(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上端部で炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造することができる方法を提供する。【解決手段】結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、高圧引上げ炉１１内にＣ０ガスを供給し、るつぼ１２を回転することにより収容された液体原料と液体封止剤とを回転させ、攪拌治具２１によって封止剤融液を攪拌することにより、封止剤融液に対するＣＯの混入を促進する。【選択図】図１
2008056562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼに収容された結晶原料と封止剤とを炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆った状態で、前記原料融液に種結晶を接触させて、前記原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する方法であって、
前記結晶原料が融解した後、前記ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、前記炉内に一酸化炭素ガスを供給し、この状態で、前記るつぼを回転することにより収容された液体原料と液体封止剤とを回転させ、
前記液体封止剤中へ攪拌治具を設けて攪拌することで、前記一酸化炭素ガスを前記封止剤融液へ混入させることを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上である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】
るつぼに収容された結晶原料と封止材とを炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆った状態で、前記原料融液に種結晶を接触させて、前記原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する装置であって、
前記結晶原料が融解した後、前記炉内に一酸化炭素ガスを供給する一酸化炭素ガス供給手段と、
前記るつぼを回転させる回転手段とを有し、
前記種結晶が配設される結晶軸と、
前記結晶軸から独立し、前記封止剤溶液を攪拌して前記一酸化炭素ガスを封止剤溶液に混入させる攪拌治具とを、備えたことを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体封止引上げ法（以下「ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski method ）法」という。）によって製造されるＧａＡｓ単結晶の製造方法並びにその製造装置
に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ単結晶は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ（Field Effect Transistor ）という。」や集積回路（以下「ＩＣ（Integrated Circuit）という。」等の高速、高周波デバイス用の基板材料として広く使用されている。このＧａＡｓ単結晶の製造方法のひとつにＬＥＣ法がある。このＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する場合は、例えば、次のようにして製造される。
【０００３】
まず、るつぼに結晶原料や封止剤等の結晶製造材料を収容する。その後、るつぼを高圧引上げ炉内に収容する。その後、炉内の雰囲気ガスをＡｒガスで置換するとともに、炉内の圧力をＡｒガスで所定の値まで上げる。その後、るつぼに収容されている結晶製造材料を加熱することによって、ＧａＡｓ多結晶を合成する。その後、さらに加熱を行い、原料融液（ＧａＡｓ融液）を作る。その後、この原料融液を封止剤融液で覆った状態で、この原料融液の表面に種結晶を接触させて、この種結晶およびまたは原料融液を回転させつつ（両者を回転させる際は、逆方向回転とする。）引き上げながら冷却固化することによって、ＧａＡｓ単結晶を製造する。以上が、ＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する場合の一例である。
【０００４】
このＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する装置では、炉内に発熱体や断熱材が配設されている。これらは、グラファイト等のカーボン材で構成されている。このカーボン材を用いた装置では、製造されたＧａＡｓ単結晶中に、炭素が不純物として混入すると考えられていた。結晶中に混入した炭素は、浅いアクセプタとして作用する。この場合、炭素濃度の高低がＧａＡｓ単結晶の電気特性や、イオンの注入後の活性化率に大きな影響を及ぼす。
【０００５】
ＧａＡｓ単結晶から形成されたＧａＡｓ基板に要求される電気特性は、この基板が使用される素子の種類によって異なる。しかし、どのような素子に使用されるにしろ、ＧａＡｓ基板の元となるＧａＡｓ単結晶には、上部から下部まで希望する炭素濃度をばらつくことなく均一に、かつ、再現性よく設定できることが望まれる。
【０００６】
ＬＥＣ法では、ＧａＡｓ単結晶中の炭素は、炉内の雰囲気ガス中の一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）から供給されると考えられる。このため、従来は、結晶成長中に、炉内の雰囲気ガス中のＣＯ濃度を結晶中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定することにより、結晶中の炭素濃度の均一性と、この均一性の再現性との確保を図るようになっていた。
【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、このような構成では、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度が不均一となり、結晶上部程、目標値より低くなるという問題があった。これは、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまで、数時間から数十時間かかるからであると考えられる。
【０００８】
すなわち、炉内のＣＯガスは、封止剤融液という中間介在物を経由して原料融液中に取
り込まれるため、原料融液中の炭素濃度と炉内のＣＯ濃度とが平衡状態に達するまでは、数時間から数十時間かかる。これにより、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでは、数時間から数十時間かかる。その結果、上記構成では、結晶中の炭素濃度が結晶上部で目標値より低くなってしまうわけである。
【０００９】
この問題を解決するためには、原料融液中の炭素濃度が目標値に達した後に、ＧａＡｓ単結晶の成長処理を開始するようにすればよい。
【００１０】
しかしながら、このような構成では、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでの時間が長い場合、ＧａＡｓ単結晶の製造時間が長くなるという問題が新たに発生する。
【００１１】
この問題を解決するためには、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまで、炉内のＣＯ濃度をＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度の目標値に対応する値より高くすることが考えられる。
【００１２】
しかしながら、このような構成であっても、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、例えば、２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上の高炭素濃度が要求される場合は、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでの時間が数十時間と長くなる。このため、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造することができない。
【００１３】
そこで、本発明は、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶およびこの単結晶を短時間に製造することができる製造方法並びに製造装置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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の発明者らは、封止剤融液を攪拌することにより、炉内の雰囲気ガスと原料融液との間接的な接触頻度を高め、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃度を目標値に設定するまでの時間を短縮することを試みた。実験の結果、このような構成によれば、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃度を短時間に目標値に達成できることがわかった。
【００１５】
そこで、課題を解決するための第１の手段に係るＧａＡｓ単結晶の製造方法は、るつぼに収容された結晶原料と封止材とを炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆った状態で、原料融液に種結晶を接触させて、原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する方法であって、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、炉内にＣＯガスを供給し、この状態で、封止剤溶液を攪拌することによって、ＣＯを封止剤融液へ混入させることを特徴とする。
【００１６】
この第１の手段に係る方法では、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、炉内にＣＯガスが供給される。そして、この状態で、封止剤融液が攪拌される。これにより、封止剤融液に対するＣＯの混入が促進される。その結果、ＣＯを含む封止剤融液と原料融液との反応による封止剤融液から原料融液への炭素の移動が促進される。これにより、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃度が短時間に目標値まで達成される。その結果、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶が短時間に製造される。
【００１７】
第２の手段に係るＧａＡｓ単結晶の製造方法は、第１の手段に係る方法において、ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上であることを特徴とする。
【００１８】
第３の手段に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置は、るつぼに収容された結晶原料と封止材とを炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆った状態で、原料融液に種結晶を接触させて、原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する装置であって、結晶原料が融解した後、炉の内部にＣＯガスを供給するＣＯガス供給手段と、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を成長させる前に、封止剤融液を攪拌することにより、ＣＯを封止剤融液に混入させる攪拌手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この第３の手段に係る装置では、第１の手段に係る方法を使って、ＧａＡｓ単結晶が製造される。これにより、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高濃度が要求される場合であっても、結晶上部において、炭素濃度が目標値まで設定されたＧａＡｓ単結晶が短時間に製造される。
【００２０】
第４の手段に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置は、第４の手段に係る装置において、第２の手段に係る方法と同様に、ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上であることを特徴とする。
【００２１】
第５の手段に係るＧａＡｓ単結晶は、ＬＥＣ法により製造され、結晶上端部から１００ｍｍ以内の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上であることを特徴とする。
【００２２】
この第５の手段に係るＧａＡｓ単結晶では、単結晶の上部から下部まで均一な炭素濃度を有するＧａＡｓ単結晶が得られる。
【発明の効果】
【００２３】
以上詳述したように、第１または第２の手段に係るＧａＡｓ単結晶の製造方法およびＧａＡｓ単結晶の製造装置よれば、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を成長させる前に、高圧引上げ炉内にＣＯガスを供給しながら、封止剤融液が攪拌される。これにより、結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上部の炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間で製造することができる。
【００２４】
また、第５の手段に係るＧａＡｓ単結晶によれば、結晶の上部から下部まで炭素濃度が均一なＧａＡｓ単結晶が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２６】
［１］第１の実施の形態
［１−１］ＧａＡｓ単結晶の製造装置の構成
図１は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。但し、図では、図が煩雑になるのを避けるために、断面を示す斜線を高圧引上げ炉についてだけ付す。
【００２７】
図において、１１は、高圧引上げ炉を示し、１２は、るつぼを示す。このるつぼ１２は、高圧引上げ炉１１の外部で、結晶製造材料を収容された後、高圧引上げ炉１１の内部に配設された容器１３に収容される。このるつぼ１２としては、例えば、ｐＢＮ（熱分解窒化ホウ素）製のるつぼが用いられる。また、結晶製造材料としては、結晶原料や封止剤等がある。結晶原料としては、ＧａとＡｓとが用いられる。
【００２８】
上記容器１３は、例えば、グラファイトによって構成されている。この容器１３は、中
央部で、るつぼ軸１４に支持されている。このるつぼ軸１４は、鉛直方向に延在されている。また、このるつぼ軸１４は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構１５により、回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになっている。この場合は、るつぼ軸１４は、常に、同一方向に回転駆動されるようになっている。
【００２９】
容器１３の周囲には、るつぼ１２に収容されている結晶製造材料を加熱するためのヒータ１６が配設されている。このヒータ１６は、例えば、グラファイト等のカーボン材によって構成されている。このヒータ１６の周囲と容器１２の上方及び下方には、フェルト製の断熱材１７が配設されている。この断熱材１７は、例えば、グラファイト等のカーボン材によって構成されている。
【００３０】
容器１３に収容されたるつぼ１２の上方には、ＧａＡｓ単結晶を引き上げるための結晶軸１８が配設されている。この結晶軸１８は、るつぼ軸１４と同軸的に配設されている。この結晶軸１８の下端部には、ＧａＡｓ単結晶の結晶方位を決定する種結晶１９が取り付けられている。さらに、この結晶軸１８は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構２０によって、回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになっている。
【００３１】
るつぼ１２の上方には、さらに、封止剤融液を攪拌するための攪拌治具２１が配設されている。この攪拌治具２１は、例えば、Ｔ字状に形成され、攪拌羽部２１１と攪拌軸２１２とを有する。そして、この攪拌治具２１は、攪拌羽部２１１が下方に位置し、攪拌軸２１２が結晶軸１８と平行になるように配設されている。これにより、この攪拌軸２１２は、るつぼ１２の中心から偏位した位置に位置決めされることになる。攪拌治具２１は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構２２により回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになっている。この場合、攪拌治具２１は、例えば、所定の周期で、反対方向に交互に回転駆動されるようになっている。なお、るつぼ１２の回転を利用すれば攪拌できるので、攪拌治具２１は昇降だけで、そのものが回転しない構造でもよい。
【００３２】
高圧引上げ炉１１の上部には、炉１１内に純Ａｒガスと、ＣＯガスとを導入するためのガス導入管２３が取り付けられている。高圧引上げ炉１１の下部には、この炉１１内の雰囲気ガスを排出するための排気管２４が取り付けられている。この排気管２４には、ＣＯ濃度測定用のＣＯ濃度計２５が挿入されている。
【００３３】
［１−２］ＧａＡｓ単結晶の製造装置の動作
次に、上述したＧａＡｓ単結晶の製造装置の動作を説明する。
【００３４】
ＧａＡｓ単結晶の製造を開始する前は、図１に示すように、結晶軸１８と攪拌治具２１とが上方に待避させられている。
【００３５】
このような状態で、まず、高圧引上げ炉１１の外部で、るつぼ１３に結晶製造材料を収容される。次に、この結晶製造材料が収容されたるつぼ１３が、高圧引上げ炉１１内の容器１３に収容される。次に、炉１１内の雰囲気ガスが純Ａｒガスにより置換されるとともに、炉１１内の圧力が所定値まで高められる。
【００３６】
炉１１内の圧力が所定値まで高められると、ヒータ１５によって、るつぼ１２に収容されている結晶製造材料が加熱される。これにより、結晶原料と封止剤とが融解される。その結果、封止剤融液と、ＧａとＡｓとが合成された原料融液とが形成される。この場合、図２に示すように、比重の関係で、原料融液４１が液体封止剤４２の下に位置決めされる。これにより、原料融液４１が封止剤融液４２によって覆われる。
【００３７】
結晶原料等が融解すると、炉１１内の純ＡｒガスへＣＯガスを所定量混入させる。但し
、炉１１内の圧力は、そのまま所定値に保持される。この場合、炉１１内のＣＯ濃度は、原料融液４１中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定される。炉１１内のＣＯ濃度が目標値に設定されると、回転昇降機構２２によって、攪拌治具２１が下降駆動される。この下降駆動は、図３に示すように、攪拌羽部２１１が封止剤融液４２に浸漬するまで行われる。攪拌羽部２１１が封止剤融液４２に浸漬すると、回転昇降機構２２によって、攪拌治具２１が回転駆動される。
【００３８】
これにより、封止剤融液４２が攪拌される。その結果、封止剤融液４２に対する炉１１内の雰囲気ガス中のＣＯの混入が促進される。これにより、ＣＯを含む封止剤融液４２と原料融液４１との間で、封止剤融液４２から原料融液４１への炭素の移動が促進される。その結果、結晶中の炭素濃度として、例えば、２．０Ｅ＋１５ｃｍ−３以上の高い炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液４１中の炭素濃度が短時間に目標値に設定される。
【００３９】
原料融液４１中の炭素濃度が目標値に達すると、回転昇降機構２０によって結晶軸１８が下降させられ、種結晶１９が原料融液４１に接触させられる。次に、結晶軸１８が回転昇降機構２０によって所定の速度で回転駆動されるとともに、例えば、所定の速度で上昇駆動される。また、るつぼ１２が回転昇降機構１５によって回転駆動される。これらの駆動により、原料融液４１が回転しつつ、例えば、徐々に引き上げられる。これにより、原料融液４１が冷却固化される。その結果、図４に示すように、ＧａＡｓ単結晶４３が徐々に成長させられる。
【００４０】
なお、この結晶成長中は、原料融液４１からＧａＡｓ単結晶４３への炭素の偏析係数とＧａＡｓ単結晶４３の固化率とに基づいて、炉１１内のＣＯ濃度が徐々に高められる。これは、結晶全体にわたって、均一な炭素濃度を設定するためである。
【００４１】
すなわち、ＧａＡｓ単結晶４３が成長する場合は、原料融液４１中の炭素がＧａＡｓ単結晶４３の方に偏析する。この偏析により、ＧａＡｓ単結晶４３の成長中に、炉１１内のＣＯ濃度を一定値に設定する構成では、ＧａＡｓ単結晶４３の成長とともに、原料融液４１中の炭素濃度が徐々に低下する。その結果、ＧａＡｓ単結晶４３中の炭素濃度は上部から下部にかけて徐々に低下する。
【００４２】
これに対し、ＧａＡｓ単結晶４３の成長中に、原料融液４１からＧａＡｓ単結晶４３への炭素の偏析係数とＧａＡｓ単結晶４３の固化率とに基づいて、炉１１内のＣＯ濃度を徐々に高める構成によれば、原料融液４１中の炭素濃度の低下が防止される。その結果、全域にわたって炭素濃度が均一に設定されたＧａＡｓ単結晶４３が得られる。
【００４３】
なお、このＣＯ濃度を徐々に高める制御も、ＣＯ濃度計２５の測定結果に基づいて行われる。
【００４４】
［１−３］効果
以上詳述した本実施の形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００４５】
（１）まず、本実施の形態によれば、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶４３を成長させる前に、炉１１内にＣＯガスを供給しながら、封止剤融液４２が攪拌される。これにより、原料融液４１に対するＣＯの混入を促進することができる。その結果、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上部において炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造することができる。
【００４６】
（２）また、本実施の形態によれば、封止剤融液４２を攪拌する場合、攪拌治具２１が交
互に反対方向に回転駆動される。これにより、封止剤融液４２の攪拌効率を高めることができる。
【００４７】
（３）さらに、本実施の形態によれば、封止剤融液４２を攪拌する場合、るつぼ１２が回転駆動される。これにより、封止剤融液４２の攪拌効率を高めることができる。
【００４８】
［２］第２の実施の形態
図４は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、図４において、先の図１に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４９】
先の実施の形態では、攪拌治具２１を結晶軸１８から偏移した位置に設ける場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、図４に示すように、攪拌治具３１を結晶軸１８と同軸的に設けるようにしたものである。
【００５０】
図４には、攪拌治具３１を２つのＬ字状の攪拌部材３１１，３１２で構成する場合を示す。これらは、結晶軸１８を挟むように設けられている。これにより、攪拌治具３１が結晶軸１８と同軸的に設けられる。なお、攪拌部材３１１，３１２は、回転昇降機構３２により回転駆動されるとともに、昇降駆動される。この回転昇降機構３２は、結晶軸１８の回転、昇降機能も有する。すなわち、この回転昇降機構３２は、図１に示す２つの回転昇降機構２０，２２の機能を有する。
【００５１】
このような構成においても、先の実施の形態とほぼ同じようにして封止剤融液４２を攪拌することができるので、この実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５２】
［３］第３の実施の形態
図５は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、図５において、先の図１に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５３】
先の第１、第２の実施の形態では、攪拌治具２１，２２を回転駆動することにより、封止剤融液４２を攪拌する場合を説明した。言い換えれば、攪拌治具２１，２２を動かすことにより、封止剤融液４２を攪拌する場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、攪拌治具３３を静止させたまま、封止材融液４２を攪拌するようにしたものである。
【００５４】
図５には、攪拌治具３３を２つの邪魔板３３１，３３２で構成する場合を示す。これらは、封止剤融液４２中に位置するように、例えば、ヒートシールド部材３４を介して上部側の断熱部材１７に取り付けられている。
【００５５】
このような構成においても、容器１３の回転に伴って邪魔板３３１，３３２によって封止剤融液４２を攪拌することができる。これにより、先の実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５６】
［４］その他の実施の形態
以上、本発明の３つの実施の形態を詳細に説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。
【００５７】
（１）例えば、先の実施の形態では、封止剤融液４２の攪拌期間に、炉１１内のＣＯ濃度を原料融液４１中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定する場合を説明した。しかしながら、本発明は、この対応値より大きな値に設定するようにしてもよい。このような構成
によれば、先の実施の形態より、原料融液４１中の炭素濃度が目標値を達成する時間を短縮することができる。
【００５８】
（２）また、本発明は、炉１１内のＣＯ濃度を上記対応値より小さな値に設定するようにしてもよい。このような構成であっても、本発明によれば、封止剤融液４２中のＣＯ濃度を炉１１内のＣＯ濃度より高めることができる。これにより、炉１１内のＣＯ濃度の値によっては、従来より、原料融液４１中の炭素濃度が目標値を達成する時間を短縮することができる。
【００５９】
（３）さらに、本発明は、攪拌期間中に、炉１１内のＣＯ濃度を一定値に保持するだけでなく、変化させるようにしてもよい。例えば、攪拌期間の初めの方では、炉１１内のＣＯ濃度を上記対応値より高くし、その後は、徐々に低くするか、あるいは、初めの値より低い一定値に保持するようにしてもよい。このような構成によれば、原料融液４１中の炭素濃度を迅速に目標値付近まで立ち上げた後、徐々に目標値に収束させることができる。
【００６０】
（４）この他にも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【実施例】
【００６１】
ここで、本発明のより具体的な実施例とその比較例とを説明する。
【００６２】
（１）実施例
本実施例では、まず、結晶製造材料（出発材料）をるつぼ１２に収容した。この場合、結晶原料としては、Ｇａ４０００ｇとＡｓ４４００ｇとを収容した。また、封止剤としては、液体封止剤を収容した。この液体封止剤としては、含有水分量２００ｐｐｍのＢ２Ｏ３を収容した。その後、るつぼ１２を炉１１内の容器１３に収容した。その後、炉１１内の雰囲気ガスを純Ａｒガスで置換するとともに、この純Ａｒガスによって炉１１内の圧力を３７ｋｇｆ／ｃｍ２以上まで高めた。その後、結晶製造材料をヒータ１６で加熱することにより、封止剤融液４２を作るとともに、ＧａとＡｓとを合成し、原料融液（ＧａＡｓ融液）４１を作った。その後、炉１１内にＣＯガスを導入し、炉１１内のＣＯ濃度を１００００ｐｐｍに設定した。
【００６３】
その後、攪拌治具２１の攪拌羽部２１１を封止剤融液（Ｂ２Ｏ３融液）４２に浸漬し、回転させることにより、封止剤融液４２を攪拌した。この場合、攪拌効率を高めるために、攪拌治具２１を反対方向に交互に回転させるとともに、るつぼ１２を５〜５０ｒｐｍで回転させた。この攪拌により、原料融液４１の炭素濃度を目標値に設定することができた。これにより、攪拌を行わない場合より、原料融液４１の炭素濃度を目標値に設定する時間を数時間から数十時間短縮することができた。
【００６４】
その後、攪拌治具２１を上部に待避させつつ、種結晶１９を降下させ、原料融液４１に接触させた。その後、種結晶１９を１〜２０ｍｍ／ｈｒで上昇させるとともに、３〜１０ｒｐｍで回転させ、かつ、るつぼ１２を５〜５０ｒｐｍで回転させた。これにより、成長速度１〜２０ｍｍ／ｈｒで、直径８０ｍｍ、長さ２６０ｍｍのＧａＡｓ単結晶４３を成長させた。このＧａＡｓ単結晶４３を図６に示す。
【００６５】
この場合、ＧａＡｓ単結晶４３の全域にわたって２〜３Ｅ＋１５ｃｍ−３の炭素濃度が設定されるように、結晶４３の成長中に、炉１１内のＣＯ濃度を徐々に高めるようにした。
【００６６】
図７は、本実施例によって製造されたＧａＡｓ単結晶４３中の炭素濃度の測定結果を示
す特性図である。図７において、横軸は、形成されたＧａＡｓ単結晶３４の上端からの距離（単位はｍｍ）を示し、縦軸は、炭素濃度（単位はｐｐｍ）を示す。また、特性曲線Ｃ２は、ＧａＡｓ結晶４３中の炭素濃度の測定結果を示す。図示のごとく、本実施例では、ＧａＡｓ単結晶３１の全域にわたり、約２〜３Ｅ＋１５ｃｍ−３の炭素濃度が設定されている。
【００６７】
（２）比較例
本比較例は、攪拌処理を実行しない点と、反応時間を上述した実施例より約４倍長くした点とを除けば、上述した実施例とほぼ同じである。
【００６８】
図８は、本比較例により製造されたＧａＡｓ単結晶４３中の炭素濃度の測定結果を図７と同じようにして示す図である。図示のごとく、本比較例では、反応時間を実施例の４倍に設定したにもかかわらず、ＧａＡｓ単結晶４３の上部（上端から１００ｍｍくらいまでの部分）で、炭素濃度が目標値より低くなった。これにより、本比較例では、上部から下部まで２〜３Ｅ＋１５ｃｍ−３の炭素濃度を有するＧａＡｓ単結晶４３を得ることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における攪拌処理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における結晶成長処理を説明するための図である。
【図４】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例によって製造されたＧａＡｓ単結晶のサイズを示す図である。
【図７】本発明の一実施例によって製造されたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施例と比較される比較例によって製造されたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度を示す特性図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１…高圧引上げ炉
１２…るつぼ
１３…容器
１４…るつぼ軸
１５，２０，２２，３２…回転昇降機構
１６…ヒータ
１７…断熱材
１８…結晶軸
１９…種結晶
２１，３１，３３…攪拌治具
２３…ガス導入管
２４…排気管
２５…ＣＯ濃度計
【図１】
2008056562.tif 000003
【図２】
2008056562.tif 000004
【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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