(57)【要約】  原料（３）の側から種結晶（５）の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材（６）を配設すると共に、ガイド部材（６）を、第１の筒状部材（７）の内側に第２の筒状部材（８）を断熱層（２３）を介して配置したことを特徴とし、結晶成長時の第２の筒状部材（８）の内壁温度Ｔｇ２を、炭化珪素単結晶（９）の表面温度Ｔｃよりも高温に保つことによって、長時間の結晶成長を行っても、高品質な炭化珪素単結晶を成長できる。
2009060561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、
前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、
前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を断熱層を介して配置した
単結晶成長装置。
【請求項２】
結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、
前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、
前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を間隔を空けて配置した
単結晶成長装置。
【請求項３】
前記ガイド部材は、前記第１の筒状部材の内側と前記第２の筒状部材の外側の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサーを介して前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とを結合している
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項４】
前記ガイド部材は、前記第１の筒状部材の内側と前記第２の筒状部材の外側の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサーを介して前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とが結合されており、かつ前記スペーサー部材は、黒鉛製シート材からなり、その熱伝導率は前記スペーサー部材の厚さ方向で１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項５】
前記第２の筒状部材は、前記単結晶を成長させるための温度以上の融点を有する
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項６】
前記第１の筒状部材の材質が黒鉛であり、前記第２の筒状部材の材質がニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のいずれかの金属である
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項７】
前記第１の筒状部材の材質は黒鉛であり、
前記第２の筒状部材の材質は炭化タンタル（ＴａＣ）である
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華法を用いて結晶を成長させる単結晶成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、大きな熱伝導率、低い誘電率、広いバンドギャップを有し、熱的、機械的に安定した特性を持っている。従って、炭化珪素を用いた半導体素子は、従来のシリコン（Ｓｉ）を用いた半導体素子よりも高い性能を持つ。その利用範囲は、高温の環境で使用される耐環境デバイス材料、耐放射線デバイス材料、電力制御用パワーデバイス材料、高周波デバイス材料などが期待されている。【０００３】
この炭化珪素単結晶の製造方法として、昇華法（「改良レーリー法」とも呼ばれる）が主に採用されている。【０００４】
図５は、この昇華法を用いた特許文献１（特開平１−３０５８９８号公報）に記載されている単結晶成長装置の断面図である。【０００５】
原料３である炭化珪素粉末が収容してある坩堝１と、種結晶支持部４を備えた坩堝蓋部２より構成されており、種結晶支持部４に種結晶５が原料３に対向するように配置されている。種結晶５としては炭化珪素単結晶が用いられる。この状態で、原料３の側が高温に、種結晶５の側が低温になるように加熱され、原料３の昇華ガスが低温の種結晶５の上で再結晶化することにより炭化珪素単結晶９が成長する。【０００６】
この単結晶成長装置では、坩堝蓋部２から突出させた種結晶支持部４に種結晶５を固定させているため、種結晶５から成長する炭化珪素単結晶９と、種結晶支持部４の周辺に析出する炭化珪素多結晶１９が接触するのを遅らせることができる。【０００７】
しかし、成長が進むと図６に示すように最終的には種結晶支持部４の周辺から析出する炭化珪素多結晶１９が炭化珪素単結晶９に接触してしまう。炭化珪素単結晶９に炭化珪素多結晶１９が接触すると、炭化珪素単結晶９にクラックやマイクロパイプ、転位などの欠陥が発生して結晶品質が著しく悪化することが知られている。これらの欠陥が発生するのは、結晶成長終了後の冷却時に、炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９との熱膨張係数差によって炭化珪素単結晶９に応力が発生するためであると考えられる。【０００８】
この課題を解決するために、特許文献２（特開２００５−２２５７１０号公報）には、図７と図８の構造が記載されている。【０００９】
図７の単結晶成長装置では、原料３と種結晶５間に、原料３から種結晶５に向かって内径が次第に小さくなる筒状のガイド部材６を配置することで、昇華ガスを種結晶５に導いて効率良く炭化珪素単結晶９を成長させる方法が知られている。【００１０】
さらに、ガイド部材６は、その種結晶５の側端と種結晶支持部４との間に隙間が設けられており、昇華ガスの一部を坩堝蓋部２側へ流して炭化珪素単結晶９がガイド部材６に接触せずに成長するように工夫されている。【００１１】
しかしながら、ガスガイド部９内壁に炭化珪素多結晶１９が析出し、この炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９が接触してしまう場合があって、ガイド部材の多結晶と炭化珪素素単結晶が接触した場合、前述のように炭化珪素単結晶に結晶欠陥が発生し、高品質な炭化珪素単結晶が得られないため、この特許文献２では図８に示すようにガイド部材６の外壁に断熱材１１を設置することにより、ガイド部材６外壁からの放熱を抑制し、炭化珪素単結晶９の表面よりもガイド部材６の内壁の方が高温になるようにして、ガイド部材６に炭化珪素多結晶１９を析出させないよう構成されている。
【特許文献１】特開平１−３０５８９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成では、断熱材１１を設置しているガイド部材６の外壁と、その外側の坩堝１の側面との間に大きな温度差があるために断熱材１１が昇華（劣化）しやすく、成長時間の経過とともに断熱効果が小さくなる。【００１３】
そのため、長時間の結晶成長を行うとガイド部材６の内壁温度を成長中の炭化珪素単結晶９の表面温度よりも高温に保てなくなる。その結果、図９に示すように、ガイド部材６の内壁に炭化珪素多結晶１９が析出し、この炭化珪素多結晶１９が成長を続ける炭化珪素単結晶９と接触するため、高品質な炭化珪素単結晶が得られないという課題を有している。【００１４】
本発明は、長時間の結晶成長を行っても、結晶欠陥の発生を抑制した高品質な炭化珪素単結晶を成長できる単結晶成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の単結晶成長装置は、結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を断熱層を介して配置したことを特徴とする。【００１６】
また、本発明の単結晶成長装置は、結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を間隔を空けて配置したことを特徴とする。【００１７】
前記ガイド部材は、前記第１の筒状部材の内側と前記第２の筒状部材の外側の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサーを介して前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とを結合していることを特徴とする。【００１８】
前記スペーサー部材は、黒鉛製シート材からなり、その熱伝導率は前記スペーサー部材の厚さ方向で１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする。【００１９】
前記第２の筒状部材は、前記単結晶を成長させるための温度以上の融点を有することを特徴とする。【００２０】
前記第１の筒状部材の材質が黒鉛であり、前記第２の筒状部材の材質がニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のいずれかの金属であることを特徴とする。【００２１】
前記第１の筒状部材の材質は黒鉛であり、前記第２の筒状部材の材質は炭化タンタル（ＴａＣ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の単結晶成長装置によれば、長時間にわたり、結晶成長中のガイド部材の第２の筒状部材を炭化珪素単結晶表面よりも高温にすることが出来るので、成長する結晶中の欠陥の発生を抑え高品質な炭化珪素単結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の単結晶成長装置の断面図
【図２Ａ】同実施の形態の単結晶成長装置を用いた全体の断面図
【図２Ｂ】図２Ａにおける単結晶成長中の単結晶成長装置の拡大図
【図３】同実施の形態のガイド部材の平面図とＡ−ＡＡ断面図
【図４】本発明の実施の形態２の単結晶成長装置に使用するＴａＣ製の第２の筒状部材の作製工程図
【図５】従来の単結晶成長装置の断面図
【図６】図５の単結晶成長装置において結晶成長が進んだ状態における断面図
【図７】別の従来例の単結晶成長装置の断面図
【図８】さらに別の従来例の単結晶成長装置の断面図
【図９】図８の単結晶成長装置における結晶成長が進んだ状態における断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明を用いた単結晶成長装置実施の形態を図面とともに詳細に説明する。【００２５】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１の単結晶成長装置を示す。【００２６】
図１は結晶成長前の状態を表す。この単結晶成長装置は、結晶成長容器としての坩堝１と坩堝１の上部の開口に着脱自在の坩堝蓋部２とから構成されている。坩堝１と坩堝蓋部２は何れも黒鉛製のものを使用した。【００２７】
坩堝１の内側の底面には原料３である炭化珪素粉末を入れ、坩堝蓋部２に凸状に形成さている種結晶支持部４には原料３に対向する位置に種結晶５を固定した。種結晶５は４Ｈ型の炭化珪素単結晶を用い、その結晶成長面は（０００−１）面とした。この種結晶支持部４の種結晶貼付け面は、直径５０ｍｍの円形をしており、種結晶５も同じ直径の５０ｍｍの円形のものを用いた。【００２８】
原料３と種結晶５の間には、原料３から昇華したガスを種結晶５に効率良く導くために、原料３の側から種結晶５の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材６を配置した。このガイド部材６は、第１の筒状部材７の内側に第２の筒状部材８を断熱層２３を介して配置した構造となっている。【００２９】
第２の筒状部材８としては、高融点材料を用いるのが重要である。昇華法による炭化珪素単結晶の成長を行う単結晶成長装置では、成長温度が２０００℃以上になるため、第２の筒状部材８にはこの温度でも固体を保つことのできる高融点材料でなければならない。ここでは、第１の筒状部材７には黒鉛を使用し、第２の筒状部材８には融点が３０１７℃のタンタル（Ｔａ）を用いた。【００３０】
このような高温下では、黒鉛製の坩堝１や第１の筒状部材７の表面からカーボン粒子が飛散する。このカーボン粒子が種結晶５の表面や成長する炭化珪素単結晶９の表面に付着すると、マイクロパイプ等の結晶欠陥の原因となる。そのために、第２の筒状部材８を第１の筒状部材７の内側に配置することで、炭化珪素単結晶９の表面にカーボン粒子が付着するのを第２の筒状部材８で防ぐことができる。【００３１】
図１のように種結晶と原料とを単結晶成長装置に配置した後、結晶成長を行う。図２は、結晶成長をおこなうときの状態を示す。【００３２】
図２Ａは図１の単結晶成長装置を用いた成結晶長を説明するための全体の断面図であり、図２Ｂは図２Ａの点線で囲んだ領域Ａを拡大した図である。【００３３】
図２Ａに示したように単結晶成長装置を構成する坩堝１と坩堝蓋部２とを断熱材１１で覆った。これは、上述したように、昇華法を用いると、炭化珪素の原料３を昇華させるために２０００℃以上の高温が必要であるが、２０００℃以上の高温では、温度の４乗に比例して輻射熱が失われるため、それを防ぐ目的である。この断熱材１１で覆った坩堝１及び坩堝蓋部２を、石英製の反応管１２の内側に配置した。この反応管１２は、二重管構造になっており、結晶成長中には、冷却水１３を流して冷却している。また反応管１２の上部にガス導入口１４が、下部にはガス排気口１５が設けられている。【００３４】
次に、反応管１２内部を不活性ガスで置換した。不活性ガスは、コスト、純度などの面から、アルゴン（Ａｒ）が適している。この不活性ガス置換は、まずガス排気口１５から反応管１２内を高真空排気し、その後、ガス導入口１４から不活性ガスを常圧まで充填した。その後、反応管１２の周囲に螺旋状に巻かれたコイル１６に高周波電流を流すことにより、坩堝１および坩堝蓋部２を誘導加熱して昇温した。【００３５】
加熱時は、反応管１２の上下部に設けられている石英製の温度測定用窓１７、及び断熱材１１の上下部に設けられた温度測定用の穴１１ａを通して、放射温度計１８で、坩堝１下部、および坩堝蓋部２の上部の温度を測定している。【００３６】
加熱時の坩堝１の下部温度と坩堝蓋部２の上部温度は、坩堝１および坩堝蓋部２とコイル１６の相対位置により決まる。昇華法の場合、前述のように原料３からの昇華ガスを種結晶５の上で再結晶化させるため、種結晶５よりも原料３の温度を高くする必要がある。本実施の形態では、坩堝１の下部温度が２３００℃、坩堝蓋部２の上部温度が２２００℃となるように坩堝１および坩堝蓋部２とコイル１６の相対位置を調整した。【００３７】
このように加熱することで、結晶成長時には、坩堝１内の原料３の表面温度Ｔｓが、坩堝蓋部２の種結晶支持部４に配置した種結晶５から成長する炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃよりも高温となる温度分布が形成される。また、この温度分布により、原料３の表面温度Ｔｓが、原料３と種結晶５の間に配置されたガイド部材６の温度よりも高温になる。【００３８】
ここで、ガイド部材６は図１と図２Ｂに示すように、第１の筒状部材７の内側に第２の筒状部材８を断熱層２３を介して配置した構造になっている。具体的には、第１の筒状部材７の内側と第２の筒状部材８の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサー１０を介して第１の筒状部材７と第２の筒状部材８とを結合して、第１の筒状部材７の内側と第２の筒状部材８の間に断熱層２３を形成しているので、以下のような効果がある。【００３９】
結晶成長時には、第１の筒状部材７の内側にある第２の筒状部材８の内壁が、原料３の輻射熱によって温められるが、第１の筒状部材７と第２の筒状部材８が直接に接触しないようにスペーサー１０を挟んで結合されているため、第２の筒状部材８から第１の筒状部材７への熱伝導が断熱層２３によって抑制される。このため、第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２が高温に保たれる。【００４０】
一方、種結晶５から成長する炭化珪素単結晶９の表面も、結晶成長時には原料３の輻射熱で温められるが、種結晶支持部４を通じて坩堝蓋部２の上部から放熱されるため炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃが低下する。このため、ガイド部材６の第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２を、隣接する炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃよりも高温に保つことができ、結晶成長時にＴｓ＞Ｔｇ２＞Ｔｃの関係が常に保たれている。【００４１】
従って、原料３から昇華した昇華ガスは、ガイド部材６の高温の第２の筒状部材８の内壁ではなく、低温の炭化珪素単結晶９の表面に付着し、炭化珪素単結晶９のみが成長するという効果がある。【００４２】
もし第１の筒状部材７と第２の筒状部材８が直接に接触していると、原料３からの輻射熱で加熱された第２の筒状部材８は、第１の筒状部材７を通じて坩堝１の外壁から放熱され、Ｔｇ２とＴｃとは、ほぼ等しい温度になる。そのため、原料３から昇華した昇華ガスは、炭化珪素単結晶９の表面と第２の筒状部材８の内壁表面とでほぼ同じ過飽和度となり、両方の表面で再結晶化する。この第２の筒状部材８の内壁で再結晶化した炭化珪素は多結晶（炭化珪素多結晶１９）であり、結晶成長が進むに連れてこの炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９とが接触する。両者が接触すると、炭化珪素単結晶９にクラックやマイクロパイプ、転位などの欠陥が発生して結晶品質が著しく悪化する。これらの欠陥が発生するのは、結晶成長終了後の冷却時に、炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９との熱膨張係数差によって炭化珪素単結晶９に応力が発生するためであると考えられる。【００４３】
炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃと、第１の筒状部材７の内側と第２の筒状部材８の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサー１０を介して第１の筒状部材７と第２の筒状部材８とを結合したガイド部材６の結晶成長時の第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２との好ましい温度差についてシミュレーションした結果では、Ｔｇ２をＴｃよりも少なくとも４℃程度高温にするだけで炭化珪素単結晶９のみが成長する良好な結果が得られた。【００４４】
ただし、第２の筒状部材８から第１の筒状部材７への熱伝導を抑制して上記の効果を得るためには、上記スペーサー１０として熱伝導率が小さい材料を用いる必要がある。具体的には、熱伝導率が厚さ方向で１〜１０Ｗ／ｍ・Ｋである黒鉛製シートを用いれば、上記のように第２の筒状部材８を高温に保つことができる。熱伝導率が厚さ方向で１０Ｗ／ｍ・Ｋより大きければ第２の筒状部材８から第１の筒状部材７への熱伝導が大きくなるため、第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２を隣接する炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃよりも高温に保つことができない。【００４５】
図３（ａ）は種結晶５の側からガイド部材６を見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−ＡＡ断面図である。本実施の形態では、スペーサー１０として、厚さ方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋである東洋炭素（株）（TOYO TANSO CO., LTD.）製の黒鉛シート「ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ」を採用し、その厚さは１．０ｍｍで２ｍｍ角のものを用いた。スペーサー１０の位置は、平面的には図３（ａ）に示すように略１２０°おきに３箇所に、図３（ｂ）に示すように上下２箇所の、合計６箇所に設けた。【００４６】
以上のようなガイド部材６を単結晶成長装置に設置して所望の温度まで昇温した後、徐々に圧力を下げて原料３を昇華させて結晶成長を開始させた。反応管１２の内部の圧力を０．６６５ｋＰａまで１時間かけて減圧して原料３を昇華させて５０時間保持して結晶成長を行った。【００４７】
結晶成長終了時は、成長開始時とは逆に、反応管１２の内部の圧力を８０ｋＰａまで１時間かけて昇圧して原料３の昇華を止め、その後、常温までゆっくりと冷却した。【００４８】
このようにして成長を行った結果、ガイド部材６の第２の筒状部材８の内壁には炭化珪素多結晶１９は付着しておらず、種結晶５から成長した炭化珪素単結晶９は、ガイド部材６の第２の筒状部材８内壁にほぼ沿って口径拡大しながら成長しており、その成長量は１２ｍｍ、最大口径は５６ｍｍであった。得られた炭化珪素単結晶９を成長方向に垂直にスライスした後に研磨を行ってウエハを作製した。このウエハを５００℃に加熱した水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液でエッチングした後に光学顕微鏡で観察した結果、マイクロパイプ密度が８ｃｍ−２、エッチピット密度が２．６×１０４ｃｍ−２の高品質な単結晶であった。【００４９】
以上のように、第１の筒状部材７の内側に第２の筒状部材８を断熱層２３を介して配置したガイド部材６を用いることにより、成長中の第２の筒状部材８の内壁温度を成長する炭化珪素単結晶９の表面温度よりも常に高温にできるため、第２の筒状部材８の内壁に炭化珪素多結晶１９が付着するのを抑制でき、その結果、結晶欠陥の発生を抑制して高品質な炭化珪素単結晶９を得ることができる。【００５０】
本実施の形態では、第２の筒状部材８の材質としてＴａを用いたが、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）など他の高融点金属を用いても同様の効果がある。【００５１】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２におけるガイド部材６に使用する第２の筒状部材８の製造工程を示している。第１の実施の形態との相違点は、ガイド部材６の第２の筒状部材８の材質にはタンタルの化合物である炭化タンタル（ＴａＣ）を用いたことである。ＴａＣはＴａよりも高い熱的安定性を持っているため、長尺の炭化珪素単結晶９を得るために更に長時間の結晶成長を行うことができる。【００５２】
図４を用いて、ＴａＣ製の第２の筒状部材８の作製工程を説明する。【００５３】
まず図４（ａ）に示すように、辺Ｂ−ＢＢと辺Ｃ−ＣＣが重なるように丸めたときに、第２の筒状部材８の形状になるように５０μｍ厚のＴａ箔２０を切出した。【００５４】
その後、図４（ｂ）に示すように内壁形状が第２の筒状部材８の形状である第１の黒鉛部材２１の内壁に、上記のＴａ箔２０を密着させてはめ込んだ。然る後、図４（ｃ）に示すように、外壁形状が第２の筒状部材８の形状の第２の黒鉛部材２２で、Ｔａ箔２０を挟み込んだ。この状態のままＡｒ雰囲気中で２２００℃、１００Ｔｏｒｒで５時間の熱処理を行ってＴａ箔２０を炭化し、ＴａＣ製の第２の筒状部材８を得た。【００５５】
第２の筒状部材８の材質としてＴａＣを用いた以外は、実施の形態１と同じ条件で１００時間の結晶成長を行った。この結果、ガイド部材の第２の筒状部材８内壁には炭化珪素多結晶１９は付着しておらず、成長した炭化珪素単結晶９は、ガイド部材６の第２の筒状部材８の内壁にほぼ沿って口径拡大しながら長尺に成長しており、成長量は３０ｍｍ、最大口径は７２ｍｍであった。得られた炭化珪素単結晶９を成長方向に垂直にスライスした後に研磨を行ってウエハを作製した。このウエハを５００℃に加熱したＫＯＨ溶液でエッチングした後に光学顕微鏡で観察した結果、マイクロパイプ密度が５ｃｍ−２、エッチピット密度が２．２×１０４ｃｍ−２の高品質な単結晶であった。【００５６】
以上のように、第２の筒状部材８の材質としてＴａＣを用いることにより、長尺且つ高品質な炭化珪素単結晶９を得ることができる。【００５７】
また、本実施の形態１及び２では、単結晶として炭化珪素を例に取り説明したが、昇華法を用いて成長させる単結晶であれば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）などにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、高温の環境で使用される耐環境デバイス材料、耐放射線デバイス材料、電力制御用パワーデバイス材料、高周波デバイス材料などの各種の品質の向上に寄与することができる。
【図１】
2009060561.tif 000003
【図２Ａ】
2009060561.tif 000004
【図２Ｂ】
2009060561.tif 000005
【図３】
2009060561.tif 000006
【図４】
2009060561.tif 000007
【図５】
2009060561.tif 000008
【図６】
2009060561.tif 000009
【図７】
2009060561.tif 000010
【図８】
2009060561.tif 000011
【図９】
2009060561.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月11日(2010.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、
前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、
前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を断熱層を介して配置した
単結晶成長装置。
【請求項２】
結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、
前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、
前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を間隔を空けて配置した
単結晶成長装置。
【請求項３】
前記ガイド部材は、前記第１の筒状部材の内側と前記第２の筒状部材の外側の間に部分的にスペーサーを挟んで、このスペーサーを介して前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とを結合している
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項４】
前記ガイド部材は、前記第１の筒状部材の内側と前記第２の筒状部材の外側の間に部分的にスペーサーを挟んで、このスペーサーを介して前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とが結合されており、かつ前記スペーサー部材は、黒鉛製シート材からなり、その熱伝導率は前記スペーサー部材の厚さ方向で１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項５】
前記第２の筒状部材は、前記単結晶を成長させるための温度以上の融点を有する
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項６】
前記第１の筒状部材の材質が黒鉛であり、前記第２の筒状部材の材質がニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のいずれかの金属である
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【請求項７】
前記第１の筒状部材の材質は黒鉛であり、
前記第２の筒状部材の材質は炭化タンタル（ＴａＣ）である
請求項２に記載の単結晶成長装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華法を用いて結晶を成長させる単結晶成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、大きな熱伝導率、低い誘電率、広いバンドギャップを有し、熱的、機械的に安定した特性を持っている。従って、炭化珪素を用いた半導体素子は、従来のシリコン（Ｓｉ）を用いた半導体素子よりも高い性能を持つ。その利用範囲は、高温の環境で使用される耐環境デバイス材料、耐放射線デバイス材料、電力制御用パワーデバイス材料、高周波デバイス材料などが期待されている。
【０００３】
この炭化珪素単結晶の製造方法として、昇華法（「改良レーリー法」とも呼ばれる）が主に採用されている。
【０００４】
図５は、この昇華法を用いた特許文献１（特開平１−３０５８９８号公報）に記載されている単結晶成長装置の断面図である。
【０００５】
原料３である炭化珪素粉末が収容してある坩堝１と、種結晶支持部４を備えた坩堝蓋部２より構成されており、種結晶支持部４に種結晶５が原料３に対向するように配置されている。種結晶５としては炭化珪素単結晶が用いられる。この状態で、原料３の側が高温に、種結晶５の側が低温になるように加熱され、原料３の昇華ガスが低温の種結晶５の上で再結晶化することにより炭化珪素単結晶９が成長する。
【０００６】
この単結晶成長装置では、坩堝蓋部２から突出させた種結晶支持部４に種結晶５を固定させているため、種結晶５から成長する炭化珪素単結晶９と、種結晶支持部４の周辺に析出する炭化珪素多結晶１９が接触するのを遅らせることができる。
【０００７】
しかし、成長が進むと図６に示すように最終的には種結晶支持部４の周辺から析出する炭化珪素多結晶１９が炭化珪素単結晶９に接触してしまう。炭化珪素単結晶９に炭化珪素多結晶１９が接触すると、炭化珪素単結晶９にクラックやマイクロパイプ、転位などの欠陥が発生して結晶品質が著しく悪化することが知られている。これらの欠陥が発生するのは、結晶成長終了後の冷却時に、炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９との熱膨張係数差によって炭化珪素単結晶９に応力が発生するためであると考えられる。
【０００８】
この課題を解決するために、特許文献２（特開２００５−２２５７１０号公報）には、図７と図８の構造が記載されている。
【０００９】
図７の単結晶成長装置では、原料３と種結晶５間に、原料３から種結晶５に向かって内径が次第に小さくなる筒状のガイド部材６を配置することで、昇華ガスを種結晶５に導いて効率良く炭化珪素単結晶９を成長させる方法が知られている。
【００１０】
さらに、ガイド部材６は、その種結晶５の側端と種結晶支持部４との間に隙間が設けられており、昇華ガスの一部を坩堝蓋部２側へ流して炭化珪素単結晶９がガイド部材６に接触せずに成長するように工夫されている。
【００１１】
しかしながら、ガスガイド部９内壁に炭化珪素多結晶１９が析出し、この炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９が接触してしまう場合があって、ガイド部材の多結晶と炭化珪素素単結晶が接触した場合、前述のように炭化珪素単結晶に結晶欠陥が発生し、高品質な炭化珪素単結晶が得られないため、この特許文献２では図８に示すようにガイド部材６の外壁に断熱材１１を設置することにより、ガイド部材６外壁からの放熱を抑制し、炭化珪素単結晶９の表面よりもガイド部材６の内壁の方が高温になるようにして、ガイド部材６に炭化珪素多結晶１９を析出させないよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１−３０５８９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、断熱材１１を設置しているガイド部材６の外壁と、その外側の坩堝１の側面との間に大きな温度差があるために断熱材１１が昇華（劣化）しやすく、成長時間の経過とともに断熱効果が小さくなる。
【００１４】
そのため、長時間の結晶成長を行うとガイド部材６の内壁温度を成長中の炭化珪素単結晶９の表面温度よりも高温に保てなくなる。その結果、図９に示すように、ガイド部材６の内壁に炭化珪素多結晶１９が析出し、この炭化珪素多結晶１９が成長を続ける炭化珪素単結晶９と接触するため、高品質な炭化珪素単結晶が得られないという課題を有している。
【００１５】
本発明は、長時間の結晶成長を行っても、結晶欠陥の発生を抑制した高品質な炭化珪素単結晶を成長できる単結晶成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の単結晶成長装置は、結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を断熱層を介して配置したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の単結晶成長装置は、結晶成長容器の中に単結晶を成長させるための原料を配置し、前記原料の上部に種結晶を配置して、前記結晶成長容器を加熱することで昇華する前記原料のガスを前記種結晶上に供給して単結晶を成長させる単結晶成長装置において、前記原料から昇華するガスが前記種結晶に届くように前記原料の側から前記種結晶の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材を配設すると共に、前記ガイド部材を、第１の筒状部材の内側に第２の筒状部材を間隔を空けて配置したことを特徴とする。
【００１８】
前記ガイド部材は、前記第１の筒状部材の内側と前記第２の筒状部材の外側の間に部分的にスペーサーを挟んで、このスペーサーを介して前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とを結合していることを特徴とする。
【００１９】
前記スペーサー部材は、黒鉛製シート材からなり、その熱伝導率は前記スペーサー部材の厚さ方向で１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする。
【００２０】
前記第２の筒状部材は、前記単結晶を成長させるための温度以上の融点を有することを特徴とする。
【００２１】
前記第１の筒状部材の材質が黒鉛であり、前記第２の筒状部材の材質がニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のいずれかの金属であることを特徴とする。
【００２２】
前記第１の筒状部材の材質は黒鉛であり、前記第２の筒状部材の材質は炭化タンタル（ＴａＣ）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の単結晶成長装置によれば、長時間にわたり、結晶成長中のガイド部材の第２の筒状部材を炭化珪素単結晶表面よりも高温にすることが出来るので、成長する結晶中の欠陥の発生を抑え高品質な炭化珪素単結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１の単結晶成長装置の断面図
【図２Ａ】同実施の形態の単結晶成長装置を用いた全体の断面図
【図２Ｂ】図２Ａにおける単結晶成長中の単結晶成長装置の拡大図
【図３】同実施の形態のガイド部材の平面図とＡ−ＡＡ断面図
【図４】本発明の実施の形態２の単結晶成長装置に使用するＴａＣ製の第２の筒状部材の作製工程図
【図５】従来の単結晶成長装置の断面図
【図６】図５の単結晶成長装置において結晶成長が進んだ状態における断面図
【図７】別の従来例の単結晶成長装置の断面図
【図８】さらに別の従来例の単結晶成長装置の断面図
【図９】図８の単結晶成長装置における結晶成長が進んだ状態における断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明を用いた単結晶成長装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１〜図３は本発明の実施の形態１の単結晶成長装置を示す。
【００２７】
図１は結晶成長前の状態を表す。この単結晶成長装置は、結晶成長容器としての坩堝１と坩堝１の上部の開口に着脱自在の坩堝蓋部２とから構成されている。坩堝１と坩堝蓋部２は何れも黒鉛製のものを使用した。
【００２８】
坩堝１の内側の底面には原料３である炭化珪素粉末を入れ、坩堝蓋部２に凸状に形成さている種結晶支持部４には原料３に対向する位置に種結晶５を固定した。種結晶５は４Ｈ型の炭化珪素単結晶を用い、その結晶成長面は（０００−１）面とした。この種結晶支持部４の種結晶貼付け面は、直径５０ｍｍの円形をしており、種結晶５も同じ直径の５０ｍｍの円形のものを用いた。
【００２９】
原料３と種結晶５の間には、原料３から昇華したガスを種結晶５に効率良く導くために、原料３の側から種結晶５の側に向かって内部通路が細くなる筒状のガイド部材６を配置した。このガイド部材６は、第１の筒状部材７の内側に第２の筒状部材８を断熱層２３を介して配置した構造となっている。
【００３０】
第２の筒状部材８としては、高融点材料を用いるのが重要である。昇華法による炭化珪素単結晶の成長を行う単結晶成長装置では、成長温度が２０００℃以上になるため、第２の筒状部材８にはこの温度でも固体を保つことのできる高融点材料でなければならない。ここでは、第１の筒状部材７には黒鉛を使用し、第２の筒状部材８には融点が３０１７℃のタンタル（Ｔａ）を用いた。
【００３１】
このような高温下では、黒鉛製の坩堝１や第１の筒状部材７の表面からカーボン粒子が飛散する。このカーボン粒子が種結晶５の表面や成長する炭化珪素単結晶９の表面に付着すると、マイクロパイプ等の結晶欠陥の原因となる。そのために、第２の筒状部材８を第１の筒状部材７の内側に配置することで、炭化珪素単結晶９の表面にカーボン粒子が付着するのを第２の筒状部材８で防ぐことができる。
【００３２】
図１のように種結晶と原料とを単結晶成長装置に配置した後、結晶成長を行う。図２は、結晶成長をおこなうときの状態を示す。
【００３３】
図２Ａは図１の単結晶成長装置を用いた成結晶長を説明するための全体の断面図であり、図２Ｂは図２Ａの点線で囲んだ領域Ａを拡大した図である。
【００３４】
図２Ａに示したように単結晶成長装置を構成する坩堝１と坩堝蓋部２とを断熱材１１で覆った。これは、上述したように、昇華法を用いると、炭化珪素の原料３を昇華させるために２０００℃以上の高温が必要であるが、２０００℃以上の高温では、温度の４乗に比例して輻射熱が失われるため、それを防ぐ目的である。この断熱材１１で覆った坩堝１及び坩堝蓋部２を、石英製の反応管１２の内側に配置した。この反応管１２は、二重管構造になっており、結晶成長中には、冷却水１３を流して冷却している。また反応管１２の上部にガス導入口１４が、下部にはガス排気口１５が設けられている。
【００３５】
次に、反応管１２内部を不活性ガスで置換した。不活性ガスは、コスト、純度などの面から、アルゴン（Ａｒ）が適している。この不活性ガス置換は、まずガス排気口１５から反応管１２内を高真空排気し、その後、ガス導入口１４から不活性ガスを常圧まで充填した。その後、反応管１２の周囲に螺旋状に巻かれたコイル１６に高周波電流を流すことにより、坩堝１および坩堝蓋部２を誘導加熱して昇温した。
【００３６】
加熱時は、反応管１２の上下部に設けられている石英製の温度測定用窓１７、及び断熱材１１の上下部に設けられた温度測定用の穴１１ａを通して、放射温度計１８で、坩堝１下部、および坩堝蓋部２の上部の温度を測定している。
【００３７】
加熱時の坩堝１の下部温度と坩堝蓋部２の上部温度は、坩堝１および坩堝蓋部２とコイル１６の相対位置により決まる。昇華法の場合、前述のように原料３からの昇華ガスを種結晶５の上で再結晶化させるため、種結晶５よりも原料３の温度を高くする必要がある。本実施の形態では、坩堝１の下部温度が２３００℃、坩堝蓋部２の上部温度が２２００℃となるように坩堝１および坩堝蓋部２とコイル１６の相対位置を調整した。
【００３８】
このように加熱することで、結晶成長時には、坩堝１内の原料３の表面温度Ｔｓが、坩堝蓋部２の種結晶支持部４に配置した種結晶５から成長する炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃよりも高温となる温度分布が形成される。また、この温度分布により、原料３の表面温度Ｔｓが、原料３と種結晶５の間に配置されたガイド部材６の温度よりも高温になる。
【００３９】
ここで、ガイド部材６は図１と図２Ｂに示すように、第１の筒状部材７の内側に第２の筒状部材８を断熱層２３を介して配置した構造になっている。具体的には、第１の筒状部材７の内側と第２の筒状部材８の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサー１０を介して第１の筒状部材７と第２の筒状部材８とを結合して、第１の筒状部材７の内側と第２の筒状部材８の間に断熱層２３を形成しているので、以下のような効果がある。
【００４０】
結晶成長時には、第１の筒状部材７の内側にある第２の筒状部材８の内壁が、原料３の輻射熱によって温められるが、第１の筒状部材７と第２の筒状部材８が直接に接触しないようにスペーサー１０を挟んで結合されているため、第２の筒状部材８から第１の筒状部材７への熱伝導が断熱層２３によって抑制される。このため、第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２が高温に保たれる。
【００４１】
一方、種結晶５から成長する炭化珪素単結晶９の表面も、結晶成長時には原料３の輻射熱で温められるが、種結晶支持部４を通じて坩堝蓋部２の上部から放熱されるため炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃが低下する。このため、ガイド部材６の第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２を、隣接する炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃよりも高温に保つことができ、結晶成長時にＴｓ＞Ｔｇ２＞Ｔｃの関係が常に保たれている。
【００４２】
従って、原料３から昇華した昇華ガスは、ガイド部材６の高温の第２の筒状部材８の内壁ではなく、低温の炭化珪素単結晶９の表面に付着し、炭化珪素単結晶９のみが成長するという効果がある。
【００４３】
もし第１の筒状部材７と第２の筒状部材８が直接に接触していると、原料３からの輻射熱で加熱された第２の筒状部材８は、第１の筒状部材７を通じて坩堝１の外壁から放熱され、Ｔｇ２とＴｃとは、ほぼ等しい温度になる。そのため、原料３から昇華した昇華ガスは、炭化珪素単結晶９の表面と第２の筒状部材８の内壁表面とでほぼ同じ過飽和度となり、両方の表面で再結晶化する。この第２の筒状部材８の内壁で再結晶化した炭化珪素は多結晶（炭化珪素多結晶１９）であり、結晶成長が進むに連れてこの炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９とが接触する。両者が接触すると、炭化珪素単結晶９にクラックやマイクロパイプ、転位などの欠陥が発生して結晶品質が著しく悪化する。これらの欠陥が発生するのは、結晶成長終了後の冷却時に、炭化珪素多結晶１９と炭化珪素単結晶９との熱膨張係数差によって炭化珪素単結晶９に応力が発生するためであると考えられる。
【００４４】
炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃと、第１の筒状部材７の内側と第２の筒状部材８の間に部分的にスペーサー１０を挟んで、このスペーサー１０を介して第１の筒状部材７と第２の筒状部材８とを結合したガイド部材６の結晶成長時の第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２との好ましい温度差についてシミュレーションした結果では、Ｔｇ２をＴｃよりも少なくとも４℃程度高温にするだけで炭化珪素単結晶９のみが成長する良好な結果が得られた。
【００４５】
ただし、第２の筒状部材８から第１の筒状部材７への熱伝導を抑制して上記の効果を得るためには、上記スペーサー１０として熱伝導率が小さい材料を用いる必要がある。具体的には、熱伝導率が厚さ方向で１〜１０Ｗ／ｍ・Ｋである黒鉛製シートを用いれば、上記のように第２の筒状部材８を高温に保つことができる。熱伝導率が厚さ方向で１０Ｗ／ｍ・Ｋより大きければ第２の筒状部材８から第１の筒状部材７への熱伝導が大きくなるため、第２の筒状部材８の内壁温度Ｔｇ２を隣接する炭化珪素単結晶９の表面温度Ｔｃよりも高温に保つことができない。
【００４６】
図３（ａ）は種結晶５の側からガイド部材６を見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−ＡＡ断面図である。本実施の形態では、スペーサー１０として、厚さ方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋである東洋炭素（株）（TOYO TANSO CO., LTD.）製の黒鉛シート「ＰＥＲＭＡ−ＦＯＩＬ」を採用し、その厚さは１．０ｍｍで２ｍｍ角のものを用いた。スペーサー１０の位置は、平面的には図３（ａ）に示すように略１２０度おきに３箇所に、図３（ｂ）に示すように上下２箇所の、合計６箇所に設けた。
【００４７】
以上のようなガイド部材６を単結晶成長装置に設置して所望の温度まで昇温した後、徐々に圧力を下げて原料３を昇華させて結晶成長を開始させた。反応管１２の内部の圧力を０．６６５ｋＰａまで１時間かけて減圧して原料３を昇華させて５０時間保持して結晶成長を行った。
【００４８】
結晶成長終了時は、成長開始時とは逆に、反応管１２の内部の圧力を８０ｋＰａまで１時間かけて昇圧して原料３の昇華を止め、その後、常温までゆっくりと冷却した。
【００４９】
このようにして成長を行った結果、ガイド部材６の第２の筒状部材８の内壁には炭化珪素多結晶１９は付着しておらず、種結晶５から成長した炭化珪素単結晶９は、ガイド部材６の第２の筒状部材８内壁にほぼ沿って口径拡大しながら成長しており、その成長量は１２ｍｍ、最大口径は５６ｍｍであった。得られた炭化珪素単結晶９を成長方向に垂直にスライスした後に研磨を行ってウエハを作製した。このウエハを５００℃に加熱した水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液でエッチングした後に光学顕微鏡で観察した結果、マイクロパイプ密度が８ｃｍ−２、エッチピット密度が２．６×１０４ｃｍ−２の高品質な単結晶であった。
【００５０】
以上のように、第１の筒状部材７の内側に第２の筒状部材８を断熱層２３を介して配置したガイド部材６を用いることにより、成長中の第２の筒状部材８の内壁温度を成長する炭化珪素単結晶９の表面温度よりも常に高温にできるため、第２の筒状部材８の内壁に炭化珪素多結晶１９が付着するのを抑制でき、その結果、結晶欠陥の発生を抑制して高品質な炭化珪素単結晶９を得ることができる。
【００５１】
本実施の形態では、第２の筒状部材８の材質としてＴａを用いたが、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）など他の高融点金属を用いても同様の効果がある。
【００５２】
（実施の形態２）
図４は実施の形態２におけるガイド部材６に使用する第２の筒状部材８の製造工程を示している。第１の実施の形態との相違点は、ガイド部材６の第２の筒状部材８の材質にはタンタルの化合物である炭化タンタル（ＴａＣ）を用いたことである。ＴａＣはＴａよりも高い熱的安定性を持っているため、長尺の炭化珪素単結晶９を得るために更に長時間の結晶成長を行うことができる。
【００５３】
図４を用いて、ＴａＣ製の第２の筒状部材８の作製工程を説明する。
【００５４】
まず図４（ａ）に示すように、辺Ｂ−ＢＢと辺Ｃ−ＣＣが重なるように丸めたときに、第２の筒状部材８の形状になるように５０μｍ厚のＴａ箔２０を切出した。
【００５５】
その後、図４（ｂ）に示すように内壁形状が第２の筒状部材８の形状である第１の黒鉛部材２１の内壁に、上記のＴａ箔２０を密着させてはめ込んだ。然る後、図４（ｃ）に示すように、外壁形状が第２の筒状部材８の形状の第２の黒鉛部材２２で、Ｔａ箔２０を挟み込んだ。この状態のままＡｒ雰囲気中で２２００℃、１００Ｔｏｒｒで５時間の熱処理を行ってＴａ箔２０を炭化し、ＴａＣ製の第２の筒状部材８を得た。
【００５６】
第２の筒状部材８の材質としてＴａＣを用いた以外は、実施の形態１と同じ条件で１００時間の結晶成長を行った。この結果、ガイド部材の第２の筒状部材８内壁には炭化珪素多結晶１９は付着しておらず、成長した炭化珪素単結晶９は、ガイド部材６の第２の筒状部材８の内壁にほぼ沿って口径拡大しながら長尺に成長しており、成長量は３０ｍｍ、最大口径は７２ｍｍであった。得られた炭化珪素単結晶９を成長方向に垂直にスライスした後に研磨を行ってウエハを作製した。このウエハを５００℃に加熱したＫＯＨ溶液でエッチングした後に光学顕微鏡で観察した結果、マイクロパイプ密度が５ｃｍ−２、エッチピット密度が２．２×１０４ｃｍ−２の高品質な単結晶であった。
【００５７】
以上のように、第２の筒状部材８の材質としてＴａＣを用いることにより、長尺且つ高品質な炭化珪素単結晶９を得ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態１及び２では、単結晶として炭化珪素を例に取り説明したが、昇華法を用いて成長させる単結晶であれば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）などにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、高温の環境で使用される耐環境デバイス材料、耐放射線デバイス材料、電力制御用パワーデバイス材料、高周波デバイス材料などの各種の品質の向上に寄与することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009060561.tif 000013
【図２Ａ】
2009060561.tif 000014
【図２Ｂ】
2009060561.tif 000015
【図３】
2009060561.tif 000016
【図４】
2009060561.tif 000017
【図５】
2009060561.tif 000018
【図６】
2009060561.tif 000019
【図７】
2009060561.tif 000020
【図８】
2009060561.tif 000021
【図９】
2009060561.tif 000022
【国際調査報告】
2009060561.tif 000023
2009060561.tif 000024
2009060561.tif 000025
2009060561.tif 000026
2009060561.tif 000027