JP2007197230A - 酸化アルミニウム単結晶の製造方法及びこの方法を用いて得られる酸化アルミニウム単結晶 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な気泡に起因するピットやマイクロバブルが大幅に減少し、電子部品材料や光学用部品材料に適した高品質な酸化アルミニウム単結晶、及びマイクロバブルの発生を抑制して効率的に酸化アルミニウム単結晶を製造する方法を提供する。
【解決手段】原料融液から成長結晶を引き上げる溶融固化法において、単結晶用原料として、比表面積１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体をイリジウム坩堝に入れて、１０時間以上かけて徐々に加熱溶融した後、炉体内雰囲気を酸素分圧１０〜５００Ｐａに設定し、酸化アルミニウム単結晶を育成する。これにより、原料に吸着または内包しているガス成分の取り込みを抑え、融液中での微小な気泡の発生を抑制する。
【選択図】なし

Description

本発明は、酸化アルミニウム単結晶の製造方法及びこの方法を用いて得られる酸化アルミニウム単結晶に関し、より詳しくは、ピットとマイクロバブルの発生を抑制して効率的に酸化アルミニウム単結晶を製造する方法、及びこの方法で得られる電子部品材料や光学用部品材料に適した高品質な酸化アルミニウム単結晶に関するものである。

酸化アルミニウム単結晶は、青色ＬＥＤや白色ＬＥＤを作製する際のエピ成長基板として多く利用されている。これらのＬＥＤは、省エネルギーの観点で照明分野への普及が拡大することが予想されており多方面から注目されている。

酸化物単結晶の育成方法は様々あるが、ＬＮ、ＬＴ、ＹＡＧや酸化アルミニウムなどの酸化物単結晶材料の大部分は、その結晶特性や大きな結晶径のものが得られることから溶融固化法で育成されている。特に、溶融固化法の一つであるチョクラルスキー法（Ｃｚ法）は、汎用性があり技術的完成度が高いことから最も広く用いられている。

チョクラルスキー法によって酸化物単結晶を製造するには、まず坩堝に酸化物原料を充填し、高周波誘導加熱法や抵抗加熱法により坩堝を加熱し原料を溶融する。原料が溶融した後、所定の結晶方位に切り出した種結晶を原料融液表面に接触させ、種結晶を所定の回転速度で回転させながら所定の速度で上方に引き上げて単結晶を成長させる。
しかし、酸化アルミニウム単結晶をチョクラルスキー法で成長させると、結晶中に無数の微小な気泡が発生しやすい。この微小な気泡には、エピ成長基板となるウエハーをポリッシュ研磨したときに、ピット（直径数μｍの微小な窪み）を発現させる相対的に大きな気泡と光散乱レーザートモグラフ法（非特許文献１参照）に従い、レーザー光を照射したときに雲状に確認できるマイクロバブルといわれるものがある。これらの中でマイクロバブルの影響は、未だ確定されていないものの、ピットと共にＬＥＤ特性に悪影響を与えると言われている。

これまで酸化アルミニウム単結晶を育成する際には、高温で原料が分解して生成した酸素原子（Ｏ）や酸素分子（Ｏ_２）が融液中に過飽和に存在し、これが育成した単結晶に取り込まれ、単結晶中の気泡となることが知られている。そして、これを回避するために、水素ガスや一酸化炭素ガスなどを用いた還元性雰囲気で単結晶を育成することが提案されている（特許文献１参照）。これにより融液中に存在する酸素原子（Ｏ）や酸素分子（Ｏ_２）が水素ガスや一酸化炭素ガスと反応して除去されるため、育成した単結晶中への気泡の取り込み量は確かに減少する。しかしながら、育成された単結晶からウエハーを切り出し、ポリッシュ研磨したときに、ウエハー表面には多数のピットが存在しており、前記気泡の取り込み量を十分に抑制することはできていない。

また、融液に平衡固溶しているガス成分は、結晶化する固液界面で融液より排出される傾向にあり、界面近傍の融液は、ガス成分が過飽和となって気泡が生成されやすい。しかし、融液の対流を強化することによって界面付近で生じるガス成分の過飽和を抑制でき、結晶内へのガス成分の取り込み量を減少させられるとしている（非特許文献２参照）。
したがって、まず、原料に含まれるガス成分を融解前にできるだけ除去して融液中に存在する過飽和のガス成分を減少させ、融解後は対流を強化し攪拌の効果を増加させることで、単結晶育成時に結晶内に取り込まれる微小な気泡の量を少なくすれば、ピツトやマイクロバブルの発生を抑えることができるものと考えられる。

ところで、チタンが含まれる酸化アルミニウム単結晶の製造方法ではあるが、低酸素濃度雰囲気下で単結晶を育成すると、融液の対流が強化でき攪拌の効果を増加しうるとされている（特許文献２参照）。ここには、酸素分圧が１０^−２〜１０^−７気圧というような低酸素濃度雰囲気下でチタンを含む酸化アルミニウム単結晶を育成すると、融液が融液表面において還元され、それに伴い表面張力の変化が生じ、表面張力流が誘起された結果、融液の自然対流と同方向の流れが著しく促進されるとの説明がある。融液の対流が促進されたことによって攪拌の効果が増すと考えることができる。

ところが、低酸素濃度雰囲気下で酸化アルミニウム単結晶を育成すると、成長界面は融液側に著しく凸形状となる傾向がある。このような状況の中で結晶育成を行った場合、結晶成長によって坩堝内の融液高さがある程度低下すると、成長界面の先端と坩堝底面とが接触する。このため、それ以上は結晶成長を継続することが不可能となり、坩堝に充填した原料の量に対して得られる結晶をそれほど大きくできないという不具合が生じる。また、融液の自然対流と同方向の流れが著しく促進された結果、融液中の単結晶成長速度が早くなり、得られた結晶に結晶欠陥が発生しやすい。こうした問題を解消するために、特許文献２では、成長結晶の回転数を、例えば、２０回転／分以上、特に３０〜１２０回転／分に上昇させることで融液の過剰な対流を抑制することを提案している。しかしながら、このような手段では、結晶収率をあげることはできても、単結晶中への微細な気泡の発生を十分に抑制できない。
特開平０４−１３２６９５ 特開平０９−２７８５９２ 応用物理 第５５巻 第６号 １９８６ Ｐ５４２−５６９ 第２８回結晶成長国内会議予稿集，２２ｐＡ２ １９９７ Ｐ１５

本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑み、電子部品材料や光学用部品材料に適した高品質な酸化アルミニウム単結晶、及びピットやマイクロバブルの発生を抑制して効率的に酸化アルミニウム単結晶を製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ね、酸化アルミニウム単結晶中に含まれる気泡の原因となるガス成分の発生メカニズムを詳細に調べた。その結果、ガス成分は酸化アルミニウムが分解する際にも発生するが、それだけでなく、原料として汎用されている酸化アルミニウム粉末には、もともと吸着または内包してガス成分が存在し、これが融液内に残り、結晶に取り込まれてピットやマイクロバブルとなることを突き止めた。そして、吸着又は内包しているガス成分が極めて少ない比表面積の小さな酸化アルミニウム焼結体を原料として用いるとともに、特定の酸素分圧下で加熱溶融し、単結晶を育成すると単結晶へのガス成分の取り込み量が抑えられ、ピットやマイクロバブルの発生量を低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、炉体内の坩堝に単結晶用原料を入れて加熱溶融し、原料融液から成長結晶を引き上げる溶融固化法により、酸化アルミニウム単結晶を製造する方法において、上記単結晶用原料として、比表面積１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体を用い、かつ、該単結晶用原料を加熱溶融し、単結晶を育成する際に、炉体内雰囲気中の酸素濃度を酸素分圧で１０〜５００Ｐａに設定することを特徴とする酸化アルミニウム単結晶の製造方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記単結晶用原料が、１０時間以上かけて徐々に加熱溶融されることを特徴とする酸化アルミニウム単結晶の製造方法が提供される。
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は第２の発明において、坩堝の材料がイリジウムであることを特徴とする酸化アルミニウム単結晶の製造方法が提供される。

一方、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明の製造方法によって得られる酸化アルミニウム単結晶が提供される。
また、本発明の第５の発明によれば、第４の発明において、散乱光強度（酸化アルミニウム単結晶の側面にレーザー光を照射して、入射するレーザー光に対して９０゜の方向に放射される散乱光をＣＣＤカメラに取り込み、画像処理装置で散乱光強度を算出）が、１４０以下であることを特徴とする酸化アルミニウム単結晶が提供される。

本発明によれば、単結晶用原料として比表面積が１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体を用い、炉体内雰囲気を酸素および窒素または不活性ガスの混合雰囲気とし、特定の酸素分圧（低酸素濃度）下で単結晶原料を溶融するので、原料から融液中へのガス成分の取り込みが抑えられ、融液中での微小な気泡の発生を抑制できる。また、単結晶育成中も低酸素濃度を維持しながら、融液中における単結晶の成長速度を制御することによって、単結晶中への微小な気泡の取り込みを抑制できる。
こうして得られた単結晶は、微小な気泡に起因するピット、マイクロバブル、結晶欠陥等が低減しており、さらに坩堝材料からのインクルージョン（内包物）がなくなるために、高品質なものとなり、この単結晶を用いれば優れた特性を有する電子部品材料、光学用部品材料を提供できる。

以下、本発明の酸化アルミニウム単結晶及びその製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

１．酸化アルミニウム単結晶の製造方法
本発明の酸化アルミニウム単結晶の製造方法は、炉体内の坩堝に単結晶用原料を入れて加熱溶融し、原料融液から成長結晶を引き上げる溶融固化法により、酸化アルミニウム単結晶を製造する方法において、上記単結晶用原料として、比表面積１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体を用い、かつ、該単結晶用原料を加熱溶融し、単結晶を育成する際に、炉体内雰囲気中の酸素濃度を酸素分圧で１０〜５００Ｐａに設定することを特徴とする。

本発明において、単結晶用原料は、実質的にＡｌとＯの２元素からなり、比表面積が１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体である。なお、目的とする酸化アルミニウム単結晶の種類に合わせて、ＡｌとＯのほかに、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇなどを含んでいてもよい。このうちＳｉ、Ｃａ、Ｍｇなどは、焼結助剤の成分として不可避的に含まれうるが、その含有量は極力少ないことが望ましい。
また、酸化アルミニウム焼結体の直径や密度は、特に制限されないが、取り扱い上、例えば、直径は、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下であるものがよく、密度は、５ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは３ｇ／ｃｍ^３以下であるものがよい。

本発明においては、ピットとマイクロバブルの発生を抑制しうる単結晶用原料を選択することが重要である。
本出願人は、原料形態の異なる４種類の原料Ａ〜Ｄを用意し、炉体内を、酸素および窒素または不活性ガスの混合雰囲気とし、酸素分圧を１、３０、１００、３００、そして５００Ｐａと変化させ、原料を加熱溶融して酸化アルミニウム単結晶を育成し、これらの原料から育成した単結晶の散乱光強度を測定することにより、単結晶に含まれるマイクロバブルの量の変化を、まず調査した。
なお、原料Ａは直径０．３μｍの酸化アルミニウム紛で、比表面積が５〜１０ｍ^２／ｇ程度、原料Ｂは焼結体の形をした酸化アルミニウム原料で、比表面積が０．８〜０．９ｍ^２／ｇである。また、原料Ｃ、および原料Ｄはクラックルとよばれているもので、ベルヌーイ法で製造された酸化アルミニウム単結晶を直径２０ｍｍ以下に粉砕したものである。このクラックル原料の比表面積は０．１ｍ^２／ｇ未満である。

育成した単結晶に取り込まれた微小な気泡の度合いは、前記非特許文献１に示されている光散乱レーザートモグラフ法に従って、レーザー光を結晶に照射し、その散乱光を観察した。図１に光散乱を測定する光学系を示す。円筒状に加工した酸化アルミニウム単結晶１に波長５３２ｎｍ、出力５００ｍＷのレーザー光２を照射し、照射したレーザー光２の入射方向に対して９０°の方向に放射される散乱光３をＣＣＤカメラ４に取り込み、画像処理装置５で強度を０〜２５５までの２５６階調に処理し、画像中の結晶部分４０ｍｍ四方の強度平均を散乱光強度として算出した。このとき、レーザー光の偏光方向は、ＣＣＤカメラの方向に対して９０°となる直線偏光とする。
その結果、図２のグラフに示すように、育成時の酸素分圧および原料の違いによって光散乱強度が変化し、育成時の酸素分圧が低いほど、散乱光強度は小さい傾向があり、また、原料の形態によって散乱光強度が大きく異なることがわかった。

次に、これらの単結晶より、それぞれ直径３インチのウエハーを得、研磨してピットの発生状況を確認した。その結果、原料Ａを用いた単結晶より得られたウエハーでは平均数千個、原料Ｂを用いた単結晶より得られたウエハーでは平均数十個、原料ＣやＤを用いた単結晶より得られたウエハーでは平均数百個であった。

このように単結晶原料として原料Ｂを用いて得た単結晶が最も散乱光強度が小さく、ピット数も少ないこと、また、比表面積の大きな原料Ａを用いて得た単結晶が最も散乱光強度が大きく、かつピット数も多いこと、さらには、原料Ｃ、Ｄを用いて得た単結晶では、散乱強度もピット数も両者の中間に位置することがわかった。散乱光強度は、育成された単結晶に取り込まれるマイクロバブルの量を示していると考えられるが、マイクロバブルの量やピット数が異なることは、育成中の酸素分圧や原料の形態によって結晶中に取り込まれるガス成分の量が異なることを示唆している。比表面積の大きな粉末原料である原料Ａでは、原料に吸着するガスが多いばかりでなく、溶解に伴う昇温時の粒成長によって無数の空隙が形成され、その中にガス成分が閉じ込められやすいことを裏付けている。
また、前述したように、クラックル原料は、酸化アルミニウム粉末を溶融して得た融液を用いてベルヌーイ法で製造された酸化アルミニウム単結晶を直径２０ｍｍ以下に粉砕したものである。従って、このクラックル原料では、比表面積が原料Ｂより小さくても、原料粒子の中に多数の気泡が含まれている。よって、両者を原料として用いて得られた単結晶の散乱光強度とピット数とが原料Ａを用いて得た単結晶のそれらと原料Ｂを用いて得た単結晶のそれらとの中間に位置する結果も上記解釈を裏付けていると言える。

ピットとマイクロバブルを少なくするという観点より、本発明においては、単結晶用原料として、比表面積が１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体を用い、かつ、該単結晶用原料を加熱溶融し、単結晶を育成する際に、炉体内雰囲気中の酸素濃度を分圧で１０〜５００Ｐａに設定することが必要である。

本発明で用いる酸化アルミニウム焼結体は、半導体製造用の市販品を使用できるが、次に示すような方法によって製造することもできる。
例えば、焼成するとαアルミナに転化するαアルミナ前駆体のゾル又はゲルにαアルミナ粒子を種として添加し、ゾルはゲル化した後、この種晶を添加されたαアルミナ前駆体のゲルを９００〜１３５０℃の温度で焼結し、得られる焼結生成物を粉砕する。

単結晶用原料として通常の酸化アルミニウム粉末を用いた場合には、比表面積が５〜１０ｍ^２／ｇ程度と大きいので、酸化アルミニウム粉末に多くのガス成分が吸着または内包されており、原料の融解前に完全に除去されず融液内に残り、結晶に取り込まれてピットやマイクロバルブとなるので好ましくない。また、酸化アルミニウム焼結体であっても、比表面積が１ｍ^２／ｇを超えるものでは、同様に吸着または内包しているガス成分が多くなるので使用に適さない。

ベルヌーイ法で製造された酸化アルミニウム単結晶を直径２０ｍｍ以下に粉砕して得たクラックル原料の比表面積は、０．１ｍ^２／ｇ未満と非常に小さく吸着ガスは少ないが、酸化アルミニウム粉末を溶解し、得られた融液より作成された単結晶を粉砕したものであるため、その内部に無数の泡を内包していることが多い。クラックル原料では、融解した時点で内包しているガス成分を放出しようとするが、酸化アルミニウム融液の粘性が高いことや表面張力が大きいことから、微小な気泡となって融液に溶解してしまい、容易には融液から抜けにくいので単結晶原料としては適さない。

本発明において、酸化アルミニウム単結晶を育成するには、従来のチョクラルスキー法による酸化物単結晶育成装置を使用できる。例えば、貴金属で形成された坩堝と、坩堝の周囲に保温材としてアルミナなどで形成された炉材と、炉材の外側に加熱装置としての高周波コイルが配置された装置が挙げられる。単結晶原料であるアルミナの融点が２０００℃強であるため、坩堝としてイリジウム製のものを用いることが好ましい。保温材としては、発泡ジルコニア等の断熱材を充填してもよい。坩堝の上方には、材料融液から単結晶を回転させながら引き上げるための引き上げ装置が設けられ、炉材の上方は遮蔽板で遮蔽されている。炉体内は、酸素および窒素または不活性ガスの混合雰囲気とされる。

まず、坩堝に酸化物単結晶として前記した特定の単結晶用原料を入れ、次に高周波コイルによって坩堝を加熱し、原料を溶融して融液を得、単結晶を育成する。単結晶原料の溶融時には、炉内雰囲気中の酸素濃度を酸素分圧で１０〜５００Ｐａ、特には１００〜３００Ｐａとすることが好ましい。
図２によれば、酸素分圧が低くなるほど散乱光強度が小さく、単結晶育成時に結晶内に析出するマイクロバブルが減少した単結晶が得られている。酸素分圧が１０Ｐａ未満では、結晶中にイリジウムがインクルージョンとして取り込まれやすい。また、５００Ｐａを超えるとマイクロバブルの発生が増加するので好ましくない。

原料が融点に達するまでの加熱速度は、特に制限されるわけではないが、急速に加熱せずに長時間かけて徐々に加熱するほうが、単結晶中への気泡の取り込みを抑えることができる。例えば１０時間以上、特に１２時間かけて徐々に加熱することが望ましい。

次に、単結晶原料の溶融後も加熱を続け、原料の融解から３時間以上、特に５時間以上経過後、得られた融液に種結晶を接触させ、種結晶を引き上げ装置で回転させながら引き上げる。なお、単結晶の育成時も、酸素濃度は引き続き酸素分圧で１０〜５００Ｐａ、特には１００〜３００Ｐａとすることが好ましい。
単結晶の育成は、炉内雰囲気を低酸素濃度雰囲気とする以外は常法に従い、回転数や引き上げ速度を調整してネック部および肩部を形成し、引き続き直胴部を形成する。このとき、放射温度計などを用いて単結晶と原料融液との界面近傍における融液表面の温度を測定することが好ましい。結晶形状の調節は、育成中の結晶重量を測定し、直径や育成速度などを計算によって導き出し、回転速度や引き上げ速度を調整して行う。また、結晶重量の変化を高周波誘導コイル投入電力にフィードバックして融液温度をコントロールできる。

ところで、前記特許文献２に記載されているように、低酸素濃度雰囲気下で酸化アルミニウム単結晶を育成すると、成長界面は融液側に著しく凸形状となる傾向がある。このような状況の中で単結晶育成を行った場合、結晶成長によって坩堝内の原料融液高さがある程度低下すると、成長界面の先端と坩堝底面とが接触してしまう。このため、それ以上は結晶成長を継続することが不可能となり、坩堝に充填した原料の量に対して得られる結晶がそれほど大きくできないという不具合が生じる。また、融液の自然対流と同方向の流れが著しく促進された結果、融液中の単結晶成長速度が早くなり、得られた結晶に結晶欠陥が発生しやすい。
こうした問題は、特許文献２に記載のように、例えば育成中に結晶の回転数を大きく上げて結晶成長速度を調節することにより解決でき、また、例えば、本出願人による特開２００５−２３１９５８に開示されている坩堝底部に加熱ヒーターを有する育成炉を用いて融液の対流を調節すれば、回転数を大きく上げることなく解決できる。

このようにして、単結晶用原料として比表面積が小さい酸化アルミニウムの焼結体を選択し、しかも特定の酸素分圧条件下で原料を加熱溶融させて単結晶を育成することで、両者の相乗効果によって、原料に吸着または内包しているガスが容易に排除でき、その結果、融液中に含まれる過剰なガスを減少させることができ、単結晶育成時に結晶内に取り込まれる微小な気泡を少なくなくすることができ、得られる単結晶中のピットやマイクロバルブを少なくすることができる。

２．酸化アルミニウム単結晶
本発明の酸化アルミニウム単結晶は、上記の製造方法により得られるアルミニウム及び酸素の２元素を含む単結晶である。
更には、下記の光散乱レーザートモグラフ法によって求められる散乱光強度が１４０以下まで減少した単結晶である。散乱光強度は、円筒状に加工された酸化アルミニウム単結晶の側面にレーザー光を照射して、入射するレーザー光に対して９０゜の方向に放射される散乱光をＣＣＤカメラに取り込み、画像処理装置で算出する。

この単結晶からウエハーをスライスし、ポリッシュ研磨することで、エピ結晶基板とすることができる。単結晶中には微小な気泡が極めて少ないので、ピット数もマイクロバブルも少なくなり優れた特性を有する電子部品材料、光学用部品材料を提供できる。

以下に、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例によって限定されるものではない。

〔微小な気泡の測定〕
育成した単結晶に取り込まれた微小な気泡は、前記光散乱レーザートモグラフ法に従って観察した。具体的には、図１に示したように、円筒状に加工した酸化アルミニウム単結晶の側面にレーザー光を照射して、酸化アルミニウム単結晶端面より射出される散乱光をＣＣＤカメラに取り込み、画像処理装置で散乱光強度を算出した。この結果、散乱光強度が１４０以下であれば、育成した単結晶中のマイクロバブル量は少ないと判断される。

〔ピットの評価〕
育成した単結晶から５０枚のウエハーをスライスし、ポリッシュ研磨して、ピットがどの程度あるか測定した。ピット数は少ないほど良好な単結晶が育成されていることを示している。

〔実施例１〕
特開２００５−２３１９５８に開示されている坩堝底部に加熱ヒーターを有する育成炉を用い、このイリジウム製坩堝に出発原料として４Ｎ（９９．９９％）の酸化アルミニウム原料（原料Ｂ）を１０ｋｇ投入した。原料は比表面積０．８〜０．９ｍ^２／ｇの焼結体である。酸素分圧１００Ｐａでこの原料を融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱し、原料の融解後もこの低酸素濃度を維持した。原料の融解から６時間経過後、ａ軸方向に切り出した酸化アルミニウム単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分２回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら、引上速度２ｍｍ／ｈｒの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。
その結果、直径１０２ｍｍ、直胴部の長さ１１８ｍｍの単結晶が得られた。また、結晶底部の成長界面を測定したところ、３２ｍｍ凸であった。さらに、この単結晶を円筒状に加工し、波長５３２ｎｍのレーザーを照射し結晶内部の散乱光を測定したところ、散乱光強度は６８であった。ピット数を測定したところ、表１に示したとおり、３インチウエハー内に平均３．２個であった。

〔実施例２〕
酸素分圧を３００Ｐａとした以外は、上記実施例１と同様にして結晶成長を行った。その結果、直径１０５ｍｍ、直胴部の長さ１２０ｍｍの単結晶を得た。
また、結晶底部の成長界面を測定したところ、２６ｍｍ凸であった。さらに、この単結晶を円筒状に加工し、波長５３２ｎｍのレーザーを照射し結晶内部の散乱光を測定したところ、散乱光強度は１０３であった。ピット数を測定したところ、表１に示したとおり、３インチウエハー内に平均５．３個であった。

〔比較例１〕
イリジウム製坩堝に出発原料として４Ｎ（９９．９９％）のＡｌ_２Ｏ_３原料（原料Ａ）を１０ｋｇ投入した。この原料は、直径０．３μｍの酸化アルミニウム紛で、比表面積が５〜１０ｍ^２／ｇである。
実施例１と同様に酸素分圧１００Ｐａで、この原料を融点に達するまで１２時間かけて徐々に加熱し、原料の融解から６時間経過後、ａ軸方向に切り出した酸化アルミニウム単結晶を種結晶として用い、種結晶を融液近くまで降下させた。この種結晶を毎分２回転の速度で回転させながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させて温度を徐々に降下させながら引上速度２ｍｍ／ｈの速度で種結晶を上昇させて結晶成長を行った。
その結果、直径１００ｍｍ、直胴部の長さが１１５ｍｍで目視では気泡が観察されない結晶を得た。また、結晶底部の成長界面を測定したところ、３０ｍｍ凸であった。さらに、この結晶を円筒状に加工し、波長５３２ｎｍのレーザーを照射し結晶内部の散乱光を測定したところ、散乱光強度は８４であった。ピット数を測定したところ、表１に示したとおり、平均１２５６個であった。

〔比較例２〕
原料として比表面積が小さいクラックル原料（原料Ｃ）を用い結晶を育成した。原料Ｃは、ベルヌーイ法で製造された酸化アルミニウム単結晶を直径２０ｍｍ以下に粉砕したものであり、比表面積は０．１ｍ^２／ｇ未満である。結晶内部の散乱光を測定したところ、散乱光強度は９１であった。ピット数を測定したところ、表１に示したとおり、平均３２６個であった。

〔比較例３〕
原料として比較例２とは異なる、比表面積が小さいクラックル原料（原料Ｄ）を用い結晶を育成した。原料Ｄは、ベルヌーイ法で製造された酸化アルミニウム単結晶を直径２０ｍｍ以下に粉砕したもので、比表面積は０．１ｍ^２／ｇ未満である。結晶内部の散乱光を測定したところ、散乱光強度は８１であった。ピット数を測定したところ、表１に示したとおり、平均５２個であった。

〔比較例４〕
酸素分圧を１Ｐａ以下とした以外は、上記実施例１と同様にして結晶成長を行った。直径１０３ｍｍ、直胴部の長さ９５ｍｍの結晶を得たところで坩堝底に結晶底部が接触したので、育成を中止した。結晶底部の成長界面を測定したところ８８ｍｍ凸と大きかった。結晶内部の散乱光の強度を測定したところ散乱光強度は４２と小さかった。ところが、比較的大きな散乱体が観測され、インクルージョン（内包物）が存在する可能性があることがわかった。また、この結晶をウエハー状にスライスしポリッシュ研磨したところ、ピット（直径数μｍの微小な窪み）は確認されなかったが、何れのウエハーにも、差し渡し数μｍの大きさの突起状異物が数個程度ウエハー上に観測され、これをＥＰＭＡで分析したところイリジウムであった。

〔比較例５〕
酸素分圧を６００Ｐａ以下とした以外は、実施例１と同様にして結晶成長を行った。直径１０３ｍｍ、直胴部の長さ１２１ｍｍの結晶を得た。結晶底部の成長界面を測定したところ３０ｍｍ凸であった。さらに、この結晶を円筒状に加工し、波長５３２ｎｍのレーザーを照射し結晶内部の散乱光の強度を測定したところ、散乱光強度は１５０であり、良好とされる１４０を越えていた。ピット数を測定したところ、表１に示したとおり、３インチウエハー内に平均１８３６９個であった。

育成された単結晶にレーザー光を照射し、光散乱を測定する光学系を用いて結晶中の微小気泡（マイクロバルブ）を調べる手段を示す説明図である。 単結晶育成時の酸素分圧が、育成される単結晶の光散乱強度に与える影響を示すグラフである。

符号の説明

１ 育成された単結晶
２ レーザー光
３ 散乱光
４ ＣＣＤカメラ
５ 画像処理装置

Claims (5)

1. 炉体内の坩堝に単結晶用原料を入れて加熱溶融し、原料融液から成長結晶を引き上げる溶融固化法により酸化アルミニウム単結晶を製造する方法において、
   上記単結晶用原料として、比表面積１ｍ^２／ｇ以下の酸化アルミニウム焼結体を用い、かつ、該単結晶用原料を加熱溶融し、単結晶を育成する際に、炉体内雰囲気中の酸素濃度を酸素分圧で１０〜５００Ｐａに設定することを特徴とする酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
2. 前記結晶用原料が、１０時間以上かけて徐々に加熱溶融されることを特徴とする請求項１に記載の酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
3. 前記坩堝の材料がイリジウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載のいずれかの酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの製造方法によって得られる酸化アルミニウム単結晶。
5. 散乱光強度（酸化アルミニウム単結晶の側面にレーザー光を照射して、入射するレーザー光に対して９０゜の方向に放射される散乱光をＣＣＤカメラに取り込み、画像処理装置で算出）が、１４０以下であることを特徴とする請求項４に記載の酸化アルミニウム単結晶。

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