(57)【要約】【課題】単結晶バルク体の格子欠陥と内部歪を低減する。【解決手段】非金属の単結晶バルク体に対して、周期数２回以上のサイクルアニールを実施する。下記式（１）、特に下記式（２）を充足する条件で、サイクルアニールを実施することが好ましい。  ０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ＜Ｔｍ・・・（１）、  ０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ、０．５５Ｔｍ≦ＴＨ＜Ｔｍ・・・（２）（式中、Ｔｍは単結晶バルク体の融点（Ｋ）である。融点がなく、溶融せずに昇華する性質を有する単結晶バルク体の場合には、Ｔｍは昇華温度（Ｋ）とする。ＴＬ（Ｋ）はサイクルアニールの最低温度である。ＴＨ（Ｋ）はサイクルアニールの最高温度である。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属の単結晶バルク体に対して、周期数２回以上のサイクルアニールを実施することを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
下記式（１）を充足する条件で、前記サイクルアニールを実施することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ＜Ｔｍ・・・（１）
（式中、Ｔｍは単結晶バルク体の融点（Ｋ）である。融点がなく、溶融せずに昇華する性質を有する単結晶バルク体の場合には、Ｔｍは昇華温度（Ｋ）とする。ＴＬ（Ｋ）はサイクルアニールの最低温度である。ＴＨ（Ｋ）はサイクルアニールの最高温度である。）
【請求項３】
下記式（２）を充足する条件で、前記サイクルアニールを実施することを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ、０．５５Ｔｍ≦ＴＨ＜Ｔｍ・・・（２）
（式中、Ｔｍは単結晶バルク体の融点（Ｋ）である。融点がなく、溶融せずに昇華する性質を有する単結晶バルク体の場合には、Ｔｍは昇華温度（Ｋ）とする。ＴＬ（Ｋ）はサイクルアニールの最低温度である。ＴＨ（Ｋ）はサイクルアニールの最高温度である。）
【請求項４】
下記式（４）を充足する条件で、前記サイクルアニールを実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理方法。
１０≦ｔ≦６００・・・（４）
（式中、ｔはサイクルアニールの任意の一周期の時間（分）である。）
【請求項５】
前記単結晶バルク体に対して不活性な雰囲気下で、前記サイクルアニールを実施することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項６】
前記単結晶バルク体が、半導体、セラミックス、及び磁性体のうちいずれかからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理方法により処理されたものであることを特徴とする単結晶バルク体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶バルク体及びその熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶育成方法としては、引き上げ法（チョクラルスキー法、ＣＺ法）、融液封止引き上げ法（ＬＥＣ法）、ＥＦＧ法、ブリッジマン法（ＢＳ法）、ベルヌーイ法、浮遊帯域法（ＦＺ法）、水熱合成法、フラックス法、マイクロ引き下げ法等が知られている。
【０００３】
上記方法により育成された単結晶バルク体には、僅かながらも格子欠陥が含まれている。格子欠陥としては具体的には、原子空孔、複空孔、不純物原子、ドーパントの偏析、格子間原子、転位、析出物、積層欠陥等が挙げられる。かかる格子欠陥は、材料が本来持つ機能を低下させる恐れがある。半導体単結晶では、格子欠陥が、電子やホールの移動度を低下させる恐れがある。レーザ媒質等に使用される発光性セラミックス単結晶では、格子欠陥が、励起された光子を失活させて発光性を低下させる恐れがある。
【０００４】
また、上記方法により育成された単結晶バルク体は、僅かながらも内部歪を抱えている場合がある。例えばウエハとして使用する場合、内部歪はウエハの反りや割れ等を招く恐れがある。
【０００５】
単結晶育成後に徐冷することにより、内部歪を低減できることが知られている。しかしながら、この方法による内部歪の低減には限界があり、内部歪をより高いレベルで低減する技術が求められるようになってきている。
【０００６】
特許文献１〜４には、金属の単結晶膜（エピ膜）に対してサイクルアニールを実施することで、転位を低減できることが開示されている。しかしながら、転位以外の格子欠陥と内部歪については言及されていない。また、非金属の単結晶バルク体については、言及されていない。
【特許文献１】特開平6-20968号公報
【特許文献２】特開平7-169694号公報
【特許文献３】特開平7-321032号公報
【特許文献４】特開平8-288214号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非金属の単結晶バルク体に含まれる様々な格子欠陥を低減して結晶の完全性を高めることができ、非金属の単結晶バルク体の内部歪も低減することが可能な熱処理方法、及び該方法により処理された単結晶バルク体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱処理方法は、非金属の単結晶バルク体に対して、周期数２回以上のサイクルアニール（cyclic  anneal）を実施することを特徴とするものである。
【０００９】
単結晶バルク体が電子デバイス等に使用される場合、電子デバイス製造の種々の工程（成膜工程、イオン注入工程、イオン拡散工程等）において様々な熱履歴を受けるが、かかる熱履歴は温度の上昇下降を周期的に繰り返すものではないので、本発明で言うサイクルアニールには相当しない。
【００１０】
本発明の熱処理方法において、サイクルアニール開始前に、熱処理開始時点の温度（常温等）から所定の温度まで昇温する工程があってもよい。サイクルアニール終了後に、サイクルアニール終了時の温度から常温等まで降温する工程があってもよい。また、サイクルアニールと等温アニール（isothermal  anneal）とを組み合わせることも差し支えない。
【００１１】
本明細書において、「サイクルアニールの開始点」は、サイクルアニール開始前に昇温工程がある場合、最初に昇温から降温へ切り替える点により定義し、サイクルアニール開始前に等温工程がある場合、最初に等温から昇温又は降温に切り替える点により定義する。  
「サイクルアニールの終了点」は、サイクルアニール終了後に降温工程がある場合、最後に昇温から降温へ切り替える点により定義し、サイクルアニール終了後に等温工程がある場合、最後に昇温又は降温から等温へ切り替える点により定義する。
【００１２】
本発明の熱処理方法において、下記式（１）、特に下記式（２）を充足する条件で、前記サイクルアニールを実施することが好ましい。  
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ＜Ｔｍ・・・（１）、
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ、０．５５Ｔｍ≦ＴＨ＜Ｔｍ・・・（２）
（式中、Ｔｍは単結晶バルク体の融点（Ｋ）である。融点がなく、溶融せずに昇華する性質を有する単結晶バルク体の場合には、Ｔｍは昇華温度（Ｋ）とする。ＴＬ（Ｋ）はサイクルアニールの最低温度である。ＴＨ（Ｋ）はサイクルアニールの最高温度である。）
【００１３】
サイクルアニールの周期ごとに、昇温と降温の折り返し点の温度（降温から昇温に切り替える点の温度＝最低温度、及び昇温から降温に切り替える点の温度＝最高温度）は変えてもよいし、変えなくてもよい。いずれにせよ、サイクルアニール全体で見たときに、複数ある昇温と降温の折り返し点の中で最も低い温度をサイクルアニールの最低温度ＴＬ（Ｋ）と定義し、複数ある昇温と降温の折り返し点の中で最も高い温度をサイクルアニールの最高温度ＴＨ（Ｋ）と定義する。
【００１４】
本発明の熱処理方法において、下記式（４）を充足する条件で、前記サイクルアニールを実施することが好ましい。  
１０≦ｔ≦６００・・・（４）
（式中、ｔはサイクルアニールの任意の一周期の時間（分）である。）
【００１５】
本発明の熱処理方法において、前記単結晶バルク体に対して不活性な雰囲気下で、前記サイクルアニールを実施することが好ましい。
【００１６】
本発明の熱処理方法において、前記単結晶バルク体としては、半導体、セラミックス、及び磁性体のうちいずれかからなる単結晶バルク体が挙げられる。
【００１７】
本発明の単結晶バルク体は、上記の本発明の熱処理方法により処理されたものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の熱処理方法では、非金属の単結晶バルク体に対して、周期数２回以上のサイクルアニールを実施することを特徴としている。
【００１９】
本発明の熱処理方法において、下記式（１）、特に下記式（２）を充足する条件でサイクルアニールを実施することが好ましい。  
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ＜Ｔｍ・・・（１）、
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ、０．５５Ｔｍ≦ＴＨ＜Ｔｍ・・・（２）
（式中、Ｔｍは単結晶バルク体の融点（Ｋ）である。融点がなく、溶融せずに昇華する性質を有する単結晶バルク体の場合には、Ｔｍは昇華温度（Ｋ）とする。ＴＬ（Ｋ）はサイクルアニールの最低温度である。ＴＨ（Ｋ）はサイクルアニールの最高温度である。）
【００２０】
本発明の熱処理方法によれば、非金属の単結晶バルク体に含まれる様々な格子欠陥を低減して結晶の完全性を高めることができ、非金属の単結晶バルク体の内部歪も低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明について詳述する。
【００２２】
本発明の熱処理方法は、非金属の単結晶バルク体に対して、周期数２回以上のサイクルアニールを実施することを特徴とするものである。
【００２３】
単結晶育成方法としては、引き上げ法（チョクラルスキー法、ＣＺ法）、融液封止引き上げ法（ＬＥＣ法）、ＥＦＧ法、ブリッジマン法（ＢＳ法）、ベルヌーイ法、浮遊帯域法（ＦＺ法）、水熱合成法、フラックス法、マイクロ引き下げ法等が知られている。
【００２４】
サイクルアニールを実施する対象の単結晶バルク体としては特に制限なく、上記したような公知の単結晶育成方法により育成された単結晶バルク体でもよいし、公知の単結晶育成方法により育成された単結晶バルク体を、切削等により所望の形状や大きさに加工したものでもよい。アニール対象の単結晶バルク体の形態としては、インゴット、ブロック、ウエハ等が挙げられる。
【００２５】
公知の単結晶育成方法により育成された単結晶バルク体をサイクルアニールする場合、育成直後の単結晶バルク体は、例えば数１００℃〜１０００℃の温度分布（温度分布は結晶の種類や育成方法によって異なる）を有するが、常温まで下げる前にサイクルアニールを実施してもよいし、常温まで下げてからサイクルアニールを実施してもよい。
【００２６】
サイクルアニールを実施する対象の単結晶バルク体の材質は非金属であれば特に制限なく、半導体、セラミックス、及び磁性体等が挙げられる。
【００２７】
半導体としては、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＩｎＳｂ，ＧａＮ，ＺｎＳＳｅ，及びＺｎＯ等が挙げられる。かかる半導体の単結晶はウエハ等に加工され、各種電子デバイスの基板等に使用される。
【００２８】
レーザ媒質等として使用されるセラミックスとしては、下記一般式（Ｇ）で表されるガーネット型母体化合物に対して、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｃｒ，及びＴｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の発光性元素イオンをドープした発光性セラミックスが挙げられる。  
一般式：Ａ(III)３Ｂ(III)２Ｃ(III)３Ｏ１２・・・（Ｇ）
（式中、（）内のローマ数字：イオン価数、
Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｙ，Ｓｃ，Ｉｎ，及び３価の希土類（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ａｌ，Ｓｃ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｉｎ，及び３価の希土類（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｃ：Ｃサイトの元素であり、Ａｌ及びＧａからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素原子）
上記一般式（Ｇ）で表されるガーネット型母体化合物としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）等が挙げられる。
【００２９】
その他のセラミックスとしては、Ａｌ２Ｏ３，ＹＡＧＧｄＯ３，Ｃａ３Ｆｅ２Ｓｉ３Ｏ１２等が挙げられる。
【００３０】
磁性体としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｎｉフェライト、磁性ガーネット等が挙げられる。
【００３１】
アニール対象である単結晶バルク体への汚染防止のため、酸エッチング等によって表面の不純物を除去してから、サイクルアニールを含む熱処理を開始することが好ましい。
【００３２】
サイクルアニールを含む熱処理は、昇温・温度保持・降温のパターンを任意に設定可能な電気炉等の加熱炉を用いて実施することができる。加熱炉の種類は、アニール対象の種類によって、適宜選定すればよい。専用の加熱用ボート等にアニール対象の単結晶バルク体を載置し、これを加熱炉内に載置して、サイクルアニールを実施することができる。
【００３３】
単結晶バルク体に対して不活性な雰囲気下で、サイクルアニールを含む熱処理を実施することが好ましい。単結晶バルク体に対して不活性な雰囲気が空気以外の雰囲気の場合には、熱処理開始前に、炉内を単結晶バルク体に対して不活性な雰囲気に変える操作を行うことが好ましい。
【００３４】
例えば、単結晶バルク体が酸化物の場合、熱処理雰囲気としては、真空雰囲気、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気、酸素等の酸化ガス雰囲気、又は酸化ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気が好ましい。単結晶バルク体が非酸化物の場合、熱処理雰囲気としては、真空雰囲気、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気、水素等の還元ガス雰囲気、又は還元ガスと不活性ガスとの混合ガス雰囲気が好ましい。
【００３５】
また、単結晶バルク体が蒸気圧の比較的高いＡｓ等の元素を含む場合、結晶のストイキオメトリーを保つために、熱処理雰囲気としては、単結晶バルク体に含まれる蒸気圧の高い元素を含む雰囲気が好ましい。例えば単結晶バルク体がＡｓを含むＧａＡｓ等の場合、サイクルアニールを行う第１の加熱炉に、内部にＡｓ含有物質を載置した第２の加熱炉を連結し、第２の加熱炉内でＡｓを昇華させて第１の加熱炉内に導入することで、第１の加熱炉内において、Ａｓ含有雰囲気下で熱処理を行うことができ、アニール対象の単結晶バルク体からのＡｓの昇華を抑制し、ストイキオメトリーを保つことができる。Ａｓの昇華温度は２００℃程度であるので、第２の加熱炉は２００℃程度又はそれ以上に設定すればよい。
【００３６】
本発明の熱処理方法においては、例えば、図１に示すようなパターンでサイクルアニールを実施することができる。
【００３７】
図１に示す例では、常温から一定の昇温速度で昇温し、サイクルアニールの最高温度ＴＨ（絶対温度Ｋ）に到達した後、サイクルアニールを開始している。この例では、サイクルアニールの最高温度ＴＨ（Ｋ）からサイクルアニールの最低温度ＴＬ（Ｋ）まで連続的に降温し、続いてサイクルアニールの最低温度ＴＬ（Ｋ）からサイクルアニールの最高温度ＴＨ（Ｋ）まで連続的に昇温する熱処理を一周期として、この熱処理を複数周期繰り返している。この例では、周期数をｎ（回）（ｎ≧２）としたとき、サイクルアニールを開始してから第１番目〜第ｎ番目のいずれの周期についても、熱処理条件を同じ条件としている。すなわち、いずれの周期についても、昇温と降温の折り返し点の温度（最低温度と最高温度）及び一周期の時間を、同じ条件としている。この例では、サイクルアニール終了後、一定の降温速度で降温し、常温に戻している。
【００３８】
各周期について、相対的に高い温度から相対的に低い温度に降温し、相対的に低い温度から相対的に高い温度に昇温する熱処理が含まれれば、各周期の熱処理条件（昇温と降温の折り返し点の温度（最低温度と最高温度）及び一周期の時間）は変えても構わない。
【００３９】
はじめに常温から昇温する工程の中でサイクルアニールを実施しても構わないし、最後に常温まで降温する工程の中でサイクルアニールを実施しても構わない。
【００４０】
また、サイクルアニールと等温アニールとを組み合わせても構わない。等温アニールは、サイクルアニール前、サイクルアニール後、サイクルアニール中のいずれに実施しても構わない。ただし、後記比較例２に示すように、等温アニールでは、格子欠陥及び内部歪の低減効果はほとんど得られないため、本発明では、等温アニールを実施しない方が時間的に無駄がなく、格子欠陥及び内部歪の低減効果が効率よく得られる。
【００４１】
本発明では、サイクルアニールを実施し、必要に応じて等温アニールを組み合わせる構成を採用している。かかる構成では、等温アニールのみを実施する場合よりも、様々な格子欠陥（原子空孔、複空孔、不純物原子、ドーパントの偏析、格子間原子、転位、析出物、積層欠陥等）及び内部歪を効果的に低減することができ、結晶の完全性を効果的に高めることができる。
【００４２】
本発明者は、この理由を以下のように推察している。
【００４３】
サイクルアニールでは、アニール温度が周期的に大きく変動するため、これによって単結晶バルク体内に僅かながらも熱勾配が発生する。具体的には、単結晶バルク体は、昇温時には中心部分が外側部分より温度が低くなり、降温時には中心部分が外側部分より温度が高くなる傾向にある。この中心部分と外側部分との温度差がドライビングフォースとなって、空孔や原子の双方向の移動が起こりやすくなると考えられる。空孔や原子が移動して何らかのシンクに到達すると、そこでトラップされて安定な状態となり、それ以上移動しにくくなると考えられる。例えば、微細な孔（Pore）等があれば、そこに格子間原子がトラップされて安定な状態になり、微細な孔（Pore）が消滅すると考えられる。
【００４４】
また、上記熱勾配に起因する僅かな応力によって、すべり面上を転位が双方向に動きやすくなり、アニール温度の上昇下降に伴う原子空孔の増減によって、転位の上昇運動がより活発になるので、これらの結果として、すべり面が変わる確率が高くなると考えられる。すべり面が変わることにより、同一すべり面上を双方向に動く異符号の転位同士の遭遇する確率が増して、転位の消滅が加速すると考えられる。
【００４５】
以上のように、アニール温度が周期的に大きく変動することで単結晶バルク体内に生じる熱勾配によって、様々な格子欠陥が低減されると考えられる。等温アニールを実施するだけでは、単結晶バルク体内に熱勾配が生じないので、等温アニール時間を長くするなどしても、本発明のように格子欠陥を効果的に低減することはできない。
【００４６】
内部歪は主に、単結晶化直後の高温状態から室温に降温する過程における外側部分と中心部分の降温速度の違いに起因して生じると考えられる。通常、内部歪を抑えるためには、単結晶化後に一定時間高温状態を保持した後、徐冷することがなされている。本発明では、高温下でサイクルアニールを行う構成を採用しているので、中心部分の温度が外側部分の温度より高い状態と、逆に中心部分の温度が外側部分の温度より低い状態とを、繰り返し交互に生じさせることができる。この温度分布の反転は、逆向きの内部歪を生じさせると考えられる。そして、サイクルアニールによって逆向きの内部歪が交互に生じる結果、内部歪が効果的にキャンセルされると考えられる。内部歪低減の観点から、本発明においても、サイクルアニール後に徐冷を行うことが好ましい。
【００４７】
サイクルアニールの周期ごとに、昇温と降温の折り返し点の温度（最低温度と最高温度）は変えてもよいし、変えなくてもよい。いずれにせよ、サイクルアニールの最低温度ＴＬと最高温度ＴＨとが、下記式（１）を充足するように、サイクルアニールを実施することが好ましい。  
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ＜Ｔｍ・・・（１）
（式中、Ｔｍは単結晶バルク体の融点（絶対温度Ｋ）である。融点がなく、溶融せずに昇華する性質を有する単結晶バルク体の場合には、Ｔｍは昇華温度（Ｋ）とする。）
【００４８】
一般的に、半導体やセラミックス等の非金属では、材料の脆性破壊と塑性変形の境界が０．４５Ｔｍ付近である。この温度未満では、格子が動かず、転位の移動等が起こらなくなるので、この温度未満の熱処理を実施してもその間は格子欠陥や内部歪の低減効果は期待できない。したがって、０．４５Ｔｍ≦ＴＬとすることで、格子欠陥や内部歪の低減効果が効率よく得られる。
【００４９】
発生する熱勾配を大きくでき、格子欠陥や内部歪の低減効果がより大きく得られることから、最高温度ＴＨは、融点Ｔｍより低い範囲内でなるべく高く設定することが好ましい。また、最低温度ＴＬと最高温度ＴＨの差は大きい方が、好ましい。具体的には、下記式（２）、特に下記式（３）を充足する条件で、サイクルアニールを実施することが好ましい。  
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜ＴＨ、０．５５Ｔｍ≦ＴＨ＜Ｔｍ・・・（２）、
０．４５Ｔｍ≦ＴＬ＜０．５５Ｔｍ、０．７５Ｔｍ≦ＴＨ＜Ｔｍ・・・（３）
【００５０】
サイクルアニールの一周期の時間ｔ（分）は、周期ごとに変えてもよいし、変えなくてもよい。いずれにせよ、任意の一周期に着目した場合、本発明の熱処理方法においては、下記式（４）を充足する条件で、サイクルアニールを実施することが好ましい。  
１０≦ｔ≦６００・・・（４）
（式中、ｔはサイクルアニールの任意の一周期の時間（分）である。）
【００５１】
一周期の時間ｔ（分）が短くなりすぎると、周期内の昇温と降温とが設定通りに起こらなくなくなり、設定通りのサイクルアニールを実施できなくなる恐れがある。一周期の時間ｔ（分）が長くなりすぎると、温度変動が小さくなり、熱勾配の発生が小さくなるので、格子欠陥及び内部歪の低減効果が効果的に得られなくなる恐れがある。上記式（４）を充足する条件であれば、設定通りのサイクルアニールを安定的に実施することができ、格子欠陥及び内部歪の低減効果が効果的に得られる。
【００５２】
サイクルアニールの周期数ｎは２回以上であれば特に制限なく、格子欠陥の低減効果とコストの観点から、３〜１０回が好ましい。
【００５３】
本発明の熱処理方法によれば、非金属の単結晶バルク体に含まれる様々な格子欠陥（原子空孔、複空孔、不純物原子、ドーパントの偏析、格子間原子、転位、析出物、積層欠陥等）を低減して結晶の完全性を高めることができ、非金属の単結晶バルク体の内部歪も低減することができる。
【００５４】
本発明の熱処理方法によれば、結晶の完全性を高めることができるので、材料が本来持っている機能を最大限に引き出すことができる。例えば、発光性セラミックス単結晶であれば、励起された光子の失活の要因である格子欠陥を低減できるので、蛍光強度を向上することができる。
【００５５】
本発明の熱処理方法によれば、内部歪を低減することができるので、ウエハ等として使用する場合に、反りや割れ等を抑制することができる。
【００５６】
本発明の熱処理方法によれば、結晶の完全性が高く、内部歪も高レベルに抑えられた高品質な単結晶バルク体を提供することができる。
【実施例】
【００５７】
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
【００５８】
（実施例１）
アニール対象の単結晶バルク体として、Ｎｄドープ量０．９モル％のＮｄドープＹＡＧ（０．９％Ｎｄ：ＹＡＧ）の単結晶バルク体（市販品、融点Ｔｍ＝２２４３Ｋ）を用意した。用いた単結晶バルク体の大きさは、５ｍｍ×５ｍｍ×４０ｍｍであった。
【００５９】
上記の単結晶バルク体をＰｔボートに載置して、これを電気炉内に載置した。電気炉としては、富士電波社製「ハイマルチ５０００」を用いた。電気炉内を１×１０−３Ｐａの真空雰囲気にしてから、図１と同様のパターンで熱処理を実施した。
【００６０】
常温から略一定の昇温速度で昇温し、８７０分（＝１４．５時間）かけて２０１４Ｋ（＝０．９Ｔｍ、１７４１℃）まで昇温した。続いて、この温度をサイクルアニールの最高温度ＴＨとし、サイクルアニールの最低温度ＴＬを１３４２Ｋ（＝０．５Ｔｍ、１０６９℃）とし、最高温度ＴＨから最低温度ＴＬまで連続的に降温し、最低温度ＴＬから最高温度ＴＨまで連続的に昇温する熱処理を一周期とするサイクルアニールを実施した。周期数ｎは５回とした。各周期の熱処理条件（最低温度、最高温度、及び一周期の時間）は同一とした。一周期の時間ｔは３３６分（＝５．６時間）とした。上記サイクルアニール終了後、８７０分（＝１４．５時間）かけて、サイクルアニール終了時の温度である２０１４Ｋ（＝１７４１℃）から常温まで略一定の降温速度で降温した。本実施例では、上記式（３）及び（４）を充足する条件で、サイクルアニールを実施した。
【００６１】
（実施例２）
サイクルアニールの周期数ｎを３回とした以外は実施例１と同様にして、単結晶バルク体に対して、サイクルアニールを含む熱処理を実施した。
【００６２】
（実施例３、４）
サイクルアニールの最高温度ＴＨと最低温度ＴＬを表１に示す温度にした以外は実施例１と同様にして、単結晶バルク体に対して、サイクルアニールを含む熱処理を実施した。
【００６３】
（比較例１）
実施例１で用いた熱処理前の単結晶バルク体をそのまま、評価に供した。
【００６４】
（比較例２）
常温から略一定の昇温速度で昇温し、３００分（＝５時間）かけて２０１４Ｋ（＝０．９Ｔｍ、１７４１℃）まで昇温した。この温度を１６８０分（＝２８時間）保持して等温アニールを実施し、その後、６００分（＝１０時間）かけて等温アニールの温度から常温まで略一定の降温速度で降温した。比較例２の等温アニール時間（２８時間）は、実施例１のサイクルアニール時間（５周期の合計時間）に等しく、設定した。
【００６５】
（評価項目、評価方法）
１）転位密度
各例の単結晶バルク体を適当な厚さに切断して、転位密度の測定試料とした。X-ray topography装置を用いて、ラング法により｛１１１｝上の転位密度を測定した。転位密度は、２２０反射を用いて測定した。
【００６６】
２）蛍光強度
光スペクトルアナライザーを用いて、各例の単結晶バルク体の蛍光スペクトルを測定した。励起光源として発振波長８０８ｎｍの半導体レーザを用い、１０６４ｎｍ付近の蛍光ピーク強度を測定した。蛍光ピーク強度は、アニールを実施しなかった比較例１のデータを１００としたときの相対値で評価した。
【００６７】
３）内部歪
消光比測定装置を用いて、各例の単結晶バルク体の内部歪を測定した。単一偏光のＨｅ−Ｎｅレーザ光を照射し、単結晶バルク体内部の偏光の回転角度を内部歪として評価した。
【００６８】
（結果）
各例の熱処理条件と評価結果を表１及び表２に示す。
【００６９】
アニールを実施しなかった比較例１が基準となる。等温アニールのみを実施した比較例２では、転位密度及び内部歪の低減はほとんど見られず、蛍光強度の向上はほとんど見られなかった。
【００７０】
これに対して、サイクルアニールを実施した実施例１〜４ではいずれも、転位密度及び内部歪が低減し、蛍光強度が向上した。
【００７１】
実施例１と比較例２では、アニールの最高温度とトータルのアニール時間は同じであるにもかかわらず、結果に大きな差が出た。また、実施例２では、トータルのアニール時間は比較例２より短いにもかかわらず、比較例２よりも良い結果が得られた。これらの結果から、本発明の有効性が示された。
【００７２】
また、実施例１、２の比較から、サイクルアニールの周期数ｎは多い方が好ましいことが明らかとなった。実施例１、３、４の比較から、サイクルアニールの最高温度ＴＨは高い方が好ましいことが明らかとなった。
【００７３】
【表１】
2007191375.tif 000002
【表２】
2007191375.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の熱処理方法は、各種電子デバイスの基板（ウエハ）やレーザ媒質等の用途に使用される単結晶バルク体に好ましく適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】サイクルアニールのパターン例を示す図
【図１】
2007191375.tif 000004