CN104109906A

CN104109906A - 单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶

Info

Publication number: CN104109906A
Application number: CN201410171993.9A
Authority: CN
Inventors: 藤井俊辅; 川濑智博; 羽木良明; 桥尾克司
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2014-10-22
Also published as: WO2010079826A1; JP5750889B2; JP2014185080A; JP5858097B2; JPWO2010079826A1; CN102272359A; CN102272359B

Abstract

提供一种可通过较简单的构造获得良好品质的单晶的单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶，单晶制造装置(1)将坩埚(4)中保持的原料加热熔化后，使其从一个方向凝固，从而制造出单晶，具有安瓿(3)及坩埚(4)、底座(2)、加热器(5)，底座(2)支撑安瓿(3)，加热器(5)用于加热安瓿(3)及坩埚(4)，构成底座(2)的材料的导热率为0.5W/(m·K)以上、应形成的单晶的导热率的值以下，构成底座(2)的材料中，波长为1600nm以上、2400nm以下的光相对于厚4mm的该材料的透光率为10％以下。

Description

单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶

本申请为2011年7月11日进入中国国家阶段、申请号为201080004316.8的、发明名称为“单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种单晶制造装置及单晶的制造方法，特别涉及一种具有保持原料容器的石英安瓿的单晶制造装置及单晶的制造方法。

背景技术

一直以来，使用了垂直布里奇曼法(VB法)、垂直温度梯度凝固法(VGF法)等垂直舟法(vertical boat method)的单晶制造装置及单晶的制造方法为世人所知。在该单晶制造装置中，为制造单晶，在坩埚底部配置籽晶，并在将作为原料的多晶投入到该坩埚内部的状态下，使这些原料(比籽晶靠上的原料)变为熔点以上地形成垂直方向的温度梯度。并且，通过将坩埚向下(温度相对低的一侧)抽出、或在保持温度梯度的状态下逐渐冷却，由熔融的原料，以籽晶为起点制造单晶(例如参照特开平04－187585号公报(专利文献1)及特开2005－298301号公报(专利文献2))。

并且，在上述专利文献1中，为改善获得的单晶的品质，在由熔融的原料(液相)形成单晶(固相)时，为使固液界面向液相一侧突出，提出了使支撑坩埚的底座(支撑体)的构造为层压构造的方案。具体而言，提出了使由导热率高的材料构成的薄板状部件、及由导热率低的材料构成的薄板状部件交互层压的构造方案。并且，作为导热率高的材料的例子例如是高纯度碳，并且作为导热率低的材料的例子例如是石英。

并且，在专利文献2中，为了防止上述单晶制造装置中的坩埚搬运时的破损，并防止单晶制造时发生不良，公开了以下构成。即，坩埚通过保持件保持，在该保持件上形成可通过手或夹具保持的把持部。并且在单晶制造装置中，该保持件搭载于可进行升降动作的底座(Stage)上。保持件紧密接触于坩埚的外周，保持该坩埚。作为坩埚的材料包括氮化硼(BN)，并且作为保持件的材料包括石英、碳化硅、氮化硅、碳、钼等。此外，在专利文献2中，对于底座的材料没有公开。

专利文献1：特开平04－187585号公报

专利文献2：特开2005－298301号公报

发明内容

在上述现有的单晶制造装置中，存在以下问题。即，因底座是上述层压构造，因此构造复杂，装置的制造成本变高。并且，组合了导热率和热膨胀系数不同的材料，因此底座会产生变形、破损，与底座接触的部分产生不连续的温度分布，出现结晶品质降低的问题。

并且，对于由坩埚(或坩埚和保持件(安瓿))构成的原料保持部、支撑该原料保持部的底座，在上述现有的单晶制造装置中，未考虑单晶制造时的热处理形成的热膨胀。因此，例如在保持件和底座使用热膨胀系数大幅不同的材料时，因单晶制造时的热处理中的温度变化，存在通过热膨胀形成的尺寸变化差而使底座或保持件破损的情况。并且，这种构成设备的破损对获得的单晶品质也产生不良影响。

本发明为解决上述课题而出现，本发明的目的在于提供一种通过较简单的构造可获得良好品质的单晶的单晶制造装置及单晶的制造方法。

并且，本发明的其他目的是，提供一种可防止因单晶制造时的热处理造成的单晶制造装置的破损、并获得良好品质的单晶的单晶制造装置及单晶的制造方法。

基于本发明的单晶制造装置中，将原料保持容器中保持的原料加热熔化后，例如如垂直布里奇曼法(VB法)、垂直温度梯度凝固法(VGF法)那样，使其从一个方向凝固，从而制造出单晶，具有：原料保持容器、底座、加热器。底座支撑原料保持容器。加热器用于加热原料保持容器。构成底座的材料的导热率为0.5W/(m·K)以上、应形成的单晶的导热率的值以下。对于构成底座的材料，波长为1600nm以上、2400nm以下的光对于厚4mm的该材料的透光率为10％以下。并且，对于构成底座的材料，优选使上述透光率为5％以下。

这样一来，构成底座的材料采用相对于波长1600nm以上、2400nm以下的光为不透明材料的较简单的构成，从而在原料保持容器内，使原料为熔融状态，从一个方向(具体而言从底座一侧)使其凝固时，可抑制红外线等导致的、从原料保持容器通过底座朝向外周一侧的热放射。其结果是，可将从熔融的原料传送到底座的热流引导到朝向底座下表面的方向(下方)。结果可使熔融的原料(液相)和原料凝固并变为单晶的部分(固相)的边界部(固液界面)为平坦的形状或向液相一侧突出的形状。例如，原料保持容器包括：扩径部，从底座一侧开始宽度逐渐变大；直体部，与该扩径部连接，宽度变化率小于该扩径部(例如宽度实质上恒定)，在该扩径部与底座接触的情况下，固液界面位于扩径部时，如上所述，可使该固液界面为平坦的形状或向液相一侧突出的形状。其结果是，在获得的单晶中可抑制结晶不良发生。

此外，之所以使构成底座的材料的导热率的值的下限为0.5W/(m·K)，是因为该材料的导热率低于0.5W/(m·K)时，原料保持容器内的原料的冷却效率降低，并且难以使固液界面如上所述成为平坦的形状或向液相一侧突出的形状。并且，之所以使该导热率的值的上限为应形成的单晶的导热率的值，是因为当构成底座的材料的导热率超过该单晶的导热率的值时，仍难以使固液界面如上所述成为平坦的形状或向液相一侧突出的形状。并且，对于构成底座的材料，之所以使规定透光率的光的波长为1600nm以上、2400nm以下，是因为当单晶生长时通过作为热源的加热器产生的光的波长相当于上述波长范围。并且，之所以使该透光率为10％以下，是因为如果透光率为10％以下，则相对上述波长的光，底座的材料实质上可视为不透明，可切实获得的本发明的效果。并且，之所以使上述透光率的优选范围为5％以下，是因为如果透光率为5％以下，则相对上述波长的光，题材的材料可更切实地视为不透明，可更切实地获得本发明的效果。

基于本发明的单晶的制造方法是使用了上述单晶制造装置的单晶的制造方法，实施以下工序。即，实施向原料保持容器插入籽晶及单晶的原料物质的工序。并且实施通过加热器加热原料保持容器从而熔融原料物质的工序。进一步，实施使熔融的原料物质由籽晶一侧逐渐凝固从而制造单晶的工序。

这样一来，暂时熔化多晶的原料片(加热工序(S30))，之后进行用于凝固的处理(结晶生长工序(S40))时，可使从熔融的原料向底座传递的热流引导到朝向底座下表面的方向(下方)。其结果是，可使熔融的原料(液相)、及原料凝固并变为单晶的部分(固相)的边界部(固液界面)为平坦或向液相一侧突出的形状。例如，原料保持容器包括：扩径部，从底座一侧宽度逐渐变大；以及直体部，与该扩径部连接，宽度的变化率小于该扩径部(例如实质上宽度恒定)，在该扩径部与底座接触的情况下，当固液界面位于扩径部时，如上所述，可使该固液界面为平坦的形状或向液相一侧突出的形状。其结果是，在获得的单晶中可抑制产生结晶缺陷。

基于本发明的单晶是由含硅的砷化镓构成的单晶，包括：单晶扩径部，从籽晶一侧宽度逐渐变大；以及直体部，与单晶扩径部连接，宽度变化率小于单晶扩径部。在单晶扩径部和直体部的边界，与单晶的生长轴方向垂直的面内的、硅的平均浓度是1×10¹⁷cm^-3以上、7×10¹⁷cm^-3以下，位错密度的平均值为0cm^-2以上、2000cm^-2以下。

因此，在单晶扩径部和直体部的边界(肩部)中，使位错密度控制在上述范围内，可有效抑制直体部中的线性老化(lineage)的发生。

并且，基于本发明的单晶制造装置是将原料容器中保持的原料加热熔化后，使其从一个方向凝固，从而制造出单晶的单晶制造装置，具有：原料容器；在内部保持原料容器的石英安瓿；支撑石英安瓿的底座；用于加热原料容器的加热器。在底座中构成至少与石英安瓿接触的部位的材料的热膨胀系数，是构成石英安瓿的石英的热膨胀系数的±50％以内范围含有的值。

这样一来，为了制造单晶通过加热器加热原料容器时，及通过使因加热而变为液相的原料凝固、从而获得单晶而降低该原料容器的温度时，可充分降低石英安瓿和底座之间的热膨胀量的差。其结果是，可抑制产生因该热膨胀量的差而使石英安瓿或底座破损的问题。

此外，之所以使构成在底座中与石英安瓿接触的部位的材料的热膨胀系数是石英的热膨胀系数的±50％以内(石英的热膨胀系数的0.5倍以上、1.5倍以下)，是基于以下原因。即，当该材料的热膨胀系数脱离上述范围时，为形成单晶而进行热处理时，对于热膨胀产生的变位量，在石英安瓿和底座的对应部位之间产生较大的差。其结果是，较大的应力施加于石英安瓿和底座的接触部，石英安瓿(或底座)有较大概率产生损坏。此外，构成石英安瓿的石英的热膨胀系数例如如“信越石英(株)技術ガイド化学物理特性PC-TG-CFC-004，2005，10，01版”中所述，约为5×10^-7(K^-1)，其±50％相当于约2.5×10^-7(K^-1)以上、约7.5×10^-7(K^-1)以下的范围。

基于本发明的单晶的制造方法是使用了上述单晶制造装置的单晶的制造方法，具有以下工序。即，首先实施向原料容器插入籽晶及单晶的原料物质的工序。并且，通过加热器加热原料容器，从而实施熔融原料物质的工序。进一步，通过使熔融的原料物质从籽晶一侧逐渐凝固，从而实施制造单晶的工序。

这样一来，暂时熔化原料，之后进行用于凝固的热处理时，石英安瓿和底座之间的热膨胀系数不会有较大的差，因此可抑制石英安瓿、底座产生破损的问题。其结果是，可抑制因石英安瓿、底座破损造成的单晶品质下降，可稳定获得高品质的单晶。

根据本发明，可通过较简单的构造的单晶制造装置获得良好品质的单晶。

并且根据本发明，可防止因单晶制造装置中的热处理造成的破损，获得良好品质的单晶。

附图说明

图1是表示本发明的单晶制造装置的实施方式1的示意图。

图2是表示使用了图1所示的单晶制造装置的单晶制造方法的流程图。

图3是用于说明图1所示的单晶制造装置的使用状态的示意图。

图4是表示图1所示的单晶制造装置的第1变形例的放大示意图。

图5是表示图1所示的单晶制造装置的第2变形例的放大示意图。

图6是表示图1所示的单晶制造装置的第3变形例的放大示意图。

图7是表示本发明的单晶制造装置的实施方式2的示意图。

图8是表示图7所示的单晶制造装置的第1变形例的放大示意图。

图9是表示图7所示的单晶制造装置的第2变形例的放大示意图。

图10是表示图7所示的单晶制造装置的第3变形例的放大示意图。

图11是表示使用本发明的单晶制造装置制造的单晶的示意图。

图12是表示本发明的单晶制造装置的实施方式4的示意图。

图13是表示使用了图12所示的单晶制造装置的单晶制造方法的流程图。

图14是用于说明图12所示的单晶制造装置的使用状态的示意图。

图15是表示图12所示的单晶制造装置的第1变形例的放大示意图。

图16是表示图12所示的单晶制造装置的第2变形例的放大示意图。

图17是表示图12所示的单晶制造装置的第3变形例的部分放大示意图。

图18是表示本发明的单晶制造装置的实施方式5的示意图。

附图标记

1 单晶制造装置

2、52 底座

3 安瓿

4 坩埚

5 加热器

7 箭头

11 凹部

12 倾斜部

13 凹凸形状部

14 表面

15 单晶

16 熔融材料

17 固液界面

19 防固定处理层

20 脱模剂

21、31 小径部

22、32 扩径部

23、33 直体部

25 基体

26 石英部件

40 单晶

41 肩部

42 主体部中央

43 尾部

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。并且，对以下附图中相同或相当的部分附加同样的参照标记，也不重复其说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的单晶制造装置的实施方式1的示意图。参照图1说明本发明的单晶制造装置。

参照图1，单晶制造装置1具有：底座2；搭载在底座2上的安瓿3；保持在安瓿3的内部的坩埚4；用于加热填充于坩埚4的内部的原料的加热器5。底座2是平面形状例如是圆形的圆柱状体，上部表面具有研钵状的倾斜部12、位于该倾斜部12的内周侧(上部表面的大致中央)的凹部11。凹部11的平面形状例如是圆形，该凹部11的宽度在深度方向上基本恒定。倾斜部12从凹部11的上端部开始随着靠近底座2的外周侧，距底座2的底壁的距离变大(相对底座2的底壁)地倾斜构成。作为底座2的材料例如可使用石英。并且，作为底座2的材料，优选其导热率为0.5W/(m·K)以上、应形成的单晶的导热率的值以下。其中，作为“应形成的单晶及其导热率”的具体例子例如是：当应形成的单晶的材质是砷化镓(GaAs)时其导热率约为50W/(m·K)，当应形成的单晶的材质是磷化铟(InP)时其导热率约为70W/(m·K)。此外，这些导热率的值是室温下的值。并且，构成底座2的材料优选：波长为1600nm以上、2400nm以下的光相对于厚4mm的该材料的透光率为10％以下。并且，该透光率进一步优选5％以下。其中，透光率是指，入射到该材料的上述光的强度与透过厚4mm的该材料的光的强度的比((透过的光的强度)/(入射的光的强度)×100)。

并且，作为底座2的材料优选：是具有作为构成安瓿3的石英的热膨胀系数的±50％以内的范围的热膨胀系数的材料，使用在用于形成单晶的热处理温度下具有足够强度(例如熔点比该热处理温度高)的材料。例如，作为底座2的材料优选使用不透明的石英。

该底座2上搭载的安瓿3是石英制的安瓿(石英安瓿)，其形状大致为圆筒状。安瓿3的底面是可搭载到上述底座2的上部表面的形状。具体而言，安瓿3具有：小径部21，收容在底座2的凹部11的内部，平面形状大致为圆形；扩径部22，连接到小径部21上，具有沿底座2的倾斜部12倾斜的侧壁；以及直体部23，连接到扩径部22之上，平面形状是和底座2相同的例如圆形，宽度基本恒定。此外，直体部23的宽度可随着离开扩径部22而逐渐变大，也可在直体部23的中途变更宽度的变化率。即，对于直体部23，如上所述，不仅包括宽度基本恒定的情况，也存在宽度一定程度变化(直体部23的侧壁相对底座2的外周侧壁略有倾斜)的情况。并且，直体部23中，该直体部23中的宽度的变化率小于扩径部22中的宽度的变化率即可。此外，在此，宽度是指在垂直于安瓿3的延伸方向的方向(水平方向)的宽度。小径部21的宽在深度方向的任意位置上基本恒定。小径部21是沿着底座2的凹部11的内壁的形状。安瓿3的扩径部22中的侧壁的(相对直体部23的侧壁)倾斜角度与底座2的倾斜部12的(相对底座2的外周侧壁)倾斜角度基本相同。

在该安瓿3的内部保持的坩埚4基本具有沿着安瓿3的内周表面的形状。具体而言，坩埚4的底部中央形成有收容于安瓿3的小径部21的内部的坩埚4的小径部31。小径部31的平面形状例如是圆形。从该小径部31的上端部开始沿安瓿3的扩径部22，形成坩埚4的扩径部32。并且，与该扩径部32的上端连接地形成直体部33。该坩埚4的直体部33基本沿安瓿3的直体部23的内周面配置。并且，包围底座2、安瓿3及坩埚4的外周地配置加热器5。

接着说明使用了图1所示的单晶制造装置的单晶制造方法。图2是表示使用了图1所示的单晶制造装置的单晶制造方法的流程图。如图2所示，在本发明的单晶制造方法中，首先实施籽晶准备工序(S10)。具体而言，在图1所示的坩埚4的小径部31的内部插入作为籽晶的单晶小片。

接着如图2所示，实施原料准备工序(S20)。具体而言，在坩埚4的内部以规定量投入应作为单晶原料的多晶的原料片。作为上述单晶小片及多晶的原料片的组分，可使用任意的结晶性的材料，例如可将含有硅的砷化镓(GaAs)作为该组分使用。

接着如图2所示，实施加热工序(S30)。具体而言，通过向图1所示的加热器5通电，加热坩埚4的内部的多晶的原料片并使其为熔融状态。此外，此时为了使配置在坩埚4的小径部31内部的单晶小片不熔融，调整加热器5的加热条件。

接着如图2所示，实施结晶生长工序(S40)。具体而言，使用未图示的升降装置等，对于加热器5，使底座2、安瓿3及坩埚4向图1下侧(图3的箭头7所示的方向)移动，从而使熔融的多晶原料的温度从配置在坩埚4的小径部31内部的单晶小片(籽晶)附近逐渐下降。其结果是，加热并熔融的原料从籽晶附近开始逐渐凝固(结晶化)。这样凝固的部分变为单晶。并且，通过逐渐使底座2、安瓿3及坩埚4从加热器5的内周侧开始向下侧抽出，使熔融的原料从坩埚4的下侧(即籽晶附近)逐渐结晶化。这样可使单晶生长。此外，也可固定底座2、安瓿3及坩埚4，使加热器5向上方移动，或在固定了坩埚4、加热器5的位置的状态下，使其变为规定的温度分布的同时，降低加热器5的温度。并且，如果熔融的原料完全凝固，则实施冷却工序(S50)。在冷却工序(S50)中，降低加热器5的温度等，使坩埚4内部的单晶冷却到室温。

此时，作为底座2的材料例如使用不透明石英，从而在上述结晶生长工序(S40)中，可抑制从坩埚4及安瓿3由于红外线等热放射经由底座2使热量传送到外周侧的情况。因此，可将从熔融的原料传送到底座2的热流引导到朝向底座2的下表面的方向(下方)，进一步优选引导到朝向底座2的凹部11的方向。其结果如图3所示，在坩埚4的扩径部中，可使作为熔融材料16与原料凝固生长的单晶15(固相)的边界部的固液界面17，为平坦或向熔融材料16一侧突出的形状。结果在获得的单晶15中，可抑制结晶缺陷的发生。并且图3是用于说明图1所示的单晶制造装置的使用状态的示意图。

图4是图1所示的单晶制造装置的第1变形例的放大示意图。参照图4说明图1所示的单晶制造装置1的第1变形例。

参照图4，本发明的单晶制造装置的第1变形例基本具有和图1所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图1所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2的倾斜部12的表面形成有作为防固定层的凹凸形状部13。这样一来，可抑制在形成单晶时发生安瓿3和底座2在倾斜部12中固定的问题。此外，倾斜部12的凹凸形状部13中的表面粗糙度在Ra(参照JIS B0601-1994)中为0.5以上、9.5以下。并且，该表面粗糙度优选Ra中为1.5以上、7.0以下，进一步优选Ra中为2.5以上、4.5以下。倾斜部的凹凸在Ra过小时，接触面积增加，易发生安瓿3和底座2的固定。并且当Ra过大时，与安瓿3接触的凸部的个数减少，向各凸部的接触压力变大，易发生固定。即，该表面粗糙度优选Ra中为0.5～9.5，较优选1.5～7.0，进一步优选2.5～4.5。

图5是表示图1所示的单晶制造装置的第2变形例的放大示意图。参照图5说明图1所示的单晶制造装置1的第2变形例。

参照图5，单晶制造装置的第2变形例基本具有和图1所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图1所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2的倾斜部12上形成防固定处理层19。该防固定处理层19是由与作为构成安瓿3的材料的石英的反应性(和石英之间接触时相比)相对较低的材料构成的层，例如可使用SiC薄膜、氧化铝薄膜等。并且，该防固定处理层19的膜厚是10μm以上1mm以下，优选50μm以上500μm以下，进一步优选100μm以上300μm以下。通过采用这一构成，可获得和图4所示的单晶制造装置相同的效果。

图6是表示图1所示的单晶制造装置的第3变形例的放大示意图。参照图6说明图1所示的单晶制造装置1的第3变形例。

参照图6，单晶制造装置基本具有和图1所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图1所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2的倾斜部12的表面14和安瓿3之间配置有脱模剂20。通过这一构成，和图4所示的单晶制造装置一样，可防止底座2和安瓿3之间的固定。并且，作为脱模剂20，例如可使用SiC粉末、氧化铝粉末等。并且，脱模剂20的粒径为0.1μm以上20μm以下，优选0.3μm以上15μm以下，进一步优选0.5μm以上10μm以下。

(实施方式2)

图7是表示本发明的单晶制造装置的实施方式2的示意图。参照图7说明本发明的单晶制造装置的实施方式2。

参照图7，单晶制造装置1基本具有和图1所示的单晶制造装置1相同的构造，但和图1的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2上直接搭载坩埚4(即没有图1所示的安瓿3)。具体而言，在图7所示的单晶制造装置1中，在底座2的凹部11内部配置有坩埚4的小径部31。并且，与底座2的倾斜部12接触地配置坩埚4的扩径部32。通过这一构成，也可获得和图1所示的单晶制造装置1相同的效果。

图8是表示图7所示的单晶制造装置的第1变形例的放大示意图。参照图8说明图7所示的单晶制造装置1的第1变形例。

参照图8，本发明的单晶制造装置的第1变形例基本具有和图7所示的单晶制造装置1同样的构造，但和图4所示的单晶制造装置1一样，与图7所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2的倾斜部12的表面形成作为防固定层的凹凸形状部13。这样一来，在形成单晶时可抑制产生坩埚4和底座2在倾斜部12中固定的问题。此外，倾斜部12的凹凸形状部13中的表面粗糙度在Ra(参照JIS BO601-1994)中为0.5以上、9.5以下。并且，该表面粗糙度优选Ra中为1.5以上、7.0以下，进一步优选Ra中为2.5以上、4.5以下。倾斜部的凹凸在Ra过小时，接触面积增加，易发生坩埚4和底座2的固定。并且当Ra过大时，与坩埚4接触的凸部的个数减少，向着各凸部的接触压力变大，易发生固定。即，该表面粗糙度优选Ra为0.5～9.5，较优选1.5～7.0，进一步优选2.5～4.5。

图9是表示图7所示的单晶制造装置的第2变形例的放大示意图。参照图9说明图7所示的单晶制造装置1的第2变形例。

参照图9，单晶制造装置的第2变形例基本具有和图7所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图1所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2的倾斜部12上形成有防固定处理层19。该防固定处理层19是由与构成坩埚4的材料的反应性比构成底座2的材料相对较低的材料构成的层，例如当坩埚4是石英时可使用SiC薄膜、氧化铝薄膜等。并且，该防固定处理层19的膜厚是10μm以上1mm以下，优选50μm以上500μm以下，进一步优选100μm以上300μm以下。通过采用这一构成，可获得和图8所示的单晶制造装置相同的效果。

图10是表示图7所示的单晶制造装置的第3变形例的放大示意图。参照图10说明图7所示的单晶制造装置的第3变形例。

参照图10，单晶制造装置基本具有和图7所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图7所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座2的倾斜部12的表面14和坩埚4之间配置有脱模剂20。通过这一构成，和图8所示的单晶制造装置一样，可防止底座2和坩埚4之间的固定。并且，作为脱模剂20，例如可使用SiC粉末、氧化铝粉末等。并且，脱模剂20的粒径为0.1μm以上20μm以下，优选0.3μm以上15μm以下，进一步优选0.5μm以上10μm以下。

(实施方式3)

图11是表示使用本发明的单晶制造装置制造的单晶的示意图。参照图11说明基于本发明的单晶40。

参照图11，由硅化镓构成的单晶40是使用图1所示的单晶制造装置制造的单晶，基本上具有和图1的单晶制造装置1的坩埚4的内形相同的外形。即，作为结晶生长的基点的籽晶位于图11的单晶40的下端，包括：单晶扩径部，从该下端开始，其直径逐渐变大；以及直体部(主体部)，与该单晶扩径部连接，宽度(直径)的变化率小于单晶扩径部。将单晶扩径部和直体部的边界部称为肩部41。并且，将直体部的长度方向(结晶生长方向)的中央部作为主体部中央42，将直体部的上端作为尾部43。在单晶扩径部和直体部的边界(肩部41)，与单晶40的生长轴方向垂直的面内的、硅的平均浓度是1×10¹⁷cm^-3以上、7×10¹⁷cm^-3以下，位错密度的平均值为0cm^-2以上、2000cm^-2以下。

其中，使用本发明的单晶制造装置1形成单晶40时，当固液界面位于扩径部时，如上所述，可使该固液界面向液相一侧形成平坦或突出形状。结果可抑制获得的单晶40中产生结晶缺陷。即，发明人发现，通过将扩径部的固液界面形状控制为“平坦或突出形状”，可大幅降低单晶扩径部和直体部的边界(肩部41)中的位错密度。其结果是，在较低的硅浓度下，也可降低肩部41中的位错密度。从而发现，可大幅降低结晶主体部(即变为晶片等产品的部分)中的线性老化等问题的发生次数。此外，线性老化是指高浓度的错位集中到局部的问题，存在该问题的部分不能制作产品。

其中，本发明人首先发现：在硅浓度为一定量以下的单晶40中，存在易发生线性老化的问题，但使肩部41的错位为一定密度以下时，抑制了作为产品的部分的直体部(结晶主体部)的线性老化的发生。进一步，在“直体部的长度/直体部的直径”的比率(直体部的长度和直径的比)较大的结晶、具体而言在“直体部的长度/直体部的直径”的比为1.5以上的结晶中，发现本发明具有显著的效果。进一步，在硅浓度低至1×10¹⁷cm^-3～7×10¹⁷cm^-3的结晶中，在晶片的研磨工序中会产生错位导致的坑(微小的凹陷)，在位错密度为一定密度(2000cm^-2)以下时，发现这种坑明显减少。

具体而言，肩部41中的硅浓度为1×10¹⁷cm^-3～7×10¹⁷cm^-3时(该硅浓度对应于单晶的产品设计来决定)，位错密度为2000cm^-2以下，优选1500cm^-2以下，进一步优选1000cm^-2以下时，可抑制直体部的线性老化的发生，获得较高的生产率。并且，“直体部的长度/直体部的直径”的比为1.5×(77÷直体部的直径(mm))以上时获得良好的效果，当该比为2.0×(77÷直体部的直径(mm))以上时，可进一步获得良好的效果，当该比为2.5×(77÷直体部的直径(mm))以上时，获得最好的效果。

此外，向砷化镓(GaAs)中添加硅时，被称为错位(転位)的结晶缺陷减少。GaAs中的硅的浓度越高，错位越少，位错密度变低。另一方面，根据应形成的设备种类不同，所要求的硅浓度、位错密度也不同，因此考虑这些条件来设计要制造的单晶40的硅浓度。在肩部41中的硅浓度低至1×10¹⁷cm^-3～7×10¹⁷cm^-3时，现有的直体部中存在易产生线性老化的问题。本发明人首先发现，通过使肩部41的位错密度为一定值以下，可抑制直体部中的线性老化的发生。

在添加硅的单晶40中，从肩部41向着尾部43，硅浓度上升。因此，越接近尾部43，越难以产生新的错位。即，位错密度从肩部41到尾部43减少。因此，发明人发现，通过控制肩部41的位错密度，可飞跃地减少直体部中的线性老化的发生率。此外，当肩部41中的硅浓度(硅的平均浓度)超过7×10¹⁷cm^-3时，本来就不易形成线性老化，所以能明显获得本发明的效果的是肩部41中的硅浓度为7×10¹⁷cm^-3以下时。并且，可以认为，在不添加硅的单晶中，在直体部中也易发生错位，因此仅控制肩部41的位错密度，难以抑制线性老化的发生。因此，使肩部41中的硅浓度为上述1×10¹⁷cm^-3以上7×10¹⁷cm^-3以下时，本发明的效果明显，该硅浓度为1×10¹⁷cm^-3以上5.5×10¹⁷cm^-3以下时本发明的效果可进一步明显，该硅浓度为1×10¹⁷cm^-3以上4.0×10¹⁷cm^-3以下时，本发明的效果变得更加明显。

并且本发明人发现，硅浓度随着自然凝固的方式，在结晶长度方向(单晶40的延伸方向)上从肩部41向着尾部43增加。因此，在单晶长度和直径的比(即“直体部长度/直体部直径的比”较小时，硅浓度在长度方向上急速增加，因此抑制了错位的发生。相反，当单晶的长度和直径的比较大时，硅浓度在长度方向上逐渐增加。因此在直体部中，到肩部41为止产生的错位聚集，易形成线性老化。因此，在该单晶长度和直径的比大(直体部的长度和直径的比为1.5以上)的单晶40中，本发明的“抑制线性老化的形成”的效果特别显著。

(实施方式4)

图12是表示本发明的单晶制造装置的实施方式4的示意图。参照图12说明本发明的单晶制造装置。

参照图12，单晶制造装置1具有：底座52；搭载在底座52上的安瓿3；保持在安瓿3的内部的坩埚4；用于加热填充于坩埚4的内部的原料的加热器5。底座52是平面形状例如是圆形的圆柱状体，上部表面具有研钵状的倾斜部12、位于该倾斜部12的内周侧(上部表面的大致中央)的凹部11。凹部11的平面形状例如是圆形，该凹部11的宽度在深度方向上基本恒定。倾斜部12的构成是，随着从凹部11的上端部朝向底座52的外周侧，距底座52的底壁的距离变大(相对底座52的底壁)地倾斜。底座52的材料例如可使用石英。并且，作为底座52的材料，是具有构成安瓿3的石英的热膨胀系数的±50％以内范围的热膨胀系数的材料，如果是在用于形成单晶的热处理温度下具有充分强度(例如熔点大于该热处理温度)的材料，则可使用任意的材料。例如，作为底座52的材料可使用石英、石英和氧化铝的混合物、或多孔质二氧化硅等。

搭载于该底座52的安瓿3是石英制的安瓿(石英安瓿)，其形状大致为圆筒状。安瓿3的底面是可搭载到上述底座52的上部表面的形状。具体而言，安瓿3具有：小径部21，收容在底座52的凹部11的内部，平面形状大致为圆形；扩径部22，连接到小径部21之上，具有沿底座52的倾斜部12倾斜的侧壁；以及直体部23，连接到扩径部22之上，平面形状是和底座52相同的例如圆形，宽度(直径)的变化率比扩径部22小。小径部21的宽度在深度方向的任意位置上基本恒定。小径部21是沿着底座52的凹部11的内壁的形状。安瓿3的扩径部22中的侧壁的(相对直体部23的侧壁)倾斜角度与底座52的倾斜部12的(相对底座52的外周侧壁)倾斜角度基本相同。

保持于该安瓿3的内部的坩埚4基本具有沿着安瓿3的内周表面的形状。具体而言，坩埚4的底部中央形成收容于安瓿3的小径部21的内部的坩埚4的小径部31。小径部31的平面形状例如是圆形。从该小径部31的上端部开始沿安瓿3的扩径部22，形成坩埚4的扩径部32。并且，与该扩径部32的上端连接地形成直体部33。该坩埚4的直体部33基本沿安瓿3的直体部23的内周面配置。并且，包围底座52、安瓿3及坩埚4的外周地配置加热器5。

接着说明使用了图12所示的单晶制造装置的单晶制造方法。图13是表示使用了图12所示的单晶制造装置的单晶制造方法的流程图。如图13所示，在本发明的单晶制造方法中，首先实施单晶准备工序(S10)。具体而言，在图12所示的坩埚4的小径部31的内部插入作为籽晶的单晶小片。

接着如图13所示，实施原料准备工序(S20)。具体而言，在坩埚4的内部以规定量投入应作为单晶原料的多晶的原料片。作为上述单晶小片及多晶的原料片的组分，可使用任意的结晶性的材料，例如可将含有硅的砷化镓(GaAs)作为该组分使用。并且，像砷化镓这样是离解压力高的材料时，可将石英安瓿在真空中密封。

接着如图13所示，实施加热工序(S30)。具体而言，通过向图12所示的加热器5通电，加热坩埚4的内部的多晶的原料片并使其为熔融状态。此外，此时为了使配置在坩埚4的小径部31内部的单晶小片不熔融，调整加热器5的加热条件。

接着如图13所示，实施结晶生长工序(S40)。具体而言，使用未图示的升降装置等，对于加热器5，使底座52、安瓿3及坩埚4向图12下侧移动，从而使熔融的多晶原料的温度从配置在坩埚4的小径部31内部的单晶小片(籽晶)的附近逐渐下降。其结果是，加热并熔融的原料从籽晶附近开始逐渐凝固(结晶化)。因此，凝固的部分变为单晶。并且，通过逐渐将底座52、安瓿3及坩埚4从加热器5的内周侧开始向下侧抽出，使熔融的原料从坩埚4的下侧(即籽晶附近)逐渐结晶化。这样可使单晶生长。如果熔融的原料完全凝固，则实施冷却工序(S50)。在冷却工序(S50)中，降低加热器5的温度等，使坩埚4内部的单晶冷却到室温。

此时，作为底座52的材料例如使用透明石英，从而可使由石英构成的安瓿3和底座52之间的热膨胀系数的差减小到实际上可忽略的程度。因此，为了使上述单晶生长而使底座52和安瓿3的温度变化时，可减小因底座52和安瓿3的热膨胀系数的差而施加到安瓿3的热应力的值。因此，可防止因底座52和安瓿3的温度变化造成安瓿3破损的问题。

并且，作为底座52的材料通过使用透明的石英等透明部件，辐射热经由底座52的倾斜部12从坩埚4传送到底座52的外周侧。因此如图14所示，当生长的单晶15和熔融材料16的固液界面17到达坩埚4的直体部33时，可使固液界面17变为向熔融材料16一侧突出的形状。结果在形成的单晶15中，可抑制直体部33的下部附近的结晶不良(线性老化)产生。此外，图14是用于说明图12所示的单晶制造装置的使用状态的示意图。

其中，透明部件是指对于波长2000nm的光的单位长度(1cm)的透过率为90％以上的材料。此外，透光率是指入射到该透明部件的上述光的强度和透过了透明部件的光的强度的比((透过的光的强度)/(入射的光的强度)×100)。因此，作为透明部件例如可使用MomentivePerformance Materials公司制造的GE124等石英玻璃。

图15是表示图12所示的单晶制造装置的第1变形例的放大示意图。参照图15说明图12所示的单晶制造装置1的第1变形例。

参照图15，本发明的单晶制造装置的第1变形例基本具有和图12所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图12所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座52的倾斜部12的表面形成作为防固定层的凹凸形状部13。这样一来，可抑制在形成单晶时发生安瓿3和底座52在倾斜部12中固定的问题。此外，倾斜部12的凹凸形状部13中的表面粗糙度在Ra(参照JIS B0601-1994)中为0.5以上、9.5以下。并且，该表面粗糙度优选Ra为1.5以上、7.0以下，进一步优选Ra为2.5以上、4.5以下。倾斜部的凹凸在Ra过小时，接触面积增加，易发生安瓿3和底座52的固定。并且当Ra过大时，与安瓿3接触的凸部的个数减少，向着各凸部的接触压力变大，易发生固定。即，该表面粗糙度优选Ra为0.5～9.5，较优选1.5～7.0，进一步优选2.5～4.5。

图16是表示图12所示的单晶制造装置的第2变形例的放大示意图。参照图16说明图12所示的单晶制造装置1的第2变形例。

参照图16，单晶制造装置的第2变形例基本具有和图12所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图12所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座52的倾斜部12上形成防固定处理层19。该防固定处理层19是由与作为构成安瓿3的材料的石英的反应性(和石英之间接触时相比)相对较低的材料构成的层，例如可使用SiC薄膜、氧化铝薄膜等。并且，该防固定处理层19的膜厚是10μm以上1mm以下，优选50μm以上500μm以下，进一步优选100μm以上300μm以下。通过采用这一构成，可获得和图15所示的单晶制造装置相同的效果。

图17是表示图12所示的单晶制造装置的第3变形例的放大示意图。参照图17说明图1所示的单晶制造装置的第3变形例。

参照图17，单晶制造装置基本具有和图12所示的单晶制造装置1同样的构造，但与图12所示的单晶制造装置1的不同点在于，在底座52的倾斜部12的表面14和安瓿3之间配置有脱模剂20。通过这一构成，和图15所示的单晶制造装置一样，可防止底座52和安瓿3之间的固定。并且，作为脱模剂20，例如可使用SiC粉末、氧化铝粉末等。并且，脱模剂20的粒径为0.1μm以上20μm以下，优选0.3μm以上15μm以下，进一步优选0.5μm以上10μm以下。

(实施方式5)

图18是表示本发明的单晶制造装置的实施方式5的示意图。参照图18说明本发明的单晶制造装置的实施方式5。

参照图18，单晶制造装置1基本具有和图12所示的单晶制造装置1相同的构造，但和图12的单晶制造装置1的不同点在于底座52的构造。具体而言，在图18所示的单晶制造装置1中，底座52由基体25、层压配置在该基体25上的石英部件26构成。石英部件26包括与安瓿3的扩径部直接接触的倾斜部12。并且，基体25可使用石英以外的不同材料。另一方面，石英部件26由透明的石英构成。图18所示的基体25及石英部件26构成的底座52的形状基本上和图12所示的单晶制造装置1中的底座52相同。

通过这种构成，可获得和图12所示的单晶制造装置1同样的效果。进一步，底座52由基体25和石英部件26构成，因此为了调整底座52的导热特性、强度等特性，例如可任意变更基体25的材质。

并且，上述本发明的单晶制造装置适用于半导体单晶的制造，尤其适用于砷化镓单晶及磷化铟单晶的制造。

以下列举本发明的特征性构造，其与上述实施方式的记述有部分重复。

基于本发明的单晶制造装置1是，将原料保持容器(图1的安瓿3及坩埚4或图7的坩埚4)中保持的原料(多晶的原料片)加热熔化后，使其从一个方向凝固，从而制造出单晶的单晶制造装置1，具有：原料保持容器(图1的安瓿3及坩埚4或图7的坩埚4)；底座2；加热器5。底座2支撑图1的安瓿3或图7的坩埚4。加热器用于加热图1的安瓿3及坩埚4或图7的坩埚4。构成底座2的材料的导热率为0.5W/(m·K)以上、应形成的单晶的导热率的值以下。构成底座2的材料中，波长为1600nm以上、2400nm以下的光相对于厚4mm的上述材料的透光率为10％以下。并且，对于构成底座2的材料，优选上述透光率为5％以下。并且，构成底座2的材料的导热率优选是应形成的单晶的导热率的1/2以下，进一步优选是应形成的单晶的导热率的1/4以下。

这样一来，构成底座2的材料采用相对波长1600nm以上、2400nm以下的光为不透明材料的较简单的构成，从而在坩埚4内使多晶的原料片为熔融状态，使其从一个方向(具体而言从底座2一侧)凝固时，可将从熔融的原料传送到底座2的热流引导到朝向底座2下表面的方向(下方)。结果可使图3的熔融材料16(液相)和原料凝固并变为单晶的部分的图3的单晶15(固相)的边界部的固液界面17，为平坦的形状或向熔融材料16一侧突出的形状。因此，当固液界面17位于坩埚4的的扩径部32时，如上所述，可使该固液界面17为平坦的形状或向熔融材料16一侧突出的形状。其结果是，在获得的单晶15中可抑制结晶不良发生。

在上述单晶制造装置1中，在底座2中，可在与图4～图6的安瓿3或与图8～图10的坩埚4接触的部分的表面形成防固定层(凹凸形状部13、防固定处理层19、脱模剂20)。其中，为了制造单晶而对坩埚4中收容的原料通过加热器5加热时，变为图4～图6所示的保持坩埚4的安瓿3或图8～图10所示的坩埚4也被加热的状态。并且，在加热的安瓿3或坩埚4由底座2支撑(与底座2接触的)的区域(图4～图6的安瓿3的扩径部22和底座2的倾斜部12接触的部分，或图8～图10的坩埚4中的扩径部32和底座2的倾斜部12接触的部分)中，通过安瓿3及坩埚4(参照图4～图6)或坩埚4(参照图8～图10)的自重，变为安瓿3或坩埚4被底座推压的状态。其结果是，存在安瓿3或坩埚4固定于底座2的情况。因此，当安瓿3或坩埚4固定于底座2时，为形成单晶而进行热处理时(即进行图2中的加热工序(S30)及结晶生长工序(S40)并进一步进行用于冷却到室温的处理(冷却工序(S50))时)，因安瓿3或坩埚4和底座2的热膨胀量的差，上述固定的部分产生应力。该应力是导致安瓿3、坩埚4或底座2破损的原因。

因此，如上所述，通过形成防固定层(凹凸形状部13、防固定处理层19、脱模剂20)防止安瓿3或坩埚4固定于底座2，则安瓿3及坩埚4和底座2分别单独膨胀/收缩，因此可抑制源自上述固定的应力的发生。其结果是，可降低安瓿3、坩埚4或底座2破损的可能性。

在上述单晶制造装置1中，原料保持容器如图1、图3～图6所示，也可包括：作为保持原料的原料容器的坩埚4；作为内部保持该坩埚4的石英安瓿的安瓿3。构成在底座2中至少与安瓿3接触的部位的材料的热膨胀系数可以是构成安瓿3的石英的热膨胀系数的±50％以内的范围的值。

这样一来，为了制造单晶通过加热器5加热坩埚4时，及通过使因加热而变为液相的原料凝固、从而获得单晶而降低该原坩埚4的温度时，可充分降低安瓿4和底座2之间的热膨胀量的差。其结果是，可抑制产生因该热膨胀量的差而使安瓿3或底座2破损的问题。

在上述单晶制造装置1中，原料保持容器可包括被底座2支撑的作为石英安瓿的安瓿3，构成在底座2中至少与安瓿3接触的部位的材料也可以是石英。并且，优选构成底座2的材料是石英。此时，底座2由和安瓿3相同的材料构成。因此，安瓿3和底座2的热膨胀系数相同，可切实抑制因上述热膨胀量的差导致的破损问题。

在上述单晶制造装置1中，如图4或图8所示，防固定层可以是凹凸形状部13。该凹凸形状部13例如可通过使底座2中的上述表面(倾斜部12)粗糙化而形成。此时，在底座2的上述表面中，可减小与安瓿3或坩埚4直接接触的面积。其结果可减少安瓿3或坩埚4固定于底座2的可能性。

并且，上述防固定层如图5或图9所示，可以是与构成石英安瓿的石英的反应性或构成坩埚4的材料的反应性，比构成底座2的主体部的材料低的材料构成的防固定处理层19。防固定处理层19可以是单一的层，也可以是多个层层压的层压构造。并且，作为防固定处理层19，可使用对底座2表面进行改性处理(例如对于底座表面的结晶化处理)而获得的改性层。此时，也可降低安瓿3或坩埚4固定于底座2的可能性。

基于本发明的单晶的制造方法是使用了上述单晶制造装置1的单晶的制造方法，实施以下工序。即，实施向原料保持容器(图1、图3～图10的坩埚4)插入籽晶及单晶的原料物质(多晶的原料片)的工序(图2的籽晶准备工序(S10)及原料准备工序(S20))。并且，实施通过加热器5加热原料保持容器(图1、图3～图10的安瓿3及坩埚4，或图7～图10的坩埚4)，从而熔融原料物质的工序(加热工序(S30))。进一步，实施将熔融的原料物质(多晶的原料片)从籽晶一侧逐渐使其凝固从而制造单晶的工序(结晶生长工序(S40))。

这样一来，暂时熔化多晶的原料片(加热工序(S30))，之后进行用于凝固的处理(结晶生长工序(S40))时，可使从熔融的原料向着底座2的热流引导到朝向底座2下表面的方向(下方)。其结果是，如图3所示，可使熔融材料16(液相)、及原料凝固并变为单晶的部分的单晶15(固相)的边界部(固液界面17)为平坦或向熔融材料16一侧突出的形状。因此，当固液界面17位于坩埚4的扩径部32时，如上所述，可使该固液界面17为平坦的形状或向熔融材料16一侧突出的形状。其结果是，在获得的单晶15中可抑制产生结晶缺陷。

在上述单晶的制造方法中，制造的单晶可由含有硅(Si)的砷化镓(GaAs)构成。单晶可包括：单晶扩径部，从籽晶一侧宽度逐渐变大；以及直体部，与单晶扩径部连接，宽度变化率小于上述单晶扩径部(例如宽度实质上恒定)。也可以是，在单晶扩径部和直体部的边界(在图3所示的单晶15中直径扩大的扩径部、及与该扩径部连接并且直径实质上恒定的直立部的边界)中的、与单晶的生长轴方向垂直的面内的、硅的平均浓度是1×10¹⁷cm^-3以上、7×10¹⁷cm^-3以下。并且，该边界的位错密度的平均值也可以为0cm^-2以上、2000cm^-2以下。因此，对于上述含硅的GaAs形成单晶时，如适用本发明的制造方法，则抑制不良发生的效果较显著。

并且，从不同角度而言，基于本发明的单晶40是由含有硅的砷化镓构成的单晶40，包括：单晶扩径部(比图11的肩部41靠下的部分)，从籽晶一侧开始宽度逐渐变大；以及直体部(图11中直径基本恒定的主体部)，其连接到单晶扩径部，宽度变化率小于单晶扩径部。在单晶扩径部和直立部的边界(肩部41)中，与单晶40的生长轴方向垂直的面内的、硅的平均浓度是1×10¹⁷cm^-3以上、7×10¹⁷cm^-3以下，位错密度的平均值为0cm^-2以上、2000cm^-2以下。

因此，通过在肩部41中将位错密度控制在上述范围，可有效抑制主体部中产生线性老化。并且当是上述硅的平均浓度时，在从该单晶切割的晶片的研磨工序中，存在产生错位导致的坑(微小的凹陷)，但如上所述，在从控制了肩部41中的位错密度的单晶切割的晶片中，可抑制该坑的产生。

并且在上述单晶40中，直体部的长度/直体部的直径的比(直体部的长度/直径)优选为1.5以上。因此，在直体部的长度和直径的比较大的单晶中，本发明的效果尤其明显。

并且，获得的单晶40的直径越大，越难抑制扩径部中的固液界面的凹陷，因此肩部41中位错密度易增加。并且，在主体部(直体部)中固液界面也易凹陷，且结晶内部易产生较大的温度差，所以线性老化的形成变得明显。本发明的单晶及其制造方法在肩部直径为77mm以上时效果明显，直径为102mm以上时，可获得更明显效果，当直径为152mm以上时，效果进一步变得明显。

基于本发明的单晶制造装置1是，在对原料容器(坩埚4)中保持的原料(多晶的原料片)进行加热熔解后，通过使其从一个方向凝固而制造单晶的单晶制造装置1，具有：作为原料容器的坩埚4；在内部保持坩埚4的石英安瓿(安瓿3)；支撑安瓿3的底座52；以及用于加热坩埚4的加热器5。构成在底座52中至少与安瓿3接触的部位的材料的热膨胀系数是包含在构成安瓿3的石英的热膨胀系数的±50％以内范围的值。

这样一来，为制造单晶而通过加热器5加热坩埚4时，以及为了使因加热而变为液相的原料凝固从而获得单晶而降低该坩埚4的温度时，可充分减小安瓿3和底座52之间的热膨胀量的差。其结果是，可抑制因该热膨胀量的差造成安瓿3或底座52破损的问题。

在上述单晶制造装置1中，如图15～图17所示，在底座52中，可在和安瓿3接触的部分的表面形成防固定层(凹凸形状部13、防固定处理层19、脱模剂20)。其中，为制造单晶而通过加热器5加热坩埚4时，安瓿3也变为被加热的状态。并且，在加热的安瓿3由底座52支撑(与底座52接触)的区域(安瓿3的扩径部22和底座52的倾斜部12接触的部分)中，因通过安瓿3的自重，变为安瓿3被底座推压的状态。其结果是，存在安瓿3固定于底座52的情况。安瓿3这样固定于底座52时，为了形成单晶而进行热处理时(即进行图13中的加热工序(S30)、结晶生长工序(S40)及冷却工序(S50)时)，因安瓿3和底座52的热膨胀量的差，上述固定的部分产生应力。该应力是导致安瓿3或底座52破损的原因。

因此，如上所述，通过形成防固定层(凹凸形状部13、防固定处理层19、脱模剂20)防止安瓿3对底座52的固定，则安瓿3和底座52分别单独膨胀/收缩，因此可抑制上述固定导致的应力的发生。其结果是，可降低安瓿3或底座52破损的可能性。

在上述单晶制造装置1中，构成底座52的材料也可以是石英。并且，在上述单晶制造装置1中，构成在底座中至少与石英安瓿接触的部位的材料也可以是石英。此时，底座52由与安瓿3相同的材料构成。因此，安瓿3和底座52的热膨胀系数相同，可切实抑制因上述热膨胀量的差导致的破损问题。

在上述单晶制造装置1中，如图15所示，防固定层可以是凹凸形状部13。该凹凸形状部13例如可通过使底座52中的上述表面(倾斜部12)粗糙化而形成。此时，在底座52的上述表面中，可减小与安瓿3直接接触的面积。其结果可减少安瓿3固定于底座52的可能性。

并且，上述防固定层如图16所示，可以是与构成石英安瓿的石英的反应性较低的材料构成的防固定处理层19。防固定处理层19可以是单一的层，也可以是多个层层压的层压构造。并且，作为防固定处理层19，可使用对底座52表面进行改性处理(例如对底座表面的结晶化处理)而获得的改性层。此时，也可降低安瓿3固定于底座2的可能性。

在上述单晶制造装置1中，底座52可由透明部件构成。此时，和底座52由不透明部件构成时相比，从加热的坩埚4及安瓿3经由透明的底座52向下方(从坩埚4朝向底座52的方向)的辐射导致的散热得以促进。因此，在直体部33的下部附近，如图14所示，可以使作为熔融材料16(液相)和凝固的单晶15(固相)的界面的固液界面17变为向液相一侧突出的形状。因此，通过使固液界面17向液相一侧突出，可抑制固液界面17向固相一侧突出时产生的单晶15的缺陷。

基于本发明的单晶的制造方法是使用了上述单晶制造装置1的单晶的制造方法，具有以下工序。即，首先实施向原料容器(坩埚4)插入籽晶(单晶15)及单晶的原料物质(多晶的原料片)的工序(图13的籽晶准备工序(S10)及原料准备工序(S20))。并且，实施通过加热器5加热原料容器(坩埚4)，从而熔融多晶的原料片的工序(加热工序(S30))。进一步，实施使熔融的原料物质(多晶的原料片)从籽晶一侧逐渐凝固从而制造单晶的工序(结晶生长工序(S40))。

这样一来，暂时熔化多晶的原料片(加热工序(S30))，之后进行使之凝固的处理(结晶生长工序(S40)并进行冷却到室温的处理(冷却工序S50)时，因石英构成的安瓿3和底座52的热膨胀系数没有较大的差，因此可抑制安瓿3、底座52破损的问题。其结果是，可抑制安瓿3、底座52的破损造成的单晶品质下降的问题，可稳定地获得高品质的单晶。

在上述单晶的制造方法中，单晶也可以由不含作为添加物的硅(Si)的砷化镓、或含硅(Si)的砷化镓(GaAs)构成。单晶包括：单晶扩径部，从籽晶一侧开始宽度逐渐变大；以及直体部，与该单晶扩径部连接，宽度变化率小于上述单晶扩径部。单晶扩径部和直体部的边界(图14所示的单晶15中直径扩大的扩径部、与该扩径部之上连接且直径恒定的直体部的边界)的硅(Si)的浓度是7×10¹⁷cm^-3以下，优选5.5×10¹⁷cm^-3以下，进一步优选4.0×10¹⁷cm^-3以下。因此，尤其是对上述含硅GaAs形成单晶时，如适用本发明的制造方法则抑制缺陷发生的效果尤其明显。此外，不含作为添加物的硅的砷化镓是指不故意添加硅，包括在作为不可避免的杂质而含有硅的情况下、不主动添加硅作为添加物的砷化镓。

(实施例1)

为确认本发明的效果，如下所述，在各种条件下进行制造GaAs的单晶的实验。

(实验条件)

(a)3英寸直径的砷化镓的结晶生长

使用本发明的装置进行含硅的3英寸直径的砷化镓结晶的生长。使用前端具有籽晶收容部的、热分解氮化硼(pBN)制的坩埚。在该坩埚中收容籽晶、进行了预备合成的砷化镓(GaAs)原料、作为密封剂的氧化硼(B₂O₃)、作为掺杂剂的硅(Si)，对石英制的安瓿进行真空密封。并且，将该石英制安瓿载置于不透明石英制的底座。制作和底座所使用的不透明石英相同材质的厚2mm的试验片，通过激光脉冲法进行室温下的导热率测定，结果获得1.4W/(m·K)的值(对在此说明的实验条件下的结果，参照下述表1的实验4)。并且，制作厚4mm的试验片，使用分光光度计进行透光率的测定，结果确认在波长1600～2400nm的波长区域中透光率为10％以下，在砷化镓结晶(熔点1238℃)的生长温度下基本不透过主导性的波长区域的光。并且，为防止石英安瓿固定，底座倾斜部通过研磨加工调整为Ra＝3.5，进一步在大气中进行1200℃、72小时的热处理，进行使表面结晶化的处理。

并且向包围石英安瓿、坩埚外周地配置的加热器通电并进行加热，使砷化镓原料和氮化硼为熔融状态后，使用底座上设置的升降装置，降低底座、石英安瓿、坩埚，抽出到加热器的低温一侧，从籽晶向尾部使熔融原料向一个方向凝固，使含硅的砷化镓单晶生长。结晶生长结束后，冷却到室温，从底座取下石英安瓿，切断打开，取出结晶。结晶直径在肩部为77mm。

对获得的单晶，测定肩部的硅浓度。硅浓度如下求出：在结晶肩部中，在与长度方向垂直地切割的晶片的中央、晶片的端部附近、及其中间，制作共3个10mm见方的芯片，进行SIMS分析，求出三点的平均值。

并且对单晶测定肩部的位错密度。位错密度如下求出：将由单晶肩部获得的晶片用KOH(氢氧化钾)蚀刻后，使用诺曼斯基显微镜以5mm间距在半径方向上测定腐蚀坑的个数，求出位错密度的平均值。

并且对于单晶测定肩部的散乱体的个数。具体而言，从肩部采取晶片并进行研磨，使用表面异物检查装置(KLA-Tencor公司制造的Surfscan6220)，测定整个晶片面的散乱体的个数。

并且，通过和上述3英寸直径的单晶同样的工序，也形成肩部直径为85mm的砷化镓单晶，进行同样的测定。

(b)4英寸直径的砷化镓的结晶生长

通过和上述3英寸直径的砷化镓的结晶生长基本相同的方法，形成4英寸直径的砷化镓单晶，并对同样的项目使用同样的方法进行了测定。其中，底座倾斜部在研磨加工后进行喷砂处理，调整为Ra＝7.0。并且，对于底座倾斜部，在表面结晶化处理后，最后涂布粒径为10μm的氧化铝粉末。并且，在结晶生长结束后，冷却到室温，从底座取下石英安瓿，切断打开，取出结晶。结晶直径在肩部为102mm。

并且，通过和上述4英寸直径单晶相同的工序，也形成肩部直径110mm的砷化镓单晶，进行同样的测定。

(c)6英寸直径的砷化镓的结晶生长

通过和上述3英寸直径的砷化镓的结晶生长基本相同的方法，形成6英寸直径的砷化镓单晶，并对同样的项目使用同样的方法进行了测定。其中，底座倾斜部在研磨加工后进行喷砂处理，调整为Ra＝9.5。并且，对于底座倾斜部，在表面结晶化处理后，最后涂布粒径20μm的SiC粉末。并且，在结晶生长结束后，冷却到室温，从底座取下石英安瓿，切断打开，取出结晶。结晶直径在肩部为152mm。

并且，通过和上述6英寸直径单晶相同的工序，也形成肩部直径160mm的砷化镓单晶，进行同样的测定。

(结果)

(a)3英寸直径的砷化镓结晶

实验结果如表1、表2所示。

表1及表2表示了底座的“导热率”和“透光率”、“肩部的硅浓度”和“位错密度”、主体部的“有无线性老化”、“结晶主体部的长度和直径的比”的关系。此外，表1、表2中的结晶主体部的长度是指，从图11所示的单晶40的肩部41到尾部43为止的长度。从表1及表2可知，基于本发明的实验2～实验8、实验12、实验13所获得的单晶中，没有产生线性老化，并且肩部的散乱体个数也极少。并且，肩部直径85mm的单晶也具有和本发明相同的效果。

(b)4英寸直径的砷化镓结晶

实验结果如表2、表3所示。

从表2及表3可知，通过基于本发明的实验16～实验19获得的单晶中，未产生线性老化，并且肩部的散乱体个数也极少。并且，肩部直径110mm的单晶也可获得和本发明一样的效果。此外，对于在表中位错密度以0表示的实验，是指位错密度的平均值小于0.5cm^-2时。

(c)6英寸直径的砷化镓结晶

实验结果如表3所示。

从表3可知，通过基于本发明的实验23～实验26获得的单晶中，未产生线性老化，并且肩部的散乱体个数也极少。并且，肩部直径160mm的单晶也可获得和本发明一样的效果。

(实施例2)

为确认本发明的效果，准备具有不同的热膨胀系数的底座，使用该底座进行单晶的制造，确认其耐久性。试验使用的底座的材质、耐久性的调查结果如表4所示。

表4

表4表示底座的热膨胀系数、石英安瓿或底座的破损发生个数。底座使用透明石英，或作为热膨胀系数大于石英的材料使用石英和氧化铝的混合物。石英和氧化铝的混合物的热膨胀系数的调整通过调整氧化铝的含有比率来进行。并且，作为热膨胀系数小于石英的材料，使用多孔质二氧化硅。多孔质二氧化硅的热膨胀系数的调整通过调整气孔率来进行。从表4可知，对热膨胀系数为石英的热膨胀系数的±50％以内的底座2～4，没有底座破损。

此外，在底座倾斜部上形成凹凸且Ra为0.5以上9.5以下的材料、形成了防固定处理层的材料、配置了脱模剂的材料等中，在100个以上的单晶制造中，也完全不会发生石英安瓿、底座破损的问题，单晶品质的重现性极其良好。

此次公开的实施方式从各方面而言仅是示例，不是限制性的。本发明的范围不取决于上述说明，而如权利要求范围所示，包括与权利要求范围均等含义及范围内的所有变更。

本发明尤其适用于使用垂直舟法(縦型ボート法)制造单晶的情况。

Claims

1.一种单晶，由含硅的砷化镓构成，其特征在于，

包括：从籽晶侧宽度逐渐变大的单晶扩径部；以及与上述单晶扩径部连接，宽度变化率小于上述单晶扩径部的直体部，

在上述单晶扩径部和上述直体部的边界，在与上述单晶的生长轴方向垂直的面内的、上述硅的平均浓度是1×10¹⁷cm^-3以上、7×10¹⁷cm^-3以下，位错密度的平均值为0cm^-2以上、2000cm^-2以下，

对从上述单晶扩径部和上述直体部的边界获取的晶片的表面进行研磨后，在上述表面的每1cm²观察到的0.3μm以上的尺寸的散乱体的个数为2个以下。

2.根据权利要求1所述的单晶，其中，上述直体部的长度相对于上述直体部的直径的比为1.5×(77÷直体部的直径(mm))以上。

3.一种单晶制造装置(1)，将原料容器(4)中保持的原料加热熔化后，使其从一个方向凝固，从而制造单晶，该单晶制造装置的特征在于，具有：

原料容器(4)；

在内部保持上述原料容器的石英安瓿(3)；

支撑上述石英安瓿的底座(52)；

用于加热上述原料容器(4)的加热器(5)，

构成在上述底座(52)中至少与上述石英安瓿(3)接触的部位的材料的热膨胀系数是被包含在构成上述石英安瓿(3)的石英的热膨胀系数的±50％以内的范围的值。

4.根据权利要求3所述的单晶制造装置(1)，其中，

在上述底座(52)中，在与上述石英安瓿(3)接触的部分的表面形成有防固定层(13、19、20)。

5.根据权利要求3所述的单晶制造装置(1)，其中，

上述底座(52)由透明部件构成。

6.根据权利要求3所述的单晶制造装置(1)，其中，

构成在上述底座(52)中至少与上述石英安瓿(3)接触的部位的材料是石英。

7.一种单晶的制造方法，使用权利要求3所述的单晶制造装置(1)，该单晶的制造方法的特征在于，具有以下工序：

向上述原料容器(4)插入籽晶及单晶的原料物质的工序(S10、S20)；

通过上述加热器(5)加热上述原料容器(4)，从而熔融上述原料物质的工序(S30)；

使熔融的上述原料物质从上述籽晶侧逐渐凝固，从而制造单晶的工序(S40)。

8.根据权利要求7所述的单晶的制造方法，其中，

上述单晶由不含作为添加物的硅的砷化镓、或含硅的砷化镓构成，

上述单晶包括：从上述籽晶侧宽度逐渐变大的单晶扩径部；以及与上述单晶扩径部连接，宽度变化率小于上述单晶扩径部的直体部，

上述硅在上述单晶扩径部和上述直体部的边界处的浓度是7×10¹⁷cm^-3以下。