(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶製造装置であって、
種結晶を収容し、単結晶を成長させるための第１の容器と、
前記第１の容器を取囲むように設けられる加熱手段と、
前記第１の容器の上方にあって、底部に開口部を有し、前記単結晶の成長のための原料を収容するための第２の容器と、
を備え、
前記第２の容器は、
着脱可能なように前記第１の容器に挿入され、前記開口部を封止するための封止手段を含み、
前記第１の容器と前記第２の容器が相対的に移動可能である、
単結晶製造装置。
【請求項２】
前記第１の容器は、
底部に前記種結晶の格納部を有し、
前記封止手段は、
凸型形状部を有し、
前記第２の容器の内側から前記開口部に密着して、前記開口部を封止する、請求項１記載の単結晶製造装置。
【請求項３】
前記封止手段の前記凸型形状部に印加される圧力により、前記封止手段が前記第２の容器内に脱離することにより前記開口部の封止が解除される、請求項２記載の単結晶製造装置。
【請求項４】
前記封止手段は、液止め栓であって、
前記単結晶成長開始前において、
前記第１の容器の前記種結晶の格納部には前記種結晶が格納され、
前記第１の容器内の前記種結晶上部には、前記単結晶の元素組成に対応する元素を含む結晶が収容され、
前記封止手段により封止された前記第２の容器内には、前記単結晶を成長させるための原料が収容され、
前記第２の容器内で前記単結晶の組成に対応する組成の原料融液が合成された後、前記単結晶成長の開始時において、
前記第１の容器と前記第２の容器との相対位置を変更することによって、前記液止め栓の凸型形状部と前記結晶とを接触させることにより前記開口部の封止を解除して、前記原料融液を前記種結晶と接触させ、接触部分から前記原料融液を固化する、請求項３記載の単結晶製造装置。
【請求項５】
前記封止手段が機械的力により前記第２の容器内に脱離することにより、前記開口部の封止が解除される、請求項２記載の単結晶製造装置。
【請求項６】
前記単結晶は、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体またはＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体単結晶である、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の単結晶製造装置。
【請求項７】
単結晶製造方法であって、
第１の容器の底部に種結晶を収容するステップと、
前記第１の容器の上方にあって底部に開口部を有し、さらに着脱可能であって前記開口部を封止するための封止手段を含む第２の容器に、前記単結晶の成長のための原料を収容するステップと、
前記第２の容器内で前記単結晶の組成に対応する組成の原料融液を合成するステップと、
前記封止手段を前記開口部から脱離することにより前記開口部の封止を解除して、前記原料融液と前記種結晶とを接触させるステップと、
前記種結晶と接触した部分から前記原料融液を固化するステップと、
を備える、単結晶製造方法。
【請求項８】
前記封止手段は、液止め栓であって、
前記第１の容器内の前記種結晶上部に、前記単結晶の元素組成に対応する元素を含む結晶を収容するステップをさらに備え、
前記開口部からの前記封止手段の脱離は、前記第１の容器と前記第２の容器との相対位置を変更することによって、前記液止め栓と前記結晶とを接触させることにより行なう、請求項７記載の単結晶製造方法。
【請求項９】
前記封止手段は、液止め栓であって、
前記開口部からの前記封止手段の脱離は、機械的力により行なう、請求項７記載の単結晶製造方法。
【請求項１０】
前記単結晶は、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体またはＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体単結晶である、請求項７〜請求項９のいずれかに記載の単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶製造方法および装置に関するものであり、特に、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体材料、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体材料、およびＳｉＧｅ等の複数元素を化合して生成される材料等の単結晶を製造する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の単結晶製造方法および装置の一例としては、たとえば特開平１０−１３００９８号公報に、二元系化合物半導体単結晶の成長方法および装置が開示されている。
【０００３】
この方法および装置においては、坩堝内に下方から順に、高蒸気圧成分元素に対応する元素Ｂと、他方の元素に対応する原料Ａとを、混合することなく２層にして収容し、成長容器の下方から高解離圧成分元素の原料Ｂの蒸気を満たし、坩堝内で原料を直接合成した後、化合物半導体単結晶を成長させている。
【０００４】
また、従来の単結晶製造方法および装置の他の例としては、たとえば特開昭６３−２７０３７９号公報に、化合物半導体単結晶の製造方法および装置が開示されている。
【０００５】
この方法および装置においては、ＧａとＡｓとを直接合成後、種結晶を下から押上げ、種結晶上の液止め栓を融液内に放出して融液面に浮上させることにより、種結晶と融液とを接触させてＧａＡｓ単結晶を成長させている。
【０００６】
また、従来の単結晶製造方法および装置のさらに他の例としては、特開昭６３−７４９９０号公報に、化合物半導体単結晶の製造方法および装置が開示されている。
【０００７】
この方法および装置においては、坩堝でＧａとＡｓとを直接合成した後、種結晶の上部の封止を解除し、化合物半導体融液と種結晶とを接触させてＧａＡｓ単結晶を成長させている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開平１０−１３００９８号公報に開示された従来技術においては、以下のような問題点があった。
【０００９】
すなわち、昇温すると、坩堝内の上層の原料Ａは、成長容器下部からの原料Ｂの蒸気成分と反応するよりも、坩堝内下層の高解離圧原料Ｂと迅速に化合しやすくなる。そのため、下層の原料Ｂが破壊されて、坩堝内上層の原料Ａが種結晶に触れてしまい、種結晶を損傷させてしまう。すなわち、坩堝内上層の液体原料は、下層原料の隙間を通じて容易に種結晶まで到達し、種結晶を損傷してしまうという問題があった。
【００１０】
また、この技術においては、合成前の原料が種結晶を損傷しないように、坩堝内面と全く同じ形状の緻密な原料Ｂによって、種結晶上部を覆う必要があった。しかしながら、高解離圧成分元素の原料Ｂを坩堝の形に合せて緻密に充填することは極めて困難であり、たとえ成形により製造することができたとしても、非常に高コストになるという問題もあった。
【００１１】
また、上述した特開昭６３−２７０３７９号公報に開示された従来技術においても、以下のような問題点があった。
【００１２】
すなわち、種結晶を正確に上下動させる機構が必要になるため、炉の構造が複雑となり、その結果、高コストになってしまうという問題があった。
【００１３】
また、この技術においては、合成前の原料が種結晶を損傷するのを防止するため、隙間が生じないように、精密な形状の液止め栓を坩堝に強く密着させる必要があった。そのため、高温で種結晶が圧縮力を受ける結果、種結晶が損傷されて単結晶成長が困難となり、単結晶製造の歩留りが低下するという問題もあった。
【００１４】
さらに、上述した特開昭６３−７４９９０号公報に開示された従来技術においても、以下のような問題があった。
【００１５】
すなわち、この技術においても、合成前の原料が種結晶を損傷するのを防止するため、隙間が生じないように、精密な形状の液止め栓を坩堝に強く密着させる必要があった。そのため、封止手段を種結晶上部に正確にセッティングする機構が必要な結果、炉の構造が複雑となり、高コストになってしまうという問題があった。また、封止手段を坩堝に強く接触させる必要があり、坩堝を損傷しやすいという問題もあった。
【００１６】
この発明の目的は、上述した問題点を解決し、合成前の原料が種結晶と反応して単結晶に損傷を与えるのを防止することにより、単結晶成長の歩留りを向上することができる、単結晶製造方法を提供することにある。
【００１７】
また、この発明のさらに他の目的は、上述した方法を実施するためのより簡略化した構造の単結晶製造装置を、提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による単結晶製造装置は、種結晶を収容し、単結晶を成長させるための第１の容器と、第１の容器を取囲むように設けられる加熱手段と、第１の容器の上方にあって、底部に開口部を有し、単結晶の成長のための原料を収容するための第２の容器とを備え、第２の容器は、着脱可能であって開口部を封止するための封止手段を含む。
【００１９】
請求項２の発明による単結晶製造装置は、請求項１の発明の構成において、第１の容器は、底部に種結晶の格納部を有し、封止手段は、凸型形状部を有し、第２の容器の内側から開口部に密着して、開口部を封止する。
【００２０】
請求項３の発明による単結晶製造装置は、請求項２の発明の構成において、封止手段の凸型形状部に印加される圧力により、封止手段が第２の容器内に脱離することにより開口部の封止が解除される。
【００２１】
請求項４の発明による単結晶製造装置は、請求項３の発明の構成において、封止手段は液止め栓であって、単結晶成長開始前において、第１の容器の種結晶の格納部には種結晶が格納され、第１の容器内の種結晶上部には、単結晶の元素組成に対応する元素を含む結晶が収容され、封止手段により封止された第２の容器内には、単結晶を成長させるための原料が収容され、第２の容器内で単結晶の組成に対応する組成の原料融液が合成された後、単結晶成長の開始時において、第１の容器と第２の容器との相対位置を変更することによって、液止め栓の凸型形状部と結晶とを接触させることにより開口部の封止を解除して、原料融液を種結晶と接触させ、接触部分から原料融液を固化する。
【００２２】
請求項５の発明による単結晶製造装置は、請求項２の発明の構成において、封止手段が機械的力により第２の容器内に脱離することにより、開口部の封止が解除される。
【００２３】
請求項６の発明による単結晶製造装置は、請求項１〜請求項５の発明のいずれかの構成において、単結晶は、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体またはＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体単結晶である。
【００２４】
請求項７の発明による単結晶の製造方法は、第１の容器の底部に種結晶を収容するステップと、第１の容器の上方にあって底部に開口部を有し、さらに着脱可能であって開口部を封止するための封止手段を含む第２の容器に、単結晶の成長のための原料を収容するステップと、第２の容器内で単結晶の組成に対応する組成の原料融液を合成するステップと、封止手段を開口部から脱離することにより開口部の封止を解除して、原料融液と種結晶とを接触させるステップと、種結晶と接触した部分から原料融液を固化するステップとを備える。
【００２５】
請求項８の発明による単結晶製造方法は、請求項７の発明の構成において、封止手段は液止め栓であって、第１の容器内の種結晶上部に、単結晶の元素組成に対応する元素を含む結晶を収容するステップをさらに備え、開口部からの封止手段の脱離は、第１の容器と第２の容器との相対位置を変更することによって、液止め栓と結晶とを接触させることにより行なう。
【００２６】
請求項９の発明による単結晶製造方法は、請求項７の発明の構成において、封止手段は液止め栓であって、開口部からの封止手段の脱離は、機械的力により行なう。
【００２７】
請求項１０の発明による単結晶製造方法は、請求項７〜請求項９の発明のいずれかの構成において、単結晶は、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体またはＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体単結晶である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明による単結晶製造装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【００２９】
図１を参照して、この単結晶製造装置は、高圧チャンバ１内に、種結晶９を収容し単結晶を成長させるための第１の容器８と、単結晶の成長のための原料４を収容するための第２の容器３と、第１の容器８を取囲むように設けられたヒータ１２とを備えている。
【００３０】
第１の容器８は、底部に種結晶９を格納するための凹型形状部を有していて、下軸１６上に載置されている。また、第２の容器３は、第１の容器８の上方にあって、底部のテーパ形状部の先端に、開口部６を有している。
【００３１】
この開口部６は、液止め栓７により封止されている。液止め栓７は、凸型形状部を有し、第２の容器３の内側から開口部６に密着している。このように、開口部６が液止め栓７により封止されることにより、第２の容器３内の原料４が外へ漏れないようになっている。
【００３２】
第１の容器８内の種結晶９上部には、Ｂ2 Ｏ3 等の封止材５と、単結晶の元素組成に対応する元素を含む結晶１１とが収容されている。なお、この結晶１１は、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよい。この結晶１１は、後述するように、液止め栓７を第２の容器３の開口部６から解除する際に作用するとともに、第２の容器３から漏れ出る原料４が種結晶９に接触するのを防止し、種結晶９を保護する役割も果たしている。また、結晶１１は、封止材５で十分に覆われていることが望ましい。
【００３３】
一方、第２の容器３内に収容された原料４の上部にも、Ｂ2 Ｏ3 等の封止材５が収容されている。
【００３４】
また、この実施の形態においては、第２の容器３には、気密性リザーバ２が挿入されている。気密性リザーバ２内には、揮発性元素の第２原料１４が収容され、揮発性元素ガス導入パイプ１５を介して第２の容器３内に原料ガスが供給される。したがって、この実施の形態では、初めに、揮発性でない第１原料４のみが第２の容器３内に収容されている。
【００３５】
次に、このように構成される結晶製造装置を用いて結晶を製造する方法について説明する。
【００３６】
図２は、本発明による結晶製造方法の一例を説明するための断面図であって、図１に示す結晶製造装置を用いて結晶を製造する方法を示す図である。
【００３７】
なお、図２においては、図１における高圧チャンバ１およびヒータ１２は省略して示している。
【００３８】
まず、図２（ａ）を参照して、下軸１６上に載置された第１の容器８の底部に、種結晶９を収容し、さらにその上に、Ｂ2 Ｏ3 等の封止材５と、結晶１１を収容する。また、第２の容器３には、底部の開口部６を液止め栓７で封止した後、揮発性でない第１原料４を収容し、さらにその上に、Ｂ2 Ｏ3 等の封止材を収容する。この第１原料４中に、揮発性元素の第２原料１４を収容した気密性リザーバ２の揮発性元素ガス導入パイプ１５を挿入する。
【００３９】
この状態で、ヒータ１２により加熱を行ない、第２の容器３内に収容された第１原料４中へ、揮発性元素ガス導入パイプ１５を介して、気密性リザーバ２内に収容された第２原料１４のガスを導入し、両元素の合成を行なう。その結果、図２（ｂ）に示すように、第２の容器３内には、合成原料融液１３が形成される。
【００４０】
合成原料融液１３の合成が完了したら、図２（ｃ）に示すように、下軸１６を上昇し、液止め栓７の凸型形状部と結晶１１とを接触させることにより、開口部６の封止を解除する。
【００４１】
ここで、この実施の形態においては、液止め栓７は、合成原料融液１３よりも軽く、かつ、合成原料融液１３と反応しない材料から構成されている。そのため、図２（ｄ）に示すように、液止め栓７は合成原料融液１３の表面に浮き、第２の容器３内の合成原料融液１３は、開口部６を介して第１の容器８内に流れ込む。
【００４２】
このとき、第２の容器３の開口部６が封止材５で覆われていれば、第１の容器８内に流出した合成原料融液１３の表面も封止材５で覆われる。その後、第１の容器８内部の温度を徐々に上げて結晶１１を溶融し、種結晶９の上端部まで融液化した後、図２（ｅ）に示すように、徐々に下軸１６下げて、種結晶９の部分から単結晶１７を成長させていく。
【００４３】
なお、図１および図２では、簡略化のため、気密性リザーバ２や第２の容器３等を空間に固定する治具、ヒータ１２の周囲や気密性リザーバ２の下部の断熱材等については省略している。気密性リザーバ２と第２の容器３については、高圧チャンバ１の外部より上軸を貫通させてこれに固定し、上下動可能にさせて、より能動的に機能させることもできる。
【００４４】
また、第１の容器８と第２の容器３とを気密容器で囲い、気密容器の内部に揮発性元素の第２原料１４を配置して揮発性元素で満たすことにより、第１の容器８と第２の容器３内に液体封止材５を用いる必要がなくなる。
【００４５】
本実施の形態においては、揮発性元素の第２原料１４を収容するため、気密性リザーバ２は、気密性のカーボン、ｐＢＮコーティングされたカーボン、ＳｉＣ、石英、またはこれらの複合材料で構成することができる。複合材料で構成されるときの接続部には、弾力性のあるカーボン性シートを用いてもよい。一方、第１の容器８および第２の容器３は、ｐＢＮ、石英、カーボンまたはこれらの複合材料を利用して構成することができる。
【００４６】
また、第２の容器３の底部の開口部６を封止するための封止手段の形態は、第２の容器３内の合成原料融液１３が漏れ出ない構造であればよく、種々の形態が考えられる。たとえば、液止め栓７自体に凸型形状部がなく平板状であっても、第１の容器８内の結晶１１に突起を設けることで代用することもできる。
【００４７】
また、液止め栓７を第２の容器３の開口部６から脱離する方法についても、種々の方法が考えられる。たとえば、液止め栓７を上方へ引張り上げる手段を設け、該手段を用いて、機械的力によって液止め栓７を開口部６から脱離することもできる。
【００４８】
また、この実施の形態においては、第１の容器８を上昇させることにより第１の容器８と第２の容器３の相対位置を変更しているが、第２の容器３を下降させることによって第１の容器８と第２の容器３の相対位置を変更することもできる。従って、本実施の形態においては、第１の容器８と第２の容器３の少なくともいずれかが移動可能であればよい。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は、本発明による単結晶製造方法の他の例を説明するための断面図である。なお、図３においても、図２と同様に、高圧チャンバ１およびヒータ１２は省略して示している。
【００５０】
図３に示す実施の形態２の方法は、気密性リザーバ２を用いずに、２種の元素の原料４、１４をともに第２の容器３内に収容して、直接合成を行ない、単結晶成長させる点において、図２に示す実施の形態１の方法と相違している。
【００５１】
この方法は、特に合成前の原料がいずれも揮発性元素を含まない材料からなる場合に有効である。
【００５２】
なお、その他の点については、図２に示す実施の形態１の方法と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００５３】
（実施の形態３）
図４は、本発明による単結晶製造装置のさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
【００５４】
図４を参照して、この単結晶製造装置は、高圧水冷チャンバ２２と、炉心管１０とを備えている。
【００５５】
高圧水冷チャンバ２２内は、炉心管１０によって、ヒータ１３を含むヒータ域３１と、結晶成長が行なわれる成長域３２とに分離されている。
【００５６】
ヒータ域３１には、ヒータ１３の他に、断熱材２０と、ヒータ電極２１とが配置されている。また、ヒータ域３１には、ヒータ域ガス流入口２４と、ヒータ域ガス流出口２３とが設けられている。一方、成長域３２には、図１に示す実施の形態１の装置と同様の第１の容器８および第２の容器３と、断熱材２０とが配置されている。また、成長域３２には、成長域ガス流入口２９と、成長域ガス流出口２８とが設けられている。
【００５７】
この単結晶製造装置において、ヒータ１３は、３ゾーン以上の温度分布帯が縦型に構成されたヒータであって、塑性変形可能な材料を抵抗発熱体としている。そのため、炉の構造が単純となり、低価格で多ゾーンの温度分布帯を構成することができる。塑性変形可能な材料としては、たとえば、鉄−クロム−アルミニウムを主成分とする合金、ニッケル−クロムを主成分とする合金、ニッケル−クロム−鉄を主成分とする合金等を用いることができる。
【００５８】
一方、このような塑性変形可能な材料は、一般に金属を含有するため、このような材料からなるヒータを用いた場合、金属が不純物として、製造される結晶中に混入するという問題が考えられる。そこで、この装置においては、炉心管１０により、ヒータ域３１と成長域３２とが分離されている。その結果、製造される結晶中への不純物の混入が、有効に防止される。さらに、この炉心管１０は、製造される結晶中の揮発性成分の蒸気等が、ヒータ１３と直接接触することを防止するため、ヒータ１３の劣化の防止にも作用している。
【００５９】
また、上述したようにヒータ域３１と成長域３２とを分離した場合、ヒータ域３１と成長域３２との圧力差が大きくなりすぎると、気密容器２２が破損してしまうおそれがある。そこで、この実施の形態による単結晶製造装置は、ヒータ域３１のガス圧力と、成長域３２のガス圧力との差が、所定の値を超えないように制御するための、圧力バランス機構をさらに備えている。
【００６０】
具体的には、この単結晶製造装置は、圧力バランス機構として、ヒータ域３１の圧力を測定するためのヒータ域ガス圧力センサ２５と、成長域３２の圧力を測定するための成長域ガス圧力センサ２７とを備えている。ヒータ域ガス圧力センサ２５により測定されたヒータ域のガス圧力は、圧力センサの信号２６として矢印に示すようにヒータ域ガス流入口２４へ伝達される。一方、成長域ガス圧力センサ２７により測定された成長域のガス圧力は、圧力センサの信号３０として矢印に示すように成長域ガス流入口２９へ伝達される。
【００６１】
ヒータ域ガスとして、たとえば空気のような酸化性ガスを用い、成長域ガスとして、たとえばＮ2 やＡｒ等の非酸化性のガスを用いた場合のように、ヒータ域３１と成長域３２のガスの主成分が異なる場合には、圧力バランス機構として、各々の領域に取付けた圧力センサ２５、２７の差が一定以上に大きくならないように、それぞれのガス圧力を調整できる構造を電気的または機械的に作製することができる。一方、ヒータ域３１と成長域３２のガスの主成分が同じでよい場合には、圧力バランス機構として、気密性の炉心管１０の５００℃以下の部分に、小さな孔をあけたような構造を利用することもできる。すなわち、孔をあける部分を５００℃以下とすることにより、原料蒸気によるヒータ１３の劣化や、ヒータ１３から原料への不純物汚染を防止することができる。なお、圧力が低い場合は、気密容器２２の壁を成長域３２のみに限定し、ヒータ域３１の気密容器２２の壁をなくすことによって、ヒータ域３１を大気圧雰囲気とし、炉心管１０で耐圧をもたせるような構造にすることも可能である。
【００６２】
また、この単結晶製造装置において、ヒータ１３の素材を、鉄−クロム−アルミニウムを主成分とする合金、ニッケル−クロムを主成分とする合金、ニッケル−クロムを主成分とする合金、ニッケル−クロム−鉄を主成分とする合金からなる抵抗発熱体とする場合には、ヒータ域３１のガスを、空気のように酸化性のものにすることが好ましい。ヒータ１３の劣化を防止して長寿命化できるため、さらに結晶の製造コストを低減できるからである。
【００６３】
また、この単結晶製造装置において、炉心管１０の材料としては、石英、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、またはカーボンのいずれか、もしくは、これらのいずれかを基材として耐酸化性または緻密質の材料をコーティングした複合材料を用いることが好ましい。このような材料を用いることによって、製造される結晶の高純度化とヒータの劣化防止とを、容易に達成することができる。
【００６４】
なお、その他の構成については、図１に示す実施の形態１の単結晶製造装置と全く同様であるので、その説明は省略する。
【００６５】
このように構成される単結晶製造装置を用いて、図２に示す実施の形態１の方法と同様に、単結晶成長を行なう。
【００６６】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す実施の形態１の単結晶製造装置を用いて、図２に示す方法により、ＩｎＰ単結晶を製造した。
【００６７】
まず、図１および図２（ａ）を参照して、高圧チャンバ１内部の圧力を、Ａｒガス４０ａｔｍとし、気密性リザーバ２内には、Ｐを７．６ｋｇチャージした。第２の容器３は、直胴部の直径が６０ｍｍの石英製で、内部には、第１の原料４としてＩｎを２ｋｇと、封止材５としてＢ2 Ｏ3 を８０ｇとをチャージした。底部のテーパ形状部の先端に設けられた直径１０ｍｍの開口部６には、凸型形状部を有する石英製の液止め栓７を詰め、Ｉｎ液４が外へ漏れないようにした。一方、直胴部の直径が８０ｍｍの石英製の第１の容器８の底部には、種結晶９を収容し、その上部には、封止材５としてＢ2 Ｏ3 を１００ｇと、ＩｎＰの多結晶１１を２００ｇと、ドーピング材料（Ｓ濃度が成長初期で１×１０18ｃｍ-3と設計）として少量のＳ化合物とを収容した。第１の容器８内のＩｎＰ多結晶１１は、第２の容器３内から漏れ出るＩｎ液４が種結晶９に接触するのを防止し、種結晶９の保護にも役立っている。また、封止材５としてのＢ2 Ｏ3 は、ＩｎＰ多結晶１１を十分覆うように入れる。
【００６８】
この状態で、ヒータ１２を加熱し、第２の容器３内の原料４の温度を約１０８０℃、第１の容器８の封止材５より下方の温度を１０５０℃以下に保った状態で、気密性リザーバ２の温度を５００℃以上に上げ、図２（ｂ）に示すように、第２の容器３内で第１の原料４としてのＩｎと第２の原料１４としてのＰの合成を行なった。
【００６９】
ＩｎＰ合成原料融液１３の合成が完了したら、図２（ｃ）に示すように、下軸１６を上昇し、第２の容器３の底部の開口部６に詰められた液止め栓７の凸型形状部を第１の容器８内の多結晶１１と接触させて、液止め栓７を抜いた。
【００７０】
その結果、図２（ｄ）に示すように、液止め栓７は浮力で合成原料融液１３の表面に浮き、第２の容器３内のＩｎＰ合成原料融液１３が第１の容器８内に流れ込んだ。このとき、第２の容器３の底部の開口部６が封止材５で覆われているので、第２の容器３内の合成原料融液１３の表面は、封止材５で覆われるようになる。その後、第１の容器８内部の温度を徐々に上げて、種結晶９の上端部まで融液化した後、図２（ｅ）に示すように、第１の容器８を８ｍｍ／時間の速度で徐々に下げて、種結晶９の部分からＩｎＰ単結晶１７を成長させていった。
【００７１】
このような実験を３回実施した結果、３インチ径のＩｎＰ単結晶が得られ、歩留りは６０％以上であった。また、得られた結晶は、純度がＳ以外で１×１０15ｃｍ-3以下であり、ＥＰＤが平均５００ｃｍ-2以下と極めて良好であった。
【００７２】
（実施例２）
図３に示す実施の形態２に示す方法により、ＧａＡｓ単結晶を製造した。
【００７３】
まず、図３（ａ）を参照して、高圧チャンバ１内の圧力を５０ａｔｍとした。第２の容器３は、直胴部の直径が８０ｍｍのｐＢＮ製で、内部には、第１の原料４としてＧａを５ｋｇと、第２の原料１４としてＡｓを５．５ｋｇと、封止材５としてＢ2 Ｏ3 を１００ｇとをチャージした。底部のテーパ形状部の先端に設けられた直径１０ｍｍの開口部６には、凸型形状部を有するｐＢＮコーティングカーボン製の液止め栓７を詰め、Ｇａ液４が外へ漏れないようにした。一方、直胴部の直径が１０５ｍｍのｐＢＮ製の第１の容器８の底部には、種結晶９を収容し、その上部には、封止材５としてＢ2 Ｏ3 を２００ｇと、ＧａＡｓ単結晶１１を３００ｇとを収容した。
【００７４】
この状態で、ヒータ１２を加熱し、第２の容器３内の原料４の温度を徐々に上げて、図３（ｂ）に示すように、第２の容器３内で、第１の原料４としてのＧａと、第２の原料１４としてのＡｓとの合成を行なった。
【００７５】
第２の容器３内の温度が１１５０℃に達してＧａＡｓ合成原料融液１３の合成が完了したら、図３（ｃ）に示すように、下軸１６を上昇し、第２の容器３の底部の開口部６に詰められた液止め栓７の凸型形状部を第１の容器８内の単結晶１１と接触させて、液止め栓７を抜いた。
【００７６】
その結果、図３（ｄ）に示すように、液止め栓７は浮力で合成原料融液１３の表面に浮き、第２の容器３内のＧａＡｓ合成原料融液１３が第１の容器８内に流れ込んだ。
【００７７】
その後、第１の容器８内部の温度を徐々に上げて、種結晶９の上端部まで融液化した後、図３（ｅ）に示すように、第１の容器８を１０ｍｍ／時間の速度で徐々に下げて、種結晶９の部分から単結晶１７を成長させていった。
【００７８】
このような実験を６回実施した結果、ＧａＡｓ単結晶が得られ、歩留りは７０％以上であった。また、得られた結晶は、純度がＣ以外で１×１０15ｃｍ-3以下であり、ＥＰＤが平均１０００ｃｍ-2以下と極めて良好であった。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、従来の単結晶製造装置および方法ではいずれも、原料を収容する容器と結晶成長を行なう容器とが同一の容器であるため、合成前の原料が種結晶を損傷しないように、種結晶を保護する精密な機構が必要であった。たとえば、ＧａＡｓの場合、ＧａＡｓ種結晶が合成前の液体状のＧａと接触すると反応して低温で溶けてしまうため、坩堝内面と全く同じ形状の緻密なＡｓ原料で種結晶上部を覆うか、もしくは坩堝と液止め栓の隙間が生じないように精密な形状の液止め栓を坩堝に強く密着させる機構が必要であった。これに対して、本願請求項１または請求項７の発明によれば、合成前の原料の入った第２の容器が、種結晶の入った第１の容器とは別のものである。そのため、合成前の原料が第２の容器から流出しないように封止することが容易であり、かつ確実となる。その結果、原料の合成と結晶成長とを同時に行なう装置および方法として、合成前の原料が種結晶と反応して、単結晶に損傷を与えるのを防止し、結晶成長の歩留りを向上させることができる。
【００８０】
また、請求項２〜請求項５または請求項８〜請求項９の発明によれば、より簡略化した構造および方法で、より確実に単結晶成長を行なうことができる。
【００８１】
特に、請求項４または請求項８の発明によれば、合成前の原料が第２の容器から多少流出したとしても、第１の容器内の種結晶上部に結晶が配置されているため、種結晶を容易に保護することができる。そのため、単結晶成長の歩留りを、格段に向上することができる。
【００８２】
また、本発明は、従来の技術よりも簡便で効果的に合成前の液体原料を封止できる点から、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体やＩＩ−ＶＩ族系化合物半導体のような低融点の元素を含む化合物の単結晶製造に用いられると、特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単結晶製造装置の一例の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明による単結晶製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図３】本発明による単結晶製造方法の他の例を説明するための断面図である。
【図４】本発明による単結晶製造装置のさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２２  高圧チャンバ
２  気密性リザーバ
３  第２の容器
４  第１原料
５  封止材
６  開口部
７  液止め栓
８  第１の容器
９  種結晶
１１  結晶
１２  ヒータ
１３  合成原料融液
１４  第２原料
１５  揮発性元素ガス導入パイプ
１６  下軸
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
0004154773.tif 000002
【図２】
0004154773.tif 000003
【図３】
0004154773.tif 000004
【図４】
0004154773.tif 000005