半導体結晶体の加工方法
【課題】 従来よりも低い温度で加工が可能、かつ光の透過性に波長依存性を備えた半導体結晶体を得ることができる半導体結晶体の加工方法を提供する。
【解決手段】 半導体結晶体１を準備する工程と、半導体結晶体１を、導電性材料を主体とした材料からなる一対の加圧冶具２、３（上パンチ２、下パンチ３）で挟み込む工程と、一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加することにより、半導体結晶体を、自己発熱により、加圧により塑性変形する温度以上、かつ融点未満の目標温度に昇温させる工程と、一対の加圧冶具２、３間にパルス状電流を印加し続けることにより、半導体結晶体を目標温度に維持しながら、一対の加圧冶具２、３間に圧力を加え、半導体結晶体を塑性変形により目標形状に成型する工程とを備え、一対の加圧冶具間に加える最大圧力が３０ＭＰａ以上であるようにした。
【解決手段】 半導体結晶体１を準備する工程と、半導体結晶体１を、導電性材料を主体とした材料からなる一対の加圧冶具２、３（上パンチ２、下パンチ３）で挟み込む工程と、一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加することにより、半導体結晶体を、自己発熱により、加圧により塑性変形する温度以上、かつ融点未満の目標温度に昇温させる工程と、一対の加圧冶具２、３間にパルス状電流を印加し続けることにより、半導体結晶体を目標温度に維持しながら、一対の加圧冶具２、３間に圧力を加え、半導体結晶体を塑性変形により目標形状に成型する工程とを備え、一対の加圧冶具間に加える最大圧力が３０ＭＰａ以上であるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶体の加工方法に関し、さらに詳しくは、従来の方法よりも低い温度で半導体結晶体の加工が可能で、かつ光の透過性に波長依存性を備えた半導体結晶体を得ることができる半導体結晶体の加工方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の半導体結晶体の加工方法は、光デバイスの製造方法において利用することができる。
【背景技術】
【０００３】
Ｓｉ系結晶体やＧｅ系結晶体に代表される半導体結晶体を塑性変形させる加工方法として、特許文献１（特開２００５―１４２３７０号公報）に開示された加工方法が知られている。
【０００４】
特許文献１に開示された加工方法では、Ｓｉ系結晶体、Ｇｅ系結晶体などの半導体結晶体を、塑性変形能を有する温度以上、かつ融点未満の温度に加熱し、加圧冶具を用いて荷重をかけ、圧延加工や曲げ加工などを施し、塑性変形させている。たとえば、Ｓｉ結晶体であれば、結晶体と加圧冶具とを、１０５０℃以上、１４１４℃未満の温度に加熱したうえで、荷重をかけ、加工している。また、Ｇｅ結晶体であれば、結晶体と加圧冶具とを、６００℃以上、９１７℃未満の温度に加熱したうえで、荷重をかけ、加工している。
【０００５】
一方、粉体材料に対し、加圧下でパルス状の大電流を投入し、自己発熱現象によって材料を急昇温させ、焼結させる、粉体材料の放電焼結方法が知られている。たとえば、特許文献２（特開平３―５６６０４号公報）においては、粉体材料をパンチとダイからなる金型内に充填し、５〜３０Ｔ／ｃｍ2の圧力で加圧したうえで、周期３００Ｈｚ〜３０ＫＨｚ、３５０Ａ／ｃｍ2のパルス状電流を通電し、材料を自己発熱現象によって８００〜１０００℃に急昇温させ、圧縮焼成する方法が開示されている。特許文献２には、必要に応じて、１〜３分程度で、焼結体を３０００℃程度まで昇温できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５―１４２３７０号公報
【特許文献２】特開平３―５６６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した、特許文献１に開示された従来の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体を所望の形状に加工できるものであり、新しい発想の半導体デバイスを開発し、製造するうえで、非常に有益な技術である。
【０００８】
しかしながら、この従来の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体と加圧冶具とを、Ｓｉ結晶体で１０５０〜１４１４℃、Ｇｅ結晶体で６００〜９１７℃に加熱しなければならず、加熱温度が高いため、次のような問題があった。
１）半導体結晶体と加圧冶具との全体を加熱して、半導体結晶体を昇温させる方法であるため、昇降温に時間がかかり、加工に長時間を要するものであった。
２）半導体結晶体と加圧冶具とが、高温により、化学反応を起こすおそれがあった。
【０００９】
また、加工された半導体結晶体の主な用途として光デバイスが考えられるが、光デバイスの中には、光の透過率に波長依存性が求められる場合がある。たとえば、半導体結晶体をバンドパスフィルタに使用する場合には、特定の波長における透過率は高いが、その他の波長においては透過率が低いことが求められる。しかしながら、上述した従来の半導体結晶体の加工方法では、特に光の透過率の波長依存性が管理されていないので、光の透過率の波長依存性が求められる用途には使用できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した、特許文献１に開示された従来の半導体結晶体の加工方法が有する問題を解決するためになされたものである。
【００１１】
すなわち、本願の発明者らは、半導体結晶体の加工方法に、上述した特許文献２に開示されたような、被加工体に加圧下でパルス状の大電流を投入し、被加工体を自己発熱現象によって急昇温させる技術を適用できないかと考え、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったものである。
【００１２】
本発明の半導体結晶体の加工方法は、上述した従来の加工方法が有する問題を解決する手段として、半導体結晶体を準備する工程と、半導体結晶体を、導電性材料を主体とした材料からなる一対の加圧冶具で挟み込む工程と、一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加することにより、半導体結晶体を、自己発熱により、加圧により塑性変形する温度以上、かつ融点未満の目標温度に昇温させる工程と、一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加し続けることにより、半導体結晶体を目標温度に維持しながら、一対の加圧冶具間に圧力を加え、半導体結晶体を塑性変形により目標形状に成型する工程とを備え、一対の加圧冶具間に加える最大圧力は、３０ＭＰａ以上であるようにした。
【００１３】
なお、一対の加圧冶具間に加える最大圧力は、２００ＭＰａ以下であることが好ましい。２００ＭＰａを超えると、光の透過率特性の個体ごとのばらつきが大きくなってしまうという問題があるからである。また、一対の加圧冶具間に加える最大圧力は、１００ＭＰａ以下であることがより好ましい。１００ＭＰａ以下であれば、光の透過率の低下が小さく、アニールなどの光の透過率を改善する後工程を設けなくても、十分に使用できるからである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体結晶体の加工方法は、上述の構成としたため、次のような効果を奏することができる。
１）半導体結晶体を、パルス状電流により自己発熱させて、急速に昇温させる方法であるため、昇降温に時間がかからず、短い時間で半導体結晶体を加工することができる。
２）加圧冶具が高温にならないため、半導体結晶体が加圧冶具と化学反応を起こすことがない。
３）加工後の半導体結晶体の光の透過率に波長依存性が発現するため、光の透過率に波長依存性が求められる用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法を示し、図１（Ａ）は加圧前の状態を示す断面図、図１（Ｂ）は加圧後の状態を示す断面図である。
【図２】実施例１の半導体結晶体の加工方法における、パルス状電流の電流［Ａ］、ダイスに埋設された温度検知素子の温度［℃］、上パンチの変位量［ｍｍ］の時間的変化を示したグラフである。
【図３】実施例１の半導体結晶体の加工方法において、温度検知素子が９００℃の時の、Ｓｉ結晶体、上パンチ、下パンチ、ダイスの各部分の温度を、有限要素法により導き出した温度分布図である。
【図４】実施例１の半導体結晶体の加工方法において、温度検知素子が９００℃、の時の、Ｓｉ結晶体、ダイスの温度を、有限要素法により導き出した温度分布図である。
【図５】実施例１の半導体結晶体の透過特性を示すグラフである。
【図６】実施例２の半導体結晶体の加工方法において、温度検知素子が４９６℃、の時の、Ｇｅ結晶体、ダイスの温度を、有限要素法により導き出した温度分布図である。
【図７】実施例２〜５と比較例１、２の各半導体結晶体の透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に、本発明の実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法を示す。ただし、図１（Ａ）は加圧前の状態を示す断面図、図１（Ｂ）は加圧後の状態を示す断面図である。
【００１８】
本実施形態の半導体結晶体の加工方法は、まず、被加工物として、半導体結晶体１を準備する。半導体結晶体１の種類は任意であり、Ｓｉ結晶体に代表されるＳｉ系結晶体や、Ｇｅ結晶体に代表されるＧｅ系結晶体や、その他の半導体結晶体を用いることができる。
【００１９】
次に、加圧冶具として、導電性材料からなる上パンチ２、下パンチ３を準備する。上パンチ２、下パンチ３の少なくとも一方は、所望する半導体結晶体の加工形状に対応した当接面を有している。本実施形態においては、下パンチ３は、当接面の中央に貫通孔３ａを有している。
【００２０】
次に、半導体結晶体１を、上パンチ２と下パンチ３との間に挟み込む。
【００２１】
次に、円筒状のダイス４を準備し、図１（Ａ）に示すように、ダイス４の内部に、半導体結晶体１を挟み込んだ上パンチ２、下パンチ３を収容する。なお、ダイス４には、温度検知素子５として、熱電対が埋設されている。温度検知素子は、熱電対には限定されず、熱電対の他に、たとえば、白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、トランジスタの温度特性を利用したＩＣ化温度センサ、水晶温度計、赤外線式のサーモパイルやサーミスタ、光量子式フォトダイオードやフォトトランジスタなどから選択することができる。
【００２２】
次に、温度検知素子５で温度を測定しながら、上パンチ２と下パンチ３の間に、パルス状電流を印加する。なお、ダイス４が上パンチ２と下パンチ３に接しているため、印加されたパルス状電流は、上パンチ２→半導体結晶体１→下パンチ３と、上パンチ２→ダイス４→下パンチ３との、２つの経路で流れる。そして、パルス状電流を印加すると、半導体結晶体１、および上パンチ２、下パンチ３、ダイス４において、自己発熱現象が起こり、半導体結晶体１の温度が急上昇する。
【００２３】
なお、パルス状電流の印加は、慣用されているパルス状電流発生手段（図示せず）を用いておこなう。
【００２４】
温度検知素子５の温度には、予め目標温度が設定される。図２は、後述する実施例１について、印加されるパルス状電流の電流［Ａ］と、ダイス４に埋設された温度検知素子５の温度［℃］と、上パンチ２の変位量［ｍｍ］の、時間的変化を示したグラフである。目標温度は、温度検知素子５の温度が平坦になっている温度である。図２の実施例１では、目標温度を９００℃に設定している。なお、上パンチ２の変位量とは、下パンチ３の下面を基準にして、上パンチ２の上面が、加熱前の位置から変位した量であり、半導体結晶体の熱膨張による変形量と、下パンチ３の熱膨張による変形量と、上パンチ２の熱膨張による変形量との和である。
【００２５】
温度検知素子５の温度が目標温度に達するまで、印加するパルス状電流の電流［Ａ］を上昇させる。図２の実施例１では、パルス状電流の印加開始から９分経過直後に、電流が１２５０Ａを超えたあたりで、温度検知素子５が目標温度の９００℃に達している。そして、温度検知素子５が目標温度に達した後は、パルス状電流の電流［Ａ］をやや降下させたうえで、その後も目標温度を維持するようにフィードバックをかけながら、パルス状電流を印加し続ける。なお、前記フィードバックは、温度検知素子５の測定温度を、前記パルス状電流発生装置にフィードバックさせるフィードバック手段（図示せず）によりおこなう。
【００２６】
一方、半導体結晶体１は、パルス状電流が印加され、温度が上昇すると、体積の膨張を開始する。これは、上パンチ２の変位量から確認することができる。なお、図２においては、変位量が０．６５ｍｍを超えたところから上パンチ２の変位量を示しているが、実際には、パルス状電流が印加され、温度が上昇し始めた時点から、上パンチ２は変位を開始している。
【００２７】
そして、時点は任意であるが、上パンチ２と下パンチ３との間に圧力を加える。すなわち、圧力をかけ始める時点は、温度検知素子５の温度が目標温度に達する前、達した時、達した後のいずれの時点のいずれであっても良い。ただし、温度検知素子５の温度が十分に上昇する前に圧力をかけると、半導体結晶体１が割れる場合があるため好ましくない。
【００２８】
上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけると、図１（Ｂ）に示すように、半導体結晶体１の厚みが減少する一方、半導体結晶体１の底面の下パンチ３の貫通孔３ａ部分には圧力がかからないため、半導体結晶体１の底面の下パンチ３の貫通孔３ａ部分に膨出部１ａが形成される。
【００２９】
上パンチ２と下パンチ３との間にかける圧力は、一度に大きな値とすることもできるが、上パンチ２ないし下パンチ３の変位量を見ながら、値を段階的に大きくしていくことが好ましい。すなわち、一度に大きな圧力をかけると、半導体結晶体１が割れてしまうことがあるため好ましくない。一方、半導体結晶体１の塑性変形量は、上パンチ２の変位量から読み取ることができるため、その変位量を見ながら圧力の値を段階的に大きくし、半導体結晶体１を段階的に塑性変形させていけば、所望の塑性変形量でＳｉ結晶体１の加工を終了することができ、必要以上に半導体結晶体１を塑性変形させてしまうことがなく好ましい。図２の実施例１では、ステップ１〜４の４段階に分けて、段階的に、上パンチ２と下パンチ３との間にかける圧力を大きくしている。
【００３０】
上パンチ２と下パンチ３との間にかける最大圧力は、３０ＭＰａ以上にする。３０ＭＰａ以上にすれば、加工後の半導体結晶体１の光の透過率に波長依存性が発現するため、光の透過率に波長依存性が求められる用途に使用することができるからである。
【００３１】
半導体結晶体１の塑性変形量が所望の値に達したら、パルス状電流の印加を終了し、また上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけることも終了する。なお、半導体結晶体１の塑性変形量が所望の値に達したか否かは、上パンチ２の変位量から確認する。なお、ここで上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけることを終了しなくても良い。次に説明するように、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４の冷却の際に、半導体結晶体１が割れない程度（たとえばパンチの自重程度）の圧力をかけても良い。
【００３２】
最後に、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４を冷却したうえで、半導体結晶体１を上パンチ２、下パンチ３、ダイス４から取り出し、本実施形態にかかる半導体結晶体の加工は完了する。なお、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４の冷却は、自然冷却でも良いし、冷却手段により加速的に冷却しても良い。ただし、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４は、半導体結晶体１を中心にして、自己発熱現象により昇温しており、不要な部分が必要以上には昇温していないため、冷却に要する時間は、加圧冶具を加熱し、間接的に半導体結晶体を加熱する従来の加工方法に比べて短い。
【００３３】
第１の実施形態では、下パンチ３の中央部に貫通孔３ａを設け、半導体結晶体１の底面に膨出部１ａを形成している。この半導体結晶体１は、たとえば、平凸レンズとして利用することができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態においては、半導体結晶体１を、パルス状電流により自己発熱させて、急速に昇温させているため、昇降温に時間がかからず、短い時間で半導体結晶体を加工することが可能になっている。そして、加圧冶具（上パンチ２、下パンチ３）が高温にならないため、半導体結晶体１が加圧冶具と化学反応を起こすことがない。その結果、加圧冶具の材料の選択自由度が上がっており、安価な材料や、加工のし易い材料を選択することも可能である。また、従来の方法よりも、エネルギーの消費量が少ないという効果も奏している。
【００３５】
以上、第１の実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法について説明したが、本発明がこれに限定されことはなく、発明の主旨に沿って、種々の変形をなすことができる。
【００３６】
たとえば、第１の実施形態では、ダイス４に埋設された温度検知素子５により温度管理をしているが、温度管理はこの方法には限られず、他の部分、他の手段で温度を測定するようにしても良い。なお、温度管理は、半導体結晶体の外部（ダイス４に埋設された温度検知素子５）において管理するのではなく、後述するように、半導体結晶体自体の温度に換算して管理することもできる。この方法によると、半導体結晶体の温度と、加えられる圧力と、塑性変形量との関係をより厳密に把握することができるため好ましい。
【００３７】
また、半導体結晶体の加工形状は上記には限定されず、上パンチ２や下パンチ３の形状を変更することにより、任意に設定することができる。たとえば、下パンチ３に貫通孔ではなく、所望のレンズ形状を有する凹みを設ければ、意図した曲率半径の球面レンズや、非球面レンズを作製することも可能である。また、加圧冶具も上パンチ２と下パンチ３には限定されず、これら以外の特殊な加圧冶具を用いても良い。
【００３８】
さらに、既に述べたように、加工される半導体結晶体の種類も任意であり、Ｓｉ結晶体には限られず、他のＳｉ系結晶体、Ｇｅ系結晶体、その他の半導体結晶体であっても良い。
【実施例】
【００３９】
本発明の半導体結晶体の加工方法により、次の実験をおこなった。
【００４０】
（実施例１）
以下、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、実施例１について説明する。
【００４１】
実施例１では、被加工物として、縦１４ｍｍ、横１４ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法を有する、正方形で板状のＳｉ結晶体１を準備した。
【００４２】
加圧冶具として、導電性材料であるグラファイトからなり、直径２０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱構造の上パンチ２および下パンチ３を準備した。なお、下パンチ３のみ、中央部に直径６ｍｍの貫通孔３ａを有している。
【００４３】
ダイス４として、グラファイトからなり、内径２０ｍｍ、外径５０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒状のものを準備した。ダイス４には、温度検知素子５が埋設されている。温度検知素子５は、ダイス４の円筒部の内壁から５ｍｍのところに、測温部（図において白色の丸で示す部分）が配置されている。
【００４４】
Ｓｉ結晶体１を上パンチ２と下パンチ３との間に挟み込み、これら全体をダイス４の内部に収容した。
【００４５】
実施例１においては、温度検知素子５の目標温度を９００℃に設定し、上パンチ２と下パンチ３の間に、周期３００Ｈｚのパルス状電流の印加を開始した。なお、パルス状電流の周期３００Ｈｚは一例であり、適宜、変更することができる。
【００４６】
図２のグラフに、印加したパルス状電流の電流［Ａ］と、ダイス４に埋設された温度検知素子５の温度［℃］と、上パンチ２の変位量［ｍｍ］の時間的変化を示す。
【００４７】
パルス状電流の印加開始から９分経過直前、温度検知素子５の測定温度が９００℃に達した時点から、上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけ始めた。圧力は、上パンチ２の変位量を見ながら、ステップ１〜４の４段階に分けて、段階的に大きくし、最大圧力を４０ＭＰａとした。各ステップでの荷重を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
ステップ４の圧力をかけたことにより、上パンチ２が予定した変位量に達し、 Ｓｉ結晶体１の塑性変形量が所望の値に達したので、パルス状電流の印加を終了するとともに、上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけることを終了した。
【００５０】
全体を常温にまで冷却したのち、加工を完了したＳｉ結晶体１を、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４から取り出した。Ｓｉ結晶体１は、厚みが１．８ｍｍに減少したうえで、底面に高さ０．０８ｍｍの膨出部１ａが形成された。このＳｉ結晶体１は、たとえば、平凸レンズとして利用することができる。
【００５１】
実施例１では、温度検知素子５の目標温度を９００℃に設定した。この目標温度は、Ｓｉ結晶体１の実際の温度ではなく、Ｓｉ結晶体１の外部のダイス４に埋設された温度検知素子５の温度で設定したものである。
【００５２】
しかしながら、温度管理は、半導体結晶体（Ｓｉ結晶体）１の外部の温度ではなく、半導体結晶体自体の温度に換算しておこなうことが好ましい。すなわち、半導体結晶体自体の温度で温度管理をおこなうと、半導体結晶体の温度と、加えられる圧力と、塑性変形量との関係をより厳密に把握することができる。
【００５３】
そこで、有限要素法を用い、実施例１のＳｉ結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４をモデル化し、温度分布を求めた。
【００５４】
図３に、温度検知素子５が９００℃の時の、Ｓｉ結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４の各温度分布を示す。また、図４に、図３における、Ｓｉ結晶体１の中心部Ａから、ダイス４の外周部Ａ’にかけての温度分布を示す（図４には、上部、中部、下部に３本の温度分布が示されているが、温度検知素子５の目標温度を９００℃とした実施例１は、中部に示された温度分布である）。なお、図３において、鎖線Ｚ−Ｚ’は回転対象軸を示す。
【００５５】
温度検知素子５が９００℃の時には、Ｓｉ結晶体１の中心部の温度は９２２℃、Ｓｉ結晶体１の外周辺付近の温度は９１２℃であることがわかった。実施例１は、温度検知素子５の目標温度を９００℃に設定しているが、Ｓｉ結晶体１の中心部の目標温度を９２２℃、外周辺付近の目標温度を９１２℃に設定したものである。
【００５６】
図５に、実施例１にかかるＳｉ結晶体１の透過特性を示す。図５からわかるように、実施例１にかかるＳｉ結晶体１は、波長８．５μｍ付近と、波長１０．０〜１４．０μｍにおいて光の透過率が落ち込んでおり、光の透過率に波長依存性が発現している。実施例１にかかるＳｉ結晶体１は、光の透過率に波長依存性が求められる光デバイス用途に使用することができる。
【００５７】
（実施例２）
実施例２は、被加工物である半導体結晶体として、縦１４ｍｍ、横１４ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法を有する、正方形で板状のＧｅ結晶体１を用いた。
【００５８】
上パンチ２、下パンチ３、ダイス４は、実施例１と同じものを用いた。
【００５９】
上パンチ２と下パンチ３への加圧は、ステップ１〜４の４段階に分けて、段階的に大きくし、最大３０ＭＰａとした。
【００６０】
実施例２では、温度検知素子５の目標温度を４９６℃に設定したが、これを有限要素法によりＧｅ結晶体自体の温度に換算すると、中心部の目標温度を５００℃、外周辺付近の目標温度を４９８℃に設定したものである。図６に、温度検知素子５が４９６℃の時の、Ｇｅ結晶体１の中心部から、ダイス４の外周部にかけての温度分布を示す
実施例２においても、Ｇｅ結晶体１の底面に、高さ０．１２５ｍｍの膨出部１ａを形成することができた。
【００６１】
図７に、実施例２にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「３０ＭＰａ」と記載したグラフ）。また、図７には、比較例として、加工前のＧｅ結晶体の透過特性（「加工なし」と記載したグラフ）と、最大圧力２０ＭＰａで加工したＧｅ結晶体の透過特性（「２０ＭＰａ」と記載したグラフ）を示す。図７から分かるように、最大圧力３０ＭＰａで加工した実施例２のＧｅ結晶体１は、加工しなかった場合や最大圧力２０ＭＰａで加工した場合に比べて、光の透過率に波長依存性が発現しており、光の透過率に波長依存性が求められる光デバイスの用途に使用することができる。
【００６２】
（実施例３）
実施例３は、最大圧力を５０ＭＰａにしたこと以外は、実施例２と同じ条件とした。
【００６３】
図７に、実施例３にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「５０ＭＰａ」と記載したグラフ）。図７から分かるように、最大圧力５０ＭＰａで加工した実施例３のＧｅ結晶体１は、最大圧力３０ＭＰａで加工した実施例２に比べて、光の透過率により大きな波長依存性が発現している。
【００６４】
（実施例４）
実施例４は、最大圧力を１００ＭＰａにしたこと以外は、実施例２と同じ条件とした。
【００６５】
図７に、実施例４にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「１００ＭＰａ」と記載したグラフ）。図７から分かるように、最大圧力１００ＭＰａで加工した実施例４のＧｅ結晶体１は、全体的な透過率はやや低下しているが、最大圧力５０ＭＰａで加工した実施例３に比べて、光の透過率にさらに大きな波長依存性が発現している。
【００６６】
（実施例５）
実施例５は、最大圧力を２００ＭＰａにしたこと以外は、実施例２と同じ条件とした。
【００６７】
図７に、実施例５にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「２００ＭＰａ」と記載したグラフ）。図７から分かるように、最大圧力１００ＭＰａで加工した実施例４のＧｅ結晶体１は、全体的な透過率は大きく低下しているが、光の透過率に、最大圧力１００ＭＰａで加工した実施例４と同等の波長依存性が発現している。
【符号の説明】
【００６８】
１：半導体結晶体（Ｓｉ結晶体・Ｇｅ結晶体など）
２：上パンチ（加圧冶具）
３：下パンチ（加圧冶具）
３ａ：貫通孔
４：ダイス
５：温度検知素子（熱電対）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶体の加工方法に関し、さらに詳しくは、従来の方法よりも低い温度で半導体結晶体の加工が可能で、かつ光の透過性に波長依存性を備えた半導体結晶体を得ることができる半導体結晶体の加工方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の半導体結晶体の加工方法は、光デバイスの製造方法において利用することができる。
【背景技術】
【０００３】
Ｓｉ系結晶体やＧｅ系結晶体に代表される半導体結晶体を塑性変形させる加工方法として、特許文献１（特開２００５―１４２３７０号公報）に開示された加工方法が知られている。
【０００４】
特許文献１に開示された加工方法では、Ｓｉ系結晶体、Ｇｅ系結晶体などの半導体結晶体を、塑性変形能を有する温度以上、かつ融点未満の温度に加熱し、加圧冶具を用いて荷重をかけ、圧延加工や曲げ加工などを施し、塑性変形させている。たとえば、Ｓｉ結晶体であれば、結晶体と加圧冶具とを、１０５０℃以上、１４１４℃未満の温度に加熱したうえで、荷重をかけ、加工している。また、Ｇｅ結晶体であれば、結晶体と加圧冶具とを、６００℃以上、９１７℃未満の温度に加熱したうえで、荷重をかけ、加工している。
【０００５】
一方、粉体材料に対し、加圧下でパルス状の大電流を投入し、自己発熱現象によって材料を急昇温させ、焼結させる、粉体材料の放電焼結方法が知られている。たとえば、特許文献２（特開平３―５６６０４号公報）においては、粉体材料をパンチとダイからなる金型内に充填し、５〜３０Ｔ／ｃｍ2の圧力で加圧したうえで、周期３００Ｈｚ〜３０ＫＨｚ、３５０Ａ／ｃｍ2のパルス状電流を通電し、材料を自己発熱現象によって８００〜１０００℃に急昇温させ、圧縮焼成する方法が開示されている。特許文献２には、必要に応じて、１〜３分程度で、焼結体を３０００℃程度まで昇温できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５―１４２３７０号公報
【特許文献２】特開平３―５６６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した、特許文献１に開示された従来の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体を所望の形状に加工できるものであり、新しい発想の半導体デバイスを開発し、製造するうえで、非常に有益な技術である。
【０００８】
しかしながら、この従来の半導体結晶体の加工方法は、半導体結晶体と加圧冶具とを、Ｓｉ結晶体で１０５０〜１４１４℃、Ｇｅ結晶体で６００〜９１７℃に加熱しなければならず、加熱温度が高いため、次のような問題があった。
１）半導体結晶体と加圧冶具との全体を加熱して、半導体結晶体を昇温させる方法であるため、昇降温に時間がかかり、加工に長時間を要するものであった。
２）半導体結晶体と加圧冶具とが、高温により、化学反応を起こすおそれがあった。
【０００９】
また、加工された半導体結晶体の主な用途として光デバイスが考えられるが、光デバイスの中には、光の透過率に波長依存性が求められる場合がある。たとえば、半導体結晶体をバンドパスフィルタに使用する場合には、特定の波長における透過率は高いが、その他の波長においては透過率が低いことが求められる。しかしながら、上述した従来の半導体結晶体の加工方法では、特に光の透過率の波長依存性が管理されていないので、光の透過率の波長依存性が求められる用途には使用できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述した、特許文献１に開示された従来の半導体結晶体の加工方法が有する問題を解決するためになされたものである。
【００１１】
すなわち、本願の発明者らは、半導体結晶体の加工方法に、上述した特許文献２に開示されたような、被加工体に加圧下でパルス状の大電流を投入し、被加工体を自己発熱現象によって急昇温させる技術を適用できないかと考え、鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったものである。
【００１２】
本発明の半導体結晶体の加工方法は、上述した従来の加工方法が有する問題を解決する手段として、半導体結晶体を準備する工程と、半導体結晶体を、導電性材料を主体とした材料からなる一対の加圧冶具で挟み込む工程と、一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加することにより、半導体結晶体を、自己発熱により、加圧により塑性変形する温度以上、かつ融点未満の目標温度に昇温させる工程と、一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加し続けることにより、半導体結晶体を目標温度に維持しながら、一対の加圧冶具間に圧力を加え、半導体結晶体を塑性変形により目標形状に成型する工程とを備え、一対の加圧冶具間に加える最大圧力は、３０ＭＰａ以上であるようにした。
【００１３】
なお、一対の加圧冶具間に加える最大圧力は、２００ＭＰａ以下であることが好ましい。２００ＭＰａを超えると、光の透過率特性の個体ごとのばらつきが大きくなってしまうという問題があるからである。また、一対の加圧冶具間に加える最大圧力は、１００ＭＰａ以下であることがより好ましい。１００ＭＰａ以下であれば、光の透過率の低下が小さく、アニールなどの光の透過率を改善する後工程を設けなくても、十分に使用できるからである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体結晶体の加工方法は、上述の構成としたため、次のような効果を奏することができる。
１）半導体結晶体を、パルス状電流により自己発熱させて、急速に昇温させる方法であるため、昇降温に時間がかからず、短い時間で半導体結晶体を加工することができる。
２）加圧冶具が高温にならないため、半導体結晶体が加圧冶具と化学反応を起こすことがない。
３）加工後の半導体結晶体の光の透過率に波長依存性が発現するため、光の透過率に波長依存性が求められる用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法を示し、図１（Ａ）は加圧前の状態を示す断面図、図１（Ｂ）は加圧後の状態を示す断面図である。
【図２】実施例１の半導体結晶体の加工方法における、パルス状電流の電流［Ａ］、ダイスに埋設された温度検知素子の温度［℃］、上パンチの変位量［ｍｍ］の時間的変化を示したグラフである。
【図３】実施例１の半導体結晶体の加工方法において、温度検知素子が９００℃の時の、Ｓｉ結晶体、上パンチ、下パンチ、ダイスの各部分の温度を、有限要素法により導き出した温度分布図である。
【図４】実施例１の半導体結晶体の加工方法において、温度検知素子が９００℃、の時の、Ｓｉ結晶体、ダイスの温度を、有限要素法により導き出した温度分布図である。
【図５】実施例１の半導体結晶体の透過特性を示すグラフである。
【図６】実施例２の半導体結晶体の加工方法において、温度検知素子が４９６℃、の時の、Ｇｅ結晶体、ダイスの温度を、有限要素法により導き出した温度分布図である。
【図７】実施例２〜５と比較例１、２の各半導体結晶体の透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に、本発明の実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法を示す。ただし、図１（Ａ）は加圧前の状態を示す断面図、図１（Ｂ）は加圧後の状態を示す断面図である。
【００１８】
本実施形態の半導体結晶体の加工方法は、まず、被加工物として、半導体結晶体１を準備する。半導体結晶体１の種類は任意であり、Ｓｉ結晶体に代表されるＳｉ系結晶体や、Ｇｅ結晶体に代表されるＧｅ系結晶体や、その他の半導体結晶体を用いることができる。
【００１９】
次に、加圧冶具として、導電性材料からなる上パンチ２、下パンチ３を準備する。上パンチ２、下パンチ３の少なくとも一方は、所望する半導体結晶体の加工形状に対応した当接面を有している。本実施形態においては、下パンチ３は、当接面の中央に貫通孔３ａを有している。
【００２０】
次に、半導体結晶体１を、上パンチ２と下パンチ３との間に挟み込む。
【００２１】
次に、円筒状のダイス４を準備し、図１（Ａ）に示すように、ダイス４の内部に、半導体結晶体１を挟み込んだ上パンチ２、下パンチ３を収容する。なお、ダイス４には、温度検知素子５として、熱電対が埋設されている。温度検知素子は、熱電対には限定されず、熱電対の他に、たとえば、白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対、トランジスタの温度特性を利用したＩＣ化温度センサ、水晶温度計、赤外線式のサーモパイルやサーミスタ、光量子式フォトダイオードやフォトトランジスタなどから選択することができる。
【００２２】
次に、温度検知素子５で温度を測定しながら、上パンチ２と下パンチ３の間に、パルス状電流を印加する。なお、ダイス４が上パンチ２と下パンチ３に接しているため、印加されたパルス状電流は、上パンチ２→半導体結晶体１→下パンチ３と、上パンチ２→ダイス４→下パンチ３との、２つの経路で流れる。そして、パルス状電流を印加すると、半導体結晶体１、および上パンチ２、下パンチ３、ダイス４において、自己発熱現象が起こり、半導体結晶体１の温度が急上昇する。
【００２３】
なお、パルス状電流の印加は、慣用されているパルス状電流発生手段（図示せず）を用いておこなう。
【００２４】
温度検知素子５の温度には、予め目標温度が設定される。図２は、後述する実施例１について、印加されるパルス状電流の電流［Ａ］と、ダイス４に埋設された温度検知素子５の温度［℃］と、上パンチ２の変位量［ｍｍ］の、時間的変化を示したグラフである。目標温度は、温度検知素子５の温度が平坦になっている温度である。図２の実施例１では、目標温度を９００℃に設定している。なお、上パンチ２の変位量とは、下パンチ３の下面を基準にして、上パンチ２の上面が、加熱前の位置から変位した量であり、半導体結晶体の熱膨張による変形量と、下パンチ３の熱膨張による変形量と、上パンチ２の熱膨張による変形量との和である。
【００２５】
温度検知素子５の温度が目標温度に達するまで、印加するパルス状電流の電流［Ａ］を上昇させる。図２の実施例１では、パルス状電流の印加開始から９分経過直後に、電流が１２５０Ａを超えたあたりで、温度検知素子５が目標温度の９００℃に達している。そして、温度検知素子５が目標温度に達した後は、パルス状電流の電流［Ａ］をやや降下させたうえで、その後も目標温度を維持するようにフィードバックをかけながら、パルス状電流を印加し続ける。なお、前記フィードバックは、温度検知素子５の測定温度を、前記パルス状電流発生装置にフィードバックさせるフィードバック手段（図示せず）によりおこなう。
【００２６】
一方、半導体結晶体１は、パルス状電流が印加され、温度が上昇すると、体積の膨張を開始する。これは、上パンチ２の変位量から確認することができる。なお、図２においては、変位量が０．６５ｍｍを超えたところから上パンチ２の変位量を示しているが、実際には、パルス状電流が印加され、温度が上昇し始めた時点から、上パンチ２は変位を開始している。
【００２７】
そして、時点は任意であるが、上パンチ２と下パンチ３との間に圧力を加える。すなわち、圧力をかけ始める時点は、温度検知素子５の温度が目標温度に達する前、達した時、達した後のいずれの時点のいずれであっても良い。ただし、温度検知素子５の温度が十分に上昇する前に圧力をかけると、半導体結晶体１が割れる場合があるため好ましくない。
【００２８】
上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけると、図１（Ｂ）に示すように、半導体結晶体１の厚みが減少する一方、半導体結晶体１の底面の下パンチ３の貫通孔３ａ部分には圧力がかからないため、半導体結晶体１の底面の下パンチ３の貫通孔３ａ部分に膨出部１ａが形成される。
【００２９】
上パンチ２と下パンチ３との間にかける圧力は、一度に大きな値とすることもできるが、上パンチ２ないし下パンチ３の変位量を見ながら、値を段階的に大きくしていくことが好ましい。すなわち、一度に大きな圧力をかけると、半導体結晶体１が割れてしまうことがあるため好ましくない。一方、半導体結晶体１の塑性変形量は、上パンチ２の変位量から読み取ることができるため、その変位量を見ながら圧力の値を段階的に大きくし、半導体結晶体１を段階的に塑性変形させていけば、所望の塑性変形量でＳｉ結晶体１の加工を終了することができ、必要以上に半導体結晶体１を塑性変形させてしまうことがなく好ましい。図２の実施例１では、ステップ１〜４の４段階に分けて、段階的に、上パンチ２と下パンチ３との間にかける圧力を大きくしている。
【００３０】
上パンチ２と下パンチ３との間にかける最大圧力は、３０ＭＰａ以上にする。３０ＭＰａ以上にすれば、加工後の半導体結晶体１の光の透過率に波長依存性が発現するため、光の透過率に波長依存性が求められる用途に使用することができるからである。
【００３１】
半導体結晶体１の塑性変形量が所望の値に達したら、パルス状電流の印加を終了し、また上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけることも終了する。なお、半導体結晶体１の塑性変形量が所望の値に達したか否かは、上パンチ２の変位量から確認する。なお、ここで上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけることを終了しなくても良い。次に説明するように、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４の冷却の際に、半導体結晶体１が割れない程度（たとえばパンチの自重程度）の圧力をかけても良い。
【００３２】
最後に、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４を冷却したうえで、半導体結晶体１を上パンチ２、下パンチ３、ダイス４から取り出し、本実施形態にかかる半導体結晶体の加工は完了する。なお、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４の冷却は、自然冷却でも良いし、冷却手段により加速的に冷却しても良い。ただし、半導体結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４は、半導体結晶体１を中心にして、自己発熱現象により昇温しており、不要な部分が必要以上には昇温していないため、冷却に要する時間は、加圧冶具を加熱し、間接的に半導体結晶体を加熱する従来の加工方法に比べて短い。
【００３３】
第１の実施形態では、下パンチ３の中央部に貫通孔３ａを設け、半導体結晶体１の底面に膨出部１ａを形成している。この半導体結晶体１は、たとえば、平凸レンズとして利用することができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態においては、半導体結晶体１を、パルス状電流により自己発熱させて、急速に昇温させているため、昇降温に時間がかからず、短い時間で半導体結晶体を加工することが可能になっている。そして、加圧冶具（上パンチ２、下パンチ３）が高温にならないため、半導体結晶体１が加圧冶具と化学反応を起こすことがない。その結果、加圧冶具の材料の選択自由度が上がっており、安価な材料や、加工のし易い材料を選択することも可能である。また、従来の方法よりも、エネルギーの消費量が少ないという効果も奏している。
【００３５】
以上、第１の実施形態にかかる半導体結晶体の加工方法について説明したが、本発明がこれに限定されことはなく、発明の主旨に沿って、種々の変形をなすことができる。
【００３６】
たとえば、第１の実施形態では、ダイス４に埋設された温度検知素子５により温度管理をしているが、温度管理はこの方法には限られず、他の部分、他の手段で温度を測定するようにしても良い。なお、温度管理は、半導体結晶体の外部（ダイス４に埋設された温度検知素子５）において管理するのではなく、後述するように、半導体結晶体自体の温度に換算して管理することもできる。この方法によると、半導体結晶体の温度と、加えられる圧力と、塑性変形量との関係をより厳密に把握することができるため好ましい。
【００３７】
また、半導体結晶体の加工形状は上記には限定されず、上パンチ２や下パンチ３の形状を変更することにより、任意に設定することができる。たとえば、下パンチ３に貫通孔ではなく、所望のレンズ形状を有する凹みを設ければ、意図した曲率半径の球面レンズや、非球面レンズを作製することも可能である。また、加圧冶具も上パンチ２と下パンチ３には限定されず、これら以外の特殊な加圧冶具を用いても良い。
【００３８】
さらに、既に述べたように、加工される半導体結晶体の種類も任意であり、Ｓｉ結晶体には限られず、他のＳｉ系結晶体、Ｇｅ系結晶体、その他の半導体結晶体であっても良い。
【実施例】
【００３９】
本発明の半導体結晶体の加工方法により、次の実験をおこなった。
【００４０】
（実施例１）
以下、図１（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら、実施例１について説明する。
【００４１】
実施例１では、被加工物として、縦１４ｍｍ、横１４ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法を有する、正方形で板状のＳｉ結晶体１を準備した。
【００４２】
加圧冶具として、導電性材料であるグラファイトからなり、直径２０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱構造の上パンチ２および下パンチ３を準備した。なお、下パンチ３のみ、中央部に直径６ｍｍの貫通孔３ａを有している。
【００４３】
ダイス４として、グラファイトからなり、内径２０ｍｍ、外径５０ｍｍ、高さ８０ｍｍの円筒状のものを準備した。ダイス４には、温度検知素子５が埋設されている。温度検知素子５は、ダイス４の円筒部の内壁から５ｍｍのところに、測温部（図において白色の丸で示す部分）が配置されている。
【００４４】
Ｓｉ結晶体１を上パンチ２と下パンチ３との間に挟み込み、これら全体をダイス４の内部に収容した。
【００４５】
実施例１においては、温度検知素子５の目標温度を９００℃に設定し、上パンチ２と下パンチ３の間に、周期３００Ｈｚのパルス状電流の印加を開始した。なお、パルス状電流の周期３００Ｈｚは一例であり、適宜、変更することができる。
【００４６】
図２のグラフに、印加したパルス状電流の電流［Ａ］と、ダイス４に埋設された温度検知素子５の温度［℃］と、上パンチ２の変位量［ｍｍ］の時間的変化を示す。
【００４７】
パルス状電流の印加開始から９分経過直前、温度検知素子５の測定温度が９００℃に達した時点から、上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけ始めた。圧力は、上パンチ２の変位量を見ながら、ステップ１〜４の４段階に分けて、段階的に大きくし、最大圧力を４０ＭＰａとした。各ステップでの荷重を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
ステップ４の圧力をかけたことにより、上パンチ２が予定した変位量に達し、 Ｓｉ結晶体１の塑性変形量が所望の値に達したので、パルス状電流の印加を終了するとともに、上パンチ２と下パンチ３との間に圧力をかけることを終了した。
【００５０】
全体を常温にまで冷却したのち、加工を完了したＳｉ結晶体１を、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４から取り出した。Ｓｉ結晶体１は、厚みが１．８ｍｍに減少したうえで、底面に高さ０．０８ｍｍの膨出部１ａが形成された。このＳｉ結晶体１は、たとえば、平凸レンズとして利用することができる。
【００５１】
実施例１では、温度検知素子５の目標温度を９００℃に設定した。この目標温度は、Ｓｉ結晶体１の実際の温度ではなく、Ｓｉ結晶体１の外部のダイス４に埋設された温度検知素子５の温度で設定したものである。
【００５２】
しかしながら、温度管理は、半導体結晶体（Ｓｉ結晶体）１の外部の温度ではなく、半導体結晶体自体の温度に換算しておこなうことが好ましい。すなわち、半導体結晶体自体の温度で温度管理をおこなうと、半導体結晶体の温度と、加えられる圧力と、塑性変形量との関係をより厳密に把握することができる。
【００５３】
そこで、有限要素法を用い、実施例１のＳｉ結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４をモデル化し、温度分布を求めた。
【００５４】
図３に、温度検知素子５が９００℃の時の、Ｓｉ結晶体１、上パンチ２、下パンチ３、ダイス４の各温度分布を示す。また、図４に、図３における、Ｓｉ結晶体１の中心部Ａから、ダイス４の外周部Ａ’にかけての温度分布を示す（図４には、上部、中部、下部に３本の温度分布が示されているが、温度検知素子５の目標温度を９００℃とした実施例１は、中部に示された温度分布である）。なお、図３において、鎖線Ｚ−Ｚ’は回転対象軸を示す。
【００５５】
温度検知素子５が９００℃の時には、Ｓｉ結晶体１の中心部の温度は９２２℃、Ｓｉ結晶体１の外周辺付近の温度は９１２℃であることがわかった。実施例１は、温度検知素子５の目標温度を９００℃に設定しているが、Ｓｉ結晶体１の中心部の目標温度を９２２℃、外周辺付近の目標温度を９１２℃に設定したものである。
【００５６】
図５に、実施例１にかかるＳｉ結晶体１の透過特性を示す。図５からわかるように、実施例１にかかるＳｉ結晶体１は、波長８．５μｍ付近と、波長１０．０〜１４．０μｍにおいて光の透過率が落ち込んでおり、光の透過率に波長依存性が発現している。実施例１にかかるＳｉ結晶体１は、光の透過率に波長依存性が求められる光デバイス用途に使用することができる。
【００５７】
（実施例２）
実施例２は、被加工物である半導体結晶体として、縦１４ｍｍ、横１４ｍｍ、厚さ２ｍｍの寸法を有する、正方形で板状のＧｅ結晶体１を用いた。
【００５８】
上パンチ２、下パンチ３、ダイス４は、実施例１と同じものを用いた。
【００５９】
上パンチ２と下パンチ３への加圧は、ステップ１〜４の４段階に分けて、段階的に大きくし、最大３０ＭＰａとした。
【００６０】
実施例２では、温度検知素子５の目標温度を４９６℃に設定したが、これを有限要素法によりＧｅ結晶体自体の温度に換算すると、中心部の目標温度を５００℃、外周辺付近の目標温度を４９８℃に設定したものである。図６に、温度検知素子５が４９６℃の時の、Ｇｅ結晶体１の中心部から、ダイス４の外周部にかけての温度分布を示す
実施例２においても、Ｇｅ結晶体１の底面に、高さ０．１２５ｍｍの膨出部１ａを形成することができた。
【００６１】
図７に、実施例２にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「３０ＭＰａ」と記載したグラフ）。また、図７には、比較例として、加工前のＧｅ結晶体の透過特性（「加工なし」と記載したグラフ）と、最大圧力２０ＭＰａで加工したＧｅ結晶体の透過特性（「２０ＭＰａ」と記載したグラフ）を示す。図７から分かるように、最大圧力３０ＭＰａで加工した実施例２のＧｅ結晶体１は、加工しなかった場合や最大圧力２０ＭＰａで加工した場合に比べて、光の透過率に波長依存性が発現しており、光の透過率に波長依存性が求められる光デバイスの用途に使用することができる。
【００６２】
（実施例３）
実施例３は、最大圧力を５０ＭＰａにしたこと以外は、実施例２と同じ条件とした。
【００６３】
図７に、実施例３にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「５０ＭＰａ」と記載したグラフ）。図７から分かるように、最大圧力５０ＭＰａで加工した実施例３のＧｅ結晶体１は、最大圧力３０ＭＰａで加工した実施例２に比べて、光の透過率により大きな波長依存性が発現している。
【００６４】
（実施例４）
実施例４は、最大圧力を１００ＭＰａにしたこと以外は、実施例２と同じ条件とした。
【００６５】
図７に、実施例４にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「１００ＭＰａ」と記載したグラフ）。図７から分かるように、最大圧力１００ＭＰａで加工した実施例４のＧｅ結晶体１は、全体的な透過率はやや低下しているが、最大圧力５０ＭＰａで加工した実施例３に比べて、光の透過率にさらに大きな波長依存性が発現している。
【００６６】
（実施例５）
実施例５は、最大圧力を２００ＭＰａにしたこと以外は、実施例２と同じ条件とした。
【００６７】
図７に、実施例５にかかるＧｅ結晶体１の透過特性を示す（「２００ＭＰａ」と記載したグラフ）。図７から分かるように、最大圧力１００ＭＰａで加工した実施例４のＧｅ結晶体１は、全体的な透過率は大きく低下しているが、光の透過率に、最大圧力１００ＭＰａで加工した実施例４と同等の波長依存性が発現している。
【符号の説明】
【００６８】
１：半導体結晶体（Ｓｉ結晶体・Ｇｅ結晶体など）
２：上パンチ（加圧冶具）
３：下パンチ（加圧冶具）
３ａ：貫通孔
４：ダイス
５：温度検知素子（熱電対）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体結晶体を準備する工程と、
前記半導体結晶体を、導電性材料を主体とした材料からなる一対の加圧冶具で挟み込む工程と、
前記一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加することにより、前記半導体結晶体を、自己発熱により、加圧により塑性変形する温度以上、かつ融点未満の目標温度に昇温させる工程と、
前記一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加し続けることにより、前記半導体結晶体を前記目標温度に維持しながら、前記一対の加圧冶具間に圧力を加え、前記半導体結晶体を塑性変形により目標形状に成型する工程とを備え
前記一対の加圧冶具間に加える最大圧力が、３０ＭＰａ以上であることを特徴とする、半導体結晶体の加工方法。
【請求項２】
前記一対の加圧冶具間に加える最大圧力が、２００ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項１に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項３】
前記一対の加圧冶具間に加える最大圧力が、１００ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項２に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項４】
前記半導体結晶体を挟み込んだ前記一対の加圧冶具が、導電性材料を主体としたダイスの内部に収容され、前記パルス状電流が、前記ダイスにも流れることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項５】
前記半導体結晶体の前記目標温度への維持が、前記ダイスに配置された温度検知素子により測定された温度をフィードバックすることにより、前記パルス状電流を制御しておこなわれることを特徴とする、請求項４に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項６】
前記一対の加圧冶具間に加えられる圧力の大きさが、段階的に、増加されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項１】
半導体結晶体を準備する工程と、
前記半導体結晶体を、導電性材料を主体とした材料からなる一対の加圧冶具で挟み込む工程と、
前記一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加することにより、前記半導体結晶体を、自己発熱により、加圧により塑性変形する温度以上、かつ融点未満の目標温度に昇温させる工程と、
前記一対の加圧冶具間にパルス状電流を印加し続けることにより、前記半導体結晶体を前記目標温度に維持しながら、前記一対の加圧冶具間に圧力を加え、前記半導体結晶体を塑性変形により目標形状に成型する工程とを備え
前記一対の加圧冶具間に加える最大圧力が、３０ＭＰａ以上であることを特徴とする、半導体結晶体の加工方法。
【請求項２】
前記一対の加圧冶具間に加える最大圧力が、２００ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項１に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項３】
前記一対の加圧冶具間に加える最大圧力が、１００ＭＰａ以下であることを特徴とする、請求項２に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項４】
前記半導体結晶体を挟み込んだ前記一対の加圧冶具が、導電性材料を主体としたダイスの内部に収容され、前記パルス状電流が、前記ダイスにも流れることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項５】
前記半導体結晶体の前記目標温度への維持が、前記ダイスに配置された温度検知素子により測定された温度をフィードバックすることにより、前記パルス状電流を制御しておこなわれることを特徴とする、請求項４に記載された半導体結晶体の加工方法。
【請求項６】
前記一対の加圧冶具間に加えられる圧力の大きさが、段階的に、増加されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された半導体結晶体の加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２５０３７（Ｐ２０１３−２５０３７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９１５１（Ｐ２０１１−１５９１５１）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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