(57)【要約】【課題】転位密度低減効果が大きく、双晶発生確率を低減することができる、高品質で単結晶化率が高い化合物半導体単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】縦型ボート法による化合物半導体単結晶の製造方法において、融液と接触する種結晶の接液面の形状を、長辺（長軸）の長さ（Ｌ１）が短辺（短軸）の長さ（Ｌ２）の２倍以上である形状（例えば長方形、多角形または長円形）とする。種結晶の接液面の長軸長さが単結晶の直胴部の直径と等しくすることが好ましい。種結晶５の接液面５ａの表面を｛１００｝面とし、さらに接液部５ａの短軸方向端１１に｛１１１｝Ａ面が来るように種結晶５をルツボ１０内に設置する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボの底面に種結晶を設置し、ルツボ内の種結晶の上方に原料の融液を形成して、種結晶と融液を接触させ、融液を種結晶から上方に向かって徐々に固化させて単結晶を成長させる、縦型ボート法による化合物半導体単結晶の製造方法において、
融液と接触する種結晶の接液面のアスペクト比が２以上とされた種結晶を用いることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項２】
接液面の形状が長方形、多角形または長円形とされた種結晶を用いることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
接液面における短軸長さが４ｍｍ以上とされた種結晶を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項４】
種結晶の接液部の長軸長さと、製造する単結晶の直胴部の直径とを等しくすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項５】
化合物半導体の結晶構造が閃亜鉛鉱型であって、単結晶の成長方位が＜１００＞方向であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項６】
種結晶の接液面が｛１００｝面とされ、さらに接液面の短軸方向端が｛１１１｝Ａ面とされた種結晶を用いることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項７】
化合物半導体がＩｎＰであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項８】
ルツボの底面に種結晶を設置し、ルツボ内の種結晶の上方に原料の融液を形成して、種結晶と融液を接触させ、融液を種結晶から上方に向かって徐々に固化させて単結晶を成長させる、縦型ボート法に用いる化合物半導体単結晶製造用ルツボにおいて、
融液と接触する接液面のアスペクト比が２以上とされた種結晶を、ルツボ底部に設置可能としたことを特徴とする化合物半導体単結晶製造用ルツボ。
【請求項９】
融液との接液面の短軸長さが４ｍｍ以上とされた種結晶を底部に設置可能としたことを特徴とする請求項８に記載の化合物半導体単結晶製造用ルツボ。
【請求項１０】
製造される単結晶の直胴部の直径と、種結晶の接液面の長軸長さとが等しくされたことを特徴とする請求項８または９に記載の化合物半導体単結晶製造用ルツボ。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶製造用ルツボを用いて製造することを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項１２】
閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する化合物半導体を、単結晶の成長方位を＜１００＞方向として製造することを特徴とする請求項１１に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項１３】
ルツボ底部において、種結晶の接液面を｛１００｝面とし、さらに接液面の短軸方向端を｛１１１｝Ａ面としてルツボ底部に種結晶を設置することを特徴とする請求項１２に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項１４】
化合物半導体がＩｎＰであることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項１５】
請求項１ないし７、請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の化合物半導体単結晶の製造方法により製造されたことを特徴とする化合物半導体単結晶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体の単結晶を成長させる方法にかかわり、特に縦型ボート法と総称される垂直ブリッジマン法や垂直温度勾配凝固法等による単結晶の成長に用いられるルツボおよび該ルツボを用いた化合物半導体単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓやＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶成長技術の一つに、ルツボ底に種結晶を設置して、該ルツボ底から上方向へ原料融液を徐々に固化させていくことにより単結晶を得る縦型ボート法がある。
【０００３】
縦型ボート法には、所定の温度分布に調整した炉内で高温部から低温部へルツボをゆっくりと移動することにより単結晶を成長させる垂直ブリッジマン法と、炉内に設置したルツボは固定しておいて所定の温度勾配を保ちながら温度を少しづつ降温することにより単結晶を成長させる垂直温度勾配凝固法がある。
【０００４】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を縦型ボート法により単結晶成長させる場合、ルツボ底の所定の場所に特定の結晶方位を持つ種結晶を設置して、多結晶原料と封止剤（例えば、Ｂ２Ｏ３）をその上方に投入して、不活性ガス雰囲気下で温度を上げ原料を溶融して融液を形成し、種結晶上部を融液に接触させた後、前記のいずれかあるいは両方を組合せた方法で結晶成長させている。
【０００５】
この場合、一般に種結晶の上部付近を融点温度にまで上昇させて、種結晶の一部を融解して原料の融液と融合させ、その後徐々に温度を下げながら融液を種結晶から上方に向かって徐々に固化させて単結晶を成長させる。この時、封止材は原料融液の表面を覆う様に存在して、原料の化合物の揮発成分が蒸発してしまうのを防ぐ役目を有する。また封止材は、ルツボの内壁と原料融液ないし結晶成長した単結晶との間に入り込んで、結晶成長界面がルツボ内壁に直接接触することによる結晶欠陥の発生ないしは多結晶化を防ぐ役目をする。
【０００６】
垂直温度勾配凝固法では、ヒーターの温度を徐々に下げることにより融点温度を種結晶の位置から徐々に上方に移動させる方法で種結晶から単結晶を成長させていく。垂直ブリッジマン法では、ヒーターの温度と温度分布を一定に制御してルツボ位置を徐々に下げることにより融点温度を種結晶の位置から徐々に上方に移動させる方法により種結晶から単結晶を成長させていく。
【０００７】
従来の縦型ボート法による化合物半導体単結晶の成長では、例えば図２（ａ）に示すような形状のルツボ１００と、図２（ｂ）に示すような円柱状の種結晶１０５とを用い、ルツボ１００底部に設けられた漏斗状の径拡大部１０１の底頂部から図示下方に突出して設けられた井戸状の種結晶収容部１０２内に種結晶１０５を設置する。そして融液と接触する種結晶１０５の接液部１０５ａから、まず漏斗状部１０１の内面形状に沿って図示上方に径を拡大しながら単結晶を成長させ、その後引き続き一定の直径のルツボ形状に沿って単結晶の直胴部を成長をさせる。単結晶の成長速度は融点温度位置の移動速度と同期することになる。
【０００８】
従来の縦型ボート法に用いられるルツボは、一般に図２（ａ）に示す形状のものが用いられている。この形状のルツボを用いてＧａＡｓでは比較的容易に単結晶が得られている。しかしＩｎＰ単結晶を成長する場合には、径拡大部分にて双晶が発生しやすく単結晶取得率が低下するという問題点があった。
【０００９】
このＩｎＰ単結晶の成長の際に双晶が発生しやすいという問題を解決する為に、従来より多くの提案がなされている。例えば、単結晶の直胴部の直径とほぼ同じ直径を有する種結晶を用いることにより、径拡大部分をなくした結晶成長技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この発明の目的は、種結晶から所望の直径にするまでの径拡大部の工程が、時間と材料の無駄になることを改善しようとしたものである。この単結晶の直胴部と同じ直径の種結晶を用いた垂直温度勾配凝固法によりＩｎＰ単結晶を成長させる実験で、双晶が発生していない単結晶を得たという報告がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１０】
また、漏斗状の径拡大部の底面を浅くした、底面がほぼ平らな形状のルツボを用いて、ルツボ底面の中心部に細い棒状の種結晶を設置して単結晶を成長させる、即ち双晶が発生しやすい径拡大部の高さを低くすることにより径拡大部分での結晶成長時間を短縮して、双晶が発生していない単結晶を得るという技術が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【００１１】
さらには、温度勾配の許容範囲を規定する技術（例えば、特許文献２参照。）やルツボ外側の温度のゆらぎを±０．１℃未満とする技術（例えば、特許文献４参照。）などがあり、双晶発生を抑制するためには温度条件の改善も有効であると提案されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−４０９８７号公報
【特許文献２】
特開平５−１９４０７３号公報
【特許文献３】
特開平１１−３０２０９４号公報
【特許文献４】
特開平１１−１８０７９２号公報
【非特許文献１】
エフ・マツモトら（Ｆ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ．）、ジャーナル　オブ　クリスタル　グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ）、１９９３年、第１３２巻、ｐ．３４８
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように従来の縦型ボート法では、ＩｎＰなどの径拡大部で結晶欠陥が発生しやすい化合物半導体単結晶を製造する際には、双晶の発生を抑制するために径拡大部における結晶成長時間を短縮する、ないしは径拡大自体を行わない技術が提案されている。
【００１４】
しかし、径拡大を行わない方法では径拡大工程における転位密度の低減効果が見込めないために、種結晶から成長する単結晶の直胴部における転位密度は、種結晶の十分の一程度しか低減できていない。また、径拡大部における結晶成長時間を短縮させる方法は、種結晶の直径から直胴部の直径まで直径を拡大する工程自体は存在するので、その間で双晶が発生しやすいことは変わらない。これを改善する為に前記のように温度条件に関する発明がなされている。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、単結晶の直胴部と同じ直径の種結晶を用いる方法よりも転位密度低減効果が大きく、径拡大工程に要する時間を短縮する方法よりも双晶発生確率を低減することができる、高品質で単結晶化率が高い化合物半導体単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、ルツボの底面に種結晶を設置し、ルツボ内の種結晶の上方に原料の融液を形成して、種結晶と融液を接触させ、融液を種結晶から上方に向かって徐々に固化させて単結晶を成長させる、縦型ボート法による化合物半導体単結晶の製造方法において、融液と接触する種結晶の接液面のアスペクト比が２以上とされた種結晶を用いることを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、接液面の形状が長方形、多角形または長円形とされた種結晶を用いることを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、接液面における短軸長さが４ｍｍ以上とされた種結晶を用いることを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、種結晶の接液部の長軸長さと、製造する単結晶の直胴部の直径とを等しくすることを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、化合物半導体の結晶構造が閃亜鉛鉱型であって、単結晶の成長方位が＜１００＞方向であることを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、種結晶の接液面が｛１００｝面とされ、さらに接液面の短軸方向端が｛１１１｝Ａ面とされた種結晶を用いることを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、化合物半導体がＩｎＰであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の化合物半導体単結晶製造用ルツボは、ルツボの底面に種結晶を設置し、ルツボ内の種結晶の上方に原料の融液を形成して、種結晶と融液を接触させ、融液を種結晶から上方に向かって徐々に固化させて単結晶を成長させる、縦型ボート法に用いる化合物半導体単結晶製造用ルツボにおいて、融液と接触する接液面のアスペクト比が２以上とされた種結晶を、ルツボ底部に設置可能としたことを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶製造用ルツボは、融液との接液面の短軸長さが４ｍｍ以上とされた種結晶を底部に設置可能としたことを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶製造用ルツボは、製造される単結晶の直胴部の直径と、種結晶の接液面の長軸長さとが等しくされたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、先のいずれかに記載の化合物半導体単結晶製造用ルツボを用いて製造することを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する化合物半導体を、単結晶の成長方位を＜１００＞方向として製造することを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、ルツボ底部において、種結晶の接液面を｛１００｝面とし、さらに接液面の短軸方向端を｛１１１｝Ａ面としてルツボ底部に種結晶を設置することを特徴とする。
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、化合物半導体がＩｎＰであることを特徴とする。
【００１９】
本発明の化合物半導体単結晶は、先に記載の本発明の化合物半導体単結晶の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００２０】
（作用）
化合物半導体の単結晶成長、特に縦型ボート法により得られた複数のＩｎＰ単結晶をよく観察してみたところ、双晶発生位置は無秩序ではなく、そのほとんどが特定の方位の結晶表面から発生している事が分かった。図３は、図２に示すルツボを用いて作製したＩｎＰ単結晶の部分斜視図であり、種結晶１０５と、その上面からルツボ１００の径拡大部１０１に沿って成長した径拡大部分１０６とを示している。そして、このようなＩｎＰ単結晶の径拡大部分１０６で生じているほとんどの双晶１０７，１０７は、上面を｛１００｝面とした場合に、｛１１１｝Ｂ面の方向の結晶表面を起点として発生している。
【００２１】
ＩｎＰ単結晶の結晶構造は閃亜鉛鉱型構造であって、Ｉｎ原子からなる面心立方格子の［１１１］体対角線方向に体対角線長さの４分の１だけ平行移動した位置にＰ原子からなる面心立方格子が存在している。従って、この結晶構造は例えばＩｎとＰの原子が非対称に配置された構造になっていて、結晶面方位によって物理的あるいは化学的な性質が、例えば化学的エッチング挙動が異なる。前記のように双晶の発生しやすさも結晶面方位によって異なっているので、結晶方位の管理は非常に重要である。
【００２２】
従来の縦型ボート法のうち、径拡大部における結晶成長時間を短縮する技術では、前記双晶が発生しやすい方向の径拡大部での結晶成長がたとえ短時間であっても避けることが出来ず、温度条件も改善しなければ双晶発生確率を低減出来ない。また単結晶直胴部と同じ直径の種結晶を使用する方法では、上記双晶が発生し易い方向以外の方向まで含めて径拡大部での結晶成長を行わないために転位密度の低減効果が不十分であった。
【００２３】
そこで、双晶発生を抑制し、かつ低転位密度の単結晶を得る為の手法として、本発明者は、先に記載のように種結晶の接液面のアスペクト比を２以上とすることで、積極的に種結晶の径を拡大する方向と、径を拡大させない方向とを有する製造方法を採用した。
特に、種結晶の接液面の長軸を双晶が発生しやすい方位にし、かつ長軸の長さを単結晶直胴部の直径と同じ長さに切出して作製された種結晶を用い、ルツボ底に略直方体状の種結晶を収容出来る溝状の形状を作り込んだルツボに設置して縦型ボート法により結晶を成長させるならば、双晶が発生しやすい方位の径拡大のみを無くすことができ、接液面の短軸方向では単結晶成長時に径が拡大されるため単結晶の転位密度を効果的に抑えることができる。
【００２４】
尚、本発明において接液面の長軸、短軸は、接液面が長方形状である場合には、それぞれ長辺、短辺に対応し、長円状である場合にはそれぞれ長軸、短軸に対応するものである。
また、短軸方向端は、接液面の外周と、短軸との交点を指す。従って、接液面が長方形状であれば、その長辺が短軸（短辺）と直交するため、その長辺状の任意の位置に対応するが、長円状である場合には、短軸と接液面外周との交点となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の化合物半導体単結晶製造用ルツボの一実施の形態を示す斜視構成図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すルツボにより化合物半導体単結晶を製造するに際して用いられる種結晶を示す斜視構成図である。
【００２６】
図１（ａ）に示すルツボ１０は、円筒状の本体部４と、この本体部４の底部側に設けられた略漏斗状の径拡大部１と、この径拡大部１の側面に形成された底頂部を通って本体部４の下端に到る溝部１ａから図示下方に延設された略箱形の種結晶収容部２とを備えて構成されている。図１（ｂ）に示す種結晶５は、直方体状に切り出されたＩｎＰ等の単結晶体であり、図１（ａ）に示すように、種結晶収容部２に、接液面５ａを上側にして収容されるようになっている。
種結晶５は、その接液面５ａの長辺（長軸）長さＬ１と、短辺（短軸）長さＬ２との比（アスペクト比）Ｌ１／Ｌ２が、２以上とされている。
【００２７】
本実施形態では、図１に示す形状のルツボ１０を用意し、前記溝部１ａに設けられた種結晶収容部２に所定の結晶方位を有した略直方体状の種結晶５を挿入し、化合物半導体原料と封止剤を投入して縦型ボート炉内の所定の位置に設置し、不活性ガス雰囲気にした縦型ボート炉内で原料と封止剤を溶融したあと、種結晶５の上部付近を融点温度にまで上昇させて種結晶５の一部を融解して前記原料の融液と融合させて、徐々に融点位置を上方に移動させながら種結晶５から融液方向に単結晶を成長させるものである。
【００２８】
この時、封止材は原料融液の表面を覆う様に存在して原料の化合物の揮発成分が蒸発してしまうのを防ぐ役目を有するとともに、ルツボ壁と原料融液ないし結晶成長した単結晶との間に入り込んで結晶成長界面がルツボ壁に直接接触することによる結晶欠陥の発生ないしは多結晶化を防ぐ役目をする。
【００２９】
垂直温度勾配凝固法では、ヒーターの温度を徐々に下げることにより融点温度を種結晶の位置から徐々に上方に移動させる方法で種結晶から単結晶を成長させていく。垂直ブリッジマン法では、ヒーターの温度と温度分布を一定に制御してルツボ位置を徐々に下げることにより融点温度を種結晶の位置から徐々に上方に移動させる方法により種結晶から単結晶を成長させていく。例えば図１（ａ）に示すルツボ１０の位置Ａ付近ではほぼ上方に向かって単結晶が成長していき、位置Ｂ付近では種結晶から横方向に広がってきた単結晶が所望の直径までルツボの径拡大部１ａの内面形状に沿って拡大しながら成長していく。成長速度は融点温度位置の移動速度と同期する。種結晶の転位密度は、通常の縦型ボート法に用いている種結晶と同じでも何ら問題ない。
【００３０】
本実施形態に係る製造方法において、温度条件を改善すると径拡大部での双晶発生確率が低減される。改善された温度条件下で縦型ボート法による単結晶成長を行う場合には、前記種結晶５を使用して双晶が発生しやすい方位の径拡大工程のみをなくすことによる双晶発生抑制の効果は、長辺の長さＬ１が製造される単結晶直胴部の直径（本体部４の内径）と同じ長さである時だけでなく、双晶が発生しやすい方向に径拡大する長さが短くなるだけでも得ることが出来る。従って、種結晶５の長辺の長さＬ１は必ずしも単結晶直胴部の直径と同じ長さである必要はなく、それより短くてもよい。
【００３１】
より詳細には、種結晶５において、融液と接触する接液部５ａにおいて、長辺の長さＬ１が短辺の長さＬ２の２倍以上であるようにすれば双晶発生の抑制の効果が得られる。種結晶５の接液部５ａの形状は、長辺の長さ（長軸長さ）Ｌ１が短辺の長さ（短軸長さ）Ｌ２の２倍以上であれば、長方形に限らず、多角形または長円形であってもよい。但し、種結晶５の機械的強度から、種結晶５の接液部５ａの短辺の長さＬ２は、４ｍｍ以上であることが望ましい。
【００３２】
ＧａＡｓ、ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶構造は閃亜鉛鉱型である。このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶を成長する場合、安定して双晶の発生しない＜１００＞方向の単結晶を得るためには、種結晶の接液部の表面を｛１００｝面とし、接液部５ａの短軸方向縁端に｛１１１｝Ａ面が来るように種結晶５をルツボ１０内に設置すると安定して双晶の発生しない単結晶を製造することができる。すなわち、図１（ｂ）に示す種結晶５の接液面５ａの短軸方向の縁端１１における結晶面が｛１１１｝Ａ面とされた種結晶を用いることが好ましい。本発明に係る製造方法、及びルツボは、単結晶成長において特に双晶が発生しやすいＩｎＰ単結晶の製造に好適に用いることができる。
【００３３】
本実施形態では、融液と接触する種結晶５の接液部５ａを、長辺の長さＬ１が短辺の長さＬ２の２倍以上となる形状としたことで、双晶が発生しやすい接液面長辺方向の方位における径拡大部１ａでの結晶成長長さを少なくし、双晶が発生し難い方位である接液面短辺方向では径拡大部１ａでの結晶成長長さを多くするようになっている。
つまり、種結晶の接液部の形状を、単結晶直胴部の直径と同じとしたため、双晶が発生しやすい方位の径拡大部での結晶成長をなくすことができる。そのため、単結晶内での双晶発生が抑制される。また径拡大部１ａでは、双晶が発生しにくい方位への結晶の拡大が行われるので、単結晶中の転位密度の低減効果が発揮される。そのため、種結晶よりも低い転位密度を有する単結晶を得ることが出来る。
【００３４】
なお、本実施形態では種結晶５の接液面５ａが長方形状のものについて説明したが、本発明に係る製造方法に適用できる種結晶の形状はこれに限定されるものではなく、接液面におけるアスペクト比が２以上、すなわち、長軸とその長さの１／２以下の短軸を有する形状を有する接液面を備えた種結晶であれば問題なく用いることができ、例えば多角形、長円形の接液面を有する種結晶であっても良い。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
本発明の単結晶の製造方法により、ＩｎＰ単結晶を製造した例を示して本発明を具体的に説明する。本実施例１で使用した縦型ボート法のルツボは、２インチ径のｐＢＮ製で、図１（ａ）に示した様に逆円錐形の径拡大部１ａ下側の種結晶を設置する部分にその中心を通る溝状の種結晶設置部を設けた形状のものを用いた。
【００３６】
図１（ｂ）に示した様に、種結晶５の原料側の面方位が（１００）で該上面の短軸方向端１１に（１１１）Ａ面が来るように切出して作製したＩｎＰの平板状種結晶をルツボ底の前記溝状の部分に設置した。種結晶の上面の形状は長方形で、角を約１ｍｍの面取りを施している。平板状種結晶の寸法は、高さ６０ｍｍ、長辺５０ｍｍ、短辺７ｍｍである。さらにＩｎＰ多結晶原料１０００グラムと封止剤（Ｂ２Ｏ３）２５０グラムをルツボ内に投入して、垂直温度勾配凝固法に用いる単結晶成長装置の所定の場所に設置した。不純物原料は添加していない。
【００３７】
当該装置内部をＡｒガス雰囲気に置換して圧力を４０気圧にして昇温し、封止剤とＩｎＰ原料を溶解した。その後、ヒーターの温度分布を１０℃／ｃｍに調整して、種結晶付近に融点温度を持ってくることにより種結晶の一部を溶解して種結晶と原料融液を接触させて種付けを行った。その後、ヒーターを１０℃／ｃｍの温度勾配に維持したまま温度を徐々に下げた。温度降下速度は０．０４℃／分とした。
【００３８】
この工程でＩｎＰ単結晶が種結晶を起点として成長し、２インチの直径で長さがおよそ７ｃｍの単結晶を得た。
【００３９】
（比較例１）
本比較例１では、縦型ボート法のルツボは、２インチ径のｐＢＮ製で、図２（ａ）に示した様に逆円錐形の底面中央の種結晶を設置する場所に、直径７ｍｍの円柱状で面方位を（１００）とする図２（ｂ）に示したようなＩｎＰ種結晶を設置できるものを用いた。前記の種結晶を設置し、さらに実施例１と同様に、ＩｎＰ多結晶原料１０００グラムと封止剤（Ｂ２Ｏ３）２５０グラムをルツボ内に投入して、垂直温度勾配凝固法に用いる単結晶成長装置の所定の場所に設置した。
不純物原料は添加していない。
【００４０】
当該装置内部をＡｒガス雰囲気に置換して圧力を４０気圧にして昇温し封止剤とＩｎＰ原料を溶解した。その後、ヒーターの温度分布を１０℃／ｃｍに調整して、種結晶付近に融点温度を持ってくることにより種結晶の一部を溶解して種結晶と原料融液を接触させて種付けを行った。その後、ヒーターを１０℃／ｃｍの温度勾配に維持したまま温度を徐々に下げた。温度降下速度は０．０４℃／分とした。
【００４１】
この工程でＩｎＰ単結晶が種結晶を起点として成長し、２インチの直径で長さがおよそ８ｃｍの単結晶を得た。
【００４２】
（比較例２）
本比較例２では、縦型ボート法のルツボは、２インチ径のｐＢＮ製で、図４（ａ）に示した様に下方には逆円錐形状の部分がない寸胴型のルツボ１２０を用い、種結晶には、図４（ｂ）に示す直径５０ｍｍの（１００）方位のＩｎＰ種結晶１２５をルツボ１２０下端に設置して使用した。前記の種結晶を設置し、さらに実施例１と同様にＩｎＰ多結晶原料１０００グラムと封止剤（Ｂ２Ｏ３）２５０グラムを投入して、垂直温度勾配凝固法に用いる単結晶成長装置の所定の場所に設置した。不純物原料は添加していない。
【００４３】
当該装置内部をＡｒ雰囲気に置換して圧力を４０気圧にして昇温し封止剤とＩｎＰ原料を溶解した。その後、ヒーターの温度分布を１０℃／ｃｍに調整して、種結晶付近に融点温度を持ってくることにより種結晶の一部を溶解して種結晶と原料融液を接触させて種付けを行った。その後、ヒーターを１０℃／ｃｍの温度勾配に維持したまま温度を徐々に下げた。温度降下速度は０．０４℃／分とした。
【００４４】
この工程でＩｎＰ単結晶が種結晶を起点として成長し、２インチの直径で長さがおよそ９ｃｍの単結晶を得た。
【００４５】
上記の実施例１と比較例１と比較例２において、それぞれ成長した単結晶の特性を調べた結果を表１に示した。なお、種結晶の転位密度はいずれも約３万個／ｃｍ２であった。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
表１から分かるように、比較例１においてはそのほとんどで単結晶が得られず、単結晶にならなかったすべての結晶の径拡大部から双晶の発生が認められた。
単結晶になった結晶の直胴部分における平均転位密度は８００個／ｃｍ２以下と良好な数値が得られた。比較例２においては、その実験のすべてで双晶を含まない単結晶が得られたが直胴部分の平均転位密度は３０００個／ｃｍ２以上と比較例１よりも多くの転位が観測された。
【００４８】
一方、本発明を使用した実施例１では、双晶を含まない単結晶の育成本数は、比較例２には及ばなかったが比較例１よりは多く、直胴部分での平均転位密度は比較例２よりも少なく比較例１とほぼ同レベルにあった。
【００４９】
なお実施例１では、種結晶の長辺側の長さがの単結晶直胴部の直径とほぼ同じ長さ即ちルツボ直径（内径）とほぼ同じ長さのものを用いたが、種結晶の長辺側の長さがルツボ内径よりも短めであっても、一般に用いられている種結晶棒の直径より長ければ、双晶の発生しやすい方向の直胴部に達するまでの結晶成長長さあるいは結晶成長時間を短縮することが出来るので、その分双晶発生を抑制する効果が期待出来ることになる。
【００５０】
また本実施例１では、平板状種結晶の厚さ（短辺の長さ）は７ｍｍのものを使用したが、この厚さが厚くなっても双晶抑制効果は持続するが径拡大部での転位密度低減効果が少なくなる。また薄くなると径拡大部での転位密度低減効果がさらに大きくなって直胴部での平均転位密度が減少するが、原料溶解時に原料が当たるようなルツボ構造になっていると種結晶が破損しやすく、また種結晶が受ける温度条件の変動の影響も大きく受けやすくなり操業が不安定になる。
【００５１】
なお、平板状の種結晶の融液接液部の長辺および短辺の長さは、結晶成長させて得る単結晶の所望の直径によっても相対的に変える必要がある。
【００５２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、縦型ボート法において径拡大部での双晶が発生しやすい方向に長い形状の接液面を有する種結晶を用いることにより、径拡大部での双晶発生を抑制し、転位密度を低減した高品質な単結晶を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態、及び実施例１で使用したルツボの概略図（ａ）と種結晶の概略図（ｂ）。
【図２】従来のルツボの概略図（ａ）と種結晶の概略図（ｂ）。
【図３】径拡大部における典型的な双晶の入り方の概略図。
【図４】図４は、比較例２で使用した種結晶と同径のルツボの概略図（ａ）と種結晶の概略図（ｂ）。
【符号の説明】
１０　　ルツボ、５　種結晶、５ａ　接液面、１１　短軸方向端（｛１１１｝Ａ面）、１２　長軸方向端（｛１１１｝Ｂ面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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