JP2000226300A - Method and apparatus for synthesizing and growing crystal - Google Patents

Method and apparatus for synthesizing and growing crystal

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JP2000226300A
JP2000226300A JP11362555A JP36255599A JP2000226300A JP 2000226300 A JP2000226300 A JP 2000226300A JP 11362555 A JP11362555 A JP 11362555A JP 36255599 A JP36255599 A JP 36255599A JP 2000226300 A JP2000226300 A JP 2000226300A
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JP
Japan
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reactants
encapsulant
region
reaction product
heating
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Application number
JP11362555A
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Japanese (ja)
Inventor
Lucio Zanotti
ルチオ・ザノッティ
Mingzheng Zha
ミンチェン・チャ
Tamas Goeroeg
タマシュ・ゲレグ
Giovanni Zuccalli
ジョヴァンニ・ズッカリ
Andrea Zappettini
アンドレア・ザッペッティーニ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pirelli and C SpA
Original Assignee
Pirelli Cavi e Sistemi SpA
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a highly pure polycrystal compound and single crystal compound in accurate stoichiometric ratio. SOLUTION: This method for producing a highly pure group II-VI or III-V polycrystalline compound in accurate stoichiometric ratio comprises the following steps: (a) heating an enclosing agent to a first temperature sufficient to melt the enclosing agent; (b) enclosing at least two reactants 26 and 28 in the stoichiometric amounts with the molten enclosing agent (the reactants 26 and 28 does not reach the temperature sufficient to cause the evaporation of one or more of the reactants during the enclosure); and (c) forming the polycrystalline group II-VI or III-V compound.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に多結晶性化
合物を合成し、そのような化合物から単結晶を成長させ
るための方法および装置に関する。特に、本発明は、選
択される封入剤の融点以下の温度で高揮発性である1つ
以上の反応体もしくはドーパントを含んでなる、高純度
および正確な化学量論比の第II−VI族および第III−V
族多結晶性化合物を合成するための、およびそのような
化合物から既知の結晶成長技術を用いて単結晶を成長さ
せるための方法および装置に関する。
The present invention relates generally to a method and apparatus for synthesizing polycrystalline compounds and growing single crystals from such compounds. In particular, the present invention relates to a high purity and precise stoichiometric Group II-VI comprising one or more reactants or dopants that are highly volatile at temperatures below the melting point of the selected encapsulant. And III-V
The present invention relates to a method and apparatus for synthesizing group III polycrystalline compounds and for growing single crystals from such compounds using known crystal growth techniques.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】CdTeなどの多くの
第II−VI族化合物が、γ線粒子やX線粒子などの高エ
ネルギー粒子の検出器の製造における光学用途を含む広
範囲の半導体用途、および赤外線検出器および太陽電池
で使用されるHgCdTeを有する構造物における基体
としての使用に適している。例えば、本出願人の名義に
なる欧州特許出願EP0886167は、特に、インジ
ウムをドープしたCdTe結晶を用いる光学スイッチ開
閉装置を記載している。そのような用途は、単結晶性物
質が高純度および高結晶化度であることを必要とする。
Many Group II-VI compounds such as CdTe have been used in a wide range of semiconductor applications, including optical applications in the manufacture of detectors for high energy particles such as gamma and X-ray particles, and It is suitable for use as a substrate in structures having HgCdTe used in infrared detectors and solar cells. For example, European patent application EP 0 886 167 in the name of the applicant describes, in particular, an optical switchgear using an indium-doped CdTe crystal. Such applications require that the single crystalline material be of high purity and high crystallinity.

【0003】大量の高品質珪素系単結晶の成長が長年に
渡って可能であったのに対し、これは第II−VI族およ
び第III−V族化合物には当てはまらない。第II族およ
び第VI族に属する元素の種々の化合物、特に、CdT
eからの所望の化学量論比を有する単結晶の成長は、こ
れらの元素の1つ以上のものの揮発性ゆえに、ときに
は、高温における化合物の成分どうしの蒸気圧の大きな
差と低熱伝導率ゆえに、特に複雑である。さらに、合金
を調製する際、所定の温度で平衡にある固相と液相の組
成における差ゆえに反応体の偏析が生じ、局在化した濃
度の反応体、不純物、ドーパント、もしくは微細相の不
均一分布をもたらす。さらに、成長が正常に起こる温度
で、反応体もしくは化合物の容器物質との反応は、結晶
の汚染をもたらし得る。結晶成長はまた、高不純物含有
率、転位密度、もしくは高すぎるか、および/または分
布が不均一な一つの成分の過剰さによって悪影響を受
け、その結果、非化学量論化合物および/または電子特
性の損なわれた結晶が生じる。
While the growth of large quantities of high quality silicon-based single crystals has been possible for many years, this is not the case for II-VI and III-V compounds. Various compounds of elements belonging to groups II and VI, in particular CdT
The growth of single crystals with the desired stoichiometric ratio from e can be due to the volatility of one or more of these elements, and sometimes due to the large difference in vapor pressure between the components of the compound at high temperatures and low thermal conductivity. Especially complicated. In addition, during alloy preparation, reactants segregate due to differences in the composition of the solid and liquid phases in equilibrium at a given temperature, resulting in localized concentrations of reactants, impurities, dopants, or fine phases. Produces a uniform distribution. Further, at temperatures where growth normally occurs, reaction of the reactants or compounds with the container material can result in contamination of the crystals. Crystal growth may also be adversely affected by high impurity content, dislocation density, or excess of one component that is too high and / or non-uniform in distribution, resulting in non-stoichiometric compounds and / or electronic properties. This results in damaged crystals.

【0004】関連技術は、第II−VI族半導体化合物を
合成する種々の方法を教示しているが、その中に、固相
反応方法および気相合成方法がある。N.N.Kole
snikov等、“Growth and Chara
cterization of P−Type Cd
1-xZnxTe(x:0.2、0.3、0.4)”,J.
Crystal Growth,第174巻、pp.2
56〜262(1997)は、密閉したシリカアンプル
中のCdと過剰量のTeの固相反応によるCdTeの合
成を記載している。同論文はまた、密閉したシリカアン
プル中で別個の供給源から蒸発させたZn蒸気と過剰量
のTe蒸気の1050℃での反応によるZnTeの気相
合成を記載している。
Related art teaches various methods for synthesizing Group II-VI semiconductor compounds, among which are solid state reaction methods and gas phase synthesis methods. N. N. Kole
Snikov et al., "Growth and Chara
cterization of P-Type Cd
1-x Zn x Te (x: 0.2, 0.3, 0.4) ", J. Am .
Crystal Growth , vol. 2
56-262 (1997) describe the synthesis of CdTe by solid-state reaction of Cd in a sealed silica ampoule with excess Te. The same article also describes the vapor phase synthesis of ZnTe by the reaction of Zn vapor evaporated from a separate source and excess Te vapor at 1050 ° C. in a sealed silica ampoule.

【0005】F.P.DotyおよびJ.F.Butl
er、“Properties of CdZnTe
crystals grown by high pr
essure Bridgman method”,
J.Vac.Sci.Technol. B10
(4)、pp.1418〜1422(7月/8月、19
92)は、充填材料が、装填材料の蒸発損失を減らすた
めに固く固定したキャップを有する高純度黒鉛るつぼ中
で、溶融体の反応と均質化のためにプログラムされた手
順で加熱される結晶成長方法を記載している。
F. P. Doty and J.M. F. Butl
er, "Properties of CdZnTe
crystals grown by high pr
essure Bridgeman method ",
J. Vac. Sci. Technol. B10
(4), pp. 1418-1422 (July / August, 19
92) Crystal growth in which the filler material is heated in a high purity graphite crucible with a firmly fixed cap to reduce the evaporation loss of the charge material in a programmed procedure for melt reaction and homogenization. The method is described.

【0006】同論文の表Iは、CdZnTe結晶の成長
中に損失した充填材料を示す。第II−VI族の化合物に
ついての種々の半導体単結晶成長技術が、特に、化合物
CdTeについて、当業界で公知である。1つの公知の
成長技術は、垂直型(VB)もしくは水平型(HB)成
長のブリッジマン法である。論文“Crystal G
rowth of Large−Area Singl
e−Crystal CdTe and CdZnTe
by the Computer−Controll
ed Vertical Modified−Brid
gmanProcess”,J.Crystal Gr
owth、第86巻(1988)、pp.111〜11
7、(S.Sen等)は、CdTe結晶を成長させるた
めに使用される特別なVB型成長方法を記載している。
使用される装置には、低温領域から離れた高温領域が含
まれ、2つの領域は、垂直に配置され、これらの領域間
の熱勾配の制御を可能とするようになっている。成長に
使用される多結晶は、成分の気相反応により得られる。
Table I of the article shows the filler material lost during the growth of CdZnTe crystals. Various semiconductor single crystal growth techniques for Group II-VI compounds are known in the art, especially for the compound CdTe. One known growth technique is the Bridgman method of vertical (VB) or horizontal (HB) growth. Dissertation “Crystal G
row of Large-Area Single
e-Crystal CdTe and CdZnTe
by the Computer-Control
ed Vertical Modified-Brid
gmanProcess ", J. Crystal Gr
owth , vol. 86 (1988), pp. 146-64 . 111-11
7, (S. Sen et al.) Describe a special VB-type growth method used to grow CdTe crystals.
The equipment used includes a hot zone separate from the cold zone, and the two zones are arranged vertically to allow control of the thermal gradient between these zones. The polycrystal used for growth is obtained by a gas phase reaction of the components.

【0007】Yellin,N.およびSzapir
o,S.,“Vapor Transport of
Nonstoichiometric CdTe in
Closed Ampoules”,J.Cryst
al Growth、第69巻、pp.555〜60
(1984)は、物理的蒸気移送(“PVT”)成長の
方法を記載している。先ず、多結晶性CdTeを、一定
容積の石英アンプル中で、高真空密閉の下、Cdと過剰
量のTeの低温反応により合成した。次に、多結晶性C
dTeを成長アンプルに移し、930〜933℃の温度
で垂直無種気成長(VUVG)により単結晶を成長させ
た。
[0007] Yellin, N .; And Szapir
o, S. , “Vapor Transport of
Nonstoichiometric CdTe in
Closed Ampoules ", J. Cryst
al Growth , Vol. 555-60
(1984) describe a method of physical vapor transfer ("PVT") growth. First, polycrystalline CdTe was synthesized by a low-temperature reaction of Cd and an excessive amount of Te in a quartz ampoule having a fixed volume and sealed in a high vacuum. Next, the polycrystalline C
The dTe was transferred to a growth ampule and a single crystal was grown by vertical seedless growth (VUVG) at a temperature of 930-933C.

【0008】別の公知の成長技術は、液体封入剤チョク
ラルスキー法(LEC)である。GaAsの成長に関す
Crystal Growth Processes
(John Wiley & Sons,198
6)、pp.151〜54では、J.C.Brice
は、その基本が、気相を有さないことであるような方法
を記載している。その方法は、高周波電界により加熱さ
れたるつぼ中に一定量の成長させる物質および封入剤を
置くことを含んでなる。先ず、封入剤が、溶融物質をる
つぼから分離させるために溶融し、結晶と溶融物質の表
面を被覆する。種結晶を液体の表面にもたらし、加圧下
で公知の方法により成長させるが、種結晶は、分解を防
ぐ封入剤で被覆される。B23が、適当な封入剤として
挙げられている。
[0008] Another known growth technique is the liquid encapsulant Czochralski method (LEC). Crystal Growth Processes for GaAs Growth
(John Wiley & Sons, 198
6), pp. 151-54, J.I. C. Brice
Describe a method wherein the basis is to have no gas phase. The method comprises placing an amount of a growing substance and an encapsulant in a crucible heated by a high frequency electric field. First, the encapsulant melts to separate the molten material from the crucible, coating the crystals and the surface of the molten material. The seed crystal is brought to the surface of the liquid and grown under pressure by known methods, but the seed crystal is coated with an encapsulant that prevents decomposition. B 2 O 3 is mentioned as a suitable encapsulant.

【0009】米国特許第4,740,264号は、フロ
ートゾーン技術(浮遊帯法)を用いる成長方法を記載す
るが、それにおいてはGaAsなどの結晶性物質の棒材
が、支持構造物中に置かれ、B23などの、結晶性物質
よりも低い融点を有する封入剤が、結晶性物質と周囲の
支持構造物との間に置かれる。棒材を溶融させる前に、
抵抗加熱コイルを使用して容器を加熱し、棒材を囲む封
入剤を溶融させ、その結果、支持構造物、封入剤および
棒材のすべてが加熱される。支持構造物を、加熱領域を
通って縦に移動させ、従来のフロートゾーン方法におけ
るように、棒材の断面を連続的に溶融する。
US Pat. No. 4,740,264 describes a growth method using the float zone technique (floating zone method), in which a rod of crystalline material such as GaAs is embedded in a support structure. An encapsulant, such as B 2 O 3 , which has a lower melting point than the crystalline material, is placed between the crystalline material and the surrounding support structure. Before melting the bar,
The vessel is heated using a resistive heating coil to melt the encapsulant surrounding the bar, so that all of the support structure, encapsulant and bar are heated. The support structure is moved longitudinally through the heating zone and continuously melts the bar cross section as in a conventional float zone method.

【0010】米国特許第5,057,287号は、第II
−V族および第II−VI族結晶についての成長方法を記
載するが、それにおいては種結晶(例、GaAs)、予
め化合された結晶物質(例、多結晶性GaAs)および
封入剤が炉中の容器に入れられ、引き続いて3つの炉の
領域を通過させられる。第一の炉の領域は、封入剤の融
点以上、結晶物質の融点以下の温度に維持され、第二の
炉の領域は、長さが容器の長さよりも短く、結晶物質の
融解温度に少なくとも等しい温度で維持され、第三の炉
の領域は、封入剤の融点以上、結晶物質の融点以下の温
度に維持される。
US Pat. No. 5,057,287 teaches II
A growth method is described for -V and II-VI crystals, in which seed crystals (e.g., GaAs), pre-combined crystalline material (e.g., polycrystalline GaAs) and encapsulant are placed in an oven. And subsequently passed through three furnace zones. The area of the first furnace is maintained at a temperature above the melting point of the encapsulant and below the melting point of the crystalline material, and the area of the second furnace is shorter in length than the length of the vessel and at least below the melting temperature of the crystalline material. Maintained at an equal temperature, the area of the third furnace is maintained at a temperature above the melting point of the encapsulant and below the melting point of the crystalline material.

【0011】第III−V族および第II−VI族結晶を成長
させる別の方法は、米国特許第5,131,975号に
記載されている。その方法によれば、酸化硼素封入剤の
小片が、やはり種結晶を収容したるつぼ中の細かく砕い
た化合物半導体充填材料中に分散される。るつぼの温度
は、初めは酸化硼素の融点以上の値に上げられるが、こ
れによって酸化硼素は、壁と、るつぼの底と、まだ固体
状態にある半導体との間に、液体の十分に均一な層を形
成する。ついで、温度を、化合物半導体物質の融点付近
まで上げ、結晶成長は液体封入剤垂直冷却勾配成長プロ
セスにより進行する。
Another method for growing Group III-V and Group II-VI crystals is described in US Pat. No. 5,131,975. According to that method, small pieces of boron oxide encapsulant are dispersed in a finely ground compound semiconductor filler in a crucible also containing seed crystals. The temperature of the crucible is initially raised to a value above the melting point of boron oxide, which causes the boron oxide to have a sufficiently uniform liquid between the walls, the bottom of the crucible, and the semiconductor, which is still in a solid state. Form a layer. The temperature is then raised to near the melting point of the compound semiconductor material and crystal growth proceeds by a liquid encapsulant vertical cooling gradient growth process.

【0012】Tomoki Inada等、“Grow
th of Semi−Insulating GaA
s Crystals with Low Carbo
nConcentration Using Pyro
lytic BoronNitride Coated
Graphite”,Appl.Phys.Let
t.50(3)、pp.143〜145(1987年1
月19日)は、Arガス雰囲気下で、現場合成液体封入
チョクラルスキー法により成長させたGaAs結晶への
炭素の取り込みを、最小限にするための方法を記載して
いる。その方法は、大きな引取装置(puller)内
での熱分解窒化硼素被覆黒鉛成分の使用を含む。
[0012] Tomoki Inada et al., "Grow
the of Semi-Insulating GaAs
s Crystals with Low Carbo
nConcentration Using Pyro
lytic BoronNitride Coated
Graphite ", Appl . Phys . Let.
t. 50 (3), pp. 143-145 (1987, January 1)
(May 19) describes a method for minimizing the incorporation of carbon into GaAs crystals grown by an in-situ synthetic liquid-filled Czochralski method under an Ar gas atmosphere. The method involves the use of a pyrolytic boron nitride coated graphite component in a large puller.

【0013】米国特許第4,652,332号は、Cu
InSe2(I−III−VI)単結晶を合成し、成長させ
る方法を記載している。-本出願人は、前記米国特許の
明細書中での明らかな誤りに気づいたが、明細書中、摂
氏で示された温度は、実際には華氏で表すべきであると
考える。例えば、第5欄、21〜22行において、「B
23は約700℃で軟化し始める」と、述べられてい
る。The Handbook of Chemist
ry and Physics、p.B−79(第66
版、1985〜86)は、B23の融点として450℃
を与えている。450℃は、723oKである。記載され
た方法は、化学量論量のCu、InおよびSeを、B2
3とともにるつぼに入れることを含んでなる。Cu、
In、SeおよびB23は、加圧下、RF誘導加熱コイ
ルにより加熱される。温度の上昇によってB23の液化
が生じ、るつぼに入れられたCu、InおよびSeを被
覆し、Seに顕著な蒸発をも開始させる。しかし、B2
3は比較的軟らかく、溶融しやすいので、セレンのほ
とんどはるつぼ内に閉じ込められる。温度が上昇するに
つれて、るつぼ内部のCu、InおよびSeは、溶融し
封入されたCuInSe2を形成し、温度はさらに上昇
して、化合物を均質化する。次に、溶融したCuInS
2と接触している封入剤を介して種結晶を挿入し、つ
いでそれを再び適当な速度で引き上げることにより、結
晶を成長させる。該特許は、55〜70気圧の過剰な圧
力と組み合わせた封入剤の存在にもかかわらず、工程中
にるつぼからのいくらかのSeの損失が依然としてあ
り、それによって結晶の化学量論成長を防ぐ可能性があ
る、と開示している。この問題を解決するために、該特
許は、これらの損失を補償し、化学量論成長にとって正
しい最終条件を得るために、るつぼに余分の1.8%〜
2.0%のSeを添加することを教示している。
US Pat. No. 4,652,332 discloses Cu
A method for synthesizing and growing InSe 2 (I-III-VI) single crystal is described. -The Applicant has noticed an obvious error in the specification of said US patent, but believes that the temperature in Celsius in the specification should in fact be expressed in Fahrenheit. For example, in column 5, lines 21-22, "B
2 O 3 begins to soften at about 700 ° C. ”. The Handbook of Chemist
ry and Physics , p. B-79 (66th
Plate, 1985-86) is 450 ° C. as the melting point of B 2 O 3.
Is given. 450 ° C. is 723 ° K. The described method uses stoichiometric amounts of Cu, In and Se to form B 2
Comprising placing in a crucible with O 3 . Cu,
In, Se and B 2 O 3 are heated under pressure by an RF induction heating coil. The increase in temperature causes liquefaction of B 2 O 3 , coating the crucible with Cu, In and Se, and also causing Se to begin significant evaporation. But B 2
Because O 3 is relatively soft and easy to melt, most of the selenium is trapped in the crucible. As the temperature increases, the Cu, In and Se inside the crucible form molten and encapsulated CuInSe 2 , and the temperature further increases to homogenize the compound. Next, the molten CuInS
Insert the seed crystal through a encapsulant in contact with e 2, then by pulling it again an appropriate rate, a crystal is grown. The patent states that despite the presence of the encapsulant in combination with an excess pressure of 55-70 atm, there is still some Se loss from the crucible during the process, thereby preventing stoichiometric growth of the crystals. It is disclosed that there is a possibility. To solve this problem, the patent discloses that to compensate for these losses and obtain the correct final conditions for stoichiometric growth, the crucible has an extra 1.8%
It teaches adding 2.0% Se.

【0014】上記の理由から、液体封入剤の使用を含む
単結晶の合成と成長についての公知の技術に関して、成
長した結晶の質を向上させるために、かなりの努力がな
されてきたことは明らかである。これらの努力には、と
りわけ、成長装置を改良すること、装置構造体の材料を
適当に選択すること、成長する結晶に特殊な温度勾配、
もしくは時間が経つにつれての種々の温度変化を生成さ
せること、および反応体の気化を補償するために過剰量
の反応体を添加することが含まれる。
For the above reasons, it is clear that considerable effort has been made to improve the quality of grown crystals with respect to known techniques for the synthesis and growth of single crystals, including the use of liquid encapsulants. is there. These efforts include, inter alia, improving the growth equipment, selecting the proper materials for the equipment structure, special temperature gradients for the growing crystals,
Or generating various temperature changes over time and adding excess reactants to compensate for the vaporization of the reactants.

【0015】しかし、出願人は、第II−VI族単結晶を
成長させる第II−VI族多結晶化合物の合成に関する封
入剤方法を使用する先行技術に、なんらの教示も見出し
ていない。
However, the applicant has not found any teaching in the prior art which uses the encapsulant method for the synthesis of Group II-VI polycrystalline compounds for growing Group II-VI single crystals.

【0016】これは、第II族および第VI族元素の多く
が、B23のような封入剤の融解温度以下の温度で顕著
に蒸発し始めるという事実によると思われる。すなわ
ち、封入剤を溶融させることが必然的に反応体を加熱す
ることになる先行技術の方法においては、封入剤の溶融
と反応体の被覆が完了する前に、1つ以上の揮発性反応
体が封入剤に妨害されずに蒸発し始め、その結果、非化
学量論多結晶性化合物が生成する。従って、単結晶成長
のための出発材料が非化学量論体なので、上記成長方法
は、不正確な化学量論および/または損なわれた電子特
性を有する第II−VI族単結晶を生成するだろう。
This may be due to the fact that many of the Group II and Group VI elements begin to evaporate significantly at temperatures below the melting temperature of the encapsulant, such as B 2 O 3 . That is, in prior art methods, where melting the encapsulant would necessarily heat the reactants, one or more volatile reactants may be present before melting of the encapsulant and coating of the reactants is complete. Begin to evaporate unhindered by the encapsulant, resulting in the formation of non-stoichiometric polycrystalline compounds. Thus, since the starting material for single crystal growth is non-stoichiometric, the above growth method will produce Group II-VI single crystals with incorrect stoichiometry and / or impaired electronic properties. Would.

【0017】本発明者等は、特に、固相反応方法は、元
素の完全な反応を保証しないと、決定づけた。この方法
で得られる多結晶は、非常に非化学量論的となり得る。
不正確な化学量論体は、F.P.Doty等による引用
論文に記載されたもののように、密閉アンプル合成方法
でも生じ得る。
The inventors have determined, inter alia, that the solid state reaction method does not guarantee complete reaction of the elements. Polycrystals obtained in this way can be very non-stoichiometric.
The incorrect stoichiometry is described in F.S. P. It can also occur with closed ampoule synthesis methods, such as those described in the article cited by Doty et al.

【0018】発明者等は、気相合成は、一般に、化合物
の少量生産に使用され、長い合成時間を必要とすること
を認めた。さらに、この方法を実施するために使用され
る装置は、反応体の蒸気の損失を避ける必要性のため
に、複雑である。例えば、CdとTeの蒸気は、癌を生
じさせ得るので、危険である。
The inventors have recognized that gas phase synthesis is generally used for the small scale production of compounds and requires a long synthesis time. Furthermore, the equipment used to carry out this method is complicated by the need to avoid loss of reactant vapors. For example, Cd and Te vapors are dangerous because they can cause cancer.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本明細書に具体化され、広く記載
される本発明によれば、1つの態様における本発明は、
高純度および正確な化学量論比の第II−VI族もしくは
第III−V族多結晶性化合物を製造する方法を含む。本
方法は、封入剤を、前記封入剤を溶融するに十分な第一
温度に加熱し;化学量論量の少なくとも2つの反応体
を、溶融状態の前記封入剤で囲み(封入の間、前記反応
体は、前記反応体の1つ以上のものの気化を起こすに十
分な温度に達しない);そして、反応体から、多結晶性
第II−VI族もしくは第III−V族化合物を形成すること
を含んでなる。
According to the invention embodied and broadly described herein, in one aspect the invention is a method comprising:
Includes a method for producing Group II-VI or Group III-V polycrystalline compounds of high purity and precise stoichiometry. The method includes heating the encapsulant to a first temperature sufficient to melt the encapsulant; surrounding a stoichiometric amount of at least two reactants with the encapsulant in a molten state (during the encapsulation, the The reactants do not reach a temperature sufficient to cause vaporization of one or more of the reactants); and forming a polycrystalline Group II-VI or Group III-V compound from the reactants Comprising.

【0020】典型的には、化学量論量の少なくとも2つ
の反応体を溶融状態の前記封入剤で囲む工程は、さら
に、前記封入剤により囲まれる前記反応体を、前記反応
体を溶融し、前記反応体を互いに反応させて反応生成物
を形成するに十分な第二温度に加熱し;そして、前記反
応生成物を、前記反応生成物が溶融するに十分な第三温
度に、かつ前記反応生成物が合成し均質化するに十分な
時間、加熱することを含んでなる。
Typically, the step of surrounding a stoichiometric amount of at least two reactants with the encapsulant in a molten state further comprises: melting the reactants surrounded by the encapsulant by melting the reactants; Heating the reactants to a second temperature sufficient to cause the reactants to react with each other to form a reaction product; and bringing the reaction product to a third temperature sufficient to melt the reaction product; Heating for a time sufficient for the product to synthesize and homogenize.

【0021】本発明はまた、下記工程を含んでなる、高
純度および正確な化学量論比の多結晶性化合物を製造す
る方法も含む:化学量論量の少なくとも2つの反応体を
第一領域に置き;前記反応体を完全に囲むに十分な量の
封入剤を前記封入剤が溶融状態にあるときに第二領域に
置き(前記第二領域は溶融状態の前記封入剤の前記第一
領域への移動に適し、前記第一および第二領域は互いに
別々に加熱され得る);前記第一および第二領域の周り
にガス雰囲気を造り、前記雰囲気を、選択された最大操
作温度において、実質的に前記反応体のほとんどの揮発
分の蒸気圧以上の圧力に加圧し;前記第一領域を加熱せ
ずに、前記第二領域を前記封入剤が溶融するに十分な第
一温度に加熱し(前記第一領域は、前記反応体の気化を
避けるに十分な温度に維持され、それによって、前記封
入剤を溶融状態で前記第二領域から前記第一領域に移動
させて、前記反応体を囲ませる);前記封入剤に囲まれ
た前記反応体を、前記反応体が溶融し、前記反応体が互
いに反応して反応生成物を形成するに十分な第二温度に
加熱し;そして前記反応生成物を、前記反応生成物が溶
融するに十分な第三温度に、かつ前記反応生成物が合成
し均質化するに十分な時間、加熱する。
The present invention also includes a method of producing a highly pure and accurate stoichiometric polycrystalline compound comprising the steps of: stoichiometrically adding at least two reactants to a first region. Placing a sufficient amount of encapsulant in the second area when the encapsulant is in a molten state (the second area is the first area of the encapsulant in a molten state) to completely surround the reactants. Wherein the first and second zones can be heated separately from each other); creating a gas atmosphere around the first and second zones, wherein the atmosphere is substantially at a selected maximum operating temperature. Pressurizing to a pressure above the vapor pressure of most of the volatiles of the reactants; heating the second region to a first temperature sufficient to melt the encapsulant without heating the first region. (The first zone is at a temperature sufficient to avoid vaporization of the reactants. To move the encapsulant in a molten state from the second region to the first region to surround the reactants); The body is melted and heated to a second temperature sufficient to cause the reactants to react with each other to form a reaction product; and the reaction product is heated to a third temperature sufficient to melt the reaction product And heating for a time sufficient to synthesize and homogenize the reaction product.

【0022】本発明はまた、下記工程を含んでなる、高
純度および正確な化学量論比の多結晶性化合物を製造す
る方法も含む:a)化学量論量の少なくとも2つの反応
体を容器の第一領域に置き;b)前記反応体を完全に囲
むに十分な量の封入剤を、前記封入剤が溶融状態にある
ときに、前記容器の第二領域に置き(前記第二領域は溶
融状態の前記封入剤の前記第一領域への移動に適し、前
記第二領域は前記第一領域の真上に隣接しており、前記
第一および第二領域は互いに別々に加熱され得る);
c)前記容器を密閉され垂直に配置されたチャンバー内
に置き;d)前記容器内にガス雰囲気を造り、前記雰囲
気を、選択された最大操作温度において、実質的に前記
反応体のほとんどの揮発分の蒸気圧以上の圧力に加圧
し;e)前記第二領域を前記封入剤が溶融するに十分な
第一温度に加熱し、他方前記第一領域を、前記反応体の
気化を避けるに十分な温度に維持し、それによって、前
記封入剤を溶融状態で前記第二領域から前記第一領域に
移動させて、前記反応体を囲ませ;f)前記封入剤に囲
まれた前記反応体を、前記反応体が溶融し前記反応体が
互いに反応して反応生成物を形成するに十分な第二温度
に加熱し;そして、g)前記反応生成物を、前記反応生
成物が溶融するに十分な第三温度に、かつ前記反応生成
物が合成し均質化するに十分な時間、加熱する。
The present invention also includes a process for producing a highly pure and accurate stoichiometric polycrystalline compound comprising the steps of: a) stoichiometric at least two reactants in a vessel B) placing an amount of encapsulant sufficient to completely surround the reactants in the second area of the container when the encapsulant is in a molten state (where the second area is Suitable for transferring the encapsulant in the molten state to the first region, the second region being directly adjacent to the first region, the first and second regions being able to be heated separately from each other) ;
c) placing the vessel in a sealed, vertically disposed chamber; d) creating a gas atmosphere in the vessel, wherein the atmosphere is substantially volatilized at a selected maximum operating temperature with substantially all of the reactants E) heating said second region to a first temperature sufficient to melt said encapsulant, while said first region is sufficiently pressurized to avoid vaporization of said reactants. At a suitable temperature, thereby causing the encapsulant to move from the second region to the first region in a molten state to surround the reactants; f) removing the reactants surrounded by the encapsulant Heating the reactants to a second temperature sufficient to cause the reactants to melt and react with each other to form a reaction product; and g) sufficient to cause the reaction product to melt At a suitable third temperature and the reaction products are synthesized and homogenized. A sufficient period of time, is heated to.

【0023】さらに、本方法は、工程(g)の後に下記
工程を含んでなる:前記封入剤に囲まれた前記反応生成
物を、前記反応生成物の融点以下であるがしかし前記封
入剤の融点以上である温度に冷却し;そして前記反応生
成物を前記封入剤から分離させる。
The method further comprises, after step (g), the step of: enclosing the reaction product surrounded by the encapsulant at a temperature below the melting point of the reaction product, but of the encapsulant. Cool to a temperature above the melting point; and separate the reaction product from the encapsulant.

【0024】好ましくは、前記反応体は、少なくとも1
つの第II族元素および少なくとも1つの第VI族元素、
もしくは少なくとも1つの第III族元素および少なくと
も1つの第V族元素を含んでなる。より好ましくは、前
記反応体は、CdおよびTeである。
Preferably, the reactants are at least one
One Group II element and at least one Group VI element;
Alternatively, it comprises at least one Group III element and at least one Group V element. More preferably, the reactants are Cd and Te.

【0025】好ましくは、反応体が配置される容器は、
少なくとも1つの他の容器と結合する。より好ましく
は、るつぼが前記容器内に移動可能に挿入される。有利
には、多結晶性化合物を製造する前記方法に用いられる
前記封入剤は、B 23である。
Preferably, the vessel in which the reactants are located is
Combine with at least one other container. More preferred
The crucible is movably inserted into the container. advantageous
Is used in the method for producing a polycrystalline compound
The mounting medium is B TwoOThreeIt is.

【0026】好ましくは、多結晶性化合物を製造する前
記方法に用いられる前記不活性ガスは、アルゴンガスで
ある。好ましくは、前記チャンバー内の圧力は約10a
tm〜約100atmである。
Preferably, the inert gas used in the method for producing a polycrystalline compound is an argon gas. Preferably, the pressure in the chamber is about 10 a
tm to about 100 atm.

【0027】より好ましくは、前記チャンバーの圧力
は、約20atmである。好ましくは、工程(e)にお
ける前記第一温度は、少なくとも封入剤の融点である。
[0027] More preferably, the pressure in the chamber is about 20 atm. Preferably, the first temperature in step (e) is at least the melting point of the encapsulant.

【0028】好ましくは、工程(f)における前記第二
温度は、少なくとももっとも融点の高い反応体の融点で
ある。好ましくは、工程(g)における前記第三温度
は、少なくとも反応生成物の融点である。
Preferably, the second temperature in step (f) is at least the melting point of the reactant with the highest melting point. Preferably, the third temperature in step (g) is at least the melting point of the reaction product.

【0029】典型的には、前記反応生成物は多結晶性化
合物である。好ましくは、前記反応生成物はCdTeで
ある。別の態様においては、本発明は、多結晶性化合物
を製造する前記方法により製造される多結晶性化合物を
含む。好ましくは、前記多結晶性化合物は、少なくとも
約5Nの純度を有する。
Typically, the reaction product is a polycrystalline compound. Preferably, the reaction product is CdTe. In another aspect, the invention includes a polycrystalline compound produced by the above method of producing a polycrystalline compound. Preferably, said polycrystalline compound has a purity of at least about 5N.

【0030】好ましくは、多結晶性化合物を製造する前
記方法の前記第二領域は、加熱要素を含む。有利には、
前記封入剤は、工程(e)において、前記第一領域内の
前記反応体に電流を誘導させることなく、電源からの電
流によって前記加熱要素に電流を誘導させるのに十分な
程度に前記チャンバー内の前記電源に対して前記チャン
バー内で前記容器を移動させることにより、溶融され
る。
Preferably, said second region of said method for producing a polycrystalline compound comprises a heating element. Advantageously,
The encapsulant is added to the chamber in step (e) to an extent sufficient to induce current in the heating element by current from a power source without inducing current in the reactants in the first region. The container is melted by moving the container in the chamber with respect to the power source.

【0031】好ましくは、多結晶性化合物を製造する前
記方法において、前記反応体は、工程(f)において、
電源からの電流によって前記反応体に電流を誘導させる
のに十分な程度に前記チャンバー内の前記電源に対して
前記チャンバー内で前記容器を移動させることにより、
加熱される。
Preferably, in the method for producing a polycrystalline compound, the reactant is used in the step (f),
By moving the vessel in the chamber relative to the power source in the chamber sufficient to induce a current in the reactant by the current from the power source;
Heated.

【0032】好ましくは、工程(g)の間、前記反応生
成物は回転させられる。好ましくは、前記加熱要素は前
記封入剤と接触している。好ましくは、前記加熱要素
は、液体ガリウムおよび液体インジウムからなる群から
選ばれる。より好ましくは、前記加熱要素は、前記容器
内の受け器の中にある。
Preferably, during step (g), the reaction product is rotated. Preferably, the heating element is in contact with the encapsulant. Preferably, said heating element is selected from the group consisting of liquid gallium and liquid indium. More preferably, the heating element is in a receptacle in the container.

【0033】好ましくは、前記加熱要素は本質的に、熱
分解窒化硼素で被覆された黒鉛のディスクからなる。別
の態様において、本発明は、前記方法により製造された
多結晶性化合物から高純度および正確な化学量論比の単
結晶を製造する方法を含み、前記方法は、さらに下記工
程を含む:ハウジング内の種単結晶を前記容器の前記第
一領域内に置き;工程(a)〜(g)を実施し;そし
て、前記容器を前記チャンバーに対して徐々に下げ、そ
れによって前記第一領域の温度を徐々に低下させ、前記
単結晶を成長させる。
Preferably, said heating element consists essentially of a graphite disk coated with pyrolytic boron nitride. In another aspect, the present invention includes a method for producing a single crystal of high purity and precise stoichiometry from a polycrystalline compound produced by the method, the method further comprising: housing Placing the seed single crystal within the first region of the container; performing steps (a)-(g); and gradually lowering the container with respect to the chamber, thereby reducing the volume of the first region. The temperature is gradually lowered to grow the single crystal.

【0034】別の態様において、本発明は、下記工程を
含んでなる、封入された反応体組成物を製造する方法を
含む:封入剤を、前記封入剤が溶融するに十分な第一温
度に加熱し;そして、化学量論量の少なくとも2つの反
応体を、前記反応体が前記反応体のうちの1つ以上のも
のの気化が起こるのに十分な温度に達する前に、溶融状
態の前記封入剤で囲む(前記反応体は、少なくとも1つ
の第II族元素および少なくとも1つの第VI族元素を含
んでなる)。
In another embodiment, the present invention comprises a method of making an encapsulated reactant composition comprising the steps of: bringing an encapsulant to a first temperature sufficient to melt said encapsulant. Heating; and disposing the stoichiometric amount of at least two reactants in the molten state before the reactants reach a temperature sufficient to cause vaporization of one or more of the reactants. With an agent (the reactant comprises at least one Group II element and at least one Group VI element).

【0035】本発明はまた、封入剤に囲まれた少なくと
も2つの反応体を含んでなる封入された反応体組成物を
含み、この場合、前記反応体は、少なくとも1つの第II
族元素および少なくとも1つの第VI族元素、もしくは
少なくとも1つの第III族元素および少なくとも1つの
第V族元素を含んでなる。
The present invention also includes an encapsulated reactant composition comprising at least two reactants surrounded by an encapsulant, wherein the reactants comprise at least one II.
A group element and at least one group VI element, or at least one group III element and at least one group V element.

【0036】別の態様において、本発明は多結晶性化合
物を含み、この化合物は、少なくとも1つの第II族元素
および少なくとも1つの第VI族元素、もしくは少なく
とも1つの第III族元素および少なくとも1つの第V族
元素を含んでなり、少なくとも約99.998%の純度
を有し、前記化合物を構成する元素のいずれも、約0.
01モル%より多くは化学量論組成から逸脱しない。
In another embodiment, the present invention comprises a polycrystalline compound, wherein the compound comprises at least one Group II element and at least one Group VI element, or at least one Group III element and at least one It comprises a Group V element and has a purity of at least about 99.998%, and any of the elements that make up the compound may have a purity of about 0.9%.
More than 01 mol% does not deviate from the stoichiometric composition.

【0037】別の態様において、本発明は、下記工程を
含んでなる、高純度および正確な化学量論比の単結晶を
製造する方法を含む:a)封入剤を、前記封入剤が溶融
するに十分な第一温度に加熱し;b)化学量論量の少な
くとも2つの反応体を、前記反応体が前記反応体のうち
の1つ以上のものの気化が起こるのに十分な温度に達す
る前に、溶融状態の前記封入剤で囲み(前記反応体は、
少なくとも1つの第II族元素および少なくとも1つの第
VI族元素を含んでなる);c)前記封入剤に囲まれた
前記反応体を、前記反応体が溶融しそして前記反応体が
互いに反応して反応生成物を形成するに十分な第二温度
に加熱し;d)前記反応生成物を、前記反応生成物が溶
融するに十分な第三温度に、かつ前記反応生成物が合成
し均質化するに十分な時間、加熱し;そして、e)前記
反応生成物から単結晶を形成する。好ましくは、工程
(a)の前記封入剤は液体を形成する。好ましくは、工
程(e)の前記単結晶は成長により形成される。
In another embodiment, the present invention comprises a method of producing a single crystal of high purity and precise stoichiometry comprising the steps of: a) melting the encapsulant, wherein said encapsulant melts B) removing at least two reactants in a stoichiometric amount to a temperature sufficient to cause vaporization of one or more of the reactants to occur. Then, it is surrounded by the encapsulant in a molten state (the reactants
Comprising at least one Group II element and at least one Group VI element); c) reacting the reactants surrounded by the encapsulant such that the reactants melt and the reactants react with each other. Heating to a second temperature sufficient to form a reaction product; d) bringing the reaction product to a third temperature sufficient to melt the reaction product and synthesizing and homogenizing the reaction product And e) forming a single crystal from the reaction product. Preferably, the encapsulant of step (a) forms a liquid. Preferably, the single crystal of step (e) is formed by growth.

【0038】別の態様において、本発明は、下記工程を
含んでなる、高純度および正確な化学量論比の単結晶を
製造する方法を含む:封入剤反応生成物を製造する上述
の方法により封入された反応生成物を製造し;前記反応
生成物を溶融状態に加熱し;種単結晶を前記反応生成物
に挿入し;そして、前記種単結晶を前記溶融した反応生
成物から徐々に引き上げる。
In another embodiment, the present invention comprises a method of producing a single crystal of high purity and precise stoichiometry comprising the following steps: by the above method of producing an encapsulant reaction product Producing an encapsulated reaction product; heating the reaction product to a molten state; inserting a seed single crystal into the reaction product; and gradually pulling up the seed single crystal from the molten reaction product. .

【0039】別の態様において、本発明は高純度および
正確な化学量論比の単結晶を含み、この単結晶は、少な
くとも1つの第II族元素および少なくとも1つの第VI
族元素、もしくは少なくとも1つの第III族元素および
少なくとも1つの第V族元素を含んでなり、少なくとも
約99.9998%の純度を有する。
In another embodiment, the present invention comprises a single crystal of high purity and precise stoichiometry, wherein the single crystal comprises at least one Group II element and at least one VI
A group III element or at least one group III element and at least one group V element and having a purity of at least about 99.9998%.

【0040】別の態様において、本発明は、下記を含ん
でなる、高純度および正確な化学量論比を有する多結晶
性化合物を製造するための装置を含む:少なくとも1つ
のチャンバーを有する炉;反応体を収容するための第一
領域、ならびに封入剤と加熱要素を収容するための少な
くとも第二領域を有する前記チャンバー内の容器;前記
封入剤のためのヒーター;前記チャンバー内の前記容器
を回転可能にかつ垂直に支持し移動させるための手段;
および前記容器の前記第一領域および第二領域のための
それぞれ独立したヒーター。好ましくは、前記炉は少な
くとも1つの窓を含む。
In another aspect, the present invention comprises an apparatus for producing a polycrystalline compound having high purity and precise stoichiometry comprising: a furnace having at least one chamber; A container in the chamber having a first region for containing the reactants, and at least a second region for containing the encapsulant and a heating element; a heater for the encapsulant; rotating the container in the chamber Means for allowing and vertically supporting and moving;
And independent heaters for the first and second regions of the vessel. Preferably, the furnace includes at least one window.

【0041】さらに別の態様において、本発明は、下記
を含んでなる、高純度および正確な化学量論比を有する
多結晶性化合物を製造するための装置を含む:少なくと
も1つの垂直に配置されたチャンバーを有する炉;反応
体を収容するための第一領域、ならびに前記第一領域の
真上に隣接していて封入剤および前記封入剤を加熱する
ための加熱要素を収容するための第二領域を有する前記
チャンバー内の容器;前記チャンバー内の前記容器を回
転可能にかつ垂直に支持し移動させるための、モーター
に接続された部材;および前記容器の前記第二領域を囲
んでいるときには前記容器の前記第一領域を加熱せずに
前記加熱要素内に電流を誘導し、かつ前記容器の前記第
一領域を囲んでいるときには前記反応体内に電流を誘導
するための、電気出力誘導加熱コイル。好ましくは、前
記容器は少なくとも1つの他の容器と結合している。好
ましくは、るつぼは前記容器内に回転可能に挿入され
る。
In yet another aspect, the invention includes an apparatus for producing a polycrystalline compound having high purity and precise stoichiometry comprising: at least one vertically disposed Furnace having a closed chamber; a first region for containing the reactants, and a second region immediately above the first region for containing an encapsulant and a heating element for heating the encapsulant. A container in the chamber having a region; a member connected to a motor for rotatably and vertically supporting and moving the container in the chamber; and a member surrounding the second region of the container. An electric current for inducing a current in the heating element without heating the first region of the container, and for inducing a current in the reactant when surrounding the first region of the container. Power induction heating coil. Preferably, said container is associated with at least one other container. Preferably, the crucible is rotatably inserted into said container.

【0042】上述の概略的な記載および以下の詳細な説
明は、ともに典型的かつ説明的なものであり、特許請求
の範囲に示した本発明を制限するものでないことを理解
すべきである。以下の記載は、本発明の実施例ととも
に、本発明の追加の利点および目的を記載し、提案す
る。
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention as claimed. The following description sets forth and suggests additional advantages and objectives of the present invention, as well as examples of the present invention.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】本発明は、幅広い半導体用途に使
用される新規な多結晶性化合物、およびそのような化合
物から形成される新規な単結晶を製造する新規な方法お
よび装置を提供する。本発明はさらに、前記の新規な多
結晶性化合物および単結晶を製造するための新規な封入
反応体組成物を提供する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides novel polycrystalline compounds for use in a wide variety of semiconductor applications, and novel methods and apparatus for producing novel single crystals formed from such compounds. The invention further provides novel novel polycrystalline compounds and novel encapsulated reactant compositions for producing single crystals.

【0044】本発明は、高純度および正確な化学量論比
の結晶性化合物を製造する方法および装置を提供する。
本明細書において、「高純度」は、多結晶性化合物につ
いて、少なくとも約99.999%、好ましくは少なく
とも約99.9997%、もっとも好ましくは約99.
9999%の純度と定義される。単結晶については、高
純度は、少なくとも約99.999%、好ましくは少な
くとも約99.99998%、もっとも好ましくは約9
9.99999%の純度と定義される。一般に、基板の
試料の不純物の程度は、試料に含まれる最大重量を有す
る不純物の重量と試料の全重量との間の、パーセンテー
ジとして表される比率を評価することにより計算され
る。純度は、1から不純物の濃度を引いた値として定義
される。さらに、当分野においては、試料の純度を、最
初の数字のいくつが前記定義の純度における“9”に一
致するかを示すことにより示すことが普通である。すな
わち、例えば、99.99%に相当する純度について
は、4Nの純度が示される。したがって、少なくとも9
9.998%の純度は、少なくとも5Nの純度に相当す
る。「化学量論」は、1つの物質のモル数を他の物質の
モル数に対して計算することが可能な比率を用いて、元
素および化合物の重量を結合することを論じるものであ
る。
The present invention provides a method and apparatus for producing high purity and accurate stoichiometric crystalline compounds.
As used herein, "high purity" refers to at least about 99.999%, preferably at least about 99.9997%, and most preferably about 99.999%, for a polycrystalline compound.
Defined as 9999% purity. For single crystals, high purity is at least about 99.999%, preferably at least about 99.99998%, and most preferably about 99.9999%.
Defined as 9.999999% pure. Generally, the degree of impurity in a sample of a substrate is calculated by evaluating the ratio, expressed as a percentage, between the weight of the impurity having the largest weight contained in the sample and the total weight of the sample. Purity is defined as 1 minus the impurity concentration. Furthermore, it is common in the art to indicate the purity of a sample by indicating how many of the first digits correspond to "9" in the above defined purity. That is, for example, a purity corresponding to 99.99% indicates a purity of 4N. Therefore, at least 9
A purity of 9.998% corresponds to a purity of at least 5N. "Stoichiometry" discusses combining the weights of elements and compounds using a ratio that allows one to calculate the number of moles of one substance over the number of moles of another substance.

【0045】本発明の目的のために、「充填材料」とい
う語は、元素、化合物、ドーパントを含み、プロセスの
終わりで合成もしくは成長工程生成品を形成する、適宜
の容器に導入される物質を意味する。
For the purposes of the present invention, the term “filling material” refers to a substance, including elements, compounds, and dopants, that is introduced into a suitable container that forms a synthetic or growth step product at the end of the process. means.

【0046】「化合物」という語により、明確な重量比
率を有して化学結合している2つ以上の原子もしくは元
素からなる物質が意味される。「合金」という語により、
種々の重量比率を有し得る2つ以上の元素の混合物(液
体もしくは固体)が意味される。
By the term "compound" is meant a substance consisting of two or more atoms or elements that are chemically bonded in a defined weight ratio. By the word "alloy"
A mixture (liquid or solid) of two or more elements which can have various weight ratios is meant.

【0047】結晶という語により、全体に渡って原子も
しくは分子が規則的に繰り返すパターンで配置されてい
る、元素、化学的化合物、もしくは同形結晶の混合物か
らなる均質な固体が意味される。
By the term crystal is meant a homogeneous solid consisting of a mixture of elements, chemical compounds or isomorphous crystals in which the atoms or molecules are arranged in a regularly repeating pattern.

【0048】「単結晶」(”monocrystal”ま
たは”single crystal”)という語は、
すべての部分が同じ結晶方位を有する結晶を意味する。
「多結晶」という語は、個々の結晶の凝集体からなる物質
を意味する。
The term “monocrystalline” (“monocrystal” or “single crystal”) means
All parts mean crystals having the same crystallographic orientation.
The term "polycrystalline" means a substance consisting of aggregates of individual crystals.

【0049】さらに、本発明の文脈において、「多結晶
性化合物」および「単結晶性化合物」という語は、それぞ
れ多結晶性および単結晶性構造を有していて、ドーパン
トを含み得る化合物もしくは合金を意味する。
Furthermore, in the context of the present invention, the terms "polycrystalline compound" and "monocrystalline compound" are used to refer to compounds or alloys which have a polycrystalline and monocrystalline structure, respectively, and which may contain dopants. Means

【0050】本発明の方法は、いくつかの工程を含んで
なる。先ず、化学量論量の少なくとも2つの反応体を容
器の第一領域に置く。本方法は、選ばれた封入剤の融点
以下で高揮発性であり、および/または封入剤の融点に
近い温度で揮発性である1つ以上の反応体から化合物を
調製するのに、特に適している。
The method of the present invention comprises several steps. First, a stoichiometric amount of at least two reactants is placed in a first region of the vessel. The method is particularly suitable for preparing compounds from one or more reactants that are highly volatile below the melting point of the chosen encapsulant and / or volatile at temperatures near the melting point of the encapsulant. ing.

【0051】出願人は、本発明によれば、封入剤が完全
に溶融して充填材料を覆う前に、大量のこれらの元素が
昇華を受け、ついで消失することが避けられることに注
目している。
Applicants note that in accordance with the present invention, large quantities of these elements are prevented from undergoing sublimation and then disappearing before the encapsulant is completely melted and covers the filler material. I have.

【0052】適切な元素には、Ce、Zn、Hg、T
e、Se、Ga、As、In、Tl、Mg、Sb、G
e、Ag、Cu、P、Se、Sが含まれる。好ましく
は、少なくとも1つの反応体は、第II族元素であり、少
なくとも1つの反応体は、第VI族元素であるか、ある
いは、少なくとも1つの反応体は第III族元素であり、
少なくとも1つの反応体は第V族元素である。
Suitable elements include Ce, Zn, Hg, T
e, Se, Ga, As, In, Tl, Mg, Sb, G
e, Ag, Cu, P, Se, and S are included. Preferably, the at least one reactant is a Group II element, the at least one reactant is a Group VI element, or the at least one reactant is a Group III element;
At least one reactant is a Group V element.

【0053】本方法は、CdTe、CdZnTe、およ
び比較的より揮発性であるCd、Hg、Se、Te、Z
n、S、Sb、As、Pののうちの少なくとも1つを有
する化合物に特に適するが、有利性は、非揮発性である
Bi、In、Ga、Teにもっと限定される。
The method comprises the steps of using CdTe, CdZnTe, and Cd, Hg, Se, Te, Z, which are relatively more volatile.
Particularly suitable for compounds having at least one of n, S, Sb, As, P, but the advantages are more limited to Bi, In, Ga, Te which are non-volatile.

【0054】もっとも好ましくは、反応体は、Cdおよ
びTe単独、もしくは1つ以上の他の元素もしくはドー
パントとの組み合わせである。適切なドーパントには、
In、Cl、I、B、Al、Ga、Fe、Cu、Ag、
Hg、Se、Zn、S、Se、Sb、As、Pが含まれ
る。
Most preferably, the reactants are Cd and Te alone or in combination with one or more other elements or dopants. Suitable dopants include
In, Cl, I, B, Al, Ga, Fe, Cu, Ag,
Hg, Se, Zn, S, Se, Sb, As, and P are included.

【0055】一例として、ドーパントは、特定の光学電
子的もしくは構造的特性を得るために、充填材料に添加
され得る。ドーパントを本発明による方法に使用する場
合、プロセスの初めに反応体とともに添加される。
As an example, dopants can be added to the filler material to obtain specific optoelectronic or structural properties. When a dopant is used in the method according to the invention, it is added together with the reactants at the beginning of the process.

【0056】反応体が配置される容器は、それ自体1つ
以上の他の容器と組み合わされ得る。好ましくは、容器
は、限定するのではなく、明確にすることを目的とし
て、以下でるつぼと称する第一組み合わせ容器と結合す
る。もっとも好ましくは、容器は、限定するではなく、
明確にすることを目的として、以下で受け器と称され
る、それ自体が第二組み合わせ容器を収容したるつぼを
保持する。当業者は、容易に容器、るつぼおよび受け器
の適切な寸法を決定できる。
The vessel in which the reactants are located may itself be combined with one or more other vessels. Preferably, the container is combined with a first combination container, hereinafter referred to as a crucible, for purposes of clarity, not limitation. Most preferably, the container is not limited,
For the sake of clarity, it itself holds a crucible containing the second combination container, hereafter called a receiver. One skilled in the art can easily determine the appropriate dimensions of the container, crucible and receiver.

【0057】有利には、容器の直径対高さの比率は、約
1:5〜約5:1である。好ましくは、容器の直径対高
さの比率は、約1:2〜約2:1である。もっとも好ま
しくは、容器の直径対高さの比率は、約1である。有利
には、るつぼの直径対高さの比率は、約1:5〜約5:
1である。好ましくは、るつぼの直径対高さの比率は、
約1:3〜約3:1である。もっとも好ましくは、るつ
ぼは、約0.7:1の直径対高さの比率を有する。有利
には、受け器の直径対高さの比率は、約10:1〜約
1:5である。好ましくは、受け器の直径対高さの比率
は、約5:1〜約1:2である。もっとも好ましくは、
受け器は、約1.2:1の直径対高さの比率を有する。
Advantageously, the diameter to height ratio of the container is from about 1: 5 to about 5: 1. Preferably, the diameter to height ratio of the container is from about 1: 2 to about 2: 1. Most preferably, the diameter to height ratio of the container is about 1. Advantageously, the ratio of diameter to height of the crucible is from about 1: 5 to about 5:
It is one. Preferably, the ratio of diameter to height of the crucible is:
From about 1: 3 to about 3: 1. Most preferably, the crucible has a diameter to height ratio of about 0.7: 1. Advantageously, the diameter to height ratio of the receptacle is from about 10: 1 to about 1: 5. Preferably, the diameter to height ratio of the receptacle is from about 5: 1 to about 1: 2. Most preferably,
The receiver has a diameter to height ratio of about 1.2: 1.

【0058】好ましくは、容器(もしくは、もし存在す
るなら、るつぼ)は、互いに別々に加熱でき、個別の遮
蔽物で分離できるがしかし好ましくは分離されていない
2つの領域を有する。容器はまた、2つ以上の領域を有
し得る。容器は、部材により、好ましくはモーターに取
り付けられたシャフトにより支持され、これは容器の垂
直、水平、もしくは回転運動、もしくはそれらの組み合
わせを与える。好ましくは、この部材は、容器の垂直お
よび回転運動を与える。もし合成および/または成長が
水平に起こるなら、部材は、水平かつ回転運動を与える
だろう。
Preferably, the container (or crucible, if present) has two regions that can be heated separately from each other and separated by separate shields, but preferably not separated. The container may also have more than one region. The container is supported by a member, preferably a shaft mounted on a motor, which provides for vertical, horizontal, or rotational movement of the container, or a combination thereof. Preferably, this member provides for vertical and rotational movement of the container. If the synthesis and / or growth occurs horizontally, the members will give a horizontal and rotational movement.

【0059】本発明の文脈において、「回転可能に、か
つ垂直に支持する手段」、および「移動させる手段」と
いう語は、上記目的に適するあらゆる装置、機械、磁気
的手段、弾性的手段、電気的手段、空気的手段その他の
手段を含む。
In the context of the present invention, the terms "means for rotatably and vertically supporting" and "means for moving" are used to refer to any device, machine, magnetic means, elastic means, electrical means suitable for the above purpose. Means, pneumatic means and other means.

【0060】容器およびシャフトは、そのような目的の
ために当業者に周知のいかなる適切な材料、もしくは材
料の組み合わせからも構成できる。適切な構成材料に
は、石英、黒鉛、黒鉛で被覆した石英、Al23および
熱分解窒化硼素(pBN)で被覆した黒鉛が含まれる。
封入剤、反応体、多結晶性化合物、もしくは単結晶と接
触する装置部品のためのpBN被覆黒鉛もしくはAl2
3の使用は、石英の使用において特有の珪素汚染の可
能性が避けられるので、有利である。したがって、その
ような材料の使用は、高純度化合物の生産に貢献すると
期待されるだろう。
[0060] The container and shaft can be composed of any suitable material or combination of materials known to those skilled in the art for such purpose. Suitable materials of construction include quartz, graphite, quartz coated with graphite, Al 2 O 3 and graphite coated with pyrolytic boron nitride (pBN).
PBN-coated graphite or Al 2 for equipment parts in contact with encapsulants, reactants, polycrystalline compounds, or single crystals
The use of O 3 is advantageous because the potential for silicon contamination inherent in the use of quartz is avoided. Therefore, the use of such materials would be expected to contribute to the production of high purity compounds.

【0061】次に、封入剤が溶融状態にあるときに反応
体を完全に囲むに十分な量の封入剤を、容器内に入れ
る。有利には、封入剤は、容器、反応体および反応生成
物に対して不活性で、反応体、反応生成物および成長す
る結晶に結晶を損なうことなく付着し、比較的低い融点
および適切な密度を有し、合成および/または成長が完
了するときに、種々な成分から容易に除去できる。適切
な封入剤には、例えば、1:1のKCl−NaClおよ
びB23が含まれる。好ましくは、封入剤はB23であ
る。好ましくは、溶融状態は、液体である。封入剤を、
反応体と同じ領域もしくは反応体とは異なる領域に置く
ことができる。
Next, an amount of the encapsulant sufficient to completely surround the reactants when the encapsulant is in the molten state is placed in the container. Advantageously, the encapsulant is inert to the vessels, reactants and reaction products, adheres to the reactants, reaction products and growing crystals without damaging the crystals, has a relatively low melting point and a suitable density And can be easily removed from various components when synthesis and / or growth is complete. Suitable encapsulating agents include, for example, 1: include one of KCl-NaCl and B 2 O 3. Preferably, the encapsulating agent is a B 2 O 3. Preferably, the molten state is a liquid. The mounting medium,
It can be in the same area as the reactants or in a different area from the reactants.

【0062】好ましくは、封入剤は、反応体を収容して
いる領域とは異なっていて溶融状態の封入剤を反応体を
収容している第一領域に移動させるのに適する第二領域
にある。好ましくは、封入剤は反応体の真上に直接隣接
している。もっとも好ましくは、封入剤は反応体と接触
している。
[0062] Preferably, the encapsulant is in a second region different from the region containing the reactants and suitable for transferring the molten encapsulant to the first region containing the reactants. . Preferably, the encapsulant is directly adjacent to the reactants. Most preferably, the encapsulant is in contact with the reactants.

【0063】次に、封入剤を加熱するために、加熱要素
が封入剤に隣接して第二領域に置かれる。加熱要素は、
必要ではないが、好ましくは封入剤と接触している。も
っとも好ましくは、加熱要素は封入剤の真上に接触して
いる。加熱要素は、熱を発生するために、それに誘導さ
れる電流を有することができなければならない。そのよ
うな加熱要素は、封入剤B23が電気的に絶縁性であ
り、従ってそれを直接加熱し溶融するために電流をそれ
に誘導することが不可能なので、望ましい。適切な加熱
要素には、液体ガリウム、液体インジウム、適切な低蒸
気圧を有する他の元素もしくは化合物、もしくはこれら
の組み合わせが含まれ、これらはるつぼ内の受け器の中
に置かれるのが好ましく、また、黒鉛、pBN被覆黒
鉛、SiC(炭化珪素)ディスクも好ましいが、これら
は受け器の中に置く必要はない。もっとも好ましくは、
加熱要素はpBNで被覆された黒鉛ディスクであり、こ
れによれば、封入剤中への黒鉛の溶解、およびそれに続
く合成された多結晶性化合物の炭素汚染もしくは黒鉛に
含まれる不純物による同化合物の汚染が避けられる。
Next, a heating element is placed in the second region adjacent to the encapsulant to heat the encapsulant. The heating element is
Although not required, it is preferably in contact with the mounting medium. Most preferably, the heating element is in contact directly above the encapsulant. The heating element must be able to have a current induced on it in order to generate heat. Such a heating element is desirable because the encapsulant B 2 O 3 is electrically insulating and therefore cannot direct current to it to directly heat and melt it. Suitable heating elements include liquid gallium, liquid indium, other elements or compounds having a suitable low vapor pressure, or combinations thereof, which are preferably placed in a receptacle in the crucible, Also preferred are graphite, pBN-coated graphite, and SiC (silicon carbide) disks, but these need not be placed in the receiver. Most preferably,
The heating element is a graphite disc coated with pBN, according to which the dissolution of the graphite in the encapsulant and subsequent carbon contamination of the synthesized polycrystalline compound or impurities of the compound due to impurities contained in the graphite. Pollution is avoided.

【0064】容器は、加熱系を含むチャンバー内に置か
れる。好ましくは、チャンバーは炉内にあり、チャンバ
ーの内容物が見える窓を有し得る。炉の壁は、通常の液
体循環および冷却系と組合わさって作動する流体冷却配
管により囲まれ得る。流体は、例えば水であり得る。
The container is placed in a chamber containing a heating system. Preferably, the chamber is in a furnace and may have a window through which the contents of the chamber can be seen. The walls of the furnace may be surrounded by fluid cooling tubing that operates in conjunction with a conventional liquid circulation and cooling system. The fluid can be, for example, water.

【0065】チャンバーは、水平に配置され得るが、好
ましくは、チャンバーは垂直に配置される。使用される
加熱系は、当分野で周知のいかなる適宜の加熱系でもよ
く、固定型でも、あるいは垂直もしくは水平に移動可能
な型でもよい。好ましくは、加熱系は固定型である。適
切な加熱系には、黒鉛円筒形加熱要素、誘導加熱コイル
および抵抗加熱要素が含まれる。抵抗加熱要素は、印加
された電流の下で熱を発生する電気要素である。
The chambers can be arranged horizontally, but preferably the chambers are arranged vertically. The heating system used may be any suitable heating system known in the art, and may be stationary or may be movable vertically or horizontally. Preferably, the heating system is stationary. Suitable heating systems include graphite cylindrical heating elements, induction heating coils and resistive heating elements. A resistive heating element is an electrical element that generates heat under an applied current.

【0066】好ましくは、加熱系は、電気動力を備えた
誘導加熱コイルである。好ましくは、誘導加熱コイル
は、流体冷却系と組み合わされる。冷却流体は、例え
ば、水である。冷却流体は、操業中コイルの過熱および
破損を避けるために、コイル内で循環する。さらに、流
体冷却系は、加熱装置のスイッチを切ると、コイルの温
度を急速に下げる。
[0066] Preferably, the heating system is an induction heating coil with electric power. Preferably, the induction heating coil is combined with a fluid cooling system. The cooling fluid is, for example, water. Cooling fluid circulates through the coil to avoid overheating and breakage of the coil during operation. In addition, the fluid cooling system rapidly reduces the temperature of the coil when the heating device is switched off.

【0067】もっとも好ましくは、加熱コイルは、高周
波発電機により出力が与えられる銅コイル巻線を含んで
なる。加熱系の適切な寸法は、当業者により容易に決定
できる。有利には、もし銅コイル巻線が使用されるな
ら、約1:5〜約10:1の直径対高さの比率を有する
べきである。好ましくは、直径対高さの比率は、約1:
1〜約2:1である。もっとも好ましくは、直径対高さ
の比率は、約1.7:1である。
[0067] Most preferably, the heating coil comprises a copper coil winding that is powered by a high frequency generator. Appropriate dimensions of the heating system can be easily determined by those skilled in the art. Advantageously, if copper coil windings are used, they should have a diameter to height ratio of about 1: 5 to about 10: 1. Preferably, the ratio of diameter to height is about 1:
1 to about 2: 1. Most preferably, the ratio of diameter to height is about 1.7: 1.

【0068】出願人は、加熱コイルは、第一加熱段階中
反応体を加熱することなく、要素32(図1)を加熱す
るようなものでなければならないことを認めている。そ
の場合、加熱コイルの高さの上限は重要ではない。
Applicants have recognized that the heating coil must be such as to heat element 32 (FIG. 1) without heating the reactants during the first heating step. In that case, the upper limit of the height of the heating coil is not important.

【0069】不活性ガスの雰囲気は、チャンバー内で造
られる。適切な不活性ガスは当業者により容易に決定で
き、アルゴンおよび窒素が含まれる。一般に、これらの
成分の1つのガスを使用できる。しかし、不活性ガス
が、腐蝕および安全性の問題を避けるために好まれる。
The atmosphere of the inert gas is created in the chamber. Suitable inert gases can be readily determined by one skilled in the art and include argon and nitrogen. Generally, a gas of one of these components can be used. However, inert gases are preferred to avoid corrosion and safety issues.

【0070】ついで、雰囲気は加圧される。好ましく
は、雰囲気は、選ばれた最大の操作圧力において実質的
に反応体のほとんどの揮発物の蒸気圧以上の圧力に加圧
される。好ましくは、最大操作温度は、多結晶性化合物
の融解温度よりも高い。より好ましくは、雰囲気は、約
10atm〜約100atmの圧力に加圧される。
Next, the atmosphere is pressurized. Preferably, the atmosphere is pressurized at a selected maximum operating pressure to a pressure substantially above the vapor pressure of most volatiles of the reactants. Preferably, the maximum operating temperature is higher than the melting temperature of the polycrystalline compound. More preferably, the atmosphere is pressurized to a pressure from about 10 atm to about 100 atm.

【0071】もっとも好ましくは、雰囲気は、約20a
tm〜約40atmの圧力に加圧される。もし反応体が
CdおよびTeならば、もっとも好ましい圧力は、20
atmである。
Most preferably, the atmosphere is about 20a
tm to about 40 atm. If the reactants are Cd and Te, the most preferred pressure is 20
atm.

【0072】次に、加熱要素は、封入剤を溶融するのに
十分な温度に加熱される。加熱要素は、反応体を含む領
域を加熱することなく、加熱要素を収容した領域を加熱
できる、当業者に周知の適宜の手段により加熱できる。
好ましくは、加熱要素は加熱系により加熱される。もっ
とも好ましくは、容器は、加熱要素を収容した領域が誘
導加熱コイルの範囲内にあり、他方反応体を収容した第
一領域が誘導加熱コイルの範囲外にあるようにしてチャ
ンバー内に配置される。ついで、電力が、加熱要素に電
流を誘導するに十分に誘導加熱コイルに供給され、加熱
要素は、第一領域の反応体に電流を誘導することなく、
封入剤を加熱し溶融させる。好ましくは、封入剤は、少
なくとも封入剤の融点である温度に加熱される。封入剤
の加熱は反応体が配置されている領域に電流を誘導させ
ないので、反応体の気化は最小限度にされ、化学量論比
の維持に役立つ。
Next, the heating element is heated to a temperature sufficient to melt the encapsulant. The heating element can be heated by any suitable means known to those skilled in the art that can heat the area containing the heating element without heating the area containing the reactants.
Preferably, the heating element is heated by a heating system. Most preferably, the container is positioned in the chamber such that the area containing the heating element is within the induction heating coil, while the first area containing the reactants is outside the induction heating coil. . Then, power is supplied to the induction heating coil sufficient to induce current in the heating element, and the heating element does not induce current in the reactants in the first region,
The encapsulant is heated and melted. Preferably, the encapsulant is heated to a temperature that is at least the melting point of the encapsulant. Since heating of the encapsulant does not induce current in the area where the reactants are located, vaporization of the reactants is minimized and helps maintain stoichiometry.

【0073】封入剤が溶融すると、反応体を収容してい
る領域に移動して反応体を囲む。反応体を収容している
領域は、封入剤の溶融中加熱されず、従って反応体の気
化を避けるに十分な温度で維持される。これは、反応体
の気化が全く起こらないことを意味するのではなく、ど
ちらかというと、生じる気化は無視できる程のもので、
形成される多結晶性化合物の化学量論比には有意には影
響しないことを意味する。反応体が溶融した封入剤で被
覆された後でだけ反応体を含む下方領域が加熱されるの
で、気化は最小限度にされ、正確な化学量論比を有する
生成物の合成に貢献する。さらに、反応体は封入剤の加
熱中加熱されないので、多結晶性化合物が高温を受ける
時間の長さが短縮され、るつぼもしくは容器を構成する
物質による汚染が減少する。さらに、正確な化学量論比
および低不純物含有率を有する多結晶性化合物の製造
は、そのような化合物から成長した単結晶の品質を向上
させる。
When the encapsulant melts, it moves to the area containing the reactants and surrounds the reactants. The area containing the reactants is not heated during the melting of the encapsulant and is therefore maintained at a temperature sufficient to avoid vaporization of the reactants. This does not mean that there is no vaporization of the reactants, but rather the vaporization that occurs is negligible,
Meaning does not significantly affect the stoichiometry of the polycrystalline compound formed. Since the lower region containing the reactants is heated only after the reactants have been coated with the molten encapsulant, vaporization is minimized and contributes to the synthesis of a product having the correct stoichiometry. In addition, since the reactants are not heated during the heating of the encapsulant, the length of time the polycrystalline compound is subjected to high temperatures is reduced, and contamination by the material comprising the crucible or container is reduced. Furthermore, the production of polycrystalline compounds having precise stoichiometry and low impurity content improves the quality of single crystals grown from such compounds.

【0074】本発明の1つの態様によれば、溶融封入剤
により囲まれる反応体は、発明的生成物を構成する。溶
融した封入剤により囲まれた反応体は、封入剤の融点以
下の温度に冷却でき、それによって封入剤が反応体の周
りで凝固する。ついで、発明的生成物は、本発明のさら
なるプロセス、もしくは別のプロセスにより、いくぶん
後で、多結晶性化合物合成のための容器から取り出され
る。
According to one aspect of the invention, the reactants surrounded by the molten encapsulant constitute an inventive product. The reactants surrounded by the molten encapsulant can be cooled to a temperature below the melting point of the encapsulant, whereby the encapsulant solidifies around the reactants. The inventive product is then withdrawn, at some later time, from the vessel for the synthesis of the polycrystalline compound by a further process of the invention, or another process.

【0075】反応体は、溶融した封入剤で囲まれた後、
溶融した封入剤で囲まれた反応体を収容している領域を
加熱系の範囲内に運ぶことにより加熱される。これを達
成するために、反応体を収容している領域が、かつては
加熱要素を収容している領域に占領されていた位置にく
るように容器を移動させるか、もしくは加熱要素を収容
している領域の周辺に配置される代わりに、それが反応
体を収容している領域の周辺に配置されるように、加熱
系を移動させることができる。好ましくは、容器は、反
応体を加熱系の範囲内に運ぶために移動される。もっと
も好ましくは、容器は、加熱コイルが反応体を収容して
いる領域を囲むような位置に垂直に移動される。
After the reactants have been surrounded by the molten encapsulant,
Heating is achieved by bringing the area containing the reactants surrounded by the molten encapsulant into the area of the heating system. To achieve this, the vessel may be moved such that the area containing the reactants is once occupied by the area containing the heating elements, or Instead of being located around the area in which the reactants are located, the heating system can be moved such that it is located around the area containing the reactants. Preferably, the vessel is moved to carry the reactants into the area of the heating system. Most preferably, the vessel is moved vertically to a position such that the heating coil surrounds the area containing the reactants.

【0076】反応体は、反応体を溶融し、反応体を互い
に反応させて反応生成物を形成するに十分な温度に系を
加熱することにより、加熱される。好ましくは、反応体
は、少なくとも最も融点が高い反応体の融点である温度
に加熱される。好ましくは、反応体は、加熱コイルから
の直接の電流誘導により加熱され、それにより、化合物
を汚染し、得られる生成物の純度を下げる可能性がある
黒鉛などの加熱物質の使用が避けられる。ついで、反応
生成物は、反応生成物が溶融するに十分な温度に、かつ
反応生成物を合成して均質化するに十分な時間、加熱さ
れる。好ましくは、反応生成物は、少なくとも反応生成
物の融点である温度に加熱される。好ましくは、反応生
成物は、溶融、合成および均質化の間、容器の回転によ
り回転される。
The reactants are heated by melting the reactants and heating the system to a temperature sufficient to cause the reactants to react with each other to form a reaction product. Preferably, the reactants are heated to a temperature that is at least the melting point of the highest melting reactant. Preferably, the reactants are heated by direct current induction from a heating coil, thereby avoiding the use of heating substances such as graphite which can contaminate the compounds and reduce the purity of the resulting product. The reaction product is then heated to a temperature sufficient to melt the reaction product and for a time sufficient to synthesize and homogenize the reaction product. Preferably, the reaction product is heated to a temperature that is at least the melting point of the reaction product. Preferably, the reaction product is rotated by rotation of the vessel during melting, synthesis and homogenization.

【0077】次に、反応生成物は、反応生成物が凝固
し、封入剤が溶融したまま残るように、反応生成物の融
点以下、封入剤の融点以上の温度に冷却される。つい
で、加熱系のスイッチを切り、封入剤は冷却し凝固す
る。
Next, the reaction product is cooled to a temperature lower than the melting point of the reaction product and higher than the melting point of the encapsulant so that the reaction product solidifies and the encapsulant remains molten. The heating system is then switched off and the encapsulant cools and solidifies.

【0078】さらに、冷却相が、炉と組合わさった流体
冷却配管系により、急速に作られる。封入剤は、この時
点で、反応生成物の容器を水(H2O)もしくはアルコ
ール(エチルもしくはメチル)中に突っ込むことにより
除去される。ついで、封入剤は軟化し、化合物が固体の
ままなので、それらの分離が起こる。
In addition, a cooling phase is rapidly created by the fluid cooling piping system associated with the furnace. The encapsulant is now removed by plunging the reaction product container into water (H 2 O) or alcohol (ethyl or methyl). The encapsulant then softens and their separation occurs as the compound remains solid.

【0079】水中で容器は封入剤の膨張のために破壊す
ることがあるが、他方アルコール中では膨張はそれほど
急速ではなく、容器は保護される。石英の容器は、pB
Nのものほど高価でない。
In water, the container may break due to the expansion of the encapsulant, while in alcohol the expansion is less rapid and the container is protected. Quartz container is pB
Not as expensive as N's.

【0080】封入剤は、封入剤を軟化させ、化合物には
なんら影響を与えない超音波によっても分解できる。反
応生成物は、当業者に周知の適宜の冷却手段により冷却
できる。
The encapsulant softens the encapsulant and can also be decomposed by ultrasound without affecting the compound. The reaction product can be cooled by any suitable cooling means known to those skilled in the art.

【0081】水冷加熱系および水冷炉を含んでなる装置
は、低い熱慣性を有する。そのような系は、偏析を避け
ながら、比較的多くの反応体もしくはドーパントを伴う
均一な合金を合成することを可能とし、従ってそのよう
な合金からの結晶のその後の成長を可能とする、急速な
冷却勾配を生成させる可能性を提供する。本発明の多結
晶性化合物反応生成物は、高純度および正確な化学量論
比の単結晶を成長させるために使用でき、さらに以下に
説明される成長方法および装置において使用できる。
An apparatus comprising a water-cooled heating system and a water-cooled furnace has low thermal inertia. Such a system allows for the synthesis of uniform alloys with relatively large amounts of reactants or dopants, while avoiding segregation, and thus the subsequent growth of crystals from such alloys. It offers the possibility of producing a great cooling gradient. The polycrystalline compound reaction product of the present invention can be used to grow single crystals of high purity and precise stoichiometry, and can be used in the growth methods and apparatus described below.

【0082】以下の詳細な記載においては、添付図面を
参照する。同じ照合数字は、同じもしくは類似の要素を
示す。記載には典型的な実施態様が含まれるが、しか
し、他の実施態様も可能で、本発明の精神と範囲から逸
脱せずに記載される実施態様には、変更がなされ得る。
本発明の範囲は、特許請求の範囲にのみ定義される。記
載において、簡単にするために、CdTeの合成および
成長に言及する。しかし、記載される発明の概念は、第
II−VI族の他の化合物および合金、例えば、CdS
e、ZnTe、ZnSeおよびZnCdTeなどの二成
分、三成分もしくは四成分化合物および合金、ならびに
HgMnTeおよびCdMnTeなどの半磁気化合物お
よび合金、また適当な元素、例えば、nもしくはp型ド
ーパントでドープされた物質などの合成および成長にも
適用できる。
The following detailed description refers to the accompanying drawings. The same reference numeral indicates the same or similar element. The description includes exemplary embodiments, however, other embodiments are possible, and modifications may be made to the embodiments described without departing from the spirit and scope of the invention.
The scope of the present invention is defined only by the claims. In the description, for simplicity, reference is made to the synthesis and growth of CdTe. However, the concept of the invention described is
Other compounds and alloys of the II-VI group, such as CdS
binary, ternary or quaternary compounds and alloys, such as e, ZnTe, ZnSe and ZnCdTe, and semi-magnetic compounds and alloys, such as HgMnTe and CdMnTe, as well as materials doped with appropriate elements, eg, n or p-type dopants It can also be applied to synthesis and growth.

【0083】同じ発明の方法および装置が、特定の第II
I〜V族化合物および合金、アンチモニド、アルセニド
および三成分化合物の合成にも拡大できる。本発明の方
法および装置は、第II−VI族、もしくは第III−V族化
合物および合金以外の多結晶性化合物の合成、例えば、
CuInSe2、AgGaSe2、AgGaTe2、Cd
GeAs2、InSの合成にも、当業者により容易に決
定される特徴パラメーターの選択においてわずかな変更
を加えるだけで、有効に用いられる。
The same method and apparatus of the present invention may
It can be extended to the synthesis of Group IV compounds and alloys, antimonides, arsenides and ternary compounds. The method and apparatus of the present invention may be used to synthesize polycrystalline compounds other than Group II-VI or III-V compounds and alloys, for example,
CuInSe 2 , AgGaSe 2 , AgGaTe 2 , Cd
The synthesis of GeAs 2 , InS can be effectively used with only minor changes in the selection of feature parameters that are easily determined by those skilled in the art.

【0084】図1は、例えば、単結晶を成長させるのに
適するCdTe化合物の合成に適する本発明の原理と一
致する装置の、好ましい実施態様の図である。装置は、
炉10がを有し、その中に垂直に配置されたチャンバー
12があり、チャンバー内には誘導加熱コイル14があ
り、チャンバー内にはさらに、好ましくはるつぼ18を
含む容器16がある。受け器20をるつぼ18に挿入で
きる。容器16は、モーター24にしっかりと接続され
るシャフト22上に搭載され、加熱コイル14に対し
て、容器16の、ならびにそれとともに、るつぼ18と
受け器20の回転および垂直並進を可能にする。好まし
くは、容器16および受け器20、るつぼ18ならびに
シャフト22は石英から作られる。好ましくは、炉10
は窓を有し、それが装置の内部を見えるようにしてい
る。
FIG. 1 is a diagram of a preferred embodiment of an apparatus consistent with the principles of the present invention suitable for the synthesis of, for example, CdTe compounds suitable for growing single crystals. The equipment is
Furnace 10 comprises a vertically disposed chamber 12 within which is located an induction heating coil 14 and further within the chamber is a vessel 16 which preferably includes a crucible 18. The receiver 20 can be inserted into the crucible 18. The container 16 is mounted on a shaft 22 that is rigidly connected to a motor 24 to allow rotation and vertical translation of the container 16 and, with it, the crucible 18 and receiver 20 relative to the heating coil 14. Preferably, container 16 and receptacle 20, crucible 18 and shaft 22 are made of quartz. Preferably, the furnace 10
Has a window, which makes the interior of the device visible.

【0085】より好ましくは、炉10の壁は、通常の流
体循環および冷却系(図示せず)と共同して作用する水
冷配管により囲まれる。流体は、例えば、水であり得
る。本発明の原理に従って、化合物を合成する好ましい
方法は、図1に示した上述の新規な装置を用いてCdT
e合成のために出願人が実施した方法の記載から、明ら
かとなろう。
[0085] More preferably, the walls of the furnace 10 are surrounded by water-cooled piping that cooperates with a conventional fluid circulation and cooling system (not shown). The fluid can be, for example, water. In accordance with the principles of the present invention, a preferred method of synthesizing compounds uses the novel apparatus described above and shown in FIG.
It will be clear from the description of the method carried out by the applicant for the synthesis.

【0086】合成プロセスは、チャンバーの内容物を上
記の窓を通して見ることにより監視および制御された。
特に、封入剤と充填材料の状態変化(溶融、凝固)なら
びに充填材料の化学変化は、直接観察し、および/また
は充填材料の色変化により、当業者に自明な方法で、推
論した。
The synthesis process was monitored and controlled by looking at the contents of the chamber through the windows described above.
In particular, changes in the state of the encapsulant and the filling material (melting, solidification) and chemical changes in the filling material were directly observed and / or inferred in a manner obvious to the person skilled in the art by a change in color of the filling material.

【0087】酸化硼素封入剤の融点は、Tm=450℃
もしくはTm=723oKである。Teは、Tm=430
℃の融点を有する。Teの蒸気圧P0 Te(バール)は、
任意の温度T(oK)について次式から計算できる:l
ogP0 Te=4.7191−5960.2/T。テルル
の蒸気は、主に(95%)二原子分子、すなわち、Te
2からなる。B23の融点におけるTe2の蒸気圧は、P
0 Te2(723oK)=3.10-4バールである。
The melting point of the boron oxide encapsulant is T m = 450 ° C.
Alternatively, T m = 723 ° K. Te is T m = 430
It has a melting point of ° C. The vapor pressure P 0 Te (bar) of Te is
For any temperature T ( o K) it can be calculated from:
ogP 0 Te = 4.7191-5960.2 / T. Tellurium vapor is mainly composed of (95%) diatomic molecules, ie, Te.
Consists of two . The vapor pressure of Te 2 at the melting point of B 2 O 3 is P
0 Te2 (723 o K) = 3.10 -4 bar.

【0088】Cdは、Tm=320℃の融点を有する。
Cdの蒸気圧P0 Cd(バール)は、任意の温度T(oK)
について次式から計算できる:lnP0 Cd=26.15
−13859/T−1.8415lnT。
Cd has a melting point of T m = 320 ° C.
The vapor pressure P 0 Cd (bar) of Cd is equal to an arbitrary temperature T ( o K).
Can be calculated from the following equation: InP 0 Cd = 26.15
-13859 / T-1.8415lnT.

【0089】B23の融点におけるCdの蒸気圧P0 Cd
は、P0 Cd(723oK)=5.8・10-3バールであ
る。従って、CdがTeよりも揮発性であり(なぜなら
それがより高い蒸気圧を有するから)、CdとTeの融
点は、ともにB23の融点以下であることがわかる。
The vapor pressure P 0 Cd of Cd at the melting point of B 2 O 3
Is P 0 Cd (723 ° K) = 5.8 · 10 −3 bar. Thus, it can be seen that Cd is more volatile than Te (because it has a higher vapor pressure), and the melting points of Cd and Te are both below the melting point of B 2 O 3 .

【0090】出願人は、従来の方法によれば、B23
完全な溶融は、反応体が450℃よりも高い温度を有す
るときに達成され、このとき反応体の実際の蒸気圧は、
前記の値よりもさらに高いことを認めている。
Applicants note that, according to conventional methods, complete melting of B 2 O 3 is achieved when the reactants have a temperature above 450 ° C., where the actual vapor pressure of the reactants is ,
It is recognized that it is higher than the above value.

【0091】従って、本発明以前は、少なくとも1つの
低融合性および/または高揮発性反応体から開始する、
CdTeまたは類似化合物の合成におけるB23のよう
な封入剤の使用は、可能性がなかったが、それは、先行
技術の方法が、封入剤を加熱する間、反応体をその融点
まで加熱することを回避できなかったからである。
Thus, prior to the present invention, one starts with at least one low fusogenic and / or highly volatile reactant,
The use of an encapsulant such as B 2 O 3 in the synthesis of CdTe or similar compounds has not been possible, however, because prior art methods heat the reactants to their melting points while heating the encapsulant. That is because it could not be avoided.

【0092】[0092]

【実施例】実施例1 好ましい方法の第一段階、充填材料の調製段階におい
て、反応体Cd26およびTe28を、化学量論量、す
なわち、200.03gのCdおよび227.08gの
Teを、るつぼ18に入れた。
EXAMPLE 1 In the first step of the preferred method, the preparation of the packing material, the reactants Cd26 and Te28 were charged with stoichiometric amounts, ie, 200.03 g of Cd and 227.08 g of Te to the crucible 18. Put in.

【0093】高さ約3cmのB23封入剤30の30g
のペレットを、反応体26および28の上に置いた。酸
化硼素封入剤の融点は、Tm=450℃だった。充填材
料(反応体26と28)は、るつぼ18の第一低領域D
を占めた。加熱要素32を収容した受け器20を、封入
剤30のペレットの上に置いた。加熱要素32は、約6
0gの液体ガリウムからなっていた。
30 g of a B 2 O 3 encapsulant 30 having a height of about 3 cm
Was placed on top of reactants 26 and 28. The melting point of the boron oxide encapsulant was T m = 450 ° C. The filling material (reactants 26 and 28) is applied to the first lower region D of the crucible 18
Accounted for. The receiver 20 containing the heating element 32 was placed on the pellet of the encapsulant 30. The heating element 32 has about 6
It consisted of 0 g of liquid gallium.

【0094】封入剤30および受け器20は、るつぼ1
8の第二上方領域Uを占めた。加熱要素32を、封入剤
30を加熱するために使用した。B23が電気的に絶縁
性なので、加熱コイル14によりその中に直接電流を誘
導することは不可能である。
The encapsulant 30 and the receiver 20 are placed in the crucible 1
8 of the second upper region U. A heating element 32 was used to heat the encapsulant 30. Since B 2 O 3 is electrically insulating, it is not possible to induce a current directly therein by the heating coil 14.

【0095】このように組み立てられたるつぼ18は、
容器16内に置かれた。チャンバー12は、20atm
で高純度(99.999%)のアルゴンガスで加圧され
た。この値は、1110℃、すなわち、るつぼ内で予想
される最高温度でCdTeと平衡するCdおよびTe2
の蒸気圧よりも大きい。
The crucible 18 thus assembled is
Placed in container 16. The chamber 12 is 20 atm
And pressurized with high purity (99.999%) argon gas. This value is 1110 ° C., ie Cd and Te 2 equilibrating with CdTe at the highest temperature expected in the crucible.
Greater than the vapor pressure of

【0096】ついで、容器16は垂直に置かれ、これに
よって、図1に示されるように、加熱要素32により占
められる領域に相当する、るつぼ18の上方領域Uのみ
を加熱コイル14が囲むようにした。
The container 16 is then placed vertically, so that the heating coil 14 surrounds only the upper area U of the crucible 18, which corresponds to the area occupied by the heating element 32, as shown in FIG. did.

【0097】次に、加熱コイル14に電力を供給して、
加熱要素32に熱を誘起させ、熱を封入剤30のペレッ
トに伝えた。封入剤30は、初めは上部、すなわち、加
熱要素32にもっとも近い部分で軟化および溶融し、つ
いで液体封入剤の第一層が、るつぼ18の内容物を覆っ
た。最後に、封入剤30は、図2に示されるように、完
全に溶融した。
Next, electric power is supplied to the heating coil 14,
Heat was induced in the heating element 32 and transferred to the pellets of the encapsulant 30. The encapsulant 30 initially softened and melted at the top, ie, closest to the heating element 32, and then a first layer of liquid encapsulant covered the contents of the crucible 18. Finally, the encapsulant 30 was completely melted, as shown in FIG.

【0098】図4は、本発明による合成プロセスのおよ
その電力−時間図である。図4において、電力は、任意
のユニットで表されている。最初の線f−gが、B23
封入剤30の溶融に相当する。液化は、約30分の時間
を有した。封入剤の溶融は、るつぼ18の領域Dを加熱
することなく起こり、この領域の温度を反応体の揮発を
生じない値に維持した。線g−hは、充填材料を覆うの
に必要な待機時間にほぼ相当する。
FIG. 4 is an approximate power-time diagram of the synthesis process according to the present invention. In FIG. 4, power is represented by an arbitrary unit. The first line fg is B 2 O 3
This corresponds to melting of the encapsulant 30. Liquefaction had a time of about 30 minutes. Melting of the encapsulant occurred without heating region D of crucible 18, maintaining the temperature in this region at a value that did not cause volatilization of the reactants. The line gh approximately corresponds to the waiting time required to cover the filling material.

【0099】出願人は、チャンバーの内容物を上述の窓
から観察することにより、充填材料の完全な被覆を確認
した。受け器20内部のガリウムの量は、受け器20を
溶融封入剤30の上に浮かせるほどのものだった。ある
いは、受け器20は、容器16の壁に固定できる。
Applicants have confirmed the complete coverage of the filling material by observing the contents of the chamber through the windows described above. The amount of gallium inside the receiver 20 was sufficient to allow the receiver 20 to float above the molten encapsulant 30. Alternatively, receiver 20 can be fixed to the wall of container 16.

【0100】次に、図2に示すように、容器16を垂直
に移動させ、反応体26と28および溶融した封入剤3
0を収容したるつぼ18の低領域Dを加熱コイルの範囲
内にした。ついで加熱コイル14に対する供給電力を徐
々に上げ、反応体Cd26とTe28を溶融させ、つい
で発熱反応させたが、この反応には光のフラッシュが伴
った。図4において、線h−iは、反応段階の電力‐時
間の関係を示す。反応体26と28は、溶融したB23
封入剤30で完全に被覆されてから初めて加熱され、そ
れにより反応段階中に気化により消失することから防げ
た。重要なこととして、反応体26と28の加熱は、そ
れらの固有導電性を利用することにより起こり、従っ
て、るつぼ18を支えるために、電流を直接反応体内に
誘導し、黒鉛もしくは他の物質からできている加熱要素
の使用を避けた。
Next, as shown in FIG. 2, the container 16 was moved vertically, and the reactants 26 and 28 and the molten encapsulant 3 were removed.
The low area D of the crucible 18 containing 0 was within the range of the heating coil. Next, the power supplied to the heating coil 14 was gradually increased to melt the reactants Cd26 and Te28, and then caused an exothermic reaction, which was accompanied by a flash of light. In FIG. 4, a line hi indicates the power-time relationship of the reaction stage. Reactants 26 and 28 contain molten B 2 O 3
Only after it has been completely coated with the encapsulant 30 is it heated, which prevents it from evaporating during the reaction phase. Importantly, heating of the reactants 26 and 28 occurs by exploiting their inherent conductivity, and thus directs current directly into the reactants to support the crucible 18 and from graphite or other materials. The use of a heating element made was avoided.

【0101】線i−lは、反応段階とそれに続く溶融段
階(l−m)との間の休止に相当する。その時間は重要
ではなく、この段階は省略できる。次に、液体を溶融し
均質化し、反応体の完全な反応を確実にするために、加
熱コイル14の電力をさらに増加し(線m−n)、反応
したCdTe(CdTeの融点は、TCdTe=1092
℃)を溶融させた。この状態の間、るつぼ18を(シャ
フト22と容器16とにより)、5〜10rpm(毎分
回転数)の速度で約30分間回転させた。線m−nは、
溶融した化合物の均質化させるのに必要な段階に相当す
る)。
The line i-l corresponds to a pause between the reaction stage and the subsequent melting stage (lm). The time is not important and this step can be skipped. The power of the heating coil 14 is then further increased (lines mn) to melt and homogenize the liquid and ensure complete reaction of the reactants and the reacted CdTe (the melting point of CdTe is T CdTe = 1092
° C) was melted. During this state, the crucible 18 was rotated (by the shaft 22 and the container 16) at a speed of 5 to 10 rpm (rotation speed per minute) for about 30 minutes. The line mn is
Corresponding to the steps required to homogenize the molten compound).

【0102】出願人は、適当な窓および透明な溶融封入
剤を通して、明るい黄色を発する反応化合物の溶融を観
察した。図4(線n−p)に示すように、加熱コイル1
4の電力を約120分間減少させ、他方同時に、図3の
ように第一容器16を下方に移動させることにより、化
合物を冷却した。この状態で、反応したCdTe34は
凝固し、他方封入剤30の層は、液体状態に維持され
た。
Applicants have observed the melting of the light yellow reacting compound through a suitable window and transparent melt encapsulant. As shown in FIG. 4 (line n-p), the heating coil 1
The power of 4 was reduced for about 120 minutes, while at the same time the compound was cooled by moving the first container 16 downward as in FIG. In this state, the reacted CdTe 34 solidified, while the layer of encapsulant 30 was maintained in a liquid state.

【0103】B23は、CdTeの重量密度よりも小さ
い重量密度を有するので、封入剤30の層は、CdTe
34の反応化合物の上に浮かんだ。チャンバーの内容物
を前記窓から見ることにより、合成工程を監視し、制御
した。
Since B 2 O 3 has a weight density lower than that of CdTe, the layer of the encapsulant 30 is made of CdTe.
Floated over 34 reaction compounds. The synthesis process was monitored and controlled by viewing the contents of the chamber through the window.

【0104】炉の加圧雰囲気が、装置の壁からの比較的
高い熱損失を確実にする高熱伝導率を有していたという
理由もあって、上記の装置は急速な冷却を可能とした。
ついで、加熱系に供給する高周波電力は、スイッチを切
られ、封入剤は冷却した。
The above device allowed rapid cooling, also because the pressurized atmosphere of the furnace had a high thermal conductivity which ensured relatively high heat loss from the walls of the device.
Next, the high-frequency power supplied to the heating system was turned off, and the mounting medium was cooled.

【0105】加熱系および炉における水冷は、封入剤の
急速な冷却を可能にした。系が室温に戻ったときに、る
つぼ18をチャンバー12から取り出した。出願人は、
チャンバー12の壁の上に反応体の凝結をなんら観察し
なかった。このことは、工程の間、封入剤30からなん
らガス反応体の逃散がなかったことを示す。このことの
さらなる証明は、合成したCdTe化合物の重量を量る
ことにより得られたが、それは、反応体26と28との
初期の量に対する重量のなんら有意な減少を示さなかっ
た。
Water cooling in the heating system and furnace allowed for rapid cooling of the encapsulant. The crucible 18 was removed from the chamber 12 when the system returned to room temperature. Applicant:
No condensation of the reactants was observed on the walls of chamber 12. This indicates that no gas reactant escaped from the encapsulant 30 during the process. Further evidence of this was obtained by weighing the synthesized CdTe compound, which did not show any significant reduction in weight relative to the initial amount of reactants 26 and 28.

【0106】出願人は、ドープした充填材料もしくは合
金の合成の場合、反応体もしくはドーパントの偏析を避
けるために、冷却速度を適度に増加できることを認めて
いる。これは、低い熱慣性を有する本発明の装置により
可能とされる。
Applicants have recognized that in the case of the synthesis of doped fillers or alloys, the cooling rate can be increased moderately to avoid segregation of reactants or dopants. This is made possible by the device according to the invention, which has a low thermal inertia.

【0107】上述したものとは異なる他の温度勾配も可
能で、当業者により容易に改変されるが、反応体もしく
はドーパントの偏析を避けるために、三成分および四成
分化合物もしくは合金の合成に、あるいはドーパントが
使用されるときに、特に有用である。CdTeとは異な
る化合物の合成にチャンバー12で用いられる圧力も、
当業者が容易に決定できる。
Other temperature gradients, different from those described above, are possible and can be easily modified by those skilled in the art, but to avoid segregation of reactants or dopants, the synthesis of ternary and quaternary compounds or alloys requires: Alternatively, it is particularly useful when a dopant is used. The pressure used in chamber 12 for the synthesis of compounds different from CdTe also
Those skilled in the art can easily determine.

【0108】得られた多結晶性化合物を、イタリアのE
SPIから入手した市販の多結晶性化合物と比較した。
検出された各々の不純物について重量ppm(ppm
w)での含有率を評価するために、これらの多結晶性化
合物を分析した(ppmw=不純物の重量[μg]/化
合物の重量[g])。
The obtained polycrystalline compound was purified by using E
A comparison was made with a commercially available polycrystalline compound obtained from SPI.
Weight ppm (ppm) for each detected impurity
To evaluate the content in w), these polycrystalline compounds were analyzed (ppmw = weight of impurities [μg] / weight of compound [g]).

【0109】表1は、実施された分析の結果を示す。第
一欄は、生じ得る不純物の化学記号を示し、第二欄およ
び第三欄は、それぞれ、多結晶性化合物の比較試料およ
び実施例1に記載の方法により生成されたものについて
のppmw値を示す。表の空欄は、測定可能量の不純物
が存在しないものに相当する。
Table 1 shows the results of the analyzes performed. The first column shows the chemical symbols of the possible impurities, and the second and third columns show the ppmw values for the comparative sample of the polycrystalline compound and that produced by the method described in Example 1, respectively. Show. Blank columns in the table correspond to those where there is no measurable amount of impurities.

【0110】[0110]

【表1】 [Table 1]

【0111】表1から、比較の多結晶性化合物(特に、
元素Ti、V、Ag、In、Sn、Sb、Tl、Pb、
Bi)に見いだされる不純物の多くが、本発明の方法お
よび装置により製造された化合物には存在しないこと
が、明らかである。大量のBおよびSeが本発明の多結
晶性化合物に存在するが、以下に述べるように、これら
のレベルは、単結晶の成長および性能に懸念をもたせる
ほどのものではない。特に、出願人は、Seは、Te反
応体に存在するそれの不純物から生じ、従ってその存在
は、合成工程とは無関係であると、推測している。
Table 1 shows that the comparative polycrystalline compounds (especially,
Elements Ti, V, Ag, In, Sn, Sb, Tl, Pb,
It is clear that many of the impurities found in Bi) are not present in the compounds produced by the method and apparatus of the present invention. Although large amounts of B and Se are present in the polycrystalline compounds of the present invention, as discussed below, these levels are not appreciable for single crystal growth and performance. In particular, Applicants speculate that Se arises from its impurities present in the Te reactant, and therefore its presence is independent of the synthesis process.

【0112】さらに、SeはTeと等電なので、その電
気特性は、これらの濃度では光学電子用途におけるCd
Teの挙動に悪影響を及ぼさないようなものである。出
願人は、異なる提供者(Japan Energy)か
ら入手したTe試料を用いて別のCdTe多結晶の合成
を、本発明の前記方法により実施した。この場合、出願
人は、CdTe多結晶に、非常に少ない量、すなわち、
0.052ppmwのSeを検出した。
Further, since Se is isoelectric with Te, its electric characteristics are as follows.
It does not adversely affect the behavior of Te. Applicants have performed another CdTe polycrystalline synthesis using the Te samples obtained from different providers (Japan Energy) according to the above method of the present invention. In this case, the Applicant added to the CdTe polycrystal a very small amount,
0.052 ppmw of Se was detected.

【0113】さらに、下に示すように、Bは気相成長方
法においては取り込まれない。G.W.Blackmo
re等、“Boron segregation in
Czochralski−Grown CdTe”
J. of Crystal Grwoth、pp.3
35〜340、第8巻(1987)は、B23封入剤を
用いて液体封入チョクラルスキー法により成長させたC
dTeインゴットの化学分析は、その材料が90ppm
a以下の硼素を含み、硼素分布は非均一であることを示
すと記載している。本論文の著者は、この物質における
低キャリヤー濃度および高電気移動度の観察は、硼素の
ほとんどが電気的に活性でないという理論をも支持する
ことに注目している。本論文において、濃度は、原子p
pm“ppma”で表される。
Further, as shown below, B is not taken in the vapor phase growth method. G. FIG. W. Blackmo
re, et al., "Boron segmentation in
Czochralski-Ground CdTe "
J. of Crystal Grwoth, pp. 3
35-340, Vol. 8 (1987), by using the B 2 O 3 encapsulant grown by liquid encapsulated Czochralski method C
Chemical analysis of the dTe ingot showed that the material was 90 ppm
a containing boron or less, indicating that the boron distribution is non-uniform. The authors note that observations of low carrier concentration and high electrical mobility in this material also support the theory that most of boron is not electrically active. In this paper, the concentration is
pm "ppma".

【0114】本発明により実施例1で得られた多結晶性
CdTeは3.4ppmwの硼素濃度を有し、これは7
5.48ppmaに相当する。換算式は、1ppma=
M(CdTe)/M(B)×1ppmw=240/1
0.81ppmw=22.2ppmw(式中、M(Cd
Te)はCdTeの式量であり、M(B)は硼素の原子
量である)。
The polycrystalline CdTe obtained in Example 1 according to the present invention has a boron concentration of 3.4 ppmw,
This corresponds to 5.48 ppma. The conversion formula is 1 ppma =
M (CdTe) / M (B) × 1 ppmw = 240/1
0.81 ppmw = 22.2 ppmw (where M (Cd
Te) is the formula weight of CdTe and M (B) is the atomic weight of boron).

【0115】出願人は、前記論文で分析された物質の硼
素濃度は、本発明により合成された試料の硼素濃度より
も高いことを認めている。他の検出された不純物(N
a、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、C
r、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、M
o)については、本発明の方法および装置により製造さ
れた化合物中に見いだされる量は、すべて市販されるE
SPI製品における量よりも実質的に低い。
Applicants have acknowledged that the boron concentration of the material analyzed in the article is higher than that of the sample synthesized according to the invention. Other detected impurities (N
a, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, C
r, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, M
For o), the amounts found in the compounds prepared by the method and apparatus of the present invention are all commercially available E
Substantially lower than in SPI products.

【0116】表1に示される分析結果によれば、ESP
Iから入手した多結晶性化合物は、99.98%に相当
する純度、すなわち、約4Nの純度を有する。しかし、
本発明の方法および装置により製造された多結晶性化合
物は、99.9997%に相当する純度、すなわち、5
Nよりも高い純度を有する。
According to the analysis results shown in Table 1, ESP
The polycrystalline compound obtained from I has a purity corresponding to 99.98%, ie a purity of about 4N. But,
The polycrystalline compound produced by the method and apparatus of the present invention has a purity corresponding to 99.9997%, ie, 5%.
It has a higher purity than N.

【0117】記載した合成方法は、どの成長方法にも匹
敵できる。下記実施例に記載する装置および成長方法
は、例証するものであり、本発明の実施に使用するのに
特に有利である。
The synthetic method described is comparable to any growth method. The apparatus and growth methods described in the following examples are illustrative and are particularly advantageous for use in practicing the present invention.

【0118】実施例1A 出願人は、20%のZn量を有するCdZnTe合金
(第II−II−VI族)を合成した。Znは、Tm=41
9.5℃の融点を有する。
Example 1A Applicants have synthesized a CdZnTe alloy (Group II-II-VI) having a Zn content of 20%. Zn is T m = 41
It has a melting point of 9.5 ° C.

【0119】好ましい方法の第一段階、充填材料の調製
段階において、化学量論量の反応体Cd、Zn、Te、
すなわち、139.37gのCd、20.27gのZn
および197.78gのTeを、るつぼ18に入れた。
In the first step of the preferred method, the preparation of the packing material, stoichiometric amounts of the reactants Cd, Zn, Te,
That is, 139.37 g of Cd and 20.27 g of Zn
And 197.78 g of Te were placed in crucible 18.

【0120】充填材料は、357.42gの全重量を有
する。約30gのB23封入剤のペレット30を、反応
体の上に置いた。反応体は、るつぼ18の低領域Dを占
めた。
The filling material has a total weight of 357.42 g. Approximately 30 g of B 2 O 3 mounting medium pellet 30 was placed on top of the reactants. The reactants occupied the lower region D of the crucible 18.

【0121】加熱要素32を収容した受け器20を、封
入剤30のペレットの上に置いた。加熱要素32は、約
60gの液体ガリウムからなっていた。封入剤30およ
び受け器20は、るつぼ18の上方領域Uを占めた。
The receiver 20 containing the heating element 32 was placed on the pellet of the encapsulant 30. The heating element 32 consisted of about 60 g of liquid gallium. The mounting medium 30 and the receiver 20 occupied the upper region U of the crucible 18.

【0122】図1〜4を参照して実施例1に詳細に記載
した方法と類似の方法で、合成プロセスが実施された。
方法パラメーター(温度、時間、圧力等)は、公知の技
術により採用した。
The synthesis process was carried out in a manner similar to that described in detail in Example 1 with reference to FIGS.
Method parameters (temperature, time, pressure, etc.) were employed according to known techniques.

【0123】Znの偏析を避けるために、加熱コイル1
4の電力を適度に減少させ、それと同時に、図3に示す
ように、第一容器16を下方に移動させることにより、
冷却を実施した。
In order to avoid segregation of Zn, the heating coil 1
4, by reducing the power of the first container 16 at the same time, as shown in FIG.
Cooling was performed.

【0124】系が室温に戻ったときに、るつぼ18をチ
ャンバー12から取り出した。この場合にも、出願人
は、チャンバー12の壁上になんら反応体の凝結を観察
しなかった。このことは、工程の間、封入剤30からな
んらガス反応体の逃散がなかったことを示す。このこと
のさらなる証明は、合成されたCdZnTe化合物の重
量を量ることにより得られたが、それは、反応体の初期
の量に対する重量におけるなんら有意な減少を示さなか
った。
When the system returned to room temperature, the crucible 18 was removed from the chamber 12. Again, Applicants did not observe any condensation of reactants on the walls of chamber 12. This indicates that no gas reactant escaped from the encapsulant 30 during the process. Further proof of this was obtained by weighing the synthesized CdZnTe compound, which did not show any significant reduction in weight relative to the initial amount of reactants.

【0125】実施例2 出願人は、本発明の方法および装置により合成した多結
晶性化合物から、2つのCdTe単結晶を成長させた。
両方の結晶(結晶1および結晶2)を、Yellin,
N.による前記論文、およびSzapiro,S.,
“Vapor Transport of Nonst
oichiometric CdTe in Clos
ed Ampoules”,J.of Crystal
Growth、第9巻、第2〜3号、pp.555〜
60に記載されるPVT(物理的蒸気移送)法により成
長させた。図5に示すように、実施例1に記載の方法お
よび装置により調製した10〜20gの多結晶性CdT
e34を、引張ロッド38に接続した石英アンプル36
内部に置き、10-5mbarよりも大きい減圧を伴って
密閉した。ついで、多結晶性CdTe34を収容した石
英アンプル36を、図6に示す型の温度分布を有する垂
直炉(図示せず)の内部に置いた。ついで、図に示され
るような温度分布の炉に対して最初に置かれた石英アン
プル36を、引張ロッド38により、この炉に対して上
方に移動させた。従って、CdおよびTe蒸気の過飽和
により、アンプル内の圧力が物質移動を妨げないように
なったら初めて、固相の凝縮を起こす。表2は、合成し
た多結晶性試料および記載した気相法により成長させた
2つの結晶において測定された硼素の濃度値を示す。B
(多結晶における主要不純物)の値は、気相で成長した
結晶における大きさの1/2ほど減少し、Bが気相成長
においては取り込まれていないことを示す。このように
して得られた結晶は、6/7Nの純度を有した。
Example 2 Applicants have grown two CdTe single crystals from a polycrystalline compound synthesized by the method and apparatus of the present invention.
Both crystals (Crystal 1 and Crystal 2) were purchased from Yellin,
N. And the article by Szapiro, S .; ,
“Vapor Transport of Nonst
oichiometric CdTe in Clos
ed Ampoules ", J. of Crystal
Growth , Vol. 555
The PVT was grown by the PVT (Physical Vapor Transfer) method described in No. 60. As shown in FIG. 5, 10-20 g of polycrystalline CdT prepared by the method and apparatus described in Example 1.
e34, a quartz ampoule 36 connected to a pull rod 38
Placed inside and sealed with a vacuum greater than 10 -5 mbar. Then, a quartz ampoule 36 containing polycrystalline CdTe 34 was placed inside a vertical furnace (not shown) having a temperature distribution of the type shown in FIG. The quartz ampoule 36, which was initially placed in a furnace having a temperature distribution as shown in the figure, was moved upward by a pull rod 38 with respect to the furnace. Thus, solid phase condensation only occurs if the pressure in the ampoule does not impede mass transfer due to supersaturation of the Cd and Te vapors. Table 2 shows the boron concentration values measured in the synthesized polycrystalline sample and in the two crystals grown by the described gas phase method. B
The value of (the main impurity in the polycrystal) is reduced by half of the size of the crystal grown in the vapor phase, indicating that B is not taken in in the vapor phase growth. The crystals thus obtained had a purity of 6 / 7N.

【0126】[0126]

【表2】 [Table 2]

【0127】Yellin、およびSzapiroの論
文第556ページで注目しているように、もし多結晶性
充填材料の化学量論比が0.01モル%よりも大きい割
合でCdの方にシフトしたら、物質移送成長は完全に阻
止され、またもし多結晶性充填材料の化学量論比が0.
04モル%よりも大きい割合でテルルの方にシフトした
ら、成長速度はかなり減少する。繰り返された実験チャ
ンバーのテストは、本発明の方法および装置により合成
された多結晶性CdTe化合物は、密閉アンプル内での
物質移送成長を可能とすることを証明し、従って多結晶
性CdTe化合物は、これらのレベルよりもいくぶん低
い化学量論比シフトを有することを示す。
As noted in Yellin and Szapiro, p. 556, if the stoichiometry of the polycrystalline filler shifts toward Cd at a rate greater than 0.01 mole%, the material Transport growth is completely prevented and if the stoichiometric ratio of the polycrystalline filler is 0.5.
If it shifts toward tellurium at a rate greater than 04 mol%, the growth rate will decrease significantly. Repeated laboratory chamber tests have demonstrated that the polycrystalline CdTe compound synthesized by the method and apparatus of the present invention allows mass transfer growth in a sealed ampoule, so that the polycrystalline CdTe compound , Which have somewhat lower stoichiometric shifts than these levels.

【0128】出願人は、本発明の方法および装置により
合成された他の多結晶性化合物も低い化学量論比シフト
(例えば、正確な化学量論比)を有し、それは、反応体
が有意な気化が起こる温度に達する前に封入され得ると
いう事実のためである、と決定づけた。
Applicants have noted that other polycrystalline compounds synthesized by the methods and apparatus of the present invention also have low stoichiometric shifts (eg, exact stoichiometric ratios), which indicates that the reactants are significantly Due to the fact that it can be encapsulated before reaching the temperature at which significant vaporization takes place.

【0129】実施例3 図7は、図1を参照して記載されたものと類似の方法で
の多結晶性化合物の合成を可能とし、また垂直ブリッジ
マン法による次の段階で単結晶を成長させる装置を示
す。
Example 3 FIG. 7 allows the synthesis of polycrystalline compounds in a manner similar to that described with reference to FIG. 1 and the growth of single crystals in the next step by the vertical Bridgman method. The following shows an apparatus for causing this.

【0130】図1の容器16および平底石英るつぼ18
を、合成および成長させられる物質(例、CdTe)の
種単結晶44を入れることができるハウジングもしくは
ポケット46を中心に有する容器42およびるつぼ40
と、取り替えることができる。
The container 16 and the flat-bottom quartz crucible 18 of FIG.
A crucible 40 and a container 42 centered on a housing or pocket 46 in which a seed single crystal 44 of a substance to be synthesized and grown (eg, CdTe) can be placed.
And can be replaced.

【0131】いったん封入剤(例、B23)30が溶融
すると、るつぼ40は、反応体(例、Cd26およびT
e28)を溶融し、実施例1に記載されるような反応生
成物を得るために、図2に示すように上げられる。この
時点まで、CdTeの種44は固体のままであるが、そ
れは、CdTeの融点が、反応温度よりも高いからであ
る。次に、温度を上げ、CdTeを溶融する。この段階
において、加熱は、導入されるCdTe種44を完全に
は溶融しないように実施すべきである。これは、適度の
サイズおよび/または配置の誘導加熱コイル14を用い
て、および多結晶の溶融段階(図4、l−m、m−n)
の間加熱勾配を制御することにより、可能である。つい
で、成長が、典型的な垂直ブリッジマン法におけるよう
に起こる。
Once the encapsulant (eg, B 2 O 3 ) 30 has melted, the crucible 40 is charged with the reactants (eg, Cd26 and Td26).
e28) is raised as shown in FIG. 2 to melt and obtain the reaction product as described in Example 1. Up to this point, CdTe seed 44 remains solid because the melting point of CdTe is higher than the reaction temperature. Next, the temperature is increased to melt CdTe. At this stage, heating should be performed so that the introduced CdTe species 44 does not completely melt. This is done using moderately sized and / or arranged induction heating coils 14 and in the polycrystalline melting stage (FIG. 4, lm, mn).
This is possible by controlling the heating gradient during. Growth then occurs as in a typical vertical Bridgman method.

【0132】種結晶44は、るつぼ40を容器42の移
動により下げることで実現される適度の冷却の間、溶融
した化合物が成長できる格子構造を生成する。冷却の
間、種結晶44および成長した結晶は、対応する融点よ
りも低い温度であるが、他方上方の成長しつつある化合
物は、溶融状態で保たれる。
The seed crystal 44 produces a lattice structure in which the molten compound can grow during the proper cooling realized by lowering the crucible 40 by moving the container 42. During cooling, the seed crystal 44 and the grown crystal are at a temperature below the corresponding melting point, while the growing compound above remains molten.

【0133】適切な熱勾配と成長時間は、当業者には明
らかである。適切な温度分布を得るために、適当な形の
追加の加熱要素を、るつぼ40の周りに導入できる。
Appropriate thermal gradients and growth times will be apparent to those skilled in the art. An additional heating element of suitable shape can be introduced around the crucible 40 to obtain a suitable temperature distribution.

【0134】実施例4 図8は、実施例1に記載の方法と類似の方法で、本発明
の別の実施態様による多結晶性化合物の合成を可能と
し、チョクラルスキー法により単結晶を成長させる装置
を示す。この目的を達成するために、図1の受け器20
を、受け器20の外径すなわち3.5cmと類似する外
径および所望の単結晶の直径(例えば、2.5cm)よ
りも大きいかあるいは等しい内径を有する黒鉛リング3
2と、取り替えることができる。環を、B23の表面上
で浮かぶがしかしるつぼ18に対して回転しないように
搭載できる。
Example 4 FIG. 8 shows that a polycrystalline compound according to another embodiment of the present invention can be synthesized by a method similar to that described in Example 1, and a single crystal is grown by the Czochralski method. The following shows an apparatus for causing this. To this end, the receiver 20 of FIG.
To a graphite ring 3 having an outer diameter similar to the outer diameter of the receiver 20, ie, 3.5 cm, and an inner diameter greater than or equal to the desired single crystal diameter (eg, 2.5 cm).
2 and can be replaced. The annulus can be mounted so that it floats on the surface of B 2 O 3 but does not rotate with respect to crucible 18.

【0135】ついで、実施例1に概要を述べた方法によ
り合成が進行するが、ただし、熱は黒鉛リング32によ
りB23内に誘起させる。合成が起こり、るつぼ内のC
dTeが溶融したならば、成長が、チョクラルスキー法
により、例えば、液体CdTeを適当な温度に維持し
て、種単結晶44を炉10の上部に位置する可動ロッド
48にしっかりと取り付けることにより、直ちに起こ
る。ロッドを、黒鉛リング32の穴を通して液体の化合
物中に突っ込み、徐々に溶融混合物から種を上げること
により、成長は進行する。
Then, the synthesis proceeds according to the method outlined in Example 1, except that heat is induced in B 2 O 3 by the graphite ring 32. Synthesis occurs and C in the crucible
Once the dTe has melted, growth can be achieved by the Czochralski method, for example, by maintaining the liquid CdTe at an appropriate temperature and securely attaching the seed single crystal 44 to a movable rod 48 located at the top of the furnace 10. Happens immediately. Growth proceeds by plunging the rod through the holes in the graphite ring 32 into the liquid compound and slowly lifting the seed from the molten mixture.

【0136】図7および図8の装置は、成長界面の領域
の温度勾配を変更するために、るつぼ内に配置される適
当な遮蔽部材を含むことができる。装置で使用される適
当な遮蔽部材は、例えば、欧州特許EP第509,31
2号の図5および6に記載される。例えば、リング状の
この部材は、加熱コイルから発生する放射を遮断し、充
填材料に正しい熱勾配を与える。
The apparatus of FIGS. 7 and 8 can include a suitable shielding member located in the crucible to change the temperature gradient in the region of the growth interface. Suitable shielding members for use in the device are described, for example, in EP 509,31.
No. 2 is described in FIGS. 5 and 6. For example, this member in the form of a ring blocks the radiation generated by the heating coil and gives the filling material the correct thermal gradient.

【0137】とりわけ、本発明は、結晶の合成および成
長に数多くの利点を提供する。これらの利点には、記載
された方法および装置が、要素の完全な反応と正確な化
学量論比を保証することが含まれる。さらに、本方法に
よれば、生成物の量の制限がなく、無蒸気損失がなく、
安全であり(CdおよびTeは癌を起こし得る)、合成
時間が短く、かつ簡単な装置を用いる。
In particular, the present invention offers numerous advantages for crystal synthesis and growth. These advantages include that the described method and apparatus ensure complete reaction of the components and accurate stoichiometry. Furthermore, according to the present method, there is no limit on the amount of product, no vapor loss,
Use equipment that is safe (Cd and Te can cause cancer), has short synthesis times, and is simple.

【0138】本発明の好ましい実施態様の上記記載は、
例示と説明を与えるが、本発明を網羅すると意図するも
のでも、本発明を開示された形に限定すると意図するも
のでもない。改変および変形は、上記教示に照らして可
能であるし、あるいは本発明の実施から得ることも可能
である。前記記載には、実験を通して得られる特定のデ
ータ値が含まれる。これらの値は、例としてのみ役立
ち、本発明の真の範囲は、特許請求の範囲およびその同
等物によってのみ定義される。
The above description of the preferred embodiments of the present invention
Although illustrated and described, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the form disclosed. Modifications and variations are possible in light of the above teachings or may be acquired from practicing the invention. The description includes specific data values obtained through experimentation. These values serve only as examples, and the true scope of the invention is only defined by the claims and their equivalents.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施態様と一致する、多結晶性化合物
を合成するために使用される装置の断面図であり、封入
剤が溶融する前の段階を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an apparatus used to synthesize a polycrystalline compound, consistent with an embodiment of the present invention, showing a stage before the encapsulant melts.

【図2】図1と類似する断面図であり、封入剤が溶融し
て反応体を囲んだ後の段階を示す。
FIG. 2 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing the stage after the encapsulant has melted and surrounded the reactants.

【図3】図2と類似する断面図であり、封入された反応
体が溶融した後の段階を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, showing the stage after the encapsulated reactants have melted.

【図4】本発明の方法を実施する間の、CdTeについ
ての加熱コイルの電力対時間を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing heating coil power versus time for CdTe during the practice of the method of the present invention.

【図5】単結晶の密閉アンプルPVT成長のための従来
装置の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional apparatus for growing a single crystal hermetically sealed ampoule PVT.

【図6】単結晶のPVT成長のための炉の典型的な熱分
布を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a typical heat distribution of a furnace for PVT growth of a single crystal.

【図7】本発明の別の実施態様の図1におけるものと類
似する断面図であり、反応体の下の底部に種ポケットを
有する改良された容器を示す。
FIG. 7 is a cross-sectional view similar to that of FIG. 1 of another embodiment of the present invention, showing an improved vessel having a seed pocket at the bottom below the reactants.

【図8】本発明の別の実施態様の図1と類似する断面図
であり、封入された溶融体に種結晶を挿入するために容
器の上に配置されたロッドを示す。
FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 1 of another embodiment of the present invention, showing a rod placed on a container for inserting seed crystals into an encapsulated melt.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591011856 Pirelli Cavi e Sist emi S.p.A (72)発明者 ミンチェン・チャ イタリア共和国イ−43100 パルマ,ヴィ ア・ソラリ 30 (72)発明者 タマシュ・ゲレグ ハンガリー共和国ハー−2000 センテンド レ,ベルチ・ウートチャ 18 (72)発明者 ジョヴァンニ・ズッカリ イタリア共和国パルマ,イ−43058 ソル ボロ,ピアッツァーレ・マルケシ・ラタッ タ 10 (72)発明者 アンドレア・ザッペッティーニ イタリア共和国イ−42100 レッジョ・エ ミリア,ヴィア・チ・ピサカーネ 9 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (71) Applicant 591011856 Pirelli Cavies System e. p. A (72) Inventor Minchen-cha I-43100 Parma, Via Solari 30 (72) Inventor Tamash Guereg Hungary Har-2000 Sentendre, Berch Utocha 18 (72) Inventor Giovanni Zuccari Italy 43058 Sol Boro, Piazzale Marchesi Rattetta, Republic of Parma 10 (72) Inventor Andrea Zappettini I-42100 Reggio Emilia, Via Ci Pisacanne, Italy 9

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記工程を含んでなる、高純度および正
確な化学量論比の第II−VI族もしくは第III−V族多結
晶性化合物を製造する方法: a)封入剤を、前記封入剤を溶融するに十分な第一温度
に加熱し; b)化学量論量の少なくとも2つの反応体を、溶融状態
の前記封入剤で囲み(封入の間、前記反応体は、前記反
応体の1つ以上のものの気化を起こすに十分な温度に達
しない);そして c)多結晶性第II−VI族もしくは第III−V族化合物を
形成する。
1. A method for producing a high purity and accurate stoichiometric Group II-VI or III-V polycrystalline compound comprising the steps of: a) encapsulating agent with said encapsulation Heating to a first temperature sufficient to melt the agent; b) surrounding a stoichiometric amount of at least two reactants with the encapsulant in a molten state (during encapsulation, the reactants are Not reaching a temperature sufficient to cause one or more to evaporate); and c) forming a polycrystalline Group II-VI or Group III-V compound.
【請求項2】 工程(b)が、さらに、前記封入剤によ
り囲まれる前記反応体を、前記反応体を溶融し、前記反
応体を互いに反応させて反応生成物を形成するに十分な
第二温度に加熱し;そして前記反応生成物を、前記反応
生成物が溶融するに十分な第三温度に、かつ前記反応生
成物が合成し均質化するに十分な時間、加熱することを
含んでなる、請求項1に記載の方法。
2. The step (b) further comprises the step of: reacting the reactant surrounded by the encapsulant with a second sufficient to melt the reactants and react the reactants with each other to form a reaction product. Heating to a temperature; and heating the reaction product to a third temperature sufficient to melt the reaction product and for a time sufficient to synthesize and homogenize the reaction product. The method of claim 1.
【請求項3】 下記工程を含んでなる、高純度および正
確な化学量論比の多結晶性化合物を製造する方法: a)化学量論量の少なくとも2つの反応体を第一領域に
置き; b)前記反応体を完全に囲むに十分な量の封入剤を前記
封入剤が溶融状態にあるときに第二領域に置き(前記第
二領域は溶融状態の前記封入剤の前記第一領域への移動
に適し、前記第一および第二領域は互いに別々に加熱さ
れ得る); c)前記第一および第二領域の周りにガス雰囲気を造
り、前記雰囲気を、選択された最大操作温度において、
実質的に前記反応体のほとんどの揮発分の蒸気圧以上の
圧力に加圧し; d)前記第一領域を加熱せずに、前記第二領域を前記封
入剤が溶融するに十分な第一温度に加熱し(前記第一領
域は、前記反応体の気化を避けるに十分な温度に維持さ
れ、それによって、前記封入剤を溶融状態で前記第二領
域から前記第一領域に移動させて前記反応体を囲ませ
る); e)前記封入剤に囲まれた前記反応体を、前記反応体が
溶融し、前記反応体が互いに反応して反応生成物を形成
するに十分な第二温度に加熱し;そして f)前記反応生成物を、前記反応生成物が溶融するに十
分な第三温度に、かつ前記反応生成物が合成し均質化す
るに十分な時間、加熱する。
3. A method for producing a high purity and accurate stoichiometric polycrystalline compound comprising the steps of: a) placing a stoichiometric amount of at least two reactants in a first zone; b) placing a sufficient amount of encapsulant in the second region when the encapsulant is in a molten state (the second region is to the first region of the encapsulant in a molten state) to completely surround the reactants; C) creating a gas atmosphere around said first and second regions, wherein said first and second regions are heated separately from each other at a selected maximum operating temperature.
Pressurizing to a pressure substantially above the vapor pressure of most of the volatiles of the reactants; d) a first temperature sufficient to melt the encapsulant in the second region without heating the first region. (The first region is maintained at a temperature sufficient to avoid vaporization of the reactants, thereby causing the encapsulant to move from the second region to the first region in a molten state and reacting E) heating the reactants surrounded by the encapsulant to a second temperature sufficient to cause the reactants to melt and react with each other to form a reaction product. And f) heating the reaction product to a third temperature sufficient to melt the reaction product and for a time sufficient to synthesize and homogenize the reaction product.
【請求項4】 下記工程を含んでなる、高純度および正
確な化学量論比の多結晶性化合物を製造する方法: a)化学量論量の少なくとも2つの反応体を容器の第一
領域に置き; b)前記反応体を完全に囲むに十分な量の封入剤を、前
記封入剤が溶融状態にあるときに、前記容器の第二領域
に置き(前記第二領域は溶融状態の前記封入剤の前記第
一領域への移動に適し、前記第二領域は前記第一領域の
真上に隣接しており、前記第一および第二領域は、互い
に別々に加熱され得る); c)前記容器を密閉され垂直に配置されたチャンバー内
に置き; d)前記容器の周りにガス雰囲気を造り、前記雰囲気
を、選択された最大操作温度において、実質的に前記反
応体のほとんどの揮発分の蒸気圧以上の圧力に加圧し; e)前記第二領域を前記封入剤が溶融するに十分な第一
温度に加熱し、他方前記第一領域を、前記反応体の気化
を避けるに十分な温度に維持し、それによって、前記封
入剤を溶融状態で前記第二領域から前記第一領域に移動
させて、前記反応体を囲ませ; f)前記封入剤に囲まれた前記反応体を、前記反応体が
溶融し前記反応体が互いに反応して反応生成物を形成す
るに十分な第二温度に加熱し;そして g)前記反応生成物を、前記反応生成物が溶融するに十
分な第三温度に、かつ前記反応生成物が合成し均質化す
るに十分な時間、加熱する。
4. A method for producing a high purity and accurate stoichiometric polycrystalline compound comprising the steps of: a) placing a stoichiometric amount of at least two reactants in a first region of a vessel; B) placing an amount of encapsulant sufficient to completely surround the reactants in the second region of the container when the encapsulant is in the molten state (where the second region is the encapsulation in the molten state); Suitable for transfer of an agent to said first region, said second region being directly adjacent to said first region, said first and second regions may be heated separately from each other); c) said Placing the vessel in a sealed, vertically arranged chamber; d) creating a gas atmosphere around the vessel, wherein the atmosphere is substantially free of most of the volatiles of the reactants at the selected maximum operating temperature. Pressurizing to a pressure above the vapor pressure; e) encapsulating said second region Is heated to a first temperature sufficient to melt, while maintaining the first region at a temperature sufficient to avoid vaporization of the reactants, whereby the encapsulant is melted from the second region. Moving to the first region to surround the reactants; f) melting the reactants surrounded by the encapsulant, wherein the reactants melt and react with each other to form a reaction product. Heating the reaction product to a third temperature sufficient to melt the reaction product and for a time sufficient to synthesize and homogenize the reaction product; and g) Heat.
【請求項5】 工程(g)の後にさらに下記工程を含ん
でなる、請求項4に記載の方法: h)前記封入剤に囲まれた前記反応生成物を、前記反応
生成物の融点以下であるがしかし前記封入剤の融点以上
である温度に冷却し;そして i)前記反応生成物を前記封入剤から分離させる。
5. The method of claim 4, further comprising, after step (g), h) bringing the reaction product surrounded by the encapsulant below the melting point of the reaction product. Cooling to a temperature but above the melting point of the encapsulant; and i) separating the reaction product from the encapsulant.
【請求項6】 前記反応体が、少なくとも1つの第II族
元素および少なくとも1つの第VI族元素を含んでな
る、請求項4に記載の方法。
6. The method of claim 4, wherein the reactants comprise at least one Group II element and at least one Group VI element.
【請求項7】 前記反応体が、少なくとも1つの第III
族元素および少なくとも1つの第V族元素を含んでな
る、請求項4に記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the reactant is at least one III
5. The method of claim 4, comprising a Group V element and at least one Group V element.
【請求項8】 前記反応体がCdおよびTeである、請
求項6に記載の方法。
8. The method of claim 6, wherein said reactants are Cd and Te.
【請求項9】 請求項4に記載の方法により製造され
た、多結晶性化合物。
9. A polycrystalline compound produced by the method according to claim 4.
【請求項10】 化合物が少なくとも約5Nの純度を有
する、請求項9に記載の多結晶性化合物。
10. The polycrystalline compound of claim 9, wherein the compound has a purity of at least about 5N.
【請求項11】 さらに下記工程を含んでなる、請求項
4に記載の方法により製造された多結晶性化合物から高
純度および正確な化学量論比の単結晶を製造する方法:
ハウジング内の種単結晶を前記容器の前記第一領域内に
置き;工程(a)〜(g)を実施し;そして前記容器を
前記チャンバーに対して次第に下げ、それによって前記
第一領域の温度を徐々に低下させ、前記単結晶を成長さ
せる。
11. A method for producing a single crystal of high purity and precise stoichiometry from a polycrystalline compound produced by the method of claim 4, further comprising the following steps:
Placing the seed single crystal in the housing in the first region of the container; performing steps (a)-(g); and gradually lowering the container relative to the chamber, thereby reducing the temperature of the first region. Is gradually reduced to grow the single crystal.
【請求項12】 下記工程を含んでなる、封入された反
応体組成物を製造する方法: a)封入剤を、前記封入剤が溶融するに十分な第一温度
に加熱し;そして b)化学量論量の少なくとも2つの反応体を、前記反応
体が前記反応体のうちの1つ以上のものの気化が起こる
のに十分な温度に達する前に、溶融状態の前記封入剤で
囲む(前記反応体は、少なくとも1つの第II族元素およ
び少なくとも1つの第VI族元素を含んでなる)。
12. A method of producing an encapsulated reactant composition comprising the steps of: a) heating an encapsulant to a first temperature sufficient to melt said encapsulant; and b) chemical A stoichiometric amount of at least two reactants is surrounded by the encapsulant in the molten state before the reactants reach a temperature sufficient to cause vaporization of one or more of the reactants (the reaction The body comprises at least one Group II element and at least one Group VI element).
【請求項13】 少なくとも1つの第II族元素および少
なくとも1つの第VI族元素を含んでなり、少なくとも
約99.998%の純度を有し、前記化合物を構成する
元素のいずれも、約0.01モル%より多くは化学量論
組成から逸脱しない、多結晶性化合物。
13. The composition comprising at least one Group II element and at least one Group VI element, having a purity of at least about 99.998%, and wherein any of the elements comprising the compound is at least about 0.1%. A polycrystalline compound in which no more than 01 mol% does not deviate from the stoichiometric composition.
【請求項14】 少なくとも1つの第III族元素および
少なくとも1つの第V族元素を含んでなり、少なくとも
約99.998%の純度を有し、前記化合物を構成する
元素のいずれも、約0.01モル%より多くは化学量論
組成から逸脱しない、多結晶性化合物。
14. An element comprising at least one Group III element and at least one Group V element, having a purity of at least about 99.998%, and wherein any of the elements comprising said compound are at least about 0.9%. A polycrystalline compound in which no more than 01 mol% does not deviate from the stoichiometric composition.
【請求項15】 下記工程を含んでなる、高純度および
正確な化学量論比の単結晶を製造する方法: a)封入剤を、前記封入剤が溶融するに十分な第一温度
に加熱し; b)化学量論量の少なくとも2つの反応体を、前記反応
体が前記反応体のうちの1つ以上のものの気化が起こる
のに十分な温度に達する前に、溶融状態の前記封入剤で
囲み(前記反応体は、少なくとも1つの第II族元素およ
び少なくとも1つの第VI族元素を含んでなる); c)前記封入剤に囲まれた前記反応体を、前記反応体が
溶融し、そして前記反応体が互いに反応して反応生成物
を形成するに十分な第二温度に加熱し; d)前記反応生成物を、前記反応生成物が溶融するに十
分な第三温度に、かつ前記反応生成物が合成し均質化す
るに十分な時間、加熱し;そして e)前記反応生成物から単結晶を形成する。
15. A method of producing a single crystal of high purity and precise stoichiometry comprising the steps of: a) heating the encapsulant to a first temperature sufficient to melt the encapsulant. B) combining a stoichiometric amount of at least two reactants with the encapsulant in a molten state before the reactants have reached a temperature sufficient to cause vaporization of one or more of the reactants; A box (the reactants comprise at least one Group II element and at least one Group VI element); c) melting the reactants surrounded by the encapsulant; Heating the reactants to a second temperature sufficient to react with each other to form a reaction product; d) bringing the reaction product to a third temperature sufficient to melt the reaction product; Heating for a time sufficient for the product to synthesize and homogenize; and e) From serial reaction product to form a single crystal.
【請求項16】 下記工程を含んでなる、高純度および
正確な化学量論比の単結晶を製造する方法:請求項12
に記載の方法により封入された反応生成物を製造し;前
記反応生成物を溶融状態に加熱し;種単結晶を前記反応
生成物に挿入し;そして前記種単結晶を前記溶融した反
応生成物から徐々に引き上げる。
16. A method for producing a single crystal of high purity and precise stoichiometry comprising the steps of:
Producing an encapsulated reaction product according to the method of claim 1; heating the reaction product to a molten state; inserting a seed single crystal into the reaction product; and melting the seed single crystal into the molten reaction product Gradually raise from.
【請求項17】 少なくとも1つの第II族元素および少
なくとも1つの第VI族元素を含んでなり、少なくとも
約99.9998%の純度を有する、単結晶性化合物。
17. A single crystalline compound comprising at least one Group II element and at least one Group VI element and having a purity of at least about 99.9998%.
【請求項18】 少なくとも1つの第III族元素および
少なくとも1つの第V族元素を含んでなり、少なくとも
約99.9998%の純度を有する、単結晶性化合物。
18. A single crystalline compound comprising at least one Group III element and at least one Group V element and having a purity of at least about 99.9998%.
【請求項19】 下記を含んでなる、高純度および正確
な化学量論比を有する多結晶性化合物を製造するための
装置:少なくとも1つのチャンバーを有する炉;反応体
を収容するための第一領域、ならびに封入剤および前記
封入剤のためのヒーターを収容するための少なくとも第
二領域を有する前記チャンバー内の容器;前記チャンバ
ー内の前記容器を回転可能にかつ垂直に支持し移動させ
るための手段;および前記容器の前記第一領域および第
二領域のためのそれぞれ独立したヒーター。
19. An apparatus for producing a polycrystalline compound having high purity and accurate stoichiometry comprising: a furnace having at least one chamber; a first for containing a reactant. A container in the chamber having a region and at least a second region for containing an encapsulant and a heater for the encapsulant; means for rotatably and vertically supporting and moving the container in the chamber And independent heaters for the first and second regions of the vessel.
【請求項20】 下記を含んでなる、高純度および正確
な化学量論を有する多結晶性化合物を製造するための装
置:少なくとも1つの垂直に配置されたチャンバーを有
する炉;反応体を収容するための第一領域、ならびに前
記第一領域の真上に隣接していて封入剤および前記封入
剤を加熱するための加熱要素を収容するための第二領域
を有する前記チャンバー内の容器;前記チャンバー内の
前記容器を回転可能にかつ垂直に支持し移動させるため
の、モーターに接続された部材;および前記容器の前記
第二領域を囲んでいるときには前記容器の前記第一領域
を加熱せずに前記加熱要素内に電流を誘導し、かつ前記
容器の前記第一領域を囲んでいるときには前記反応体内
に電流を誘導するための、誘導加熱コイル。
20. An apparatus for producing a polycrystalline compound having high purity and accurate stoichiometry comprising: a furnace having at least one vertically arranged chamber; containing a reactant A container in the chamber having a first region for receiving the encapsulant and a heating element for heating the encapsulant immediately above the first region; and the chamber; A member connected to a motor for rotatably and vertically supporting and moving the container therein; and without heating the first region of the container when surrounding the second region of the container. An induction heating coil for inducing a current in the heating element and for inducing a current in the reactant when surrounding the first region of the vessel.
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