(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体結晶の原料の高純度化を図りながら、結晶の製造効率を高めることが可能な結晶育成用るつぼと、それを備えた結晶育成装置並びに結晶育成方法の提供。【解決手段】結晶育成に用いる結晶育成用るつぼとして、原料２０を保持する保持部１２、保持部１２に保持された原料２０を気化させたときの初留２４を回収する初留回収部、保持部１２に保持された原料２０を気化させたときの本留３０を凝縮させる本留凝縮部１６、本留凝縮部１６で凝縮させた原料融液２８からなる本留３０を保持し、保持した本留３０から結晶を育成する際に結晶を生成するための結晶育成部１８とを備えるるつぼを用いる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を保持する保持部と、
この保持部に保持された原料を気化させたときの初留を回収する初留回収部と、
前記保持部に保持された原料を気化させたときの本留を回収し、結晶を育成するための結晶育成部とを備えた
ことを特徴とする結晶育成用るつぼ。
【請求項２】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記保持部に保持された原料を気化させたときの本留を凝縮させる本留凝縮部を更に備え、
前記結晶育成部は、この本留凝縮部で凝縮させた原料融液を回収し、保持する
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項３】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記保持部と前記結晶育成部との間に、蒸留用充填物を更に備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項４】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記初留回収部の上部に、同軸コールドトラップを備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項５】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記初留回収部の横側に、並列コールドトラップを備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項６】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記結晶育成部は、ゾーン精製部を更に備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項７】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記結晶育成部の下部に、種結晶発生部を更に備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項８】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記結晶育成部の下部に、種結晶選択部と、この種結晶選択部の下部に種結晶発生部とを更に備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項９】
請求項１に記載の結晶育成用るつぼにおいて、
前記結晶育成部の下部に、冷却棒を更に備えた
ことを特長とする結晶育成用るつぼ。
【請求項１０】
結晶育成装置であって、
請求項１に記載の結晶育成用るつぼと、
この結晶育成用るつぼを加熱するための加熱炉と、
前記結晶育成用るつぼの温度を制御するための温度制御部とを備えた
ことを特徴とする結晶育成装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の結晶育成装置において、
前記温度制御部は、前記結晶育成用るつぼの前記保持部と前記初留回収部と前記結晶育成部とを個別に加熱制御する
ことを特徴とする結晶育成装置。
【請求項１２】
原料を保持する保持部と、この保持部に保持された原料を気化させたときの初留を回収する初留回収部と、前記保持部に保持された原料を気化させたときの本留を回収し、結晶を育成するための結晶育成部とを備えた結晶育成用るつぼの前記保持部に前記原料を充填し、
前記結晶育成用るつぼを減圧封止し、
前記結晶育成用るつぼを加熱して前記原料を気化させて、初留を前記初留回収部に、本留を前記結晶育成部に回収し、
この結晶育成部で回収した本留から結晶を育成する
ことを特徴とする結晶育成方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の結晶育成方法において、
前記結晶育成層るつぼとして、前記保持部に保持された原料を気化させたときの本留を凝縮させる本留凝縮部を更に備えたものを用い、
前記本留を前記結晶育成部に回収する工程では、前記本留凝縮部で凝縮させた原料融液を前記結晶育成部において回収し、保持する
ことを特長とする結晶育成方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の結晶育成方法において、
育成する結晶として、臭化タリウムの結晶を育成する
ことを特長とする結晶育成方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の結晶育成方法において、
前記初留を前記初留回収部に回収する工程では、
前記結晶育成用るつぼの前記初留回収部の温度を、前記保持部、前記本留凝縮部、前記結晶育成部より低温とする
ことを特長とする結晶育成方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の結晶育成方法において、
前記本留を前記結晶育成部に回収する工程では、
前記結晶育成用るつぼの前記本留凝縮部の温度を前記原料の凝縮が生じる温度とし、
前記初留回収部の温度を、前記本留凝縮部および前記結晶育成部より低温とする
ことを特長とする結晶育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度の結晶の育成に好適な結晶育成用るつぼと、それを備えた結晶育成装置ならびに結晶育成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器の検出器部分の結晶を製造する方法として、例えば特許文献１に記載された方法がある。
【０００３】
この特許文献１には、石英製で、口径の太い融液溜め部と、融液溜め部の中心を貫き下方に伸びた構成の細い結晶成長部とによって構成され、融液が結晶成長部に直接流れ込まない構造、すなわち融液溜め部の下部周囲と結晶成長部とが結合された単結晶育成用容器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２０１６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、単光子放射断層撮像装置（ＳＰＥＣＴ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）やＸ線を用いたコンピュータ断層撮影（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）において、半導体検出器の利用が注目されている。
【０００６】
従来、これらの装置の検出器にはＸ線あるいはガンマ線を受けると発光するシンチレータと、その光を増幅する光電子増倍管の組み合わせが使用されている。これに対し、近年、シンチレータを半導体検出器に置き換えることで入射した光子のエネルギーについての情報が得られるようになり、医学的検査の効率化や取得画質の改善に利用することができるようになってきた。
【０００７】
半導体検出器の原理は、高電圧を印加して電場を発生させた場に半導体結晶を置いた状態で放射線を入射させ、放射線と半導体結晶との相互作用により生じる電荷キャリア（電子と正孔）が電場により移動する過程を電気信号として取り出すものである。
【０００８】
ここで、電荷キャリアは半導体結晶中に存在する不純物によって捕獲あるいは再結合が促進されるため、不純物濃度が高いほど電荷キャリアの移動度（μ）は低くなり、平均寿命（τ）も短くなる。
【０００９】
また、電荷キャリアが電極に向かって移動する距離が大きければ大きいほど検出される電気信号は大きくなるが、電場あたりの電荷キャリアの捕獲長、すなわち移動度と平均寿命の積であるμτ積が大きいほど検出器用の半導体として優れていることが一般的に知られている。
また、不純物濃度が非常に高い場合には不純物由来の電荷キャリアにより半導体結晶の電気抵抗が小さくなり、電場により定常的に電流が流れるため、放射線により生じる微小な電気信号を検出できなくなってしまう。
【００１０】
これらのことより、半導体結晶の純度を向上させることは、検出器として優れた特性を得るために非常に重要である。また、結晶格子内の構造的欠陥も不純物と同様の働きをするため、構造的欠陥を低減する、すなわち単結晶であることも必要である。
【００１１】
一方で、電荷キャリアの生成は放射線だけでなく、熱によっても引き起こされるため、半導体結晶のバンドギャップエネルギーが小さい場合には熱による影響が大きく、冷却しなければ放射線検出器として機能しない。対して、バンドギャップエネルギーが１．５ｅＶよりも大きな半導体結晶では熱による影響が小さく、室温付近でも使用できる可能性がある。
【００１２】
室温付近で動作する放射線検出器として使用が検討されている半導体結晶には、テルル化カドミウム、カドミウム・亜鉛・テルル、砒化ガリウム、臭化タリウムなどがある。半導体結晶の構成原子の原子番号が大きく、結晶の密度が高いほど放射線を止めるのに必要な厚みは低減できるため、検出器を作製する際に有利となる。特に、臭化タリウムは、原子番号８１のタリウムと原子番号３５の臭素から構成され、密度も７ｇ／ｃｍ３以上と高く、さらにバンドギャップエネルギーも約２．７ｅＶと大きいため、有望視されている。しかし、市販の臭化タリウム原料の純度は高くても９９．９９９％程度であるため、放射線検出器の製造に利用するためには高純度化処理が不可欠である。
【００１３】
ところで、半導体結晶の製造に際してはその原料を効率良く、かつ十分に高純度化する必要があるが、これを両立させることは難しい。
【００１４】
例えば、特許文献１に記載の方法は、本来は原料の高純度化を狙ったものではないが、単純な真空蒸留にも用いることができ、精製後の原料をそのまま結晶育成に用いることができる、との利点を有している。
【００１５】
しかし、特許文献１に記載の容器では、不純物のうち、目的成分（結晶育成用の原料）より蒸発しやすい不純物を除去することが困難であるため、更なる高純度化に対応することができない、との問題がある。
【００１６】
本発明は、半導体結晶の原料の高純度化を図りながら、結晶の製造効率を高めることが可能な結晶育成用るつぼと、それを備えた結晶育成装置ならびに結晶育成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】
【００１７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原料を保持する保持部と、この保持部に保持された原料を気化させたときの初留を回収する初留回収部と、前記保持部に保持された原料を気化させたときの本留を回収し、結晶を育成するための結晶育成部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体結晶の原料の高純度化を図りながら、結晶の製造効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図２】本発明の第１実施例における半導体の結晶育成装置の概略の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例における本発明の結晶育成用るつぼを用いた半導体結晶の育成方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施例における初留回収時の結晶育成用るつぼの状態および原料の移動の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施例における本留回収時の結晶育成用るつぼの状態および原料の移動の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の第１実施例における本留回収終了時の結晶育成用るつぼの状態の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の第２実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図８】本発明の第３実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図９】本発明の第４実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図１０】本発明の第５実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図１１】本発明の第６実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図１２】本発明の第７実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図１３】本発明の第８実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【図１４】本発明の第９実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の結晶育成用るつぼと、それを備えた結晶育成装置ならびに結晶育成方法の実施例を、図面を用いて説明する。
【００２１】
＜第１実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼと、それを備えた結晶育成装置ならびに結晶育成方法の第１実施例を、図１乃至図６を用いて説明する。なお、図１乃至図６においては、育成する結晶を臭化タリウムとした場合を例に挙げて説明する。
図１は本発明の第１実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図、図２は本発明の第１実施例における半導体の結晶育成装置の概略の一例を示す図、図３は本発明の第１実施例における本発明の結晶育成用るつぼを用いた半導体結晶の育成方法の一例を示すフローチャート、図４は本発明の第１実施例における初留回収時の結晶育成用るつぼの状態および原料の移動の一例を示す概略図、図５は本発明の第１実施例における本留回収時の結晶育成用るつぼの状態および原料の移動の一例を示す概略図、図６は本発明の第１実施例における本留回収終了時の結晶育成用るつぼの状態の一例を示す概略図である。
【００２２】
図１において、結晶育成用るつぼ１０は、保持部１２、直管部１３、初留回収部１４、本留凝縮部１６、結晶育成部１８により概略構成されている。
【００２３】
保持部１２は、結晶育成部１８と接続する管部１７の上端がその下方から突出した形状となっており、この管部１７が下方から突出していることにより、保持部１２は他の部位から隔離する形で原料２０を保持する。
初留回収部１４は、保持部１２に保持された原料２０を気化させたときの初留を回収する部分であり、保持部１２と接続する管部１５の上端が初留回収部１４の底部より突出した形状となっている。管部１５は、管部１７よりその径が小さく、この管部１５が初留回収部１４の底部から突出していることによって初留回収部１４は初留２４を他の部位から隔離する形で保持する。
本留凝縮部１６は、保持部１２に保持された原料２０を気化させたときの本留を凝縮させる部分であり、初留回収部１４と後述する結晶育成部１８との間に配置されている。本留凝縮部１６では、管部１５の末端が下凸に突出しており、この本留凝縮部の下凸部分で凝縮して液化した原料２６が重力によって自然落下し、管部１７を介して結晶育成部１８で回収される。
結晶育成部１８は、本留凝縮部１６で凝縮させた原料融液２８からなる本留３０を保持し、この保持した本留３０から結晶を育成する際に結晶が生成される箇所である。
直管部１３は、結晶育成用るつぼ１０内を減圧するための真空排気装置１１０（図２参照）の真空排気管１１２（図２参照）に連通する管状の部分で、初留回収部１４の上方に配置されている。
【００２４】
次に、図２を用いて、結晶育成装置の全体の概略構成について説明する。
【００２５】
図２に示すように、結晶育成装置１００は、図１に示すような結晶育成用るつぼ１０と、この結晶育成用るつぼ１０を加熱するための加熱炉１０４と、昇降装置１０８と、真空排気装置１１０とを概略備えている。
【００２６】
加熱炉１０４は、結晶育成用るつぼ１０の各部（保持部１２、初留回収部１４、本留凝縮部１６、結晶育成部１８）の温度を独立に制御可能な多段式のヒータ１０２と、この多段式のヒータ１０２の温度を個別に制御するヒータ制御部１０６を備えている。
昇降装置１０８は、結晶育成用るつぼ１０を昇降させるための装置であり、支柱１０９によって支持されている。結晶育成用るつぼ１０は、この昇降装置１０８により吊り下げられており、必要に応じて結晶育成用るつぼ１０を上下に移動させることが可能となっている。
真空排気装置１１０は、結晶育成用るつぼ１０内を真空排気するための装置であり、真空排気管１１２を介して結晶育成用るつぼ１０の直管部１３と接続されている。
【００２７】
本実施例においては、結晶育成用るつぼ１０の温度を制御するための温度制御部は、ヒータ１０２と、ヒータ制御部１０６と、昇降装置と１０８とにより概略構成される。
【００２８】
次に、図２に示すような結晶育成装置１００を用いて、図１に示すような結晶育成用るつぼ１０の保持部１２に原料２０を投入し、内部を真空または減圧状態とし、るつぼ１０の各部位の温度を適切に制御することで各蒸留留分の分離を行い、その後、高純度化した本留を用いて結晶の育成を行う。
以下、図３のフローチャートおよび図４乃至図６を参照して一連の工程について説明する。
【００２９】
まず、直管部１３の上端側が封管されていない状態とした図１に示すような結晶育成用るつぼ１０を準備する。この準備した結晶育成用るつぼ１０からの不純物の混入を極力抑えるため、るつぼ１０の材質は高純度のシリカガラスとする。
次いで、結晶育成用るつぼ１０の内部に付着した不純物を除去するため、濃度５％のフッ酸により洗浄し、純水により５回すすいだ後に乾燥させる（ステップＳ１０）。
【００３０】
次に、内部が完全に乾燥したことを確認したら、結晶育成用るつぼ１０の直管部１３の上端側から臭化タリウム原料３ｋｇを保持部１２へと充填する（ステップＳ１２）。
その際は、そのまま原料２０を投入すると結晶育成部１８へと落下してしまうため、柔らかいホースを結晶育成用るつぼ１０の直管部１３の上端側から挿入し、ホースの先端を保持部１２へ導き、ホースの中を通して原料２０を投入する。原料２０に粉末状のものを用いる場合、途中で詰まりやすいため、振動を与えつつ少量ごとに投入することが有効である。
また、臭化タリウムは毒性が強い物質であるため、作業に際しては保護めがね、保護マスク、不浸透性の手袋、全身を覆う作業着を着用し、周囲に飛散しないよう必要に応じて排気ダクトで作業部位付近を吸引しながら行うことが望ましい。
【００３１】
原料２０の充填完了後、結晶育成用るつぼ１０を図２に示すような結晶育成装置１００の加熱炉１０４内に配置し、ステンレス製のワイヤーで吊って昇降装置１０８に結晶育成用るつぼ１０を接続する。また、加重が結晶育成用るつぼ１０の上部のみにかかると過重に耐え切られずに結晶育成用るつぼ１０が破損する恐れがあるため、結晶育成部１８および保持部１２の下部にもワイヤーを巻き、結晶育成用るつぼ１０の下側で加重を受け持つ構造とする。
【００３２】
次いで、結晶育成用るつぼ１０の直管部１３の先端に真空排気管１２を接続する。真空排気装置１１０には原料２０の蒸気が吸引された場合でも除去できるように、液体窒素で冷却したトラップを搭載する。この状態で真空排気装置１１０を起動し、結晶育成用るつぼ１０の内部を真空引きして、そのまま１時間保持することで、常温で揮発する成分を除去する（ステップＳ１４）。
通常、臭化タリウムは水溶液中で合成されるため、その表面には多量の水分が付着している可能性が高い。このため、水分を除去するために真空引きを続けながら結晶育成用るつぼ１０全体を徐々に昇温する（ステップＳ１６）。具体的には、真空排気装置１１０によって真空引きした状態で、室温〜１００℃まで１時間で昇温し、１００℃で１時間保持する。次いで３００℃まで１時間で昇温し、３００℃で１時間保持する。
なお、温度が高いほど水分の除去は行いやすくなるが、あまり高い温度では融点以下であっても臭化タリウムの蒸気圧が高くなって多量の蒸発が生じてしまうため、適温に保つことが望ましい。
【００３３】
次に、バーナーを用いて結晶育成用るつぼ１０の先端付近を溶封する（ステップＳ１８）。
溶封部位は、直管部１３の真空排気管１１２と接続する部分より下部とし、溶封作業は内部を真空引きしながら行う。これにより、結晶育成用るつぼ１０内部は真空または減圧状態に保たれ、原料２０の蒸気圧を効果的に利用した真空蒸留を行うことができる。結晶育成用るつぼ１０の内部の圧力は、臭化タリウムが３００℃の状態において５００Ｐａ以下が望ましく、更に１００Ｐａ以下であることがより望ましい。溶封後は、真空排気装置１１０を停止する。
【００３４】
次に、蒸発しやすい不純物が多く含まれる初留２４を除去するため、初留２４の回収工程に移行する。
まず、結晶育成部１８、保持部１２、本留凝縮部１６の各温度を初留回収部１４の温度以上に設定する。具体的には、結晶育成用るつぼ１０の結晶育成部１８と保持部１２と本留凝縮部１６とが６００℃、初留回収部１４が４８０℃となるようヒータ制御部１０６を設定し、この温度状態を３０分間保持する（ステップＳ２０）。
【００３５】
この工程により、原料２０に含まれる蒸発しやすい成分と臭化タリウムの一部が、初留回収部１４を結晶育成部１８、保持部１２、本留凝縮部１６よりも低温にしたことによって生じる温度勾配によって初留回収部１４へと向かい（図４中の白抜き矢印）、初留回収部１４にて凝縮して初留２４として液体または固体となる（図４に示す状態、ステップＳ２２）。
【００３６】
なお、初留回収部１４で液体となったものについては、表面張力により結晶育成用るつぼ１０の内側に付着した状態で重力の作用を受け、初留回収部１４の底部へと導かれる。初留回収部１４の中央には保持部１２につながった管部１５が突き出しているため、その先端は初留回収部１４の底部よりも高い位置にあることから、この両者の間へ液体状の初留２４が収集される。初留２４のうち固体となったものについては結晶育成用るつぼ１０壁面に付着してその場所に留まるため、結晶育成部１８へ進入することは無い。また、結晶育成部１８は温度が高いため、初留２４の蒸気が結晶育成部１８において凝縮することもない。
この初留回収工程では、初留２４の回収量を多くすると、不純物除去量を増やすことができるが、原料２０の損失も多くなる。従って、概ね原料２０の投入量の１割前後を初留２４として回収するのが適当である。また、これ以降の工程は長時間を要するため、一旦初留回収部１４の温度を３００℃、それ以外の部分の温度を４８０℃に下げておき、翌日以降に次工程に移行することも可能である。
【００３７】
初留２４の回収工程の後、不純物の少ない本留３０を結晶育成部１８へと導く本留３０の回収工程に移行する。
まず、結晶育成用るつぼ１０の結晶育成部１８と本留凝縮部１６の温度を原料２０の融点付近まで下げる。具体的には、結晶育成部１８と本留凝縮部１６が４８０℃、保持部１２が６００℃、初留回収部１４が３００℃となるようヒータ温度部１０６を設定する。そしてこの状態を５時間保持する（ステップＳ２４）。
【００３８】
このステップＳ２４の状態では、原料２０から発生する蒸気（図５中の白抜き矢印）は初留回収部１４へ到達する前に本留凝縮部１６、遅くとも管部１５において凝縮して液体（凝縮原料２６）となり、結晶育成用るつぼ１０の本留凝集部１６内部側の管壁に付着する。付着した凝縮原料２６は、本留凝縮部１６の下凸の壁面を伝わって中央へと移動し、最終的に液滴２８となって落下し、管部１７を通じて結晶育成部１８へと導かれる（図５に示す状態）。
これにより、不純物が最も少ない本留３０を結晶育成部１８へと回収することができる。また、本留凝縮部１６と初留回収部１４を繋ぐ管を溶封する必要が無いため、安全かつ効率的に初留２４の回収工程から本留３０の回収工程へと移行することができる。
【００３９】
なお、保持部１２の温度を高くすることで蒸留の速度を上げることができるが、同時に蒸発しにくい不純物が蒸発しやすくなるため、本留３０の純度が低下する恐れがある。本留３０の純度を下げずに蒸留速度を上げる場合には、結晶育成用るつぼ１０内の原料２０以外の気体成分の分圧をできる限り下げ、結晶育成用るつぼ１０内の気体の大部分が原料２０の蒸気で構成されるようにすることが望ましい。
【００４０】
また、本留３０の回収を続けていくと保持部１２の原料２０には蒸発しにくい不純物が蓄積していくため、本留３０の回収量が増すほど本留３０の純度が低下していくことになる。このため、保持部１２に原料２０がある程度残った状態で保持部１２の温度を蒸発がほとんど生じない温度、具体的には保持部１２の温度が４８０℃まで下がるようヒータ制御部１０６を設定し、本留３０の回収を終了する（ステップＳ２６、図６に示す状態）。
ここで、保持部１２に原料２０をある程度残すが、その量は概ね原料２０の投入量の１割前後が適当である。当然ながら保持部１２の原料２０が無くなるまで本留３０の回収を継続することもできるが、その場合、保持部１２には黒色の不純物残渣が残り、その蒸発を完全に防ぐことは難しくなるため、ある程度は原料２０を保持部１２に残しておくことが好ましい。
【００４１】
次いで、昇降装置１０８を用いて結晶育成部１８が保持部１２の位置に来るまで結晶育成用るつぼ１０を上昇させる（ステップＳ２８）。
この工程により、初留回収部１４は加熱炉１０４の外へ出て室温付近まで温度が下がり、本留凝縮部１６と保持部１２は３００℃となる。そのため、これらの部位に残留する原料２０は、融点以下となって凝固し、他の部位へ移動する恐れは無くなる。
【００４２】
次いで、結晶育成用るつぼ１０を上昇させたことで生じた結晶育成部１８の下部の空間が３７０℃、結晶育成部１８が４８０℃となるようにヒータ制御部１０６を設定する（ステップＳ３０）。この温度差を利用して結晶育成部１８において結晶の育成を開始する。
【００４３】
結晶育成工程へ移行するため、昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０を下降させ、液体状の本留３０を結晶育成用るつぼ１０の下部から冷却し、凝固させる（ステップＳ３２）。このときの結晶育成用るつぼ１０の下降速度は、例えば１時間当たり０．１〜２ｍｍとする。下降速度は小さいほど良質な結晶が得られやすいが、下降時間が延びるため、製造に際しては１時間あたり０．５〜１ｍｍ程度とすることが適当である。
【００４４】
このように結晶育成用るつぼ１０の各部位の温度を制御することで、不純物の少ない本留３０のみを結晶育成部１８へ回収することができる。また回収した本留３０を、温度勾配をつけながら冷却して凝固させていくことで、本留３０を大気に曝すことなく結晶育成工程へと移行することができる。
【００４５】
結晶育成部１８の本留３０がすべて結晶化した後、結晶育成用るつぼ１０を割って中の結晶インゴットを取り出す（ステップＳ３４）。その際、結晶にできる限り力が加わらないように注意を払い、また臭化タリウムの粉塵を吸い込まないように十分な風量を有するクリーンベンチ内にて、保護手袋を着用して作業を行う。結晶インゴットは薄黄色透明であり、初留は薄黄色不透明であった。対して保持部１２の残留物は褐色不透明であり、それぞれ不純物の量を反映した色調を呈していた。
【００４６】
グロー放電質量分析（ＧＤＭＳ：Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られた結晶インゴットの不純物量を測定した結果、蒸発しやすい不純物元素であるＭｇ，Ｎａ，Ｚｎ，Ａｓおよび蒸発しにくい不純物元素であるＴｉ，Ｍｎ，Ｏのいずれも１ｐｐｍ以下であった。結晶育成用るつぼ１０の材料と臭化タリウムとの反応によりＳｉが混入するが、それでも１０ｐｐｍ以下であった。
【００４７】
また、結晶インゴットの内部は概ね単結晶であり、ときおり複数の結晶核が同時に成長したことによる結晶界面がみられたが、その場合でも結晶インゴットの上端から観察した場合にみられる結晶の数は５個以下であった。なお、検出器に供する場合は数ミリ四方の小片とするため、結晶界面を避けて使用すれば良いが、歩留りの観点から結晶インゴットはできる限り結晶界面の無い単結晶とすることが望ましい。
【００４８】
上述したように、本発明の結晶育成用るつぼとそれを備えた結晶育成装置ならびに結晶育成方法の第１実施例では、結晶育成に用いる結晶育成用るつぼ１０として、原料２０を保持する保持部１２、保持部１２に保持された原料２０を気化させたときの初留２４を回収する初留回収部１４、保持部１２に保持された原料２０を気化させたときの本留を凝縮させる本留凝縮部１６、本留凝縮部１６で凝縮させた原料融液２８からなる本留３０を保持し、保持した本留３０から結晶を育成する際に結晶を生成するための結晶育成部１８とを備えるるつぼを用いる。
【００４９】
これにより、真空蒸留を行う際に、不純物濃度の高い初留２４の除去を容易に行うことが可能となり、高い純度の結晶原料を得ることができる。また、初留２４の除去後に管部１５の溶封工程等を行うことなく結晶育成用るつぼ１０の各部位の温度制御を行うことで、速やかに本留３０の回収作業に移行することができる。このため、安全性が高く、その後の本留３０を結晶化させる際にも外界との接触を絶ったまま速やかに結晶育成工程に移行することができ、外部からの汚染をより確実に防止することが可能である。
これらの効果により、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【００５０】
＜第２実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第２実施例を図７を用いて説明する。
図７は本発明の第２実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【００５１】
図７に示すように、本発明の第２実施例に係る結晶育成用るつぼ１０Ａは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の構成に加えて、保持部１２の本留凝縮部１６側である上部側に、蒸留用充填物４２を備えるものである。
【００５２】
この蒸留用充填物４２は、表面積が大きく、不活性の材質からなり、例えばシリカガラスなどがその材質として挙げられる。蒸留用充填物４２の断面形状は、図７では略円形であるが、この形状に限定されない。蒸留用充填物４２には、他にも不活性な材料であれば使用可能であるが、保持部１２に充填する原料より密度が高いものを使用する場合には蒸留用充填物４２を原料の上部に保持しておくための機構が必要であり、たとえば台を挿入するなどの方法が挙げられる。
【００５３】
蒸留用充填物４２を備える以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【００５４】
この結晶育成用るつぼ１０Ａを用いて初留２４の回収工程および本留回収工程を行う際は、蒸留用充填物４２の保持部１２に近い部分の温度を高く、蒸留用充填物４２の上端、すなわち本留凝縮部１６に近づくにつれて温度が低くなるようヒータ制御部１０６の設定を行う。
【００５５】
以下、結晶育成の一連の工程について、実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００５６】
まず、図７に示すような結晶育成用るつぼ１０Ａを準備する。この結晶育成用るつぼ１０Ａの蒸留用充填物４２として多数のシリカガラス製の短管を準備する。
【００５７】
準備した結晶育成用るつぼ１０Ａに原料を投入した後、蒸留用充填物４２を投入する。
次いで、初留回収時では、結晶育成用るつぼ１０Ａの結晶育成部１８と保持部１２が６００℃、蒸留用充填物４２上端が４８０℃、本留凝縮部１６が５２０℃、初留回収部１４が４８０℃となるようにヒータ制御部１０６を設定し、１時間保持する。なお、蒸留用充填物４２を使用する本実施例では、初留回収部１４への蒸気の移動が遅くなるため、実施例１における初留回収工程に比べて保持時間を長くする必要がある。
【００５８】
次に、本留回収時には、結晶育成用るつぼ１０Ａの結晶育成部１８と蒸留用充填物４２上端と本留凝縮部１６とが４８０℃、保持部１２が６００℃、初留回収部１４が３００℃となるようにヒータ制御部１０６を設定し、１０時間保持する。以降の工程は、実施例１と同様の工程を行う。
【００５９】
グロー放電質量分析により得られた結晶インゴットの不純物量を測定した結果、蒸発しやすい不純物元素であるＭｇ，Ｎａ，Ｚｎ，Ａｓおよび蒸発しにくい不純物元素であるＴｉ，Ｍｎ，Ｏのいずれも０．５ｐｐｍ以下であった。Ｓｉについては５ｐｐｍ以下と、実施例１の結晶に比べてより良好な結果であった。
【００６０】
本発明の結晶育成用るつぼの第２実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【００６１】
加えて、保持部１２で生じて上昇した蒸気が蒸留用充填物４２にて再度凝縮して液体となり、重力の作用により下降する。そして下降する途中で保持部１２の高温によって再び蒸発する。このように原料２０の蒸発と液化とを繰り返し生じさせることができる。蒸留における不純物の分離作用は気体と液体の相変化に際して生じるものであるため、蒸発と液化の回数を増やすほど分離効率が向上し、より高純度な結晶育成用の本留を得ることが可能となる。
【００６２】
＜第３実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第３実施例を図８を用いて説明する。
図８は本発明の第３実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【００６３】
図８に示すように、本発明の第３実施例における結晶育成用るつぼ１０Ｂは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の構成に加えて、初留回収部１４の上部の直管部１３Ａに、同軸コールドトラップ５２を備えるものである。
【００６４】
この同軸コールドトラップ５２は、沸点の低い不純物、たとえば水や臭化珪素などを効果的に除去するためのトラップ部５３と、このトラップ部５３を冷却するための冷却部５４をと有している。この同軸コールドトラップ５２のトラップ部５３を０℃以下に冷却することで、沸点の低い不純物、たとえば水や臭化珪素などを効果的に除去することができる。
【００６５】
同軸コールドトラップ５２以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【００６６】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００６７】
まず、図８に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｂを準備する。
【００６８】
準備した結晶育成用るつぼ１０Ｂの保持部１２に原料を投入した後、初留回収工程において、結晶育成用るつぼ１０Ｂの結晶育成部１８と保持部１２と本留凝縮部１６とが６００℃、初留回収部１４が４８０℃となるようにヒータ制御部１０６を設定するとともに、同軸コールドトラップ５２のトラップ部５３がマイナス２０℃となるように冷却部５４の温度を制御し、３０分間保持する。
工程を進めるにつれて同軸コールドトラップ５２のトラップ部５３には白色の固体が蓄積していくが、その量は壁面を覆う程度であった。
【００６９】
次いで本留回収工程に進み、結晶育成用るつぼ１０Ｂの結晶育成部１８と本留凝縮部１６が４８０℃、保持部１２が６００℃、初留回収部１４が３００℃となるようにヒータ制御部１０６を設定するとともに、同軸コールドトラップ５２のトラップ部５３がマイナス２０℃となるように冷却部５４の温度を制御し、５時間保持する。この間も同軸コールドトラップ５２のトラップ部５３には白色固体の蓄積が続いた。以降については実施例１と同様の工程を行う。
【００７０】
グロー放電質量分析により得られた結晶インゴットの不純物量を測定した結果、蒸発しやすい不純物元素であるＭｇ，Ｎａ，Ｚｎ，Ａｓおよび蒸発しにくい不純物元素であるＴｉ，Ｍｎのいずれも１ｐｐｍ以下であった。また、Ｏについては０．５ｐｐｍ以下、Ｓｉについては５ｐｐｍ以下であった。
【００７１】
本発明の結晶育成用るつぼの第３実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【００７２】
加えて、同軸コールドトラップ５２によって沸点の低い不純物、たとえば水や臭化珪素などを効果的に除去することができ、育成する結晶の不純物濃度の更なる低減が可能である。
【００７３】
＜第４実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第４実施例を図９を用いて説明する。
図９は本発明の第４実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【００７４】
図９に示すように、本発明の第４実施例に係る結晶育成用るつぼ１０Ｃは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の構成に加えて、初留回収部１４の横側に並列コールドトラップ５６を備えるものである。
【００７５】
この並列コールドトラップ５６は、初留回収部１４の横側に配置されており、直管部１３Ｂにその一端が接続する並列管５７と、並列管５７の他端に接続するトラップ部５８と、このトラップ部５８を冷却するための冷却部５９をと有している。
【００７６】
並列コールドトラップ５６以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【００７７】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００７８】
まず、図９に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｃを準備する。
【００７９】
準備した結晶育成用るつぼ１０Ｃの保持部１２に原料を投入した後、初留回収工程において、結晶育成用るつぼ１０Ｃの結晶育成部１８と保持部１２と本留凝縮部１６とが６００℃、初留回収部１４が４８０℃となるようにヒータ制御部１０６を設定するとともに、並列コールドトラップ５６のトラップ部５８がマイナス４０℃となるように冷却部５９の温度を制御し、３０分間保持する。
工程を進めるにつれて並列コールドトラップ５６のトラップ部５８には白色の固体が蓄積していくが、その量は壁面を覆う程度であった。
【００８０】
次いで本留回収工程に進み、結晶育成用るつぼ１０Ｃの結晶育成部１８と本留凝縮部１６とが４８０℃、保持部１２が６００℃、初留回収部１４が３００℃となるようにヒータ制御部１０６を設定するとともに、並列コールドトラップ５６のトラップ部５８がマイナス４０℃となるように冷却部５９の温度を制御し、５時間保持する。この間も並列コールドトラップ５６のトラップ部５８には白色固体の蓄積が続いた。以降については実施例１と同様の工程を行う。
【００８１】
グロー放電質量分析により得られた結晶インゴットの不純物量を測定した結果、蒸発しやすい不純物元素であるＭｇ，Ｎａ，Ｚｎ，Ａｓおよび蒸発しにくい不純物元素であるＴｉ，Ｍｎのいずれも１ｐｐｍ以下であった。また、Ｏについては０．３ｐｐｍ以下、Ｓｉについては３ｐｐｍ以下であった。
【００８２】
本発明の結晶育成用るつぼの第４実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【００８３】
加えて、並列コールドトラップ５６を０℃以下に冷却することで、実施例３と同様に沸点の低い不純物、たとえば水や臭化珪素などを効果的に除去することができる。
また、初留回収部１４の横側に並列コールドトラップ５６が設置されていることで、加熱炉１０４から上昇してくる高温の空気による影響を抑えることができ、並列コールドトラップ５６の温度をより下げやすくなる。よって、沸点の低い不純物の回収率を向上させたり、冷却部５９の性能が低い場合でも動作させたりすることができ、育成する結晶の不純物濃度の更なる低減を図ることが可能である。
【００８４】
＜第５実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第５実施例を図１０を用いて説明する。
図１０は本発明の第５実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【００８５】
図１０に示すように、本発明の第５実施例に係る結晶育成用るつぼ１０Ｄは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の結晶育成部１８の代わりに、ゾーン精製部６２と、可動ヒータ６４とを更に有する結晶育成部６１を備えるものである。
【００８６】
本実施例の結晶育成用るつぼ１０Ｄは、図１０に示すように、結晶育成部６１に、ゾーン精製を行うための太いゾーン精製部６２を有しており、縦に設置して本留回収を行った後に、横にして可動ヒータ６４によって加熱することによってゾーン精製を行えるようにしたものである。
【００８７】
結晶育成部６１以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【００８８】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００８９】
図１０に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｄを用いて本留回収工程まで行った後、結晶育成用るつぼ１０Ｄ全体の温度を４０℃以下まで徐冷し、加熱炉１０４より取り出す。
その後、結晶育成用るつぼ１０Ｄを横向きに置き、可動ヒータ６４の温度が６００℃になるよう設定する。可動ヒータ６４の温度が６００℃となったら、結晶育成部６１のゾーン精製部６２の先端（図１０右側）を加熱して内部の固体を溶融させ、可動ヒータ６４を徐々に図１０の左方向に移動させて内容物を均一に広げる。そして可動ヒータ６４を１時間当たり２ｍｍの速度で端からもう一方の端まで動かし、これを数回繰り返してゾーン精製を行う。最後に可動ヒータ６４を１時間当たり０．５ｍｍの速度で動かして結晶を育成する。
グロー放電質量分析により得られた結晶インゴットの不純物量を測定した結果、蒸発しやすい不純物元素であるＭｇ，Ｎａ，Ｚｎおよび蒸発しにくい不純物であるＴｉ，Ｍｎ，Ｏのいずれも０．５ｐｐｍ以下であった。Ｓｉについては３ｐｐｍ以下であった。ただし、Ａｓについては１ｐｐｍ以下であった。
【００９０】
本発明の結晶育成用るつぼの第５実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【００９１】
加えて、蒸留した原料を外界と触れさせること無くゾーン精製に使用できるため、より高い純度の結晶を育成する場合に非常に好適である。
なお、固体と液体の間の相変化に際して、Ａｓは臭化タリウムの固体側に取り込まれやすいためゾーン精製では除去し難いことから、蒸留工程で十分に除去しておくことが望ましい。
【００９２】
＜第６実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第６実施例を図１１を用いて説明する。
図１１は本発明の第６実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【００９３】
図１１に示すように、本発明の第６実施例に係る結晶育成用るつぼ１０Ｅは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の構成に加えて、結晶育成部７１の下部に、種結晶発生部７２を備えるものである。
【００９４】
この種結晶発生部７２は、図１１に示すように結晶育成部７１の下部に配置された細い管状の部分である。
【００９５】
種結晶発生部７２以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【００９６】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【００９７】
図１１に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｅを用いて本留回収工程まで行った後、種結晶発生部７２が保持部１２の位置に来るまで、結晶育成装置１００の昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０Ｅを上昇させる。
次いで、昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０Ｅを下降させ、液体状の本留を結晶育成用るつぼ１０Ｅの下部から冷却し凝固させる。結晶育成用るつぼ１０Ｅの下降速度は１時間当たり０．１〜２ｍｍとする。
【００９８】
得られた結晶インゴットは単結晶が多く、結晶界面が存在する場合でも結晶インゴットの上端から観察した場合にみられる結晶の数は３個以下であった。
【００９９】
本発明の結晶育成用るつぼの第６実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【０１００】
加えて、種結晶発生部７２を備えていることによって、結晶育成時にこの種結晶発生部７２で種結晶を発生させると、最も大きく成長した結晶が結晶育成部７１へと進入し、そこを基点にさらに結晶成長を進行させることで、より確実に単結晶を得ることが可能となる。
【０１０１】
＜第７実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第７実施例を図１２を用いて説明する。
図１２は本発明の第７実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【０１０２】
図１２に示すように、本発明の第７実施例における結晶育成用るつぼ１０Ｆは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の構成に加えて、結晶育成部７３の下部に、種結晶選択部７６と、この種結晶選択部７６の下部に種結晶発生部７４とを備えるものである。
【０１０３】
種結晶選択部７６は、結晶育成部７３の下部に設けられた細い管状の部分であり、種結晶発生部７４は、種結晶選択部７６の下部に設けられた種結晶選択部７６より径が太い管状の部分である。
【０１０４】
種結晶選択部７６と、種結晶発生部７４以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【０１０５】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【０１０６】
図１２に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｆを用いて本留回収工程まで行った後、種結晶発生部７４が保持部１２の位置に来るまで、結晶育成装置１００の昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０Ｆを上昇させる。
次いで、昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０Ｆを下降させ、液体状の本留を結晶育成用るつぼ１０Ｆの下部から冷却し凝固させる。結晶育成用るつぼ１０Ｆの下降速度は１時間当たり０．１〜２ｍｍとする。
【０１０７】
得られた結晶インゴットはほとんどの場合に単結晶であり、結晶界面が存在する場合でも結晶インゴットの上端から観察した場合に見られる結晶の数は２個以下であった。
【０１０８】
本発明の結晶育成用るつぼの第７実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【０１０９】
加えて、結晶育成時に種結晶発生部７４で発生する種結晶は１つとは限らないが、細い種結晶選択部７６を設置することで、種結晶選択部７６の下端に達した種結晶のみを結晶育成部７３へと導くことができ、これにより得られる結晶インゴットが単結晶となる可能性をより高めることができる。
【０１１０】
＜第８実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第８実施例を図１３を用いて説明する。
図１３は本発明の第８実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【０１１１】
図１３に示すように、本発明の第８実施例に係る結晶育成用るつぼ１０Ｇは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０の構成に加えて、結晶育成部８１の下部に、冷却棒８２を備えるものである。
【０１１２】
この冷却棒８２は、図１３に示すように、結晶育成部８１の下端に接続された部分であり、結晶育成時に結晶育成部８１の下端の冷却をより確実に行うために設けられている。
【０１１３】
冷却棒８２以外の構成は第１実施例の結晶育成用るつぼ１０と略同じであり、詳細は省略する。
【０１１４】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【０１１５】
図１３に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｇを用いて本留回収工程まで行った後、冷却棒８２が保持部１２の位置に来るまで、結晶育成装置１００の昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０Ｇを上昇させる。
次いで、昇降装置１０８を用いて結晶育成用るつぼ１０Ｇを下降させ、液体状の本留を結晶育成用るつぼ１０Ｇの下部から冷却し凝固させる。結晶育成用るつぼ１０Ｇの下降速度は１時間当たり０．１〜２ｍｍとする。
【０１１６】
得られた結晶インゴットは単結晶が多く、結晶界面が存在する場合でも結晶インゴットの上端から観察した場合にみられる結晶の数は３個以下であった。
【０１１７】
本発明の結晶育成用るつぼの第８実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【０１１８】
加えて、冷却棒８２を備えていることにより、結晶育成部８１の下部と上部での温度勾配を維持しやすくなり、結晶界面の少ない結晶インゴットをより確実に得ることが可能である。
【０１１９】
＜第９実施例＞  
本発明の結晶育成用るつぼの第９実施例を図１４を用いて説明する。
図１４は本発明の第９実施例における結晶育成用るつぼの構造の概略図である。
【０１２０】
図１４に示すように、本発明の第９実施例に係る結晶育成用るつぼ１０Ｈは、第１実施例の結晶育成用るつぼ１０に比べて、本留凝縮部９６が下凸の構造を持たない構造となっているものである。
【０１２１】
図１４に示すように、本実施例の結晶育成用るつぼ１０Ｈは、本留凝縮部９６が本留を結晶育成部９１へ導くための下凸の構造を有しておらず、代わりに蒸留時に結晶育成用るつぼ１０Ｈを斜めに配置することで、本留凝縮部９６で凝縮した本留が重力によって管路９７を通じて結晶育成部９１に導かれるよう保持部９２と本留凝縮部９６が配置されているものである。
【０１２２】
以下、結晶育成の一連の工程について実施例１と異なる点を中心に説明する。
【０１２３】
図１４に示すような結晶育成用るつぼ１０Ｈと、設置角度を変更可能に構成した加熱炉を備えた結晶育成装置を準備する。この準備した結晶育成用るつぼ１０Ｈを、加熱炉に斜めとなるように挿入・固定し、初留回収工程および本留回収工程を行う。この際の温度設定条件は実施例１と同じ条件とする。
その後、結晶育成用るつぼ１０Ｈの配置を縦にし、結晶成長を行う。
【０１２４】
グロー放電質量分析により得られた結晶インゴットの不純物量を測定した結果、蒸発しやすい不純物元素であるＭｇ，Ｎａ，Ｚｎ，Ａｓおよび蒸発しにくい不純物元素であるＴｉ，Ｍｎ，Ｏのいずれも１ｐｐｍ以下であった。Ｓｉは１０ｐｐｍ以下であった。
【０１２５】
また、結晶インゴットの内部は概ね単結晶であり、ときおり複数の結晶核が同時に成長したことによる結晶界面がみられるものもあったが、その場合でも結晶インゴットの上端から観察した場合にみられる結晶の数は５個以下であった。
【０１２６】
本発明の結晶育成用るつぼの第９実施例においても、前述した結晶育成用るつぼの第１実施例とほぼ同様な効果が得られる。すなわち、原料２０を効率よくかつ十分に高純度化することができるとともに、良質の半導体結晶を高効率に製造することができる。
【０１２７】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【０１２８】
例えば、上記実施例では本留凝縮部を備えた場合について説明したが、本留凝縮部がない結晶育成用るつぼを用いることは可能である。ただし、この場合、本留の一部が初留回収部へ移行し、結晶育成部への本留の回収効率が低下することになるため、本留凝縮部を備えた結晶育成用るつぼを用いることが望ましい。
【０１２９】
更に、上記実施例では育成する結晶として臭化タリウムを例示したが、育成する結晶はこれに限定されず、例えば、テルル化カドミウム、カドミウム・亜鉛・テルル、砒化ガリウム等の種々の結晶の育成に本発明は適用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ…結晶育成用るつぼ、
１２，９２…保持部、
１３，１３Ａ，１３Ｂ…直管部、
１４…初留回収部、
１５，１７，９７…原料蒸気の流れ、
１６，９６…本留凝縮部、
１８，６１，７１，７３，８１，９１…結晶育成部、
２０…原料、
２４…初留、
２６…凝縮原料、
２８…原料融液、
３０…本留、
４２…蒸留用充填物、
５２…同軸コールドトラップ、
５３…トラップ部、
５４…冷却部、
５６…並列コールドトラップ、
５７…並列管、
５８…トラップ部、
５９…冷却部、
６２…ゾーン精製部、
６４…可動ヒータ、
７２，７４…種結晶発生部、
７６…種結晶選択部、
８２…冷却棒、
１００…結晶育成装置、
１０２…ヒータ、
１０４…加熱炉、
１０６…ヒータ制御部、
１０８…昇降装置、
１０９…支柱、
１１０…真空排気装置、
１１２…真空排気管。
【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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【図１３】
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【図１４】
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