特許 6757688 炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び炭化ケイ素単結晶の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6757688

(24)【登録日】2020年9月2日

(45)【発行日】2020年9月23日

(54)【発明の名称】炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び炭化ケイ素単結晶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 32/956 20170101AFI20200910BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20200910BHJP

   C30B 23/06 20060101ALI20200910BHJP

   C01B 32/97 20170101ALI20200910BHJP

【ＦＩ】

   C01B32/956

   C30B29/36 A

   C30B23/06

   C01B32/97

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-57729(P2017-57729)

(22)【出願日】2017年3月23日

(65)【公開番号】特開2018-158871(P2018-158871A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2019年8月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000240

【氏名又は名称】太平洋セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 弘徳

(72)【発明者】

【氏名】増田 賢太

(72)【発明者】

【氏名】野中 潔

【審査官】 神野 将志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０４０１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１１２６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５２９９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３２／９５６、３２／９７

Ｃ３０Ｂ ２３／０６、２９／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

昇華再結晶法により炭化ケイ素単結晶を製造するために用いられる炭化ケイ素粉末であって、アクセプターとなりうる不純物としてホウ素を含有する炭化ケイ素粒子からなり、粒度分布において粒径が１００μｍを超える粒子を含有し、粒径が１００μｍ以下の粒子に限らず、粒径が１００μｍを超える粒子においても、前記炭化ケイ素粒子の全体に前記ホウ素が含有されていることを特徴とする炭化ケイ素粉末。

【請求項2】

前記炭化ケイ素粉末の９８質量％以上が、篩の目開き寸法による粒度範囲が４５〜１４００μｍである、請求項１記載の炭化ケイ素粉末。

【請求項3】

昇華再結晶法により炭化ケイ素単結晶を製造するために用いられる炭化ケイ素粉末の製造方法であって、
無機ケイ酸質原料と炭素質原料とホウ素化合物とを混合して炭化ケイ素製造用原料を得る原料作製工程と、
前記炭化ケイ素製造用原料を２，２００℃以上で焼成することにより、アクセプターとなりうる不純物としてホウ素を含有する炭化ケイ素からなる塊状物を形成する焼成工程と、
前記塊状物を粉砕することにより、炭化ケイ素粉末を得る粉末形成工程とを含むことを特徴とする炭化ケイ素粉末の製造方法。

【請求項4】

前記ホウ素化合物として、炭化ホウ素及び／又は窒化ホウ素を用いる、請求項３記載の炭化ケイ素粉末の製造方法。

【請求項5】

前記粉末形成工程において、前記塊状物を粉砕した後、粒径が１００μｍを超える粒子を含むように分級を行う、請求項３又は４記載の炭化ケイ素粉末の製造方法。

【請求項6】

前記粉末形成工程において、前記塊状物を粉砕した後、前記炭化ケイ素粉末の９８質量％以上が、篩の目開き寸法による粒度範囲が４５〜１４００μｍとなるように分級を行なう、請求項３〜５のいずれか１項に記載の炭化ケイ素粉末の製造方法。

【請求項7】

前記焼成工程をアチソン法により行う、請求項３〜６のいずれか１項に記載の炭化ケイ素粉末の製造方法。

【請求項8】

請求項１又は２に記載の炭化ケイ素粉末を含む原料を用いて、昇華再結晶法により、アクセプターとなりうる不純物としてホウ素を含有する炭化ケイ素の単結晶を成長させることを特徴とする炭化ケイ素単結晶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ホウ素を一定量含む炭化ケイ素単結晶を作製するための原料として好適な炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び炭化ケイ素単結晶の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、デバイスの高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用を可能とするため、デバイスの構成基材として炭化ケイ素の採用が進められている。炭化ケイ素は、これまでのデバイスの構成基材として広く使用されているシリコンに比べて、バンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、炭化ケイ素を使用することでデバイスの高耐圧化、オン抵抗の低減を達成することができ、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点を有している。

【0003】

半導体用基板の材料として用いられる炭化ケイ素は、炭化ケイ素の単結晶をスライスして得られる。従来炭化ケイ素単結晶を成長させる方法として、昇華再結晶法が広く用いられている。この昇華再結晶法は、黒鉛製の坩堝内に配置した黒鉛台座に種結晶を接合すると共に、坩堝底部に配した炭化ケイ素原料を加熱昇華させ、その昇華ガスを種結晶に供給することによって種結晶上に炭化ケイ素単結晶を成長させるものである。

【0004】

この炭化ケイ素単結晶には、ドナーやアクセプターとなりうる不純物元素を一定の濃度で含有させるように管理する必要がある。不純物元素を含有する炭化ケイ素単結晶を製造する方法として以下の方法が提案されている。

【0005】

下記特許文献１には、不純物（Ａｌ）を炭化ケイ素と混合し加熱したものを原料として炭化ケイ素単結晶を成長させる方法が記載されている。

【0006】

下記特許文献２には、原料となる炭化ケイ素とは別に不純物を別の加熱系に設置し、炭化ケイ素単結晶を成長させながら、不純物を炭化ケイ素結晶の成長室に送りこんで炭化ケイ素単結晶を成長させる方法が記載されている。

【0007】

下記特許文献３には、炭化ホウ素を添加した（混ぜた）炭化ケイ素を使って、炭化ケイ素単結晶を成長させる方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６３−８５０９７号公報

【特許文献2】特開２０１３−１３３２３４号公報

【特許文献3】特開２００９−２５６１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に記載された方法では、不純物として含有させるＡｌについて、マクロでみればＡｌの偏在はないが、炭化ケイ素の粒子単位で見ると、炭化ケイ素粒子の表面近傍でＡｌ濃度が高くなる。その結果、単結晶成長初期と後期で炭化ケイ素単結晶中の不純物元素に濃度差が発生しやすい。

【0010】

特許文献２に記載された方法では、製造条件がふれやすく、製造が難しい。そのため、炭化ケイ素単結晶内で不純物元素の濃度のムラが発生しやすい。

【0011】

また、特許文献１、２の両者とも、高純度な炭化ケイ素単結晶を成長させる場合と比較して工程が複雑・煩雑である。

【0012】

特許文献３に記載された方法では、成長炉によって原料の配合を微妙に変えなければならず、量産工程においては煩雑である。

【0013】

したがって、本発明の目的は、不純物元素の分布にムラのない炭化ケイ素単結晶を得ることができる、同単結晶製造用の原料となる炭化ケイ素粉末、その製造方法、及び炭化ケイ素単結晶の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するため、本発明の炭化ケイ素粉末は、不純物としてホウ素を含有する炭化ケイ素粒子からなり、粒度分布において粒径が１００μｍを超える粒子を含有し、粒径が１００μｍ以下の粒子に限らず、粒径が１００μｍを超える粒子においても、前記炭化ケイ素粒子の全体に前記ホウ素が含有されていることを特徴とする。

【0015】

本発明の炭化ケイ素粉末は、該炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素粒子の全体にホウ素が含有されているので、この炭化ケイ素粉末を原料として、昇華再結晶法によって炭化ケイ素単結晶を成長させることにより、炭化ケイ素単結晶内で不純物元素としてのホウ素が均一に含有された炭化ケイ素単結晶を得ることができる。

【0016】

本発明の炭化ケイ素粉末においては、前記炭化ケイ素粉末の９８質量％以上が、篩の目開き寸法による粒度範囲が４５〜１４００μｍであることが好ましい。これによれば、昇華再結晶法によって炭化ケイ素単結晶を製造する際、カーボンインクルージョンや、シリコンドロップレットが発生しにくい炭化ケイ素粉末を得ることができる。

【0017】

本発明の炭化ケイ素粉末の製造方法は、無機ケイ酸質原料と炭素質原料とホウ素化合物とを混合して炭化ケイ素製造用原料を得る原料作製工程と、前記炭化ケイ素製造用原料を２，２００℃以上で焼成することにより、ホウ素を含有する炭化ケイ素からなる塊状物を形成する焼成工程と、前記塊状物を粉砕することにより、炭化ケイ素粉末を得る粉末形成工程とを含むことを特徴とする。

【0018】

本発明の炭化ケイ素粉末の製造方法によれば、炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素粒子の全体にホウ素が含有された炭化ケイ素粉末を得ることができ、該炭化ケイ素粉末を原料として、昇華再結晶法によって炭化ケイ素単結晶を成長させることにより、炭化ケイ素単結晶内で不純物元素としてのホウ素が均一に含有された炭化ケイ素単結晶を得ることができる。

【0019】

本発明の炭化ケイ素粉末の製造方法においては、前記ホウ素化合物として、炭化ホウ素及び／又は窒化ホウ素を用いることが好ましい。これによれば、炭化ホウ素、窒化ホウ素のいずれも融点が高いので、焼成工程においてホウ素化合物が揮発しにくく、焼成によって形成される炭化ケイ素粒子にホウ素を効果的に含有させることができる。

【0020】

また、前記粉末形成工程において、前記塊状物を粉砕した後、粒径が１００μｍを超える粒子を含むように分級を行うことが好ましい。これによれば、粒度分布において粒径が１００μｍを超える粒子を含有し、粒径が１００μｍ以下の粒子に限らず、粒径が１００μｍを超える粒子においても、炭化ケイ素粒子の全体にホウ素が含有されている炭化ケイ素粉末を得ることができる。

【0021】

また、前記粉末形成工程において、前記塊状物を粉砕した後、前記炭化ケイ素粉末の９８質量％以上が、篩の目開き寸法による粒度範囲が４５〜１４００μｍとなるように分級を行なうことが好ましい。これによれば、昇華再結晶法によって炭化ケイ素単結晶を製造する際、カーボンインクルージョンや、シリコンドロップレットが発生しにくい炭化ケイ素粉末を得ることができる。

【0022】

また、前記焼成工程をアチソン法により行うことが好ましい。これによれば、昇華再結晶法に適した数１０ないしは数１００μｍ以上の炭化ケイ素粉末を容易に得ることができる。

【0023】

本発明の炭化ケイ素単結晶の製造方法は、前述した本発明の炭化ケイ素粉末を含む原料を用いて、昇華再結晶法により、不純物としてホウ素を含有する炭化ケイ素の単結晶を成長させることを特徴とする。

【0024】

本発明の炭化ケイ素単結晶の製造方法によれば、内部までホウ素が含有された炭化ケイ素粒子からなる炭化ケイ素粉末を原料として、昇華再結晶法により炭化ケイ素の単結晶を成長させることにより、単結晶の内部に不純物としてのホウ素が均一に含有された単結晶を得ることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、炭化ケイ素粉末が、全体にホウ素が含有された炭化ケイ素粒子からなるので、該炭化ケイ素粉末を含む原料を用いて昇華再結晶法により炭化ケイ素の単結晶を製造することにより、炭化ケイ素単結晶内で不純物元素としてのホウ素が均一に含有された炭化ケイ素単結晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】昇華再結晶法により炭化ケイ素の単結晶を製造する方法の一例を示す説明図である。

【図2】本発明の炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素粒子及び比較例の炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素粒子のそれぞれの断面構造を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態を挙げて、本発明について更に詳細に説明する。

【0028】

まず、炭化ケイ素粉末の製造方法について説明する。ここでは、固相反応を利用した方法について説明するが、液相反応などを利用した方法であってもよい。

【0029】

本発明の炭化ケイ素粉末の製造方法は、無機ケイ酸質原料と炭素質原料とホウ素化合物とを混合して炭化ケイ素製造用原料を得る原料作製工程と、前記炭化ケイ素製造用原料を２，２００℃以上で焼成することにより、炭化ケイ素からなる塊状物を形成する焼成工程と、前記塊状物を粉砕することにより、炭化ケイ素粉末を得る粉末形成工程とを含む。

【0030】

無機ケイ酸質原料としては、珪石などの結晶質シリカ、シリカフューム、シリカゲル等の非晶質シリカ、あるいは顆粒状等の金属シリコンが挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。無機ケイ酸質原料の平均粒径は、焼成時の環境、原料の状態（結晶質、非晶質）、炭素質原料との反応性などによって、適宜選ばれる。ただし、焼成時の反応性が良く、炉の制御が容易となるので、無機ケイ酸質原料としては、非晶質シリカを用いることが好ましい。

【0031】

炭素質原料としては、例えば、天然黒鉛、人工黒鉛等の結晶質カーボンや、カーボンブラック、コークス、活性炭等の非晶質カーボンが挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用してもよい。炭素質原料の平均粒径は、焼成時の環境、原料の状態（結晶質、非晶質）、及び無機ケイ酸質原料との反応性などによって、適宜選ばれる。

【0032】

本発明の炭化ケイ素粉末を得るには、上記無機ケイ酸質原料と炭素質原料のほかに、ホウ素化合物原料を加える必要がある。

【0033】

ホウ素化合物原料としては、炭化ホウ素もしくは窒化ホウ素が好ましい。ホウ酸でも使用することは可能であるが、１０００℃以下で揮発してしまうため、炭化ケイ素中のホウ素量の制御という観点からは好ましくない。一方、ＴｉＢ_２などのホウ化金属は、金属が炭化ケイ素中に不純物として残留してしまうため好ましくない。炭化ホウ素、窒化ホウ素であれば、融点も高く、構成元素もホウ素の他は、各々炭素、窒素であるため炭化ケイ素の純度を低下させることもない。デバイス用の炭化ケイ素単結晶の原料とするためには、高純度であることが望まれる。

【0034】

無機ケイ酸質原料と炭素質原料とホウ素化合物原料とを混合して、炭化ケイ素粉末用の原料となる混合粉末を調製する。この際の混合方法は任意であり、湿式混合、乾式混合の何れであってもよい。

【0035】

混合の際の炭素質原料と無機ケイ酸質原料との混合モル比（Ｃ／Ｓｉ）は、焼成時の環境、炭化ケイ素粉末用原料の粒径、反応性などを考慮して、最適なものを選択する。ここでいう「最適」とは、焼成によって得られる炭化ケイ素の収量を向上させ、且つ、無機ケイ酸質原料及び炭素質原料の未反応の残存量を小さくさせることを意味する。

【0036】

また、ホウ素化合物原料の添加量は、不純物として含有させるホウ素の所望とする濃度によって適宜設定すればよい。炭化ケイ素粉末に含まれるホウ素の濃度が高いほど、それを原料として昇華再結晶法により炭化ケイ素の単結晶を製造した際の、単結晶中のホウ素の濃度も高くなる。ただし、後述する焼成工程において、ホウ素の一部は揮発してしまうため、原料となる炭化ケイ素粉末に含まれるホウ素の濃度と、それを原料として昇華再結晶法により形成される炭化ケイ素の単結晶中のホウ素の濃度とは同じにはならない。

【0037】

得られた混合粉末（炭化ケイ素製造用の原料）を２２００℃以上、好ましくは２５００℃以上で焼成して、塊状の炭化ケイ素を得る。

【0038】

焼成方法は、特に限定されないが、外部加熱による方法、通電加熱による方法等が挙げられる。外部加熱の方法としては、例えば、流動層炉、バッチ式の炉などを用いる方法が挙げられる。通電加熱による方法としては、例えば、アチソン炉を用いるアチソン法が挙げられる。アチソン法は、昇華再結晶法に適した数１０ないしは数１００μｍ以上の炭化ケイ素粉末を容易に得ることができるので、好ましく採用される。

【0039】

焼成雰囲気は、還元雰囲気であることが好ましい。還元性が弱い雰囲気下で焼成すると、炭化ケイ素の収率が低下するためである。この際、無機ケイ酸質原料の一つとして非晶質シリカを用いると、反応性が良いことから炉の制御が容易になるため、無機ケイ酸質原料には非晶質シリカを単独あるいは、一部に非晶質シリカ含む混合物を使うことが好適である。

【0040】

なお、本明細書中、「アチソン炉」とは、上方が開口した箱型の間接抵抗加熱炉をいう。ここで、間接抵抗加熱とは、被加熱物に電流を直接流すのではなく、電流を流して発熱させた発熱体によって炭化ケイ素を得るものである。また、このようなアチソン炉の具体的構成の一例は、特開２０１３−１１２５４４号公報に記載されている。

【0041】

アチソン炉の発熱体の種類は、電気を通すことができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、黒鉛粉、カーボンロッド等が挙げられる。

【0042】

発熱体を構成する物質の形態は、特に限定されず、例えば、粉状、塊状等が挙げられる。発熱体は、アチソン炉の通電方向の両端に設けられた電極芯を結ぶように全体として棒状の形状になるように設けられる。ここでの棒状の形状とは、例えば、円柱状、角柱状等が挙げられる。

【0043】

このような炉を用いることにより、下記式（１）に示した反応が生じ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる塊状物が得られる。
ＳｉＯ_２＋３Ｃ→ＳｉＣ＋２ＣＯ …（１）

【0044】

一方、推測によれば、１６００℃近傍でＳｉＯ_２の一部がホウ素化合物（例えばＢ_４Ｃ）と反応し、ホウ素が取り込まれるため、ホウ素が均等に取り込まれた炭化ケイ素結晶が成長すると考えらえる。炭化ケイ素粒子は結晶子が集合したものであることが多いので、粗大粒子になるほどその傾向が強くなる。

【0045】

通電後、炉内に炭化ケイ素からなる塊状物が生成する。そして、炉内が常温になるまで冷却を行う。

【0046】

そして、得られた炭化ケイ素からなる塊状物（インゴット）を粉砕する。粉砕方法は、トップグラインダー、ディスクグラインダー、ジェットミル、ボールミル等を用いて粉砕する方法が挙げられる。

【0047】

その後、所望の粒度範囲になるように、粉砕物を分級することが好ましい。分級は、篩を用いた方法が最も簡便であり、好ましい。ただし、分級は、篩を用いた方法に限定されず、乾式、湿式の何れでもよい。また、乾式の分級として、気流を用いた例えば遠心式の分級方法を用いることもできる。

【0048】

分級は、粒径が１００μｍを超える粒子が含まれるように行なうことが好ましく、更には、炭化ケイ素粉末の９８質量％以上が、篩の目開き寸法による粒度範囲が４５〜１４００μｍとなるように行なうことがより好ましく、上記粒度範囲が１００〜１０００μｍとなるように行なうことが最も好ましい。細かい粒子だとカーボンの微粉のためにカーボンインクルージョンが起こりやすく、粗い粒子だと比表面積が小さいため昇華速度が遅くなり、シリコンドロップレットが発生しやすくなる傾向がある。

【0049】

また、粉砕物を、塩酸などを用いて適宜酸洗浄することにより、粉砕によるコンタミネーションを除去してもよい。

【0050】

こうして得られた本発明の炭化ケイ素粉末は、不純物としてホウ素を含有する炭化ケイ素粒子からなり、この炭化ケイ素粒子は、粒径１００μｍ以下のものに限らず、粒径１００μｍを超えるものにおいても、全体にホウ素が含有されている。なお、ここで「全体にホウ素が含有されている」とは、粒子の表層から中心部に至るまで、ホウ素が含有されていることを意味する。また、粒径１００μｍを超えるものの中には、粒径１４００μｍを超えるものは含まないこととする。例えば炭化ケイ素粉末の９８質量％以上が、篩の目開き寸法による粒度範囲が４５〜１４００μｍである粉末においては、少なくとも上記粒度分布に入るものについて、粒子の表層から中心部に至るまで、ホウ素が含有されていればよい。

【0051】

本発明の炭化ケイ素粉末の好ましい態様においては、炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素粒子の表層から中心部に至るまで、ホウ素がほぼ均一に含まれている。ここでほぼ均一とは、最も高い濃度の部分と最も低い濃度の部分との差異が、濃度の高い方を基準して７０％以内となっていることを意味する。

【0052】

本発明の炭化ケイ素単結晶の製造方法は、本発明の炭化ケイ素粉末を原料として、昇華再結晶法により炭化ケイ素の単結晶を成長させる方法である。昇華再結晶法により炭化ケイ素単結晶を製造する方法は、常法に従って行えばよく、特に限定されないが、その一例を示すと、下記の通りである。

【0053】

図１に示すように、原料である炭化ケイ素粉末５を、例えば黒鉛製のるつぼ１内に充填し、このるつぼ１を加熱装置内に配設する。ただし、炭化ケイ素粉末５が中に充填される容器は、黒鉛製のるつぼ１に限定されず、昇華再結晶法で単結晶炭化ケイ素を製造する際に使用できるものであればよい。このるつぼ１に、中心に台座２を備えた黒鉛製の板１１に、炭化ケイ素の単結晶（種結晶）４を接着したもので蓋をし、周囲を断熱材で覆い、るつぼ１をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とした減圧下で、るつぼ１内の炭化ケイ素粉末５が２０００〜２５００℃となるように加熱する。ただし、るつぼ１の蓋の下面の炭化ケイ素単結晶４が成長する部分は、これより１００℃程度温度が低くなるようにしておく。

【0054】

この加熱を数時間から数十時間持続させる。これにより、原料である炭化ケイ素粉末５が昇華して昇華ガスとなり、蓋の下面に到達して単結晶化し、この単結晶が成長することにより炭化ケイ素単結晶の塊状物を得ることができる。

【0055】

本発明の炭化ケイ素粉末は、前述したように、炭化ケイ素粉末を構成する炭化ケイ素粒子の全体にホウ素が含有されているので、単結晶の成長に伴って、単結晶中に取り込まれるホウ素の濃度が一定して、不純物としてのホウ素濃度のむらのない単結晶を得ることができる。

【実施例】

【0056】

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0057】

＜実施例１、２＞
使用材料としては、下記のものを使用した。
無機ケイ酸質原料： 非晶出シリカ 平均粒径 ２ｍｍ以下
炭素質原料： カーボンブラック 平均顆粒径 ２ｍｍ以下
ホウ素化合物： 炭化ホウ素粉末 粒度範囲 数〜２０μｍ
重量比で非晶質シリカ：カーボンブラック＝２：１で混合したものに、炭化ホウ素粉末を０．８質量％（実施例１）、６質量％（実施例２）となるようにそれぞれ混合し、これをそれぞれの原料とした。

【0058】

それぞれの原料を用いて、アチソン炉で２５００℃にて６時間焼成し、炭化ケイ素インゴットを得た。

【0059】

この炭化ケイ素インゴットをジョークラッシャーとボールミルを用いて粉砕して、実施例１、２の炭化ケイ素粉末を得た。

【0060】

＜比較例１、２＞
使用材料としては、下記のものを使用した。
無機ケイ酸質原料： 非晶出シリカ 平均粒径 ２ｍｍ以下
炭素質原料： カーボンブラック 平均顆粒径 ２ｍｍ以下
ホウ素化合物： 炭化ホウ素粉末 粒度範囲 ３〜２０μｍ
重量比で非晶質シリカ：カーボンブラック＝２：１で混合し、アチソン炉で２５００℃にて６時間焼成し、炭化ケイ素インゴットを得た。

【0061】

この炭化ケイ素インゴットをジョークラッシャーとボールミルを用いて粉砕し、ふるい分級することで粒度範囲が４５〜１４００μｍの炭化ケイ素粉末を得た。

【0062】

この炭化ケイ素粉末に、上記炭化ホウ素粉末を、０．８質量％（比較例１）、６質量％（比較例２）となるようにそれぞれ混合し、この混合物をアルゴン雰囲気下、２０００℃で６時間焼成し、比較例１、２の炭化ケイ素粉末を得た。

【0063】

＜試験例１＞
実施例１、２、比較例１、２の炭化ケイ素粉末から、ふるい分級で、粒度範囲が４５〜５００μｍのものと、５００〜１４００μｍのものとをそれぞれ取出した。

【0064】

これらをディスクグラインダーで１０μｍ以下に粉砕した。粉砕したものを成形し、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を用いてホウ素量を測定した。その結果を表１に示す。

【0065】

【表1】

【0066】

表１に示されるように、実施例１、２は、いずれも粒度範囲によらず、ホウ素量が一定であった。このことから、実施例１、２の炭化ケイ素粉末の粒子は、ホウ素が内部に至るまで均一に含まれていると推定される。

【0067】

これに対して、比較例１、２は、いずれも粒度範囲でホウ素量が異なり、粒度の大きい方が、粒度の小さいものに比べてホウ素量が少なかった。粒度範囲によってホウ素量が異なるのは、粒子内のホウ素量にムラがあるためと推定される。

【0068】

＜試験例２＞
試験例１の結果を確認するため、実施例１、２、比較例１、２のそれぞれの炭化ケイ素粉末について、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により粒子内のホウ素分布を測定した。炭化ケイ素粉末をアクリル樹脂に埋め込み、炭化ケイ素粉末の粒子の断面が得られるよう研磨した。測定においては、粒子径が４５、１００、５００、１４００μｍに近い粒子を選択した。

【0069】

その結果、粒子の断面におけるホウ素が検出されたエリアは、図２Ａのタイプか、図２Ｂのタイプかに分かれることがわかった。なお、図２中のグレーに塗りつぶされた部分がホウ素が検出されたエリアである。

【0070】

それぞれの炭化ケイ素粉末について、上記Ａタイプか、Ｂタイプかについて判定した結果を表２に示す。

【0071】

【表2】

【0072】

表２に示されるように、実施例１、２においては、全てＡであり、粒子径に関わらず、粒子の表層から中心部に至るまでホウ素が含有されていることが確認された。

【0073】

一方、比較例１、２においては、粒子径の小さい粒子はＡであったが、粒子径の大きい粒子はＢであった。炭化ホウ素の配合量の少ない比較例１では粒子径４５μｍのみがＡ、配合量の多い比較例２では粒子径１００μｍまでがＡであった。

【0074】

これに対し、炭化ホウ素の配合量が少ない実施例１の粒子径１４００μｍといった粗大粒子でさえ中心部にホウ素が存在していた。

【0075】

比較例１、２の場合、粒子径が大きくなってもホウ素が含まれる表面からの深さは変わらない。このため、粒子径が大きいほど、１粒子あたりのホウ素量が減少することになるので、比較例１、２のような炭化ケイ素粉末を用いてホウ素を含む炭化ケイ素単結晶を作製すると、単結晶中のホウ素の分布がばらつくことなると推定される。

【図1】

【図2】