(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンカーバイド単結晶を形成するための溶液成長法に用いられ、
シリコン、第１金属（Ｍ１）、スカンジウム（Ｓｃ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む下記式１で表される
シリコン系溶融組成物：
ＳｉａＭ１ｂＳｃｃＡｌｄ      （式１）
前記式１において、
前記第１金属（Ｍ１）は、クロム（Ｃｒ）であり、
前記ａは０．４超０．８未満であり、
前記ｂは０．２超０．６未満であり、
前記ｃは０．０１超０．０８以下であり、
前記ｄは０．０１超０．１未満であり、
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１を満たす。
【請求項２】
前記式１において、
前記ａは０．５超０．７未満であり、
前記ｂは０．２超０．４未満であり、
前記ｄは０．０１超０．０５未満である、
請求項１に記載のシリコン系溶融組成物。
【請求項３】
前記シリコン系溶融組成物の炭素溶解度は、５％以上である、
請求項１または２に記載のシリコン系溶融組成物。
【請求項４】
前記スカンジウムは、シリコン系溶融液に対する炭素の溶解度を高める、
請求項１から３のいずれか一項に記載のシリコン系溶融組成物。
【請求項５】
シリコンカーバイド種結晶を準備する段階と、
シリコン（Ｓｉ）、第１金属（Ｍ１）、スカンジウム（Ｓｃ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含み、下記式１で表されるシリコン系溶融組成物を準備する段階と、
前記シリコン系溶融組成物に炭素（Ｃ）を追加して溶融液を形成する段階と、
前記溶融液を過冷却させて前記シリコンカーバイド種結晶上にシリコンカーバイド単結晶を成長させる段階と
を含む
シリコンカーバイド単結晶の製造方法：
ＳｉａＭ１ｂＳｃｃＡｌｄ      （式１）
前記式１において、
前記第１金属（Ｍ１）は、クロム（Ｃｒ）であり、
前記ａは０．４超０．８未満であり、
前記ｂは０．２超０．６未満であり、
前記ｃは０．０１超０．０８以下であり、
前記ｄは０．０１超０．１未満であり、
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１を満たす。
【請求項６】
前記式１において、
前記ａは０．５超０．７未満であり、
前記ｂは０．２超０．４未満であり、
前記ｄは０．０１超０．０５未満である、
請求項５に記載のシリコンカーバイド単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記シリコン系溶融組成物の炭素溶解度は、５％以上である、
請求項５または６に記載のシリコンカーバイド単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記スカンジウムは、シリコン系溶融液に対する炭素の溶解度を高める、
請求項５から７のいずれか一項に記載のシリコンカーバイド単結晶の製造方法。
【請求項９】
前記シリコンカーバイド単結晶の成長速度は、８０μｍ／ｈ以上である、
請求項５から８のいずれか一項に記載のシリコンカーバイド単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互引用
本出願は、２０１７年６月２９日付韓国特許出願第１０−２０１７−００８２７８１号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、シリコン系溶融組成物及びこれを用いるシリコンカーバイド単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電力半導体素子は、電気自動車、電力システム、高周波移動通信など電気エネルギを用いる次世代システムにおいて核心素子である。このためには高電圧、大電流、高周波数などに適した素材の選定が必要である。シリコン単結晶が電力半導体物質として使用されてきたが、物性的な限界によってエネルギ損失が少なく、より極限の環境で駆動できるシリコンカーバイド単結晶が注目されている。
【０００４】
シリコンカーバイド単結晶の成長のために、一例にシリコンカーバイドを原料として２０００度（℃）以上の高温で昇華させて単結晶を成長させる昇華法、結晶引き上げ法を応用した溶液成長法、及び気体ソースを使用する化学的気相蒸着法などが用いられている。
【０００５】
化学的気相蒸着法を用いる場合、厚さが制限された薄膜水準に成長させ得、昇華法を用いる場合、マイクロパイプ及び積層欠陥のような欠陥が発生する可能性が多いため、生産単価的側面から限界がある。結晶成長温度が昇華法に比べて低く、大口径化及び高品質化に有利であると知らされている溶液成長法に対する研究が進められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、速い結晶成長速度の提供により工程時間及びコストを節減させるシリコン系溶融組成物を提供する。また、優れた品質のシリコンカーバイド単結晶を提供できるシリコン系溶融組成物を提供する。また、前述したシリコン系溶融組成物を用いるシリコンカーバイド単結晶の製造方法を提供する。
【０００７】
また、本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は、下記の記載から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を達成するためのシリコン系溶融組成物は、シリコンカーバイド単結晶を形成するための溶液成長法に用いられ、シリコン、第１金属（Ｍ１）、スカンジウム（Ｓｃ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含む下記式１で表される。
ＳｉａＭ１ｂＳｃｃＡｌｄ      （式１）
【０００９】
前記式１において、前記ａは０．４超０．８未満であり、前記ｂは０．２超０．６未満であり、前記ｃは０．０１超０．１未満であり、前記ｄは０．０１超０．１未満である。
【００１０】
前記第１金属（Ｍ１）は、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ホウ素（Ｂ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）からなる群より選ばれた少なくとも一つを含み得る。
【００１１】
式１において、前記ａは０．５超０．７未満であり、前記ｂは０．２超０．４未満であり、前記ｄは０．０１超０．０５未満であり得る。
【００１２】
前記シリコン系溶融組成物の炭素溶解度は、５％以上であり得る。
【００１３】
前記スカンジウムは、シリコン系溶融液に対する炭素の溶解度を増加させ得る。
【００１４】
一実施例によるシリコンカーバイド単結晶の製造方法は、シリコンカーバイド種結晶を準備する段階と、シリコン（Ｓｉ）、第１金属（Ｍ１）、スカンジウム（Ｓｃ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含み、下記式１で表されるシリコン系溶融組成物を準備する段階と、前記シリコン系溶融組成物に炭素（Ｃ）を追加して溶融液を形成する段階と、前記溶融液を過冷却させて前記種結晶上にシリコンカーバイド単結晶を成長させる段階とを含む。
ＳｉａＭ１ｂＳｃｃＡｌｄ      （式１）
【００１５】
前記式１において、前記ａは０．４超０．８未満であり、前記ｂは０．２超０．６未満であり、前記ｃは０．０１超０．１未満であり、前記ｄは０．０１超０．１未満である。
【００１６】
前記シリコンカーバイドの成長速度は、８０μｍ／ｈ以上であり得る。
【発明の効果】
【００１７】
一実施例によるシリコン系溶融組成物は、速い結晶成長速度の提供により工程時間及びコストを節減させることができる。また、優れた品質のシリコンカーバイド単結晶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施例によるシリコンカーバイド単結晶の製造装置の概略的な断面図である。
【図２ａ】比較例１により析出された凝固物の断面イメージである。
【図２ｂ】比較例２により析出された凝固物の断面イメージである。
【図２ｃ】実施例１により析出された凝固物の断面イメージである。
【図２ｄ】実施例２により析出された凝固物の断面イメージである。
【図２ｅ】実施例３により析出された凝固物の断面イメージである。
【図３】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ比較例１、比較例２及び実施例１の炭素溶解度を調べるためのＡＩＭＤシミュレーションイメージである。
【図４】図３中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の比較例１、比較例２及び実施例１に対する炭素原子の平均二乗変位（ＭＳＤ）を分析したグラフである。
【図５ａ】比較例によるシリコンカーバイド単結晶の成長イメージである。
【図５ｂ】実施例によるシリコンカーバイド単結晶の成長イメージである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。ただし、本記載を説明することにおいて、すでに公知された機能あるいは構成に対する説明は、本記載の要旨を明瞭にするために省略する。
【００２０】
本記載を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては、同じ参照符号を付する。また、図面に示す各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜上任意に示したので、本記載は必ず示されたところに限定されない。
【００２１】
以下、一実施例によるシリコン系溶融組成物について説明する。
【００２２】
一実施例によるシリコン系溶融組成物は、シリコン（Ｓｉ）、第１金属（Ｍ１）、スカンジウム（Ｓｃ）及びアルミニウム（Ａｌ）を含み得る。シリコン系溶融組成物は、下記式１で表される。第１金属（Ｍ１）は、チタニウム（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ホウ素（Ｂ）、セリウム（Ｃｅ）、ランタン（Ｌａ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）からなる群より選ばれた少なくとも一つを含み得る。
ＳｉａＭ１ｂＳｃｃＡｌｄ        （式１）
【００２３】
式１において、前記ａは０．４超０．８未満であり得、前記ｂは０．２超０．６未満であり得、前記ｃは０．０１超０．１未満であり得、前記ｄは０．０１超０．１未満であり得る。
【００２４】
言い換えると、シリコン系溶融組成物でシリコンの含有量は、４０ａｔ％超８０ａｔ％未満であり得、第１金属（Ｍ１）の含有量の和は、２０ａｔ％超６０ａｔ％未満であり得る。第１金属（Ｍ１）の含有量が２０ａｔ％以下である場合、シリコン系溶融組成物に対する炭素の溶解度が低くなるので、シリコンカーバイド単結晶の成長速度が顕著に減少する。第１金属（Ｍ１）の含有量が８０ａｔ％以上の場合、金属とシリコンの化合物が生成されたりシリコン系溶融液内の炭素がシリコンカーバイドでない黒鉛形態で析出され得、過度に高い炭素溶解度によってシリコンカーバイドの多結晶化が起きてシリコンカーバイド結晶の品質が低下し得る。
【００２５】
スカンジウム（Ｓｃ）は、前記式１で表されるシリコン系溶融組成物で１ａｔ％超１０ａｔ％未満で含まれ得る。スカンジウム（Ｓｃ）は、シリコン系溶融液の炭素溶解度を向上させてシリコンカーバイド単結晶の成長速度を向上させ得る。スカンジウム（Ｓｃ）が１ａｔ％以下で含まれればシリコン系溶融液に対する炭素溶解度を向上させる効果が微々たり得、１０ａｔ％以上で含まれればシリコン系溶融液の不安定を招いて溶融液がルツボの外部に溶出するなど工程の信頼性が低くなる。
【００２６】
アルミニウム（Ａｌ）は、前記式１で表されるシリコン系溶融組成物で１ａｔ％超１０ａｔ％未満の含有量で含まれ得る。アルミニウム（Ａｌ）は、シリコンカーバイド単結晶の成長工程で多結晶の生成を抑制させて取得されるシリコンカーバイド単結晶の結晶性を向上させ得る。アルミニウム（Ａｌ）は、シリコンカーバイド単結晶の成長表面全体にかけて均一な結晶核を提供する。これにより平坦な形状を有するシリコンカーバイド単結晶が取得され得る。成長表面が不均一な結晶核を含む場合、シリコンカーバイド多結晶が成長する。
【００２７】
一実施例によるシリコン系溶融組成物は、シリコン（Ｓｉ）、溶融液に対する炭素溶解度を増加させる第１金属（Ｍ１）、溶融液に対する炭素の溶解度を増加させるスカンジウム（Ｓｃ）及びシリコンカーバイド単結晶の結晶性を向上させるアルミニウム（Ａｌ）を所定の含有量で含むことによって、より優れた品質のシリコンカーバイド単結晶を取得し得る。また、一実施例によるシリコン系溶融組成物は速い単結晶成長速度を提供できるので、取得のための所要時間及びコストを減少させることができる。
【００２８】
以下、前述したシリコン系溶融組成物を用いてシリコンカーバイド単結晶を取得する方法について、図１の製造装置を参照して説明する。図１はシリコンカーバイド単結晶を成長させる時使用される製造装置の概略的な断面図である。
【００２９】
図１を参照すれば、一実施例によるシリコンカーバイド単結晶製造装置は、反応チャンバー１００、反応チャンバー１００の内部に位置するルツボ３００、ルツボ３００の内部に延びる種結晶２１０、種結晶２１０と連結される種結晶支持部２３０、移動部材２５０及びルツボ３００を加熱する加熱部材４００を含み得る。
【００３０】
反応チャンバー１００は、空の内部空間を含む密閉された形態であり、その内部が一定の圧力などの雰囲気で維持され得る。図面に示していないが、反応チャンバー１００に真空ポンプ及び雰囲気制御用ガスタンクが連結され得る。真空ポンプ及び雰囲気制御用ガスタンクを用いて反応チャンバー１００の内部を真空状態にした後、アルゴン気体のような非活性気体を充電し得る。
【００３１】
シリコンカーバイド種結晶２１０は、種結晶支持部２３０及び移動部材２５０に連結されてルツボ３００の内側に位置し得、特にルツボ３００の内部に提供される溶融液と接触するように配置され得る。このような溶融液は、前述したシリコン系溶融組成物を含み得る。
【００３２】
一実施例によれば、シリコンカーバイド種結晶２１０の表面と溶融液との間にメニスカスが形成され得る。メニスカスとは、シリコンカーバイド種結晶２１０の下部面が溶融液と接触した以後、少し持ち上げられて発生する表面張力によって溶融液上に形成される曲面をいう。メニスカスを形成してシリコンカーバイド単結晶を成長させる場合、多結晶の発生を抑制してより高品質の単結晶を取得し得る。
【００３３】
シリコンカーバイド種結晶２１０は、シリコンカーバイド単結晶からなる。シリコンカーバイド種結晶２１０の結晶構造は、製造しようとするシリコンカーバイド単結晶の結晶構造と同一である。例えば、４Ｈ多型のシリコンカーバイド単結晶を製造する場合、４Ｈ多型のシリコンカーバイド種結晶２１０を用いることができる。４Ｈ多型のシリコンカーバイド種結晶２１０を用いる場合、結晶成長面は（０００１）面または（０００−１）面であるか、（０００１）面または（０００−１）面から８度以下の角度で傾いた面であり得る。
【００３４】
種結晶支持部２３０は、シリコンカーバイド種結晶２１０と移動部材２５０を連結する。種結晶支持部２３０の一端は移動部材２５０に連結され、他端は種結晶２１０に連結され得る。
【００３５】
種結晶支持部２３０は、移動部材２５０に連結されてルツボ３００の高さ方向に沿って上下方向に移動し得る。具体的に種結晶支持部２３０は、シリコンカーバイド単結晶の成長工程のためにルツボ３００の内側に移動したりシリコンカーバイド単結晶の成長工程が終了した後ルツボ３００の外側に移動し得る。また、本明細書は、種結晶支持部２３０が上下方向に移動する実施例を説明したが、これに制限されず、いかなる方向にも移動したり回転し得、そのための公知の手段を含み得る。
【００３６】
種結晶支持部２３０は、移動部材２５０に脱着され得る。シリコンカーバイド単結晶を取得するために移動部材２５０に結合されてルツボ３００の内側に提供され得、単結晶の成長工程が終了した以降には移動部材２５０から分離され得る。
【００３７】
移動部材２５０は、駆動部（図示せず）に連結されてチャンバー１００の内部を移動するか回転し得る。移動部材２５０は上下移動するか回転するための公知の手段を含み得る。
【００３８】
ルツボ３００は、反応チャンバー１００の内部に備えられ、上側が開放された容器形態であり得、上部面を除いた外周面３００ａ及び下部面３００ｂを含み得る。ルツボ３００は、前述した形態に制限なしにシリコンカーバイド単結晶を形成するためのいかなる形態も可能であることは勿論である。ルツボ３００は、シリコンまたはシリコンカーバイド粉末のような溶融原料が装入されて収容され得る。
【００３９】
ルツボ３００は、グラファイト、シリコンカーバイドのように炭素を含有する材質であり得、このような材質のルツボ３００自体は炭素原料の供給源として活用され得る。またはこれに制限されず、セラミック材質のルツボを用いることができ、この時、炭素を提供する物質または供給源を別途提供できる。
【００４０】
加熱部材４００は、ルツボ３００を加熱してルツボ３００に収容された物質を溶融させるか加熱し得る。加熱部材４００は、抵抗式発熱手段または誘導加熱式発熱手段を用い得る。具体的に、加熱部材４００自体が発熱する抵抗式で形成されるか、加熱部材４００がインダクションコイルで形成され、インダクションコイルに高周波電流を流れるようにすることによって、ルツボ３００を加熱する誘導加熱方式で形成されることもできる。しかし、前述した方法に制限されず、いかなる加熱部材も用い得ることは勿論である。
【００４１】
一実施例によるシリコンカーバイド製造装置は、回転部材５００をさらに含み得る。回転部材５００は、ルツボ３００の下側面に結合されてルツボ３００を回転させ得る。ルツボ３００の回転により均一な組成の溶融液の提供が可能であるため、シリコンカーバイド種結晶２１０で高品質のシリコンカーバイド単結晶が成長できる。
【００４２】
以下、前述したシリコン系溶融組成物及びシリコンカーバイド単結晶の製造装置を用いるシリコンカーバイド単結晶の製造方法について説明する。
【００４３】
まず、前述したシリコン系溶融組成物を含む初期溶融原料をルツボ３００内に投入する。初期溶融原料は、粉末形態であり得るが、これに制限されない。ルツボ３００が炭素材質を含む場合、初期溶融原料は、炭素を別途に含まなくてもよいが、これに制限されず、初期溶融原料は炭素を含んでもよい。
【００４４】
初期溶融原料を実装しているルツボ３００をアルゴン気体のような不活性雰囲気で加熱部材４００を用いて加熱する。加熱によりルツボ３００内の初期溶融原料は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）及び金属（第１金属、スカンジウム、アルミニウム）を含む溶融液に変わる。
【００４５】
ルツボ３００が所定の温度に到達した後、ルツボ３００内の溶融液の温度は徐々に低下し、溶融液内の炭素の溶解度が小さくなる。そのため、種結晶２１０付近でシリコンカーバイド過飽和状態になると、この過飽和度を駆動力にして種結晶２１０上にシリコンカーバイド単結晶が成長する。
【００４６】
シリコンカーバイド単結晶が成長することによって、溶融液からシリコンカーバイドを析出する条件が変わり得る。この時、時間の経過に応じて溶融液の組成に合うようにシリコン及び炭素を添加して溶融液を一定範囲内の組成に維持し得る。添加されるシリコン及び炭素は、連続的にまたは非連続的に投入され得る。
【００４７】
本発明の一実施例によるシリコン系溶融組成物を用いる場合、取得される単結晶の成長速度が速い場合もあるので、工程に所要される時間及びコストを節減できる。
【００４８】
以下、図２ａ〜図５ｂを参照して本発明の実施例及び比較例について説明する。
【００４９】
図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ及び図２ｅそれぞれは、比較例１、比較例２、実施例１、実施例２及び実施例３により徐冷法で析出された凝固物の表面及び断面イメージである。具体的に図２ａは、Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．４Ａｌ０．０４を含む比較例１に対するイメージであり、図２ｂはＳｉ０．５６Ｃｒ０．２Ｓｃ０．２Ａｌ０．０４を含む比較例２に対するイメージである。図２ｃはＳｉ０．５６Ｃｒ０．３８Ｓｃ０．０２Ａｌ０．０４を含む実施例１に対するイメージであり、図２ｄはＳｉ０．５６Ｃｒ０．３６Ｓｃ０．０４Ａｌ０．０４を含む実施例２に対するイメージであり、図２ｅはＳｉ０．５６Ｃｒ０．３２Ｓｃ０．０８Ａｌ０．０４を含む実施例３に対するイメージである。
【００５０】
黒鉛材質のルツボの内部に前述した比較例１、比較例２、実施例１、実施例２及び実施例３の化学組成による初期原料を約３０％体積で装入する。その後、１９００度（℃）で２時間溶融させた後、分当り１度（℃）の速度で１６００度（℃）まで冷却させた後、急冷して凝固物が形成されたルツボを得た。その後、ルツボを切開して各比較例及び実施例による炭素溶解度特性とシリコンカーバイド結晶化特性を観察した。凝固物の炭素溶解度は、Ｃ−Ｓ  ａｎａｌｙｚｅｒを用いた。
【００５１】
まず、図２ａを参照して比較例１（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．４Ａｌ０．０４）を調べると、安定した形態の凝固物を得ることができるが、凝固物の表面に六角形状を有するシリコンカーバイド析出物が発見されず、ルツボの浸食程度が小さいことを確認した。ルツボの浸食程度は、溶融液に対する炭素溶解度が低いことを示し、具体的に比較例１の炭素溶解度は約４．３％で測定された。
【００５２】
次に、図２ｂに示す比較例２（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．２Ｓｃ０．２Ａｌ０．０４）の場合、黒鉛ルツボが相当部分侵食されているが、溶融液がルツボ壁を伝って溢れ、凝固物がほとんど残存していないことを確認した。つまり、当該組成の工程による安定した工程を行うことは困難であることを確認した。
【００５３】
図２ｃに示す実施例１（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．３８Ｓｃ０．０２Ａｌ０．０４）は、比較例１に対してルツボの浸食程度が大きくないが、凝固物の表面にシリコンカーバイド結晶が析出されることを肉眼で観察することができた。また、凝固物の炭素溶解度分析結果、約５．７％の炭素溶解度を示し、比較例１に対して高い炭素溶解度を示すことを確認した。
【００５４】
図２ｄに示す実施例２（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．３６Ｓｃ０．０４Ａｌ０．０４）の場合、ルツボの角部が侵食されたことを確認でき、凝固物の表面に約８ｍｍほどの非常に大きい大きさのシリコンカーバイド単結晶が析出されることを確認した。実施例２に対する凝固物の炭素溶解度は約７．９％で測定された。
【００５５】
図２ｅに示す実施例３（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．３２Ｓｃ０．０８Ａｌ０．０４））の場合、実施例１、実施例２に対してルツボの内壁の浸食がかなりの程度であり、炭素溶解度が優れることを確認できた。実施例３に対する凝固物の炭素溶解度は、約１０．６％で測定され、凝固物の表面に多量の六角形シリコンカーバイド単結晶が析出されることを確認した。
【００５６】
以下、図３及び図４を調べる。図３中の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）それぞれは、比較例１（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．４２Ａｌ０．０４）、比較例２（Ｓｉ０．５６Ｓｃ０．３２Ａｌ０．０４）及び実施例１（Ｓｉ０．４６Ｃｒ０．４３Ｓｃ０．０８Ａｌ０．０４）の炭素溶解度を調べるためのＡＩＭＤシミュレーションイメージであり、図４は図３中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の比較例１、比較例２及び実施例１に対する炭素原子の平均二乗変位（ＭＳＤ）を分析したグラフである。
【００５７】
比較例１、比較例２及び実施例１の炭素溶解度特性のためにＤＦＴ（密度汎関数理論）でそれぞれＳｉ９６Ｃｒ７２Ａｌ６Ｃ１４４、Ｓｉ９６Ｓｃ４８Ａｌ６Ｃ１４４及びＳｉ９６Ｃｒ９０Ｓｃ１６Ａｌ６Ｃ１４４インターフェースモデルを最適化した後ＡＩＭＤ（第１原理分子動力学）を用いた炭素のＭＳＤ（平均二乗変位）シミュレーションを実施した。短時間で炭素原子の移動及び変化を観察するために４０００Ｋで５ｐｓ間のＡＩＭＤ計算を行った。
【００５８】
比較例１、比較例２及び実施例１の組成に対するシミュレーションの結果、いずれも５ｐｓが経過した後下部黒鉛の炭素原子がシリコン系溶融液の内部に拡散することを確認できた。特に、炭素原子が拡散する程度は、実施例１が最も著しく現れ、比較例２及び比較例１順に低くなることを確認した。
【００５９】
また、図４に示すように比較例１及び比較例２に対して実施例１の場合、炭素原子の平均二乗変位値が高いことを確認した。これは、クロム−スカンジウム（Ｃｒ  ４３ａｔ％−Ｓｃ  ８ａｔ％）を用いた溶融組成物がクロム（Ｃｒ  ４２ａｔ％）またはスカンジウム（３２ａｔ％）を単独で用いた化学組成より高い炭素溶解度を有して結晶成長速度を向上させる可能性があることを意味する。
【００６０】
以下、図５ａ及び図５ｂを参照して比較例及び実施例について説明する。図５ａは比較例（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．４Ａｌ０．０４）によるシリコンカーバイド単結晶の成長イメージであり、図５ｂは実施例（Ｓｉ０．５６Ｃｒ０．３６Ｓｃ０．０４Ａｌ０．０４）によるシリコンカーバイド単結晶の成長イメージである。
【００６１】
２インチＳｉＣ種結晶を用いてＴＳＳＧ法で１９００°Ｃで６時間シリコンカーバイド単結晶を成長させた結果である。具体的に高純度黒鉛ルツボに比較例及び実施例による初期原料を装入し、誘導加熱によって溶融させる。溶融液の上部温度が下部より低温になるようにルツボに垂直方向に１０°Ｃ／ｍｉｎの温度勾配を発生させて結晶成長を行った。その結果、比較例の場合、分当り６０μｍ／ｈ、実施例の場合、１５０μｍ／ｈの成長速度を得ることができた。
【００６２】
前述した内容によれば、本発明の一実施例によるシリコン系溶融組成物の場合、高い品質のシリコンカーバイド単結晶を提供することは勿論、速い成長速度により工程に所要される時間及びコストを節減できることを確認した。
【００６３】
以上、本発明の特定の実施例を説明し、図示したが、本発明は、記載された実施例に限定されるものでなく、本発明の思想及び範囲を外れない範囲で、多様に修正及び変形できることは、この技術分野における通常の知識を有する者に自明である。したがって、かかる修正例または変形例は、本発明の技術的な思想や観点から個別的に理解されてはならず、変形された実施例は本発明の特許請求の範囲に属するものとしなければならない。
【符号の説明】
【００６４】
１００：反応チャンバー
２１０：種結晶
３００：ルツボ
４００：加熱部材
５００：回転部材
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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