(57)【要約】  【課題】  溶液成長法によるＳｉＣ単結晶の成長方法において、多結晶ＳｉＣの生成抑制と種結晶上への高品質のＳｉＣ単結晶の成長促進とを両立させる。  【解決手段】  ＳｉとＣと場合によりさらにＴｉまたはＭｎを含み、ＳｉＣが溶解している坩堝２内の融液１に、昇降可能なシード軸３に保持されたＳｉＣ単結晶からなる種結晶４を浸漬し、この種結晶上にＳｉＣ単結晶層を成長させる際に、坩堝内の融液上の自由空間に断熱性構造物20を配置して、融液自由表面の面内温度差が40℃以下となるようにする。シード軸の少なくとも一部の側面を断熱するか、および／またはシード軸の少なくとも一部を強制冷却して、シード軸からの抜熱を強化すると、結晶成長速度はさらに増大する。【選択図】図２
2006131433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝に収容された、ＳｉとＣまたはＳｉとＣと１種類以上の金属Ｍとを含む、ＳｉＣが融解している融液に、昇降可能なシード軸に保持されたＳｉＣ単結晶からなる種結晶を浸漬し、この種結晶上にＳｉＣ単結晶層を成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、
坩堝内の融液上の自由空間に断熱性構造物を配置した状態でＳｉＣ単結晶層を成長させることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記断熱性構造物が坩堝内の融液上の自由空間を実質的に閉鎖するように配置されている、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項３】
融液自由表面の面内温度差が40℃以下である、請求項１または２記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記シード軸の側面の少なくとも一部が断熱されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記シード軸の少なくとも一部が冷却されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記融液がＳｉとＣと金属Ｍとを含み、ＭがＴｉまたはＭｎである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項７】
ＳｉＣが溶解した融液を収容する坩堝、前記融液を加熱する手段、および前記融液への種結晶の浸漬と引き上げを行うための、先端に種結晶を保持することができる昇降可能なシード軸を備えた、ＳｉＣ単結晶の製造装置において、坩堝内の融液上に配置可能な断熱性構造物をさらに備えることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造装置。
【請求項８】
前記断熱性構造物が坩堝内の融液上の自由空間を実質的に閉鎖するように配置可能である、請求項７に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
【請求項９】
前記シード軸の側面の少なくとも一部が断熱されている、請求項７または８に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記シード軸が冷却手段を備えている、請求項７〜９のいずれか１項に記載のＳｉＣ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、光デバイスや電子デバイスの材料として好適な、炭化珪素の良質な単結晶の製造方法に関し、特に溶液成長法により良質な炭化珪素単結晶を安定して製造することができる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素 (ＳｉＣ) は、熱的及び化学的に安定な化合物半導体の１種であり、シリコン (Ｓｉ) に比べて、バンドギャップが約３倍、絶縁破壊電圧が約10倍、電子飽和速度が約２倍、熱伝導率が約３倍大きいという、Ｓｉより有利な物性上の特徴を有している。このような優れた特性から、ＳｉＣは、Ｓｉデバイスの物理的な限界を打破するパワーデバイスや、高温で動作する耐環境デバイス、といった電子デバイス材料としての応用が期待されている。
【０００３】
一方、光デバイスにおいては短波長化を目指した窒化物系材料 (ＧａＮ、ＡｌＮ) の開発が行われている。ＳｉＣは、窒化物系材料に対する格子不整合が他の化合物半導体材料に比べて格段に小さいので、窒化物系材料のエピタキシャル成長用の基板材料としても注目されている。
【０００４】
しかし、ＳｉＣは結晶多形 (ポリタイプ) を呈する物質としても有名である。結晶多形とは、化学量論的には同じ組成でありながら原子の積層様式がＣ軸方向にのみ異なる多くの結晶構造を取りうる現象である。ＳｉＣの代表的な結晶多形としては、６Ｈ型 (６分子を１周期とする六方晶系）、４Ｈ型 (４分子を１周期とする六方晶系）、３Ｃ型 (３分子を１周期とする立方晶系）などがある。２種以上の結晶形の混在はデバイスへの応用上好ましくない。
【０００５】
ＳｉＣを電子デバイスや光デバイスに応用するには、結晶形が単一で (結晶多形の混在がなく)、かつ欠陥が皆無または非常に少ない、ＳｉＣの良質のバルク単結晶または薄膜単結晶が必要となる。
【０００６】
従来より知られているＳｉＣの製造方法として、気相成長に属する昇華法および化学気相成長（ＣＶＤ法）と、液相成長である溶液成長法とが挙げられる。
昇華法では、原料のＳｉＣ粉末を2200〜2500℃の高温で昇華させ、低温部に配置したＳｉＣ単結晶からなる種（シード）結晶上にＳｉＣの単結晶を再結晶化させる。
【０００７】
ＣＶＤ法では、原料としてシラン系ガスと炭化水素系ガスとを用い、シリコンまたはＳｉＣ単結晶からなる基板上にＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させる。
溶液成長法では、シリコンまたはシリコン合金の融液中にカーボンを溶解させて、該融液中にＳｉＣが溶解している溶液を調製する。この融液状態のＳｉＣ溶液にＳｉＣ種結晶を浸漬し、少なくとも種結晶近傍の溶液を過冷却状態にすることによってＳｉＣの過飽和状態を作り出し、ＳｉＣ単結晶を種結晶上に成長させる。
【０００８】
溶液成長法には、融液（ＳｉＣ溶液）に種結晶近傍の融液温度が他の部分の融液温度より低温になるように温度勾配を設ける、いわゆる温度差法 (種結晶近傍の溶液だけが過飽和となる)と、種結晶を漬けた融液全体を冷却によりＳｉＣの過飽和溶液とする、いわゆる徐冷法とがある。徐冷法はバッチ式であるため、薄膜の単結晶を得る方法として好ましく、一方、バルク単結晶を得るには連続成長である前者の温度差法が好ましい。
【０００９】
昇華法では大型のバルク結晶を得られやすいことから、現在、ＳｉＣの単結晶ウエーハの工業的な生産は昇華法によって行われている。しかし、昇華法により成長させたＳｉＣ単結晶では、マイクロパイプ欠陥と呼ばれる中空貫通欠陥やらせん転位、積層欠陥などの結晶欠陥が生じやすく、結晶の品質に問題がある。
【００１０】
ＣＶＤ法は、比較的成長速度が遅いことから、主に薄膜のＳｉＣ結晶の成長に利用されている。薄膜のＳｉＣ単結晶は基板の影響を受けるが、主に昇華法で作製されるＳｉＣ基板の品質に問題があるため、薄膜の高品質化には制約がある。
【００１１】
液相成長である溶液成長法では、熱的平衡状態に近い状態で結晶成長が起こるために、気相成長に比べて格段に結晶性の良好な (異なる結晶形の混入がない) 単結晶を得ることができる。ＳｉＣ溶液の溶媒としては、前述したように、Ｓｉの融液またはＳｉ合金の融液が用いられる。
【００１２】
しかし、溶液成長法では、炭化珪素の成長界面の温度より低温になる部分が溶液内に存在すると、そこで多結晶ＳｉＣ結晶が発生し、ＳｉＣ単結晶の成長を阻害する。このような多結晶の発生は、溶質であるＳｉＣが種結晶以外の場所で消費されることを意味し、単結晶の成長速度を遅くするのみならず、単結晶の結晶性にも悪影響を生ずる。
【００１３】
この問題に対して、特開平７−１７２９９８号公報には、融液の上方に設置した加熱手段により融液面の温度を調整しながら、融液面に接触させた種結晶にＳｉＣ単結晶を成長させることが開示されている。
【００１４】
しかし、この公報に開示された技術では、種結晶も同時に均熱加熱されてしまうため、肝心な種結晶上での結晶成長が抑制され、種結晶上へのＳｉＣ単結晶の成長がほとんど進行せず、インゴット形状の単結晶を得ることが困難になることが確かめられた。
【特許文献１】特開平７−１７２９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、高品質なＳｉＣ単結晶を安定して製造するための技術を開発することを課題とする。具体的には、ＳｉとＣと場合によりさらに１種類以上の金属とを含み、ＳｉＣが溶解している融液に、種結晶となるＳｉＣ単結晶を浸漬し、このＳｉＣ種結晶上に新たなＳｉＣ単結晶層を成長させることからなる溶液成長法によるＳｉＣ単結晶の成長方法において、多結晶ＳｉＣの生成抑制と種結晶上への高品質結晶の成長促進とを両立させ、高品質なＳｉＣ単結晶を実用に十分な成長速度で安定して製造するための方法と、それに用いる結晶成長装置とを提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、坩堝に収容された、ＳｉとＣまたはＳｉとＣと１種類以上の金属Ｍとを含む、ＳｉＣが融解している融液に、昇降可能なシード軸に保持されたＳｉＣ単結晶からなる種結晶を浸漬し、この種結晶上にＳｉＣ単結晶層を成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法において、坩堝内の融液上の自由空間に断熱性構造物を配置した状態でＳｉＣ単結晶層を成長させることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法である。
【００１７】
上記方法において、断熱性構造物は坩堝内の融液上の自由空間を実質的に閉鎖するように配置することが好ましく、さらに好ましくは、融液自由表面の面内温度差が40℃以下となるようにする。融液がＳｉとＣと金属Ｍとを含む場合、金属ＭはＴｉまたはＭｎであることが好ましい。
【００１８】
別の面からは、本発明は、ＳｉＣが溶解した融液を収容する坩堝、前記融液を加熱する手段、および前記融液への種結晶の浸漬と引き上げを行うための、先端に種結晶を保持することができる昇降可能なシード軸を備えた、ＳｉＣ単結晶の製造装置において、坩堝内の融液上の自由空間に配置可能な断熱性構造物をさらに備えることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造装置である。
【００１９】
上記方法および装置において、前記シード軸の側面の少なくとも一部が断熱されているか、および／または前記シード軸の少なくとも一部が冷却されるようにすることが好ましい。
【００２０】
本発明において、坩堝内の融液上の「自由空間」とは、坩堝内の融液上の空間のうち、シード軸ならびにその下端に存在するＳｉＣ結晶 (種結晶およびその上に新たに成長した結晶層) が占める空間を除いた部分を意味する。融液自由表面とは、気体と融液の境界面を指し、ＳｉＣ単結晶層の成長域は含まれない。融液自由表面の面内温度差とは、融液自由表面の水平方向の温度差を意味する。また、自由空間を「実質的に閉鎖する」とは、一般に回転させるシード軸の回転や断熱性構造物の坩堝への挿入が可能となる最小限の隙間を残して坩堝内部の自由空間を閉鎖することを意味している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶液成長法によるＳｉＣ単結晶の成長において、多結晶ＳｉＣの生成抑制と、種結晶上への高品質のＳｉＣ単結晶の成長促進を両立させることができるので、ＳｉＣ単結晶を十分な成長速度で安定して製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明者らは、坩堝内に収容されたＳｉとＣ、またはＳｉとＣと１種類以上の金属Ｍとを含み、ＳｉＣが溶解している融液に、昇降可能なシード軸に保持されたＳｉＣ単結晶を種結晶として浸漬し、種結晶上に新たなＳｉＣ単結晶層を成長させる溶液成長法におけるＳｉＣ単結晶の成長において、多結晶成長の抑制と、種結晶上への高品質ＳｉＣ単結晶の成長促進とを両立させることができる手段について検討を重ねた。
【００２３】
その結果、坩堝内の融液上の自由空間に融液と対向するように断熱性構造物を配置すると、多結晶成長の抑制と単結晶成長の促進を両立させながらＳｉＣ単結晶を成長させることが可能になることが判明した。
【００２４】
融液の自由表面の温度は、シード軸を通して抜熱される種結晶近傍が最も低く、加熱されている坩堝の壁面に近づくほど（つまり周辺に向かって）高くなる。この自由表面の面内温度勾配により種結晶上での結晶成長が進行する。従来、融液自由表面の面内温度差は45℃前後もの大きさになっていた。この結果、温度の低い部位でＳｉＣ結晶が融液から自発的に晶出し始め、（自由核生成ＳｉＣ結晶）、種結晶上に成長するＳｉＣ単結晶に多結晶が混入する、ＳｉＣが無駄に消費されるなどの不具合が発生していた。
【００２５】
本発明に従って、断熱性構造物を融液上部の自由空間に配置すると、この自由空間が保温され、融液自由表面からの輻射による抜熱が小さくなって、融液自由表面の温度分布の均一化が図られ、その面内温度差を40℃以下と小さくすることができる。それにより、融液の表面近傍での多結晶の析出を解消または最小限にすることができ、多結晶の混入がないＳｉＣ単結晶を成長させることが可能になる。
【００２６】
溶液成長法によるＳｉＣ単結晶の製造に使用される単結晶製造装置の１例を図１に模式的に示す。図示の単結晶製造装置は、融液１を収容した坩堝２を備え、融液１には、昇降可能なシード軸３の先端に保持された種結晶４が浸漬されている。融液１はＳｉとＣと場合によりさらに１種類以上の金属Ｍとを含み、この融液にＳｉＣが溶解している。従って、融液１はＳｉＣの溶液である。図示のように、坩堝２とシード軸３は、互いに逆方向に回転させることが好ましい。
【００２７】
坩堝２はシード軸が貫通する坩堝蓋５により実質的に閉鎖され、保温のために坩堝２の外周は断熱材６で覆われている。断熱材６の外周には、坩堝及び融液を誘導加熱するための高周波コイル７が配置されている。結晶成長を温度差法により行う場合には、高周波コイルの巻き数や間隔を調節することによって、融液に上下方向に温度差 (温度勾配) を形成することができる。
【００２８】
これらの坩堝２、断熱材６、高周波コイル７は高温になるので、水冷チャンバー８の内部に配置される。水冷チャンバー８は、装置内の雰囲気を調整可能にするために、ガス導入口９とガス排気口10とを備える。図示していないが、高周波コイルの隙間を通り、断熱材６を貫通して複数のパイロメータ (高温計) を設置し、坩堝２の複数の高さ地点での側面温度を測定できるようにしてもよい。坩堝の側面温度は実質的に融液温度に等しいので、温度の測定値により高周波コイル７による加熱を調節することができる。
【００２９】
図１に示すように、従来のＳｉＣ単結晶製造装置においても、坩堝２の融液１上面の自由空間は、シード軸３が貫通する貫通穴を有する坩堝蓋５により実質的に閉鎖されている。これは、坩堝２の融液１の上部の自由空間には、融液から蒸発した蒸気が混入するので、そのような蒸気が坩堝外部に逃散して付着し、装置を汚染するのを極力防止するためである。しかし、従来の装置では、坩堝蓋５は、通常は坩堝と同じ材料または他の耐火物から構成され、断熱性を有していない。
【００３０】
本発明においては、図２に示すように、坩堝蓋５の代わりに、断熱性構造物20を坩堝２の内部の融液１の上部に配置する。断熱性構造物20の上に、さらに坩堝蓋５を配置してもよい。断熱性構造物20は、図示のように、融液１の上部の自由空間を実質的に閉鎖するように配置することが好ましいが、その上に別に坩堝蓋５も配置する場合には、上記の自由空間を実質的に閉鎖する必要性はない。
【００３１】
融液１はＳｉとＣまたはＳｉとＣと１種類以上の金属Ｍとを含む。Ｃは、坩堝２を黒鉛坩堝等の炭素質坩堝とし、坩堝の溶解によって融液中に供給してもよく、或いは、ＳｉまたはＳｉおよび金属Ｍと一緒に外部から添加してもよい。もちろん、その両者の手法を併用してもよい。
【００３２】
融液１がＳｉとＣと１種類以上の金属Ｍを含有する場合、金属Ｍの種類は、ＳｉＣ（固相）と熱力学的に平衡状態となる液相 (融液) を形成できれば特に制限されない。好ましくは、ＳｉＣ溶解量が大きく、かつ液相線の傾きが急峻となる融液が形成でできるようにする。このような融液は、ＳｉＣ結晶を効率的に液相から成長させることができるからである。金属Ｍの好ましい例はＴｉおよびＭｎであり、その原子比は、Ｓｉ１−ｘＭｘ で表して、ＭがＴｉの場合は0.1≦ｘ≦0.25、ＭがＭｎの場合は0.1≦ｘ≦0.7とすることが好ましい。
【００３３】
坩堝２は、Ｃを坩堝の溶解により供給する場合には、黒鉛坩堝等の炭素質坩堝とする。坩堝の溶解が必要ない場合には、高純度多結晶ＳｉＣ焼結体、ＳｉＣを表面コートした高純度黒鉛など、高温下で安定して存在することが可能な任意の材質の坩堝を使用することができる。
【００３４】
断熱性構造物20は、図２に示すように、断熱材21の周囲を、坩堝と同一または異なる材質の耐火材で包囲した複合材料から構成することができる。断熱性構造物の形状や構造は、融液１の自由表面の面内温度差が40℃以下、好ましくは30℃以下、となるように設計すればよい。それにより、種結晶上に析出したＳｉＣ単結晶に多結晶が混入するのを防止することができる。融液自由表面の面内温度差が10℃以下になると、融液表面近傍における融液内でのＳｉＣ多結晶の析出を実質的に完全に防止することができるので、より好ましい。
【００３５】
断熱性構造物20の例としては、例えば黒鉛その他の耐熱性の容器に繊維系もしくは非繊維系の成形断熱材を収容したものが使用できる。成形断熱材を直接、使用することも可能であるが、成形断熱材からの剥離物などが融液へ混入し、融液を汚染する恐れがあることから、耐熱性容器に収容した方が好ましい。
【００３６】
断熱性構造物20と融液１の表面との距離は、融液表面と接触しなければ、断熱効果を高める上では近いほど好ましい。しかし、実際には、断熱性構造物の融液表面との接触を避けるために、15 mm程度は断熱性構造物と融液面との距離を設けるのがよい。
【００３７】
本発明においては、多結晶化を抑制しつつ、種結晶上への結晶成長は促進するという、相反する目的を共に実現するため、種結晶４を保持しているシード軸３の側面 (外表面) の少なくとも一部、例えば、シード軸上部の黒鉛坩堝の外部に出ている部分を断熱することが好ましい。シード軸３の側面を断熱することにより、結晶が成長する際に放出される結晶化潜熱を、シード軸を通じて上方に抜熱することが可能となり、成長界面での蓄熱が起こりにくく、そこでの結晶成長が促進される。この断熱は、例えば、シード軸の外面を断熱材で被覆することにより実施することができる。
【００３８】
さらに、図３に示すように、シード軸３の少なくとも一部が、強制的に冷却 (例、ガス冷却または水冷)されていると、シード軸を介した結晶化潜熱の抜熱がより高まり、種結晶上の結晶成長のより一層の促進が可能となるので、有利である。
【００３９】
本発明の溶液成長法によるＳｉＣ単結晶の製造方法および製造装置は、上述した徐冷法と温度差法のいずれの方法にも適用可能である。前述したように、坩堝蓋に代えてまたは加えて、断熱性構造物を坩堝内の融液上部に配置し、好ましくはさらにシード軸に側面断熱手段および／または内部冷却手段を設けることを除けば、従来の溶液成長法に準じた条件および手法でＳｉＣ単結晶を成長させればよい。
【００４０】
種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長を開始する前に、ＳｉＣが結晶成長に十分な濃度で融液中に溶解するように融液の加熱を続ける。即ち、Ｃを炭素質坩堝の溶解により融液に供給する場合にはこの溶解が十分に起こるように、またＣを外部から添加する場合には、添加したＣが実質的に完全に溶解するように、予め融液の加熱を行う。
【実施例】
【００４１】
以下に示す実施例では、図１に示した単結晶製造装置を用いて、溶液成長法 (温度差法) によるＳｉＣ単結晶の成長実験を行った。種結晶の近傍はシード軸を通じた抜熱により局所的に低温になっていて、種結晶近傍に温度勾配が形成されているため、結晶成長は進行する。
【００４２】
この単結晶製造装置は、融液１を収容した内径80mm、高さ150mmの高純度黒鉛坩堝２を備え、坩堝２は水冷ステンレスチャンバー８内に配置されていた。黒鉛坩堝の外周は断熱材６により保温されており、さらにその外周に誘導加熱用の高周波コイル７が設けられていた。単結晶製造装置内の雰囲気は、ガス導入口９とガス排気口10を利用して、調整された。
【００４３】
高純度黒鉛坩堝２に、ＳｉまたはＳｉと各種添加元素Ｍとを仕込み、高周波コイル７に通電して誘導加熱により坩堝内の原料を融解した。Ｃは、容器である黒鉛坩堝の溶解によって融液に供給した。従って、単結晶の成長を行う前に、十分な量のＣが溶解するよう、所定温度で１時間の加熱を続けた。融液内の高さ方向の温度分布は、黒鉛坩堝と高周波コイルの相対的な位置関係を調整することによって、数℃の温度差に抑えることができた。
【００４４】
従来技術のように、融液表面の上に断熱性構造物20が存在しないと (即ち、図１に示すように、坩堝蓋５だけが配置されていると)、融液表面からの輻射による不均一な抜熱のため、融液自由表面の面内温度差が大きくなる。
【００４５】
黒鉛坩堝２から融液中に十分なＣが溶解して、ＳｉＣが溶解した融液１が坩堝内に形成された後、シード軸３の先端に保持された種結晶４を融液１の表層付近に浸漬して、所定時間浸漬状態を保持し、温度差法によるＳｉＣ単結晶の成長を行った。坩堝２とシード軸３は、互いに逆方向に回転させた。実施例では、坩堝２の内部の融液上部の自由空間に配置した断熱性構造物20の構成、シード軸３からの抜熱を促進させるためのシード軸３の側面断熱の有無、シード軸３の強制冷却の有無を変動因子とした。
【００４６】
成長実験の終了後、シード軸３を上昇させて、種結晶４を融液１から回収した。坩堝内の融液は室温まで放冷して凝固させた。この種結晶をフッ硝酸で洗浄して、付着している融液の凝固物を除去した。種結晶上に新たに溶液成長した単結晶の成長厚み (mm) を断面の光学顕微鏡観察により求めた。この成長厚みと成長時間 (浸漬保持時間、hr) とから結晶成長速度 (mm/hr) を求めた。
【００４７】
また、得られた単結晶の結晶性に関して、多結晶の混在の有無をTEMおよびラマン分光法により調べた。さらに、坩堝に残る融液についても、融液が凝固した後、黒鉛坩堝を高さ方向に切断して、断面の融液表層部における多結晶ＳｉＣの発生状況を同様に調べた。種結晶近傍の温度および融液自由表面の面内温度差は、成長実験とは別に、成長実験と同じ条件で融液を加熱し、加熱した融液の表面に熱電対を挿入し、温度測定を行って、融液自由表面の面内の温度分布を測定することにより求めた。
【００４８】
以上の測定結果を表１にまとめて示す。表１における判定は、
(1) 種結晶上への多結晶ＳｉＣの混在無し
(2) 融液表層での多結晶ＳｉＣの発生無し
(3) 成長速度が0.1 mm/hr以上
を基準にして、上記(1)〜(3)の全てを満たすものを◎、少なくとも１つを満たすものを○、１つも満たさないものを×とした。
[実施例１]
【００４９】
断熱性構造物20として、図２に示すドーナツ形状の (シード軸３が貫通する穴を有し、坩堝２の内面に嵌合する外形を有する) のものを配置した。この断熱性構造物20は、高純度黒鉛からなる容器の内部にカーボンフェルト系の成形断熱材21を収容した厚さ20mmのものであった。この断熱性構造物20は、この構造物と融液表面との距離が15mmになるように、シード軸３に取り付けて使用した (図２を参照)。
【００５０】
黒鉛坩堝２にＳｉ0.8Ｔｉ0.2となる組成の合金原料を装入し、融解した。融解後の融液高さが50mmとなるように装入量を調整した。高周波コイル７と黒鉛坩堝２との相対的な位置調整により、融液の深さ (高さ) 方向に数℃以下の温度差を形成した。一方、融液自由表面の面内温度差は、上記のように断熱性構造物20を坩堝内に配置することにより、約30℃（最高温度1670℃、最低温度1640℃）となった。ここで、融液自由表面の最高温度はシード軸と接する中央部の温度であり、最低温度は坩堝と接する周辺部の温度であった。
【００５１】
シード軸３に保持したＳｉＣ種結晶４ (20 mm×20 mm、６Ｈ−ＳｉＣ) を融液表面から2 mm深さに浸漬した。種結晶浸漬後、20時間経過したところでシード軸３を上昇させて、種結晶４を融液１から引き上げた。本例では、シード軸３の側面の断熱とシード軸内部の強制冷却はいずれも実施しなかった。
[実施例２]
【００５２】
厚さ40 mmの断熱性構造物20を設置することにより、融液１の自由表面の面内温度差が約５℃（最高温度1670℃、最低温度1665℃）になるようにした以外は、実施例１と同様にして種結晶４上にＳｉＣ単結晶を成長させた。
[実施例３]
【００５３】
黒鉛坩堝２にＳｉのみを装入した以外は、融液自由表面の面内温度差を含めて実施例１と同様の条件で種結晶上にＳｉＣ単結晶を製造した。
[実施例４]
【００５４】
黒鉛坩堝２にＳｉ0.4Ｍｎ0.6となる組成の合金原料を装入した以外は、融液自由表面の面内温度差を含めて実施例１と同様の条件で種結晶４上にＳｉＣ単結晶を成長させた。
[実施例５]
【００５５】
黒鉛坩堝２の上端より上方に50 mmまでの部分のシード軸３の側面の外面を、断熱性構造物に使用したのと同じ断熱材の被覆により断熱した以外は、融液自由表面の面内温度差を含めて実施例１と同様の条件で種結晶４上にＳｉＣ単結晶を成長させた。
[実施例６]
【００５６】
図３に示すように、シード軸３を中空軸にして、その内部に不活性ガス (Ｈｅガス) を流入して、種結晶の背面をガス冷却した以外は、融液自由表面の面内温度差を含めて実施例１と同様の条件で種結晶４上にＳｉＣ単結晶を成長させた。
[実施例７]
【００５７】
シード軸３のうち、黒鉛坩堝の上端から50 mmの位置より上部の部分をタングステン製の水冷管に変えた以外は、融液自由表面の面内温度差を含めて実施例１と同様の条件で種結晶４上にＳｉＣ単結晶を成長させた。
【００５８】
［比較例１］
断熱性構造物20を設置せず、代わりに、図１に示すように、黒鉛製の坩堝蓋５で黒鉛を閉鎖した以外は、実施例１と同様にして種結晶４上にＳｉＣ単結晶を成長させた。この場合の融液自由表面の面内温度差は、約45℃（最高温度1670℃、最低温度1625℃）であった。
【００５９】
【表１】
2006131433.tif 000003
【００６０】
実施例１〜４および比較例１の結果から、本発明に従って融液上部の坩堝内の自由空間に断熱性構造物を設置して、融液自由表面の面内温度差を40℃以下に抑制すると、ＳｉＣ単結晶の成長速度を保持したまま、ＳｉＣ単結晶への多結晶の混入を防止できることが分かる。
【００６１】
実施例５〜７に示すように、融液自由表面の面内温度差を小さくした上で、シード軸からの抜熱を強化することにより、成長速度がさらに増大することが分かる。
以上に本発明を好適態様および実施例に関して説明したが、以上の説明はすべての点で例示であって、制限的なものではないことは当然である。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例において使用した結晶成長装置 (ＳｉＣ単結晶製造装置) の基本構成を示す説明図である。
【図２】本発明に従って坩堝内に配置される断熱性構造物を示す説明図である。
【図３】種結晶の背面から抜熱するために冷却手段を設けたシード軸を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：融液、２：坩堝、３：シード軸、４：単結晶、５：坩堝蓋、６：断熱材、７：高周波コイル、８：水冷チャンバー、９：ガス導入口、10：ガス排気口、20：断熱性構造物、21:断熱材
【図１】
2006131433.tif 000004
【図２】
2006131433.tif 000005
【図３】
2006131433.tif 000006