JP7217627B2 - ＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶製造用の構造体 - Google Patents
ＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶製造用の構造体 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶製造用の構造体に関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い。炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。
ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ単結晶基板上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）によってＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることによって製造される。
ＳｉＣ単結晶基板は、ＳｉＣ単結晶を切り出して作製される。このＳｉＣ単結晶は、昇華法等の結晶成長方法によって得られる。昇華法は、黒鉛製の坩堝内に配置した台座にＳｉＣ単結晶からなる種結晶を配置し、坩堝を加熱することで坩堝内の原料粉末から昇華した昇華ガスを種結晶に供給し、種結晶をより大きなＳｉＣ単結晶へ成長させる方法である。
近年、市場の要求に伴い、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させるＳｉＣ単結晶基板の大口径化が求められている。そのためＳｉＣ単結晶自体の大口径化、長尺化の要望も高まっている。ＳｉＣ単結晶の大口径化、長尺化の要望と共に、高品質化の要望も高まっている。ＳｉＣ単結晶の結晶成長において、その品質に影響を及ぼす要素は種々存在する。
ＳｉＣ単結晶を結晶成長する際の成長空間内の温度は、ＳｉＣ単結晶の品質に影響を及ぼす一因である。ＳｉＣ単結晶は、２０００℃近い高温で結晶成長する。成長空間の温度が低下しないように、成長容器の周囲に断熱材が設けられている。断熱材は、炭素繊維を用いた成形断熱材等が用いられる（例えば、特許文献１）。
また特許文献２には、ＳｉＣウィスカー等の耐熱無機繊維集積物からなるコア材を、アルミナ繊維クロス等のスキン材で覆った断熱材が記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の成形断熱材は、製造時の加熱むら等により断熱特性に分布が生じ、その断熱特性を十分コントロールできず、成長容器内の温度分布の再現性が低下する。また特許文献２に記載の断熱材は、宇宙往還機やロケット等の機体に用いられるものである。アルミナ繊維クロスは、１５００℃程度の耐熱性を有するが、ＳｉＣ単結晶の成長温度に耐えることができない。したがって、断熱特性を制御でき、且つ、ＳｉＣ単結晶の成長温度に対して耐熱性を有する断熱材が求められている。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣが結晶成長する成長空間の温度分布を設計できるＳｉＣ単結晶の製造装置及び断熱ユニットを提供することを目的とする。
本発明者は、容器に充填される充填材の充填率等を変えることで断熱材の熱伝導率を自由に設計でき、これらをユニットとして組み上げることで、ＳｉＣが結晶成長する成長空間の温度分布を設計できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
（１）第１の態様にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置は、第１方向にＳｉＣの単結晶が成長する成長空間を内部に有する成長容器と、前記成長容器を覆い、複数のユニットを含む断熱材と、を有し、前記複数のユニットは、第１ユニットと、前記第１ユニットと少なくとも熱伝導率の異なる第２ユニットと、を有し、前記第１ユニットは、黒鉛と金属炭化物とのうち少なくとも一方からなる容器と、前記容器内に交換可能に封入された充填材と、を有する。
（２）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記充填材は、ＳｉＣ又は金属炭化物の粉体又は板材であってもよい。
（３）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記ＳｉＣ又は金属炭化物の粉体又は板材は、形状異方性を有してもよい。
（４）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記第１ユニットは、熱伝導率に異方性を有してもよい。
（５）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が低く、前記第１ユニットは、前記第１方向において、前記成長容器の単結晶が設置される上壁と対向する下壁の外側を覆い、前記第２ユニットは、前記第１方向と交差する径方向において、前記成長容器の側壁の外側を覆ってもよい。
（６）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が高く、前記第１ユニットは、前記第１方向において、前記成長容器の単結晶が設置される上壁の外側を覆い、前記第２ユニットは、前記第１方向において、前記上壁と対向する前記成長容器の下壁の外側を覆ってもよい。
（７）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が低く、前記第１ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁において、前記第１方向からの平面視で前記単結晶と重なる第１部分の外側を覆い、前記第２ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁の前記第１部分以外の第２部分の外側を覆ってもよい。
（８）上記態様に係るＳｉＣ単結晶の製造装置において、前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が高く、前記第１ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁において、前記第１方向からの平面視で前記単結晶と重なる第１部分の外側を覆い、前記第２ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁の前記第１部分以外の第２部分の外側を覆ってもよい。
（９）第２の態様に係るＳｉＣ単結晶の製造用構造体は、ＳｉＣの単結晶が結晶成長する成長容器を覆う断熱材に用いられ、複数のユニットが組み合わさることで前記断熱材となるＳｉＣ単結晶の製造用構造体であって、黒鉛又は金属炭化物からなる容器と、前記容器内に交換可能に封入された充填材と、を有する。
（１０）第３の態様に係るＳｉＣ単結晶の製造用構造体は、ＳｉＣの単結晶が結晶成長する成長容器と、前記成長容器を輻射熱により加熱するヒータとの間に設けられるＳｉＣ単結晶の製造用構造体であって、黒鉛又は金属炭化物からなる容器と、前記容器内に交換可能に封入された充填材と、を有し、第１方向の熱伝導性と、前記第１方向と交差する第２方向の熱伝導性と、が異なる。
上記態様にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置及びＳｉＣ単結晶の製造用構造体によれば、ＳｉＣが結晶成長する成長空間の温度分布を設計できる。
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図１に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０１は、成長容器１０と断熱材２０と支持体３０とを有する。成長容器１０は、内部に成長空間Ｋを有する。成長空間Ｋ内には、原料Ｇと種結晶Ｓとが対向して配置される。図１では、理解を容易にするために、原料Ｇと種結晶Ｓとを同時に図示する。
図１は、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図１に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０１は、成長容器１０と断熱材２０と支持体３０とを有する。成長容器１０は、内部に成長空間Ｋを有する。成長空間Ｋ内には、原料Ｇと種結晶Ｓとが対向して配置される。図１では、理解を容易にするために、原料Ｇと種結晶Ｓとを同時に図示する。
まず方向について定義する。製造装置１０１内において原料Ｇから種結晶Ｓへ向かう方向を第１方向という。第１方向は、例えば、図１における上下方向である。以下、便宜上、成長空間Ｋにおいて種結晶Ｓが設置される側を「上」、原料Ｇが充填される側を「下」という。また第１方向と交差する（略直交する）方向を径方向という。径方向は、例えば、図１における左右方向である。
成長容器１０は、例えば、ＳｉＣ単結晶の成長に用いられる坩堝又は炉である。昇華法の場合、成長容器１０は坩堝であり、ガス法等の場合、成長容器１０は炉である。成長容器１０は、成長容器１０の径方向に設けられたコイル等からの誘導加熱により加熱される。
成長容器１０は、上壁１１と側壁１２と下壁１３と結晶設置部１４を有する。上壁１１、側壁１２及び下壁１３は、成長空間Ｋを囲む。成長空間Ｋの下壁１３側には、原料Ｇが充填される。上壁１１は、成長容器１０の第１方向において結晶設置部１４が設けられた側の部分である。下壁１３は、上壁１１と対向する部分である。側壁１２は、上壁１１と下壁１３とを繋ぎ、径方向と交差する部分である。結晶設置部１４は、上壁１１の成長空間Ｋ側に位置する。結晶設置部１４には、種結晶Ｓが設置される。
断熱材２０は、成長容器１０を覆う。断熱材２０は、複数のユニットを有する。図１に示す断熱材２０は、第１ユニット２１、第２ユニット２２及び第３ユニット２３を有する。
第１ユニット２１は、成長容器１０の下壁１３の外側を覆う。第２ユニット２２は、成長容器１０の側壁１２の外側を覆う。第３ユニット２３は、成長容器１０の上壁１１の外側を覆う。
図２は、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置１０１を構成する断熱材２０の第１ユニット２１の断面図である。第１ユニット２１は、容器２１Ａと充填材２１Ｂとを有する。
容器２１Ａは、黒鉛又は金属炭化物を含む。容器２１Ａは、全てが黒鉛又は金属炭化物からなってもよく、一部が黒鉛、その他の部分が金属炭化物でもよい。
充填材２１Ｂは、交換可能である。図２に示す充填材２１Ｂは、長軸と短軸を有し、形状異方性を有する。図２に示す充填材２１Ｂは、例えば、ウィスカーである。充填材２１Ｂが形状異方性を有すると、第１方向と、第２方向とで熱伝導率に差が生じる。すなわち充填材２１Ｂは、熱伝導率に異方性を有する。第１方向は、充填材２１Ｂの長軸が主として配向する方向である。第２方向は、充填材２１Ｂの短軸が主として配向する方向である。主として配向するとは、例えば任意に選択された１０個の充填材２１Ｂの長軸又は短軸のベクトル方向を足し合わせた方向である。
充填材２１Ｂは、図２のように形状異方性を有する粉体に限られない。充填材２１Ｂは、形状異方性を有さない粒子でも、板材であってもよい。充填材２１Ｂは、例えば、黒鉛、ＳｉＣ、金属炭化物（例えば、ＴａＣ）からなる。充填材２１Ｂは、好ましくは、ＳｉＣ及び金属炭化物である。金属炭化物は、成長空間Ｋから漏れだしたＳｉ系のガスと反応しにくい。
第２ユニット２２及び第３ユニット２３は、例えば、第１ユニット２１と同様の構成からなる。第２ユニット２２及び第３ユニット２３は、炭素繊維を用いた成形断熱材でもよい。
第１ユニット２１は、第２ユニット２２と熱伝導率が異なる。図１に示す製造装置１０１においては、第１ユニット２１は、第２ユニット２２より熱伝導率が低い。第３ユニット２３の熱伝導率は、特に限定されない。第３ユニット２３の熱伝導率は、例えば、第２ユニット２２と略同一である。第１ユニット２１、第２ユニット２２及び第３ユニット２３の熱伝導率は、２０００℃以上の高温で熱伝導率が１０Ｗ／ｍｋ以下であることが好ましい。
第１ユニット２１の実効的な熱伝導率は、充填材２１Ｂの充填率、充填材２１Ｂ自体の熱伝導率、充填材２１Ｂの大きさ等により制御される。第２ユニット２２及び第３ユニット２３の実効的な熱伝導率も同様である。
実効的な熱伝導率は、以下の式（１）で表される。
ｋｅｆｆ＝（１－εｐ）ｋ＋εｐ（ｋｇａｓ＋８／３εσ４Ｔ３ｄｐ）…（１）
式（１）において、ｋｅｆｆは実効的な熱伝導率であり、εｐは容器２１Ａ内の空隙率であり、ｋｇａｓは容器２１Ａ内のガスの熱伝導率であり、εは輻射率であり、σはステファン－ボルツマン定数であり、Ｔは温度であり、ｄｐは粒径である。
ｋｅｆｆ＝（１－εｐ）ｋ＋εｐ（ｋｇａｓ＋８／３εσ４Ｔ３ｄｐ）…（１）
式（１）において、ｋｅｆｆは実効的な熱伝導率であり、εｐは容器２１Ａ内の空隙率であり、ｋｇａｓは容器２１Ａ内のガスの熱伝導率であり、εは輻射率であり、σはステファン－ボルツマン定数であり、Ｔは温度であり、ｄｐは粒径である。
式（１）に従い、原料粉末の平均粒径、原料の空隙率を変化させると、実効的な熱伝導率は変化する。例えば、原料粉末の平均粒径を大きくすると、熱伝導率は大きくなる。またＳｉＣの昇華温度域（２０００℃以上２５００℃以下）においては、空隙率が大きいほど原料の熱伝導率は小さくなる。
支持体３０は、成長容器１０を下方から支持する。支持体３０は、回転可能でもよい。支持体３０が回転することで、原料Ｇの加熱が均一になる。支持体３０は、例えば、黒鉛材からなる。支持体３０の熱伝導率は、炭素繊維を用いた成形断熱材より高い。
上記製造装置１０１によれば、ＳｉＣが結晶成長する成長空間Ｋの温度分布を制御できる。支持体３０は、断熱材２０より熱伝導率が高い。成長容器１０の熱は、支持体３０を介して下方に逃げやすい。第１ユニット２１の熱伝導率を低くすることで、支持体３０を介した熱の逃げを抑制できる。その結果、成長空間Ｋの下方に位置する原料Ｇが効率的に加熱される。原料Ｇが効率的に加熱されると、原料ガスが効率的に昇華し、単結晶がより大きく成長する。
また第１ユニット２１の熱伝導率は、充填材２１Ｂの充填率等によって自由に設計できる。第１ユニット２１、第２ユニット２２及び第３ユニット２３の熱伝導率を設計することで、成長空間Ｋ内の温度分布を設計できる。
また第１ユニット２１における充填材２１Ｂは交換可能である。例えば、充填材２１Ｂが黒鉛からなる場合、充填材２１Ｂは成長容器１０から漏れだしたＳｉ系のガスと反応する。充填材２１Ｂを交換可能にすることで、断熱材２０全体の交換頻度が下がり、ＳｉＣ単結晶の製造コストを抑制できる。
また第１ユニット２１の容器２１Ａが黒鉛からなる場合、容器２１Ａを安価に作製できる。一方で、第１ユニット２１の容器２１Ａが金属炭化物からなる場合は、金属炭化物は絶縁体であり、コイルからの誘導が乗らず、加熱されないため、コイルの近傍に配置することができる。
（変形例）
図３は、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の変形例の断面図である。変形例に係る製造装置１０１Ａは、支持体３０が成長容器１０を直接支持していない点で、上記例に係る製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。
図３は、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の変形例の断面図である。変形例に係る製造装置１０１Ａは、支持体３０が成長容器１０を直接支持していない点で、上記例に係る製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付す。
支持体３０は、第１ユニット２１を介して成長容器１０を支持する。第１ユニット２１は、支持体３０と共に、回転可能である。第１ユニット２１は、支持体３０より熱伝導率が低い。第１ユニット２１を介して成長容器１０を支持することで、支持体３０を介した熱の逃げをより抑制できる。
「第２実施形態」
図４は、第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図２に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０２は、断熱材２０を構成する各ユニットの配置が、図１に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
図４は、第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図２に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０２は、断熱材２０を構成する各ユニットの配置が、図１に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
製造装置１０２において、第１ユニット２１は、成長容器１０の上壁１１の外側を覆う。第２ユニット２２は、成長容器１０の下壁１３の外側を覆う。第３ユニット２３は、成長容器１０の側壁１２の外側を覆う。
第１ユニット２１は、第２ユニット２２と熱伝導率が異なる。図４に示す製造装置１０２において、第１ユニット２１は、第２ユニット２２より熱伝導率が高い。第３ユニット２３の熱伝導率は、特に限定されない。第３ユニット２３の熱伝導率は、例えば、第２ユニット２２と略同一又は第２ユニット２２の熱伝導率より低い。
第１ユニット２１の熱伝導率が第２ユニット２２より熱伝導率より高いと、熱伝導率の高い第１ユニット２１側が第２ユニット２２側より成長空間Ｋ内で低温になる。すなわち、成長容器１０の上壁１１は下壁１３より温度が低くなる。ＳｉＣの単結晶は、原料Ｇから昇華した原料ガスが、種結晶Ｓの表面で再結晶化することで成長する。昇華効率を高めるためには原料Ｇの温度を高くすることが好ましく、再結晶化の効率を高めるためには種結晶Ｓの近傍の温度は比較的低くすることが好ましい。したがって、上壁１１の温度が下壁１３の温度より低いと、単結晶の成長効率が高まる。また温度分布に従い、原料Ｇから種結晶Ｓへ向かうガスの流れが形成される。ガスの流れは、単結晶の成長効率を高め、より大きい単結晶が得られる。
上述のように、第２実施形態にかかる製造装置１０２によれば、ＳｉＣが結晶成長する成長空間Ｋの温度分布を制御できる。
「第３実施形態」
図５は、第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図３に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０３は、断熱材２０を構成する各ユニットの配置が、図１に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
図５は、第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図３に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０３は、断熱材２０を構成する各ユニットの配置が、図１に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
製造装置１０３において、第１ユニット２１は、成長容器１０の上壁１１の第１部分の外側を覆う。第１部分は、第１方向からの平面視で上壁１１と単結晶（種結晶Ｓ）とが重なる部分である。第２ユニット２２は、成長容器１０の上壁１１の第２部分の外側を覆う。第２部分は、上壁１１において第１部分以外の部分である。第３ユニット２３は、成長容器１０の側壁１２及び下壁１３の外側を覆う。
第１ユニット２１は、第２ユニット２２と熱伝導率が異なる。図５に示す製造装置１０３においては、第１ユニット２１は、第２ユニット２２より熱伝導率が高い。第３ユニット２３の熱伝導率は、特に限定されない。第３ユニット２３の熱伝導率は、例えば、第２ユニット２２と略同一又は第２ユニット２２の熱伝導率より高い。
第１ユニット２１の熱伝導率が第２ユニット２２より熱伝導率より高いと、結晶設置部１４近傍の等温面Ｔは、原料Ｇに向かって凸になる。単結晶は、等温面に沿って成長するため、成長面が凸面の単結晶が得られる。
上述のように、第３実施形態にかかる製造装置１０３によれば、ＳｉＣが結晶成長する成長空間Ｋの温度分布を制御できる。
「第４実施形態」
図６は、第４実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図６に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０３は、第１ユニット２１と第２ユニット２２の熱伝導率の関係が反対である点が、第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置１０３と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
図６は、第４実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図６に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０３は、第１ユニット２１と第２ユニット２２の熱伝導率の関係が反対である点が、第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置１０３と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
製造装置１０４において、第１ユニット２１は、成長容器１０の上壁１１の第１部分の外側を覆う。第２ユニット２２は、成長容器１０の上壁１１の第２部分の外側を覆う。第３ユニット２３は、成長容器１０の側壁１２及び下壁１３の外側を覆う。
第１ユニット２１は、第２ユニット２２と熱伝導率が異なる。図６に示す製造装置１０３においては、第１ユニット２１は、第２ユニット２２より熱伝導率が低い。第３ユニット２３の熱伝導率は、特に限定されない。第３ユニット２３の熱伝導率は、例えば、第２ユニット２２と略同一又は第２ユニット２２の熱伝導率より高い。
第１ユニット２１の熱伝導率が第２ユニット２２より熱伝導率より低いと、結晶設置部１４近傍の等温面Ｔは、原料Ｇと反対側に向って凹む。単結晶は、等温面に沿って成長するため、成長面が凹面の単結晶が得られる。
上述のように、第４実施形態にかかる製造装置１０４によれば、ＳｉＣが結晶成長する成長空間Ｋの温度分布を制御できる。
「第５実施形態」
図７は、第５実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図７に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０５は、断熱材２０と成長容器１０との間にヒータ４０及び配向材５０を有する点が、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
図７は、第５実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置の一例の断面図である。図７に示すＳｉＣ単結晶の製造装置１０５は、断熱材２０と成長容器１０との間にヒータ４０及び配向材５０を有する点が、第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成には同一の符号を付す。
ヒータ４０は、成長容器１０の外側、断熱材２０の内側に位置する。ヒータ４０は、断熱材２０の外周に位置するコイル（図示略）が生じる熱輻射を受けて、誘導加熱により加熱される。発熱したヒータ４０は、自身が熱輻射の発生源となり、成長容器１０を輻射熱により加熱する。ヒータ４０は、例えば、黒鉛部材である。
配向材５０は、容器と、容器内に充填される充填材とからなる。配向材５０は、上記の第１ユニット２１と同様の構成である。配向材５０は、第１方向と、第２方向とで熱伝導率に差を有する。すなわち配向材５０は、熱伝導率に異方性を有する。配向材５０の熱伝導率の異方性は、例えば、充填する充填材のアスペクト比、充填材の材料、等によって形成される。配向材５０の第１方向の熱伝導率は、径方向の熱伝導率より高い。
ヒータ４０から輻射によって配向材５０に伝わる熱は、径方向より第１方向に伝わりやすい。そのため、熱は、配向材５０において第１方向に広がる。配向材５０によって第１方向に広がった熱は、成長容器１０を加熱する。配向材５０は、第１方向における温度勾配を抑制し、原料Ｇの均熱加熱を可能にする。
また配向材５０の容器が黒鉛からなる場合、配向材５０も熱輻射の発生源となる。そのため、配向材５０は、第２のヒータとして機能する。
上述のように、第４実施形態にかかる製造装置１０４によれば、ＳｉＣが結晶成長する成長空間Ｋの温度分布を制御できる。
以上、いくつかの実施形態について説明したが、実施形態は上記例に限定されない。例えば、第１実施形態から第５実施形態の特徴をそれぞれ組み合わせてもよい。
１０ 成長容器
１１ 上壁
１２ 側壁
１３ 下壁
１４ 結晶設置部
２０ 断熱材
２１ 第１ユニット
２１Ａ 容器
２１Ｂ 充填材
２２ 第２ユニット
２３ 第３ユニット
３０ 支持体
４０ ヒータ
５０ 配向材
１０１、１０１Ａ 製造装置
Ｇ 原料
Ｋ 成長空間
Ｓ 種結晶
Ｔ 等温面
１１ 上壁
１２ 側壁
１３ 下壁
１４ 結晶設置部
２０ 断熱材
２１ 第１ユニット
２１Ａ 容器
２１Ｂ 充填材
２２ 第２ユニット
２３ 第３ユニット
３０ 支持体
４０ ヒータ
５０ 配向材
１０１、１０１Ａ 製造装置
Ｇ 原料
Ｋ 成長空間
Ｓ 種結晶
Ｔ 等温面
Claims (9)
- 第１方向にＳｉＣの単結晶が成長できる成長空間を内部に有する成長容器と、
前記成長容器を覆い、複数のユニットを含む断熱材と、を有し、
前記複数のユニットは、第１ユニットと、前記第１ユニットと少なくとも熱伝導率の異なる第２ユニットと、を有し、
前記第１ユニットは、
黒鉛と金属炭化物とのうち少なくとも一方からなる容器と、
前記容器内に交換可能に封入された充填材と、を有し、
前記充填材は、ＳｉＣ又は金属炭化物の粉体又は板材である、ＳｉＣ単結晶の製造装置。 - 前記ＳｉＣ又は金属炭化物の粉体又は板材は、形状異方性を有する、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
- 前記第１ユニットは、熱伝導率に異方性を有する、請求項１又は２に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。
- 前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が低く、
前記第１ユニットは、前記第１方向において、前記成長容器の単結晶が設置される上壁と対向する下壁の外側を覆い、
前記第２ユニットは、前記第１方向と交差する径方向において、前記成長容器の側壁の外側を覆う、請求項１から３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。 - 前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が高く、
前記第１ユニットは、前記第１方向において、前記成長容器の単結晶が設置される上壁の外側を覆い、
前記第２ユニットは、前記第１方向において、前記上壁と対向する前記成長容器の下壁の外側を覆う、請求項１から３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。 - 前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が低く、
前記第１ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁において、前記第１方向からの平面視で前記単結晶と重なる第１部分の外側を覆い、
前記第２ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁の前記第１部分以外の第２部分の外側を覆う、請求項１から３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。 - 前記第１ユニットは、前記第２ユニットより熱伝導率が高く、
前記第１ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁において、前記第１方向からの平面視で前記単結晶と重なる第１部分の外側を覆い、
前記第２ユニットは、前記成長容器の単結晶が設置される上壁の前記第１部分以外の第２部分の外側を覆う、請求項１から３のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶の製造装置。 - ＳｉＣの単結晶が結晶成長する成長容器を覆う断熱材に用いられ、複数のユニットが組み合わさることで前記断熱材となるＳｉＣ単結晶の製造用構造体であって、
黒鉛又は金属炭化物からなる容器と、
前記容器内に交換可能に封入された充填材と、を有し、
前記充填材は、ＳｉＣ又は金属炭化物の粉体又は板材である、ＳｉＣ単結晶製造用の構造体。 - ＳｉＣの単結晶が結晶成長する成長容器と、前記成長容器を輻射熱により加熱するヒータとの間に設けられるＳｉＣ単結晶の製造用構造体であって、
黒鉛又は金属炭化物からなる容器と、
前記容器内に交換可能に封入された充填材と、を有し、
第１方向の熱伝導性と、前記第１方向と交差する第２方向の熱伝導性と、が異なる、ＳｉＣ単結晶製造用の構造体。
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