【事件の表示】
　特許第２７３４８２０号「化合物半導体単結晶の製造方法」の特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結論】
　訂正を認める。
　特許第２７３４８２０号の特許を維持する。
【理由】
１．手続の経緯
　特許第２７３４８２０号の請求項１に係る発明は、平成３年７月１６日に特許出願され、平成１０年１月９日にその特許の設定登録がなされ、その後、阪本月彦より特許異議の申立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１１年６月２１日に訂正請求がなされたものである。
２．訂正の適否についての判断
ア．訂正明細書の請求項１に係る発明
　訂正明細書の請求項１に係る発明は、その特許請求の範囲の請求項１に記載された次の事項により特定されるとおりのものである。
「【請求項１】封管されたるつぼの底部に種結晶、その上方に原料固体を配置し、るつぼ外周を取り囲むヒータによって、前記原料固体の全部を融解して原料融液とすると共に、前記種結晶の上部を部分的に融解し、原料融液を、るつぼ底部の融解しなかった種結晶から上方に向かって固化させつつ化合物半導体単結晶を製造するに当たり、前記原料融液の液面を酸化硼素融液で被覆した状態とすると共に、前記封管されたるつぼ内における酸化硼素融液の上方空間を、酸化硼素融液から放出された水蒸気と、化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の気体および／若しくは不活性ガスで充満した状態とし、且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、該熱シールド部材のるつぼに対する垂直方向の相対的な位置を変化させつつ操業を行なうことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。」（以下、「訂正発明」という。）
イ．訂正の内容
　訂正請求は、本件特許の明細書を訂正請求書に添付した訂正明細書のとおりに訂正しようとするものであって、その訂正の内容は次の▲１▼〜▲３▼のとおりである。
▲１▼明細書の特許請求の範囲の請求項１に「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、」とあるのを、「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、」と訂正する。
▲２▼発明の詳細な説明の段落番号【０００９】において、「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、」とあるのを、「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、」と訂正する。
▲３▼発明の詳細な説明の段落番号【００１４】に、「ヒータ４ａ〜４ｄの出力を調整することによって、熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、また下方を低い温度に保つことが容易に達成される。」とあるのを、「ヒータ４ａ〜４ｄの出力を調整することによって、熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、また熱シールド部材５の上端部５ａよりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保つことが容易に達成される。」と訂正する。
ウ．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
上記訂正▲１▼は、訂正前の請求項１に係る発明について、熱シールド部材との関係における化合物半導体の温度条件を、もとの特許明細書の段落番号【００１４】に記載されている条件のとおりに限定するものであり、特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
上記訂正▲２▼は、訂正▲１▼によって特許請求の範囲を減縮することに伴って生じる明細書中の明りようでない記載の釈明を目的とするものである。
　また、上記訂正▲３▼は、「下方」を「熱シールド部材５の上端部５ａよりも下方」とするもので、なにに対して下方であるかを明りょうにする、明りょうでない記載の釈明を目的とするものである。
　そして、上記訂正▲１▼〜▲３▼は、いずれも新規事項を追加するものではなく、また実質的に特許請求の範囲を拡張又は変更するものではない。
エ．独立特許要件の判断
（ｉ）引用刊行物
　当審が通知した取消理由で引用した刊行物１〜６には以下の事項が記載されている。
▲１▼刊行物１（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．１１０．ＮＯ．３（１９９１年３月）、第３９５〜４０４頁）は、垂直温度勾配法を用いたＧａＡｓの単結晶成長に関する論文であり、第３９６頁図１（ａ）には、使用する装置が記載されている。それによれば、石英アンプル中に封入されたＰＢＮるつぼ中で、原料融液を、るつぼ底部の融解していない種結晶から上方に向かって固化させＧａＡｓの単結晶を製造するにあたり、原料融液を酸化硼素の融液で被覆した状態にすること、および、石英アンプルの下部に砒素が置かれることが示されている。また、酸化硼素として、約４００ｐｐｍの水分を含んだものを用いることにより滑らかな表面を有する結晶を成長させたこと（第４００頁左欄第４〜６行）が記載されている。
▲２▼刊行物２（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．１０２、ＮＯ．４（１９９０年６月）、第８７７〜８８４頁）は、甲第１号証に、その第３９６頁図１（ａ）に示される装置の詳細が記載されるとして引用されている文献であり、石英アンプルの下部に置かれた砒素は、温度を制御することにより、アンプル内部の砒素の蒸気圧を正確に制御できる（第８７８頁左欄第６〜９行）ことが記載されている。
▲３▼刊行物３（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｖｏｌ．５、ＮＯ．７（１９９０年７月）、第１４６８〜１４７４頁）は、垂直ブリッジマン法によるＧａＡｓ結晶成長に関する論文であり、第１４６９頁の図２にはＧａＡｓの単結晶を製造するための装置が示されている。その装置構成によれば、ＰＢＮボートの中に固体のＧａＡｓ結晶と、その上にＧａＡｓ融液が存在し、このＰＢＮボートは、さらに石英アンプルの中に閉じこめられている。また、成長温度においてほぼ１気圧のＡｓの気体が空間に与えられるよう添加量を計算し、さらにＡｓを添加すること（第１４６９頁右欄第５〜９行）が記載されている。
▲４▼刊行物４（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ、Ｖｏｌ．９４、ＮＯ．３（１９８９年）、第６４３〜６５０頁）は、液体封止垂直ブリッジマン法によるＧａＡｓ単結晶成長に関する論文であり、第６４４頁の図１にはＧａＡｓ単結晶を製造するための装置の構成が示されている。それによれば、ＰＢＮるつぼ中に種結晶、ＧａＡｓ結晶、原料融液、Ｂ２Ｏ３融液が順に配置され、ＰＢＮるつぽはるつぽホルダーに入れられ、その外周にヒーターが配置されている。さらに、装置全体が水冷高圧容器の中に封じ込められていること（第６４４頁左欄下から４〜３行）が記載されている。
▲５▼刊行物５（特開昭６３−７９７９２号公報）は、「高圧容器と、この高圧容器内に配置されたるつぼと、このるつぼの周囲に配置された発熱体とを有し、前記るつぼ内で表面を液体封止剤により封止した状態で原料を溶解し、この融液を固化させることにより前記るつぼ形状に対応した形状の単結晶を成長させる装置において、前記るつぼの内壁に凹凸を形成したことを特徴とする単結晶成長装置。」（特許請求の範囲）が記載されている。その使用方法として、「ＧａＡｓ単結晶の成長を行なう場合、種子結晶、ＧａＡｓ多結晶及び液体封止剤となるＢ２Ｏ３の充填、炉内の真空引き、不活性ガスによる加圧密封を行なった後、加熱して液体封止剤となるＢ２Ｏ３及びＧａＡｓ多結晶を順次溶解し、更に炉内温度を徐々に下げることにより下部（種子結晶側）から上部に向かって融液の固化を進行させ、最終的にはるつぼ１１の形状に対応する形状のＧａＡｓ単結晶を成長させる。」（第３頁右上欄末行〜同頁左下欄第８行）ことが示されている。
▲６▼刊行物６（特開平１−２６４９８９号公報）には、「育成炉の中心に、半導体原料を封入する気密容器を配置した、ブリッジマン法による単結晶の育成装置において、上記容器と育成炉との間に２つの円筒状シールドを上下に設け、該シールドの間隙に単結晶の固液界面を位置するように配置したことを特徴とする単結晶の育成装置。」（特許請求の範囲）が記載されている。そして、図面として第１図が示され、「第１図は、本発明の１具体例である縦型ブリッジマン装置の概念図である。この装置は、高温部ヒータ４と低温部ヒータ５を有する育成炉の中心に、原料を収容する気密容器１を上軸８により昇降自在に配置し、該気密容器１と育成炉の間に２つの円筒状シールド６を上下に設けたものである。・・・育成炉に所定の温度勾配を設ける。次いで、気密容器１をゆっくりと一定速度で下降させ、原料融液２の下端より結晶化させる。・・・従来の装置で熱伝導率の低い物質を結晶化するときには、発生する凝固熱を十分に拡散することができないので、固液界面の中心部の温度が周辺部より高くなり、固液界面の形状は融液に向かって凹となる。第１図の装置では、上下の円筒状シールドによりヒータからの熱輻射が緩和される一方、シールドの間隙では結晶の固液界面を中心に熱輻射を直接局所的に受けるため、その部分の容器の外周部温度が上昇し、固液界面の形状を融液に向かって凸を維持することができる。」（第２頁右上欄第７行〜同頁左下欄第１６行）ことが記載されている。
（ｉｉ）対比・判断
　訂正発明は、従来一般的に行われていた、るつぼ外周を取り囲むヒータを垂直方向に複数のゾーンに分割して配置し、これらの各ゾーン間の出力を調整することによって単結晶成長に必要な温度分布を付与する方法では、（１）固化した後の結晶内で垂直方向に大きな温度勾配が生じ、結晶中に熱応力が発生する、（２）結晶の固化を開始する前のメルトバック深さの調節が容易でない等の欠点があった（特許明細書段落番号【０００４】）ことから、これを解決するために、るつぼとヒータの間に、るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、該熱シールド部材のるつぼに対する垂直方向の相対的な位置を変化させつつ操業を行なうものである（特許明細書段落番号【０００９】）。これに対して、上記刊行物１〜５に記載される単結晶の製造装置および製造方法は、上記される従来方法によるものであり、いずれの刊行物にも、訂正発明において配置される、るつぼとヒータとの間のるつぼの外周を取り囲む熱シールド部材について記載も示唆もされるものではない。
　また、刊行物６には、縦型ブリッジマン法において、訂正発明の封管されたるつぼに相当する気密容器１とヒータ４、５の間に、気密容器１の外周を取り囲むように熱シールド部材として作用する２つの円筒状シールド６を上下に配置することと、その円筒状シールド６の気密容器１に対する垂直方向の相対的な位置を変化させながら操業を行なうこととが記載されているが、刊行物６における２つの円筒状シールド６は、固液界面が凹化し、多結晶化するという問題点を解消するために、シールドの間隙から熱輻射を直接局所的に受けるようにし、その部分の容器の外周部温度を上昇させ、固液界面の形状を融液に向って凸を維持させるものであり、その目的が、先に述べた訂正発明の目的とされる課題（１）、（２）の解決とは相違するものである。特に刊行物６においては、種結晶に関してなんらの記載もなく、本件発明の目的の１つである、メルトバック深さの制御を確実且つ容易に行うことが示唆されるものではない。また、刊行物６における気密容器中に封入された原料は、訂正発明のように「原料融液の液面を酸化硼素融液で被覆した状態とすると共に、前記封管されたるつぼ内における酸化棚素融液の上方空間を、酸化棚素融液から放出された水蒸気と、化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の気体および／若しくは不活性ガスで充満した状態」とされるものでもない。
　さらに、各刊行物の記載からは、刊行物１〜５に記載される単結晶の製造装置および製造方法に、刊行物６に記載されるような円筒状シールドを設ける格別の必要性も見出すことができず、これらを組み合わせる必然性に欠けるといわざるを得ない。
　そうしてみると、訂正発明は、刊行物１〜６の記載に基づいて容易に想到し得たとされるものではない。
　そして、訂正発明は、訂正明細書の請求項１に記載される構成を採用することにより、「結晶欠陥特に転位欠陥密度の低い高品質の化合物半導体単結晶を製造できる様になった。また、メルトバック深さの制御が、確実且つ容易におこなうことができるので、単結晶を歩留りよく製造することができ、製造コストの低減が図れる。」（特許明細書段落番号【００３０】）という訂正明細書記載の顕著な効果を奏するものである。
　よって、訂正発明は取消理由で引用した刊行物１〜６に記載された発明から当業者が容易に発明をすることができたものとすることはできない。
　したがって、訂正発明は特許出願の際独立して特許を受けることができるものである。
オ．むすび
　以上のとおりであるから、本件訂正請求は、特許法第１２０条の４第２項、同条第３項で準用する同法第１２６条第２〜４項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
３．特許異議の申立てについての判断
ア．申立ての理由の概要
　特許異議申立大阪本月彦は、訂正前の請求項１に係る発明は、甲第１〜６号証に記載される発明から当業者が容易に発明をすることができたものであるから、特許を取り消すべきと主張している。
イ．判断
　前述のように、本件訂正は適法なものであるので、本件請求項１にかかる発明は、訂正明細書の請求項１に記載された訂正発明である。
　そして、申立人の提出した甲第１〜６号証は、取消理由で引用した刊行物１〜６と同一のものであるところ、上記「２．エ」で述べたように、訂正発明は刊行物１〜６に記載される発明から当業者が容易に発明をすることができたものであるとされるものではない。
　したがって、特許異議申立ての理由及び証拠によっては、訂正発明に係る特許を取り消すことはできない。
　また、他に訂正発明に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１１年８月１２日（１９９９．８．１２）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　特許第２７３４８２０号発明の明細書を訂正請求書に添付された訂正明細書のとおりに、すなわち、
　（１）特許請求の範囲の減縮を目的として、
　【請求項１】に「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、」とあるのを、「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、」と訂正するとともに、
（２）明りょうでない記載の釈明を目的として、
　段落番号【０００９】に「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、」とあるのを、「且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、」と訂正し、
　段落番号【００１４】に「ヒータ４ａ〜４ｄの出力を調整することによって、熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、また下方を低い温度に保つことが容易に達成される。」とあるのを、「ヒータ４ａ〜４ｄの出力を調整することによって、熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、また熱シールド部材５の上端部５ａよりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保つことが容易に達成される。」と訂正する。
（５４）【発明の名称】
化合物半導体単結晶の製造方法
（５７）【特許請求の範囲】
　　【請求項１】　封管されたるつぼの底部に種結晶、その上方に原料固体を配置し、るつぼ外周を取り囲むヒータによって、前記原料固体の全部を融解して原料融液とすると共に、前記種結晶の上部を部分的に融解し、原料融液を、るつぼ底部の融解しなかった種結晶から上方に向かって固化させつつ化合物半導体単結晶を製造するに当たり、前記原料融液の液面を酸化硼素融液で被覆した状態とすると共に、前記封管されたるつぼ内における酸化硼素融液の上方空間を、酸化硼素融液から放出された水蒸気と、化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の気体および／若しくは不活性ガスで充満した状態とし、且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、
前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、
【発明の詳細な説明】
　　　【０００１】
　　【産業上の利用分野】
　本発明は、例えば垂直ブリッジマン法や垂直温度勾配法の様に、るつぼ内に存在する単結晶製造用原料融液を、るつぼ底部に配置された種結晶を出発点として上方に向かって固化させつつ化合物半導体単結晶を製造する方法に関し、特に種結晶の溶かし込み位置を適切に制御しつつ、結晶欠陥密度の低い高品質の化合物半導体単結晶を製造することのできる方法に関するものである。
　　　【０００２】
　　【従来の技術】
　ＧａＡｓやＩｎｐ等の化合物半導体単結晶の工業的製造法としては、水平ブリッジマン法（ＨＢ法），液体封止引き上げ法（ＬＥＣ法），垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）および垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）等様々な方法が知られている。これらの方法のうちＶＢ法やＶＧＦ法は、（ａ）結晶の直径を制御する必要なしに円柱状の単結晶を製造できること、（ｂ）低温度勾配下での結晶成長が可能であること等の利点を有し、他の方法に比べて欠陥密度の低い良質の結晶を低コストで製造できる方法として有望視されている。ＶＢ法やＶＧＦ法に関する従来技術としては、例えば公表特許昭５８−５０００２０号や特開昭６３−７９７９２号等に開示された技術が知られている。また上記方法において、酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）の融液を液体封止材として用い、ＧａＡｓ原料融液からＡｓの蒸発を防止することも行なわれている。
　　　【０００３】
　ＶＢ法やＶＧＦ法による化合物半導体単結晶の製造方法では、るつぼ底部に種結晶、その上方に原料固体を配置し、るつぼ外周を取り囲むヒータによって、前記原料固体の全部を融解すると共に前記種結晶の上部を溶かし込み（以下これをメルトバックと呼ぶ）、前記融解された単結晶製造用原料融液を、るつぼ底部に配置された未融解種結晶（融解しなかった種結晶）を出発点として上方に向かって固化させつつ、るつぼの内面形状に見合った外面形状の単結晶を成長させていく。そして上記の様な単結晶成長を行なわせるには、固化した結晶と原料融液の界面である成長界面より上方を原料固体の融点より高く且つ下方を該融点よりも低くする様な温度分布を、るつぼに対して与えてやる必要がある。
　　　【０００４】
　　【発明が解決しようとする課題】
　従来技術では、るつぼ外周を取り囲むヒータを、垂直方向に複数のゾーンに分割して配置し、これらの各ゾーン間の出力を調整することによって単結晶成長に必要な温度分布を付与するのが一般的である。しかしながらこうした技術では、（１）固化した後の結晶内で垂直方向に大きな温度勾配が生じ、結晶中に熱応力が発生する、（２）結晶の固化を開始する前のメルトバック深さの調節が容易でない等の欠点があった。以下これらの欠点について更に詳細に説明する。
　　　【０００５】
　まず上記（１）の欠点について説明する。ＶＢ法やＶＧＦ法による単結晶製造では、上述した様に、結晶成長界面より上方が原料固体の融点より高く、下方が原料固体の融点より低い温度分布をるつぼに与えてやる必要がある。ところで固化した単結晶内に温度分布を形成すると、結晶内に熱応力が発生し、このために成長した単結晶内に転位等の結晶欠陥が誘起される。従来の方法では、固化した結晶中に垂直方向への温度勾配が生じて単結晶中に熱応力が発生することは回避できず、転位欠陥密度の低い高品質の化合物半導体単結晶を製造することはできなかった。成長界面で結晶成長を行なわせるのに必要な温度勾配を与える一方、既に固化した結晶内を垂直方向に均一な温度分布となる様に保持することは、るつぼ外周に配置されたヒータの出力を制御するだけでは到底達成されず、仮にヒータの垂直方向の分割ゾーン数を技術的に可能な範囲で増加させても温度勾配を実質上なくすことは不可能である。
　　　【０００６】
　次に、上記（２）の欠点について説明する。ＶＢ法やＶＧＦ法による単結晶製造では、上述した様に結晶の固化を開始する前に、原料の下に充填された種結晶の上部をメルトバックする。単結晶を製造するにはメルトバック工程は必須であり、またこのメルトバックを適切に行なう必要があり、例えば種結晶が全く溶かし込まれなかったり、すべて融解してしまったりすると単結晶の製造ができなくなる。これまでの方法では、メルトバック深さの制御を、それに対応するヒータの各ゾーンの出力を経験的に設定することにより行なうのが一般的であるが、これではメルトバック深さを確実に制御することはできない。またるつぼ中に充填する原料固体量、るつぼの形状や材質、更にはるつぼを支持する支持台の形状や材質等の条件変化があると、るつぼ内およびその周辺での熱的環境が変化するので、その都度メルトバック深さを適切な位置に設定する為に、ヒータの出力値等を決定し直すという複雑な作業が必要であった。
　　　【０００７】
　ところで種結晶を全て溶かしてしまうことを防止する為に、直径が数５〜１０ｍｍ程度の比較的細長い種結晶を用いることも提案されているが、この方法では種結晶部から成長結晶部の間に結晶の直径を徐々に広げる拡径部分（通常逆円錐状に形成されている）が必要となり、この場合前記拡径部分で双晶欠陥等の結晶欠陥が導入され易くなる。こうした問題を避ける方法として、種結晶の直径を成長結晶部の直径と同じとして操業を行なうことも提案されているが、この様な比較的直径の大きな種結晶を用いた場合には、メルトバック深さの制御が更に難しくなる。
　　　【０００８】
　本発明はこの様な状況のもとになされたものであって、その目的は、メルトバック深さを適切に制御することができ、且つ光素子や電子素子の基板材料として好適な高品質の化合物半導体単結晶を低コストで製造することのできる方法を提供することにある。
　　　【０００９】
　　【課題を解決するための手段】
　上記目的を達成し得た本発明とは、封管されたるつぼの底部に種結晶、その上方に原料固体を配置し、るつぼ外周を取り囲むヒータによって、前記原料固体の全部を融解して原料融液とすると共に、前記種結晶の上部を部分的に融解し、原料融液を、るつぼ底部の融解しなかった種結晶から上方に向かって固化させつつ化合物半導体単結晶を製造するに当たり、前記原料融液の液面を酸化硼素融液で被覆した状態とすると共に、前記封管されたるつぼ内における酸化硼素融液の上方空間を、酸化硼素融液から放出された水蒸気と、化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の気体および／若しくは不活性ガスで充満した状態とし、且つ前記るつぼとヒータの間に、前記るつぼの外周を取り囲む熱シールド部材を配置すると共に、前記ヒータの出力を調整することにより該熱シールド部材の上端部よりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、熱シールド部材の上端部よりも下方を化合物半導体の融点よりも低い温度に保った状態で、該熱シールド部材のるつぼに対する垂直方向の相対的な位置を変化させつつ操業を行なう点に要旨を有する化合物半導体単結晶の製造方法である。
　　　【００１０】
　　【作用】
　本発明の構成および作用効果を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施する為の装置のメルトバック工程の状態を模式的に示した説明図であり、図中１は封管されたるつぼ，２３は単結晶製造用原料固体（例えば、ＧａＡｓ多結晶），２４は種結晶，２５は固体状酸化硼素，２６は化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の固体（例えば、固体Ａｓ），４ａ〜４ｄは垂直方向の複数のゾーンに分割して配置されたヒータ，５はるつぼ１とヒータ４ａ〜４ｄの間にるつぼ１の外周を取り囲む様に配置された熱シールド部材、６はるつぼ受けを夫々示す。なお図１に示したるつぼは、るつぼ２１と２２からなる二重管構造のものを示したが、本発明で適用するるつぼはその上方が封管されたものであれば、こうした二重管構造のものでなくても良い（後記図３参照）。
　　　【００１１】
　本発明に係る装置では、図１に示した様に、るつぼ１とヒータ４ａ〜４ｄの間に熱シールド部材５を配置される。この熱シールド部材５は、例えばＭｏやＷ等の耐熱性金属、或はアルミナ，カーボンまたはＳｉＣ等の耐熱性材料によって構成され、円筒状等の形状を有し、前記るつぼ１の外周を取り囲む様にして配置され、垂直方向に移動可能に構成されている。
　　　【００１２】
　メルトバック工程では図１に示した様に、熱シールド部材５の上端部５ａが種結晶３のメルトバック深さｄとほぼ同じ高さとなる様に配置される。上記の様な熱シールド部材５を配置することによって、熱シールド部材５の存在するところでヒータ４ａ〜４ｄからるつぼ１への輻射熱が遮蔽され、熱シールド部材５の上端部５ａより下方では、るつぼ１およびその内部の温度が急速に低下する。
　　　【００１３】
　図２は熱シールド部材５による熱遮蔽効果を説明する為のグラフであり、図中Ｂは熱シールド部材５を設けずにヒータの出力調整だけで温度勾配を付与した場合のるつぼ１内での温度分布を示しており、図中Ａは熱シールド部材５を設けた場合のるつぼ１内での温度分布を示している。図２から明らかな様に、熱シールド部材５を配置した場合は、その上端部５ａよりも下方で急速な温度低下が起こっていることが分かる。
　　　【００１４】
　図１に示した構成であれば、ヒータ４ａ〜４ｄの出力を調整することによって、熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方を化合物半導体の融点よりも高い温度に、また熱シールド部材５の上端部５ａよりも下方を化合物半導体の融点より低い温度に保つことが容易に達成される。従って、原料の充填量等の条件が変化しても、その変化に追従してメルトバック深さｄを容易且つ高精度に制御することができる。またメルトバックすべき位置の上下で、急峻な温度勾配を付与することができるので、比較的大きな直径の種結晶を用いても、メルトバック深さｄの確実な制御ができる。
　　　【００１５】
　図３は本発明を実施する為の装置の融液固化工程の状態を模式的に示した説明図であり、図中１２は固化した結晶，１３は原料融液，１４は成長界面，１５は酸化硼素融液を夫々示し、その他図１と対応する部分には同一の参照符号が付してある。また図３では、熱シールド部材５が最も高い位置に移動した状態を仮想線５ｂで示してある。尚酸化硼素融液１５は、前記図１に示した固体状酸化硼素２５が融解したものであり、この酸化硼素融液１５は液体封止剤として原料融液１３の液面を被覆した状態で存在する。また封管されたるつぼ１内における酸化硼素融液１５の上方空間１６は、酸化硼素融液１５から放出された水蒸気と、化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の気体（例えば、前記図１に示した固体Ａｓ２６が解離・蒸発した気体）および／若しくは不活性ガスで充満した状態となっている。
　　　【００１６】
　熱シールド部材５は上述した様に、垂直方向に移動可能に構成され、るつぼに対する相対的位置を所定の速度で変化させることができる様にされる。ヒータ４ａ〜４ｄの出力を調整することによって、固化した結晶１２と原料融液１３の成長界面１４を、熱シールド部材５の上端部５ａ近くに位置させる様な温度分布を付与することができる。尚熱シールド部材５には、製造しようとする結晶の長さよりも十分に長い形状のものが用いられる。　　　【００１７】
　上記構成によれば、固化した結晶１２はその外周が熱シールド部材５に取り囲まれており、これによって結晶内部の温度分布は、シールド部材５の温度分布により強く支配される。また成長界面１４の上下で温度勾配を付与する為には、成長界面より下部のヒータの出力を抑える必要があり、この為熱シールド部材５の外側では下方になるにつれて徐々に温度が低くなる様な温度分布になるが、熱シールド部材５は上述した様な、比較的熱伝導性の良い材料で構成すれば、ヒータ温度分布がならされ、熱シールド５およびその内部はほぼ均一な温度に保つことができる。こうした作用によって、単結晶製造中に固化した結晶１２は垂直方向に温度分布が殆どない状態に保たれ、この為熱応力が発生せず、転位等の結晶欠陥が誘起されることが防止される。図４は熱シールド部材５による温度均一効果を説明する為のグラフであり、熱シールド部材５を配置しなかった場合のるつぼ１内の温度分布Ｂと比較して、熱シールド部材５を配置した場合の温度分布Ａは、熱シールド部材５の上端部５ａより下方の温度の均一性が非常に良好であることがよくわかる。
　　　【００１８】
　また本発明は、図３に示した様に原料融液１３の液面を酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）融液１５で被覆した状態とすると共に、封管されたるつぼ１内における酸化硼素融液１５の上方空間を、酸化硼素融液から放出された水蒸気と、化合物半導体を構成する元素のうち解離性を有する元素の気体および／若しくは不活性ガスで充満した状態で操業するものであり、こうした構成を採用することによって、原料融液からの解離性成分の解離・蒸発がより一層抑制され、製造された単結晶に組成のずれに由来した点欠陥等が導入されることなく、化学量論的組成に制御された単結晶を得ることができる。
　　　【００１９】
　以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
　　　【００２０】
　　【実施例】
　実施例１
　図５に示す様に熱分解性窒化硼素（ＰＢＮ）製るつぼ２２中に、ＧａＡｓ原料固体（ＧａＡｓ多結晶）２３，種結晶２４およびＢ２Ｏ３（固体）２５を充填し、このるつぼ２２と、結晶の組成を制御する為の適量の固体Ａｓ２６を、石英製るつぼ２１に充填し、真空排気した後石英製るつぼ２１を封管した。尚種結晶２４の直径は、成長させる結晶の外径と同じものとし、５０ｍｍのものと７５ｍｍのものの２種類を用い、厚さは３０ｍｍとし、結晶成長方向に（１００）面を有するＧａＡｓ単結晶である。また熱シールド部材５はＭｏ製のものを用い、その厚さが１ｍｍであり、内径が石英製るつぼ２１の外径よりも８ｍｍ大きく且つ長さが２５０ｍｍの円筒状のものであって、その軸心がるつぼの軸心と一致する様に配置した。ヒータ４ａ〜４ｄが垂直方向に複数のゾーンに分割されて配置されるのは、前記図１および図３の場合と同様である。
　　　【００２１】
　メルトバック工程では、熱シールド部材５をその上端部５ａが種結晶２４の厚みのほぼ中央に位置する様に配置した。またヒータ４ａ〜４ｄの各ゾーンの出力を調整することによって、熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方ではＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりも高く、下方ではそれより低くなる様な温度分布を石英製るつぼ２１内に付与した。そして種結晶２４と原料融液を馴染ませるために、原料固体２３と種結晶２４の上部（およびＢ２Ｏ３２５）が融解してからそのままの状態で４時間保持した。
　　　【００２２】
　一方原料融液を固化させて単結晶を成長させる工程では、熱シールド部材５を５ｍｍ／時間の速度で垂直方向に上昇させ、また熱シールド部材５の上端部５ａよりも上方は１２３８℃よりも高く、且つ下方はこれより低い温度分布をるつぼ２１に付与する様に、ヒータ４ａ〜４ｄの各ゾーンの出力を調整した。
　　　【００２３】
　こうした方法によって単結晶の製造を行なったところ、種結晶２４のメルトバックはその位置も含めて確実に制御することができた。また成長させる結晶の外径や原料固体の充填量を変化させて単結晶製造を行なったが、種結晶２４を全て溶かしてしまったり、全く溶かし込まれなかったりという様なことは一切なく、メルトバック位置の制御は容易に可能であった。
　　　【００２４】
　こうして得られた単結晶はいずれも、比抵抗が１Ｘ１０７Ω・ｃｍ以上で半絶縁性を示すものであり、２次イオン質量分析法で検出された不純物は硼素のみであり、他の不純物の濃度は検出限界以下であり、特に半絶縁性実現に有害な珪素の濃度は１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であった。また製造された単結晶の転位欠陥密度を溶融水酸化カリウムでのエッチング法により評価したところ、固化率０．９以下で５×１０３ｃｍ−２以下であり、低転位密度であることがわかった。
　　　【００２５】
　比較例１
　熱シールド部材５を設置しないこと以外は、図５と同じ装置を用いて単結晶の製造を行なった。このとき種結晶２４のメルトバック、および原料融液の固化に必要なるつぼ内温度分布は、ヒータの出力制御のみで行なった。その結果、メルトバック位置の制御は非常に難しく、種結晶をすべて溶かし込んでしまったり、全く溶かし込まれなかったりして、単結晶が得られないことが３〜５回に１回の割合で発生した。また製造された単結晶の転位欠陥密度は、固化率が０．９以下で平均２．０×１０４ｃｍ−２と多かった。
　　　【００２６】
　実施例２
　前記図１に示した単結晶製造装置を用いて単結晶の製造を行なった。この装置は、種結晶２４として直径６ｍｍ，長さ３０ｍｍのものを用い、るつぼ２１，２２が細い種結晶１４を充填することのできる形状のものになっていること以外は、図５に示した装置と同様である。
　　　【００２７】
　実施例１と同様にして、外径５０ｍｍと７５ｍｍの単結晶の製造を行なったところ、種結晶２４のメルトバックはその位置も含めて確実に制御することが可能てあった。また成長させる結晶の外径や原料固体の充填量を変化させて結晶製造を行なったが、種結晶２４を全て溶かし込んでしまったり、および全く溶かし込まれなかったりという様なことは一切なく、メルトバック深さｄの制御は容易に可能であった。但し、この場合には、成長結晶の外径を種結晶１４の外径から広げていく部分で、双晶が発生することもあった。
　　　【００２８】
　こうして得られた単結晶は、比抵抗が１×１０７Ω・ｃｍ以上で半絶縁性を示すものであり、２次イオン質量分析法で検出された不純物は硼素のみであり、他の不純物の濃度は検出限界以下であり、特に半絶縁性実現に有害な珪素の濃度は１Ｘ１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であった。また製造された単結晶の転位欠陥密度を溶融水酸化カリウムでのエッチング法により評価したところ、固化率０．９以下で５×１０３ｃｍ−２以下であり、低転位密度であることがわかった。
　　　【００２９】
　比較例２
　熱シールド部材５を設置しないこと以外は、図１と同じ装置を用いて単結晶の製造を行なった。このとき単結晶２４のメルトバック、および原料融液の固化に必要なるつぼ内温度分布は、ヒータの出力制御のみで行なった。その結果、メルトバック深さの制御は可能であるが確実性に欠け、種結晶２４を全て溶かし込んでしまったり、全く溶かしこまなかったりして、単結晶が得られないことが１０〜１５回に１回の割合で発生した。またこの場合には、成長結晶の外径を種結晶２４の外径から広げていく部分で、双晶が発生して、単結晶がえられないこともしばしばあった。製造された単結晶の転位欠陥密度を測定したところ、固化率０．９以下で平均２．４×１０４ｃｍ−２と多かった。
　　　【００３０】
　　【発明の効果】
　本発明の方法によって、結晶欠陥特に転位欠陥密度の低い高品質の化合物半導体単結晶を製造できる様になった。またメルトバック深さの制御が、確実且つ容易におこなうことができるので、単結晶を歩留りよく製造することができ、製造コストの低減が図れる。更に本発明によれば、製造しようとする単結晶と同じ直径の種結晶を用いた場合であっても、メルトバックの制御が容易且つ確実に達成されるので、比較的細長い種結晶を用いた場合における双晶が発生し易いという不都合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
　　【図１】　本発明を実施する為の装置のメルトバック工程の状態を模式的に示した説明図である。
　　【図２】　熱シールド部材５による熱遮蔽効果を説明する為のグラフである。
　　【図３】　本発明を実施する為の装置の融液固化工程の状態を模式的に示した説明図である。
　　【図４】　熱シールド部材５による温度均一化効果を説明する為のグラフである。
　　【図５】　実施例１で用いた結晶製造装置の封管後の状態を示す概略説明図である。
　　【符号の説明】
　１，２１，２２　るつぼ
　１３　原料融液
　１５　酸化硼素融液
　２３　原料固体
　２４　種結晶
　４ａ〜４ｄ　ヒータ
　５　熱シールド部材