專利名稱：SiC單晶的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)溶液法制造SiC(碳化硅)單晶的方法。
背景技術(shù)：
SiC在帶隙、介質(zhì)擊穿電壓、電子飽和速率、導(dǎo)熱率等方面具有優(yōu)良的性能。因此， SiC有望成為超越Si極限的下一代能源器件和高溫器件材料，伴隨于此，廣泛進(jìn)行著襯底材料的發(fā)展。作為SiC單晶的生長方法，已知有升華法、CVD法、艾奇遜(Acheson)法和溶液法寸。艾奇遜法是一種已在工業(yè)中長久應(yīng)用的方法，在該方法中將硅酐和碳在高溫下加熱引起SiC單晶沉積。但是，通過這種方法很難制造具有高純度的單晶。升華法是將SiC原料粉末加熱到2200°c -2400°C的溫度，使其一度轉(zhuǎn)化為Si、Si2C，SiC2等氣體，然后所述氣體在低溫下再次以SiC沉積在籽晶上。該方法目前是制造SiC體單晶的主流方法。然而，由于升華法是氣相生長方法，因此具有這樣的問題在得到的晶體中易產(chǎn)生各種缺陷。此外， 在CVD方法中，由于原料是氣相組分而難以制造體單晶。溶液法是將Si或含Si合金在石墨坩鍋中熔融，并且進(jìn)一步還使碳從石墨坩堝洗脫，由此SiC單晶通過從含Si和C的溶液沉積到放置在低溫區(qū)的籽晶上來進(jìn)行生長。通常， 單獨(dú)使用Si熔體將難以使C充分地熔融在固溶體基礎(chǔ)上。因此，采用了一種通過使用含有第三元素的溶液來提高C的溶解度的技術(shù)。根據(jù)溶液法，相比于升華法的情形，可獲得具有較少缺陷的高品質(zhì)單晶。然而，另一方面，通過溶液法難以得到像升華法中那樣高的生長速率。鑒于此，已經(jīng)對(duì)于根據(jù)溶液法制造SiC單晶的方法進(jìn)行了各種研究。專利文件1 (JP-A 2000-264790)中公開了一種生長SiC單晶的方法，通過使用含Si、C和過渡金屬的熔體進(jìn)行沉積。此外，通過使用如下熔體生長SiC單晶在專利文件2 (JP-A 2004-002173)中的Si-C-M (M為Mn或Ti)的熔體，在專利文件3 (JP-A 2006-143555)中的 Si-C-M (M 為 Fe 或 Co)的熔體，或在專利文件 4 (JP-A 2007-076986)中的Si-C-Ti-M (M為Co或Mn)的熔體。專利文件5 (JP-A 2006-321681)公開了通過使用熔體生長具有選自15R，3C和6H 結(jié)構(gòu)的所需晶體結(jié)構(gòu)的SiC單晶的方法，所述熔體通過熔融包含Si和C原料以及第三元素或其化合物得到。作為第三元素，在該文件中提及了硼化物、Sn(15R)、Gd(3C)和Al、Dy和 La(6H)。專利文件6 (JP-A 2007-277049)記載了使用通過添加稀土元素和Sn、Al和Ge中的任一種到Si中所得到的熔體。在此情形中，稀土元素的添加有效提高C在Si熔體中的溶解度，由此提高SiC單晶的生長速率。然而，在生長速率高的情況下，在生長表面易發(fā)生向多核態(tài)或多晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。鑒于此，該文件公開了一種通過添加Sn，Al或Ge作為均一地活化生長表面的元素來穩(wěn)定地確保均勻生長的技術(shù)。專利文件7(JP-A2009-16704O記載了使用Si-Cr-X(X為Ce或Nd)熔體，并顯示了 Cr和X的同時(shí)添加可降低SiC單晶中產(chǎn)生的宏觀缺陷的數(shù)量。此外，專利文件8和9 (JP-A2005-154190和JP-A 2005-350324)示出了生長SiC單晶的方法，在所述方法中從下側(cè)依次堆疊SiC原料棒，溶劑和籽晶，且在溶劑的上下端表面形成溫度梯度。在這種情況下，使用包括Si以及選自Y，鑭系元素，第I族元素， 第II族元素，第IIIB族元素等的元素的溶劑。當(dāng)使用包含稀土元素的溶液時(shí)，可以提高C的溶解度，并提高生長速率，這涉及到了溶液法遇到的問題之一。然而，當(dāng)C的溶解度提高時(shí)，引起的問題是在生長表面易于發(fā)生粗糙化或向多晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，降低SiC單晶的品質(zhì)。為解決該問題，嘗試在加入稀土元素的同時(shí)加入抑制C溶解度的元素。然而，這種方法是不利的，因?yàn)槿芤鹤兂砂嘟M分的多組分系統(tǒng)，所以難以控制溶液的組成，并且晶體生長的方式易于受到晶體生長條件中微小變化的影響。而且，隨著SiC單晶從溶液生長，溶液組分中的Si和C被消耗，因此溶液的組分變化了，使得晶體生長的最佳條件隨著時(shí)間顯著變化。因此，根據(jù)溶液法，難以制造長且直徑尺寸大的SiC單晶。專利文件8和9CJP-A 2005-154190和JP-A2005-350324)公開了一種方法，其中由SiC原料棒供應(yīng)原料。在這種情況下，溶劑的組成不會(huì)顯著波動(dòng)，但是必須預(yù)先制造SiC原料棒，這導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高。此外，專利文件8公開了一種制造碳化硅單晶的方法，其中溶劑的組成包括Si和至少一種共存的元素，該元素選自Y、Sc、鑭系元素、元素周期表中的第I族元素和第II族元素。專利文件9公開了一種制造SiC單晶的方法，其中溶劑的組成包括Si，Y和至少一種選自元素周期表中的第IIIB族元素中的元素。這些情況下，溶劑的組成不會(huì)顯著波動(dòng)，但是必須預(yù)先制造SiC原料棒，這導(dǎo)致更高的生產(chǎn)成本。發(fā)明概述本發(fā)明已經(jīng)考慮了現(xiàn)有技術(shù)中的上述提及的問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造SiC單晶的方法，通過該方法可以以高生長速率得到長且直徑尺寸大的SiC單晶，該 SiC單晶具有較少的缺陷例如變成多晶態(tài)。本發(fā)明人研究了如何解決上述問題。作為研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)這樣一種方法，該方法中使用包含具有提高碳溶解度效果的元素的溶液，該具有提高碳溶解度效果的元素選自 Al、Ge、Sn、稀土元素、以及不包括&和Y的過渡金屬，SiC單晶不是從溶液的上表面而是從溶液的底部生長，在上表面易發(fā)生溶液組分等的蒸發(fā)而且局部的條件波動(dòng)嚴(yán)重，在底部條件是穩(wěn)定的，這是由于被石墨坩堝包圍的狀態(tài)和可以設(shè)置更適度的溫度梯度，并且以合適的時(shí)間從石墨坩堝的上方將粉末狀或粒狀的Si和/或SiC原料加入到溶液中，由此溶液的組成可以保持基本上不變，而不是隨時(shí)間的流逝而變化。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了如下的制造SiC單晶的方法。[1] 一種制造SiC單晶的方法，包括將SiC籽晶放置在石墨坩堝內(nèi)的底部；使包含Si，C和R的溶液存在于石墨坩堝中，R是至少一種選自包含&和Y的稀土元素；將溶液過冷以使SiC單晶在籽晶上生長；從石墨坩堝上方將粉末狀或者粒狀Si和/或SiC原料加入到溶液中，同時(shí)保持SiC單晶的生長。[2]在根據(jù)上述段[1]的制造SiC單晶的方法中，如此控制向溶液加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中R與Si的重量Wsi和R的重量We的總和的重量比[V (ffSi+ffE)]在0. 05-0. 75的范圍內(nèi)。[3]在根據(jù)上述段[1]或[2]的制造SiC單晶的方法中，如此控制向溶液中加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中R的重量比與初始裝入石墨坩堝中的溶液的原料組成中R的重量比的差值不超過士0. 1。[4]在根據(jù)上述段[1]至[3]中任一種的制造SiC單晶的方法中，R是選自La、Ce、 Pr、Nd、Gd和Dy中的至少一種。[5]在根據(jù)上述段[1]至[4]中任一種的制造SiC單晶的方法中，在放置石墨坩堝的爐內(nèi)保持真空或惰性氣體氣氛，在爐內(nèi)提供溫度向著下面連續(xù)降低的溫度梯度區(qū)，并且使石墨坩堝在溫度梯度區(qū)中下降以使得SiC單晶在籽晶上生長。[6] 一種制造SiC單晶的方法，包括將SiC籽晶放置在石墨坩堝內(nèi)的底部；使包含Si，C和X的溶液存在于石墨坩堝中，其中X是選自Al、Ge、Sn和不包括&和Y的過渡金屬中的至少一種；將溶液過冷以使SiC單晶在籽晶上生長；并從石墨坩堝上方將粉末狀或者粒狀Si和/或SiC原料加入到溶液中，同時(shí)保持SiC單晶的生長。[7]在根據(jù)上述段[6]的制造SiC單晶的方法中，如此控制向溶液中加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中X與Si的重量Wsi和X的重量Wx的總和的重量比[Wx/ (ffSi+ffx)]在0. 01-0. 75的范圍內(nèi)。[8]在根據(jù)上述段[6]或[7]的制造SiC單晶的方法中，如此控制向溶液中加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中X的重量比與初始裝入石墨坩堝中的溶液的原料組成中X的重量比的差值不超過士0.1。[9]在根據(jù)上述段[6]至[8]中任一種的制造SiC單晶的方法中，X是選自Ti、V、 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ge 和 Sn 中的至少一種。[10]在根據(jù)上述段[6]至[9]中任一種的制造SiC單晶的方法中，在放置石墨坩堝的爐內(nèi)保持真空或惰性氣體氣氛，在爐內(nèi)提供溫度向著下面連續(xù)降低的溫度梯度區(qū)，并且使石墨坩堝在溫度梯度區(qū)中下降以使SiC單晶在籽晶上生長。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的SiC單晶的制造方法可提高溶液中C的溶解度，因而提高SiC單晶的生長速率，抑制例如由于隨著單晶生長SiC組分的消耗所致的溶液組分的波動(dòng)，并穩(wěn)定單晶生長的條件。


圖1示意地顯示了適于實(shí)施本發(fā)明的方法的SiC單晶制造裝置的實(shí)施例；圖2示意地顯示了適于實(shí)施本發(fā)明的方法的SiC單晶制造裝置的另一實(shí)施例。圖3示意地顯示了 R或X的重量比的時(shí)間變化。
具體實(shí)施例方式圖1和2例示了實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置的實(shí)施例。在每個(gè)附圖中，參考標(biāo)記1 表示爐，并在爐1中保持真空或惰性氣體氣氛。將石墨坩堝10放置在爐1中。將石墨坩堝 10成型為在其上端開口且其下端封閉的空心圓筒形狀，并將其放置于設(shè)置為在垂直方向可移動(dòng)的支撐體2上。當(dāng)支撐體2下降時(shí)，石墨坩堝10也隨之下降。這里，圖1中的石墨坩堝10具有成型為漏斗形狀的內(nèi)壁，其從中部向下部逐漸傾斜，且SiC籽晶20放置在石墨坩堝10的底部的中心區(qū)域中。另一方面，圖2中的石墨坩堝10具有成型為空心圓筒形狀的內(nèi)壁，且SiC籽晶20放置在石墨坩堝10的底表面的中心區(qū)域中。在這種情況下，使包含Si和C以及R或X的溶液30存在于該石墨坩堝10內(nèi)部。此外，原料裝載容器40放置在石墨坩堝10內(nèi)部的上面，還通過石墨坩堝10的上端開口從原料裝載容器40將裝載物(另外的加入物)41 (Si和/或SiC原料)另外裝入溶液30。附帶地，圖中的參考標(biāo)記50表示襯托器(sus(^pt0r)，51表示熱絕緣材料，52表示感應(yīng)線圈。 在本發(fā)明中，將SiC籽晶放置在石墨坩堝內(nèi)的底部，并且進(jìn)一步將作為溶液的原料裝入坩堝內(nèi)(初始裝入)。溶液包含Si和C以及R(R是選自包含&和Y的稀土元素中的至少一種)或X(X是選自Al、Ge、Sn和不包括&和Y的過渡金屬元素中的至少一種)。 因此，優(yōu)選使用Si和R金屬或X金屬或其化合物、合金等作為原料。作為C的原料，可以使用SiC、R的碳化物，X的碳化物等，或從石墨坩堝進(jìn)入溶液的C洗脫。
為了提高C在溶液中的溶解度，選擇R (R是選自包含&和Y的稀土元素中的至少一種)或X (X是選自Al，Ge，Sn和不包括&和Y的過渡金屬中的至少一種)作為第三元素。從原料成本的角度優(yōu)選的是，R是選自包含La、Ce、ft~、Nd、Gd和Dy中的至少一種，或X 是選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ge和Sn中的至少一種。這里使用的R和X的每一種原材料可以是單質(zhì)金屬或其化合物。在此情況下，對(duì)要使用的Si和C和R的量的比值進(jìn)行適當(dāng)選擇，優(yōu)選地，在SiC單晶生長期間，溶液中R的重量比[WK/(WSi+WK)]保持在0. 05-0. 75的范圍內(nèi)。當(dāng)該重量比小于0. 05時(shí)，溶液中C的溶解度如此低以致于不能得到足夠的SiC單晶的生長速率，另一方面，當(dāng)該重量比超過0. 75時(shí)，可能易于發(fā)生多晶SiC的形成，難以生長單晶。R的重量比更優(yōu)選在0. 1-0. 7的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選在0. 15-0. 6的范圍內(nèi)。優(yōu)選溶液中C的濃度盡可能高。然而，如果C的濃度太高，在溶液中將會(huì)存在未溶解的SiC和C，從而不利地影響單晶的生長。因此，優(yōu)選將C濃度設(shè)置在防止未溶解SiC或C 存在的范圍內(nèi)。C的優(yōu)化量在很大程度上依賴于重量比R/(Si+R)和溶液溫度。優(yōu)選地，將基于全部溶液份數(shù)的C的重量比控制在0. 1-15重量％，更優(yōu)選1-10重量％的范圍內(nèi)。如果有必要，除了 R之外，還可以進(jìn)一步添加第四元素Z，其選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、 Zn, Ge、Al、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W等。在此情形中，要添加的Z的量優(yōu)選不多于R的重量的 0. 5 倍。對(duì)使用的Si和C和X的比例進(jìn)行合適的選擇。優(yōu)選地，在SiC單晶生長期間將溶液中的重量比[Wx/(WSi+Wx)]保持在0. 01-0. 75的范圍內(nèi)。如果重量比小于0. 01，溶液中C 的溶解度如此低以致于不能得到足夠的SiC單晶的生長速率。另一方面，如果重量比超過 0. 75，可能易于發(fā)生多晶SiC的形成，難以生長單晶。X的重量比更優(yōu)選在0. 05-0. 7的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選在0. 1-0. 6的范圍內(nèi)。如上所述，優(yōu)選溶液中C的濃度盡可能高。然而，如果C的濃度太高，在溶液中將會(huì)存在未溶解的SiC和C，從而不利地影響單晶的生長。因此，優(yōu)選將C濃度設(shè)置在防止未溶解SiC和C存在的范圍內(nèi)。C的優(yōu)化量在很大程度上依賴于重量比X/(Si+X)和溶液溫度。 優(yōu)選地，將基于全部溶液份數(shù)的C的重量比控制在0. 1-15重量％，尤其優(yōu)選1-10重量％的范圍內(nèi)。如果有必要，除了 X之外，還可以進(jìn)一步添加第四元素Y，其選自GaUn、As、Sb等。 在此情形中，要添加的Y的量優(yōu)選不多于X的重量的0. 5倍。在石墨坩堝中裝入籽晶并將溶液原料置于爐的內(nèi)部之后，在爐內(nèi)部建立真空或惰性氣體氣氛例如Ar氣氛，并通過使用加熱器加熱將坩堝中的原料熔融。加熱器可以是組合感應(yīng)線圈和襯托器得到的系統(tǒng)，或者可以是電阻加熱系統(tǒng)。在該裝置的內(nèi)部，形成溫度梯度區(qū)，在該溫度梯度區(qū)中溫度沿著向下的方向連續(xù)降低。在坩堝內(nèi)部達(dá)到預(yù)定溫度之后，使坩堝逐漸下降以通過溫度梯度區(qū)。在此情形中，坩堝內(nèi)的溶液溫度自底部開始慢慢降低，伴隨著溶液中C的溶解度也降低。因此，當(dāng)置于坩堝底部的籽晶附近達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，以過飽和度作為驅(qū)動(dòng)力，SiC單晶在籽晶上生長。坩堝內(nèi)部原料的溫度優(yōu)選為1400-2200°C，特別是為1600-2100°C。此外，爐內(nèi)的溫度優(yōu)選設(shè)定為沿著向下的方向連續(xù)降低以提供5-100°C /cm，優(yōu)選10-50°C /cm的溫度梯度。坩堝的下降優(yōu)選以10-1000 μ m/hr,特別是50-500 μ m/hr的速度進(jìn)行。當(dāng)R或X用作第三元素時(shí)，可以提高溶液中C的溶解度，但是通常在SiC單晶中易于發(fā)生向多核態(tài)或多晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。為了限制這種現(xiàn)象，SiC單晶的生長不在靠近溶液自由表面的上部進(jìn)行，而是在狀態(tài)穩(wěn)定的溶液的下部進(jìn)行。這保證了不易于發(fā)生局部條件波動(dòng)例如從溶液表面的組分揮發(fā)或者變化，并可以在生長表面的整個(gè)部分上使溫度梯度均勻。因此，可設(shè)定溫和的溫度梯度，可以緩慢地進(jìn)行SiC的沉積，并可限制向多晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。隨著坩堝下降的連續(xù)進(jìn)行，SiC單晶逐漸地進(jìn)一步生長，同時(shí)從溶液中吸入Si和 C。伴隨于此，溶液中Si的量從初始溶液組成中的量逐漸降低，使得溶液組成逐漸變?yōu)楹邢鄬?duì)大量的R或X的組成。此外，例如自溶液自由表面的Si組分的揮發(fā)的因素也是組成波動(dòng)的誘因。當(dāng)溶液組分向富R-或富X-相偏移時(shí)，從溶液沉積SiC相的條件也逐漸改變。因此，在坩堝下降過程期間，適于SiC單晶生長的條件隨著時(shí)間的流逝而逐漸改變。因此，在初始階段滿意地生長的SiC單晶可能自晶體生長過程的某一時(shí)間點(diǎn)開始顯示出多晶SiC的形成或遭遇產(chǎn)生各種缺陷。另一方面，當(dāng)加入對(duì)應(yīng)于溶液中的組成變化的原料，同時(shí)繼續(xù)SiC單晶的生長時(shí)， 溶液可以保持在特定組成范圍內(nèi)。額外地從石墨坩堝上方將原料裝入溶液中。在將籽晶浸入溶液的上部然后向上提拉的方法中，如果以與如上所述相同的方式從溶液表面上方加入額外原料，則在額外加入原料時(shí)，在溶液表面附近的擾動(dòng)和組成的局部波動(dòng)將顯著影響SiC 的沉積，因?yàn)檎窃谠涎b入位置的旁邊生長SiC單晶。另一方面，在本發(fā)明中使SiC單晶的生長在溶液的下部進(jìn)行，而額外的原料裝入在遠(yuǎn)離晶體生長區(qū)域的溶液的上部進(jìn)行，由此可以防止原料加入操作對(duì)SiC單晶的生長產(chǎn)生不良影響。作為原料，使用容易裝入的粉末狀或粒狀Si。在主要條件使得溶液中C的濃度隨時(shí)間流逝而降低的情況下，在添加Si同時(shí)添加粉末狀或粒狀SiC。要添加的原料的量可以通過以下方法計(jì)算，在該方法中預(yù)先進(jìn)行沒有添加原料的實(shí)驗(yàn)，分析了在通過冷卻凝固之后溶液的剩余組分，由此獲取溶液組成的變化，添加量由操作時(shí)間和組成變化之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。原料的添加可以以連續(xù)方式進(jìn)行。或者，作為替代，可以以固定的量間隔地加入原料，該固定的量在使溶液的組成不會(huì)顯著偏離初始組成的范圍內(nèi)。在圖3中示意地顯示了在間隔添加原料的情形中，溶液組成的變化。在此，設(shè)基于Si的重量Wsi和R的重量Wk的總和的R的重量Wk的比例為重量比[WK/ (ffSi+ffE)]，則基于溶液中Si和R的總和的R的重量比 [ffE/(ffSi+ffE)]與基于最初裝入石墨坩堝中的溶液的原料整個(gè)部分的R的重量比的差值優(yōu)選不大于0. 1，更優(yōu)選不大于0.05，進(jìn)一步優(yōu)選不大于0.03。此外，設(shè)基于Si的重量Wsi和X
8的重量Wx的總和的X的重量Wx的比例為重量比[Wx/(WSi+Wx)]，則基于溶液中Si和X的總和的X的重量比[wx/(wSi+wx)]與基于最初裝入石墨坩堝中的溶液的原料整個(gè)部分的X的重量比的差值優(yōu)選不大于0. 1，更優(yōu)選不大于0. 05，進(jìn)一步優(yōu)選不大于0. 03。實(shí)施例現(xiàn)在，將在下面進(jìn)一步描述本發(fā)明，給出了實(shí)施例和對(duì)比例，但是本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1-6，對(duì)比例1和2使用圖1中例示的裝置，其中SiC單晶放置在石墨坩堝內(nèi)的底部，在其上加入Si 和R的原料(初始裝入)以提供預(yù)定組成。在爐內(nèi)建立Ar氣氛之后，升溫至預(yù)先設(shè)定的溫度(保持溫度)，將該溫度保持30分鐘至3小時(shí)，然后開始坩堝的下降。使坩堝的下降繼續(xù)100小時(shí)。在下降期間，以3-10小時(shí)的時(shí)間間隔從坩堝的上方向溶液中裝入SiC粉末和Si粉末(額外裝入)。由沒有額外裝入的實(shí)驗(yàn)操作中的殘余組成與原料組成的分析結(jié)果的差值來計(jì)算要以額外方式裝入的原料的量。在每一個(gè)實(shí)施例中都可以得到良好的SiC單晶。下表1顯示了初始裝入時(shí)的原料和其中的R的重量比以及保持溫度，表2顯示了在坩堝下降之后在溶液殘余中的R的重量比和SiC單晶的生長速率。在對(duì)比例1中，在坩堝下降期間沒有進(jìn)行SiC粉末和Si粉末的額外裝入。在此情形中，在坩堝的下降完成后得到的SiC晶體顯示出從晶體生長過程中的一定時(shí)間點(diǎn)開始的多晶SiC的形成。在對(duì)比例2中，使用不含R元素的溶液。在此情形中，只能得到極低的生長速率，不能得到滿意的結(jié)晶度。表 1
初始料(重量比)原料R的重量比 %/躺顯度("C )實(shí)施例1Si: La = 45: 550.551610實(shí)施例2Si: SiC: NdSi2 = 35: 1 640.461840實(shí)施例3Si: SiC: Pr = 67.5: 0.5: 320. 321735實(shí)施例4Si: SiC: Gd: Dy = 27: 5: 42: 260. 681780實(shí)施例5Si: CeSi = 92: 80. 072020實(shí)施例6Si: Ce: La: Nd: Pr= 80: 10: 6: 3: 10.201910對(duì)比例1Si: Y5Si3 = 85: 150. 131895對(duì)比例2Si-1720表權(quán)利要求
1.一種制造SiC單晶的方法，包括將SiC籽晶放置在石墨坩鍋內(nèi)的底部；使含有Si、C和R的溶液存在于石墨坩堝中，R是選自包含&和Y的稀土元素中的至少一種；將溶液過冷以使SiC單晶在籽晶上生長；并且從石墨坩鍋上方將粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料加入到溶液中，同時(shí)保持SiC單晶的生長。
2.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中如此控制向溶液加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中R與Si的重量Wsi和R的重量We的總和的重量比[V (ffSi+ffE)]在0. 05-0. 75 的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中如此控制向溶液中加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中R的重量比與初始裝入石墨坩堝中的溶液的原料組成中R的重量比的差值不超過士 0. 1。
4.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中R是選自La、Ce、Pr、Nd、Gd和Dy中的至少一種。
5.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中在放置石墨坩堝的爐內(nèi)保持真空或惰性氣體氣氛，在該爐內(nèi)提供溫度沿著向下的方向連續(xù)降低的溫度梯度區(qū)，并且使石墨坩堝在溫度梯度區(qū)中下降以使得SiC單晶在籽晶上生長。
6.一種制造SiC單晶的方法，包括將SiC籽晶放置在石墨坩堝內(nèi)的底部；使包含Si、C和X的溶液存在于石墨坩堝中，其中X是選自Al、Ge、Sn和不包括&和Y 的過渡金屬元素中的至少一種；將溶液過冷以使SiC單晶在籽晶上生長；和從石墨坩堝上方將粉末狀或者粒狀Si和/或SiC原料加入到溶液中，同時(shí)保持SiC單晶的生長。
7.如權(quán)利要求6所述的制造SiC單晶的方法，其中如此控制向溶液中加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中X與Si的重量Wsi和X的重量Wx的總和的重量比[Wx/ (ffSi+ffx)]在0. 01-0. 75 的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求6所述的制造SiC單晶的方法，其中，如此控制向溶液中加入的粉末狀或粒狀Si和/或SiC原料的量使得在SiC單晶生長期間溶液中X的重量比與初始裝入石墨坩堝中的溶液的原料組成中X的重量比的差值不超過士0. 1。
9.如權(quán)利要求6所述的制造SiC單晶的方法，其中 X 是選自 Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Ge 和 Sn 中的至少一種。
10.如權(quán)利要求6所述的制造SiC單晶的方法，其中在放置石墨坩堝的爐內(nèi)保持真空或惰性氣體氣氛，在爐內(nèi)提供溫度沿著向下方向連續(xù)降低的溫度梯度區(qū)，并且使石墨坩堝在溫度梯度區(qū)中下降以使SiC單晶在籽晶上生長。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SiC單晶的制造方法。該方法包括在石墨坩鍋內(nèi)的底部放置SiC籽晶；使包含Si、C和R(R是選自包含Sc和Y的稀土元素中的至少一種)或X(X是選自Al、Ge、Sn和不包括Sc和Y的過渡金屬中的至少一種)的溶液存在于石墨坩堝中；將溶液過冷以使得SiC單晶在籽晶上生長；從石墨坩鍋上方將粉末狀或者粒狀Si和/或SiC原料加入到溶液中，同時(shí)保持SiC單晶的生長。
文檔編號(hào)C30B11/00GK102534797SQ20111046312
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者山形則男, 美濃輪武久, 野村忠雄 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社