JP2000203980A - 単結晶成長用ルツボ及び単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＡｓ等の単結晶を製造する場合に用いる
ルツボは、種結晶、化学原料及び液体封止材を収容する
下端開放の本体部を有したものであり、その使用時に
は、本体部の下端に下キャップを装着され、本体部内へ
化合物原料を入れ、またその上から液体封止材を入れて
加熱した場合、液体封止材が溶融して本体部下部まで流
れ落ちるようになり、更に本体部下端から漏れだして本
体部下端の外周面と下キャップの内周面との周隙間へ流
れ出るということがあった。そのため、単結晶成長後に
アルコールによる液体封止材の溶解除去をする時点で、
この作業が長時間にわたるということがあった。 【解決手段】 本体部２下端に予め中栓５を装着させた
後、この中栓５をも含めるかたちで下キャップ６を外嵌
装着させて、液体封止材の流出を止める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶成長用ルツ
ボ及び単結晶の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（例えばＧａ
Ａｓ）やＩＩ−ＶＩ族化合物半導体（例えばＣｄＴｅ）
等の単結晶を製造する方法としては、液体封止引き上げ
法、液体封止垂直ブリッジマン法、蒸気圧制御式引き上
げ法、蒸気圧制御式垂直ブリッジマン法等、多くの方法
がある。なかでも液体封止垂直ブリッジマン法（以下、
「ＬＥ−ＶＢ法」と言う）は、液体封止材（例えばＢ₂
Ｏ₃ ）を用いることに起因して、化合物半導体原料が溶
融した状態の原料融液から高解離圧成分元素が解離する
のを防止する作用、及び雰囲気ガス中から原料融液へ不
純物が混入するのを防止する作用、更にブリッジマン法
を採ることによる低転位結晶の製造容易性、等を総合し
て得られる点で、現在、最も注目されている製造方法の
一つである。

【０００３】このＬＥ−ＶＢ法を図２に基づいて簡単に
説明すると、ルツボ１として、円筒形本体部２とこの下
部で縮径した下端解放のシード部３とを有するものを用
い、このうちシード部３の下端に下キャップ６を外嵌装
着させたうえで、このシード部３へ種結晶１０を装填
し、また本体部２へ化合物半導体原料１１及びその上か
ら液体封止材１２を収容する。そして、立体円筒形のヒ
ータを内装する圧力容器（図示略）の内部（ヒータの囲
み領域内）へ上記ルツボ１をセットし、圧力容器を閉じ
たうえで、この圧力容器内を加圧し、またヒータを上下
方向の所定温度分布に加熱する。

【０００４】これにより、ルツボ１内では化合物半導体
原料１１が溶融して原料融液になると共に、その上面を
溶融した液体封止材１２が密閉する状態となる。そこ
で、ルツボ１を下降させてゆくと、化合物半導体原料１
１の融点を中心温度（白抜き矢符Ｘ参照）とする上高下
低の温度雰囲気帯がルツボ１に対して相対的に下方から
上方へ移行するようになり、ルツボ１内では、種結晶１
０を起点として原料融液が上方へ向けて順次冷却固化
（単結晶として成長）してゆくというものである。とこ
ろで、ルツボ１内から成長後の単結晶を取り出す方法
は、一般的には、冷却後のルツボ１をメチルアルコール
液中へ浸漬するか又はルツボ１内へメチルアルコール液
を流し込む等して液体封止材１２の溶解を待ち、その
後、メチルアルコール液中からルツボ１を引き上げてル
ツボ１内の単結晶を取り出すというものであった。

【０００５】なお、このメチルアルコール液を用いた方
法は日数を要し、もしこれを性急に行った場合には、単
結晶の取出時にルツボ１や単結晶を破損させるおそれが
あった。そこで、これらを回避する方法として、特開平
５−７０２８８号公報には、単結晶成長直後であって液
体封止材１２が未だ溶融した高粘性状態にあるときに、
ルツボ１内から単結晶を種結晶１０ごと突き上げるとい
う方法及び装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、メチルアルコー
ル液を用いた単結晶の取出方法において、日数を要して
いたことの原因の一つは、図５に示すように、単結晶７
の成長過程において、溶融した液体封止材１２ａがルツ
ボ１の内面と原料融液（単結晶７）との間を伝って下方
へ流れ、最終的にルツボ１におけるシード部３の下端か
らその外周面と下キャップ６の内周面との微小な周隙間
へも流れ出て、これが単結晶成長後の冷却過程で固まっ
て上記周隙間を詰まらせることになり、この部分の液体
封止材１２とメチルアルコール液との接触（即ち、液体
封止材１２の溶解）がなかなか進行しないという点にあ
った。

【０００７】一方、上記特開平５−７０２８８号公報に
記載の装置では、ルツボを支持する軸と、この内側で種
結晶を支持する軸とを内外二重軸として構成させる必要
があり、またこれら両軸を相対的に上下動させるための
機構及び支持構造が必要になっている。そのため、構造
的に極めて複雑になり、特に種結晶を支持する軸には細
い棒材を必要とすることから、この棒材に関して強度
的、支持構造的な面で実現が難しく、仮に実現できても
日常的頻繁的な使用に耐えるものとすることは非常に困
難であるという問題があった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あって、単結晶の成長後にあってルツボから単結晶の取
り出しが迅速、容易且つ確実に行えるようにした単結晶
成長用ルツボ及び単結晶の製造方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明に係る単結晶成長用ルツボでは、種結晶、化合物原料
及び液体封止材を収容する下端が開放された本体部と、
該本体部の下部で嵌合される下キャップとを有する単結
晶成長用ルツボであって、前記下キャップの内側に、前
記本体部下端を完全閉鎖する中栓が装着されているもの
としている。

【００１０】従って、このような構成のルツボを用いて
行う本発明に係る単結晶の製造方法では、ルツボの本体
部下端に中栓を装着し、そのうえでこの中栓を含めて本
体部下端まわりに下キャップを外嵌装着してから、この
ルツボの本体部へ種結晶を充填し、その種結晶の上に化
合物原料を、更にその上に液体封止材を収容した状態
で、このルツボを加圧及び加熱しつつ、化合物原料の融
点を中心温度とする上高下低の温度雰囲気帯をルツボに
対して下方から上方へ相対移動させ、ルツボ内で原料融
液を下方から上方へ順次冷却固化させてゆくということ
になっている。

【００１１】このように、単結晶の成長時（ルツボの加
熱時）にあって、ルツボの本体部下端を中栓で完全に閉
鎖した状態としておけば、溶融した液体封止材が本体部
の下端からその外周面と下キャップ内周面との周隙間へ
流れ出るということがなくなり、従って、その後の冷却
過程で、この周隙間が固まった液体封止材で詰まるとい
うことも当然になくなる。そのため、冷却後のルツボを
メチルアルコール液等の中へ浸漬するか又はルツボ内へ
メチルアルコール液を流し込む等することによって、迅
速に液体封止材の溶解が進み、ルツボも、また成長後の
単結晶も何ら傷つけることなく、単結晶を取り出すこと
ができることになる。

【００１２】なお、中栓は、ルツボ形成材料と同材料で
形成したり、成長させる単結晶と同材料で形成したりす
るのが、不純物の混入防止等の点から好適である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明に係るルツボ１は、それ自
体の基本的な形状については図２に関して既に説明した
ものと略同じであって、円筒形をした本体部２と、この
本体部２の下部で縮径した下端解放のシード部３とを有
したものである。そして、従来との比較において最も異
なるところは、図１に示すように、シード部３の下端に
は、その解放部分を完全閉鎖するかたちで中栓５が装着
されており、この中栓５を含めるかたちで、下キャップ
６が外嵌装着されるようになっている点にある。

【００１４】この中栓５は、ルツボ１を形成する材料と
同材料、例えば化合物原料１１としてＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＩｎＰ等を対象とする場合であれば、ｐ−ＢＮ（ｐ
ｙｒｏｌｉｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ；熱分
解ボロン・ナイトライド）によって形成したり、成長さ
せる単結晶７と同材料、例えばＧａＡｓによって形成し
たりすればよい。このように、下キャップ６の内側に中
栓５を設けるという端的な構成の追加により、このルツ
ボ１を用いた単結晶７の製造方法では、従来に比して絶
大な効果をもたらすものとなっている。

【００１５】すなわち、ルツボ１におけるシード部３の
下端に中栓５を装着し、その外側に下キャップ６を外嵌
装着させた状態で、図２に示したのと同じように、シー
ド部３内へ種結晶１０を装填し、また本体部２へ化合物
原料１１及びその上から液体封止材１２を収容する。な
お、必要に応じて、ルツボ１における本体部２の上部開
口部にゴミよけ用の上キャップ１３を設けてもよい。そ
して、このルツボ１を圧力容器（図示略）内におけるヒ
ータの囲み領域内へセットし、圧力容器を閉じたうえ
で、この圧力容器内を加圧し、またヒータを上下方向の
所定温度分布に加熱する。

【００１６】これにより、ルツボ１内では化合物原料１
１が溶融して原料融液になると共に、その上面を溶融し
た液体封止材が密閉する状態となる。このとき、図１に
示したように本発明でも、溶融した液体封止材１２ａは
ルツボ１の内面と原料融液（図１では既に単結晶７に成
長した状態を示している）との間を伝って下方へ流れる
が、この流れはシード部３の下端で中栓５によってくい
止められることになり、シード部３の外周面と下キャッ
プ６の内周面との微小な周隙間へ流れ出すことはない。

【００１７】このような状態にあってルツボ１を下降さ
せてゆけば（図２の二点鎖線参照）、化合物原料１１の
融点を中心温度（図２の白抜き矢符Ｘ参照）とする上高
下低の温度雰囲気帯がルツボ１に対して相対的に下方か
ら上方へ移行するようになり、ルツボ１内では、種結晶
１０を起点として原料融液が上方へ向けて順次冷却固化
（即ち、単結晶７として成長）してゆくことになる。単
結晶７の成長後、ルツボ１をメチルアルコール液等の中
へ浸漬等すれば、ルツボ１内における全領域の液体封止
材１２に対してメチルアルコール液の接触が容易である
ため、その溶解も迅速に進み、単結晶７を簡単に取り出
すことができるものである。

【００１８】この方法によれば、メチルアルコール液等
への浸漬開始から単結晶７の取り出しまでを４日程度で
行えるものであった。これに対して従来は実に７日間を
要していたため、約６０％の期間短縮が図れたことにな
る。そのため、コストダウン等をはじめとする各種の利
点が得られた。本発明に係るルツボ１は、図３に示すよ
うな垂直温度勾配下固化法（ＶＧＦ法）においても使用
可能である。すなわち、このＶＧＦ法では、単結晶７の
成長過程においてルツボ１を下降させるのではなく、圧
力容器（図示略）内に設けられたヒータ側でその温度分
布を制御することにより、化合物原料１１の融点を中心
温度（白抜き矢符Ｘ参照）とする上高下低の温度雰囲気
帯を、ルツボ１に対して相対的に下方から上方へ移行さ
せるようにするものである。

【００１９】ところで、本発明は、上記実施形態に限定
されるものではなく、細部構造等について、実施の態様
に応じた各種変更等が可能である。例えば、図１に示す
上記実施形態のルツボ１は、円筒形をした本体部２とこ
の本体部２の下部で縮径した下端解放のシード部３とを
有したものであったが、図４に示すように本体部２の下
部で縮径したシード部３を有さない下端開放の本体部２
であってもよい。また、本体部２は円筒形状ではなく、
下端開放の多角柱の形状であってもよい。

【００２０】また、中栓５の形成材料には、石英、炭素
材料等を用いることも可能である。また、液体封止材１
２の溶解には、液体封止材１２の使用材料に応じてメチ
ルアルコール液以外のものを用いることも可能である
し、またこのメチルアルコール液等へルツボ１を浸漬さ
せた状態で、ルツボ１を液体封止材１２の融点まで加熱
したり、超音波処理を並行して施したりするといったこ
とも可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る単結晶
成長用ルツボでは、本体部下端に中栓を装着すると共に
これを含めてその外側に下キャップを外嵌装着させるも
のとなっており、従ってこのルツボを用いて行う本発明
に係る単結晶の製造方法では、ルツボの本体部へ種結晶
を装填し、本体部へ化合物原料及び液体封止材を収容し
た状態でルツボを加圧及び加熱して、種結晶を起点とし
た単結晶の成長を行わせるときに、溶融した液体封止材
が本体部外周面と下キャップ内周面との周隙間へ流れ出
るということが中栓によって完全に阻止されることにな
る。

【００２２】そのため、その後の冷却過程で、この周隙
間が固まった液体封止材で詰まるということも当然にな
くなるため、冷却後のルツボをメチルアルコール液等の
中へ浸漬するか又はルツボ内へメチルアルコール液を流
し込む等することで、迅速に液体封止材の溶解が進み、
ルツボも成長後の単結晶も何ら傷つけることなく、単結
晶を取り出すことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るルツボの主要部を拡大して示した
側断面図であって、単結晶の成長過程を示している。

【図２】ＬＥ−ＶＢ法を説明した側断面図である。

【図３】ＶＧＦ法を説明した側断面図である。

【図４】本発明の係るルツボの主要部の変形例を拡大し
て示した側断面図である。

【図５】従来のルツボの一部を拡大して示した側断面図
であって、単結晶の成長過程を示している。

【符号の説明】

１ ルツボ ２ 本体部 ５ 中栓 ６ 下キャップ ７ 単結晶 １０ 種結晶 １１ 化合物原料 １２ 液体封止材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3E084 AA04 AA12 AA39 AB10 BA03 CA01 CC10 DA01 DC10 EA02 EC10 FA09 GA08 GB12 4G057 AB04 AB34 4G077 AA02 BE35 BE43 BE44 BE46 CF05 ED01 EG02 EG18 EH07 MA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 種結晶（１０）、化合物原料（１１）及
   び液体封止材（１２）を収容する下端が開放された本体
   部（２）と、該本体部（２）の下部で嵌合される下キャ
   ップ（６）とを有する単結晶成長用ルツボであって、 前記下キャップ（６）の内側に、前記本体部（２）下端
   を完全閉鎖する中栓（５）が装着されていることを特徴
   とする単結晶成長用ルツボ。
2. 【請求項２】 前記中栓（５）が、ルツボ形成材料と同
   材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   単結晶成長用ルツボ。
3. 【請求項３】 前記中栓（５）が、成長させる単結晶と
   同材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の単結晶成長用ルツボ。
4. 【請求項４】 下端が開放された本体部（２）と該本体
   部（２）の下部で嵌合される下キャップ（６）とを有す
   る単結晶成長用ルツボ（１）に対し、該下キャップの内
   側の前記本体部（２）下端に中栓（５）を装着して完全
   閉鎖すると共に、更に該中栓（５）まわりに下キャップ
   （６）を外嵌装着し、該ルツボ（１）に対して本体部
   （２）へ種結晶（１０）を装填し、また本体部（２）へ
   化合物原料（１１）及びその上から液体封止材（１２）
   を収容した状態で、該ルツボ（１）を加圧及び加熱し
   て、上記化合物原料（１１）の融点を中心温度とする上
   高下低の温度雰囲気帯をルツボ（１）に対して下方から
   上方へ相対移動させ、ルツボ（１）内で原料融液を下方
   から上方へ順次冷却固化させてゆくことを特徴とする単
   結晶の製造方法。