JP5659381B2 - 炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の第1実施形態にかかるSiC単結晶製造装置の断面構成を示す。以下、図1に基づいてSiC単結晶製造装置の構成についての説明を行う。
上記した第1実施形態のようにヒータ6を第1〜第3ヒータ6a〜6cとする場合において、図4に示すように、第2ヒータ6bと第3ヒータ6cとの間に断熱部材7として仕切壁7fを備えるようにしても良い。つまり、第2ヒータ6bと第3ヒータ6cとによって加熱するSiC原料粉末3とドーパント元素4との間に大きな温度差を発生させたいため、より温度差が発生させられ易い構造とするのが好ましい。このため、第2ヒータ6bと第3ヒータ6cとの間に仕切壁7fを備えることで、よりSiC原料粉末3とドーパント元素4との間に温度差を発生させ易くすることができる。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してヒータ6の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態も、第1実施形態に対してヒータ6の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記した第3実施形態のようにヒータ6を第1、第2ヒータ6a、6bとする場合において、図7に示すように、第1ヒータ6aは、坩堝1のうち種結晶2およびSiC原料粉末3が配置された箇所の側面と対向するように配置され、第2ヒータ6bは、坩堝1のうちドーパント元素4が配置された箇所の側面と対向するように配置されるようにしても良い。
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態も、第1実施形態に対して坩堝1の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記した第4実施形態では、第1、第2有底円筒部材1aa、1abが連結された構造について説明したが、図9に示すように、第1、第2有底円筒部材1aa、1abの間に、第3管状部材1acを備え、第1、第2有底円筒部材1aa、1abが第3管状部材1acの開口部1adを介して接続された構造とすることもできる。この場合、第3管状部材1acが第1有底円筒部材1aaの開口部内に嵌め込まれると共に、第2有底円筒部材1abの開口部に嵌め込まれ、第1、第2有底円筒部材1aa、1abによって構成される各室が第3管状部材1acの開口部1adを介して繋がる構造となる。また、SiC原料粉末3は、第1有底円筒部材1aaのうち第3管状部材1acよりも外側の部分に配置される。
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態も、第1実施形態に対して坩堝1の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記各実施形態に示したSiC単結晶製造装置の具体的な構造は、単なる一例であり、形状や材質などについて適宜変更することができる。例えば、坩堝1の蓋材1bに直接種結晶2を貼り付ける構造としているが、台座などを介して貼り付けても良い。また、坩堝1を構成する容器本体1aを1部材で構成する必要はなく、複数部材で構成しても良い。
1a 容器本体
1aa 有底円筒部材
1ab 有底円筒部材
1ac 管状部材
1ad 開口部
1b 蓋材
1c 仕切壁
1d 開口部
2 種結晶
3 SiC原料粉末
4 ドーパント元素
5 SiC単結晶
6 ヒータ
7 断熱部材
9 誘導コイル
Claims (7)
- 上方が開口する1つの有底円筒によって構成された容器本体(1a)と、前記容器本体(1a)の上方の開口を蓋閉めする蓋材(1b)とを有する坩堝(1)を備え、前記容器本体(1a)内に炭化珪素原料(3)およびドーパント元素(4)を配置すると共に、前記蓋材(1b)に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶(2)を配置し、前記炭化珪素原料(3)を加熱昇華させると共に前記ドーパント元素(4)を気化させることで、前記種結晶(2)の表面にドーパントが含まれた炭化珪素単結晶(5)を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記容器本体(1a)のうち前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)を高温部、前記ドーパント元素(4)を配置する領域(B)を低温部として、前記高温部を前記低温部よりも高温とする加熱を行う加熱装置(6、9)が備えられ、
前記坩堝(1)内において、前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)と前記ドーパント元素(4)を配置する領域(B)の両方が設けられることで該坩堝(1)内において前記高温部と前記低温部が構成され、前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)の上に前記炭化珪素単結晶(5)を成長させる空間となる結晶成長室(R1)が設けられると共に、前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)の下に前記ドーパント元素(4)を配置する領域(B)が配置され、前記高温部の温度(Tr)が前記炭化珪素単結晶(5)の成長面の温度(Ts)より高くされ、前記低温部の温度(Td)が前記炭化珪素単結晶(5)の成長面の温度(Ts)より低くされることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記加熱装置(6、9)は、前記容器本体(1a)のうち、前記種結晶(2)が配置される箇所の側面と対向する位置と、該種結晶(2)が配置される箇所よりも下方である前記炭化珪素原料(3)が配置される箇所の側面と、該炭化珪素原料(3)が配置される箇所よりも下方である前記ドーパント元素が配置される箇所の側面それぞれを独立して加熱するものであることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記坩堝(1)の外周を囲み、前記高温部と前記低温部とを断熱する仕切壁(7f)が備えられていることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 前記容器本体(1a)は、前記炭化珪素原料(3)を配置する主室と、前記ドーパント元素(4)を配置する副室とに分離されており、
前記加熱装置(6、9)は、前記主室と前記副室とを独立して加熱するものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。 - 前記主室と前記副室とは仕切壁(1c)によって分離されていると共に、該仕切壁(1c)に形成された前記容器本体(1a)のうち前記副室を構成する部分よりも径が小さい開口部(1d)にて接続されており、該開口部の開口面積により、前記ドーパント元素(4)の供給量であるドーパント量が制御されることを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
- 上方が開口する1つの有底円筒によって構成された容器本体(1a)と、前記容器本体(1a)の上方の開口を蓋閉めする蓋材(1b)とを有する坩堝(1)を備え、前記容器本体(1a)内に炭化珪素原料(3)およびドーパント元素(4)を配置すると共に、前記蓋材(1b)に対して炭化珪素単結晶基板にて構成された種結晶(2)を配置し、前記炭化珪素原料(3)を加熱昇華させると共に前記ドーパント元素(4)を気化させることで、前記種結晶(2)の表面にドーパントが含まれた炭化珪素単結晶(5)を成長させる炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記容器本体(1a)内における底部に前記ドーパント元素(4)を配置すると共に、前記ドーパント元素(4)の上に前記炭化珪素原料(3)を配置し、さらに前記蓋材(1b)に前記種結晶(2)を配置した状態で、前記蓋材(1b)にて前記容器本体(1a)を蓋閉めする準備工程と、
加熱装置(6、9)により、前記容器本体(1a)のうち前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)を高温部、前記ドーパント元素(4)を配置する領域(B)を低温部として、前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)の上に前記炭化珪素単結晶(5)を成長させる空間となる結晶成長室(R1)が設けられると共に、前記炭化珪素原料(3)を配置する領域(A)の下に前記ドーパント元素(4)を配置する領域(B)が配置され、前記高温部の温度(Tr)が前記炭化珪素単結晶(5)の成長面の温度(Ts)より高くされ、前記低温部の温度(Td)が前記炭化珪素単結晶(5)の成長面の温度(Ts)より低くされるように加熱する加熱工程と、
前記加熱によって前記炭化珪素原料(3)を加熱昇華させると共に前記ドーパント元素(4)を気化させることで、前記種結晶(2)の表面にドーパントが含まれた炭化珪素単結晶(5)を成長させる成長工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。 - 前記加熱工程では、前記炭化珪素原料(3)が加熱昇華する第1所定温度(Tr)に達するときに、前記ドーパント元素(4)が気化する第2所定温度(Td)に達するようにすることを特徴とする請求項6に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
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