結晶７０には、異種多形結晶の二次元核生成が発生することなく、異方位結晶が生じることはなかった。
また、本例においては、螺旋転位７９は、螺旋転位発生可能領域７５とｃ面ファセット７０５との間の局所的な領域に発生しており、低密度螺旋転位領域７６からは螺旋転位はほとんど継承されていなかった。
そのため、本例において得られたＳｉＣ単結晶７０は、螺旋転位が少なく、高品質でＳｉＣ半導体などの用途に適したものであった。
そのため、本例において得られたＳｉＣ単結晶７０は、螺旋転位が少なく、高品質でＳｉＣ半導体などの用途に適したものであった。
（実施例４）
本例は、成長面に螺旋転位発生可能領域を有する転位制御種結晶上に、ＳｉＣ単結晶を繰り返し作製する例である。
以下、本例について、図１８及び図１９を用いて説明する。
まず、上記実施例３と同様にして、ＳｉＣ種結晶として転位制御種結晶７を準備した。この転位制御種結晶７は、｛０００１｝面よりオフセット角度８°の面を成長面７７として有し、螺旋転位発生可能領域７５として、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で螺旋転位を露出する領域を有すると共に、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満の低密度螺旋転位領域７６を有するものである。また、螺旋転位発生可能領域７５は、転位制御種結晶７における端部の成長面上の約２５％の領域に形成されている。また、本例においては、転位制御種結晶７の厚みは３０ｍｍである。
この転位制御種結晶７の成長面７７以外の面には、黒鉛板よりなる保護材７８を接着剤にて貼付した。
本例は、成長面に螺旋転位発生可能領域を有する転位制御種結晶上に、ＳｉＣ単結晶を繰り返し作製する例である。
以下、本例について、図１８及び図１９を用いて説明する。
まず、上記実施例３と同様にして、ＳｉＣ種結晶として転位制御種結晶７を準備した。この転位制御種結晶７は、｛０００１｝面よりオフセット角度８°の面を成長面７７として有し、螺旋転位発生可能領域７５として、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2以上で螺旋転位を露出する領域を有すると共に、螺旋転位密度１００個／ｃｍ2未満の低密度螺旋転位領域７６を有するものである。また、螺旋転位発生可能領域７５は、転位制御種結晶７における端部の成長面上の約２５％の領域に形成されている。また、本例においては、転位制御種結晶７の厚みは３０ｍｍである。
この転位制御種結晶７の成長面７７以外の面には、黒鉛板よりなる保護材７８を接着剤にて貼付した。
また、図１８に示すごとく、実施例１と同様の上蓋に種収容部４２５としての開口部を有する成長容器を準備し、成長容器の本体部には、ＳｉＣ原料粉末を供給した。
次いで、保護材７８を貼付した転位制御種結晶７を、実施例１と同様に、成長容器における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、転位制御種結晶７は、その成長面７７と反対側の裏面７１１を上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料の発生源、即ち本体部内のＳｉＣ原料粉末と離れる方向に後退させて配置した。
次に、成長容器を加熱して、実施例１と同様の昇華再析出法により、転位制御種結晶７上にＳｉＣ原料を堆積させて、ＳｉＣ単結晶７０を成長させた。
本例においては、実施例３と同様に、螺旋転位発生可能領域７５を転位制御種結晶７の端部に形成し、｛０００１｝面からオフセット角度８°の面を成長面としたことにより、成長と共に形成されるｃ面ファセット７０５と、上記成長面７７上の上記螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向又は上記成長面７７に垂直な方向において上記途中表面７０３に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるようにＳｉＣ単結晶７０が成長する。なお、図１８においては、螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向において途中表面７０３に投影した領域を矢印ａで示し、上記成長面７７に垂直な方向において途中表面７０３に投影した領域を矢印ｂで示してある。
次いで、保護材７８を貼付した転位制御種結晶７を、実施例１と同様に、成長容器における上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、転位制御種結晶７は、その成長面７７と反対側の裏面７１１を上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料の発生源、即ち本体部内のＳｉＣ原料粉末と離れる方向に後退させて配置した。
次に、成長容器を加熱して、実施例１と同様の昇華再析出法により、転位制御種結晶７上にＳｉＣ原料を堆積させて、ＳｉＣ単結晶７０を成長させた。
本例においては、実施例３と同様に、螺旋転位発生可能領域７５を転位制御種結晶７の端部に形成し、｛０００１｝面からオフセット角度８°の面を成長面としたことにより、成長と共に形成されるｃ面ファセット７０５と、上記成長面７７上の上記螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向又は上記成長面７７に垂直な方向において上記途中表面７０３に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるようにＳｉＣ単結晶７０が成長する。なお、図１８においては、螺旋転位発生可能領域７５をｃ軸方向において途中表面７０３に投影した領域を矢印ａで示し、上記成長面７７に垂直な方向において途中表面７０３に投影した領域を矢印ｂで示してある。
そのため、実施例３と同様に、ＳｉＣ単結晶７０の成長中においては、常にｃ面ファセット７０５内には螺旋転位７９（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能した。それ故、異方位結晶や螺旋転位が非常に少なく、高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができた。
続いて、図１９に示すごとく、転位制御種結晶７上に成長したＳｉＣ単結晶を、転位制御種結晶７の成長面７７と略平行な方向に切断して取りはずした。
そして、ＳｉＣ単結晶を取り外した後の転位制御種結晶７を用いて、その成長面７７上に再びＳｉＣ単結晶を成長させた。
このようにして、ＳｉＣ種結晶としての転位制御種結晶７上にＳｉＣ単結晶を繰り返し成長させることができ、また得られたＳｉＣ単結晶は非常に高品質なものであった。なお、図１９においては、切断して取り外したＳｉＣ単結晶を点線で表してある。
そして、ＳｉＣ単結晶を取り外した後の転位制御種結晶７を用いて、その成長面７７上に再びＳｉＣ単結晶を成長させた。
このようにして、ＳｉＣ種結晶としての転位制御種結晶７上にＳｉＣ単結晶を繰り返し成長させることができ、また得られたＳｉＣ単結晶は非常に高品質なものであった。なお、図１９においては、切断して取り外したＳｉＣ単結晶を点線で表してある。
また、本例においては、図１９に示すごとく、転位制御種結晶７上に成長したＳｉＣ単結晶をすべて切断して取り外したが、成長したＳｉＣ単結晶のうちの一部をＳｉＣ種結晶側に残して切断し、これを新たな種結晶として用いることもできる。
（実施例５）
本例においては、保護材とＳｉＣ種結晶との間に、両者の間に働く熱応力を緩和するための応力緩衝材を配設した例につき、図２０を用いて説明する。
まず、ＳｉＣ単結晶から、厚み３０ｍｍのＳｉＣ種結晶８を切り出した。図２０に示すごとく、上記にて準備したＳｉＣ種結晶８の側面及び成長面８５と反対側の裏面８６に、応力緩衝材８７として柔軟性黒鉛シートを接着剤を用いて貼付した。さらに、ＳｉＣ種結晶８の側面と保護材とで応力緩衝材８７を挟むように、応力緩衝材８７に保護材８８を接着剤で貼付した。また、ＳｉＣ種結晶８の成長面８５と反対側の裏面８６にも、応力緩衝材８７を挟むように保護材８８を貼付した。
本例においては、保護材とＳｉＣ種結晶との間に、両者の間に働く熱応力を緩和するための応力緩衝材を配設した例につき、図２０を用いて説明する。
まず、ＳｉＣ単結晶から、厚み３０ｍｍのＳｉＣ種結晶８を切り出した。図２０に示すごとく、上記にて準備したＳｉＣ種結晶８の側面及び成長面８５と反対側の裏面８６に、応力緩衝材８７として柔軟性黒鉛シートを接着剤を用いて貼付した。さらに、ＳｉＣ種結晶８の側面と保護材とで応力緩衝材８７を挟むように、応力緩衝材８７に保護材８８を接着剤で貼付した。また、ＳｉＣ種結晶８の成長面８５と反対側の裏面８６にも、応力緩衝材８７を挟むように保護材８８を貼付した。
次いで、図２０に示すごとく、実施例１と同様の上蓋４２に開口部４２５を有する成長容器４を準備し、応力緩衝材８７及び保護材８８を貼付したＳｉＣ種結晶８を、上蓋４２の開口部４２５に埋め込んで配置した。このとき、ＳｉＣ種結晶８は、その成長面８５と反対側の裏面８６を上蓋４２の内表面４２１からＳｉＣ原料の発生源、即ち本体部内のＳｉＣ原料粉末４３と離れる方向に後退させて配置した。次に、成長容器４を加熱して、上記と同様の昇華再析出法によりＳｉＣ種結晶８上にＳｉＣ原料を堆積させて、図２０に示すごとくＳｉＣ単結晶８０を得た。
本例においては、保護材８８とＳｉＣ種結晶８との間に応力緩衝材８７を配設した。そのため、ＳｉＣ種結晶８と保護材８８との熱膨張差に起因した応力を緩衝することができる。そのため、ＳｉＣ種結晶８に応力がほとんどかからない状態でＳｉＣ単結晶８０を成長させることができ、格子面の反りやマクロ欠陥の発生を防止することができる。そのため、非常に高品質なＳｉＣ単結晶８０を得ることができた。
上記の例においては、応力緩衝材を種結晶と保護材との間に配設したが、図２１に示すごとく、応力緩衝材８７を保護材８８と上蓋４２との間に配設することもできる。
この場合には、保護材８８と上蓋４２との熱膨張差に起因した応力を緩衝することができる。そのため、ＳｉＣ種結晶に応力がほとんどかからない状態でＳｉＣ単結晶を成長させることができ、高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。
この場合には、保護材８８と上蓋４２との熱膨張差に起因した応力を緩衝することができる。そのため、ＳｉＣ種結晶に応力がほとんどかからない状態でＳｉＣ単結晶を成長させることができ、高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。
（比較例１）
次に、成長容器の上蓋に一体的に形成した台座上にＳｉＣ種結晶を配置して、該ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を繰り返し成長させた例について説明する。
本例においては、図２３に示すごとく、成長容器９１として、ＳｉＣ原料粉末９３が供給される本体部９１１と、該本体部９１１から取り外し可能な上蓋９１２とを有する坩堝を用いた。本体部９１１は、ＳｉＣ原料粉末９３や、種結晶、ＳｉＣ単結晶等を出し入れするために、その上部を開口させてあり、上蓋９１２はこの開口部分を塞ぐように配置される。また、上蓋９１２は、周囲よりも突出した台座９１３を有しており、種結晶はこの台座９１３に配置される。
次に、成長容器の上蓋に一体的に形成した台座上にＳｉＣ種結晶を配置して、該ＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を繰り返し成長させた例について説明する。
本例においては、図２３に示すごとく、成長容器９１として、ＳｉＣ原料粉末９３が供給される本体部９１１と、該本体部９１１から取り外し可能な上蓋９１２とを有する坩堝を用いた。本体部９１１は、ＳｉＣ原料粉末９３や、種結晶、ＳｉＣ単結晶等を出し入れするために、その上部を開口させてあり、上蓋９１２はこの開口部分を塞ぐように配置される。また、上蓋９１２は、周囲よりも突出した台座９１３を有しており、種結晶はこの台座９１３に配置される。
上記成長容器９１の本体部９１１内にＳｉＣ原料粉末９３を配置した。また、成長面９５としてｃ面を露出した種結晶９を上蓋９１２の台座９１３に接着剤を用いて固定し、この上蓋９１２を本体部９１１の開口部分に配置した。このとき、ＳｉＣ原料粉末９３と種結晶９の成長面９５とが対向するように、種結晶９は、成長面９５の反対側の面と台座９１３とを接着剤により固定した。
次いで、成長容器９１を減圧不活性雰囲気中で温度２１００〜２４００℃に加熱した。このとき、ＳｉＣ原料粉末９３側の温度を種結晶９側の温度よりも２０〜２００℃高く設定した。これにより、図２３に示すごとく、成長容器９１内のＳｉＣ原料粉末９３が加熱により昇華し、このＳｉＣ原料粉末９３よりも低温の種結晶９上にＳｉＣが堆積し、ＳｉＣ単結晶９０が成長した（昇華再析出法）。
さらに成長を続けると、ＳｉＣ原料粉末９３が昇華により枯渇したため、原料を交換し改めて同じ時間だけ昇華再析出法による成長を行った。
さらに成長を続けると、ＳｉＣ原料粉末９３が昇華により枯渇したため、原料を交換し改めて同じ時間だけ昇華再析出法による成長を行った。
その結果、二回目の成長時の成長速度は、一回目の成長速度と比較して極端に遅くなった。また、図２３に示すごとく、本例にて得られたＳｉＣ単結晶９０は、その先端部９０５が先細りしていた。これは成長と共に、単結晶９０からの放熱性が低下したためと考えられる。
また、得られたＳｉＣ単結晶９０を成長方向にスライスし、透過光学顕微鏡にて観察を行って結晶性を評価したところ、継ぎ足し界面にカーボンインクルージョンが観察され、また先端部９０５には、微小なクラックが発生していた。これは、ＳｉＣ単結晶９０の周囲に成長した多結晶９９がＳｉＣ単結晶９０に悪影響を及ぼしたためであると考えられる。なお、図２３においては、ＳｉＣ単結晶の周囲に成長した多結晶９９を２種類のハッチングを用いて表しており、縦線と横線との格子で示した部分は１回目の成長時に発生した多結晶であり、斜め線の格子で表された部分は２回目の成長時に発生した多結晶９９である。
また、得られたＳｉＣ単結晶９０を成長方向にスライスし、透過光学顕微鏡にて観察を行って結晶性を評価したところ、継ぎ足し界面にカーボンインクルージョンが観察され、また先端部９０５には、微小なクラックが発生していた。これは、ＳｉＣ単結晶９０の周囲に成長した多結晶９９がＳｉＣ単結晶９０に悪影響を及ぼしたためであると考えられる。なお、図２３においては、ＳｉＣ単結晶の周囲に成長した多結晶９９を２種類のハッチングを用いて表しており、縦線と横線との格子で示した部分は１回目の成長時に発生した多結晶であり、斜め線の格子で表された部分は２回目の成長時に発生した多結晶９９である。
３ ＳｉＣ種結晶
３５ 成長面
３０ ＳｉＣ単結晶
３８ 保護材
４ 成長容器
４１ 本体部
４２ 上蓋
４２５ 種収容部（開口部）
３５ 成長面
３０ ＳｉＣ単結晶
３８ 保護材
４ 成長容器
４１ 本体部
４２ 上蓋
４２５ 種収容部（開口部）
Claims (8)
- 成長容器内にＳｉＣ種結晶を配置し、該ＳｉＣ種結晶の成長面上にバルク状のＳｉＣ単結晶を成長させて、ＳｉＣ単結晶を製造する方法において、
上記成長容器としては、ＳｉＣ原料が供給される本体部とその上部に配置される上蓋とを有し、該上蓋に上記成長容器の外部に向けて凹んだ種収容部を形成したものを用い、
上記ＳｉＣ種結晶としては、成長方向に２０ｍｍ以上の厚さを有し、その側面部に該側面部を覆う保護材が接着剤により一体的に接合されたものを用い、
上記ＳｉＣ種結晶を、その上記成長面とＳｉＣ原料の発生源とが対向するよう上記種収容部に埋め込み、上記成長面と反対側の裏面を上記上蓋の内表面から上記ＳｉＣ原料の発生源と離れる方向に後退させて配置することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。 - 請求項１において、上記保護材と上記ＳｉＣ種結晶との間には、両者の間にはたらく熱応力を緩和するための応力緩衝材が配設されていることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１又は２において、上記保護材と上記上蓋との間には、両者の間に働く熱応力を緩和するための応力緩衝材が配設されていることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、上記ＳｉＣ種結晶として、ｃ面よりオフセット角度６０°以内の面を上記成長面として露出させたものを用いることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、上記ＳｉＣ種結晶として、ｃ面と略垂直な面を上記成長面として露出させたものを用いることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項５において、上記ＳｉＣ種結晶は、螺旋転位密度が１００個／ｃｍ 2 以上の領域を少なくとも一部に有することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、上記ＳｉＣ種結晶として、｛０００１｝面よりオフセット角度６０°以内の面を上記成長面として有し、成長中の上記ＳｉＣ単結晶に螺旋転位を螺旋転位密度１００個／ｃｍ 2 以上で発生することができる螺旋転位発生可能領域を、上記成長面上の５０％以下の領域に有すると共に、上記成長面上における上記螺旋転位発生可能領域以外の領域には、上記成長面上に露出している螺旋転位が螺旋転位密度１００個／ｃｍ 2 未満である低螺旋転位密度領域を有する転位制御種結晶を用い、該転位制御種結晶の上記成長面上に上記ＳｉＣ単結晶を成長させるときにおいては、該ＳｉＣ単結晶の成長途中の表面である途中表面に、平坦なｃ面ファセットが形成され、かつ該ｃ面ファセットと、上記成長面上の上記螺旋転位発生可能領域をｃ軸方向又は上記成長面に垂直な方向において上記途中表面に投影した領域とが、少なくとも一部で重なるように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。
- 請求項１〜７のいずれか１項において、上記ＳｉＣ種結晶上に成長したＳｉＣ単結晶を、上記ＳｉＣ種結晶の上記成長面と略平行な方向に切断して取り外し、該ＳｉＣ種結晶上に再び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。
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