蓝宝石单晶生长用坩埚和蓝宝石单晶生长方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蓝宝石单晶生长用坩埚和蓝宝石单晶生长方法。
【背景技术】
[0002] 蓝宝石单晶是透射率和机械性能优异的材料，例如作为光学材料被广泛使用，进 一步越来越多地用作GaN生长用的外延基板。
[0003] 以往，该蓝宝石单晶通过使用铱、钨、钼等的坩埚，使用提拉法（也称为 Czochralski 法、CZ 法等）、EFG(Edge_defined. Film-fed Growth，限边馈膜生长）法、 Kyropoulos法（泡生法）由晶种进行生长来得到。
[0004] 另一方面，近年来，为了提高蓝宝石的成品率，蓝宝石单晶变得大型化，出现了难 以利用上述提拉法那样的现有的蓝宝石单晶的制造方法进行生长的尺寸。
[0005] 因此，作为能够应对这样的蓝宝石单晶的大型化的生长方法，开始使用HEMOfeat Exchange Method，热交换）法（非专利文献1)。
[0006] 在此，上述的坩埚材料中，钼与铱、钨相比成本较低，因此广泛用作坩埚的材料 (专利文献1)。
[0007] 另一方面，蓝宝石的熔点超过2000°C，因此，也是用在钼中含有钨的钼-钨合金 (专利文献2~4)。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开2010-270345号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开2011-127150号公报
[0012] 专利文献3 :日本特开2011-127839号公报
[0013] 专利文献4 :日本专利第3917208号说明书
[0014] 非专利文献
[0015] 非专利文献 I 〖Frederick Schmid, Chandra P. Khattak, and D. Mark Felt, "Producing Large Sapphire for Optical Applications"，American Ceramic Society Bulletin, Februaryl994 Volume 73, No. 2, p39-44.
【发明内容】
[0016] 发明所要解决的课题
[0017] 但是，对于上述文献记载的坩埚而言，需要在蓝宝石生长后破坏坩埚将蓝宝石取 出，未设想坩埚的再利用。因此，每生长一次蓝宝石就需要将坩埚废弃，难以降低蓝宝石生 长的成本。
[0018] 特别是对于使用钼的坩埚而言，在对熔融的蓝宝石进行冷却时，由于在常温附近 钼的热膨胀率比蓝宝石大，因此坩埚大幅收缩。
[0019] 因此，难以在不破坏坩埚的情况下将内部的蓝宝石晶锭取出，此外，在收缩时产生 压应力，有可能给蓝宝石的晶体取向等带来不良影响。
[0020] 另外，上述文献记载的坩埚中，熔融的氧化铝浸蚀钼的晶界，结果，有时几十微米 至毫米级的钼颗粒脱落，混入到蓝宝石结晶中，导致蓝宝石结晶的着色、结晶性的劣化。这 种发生有混入情况的蓝宝石有时无法使用，从而给成品率带来不良影响，因此难以降低蓝 宝石生长的成本。
[0021] 本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够使蓝宝石生长的成本比以 往降低的结构的蓝宝石单晶生长用坩埚。
[0022] 用于解决课题的手段
[0023] 为了解决上述课题，本发明人对于使坩埚能够再利用、且能够抑制坩埚成分混入 到熔化后的蓝宝石中的坩埚所需要的条件、特别是与蓝宝石接触的坩埚内周面的形状进行 了再次研究。
[0024] 结果发现，通过使坩埚内周面的表面粗糙度为规定的范围，能够实现坩埚的再利 用，且能够抑制坩埚成分混入到熔化后的蓝宝石中，从而完成了本发明。
[0025] 即，本发明的第1方式为一种蓝宝石单晶生长用坩埚，其由钨和不可避杂质构成， 或者由含有3质量％以上且60质量％以下的钨的钨-钼合金和不可避杂质构成，其具有圆 筒部和以与上述圆筒部连接的方式设置的底部，至少其内周的表面粗糙度为：最大高度Ry 为7 ym以下、算术平均粗糙度Ra为Iym以下。
[0026] 本发明的第2方式为一种蓝宝石单晶生长方法，其使用了第1方式所述的蓝宝石 单晶生长用坩埚。
[0027] 发明的效果
[0028] 根据本发明，可以提供能够使蓝宝石生长的成本比以往降低的结构的蓝宝石单晶 生长用坩埚。
【附图说明】
[0029] 图1为示出蓝宝石单晶生长用坩埚1的截面图。
[0030] 图2为示出蓝宝石单晶生长用坩埚1的制造方法的一例的流程图。
[0031] 图3为示出蓝宝石单晶生长用坩埚1的制造方法的一例的流程图。
【具体实施方式】
[0032] 以下，参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。
[0033] 首先，参照图1对本发明的实施方式的蓝宝石单晶生长用坩埚1的形状进行说明。
[0034] 在此，作为蓝宝石单晶生长用坩埚1，例示了利用HEM法得到的单晶生长用坩埚。
[0035] 如图1所示，蓝宝石单晶生长用坩埚1具有圆筒部3和与圆筒部3连接的无接缝 的圆锥台形状的底部7,进而，在开口部设置有凸缘9。
[0036] 以下，对构成蓝宝石单晶生长用坩埚1的部件的形状、组成和蓝宝石单晶生长用 坩埚1的制造方法进行说明。
[0037]〈材料〉
[0038] 作为构成蓝宝石单晶生长用坩埚1的材料，优选可耐受蓝宝石（氧化铝）的熔融 温度、高温强度优异、且热膨胀率的温度变化与蓝宝石接近的材料（或者热膨胀率本身极 小的材料）。
[0039] 作为这样的材料，优选钨。即，钨在金属中具有3400°C的最高熔点，具有高的高温 强度。
[0040]另一方面，如果考虑到加工性，则有时优选使用在钨中含有钼的钨-钼合金。
[0041] 这种情况下，优选使用在钼中含有3质量％以上且30质量％以下的钨的合金。这 是因为，钨的含量小于3质量时，无法得到含有钨的效果，超过30质量％时，特性、特别是加 工性与钨酷似，因此制成合金的技术意义降低。另外还因为，在烧结时钨成分与钼成分的合 金化不足而使未合金化颗粒散在，并且烧结体的结晶粒度过小，由此导致成形性降低。
[0042] 但是，如后所述，如果使用合金粉末作为原料粉末并通过对合金粉末进行粗粒化 处理等能够解决上述问题，则钨可以含有至60质量％。
[0043] 另外，优选上述材料的纯度为99. 9质量％以上，余量为不可避免的杂质。这是因 为，虽然熔融蓝宝石对坩埚内面的浸蚀是不可避免的，但如果是这种级别的高纯度材料，则 只有极微量的杂质污染，能够避免着色等不良情况。
[0044] 需要说明的是，在此所述的纯度是通过基于钨-钼工业会标准（TMIAS)标准编号 0001 (钨粉和钼分析方法）的分析而得到的纯度。
[0045]〈圆筒部3和底部7>
[0046] 圆筒部3具有与进行生长的蓝宝石单晶的晶片的直径对应的内径（开口部直径 D)。作为晶片的直径，可以举出4英寸晶片、6英寸晶片，为了与这些晶片尺寸对应，优选至 少为200mm直径。另外，预测将来会产生直径400mm的坩埚、甚至直径660mm的坩埚的需要， 因此，还设想了具有与这些直径对应的开口部直径（200mm以上且660mm以下）的圆筒部3。
[0047] 底部7在此为圆锥台形状的底部。该形状是用于HEM法的坩埚的特征性形状，如 后所述，可以通过旋压加工法7絞*9工法）以无接缝的方式制作。但是，在使用HEM法 以外的生长法的情况下，不需要底部7 -定为圆锥台形状。
[0048] 在此，优选圆筒部3和平底7的厚度为1mm以上且5mm以下，并且从底部7朝向圆 筒部3(的开口部）厚度