JP2000281500A - ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要
求される場合であっても、結晶上端部で炭素濃度が目標
値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造すること
ができるようにする。 【解決手段】 結晶原料が融解した後、結晶成長を開始
する前に、高圧引上げ炉１１内にＣ０ガスを供給しなが
ら、攪拌治具２１によって封止剤融液を攪拌することに
より、封止剤融液に対するＣＯの混入を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体封止引上げ法
（以下「ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski me
thd ）法」という。）によって製造されるＧａＡｓ単結
晶及びその製造方法並びにその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｓ単結晶は、電界効果トランジス
タ（以下「ＦＥＴ（Field Effect Transistor ）とい
う。）や集積回路（以下「ＩＣ（Integrated Circuit）
という。）等の高速、高周波デバイス用の基板材料とし
て広く使用されている。このＧａＡｓ単結晶の製造方法
のひとつにＬＥＣ法がある。このＬＥＣ法によってＧａ
Ａｓ単結晶を製造する場合は、例えば、次のようにして
製造される。

【０００３】まず、るつぼに結晶原料や封止剤等の結晶
製造材料を収容する。その後、るつぼを高圧引上げ炉内
に収容する。その後、炉内の雰囲気ガスをＡｒガスで置
換するとともに、炉内の圧力をＡｒガスで所定の値まで
上げる。その後、るつぼに収容されている結晶製造材料
を加熱することによって、ＧａＡｓ多結晶を合成する。
その後、さらに加熱を行い、原料融液（ＧａＡｓ融液）
を作る。その後、この原料融液を封止剤融液で覆った状
態で、この原料融液の表面に種結晶を接触させて、この
種結晶およびまたは原料融液を回転させつつ（両者を回
転させる際は、逆方向回転とする。）引き上げながら冷
却固化することによって、ＧａＡｓ単結晶を製造する。
以上が、ＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する場
合の一例である。

【０００４】このＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製
造する装置では、炉内に発熱体や断熱材が配設されてい
る。これらは、グラファイト等のカーボン材で構成され
ている。このカーボン材を用いた装置では、製造された
ＧａＡｓ単結晶中に、炭素が不純物として混入すると考
えられていた。結晶中に混入した炭素は、浅いアクセプ
タとして作用する。この場合、炭素濃度の高低がＧａＡ
ｓ単結晶の電気特性や、イオンの注入後の活性化率に大
きな影響を及ぼす。

【０００５】ＧａＡｓ単結晶から形成されたＧａＡｓ基
板に要求される電気特性は、この基板が使用される素子
の種類によって異なる。しかし、どのような素子に使用
されるにしろ、ＧａＡｓ基板の元となるＧａＡｓ単結晶
には、上部から下部まで希望する炭素濃度をばらつくこ
となく均一に、かつ、再現性よく設定できることが望ま
れる。

【０００６】ＬＥＣ法では、ＧａＡｓ単結晶中の炭素
は、炉内の雰囲気ガス中の一酸化炭素（以下「ＣＯ」と
いう。）から供給されると考えられる。このため、従来
は、結晶成長中に、炉内の雰囲気ガス中のＣＯ濃度を結
晶中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定することに
より、結晶中の炭素濃度の均一性と、この均一性の再現
性との確保を図るようになっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度が不均一と
なり、結晶上部程、目標値より低くなるという問題があ
った。これは、原料融液中の炭素濃度が目標値に達する
まで、数時間から数十時間かかるからであると考えられ
る。

【０００８】すなわち、炉内のＣＯガスは、封止剤融液
という中間介在物を経由して原料融液中に取り込まれる
ため、原料融液中の炭素濃度と炉内のＣＯ濃度とが平衡
状態に達するまでは、数時間から数十時間かかる。これ
により、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまで
は、数時間から数十時間かかる。その結果、上記構成で
は、結晶中の炭素濃度が結晶上部で目標値より低くなっ
てしまうわけである。

【０００９】この問題を解決するためには、原料融液中
の炭素濃度が目標値に達した後に、ＧａＡｓ単結晶の成
長処理を開始するようにすればよい。

【００１０】しかしながら、このような構成では、原料
融液中の炭素濃度が目標値に達するまでの時間が長い場
合、ＧａＡｓ単結晶の製造時間が長くなるという問題が
新たに発生する。

【００１１】この問題を解決するためには、原料融液中
の炭素濃度が目標値に達するまで、炉内のＣＯ濃度をＧ
ａＡｓ単結晶中の炭素濃度の目標値に対応する値より高
くすることが考えられる。

【００１２】しかしながら、このような構成であって
も、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、例えば、２．
０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上の高炭素濃度が要求される場合
は、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでの時間
が数十時間と長くなる。このため、結晶上部においても
炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間
に製造することができない。

【００１３】そこで、本発明は、ＧａＡｓ単結晶中の炭
素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であって
も、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定された
ＧａＡｓ単結晶およびこの単結晶を短時間に製造するこ
とができる製造方法並びに製造装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の発明者らは、封止剤融液を攪拌することに
より、炉内の雰囲気ガスと原料融液との間接的な接触頻
度を高め、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素
濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃
度を目標値に設定するまでの時間を短縮することを試み
た。実験の結果、このような構成によれば、ＧａＡｓ単
結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合
であっても、原料融液中の炭素濃度を短時間に目標値に
達成できることがわかった。

【００１５】そこで、請求項１記載のＧａＡｓ単結晶の
製造方法は、るつぼに収容された結晶原料と封止材とを
炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤
融液で覆った状態で、原料融液に種結晶を接触させて、
原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化するこ
とによってＧａＡｓ単結晶を製造する方法であって、結
晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前
に、炉内にＣＯガスを供給し、この状態で、封止剤溶液
を攪拌することによって、ＣＯを封止剤融液へ混入させ
ることを特徴とする。

【００１６】この請求項１記載の方法では、結晶原料が
融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、炉内に
ＣＯガスが供給される。そして、この状態で、封止剤融
液が攪拌される。これにより、封止剤融液に対するＣＯ
の混入が促進される。その結果、ＣＯを含む封止剤融液
と原料融液との反応による封止剤融液から原料融液への
炭素の移動が促進される。これにより、ＧａＡｓ単結晶
中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であ
っても、原料融液中の炭素濃度が短時間に目標値まで達
成される。その結果、結晶上部においても炭素濃度が目
標値に設定されたＧａＡｓ単結晶が短時間に製造され
る。

【００１７】請求項２記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法
は、請求項１記載の方法において、ＧａＡｓ単結晶の炭
素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴
とする。

【００１８】請求項３記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置
は、るつぼに収容された結晶原料と封止材とを炉内で加
熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆
った状態で、原料融液に種結晶を接触させて、原料融液
を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによっ
てＧａＡｓ単結晶を製造する装置であって、結晶原料が
融解した後、炉の内部にＣＯガスを供給するＣＯガス供
給手段と、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を成
長させる前に、封止剤融液を攪拌することにより、ＣＯ
を封止剤融液に混入させる攪拌手段とを備えたことを特
徴とする。

【００１９】この請求項３記載の装置では、請求項１記
載の方法を使って、ＧａＡｓ単結晶が製造される。これ
により、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高濃度が
要求される場合であっても、結晶上部において、炭素濃
度が目標値まで設定されたＧａＡｓ単結晶が短時間に製
造される。

【００２０】請求項４記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置
は、請求項４記載の装置において、請求項２記載の方法
と同様に、ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５
ｃｍ^−３以上であることを特徴とする。

【００２１】請求項５記載のＧａＡｓ単結晶は、ＬＥＣ
法により製造され、結晶上端部から１００ｍｍ以内の炭
素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴
とする。

【００２２】この請求５記載のＧａＡｓ単結晶では、単
結晶の上部から下部まで均一な炭素濃度を有するＧａＡ
ｓ単結晶が得られる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００２４】［１］第１の実施の形態 ［１−１］ＧａＡｓ単結晶の製造装置の構成 図１は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第１
の実施の形態の構成を示す断面図である。但し、図で
は、図が煩雑になるのを避けるために、断面を示す斜線
を高圧引上げ炉についてだけ付す。

【００２５】図において、１１は、高圧引上げ炉を示
し、１２は、るつぼを示す。このるつぼ１２は、高圧引
上げ炉１１の外部で、結晶製造材料を収容された後、高
圧引上げ炉１１の内部に配設された容器１３に収容され
る。このるつぼ１２としては、例えば、ｐＢＮ（熱分解
窒化ホウ素）製のるつぼが用いられる。また、結晶製造
材料としては、結晶原料や封止剤等がある。結晶原料と
しては、ＧａとＡｓとが用いられる。

【００２６】上記容器１３は、例えば、グラファイトに
よって構成されている。この容器１３は、中央部で、る
つぼ軸１４に支持されている。このるつぼ軸１４は、鉛
直方向に延在されている。また、このるつぼ軸１４は、
高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構１５
により、回転駆動されるとともに、昇降駆動されるよう
になっている。この場合は、るつぼ軸１４は、常に、同
一方向に回転駆動されるようになっている。

【００２７】容器１３の周囲には、るつぼ１２に収容さ
れている結晶製造材料を加熱するためのヒータ１６が配
設されている。このヒータ１６は、例えば、グラファイ
ト等のカーボン材によって構成されている。このヒータ
１６の周囲と容器１２の上方及び下方には、フェルト製
の断熱材１７が配設されている。この断熱材１７は、例
えば、グラファイト等のカーボン材によって構成されて
いる。

【００２８】容器１３に収容されたるつぼ１２の上方に
は、ＧａＡｓ単結晶を引き上げるための結晶軸１８が配
設されている。この結晶軸１８は、るつぼ軸１４と同軸
的に配設されている。この結晶軸１８の下端部には、Ｇ
ａＡｓ単結晶の結晶方位を決定する種結晶１９が取り付
けられている。さらに、この結晶軸１８は、高圧引上げ
炉１１の外部に配設された回転昇降機構２０によって、
回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになって
いる。

【００２９】るつぼ１２の上方には、さらに、封止剤融
液を攪拌するための攪拌治具２１が配設されている。こ
の攪拌治具２１は、例えば、Ｔ字状に形成され、攪拌羽
部２１１と攪拌軸２１２とを有する。そして、この攪拌
治具２１は、攪拌羽部２１１が下方に位置し、攪拌軸２
１２が結晶軸１８と平行になるように配設されている。
これにより、この攪拌軸２１２は、るつぼ１２の中心か
ら偏位した位置に位置決めされることになる。攪拌治具
２１は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降
機構２２により回転駆動されるとともに、昇降駆動され
るようになっている。この場合、攪拌治具２１は、例え
ば、所定の周期で、反対方向に交互に回転駆動されるよ
うになっている。なお、るつぼ１２の回転を利用すれば
攪拌できるので、攪拌治具２１は昇降だけで、そのもの
が回転しない構造でもよい。

【００３０】高圧引上げ炉１１の上部には、炉１１内に
純Ａｒガスと、ＣＯガスとを導入するためのガス導入管
２３が取り付けられている。高圧引上げ炉１１の下部に
は、この炉１１内の雰囲気ガスを排出するための排気管
２４が取り付けられている。この排気管２４には、ＣＯ
濃度測定用のＣＯ濃度計２５が挿入されている。

【００３１】［１−２］ＧａＡｓ単結晶の製造装置の動
作 次に、上述したＧａＡｓ単結晶の製造装置の動作を説明
する。

【００３２】ＧａＡｓ単結晶の製造を開始する前は、図
１に示すように、結晶軸１８と攪拌治具２１とが上方に
待避させられている。

【００３３】このような状態で、まず、高圧引上げ炉１
１の外部で、るつぼ１３に結晶製造材料を収容される。
次に、この結晶製造材料が収容されたるつぼ１３が、高
圧引上げ炉１１内の容器１３に収容される。次に、炉１
１内の雰囲気ガスが純Ａｒガスにより置換されるととも
に、炉１１内の圧力が所定値まで高められる。

【００３４】炉１１内の圧力が所定値まで高められる
と、ヒータ１５によって、るつぼ１２に収容されている
結晶製造材料が加熱される。これにより、結晶原料と封
止剤とが融解される。その結果、封止剤融液と、Ｇａと
Ａｓとが合成された原料融液とが形成される。この場
合、図２に示すように、比重の関係で、原料融液４１が
液体封止剤４２の下に位置決めされる。これにより、原
料融液４１が封止剤融液４２によって覆われる。

【００３５】結晶原料等が融解すると、炉１１内の純Ａ
ｒガスへＣＯガスを所定量混入させる。但し、炉１１内
の圧力は、そのまま所定値に保持される。この場合、炉
１１内のＣＯ濃度は、原料融液４１中の炭素濃度の目標
値に対応する値に設定される。炉１１内のＣＯ濃度が目
標値に設定されると、回転昇降機構２２によって、攪拌
治具２１が下降駆動される。この下降駆動は、図３に示
すように、攪拌羽部２１１が封止剤融液４２に浸漬する
まで行われる。攪拌羽部２１１が封止剤融液４２に浸漬
すると、回転昇降機構２２によって、攪拌治具２１が回
転駆動される。

【００３６】これにより、封止剤融液４２が攪拌され
る。その結果、封止剤融液４２に対する炉１１内の雰囲
気ガス中のＣＯの混入が促進される。これにより、ＣＯ
を含む封止剤融液４２と原料融液４１との間で、封止剤
融液４２から原料融液４１への炭素の移動が促進され
る。その結果、結晶中の炭素濃度として、例えば、２．
０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上の高い炭素濃度が要求される場
合であっても、原料融液４１中の炭素濃度が短時間に目
標値に設定される。

【００３７】原料融液４１中の炭素濃度が目標値に達す
ると、回転昇降機構２０によって結晶軸１８が下降させ
られ、種結晶１９が原料融液４１に接触させられる。次
に、結晶軸１８が回転昇降機構２０によって所定の速度
で回転駆動されるとともに、例えば、所定の速度で上昇
駆動される。また、るつぼ１２が回転昇降機構１５によ
って回転駆動される。これらの駆動により、原料融液４
１が回転しつつ、例えば、徐々に引き上げられる。これ
により、原料融液４１が冷却固化される。その結果、図
４に示すように、ＧａＡｓ単結晶４３が徐々に成長させ
られる。

【００３８】なお、この結晶成長中は、原料融液４１か
らＧａＡｓ単結晶４３への炭素の偏析係数とＧａＡｓ単
結晶４３の固化率とに基づいて、炉１１内のＣＯ濃度が
徐々に高められる。これは、結晶全体にわたって、均一
な炭素濃度を設定するためである。

【００３９】すなわち、ＧａＡｓ単結晶４３が成長する
場合は、原料融液４１中の炭素がＧａＡｓ単結晶４３の
方に偏析する。この偏析により、ＧａＡｓ単結晶４３の
成長中に、炉１１内のＣＯ濃度を一定値に設定する構成
では、ＧａＡｓ単結晶４３の成長とともに、原料融液４
１中の炭素濃度が徐々に低下する。その結果、ＧａＡｓ
単結晶４３中の炭素濃度は上部から下部にかけて徐々に
低下する。

【００４０】これに対し、ＧａＡｓ単結晶４３の成長中
に、原料融液４１からＧａＡｓ単結晶４３への炭素の偏
析係数とＧａＡｓ単結晶４３の固化率とに基づいて、炉
１１内のＣＯ濃度を徐々に高める構成によれば、原料融
液４１中の炭素濃度の低下が防止される。その結果、全
域にわたって炭素濃度が均一に設定されたＧａＡｓ単結
晶４３が得られる。

【００４１】なお、このＣＯ濃度を徐々に高める制御
も、ＣＯ濃度計２５の測定結果に基づいて行われる。

【００４２】［１−３］効果 以上詳述した本実施の形態によれば、次のような効果を
得ることができる。

【００４３】（１）まず、本実施の形態によれば、結晶
原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶４３を成長させる前
に、炉１１内にＣＯガスを供給しながら、封止剤融液４
２が攪拌される。これにより、原料融液４１に対するＣ
Ｏの混入を促進することができる。その結果、ＧａＡｓ
単結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要求される
場合であっても、結晶上部において炭素濃度が目標値に
設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造することがで
きる。

【００４４】（２）また、本実施の形態によれば、封止
剤融液４２を攪拌する場合、攪拌治具２１が交互に反対
方向に回転駆動される。これにより、封止剤融液４２の
攪拌効率を高めることができる。

【００４５】（３）さらに、本実施の形態によれば、封
止剤融液４２を攪拌する場合、るつぼ１２が回転駆動さ
れる。これにより、封止剤融液４２の攪拌効率を高める
ことができる。

【００４６】［２］第２の実施の形態 図４は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第２
の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、図４に
おいて、先の図１に示す構成要素とほぼ同一機能を果た
す構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００４７】先の実施の形態では、攪拌治具２１を結晶
軸１８から偏移した位置に設ける場合を説明した。これ
に対し、本実施の形態では、図４に示すように、攪拌治
具３１を結晶軸１８と同軸的に設けるようにしたもので
ある。

【００４８】図４には、攪拌治具３１を２つのＬ字状の
攪拌部材３１１，３１２で構成する場合を示す。これら
は、結晶軸１８を挟むように設けられている。これによ
り、攪拌治具３１が結晶軸１８と同軸的に設けられる。
なお、攪拌部材３１１，３１２は、回転昇降機構３２に
より回転駆動されるとともに、昇降駆動される。この回
転昇降機構３２は、結晶軸１８の回転、昇降機能も有す
る。すなわち、この回転昇降機構３２は、図１に示す２
つの回転昇降機構２０，２２の機能を有する。

【００４９】このような構成においても、先の実施の形
態とほぼ同じようにして封止剤融液４２を攪拌すること
ができるので、この実施の形態とほぼ同様の効果を得る
ことができる。

【００５０】［３］第３の実施の形態 図５は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第３
の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、図５に
おいて、先の図１に示す構成要素とほぼ同一機能を果た
す構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００５１】先の第１、第２の実施の形態では、攪拌治
具２１，２２を回転駆動することにより、封止剤融液４
２を攪拌する場合を説明した。言い換えれば、攪拌治具
２１，２２を動かすことにより、封止剤融液４２を攪拌
する場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、
攪拌治具３３を静止させたまま、封止材融液４２を攪拌
するようにしたものである。

【００５２】図５には、攪拌治具３３を２つの邪魔板３
３１，３３２で構成する場合を示す。これらは、封止剤
融液４２中に位置するように、例えば、ヒートシールド
部材３４を介して上部側の断熱部材１７に取り付けられ
ている。

【００５３】このような構成においても、容器１３の回
転に伴って邪魔板３３１，３３２によって封止剤融液４
２を攪拌することができる。これにより、先の実施の形
態とほぼ同様の効果を得ることができる。

【００５４】［４］その他の実施の形態 以上、本発明の３つの実施の形態を詳細に説明した。し
かしながら、本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではない。

【００５５】（１）例えば、先の実施の形態では、封止
剤融液４２の攪拌期間に、炉１１内のＣＯ濃度を原料融
液４１中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定する場
合を説明した。しかしながら、本発明は、この対応値よ
り大きな値に設定するようにしてもよい。このような構
成によれば、先の実施の形態より、原料融液４１中の炭
素濃度が目標値を達成する時間を短縮することができ
る。

【００５６】（２）また、本発明は、炉１１内のＣＯ濃
度を上記対応値より小さな値に設定するようにしてもよ
い。このような構成であっても、本発明によれば、封止
剤融液４２中のＣＯ濃度を炉１１内のＣＯ濃度より高め
ることができる。これにより、炉１１内のＣＯ濃度の値
によっては、従来より、原料融液４１中の炭素濃度が目
標値を達成する時間を短縮することができる。

【００５７】（３）さらに、本発明は、攪拌期間中に、
炉１１内のＣＯ濃度を一定値に保持するだけでなく、変
化させるようにしてもよい。例えば、攪拌期間の初めの
方では、炉１１内のＣＯ濃度を上記対応値より高くし、
その後は、徐々に低くするか、あるいは、初めの値より
低い一定値に保持するようにしてもよい。このような構
成によれば、原料融液４１中の炭素濃度を迅速に目標値
付近まで立ち上げた後、徐々に目標値に収束させること
ができる。

【００５８】（４）この他にも、本発明は、その要旨を
逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論で
ある。

【００５９】

【実施例】ここで、本発明のより具体的な実施例とその
比較例とを説明する。

【００６０】（１）実施例 本実施例では、まず、結晶製造材料（出発材料）をるつ
ぼ１２に収容した。この場合、結晶原料としては、Ｇａ
４０００ｇとＡｓ４４００ｇとを収容した。また、封止
剤としては、液体封止剤を収容した。この液体封止剤と
しては、含有水分量２００ｐｐｍのＢ_２Ｏ_３を収容し
た。その後、るつぼ１２を炉１１内の容器１３に収容し
た。その後、炉１１内の雰囲気ガスを純Ａｒガスで置換
するとともに、この純Ａｒガスによって炉１１内の圧力
を３７ｋｇｆ／ｃｍ^２以上まで高めた。その後、結晶製
造材料をヒータ１６で加熱することにより、封止剤融液
４２を作るとともに、ＧａとＡｓとを合成し、原料融液
（ＧａＡｓ融液）４１を作った。その後、炉１１内にＣ
Ｏガスを導入し、炉１１内のＣＯ濃度を１００００ｐｐ
ｍに設定した。

【００６１】その後、攪拌治具２１の攪拌羽部２１１を
封止剤融液（Ｂ_２Ｏ_３融液）４２に浸漬し、回転させる
ことにより、封止剤融液４２を攪拌した。この場合、攪
拌効率を高めるために、攪拌治具２１を反対方向に交互
に回転させるとともに、るつぼ１２を５〜５０ｒｐｍで
回転させた。この攪拌により、原料融液４１の炭素濃度
を目標値に設定することができた。これにより、攪拌を
行わない場合より、原料融液４１の炭素濃度を目標値に
設定する時間を数時間から数十時間短縮することができ
た。

【００６２】その後、攪拌治具２１を上部に待避させつ
つ、種結晶１９を降下させ、原料融液４１に接触させ
た。その後、種結晶１９を１〜２０ｍｍ／ｈｒで上昇さ
せるとともに、３〜１０ｒｐｍで回転させ、かつ、るつ
ぼ１２を５〜５０ｒｐｍで回転させた。これにより、成
長速度１〜２０ｍｍ／ｈｒで、直径８０ｍｍ、長さ２６
０ｍｍのＧａＡｓ単結晶４３を成長させた。このＧａＡ
ｓ単結晶４３を図６に示す。

【００６３】この場合、ＧａＡｓ単結晶４３の全域にわ
たって２〜３Ｅ＋１５ｃｍ^−３の炭素濃度が設定される
ように、結晶４３の成長中に、炉１１内のＣＯ濃度を徐
々に高めるようにした。

【００６４】図７は、本実施例によって製造されたＧａ
Ａｓ単結晶４３中の炭素濃度の測定結果を示す特性図で
ある。図７において、横軸は、形成されたＧａＡｓ単結
晶３４の上端からの距離（単位はｍｍ）を示し、縦軸
は、炭素濃度（単位はｐｐｍ）を示す。また、特性曲線
Ｃ２は、ＧａＡｓ結晶４３中の炭素濃度の測定結果を示
す。図示のごとく、本実施例では、ＧａＡｓ単結晶３１
の全域にわたり、約２〜３Ｅ＋１５ｃｍ^−３の炭素濃度
が設定されている。

【００６５】（２）比較例 本比較例は、攪拌処理を実行しない点と、反応時間を上
述した実施例より約４倍長くした点とを除けば、上述し
た実施例とほぼ同じである。

【００６６】図８は、本比較例により製造されたＧａＡ
ｓ単結晶４３中の炭素濃度の測定結果を図７と同じよう
にして示す図である。図示のごとく、本比較例では、反
応時間を実施例の４倍に設定したにもかかわらず、Ｇａ
Ａｓ単結晶４３の上部（上端から１００ｍｍくらいまで
の部分）で、炭素濃度が目標値より低くなった。これに
より、本比較例では、上部から下部まで２〜３Ｅ＋１５
ｃｍ^−３の炭素濃度を有するＧａＡｓ単結晶４３を得る
ことができなかった。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１または２
記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法および請求項３または
４記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置よれば、結晶原料が
融解した後、ＧａＡｓ単結晶を成長させる前に、高圧引
上げ炉内にＣＯガスを供給しながら、封止剤融液が攪拌
される。これにより、結晶中の炭素濃度として、高い炭
素濃度が要求される場合であっても、結晶上部の炭素濃
度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間で製造
することができる。

【００６８】また、請求項５記載のＧａＡｓ単結晶によ
れば、結晶の上部から下部まで炭素濃度が均一なＧａＡ
ｓ単結晶が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第１
の実施の形態の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における攪拌処理を
説明するための図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態における結晶成長処
理を説明するための図である。

【図４】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第２
の実施の形態の構成を示す断面図である。

【図５】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第３
の実施の形態の構成を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施例によって製造されたＧａＡｓ
単結晶のサイズを示す図である。

【図７】本発明の一実施例によって製造されたＧａＡｓ
単結晶中の炭素濃度を示す特性図である。

【図８】本発明の一実施例と比較される比較例によって
製造されたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１１…高圧引上げ炉、１２…るつぼ、１３…容器、１４
…るつぼ軸、１５，２０，２２，３２…回転昇降機構、
１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…結晶軸、１９…種
結晶、２１，３１，３３…攪拌治具、２３…ガス導入
管、２４…排気管、２５…ＣＯ濃度計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AB01 BE46 CF10 EB01 EB06 EJ07 PA03 PA13 5F053 AA12 AA13 BB01 BB02 BB04 BB08 BB12 BB14 BB35 BB60 DD03 FF04 GG01 HH10 KK07 LL10 RR01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 るつぼに収容された結晶原料と封止剤と
   を炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止
   剤融液で覆った状態で、前記原料融液に種結晶を接触さ
   せて、前記原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却
   固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する方法で
   あって、 前記結晶原料が融解した後、前記ＧａＡｓ単結晶を引き
   上げる前に、前記炉内に一酸化炭素ガスを供給し、この
   状態で、前記封止剤溶液を攪拌することにより、一酸化
   炭素を前記封止剤融液へ混入させることを特徴とするＧ
   ａＡｓ単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 前記ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０
   Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴とする請求項１
   記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 るつぼに収容された結晶原料と封止材と
   を炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止
   剤融液で覆った状態で、前記原料融液に種結晶を接触さ
   せて、前記原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却
   固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する装置で
   あって、 前記結晶原料が融解した後、前記炉内に一酸化炭素ガス
   を供給する一酸化炭素ガス供給手段と、 前記結晶原料が融解した後、前記ＧａＡｓ単結晶を引き
   上げる前に、前記封止剤融液を攪拌することにより、一
   酸化炭素を前記封止剤融液に混入させる攪拌手段とを備
   えたことを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造装置。
4. 【請求項４】 前記ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０
   Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴とする請求項３
   記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置。
5. 【請求項５】 液体封止引上げ法により製造され、結晶
   上端部から１００ｍｍ以内の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５
   ｃｍ^−３以上であることを特徴とするＧａＡｓ単結晶。