特許 7606770 結晶成長装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】結晶成長装置

(51)【国際特許分類】

   C30B 19/04 20060101AFI20241219BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20241219BHJP

   C30B 19/10 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

C30B19/04

C30B29/36 A

C30B19/10

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022557320

(86)(22)【出願日】2021-09-22

(86)【国際出願番号】 JP2021034873

(87)【国際公開番号】W WO2022085360

(87)【国際公開日】2022-04-28

【審査請求日】2023-04-05

(31)【優先権主張番号】P 2020176924

(32)【優先日】2020-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】朱 燦

(72)【発明者】

【氏名】原田 俊太

(72)【発明者】

【氏名】宇治原 徹

(72)【発明者】

【氏名】党 一帆

(72)【発明者】

【氏名】郁 万成

【審査官】末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－２０４１３７０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０１７－１００９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０２２５３６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

略円筒形状を有しており、原料融液を収容可能な坩堝と、
前記坩堝の上方から前記坩堝の内部へ挿入することが可能であるとともに回転昇降可能な支持軸であって、下端に種結晶を取り付けることが可能な前記支持軸と、
前記支持軸に対して交差する方向に配置されており、前記支持軸の中心軸を中心とした円形形状を有している所定部材と、
を備え、
前記所定部材は、
第１の所定部材と、
前記第１の所定部材よりも上方側に配置されている第２の所定部材と、
を備えており、
結晶成長時において、前記所定部材が前記坩堝の上端部よりも下方側に位置している、結晶成長装置。

【請求項2】

略円筒形状を有しており、原料融液を収容可能な坩堝と、
前記坩堝の上方から前記坩堝の内部へ挿入することが可能であるとともに回転昇降可能な支持軸であって、下端に種結晶を取り付けることが可能な前記支持軸と、
前記支持軸に対して交差する方向に配置されており、前記支持軸の中心軸を中心とした円形形状を有している所定部材と、
前記坩堝の内壁に配置されている隔壁であって、前記坩堝の中心軸を中心とした円形の開口部を有する前記隔壁と、
を備え、
前記隔壁は、
第１の隔壁と、
前記第１の隔壁よりも上方側に配置されている第２の隔壁と、
を備えており、
前記隔壁の前記坩堝の中心軸の方向の厚さは、一定の第１厚さであり、
前記開口部の内径は前記所定部材の外径よりも大きく、
前記坩堝の中心軸は前記支持軸の中心軸と一致しており、
結晶成長時において、前記所定部材が前記坩堝の上端部よりも下方側に位置しており、前記所定部材の少なくとも一部が前記第１厚さの範囲内に位置している、結晶成長装置。

【請求項3】

略円筒形状を有しており、原料融液を収容可能な坩堝と、
前記坩堝の上方から前記坩堝の内部へ挿入することが可能であるとともに回転昇降可能な支持軸であって、下端に種結晶を取り付けることが可能な前記支持軸と、
前記支持軸に対して交差する方向に配置されており、前記支持軸の中心軸を中心とした円形形状を有している所定部材と、
前記坩堝の内壁に配置されている隔壁であって、前記坩堝の中心軸を中心とした円形の開口部を有する前記隔壁と、
を備え、
前記隔壁の前記坩堝の中心軸の方向の厚さは、一定の第１厚さであり、
前記開口部の内径は前記所定部材の外径よりも大きく、
前記坩堝の中心軸は前記支持軸の中心軸と一致しており、
前記所定部材の前記支持軸の中心軸の方向の厚さ、前記開口部の内径と前記所定部材の外径との間のギャップ、前記所定部材の直径、の少なくとも１つは、機械学習による回帰モデルを用いて決定されており、
前記回帰モデルは、シミュレーションで求められた前記原料融液の内部の温度分布と前記原料融液の蒸発量とを含んだ教師データによって前記機械学習によって導出されたモデルであり、
結晶成長時において、前記所定部材が前記坩堝の上端部よりも下方側に位置しており、前記所定部材の少なくとも一部が前記第１厚さの範囲内に位置している、結晶成長装置。

【請求項4】

前記所定部材は、前記支持軸から側方へ突出しており、前記支持軸の中心軸の中心から延びた形状を有している、請求項１～３の何れか１項に記載の結晶成長装置。

【請求項5】

前記所定部材の外寸は前記坩堝の内寸よりも小さい、請求項１～４の何れか１項に記載の結晶成長装置。

【請求項6】

前記所定部材の前記支持軸の中心軸の方向の厚さは、一定の第２厚さであり、
前記第２厚さは前記第１厚さよりも小さい、請求項２または３に記載の結晶成長装置。

【請求項7】

前記開口部の内径と前記所定部材の外径との間のギャップは０．１ｍｍ以上である、請求項２または３に記載の結晶成長装置。

【請求項8】

前記所定部材は、前記支持軸の中心軸に対して垂直である、請求項１～７の何れか１項に記載の結晶成長装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年１０月２１日に出願された日本国特許出願第２０２０－１７６９２４号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により援用されている。本明細書では、結晶成長装置に関する技術を開示する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ単結晶の製造方法として、高温に熱した原料融液（溶媒）を収容した坩堝を用いて、ＳｉＣ種結晶を液相中で結晶成長させる方法（液相成長法ともいう）が知られている（例えば、特開２０１６－２８０１５号公報および特再公表２０１６－０５９７８８号公報を参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

液相成長法では、原料融液が蒸発し、坩堝の内壁などに付着する。付着した原料融液が冷却されることにより、固形成分が凝固してしまう。これにより、原料融液の量や組成が変化し、液相成長の環境が意図せず変化をしてしまうため、原料溶液の蒸発を抑制することが求められる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本明細書で開示する結晶成長装置は、略筒形状を有しており、原料融液を収容可能な坩堝を備える。結晶成長装置は、坩堝の上方から坩堝の内部へ挿入することが可能であるとともに回転昇降可能な支持軸を備える。支持軸は、下端に種結晶を取り付けることが可能である。結晶成長装置は、支持軸に対して交差する方向に配置されている所定部材を備える。結晶成長時において、所定部材が坩堝の上端部よりも下方側に位置している。

【0005】

結晶成長時において、所定部材を、坩堝の上部を覆う蓋として機能させることができる。所定部材が備えられていない場合に比して、坩堝内部の気密性を高めることができる。これにより、坩堝内の蒸気圧を高くすることができるため、原料融液の蒸発を抑制することが可能となる。

【0006】

所定部材は、支持軸から側方へ突出しており、支持軸の中心軸の中心から延びた形状を有していてもよい。

【0007】

所定部材の外寸は坩堝の内寸よりも小さくてもよい。

【0008】

坩堝は、略円筒形状を有していてもよい。所定部材は、支持軸の中心軸を中心とした円形形状を有していてもよい。

【0009】

所定部材は、第１の所定部材と、第１の所定部材よりも上方側に配置されている第２の所定部材と、を備えていてもよい。

【0010】

結晶成長装置は、坩堝の内壁に配置されている隔壁をさらに備えていてもよい。隔壁は、坩堝の中心軸を中心とした円形の開口部を有している。隔壁の坩堝の中心軸の方向の厚さは、一定の第１厚さであってもよい。開口部の内径は所定部材の外径よりも大きくてもよい。坩堝の中心軸は支持軸の中心軸と一致していてもよい。結晶成長時において、所定部材の少なくとも一部が第１厚さの範囲内に位置していてもよい。

【0011】

隔壁は、第１の隔壁と、第１の隔壁よりも上方側に配置されている第２の隔壁と、を備えていてもよい。

【0012】

所定部材の支持軸の中心軸の方向の厚さは、一定の第２厚さであってもよい。第２厚さは第１厚さよりも小さくてもよい。

【0013】

開口部の内径と所定部材の外径との間のギャップは０．１ｍｍ以上であってもよい。

【0014】

所定部材は、支持軸の中心軸に対して垂直であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】結晶成長装置の基本構成を示す図である。

【図2A】実施例１に係る結晶成長装置１の概略構成図である。

【図2B】図２ＡのII―II線における概略断面図である。

【図3】結晶成長工程の完了時の状態を示す、結晶成長装置１の概略構成図である。

【図4】比較例の結晶成長装置である。

【図5】本実施例の結晶成長装置である。

【図6】実施例２に係る結晶成長装置１ａの概略構成図である。

【図7】実施例４に係る結晶成長装置１ｂの概略構成図である。

【図8】実施例４に係る結晶成長装置１ｃの概略構成図である。

【図9】実施例４に係る結晶成長装置１ｄの概略構成図である。

【図10】実施例４に係る結晶成長装置１ｅの概略構成図である。

【図11】実施例４に係る結晶成長装置１ｆの概略構成図である。

【図12】実施例４に係る結晶成長装置１ｇの概略構成図である。

【図13】実施例４に係る結晶成長装置１ｈの概略構成図である。

【図14】実施例４に係る結晶成長装置１ｉの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜結晶成長装置の基本構成＞
図１に、結晶成長装置１Ｐの概略構成図を示す。結晶成長装置１Ｐは、ＳｉＣ結晶を液相成長させる装置である。結晶成長装置１Ｐは、回転軸１２、支持軸１３、坩堝１５、を備える。回転軸１２は、坩堝１５を回転可能に支持する軸である。坩堝１５は炭素素材（黒鉛）で形成されている。坩堝１５は、略円筒の形状を有している。坩堝１５の内壁１５ｗには、内壁面の全周にわたって隔壁３１Ｐが配置されている。隔壁３１Ｐは、坩堝１５の内壁に脱着自在である。

【0017】

坩堝１５には原料融液１７が収容される。原料融液１７は、Ｓｉの溶液である。坩堝１５から炭素原子が溶融する。また原料融液１７には、炭素を溶解し易くするための添加元素が添加されている。添加元素の例としては、低融点金属（Ａｌ、Ｓｎ、Ｇａなど）、遷移金属（Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅなど）、各種の希土類元素、などが挙げられる。本実施例では、Ｃｒ（クロム）と、Ｃｒに比して少量のＡｌ（アルミニウム）を用いた。

【0018】

支持軸１３は、結晶支持部２０を備える。結晶支持部２０は、支持軸１３の下端に配置されている。結晶支持部２０の下面２０ｕは、支持軸１３の中心軸ＣＡ１を中心とした円形形状である。下面２０ｕには、種結晶１６が取り付けられる。種結晶１６は、ＳｉＣ結晶１８を成長させるためのＳｉＣテンプレートである。本実施例では、種結晶１６は、円盤のウエハ形状（６インチ径）を有する、４Ｈ－ＳｉＣ単結晶を用いた。種結晶１６の結晶成長面は（０００１）面から［１１－２０］に１度傾斜した面とした。

【0019】

＜効果＞
原料融液１７が蒸発すると、坩堝１５の内壁などに付着する。付着した原料融液１７が冷却されることにより凝固し、固体物が内壁等に付着してしまう。特に、蒸気圧の高いＣｒやＡｌなどの添加元素が蒸発することで、これらの元素を含んだ固体物が付着することが問題となる。また、結晶成長時間が長くなるほど、原料融液１７の蒸発量が多くなるため、固体物の付着量も多くなってしまう。本技術に係る結晶成長装置１Ｐでは、結晶支持部２０を坩堝１５内部へ挿入した状態（すなわち、ＳｉＣ結晶を成長させる状態）では、隔壁３１Ｐは、坩堝１５の上端部１５ｕよりも下方側に位置している。これにより、隔壁３１Ｐを、坩堝１５の上部を覆う蓋として機能させることができるため、坩堝１５内部の気密性を高めることができる。原料融液１７の液面における蒸気圧を高くすることができるため、原料融液１７の蒸発を抑制することができる。ＣｒやＡｌなどの固形物の付着を抑制することが可能となる。

【0020】

以下、本明細書が開示する技術が適用された結晶成長装置の実施例について説明する。なお、以下で参照する各図において、上述の結晶成長装置１Ｐの各要素と実質的に機能が共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略することがある。

【実施例1】

【0021】

＜結晶成長装置１の構成＞
図２Ａに、結晶成長装置１の概略構成図を示す。図２Ｂに、図２ＡのII―II線における概略断面図を示す。図２Ｂでは、分かりやすさのために、第２板状部材２２および第２隔壁３２をグレーで塗りつぶしている。また図２Ｂでは、坩堝収容部１１および高周波コイル１４の記載を省略している。結晶成長装置１は、坩堝収容部１１、回転軸１２、支持軸１３、高周波コイル１４、坩堝１５、回転部１９、駆動部３０、を備える。

【0022】

坩堝収容部１１は、坩堝１５を収容している。坩堝収容部１１は、坩堝１５からの放熱を抑制し、坩堝１５を一定の温度に保つ機能を有する。坩堝収容部１１の上部には、内径ＩＤ３を有する円形の開口部ＯＰ３が形成されている。回転部１９は、回転軸１２を回転させる部位である。回転軸１２は、坩堝１５を回転可能に支持する軸である。回転軸１２の中心軸ＣＡ３は、坩堝１５の中心軸ＣＡ２と一致している。

【0023】

坩堝１５の上部には、内径ＩＤ４を有する円形の開口部ＯＰ２が形成されている。坩堝１５の内壁１５ｗには、内壁面の全周にわたって第１隔壁３１および第２隔壁３２が配置されている。第１隔壁３１および第２隔壁３２は、坩堝１５の中心軸ＣＡ２を中心とした円形の開口部ＯＰ１を備えている。第２隔壁３２は、第１隔壁３１よりも上方側に配置されている。第１隔壁３１および第２隔壁３２は、一体の隔壁として機能する。第１隔壁３１の下面と第２隔壁３２の上面との間の距離が、この一体の隔壁の厚さＴ１に該当する。

【0024】

駆動部３０は、支持軸１３を回転させるとともに、上下方向（図２ＡのＺ軸方向）に移動させる部位である。高周波コイル１４は、不図示の電源装置からの電源供給を受けて、坩堝１５を誘導加熱する。

【0025】

＜支持軸１３の構成＞
支持軸１３は、結晶支持部２０、第１板状部材２１、第２板状部材２２、を備える。下面２０ｕの直径ＤＤは、支持軸１３の直径ＡＤよりも大きい。第１板状部材２１および第２板状部材２２は、支持軸１３の中心軸ＣＡ１を中心とした円形形状を有している。第１板状部材２１および第２板状部材２２は、支持軸１３から側方へ、中心軸ＣＡ１に対して垂直に突出している。第２板状部材２２は、第１板状部材２１よりも上方側に配置されている。第１板状部材２１および第２板状部材２２は、一体の板状部材として機能する。第１板状部材２１の下面と第２板状部材２２の上面との間の距離が、この一体の板状部材の厚さＴ２に該当する。本実施形態では、厚さＴ２は厚さＴ１と同一とされている。

【0026】

下面２０ｕの直径ＤＤは、第１板状部材２１および第２板状部材２２の外径ＯＤと等しい。また直径ＤＤおよび外径ＯＤは、坩堝１５の内径ＩＤ４、開口部ＯＰ１の内径ＩＤ１、開口部ＯＰ２の内径ＩＤ４、開口部ＯＰ３の内径ＩＤ３よりも小さい。従って、結晶支持部２０を、開口部ＯＰ１～ＯＰ３を介して坩堝１５の内部へ挿入することが可能である。

【0027】

結晶支持部２０を坩堝１５内部へ挿入した状態（すなわち、ＳｉＣ結晶を成長させる状態）では、第１板状部材２１および第２板状部材２２は、坩堝１５の上端部１５ｕよりも下方側に位置している。そして第１板状部材２１および第２板状部材２２の周囲が、第１隔壁３１および第２隔壁３２によって囲われている状態となる。これにより、第１板状部材２１および第２板状部材２２を、坩堝１５の上部を覆う蓋として機能させることができる。第１板状部材２１および第２板状部材２２の外径ＯＤと、開口部ＯＰ１の内径ＩＤ１と、の間のギャップＧＰは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。本実施例では２ｍｍとした。坩堝１５の中心軸ＣＡ２は、支持軸１３の中心軸ＣＡ１と一致している。従って、ギャップＧＰを全周に亘って一定に維持しながら、坩堝１５と支持軸１３とを相対回転させることが可能である。

【0028】

第１板状部材２１、第２板状部材２２、第１隔壁３１、第２隔壁３２材料の融点は、原料融液１７から輻射される熱の温度よりも高く、例えば１０００℃以上である。このような高融点の材料の例としては、例えば、炭素、珪素、炭化珪素、酸化マグネシウム、酸化チタンなどが挙げられる。本実施形態では、材料として炭素を用いた。

【0029】

＜結晶成長の具体例＞
結晶成長装置１を用いたＳｉＣ結晶の成長工程について説明する。ステップＳ１において、原料融液１７を作成する。具体的には、支持軸１３を坩堝１５内から上方へ引き抜く。坩堝１５内にＳｉ原料および添加元素（Ｃｒ、Ａｌ）を収容する。高周波コイル１４でＳｉ原料を加熱溶融し、原料融液１７を作成する。

【0030】

ステップＳ２において、支持軸１３の下面２０ｕに種結晶１６を取り付ける。そして、結晶支持部２０を、開口部ＯＰ１～ＯＰ３を介して坩堝１５内に挿入する。種結晶１６を原料融液１７に接触させる。これにより、図２Ａに示す状態となる。図２Ａは、結晶成長工程の開始時の状態を示す図である。

【0031】

ステップＳ３において、結晶成長を行う。具体的には、種結晶１６を原料融液１７に接触させるとともに、回転軸１２および支持軸１３を回転させる。原料融液１７を結晶成長温度に維持する。ＳｉＣ結晶１８の成長に伴い、支持軸１３を所定速度で引き上げる。これにより、図３に示すように、ＳｉＣ結晶１８を成長させることができる。図３は、結晶成長工程の完了時の状態を示す図である。

【0032】

＜効果＞
本実施例の結晶成長装置１では、一体の板状部材（第１板状部材２１および第２板状部材２２）および一体の隔壁（第１隔壁３１および第２隔壁３２）を備えている。そして、結晶成長の開始（図２Ａ）から終了（図３）までの全期間において、一体の板状部材の厚さＴ２の少なくとも一部を、一体の隔壁の厚さＴ１の範囲内に位置させている。換言すると、坩堝１５の側面からみたときに、一体の板状部材と一体の隔壁とが必ず重複するように、ＳｉＣ結晶１８を引き上げる。これにより、結晶成長の全期間において、一体の板状部材と一体の隔壁との間の隙間を、ギャップＧＰの一定値に維持することができる。一体の板状部材と一体の隔壁により、坩堝１５の上部を覆うことができるため、坩堝１５内部の気密性を高めることができる。原料融液１７の液面における蒸気圧を高くすることができるため、原料融液１７の蒸発を抑制することができる。ＣｒやＡｌなどの固形物の付着を抑制することが可能となる。

【0033】

図４（比較例）および図５（本実施例）に示すように、液状の原料融液１７が坩堝１５の内壁を伝って上昇することで、ギャップＧＰから上方側へ原料融液１７が漏れ出てしまう場合がある。図４の比較例に示すように、１重の板状部材１２１および隔壁１３１を備える場合には、ギャップＧＰから上方へ漏れ出た原料融液１７は、坩堝１５の上部空間１５ｓ１および坩堝収容部１１の内部空間１１ｓに露出する。上部空間１５ｓ１および内部空間１１ｓの体積は大きいため、漏れ出た原料融液１７が蒸発しても上部空間１５ｓ１および内部空間１１ｓの蒸気圧は上昇しにくい。従って、板状部材１２１および隔壁１３１の下側に存在する下側空間１５ｓ２の蒸気圧を高めることが困難である。一方、図５の本実施例では、一体の板状部材は、２重の第１板状部材２１および第２板状部材２２により挟まれた空間ＳＰ１を備えている。また、一体の隔壁は、第１隔壁３１および第２隔壁３２により挟まれた空間ＳＰ２を備えている。第１板状部材２１と第１隔壁３１との間のギャップＧＰから上方へ原料融液１７が漏れ出た場合においても、この空間ＳＰ１およびＳＰ２内に原料融液１７を閉じ込めることができる。そして、原料融液１７からの輻射熱により、空間ＳＰ１およびＳＰ２内の原料融液１７を蒸発させることができる。空間ＳＰ１およびＳＰ２の体積は、上部空間１５ｓ１および内部空間１１ｓの体積に比して十分に小さいため、空間ＳＰ１およびＳＰ２内の蒸気圧を高めることができる。従って、高い蒸気圧を有する空間ＳＰ１および空間ＳＰ２により、その下方側の下側空間１５ｓ２を密閉することができるため、下側空間１５ｓ２の蒸気圧を高めることができる。これにより、原料融液１７の蒸発を抑制することが可能となる。

【実施例2】

【0034】

図６に、実施例２に係る結晶成長装置１ａを示す。実施例２の結晶成長装置１ａは、実施例１の結晶成長装置１（図２Ａ）に比して、第３隔壁３３および第４隔壁３４をさらに備えている点が異なる。実施例１と同一の構成には同一符号を付すことで、説明を省略する。

【0035】

第１隔壁３１～第４隔壁３４は、一体の隔壁として機能する。第１隔壁３１の下面と第４隔壁３４の上面との間の距離が、この一体の隔壁の厚さＴ３に該当する。第１板状部材２１および第２板状部材２２からなる一体の板状部材の厚さＴ２は、厚さＴ３よりも小さい。結晶成長時には、一体の板状部材の厚さＴ２の少なくとも一部が、一体の隔壁の厚さＴ３の範囲内に位置するように、ＳｉＣ結晶１８を引き上げる。実施例１の結晶成長装置１（図２Ａおよび図３）における一体の隔壁の厚さＴ１に比して、厚さＴ３を厚くできるため、ＳｉＣ結晶１８の引き上げ距離を大きくすることができる。ＳｉＣ結晶１８のインゴットを長尺化できるため、コスト低減が可能となる。

【実施例3】

【0036】

実施例３では、第１板状部材２１および第２板状部材２２の形状を、機械学習アルゴリズムを用いて最適化する形態について説明する。ここで第１板状部材２１および第２板状部材２２の形状とは、以下に示す様々な形状であってよい。例えば、厚さＴ２（第１板状部材２１の下面と第２板状部材２２の下面との間の距離）や、空間ＳＰ１の高さ（第１板状部材２１の上面と第２板状部材２２の下面との間の距離）であってもよい。第１板状部材２１自体の厚さや、第２板状部材２２自体の厚さであってもよい。ギャップＧＰの値であってもよい。第１板状部材２１および第２板状部材２２の外径ＯＤであってもよい。またこれらの形状の複数の組み合わせであってもよい。

【0037】

第１板状部材２１および第２板状部材２２の形状を演算する回帰モデルは、機械学習（例：ニューラルネットワーク）による回帰を用いて作成される。機械学習による回帰モデルの作成には、教師データの収集が必要である。そこで本明細書の技術では、解析ソフトを用いたシミュレーションにより教師データを収集した。

【0038】

具体的に説明する。ＣＡＤデータから、結晶成長装置１の３次元モデルを作成する。そして入力パラメータセットを用いて、シミュレーション計算を実施する。入力パラメータセットの一例としては、高周波コイル１４に供給する電力、坩堝収容部１１内の気温、坩堝１５の回転速度、支持軸１３の回転速度などを使用した。シミュレーションを実施する度に、１つの入力パラメータセットに対する出力結果（原料融液１７の内部の温度分布、原料融液１７の蒸発量）が得られる。複数の入力パラメータセットに対してシミュレーションを繰り返すことにより、複数の教師データが得られる。そして、取得した複数の教師データを用いて機械学習を行い、回帰モデルを作成する。

【0039】

作成した回帰モデルを用いて、第１板状部材２１および第２板状部材２２の形状を演算する。第１板状部材２１および第２板状部材２２の形状によって、原料融液１７の内部の温度分布や原料融液１７の蒸発量は変化する。従って、原料融液１７の蒸発量の抑制と原料融液１７内部の適切な温度分布とを両立できるような形状を、回帰モデルを用いて探索する。これにより、第１板状部材２１および第２板状部材２２の形状の最適化が可能となる。なお、第１隔壁３１および第２隔壁３２の形状についても、回帰モデルによる最適化が可能である。

【実施例4】

【0040】

実施例４では、様々な変形構造例を有する結晶成長装置１ｂ～１ｉを列挙する。実施例１と同一の構成には同一符号を付すことで、説明を省略する。図７に示す結晶成長装置１ｂは、支持軸１３から突出している板状部材を有さない例である。第１隔壁３１ｂおよび第２隔壁３２ｂは、坩堝１５の内壁に脱着自在である。従って、内径ＩＤ１よりも結晶支持部２０の直径ＤＤの方が大きい場合においても、結晶支持部２０を坩堝１５に出し入れすることが可能である。

【0041】

図８の結晶成長装置１ｃは、図７の結晶成長装置１ｂに対して、１枚の厚い第１隔壁３１ｃを備えている。

【0042】

図９の結晶成長装置１ｄは、図７の結晶成長装置１ｂに対して、結晶支持部２０を備えていない。支持軸１３の下端に種結晶１６ｄが配置されている。

【0043】

図１０の結晶成長装置１ｅでは、第１板状部材２１ｅと第１隔壁３１ｅとが互いに嵌め合うように、断面形状に凹凸部を備えている。図１１の結晶成長装置１ｆでは、第１板状部材２１ｆと第１隔壁３１ｆとが互いに嵌め合うように、断面形状にテーパ部を備えている。これにより、原料融液１７の気密性を高めることができる。

【0044】

図１２の結晶成長装置１ｇでは、第１部材２１ｇおよび第１隔壁３１ｇの断面が半円形状である。

【0045】

図１３（Ａ）は結晶成長装置１ｈの断面図であり、図１３（Ｂ）はその上面図である。第１隔壁３１ｈには、複数のホールＨ１が形成されている。また図１４（Ａ）は結晶成長装置１ｉの断面図であり、図１４（Ｂ）はその上面図である。第１板状部材２１ｉには、複数のホールＨ１が形成されている。ホールＨ１の配置はランダムでもよいし、規則的であってもよい。

【0046】

＜変形例＞
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

【0047】

第１板状部材２１、第２板状部材２２の形状は、中心軸ＣＡ１を中心とした円形に限られない。また坩堝１５の形状は円筒に限られない。多角形などの様々な形状とすることができる。

【0048】

第１隔壁３１および第２隔壁３２は省略してもよい。第１板状部材２１および第２板状部材２２によって、坩堝１５の上部を覆うことができるため、原料融液１７の蒸発を抑制することができる。

【0049】

空間ＳＰ１およびＳＰ２（図５）に、原料融液１７と同様の組成を有する固形物を予め配置しておいてもよい。この固形物が輻射熱で溶融し蒸発することで、空間ＳＰ１およびＳＰ２内の蒸気圧を確実に高めることができる。

【0050】

板状部材は、第１板状部材２１および第２板状部材２２の２枚構成に限られない。１枚であってもよいし、３枚以上であってもよい。隔壁は、第１隔壁３１～第４隔壁３４の複数枚の構成に限られない。１枚であってもよいし、５枚以上であってもよい。

【0051】

第１板状部材２１および第２板状部材２２は、支持軸１３の中心軸ＣＡ１に対して垂直に突出している形態に限られない。斜め上方向や斜め下方向へ突出していてもよいし、曲面を有して突出していてもよい。

【0052】

板状部材は、坩堝１５の内部に配置される形態に限られない。坩堝１５の上方側に配置されていてもよい。例えば結晶成長装置は、坩堝１５の上方であって坩堝収容部１１の開口部ＯＰ３の近傍に配置されているシール部を備えていてもよい。シール部は、支持軸１３から側方へ突出している複数の板状部材を備えている。複数の板状部材は、支持軸１３の中心軸ＣＡ１を中心とした円形形状を有している。シール部の外径は、坩堝収容部１１の開口部ＯＰ３の内径ＩＤ３よりも小さい。シール部によって、坩堝収容部１１の気密性を高めることができる。

【0053】

下面２０ｕの直径ＤＤは、第１板状部材２１および第２板状部材２２の外径ＯＤよりも小さくてもよい。成長させるＳｉＣ結晶１８のウエハ径に合わせて、直径ＤＤを適宜に設定可能である。

【0054】

本明細書の結晶成長装置１は、高温の融液を用いた液相成長法で成長させることができる結晶であれば、何れの結晶成長にも適用可能である。例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、などの各種の半導体結晶を成長させることができる。

【0055】

なお、原料溶液の材料は特に限定されず、一般的なものを使用することができる。例えば、原料溶液のＳｉ源としては、ＳｉまたはＳｉ合金を用いることができる。原料溶液のＣ源としては、黒鉛、グラッシーカーボン、ＳｉＣ、メタン、エタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素ガス、などを用いることができる。

【0056】

種結晶１６としては、４Ｈ－ＳｉＣおよび６Ｈ－ＳｉＣに代表される種々の結晶多形を用いることができる。種結晶１６の結晶成長面は（０００１）面に限られず、様々な面を用いることができる。

【0057】

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【0058】

第１板状部材２１および第２板状部材２２は、所定部材の一例である。

【符号の説明】

【0059】

１、１ａ：結晶成長装置 １３：支持軸 １５：坩堝 １６：種結晶 １７：原料融液 １８：ＳｉＣ結晶 ２０：結晶支持部 ２１：第１板状部材 ２２：第２板状部材 ３１：第１隔壁 ３２：第２隔壁 ＣＡ１～ＣＡ３：中心軸 ＤＤ：直径 ＯＤ：外径 ＩＤ１～ＩＤ４：内径 Ｔ１、Ｔ２：厚さ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】