JP2534341B2 - 単結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化合物半導体の単結晶を成長させる単結晶
成長装置に関し、特に、横型ボート成長法における熱流
を制御して確実に単結晶を育成する単結晶成長装置の改
良に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図は、従来の単結晶成長装置の一例を示した図、
第９図は同従来例装置の炉内の温度分布を示した図、第
10図，第11図は、同従来例装置の熱流を説明するための
図である。

高圧容器１は、冷却水で満たされており、高圧容器１
の内部には石英アンプル２が水平に配置されている。石
英アンプル２は、内部が真空に保たれており、一端側に
は燐等の揮発性元素３が配置され、他端側にはボート４
が配置されている。ボート４内には、インジウム等の金
属元素５が収容され、ボート４の一端側にはシード７が
配置され、さらにその低温側には、ヒートシンク８が設
けられている。なお、ヒートシンク８には、吸熱効果を
上げるために冷却管などを併設することもできる。石英
アンプル２は、石英ライナ管９内に収容されている。

石英アンプル２の外周には、内部の揮発性元素３の蒸
気圧を制御する低温側電気炉10と、所定の温度プロファ
イルでボート４側を加熱する高温側電気炉11とが配置さ
れている。低温側電気炉10と高温側電気炉11の間には、
炉間の熱の移動を遮断する炉間断熱材12が設けられてい
る。また、石英アンプル２が収容された石英ライナ管９
の低温側および高温側の端部は、低温側および高温側断
熱材13,14で覆われている。

石英アンプル２の外周のボート４に対応する位置に
は、補助加熱を行うための補助ヒータ15が設けられてい
る。

補助ヒータ15は、上下に分割されている。この理由
は、通常、横型の電気炉内には、上下に20℃〜30℃の温
度差（上部が高い）が存在する。しかし、この温度差
は、一方向凝固の成長に悪影響を与える。そこで、上下
に分割されたそれぞれの補助ヒータ15への供給電力を調
整することにより、温度差を除去するようにしてある。
したがって、上下２分割する以外にも、周方向に複数分
割して、小さい領域ごとに温度調整をすることもでき
る。

また、補助ヒータ15は、軸方向にも複数に分割されて
おり、高温側電気炉11だけでは実現しにくいボート４付
近の均熱を取りやすくするとともに、軸方向の温度分布
の微調整ができるようにしてある。

つぎに、従来の単結晶成長装置の動作を説明する。

石英アンプル２内で、燐等の揮発性元素３を蒸発さ
せ、それをボート４内のインジウム等の金属元素５に拡
散させることにより、燐化インジウム等の融液６を作製
する。

つぎに、石英アンプル２内の燐圧が10〜15atm程度に
なるように低温側電気炉12の温度を調節し、これと同等
の圧力を高圧容器１内に印加して、圧力バランスをとり
ながら、高温側電気炉11の温度を1000℃〜1050℃程度に
調節し、第９図に示すような温度プロファイルＡをつく
る。この状態で石英アンプル２を矢印Ｂ方向に移動させ
るか、または、高温側電気炉11を反対方向に移動させ、
ボート４内に燐化インジウムの単結晶を成長させてい
く。

このとき、補助ヒータ15を用いて、補助加熱を行い、
ヒートシンク８でシード７からの熱を取り込み、ボート
４内にシード７側から単結晶を成長させていく。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の単結晶成長装置では、高温側電気炉11
と補助ヒータ15により熱流Ｃを与えるようにするととも
に、ヒートシンク８により吸熱することにより熱流制御
をしていた。

しかし、第10図，第11図に示すように、ヒートシンク
８から低温側に抜ける熱流Ｄ以外に、ボート側壁から外
側に抜ける熱流Ｅが発生し、結晶成長に関与する熱を完
全に一方向に流すことができなかった。このため、核が
発生したり、双晶が発生し、単結晶を確実に成長させる
ことが困難であった。

また、燐化インジウムのように融点における解離圧の
高い化合物半導体では、高圧容器１内にアルゴンガス等
の不活性ガスを加圧充填して結晶を成長させる場合があ
るが、この高圧ガスが熱を吸収して、石英アンプル２内
の熱流を乱すという問題があった。

本発明の目的は、結晶成長に関与する熱を完全に一方
向に流し、確実に単結晶を成長させることができる単結
晶成長装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本件発明者等は、種々実験した結果、高温側加熱部の
分割された部分から逃げる熱を防ぐことにより、前記課
題を解決できることを見出して、本発明をするに至っ
た。

すなわち、本発明による単結晶成長装置は、一端側に
揮発性元素を置き他端側に金属元素を収容したボートを
置いたアンプルと、前記アンプルの一端側の外周に配置
された低温側加熱部と、前記アンプルの他端側に配置さ
れ少なくとも上下に分割された高温側加熱部と、前記ボ
ートの低温側に配置された吸熱部とからなり、前記高温
側加熱部により与えられた熱を前記吸熱部で吸熱するこ
とにより前記アンプル内の熱流を制御する単結晶成長装
置において、前記アンプルの外周であって少なくとも前
記高温側加熱部の分割された部分に対応する部分を被覆
して前記ボート内の金属元素の融液から前記アンプルの
外側へ向かう熱流を抑止する断熱材を設けた構成として
ある。

〔実施例〕

以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明を詳
細に説明する。

第１図は、本発明による単結晶成長装置の実施例のボ
ート室周囲を抜き出して示した斜視図、第２図は、同実
施例装置のボート室を示した断面図、第３図は、同実施
例装置の補助ヒータを抜き出して示した斜視図である。

なお、第１図で示したボート室以外は、従来の単結晶
成長装置と同様のものが使用できるので、共通する部分
には、同一の符号を付して、説明を省略する。

本発明では、第１図、第２図に示すように、石英アン
プル２の外周であって、上下の補助ヒータ15の分割され
た両側面に、断熱材16が設けられている。なお、軸方向
に補助ヒータ15を分割した部分にも断熱材16を設けるよ
うにしてもよい。

また、第３図に示すように、補助ヒータ15のヒータ線
15aを断熱材16に詰め込んである。

これにより、石英アンプル２の外周であって、ボート
４の周囲に相当する位置には、補助ヒータ15が配置さ
れ、そのまわりは全て断熱材16で覆われていることにな
る。断熱材16としては、ブランケット，高温用モノフェ
ルト，カオウール，石英ウールなどが使用できる。

この状態で、温度勾配凝固法により燐化インジウムの
単結晶成長を開始すると、温度プロファイルは高温側電
気炉11および補助ヒータ15によって与えられ、ヒートシ
ンク８により吸熱が行われる。

このとき、ボート室周囲であって、補助ヒータ15以外
の部分には、すきまなく断熱材16が設けられているの
で、ボート４の側壁からの熱の逃げは抑えられている。
これにより、熱はシード７からヒートシンク８を通じて
低温側に最もよく流れるようになる。したがって、ボー
ト４の壁から融液６の温度が同じか低くなり、ボート４
の内壁面からの核の発生または双晶の発生が抑えられ、
シード７からの燐化インジウムの単結晶が確実に成長す
る。

第４図〜第７図は、本発明による単結晶成長装置の他
の実施例のボート室周囲をそれぞれ示した図である。

第４図に示した実施例は、補助ヒータ線15aが分割さ
れて埋め込まれた１つの断熱材16で、石英アンプル２を
覆ったものである。

第５図に示した実施例は、上側に配置される分割した
補助ヒータ15A〜15Cおよび断熱材16を、下側に配置され
る分割した補助ヒータ15D〜15Fに対して、低温側に距離
ｌ（例えば、5cm程度）ずらしたものである。これによ
り、シード７の上部の温度が急激に降下することがなく
なり、単結晶を安定して成長させることができる。この
実施例は、融液６によりボート４の側壁側へ向かう熱流
を抑止しつつ、融液６からシード７を通して、ヒートシ
ンク８への一方向の熱流が得にくい場合に有効である。

第６図に示した実施例は、石英ライナ管９の外側に補
助ヒータ15を配置した場合に、その補助ヒータ15の両側
面に断熱材16を設けることもできる。

第７図に示した実施例は、上下に分割した高温側電気
炉11A,11Bを用いたものである。この例では、上下方向
の温度制御を高温側電気炉11A,11Bによってできるの
で、補助ヒータ15を用いない。この場合には、石英ライ
ナ管９の外周であって、ボート４の位置の全周に断熱材
16を設ける。このようにすれば、高温側電気炉11A,11B
の分割された部分にボート４側から熱流が向かうことが
ないうえ、高圧容器１内の高圧の不活性ガスの吸熱によ
る熱流の乱れもない。

以上説明した実施例にとらわれることなく、種々の変
形を施すことができる。

前述した各実施例では、温度勾配凝固法に本発明を適
用した例について説明したが、水平ブリッジマン法につ
いても同様に適用できる。

また、燐化インジウムの単結晶の成長について説明し
たが、その他の化合物半導体の成長にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように、本発明によれば、アンプ
ルのボート室の外周であって、少なくとも高温側加熱部
の分割された部分に断熱材を配置したので、その部分に
向かって外側に逃げる熱流を抑えることができる。

また、全面に断熱材を配置すれば、高圧容器内に封入
された加圧ガスの吸熱による熱流の乱れを防止すること
ができる。

つまり、外側から与えられた熱は、シードからヒート
シンクに最もよく流れるようになり、ボート側壁面等か
らの核の発生または双晶の発生が抑えられ、シードから
の単結晶が確実に成長する。

したがって、本発明は、横型ボート法の単結晶成長に
極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による単結晶成長装置の実施例のボー
ト室周囲を抜き出して示した斜視図、第２図は、同実施
例装置のボート室を示した断面図、第３図は、同実施例
装置の補助ヒータを抜き出して示した斜視図である。 第４図〜第７図は、本発明による単結晶成長装置の他の
実施例のボート室周囲をそれぞれ示した図である。 第８図は、従来の単結晶成長装置の一例を示した図、第
９図は、同従来例装置の炉内の温度分布を示した図、第
10図，第11図は、同従来例装置の熱流を説明するための
図である。 １……高圧容器、２……石英アンプル ３……揮発性元素、４……ボート ５……金属元素、６……融液 ７……シード、８……ヒートシンク ９……石英ライナ管、10……低温側電気炉 11……高温側電気炉、12……炉間断熱材 13……低温側断熱材、14……高温側断熱材 15……補助ヒータ、16……断熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊田 俊夫 神奈川県横浜市西区岡野２―４―３ 古 河電気工業株式会社横浜研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−64987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−195187（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側に揮発性元素を置き他端側に金属元
   素を収容したボートを置いたアンプルと、前記アンプル
   の一端側の外周に配置された低温側加熱部と、前記アン
   プルの他端側に配置され少なくとも上下に分割された高
   温側加熱部と、前記ボートの低温側に配置された吸熱部
   とからなり、前記高温側加熱部により与えられた熱を前
   記吸熱部で吸熱することにより前記アンプル内の熱流を
   制御する単結晶成長装置において、前記アンプルの外周
   であって少なくとも前記高温側加熱部の分割された部分
   に対応する部分を被覆して前記ボート内の金属元素の融
   液から前記アンプルの外側へ向かう熱流を抑止する断熱
   材を設けたことを特徴とする単結晶成長装置。