JPH0791153B2 - α―ＳｉＣ単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はα−SiC単結晶の製造方法に係り、特に、高品
質のα−SiC単結晶を大面積のものであってこ、安定か
つ低コストに工業的に有利に製造することができるα−
SiC単結晶の製造方法に関する。

［従来の技術］ SiC（シリコンカーバイド）は、その機械的強度や耐熱
性を生かして研磨材や耐火レンガなどに広く使用されて
いる。最近では、セラミックエンジンなどの機械部品材
料として注目されている。一方、半導体としては、歴史
的に最も古い化合物半導体と言うことができ、長年、避
雷器やバリスタ材料として利用されてきた。特にSiCは
熱的、化学的に強く、耐放射性に富んでいるので、苛酷
な環境下で使用できる電子デバイス用材料として従来よ
り期待がよせられてきた。更に、禁制帯幅が大きく、不
純物の添加によってｐ形とｎ形の導電形が容易に制御で
きるので、可視発光デバイス用材料としても有用であ
る。

このようにSiCは実用されているSiやGaAsにない特徴を
持っている有望な半導体であるが、実用にまでは至って
いないのが現状である。これは、材料が熱的、機械的に
安定であるので、かえって結晶成長が困難となり、大型
の単結晶製作法が確立していなかったためである。

近年、半導体SiC実用化の声が高まり、SiC単結晶製作法
についても種々研究がなされている。

従来、SiC単結晶の製造方法としては、次のような方法
が提案されている。

アチーソン法 硅石とコークスの混合物を2300〜2700℃の電気炉で加熱
して結晶を析出させる。

研磨材の工業的な製造方法。

液相エピタキシャル法 1650〜1800℃の温度の黒鉛るつぼ内でSiを溶融し、Si融
液中に炭素が僅かに溶け出すことを利用して、SiC単結
晶基板をディッピングし、その上にエピタキシャル成長
させる。

気相エピタキシャル法 CVD法にて1500〜1800℃の温度で6H−SiC単結晶基板上に
エピタキシャル成長させる。

昇華法（Lely法） 黒鉛るつぼ内で原料のSiC粉を昇華させ、るつぼ内の低
温部に再結晶させる。

昇華温度は約2500℃。

昇華法（改良法） 上記の方法において、黒鉛るつぼ上の低温部にSiC基
板を置き、このSiC基板上にAr減圧下でSiCの結晶を成長
させる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の方法は、いずれも次のような欠点を有する。

アチーソン法 ｉ 偶発的にしか作れず、結晶の形、結晶面の制御が困
難。

ii純度及び結晶性がそれほど良くない。

液相エピタキシャル法 ｉ 成長速度が10μm/hr前後と、小さい。

ii多形が混在しやすい。

気相エピタキシャル法 ｉ 成長速度が60μm/hr前後と、小さい。

昇華法（Lely法） ｉ 自然発生的な核生成によるため、結晶の形、結晶面
の制御が困難。

昇華法（改良法） ｉ 単一結晶構造で、大面積のものが得にくい。

このように、従来の方法のうち、アチーソン法、液相エ
ピタキシャル法、気相エピタキシャル法、昇華法（Lely
法）は品質面もしくは成長速度の面で、工業的には適用
しにくいものであった。SiCの種結晶基板を用いる改良
昇華法は、成長速度が数mm/hrと速く、得られるSiCの品
質も良いが、種結晶基板として単結晶基板を用いる必要
がある。通常の場合、種結晶基板としては、アチーソン
法による単結晶が使われることが多く、その基板の入手
性、基板コスト、大面積化の困難性などから必ずしも満
足のいくものではなかった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、高価で入手困難な
種結晶基板を用いることなく、α−SiC単結晶を安定
に、再現性良く、かつ速い成長速度にて製造することが
できるα−SiC単結晶の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］ 本発明のα−SiC単結晶の製造方法は、SiC粉の昇華再結
晶法により、基板上にα−SiC単結晶をエピタキシャル
成長させる方法において、基板として、CVD法により作
製された、結晶粒径１μｍ以上のβ−SiC多結晶体であ
って、CuKα線でＸ線回析した時の（111）ロッキングカ
ーブの半値幅が８度以下に配向した多結晶体よりなるも
のを用いることを特徴とする。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明のα−SiC単結晶の製造方法においては、従来の
改良昇華法によりα−SiC単結晶を製造するに当り、種
結晶基板として、次の〜の条件を備えるβ−SiC（3
C構造）多結晶体基板を用いる。

CVD法により作製されたものであること。

結晶粒径１μｍ以上のβ−SiCよりなること。

結晶が、CuKα線でＸ線回析したときの（111）ロッ
キングカーブの半値幅（積分強度比）（以下に、単に
「（111）半値幅」と称す。）が８度以下に配向した多
結晶体であること。

種結晶基板がCVD法により作製されたものであれば、高
純度であることから、良好なα−SiC単結晶が得られ
る。この種結晶基板のβ−SiCの結晶粒径が１μｍ未満
であると、エピタキシャル的なα−SiC単結晶の成長は
困難である。（111）半値幅が８度を超えるものである
と、結晶粒は大きくなっても、基板全体が単結晶にはな
らない。

本発明においては、特にCVD法により製造された純度99.
999％以上のものであって、結晶粒径が10〜50μｍ、（1
11）半値幅が１〜５度であって、その表面粗さが100〜2
00ÅRMS以下のβ−SiC多結晶基板を用いるのが有利であ
る。

なお、本発明の方法は、種結晶基板として、上記〜
の条件を備えるβ−SiC多結晶基板を用いること以外
は、従来の改良昇華法と同様に実施することができ、用
いる装置や条件等には特に制限はない。

本発明のα−SiC単結晶の製造方法によれば、通常、結
晶粒径5mm以上の良好なSiC単結晶を得ることができる。

［作用］ 本発明の方法においては、種結晶基板として前記〜
の条件を備えるβ−SiC多結晶基板を用いる。この多結
晶体からα−SiC単結晶がエピタキシャル的に成長する
理由の詳細は明らかではないが、種結晶基板の、面内の
回転にずれがある個々の結晶において、その上に原子が
積み重なる時に、短距離表面拡散が同時に起こり、広範
囲でのエピタキシャル的成長が可能になっているものと
推察される。なお、β−SiC（3C構造）の基板からα−S
iCがエピタキシャル成長するのは、昇華再結晶の温度で
はα−SiCのほうがβ−SiCより熱力学的に安定であるか
らである。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１ CVD法により作製した第１表に示すβ−SiC多結晶基板を
用いて、改良昇華法にて第２表に示す条件にてα−SiC
単結晶をエピタキシャル成長させた。

即ち、第１図に示す黒鉛るつぼ１にβ−SiC多結晶基板
２を取り付け、このものを、通常の結晶成長装置の高周
波コイルを備える石英管内に設置して行なった。なお、
第１図において、３は黒鉛製るつぼ本体４内に投入され
た原料のSiC粉である。５はるつぼ本体４の上部開口に
蓋状に設けられた黒鉛製の基板ホルダであり、β−SiC
多結晶基板２を中央開孔部に保持する構造とされてい
る。るつぼ本体４は保持部材（黒鉛製）６に保持され、
その側周は、スリット付シールド材（黒鉛製）７、黒鉛
フェルト８及びスリットなしシールド材（黒鉛製）９の
三層構造の側周壁で囲まれている。また、上部には開口
を有するスリット付シールド材（黒鉛製）10が設けられ
ている。

その結果、β−SiC多結晶基板の上に、緑色の4H単結晶
が成長した。成長速度は3.5mm/hrで、単結晶のサイズは
約12mm径であった。

なお、単結晶であるか否かの確認はRHEEDパタンによっ
て行なった。その結果、結晶性の良い4H単結晶であるこ
とが確認された。このα−SiC単結晶のＸ線回析スペク
トル及びロッキングカーブを各々第３図（ａ）、（ｂ）
に示す。

なお、比較のために黒鉛を基板として同様な手法で結晶
成長させたところ、ランダムな方位からなる結晶粒径が
約2mmの多結晶体が得られた。

［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明のα−SiC単結晶の製造方法
によれば、改良昇華法によりSiC単結晶をエピタキシャ
ル成長させるにあたり、β−SiC多結晶体基板を用いる
ことができる。この基板は、多結晶体であるため、単結
晶体基板と異なり、大面積のものであっても製造が容易
で低コストに、かつ安定に得ることができ、容易に入手
することができる。

従って、本発明のα−SiC単結晶の製造方法によれば、
大面積のα−SiC単結晶を再現性良く、安定にしかも速
い成長速度にて、容易かつ効率的に製造することが可能
とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で用いた黒鉛るつぼの断面図、第２図
（ａ）は実施例１で用いたβ−SiC多結晶基板のＸ線回
析スペクトル図、第２図（ｂ）は同ロッキングカーブ
図、第３図（ａ）は実施例１で得られたα−SiC単結晶
のＸ線回析スペクトル図、第３図（ｂ）は同ロッキング
カーブ図である。 １…黒鉛るつぼ、２…β−SiC多結晶基板、３…SiC粉、
４…るつぼ本体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】SiC粉の昇華再結晶法により、基板上にα
   −SiC単結晶をエピタキシャル成長させる方法におい
   て、基板として、CVD法により作製された、結晶粒径１
   μｍ以上のβ−SiC多結晶体であって、CuKα線でＸ線回
   折した時の（111）ロッキングカーブの半値幅が８度以
   下に配向した多結晶体よりなるものを用いることを特徴
   とするα−SiC単結晶の製造方法。