(57)【要約】【課題】高品質な単結晶の製造が可能な結晶成長用坩堝を提供する。【解決手段】単結晶を製造するための結晶成長用坩堝であって、円筒形状を有し、該円筒形状の一端が閉塞した先端部と、円筒形状を有し、先端部よりも大きな径を有する直胴部と、テーパ形状を有し、先端部と直胴部とを接続する肩部と、を備える。また、結晶成長用坩堝の厚み方向に関する２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が、結晶成長用坩堝の軸方向において変化し、透過率の最小値を示す部分が肩部に位置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶を製造するための結晶成長用坩堝であって、
円筒形状を有し、該円筒形状の一端が閉塞したＰＢＮ製の先端部と、
円筒形状を有し、前記先端部よりも大きな径を有するＰＢＮ製の直胴部と、
テーパ形状を有し、前記先端部と前記直胴部とを接続するＰＢＮ製の肩部と、を備え、
前記結晶成長用坩堝の厚み方向に関する２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が、前記結晶成長用坩堝の軸方向において変化し、
前記透過率の最小値を示す部分が前記肩部に位置する、結晶成長用坩堝。
【請求項２】
前記直胴部の任意の位置における前記透過率は、前記肩部の任意の位置における前記透過率以上である、請求項１に記載の結晶成長用坩堝。
【請求項３】
前記最小値をＴmin、前記直胴部の任意の位置における前記透過率をＴcとしたとき、０．２≦Ｔmin／Ｔc≦０．６の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載の結晶成長用坩堝。
【請求項４】
前記最小値をＴmin、前記先端部の任意の位置における前記透過率をＴaとしたとき、０．２≦Ｔmin／Ｔa≦０．６の関係を満たす、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の結晶成長用坩堝。
【請求項５】
前記透過率は、前記肩部における前記直胴部と接続する大径側から前記先端部に接続する小径側に向けて、連続的または段階的に増大する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の結晶成長用坩堝。
【請求項６】
内部にテーパ形状の空洞部を有し、当該空洞部内に前記肩部を収容する補助部を１つ以上備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の結晶成長用坩堝。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の結晶成長用坩堝を用いて単結晶を製造する方法であって、
前記先端部に種結晶を収容する工程と、
前記結晶成長用坩堝内であって前記種結晶の上方に原料を配置する工程と、
前記原料を溶融させる工程と、
溶融した前記原料を前記種結晶側から軸方向に凝固させることによって、前記肩部および前記直胴部内に単結晶を成長させる工程と、を含む単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶を製造するための結晶成長用坩堝およびそれを用いた単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどの化合物半導体からなる単結晶の製造方法として、結晶成長用坩堝を用いて単結晶を成長させる縦型ブリッジマン（ＶＢ；Vertical  Bridgman）法および垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ；Vertical  Gradient  Freeze）法などの縦型ボート法が知られている。図１２は、縦型ボート法に用いられる従来の結晶成長用坩堝の概略的な断面図である。図１２において、坩堝５０は、円筒形状を有し、該円筒形状の一端が閉塞した先端部５１と、円筒形状を有し、先端部５１よりも大きい径を有する直胴部５２と、テーパ形状を有し、先端部５１と直胴部５２とを接続する肩部５３とを備える。
【０００３】
図１２を用いてＶＢ法による単結晶の製造方法を説明すると、まず、先端部５１に種結晶５４が収容され、肩部５３および直胴部５２に固体原料が収容される。次に、坩堝５０の周囲に配置される加熱部によって坩堝５０内が加熱さる。これにより、坩堝５０内の固体原料が融解して液体原料５５となる。次に、加熱部によって、坩堝５０の軸方向（図中上下方向）に対し、先端部５１側の温度が低く、直胴部５２側の温度が高くなるように温度勾配が形成される。そして、この温度勾配に対して坩堝１０が図中下方に移動する、または加熱部が坩堝５０の図中上方に移動することにより、坩堝５０と温度勾配との位置関係が相対的に変化する。これにより、液体原料５５が種結晶５４側から凝固していき、単結晶５６が成長する。
【０００４】
また、ＶＧＦ法に関し、先端部５１側の温度が低く、直胴部５２側の温度が高くなるように温度勾配を形成する点はＶＢ法と同様である。ＶＢ法では、坩堝５０または加熱部が移動することにより、坩堝５０と温度勾配との位置関係が相対的に変化するのに対し、ＶＧＦ法では、加熱部による温度分布を時間とともに少しずつ変化させることにより、液体原料５５を種結晶５４側から凝固していく。
【０００５】
上記のような縦型ボート法に用いられる結晶成長用坩堝として、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ；Pyrolytic  Boron  Nitride）製の坩堝が広く用いられている。これは、ＰＢＮ製の坩堝が、高純度での製造が可能であり、耐熱性が高く、高温においても化学的に安定であることによる。しかし、一方で、ＰＢＮは層構造を有しており、その構造上、面方向と厚み方向とで熱伝導率が大きく異なるという特性を有している。具体的には、面方向の熱伝導率は、厚さ方向の熱伝導率の３０〜７０倍であり、その異方性は大きい。
【０００６】
坩堝内の温度は、坩堝の周囲に位置する加熱部によって直接的または間接的に制御されるが、上記の熱伝導率の異方性は坩堝内の温度制御を複雑にする。このために、加熱部による制御のみでは、坩堝内の温度環境を安定化できない場合がある。縦型ボート法において、温度環境は製造される単結晶の品質に結びつく重要なファクターであって、温度環境が安定化しなければ、高品質な単結晶を歩留まり良く製造することが難しくなる。
【０００７】
上記問題に関し、特開平８−４８５９１号公報（特許文献１）には、ＶＢ法に用いられる坩堝として、先端部を構成する壁の厚みが直胴部を構成する壁の厚み以上となるように設計された坩堝が提案されている。特許文献１には、上記構成の坩堝によれば、直胴部における熱伝導が厚み方向に支配的となり、先端部における熱伝導が面方向に支配的となり、これにより、温度環境が安定し、高品質な単結晶を製造できる旨が記載されている。
【０００８】
また、特開平１０−５９７９４号公報（特許文献２）には、ＶＢ法に用いられる坩堝として、坩堝の外表面の粗さが種結晶側から反対側に向かって、すなわち軸方向に向かって変化し、坩堝の厚み方向における３７００ｃｍ-1〜６５００ｃｍ-1の光の透過率が、軸方向に単調変化するように設計された坩堝が提案されている。特許文献２には、坩堝を上記構成とすることにより、坩堝内の温度環境を理想的な状態で維持できる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−４８５９１号公報
【特許文献２】特開平１０−５９７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１および２に提案される技術では、ＶＢ法における温度環境の安定化が必ずしも十分とはいえず、高品質な単結晶を歩留まり良く製造するには、更なる改良の余地がある。そこで、本発明は、ＶＢ法、ＶＧＦ法などの縦型ボート法において、高品質な単結晶の製造が可能な結晶成長用坩堝およびそれを用いた単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、単結晶を製造するためのＰＢＮ製の結晶成長用坩堝であって、円筒形状を有し、該円筒形状の一端が閉塞した先端部と、円筒形状を有し、先端部よりも大きな径を有する直胴部と、テーパ形状を有し、先端部と直胴部とを接続する肩部と、を備え、結晶成長用坩堝の厚み方向に関する２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が、結晶成長用坩堝の軸方向において変化し、透過率の最小値を示す部分が肩部に位置する、結晶成長用坩堝である。
【００１２】
また、本発明は、上記結晶成長用坩堝を用いて単結晶を製造する方法であって、先端部に種結晶を収容する工程と、結晶成長用坩堝内であって種結晶の上方に原料を配置する工程と、原料を溶融させる工程と、溶融した原料を種結晶側から軸方向に凝固させることによって、肩部および直胴部内に単結晶を成長させる工程と、を含む単結晶の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＶＢ法、ＶＧＦ法などの縦型ボート法において、高品質な単結晶の製造が可能な結晶成長用坩堝、およびそれを用いた単結晶の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態で用いられる結晶製造装置を概略的に示す断面図である。
【図２】実施形態に係る結晶成長用坩堝の一例を概略的に示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、実施形態に係る結晶成長用坩堝の軸方向における透過率を例示する図である。
【図４】補助部を備える結晶成長用坩堝の一例を概略的に示す断面図である。
【図５】図４の補助部の構成を説明するための概略的な断面図である。
【図６】図４の補助部の概略的な斜視図である。
【図７】図６におけるＸ−Ｘ線の矢視断面図である。
【図８】結晶製造装置における補助部の配置位置の一例を概略的に示す断面図である。
【図９】結晶製造装置における補助部の配置位置の他の一例を概略的に示す断面図である。
【図１０】補助部を２つ備える場合の一例を概略的に示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、実施形態に係る単結晶の製造方法の各工程での結晶成長用坩堝内の状態を概略的に示す断面図である。
【図１２】縦型ボート法に用いられる従来の結晶成長用坩堝の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施の形態の概要について説明する。
【００１６】
本発明者らは、ＰＢＮ製の結晶成長用坩堝（以下、単に「坩堝」という。）を用いた縦型ボート法による単結晶の製造において、単結晶の高品質化、すなわち、欠陥の発生の抑制を図るべく、考察を重ねた。
【００１７】
本発明者らは、まず、ＶＢ法で製造された複数の単結晶について観察した。その結果、単結晶のうちの坩堝の肩部に対応する位置で成長した領域に、ツイン（双晶）、リネージ（線状欠陥である転位が高密度で集積した部分）といった欠陥の起点が存在している確率が高いことが確認された。ツインが発生すると、結晶の面方位が変わり、それ以降に成長した結晶部分は、製品としての適正な面方位を有しない。また、リネージの発生によって極度に悪化した結晶性は、そのままその後の成長領域に引き継がれる場合が多い。したがって、これらの肩部を起点として発生した欠陥は、単結晶のうちの直胴部に対応する位置の結晶構造にまで影響を及ぼす。製品となる半導体ウエハは、通常、製造された単結晶のうち、直胴部に対応する位置で成長した領域から生産されるため、肩部で発生した欠陥が直胴部内の結晶構造にまで影響を及ぼすことにより、製品の生産性が大きく低下することになる。
【００１８】
そこで、本発明者らは、この欠陥の発生について原因を探るべく検討を進めた。その結果、肩部で結晶が成長している際に、結晶領域と融液領域との間に存在する固液界面の形状が、結晶領域側に窪んで凹化する傾向にあり、この凹化の度合いが大きくなるにつれて、肩部における欠陥の発生確率が高くなることが分かった。本発明者らは、このように固液界面が凹化する理由について、以下のように推察した。
【００１９】
すなわち、縦型ボート法による結晶成長において、坩堝は、坩堝の周囲に配置されたヒータなどの加熱部によって加熱される。この加熱に伴って単結晶の側面から流入した熱に、さらに単結晶の凝固潜熱が加わった余剰な熱は、坩堝が収容される炉内の上方もしくは下方に向かう熱流として放熱される。特に、固液界面近傍における温度分布は、固液界面の上側（液体原料側）が高温、下側（結晶側）が低温となるため、この放熱は、炉内の下方に向かう熱流となって行われる。すなわち、余剰な熱の放熱としては、肩部に位置する単結晶を介しての下方への熱流が支配的となる。さらに、結晶成長時、肩部は炉内の下方に向いているため、炉内の下方に向けての輻射による冷却効果の影響を強く受ける。このため、結晶成長時、肩部は放熱面として機能する。しかしながら、上述のように、ＰＢＮは面方向の熱伝導率が高いため、肩部の放熱面としての機能が過剰であると、肩部全体の温度分布が小さく、均一化し易くなってしまう。肩部全体の温度分布が小さくなって肩部の温度が均一化すると、これに伴って、肩部に位置する液体原料の等温面は、肩部を構成する坩堝の壁面に平行な形状に近くなる。坩堝内において、単結晶は等温面に沿った固液界面形状をもって成長するため、結果的に、肩部における固液界面が凹化する。
【００２０】
上記の推察に基づけば、肩部における欠陥の発生を抑制するためには、肩部の放熱面としての機能を抑制すべく、坩堝の下方への放熱を抑制すればよいと考えられた。しかし、本発明者らは、下方への放熱を過剰に抑制してしまうと、結晶が効率的に凝固するのに必要な熱流をも抑制することになり、結晶成長の不安定化を引き起こすことを懸念した。また、凝固潜熱の放熱が抑制されることにより、結晶の中心部（すなわち、径方向内側部分）の結晶化が抑制され、意図とは逆に、固液界面の凹化が大きくなることも懸念された。このため、坩堝の下方への放熱を抑制し、肩部の放熱面としての機能を抑制するにあたっては、結晶成長の安定性と凹化の緩和とを両立すべく、より適切な制御が必要であると考えられた。以上の考察を踏まえ、本発明者らは鋭意検討を重ね、肩部における欠陥の発生を抑制を可能にして、本発明を完成するに至った。
【００２１】
また、本発明者らは、上記の本発明を完成させた上で、さらに、製造する単結晶のさらなる高品質化を図るべく、直胴部における結晶成長についても検討を進めた。そして、直胴部においても、固液界面の形状が凹化した状態である場合に、リネージの発生が起こり易いことが分かった。上述のように、リネージとは線状欠陥である転位が高密度で集積した部分であって、この転位は固液界面と直交する方向に進展していく傾向がある。このことから、本発明者らは、固液界面が凹化していることにより、転位が径方向内側部分に集積してリネージが発生し易くなるのであって、逆に、固液界面の形状を平坦に、好ましくは液体領域側にたわんだ凸型に維持することによって、転位を径方向外側部分へと分散させて集積させないように維持することが重要であると考えた。
【００２２】
そして、本発明者らは、直胴部における固形界面の形状を凸型に維持するためには、上で述べた肩部に位置する単結晶を通しての適切な放熱を維持すると同時に、直胴部における単結晶の側面からの加熱を強化することが必要となると考えた。これは、単結晶の側面からの加熱を強化することにより、直胴部の径方向に温度勾配が生じ、界面形状が凸化すると考えたためである。しかし、ＰＢＮの熱伝導率は異方性が高く、面内方向の熱伝導率が高いことから、加熱を強化することによって、加熱部からの輻射強度のプロファイル、すなわち加熱部によって形成される温度勾配を遮るようなことになると、面方向の熱伝導によって直胴部の温度分布が均熱化する傾向となって、界面近傍で所望の温度分布が得られなくなると考えられた。以上の考察を踏まえ、本発明者らは鋭意検討を重ね、直胴部における欠陥の発生を抑制をも可能にして、上記の本発明をさらに改良するに至った。
【００２３】
（１）本実施形態に係る結晶成長用坩堝は、単結晶を製造するための結晶成長用坩堝であって、円筒形状を有し、該円筒形状の一端が閉塞したＰＢＮ製の先端部と、円筒形状を有し、先端部よりも大きな径を有するＰＢＮ製の直胴部と、テーパ形状を有し、先端部と直胴部とを接続するＰＢＮ製の肩部と、を備え、結晶成長用坩堝の厚み方向に関する２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が、結晶成長用坩堝の軸方向において変化し、透過率の最小値を示す部分が肩部に位置する、結晶成長用坩堝である。
【００２４】
本実施形態に係る結晶成長用坩堝によれば、上述の肩部における固液界面の凹化を緩和することができるため、肩部における結晶成長時の欠陥の発生を抑制することができ、もって、高品質な単結晶の製造を可能とする。
【００２５】
（２）本実施形態に係る結晶成長用坩堝において好ましくは、直胴部の任意の位置における透過率は、肩部の任意の位置における透過率以上である。これにより、直胴部における結晶成長時の欠陥の発生を抑制することができるため、より高い歩留まりで、より高品質な単結晶の製造が可能となる。
【００２６】
（３）本実施形態に係る結晶成長用坩堝において好ましくは、最小値をＴmin、直胴部の任意の位置における透過率をＴcとしたとき、０．２≦Ｔmin／Ｔc≦０．６の関係を満たす。これにより、さらに高い歩留まりで、より高品質な単結晶の製造が可能となる。
【００２７】
（４）本実施形態に係る結晶成長用坩堝において好ましくは、最小値をＴmin、先端部の任意の位置における透過率をＴaとしたとき、０．２≦Ｔmin／Ｔa≦０．６の関係を満たす。これにより、さらに高い歩留まりで、より高品質な単結晶の製造が可能となる。
【００２８】
（５）本実施形態に係る結晶成長用坩堝において好ましくは、透過率は、肩部における直胴部と接続する大径側から先端部に接続する小径側に向けて、連続的または段階的に増大する。これにより、さらに高い歩留まりで、より高品質な単結晶の製造が可能となる。
【００２９】
（６）本実施形態に係る結晶成長用坩堝において好ましくは、内部にテーパ形状の空洞部を有し、当該空洞部内に前記肩部を収容する補助部を１つ以上備える。これにより、結晶成長用坩堝の厚み方向に関する上記赤外線の透過率の設計が容易となる。
【００３０】
（７）本実施形態に係る単結晶の製造方法は、上記結晶成長用坩堝を用いて単結晶を製造する方法であって、先端部に種結晶を収容する工程と、結晶成長用坩堝内であって種結晶の上方に原料を配置する工程と、原料を溶融させる工程と、溶融した原料を種結晶側から軸方向に凝固させることによって、肩部および直胴部内に単結晶を成長させる工程と、を含む単結晶の製造方法である。
【００３１】
本実施形態に係る単結晶の製造方法によれば、上述の肩部における固液界面の凹化を緩和することができるため、肩部における結晶成長時の欠陥の発生を抑制することができ、もって、高品質な単結晶の製造を可能とする。
【００３２】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００３３】
なお、以下に示す実施形態においては、同一または対応する部分について同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本実施形態では、ＶＢ法に基づいて説明するが、本発明はＶＧＦ法に用いることもできる。
【００３４】
（結晶製造装置）
まず、本実施形態に係る結晶成長用坩堝を配置可能な結晶製造装置について説明する。図１は、本実施形態で用いられる結晶製造装置を概略的に示す断面図である。図１を参照して、結晶製造装置１００は、アンプル１１と、支持台１４と、支軸１５と、ヒータ１６と、断熱材１７と、気密容器１８とを備える。
【００３５】
アンプル１１は、坩堝１０を収容するための収容体１２の開口する端部上に蓋体１３を配置することによって、その内部に坩堝１０を密封することができる。アンプル１１は、支持台１４上に載置されており、支持台１４は、支軸１５によって支持される。支軸１５は、不図示の駆動手段によって図中上下方向に昇降自在である。また、支軸１５は図中上下方向を中心軸として、回転自在であってもよい。
【００３６】
また、アンプル１１の周囲は加熱部としてのヒータ１６によって取り囲まれる。ヒータ１６は、不図示の制御手段に制御されることによって、アンプル１１に対して図中上下方向に温度勾配を与えることができる。上述のように、アンプル１１は図中上下方向に昇降自在な支軸１５に支持されているため、支軸１５の昇降動作に伴ってアンプル１１に与えられる温度勾配、換言すれば、坩堝１０内に与えられる軸方向における温度勾配が変化することになる。
【００３７】
さらに、ヒータ１６の周囲は断熱材１７によって取り囲まれており、アンプル１１、ヒータ１６および断熱材１７は、気密容器１８内に収容される。気密容器１８はその内部を気密に保つことができ、また、気密容器１８は、その内部の気圧を調製するための気圧調製部を備えていても良い。
【００３８】
この結晶製造装置１００において、坩堝１０は、図３に示すように、アンプル１１の収容体１２に内接するように、かつその開口部がアンプル１１の開口する端部側を向くように収容される。単結晶を製造する際には、熱源であるヒータ１６によって、その軸方向に温度勾配が生じるように坩堝１０の周囲から加熱されることになる。
【００３９】
（結晶成長用坩堝）
図２は、本実施形態における結晶成長用坩堝を概略的に示す断面図である。図２において、坩堝１０は、ＶＢ法を用いて単結晶を製造するための結晶成長用坩堝である。この坩堝１０は、ＰＢＮ製であって、先端部１と、直胴部２と、肩部３とを備える。
【００４０】
先端部１は、ＰＢＮ製であって、円筒形状を有しており、該円筒形状の軸方向の一端は閉塞されており、坩堝１０の底部を構成している。先端部１に関し、結晶成長が行われる際には、その内部に種結晶が収容される。直胴部２は、ＰＢＮ製であって、円筒形状を有しており、その内径Ｄcは先端部１の内径Ｄaよりも大きい。直胴部２に関し、結晶成長が行われる際には、その内部に原料が収容される。肩部３は、ＰＢＮ製であって、テーパ形状を有しており、先端部１と直胴部２とを接続する。
【００４１】
本実施形態の坩堝１０は、坩堝１０の厚み方向に関する２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が坩堝１０の軸方向において変化する。特に、この透過率の最小値を示す部分が肩部３に位置する。
【００４２】
ここで、「厚み方向」は、坩堝１０を構成する壁の厚みに対して垂直な方向を意味し、先端部１、直胴部２、および肩部３のそれぞれの「厚み」は、図中の厚みＴa、厚みＴc、および厚みＴsのそれぞれに該当する。また、「透過率」は、直線透過率を意味し、坩堝１０の厚み方向に対して垂直に、かつ坩堝１０の外側から坩堝１０の内側に向けて照射された上記波長領域の赤外線のうち、坩堝１０の内側に透過する上記波長領域の赤外線の割合（％）を意味する。また、「軸方向」とは、坩堝１０の長手方向の中心を貫く中心軸方向を意味し、図２における上下方向となる。
【００４３】
上記透過率は、たとえば、次のようにして測定することができる。まず、坩堝１０を構成する壁の任意の位置を挟み込むように、坩堝１０の外側と内側の各々に赤外分光光度計の発光部および受光部を配置する。次に、挟み込んだ壁に対して、坩堝１０の厚み方向に垂直となるように上記波長領域の赤外線を照射する。そして、照射した赤外線の強度に対する、坩堝１０の内側に透過した赤外線の強度の割合を測定し、これにより照射した赤外線の透過率を算出する。
【００４４】
図３のグラフ（ａ）〜（ｄ）は、上述の透過率の特徴について例示するグラフである。図３のグラフ（ａ）〜（ｄ）の全てにおいて、透過率の最小値を示す部分は、肩部３に位置している。また、図３のグラフ（ｂ）では、肩部３における直胴部２と接続する大径側から先端部１に接続する小径側に向けて、段階的に透過率が増大しており、グラフ（ｃ）および（ｄ）では、肩部３における直胴部２と接続する大径側から先端部１に接続する小径側に向けて、連続的に透過率が増大している。なお、図３のグラフ（ａ）〜（ｄ）において、横軸は上記透過率を示し、右に進むほど大きな値となり、縦軸は坩堝１０の軸方向における位置を示し、グラフの左手に示す坩堝１０の各位置に対応する。また、グラフ（ｃ）および（ｄ）に示すように、赤外線の透過率が連続的に変化する場合には、上記最小値は「極小値」とも言える。
【００４５】
上記図３のグラフ（ａ）〜（ｄ）は例示に過ぎない。坩堝１０の透過率に関する構成はこれに限られず、少なくとも、肩部３において、赤外線の透過率が、前記結晶成長用坩堝の軸方向において変化し、かつ、肩部３に透過率の最小値が存在すれば足りる。したがって、図３のグラフ（ａ）〜（ｄ）に例示した以外の構成として、たとえば、直胴部２における透過率と先端部１における透過率は異なっていてもよく、軸方向であって先端部１の範囲内および／または直胴部２の範囲内で、透過率が変化してもよい。
【００４６】
坩堝１０の透過率を上記のように変化させる方法としては、たとえば、（Ａ）肩部３の壁の厚さ、壁の表面粗さ、ＰＢＮ膜の配向度、ＰＢＮの比重を調節する方法、（Ｂ）肩部３に補助部を１つ以上配置する方法、上記（Ａ）および（Ｂ）を組み合わせる方法がある。
【００４７】
上記（Ａ）の方法に関し、図２を参照し、肩部３を構成する壁の厚さ（Ｔs）を、直胴部２を構成する壁の厚さ（Ｔc）および先端部１を構成する壁の厚さ（Ｔa）に比して大きくすることによって、肩部３の透過率を直胴部２および先端部１の透過率に対して低くすることができる。また、肩部３を構成する壁の表面粗さを、直胴部２および先端部１を構成する壁の表面粗さと比して大きくすることによって、肩部３の透過率を直胴部２および先端部１の透過率に対して低くすることができる。また、肩部３を構成する壁のＰＢＮの配向度を、直胴部２および先端部１を構成する壁のＰＢＮの配向度と比して大きくすることによって、肩部３の透過率を直胴部２および先端部１の透過率に対して低くすることができる。また、肩部３を構成する壁のＰＢＮの比重を、直胴部２および先端部１を構成する壁のＰＢＮの比重と比して大きくすることによって、肩部３の透過率を直胴部２および先端部１の透過率に対して低くすることができる。
【００４８】
具体的な一例としては、坩堝１０において、肩部３を構成する壁の厚さ、表面粗さ、ＰＢＮの配向度、またはＰＢＮの比重を、直胴部３および先端部１よりも大きくかつ軸方向に関して一定に設計した場合、坩堝１０はその軸方向に関し、図３のグラフ（ａ）に示されるような透過率を有することになる。また、肩部３を構成する壁の厚さ、表面粗さ、ＰＢＮの配向度、またはＰＢＮの比重を軸方向に関して変動させた場合、たとえば、肩部３を構成する壁の厚さを、肩部３における直胴部２と接続する大径側から先端部１に接続する小径側に向けて、連続的に小さくなるように設計した場合、坩堝１０はその軸方向に関し、図３のグラフ（ｄ）に示されるような透過率を有することになる。
【００４９】
次に、上記（Ｂ）の方法に関し、図４を参照し、坩堝１０は、先端部１、直胴部２および肩部３を有する一体形成された構造体に加え、さらに補助部４０を備えている。補助部４０は、壁部４１および壁部４１により構成されるテーパ形状の空洞部４２を有しており（図５〜図７参照。）、単結晶製造装置内に坩堝１０を配置した場合、この空洞部４２内に肩部３が収容されることになる。この実施形態において、坩堝１０の肩部における透過率とは、肩部３および補助部４０により構成される肩部４３の透過率となる。
【００５０】
ここで、坩堝１０自体の肩部３および補助部４０の各透過率は、各部を構成する壁の厚み方向における内部の光吸収・光散乱の効果と、外表面および内表面の光散乱の効果との相乗効果により決定される。具体的には、図４に示すように、坩堝１０の肩部を構成する壁を２層構造にした場合と、この２層構造の同じ厚さの１層構造とした場合とを比較すると、２層構造にした場合のほうが透過率は大きく低下する（なお、壁の材質は同じとする）。これは、１層構造の場合には肩部が表面を２面しか有さないのに対し、２層構造の場合には肩部が表面を４面有し、表面による光散乱の効果が大きくなり、結果的に透過率がより低下するためである。したがって、肩部４３が図４に示すような２層構造を有する場合、単純に肩部４３の壁の厚みを厚くする場合に比して透過率の低減の効果が大きくなる。
【００５１】
坩堝１０がさらに補助部４０を備える場合、補助部４０の構成を適切に設計することによって、２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が坩堝１０の軸方向において変化し、かつ、透過率の最小値を示す部分が肩部４３に位置するように坩堝１０を構成させることができる。たとえば、壁部４１の厚さ（Ｔs2）が軸方向に関して一定の補助部４０の空洞部４２内に、軸方向に関する透過率が一定である構造体の肩部３を収容させた場合、坩堝１０の「肩部の透過率」は、Ｔs2の厚さの壁部４１の透過率ＸとＴs1の厚さの壁の透過率Ｙとの積、すなわち、（Ｘ×Ｙ）／１００（％）となる。仮に、厚み（Ｔs1）の肩部３における赤外線の透過率が３０％で一定であり、厚みＴs2の壁部４１における赤外線の透過率が３０％で一定である場合、Ｔsの厚さの肩部４３の透過率は９％となり、先端部１および直胴部２の透過率は３０％となるため、坩堝１０全体の軸方向に関する透過率は、図３のグラフ（ａ）のようになる。
【００５２】
このように、坩堝１０が補助部４０をさらに備えることにより、肩部３を構成する壁の厚みなどの構成を直胴部２および先端部１と異なる構成としなくても、２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が坩堝１０の軸方向において変化し、かつ、透過率の最小値を示す部分が肩部４３に位置するように坩堝１０を構成させることができる。したがって、従来の結晶成長用坩堝製造装置を用いて先端部１、直胴部２および肩部３を有する構造体を安定的に一体形成することができる。また、補助部４０は、上記構造体に対して小型であるためにハンドリングが容易であり、もって、壁部４１の厚さ、表面粗さ、ＰＢＮの配向度、またはＰＢＮの比重をより簡便に調製することができる。
【００５３】
補助部４０の形状に関し、空洞部４２を構成する壁部４１の傾きは、肩部３の壁により形成される傾きと近似することが好ましく、一致することがより好ましい。補助部４０の外形は特に制限されないが、結晶製造装置１００への配置の容易性の観点から、テーパ形状であることが好ましい。また、空洞部４２内に肩部３が配置され、かつ結晶製造装置１００内に配置された状態において、壁部４１の端部が他の部材に過剰に接することのないように、壁部４１の端部は面とりされていてもよい。
【００５４】
また、補助部４０の材質に関し、ＰＢＮ製に制限されず、他の材質、たとえば、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、グラファイト、高純度のアルミナ、カーボンコートされた石英、アルミナ、セラミックなどから構成されていてもよい。その材質は、結晶製造装置１００内のどの位置に配置されるかによって適宜変更することができる。
【００５５】
たとえば、図８に示すように、坩堝１０が、先端部１、直胴部２および肩部３を有する一体形成された構造体と、該構造体の肩部３を構成する壁の外面に接するように配置される補助部４０とを備える場合、換言すれば、補助部４０の空洞部４２内に肩部３のみが収容される場合、補助部４０の材質は、結晶成長環境下に耐え得る必要がある。したがって、この場合、補助部４０の材質は、耐熱性、化学的安定性、純度、光学的性質、機械的強度が結晶成長環境下に耐え得る特性を有する、立方晶窒化ホウ素、グラファイト、高純度アルミナ、カーボンコートされた石英であることが好ましい。
【００５６】
一方、たとえば、図９に示すように、坩堝１０が先端部１、直胴部２および肩部３を有する一体形成された構造体と、該構造体を収容するアンプルの外面に接するように配置される補助部４０とを備える場合、換言すれば、補助部４０の空洞部４２内に肩部３およびアンプル１１が収容される場合、補助部４０の材質は、純度に対する要求は低くなるものの、大気雰囲気下での安定性が必要となる。したがって、この場合、補助部４０の材質は、上記材質の他、アルミナ、セラミックなどであってもよい。
【００５７】
なお、図８および図９では、坩堝１０が補助部４０を１つ備える場合について説明したが、坩堝１０は、補助部４０を１つ以上備えることが好ましい。たとえば、図１０に示すように、補助部４０ａおよび補助部４０ｂという２つの補助部を備えてもよい。この場合、坩堝１０の肩部が３層構造となり、坩堝１０は肩部において表面を６面有することができるため、表面による光散乱の効果がさらに大きくなり、もって肩部４３の透過率をより低減させることができる。このように、肩部４３を構成する壁を多層構造とすることにより、肩部４３の透過率をより簡便に、より効果的に他の部（先端部１または直胴部３）と比して大きく低減させることができる。さらに、この場合、肩部４３の厚みのみを大きくする場合と比して、坩堝１０の形状を従来のものから大きく変形させることがない。
【００５８】
図３に戻り、本実施形態の坩堝１０は、直胴部２の任意の位置における透過率が、肩部３の任意の位置における透過率以上であることが好ましい。すなわち、直胴部２の任意の位置の透過率が、肩部３の透過率の最小値よりも大きな透過率であることはもちろん、肩部３における最小値以外の透過率も、直胴部２の透過率よりも小さい、あるいは同じであることが好ましい。なお、直胴部２の任意の位置とは、少なくとも単結晶が製造される領域を意味し、たとえば、図１において、直胴部２のうちの図中上側部分であって、成長する単結晶が位置し得ないような領域は含まない。
【００５９】
また、本実施形態の坩堝１０において、上記透過率は、図３（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、肩部３における直胴部１と接続する大径側から前記先端部に接続する小径側に向けて、連続的または段階的に増大することが好ましい。
【００６０】
なお、先端部１の透過率に関し、先端部１は一端が閉塞された直径の小さい円筒状の形状を有するため、この部分の透過率を高い精度で測定することは実質的に困難である場合がある。このため、図３のグラフ（ａ）〜（ｄ）において示される先端部１の透過率は、直胴部２および肩部３の各透過率と比しておおよその値となる。すなわち、本実施形態において高い精度で制御される主たる対象は、直胴部２および肩部３の各透過率となる。
【００６１】
（単結晶の製造方法）
図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る単結晶の製造方法の各工程での結晶成長用坩堝内の状態を概略的に示す断面図である。図１１（ａ）〜（ｃ）を参照して、坩堝１０を用いた、ＶＢ法による単結晶の製造方法について説明する。本実施形態において用いられる坩堝１０は、肩部３を構成する壁の厚みが先端部１および直胴部２のそれぞれを構成する壁の厚みよりも大きく、その軸方向における透過率の特性は、図３（ａ）のグラフに示されるものとする。また、図１１（ａ）〜（ｃ）において示される坩堝１０は、結晶製造装置１００のアンプル１１内に収容されている状態であるが、結晶製造装置１００については図示しない。
【００６２】
まず、図１１（ａ）を参照し、坩堝１０の先端部１に種結晶２１を収容する。また、種結晶２１の上方に固体原料２２を配置する。たとえば、ＧａＡｓの単結晶を製造する場合には、種結晶２１としてＧａＡｓ単結晶を、固体原料２２としてＧａＡｓ多結晶を用いることができる。また、成長中の単結晶からＶ族元素などの揮発性成分が抜けるのを防ぐために、坩堝１０内に封止剤２３を配置してもよい。また、ドープ型の単結晶を製造する場合には、坩堝１０内にドーパントを配置すればよい。
【００６３】
次に、固体原料２２を溶融させる。具体的には、坩堝１０の周囲に位置するヒータ１６（不図示）が、坩堝１０の固体原料２２が配置されている領域を、固体原料２２の融点以上の温度で加熱する。これにより、図１１（ｂ）に示すように、固体原料２２が液体原料２４となって坩堝１０内に収容される。また、ヒータ１６による加熱に伴って封止剤２３も融解し、液体の封止剤２５となる。なお、固体原料２２を配置した段階で、封止剤２３の代わりに液体の封止剤２５を配置してもよい。
【００６４】
次に、図１１（ｃ）を参照し、液体原料２４を、種結晶２１側から坩堝１０の軸方向に凝固させて、単結晶２６を成長させる。具体的には、まず、ヒータ１６が、液体原料２４が収容される領域に対し温度勾配を形成させる。たとえば、種結晶２１の軸方向における中央付近が、固体原料２２の融点に相当する温度となるように設定し、この位置よりも下方（先端部１の閉塞した一端側）がより低温に、この位置よりも上方（直胴部の開口した一端側）がより高温となるように、連続的に変化した温度勾配を形成する。
【００６５】
次に、この温度勾配に対して坩堝１０が降下する。この降下に伴い、液体原料２４は、種結晶２１側から上方に向かって徐々に冷却されるため、坩堝１０内において、種結晶２１側から上方に向かって単結晶２６が成長する。なお、温度勾配に対する坩堝１０の相対的な移動は上記態様に限られず、たとえば、ヒータ１６が移動してもよい。なお、本実施形態ではＶＢ法について述べたが、ＶＧＦ法を用いる場合には、ヒータ１６と坩堝１０の相対的な位置関係が変化するのではなく、ヒータ１６による温度勾配そのものが移動するようにヒータを制御すればよい。
【００６６】
以上、図１〜図１１を用いて、本実施形態に係る坩堝１０、結晶製造装置１００、坩堝１０を用いた単結晶の製造方法について説明した。上述した坩堝１０を用いることによって高品質の単結晶の製造が可能となる。この理由として、以下のことが考えられる。
【００６７】
図１１（ｃ）を用いながら説明すると、坩堝１０を用いて単結晶２６を製造する場合、坩堝１０の周囲にはヒータなどの加熱部が配置されており、この加熱部からの輻射熱によって坩堝１０内の液体原料２４が加熱される。この加熱に伴って単結晶２６の側面から流入した熱に、さらに単結晶２６の凝固潜熱が加わった余剰な熱は、炉内の上方もしくは下方に放熱される。特に、固液界面近傍における温度分布は、該固液界面の上側（液体原料２４側）が高温、下側（単結晶２６側）が低温となるため、この放熱は、炉内の下方（図中の下側）に向かう熱流となって行われる。すなわち、余剰な熱の放熱としては、肩部３に位置する単結晶２６を介しての下方への熱流が支配的となる。さらに、結晶成長時、肩部３は炉内の下方に向いているため、炉内の下方に向けての輻射による冷却効果を強く受ける。このため、結晶成長時、肩部３は放熱面として機能する。
【００６８】
しかしながら、ＰＢＮは面方向の熱伝導率が高いため、肩部３の放熱面としての機能が過剰である場合、たとえば、肩部３の赤外線透過率が一様に高い場合には、肩部３全体の温度分布が小さくなって肩部の温度が均熱化し、これに伴って、肩部３に位置する液体原料２４の等温面は、肩部３を構成する坩堝の壁面に平行な形状に近くなる。坩堝内において、単結晶２６は等温面に沿った固液界面形状をもって成長するため、結果的に、肩部における固液界面が凹化し、高品質な単結晶２６の製造が困難となる。反対に、肩部３の放熱面としての機能が弱すぎる場合、結晶が効率的に凝固するのに必要な熱流をも抑制することになり、また、凝固潜熱の放熱が抑制されることにより、単結晶２６の中心部（すなわち、径方向内側部分）の結晶化が抑制され、意図とは逆に、固液界面の凹化が大きくなり、やはり、高品質な単結晶２６の製造が困難となる。
【００６９】
これに対し、実施形態に係る坩堝１０においては、坩堝１０の厚み方向に関する２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下の波長領域の赤外線の透過率が、坩堝１０の軸方向において変化し、透過率の最小値を示す部分が肩部３に位置する。この構成により、肩部３内に位置する液体原料２４は、透過率の最小値を示す部分を含む、透過率の低い領域にあるため、輻射による冷却効果の影響を受け難く、低温化し難い。このように、実施形態に係る坩堝１０によれば、肩部３の放熱面としての機能が適切化されるため、肩部３に位置する液体原料２４の等温面が肩部３を構成する壁面に平行な形状となるのを抑制することができ、もって、結晶成長の安定性を維持しつつ、肩部３における固液界面の凹化を緩和することができる。したがって、実施形態に係る坩堝１０によれば、肩部３における結晶成長時の欠陥の発生を抑制することができ、もって、高品質な単結晶の製造を可能とする。
【００７０】
また、直胴部２の任意の位置における透過率は、肩部３の任意の位置における透過率以上であることが好ましい。これにより、直胴部２での結晶成長の際に、リネージなどの欠陥が発生するのを抑制することができるため、より高い歩留まりで、より高品質な単結晶の製造が可能となる。この理由として、以下のことが考えられる。
【００７１】
図１１（ｃ）を用いながら説明すると、坩堝１０を用いて単結晶２６を製造する場合、直胴部２においても、肩部３と同様に加熱部からの輻射熱によって坩堝１０内の液体原料２４が加熱される。このときに固液界面の形状が凹化していると、直胴部２に位置する単結晶２６においてリネージが発生し易くなるが、直胴部２の透過率を、少なくとも肩部３の透過率以上とすることによって、加熱部によって形成された温度勾配を遮るような構成とすることなく、直胴部３における単結晶２６の側面からの加熱を強化できる。そして、この構成によって、坩堝１０の下方への放熱を維持することができるとともに、直胴部２において加熱部からの輻射熱の伝達を促進することができるため、直胴部２の径方向に温度勾配が生じ、界面形状を凸化させることができる。したがって、実施形態に係る坩堝１０によれば、結晶成長の安定性を維持しつつ、肩部３における結晶成長時の欠陥の発生を抑制し、さらに、直胴部２における欠陥の発生を抑制することができ、もって、より高品質な単結晶の製造を可能とする。
【００７２】
また、本実施形態の坩堝１０において、上記透過率は、図３（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、肩部３における直胴部２と接続する大径側から先端部１に接続する小径側に向けて、連続的または段階的に増大することが好ましい。これにより、肩部３に対応する位置における結晶成長の安定性と凹化の緩和とをより適切に両立させることができ、もって肩部における結晶成長時の欠陥の発生をさらに抑制することができる。
【００７３】
また、上記の本発明の特徴を有する坩堝１０において、先端部１の任意の位置における透過率は、肩部３の任意の位置における透過率以上であることが好ましい。この構成を有することにより、肩部３での結晶成長の際、坩堝１０の下方への放熱を維持することができるとともに、肩部３での過剰な放熱を抑制することができ、もってより高品質な単結晶を製造することが可能となる。
【００７４】
また、本実施形態の坩堝１０は、補助部４０を１つ以上備えることが好ましい。これにより、補助部４０の形状、たとえば、壁部４１の厚み、比重、配向度などを調製することによって、坩堝１０の軸方向に関する透過率を図３（ａ）〜（ｄ）のように設計することができるため、先端部１、直胴部２および肩部３よりなる構造体に対する加工の必要性がなくなる。したがって、たとえば既に使用されている坩堝製造装置を用いて構造体を製造することができるため、加工に起因する構造体の品質の低下を抑制することができる。また、当該構造体と比して小さく、ハンドリングが容易な補助部を加工すれば足りるため、透過率の設計が容易であり、また、より高い精度での設計も可能となる。
【００７５】
特に、坩堝１０が２つ以上の補助部４０を有することにより、肩部３を構成する壁を３層以上の多層構造にすることができるため、肩部３の透過率を容易に低減させることができる。したがって、坩堝１０は、補助部４０を２つ以上有することが好ましい。具体的には、補助部４０を２つ以上重ねた状態で、その内側に位置する補助部４０の空洞部４２内に肩部３または肩部３を収容したアンプル１１を配置することが好ましい。この場合、さらに肩部３の上記透過率を容易に低減させることができる。
【００７６】
以上詳述したように、本実施形態の坩堝１０によれば、結晶成長時の各部での適切な温度制御が可能となる。これにより、結晶成長の安定性の維持、固液界面形状の適切な制御が実現され、結果的に、欠陥の発生を効果的に抑制することができる。したがって、坩堝１０を用いることによって、高品質の単結晶の製造が可能となる。また、本実施形態の単結晶製造方法によれば、坩堝１０を用いることによって、高品質の単結晶の製造が可能となる。
【００７７】
また、坩堝１０は、特に、２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下のピーク波長を有する赤外線の透過率に関して上記構成を有している。これにより、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族単結晶を製造する場合に、上述の温度制御がより効率的となる。その理由は以下のとおりである。
【００７８】
ウィーンの変位則に基づけば、温度Ｔ（Ｋ）の輻射熱の伝達におけるエネルギーピーク波長λmax（μｍ）は、「λmax＝２８９８（μｍ・Ｋ）／Ｔ」の式から算出することができる。たとえば、ＧａＡｓ単結晶を製造する場合、坩堝１０には６００〜１４００℃の温度範囲で温度勾配がかけられるが、これをピーク波長に換算すると、１７００ｎｍ〜３３００ｎｍとなる。同様に、ＧａＰ単結晶を製造する場合に必要な温度範囲から算出されるピーク波長は１５００ｎｍ〜２５００ｎｍ、ＩｎＰ単結晶を製造する場合に必要な温度範囲から算出されるピーク波長は２０００ｎｍ〜３９００ｎｍである。このため、少なくとも、２８００ｎｍ以上３３００ｎｍ以下のピーク波長を有する赤外線の透過率を上記のように制御することによって、より効率的な温度制御が可能となる。
【実施例】
【００７９】
本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例および比較例により本発明が限定されるものではない。
【００８０】
＜実施例１＞
（結晶成長用坩堝の準備）
まず、図２に示す形状を有するＰＢＮ製の坩堝を準備した。当該坩堝の寸法を以下に示す。
【００８１】
全長：３００ｍｍ
先端部長さ：５０ｍｍ
肩部長さ：７０ｍｍ
直胴部長さ：１８０ｍｍ
先端部内径：１２ｍｍ
直胴部内径：１６０ｍｍ
先端部厚さ：７００μｍ
肩部厚さ：１４００μｍ
直胴部厚さ：７００μｍ
上記坩堝において、直胴部の壁の外側と、肩部のうちの内径３０ｍｍよりも小さい内径を有する領域（以下、「肩部小径側」という。）の壁の外側とを、粗さ１２００メッシュの研磨ペーパーで研磨した。また、肩部のうちの内径３０ｍｍ以上の内径を有する領域（以下、「肩部大径側」という。）の壁の外側を、粗さ２５０メッシュの研磨ペーパーで研磨した。また、先端部の壁の外側を、粗さ１２００メッシュの研磨ペーパーで研磨した。
【００８２】
（赤外線透過率の測定およびＧａＡｓ単結晶の製造）
研磨後の坩堝を用いて、１０個のＧａＡｓ単結晶を繰り返し製造した。また、各ＧａＡｓ単結晶を製造する前に、予め坩堝の赤外線透過率を測定した。
【００８３】
１．赤外線透過率の測定
赤外線透過率の測定方法は次の通りである。まず、測定する部分の壁を挟むように、坩堝の外側に赤外分光光度計の発光部を配置し、その内側に該赤外分光光度計の受光部を配置した。次に、発光部と受光部とで挟んだ壁に対して垂直に、波長２８００ｎｍの赤外線を照射した。そして、該壁を透過した赤外線を測定して赤外線の透過率を算出した。
【００８４】
直胴部に関し、任意の１２箇所の位置で上記透過率を測定してその平均値を算出した。肩部大径側に関し、内径４０ｍｍおよび内径６５ｍｍの各位置において、各々４箇所ずつ測定してその平均値を算出した。肩部小径側に関し、内径２５ｍｍの位置において４箇所測定してその平均値を算出した。また、先端部に関しては、径が小さく測定が難しいため、先端の平坦部１点を測定した。
【００８５】
坩堝の各部の赤外線透過率は、ＧａＡｓ単結晶を繰り返し製造する毎に変化したものの、下記した透過率の範囲内であった。また、いずれの実施回数においても、肩部大径側が透過率の最小値を示すことに変わりはなかった。
【００８６】
直胴部：２８〜３５％
肩部大径側：１０〜１４％
肩部小径側：２４〜３０％
先端部：２８〜３２％
なお、研磨直後の坩堝、すなわち、ＧａＡｓ単結晶の製造に用いる前の坩堝の各部の透過率は以下の通りである。
【００８７】
直胴部：３２．５％
肩部大径側：１２．８％
肩部小径側：２８．４％
先端部：２９．５％
２．ＧａＡｓ単結晶の製造方法
ＧａＡｓ単結晶の製造方法は次の通りである。まず、坩堝の先端部に種結晶としてのＧａＡｓ単結晶（以下、「ＧａＡｓ種結晶」という。）を配置し、その上に、固体原料としてのＧａＡｓ多結晶を２５ｋｇ、液体封止剤としてのＢ2Ｏ3を０．３ｋｇ配置した。この坩堝を石英製のアンプル内に収容して真空封入した。次に、真空封入後のアンプルを結晶製造装置に設置し、ＧａＡｓ多結晶が収容されている位置に対応する領域を加熱ヒータによって１２６０℃で加熱し、ＧａＡｓ多結晶を溶融させた。
【００８８】
そして、加熱ヒータによって坩堝の軸方向に対して温度勾配を形成させ、該温度勾配に対してアンプルを移動させた。温度勾配は、ＧａＡｓ種結晶の軸方向における中央付近から上方（直胴部の開口された一端側）に向かってより高温となるように１０℃／ｃｍの勾配に設定し、アンプルの移動速度は８ｍｍ／時間とした。以上の工程により、坩堝の肩部内および直胴部内にＧａＡｓ単結晶を成長させた。
【００８９】
（ＧａＡｓ単結晶の品質評価）
製造した各ＧａＡｓ単結晶をウエハ状にスライスして片面を研磨し、ＫＯＨ溶液でエッチングすることによって結晶欠陥を観察したところ、いずれのＧａＡｓ単結晶においても、ツイン、リネージ等の欠陥は観察されなかった。また、実施例において、肩部における上記透過率の最小値をＴmin、直胴部の任意の位置における上記透過率をＴcとしたとき、０．２≦Ｔmin／Ｔc≦０．６の関係を満たしていることが分かった。また、先端部の任意の位置における上記透過率をＴaとしたとき、０．２≦Ｔmin／Ｔa≦０．６の関係を満たしていることが分かった。
【００９０】
＜実施例２＞
（結晶成長用坩堝の準備）
まず、図４に示す坩堝、具体的には、先端部１、肩部３および直胴部２からなるＰＢＮ製の構造体と、ＰＢＮ製の補助部４０からなる坩堝１０を準備した。当該構造体の寸法を以下に示す。
【００９１】
全長：３００ｍｍ
先端部長さ：５０ｍｍ
肩部長さ：７０ｍｍ
直胴部長さ：１８０ｍｍ
先端部内径：１２ｍｍ
直胴部内径：１６０ｍｍ
先端部厚さ：１０００μｍ
肩部厚さ：１０００μｍ
直胴部厚さ：１０００μｍ
また、補助部に関し、テーパ形状の空洞部の形状は、壁部の厚みが１０００μｍであり、小径側の口径が５０ｍｍであり、大径側の口径が１５０ｍｍであって、構造体の肩部の外形に近似させた。
【００９２】
（赤外線透過率の測定およびＧａＡｓ単結晶の製造）
構造体および補助部からなる坩堝を用いて、１０個のＧａＡｓ単結晶を繰り返し製造した。また、各ＧａＡｓ単結晶を製造する前に、予め坩堝の赤外線透過率を測定した。
【００９３】
１．赤外線透過率の測定
赤外線透過率の測定方法は次の通りである。まず、測定する部分の壁を挟むように、坩堝の外側に赤外分光光度計の発光部を配置し、その内側に該赤外分光光度計の受光部を配置した。次に、発光部と受光部とで挟んだ壁に対して垂直に、波長２８００ｎｍの赤外線を照射した。そして、該壁を透過した赤外線を測定して赤外線の透過率を算出した。
【００９４】
直胴部に関し、任意の１２箇所の位置で上記透過率を測定してその平均値を算出した。肩部に関し、内径２５ｍｍ、４０ｍｍおよび内径６５ｍｍの各位置において、各々４箇所ずつ測定してその平均値を算出した。また、先端部に関しては、径が小さく測定が難しいため、先端の平坦部１点を測定した。
【００９５】
ここで、肩部に関しては、構造体の肩部を構成する壁（厚み１０００μｍ）のみを発光部と受光部とで挟んだ場合の透過率と、構造体の肩部を構成する壁と補助部を構成する壁とを重ねた肩部（厚み２０００μｍ）を発光部と受光部とで挟んだ場合の透過率の他、構造体の肩部を構成する壁のみを挟んだ場合の透過率、補助部を構成する壁部のみを挟んだ場合の透過率についても測定した。
【００９６】
坩堝の各部の赤外線透過率は、ＧａＡｓ単結晶を繰り返し製造する毎に変化したものの、下記した透過率の範囲内であった。
【００９７】
直胴部：２８〜３５％
肩部：８〜１２％
先端部：２８〜３２％
構造体の肩部を構成する壁：２８〜３５％
補助部を構成する壁部：２８〜３５％
２．ＧａＡｓ単結晶の製造方法
ＧａＡｓ単結晶の製造方法は次の通りである。まず、坩堝を構成する構造体の先端部に種結晶としてのＧａＡｓ単結晶（以下、「ＧａＡｓ種結晶」という。）を配置し、その上に、固体原料としてのＧａＡｓ多結晶を２５ｋｇ、液体封止剤としてのＢ2Ｏ3を０．３ｋｇ配置した。この構造体の肩部を補助部の空洞部に挿入して図４に示す形状の坩堝を構成させ、この坩堝を石英製のアンプル内に収容して真空封入した。次に、真空封入後のアンプルを結晶製造装置に設置し、ＧａＡｓ多結晶が収容されている位置に対応する領域を加熱ヒータによって１２６０℃で加熱し、ＧａＡｓ多結晶を溶融させた。
【００９８】
そして、加熱ヒータによって坩堝の軸方向に対して温度勾配を形成させ、該温度勾配に対してアンプルを移動させた。温度勾配は、ＧａＡｓ種結晶の軸方向における中央付近から上方（直胴部の開口された一端側）に向かってより高温となるように１０℃／ｃｍの勾配に設定し、アンプルの移動速度は８ｍｍ／時間とした。以上の工程により、坩堝の肩部内および直胴部内にＧａＡｓ単結晶を成長させた。
【００９９】
（ＧａＡｓ単結晶の品質評価）
製造した各ＧａＡｓ単結晶をウエハ状にスライスして片面を研磨し、ＫＯＨ溶液でエッチングすることによって結晶欠陥を観察したところ、いずれのＧａＡｓ単結晶においても、ツイン、リネージ等の欠陥は観察されなかった。
【０１００】
＜比較例１＞
（結晶成長用坩堝の準備）
まず、ＰＢＮ製の坩堝を準備した。当該坩堝の寸法を以下に示す。
【０１０１】
全長：３００ｍｍ
先端部長さ：５０ｍｍ
肩部長さ：７０ｍｍ
直胴部長さ：１８０ｍｍ
先端部内径：１２ｍｍ
直胴部内径：１６０ｍｍ
先端部厚さ：７００μｍ
肩部厚さ：１０００μｍ
直胴部厚さ：１０００μｍ
上記坩堝において、坩堝の壁の外側全体を粗さ１２００メッシュの研磨ペーパーで研磨した。
【０１０２】
（赤外線透過率の測定およびＧａＡｓ単結晶の製造）
研磨後の坩堝を用いて、実施例１と同様の方法により５個のＧａＡｓを繰り返し製造した。また、各ＧａＡｓ単結晶を製造する前に、実施例１と同様の方法により予め坩堝の赤外線透過率を測定し、その平均値を算出した。坩堝の各部の赤外線透過率は、ＧａＡｓ単結晶を繰り返し製造する毎に変化したものの、下記した透過率の範囲内であった。
【０１０３】
直胴部：２７〜３３％
肩部大径側：２５〜３１％
肩部小径側：２６〜３２％
先端部：２８〜３２％
なお、研磨直後の坩堝、すなわち、ＧａＡｓ単結晶の製造に用いる前の坩堝の各部の透過率は以下の通りである。
【０１０４】
直胴部：３０．３％
肩部大径側：２８．７％
肩部小径側：２９．１％
先端部：２８．７％
（ＧａＡｓ単結晶の品質評価）
製造した各ＧａＡｓ単結晶を実施例１と同様の方法により観察したところ、２個のＧａＡｓ単結晶においてツインおよびリネージが観察された。
【０１０５】
＜比較例２＞
（結晶成長用坩堝の準備）
補助部を用いない以外は、実施例２と同様の坩堝を準備した。すなわち、比較例２では、実施例２で準備したＰＢＮ製の構造体と同様の形状を有する構造体を坩堝として準備した。
【０１０６】
（赤外線透過率の測定およびＧａＡｓ単結晶の製造）
上記坩堝を用いて、実施例２と同様の方法により５個のＧａＡｓを繰り返し製造した。また、各ＧａＡｓ単結晶を製造する前に、実施例２と同様の方法により予め坩堝の赤外線透過率を測定し、その平均値を算出した。坩堝の各部の赤外線透過率は、ＧａＡｓ単結晶を繰り返し製造する毎に変化したものの、下記した透過率の範囲内であった。
【０１０７】
直胴部：２８〜３５％
肩部：２８〜３５％
先端部：２８〜３２％
（ＧａＡｓ単結晶の品質評価）
製造した各ＧａＡｓ単結晶を実施例２と同様の方法により観察したところ、２個のＧａＡｓ単結晶においてツインおよびリネージが観察された。
【０１０８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明によれば、欠陥が低減された高品質な半導体単結晶を製造することができるので、本発明は、たとえば携帯電話やスマートフォンに内蔵される高周波アンプ、スイッチなどの電子デバイス用の基板の製造、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）用の基板の製造に好適に用いられる。
【符号の説明】
【０１１０】
１  先端部
２  直胴部
３，４３  肩部
１０  坩堝、
１１  アンプル
１２  収容体
１３  蓋体
１４  支持台
１５  支軸
１６  ヒータ
１７  断熱材
１８  気密容器
２１  種結晶
２２  固体原料
２３，２５  封止剤
２４  液体原料
４０，４０ａ，４０ｂ  補助部
４１  壁部
４２  空洞部
１００  結晶製造装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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