JP7358944B2 - SiC単結晶成長用伝熱部材、SiC単結晶成長用坩堝、SiC単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、本発明のSiC単結晶成長用伝熱部材は、SiC原料を収容する原料収容部と、前記原料収容部の上方に配置され種結晶を支持する種結晶支持部とを備えたSiC単結晶成長用坩堝に設けられるSiC単結晶成長用伝熱部材であって、前記SiC単結晶成長用伝熱部材は、前記原料収容部に収容された前記SiC原料に下部が挿入され、上部が前記SiC原料の表面よりも上方に向けて突出するように配される熱伝導性材料からなり、前記SiC単結晶成長用伝熱部材は、前記SiC単結晶成長用坩堝に複数個配され、前記原料収容部の中心に近い位置に配された前記SiC単結晶成長用伝熱部材は、それよりも周縁側に配された前記SiC単結晶成長用伝熱部材よりも、前記上部の高さが高くなるように形成されていることを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係るSiC単結晶成長用坩堝を備えた単結晶製造装置を示す概略構成図である。
単結晶製造装置10は、SiC単結晶成長用坩堝(以下、単に坩堝と称する)11と、坩堝11の周囲に配置される加熱手段(コイル)12と、これらを覆う断熱筐体(外装体)13とを備えている。
坩堝11は、下部に位置しSiC原料を収容する原料収容部21と、原料収容部21の上方に配置して、原料収容部21に対向するように内側で結晶成長用基板(種結晶)Sを支持する蓋体(種結晶支持部)22と、原料収容部21に収容したSiC原料Mに挿入される伝熱部材(SiC単結晶成長用伝熱部材)23とから構成されている。
伝熱部材23は、上部23aおよび下部23bの長さの比が、例えば1:0.2~1:5程度の範囲になるように立設される。
伝熱部材23の熱伝導率としては、80W/m・K以上であることが好ましく、100W/m・K以上であることがより好ましく、120W/m・K以上であることがさらに好ましい。
以上のような構成の本実施形態のSiC単結晶成長用坩堝の作用、およびSiC単結晶の製造方法について図1、図3を参照して説明する。
本実施形態の坩堝11を備えた単結晶製造装置10を用いてSiC単結晶を製造する際には、原料収容部21の内底面21aの中心に伝熱部材23の下端23eが接するように伝熱部材23を直立させた状態で保持し、所定量のSiC原料Mを原料収容部21に収容(充填)するか、あるいは、原料収容部21に所定量のSiC原料Mを収容した後に、SiC原料Mの中心に伝熱部材23を直立状態で挿入する。
図4は、本発明の第2実施形態に係るSiC単結晶成長用坩堝を構成する伝熱部材の配置状態を示した模式図である。
この第2実施形態のSiC単結晶成長用坩堝では、複数、例えば7本の円柱棒状の伝熱部材33,33…をSiC原料Mに配している。複数の伝熱部材33,33…は、そのうちの1本がSiC原料Mの中心に配され、残りの6本が、SiC原料Mの中心の周囲の同心円上を均等な間隔で取り巻くように対称に配されている。
図5は、本発明の第3実施形態に係るSiC単結晶成長用坩堝を構成する伝熱部材の配置状態を示した模式図である。
この第3実施形態のSiC単結晶成長用坩堝では、複数、例えば7本の円柱棒状の伝熱部材43,43…をSiC原料Mに配している。複数の伝熱部材43,43…は、そのうちの1本の伝熱部材43AがSiC原料Mの中心に配され、残りの6本の伝熱部材43Bが、SiC原料Mの中心の周囲の同心円上を均等な間隔で取り巻くように対称に配されている。そして、SiC原料Mの中心に配された伝熱部材43Aは、それよりも周縁側に配された伝熱部材43Bよりも、上部43aの高さが高くなるように形成されている。
図6は、本発明の第4実施形態に係るSiC単結晶成長用坩堝を構成する伝熱部材の配置状態を示した模式図である。
この第4実施形態のSiC単結晶成長用坩堝では、湾曲した板状の伝熱部材53,53…をSiC原料Mに配している。それぞれの伝熱部材53は、筒状体を長手方向に複数に分割した形状を成す。こうした伝熱部材53,53…が、SiC原料Mの中心を取り巻くように、2つの同心円上に配置されている。
例えば、コイルと坩堝の間に発熱体を設けて、坩堝を間接的に加熱する形態も本発明の範囲に含まれる。
本発明の効果を検証した。
検証にあたって、図3に示すようなモデルを用いて、伝熱部材を備えた本発明のSiC単結晶成長用坩堝と、伝熱部材を有しない従来のSiC単結晶成長用坩堝を用いて、種結晶の表面温度のシミュレーションを行った。
伝熱部材は、直径20mm、長さ120mmの円柱棒状(図2に相当)のものと、縦方向の長さ120mm、厚み10mmの湾曲板状(図5に相当:但し、モデルとして湾曲板状部材どうしの間も繋がった円筒形とした)のものをそれぞれ用いた。
このうち、(a)は、円柱棒状の伝熱部材を用いたもの(本発明例)、(b)は、湾曲板状の伝熱部材を用いたもの(本発明例)、(c)は、伝熱部材を用いないもの(従来例)の結果を示している。
11…SiC単結晶成長用坩堝(坩堝)
12…加熱手段(コイル)
13…断熱筐体(外装体)
21…原料収容部
22…蓋体(種結晶支持部)
23…SiC単結晶成長用伝熱部材(伝熱部材)
M…SiC原料
S…結晶成長用基板(種結晶)
Claims (7)
- SiC原料を収容する原料収容部と、前記原料収容部の上方に配置され種結晶を支持する種結晶支持部とを備えたSiC単結晶成長用坩堝に設けられるSiC単結晶成長用伝熱部材であって、
前記SiC単結晶成長用伝熱部材は、前記原料収容部に収容された前記SiC原料に下部が挿入され、上部が前記SiC原料の表面よりも上方に向けて突出するように配される熱伝導性材料からなり、
前記SiC単結晶成長用伝熱部材は、前記SiC単結晶成長用坩堝に複数個配され、前記原料収容部の中心に近い位置に配された前記SiC単結晶成長用伝熱部材は、それよりも周縁側に配された前記SiC単結晶成長用伝熱部材よりも、前記上部の高さが高くなるように形成されていることを特徴とするSiC単結晶成長用伝熱部材。 - SiC原料を収容する原料収容部と、前記原料収容部の上方に配置され種結晶を支持する種結晶支持部と、を備え、
前記原料収容部には、請求項1に記載のSiC単結晶成長用伝熱部材が配されることを特徴とするSiC単結晶成長用坩堝。 - 前記SiC単結晶成長用伝熱部材は前記原料収容部の中心軸に対して対称に複数個配されていることを特徴とする請求項2に記載のSiC単結晶成長用坩堝。
- 前記SiC単結晶成長用伝熱部材は円柱棒状に形成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のSiC単結晶成長用坩堝。
- 前記SiC単結晶成長用伝熱部材は湾曲板状に形成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のSiC単結晶成長用坩堝。
- 前記SiC単結晶成長用伝熱部材は黒鉛材料からなることを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用坩堝。
- 請求項2から6のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用坩堝を用いたSiC単結晶の製造方法であって、
前記SiC単結晶成長用坩堝の外側に配された加熱手段によって、前記SiC原料を加熱、昇華させる際に、前記SiC単結晶成長用坩堝から前記SiC原料の表面よりも上方に放射された輻射熱を前記SiC単結晶成長用伝熱部材の前記上部で吸収し、吸収した輻射熱を前記SiC単結晶成長用伝熱部材の前記下部に向けて伝搬させて、前記SiC原料の直径方向の温度差を低減させることを特徴とするSiC単結晶の製造方法。
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