(57)【要約】【課題】結晶成長速度を低下させることなく、引き上げ結晶の肩部形成時において、固液界面形状の安定化および平坦化を図ることで、結晶欠陥の原因となる転位の集合および多結晶化を防止する。【解決手段】るつぼ内の種結晶の周囲を、頂部を平坦にした傘状の保温カバーで覆うことにより、肩部形成時において結晶の引上げ方向における肩部付近の温度変化を小さく抑えることができ、結晶の引上げ方向と垂直方向における肩部付近の温度変化も小さく抑えることができる。【選択図】      図１
2006232570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐圧容器内のるつぼにＧａＡｓの原料融液を入れ、その表面を液体封止剤で覆い、前記融液に種結晶を接触させると共に回転させながら上方へ引上げて、前記融液を前記種結晶から徐々に固化させて結晶成長させるＧａＡｓ単結晶の製造方法において、前記るつぼ内の前記種結晶の周囲を、頂部を平坦にした傘状の保温カバーによって包囲したことを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造方法。
【請求項２】
少なくとも引上げ結晶の肩部形成時において、前記保温カバーの一部を液体封止剤中に浸漬させたことを特徴とする、請求項１記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記保温カバーは、その高さが液体封止剤の層厚以上であり、その底辺部の直径が引上げ結晶の直胴部の１．５〜２．０倍であることを特徴とする、請求項１又は２記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記保温カバーは、ＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）からつくられたものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のＧａＡｓ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、耐圧容器内のるつぼにＧａＡｓの原料融液を入れ、その表面を液体封止剤で覆い、前記融液に種結晶を接触させると共にゆっくりと回転させながら上方へ引上げて、前記融液を前記種結晶から徐々に固化させて結晶成長させる、いわゆるＬＥＣ法（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）と呼ばれるＧａＡｓ単結晶の製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の製造方法においては、ＧａＡｓ原料融液中のＡｓは融点付近で高い蒸気圧を示すため、原料融液から解離しやすいという性質がある。このＡｓの解離を防止するため、原料融液の表面をＢ２Ｏ３等の液体封止剤で覆うことが一般に行われており、さらにはＡｒ等の不活性ガスを導入して原料融液の表面を加圧し、原料融液からのＡｓの分解蒸発を防いでいる。
【０００３】
ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の製造方法の一例を図５に示す。すなわち、原料として多結晶ＧａＡｓおよび液体封止剤としてＢ２Ｏ３３’を夫々入れたるつぼ１’を引上炉を構成する耐圧容器（図示せず）内に配置し、温度を上げて多結晶ＧａＡｓをＧａＡｓ融液４’にするとともに、このＧａＡｓ融液４’の表面を液体封止剤３’で覆う。そして、引上げ軸６’の下端に固着したＧａＡｓの種結晶５’をＧａＡｓ融液４’に接触させ、引上げ軸６’をゆっくりと回転させながら上方へ引上げていくことにより、種結晶５’を起点としてＧａＡｓ融液４’を徐々に固化させて結晶成長を行い、ＧａＡｓ単結晶２’を製造する。
【０００４】
ＬＥＣ法は、ボートもしくはカプセル封止された他の結晶成長方法に比べ、耐圧容器内の温度勾配が結晶の成長方向につきやすく、また、それにより結晶成長の進行が早い。よって、融液からの結晶の引き上げ速度いいかえれば結晶成長速度を早くすることができるという特長がある。しかし、引き上げ時において、結晶成長方向の温度勾配が大きいということは、結晶成長速度を早くすることができる反面、単結晶を製造するうえで、最大の問題である多結晶化が起こりやすいという問題がある。ここで、多結晶化が起こるか否かは、種結晶５’に続く結晶固化部と融液部との間の固液界面形状に大きな要因がある。図６は、種付け後引上げ結晶の肩部形成時における固液界面形状を模式的に示すものである。これによると、固液界面形状が結晶成長方向（融液側）に凹面形状を呈しており、この場合、転位は固液界面から垂直に結晶成長方向に伝播する性質があることから、転位の集合が起こりやすく、引上げ結晶２’が多結晶化しやすい。
【０００５】
また、Ｂ２Ｏ３３’からなる液体封止剤３’の存在およびその層厚は、耐圧容器内の温度分布に影響を与えると共に、特に、結晶成長開始から間もなく、引上げ結晶の外径を目標とする直胴部の大きさに徐々に大きくしていく肩部形成過程では、結晶成長の進行に伴って結晶２’頭部がＢ２Ｏ３３’の上部から出る。すると、融液４’側において、結晶２’頭部からの放熱が急激に進み、結晶２’の成長速度が早まる。このため、固液界面形状が例えば図６に示すように変化し、結晶成長の状態が不安定になりやすい。つまり、ＬＥＣ法の場合は、引上げ方向における結晶の成長を確実なものとするために、温度勾配が大きく温度の揺らぎが大きい上、液体封止剤の存在により肩部形成時における固液界面形状が変化し凹面形状となりやすく、転位の集合が起こりやすく多結晶化しやすいという本質的な問題がある。
【０００６】
このような問題に対しては、例えば、（１）結晶の冷却速度を制御する手段として、結晶周囲に熱遮蔽体を設ける方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、同じく、（２）結晶の冷却速度を制御する手段として、種結晶を連結するためのチャックに、るつぼの底面に対向して傘状の反射板を設ける方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特公昭５１−４７１５３号  公報
【特許文献２】特開平５−２２１７８６号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、（１）の方法の場合だと、熱遮蔽体による断熱効果が固液界面付近にも及び固液界面付近での冷却速度が遅くなり、結晶の成長速度を低下させるという問題がある。また、（２）の方法の場合は、傘状の反射板の形状によって熱の反射効果が引上げ結晶の軸線上に集中し、肩部周辺付近における温度勾配の改善効果が少なく、固液界面形状の平坦化効果も少ないため、転位の集合および多結晶化が起こり得るという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、結晶成長速度を低下させることなく、引上げ結晶の肩部形成時において、固液界面形状の安定化および平坦化を図ることにより、結晶欠陥の原因となる転位の集合および多結晶化を防止できるＧａＡｓ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】
【０００９】
請求項１に係る発明のＧａＡｓ単結晶の製造方法は、耐圧容器内のるつぼにＧａＡｓの原料融液を入れ、その表面を液体封止剤で覆い、前記融液に種結晶を接触させると共にゆっくりと回転させながら上方へ引上げて、前記融液を前記種結晶から徐々に固化させて結晶成長させるＧａＡｓ単結晶の製造方法において、前記るつぼ内の前記種結晶の周囲を、頂部を平坦にした傘状の保温カバーによって包囲したことを特徴とする。
このように頂部を平坦にした傘状の保温カバーを用いたことにより、肩部形成時において結晶の引上げ方向における肩部付近の温度変化を小さく抑えることができると共に、結晶の引上げ方向と垂直方向における肩部付近の温度変化も小さく抑えることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明のＧａＡｓ単結晶の製造方法は、少なくとも引上げ結晶の肩部形成時において、前記保温カバーの一部を液体封止剤中に浸漬させたことを特徴とする。
このように、保温カバーの一部（下部）を液体封止剤中に浸漬させることにより、肩部形成時において肩部付近の温度変化を確実に小さく抑えることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明のＧａＡｓ単結晶の製造方法は、前記保温カバーが、その高さが液体封止剤の層厚以上であり、その底辺部の直径が引上げ結晶の直胴部の１．５〜２．０倍であることを特徴とする。
保温カバーの好ましい高さは、液体封止剤の層厚の１〜３倍程度、好ましくは１〜２倍程度であり、その高さが液体封止剤の層厚に満たない場合は、肩部形成時において肩部付近の温度変化の抑制効果が少なく、また、その高さが液体封止剤の３倍を越える場合は、特に結晶の引上げ方向と垂直方向における肩部付近の温度変化を小さく抑えることができない。
【００１２】
請求項４に係る発明のＧａＡｓ単結晶の製造方法は、前記保温カバーが、ＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）からつくられたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、るつぼ内の種結晶の周囲を、頂部を平坦にした傘状の保温カバーによって包囲したことにより、引上げ結晶の肩部形成時において、固液界面形状の安定化と共に平坦化を図ることができ、これにより転位の集合を抑制し多結晶化を防止し得たＧａＡｓ単結晶を得ることができる。また、結晶成長と共に保温カバーを取り外したり、移動調整可能にしたりすることにより、結晶成長速度を低下させることなく、上記効果を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図１〜４に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、耐圧容器（図示せず）のるつぼ１内に、ＧａＡｓ融液４及び液体封止剤であるＢ２Ｏ３３を収容した状態を示す。この状態において、引上げ軸の下端に連結した種結晶５の周囲を保温カバー７で覆った後、種結晶５をＧａＡｓ融液４に浸漬させる。このとき、保温カバー７も同時に下降し、保温カバー７をＢ２Ｏ３３中に浸したまま、結晶を成長させていく。図２は、結晶成長の初期段階を表す。成長中の結晶２は、Ｂ２Ｏ３３上に引き上げられておらず、保温カバー７もＢ２Ｏ３３中に浸したままである。そして、図３のように、結晶成長が進行し結晶の頭部を含む肩部がＢ２Ｏ３３から出た時に、保温カバー７は上方に移動され、Ｂ２Ｏ３３内から外に出される。
【００１６】
保温カバー７は、結晶２がＢ２Ｏ３３上方まで成長したときの当該結晶２の急激な放熱を防止する。しかし、結晶２の肩部がＢ２Ｏ３３から露出し、直胴部が目標外径に到達して安定成長を始めると、保温カバー７を設置したままでは急激な放熱の防止効果が冷却の妨げとなる。この状態では、冷却が不充分だと成長界面が凹面化し、転位の集合が起こり結晶欠陥発生の要因となる。よって、結晶２の肩部の成長が終われば、保温カバー７は、撤去若しくは影響が少ないところまで移動する必要がある。
【００１７】
さらに、保温カバー７の目的は、それによってカバーされる結晶２の領域の急激な熱の分散を防ぎ、保温することにあるから、結晶２の肩部の大きさに合わせて最適な大きさを選定する必要がある。図４に保温カバーの寸法と形状を模式的に示す。保温カバー７が結晶２の肩部の大きさに対して小さすぎると、熱が保温カバー７の周囲からすり抜けて対流するため、保温効果が得られない。そこで、保温カバー７の高さはＢ２Ｏ３３の層厚以上、大きさ（＝底辺部の直径）は結晶の直胴部の１．５〜２．０倍のものが最適である。また、保温効果をバランスのとれたものとするためには、頂部を平坦にした傘状とすることが必要である。
【００１８】
［実施例１］
上記方法において、１００mm径、長さ３００mmのＧａＡｓ単結晶を１０本引き上げた。このとき、引上げ軸にはＰＢＮ製の厚さ３mmの薄い板によって形成された、頂部を平坦にした傘状の保温カバーを設置した。ＧａＡｓのチャージ量は２０ｋｇ、雰囲気ガス、圧力はＡｒ２０ｋｇ／cm２、引上げ速度は８mm／ｈである。
【００１９】
［比較例１］
これに対し、次のような比較例を実施した。１００mm径、長さ３００mmのＧａＡｓ単結晶を１０本引き上げた。このとき、引上げ軸には保温カバーも何も設置しなかった。ＧａＡｓのチャージ量は２０ｋｇ、雰囲気ガス、圧力はＡｒ２０ｋｇ／cm２、引上げ速度は８mm／ｈとした。
【００２０】
表１に、実施例１、比較例１の方法により夫々成長した結晶の成長結果を示す。この結果、肩部形成時において種結晶の周囲を保温カバーで覆わないより、保温カバーで覆ったほうが単結晶を歩留まりよく成長できることがわかる。
【表１】
2006232570.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態を示すＧａＡｓ単結晶成長方法の模式図である。
【図２】同ＧａＡｓ単結晶の製造方法において、結晶肩部がＢ２Ｏ３層中から突出していない状態を示す模式図である。
【図３】同ＧａＡｓ単結晶の製造方法において、結晶肩部がＢ２Ｏ３層中から突出した状態を示す模式図である。
【図４】保温カバーの寸法と形状の最適関係を見た模式図である。
【図５】従来のＧａＡｓ単結晶の製造方法を示す模式図である。
【図６】従来のＧａＡｓ単結晶の製造方法において、結晶の肩部形成時の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  るつぼ
２  結晶
３  Ｂ２Ｏ３（液体封止剤）
４  ＧａＡｓ融液
５  種結晶
６  引上げ軸
７  保温カバー
【図１】
2006232570.tif 000004
【図２】
2006232570.tif 000005
【図３】
2006232570.tif 000006
【図４】
2006232570.tif 000007
【図５】
2006232570.tif 000008
【図６】
2006232570.tif 000009