(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶保持軸に保持させたＳｉＣ種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、
（Ａ）前記Ｓｉ−Ｃ溶液を第１の温度にする工程、
（Ｂ）前記種結晶保持軸に保持された前記種結晶基板を、前記Ｓｉ−Ｃ溶液に接触させる工程、
（Ｃ）前記Ｓｉ−Ｃ溶液に前記種結晶基板を接触させた後、前記Ｓｉ−Ｃ溶液を、第２の温度にする工程、並びに
（Ｄ）前記第１の温度から前記第２の温度にするときのあらかじめ調べておいた前記Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化に応じて、前記種結晶保持軸に保持された前記種結晶基板を上下方向に移動させる工程、
を備える、ＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記第１の温度が前記第２の温度よりも低く、工程（Ｃ）が、前記種結晶基板をメルトバックすることを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第２の温度にて、ＳｉＣ単結晶を成長させる、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
メニスカスを形成しながらＳｉＣ単結晶を成長させることを含む、請求項３に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ単結晶の溶液法による製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ単結晶は、熱的、化学的に非常に安定であり、機械的強度に優れ、放射線に強く、しかもＳｉ単結晶に比べて高い絶縁破壊電圧、高い熱伝導率などの優れた物性を有する。そのため、Ｓｉ単結晶やＧａＡｓ単結晶などの既存の半導体材料では実現できない高出力、高周波、耐電圧、耐環境性等を実現することが可能であり、大電力制御や省エネルギーを可能とするパワーデバイス材料、高速大容量情報通信用デバイス材料、車載用高温デバイス材料、耐放射線デバイス材料等、といった広い範囲における、次世代の半導体材料として期待が高まっている。
【０００３】
従来、ＳｉＣ単結晶の成長法としては、代表的には気相法、アチソン（Ａｃｈｅｓｏｎ）法、及び溶液法が知られている。気相法のうち、例えば昇華法では、成長させた単結晶にマイクロパイプ欠陥と呼ばれる中空貫通状の欠陥や積層欠陥等の格子欠陥及び結晶多形が生じやすいという欠点を有するが、結晶の成長速度が大きいため、従来、ＳｉＣバルク単結晶の多くは昇華法により製造されており、成長結晶の欠陥を低減する試みも行われている。アチソン法では原料として珪石とコークスを使用し電気炉中で加熱するため、原料中の不純物等により結晶性の高い単結晶を得ることは不可能である。
【０００４】
そして、溶液法は、黒鉛坩堝中でＳｉ融液またはＳｉ融液に合金を融解し、その融液中に黒鉛坩堝からＣを溶解させ、低温部に設置した種結晶基板上にＳｉＣ結晶層を析出させて成長させる方法である。溶液法は気相法に比べ熱平衡に近い状態での結晶成長が行われるため、低欠陥化が最も期待できる。このため、最近では、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造方法がいくつか提案されている。
【０００５】
そして、溶液法において、シードタッチするときの温度と、ＳｉＣ単結晶を成長させるときの温度とが異なる製造方法が記載されている（特許文献１）。特許文献１においては、ＳｉＣ単結晶を成長させる種結晶基板の表層に存在し得る歪みや酸化膜を除去する、いわゆるメルトバックが記載されている。
【０００６】
また、熱ショック転位が発生することを防止するために、低温でシードタッチを行い、その後、成長温度に昇温することが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２６４７９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５１８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、溶液法において、このようにシードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変える場合、ＳｉＣ成長結晶に多結晶が発生することがあった。
【０００９】
したがって、シードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変えても、多結晶の発生を抑制することができるＳｉＣ単結晶の製造方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶保持軸に保持させたＳｉＣ種結晶基板を接触させてＳｉＣ単結晶を成長させる、ＳｉＣ単結晶の製造方法であって、
（Ａ）Ｓｉ−Ｃ溶液を第１の温度にする工程、
（Ｂ）種結晶保持軸に保持された種結晶基板を、Ｓｉ−Ｃ溶液に接触させる工程、
（Ｃ）Ｓｉ−Ｃ溶液に種結晶基板を接触させた後、Ｓｉ−Ｃ溶液を、第２の温度にする工程、並びに
（Ｄ）第１の温度から第２の温度にするときのＳｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化に応じて、種結晶保持軸に保持された種結晶基板を上下方向に移動させる工程、
を備える、ＳｉＣ単結晶の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変えても、多結晶の発生を抑制して、ＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、図２の単結晶製造装置を用いた場合の、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度が１９７４℃のときのＳｉ−Ｃ溶液の液面位置を基準（ゼロ）としたときの、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度による液面高さのグラフである。
【図２】図２は、本発明において使用し得る溶液法による単結晶製造装置の一例を表す断面模式図である。
【図３】図３は、図４の単結晶製造装置を用いた場合の、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度が１６９９℃のときのＳｉ−Ｃ溶液の液面位置を基準（ゼロ）としたときの、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度による液面高さのグラフである。
【図４】図４は、本発明において使用し得る溶液法による単結晶製造装置の一例を表す断面模式図である。
【図５】図５は、種結晶基板とＳｉ−Ｃ溶液との間に形成されるメニスカスの断面模式図である。
【図６】図６は、実施例にて種結晶基板を基点として成長させたＳｉＣ単結晶を、側面から観察した外観写真である。
【図７】図７は、実施例にて種結晶基板を基点として成長させたＳｉＣ単結晶を、成長面から観察した外観写真を示す。
【図８】図８は、比較例にて種結晶基板を基点として成長させたＳｉＣ単結晶を、側面から観察した外観写真である。
【図９】図９は、比較例にて種結晶基板を基点として成長させたＳｉＣ単結晶を、成長面から観察した外観写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書において、（０００−１）面等の表記における「−１」は、本来、数字の上に横線を付して表記するところを「−１」と表記したものである。
【００１４】
従来、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造方法において、シードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変える方法が行われている。シードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変えて、例えば、種結晶基板の表面の歪みや酸化膜を除去するメルトバックが行われている。本明細書において、シードタッチとは、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液に接触させることを意味する。
【００１５】
本明細書において、メルトバックとは、種結晶基板の表面層をＳｉ−Ｃ溶液中に溶解させて除去することをいう。一般的に、ＳｉＣ単結晶を成長させる種結晶基板の表層には、転位等の加工変質層や自然酸化膜等が存在していることがある。メルトバックによって、種結晶基板の表層部分に存在する転位や欠陥が溶解して除去され、転位や欠陥が少ないＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００１６】
メルトバックは、低温のＳｉ−Ｃ溶液に種結晶基板の成長面を接触（シードタッチ）させ、より高い温度に昇温することによって行われ得る。Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を昇温させる際に、Ｓｉ−Ｃ溶液の飽和度が低下するため、種結晶基板のＳｉ−Ｃ溶液と接触している部分が、Ｓｉ−Ｃ溶液に溶け出し、メルトバックが行われる。
【００１７】
メルトバックはまた、内部から表面に向けて温度が増加する温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液に、種結晶基板の成長面を接触させることによっても行われ得る。Ｓｉ−Ｃ溶液に、内部から表面に向けて温度が増加する温度勾配を形成することによって、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面領域の飽和度が低下するため、種結晶基板のＳｉ−Ｃ溶液と接触している部分が、Ｓｉ−Ｃ溶液に溶け出し、メルトバックが行われる。
【００１８】
また、熱ショック転位が発生することを防止するために、低温でシードタッチを行い、その後、成長温度に昇温することが行われている。
【００１９】
しかしながら、このようにシードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変えて溶液法を用いてＳｉＣ単結晶を成長させようとする場合に、ＳｉＣ成長結晶に多結晶が発生することがあった。
【００２０】
本発明者は、シードタッチさせた後にＳｉ−Ｃ溶液の温度を変えるときの成長結晶における多結晶の発生を抑制するために鋭意研究を行った結果、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液にシードタッチするときの第１の温度及びその後の第２の温度の間で、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さが変わり得ること、並びに、それにより、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸に接触すると、成長結晶に多結晶が発生し得ることを発見した。
【００２１】
本発明は、溶液法によるＳｉＣ単結晶の製造方法であって、
（Ａ）Ｓｉ−Ｃ溶液を第１の温度にする工程、
（Ｂ）種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液に接触させる工程、
（Ｃ）Ｓｉ−Ｃ溶液に種結晶基板を接触させた後、Ｓｉ−Ｃ溶液を、第２の温度にする工程、並びに
（Ｄ）第１の温度から第２の温度にするときのＳｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化に応じて、種結晶保持軸に保持された種結晶基板を上下方向に移動させる工程、
を備える製造方法を対象とする。
【００２２】
本発明に係る方法において、Ｓｉ−Ｃ溶液の第１の温度及び第２の温度とは、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度（液面温度ともいう）をいう。また、特に説明がなく単にＳｉ−Ｃ溶液の温度に言及するときも、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度を意味する。
【００２３】
図１に、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度が１９７４℃のときのＳｉ−Ｃ溶液の液面位置を基準（ゼロ）としたときの、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度による液面高さのグラフを示す。図１のグラフは、図２に模式的に示した単結晶製造装置を用いた場合のデータである。図２は、本発明において使用し得る溶液法による単結晶製造装置の一例を表す断面模式図であり、この単結晶製造装置は、加熱装置として坩堝の周囲に配置された高周波コイルを備えている。
【００２４】
図１のグラフから、例えばＳｉ−Ｃ溶液の温度が１７００℃のときにシードタッチを行い、次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を２０００℃に高くした場合、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さは２．５ｍｍ高くなることが分かる。
【００２５】
このため、例えば１７００℃において種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液の表面に接触させ、種結晶基板の保持位置を固定したまま２０００℃に昇温すると、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さが２．５ｍｍ高くなるので、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶基板の側面に濡れ、さらには、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶基板を超えて種結晶保持軸に接触し得る。このように、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸に接触すると、成長結晶に多結晶が発生し得る。
【００２６】
また、図３に、図４に模式的に示した別の単結晶製造装置を用いた場合の、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度による液面高さのグラフを示す。図４は、本発明において使用し得る溶液法による単結晶製造装置の一例を表す断面模式図であり、この単結晶製造装置は、加熱装置として坩堝の周囲に配置された黒鉛製ヒーターを備えている。図３のグラフは、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面温度が１６９９℃のときの液面位置を基準（ゼロ）としている。
【００２７】
図３のグラフから、例えばＳｉ−Ｃ溶液の温度が１６００℃のときにシードタッチを行い、次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を１８５０℃に高くした場合、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さは、ほぼ同じであるが、昇温途中の１７００℃付近で、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さが約３ｍｍ高くなることが分かる。
【００２８】
したがって、例えば１６００℃において種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液の表面に接触させ、種結晶基板の保持位置を固定したまま１８５０℃に昇温すると、昇温途中の１７００℃付近でＳｉ−Ｃ溶液の液面高さが約３ｍｍ高くなるので、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶基板の側面に濡れ、さらには種結晶基板を超えて種結晶保持軸に接触し得る。一旦Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸に接触すると、その後にＳｉ−Ｃ溶液の液面位置が低くなっても、Ｓｉ−Ｃ溶液と種結晶保持軸は濡れたままになり、成長結晶に多結晶が発生しやすくなる。
【００２９】
このように、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さは、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度によって変化することが分かり、さらには、使用する単結晶製造装置によって、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度によるＳｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化の傾向が変わることも分かった。また、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸に接触することを防止するためには、シードタッチを行う第１の温度におけるＳｉ−Ｃ溶液の液面高さと、その後の第２の温度におけるＳｉ−Ｃ溶液の液面高さだけでなく、第１の温度と第２の温度との間の液面高さの変化を考慮して、種結晶基板の位置を移動させることが必要となり得ることも分かった。
【００３０】
理論に束縛されるものではないが、主に、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さは、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度に応じて、及び高周波加熱を行う場合は高周波出力にも応じて、変化し得ると考えられる。温度が高くなれば、坩堝、種結晶保持軸、Ｓｉ−Ｃ溶液等の膨張によりＳｉ−Ｃ溶液の液面高さが変化し、また高周波加熱を行う場合には、Ｓｉ−Ｃ溶液にローレンツ力が加わるため、ピンチ力によりＳｉ−Ｃ溶液の液面が隆起することが考えられる。
【００３１】
したがって、用いる単結晶製造装置の、シードタッチ時のＳｉ−Ｃ溶液の第１の温度と、その後の第２の温度との間のＳｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化をあらかじめ調べておき、あらかじめ調べたＳｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化に応じて、種結晶基板の位置を上下に移動させることが有効である。
【００３２】
単結晶製造装置への種結晶基板の設置は、種結晶基板の上面を種結晶保持軸に保持させることによって行うことができる。したがって、種結晶基板の位置は、種結晶保持軸を上下に移動させることによって、変えることができる。種結晶基板の種結晶保持軸への保持には、カーボン接着剤を用いることができる。
【００３３】
種結晶基板のＳｉ−Ｃ溶液への接触は、種結晶基板を保持した種結晶保持軸をＳｉ−Ｃ溶液面に向かって降下させ、種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液面に対して平行にしてＳｉ−Ｃ溶液に接触させることによって行うことができる。また、ＳｉＣ単結晶の成長は、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して種結晶基板を所定の位置に保持することによって行うことができる。
【００３４】
Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さの測定は、例えば、Ｓｉ−Ｃ溶液と種結晶保持軸との間に電圧をかけて、種結晶保持軸がＳｉ−Ｃ溶液に接触したときの電流値の変化を観測することにより、行われ得る。この場合、種結晶基板は必要ない。導電性の種結晶保持軸を用いてＳｉ−Ｃ溶液と種結晶保持軸との間に電圧をかけると、Ｓｉ−Ｃ溶液は導電性なので、種結晶保持軸がＳｉ−Ｃ溶液に接触する際に電流が流れるため、そのときの種結晶保持軸の位置から、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さを測定することができる。Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さの測定をする際、種結晶保持軸に変えて他の導電性材料を用いてもよい。
【００３５】
第１の温度、第２の温度、及び第１の温度と第２の温度との間の温度にて、種結晶基板の保持位置は、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液面に一致するか、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して下側にあるか、またはＳｉ−Ｃ溶液面に対して上側にあってもよく、第１の温度、第２の温度、及び第１の温度と第２の温度との間の温度にて、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対する種結晶基板の保持位置を変えてもよい。第２の温度にてＳｉＣ単結晶を成長させる場合、少なくとも第２の温度にて、メニスカスを形成するように、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して上方に位置することが好ましい。第２の温度にてＳｉＣ単結晶を成長させる場合、より好ましくは、第１の温度、第２の温度、及び第１の温度と第２の温度との間の温度にて、メニスカスを形成するように、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して上方に位置する。このようにメニスカスを形成することによって、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸に接触することをより防止しやすくなり、また、第２の温度にてメニスカスを形成してＳｉＣ単結晶を成長させる場合、次に示すように、きれいなＳｉＣ単結晶を成長させやすくなる。
【００３６】
図５に、種結晶基板１４とＳｉ−Ｃ溶液２４との間に形成されるメニスカス３４の断面模式図を示す。本明細書において、メニスカスとは、図５に示すように、種結晶基板に濡れて表面張力によってＳｉ−Ｃ溶液の表面に形成される凹状の曲面をいう。メニスカスを形成して結晶成長させることにより、多結晶の発生をより抑制しやすくなり、外周部がきれいな単結晶で構成されたＳｉＣ単結晶を成長させやすい。例えば、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液に接触させた後、種結晶基板の下面がＳｉ−Ｃ溶液の液面よりも高くなる位置に種結晶基板を引き上げて保持することによって、メニスカスを形成することができる。メニスカスを形成する場合、種結晶基板の下面の位置は、Ｓｉ−Ｃ溶液面に対して、好ましくは０．５〜５ｍｍ、より好ましくは１〜４ｍｍ、上方に位置する。
【００３７】
また、成長界面の外周部に形成されるメニスカス部分は輻射抜熱により温度が低下しやすいので、メニスカスを形成することによって、結晶成長面の界面直下の中央部よりも外周部のＳｉ−Ｃ溶液の温度が低くなる温度勾配を形成することができる。これにより、成長界面の外周部のＳｉ−Ｃ溶液の過飽和度を、成長界面の中心部のＳｉ−Ｃ溶液の過飽和度よりも大きくすることもできる。
【００３８】
成長界面の外周部のＳｉ−Ｃ溶液の過飽和度を、成長界面の中心部のＳｉ−Ｃ溶液の過飽和度よりも大きくすることによって、結晶成長界面直下のＳｉ−Ｃ溶液内にて水平方向に過飽和度の傾斜が形成され、凹形状の結晶成長面を有するようにＳｉＣ結晶を成長させることができる。これにより、ＳｉＣ単結晶の結晶成長面がジャスト面とならないように結晶成長させることができ、インクルージョンの発生防止を行うこともできる。
【００３９】
種結晶基板の下面をＳｉ−Ｃ溶液面に対して上方の位置に保持する場合は、一旦、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液に接触させて種結晶基板の下面にＳｉ−Ｃ溶液を接触させてから、所定の位置に引き上げる。
【００４０】
種結晶基板の下面の位置を、Ｓｉ−Ｃ溶液面に一致するか、またはＳｉ−Ｃ溶液面よりも下側にしてもよいが、多結晶の発生を防止するために、種結晶保持軸にＳｉ−Ｃ溶液が接触しないようにする。
【００４１】
本発明に係る方法においては、あらかじめ調べたＳｉ−Ｃ溶液の液面高さの変化に応じて、種結晶保持軸にＳｉ−Ｃ溶液が接触しないように種結晶基板の位置を上下に移動させ、好ましくは、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面から一定の高さにあるように、種結晶基板の位置を上下に移動させる。また、本発明にかかる方法において、種結晶基板の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液に濡らす場合、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶基板の側面に濡れないように、種結晶基板の位置を上下に移動させる。
【００４２】
本発明に係る方法においては、工程（Ａ）及び工程（Ｂ）のどちらの工程を先に行ってもよく、また同時に行ってもよい。
【００４３】
工程（Ａ）においてＳｉ−Ｃ溶液の温度を第１の温度に昇温させてから、工程（Ｂ）において種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液にシードタッチさせてもよい。工程（Ｂ）において種結晶基板を第１の温度のＳｉ−Ｃ溶液にシードタッチさせる際、Ｓｉ−Ｃ溶液の第１の温度に一旦保持してからまたは保持するのと同時にシードタッチしてもよく、Ｓｉ−Ｃ溶液を昇温中に第１の温度でシードタッチして、そのまま温度保持を行わずに昇温を続けてもよく、あるいは、Ｓｉ−Ｃ溶液を降温中に第１の温度でシードタッチして、そのまま温度保持を行わずに降温を続けてもよい。
【００４４】
また、工程（Ｂ）において第１の温度よりも低温で、例えばＳｉ−Ｃ溶液の原料が溶融する約１４００℃で、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液にシードタッチさせ、次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸に接触しないように必要に応じて種結晶基板の位置を調節しながら、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を第１の温度に昇温させてもよい。この態様には、Ｓｉ−Ｃ溶液の原料が溶融する温度よりも低温で、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液の原料に接触させ、昇温させてＳｉ−Ｃ溶液の原料を溶融させて、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液にシードタッチさせることが含まれる。
【００４５】
また、工程（Ｂ）において第１の温度よりも高温で、例えば２５００℃のＳｉ−Ｃ溶液に種結晶基板をシードタッチさせ、次いで、種結晶基板の位置を調節しながら、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を第１の温度に降温させてもよい。
【００４６】
第１の温度に昇温または降温させる間、種結晶保持軸にＳｉ−Ｃ溶液が接触しないように種結晶基板の位置を上下に移動させ、好ましくは、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面位置に対して所定の高さにあるように、種結晶基板の位置を上下に移動させる。また、種結晶基板の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液に濡らす場合は、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶基板の側面に濡れないように、種結晶基板の位置を上下に移動させる。
【００４７】
本発明に係る方法においては、工程（Ｃ）及び工程（Ｄ）のどちらの工程を先に行ってもよく、また同時に行ってもよい。
【００４８】
工程（Ｃ）においてＳｉ−Ｃ溶液の温度を第２の温度に昇温または降温させつつ、同時に、または少し遅れて工程（Ｄ）において種結晶基板の位置を変更してもよい。その際、種結晶保持軸にＳｉ−Ｃ溶液が接触しないように種結晶基板の位置を上下に移動させ、好ましくは、種結晶基板の下面の位置が、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面位置に対して所定の高さにあるように、種結晶基板の位置を上下に移動させる。また、種結晶基板の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液に濡らす場合は、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶基板の側面に濡れないように、種結晶基板の位置を上下に移動させる。
【００４９】
また、種結晶基板とＳｉ−Ｃ溶液が濡れている状態が保たれ、且つ種結晶保持軸にＳｉ−Ｃ溶液が接触しない範囲で、工程（Ｄ）において種結晶基板の位置を変更し、次いで、工程（Ｃ）においてＳｉ−Ｃ溶液の温度を第２の温度に昇温または降温させてもよい。
【００５０】
本発明に係る方法は、好ましくは、種結晶基板のメルトバックを行うことを含む。本発明に係る方法において種結晶基板のメルトバックを行う場合、低温のＳｉ−Ｃ溶液に種結晶基板の成長面を接触させ、より高い温度に昇温することによってメルトバックを行う方法が挙げられる。Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を昇温させる際に、Ｓｉ−Ｃ溶液の飽和度が低下するため、種結晶基板のＳｉ−Ｃ溶液と接触している部分が、Ｓｉ−Ｃ溶液に溶け出し、メルトバックを行うことができる。
【００５１】
この場合、シードタッチ時のＳｉ−Ｃ溶液の第１の温度が結晶成長時のＳｉ−Ｃ溶液の第２の温度よりも低く、第１の温度と第２の温度との温度差は、好ましくは５０℃以上、より好ましくは１００℃以上である。第１の温度と第２の温度との間で、上記のような温度差を設けることにより、メルトバックをより確実に行うことができる。また、第１の温度と第２の温度との間の昇温速度は、好ましくは１℃／分〜２０℃／分、より好ましくは３℃／分〜１５℃／分である。メルトバックする結晶厚みに応じて、第１の温度と第２の温度との温度差及び昇温速度を変えることができる。
【００５２】
本発明に係る方法において種結晶基板のメルトバックを行う場合、別法として、Ｓｉ−Ｃ溶液の内部から溶液の表面に向けて温度が増加する温度勾配、すなわち、ＳｉＣ単結晶を成長させる場合とは逆方向の温度勾配をＳｉ−Ｃ溶液に形成する方法が挙げられる。高周波コイルの出力を制御することによって前記逆方向の温度勾配を形成することができる。
【００５３】
メルトバックするために前記逆方向の温度勾配を形成する場合、好ましくは、第１の温度にて前記逆方向の温度勾配を有するＳｉ−Ｃ溶液にシードタッチさせてメルトバックを行い、次いで、第２の温度に降温するまでに、または第１の温度より低温の第２の温度にて、Ｓｉ−Ｃ溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成して、ＳｉＣ単結晶を成長させる。
【００５４】
メルトバックするために前記逆方向の温度勾配を形成する場合、第２の温度を第１の温度より高くしてもよく、または第２の温度を第１の温度と同じにしてもよい。Ｓｉ−Ｃ溶液の温度勾配を変化させると、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さは変わり得るので、第２の温度を第１の温度と同じにする場合でも、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度勾配を変化させる場合は、第１の温度と第２の温度が異なる場合と同様に、事前に液面高さの変化を測定する。
【００５５】
メルトバックにより溶解する厚みは、成長中に発生し得る転位及び欠陥を含む層を十分に除去するために、転位、欠陥を含む層の厚みにもよるが、一般的に、およそ１μｍ〜１ｍｍ程度または１μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。
【００５６】
本発明においては、第１の温度を第２の温度よりも高くしてもよい。例えば、Ｓｉ−Ｃ溶液中への炭素の溶解を促進するために、Ｓｉ−Ｃ溶液を、結晶成長温度よりも高い温度に加熱し、シードタッチを行った後、第２の温度に降温してもよい。
【００５７】
本発明においては、第２の温度でＳｉＣ単結晶を成長させてもよく、または、Ｓｉ−Ｃ溶液の温度を第２の温度から第３の温度にさらに変えてから、ＳｉＣ単結晶を成長させてもよい。例えば、第１の温度でシードタッチをして、より高温の第２の温度に昇温してメルトバックを行い、次いで、第１の温度と同程度の第３の温度に降温して、第３の温度にてＳｉＣ単結晶を成長させてもよい。
【００５８】
本発明に係る方法において、Ｓｉ−Ｃ溶液とは、ＳｉまたはＳｉ／Ｘ（ＸはＳｉ以外の１種以上の金属）の融液を溶媒とするＣが溶解した溶液をいう。Ｘは一種類以上の金属であり、ＳｉＣ（固相）と熱力学的に平衡状態となる液相（溶液）を形成できれば特に制限されない。適当な金属Ｘの例としては、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｆｅ等が挙げられる。
【００５９】
Ｓｉ−Ｃ溶液はＳｉ／Ｃｒ／Ｘ（ＸはＳｉ及びＣｒ以外の１種以上の金属）の融液を溶媒とするＳｉ−Ｃ溶液が好ましい。原子組成百分率でＳｉ／Ｃｒ／Ｘ＝３０〜８０／２０〜６０／０〜１０の融液を溶媒とするＳｉ−Ｃ溶液が、Ｃの溶解量の変動が少なくさらに好ましい。例えば、坩堝内にＳｉに加えて、Ｃｒ、Ｎｉ等を投入し、Ｓｉ−Ｃｒ溶液、Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉ溶液等を形成することができる。
【００６０】
Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度の下限は好ましくは１８００℃以上であり、上限は好ましくは２２００℃であり、この温度範囲でＳｉ−Ｃ溶液へのＣの溶解量を多くすることができる。さらにｎ型ＳｉＣ単結晶を成長させる場合、Ｓｉ−Ｃ溶液中への窒素溶解量を高くすることができる点で、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度の下限はより好ましくは２０００℃以上である。
【００６１】
Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度及び溶液内部の温度の測定は、熱電対、放射温度計等を用いて行うことができる。熱電対に関しては、高温測定及び不純物混入防止の観点から、ジルコニアやマグネシア硝子を被覆したタングステン−レニウム素線を黒鉛保護管の中に入れた熱電対が好ましい。
【００６２】
図２に示したＳｉＣ単結晶製造装置１００を、本発明に係る方法に用いることができるＳｉＣ単結晶製造装置の一例として説明する。ＳｉＣ単結晶製造装置１００は、ＳｉまたはＳｉ／Ｘの融液中にＣが溶解してなるＳｉ−Ｃ溶液２４を収容した坩堝１０、及び坩堝１０の周囲に加熱装置として高周波コイル２２を備え、Ｓｉ−Ｃ溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成し、昇降可能な種結晶保持軸１２の先端に保持された種結晶基板１４をＳｉ−Ｃ溶液２４に接触させて、種結晶基板１４を基点としてＳｉＣ単結晶を成長させることができる。坩堝１０及び黒鉛軸１２を、種結晶保持軸１２の軸を中心に回転させることが好ましい。
【００６３】
Ｓｉ−Ｃ溶液２４は、原料を坩堝に投入し、加熱融解させて調製したＳｉまたはＳｉ／Ｘの融液にＣを溶解させることによって調製される。坩堝１０を、黒鉛坩堝などの炭素質坩堝またはＳｉＣ坩堝とすることによって、坩堝１０の溶解によりＣが融液中に溶解し、Ｓｉ−Ｃ溶液が形成される。こうすると、Ｓｉ−Ｃ溶液２４中に未溶解のＣが存在せず、未溶解のＣへのＳｉＣ単結晶の析出によるＳｉＣの浪費が防止できる。Ｃの供給は、例えば、炭化水素ガスの吹込み、または固体のＣ供給源を融液原料と一緒に投入するといった方法を利用してもよく、またはこれらの方法と坩堝の溶解とを組み合わせてもよい。
【００６４】
種結晶保持軸１２はその端面に種結晶基板を保持する軸であり、好ましくは導電性の軸であり、より好ましくは黒鉛の軸である。種結晶保持軸１２は、円柱状、角柱状等の任意の形状であることができ、種結晶基板の上面の形状と同じ端面形状を有する黒鉛軸を用いてもよい。
【００６５】
保温のために、坩堝１０の外周は、断熱材１８で覆われ得る。これらを一括して石英管２６内に収容してもよい。断熱材１８の周囲には、加熱装置として高周波コイル２２が配置されている。高周波コイル２２は、例えばそれぞれ独立して制御可能な上段コイル２２Ａ及び下段コイル２２Ｂ等の多段構成から構成され得る。
【００６６】
坩堝１０、断熱材１８、石英管２６、及び高周波コイル２２は、高温になるので、水冷チャンバーの内部に配置され得る。水冷チャンバーは、装置内の雰囲気調整を可能にするために、ガス導入口とガス排気口とを備えることができる。
【００６７】
坩堝１０は、上部に種結晶保持軸１２を通す開口部２８を備えており、開口部２８における坩堝１０と種結晶保持軸１２との間の隙間（間隔）を調節することによって、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面からの輻射抜熱の程度を変更することができる。概して坩堝１０の内部は高温に保つ必要があるが、開口部２８における坩堝１０と種結晶保持軸１２との間の隙間を大きく設定すると、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面からの輻射抜熱を大きくすることができ、開口部２８における坩堝１０と種結晶保持軸１２との間の隙間を狭めると、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面からの輻射抜熱を小さくすることができる。開口部２８における坩堝１０と種結晶保持軸１２との間の隙間（間隔）は片側２〜１０ｍｍ程度が好ましい。メニスカスを形成したときは、メニスカス部分からも輻射抜熱をさせることができる。
【００６８】
Ｓｉ−Ｃ溶液２４の温度は、通常、輻射等のためＳｉ−Ｃ溶液２４の内部よりも表面の温度が低くなる温度分布を形成しやすい。また、高周波コイル２２の巻数及び間隔、高周波コイル２２と坩堝１０との高さ方向の位置関係、並びに高周波コイル２２の出力を調整することによって、Ｓｉ−Ｃ溶液２４に、種結晶基板１４が浸漬される溶液上部が低温、溶液下部が高温となるようにＳｉ−Ｃ溶液２４の表面に垂直方向の所定の温度勾配を形成することができる。例えば、下段コイル２２Ｂの出力よりも上段コイル２２Ａの出力を小さくして、Ｓｉ−Ｃ溶液２４に溶液上部が低温、溶液下部が高温となる所定の温度勾配を形成することができる。
【００６９】
本発明に係る方法に用いることができるＳｉＣ単結晶製造装置は、図２に例示したものに限られず、例えば図４に示したＳｉＣ単結晶製造装置２００を使用してもよい。ＳｉＣ単結晶製造装置２００は、加熱装置として黒鉛製ヒーター３８を備えている。黒鉛製ヒーター３８は、例えばそれぞれ独立して制御可能な上段ヒーター３８Ａ、中段ヒーター３８Ｂ、及び下段ヒーター３８Ｃ等の多段構成から構成され得る。坩堝１０及び黒鉛製ヒーター３８を囲むように、断熱材（図示せず）が配置されている。ＳｉＣ単結晶製造装置２００は、その他の構成として、図２に記載のＳｉＣ単結晶製造装置１００と同様の構成を有してもよい。
【００７０】
本明細書において、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面領域の温度勾配とは、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面の垂直方向の温度勾配であって、Ｓｉ−Ｃ溶液の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配である。温度勾配は、低温側となるＳｉ−Ｃ溶液の表面における温度Ａと、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面から溶液側に垂直方向の所定の深さにおける高温側となる温度Ｂを、種結晶基板をＳｉ−Ｃ溶液に接触させる前に熱電対を用いて事前に測定し、その温度差を、温度Ａ及び温度Ｂを測定した位置間の距離で割ることによって平均値として算出することができる。例えば、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面と、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面から溶液側に垂直方向の深さＤｃｍの位置との間の温度勾配は、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度Ａと、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面から溶液側に垂直方向の深さＤｃｍの位置における温度Ｂとの差をＤｃｍで割った次の式：
温度勾配（℃／ｃｍ）＝（Ｂ−Ａ）／Ｄ
によって算出することができる。
【００７１】
温度勾配の制御範囲は、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面から好ましくは１ｃｍ、より好ましくは０．３ｃｍの深さまでの範囲である。例えば、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面から１ｃｍの深さまで範囲の温度勾配を制御する場合、上記式において、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面温度Ａと、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面から溶液側に垂直方向の深さ１ｃｍの位置における温度Ｂとの差を１ｃｍで割った値が温度勾配（℃／ｃｍ）となる。温度勾配は、上記深さ範囲で、５０℃／ｃｍ以下が好ましく、４０℃／ｃｍ以下がより好ましい。
【００７２】
温度勾配の制御範囲が浅すぎると、温度勾配を制御する範囲が浅くＣの過飽和度を制御する範囲も浅くなりＳｉＣ単結晶の成長が不安定になることがある。また、温度勾配を制御する範囲が深いと、Ｃの過飽和度を制御する範囲も深くなりＳｉＣ単結晶の安定成長に効果的であるが、実際、単結晶の成長に寄与する深さはＳｉ−Ｃ溶液の表面のごく近傍であり、表面から数ｍｍの深さまでの温度勾配を制御すれば十分である。したがって、ＳｉＣ単結晶の成長と温度勾配の制御とを安定して行うために、上記深さ範囲の温度勾配を制御することが好ましい。
【００７３】
Ｓｉ−Ｃ溶液２４中に溶解したＣは、拡散及び対流により分散される。種結晶基板１４の下面近傍は、加熱装置２２の出力制御、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面からの放熱、及び種結晶保持軸１２を介した抜熱等によって、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の内部よりも低温となる温度勾配が形成され得る。高温で溶解度の大きい溶液内部に溶け込んだＣが、低温で溶解度の低い種結晶基板付近に到達すると過飽和状態となり、この過飽和度を駆動力として種結晶基板上にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。
【００７４】
本発明に係る方法においては、ＳｉＣ単結晶の製造に一般に用いられる品質のＳｉＣ単結晶を種結晶基板として用いることができる。例えば昇華法で一般的に作製したＳｉＣ単結晶を種結晶基板として用いることができる。
【００７５】
本発明に係る方法に用いる種結晶基板は、例えば板状、円盤状、円柱状、角柱状、円錐台状、または角錐台状等の任意の形状であることができる。
【００７６】
このような形状を有する種結晶基板の例えば｛０００１｝面を、Ｓｉ−Ｃ溶液面に接触させる種結晶の下面として用いることができ、反対側の上面を、種結晶保持軸に保持させる面として用いることができる。
【実施例】
【００７７】
（実施例１）
（準備工程）
本例において、図２に示す単結晶製造装置１００を用いた。単結晶製造装置１００は高周波加熱ヒーター２２を備えている。Ｓｉ−Ｃ溶液２４を収容する黒鉛坩堝１０にＳｉ／Ｃｒ／Ｎｉを原子組成百分率で５５：４０：５の割合で融液原料として仕込んだ。単結晶製造装置の内部の空気をアルゴンで置換した。黒鉛坩堝１０の周囲に配置された高周波コイル２２に通電して加熱により黒鉛坩堝１０内の原料を融解し、Ｓｉ／Ｃｒ／Ｎｉ合金の融液を形成した。そしてＳｉ／Ｃｒ／Ｎｉ合金の融液に黒鉛坩堝１０から十分な量のＣを溶解させて、Ｓｉ−Ｃ溶液２４を形成した。
【００７８】
上段コイル２２Ａ及び下段コイル２２Ｂの出力を調節して黒鉛坩堝１０を加熱し、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成した。所定の温度勾配が形成されていることの確認は、昇降可能な熱電対を用いて、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の温度を測定することによって行った。高周波コイル２２Ａ及び２２Ｂの出力制御により、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１５６９℃にした。その際、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面を低温側として、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度と、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面から溶液内部に向けて垂直方向の深さ１ｃｍの位置における温度との温度差を２５℃とした。
【００７９】
次いで、高周波コイル２２Ａ及び２２Ｂの出力制御により、温度勾配を維持したまま、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を２０２５℃まで昇温し、１５６９℃〜２０２５℃の間のＳｉ−Ｃ溶液の液面位置を測定した。図１に測定結果を示す。図１のグラフは、１９７４℃のときのＳｉ−Ｃ溶液の液面高さを基準として（ゼロとして）、１５６９℃〜２０２５℃におけるＳｉ−Ｃ溶液の液面高さを表したものである。図１のグラフから、１５６９℃から１９７４℃までＳｉ−Ｃ溶液の温度が高くなると、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さは４．９ｍｍ高くなり、２０２５℃のときのＳｉ−Ｃ溶液の液面高さは、１９７４℃ときに比べて０．１ｍｍ低いがほぼ同じであることが分かった。また、図１のグラフから、例えば、１７００℃から２０００℃にＳｉ−Ｃ溶液の温度を高くすると、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さが２．５ｍｍ高くなることが分かった。
【００８０】
直径が１２ｍｍ及び長さが２００ｍｍで種結晶基板の上面と同じ形状の端面を有する円柱状の黒鉛の種結晶保持軸１２を用意した。昇華法により作成された厚み０．５ｍｍ、下面の直径が１２ｍｍ、上面の直径が１０ｍｍの円錐台状の（０００−１）ジャスト面を有する４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を用意して種結晶基板１４として用いた。
【００８１】
種結晶基板１４の下面が（０００−１）面となるようにして、種結晶基板１４の上面を、種結晶保持軸１２の端面の略中央部に、黒鉛の接着剤を用いて接着した。
【００８２】
坩堝１０の上部に開けた直径３０ｍｍの円形の開口部２８に種結晶保持軸１２を通すようにして種結晶保持軸１２及び種結晶基板１４を配置した。開口部２８における坩堝１０と種結晶保持軸１２との間の隙間は片側９ｍｍずつであった。
【００８３】
（結晶成長工程）
上記準備工程と同様にして、図２に示す単結晶製造装置１００を用いて、表面における温度が１７００℃であり、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配が２５℃／ｃｍである、Ｓｉ−Ｃ溶液２４を形成した。
【００８４】
種結晶基板１４を保持した種結晶保持軸１２を降下させ、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面位置に種結晶基板１４の下面が一致するようにして種結晶基板１４をＳｉ−Ｃ溶液２４に接触させ、種結晶基板１４の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液２４に濡らした。次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が４．０ｍｍ上方に位置するように種結晶基板１４
を引き上げ、Ｓｉ−Ｃ溶液２４のメニスカスを形成した。
【００８５】
次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１７００℃から２０００℃に３０分で昇温してメルトバックを行い、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を２５℃／ｃｍとして、５時間保持して、ＳｉＣ結晶を成長させた。
【００８６】
図６に、種結晶基板１４を基点として成長させたＳｉＣ単結晶の側面から観察した外観写真を示す。成長結晶はＳｉＣ単結晶であり多結晶の発生はみられなかった。図７に、成長結晶を成長面から観察した外観写真を示す。成長結晶の成長面においても多結晶の発生はみられず、ＳｉＣ単結晶が得られていた。成長面上部にみられる異物は、Ｓｉ−Ｃ溶液から成長結晶を引き上げるときに付着した固化したＳｉ−Ｃ溶液である。
【００８７】
（実施例２）
実施例１の成長工程と同様に、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配が２５℃／ｃｍである１７００℃のＳｉ−Ｃ溶液２４に種結晶基板１４に接触させ、種結晶基板１４の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液２４に濡らし、次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が１．５ｍｍ上方に位置するように種結晶基板１４を引き上げ、Ｓｉ−Ｃ溶液のメニスカスを形成した。
【００８８】
次いで、図１に示したグラフに基づいて、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が１．５ｍｍ上方に位置するように種結晶保持軸の位置を変更しながら、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１７００℃から２０００℃に３０分で昇温してメルトバックを行い、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を２５℃／ｃｍとして、５時間保持して、ＳｉＣ結晶を成長させた。本例においても、実施例１と同様に、多結晶の発生がないＳｉＣ単結晶が得られた。
【００８９】
（比較例１）
実施例２の成長工程と同様に、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配が２５℃／ｃｍである１７００℃のＳｉ−Ｃ溶液２４に種結晶基板１４に接触させ、種結晶基板１４の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液２４に濡らし、次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が１．５ｍｍ上方に位置するように種結晶基板１４を引き上げ、Ｓｉ−Ｃ溶液のメニスカスを形成した。
【００９０】
次いで、種結晶基板１４の位置を動かさずに、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１７００℃から２０００℃に３０分で昇温し、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を２５℃／ｃｍとして、５時間保持して、ＳｉＣ結晶を成長させた。
【００９１】
図８に、種結晶基板１４を基点として成長させた結晶の側面から観察した外観写真を示す。Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸まで濡れ上がり、多結晶の発生がみられた。図９に、成長結晶を成長面から観察した外観写真を示す。多結晶化した成長結晶の表面に固化したＳｉ−Ｃ溶液が多量に付着していた。
【００９２】
（実施例３）
本例においては、図４に示す単結晶製造装置２００を用いた。単結晶製造装置２００は、黒鉛製ヒーター３８を備えている。Ｓｉ−Ｃ溶液２４を収容する黒鉛坩堝１０にＳｉ／Ｃｒ／Ｎｉを原子組成百分率で５５：４０：５の割合で融液原料として仕込んだ。単結晶製造装置の内部の空気をアルゴンで置換した。黒鉛坩堝１０の周囲に配置された黒鉛製ヒーター３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃに通電して加熱により黒鉛坩堝１０内の原料を融解し、Ｓｉ／Ｃｒ／Ｎｉ合金の融液を形成した。そしてＳｉ／Ｃｒ／Ｎｉ合金の融液に黒鉛坩堝１０から十分な量のＣを溶解させて、Ｓｉ−Ｃ溶液２４を形成した。
【００９３】
黒鉛製ヒーター３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃの出力を調節して黒鉛坩堝１０を加熱し、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の内部から溶液の表面に向けて温度低下する温度勾配を形成した。所定の温度勾配が形成されていることの確認は、昇降可能な熱電対を用いて、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の温度を測定することによって行った。黒鉛製ヒーター３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃの出力制御により、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１５４５℃にした。その際、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面を低温側として、Ｓｉ−Ｃ溶液の表面における温度と、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面から溶液内部に向けて垂直方向の深さ１ｃｍの位置における温度との温度差を１０℃とした。
【００９４】
次いで、黒鉛製ヒーター３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃの出力制御により、温度勾配を維持したまま、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１８５５℃まで昇温し、１５４５℃〜１８５５℃の間のＳｉ−Ｃ溶液の液面位置を測定した。図３に測定結果を示す。図３のグラフは、１６９９℃のときのＳｉ−Ｃ溶液の液面高さを基準として（ゼロとして）、１５４５℃〜１８５５℃におけるＳｉ−Ｃ溶液の液面高さを表したものである。１５４５℃〜１６９９℃の範囲ではＳｉ−Ｃ溶液の温度が高くなるほど、Ｓｉ−Ｃ溶液の液面高さが大きくなり、１６９９℃〜１８５５℃の範囲ではＳｉ−Ｃ溶液の液面高さが低くなることが分かった。
【００９５】
直径が１２ｍｍ及び長さが２００ｍｍで種結晶基板の上面と同じ形状の端面を有する円柱状の黒鉛の種結晶保持軸１２を用意した。昇華法により作成された厚み０．５ｍｍ、下面の直径が１２ｍｍ、上面の直径が１０ｍｍの円錐台状の（０００−１）ジャスト面を有する４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を用意して種結晶基板１４として用いた。
【００９６】
種結晶基板１４の下面が（０００−１）面となるようにして、種結晶基板１４の上面を、種結晶保持軸１２の端面の略中央部に、黒鉛の接着剤を用いて接着した。
【００９７】
（結晶成長工程）
上記準備工程と同様にして、図４に示す単結晶製造装置２００を用いて、表面における温度が１６００℃であり、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配が１０℃／ｃｍである、Ｓｉ−Ｃ溶液２４を形成した。
【００９８】
種結晶基板１４を保持した種結晶保持軸１２を降下させ、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面位置に種結晶基板１４の下面が一致するようにして種結晶基板１４をＳｉ−Ｃ溶液２４に接触させ、種結晶基板１４の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液２４に濡らした。次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が１．５ｍｍ上方に位置するように種結晶基板１４を引き上げ、Ｓｉ−Ｃ溶液のメニスカスを形成した。
【００９９】
次いで、図３に示したグラフに基づいて、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が１．５ｍｍ上方に位置するように種結晶保持軸の位置を変更しながら、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１６００℃から１８５０℃に３０分で昇温してメルトバックを行い、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を１０℃／ｃｍとして、５時間保持して、ＳｉＣ結晶を成長させた。本例においても、実施例１と同様に、多結晶の発生がないＳｉＣ単結晶が得られた。
（比較例２）
実施例２の成長工程と同様に、１６００℃のＳｉ−Ｃ溶液２４に種結晶基板１４に接触させ、種結晶基板１４の下面のみをＳｉ−Ｃ溶液２４に濡らし、次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の液面から種結晶基板１４の下面が２．０ｍｍ上方に位置するように種結晶基板１４を引き上げ、Ｓｉ−Ｃ溶液のメニスカスを形成した。
【０１００】
次いで、Ｓｉ−Ｃ溶液２４の表面における温度を１６００℃から１８５０℃に３０分で昇温し、内部から表面に向けて温度低下する温度勾配を１０℃／ｃｍとして、５時間保持して、ＳｉＣ結晶を成長させた。
【０１０１】
種結晶基板１４を基点として成長させた結晶を側面から観察したところ、Ｓｉ−Ｃ溶液が種結晶保持軸まで濡れ上がり、多結晶の発生がみられた。
【符号の説明】
【０１０２】
１００    単結晶製造装置
２００    単結晶製造装置
１０    坩堝
１２    種結晶保持軸
１４    種結晶基板
１８    断熱材
２２    高周波コイル
２２Ａ    上段高周波コイル
２２Ｂ    下段高周波コイル
２４    Ｓｉ−Ｃ溶液
２６    石英管
２８    坩堝上部の開口部
３４    メニスカス
３８    黒鉛製ヒーター
３８Ａ    上段黒鉛製ヒーター
３８Ｂ    中段黒鉛製ヒーター
３８Ｃ    下段黒鉛製ヒーター
４０    ＳｉＣ成長結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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