JP2000154088A - Method and device for producing single crystal - Google Patents
Method and device for producing single crystalInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶製造方法お
よび装置に関するものであり、特に、GaAs、InP
等のIII−V族系化合物半導体材料、CdTe、Zn
Se等のII−VI族系化合物半導体材料、およびSi
Ge等の複数元素を化合して生成される材料等の単結晶
を製造する方法および装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a single crystal, and more particularly, to GaAs, InP.
III-V compound semiconductor materials such as CdTe, Zn
II-VI group compound semiconductor materials such as Se, and Si
The present invention relates to a method and an apparatus for producing a single crystal such as a material generated by combining a plurality of elements such as Ge.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の単結晶製造方法および装置の一例
としては、たとえば特開平10−130098号公報
に、二元系化合物半導体単結晶の成長方法および装置が
開示されている。2. Description of the Related Art As an example of a conventional method and apparatus for producing a single crystal, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-13098 discloses a method and apparatus for growing a binary compound semiconductor single crystal.
【0003】この方法および装置においては、坩堝内に
下方から順に、高蒸気圧成分元素に対応する元素Bと、
他方の元素に対応する原料Aとを、混合することなく2
層にして収容し、成長容器の下方から高解離圧成分元素
の原料Bの蒸気を満たし、坩堝内で原料を直接合成した
後、化合物半導体単結晶を成長させている。In this method and apparatus, an element B corresponding to a high vapor pressure component element is sequentially placed in a crucible from below,
The raw material A corresponding to the other element is mixed with the raw material A without mixing.
The compound semiconductor single crystal is grown after the raw material B of the high dissociation pressure component element is filled from the lower part of the growth vessel with the vapor of the raw material B, and the raw material is directly synthesized in the crucible.
【0004】また、従来の単結晶製造方法および装置の
他の例としては、たとえば特開昭63−270379号
公報に、化合物半導体単結晶の製造方法および装置が開
示されている。As another example of a conventional method and apparatus for producing a single crystal, a method and apparatus for producing a compound semiconductor single crystal are disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-270379.
【0005】この方法および装置においては、GaとA
sとを直接合成後、種結晶を下から押上げ、種結晶上の
液止め栓を融液内に放出して融液面に浮上させることに
より、種結晶と融液とを接触させてGaAs単結晶を成
長させている。In this method and apparatus, Ga and A
After directly synthesizing GaAs with the seed crystal, the seed crystal is pushed up from below, and the liquid stopper on the seed crystal is released into the melt to float on the melt surface, thereby bringing the seed crystal into contact with the melt to form GaAs. A single crystal is growing.
【0006】また、従来の単結晶製造方法および装置の
さらに他の例としては、特開昭63−74990号公報
に、化合物半導体単結晶の製造方法および装置が開示さ
れている。As still another example of the conventional method and apparatus for producing a single crystal, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-74990 discloses a method and apparatus for producing a compound semiconductor single crystal.
【0007】この方法および装置においては、坩堝でG
aとAsとを直接合成した後、種結晶の上部の封止を解
除し、化合物半導体融液と種結晶とを接触させてGaA
s単結晶を成長させている。In this method and apparatus, the crucible uses G
After directly synthesizing a and As, the sealing at the top of the seed crystal is released, and the melt of the compound semiconductor and the seed crystal are brought into contact with each other to form GaAs.
An s single crystal is grown.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平10−130098号公報に開示された従来技
術においては、以下のような問題点があった。However, the prior art disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-13098 has the following problems.
【0009】すなわち、昇温すると、坩堝内の上層の原
料Aは、成長容器下部からの原料Bの蒸気成分と反応す
るよりも、坩堝内下層の高解離圧原料Bと迅速に化合し
やすくなる。そのため、下層の原料Bが破壊されて、坩
堝内上層の原料Aが種結晶に触れてしまい、種結晶を損
傷させてしまう。すなわち、坩堝内上層の液体原料は、
下層原料の隙間を通じて容易に種結晶まで到達し、種結
晶を損傷してしまうという問題があった。That is, when the temperature is raised, the raw material A in the upper layer in the crucible easily combines with the high-dissociation pressure raw material B in the lower layer in the crucible more easily than reacts with the vapor component of the raw material B from the lower part of the growth vessel. . Therefore, the raw material B in the lower layer is destroyed, and the raw material A in the upper layer in the crucible contacts the seed crystal, thereby damaging the seed crystal. That is, the liquid material in the upper layer in the crucible is
There is a problem that the seed crystal easily reaches the seed crystal through the gap between the lower layer raw materials and damages the seed crystal.
【0010】また、この技術においては、合成前の原料
が種結晶を損傷しないように、坩堝内面と全く同じ形状
の緻密な原料Bによって、種結晶上部を覆う必要があっ
た。しかしながら、高解離圧成分元素の原料Bを坩堝の
形に合せて緻密に充填することは極めて困難であり、た
とえ成形により製造することができたとしても、非常に
高コストになるという問題もあった。Further, in this technique, it is necessary to cover the upper portion of the seed crystal with a dense raw material B having exactly the same shape as the inner surface of the crucible so that the raw material before synthesis does not damage the seed crystal. However, it is extremely difficult to densely fill the raw material B of the high dissociation pressure component element with the shape of the crucible, and even if it can be manufactured by molding, there is also a problem that the cost becomes extremely high. Was.
【0011】また、上述した特開昭63−270379
号公報に開示された従来技術においても、以下のような
問題点があった。Further, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-270379
The prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-15095 has the following problems.
【0012】すなわち、種結晶を正確に上下動させる機
構が必要になるため、炉の構造が複雑となり、その結
果、高コストになってしまうという問題があった。That is, since a mechanism for accurately moving the seed crystal up and down is required, the structure of the furnace is complicated, resulting in a problem that the cost is increased.
【0013】また、この技術においては、合成前の原料
が種結晶を損傷するのを防止するため、隙間が生じない
ように、精密な形状の液止め栓を坩堝に強く密着させる
必要があった。そのため、高温で種結晶が圧縮力を受け
る結果、種結晶が損傷されて単結晶成長が困難となり、
単結晶製造の歩留りが低下するという問題もあった。Further, in this technique, in order to prevent the raw material before synthesis from damaging the seed crystal, it is necessary to strongly adhere a precisely shaped liquid stopper to the crucible so that no gap is formed. . As a result, the seed crystal is subjected to a compressive force at a high temperature, so that the seed crystal is damaged and single crystal growth becomes difficult,
There was also a problem that the yield of single crystal production was reduced.
【0014】さらに、上述した特開昭63−74990
号公報に開示された従来技術においても、以下のような
問題があった。Further, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-74990 is described.
The prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-15095 has the following problems.
【0015】すなわち、この技術においても、合成前の
原料が種結晶を損傷するのを防止するため、隙間が生じ
ないように、精密な形状の液止め栓を坩堝に強く密着さ
せる必要があった。そのため、封止手段を種結晶上部に
正確にセッティングする機構が必要な結果、炉の構造が
複雑となり、高コストになってしまうという問題があっ
た。また、封止手段を坩堝に強く接触させる必要があ
り、坩堝を損傷しやすいという問題もあった。That is, also in this technique, in order to prevent the raw material before synthesis from damaging the seed crystal, it is necessary to tightly attach a precisely shaped liquid stopper to the crucible so that no gap is formed. . Therefore, there is a need for a mechanism for accurately setting the sealing means above the seed crystal, resulting in a problem that the structure of the furnace is complicated and the cost is high. In addition, there is a problem that the sealing means needs to be in strong contact with the crucible, and the crucible is easily damaged.
【0016】この発明の目的は、上述した問題点を解決
し、合成前の原料が種結晶と反応して単結晶に損傷を与
えるのを防止することにより、単結晶成長の歩留りを向
上することができる、単結晶製造方法を提供することに
ある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to improve the yield of single crystal growth by preventing the raw material before synthesis from reacting with the seed crystal to damage the single crystal. To provide a method for producing a single crystal.
【0017】また、この発明のさらに他の目的は、上述
した方法を実施するためのより簡略化した構造の単結晶
製造装置を、提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a single crystal manufacturing apparatus having a more simplified structure for carrying out the above-described method.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明による単
結晶製造装置は、種結晶を収容し、単結晶を成長させる
ための第1の容器と、第1の容器を取囲むように設けら
れる加熱手段と、第1の容器の上方にあって、底部に開
口部を有し、単結晶の成長のための原料を収容するため
の第2の容器とを備え、第2の容器は、着脱可能であっ
て開口部を封止するための封止手段を含む。An apparatus for producing a single crystal according to the present invention is provided with a first container for accommodating a seed crystal and growing the single crystal and surrounding the first container. Heating means, and a second vessel above the first vessel, having an opening at the bottom, and containing a raw material for growing a single crystal, wherein the second vessel comprises: Including a sealing means that is detachable and seals the opening.
【0019】請求項2の発明による単結晶製造装置は、
請求項1の発明の構成において、第1の容器は、底部に
種結晶の格納部を有し、封止手段は、凸型形状部を有
し、第2の容器の内側から開口部に密着して、開口部を
封止する。The single crystal manufacturing apparatus according to the second aspect of the present invention
In the configuration of the first aspect of the present invention, the first container has a seed crystal storage portion at the bottom portion, the sealing means has a convex shape portion, and is tightly attached to the opening from the inside of the second container. Then, the opening is sealed.
【0020】請求項3の発明による単結晶製造装置は、
請求項2の発明の構成において、封止手段の凸型形状部
に印加される圧力により、封止手段が第2の容器内に脱
離することにより開口部の封止が解除される。The single crystal manufacturing apparatus according to the invention of claim 3 is
In the structure of the second aspect of the present invention, the sealing of the opening is released by the pressure applied to the convex-shaped portion of the sealing means, whereby the sealing means is detached into the second container.
【0021】請求項4の発明による単結晶製造装置は、
請求項3の発明の構成において、封止手段は液止め栓で
あって、単結晶成長開始前において、第1の容器の種結
晶の格納部には種結晶が格納され、第1の容器内の種結
晶上部には、単結晶の元素組成に対応する元素を含む結
晶が収容され、封止手段により封止された第2の容器内
には、単結晶を成長させるための原料が収容され、第2
の容器内で単結晶の組成に対応する組成の原料融液が合
成された後、単結晶成長の開始時において、第1の容器
と第2の容器との相対位置を変更することによって、液
止め栓の凸型形状部と結晶とを接触させることにより開
口部の封止を解除して、原料融液を種結晶と接触させ、
接触部分から原料融液を固化する。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a single crystal manufacturing apparatus comprising:
In the structure of the third aspect of the invention, the sealing means is a liquid stopper, and the seed crystal is stored in the seed crystal storage portion of the first container before the start of the single crystal growth, and A crystal containing an element corresponding to the elemental composition of the single crystal is accommodated in the upper portion of the seed crystal, and a raw material for growing the single crystal is accommodated in the second container sealed by the sealing means. , Second
After the raw material melt having the composition corresponding to the composition of the single crystal is synthesized in the container of the above, at the start of the single crystal growth, the relative position between the first container and the second container is changed to obtain the liquid. The sealing of the opening is released by bringing the convex-shaped portion of the stopper plug into contact with the crystal, and the raw material melt is brought into contact with the seed crystal,
The raw material melt is solidified from the contact portion.
【0022】請求項5の発明による単結晶製造装置は、
請求項2の発明の構成において、封止手段が機械的力に
より第2の容器内に脱離することにより、開口部の封止
が解除される。A single crystal manufacturing apparatus according to a fifth aspect of the present invention
In the structure of the second aspect of the invention, the sealing of the opening is released by the detachment of the sealing means into the second container by mechanical force.
【0023】請求項6の発明による単結晶製造装置は、
請求項1〜請求項5の発明のいずれかの構成において、
単結晶は、III−V族系化合物半導体またはII−V
I族系化合物半導体単結晶である。A single crystal manufacturing apparatus according to the invention of claim 6 is
In any one of claims 1 to 5,
The single crystal is a III-V group compound semiconductor or II-V
It is a group I compound semiconductor single crystal.
【0024】請求項7の発明による単結晶の製造方法
は、第1の容器の底部に種結晶を収容するステップと、
第1の容器の上方にあって底部に開口部を有し、さらに
着脱可能であって開口部を封止するための封止手段を含
む第2の容器に、単結晶の成長のための原料を収容する
ステップと、第2の容器内で単結晶の組成に対応する組
成の原料融液を合成するステップと、封止手段を開口部
から脱離することにより開口部の封止を解除して、原料
融液と種結晶とを接触させるステップと、種結晶と接触
した部分から原料融液を固化するステップとを備える。[0024] In the method for producing a single crystal according to the invention of claim 7, a step of accommodating a seed crystal in a bottom portion of the first container;
A raw material for growing a single crystal in a second container having an opening at the bottom above the first container and having a detachable sealing means for sealing the opening. And the step of synthesizing a raw material melt having a composition corresponding to the composition of the single crystal in the second container, and releasing the sealing of the opening by removing the sealing means from the opening. And contacting the raw material melt with the seed crystal, and solidifying the raw material melt from a portion in contact with the seed crystal.
【0025】請求項8の発明による単結晶製造方法は、
請求項7の発明の構成において、封止手段は液止め栓で
あって、第1の容器内の種結晶上部に、単結晶の元素組
成に対応する元素を含む結晶を収容するステップをさら
に備え、開口部からの封止手段の脱離は、第1の容器と
第2の容器との相対位置を変更することによって、液止
め栓と結晶とを接触させることにより行なう。The method for producing a single crystal according to the invention of claim 8 is as follows:
The structure of the invention according to claim 7, wherein the sealing means is a liquid stopper, and further comprising a step of housing a crystal containing an element corresponding to the elemental composition of the single crystal on the seed crystal in the first container. The detachment of the sealing means from the opening is performed by changing the relative position between the first container and the second container, thereby bringing the liquid stopper into contact with the crystal.
【0026】請求項9の発明による単結晶製造方法は、
請求項7の発明の構成において、封止手段は液止め栓で
あって、開口部からの封止手段の脱離は、機械的力によ
り行なう。The method for producing a single crystal according to the ninth aspect of the present invention comprises:
In the configuration of the invention according to claim 7, the sealing means is a liquid stopper, and detachment of the sealing means from the opening is performed by mechanical force.
【0027】請求項10の発明による単結晶製造方法
は、請求項7〜請求項9の発明のいずれかの構成におい
て、単結晶は、III−V族系化合物半導体またはII
−VI族系化合物半導体単結晶である。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a single crystal according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the single crystal is a group III-V compound semiconductor or II.
-It is a group VI compound semiconductor single crystal.
【0028】[0028]
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は、本発明
による単結晶製造装置の一例の概略構成を示す断面図で
ある。(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an example of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
【0029】図1を参照して、この単結晶製造装置は、
高圧チャンバ1内に、種結晶9を収容し単結晶を成長さ
せるための第1の容器8と、単結晶の成長のための原料
4を収容するための第2の容器3と、第1の容器8を取
囲むように設けられたヒータ12とを備えている。Referring to FIG. 1, this single crystal manufacturing apparatus comprises:
A first container 8 for accommodating a seed crystal 9 and growing a single crystal in the high-pressure chamber 1, a second container 3 for accommodating a raw material 4 for growing the single crystal, and a first container 8. A heater 12 provided to surround the container 8.
【0030】第1の容器8は、底部に種結晶9を格納す
るための凹型形状部を有していて、下軸16上に載置さ
れている。また、第2の容器3は、第1の容器8の上方
にあって、底部のテーパ形状部の先端に、開口部6を有
している。The first container 8 has a concave portion for storing the seed crystal 9 at the bottom, and is mounted on the lower shaft 16. The second container 3 has an opening 6 above the first container 8 at the tip of the tapered portion at the bottom.
【0031】この開口部6は、液止め栓7により封止さ
れている。液止め栓7は、凸型形状部を有し、第2の容
器3の内側から開口部6に密着している。このように、
開口部6が液止め栓7により封止されることにより、第
2の容器3内の原料4が外へ漏れないようになってい
る。This opening 6 is sealed by a liquid stopper 7. The liquid stopper 7 has a convex shape portion and is in close contact with the opening 6 from the inside of the second container 3. in this way,
The opening 6 is sealed by the liquid stopper 7 so that the raw material 4 in the second container 3 does not leak out.
【0032】第1の容器8内の種結晶9上部には、B2
O3 等の封止材5と、単結晶の元素組成に対応する元素
を含む結晶11とが収容されている。なお、この結晶1
1は、多結晶であってもよいし、単結晶であってもよ
い。この結晶11は、後述するように、液止め栓7を第
2の容器3の開口部6から解除する際に作用するととも
に、第2の容器3から漏れ出る原料4が種結晶9に接触
するのを防止し、種結晶9を保護する役割も果たしてい
る。また、結晶11は、封止材5で十分に覆われている
ことが望ましい。On the seed crystal 9 in the first container 8, B 2
A sealing material 5 such as O 3 and a crystal 11 containing an element corresponding to the elemental composition of the single crystal are accommodated. Note that this crystal 1
1 may be a polycrystal or a single crystal. As will be described later, the crystal 11 acts when the liquid stopper 7 is released from the opening 6 of the second container 3, and the raw material 4 leaking from the second container 3 comes into contact with the seed crystal 9. And protects the seed crystal 9. Further, it is desirable that crystal 11 be sufficiently covered with sealing material 5.
【0033】一方、第2の容器3内に収容された原料4
の上部にも、B2 O3 等の封止材5が収容されている。On the other hand, the raw material 4 contained in the second container 3
A sealing material 5 such as B 2 O 3 is also accommodated in the upper part of FIG.
【0034】また、この実施の形態においては、第2の
容器3には、気密性リザーバ2が挿入されている。気密
性リザーバ2内には、揮発性元素の第2原料14が収容
され、揮発性元素ガス導入パイプ15を介して第2の容
器3内に原料ガスが供給される。したがって、この実施
の形態では、初めに、揮発性でない第1原料4のみが第
2の容器3内に収容されている。In this embodiment, an airtight reservoir 2 is inserted in the second container 3. A second raw material 14 of a volatile element is accommodated in the airtight reservoir 2, and a raw material gas is supplied into the second container 3 via a volatile element gas introduction pipe 15. Therefore, in this embodiment, first, only the non-volatile first raw material 4 is stored in the second container 3.
【0035】次に、このように構成される結晶製造装置
を用いて結晶を製造する方法について説明する。Next, a method of manufacturing a crystal using the crystal manufacturing apparatus configured as described above will be described.
【0036】図2は、本発明による結晶製造方法の一例
を説明するための断面図であって、図1に示す結晶製造
装置を用いて結晶を製造する方法を示す図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an example of the crystal manufacturing method according to the present invention, and is a view showing a method of manufacturing a crystal using the crystal manufacturing apparatus shown in FIG.
【0037】なお、図2においては、図1における高圧
チャンバ1およびヒータ12は省略して示している。In FIG. 2, the high-pressure chamber 1 and the heater 12 in FIG. 1 are omitted.
【0038】まず、図2(a)を参照して、下軸16上
に載置された第1の容器8の底部に、種結晶9を収容
し、さらにその上に、B2 O3 等の封止材5と、結晶1
1を収容する。また、第2の容器3には、底部の開口部
6を液止め栓7で封止した後、揮発性でない第1原料4
を収容し、さらにその上に、B2 O3 等の封止材を収容
する。この第1原料4中に、揮発性元素の第2原料14
を収容した気密性リザーバ2の揮発性元素ガス導入パイ
プ15を挿入する。First, referring to FIG. 2A, a seed crystal 9 is accommodated in the bottom of a first vessel 8 placed on a lower shaft 16, and B 2 O 3 or the like is further placed thereon. Sealing material 5 and crystal 1
Accommodates one. The second container 3 has a bottom opening 6 sealed with a liquid stopper 7 and then a non-volatile first raw material 4.
And a sealing material such as B 2 O 3 is further housed thereon. This first raw material 4 contains a second raw material 14 of a volatile element.
Is inserted into the volatile element gas introduction pipe 15 of the airtight reservoir 2 containing the gas.
【0039】この状態で、ヒータ12により加熱を行な
い、第2の容器3内に収容された第1原料4中へ、揮発
性元素ガス導入パイプ15を介して、気密性リザーバ2
内に収容された第2原料14のガスを導入し、両元素の
合成を行なう。その結果、図2(b)に示すように、第
2の容器3内には、合成原料融液13が形成される。In this state, heating is performed by the heater 12 and the airtight reservoir 2 is introduced into the first raw material 4 contained in the second container 3 through the volatile element gas introduction pipe 15.
The gas of the second raw material 14 housed therein is introduced to synthesize both elements. As a result, as shown in FIG. 2B, a synthetic raw material melt 13 is formed in the second container 3.
【0040】合成原料融液13の合成が完了したら、図
2(c)に示すように、下軸16を上昇し、液止め栓7
の凸型形状部と結晶11とを接触させることにより、開
口部6の封止を解除する。When the synthesis of the raw material melt 13 is completed, as shown in FIG.
The sealing of the opening 6 is released by bringing the convex-shaped portion of FIG.
【0041】ここで、この実施の形態においては、液止
め栓7は、合成原料融液13よりも軽く、かつ、合成原
料融液13と反応しない材料から構成されている。その
ため、図2(d)に示すように、液止め栓7は合成原料
融液13の表面に浮き、第2の容器3内の合成原料融液
13は、開口部6を介して第1の容器8内に流れ込む。Here, in this embodiment, the liquid stopper 7 is made of a material which is lighter than the synthetic raw material melt 13 and which does not react with the synthetic raw material melt 13. Therefore, as shown in FIG. 2D, the liquid stopper 7 floats on the surface of the synthetic raw material melt 13, and the synthetic raw material melt 13 in the second container 3 passes through the opening 6 to the first synthetic raw material melt 13. It flows into the container 8.
【0042】このとき、第2の容器3の開口部6が封止
材5で覆われていれば、第1の容器8内に流出した合成
原料融液13の表面も封止材5で覆われる。その後、第
1の容器8内部の温度を徐々に上げて結晶11を溶融
し、種結晶9の上端部まで融液化した後、図2(e)に
示すように、徐々に下軸16下げて、種結晶9の部分か
ら単結晶17を成長させていく。At this time, if the opening 6 of the second container 3 is covered with the sealing material 5, the surface of the synthetic raw material melt 13 flowing out into the first container 8 is also covered with the sealing material 5. Will be Thereafter, the temperature inside the first vessel 8 is gradually raised to melt the crystal 11 and melt to the upper end of the seed crystal 9, and then the lower shaft 16 is gradually lowered as shown in FIG. The single crystal 17 is grown from the seed crystal 9.
【0043】なお、図1および図2では、簡略化のた
め、気密性リザーバ2や第2の容器3等を空間に固定す
る治具、ヒータ12の周囲や気密性リザーバ2の下部の
断熱材等については省略している。気密性リザーバ2と
第2の容器3については、高圧チャンバ1の外部より上
軸を貫通させてこれに固定し、上下動可能にさせて、よ
り能動的に機能させることもできる。In FIGS. 1 and 2, for simplicity, a jig for fixing the airtight reservoir 2 and the second container 3 and the like in a space, a heat insulating material around the heater 12 and a lower portion of the airtight reservoir 2 are shown. Etc. are omitted. The airtight reservoir 2 and the second container 3 can be made to penetrate the upper shaft from the outside of the high-pressure chamber 1 and fixed to the upper shaft so as to be able to move up and down so as to function more actively.
【0044】また、第1の容器8と第2の容器3とを気
密容器で囲い、気密容器の内部に揮発性元素の第2原料
14を配置して揮発性元素で満たすことにより、第1の
容器8と第2の容器3内に液体封止材5を用いる必要が
なくなる。Further, the first container 8 and the second container 3 are surrounded by an airtight container, and the second raw material 14 of the volatile element is arranged inside the airtight container and filled with the volatile element, thereby obtaining the first container. It is not necessary to use the liquid sealing material 5 in the container 8 and the second container 3.
【0045】本実施の形態においては、揮発性元素の第
2原料14を収容するため、気密性リザーバ2は、気密
性のカーボン、pBNコーティングされたカーボン、S
iC、石英、またはこれらの複合材料で構成することが
できる。複合材料で構成されるときの接続部には、弾力
性のあるカーボン性シートを用いてもよい。一方、第1
の容器8および第2の容器3は、pBN、石英、カーボ
ンまたはこれらの複合材料を利用して構成することがで
きる。In the present embodiment, in order to accommodate the second raw material 14 of the volatile element, the airtight reservoir 2 is made of airtight carbon, pBN-coated carbon, S
It can be made of iC, quartz, or a composite material thereof. A resilient carbon sheet may be used for the connection part when composed of a composite material. Meanwhile, the first
The container 8 and the second container 3 can be configured using pBN, quartz, carbon, or a composite material thereof.
【0046】また、第2の容器3の底部の開口部6を封
止するための封止手段の形態は、第2の容器3内の合成
原料融液13が漏れ出ない構造であればよく、種々の形
態が考えられる。たとえば、液止め栓7自体に凸型形状
部がなく平板状であっても、第1の容器8内の結晶11
に突起を設けることで代用することもできる。The form of the sealing means for sealing the opening 6 at the bottom of the second container 3 may be any structure as long as the synthetic raw material melt 13 in the second container 3 does not leak. Various forms are conceivable. For example, even if the liquid stopper plug 7 itself does not have a convex-shaped portion and is flat, even if the crystal 11
A projection can be provided instead.
【0047】また、液止め栓7を第2の容器3の開口部
6から脱離する方法についても、種々の方法が考えられ
る。たとえば、液止め栓7を上方へ引張り上げる手段を
設け、該手段を用いて、機械的力によって液止め栓7を
開口部6から脱離することもできる。Various methods can be considered for removing the liquid stopper 7 from the opening 6 of the second container 3. For example, it is also possible to provide a means for pulling up the liquid stopper 7 upward, and to detach the liquid stopper 7 from the opening 6 by mechanical force using this means.
【0048】また、この実施の形態においては、第1の
容器8を上昇させることにより第1の容器8と第2の容
器3の相対位置を変更しているが、第2の容器3を下降
させることによって第1の容器8と第2の容器3の相対
位置を変更することもできる。従って、本実施の形態に
おいては、第1の容器8と第2の容器3の少なくともい
ずれかが移動可能であればよい。Further, in this embodiment, the relative position between the first container 8 and the second container 3 is changed by raising the first container 8, but the second container 3 is moved down. By doing so, the relative position between the first container 8 and the second container 3 can be changed. Therefore, in the present embodiment, it is sufficient that at least one of the first container 8 and the second container 3 is movable.
【0049】(実施の形態2)図3は、本発明による単
結晶製造方法の他の例を説明するための断面図である。
なお、図3においても、図2と同様に、高圧チャンバ1
およびヒータ12は省略して示している。(Embodiment 2) FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining another example of the single crystal manufacturing method according to the present invention.
In FIG. 3, as in FIG.
The heater 12 and the heater 12 are omitted.
【0050】図3に示す実施の形態2の方法は、気密性
リザーバ2を用いずに、2種の元素の原料4、14をと
もに第2の容器3内に収容して、直接合成を行ない、単
結晶成長させる点において、図2に示す実施の形態1の
方法と相違している。In the method according to the second embodiment shown in FIG. 3, the raw materials 4 and 14 of the two elements are both housed in the second container 3 without using the airtight reservoir 2, and the direct synthesis is performed. The method is different from the method of the first embodiment shown in FIG.
【0051】この方法は、特に合成前の原料がいずれも
揮発性元素を含まない材料からなる場合に有効である。This method is particularly effective when all the raw materials before synthesis are made of materials containing no volatile elements.
【0052】なお、その他の点については、図2に示す
実施の形態1の方法と全く同様であるので、その説明は
省略する。The other points are completely the same as those in the method of the first embodiment shown in FIG.
【0053】(実施の形態3)図4は、本発明による単
結晶製造装置のさらに他の例の概略構成を示す断面図で
ある。(Embodiment 3) FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of still another example of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
【0054】図4を参照して、この単結晶製造装置は、
高圧水冷チャンバ22と、炉心管10とを備えている。Referring to FIG. 4, this single crystal manufacturing apparatus
A high-pressure water cooling chamber 22 and a core tube 10 are provided.
【0055】高圧水冷チャンバ22内は、炉心管10に
よって、ヒータ13を含むヒータ域31と、結晶成長が
行なわれる成長域32とに分離されている。The inside of the high-pressure water cooling chamber 22 is separated by the furnace tube 10 into a heater area 31 including the heater 13 and a growth area 32 in which crystal growth is performed.
【0056】ヒータ域31には、ヒータ13の他に、断
熱材20と、ヒータ電極21とが配置されている。ま
た、ヒータ域31には、ヒータ域ガス流入口24と、ヒ
ータ域ガス流出口23とが設けられている。一方、成長
域32には、図1に示す実施の形態1の装置と同様の第
1の容器8および第2の容器3と、断熱材20とが配置
されている。また、成長域32には、成長域ガス流入口
29と、成長域ガス流出口28とが設けられている。In the heater area 31, in addition to the heater 13, a heat insulating material 20 and a heater electrode 21 are arranged. The heater area 31 is provided with a heater area gas inlet 24 and a heater area gas outlet 23. On the other hand, in the growth region 32, a first container 8 and a second container 3 similar to those in the apparatus of the first embodiment shown in FIG. The growth zone 32 is provided with a growth zone gas inlet 29 and a growth zone gas outlet 28.
【0057】この単結晶製造装置において、ヒータ13
は、3ゾーン以上の温度分布帯が縦型に構成されたヒー
タであって、塑性変形可能な材料を抵抗発熱体としてい
る。そのため、炉の構造が単純となり、低価格で多ゾー
ンの温度分布帯を構成することができる。塑性変形可能
な材料としては、たとえば、鉄−クロム−アルミニウム
を主成分とする合金、ニッケル−クロムを主成分とする
合金、ニッケル−クロム−鉄を主成分とする合金等を用
いることができる。In this single crystal manufacturing apparatus, the heater 13
Is a heater in which a temperature distribution zone of three or more zones is formed in a vertical type, and a plastically deformable material is used as a resistance heating element. Therefore, the structure of the furnace becomes simple, and a multi-zone temperature distribution zone can be formed at low cost. As the plastically deformable material, for example, an alloy mainly containing iron-chromium-aluminum, an alloy mainly containing nickel-chromium, an alloy mainly containing nickel-chromium-iron, or the like can be used.
【0058】一方、このような塑性変形可能な材料は、
一般に金属を含有するため、このような材料からなるヒ
ータを用いた場合、金属が不純物として、製造される結
晶中に混入するという問題が考えられる。そこで、この
装置においては、炉心管10により、ヒータ域31と成
長域32とが分離されている。その結果、製造される結
晶中への不純物の混入が、有効に防止される。さらに、
この炉心管10は、製造される結晶中の揮発性成分の蒸
気等が、ヒータ13と直接接触することを防止するた
め、ヒータ13の劣化の防止にも作用している。On the other hand, such a plastically deformable material is
In general, since a metal is contained, when a heater made of such a material is used, there is a problem that the metal is mixed as an impurity into a manufactured crystal. Thus, in this apparatus, the heater region 31 and the growth region 32 are separated by the core tube 10. As a result, contamination of the produced crystal with impurities is effectively prevented. further,
The furnace tube 10 also serves to prevent the heater 13 from deteriorating in order to prevent the vapor of volatile components in the crystal to be manufactured from coming into direct contact with the heater 13.
【0059】また、上述したようにヒータ域31と成長
域32とを分離した場合、ヒータ域31と成長域32と
の圧力差が大きくなりすぎると、気密容器22が破損し
てしまうおそれがある。そこで、この実施の形態による
単結晶製造装置は、ヒータ域31のガス圧力と、成長域
32のガス圧力との差が、所定の値を超えないように制
御するための、圧力バランス機構をさらに備えている。When the heater region 31 and the growth region 32 are separated as described above, if the pressure difference between the heater region 31 and the growth region 32 becomes too large, the airtight container 22 may be damaged. . Therefore, the single crystal manufacturing apparatus according to this embodiment further includes a pressure balance mechanism for controlling the difference between the gas pressure in heater region 31 and the gas pressure in growth region 32 so as not to exceed a predetermined value. Have.
【0060】具体的には、この単結晶製造装置は、圧力
バランス機構として、ヒータ域31の圧力を測定するた
めのヒータ域ガス圧力センサ25と、成長域32の圧力
を測定するための成長域ガス圧力センサ27とを備えて
いる。ヒータ域ガス圧力センサ25により測定されたヒ
ータ域のガス圧力は、圧力センサの信号26として矢印
に示すようにヒータ域ガス流入口24へ伝達される。一
方、成長域ガス圧力センサ27により測定された成長域
のガス圧力は、圧力センサの信号30として矢印に示す
ように成長域ガス流入口29へ伝達される。More specifically, this single crystal manufacturing apparatus includes a heater zone gas pressure sensor 25 for measuring the pressure in the heater zone 31 and a growth zone for measuring the pressure in the growth zone 32 as a pressure balance mechanism. And a gas pressure sensor 27. The gas pressure in the heater area measured by the heater area gas pressure sensor 25 is transmitted as a pressure sensor signal 26 to the heater area gas inlet 24 as shown by the arrow. On the other hand, the gas pressure in the growth area measured by the growth area gas pressure sensor 27 is transmitted as a pressure sensor signal 30 to the growth area gas inlet 29 as shown by the arrow.
【0061】ヒータ域ガスとして、たとえば空気のよう
な酸化性ガスを用い、成長域ガスとして、たとえばN2
やAr等の非酸化性のガスを用いた場合のように、ヒー
タ域31と成長域32のガスの主成分が異なる場合に
は、圧力バランス機構として、各々の領域に取付けた圧
力センサ25、27の差が一定以上に大きくならないよ
うに、それぞれのガス圧力を調整できる構造を電気的ま
たは機械的に作製することができる。一方、ヒータ域3
1と成長域32のガスの主成分が同じでよい場合には、
圧力バランス機構として、気密性の炉心管10の500
℃以下の部分に、小さな孔をあけたような構造を利用す
ることもできる。すなわち、孔をあける部分を500℃
以下とすることにより、原料蒸気によるヒータ13の劣
化や、ヒータ13から原料への不純物汚染を防止するこ
とができる。なお、圧力が低い場合は、気密容器22の
壁を成長域32のみに限定し、ヒータ域31の気密容器
22の壁をなくすことによって、ヒータ域31を大気圧
雰囲気とし、炉心管10で耐圧をもたせるような構造に
することも可能である。An oxidizing gas such as air is used as a heater zone gas, and N 2 gas is used as a growth zone gas.
When the main components of the gas in the heater region 31 and the growth region 32 are different from each other as in the case of using a non-oxidizing gas such as Ar or Ar, a pressure sensor 25 attached to each region as a pressure balance mechanism, A structure capable of adjusting each gas pressure can be produced electrically or mechanically so that the difference of 27 does not become larger than a certain value. On the other hand, heater area 3
When the main component of the gas in the growth region 32 may be the same as that in the growth region 32,
As a pressure balance mechanism, the airtight core tube 10 500
It is also possible to use a structure in which a small hole is formed in a portion at a temperature of not more than ° C. That is, the part to be perforated is 500 ° C
By doing so, it is possible to prevent the heater 13 from deteriorating due to the raw material vapor and from contaminating impurities from the heater 13 to the raw material. When the pressure is low, the wall of the hermetic container 22 is limited to the growth region 32 only, and the wall of the hermetic container 22 of the heater region 31 is eliminated, so that the heater region 31 is set to the atmospheric pressure atmosphere and the pressure in the furnace tube 10 is reduced. It is also possible to have a structure that gives
【0062】また、この単結晶製造装置において、ヒー
タ13の素材を、鉄−クロム−アルミニウムを主成分と
する合金、ニッケル−クロムを主成分とする合金、ニッ
ケル−クロムを主成分とする合金、ニッケル−クロム−
鉄を主成分とする合金からなる抵抗発熱体とする場合に
は、ヒータ域31のガスを、空気のように酸化性のもの
にすることが好ましい。ヒータ13の劣化を防止して長
寿命化できるため、さらに結晶の製造コストを低減でき
るからである。Further, in this single crystal manufacturing apparatus, the heater 13 is made of an alloy mainly composed of iron-chromium-aluminum, an alloy mainly composed of nickel-chromium, an alloy mainly composed of nickel-chromium, Nickel-chromium-
When a resistance heating element made of an alloy containing iron as a main component is used, it is preferable that the gas in the heater region 31 be oxidizing gas such as air. This is because the heater 13 can be prevented from deteriorating and its life can be extended, so that the crystal manufacturing cost can be further reduced.
【0063】また、この単結晶製造装置において、炉心
管10の材料としては、石英、炭化珪素、酸化アルミニ
ウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、またはカーボンの
いずれか、もしくは、これらのいずれかを基材として耐
酸化性または緻密質の材料をコーティングした複合材料
を用いることが好ましい。このような材料を用いること
によって、製造される結晶の高純度化とヒータの劣化防
止とを、容易に達成することができる。In this single crystal manufacturing apparatus, the material of the furnace tube 10 is quartz, silicon carbide, aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or carbon, or any of these as a base material. It is preferable to use a composite material coated with an oxidation-resistant or dense material. By using such a material, it is possible to easily achieve high purity of the manufactured crystal and prevention of deterioration of the heater.
【0064】なお、その他の構成については、図1に示
す実施の形態1の単結晶製造装置と全く同様であるの
で、その説明は省略する。The other configuration is exactly the same as that of the single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted.
【0065】このように構成される単結晶製造装置を用
いて、図2に示す実施の形態1の方法と同様に、単結晶
成長を行なう。Using the single crystal manufacturing apparatus configured as described above, single crystal growth is performed in the same manner as in the method of the first embodiment shown in FIG.
【0066】[0066]
【実施例】(実施例1)図1に示す実施の形態1の単結
晶製造装置を用いて、図2に示す方法により、InP単
結晶を製造した。(Example 1) An InP single crystal was manufactured by the method shown in FIG. 2 using the single crystal manufacturing apparatus of the first embodiment shown in FIG.
【0067】まず、図1および図2(a)を参照して、
高圧チャンバ1内部の圧力を、Arガス40atmと
し、気密性リザーバ2内には、Pを7.6kgチャージ
した。第2の容器3は、直胴部の直径が60mmの石英
製で、内部には、第1の原料4としてInを2kgと、
封止材5としてB2 O3 を80gとをチャージした。底
部のテーパ形状部の先端に設けられた直径10mmの開
口部6には、凸型形状部を有する石英製の液止め栓7を
詰め、In液4が外へ漏れないようにした。一方、直胴
部の直径が80mmの石英製の第1の容器8の底部に
は、種結晶9を収容し、その上部には、封止材5として
B2 O3 を100gと、InPの多結晶11を200g
と、ドーピング材料(S濃度が成長初期で1×1018c
m-3と設計)として少量のS化合物とを収容した。第1
の容器8内のInP多結晶11は、第2の容器3内から
漏れ出るIn液4が種結晶9に接触するのを防止し、種
結晶9の保護にも役立っている。また、封止材5として
のB2 O3 は、InP多結晶11を十分覆うように入れ
る。First, referring to FIG. 1 and FIG.
The pressure inside the high-pressure chamber 1 was set to 40 atm of Ar gas, and 7.6 kg of P was charged into the airtight reservoir 2. The second container 3 is made of quartz having a diameter of a straight body of 60 mm, and contains 2 kg of In as a first raw material 4 therein.
80 g of B 2 O 3 was charged as the sealing material 5. An opening 6 having a diameter of 10 mm provided at the end of the tapered portion at the bottom was filled with a liquid stopper 7 made of quartz having a convex shape so as to prevent the In solution 4 from leaking outside. On the other hand, a seed crystal 9 is accommodated in the bottom of a first vessel 8 made of quartz having a diameter of a straight body of 80 mm, and 100 g of B 2 O 3 as a sealing material 5 and InP 200 g of polycrystalline 11
And doping material (S concentration is 1 × 10 18 c
(designed as m −3 ). First
The InP polycrystal 11 in the container 8 prevents the In liquid 4 leaking from the inside of the second container 3 from coming into contact with the seed crystal 9 and also serves to protect the seed crystal 9. Further, B 2 O 3 as the sealing material 5 is inserted so as to sufficiently cover the InP polycrystal 11.
【0068】この状態で、ヒータ12を加熱し、第2の
容器3内の原料4の温度を約1080℃、第1の容器8
の封止材5より下方の温度を1050℃以下に保った状
態で、気密性リザーバ2の温度を500℃以上に上げ、
図2(b)に示すように、第2の容器3内で第1の原料
4としてのInと第2の原料14としてのPの合成を行
なった。In this state, the heater 12 is heated so that the temperature of the raw material 4 in the second container 3 is about 1080 ° C.
The temperature of the airtight reservoir 2 is raised to 500 ° C. or higher while the temperature below the sealing material 5 is maintained at 1050 ° C. or lower,
As shown in FIG. 2B, In as the first raw material 4 and P as the second raw material 14 were synthesized in the second container 3.
【0069】InP合成原料融液13の合成が完了した
ら、図2(c)に示すように、下軸16を上昇し、第2
の容器3の底部の開口部6に詰められた液止め栓7の凸
型形状部を第1の容器8内の多結晶11と接触させて、
液止め栓7を抜いた。When the synthesis of the InP synthesis raw material melt 13 is completed, the lower shaft 16 is raised as shown in FIG.
The convex-shaped portion of the liquid stopper 7 packed in the opening 6 at the bottom of the container 3 is brought into contact with the polycrystal 11 in the first container 8,
The liquid stopper 7 was removed.
【0070】その結果、図2(d)に示すように、液止
め栓7は浮力で合成原料融液13の表面に浮き、第2の
容器3内のInP合成原料融液13が第1の容器8内に
流れ込んだ。このとき、第2の容器3の底部の開口部6
が封止材5で覆われているので、第2の容器3内の合成
原料融液13の表面は、封止材5で覆われるようにな
る。その後、第1の容器8内部の温度を徐々に上げて、
種結晶9の上端部まで融液化した後、図2(e)に示す
ように、第1の容器8を8mm/時間の速度で徐々に下
げて、種結晶9の部分からInP単結晶17を成長させ
ていった。As a result, as shown in FIG. 2D, the liquid stopper 7 floats on the surface of the synthetic raw material melt 13 by buoyancy, and the InP synthetic raw material melt 13 in the second container 3 is moved to the first position. It flowed into the container 8. At this time, the opening 6 at the bottom of the second container 3
Is covered with the sealing material 5, so that the surface of the synthetic raw material melt 13 in the second container 3 is covered with the sealing material 5. Thereafter, the temperature inside the first container 8 is gradually increased,
After being melted to the upper end of the seed crystal 9, as shown in FIG. 2 (e), the first container 8 is gradually lowered at a speed of 8 mm / hour to remove the InP single crystal 17 from the seed crystal 9 portion. I grew up.
【0071】このような実験を3回実施した結果、3イ
ンチ径のInP単結晶が得られ、歩留りは60%以上で
あった。また、得られた結晶は、純度がS以外で1×1
015cm-3以下であり、EPDが平均500cm-2以下
と極めて良好であった。As a result of performing such an experiment three times, an InP single crystal having a diameter of 3 inches was obtained, and the yield was 60% or more. The obtained crystals had a purity of 1 × 1 except for S.
It was 0 15 cm -3 or less, and the EPD was extremely good with an average of 500 cm -2 or less.
【0072】(実施例2)図3に示す実施の形態2に示
す方法により、GaAs単結晶を製造した。(Example 2) A GaAs single crystal was manufactured by the method described in the second embodiment shown in FIG.
【0073】まず、図3(a)を参照して、高圧チャン
バ1内の圧力を50atmとした。第2の容器3は、直
胴部の直径が80mmのpBN製で、内部には、第1の
原料4としてGaを5kgと、第2の原料14としてA
sを5.5kgと、封止材5としてB2 O3 を100g
とをチャージした。底部のテーパ形状部の先端に設けら
れた直径10mmの開口部6には、凸型形状部を有する
pBNコーティングカーボン製の液止め栓7を詰め、G
a液4が外へ漏れないようにした。一方、直胴部の直径
が105mmのpBN製の第1の容器8の底部には、種
結晶9を収容し、その上部には、封止材5としてB2 O
3 を200gと、GaAs単結晶11を300gとを収
容した。First, referring to FIG. 3A, the pressure in the high pressure chamber 1 was set to 50 atm. The second container 3 is made of pBN having a diameter of a straight body of 80 mm, and contains 5 kg of Ga as the first raw material 4 and A as the second raw material 14.
5.5 kg and 100 g of B 2 O 3 as the sealing material 5
And charged. An opening 6 having a diameter of 10 mm provided at the tip of the tapered portion at the bottom is filled with a liquid stopper 7 made of pBN-coated carbon having a convex shape.
Liquid a was prevented from leaking out. On the other hand, the bottom of the first container 8 diameter of the straight body portion is made of pBN of 105 mm, accommodating a seed crystal 9, in its upper part, B 2 O as the sealing material 5
3 and 200 g of the GaAs single crystal 11 were accommodated.
【0074】この状態で、ヒータ12を加熱し、第2の
容器3内の原料4の温度を徐々に上げて、図3(b)に
示すように、第2の容器3内で、第1の原料4としての
Gaと、第2の原料14としてのAsとの合成を行なっ
た。In this state, the heater 12 is heated, and the temperature of the raw material 4 in the second container 3 is gradually increased, and as shown in FIG. Was synthesized from Ga as the raw material 4 and As as the second raw material 14.
【0075】第2の容器3内の温度が1150℃に達し
てGaAs合成原料融液13の合成が完了したら、図3
(c)に示すように、下軸16を上昇し、第2の容器3
の底部の開口部6に詰められた液止め栓7の凸型形状部
を第1の容器8内の単結晶11と接触させて、液止め栓
7を抜いた。When the temperature in the second container 3 reaches 1150 ° C. and the synthesis of the GaAs synthesis raw material melt 13 is completed, FIG.
As shown in (c), the lower shaft 16 is raised and the second container 3
The convex-shaped part of the liquid stopper 7 filled in the opening 6 at the bottom of the container was brought into contact with the single crystal 11 in the first container 8 and the liquid stopper 7 was pulled out.
【0076】その結果、図3(d)に示すように、液止
め栓7は浮力で合成原料融液13の表面に浮き、第2の
容器3内のGaAs合成原料融液13が第1の容器8内
に流れ込んだ。As a result, as shown in FIG. 3D, the liquid stopper 7 floats on the surface of the synthetic raw material melt 13 by buoyancy, and the GaAs synthetic raw material melt 13 in the second container 3 becomes the first synthetic raw material melt 13. It flowed into the container 8.
【0077】その後、第1の容器8内部の温度を徐々に
上げて、種結晶9の上端部まで融液化した後、図3
(e)に示すように、第1の容器8を10mm/時間の
速度で徐々に下げて、種結晶9の部分から単結晶17を
成長させていった。Then, the temperature inside the first container 8 is gradually increased to melt the seed crystal 9 up to the upper end portion.
As shown in (e), the first container 8 was gradually lowered at a speed of 10 mm / hour to grow the single crystal 17 from the seed crystal 9 portion.
【0078】このような実験を6回実施した結果、Ga
As単結晶が得られ、歩留りは70%以上であった。ま
た、得られた結晶は、純度がC以外で1×1015cm-3
以下であり、EPDが平均1000cm-2以下と極めて
良好であった。As a result of performing such an experiment six times, Ga
As single crystal was obtained, and the yield was 70% or more. The obtained crystals had a purity of 1 × 10 15 cm −3 except for C.
Or less, and the EPD was extremely good with an average of 1000 cm -2 or less.
【0079】[0079]
【発明の効果】以上説明したように、従来の単結晶製造
装置および方法ではいずれも、原料を収容する容器と結
晶成長を行なう容器とが同一の容器であるため、合成前
の原料が種結晶を損傷しないように、種結晶を保護する
精密な機構が必要であった。たとえば、GaAsの場
合、GaAs種結晶が合成前の液体状のGaと接触する
と反応して低温で溶けてしまうため、坩堝内面と全く同
じ形状の緻密なAs原料で種結晶上部を覆うか、もしく
は坩堝と液止め栓の隙間が生じないように精密な形状の
液止め栓を坩堝に強く密着させる機構が必要であった。
これに対して、本願請求項1または請求項7の発明によ
れば、合成前の原料の入った第2の容器が、種結晶の入
った第1の容器とは別のものである。そのため、合成前
の原料が第2の容器から流出しないように封止すること
が容易であり、かつ確実となる。その結果、原料の合成
と結晶成長とを同時に行なう装置および方法として、合
成前の原料が種結晶と反応して、単結晶に損傷を与える
のを防止し、結晶成長の歩留りを向上させることができ
る。As described above, in the conventional single crystal manufacturing apparatus and method, since the container for accommodating the raw material and the container for growing the crystal are the same container, the raw material before the synthesis is a seed crystal. A precise mechanism was needed to protect the seed crystal so as not to damage it. For example, in the case of GaAs, since the GaAs seed crystal reacts and melts at a low temperature when it comes into contact with liquid Ga before synthesis, the upper portion of the seed crystal is covered with a dense As material having the same shape as the inner surface of the crucible, or A mechanism was required to tightly attach a precisely shaped liquid stopper to the crucible so that no gap was formed between the crucible and the liquid stopper.
On the other hand, according to the first or seventh aspect of the present invention, the second container containing the raw material before the synthesis is different from the first container containing the seed crystal. Therefore, it is easy and reliable to seal the raw material before synthesis from flowing out of the second container. As a result, as an apparatus and a method for simultaneously performing the synthesis of the raw material and the crystal growth, it is possible to prevent the raw material before the synthesis from reacting with the seed crystal to damage the single crystal and improve the yield of crystal growth. it can.
【0080】また、請求項2〜請求項5または請求項8
〜請求項9の発明によれば、より簡略化した構造および
方法で、より確実に単結晶成長を行なうことができる。Further, claims 2 to 5 or claim 8
According to the ninth to ninth aspects of the present invention, single crystal growth can be performed more reliably with a simplified structure and method.
【0081】特に、請求項4または請求項8の発明によ
れば、合成前の原料が第2の容器から多少流出したとし
ても、第1の容器内の種結晶上部に結晶が配置されてい
るため、種結晶を容易に保護することができる。そのた
め、単結晶成長の歩留りを、格段に向上することができ
る。In particular, according to the invention of claim 4 or claim 8, even if the raw material before synthesis slightly flows out of the second container, the crystal is arranged above the seed crystal in the first container. Therefore, the seed crystal can be easily protected. Therefore, the yield of single crystal growth can be significantly improved.
【0082】また、本発明は、従来の技術よりも簡便で
効果的に合成前の液体原料を封止できる点から、III
−V族系化合物半導体やII−VI族系化合物半導体の
ような低融点の元素を含む化合物の単結晶製造に用いら
れると、特に有効である。The present invention also provides a simpler and more effective method for sealing liquid materials before synthesis than conventional techniques.
It is particularly effective when used for the production of a single crystal of a compound containing a low-melting element such as a -V group compound semiconductor or a II-VI group compound semiconductor.
【図1】本発明による単結晶製造装置の一例の概略構成
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an example of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
【図2】本発明による単結晶製造方法の一例を説明する
ための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an example of a single crystal manufacturing method according to the present invention.
【図3】本発明による単結晶製造方法の他の例を説明す
るための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining another example of the method for producing a single crystal according to the present invention.
【図4】本発明による単結晶製造装置のさらに他の例の
概略構成を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of still another example of the single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
1、22 高圧チャンバ 2 気密性リザーバ 3 第2の容器 4 第1原料 5 封止材 6 開口部 7 液止め栓 8 第1の容器 9 種結晶 11 結晶 12 ヒータ 13 合成原料融液 14 第2原料 15 揮発性元素ガス導入パイプ 16 下軸 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 22 High-pressure chamber 2 Airtight reservoir 3 2nd container 4 1st raw material 5 Sealing material 6 Opening 7 Liquid stopper 8 1st container 9 Seed crystal 11 Crystal 12 Heater 13 Synthetic raw material melt 14 2nd raw material 15 Volatile element gas introduction pipe 16 Lower axis In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (10)
と、 前記第1の容器を取囲むように設けられる加熱手段と、 前記第1の容器の上方にあって、底部に開口部を有し、
前記単結晶の成長のための原料を収容するための第2の
容器と、を備え、 前記第2の容器は、 着脱可能であって前記開口部を封止するための封止手段
を含む、単結晶製造装置。1. A single crystal manufacturing apparatus, comprising: a first container for accommodating a seed crystal and growing a single crystal; a heating unit provided to surround the first container; Above the one container, having an opening at the bottom,
A second container for accommodating a raw material for growing the single crystal, wherein the second container is detachable and includes sealing means for sealing the opening. Single crystal manufacturing equipment.
開口部を封止する、請求項1記載の単結晶製造装置。2. The first container has a storage portion for the seed crystal at a bottom portion, the sealing means has a convex-shaped portion, and the first container has an opening from the inside of the second container. The apparatus for producing a single crystal according to claim 1, wherein the opening is tightly sealed to seal the opening.
れる圧力により、前記封止手段が前記第2の容器内に脱
離することにより前記開口部の封止が解除される、請求
項2記載の単結晶製造装置。3. The sealing of the opening is released by detaching the sealing means into the second container by a pressure applied to the convex-shaped portion of the sealing means. The single crystal manufacturing apparatus according to claim 2.
格納され、 前記第1の容器内の前記種結晶上部には、前記単結晶の
元素組成に対応する元素を含む結晶が収容され、 前記封止手段により封止された前記第2の容器内には、
前記単結晶を成長させるための原料が収容され、 前記第2の容器内で前記単結晶の組成に対応する組成の
原料融液が合成された後、前記単結晶成長の開始時にお
いて、 前記第1の容器と前記第2の容器との相対位置を変更す
ることによって、前記液止め栓の凸型形状部と前記結晶
とを接触させることにより前記開口部の封止を解除し
て、前記原料融液を前記種結晶と接触させ、接触部分か
ら前記原料融液を固化する、請求項3記載の単結晶製造
装置。4. The method according to claim 1, wherein the sealing unit is a liquid stopper, and the seed crystal is stored in a storage portion of the seed crystal in the first container before the start of the single crystal growth. A crystal containing an element corresponding to the elemental composition of the single crystal is accommodated in the upper portion of the seed crystal in the container, and in the second container sealed by the sealing means,
A raw material for growing the single crystal is accommodated, and a raw material melt having a composition corresponding to the composition of the single crystal is synthesized in the second container. By changing the relative position between the first container and the second container, the sealing of the opening is released by bringing the convex-shaped portion of the liquid stopper into contact with the crystal, and the raw material is removed. The single crystal production apparatus according to claim 3, wherein the melt is brought into contact with the seed crystal, and the raw material melt is solidified from a contact portion.
の容器内に脱離することにより、前記開口部の封止が解
除される、請求項2記載の単結晶製造装置。5. The method according to claim 5, wherein the sealing means is provided with the second force by a mechanical force.
The single crystal production apparatus according to claim 2, wherein the sealing of the opening is released by detaching the opening into the container.
導体またはII−VI族系化合物半導体単結晶である、
請求項1〜請求項5のいずれかに記載の単結晶製造装
置。6. The single crystal is a III-V group compound semiconductor or a II-VI group compound semiconductor single crystal.
The single crystal production apparatus according to claim 1.
らに着脱可能であって前記開口部を封止するための封止
手段を含む第2の容器に、前記単結晶の成長のための原
料を収容するステップと、 前記第2の容器内で前記単結晶の組成に対応する組成の
原料融液を合成するステップと、 前記封止手段を前記開口部から脱離することにより前記
開口部の封止を解除して、前記原料融液と前記種結晶と
を接触させるステップと、 前記種結晶と接触した部分から前記原料融液を固化する
ステップと、を備える、単結晶製造方法。7. A method for producing a single crystal, comprising the steps of: accommodating a seed crystal in a bottom of a first container; and having an opening in a bottom above the first container, wherein the opening is detachable. Accommodating a raw material for growing the single crystal in a second container including a sealing means for sealing the opening; and converting the composition of the single crystal into the second container in the second container. Synthesizing a raw material melt having a corresponding composition, and removing the sealing means from the opening to release the sealing of the opening, thereby bringing the raw material melt into contact with the seed crystal. And a step of solidifying the raw material melt from a portion in contact with the seed crystal.
素組成に対応する元素を含む結晶を収容するステップを
さらに備え、 前記開口部からの前記封止手段の脱離は、前記第1の容
器と前記第2の容器との相対位置を変更することによっ
て、前記液止め栓と前記結晶とを接触させることにより
行なう、請求項7記載の単結晶製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the sealing means is a liquid stopper, and further comprising: storing a crystal containing an element corresponding to the elemental composition of the single crystal in the upper part of the seed crystal in the first container. The detachment of the sealing means from the opening is performed by changing a relative position between the first container and the second container, thereby bringing the liquid stopper into contact with the crystal. The method for producing a single crystal according to claim 7, which is performed.
り行なう、請求項7記載の単結晶製造方法。9. The method for producing a single crystal according to claim 7, wherein said sealing means is a liquid stopper, and said detachment of said sealing means from said opening is performed by mechanical force.
半導体またはII−VI族系化合物半導体単結晶であ
る、請求項7〜請求項9のいずれかに記載の単結晶製造
方法。10. The method for producing a single crystal according to claim 7, wherein the single crystal is a III-V group compound semiconductor or a II-VI group compound semiconductor single crystal.
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