JPH061698A - 炭化珪素バルク単結晶の製造方法 - Google Patents
炭化珪素バルク単結晶の製造方法Info
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- JPH061698A JPH061698A JP16122692A JP16122692A JPH061698A JP H061698 A JPH061698 A JP H061698A JP 16122692 A JP16122692 A JP 16122692A JP 16122692 A JP16122692 A JP 16122692A JP H061698 A JPH061698 A JP H061698A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶性及び均質性に優れた炭化珪素単結晶を
再現性良く得ることを目的とする。 【構成】 種結晶を用いた昇華再結晶法により炭化珪素
単結晶を成長させる際に、原料炭化珪素粉末に遷移金属
の珪素化合物を添加することのより、成長とともに変化
するＳｉ蒸気圧を一定に保ち、Ｓｉの枯渇による成長の
不均質性及び炭素に起因する欠陥等を防止し、バルク炭
化珪素単結晶の結晶性及び均質性を向上させる。
再現性良く得ることを目的とする。 【構成】 種結晶を用いた昇華再結晶法により炭化珪素
単結晶を成長させる際に、原料炭化珪素粉末に遷移金属
の珪素化合物を添加することのより、成長とともに変化
するＳｉ蒸気圧を一定に保ち、Ｓｉの枯渇による成長の
不均質性及び炭素に起因する欠陥等を防止し、バルク炭
化珪素単結晶の結晶性及び均質性を向上させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭化珪素バルク単結晶の
製造方法に関する。さらに詳しくは昇華再結晶法を用い
た炭化珪素バルク単結晶の製造方法に関する。
製造方法に関する。さらに詳しくは昇華再結晶法を用い
た炭化珪素バルク単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）は広い禁制帯幅
（２．２〜３．３ｅＶ）を有する半導体材料である。ま
た、熱的、化学的かつ機械的に極めて安定であり、放射
線損傷にも強いという優れた特徴を持っている。他方、
珪素のような従来の半導体材料を用いた素子は、特に高
温、高出力駆動、放射線照射等の苛酷な条件下ではその
使用は困難である。炭化珪素を用いた半導体素子は、こ
のような苛酷な条件下でも使用しうる半導体素子として
広範な分野での応用が期待されている。
（２．２〜３．３ｅＶ）を有する半導体材料である。ま
た、熱的、化学的かつ機械的に極めて安定であり、放射
線損傷にも強いという優れた特徴を持っている。他方、
珪素のような従来の半導体材料を用いた素子は、特に高
温、高出力駆動、放射線照射等の苛酷な条件下ではその
使用は困難である。炭化珪素を用いた半導体素子は、こ
のような苛酷な条件下でも使用しうる半導体素子として
広範な分野での応用が期待されている。
【０００３】しかしながら、大面積を有する高品質の炭
化珪素単結晶を、工業的規模で安定に供給しうる結晶成
長技術は、いまだ確立されていない。それゆえ、炭化珪
素は、上述のような多くの利点及び可能性を有する半導
体材料であるにもかかわらず、その実用化が阻まれてい
る。従来、研究室の規模では、例えば昇華再結晶法（レ
ーリー法）で炭化珪素単結晶を成長させ、半導体素子に
利用可能なサイズの炭化珪素単結晶を得ていた。しかし
ながら、この方法では、得られた単結晶の面積が小さ
く、その寸法及び形状を高精度に制御することは困難で
ある。また、炭化珪素が有する結晶多形及び不純物キャ
リヤ濃度の制御も容易ではない。
化珪素単結晶を、工業的規模で安定に供給しうる結晶成
長技術は、いまだ確立されていない。それゆえ、炭化珪
素は、上述のような多くの利点及び可能性を有する半導
体材料であるにもかかわらず、その実用化が阻まれてい
る。従来、研究室の規模では、例えば昇華再結晶法（レ
ーリー法）で炭化珪素単結晶を成長させ、半導体素子に
利用可能なサイズの炭化珪素単結晶を得ていた。しかし
ながら、この方法では、得られた単結晶の面積が小さ
く、その寸法及び形状を高精度に制御することは困難で
ある。また、炭化珪素が有する結晶多形及び不純物キャ
リヤ濃度の制御も容易ではない。
【０００４】また、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）を用
いて珪素等の異種基板上にヘテロエピタキシャル成長さ
せることにより立方晶の炭化珪素単結晶を成長させる方
法がある。この方法では、大面積の単結晶は得られる
が、基板との格子不整合が約２０％もあること等により
多くの欠陥を含む（〜１０7／ｃｍ2）炭化珪素単結晶し
か成長できず、高品質の炭化珪素単結晶を得ることは容
易ではない。
いて珪素等の異種基板上にヘテロエピタキシャル成長さ
せることにより立方晶の炭化珪素単結晶を成長させる方
法がある。この方法では、大面積の単結晶は得られる
が、基板との格子不整合が約２０％もあること等により
多くの欠陥を含む（〜１０7／ｃｍ2）炭化珪素単結晶し
か成長できず、高品質の炭化珪素単結晶を得ることは容
易ではない。
【０００５】これらの問題点を解決するために、種結晶
を用いて昇華再結晶法を行う改良型レーリー法が提案さ
れている（Yu.M.Tairov and V.F.Tsvetkov,J.Crystal G
rowth,52(1981),pp.146-150）。この方法を用いれば、
結晶多形及び形状を制御しながら、炭化珪素単結晶を成
長させることができる。
を用いて昇華再結晶法を行う改良型レーリー法が提案さ
れている（Yu.M.Tairov and V.F.Tsvetkov,J.Crystal G
rowth,52(1981),pp.146-150）。この方法を用いれば、
結晶多形及び形状を制御しながら、炭化珪素単結晶を成
長させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常、種結晶を用いた
昇華再結晶法では種結晶の温度、種結晶と原料との間の
温度勾配、圧力を制御して、六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ
型）及び、菱面体晶系（１５Ｒ型、２１Ｒ型）の炭化珪
素単結晶を成長させることができる。しかしながら、種
結晶を用いた昇華再結晶法においては、成長に関与する
分子種としてＳｉ、Ｓｉ2Ｃ、ＳｉＣ2が挙げられるが、
上記分子種の蒸気圧の違い及び成長温度が２０００℃以
上と高いことにより成長時間と共に上記分子種の割合が
変化する。特にＳｉの枯渇が問題になり良質の炭化珪素
単結晶が成長できなくなる。またこの問題を解決するた
めに、改良型の昇華再結晶法において、原料の炭化珪素
粉末に珪素粉末を添加して成長させる方法が提案されて
いる（特開平第３−３７１９５号）が、珪素の融点が約
１４００℃であるのに対し成長温度が２０００℃以上で
あるので、珪素添加の効果は成長開始時のみであり、均
質な炭化珪素単結晶を製造することはできない。
昇華再結晶法では種結晶の温度、種結晶と原料との間の
温度勾配、圧力を制御して、六方晶系（６Ｈ型、４Ｈ
型）及び、菱面体晶系（１５Ｒ型、２１Ｒ型）の炭化珪
素単結晶を成長させることができる。しかしながら、種
結晶を用いた昇華再結晶法においては、成長に関与する
分子種としてＳｉ、Ｓｉ2Ｃ、ＳｉＣ2が挙げられるが、
上記分子種の蒸気圧の違い及び成長温度が２０００℃以
上と高いことにより成長時間と共に上記分子種の割合が
変化する。特にＳｉの枯渇が問題になり良質の炭化珪素
単結晶が成長できなくなる。またこの問題を解決するた
めに、改良型の昇華再結晶法において、原料の炭化珪素
粉末に珪素粉末を添加して成長させる方法が提案されて
いる（特開平第３−３７１９５号）が、珪素の融点が約
１４００℃であるのに対し成長温度が２０００℃以上で
あるので、珪素添加の効果は成長開始時のみであり、均
質な炭化珪素単結晶を製造することはできない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、昇華再
結晶法によって、種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させ
る炭化珪素バルク単結晶の製造方法において、炭化珪素
粉末に遷移金属の珪素化合物を添加することを特徴とす
る炭化珪素バルク単結晶の製造方法が提供される。
結晶法によって、種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させ
る炭化珪素バルク単結晶の製造方法において、炭化珪素
粉末に遷移金属の珪素化合物を添加することを特徴とす
る炭化珪素バルク単結晶の製造方法が提供される。
【０００８】本発明に使用される炭化珪素粉末は、市販
の研磨材等に用いられている炭化珪素粉末が使用できる
が、遷移金属の珪素化合物及び遷移金属を含まない高純
度の炭化珪素粉末が望ましい。次に添加する遷移金属の
珪素化合物としては、融点が１８００〜２５００℃、好
ましくは１９００〜２４００℃である化合物を用いるこ
とができる。また遷移金属の珪素化合物を添加する方法
としては、遷移金属の珪素化合物をそのまま用いる方
法、もしくは遷移金属及び珪素を炭化珪素粉末に添加し
て、１７００〜２２００℃で熱処理することによる方法
が挙げられる。このような遷移金属の珪素化合物とし
て、例えば、珪化バナジウム、珪化タングステン、珪化
タンタル、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化レニウム
及び珪化ジルコニウム等が挙げられる。また炭化珪素粉
末に対する遷移金属の珪素化合物の添加割合は１〜１０
％、好ましくは２〜６％である。添加量が１％以下では
遷移金属の珪素化合物を添加した効果が現れず、１０％
以上では珪素過剰雰囲気になり良質な炭化珪素単結晶を
成長させることができない。
の研磨材等に用いられている炭化珪素粉末が使用できる
が、遷移金属の珪素化合物及び遷移金属を含まない高純
度の炭化珪素粉末が望ましい。次に添加する遷移金属の
珪素化合物としては、融点が１８００〜２５００℃、好
ましくは１９００〜２４００℃である化合物を用いるこ
とができる。また遷移金属の珪素化合物を添加する方法
としては、遷移金属の珪素化合物をそのまま用いる方
法、もしくは遷移金属及び珪素を炭化珪素粉末に添加し
て、１７００〜２２００℃で熱処理することによる方法
が挙げられる。このような遷移金属の珪素化合物とし
て、例えば、珪化バナジウム、珪化タングステン、珪化
タンタル、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化レニウム
及び珪化ジルコニウム等が挙げられる。また炭化珪素粉
末に対する遷移金属の珪素化合物の添加割合は１〜１０
％、好ましくは２〜６％である。添加量が１％以下では
遷移金属の珪素化合物を添加した効果が現れず、１０％
以上では珪素過剰雰囲気になり良質な炭化珪素単結晶を
成長させることができない。
【０００９】本発明で用いられる種結晶の炭化珪素単結
晶基板は公知の方法によって製造することができる。例
えば炭化珪素研磨材を工業的に製造する過程で副次的に
得られた単結晶を整形研磨し、さらに酸洗浄によって研
磨傷を除去したものを用いることができる。本発明にお
いて炭化珪素バルク単結晶の製造する方法は昇華再結晶
法によるが、その中でも改良型レーリー法によることが
好ましい。図１に示した図は、改良型レーリー法によっ
て炭化珪素単結晶を成長させる装置の一例である。図１
に基づいて以下に本発明の製造方法を説明する。
晶基板は公知の方法によって製造することができる。例
えば炭化珪素研磨材を工業的に製造する過程で副次的に
得られた単結晶を整形研磨し、さらに酸洗浄によって研
磨傷を除去したものを用いることができる。本発明にお
いて炭化珪素バルク単結晶の製造する方法は昇華再結晶
法によるが、その中でも改良型レーリー法によることが
好ましい。図１に示した図は、改良型レーリー法によっ
て炭化珪素単結晶を成長させる装置の一例である。図１
に基づいて以下に本発明の製造方法を説明する。
【００１０】まず黒鉛製るつぼ３の内部に、原料である
遷移金属の珪素化合物を含む炭化珪素粉末を充填する。
次に内面に種結晶である炭化珪素単結晶基板１が、取り
付けられた蓋４で黒鉛製るつぼ３を閉じる。この黒鉛製
るつぼ３を支持棒６によって石英管５の内部に設置し、
黒鉛製るつぼ３を熱シールド７で被覆する。更に不活性
ガス雰囲気中（例えばアルゴンガス）炭化珪素粉末２の
温度を、遷移金属の珪素化合物の種類によっても変わる
が、２１００〜２４００℃に設定し、種結晶の温度を２
０００〜２５００℃に設定する。続いて１０Ｔｏｒｒ以
下に減圧し、この状態で１〜１２時間維持することによ
って炭化珪素単結晶が得られる。
遷移金属の珪素化合物を含む炭化珪素粉末を充填する。
次に内面に種結晶である炭化珪素単結晶基板１が、取り
付けられた蓋４で黒鉛製るつぼ３を閉じる。この黒鉛製
るつぼ３を支持棒６によって石英管５の内部に設置し、
黒鉛製るつぼ３を熱シールド７で被覆する。更に不活性
ガス雰囲気中（例えばアルゴンガス）炭化珪素粉末２の
温度を、遷移金属の珪素化合物の種類によっても変わる
が、２１００〜２４００℃に設定し、種結晶の温度を２
０００〜２５００℃に設定する。続いて１０Ｔｏｒｒ以
下に減圧し、この状態で１〜１２時間維持することによ
って炭化珪素単結晶が得られる。
【００１１】
【作用】本発明のバルク炭化珪素単結晶の製造方法は、
種結晶を用いた昇華再結晶法によって炭化珪素の単結晶
を成長させる工程を含み、原料となる炭化珪素粉末に高
融点の遷移金属の珪素化合物を添加して成長させること
によって良質のバルク炭化珪素単結晶成長が可能とな
る。このとき、添加する遷移金属の珪素化合物の種類及
び原料となる炭化珪素粉末の温度を制御することによっ
てＳｉの蒸気圧を制御することができ、更に成長と共に
変化する成長に関与する分子種を一定に保ち成長させる
ことにより、炭素に関する異物等の混入を防止できるの
で、良質のバルク炭化珪素単結晶を再現性良く形成する
ことが可能となる。
種結晶を用いた昇華再結晶法によって炭化珪素の単結晶
を成長させる工程を含み、原料となる炭化珪素粉末に高
融点の遷移金属の珪素化合物を添加して成長させること
によって良質のバルク炭化珪素単結晶成長が可能とな
る。このとき、添加する遷移金属の珪素化合物の種類及
び原料となる炭化珪素粉末の温度を制御することによっ
てＳｉの蒸気圧を制御することができ、更に成長と共に
変化する成長に関与する分子種を一定に保ち成長させる
ことにより、炭素に関する異物等の混入を防止できるの
で、良質のバルク炭化珪素単結晶を再現性良く形成する
ことが可能となる。
【００１２】
実施例１ 図１を用いて説明する。まず、種結晶として、成長面方
位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ型の炭化珪
素単結晶からなる基板１を用意した。そして、この基板
１を黒鉛製るつぼ３の蓋４の内面に取り付けた。また、
黒鉛製るつぼ３の内部には、原料２となる高純度の立方
晶型の炭化珪素粉末を２５ｇ及び珪化タングステン（Ｗ
Ｓｉ2；融点２１６０℃）を０．５ｇ充填した。炭化珪
素粉末としては、ＪＩＳ粒度が＃２５０のものを用い
た。また珪化タングステンの炭化珪素粉末に対する割合
は２％である。
位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ型の炭化珪
素単結晶からなる基板１を用意した。そして、この基板
１を黒鉛製るつぼ３の蓋４の内面に取り付けた。また、
黒鉛製るつぼ３の内部には、原料２となる高純度の立方
晶型の炭化珪素粉末を２５ｇ及び珪化タングステン（Ｗ
Ｓｉ2；融点２１６０℃）を０．５ｇ充填した。炭化珪
素粉末としては、ＪＩＳ粒度が＃２５０のものを用い
た。また珪化タングステンの炭化珪素粉末に対する割合
は２％である。
【００１３】次いで原料を充填した黒鉛製るつぼ３を、
種結晶を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛製の支持棒６によ
り二重石英管５の内部に設置した。黒鉛製るつぼ３の周
囲は黒鉛製フェールト７で被覆した。そして、雰囲気ガ
スとしてアルゴンガス（Ａｒ）を、ステンレス製チャン
バー１０の枝管９から二重石英管５の内部に流した。Ａ
ｒガスの流量は１リットル／分に設定した。次に、ワー
クコイル８に高周波電流を流し、高周波電流を調節する
ことで炭化珪素粉末２の温度が２３００℃、種結晶の温
度が２２００℃になるように調節した。続いて、Ａｒガ
スの流量を調節するとともに、真空ポンプ１３を用いて
二重石英管５の内部を減圧した。この減圧を大気圧から
１０Ｔｏｒｒまで２０分かけて徐々に行い、１０Ｔｏｒ
ｒの真空度で保持した。この状態で５時間保持すること
により、約１０ｍｍの厚さの炭化珪素単結晶が成長し
た。
種結晶を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛製の支持棒６によ
り二重石英管５の内部に設置した。黒鉛製るつぼ３の周
囲は黒鉛製フェールト７で被覆した。そして、雰囲気ガ
スとしてアルゴンガス（Ａｒ）を、ステンレス製チャン
バー１０の枝管９から二重石英管５の内部に流した。Ａ
ｒガスの流量は１リットル／分に設定した。次に、ワー
クコイル８に高周波電流を流し、高周波電流を調節する
ことで炭化珪素粉末２の温度が２３００℃、種結晶の温
度が２２００℃になるように調節した。続いて、Ａｒガ
スの流量を調節するとともに、真空ポンプ１３を用いて
二重石英管５の内部を減圧した。この減圧を大気圧から
１０Ｔｏｒｒまで２０分かけて徐々に行い、１０Ｔｏｒ
ｒの真空度で保持した。この状態で５時間保持すること
により、約１０ｍｍの厚さの炭化珪素単結晶が成長し
た。
【００１４】このようにして得られた炭化珪素単結晶を
Ｘ線回折法、ラマン分光法により分析したところ、成長
面方位が（０００１）である六方晶型の６Ｈ型の炭化珪
素単結晶が成長していることがわかった。成長速度は２
ｍｍ／時であり、成長した結晶は種結晶上より成長最表
面まで均一で欠陥も少なく、高品質の炭化珪素単結晶で
あることがわかった。
Ｘ線回折法、ラマン分光法により分析したところ、成長
面方位が（０００１）である六方晶型の６Ｈ型の炭化珪
素単結晶が成長していることがわかった。成長速度は２
ｍｍ／時であり、成長した結晶は種結晶上より成長最表
面まで均一で欠陥も少なく、高品質の炭化珪素単結晶で
あることがわかった。
【００１５】更に、上記と同条件で珪化タンタル（Ｔａ
Ｓｉ2；融点２２００℃）又は珪化ジルコニウム（Ｚｒ2
Ｓｉ；融点２１００℃）を添加して成長させた結果、同
様の結晶性に優れた均質な炭化珪素単結晶が成長してい
ることがわかった。
Ｓｉ2；融点２２００℃）又は珪化ジルコニウム（Ｚｒ2
Ｓｉ；融点２１００℃）を添加して成長させた結果、同
様の結晶性に優れた均質な炭化珪素単結晶が成長してい
ることがわかった。
【００１６】実施例２ 図１を用いて説明する。まず、黒鉛製るつぼ３の内部
に、原料２となる高純度の立方晶型の炭化珪素粉末を２
５ｇ、珪素粉末を０．３７ｇ及びモリブデン粉末を０．
６３ｇ充填した。炭化珪素粉末としては、ＪＩＳ粒度が
＃１０００のものを用いた。原料を充填した黒鉛製るつ
ぼ３を、種結晶を取り付けていない蓋４で閉じ、黒鉛製
の支持棒６により二重石英管５の内部に設置した。黒鉛
製るつぼ３の周囲には黒鉛製フェールト７で被覆した。
そして、雰囲気ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を、ス
テンレス製チャンバー１０の枝管９から二重石英管５の
内部に流した。Ａｒガスの流量は１リットル／分に設定
した。次に、ワークコイル８に高周波電流を流し、高周
波電流を調節することで炭化珪素粉末２の温度が２１０
０℃になるように調節し、２０分間保持した。この処理
によってモリブデンと珪素が反応して珪化モリブデン
（ＭｏＳｉ2；融点１９５０℃）が形成される。また珪
化モリブデンの炭化珪素粉末に対する割合は４％であ
る。
に、原料２となる高純度の立方晶型の炭化珪素粉末を２
５ｇ、珪素粉末を０．３７ｇ及びモリブデン粉末を０．
６３ｇ充填した。炭化珪素粉末としては、ＪＩＳ粒度が
＃１０００のものを用いた。原料を充填した黒鉛製るつ
ぼ３を、種結晶を取り付けていない蓋４で閉じ、黒鉛製
の支持棒６により二重石英管５の内部に設置した。黒鉛
製るつぼ３の周囲には黒鉛製フェールト７で被覆した。
そして、雰囲気ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を、ス
テンレス製チャンバー１０の枝管９から二重石英管５の
内部に流した。Ａｒガスの流量は１リットル／分に設定
した。次に、ワークコイル８に高周波電流を流し、高周
波電流を調節することで炭化珪素粉末２の温度が２１０
０℃になるように調節し、２０分間保持した。この処理
によってモリブデンと珪素が反応して珪化モリブデン
（ＭｏＳｉ2；融点１９５０℃）が形成される。また珪
化モリブデンの炭化珪素粉末に対する割合は４％であ
る。
【００１７】種結晶として、成長面方位が（０００１）
方向である六方晶型の４Ｈ型の炭化珪素単結晶からなる
基板１を用意した。そして、この基板１を黒鉛製るつぼ
３の蓋４の内面に取り付けた。次いで原料を充填した黒
鉛製るつぼ３を、種結晶を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛
製の支持棒６により二重石英管５の内部に設置した。黒
鉛製るつぼ３の周囲には黒鉛製フェールト７で被覆し
た。そして、雰囲気ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）
を、ステンレス製チャンバー１０の枝管９から二重石英
管５の内部に流した。Ａｒガスの流量は１リットル／分
に設定した。次に、ワークコイル８に高周波電流を流
し、高周波電流を調節することで炭化珪素粉末２の温度
が２０５０℃、種結晶の温度が２１００℃になるように
調節した。続いて、Ａｒガスの流量を調節するととも
に、真空ポンプ１３を用いて二重石英管５の内部を減圧
した。この減圧を大気圧から１Ｔｏｒｒまで６０分かけ
て徐々に行い、１Ｔｏｒｒの真空度で保持した。この状
態で５時間保持することにより、約５．５ｍｍの厚さの
炭化珪素単結晶が成長した。
方向である六方晶型の４Ｈ型の炭化珪素単結晶からなる
基板１を用意した。そして、この基板１を黒鉛製るつぼ
３の蓋４の内面に取り付けた。次いで原料を充填した黒
鉛製るつぼ３を、種結晶を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛
製の支持棒６により二重石英管５の内部に設置した。黒
鉛製るつぼ３の周囲には黒鉛製フェールト７で被覆し
た。そして、雰囲気ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）
を、ステンレス製チャンバー１０の枝管９から二重石英
管５の内部に流した。Ａｒガスの流量は１リットル／分
に設定した。次に、ワークコイル８に高周波電流を流
し、高周波電流を調節することで炭化珪素粉末２の温度
が２０５０℃、種結晶の温度が２１００℃になるように
調節した。続いて、Ａｒガスの流量を調節するととも
に、真空ポンプ１３を用いて二重石英管５の内部を減圧
した。この減圧を大気圧から１Ｔｏｒｒまで６０分かけ
て徐々に行い、１Ｔｏｒｒの真空度で保持した。この状
態で５時間保持することにより、約５．５ｍｍの厚さの
炭化珪素単結晶が成長した。
【００１８】このようにして得られた炭化珪素単結晶を
Ｘ線回折法、ラマン分光法により分析したところ、成長
面方位が（０００１）である六方晶型の４Ｈ型の炭化珪
素単結晶が成長していることがわかった。成長速度は
１．１ｍｍ／時であり、成長した結晶は種結晶上より成
長最表面まで均一で欠陥も少なく、高品質の炭化珪素単
結晶であることがわかった。
Ｘ線回折法、ラマン分光法により分析したところ、成長
面方位が（０００１）である六方晶型の４Ｈ型の炭化珪
素単結晶が成長していることがわかった。成長速度は
１．１ｍｍ／時であり、成長した結晶は種結晶上より成
長最表面まで均一で欠陥も少なく、高品質の炭化珪素単
結晶であることがわかった。
【００１９】実施例３ 図１を用いて説明する。まず、種結晶として、成長面方
位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ型の炭化珪
素単結晶からなる基板１を用意した。そして、この基板
１を黒鉛製るつぼ３の蓋４の内面に取り付けた。また、
黒鉛製るつぼ３の内部には、原料２となる高純度の立方
晶型の炭化珪素粉末を２５ｇ、珪化タンタル（ＴａＳｉ
2；融点２２００℃）を０．５ｇ及び珪化ニオブ（Ｎｂ
Ｓｉ2；融点２１６０℃）を０．２５ｇ充填した。炭化
珪素粉末としては、ＪＩＳ粒度が＃１００のものを用い
た。珪化タンタルと珪化ニオブの炭化珪素粉末に対する
割合はそれぞれ３％である。
位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ型の炭化珪
素単結晶からなる基板１を用意した。そして、この基板
１を黒鉛製るつぼ３の蓋４の内面に取り付けた。また、
黒鉛製るつぼ３の内部には、原料２となる高純度の立方
晶型の炭化珪素粉末を２５ｇ、珪化タンタル（ＴａＳｉ
2；融点２２００℃）を０．５ｇ及び珪化ニオブ（Ｎｂ
Ｓｉ2；融点２１６０℃）を０．２５ｇ充填した。炭化
珪素粉末としては、ＪＩＳ粒度が＃１００のものを用い
た。珪化タンタルと珪化ニオブの炭化珪素粉末に対する
割合はそれぞれ３％である。
【００２０】次いで原料を充填した黒鉛製るつぼ３を、
種結晶を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛製の支持棒６によ
り二重石英管５の内部に設置した。黒鉛製るつぼ３の周
囲は黒鉛製フェールト７で被覆した。そして、雰囲気ガ
スとしてアルゴンガス（Ａｒ）を、ステンレス製チャン
バー１０の枝管９から二重石英管５の内部に流した。Ａ
ｒガスの流量は１リットル／分に設定した。次に、ワー
クコイル８に高周波電流を流し、高周波電流を調節する
ことで炭化珪素粉末２の温度が２１００℃、種結晶の温
度が２０５０℃になるように調節した。続いて、Ａｒガ
スの流量を調節するとともに、真空ポンプ１３を用いて
二重石英管５の内部を減圧した。この減圧を大気圧から
３５Ｔｏｒｒまで６０分かけて徐々に行い、３５Ｔｏｒ
ｒの真空度で保持した。この状態で６時間保持すること
により、約４．２ｍｍの厚さの炭化珪素単結晶が成長し
た。
種結晶を取り付けた蓋４で閉じ、黒鉛製の支持棒６によ
り二重石英管５の内部に設置した。黒鉛製るつぼ３の周
囲は黒鉛製フェールト７で被覆した。そして、雰囲気ガ
スとしてアルゴンガス（Ａｒ）を、ステンレス製チャン
バー１０の枝管９から二重石英管５の内部に流した。Ａ
ｒガスの流量は１リットル／分に設定した。次に、ワー
クコイル８に高周波電流を流し、高周波電流を調節する
ことで炭化珪素粉末２の温度が２１００℃、種結晶の温
度が２０５０℃になるように調節した。続いて、Ａｒガ
スの流量を調節するとともに、真空ポンプ１３を用いて
二重石英管５の内部を減圧した。この減圧を大気圧から
３５Ｔｏｒｒまで６０分かけて徐々に行い、３５Ｔｏｒ
ｒの真空度で保持した。この状態で６時間保持すること
により、約４．２ｍｍの厚さの炭化珪素単結晶が成長し
た。
【００２１】このようにして得られた炭化珪素単結晶を
Ｘ線回折法、ラマン分光法により分析したところ、結晶
面方位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ型炭化
珪素単結晶が成長していることがわかった。成長速度は
０．７ｍｍ／時であり、成長した結晶は種結晶上より成
長最表面まで均一で欠陥も少なく、高品質の炭化珪素単
結晶であることがわかった。
Ｘ線回折法、ラマン分光法により分析したところ、結晶
面方位が（０００１）方向である六方晶型の６Ｈ型炭化
珪素単結晶が成長していることがわかった。成長速度は
０．７ｍｍ／時であり、成長した結晶は種結晶上より成
長最表面まで均一で欠陥も少なく、高品質の炭化珪素単
結晶であることがわかった。
【００２２】比較例 遷移金属の珪素化合物を原料炭化珪素粉末に添加しない
こと以外は、前記の実施例１と同様にして炭化珪素単結
晶を成長させた。この炭化珪素単結晶は成長中に発生す
る炭素に関する穴構造や欠陥が多数観測され、結晶性に
劣る結晶しか得られなかった。
こと以外は、前記の実施例１と同様にして炭化珪素単結
晶を成長させた。この炭化珪素単結晶は成長中に発生す
る炭素に関する穴構造や欠陥が多数観測され、結晶性に
劣る結晶しか得られなかった。
【００２３】また、珪素を２％添加して炭化珪素単結晶
を成長させた場合では、成長開始から約２ｍｍまでは均
質な単結晶が得られるが、成長とともに珪素の枯渇によ
って穴構造や欠陥が多数発生し、均質な単結晶が得られ
なくなった。
を成長させた場合では、成長開始から約２ｍｍまでは均
質な単結晶が得られるが、成長とともに珪素の枯渇によ
って穴構造や欠陥が多数発生し、均質な単結晶が得られ
なくなった。
【００２４】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、種結晶を用
いた昇華再結晶法により、良質の炭化珪素単結晶、特に
バルク炭化珪素単結晶を再現性及び均質性もよく成長さ
せることができる。このような炭化珪素単結晶を成長用
基板として用い、気相エピタキシャル成長法により、こ
の基板上に炭化珪素単結晶を成長させれば、電気的特性
に優れた青色発行素子及び炭化珪素半導体装置（例え
ば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、相補性モス集積
回路（Ｃ−ＭＯＳ）、及び各種パワー素子等）を制作す
ることができる。しかも、上記のような炭化珪素単結晶
を再現性良く得られるので、電気的特性に優れた上記の
各種炭化珪素半導体装置を、工業的規模で歩留り良く生
産することができる。
いた昇華再結晶法により、良質の炭化珪素単結晶、特に
バルク炭化珪素単結晶を再現性及び均質性もよく成長さ
せることができる。このような炭化珪素単結晶を成長用
基板として用い、気相エピタキシャル成長法により、こ
の基板上に炭化珪素単結晶を成長させれば、電気的特性
に優れた青色発行素子及び炭化珪素半導体装置（例え
ば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、相補性モス集積
回路（Ｃ−ＭＯＳ）、及び各種パワー素子等）を制作す
ることができる。しかも、上記のような炭化珪素単結晶
を再現性良く得られるので、電気的特性に優れた上記の
各種炭化珪素半導体装置を、工業的規模で歩留り良く生
産することができる。
【図１】本発明の製造方法に用いられる結晶成長装置の
一例を示す概略断面図である。
一例を示す概略断面図である。
１ 炭化珪素単結晶基板 ２ 遷移金属の珪素化合物を含む炭化珪素粉末 ３ 黒鉛性るつぼ ４ 黒鉛性るつぼ蓋 ５ 石英管 ６ 支持棒 ７ 熱シールド ８ ワークコイル ９ 枝管 １０ チャンバー １１ 枝管 １２ チャンバー １３ 真空ポンプ
Claims (7)
- 【請求項１】 昇華再結晶法によって、種結晶上に炭化
珪素単結晶を成長させる炭化珪素バルク単結晶の製造方
法において、炭化珪素粉末に遷移金属の珪素化合物を添
加することを特徴とする炭化珪素バルク単結晶の製造方
法。 - 【請求項２】 添加する遷移金属の珪素化合物の融点が
１８００〜２５００℃である請求項１記載の炭化珪素バ
ルク単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 遷移金属の珪素化合物が、遷移金属の珪
素合金である請求項１記載の炭化珪素バルク単結晶の製
造方法。 - 【請求項４】 炭化珪素粉末に遷移金属の珪素化合物を
添加する方法が、遷移金属、珪素及び炭化珪素粉末の混
合物を熱処理することによる請求項１記載の炭化珪素バ
ルク単結晶の製造方法。 - 【請求項５】 遷移金属の珪素化合物が、珪化バナジウ
ム、珪化タングステン、珪化タンタル、珪化モリブデ
ン、珪化ニオブ、珪化レニウム及び珪化ジルコニウムか
らなる請求項３及び４記載の炭化珪素バルク単結晶の製
造方法。 - 【請求項６】 遷移金属の珪素化合物を１種以上添加す
る請求項１記載の炭化珪素バルク単結晶の製造方法。 - 【請求項７】 炭化珪素粉末に対する遷移金属の珪素化
合物の割合が１〜１０％である請求項１記載の炭化珪素
バルク単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16122692A JPH061698A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 炭化珪素バルク単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16122692A JPH061698A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 炭化珪素バルク単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH061698A true JPH061698A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15731030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16122692A Pending JPH061698A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 炭化珪素バルク単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061698A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03194859A (ja) * | 1989-12-25 | 1991-08-26 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 電池およびその陽極活物質、並びに該陽極活物質に用いられる二酸化マンガンの製造方法 |
| US5964944A (en) * | 1996-03-29 | 1999-10-12 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of producing silicon carbide single crystal |
| US7501208B2 (en) | 2001-06-01 | 2009-03-10 | Eveready Battery Company, Inc. | Doped manganese dioxides |
| JP2013028475A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Kyocera Corp | 単結晶基板およびそれを用いた半導体素子 |
| CN106591952A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | 河北同光晶体有限公司 | 一种SiC晶片的制备方法 |
| US11111599B2 (en) * | 2018-09-06 | 2021-09-07 | Showa Denko K.K. | Single crystal growth method which includes covering a part of a surface of a raw material for sublimation with a metal carbide powder |
| US11814749B2 (en) | 2018-09-06 | 2023-11-14 | Resonac Corporation | Single crystal growth crucible and single crystal growth method |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP16122692A patent/JPH061698A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03194859A (ja) * | 1989-12-25 | 1991-08-26 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 電池およびその陽極活物質、並びに該陽極活物質に用いられる二酸化マンガンの製造方法 |
| US5964944A (en) * | 1996-03-29 | 1999-10-12 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of producing silicon carbide single crystal |
| US7501208B2 (en) | 2001-06-01 | 2009-03-10 | Eveready Battery Company, Inc. | Doped manganese dioxides |
| JP2013028475A (ja) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Kyocera Corp | 単結晶基板およびそれを用いた半導体素子 |
| CN106591952A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | 河北同光晶体有限公司 | 一种SiC晶片的制备方法 |
| US11111599B2 (en) * | 2018-09-06 | 2021-09-07 | Showa Denko K.K. | Single crystal growth method which includes covering a part of a surface of a raw material for sublimation with a metal carbide powder |
| US11814749B2 (en) | 2018-09-06 | 2023-11-14 | Resonac Corporation | Single crystal growth crucible and single crystal growth method |
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