JP2637210B2 - 単結晶成長方法及び装置 - Google Patents
単結晶成長方法及び装置Info
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- JP2637210B2 JP2637210B2 JP63331591A JP33159188A JP2637210B2 JP 2637210 B2 JP2637210 B2 JP 2637210B2 JP 63331591 A JP63331591 A JP 63331591A JP 33159188 A JP33159188 A JP 33159188A JP 2637210 B2 JP2637210 B2 JP 2637210B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は均一性に優れた単結晶を収率良く製造する単
結晶成長方法及び装置に関するものである。
結晶成長方法及び装置に関するものである。
周期律表第III b族、及び第V b族元素からなる無機化
合物(以下「III−V族化合物」と言う。)の単結晶、
特にひ化ガリウム、りん化ガリウムの単結晶は、電界効
果トランジスタ、ショットキ・バリア・ダイオード、集
積回路(IC)等の各種半導体素子類の製造に広く用いら
れている。
合物(以下「III−V族化合物」と言う。)の単結晶、
特にひ化ガリウム、りん化ガリウムの単結晶は、電界効
果トランジスタ、ショットキ・バリア・ダイオード、集
積回路(IC)等の各種半導体素子類の製造に広く用いら
れている。
これらの半導体素子の製造に用いられる単結晶は結晶
中の原子配列の乱れである転位が少ないことが必要とさ
れている。
中の原子配列の乱れである転位が少ないことが必要とさ
れている。
従来、集積回路の基板に用いるIII−V族化合物、特
にひ化ガリウムの単結晶は三酸化二ほう素を封止剤とし
て用い、第V b族成分の蒸発を防止する液体封止引き上
げ法、所謂LEC法により成長させるものが使用されてい
た。これは、LEC法によれば不純物の混入が少ないの
で、高純度の結晶が得られるからである。しかしなが
ら、LEC法では引き上げ装置の器壁の冷却、容器内部へ
の高圧の不活性ガス充填により装置内部に大きい温度勾
配が発生し、液体封止剤中、及び液体封止剤と雰囲気不
活性ガスの界面において単結晶内部に熱応力が生じ、得
られた単結晶の転位密度が高くなるという問題があっ
た。特に、結晶外周部の転位密度が高い領域は基板面内
に専有する面積が大きいため、外周部における転位密度
の低減化は重要である。
にひ化ガリウムの単結晶は三酸化二ほう素を封止剤とし
て用い、第V b族成分の蒸発を防止する液体封止引き上
げ法、所謂LEC法により成長させるものが使用されてい
た。これは、LEC法によれば不純物の混入が少ないの
で、高純度の結晶が得られるからである。しかしなが
ら、LEC法では引き上げ装置の器壁の冷却、容器内部へ
の高圧の不活性ガス充填により装置内部に大きい温度勾
配が発生し、液体封止剤中、及び液体封止剤と雰囲気不
活性ガスの界面において単結晶内部に熱応力が生じ、得
られた単結晶の転位密度が高くなるという問題があっ
た。特に、結晶外周部の転位密度が高い領域は基板面内
に専有する面積が大きいため、外周部における転位密度
の低減化は重要である。
転位密度は、一般に単結晶から切り出したウエハ面を
溶融水酸化カリウム等でエッチングして得られるエッチ
ピットの密度で評価されるが、一般的な用途には5×10
4cm-2以下であることが要求されている。
溶融水酸化カリウム等でエッチングして得られるエッチ
ピットの密度で評価されるが、一般的な用途には5×10
4cm-2以下であることが要求されている。
第3図は従来の単結晶成長方法を説明するための図
で、不活性ガスを充填した気密容器100内において、原
料融液104を液体封止剤105で封止してルツボ101に入
れ、液体封止剤105と原料融液104を熱遮蔽板109で覆っ
たヒータ108により加熱して結晶成長を行なっている。
で、不活性ガスを充填した気密容器100内において、原
料融液104を液体封止剤105で封止してルツボ101に入
れ、液体封止剤105と原料融液104を熱遮蔽板109で覆っ
たヒータ108により加熱して結晶成長を行なっている。
また、転位密度の少ないIII−V族化合物単結晶を得
るための方法として、ルツボ内の液体封止剤が存在して
いる位置に相当する位置にヒータを設けて封止剤の加熱
温度を高め、結晶原料融液と封止剤との界面を低温度勾
配領域にして結晶成長を行う方法(特開昭59−116194号
公報)も提案されている。
るための方法として、ルツボ内の液体封止剤が存在して
いる位置に相当する位置にヒータを設けて封止剤の加熱
温度を高め、結晶原料融液と封止剤との界面を低温度勾
配領域にして結晶成長を行う方法(特開昭59−116194号
公報)も提案されている。
さらに、長尺のルツボを使用し、種結晶直下に熱線を
反射する反射面を有するリフレクタを水平に取りつける
ことにより、成長単結晶の温度勾配を低くする方法(特
開昭60−81089号公報)も提案されている。
反射する反射面を有するリフレクタを水平に取りつける
ことにより、成長単結晶の温度勾配を低くする方法(特
開昭60−81089号公報)も提案されている。
しかしながら、かかる従来の方法では得られた単結晶
から切り出したウエハ面において、平均的な転位密度は
減少するものの、結晶外周部において転位密度の高い領
域が存在し、無添加のひ化ガリウムの結晶において、1
×105cm-2以上の値を示す領域がしばしば認められた。
特にリネージ構造と呼ばれる転位の増殖した領域がしば
しば認められた。この領域はウエハ表面に形成した電気
的な活性層の特性変動の原因となり、ウエハ上に作成し
た半導体素子の歩留まりの低下をもたらしていた。
から切り出したウエハ面において、平均的な転位密度は
減少するものの、結晶外周部において転位密度の高い領
域が存在し、無添加のひ化ガリウムの結晶において、1
×105cm-2以上の値を示す領域がしばしば認められた。
特にリネージ構造と呼ばれる転位の増殖した領域がしば
しば認められた。この領域はウエハ表面に形成した電気
的な活性層の特性変動の原因となり、ウエハ上に作成し
た半導体素子の歩留まりの低下をもたらしていた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、単結晶
外周部の転位の発生を防止してウエハ面内の均一性を向
上させることを目的とするものである。
外周部の転位の発生を防止してウエハ面内の均一性を向
上させることを目的とするものである。
本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、ルツボ内に熱
反射板を設置すると共に、その位置に応じてサセプタに
ヒータからの輻射効率を高めるように窓を設けることに
より上記問題を解決できることを見出して本発明に到達
したものである。
反射板を設置すると共に、その位置に応じてサセプタに
ヒータからの輻射効率を高めるように窓を設けることに
より上記問題を解決できることを見出して本発明に到達
したものである。
本発明の上記目的は、ルツボ内に結晶表面、融液表
面、ルツボ内壁からの輻射は反射し、反射板の上下で温
度差を設けることができる熱反射板を設置すると共に、
熱反射板の水平部に相当する位置より下方の位置におい
て、ルツボを支持している治具のルツボ側壁に接してい
る部分にヒータからの輻射効率を高めるように窓を設け
ることにより達成される。III−V族化合物としては、
ひ化ガリウム、りん化ガリウム、りん化インジウム、ひ
化インジウム、アンチモン化ガリウム、アンチモン化イ
ンジウム等が挙げられる。
面、ルツボ内壁からの輻射は反射し、反射板の上下で温
度差を設けることができる熱反射板を設置すると共に、
熱反射板の水平部に相当する位置より下方の位置におい
て、ルツボを支持している治具のルツボ側壁に接してい
る部分にヒータからの輻射効率を高めるように窓を設け
ることにより達成される。III−V族化合物としては、
ひ化ガリウム、りん化ガリウム、りん化インジウム、ひ
化インジウム、アンチモン化ガリウム、アンチモン化イ
ンジウム等が挙げられる。
第1図は本発明の単結晶の製造を説明するための図、
第2図はサセプタの斜視図である。図中、101はルツ
ボ、102はサセプタ、102a〜102cは窓、103は支持棒、10
4は原料融液、105は液体封止剤、106は成長結晶、107は
引き上げ棒、108はヒータ、109は熱遮蔽板、110は支持
アーム、111は熱反射板である。なお、図では第3図で
説明した気密容器は省略している。
第2図はサセプタの斜視図である。図中、101はルツ
ボ、102はサセプタ、102a〜102cは窓、103は支持棒、10
4は原料融液、105は液体封止剤、106は成長結晶、107は
引き上げ棒、108はヒータ、109は熱遮蔽板、110は支持
アーム、111は熱反射板である。なお、図では第3図で
説明した気密容器は省略している。
図において、内部に原料融液104、B2O3等からなる液
体封止剤105を収容するルツボ101、ルツボ加熱用ヒータ
108、熱遮蔽板109等は、不活性ガスを充満させた図示し
ない気密容器に収納されている。気密容器の器壁には冷
却のため冷却水の配管またはジャケット(図示せず)が
設けられている。熱遮蔽板109はルツボ加熱用ヒータの
輻射に直接気密容器の器壁が曝されるのを防止し、かつ
ルツボ及び単結晶の廻りの温度勾配を緩やかにするため
に設けられる。ルツボ101にはIII−V族化合物多結晶、
単結晶の原料、及び三酸化二ほう素等を収容し、サセプ
タ102により支持している。サセプタ102はルツボ101を
保持するとともに、移動及び回転を行うための治具であ
り、通常グラファイトで形成されている。このため、カ
ーボンルツボと呼称される場合もある。その周囲には円
筒状のヒータ108が設けられている。熱反射板111はドー
ナツ状に形成され、液体封止剤の表面より上方に配置さ
れるか、或いは液体封止剤表面近傍または液体封止剤中
に没した状態で支持アームで支持されて浮かべて使用さ
れ、石英またはBN等不活性な物質で形成する。熱反射板
111と成長結晶106間の間隔が大きいと、この部分からの
熱放射が生ずるので、熱反射板111の開口径Dは、成長
結晶106の径dに対してD−d<25mmを満足することが
望ましい。サセプタ102のルツボ側壁と接する部分に
は、第2図に示すように窓102a〜102cが設けられる。窓
は、例えば熱反射板111より下方位置で、原料融液104と
液体封止剤105の境界にまたがるように設けられること
が好ましい。
体封止剤105を収容するルツボ101、ルツボ加熱用ヒータ
108、熱遮蔽板109等は、不活性ガスを充満させた図示し
ない気密容器に収納されている。気密容器の器壁には冷
却のため冷却水の配管またはジャケット(図示せず)が
設けられている。熱遮蔽板109はルツボ加熱用ヒータの
輻射に直接気密容器の器壁が曝されるのを防止し、かつ
ルツボ及び単結晶の廻りの温度勾配を緩やかにするため
に設けられる。ルツボ101にはIII−V族化合物多結晶、
単結晶の原料、及び三酸化二ほう素等を収容し、サセプ
タ102により支持している。サセプタ102はルツボ101を
保持するとともに、移動及び回転を行うための治具であ
り、通常グラファイトで形成されている。このため、カ
ーボンルツボと呼称される場合もある。その周囲には円
筒状のヒータ108が設けられている。熱反射板111はドー
ナツ状に形成され、液体封止剤の表面より上方に配置さ
れるか、或いは液体封止剤表面近傍または液体封止剤中
に没した状態で支持アームで支持されて浮かべて使用さ
れ、石英またはBN等不活性な物質で形成する。熱反射板
111と成長結晶106間の間隔が大きいと、この部分からの
熱放射が生ずるので、熱反射板111の開口径Dは、成長
結晶106の径dに対してD−d<25mmを満足することが
望ましい。サセプタ102のルツボ側壁と接する部分に
は、第2図に示すように窓102a〜102cが設けられる。窓
は、例えば熱反射板111より下方位置で、原料融液104と
液体封止剤105の境界にまたがるように設けられること
が好ましい。
このようにルツボ側壁部分に対応した位置においてサ
セプタに窓を設けているので、ヒータとルツボ外壁との
直接対面輻射によりルツボ側壁の温度が上昇し、熱反射
板による保温作用との相乗的効果により結晶が保温さ
れ、結晶内部に発生する熱応力が低減化される。さら
に、熱反射板より上方においては融液面からの輻射が遮
蔽されるため、結晶成長に必要な固化潜熱の放出が助長
され、安定した結晶成長が可能となる。即ち、熱反射板
及びサセプタの開口部の位置の最適化により結晶内に発
生する熱応力を抑制した安定した結晶成長が可能とな
る。熱反射板の設置位置は、その下端がB2O3中に浸る位
置が望ましく、好ましくはB2O3層の中間部に位置する場
合が効果的である。
セプタに窓を設けているので、ヒータとルツボ外壁との
直接対面輻射によりルツボ側壁の温度が上昇し、熱反射
板による保温作用との相乗的効果により結晶が保温さ
れ、結晶内部に発生する熱応力が低減化される。さら
に、熱反射板より上方においては融液面からの輻射が遮
蔽されるため、結晶成長に必要な固化潜熱の放出が助長
され、安定した結晶成長が可能となる。即ち、熱反射板
及びサセプタの開口部の位置の最適化により結晶内に発
生する熱応力を抑制した安定した結晶成長が可能とな
る。熱反射板の設置位置は、その下端がB2O3中に浸る位
置が望ましく、好ましくはB2O3層の中間部に位置する場
合が効果的である。
本発明は、ルツボを支持するサセプタに窓を開け、そ
の周囲に配置されたヒータからの輻射熱が有効にルツボ
に伝えられるようにして輻射効率をあげ、またこの窓を
原料融液と液体封止剤の境界にまたがるように設けるこ
とにより、境界における温度勾配を低減化し、さらに熱
反射板による保温を行わせることにより、ヒータによる
直接加熱と熱反射板による保温作用との相乗的効果によ
り結晶が保温され、結晶内部に発生する熱応力が低減化
される。
の周囲に配置されたヒータからの輻射熱が有効にルツボ
に伝えられるようにして輻射効率をあげ、またこの窓を
原料融液と液体封止剤の境界にまたがるように設けるこ
とにより、境界における温度勾配を低減化し、さらに熱
反射板による保温を行わせることにより、ヒータによる
直接加熱と熱反射板による保温作用との相乗的効果によ
り結晶が保温され、結晶内部に発生する熱応力が低減化
される。
以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説
明する。
明する。
以下に示す実施例、及び比較例において、単結晶回転
引き上げ装置としては第3図に示す構造の気密装置を用
いた。ルツボはPBN製の外径15cm、高さ14cmのものを用
い、原料は高純度のGaAs多結晶5Kg、B2O3600gを用い
た。原料融解後20atmのAr雰囲気で6mm/hの引き上げ速度
で3インチ径の結晶を成長させた。
引き上げ装置としては第3図に示す構造の気密装置を用
いた。ルツボはPBN製の外径15cm、高さ14cmのものを用
い、原料は高純度のGaAs多結晶5Kg、B2O3600gを用い
た。原料融解後20atmのAr雰囲気で6mm/hの引き上げ速度
で3インチ径の結晶を成長させた。
素子特性の均一性評価はホール素子用の電極を500μ
mのピッチで形成し、オートプローバによりシート抵抗
値の測定を行った。ホール素子用の動作層の形成は、基
板を鏡面研磨した後、29Si+イオンを注入エネルギ60ke
v、注入量5×1012個/cm2の条件で注入し、0.4%(体積
比)のAsH3を含む水素雰囲気中で820℃、10分間加熱す
ることにより行った。以下でシート抵抗値が小さい場合
は注入した29Si+イオンの活性化率が向上していること
を示している。
mのピッチで形成し、オートプローバによりシート抵抗
値の測定を行った。ホール素子用の動作層の形成は、基
板を鏡面研磨した後、29Si+イオンを注入エネルギ60ke
v、注入量5×1012個/cm2の条件で注入し、0.4%(体積
比)のAsH3を含む水素雰囲気中で820℃、10分間加熱す
ることにより行った。以下でシート抵抗値が小さい場合
は注入した29Si+イオンの活性化率が向上していること
を示している。
〔実施例1〕 熱反射板をB2O3表面に設置し、その内径を100mm、成
長結晶の直径を78〜83mmとし、サセプタ開口部をB2O3に
相当する位置に設けた。その結果、固化率g=0.1のと
き、面内平均でエッチピット密度(EPD)=1.9×104cm
-2、リネージ(線状結晶欠陥)無し、シート抵抗Rs=95
0Ω、面内平均でシート抵抗標準偏差σRs=45であっ
た。また固化率g=0.8のとき、EPD=2.6×104cm-2、リ
ネージ無し、Rs=980Ω、σRs=50であった。
長結晶の直径を78〜83mmとし、サセプタ開口部をB2O3に
相当する位置に設けた。その結果、固化率g=0.1のと
き、面内平均でエッチピット密度(EPD)=1.9×104cm
-2、リネージ(線状結晶欠陥)無し、シート抵抗Rs=95
0Ω、面内平均でシート抵抗標準偏差σRs=45であっ
た。また固化率g=0.8のとき、EPD=2.6×104cm-2、リ
ネージ無し、Rs=980Ω、σRs=50であった。
〔実施例2〕 熱反射板をB2O3表面から5mm下に設置し、その内径を1
10mm、成長結晶の直径を78〜83mmとし、サセプタ開口部
を反射板より下のB2O3に相当する位置に設けた。その結
果、固化率g=0.1のとき、EPD=2.1×104cm-2、リネー
ジ無し、Rs=970Ω、σRs=46であった。また固化率g
=0.8のとき、EPD=2.3×104cm-2、リネージ無し、Rs=
972Ω、σRs=52であった。
10mm、成長結晶の直径を78〜83mmとし、サセプタ開口部
を反射板より下のB2O3に相当する位置に設けた。その結
果、固化率g=0.1のとき、EPD=2.1×104cm-2、リネー
ジ無し、Rs=970Ω、σRs=46であった。また固化率g
=0.8のとき、EPD=2.3×104cm-2、リネージ無し、Rs=
972Ω、σRs=52であった。
〔比較例1〕 熱反射板をB2O3表面に設置し、その内径を100mm、成
長結晶の直径を78〜83mmとし、サセプタには開口部を設
けなかった。その結果、固化率g=0.1のとき、EPD=5.
6×104cm-2、リネージ有り、Rs=1001Ω、σRs=85であ
った。また固化率g=0.8のとき、多結晶化が生じ、R
s、σRsとも測定不能であった。
長結晶の直径を78〜83mmとし、サセプタには開口部を設
けなかった。その結果、固化率g=0.1のとき、EPD=5.
6×104cm-2、リネージ有り、Rs=1001Ω、σRs=85であ
った。また固化率g=0.8のとき、多結晶化が生じ、R
s、σRsとも測定不能であった。
〔比較例2〕 熱反射板を設けず、成長結晶の直径を78〜83mmとし、
サセプタ開口部をB2O3に相当する位置に設けた。その結
果、固化率g=0.1のとき、EPD=6.4×104cm-2、リネー
ジ有り、Rs=1033Ω、σRs=85であった。また固化率g
=0.8のとき、多結晶化が生じ、Rs、σRsとも測定不能
であった。
サセプタ開口部をB2O3に相当する位置に設けた。その結
果、固化率g=0.1のとき、EPD=6.4×104cm-2、リネー
ジ有り、Rs=1033Ω、σRs=85であった。また固化率g
=0.8のとき、多結晶化が生じ、Rs、σRsとも測定不能
であった。
〔比較例3〕 熱反射板、サセプタ開口部とも設けなかった。その結
果、固化率g=0.1のとき、EPD=7.6×104cm-2、リネー
ジ顕著、Rs=1100Ω、σRs=110であった。また固化率
g=0.8のとき、多結晶化が生じ、Rs、σRsとも測定不
能であった。
果、固化率g=0.1のとき、EPD=7.6×104cm-2、リネー
ジ顕著、Rs=1100Ω、σRs=110であった。また固化率
g=0.8のとき、多結晶化が生じ、Rs、σRsとも測定不
能であった。
以上のように本発明によれば、 (1)外周部における転位密度が低減化され、リネージ
構造の形成を防止できた。
構造の形成を防止できた。
(2)面内の転位密度が1×105/cm2を超える領域が減
少し、面内のほぼ全域にわたって5×104/cm2以下の転
位密度が実現された。面内の転位密度の平均値は3×10
4/cm2以下となり、従来の約半分に低減化された。
少し、面内のほぼ全域にわたって5×104/cm2以下の転
位密度が実現された。面内の転位密度の平均値は3×10
4/cm2以下となり、従来の約半分に低減化された。
第1図は本発明による単結晶成長を説明するための図、
第2図はサセプタの斜視図、第3図は従来の単結晶成長
方法を説明するための図である。 101……ルツボ、102……サセプタ、102a〜102c……窓、
103……支持棒、104……原料融液、105……液体封止
剤、106……成長結晶、107……引き上げ棒、108はヒー
タ、109……熱遮蔽板、110……支持アーム、111……熱
反射板。
第2図はサセプタの斜視図、第3図は従来の単結晶成長
方法を説明するための図である。 101……ルツボ、102……サセプタ、102a〜102c……窓、
103……支持棒、104……原料融液、105……液体封止
剤、106……成長結晶、107……引き上げ棒、108はヒー
タ、109……熱遮蔽板、110……支持アーム、111……熱
反射板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 祐作 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱モ ンサント化成株式会社筑波工場内 (72)発明者 矢島 文和 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱モ ンサント化成株式会社筑波工場内 (56)参考文献 特開 昭62−216995(JP,A) 特開 昭60−81089(JP,A) 特公 昭60−18637(JP,B2)
Claims (4)
- 【請求項1】不活性ガスを充填した気密容器内でサセプ
タにより支持したルツボ内に原料融液、液体封止剤を収
納し、周囲から加熱して単結晶を成長させる方法におい
て、サセプタに窓を設けて周囲からのルツボに対する輻
射効率を高めると共に、液体封止剤からの熱放射を熱反
射板により防止するようにし、かつ該熱反射板が液体封
止剤に浮かせてあることを特徴とする単結晶成長方法。 - 【請求項2】前記窓は、熱反射板より下方の位置で原料
融液と液体封止剤との境界にまたがって設けられている
請求項1記載の単結晶成長方法。 - 【請求項3】不活性ガスを充填した気密容器内で原料融
液及び液体封止剤を収納したルツボを支持するサセプタ
と、サセプタの周囲に設けられ、ルツボを加熱する加熱
手段と、加熱手段の周囲に設けられた熱遮蔽板と、結晶
の周囲に設けられた熱反射板とを備え、前記サセプタに
窓を設けて加熱手段からのルツボに対する輻射効率を高
め、かつ該熱反射板が液体封止剤に浮かせてあることを
特徴とする単結晶成長装置。 - 【請求項4】熱反射板は、中心部に結晶を通過させる開
口を有し、該開口の直径Dが、結晶の直径dに対してD
−d<25mmである請求項3記載の単結晶成長装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63331591A JP2637210B2 (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 単結晶成長方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63331591A JP2637210B2 (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 単結晶成長方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02175692A JPH02175692A (ja) | 1990-07-06 |
JP2637210B2 true JP2637210B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=18245360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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