特許 7349100 ＦｅＧａ単結晶育成用種結晶及びＦｅＧａ単結晶の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-13

(45)【発行日】2023-09-22

(54)【発明の名称】ＦｅＧａ単結晶育成用種結晶及びＦｅＧａ単結晶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/52 20060101AFI20230914BHJP

   C30B 11/14 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

C30B29/52

C30B11/14

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019061041

(22)【出願日】2019-03-27

(65)【公開番号】P2020158362

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】岡野 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】太子 敏則

(72)【発明者】

【氏名】干川 圭吾

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特開平１－１７９７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】泉聖志 他，垂直ブリッジマン（VB)法によるFeGa単結晶の育成，第４７回結晶成長国内会議（JCCG-47)予稿集，2018年，０２ａ－Ｄ０１

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／５２

Ｃ３０Ｂ １１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

融液を坩堝中で固化させる一方向凝固結晶成長法によるＦｅＧａ単結晶育成に用いられるＦｅＧａ単結晶育成用種結晶であって、
結晶成長方向において一端から他端に向かってＧａ濃度が高くなるＧａ濃度分布を有し、
前記Ｇａ濃度の濃度差は、２．０～６．０ａｔ％であるＦｅＧａ単結晶育成用種結晶。

【請求項2】

前記Ｇａ濃度の濃度勾配は、前記Ｇａ濃度が高くなるにつれて急になる請求項１に記載のＦｅＧａ単結晶育成用種結晶。

【請求項3】

結晶成長方向において一端から他端に向かってＧａ濃度が高くなるＦｅＧａ単結晶育成用種結晶を、一方向凝固結晶成長法によりＦｅＧａ単結晶を育成する結晶育成装置の坩堝の底面に、Ｇａ濃度が高い方の端面が上面となるように配置する工程と、
ＦｅＧａ単結晶育成用原料を前記坩堝内の前記ＦｅＧａ単結晶育成用種結晶上に投入する工程と、
前記ＦｅＧａ単結晶育成用種結晶の前記ＦｅＧａ単結晶育成用原料と接触している部分を含めて一部を溶解させるシーディング工程と、
前記坩堝を下降させ、ＦｅＧａ単結晶を成長させる工程と、を有するＦｅＧａ単結晶の製造方法。

【請求項4】

前記ＦｅＧａ単結晶育成用種結晶の前記ＦｅＧａ単結晶育成用原料と接触している端面の前記Ｇａ濃度は、前記ＦｅＧａ単結晶育成用原料のＧａ濃度よりも高く設定されている請求項３に記載のＦｅＧａ単結晶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦｅＧａ単結晶育成用種結晶及びその製造方法、並びにＦｅＧａ単結晶の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＦｅＧａ合金は、機械加工が可能であり、１００～３５０ｐｐｍ程度の大きな磁歪を示すため、磁歪式振動発電やアクチュエータ等に用いられる素材として好適であり、近年、注目されている。さらに、ＦｅＧａ合金は結晶の特定方位に大きな磁気歪みを現出させるため、磁歪部材の磁歪を必要とする方向と結晶の磁気歪みが最大となる方位を一致させた単結晶の部材として、磁歪式振動発電やアクチュエータ等に用いられる素材に最適であると考えられる。

【0003】

ＦｅＧａ単結晶の製造方法には、例えば、特許文献１には、チョクラルスキー法による単結晶の育成方法が記載されている。チョクラルスキー法は、単結晶になる原料を充填した坩堝を高温に加熱してこの原料を溶融し、坩堝内の原料融液の液面に上方から種結晶を接触させた後に上昇させることで種結晶と同一方位の単結晶を育成する方法である。

【0004】

しかしながら、この方法は、高周波誘導加熱方式により原料融解を行うため電源コストが高くなる。また装置構成が複雑であるため、装置コストも高く、結果的に製造コストが高くなってしまう。

【0005】

これに対して、一方向凝固結晶成長法であるＶＢ（Vertical Bridgeman、垂直ブリッジマン）法やＶＧＦ（Vertical Gradient Freeze、垂直温度勾配凝固）法は、育成された単結晶を引き上げる必要がなく、装置内に単結晶引き上げのスペースは不要であるため、結晶育成装置の小型化や簡略化が可能であり、初期投資費用を抑えることができる。ＶＢ法やＶＧＦ法にて単結晶を育成する場合、坩堝の底に種結晶を配置し、その上にＦｅとＧａの混合原料を必要量入れ、この原料を融解させる。そして、その後坩堝を加熱手段から遠ざけるように降下させることで単結晶を育成する。その過程の中で結晶方位を伝播させる目的で、シーディングを行う。シーディング時は、混合原料が融解しかつ種結晶の一部が融解する必要があり、これにより、種結晶の結晶方位が伝播した単結晶を育成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－２８８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、シーディング時において、混合原料融液の温度と種結晶が融解する融点との差が大きく異なると問題が生じる。例えば、混合原料融液の温度が種結晶の融点より低い場合、種結晶は未融解のまま育成されるため多結晶化等の結晶欠陥が発生する。混合原料融液の温度が種結晶の融点より高すぎる場合、種結晶が完全融解し異方成長など不具合が発生する。つまり、一方向凝固結晶成長法では、種結晶の混合原料と接触している部分付近のみが融解し、種結晶の下部は融解しない状態とすることが求められる。よって、種結晶と混合原料との接触面付近の温度制御の許容制御幅は非常に小さい。また、種結晶と混合原料の接触面は坩堝の内部にあり、外から状態を観察することはできないため、微妙な温度制御を行うのは極めて困難である。

【0008】

そこで、本発明は、上述のような問題点に鑑み、ＶＢ法やＶＧＦ法によりシーディングした時に、種結晶近傍の原料融液温度と種結晶の融点とを容易に一致させることができ、シーディングによる多結晶化等の結晶欠陥や異方成長などの不具合を低減できるＦｅＧａ単結晶育成用種結晶及びその製造方法、並びにＦｅＧａ単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るＦｅＧａ単結晶育成用種結晶は、融液を坩堝中で固化させる一方向凝固結晶成長法によるＦｅＧａ単結晶育成に用いられるＦｅＧａ単結晶育成用種結晶であって、
結晶成長方向において一端から他端に向かってＧａ濃度が高くなるＧａ濃度分布を有し、
前記Ｇａ濃度の濃度差は、２．０～６．０ａｔ％である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、原料の融点と種結晶の融点に温度差がある場合であっても、双方を適切に融解させ、単結晶を育成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係るＦｅＧａ単結晶の製造方法を実施するために用いられる結晶育成装置の一例を示した図である。

【図2】本発明の実施形態に係るＦｅＧａ単結晶の製造方法を実施するために用いられる結晶育成装置で増径部有する坩堝を使用した一例を示した図である。

【図3】本発明の実施形態に係る種結晶の一例を示した図である。

【図4】本発明の実施形態に係る種結晶のＧａ濃度分布の一例を示した図である。

【図5】本発明の実施形態に係る種結晶を製造するための育成炉の一例を示した構造図である。

【図6】本発明の実施形態に係る種結晶を製造するための育成炉で増径部を有する坩堝を使用した一例を示した構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

【0013】

一方向凝固結晶成長法では、種結晶が融解する融点と混合原料が融解された種結晶近傍の融点との差が大きく異なると、ＶＢ法では坩堝位置による調整、ＶＧＦ法についてはヒータ出力の調整の制御が困難となり、適正なシーディングができず、種結晶の未融解や完全融解により、多結晶や異方成長などの結晶欠陥が発生することがある。

【0014】

本発明者等は、単結晶育成用種結晶について鋭意研究を重ねた結果、結晶の成長方向（上側）がＧａ濃度が高く、その反対側（下側）のＧａ濃度が低い種結晶を用いることで、原料融液温度と種結晶の融点とを合わせやすくなることを見出した。即ち、このような種結晶を用いることにより、坩堝位置やヒータ出力の微調整が不要となり、また調整が前後に多少振れたとしても種結晶の融点に高低差があることからシーディングを確実に行うことができることの知見を得て、本発明を完成するに至ったものである。

【0015】

本発明の実施形態に係る種結晶は、ＦｅＧａ単結晶育成に用いる種結晶である。ＦｅＧａ結晶は、１００～３５０ｐｐｍ程度の大きな磁歪特性を有するため、磁歪式振動発電やアクチュエータ等に用いられている。この磁歪特性を、結晶の特定方位に現出させるためには、磁歪特性を必要とする方向と結晶の磁気歪みが最大となる方位を一致させた単結晶の部材が最適であると考えられている。

【0016】

ＦｅＧａ単結晶は、引き上げ法（チョクラルスキー法）や一方向凝固結晶成長法に用いて製造することができる。本発明では、一方向凝固結晶成長法に用いる種結晶について説明する。一方向凝固結晶成長法には、例えば、ＶＢ法やＶＧＦ法の方法がある。

【0017】

図１は、本発明の実施形態に係るＦｅＧａ単結晶の製造方法を実施するために用いられる結晶育成装置の一例を示した図である。図１においては、一方向凝固結晶成長法のうち、ＶＢ法により単結晶を育成するための結晶育成装置の構成の一例が示されている。

【0018】

図１に示される結晶育成装置は、坩堝１０と、坩堝台２０と、坩堝軸３０と、発熱体４０とを備える。また、坩堝１０の中には、本発明の実施形態に係る種結晶５０と、原料６０が貯留されている。

【0019】

坩堝１０は、種結晶５０及び原料６０を貯留又は保持するための容器である。坩堝１０は、耐熱性の高い材料から構成され、例えば、アルミナ製であってもよい。

【0020】

坩堝台２０は、坩堝１０を支持するための支持台である。坩堝台２０も、耐熱性の高い材料から構成される。

【0021】

坩堝軸３０は、坩堝台２０を上下動させるための軸であり、上端で坩堝台２０を支持している。

【0022】

発熱体４０は、坩堝１０を加熱し、その内部に貯留保持された種結晶５０及び原料６０を融解するための加熱手段である。発熱体４０は、例えば、抵抗体を用いたヒータから構成されてもよい。発熱体４０には、例えば、カーボン発熱体を用いてもよい。

【0023】

図１に示されるように、ＶＢ法は、坩堝１０の底に種結晶５０を配置し、その上にＦｅとＧａの混合原料６０を必要量入れ、この原料６０を融解させ、その後坩堝１０を加熱手段である発熱体４０から離すように降下させることで単結晶を育成する方法である。

【0024】

また、ＶＧＦ法は、原料６０を融解させた後、坩堝１０の上方が高く、下方が低い温度勾配を維持したまま加熱手段である発熱体４０の出力を降下させて結晶を育成する方法である。これらの方法では、育成した結晶の方位を揃えるため、坩堝１０の底に種結晶５０を配置する。よって、種結晶の直径は、坩堝１０の内径と同じ直径となり、例えば、１００～１５０ｍｍ程度の直径となる。

【0025】

本発明は、この種結晶に関する発明である。

【0026】

ＦｅＧａ単結晶は不一致組成結晶であり、液相と固相とのＧａ濃度が異なる。磁歪特性が良いとされるＦｅＧａ単結晶は、Ｇａ濃度は１８．５ａｔ％付近である。このため、単結晶育成の原料は、Ｇａ濃度が１８．５ａｔ％付近になるように混合される。種結晶は、育成原料のＧａ濃度に合わせた種結晶を用いる。この時の種結晶の濃度バラツキは１％以内とされるのが一般的である。

【0027】

本発明の実施形態に係る種結晶は、原料融液と接触する面側（結晶の成長方向・上面側）から反対面である坩堝底面側（下面側）に向かう方向においてＧａ濃度差を有している。このＧａ濃度差は、原料融液と接触する面側のＧａ濃度が高く、坩堝底面側のＧａ濃度が低くなるように設定される。この時のＧａ濃度差は２ａｔ％以上であり、好ましく３ａｔ％以上、より好ましくは６ａｔ％以上に設定される。上述のように、ＦｅＧａ結晶の融点は、Ｇａ濃度が高くなるに従い低下する。

【0028】

なお、本発明の実施形態に係るＦｅＧａ単結晶の製造方法を実施するために用いられる結晶育成装置は、図２に示すよう増径部１１２を有する坩堝１１０を使用した結晶育成装置であってもよい。図２は、本発明の実施形態に係るＦｅＧａ単結晶の製造方法を実施するために用いられる結晶育成装置で増径部１１２を有する坩堝１１０を使用した一例を示した図である。図１の坩堝１０は、円柱状であり、これに使用する種結晶５０は育成される単結晶と同径である。これに対し、図２で示す結晶育成装置の坩堝１１０は、種結晶１５０を設置する井戸状の細径部１１３、該細径部１１３から上方に向けて直径が大きくなる逆円錐形の管状の増径部１１２、および該増径部１１２から上方に結晶成長部として続く円筒状の定径部１１１で構成されている。種結晶１５０は直径がφ１０ｍｍ前後であり、細径部１１３に設置される。図１の態様では、種結晶５０は１００ｍｍ程度の直径を有する場合が多いので、図２の態様では、種結晶１５０の直径を大幅に縮小することができる。増径部１１２の内壁は、水平方向に対して３０～６０度の角度を有する。シーディング後、結晶は増径部１１２で直径を大きくしながら育成され、その後定径部１１１で一定の直径となり育成される。この様な坩堝１１０を使用することで、種結晶１５０の形状を小さくすることができ、種結晶１５０の製造コストを削減することができる。

【0029】

なお、他の構成要素については、図１と同様であるので、図１に対応する構成要素に同一の符号を付してその説明を省略する。

【0030】

図３は、本発明の実施形態に係る種結晶の一例を示した図である。図３に示されるように、原料と接触する上面５１のＧａ濃度が高く設定され、坩堝１０の底面に接触する下面５２のＧａ濃度が低く設定される。

【0031】

図１を参照して説明したように、ＶＢ法やＶＧＦ法での結晶育成方法では、坩堝１０の底に種結晶５０を配置し、その上にＦｅとＧａの混合原料６０を必要量入れ、この原料６０を融解させて、その後、シーディングを行う。シーディングは、混合した原料６０が融解し、かつ種結晶５０の一部が融解した状態にすることである。原料６０のＧａ濃度は、磁歪特性が良いとされる１８．５ａｔ％付近に設定されることが多く、一般的に種結晶５０は、Ｇａ濃度に合わせて１８～１９ａｔ％の種結晶５０を使用することが多い。

【0032】

本発明の実施形態に係る種結晶５０は、例えばＧａ濃度差を３ａｔ％とし、１６．５～１９．５ａｔ％とすることができる。種結晶５０がＧａ濃度差を有しているため、従来の種結晶を用いた場合と比較すると、幅広い温度に対応して種結晶５０の一部を融解してシーディングを行うことができる。つまり、原料６０が融解する温度に合わせて種結晶５０を加熱しても、融点差があるため、種結晶５０の下部は融解しない。よって、加熱温度を高くし過ぎて種結晶５０が融解し過ぎてしまう事態や、そのような事態を懸念して原料６０が融解する温度まで加熱していない、といった事態を防ぐことができる。このため、シーディング時にＶＢ法における坩堝１０の位置やＶＧＦ法でのヒータ出力の微調整が必要なく、また多少調整がずれたとしても、濃度差を設けていることで調整誤差を許容できる。これにより、種結晶５０の未融解や完全融解を防止することができ、多結晶化や異方成長を抑制することができる。

【0033】

種結晶５０のＧａ濃度範囲は、ＦｅとＧａの混合原料のＧａ濃度を中央値として上下均等に設定してもよいが、種結晶５０のＧａ濃度上限をＦｅとＧａの混合原料のＧａ濃度＋１ａｔ％とし、種結晶５０のＧａ濃度下限側を広く設定してもよい。シーディング時は、少なくともＦｅとＧａの混合原料を融解させる必要があり限定される。このため、混合原料偏析等のバラツキを含めて種結晶５０のＧａ濃度上限は混合原料のＧａ濃度＋１ａｔ％と設定することで種結晶５０の未融解を防止できる。種結晶５０のＧａ濃度下限を広く設定することで、混合原料６０の融点より高い温度でも種結晶５０の完全融解をより防止することができる。好ましくは、種結晶５０のＧａ濃度差を６ａｔ％以上としＧａ濃度範囲の上限を混合原料６０のＧａ濃度＋１ａｔ％とし、下限を混合原料６０のＧａ濃度－５ａｔ％以下に設定するとよい。

【0034】

種結晶５０の厚さは、１０ｍｍ～５０ｍｍ程度である。この厚さの範囲で均等に濃度勾配があることが好ましいが、濃度勾配は均一でなくてもよい。

【0035】

図４は、本実施形態に係る種結晶のＧａ濃度分布の一例を示した図である。

【0036】

図４においては、本実施形態に係る種結晶５０のＧａ濃度分布の一例が示されているが、１３．０ａｔ％から２０．０未満の１９．５ａｔ％付近までＧａ濃度の分布が見られる。

【0037】

Ｇａ濃度分布は、用途に応じて種々設定することが可能である。例えば、図４に示すように、Ｇａの濃度が低い側の濃度勾配が緩く、Ｇａの濃度が高い側の濃度勾配が急になっていても良い。この時、種結晶長さとＧａ濃度差を考慮する。図４では結晶長１７ｍｍ～４２ｍｍ間で種結晶を採取することで、種結晶長さ２５ｍｍ、Ｇａ濃度１３．５ａｔ％～１９．５ａｔ％のＧａ濃度差６％の種結晶を得ることができる。このように、必要な濃度勾配と種結晶長さを適宜設定し、必要な箇所より採取することができる。そして、Ｇａ濃度分布の高い端面が原料６０に接触する位置に配置され、Ｇａ濃度分布の低い端面が坩堝１０の底面と接触するように坩堝１０内に配置される。このように、Ｇａ濃度の高低差が６．０ａｔ％もあると、融点差を大きく設定することができ、シーディングを非常に容易に行うことができる。

【0038】

次に、本発明の実施形態に係る種結晶５０の製造方法について説明する。本発明の実施形態に係る種結晶５０の製造方法では、一方向凝固結晶成長法を用いて結晶を育成する。一方向凝固結晶成長法には、ＶＢ法やＶＧＦ法の方法がある。上述のように、ＶＢ法は、坩堝１０の底に種結晶５０を配置し、その上にＦｅとＧａの混合原料６０を必要量入れ、この原料６０を融解させ、その後坩堝１０を加熱手段である発熱体４０から離すように降下させることで単結晶を育成する方法である。ＶＧＦ法は、原料６０を融解させた後、坩堝１０の上方が高く、下方が低い温度勾配を維持したまま加熱手段である発熱体４０の出力を降下させて結晶を育成する方法である。

【0039】

以下、図５を参照して、ＶＢ法を例に挙げ、ＦｅＧａ種結晶の製造方法の詳細を説明する。図５は、ＶＢ法を用いた本発明の実施形態に係る種結晶を製造するための育成炉の構造図である。図１と結晶育成装置の構造は同一であり、種結晶５５のみが図１と異なっている。

【0040】

坩堝台２０の上に坩堝１０を載置し、坩堝１０内に種結晶５５を収納する。この時の種結晶５５は、Ｇａ濃度が一定のものを使用する。その上には融解したＧａにＦｅ粉を所望量入れ、混合させた原料６０を必要量入れる。坩堝１０の周りにはカーボン製発熱体４０があり、この発熱体４０は上方が高く、下方が低い温度分布となるよう整備されている。なお炉内は不活性ガス雰囲気（Ａｒガス等）としてもよい。この状態で種結晶５５の高さが半分位融解するよう坩堝軸３０を徐々に上昇させながら調整し、シーディングを行う。シーディング後、種結晶５５を融解した固液界面形状を安定させて目的で１時間程度保持させた後、坩堝軸３０を一定の速度で降下させる。坩堝１０内の融液をすべて固化させた後、約３００℃／ｈの速度で炉冷を行い、室温程度になったことを確認した後、結晶を取り出すと、Ｇａ濃度勾配を有する結晶を得ることができる。

【0041】

この時に用いる種結晶５５は、混合原料のＧａ濃度±１ａｔ％以内のものとする。また、この時の混合原料及び種結晶５５の濃度は、１７．５ａｔ％にする。ＦｅＧａ単結晶は、一般には磁歪特性が良いとされる１８．５ａｔ％の単結晶を目標とするが、本種結晶の製造方法では、１８．５ａｔ％より１．０ａｔ％低い目標値とする。ＦｅＧａ単結晶は不一致組成結晶であり、液相と固相とのＧａ濃度が異なり、育成された単結晶はＧａ濃度勾配を有する単結晶を育成できる。

【0042】

また、Ｇａ濃度勾配の濃度差と育成の長さは、ＶＢ法では坩堝の降下速度、ＶＧＦ法では出力の調整により適宜調整することができる。降下速度を速くあるは、出力を速く小さくすることで結晶のＧａ濃度差が小さくなる傾向にある。

【0043】

例えば、Ｇａ濃度が１３．５～１９．５ａｔ％の種結晶を作製する場合、初期の種結晶のＧａ濃度を１３．５ａｔ％に設置し、坩堝の降下速度を２．０ｍｍ／時の速度で降下すれば良い。Ｇａ濃度が１６．５～１９．５ａｔ％の種結晶を作製する場合は、初期の種結晶のＧａ濃度を１６．０ａｔ％に設置し、坩堝の降下速度を５．０ｍｍ／時の速度で降下すれば良い。

【0044】

そこを狙う結晶に対し、図３に示すように結晶長２５ｍｍにおいて、Ｇａ濃度差がある種結晶を用いることで、Ｇａ濃度差がある種結晶の作製方法として、ＦｅＧａは不一致組成であるため、育成中にＧａ濃度が変動する。これらの利点を活かし、ＶＢ法により坩堝１０の降下速度２ｍｍ／ｈｒで育成したものである。今回は濃度差を６ａｔ％にしたが、坩堝１０の降下速度を振ることで濃度差を小さくしたり、大きくしたりすることは可能である。また、狙い濃度についても原料の濃度を変えることで対応は可能である。なお、育成方法についてはＶＧＦ法でもよい。

【0045】

図６は、本発明の実施形態に係る種結晶を製造するための育成炉で増径部を有する坩堝を使用した一例を示した構造図である。図６に示すように、増径部１１２を有する坩堝１１０も使用することができる。

【0046】

種結晶１５０の製造に使用する種結晶１５５は、Ｇａ濃度が均一に分布したものである。図５との相違点は、細径部１１３に種結晶１５５を設置し、単結晶を育成しながら増径部１１２、定径部１１３を経て大径でＧａ濃度勾配を有する種結晶を得るという点である。製造の手順自体は、図５で説明した内容と同様であり、また、装置の構成自体は図２と同様であるので、Ｇａ濃度勾配を有する種結晶の製造方法の詳細な説明は省略する。

【実施例】

【0047】

以下、ＶＢ法を用いた本実施形態に係るＦｅＧａ単結晶の製造方法の実施例について説明する。なお、今まで実施形態で説明した構成要素と対応する構成要素には、理解の容易のため、実施形態と同一の参照符号を付して説明する。

【0048】

まず、図３に示すような、結晶成長方向においてＧａ濃度差を有する長さ２５ｍｍ、直径５０ｍｍφのＦｅＧａ単結晶用種結晶５０を用意した。

【0049】

図１に示すように、本実施例に係る種結晶５０を用いて育成試験を実施した。なお、坩堝１０はアルミナ製で内径５１ｍｍφ、高さ１５０ｍｍ、厚み３ｍｍであった。坩堝台２０の上に坩堝１０を置き、坩堝１０内に本実施例に係る種結晶５０を収納した。

【0050】

その際、融点が低いＧａ濃度の高い方を原料６０と向き合う上側とし、融点が高いＧａ濃度の低い方を坩堝１０の底面に向き合う下側とした。その上には融解したＧａにＦｅ粉を所望量入れ、混合させた原料６０を必要量入れた。坩堝１０の周りにはカーボン製発熱体４０を配置し、この発熱体４０は上方が高く、下方が低い温度分布となるよう設定した。なお炉内は不活性ガス雰囲気（Ａｒガス）で行った。この状態で種結晶５０の高さが半分位融解するよう坩堝軸３０を徐々に上昇させながら調整し、シーディングを行った。

【0051】

シーディング後、１時間程度保持させた後、坩堝軸３０を降下させ結晶育成を開始した。坩堝１０内の融液をすべて固化させた後、約３００℃／ｈの速度で炉冷を行い、室温程度になったことを確認した後、結晶を取り出した。このサイクルにて、種結晶の濃度差とシーディング時のるつぼ位置を上下させた条件を振って、シーディング可否の試験を実施した。その結果を表１に示す。

【0052】

【表1】

（評価）
種結晶長２５ｍｍに対し、上面より４．５ｍｍ付近でシーディングされている坩堝位置を適正として、適正位置から下げる（－方向）と発熱体４０から遠ざかるため、原料融液の温度は低くなり種結晶５０は融解され難くなり、逆に適正位置から上げる（＋方向）と発熱体４０に近くなるため、原料融液の温度は高くなり種結晶５０は融解されやすくなる。

【0053】

試験は、坩堝位置を適正位置から４ｍｍ刻みで－８ｍｍ～＋１６ｍｍ変化させた結果、実施例１に係るＧａ濃度差が６．０ａｔ％の種結晶５０については－４ｍｍ～＋１２ｍｍまでは問題なくシーディングされた。一方、実施例２に係る濃度差が３．０ａｔ％の種結晶については－４ｍｍ～＋４ｍｍと良好な範囲が狭くなった。

【0054】

これに対し、比較例に係るＧａ濃度差が０ａｔ％の種結晶については、±４ｍｍですでに異方成長が見られていた。以上の結果から、Ｇａ濃度差を振った種結晶を用いることでシーディングの良好範囲が広くなることが確認された。

【0055】

このように、本実施形態に係るＦｅＧａ単結晶育成用種結晶及びその製造方法、並びにＦｅＧａ単結晶の製造方法によれば、シーディング時における種結晶と原料の融点との差が抑制されることでるつぼ位置やヒータ出力などの微調整が必要とされず、多結晶化や異方成長を低減できる。

【0056】

また、本実施形態に係るＦｅＧａ単結晶育成用種結晶及びその製造方法、並びにＦｅＧａ単結晶の製造方法によれば、ＶＢ法やＶＧＦ法によりシーディングを行う場合、Ｇａ濃度の成長方向側が高く、下側が低い種結晶を用いることで、原料融液温度に合うところまで種結晶が自己調整的に融解するため、るつぼ位置やヒータ出力の微調整が要らず、また調整が前後に多少振れたとしても種結晶に濃度差がある、すなわち融点差があることから、双方の融点を容易に一致させることが可能となる。また、これにより、育成時の多結晶や異方成長を低減できる。

【0057】

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0058】

１０ 坩堝
２０ 坩堝台
３０ 坩堝軸
４０ 発熱体
５０ 種結晶
６０ 原料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】