(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的とする結晶の成分元素またはその構成分子で飽和されたフラックスから基板上に目的結晶を析出させてその結晶を成長させるフラックス結晶成長法において、基板表面面積よりも小さい面積の開口部を有する熱伝導度の低い板状の基板固定用治具の裏面から、基板を固定用治具に密着固定して基板側面部と融液との接触を断ち、該固定用治具よりも熱伝導度が高く熱を該基板から奪いとるヒートシンクにより基板表面部のみがフラックスと接触するように該固定用治具に押し付けて結晶を成長させることを特徴とするフラックス結晶成長法。
【請求項２】
目的とする結晶の成分元素またはその構成分子で飽和されたフラックスから基板上に目的結晶を析出させてその結晶を成長させるフラックス結晶成長法において、上記基板の表面部のみがフラックスと接触するように、中央部に基板よりも狭い開口部を有する袋ナット状部品とボルト状部品との間に基板を入れて締め付け固定する基板固定治具を用いることを特徴とするフラックス結晶成長法。
【請求項３】
目的とする結晶の成分元素またはその構成分子で飽和されたフラックスから基板上に目的結晶を成長させるフラックス結晶成長装置であって、上記基板の表面部のみがフラックスと接触するように、中央部に基板よりも狭い開口部を有する袋ナット状部品とボルト状部品からなる基板固定治具を用い、該ボルト状部品の先端平面部と該袋ナット部品のナット内側平面部との間に基板を挟みボルトとナットを締め付けて基板を固定するようにしたことを特徴とするフラックス結晶成長装置。
【請求項４】
前記袋ナット状部品とボルト状部品はともに無機質材であって、袋ナット状部品は熱膨張係数がボルト状部品のそれとほぼ等しく、熱伝導度がボルト状部品のそれよりも低い特性を有する請求項３記載のフラックス結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラックスをはさんで結晶成長用原料が高温部に、種結晶は低温部に配置し、原料をフラックスに溶解させつつ種結晶上にＺｎＳｅ等の薄膜単結晶あるいはバルク単結晶を育成するフラックス結晶成長方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フラックス法でバルク結晶を育成する場合を図２を用いて説明する。従来技術では、種結晶となる基板１をヒートシンク２´の上に載せ、その上にフラックス３と原料（多結晶）４を入れる。固定用石英管５はフラックス３によって基板１が浮き上がるのを防止するための押さえ用治具であり、固定用石英管５の上部は石英管６と上部で溶接により固着されている。石英管６は真空封止して結晶成長を行う。また結晶成長中フラックス３には多結晶の原料４が一部溶解し、原料が溶解した飽和溶液となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの技術では、基板１の上面と固定用石英管５の下面が全周にわたって密に接触させることができないため、次のような欠点があった。
フラックスは基板表面のみならず基板側面とも接するが、基板側面は基板表面に比べると凹凸が激しく結晶核を発生しやすい状態になっているので、結晶核がいたるところで発生して結晶がしばしば多結晶になった。
【０００４】
また基板側面は基板表面程度の研磨加工することができて凹凸が小さくなったとしても、一定の面方位となっていないので、基板側面からの結晶成長が無視できない程に進めば成長結晶が多結晶になることは避けられない。
フラックス成長法では上部の原料４側を高温に、下部の種結晶基板１側を低温とする温度分布とし、さらに基板１より下のヒートシンク側に基板１からの熱を逃がすために、ヒートシンク側を基板１よりもさらに低温度にするという温度分布にする。しかも基板表面よりも基板側面の方が位置的に下にあるので温度分布上基板表面よりも低温となり、フラックスが基板側面と接すれば基板表面からの結晶成長よりも基板側面からの結晶成長が進みやすくなり、多結晶化する可能性を高めるという状況になっていた。
したがって本発明の目的は、育成結晶を多結晶化させる基板側面からの核発生を防止する新規なフラックス結晶成長方法およびその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者はかかる問題を解決するため鋭意研究し、基板を裏表からネジ締するなどの手段によって押さえつけるようにすれば、基板表面部のみをフラックスと接触させることができる、すなわち、所定の大きさの種結晶基板に対し、本発明におけるフラックス成長法での種結晶基板１の周縁部拡大図である図３に示すように、その基板よりも狭い開孔部を有する袋ナット状部品（穴開きナット７）と、その基板よりも広い先端平面部を有するボルト状部品（ボルト状ヒートシンク２）を用い、このボルト先端平面部とナット内側平面部の間に基板を挟み、ボルトとナットを締め付けることで全周にわたって基板１と開孔部の端部８を密に接触させるようにすれば、フラックスが開孔部の隙間から進入するのを防止できることを見いだし本発明にいたった。
【０００６】
すなわち本発明は第１に、目的とする結晶の成分元素またはその構成分子で飽和されたフラックスから基板上に目的結晶を析出させてその結晶を成長させるフラックス結晶成長法において、基板表面面積よりも小さい面積の開口部を有する熱伝導度の低い板状の基板固定用治具の裏面から、基板を固定用治具に密着固定して基板側面部と融液との接触を断ち、該固定用治具よりも熱伝導度が高く熱を該基板から奪いとるヒートシンクにより基板表面部のみがフラックスと接触するように該固定用治具に押し付けて結晶を成長させることを特徴とするフラックス結晶成長法：第２に、目的とする結晶の成分元素またはその構成分子で飽和されたフラックスから基板上に目的結晶を析出させてその結晶を成長させるフラックス結晶成長法において、上記基板の表面部のみがフラックスと接触するように、中央部に基板よりも狭い開口部を有する袋ナット状部品とボルト状部品との間に基板を入れて締め付け固定する基板固定治具を用いることを特徴とするフラックス結晶成長法：第３に、目的とする結晶の成分元素またはその構成分子で飽和されたフラックスから基板上に目的結晶を成長させるフラックス結晶成長装置であって、上記基板の表面部のみがフラックスと接触するように、中央部に基板よりも狭い開口部を有する袋ナット状部品とボルト状部品からなる基板固定治具を用い、該ボルト状部品の先端平面部と該袋ナット部品のナット内側平面部との間に基板を挟みボルトとナットを締め付けて基板を固定するようにしたことを特徴とするフラックス結晶成長装置：第４に、前記袋ナット状部品とボルト状部品はともに無機質材であって、袋ナット状部品は熱膨張係数がボルト状部品のそれとほぼ等しく、熱伝導度がボルト状部品のそれよりも低い特性を有する上記第３記載のフラックス結晶成長装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
種結晶となる基板の表面部のみをフラックスと接触させるには、基板の全周縁部にわたって基板と密着しかつ成長に必要な開口部分を有する穴開きカバーを設ければよい。そしてこの穴開きカバーと基板を密着させる手段として、基板を支持するとともに熱を基板から奪いとる作用をするヒートシンクと穴開きカバーを互いに押し付け合うようにすればよい。具体的には中央部に貫通穴がある袋ナット状部品とヒートシンクとなるボルト状部品間に基板を入れて、両者を締め付ける手段を講じることによって、基板表面部のみをフラックスと接触させることができる。
【０００８】
ボルト状部品の材質はヒートシンクとしても作用するように熱伝導率の高い物質例えばカーボンなどが考えられる。ナット状部品の材質としては、ボルト状部品と同じ材質かあるいは熱膨張係数の近い材質のものが選ばれる。ナットとボルトの熱膨張係数差が大きいと強度が弱いほうに亀裂が入り、穴開きナットでの基板周辺部の押えが不完全となり、緩みなどの原因となる。その結果フラックスは緩み個所から進入して基板側面部に廻り込み、基板側面部からの基板表面からとは異なる成長方位の結晶核発生などにより得られた結晶が多結晶となる場合があった。
【０００９】
基板の熱をヒートシンク側に有効に流すためには、ナット状部品の材質は熱伝導度の小さいものが望ましい。したがって、ヒートシンクにカーボン製を用いる場合、ナット状部品の材質は熱膨張係数がカーボンと同じで熱伝導度の小さいものが望ましいことになる。
ボルトナットの締め付け力は過大となれば基板を破損し不適当である。例えばＩｎをフラックスとしたＺｎＳｅの結晶成長では２Ｋｇ／ｃｍ2 程度の弱い締め付けでも十分であり、基板側面へのフラックスの廻り込みは認められなかった。以下にＩｎをフラックスとしたＺｎＳｅの結晶成長例について具体的に説明するが本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００１０】
【実施例１】
図１は本発明のフラックス成長法における基板固定方式の概略図であって、この図を参照して以下説明する。図１において、カーボン製穴開きナット７とカーボン製ヒートシンク用ボルト２の間に面方位（１００）のＺｎＳｅ種結晶基板１を入れ、表裏から締め付けた。そして片側封止の石英管６に入れ、さらにボルトナット全体を石英管６内の下部に固定するため、石英管６の内径よりも小さい外形を有する固定用石英管５を入れてナット７の上部に載せ、真空吸引しながら固定用石英管５の上部と石英管６をバーナーで溶接固着した。その後フラックスおよびＺｎＳｅ原料として１２００℃でＩｎ中にＺｎＳｅ多結晶を飽和溶融させ、急冷して作製したＩｎ中にＺｎＳｅ多結晶を分散させたものを加えた。Ｉｎ中にＺｎＳｅを分散させたものを用いるのは、フラックス成長における昇温時に基板のＺｎＳｅ表面がＩｎによって溶解されるのをできるだけ最小限にとどめるためである。
このフラックスおよび分散物３を加えた後、さらに原料としてのＺｎＳｅ結晶４を加え、石英管６の上部を真空封止して炉内にセットし、基板部温度（成長温度）９００℃、フラックス最上部温度（原料部温度）９５０℃で５００時間成長させたところ、厚さ約８ｍｍの単結晶が確認された。なお基板の側面にはフラックスの廻り込みは認められなかった。
【００１１】
【実施例２】
穴開きナット７の材質として、コージエライトを用いた以外は実施例１と同一の条件で成長させた。そして５００時間の成長の結果、厚さ約１０ｍｍの単結晶が確認された。なお基板の側面にはフラックスの廻り込みはなかった。
コージエライトは熱膨張係数がカーボンに近く、熱伝導度はカーボンより小さいという物理特性を有し、熱伝導性が低いため基板の熱が有効にヒートシンク側に流れ、実施例１よりも厚い結晶成長が実現できたものと思われる。
穴開きナットとして、炭化けい素製を用いたときもコージエライト製と同様の結果が得られた。
以上袋ナット状部品とボルト状部品とからなる基板固定治具を用いる場合を例にとって本発明の方法および装置を具体的に説明したが本発明は上記治具を用いる場合のみに限定されるものではなく、基板の側面と融液との接触を断って基板の表面のみが融液と接触するようにしてフラックス結晶成長を行えば上記と同様の効果が得られることは原理的に明らかである。
【００１２】
【比較例】
図２のように、片側封止石英管６内にカーボン製ヒートシンク２´を入れ、このヒートシンク２´上に面方位（１００）のＺｎＳｅ基板１を載置した。ヒートシンク２´およびＺｎＳｅ基板１を石英管６内の下部に固定するため、石英管６の内径よりも小さい外形を有する固定用石英管５を入れて、基板１の周縁部を押さえ、真空吸引しながら固定用石英管５の上部と石英管６をバーナーで溶接固着した。その後の結晶成長準備および手順は実施例１と同様にして行い、５００時間成長させた。その結果厚さ約８ｍｍの結晶成長が認められたが、得られた結晶が多結晶であることが多かった。なお基板側面部も結晶成長していた。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、従来のフラックス成長法ではフラックスが基板表面のみならず基板側面とも接するため、育成される結晶を多結晶化させる基板側面からのの核発生を防げなかったのに対し、本発明の方法では、基板の表面部のみがフラックスと接触するように、中央部に基板よりも狭い開口部を有する袋ナット状部品と基板よりも広い先端平面部を有するボルト状部品からなる基板固定治具を用いて、ボルトの先端平面部とナット内側平面部との間に基板を挟んで固定するので、多結晶化の懸念がなく結晶成長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフラックス成長法における基板固定方式の概略図である。
【図２】従来のフラックス成長法における基板固定方式の概略図である。
【図３】本発明におけるフラックス成長法での種結晶基板１の周縁部拡大図である。
【符号の説明】
１    種結晶基板
２    ボルト状ヒートシンク
２´  従来法のヒートシンク
３    フラックス
４    原料
５    固定用石英管
６    石英管
７    穴開きナット
８    穴開きナット７の開口部の端部
【図１】
0003848410.tif 000002
【図２】
0003848410.tif 000003
【図３】
0003848410.tif 000004