JP7392440B2 - 結晶成長装置 - Google Patents
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Description
本発明は、結晶成長装置に関する。
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倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（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。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。
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する。このＳｉＣ単結晶は、一般に昇華法によって得ることができる。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単結晶の大口径化、長尺化の要望も高まっている。またＳｉＣ単結晶の大口径化、長尺化の要望と共に、ＳｉＣ単結晶の高品質化及び生産効率の向上も求められている。
特許文献１には、高さ方向に分割されたヒータの間に仕切壁部を設けることが記載されている。仕切壁部は、分割されたヒータ間の熱伝導を制御し、ヒータから坩堝へ伝わる輻射熱を制御し、種結晶側と原料側とを断熱する。特許文献１に記載の炭化珪素単結晶の製造装置は、仕切壁部により坩堝の種結晶側と原料側とを別々に制御する。
また特許文献２には、坩堝内に、原料の中心部上面から種結晶側に向かう熱の流れを遮る断熱材を配置することが記載されている。断熱材は、原料全体の温度を均一化する。
しかしながら、特許文献１に記載の仕切壁部は、分割されたヒータ間における熱伝導を抑制し、種結晶側と原料側とを熱的に分離できるが、ヒータからの熱輻射（熱放射）に伴う坩堝内の温度分布を十分に制御できない。ＳｉＣ単結晶を成長させる温度域では、熱伝導よりも熱輻射（熱放射）の影響が大きい。また特許文献１に記載の仕切壁部は、種結晶側と原料側とを温度の観点で分離することを目的とするが、坩堝内の特定の領域の温度を制御することはできない。また特許文献２に記載の断熱材は、坩堝内に配置されるものであり、温度分布を自由に設計できない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、坩堝内の温度分布を制御できる結晶成長装置及び坩堝を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、坩堝の所定の部分の輻射率を他の部分と変えることで、熱輻射の影響を制御し、坩堝内の温度分布を制御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、以下の手段を提供する。
（１）第１の態様にかかる結晶成長装置は、本体部と前記本体部と輻射率が異なる第１部分とを備え、加熱時に内部の特定領域の温度を他の領域より高温又は低温に制御できる坩堝と、前記坩堝の外側に位置し、前記坩堝を輻射熱によって加熱する加熱部と、を備え、前記第１部分は、前記坩堝と、前記加熱部の加熱中心と前記特定領域とを結ぶ線分と、が交差する位置にある。
（２）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記第１部分は、前記坩堝と、前記加熱部の加熱中心と前記特定領域とを結ぶ線分と、が交差する位置における前記坩堝の外表面に露出している。
（３）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記特定領域は、前記坩堝内に収容される原料の下部、前記坩堝内において種結晶が設置される部分の径方向の外側の部分、前記原料から前記種結晶に向かう原料ガスの流れを制御し前記原料の表面から前記種結晶に向って縮径するガイド部、からなる群から選択される一つ以上であり、前記第１部分の輻射率は、前記本体部の輻射率より高い。
（４）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記本体部の外表面は平坦面であり、 前記第１部分の外表面は凹凸であってもよい。
（５）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記特定領域は、前記坩堝内において種結晶が設置される部分であり、前記第１部分の輻射率は、前記本体部の輻射率より低くてもよい。
（６）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記本体部は、黒鉛であり、前記第１部分は、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ及びＺｒからなる群から選択される元素を含む単体、炭化物、窒化物または混合物であってもよい。
（７）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記本体部の外表面は凹凸であり、前記第１部分の外表面は平坦面であってもよい。
（８）上記態様にかかる結晶成長装置において、前記第１部分の高さは、前記坩堝の高さの５０％以内であってもよい。
（９）第２の態様にかかる坩堝は、本体部と前記本体部と輻射率が異なる第１部分とを備え、前記第１部分が外表面に露出している。
上記態様にかかる結晶成長装置によれば、坩堝内の温度分布を制御できる。
以下、本実施形態にかかる結晶成長装置および坩堝について、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、本発明の特徴をわかりやすくするために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。
（結晶成長装置）
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる結晶成長装置の断面模式図である。図１に示す結晶成長装置１００は、坩堝１０と断熱材２０と加熱部３０と支持体４０とを備える。図１では、理解を容易にするために、原料Ｇ、種結晶Ｓ、種結晶Ｓ上に結晶成長した単結晶Ｃを同時に図示している。
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる結晶成長装置の断面模式図である。図１に示す結晶成長装置１００は、坩堝１０と断熱材２０と加熱部３０と支持体４０とを備える。図１では、理解を容易にするために、原料Ｇ、種結晶Ｓ、種結晶Ｓ上に結晶成長した単結晶Ｃを同時に図示している。
以下図示において、坩堝１０が支持体４０により支持される支持面と鉛直方向を上下方向とし、上下方向に対して垂直な方向を径方向とする。図１は、支持体４０の中心軸に沿う任意の断面で切断した断面図である。
坩堝１０は、単結晶Ｃを結晶成長させる成長空間Ｋを囲む。坩堝１０は、本体部１１と低輻射部１２と結晶設置部１３とを有する。昇華法によって単結晶Ｃを結晶成長させる際は、坩堝１０の底部に原料Ｇが充填される。結晶設置部１３は、原料Ｇと対向する位置にある。昇華法によって単結晶Ｃを結晶成長させる際は、結晶設置部１３に種結晶Ｓが設置される。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、単結晶Ｃが結晶成長する。
本体部１１は、成長空間Ｋを囲む部分である。本体部１１は、単結晶Ｃを成長する際の高温に耐えることができる材料からなる。本体部１１は、例えば、黒鉛である。黒鉛は昇華温度が３５５０℃と極めて高く、成長時の高温にも耐えることができる。
低輻射部１２は、本体部１１より輻射率が低い。輻射率は、放射率とも呼ばれる。輻射率は、物体が熱輻射で輻射するエネルギーを同温の黒体が輻射するエネルギーを１とした際の比である。輻射率が高いと吸熱しやすく、輻射率が低いと吸熱しにくい。低輻射部１２は、「第１部分」の一例である。
低輻射部１２は、例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ及びＺｒからなる群から選択される元素を含む単体、炭化物、窒化物または混合物を含む。低輻射部１２は、例えばＴａＣ、Ｔａ、Ｗ、ＷＣ、Ｍｏ、Ｍｏ２Ｃ、Ｎｂ、ＮｂＣである。ＴａＣの輻射率は、表面の形状、粗さ、酸化の有無、測定温度、測定波長等にもよるが、例えば０．１～０．５である。またＷの輻射率は、例えば０．１～０．３であり、Ｍｏの輻射率は、例えば、０．１～０．４である。黒鉛の輻射率は、例えば０．７～０．９５であり、これらの材料より輻射率が高い。
図１に示す低輻射部１２は、結晶設置部１３と加熱部３０とを結ぶ線分と、坩堝１０と、が交差する位置にある。線分の第１端は結晶設置部１３の中心であり、第２端は加熱部３０の加熱中心ｐ１である。結晶設置部１３は、「特定領域」の一例であり、坩堝１０内において種結晶Ｓが設置される部分である。加熱中心ｐ１は、加熱部３０の最も高温となる部分である。加熱部３０が高さ方向に均一な場合において、例えば、加熱部３０の上下方向の中心が加熱中心ｐ１となる場合がある。
低輻射部１２は、熱輻射を阻害し、結晶設置部１３が高温になることを抑制する。熱輻射は、発熱部から放射状に広がる。熱輻射は、加熱部３０の加熱中心ｐ１で最も強く生じる。低輻射部１２が結晶設置部１３と加熱部３０とを結ぶ線分上にあると、熱輻射は低輻射部１２に阻害され、結晶設置部１３に至りにくくなる。その結果、結晶設置部１３は、他の領域より低温になる。
低輻射部１２は、例えば、坩堝１０の外表面に露出している。坩堝１０の外表面は、加熱部３０からの熱輻射が入射する面である。熱輻射は、坩堝１０の外表面の状態に強く影響を受ける。低輻射部１２が坩堝１０の外表面に露出すると、低輻射部１２は結晶設置部１３への熱輻射の影響を抑制できる。低輻射部１２は坩堝１０の内側に設けられていてもよい。
低輻射部１２の高さｈは、坩堝１０の高さの５０％以内であることが好ましく、３０％以内であることがより好ましい。低輻射部１２の高さｈは、低輻射部１２の上下方向の幅を意味する。低輻射部１２の高さｈが当該範囲であると、特定領域の温度を制御しつつ、他の領域を十分加熱できる。
断熱材２０は、坩堝１０及び加熱部３０の周囲を覆う。断熱材２０により坩堝１０の温度が保たれる。
断熱材２０は、２０００℃以上の高温で熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以下である材料により構成されていることが好ましい。２０００℃以上の高温で熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以下の材料としては、黒鉛、炭素を主成分としたフェルト材があげられる。また、断熱材２０は５Ｗ／ｍＫ以下の部材であることが望ましい。
断熱材２０は、２０００℃以上の高温で熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以下である材料により構成されていることが好ましい。２０００℃以上の高温で熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以下の材料としては、黒鉛、炭素を主成分としたフェルト材があげられる。また、断熱材２０は５Ｗ／ｍＫ以下の部材であることが望ましい。
加熱部３０は、坩堝１０の外側に位置する。図１に示す加熱部３０は、坩堝１０の径方向外側、断熱材２０の径方向内側に位置する。加熱部３０は、断熱材２０の外周に位置するコイル（図示略）が生じる磁場を受けて、誘導加熱により加熱される。発熱した加熱部３０は、自身が熱輻射の発生源となり、坩堝１０を輻射熱により加熱する。加熱部３０は、例えば、黒鉛部材である。加熱部３０は、ヒータとも呼ばれる。
支持体４０は、坩堝１０の下方に位置し、坩堝１０を支持する。支持体４０は、径方向に回転可能である。支持体４０が駆動装置（図示略）により径方向に回転すると、坩堝１０も支持体４０と共に回転する。
第１実施形態にかかる結晶成長装置１００によれば、坩堝１０内の結晶設置部１３を他の領域より低温に制御できる。結晶設置部１３は、種結晶Ｓが設置され、単結晶Ｃが結晶成長する部分である。結晶設置部１３が他の領域より低温となると、単結晶Ｃの再結晶化が促され、単結晶Ｃの成長量が増加する。
以上、第１実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
（変形例１）
図２は、変形例１にかかる結晶成長装置１００Ａの断面模式図である。結晶成長装置１００Ａは、坩堝１０Ａの構成が結晶成長装置１００の坩堝１０と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図２は、変形例１にかかる結晶成長装置１００Ａの断面模式図である。結晶成長装置１００Ａは、坩堝１０Ａの構成が結晶成長装置１００の坩堝１０と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図２に示す坩堝１０Ａは、本体部１１Ａと低輻射部１２Ａとを有する。本体部１１Ａは、外表面（外側面）に凹凸が形成されている。これに対し、低輻射部１２Ａは、外表面が平坦面である。
輻射率は、物体の表面状態によっても変化する。物体の表面に凹凸が形成されると、その部分の実効的な輻射率は増加する。加熱部３０からの放射光を吸収する面積が広がるためである。つまり、表面形状の違いにより、低輻射部１２Ａは本体部１１Ａより輻射率が低い。
本体部１１Ａと低輻射部１２Ａは、同じ材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。本体部１１Ａ及び低輻射部１２Ａに用いられる材料は、第１実施形態における本体部１１及び低輻射部１２と同様である。例えば、本体部１１Ａ及び低輻射部１２Ａは、いずれも黒鉛からなり、表面形状のみが異なっていてもよい。
低輻射部１２Ａは、熱輻射を阻害し、結晶設置部１３が高温になることを抑制する。変形例１にかかる結晶成長装置１００Ａは、結晶設置部１３を他の領域より低温とすることで単結晶Ｃの再結晶化を促し、単結晶Ｃを効率的に成長できる。
「第２実施形態」
図３は、第２実施形態にかかる結晶成長装置１０１の断面模式図である。結晶成長装置１０１は、坩堝５０の構成が結晶成長装置１００の坩堝１０と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図３は、第２実施形態にかかる結晶成長装置１０１の断面模式図である。結晶成長装置１０１は、坩堝５０の構成が結晶成長装置１００の坩堝１０と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
坩堝５０は、本体部５１と高輻射部５２と結晶設置部５３とを有する。高輻射部５２は、本体部５１より輻射率が高い。高輻射部５２は、「第１部分」の一例である。結晶設置部５３は、図１に示す結晶設置部１３と同等である。高輻射部５２の高さｈは、低輻射部１２の高さと同等である。
高輻射部５２は、例えば、本体部５１より輻射率が高い材料を含む。例えば、第１実施形態にかかる低輻射部１２の材料を本体部５１に用い、本体部１１の材料を高輻射部５２に用いてもよい。
図３に示す高輻射部５２は、坩堝５０内に収容される原料Ｇの下部（下部の中央部）と加熱部３０の加熱中心ｐ１とを結ぶ線分と、坩堝５０と、が交差する位置にある。坩堝５０内に収容される原料Ｇの下部（下部の中央部）は、「特定領域」の一例である。原料Ｇの下部は、例えば、原料Ｇの加熱中心ｐ１より下方に位置する部分である。具体的には、原料Ｇの下部は、例えば、坩堝５０の底面である。原料Ｇの下部の中央部は、例えば、坩堝５０の底面の径方向の中心近傍である。
高輻射部５２は、本体部５１より熱輻射を吸収し、原料Ｇは高温になる。高輻射部５２が原料Ｇの中央部と熱輻射が強く生じる加熱中心ｐ１とを結ぶ線分上にあると、熱輻射は高輻射部５２で効率的に吸収される。その結果、原料Ｇの下部は、原料Ｇ内において比較的高温になる。
高輻射部５２は、例えば、坩堝５０の外表面に露出している。坩堝５０の外表面は、加熱部３０からの電磁波が入射する面である。熱輻射は、坩堝５０の外表面の状態に強く影響を受ける。高輻射部５２が坩堝５０の外表面に露出すると、原料Ｇは効率的に加熱される。高輻射部５２は坩堝５０の内側に設けられていてもよい。
第２実施形態にかかる結晶成長装置１０１によれば、坩堝５０内に収容された原料Ｇの下部を原料Ｇ内において比較的高温に制御できる。原料Ｇが効率的に加熱されると、原料Ｇの昇華量が増加する。原料Ｇの昇華量の増加は、単結晶Ｃの成長量の増加に繋がる。
以上、第２実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
（変形例２）
図４は、変形例２にかかる結晶成長装置１０１Ａの断面模式図である。結晶成長装置１０１Ａは、坩堝５０Ａの構成が結晶成長装置１０１の坩堝５０と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図４は、変形例２にかかる結晶成長装置１０１Ａの断面模式図である。結晶成長装置１０１Ａは、坩堝５０Ａの構成が結晶成長装置１０１の坩堝５０と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図４に示す坩堝５０Ａは、本体部５１Ａと高輻射部５２Ａとを有する。本体部５１Ａは、外表面（外側面）が平坦面である。これに対し、高輻射部５２Ａは、外表面に凹凸が形成されている。輻射率は、物体の表面状態によっても変化する。高輻射部５２Ａは、表面状態の違いの影響により、実効的な輻射率が本体部５１Ａより高い。
本体部５１Ａと高輻射部５２Ａは、同じ材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。本体部５１Ａ及び高輻射部５２Ａに用いられる材料は、第１実施形態における本体部１１及び低輻射部１２と同様である。例えば、本体部５１Ａ及び高輻射部５２Ａは、いずれも黒鉛からなり、表面形状のみが異なっていてもよい。
高輻射部５２Ａは、熱輻射を効率的に吸収し、原料Ｇを加熱する。変形例２にかかる結晶成長装置１０１Ａは、原料Ｇを高温にすることで、原料Ｇの昇華量を増やし、単結晶Ｃを効率的に成長できる。
「第３実施形態」
図５は、第３実施形態にかかる結晶成長装置１０２の断面模式図である。結晶成長装置１０２は、高輻射部５２の位置が結晶成長装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図５は、第３実施形態にかかる結晶成長装置１０２の断面模式図である。結晶成長装置１０２は、高輻射部５２の位置が結晶成長装置１０１と異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図５に示す高輻射部５２は、結晶側方部５３Ｓと加熱部３０の加熱中心ｐ１とを結ぶ線分と、坩堝５０と、が交差する位置にある。結晶側方部５３Ｓは、坩堝５０内において種結晶Ｓが設置される結晶設置部５３の径方向の外側の部分である。線分の第１端は、結晶側方部５３Ｓの径方向の幅の中心である。結晶側方部５３Ｓは、「特定領域」の一例である。
第３実施形態にかかる結晶成長装置１０２は、結晶側方部５３Ｓを他の領域より高温に制御できる。原料Ｇから昇華した原料ガスの一部は、結晶側方部５３Ｓに至る。結晶側方部５３Ｓで再結晶化した結晶は、単結晶Ｃの成長には寄与しない。むしろ原料ガスは、結晶側方部５３Ｓで再結晶化した分だけロスする。結晶側方部５３Ｓが効率的に加熱されると、結晶側方部５３Ｓにおける再結晶化を抑制でき、効率的な単結晶Ｃの結晶成長が促進される。
第３実施形態にかかる結晶成長装置１０２は、第２実施形態にかかる変形例２と同様に、表面形状の違いで実効的な輻射率の違いを生み出してもよい。
「第４実施形態」
図６は、第４実施形態にかかる結晶成長装置１０３の断面模式図である。結晶成長装置１０３は、高輻射部５２の位置が結晶成長装置１０１と異なり、坩堝５０がガイド部５４を有する点で異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
図６は、第４実施形態にかかる結晶成長装置１０３の断面模式図である。結晶成長装置１０３は、高輻射部５２の位置が結晶成長装置１０１と異なり、坩堝５０がガイド部５４を有する点で異なる。その他の構成は同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、説明を省く。
ガイド部５４は、原料Ｇから種結晶Ｓに向かう原料ガスの流れを制御する。ガイド部５４は、原料Ｇの表面から種結晶Ｓに向って縮径する。ガイド部５４は、主に黒鉛部材で構成される。ガイド部５４は、例えば、黒鉛、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ及びＺｒからなる群から選択される元素を含む単体、炭化物、窒化物または混合物およびそれらの部材でコートされた黒鉛からなる。
図６に示す高輻射部５２は、ガイド部５４と加熱部３０の加熱中心ｐ１とを結ぶ線分と、坩堝５０と、が交差する位置にある。線分の第１端は、ガイド部５４の種結晶Ｓ側の端部に繋がる。ガイド部５４は、「特定領域」の一例である。
第４実施形態にかかる結晶成長装置１０３は、ガイド部５４を他の領域より高温に制御できる。原料Ｇから昇華した原料ガスは、ガイド部５４に沿って流れ、単結晶Ｃに至る。ガイド部５４で再結晶化した結晶が単結晶Ｃと接触すると、単結晶Ｃに欠陥、歪み等が生じる。ガイド部５４が効率的に加熱されると、ガイド部５４における再結晶化を抑制できる。
第４実施形態にかかる結晶成長装置１０３は、第２実施形態にかかる変形例２と同様に、表面形状の違いで実効的な輻射率の違いを生み出してもよい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
低輻射部１２及び高輻射部５２は、例えば、コーティングにより形成される。コーティングは、本体部１１、５１を形成後に任意の箇所に行うことができる。坩堝１０、５０内の構成（ガイド部５４の有無、原料Ｇの収容量等）によって、低輻射部１２及び高輻射部５２のコーティング箇所を設計する。またコーティングにより形成された低輻射部１２及び高輻射部５２は、坩堝１０、５０の外表面に露出し、熱輻射を阻害又は吸収する効果が効率的に得られる。
（比較例１）
図１に示す構成をシミュレーションで再現し、坩堝を加熱時の坩堝内の温度を求めた。シミュレーションには、汎用ＦＥＭ解析ソフトウエアＡＮＳＹＳ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌを用いた。
図１に示す構成をシミュレーションで再現し、坩堝を加熱時の坩堝内の温度を求めた。シミュレーションには、汎用ＦＥＭ解析ソフトウエアＡＮＳＹＳ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌを用いた。
シミュレーションは、計算負荷を低減するために、中心軸を通る任意の断面の半分（径方向の半分）の構造のみで行った。また、坩堝には原料Gを収容せず、空の状態でシミュレーションを行った。シミュレーションの条件は以下とした。
坩堝外半径：１５０ｍｍ
坩堝厚み：１０ｍｍ
坩堝高さ：４２０ｍｍ
坩堝の本体部の輻射率：０．８（黒鉛相当）
坩堝熱伝導率：４０Ｗ／ｍＫ
加熱部の輻射率：０．８
加熱部内半径：２００ｍｍ（加熱部と坩堝との距離ｄ：５０ｍｍ）
加熱部の中心位置：加熱部の高さ方向の中心位置
加熱部の中心温度：２４００℃
坩堝厚み：１０ｍｍ
坩堝高さ：４２０ｍｍ
坩堝の本体部の輻射率：０．８（黒鉛相当）
坩堝熱伝導率：４０Ｗ／ｍＫ
加熱部の輻射率：０．８
加熱部内半径：２００ｍｍ（加熱部と坩堝との距離ｄ：５０ｍｍ）
加熱部の中心位置：加熱部の高さ方向の中心位置
加熱部の中心温度：２４００℃
（実施例１）
実施例１は、以下の条件を満たす低輻射部を設けた点のみが比較例１と異なる。その他の条件は、比較例１と同様とした。
低輻射部の高さ：５０ｍｍ
低輻射部の位置：坩堝上面の中心と加熱中心を結ぶ線分と坩堝との交点が、低輻射部の高さ方向の中心高さと一致
低輻射部の輻射率：０．２（ＴａＣ相当）
実施例１は、以下の条件を満たす低輻射部を設けた点のみが比較例１と異なる。その他の条件は、比較例１と同様とした。
低輻射部の高さ：５０ｍｍ
低輻射部の位置：坩堝上面の中心と加熱中心を結ぶ線分と坩堝との交点が、低輻射部の高さ方向の中心高さと一致
低輻射部の輻射率：０．２（ＴａＣ相当）
（実施例２）
実施例２は、低輻射部の高さを１００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。
実施例２は、低輻射部の高さを１００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様とした。
比較例１、実施例１及び実施例２の結果を比較すると、実施例１の結晶設置部の温度は、比較例１の結晶設置部の温度より３．９℃低く、実施例２の結晶設置部の温度は、比較例１の結晶設置部の温度より９．１℃低くなった。
（実施例３）
実施例３は、以下の条件を満たす高輻射部を設けた点のみが比較例１と異なる。その他の条件は、比較例１と同様とした。
高輻射部の高さ：５０ｍｍ
高輻射部の位置：坩堝下面の中心と加熱中心を結ぶ線分と坩堝との交点が、高輻射部の高さ方向の中心高さと一致
高輻射部の輻射率：１．０
実施例３は、以下の条件を満たす高輻射部を設けた点のみが比較例１と異なる。その他の条件は、比較例１と同様とした。
高輻射部の高さ：５０ｍｍ
高輻射部の位置：坩堝下面の中心と加熱中心を結ぶ線分と坩堝との交点が、高輻射部の高さ方向の中心高さと一致
高輻射部の輻射率：１．０
（実施例４）
実施例４は、高輻射部の高さを１００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例３と同様とした。
実施例４は、高輻射部の高さを１００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例３と同様とした。
比較例１、実施例３及び実施例４の結果を比較すると、実施例３の坩堝下面（収容された原料の中心にあたる）の温度は、比較例１の坩堝下面の温度より０．６℃高く、実施例４の原料設置部の温度は、比較例１の坩堝下面の温度より１．２℃高くなった。
１０、１０Ａ、５０、５０Ａ 坩堝
１１、１１Ａ、５１、５１Ａ 本体部
１２、１２Ａ 低輻射部
５２、５２Ａ 高輻射部
１３、５３ 結晶設置部
５３Ｓ 結晶側方部
５４ ガイド部
２０ 断熱材
３０ 加熱部
４０ 支持体
１００、１００Ａ、１０１、１０１Ａ、１０２、１０３ 結晶成長装置
Ｓ 種結晶
Ｃ 単結晶
Ｋ 成長空間
Ｇ 原料
ｐ１ 加熱中心
１１、１１Ａ、５１、５１Ａ 本体部
１２、１２Ａ 低輻射部
５２、５２Ａ 高輻射部
１３、５３ 結晶設置部
５３Ｓ 結晶側方部
５４ ガイド部
２０ 断熱材
３０ 加熱部
４０ 支持体
１００、１００Ａ、１０１、１０１Ａ、１０２、１０３ 結晶成長装置
Ｓ 種結晶
Ｃ 単結晶
Ｋ 成長空間
Ｇ 原料
ｐ１ 加熱中心
Claims (7)
- 本体部と前記本体部と輻射率が異なる第１部分とを備え、加熱時に内部の特定領域の温度を他の領域より高温又は低温に制御できる坩堝と、
前記坩堝の外側に位置し、前記坩堝を輻射熱によって加熱する加熱部と、を備え、
前記第１部分は、前記坩堝と、前記加熱部の加熱中心と前記特定領域とを結ぶ線分と、が交差する位置にあり、
前記特定領域は、前記坩堝内において種結晶が設置される部分であり、
前記第１部分の輻射率は、前記本体部の輻射率より低い、結晶成長装置。 - 前記本体部は、黒鉛であり、
前記第１部分は、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ及びＺｒからなる群から選択される元素を含む単体、炭化物、窒化物または混合物である、請求項１に記載の結晶成長装置。 - 前記本体部の外表面は凹凸であり、
前記第１部分の外表面は平坦面である、請求項１又は２に記載の結晶成長装置。 - 本体部と前記本体部と輻射率が異なる第１部分とを備え、加熱時に内部の特定領域の温度を他の領域より高温又は低温に制御できる坩堝と、
前記坩堝の外側に位置し、前記坩堝を輻射熱によって加熱する加熱部と、を備え、
前記第１部分は、前記坩堝と、前記加熱部の加熱中心と前記特定領域とを結ぶ線分と、が交差する位置にあり、
前記特定領域は、前記坩堝内に収容される原料の下部であり、
前記第１部分の輻射率は、前記本体部の輻射率より高い、結晶成長装置。 - 前記第１部分は、前記坩堝と、前記加熱部の加熱中心と前記特定領域とを結ぶ線分と、が交差する位置における前記坩堝の外表面に露出している、請求項１、２、および４のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
- 前記本体部の外表面は平坦面であり、
前記第１部分の外表面は凹凸である、請求項４又は５に記載の結晶成長装置。 - 前記第１部分の高さは、前記坩堝の高さの５０％以内である、請求項１～６のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
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