JPH0455397A - α―ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はα−５ｉＣ単結晶の製造方法に係り、特に、高
品買のα−５ｉＣ単結晶を大面積のものであっても、安
定かつ低コストに工業的に有利に製造することができる
α−８ＩＣ単結晶の製造方法に関する。

［従来の技術］ ＳｉＣ（シリコンカーバイド）は、その機械的強度や耐
熱性を生かして研磨材や耐火レンガなどに広く使用され
ている。最近では、セラミックエンジンなどの機構部品
材料として注目されている。一方、半導体としては、歴
史的に最も古い化合物半導体と言うことができ、長年、
避雷器やバリスタ材料として利用されてきた。特にＳｉ
Ｃは熱的、化学的に強く、耐放射性に冨んでいるので、
苛酷な環境下で使用できる電子デバイス用材料として従
来より期待がよせられてきた。更に、禁制帯幅が大艶く
、不純物の添加によってｐ形とｐ形の導電形が容易に制
御できるので、可視発光デバイス用材料としても有用で
ある。

このようにＳｉＣは実用されているＳｉやＧａＡｓにな
い特徴を持っている有望な半導体であるが、実用にまで
は至っていないのが現状である。これは、材料が熱的、
機械的に安定であるので、かえって結晶成長が困難とな
り、大型の単結晶製作法が確立していなかったためであ
る。

近年、半導体ＳｉＣ実用化の声が高まり、ＳｉＣ単結晶
製作法についても種々研究がなされている。

従来、５ｉＣｊｌＬ結晶の製造方法としては、次のよう
な方法が提案されている。

■　アチーソン法 珪石とコークスの混合物を２３００〜２７００ｔの電気
炉で加熱して結晶を析出させる。

研磨材の工業的な製造方法。

■　液相エピタキシャル法 １６５０〜１８００℃の温度の黒鉛るつぼ内でＳｔを溶
融し、Ｓｉ融液中に炭素が僅かに溶は出すことを利用し
て、５ｉＣＪＩＬ結晶基板をディッピングし、その上に
エピタキシャル成長させる。

■　気相エピタキシャル法 ＣＶＤ法＆：テ１５００〜１８０（１℃の温度で８）ｆ
−３ＩＣ単結晶基板上にエピタキシャル成長させる。

■　昇華法（Ｌｅｌｙ法） 黒鉛るつぼ内で原料のＳＩＣ粉を昇華させ、るつぼ内の
低温部に再結晶させる。

昇華温度は約２５００℃。

■　昇華法（改良法） 上記■の方法において、黒鉛るつぼ上の低温部にＳｉＣ
基板を置き、このＳｉＣ基板上にＡｒ減圧下でＳｉＣの
結晶を成長させる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の方法は、いずれも次のような欠点を有する。

■　アチーソン法 １　偶発的にしか作れず、結晶の形、結晶面の制御が困
難。

ｉｔ　　純度及び結晶性がそれほど良くない。

■　液相エピタキシャル法 ｉ　成長速度が１０μｍ　／　ｈ　ｒ前後と、小さい。

ｉｆ　　多形が混在しやすい。

■　気相エピタキシャル法 ｉ　成長速度が６０μｍ　／　ｈ　ｒ前後と、小さい。

■　昇華法（Ｌｅｌｙ法） ■　自然発生的な核生成によるため、結晶の形、結晶面
の制御が困難。

■　昇華法（改良法） 五　単一結晶構造で、大面積のものが得にくい。

このように、従来の方法のうち、アチーソン法、液相エ
ピタキシャル法、気相エピタキシャル法、昇華法（Ｌｅ
ｌｙ法）は品買面もしくは成長速度の面で、工業的には
適用しにくいものであった。

ＳｉＣの種結晶基板を用いる改良昇華法は、成長速度が
数ｍｍ／ｈｒと速く、得られるＳＩＣの品質も良いが、
種結晶基板として単結晶基板を用いる必要がある０通常
の場合、種結晶基板としては、アチーソン法による単結
晶が使われることが多く、その基板の入手性、基板コス
ト、大面積化の困難性などから必ずしも満足のいくもの
ではなかった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、高価で入手困難な
種結晶基板を用いることなく、α−５ｉｃ４．結晶を安
定に、再現性良く、かつ速い成長速度にて製造すること
ができるα−ＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明のα−５ｔＣ単結晶の製造方法は、ＳＩＣ粉の昇
華再結晶法により、基板上にα−ＳｉＣ単結晶をエピタ
キシャル成長させる方法において、基板として、ＣＶＤ
法により作製された、結晶粒径１μｍ以上のβ−８ｉＣ
多結晶体であって、ＣｕＫａ線でＸ線回折した時の（ｌ
ｌｌ）ロッキングカーブの半値幅が８度以下に配向した
多結晶体よりなるものを用いることを特徴とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明のα−５ｉｃ単結晶の製造方法においては、従来
の改良昇華法によりα−ｓ　ｔ　ＣＪ！結晶を製造する
に当り、種結晶基板として、次の■〜■の条件を備える
β−５ｉＣ（３Ｃ構造）多結晶体基板を用いる。

■　ＣＶＤ法により作製されたものであること。

■　結晶粒径１μｍ以上のβ−５ｉｃよりなること。

■　結晶が、ＣｕＫａ線でＸ線回折したときの（ｌｌｌ
）ロッキングカーブの半値幅（積分強度比）（以下、車
にｒ　（ｌｌｌ）半値幅」と称す、）が８度以下に配向
した多結晶体であること。

種結晶基板がＣＶＤ法により作製されたものであれば、
高純度であることから、良好なα−５ｉＣ単結晶が得ら
れる。この種結晶基板のβ−ＳｉＣの結晶粒径が１μｍ
未満であると、エピタキシャル的なα−５ＩＣ単結晶の
成長は困難である。　（ｌｌｌ）半値幅が８度を超える
ものであると、結晶粒は大きくなっても、基板全体が単
結晶にはならない。

本発明においては、特にＣＶＤ法により製造された純度
９９．９９９％以上のものであって、結晶粒径が１０〜
５０μｍ、　（ｌｌｌ）半値幅が１〜５度であって、そ
の表面粗さが１００〜２００ＡＲＭＳ以下のβ−５ｉＣ
多結晶基板を用いるのが有利である。

なお、本発明の方法は、種結晶基板として、上記■〜■
の条件を備えるβ−５ｉＣ多結晶基板を用いること以外
は、従来の改良昇華法と同様に実施することができ、用
いる装置や条件等には特に制限はない。

本発明のα−５ｉＣ単結晶の製造方法によれば、通常、
結晶粒径５ｍｍ以上の良好なＳｉＣ単結晶を得ることが
できる。

［作用］ 本発明の方法においては、種結晶基板として前記■〜■
の条件を備えるβ−５ｉＣ多結晶基板を用いる。この多
結晶体からα−５ｉＣの単結晶がエピタキシャル的に成
長する理由の詳細は明らかではないが、種結晶基板の、
面内の回転にずれがある個々の結晶において、その上に
原子が積み重なる時に、短距離表面拡散が同時に起こり
、広範囲でのエピタキシャル的成長が可能になっている
ものと推察される。なお、β−５ｉＣ（３Ｃ構造）の基
板からα−ＳｉＣがエピタキシャル成長するのは、昇華
再結晶の温度ではα−５ｉＣのほうがβ−ＳｉＣより熱
力学的に安定であるからである。

［実施例コ 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例ｌ ＣＶＤ法により作製した第１表に示すβ−ＳｉＣ多結晶
基板を用いて、改良昇華法にて第２表に示す条件にてα
−５ｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させた。

即ち、第１図に示す黒鉛るつぼ１にβ−５ＩＣ多結晶基
板２を取り付け、このものを、通常の結晶成長装置の高
周波コイルを備える石英管内に設置して行なった。なお
、第１図において、３は黒鉛製るつぼ本体４内に投入さ
れた原料のＳｉＣ粉である。５はるつぼ本体４の上部開
口に蓋状に設けられた黒鉛製の基板ホルダであり、β−
ＳｉＣ多結晶基板２を中央開孔部に保持する構造とされ
ている。るつぼ本体４は保持部材（黒鉛製）６に保持さ
れ、その側周は、スリット付シールド材（黒鉛製）７、
黒鉛フェルト８及びスリットなしシールド材（黒鉛製）
９の三層構造の側周壁で囲まれている。また、上部には
開口を有するスリット付シールド材（黒鉛製）１０が設
けられている。

第　　１　　表 第　　２　　表 その結果、β−５ｉＣ多結晶基板の上に、緑色の４Ｈ単
結晶が成長した。成長速度は３．５ｍｍ／　ｈ　ｒで、
単結晶のサイズは約１２ｍｍ径であった。

なお、単結晶であるか否かの確認はＲＨＥＥＤパタンに
よって行なった。その結果、結晶性の良い４Ｈ単結晶で
あることが確認された。このα−５ｉＣ単結晶のＸ線回
折スペクトル及びロッキングカーブを各々第３図（ａ）
、（ｂ）に示す。

なお、比較のために黒鉛を基板として同様な手法で結晶
成長させたところ、ランダムな方位からなる結晶粒径が
約２ｍｍの多結晶体が得られた。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のα−ＳｉＣ単結晶の製造方
法によれば、改良昇華法によりＳｉＣ単結晶をエピタキ
シャル成長させるにあたり、β−５ｉＣ多結晶体基板を
用いることができる。この基板は、多結晶体であるため
、単結晶体基板と異なり、大面積のものであっても製造
が容易で低コストに、′かつ安定に得ることがで鮒、容
易に入手することができる。

従って、本発明のα−ＳｉＣ単結晶の製造方法によれば
、大面積のα−ＳｉＣ単結晶を再現性良く、安定にしか
も速い成長速度にて、容易かつ効率的に製造することが
可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で用いた黒鉛るつぼの断面図、第２図
（ａ）は実施例１で用いたβ−ＳｉＣ多結晶基板のＸ線
回折スペクトル図、第２図（ｂ）は同ロッキングカーブ
図、第３図（ａ）は実施例１で得られたα−ＳｉＣ単結
晶のＸ線回折スペクトル図、第３図（ｂ）は同ロッキン
グカーブ図である。 １・・・黒鉛るつぼ、 ２・・・β−５ｉＣ多結晶基板、 ３・・・ＳｉＣ粉、 ４・・・るつぼ本体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＣ粉の昇華再結晶法により、基板上にα−Ｓ
   ｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる方法において、
   基板として、ＣＶＤ法により作製された、結晶粒径１μ
   ｍ以上のβ−ＳｉＣ多結晶体であって、ＣｕＫα線でＸ
   線回折した時の（ｌｌｌ）ロッキングカーブの半値幅が
   ８度以下に配向した多結晶体よりなるものを用いること
   を特徴とするα−ＳｉＣ単結晶の製造方法。