JP2007145629A - 単結晶育成方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より自由度の高い粒子配列制御を可能とする単結晶育成方法および単結晶育成装置を提供する。
【解決手段】加熱源としてのレーザ源１１，１２，１３と、被加熱部１４、上結晶駆動軸に支持された原料棒、下結晶駆動軸に支持された種結晶棒、石英管２２を有すると共に、被加熱部１４の周囲に、複数の磁場付与手段２３，２４，２５を円周方向等間隔、かつ、レーザ源１１，１２，１３と交互に配置し、レーザ源１１，１２，１３のレーザを被加熱部１４に集中させて、被加熱部１４の原料棒および種結晶棒を加熱溶融すると共に、複数の磁場付与手段２３，２４，２５のコイル２９，３０，３１に３相または多相交流電流を供給して、フローティングゾーンに位相差を有する回転磁場を付与して単結晶を育成する。
【選択図】図２

Description

本発明は単結晶育成方法および単結晶育成装置に関し、詳しくはより自由度の高い粒子配列制御を可能とする単結晶育成方法および単結晶育成装置に関するものである。

単結晶を育成する場合、フローティングゾーン式の単結晶育成装置を用いることは公知である（例えば、特許文献１参照。）。

このフローティングゾーン式の単結晶育成装置の一例を、図９に示す。図９は、熱源にハロゲンランプを用いた双楕円型の単結晶育成装置８０の縦断面図で、図１０は図９のＤ−Ｄ線に沿う横断面図を示し、図１１は被加熱部の拡大正面図を示す。

図９および図１０において、８１，８２は対称形の２つの回転楕円面鏡で、各々の一方の焦点Ｆ₀，Ｆ₀が一致するように対向結合させて加熱炉を構成する。この回転楕円面鏡８１，８２の内面、すなわち反射面は、赤外線を高反射率で反射させるために金めっき処理が施されている。８３，８４は各回転楕円面鏡８１，８２の他方の焦点Ｆ₁，Ｆ₂付近に固定配置した、例えば、ハロゲンランプ等の赤外線ランプである。８５は各回転楕円面鏡８１，８２の一致した焦点Ｆ₀に位置する被加熱部で、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸８６の下端に固定した原料棒８７と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸８８の上端に固定された種結晶棒８９とを突き合わせたものである。前記上結晶駆動軸８６および下結晶駆動軸８８は、図示するように、保持部材９０，９１によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期して（或いは非同期で）昇降自在に保持されている。

前記原料棒８７および種結晶棒８９が配置された空間ｍ₁を、赤外線ランプ８３，８４が配置された空間ｍ₂と区画して、単結晶育成室９２を形成する透明な石英管９３を設けて、上記単結晶育成室９２に結晶育成に対して好適な雰囲気ガスを充満させ、一方、赤外線ランプ８３，８４を安全に点灯させるために、赤外線ランプ９３，８４を空冷する。

前記の単結晶育成装置８０によれば、回転楕円面鏡８１，８２の焦点Ｆ₁，Ｆ₂に配置された赤外線ランプ８３，８４から照射される赤外線を、上記回転楕円面鏡８１，８２で反射させ、共通の焦点Ｆ₀に位置する被加熱部８５に集光させて赤外線加熱する。この赤外線加熱による輻射エネルギにより、被加熱部８５の原料棒８７の下端および種結晶棒８９の上端を加熱溶融させながら、円滑に接触させることにより、図１１に示すように、原料棒８７と種結晶棒８９間の被加熱部８５でフローティングゾーン（浮遊溶融帯ＦＺ）を形成させる。

そして、下端に原料棒８７を固定した上結晶駆動軸８６と上端に種結晶棒８９を固定した下結晶駆動軸８８とを共に回転させ、かつ、同期して（或いは非同期で）ゆっくり下方に向かって移動させることによって、原料棒８７と種結晶棒８９間のＦＺが次第に原料棒８７側に移動していって、結晶が成長していき単結晶が作成される。なお、図１１における８７ａは原料棒８７側の固液界面を示し、８９ａは種結晶棒８９側の固液界面を示している。

このようなフローティングゾーン式の単結晶育成装置８０を用いれば、ハロゲンランプ等の赤外線ランプ８３，８４から照射される赤外線を、上記回転楕円面鏡８１，８２の全面で反射させ、共通の焦点Ｆ₀に位置する被加熱部８５に集光させて赤外線加熱するので、比較的低出力の小さい赤外線ランプ８３，８４で、被加熱部８５を高温度に加熱できるのみならず、赤外線ランプ８３，８４の入力電力を制御することで、被加熱部８５の温度を容易かつ確実に制御できる。

前記被加熱部８５のＦＺ内部においては、溶融した原料および種結晶が、上結晶駆動軸８６と下結晶駆動軸８８とを共に回転させていることによって、軸心周りに流動が生じると共に、対流によって上下方向の流動が生じているが、結晶成長時の粒子配列を制御することを目的のひとつとして、被加熱部の近傍に超伝導磁石を配置して、フローティングゾーンに磁場を付加することが考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平３−８８７９０号公報（第２頁左上欄、図５，図６） 特開２００１−２６１４７８号公報（請求項６、図１，図２）

上記フローティングゾーンに磁場を付与する単結晶育成装置においては、静止磁場の付与により粒子配列をある程度制御することが可能であるが、固定磁場（静止磁場）を使用する関係で粒子配列の自由度が低いものであった。

そこで、本発明は、より自由度の高い粒子配列を可能とする結晶育成方法および単結晶育成装置を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載された単結晶育成方法は、上記課題を解決するために、被加熱部に配置された原料棒と種結晶棒との間に加熱源から熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成し、そのフローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成することを特徴とするものである。

上記請求項１に記載の単結晶育成方法によれば、フローティングゾーン式単結晶育成装置内で試料を作成するので、引上げ法などに比較して坩堝からの不純物の混入がなく、純度の高い単結晶を容易に作成することができることはもちろん、フローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成するので、従来の固定磁場（静止磁場）を付与する場合に比較して、粒子成長時における粒子配列制御の自由度が高く、所望の粒子配列を容易に得ることができる。

本発明の請求項２に記載された単結晶育成装置は、被加熱部に配置された原料棒と種結晶棒との間に熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成する加熱源と、前記被加熱部の周囲に所定間隔で配置された複数の磁場付与手段とを有し、これら複数の磁場付与手段に所定の周期および位相差の電流を供給して、フローティングゾーンに回転磁場を付与することを特徴とするものである。

ここで、複数の磁場付与手段に供給する所定の周期および位相差の電流は、商用の３相交流をそのまま供給してもよいし、インバータなどによって周波数を変換して供給することもできる。

上記請求項２に記載の単結晶育成装置によれば、フローティングゾーン式単結晶育成装置内で試料を育成するので、引上げ法などに比較して坩堝からの不純物の混入がなく、純度の高い単結晶を容易に作成することができることはもちろん、フローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成するので、従来の固定磁場（静止磁場）を付与する場合に比較して、粒子制御の自由度が高まり、所望の粒子配列の単結晶を育成することができる。

本発明の請求項３に記載された単結晶育成装置は、前記加熱源がレーザ源であることを特徴とするものである。

上記請求項３に記載の単結晶育成装置によれば、赤外線ランプなどの加熱源に比較して、レーザ源の全加熱エネルギを直接、被加熱部に供給することができ、従来の回転楕円面鏡が不要で構成が著しく簡単になり、点検や保守も容易になる。また、レーザ源はレーザの直進性によりその配設位置が、従来の赤外線ランプのように回転楕円面鏡の一方の焦点に限定されないので、被加熱部から離隔して配設することが可能で、複数の磁場付与手段と、複数のレーザ源とを、被加熱部の周囲に配置することが容易に実現可能になる。

本発明の請求項４に記載された単結晶育成装置は、被加熱部に配置された原料棒および種結晶棒に熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成する加熱源と、前記被加熱部の周囲に配置された磁場付与手段とを有し、前記磁場付与手段が、対向するコイルを２組以上有し、大径コイルを所定間隔で対向させると共に、小径コイルを大径コイルよりも被加熱部に接近させて所定間隔で対向させて構成されていることを特徴とするものである。

上記請求項４に記載の単結晶育成装置によれば、大径コイルと小径コイルとに、所定の周期で、かつ、所定の位相差の電流を供給することにより、フローティングゾーンに回転磁場を付与して、フローティングゾーンの流動の中で育成過程にある単結晶の粒子配列制御を行うことができる。しかも、磁場を大きくするために、被加熱部に接近して配置した２組以上のコイルのうち、一方の組のコイルをより被加熱部に接近させて小径コイルとし、他方の組のコイルを大径コイルとすることによって、２組以上のコイルによって形成される磁場の大きさを同一にし、しかも、２組以上のコイルどうしが寸法的に相互に干渉しないようにして、磁場付与手段を小型化することができる。

本発明の単結晶育成方法は、被加熱部に配置された原料棒と種結晶棒との間に加熱源から熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成し、そのフローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成することを特徴とするものであり、フローティングゾーン式単結晶育成装置内で単結晶を作成するので、引上げ法などに比較して坩堝からの不純物の混入がなく、純度の高い単結晶を容易に育成することができることはもちろん、フローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成するので、従来の磁場を付与しないものはもとより、固定磁場（静止磁場）を付与する場合に比較して、回転磁場付与によって粒子配列制御の自由度が高まり、所望の粒子配列の単結晶を育成することができる。

また、本発明の単結晶育成装置は、被加熱部に配置された原料棒と種結晶棒との間に熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成する加熱源と、前記被加熱部の周囲に所定間隔で配置された複数の磁場付与手段とを有し、これら複数の磁場付与手段に所定の周期および位相差の電流を供給して、フローティングゾーンに回転磁場を付与することを特徴とするものであるから、引上げ法などに比較して坩堝からの不純物の混入がなく、純度の高い単結晶を容易に育成することができることはもちろん、フローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成するので、従来の磁場を付与しないものものはもとより、固定磁場（静止磁場）を付与する場合に比較して、回転磁場付与によって粒子配列制御の自由度が高まり、所望の粒子配列の単結晶を育成することができる。

特に、加熱源としてレーザ源を用いた場合は、赤外線ランプ加熱方式による単結晶育成装置に比較して、レーザの直進性に基づいて、回転楕円面鏡が不要で構成が簡単になるのみならず、レーザ源の配設位置の制約がなくなる。また、回転楕円面鏡内で反射した赤外線によって磁場付与手段が不所望に加熱されることがないので、磁場付与手段の高温による磁場強度の低下がなく、単結晶育成過程において強力な回転磁場によって自由度の高い粒子配列制御を実現することができる。

以下、本発明の単結晶育成方法および単結晶育成装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の加熱源にレーザ源を用いたフローティングゾーン式単結晶育成方法および第１実施形態の単結晶育成装置１０について説明する縦断面図を示す。図２は図１の単結晶育成装置１０のＡ−Ａ線に沿う横断面図を示し、図３は被加熱部の拡大正面図を示す。

図１および図２に示すフローティングゾーン式単結晶育成装置１０は、加熱源であるレーザ源１１，１２，１３を、被加熱部１４の周囲に、円周方向等間隔（１２０°）で配置されている。被加熱部１４は、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸１５の下端に固定した原料棒１６と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸１７の上端に固定された種結晶棒１８とを突き合わせたものである。前記上結晶駆動軸１５および下結晶駆動軸１７は、保持部材１９，２０によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期あるいは非同期で、昇降自在に保持されている。

前記原料棒１６および種結晶棒１８が配置された空間ｍ₁を、レーザ源１１〜１３が配置された空間ｍ₂と区画して、単結晶育成室２１を形成する透明な石英管２２を設けて、上記単結晶育成室２１に結晶育成に対して好適な雰囲気ガスを充満させ、一方、前記レーザ源１１〜１３や後述する磁場付与手段２３，２４，２５を効率的に動作させるために、これらを空冷または水冷などの冷却手段で冷却する。

そして、被加熱部１４を取囲む石英管２２の周囲には、複数（図示例では３個）の磁場付与手段２３，２４，２５が等間隔（図示例では１２０°。隣り合うレーザ源１１，１２，１３との間隔はそれぞれ６０°）で配置されている。各磁場付与手段２３，２４，２５は、それぞれ強磁性体２６，２７，２８にコイル２９，３０，３１を巻装して構成されており、各コイル２９，３０，３１には、図４に示す位相差が１２０°の３相交流電流ｉ１，ｉ２，ｉ３が供給されるようになっている。

前記の単結晶育成装置１０によれば、レーザ源１１，１２，１３から照射されるレーザＬ_１、Ｌ_２，Ｌ_３を、被加熱部１４に集中させてレーザ加熱する。このレーザ加熱により、被加熱部１４の原料棒１６の下端および種結晶棒１８の上端を加熱溶融させながら、円滑に接触させることにより、図３に示すように、原料棒１６と種結晶棒１８間の被加熱部１４にフローティングゾーンを形成させる。

そして、下端に原料棒１６を固定した上結晶駆動軸１５と上端に種結晶棒１８を固定した下結晶駆動軸１７とを回転させ、かつ、同期あるいは非同期で、ゆっくり下方に向かって移動させると共に、前記各磁場付与手段２３，２４，２５のコイル２９，３０，３１に、図４に示す位相差が１２０°の３相交流電流ｉ１，ｉ２，ｉ３を供給することによって、原料棒１６と種結晶棒１８間の被加熱部１４におけるフローティングゾーンに、磁場付与手段２３，２４，２５から回転磁場Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３（図は模式的に矢線で示す）が付与されて、フローティングゾーン内において、上結晶駆動軸１５および下結晶駆動軸１７の回転による軸心回りの流動ａ，ｂと、対流による上下方向の流動ｃの中で、粒子配列を制御しつつ単結晶を育成することができる。なお、図３における１６ａは原料棒１６側の固液界面を示し、１８ａは種結晶棒１８側の固液界面を示している。

このようなレーザ源１１，１２，１３を用いたフローティングゾーン式の単結晶育成装置１０によれば、図９および図１０に示す、一方の焦点Ｆ_１、Ｆ_２に配置されたハロゲンランプ等の赤外線ランプ８３，８４から照射される赤外線を、回転楕円面鏡８１，８２の全面で反射させ、共通の焦点Ｆ₀に位置する被加熱部８５に集光させて赤外線加熱する赤外線加熱単結晶育成装置８０に比較して、回転楕円面鏡が不要で、構成が著しく簡単になる。しかも、レーザＬ_１、Ｌ_２，Ｌ_３は直進性を有するので、赤外線ランプ８３，８４のように回転楕円面鏡８１，８２の一方の焦点Ｆ_１，Ｆ_２に配置するといった制約がなく、レーザＬ_１、Ｌ_２，Ｌ_３を被加熱部１４に向けるならば、レーザ源１１〜１３の配置位置（被加熱部１４からの距離）を任意に設定できるため、設計の自由度が著しく向上する。

さらに、原料棒１６と種結晶棒１８間の被加熱部１４におけるフローティングゾーンに、磁場付与手段２３，２４，２５により回転磁場Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３が付与されるため、フローティングゾーン内において、上結晶駆動軸１５および下結晶駆動軸１７の回転による軸心回りの流動ａ，ｂと、対流による上下方向の流動ｃの中で、回転磁場Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３の付与による粒子配列制御が行われて所望の配列の単結晶が得られる。

図５は加熱源としてハロゲンランプを用いた、本発明の第２実施形態に係る３楕円型の単結晶育成装置３０の縦断面図で、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う横断面図を示す。

図５および図６に示す３楕円型の単結晶育成装置３０は、対称形の３つの回転楕円面鏡３１，３２，３３を有し、各々の一方の焦点Ｆ₀，Ｆ₀，Ｆ₀（図示省略）が一致するように１２０°間隔で対向結合させて加熱炉を構成する。この回転楕円面鏡３１，３２，３３の内面、すなわち反射面は、赤外線を高反射率で反射させるために金めっき処理が施されている。各回転楕円面鏡３１，３２，３３の他方の焦点Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃付近には、加熱源、例えば、ハロゲンランプ等の赤外線ランプ３４，３５，３６が固定配置されている。各回転楕円面鏡３１，３２，３３の一致した焦点Ｆ₀には、被加熱部３７が位置し、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸３８の下端に固定した原料棒３９と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸４０の上端に固定された種結晶棒４１とを突き合わされている。前記上結晶駆動軸３８および下結晶駆動軸４０は、保持部材４２，４３によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期して（或いは非同期で）昇降自在に保持されている。

前記原料棒３９および種結晶棒４１が配置された空間ｍ₁を、赤外線ランプ３４，３５，３６が配置された空間ｍ₂と区画して、単結晶育成室４４を形成する透明な石英管４５を設けて、上記単結晶育成室４４に結晶育成に対して好適な雰囲気ガスを充満させ、一方、赤外線ランプ３４，３５，３６を安全に点灯させるために、赤外線ランプ３４，３５，３６を空冷または水冷などの冷却手段で冷却する。

そして、フローティングゾーン（被加熱部３７）を囲む石英管４５の周囲には、複数（図示例では３個）の磁場付与手段４６，４７，４８が等間隔（図示例では１２０°。隣り合う回転楕円面鏡３１，３２，３３の長軸方向の軸心との角度は６０°）で配置されている。各磁場付与手段４６，４７，４８は、それぞれ強磁性体４９，５０，５１にコイル５２，５３，５４を巻装して構成されており、各コイル５２，５３，５４には、図４に示す位相差が１２０°の３相交流電流ｉ１，ｉ２，ｉ３、またはインバータなどによって適宜周波数変換した高周波電流が供給されるようになっている。

前記回転楕円面鏡３１，３２，３３には、それぞれ各磁場付与手段４６，４７，４８を配置する部分に、各磁場付与手段段４６，４７，４８を進出・退入可能にする、空洞部５５，５６，５７が設けられている。なお、回転楕円面鏡３１，３２，３３に空洞部５５，５６，５７を設ける代わりに、図５の２点鎖線に示すように、回転楕円面鏡３１，３２，３３を縦軸方向に３分割して、その中央分割部材部分５８に、空洞部（図示省略）を設けてもよい。

上記の単結晶育成装置３０によれば、回転楕円面鏡３１，３２，３３の一方の焦点Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃に配置された赤外線ランプ３４，３５，３６から照射される赤外線を、上記回転楕円面鏡３１，３２，３３で反射させ、共通の焦点Ｆ₀に位置する被加熱部３７に集光させて赤外線加熱する。この赤外線加熱による輻射エネルギにより、被加熱部３７の原料棒３９の下端および種結晶棒４１の上端を加熱溶融させながら、円滑に接触させることにより、原料棒３９と種結晶棒４１間の被加熱部３７におけるフローティングゾーンを形成させる。

そして、下端に原料棒３９を固定した上結晶駆動軸３８と上端に種結晶棒４１を固定した下結晶駆動軸４０とを回転させ、かつ、同期又は非同期でゆっくり下方に向かって移動させると共に、前記各磁場付与手段４６，４７，４８のコイル５２，５３，５４に、図４に示す位相差が１２０°の３相交流電流ｉ１，ｉ２，ｉ３、またはインバータなどによって適宜周波数変換した高周波電流を供給することによって、フローティングゾーンに回転磁場が付与されて、原料棒３９と種結晶棒４１との間の被加熱部３７におけるフローティングゾーンにおいて、上結晶駆動軸３８および下結晶駆動軸４０の回転動作による軸心回りの流動と、対流による上下方向の流動の中で、回転磁場Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３による粒子配列制御がなされ、所望の粒子配列の単結晶を育成することができる。

このような赤外線加熱によるフローティングゾーン式の単結晶育成装置３０によれば、従来のハロゲンランプ等の赤外線加熱による単結晶育成装置を改造することで、本発明の単結晶育成装置が得られる。

図７は加熱源としてレーザ源を用い、磁場付与手段として、２つの大径コイルと２つの小径コイルとを井桁状に組み合わせた、本発明の第３実施形態に係る単結晶育成装置６０の縦断面図を示し、図８は図７のＣ−Ｃ線に沿った横断面図を示す。

図７および図８に示す単結晶育成装置６０おいて、被加熱部６１は、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸６２の下端に固定した原料棒６３と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸６４の上端に固定された種結晶棒６５とを突き合わせたものである。前記上結晶駆動軸６２および下結晶駆動軸６４は、保持部材６６，６７によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期又は非同期で昇降自在に保持されている。

前記原料棒６３および種結晶棒６５が配置された空間ｍ₁を、後述する磁場付与手段および加熱源が配置された空間ｍ₂と区画して、単結晶育成室６８を形成する透明な石英管６９を設けて、上記単結晶育成室６８に結晶育成に対して好適な雰囲気ガスを充満させる。

磁場付与手段７０は、ドーナツ板状の２つの大径コイル７１，７２を所定間隔で対向配置すると共に、ドーナツ板状の２つの小径コイル７３，７４を前記大径コイル７１，７２の間隔よりも小さい所定間隔で対向させ、かつ、前記大径コイル７１，７２と井桁状に組み合わせて、構成されている。このように、大径コイル７１，７２と小径コイル７３，７４とを設け、小径コイル７３，７４の間隔を、大径コイル７１，７２の間隔より小さくするのは、コイル７１〜７４をできるだけ被加熱部６１に接近させて、フローティングゾーンに付与する磁場の強度を大きくするとともに、小径コイル７３，７４による磁場の強度を、大径コイル７１，７２による磁場の強度と等しくし、しかも、小径コイル７３，７４と、大径コイル７１，７２とが、寸法的に相互に干渉しないようにするためである。７１ａ〜７４ａは、それぞれのコイル７１〜７４の孔である。

加熱源としてのレーザ源７５〜７８は、それぞれ前記コイル７１〜７４の孔７１ａ〜７４ａの中心軸に一致させて、円周方向に９０°間隔で配置されている。

次に、上記の単結晶育成装置６０の動作について説明する。レーザ源７５〜７８のレーザＬ_１〜Ｌ_４を、コイル７１〜７４の孔７１ａ〜７４ａを通して被加熱部６１に集中させて、原料棒６３および種結晶棒６５を溶融させてフローティングゾーン７９（図示省略）を形成させる。また、コイル７１〜７４に所定の周期で、かつ、適切な位相差を有する電流を流す。すると、ある時点では、大径コイル７１の図８左方がＳ極、大径コイル７２の図８右方がＮ極となり、次のある時点では、小径コイル７３の図８下方がＳ極、小径コイル７４の図８上方がＮ極となり、次のある時点では、大径コイル７２の図８右方がＳ極、大径コイル７１の図８左方がＮ極となり、さらに次のある時点では、小径コイル７４の図８上方がＳ極、小径コイル７３の図８下方がＮ極となり、さらに次のある時点では、再び、大径コイル７１の図８左方がＳ極、大径コイル７２の図８右方がＮ極となり、以下、このような動作を繰り返して、被加熱部６１のフローティングゾーン７９に回転磁場が付与される。

したがって、上記の単結晶育成装置６０によると、複数の磁場付与手段７０により、フローティングゾーン７９に回転磁場を付与して、前述と同様に、原料と種結晶との上下結晶駆動軸６２，６４の回転による流動と、対流による流動に起因する組成変動を抑制して、より高品質の単結晶を育成することができる。なお、コイル７１〜７４には商用交流を接続する場合だけでなく、高周波電源を外付けして、高周波電流を流すようにすることができる。

本発明は上記実施形態に示したもののみならず、その精神を逸脱しない範囲で各種の変形が可能である。

例えば、上記図１〜図３の実施形態においては、３個のレーザ源１１〜１３および磁場付与手段２３〜２５を有する場合について、また、図７および図８の実施形態においては、大小４個のコイル７１〜７４で構成される磁場付与手段７０および４個のレーザ源７５〜７８を用いる場合について説明したが、他の異なる複数のレーザ源および磁場付与手段を有するものであってもよい。

特に、レーザ源は、複数個のレーザ源を用いる場合ばかりでなく、ドーナツ状のレーザを被加熱部の周囲に配置した円錐状の反射鏡で反射して、被加熱部を取囲む石英管の全周方向から被加熱部にレーザを照射して加熱するようにしてもよい。そのようにすれば、被加熱部の周方向での加熱むらが解消されて、より一層均質な単結晶が育成できる。なお、このような反射鏡を被加熱部の周囲に配置しても、反射鏡の材質が非磁性体であれば、磁場付与手段による回転磁場付与に何ら支障はない。

また、図１〜図６に示した実施形態における磁場付与手段２３〜２５および４６〜４８は、強磁性体２６〜２８および４９〜５１に、コイル２９〜３１および５２〜５４を巻装した構成について説明したが、強磁性体をなくしたコアレス（空心）型コイルに構成してもよい。

また、図５〜図６に示した回転楕円面鏡を用いる実施形態においては、３個の回転楕円面鏡３１，３２，３３を有する３楕円型のものについて説明したが、単一の回転楕円面鏡を有する単楕円型や２個の回転楕円面鏡を有する双楕円型、あるいは４個以上の回転楕円面鏡を有する多楕円型のものであってもよい。

本発明の第１実施形態の単結晶育成方法および単結晶育成装置について説明する縦断面図である。 図１に示す本発明の単結晶育成装置におけるＡ−Ａ線に沿った横断面図である。 図１の単結晶育成装置における被加熱部の拡大正面図である。 図１の単結晶育成装置における磁場付与手段に供給する３相交流電流の波形図である。 本発明の第２実施形態に係る単結晶育成装置の縦断面図である。 図５の単結晶育成装置におけるＢ−Ｂ線に沿った横断面図である。 本発明の第３実施形態に係る単結晶育成装置の縦断面図である。 図７の単結晶育成装置におけるＣ−Ｃ線に沿った横断面図である。 従来の単結晶育成装置における縦断面図である。 図９の単結晶育成装置におけるＤ−Ｄ線に沿った横断面図である。 図９の単結晶育成装置における被加熱部の拡大正面図である。

符号の説明

１０，３０，６０ 単結晶育成装置
１１〜１３、７５〜７８ レーザ源（加熱源）
１４，３７，６１ 被加熱部
１５，３８，６２ 上結晶駆動軸
１６，３９，６３ 原料棒
１７，４０，６４ 下結晶駆動軸
１８，４１，６５ 種結晶棒
２１，４４，６８ 単結晶育成室
２２，４５，６９ 石英管
２３〜２５，４６〜４８，７０ 磁場付与手段
２６〜２８，４９〜５１ 強磁性体
２９〜３１，５２〜５４ コイル
３１〜３３ 回転楕円面鏡
３４〜３６ 加熱源（赤外線ランプ）
７１，７２ 大径コイル
７３，７４ 小径コイル
７１ａ〜７４ａ 孔
ｍ₁，ｍ₂ 空間
Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３ レーザ
Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３ 回転磁場
ａ 原料棒の回転による流動方向
ｂ 種結晶棒の回転による流動方向
ｃ 対流による流動方向

Claims (4)

1. 被加熱部に配置された原料棒と種結晶棒との間に加熱源から熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成し、そのフローティングゾーンに、回転磁場を付与して単結晶を育成することを特徴とする単結晶育成方法。
2. 被加熱部に配置された原料棒と種結晶棒との間に熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成する加熱源と、前記被加熱部の周囲に所定間隔で配置された複数の磁場付与手段とを有し、これら複数の磁場付与手段に所定の周期および位相差の電流を供給して、フローティングゾーンに回転磁場を付与することを特徴とする単結晶育成装置。
3. 前記加熱源がレーザ源であることを特徴とする請求項２に記載の単結晶育成装置。
4. 被加熱部に配置された原料棒および種結晶棒に熱エネルギを供給してフローティングゾーンを形成する加熱源と、前記被加熱部の周囲に配置された磁場付与手段とを有し、前記磁場付与手段が、対向するコイルを２組以上有し、大径コイルを所定間隔で対向させると共に、小径コイルを大径コイルよりも被加熱部に接近させて所定間隔で対向させて構成されていることを特徴とする単結晶育成装置。

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