(57)【要約】【課題】成長した単結晶の径方向端部に凹面が形成されることなく、良好な品質の単結晶を製造することができる炭化ケイ素単結晶の製造装置を提供する。【解決手段】本発明による単結晶製造装置１は、昇華用原料３を収容する坩堝本体５と、前記坩堝本体５に取り付けられ、種結晶が取り付けられる種結晶支持部７を有する蓋体９と、前記種結晶支持部７の外周近傍から前記昇華用原料３に向けて筒状に延びるガイド部材１１とを備え、前記ガイド部材１１の内部に、単結晶よりも熱伝導率が低く設定された断熱材１５を設けている。【選択図】図１
2011105570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素を含む種結晶と、前記種結晶の成長に用いられる昇華用原料とを収容する炭化ケイ素単結晶の製造装置であって、
前記昇華用原料が収容される坩堝本体と、
前記坩堝本体に取り付けられ、前記昇華用原料に対向する位置に前記種結晶が取り付けられる種結晶支持部を有する蓋体と、
前記種結晶支持部の外周近傍から前記昇華用原料に向けて筒状に延びるガイド部材と、を備え、
前記ガイド部材は、前記炭化ケイ素単結晶よりも熱伝導率が低く設定された断熱材を有する炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記昇華用原料が収容される前記坩堝本体の内側は円筒形状であり、
前記ガイド部材は、前記種結晶支持部の外周側から前記昇華用原料に向かうにつれて径が徐々に拡がる略円錐台状に形成される請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化ケイ素単結晶の製造装置に関し、特に径方向端部に凹面が生ずることのない良好な単結晶を製造することのできる炭化ケイ素単結晶の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化ケイ素を含む種結晶および昇華用原料から、炭化ケイ素単結晶（以下、単結晶と適宜省略する）を製造する炭化ケイ素単結晶の製造方法として昇華再結晶法が知られている。この昇華再結晶法は、昇華用原料を加熱して昇華させて昇華ガスを発生させ、昇華ガスを種結晶に供給することにより、この種結晶から炭化ケイ素の単結晶を成長させる方法である。
【０００３】
ここで、昇華ガスを集約して効率的に種結晶に供給するために、筒状のガイド部材を用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６０２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した従来の炭化ケイ素単結晶の製造装置を用いて単結晶を製造すると、径方向端部の下面が凹状にへこむ品質不良が生じるおそれがあった。この原因として、特許文献１に係る技術においては、結晶成長が進行するにつれて、昇華用原料から種結晶に向かう熱がガイド部材によって集約されずに、ガイド部材の外周側に流れ出てしまうことが考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、成長結晶の径方向端部に凹面が形成されることのない良好な品質の炭化ケイ素単結晶を製造することができる炭化ケイ素単結晶の製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有する。本発明の特徴は、炭化ケイ素を含む種結晶と、前記種結晶の成長に用いられる昇華用原料（昇華用原料３）とを収容する（単結晶製造装置１）であって、前記昇華用原料が収容される坩堝本体（坩堝本体５）と、前記坩堝本体に取り付けられ、前記昇華用原料に対向する位置に前記種結晶が取り付けられる種結晶支持部（種結晶支持部７）を有する蓋体（蓋体９）と、前記種結晶支持部の外周近傍から前記昇華用原料に向けて筒状に延びるガイド部材（ガイド部材１１）とを備え、前記ガイド部材は、前記炭化ケイ素単結晶よりも熱伝導率が低く設定された断熱材（断熱材１５）を有することを要旨とする。
【０００８】
このように、ガイド部材の内部に断熱材を配設しているため、昇華用原料から種結晶に向かう熱の流れをガイド部材によって種結晶に集約させることができる。従って、成長した単結晶の径方向端部に凹面が形成されることなく、良好な品質の単結晶を製造することができる。
【０００９】
本発明の他の特徴は、前記昇華用原料が収容される前記坩堝本体の内側は円筒形状であり、前記ガイド部材は、前記種結晶支持部の外周側から前記昇華用原料に向かうにつれて径が徐々に拡がる略円錐台状に形成されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置によれば、成長した単結晶の径方向端部に凹面が形成されることなく、良好な品質の単結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による炭化ケイ素単結晶の製造装置を示す断面図である。
【図２】図１のガイド部材を拡大した断面図であり、左半分のみを示している。
【図３】本発明の実施形態による単結晶近傍の熱の流れを示す概略図であり、（ａ）は単結晶の成長初期段階を示し、（ｂ）は単結晶の成長途中段階を示す。
【図４】比較例による炭化ケイ素単結晶の製造装置を示す断面図である。
【図５】比較例による単結晶近傍の熱の流れを示す概略図であり、（ａ）は単結晶の成長初期段階を示し、（ｂ）は単結晶の成長途中段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１３】
（炭化ケイ素単結晶の製造装置）
図１は、本発明の実施形態による炭化ケイ素単結晶の製造装置を示す断面図である。この製造装置１は、内方に昇華用原料３を収容する坩堝本体５と、坩堝本体５の上端部に取り付けられ、昇華用原料３と対向する位置に種結晶を固定する種結晶支持部７を設けた蓋体９と、種結晶支持部７の外周近傍から昇華用原料３に向けて斜め下方に延びる筒状のガイド部材１１とを備える。
【００１４】
坩堝本体５および蓋体９は、黒鉛から形成されている。なお、種結晶は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。図１は、ＳｉＣ単結晶１３が成長している状態を示している。
【００１５】
坩堝本体５は、上端に開口部５ａが設けられた円筒体に形成され、その底部５ｂに炭化ケイ素からなる粉体状の昇華用原料３が収容されている。また、上端の開口部５ａの外周側には、ネジ部５ｃが形成されており、蓋体９のネジ部９ａが螺合することにより、蓋体９が坩堝本体５に対して着脱自在に構成されている。
【００１６】
蓋体９も円筒状に形成されており、昇華用原料と対向する径方向中央部には、昇華用原料側となる下方に向けて、種結晶を固定する円柱状の種結晶支持部７が突設されている。
【００１７】
さらに、ガイド部材１１は、種結晶支持部７の外周側近傍から下方に向けて、径が徐々に拡がる側面視が略円錐台状になるように形成されている。ガイド部材１１の下端部１１ａが坩堝本体５の内壁面５ｄに係止されることにより、ガイド部材１１が保持されている。
【００１８】
また、ガイド部材１１は黒鉛から形成される。ガイド部材１１は、断熱材１５を有する。実施形態では、図２に示すように、ガイド部材１１の内部にガイド部材１１の周方向の全周に亘って断熱材１５が埋設されている。断熱材１５の材質としては、例えば、カーボンフェルトなどが好ましい。なお、埋設される断熱材１５の厚さＴ１は、表層部１７の厚さＴ２よりも厚く形成されている。
【００１９】
（熱の流れについて）
次いで、本実施形態の製造装置におけるガイド部材近傍における熱の流れを説明する。図３は、本発明の実施形態による単結晶近傍の熱の流れを示す概略図であり、（ａ）は単結晶の成長初期段階を示し、（ｂ）は単結晶の成長途中段階を示す。
【００２０】
図３（ａ）（ｂ）において、ガイド部材１１の内部には、断熱材１５が埋設されているため、ガイド部材１１の断熱性が高く設定されている。なお、２０００℃を超える高温領域では、空間、黒鉛（カーボン）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、断熱材の熱伝導率を比較すると、空間＞黒鉛（カーボン）＞炭化ケイ素（ＳｉＣ）＞断熱材の順となる。
【００２１】
また、図３（ａ），（ｂ）においては、単結晶１３の近傍における温度が等しい部位を結んだ線を等温線Ｔとし、矢印で熱の流れを示している。矢印が等温線Ｔと直交しているため、熱Ｈの流れ方向は等温線Ｔに直交した向きになる。
【００２２】
まず、図３（ａ）に示すように、昇華用原料３と種結晶を加熱すると、昇華用原料３から上方に向かって熱Ｈが移動する。ここで、加熱温度は、昇華用原料３の方が種結晶よりも高く設定されている。ガイド部材１１の内部には、断熱材１５が埋設されており、断熱材１５の熱伝導率は、単結晶を構成する炭化ケイ素よりも低いため、ガイド部材１１近傍に熱Ｈが移動した場合には、ガイド部材１１の内周側に沿って移動方向が変わり、ＳｉＣ単結晶１３に向けて熱Ｈが集約され、等温線Ｔが下に凸の形状に形成される。従って、図３（ｂ）に示すように、単結晶１３は等温線Ｔに沿って下に凸状に成長するため、従来のように径方向端部に凹面が形成されることがない。
【００２３】
（従来の製造装置における熱の流れ）
一方、図４に示すように、従来技術に係る製造装置１０１のガイド部材１１１には、断熱材を設けていないため、単結晶１１３の径方向端部１１３ａが凹面に形成されてしまう。これを図５を用いて説明する。
【００２４】
まず、図５（ａ）に示すように、昇華用原料３と種結晶を加熱すると、昇華用原料３から上方に向かって熱Ｈが移動する。ここで、加熱温度は、昇華用原料３の方が種結晶よりも高く設定されている。熱伝導率は、空間の方がＳｉＣ単結晶１１３よりも高いため、ガイド部材１１１近傍に熱Ｈが移動した場合には、ガイド部材１１１を通過してガイド部材１１１の外周側に抜けて移動する。従って、ＳｉＣ単結晶１１３に向けて熱Ｈが集約されないため、等温線Ｔの形状が上に凸の湾曲形状となり、単結晶１１３の径方向端部１１３ａに凹面が形成される。
【００２５】
（作用・効果）
本発明の実施形態に係る単結晶製造装置１は、昇華用原料３を収容する坩堝本体５と、前記坩堝本体５に取り付けられ、種結晶が取り付けられる種結晶支持部７を有する蓋体９と、前記種結晶支持部７の外周近傍から前記昇華用原料３に向けて筒状に延びるガイド部材１１とを備え、ガイド部材１１は、単結晶よりも熱伝導率が低く設定された断熱材１５を有する。
【００２６】
このように、ガイド部材１１の内部に断熱材１５を配設しているため、昇華用原料３から種結晶に向かう熱Ｈの流れをガイド部材１１によって種結晶に集約させることができる。従って、成長した単結晶１３の径方向端部に凹面が形成されることなく、良好な品質の単結晶１３を製造することができる。
【００２７】
ガイド部材１１は、前記種結晶支持部７の外周側から前記昇華用原料３に向かうにつれて径が徐々に拡がるように略円錐台状に形成されている。従って、昇華用原料３から種結晶に向かう熱Ｈの流れをさらに効率的にガイド部材によって種結晶に集約させることができる。
【００２８】
（その他の実施形態）
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００２９】
例えば、本実施形態では、ガイド部材１１の内部にガイド部材１１の周方向の全周に亘って断熱材１５が埋設されているとしたが、ガイド部材１１の内部に、部分的に配設されていてもよい。断熱材１５の材質は、例えば、カーボンフェルトなどが好ましいが、炭化ケイ素単結晶の熱伝導率よりも小さい材料であれば適用可能である。
【００３０】
実施形態では、断熱材１５の厚さＴ１は、表層部１７の厚さＴ２よりも厚く形成されているが、必ずしもＴ１＞Ｔ２でなくてもよい。
【００３１】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１…炭化ケイ素単結晶の製造装置、  ３…昇華用原料、  ５…坩堝本体、  ７…種結晶支持部、  ９…蓋体、  １１…ガイド部材、  １５…断熱材
【図１】
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【図２】
2011105570.tif 000004
【図３】
2011105570.tif 000005
【図４】
2011105570.tif 000006
【図５】
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