(57)【要約】【課題】  るつぼ内で合成したＧａＡｓをるつぼの下部から，浮上させること無く，上部に向って固化させていくことができるＧａＡｓ多結晶の合成方法を提供する。【解決手段】  略円筒形状のるつぼ内にＧａとＡｓと封止材を入れ，るつぼ内において，上方を封止材で封止した状態で，ＧａとＡｓを融解させてＧａＡｓを合成した後，るつぼ底面の均熱を保持しながら融解させたＧａＡｓをるつぼの下方から上方に向って固化させる。るつぼの下方から上方に向ってＧａＡｓを固化させるに際し，７℃／ｃｍ以上で上方に向って昇温する温度勾配をＧａＡｓの固液界面で形成させ，かつ，ＧａＡｓの固液界面の上昇速度を５ｍｍ／ｈｒ以上とする。【選択図】  図１
2006001771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ多結晶を製造する方法であって，
略円筒形状のるつぼ内にＧａとＡｓと封止材を入れ，るつぼ内において，上方を封止材で封止した状態で，ＧａとＡｓを融解させてＧａＡｓを合成した後，るつぼ底面の均熱を保持しつつ，融解させたＧａＡｓをるつぼの下方から上方に向って固化させることを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶の製造方法。
【請求項２】
前記封止材としてＢ２Ｏ３を用いることを特徴とする，請求項１に記載のＧａＡｓ多結晶の製造方法。
【請求項３】
前記るつぼの下方から上方に向ってＧａＡｓを固化させるに際し，７℃／ｃｍ以上で上方に向って昇温する温度勾配をＧａＡｓの固液界面で形成させ，かつ，ＧａＡｓの固液界面の上昇速度を５ｍｍ／ｈｒ以上とすることを特徴とする，請求項１又は２に記載のＧａＡｓ多結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶。
【請求項５】
ＧａＡｓ単結晶の成長炉に備えられたるつぼ内に隙間なく入る形状を有することを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶。
【請求項６】
ＧａＡｓ多結晶の製造炉であって，
略円筒形状のるつぼと，このるつぼを保持するカーボン製のサセプタと，このサセプタの周囲に配置された，所望の温度勾配を形成させることが可能なヒータとを備え，
前記サセプタの底面の厚みが，前記るつぼの内径の０．４倍以上であることを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶の製造炉。
【請求項７】
ＧａＡｓ多結晶の製造炉であって，
略円筒形状のるつぼと，このるつぼを保持するカーボン製のサセプタと，このサセプタの周囲に配置された，所望の温度勾配を形成させることが可能なヒータとを備え，
前記サセプタの底面を均熱する補助ヒータを備えることを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶の製造炉。
【請求項８】
前記るつぼは，ｐＢＮからなることを特徴とする，請求項６または７に記載のＧａＡｓ多結晶の製造炉。
【請求項９】
前記るつぼの内径は，ＧａＡｓ単結晶の製造炉が備えるるつぼの内径と等しいか僅かに小さいことを特徴とする，請求項６，７又は８に記載のＧａＡｓ多結晶の製造炉。
【請求項１０】
前記るつぼとヒータとを相対的に昇降させる昇降機構を有することを特徴とする，請求項６，７，８又は９に記載のＧａＡｓ多結晶の製造炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ＧａＡｓ単結晶を成長させる際の原料となるＧａＡｓ多結晶及びその製造方法と製造炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓは自然界には存在しない物質であり，ＧａＡｓの単結晶を得るためには，原料となるＧａとＡｓからＧａＡｓを合成し，ＧａＡｓ融液から単結晶を成長させる，という２段階を経る必要がある。そして，この２段階を経て単結晶を製造する方法は次の２つに大別される。
【０００３】
一つは，ＧａＡｓの合成工程と単結晶成長工程を分けて行う方法である。この方法では，合成用の装置でＧａとＡｓからＧａＡｓを合成し，まずＧａＡｓ多結晶を得る。その後，このＧａＡｓ多結晶を単結晶成長用のるつぼに充填し，単結晶成長装置でＧａＡｓ融液から単結晶を成長させる。ＧａＡｓの合成工程と単結晶の成長工程が独立していることから，２ステップ法とも呼ばれる。他の一つは，ＧａＡｓの合成と単結晶の成長を一連の工程として，同一装置内で連続して行う方法である。この方法は直接合成法とも呼ばれる。
【０００４】
しかしながら，ＧａＡｓ合成中は，Ａｓの昇華を防ぐためにるつぼを密閉するか６ＭＰａ前後の高圧にする必要があり，また，ＧａＡｓ合成時と単結晶成長時とでは温度制御条件や体積変化などが異なることから，ＧａＡｓの合成と単結晶の成長を連続して行う直接合成法は困難なことが多く，ＧａＡｓの単結晶成長では２ステップ法が採られることが多い。また，各種あるＧａＡｓの単結晶成長方法の中でもＬＥＣ法やＨＢ法は比較的直接合成法が実現しやすく，実用化もされているが，るつぼ底部に種結晶を設置して単結晶成長を行うＶＢ法やＶＧＦ法では，直接合成法では，ＧａＡｓ合成中に種結晶の溶解を防ぐのが煩雑であり，また，種結晶の保持部が設けられたるつぼ自体の形状も複雑なため，直接合成法を行うと，Ｇａ融液とＡｓ固体の平均密度がＧａＡｓ固体の密度より大きいことにより，るつぼ破損といった問題もある。よって，特にＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行う場合は，２ステップ法が主流となっている。
【０００５】
ここで，ＧａＡｓ多結晶を製造する方法に関し，特開昭５９−１１１９２３には，融解した液体Ｇａに気体Ａｓを吹き込んでＧａＡｓを合成する方法が開示されている。また，特開平３−２７５５１７には，Ａｓ雰囲気中にＧａ液滴を落としてＧａＡｓ多結晶を得る方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１１１９２３号公報
【特許文献２】特開平３−２７５５１７号公報
【０００７】
ＧａＡｓ多結晶を製造する場合，合成したＧａＡｓをＨＢ法，ＬＥＣ法，ＶＢ法，ＶＧＦ法などを利用して固化させることができる。しかし，ＨＢ法では，円筒型のＧａＡｓ多結晶を製造することができない。２ステップ法において，そのように予め製造したＧａＡｓ多結晶を原料とし，ＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行う場合，るつぼに入れられるＧａＡｓ多結晶は，円筒形状のるつぼ内に丁度隙間なく入るような円柱形状であることが望ましい。るつぼ内に円柱形状のＧａＡｓ多結晶を隙間なく入れることにより，原料充填率を高くすることができ，より長い単結晶を製造できるようになるので，製造効率が向上する。
【０００８】
ところが，ＨＢ法では，円筒型のＧａＡｓ多結晶を得ることができないため，ＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行う場合，大きめに作ったＧａＡｓ多結晶を削ってるつぼ内に入る大きさの円柱形状にする作業が必要になる。このため，ＨＢ法でＧａＡｓ多結晶を製造した場合は，せっかく合成したＧａＡｓ多結晶の全部を単結晶成長の原料とすることができないため，原料ロスを生じてしまう。また，ＧａＡｓ多結晶を削るといった余計な手間も必要となる。更に，原料ロスを小さくするためにＧａＡｓ多結晶を破砕して粒状のＧａＡｓ多結晶をるつぼ内にチャージした場合は，充填率が悪くなってしまう。
【０００９】
一方，ＬＥＣ法は，おおむね円筒型のＧａＡｓ多結晶を得ることができるが，それでも，るつぼ内に丁度隙間なく入れられるような綺麗な円柱形状のＧａＡｓ多結晶を製造することは困難である。ＬＥＣ法でＧａＡｓ多結晶を製造する場合も，やはり大きめに作ったＧａＡｓ多結晶を削ってるつぼ内に入る大きさの円柱形状に加工する操作が必要になり，原料ロスを生じ，ＧａＡｓ多結晶を削るといった余計な作業も必要となる。しかも，ＬＥＣ法は結晶引上げの駆動機構が必要であるため，製造炉自体が高価になる傾向があり，コスト面で不利である。
【００１０】
これに対して，ＶＢ法やＶＧＦ法によれば，るつぼの形状や大きさを選択することにより，単結晶を成長させるるつぼ内に丁度隙間なく入れられるような円柱形状のＧａＡｓ多結晶を製造することができ，原料ロスを低減させ，ＧａＡｓ多結晶を削る作業も不要となる。この場合，ＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行うるつぼをそのまま用いてＧａＡｓ多結晶を製造することも考えられるが，そうすると，るつぼ破損といった問題を生ずることは上述した通りである。また，るつぼ内で合成したＧａＡｓを種結晶を用いずに固化させることは相当に困難である。例えば，るつぼ内で合成したＧａＡｓをるつぼの上部から固化させたのでは，固化したＧａＡｓがるつぼの上部を塞いでしまうことになる。そうすると，ＧａＡｓ融液は固化する際に体積膨張するので，上部を塞いだ状態でるつぼ内のＧａＡｓの固化が底部に向って進行していくことにより，体積膨張に伴ってるつぼ内のＧａＡｓの圧力が高まり，るつぼの破損を招く心配がある。また，るつぼ内で合成したＧａＡｓをるつぼの下部から固化させようとしても，通常は，るつぼ底面の温度が不均一なため，るつぼ底面の温度の低い部分から局所的に固化が始り，塊状にＧａＡｓ多結晶が成長する。こうして，固化する際に体積膨張したＧａＡｓ多結晶は，ＧａＡｓ融液よりも比重が小さいため，その比重差によってＧａＡｓ融液中を浮上し，結局は固化したＧａＡｓがるつぼの上部を塞ぎ，同様の問題を生じてしまうことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って，本発明の目的は，るつぼ内で合成したＧａＡｓをるつぼの下部から，浮上させること無く，上部に向って固化させていくことができるＧａＡｓ多結晶の合成方法と合成炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目標を達成するために，本発明によれば，ＧａＡｓ多結晶を製造する方法であって，略円筒形状のるつぼ内にＧａとＡｓと封止材を入れ，るつぼ内において，上方を封止材で封止した状態で，ＧａとＡｓを融解させてＧａＡｓを合成した後，るつぼ底面の均熱を保持しつつ，融解させたＧａＡｓをるつぼの下方から上方に向って固化させることを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶の製造方法が提供される。なお，本発明でいう「るつぼ底面の均熱」とは，るつぼの底面全体から結晶化が開始されて固化したＧａＡｓがるつぼ底面に密着する温度分布である。
【００１３】
前記封止材としてＢ２Ｏ３を用いることが好ましい。また，前記るつぼの下方から上方に向ってＧａＡｓを固化させるに際し，７℃／ｃｍ以上で上方に向って昇温する温度勾配をＧａＡｓの固液界面で形成させ，かつ，ＧａＡｓの固液界面の上昇速度を５ｍｍ／ｈｒ以上とすることが好ましい。
【００１４】
また，本発明によれば，そのような製造方法によって製造されたことを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶が提供される。また，ＧａＡｓ単結晶の成長炉に備えられたるつぼ内に隙間なく入る形状を有することを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶が提供される。
【００１５】
また本発明によれば，ＧａＡｓ多結晶の製造炉であって，略円筒形状のるつぼと，このるつぼを保持するカーボン製のサセプタと，このサセプタの周囲に配置された，所望の温度勾配を形成させることが可能なヒータとを備え，前記サセプタの底面の厚みが，前記るつぼの内径の０．４倍以上であることを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶の製造炉が提供される。また本発明によれば，ＧａＡｓ多結晶の製造炉であって，略円筒形状のるつぼと，このるつぼを保持するカーボン製のサセプタと，このサセプタの周囲に配置された，所望の温度勾配を形成させることが可能なヒータとを備え，前記サセプタの底面を均熱する補助ヒータを備えることを特徴とする，ＧａＡｓ多結晶の製造炉が提供される。
【００１６】
前記るつぼは，ｐＢＮからなることが好ましい。また，前記るつぼの内径は，ＧａＡｓ単結晶の成長炉が備えるるつぼの内径と等しいか僅かに小さいことが好ましい。また，前記るつぼとヒータとを相対的に昇降させる昇降機構を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば，例えばるつぼを保持するカーボン製のサセプタの底面の厚みをるつぼの内径の０．４倍以上とするか，あるいは，るつぼを保持するカーボン製のサセプタの底面を補助ヒータで加熱するなどすることによって，るつぼ底面の均熱を保持しつつ，融解させたＧａＡｓをるつぼの下方から上方に向って固化させることができる。そして，このようにるつぼ底面の均熱を保持した状態でＧａＡｓを固化させることにより，るつぼ底面上の局所的な塊状の固化が抑制され，底面全体から結晶化が開始されて固化したＧａＡｓがるつぼ底面に密着するようになる。このためＧａＡｓ融液よりも比重の小さいＧａＡｓ固体が浮きあがらずに，るつぼ下部から上方へ成長するようになる。
【００１８】
また本発明によれば，ＧａＡｓの合成工程と単結晶成長工程を分けて行う２ステップ法において，その後，ＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行うのに最適な，ＧａＡｓ単結晶の成長炉に備えられた円筒形状のるつぼ内に丁度隙間なく入る円柱形状のＧａＡｓ多結晶を得ることができる。本発明によれば，ＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行う場合の原料充填率を高くすることができ，より長い単結晶を成長できるようになるので，製造効率が向上する。また，本発明によって製造されたＧａＡｓ多結晶は，るつぼの下方から徐々に上方に向って固化されているので，偏析効果により，不純物が低減される。また，合成時に液体封止材としてＢ２Ｏ３を用いることにより，ゲッタリング効果による不純物低減も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかるＧａＡｓ多結晶の製造炉１（以下「多結晶製造炉１」と呼ぶ）の概略的な構成を示す縦断面図である。この多結晶製造炉１は，ＶＢ法によりＧａＡｓ多結晶を製造するものである。
【００２０】
図１に示すように，多結晶製造炉１は，６ＭＰａ以上の圧力に耐えられる気密容器１０の内部中央に，ＧａＡｓ多結晶を製造するための多結晶製造るつぼ１１（以下「多結晶製造るつぼ１１」と呼ぶ）を配置した構成を有している。多結晶製造るつぼ１１は，ｐＢＮで構成されている。多結晶製造るつぼ１１は，上端が開口した円筒部１２と，この円筒部１２の下部を塞ぐ底面１３を備えており，多結晶製造るつぼ１１の内径ｄは，後述するＧａＡｓ単結晶の成長炉２に備えられている単結晶成長るつぼ３１の内径と等しいか僅かに小さく設定されている。また，多結晶製造るつぼ１１の底面１３は略水平面であり，底面１３には，種結晶を入れるような部分は設けられていない。
【００２１】
多結晶製造るつぼ１１は，底面が塞がれた円筒形状のカーボン製のサセプタ１５に保持されている。サセプタ１５は，ロッド１６の上端に支持されている。サセプタ１５は，上端が開口し底面が塞がれた円筒形状をなしており，その内部に単結晶成長るつぼ３１を収納している。サセプタ１５の底面の厚さｔは，多結晶製造るつぼ１１の内径ｄの０．４倍以上（ｔ＞０．４ｄ）に設定されている。ロッド１６の下端は，気密容器１０の下面に装着されたシールリング１７を介して，気密容器１０の下方に突出しており，ロッド１６の下端には回転昇降機構１８が接続してある。そして，この回転昇降機構１８の稼動により，ロッド１６を介して，サセプタ１５及び多結晶製造るつぼ１１を一体的に回転及び昇降させることができる。なお，シールリング１７によって，気密容器１０の内部は気密に保持されている。
【００２２】
気密容器１０内において，サセプタ１５の周囲を囲むように，複数段のヒータ２０が各高さに配置されている。各高さのヒータ２０は，それぞれ独立して温度制御でき，気密容器１０内において上下方向に所望の温度勾配や温度分布を形成できる。ヒータ２０の外側は断熱材２１で囲んであり，ヒータ２０の熱が効果的に多結晶製造るつぼ１１内部に伝達されるようになっている。
【００２３】
このように構成される多結晶製造炉１において，図２に示すように，多結晶製造るつぼ１１内にＧａとＡｓを入れ，更に，これらＧａとＡｓの上に封止材ａを入れる。このとき，多結晶製造るつぼ１１内には，単結晶などの結晶成長時に用いられる種結晶は入れない。多結晶製造るつぼ１１をサセプタ１５から一旦取外した状態で多結晶製造るつぼ１１内にＧａとＡｓと封止材ａを入れ，原料チャージ後，多結晶製造るつぼ１１をサセプタ１５内に保持させても良い。なお，Ｇａのチャージ形態は液体でも固体でも良い。封止材ａの融点はＡｓの融点（昇華点）よりも低くなければならない。封止材ａとして例えばＢ２Ｏ３を用いる。
【００２４】
そして，気密容器１０の内部を所定の圧力に昇圧後，ヒータ２０で加熱することにより，多結晶製造るつぼ１１内にチャージされたＧａとＡｓと封止材ａを昇温させ，先ず封止材ａが融ける温度まで昇温して，多結晶製造るつぼ１１内のＧａとＡｓの上方を融液となった封止材ａで覆い，Ａｓの揮発を防ぐ。
【００２５】
その後，更にＡｓの融点以上に加熱し，多結晶製造るつぼ１１内において上方を封止材ａで封止した状態で，ＧａＡｓを合成させる。このとき，多結晶製造るつぼ１１の下部からＧａＡｓの合成が始まるように，多結晶製造るつぼ１１の下側から優先的に加熱するようにヒータ２０を制御すると良い。このような加熱位置（高さ）の調整は，回転昇降機構１８の稼動で多結晶製造るつぼ１１を下降させることにより，容易に行うことができる。そして，合成が完了したら更にＧａＡｓの融点以上まで昇温し，図３に示すように，多結晶製造るつぼ１１内のＧａＡｓを完全に融解させる。
【００２６】
次に，図４に示すように，多結晶製造るつぼ１１内のＧａＡｓを多結晶製造るつぼ１１の底部から徐々に冷却し，ＧａＡｓを下方から徐々に上方に向って固化させることにより，多結晶製造るつぼ１１の底部からＧａＡｓ多結晶ｂを成長させていく。この場合，前述したように多結晶製造るつぼ１１を保持しているカーボン製のサセプタ１５の底面の厚みｔが多結晶製造るつぼ１１の内径ｄの０．４倍以上となっていることにより，多結晶製造るつぼ１１の底部は充分な厚さのあるサセプタ１５の底面によって保温された状態となる。これにより，多結晶製造るつぼ１１の底部は均熱されて，底部全体がほぼ等しい温度となる。
【００２７】
そして，このように均熱された状態の多結晶製造るつぼ１１の底部全体がＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりも低い温度となると，図４に示すように，多結晶製造るつぼ１１の底面全体から結晶化が開始されて，固化したＧａＡｓ多結晶ｂが多結晶製造るつぼ１１の底面全体に密着するように形成される。
【００２８】
なお，このようにＧａＡｓを固化させる場合，ヒータ２０の加熱温度を制御することにより，上方がＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりも高い温度，下方がＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりも低い温度となり，上方に向って７℃／ｃｍ以上で昇温する温度勾配を形成した領域を形成させる。そして，回転昇降機構１８の稼動により，多結晶製造るつぼ１１を下降させて，この温度勾配の領域中に多結晶製造るつぼ１１を上から下に向って通過させる。これにより，伝熱特性による誤差を無視すれば，温度勾配領域中においてヒータ２０による加熱温度がＧａＡｓの融点（１２３８℃）となっている位置（高さ）を通過する際に，多結晶製造るつぼ１１内のＧａＡｓが固化し，多結晶製造るつぼ１１内部において下から上に向ってＧａＡｓが順次固化されていく。そして，ヒータ２０による加熱温度がＧａＡｓの融点（１２３８℃）となっている位置（高さ）よりも上方（ヒータ２０による加熱温度がＧａＡｓの融点（１２３８℃）となっている位置よりも上方）では多結晶製造るつぼ１１内のＧａＡｓが融液であり，それよりも下方（ヒータ２０による加熱温度がＧａＡｓの融点（１２３８℃）となっている位置よりも下方）では多結晶製造るつぼ１１内のＧａＡｓが固体（ＧａＡｓ多結晶ｂ）となる。こうして，図５に示すように，温度勾配領域Δ中においてヒータ２０による加熱温度がＧａＡｓの融点（１２３８℃）となっている位置が，多結晶製造るつぼ１１内において底面から徐々に上方に向って固化させられていくＧａＡｓの固液界面Ｌの位置（高さ）に一致することとなる。また，換言すれば，固液界面Ｌを挟んで，上方がＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりも高い温度で，下方がＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりも低い温度の，上方に向って７℃／ｃｍ以上で昇温する温度勾配領域Δが形成されることとなる。
【００２９】
また一方，このように温度勾配領域Δに多結晶製造るつぼ１１を上から下に通過させながら，温度勾配領域Δ中のＧａＡｓの融点（１２３８℃）となっている位置（固液界面Ｌ）でＧａＡｓを連続的に固化させてＧａＡｓ多結晶ｂを多結晶製造るつぼ１１内部において下から上に向って成長させていく過程において，回転昇降機構１８の稼動による多結晶製造るつぼ１１の下降速度Ｖを５ｍｍ／ｈｒ以上に制御する。これにより，相対的に，多結晶製造るつぼ１１内においては，ＧａＡｓの固液界面Ｌの上昇速度が５ｍｍ／ｈｒ以上に制御され，ＧａＡｓ多結晶ｂの上方に向う成長速度が５ｍｍ／ｈｒ以上に制御される。
【００３０】
こうして，多結晶製造るつぼ１１を下降させて，多結晶製造るつぼ１１内において，ＧａＡｓの固液界面Ｌを上昇させていくことにより，多結晶製造るつぼ１１内のＧａＡｓを全部固化させる。なお，多結晶製造るつぼ１１の下降中，必要に応じて回転昇降機構１８の稼動により多結晶製造るつぼ１１を回転させながら，ＧａＡｓ多結晶ｂを成長させても良い。
【００３１】
こうして，多結晶合成るつぼ１１内のＧａＡｓを全部固化させて，ＧａＡｓ多結晶ｂの成長を終了した後，ＧａＡｓ多結晶ｂを冷却し，多結晶製造るつぼ１１内からＧａＡｓ多結晶ｂを取り出す。
【００３２】
以上のようにしてＧａＡｓ多結晶ｂを製造することにより，多結晶製造るつぼ１１の底部からＧａＡｓ多結晶ｂが剥れることなく，常に多結晶製造るつぼ１１の底部に密着させた状態で，上方に向ってＧａＡｓ多結晶ｂを成長させることができるようになる。多結晶製造るつぼ１１を保持しているカーボン製のサセプタ１５の底面の厚みｔが多結晶製造るつぼ１１の内径ｄの０．４倍以上とし，固化開始時において７℃／ｃｍ以上で昇温する温度勾配領域Δに多結晶製造るつぼ１１の底部を通過させることにより，均熱された状態の多結晶製造るつぼ１１の底部全体に固化したＧａＡｓを密着させることができ，るつぼ底部で固化したＧａＡｓ多結晶ｂは，ｐＢＮで形成された多結晶製造るつぼ１１の底部全体に密着し，成長中に剥れて浮き上る心配がない。また，種結晶を用いずに，多結晶製造るつぼ１１内において，下から上に向ってＧａＡｓ多結晶ｂを成長させることが可能となる。また，多結晶製造るつぼ１１の底面１３には種結晶を入れるような部分は設けられておらず，多結晶製造るつぼ１１は単純な円柱形状であるので，ＧａＡｓ単結晶の成長炉２に備えられている単結晶成長るつぼ３１に比べて，ＧａＡｓ合成時や固化時の体積変化に対する耐性に優れる。
【００３３】
また，ＶＢ法によって下から上に向ってＧａＡｓ多結晶ｂを成長させることにより，製造されたＧａＡｓ多結晶ｂにおいて，偏析を利用した不純物の低減が可能になる。また，封止材ａとしてＢ２Ｏ３を用いたことにより，ゲッタリング効果による不純物低減も可能になる。なお，ＧａＡｓの固液界面Ｌの上昇速度（実施の形態では，回転昇降機構１８の稼動による多結晶製造るつぼ１１の下降速度Ｖ）は，ＧａＡｓ多結晶ｂの成長終了時及びその直前においては，結晶の急成長による固化不良を防ぐために３〜５ｍｍ／ｈｒとすることが望ましい。
【００３４】
こうして製造されたＧａＡｓ多結晶ｂは，後述するＧａＡｓ単結晶の成長炉２に備えられている単結晶合成るつぼ３１の内径と等しいか僅かに小さい直径を有した円柱形状となる。また，多結晶合成るつぼ１１内に封止材ａも投入しているので，こうして製造された円柱形状のＧａＡｓ多結晶ｂの上面には，封止材ａが凝固した状態で配置された状態となる。
【００３５】
ここで図６は，以上のようにして製造されたＧａＡｓ多結晶ｂを用いて，ＧａＡｓ単結晶を成長させる成長炉２（以下「単結晶成長炉２」と呼ぶ）の概略的な構成を示す縦断面図である。この単結晶成長炉２は，ＶＢ法によりＧａＡｓ単結晶を成長させるものである。
【００３６】
気密容器３０の内部中央には，ＧａＡｓ単結晶を製造するための単結晶製造るつぼ３１（以下「単結晶製造るつぼ３１」と呼ぶ）が配置される。単結晶製造るつぼ３１は，上端が開口した円柱部３２と，この円柱部３２の下部を塞ぐように接続された円錐部３３を備え，円錐部３３の頂点部分（るつぼ３１の最下部）には，種結晶を挿入するための種結晶載置部３４が形成されている。この単結晶製造るつぼ３１の内径は，先に説明した多結晶製造炉１の多結晶製造るつぼ１１の内径と同じか僅かに大きく設定されている。
【００３７】
単結晶製造るつぼ３１は，底面が塞がれた円筒形状のサセプタ４０に保持されている。サセプタ４０は，ロッド４１の上端に支持されている。ロッド４１の下端は，気密容器３０の下面に装着されたシールリング４２を介して，気密容器３０の下方に突出しており，ロッド４１の下端には回転昇降機構４３が接続してある。そして，この回転昇降機構４３の稼動により，ロッド４１を介して，サセプタ４０及び単結晶製造るつぼ３１を一体的に回転及び昇降させることができる。なお，シールリング４２によって，気密容器３０の内部は気密に保持されている。
【００３８】
気密容器３０内において，サセプタ４０の周囲を囲むように，複数のヒータ４５が各高さに配置されている。各高さのヒータ４５は，それぞれ独立して温度制御でき，気密容器３０内において上下方向に所望の温度勾配や温度分布を形成できる。ヒータ４５の外側は断熱材４６で囲んであり，ヒータ４５の熱が効果的に単結晶製造るつぼ３１に伝達されるようになっている。
【００３９】
このように構成される単結晶成長炉２において，単結晶製造るつぼ３１の種結晶載置部３４に種結晶ｃを挿入し，更に，先に説明した手順で予め製造しておいたＧａＡｓ多結晶ｂと封止材ａと，必要に応じてドーパントを単結晶製造るつぼ３１内に投入する。なお，封止材ａは，ＧａＡｓ多結晶ｂを製造した際に上面に残った封止材ａをそのまま用いても良い。また，ＧａＡｓ多結晶ｂの上方（ＧａＡｓ多結晶ｂのＴａｉｌ端）を除去し，ＧａＡｓ多結晶ｂを製造した際に上方に偏析した不純物の濃縮部分を取り除いても良い。
【００４０】
上述したように，こうして単結晶製造るつぼ３１内に入れられるＧａＡｓ多結晶ｂは，単結晶成長炉２に備えられている単結晶合成るつぼ３１の内径と等しいか僅かに小さい直径を有した円柱形状を有しているので，単結晶製造るつぼ３１内にＧａＡｓ多結晶ｂを丁度隙間のない状態で入れることができ，原料充填率を高くすることができる。
【００４１】
そして，原料チャージ済の単結晶製造るつぼ３１をサセプタ４０内にセットし，気密容器３０の内部を所定の圧力に昇圧後，ヒータ４５で加熱することにより，ＧａＡｓ多結晶ｂ全体を加熱溶融し，上部に封止材ａを配置させる。次に，各ヒータ４５の温度制御により，単結晶製造るつぼ３１内にて融液となったＧａＡｓ中に温度勾配を形成させ，回転昇降機構４３の稼動により単結晶製造るつぼ３１を下降させ，ＶＢ法に従ってＧａＡｓを冷却し，種結晶ｃに接触している最下部からＧａＡｓを徐々に冷却して固化させ，ＧａＡｓ単結晶を成長させていく。この場合，必要に応じて回転昇降機構４３の稼動により単結晶製造るつぼ３１を回転させても良い。こうして，成長させたＧａＡｓ単結晶を冷却し，単結晶製造るつぼ３１内からＧａＡｓ単結晶を取り出す。
【００４２】
かくして，本発明によって製造されたＧａＡｓ多結晶ｂは，単結晶成長炉２に備えられている単結晶合成るつぼ３１内に丁度隙間のない状態で入れることができ，原料充填率を高くすることができるので，より長いＧａＡｓ単結晶を製造できるようになり，製造効率が向上する。また，単結晶合成るつぼ３１内に入れるために特別な加工も必要なく，原料ロスがない。偏析効果やゲッタリング効果によって不純物の低減されたＧａＡｓ多結晶ｂを用いることにより，より品質の良いＧａＡｓ単結晶を製造できるようになる。
【００４３】
以上，本発明の好ましい実施の形態を説明したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば，図１中に一点鎖線で記入したように，サセプタ１５の底面下方に補助ヒータ４９を配置し，この補助ヒータ４９によって多結晶製造るつぼ１１の底面１３全体をほぼ等しく加熱し，多結晶製造るつぼ１１の底面１３全体の温度を均一に保つ（均熱）ようにしても良い。このようにサセプタ１５の底面下方に補助ヒータ４９を配置して，多結晶製造るつぼ１１の底面１３全体を均熱することによっても，先に図４で説明した場合と同様に，多結晶製造るつぼ１１の底面全体から結晶化が開始されて，固化したＧａＡｓ多結晶ｂを多結晶製造るつぼ１１の底面全体に密着するように形成させることができ，ＧａＡｓ多結晶ｂが成長中に剥れて浮き上る心配がない。なお，このようにサセプタの底面下方に補助ヒータ４９を配置する場合は，サセプタ１５の底面による保温効果は省略できるので，必ずしもサセプタ１５の底面の厚さｔを，多結晶製造るつぼ１１の内径ｄの０．４倍以上（ｔ＞０．４ｄ）に設定する必要は無い。
【００４４】
その他，図１等では，ＧａＡｓ多結晶ｂの成長時に多結晶製造るつぼ１１を下降させる例を説明したが，ヒータ２０を上昇させても良い。また，本発明は，ＶＢ法に限らず，ＶＧＦ法でＧａＡｓ多結晶を製造する場合にも同様に適用できる。ＶＧＦ法でＧａＡｓ多結晶を製造する場合であれば，るつぼとヒータとを相対的に昇降させる昇降機構は省略できる。
【実施例】
【００４５】
ＧａＡｓ多結晶の製造炉として，カーボンヒータで加熱する高温高圧炉を用いた。ヒータは円筒形で内径φ２４０ｍｍのものが４段の多段ヒータとして構成される。また，サセプタ下側にドーナツ状の補助ヒータが２段設置されている。この多結晶製造炉を用いてＶＧＦ法によってＧａＡｓの合成，多結晶の成長を行った。多結晶製造るつぼとして，下側φ１４５，上側φ１５０，長さ（高さ）３００ｍｍのｐＢＮ製るつぼを用いた。原料はＧａ（６Ｎ）８０００ｇ，Ａｓ（６Ｎ）８８００ｇをチャージした。封止材としてＢ２Ｏ３を２０００ｇ用いた。原料チャージした多結晶製造るつぼをサセプタにセットし，４０〜６０℃／ｈｒで各ヒータの設定値５００℃まで昇温し，Ｂ２Ｏ３を融解した。その後，最下段のヒータを設定値８００℃まで昇温し，さらに３０℃／ｈｒで昇温を続けて多結晶製造るつぼ下部よりＧａＡｓ合成を開始した。一度ＧａＡｓ合成が始まるとＧａＡｓ自身の反応熱によって多結晶製造るつぼ下部から上部まで反応が進む。全てのＧａとＡｓが反応してＧａＡｓになったら，さらに昇温してＧａＡｓを完全融解した。
【００４６】
その後，多結晶製造るつぼ下部がＧａＡｓ融点（１２３８℃）以上で上方に向って７℃／ｃｍの温度勾配で高温となるにように調整し，その後，多結晶製造るつぼ内における固液界面（温度勾配中の温度が１２３８℃になる点）の上昇速度が７〜１０ｍｍ／ｈｒになるように，温度勾配の位置を変化させていき，るつぼ下部から結晶化を開始し，上方に向って多結晶を成長させた。各温度条件は，事前に同じるつぼを用いた融液測温により決定した。
【００４７】
冷却後，多結晶製造るつぼ内にＢ２Ｏ３及びＧａＡｓ多結晶が入ったままの状態で取り出し，メタノールでＢ２Ｏ３を溶解除去後，多結晶製造るつぼよりＧａＡｓ多結晶を取り出した。
【００４８】
その結果，得られたＧａＡｓ多結晶は固化状態も良好であり，きれいな円柱状の結晶が得られた（図７）。Ｈａｌｌ測定結果では，半絶縁性ｎ型半導体であり，Ｔａｉｌ端１５ｍｍを除く領域でのＳＩＭＳによる不純物分析では，金属不純物はすべて検出限界以下であった。
【００４９】
（比較例）
一般的なＬＥＣ炉を用いて，原料としてＧａ（６Ｎ）１３０００ｇとＡｓ（６Ｎ）１４３００ｇをチャージし，封止材としてＢ２Ｏ３を１８００ｇ用いた。昇温，ＧａＡｓ合成後，通常のＬＥＣ法でφ１５０を目標して結晶成長を行った。得られた結晶は，固化状態は良好なものの，形状がやや不安定で，きれいな円筒状ではなかった（図８）。このため，円筒型の多結晶原料を得るためには外周を研削することが必要となり原料ロスが大きい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は，ＶＢ法やＶＧＦ法で単結晶成長を行う際の原料として最適なＧａＡｓ多結晶の製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態にかかるＧａＡｓ多結晶の製造炉の概略的な構成を示す縦断面図である。
【図２】ＧａとＡｓと封止材を入れた状態を示す多結晶製造るつぼの縦断面図である。
【図３】ＧａＡｓを完全に融解させた状態を示す多結晶製造るつぼの縦断面図である。
【図４】底部からＧａＡｓ多結晶を成長させていく状態を示す多結晶製造るつぼの縦断面図である。
【図５】温度勾配とＧａＡｓの固液界面の位置（高さ）の関係を示す説明図である。
【図６】ＧａＡｓ多結晶を用いてＧａＡｓ単結晶を成長させる成長炉の概略的な構成を示す縦断面図である。
【図７】実施例で製造されたＧａＡｓ多結晶の写真である。
【図８】比較例で製造されたＧａＡｓ多結晶の写真である。
【符号の説明】
【００５２】
ａ    封止材
ｂ    ＧａＡｓ多結晶
１    多結晶製造炉
１０  気密容器
１１  多結晶製造るつぼ
１５  サセプタ
１８  回転昇降機構
２０  ヒータ
４９  補助ヒータ
【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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