JPH01298100A - 液相温度差法による炭化珪素単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、炭化珪素の単結晶基板を製造するための大
型炭化珪素単結晶の製造方法に関するものである。

（従来の技術） ・炭化珪素は多（の結晶多形をとり、その結晶形により
２．２から３．３エレクトロンボルトの禁制帯幅を有し
、青色発光ダイオード、耐高温電子素子などへの応用が
期待されている。そのためには大型炭化珪素単結晶を製
造し、炭化珪素単結晶基板を得ることが強く望まれる。

従来の大型炭化珪素単結晶の製造法にはアチソン法、昇
華再結晶法がある。アチソン法は、珪石とコークスの混
合物を電気炉で加熱して結晶を析出させるもので２３０
０〜２７００℃の高温を要し、得られる結晶中に不純物
、が多く、結晶性も悪い、昇華再結晶法は、適当な温度
分布をらつグラファイトるつぽ内の高温部で原料炭化珪
素を昇華させ、低温部で炭化珪素単結晶基板上−二次化
珪素を成長させるもので、現在までに最大で直径３０■
、厚さ１３−のものが得られたと報告されている　　（
Ｅ　　ｘｔｅｎｄｅｄ　　Ａ　　ｂｓｔｒａｅｔ　　ｏ
ｆ　　ｔｈｅ　　１７ｔｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ
　５ｏｌｉｄ　Ｓ　ｔａｔｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄ
Ｍ　ａｔｅｒｉａｌｓ＋　Ｔ　ｏｋｙｏ　（１９８５Ｌ
　ｐ、２４９　）が、量産には至っていない。

一方、グラファイトからなるるつぼに珪素を装入し、る
つぼ内高＠部で珪素を融解し、低温部の炭化珪素単結晶
基板上に炭化珪素を成長させる方法は報告例があるが、
高温部と低温部の温度差が３０−５０°Ｃ（Ｓ　ｏｌｉ
ｃｌ−８ｔａｔｅ　Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉｅｓｔ２１、
１１２９　（１９７８）、図中から読み取った値）、２
５’Ｃ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、　５Ｌ　８２１５（１９７９））　、２０
〜３０℃　（特開昭６０−２６０４９８号公報）など、
いずれも温度勾配が１°Ｃ／ｍＩＩＩ以下であり、炭化
珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶の薄膜を成長させる
ものである。

（発明が解決しようとする課題） アチソン法は研摩材料を工業的に得るために用いられて
いる方法であり、通常用いられている原料（珪石、コー
クス）には不純物が多く、尚純度化は不可能である。ま
た、成長が自然発生的な核生成によるため、大型のもの
はできに（く、量産性・再現性にも欠ける。

昇華再結晶法は、現在までに最大で直径３０ｖａｖａ、
厚さ１３ｍｍのものが得られているものの量産には至っ
ていない。気相中での原料の昇華、輸送、析出の制御が
困難で、再現性に欠けることもその一因である。また、
原料として炭化珪素粉末を用いるが、高純度のものは現
在のところ入手困難で、従って得られた単結晶にも不純
物が含まれている。

本発明は、上記の従来の方法で課題となっている、高純
度で大型の炭化珪素単結晶の量産性・再現性のよい製造
方法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） 本発明は、底部に炭化珪素単結晶基板を固定した高純度
グラファイト製るつぼに高純度珪素を装入し、高純度不
活性ガス雰囲気中でるつぼの下部の温度が１５００〜２
０００℃、上部の温度が下部の温度より１００〜ｂ 配が３℃／ｍｍ以上となるようにるつぼを加熱して珪素
を融解し、るつぼ内高湿部壁面から珪素融液中に炭素を
溶出させ、底部の炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素を成
長させることを特徴とする液相温度差法による炭化珪素
単結晶の製造方法である。

＾純度グラファイト製るつぼは不純物５　ｐｐｍ以下の
ものを高真空中で熱処理してさらに不純物を焼き出して
用いる。高純度珪素は純度９９．９９９９９％以上のも
のを用いる。

（作用） 第１図は本発明を実施する装置の一例を示した概略図で
ある。

グラファイト製るつぽ１は尚真空中で熱処理して不純物
を焼き出した高純度グツフッイト製のものを用いる。挿
入する高純度珪素は純度９９．９９９９９％以上のもの
を用いる。高純度不活性ガス雰囲気中でるつぽ１を加熱
して珪素を融解し、るっぽ１内部の高温部でるつぼ１の
壁面から珪素融液３中に炭素を溶出させ、低温部すなわ
ちるっば１の底部の炭化珪素単結晶基板４上に、るつぼ
・原料珪素・雰囲気ガスからの不純物の混入を低減して
炭化珪素単結晶を成長させ、成長結晶１１を得る。

不活性がスにはアルゴンを用いる。るつぼ１の加熱は高
周波誘導加熱によって行なう。温度勾配のつけ方は、例
えば■るつぼ１のふた２め上にカーボンフェルト製断熱
材７をのせ、るっぽ１上部からの放熱を防ぐ、■るつぽ
１を高周波コイル１０内の中心より下方に置き、るつぽ
１上部が下部より加熱されやすくする、ことにより行な
う、また、支持台８から熱が逃げることも温度差を大き
くする一因となっている。

るつぼ１の温度、温度差、温度勾配を精密かつ正確に制
御することが必要である。これにより再現性が向上し、
量産が可能となる。すなわち、るつば１の下部の温度が
１５００〜２０００″Ｃ，上部の温度が下部の温度より
１００〜３００℃高くなるように加熱して３℃／ｍｍ以
上の温度勾配を得、るつば１内で珪素を融解し、底部の
炭化珪素単結晶基板４上に炭化珪素単結晶を成長させる
。尚、測温は放射温度計により竹ない、るつぼ１壁面温
度を制御する。この製造過程においては、温度、温度差
、温度勾配を定めれば、その温度、温度差、温度勾配に
応じた結晶性、成長速度の単結晶が再現性よく得られる
。

温度が１５００℃未満になると炭素の珪素融液３への溶
解度が小さくなり、従って炭化珪素の成艮速度が小さく
なり、また２３００℃超では珪素の蒸発などで効率的な
成長が行なわれない。また、温度差が１００℃未満では
前述の薄膜成長法のような状況となり、炭化珪素の成長
速度が小さく、また３００℃超では成長速度が大きすぎ
て結晶性の良好な炭化珪素単結晶が得られない、また、
温度差が上記範囲内でもるっぽ１が長くて温度勾配が３
℃／■未満の場合、やはり前述の薄膜成長法のような状
況となり、炭化珪素の成長速度が小さく大型の単結晶は
得られない０以上の理由により、るつぼの下部の温度が
１５００〜２０００℃、上部の温度が下部のそれより１
００〜３００℃高く、かつ温度勾配が３℃／曽−以上と
なるように加熱することが必要である。

（実施例） 第１図の装置を用いて炭化珪素単結晶を製造した実施例
について以下に説明する。

グラファイト製るつ番ｒ１の底に炭化珪素単結晶基板４
を固定してからるつば１内に珪素Ｎｉ液の商さが３０ｍ
ｍとなるよう高純度多結晶珪素を装入し、ふた２をのせ
、さらにカーボンフェルト製断熱材７をのせ、図のよう
に成長槽９内に設置した。るつぽ１の位置は高周波コイ
ル１０の中心よりも下方となるようにした。

成長槽９内をＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒに排気した後、
槽９内にアルゴンを導入し、毎分１リットル流し続けた
。？１１１周波誘導加熱によりるつぼ１を加熱し、るつ
ぼの底部を１９００℃、珪素融を液面上部を２１００℃
（温度勾配６．７℃／ｌ）にして温度が安定した後、コ
イル１０を流れる高周波電流を一定に保った。４８時間
後、高周波電流を止め、自然冷却した後、成長槽９から
るつば１を取り出した。そのるつぽ１を７ツ化水素酸と
硝酸の１対１混合液中に浸して残留珪素をとかすと底部
−面に炭化珪素が析出しており、その中の炭化珪素基板
上のものを切り出すと、直径１０ＩＩＩＩＩＳ厚さ３１
の炭化珪素単結晶が得られた。

（発明の効果） 本発明により、炭化珪素単結晶基板上に高純度で大型の
炭化珪素単結晶を成長させることがで訃る。さらに、得
られた炭化珪素単結晶をスライス、ラップ、ボリッシェ
することにより、青色発光ダイオード、耐高温電子素子
用の基板として有用な炭化珪素基板を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の一例を示す図で
ある １・・・グラファイト製るつぼ、２・・・ふた、３・・
・珪素融液、４・・・炭化珪素単結晶基板、５・・・熱
シールド、６・・・熱シールドのふた、７・・・カーボ
ンフェルト製断熱材、８・・・支持台、９・・・成長槽
、１０・・・高周波コイル、１１・・・成長結晶。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）底部に炭化珪素単結晶基板を固定した高純度グラ
   ファイト製るつぼに高純度珪素を装入し、高純度不活性
   ガス雰囲気中でるつぼの下部の温度が１５００〜２００
   ０℃、上部の温度が下部の温度より１００〜３００℃高
   く、かつ温度勾配が３℃／ｍｍ以上となるようにるつぼ
   を加熱して珪素を融解し、るつぼ内高温部壁面から珪素
   融液中に炭素を溶出させ、底部の炭化珪素単結晶基板上
   に炭化珪素を成長させることを特徴とする液相温度差法
   による炭化珪素単結晶の製造方法。