JPH0639360B2 - ６ｈ型および４ｈ型炭化珪素単結晶の成長方法 - Google Patents
６ｈ型および４ｈ型炭化珪素単結晶の成長方法Info
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- JPH0639360B2 JPH0639360B2 JP11116390A JP11116390A JPH0639360B2 JP H0639360 B2 JPH0639360 B2 JP H0639360B2 JP 11116390 A JP11116390 A JP 11116390A JP 11116390 A JP11116390 A JP 11116390A JP H0639360 B2 JPH0639360 B2 JP H0639360B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は６Ｈ型（Ｈは結晶型が六方形であることを示
し、６は原子積層が６層で一周期である結晶構造を示
す。）および４Ｈ型（Ｈは結晶形が六方形であることを
示し、４は元素積層が４層で一周期である結晶構造を示
す。）炭化珪素単結晶の成長方法に関するものである。
詳しく述べると本発明は、青色発光ダイオードや紫色発
光ダイオード等の応用面に有用な６Ｈ型および４Ｈ型炭
化珪素単結晶を成長させる方法に関するものである。
し、６は原子積層が６層で一周期である結晶構造を示
す。）および４Ｈ型（Ｈは結晶形が六方形であることを
示し、４は元素積層が４層で一周期である結晶構造を示
す。）炭化珪素単結晶の成長方法に関するものである。
詳しく述べると本発明は、青色発光ダイオードや紫色発
光ダイオード等の応用面に有用な６Ｈ型および４Ｈ型炭
化珪素単結晶を成長させる方法に関するものである。
（従来の技術） 炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶は物理的、化学的に安定で、
しかも高温、放射線に耐える素材であるため、耐環境性
半導体素子材料として注目されている。また、炭化珪素
結晶には多くの結晶構造があるが、なかでも６Ｈ型炭化
珪素単結晶はエネルギーギャップが３．０evと大きく青
色発光ダイオード等の材料として供されている。一方、
４Ｈ型炭化珪素単結晶は６Ｈ型単結晶よりもさらにエネ
ルギーギャップが大きく紫色発光ダイオードの材料とし
て注目されつつある。これら炭化珪素の塊状単結晶成長
には主に昇華再結晶法が採用されている。
しかも高温、放射線に耐える素材であるため、耐環境性
半導体素子材料として注目されている。また、炭化珪素
結晶には多くの結晶構造があるが、なかでも６Ｈ型炭化
珪素単結晶はエネルギーギャップが３．０evと大きく青
色発光ダイオード等の材料として供されている。一方、
４Ｈ型炭化珪素単結晶は６Ｈ型単結晶よりもさらにエネ
ルギーギャップが大きく紫色発光ダイオードの材料とし
て注目されつつある。これら炭化珪素の塊状単結晶成長
には主に昇華再結晶法が採用されている。
ジャーナル オブ クリスタル グロウス 43(1978)20
9〜212ページ[Journal of Crystal Growth 43(1978)209
-212]には、炭化珪素種結晶として（０００１）面を使
用し、種結晶の温度を１８００℃〜２６００℃とし温度
勾配を３０℃／cmとし成長速度を１．６〜２mm／ｈとし
て昇華再結晶法により６Ｈ型炭化珪素単結晶を成長させ
る方法が述べてあり、また、得られる炭化珪素単結晶の
殆どが６Ｈ型単結晶であること以外に、１５Ｒ型（Ｒは
結晶形が菱面体形であることを示し、１５は原子積層が
１５層で一周期である結晶構造を示す。）と４Ｈ型の単
結晶ができることが述べてある。しかし、この成長条件
では、所望の結晶構造を持つ炭化珪素単結晶を効率良く
得る目的には不十分である。
9〜212ページ[Journal of Crystal Growth 43(1978)209
-212]には、炭化珪素種結晶として（０００１）面を使
用し、種結晶の温度を１８００℃〜２６００℃とし温度
勾配を３０℃／cmとし成長速度を１．６〜２mm／ｈとし
て昇華再結晶法により６Ｈ型炭化珪素単結晶を成長させ
る方法が述べてあり、また、得られる炭化珪素単結晶の
殆どが６Ｈ型単結晶であること以外に、１５Ｒ型（Ｒは
結晶形が菱面体形であることを示し、１５は原子積層が
１５層で一周期である結晶構造を示す。）と４Ｈ型の単
結晶ができることが述べてある。しかし、この成長条件
では、所望の結晶構造を持つ炭化珪素単結晶を効率良く
得る目的には不十分である。
アイイーイーイー トランスアクションズ オン エレ
クトロン デバイシズ、ボリュウム．イーディー３０、
ナンバー４、エプリル1983、277〜281ページ[IEEE TRAN
SACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.ED-30,NO.4,APRIL
1983,P277〜281]には、種結晶に６Ｈ型炭化珪素単結晶
の（０００１）面を使用し種結晶の温度を２２００℃に
し種結晶付近の温度勾配を１５℃／cmにし雰囲気圧力を
２mbarとし成長速度を４mm／ｈとして６Ｈ型炭化珪素単
結晶を成長させる方法が示されており、さらに、成長で
きる単結晶の結晶構造は種結晶の結晶構造に強く依存す
ることが示されている。しかし、この従来法では結晶成
長速度が大きく柱状の多結晶になりやすく、品質の良い
単結晶を得るには問題がある。さらに、６Ｈ型および４
Ｈ型単結晶を作り分ける具体的な成長方法は提示されて
いない。
クトロン デバイシズ、ボリュウム．イーディー３０、
ナンバー４、エプリル1983、277〜281ページ[IEEE TRAN
SACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.ED-30,NO.4,APRIL
1983,P277〜281]には、種結晶に６Ｈ型炭化珪素単結晶
の（０００１）面を使用し種結晶の温度を２２００℃に
し種結晶付近の温度勾配を１５℃／cmにし雰囲気圧力を
２mbarとし成長速度を４mm／ｈとして６Ｈ型炭化珪素単
結晶を成長させる方法が示されており、さらに、成長で
きる単結晶の結晶構造は種結晶の結晶構造に強く依存す
ることが示されている。しかし、この従来法では結晶成
長速度が大きく柱状の多結晶になりやすく、品質の良い
単結晶を得るには問題がある。さらに、６Ｈ型および４
Ｈ型単結晶を作り分ける具体的な成長方法は提示されて
いない。
また、特開昭６２−６６，０００号公報には種結晶の温
度を２２００℃〜２４００℃にし種結晶付近の温度勾配
を５〜２０℃／cmにし、雰囲気圧力を１〜１０Torrにし
結晶成長速度を１〜２mm／ｈにして結晶成長を行い６Ｈ
型炭化珪素単結晶を得る方法を開示されている。たしか
に、この従来法を用いれば６Ｈ型炭化珪素単結晶はでき
るが、品質の良い６Ｈ型および４Ｈ型炭化珪素単結晶を
効率良く作り分けるにはまだ問題が残る。
度を２２００℃〜２４００℃にし種結晶付近の温度勾配
を５〜２０℃／cmにし、雰囲気圧力を１〜１０Torrにし
結晶成長速度を１〜２mm／ｈにして結晶成長を行い６Ｈ
型炭化珪素単結晶を得る方法を開示されている。たしか
に、この従来法を用いれば６Ｈ型炭化珪素単結晶はでき
るが、品質の良い６Ｈ型および４Ｈ型炭化珪素単結晶を
効率良く作り分けるにはまだ問題が残る。
（発明が解決しようとする課題） 上記の如く、従来技術では６Ｈ型および４Ｈ型の炭化珪
素単結晶を効率良く作り分けるにまだ問題があるため、
本発明は、これらの課題を解決し６Ｈ型と４Ｈ型の所望
の結晶構造を持つ炭化珪素単結晶を効率良く製造するた
めの炭化珪素単結晶成長方法を提供することを目的とす
るものである。
素単結晶を効率良く作り分けるにまだ問題があるため、
本発明は、これらの課題を解決し６Ｈ型と４Ｈ型の所望
の結晶構造を持つ炭化珪素単結晶を効率良く製造するた
めの炭化珪素単結晶成長方法を提供することを目的とす
るものである。
（課題を解決するための手段） 上記の目的は、黒鉛製の坩堝内において炭化珪素原料粉
末を不活性気体雰囲気中で昇華させ、原料よりやや低温
になっている炭化珪素基板（種結晶）上に炭化珪素単結
晶を成長させる昇華再結晶法において、種結晶として６
Ｈ型炭化珪素単結晶の（０００１）面の炭素面を使用し
この種結晶の温度を２３００℃〜２４００℃とするとと
もに、前記種結晶と前記原材料との間の温度勾配を１０
〜４０℃／cmとし、結晶成長速度を０．３〜１．２mm／
ｈとすることを特徴とする６Ｈ型炭化珪素単結晶成長方
法と、種結晶として６Ｈ型炭化珪素単結晶の（０００
１）面の炭素面を使用しこの種結晶の温度を２１５０℃
〜２２５０℃とするとともに、前記種結晶と前記原材料
との間の温度勾配を４０〜７０℃／cmとし、結晶成長速
度を０．３〜１．２mm／ｈとすることを特徴とする４Ｈ
型炭化珪素単結晶成長方法とによって達成される。
末を不活性気体雰囲気中で昇華させ、原料よりやや低温
になっている炭化珪素基板（種結晶）上に炭化珪素単結
晶を成長させる昇華再結晶法において、種結晶として６
Ｈ型炭化珪素単結晶の（０００１）面の炭素面を使用し
この種結晶の温度を２３００℃〜２４００℃とするとと
もに、前記種結晶と前記原材料との間の温度勾配を１０
〜４０℃／cmとし、結晶成長速度を０．３〜１．２mm／
ｈとすることを特徴とする６Ｈ型炭化珪素単結晶成長方
法と、種結晶として６Ｈ型炭化珪素単結晶の（０００
１）面の炭素面を使用しこの種結晶の温度を２１５０℃
〜２２５０℃とするとともに、前記種結晶と前記原材料
との間の温度勾配を４０〜７０℃／cmとし、結晶成長速
度を０．３〜１．２mm／ｈとすることを特徴とする４Ｈ
型炭化珪素単結晶成長方法とによって達成される。
（作用） 本発明の炭化珪素単結晶の成長方法は、黒鉛製の坩堝内
において炭化珪素原料粉末を不活性気体雰囲気中で昇華
させ、坩堝の上端開口部を覆う黒鉛製の坩堝蓋体に配置
され原料粉末よりやや低温に保持されている炭化珪素種
結晶上に、昇華した炭化珪素ガスから炭化珪素単結晶を
堆積成長させるものであるが、本発明においては、炭化
珪素種結晶の両方位および面極性を限定し炭化珪素単結
晶の成長条件すなわち温度、温度勾配、成長速度を限定
することにより、所望の結晶構造を持つ炭化珪素単結
晶、すなわち、６Ｈ型あるいは４Ｈ型の炭化珪素単結晶
を成長させることができる。
において炭化珪素原料粉末を不活性気体雰囲気中で昇華
させ、坩堝の上端開口部を覆う黒鉛製の坩堝蓋体に配置
され原料粉末よりやや低温に保持されている炭化珪素種
結晶上に、昇華した炭化珪素ガスから炭化珪素単結晶を
堆積成長させるものであるが、本発明においては、炭化
珪素種結晶の両方位および面極性を限定し炭化珪素単結
晶の成長条件すなわち温度、温度勾配、成長速度を限定
することにより、所望の結晶構造を持つ炭化珪素単結
晶、すなわち、６Ｈ型あるいは４Ｈ型の炭化珪素単結晶
を成長させることができる。
以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。
第１図は本発明の炭化珪素単結晶の成長方法において好
適に用いられる単結晶成長装置の一例を示すものであ
る。
適に用いられる単結晶成長装置の一例を示すものであ
る。
第１図に示されるように、該単結晶成長装置に使用され
る黒鉛製の坩堝は、有底の坩堝本体１と、炭化珪素種結
晶５の取り付け部４を有しかつ前記坩堝本体１の開口部
を覆う黒鉛製の坩堝蓋体３とにより構成され、坩堝本体
１と坩堝蓋体３の外周面および上下は黒鉛フェルト製の
断熱材７により覆われており、さらに真空排気装置（図
示せず）により真空排気でき内部雰囲気をアルゴンガス
などの不活性ガスで大気圧から１Torr程度まで制御でき
る容器（図示せず）に入れられている。また、この容器
には、例えば容器外に巻装した高周波誘導コイルなどの
ような坩堝を加熱する加熱手段（図示せず）が設けられ
ている。さらに、坩堝の外周面および上下を覆う前記黒
鉛製のフェルト７には、坩堝の上下および側壁各部に相
応する位置に直径３mm程度の測定穴８が設けられてお
り、この測定穴８を通して、坩堝の各部の温度が放射温
度計にて測定できるようになっている。
る黒鉛製の坩堝は、有底の坩堝本体１と、炭化珪素種結
晶５の取り付け部４を有しかつ前記坩堝本体１の開口部
を覆う黒鉛製の坩堝蓋体３とにより構成され、坩堝本体
１と坩堝蓋体３の外周面および上下は黒鉛フェルト製の
断熱材７により覆われており、さらに真空排気装置（図
示せず）により真空排気でき内部雰囲気をアルゴンガス
などの不活性ガスで大気圧から１Torr程度まで制御でき
る容器（図示せず）に入れられている。また、この容器
には、例えば容器外に巻装した高周波誘導コイルなどの
ような坩堝を加熱する加熱手段（図示せず）が設けられ
ている。さらに、坩堝の外周面および上下を覆う前記黒
鉛製のフェルト７には、坩堝の上下および側壁各部に相
応する位置に直径３mm程度の測定穴８が設けられてお
り、この測定穴８を通して、坩堝の各部の温度が放射温
度計にて測定できるようになっている。
第１図に模式するような単結晶成長装置を用いて炭化珪
素単結晶を成長させるには、まず、坩堝本体１内に炭化
珪素原料粉末２を収容し、一方、坩堝蓋体３の炭化珪素
種結晶取り付け部４には種結晶５をその炭素面を結晶成
長面６として坩堝蓋体３と反対側に向けて取り付ける。
炭化珪素種結晶５を取りつけた坩堝蓋体３を、炭化珪素
粉末２を収容してなる坩堝本体１にかぶせた後、黒鉛製
の断熱フェルト７を適当に取り付け真空に保持できる容
器内に設置し、系内を真空排気装置（図示せず）により
高真空に排気し、不活性ガスを導入して不活性ガス雰囲
気とし、その後加熱手段（図示せず）により坩堝本体１
を加熱し、炭化珪素粉末２を昇華させて炭化珪素粉末２
よりやや低温になっている種結晶成長面６上に炭化珪素
単結晶９の成長を行う。この際希望する温度勾配は、断
熱のために使用する黒鉛製のフェルト７の厚さを変更す
るとにより作りだすことができ、温度測定用穴８より温
度を測定して調整する。
素単結晶を成長させるには、まず、坩堝本体１内に炭化
珪素原料粉末２を収容し、一方、坩堝蓋体３の炭化珪素
種結晶取り付け部４には種結晶５をその炭素面を結晶成
長面６として坩堝蓋体３と反対側に向けて取り付ける。
炭化珪素種結晶５を取りつけた坩堝蓋体３を、炭化珪素
粉末２を収容してなる坩堝本体１にかぶせた後、黒鉛製
の断熱フェルト７を適当に取り付け真空に保持できる容
器内に設置し、系内を真空排気装置（図示せず）により
高真空に排気し、不活性ガスを導入して不活性ガス雰囲
気とし、その後加熱手段（図示せず）により坩堝本体１
を加熱し、炭化珪素粉末２を昇華させて炭化珪素粉末２
よりやや低温になっている種結晶成長面６上に炭化珪素
単結晶９の成長を行う。この際希望する温度勾配は、断
熱のために使用する黒鉛製のフェルト７の厚さを変更す
るとにより作りだすことができ、温度測定用穴８より温
度を測定して調整する。
次に、種結晶５について述べると、種結晶としては、例
えば炭化珪素研磨材を工業的に製造するときに副産物と
して得られる不定形の６Ｈ型炭化珪素単結晶あるいは昇
華再結晶法でできた６Ｈ型炭化珪素単結晶を整形、研磨
し、面判定後、ふっ酸による酸洗浄ののち乾燥させた単
結晶基板が用いられる。本発明において用いられる種結
晶５の面方位および面極性としては、入手が比較的容易
である６Ｈ型単結晶の（０００１）面の炭素面を使用す
る。結晶成長温度が２１５０〜２４００℃の範囲では、
種結晶５の炭素面で成長した炭化珪素単結晶９は、珪素
面で成長した単結晶に比べ透明度が高く、結晶欠陥密度
が低い。一方、珪素面で成長させた炭化珪素単結晶９
は、透明度が低く結晶欠陥密度が高いばかりでなく６Ｈ
型、１５Ｒ型あるいは４Ｈ型の結晶構造の混在した結晶
になりやすい。したがって、６Ｈ型および４Ｈ型の所望
の結晶構造の単結晶を得るためには、種結晶の成長面と
して炭素面を使用することが望ましい。炭素面または珪
素面は、例えば水蒸気酸化あるいは溶融アルカリエッチ
ングによる面判定法により判定する。
えば炭化珪素研磨材を工業的に製造するときに副産物と
して得られる不定形の６Ｈ型炭化珪素単結晶あるいは昇
華再結晶法でできた６Ｈ型炭化珪素単結晶を整形、研磨
し、面判定後、ふっ酸による酸洗浄ののち乾燥させた単
結晶基板が用いられる。本発明において用いられる種結
晶５の面方位および面極性としては、入手が比較的容易
である６Ｈ型単結晶の（０００１）面の炭素面を使用す
る。結晶成長温度が２１５０〜２４００℃の範囲では、
種結晶５の炭素面で成長した炭化珪素単結晶９は、珪素
面で成長した単結晶に比べ透明度が高く、結晶欠陥密度
が低い。一方、珪素面で成長させた炭化珪素単結晶９
は、透明度が低く結晶欠陥密度が高いばかりでなく６Ｈ
型、１５Ｒ型あるいは４Ｈ型の結晶構造の混在した結晶
になりやすい。したがって、６Ｈ型および４Ｈ型の所望
の結晶構造の単結晶を得るためには、種結晶の成長面と
して炭素面を使用することが望ましい。炭素面または珪
素面は、例えば水蒸気酸化あるいは溶融アルカリエッチ
ングによる面判定法により判定する。
単結晶成長条件としての温度について述べると、前記の
坩堝構成においては種結晶５の温度が２１５０℃未満で
は多結晶化しやすくまた低温で成長するといわれる３Ｃ
型（Ｃは結晶形が立方形であることを示し、３は原子積
層が３層で一周期である結晶構造を示す。）の微結晶が
付きやすくなる。一方２４００℃を越えるものであると
炭化珪素の成長が阻害させれるので好ましくない。さら
に、種結晶温度が２１５０〜２２５０℃の間では４Ｈ型
の単結晶が成長し易く、２３００〜２４００℃の間では
６Ｈ型の単結晶が成長し易い。また、種結晶の２３００
〜２４００℃の間において種結晶と原料粉末の間の温度
勾配が４０℃／cmを越えると、温度勾配が１０〜４０℃
／cmのときに比べて４Ｈ型単結晶が成長し易くなる。ま
た同様の条件で温度勾配が１０℃／cm未満の場合は、必
要な結晶成長速度を得ることが難しくなる。一方、種結
晶の温度が２１５０〜２２５０℃／cmの範囲において種
結晶と原料粉末の間の温度勾配が４０〜７０℃／cmのと
きは、温度勾配が４０℃／cm未満の時に比べて４Ｈ型単
結晶が成長し易い。同じ条件で温度勾配が７０℃／cmを
越える場合は、結晶成長速度が大きすぎ多結晶になりや
すい。
坩堝構成においては種結晶５の温度が２１５０℃未満で
は多結晶化しやすくまた低温で成長するといわれる３Ｃ
型（Ｃは結晶形が立方形であることを示し、３は原子積
層が３層で一周期である結晶構造を示す。）の微結晶が
付きやすくなる。一方２４００℃を越えるものであると
炭化珪素の成長が阻害させれるので好ましくない。さら
に、種結晶温度が２１５０〜２２５０℃の間では４Ｈ型
の単結晶が成長し易く、２３００〜２４００℃の間では
６Ｈ型の単結晶が成長し易い。また、種結晶の２３００
〜２４００℃の間において種結晶と原料粉末の間の温度
勾配が４０℃／cmを越えると、温度勾配が１０〜４０℃
／cmのときに比べて４Ｈ型単結晶が成長し易くなる。ま
た同様の条件で温度勾配が１０℃／cm未満の場合は、必
要な結晶成長速度を得ることが難しくなる。一方、種結
晶の温度が２１５０〜２２５０℃／cmの範囲において種
結晶と原料粉末の間の温度勾配が４０〜７０℃／cmのと
きは、温度勾配が４０℃／cm未満の時に比べて４Ｈ型単
結晶が成長し易い。同じ条件で温度勾配が７０℃／cmを
越える場合は、結晶成長速度が大きすぎ多結晶になりや
すい。
また、結晶成長速度について述べると、前記温度条件に
て結晶成長の雰囲気圧力を変化させて結晶成長速度を変
化させる訳であるが、結晶成長速度が０．３mm／ｈ未満
であることは成長が遅く単結晶成長の効率が悪いことと
炭化珪素の昇華ガスが不十分な状態で種結晶を高温に曝
すことになるため種結晶または成長した単結晶の成長面
が熱によるエッチングを受けやすく、一方結晶成長速度
が１．２mm／ｈを越えると柱上の多結晶になりやすいこ
とと３Ｃ型の多結晶が単結晶に付着することが多くなる
ことがあげられる。したがって、結晶成長速度は、６Ｈ
型または４Ｈ型炭化珪素単結晶のいずれを成長させる場
合においても、０．３〜１．２mm／ｈとすることが望ま
しい。
て結晶成長の雰囲気圧力を変化させて結晶成長速度を変
化させる訳であるが、結晶成長速度が０．３mm／ｈ未満
であることは成長が遅く単結晶成長の効率が悪いことと
炭化珪素の昇華ガスが不十分な状態で種結晶を高温に曝
すことになるため種結晶または成長した単結晶の成長面
が熱によるエッチングを受けやすく、一方結晶成長速度
が１．２mm／ｈを越えると柱上の多結晶になりやすいこ
とと３Ｃ型の多結晶が単結晶に付着することが多くなる
ことがあげられる。したがって、結晶成長速度は、６Ｈ
型または４Ｈ型炭化珪素単結晶のいずれを成長させる場
合においても、０．３〜１．２mm／ｈとすることが望ま
しい。
上記の成長条件をまとめると、前記の結晶成長方法にお
いて、種結晶として６Ｈ型炭化珪素単結晶（０００１）
面の炭素面を使用し種結晶の温度を２３００℃〜２４０
０℃とするとともに種結晶と原材料との間の温度勾配を
１０〜４０℃／cmとし、成長速度が０．３〜１．２mm／
ｈとなるように雰囲気圧力を調整して結晶成長を行うこ
とにより６Ｈ型の炭化珪素単結晶を効率良く得ることが
できる。また、特に限定されるものではないが、６Ｈ型
の炭化珪素単結晶を成長させる場合におけるより好まし
い成長条件としては、種結晶の温度２３００℃〜２３５
０℃、種結晶と原材料との間の温度勾配２０〜４０℃／
cm、成長速度０．５〜１．０mm／ｈが挙げられる。
いて、種結晶として６Ｈ型炭化珪素単結晶（０００１）
面の炭素面を使用し種結晶の温度を２３００℃〜２４０
０℃とするとともに種結晶と原材料との間の温度勾配を
１０〜４０℃／cmとし、成長速度が０．３〜１．２mm／
ｈとなるように雰囲気圧力を調整して結晶成長を行うこ
とにより６Ｈ型の炭化珪素単結晶を効率良く得ることが
できる。また、特に限定されるものではないが、６Ｈ型
の炭化珪素単結晶を成長させる場合におけるより好まし
い成長条件としては、種結晶の温度２３００℃〜２３５
０℃、種結晶と原材料との間の温度勾配２０〜４０℃／
cm、成長速度０．５〜１．０mm／ｈが挙げられる。
一方、種結晶として６Ｈ型炭化珪素単結晶の（０００
１）面の炭素面を使用し種結晶の温度を２１５０℃〜２
２５０℃とするとともに種結晶と原材料との間の温度勾
配を４０〜７０℃／cmとし、成長速度が０．３〜１．２
mm／ｈになるように雰囲気圧力を調整して結晶成長を行
うことにより４Ｈ型単結晶を効率良く得ることができ
る。なお、特に限定されるものではないが、４Ｈ型の炭
化珪素単結晶を成長させる場合におけるより好ましい成
長条件としては、種結晶の温度２１８０℃〜２２５０
℃、種結晶と原材料との間の温度勾配４０〜６０℃／c
m、成長速度０．５〜１．０mm／ｈが挙げられる。
１）面の炭素面を使用し種結晶の温度を２１５０℃〜２
２５０℃とするとともに種結晶と原材料との間の温度勾
配を４０〜７０℃／cmとし、成長速度が０．３〜１．２
mm／ｈになるように雰囲気圧力を調整して結晶成長を行
うことにより４Ｈ型単結晶を効率良く得ることができ
る。なお、特に限定されるものではないが、４Ｈ型の炭
化珪素単結晶を成長させる場合におけるより好ましい成
長条件としては、種結晶の温度２１８０℃〜２２５０
℃、種結晶と原材料との間の温度勾配４０〜６０℃／c
m、成長速度０．５〜１．０mm／ｈが挙げられる。
以上の如く、炭化珪素単結晶成長条件を限定して結晶成
長を行うことにより６Ｈ型および４Ｈ型の所望の結晶構
造を持つ炭化珪素単結晶を成長させることができる。
長を行うことにより６Ｈ型および４Ｈ型の所望の結晶構
造を持つ炭化珪素単結晶を成長させることができる。
（実施例） 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
第１図に示すような構成の単結晶成長装置を用いて、炭
化珪素単結晶の成長を試みた。
化珪素単結晶の成長を試みた。
まず、種結晶である炭化珪素単結晶基板５は、炭化珪素
研磨材を工業的に製造する過程で副産物として得られた
不定形の６Ｈ型炭化珪素単結晶を整形したものを研磨
し、面判定を水蒸気酸化法にて行ったのち、ふっ酸によ
る酸洗浄して純水洗浄を行い乾燥させたものを用いた。
面判定に用いた水蒸気酸化は、種結晶を１１００℃に加
熱し９０℃での飽和水蒸気を含む純酸素を流した雰囲気
中で３時間の熱処理を施すことにより行い、酸化膜の厚
い面を炭素面と判定した。また、（０００１）面の判定
は、Ｘ線背面ラウエ法により行った。上記の如く前処理
を行った単結晶基板５の珪素面を黒鉛製の坩堝蓋体３の
側に向け、すなわち炭素面を結晶成長面６とし坩堝蓋体
３の種結晶取り付け部４に取り付けた。その後、炭化珪
素原料粉末２を入れた黒鉛製の坩堝本体１に、炭化珪素
の種結晶５を取り付けた坩堝蓋体３を被せ、周囲および
上下に黒鉛製のフェルト７を取り付け、該坩堝系を石英
製の真空に保持できる容器内に設置し、６×１０-7Torr
の高真空に排気し、不純物となる残留ガスを取り除い
た。次に、容器内に高純度アルゴンガスを導入し、高周
波誘導加熱により種結晶の温度に近い坩堝蓋体３の温度
を２３２０℃となるように成長炉系を加熱した。また、
温度勾配は３０℃／cmとなるように黒鉛製のフェルト７
の厚さを調整するかあるいは坩堝と高周波加熱コイルと
の相対位置を調整した。さらに、成長容器内の雰囲気圧
力を４０Torrに調整し、結晶成長速度が０．６mm／ｈに
なるようにして結晶成長を行った。この結果、第１表の
如く２０個の塊状単結晶成長のうち全体が完全な６Ｈ型
である塊状単結晶が得られる個数の割合は９５％（１９
個）となり、残り５％は４Ｈ型の塊状単結晶になった。
結晶構造の固定は、Ｘ線回析とラマンスペクトル測定と
波長２００〜９００nmでの光透過率の測定とによって行
った。
研磨材を工業的に製造する過程で副産物として得られた
不定形の６Ｈ型炭化珪素単結晶を整形したものを研磨
し、面判定を水蒸気酸化法にて行ったのち、ふっ酸によ
る酸洗浄して純水洗浄を行い乾燥させたものを用いた。
面判定に用いた水蒸気酸化は、種結晶を１１００℃に加
熱し９０℃での飽和水蒸気を含む純酸素を流した雰囲気
中で３時間の熱処理を施すことにより行い、酸化膜の厚
い面を炭素面と判定した。また、（０００１）面の判定
は、Ｘ線背面ラウエ法により行った。上記の如く前処理
を行った単結晶基板５の珪素面を黒鉛製の坩堝蓋体３の
側に向け、すなわち炭素面を結晶成長面６とし坩堝蓋体
３の種結晶取り付け部４に取り付けた。その後、炭化珪
素原料粉末２を入れた黒鉛製の坩堝本体１に、炭化珪素
の種結晶５を取り付けた坩堝蓋体３を被せ、周囲および
上下に黒鉛製のフェルト７を取り付け、該坩堝系を石英
製の真空に保持できる容器内に設置し、６×１０-7Torr
の高真空に排気し、不純物となる残留ガスを取り除い
た。次に、容器内に高純度アルゴンガスを導入し、高周
波誘導加熱により種結晶の温度に近い坩堝蓋体３の温度
を２３２０℃となるように成長炉系を加熱した。また、
温度勾配は３０℃／cmとなるように黒鉛製のフェルト７
の厚さを調整するかあるいは坩堝と高周波加熱コイルと
の相対位置を調整した。さらに、成長容器内の雰囲気圧
力を４０Torrに調整し、結晶成長速度が０．６mm／ｈに
なるようにして結晶成長を行った。この結果、第１表の
如く２０個の塊状単結晶成長のうち全体が完全な６Ｈ型
である塊状単結晶が得られる個数の割合は９５％（１９
個）となり、残り５％は４Ｈ型の塊状単結晶になった。
結晶構造の固定は、Ｘ線回析とラマンスペクトル測定と
波長２００〜９００nmでの光透過率の測定とによって行
った。
同様にして、種結晶５に近い坩堝蓋体３の温度を２３２
０℃となるように加熱し、温度勾配が本発明範囲外の５
０℃／cmとなるように調整し、さらに成長容器内の雰囲
気圧力が４０Torr、結晶成長速度が０．６mm／ｈとなる
ようにして結晶成長を行った結果、２０個の結晶成長の
うち一個が完全な６Ｈ型単結晶の得られる個数の割合は
５０％となり、残りの５０％は４Ｈ型単結晶になった。
０℃となるように加熱し、温度勾配が本発明範囲外の５
０℃／cmとなるように調整し、さらに成長容器内の雰囲
気圧力が４０Torr、結晶成長速度が０．６mm／ｈとなる
ようにして結晶成長を行った結果、２０個の結晶成長の
うち一個が完全な６Ｈ型単結晶の得られる個数の割合は
５０％となり、残りの５０％は４Ｈ型単結晶になった。
一方、種結晶５の結晶成長面６に６Ｈ型単結晶の（００
０１）面の炭素面を使用し、坩堝蓋体３の温度を２２０
０℃となるように加熱し、温度勾配が５０℃／cmになる
ように黒鉛フェルト７を調整し、さらに成長容器内の雰
囲気圧力を１０Torrに調整し、結晶成長速度が０．８mm
／ｈになるようにして結晶成長を行った。２０個の塊状
単結晶成長の結果、一個が完全な４Ｈ型の塊状単結晶の
得られる個数の割合は８０％（１６個）となり、残り２
０％は６Ｈ型単結晶となった。
０１）面の炭素面を使用し、坩堝蓋体３の温度を２２０
０℃となるように加熱し、温度勾配が５０℃／cmになる
ように黒鉛フェルト７を調整し、さらに成長容器内の雰
囲気圧力を１０Torrに調整し、結晶成長速度が０．８mm
／ｈになるようにして結晶成長を行った。２０個の塊状
単結晶成長の結果、一個が完全な４Ｈ型の塊状単結晶の
得られる個数の割合は８０％（１６個）となり、残り２
０％は６Ｈ型単結晶となった。
同様にして、種結晶に近い坩堝蓋体３の温度を２２００
℃となるように加熱し、温度勾配が本発明範囲外の３０
℃／cmになるように調整し、さらに成長容器内の雰囲気
圧力が１０Torr、結晶成長速度が０．８mm／ｈとなるよ
うにして結晶成長を行った結果、２０個の結晶成長のう
ち一個が完全は６Ｈ型単結晶の得られる割合は４０％と
なり、残りの６０％は４Ｈ型単結晶になった。
℃となるように加熱し、温度勾配が本発明範囲外の３０
℃／cmになるように調整し、さらに成長容器内の雰囲気
圧力が１０Torr、結晶成長速度が０．８mm／ｈとなるよ
うにして結晶成長を行った結果、２０個の結晶成長のう
ち一個が完全は６Ｈ型単結晶の得られる割合は４０％と
なり、残りの６０％は４Ｈ型単結晶になった。
第１表は、上記のような各結晶成長条件で炭化珪素単結
晶を成長させた場合においてそれぞれ得られる６Ｈ型と
４Ｈ型炭化珪素単結晶との割合の結果をまとめたもので
ある。
晶を成長させた場合においてそれぞれ得られる６Ｈ型と
４Ｈ型炭化珪素単結晶との割合の結果をまとめたもので
ある。
なお、本発明の結晶成長条件は上記実施例の成長条件の
みに限定されるものではなく、前記成長条件の範囲で成
長を行えば上記と同様な効果が得られる。
みに限定されるものではなく、前記成長条件の範囲で成
長を行えば上記と同様な効果が得られる。
また、種結晶の結晶成長面６として６Ｈ型単結晶（００
０１）面の炭素面を使用し、坩堝蓋体３の温度を２２５
０℃とし温度勾配を５０℃／cmとし雰囲気圧力７Torrで
結晶成長速度が１．５mm／ｈで結晶成長を行った結果、
３Ｃ型結晶の混じった多結晶になった。さらに、種結晶
成長面６に６Ｈ型単結晶（０００１）面の珪素面を使用
し、坩堝蓋体３の温度を２２００℃、温度勾配を５０℃
／cm、圧力を１０Torr、成長速度を０．８mm／ｈとして
成長を行った結果、６Ｈ型結晶と１５型結晶の混在した
結晶になった。また、５３０℃の溶融水酸化カリウム中
で２分間エッチングにより結晶欠陥を観察した結果、炭
素面を使用し他の成長条件を上記と同じにして成長させ
たものにおいては結晶欠陥密度が８×１０4個／cm2であ
るのに比較し、この珪素面を使用して成長させたものに
おいては結晶欠陥密度が５×１０6個／cm2であった。
０１）面の炭素面を使用し、坩堝蓋体３の温度を２２５
０℃とし温度勾配を５０℃／cmとし雰囲気圧力７Torrで
結晶成長速度が１．５mm／ｈで結晶成長を行った結果、
３Ｃ型結晶の混じった多結晶になった。さらに、種結晶
成長面６に６Ｈ型単結晶（０００１）面の珪素面を使用
し、坩堝蓋体３の温度を２２００℃、温度勾配を５０℃
／cm、圧力を１０Torr、成長速度を０．８mm／ｈとして
成長を行った結果、６Ｈ型結晶と１５型結晶の混在した
結晶になった。また、５３０℃の溶融水酸化カリウム中
で２分間エッチングにより結晶欠陥を観察した結果、炭
素面を使用し他の成長条件を上記と同じにして成長させ
たものにおいては結晶欠陥密度が８×１０4個／cm2であ
るのに比較し、この珪素面を使用して成長させたものに
おいては結晶欠陥密度が５×１０6個／cm2であった。
（発明の効果） 以上述べたように本発明は、昇華再結晶法による炭化珪
素単結晶成長方法において、種結晶の成長面を限定しか
つ単結晶の結晶成長条件すなわち温度、温度勾配、成長
速度を限定して結晶成長を行うことにより４Ｈ型および
６Ｈ型炭化珪素単結晶を作る方法であるから、本発明を
用いることにより効率良く所望の結晶構造を持つ塊状の
炭化珪素単結晶を得ることができ、炭化珪素単結晶を用
いた青色発光ダイオードあるいは紫色発光ダイオードな
どの各種応用面に有用な６Ｈ型および４Ｈ型炭化珪素ウ
ェハの供給を可能とするものである。
素単結晶成長方法において、種結晶の成長面を限定しか
つ単結晶の結晶成長条件すなわち温度、温度勾配、成長
速度を限定して結晶成長を行うことにより４Ｈ型および
６Ｈ型炭化珪素単結晶を作る方法であるから、本発明を
用いることにより効率良く所望の結晶構造を持つ塊状の
炭化珪素単結晶を得ることができ、炭化珪素単結晶を用
いた青色発光ダイオードあるいは紫色発光ダイオードな
どの各種応用面に有用な６Ｈ型および４Ｈ型炭化珪素ウ
ェハの供給を可能とするものである。
第１図は本発明の炭化珪素単結晶の成長方法において用
いられる単結晶成長装置の一例の構造を使用段階におい
て模式的に示す断面図である。 １……有底坩堝本体、２……炭化珪素粉末、 ３……坩堝蓋体、４……種結晶取り付け部、 ５……種結晶、６……種結晶成長面、 ７……断熱フェルト、８……温度測定穴、 ９……炭化珪素単結晶。
いられる単結晶成長装置の一例の構造を使用段階におい
て模式的に示す断面図である。 １……有底坩堝本体、２……炭化珪素粉末、 ３……坩堝蓋体、４……種結晶取り付け部、 ５……種結晶、６……種結晶成長面、 ７……断熱フェルト、８……温度測定穴、 ９……炭化珪素単結晶。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 雄一郎 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第１技術研究所内 (56)参考文献 特開 平３−501118（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−57400（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】黒鉛製の坩堝内において炭化珪素原料粉末
を不活性気体雰囲気中で昇華させ、原料よりやや低温に
なっている炭化珪素基板（種結晶）上に炭化珪素単結晶
を成長させる昇華再結晶法において、種結晶として６Ｈ
型炭化珪素単結晶の（０００１）面の炭素面を使用しこ
の種結晶の温度を２３００℃〜２４００℃とするととも
に、前記種結晶と前記原料との間の温度勾配を１０〜４
０℃／cmとし、結晶成長速度を０．３〜１．２mm／ｈと
することを特徴とする６Ｈ型炭化珪素単結晶成長方法。 - 【請求項２】黒鉛製の坩堝内において炭化珪素原料粉末
を不活性気体雰囲気中で昇華させ、原料よりやや低温に
なっている炭化珪素基板（種結晶）上に炭化珪素単結晶
を成長させる昇華再結晶法において、種結晶として６Ｈ
型炭化珪素単結晶の（０００１）面の炭素面を使用しこ
の種結晶の温度を２１５０℃〜２２５０℃とするととも
に、前記種結晶と前記材料との間の温度勾配を４０〜７
０℃／cmとし、結晶成長速度を０．３〜１．２mm／ｈと
することを特徴とする４Ｈ型炭化珪素単結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11116390A JPH0639360B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | ６ｈ型および４ｈ型炭化珪素単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11116390A JPH0639360B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | ６ｈ型および４ｈ型炭化珪素単結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0412096A JPH0412096A (ja) | 1992-01-16 |
| JPH0639360B2 true JPH0639360B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=14554076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11116390A Expired - Lifetime JPH0639360B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | ６ｈ型および４ｈ型炭化珪素単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0639360B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3491436B2 (ja) * | 1996-03-29 | 2004-01-26 | 株式会社デンソー | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| JP4613078B2 (ja) * | 2005-03-01 | 2011-01-12 | 学校法人 名城大学 | 半導体基板の製造方法 |
| JP2008110907A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法及び炭化珪素単結晶インゴット |
| JP5143159B2 (ja) * | 2010-02-18 | 2013-02-13 | 三菱電機株式会社 | 単結晶の製造装置 |
| CN103173863B (zh) * | 2011-12-23 | 2016-02-10 | 上海硅酸盐研究所中试基地 | 大尺寸碳化硅单晶生长装置 |
| CN102586858A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-07-18 | 北京华进创威电子有限公司 | 一种双坩埚感应加热物理气相传输生长单晶的装置 |
| JP6180024B2 (ja) * | 2013-10-31 | 2017-08-16 | 株式会社フジクラ | 単結晶製造装置及び単結晶の製造方法 |
| CN105420813A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-23 | 中国电子科技集团公司第二研究所 | 无掺杂元素的高纯半绝缘碳化硅晶体生长装置 |
| CN110872728B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-05-28 | 山东大学 | 一种简单、高效降低SiC单晶中碳包裹物的方法 |
-
1990
- 1990-04-26 JP JP11116390A patent/JPH0639360B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0412096A (ja) | 1992-01-16 |
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