JP2933517B2 - 単結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、酸化物、
各種の無機化合物等の単結晶を成長する装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体、酸化物、各種の無機
化合物等の単結晶の成長では、結晶原料を坩堝やアンプ
ル等の容器に入れ、これをヒ−タ−に対して相対的に移
動することにより結晶を成長する方法が広く行なわれて
いる。即ち、ブリッジマン法、ゾ−ンメルティング法等
がこの方法に属する。

【０００３】ブリッジマン法の概要を図５を用いて説明
する。ブリッジマン法では、結晶原料は坩堝やアンプル
等の容器１に入れられ、ヒ−タ−２により加熱、溶解さ
れる。さらに、相対的にこの容器を低温部側へ徐々に移
動することによって、溶融した原料３から単結晶４を容
器の低温側に析出、成長させるものである。

【０００４】次に、ゾ−ンメルティング法の概要を図６
を用いて説明する。ゾ−ンメルティング法では、原料５
を坩堝やアンプル等の容器１に入れ、容器中の一部の原
料のみを局部的に加熱溶解して、溶融帯６を形成する。
さらに、相対的にこの容器１をヒ−タ−２に対して徐々
に移動することによって、溶融帯６の一方で原料の溶解
を、反対側で単結晶４の成長を行なうものである。尚、
溶融帯を始めに形成する部分に、結晶の溶媒となる材料
を加えて、成長する結晶の融点よりも低温で溶融帯を形
成する方法であるトラベリングヒ−タ−法もこのゾ−ン
メルティング法のひとつであるといえる。

【０００５】図７は、従来のトラベリングヒ−タ−法に
よる結晶成長装置を示す図であり、架台に固定されたヒ
−タ−２に対し結晶原料を入れた結晶成長アンプル１が
移動ステ−ジ１１にチャック１２で固定されており、こ
の移動ステ−ジ１１は、パルスモ−タ−１３、減速ギア
１４、ボ−ルネジ１５およびガイドレ−ル１６によって
構成される一組の移動機構によって、ヒ−タ−２の軸方
向に対して下向きに移動して単結晶を成長させる。

【０００６】以上示したように、半導体、酸化物、各種
無機化合物等の単結晶の成長では、原料の入った容器を
ヒ−タ−に対して徐々に移動することによって行なわれ
ることが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のような結晶成長
方法においては、成長装置内の温度が極めて安定してい
ること、原料の入った容器がヒ−タ−に対して相対的に
極めてスム−ズに動くことが要求される。相対的な動き
とは、即ち、容器が不動のままヒ−タ−が移動しても良
いし、ヒ−タ−が不動のまま容器が移動してもかまわな
いことをいう。

【０００８】成長装置内の温度安定性は、近年の温度コ
ントロ−ラ−の進歩により、十分な性能（例えば温度の
安定性が±０．１℃以内）を低コストで実現できるよう
になっている。

【０００９】一方、容器とヒ−タ−の相対的な移動は、
その移動速度が一般に極めて小さい（トラベリングヒ−
タ−法では２〜５ｍｍ／日、通常のゾ−ンメルティング
法やブリッジマン法で２０〜５０ｍｍ／日）ため、この
速度域でスム−ズな動きを得るための装置はかなり高価
になるという問題がある。

【００１０】一般的なブリッジマン結晶成長装置の場
合、概ねヒ−タ−と、原料が入った容器（或いはヒ−タ
−）の移動装置にかかるコストは同程度である。ゾ−ン
メルティング法による結晶成長装置に於いては、ヒ−タ
−は小型で安価となるため、コストのほとんどが移動装
置にかかる。

【００１１】このように、原料が入った容器をヒ−タ−
に対して相対的に移動することによって単結晶を成長す
る方法に於いては、容器（もしくはヒ−タ−）の移動装
置に多大のコストがかかり、結果的に製造された単結晶
のコストを大きく押し上げてしまうといった問題があっ
た。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、以上のように単結晶成長装置において、原料が入っ
た容器或いはヒ−タ−の移動装置が単結晶成長装置のコ
ストを引き上げていることに着目し、本発明に至った。

【００１３】即ち、本発明は、結晶原料が入った容器
を、ヒ−タ−に対して相対的に移動することによって、
単結晶を成長する装置において、当該容器とヒ−タ−と
の組が複数あり、かつ、当該容器とヒ−タ−とを相対的
に移動するための機構がひとつであることを特徴とする
単結晶成長装置を提供するものである。

【００１４】以下に、トラベリングヒ−タ−法の結晶製
造装置を例に、本発明の実施方法について図１，２およ
び３を用いて、具体的に述べる。

【００１５】本発明を実施するには図１および２のよう
にヒ−タ−２を不動とし、アンプルなどの結晶成長容器
１を移動するか、図３のようにヒ−タ−２を移動し、ア
ンプルなどの結晶成長容器１を不動とするかの２通りが
ある。図１および２では、２本の結晶成長容器は、移動
ステ−ジ１１にチャック１２で固定されており、この移
動ステ−ジ１１は、パルスモ−タ−１３、減速ギア１
４、ボ−ルネジ１５およびガイドレ−ル１６によって構
成される一組の移動機構によって、ヒ−タ−２の軸方向
に対して移動する。移動ステ−ジ１１は図１のようにヒ
−タ−２の下部に設けても図２のようにヒ−タ−２の上
部に設けることもできる。図３では、２つのヒ−タ−２
を移動ステ−ジ１１に固定し、この移動ステ−ジ１１
を、パルスモ−タ−１３、減速ギア１４、ボ−ルネジ１
５およびガイドレ−ル１６によって構成される一組の移
動機構によって、不動の結晶成長容器に対して移動す
る。

【００１６】図１，２および３では結晶成長容器及びヒ
−タ−は２組としてあるが、本発明は、もちろんこれ以
上とすることもできる。また、移動ステ−ジの駆動機構
もここで示したパルスモ−タ−、減速ギア、ボ−ルネジ
を使用した以外の方法でも構わない。さらに、ここでは
トラベリングヒ−タ−法の結晶成長装置について示した
が、他のブリッジマン法やゾ−ンメルティング法の装置
でも同様の構造で、本発明を実施できるのは明白であ
る。以下に実施例と比較例を示し、詳細に本発明を説明
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図４に本発明を実施したトラベリ
ングヒ−タ−法による単結晶成長装置を示す。この結晶
成長装置は、結晶成長アンプルの移動機構１台とヒ−タ
−４台からなり、４本の単結晶を同時に成長することが
できる。

【００１８】原料の入った石英アンプル１の底部には支
持棒１７がついており、これは固定チャック１２で移動
ステ−ジ１１に固定される。移動ステ−ジ１１の上下に
より、４本すべてのアンプル１の移動が同時に可能であ
る。移動ステ−ジ１１の上下駆動は、モ−タ−１２、減
速ギア１４、ボ−ルねじ１５およびガイドレ−ル１６を
介して行われる。

【００１９】本結晶成長装置の作製に要するコストは図
７に示す従来型の装置の１．６倍であるが、生産量が４
倍となることにより、単結晶１本当りの装置のコストを
従来の４割に低減できる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、原料の
入った容器の移動装置（或いはヒ−タ−移動装置）一台
で複数の単結晶を一度に成長できることになり、即ちこ
れは、結晶成長炉一台当たりの移動装置のコストが大幅
に低下することを意味し、ひいては単結晶の製造コスト
を大幅に下げることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例を示したもので、ヒ−タ−
を不動とし、アンプルなどの結晶成長容器を移動する場
合の装置の例である。

【図２】 本発明の１実施例を示したもので、ヒ−タ−
を不動とし、アンプルなどの結晶成長容器を移動する場
合の装置の他の例である。

【図３】 本発明の１実施例を示したもので、ヒ−タ−
を移動し、アンプルなどの結晶成長容器を不動とした場
合の例である。

【図４】 本発明の１実施例を示したもので、１台のア
ンプル移動機構で、４つのアンプルを同時に移動し、結
晶成長することが可能なトラベリングヒ−タ−法による
結晶成長装置である。

【図５】 ブリッジマン法による結晶成長方法の概要を
示す図である。

【図６】 ゾ−ンメルティング法による結晶成長方法の
概要を示す図である。

【図７】 従来のトラベリングヒ−タ−法による結晶成
長装置を示す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶原料が入った容器を、ヒ−タ−に対
   して相対的に移動することによって、単結晶を成長する
   装置において、当該容器とヒ−タ−との組が複数あり、
   かつ、当該容器とヒ−タ−とを相対的に移動するための
   機構がひとつであることを特徴とする単結晶成長装置。