JPH11199396A

JPH11199396A - ＳｉＣ単結晶の合成方法

Info

Publication number: JPH11199396A
Application number: JP753798A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shiomi; 弘塩見; Shigehiro Nishino; 茂弘西野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-27
Anticipated expiration: 2018-01-19
Also published as: JP4053125B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質で大型のＳｉＣ単結晶を、容易にして
かつ早い成長速度で安価に合成する。【解決手段】合成装置内に３つの温度領域Ｔ₁、Ｔ₂、
Ｔ₃を形成するとともに、各領域の温度をＴ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃
とする。低温領域Ｔ₁に固体のＳｉ源１２、中温領域Ｔ₂
にＳｉＣの種結晶１１またはＳｉＣ単結晶基板、高温領
域Ｔ₃に固体の炭素供給源１５をそれぞれ設置する。低
温領域Ｔ₁からＳｉを蒸発させ、その蒸発させたＳｉを
高温領域Ｔ₃を通過させることにより炭素と反応させて
ＳｉＣ形成ガスを形成させ、ＳｉＣ形成ガスを中温領域
Ｔ₂の種結晶またはＳｉＣ単結晶基板に到達させてＳｉ
Ｃ単結晶を合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳｉＣ単結晶の製
造方法に係り、特に半導体電子部品に適した高品質なＳ
ｉＣを効率良く成長させるためのＳｉＣ単結晶の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳｉＣは、酸およびアルカリ等の耐薬品
性に優れ、かつ高エネルギー線に対する損傷も受けにく
く、耐久性に優れた材料であり、半導体材料としても使
用されている。

【０００３】ところで、ＳｉＣを半導体材料として使用
するためには、ある程度の大きさを有する高品質な単結
晶を得る必要がある。このため、従来から、アチェソン
法と呼ばれる化学反応を利用する方法、レーリー法と呼
ばれる昇華再結晶法を利用する方法、あるいはこれらの
方法によって得られたＳｉＣの単結晶を基板として用
い、その基板上に気相エピタキシャル成長法または液相
エピタキシャル成長法によって目的規模のＳｉＣ単結晶
を成長させる方法が利用されている。

【０００４】特に、バルク状のＳｉＣ単結晶を成長させ
る方法として、グラファイト製の坩堝の中で、適当な大
きさのＳｉＣ単結晶を種結晶とし、原料のＳｉＣ粉末を
減圧雰囲気下で昇華させることにより、種結晶上に再結
晶させて目的規模のＳｉＣ単結晶を成長させる、いわゆ
る改良型レーリー法が、例えば特公昭第５９ー４８７９
２号公報および特開平２ー３０６９９号公報に開示され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法のうち、アチェソン法は、珪石とコークスの混合物を
電気炉で熱し、自然発生的な核形成によって結晶を析出
させるので、不純物が多く、得られる結晶の形および結
晶面の制御が困難である。

【０００６】また、気相エピタキシャル成長法や液相エ
ピタキシャル成長法では、結晶の形および結晶面の制御
は可能であるが、結晶成長速度が極めて遅く、大型のＳ
ｉＣ単結晶を得ることが困難である。

【０００７】さらに、レーリー法では、自然核発生的な
核形成によって結晶が成長するので、結晶の形及び結晶
面の制御が困難である。

【０００８】一方、改良型レーリー法である特公昭５９
ー４８７９２号公報記載の発明では、良質なＳｉＣ単結
晶を得ることが可能である。しかし、この方法によって
ＳｉＣ単結晶を得る場合、結晶の成長期間中にグラファ
イト製坩堝からＳｉＣ結晶が自然発生する。そして、そ
れを核として結晶が急成長し、種結晶からの結晶成長を
阻害するので、目的の規模の結晶が得られなかったり、
均質性の高い結晶を得ることが困難であり、さらに単結
晶を取り出す時に多結晶部分を切り取る必要性が生じ、
工程の煩雑化を招いている。

【０００９】特開平２ー３０６９９号公報記載の発明で
は、目的の規模で均質性の高いＳｉＣ単結晶を得ること
ができる。しかし、坩堝等の製造装置が複雑となり、か
つ精密な加工が必要であるので、大変な手間がかかり、
実用上問題がある。

【００１０】また、レーリー法や改良レーリー法におい
て原料のＳｉＣから昇華する主なガスは、Ｓｉ、ＳｉＣ
₂及びＳｉ₂Ｃであることが知られているが、Ｓｉの蒸気
圧がＳｉＣ₂及びＳｉ₂Ｃの蒸気圧に比べて１桁高く、Ｓ
ｉが坩堝から逃げてしまうため、合成中に原料の組成が
次第に変化して合成条件がずれていくという問題があ
る。

【００１１】さらに、原料の上面は坩堝からの熱輻射の
影響で原料の内部より温度が上がり、成長初期に昇華量
が大きく、表面がグラファイト化して次第に昇華量が下
がってしまうという問題もある。この問題を解決するた
めに、特開平５ー１０５５９６号公報では、原料にカー
ボンを含有せしめ、さらにその原料の表面部分にカーボ
ンを含有する層を形成させて、坩堝上部からの熱輻射を
防ぐ試みが示されている。しかし、この方法でも、合成
中、一貫して同じ蒸気圧で原料が種結晶に到達するよう
に制御することは困難である。

【００１２】また、坩堝からの熱伝導あるいは熱輻射に
より加熱されて原料が昇華する領域は、坩堝の側面や底
面に接する付近の原料から、中心部にある原料へと次第
に広がっていく。しかし、昇華領域の拡大とともに底面
付近あるいは側壁付近の初期に昇華した坩堝の原料が、
断熱性の高い煤状粉末に変化するため、中心部にある原
料への熱伝導や熱輻射が急激に減少して、中心部にある
原料の昇華が急激に低下したり、また起こらなくなる。
特に、大面積単結晶を合成する場合、原料をチャージす
る坩堝の径も大きくする必要があり、原料の径方向の変
質が大きな問題となる。特開平５ー５８７７４号公報記
載の成長装置では、坩堝の内部に熱伝導体を設置して原
料の均熱加熱を目指しているが、ＳｉＣ原料が昇華され
て煤状粉末に変化していくことは抑制できないので、原
理的に結晶速度の経時変化を避けることはできない。

【００１３】図２は、炭素（Ｃ）とＳｉＣの蒸気圧曲線
を示すグラフであり、縦軸（対数）に圧力（Ｐａ）を、
横軸に温度（℃）をとったものである。図２からも判る
ように、前述のごとくＳｉの蒸気圧がＳｉＣ₂やＳｉ₂Ｃ
の蒸気圧に比べて１桁高い。合成速度を上昇させるため
には十分な量のＳｉとＣを種結晶に供給する必要がある
が、Ｃを十分に供給しようとして、蒸気圧の低いＳｉＣ
₂及びＳｉ₂Ｃの分圧を上げるために原料の温度を上げる
と、Ｓｉ系の分圧が高くなり過ぎ、原料および合成結晶
のストイキオメトリがずれるという問題がある。

【００１４】また、原料のＳｉＣとしてアチェソン法で
合成されたものを用いると、珪石からの不純物が多く、
また通常、粉末の形で利用するため、その粉砕工程で粉
砕装置からの原料へ金属汚染が発生する。例えば、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ等の不純物を全体で１０００ｐｐｍ
以上含んでいるのが一般的である。

【００１５】この問題を解決するために、特開昭６３ー
５０３９３号公報には、アチェソン法で合成された結晶
を、高真空中で昇華させ、再結晶させて不純物量を低減
する方法が提案されている。この方法によれば、高真空
で再結晶化された原材料は再結晶処理前の原材料に比べ
て不純物濃度が１／２以下程度にはなるが、２桁や３桁
のオーダーでの不純物低下にはならない。

【００１６】また、この不純物の問題を解決するため
に、原料としてＣＶＤ法でガスから合成したＳｉＣを用
いる方法、あるいは、珪素とグラファイトの粉末を混ぜ
て高温で処理してＳｉＣの原料にする方法が提案されて
いる（例えば、V．B．Shields等、ジャーナル・オブ・
アプライドフィジックス・レターズ Vo.62,No.19.1919
-1921）。しかし、これらの方法は、原料準備の新たな
工程があるため、工程が煩雑になる。

【００１７】さらに、粉末を原料に用いると、原料の充
填率が下がるため、大型のＳｉＣ単結晶を合成する場
合、坩堝を大型化する必要があり、装置の大型化とそれ
に伴う温度制御の困難を来すという問題がある。

【００１８】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、高品質で大型のＳｉＣ単結晶を容易にし
てかつ早い成長速度で安価に得ることができるＳｉＣ単
結晶の合成方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ＳｉＣ単結晶を合成するにあたり、合成
装置内に３つの温度領域Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃を形成するとと
もに、各領域の温度をＴ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃とし、低温領域Ｔ₁
に固体のＳｉ、中温領域Ｔ₂にＳｉＣの種結晶またはＳ
ｉＣ単結晶基板、高温領域Ｔ₃に固体の炭素をそれぞれ
設置して、低温領域Ｔ₁からＳｉを蒸発させ、その蒸発
させたＳｉを高温領域Ｔ₃を通過させることにより炭素
と反応させてＳｉＣ形成ガスを形成させ、ＳｉＣ形成ガ
スを中温領域Ｔ₂の種結晶またはＳｉＣ単結晶基板に到
達させることを特徴とする。

【００２０】すなわち、本発明は、ＳｉとＣとを個別に
昇温し、それぞれの最適な温度で蒸気圧を制御して合成
するもので、高温領域Ｔ₃においてはＳｉの供給量とは
独立して高い温度を設定できるため、十分なＣを種結晶
またはＳｉＣ単結晶基板に供給することができる。

【００２１】図３は、ＳｉとＣのそれぞれの蒸気圧曲線
を示すグラフであり、縦軸（対数）に圧力（Ｐａ）を、
横軸に温度（℃）をとったもので、図３から判るよう
に、１４００℃から十分な蒸気圧が得られるＳｉを２０
００℃以上に加熱したＣ（グラファイト）の領域を通過
させることにより、ＳｉＣ単結晶を制御性良く合成する
ことができる。

【００２２】また、本発明において用いる原料の固体の
ＳｉおよびＣ（グラファイト）は、それぞれ高純度な材
料が安価に入手できる。このため、合成するＳｉＣ単結
晶の不純物濃度を大幅に低減することができる。

【００２３】さらに、原料のＳｉおよびＣはそれぞれ単
一元素であるので、ＳｉＣ粉末を用いる場合と違って、
合成中に原料の組成変化が生じないため、合成条件が安
定し、高品質なＳｉＣ単結晶を得ることができる。

【００２４】また、充填時の原料は、粉末ではなく、Ｓ
ｉとグラファイトの固体（バルク）であるので、充填率
が高く、大型で長尺なＳｉＣ単結晶を合成することがで
きる。

【００２５】本発明においては、低温領域Ｔ₁における
液相のＳｉと気相のＳｉとの界面に、炭素、石英または
ＳｉＣからなるシールドを設けてＳｉの蒸気圧を制御す
るとよい。ここで、炭素としては、特にガラス状炭素
（グラシーカーボン）が適しており、高温でもＳｉと反
応せず、優れたシールドとなる。

【００２６】また、シールドと高温領域Ｔ₃の炭素とを
機械的に連結し、低温領域Ｔ₁のＳｉの蒸発によるＳｉ
量の減少に伴って、シールドの位置が変化する高温領域
Ｔ₃の炭素が移動するようにし、合成されたＳｉＣ単結
晶と炭素との間の距離が一定となるようにするとよい。
これにより、長時間に安定した合成が可能となる。

【００２７】高温領域Ｔ₃の炭素に細管またはスリット
を設けることにより炭素の表面積を増大させることで、
低温領域Ｔ₁から飛来するＳｉと炭素とを効率的に反応
させることができる。

【００２８】また、低温領域Ｔ₁、中温領域Ｔ₂および高
温領域Ｔ₃を形成する坩堝の少なくとも内面を、ダイヤ
モンドライクカーボンまたはガラス状炭素（グラシーカ
ーボン）により形成するとよい。これにより、自然核発
生を抑制することができ、高品質なＳｉＣ単結晶の合成
が可能となる。

【００２９】さらに、低温領域Ｔ₁、中温領域Ｔ₂および
高温領域Ｔ₃を形成する坩堝の外側に、グラファイトか
らなる熱シールドを配置することにより、熱輻射による
放熱を抑制することができる。

【００３０】また、熱シールドを、複数の短冊状のグラ
ファイト板を隙間を設けて隣接配置して全体形状が略円
筒形状となるように形成すれば、高周波加熱による誘導
電流を抑制でき、熱シールドを坩堝の径方向に複数配置
すると、放熱の抑制および誘導電流の抑制の点でさらに
よい。

【００３１】

【発明の実施の形態】本実施の形態で使用する合成装置
を図１に示す。この合成装置において、グラファイトか
らなる円筒状の坩堝１は、それぞれ円筒状の上部坩堝１
ａと下部坩堝１ｂとから構成されている。また、上部坩
堝１ａの上端は円板状の蓋２により閉塞されている。一
方、下部坩堝１ｂの内側には、グラファイトからなる円
筒状のＳｉ保持用坩堝３が下部坩堝１ｂと僅かな隙間を
もって軸方向に移動自在に挿入されている。Ｓｉ保持用
坩堝３の下部は、円板状の坩堝支持台４の上面に固設さ
れており、Ｓｉ保持用坩堝３の下部側面には、上記隙間
に通じる貫通孔３ａが複数設けられている。坩堝支持台
４の下面中心部には、図示を省略した駆動源に接続され
た円筒状の支持軸５が固設されている。つまり、この支
持軸５の上下動に伴って、Ｓｉ保持用坩堝３は軸方向に
移動可能になっている。また、支持軸５は中空の円筒状
であるので、Ｓｉ保持用坩堝３の底面の温度を２温度パ
イロメータで測定することができる。

【００３２】さらに、坩堝１およびＳｉ保持用坩堝３の
内周面は、平滑性の高いダイヤモンドライクカーボンま
たはガラス状炭素（グラシーカーボン）により形成され
ている。坩堝１およびＳｉ保持用坩堝３の内周面の表面
粗さは、Ｒmax＜１０μｍが好ましい。

【００３３】坩堝１の外側には、３個の熱シールド６が
坩堝１の径方向に同心状に配置されている。各熱シール
ド６は、複数の短冊状のグラファイト板を隙間を設けて
隣接配置して全体形状がそれぞれ略円筒状に形成されて
おり、隣り合う熱シールド６はその隙間が径方向に重な
らないように設けられている。また、熱シールド６は、
一般に良く用いられる不純物汚染の原因となる炭素繊維
や多孔質グラファイトにより形成されていないので、不
純物汚染の心配がない。さらに、これら熱シールド６の
上端は、同一材料で形成された円板状の蓋７により閉塞
されている。

【００３４】最外周の熱シールド６の外側には、熱シー
ルド６と同心状にして石英からなる円筒状の石英筒８が
配置されている。この石英筒８の内部には、水などの冷
却水が流れるようになっており、石英筒８が保護される
ようになっている。さらに、石英筒８の外側には、図示
は省略したが、坩堝１およびＳｉ保持用坩堝３などを高
周波加熱できるように、ＲＦワークコイルが配設されて
いる。

【００３５】坩堝１内には、その上部に蓋７および蓋２
の中心部を貫通する円筒状の種結晶支持棒９が軸方向に
移動自在に挿入されている。この種結晶支持棒９の下端
には、その下端開口部を閉塞するようにして円板状の種
結晶ホルダ１０が固設されている。そして、この種結晶
ホルダ１０の下面には、ＳｉＣの種結晶１１がグルコー
スを高温融解させたペーストにより固着されている。種
結晶支持棒９は、中空の円筒状であるので、種結晶１１
の温度を２温度パイロメータで測定することができる。
また、種結晶支持棒９は、軸回りに２００ｒｐｍまで回
転できるように設けられている。この種結晶支持棒９
は、坩堝１、坩堝支持台４および支持棒５とともにその
全体が石英筒８の内壁に囲まれる範囲で真空状態にでき
るように構成されている。

【００３６】一方、Ｓｉ保持用坩堝３内には、円柱状バ
ルク体のＳｉ源１２が収容されている。そして、このＳ
ｉ源１２の上面には、炭素、石英またはＳｉＣからなる
円板状のＳｉ蒸気圧制御用シールド１３が載置されてい
る。このＳｉ蒸気圧制御用シールド１３には、Ｓｉの蒸
気が通過できるように、軸方向に貫通する複数の通過孔
１３ａが形成されている。また、Ｓｉ蒸気圧制御用シー
ルド１３の上面中心部には、Ｓｉ蒸気圧制御用シールド
１３と同一材料により形成された、Ｓｉ蒸気圧制御用補
助シールド１４が固設されている。このＳｉ蒸気圧制御
用補助シールド１４は、中心軸と、Ｓｉ蒸気圧制御用シ
ールド１３側に設けられた２枚の円板とから構成されて
いる。Ｓｉ蒸気圧制御用シールド１３およびＳｉ蒸気圧
制御用補助シールド１４は、それぞれＳｉ源１２からの
蒸気圧を制御するため、高温溶融の液相のＳｉと気相の
Ｓｉとの界面の面積および気相のＳｉの拡散を制御する
ものである。

【００３７】また、Ｓｉ蒸気圧制御用補助シールド１４
の上端部には、円柱状バルク体の炭素供給源（グラファ
イト）１５が固設されている。炭素供給源１５には、軸
方向に貫通する通過孔１５ａが形成されており、Ｓｉの
蒸気が通過できるようになっている。Ｓｉは、その通過
孔１５ａを通過する間に、グラファイトと反応してＳｉ
Ｃ合成の活性種であるＳｉＣ形成ガスとなる。この炭素
供給源１５は、上部坩堝１ａの下部内周面に固設した落
下ストッパ１６により、Ｓｉ保持用坩堝３が下降しても
下降が制限されるようになっている。

【００３８】このような構成の合成装置においては、図
示を省略したワークコイルにより、Ｓｉ源１２の温度は
１３００℃〜１６００℃に、種結晶１１の温度は２００
０℃〜２４００℃に、炭素供給源１５の温度は２３００
℃〜３０００℃にそれぞれ加熱制御できるようになって
いる。すなわち、この合成装置は、坩堝１内において、
Ｓｉ源１２の低温領域Ｔ₁と、種結晶１１の中温領域Ｔ₂
と、炭素供給源１５の高温領域Ｔ₃との３つの領域が形
成できるように構成されている。

【００３９】なお、この合成装置において、Ｓｉ保持用
坩堝３の貫通孔３ａは、Ｓｉ源１２が高温により融けて
貫通孔３ａからその一部が流れ出し、下部坩堝１ｂとの
間で凝固することによって塞がり、Ｓｉの蒸気が効率良
く上方へ導かれるようになっている。

【００４０】上記構成の合成装置を用いて、ＳｉＣ単結
晶の合成する方法を以下に説明する。

【００４１】まず、種結晶１１、Ｓｉ源１２および炭素
供給源１５などを所定位置にセットした後、種結晶支持
棒９を上方に移動させて種結晶１１を上昇させるととも
に、Ｓｉ保持用坩堝３とともにＳｉ源１２を下方に移動
させた後、石英筒８の内壁内側で形成される空間におい
て真空排気を１時間行った。次に、Ａｒガスを装置内に
流入して常圧（７６０Torr）にし、石英筒８内に冷却水
を流しながら、坩堝１を２８００℃にして、１時間空焼
きを行い、ガス出しを行った。このとき、炭素供給源１
５のグラファイトは、炭素供給源１５の落下ストッパ１
６により坩堝１内に残っているため、同時に空焼きがで
きる。

【００４２】次に、Ｓｉ保持用坩堝３とともにＳｉ源１
２を上方に移動させて図１に示す状態とし、種結晶支持
棒９および種結晶１１を所定位置に下降させた後、種結
晶支持棒９を１００ｒｐｍで回転させつつ、高周波加熱
用のワークコイル（図示省略）を調整して、それぞれ種
結晶１１を２３００℃、炭素供給源１５のグラファイト
を２５００℃、およびＳｉ源１２を１６００℃とした。
このような常圧で温度設定を行うことで、結晶性の悪い
結晶が成長することを防止できる。

【００４３】この後、坩堝１内を含む石英筒８の内壁内
側の圧力をＡｒガス雰囲気で５Torrまで下げて、この状
態を維持することにより、Ｓｉの蒸気をＳｉ蒸気圧制御
用シールド１３の通過孔１３ａを通過させ、さらに炭素
供給源１５の通過孔１５ａを通過させることによりＳｉ
Ｃ形成ガスを形成させ、そのＳｉＣ形成ガスを種結晶１
１に到達させて、種結晶１１の表面に１〜２ｍｍ／ｈの
速度でＳｉＣ単結晶を成長させ、最終的に２インチφの
ＳｉＣ単結晶のバルクを合成した。

【００４４】このようにして得られたＳｉＣ単結晶のフ
ォトルミネッセンス特性を調べたところ、そのピーク波
長は約４９０ｎｍであり、６ＨタイプのＳｉＣ単結晶で
あることが判明した。

【００４５】また、ホール測定を行ったところ、電気特
性は、比抵抗が８Ωｃｍ、キャリア密度が約３×１０¹⁶
ｃｍ^ー3、導電型ｎ型と高抵抗、低キャリア密度のＳｉＣ
単結晶を合成できたことが判った。

【００４６】さらに、このＳｉＣ単結晶のバルクを厚さ
４００μｍのウェハ状にスライスして、ダイヤモンド砥
石で研磨を行い、両面鏡面仕上げを行った。その結果、
目視において、２インチ全面で均質であり、端からの多
結晶化、結晶の光透過性を調べたところ、２〜５μｍの
波長に対して良好であり、この結晶は不純物の取込みの
少ない、良好な結晶であることが判明した。

【００４７】以上のように、本実施形態によれば、Ｓｉ
源１２と炭素供給源１５とを個別に昇温し、それぞれの
最適な温度で蒸気圧を制御して合成するので、高温領域
Ｔ₃においてＳｉの供給量とは独立して高い温度を設定
できるため、効率良くＳｉＣ単結晶を合成することがで
きる。また、Ｓｉ源１２および炭素供給源１５は、バル
ク体で高純度な材料が安価に入手することができ、不純
物濃度を大幅に低減することができる上、大型で長尺な
ＳｉＣ単結晶を合成することができる。また、Ｓｉ源１
２および炭素供給源１５のグラファイトは、単一元素で
あるので、合成条件が安定し、高品質なＳｉＣ単結晶を
得ることができる。

【００４８】また、種結晶支持棒９は、２００ｒｐｍま
で回転できるので、面内均一性を高めることができると
ともに、拡散を促進して成長速度を上げることができ
る。

【００４９】また、Ｓｉ蒸気圧制御用シールド１３と炭
素供給源１５とは、機械的に連結されているので、Ｓｉ
源１２の減少に伴って炭素供給源１５が下降し、合成さ
れたＳｉＣ単結晶と炭素供給源１５との間の距離が一定
となり、長時間安定した合成を行うことができる。

【００５０】さらに、坩堝１などの内面が、ダイヤモン
ドライクカーボンまたはグラシーカーボンからなるの
で、自然核発生が抑制され、高品質なＳｉＣ単結晶を得
ることができる。

【００５１】なお、熱シールド６により、熱輻射による
放熱が抑制されるとともに、高周波加熱による誘導電流
が抑制される。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明のＳｉＣ単結晶の
合成方法によれば、単一元素である固体のＳｉとＣとを
個別に昇温することとしたので、高品質で大型のＳｉＣ
単結晶を容易にしてかつ早い成長速度で安価に得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態で使用した合成装置を示す
概略構成図である。

【図２】ＣとＳｉＣの蒸気圧曲線を示すグラフである。

【図３】ＳｉとＣの蒸気圧曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

１…坩堝、３…Ｓｉ保持用坩堝、６…熱シールド、９…
種結晶支持棒、１０…種結晶ホルダ、１１…種結晶、１
２…Ｓｉ源、１３…Ｓｉ蒸気圧制御用シールド、１４…
Ｓｉ蒸気圧制御用補助シールド、１５…炭素供給源、Ｔ
₁…低温領域、Ｔ₂…中温領域、Ｔ₃…高温領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成装置内に３つの温度領域Ｔ₁、Ｔ₂、
Ｔ₃を形成するとともに、各領域の温度をＴ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃
とし、低温領域Ｔ₁に固体のＳｉ、中温領域Ｔ₂にＳｉＣ
の種結晶またはＳｉＣ単結晶基板、高温領域Ｔ₃に固体
の炭素をそれぞれ設置して、前記低温領域Ｔ₁からＳｉ
を蒸発させ、その蒸発させたＳｉを前記高温領域Ｔ₃を
通過させることにより前記炭素と反応させてＳｉＣ形成
ガスを形成させ、前記ＳｉＣ形成ガスを前記中温領域Ｔ
₂の種結晶またはＳｉＣ単結晶基板に到達させてＳｉＣ
単結晶を合成することを特徴とするＳｉＣ単結晶の合成
方法。
【請求項２】前記低温領域Ｔ₁における液相のＳｉと
気相のＳｉとの界面に、炭素、石英またはＳｉＣからな
るシールドを設けて前記Ｓｉの蒸気圧を制御することを
特徴とする請求項１記載のＳｉＣ単結晶の合成方法。
【請求項３】前記シールドと前記高温領域Ｔ₃の炭素
とを機械的に連結し、前記低温領域Ｔ₁のＳｉの蒸発に
よるＳｉ量の減少に伴って、前記シールドの位置が変化
する前記高温領域Ｔ₃の炭素が移動し、合成されたＳｉ
Ｃ単結晶と前記炭素との間の距離が一定となることを特
徴とする請求項２記載のＳｉＣ単結晶の合成方法。
【請求項４】前記高温領域Ｔ₃の炭素に細管またはス
リットを設けることにより前記炭素の表面積を増大さ
せ、前記低温領域Ｔ₁から飛来するＳｉと前記炭素とを
効率的に反応させることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか一項記載のＳｉＣ単結晶の合成方法。
【請求項５】前記低温領域Ｔ₁、中温領域Ｔ₂および高
温領域Ｔ₃を形成する坩堝の少なくとも内面が、ダイヤ
モンドライクカーボンまたはガラス状炭素からなること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のＳｉＣ
単結晶の合成方法。
【請求項６】前記低温領域Ｔ₁、中温領域Ｔ₂および高
温領域Ｔ₃を形成する坩堝の外側に、グラファイトから
なる熱シールドを配置したことを特徴とする請求項１〜
５のいずれか一項記載のＳｉＣ単結晶の合成方法。
【請求項７】前記熱シールドを、複数の短冊状のグラ
ファイト板を隙間を設けて隣接配置して全体形状が略円
筒形状となるように形成し、前記坩堝の径方向に複数配
置したことを特徴とする請求項６記載のＳｉＣ単結晶の
合成方法。