(57)【要約】      （修正有）【課題】種結晶を坩堝の中心軸からずらして配置しなくても、種結晶およびＳｉＣ単結晶の成長途中表面に対して温度分布を形成することにより、異種多形や異方位結晶の発生を抑制できるＳｉＣ単結晶の製造装置を提供する。【解決手段】温度分布形成部材としてリング部材５を備え、リング部材５に平坦面５ｃを形成することで、リング部材５から低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離Ｄ１と螺旋転位発生可能領域３ａまでの距離Ｄ２を変化させる。これにより、ＳｉＣ単結晶基板３の中心を黒鉛製坩堝１の中心と一致させて配置しても、結晶成長装置の構造上、種結晶となるＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶の成長途中表面に対して温度分布を形成することができる。【選択図】図２
2011011926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状の容器本体（１ａ）と当該容器本体（１ａ）を蓋閉めするための蓋体（１ｂ）とを有した中空状の円柱形状をなす坩堝（１）を備え、Ｃ面｛０００１｝面にオフ角がある炭化珪素基板にて構成され、該炭化珪素基板の一端側が螺旋転位発生可能領域（３ａ）となり他端側が低密度螺旋転位領域（３ｂ）となった種結晶（３）を前記蓋体（１ｂ）に設けられた台座（１ｃ）に対して、該種結晶（３）の中心を前記台座（１ｃ）の中心に一致させて配置すると共に、前記容器本体（１ａ）に炭化珪素原料（２）を配置し、前記炭化珪素原料（２）を加熱して発生させた昇華ガスを供給することにより、前記種結晶（３）上に炭化珪素単結晶（４）を成長させる炭化珪素単結晶の製造装置において、
前記坩堝（１）には、前記種結晶（３）における前記螺旋転位発生可能領域（３ａ）が配置される場所を前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）が配置される場所よりも低温とし、前記種結晶（３）のうち最も低温となる領域が前記坩堝（１）の中心軸よりも前記螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらす温度分布形成部材（５、１０、２０）が備えられいることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項２】
前記温度分布形成部材は、前記台座（１ｃ）を囲みつつ、一端側が前記蓋材（１ｂ）の端面に結合されて一体化されたリング部材（５）を含み、該リング部材（５）から前記螺旋転位発生可能領域（３ａ）までの距離（Ｄ２）よりも前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）の方が短くされていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項３】
前記リング部材（５）を円筒状で構成し、該リング部材（５）のうち前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所には、該リング部材（５）の一部を弦とした平坦面（５ｃ）が備えられ、該平坦面（５ｃ）から前記螺旋転位発生可能領域（３ａ）までの距離（Ｄ２）よりも該リング部材（５）の他の部位から前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）の方が短くされていることを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項４】
前記リング部材（５）のうち前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所は、該リング部材（５）のうちの他の部位よりも厚みが厚くされていることを特徴とする請求項２または３に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記リング部材（５）は、円筒状で構成されていると共に、該リング部材（５）の中心が前記坩堝（１）の中心軸から偏心させられていることを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項６】
前記温度分布形成部材は、前記台座（１ｃ）を囲みつつ、一端側が前記蓋材（１ｂ）の端面に結合されて一体化されたリング部材（５）を含み、リング部材（５）のうち前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所は、該リング部材（５）のうちの他の部位よりも厚みが厚くされていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項７】
前記リング部材（５）は、径が前記蓋材（１ｂ）から離れるほど拡大していくテーパ状とされていることを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項８】
前記リング部材（５）は、炭素リング（５ａ）と該炭素リング（５ａ）の内壁面に密着して固定されたＴａＣリング（５ｂ）を含んでいることを特徴とする請求項２ないし７のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項９】
前記台座（１ｃ）に前記種結晶（３）を配置したときに、前記リング部材（５）から前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）が３ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記リング部材（５）は、該リング部材（５）の外縁部における前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する位置に配置された断熱材（５ｄ）を含んでいることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１１】
前記温度分布形成部材は、一端側が前記蓋材（１ｂ）の端面に結合されて一体化され、前記坩堝（１）の中心軸よりも前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）側にのみ配置された板部材（１０）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１２】
前記板部材（１０）は、該板部材（１０）の中央から引いた法線が前記坩堝（１）の中心軸を通過するよう配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１３】
前記台座（１ｃ）に前記種結晶（３）を配置したときに、前記板部材（１０）から前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）が３ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１４】
前記板部材（１０）のうち前記坩堝（１）の中心軸と反対側の表面に断熱材が備えられていることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１５】
前記断熱材は、柔軟性黒鉛シートであることを特徴とする請求項１０または１４に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１６】
前記温度分布形成部材は、前記種結晶（３）に対して対向配置される遮蔽板（２０）を含み、該遮蔽板（２０）の中心が前記坩堝（１）の中心軸より前記螺旋転位発生可能領域（３ａ）から離れる方向へずらされていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１７】
前記温度分布形成部材は、前記種結晶（３）に対して対向配置される遮蔽板（２０）を含み、該遮蔽板（２０）のうち前記低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所の方が前記螺旋転位発生可能領域（３ａ）と対応する場所よりも厚くされていることを特徴とする請求項１ないし１６に記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１８】
前記台座（１ｃ）および前記蓋材（１ｂ）における前記台座（１ｃ）の外縁部よりも内側が中空構造とされ、前記台座（１ｃ）の外縁部のみに前記種結晶（３）が貼り付けられる擬似フリー構造とされていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造装置。
【請求項１９】
前記台座（１ｃ）のうち前記種結晶（３）が貼り付けられる外縁部の幅は１〜５ｍｍとされ、前記種結晶（３）の面積の５％以下のみが前記台座（１ｃ）と接触させられることを特徴とする請求項１８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、パワーＭＯＳＦＥＴ等の素材に利用することができる炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳｉＣ単結晶を成長させる方法として、昇華再結晶法が広く用いられている。この昇華再結晶法は、黒鉛製の坩堝内に配置した黒鉛台座に種結晶を接合すると共に、坩堝底部に配したＳｉＣ原料を加熱昇華させ、その昇華ガスを種結晶に供給することによって種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させるものである。このような昇華再結晶法を用いたＳｉＣ単結晶の製造方法として、例えば特許文献１、２に示される手法がある。
【０００３】
特許文献１に記載の製造方法では、Ｃ面成長において、｛０００１｝面にオフ角（１°〜１５°）をもった種結晶を用いて、低密度螺旋転位領域と螺旋転位発生可能領域に分け、特に｛０００１｝面の上流側を螺旋転位発生可能領域として凸形状でＳｉＣ単結晶を成長させている。これにより、Ｃ面ファセット、つまり原子配列で段差（ステップ）のない面に螺旋転位を形成し、ステップ成長を促進することで異種多形の発生を抑制している。
【０００４】
通常のＳｉＣ単結晶の製造プロセスでは、種結晶は円筒状の坩堝の中央に設置される。このため、抵抗加熱や高周波により加熱された場合は、熱伝導および熱輻射により、図１６に示すような温度分布となり、中央の温度が低く円対称に加熱される。そのため、図１７のＳｉＣ単結晶成長時の断面模式図および図１８の種結晶位置と成長量との関係を示したグラフに表されるように、結晶中央で成長レートが大きくなり、ＳｉＣ単結晶Ｊ１が凸形状になる。その際、ＳｉＣ単結晶Ｊ１を長尺成長させると、Ｃ面ファセットＪ２がＳｉＣ単結晶基板Ｊ３の中央に移動し、螺旋転位発生可能領域Ｊ４から外れ、異種多形Ｊ５が発生して結晶欠陥を増加させるという問題が起こる。
【０００５】
このため、特許文献１では、種結晶を貼り付ける台座のうち、螺旋転位発生可能領域の台座の厚みを低密度螺旋転位領域の台座の厚みに対して薄くすることで、ＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布を坩堝の中心に対して非対称にすることを提案している。これにより、螺旋転位発生可能領域の放熱性を上げ、温度を低くし成長量を大きくすることで螺旋転位発生可能領域にＣ面ファセットを留めることが可能となる。
【０００６】
また、特許文献２でも、ＳｉＣ単結晶の成長表面の温度分布を坩堝の中心軸に対して非対称にする方法が提案されている。具体的には、種結晶を坩堝内の中心に設置するのではなく、非対称な位置に設置している。このようにしても、螺旋転位発生可能領域の方が低密度螺旋転位領域よりも温度が低くなるため、螺旋転位発生可能領域の方で成長量を大きくでき、螺旋転位発生可能領域にＣ面ファセットを留めることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３２３３４８号公報
【特許文献２】特開平８−２４５２９９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、特許文献１の手法では、種結晶を貼り付ける台座の厚みが非対称で部分的に変わるために、貼り付けによって種結晶に加わる応力に差ができてしまい、成長後にウェハの格子面に反りが発生して割れの原因になる。また、種結晶の周辺のみ黒鉛台座と貼り付けて応力の低減をする構造（以下、擬似フリー構造という）には適用できない。
【０００９】
一方、特許文献２の手法では、種結晶が坩堝の中心にないので、種結晶を設置したときの坩堝の重心が坩堝中心から移動する。このため、種結晶や成長したＳｉＣ単結晶が大きく重い場合は、自転させながらＳｉＣ単結晶を成長させる際に坩堝全体が偏心し易くなり、坩堝を支える棒と炉体の間でリークの原因になる。また、中心に設置した場合に比べて種結晶の大きさに対して十分に坩堝径を大きくする必要がある。そのため、成長炉も大きな炉体が必要となり、断熱材も大きくなるため、温度制御も困難になる。よって、種結晶を中心からずらして配置する手法では、坩堝回転時に炉内に温度ムラが存在した場合、種結晶に急峻な温度変化が生じ、異種多形や異方位結晶を発生させる可能性がある。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、貼り付けによって種結晶に加わる応力に差ができることを抑制でき、かつ、自転させながらＳｉＣ単結晶を成長させる際に坩堝を支える棒と炉体の間でリークが発生することを抑制できると共に、坩堝回転時に炉内に温度ムラが存在した場合でも、種結晶に急峻な温度変化が生じず、異種多形や異方位結晶の発生を抑制できるＳｉＣ単結晶の製造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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、坩堝（１）に対して、種結晶（３）における螺旋転位発生可能領域（３ａ）が配置される場所を低密度螺旋転位領域（３ｂ）が配置される場所よりも低温とし、種結晶（３）のうち最も低温となる領域が坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらす温度分布形成部材（５、１０、２０）を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、温度分布形成部材（５、１０、２０）を備えることにより、種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらせる。このため、種結晶（３）の中心を坩堝（１）の中心と一致させて配置しても、種結晶（３）およびＳｉＣ単結晶（４）の成長途中表面（４ａ）に対して温度分布を形成することができる。
【００１３】
したがって、台座（１ｃ）の厚みを非対称にしなくても良いため、台座（１ｃ）に種結晶である種結晶（３）を貼り付けることによって種結晶（３）に加わる応力に差ができることを抑制できる。また、種結晶（３）の中心を坩堝（１）の中心からずらした場合のように、自転させながら成長する際に坩堝全体が偏心し易くならないため、坩堝（１）を支える棒と炉体の間でのリークの発生を抑制できる。さらに、種結晶（３）の大きさに対して十分に坩堝径を大きくする必要もなく、成長炉として大きな炉体が不要であるため、温度制御も容易に行える。このため、坩堝（１）の回転時に炉内に温度ムラが存在した場合でも、種結晶（３）に急峻な温度変化が生じず、異種多形や異方位結晶の発生を抑制できる。
【００１４】
例えば、請求項２に記載したように、温度分布形成部材は、台座（１ｃ）を囲みつつ、一端側が蓋材（１ｂ）の端面に結合されて一体化されたリング部材（５）を含んだ構成とされ、該リング部材（５）から螺旋転位発生可能領域（３ａ）までの距離（Ｄ２）よりも低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）の方が短くされるようにすることで、種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００１５】
この場合、請求項３に記載したように、リング部材（５）を円筒状で構成し、リング部材（５）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所に、該リング部材（５）の一部を弦とした平坦面（５ｃ）を備えれば、該平坦面（５ｃ）から螺旋転位発生可能領域（３ａ）までの距離（Ｄ２）よりもリング部材（５）の他の部位から低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）の方が短くなるようにすることができる。
【００１６】
さらにこの場合、請求項４に記載したように、リング部材（５）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所について、該リング部材（５）のうちの他の部位よりも厚みを厚くすると好ましい。
【００１７】
このような構成とすれば、厚くした場所において熱容量を他の部位よりも多くすることができるため、低密度螺旋転位領域（３ｂ）が多くの輻射熱を受けるようにできる。これにより、より種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００１８】
また、請求項５に記載したように、リング部材（５）を円筒状で構成し、該リング部材（５）の中心を坩堝（１）の中心軸から偏心させるようにしても良い。このような構成としても、種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００１９】
また、請求項６に記載したように、温度分布形成部材として、台座（１ｃ）を囲みつつ、一端側が蓋材（１ｂ）の端面に結合されて一体化されたリング部材（５）を用い、リング部材（５）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所について、該リング部材（５）のうちの他の部位よりも厚みを厚くするだけでも、厚くした場所において熱容量を他の部位よりも多くすることができるため、低密度螺旋転位領域（３ｂ）が多くの輻射熱を受けるようにでき、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
なお、このようなリング部材（５）は、ＳｉＣ単結晶（４）の成長方向において寸法が変化しないものであっても良いが、請求項７に記載したように、リング部材（５）の径が蓋材（１ｂ）から離れるほど拡大していくテーパ状とされても良い。このように、リング部材（５）の径をＳｉＣ単結晶（４）の成長方向において拡大させれば、ＳｉＣ単結晶（４）の成長と共に径を拡大させることが可能となる。
【００２１】
また、請求項８に記載したように、リング部材（５）として、炭素リング（５ａ）と該炭素リング（５ａ）の内壁面に密着して固定されたＴａＣ（炭化タンタル）リング（５ｂ）を含んだものを用いると好ましい。このように、ＴａＣリング（５ｂ）を備えることにより、炭素リング（５ａ）内の炭素が成長したＳｉＣ単結晶（４）に混入するインクルージョンが発生することを抑制できる。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、台座（１ｃ）に種結晶（３）を配置したときに、リング部材（５）から低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）が３ｍｍ以上に設定されていることを特徴としている。
【００２３】
このように、リング部材（５）から低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）が３ｍｍ以上となるようにすれば、種結晶（３）の表面に成長するＳｉＣ単結晶（４）の拡大する幅（Ｌ）として想定される長さを見込めるため、ＳｉＣ単結晶（４）の横方向の拡大を阻害しないようにできる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、リング部材（５）は、該リング部材（５）の外縁部における低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する位置に配置された断熱材（５ｄ）を含んでいることを特徴としている。
【００２５】
このように、リング部材（５）の外縁部に断熱材（５ｄ）を備えることにより、リング部材（５）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）側だけ熱容量を大きくできる。このため、低密度螺旋転位領域（３ｂ）側においてリング部材（５）からの輻射熱をより多く受けることが可能となる。したがって、より種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００２６】
また、請求項１１に記載したように、温度分布形成部材は、一端側が蓋材（１ｂ）の端面に結合されて一体化され、坩堝（１）の中心軸よりも低密度螺旋転位領域（３ｂ）側にのみ配置された板部材（１０）を含んだ構成とされても良い。
【００２７】
このように、坩堝（１）の中心軸よりも低密度螺旋転位領域（３ｂ）側にのみに板部材（１０）を配置すれば、ＳｉＣ単結晶（４）を成長させるときに、低密度螺旋転位領域（３ｂ）が板部材（１０）からの輻射熱を多く受ける。これにより、種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００２８】
例えば、請求項１２に記載したように、板部材（１０）の中央から引いた法線が坩堝（１）の中心軸を通過するよう配置することができる。
【００２９】
請求項１３に記載の発明では、台座（１ｃ）に種結晶（３）を配置したときに、板部材（１０）から低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）が３ｍｍ以上に設定されていることを特徴としている。
【００３０】
このように、リング部材（５）から低密度螺旋転位領域（３ｂ）までの距離（Ｄ１）が３ｍｍ以上となるようにすれば、種結晶（３）の表面に成長するＳｉＣ単結晶（４）の拡大する幅（Ｌ）として想定される長さを見込めるため、ＳｉＣ単結晶（４）の横方向の拡大を阻害しないようにできる。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、板部材（１０）のうち坩堝（１）の中心軸と反対側の表面に断熱材が備えられていることを特徴としている。
【００３２】
このように、板部材（１０）のうち坩堝（１）の中心軸と反対側の表面に断熱材を備えることにより、より低密度螺旋転位領域（３ｂ）側の熱容量を大きくできる。このため、低密度螺旋転位領域（３ｂ）側において板部材（１０）からの輻射熱をより多く受けることが可能となる。したがって、より種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００３３】
なお、このような断熱材としては、請求項１５に記載したように、柔軟性黒鉛シートを採用すると好ましい。このような柔軟性黒鉛シートを用いれば、容易に断熱材を変形させられるため、容易に炭化珪素単結晶の製造装置を実現することができる。
【００３４】
また、請求項１６に記載したように、温度分布形成部材として、種結晶（３）に対して対向配置される遮蔽板（２０）を含み、該遮蔽板（２０）の中心が坩堝（１）の中心軸より螺旋転位発生可能領域（３ａ）から離れる方向へずらされる構成とすることもできる。
【００３５】
このような構成では、遮蔽板（２０）のうち螺旋転位発生可能領域（３ａ）側に位置する部分よりも低密度螺旋転位領域（３ｂ）側に位置する部分の方が坩堝（１）の壁面から近くなる。遮蔽板（２０）の温度は、坩堝（１）の温度の影響を受け、坩堝（１）から近いほど温度が高くなる。このため、種結晶（３）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）側の方が螺旋転位発生可能領域（３ａ）側よりも遮蔽板（２０）の輻射熱を多く受ける。したがって、種結晶（３）のうち最も低温となる領域を坩堝（１）の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域（３ａ）側にずらすことが可能となる。
【００３６】
同様に、請求項１７に記載したように、温度分布形成部材として、種結晶（３）に対して対向配置される遮蔽板（２０）を含み、該遮蔽板（２０）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）と対応する場所の方が螺旋転位発生可能領域（３ａ）と対応する場所よりも厚くされるようにした構成とすることもできる。
【００３７】
このような構成とすれば、遮蔽板（２０）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）の方が螺旋転位発生可能領域（３ａ）よりも熱容量を大きくすることができる。このため、種結晶（３）のうち低密度螺旋転位領域（３ｂ）側の方が螺旋転位発生可能領域（３ａ）側よりも遮蔽板（２０）の輻射熱を多く受ける。したがって、請求項１６と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
請求項１８に記載の発明では、台座（１ｃ）および蓋材（１ｂ）における台座（１ｃ）の外縁部よりも内側が中空構造とされ、台座（１ｃ）の外縁部のみに種結晶（３）が貼り付けられる擬似フリー構造とされていることを特徴としている。
【００３９】
このような擬似フリー構造とすることで、台座（１ｃ）と種結晶（３）との接触面積を低減できるため、台座（１ｃ）から種結晶（３）への応力をより低減することが可能となる。例えば、請求項１９に記載したように、台座（１ｃ）のうち種結晶（３）が貼り付けられる外縁部の幅は１〜５ｍｍとされ、種結晶（３）の面積の５％以下のみが台座（１ｃ）と接触させられるようにすれば良い。
【００４０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１に示す結晶成長装置を用いて成長させたＳｉＣ単結晶近傍の拡大図である。
【図４】種結晶となるＳｉＣ単結晶基板３の中心（つまり黒鉛製坩堝１の中心軸）からの距離に対する成長量を表したグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図１２】本発明の第６実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図１３】本発明の第７実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図１４】本発明の第８実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図１５】本発明の第９実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【図１６】種結晶の位置に対する温度分布を示したグラフである。
【図１７】ＳｉＣ単結晶成長時の様子を示した断面模式図である。
【図１８】種結晶位置と成長量との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００４３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置としての結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。また、図３は、図１に示す結晶成長装置を用いて成長させたＳｉＣ単結晶近傍の拡大図である。
【００４４】
図１に示すように、結晶成長装置の容器として円筒状の黒鉛製坩堝１が用いられている。黒鉛製坩堝１は、黒鉛製坩堝１の底部に備えられたＳｉＣ原料粉末（ＳｉＣ原料）２を加熱処理によって昇華させ、種結晶であるＳｉＣ単結晶基板３上にＳｉＣ単結晶４を結晶成長させるものである。
【００４５】
この黒鉛製坩堝１は、上面が開口している有底円筒状の坩堝本体１ａと、坩堝本体１ａの開口部を塞ぐ円盤状の蓋材１ｂとを備えて構成されている。また、黒鉛製坩堝１を構成する蓋材１ｂの中央部において突き出した部分を台座１ｃとして、台座１ｃ上にＳｉＣ単結晶基板３が図示しない接着剤等を介して接合される。台座１ｃは、接合されるＳｉＣ単結晶基板３とほぼ同等の寸法とされている。本実施形態では、ＳｉＣ単結晶基板３を正方形としており、台座１ｃも正方形とされている。そして、台座１ｃの中心が黒鉛製坩堝１の中心軸上に配置されることで、ＳｉＣ単結晶基板３もその中心軸上に配置されるようにしている。なお、ＳｉＣ単結晶基板３および台座１ｃの形状は任意であり、四角形に限らず、円形、六角形、八角形など、他の多角形状であっても構わない。
【００４６】
ＳｉＣ単結晶基板３には、螺旋転位発生可能領域３ａと低密度螺旋転位領域３ｂを有するＣ面｛０００１｝面に１〜１５°のオフ角が有る基板を用いている。このような基板は、例えば、螺旋転位をほとんど含有しないＳｉＣ単結晶からなる種結晶を準備したのち、この種結晶の成長面の一部に表面処理を施すことにより螺旋転位発生可能領域３ａを形成して製造される。
【００４７】
具体的には、まず、｛１−１００｝面を露出させた種結晶を用いて、その成長面である｛１−１００｝面上に、ＳｉＣ単結晶を成長させる。続いて、この炭化ケイ素単結晶から｛１１−２０｝面を露出する種結晶を作製する。次に、この種結晶の成長面である｛１１−２０｝面上に、ＳｉＣ単結晶を成長させる。続いて、このＳｉＣ単結晶より、｛０００１｝面から８°傾く面を成長面として露出させた種結晶を作製する。この種結晶は、いわゆるａ面成長結晶から作製された種結晶であるため、螺旋転位をほとんど含有していない。その後、種結晶における一方の端部を機械加工により研削し、｛０００１｝面から８°傾く成長面に対して、さらに１０〜２０°傾く研削面を設ける。このようにして、一端側に螺旋転位発生可能領域３ａが形成され、残りの領域が低密度螺旋転位領域３ｂとされたＳｉＣ単結晶基板３を準備することができる。
【００４８】
なお、本明細書において、｛０００１｝、｛１−１００｝、及び｛１１−２０｝は、ＳｉＣ結晶面の面指数を表している。
【００４９】
また、黒鉛製坩堝１の蓋材１ｂには、台座１ｃを囲むように、スカート状、すなわち中空部を有するリング部材５が固定されている。すなわち、リング部材５の一端側が蓋材１ｂの端面に結合されることで蓋材１ｂと一体化されている。このリング部材５は、ＳｉＣ単結晶基板３の周辺の径方向温度分布を小さくし、ＳｉＣ単結晶４の成長空間を均熱にする役割を果たす。また、このリング部材５により、ＳｉＣ単結晶基板３やＳｉＣ単結晶４の成長表面が他の部位よりも低温となる。
【００５０】
具体的には、本実施形態では、リング部材５を外周側に配置された炭素リング５ａとその内壁面を覆うように配置されたＴａＣリング５ｂにて構成している。ＴａＣリング５ｂは、例えば、炭素リング５ａよりも若干小さめの寸法とされたＴａリングを用意したのち、それを炭化することで形成され、炭化時に膨張することから、炭素リング５ａの内壁面に密着して固定される。
【００５１】
炭素リング５ａおよびＴａＣリング５ｂが構成する壁面の一部は、部分的に平坦面（弦）５ｃとされることで、黒鉛製坩堝１の中心軸に近づけられている。このため、黒鉛製坩堝１の台座１ｃに対してＳｉＣ単結晶基板３を配置したときに、黒鉛製坩堝１の中心軸および平坦面５ｃの中心を通過する線上において、平坦面５ｃからＳｉＣ単結晶基板３までの距離Ｄ１が平坦面５ｃと反対側におけるリング部材５の壁面からＳｉＣ単結晶基板３までの距離Ｄ２よりも近くなる。距離Ｄ１、Ｄ２に関しては任意であるが、図３に示すように、ＳｉＣ単結晶基板３の表面に成長するＳｉＣ単結晶４の拡大する幅Ｌとして想定される長さ、例えば３ｍｍよりも距離Ｄ１が長くなるようにするのが好ましい。このようにすれば、ＳｉＣ単結晶４の横方向の拡大を阻害しないようにできる。
【００５２】
なお、リング部材５は、後述するようにＳｉＣ単結晶基板３やＳｉＣ単結晶４の成長表面に温度分布を設けるためのものであるため、その機能が果たせれば良い。このため、例えば、リング部材５の形状を適宜変更したり、ＴａＣリング５ｂを無くしても構わない。ただし、ＴａＣリング５ｂをなくすと、炭素リング５ａ内の炭素が成長したＳｉＣ単結晶４に混入するインクルージョンを発生させ易くするため、これを抑制するために、ＴａＣリング５ｂを備えるのが好ましい。
【００５３】
また、黒鉛製坩堝１は、回転装置６に搭載されている。具体的には、回転装置６は、黒鉛製坩堝１の中心軸を中心として回転する。このため、回転装置６を回転させると、その上に搭載された黒鉛製坩堝１も中心軸を中心として回転させられる。これにより、台座１ｃに接合されたＳｉＣ単結晶基板３も黒鉛製坩堝１の中心軸を中心として回転させることができる。
【００５４】
さらに、黒鉛製坩堝１の外部には、黒鉛製坩堝１の外周を囲むようにヒータ等の加熱装置７が備えられている。加熱装置７の中心は黒鉛製坩堝１や回転装置６の中心軸と同心軸とされている。このように配置された加熱装置７のパワーを制御することにより、黒鉛製坩堝１内の温度が適宜調整される。例えば、ＳｉＣ単結晶４を結晶成長させる際には、この加熱装置７のパワーを調節することによって種結晶であるＳｉＣ単結晶基板３の温度がＳｉＣ原料粉末２の温度よりも１００℃程度低温に保たれるようにすることができる。なお、図示しないが、黒鉛製坩堝１や回転装置６等は、アルゴンガスが導入できる真空容器の中に収容されており、この真空容器内で加熱できるようになっている。
【００５５】
このように構成された結晶成長装置を用いたＳｉＣ単結晶の製造工程について説明する。
【００５６】
まず、上記のように準備したＳｉＣ単結晶基板３を台座１ｃに貼り付ける。このとき、リング部材５の平坦面５ｃに対して、低密度螺旋転位領域３ｂ側が対向すると共に螺旋転位発生可能領域３ａがその反対側に向けられるようにＳｉＣ単結晶基板３を配置する。すなわち、低密度螺旋転位領域３ｂが平坦面５ｃから距離Ｄ１の位置に配置され、螺旋転位発生可能領域３ａがリング部材５のうち平坦面５ｃの反対側に位置する壁面から距離Ｄ２の位置に配置されるようにする。そして、坩堝本体１ａ内にＳｉＣ原料粉末２を配置すると共に、蓋材１ｂおよびＳｉＣ単結晶基板３を坩堝本体１ａに設置する。
【００５７】
続いて、黒鉛製坩堝１を加熱装置７内に配置することで、回転装置６上に設置する。そして、真空容器に備えられた図示しない排気機構を用いてガス排出を行うことで、黒鉛製坩堝１内を含めた真空容器内を真空にする。そして、加熱装置７にて黒鉛製坩堝１を加熱することで黒鉛製坩堝１内を所定温度にする。例えば、黒鉛製坩堝１を約１〜１０Ｔｏｒｒ（１．３×１０2〜１．３×１０3Ｐａ）の雰囲気圧で２１００〜２３００℃に加熱し、昇華再結晶法によりＳｉＣ原料粉末２の昇華ガスに含まれるＳｉＣ原料をＳｉＣ単結晶基板３上に堆積させることで、ＳｉＣ単結晶４を作製する。
【００５８】
これにより、図３に示すように、ＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａには、｛０００１｝面と略平行なＣ面ファセット４ｂが形成される。ＳｉＣ単結晶基板３は、｛０００１｝面より８°傾いた面を成長面としているため、成長と共に形成されるＣ面ファセット４ｂは、成長途中表面４ａの端部に形成される。
【００５９】
一方、ＳｉＣ単結晶基板３の螺旋転位発生可能領域３ａでは、成長中のＳｉＣ単結晶４中に螺旋転位４ｃが継承される。
【００６０】
このとき、上述したように、仮に、黒鉛製坩堝１の中心軸が最も低温で、中心軸からの距離に応じて温度が高くなるような温度分布になっていると、ＳｉＣ単結晶を長尺成長させたときに、Ｃ面ファセット４ｂがＳｉＣ単結晶基板３の中央に移動し、螺旋転位発生可能領域から外れ、異種多形が発生して結晶欠陥を増加させるという問題が起こる。
【００６１】
しかしながら、本実施形態では、リング部材５を設け、平坦面５ｃから低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離Ｄ１が螺旋転位発生可能領域３ａからリング部材５のうち平坦面５ｃと反対側の壁面までの距離Ｄ２よりも短くなるようにしている。このため、平坦面５ｃ側に向けられた低密度螺旋転位領域３ｂの方が平坦面５ｃからの輻射熱を受け、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａでの温度分布に偏りが生じる。すなわち、螺旋転位発生可能領域３ａ側の方が低密度螺旋転位領域３ｂ側よりも比較的低温となり、最も低温となる領域が黒鉛製坩堝１の中心軸よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側となる。このため、その温度に則してＳｉＣ単結晶４の成長量が変化する。
【００６２】
図４は、種結晶となるＳｉＣ単結晶基板３の中心（つまり黒鉛製坩堝１の中心軸）からの距離に対する成長量を表したグラフである。この図に示されるように、成長途中表面４ａのうち最も低温となる位置において成長量が最も多く、最も高温となる位置、つまり平坦面５ｃに最も近い低密度螺旋転位領域３ｂの端部において成長量が最も小さくなる。このため、種結晶の中心を黒鉛製坩堝１の中心と一致させても、ＳｉＣ単結晶基板３の中心よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側において最も成長量が大きくなった凸形状とすることが可能となる。
【００６３】
したがって、図３に示すごとく、ＳｉＣ単結晶４の成長中に、常にＣ面ファセット４ｂが螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置し、Ｃ面ファセット４ｂ内には螺旋転位４ｃ（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能させられる。その結果、ＳｉＣ単結晶４に、異種多形結晶の二次元核生成が発生することを抑制でき、異方位結晶が生じないようにすることが可能となる。
【００６４】
これにより、ＳｉＣ単結晶４における低密度螺旋転位領域３ｂを螺旋転位が少なく、ＳｉＣ半導体などの用途に適したものとすることが可能となる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態では、温度分布形成部材としてリング部材５を備え、リング部材５に平坦面５ｃを形成することで、リング部材５から低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離Ｄ１と螺旋転位発生可能領域３ａまでの距離Ｄ２を変化させている。このため、ＳｉＣ単結晶基板３の中心を黒鉛製坩堝１の中心と一致させて配置しても、結晶成長装置の構造上、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａに対して温度分布を形成することができる。
【００６６】
したがって、台座１ｃの厚みを非対称にしなくても良いため、台座１ｃに種結晶であるＳｉＣ単結晶基板３を貼り付けることによってＳｉＣ単結晶基板３に加わる応力に差ができることを抑制できる。また、ＳｉＣ単結晶基板３の中心を黒鉛製坩堝１の中心からずらした場合のように、自転させながら成長する際に黒鉛製坩堝全体が偏心し易くならないため、黒鉛製坩堝１を支える棒と炉体の間でのリークの発生を抑制できる。さらに、種結晶の大きさに対して十分に黒鉛製坩堝径を大きくする必要もなく、成長炉として大きな炉体が不要であるため、温度制御も容易に行える。このため、黒鉛製坩堝１の回転時に炉内に温度ムラが存在した場合でも、種結晶に急峻な温度変化が生じず、異種多形や異方位結晶の発生を抑制できる。
【００６７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第１実施形態に対してリング部材５の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６８】
図５は、本実施形態にかかる結晶成長装置に対してＳｉＣ単結晶基板３を配置した様子を示した断面図である。この図は、図１のＡ−Ａ矢視断面図に相当している。
【００６９】
図５に示されるように、本実施形態では、リング部材５を平坦面５ｃが無い単なる円筒部材にて構成している。そして、リング部材５の中心を黒鉛製坩堝１の中心軸から偏心させ、リング部材５の内壁面の一部が黒鉛製坩堝１の中心軸に近づけられている。このため、台座１ｃに対してＳｉＣ単結晶基板３を貼り付けた時に、黒鉛製坩堝１の中心軸に近づけられたリング部材５の内壁面からＳｉＣ単結晶基板３における低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離Ｄ１が、リング部材５のうちその反対側の内壁面からＳｉＣ単結晶基板３における螺旋転位発生可能領域３ａまでの距離Ｄ２よりも近くなる。
【００７０】
したがって、ＳｉＣ単結晶４を成長させた場合、リング部材５から距離Ｄ１と近い位置に配置された低密度螺旋転位領域３ｂの方がリング部材５からの輻射熱を多く受け、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａでの温度分布に偏りが生じる。すなわち、螺旋転位発生可能領域３ａ側の方が低密度螺旋転位領域３ｂ側よりも比較的低温となり、最も低温となる領域が黒鉛製坩堝１の中心よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側となる。
【００７１】
これにより、第１実施形態と同様、図３に示したように、ＳｉＣ単結晶４の成長中に、常にＣ面ファセット４ｂが螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置し、Ｃ面ファセット４ｂ内には螺旋転位４ｃ（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能させられる。その結果、ＳｉＣ単結晶４に、異種多形結晶の二次元核生成が発生することを抑制でき、異方位結晶が生じないようにすることが可能となる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第１実施形態に対してリング部材５の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７３】
図６は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００７４】
図６および図７に示されるように、本実施形態では、リング部材５の外周は円形状のまま内周だけを平坦化することで平坦面５ｃを構成している。つまり、平坦面５ｃが形成された部分Ｒにおいて、リング部材５が厚くされている。具体的には、リング部材５のうち炭素リング５ａを厚くすることで、上記のような構造のリング部材５を構成している。炭素部材の下降は精度良くでき、厚みや大きさを任意に変更できるため、炭素リング５ａのみを厚くすることで精度良く厚み調整を行うことができる。このように、平坦面５ｃにおいてリング部材５を厚くしておけば、より平坦面５ｃの熱容量を大きくすることができ、平坦面５ｃからの輻射熱をより多くすることが可能となる。
【００７５】
したがって、ＳｉＣ単結晶４を成長させた場合、低密度螺旋転位領域３ｂの方が螺旋転位発生可能領域３ａよりもリング部材５からの輻射熱を多く受け、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａでの温度分布に偏りが生じる。すなわち、螺旋転位発生可能領域３ａ側の方が低密度螺旋転位領域３ｂ側よりも比較的低温となり、最も低温となる領域が黒鉛製坩堝１の中心よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側となる。
【００７６】
これにより、第１実施形態と同様、図３に示したように、ＳｉＣ単結晶４の成長中に、常にＣ面ファセット４ｂが螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置し、Ｃ面ファセット４ｂ内には螺旋転位４ｃ（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能させられる。その結果、ＳｉＣ単結晶４に、異種多形結晶の二次元核生成が発生することを抑制でき、異方位結晶が生じないようにすることが可能となる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７７】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第１実施形態に対してリング部材５に変わる部材を温度分布形成部材として用いたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７８】
図８は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。図９は、図８のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【００７９】
図８および図９に示すように、本実施形態では、第１実施形態で用いていたリング部材５に代えて板部材１０を温度分布形成部材として用いている。板部材１０は、一端側が蓋材１ｂの端面に結合されることで蓋材１ｂと一体化され、低密度螺旋転位領域３ｂ側にのみ配置されている。板部材１０は、板部材１０の中央から法線を引くと、その法線が黒鉛製坩堝１の中心軸を通過するように配置されている。本実施形態では、板部材１０をＴａＣ板にて構成しているが、黒鉛板や断熱材の少なくとも１つ、もしくは、黒鉛板や断熱材のうち黒鉛製坩堝１の中心軸側に向けられる表面にＴａＣコーティングを施したものであっても構わない。
【００８０】
このような構成の結晶成長装置を用いて、黒鉛製坩堝１の台座１ｃに対してＳｉＣ単結晶基板３を配置し、ＳｉＣ単結晶基板３における低密度螺旋転位領域３ｂ側を板部材１０に向け、螺旋転位発生可能領域３ａ側を板部材１０と反対側に向ける。これにより、ＳｉＣ単結晶４を成長させるときに、低密度螺旋転位領域３ｂが板部材１０からの輻射熱を多く受け、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａでの温度分布に偏りを生じせることができる。すなわち、螺旋転位発生可能領域３ａ側の方が低密度螺旋転位領域３ｂ側よりも比較的低温となり、最も低温となる領域が黒鉛製坩堝１の中心よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側となる。
【００８１】
これにより、第１実施形態と同様、図３に示したように、ＳｉＣ単結晶４の成長中に、常にＣ面ファセット４ｂが螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置し、Ｃ面ファセット４ｂ内には螺旋転位４ｃ（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能させられる。その結果、ＳｉＣ単結晶４に、異種多形結晶の二次元核生成が発生することを抑制でき、異方位結晶が生じないようにすることが可能となる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００８２】
なお、板部材１０の配置場所については任意であるが、低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離Ｄ１が３ｍｍ以上となるように配置すると好ましい。このようにすれば、ＳｉＣ単結晶基板３の表面に成長するＳｉＣ単結晶４の拡大する幅Ｌとして想定される長さを見込めるため、ＳｉＣ単結晶４の横方向の拡大を阻害しないようにできる。
【００８３】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第１実施形態に対して温度分布形成部材として用いるリング部材５の構造を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８４】
図１０は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。図１１は、図１０のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【００８５】
図１０および図１１に示すように、本実施形態では、リング部材５を炭素リング５ａ、ＴａＣリング５ｂに加えて断熱材５ｄを備えた構成としている。炭素リング５ａおよびＴａＣリング５ｂは、第２実施形態と同様に単なる円筒状とされ、これらの中心が黒鉛製坩堝１の中心軸と一致するように、これらを蓋材１ｂに対して同心円状に配置している。そして、炭素リング５ａの外周のうちＳｉＣ単結晶基板３における低密度螺旋転位領域３ｂと対応する場所に、さらに断熱材５ｄを配置している。断熱材５ｄは、炭素部材にて構成されるが、例えば、柔軟性黒鉛シート（グラファイトシート）のように、リング部材５の周方向へは高い熱伝導を示すが、径方向への熱伝導がほとんどない部材にて断熱材５ｄを構成することができる。断熱材５ｄとして柔軟性黒鉛シートを用いれば、炭素リング５ａの形状に沿って容易に断熱材５ｄを変形させられるため、容易に本実施形態のような構造の結晶成長装置を実現することができる。
【００８６】
このように、リング部材５の外縁部に断熱材５ｄを備えることにより、リング部材５のうち低密度螺旋転位領域３ｂ側だけ熱容量を大きくできる。このため、低密度螺旋転位領域３ｂ側においてリング部材５からの輻射熱をより多くすることが可能となる。
【００８７】
したがって、ＳｉＣ単結晶４を成長させた場合、低密度螺旋転位領域３ｂの方が螺旋転位発生可能領域３ａよりもリング部材５からの輻射熱を多く受け、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａでの温度分布に偏りが生じる。すなわち、螺旋転位発生可能領域３ａ側の方が低密度螺旋転位領域３ｂ側よりも比較的低温となり、最も低温となる領域が黒鉛製坩堝１の中心よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側となる。
【００８８】
これにより、第１実施形態と同様、図３に示したように、ＳｉＣ単結晶４の成長中に、常にＣ面ファセット４ｂが螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置し、Ｃ面ファセット４ｂ内には螺旋転位４ｃ（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能させられる。その結果、ＳｉＣ単結晶４に、異種多形結晶の二次元核生成が発生することを抑制でき、異方位結晶が生じないようにすることが可能となる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００８９】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第５実施形態に対してリング部材５の形状を変更したものであり、その他に関しては第５実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９０】
図１２は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【００９１】
上記各実施形態では、ＳｉＣ単結晶４の成長方向おいてリング部材５の寸法が変化しないようにしているが、図１２に示すように、リング部材５を黒鉛製坩堝１の中心軸と平行な平面で切断したときの断面形状がテーパ状、つまりリング部材５の径が蓋材１ｂもしくは台座１ｃから離れるほど拡大していく形状としても良い。例えば、黒鉛製坩堝１の中心軸と同方向に対してリング部材５の傾斜角θが０＜θ≦４５°となるようにしても良い。リング部材５の形状が傾斜させられることから、炭素リング５ａの外縁部（外周面）に断熱材５ｄを設置するのが難しくなるが、例えば、上述したように柔軟性黒鉛シートを用いれば、容易に本実施形態のような構造の結晶成長装置を実現することができる。このような構造としても、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、リング部材５の径がＳｉＣ単結晶４の成長方向において拡大されているため、ＳｉＣ単結晶４の成長と共に径を拡大させることが可能となる。
【００９２】
なお、ここではリング部材５における外縁部に断熱材５ｄを備えるようにしたが、リング部材５のうち低密度螺旋転位領域３ｂと対応する位置に、低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離がその反対側の螺旋転位発生可能領域３ａまでの距離よりも短くなるようにする平坦面５ｃ（図２等参照）を設けるようにしても良い。また、リング部材５のうち低密度螺旋転位領域３ｂと対応する位置を他の部分よりも厚く形成するようにしても良い。これらの構造としても、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、温度分布形成部材としてリング部材５とは異なるものを用いたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９４】
図１３は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【００９５】
この図に示すように、本実施形態の結晶成長装置には、台座１ｃと対向配置された遮蔽板２０が備えられている。遮蔽板２０は、炭素部材もしくは炭素部材の表面にＴａＣコーティングを施したもので構成され、支持棒２０ａを介して坩堝本体１ａの底面に支えられている。遮蔽板２０の中心は、黒鉛製坩堝１の中心軸より螺旋転位発生可能領域３ａから離れる方向へ、つまり低密度螺旋転位領域３ｂの方向にずらされている。このため、遮蔽板２０のうち螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置する部分よりも低密度螺旋転位領域３ｂ側に位置する部分の方が黒鉛製坩堝１の壁面から近くなる。遮蔽板２０の温度は、黒鉛製坩堝１の温度の影響を受け、黒鉛製坩堝１から近いほど温度が高くなる。このため、ＳｉＣ単結晶基板３のうち低密度螺旋転位領域３ｂ側の方が螺旋転位発生可能領域３ａ側よりも遮蔽板２０の輻射熱を多く受ける。
【００９６】
したがって、ＳｉＣ単結晶４を成長させた場合、低密度螺旋転位領域３ｂの方が螺旋転位発生可能領域３ａよりも遮蔽板２０からの輻射熱を多く受け、ＳｉＣ単結晶基板３およびＳｉＣ単結晶４の成長途中表面４ａでの温度分布に偏りが生じる。すなわち、螺旋転位発生可能領域３ａ側の方が低密度螺旋転位領域３ｂ側よりも比較的低温となり、最も低温となる領域が黒鉛製坩堝１の中心よりも螺旋転位発生可能領域３ａ側となる。
【００９７】
これにより、第１実施形態と同様、図３に示したように、ＳｉＣ単結晶４の成長中に、常にＣ面ファセット４ｂが螺旋転位発生可能領域３ａ側に位置し、Ｃ面ファセット４ｂ内には螺旋転位４ｃ（または貫通欠陥）が存在し続け、４Ｈ多形のステップ供給源として機能させられる。その結果、ＳｉＣ単結晶４に、異種多形結晶の二次元核生成が発生することを抑制でき、異方位結晶が生じないようにすることが可能となる。よって、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００９８】
なお、遮蔽板２０の寸法については任意であるが、坩堝本体１ａの底面側から見てＳｉＣ単結晶基板３が完全に覆われる寸法であると好ましい。このようにすれば、ＳｉＣ原料粉末２から昇華した原料ガスが直接成長途中表面４ａに供給されることよりインクルージョンが生じることを抑制できる。
【００９９】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第７実施形態に対して遮蔽板２０の構造を変更したものであり、その他に関しては第７実施形態と同様であるため、第７実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１００】
図１４は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【０１０１】
この図に示したように、遮蔽板２０の中心を黒鉛製坩堝１の中心軸からずらしていないが、遮蔽板２０の厚みを変化させ、遮蔽板２０のうち低密度螺旋転位領域３ｂと対応する場所の方が螺旋転位発生可能領域３ａと対応する場所よりも厚くなるようにしている。このような構成とすれば、遮蔽板２０のうち低密度螺旋転位領域３ｂの方が螺旋転位発生可能領域３ａよりも熱容量を大きくすることができる。このため、ＳｉＣ単結晶基板３のうち低密度螺旋転位領域３ｂ側の方が螺旋転位発生可能領域３ａ側よりも遮蔽板２０の輻射熱を多く受ける。したがって、第７実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について説明する。本実施形態の結晶成長装置は、第１実施形態に対して蓋材１ｂおよび台座１ｃの構造を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１０３】
図１５は、本実施形態にかかる結晶成長装置を用いてＳｉＣ単結晶を成長させるときの様子を示した断面図である。
【０１０４】
この図に示したように、種結晶となるＳｉＣ単結晶基板３を貼り付ける台座１ｃおよび蓋材１ｂのうち台座１ｃの外縁部よりも内側を中空構造にすることで、擬似フリー構造としている。つまり、台座１ｃのうち外縁部となる幅１〜５ｍｍ程度だけにＳｉＣ単結晶基板３が貼り付けられるようにすることで、ＳｉＣ単結晶基板３の面積の５％以下のみが台座１ｃと接触する構造としている。このように、台座１ｃとＳｉＣ単結晶基板３との接触面積を低減することで、台座１ｃからＳｉＣ単結晶基板３への応力をより低減することが可能となる。
【０１０５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、温度分布形成部材としてリング部材５、板部材１０、遮蔽板２０を適用した場合について説明したが、これらの形状や材質などは一例を示したに過ぎない。例えば、ＳｉＣ単結晶基板３のうち低密度螺旋転位領域３ｂの方が螺旋転位発生可能領域３ａよりも高温になるようにする温度分布を形成する部材であれば、他の形状であっても構わない。
【０１０６】
また、上記第３実施形態では、リング部材５に対して平坦面５ｃを備えた構造としたが、ＳｉＣ単結晶基板３から低密度螺旋転位領域３ｂまでの距離Ｄ１と螺旋転位発生可能領域３ａまでの距離Ｄ２を一定とし、低密度螺旋転位領域３ｂ側だけリング部材５を他の部位よりも厚くした構造としても良い。このようにしても、リング部材５のうち低密度螺旋転位領域３ｂ側だけ熱容量を大きくできるため、上記効果を得ることができる。
【０１０７】
また、上記第５実施形態では、炭素リング５ａやＴａＣリング５ｂを単なる円筒状とした場合について説明したが、第１〜第３実施形態に示したリング部材５に対して断熱材５ｄを備えるようにしても良いし、板部材１０をリング部材５の内側に備える構造としても良い。。また、第４実施形態に示した板部材１０に対しても、黒鉛製坩堝１の中心軸と反対側の表面に断熱材を備えるようにしても良い。
【０１０８】
また、上記第９実施形態では、第１実施形態に示した結晶成長装置に対して擬似フリー構造を採用した場合について説明したが、第２〜第８実施形態に対して適用することもできる。
【０１０９】
なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー（−）を付すべきであるが、パソコン出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。
【符号の説明】
【０１１０】
１    黒鉛製坩堝
１ａ  坩堝本体
１ｂ  蓋材
１ｃ  台座
２    ＳｉＣ原料粉末
３    ＳｉＣ単結晶基板
３ａ  螺旋転位発生可能領域
３ｂ  低密度螺旋転位領域
４    ＳｉＣ単結晶
４ａ  成長途中表面
４ｂ  Ｃ面ファセット
４ｃ  螺旋転位
５    リング部材
５ａ  炭素リング
５ｂ  ＴａＣリング
５ｃ  平坦面
５ｄ  断熱材
１０  板部材
２０  遮蔽板
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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