(57)【要約】【課題】転位を低減した結晶を成長できる、結晶成長容器および結晶製造方法を提供する。【解決手段】結晶成長容器は、原料を加熱溶融した後、溶融した原料を一方向から凝固させることにより結晶を製造する結晶成長容器であって、先端部１１と、胴部１２とを備える。先端部１１は、種結晶９を配置する。胴部１２は、先端部１１と接続され、かつ先端部１１の径よりも大きな径を有するとともに、内部で原料８を加熱溶融する。先端部１１の底面１１ａの厚みＴ１１ａは、先端部１１の側面１１ｂの厚みＴ１１ｂよりも小さい。【選択図】図３
2012020886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を加熱溶融した後、溶融した前記原料を一方向から凝固させることにより結晶を製造する結晶成長容器であって、
種結晶を配置するための先端部と、
前記先端部と接続され、かつ前記先端部の径よりも大きな径を有するとともに、内部で前記原料を加熱溶融するための胴部とを備え、
前記先端部の底壁の厚みは、前記先端部の側壁の厚みよりも小さい、結晶成長容器。
【請求項２】
前記先端部の前記底壁の厚みは、前記先端部の前記側壁の厚みの０．５倍以下である、請求項１に記載の結晶成長容器。
【請求項３】
前記先端部内側の断面積が０．２ｃｍ2以上０．８ｃｍ2以下である、請求項１または２に記載の結晶成長容器。
【請求項４】
前記先端部および前記胴部は、パイロリティックボロンナイトライドである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶成長容器。
【請求項５】
前記先端部の内部で、かつ前記種結晶の下に配置されるとともに、前記種結晶の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する物質をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の結晶成長容器。
【請求項６】
前記物質は、パイロリティックグラファイト、グラファイト焼結体およびグラッシーカーボンの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の結晶成長容器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の結晶成長容器を用いて結晶を製造する方法であって、
前記先端部に前記種結晶を配置する工程と、
前記胴部に前記原料を配置する工程と、
前記原料を加熱することにより前記原料を溶融する工程と、
溶融した前記原料を前記種結晶側から凝固させることにより、結晶を製造する工程とを備えた、結晶製造方法。
【請求項８】
前記結晶を製造する工程では、前記先端部において０．５ｍｍ／ｈ以上２．０ｍｍ／ｈ以下の成長速度で前記結晶を製造する、請求項７に記載の結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長容器および結晶製造方法に関し、たとえば化合物半導体結晶の結晶成長容器および結晶製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）などの化合物半導体結晶は、たとえばＶＢ（Vertical Bridgman：垂直ブリッジマン）法、ＶＧＦ法（Vertical Gradient Freeze：垂直温度傾斜凝固）法などの垂直ボート法により製造されている。
【０００３】
このような化合物半導体結晶の製造に用いられる装置として、たとえば特開２００６−１０４０３３号公報（特許文献１）に開示の化合物半導体単結晶成長装置が挙げられる。この特許文献１には、種結晶載置部、増径部および定径部を有する成長容器を支持部材により支持して加熱装置内に配置し単結晶を成長するＶＢ法およびＶＧＦ法による化合物半導体単結晶の成長装置において、成長容器の種結晶載置部の側面を覆う覆い部材を設置し、覆い部材の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）と厚さｔ（ｍ）とが１．０×１０-3≦ｔ／λ≦１．０×１０-2の関係を満たすように設定することが開示されている。覆い部材の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）と厚さｔ（ｍ）とが１．０×１０-3≦ｔ／λ≦１．０×１０-2の関係を満たすように設定することで、結晶からの放熱不足をなくし、固液界面が融液に対して凹面になることによる転位の発生をなくすことも特許文献１には開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０４０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、上記特許文献１の化合物半導体単結晶成長装置において、成長する結晶に発生する転位を十分に低減できないことを見い出した。
【０００６】
したがって本発明の目的は、転位を低減した結晶を成長できる、結晶成長容器および結晶製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記特許文献１の化合物半導体単結晶成長装置において、成長する結晶に転位が発生する原因について本発明者が鋭意研究した結果、固液界面が融液に対して凹面になるように化合物半導体単結晶が成長していることに起因していることを見い出した。固液界面が融液に対して凹面である場合、結晶に転位が発生すると、その転位が結晶の径方向の中央部に向けて集まるように成長するため、転位を低減することができない。
【０００８】
そこで、本発明の結晶成長容器は、原料を加熱溶融した後、溶融した原料を一方向から凝固させることにより結晶を製造する結晶成長容器であって、先端部と、胴部とを備える。先端部は、種結晶を配置する。胴部は、先端部と接続され、かつ先端部の径よりも大きな径を有するとともに、内部で原料を加熱溶融する。先端部の底壁の厚みは、先端部の側壁の厚みよりも小さい。
【０００９】
本発明の結晶成長容器によれば、種結晶を配置する先端部において底壁の厚みが側壁の厚みよりも小さいため、側壁へ流出する熱量よりも底壁へ流出する熱量を増やすことができる。このため、結晶の径方向の中央部からの固化を促進することができるので、成長する結晶と溶融した原料との界面（固液界面）を、原料側へ凸形状とすることができる。これにより、仮に結晶の成長に伴い転位が発生しても、その転位を径方向の外周側に逃がすことができる。したがって、転位を低減した結晶を成長することができる。
【００１０】
上記結晶成長容器において好ましくは、先端部の底壁の厚みは、先端部の側壁の厚みの０．５倍以下である。
【００１１】
これにより、成長する結晶の中央部からの固化をより促進することができるので、成長する結晶と溶融した原料との界面を凸形状に制御しやすくなる。したがって、転位をより低減した結晶を成長することができる。
【００１２】
上記結晶成長容器において好ましくは、先端部内側の断面積が０．２ｃｍ2以上０．８ｃｍ2以下である。
【００１３】
０．２ｃｍ2以上の場合、径方向の温度差を設けやすくなるので、成長する結晶と溶融した原料との界面を凸形状に形成しやすくなる。０．８ｃｍ2以下の場合、種結晶を小さくできるので、コストを低減することができる。
【００１４】
上記結晶成長容器において好ましくは、先端部および胴部は、パイロリティックボロンナイトライド（ｐＢＮ）である。
【００１５】
ｐＢＮは異方性を有する材料であるので、成長する結晶の径方向の熱伝導率よりも、成長方向の熱伝導率が高くなるように先端部および胴部を設けることで、先端部の底壁からの熱の流出をより高めることができる。このため、転位をより低減した結晶を成長することができる。
【００１６】
上記結晶成長容器において好ましくは、先端部の内部で、かつ種結晶の下に配置されるとともに、種結晶の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する物質をさらに備える。
【００１７】
これにより、成長する結晶の側壁よりも底壁へ流出する熱量をより増やすことができる。このため、成長する結晶の中央部からの固化をより促進することができるので、成長する結晶と溶融した原料との界面を凸状に制御しやすくなる。したがって、転位をより低減した結晶を成長することができる。
【００１８】
上記結晶成長容器において好ましくは、上記物質は、パイロリティックグラファイト、グラファイト焼結体およびグラッシーカーボンの少なくとも１つを含む。
【００１９】
パイロリティックグラファイト、グラファイト焼結体およびグラッシーカーボンは熱伝導率が高いため、成長する結晶の成長の側壁よりも底壁へ流出する熱量をより一層増やすことができる。したがって、結晶に発生する転位をより一層低減することができる。
【００２０】
本発明の結晶製造方法は、上記いずれかに記載の結晶成長容器を用いて結晶を製造する方法であって、以下の工程を備える。先端部に種結晶を配置する。胴部に原料を配置する。原料を加熱することにより原料を溶融する。溶融した原料を種結晶側から凝固させることにより、結晶を製造する。
【００２１】
本発明の結晶製造方法によれば、結晶を製造する工程において、種結晶を配置した先端部において底壁の厚みが側壁の厚みよりも小さいため、側壁へ流出する熱量よりも底壁へ流出する熱量を増やすことができる。このため、結晶の径方向の中央部からの固化を促進して結晶を製造することができるので、製造する結晶と溶融した原料との界面を凸状にすることができる。これにより、仮に製造に伴い転位が発生しても、その転位を外周側に逃がすことができる。したがって、転位を低減した結晶を製造することができる。
【００２２】
上記結晶製造方法において好ましくは、上記結晶を製造する工程では、先端部において０．５ｍｍ／ｈ以上２．０ｍｍ／ｈ以下の成長速度で結晶を製造する。
【００２３】
０．５ｍｍ／ｈ以上の場合、結晶の生産性の低下を抑制できる。２．０ｍｍ／ｈ以下の場合、固化潜熱の発生を効果的に抑制することができるので、固液界面の凹化を抑制することができる。したがって、転位をより低減した結晶を製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上より、本発明の結晶成長容器および結晶製造方法によれば、転位を低減した結晶を成長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１における結晶を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における結晶成長容器を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における結晶成長容器の先端部近傍を概略的に示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における結晶製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１における結晶を製造する状態を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における結晶を製造する状態を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の結晶成長容器および結晶製造方法の効果を説明するための概略断面図である。
【図８】比較例の結晶成長容器を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における結晶製造装置を概略的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における結晶１００を概略的に示す断面図である。まず、図１を参照して、本実施の形態の結晶１００について説明する。
【００２８】
結晶１００は、先端部１０１と、先端部１０１と接続され、かつ先端部１０１の径よりも大きな径を有する胴部１０２とを備える。先端部１０１は、略円柱状である。胴部１０２は、先端部１０１の上方に連なる増径部１０２ａと、増径部１０２ａの上方に連なる直胴部１０２ｂとを有する。増径部１０２ａは、先端部１０１から直胴部１０２ｂに向けて徐々に径が大きくなるテーパ状である。直胴部１０２ｂは、径がほぼ一定である。
【００２９】
結晶１００において転位が低減されており、たとえば面内の転位数は５０個以下である。結晶１００は、化合物半導体であることが好ましく、たとえばＧａＡｓ、ＧａＰ（ガリウムリン）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）およびＩｎＰ（インジウムリン）の少なくともいずれかである。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態１における結晶成長容器１を概略的に示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における結晶成長容器１の坩堝１０の先端部１１近傍を概略的に示す拡大断面図である。続いて、図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態における結晶１００の製造に用いられる結晶成長容器１の主要な構成について説明する。
【００３１】
図２に示すように、結晶成長容器１は、台座２と、台座２上に搭載された坩堝１０と、坩堝１０の内部に充填される原料を加熱するための加熱部５とを備える。加熱部５は、台座２および坩堝１０の外周を囲むように配置されている。
【００３２】
台座２は、平面形状が円形状の円柱状体であって、上部表面にはすり鉢状の傾斜部２ａと、この傾斜部２ａの内周側（上部表面のほぼ中央）に位置する凹部２ｂとを有する。凹部２ｂの平面形状はたとえば円形状であって、当該凹部２ｂの幅は深さ方向においてほぼ一定である。傾斜部２ａは、凹部２ｂの上端部から台座２の外周側に向かうにつれて台座２の底壁からの距離が大きくなるように（台座２の底壁に対して）傾斜した構成となっている。台座２の材料としては、たとえば石英、アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4などを用いることができる。
【００３３】
この台座２上に搭載される坩堝１０は、図３に示すように、種結晶９を配置するための先端部１１と、この先端部１１の上方に位置し、かつ先端部１１と接続された胴部１２とを含む。先端部１１および胴部１２を構成する坩堝１０の材料としては、たとえばｐＢＮを用いることができる。
【００３４】
先端部１１は、台座２の凹部２ｂの内部に収納されるとともに、台座２の凹部２ｂの内壁に沿った形状（平面形状はほぼ円形状）である。先端部１１は、内部に種結晶９を配置し、かつ底壁１１ａと、当該底壁１１ａと接続される側壁１１ｂとを有する。底壁１１ａは、上述した台座２の上部表面上に搭載可能な形状であり、先端部１１において胴部１２と接続されている側と反対側（下側）に位置する。側壁１１ｂは、胴部１２と底壁１１ａとを接続する。
【００３５】
胴部１２は、先端部１１の径よりも大きな径を有するとともに、内部で原料８を加熱溶融する。胴部１２は、先端部１１の側壁１１ｂと接続された増径部１２ａと、増径部１２ａと接続された直胴部１２ｂとを有する。増径部１２ａは、先端部１１の上に連なり、台座２の傾斜部２ａに沿って傾斜した側壁を有する。増径部１２ａにおける側壁の（直胴部１２ｂの側壁に対する）傾斜角度は、台座２の傾斜部２ａの（台座２の外周側壁に対する）傾斜角度とほぼ同様となっている。直胴部１２ｂは、増径部１２ａの上に連なり、平面形状が台座２と同様のたとえば円形状であって、ほぼ一定の幅を有する。
【００３６】
なお、直胴部１２ｂの幅は増径部１２ａから離れるに従って徐々に大きくなっていてもよいし、直胴部１２ｂの途中で幅の変化率が変更されていてもよい。つまり直胴部１２ｂについては、上述のように幅がほぼ一定の場合のみならず、ある程度幅が変化している（直胴部１２ｂの側壁が台座２の外周側壁に対して若干傾斜している）場合もある。また、直胴部１２ｂは、当該直胴部１２ｂにおける幅の変化率が増径部１２ａにおける幅の変化率より小さくなっていればよい。ここで幅とは、坩堝１０の延在方向に対して垂直な方向（水平方向）における幅を意味する。先端部１１の幅は、深さ方向の任意の位置においてほぼ一定である。
【００３７】
ここで、先端部１１の構造について図３を参照して説明する。図３に示すように、先端部１１の底壁１１ａの厚みＴ１１ａは、先端部１１の側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂよりも小さい。先端部１１の底壁１１ａの厚みＴ１１ａを側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂよりも小さくすることによって、側壁１１ｂよりも底壁１１ａへ流出する熱量を増やすことができる。この観点から、先端部１１の底壁１１ａの厚みＴ１１ａは、先端部１１の側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂの０．５倍以下であることが好ましい。
【００３８】
先端部１１において、底壁１１ａの厚みＴ１１ａは、０．２ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましい。先端部１１において、側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂは、底壁１１ａの厚みＴ１１ａよりも大きく、かつ２．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以下であることがより好ましい。底壁１１ａの厚みＴ１１ａが０．２ｍｍ以上である場合には、坩堝１０が割れることを抑制でき、０．５ｍｍ以上である場合には、坩堝１０が割れることをより抑制できる。側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂが２．０ｍｍ以下の場合には、先端部１１の熱の流れを良好に維持でき、１．０ｍｍ以下の場合には、先端部１１の熱の流れをより良好に維持できる。
【００３９】
先端部１１内側の断面積（底壁１１ａの内径によって求められる面積）は０．２ｃｍ2以上０．８ｃｍ2以下であることが好ましく、０．３ｃｍ2以上０．８ｃｍ2以下であることがより好ましい。０．２ｃｍ2以上の場合、径方向（底壁１１ａと平行な方向）の温度差を設けやすくなる。０．３ｃｍ2以上の場合、径方向の温度差をより設けやすくなる。０．８ｃｍ2以下の場合、内部に配置する種結晶９を小さくできるので、コストを低減することができる。
【００４０】
なお、結晶成長容器１は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００４１】
続いて、図１〜図６を参照して、本実施の形態における結晶１００の製造方法を説明する。図４は、本発明の実施の形態１における結晶製造方法を示すフローチャートである。図５および図６は、本発明の実施の形態１における結晶を製造する状態を概略的に示す断面図である。本実施の形態では、図２に示す結晶成長容器１を用いて、図１に示す結晶１００を製造する。
【００４２】
図２〜図４に示すように、まず、種結晶９を準備する（ステップＳ１）。具体的には、図２および図３に示した結晶成長容器１における坩堝１０の先端部１１の内部に種結晶９を配置する。種結晶９は、成長する結晶と同じ組成であることが好ましい。
【００４３】
次に、図２〜図４に示すように、胴部１２に原料８を配置する（ステップＳ２）。具体的には、結晶成長容器１の坩堝１０の内部に結晶１００の原料８となるべき多結晶の原料片を所定の量だけ投入する。上述した種結晶９および原料８の組成としては、任意の結晶性の材料を用いることができる。
【００４４】
次に、図４および図５に示すように、原料８を加熱することにより原料８を溶融する（ステップＳ３）。具体的には、図２に示す加熱部５に通電することにより、坩堝１０の内部の原料８を加熱して溶融状態して、図５に示す原料融液１６を生成する。なお、このとき坩堝１０の先端部１１の内部に配置された種結晶９は溶融しないように、加熱部５による加熱条件を調整する。
【００４５】
次に、図２、図４〜図６に示すように、溶融した原料（原料融液１６）を一方向（たとえば種結晶９側）から凝固させることにより、結晶１５を製造する（ステップＳ４）。具体的には、図示しない昇降装置などを用いて、加熱部５に対して、台座２および坩堝１０を図２および図５の下側に移動させることにより、原料融液１６の温度を、坩堝１０の先端部１１の内部に配置された種結晶９の近傍から徐々に下げていく。この結果、加熱されて溶融していた原料が、種結晶９の近傍から徐々に凝固（結晶化）する。このように凝固した部分は結晶となる。そして、徐々に台座２および坩堝１０を加熱部５の内周側から下側へと引き抜いていくことにより、原料融液１６は坩堝１０の下側（すなわち種結晶９の近傍）から徐々に結晶化していく。このようにして、図５に示すように先端部１１内で結晶１５が成長し、引き続き図６に示すように胴部１２内で結晶１５が成長することで、図１に示す結晶１００を成長させることができる。なお、台座２および坩堝１０を固定し、加熱部５を上方へと移動させてもよい。
【００４６】
上記ステップＳ４では、図５に示すように先端部１１において、０．５ｍｍ／ｈ以上２．０ｍｍ／ｈ以下の成長速度で結晶を製造することが好ましい。この成長速度は、加熱部５に対して、台座２および坩堝１０を図２および図５の下側に移動させる速度である。
【００４７】
続いて、本実施の形態の結晶成長容器１および結晶製造方法の効果について、図７および図８を参照して説明する。図７は、本実施の形態の結晶成長容器および結晶製造方法の効果を説明するための概略断面図である。図８は、比較例の結晶成長容器を概略的に示す断面図である。
【００４８】
本実施の形態では、先端部１１の底壁１１ａの厚みＴ１１ａを側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂよりも小さくしているので、結晶を製造する工程（ステップＳ４）において発生する熱を、側壁１１ｂよりも底壁１１ａへ多く流出することができる。つまり、原料融液１６から台座２へ伝わる熱の流れを先端部１１の底壁１１ａに向かう方向（下方向）へガイドすることができる。このため、結晶１５の径方向の中央部からの固化を促進することができるので、図７に示すように、原料融液が凝固して成長した結晶１５（固相）と、原料融液１６（液相）との境界部である界面１７（固液界面）を、原料融液１６側へ凸形状にすることが可能になる。この結果、得られる結晶１５において結晶欠陥の発生を抑制できる。
【００４９】
それに加えて、仮に、結晶１５の成長に伴い転位が発生しても、その転位を結晶成長容器１の坩堝１０の側壁に向けて（図７における矢印１８に向けて）成長することができる。転位が側壁にぶつかると、転位の進行はそこで止まるので、成長する結晶に発生する転位を低減することができる。このように先端部１１で転位が発生した場合でも、その転位を外側に逃がすことで、結晶１５中に残留する転位を低減できるので、胴部１２に囲まれる結晶１５（図１における結晶１００の胴部１０２）に発生する転位を低減できる。このため、図１に示すような転位を低減した結晶１００を製造することができる。
【００５０】
一方、図８に示すように、比較例の結晶成長容器を構成する坩堝２０は、先端部２１の底壁の厚みＴ２１ａは、先端部２１の側壁の厚みＴ２１ｂよりも大きいので、発生する熱を底壁よりも側壁へ多く流出するため、成長する結晶１５と原料融液１６との界面１７は凹状になる。比較例のように、成長する結晶１５と原料融液１６との界面１７が凹状になると、結晶１５の成長に伴い転位が発生した場合には、図８に示す矢印１８のように径方向の中央部に向けて転位が進行する。このため、成長する結晶１５に転位が貫通し、転位を低減することができない。
【００５１】
以上より、本実施の形態における結晶成長容器１および結晶製造方法によれば、従来より結晶の成長を制御することが困難であった先端部１１に着目して、先端部１１の底壁１１ａの厚みＴ１１ａを側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂよりも小さくすることで、先端部１１での結晶成長を制御しているので、転位を低減した結晶１００を製造することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２における結晶成長容器３０の先端部１１近傍を概略的に示す拡大断面図である。図９を参照して、本実施の形態における結晶成長容器３０について説明する。
【００５３】
図９に示すように、結晶成長容器３０は、基本的には図１および図２に示す結晶成長容器１と同様の構成を備えているが、先端部１１の内部で、かつ種結晶９の下に配置されるとともに、種結晶９の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する物質３１をさらに備えている点において異なる。
【００５４】
物質３１は、坩堝の先端部１１の底壁１１ａに接するように配置される。物質３１は、側壁１１ｂに沿った形状であり、たとえば円柱状である。物質３１は、先端部１１の内部に配置されたときに、先端部１１の上方に種結晶９を配置する空間を設けるような形状であることが好ましい。
【００５５】
物質３１は、結晶を成長する際に発生する熱を、側壁１１ｂよりも底壁１１ａへ多く流出するために設けられている。このため、物質３１は、種結晶９の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。言い換えると、成長する結晶の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。この観点から、物質３１は、パイロリティックグラファイト、グラファイト焼結体、グラッシーカーボンなどのカーボンであることが好ましく、パイロリティックグラファイトおよびグラファイト焼結体の少なくとも１つを含むことがより好ましい。たとえばＧａＡｓ結晶を成長する場合には、物質３１の熱伝導率は、ＧａＡｓの熱伝導率よりも高いことが好ましく、具体的には室温における熱伝導率が６０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））より高いことが好ましい。
【００５６】
本実施の形態における結晶製造方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、図９に示す結晶成長容器３０を用いる点において異なる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態における結晶成長容器３０および結晶製造方法によれば、先端部１１の内部で、かつ種結晶９の下に配置されるとともに、種結晶９の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する物質３１をさらに備えている。
【００５８】
本実施の形態における結晶成長容器３０および結晶製造方法によれば、物質３１がヒートシンクの役割になるので、成長する結晶の側壁よりも底壁へ流出する熱量をより増やすことができる。このため、成長する結晶の中央部からの固化をより促進することができるので、成長する結晶と溶融した原料との界面を凸状に制御しやすくなる。したがって、結晶に発生する転位をより低減することができる。
【００５９】
また、先端部１１の底壁１１ａの厚みを側壁１１ｂの厚みよりも小さくすることで物質３１がヒートシンクとしてより有効に作用し、発生した転位を外側に逃がすことができる。
【実施例】
【００６０】
本実施例では、結晶成長容器において、先端部の底壁の厚みを先端部の側壁の厚みよりも小さくすることによる効果について調べた。
【００６１】
（本発明例１）
本発明例１は、上述した実施の形態１の図２に示す結晶成長容器１を用いて、Ｓｉ（シリコン）ドープＧａＡｓ単結晶の成長を行なった。
【００６２】
図２を参照して、結晶成長容器１において、先端部１１および胴部１２はｐＢＮ製であり、先端部１１の内径は６．５ｍｍ（先端部１１内側の断面積は０．３ｃｍ2）で、先端部１１の長さは４０ｍｍで、胴部１２の直胴部の内径は８０ｍｍであった。ｐＢＮ坩堝は特開平１０−１９４８８６号公報に示されるように、ＢＣｌ3やＮＨ3などの原料ガスをカーボン製の基材上で反応させることによって作製した。面積の小さい底面は原料ガスが十分に供給されるため、側面よりも厚くなる。そこで本発明では、通常の方法で作製したｐＢＮ坩堝の底壁をサンドペーパーで加工することで側壁よりも薄くなるようにした。このとき、先端部１１において底壁１１ａの厚みＴ１１ａは０．５ｍｍで、側壁１１ｂの厚みＴ１１ｂは１．０ｍｍであった。
【００６３】
製造するＧａＡｓ結晶の重量を６ｋｇとし、それに必要な原料とドーパントであるＳｉを６００ｍｇ用いた。また、種結晶としては、直径が６．１ｍｍ（断面積０．３ｃｍ2）で、長さが４０ｍｍで、方位＜１００＞のＧａＡｓ結晶を用いた。
【００６４】
坩堝１０の先端部１１の底壁１１ａに種結晶９を配置し、その上の胴部１２に原料８を充填した後、坩堝１０の周囲に配置された加熱部５により原料８を溶融し、種付けを行ない下端より徐々に冷却して、図１に示す形状のＧａＡｓ単結晶を成長させた。
【００６５】
ＧａＡｓ結晶を成長した後、ＧａＡｓ結晶の先端部１０１と増径部１０２ａとの境界部分からウエハを採取し、転位数（面内の合計数）を調べた。その結果、転位数は５０個以下であった。また、ＧａＡｓ結晶の先端部１０１において種付け以後に成長した部分の界面形状をエッチングにより調べた結果、界面は凹化していなかった。
【００６６】
（本発明例２）
本発明例２は、上述した実施の形態２の図９に示す結晶成長容器３０を用いて、ＳｉドープＧａＡｓ単結晶の成長を行なった。本発明例２の結晶成長容器は、基本的には本発明例１と同様の結晶成長容器を用いたが、先端部１１の内部で、かつ種結晶９の下に配置されるとともに、種結晶９の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する物質３１をさらに備えている点において異なっていた。具体的には、結晶成長容器３０は、種結晶９の下部に種結晶９と同じ直径で、長さ４０ｍｍのパイロリティックグラファイトを物質３１として配置した。
【００６７】
本発明例２の結晶成長容器を用いて、本発明例１と同様の条件で、ＧａＡｓ結晶を成長し、本発明例１と同様に転位数を調べた結果、転位は３０個以下であり良好な結果が得られた。また、本発明例１と同様に界面形状をエッチングにより調べた結果、界面は凹化していなかった。
【００６８】
（比較例１）
比較例１は、図８に示す坩堝２０を備えた結晶成長容器を用いて、ＳｉドープＧａＡｓ結晶の成長を行なった。比較例１の結晶成長容器は、基本的には本発明例１と同様の結晶成長容器を用いたが、坩堝２０の底壁および側壁の厚みが異なっていた。
【００６９】
具体的には、先端部２１において底壁２１ａの厚みＴ２１ａは１．５ｍｍで、側壁２１ｂの厚みＴ２１ｂを１．０ｍｍとした。つまり、比較例１の先端部２１の底壁２１ａの厚みＴ２１ａは、先端部２１の側壁２１ｂの厚みＴ２１ｂよりも大きかった。
【００７０】
比較例１の結晶成長容器を用いて、本発明例１および２と同様の条件で、ＧａＡｓ結晶を成長し、本発明例１および２と同様に転位数を調べた結果、転位数は３００個程度であり、本発明例１および２よりも良い結果は得られなかった。
【００７１】
以上より、本実施例によれば、先端部の底壁の厚みを先端部の側壁の厚みよりも小さくすることにより、転位を低減した結晶を成長できることが確認できた。
【００７２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
１，３０  結晶成長容器、２  台座、２ａ  傾斜部、２ｂ  凹部、５  加熱部、８  原料、９  種結晶、１０，２０  坩堝、１１，２１，１０１  先端部、１１ａ，２１ａ  底壁、１１ｂ，２１ｂ  側壁、１２，１０２  胴部、１２ａ，１０２ａ  増径部、１２ｂ，１０２ｂ  直胴部、１５，１００  結晶、１６  原料融液、１７  界面、１８  矢印、３１  物質。
【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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