(57)【要約】【課題】ヒータの消費電力を低減することが可能な炭化珪素単結晶の製造装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、坩堝を加熱するヒータとを備える。ヒータは、坩堝の周囲を取り囲む第１部分と、第１部分から突出する第２部分とを含む発熱部と、第２部分に固定されて発熱部を支持する支持部とを有する。支持部を構成する材料の電気抵抗率は、第１部分を構成する材料の電気抵抗率よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝と、
通電による抵抗発熱で前記坩堝を加熱するヒータとを備え、
前記ヒータは、前記坩堝の周囲を取り囲む第１部分と、前記第１部分から突出する第２部分とを含む発熱部と、前記第２部分に固定されて前記発熱部を支持する支持部とを有し、
前記支持部を構成する材料の電気抵抗率は、前記第１部分を構成する材料の電気抵抗率よりも低い、炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記第１部分及び前記第２部分は、同一材料で一体に形成されている、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記支持部を構成する材料のかさ密度は、前記第１部分を構成する材料のかさ密度よりも高い、請求項１又は請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記支持部を構成する材料及び前記発熱部を構成する材料は、グラファイトである、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記ヒータは、シート状の挿入部材をさらに有し、
前記第２部分は、前記挿入部材を介在させて前記支持部に固定される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項６】
前記挿入部材の厚さは、１ｍｍ以下である、請求項５に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項７】
前記挿入部材を構成する材料は、グラファイトである、請求項５又は請求項６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項８】
前記ヒータは、前記支持部を前記第２部分に固定する固定部材をさらに有し、
前記固定部材の曲げ強度は、６０ＭＰａ以上である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項９】
前記固定部材を構成する材料は、グラファイトである、請求項８に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記支持部は、前記第２部分よりも長い、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１１】
前記支持部の長さは、５００ｍｍ以上である、請求項１０に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素単結晶の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特開２０１６−８８８００号公報（特許文献１）に記載の炭化珪素単結晶の製造装置が知られている。特許文献１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、抵抗ヒータとを有している。抵抗ヒータは、坩堝の周囲に配置されている。抵抗ヒータは、炭素材料で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ヒータの消費電力を低減することが可能な炭化珪素単結晶の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、通電による抵抗発熱で坩堝を加熱するヒータとを備える。ヒータは、坩堝の周囲を取り囲む第１部分と、第１部分から突出する第２部分とを含む発熱部と、第２部分に固定されて発熱部を支持する支持部とを有する。支持部を構成する材料の電気抵抗率は、第１部分を構成する材料の電気抵抗率よりも低い。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置によると、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の部分側面図である。
【図２】実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の部分上面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施形態を列記して説明する。
【０００９】
（１）本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝と、通電による抵抗発熱で坩堝を加熱するヒータとを備えている。ヒータは、坩堝の周囲を取り囲む第１部分と、第１部分から突出する第２部分とを含む発熱部と、第２部分に固定されて発熱部を支持する支持部とを有している。支持部を構成する材料の電気抵抗率は、第１部分を構成する材料の電気抵抗率よりも低い。
【００１０】
上記（１）の炭化珪素単結晶の製造装置によると、ヒータの消費電力を低減することが可能となる。
【００１１】
（２）上記（１）の炭化珪素単結晶の製造装置において、第１部分及び第２部分は、同一材料で一体に形成されていてもよい。
【００１２】
（３）上記（１）又は（２）の炭化珪素単結晶の製造装置において、支持部を構成する材料のかさ密度は、第１部分を構成する材料のかさ密度よりも高くてよい。
【００１３】
（４）上記（１）〜（３）の炭化珪素単結晶の製造装置において、発熱部を構成する材料及び支持部を構成する材料は、グラファイトであってもよい。
【００１４】
（５）上記（１）〜（４）の炭化珪素単結晶の製造装置において、ヒータは、シート状の挿入部材をさらに有していてもよい。第２部分は、挿入部材を介在させて支持部に固定されていてもよい。
【００１５】
上記（５）の炭化珪素単結晶の製造装置によると、第２部分と支持部との間の接触電気抵抗を低減することが可能となる。
【００１６】
（６）上記（５）の炭化珪素単結晶の製造装置において、挿入部材の厚さは、１ｍｍ以下であってもよい。
【００１７】
上記（６）の炭化珪素単結晶の製造装置によると、第２部分と支持部との間の接触電気抵抗をさらに低減することが可能となる。
【００１８】
（７）上記（５）又は（６）の炭化珪素単結晶の製造装置において、挿入部材を構成する材料は、グラファイトであってもよい。
【００１９】
（８）上記（１）〜（７）の炭化珪素単結晶の製造装置において、ヒータは、支持部を第２部分に固定する固定部材をさらに有していてもよい。固定部材の曲げ強度は、６０ＭＰａ以上であってもよい。
【００２０】
上記（８）の炭化珪素単結晶の製造装置によると、固定部材の径を相対的に小さくすることが可能となる。
【００２１】
（９）上記（８）の炭化珪素単結晶の製造装置において、固定部材を構成する材料は、グラファイトであってもよい。
【００２２】
（１０）上記（１）〜（９）の炭化珪素単結晶の製造装置において、支持部は第２部分よりも長くてもよい。
【００２３】
上記（１０）の炭化珪素単結晶の製造装置によると、支持部の長さが第２部分の長さよりも長い場合であっても（すなわち、ヒータのうち、坩堝の加熱に寄与しない部分の長さが相対的に長い場合であっても）、ヒータの消費電力の消費電力の増加を抑制することが可能となる。
【００２４】
（１１）上記（１０）の炭化珪素単結晶の製造装置において、支持部の長さは５００ｍｍ以上であってもよい。
【００２５】
［本開示の実施形態の詳細］
次に、本開示の実施形態の詳細を、図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【００２６】
（実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成）
以下に、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成を説明する。
【００２７】
図１は、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の部分側面図である。図２は、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の部分上面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。図１〜図３に示されるように、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝１と、ヒータ２とを有している。なお、図１〜図３において示されているヒータ２の数は１であるが、ヒータ２の数は、複数であってもよい。
【００２８】
坩堝１は、有底筒状の形状を有している。すなわち、坩堝１は、一方端において開口しているとともに、他方端において閉塞されている筒状の形状を有している。坩堝１は、例えば、グラファイトで構成されている。なお、図示されていないが、坩堝１の内底部には、炭化珪素の原料粉末が投入されている。また、図示されていないが、坩堝１の内部には、台座が配置されている。台座には、炭化珪素の原料粉末と対向するように、炭化珪素単結晶を成長させるための種結晶が固定される。炭化珪素の原料粉末がヒータ２で加熱されて昇華し、昇華した炭化珪素が種結晶の表面で再結晶化されることにより、種結晶上に炭化珪素単結晶が成長する。
【００２９】
ヒータ２は、発熱部２１と、支持部２２とを有している。ヒータ２は、挿入部材２３と、固定部材２４とをさらに有していてもよい。ヒータ２は、通電による抵抗発熱で坩堝１を加熱する。
【００３０】
発熱部２１は、第１部分２１ａと、第２部分２１ｂとを有している。第１部分２１ａは、坩堝１の周囲（外周面）を取り囲むように配置されている。第１部分２１ａは、平面視において、環状の形状を有している。第１部分２１ａは、坩堝１の加熱に主として寄与する部分である。
【００３１】
第２部分２１ｂは、第１部分２１ａの径方向に沿って、第１部分２１ａから突出している。第２部分２１ｂは、複数設けられていてもよい。各々の第２部分２１ｂの延在方向は、例えば１８０°異なっている。第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂは、同一材料で一体に形成されていてもよい。第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂを構成する材料は、例えばグラファイトである。
【００３２】
第２部分２１ｂは、一方端２１ｂａと他方端２１ｂｂとを有している。第２部分２１ｂは、一方端２１ｂａ側において、第１部分２１ａに接続されている。第２部分２１ｂは、長さＬ１を有している。長さＬ１は、一方端２１ｂａと他方端２１ｂｂとの間における電流経路の長さである。
【００３３】
第２部分２１ｂには、貫通穴２１ｂｃが設けられている。貫通穴２１ｂｃは、上下方向に沿って第２部分２１ｂを貫通している。貫通穴２１ｂｃは、第２部分２１ｂの他方端２１ｂｂ側に配置されている。
【００３４】
支持部２２は、第２部分２１ｂに固定されることにより、発熱部２１を支持している。支持部２２を構成する材料は、例えばグラファイトである。支持部２２を構成する材料の電気抵抗率は、発熱部２１（第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂ）を構成する材料の電気抵抗率よりも低くなっている。発熱部２１を構成する材料の電気抵抗率及び支持部２２を構成する材料の電気抵抗率は、室温において測定される。発熱部２１を構成する材料の電気抵抗率は、例えば１５００μΩｃｍ以上である。支持部２２を構成する材料の電気抵抗率は、例えば１３００μΩｃｍ以下である。
【００３５】
支持部２２を構成する材料のかさ密度は、発熱部２１（第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂ）を構成する材料のかさ密度よりも高くてもよい。支持部２２を構成する材料のかさ密度及び発熱部２１を構成する材料のかさ密度は、ＪＩＳ  Ｒ  ７２２２：２０１７にしたがって測定される。
【００３６】
支持部２２は、一方端２２ａと他方端２２ｂとを有している。支持部２２は、一方端２２ａ側において、第２部分２１ｂに固定されている。支持部２２は、他方端２２ｂ側において、外部電源に接続されている。これにより、ヒータ２は通電され、抵抗発熱により坩堝１を加熱する。
【００３７】
支持部２２は、長さＬ２を有している。長さＬ２は、一方端２２ａと他方端２２ｂとの間における電流経路の長さである。長さＬ２は、長さＬ１よりも長いことが好ましい。長さＬ２は、例えば４００ｍｍ以上である。長さＬ２は、５００ｍｍ以上であってもよい。長さＬ２は、６００ｍｍ以上であってもよい。支持部２２は、途中で折れ曲がっている箇所を有していてもよく、途中で折れ曲がっている箇所を有していなくてもよい（直線状の形状を有していてもよい）。
【００３８】
支持部２２には、ボルト穴２２ｃが設けられている。ボルト穴２２ｃは、支持部２２の延在方向に沿って、一方端２２ａに設けられている。平面視において、ボルト穴２２ｃは、貫通穴２１ｂｃと重なるように設けられている。
【００３９】
挿入部材２３は、シート状の形状を有している。挿入部材２３は、厚さＴを有している。厚さＴは、好ましくは、１ｍｍ以下である。挿入部材２３を構成する材料は、例えばグラファイトである。
【００４０】
挿入部材２３は、第２部分２１ｂと支持部２２との間に配置されている。すなわち、第２部分２１ｂは、挿入部材２３を介在させて支持部２２に固定されている。
【００４１】
固定部材２４は、例えば、ボルトである。貫通穴２１ｂｃに挿通されるとともに、ボルト穴２２ｃと螺合されることにより、支持部２２を第２部分２１ｂに固定している。固定部材２４を構成する材料は、例えば、グラファイトである。固定部材２４の曲げ強度は、例えば６０ＭＰａ以上である。固定部材２４の曲げ強度は、好ましくは７０ＭＰａ以上である。固定部材２４を構成する材料の曲げ強度は、ＪＩＳ  Ｒ  ７２２２：２０１７にしたがって測定される。
【００４２】
（実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の効果）
以下に、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の効果を、比較例に係る炭化珪素の単結晶の製造装置と対比しながら説明する。
【００４３】
比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成は、発熱部２１（第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂ）を構成する材料と支持部２２を構成する材料とが同一である点を除いて、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成と共通している。このことを別の観点からいえば、比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成は、発熱部２１（第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂ）を構成する材料の電気抵抗率が支持部２２を構成する材料の電気抵抗率と同一である点を除いて、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置の構成と共通している。
【００４４】
ヒータ２を構成する部分のうち、支持部２２は、坩堝１の加熱に殆ど寄与しない。そのため、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置におけるヒータ２と比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置のヒータ２とを比較すると、発熱量に大きな相違はない。
【００４５】
ヒータ２の消費電力は、Ｒ１Ｉ２＋Ｒ２Ｉ２となる（Ｒ１：発熱部２１の電気抵抗値、Ｒ２：支持部２２の電気抵抗値、Ｉ：ヒータ２に流れる電流）。実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置においては、比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置と比較して、支持部２２を構成する材料の電気抵抗率が相対的に低くなっている。すなわち、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置においては、Ｒ２の値が、比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置と比較して相対的に小さくなっている。そのため、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置のヒータ２においては、比較例に係る炭化珪素単結晶の製造装置のヒータ２と比較して、消費電力が低減されている。このように、実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置によると、ヒータ２の発熱量を確保しながら、ヒータ２全体としての消費電力の低減を図ることが可能になる。
【００４６】
支持部２２が第２部分２１ｂに直接固定されている場合、第２部分２１ｂ及び支持部２２の表面の凹凸に起因して、接触電気抵抗が相対的に大きい。特に、支持部２２を構成する材料の電気抵抗率が相対的に低い場合、支持部２２を構成する材料のかさ密度が相対的に大きく、支持部２２の変形能が相対的に低いため、接触電気抵抗が相対的に大きくなりやすい。他方で、支持部２２が第２部分２１ｂに挿入部材２３を介して固定されている場合には、接触電気抵抗を低減することができる。挿入部材２３はシート状の形状を有しているため、第２部分２１ｂ及び支持部２２の表面の凹凸に沿って変形しやすく、部材間の接触面積を増やすことができるからである。特に厚さＴが１ｍｍ以下である場合には、接触電気抵抗を十分に低減することができる。
【００４７】
固定部材２４の曲げ強度が６０ＭＰａ以上である場合には、固定部材２４の径を小さくしたとしても、固定部材２４全体としての曲げ強度を維持することができる。すなわち、固定部材２４の曲げ強度が６０ＭＰａ以上である場合には、ボルト穴２２ｃの径を小さくすることができるため、ボルト穴２２ｃを形成することに伴う支持部２２の電気抵抗値の上昇を抑制することができる。
【００４８】
実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置においては、支持部２２を構成する材料の電気抵抗率が相対的に低い（支持部２２の単位長さあたりの電気抵抗値が相対的に低い）ため、外部電源とヒータ２とを接続するために支持部２２を相対的に長くする必要がある（長さＬ２が長さＬ１よりも大きい）場合であっても、ヒータ２全体としての電気抵抗値の上昇を抑制することが可能となる。
【００４９】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１  坩堝
２  ヒータ
２１  発熱部
２１ａ  第１部分
２１ｂ  第２部分
２１ｂａ  一方端
２１ｂｂ  他方端
２１ｂｃ  貫通穴
２２  支持部
２２ａ  一方端
２２ｂ  他方端
２２ｃ  ボルト穴
２３  挿入部材
２４  固定部材
Ｌ１，Ｌ２  長さ
Ｔ  厚さ
【図１】
2020026366.tif 000003
【図２】
2020026366.tif 000004
【図３】
2020026366.tif 000005