(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の基板の厚みに対応する厚みをもつ板状空間を内蔵する分割構造の鋳型または積層した鋳型の該板状空間の底部に所望の面方位にカットした板状シードを設置した後、該シード上の板状空間に原料の融体を装入し、鋳型と原料融体とを一体のまま下方に移動して、シードから融体の方に順次温度を下げながら該融体を単結晶化することを特徴とする単結晶基板の製造方法。
【請求項２】
所望の面方位を有する基板の厚みに対応する厚みをもつ板状空間を内蔵し、かつ分割可能な鋳型と、該鋳型の上部にあって着脱可能に該板状空間と連結する原料を融解するための融解槽と、該融解槽と鋳型を支持して移動せしめる駆動装置と、該融解槽と鋳型を加熱するヒーターとを具備することを特徴とする単結晶基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は単結晶の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属や酸化物あるいは半導体の単結晶を製造する方法としては、るつぼ内の原料融液中に種結晶（シード）をひたし、温度勾配を制御することによりこの種結晶についた単結晶を回転させながら引き上げるチョクラルスキー法（引上法）や、この引上法の変形にＥＦＧ法があり、単結晶の使用目的に応じてリボン状、円柱、管、糸などの形状に単結晶を引上げる方法があり、さらに筒状の縦型あるいは横型ボートの中に原料を入れて融液化した後にその融液の温度をボート下部から下げて行き、ボート内に結晶を成長させるボート法の他、溶融体の入ったるつぼを温度勾配のついた炉中を水平に移動させたり降下させたりして結晶を育成させる水平あるいは垂直ブリッジマン法や、ＶＧＦあるいはＨＧＦ法と言われる垂直あるいは水平グラジエントフリーズ法が知られている。
【０００３】
しかしながらこれらの製造法によって得られた単結晶はいずれもそのるつぼ径に沿ったバルク単結晶体がほとんどであり、得られた単結晶体をスライスすることによって所望の厚みの板状体とするか、あるいは板状にＧａＡｓを成長させる方法があったが、これらの方法においては方位の決定や得られた単結晶に難点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来法では得られたバルク単結晶体から所望形状の板材をスライスしていたため、その工程にある程度の所要時間を必要とし、その上、対象物によっては例えばＧａＡｓのような有害な半導体残滓の発生が避けられないという欠点があり、
また、このような製法では成長した結晶から熱の放散がなされにくく、それが結晶成長に影響して成長速度の低下や結晶品質の低下の原因となっていた。
【０００５】
したがって本発明の目的は、バルク単結晶体からスライスする従来法に代わり所望の面方位にカットした板状のシードを用いることにより原料から直接目的形状の単結晶基板を能率よく、かつ高品質でしかも低コストである新規な製造法および製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、所望の面方位を有する基板の厚みに対応するような板状空間をもつ鋳型中で単結晶を育成するようにすれば、従来法のように結晶製造後に結晶を所定形状にスライスする必要がなく直接単結晶基板を製造できることを見いだし本発明に到達した。
【０００７】
すなわち本発明は第１に、所望の基板の厚みに対応する厚みをもつ板状空間を内蔵する分割構造の鋳型または積層した鋳型の該板状空間の底部に所望の面方位にカットした板状シードを設置した後、該シード上の板状空間に原料の融体を装入し、鋳型と原料融体とを一体のまま下方に移動して、シードから融体の方に順次温度を下げながら該融体を単結晶化することを特徴とする単結晶基板の製造方法；第２に、所望の面方位を有する基板の厚みに対応する厚みをもつ板状空間を内蔵し、かつ分割可能な鋳型と、該鋳型の上部にあって着脱可能に該板状空間と連結する原料を融解するための融解槽と、該融解槽と鋳型を支持して移動せしめる駆動装置と、該融解槽と鋳型を加熱するヒーターとを具備することを特徴とする単結晶基板の製造装置を提供するものである。
【０００８】
【作用】
一般に結晶生成において、溶融した原料を一方の端から温度を下げていくと固化が始まるが、その場合、凝固熱が発生するため、この熱を適切に凝固界面から排除していかないと結晶成長は遅くなると共に、この排除が凝固界面で不均質であれば界面内での結晶成長が不均質となり、それによって結晶の低品質化をもたらすことになる。
【０００９】
ところで、この凝固熱の排除の多くは成長した結晶を通じその表面から放散されるのであるから、結晶が大きくなればなるほど結晶生成界面中心部の熱は、界面や周辺部の熱に比べて排除されにくいという傾向を示している。すなわち通常の結晶製造方法では大口径の結晶ほど製造速度は遅くなり、品質も悪化することになる。
【００１０】
しかしながら生成される結晶が本発明のように板状であれば結晶成長界面から成長した結晶表面への距離が短く、したがって凝固熱の排出は速やかになされ、結晶成長界面内において中心部と周辺部とで極端な差異を生じないことから、均質な結晶を高速度で得られることになる。
【００１１】
本発明と同様に板状の結晶成長方法としては、板の形状をしたノズルから引き抜く方法が考えられるが、この方法では結晶に力がかかりやすく、したがって結晶に歪みを生じさせ、高品質の結晶ができにくいという欠点がある。
【００１２】
本発明では、鋳型と中の原料融液とを同一温度で冷却しているので、結晶と鋳型のズレによる結晶への力の負担がないという特色がある。
【００１３】
また実施例では、小さな単結晶製造について示すのみであるが、大型結晶製造時の問題点である結晶成長界面から結晶表面までの距離が長いということがないので、原理上結晶の幅、長さは自由に調整できるものである。
【００１４】
本発明では、所望の面方位を有する基板の厚みに対応した厚みをもつ板状空間を内蔵する鋳型を使用するが、該板状空間の厚みは小さいので、融体冷却後、単結晶を取出すため、鋳型は、例えば深さの浅い箱状の鋳型基部と、これの蓋となる鋳型蓋部とによって板状空間が構成されているように分割可能な形状にする必要がある。
【００１５】
本発明の実施例では原料としてＧａＡｓ多結晶体を用いたが、この他粉体や溶体でもよく、またＧａＡｓの他のＩｎＰなどの半導体やＢｉ、Ｃｕ等の金属でもよい。
【００１６】
また本発明に用いる鋳型の形状として分割構造の板状鋳型を用いたが、他の形状として鋳型を皿型として、水平方向に移動させながら単結晶を製造することもできる上、このような鋳型（板状鋳型）を積層することにより、さらに能率を高めた単結晶の製造が可能となる。
【００１７】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１８】
【実施例１】
図１は本実施例に用いられた単結晶製造装置の模式断面図であって、この図を参照して、まず装置の構造と結晶成長手順の概要を説明する。
【００１９】
（１）鋳型は鋳型基部１と鋳型蓋部２に分離できる構造であり、これらにより内容積が平板状に構成された鋳型空間に（１００）方位のシード６を（１１０）方向を上下にして置き、その上にルツボ７で溶融した原料５を装入する。ルツボ７および鋳型の周囲にはヒーター３が設けてあり、これにより原料５を加熱して融体とする。鋳型は上下に移動可能な駆動装置４に上に設置されている。
【００２０】
（２）この保持装置４が下方に移動すると、鋳型と原料はともに低温側に移動するので鋳型と中の融体を一体的に冷却し、融体が一端から徐々に冷却固化され、これに伴いシード６と同一状態の単結晶が成長していくことになる。
【００２１】
（３）具体的には、ＧａＡｓ多結晶体３０ｇとともにＡｓ圧制御用として１５ｇのＡｓを板状の内容積が１．５mm厚×１０mm幅×１００mm長さのカーボン製鋳型に入れて、鋳型上部温度を１２８０℃、鋳型下部温度を１２３０℃となるようにヒーター３で加熱制御した。
【００２２】
（４）下降速度を２０mm/hr に設定して駆動装置４により鋳型を下方に移動し、シード６上に方位（１１０）の結晶を成長させ、転位密度３，０００個/cm2の平板状のＧａＡｓ単結晶を得た。
【００２３】
【実施例２】
図２は本実施例に用いられた別の鋳型を用いた単結晶製造装置における３連の鋳型基部および鋳型蓋部の組立て様式を示す斜視図（簡単のため内部稜線は一部のみ図示）であって、この図を参照して以下説明する。
【００２４】
（１）まずＧａＡｓ多結晶体３０ｇをルツボ（図示省略）に入れ、ヒーター（図示省略）により１３００℃にて融解した。得られたＧａＡｓ融液は順次鋳型基部１と鋳型蓋部２で構成された鋳型内に導入され、シード６上に積層された。
【００２５】
（２）鋳型上部の温度を１２８０℃、鋳型下部の温度を１２３０℃になるようにヒーターを調節した後、下降速度を１０mm/hr で徐冷したところ、実施例１と同様のＧａＡｓ単結晶体が得られた。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、原料融液を板状鋳型に入れたまま一端から他端に向けて徐冷するので、鋳型で得られた結晶が所望の単結晶基板であり、従来法のような結晶のスライス工程が不要であり、また結晶成長時における凝固熱が結晶生成界面の全面にわたりほぼ均質に放散されるので結晶の成長速度が速く、結晶内負荷による歪みを生じないので、均質で歪みのない単結晶基板を短時間に、しかも大量生産を可能にする単結晶基板の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に用いられた単結晶基板製造装置の模式断面図である。
【図２】本発明の他の実施態様に用いられた単結晶基板製造装置における３連の鋳型基部および鋳型蓋部の組立て様式を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１    鋳型基部
２    鋳型蓋部
３    ヒーター
４    駆動装置
５    原料
６    シード
７    ルツボ
【図１】
0003647964.tif 000002
【図２】
0003647964.tif 000003