(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤とを収容する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱し、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程と、
前記原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、前記原料融液から前記種結晶を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法。
【請求項２】
るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤と、ドーパントとを収容する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを加熱し、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程と、
前記原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、前記原料融液から前記種結晶を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法。
【請求項３】
るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤とを収容する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを気密容器内に収容する工程と、
前記気密容器内に収容した、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱し、前記Ｖ族元素単体を気化させることにより、前記気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上になるように調整するとともに、前記るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程と、
前記気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保持しつつ、前記原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、前記原料融液から前記種結晶を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法。
【請求項４】
るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤と、ドーパントとを収容する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを気密容器内に収容する工程と、
前記気密容器内に収容した、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントとを収容したるつぼを加熱し、前記Ｖ族元素単体を気化させることにより、前記気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上になるように調整するとともに、前記るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程と、
前記気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保持しつつ、前記原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、前記原料融液から前記種結晶を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法。
【請求項５】
るつぼと、
前記るつぼを収容するために設けられ、上方に開口部と、前記開口部の縁部を囲繞するように設けられる環状の溝部とを備える容器と、
前記容器の開口部に着脱自在に設けられ、天頂部に挿通孔と、前記挿通孔を囲繞するように上方に起立する壁体と、周辺部に下方に延びる環状の周壁とを備える蓋体と、
前記蓋体を固定する蓋体固定手段と、
前記容器を回転自在に駆動する容器駆動手段と、
前記挿通孔から前記容器内に挿入され、前記容器内に収容されるるつぼ内に収容される原料融液から種結晶を引き上げるための引き上げ軸と、
前記引き上げ軸を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸駆動手段とを備える単結晶の育成装置を用い、
前記るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、第１の封止剤とを収容する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼを、前記容器内に収容する工程と、
前記容器の環状の溝部内に第２の封止剤を収容し、
前記蓋体の壁体内に第３の封止剤を収容し、
前記容器の開口部に、前記蓋体を、前記蓋体の環状の周壁が、前記容器の環状の溝部内に収容されるように設け、
前記第２および第３の封止剤を加熱し、前記第２および第３の封止剤を液状化し、
前記蓋体の挿通孔を前記液状化した第３の封止剤により液封するとともに、前記蓋体と前記容器との間を、前記蓋体の環状の周壁が前記液状化した第２の封止剤に浸漬するようにし、かつ、
前記容器が、前記蓋体固定手段により固定された蓋体の前記環状の周壁の周りを、前記容器と前記蓋体との間が液封された状態を保持しつつ、前記液状化した第２の封止液を介して、回転できるように液封する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼを加熱し、前記Ｖ族元素単体を気化させるとともに、前記るつぼ内に、その表面が第１の封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程と、
前記容器を回転自在に駆動する容器駆動手段を用い、前記容器を所定の回転速度で回転させつつ、
前記引き上げ軸駆動手段を用い、前記蓋体の挿通孔から、先端部に種結晶を取り付けた前記引き上げ軸を容器内に挿入し、
前記蓋体と前記引き上げ軸との間を前記液状化した第３の封止剤により液封された状態を保持しつつ、前記原料融液に前記種結晶を浸漬し、しかる後に、前記原料融液から前記種結晶を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法。
【請求項６】
るつぼと、
前記るつぼを収容するために設けられ、上方に開口部と、前記開口部の縁部を囲繞するように設けられる環状の溝部とを備える容器と、
前記容器の開口部に着脱自在に設けられ、天頂部に挿通孔と、前記挿通孔を囲繞するように上方に起立する壁体と、周辺部に下方に延びる環状の周壁とを備える蓋体と、
前記蓋体を固定する蓋体固定手段と、
前記容器を回転自在に駆動する容器駆動手段と、
前記挿通孔から前記容器内に挿入され、前記容器内に収容されるるつぼ内に収容される原料融液から種結晶を引き上げるための引き上げ軸と、
前記引き上げ軸を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸駆動手段とを備える、単結晶の育成装置を用い、
前記るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、第１の封止剤と、ドーパントとを収容する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、第１の封止剤およびドーパントとを収容したるつぼを、前記容器内に収容する工程と、
前記容器の環状の溝部内に第２の封止剤を収容し、
前記蓋体の壁体内に第３の封止剤を収容し、
前記容器の開口部に、前記蓋体を、前記蓋体の環状の周壁が、前記容器の環状の溝部内に収容されるように設け、
前記第２および第３の封止剤を加熱し、前記第２および第３の封止剤を液状化し、
前記蓋体の挿通孔を前記液状化した第３の封止剤により液封するとともに、
前記容器と前記容器との間を、前記蓋体の環状の周壁が前記液状化した第２の封止剤に浸漬するようにし、かつ、
前記容器が、前記蓋体固定手段により固定された蓋体の前記環状の周壁の周りを、前記容器と前記蓋体との間が液封された状態を保持しつつ、前記液状化した第２の封止液を介して、回転できるように液封する工程と、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、第１の封止剤およびドーパントとを収容したるつぼを加熱し、前記Ｖ族元素単体を気化させるとともに、前記るつぼ内に、その表面が第１の封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程と、
前記容器を回転自在に駆動する容器駆動手段を用い、前記容器を所定の回転速度で回転させつつ、
前記引き上げ軸駆動手段を用い、前記蓋体の挿通孔から、先端部に種結晶を取り付けた前記引き上げ軸を容器内に挿入し、
前記蓋体と前記引き上げ軸との間を前記液状化した第３の封止剤により液封された状態を保持しつつ、前記原料融液に前記種結晶を浸漬し、しかる後に、前記原料融液から前記種結晶を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関し、特に、原料融液の表面に浮遊する小さな塊（酸化物）の量を減らすことにより、結晶欠陥の少ない高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、より短時間に育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法としては、水平ブリッジマン法や、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）などが知られている。
【０００３】
水平ブリッジマン法は、長尺のボート内に収容した原料融液を密閉容器内に収容するとともに、これにより、Ｖ族元素の揮散を防止する必要から密閉容器内をＶ族元素の蒸気圧で充填し、ボートの長手方向に沿って形成した温度傾斜を徐々にその長手方向に沿って移動させて、他端から単結晶を育成するようになっている。
【０００４】
また、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）は、石英ガラスなどよりなるるつぼ内に原料融液を収容して、Ｖ族元素の解離蒸発を直接制御する目的で、原料融液の表面を封止剤で覆い、低圧または高圧の不活性ガス雰囲気下で、原料融液から種結晶を引き上げることにより、単結晶を育成するようになっている。
【０００５】
液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）は、水平ブリッジマン法に比較して、装置自体が簡単で、かつ、操作も比較的容易であるといった長所がある。
【０００６】
次に、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）について、さらに詳しく説明する。
【０００７】
図１は、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）に用いられる、従来の、単結晶の育成装置の一例を概略的に示す縦断面図である。
【０００８】
図１を参照して、この単結晶の育成装置１は、気密容器（高圧容器、外側容器またはチャンバとも称せられる。以下、単に、気密容器と称する）２と、容器（サセプタ）３と、引き上げ軸（上軸）４と、引き上げ軸（上軸）４を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸駆動手段（図示せず）と、容器（サセプタ）３を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する容器駆動手段５と、ヒータ６、７、８と、断熱材９とを備える。
【０００９】
容器（サセプタ）３、ヒータ６、７、８、および、断熱材９は、気密容器２内に収容されている。
【００１０】
また、この単結晶の育成装置１では、容器（サセプタ）３内に、内設するように、るつぼ１０が、上向きに収容されるようになっており、るつぼ１０内には、原料融液１１が収容されるようになっている。
【００１１】
また、この単結晶の育成装置１では、気密容器２の上面２ａと下面２ｂのそれぞれには、挿通孔２ｈ１  、２ｈ２  が設けられている。
【００１２】
また、容器駆動手段５は、下軸１２を備える。
下軸１２は、気密容器２の下面２ｂの挿通孔２ｈ２  から、気密容器２内に挿入され、容器（サセプタ）３の底面中央部３ｃに接続されている。
【００１３】
そして、容器（サセプタ）３は、下軸１２により、回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に支持される。
【００１４】
引き上げ軸（上軸）４の下方先端部４ｅには、種結晶１３が取り付けられるようになっている。
【００１５】
そして、引き上げ軸（上軸）４は、気密容器２の上面２ａの挿通孔２ｈ１  から、気密容器２内に挿入され、るつぼ１０内に収容される原料融液１１から、引き上げ軸（上軸）駆動手段（図示せず）により、種結晶１３を引き上げることができるようになっている。
【００１６】
ヒータ６、７、８は、容器（サセプタ）３を取り囲むように設けられており、容器（サセプタ）３内に収容される原料を加熱して、原料融液１１を準備するためと、化合物半導体単結晶１４を育成する際に、引き上げられる単結晶１４に適切な温度勾配を与えるために設けられているものである。
【００１７】
また、断熱材９は、ヒータ６、７、８を取り囲むように設けられている。
次に、この単結晶の育成装置１を用いて、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する方法について、以下に説明する。
【００１８】
まず、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の原料として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、より具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物多結晶原料等をるつぼ１０内に収容する。
【００１９】
次に、るつぼ１０内に収容したＩＩＩ−Ｖ族化合物の表面を封止剤で覆う。
なお、封止剤としては、通常は、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）が用いられている。
【００２０】
次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、封止剤とを収容したるつぼ１０を、容器（サセプタ）３内に収容する。
【００２１】
次に、気密容器２内に、Ａｒ等の不活性ガス、または、Ｎ２  ガス等を導入し、気密容器２内を所定の圧力に調整する。
【００２２】
次に、ヒータ６、７、８を昇温し、るつぼ１０内に収容されたＩＩＩ−Ｖ族化合物および封止剤を加熱することにより、封止剤を液状化し、また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を融解して、原料融液１１とする。
【００２３】
この工程において、原料融液１１の表面１１ｓが、液状化した封止剤（液体封止剤１５）により液封される。
【００２４】
次に、下方先端部４ｅに種結晶１３を取り付けた引き上げ軸（上軸）４を、挿通口２ｈ１  から気密容器２内に挿入する。
【００２５】
次に、原料融液１１に種結晶１３を浸漬し、しかる後に、原料融液１１から単結晶１３を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４を育成する。
【００２６】
ところで、図１に示すような単結晶の育成装置１を用いた、従来の液体封止チョクラルスキー法では、育成中のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４が、液体封止剤１５から出ると、揮発成分である、Ｖ族元素が、育成中のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓから解離するという問題がある。
【００２７】
育成中のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓから、揮発成分である、Ｖ族元素が激しく解離すると、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓが荒れ、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中の結晶欠陥の増加の原因となったり、また、種結晶１３の表面１３ｓから、揮発成分である、Ｖ族元素が解離し、種結晶１３そのものが損傷し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成ができなくなったりする。
【００２８】
図１に示す単結晶の育成装置１のような装置を用いた、従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）には、上述したように、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓおよび／または種結晶１３の表面１３ｓからの揮発成分、より詳しくは、Ｖ族元素の解離を防止するため、育成中の化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓの温度をあまり高くすることができない。
【００２９】
そして、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４から、揮発成分、より詳しくは、Ｖ族元素の解離を防止するためには、液体封止剤１９中における温度勾配を大きくする必要がある。
【００３０】
より詳しくは、液体封止剤１５の原料融液１１に接する側の表面１５ｓ１  から、液体封止剤１５の原料融液１１に接する側の表面１５ｓ１  に対向する他方側の表面（外表面）１５ｓ２  にかけての、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の成長軸方向の温度勾配を、１００℃／ｃｍ程度と非常に大きくする必要がある。
【００３１】
その一方、転位やその他の格子欠陥等の欠陥密度の小さい、高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成するためには、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の成長軸方向の温度勾配を小さくする必要がある。
【００３２】
図１に示す単結晶の育成装置１のような装置を用いた、従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）では、揮発成分、より詳しくは、Ｖ族元素の解離を防止しつつ、かつ、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長軸方向に、小さな温度勾配下で、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成するのは、困難であるという問題があった。
【００３３】
かかる問題を解決する技術としては、特公平１−４２９１９号公報に記載されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法が知られている。
【００３４】
特公平１−４２９１９号公報に記載されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶から、Ｖ族元素が解離するのを防止するために、気密容器内の所定の位置に、Ｖ族元素単体を収容し、しかる後に、Ｖ族元素単体を加熱して、気化させることにより、Ｖ族元素の蒸気を気密容器内に所定の蒸気圧で充填し、しかる後に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成するものである。
【００３５】
図２は、特公平１−４２９１９号公報に記載されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に用いられる、従来の単結晶の育成装置の好ましい一例を概略的に示す縦断面図である。
【００３６】
図２を参照して、この単結晶の育成装置２１は、図１に示す単結晶の育成装置１とは、以下の点を除けば、同様であるので相当する部材については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【００３７】
この単結晶の育成装置２１は、気密容器（外側容器または高圧容器ともいう）２内に、さらに気密容器（内側容器）２２を備えている。
【００３８】
そして、容器（サセプタ）３およびるつぼ１０は、気密容器（内側容器）２２内に収容されるようになっている。
【００３９】
気密容器（内側容器）２２は、その上方に、引き上げ軸（上軸）４を挿通するための挿通孔２２ｈ１  を備え、また、その下方に、下軸１２を挿入するための挿通孔２２ｈ２  を備える。
【００４０】
引き上げ軸（上軸）４は、挿通孔２２ｈ１  から気密容器（内側容器）２２内に挿入されるようになっている。
【００４１】
そして、気密容器（内側容器）２２と引き上げ軸（上軸）４との間は、第１の液封手段２３により液封されるようになっている。
【００４２】
第１の液封手段２３は、気密容器（内側容器）２２の上方に設けられた挿通孔２２ｈ１  を囲繞するように上方に起立する壁体（液溜）２４と、壁体（液溜）２４内に収容される封止剤２５とを備える。
【００４３】
また、下軸１２は、挿通孔２２ｈ２  から気密容器（内側容器）２２内に挿入されるようになっている。
【００４４】
そして、気密容器（内側容器）２２と、下軸１２との間は、第２の液封手段２６により液封されるようになっている。
【００４５】
第２の液封手段２６は、下軸１２を挿通するための挿通孔２８ｈを下方中央部２８ｃに有する液溜容器２８と、液溜容器２８内に収容される封止剤２９と、気密容器（内側容器）２２の挿通孔２２ｈ２  を囲繞するように下方に延びる周壁２２ｗとを備える。
【００４６】
そして、第２の液封手段２６は、下軸１２と気密容器（内側容器）２２との間が液封されるとき、周壁２２ｗが、封止剤２９に浸漬するようになっている。
【００４７】
なお、封止剤２５および封止剤２８としては、通常は、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）が用いられる。
【００４８】
また、この単結晶の育成装置２１は、第１の液封手段２３の封止剤２５を加熱するためのヒータ３１と、第２の液封手段２６の封止剤２９を加熱するためのヒータ３２と、るつぼ１０内に収容される原料を加熱して、原料融液１１を準備するためと、単結晶１４を育成する際に、引き上げられる単結晶１４に適切な温度勾配を与えるためのヒータ３３、３４を備える。
【００４９】
また、この単結晶の育成装置２１は、気密容器（内側容器）２２に、Ｖ族元素４２を収容するための貯蔵槽（リザーバ）４０を備える。
【００５０】
貯蔵槽（リザーバ）４０と気密容器（内側容器）２２とは、導管４１により接続されている。
【００５１】
貯蔵槽（リザーバ）４０の周囲には、ヒータ３５が設けられており、貯蔵槽（リザーバ）４０内に収容される、Ｖ族元素４２を加熱して、気化できるようになっている。
【００５２】
次に、この単結晶の育成装置２１を用いて、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する方法について、以下に説明する。
【００５３】
まず、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の原料として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、より具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物多結晶原料等をるつぼ１０内に収容する。
【００５４】
次に、るつぼ１０内に収容したＩＩＩ−Ｖ族化合物の表面を封止剤で覆う。
なお、封止剤としては、通常は、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）が用いられる。
【００５５】
次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、封止剤とを収容したるつぼ１０を、容器（サセプタ）３内に収容する。
【００５６】
次に、気密容器２および気密容器２２内に、不活性ガスまたは窒素ガスを導入する。
【００５７】
次に、ヒータ３１、３２を加熱することにより、封止剤２８、２４を液状化（溶融）して、気密容器（内側容器）２２を液封する。
【００５８】
次に、ヒータ３５を加熱することにより、貯蔵槽（リザーバ）４０内に収容されるＶ族元素４２を加熱して、気化させる。
【００５９】
次に、ヒータ３３、３４を昇温し、るつぼ１０内に収容されたＩＩＩ−Ｖ族化合物および封止剤を加熱することにより、封止剤を液状化し、また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を融解して、原料融液１１とする。
【００６０】
この工程において、原料融液１１の表面１１ｓが、液状化した封止剤（液体封止剤）１５により液封される。
【００６１】
次に、気密容器（内側容器）２２の挿通孔２２ｈ１  から、その下方先端部４ｅに種結晶１３を取り付けた引き上げ軸（上軸）４を気密容器２２内に挿入する。
【００６２】
そして、この状態を保持しつつ、容器駆動手段５を用いて、容器（サセプタ）３を所定の回転速度で回転させ、かつ、引き上げ軸（上軸）駆動手段（図示せず）を用い、引き上げ軸（上軸）４を所定の回転速度で回転させながら、種結晶１３を、徐々に、原料融液１１から引き上げることにより、種結晶１３に、連続的に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４を育成する。
【００６３】
この単結晶の育成方法によれば、Ｖ族元素蒸気雰囲気下で、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４を育成することができるので、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４からのＶ族元素の解離を防止することができる。
【００６４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１に示す単結晶の育成装置１のような装置を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法、および、図２に示す単結晶の育成装置２１のような装置を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法のいずれにおいても、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が発生するという問題を十分に解決することができないという問題があった。
【００６５】
より具体的には、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に現われる、多結晶や双晶等の結晶欠陥は、原料融液１１を準備した後、比較的早期に、原料融液１１から、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成した場合に生じやすい傾向にある。
【００６６】
このため、従来は、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に現われる、多結晶や双晶等の結晶欠陥を減らすために、るつぼ１０内に収容した封止剤および原料を加熱して、液体封止剤１５により、その表面が液封された原料融液１１を準備した後、しばらく、その状態を保持した後、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を開始するというような方法がもっぱら行なわれていた。
【００６７】
しかしながら、このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法では、原料融液１１を準備した後、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を開始するまでに時間がかかり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法として、生産性および量産性に欠けるという問題がある。
【００６８】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶として、Ｓｉ等のドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する場合、上記した、従来の単結晶の育成方法は、いずれも、育成するＳｉ等のドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥がさらに発生しやすく、そのため、るつぼ１０内に、液体封止剤１５によりその表面が封止された原料融液１１を準備した後、Ｓｉ等のドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を開始するまでの時間をさらに設けるといった、量産性、生産性の悪い対処をしなければならないという問題があった。
【００６９】
また、図２に示す単結晶の育成装置２１のような装置を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成すれば、図１に示す単結晶の育成装置１のような装置を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する場合に比べ、育成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓから、Ｖ族元素の解離が少ないため、結晶欠陥密度の小さい、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することができるという効果があるものの、用いる装置の構造が複雑化するという問題があった。
【００７０】
より具体的には、Ｖ族元素蒸気圧雰囲気下で、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶からのＶ族元素の解離を防ぎながら育成する場合、図２に示したように、気密容器（内側容器）２２内にＶ族元素の蒸気の供給源である、貯蔵槽（リザーバ）４０を、気密容器（内側容器）２２に接続して設ける必要があり、これに伴って、以下のような問題が生じる。
【００７１】
気密容器（内側容器）２２に、貯蔵槽（リザーバ）４０、導管４１および貯蔵槽（リザーバ）４０を加熱するためのヒータ３５を設ける必要があるため、装置として、かなりの空間を必要とし、必然的に気密容器２自体も大きなものが必要となる。
【００７２】
また、貯蔵槽（リザーバ）４０の温度制御をより確実にするためには、導管４１として、長い導管を用いて、気密容器（内側容器）２２からかなり離れた位置に、貯蔵槽（リザーバ）４０を配置する必要がある。
【００７３】
そして、導管４１には、導管４１内において、Ｖ族元素が凝縮して詰まらないように、高温に保つ必要があるが、導管４１が長い場合には、導管４１を高温に保つのは、容易ではない。
【００７４】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものである。
すなわち、本発明は、るつぼ１０内に、液体封止剤１５によりその表面１１ｓが封止された原料融液１１を準備した後、比較的短時間に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の育成を開始した場合においても、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥の生じにくいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法を提供することを目的とする。
【００７５】
また、本発明は、るつぼ１０内に、液体封止剤１５によりその表面１１ｓが封止されたドーパントを含む原料融液１１を準備した後、比較的短時間に、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の育成を開始した場合においても、育成する、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥の生じにくい、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法を提供することを目的とする。
【００７６】
また、本発明は、装置自体を複雑化させることなく、るつぼ１０内に、液体封止剤１５によりその表面１１ｓが封止された原料融液１１を準備した後、比較的短時間に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の育成を開始した場合においても、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が生じにくく、しかも、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓから、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法を提供することを目的とする。
【００７７】
また、本発明は、装置自体を複雑化させることなく、るつぼ１０内に、液体封止剤１５によりその表面１１ｓが封止されたドーパントを含む原料融液１１を準備した後、比較的短時間に、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の育成を開始した場合においても、育成する、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が生じにくく、しかも、育成するドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓから、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質の、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法を提供することを目的とする。
【００７８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、長年、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、および／または、高品質のドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、短時間に効率よく育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法について研究を続けてきた。
【００７９】
また、本発明者らは、長年、装置自体を複雑化させることなく、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、しかも、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、および／または、高品質のドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、短時間に効率よく育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法について研究を続けてきた。
【００８０】
また、本発明者らは、図１および図２を再び参照して、るつぼ１０内に、液体封止剤１５によりその表面１１ｓが封止された、原料融液１１、または、ドーパントを含む原料融液１１を準備した後、比較的早期に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４、または、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４を育成すると、育成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４、または、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が形成される原因について、研究・分析を続けてきた。
【００８１】
その結果、以下の事実を知見するに至った。
図３は、るつぼ１０内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【００８２】
図３を参照して、図３中、図３（ａ）は、るつぼ１０内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物多結晶と、封止剤５１として、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を収容した状態を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０と、封止剤５１とを収容したるつぼ１０を加熱し、るつぼ１０内に、その表面１１ｓが、液状化（溶融または融解）した封止剤（液体封止剤）１５により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液（原料融液）１１が準備された状態を模式的に示す断面図である。
【００８３】
図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０と、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）とを収容したるつぼ１０を加熱すると、まず、約４００℃で、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）が、軟化したり、液状化（溶融または融解）したりする。
【００８４】
ところで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０中には、不可避的不純物が含まれている。
そして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０中に含まれる不可避的不純物が、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）と反応して、酸化したりする。
【００８５】
次に、るつぼ１０の温度が、融点以上になると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０が、融解（溶融）して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液（原料融液）１１になる。
【００８６】
そして、図３（ｂ）に示すように、不可避的不純物と酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）との反応により生成した酸化物が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液（原料融液）１１と、液状化（溶融または融解）した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５との界面に、小さな塊（スカムともいう）５３となって、浮遊する。
【００８７】
そして、この小さな塊（酸化物）５３が、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４に付着（取り込まれる）ことが、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に現われる、多結晶や双晶等の結晶欠陥の原因となる。
【００８８】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶として、ドーパントがドープされた、ｎ型導電性ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶等が使用に供せられている。
【００８９】
このような、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する際には、図３（ａ）を再び参照して、るつぼ１０内には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０とともに、ドーパント（図示せず）が収容（チャージ）される。
【００９０】
たとえば、ｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶としては、ドーパントとして、シリコン（Ｓｉ）がドープされたものが使用に供せられており、シリコン（Ｓｉ）がドープされたｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶を育成する場合には、るつぼ１０内に、ＧａＡｓ多結晶とともに、シリコン（Ｓｉ）が収容（チャージ）される。
【００９１】
そして、ＧａＡｓ多結晶、シリコン（Ｓｉ）および酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を収容したるつぼ１０を加熱し、るつぼ１０内に、その表面が、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５により封止された、ＧａＡｓとＳｉとを含む原料融液１１を準備すると、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５と、原料融液１１との界面を浮遊する小さな塊（たとえば、ＳｉＯ２  等の酸化物）５３の発生量が、非常に多くなる。
【００９２】
このため、転位や格子欠陥等の結晶欠陥密度の少ない、高品質のｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶を育成するのは、非常に困難なものとなる。
【００９３】
液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５と原料融液１１との界面を浮遊する小さな塊（酸化物）５３は、経時的に、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５側に拡散消失するため、上述したように、るつぼ１０内に、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５と原料融液１１を準備した後、この状態を保持しつつ、小さな塊（酸化物）５３が、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５に拡散消失した後に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を行なえば、小さな塊（酸化物）５３が原因して、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に発生する多結晶や双晶等の結晶欠陥を減らすことができるが、この方法は、上述したように、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を開始するまでに時間がかかり、効率的なものとは言えない。
【００９４】
本発明者らは、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）（液体封止剤）１５と原料融液１１との界面を浮遊する、小さな塊（酸化物）５３の発生を予め抑えることができれば、転位や、格子欠陥等の結晶欠陥密度の小さい、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、短時間に、効率よく育成することができるのではないかと考え、鋭意努力した結果、本発明を完成するに至った。
【００９５】
すなわち、第１の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤とを収容する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱し、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程と、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える。
【００９６】
また、第２の発明は、特に、転位や、格子欠陥等の結晶欠陥密度の小さい、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、短時間に効率よく育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【００９７】
すなわち、第２の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤と、ドーパントとを収容する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを加熱し、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程と、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える。
【００９８】
また、第３の発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成装置を、特に、複雑化・大型化することなく、転位や格子欠陥等の結晶欠陥密度の小さい、かつ、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【００９９】
すなわち、第３の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤とを収容する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを気密容器内に収容する工程と、気密容器内に収容した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させることにより、気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上になるように調整するとともに、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程と、気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保持しつつ、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える。
【０１００】
また、第４の発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成装置を、特に、複雑化・大型化することなく、転位や格子欠陥等の結晶欠陥密度の小さい、かつ、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質の、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することのできる、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【０１０１】
すなわち、第４の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤と、ドーパントとを収容する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを気密容器内に収容する工程と、気密容器内に収容した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させることにより、気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上になるように調整するとともに、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程と、気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保持しつつ、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える。
【０１０２】
また、第５の発明は、転位や格子欠陥等の結晶欠陥密度の小さい、かつ、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、短時間に効率よく育成することのできる、好ましい実施態様としての、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【０１０３】
すなわち、第５の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼと、るつぼを収容するために設けられ、上方に開口部と、開口部の縁部を囲繞するように設けられる環状の溝部とを備える容器と、容器の開口部に着脱自在に設けられ、天頂部に挿通孔と、挿通孔を囲繞するように上方に起立する壁体と、周辺部に下方に延びる環状の周壁とを備える蓋体と、蓋体を固定する蓋体固定手段と、容器を回転自在に駆動する容器駆動手段と、挿通孔から容器内に挿入され、容器内に収容されるるつぼ内に収容される原料融液から種結晶を引き上げるための引き上げ軸と、引き上げ軸を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸駆動手段とを備える単結晶の育成装置を用い、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、第１の封止剤とを収容する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼを、容器内に収容する工程と、容器の環状の溝部内に第２の封止剤を収容し、蓋体の壁体内に第３の封止剤を収容し、容器の開口部に、蓋体を、蓋体の環状の周壁が、容器の環状の溝部内に収容されるように設け、第２および第３の封止剤を加熱し、第２および第３の封止剤を液状化し、蓋体の挿通孔を液状化した第３の封止剤により液封するとともに、蓋体と容器との間を、蓋体の環状の周壁が液状化した第２の封止剤に浸漬するようにし、かつ、容器が、蓋体固定手段により固定された蓋体の環状の周壁の周りを、容器と蓋体との間が液封された状態を保持しつつ、液状化した第２の封止液を介して、回転できるように液封する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させるとともに、るつぼ内に、その表面が第１の封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程と、容器を回転自在に駆動する容器駆動手段を用い、容器を所定の回転速度で回転させつつ、引き上げ軸駆動手段を用い、蓋体の挿通孔から、先端部に種結晶を取り付けた引き上げ軸を容器内に挿入し、蓋体と引き上げ軸との間を液状化した第３の封止剤により液封された状態を保持しつつ、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える。
【０１０４】
また、第６の発明は、転移や格子欠陥等の結晶欠陥密度の小さい、かつ、Ｖ族元素の解離の少ない、ドーパントがドープされた、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、高品質に、短時間に効率よく育成することのできる、好ましい実施態様としてのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【０１０５】
すなわち、第６の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼと、るつぼを収容するために設けられ、上方に開口部と、開口部の縁部を囲繞するように設けられる環状の溝部とを備える容器と、容器の開口部に着脱自在に設けられ、天頂部に挿通孔と、挿通孔を囲繞するように上方に起立する壁体と、周辺部に下方に延びる環状の周壁とを備える蓋体と、蓋体を固定する蓋体固定手段と、容器を回転自在に駆動する容器駆動手段と、挿通孔から容器内に挿入され、容器内に収容されるるつぼ内に収容される原料融液から種結晶を引き上げるための引き上げ軸と、引き上げ軸を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸駆動手段とを備える、単結晶の育成装置を用い、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、第１の封止剤と、ドーパントとを収容する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、第１の封止剤およびドーパントとを収容したるつぼを、容器内に収容する工程と、容器の環状の溝部内に第２の封止剤を収容し、蓋体の壁体内に第３の封止剤を収容し、容器の開口部に、蓋体を、蓋体の環状の周壁が、容器の環状の溝部内に収容されるように設け、第２および第３の封止剤を加熱し、第２および第３の封止剤を液状化し、蓋体の挿通孔を液状化した第３の封止剤により液封するとともに、蓋体と容器との間を、蓋体の環状の周壁が液状化した第２の封止剤に浸漬するようにし、かつ、容器が、蓋体固定手段により固定された蓋体の環状の周壁の周りを、容器と蓋体との間が液封された状態を保持しつつ、液状化した第２の封止液を介して、回転できるように液封する工程と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、第１の封止剤およびドーパントとを収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させるとともに、るつぼ内に、その表面が第１の封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程と、容器を回転自在に駆動する容器駆動手段を用い、容器を所定の回転速度で回転させつつ、引き上げ軸駆動手段を用い、蓋体の挿通孔から、先端部に種結晶を取り付けた引き上げ軸を容器内に挿入し、蓋体と引き上げ軸との間を液状化した第３の封止剤により液封された状態を保持しつつ、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引上げ工程とを備える。
【０１０６】
【作用】
第１の発明は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と封止剤の他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える。
【０１０７】
したがって、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱し、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程において、Ｖ族元素の還元作用により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物中に含まれる不可避的不純物の酸化物の生成が著しく抑制される。
【０１０８】
より詳しくは、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱すると、るつぼ内において、以下の現象が生じる。
【０１０９】
（１）  まず、封止剤が軟化し、液状化（溶融、融解）する。
（２）  次に、Ｖ族元素単体が気化し、Ｖ族元素蒸気となる。
【０１１０】
（３）  そして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物中に含まれる不可避的不純物と、封止剤とが反応し、不可避的不純物が酸化されるという反応が、Ｖ族元素蒸気の還元作用により抑制される。
【０１１１】
このため、不可避的不純物の酸化物の生成が抑制される。
（４）  次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物が融解（溶融）し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液になり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液の表面が、封止剤、より詳しくは、液状化（溶融、融解）した封止剤により封止される。
【０１１２】
第１の発明では、以上説明したように、Ｖ族元素蒸気の還元作用により、不可避的不純物の酸化物の生成が抑制される結果、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液（原料融液）と封止剤との液−液界面を浮遊する、小さな塊（酸化物）の発生量が少ない。
【０１１３】
したがって、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液（原料融液）から種結晶を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引き上げ工程において、育成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、小さな塊（酸化物）が付着する（取り込まれる）という現象が生じにくい結果、小さな塊（酸化物）が結晶核となり、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が発生するという現象が生じにくい。
【０１１４】
また、第１の発明に従えば、原料融液準備工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物融液（原料融液）と、封止剤との液−液界面を浮遊する、小さな塊（酸化物）の発生量が少ない結果、小さな塊（酸化物）が封止剤（液体封止剤）に拡散消失するのに要する時間が、従来の、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と封止剤とを収容する工程を備える、単結晶の育成方法に比べ短くなる。
【０１１５】
すなわち、第１の発明に従えば、原料融液準備工程から、種結晶引き上げ工程までに要する時間を短くすることができる結果、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、効率よく育成することができる。
【０１１６】
すなわち、第１の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、生産性、量産性に優れている。
【０１１７】
また、第２の発明は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、封止剤と、ドーパントの他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える。
【０１１８】
したがって、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを加熱し、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程において、Ｖ族元素の還元作用により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物中に含まれる不可避的不純物の酸化物、および／または、ドーパントの酸化物の生成が著しく抑制される。
【０１１９】
より詳しくは、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを加熱すると、るつぼ内において、以下の現象が生じる。
【０１２０】
（１）  まず、封止剤が軟化し、液状化（溶融、融解）する。
（２）  次に、Ｖ族元素単体が気化し、Ｖ族元素蒸気となる。
【０１２１】
（３）  そして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物に含まれる不可避的不純物と封止剤とが反応し、不可避的不純物が酸化されるという反応、および／または、ドーパントと封止剤とが反応し、ドーパントが酸化されるという反応が、Ｖ族元素蒸気の還元作用により抑制される。
【０１２２】
このため、不可避的不純物の酸化物、および／または、ドーパントの酸化物の生成が抑制される。
【０１２３】
（４）  次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物が融解（溶融）し、ドーパントを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物融液になり、ドーパントを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物融液の表面が、封止剤、より詳しくは、液状化（溶融、融解）した封止剤により封止される。
【０１２４】
第２の発明では、以上説明したように、Ｖ族元素蒸気の還元作用により、不可避的不純物の酸化物、および／またはドーパントの酸化物の生成が抑制される結果、ＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液と、封止剤との液−液界面を浮遊する、小さな塊（酸化物）の量が少ない。
【０１２５】
したがって、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引き上げ工程において、育成される、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、小さな塊（酸化物）が付着する（取り込まれる）という現象が生じにくい結果、小さな塊（酸化物）が結晶核となり、育成する、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が発生するという現象が生じにくい。
【０１２６】
また、第２の発明に従えば、原料融液準備工程において、原料融液と封止剤との液−液界面を浮遊する、小さな塊（酸化物）の発生量を著しく少なくすることができる結果、小さな塊（酸化物）が封止剤に拡散消失するのに要する時間が、従来の、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、封止剤と、ドーパントとを収容する工程を備える、単結晶の育成方法に比べ短くなる。
【０１２７】
すなわち、第２の発明に従えば、原料融液準備工程から、種結晶引き上げ工程までに要する時間を短くすることができる結果、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、ドーパントがドープされた、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、効率よく育成することができる。
【０１２８】
すなわち、第２の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、生産性よく、かつ、量産性よく育成することができる。
【０１２９】
また、第３の発明は、以下の構成を備える。
（１）  るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤とを収容する工程を備える。
【０１３０】
（２）  ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを気密容器内に収容する工程を備える。
【０１３１】
（３）  気密容器内に収容した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させることにより、気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上になるように調整するとともに、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程を備える。
【０１３２】
（４）  気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保持しつつ、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引き上げ工程を備える。
【０１３３】
第３の発明は、第１の発明と同様、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と封止剤の他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える。
【０１３４】
したがって、第３の発明は、第１の発明と同様、原料融液準備工程において、Ｖ族元素の還元作用により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物中に含まれる不可避的不純物の酸化物の生成が著しく抑制される。
【０１３５】
したがって、第３の発明は、第１の発明と同様の効果を奏する。
さらに、第３の発明では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および封止剤を収容したるつぼの加熱は、気密容器内で行なわれる。
【０１３６】
第３の発明では、気密容器内のＶ族元素蒸気を、るつぼ内に収容したＶ族元素単体を気化させることにより供給している結果、単結晶の育成装置を複雑化・大型化する必要がない。
【０１３７】
より詳しくは、図２に示す単結晶の育成装置２１に設けられているような、Ｖ族元素単体４２を収容するための貯蔵槽（リザーバ）４０、導管４１、ヒータ３５等を設ける必要がない。
【０１３８】
また、第３の発明では、種結晶引き上げ工程は、気密容器内において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に調整されたＶ族元素の蒸気圧下で行なわれるので、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の表面からＶ族元素の解離を抑制することができる。
【０１３９】
すなわち、第３の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、しかも、Ｖ族化合物の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、効率よく育成することができる。
【０１４０】
また、第４の発明は、以下の構成を備える。
（１）  るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、封止剤と、ドーパントとを収容する工程を備える。
【０１４１】
（２）  ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを気密容器内に収容する工程を備える。
【０１４２】
（３）  気密容器内に収容した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させることにより、気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上になるように調整するとともに、るつぼ内に、その表面が封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する原料融液準備工程を備える。
【０１４３】
（４）  気密容器内のＶ族元素の蒸気圧を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保持しつつ、原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引き上げ工程を備える。
【０１４４】
第４の発明は、第２の発明と同様、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と、封止剤と、ドーパントの他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える。
【０１４５】
したがって、第４の発明は、第２の発明と同様、原料融液準備工程において、Ｖ族元素の還元作用により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物中に含まれる不可避的不純物の酸化物、および／または、ドーパントの酸化物の生成が著しく抑制される。
【０１４６】
したがって、第４の発明は、第２の発明と同様の効果を奏する。
さらに、第４の発明では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、封止剤およびドーパントを収容したるつぼの加熱は、気密容器内で行なわれる。
【０１４７】
第４の発明では、気密容器内のＶ族元素蒸気を、るつぼ内に収容したＶ族元素単体を気化させることにより供給している結果、第３の発明と同様、単結晶の育成装置を複雑化・大型化する必要がない。
【０１４８】
すなわち、第４の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法によれば、装置を複雑化・大型化することなく、育成する、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、しかも、Ｖ族化合物の解離の少ない、ドーパントがドープされた、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、効率よく育成することができる。
【０１４９】
また、第５の発明は、第３の発明を実施する好ましい実施態様としてのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【０１５０】
第５の発明で用いる単結晶の育成装置は、以下の構成を備える。
Ａ．るつぼを備える。
【０１５１】
Ｂ．るつぼを収容するために設けられ、上方に開口部と、開口部の縁部を囲繞するように設けられる環状の溝部とを備える容器を備える。
【０１５２】
Ｃ．容器の開口部に着脱自在に設けられ、天頂部に挿通孔と、挿通孔を囲繞するように上方に起立する壁体と、周辺部に下方に延びる環状の周壁とを備える蓋体を備える。
【０１５３】
Ｄ．蓋体を固定する蓋体固定手段を備える。
Ｅ．容器を回転自在に駆動する容器駆動手段を備える。
【０１５４】
Ｆ．挿通孔から容器内に挿入され、容器内に収容されるるつぼ内に収容される原料融液から種結晶を引き上げるための引き上げ軸を備える。
【０１５５】
Ｇ．引き上げ軸を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸駆動手段を備える。
【０１５６】
そして、第５の発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、上記Ａ〜Ｇの構成を備える単結晶の育成装置を用い、以下の構成により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成するものである。
【０１５７】
（１）  るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体と、第１の封止剤とを収容する工程を備える。
【０１５８】
（２）  ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼを容器内に収容する工程を備える。
【０１５９】
（３）  容器の環状の溝部内に第２の封止剤を収容し、
蓋体の壁体内に第３の封止剤を収容し、
容器の開口部に、蓋体を、蓋体の環状の周壁が、容器の環状の溝部内に収容されるように設け、
第２および第３の封止剤を加熱し、第２および第３の封止剤を液状化し、
蓋体の挿通孔を液状化した第３の封止剤により液封するとともに、
蓋体と容器との間を、蓋体の環状の周壁が液状化した第２の封止剤に浸漬するようにし、かつ、
容器が蓋体固定手段により固定された蓋体の環状の周壁の周りを、容器と蓋体との間が液封された状態を保持しつつ、液状化した第２の封止剤を介して、回転できるように液封する工程を備える。
【０１６０】
（４）  ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させるとともに、
るつぼ内に、その表面が第１の封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する原料融液準備工程を備える。
【０１６１】
（５）  容器を回転自在に駆動する容器駆動手段を用い、容器を所定の回転速度で回転させつつ、
引き上げ軸駆動手段を用い、蓋体の挿通孔から、先端部に種結晶を取り付けた引き上げ軸を容器内に挿入し、
蓋体と引き上げ軸との間を液状化した第３の封止剤により液封された状態を保持しつつ、
原料融液に種結晶を浸漬し、しかる後に、原料融液から種結晶を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引き上げ工程を備える。
【０１６２】
第５の発明は、第１および第３の発明と同様、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と第１の封止剤の他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える。
【０１６３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体および第１の封止剤を収容したるつぼは、容器内に収容される。
【０１６４】
上記（３）に示す工程は、容器内を気密化する工程である。
より詳しくは、上記（３）に示す工程において、容器の環状の溝部内に収容した第２の封止剤および蓋体の壁体内に収容した第３の封止剤を加熱し、第２および第３の封止剤を液状化し、蓋体の挿通孔を液状化した第３の封止剤により液封するとともに、蓋体と容器との間を、蓋体の環状の周壁が液状化した第２の封止剤に浸漬するようにする。
【０１６５】
この工程において、容器内は気密化される。
第５の発明において、特徴的な点は、液状化した第２の封止剤の液面と蓋体の環状の周壁の下方先端部との間の液柱の長さを、容器内に導入するＶ族元素の蒸気圧が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上の所定の設定圧になる長さに調整する点にある。
【０１６６】
また、この工程において、容器が蓋体固定手段により固定された蓋体の環状の周壁の周りを、容器と蓋体との間が液封された状態を保持しつつ、液状化した第２の封止剤を介して回転できるように液封される。
【０１６７】
次に、上記（４）に示す工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、第１の封止剤を収容したるつぼを加熱し、Ｖ族元素単体を気化させるとともに、るつぼ内に、その表面が第１の封止剤により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物融液を準備する。
【０１６８】
第５の発明は、上述したように、第１および第３の発明と同様、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と封止剤の他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという構成を備える結果、原料融液準備工程において、Ｖ族元素の還元作用により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物中に含まれる不可避的不純物の酸化物の生成が抑制される。
【０１６９】
したがって、第５の発明は、上記（５）に示す工程において、第１および第３の発明と同様、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【０１７０】
また、容器と蓋体との間は、上記（３）の工程において、液封されている結果、容器内は、るつぼを加熱することによって、気化した、るつぼ内に収容されたＶ族元素蒸気で満たされる。
【０１７１】
しかも、液状化した第２の封止剤の液面と蓋体の環状の周壁の下方先端部との間の液柱の長さが、容器内に導入するＶ族元素の蒸気の蒸気圧が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上の所定の設定圧になる長さに調整されている結果、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する間、容器内は、常に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上の所定の設定圧のＶ族元素の蒸気の蒸気圧で満たされている。
【０１７２】
したがって、第５の発明に従えば、単結晶の育成装置を、複雑化・大型化することなく、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、かつ、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【０１７３】
また、第６の発明は、第４の発明を実施する好ましい実施態様としてのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法に関するものである。
【０１７４】
第６の発明で用いる単結晶の育成装置は、第５の発明で用いる単結晶の育成装置と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１７５】
また、第６の発明は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、Ｖ族元素単体、第１の封止剤の他に、ドーパントを収容し、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法であって、その作用については、第５の発明と同様の議論が適用できるので、ここでの説明は省略する。
【０１７６】
【実施例】
以下、好適な実施例を用い本発明について説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されることはない。
【０１７７】
実施例１
実施例１は、図１に示す単結晶の育成装置１を用いて、本発明に従って、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法の例を示す。
【０１７８】
また、図４は、るつぼ１０内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【０１７９】
図４を参照して、図４中、図４（ａ）は、本発明に従って、るつぼ１０内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０を構成するＶ族元素単体１０１と、封止剤５１と、ドーパント１０２を収容した状態を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０、Ｖ族元素単体１０１、封止剤５１およびドーパント１０２を収容したるつぼ１０を加熱し、その表面１１ｓが、封止剤５１により封止されたＩＩＩ−Ｖ族化合物５０とドーパント１０２とを含む原料融液１１が準備された状態を模式的に示す断面図である。
【０１８０】
以下、図１および図４を参照しながら、本発明に従って、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法について、以下に説明する。
【０１８１】
まず、るつぼ１０内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０と、Ｖ族元素単体１０１と、封止剤５１と、ドーパント１０２とを収容する。
【０１８２】
この工程においては、まず、るつぼ１０の底部１０ｂに、Ｖ族元素単体１０１とドーパント１０２を互いに近接するように収容し、Ｖ族元素単体１０１とドーパント１０２の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０を収容し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０の上に、封止剤５１を収容するのが好ましい。
【０１８３】
これは、Ｖ族元素の還元作用を効率よく利用するためである。
次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０、Ｖ族元素単体１０１、封止剤５１およびドーパント１０２を収容したるつぼ１０を、気密容器２内に収容された容器（サセプタ）３内に、上向きに収容する。
【０１８４】
次に、気密容器２内に収容した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０、Ｖ族元素単体１０１、封止剤５１およびドーパント１０２を収容したるつぼ１０を、ヒータ６、７、８を昇温し、加熱する。
【０１８５】
すると、図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、るつぼ１０内において、以下の現象が生じる。
【０１８６】
（１）  封止剤５１が軟化し、液状化（溶融、融解）する。
（２）  Ｖ族元素単体１０１が気化する。
【０１８７】
（３）  封止剤５１と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０中に含まれる不可避的不純物との反応、および／または、封止剤５１とドーパント１０２との反応が、Ｖ族元素単体１０１が気化してなるＶ族元素蒸気の還元作用により抑制される。
【０１８８】
より詳しくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０中に含まれる不可避的不純物が封止剤５１により酸化されるという反応、および／または、ドーパント１０２が、封止剤５１により酸化されるという反応が、Ｖ族元素蒸気の還元作用により抑制される。
【０１８９】
（４）  ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０が融解（溶融）して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０とドーパント１０２とを含む原料融液１１になる。
【０１９０】
そして、原料融液１１の表面１１ｓが、封止剤５１、より詳しくは、液状化した封止剤（液体封止剤）１５により封止される。
【０１９１】
本実施例によれば、Ｖ族元素蒸気の還元作用により、不可避的不純物と封止剤５１との反応により生成される酸化物、および／または、ドーパント１０２と封止剤５１との反応により生成される酸化物の量が著しく少ない結果、図４（ｂ）を参照して、原料融液１１と封止剤１５との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）５３が、ほとんど形成されない。
【０１９２】
したがって、本実施例に従えば、原料融液１１に種結晶１３を浸漬し、しかる後に、原料融液１１から種結晶１３を引き上げることにより、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、種結晶引き上げ工程において、育成される、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、小さな塊（酸化物）５３が付着する（取り込まれる）という現象が生じにくい結果、育成される、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が生じにくい。
【０１９３】
また、原料融液１１と封止剤１５との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）５３の量が元々少ない結果、小さな塊（酸化物）５３が封止剤１５中に拡散消失する時間が短くてすむ。
【０１９４】
したがって、本実験例に従えば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０とドーパント１０２とを含む原料融液１１を準備した後、早期に、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することができるので、生産性や量産性に優れる。
【０１９５】
次に、具体的な実験データに基づいて、本発明について説明する。
実験例１
図１に示す単結晶の育成装置１を使用して、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、より詳しくは、ドーパントがドープされたｎ型導電性ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を行なった。
【０１９６】
より特定的には、図１に示す単結晶の育成装置１を使用して、シリコン（Ｓｉ）がドープされた、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成を行なった。
【０１９７】
また、容器（サセプタ）３として、カーボン製のサセプタを使用した。
図１および図４を参照して、まずるつぼ１０の底部１０ｂに、ドーパント１０２として、シリコン（Ｓｉ）を２ｇ収容し、また、Ｖ族元素単体１０１として、金属ヒ素（Ａｓ）を５０ｇ収容（チャージ）した。
【０１９８】
次に、シリコン（Ｓｉ）および金属ガリウム（Ｇａ）の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物多結晶、より特定的には、ＧａＡｓ多結晶を５ｋｇ収容し、さらに、ＧａＡｓ多結晶の上に、封止剤５１として、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を７００ｇ収容（チャージ）した。
【０１９９】
次に、シリコン（Ｓｉ）、金属ヒ素（Ａｓ）、ＧａＡｓ多結晶および酸化物ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を収容したるつぼ１０を、気密容器２内に収容した容器（サセプタ）３内に収容した。
【０２００】
次に、ヒータ６、７、８を昇温し、ＧａＡｓ多結晶、金属ヒ素（Ａｓ）、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）およびシリコン（Ｓｉ）を収容したるつぼ１０を加熱し、るつぼ１０内に、その表面１１ｓが、液状化した封止剤（液体封止剤）１５、より詳しくは、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）により封止された、ＧａＡｓ化合物と、シリコン（Ｓｉ）とを含む原料融液１１を準備した。
【０２０１】
次に、図４（ｂ）を参照して、原料融液１１と液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）１５との液−液界面に浮遊している、小さい塊（酸化物）５３、より具体的には、ＳｉＯ２  等の酸化物の数および量を観察した。
【０２０２】
本実験例によれば、小さい塊（酸化物）５３は、ほとんど発生しておらず、また、僅かに発生した小さい塊（酸化物）５３は、ＧａＡｓ多結晶が完全に融解（溶融）した後、１０時間で、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）中に拡散して消失し、ＧａＡｓ多結晶が完全に融解した後、１０時間経過した時点において、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶をほぼ完全な形で育成することができた。
【０２０３】
比較例
比較例は、図１に示す単結晶の育成装置１を使用して、従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）に従って、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶を育成した例を示す。
【０２０４】
まず、るつぼ内に、シリコン（Ｓｉ）を２ｇ収容し、次に、シリコン（Ｓｉ）の上に、ＧａＡｓ多結晶を５ｋｇ収容し、次に、ＧａＡｓ多結晶の上に、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を７００ｇ収容した。
【０２０５】
次に、実験例１と同様にして、るつぼ内に、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）によりその表面が封止された、ＧａＡｓとシリコン（Ｓｉ）とを含む原料融液を準備した。
【０２０６】
しかる後に、原料融液と液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）の数および量を観察した。
【０２０７】
その結果、実験例１に比べ、原料融液と封止剤との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）の数および量がともに、非常に多かった。
【０２０８】
ＧａＡｓ多結晶が融解（溶解）した後、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成を行なった。
【０２０９】
しかしながら、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成の初期に、育成中のＳｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶中に、小さな塊（酸化物）、より詳しくは、ＳｉＯ２  等の酸化物が付着する（取り込まれる）という現象を生じ、その結果、育成中のＳｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶中に、双晶が発生したり、多結晶化が生じたりした。
【０２１０】
このため、双晶や多結晶化が生じたりしたＳｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ結晶を再度融解（溶融）し、しかる後に、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成をするという作業を、１０回以上やり直したが、結果として、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶を育成することができなかった。
【０２１１】
なお、原料融液と液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）との間の液−液界面を浮遊する、小さい塊（酸化物）、より詳しくは、ＳｉＯ２  等の酸化物が、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）中へ拡散して完全に消失したのは、ＧａＡｓ多結晶が融解（溶融）した後、７０時間経過後であった。
【０２１２】
７０時間経過後、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成を行なったところ、この場合は、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶を得ることができた。
【０２１３】
なお、実施例１では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法として、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成方法について述べたが、ドーパントをドープしないＧａＡｓ単結晶の育成方法においても、実験例１と同様の効果を奏することは言うまでもない。
【０２１４】
実施例２
図５は、本発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法を実施するのに好適に用いることのできる単結晶の育成装置を概略的に示す断面図である。
【０２１５】
図５を参照して、この単結晶の育成装置６１は、るつぼ１０と、容器（サセプタ）６３と、蓋体７１と、蓋体７１を固定する蓋体固定手段８１と、容器（サセプタ）６３を回転自在に駆動する容器駆動手段５と、引き上げ軸（上軸）４と、引き上げ軸（上軸）４を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸（上軸）駆動手段（図示せず）とを備える。
【０２１６】
容器（サセプタ）６３は、上方に開口部６３ｈを備える。
また、容器（サセプタ）６３内には、るつぼ１０が上向きに収容できるようになっている。
【０２１７】
また、容器（サセプタ）６３は、開口部６３ｈの縁部６３ｅを囲繞する環状の溝部６４を備える。
【０２１８】
そして、環状の溝部６４内には、第２の封止剤６５が収容されるようになっている。
【０２１９】
また、蓋体７１は、容器（サセプタ）６３の開口部６３ｈに着脱自在に設けられるようになっている。
【０２２０】
そして、蓋体７１は、その中央天頂部７１ｔに、引き上げ軸（上軸）４を挿通するための挿通孔７１ｈを有する。
【０２２１】
また、蓋体７１は、挿通孔７１ｈを囲繞するように上方に起立する壁体７２を備える。
【０２２２】
壁体７２内には、第３の封止剤７３が収容されるようになっている。
また、蓋体７１は、その周辺部７１ａに、下方に延びる環状の周壁７４を備える。
【０２２３】
なお、環状の溝部６４の幅Ｗ６４は、環状の周壁７４の壁厚Ｗ７４に比べ、十分に幅広に形成されており、環状の周壁７４は、環状の溝部６４内に収容可能なようになっている。
【０２２４】
容器（サセプタ）６３を回転自在に駆動する容器駆動手段５は、下軸１２を備える。
【０２２５】
下軸１２は、容器（サセプタ）６３の下方の底面中央部６３ｃに接続されるようになっている。
【０２２６】
また、この単結晶の育成装置６１では、容器駆動手段は、下軸１２を、回転自在に、かつ上下方向に昇降自在に駆動することができるようになっている。
【０２２７】
したがって、容器（サセプタ）６３は、下軸１２により、回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に支持される。
【０２２８】
引き上げ軸（上軸）４は、その下方先端部４ｅに種結晶１３が取り付けられるようになっている。
【０２２９】
そして、引き上げ軸（上軸）４は、引き上げ軸（上軸）４を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸（上軸）駆動手段（図示せず）により、回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に支持される。
【０２３０】
また、この単結晶の育成装置６１は、さらに、気密容器（外側容器）２を備える。
【０２３１】
気密容器（外側容器）２は、その上面２ａに、引き上げ軸（上軸）４を挿通するための挿通孔２ｈ１  を備え、また、その下面２ｂに、下軸１２を挿通するための挿通孔２ｈ２  を備える。
【０２３２】
蓋体７１を固定する蓋体固定手段８１は、支持具８２を備える。
そして、蓋体７１は、挿通孔７１ｈが、挿通孔２ｈ１  に整列するように、支持具８２により、気密容器（外側容器）２内の所定の位置に固定されるようになっている。
【０２３３】
また、気密容器（外側容器）２内には、ヒータ８３、８４、８５、８６と、断熱材９が収容されている。
【０２３４】
ヒータ８３、８４は、主として、るつぼ１０を加熱し、るつぼ１０内に原料融液１１を準備するためと、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４に、適当な温度勾配を与えるためのものである。
【０２３５】
そして、ヒータ８３は、容器（サセプタ）６３の外側に、るつぼ１０に近接して設けられている。
【０２３６】
また、ヒータ８４は、ヒータ８３の上方に設けられている。
ヒータ８５は、主として、容器（サセプタ）６３の環状の溝部６４内に収容される第２の封止剤６５を加熱するためのものであって、環状の溝部６４の外側に、環状の溝部６４に近接して設けられる。
【０２３７】
ヒータ８６は、主として、蓋体７１の壁体７２内に収容される第３の封止剤７３を加熱するためのものであって、壁体７１の外側に、壁体７１に近接して設けられる。
【０２３８】
第１の封止剤１５、第２の封止剤６５および第３の封止剤７３としては、通常は、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）が用いられる。
【０２３９】
次に、単結晶の育成装置６１を用い、本発明に従って、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法について、以下に説明する。
【０２４０】
なお、本実施例においても、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法について、中心に、説明する。
【０２４１】
図５および図４を参照して、まず、実施例１と同様にして、るつぼ１０内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０を構成するＶ族元素単体１０１と、第１の封止剤５１と、ドーパント１０２とを収容する。
【０２４２】
次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０、Ｖ族元素単体１０１、第１の封止剤５１およびドーパント１０２を収容したるつぼ１０を、気密容器（外側容器）２内に収容した容器（サセプタ）６３内に収容する。
【０２４３】
次に、容器（サセプタ）６３の環状の溝部６４内に、第２の封止剤６５を収容する。
【０２４４】
また、蓋体７１の壁体７２内に、第３の封止剤７３を収容する。
次に、好ましくは、気密容器（外側容器）２内を真空に排気した後、気密容器（外側容器）２内に、窒素（Ｎ２  ）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを所定の圧になるように導入する。
【０２４５】
次に、第２の封止剤６５の材料が、常温で固体である場合には、ヒータ８５を昇温し、第２の封止剤６５を加熱し、これを液状化（溶融、融解）する。
【０２４６】
また、第３の封止剤７３の材料が、常温で固体である場合には、ヒータ８６を昇温し、第３の封止剤７３を加熱し、これを液状化（溶融、融解）する。これにより、蓋体７１の挿通孔７１ｈが、液状化（溶融、融解）した第３の封止剤７３により液封される。
【０２４７】
また、これと前後ないし並行して、蓋体７１と容器（サセプタ）６３との間を液封する。
【０２４８】
より詳しくは、蓋体７１の環状の周壁７４が、液状化した第２の封止剤６５に浸漬するように、容器駆動手段５を用い、容器（サセプタ）６３を上方に移動させ、所定の位置で固定する。
【０２４９】
かつ、環状の溝部６４の底面６４ｓと蓋体７１の環状の周壁７４の下方先端部７４ｅとの間に隙間ｉができるように調整する。
【０２５０】
この工程において、容器（サセプタ）６３の内部は、完全に気密化される。
なお、本明細書において用いる用語「気密容器」は、このように蓋体７１と容器（サセプタ）６３とにより構成される気密容器をも意味する。
【０２５１】
以上の工程によれば、容器（サセプタ）６３が、蓋体固定手段８１により固定された蓋体７１の環状の周壁７４の周りを、容器（サセプタ）６３と蓋体７１との間が液封された状態を保持しつつ、液状化した第２の封止剤６５を介して回転できるようになる。
【０２５２】
次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０、Ｖ族元素単体１０１、第１の封止剤５１およびドーパント１０２を収容したるつぼ１０を、ヒータ８３、８４を用い、加熱する。
【０２５３】
すると、容器（サセプタ）６３内では、以下の現象が生じる。
図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、るつぼ１０内においては、以下の現象が生じる。
【０２５４】
（１）  第１の封止剤５１が軟化し、液状化（溶融、融解）する。
（２）  Ｖ族元素単体１０１が気化する。
【０２５５】
（３）  第１の封止剤５１と、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０中に含まれる不可避的不純物との反応、および／または、第１の封止剤５１とドーパント１０２との反応が、Ｖ族元素単体１０１が気化してなるＶ族元素蒸気の還元作用により抑制される。
【０２５６】
より詳しくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０中に含まれる不可避的不純物が第１の封止剤５１により酸化されるという反応、および／または、ドーパント１０２が第１の封止剤５１により酸化されるという反応が、Ｖ族元素蒸気の還元作用により抑制される。
【０２５７】
（４）  ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０が融解（溶融）して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物５０とドーパント１０２とを含む原料融液１１になる。
【０２５８】
そして、原料融液１１の表面１１ｓが第１の封止剤５１、より詳しくは、液状化した封止剤１５により封止される。
【０２５９】
本実施例によれば、実施例１と同様、Ｖ族元素蒸気の還元作用により、不可避的不純物と第１の封止剤５１との反応により生成される酸化物、および／または、ドーパント１０２と第１の封止剤５１との反応により生成される酸化物の量が著しく少ない結果、図４（ｂ）を参照して、原料融液１１と第１の封止剤１５との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）５３がほとんど形成されない。
【０２６０】
したがって、本実施例に従えば、実施例１と同様、種結晶引き上げ工程において、育成される、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、小さな塊（酸化物）５３が付着（取り込まれる）という現象が生じにくい結果、育成される、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４中に、多結晶や双晶等の結晶欠陥が生じにくい。
【０２６１】
また、実施例１と同様、原料融液１１と第１の封止剤１５との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）５３の数および量が元々少ない結果、小さな塊（酸化物）５３が、液状化した第１の封止剤に拡散消失する時間が短くなる。
【０２６２】
したがって、実施例１と同様、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４を、効率よく生産することができるという効果を有する。
【０２６３】
さらに、本実施例は、以下の効果を奏するものである。
引き上げ軸（上軸）駆動手段（図示せず）を用い、蓋体７１の挿通孔７１ｈから、下方先端部４ｅに種結晶１３を取り付けた引き上げ軸（上軸）４を容器６３内に挿入する工程において、蓋体７１と引き上げ軸（上軸）４との間は、液状化した第３の封止剤７３により液封された状態を保持することができる。
【０２６４】
したがって、容器（サセプタ）６３を回転自在に駆動する容器駆動手段５を用い、容器（サセプタ）６３を所定の回転速度で回転させつつ、引き上げ軸（上軸）駆動手段（図示せず）を用い、蓋体７１の挿通孔７１ｈから、下方先端部４ｅに種結晶１３を取り付けた引き上げ軸（上軸）４を容器（サセプタ）６３内に挿入し、原料融液１１に種結晶１３を浸漬し、しかる後に、原料融液１１から種結晶１３を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ドーパント１０２がドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４を育成する、種結晶引き上げ工程において、容器（サセプタ）６３内のＶ族元素の蒸気の蒸気圧が、常に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保たれる。
【０２６５】
この単結晶の育成装置６１では、容器（サセプタ）６３の内圧が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の育成の間、常に、Ｖ族元素の蒸気圧がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶におけるＶ族元素の解離圧以上に保たれるため、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の表面１４ｓから、Ｖ族元素の解離の少ない、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することができるという効果を奏する。
【０２６６】
また、図５および図２を参照して、この単結晶の育成装置６１では、図２に示す単結晶の育成装置２１において、必須の構成要素とされるＶ族元素単体４２を収容するための貯蔵槽（リザーバ）４０、導管４１、貯蔵槽（リザーバ）４０を加熱するためのヒータ３５等は必要ない。
【０２６７】
本発明に従う単結晶の育成方法は、単結晶の育成装置を大型化・複雑化することなく、多結晶や双晶等の結晶欠陥の少ない、かつ、Ｖ族元素の解離の少ない高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を効率よく育成することができるという特有の効果を奏する。
【０２６８】
なお、ドーパントをドープしないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ１０内に、ドーパント１０２を収容しない点を除けば、上記した、ドーパントをドープしたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法と同様であるので、その説明を省略する。
【０２６９】
次に、具体的なデータに基づいて、本発明について説明する。
実験例２
図５に示す単結晶の育成装置６１を使用して、Ｖ族元素蒸気雰囲気下で、アンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を行なった。
【０２７０】
より特定的には、図５に示す単結晶の育成装置６１を使用して、Ａｓ蒸気雰囲気下で、アンドープＧａＡｓ単結晶の育成を行なった。
【０２７１】
本実験例では、るつぼ１０として、パイロリックボロンナイトライド（ＰＢＮ）製のるつぼを使用した。
【０２７２】
また、容器（サセプタ）６３として、カーボン製のサセプタを使用した。
まず、るつぼ１０の底部に、Ｖ族元素単体として、金属ヒ素（Ａｓ）を１００ｇ収容し、次に、金属ヒ素（Ａｓ）の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物多結晶、より特定的には、ＧａＡｓ多結晶原料を５ｋｇ収容し、さらに、ＧａＡｓ多結晶原料の上に、第１の封止剤として、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を７００ｇ収容（チャージ）した。
【０２７３】
次に、ＧａＡｓ多結晶原料、金属ヒ素（Ａｓ）および酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を収容したるつぼ１０を、気密容器（外側容器）２内に収容した容器（サセプタ）６３内に収容した。
【０２７４】
次に、容器（サセプタ）６３の環状の溝部６４内に、第２の封止剤６５として、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を適当量収容し、また、蓋体７１の壁体７２内に、第３の封止剤７３として、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を適当量収容した。
【０２７５】
次に、気密容器（外側容器）２内を真空に排気した後、窒素（Ｎ２  ）ガスを、所定の圧になるように導入した。
【０２７６】
次に、ヒータ８５を昇温し、容器（サセプタ）６３の環状の溝部６４内に収容した、第２の封止剤６５、すなわち、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を液状化（溶融、融解）した。
【０２７７】
また、ヒータ８６を昇温し、蓋体７１の壁体７２内に収容した、第３の封止剤７３、すなわち、酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）を液状化（溶融、融解）した。
【０２７８】
なお、第２の封止剤６５および第３の封止剤７３の温度は、約６００℃に維持された。
【０２７９】
この時、るつぼ１０の底部１０ｂの温度は、約４００℃であったため、金属ヒ素（Ａｓ）は、ほとんど蒸発していないと思われる。
【０２８０】
次に、容器駆動手段５を用い、容器（サセプタ）６３を上方に移動させ、容器（サセプタ）６３の開口部６３ｈに、蓋体７１の環状の周壁７４が、容器（サセプタ）６３の環状の溝部６４内に収容されるように、かつ、蓋体７１の環状の周壁７４が、液状化した第２の封止剤６５に浸漬するようにして、蓋体７１と容器（サセプタ）６３との間を、液封した。
【０２８１】
また、蓋体７１の挿通孔７１ｈは、液状化した第３の封止剤７３により液封された。
【０２８２】
以上の工程により、容器（サセプタ）６３が、蓋体固定手段８１により固定された蓋体７１の環状の周壁７４の周りを、容器（サセプタ）６３と蓋体７１との間が液封された状態を保持しつつ、液状化した第２の封止剤６５を介して、回転できるように液封された。
【０２８３】
また、容器（サセプタ）６３内は、気密化された。
次に、るつぼ１０の周囲のヒータ８３、８４を昇温し、るつぼ１０内に収容したＶ族元素単体、すなわち金属砒素（Ａｓ）を蒸発させて、容器（サセプタ）６３内にＡｓ蒸気を満たした。
【０２８４】
次に、さらに、ヒータ８３、８４を昇温し、ＧａＡｓ多結晶原料を融解（溶融）した。
【０２８５】
次に、得られたＧａＡｓ融液の表面の温度を、ＧａＡｓの融点付近に調整し、しかる後に、第１の蓋体７１の挿通孔７１ｈから、下方先端部４ｅに種結晶１３を取り付けた引き上げ軸（上軸）４を容器（サセプタ）６３内に挿入し、種結晶１３を原料融液１１に浸漬し、しかる後に、原料融液１１から種結晶１３を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成した。
【０２８６】
なお、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する際の、第１の封止剤１５の、育成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶１４の成長軸方向の温度勾配は、３０℃／ｃｍであった。
【０２８７】
以上の方法により育成した、アンドープＧａＡｓ単結晶は、結晶表面が金属光沢をしており、結晶表面の荒れは全くなかった。
【０２８８】
このことから、結晶表面から、Ａｓが解離しておらず、結晶育成中において、容器（サセプタ）６３内には、Ａｓ蒸気圧が十分に印加されていることがわかった。
【０２８９】
また、本実験例で育成した、アンドープＧａＡｓ単結晶の成長軸方向に垂直な（１００）面内の転位密度分布を図６に示す。
【０２９０】
また、図１に示す単結晶の育成装置１を用い、従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）を用いて育成した、アンドープＧａＡｓ単結晶の成長軸方向に垂直な（１００）面内の転位密度分布についても図６に併せて記載する。
【０２９１】
図６を参照して、本実験例で育成したアンドープＧａＡｓ単結晶の成長軸方向に垂直な（１００）面内の転位密度は、従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）で育成したアンドープＧａＡｓ単結晶の転位密度の約１０分の１であった。
【０２９２】
実験例３
図５に示す単結晶の育成装置６１を用い、本発明に従って、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成を行なった。
【０２９３】
より特定的には、図５に示す単結晶の育成装置６１を用い、本発明に従って、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成を行なった。
【０２９４】
実験例２とは、るつぼ１０の底部に、さらに、Ｓｉを２ｇ収容する以外は同様にして、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の育成を行なった。
【０２９５】
るつぼ１０内に、その表面が液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）により封止された、ＧａＡｓとＳｉとを含む原料融液１１を準備した時点において、液状化した第１の封止剤１５と原料融液１１との液−液界面の小さな塊（酸化物）、より詳しくは、ＳｉＯ２  等の酸化物の数および量を観察した。
【０２９６】
観察の結果、ＧａＡｓ多結晶原料が融解した時点における、原料融液１１と、液状化した酸化ホウ素（Ｂ２  Ｏ３  ）との界面のＳｉＯ２  等の浮遊物の発生は、全く認められず、実験例１よりも良好であった。
【０２９７】
このため、ＧａＡｓ多結晶原料が融解した後、原料融液１１の表面１１ｓの温度を融点付近に調整して、すぐに、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶を育成することができた。
【０２９８】
また、育成した、Ｓｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶の品質について、実験例２と同様の評価を行なったところ、実験例３において得られたＳｉドープｎ型導電性ＧａＡｓ単結晶は、実験例２と同様、高品質のものであった。
【０２９９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物と封止剤の他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える結果、るつぼ内に、封止剤によりその表面が封止された原料融液を準備する工程において、Ｖ族元素の還元作用により、封止剤と原料融液との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）の発生を著しく抑制することができる。
【０３００】
このため、本発明に従えば、転位や格子欠陥の少ない、単結晶化率の向上した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することができるという効果を奏する。
【０３０１】
また、本発明によれば、るつぼ内に、封止剤によりその表面が封止された原料融液を準備する工程において、封止剤と原料融液との液−液界面を浮遊する小さい塊（酸化物）の発生が著しく少ないため、封止剤へ、小さい塊（酸化物）が拡散消失する時間を短くすることができる結果、転位や格子欠陥の少ない、単結晶化率の向上した、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【０３０２】
したがって、本発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、生産性および量産性に優れている。
【０３０３】
また、本発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法は、特に、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法として優れている。
【０３０４】
すなわち、本発明は、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、封止剤およびドーパントの他に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を構成するＶ族元素単体を共存させるという特有の構成を備える結果、従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）において、深刻な問題であった、るつぼ内に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ドーパントおよび封止剤を収容し、しかる後に、るつぼ内に封止剤によりその表面が封止された、ＩＩＩ−Ｖ族化合物とドーパントとを含む原料融液を準備する工程において、封止剤と原料融液との液−液界面を浮遊する小さな塊（酸化物）の発生を著しく減少させることができる。
【０３０５】
このため、本発明に従えば、単結晶化率の向上した、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を効率よく育成することができるという効果を奏する。
【０３０６】
また、本発明は、るつぼ内に収容したＶ族元素単体を気化させて、Ｖ族元素蒸気雰囲気下で、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶、または、ドーパントがドープされたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することができる結果、使用する単結晶の育成装置を大型化・複雑化する必要がないという特有の効果を奏する。
【０３０７】
より具体的には、本発明に従えば、Ｖ族元素蒸気を供給するための貯蔵槽（リザーバ）等を設置する必要がないため、比較的簡単な装置を用いて、高品質のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する単結晶の育成装置を概略的に示す縦断面図である。
【図２】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する単結晶の育成装置を概略的に示す縦断面図である。
【図３】従来の液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）によるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を育成する際に、るつぼ内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法において、るつぼ内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に従うＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶の育成方法を実施するのに、好適に用いることのできる、単結晶の育成装置を概略的に示す縦断面図である。
【図６】アンドープＧａＡｓ単結晶の成長軸方向に垂直な（１００）面内の転位密度分布を示す図である。
【符号の説明】
１、２１、６１  単結晶の育成装置
２  気密容器（外側容器）
３、６３  容器（サセプタ）
４  引き上げ軸（上軸）
５  容器駆動手段
１０  るつぼ
１３  種結晶
１４  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶
１５、５１、６５、７３  封止剤
６５ｓ、６５ｓ１    液状化した第２の封止剤の液面
５０  ＩＩＩ−Ｖ族化合物（ＩＩＩ−Ｖ族化合物多結晶原料）
５３  小さな塊（酸化物）
６４  環状の溝部
７１  蓋体
７１ｈ  挿通孔
７２  壁体
７４  環状の周壁
７４ｅ  環状の周壁の下方先端部
Ｌ  液柱の長さ
１０１  Ｖ族元素単体
１０２  ドーパント
【図１】
0003627255.tif 000002
【図２】
0003627255.tif 000003
【図３】
0003627255.tif 000004
【図４】
0003627255.tif 000005
【図５】
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【図６】
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