JPS5935099A - 炭化けい素結晶成長法 - 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】 この発明、ｉ、良質で大型の炭化けい素中、結晶をはや
い庫度で１７（同さ迂ろ炭化け１ハ素結晶成長法に関す
るものである。

従東の炭化けい素単結晶作製法に、ま、アチソン法、液
相法、化学気相法及び昇華再結晶法がある。アチソン法
はけい石とコークスの混合物を九気炉で熱して結晶な析
出させるもので２３ｆｌＯ〜２７００℃の高温な要し不
純物が多く、また成長が自然発生的な核形成によるため
、成長する結晶の形及び結晶面の制御が困難でちる。一
方液相〆Ｊ％及び化学気相法ではエピタキシャル成長が
可能で結晶の形及び結晶面の；捕間が可能である。

しかし両方・法とも結晶成長速度は高々数１０μｒｎ／
／７．．と遅く、大型の炭化けい素早結晶な得ろことは
困難である。

昇華再結晶による結晶成長法は適当な温度分布なもつ黒
鉛るつぼ内で原料炭化け・ハ素を昇華させ、るつぼ内の
低温部に再結晶させろレーリー法と、るつぼ上の低温部
に炭化けい素基板ケおき、雰囲気なアルボ７１００　ｈ
−ルから真空にかえるタイロフらの方法がある。・ 前者は２５００℃程度の高温な要し、自然発牛的な核形
成により結晶が成長するため結晶の形及び結晶面の制徊
１が困難である。

後者は成長速度が数ｍｍ／　ｉ、、と極めて大きいが、
柱状に蔵開ｊ〜やすく、色々の形や方向の結晶面が現わ
れ、結晶性が悪い。

したがってｊ？ノ、Ｌの方法では結晶の形及び結晶面の
制御が困Ｍｉｌｆであったり、また良質で大型の炭化け
・ハ素中結晶ヤはや１ハ成長：末席で成長させることが
困難である等の難点があり、これらが炭化けい素ヤ用い
た素子を作製する場合の大きな制約となって・ハる。

この発明は、炭化けい素な用いた素子やその基板の供給
な容易に行うことがでべろように、結晶の形及び結晶面
の制御が可能で、良質目、っ大型の炭化け・ハ素単結晶
をはやい；車庫でエビタキ／ヤル成１灸させろことがで
へる炭化けい素の結晶成同法を提案するものである。

この発明は、基本的にはアルゴン等の不活性気体雰囲気
中で炭化けい素扮末な加熱昇華させ、炭化けい素中結晶
恭板トに炭化けい素早結晶な成長させる方法の改良に関
するものであるが、その要旨とするところは炭化けい素
粉末％＝　１８００〜２２００℃で加熱昇華させ、更に
炭化けい素早結晶基板な２０００℃以下で、腓つ炭化け
Ｉ／−１素粉末より５０〜２００℃低い温度に保つとと
もに、不活性気体の圧力な数ｆｆトールの高圧で炭化け
い素早結晶な成長させ、次にその圧力を１−１０トール
迄の低圧に漸減し、ｉ５’ｕＫこの低圧状態？保持して
炭化けい素早結晶を成陵させるものである。

即ちアルゴン等の不活注気体な数百トールの高圧圧した
雰囲気中で、炭化けい素結晶をエピタキシャル成長させ
ると、成長速度は高々数１０１ｍ、／ムと遅いが、結晶
性は啄めて良好である（第１図参照）。

そこで、この発明において、ｉ数百トールの篩用不活性
気体中で、基板上に良質な炭化けい素早結晶を成長させ
、次いでその圧力な１〜ｌＯトール迄の低圧に漸減し、
この低圧状態で炭化、−１い素子結晶を蔵開させるもの
である。

このようにすると、基板とに形成された良質な炭化けい
素早結晶の格子に従って結晶が成長するため、極めて良
質な結晶が得られるとともに、数百トールの高圧よりｌ
〜ｌＯトール迄の低１（ミに漸減し７て結晶シ成１＋さ
せるため、数１００／／→。

というはやい成長速ＩＷが得られる（第２図参照）、。

こ才１に対］〜でアルゴン等の不活性気体の圧力１００
トールからその圧力な真空まで漸減シ１７、真空中で眉
華再結晶させると、結晶性が悪く、柱状結晶ができ易い
。

したがって高圧の不活１ｇＪ：気体雰囲気１．（１〜１
０ト一ル稈度Ｊ）低圧に漸減し、この低圧状態で結晶を
蔵開させることが重弗である。

以Ｈのような好ましい低圧状態は昇華速度とノ、（板１
−の占１５列結晶化がバランスす−るような圧カヤ実験
的に求めた結憎得られたものであり、１トール１ソ、Ｆ
Ｃは２（′ｉ；ｊ　／；ｃ結晶な得ろことができず、１
０トール以ヒで５１十分７（蔵開速度が得られない。

ヰた不活Ｉ／１気ｆ４二の高圧側は、アルゴンの場合１
００乃ｙｚｏｏトールにおいて好ましい結果が得らＪｌ
ているが、別にこれに限定されろものでなく、数ｉトー
ルＤ高ＩＦ状態であれば、実施可能である。

更に不活性気体としては、アルゴン、キセノン等を挙げ
ろことができ、また零囲値ガス中に空Ｉ等のガスな導入
するか、或１ハは炭化けい素粉米中に不純′吻な添１１
１１することにより成トセる結晶の電導型り制御するこ
ともできる。

次に実験の結ｐ　ｉ仔られた市ソ：゛な温度・シラメー
タについて述べろと、炭化けい素扮末は１８００〜２２
０１）　℃で加熱昇華させる必゛多すがある。１８００
　Ｃ以下Ｃはパ華速度が啄めて遅くなり、（またがって
成長凍１１Ｆが除めて１１賃くなる。また２２００℃１
；ｌヒでは結晶成陵の１ｌｔｌｌ囮１が困難である。

一方基板の温度は２０００　℃以「に保′つ必１．１５
ｉがあり、２＋ｌ１ｌＱ℃以上では基板表面が：きエッ
チされ私用に；１（１反と炭化げｌ／−１素粉末との温
１ｅ−差は５０〜２００℃に保つ必要があり、５０℃す
、ＦＳ　＋た２　０　〔１℃以ヒひはノル板−ヒに結晶
ケ成１毛させるのが困！ｙ＋＃である。

／２　！＝−去板温度髪変えることｆより成長する結晶
の結晶多形を制御することもでさる。

また炭化けい素基板の表面は炭素面であっても、けＩ／
′１米面であっても成長・重度は殆んど変わらＩＦい。

このイ＾明は、例えば第３図に示すような黒鉛ルツボ／
内に炭化けい未粉末、２ヶ挿入し、更に礁鉛ルツボ／内
のヒ部に設けられた開口に炭化ｖ１い素早結晶、５（板
３を設けることにより′與楕す゛ることができる。

この場合黒鉛ルツボ／内ケ高真空圧排気した後、アルゴ
ンな４人してそのＩＦ、力な約１０（ｌトールに１呆仁
〕、由に炭化けＩ／−１素粉末２りｌｎ＋熱槽弘をｉｉ
ｒ＋、　Ｌ、　−（１８０（１〜２２ｉ１０℃の間に加
熱し、また基板、？ン粉末ユよゆ５０〜２００℃低くな
るように加熱Ｌ７、体板３）−、ｉｃ炭ｒ１−けい素岸
結晶ケ成吊させる。

次に黒鉛ルツボ／内のアルゴン圧シ１トール迄１・１す
１減させ、巾に内１？１４のＩルゴ／圧ヤ１トールに保
ちながら基板３１−の炭化けい素「ヤ結晶り威喝■ＩＪ
′ろ。

この結果、数１００μｍ／ム　というはやい成墜速１矩
で、しかも良質な炭化けい素の中結晶な得ることができ
た。

第２図は炭化けい素粉末−と基板３との温度差ΔＴが８
０℃におけるアルゴンＩ′Ｅｔｏｏ　トールからｌトー
ル迄漸減し、その圧力に保って結晶を成長させた場合（
α）とアルゴン圧１００　トールから真空度漸減し、真
″こ中で結晶を成長させた場合＜ｈ＞の成長速度の比較
を示すものでちり、これによればアルゴン圧１００トー
ルから九７トまで漸減して真空中で結晶を成長させる場
合には、成長速度は場合によっては１００倍以ヒにも−
Ｊ（きくなるが、結晶性は悪く、柱状結晶がでへ易い。

これに対してアルゴン圧ｌｏｏ　トールから１トール迄
漸減し、その圧力に１呆った場ばには成長速度・ま少し
遅くなるが、噛めて良質１．Ｃ結晶を得ることができる
。

この究明の操作条件の一例な示すと、・、′合４図の如
くである。これによれば１、アルゴン圧１００トール中
で３Ｑ分間保持し、その後３０汁間かけて指数１噛数的
にアルゴン圧な１トール迄漸減し、そ、つま＼１トール
な保持しながら基板温度１８００℃、炭化けい素粉末と
の温度檀８０℃で４時間結晶な成１売させる。この結果
、基板上に厚さ６００μｍの（愼めて良質な炭化けい素
の結晶な得ることがでへた。

ｊす上要するに、この発明によれば比較的簡略な装置す
使用して良質な炭化けい素中、結晶な１屯い速度で或同
させることができ、炭化けい素な用いた諸種の応用に材
料共給面ｈ・らその活用が期待されろものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルボ７１ｆｌＯ）−Ｍｌ−＋と真空中での炭
１ヒけい素、７）威喝速度と基板温匪とＪ）関係図、第
２図は真空中とアルゴン１トール中での炭化けい素の成
１（速度と基板温度とｆ）関係図、第３図は昇華とよる
炭化けい素、結晶成長装置の原理図、第４図、１この発
明の操作条件ニア）　−ｆ９ｊｌな示１−１ルゴン圧の
経時＃ｉ減曲線。 図において／は黒鉛るつぼ、２は炭化けい素粉末、３は
炭化けい素中結晶周板、グｔｉ舶熱槽である。 第１ｈ′ 第２ｔＭ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 不活性気体雰囲気中で、炭化けい素粉末を加熱°昇華さ
   せ、炭化けい素早結晶基板上に炭化けい素嘔結晶？成長
   させる方法にお・ハて、炭化けい素粉末１１ｓｏｏ〜２
   ２００℃で加熱昇華させ、更に炭化けい素早結晶基板を
   ２０００℃以下で、目、つ炭化けＩ／−１素粉末より５
   ０〜２００℃低い温度に保つとともに、 不活１＜Ｊ−気体の）五力な数百トールの高圧で炭化；
   寸い累中結晶髪成喝させ、次にその圧を１〜１０トール
   迄の低圧に漸減し、史にこの低圧状態を保持して炭化け
   い素嘆結晶ケ成長させろことを特徴とする炭化けい素結
   晶成長法。