JP2954751B2

JP2954751B2 - 化合物半導体結晶の製造装置

Info

Publication number: JP2954751B2
Application number: JP18185591A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　誠; 知幸石原
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JPH059093A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平ブリッジマン法
（ＨＢ法）や温度傾斜法（ＧＦ法）等のボート法による
ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓなどの化合物半導体結晶の
製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子工業の分野において、転位や
リネージ等の結晶欠陥の少ないＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｉｎ
Ａｓなどの３−５族化合物半導体単結晶を安価に製造す
る方法が種々研究されている。

【０００３】化合物半導体単結晶の製造方法としては、
ボート法と引上げ法がよく知られているが、ボート法は
引上げ法に比べて温度勾配が小さく、ストイキオメトリ
ー制御が容易であるため、結晶欠陥が少ない単結晶を育
成することができるという利点がある。

【０００４】ボート法には、水平ブリッジマン法（ＨＢ
法）、温度傾斜法（ＧＦ法）、帯溶融法（ＺＭ法）等が
あるが、これらはいずれも長尺のボートに原料融液を入
れ、ボートの一端に種結晶を載置した後、炉体を傾斜さ
せて融液を種結晶に接触させ、種結晶側から融液を徐々
に固化させて単結晶を製造する方法である。

【０００５】ボート法により単結晶を製造する場合、結
晶欠陥の少ない単結晶を得るためには、（１）炉内の温
度分布を正確に制御すること、（２）結晶育成中の振動
を小さく抑えることが必要である。結晶育成中の振動が
大きい場合、融液が波立ち、双晶、リネージ等の結晶欠
陥が生じたり、結晶上端部のヌレが発生する等の問題が
生じる。更に振動が激しい場合には融液がボートからこ
ぼれたり、既に固化した結晶部分にかかったりして、結
晶育成の継続が困難になることもある。

【０００６】図４、図５には、ボート法のうち温度傾斜
法（ＧＦ法）による従来の単結晶の製造装置の一例が示
されている。

【０００７】この装置は、床面等である支持体８に設置
される基台１と、この基台１に水平な支軸３を介して傾
動可能に支持された炉体２と、基台１と炉体２との間に
配置され、炉体２の基台１に対する傾きを変化させる傾
動機構９と、炉体２上に配置される筒状のヒータ４と、
このヒータ４内に配置されるアンプル管５と、このアン
プル管内に収容されるボート６とからなり、ボート６は
原料融液を収容し、その一端に種結晶７を配置するよう
にされている。

【０００８】傾動機構９は、基台１に設置されたモータ
１０、プーリ、Ｖベルト、ウォームネジ等の連動機構１
１、ボールネジ１２と、炉体２に取り付けられボールネ
ジ１２が螺合するフランジ１３とから構成されており、
モータ１０を作動させて連動機構１１を介してボールネ
ジ１２を回転させると、ボールネジ１２に螺合するフラ
ンジ１３が図５中矢印Ａで示す如く上下に移動し、炉体
２の傾斜角度を変化させるようになっている。

【０００９】この装置により単結晶を育成させる場合に
は、ボート６に化合物半導体の原料を収容し、その一端
に種結晶７を配置した後、ボート６をアンプル管５内に
封入し、アンプル管５をヒータ４内に配置する。この状
態でヒータ４によりボート６内の化合物半導体の原料を
溶融させ、傾動機構９により炉体２を傾斜させて融液を
種結晶７に接触させ、種結晶７側から融液を徐々に固化
させる。

【００１０】なお、水平ブリッジマン法（ＨＢ法）、帯
溶融法（ＺＭ法）は、炉体とヒータとの間が長手方向に
移動可能になっているほかは、上記温度傾斜法（ＧＦ
法）の装置と同様の機構である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年経
済的な有利さから結晶を長尺化する傾向にあり、図４、
図５に示す装置を用いて、工業的に有意な長さである３
００ｍｍ以上の結晶を育成する場合、炉体２の全長を３
ｍ以上にする必要がある。このように長い炉体２を支軸
３及び傾動機構９の３点で支持すると、外部からの振
動、例えば装置近傍の人の歩行等による床面の振動、地
震による振動等に共振しやすいという問題があった。結
晶育成中の振動が大きい場合、前記したように結晶欠陥
が生じたり、結晶上端部のヌレが発生する等の問題が生
じ、更には結晶育成の継続が困難になることもある。

【００１２】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたもので、その目的はボート法による３−５族等
の化合物半導体単結晶製造装置であって、外部からの振
動に対して炉体が共振するのを抑制し、結晶欠陥の少な
い化合物半導体単結晶を製造することができる化合物半
導体単結晶の製造装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の化合物半導体単結晶の製造装置は、床面等
に設置される基台と、前記基台に支持された炉体と、前
記炉体上に配置される筒状のヒータと、前記ヒータ内に
配置されるアンプル管と、前記アンプル管内に収容され
るボートと、前記炉体の共振抑制手段とを備えてなり、
前記共振抑制手段は一端が前記基台又は前記炉体のいず
れかに固定され、他端が前記基台又は前記炉体の他方
に、接離自在又は弾性的に当接されていることを特徴と
している。

【００１４】本発明において、前記共振抑制手段は、基
部側が前記基台及び前記炉体のいずれか一方に螺合さ
れ、先端部が前記基台及び前記炉体の他方に接離自在に
当接されるボルトからなることが好ましい。

【００１５】また、前記共振抑制手段は、一端が前記基
台及び前記炉体のいずれか一方に固定され、他端が前記
基台及び前記炉体の他方に延出されたダンパと、前記ダ
ンパの他端に装着され、前記基台及び前記炉体の他方に
弾性的に圧接されるローラとからなるものであってもよ
い。

【００１６】更に、前記共振抑制手段は、前記基台又は
前記炉体の長手方向の両側に、対応する位置にそれぞれ
当接されるものであることが好ましい。

【００１７】本発明の装置は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｉｎ
Ａｓなどの３−５族化合物半導体単結晶及びＺｎＳｅ等
の２−６族化合物半導体単結晶の製造に応用できるもの
である。また、これら化合物半導体の単結晶のみならず
多結晶の製造にも使用できる。

【００１８】また、本発明装置は、床面等である支持体
に設置される基台と、この基台に水平な支軸を介して傾
動可能に支持された炉体と、基台と炉体との間に配置さ
れ、炉体の基台に対する傾きを変化させるような傾動機
構を設けた装置に対しては特に有効であるが、このよう
な傾動機構を設けていない装置に対しても応用でき、十
分炉体の共振を抑制できる。

【００１９】前記ダンパは、振動や衝撃を吸収する手段
を有する装置であり、バネ、ゴム等の弾性体、あるいは
気体や液体をシリンダー内に封入して振動や衝撃に対す
る復元力を持たせたピストン、シリンダー等を有する装
置であれば使用できる。

【００２０】

【作用】本発明の化合物半導体結晶装置は、従来のもの
と同様に炉体の基台に対する傾きを変化させる傾動機構
を有する場合、傾動機構により炉体を傾斜させて融液を
種結晶に接触させることができる。

【００２１】また、一端が前記基台及び前記炉体の一方
に固定され、他端が前記基台及び前記炉体の他方に、接
離自在又は弾性的に当接される共振抑制手段を有するの
で、傾動機構により炉体を傾斜させた後、共振抑制手段
により炉体を保持することができ、結晶育成中に炉体が
外部からの振動によって共振するのを抑制することがで
きる。

【００２２】したがって、炉体が外部からの振動に対し
て共振することにより、結晶に欠陥が生じるのを抑制す
ることができ、結晶欠陥の少ない化合物半導体結晶を製
造することができる。また、近年経済的な有利さから結
晶を長尺化させる傾向があるが、結晶が長尺化すると炉
体も長尺にしなければならず、炉体を長尺にすると外部
振動により共振しやすくなることから、本発明は長尺の
結晶製造の場合により有効である。

【００２３】更に、本発明の化合物半導体結晶の製造装
置は、従来の傾動機構を有する結晶の製造装置に共振抑
制手段を設けるだけでよく、共振抑制手段は、例えばボ
ルト、又はダンパとローラとの組み合わせ等の簡単な構
造で安価であり、かつ容易に取り付けることができるも
のであるので、装置の製造コストが高価になることはな
い。

【００２４】

【実施例】図１には、本発明の化合物半導体単結晶の製
造装置の一実施例が示されている。なお、図４、５に示
される従来の傾動機構を有する化合物半導体単結晶の製
造装置と実質的に同一部分には、同符号が付されてい
る。

【００２５】床面等である支持体８に基台１が設置さ
れ、この基台１に炉体２が水平な支軸３を介して傾動可
能に支持され、基台１と炉体２との間には炉体２の基台
１に対する傾きを変化させる傾動機構９が配置されてい
る。傾動機構９は前記従来の装置と同様な構造をなして
いる。炉体２上には筒状のヒータ４が配置され、このヒ
ータ４内にアンプル管５が配置され、このアンプル管５
内に一端に種結晶７を載置したボート６（図１では図示
されていない）が収容される。

【００２６】基台１と炉体２との間には基部側が基台１
に螺合され、先端部が炉体２に接離自在に当接されるボ
ルト２１が配置され、本発明における共振抑制手段を構
成している。なお、ボルト２１は支軸３からできるだけ
離れた位置であって、基台１の長手方向の両側（図１の
左右）の対応する位置に配置されることが好ましい。ま
た、ボルト２１の取り付け数は少なくとも１対あればよ
いが、更に多数取り付けることもできる。

【００２７】したがって、この実施例の製造装置では、
傾動機構９によって炉体２を基台１に対して傾斜させた
後、ボルト２１を締め付けてその先端部を炉体２の両側
に圧接させることにより、炉体２を基台１にしっかりと
固定保持させることができ、外部振動に対して炉体２の
共振を抑制することができる。

【００２８】図２及び図３には、本発明の化合物半導体
単結晶の製造装置の他の実施例が示されている。図３
は、図２における共振抑制手段の部分拡大図である。

【００２９】図２及び図３において、基台１、炉体２、
支軸３、傾動機構９、ヒータ４、アンプル管５、ボート
６（図２、図３には図示されていない）、種結晶７（図
２、図３には図示されていない）は図１に示した実施例
と同様である。この実施例では、共振抑制手段として基
台１と炉体２との間に、ダンパ２２とローラ２３とが配
置されている。

【００３０】ダンパ２２は、シリンダ２４と、その内部
に配置されたスプリング２５と、このスプリング２５に
よって弾性付勢されたピストン２６とからなり、ピスト
ン２６の外方端部にローラ２３が取り付けられている。
ダンパ２２は、一端を炉体２から延出された支持板２７
に固定され、他端が基台１の内側面に向けて延出されて
おり、ローラ２３は、ダンパ２２のスプリング２５の弾
性力によって基台１の内側面に弾性的に圧接されてい
る。

【００３１】なお、ローラ２３はボールであってもよ
い。また、前記実施例と同様に、ダンパ２２とローラ２
３とからなる共振抑制手段は、支軸３からできるだけ離
れた位置であって、基台１の長手方向の両側（図２の左
右）の対応する位置に配置されることが好ましい。

【００３２】したがって、この実施例の装置では、傾動
機構９によって炉体２を基台１に対して傾斜させると
き、基台１の内側面に弾性的に圧接されたローラ２が転
動するので、炉体２の傾斜角変動を妨げることはない。
また、炉体２を基台１に対して傾斜させた後も、ダンパ
２２に取り付けられたローラ２３が基台１の内側面に弾
性的に圧接された状態となるので、基台１に対する炉体
２の保持力が高まり、外部振動に対して炉体２の共振を
抑制する効果が奏せられる。

【００３３】なお、本発明において、共振抑制手段は図
１に示すボルト２１、又は図２、３に示すダンパ２２と
ローラ２３との組み合わせ等が好ましいが、これに限定
されるものではなく、一端が基台１又は炉体２の一方に
固定され、他端が基台１又は炉体２の他方に、接離自在
又は弾性的に当接されるものであればいずれのものを用
いてもよい。

【００３４】

【実施例】図１の装置及び図２の装置をそれぞれ用い
て、実際にＧａＡｓ単結晶を製造した。まず、ボート６
にＧａＡｓの原料を収容し、その一端に種結晶７を配置
した後、ボート６をアンプル管５内に封入し、アンプル
管５をヒータ４内に配置した。この状態でヒータ４によ
りボート６内の原料を溶融させ、傾動機構９により炉体
２を傾斜させて融液を種結晶７に接触させ、種結晶７側
から融液を徐々に固化させて単結晶を育成した。

【００３５】このとき、傾斜させた炉体２を、図１の装
置ではボルト２１で、図２の装置ではダンパ２２及びロ
ーラ２３で保持させた。こうして、それぞれ重量４ｋ
ｇ、全長６００ｍｍのＧａＡｓ単結晶を得た。図１の装
置により製造した単結晶を実施例１、図２の装置により
製造した単結晶を実施例２とした。

【００３６】また、比較のため、共振抑制手段を設けな
い図４、５の装置を用いて、実施例１、２と同様な原料
及び方法により、傾斜させた炉体２を固定することな
く、ＧａＡｓ単結晶を製造し比較例とした。

【００３７】実施例１、２、及び比較例の単結晶を製造
する際に、それぞれ震度４、３、２の振動を与え、結晶
に及ぼす被害状況を比較した。その結果を表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１の結果からわかるように、震度４の振
動を与えた場合、比較例においては融液が育成中の結晶
の既に固化した部分にかぶる等して、単結晶育成の継続
が困難になり、単結晶歩留は０％であった。それに対し
て実施例１、２においては、結晶欠陥が発生したものが
あったものの、単結晶の育成継続が不能になったものは
なく、実施例１、２の合計の結晶育成回数４回の平均単
結晶歩留は６０％であった。

【００４０】震度３においては、実施例１、２の合計の
平均単結晶歩留は８５％、比較例は５０％、震度２にお
いては、実施例１、２の合計の平均単結晶歩留は１００
％、比較例は７０％であり、いずれも実施例のほうが高
歩留であった。なお、震度１においては、実施例、比較
例とも欠陥発生等の被害はなく、実施例、比較例の有意
差はなかった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の化合物半
導体単結晶の製造装置によれば、簡単な構造で安価な共
振抑制手段を設けるだけで、外部振動、特に地震に対し
て炉体が共振するのを抑制することができ、地震が発生
しても、結晶育成継続が不能になったり、欠陥が発生し
たりするのを抑制することができる。そのため、単結晶
歩留を大幅に向上させることができる。また、近年経済
的な有利さから結晶を長尺化させる傾向があるが、結晶
が長尺化すると炉体も長尺にしなければならず、炉体を
長尺にすると外部振動により共振しやすくなることか
ら、本発明は長尺の結晶製造の場合にはより有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物半導体単結晶の製造装置の一実
施例を示す正面図。

【図２】本発明の化合物半導体単結晶の製造装置の他の
実施例を示す正面図。

【図３】図２に示す装置の共振抑制手段部分の拡大図。

【図４】従来の化合物半導体単結晶の製造装置の一例を
示す側面図。

【図５】図４に示す装置の正面図。

【符号の説明】

１基台２炉体３支軸４ヒータ５アンプル管６ボート７種結晶８支持体（床面）９傾動機構２１ボルト２２ダンパ２３ローラ

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−183374（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−129176（ＪＰ，Ａ) 実開平１−149470（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−61470（ＪＰ，Ｕ) 実公昭62−26458（ＪＰ，Ｙ２) 特公昭42−12325（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】床面等に設置される基台と、前記基台に支
持された炉体と、前記炉体上に配置される筒状のヒータ
と、前記ヒータ内に配置されるアンプル管と、前記アン
プル管内に収容されるボートと、前記炉体の共振抑制手
段とを備えてなり、前記共振抑制手段は一端が前記基台
又は前記炉体のいずれかに固定され、他端が前記基台又
は前記炉体の他方に、接離自在又は弾性的に当接されて
いることを特徴とする化合物半導体結晶の製造装置。
【請求項２】前記共振抑制手段は、基部側が前記基台又
は前記炉体のいずれか一方に螺合され、先端部が前記基
台又は前記炉体の他方に接離自在に当接されるボルトか
らなる請求項１に記載の化合物半導体結晶の製造装置。
【請求項３】前記共振抑制手段は、一端が前記基台又は
前記炉体のいずれか一方に固定され、他端が前記基台又
は前記炉体の他方に延出されたダンパと、前記ダンパの
他端に装着され、前記基台又は前記炉体の他方に弾性的
に圧接されるローラとからなる請求項１に記載の化合物
半導体結晶の製造装置。
【請求項４】前記共振抑制手段は、前記基台又は前記炉
体の長手方向の両側に、対応する位置にそれぞれ当接さ
れるものである請求項１、２又は３に記載の化合物半導
体結晶の製造装置。