JP2664085B2 - Compound semiconductor single crystal manufacturing equipment - Google Patents

Compound semiconductor single crystal manufacturing equipment

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JP2664085B2
JP2664085B2 JP2599089A JP2599089A JP2664085B2 JP 2664085 B2 JP2664085 B2 JP 2664085B2 JP 2599089 A JP2599089 A JP 2599089A JP 2599089 A JP2599089 A JP 2599089A JP 2664085 B2 JP2664085 B2 JP 2664085B2
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single crystal
container
cap
semiconductor single
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文毅 中西
雅美 龍見
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、縦型温度勾配法による化合物半導体単結
晶の製造装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for producing a compound semiconductor single crystal by a vertical temperature gradient method.

[従来の技術] 縦型温度勾配法(Vertical Gradient Freeze Meth
od)による従来の製造装置は、たとえばMeterials Res
earch Society Symposia Proceedings,volume90,p.1
11〜p.118)に開示されている。これらの従来の製造装
置では、成長用容器である石英管中に原料を入れた後、
真空封入して成長アンプル作製し、この成長アンプルを
炉内にセッティングして成長を開始し、成長終了後アン
プルを割って、中の成長結晶を取出している。
[Prior art] Vertical Gradient Freeze Meth
od) according to conventional manufacturing equipment, for example,
earch Society Symposia Proceedings, volume90, p.1
11-p.118). In these conventional manufacturing apparatuses, after putting raw materials in a quartz tube which is a growth container,
A growth ampoule is prepared by vacuum encapsulation, the growth ampule is set in a furnace to start growth, and after the growth is completed, the ampoule is cracked to take out a crystal grown therein.

第2図は、このような従来の製造装置の一例を示す概
略断面図である。容器21内に原料を入れ、次いで容器21
の開口をキャップ24で溶着し、これをヒータ26で加熱す
ることによって融液22とし、この融液22を徐冷して固化
することにより成長結晶23を成長させる。なお、キャッ
プ24は、軸25の先端に取付けられている。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of such a conventional manufacturing apparatus. Put the raw materials in the container 21 and then
Is melted by a cap 24 and heated by a heater 26 to form a melt 22, and the melt 22 is gradually cooled and solidified to grow a grown crystal 23. Note that the cap 24 is attached to the tip of the shaft 25.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このような装置において、CdTe等のよ
うな蒸気圧の高い成分を含む化合物半導体を成長させる
と、容器21内でこの蒸気圧の高い成分が蒸発し、容器内
の内圧が上昇して、容器が破壊してしまうというおそれ
があった。また、このような従来の装置で単結晶を製造
した場合には、成長終了後、単結晶を取出すのに容器を
破壊して取出さなければならないという問題点もあっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in such an apparatus, when a compound semiconductor containing a component having a high vapor pressure such as CdTe is grown, the component having a high vapor pressure evaporates in the container 21, There is a fear that the internal pressure in the container increases and the container is broken. Further, when a single crystal is manufactured by such a conventional apparatus, there is a problem that after the growth is completed, the container must be broken and taken out in order to take out the single crystal.

また、上述したように、従来の製造装置では、容器内
に原料を入れた後、容器の開口をキャップにより溶着し
て密閉しなければならないという問題点もあった。従来
の製造装置では、このように溶着のプロセスや、あるい
は容器を破壊して成長結晶を取出さなければならないと
いうプロセスが必要であり、生産工程面から好ましくな
く、コストも高いものになった。
Further, as described above, in the conventional manufacturing apparatus, there is also a problem that after the raw material is put in the container, the opening of the container must be welded and sealed with a cap. The conventional manufacturing apparatus requires such a welding process or a process in which the growth crystal must be taken out by destroying the container, which is not preferable from the viewpoint of the production process, and the cost is high.

この発明の目的は、かかる従来の問題点を解消し、生
産工程を簡略化することによって効率良く化合物半導体
単結晶を成長することのできる化合物半導体単結晶の製
造装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a compound semiconductor single crystal manufacturing apparatus capable of efficiently growing a compound semiconductor single crystal by solving the conventional problems and simplifying a production process.

[課題を解決するための手段] この発明の製造装置は、成長用容器内部に原料を入れ
キャップで成長用容器を密閉した後、該成長用容器内部
の原料を加熱して融液とし、該融液を下方から徐冷して
固化し化合物半導体単結晶を成長させる縦型温度勾配法
による化合物半導体単結晶の製造装置であり、成長用容
器の上部には成長用容器の開口に沿う環状の液溜め部が
設けられ、前記キャップの周縁端部には下方に向かって
筒状に延びる周壁部が設けられ、前記液溜め部の液体に
前記周壁部の先端が浸けられることにより前記成長用容
器が密閉されることを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] The production apparatus of the present invention comprises: placing a raw material in a growth vessel, sealing the growth vessel with a cap, and heating the raw material inside the growth vessel to form a melt; An apparatus for manufacturing a compound semiconductor single crystal by a vertical temperature gradient method in which a melt is gradually cooled from below to solidify and grow a compound semiconductor single crystal, and an annular ring along the opening of the growth vessel is provided at the top of the growth vessel. A liquid reservoir is provided, and a peripheral wall portion extending downward in a cylindrical shape is provided at a peripheral edge portion of the cap, and the tip of the peripheral wall portion is immersed in the liquid in the liquid reservoir, so that the growth container is provided. Is characterized by being sealed.

[作用] この発明の製造装置では、成長用容器上部の液溜め部
に、キャップの周壁部の先端が浸けられることにより成
長用容器が密閉される。このため、従来のようにキャッ
プを成長用容器の開口に溶着する必要はなく、そのよう
な工程が必要なくなる。
[Operation] In the manufacturing apparatus of the present invention, the growth vessel is hermetically sealed by immersing the tip of the peripheral wall of the cap in the liquid reservoir at the top of the growth vessel. For this reason, it is not necessary to weld the cap to the opening of the growth container as in the related art, and such a step is not required.

また、成長終了後は、成長用容器の液溜め部からキャ
ップの周壁部の先端を引き上げることにより、成長用容
器内に成長した成長結晶を取出すことができ、従来のよ
うに容器を破壊する必要がなくなる。
Further, after the growth is completed, the crystal grown in the growth vessel can be taken out by pulling up the tip of the peripheral wall of the cap from the liquid reservoir of the growth vessel. Disappears.

また、成長用容器内で、揮発性元素の蒸発により内部
の圧力が高まったときは、成長用容器の外部の圧力を高
めることによって、内部と外部との圧力のバランスをと
ることができる。このため、従来のように、成長の途中
で内部の圧力が高まり容器が破損したりするようなこと
はない。
Further, when the internal pressure increases due to evaporation of the volatile element in the growth vessel, the pressure between the inside and the outside can be balanced by increasing the pressure outside the growth vessel. For this reason, unlike the conventional case, the internal pressure does not increase during the growth and the container is not damaged.

[実施例] 第1図は、この発明の一実施例を示す概略断面図であ
る。成長用容器1内には原料用容器2が入れられてお
り、この原料用容器2内には原料が入れられる。
Embodiment FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention. A raw material container 2 is placed in the growth container 1, and the raw material is placed in the raw material container 2.

成長用容器1の上方には、開口の外周面に沿って液溜
め部9が設けられており、この液溜め部9内には、封止
剤6が入れられている。この液溜め部9内の液状の封止
剤6には、キャップ5の周辺端部から下方に向かって筒
状に延びる周壁部10の先端が浸けられている。なお、キ
ャップ5は軸12により支えられている。
Above the growth vessel 1, a liquid reservoir 9 is provided along the outer peripheral surface of the opening, and in the liquid reservoir 9, a sealant 6 is put. In the liquid sealing agent 6 in the liquid reservoir 9, the tip of the peripheral wall portion 10 extending downward from the peripheral end of the cap 5 in a cylindrical shape is immersed. The cap 5 is supported by a shaft 12.

成長用容器1内に入れられた原料は、ヒータ7によっ
て加熱され、融液3となる。原料用容器2の下方には、
シード取付部11が設けられており、このシード取付部11
には種結晶が設置されている。融液3を下方から徐冷す
ることにより固化して、成長結晶4が成長する。
The raw material placed in the growth vessel 1 is heated by the heater 7 to become the melt 3. Below the raw material container 2,
A seed mounting portion 11 is provided.
Is equipped with a seed crystal. The melt 3 is solidified by being gradually cooled from below, and the grown crystal 4 grows.

なお、この装置の全体は圧力容器8内に収められてい
る。
The entire device is housed in a pressure vessel 8.

結晶成長の際、融液3から高い蒸気圧の成分元素が蒸
発し、成長用容器1内の圧力が高まる場合には、圧力容
器8内に相当する圧力を加え、成長用容器1の内部の圧
力と、外部の圧力とをバランスさせる。
At the time of crystal growth, when a component element having a high vapor pressure evaporates from the melt 3 and the pressure in the growth vessel 1 increases, a pressure corresponding to the pressure in the pressure vessel 8 is applied to increase the pressure inside the growth vessel 1. Balance pressure with external pressure.

さらに、成長終了後成長結晶を取出す場合には、軸12
を引き上げて、キャップ5の周壁部10の先端を、液溜め
部9から引き上げればよい。
Further, when removing the grown crystal after the completion of the growth, the axis 12
And the tip of the peripheral wall 10 of the cap 5 may be pulled up from the liquid reservoir 9.

以下、第1図に示す装置を用いて、CdZnTeの単結晶を
成長させる実験例について説明する。
Hereinafter, an experimental example in which a single crystal of CdZnTe is grown using the apparatus shown in FIG. 1 will be described.

原料として、CtTe500gおよびZnTe6.75gを、原料用容
器2内に入れる。原料用容器2は、カーボン母材の上に
グラッシーカーボンをコーティングしたものである。
As a raw material, 500 g of CtTe and 6.75 g of ZnTe are put in the raw material container 2. The raw material container 2 is formed by coating glassy carbon on a carbon base material.

原料用容器2の広口の部分の直径は40mmであり、狭口
の部分の直径は30mmである。また広口の部分ら狭口の部
分までの長さは80mmであり、さらに長さ40mmで5mm角の
シード取付部11までつながれている。
The diameter of the wide mouth portion of the raw material container 2 is 40 mm, and the diameter of the narrow mouth portion is 30 mm. The length from the wide mouth to the narrow mouth is 80 mm, and it is connected to a 40 mm long, 5 mm square seed mounting part 11.

成長用容器1は、原料用容器2を保持できるように設
けられており、石英アンプルの内面にグラッシーカーボ
ンをコーティングしたものである。また、キャップ5も
石英母材の上にグラッシーカーボンをコーティングした
ものである。
The growth vessel 1 is provided so as to hold the raw material vessel 2, and is formed by coating the inner surface of a quartz ampule with glassy carbon. The cap 5 is also a quartz base material coated with glassy carbon.

成長用容器1、原料用容器2およびキャップ5の材質
は必ずしも上記の組合わせに限らず、濡れ性が適切で気
密性があり、原料との反応が顕著でないもの、たとえば
BN、P−BN、カーボン、パイロリティックカーボン等を
使用してもよい。
The materials of the growth container 1, the material container 2 and the cap 5 are not necessarily limited to the above-mentioned combination, but those having appropriate wettability, airtightness, and in which the reaction with the material is not remarkable, for example,
BN, P-BN, carbon, pyrolytic carbon and the like may be used.

液溜め部9には、封止剤6として250gのB2O3が入れら
れている。
The liquid reservoir 9 contains 250 g of B 2 O 3 as the sealant 6.

成長させる手順は、まずキャップ5を上方に位置さ
せ、成長用容器1が開口を開けた状態で、真空排気を行
ない、次にヒータ7により、液溜め部9内の封止剤6を
溶融させ、800℃になったところで、溶融したB2O3中に
キャップ5の周壁部10の先端を下ろして成長用容器1内
を密閉した。
The growth procedure is as follows. First, the cap 5 is positioned upward, and the growth vessel 1 is evacuated while the opening is opened, and then the sealing agent 6 in the liquid reservoir 9 is melted by the heater 7. When the temperature reached 800 ° C., the tip of the peripheral wall portion 10 of the cap 5 was lowered into the melted B 2 O 3 to seal the inside of the growth vessel 1.

次に、原料部分の温度を上げていき、Cdの蒸気圧とバ
ランスがとれるように、圧力容器8内を不活性ガスで充
填し加圧した。融液3が完全に溶融した温度は約1200℃
であり、このときに圧力容器8内を5atmとした。この状
態で、約2時間保持した後、成長界面付近の温度勾配が
5〜10℃/cmとなるようにして、成長界面を0.5〜2mm/hr
で移動させた。
Next, the temperature of the raw material portion was increased, and the inside of the pressure vessel 8 was filled with an inert gas and pressurized so as to be balanced with the vapor pressure of Cd. The temperature at which the melt 3 is completely melted is about 1200 ° C
At this time, the inside of the pressure vessel 8 was set to 5 atm. In this state, after holding for about 2 hours, the temperature gradient near the growth interface is set to 5 to 10 ° C./cm, and the growth interface is set to 0.5 to 2 mm / hr.
Moved.

融液3をすべて固化した後は、成長結晶を3〜5℃/
分の速度で冷却し、650℃になった時点でキャップ5を
上げて、成長用容器1のシール状態を開放し、次に室温
付近まで冷却して、成長結晶を取出した。
After all the melt 3 is solidified, the grown crystal is heated at 3 to 5 ° C /
When the temperature reached 650 ° C., the cap 5 was raised to open the sealed state of the growth vessel 1, and then cooled to around room temperature to take out a grown crystal.

以上のようにして得られた成長結晶は、従来の装置で
得られた成長結晶とほとんど変わりのないものであっ
た。
The grown crystal obtained as described above was almost the same as the grown crystal obtained by the conventional apparatus.

この実施例では、CdZnTeの化合物半導体単結晶の成長
を例にして説明したが、この発明の製造装置は、その他
の化合物半導体単結晶の製造にも適用され得るものであ
る。
In this embodiment, the growth of a CdZnTe compound semiconductor single crystal has been described as an example, but the manufacturing apparatus of the present invention can be applied to the manufacture of other compound semiconductor single crystals.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明の製造装置では、成長
用容器の上部に液溜め部を設け、この液溜め部にキャッ
プの周壁部の先端を浸けることにより、成長用容器を密
閉している。このため、従来の製造装置のように、容器
にキャップを溶着する工程が必要なくなり、工程を簡略
化することができる。
[Effects of the Invention] As described above, in the manufacturing apparatus of the present invention, the growth container is provided by providing the liquid reservoir in the upper part of the growth container and dipping the tip of the peripheral wall of the cap into the liquid reservoir. Sealed. Therefore, unlike the conventional manufacturing apparatus, a step of welding the cap to the container is not required, and the step can be simplified.

また、この発明の製造装置では、液溜め部内の液体を
介して、成長用容器の内部と外部とが接触し合っている
ので、成長用容器内部の圧力が高まったときには、成長
用容器の外部の圧力を高めることによって、成長用容器
の内部と外部とのバランスをとることができ、従来の製
造装置のように製造工程中の内圧の高まりにより成長用
容器が破壊するおそれがなくなる。
Further, in the manufacturing apparatus of the present invention, since the inside and the outside of the growth container are in contact with each other via the liquid in the liquid reservoir, when the pressure inside the growth container increases, the outside of the growth container is By increasing the pressure, the balance between the inside and the outside of the growth vessel can be balanced, and there is no possibility that the growth vessel is destroyed due to an increase in the internal pressure during the manufacturing process unlike the conventional manufacturing apparatus.

さらに、この発明の製造装置では、成長終了後キャッ
プの周壁部の先端を液溜め部の液体から引き上げること
により、簡単に成長用容器を開口状態にすることがで
き、従来の製造装置のように、成長の度に成長用容器を
破壊する必要がなくなる。
Further, in the manufacturing apparatus of the present invention, the growth container can be easily opened by pulling up the tip of the peripheral wall portion of the cap from the liquid in the liquid storage section after the growth is completed, as in the conventional manufacturing apparatus. Therefore, it is not necessary to destroy the growth container every time the growth is performed.

以上のように、この発明の製造装置を用いれば、同一
の成長用容器を繰返し使用することができ、また工程を
大幅に簡易化することができるので、生産性に優れる。
As described above, by using the manufacturing apparatus of the present invention, the same growth vessel can be used repeatedly, and the process can be greatly simplified, so that the productivity is excellent.

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

第1図は、この発明の一実施例を示す概略断面図であ
る。第2図は、従来の装置の一例を示す概略断面図であ
る。 図において、1は成長用容器、2は原料用容器、3は融
液、4は成長結晶、5はキャップ、6は封止剤、7はヒ
ータ、8は圧力容器、9は液溜め部、10は周壁部、11は
シード取付部、12は軸を示す。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a conventional device. In the figure, 1 is a growth vessel, 2 is a raw material vessel, 3 is a melt, 4 is a growth crystal, 5 is a cap, 6 is a sealant, 7 is a heater, 8 is a pressure vessel, 9 is a liquid reservoir, Reference numeral 10 denotes a peripheral wall portion, 11 denotes a seed mounting portion, and 12 denotes a shaft.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】成長用容器内部に原料を入れキャップで成
長用容器を密閉した後、該成長用容器内部の原料を加熱
して融液とし、該融液を下方から徐冷して固化し化合物
半導体単結晶を成長させる縦型温度勾配法による化合物
半導体単結晶の製造装置において、 前記成長用容器の上部には成長用容器の開口に沿う環状
の液溜め部が設けられ、前記キャップの周縁端部には下
方に向かって筒状に延びる周壁部が設けられ、前記液溜
め部の液体に前記周壁部の先端が浸けられることにより
前記成長用容器が密閉されることを特徴とする、化合物
半導体単結晶の製造装置。
After the raw material is put in the growth vessel and the growth vessel is sealed with a cap, the raw material in the growth vessel is heated to obtain a melt, and the melt is gradually cooled from below to be solidified. In an apparatus for manufacturing a compound semiconductor single crystal by a vertical temperature gradient method for growing a compound semiconductor single crystal, an annular liquid reservoir along an opening of the growth vessel is provided at an upper portion of the growth vessel, and a periphery of the cap is provided. A compound is characterized in that a peripheral wall portion extending downward in a cylindrical shape is provided at an end portion, and the tip of the peripheral wall portion is immersed in the liquid in the liquid storage portion to seal the growth container. Semiconductor single crystal manufacturing equipment.
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