マイクロピット密度（ＭＰＤ）が低いゲルマニウムのインゴット／ウェハ、ならびに、その製造システムおよび製造方法
【解決手段】 成長させたゲルマニウム結晶のマイクロピット空隙密度を低減する特徴を持つ結晶成長用のシステムおよび方法を開示する。一実施例によると、加熱源を有する炉に原材料を持つアンプルを挿入する段階と、原材料／るつぼと相対的に結晶化温度勾配を移動させて原材料を融解させる垂直成長プロセスを用いて結晶を成長させる段階と、結晶成長が所定の長さに到達すると、原材料を成長させて単結晶質の結晶を形成する段階とを備え、マイクロピット密度が低くなった単結晶インゴットを繰り返し提供する方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明するシステムおよび方法は、概して単結晶ゲルマニウムのインゴット／ウェハに関し、具体的にはマイクロピット密度（ＭＰＤ）を低く抑えつつ当該インゴット／ウェハを成長させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願］
本願は、米国特許出願第１２／６３６，７７８号（出願日：２００９年１２月１３日、公開番号：ＵＳ２０１１／＿＿＿Ａ１）に基づく恩恵／優先権を主張する。当該出願の内容は全て、参照により本願に組み込まれる。
【０００３】
電子デバイスおよび光電子デバイスの製造では、商業的に成長させた、大型且つ均一な半導体単結晶が常に必要である。当該結晶をスライスして研磨することによって、マイクロ電子デバイスを製造するために用いられる基板が得られる。半導体結晶の成長では、原材料を融点まで加熱して結晶質原材料融液を作成し、当該融液を高品質のシード結晶に接触させ、シード結晶に接触させつつ融液を結晶化させる。この半導体結晶成長プロセスを実施するプロセスとして、数多くのさまざまなプロセスが公知である。そのようなプロセスとして、チョクラルスキー（Ｃｚ）プロセスおよびその変形版である液封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）プロセス、水平ブリッジマン（ＨＢ）法およびブリッジマン−ストックバーガー法および垂直ブリッジマン（ＶＢ）法、ならびに、温度勾配冷却（ＧＦ）法およびその変形版である垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法が挙げられる。例えば、こういった方法および当該方法をさまざまな材料を成長させるために利用する場合の概要については、「電子材料、光学材料および光電子材料のバルク結晶成長（Ｂｕｌｋ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、ピー・クラッパー（Ｐ．Ｃｌａｐｐｅｒ）著、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・リミテッド（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ Ｌｔｄ）、チチェスター、イングランド、２００５年」を参照されたい。
【０００４】
融液を結晶化させると、結晶質原材料の下方に配置されているシード結晶で垂直軸に沿って略円筒形状の結晶（インゴット）が形成される。半導体結晶を形成するために必要な設備としては、結晶成長炉、アンプル、るつぼ、および、場合によっては、るつぼ支持部がある。るつぼは、シードウェルと呼ぶ幅狭部分を下方に持つとしてよい。
【０００５】
従来の結晶成長プロセスおよび結晶成長設備には問題点がある。例えば、公知の結晶成長プロセスで形成される結晶は、マイクロピットまたは微小孔が非常に多く発生することが多い。マイクロピットまたは微小孔は、不良品、欠陥デバイスの原因となり、および／または、当該プロセスを用いて成長させる結晶のうち利用可能な量が全体的に減らしてしまう。この問題が発生したり、成長させた結晶のうち利用可能な量が減ってしまうと、収率が下がることになる。したがって、高品質のインゴット／ウェハを繰り返し提供でき、既存のシステムの欠点を克服する結晶成長システムおよび結晶成長方法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシステムおよび方法は、単結晶ゲルマニウムの成長に関する。
【０００７】
一実施例によると、原材料を含むアンプルを、加熱源を持つ炉に挿入する方法を提供する。当該方法は、例えば、原材料を融解させて単結晶質に形成し直すように原材料／るつぼに対する結晶化温度勾配を移動させる垂直成長プロセスを用いて結晶を成長させる段階と、結晶成長の長さが所定の値に到達すると、材料を融解させ単結晶化合物に形成し直す垂直成長プロセスを用いて結晶を成長させる段階とを備え、マイクロピット密度が低くなった単結晶インゴットを繰り返し提供する。
【０００８】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は共に、例を挙げ説明を目的としたものに過ぎず、本発明を制限するものではないと理解されたい。本明細書に記載したもの以外にも特徴および／または変形例が存在するとしてよい。例えば、本発明は、上述した特徴のさまざまな組み合わせおよびその一部の特徴の組み合わせ、および／または、以下の詳細な説明に記載するその他の特徴の組み合わせおよびその一部の特徴の組み合わせに関するとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面は、本明細書の一部を成すものであり、本発明のさまざまな実施例および側面を図示しており、説明を参照することで本発明の原理を説明するためのものである。図面は以下の通りである。
【図１Ａ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長装置およびるつぼの例を示す断面図である。
【図１Ｂ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長装置およびるつぼの例を示す断面図である。
【図２】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、マイクロピットの例を示す図である。
【図３Ａ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長方法の一例を示す図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長方法の一例を示す図である。
【図４】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウムが投入されているるつぼを結晶成長炉に入れる方法の一例を示す図である。
【図５Ａ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図５Ｂ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図５Ｃ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図５Ｄ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図６】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長の別のプロセスの例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では本発明を詳細に説明する。本発明の例は添付図面に図示する。以下に記載されている実施例は、請求の対象である発明に応じた実施例を全て説明するものではない。以下に記載されている実施例は、本発明に関連する所与の側面に応じた一部の例に過ぎない。可能であれば、同一または同様の構成要素を指定するべく複数の図面にわたって同一の参照番号を用いる。
【００１１】
本発明に係る装置および方法は特に、ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶成長を行うための装置および方法に適用可能である。この前提で、本発明に係る装置および方法を説明する。しかし、本発明に係る装置および方法は、マイクロピット密度が低くなった他の単結晶インゴットおよび／または多結晶インゴットを製造するために利用可能であるので、他にも用途があると考えられたい。
【００１２】
図１Ａは、結晶成長装置２０の一例を示す断面図である。一例として示す同装置は、炉２４の内部にるつぼ支持部２２を備えるとしてよい。炉２４は、例えば、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）結晶成長法および／または、炉２４が移動可能である場合には、垂直ブリッジマン−ストックバーガー法等の適切な垂直成長法で用いられる結晶化温度勾配を構築する炉である。るつぼ支持部を備える実施例では、るつぼ支持部２２は、るつぼ２７を含むアンプル２６（一実施例によると、石英製であるとしてよい）に対して物理的に支持するとともに、アンプル２６への熱勾配制御を可能とする。一部の実施例によると、炉の動作時には、結晶成長中、るつぼ支持部２２を移動させるとしてよい。別の実施例によると、るつぼ支持部は固定されているとしてよく、炉は、動作時には、結晶成長中に移動させることができる。るつぼ２７は、シード結晶２８、シード結晶の上方に成長させて形成された単結晶質の結晶／化合物３０、および、融解した原材料３２を含むとしてよい。一実施例によると、るつぼ２７は、円筒状結晶成長部分３４、小径シードウェル円筒状部分３６、および、テーパー状中間部分４４を持つ熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）材料で形成されているとしてよい。結晶成長部分３４は、直径が結晶製品の所望の直径と等しい。現在の業界水準に応じた結晶の直径は、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、および、８インチのインゴットであり、当該インゴットを切断することでウェハが得られる。２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、および、８インチの直径はそれぞれ、５０．８０ｍｍ、７６．２０ｍｍ、１００．００ｍｍ、１２５．００ｍｍ、１５０．００ｍｍおよび２００．００ｍｍに対応する。るつぼ２７の底部において、シードウェル円筒状部分３６は、一実施例によると、底部が閉じており、直径は高品質シード結晶２８よりもわずかに大きいとしてよい。一実施例によると、例えば、この直径は、約６ｍｍ−２５ｍｍの範囲内であるとしてよく、長さは約３０ｍｍ−５０ｍｍのオーダであるとしてよい。円筒状結晶成長部分３４およびシードウェル円筒状部分３６は、直線状の壁部を持つとしてもよいし、または、１度から数度のオーダで外向きにテーパー形状を持ちるつぼ２７から結晶を取り出し易くするとしてもよい。結晶成長部分３４とシードウェル円筒状部分３６との間のテーパー状中間部分３８は、例えば、約４５度から６０度の勾配の傾斜側壁を持ち、大きい方の直径は成長ゾーンの壁部に等しく成長ゾーンの壁部に続いており、小さい方の直径はシードウェルの壁部と等しくシードウェルの壁部に続いている。傾斜側壁はさらに、約４５度から６０度よりも大きい勾配、または、小さい勾配で傾斜しているとしてもよい。上述した角度は、傾斜した側壁と水平線との間の角度と定義される。
【００１３】
るつぼ２７は、結晶成長炉２４に挿入される前、原材料が投入され、アンプル２６に挿入する。アンプル２６は、石英材料で形成されているとしてよい。アンプル２６は通常、るつぼ２７と同様の形状を持つ。るつぼは、結晶成長領域４０において円筒状であるとしてよく、シードウェル領域４２では直径が小さくなった円筒状であり、この２つの領域の間にはテーパー状の中間領域４４がある。さらに、るつぼ２７は、アンプル２６の内側に嵌合するとしてよく、両者間にはわずかなすきまがある。アンプル２６は、シードウェル領域４２の底部で閉じており、るつぼと同様に、るつぼおよび原材料が投入された後に上部が封止される。アンプル２６の底部は、るつぼ２７と同一の漏斗形状を持つとしてよい。ヒ素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）および／またはアンチモン（Ｓｂ）をドーパントとしてアンプル２６に追加するとしてよい。
【００１４】
本明細書において本発明を限定するものではなく例として図示されている任意の特定の構造に限定されることなく、本明細書に記載したイノベーションに応じたゲルマニウム結晶成長装置は、加熱源（例えば、加熱部６０）および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、結晶成長炉に挿入されるように構成され、投入容器部、および、シードウェルを含むるつぼ、さらに任意で、アンプル支持部を有するアンプルと、結晶成長炉およびアンプル支持部に結合されており、加熱源の１以上の加熱ゾーンおよび移動可能なアンプル支持部を制御して、結晶成長炉の内部にるつぼがある場合にるつぼに対して垂直温度勾配冷却法を実行するコントローラと、備えるとしてよい。さらに、結晶化温度勾配および／またはるつぼはこの後、互いに相対的に移動させられて、原材料を融解させて原材料を単結晶ゲルマニウムインゴットとして形成し直す。垂直成長法を装置内で実行した結果、装置は繰り返し、マイクロピット密度が低くなったゲルマニウムインゴットを提供する。例えば、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく、約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。さらに、マイクロピット密度はさらに、冷却速度およびその他の条件を制御することによって制御（低減）されるとしてよい。
【００１５】
一実施例によると、結晶成長炉およびアンプル支持部に結合されているコントローラは、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法による結晶成長において、成長した単結晶質の結晶／化合物３０と融解した原材料３２との間の界面を、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍと約摂氏１０度／ｃｍとの間として、冷却するとしてよい。別の実施例によると、コントローラは、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法による結晶成長において、成長した単結晶質の結晶／化合物３０と融解した原材料３２との間の界面を、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍと約摂氏１０度／ｃｍとの間として、冷却するとしてよい。さらに別の実施例によると、コントローラは、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を含む結晶成長／冷却処理において、成長した単結晶質の結晶／化合物３０と融解した原材料３２との間の界面を、最初の約５時間は冷却速度を約摂氏３度／時とし、冷却処理の残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時として、冷却するとしてよい。
【００１６】
上述した図１Ａに示したシステムの例に戻ると、アンプルおよびるつぼは、テーパー状（漏斗形状）の領域を持つとしてよい。アンプル−るつぼの組み合わせが漏斗形状を持つ実施例では、るつぼ支持部２２は、この漏斗形状を収容し、炉２４の内部でアンプル２６を安定して直立した状態で保持する。他の実施例では、アンプル−るつぼの組み合わせは、さまざまな形状を持つとしてよく、るつぼ支持部２２の基本構造は、それに応じて特定の形状に合うように変更するとしてよい。別の実施例によると、アンプルおよびその内容物の安定性および強度は、るつぼ支持部２２のうち固体で薄い壁部を有する円筒状部分５０によって得られる。固体で薄い壁部を有する円筒状部分５０は、アンプル構造２６の漏斗形状端部を収容する。一実施例によると、るつぼ支持部の円筒状部分５０は、熱伝導性の材料、好ましくは石英で形成されている。他の実施例によると、炭化シリコンおよびセラミックを用いて、るつぼ支持部の円筒状部分５０を形成するとしてよい。円筒状部分５０は、アンプル２６との間で円状の接触部分を持ち、円筒状部分５０の上側端部は、アンプルのテーパー状領域３８の肩部分に当接している。このような構成によると、固体同士の接触が最小限に抑えられ、制御が非常に難しく発生は望ましくない熱伝導が略または全く発生しない。このため、より制御し易い他のプロセスで加熱を行うことが可能となる。
【００１７】
他の実施例によると、セラミックファイバー等の低密度絶縁材料でるつぼ支持部円筒状部分５０の内部の大半を充填して、絶縁材料の略中心に、アンプル２６のシードウェル４２を挿入する中空の軸状コア５２を残すのみとする。他の実施例によると、低密度絶縁材料はさらに、アルミナファイバ（摂氏１８００度）、アルミナシリカファイバ（摂氏１４２６度）、および／または、ジルコニアファイバ（摂氏２２００度）を含むとしてよい。絶縁材料は、るつぼ支持部２２内に慎重に投入される。アンプル２６が円筒状部分５０の上部に置かれているので、アンプル２６の重量によって絶縁材料が下方に押圧され、絶縁材料傾斜端部５４が形成される。円筒状部分の内部の大半は低密度絶縁材料で充填されているので、空気の流れが抑制され、制御が比較的難しく発生は望ましくない対流が略または全く発生しない。対流は、伝導と同様に、ＶＧＦ／ＶＢ等の本明細書で説明する結晶成長法に悪影響を及ぼす制御不可能な熱伝達方法である。
【００１８】
図１Ａのシステムの例で図示しているように、中空コア５２は、直径がアンプルのシードウェル４２と略等しく、アンプルのシードウェル４２の底部より下方にわずかに下向きに延在している。別の実施例によると、中空コア５２は、シードウェルの底部から炉装置２４の底部までるつぼ支持部を貫通して延在しているとしてよい。中空コア５２は、結晶の中心からの冷却経路として機能する。これによって、シードウェル内および成長中の結晶の中心の冷却を行い易くなる。この構成によると、熱エネルギーは、固体の結晶およびシードの中心を貫通して下方に抜けていき、結晶支持部２２内の絶縁材料中に設けられたこの中空コア５２を通って下方に抜けていく。中空コア５２を設けない場合、冷却中のインゴットでは、中心の温度が当然、外側表面に近い結晶材料よりも高くなる。この場合、インゴットの中心は、どの水平方向の断面でも、外周部が固化した後で結晶化することになる。このような条件では電気的特性が均一な結晶は得ることができない。結晶支持部に中空コア５２を形成する方法の実施例では、熱エネルギーがアンプル２６の底部および中空コア５２を通って下方に伝導され、放射状チャネル５６から放出される。成長中の結晶の中心から熱エネルギーを低減して、等温層を結晶の直径方向に平坦になるように維持することが重要である。結晶−融液間の界面を平坦に維持することで、電気的特性および物理的特性が均一な結晶を製造することが可能となる。
【００１９】
一部の実施例によると、円筒状部分５０内の低密度絶縁材料は、シードウェル領域４２における一連の炉内加熱部６０からアンプル２６への放熱流を抑制するので、この方法では絶縁材料を貫通するように複数の水平放射チャネル／開口／トンネル部５６を形成する必要がある。放射チャネル５６は、絶縁材料を貫通して放熱口として機能し、炉内加熱部６０からアンプルのシードウェル４２までの熱伝達を制御可能とする。放射チャネル５６の数、形状および直径は、具体的な条件に応じて決まる。放射チャネルはさらに、傾斜したり、屈曲していたり、または、波状であってよい。放射チャネルはさらに、絶縁材料の一部分のみを貫通するように延在しているとしてもよいので、一続きである必要は必ずしもない。これによって、対流が最小限に抑え易くなる。一実施例によると、放射チャネルの直径は、小さく鉛筆の幅と略同じであるので、対流はわずかである。本発明の他の実施例では、これより大きな孔、例えば、断面積が１インチ四方以上のオーダのものを用いるとしてもよい。絶縁材料を貫通するように設けられている放射チャネル５６はさらに、絶縁材料の中心に位置している中空コア５２と組み合わせることで、結晶の中心からの熱エネルギーを放出して、結晶を冷却し、等温層を平坦なものとする。放射チャネル５６は、温度の制御を可能とし、結晶成長の収率に直接関係する。
【００２０】
図１Ａに示すような炉２４は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および垂直ブリッジマン（ＶＢ）法の両方または垂直ブリッジマン−ストックバーガー（ＶＢＳ）結晶成長法に利用され得る炉の一例である。他の炉を用いるとしてもよい。ＶＧＦ結晶成長法では、熱源内での結晶化温度勾配は、それ自体静止しているが、結晶が静止状態で保持されている間移動させられる。ＶＢ結晶成長法では、熱源およびその固定結晶化温度勾配は、結晶が移動させられている間、静止状態のままである。ＶＢＳ結晶成長法では、熱源およびその固定結晶化温度勾配は、結晶が静止状態のままである間、移動させられている。
【００２１】
図１Ｂは、本明細書に記載するイノベーションに関連する所定の側面に応じた、るつぼ９９の一例を示す断面図である。図１Ｂを参照しつつ説明すると、本明細書で説明する結晶成長炉の例の一部で用いられるるつぼは、例えば、長さが約２５ｍｍから約５０ｍｍのテーパー状結晶成長領域を持つとしてよい。さらに、一部の実施例によると、るつぼ９９およびインゴットは、テーパー状部分の後、長さが約１１０ｍｍから約２００ｍｍまで成長する（成長した結晶が所定の長さに到達する）としてよい。
【００２２】
図２は、本明細書に記載するイノベーションに関連する側面に応じた、結晶インゴットまたはウェハのうちマイクロピット２００を含む領域を示す図である。図２から分かるように、このようなマイクロピット２００が存在すると、成長させたゲルマニウム材料では暗い箇所が目立ち、それに関連する問題が発生する。マイクロピット数が多過ぎる場合、インゴットまたはウェハは利用できなくなり、再利用の必要が出てくるとしてよい。このため、マイクロピットまたは微小孔は、結晶成長プロセスの収率を下げてしまうので、この欠陥を少なくすることが望ましい。このようなマイクロピットの問題を解決するシステム、炉および結晶成長プロセスによれば、収率が改善される。
【００２３】
図３Ａは、本明細書に記載するイノベーションに関連する特定の側面に応じた、結晶成長の実施例の概要を説明する図である。このような実施例に係る方法は、例えば、Ｇｅ原材料をるつぼに投入する段階２８０と、るつぼおよび／またはるつぼを保持している容器または筐体を封止する段階２８２と、るつぼを結晶成長炉の内部に配置する段階と、Ｇｅ原材料をるつぼ内で融解させて融液を形成する段階と、垂直成長法を実行して単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階２８４とを備えるとしてよい。さらに、当該方法は、１以上のその他の段階を備えるとしてよい。そのような段階としては、融液とシード結晶とを接触させている間に、融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、結晶化温度勾配および／またはるつぼを互いに相対的に移動させることによって単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とが挙げられる。さらに、本明細書で説明する垂直成長プロセスを実行すると、マイクロピット密度が低くなったゲルマニウムインゴットが繰り返し得られる。例えば、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。一部の実施例によると、マイクロピット密度は、冷却速度およびその他の条件を制御することによって制御されるとしてよい。さらに、本明細書に記載するイノベーションに応じて生成される単結晶基板は、成長開始部分から成長終了部分までの間において、キャリア濃度が約９×１０１７から約４×１０１８または約５×１０１８／ｃｍ３であり、抵抗率が約７×１０−３から２×１０−３または３×１０−３Ω.ｃｍであり、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓであるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。キャリア濃度、移動度および転位密度はさらに、冷却速度およびその他の条件を制御することによって制御されるとしてよい。
【００２４】
図３Ｂは、本明細書に記載するイノベーションに関連する側面に応じた、マイクロピット密度を低減し、収率を改善する、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて結晶成長を実行する方法８０の別の例を示す図である。このような結晶成長プロセスの一例によると、結晶成長を行うべく上述した通りに炉を準備する（８２）。シードからの最初の結晶成長については、ＶＧＦプロセス（８４）を利用する。結晶成長プロセスの特定のタイミングにおいて、ＶＢプロセス（８６）またはＶＢＳプロセスを利用して結晶成長を完了させるとしてよい。ＶＢプロセスまたはＶＢＳプロセスを利用する場合、融液／固体ラインは、同一レベルに保持され、当該プロセスは、条件を変えることなく継続して行われる。これは、通常であれば体積の低減に応じてＶＧＦプロセスで処理の変更が必要となるが、当該方法では必要ないためである。一実施例に係るプロセスでは、例えば、ＶＢプロセスを、図１Ａに示すようにテーパー状領域３８の上方で、約１２−１５ｍｍ（１／２インチ）、または、約１２−４５ｍｍ、またはそれ以上で、利用するとしてよい。本明細書に記載する実施例および実験結果に応じて、ＶＧＦプロセスおよびＶＢプロセスを組み合わせることで、結晶のマイクロピットが減少し、結晶の品質が改善されるとしてよい。上述した方法の一例は、図１Ａに図示した炉と共に利用されるとしてよいが、任意のその他の結晶成長炉と共に利用されるとしてもよい。当該方法は、直径が２インチから６インチ、または、それ以上の結晶を成長させるために用いられるとしてよい。
【００２５】
本明細書に記載するイノベーションの一例に応じた別の垂直成長方法の実施例によると、加熱源と、複数の加熱ゾーンと、アンプルと、るつぼとを備える結晶成長炉において単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させる方法が提供される。これらの実施例に係る方法の一例は、Ｇｅ原材料をるつぼに投入する段階と、るつぼおよび容器を封止する段階と、るつぼを結晶成長炉の内部に配置する段階と、Ｇｅ原材料をるつぼにおいて融解させ融液を生成する段階と、融液をシード結晶と接触させつつ融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、結晶化温度勾配および／またはるつぼを互いに相対的に移動させることによって単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とを備えるとしてよい。さらに、垂直成長プロセスを実行することによって、マイクロピット密度が低くなったゲルマニウムインゴットが繰り返し得られる。例えば、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。本明細書で記載しているように、このようなマイクロピット密度は、冷却速度およびその他の条件を制御することによって、制御するとしてよい。さらに、当該方法はさらに、ヒ素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）、および／または、アンチモン（Ｓｂ）をドーパントとして追加する段階を備えるとしてよい。
【００２６】
一実施例に係る方法は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて成長を実行する段階と、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍと約摂氏１０度／ｃｍとの間として、冷却プロセスを実行する段階とを備えるとしてよい。別の実施例に係る方法は、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を含む結晶成長を実行する段階を備えるとしてよい。さらに別の実施例に係る結晶成長方法は、冷却処理の最初の約５時間は冷却速度を約摂氏３度／時とし、冷却処理の残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時として、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を含む結晶成長／冷却を実行する段階を備えるとしてよい。
【００２７】
図４に示すように、投入用るつぼ９０はるつぼ２７の上方に配置されるとしてよく、るつぼ２７に投入する原材料を増やすことができる。具体的には、ゲルマニウム原材料９２は固体であるので、融解させるべくるつぼ２７に密に詰め込むことができない。このため、投入用るつぼは、融解可能な原材料の追加分を保持してるつぼに投入するために用いられる。この結果、るつぼ２７に投入されるゲルマニウムの量が多くなり、ゲルマニウム結晶の長さが増加する。例えば、原材料のうち約３５％から約６５％を最初に投入用るつぼ９０に投入するとしてよく、原材料のうち約６５％から約３５％を直接るつぼ２７に投入する。例えば、本明細書に記載する結晶成長方法の一部に応じて、約１０ｋｇを炉に投入することで、マイクロピット密度が低い２００ｍｍ、４インチのインゴットを得るとしてよい。
【００２８】
上述した結晶成長炉および結晶成長方法（ＶＧＦおよびＶＢの組み合わせ）を用いて４´´（１００ｍｍ）の直径のゲルマニウム結晶を成長させる例を詳細に説明する。一例となる結晶を成長させる場合、るつぼの寸法は、結晶成長領域４０において、直径が１００ｍｍで長さが２００ｍｍであった。るつぼの直径は、シードウェル領域４２において、７ｍｍであった。一実施例によると、インゴットを成長させるために１０ｋｇのゲルマニウム前駆体材料を投入するとしてよい。動作について説明すると、最初に、ゲルマニウムシード結晶をｐＢＮ製のるつぼ２７の底部に挿入する。続いて、約１０ｋｇのゲルマニウム材料、および、液体封止剤として、約３６ｇの酸化ホウ素を追加するとしてよい。この後、内容物が投入されたｐＢＮ製のるつぼを石英製のアンプルに挿入した。石英製のアンプルは、低圧で石英製のキャップによって封止された。この後、石英製のアンプルは炉の内部に導入されて、るつぼ支持部上に載置された。
【００２９】
アンプルが炉の内部に導入されると、石英製のアンプルを約摂氏１５０度−２００度／時の速度で加熱するとしてよい。一例に係るプロセスによると、温度がシード部分において融点に到達し、結晶成長領域においてゲルマニウムの融解範囲（摂氏約９４０度−９５５度）よりも約摂氏３度−摂氏１８度高い温度に到達すると、単結晶ゲルマニウム材料がすべて融解するまで（例えば、一部の実施例によると、約２−４時間）この温度を保持するとしてよい。単結晶ゲルマニウム材料が融解すると、最初にＶＧＦ法を用いて結晶成長を行った。この後、温度を下側加熱ゾーンにおいてゆっくりと降温させ、結晶成長領域が冷却されるまで、シード部分で始まった結晶成長を中間領域で開始させて継続させるとしてよく、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法の場合、結晶成長プロセスが完了した後、冷却プロセスの最初の約５時間については約摂氏３度／時の冷却速度で行い、冷却プロセスの残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時で冷却する。別の実施例によると、結晶成長冷却は、冷却速度を約摂氏０．１度から約摂氏１０度／時とし、温度勾配は約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍ（例えば、ＶＧＦ法の場合）で行われるとしてよい。さらに、ＶＢ法の例では、結晶成長冷却の速度は、摂氏０．３度／時から摂氏０．４７度／時としてよく、温度勾配は摂氏１．２度／ｃｍから摂氏１．８度／ｃｍを維持する。
【００３０】
本明細書の一部の実施例においてＶＧＦ法およびＶＢ法を組み合わせる場合、結晶成長領域において結晶の高さが約１インチから約３インチの間まで成長すると、ＶＢ法を開始するとしてよい。ＶＢ法では、るつぼ下降速度を正確な冷却／成長パラメータに合わせて制御して、例えば、結晶成長ゾーンにおいて、冷却速度を約摂氏０．２度／時から約摂氏０．５度／時とし、および／または、温度勾配を約摂氏０．３度／ｃｍから約摂氏２．５度／ｃｍする。結果として、長さが約１９０ｍｍで高品質（つまり、マイクロピット密度が低い（低ＭＰＤ）結晶）の結晶が、このようなプロセスを用いることによって、２００ｍｍの長さのインゴットから得られるとしてよく、結晶の収率は約９５％となる。このようなプロセスを用いることによって、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。
【００３１】
さらに、本明細書に記載したイノベーションに応じて製造した単結晶基板は、成長開始部分から成長終了部分まで、キャリア濃度が約９×１０１７／ｃｍ３から約４×１０１８／ｃｍ３または約５×１０１８／ｃｍ３であり（約９×１０１７／ｃｍ３から約４．８６×１０１８／ｃｍ３の範囲を測定）、抵抗率が約７×１０−３Ω.ｃｍから２×１０−３または３×１０−３Ω.ｃｍであり（約７．２９×１０−３Ω.ｃｍから約２．７８×１０−３Ω.ｃｍの範囲を測定）、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓ（９５５ｃｍ２／Ｖｓおよび４６７ｃｍ２／Ｖｓの値を測定）であるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。
【００３２】
図４および図５Ａから図５Ｄに応じて、単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させるシステムおよび方法が提供される。最初に投入した原材料が融解してしまうと、結晶成長が始まっていないタイミングで、（例えば、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法等において）追加の原材料の融液をるつぼに追加して、成長させる単結晶インゴットの長さを大きくするとしてよい。さらに、当該方法は、シード結晶を保持するシードウェルを有するるつぼに第１のＧｅ原材料を投入する段階と、融解したＧｅ材料を補充するための容器に第２のＧｅ原材料を投入する段階と、るつぼおよび容器をアンプル内に封止する段階と、るつぼを有するアンプルを、当該アンプルを支持する移動可能なアンプル支持部を有する結晶成長炉の内部に導入する段階とを備えるとしてよい。さらに、実施例では、るつぼにおいて第１のＧｅ原材料を融解させて融液を生成する段階と、第２のＧｅ原材料を容器内で融解させる段階と、融解させた第２のＧｅ原材料を融液に追加する段階とを備えるとしてよい。他の実施例では、融液の結晶化温度勾配を制御して、融液がシード結晶と接触している場合に結晶化して単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、任意で、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とを備えるとしてよい。
【００３３】
一実施例によると、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階は、結晶成長ゾーンにおいて温度勾配を約摂氏０．３度／ｃｍから約摂氏２．５度／ｃｍとする段階を有するとしてよい。また、単結晶ゲルマニウムインゴットを、約摂氏０．２度／時から約摂氏０．５度／時の速度で冷却するとしてよい。また、るつぼは、結晶化温度勾配を移動させている間、静止状態のままとしてよい。
【００３４】
特定の実施例によると、単結晶ゲルマニウムインゴットは、直径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）であるとしてよい。一実施例によると、例えば、単結晶ゲルマニウムインゴットは、直径が１５２．４ｍｍ（６インチ）であるとしてよい。さらに、本明細書に記載したイノベーションを利用して製造された直径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）である単結晶ゲルマニウムのインゴットおよびウェハはいずれも、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるであるとしてよい。
【００３５】
さらに、本明細書に記載したイノベーションを利用して製造された直径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）である単結晶基板は、成長開始部分から成長終了部分まで、キャリア濃度が約９×１０１７／ｃｍ３から約４×１０１８／ｃｍ３または約５×１０１８／ｃｍ３であり（約９×１０１７／ｃｍ３から約４．８６×１０１８／ｃｍ３の範囲を測定）、抵抗率が約７×１０−３Ω.ｃｍから２×１０−３Ω.ｃｍまたは３×１０−３Ω.ｃｍであり（約７．２９×１０−３Ω.ｃｍから約２．７８×１０−３Ω.ｃｍの範囲を測定）、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓ（９５５ｃｍ２／Ｖｓおよび４６７ｃｍ２／Ｖｓの値を測定）であるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。
【００３６】
本明細書に記載したイノベーションに応じたシステムに関して、大径の単結晶ゲルマニウム結晶を成長させる装置の例は、加熱源および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、結晶成長炉の内部に導入されるように構成されており、投入容器、および、シードウェルを持つるつぼを有するアンプルと、移動可能なアンプル支持部と、結晶成長炉および移動可能なアンプル支持部に結合されているコントローラとを備えるとしてよい。さらに、コントローラは、加熱源の１以上の加熱ゾーンおよび移動可能なアンプル支持部を制御して、るつぼが炉の内部にある場合にるつぼにおいて垂直温度勾配冷却法を実行するとしてよい。
【００３７】
特定の実施例によると、結晶成長炉は、複数の加熱ゾーンを有するとしてよく、例えば、４個から８個の加熱ゾーン、５個から７個の加熱ゾーン、または、６個の加熱ゾーンを有するとしてよい。所望のインゴット／ウェハの直径に応じて、るつぼの一例は、内径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）であるとしてよく、一部の実施例によると、約１５０ｍｍ（約６インチ）であるとしてよい。
【００３８】
図５Ａから図５Ｄは、本明細書に記載したイノベーションに関連する特定の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を説明するための図である。図５Ａから図５Ｄは、本発明に係る特定の側面に応じた結晶成長プロセスの例を説明するべく、単結晶ゲルマニウム結晶を成長させる装置を示す縦断面図である図５Ａは、結晶成長装置の一例を示す断面図である。当該装置は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）成長法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）成長法で利用される炉を備え、炉１の内部にアンプル支持部１１を有し、加熱部２は複数のゾーンから構成されており、各ゾーンはコンピュータ制御される制御システムによって別箇に制御されるとしてよい。各ゾーンの温度は、全体の温度プロフィールを所望の温度プロフィールとし、融液の固化を制御するような温度勾配を実現するように調整されるとしてよい。温度プロフィールおよび温度勾配は、結晶化界面が一貫して／予測通りに上方向に融液内を移動するように調整される。例えば、温度勾配を、インゴット結晶成長ゾーンにおいて約摂氏０．３度／ｃｍから約摂氏２．５度／ｃｍとする。アンプル支持部１１は、アンプル３（一実施例では、石英製）を物理的に支持し、アンプル３に対して熱勾配制御を行うために用いられるとしてよい。アンプル３は、るつぼ１２を有しており、るつぼ１２は、シードウェル１８にシードを保持可能である。アンプル支持部１１は、炉の動作中は、結晶成長時に軸方向に移動可能である。るつぼ１２は、シード結晶１７を含むとしてよい。シード結晶１７から、単結晶を成長させてシード結晶の上方に形成する。一実施例によると、るつぼ１２は、円筒状結晶成長部分１３、小径シードウェル円筒状部分１８およびテーパー状中間部分７を含む熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）構造であるとしてよい。結晶成長部分１３は、るつぼ１２の上部で開口しており、直径は結晶製品の所望の直径と等しい。現在の業界水準に応じた結晶の直径は、５０．８ｍｍ、７６．２ｍｍ、１００．０ｍｍおよび１５０．０ｍｍ（２、３、４および６インチ）の直径のインゴットである。当該インゴットを切断することでウェハが得られる。ある実施例によると、るつぼ１２の底部において、シードウェル円筒状部分１８は、一実施例によると、底部が閉じており、直径は高品質シード結晶１７よりもわずかに大きく、例えば、約６−２５ｍｍであり、長さは３０−１００ｍｍのオーダであるとしてよい。円筒状結晶成長部分１３およびシードウェル円筒状部分１８は、直線状の壁部を持つとしてもよいし、または、るつぼ１２から結晶を取り出し易いように１度から数度のオーダで外向きにテーパー状となっているとしてもよい。成長部分１３とシードウェル円筒状部分１８との間のテーパー状中間部分７は、例えば、約４５度から６０度の勾配の傾斜側壁を持ち、大きい方の直径は成長ゾーンの壁部に等しく成長ゾーンの壁部に続いており、小さい方の直径はシードウェルの壁部と等しくシードウェルの壁部に続いている。傾斜側壁はさらに、約４５度から６０度よりも大きい勾配、または、小さい勾配で傾斜しているとしてもよい。
【００３９】
特定の実施例によると、アンプル３は石英製であるとしてよい。アンプル３は、形状がるつぼ１２と同様であるとしてよい。アンプル３は、シード成長領域１９において円筒状であり、シードウェル領域１９において直径が小さくなった円筒状であり、これら２つの領域の間にはテーパー状の中間領域８がある。るつぼ１２は、アンプル３の内側に嵌合するとしてよく、両者間にはわずかなすきまがある。上方にある第２の容器４は、原材料容器として、石英製の支持部６に載置されている。石英製の支持部６は、アンプル３の中央部分に封止される。本発明の一実施例によると、この第２の容器４は、ｐＢＮ製である。この第２の容器４に原材料５の大半を充填させる。加熱中、原材料を融解させて、第２の容器４の底部にある孔から主要るつぼ１２に滴下させる。アンプル３は、シードウェル領域１９の底部で閉じており、るつぼおよび原材料を投入した後に上部で封止される。ヒ素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）および／またはアンチモン（Ｓｂ）をドーパントとしてるつぼ１２および／または第２の容器４に追加するとしてよい。
【００４０】
一部の実施例によると、円筒状部分１６は、アンプル３との間で円状の接触部分を持つような形状であるとしてよく、円筒状部分１６の上側端部は、アンプルのテーパー状領域８の肩部分に当接している。このような構成によると、固体同士の接触が最小限に抑えられ、制御が非常に難しく発生は望ましくない熱伝導が略または全く発生しない。このため、より制御し易い他のプロセスで加熱を行うことが可能となる。
【００４１】
本明細書に記載したイノベーションの一実施例によると、単結晶ゲルマニウムインゴットを成長させる段階において、炉の温度は約摂氏０．２度／時から約摂氏０．５度／時の速度で降温させて、単結晶ゲルマニウムインゴットを成長させるとしてよい。
【００４２】
図５Ａから図５Ｄの一例の図面では、ゲルマニウムを融解させて供給するという特徴を持つ別のゲルマニウム成長プロセスの例を説明している。図面を参照しつつ説明すると、図５Ａは、プロセスの一例における最初の状態を図示している。上側容器４およびるつぼ１２の両方には固体のゲルマニウムがある。新しい加熱部および加熱プロセスとして、ゲルマニウム融液の中間状態を次に図５Ｂに示す。図５Ｂでは、固体ゲルマニウムがるつぼ１２において融解して液状になっている様子を示している。
【００４３】
炉の加熱ゾーンの加熱部は、対応する電源に対応して調整され、上側容器には必要な熱エネルギーを供給するとしてよい。具体的には、上側容器は、上側容器３にあるゲルマニウムが融解し始めて、融解したゲルマニウムが容器３の底部にある孔を通ってるつぼ１２に流入するように、加熱されるとしてよい。一実施例によると、炉のうち上側容器が設けられている領域は、約摂氏９４０度から約摂氏９５５度の範囲まで加熱されるか、または、約摂氏９４５度から約摂氏９５０度の範囲まで加熱される。このプロセスは、上側容器３に含まれるゲルマニウムが全て融解してるつぼ１２に流入するまで継続して行われる。
【００４４】
図５Ａから図５Ｄに示す炉１は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法による結晶成長に利用される炉の一例である。他の炉および構成、例えば、垂直ブリッジマン法等を利用するとしてもよい。ＶＧＦ結晶成長法では、結晶を静止させたまま、固定された加熱源における結晶化温度勾配を電気的に移動させる。
【００４５】
垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法によって結晶成長を実行する場合、炉において適切な温度勾配プロフィールを構築する必要がある。炉の複数の加熱ゾーンは、対応する電力供給について別箇且つ独立して、炉の結晶化温度要件および温度勾配要件を満足させるように加熱および冷却を行うようプログラミングされているコンピュータによって制御される。ゲルマニウムインゴットの成長に関しては、例えば、炉の温度の変動は約±摂氏０．１度未満にする必要があるとしてよい。炉の準備中、多結晶質ゲルマニウム原材料をアンプル３に投入する。これについては本明細書の別の箇所でより詳細に説明する。
【００４６】
図中に示すように、テーパー状部分に穴を持つｐＢＮ製の投入容器４は、アンプル３ないのるつぼ１２の上方に配置されている石英製の支持部６上に載置されている。第２の容器４は、るつぼ１２の上方であってアンプル３の内部に載置されているとしてよい。第２の容器４の孔は、アンプル３に向かって延伸しているテーパー形状を持つ底面の中心に設けられているとしてよい。るつぼ３は、第２の容器４の底面の中心にある孔から滴下される融解した結晶を受け取る開口を持つとしてよい。投入容器４によって、るつぼ１２に投入できる原材料を多くすることができる。具体的には、ゲルマニウム原材料５は、通常は固体状の塊または物体であるので、融解させるべくるつぼ１２に密に詰め込むことはできない。このため、投入容器を用いて、融解させた後でるつぼ１２に投入する追加の原材料を保持しておくことによって、るつぼ１２に投入するゲルマニウムの量が増加し、ゲルマニウム結晶の長さおよび直径を大きくすることができる。例えば、原材料のうち約６５％を最初に投入容器４に投入して、原材料のうち３５％をるつぼ１２に直接投入するとしてよい。本発明を限定するものではなく一例として挙げるが、５．１１５ｋｇの原材料をるつぼ１２に投入して、９．８８５ｋｇを投入容器４に投入すると、１５０００ｇ（１５ｋｇ）が投入されることになり、直径が１５０ｍｍ（６インチ）のゲルマニウムインゴットが製造される。
【００４７】
一例を挙げると、ゲルマニウムをヒ素（Ａｓ）でドープするとしてよい。ここにおいて、例えば、原材料を投入する前に９度のオフオリエンテーションを有する＜１００＞面のシードをるつぼに投入するとしてよい。原材料および適量のドーパントを、石英製のアンプル３に載置されているるつぼおよび投入容器に投入する。アンプルおよび内容物を約２．００×１０−４パスカル（約１．５×１０−６Ｔｏｒｒ）の真空まで排気した後、図１Ａに示すようにアンプルを封止して炉の内部に導入する。炉を始動させ、アンプルおよび内容物を加熱して、るつぼ１２内の原材料を融解させる。成長中、ゲルマニウムの融点が約摂氏９４０度であるので、炉の温度は約摂氏１０００度である。結晶化界面温度勾配は、インゴットの位置に応じて、約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとなるように調整するとしてよい。さらに、全体の温度プロフィールは、結晶化速度が約１ｍｍ／時から２ｍｍ／時となるように調整するとしてよい。固化が完了した後、炉は約摂氏２０度／時から摂氏４０度／時で冷却されるとしてよい。本明細書に記載するこのような方法の例で製造されるＧｅインゴットはいずれも、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲になるとしてよい。
【００４８】
別の例を挙げると、本発明に係る装置は、ｐＢＮ製の投入容器およびるつぼが共に挿入されている石英製のアンプルと、ｐＢＮ製の投入容器を保持している支持部６とを備える寸法の例を挙げると、るつぼは、結晶成長部分の直径が約１５０ｍｍであり、結晶成長部分の長さが約１６０ｍｍであり、シード結晶部分の直径が約７ｍｍであるとしてよい。一実施例を挙げると、＜１００＞配向のＧｅシード結晶をｐＢＮ製のるつぼのシードウェルに挿入して、９６ｇの三酸化ホウ素を液体封止剤としてｐＢＮ製のるつぼにおいてシードの上方に投入した。この後、合計で１４，９７４ｇのＧｅ多結晶材料をｐＢＮ製のるつぼおよびｐＢＮ製の容器に投入して、ｐＢＮ製の容器およびるつぼを共に石英製のアンプルに挿入して、約２．００×１０−４パスカル（１．５×１０−６Ｔｏｒｒ）の低圧で石英製のアンプルを石英製のキャップで封止した。封止したアンプルをその後、炉の内部に導入して、アンプル支持部上に載置した。
【００４９】
上述した石英製のアンプルは、約摂氏２７０度／時の速度で加熱した。温度が結晶化材料の融点よりも約摂氏３０度高くなると、結晶質材料が全て融解するまで加熱を維持した。
【００５０】
図６に示すように、本明細書に記載するイノベーションに応じた単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させる方法の一例を開示する。一実施例によると、シード結晶を保持するシードウェルを持つるつぼに第１のＧｅ原材料を投入する段階と、第２のＧｅ原材料を、アンプルの内部に配される原材料補完用の容器に投入する段階と、るつぼおよび容器をアンプルの内部に封止する段階と、るつぼおよび容器を含むアンプルを結晶成長炉の内部に導入する段階と、るつぼにおいて第１のＧｅ原材料の融解を制御して融液を生成する段階と、容器において第２のＧｅ原材料の融解を制御する段階とを備える方法が提供される。さらに、当該方法は、融解した第２のＧｅ原材料を融液に追加する動作を制御する段階と、融液がシード結晶と接触しつつ結晶化して単結晶ゲルマニウムインゴットを形成するように、融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とのうち１以上の段階を備えるとしてよい。
【００５１】
他の実施例では、容器において第２のＧｅ原材料の融解を制御する段階は、第２のＧｅ原材料に対する加熱を制御し、融解した第２のＧｅ原材料を所与の温度範囲内に維持するように段階を有するとしてよい。さらに、融解した第２のＧｅ原材料を融液に追加する動作を制御する段階は、融液を特定の温度範囲内に維持する段階を有し、当該温度範囲は、約摂氏９４０度から約摂氏９５５度、または、約摂氏９４５度から約摂氏９５０度であるとしてよい。さらに、融解した第２のＧｅ原材料を融液に追加する動作を制御する段階は、上述したような特定の温度範囲内に融液を維持する段階を有するとしてよい。
【００５２】
さらに別の実施例によると、加熱用電力および／または１以上の冷却速度を、制御することによって、または、制御によって低減することによって、再生産可能な範囲の結晶特性を持つＧｅインゴットが得られる。さらに、このような処理制御を行った結果、マイクロピット空隙密度が低減した（例えば、本明細書に記載したさまざまな範囲のうち任意の範囲内）単結晶ゲルマニウムインゴットが繰り返し得られるとしてよい。
【００５３】
また、本明細書に記載したプロセスを用いて、マイクロピット密度が上述したさまざまな範囲内にあるゲルマニウム結晶を、外部ガス源供給ドーピング方法を利用することなく、繰り返し得るとしてよい。これらの利点を実現する本発明の特徴は、例えば、封止したアンプル（例えば、真空下、所与の圧力下、または、その他の条件下等で封止）を利用することに関連し、高価なガス供給ハードウェアおよび制御システム／電子機器等が不要になり簡略化に貢献する。幾つかの例を挙げると、本明細書に記載するイノベーションは、非接触型のドーピング方法を利用するシステムおよび方法に関連付けられるという点で有益であるとしてよい。このため、転位密度が上述したさまざまな範囲内であるゲルマニウム結晶を、接触型ドーピング方法および／または外部ガス源供給ドーピング方法を利用することなく、繰り返し提供するとしてよい。
【００５４】
一部の実施例によると、ＶＧＦ法を用いて結晶成長を実行するとしてよい。さらに、加熱部の電力は、最初に最下部の加熱ゾーンで低減してシードで結晶成長を開始させ、その後で中間領域で加熱部の電力を低減させるとしてよい。冷却速度は、約摂氏０．３度／時から約摂氏０．４度／時であった。この冷却速度を約７０時間にわたって維持した。結晶化が主要成長領域に到達すると、適切なゾーン内の加熱部の電力を低減して、冷却速度を約摂氏０．４度／時から約摂氏０．７度／時とし、結晶化界面温度勾配は、約摂氏１．２度／ｃｍから約摂氏３．０度／ｃｍとし、両条件を約１２０時間にわたって維持した。結晶化が完了した後、室温に達するまで約摂氏２０度／時から約摂氏４０度／時の速度で炉を冷却した。
【００５５】
一例を挙げると、得られた結晶インゴットは、ボディの長さが１２５ｍｍであり、完全な単結晶である。成長開始部分から成長終了部分まで、例えば、当該結晶のマイクロピット密度は低く、当該結晶の自由キャリア濃度は、約９×１０１７／ｃｍ３から約４×１０１８／ｃｍ３または約５×１０１８／ｃｍ３であり（約９×１０１７／ｃｍ３から約４．８６×１０１８／ｃｍ３の範囲を測定）、抵抗率が約７×１０−３Ω.ｃｍから２×１０−３または３×１０−３Ω.ｃｍであり（約７．２９×１０−３Ω.ｃｍから約２．７８×１０−３Ω.ｃｍの範囲を測定）、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓ（９５５ｃｍ２／Ｖｓおよび４６７ｃｍ２／Ｖｓの値を測定）であるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。
【００５６】
上述したように、本開示に係る方法／プロセスによって製造された任意のゲルマニウム結晶基板（例えば、インゴット、ウェハ等）は具体的に本明細書に記載するイノベーションの範囲内であることに留意されたい。さらに、本開示に係る方法／プロセスによって製造された任意のゲルマニウム結晶基板を含む任意の製品（例えば、電子デバイスまたは光電子デバイス等）もまた、本明細書に記載するイノベーションに応じたものである。
【００５７】
本発明の特定の実施例に基づき本発明を上述したが、当業者におかれては、本発明の原理および意図から逸脱することなく当該実施例を変更し得ることに想到されるであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される。
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明するシステムおよび方法は、概して単結晶ゲルマニウムのインゴット／ウェハに関し、具体的にはマイクロピット密度（ＭＰＤ）を低く抑えつつ当該インゴット／ウェハを成長させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願］
本願は、米国特許出願第１２／６３６，７７８号（出願日：２００９年１２月１３日、公開番号：ＵＳ２０１１／＿＿＿Ａ１）に基づく恩恵／優先権を主張する。当該出願の内容は全て、参照により本願に組み込まれる。
【０００３】
電子デバイスおよび光電子デバイスの製造では、商業的に成長させた、大型且つ均一な半導体単結晶が常に必要である。当該結晶をスライスして研磨することによって、マイクロ電子デバイスを製造するために用いられる基板が得られる。半導体結晶の成長では、原材料を融点まで加熱して結晶質原材料融液を作成し、当該融液を高品質のシード結晶に接触させ、シード結晶に接触させつつ融液を結晶化させる。この半導体結晶成長プロセスを実施するプロセスとして、数多くのさまざまなプロセスが公知である。そのようなプロセスとして、チョクラルスキー（Ｃｚ）プロセスおよびその変形版である液封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）プロセス、水平ブリッジマン（ＨＢ）法およびブリッジマン−ストックバーガー法および垂直ブリッジマン（ＶＢ）法、ならびに、温度勾配冷却（ＧＦ）法およびその変形版である垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法が挙げられる。例えば、こういった方法および当該方法をさまざまな材料を成長させるために利用する場合の概要については、「電子材料、光学材料および光電子材料のバルク結晶成長（Ｂｕｌｋ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ、Ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、ピー・クラッパー（Ｐ．Ｃｌａｐｐｅｒ）著、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・リミテッド（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ Ｌｔｄ）、チチェスター、イングランド、２００５年」を参照されたい。
【０００４】
融液を結晶化させると、結晶質原材料の下方に配置されているシード結晶で垂直軸に沿って略円筒形状の結晶（インゴット）が形成される。半導体結晶を形成するために必要な設備としては、結晶成長炉、アンプル、るつぼ、および、場合によっては、るつぼ支持部がある。るつぼは、シードウェルと呼ぶ幅狭部分を下方に持つとしてよい。
【０００５】
従来の結晶成長プロセスおよび結晶成長設備には問題点がある。例えば、公知の結晶成長プロセスで形成される結晶は、マイクロピットまたは微小孔が非常に多く発生することが多い。マイクロピットまたは微小孔は、不良品、欠陥デバイスの原因となり、および／または、当該プロセスを用いて成長させる結晶のうち利用可能な量が全体的に減らしてしまう。この問題が発生したり、成長させた結晶のうち利用可能な量が減ってしまうと、収率が下がることになる。したがって、高品質のインゴット／ウェハを繰り返し提供でき、既存のシステムの欠点を克服する結晶成長システムおよび結晶成長方法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るシステムおよび方法は、単結晶ゲルマニウムの成長に関する。
【０００７】
一実施例によると、原材料を含むアンプルを、加熱源を持つ炉に挿入する方法を提供する。当該方法は、例えば、原材料を融解させて単結晶質に形成し直すように原材料／るつぼに対する結晶化温度勾配を移動させる垂直成長プロセスを用いて結晶を成長させる段階と、結晶成長の長さが所定の値に到達すると、材料を融解させ単結晶化合物に形成し直す垂直成長プロセスを用いて結晶を成長させる段階とを備え、マイクロピット密度が低くなった単結晶インゴットを繰り返し提供する。
【０００８】
上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は共に、例を挙げ説明を目的としたものに過ぎず、本発明を制限するものではないと理解されたい。本明細書に記載したもの以外にも特徴および／または変形例が存在するとしてよい。例えば、本発明は、上述した特徴のさまざまな組み合わせおよびその一部の特徴の組み合わせ、および／または、以下の詳細な説明に記載するその他の特徴の組み合わせおよびその一部の特徴の組み合わせに関するとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面は、本明細書の一部を成すものであり、本発明のさまざまな実施例および側面を図示しており、説明を参照することで本発明の原理を説明するためのものである。図面は以下の通りである。
【図１Ａ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長装置およびるつぼの例を示す断面図である。
【図１Ｂ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長装置およびるつぼの例を示す断面図である。
【図２】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、マイクロピットの例を示す図である。
【図３Ａ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長方法の一例を示す図である。
【図３Ｂ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長方法の一例を示す図である。
【図４】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウムが投入されているるつぼを結晶成長炉に入れる方法の一例を示す図である。
【図５Ａ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図５Ｂ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図５Ｃ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図５Ｄ】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を示す図である。
【図６】本明細書に記載したイノベーションに関連する所与の側面に応じた、結晶成長の別のプロセスの例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下では本発明を詳細に説明する。本発明の例は添付図面に図示する。以下に記載されている実施例は、請求の対象である発明に応じた実施例を全て説明するものではない。以下に記載されている実施例は、本発明に関連する所与の側面に応じた一部の例に過ぎない。可能であれば、同一または同様の構成要素を指定するべく複数の図面にわたって同一の参照番号を用いる。
【００１１】
本発明に係る装置および方法は特に、ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶成長を行うための装置および方法に適用可能である。この前提で、本発明に係る装置および方法を説明する。しかし、本発明に係る装置および方法は、マイクロピット密度が低くなった他の単結晶インゴットおよび／または多結晶インゴットを製造するために利用可能であるので、他にも用途があると考えられたい。
【００１２】
図１Ａは、結晶成長装置２０の一例を示す断面図である。一例として示す同装置は、炉２４の内部にるつぼ支持部２２を備えるとしてよい。炉２４は、例えば、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）結晶成長法および／または、炉２４が移動可能である場合には、垂直ブリッジマン−ストックバーガー法等の適切な垂直成長法で用いられる結晶化温度勾配を構築する炉である。るつぼ支持部を備える実施例では、るつぼ支持部２２は、るつぼ２７を含むアンプル２６（一実施例によると、石英製であるとしてよい）に対して物理的に支持するとともに、アンプル２６への熱勾配制御を可能とする。一部の実施例によると、炉の動作時には、結晶成長中、るつぼ支持部２２を移動させるとしてよい。別の実施例によると、るつぼ支持部は固定されているとしてよく、炉は、動作時には、結晶成長中に移動させることができる。るつぼ２７は、シード結晶２８、シード結晶の上方に成長させて形成された単結晶質の結晶／化合物３０、および、融解した原材料３２を含むとしてよい。一実施例によると、るつぼ２７は、円筒状結晶成長部分３４、小径シードウェル円筒状部分３６、および、テーパー状中間部分４４を持つ熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）材料で形成されているとしてよい。結晶成長部分３４は、直径が結晶製品の所望の直径と等しい。現在の業界水準に応じた結晶の直径は、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、および、８インチのインゴットであり、当該インゴットを切断することでウェハが得られる。２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、および、８インチの直径はそれぞれ、５０．８０ｍｍ、７６．２０ｍｍ、１００．００ｍｍ、１２５．００ｍｍ、１５０．００ｍｍおよび２００．００ｍｍに対応する。るつぼ２７の底部において、シードウェル円筒状部分３６は、一実施例によると、底部が閉じており、直径は高品質シード結晶２８よりもわずかに大きいとしてよい。一実施例によると、例えば、この直径は、約６ｍｍ−２５ｍｍの範囲内であるとしてよく、長さは約３０ｍｍ−５０ｍｍのオーダであるとしてよい。円筒状結晶成長部分３４およびシードウェル円筒状部分３６は、直線状の壁部を持つとしてもよいし、または、１度から数度のオーダで外向きにテーパー形状を持ちるつぼ２７から結晶を取り出し易くするとしてもよい。結晶成長部分３４とシードウェル円筒状部分３６との間のテーパー状中間部分３８は、例えば、約４５度から６０度の勾配の傾斜側壁を持ち、大きい方の直径は成長ゾーンの壁部に等しく成長ゾーンの壁部に続いており、小さい方の直径はシードウェルの壁部と等しくシードウェルの壁部に続いている。傾斜側壁はさらに、約４５度から６０度よりも大きい勾配、または、小さい勾配で傾斜しているとしてもよい。上述した角度は、傾斜した側壁と水平線との間の角度と定義される。
【００１３】
るつぼ２７は、結晶成長炉２４に挿入される前、原材料が投入され、アンプル２６に挿入する。アンプル２６は、石英材料で形成されているとしてよい。アンプル２６は通常、るつぼ２７と同様の形状を持つ。るつぼは、結晶成長領域４０において円筒状であるとしてよく、シードウェル領域４２では直径が小さくなった円筒状であり、この２つの領域の間にはテーパー状の中間領域４４がある。さらに、るつぼ２７は、アンプル２６の内側に嵌合するとしてよく、両者間にはわずかなすきまがある。アンプル２６は、シードウェル領域４２の底部で閉じており、るつぼと同様に、るつぼおよび原材料が投入された後に上部が封止される。アンプル２６の底部は、るつぼ２７と同一の漏斗形状を持つとしてよい。ヒ素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）および／またはアンチモン（Ｓｂ）をドーパントとしてアンプル２６に追加するとしてよい。
【００１４】
本明細書において本発明を限定するものではなく例として図示されている任意の特定の構造に限定されることなく、本明細書に記載したイノベーションに応じたゲルマニウム結晶成長装置は、加熱源（例えば、加熱部６０）および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、結晶成長炉に挿入されるように構成され、投入容器部、および、シードウェルを含むるつぼ、さらに任意で、アンプル支持部を有するアンプルと、結晶成長炉およびアンプル支持部に結合されており、加熱源の１以上の加熱ゾーンおよび移動可能なアンプル支持部を制御して、結晶成長炉の内部にるつぼがある場合にるつぼに対して垂直温度勾配冷却法を実行するコントローラと、備えるとしてよい。さらに、結晶化温度勾配および／またはるつぼはこの後、互いに相対的に移動させられて、原材料を融解させて原材料を単結晶ゲルマニウムインゴットとして形成し直す。垂直成長法を装置内で実行した結果、装置は繰り返し、マイクロピット密度が低くなったゲルマニウムインゴットを提供する。例えば、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく、約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。さらに、マイクロピット密度はさらに、冷却速度およびその他の条件を制御することによって制御（低減）されるとしてよい。
【００１５】
一実施例によると、結晶成長炉およびアンプル支持部に結合されているコントローラは、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法による結晶成長において、成長した単結晶質の結晶／化合物３０と融解した原材料３２との間の界面を、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍと約摂氏１０度／ｃｍとの間として、冷却するとしてよい。別の実施例によると、コントローラは、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法による結晶成長において、成長した単結晶質の結晶／化合物３０と融解した原材料３２との間の界面を、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍと約摂氏１０度／ｃｍとの間として、冷却するとしてよい。さらに別の実施例によると、コントローラは、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を含む結晶成長／冷却処理において、成長した単結晶質の結晶／化合物３０と融解した原材料３２との間の界面を、最初の約５時間は冷却速度を約摂氏３度／時とし、冷却処理の残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時として、冷却するとしてよい。
【００１６】
上述した図１Ａに示したシステムの例に戻ると、アンプルおよびるつぼは、テーパー状（漏斗形状）の領域を持つとしてよい。アンプル−るつぼの組み合わせが漏斗形状を持つ実施例では、るつぼ支持部２２は、この漏斗形状を収容し、炉２４の内部でアンプル２６を安定して直立した状態で保持する。他の実施例では、アンプル−るつぼの組み合わせは、さまざまな形状を持つとしてよく、るつぼ支持部２２の基本構造は、それに応じて特定の形状に合うように変更するとしてよい。別の実施例によると、アンプルおよびその内容物の安定性および強度は、るつぼ支持部２２のうち固体で薄い壁部を有する円筒状部分５０によって得られる。固体で薄い壁部を有する円筒状部分５０は、アンプル構造２６の漏斗形状端部を収容する。一実施例によると、るつぼ支持部の円筒状部分５０は、熱伝導性の材料、好ましくは石英で形成されている。他の実施例によると、炭化シリコンおよびセラミックを用いて、るつぼ支持部の円筒状部分５０を形成するとしてよい。円筒状部分５０は、アンプル２６との間で円状の接触部分を持ち、円筒状部分５０の上側端部は、アンプルのテーパー状領域３８の肩部分に当接している。このような構成によると、固体同士の接触が最小限に抑えられ、制御が非常に難しく発生は望ましくない熱伝導が略または全く発生しない。このため、より制御し易い他のプロセスで加熱を行うことが可能となる。
【００１７】
他の実施例によると、セラミックファイバー等の低密度絶縁材料でるつぼ支持部円筒状部分５０の内部の大半を充填して、絶縁材料の略中心に、アンプル２６のシードウェル４２を挿入する中空の軸状コア５２を残すのみとする。他の実施例によると、低密度絶縁材料はさらに、アルミナファイバ（摂氏１８００度）、アルミナシリカファイバ（摂氏１４２６度）、および／または、ジルコニアファイバ（摂氏２２００度）を含むとしてよい。絶縁材料は、るつぼ支持部２２内に慎重に投入される。アンプル２６が円筒状部分５０の上部に置かれているので、アンプル２６の重量によって絶縁材料が下方に押圧され、絶縁材料傾斜端部５４が形成される。円筒状部分の内部の大半は低密度絶縁材料で充填されているので、空気の流れが抑制され、制御が比較的難しく発生は望ましくない対流が略または全く発生しない。対流は、伝導と同様に、ＶＧＦ／ＶＢ等の本明細書で説明する結晶成長法に悪影響を及ぼす制御不可能な熱伝達方法である。
【００１８】
図１Ａのシステムの例で図示しているように、中空コア５２は、直径がアンプルのシードウェル４２と略等しく、アンプルのシードウェル４２の底部より下方にわずかに下向きに延在している。別の実施例によると、中空コア５２は、シードウェルの底部から炉装置２４の底部までるつぼ支持部を貫通して延在しているとしてよい。中空コア５２は、結晶の中心からの冷却経路として機能する。これによって、シードウェル内および成長中の結晶の中心の冷却を行い易くなる。この構成によると、熱エネルギーは、固体の結晶およびシードの中心を貫通して下方に抜けていき、結晶支持部２２内の絶縁材料中に設けられたこの中空コア５２を通って下方に抜けていく。中空コア５２を設けない場合、冷却中のインゴットでは、中心の温度が当然、外側表面に近い結晶材料よりも高くなる。この場合、インゴットの中心は、どの水平方向の断面でも、外周部が固化した後で結晶化することになる。このような条件では電気的特性が均一な結晶は得ることができない。結晶支持部に中空コア５２を形成する方法の実施例では、熱エネルギーがアンプル２６の底部および中空コア５２を通って下方に伝導され、放射状チャネル５６から放出される。成長中の結晶の中心から熱エネルギーを低減して、等温層を結晶の直径方向に平坦になるように維持することが重要である。結晶−融液間の界面を平坦に維持することで、電気的特性および物理的特性が均一な結晶を製造することが可能となる。
【００１９】
一部の実施例によると、円筒状部分５０内の低密度絶縁材料は、シードウェル領域４２における一連の炉内加熱部６０からアンプル２６への放熱流を抑制するので、この方法では絶縁材料を貫通するように複数の水平放射チャネル／開口／トンネル部５６を形成する必要がある。放射チャネル５６は、絶縁材料を貫通して放熱口として機能し、炉内加熱部６０からアンプルのシードウェル４２までの熱伝達を制御可能とする。放射チャネル５６の数、形状および直径は、具体的な条件に応じて決まる。放射チャネルはさらに、傾斜したり、屈曲していたり、または、波状であってよい。放射チャネルはさらに、絶縁材料の一部分のみを貫通するように延在しているとしてもよいので、一続きである必要は必ずしもない。これによって、対流が最小限に抑え易くなる。一実施例によると、放射チャネルの直径は、小さく鉛筆の幅と略同じであるので、対流はわずかである。本発明の他の実施例では、これより大きな孔、例えば、断面積が１インチ四方以上のオーダのものを用いるとしてもよい。絶縁材料を貫通するように設けられている放射チャネル５６はさらに、絶縁材料の中心に位置している中空コア５２と組み合わせることで、結晶の中心からの熱エネルギーを放出して、結晶を冷却し、等温層を平坦なものとする。放射チャネル５６は、温度の制御を可能とし、結晶成長の収率に直接関係する。
【００２０】
図１Ａに示すような炉２４は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および垂直ブリッジマン（ＶＢ）法の両方または垂直ブリッジマン−ストックバーガー（ＶＢＳ）結晶成長法に利用され得る炉の一例である。他の炉を用いるとしてもよい。ＶＧＦ結晶成長法では、熱源内での結晶化温度勾配は、それ自体静止しているが、結晶が静止状態で保持されている間移動させられる。ＶＢ結晶成長法では、熱源およびその固定結晶化温度勾配は、結晶が移動させられている間、静止状態のままである。ＶＢＳ結晶成長法では、熱源およびその固定結晶化温度勾配は、結晶が静止状態のままである間、移動させられている。
【００２１】
図１Ｂは、本明細書に記載するイノベーションに関連する所定の側面に応じた、るつぼ９９の一例を示す断面図である。図１Ｂを参照しつつ説明すると、本明細書で説明する結晶成長炉の例の一部で用いられるるつぼは、例えば、長さが約２５ｍｍから約５０ｍｍのテーパー状結晶成長領域を持つとしてよい。さらに、一部の実施例によると、るつぼ９９およびインゴットは、テーパー状部分の後、長さが約１１０ｍｍから約２００ｍｍまで成長する（成長した結晶が所定の長さに到達する）としてよい。
【００２２】
図２は、本明細書に記載するイノベーションに関連する側面に応じた、結晶インゴットまたはウェハのうちマイクロピット２００を含む領域を示す図である。図２から分かるように、このようなマイクロピット２００が存在すると、成長させたゲルマニウム材料では暗い箇所が目立ち、それに関連する問題が発生する。マイクロピット数が多過ぎる場合、インゴットまたはウェハは利用できなくなり、再利用の必要が出てくるとしてよい。このため、マイクロピットまたは微小孔は、結晶成長プロセスの収率を下げてしまうので、この欠陥を少なくすることが望ましい。このようなマイクロピットの問題を解決するシステム、炉および結晶成長プロセスによれば、収率が改善される。
【００２３】
図３Ａは、本明細書に記載するイノベーションに関連する特定の側面に応じた、結晶成長の実施例の概要を説明する図である。このような実施例に係る方法は、例えば、Ｇｅ原材料をるつぼに投入する段階２８０と、るつぼおよび／またはるつぼを保持している容器または筐体を封止する段階２８２と、るつぼを結晶成長炉の内部に配置する段階と、Ｇｅ原材料をるつぼ内で融解させて融液を形成する段階と、垂直成長法を実行して単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階２８４とを備えるとしてよい。さらに、当該方法は、１以上のその他の段階を備えるとしてよい。そのような段階としては、融液とシード結晶とを接触させている間に、融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、結晶化温度勾配および／またはるつぼを互いに相対的に移動させることによって単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とが挙げられる。さらに、本明細書で説明する垂直成長プロセスを実行すると、マイクロピット密度が低くなったゲルマニウムインゴットが繰り返し得られる。例えば、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。一部の実施例によると、マイクロピット密度は、冷却速度およびその他の条件を制御することによって制御されるとしてよい。さらに、本明細書に記載するイノベーションに応じて生成される単結晶基板は、成長開始部分から成長終了部分までの間において、キャリア濃度が約９×１０１７から約４×１０１８または約５×１０１８／ｃｍ３であり、抵抗率が約７×１０−３から２×１０−３または３×１０−３Ω.ｃｍであり、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓであるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。キャリア濃度、移動度および転位密度はさらに、冷却速度およびその他の条件を制御することによって制御されるとしてよい。
【００２４】
図３Ｂは、本明細書に記載するイノベーションに関連する側面に応じた、マイクロピット密度を低減し、収率を改善する、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて結晶成長を実行する方法８０の別の例を示す図である。このような結晶成長プロセスの一例によると、結晶成長を行うべく上述した通りに炉を準備する（８２）。シードからの最初の結晶成長については、ＶＧＦプロセス（８４）を利用する。結晶成長プロセスの特定のタイミングにおいて、ＶＢプロセス（８６）またはＶＢＳプロセスを利用して結晶成長を完了させるとしてよい。ＶＢプロセスまたはＶＢＳプロセスを利用する場合、融液／固体ラインは、同一レベルに保持され、当該プロセスは、条件を変えることなく継続して行われる。これは、通常であれば体積の低減に応じてＶＧＦプロセスで処理の変更が必要となるが、当該方法では必要ないためである。一実施例に係るプロセスでは、例えば、ＶＢプロセスを、図１Ａに示すようにテーパー状領域３８の上方で、約１２−１５ｍｍ（１／２インチ）、または、約１２−４５ｍｍ、またはそれ以上で、利用するとしてよい。本明細書に記載する実施例および実験結果に応じて、ＶＧＦプロセスおよびＶＢプロセスを組み合わせることで、結晶のマイクロピットが減少し、結晶の品質が改善されるとしてよい。上述した方法の一例は、図１Ａに図示した炉と共に利用されるとしてよいが、任意のその他の結晶成長炉と共に利用されるとしてもよい。当該方法は、直径が２インチから６インチ、または、それ以上の結晶を成長させるために用いられるとしてよい。
【００２５】
本明細書に記載するイノベーションの一例に応じた別の垂直成長方法の実施例によると、加熱源と、複数の加熱ゾーンと、アンプルと、るつぼとを備える結晶成長炉において単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させる方法が提供される。これらの実施例に係る方法の一例は、Ｇｅ原材料をるつぼに投入する段階と、るつぼおよび容器を封止する段階と、るつぼを結晶成長炉の内部に配置する段階と、Ｇｅ原材料をるつぼにおいて融解させ融液を生成する段階と、融液をシード結晶と接触させつつ融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、結晶化温度勾配および／またはるつぼを互いに相対的に移動させることによって単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とを備えるとしてよい。さらに、垂直成長プロセスを実行することによって、マイクロピット密度が低くなったゲルマニウムインゴットが繰り返し得られる。例えば、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。本明細書で記載しているように、このようなマイクロピット密度は、冷却速度およびその他の条件を制御することによって、制御するとしてよい。さらに、当該方法はさらに、ヒ素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）、および／または、アンチモン（Ｓｂ）をドーパントとして追加する段階を備えるとしてよい。
【００２６】
一実施例に係る方法は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて成長を実行する段階と、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍと約摂氏１０度／ｃｍとの間として、冷却プロセスを実行する段階とを備えるとしてよい。別の実施例に係る方法は、冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の間とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を含む結晶成長を実行する段階を備えるとしてよい。さらに別の実施例に係る結晶成長方法は、冷却処理の最初の約５時間は冷却速度を約摂氏３度／時とし、冷却処理の残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時として、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を含む結晶成長／冷却を実行する段階を備えるとしてよい。
【００２７】
図４に示すように、投入用るつぼ９０はるつぼ２７の上方に配置されるとしてよく、るつぼ２７に投入する原材料を増やすことができる。具体的には、ゲルマニウム原材料９２は固体であるので、融解させるべくるつぼ２７に密に詰め込むことができない。このため、投入用るつぼは、融解可能な原材料の追加分を保持してるつぼに投入するために用いられる。この結果、るつぼ２７に投入されるゲルマニウムの量が多くなり、ゲルマニウム結晶の長さが増加する。例えば、原材料のうち約３５％から約６５％を最初に投入用るつぼ９０に投入するとしてよく、原材料のうち約６５％から約３５％を直接るつぼ２７に投入する。例えば、本明細書に記載する結晶成長方法の一部に応じて、約１０ｋｇを炉に投入することで、マイクロピット密度が低い２００ｍｍ、４インチのインゴットを得るとしてよい。
【００２８】
上述した結晶成長炉および結晶成長方法（ＶＧＦおよびＶＢの組み合わせ）を用いて４´´（１００ｍｍ）の直径のゲルマニウム結晶を成長させる例を詳細に説明する。一例となる結晶を成長させる場合、るつぼの寸法は、結晶成長領域４０において、直径が１００ｍｍで長さが２００ｍｍであった。るつぼの直径は、シードウェル領域４２において、７ｍｍであった。一実施例によると、インゴットを成長させるために１０ｋｇのゲルマニウム前駆体材料を投入するとしてよい。動作について説明すると、最初に、ゲルマニウムシード結晶をｐＢＮ製のるつぼ２７の底部に挿入する。続いて、約１０ｋｇのゲルマニウム材料、および、液体封止剤として、約３６ｇの酸化ホウ素を追加するとしてよい。この後、内容物が投入されたｐＢＮ製のるつぼを石英製のアンプルに挿入した。石英製のアンプルは、低圧で石英製のキャップによって封止された。この後、石英製のアンプルは炉の内部に導入されて、るつぼ支持部上に載置された。
【００２９】
アンプルが炉の内部に導入されると、石英製のアンプルを約摂氏１５０度−２００度／時の速度で加熱するとしてよい。一例に係るプロセスによると、温度がシード部分において融点に到達し、結晶成長領域においてゲルマニウムの融解範囲（摂氏約９４０度−９５５度）よりも約摂氏３度−摂氏１８度高い温度に到達すると、単結晶ゲルマニウム材料がすべて融解するまで（例えば、一部の実施例によると、約２−４時間）この温度を保持するとしてよい。単結晶ゲルマニウム材料が融解すると、最初にＶＧＦ法を用いて結晶成長を行った。この後、温度を下側加熱ゾーンにおいてゆっくりと降温させ、結晶成長領域が冷却されるまで、シード部分で始まった結晶成長を中間領域で開始させて継続させるとしてよく、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法の場合、結晶成長プロセスが完了した後、冷却プロセスの最初の約５時間については約摂氏３度／時の冷却速度で行い、冷却プロセスの残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時で冷却する。別の実施例によると、結晶成長冷却は、冷却速度を約摂氏０．１度から約摂氏１０度／時とし、温度勾配は約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍ（例えば、ＶＧＦ法の場合）で行われるとしてよい。さらに、ＶＢ法の例では、結晶成長冷却の速度は、摂氏０．３度／時から摂氏０．４７度／時としてよく、温度勾配は摂氏１．２度／ｃｍから摂氏１．８度／ｃｍを維持する。
【００３０】
本明細書の一部の実施例においてＶＧＦ法およびＶＢ法を組み合わせる場合、結晶成長領域において結晶の高さが約１インチから約３インチの間まで成長すると、ＶＢ法を開始するとしてよい。ＶＢ法では、るつぼ下降速度を正確な冷却／成長パラメータに合わせて制御して、例えば、結晶成長ゾーンにおいて、冷却速度を約摂氏０．２度／時から約摂氏０．５度／時とし、および／または、温度勾配を約摂氏０．３度／ｃｍから約摂氏２．５度／ｃｍする。結果として、長さが約１９０ｍｍで高品質（つまり、マイクロピット密度が低い（低ＭＰＤ）結晶）の結晶が、このようなプロセスを用いることによって、２００ｍｍの長さのインゴットから得られるとしてよく、結晶の収率は約９５％となる。このようなプロセスを用いることによって、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるゲルマニウムインゴットが繰り返し提供されるとしてよい。
【００３１】
さらに、本明細書に記載したイノベーションに応じて製造した単結晶基板は、成長開始部分から成長終了部分まで、キャリア濃度が約９×１０１７／ｃｍ３から約４×１０１８／ｃｍ３または約５×１０１８／ｃｍ３であり（約９×１０１７／ｃｍ３から約４．８６×１０１８／ｃｍ３の範囲を測定）、抵抗率が約７×１０−３Ω.ｃｍから２×１０−３または３×１０−３Ω.ｃｍであり（約７．２９×１０−３Ω.ｃｍから約２．７８×１０−３Ω.ｃｍの範囲を測定）、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓ（９５５ｃｍ２／Ｖｓおよび４６７ｃｍ２／Ｖｓの値を測定）であるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。
【００３２】
図４および図５Ａから図５Ｄに応じて、単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させるシステムおよび方法が提供される。最初に投入した原材料が融解してしまうと、結晶成長が始まっていないタイミングで、（例えば、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法等において）追加の原材料の融液をるつぼに追加して、成長させる単結晶インゴットの長さを大きくするとしてよい。さらに、当該方法は、シード結晶を保持するシードウェルを有するるつぼに第１のＧｅ原材料を投入する段階と、融解したＧｅ材料を補充するための容器に第２のＧｅ原材料を投入する段階と、るつぼおよび容器をアンプル内に封止する段階と、るつぼを有するアンプルを、当該アンプルを支持する移動可能なアンプル支持部を有する結晶成長炉の内部に導入する段階とを備えるとしてよい。さらに、実施例では、るつぼにおいて第１のＧｅ原材料を融解させて融液を生成する段階と、第２のＧｅ原材料を容器内で融解させる段階と、融解させた第２のＧｅ原材料を融液に追加する段階とを備えるとしてよい。他の実施例では、融液の結晶化温度勾配を制御して、融液がシード結晶と接触している場合に結晶化して単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、任意で、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とを備えるとしてよい。
【００３３】
一実施例によると、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階は、結晶成長ゾーンにおいて温度勾配を約摂氏０．３度／ｃｍから約摂氏２．５度／ｃｍとする段階を有するとしてよい。また、単結晶ゲルマニウムインゴットを、約摂氏０．２度／時から約摂氏０．５度／時の速度で冷却するとしてよい。また、るつぼは、結晶化温度勾配を移動させている間、静止状態のままとしてよい。
【００３４】
特定の実施例によると、単結晶ゲルマニウムインゴットは、直径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）であるとしてよい。一実施例によると、例えば、単結晶ゲルマニウムインゴットは、直径が１５２．４ｍｍ（６インチ）であるとしてよい。さらに、本明細書に記載したイノベーションを利用して製造された直径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）である単結晶ゲルマニウムのインゴットおよびウェハはいずれも、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲であるであるとしてよい。
【００３５】
さらに、本明細書に記載したイノベーションを利用して製造された直径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）である単結晶基板は、成長開始部分から成長終了部分まで、キャリア濃度が約９×１０１７／ｃｍ３から約４×１０１８／ｃｍ３または約５×１０１８／ｃｍ３であり（約９×１０１７／ｃｍ３から約４．８６×１０１８／ｃｍ３の範囲を測定）、抵抗率が約７×１０−３Ω.ｃｍから２×１０−３Ω.ｃｍまたは３×１０−３Ω.ｃｍであり（約７．２９×１０−３Ω.ｃｍから約２．７８×１０−３Ω.ｃｍの範囲を測定）、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓ（９５５ｃｍ２／Ｖｓおよび４６７ｃｍ２／Ｖｓの値を測定）であるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。
【００３６】
本明細書に記載したイノベーションに応じたシステムに関して、大径の単結晶ゲルマニウム結晶を成長させる装置の例は、加熱源および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、結晶成長炉の内部に導入されるように構成されており、投入容器、および、シードウェルを持つるつぼを有するアンプルと、移動可能なアンプル支持部と、結晶成長炉および移動可能なアンプル支持部に結合されているコントローラとを備えるとしてよい。さらに、コントローラは、加熱源の１以上の加熱ゾーンおよび移動可能なアンプル支持部を制御して、るつぼが炉の内部にある場合にるつぼにおいて垂直温度勾配冷却法を実行するとしてよい。
【００３７】
特定の実施例によると、結晶成長炉は、複数の加熱ゾーンを有するとしてよく、例えば、４個から８個の加熱ゾーン、５個から７個の加熱ゾーン、または、６個の加熱ゾーンを有するとしてよい。所望のインゴット／ウェハの直径に応じて、るつぼの一例は、内径が約５０ｍｍから約２００ｍｍ（約２インチから約８インチ）であるとしてよく、一部の実施例によると、約１５０ｍｍ（約６インチ）であるとしてよい。
【００３８】
図５Ａから図５Ｄは、本明細書に記載したイノベーションに関連する特定の側面に応じた、ゲルマニウム結晶成長の別の実施例を説明するための図である。図５Ａから図５Ｄは、本発明に係る特定の側面に応じた結晶成長プロセスの例を説明するべく、単結晶ゲルマニウム結晶を成長させる装置を示す縦断面図である図５Ａは、結晶成長装置の一例を示す断面図である。当該装置は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）成長法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）成長法で利用される炉を備え、炉１の内部にアンプル支持部１１を有し、加熱部２は複数のゾーンから構成されており、各ゾーンはコンピュータ制御される制御システムによって別箇に制御されるとしてよい。各ゾーンの温度は、全体の温度プロフィールを所望の温度プロフィールとし、融液の固化を制御するような温度勾配を実現するように調整されるとしてよい。温度プロフィールおよび温度勾配は、結晶化界面が一貫して／予測通りに上方向に融液内を移動するように調整される。例えば、温度勾配を、インゴット結晶成長ゾーンにおいて約摂氏０．３度／ｃｍから約摂氏２．５度／ｃｍとする。アンプル支持部１１は、アンプル３（一実施例では、石英製）を物理的に支持し、アンプル３に対して熱勾配制御を行うために用いられるとしてよい。アンプル３は、るつぼ１２を有しており、るつぼ１２は、シードウェル１８にシードを保持可能である。アンプル支持部１１は、炉の動作中は、結晶成長時に軸方向に移動可能である。るつぼ１２は、シード結晶１７を含むとしてよい。シード結晶１７から、単結晶を成長させてシード結晶の上方に形成する。一実施例によると、るつぼ１２は、円筒状結晶成長部分１３、小径シードウェル円筒状部分１８およびテーパー状中間部分７を含む熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）構造であるとしてよい。結晶成長部分１３は、るつぼ１２の上部で開口しており、直径は結晶製品の所望の直径と等しい。現在の業界水準に応じた結晶の直径は、５０．８ｍｍ、７６．２ｍｍ、１００．０ｍｍおよび１５０．０ｍｍ（２、３、４および６インチ）の直径のインゴットである。当該インゴットを切断することでウェハが得られる。ある実施例によると、るつぼ１２の底部において、シードウェル円筒状部分１８は、一実施例によると、底部が閉じており、直径は高品質シード結晶１７よりもわずかに大きく、例えば、約６−２５ｍｍであり、長さは３０−１００ｍｍのオーダであるとしてよい。円筒状結晶成長部分１３およびシードウェル円筒状部分１８は、直線状の壁部を持つとしてもよいし、または、るつぼ１２から結晶を取り出し易いように１度から数度のオーダで外向きにテーパー状となっているとしてもよい。成長部分１３とシードウェル円筒状部分１８との間のテーパー状中間部分７は、例えば、約４５度から６０度の勾配の傾斜側壁を持ち、大きい方の直径は成長ゾーンの壁部に等しく成長ゾーンの壁部に続いており、小さい方の直径はシードウェルの壁部と等しくシードウェルの壁部に続いている。傾斜側壁はさらに、約４５度から６０度よりも大きい勾配、または、小さい勾配で傾斜しているとしてもよい。
【００３９】
特定の実施例によると、アンプル３は石英製であるとしてよい。アンプル３は、形状がるつぼ１２と同様であるとしてよい。アンプル３は、シード成長領域１９において円筒状であり、シードウェル領域１９において直径が小さくなった円筒状であり、これら２つの領域の間にはテーパー状の中間領域８がある。るつぼ１２は、アンプル３の内側に嵌合するとしてよく、両者間にはわずかなすきまがある。上方にある第２の容器４は、原材料容器として、石英製の支持部６に載置されている。石英製の支持部６は、アンプル３の中央部分に封止される。本発明の一実施例によると、この第２の容器４は、ｐＢＮ製である。この第２の容器４に原材料５の大半を充填させる。加熱中、原材料を融解させて、第２の容器４の底部にある孔から主要るつぼ１２に滴下させる。アンプル３は、シードウェル領域１９の底部で閉じており、るつぼおよび原材料を投入した後に上部で封止される。ヒ素（Ａｓ）、ガリウム（Ｇａ）および／またはアンチモン（Ｓｂ）をドーパントとしてるつぼ１２および／または第２の容器４に追加するとしてよい。
【００４０】
一部の実施例によると、円筒状部分１６は、アンプル３との間で円状の接触部分を持つような形状であるとしてよく、円筒状部分１６の上側端部は、アンプルのテーパー状領域８の肩部分に当接している。このような構成によると、固体同士の接触が最小限に抑えられ、制御が非常に難しく発生は望ましくない熱伝導が略または全く発生しない。このため、より制御し易い他のプロセスで加熱を行うことが可能となる。
【００４１】
本明細書に記載したイノベーションの一実施例によると、単結晶ゲルマニウムインゴットを成長させる段階において、炉の温度は約摂氏０．２度／時から約摂氏０．５度／時の速度で降温させて、単結晶ゲルマニウムインゴットを成長させるとしてよい。
【００４２】
図５Ａから図５Ｄの一例の図面では、ゲルマニウムを融解させて供給するという特徴を持つ別のゲルマニウム成長プロセスの例を説明している。図面を参照しつつ説明すると、図５Ａは、プロセスの一例における最初の状態を図示している。上側容器４およびるつぼ１２の両方には固体のゲルマニウムがある。新しい加熱部および加熱プロセスとして、ゲルマニウム融液の中間状態を次に図５Ｂに示す。図５Ｂでは、固体ゲルマニウムがるつぼ１２において融解して液状になっている様子を示している。
【００４３】
炉の加熱ゾーンの加熱部は、対応する電源に対応して調整され、上側容器には必要な熱エネルギーを供給するとしてよい。具体的には、上側容器は、上側容器３にあるゲルマニウムが融解し始めて、融解したゲルマニウムが容器３の底部にある孔を通ってるつぼ１２に流入するように、加熱されるとしてよい。一実施例によると、炉のうち上側容器が設けられている領域は、約摂氏９４０度から約摂氏９５５度の範囲まで加熱されるか、または、約摂氏９４５度から約摂氏９５０度の範囲まで加熱される。このプロセスは、上側容器３に含まれるゲルマニウムが全て融解してるつぼ１２に流入するまで継続して行われる。
【００４４】
図５Ａから図５Ｄに示す炉１は、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法による結晶成長に利用される炉の一例である。他の炉および構成、例えば、垂直ブリッジマン法等を利用するとしてもよい。ＶＧＦ結晶成長法では、結晶を静止させたまま、固定された加熱源における結晶化温度勾配を電気的に移動させる。
【００４５】
垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法によって結晶成長を実行する場合、炉において適切な温度勾配プロフィールを構築する必要がある。炉の複数の加熱ゾーンは、対応する電力供給について別箇且つ独立して、炉の結晶化温度要件および温度勾配要件を満足させるように加熱および冷却を行うようプログラミングされているコンピュータによって制御される。ゲルマニウムインゴットの成長に関しては、例えば、炉の温度の変動は約±摂氏０．１度未満にする必要があるとしてよい。炉の準備中、多結晶質ゲルマニウム原材料をアンプル３に投入する。これについては本明細書の別の箇所でより詳細に説明する。
【００４６】
図中に示すように、テーパー状部分に穴を持つｐＢＮ製の投入容器４は、アンプル３ないのるつぼ１２の上方に配置されている石英製の支持部６上に載置されている。第２の容器４は、るつぼ１２の上方であってアンプル３の内部に載置されているとしてよい。第２の容器４の孔は、アンプル３に向かって延伸しているテーパー形状を持つ底面の中心に設けられているとしてよい。るつぼ３は、第２の容器４の底面の中心にある孔から滴下される融解した結晶を受け取る開口を持つとしてよい。投入容器４によって、るつぼ１２に投入できる原材料を多くすることができる。具体的には、ゲルマニウム原材料５は、通常は固体状の塊または物体であるので、融解させるべくるつぼ１２に密に詰め込むことはできない。このため、投入容器を用いて、融解させた後でるつぼ１２に投入する追加の原材料を保持しておくことによって、るつぼ１２に投入するゲルマニウムの量が増加し、ゲルマニウム結晶の長さおよび直径を大きくすることができる。例えば、原材料のうち約６５％を最初に投入容器４に投入して、原材料のうち３５％をるつぼ１２に直接投入するとしてよい。本発明を限定するものではなく一例として挙げるが、５．１１５ｋｇの原材料をるつぼ１２に投入して、９．８８５ｋｇを投入容器４に投入すると、１５０００ｇ（１５ｋｇ）が投入されることになり、直径が１５０ｍｍ（６インチ）のゲルマニウムインゴットが製造される。
【００４７】
一例を挙げると、ゲルマニウムをヒ素（Ａｓ）でドープするとしてよい。ここにおいて、例えば、原材料を投入する前に９度のオフオリエンテーションを有する＜１００＞面のシードをるつぼに投入するとしてよい。原材料および適量のドーパントを、石英製のアンプル３に載置されているるつぼおよび投入容器に投入する。アンプルおよび内容物を約２．００×１０−４パスカル（約１．５×１０−６Ｔｏｒｒ）の真空まで排気した後、図１Ａに示すようにアンプルを封止して炉の内部に導入する。炉を始動させ、アンプルおよび内容物を加熱して、るつぼ１２内の原材料を融解させる。成長中、ゲルマニウムの融点が約摂氏９４０度であるので、炉の温度は約摂氏１０００度である。結晶化界面温度勾配は、インゴットの位置に応じて、約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとなるように調整するとしてよい。さらに、全体の温度プロフィールは、結晶化速度が約１ｍｍ／時から２ｍｍ／時となるように調整するとしてよい。固化が完了した後、炉は約摂氏２０度／時から摂氏４０度／時で冷却されるとしてよい。本明細書に記載するこのような方法の例で製造されるＧｅインゴットはいずれも、マイクロピット密度が、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、約０．１３／ｃｍ２よりも小さい範囲、および、約０．０２５／ｃｍ２よりも大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい範囲になるとしてよい。
【００４８】
別の例を挙げると、本発明に係る装置は、ｐＢＮ製の投入容器およびるつぼが共に挿入されている石英製のアンプルと、ｐＢＮ製の投入容器を保持している支持部６とを備える寸法の例を挙げると、るつぼは、結晶成長部分の直径が約１５０ｍｍであり、結晶成長部分の長さが約１６０ｍｍであり、シード結晶部分の直径が約７ｍｍであるとしてよい。一実施例を挙げると、＜１００＞配向のＧｅシード結晶をｐＢＮ製のるつぼのシードウェルに挿入して、９６ｇの三酸化ホウ素を液体封止剤としてｐＢＮ製のるつぼにおいてシードの上方に投入した。この後、合計で１４，９７４ｇのＧｅ多結晶材料をｐＢＮ製のるつぼおよびｐＢＮ製の容器に投入して、ｐＢＮ製の容器およびるつぼを共に石英製のアンプルに挿入して、約２．００×１０−４パスカル（１．５×１０−６Ｔｏｒｒ）の低圧で石英製のアンプルを石英製のキャップで封止した。封止したアンプルをその後、炉の内部に導入して、アンプル支持部上に載置した。
【００４９】
上述した石英製のアンプルは、約摂氏２７０度／時の速度で加熱した。温度が結晶化材料の融点よりも約摂氏３０度高くなると、結晶質材料が全て融解するまで加熱を維持した。
【００５０】
図６に示すように、本明細書に記載するイノベーションに応じた単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させる方法の一例を開示する。一実施例によると、シード結晶を保持するシードウェルを持つるつぼに第１のＧｅ原材料を投入する段階と、第２のＧｅ原材料を、アンプルの内部に配される原材料補完用の容器に投入する段階と、るつぼおよび容器をアンプルの内部に封止する段階と、るつぼおよび容器を含むアンプルを結晶成長炉の内部に導入する段階と、るつぼにおいて第１のＧｅ原材料の融解を制御して融液を生成する段階と、容器において第２のＧｅ原材料の融解を制御する段階とを備える方法が提供される。さらに、当該方法は、融解した第２のＧｅ原材料を融液に追加する動作を制御する段階と、融液がシード結晶と接触しつつ結晶化して単結晶ゲルマニウムインゴットを形成するように、融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階とのうち１以上の段階を備えるとしてよい。
【００５１】
他の実施例では、容器において第２のＧｅ原材料の融解を制御する段階は、第２のＧｅ原材料に対する加熱を制御し、融解した第２のＧｅ原材料を所与の温度範囲内に維持するように段階を有するとしてよい。さらに、融解した第２のＧｅ原材料を融液に追加する動作を制御する段階は、融液を特定の温度範囲内に維持する段階を有し、当該温度範囲は、約摂氏９４０度から約摂氏９５５度、または、約摂氏９４５度から約摂氏９５０度であるとしてよい。さらに、融解した第２のＧｅ原材料を融液に追加する動作を制御する段階は、上述したような特定の温度範囲内に融液を維持する段階を有するとしてよい。
【００５２】
さらに別の実施例によると、加熱用電力および／または１以上の冷却速度を、制御することによって、または、制御によって低減することによって、再生産可能な範囲の結晶特性を持つＧｅインゴットが得られる。さらに、このような処理制御を行った結果、マイクロピット空隙密度が低減した（例えば、本明細書に記載したさまざまな範囲のうち任意の範囲内）単結晶ゲルマニウムインゴットが繰り返し得られるとしてよい。
【００５３】
また、本明細書に記載したプロセスを用いて、マイクロピット密度が上述したさまざまな範囲内にあるゲルマニウム結晶を、外部ガス源供給ドーピング方法を利用することなく、繰り返し得るとしてよい。これらの利点を実現する本発明の特徴は、例えば、封止したアンプル（例えば、真空下、所与の圧力下、または、その他の条件下等で封止）を利用することに関連し、高価なガス供給ハードウェアおよび制御システム／電子機器等が不要になり簡略化に貢献する。幾つかの例を挙げると、本明細書に記載するイノベーションは、非接触型のドーピング方法を利用するシステムおよび方法に関連付けられるという点で有益であるとしてよい。このため、転位密度が上述したさまざまな範囲内であるゲルマニウム結晶を、接触型ドーピング方法および／または外部ガス源供給ドーピング方法を利用することなく、繰り返し提供するとしてよい。
【００５４】
一部の実施例によると、ＶＧＦ法を用いて結晶成長を実行するとしてよい。さらに、加熱部の電力は、最初に最下部の加熱ゾーンで低減してシードで結晶成長を開始させ、その後で中間領域で加熱部の電力を低減させるとしてよい。冷却速度は、約摂氏０．３度／時から約摂氏０．４度／時であった。この冷却速度を約７０時間にわたって維持した。結晶化が主要成長領域に到達すると、適切なゾーン内の加熱部の電力を低減して、冷却速度を約摂氏０．４度／時から約摂氏０．７度／時とし、結晶化界面温度勾配は、約摂氏１．２度／ｃｍから約摂氏３．０度／ｃｍとし、両条件を約１２０時間にわたって維持した。結晶化が完了した後、室温に達するまで約摂氏２０度／時から約摂氏４０度／時の速度で炉を冷却した。
【００５５】
一例を挙げると、得られた結晶インゴットは、ボディの長さが１２５ｍｍであり、完全な単結晶である。成長開始部分から成長終了部分まで、例えば、当該結晶のマイクロピット密度は低く、当該結晶の自由キャリア濃度は、約９×１０１７／ｃｍ３から約４×１０１８／ｃｍ３または約５×１０１８／ｃｍ３であり（約９×１０１７／ｃｍ３から約４．８６×１０１８／ｃｍ３の範囲を測定）、抵抗率が約７×１０−３Ω.ｃｍから２×１０−３または３×１０−３Ω.ｃｍであり（約７．２９×１０−３Ω.ｃｍから約２．７８×１０−３Ω.ｃｍの範囲を測定）、移動度が約９５０ｃｍ２／Ｖｓから約４５０ｃｍ２／Ｖｓ（９５５ｃｍ２／Ｖｓおよび４６７ｃｍ２／Ｖｓの値を測定）であるとしてよい。さらに、転位密度は約５００／ｃｍ２未満であるとしてよく、約２００／ｃｍ２未満であるとしてもよい。
【００５６】
上述したように、本開示に係る方法／プロセスによって製造された任意のゲルマニウム結晶基板（例えば、インゴット、ウェハ等）は具体的に本明細書に記載するイノベーションの範囲内であることに留意されたい。さらに、本開示に係る方法／プロセスによって製造された任意のゲルマニウム結晶基板を含む任意の製品（例えば、電子デバイスまたは光電子デバイス等）もまた、本明細書に記載するイノベーションに応じたものである。
【００５７】
本発明の特定の実施例に基づき本発明を上述したが、当業者におかれては、本発明の原理および意図から逸脱することなく当該実施例を変更し得ることに想到されるであろう。本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源、複数の加熱ゾーン、アンプル、および、るつぼを備える結晶成長炉で単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させる方法であって、
Ｇｅ原材料を前記るつぼに投入する段階と、
前記るつぼおよび容器を封止する段階と、
前記るつぼを、るつぼ支持部を有する前記結晶成長炉に導入する段階と、
前記るつぼにおいて前記Ｇｅ原材料を融解させて融液を生成する段階と、
前記融液をシード結晶と接触させつつ前記融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、
前記結晶化温度勾配および／または前記るつぼを互いに相対的に移動させることによって、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、
前記単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階と
を備え、
マイクロピット密度（ＭＰＤ）が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する方法。
【請求項２】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
マイクロピット密度が約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
マイクロピット密度が約０．０５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ドーパントとしてヒ素（Ａｓ）を追加する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を追加する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を追加する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項９】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
成長した前記結晶は、冷却プロセスによって、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）法によって、前記冷却プロセスの最初の約５時間は冷却速度を約摂氏３度／時とし、前記冷却プロセスの残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時として、冷却される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、前記アンプル、および／または、前記るつぼ支持部のうち１以上を相対的に移動させることによって実現される請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
固定加熱源をさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記結晶成長炉は、約２５ｍｍから約５０ｍｍのテーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持している請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約１１０ｍｍから約２００ｍｍである請求項１２または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記結晶成長炉は、ボディ・リネージ（ボディ伝達線欠陥、ｂｏｄｙ ｌｉｎｅａｇｅ）欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記インゴットは、垂直成長プロセスによって成長する請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記垂直成長プロセスは、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法の一方または両方である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ゲルマニウム結晶を成長させる方法であって、
シードおよび原材料を持つるつぼを有するアンプルを、前記るつぼ内のゲルマニウムに対して移動可能な温度勾配を実現する炉の内部に挿入する段階と、
加熱源および前記るつぼによる前記結晶化温度勾配を互いに相対的に移動させて、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直す垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて結晶を成長させる段階と、
結晶成長が所定の長さに到達すると、前記アンプルを、固定されている前記加熱源に対して相対的に移動させて、継続して前記原材料を融解させ単結晶化合物として形成し直しつつ、前記炉の内部の前記アンプル上で垂直ブリッジマン法を用いて前記結晶を成長させる段階と、
を備え、
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する方法。
【請求項２３】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを用いて実現される請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
マイクロピット密度が約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてヒ素（Ａｓ）を追加する段階をさらに備える
請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を追加する段階をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を追加する段階をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、前記垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、前記垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、前記アンプル、および／または、前記るつぼ支持部のうち１以上を相対的に移動させることによって実現される請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
固定加熱源をさらに備える請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記結晶成長炉は、長さが約２５ｍｍから約５０ｍｍのテーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持している請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の前記所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約１１０ｍｍから約２００ｍｍである請求項３２または請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記結晶成長炉は、ボディ・リネージ（ボディ伝達線欠陥、ｂｏｄｙ ｌｉｎｅａｇｅ）欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
Ｇｅ原材料をるつぼに投入する段階と、
前記るつぼを封止する段階と、
前記るつぼを、るつぼ支持部を有する結晶成長炉の内部に導入する段階と、
前記Ｇｅ原材料を前記るつぼにおいて融解させて融液を生成する段階と、
前記融液をシード結晶と接触させつつ前記融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、
前記結晶化温度勾配および／または前記るつぼを互いに相対的に移動させることによって、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、
前記単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階と
を備えるプロセスによって製造される単結晶ゲルマニウム製品であって、
前記製品は、前記プロセスによって繰り返し生成され、マイクロピット密度（ＭＰＤ）が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットから得られるゲルマニウムを含む単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４２】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４３】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４４】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．１３／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４５】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４６】
ドーパントとしてヒ素（Ａｓ）を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４７】
ドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４８】
ドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４９】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５０】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５１】
前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５２】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５３】
前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、アンプル、および／または、前記るつぼ支持部のうち１以上を相対的に移動させることによって実現される請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５４】
固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５５】
固定加熱源をさらに備える請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５６】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約２５ｍｍから約５０ｍｍである請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５７】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約１５０ｍｍから約２００ｍｍである請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５８】
前記結晶成長炉は、ボディ・リネージュ（ボディ伝達線欠陥、ｂｏｄｙ ｌｉｎｅａｇｅ）欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５９】
前記インゴットは、垂直成長プロセスによって成長する請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項６０】
前記垂直成長プロセスは、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法の一方または両方である請求項５９に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項６１】
ゲルマニウム結晶を成長させる装置であって、
加熱源および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、
投入容器、および、シードウェルを持つるつぼを有し、前記結晶成長炉に投入されるアンプルと、
アンプル支持部と、
前記結晶成長炉および前記アンプル支持部に結合されているコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記加熱源の前記１以上の加熱ゾーンおよび移動可能な前記アンプル支持部を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に前記るつぼにおいて垂直温度勾配冷却法を実行し、
前記結晶化温度勾配および／または前記るつぼを互いに相対的に移動させて、原材料を融解させた後、単結晶ゲルマニウムインゴットとして前記原材料を形成し直し、
垂直成長プロセスを前記装置で実行した結果、前記装置は、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さいゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する装置。
【請求項６２】
前記装置は、少なくとも１つの加熱源を備えており、
前記加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定状態の前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定状態の前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを前記るつぼで実行する請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記装置は、インゴット成長温度勾配が、インゴットの１センチメートルの成長に付き約摂氏０．５度から約摂氏１０度となるゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する請求項６１に記載の装置。
【請求項６４】
約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の速度で、前記ゲルマニウムインゴットを冷却する請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
前記結晶成長炉は、５個から７個の加熱ゾーンを有する請求項６１に記載の装置。
【請求項６６】
前記結晶成長炉は、６個の加熱ゾーンを有する請求項６１に記載の装置。
【請求項６７】
前記るつぼに供給するゲルマニウム原材料の量を増加させるべく、前記るつぼに融解させる投入用のゲルマニウム原材料を含む投入容器をさらに備える請求項６１に記載の装置。
【請求項６８】
前記るつぼは、前記結晶化温度勾配を移動させている間、固定されたままである請求項６１に記載の装置。
【請求項６９】
前記ゲルマニウムインゴットは、直径が約５０ｍｍから約１５０ｍｍである請求項６１に記載の装置。
【請求項７０】
前記ゲルマニウムインゴットは、直径が約１５０ｍｍである請求項６９に記載の装置。
【請求項１】
加熱源、複数の加熱ゾーン、アンプル、および、るつぼを備える結晶成長炉で単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）結晶を成長させる方法であって、
Ｇｅ原材料を前記るつぼに投入する段階と、
前記るつぼおよび容器を封止する段階と、
前記るつぼを、るつぼ支持部を有する前記結晶成長炉に導入する段階と、
前記るつぼにおいて前記Ｇｅ原材料を融解させて融液を生成する段階と、
前記融液をシード結晶と接触させつつ前記融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、
前記結晶化温度勾配および／または前記るつぼを互いに相対的に移動させることによって、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、
前記単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階と
を備え、
マイクロピット密度（ＭＰＤ）が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する方法。
【請求項２】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
マイクロピット密度が約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
マイクロピット密度が約０．０５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ドーパントとしてヒ素（Ａｓ）を追加する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を追加する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を追加する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項９】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
成長した前記結晶は、冷却プロセスによって、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法および／または垂直ブリッジマン（ＶＢ）法によって、前記冷却プロセスの最初の約５時間は冷却速度を約摂氏３度／時とし、前記冷却プロセスの残りの期間については約摂氏３０度／時から約摂氏４５度／時として、冷却される請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、前記アンプル、および／または、前記るつぼ支持部のうち１以上を相対的に移動させることによって実現される請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
固定加熱源をさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記結晶成長炉は、約２５ｍｍから約５０ｍｍのテーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持している請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約１１０ｍｍから約２００ｍｍである請求項１２または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記結晶成長炉は、ボディ・リネージ（ボディ伝達線欠陥、ｂｏｄｙ ｌｉｎｅａｇｅ）欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記インゴットは、垂直成長プロセスによって成長する請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記垂直成長プロセスは、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法の一方または両方である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ゲルマニウム結晶を成長させる方法であって、
シードおよび原材料を持つるつぼを有するアンプルを、前記るつぼ内のゲルマニウムに対して移動可能な温度勾配を実現する炉の内部に挿入する段階と、
加熱源および前記るつぼによる前記結晶化温度勾配を互いに相対的に移動させて、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直す垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて結晶を成長させる段階と、
結晶成長が所定の長さに到達すると、前記アンプルを、固定されている前記加熱源に対して相対的に移動させて、継続して前記原材料を融解させ単結晶化合物として形成し直しつつ、前記炉の内部の前記アンプル上で垂直ブリッジマン法を用いて前記結晶を成長させる段階と、
を備え、
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する方法。
【請求項２３】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを用いて実現される請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
マイクロピット密度が約０．１３／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてヒ素（Ａｓ）を追加する段階をさらに備える
請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を追加する段階をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を追加する段階をさらに備える請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、前記垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、前記垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、前記アンプル、および／または、前記るつぼ支持部のうち１以上を相対的に移動させることによって実現される請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
固定加熱源をさらに備える請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記結晶成長炉は、長さが約２５ｍｍから約５０ｍｍのテーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持している請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の前記所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約１１０ｍｍから約２００ｍｍである請求項３２または請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記結晶成長炉は、ボディ・リネージ（ボディ伝達線欠陥、ｂｏｄｙ ｌｉｎｅａｇｅ）欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
Ｇｅ原材料をるつぼに投入する段階と、
前記るつぼを封止する段階と、
前記るつぼを、るつぼ支持部を有する結晶成長炉の内部に導入する段階と、
前記Ｇｅ原材料を前記るつぼにおいて融解させて融液を生成する段階と、
前記融液をシード結晶と接触させつつ前記融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、
前記結晶化温度勾配および／または前記るつぼを互いに相対的に移動させることによって、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、
前記単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階と
を備えるプロセスによって製造される単結晶ゲルマニウム製品であって、
前記製品は、前記プロセスによって繰り返し生成され、マイクロピット密度（ＭＰＤ）が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットから得られるゲルマニウムを含む単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４２】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４３】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．１３／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４４】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．１３／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４５】
前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．２６／ｃｍ２よりも小さい請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４６】
ドーパントとしてヒ素（Ａｓ）を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４７】
ドーパントとしてガリウム（Ｇａ）を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４８】
ドーパントとしてアンチモン（Ｓｂ）を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項４９】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直温度勾配冷却（ＶＧＦ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５０】
冷却速度を約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時とし、温度勾配を約摂氏０．５度／ｃｍから約摂氏１０度／ｃｍとして、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて、前記結晶を成長させる請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５１】
前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５２】
前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５３】
前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、アンプル、および／または、前記るつぼ支持部のうち１以上を相対的に移動させることによって実現される請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５４】
固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５５】
固定加熱源をさらに備える請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５６】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約２５ｍｍから約５０ｍｍである請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５７】
前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約１５０ｍｍから約２００ｍｍである請求項５１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５８】
前記結晶成長炉は、ボディ・リネージュ（ボディ伝達線欠陥、ｂｏｄｙ ｌｉｎｅａｇｅ）欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項５９】
前記インゴットは、垂直成長プロセスによって成長する請求項４１に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項６０】
前記垂直成長プロセスは、ＶＧＦ法および／またはＶＢ法の一方または両方である請求項５９に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
【請求項６１】
ゲルマニウム結晶を成長させる装置であって、
加熱源および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、
投入容器、および、シードウェルを持つるつぼを有し、前記結晶成長炉に投入されるアンプルと、
アンプル支持部と、
前記結晶成長炉および前記アンプル支持部に結合されているコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記加熱源の前記１以上の加熱ゾーンおよび移動可能な前記アンプル支持部を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に前記るつぼにおいて垂直温度勾配冷却法を実行し、
前記結晶化温度勾配および／または前記るつぼを互いに相対的に移動させて、原材料を融解させた後、単結晶ゲルマニウムインゴットとして前記原材料を形成し直し、
垂直成長プロセスを前記装置で実行した結果、前記装置は、マイクロピット密度が約０．０２５／ｃｍ２より大きく約０．５１／ｃｍ２よりも小さいゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する装置。
【請求項６２】
前記装置は、少なくとも１つの加熱源を備えており、
前記加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定状態の前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定状態の前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを前記るつぼで実行する請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記装置は、インゴット成長温度勾配が、インゴットの１センチメートルの成長に付き約摂氏０．５度から約摂氏１０度となるゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する請求項６１に記載の装置。
【請求項６４】
約摂氏０．１度／時から約摂氏１０度／時の速度で、前記ゲルマニウムインゴットを冷却する請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
前記結晶成長炉は、５個から７個の加熱ゾーンを有する請求項６１に記載の装置。
【請求項６６】
前記結晶成長炉は、６個の加熱ゾーンを有する請求項６１に記載の装置。
【請求項６７】
前記るつぼに供給するゲルマニウム原材料の量を増加させるべく、前記るつぼに融解させる投入用のゲルマニウム原材料を含む投入容器をさらに備える請求項６１に記載の装置。
【請求項６８】
前記るつぼは、前記結晶化温度勾配を移動させている間、固定されたままである請求項６１に記載の装置。
【請求項６９】
前記ゲルマニウムインゴットは、直径が約５０ｍｍから約１５０ｍｍである請求項６１に記載の装置。
【請求項７０】
前記ゲルマニウムインゴットは、直径が約１５０ｍｍである請求項６９に記載の装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【公表番号】特表２０１３−５１３５４５（Ｐ２０１３−５１３５４５Ａ）
【公表日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４４６６３（Ｐ２０１２−５４４６６３）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５９９９０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７２２７８
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（５００４０６０５６）エーエックスティー，インコーポレーテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５９９９０
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０７２２７８
【国際公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（５００４０６０５６）エーエックスティー，インコーポレーテッド (6)
【Ｆターム（参考）】
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