(57)【要約】【課題】  サファイア単結晶を育成する際に、該単結晶に泡群が生じない、サファイア単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】  坩堝とヒーターと断熱材とを備えるサファイア単結晶育成用の育成炉において、断熱材と、坩堝側方部及び上方部との間に融点が２１００℃以上の高融点金属からなる遮蔽材が設けることで、断熱材からの落下物の混入を防ぐことができる。これにより、泡群を有しないサファイア単結晶体を製造することができ、直胴からのサファイア基板収率を向上させることができる。【選択図】  図１
2014181146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと坩堝と、該坩堝を加熱するためのヒーターと、少なくとも坩堝側方部とチャンバーとの間に配設された断熱壁と、チャンバーと坩堝上方部との間に配設された天井板を備えた、坩堝内の原料融液を固化させて単結晶体を得るためのサファイア単結晶育成用の育成炉であって、断熱壁及び天井板と、坩堝側方部及び上方部との間に融点が２１００℃以上の高融点金属からなる遮蔽材が設けられたことを特徴とするサファイア単結晶育成炉。
【請求項２】
高融点金属が、イリジウム、モリブデン、タングステン、レニウム及び／又はこれらの合金である請求項１記載のサファイア単結晶育成炉。
【請求項３】
断熱壁が、ジルコニア、アルミナ、ハフニア及び／又はカーボンからなる請求項１又は２記載のサファイア単結晶育成炉。
【請求項４】
チョクラルスキー法育成炉である請求項１乃至３いずれか１項記載のサファイア単結晶育成炉。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項記載のサファイア単結晶育成炉を用いるサファイア単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法によるサファイア単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア（酸化アルミニウム）単結晶体は、青色ＬＥＤや白色ＬＥＤを作製する際のエピタキシャル成長基板として広く利用されている。近年、これらのＬＥＤは省エネルギーの観点からＬＥＤテレビやＬＥＤ照明などとして需要が急激な拡大傾向にあり、サファイア基板の需要も拡大が予想されている。
【０００３】
ＬＥＤチップは、ｃ面サファイア基板上にＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ等の窒化物系化合物半導体発光体層を形成した後、チップに分割して作製する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。よって、安価かつ大面積のｃ面を表面に有するサファイア基板を提供することは、ＬＥＤチップの生産の高効率化、低コスト化を達成するために重要な課題である。
【０００４】
酸化物単結晶体の育成方法はさまざまあるが、その優れた結晶特性や大口径の単結晶体が得られることから大部分が溶融固化法で育成されている。溶融固化法の中でも特に、チョクラルスキー法やキロポーラス法などの引き上げ法が一般的に広く用いられている。チョクラルスキー法とは、坩堝中の原料溶融液面に種結晶体を接触させ、次いで、その種結晶体を坩堝の加熱域から徐々に引上げて冷却することにより、該種結晶体の下方に単結晶体を成長させる方法である。
【０００５】
キロポーラス法はチョクラルスキー法に類似しているが、原料溶融液面に接触させた種結晶体は引上げず、或いはチョクラルスキー法と比較して極端に遅い速度で引上げつつ、ヒーター出力を徐々に下げて坩堝を冷却することにより、原料溶融液面下で単結晶体を成長させる点がチョクラルスキー法と異なる方法である。一般に、チョクラルスキー法はキロポーラス法に比べて育成速度が速く生産性が高い利点がある。
【０００６】
チョクラルスキー法やキロポーラス法などの引き上げ法によりサファイア単結晶体を育成する場合の単結晶体引き上げ方位は、ａ軸或いはｃ軸が一般的であるが、ＬＥＤ用途としてはｃ面のサファイア基板が使用されるため、ｃ軸引き上げにより得られた単結晶体単結晶からｃ面基板を取得する方が、生産性（加工性、基板収率）に優れており、サファイア基板の低コスト化に期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−８２６７６号
【特許文献２】特開２０１０−５９０３１号
【特許文献３】特開２００８−２０７９９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
サファイアは２０５０℃という高融点であり、ホットゾーンは部分的にはそれ以上の高温となる。チャンバーをこの高温から保護するために断熱材が必要となるが、このような温度、およびサファイア育成環境で使用可能な部材は経済性や加工性などまで考慮するとジルコニア、アルミナ、ハフニア等の高融点酸化物及び／又はカーボン等が用いられている。
【０００９】
しかしながら、これらの材質からなる断熱材は使用を続けると、膨張と収縮の繰り返しによる劣化により破片が落下し、これらが融液内に異物として混入することで、着色や泡などサファイアの品質に影響を与えることが問題となる。
【００１０】
また、ルツボ内に残存したメルトは坩堝から取り外すことが困難で、原料を継ぎ足しながらサファイア育成を行っているが、落下物により、不純物が濃縮されていき、サファイアの品質に影響を与えることも問題である。
【００１１】
従って本発明は、融液への異物の混入を防ぎ、安定してサファイア育成できる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明者らは鋭意検討を行った。そして、断熱材と坩堝側方部及び上方部との間に、高融点金属からなる遮蔽材を設けることで、断熱材由来の落下物が融液に入るのを防ぐことを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
即ち本発明は、チャンバーと坩堝と、該坩堝を加熱するためのヒーターと、少なくとも坩堝側方部とチャンバーとの間に配設された断熱壁と、チャンバーと坩堝上方部との間に配設された天井板を備えた、坩堝内の原料融液を固化させて単結晶体を得るためのサファイア単結晶育成用の育成炉であって、断熱壁及び天井板と、坩堝側方部及び上方部との間に融点が２１００℃以上の高融点金属からなる遮蔽材が設けられたことを特徴とするサファイア単結晶育成炉である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、落下物由来で発生する泡群を有しないサファイア単結晶体を製造することができ、直胴からのサファイア基板収率を向上させることができる。
【００１５】
また、サファイア単結晶体中に泡群が発生した場合、該泡群を起点としたサブグレインが発生することがあるため、本発明によれば、結晶中のサブグレインの発生を抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】遮蔽材を設けたＣＺ法サファイア単結晶製造炉の模式図。
【図２】ＣＺ法サファイア単結晶製造炉の模式図（遮蔽材なし）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の育成炉は、チョクラルスキー法、キロポーラス法など坩堝内の原料融液を固化させて単結晶体を得るサファイア単結晶育成方法に特に制限なく適用できるが、チョクラルスキー法によるサファイア単結晶製造方法への適用が好ましい。
【００１８】
まず始めに、当該チョクラルスキー法によるｃ軸サファイア単結晶の製造方法について説明する。なお、本発明において「ｃ軸サファイア単結晶」とは、引き上げにより成長する成長方向（引き上げ方向）がｃ軸方向であることを意味する。
【００１９】
図１は本発明のサファイア結晶育成炉の一例（模式図）である。
【００２０】
この単結晶引上げ装置は、結晶育成炉を構成するチャンバー１を備えており、このチャンバー上壁には、開口部を介して、図示しない駆動機構によって上下動および回転可能な単結晶引上げ棒２が吊設されている。この単結晶引上げ棒の先端には、保持具３を介して種結晶体４が取り付けられており、種結晶体が坩堝５の中心軸上に位置するように配置されている。また、この単結晶引上げ棒の上端には、結晶重量を測定するロードセル６を備えている。
【００２１】
坩堝５は、サファイア育成用坩堝として公知の形状の坩堝を使用することができる。一般には、上部から見た開口部が円形状であり、円柱状の胴部を持ち、底面の形状が平面状又は碗状又は逆円錐状のものが用いられる。また、坩堝の材質としては、原料溶融液である酸化アルミニウムの融点に耐え、また酸化アルミニウムとの反応性が低いものが適しており、イリジウム（融点２４６６℃）、モリブデン（融点２６２３℃）、タングステン（融点３４２２℃）、レニウム（融点３１００℃）またはこれらの合金が一般的に用いられる。とりわけ、耐酸化性に優れたイリジウム、または安価で経済性の良いモリブデンを使用することが好ましい。
【００２２】
坩堝の周囲には、チャンバーが高温になりすぎないように坩堝の底部及び外周を取り囲むように、断熱壁７ａが設置されている。また、坩堝上方の単結晶引上げ域の側周部を環囲する断熱壁７ｂが設置されている。該断熱壁７ａ，７ｂは、公知の断熱性素材で形成されていれば制限なく利用できるが、酸素を含む雰囲気下で育成を行う場合には、特に酸化イットリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等を添加して安定化したものを含むジルコニア系およびハフニア系の素材、またはアルミナ系の素材が好適に利用できる。ここで用いられる断熱壁は、内面と外面の温度差が非常に大きい環境下で使用されるため、加熱、冷却の繰り返しによって素材が著しく変形、割れを生じやすく、このような断熱壁の変形や割れによって結晶成長域の温度勾配が刻々と変化し、安定的な結晶製造を困難にする。そこで、断熱壁は全体を一体の素材で構成するのではなく、いくつかに分割された断熱材の組み合わせで構成することにより、このような変形や応力による断熱壁の割れやそれに伴う温度環境の変化を低減するのが好ましい。
【００２３】
単結晶引上げ域を環囲する断熱壁の上端の開口部は、単結晶引上げ棒の挿入孔が少なくとも穿孔された天井板８により閉塞される。これにより、単結晶引上げ域は、上記断熱壁７ａ，７ｂと天井板８とにより形成される単結晶引上げ室内に収まるため、その保熱性が大きく向上する。該天井板は断熱壁と同様、公知の断熱性素材で形成されていればよく、特に酸化イットリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等を添加して安定化したものを含むジルコニア系およびハフニア系の素材、またはアルミナ系の素材が好適である。
【００２４】
また、該天井板は、必ずしも平板状である必要はなく、断熱壁の環囲体の上端開口部を前述の穿孔部分を除いて閉塞するものであれば如何なる形状であっても良い。例えば。円錐台状、逆円錐台状、笠状、逆笠状、ドーム状、逆ドーム状等であっても良い。
【００２５】
断熱壁の外周、おおよそ坩堝の高さの位置を環囲して、高周波コイル９が設置されている。該高周波コイルには、図示しない高周波電源が接続される。高周波電源は、一般のコンピュータからなる制御装置に接続され、出力を適宜調節される。該制御装置は、前記ロードセルの重量変化を解析して高周波電源の出力を調整するほかに、結晶引上げ軸や坩堝の回転数、引上げ速度、ガスの流入出のためのバルブ操作なども併せて制御するのが一般的である。当該高周波コイルに所定の電流を流すことにより、誘導加熱によって坩堝が加熱され、原料を溶融させることができる。
【００２６】
図示した態様では、ヒーターとして高周波ヒーターを用いているため、断熱壁は高周波コイルの内側に配設されているが、抵抗加熱ヒーターを採用する場合には、断熱壁はヒーターとチャンバーの間に配設される。高周波ヒーター、抵抗加熱ヒーターのいずれの場合であっても坩堝内の原料を溶融させることができる程度に加熱できるものであれば特に限定されるものではない。
【００２７】
温度測定は、熱電対と放射温度計のどちらを使用して測定しても良いが、サファイアの融点の２０５０℃以上の温度領域では、放射温度計を使用するのが好ましい。該放射温度計は、坩堝の底または融液のどちらを測定しても良いが、融液の対流、窓の汚れの影響から、好ましくは坩堝の底を測定するほうがよい。
【００２８】
本発明の特徴は、断熱壁及び天井板と、坩堝側方部及び上方部との間に遮蔽材１０ａ、１０ｂが設置されていることである。該遮蔽材１０ａ、１０ｂは、融点が２１００℃以上の高融点金属で形成されていればよく、イリジウム、モリブデン、タングステン、レニウムまたはこれらの合金が好適に利用できる。該遮蔽材は、一体物である必要はなく、断熱壁７ａ、７ｂまたは天井板８からの落下物の坩堝内への混入を防ぐことができれば、いくつかに分割されていてもよいし、複数枚が重なるように設置してもよい。
【００２９】
該遮蔽材の配設位置も断熱壁及び天井板と、坩堝側方部及び上方部との間であれば特に限定されるものではない。遮蔽材の厚さは自立性を保持できる程度であれば特に限定されないが、通常、０．５〜５ｍｍ厚程度である。
【００３０】
また、遮蔽材を設置することによって、ルツボ等の高温部から断熱材への輻射を低減することができ、断熱材の破損を低減し、寿命を延ばす効果も得られる。
【００３１】
本発明のサファイア単結晶育成炉を用いて育成する単結晶の用途は特に限定されるものではなく、ＬＥＤ用サファイア基板用、ＳＯＳ基板用、サファイアガラス用、人造宝石用等が挙げられる。本発明のサファイア単結晶育成炉を用いてサファイア単結晶を育成する際、単結晶の用途による育成方法の違いはほとんどなく、強いて挙げるならば、用途に応じた原料の純度、及び育成単結晶の大きさ程度である。
【００３２】
例えば、ＬＥＤ用サファイア基板用の単結晶サファイア製造の原料としては、通常、純度４Ｎ（９９．９９％）以上の純度を有する酸化アルミニウム（アルミナ）が用いられる。不純物はサファイア単結晶の格子間又は格子内に混入して結晶欠陥の起点となることから、純度の低い原料を用いるとサブグレインが発生しやすく、また結晶が濃く着色する傾向がある。結晶の着色の原因は不純物によって形成された結晶欠陥に起因する色中心（カラーセンター）であり、結晶欠陥の多さを間接的に示している。特に不純物としてのクロムは着色に顕著な影響を及ぼすことから、クロムの含有量が１００ｐｐｍ未満の原料を使用することが好ましい。また、該原料の嵩密度はなるべく高いものが坩堝に多くの原料を充填することができ、また炉内での原料の飛散を抑制できるため適している。好ましい原料の嵩密度は１．０ｇ／ｍｌ以上、さらに好ましくは２．０ｇ／ｍｌ以上である。このような性状の原料としては、酸化アルミニウム粉末をローラープレス等で造粒したものや、破砕サファイア（クラックル、クラッシュサファイア等）が知られている。
【００３３】
該原料を前記結晶成長炉内に設置された前記坩堝内に装入し、加熱により原料溶融液とする。原料が溶融状態に到達するまでの昇温速度は特に限定されないが、５０〜２００℃／時間であることが好ましい。
【００３４】
結晶引上げ軸先端の種結晶保持具に装着された種結晶を該原料溶融液面に接触させ、ついで徐々に引上げて単結晶体を成長させる。単結晶引上げを実施する際の原料溶融液の温度は、結晶が異常成長を起こさず安定的に成長するためには、必然的に融点よりも僅かに低い温度（過冷却温度）となることが知られている。サファイア単結晶の場合は２０００〜２０５０℃の温度で実施することが好ましい。
【００３５】
引き上げに用いる種結晶は、サファイア単結晶であり、溶融液と接する先端鉛直方向は任意の面であればよいが、一般にチョクラルスキー法、キロポーラス法ではｃ面、或いはａ面である。
【００３６】
例えば、チョクラルスキー法でｃ軸を該種結晶の先端鉛直方向とする場合の融液に接触する先端の形状は特に限定されず、不特定面で構成されていても良いが、好ましくはｃ面、または、ｎ面、ｒ面、Ｒ面、Ｓ面の任意の組み合わせで構成された多角錐形が好ましい。また、該種結晶の側面は特に限定されず任意の形状を選択できるが、円柱状、あるいはｍ面もしくはａ面によって構成される三角柱状、六角柱状、あるいはｍ面とａ面によって構成される四角柱状、十二角柱状などが好ましい。
【００３７】
また、該種結晶の上方には、保持具で保持するための拡大部及び／又はくびれ部及び／又は貫通孔を有するのが一般的である。
【００３８】
成長させる単結晶の品質は、該種結晶の品質に大きく依存するため、その選定には特に注意を要する。種結晶としては、結晶欠陥や転移と呼ばれる結晶構造の不完全部分が極力少ないものが望ましい。結晶構造の良否は、種結晶の先端面又はその近傍をエッチピット密度測定、ＡＦＭ、Ｘ線トポグラフィ等の方法を用いて評価することができる。また、結晶欠陥は残留応力が大きいほど多くなる傾向があることから、クロスニコル観察や応力複屈折などで応力の程度が小さいものを選定することも効果的である。一般に、種結晶としては、キロポーラス法で製造されたサファイア単結晶が特に適している。
【００３９】
該種結晶を原料溶融液に接触させた後、種結晶および／又は坩堝の回転数、引上げ速度、高周波コイルの出力等を制御して肩部（拡径部）を形成し、所望の結晶径まで拡径させた後、当該結晶径を維持するように直胴部の引き上げを行う。
【００４０】
単結晶体引上げ中の炉内圧力は、加圧下、常圧下、減圧下のいずれでもよいが、常圧下で行うことが好ましい。雰囲気としては窒素、アルゴン等の不活性ガスに、０〜１０体積％の任意の量の酸素を含む雰囲気が好ましい。
【００４１】
所望の直胴部径と長さを有する、ｃ軸を鉛直方向に持つサファイア単結晶体を引上げた後、該単結晶体を原料溶融液から切り離す。単結晶体を原料溶融液から切り離す方法は特に限定されず、ヒーター出力の増大（原料溶融液の温度の上昇）により切り離す方法、結晶引上げ軸上昇速度の増加により切り離す方法、坩堝の降下により切り離す方法など、いずれの方法を採用しても良い。なお、単結晶体が原料溶融液から切り離れる瞬間の温度変動（ヒートショック）を小さくするために、ヒーター出力を徐々に上げる、もしくは結晶引上げ軸上昇速度を徐々に速くすることによって結晶径を徐々に減少させるテール処理を行うことは効果的である。
【００４２】
原料溶融液から切り離された単結晶体は、炉内から取り出せる程度の温度まで冷却される。冷却速度は速いほうが結晶育成炉を占有する時間が短く、育成工程の生産性を上げることができるが、速すぎると単結晶体の内部に残留する応力歪みが大きくなり、冷却時や後の加工時に破砕やひび割れが発生したり、最終的に得られる基板に異常な反りが発生するおそれがある。逆に、冷却速度が遅すぎると結晶育成炉を占有する時間が長くなり、育成工程の生産性が低下する。これらを勘案し、冷却速度としては、１０〜２００℃／時間が好ましい。
【００４３】
上記のようにして得られたサファイア単結晶は、直胴上部に泡群がなく、よって、該単結晶を公知の方法によって切断、研削、研磨等の加工を行うことにより得られる、ＧａＮ膜、ＩｎＧａＮ膜、ＡｌＮ膜などのエピタキシャル成長に使用するサファイア基板の収率を高くすることができる。
【実施例】
【００４４】
以下、具体的な実験例を挙げて本発明の実施態様をより詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４５】
実施例１
図１に示す育成炉で、１０ａと１０ｂの遮蔽材に厚さ０．５ｍｍのイリジウムを使用して、サファイア単結晶の育成を行った。最初に、内径が２２０ｍｍ、深さが２２５ｍｍのイリジウム製坩堝に、出発原料として純度が４Ｎ（９９．９９％）の高純度アルミナ（ＡＫＸ−５  住友化学製）を２６ｋｇ投入した。
【００４６】
原料を投入した前記坩堝を、図１に示すような炉内構造をした高周波誘導加熱方式のチョクラルスキー型結晶引上げ炉に設置し、炉内を１００Ｐａ以下まで真空排気した後に、酸素を１．０体積％含む窒素ガスを４０Ｌ／ｍｉｎで大気圧まで導入した。大気圧到達後は、酸素を１．０体積％含む窒素ガスを２．０Ｌ／ｍｉｎで炉内に導入しながら、炉内圧力が大気圧を維持するよう排気を行った。坩堝の加熱を開始し、坩堝内の酸化アルミニウム原料が溶融する温度に到達するまで１６時間かけて徐々に加熱した。
【００４７】
原料溶融液表面の対流の様子（スポークパターン）を参考にヒーター出力を適宜調整した後、キロポーラス法で製造され、サファイア単結晶からなる、先端がｃ面、直径１０ｍｍの種結晶を、１８回転／ｍｉｎの速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を原料溶融液に接触させた。種結晶が溶けず、かつ融液表面に結晶が成長しないようヒーター出力をさらに微調整した後、引き上げ軸上昇速度２ｍｍ／ｈの速度で種結晶の引き上げを開始した。
【００４８】
引き上げを開始した後は、表１に示す育成プログラムを実行させ、結晶直径、結晶引き上げ軸上昇速度、結晶回転数を、当該育成プログラムに示した目標値となるよう制御させながら結晶育成を行った。
【００４９】
【表１】
2014181146.tif 000003
【００５０】
当該育成プログラム終了後、引き上げ軸上昇速度１０ｍｍ／ｍｉｎで単結晶を原料溶融液から切り離した。切り離した単結晶は２０時間かけて室温まで冷却した。その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶の肩部及び／又は直胴には泡群が見られなかった。また、遮蔽材１０ｂの上には、断熱材の破片があった。
【００５１】
引き続き坩堝に、坩堝内に残存したメルトとあわせて２６ｋｇになるように高純度アルミナ（ＡＫＸ−５  住友化学製）を追加投入し、結晶育成を行う
一連の操作を繰り返し実施した所、１０回目までに育成した単結晶の肩部及び／又は直胴には泡群が見られなかった。泡とは関係なく、サブグレインが生じている場合もあった。表２に結果を示す。
【００５２】
【表２】
2014181146.tif 000004
【００５３】
比較例１
図２に示すように、遮蔽材を有しない育成炉を用いた以外は、実施例１と同様にして結晶育成を行った。
【００５４】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部には泡群が見られなかったものの、直胴には不連続な泡群が見られた。
【００５５】
引き続き、実施例１と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、５回目までに育成した単結晶の直胴に不連続な泡群の発生が見られたが、６回目以降に育成した単結晶の肩部には泡群が見られないものの、直胴の結晶中心部に連続した泡群が見られた。該泡群には断熱材の内包物が多数含まれており、該泡群を起点としたサブグレインが発生していた。表３に結果を示す。
【００５６】
【表３】
2014181146.tif 000005
【００５７】
比較例２
図１に示す育成炉で、坩堝上方部の遮蔽材１０ｂを使用せず、坩堝側方部の遮蔽材１０ａにのみイリジウムを使用した装置以外は、実施例１と同様にして結晶育成を行った。
【００５８】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部には泡群が見られなかったものの、直胴には不連続な泡群が見られた。
【００５９】
引き続き、実施例１と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、７回目までに育成した単結晶の直胴に不連続な泡群の発生が見られることがあったが、８回目以降に育成した単結晶の肩部には泡群が見られないものの、直胴の結晶中心部に連続した泡群が見られた。該泡群には断熱材の内包物が多数含まれており、該泡群を起点としたサブグレインが発生していた。表４に結果を示す。
【００６０】
【表４】
2014181146.tif 000006
【００６１】
比較例３
図１に示す育成炉で、坩堝側方部の遮蔽材１０ａを使用せず、坩堝上方部の遮蔽材１０ｂにのみイリジウムを使用した装置以外は、実施例１と同様にして結晶育成を行った。
【００６２】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部には泡群が見られなかったものの、直胴には不連続な泡群が見られた。また、遮蔽材１０ｂの上には、断熱材の破片があった。
【００６３】
引き続き、実施例１と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、８回目までに育成した単結晶の直胴に不連続な泡群の発生が見られることがあったが、９回目以降に育成した単結晶の肩部には泡群が見られないものの、直胴の結晶中心部に連続した泡群が見られた。該泡群には断熱材の内包物が多数含まれており、該泡群を起点としたサブグレインが発生していた。表５に結果を示す。
【００６４】
【表５】
2014181146.tif 000007
【００６５】
実施例１と比較例１、２、３の結果をまとめて以下の表６に示す。どの例でも結晶育成はできるが、遮蔽材が片方又は両方無いものでは連続した泡群の発生が早まることから、まずは断熱材の劣化による破片が融液の中に混入することで、不連続な泡群が生じることがある。その融液を繰り返し使用することにより不純物が濃縮され、不純物濃度がある一定以上になると、連続した泡群が発生すると考えられる。育成回数を重ねる毎に、融液への不純物の濃縮は進むが、毎回新しい原料を追加することから、肩部から直胴上部にかけては泡群の発生がないが、直胴中部以降は不純物の濃縮が進み、連続した泡群が発生すると思われる。
【００６６】
サブグレインに関しては、泡群が入ってない場合にも生じることから、泡群を起点とするのみではなく別の要因でも生じると考えられるが、連続した泡群が入った場合には、該泡群を起点としてほとんどの場合でサブグレインが生じている。
【００６７】
遮蔽材１０ａと１０ｂの導入により、該断熱材の破片が融液へ混入することを防ぐことができたものと考えられ、それにより泡群の発生だけでなくサブグレインの発生も減少させることができた。また、天井板８を覆うように設置する遮蔽材１０ｂのみ、もしくは遮蔽材１０ａのみの使用で、一定の効果がみられたが、１０ａ、１０ｂの両方用いることがより好ましい。
【００６８】
【表６】
2014181146.tif 000008
【００６９】
実施例２
図１に示す装置で、１０ａと１０ｂの遮蔽材、坩堝にタングステンを使用し、また、タングステンの酸化を防ぐため、雰囲気にアルゴンを使用したこと以外は、実施例１と同様にして結晶育成を行った。
【００７０】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部及び／又は直胴には泡群が見られなかった。また、遮蔽材１０ｂの上には、断熱材の破片があった。
【００７１】
引き続き、実施例１と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、１０回目までに育成した単結晶の肩部及び／又は直胴には泡群が見られなかった。泡とは関係なく、サブグレインが生じている場合もあった。表７に結果を示す。
【００７２】
【表７】
2014181146.tif 000009
【００７３】
比較例４
図２に示すように、遮蔽材を使用しない以外は、実施例２と同様にして結晶育成を行った。
【００７４】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部には泡群が見られなかったものの、直胴には不連続な泡群が見られた。
【００７５】
引き続き、実施例１と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、４回目までに育成した単結晶の直胴に不連続な泡群の発生が見られたが、５回目以降に育成した単結晶の肩部には泡群が見られないものの、直胴の結晶中心部に連続した泡群が見られた。該泡群には断熱材の内包物が多数含まれており、該泡群を起点としたサブグレインが発生していた。表８に結果を示す。
【００７６】
【表８】
2014181146.tif 000010
【００７７】
比較例５
図１に示す装置で、坩堝上方部の遮蔽材１０ｂを使用せず、坩堝側方部の遮蔽材１０ａにのみタングステンを使用した装置以外は、実施例２と同様にして結晶育成を行った。
【００７８】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部には泡群が見られなかったものの、直胴には不連続な泡群が見られた。
【００７９】
引き続き、実施例２と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、６回目までに育成した単結晶の直胴に不連続な泡群の発生が見られたが、７回目以降に育成した単結晶の肩部には泡群が見られないものの、直胴の結晶中心部に連続した泡群が見られた。該泡群には断熱材の内包物が多数含まれており、該泡群を起点としたサブグレインが発生していた。表９に結果を示す。
【００８０】
【表９】
2014181146.tif 000011
【００８１】
比較例６
図１に示す装置で、坩堝側方部の遮蔽材１０ａを使用せず、坩堝上方部の遮蔽材１０ｂにのみタングステンを使用した装置以外は、実施例２と同様にして結晶育成を行った。
【００８２】
その結果、鉛直方向にｃ軸を有する、直径１６０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのサファイア単結晶体を得た。該単結晶体の肩部には泡群が見られなかったものの、直胴には不連続な泡群が見られた。また、遮蔽材１０ｂの上には、断熱材の破片があった。
【００８３】
引き続き、実施例２と同様に原料を追加投入し、結晶育成を行う一連の操作を繰り返し実施した所、８回目までに育成した単結晶の直胴に不連続な泡群の発生が見られたが、９回目以降に育成した単結晶の肩部には泡群が見られないものの、直胴の結晶中心部に連続した泡群が見られた。該泡群には断熱材の内包物が多数含まれており、該泡群を起点としたサブグレインが発生していた。表１０に結果を示す。
【００８４】
【表１０】
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【００８５】
実施例２と比較例４、５、６の結果をまとめて以下の表１１に示す。遮蔽材の材質としてイリジウムではなくタングステンを用いた構成でも同様の傾向が得られた。
【００８６】
【表１１】
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【符号の説明】
【００８７】
１：チャンバー
２：単結晶引上げ棒
３：種結晶体保持具
４：種結晶体
５：坩堝
６：ロードセル
７ａ，７ｂ：断熱壁
８：天井板
９：高周波コイル
１０ａ，１０ｂ：遮蔽材
【図１】
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【図２】
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