碳化硅(SiC)单晶的制造方法技术

提供一种可以以低成本制造大型的碳化硅（ＳｉＣ）单晶的制造方法。通过将硅（Ｓｉ）和碳（Ｃ）溶解在碱金属助熔剂中并使它们反应，使碳化硅单晶生成或生长。作为上述碱金属，优选为锂（Ｌｉ）。根据该方法，即使是在例如１５００℃以下的低温条件下，也可以制造碳化硅单晶。将通过本发明专利技术的方法得到的碳化硅单晶的一个例子显示在图３（Ｂ）的照片上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种碳化硅(SiC)单晶的制造方法及通过该方法得到的碳化硅(SiC)单晶。
技术介绍
碳化硅单晶具有宽的带隙、高热传导性、高绝缘电场、大的饱和电子速度，是有发展前景的半导体材料。由于具有这样的特性，由碳化硅单晶制造成的半导体装置可以在高工作温度下以高速、高输出标准工作，因此是用于例如车载用动力装置或能量装置的有发展前景的半导体装置。已知以前的碳化硅单晶的生长方法有升华法、艾奇逊法、液相生长法等。升华法是以SiC为原料，将其加热使其升华，在低温部使单晶析出的方法。艾奇逊法是在高温下使碳和硅石反应的方法。液相生长法是在碳坩埚内溶解硅化合物，并在高温下使碳和硅反应，使单晶析出的方法。但是，以前的生长方法存在着如下所述的各种问题。首先，在这些方法中共同的问题是在晶体生长时需要高温。除此之外，在升华法中，由于所得到的单晶中存在多数的微管、积层缺陷等，因此所得到晶体的质量上存在问题。也就是说，可以认为是在使其升华时，由于原料变成Si、SiC2、Si2C而气化，因此难以将这些气体的分压控制为化学计量上的组成，由此形成了上述的缺陷。另外，在液相生长法中，由于碳在硅溶液中的溶解量小，因此难以使其生长成大晶体。近年来，为了解决上述问题，已报告有在液相生长法中将Si、C及过渡金属熔化成熔液、并使该熔液接触晶种以制造SiC单晶的方法(例如参照专利文献1、2及3)。在该方法中，在石墨坩埚中插入组成为Si0.8Ti0.2的原料，在常压的Ar气氛下将上述坩埚加热至1850℃，使上述原料溶解，然后在1850℃下保持5小时以使石墨溶解在该熔液中。然后，将6H-SiC晶种浸渍在上述熔液中，并以0.5℃/min的速度冷却至1650℃，使晶体生长。已报告有利用该方法形成了厚度为732μm的SiC晶体。但即使在该方法中，也存在有晶体生长需要高温这样的问题。也就是说，由于Si的熔点为1414℃，C的熔点为3500℃，Ti的熔点为1675℃，SiC的熔点为2545℃，因此至少需要1700℃以上的高温条件。特别是在使用了Ti等过渡金属的情况下，由于它们的熔点高，因此在低温下晶体生长困难。另外，作为其它的方法，报告有在液相生长法中，通过使用SiC作为原料使晶体生长以制造3C-SiC单晶的方法(专利文献4)，但要得到高质量的单晶，则需要在高温下处理。另一方面，一般来讲，为了以低成本制作高质量的SiC单晶基板，需要在1500℃以下的低温条件下制造上述单晶。专利文献1日本专利特开2000-264790号公报专利文献2日本专利特开2002-356397号公报专利文献3日本专利特开2004-2173号公报专利文献4美国专利第4349407号说明书
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅单晶的制造方法，可以以低成本制造大的碳化硅(SiC)单晶。为了达到上述目的，本专利技术的制造方法是通过将硅(Si)和碳(C)溶解在碱金属助熔剂中并使它们反应，生成或生长成碳化硅单晶。另外，本专利技术的碳化硅单晶是通过上述本专利技术的制造方法得到的碳化硅单晶。如上所述，在本专利技术的制造方法中，由于将硅和碳溶解在碱金属助熔剂中且使它们发生反应，即使在例如低温(例如1500℃以下)的温度条件下，也可以制造碳化硅单晶。因此，根据本专利技术的制造方法，可以以低成本制造大的碳化硅单晶。附图说明图1(A)是表示本专利技术的制造方法中所使用的制造装置中的一个例子的概略结构图，图1(B)中是将上述制造装置中的耐压耐热容器放大了的立体图。图2是由本专利技术的制造方法的一个实施例而得到的SiC单晶的聚集体的照片。图3(A)及(B)是上述SiC单晶的放大照片。图4是表示上述实施例中的坩埚内的生成物的X射线衍射评价结果的谱图。图5(A)是表示X射线衍射方法的示意图，图5(B)是表示上述SiC单晶的X射线衍射评价结果的谱图。图6是表示上述SiC单晶的X射线衍射评价结果的另外的谱图。图7是由本专利技术的其它实施例而得到的生成物的X射线衍射评价结果的谱图。符号的说明11储气罐12压力调节器13电炉14耐压耐热容器15坩埚16泄漏阀具体实施方式在本专利技术的制造方法中，优选通过使溶解有上述硅及上述碳的上述碱金属助熔剂冷却而使上述碳化硅单晶生成或生长。即例如下述的做法是优选的通过加热上述硅、上述碳及上述碱金属，使上述硅及上述碳溶解在上述碱金属助熔剂中，将上述加热状态保持一定时间后，通过使上述加热温度下降而使上述碱金属助熔剂冷却。下面将该方法称为“温度下降法”。另外，在温度下降法中，对加热处理的初期温度(生长初期温度)、下降后的最终温度、温度下降速度等，没有特别限制，可以适当决定。在本专利技术的制造方法中，优选下述做法在上述碱金属助熔剂中形成温度梯度，在上述温度梯度的高温区域使上述硅和上述碳溶解，在上述温度梯度的低温区域，使上述碳化硅单晶生成或生长。下面将该方法称为“温度梯度法”。在温度梯度法中，对高温区域及低温区域的温度没有特别限制，可以适当决定。在本专利技术的制造方法中，上述碱金属助熔剂优选含有锂(Li)，特别优选为锂单质的助熔剂。另外，本专利技术对其没有限制，上述助熔剂例如也可以含有钠(Na)及钾(K)等的其它碱金属、或碱土类金属(例如钙(Ca)等)等的其他元素。在本专利技术的制造方法中，上述单晶的生成或生长优选在加热气氛下进行。上述加热温度例如为1500℃以下，优选为200～1500℃的范围，更优选为400～1500℃的范围，进一步优选为600～1400℃的范围。另外，上述加热温度例如可以通过上述助熔剂的组成适当决定，其中，由于可以更进一步抑制助熔剂成分的蒸发，因此优选上述加热温度在作为上述助熔剂的主成分的元素的沸点以下。在本专利技术的制造方法中，如后所述，上述单晶的生成及生长优选在加压气氛下进行，该条件例如为0.1～100MPa的范围，优选为0.1～10MPa的范围，更优选为0.1～1MPa的范围。另外，上述单晶的生成及生长优选在不活泼气体气氛下进行。作为上述不活泼气体，例如可以列举出氩(Ar)气、甲烷及丙烷等烷烃气体，更优选为氩气。在本专利技术的制造方法中，对作为助熔剂成分的碱金属以及硅及碳的比例没有特别限定。例如，作为助熔剂成分以单质使用锂时，Li、Si及C的比例(mol比)例如为Li∶Si∶C＝1∶(0.01～100)∶(0.01～100)，优选为Li∶Si∶C＝1∶(0.01～10)∶(0.01～10)，更优选为Li∶Si∶C＝1∶(0.01～1)∶(0.01～1)。在本专利技术的制造方法中，优选上述反应在反应容器中进行，上述碳优选由上述反应容器的材料成分供给。在本专利技术的制造方法中，优选以预先准备好的碳化硅晶体作为晶种，且以该晶种为核使新的碳化硅单晶生长。上述晶种优选基板状，此时，例如也可以是碳化硅晶体在其他材质的基板表面形成的薄膜状物质。作为上述晶种的碳化硅晶体，例如优选为6H-SiC晶体和4H-SiC晶体，在本专利技术的制造方法中，优选在6H-SiC晶体基板上制造2H-SiC单晶。另外，作为上述晶种，可以使用市售的碳化硅晶体及碳化硅晶体基板。作为通过本专利技术的制造方法得到的碳化硅单晶，例如可以列举出6H-SiC单晶、4H-SiC单晶、3C-SiC单晶以及2H-SiC单晶等。其中，由于2H-SiC单晶带隙最大且电子移动速度也高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅（ＳｉＣ）单晶的制造方法，通过将硅（Ｓｉ）和碳（Ｃ）溶解在碱金属助熔剂中并使它们反应，从而使碳化硅单晶生成或生长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：北冈康夫，佐佐木孝友，森勇介，川村史朗，川原实，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，国立大学法人大阪大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]