JP3198897B2 - ＧａＡｓ単結晶の製造方法 - Google Patents
ＧａＡｓ単結晶の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体封止引上法に
よるＧａＡｓ単結晶の製造方法に関し、特に結晶成長中
の雰囲気ガスを制御することによって結晶中の炭素濃度
分布を均一化するＧａＡｓ単結晶の製造方法に関するも
のである。
よるＧａＡｓ単結晶の製造方法に関し、特に結晶成長中
の雰囲気ガスを制御することによって結晶中の炭素濃度
分布を均一化するＧａＡｓ単結晶の製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ単結晶は、磁電変換素子、電界
効果トランジスタ(FET) 、IC、LSI 等の高速高周波素子
などの基板として広い用途で使用されている。このＧａ
Ａｓ単結晶の製造方法の一つに液体封止引上法（以下 L
EC法という）がある。
効果トランジスタ(FET) 、IC、LSI 等の高速高周波素子
などの基板として広い用途で使用されている。このＧａ
Ａｓ単結晶の製造方法の一つに液体封止引上法（以下 L
EC法という）がある。
【０００３】LEC 法によりＧａＡｓ単結晶を製造する場
合、まず、圧力容器内に設置したＰＢＮ(Pyrolytic Bor
or Nitride）ルツボに原料元素であるGa，As及びこれら
の原料元素と反応性の低い液体封止材を収容して、容器
内部に不活性ガス（Ar等）を所定の圧力になるまで封入
する。その後、ＧａＡｓ融液の温度をルツボの周囲に配
したヒ−タで加熱してＧａＡｓ融液を作り、ＧａＡｓ融
液の液面にＧａＡｓの種結晶を接触させ、種結晶を一定
の回転速度で回転させながら徐々に引き上げて行く。引
き上げの際、種結晶の引上げ速度やヒ−タ温度などを調
節し、種結晶に続いて成長する結晶を所定の径に制御し
ながら引き上げて行くことにより所望のサイズのＧａＡ
ｓ単結晶を得る。
合、まず、圧力容器内に設置したＰＢＮ(Pyrolytic Bor
or Nitride）ルツボに原料元素であるGa，As及びこれら
の原料元素と反応性の低い液体封止材を収容して、容器
内部に不活性ガス（Ar等）を所定の圧力になるまで封入
する。その後、ＧａＡｓ融液の温度をルツボの周囲に配
したヒ−タで加熱してＧａＡｓ融液を作り、ＧａＡｓ融
液の液面にＧａＡｓの種結晶を接触させ、種結晶を一定
の回転速度で回転させながら徐々に引き上げて行く。引
き上げの際、種結晶の引上げ速度やヒ−タ温度などを調
節し、種結晶に続いて成長する結晶を所定の径に制御し
ながら引き上げて行くことにより所望のサイズのＧａＡ
ｓ単結晶を得る。
【０００４】ところで、LEC 法で製造したＧａＡｓ単結
晶には、不純物として炭素が混入する。ＧａＡｓ結晶中
の炭素は浅いアクセプタとなり、その濃度の高低によっ
て結晶の電気特性は大きく左右される。ＧａＡｓ単結晶
に要求される炭素の含有量は、ＧａＡｓ単結晶基板の使
用目的によって異なり、一概に少なければ良いわけでは
ない。ただし、引上げられる結晶の先端（シード）から
後端（テール）にかけて希望する濃度に対してなるべく
ばらつきが少なく、均一であることが望まれ、このよう
な均一なＧａＡｓ単結晶を再現性良く成長させることの
できる方法が必要とされている。
晶には、不純物として炭素が混入する。ＧａＡｓ結晶中
の炭素は浅いアクセプタとなり、その濃度の高低によっ
て結晶の電気特性は大きく左右される。ＧａＡｓ単結晶
に要求される炭素の含有量は、ＧａＡｓ単結晶基板の使
用目的によって異なり、一概に少なければ良いわけでは
ない。ただし、引上げられる結晶の先端（シード）から
後端（テール）にかけて希望する濃度に対してなるべく
ばらつきが少なく、均一であることが望まれ、このよう
な均一なＧａＡｓ単結晶を再現性良く成長させることの
できる方法が必要とされている。
【０００５】LEC 法で製造したＧａＡｓ単結晶に混入す
る炭素は、雰囲気ガス中の一酸化炭素から供給され、こ
の一酸化炭素は圧力容器内のグラファイト部材から発生
していることが下記の文献に述べられている。
る炭素は、雰囲気ガス中の一酸化炭素から供給され、こ
の一酸化炭素は圧力容器内のグラファイト部材から発生
していることが下記の文献に述べられている。
【０００６】”Ｃａｒｂｏｎ ｉｎ Ｕｎｄｏｐｅｄ
ＬＥＣ Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ＧａＡｓ；
Ｏｒｉｇｉｎ ａｎｄ ＭｅｌｔＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ”：Ｔ．Ｋｉｋｕｔａ ｅ
ｔ．ａｌ．， Ｊ． Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ
７６（１９８６）５１７−５２０ また、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃度を故意
に制御して、結晶中の炭素濃度が変わることを確認した
実験が下記の文献に述べられている。
ＬＥＣ Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ＧａＡｓ；
Ｏｒｉｇｉｎ ａｎｄ ＭｅｌｔＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ”：Ｔ．Ｋｉｋｕｔａ ｅ
ｔ．ａｌ．， Ｊ． Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ
７６（１９８６）５１７−５２０ また、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃度を故意
に制御して、結晶中の炭素濃度が変わることを確認した
実験が下記の文献に述べられている。
【０００７】”Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｅｍｉ−ｉｎｓ
ｕｌａｔｉｎｇ ＧａＡｓ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔ
ｈ Ｌｏｗ ＣａｒｂｏｎＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
Ｕｓｉｎｇ Ｐｙｒｏｌｉｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉ
ｔｒｉｄｅ Ｃｏａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ”：Ｔ．
Ｉｎａｄａ ｅｔ．ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ５０（３），１９ Ｊａｎ．
１９８７ また最近では、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃
度を所定の範囲内に制御すべく、圧力容器内のガスを純
粋な不活性ガスまたは一酸化炭素と不活性ガスとの混合
ガスと置換しながらＧａＡｓ単結晶を成長させる方法も
行われており、下記の文献等で報告されている。
ｕｌａｔｉｎｇ ＧａＡｓ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔ
ｈ Ｌｏｗ ＣａｒｂｏｎＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
Ｕｓｉｎｇ Ｐｙｒｏｌｉｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉ
ｔｒｉｄｅ Ｃｏａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ”：Ｔ．
Ｉｎａｄａ ｅｔ．ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ５０（３），１９ Ｊａｎ．
１９８７ また最近では、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃
度を所定の範囲内に制御すべく、圧力容器内のガスを純
粋な不活性ガスまたは一酸化炭素と不活性ガスとの混合
ガスと置換しながらＧａＡｓ単結晶を成長させる方法も
行われており、下記の文献等で報告されている。
【０００８】"The Carbon and Boron Concentration Co
ntrol in GaAs Crystals Grownby Liquid Encapsulated
Czochralski Method":N.Sato et.al., Semi-insulatin
g III-Ｖ Materials,1990 Chapter3 p.211
ntrol in GaAs Crystals Grownby Liquid Encapsulated
Czochralski Method":N.Sato et.al., Semi-insulatin
g III-Ｖ Materials,1990 Chapter3 p.211
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た圧力容器内のガスを置換しながらＧａＡｓ単結晶を成
長させる方法は、容器内の一酸化炭素濃度が設定値を超
えた際にガス置換が行われるようバルブの開閉を行う方
式が一般的であり、容器内での一酸化炭素の発生量が時
間によって変化するような場合には、極めて制御精度が
悪いという問題があった。従来の方式において制御精度
を良くしようとすると、結晶成長条件の経時的な設定や
圧力容器毎の調整が必要になる、目標とする一酸化炭素
の制御濃度毎に調整が必要になる等、制御が繁雑になる
問題があった。
た圧力容器内のガスを置換しながらＧａＡｓ単結晶を成
長させる方法は、容器内の一酸化炭素濃度が設定値を超
えた際にガス置換が行われるようバルブの開閉を行う方
式が一般的であり、容器内での一酸化炭素の発生量が時
間によって変化するような場合には、極めて制御精度が
悪いという問題があった。従来の方式において制御精度
を良くしようとすると、結晶成長条件の経時的な設定や
圧力容器毎の調整が必要になる、目標とする一酸化炭素
の制御濃度毎に調整が必要になる等、制御が繁雑になる
問題があった。
【００１０】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、簡便な制御方式で、精度良く、結晶中の炭素
濃度を所定の範囲内で均一に分布させることが可能なＧ
ａＡｓ単結晶の成長方法を提供することにある。
を解消し、簡便な制御方式で、精度良く、結晶中の炭素
濃度を所定の範囲内で均一に分布させることが可能なＧ
ａＡｓ単結晶の成長方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１のＧａＡｓ単結晶製造方法は、不活性ガ
スで満たした容器内にＧａＡｓ融液と該融液の液面を覆
う液体封止剤を収納したルツボを設置し、種結晶をＧａ
Ａｓ融液に接触させた後、徐々に引上げて種結晶につづ
くＧａＡｓ単結晶を成長させる方法において、上記容器
内に一酸化炭素ガス、または容器内にて一酸化炭素を生
ずるガスを導入して容器内の一酸化炭素濃度を所定の値
に設定したのち結晶成長を開始し、結晶成長中は、不活
性ガス中の一酸化炭素濃度を検出して容器内で単位時間
あたりに発生する一酸化炭素の発生速度を求め、その発
生速度と容器の容積から容器内の一酸化炭素濃度を所望
の値に制御するために必要な容器内のガスを置換するた
めのガス置換速度を求め、結晶成長中に容器に導入する
ガス流量と、容器から排出するガス流量とを上記ガス置
換速度を基に制御するようにした。
に本発明の第１のＧａＡｓ単結晶製造方法は、不活性ガ
スで満たした容器内にＧａＡｓ融液と該融液の液面を覆
う液体封止剤を収納したルツボを設置し、種結晶をＧａ
Ａｓ融液に接触させた後、徐々に引上げて種結晶につづ
くＧａＡｓ単結晶を成長させる方法において、上記容器
内に一酸化炭素ガス、または容器内にて一酸化炭素を生
ずるガスを導入して容器内の一酸化炭素濃度を所定の値
に設定したのち結晶成長を開始し、結晶成長中は、不活
性ガス中の一酸化炭素濃度を検出して容器内で単位時間
あたりに発生する一酸化炭素の発生速度を求め、その発
生速度と容器の容積から容器内の一酸化炭素濃度を所望
の値に制御するために必要な容器内のガスを置換するた
めのガス置換速度を求め、結晶成長中に容器に導入する
ガス流量と、容器から排出するガス流量とを上記ガス置
換速度を基に制御するようにした。
【００１２】また、本発明の第２のＧａＡｓ単結晶製造
方法は、不活性ガスで満たした容器内にＧａＡｓ融液と
そのＧａＡｓ融液の液面を覆う液体封止剤を収容したル
ツボを設置し、GaAs単結晶の種結晶をＧａＡｓ融液の液
面に接触させた後、徐々に引上げて種結晶につづくＧａ
Ａｓ単結晶を成長させる方法において、上記容器内に一
酸化炭素ガス、または容器内にて一酸化炭素を生ずるガ
スを導入して、結晶成長中の容器内の圧力を 11kg/cm2
以下の範囲に保ちながらＧａＡｓ単結晶を成長させるよ
うにした。
方法は、不活性ガスで満たした容器内にＧａＡｓ融液と
そのＧａＡｓ融液の液面を覆う液体封止剤を収容したル
ツボを設置し、GaAs単結晶の種結晶をＧａＡｓ融液の液
面に接触させた後、徐々に引上げて種結晶につづくＧａ
Ａｓ単結晶を成長させる方法において、上記容器内に一
酸化炭素ガス、または容器内にて一酸化炭素を生ずるガ
スを導入して、結晶成長中の容器内の圧力を 11kg/cm2
以下の範囲に保ちながらＧａＡｓ単結晶を成長させるよ
うにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】容器内で単位時間あたりに発生す
る一酸化炭素の発生速度Ｘ［ppm/min ］は、結晶成長中
に容器内のガスを置換していない場合、一定時間をおい
て測定した容器内一酸化炭素濃度の差から容易に求める
ことができる。そして、容器内の一酸化炭素濃度を制御
する際の最適な容器内ガス置換速度Ｙ［l/min ］は、容
器内一酸化炭素発生速度をＸ［ppm/min ］、ガス置換に
預かる容器容積をＶ［l ］、容器内圧力をＰ［atm ］と
し、容器内の初期一酸化炭素濃度Ａ［ppm ］を維持する
ものとしたとき、以下の式で近似的に表すことができ
る。
る一酸化炭素の発生速度Ｘ［ppm/min ］は、結晶成長中
に容器内のガスを置換していない場合、一定時間をおい
て測定した容器内一酸化炭素濃度の差から容易に求める
ことができる。そして、容器内の一酸化炭素濃度を制御
する際の最適な容器内ガス置換速度Ｙ［l/min ］は、容
器内一酸化炭素発生速度をＸ［ppm/min ］、ガス置換に
預かる容器容積をＶ［l ］、容器内圧力をＰ［atm ］と
し、容器内の初期一酸化炭素濃度Ａ［ppm ］を維持する
ものとしたとき、以下の式で近似的に表すことができ
る。
【００１４】 Ｙ＝V ・P ・X/(A+X) … したがって、事前に容器内の一酸化炭素発生速度Ｘ［pp
m/min ］を求めておけば、同一条件で結晶成長を行う限
り、結晶成長開始時に容器内一酸化炭素濃度をＡ［ppm
］に合わせ、以降は式を用いて算出したガス置換速
度Ｙ［l/min ］で容器内を置換することにより、容器内
の一酸化炭素濃度を一定に保つことができる。しかし、
結晶成長条件を変えた場合には、新たに一酸化炭素速度
を求め直さなければならない。また、一酸化炭素発生速
度の安定性、再現性や、容器内圧力依存性、容器内一酸
化炭素濃度依存性を考慮すると、結晶成長中にリアルタ
イムに一酸化炭素発生速度を求め、ガス置換速度にフィ
−ドバックできる制御方式が望ましい。その場合は、以
下の式による制御を行えばよい。
m/min ］を求めておけば、同一条件で結晶成長を行う限
り、結晶成長開始時に容器内一酸化炭素濃度をＡ［ppm
］に合わせ、以降は式を用いて算出したガス置換速
度Ｙ［l/min ］で容器内を置換することにより、容器内
の一酸化炭素濃度を一定に保つことができる。しかし、
結晶成長条件を変えた場合には、新たに一酸化炭素速度
を求め直さなければならない。また、一酸化炭素発生速
度の安定性、再現性や、容器内圧力依存性、容器内一酸
化炭素濃度依存性を考慮すると、結晶成長中にリアルタ
イムに一酸化炭素発生速度を求め、ガス置換速度にフィ
−ドバックできる制御方式が望ましい。その場合は、以
下の式による制御を行えばよい。
【００１５】ガス置換に預かる容器容積をＶ［l ］、容
器内圧力をＰ［atm ］とし、ガス置換速度Ｙ［l/min ］
で容器内ガスを純粋な不活性ガスと置換しているとき、
ある時刻の容器内一酸化炭素濃度がＢ［ppm ］、ｎ［mi
n ］経過後の容器内一酸化炭素濃度がＢ´［ppm ］であ
ったとすると、その間の平均一酸化炭素発生速度Ｘ［pp
m/min ］は、次式で近似できる。
器内圧力をＰ［atm ］とし、ガス置換速度Ｙ［l/min ］
で容器内ガスを純粋な不活性ガスと置換しているとき、
ある時刻の容器内一酸化炭素濃度がＢ［ppm ］、ｎ［mi
n ］経過後の容器内一酸化炭素濃度がＢ´［ppm ］であ
ったとすると、その間の平均一酸化炭素発生速度Ｘ［pp
m/min ］は、次式で近似できる。
【００１６】 Ｘ＝{V・ P・ (B'-B)+n ・B ・Y}/{n ・(V・ P-n・ Y)} … 容器内一酸化炭素濃度の目標値をＡ［ppm ］とすると、
容器内一酸化炭素濃度をＢ´［ppm ］からＡ［ppm ］に
するために必要なガス置換速度Ｙ´［l/min ］は、式
で求めたＸを用いて、 Ｙ´＝{V P (B'-X-A)}/(B'+X) … と近似できる。式と式の計算を順次繰り返し行っ
て、その都度容器内の一酸化炭素発生濃度とその時点で
最適なガス置換速度を求め、容器内一酸化炭素濃度制御
にフィ−ドバックすれば、一酸化炭素濃度を所定の目標
値に精度良くかつ再現性良く合わせることができる。
容器内一酸化炭素濃度をＢ´［ppm ］からＡ［ppm ］に
するために必要なガス置換速度Ｙ´［l/min ］は、式
で求めたＸを用いて、 Ｙ´＝{V P (B'-X-A)}/(B'+X) … と近似できる。式と式の計算を順次繰り返し行っ
て、その都度容器内の一酸化炭素発生濃度とその時点で
最適なガス置換速度を求め、容器内一酸化炭素濃度制御
にフィ−ドバックすれば、一酸化炭素濃度を所定の目標
値に精度良くかつ再現性良く合わせることができる。
【００１７】Ａ＞Ｂ´となったときは、Ｙ＝０とすれば
自然発生により一酸化炭素濃度は回復する。また、別途
容器内に一酸化炭素、または二酸化炭素等の容器内で一
酸化炭素を生ずるガスを導入しＡ＝Ｂとなるように制御
してもよい。
自然発生により一酸化炭素濃度は回復する。また、別途
容器内に一酸化炭素、または二酸化炭素等の容器内で一
酸化炭素を生ずるガスを導入しＡ＝Ｂとなるように制御
してもよい。
【００１８】また、結晶成長を11kg/ cm2 以下の範囲内
で行うことにより、得られるＧａＡｓ単結晶の先端から
後端にかけてその結晶中に含まれる炭素濃度のばらつき
を小さくすることができる。
で行うことにより、得られるＧａＡｓ単結晶の先端から
後端にかけてその結晶中に含まれる炭素濃度のばらつき
を小さくすることができる。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
【００２０】本発明の第１のＧａＡｓ単結晶製造方法の
実施例について図１乃至図９を用いて説明する。図１は
本発明の方法でＧａＡｓ単結晶を製造する際に使用され
る結晶成長装置の概略構成図、図２は従来の方法でＧａ
Ａｓ単結晶を製造する際に使用される結晶製成長装置の
概略構成図である。図１，２において、結晶成長容器１
の内部にはＰＢＮるつぼ２が設けられ、るつぼ２の周囲
にはヒ−タ３が設けられている。るつぼ２は、容器１内
に下側から挿入された下軸４の先端に固定して設けられ
ており、その内部に結晶原料及び液体封止剤が収容され
る。るつぼ２は、下軸４に接続された図示しない回転機
構によって一定の回転速度で回転されるようになってい
る。容器１の上側からは下軸４と同軸的に上軸７が挿入
され、その下端には予め作成された種結晶２１が取付け
られる。この上軸７は、図示しない回転・昇降機構によ
ってるつぼ２とは逆向きに軸回転されると共に、昇降移
動されるようになっている。容器１の側部には、下部に
ガス導入配管８、上部にガス排出配管９、中間部にガス
採集配管１０が接続されている。ガス導入配管８は、そ
の基端側が不活性ガス導入配管１１と一酸化炭素導入配
管１２の２管に分かれており、図２の装置においては、
これら不活性ガス導入配管１１、一酸化炭素導入配管１
２及び前記ガス排出配管９に開閉バルブ１４，１５，１
６が設けられており、図１の装置においては、図２の開
閉バルブ１５，１６に替えて不活性ガス導入配管１１及
びガス排出配管９にマスフローコントローラ１７，１８
が設けられている。ガス採集配管１０には一酸化炭素濃
度検出器１９及び制御装置２０が設けられている。制御
装置２０は、容器１に導入するガス流量並びに容器１か
ら排出するガス流量を制御するためのものであり、その
制御出力は、図２においては不活性ガス導入配管１１及
びガス排出配管９の開閉バルブ１５，１６に、図１にお
いてはマスフローコントローラ１７，１８に接続されて
いる。
実施例について図１乃至図９を用いて説明する。図１は
本発明の方法でＧａＡｓ単結晶を製造する際に使用され
る結晶成長装置の概略構成図、図２は従来の方法でＧａ
Ａｓ単結晶を製造する際に使用される結晶製成長装置の
概略構成図である。図１，２において、結晶成長容器１
の内部にはＰＢＮるつぼ２が設けられ、るつぼ２の周囲
にはヒ−タ３が設けられている。るつぼ２は、容器１内
に下側から挿入された下軸４の先端に固定して設けられ
ており、その内部に結晶原料及び液体封止剤が収容され
る。るつぼ２は、下軸４に接続された図示しない回転機
構によって一定の回転速度で回転されるようになってい
る。容器１の上側からは下軸４と同軸的に上軸７が挿入
され、その下端には予め作成された種結晶２１が取付け
られる。この上軸７は、図示しない回転・昇降機構によ
ってるつぼ２とは逆向きに軸回転されると共に、昇降移
動されるようになっている。容器１の側部には、下部に
ガス導入配管８、上部にガス排出配管９、中間部にガス
採集配管１０が接続されている。ガス導入配管８は、そ
の基端側が不活性ガス導入配管１１と一酸化炭素導入配
管１２の２管に分かれており、図２の装置においては、
これら不活性ガス導入配管１１、一酸化炭素導入配管１
２及び前記ガス排出配管９に開閉バルブ１４，１５，１
６が設けられており、図１の装置においては、図２の開
閉バルブ１５，１６に替えて不活性ガス導入配管１１及
びガス排出配管９にマスフローコントローラ１７，１８
が設けられている。ガス採集配管１０には一酸化炭素濃
度検出器１９及び制御装置２０が設けられている。制御
装置２０は、容器１に導入するガス流量並びに容器１か
ら排出するガス流量を制御するためのものであり、その
制御出力は、図２においては不活性ガス導入配管１１及
びガス排出配管９の開閉バルブ１５，１６に、図１にお
いてはマスフローコントローラ１７，１８に接続されて
いる。
【００２１】［実施例１−１］図１の結晶成長装置を用
い、本発明の方法によってＧａＡｓ単結晶を作成した。
るつぼ２内に、ＧａＡｓ多結晶原料4000g と液体封止材
として含有水分量200ppmのＢ 2 Ｏ 3 を入れ、容器１内に
設置した。これをアルゴンガス20kg/cm 2 の雰囲気下で
ヒータ３を用いて加熱し、ＧａＡｓ融液５を形成した。
融液形成後、Ｂ 2 Ｏ 3 中の気泡を抜くために容器内圧力
を 3kg/cm 2 まで減圧して1 時間放置した。そして、再
び20kg/cm 2 まで加圧する際に、ガス導入配管８を通し
て容器１内に一酸化炭素を混合したアルゴンガスを導入
し、容器１内の一酸化炭素濃度が 3000ppmになるように
設定した。その後、上軸の下端に取り付けたＧａＡｓの
種結晶をＧａＡｓ融液５の表面に接触させ、種結晶２１
とるつぼ２をそれぞれ逆方向に相対角速度20rpm で回転
させながら、種結晶２１を10mm/hr の速度で引上げ、直
径３インチのＧａＡｓ単結晶２２を成長させた。
い、本発明の方法によってＧａＡｓ単結晶を作成した。
るつぼ２内に、ＧａＡｓ多結晶原料4000g と液体封止材
として含有水分量200ppmのＢ 2 Ｏ 3 を入れ、容器１内に
設置した。これをアルゴンガス20kg/cm 2 の雰囲気下で
ヒータ３を用いて加熱し、ＧａＡｓ融液５を形成した。
融液形成後、Ｂ 2 Ｏ 3 中の気泡を抜くために容器内圧力
を 3kg/cm 2 まで減圧して1 時間放置した。そして、再
び20kg/cm 2 まで加圧する際に、ガス導入配管８を通し
て容器１内に一酸化炭素を混合したアルゴンガスを導入
し、容器１内の一酸化炭素濃度が 3000ppmになるように
設定した。その後、上軸の下端に取り付けたＧａＡｓの
種結晶をＧａＡｓ融液５の表面に接触させ、種結晶２１
とるつぼ２をそれぞれ逆方向に相対角速度20rpm で回転
させながら、種結晶２１を10mm/hr の速度で引上げ、直
径３インチのＧａＡｓ単結晶２２を成長させた。
【００２２】結晶成長中の容器１内の一酸化炭素濃度
は、ガス採取配管１０を通じて採集した容器内雰囲気ガ
スを、一酸化炭素濃度検出器１９を用いて検出し、検出
した一酸化炭素濃度を５分毎に制御装置２０に取り込ん
で、単位時間当りの一酸化炭素発生速度とそれに見合っ
た容器１内のガス置換速度を計算した。計算に用いた式
は、前出の式および式である。計算で求めたガス置
換速度をもとに、ガス導入配管８の不活性ガス導入配管
１１に設置したマスフローコントローラ１７およびガス
排気配管９に配置したマスフローコントローラ１８の設
定値を変化させ、最適なガス置換速度で容器１内のガス
を純粋なガスと置換して3000ppm に保持するようにし
た。
は、ガス採取配管１０を通じて採集した容器内雰囲気ガ
スを、一酸化炭素濃度検出器１９を用いて検出し、検出
した一酸化炭素濃度を５分毎に制御装置２０に取り込ん
で、単位時間当りの一酸化炭素発生速度とそれに見合っ
た容器１内のガス置換速度を計算した。計算に用いた式
は、前出の式および式である。計算で求めたガス置
換速度をもとに、ガス導入配管８の不活性ガス導入配管
１１に設置したマスフローコントローラ１７およびガス
排気配管９に配置したマスフローコントローラ１８の設
定値を変化させ、最適なガス置換速度で容器１内のガス
を純粋なガスと置換して3000ppm に保持するようにし
た。
【００２３】図３に、結晶成長中の容器１の内一酸化炭
素濃度の推移を、図４に、引上げられた単結晶２２中の
炭素濃度の分布を示す。容器１内の一酸化炭素濃度は、
結晶成長中を通じて3000±100ppmと非常に安定に制御す
ることができた。また、結晶中の炭素濃度の分布も、結
晶のシードからテールまで6.0 ±0.2 ×1015cm-3と均一
に分布していることを確認した。
素濃度の推移を、図４に、引上げられた単結晶２２中の
炭素濃度の分布を示す。容器１内の一酸化炭素濃度は、
結晶成長中を通じて3000±100ppmと非常に安定に制御す
ることができた。また、結晶中の炭素濃度の分布も、結
晶のシードからテールまで6.0 ±0.2 ×1015cm-3と均一
に分布していることを確認した。
【００２４】［実施例１−２］実施例１−１と同じ容器
内一酸化炭素濃度制御方式を、他の結晶成長容器を用い
たＧａＡｓ結晶成長に適用した。結晶成長は窒素ガス雰
囲気 9kg/cm 2 で行い、原料多結晶のチャージ量は7500
g 、液体封止材は含有水分量200ppmのＢ 2 Ｏ 3 を1000g
使用した。成長させる結晶の直径は４インチである。そ
れ以外の結晶成長条件は実施例１と同様である。容器内
一酸化炭素濃度の制御は、導入するガスを純アルゴンガ
スから純窒素ガスに代え、制御目標濃度を1500ppm にし
た以外は実施例１−１と同じ方法で行った。
内一酸化炭素濃度制御方式を、他の結晶成長容器を用い
たＧａＡｓ結晶成長に適用した。結晶成長は窒素ガス雰
囲気 9kg/cm 2 で行い、原料多結晶のチャージ量は7500
g 、液体封止材は含有水分量200ppmのＢ 2 Ｏ 3 を1000g
使用した。成長させる結晶の直径は４インチである。そ
れ以外の結晶成長条件は実施例１と同様である。容器内
一酸化炭素濃度の制御は、導入するガスを純アルゴンガ
スから純窒素ガスに代え、制御目標濃度を1500ppm にし
た以外は実施例１−１と同じ方法で行った。
【００２５】図５に、結晶成長中の容器内一酸化炭素濃
度の推移を、図６に結晶中の炭素濃度の分布を示す。容
器内の一酸化炭素濃度は、結晶成長中を通じて1500±10
0ppmと非常に安定に制御することができた。結晶中の炭
素濃度の分布も、結晶のシードからテールまで4.0 ±0.
2 ×1015cm-3と均一に分布していることを確認した。
度の推移を、図６に結晶中の炭素濃度の分布を示す。容
器内の一酸化炭素濃度は、結晶成長中を通じて1500±10
0ppmと非常に安定に制御することができた。結晶中の炭
素濃度の分布も、結晶のシードからテールまで4.0 ±0.
2 ×1015cm-3と均一に分布していることを確認した。
【００２６】一般に、結晶成長容器内の一酸化炭素濃度
と結晶に取り込まれる炭素濃度との相関は、結晶成長条
件毎に変わるため、結晶成長条件を変える毎に容器内一
酸化炭素濃度の制御目標値を設定しなければならない。
しかし、本発明の制御方法を使用すれば、結晶成長容器
内の一酸化炭素濃度は、結晶成長容器、雰囲気ガスの種
類、雰囲気ガスの圧力、成長する結晶径、一酸化炭素濃
度の制御目標値等の結晶成長条件によらず、制御目標値
に対して安定に制御が可能である。
と結晶に取り込まれる炭素濃度との相関は、結晶成長条
件毎に変わるため、結晶成長条件を変える毎に容器内一
酸化炭素濃度の制御目標値を設定しなければならない。
しかし、本発明の制御方法を使用すれば、結晶成長容器
内の一酸化炭素濃度は、結晶成長容器、雰囲気ガスの種
類、雰囲気ガスの圧力、成長する結晶径、一酸化炭素濃
度の制御目標値等の結晶成長条件によらず、制御目標値
に対して安定に制御が可能である。
【００２７】制御したい容器内の一酸化炭素濃度の目標
値が、時間に対して順次変化して行くような場合には、
各時刻における目標一酸化炭素濃度をあらかじめ上記制
御装置２０内の演算回路に入力しておくことにより、本
発明の方法によって容易に容器内一酸化炭素濃度の制御
を行うことができる。
値が、時間に対して順次変化して行くような場合には、
各時刻における目標一酸化炭素濃度をあらかじめ上記制
御装置２０内の演算回路に入力しておくことにより、本
発明の方法によって容易に容器内一酸化炭素濃度の制御
を行うことができる。
【００２８】容器内の一酸化炭素濃度が自然減少するよ
うな場合には、容器内に導入するガスを一酸化炭素、ま
たは容器に導入したのちに一酸化炭素を生ずるガス（二
酸化炭素など）またはこれらと不活性ガスの混合ガスと
することにより、本発明の技術思想を容易に適用するこ
とが可能である。結晶成長中のガス置換速度の急激な変
化を避けたい場合には、計算により求めたガス置換速度
に対して、実際のガス置換速度を漸近的に近付けて行く
制御を行えばよい。
うな場合には、容器内に導入するガスを一酸化炭素、ま
たは容器に導入したのちに一酸化炭素を生ずるガス（二
酸化炭素など）またはこれらと不活性ガスの混合ガスと
することにより、本発明の技術思想を容易に適用するこ
とが可能である。結晶成長中のガス置換速度の急激な変
化を避けたい場合には、計算により求めたガス置換速度
に対して、実際のガス置換速度を漸近的に近付けて行く
制御を行えばよい。
【００２９】本発明の方法で単結晶を作成する際に必要
な設備は、従来技術で使用していた設備以外に、一般の
制御系で使用されているようなパソコンまたはマイコン
と、マスフローコントローラ程度が必要となるだけで、
非常に簡便かつ安価に実現することが可能である。本発
明に係る容器内一酸化炭素発生速度および容器内ガス置
換速度の計算方法は非常に簡単なものであり、容器内容
積や一酸化炭素濃度の制御目標値等の条件を容易に設定
変更が可能である点、各種の容器で行われる様々な条件
下での結晶成長に普遍的に適用が可能である。
な設備は、従来技術で使用していた設備以外に、一般の
制御系で使用されているようなパソコンまたはマイコン
と、マスフローコントローラ程度が必要となるだけで、
非常に簡便かつ安価に実現することが可能である。本発
明に係る容器内一酸化炭素発生速度および容器内ガス置
換速度の計算方法は非常に簡単なものであり、容器内容
積や一酸化炭素濃度の制御目標値等の条件を容易に設定
変更が可能である点、各種の容器で行われる様々な条件
下での結晶成長に普遍的に適用が可能である。
【００３０】［比較例１−１］図２の結晶成長装置を用
い、従来の容器内一酸化炭素濃度制御方法でＧａＡｓ単
結晶を作成した。この場合、使用する結晶原料並びに液
体封止材、引上げ開始前の容器内雰囲気、結晶成長中の
引上げ速度、回転速度、結晶サイズ等の条件は、上記実
施例１−１と同じにした。
い、従来の容器内一酸化炭素濃度制御方法でＧａＡｓ単
結晶を作成した。この場合、使用する結晶原料並びに液
体封止材、引上げ開始前の容器内雰囲気、結晶成長中の
引上げ速度、回転速度、結晶サイズ等の条件は、上記実
施例１−１と同じにした。
【００３１】結晶成長中の容器内一酸化炭素濃度は、ガ
ス採集配管１０を通じて採集した容器内雰囲気ガスを一
酸化炭素濃度検出器１９を用いて検出し、検出した一酸
化炭素濃度が3000ppm を越えた場合に、ガス導入配管８
の純アルゴンガスの導入配管１１のバルブ１５およびガ
ス排気配管９のバルブ１６を開けて容器１内のガスを純
粋なガスと置換して3000ppm 以下まで希釈するようにし
た。
ス採集配管１０を通じて採集した容器内雰囲気ガスを一
酸化炭素濃度検出器１９を用いて検出し、検出した一酸
化炭素濃度が3000ppm を越えた場合に、ガス導入配管８
の純アルゴンガスの導入配管１１のバルブ１５およびガ
ス排気配管９のバルブ１６を開けて容器１内のガスを純
粋なガスと置換して3000ppm 以下まで希釈するようにし
た。
【００３２】図７に、結晶成長中の容器１内の一酸化炭
素濃度の推移を、図８に、結晶中の炭素濃度の分布を示
す。容器１内の一酸化炭素濃度は、結晶成長開始後暫く
は容器１内のガス置換を行っているにもかかわらず増加
し続け、その後減少に転ずるという振幅を見せた。結晶
中の炭素濃度も容器１内の一酸化炭素濃度の変動を反映
して大きくばらついている。
素濃度の推移を、図８に、結晶中の炭素濃度の分布を示
す。容器１内の一酸化炭素濃度は、結晶成長開始後暫く
は容器１内のガス置換を行っているにもかかわらず増加
し続け、その後減少に転ずるという振幅を見せた。結晶
中の炭素濃度も容器１内の一酸化炭素濃度の変動を反映
して大きくばらついている。
【００３３】結晶成長開始時にガス置換を行っているに
もかかわらず容器１内の一酸化炭素濃度が増加し続ける
のは、バルブ１５，１６のガス流量が少なすぎるためで
はないかと考えて、口径の大きなバルブに替えて同様の
制御を行ったところ、今度はオーバーシュートが出てき
て容器１内の一酸化炭素濃度の推移は図９のようにやは
り大きくばらついてしまった。成長した結晶中の炭素濃
度も容器内の一酸化炭素濃度の変動を反映して大きくば
らついていた。
もかかわらず容器１内の一酸化炭素濃度が増加し続ける
のは、バルブ１５，１６のガス流量が少なすぎるためで
はないかと考えて、口径の大きなバルブに替えて同様の
制御を行ったところ、今度はオーバーシュートが出てき
て容器１内の一酸化炭素濃度の推移は図９のようにやは
り大きくばらついてしまった。成長した結晶中の炭素濃
度も容器内の一酸化炭素濃度の変動を反映して大きくば
らついていた。
【００３４】次に、本発明の第２のＧａＡｓ単結晶製造
方法の実施例について図１０乃至図１２を用いて説明す
る。
方法の実施例について図１０乃至図１２を用いて説明す
る。
【００３５】第２のＧａＡｓ単結晶製造方法は、結晶成
長容器内の圧力を11kg/ cm2 以下の範囲内に保って結晶
成長を行うようにしたことを特徴としており、結晶の引
上げに使用する装置は上記図１、図２のいずれでもよ
い。ここでは、図２の装置を用いて第２のＧａＡｓ単結
晶製造方法により得られた単結晶の炭素濃度分布の測定
例（実施例）と、従来方法すなわち結晶成長容器内の圧
力を11kg/ cm2 以下としないで得られた単結晶の炭素濃
度分布の測定例（比較例）を数例づつ挙げ、本発明の有
効性を実証する。
長容器内の圧力を11kg/ cm2 以下の範囲内に保って結晶
成長を行うようにしたことを特徴としており、結晶の引
上げに使用する装置は上記図１、図２のいずれでもよ
い。ここでは、図２の装置を用いて第２のＧａＡｓ単結
晶製造方法により得られた単結晶の炭素濃度分布の測定
例（実施例）と、従来方法すなわち結晶成長容器内の圧
力を11kg/ cm2 以下としないで得られた単結晶の炭素濃
度分布の測定例（比較例）を数例づつ挙げ、本発明の有
効性を実証する。
【００３６】［実施例２−１］ＰＢＮるつぼ２に砒素が
過剰組成となるようなＧａＡｓ融液20kgを作成した後、
容器内の圧力を5 kg/ cm2 に設定して、バルブ１４，１
５，１６の開閉により、単体の不活性ガスまたは一酸化
炭素ガスを含んだ不活性ガスを容器１内に導入して、容
器１内のCO濃度が1000ppm になるようにした。この後、
容器１内の圧力を5 kg/ cm2 、一酸化炭素濃度を1000pp
m に保持して、結晶中の炭素濃度を2.0×1015/ cm2 に
することを狙い、種結晶２１を融液５に接触させて、直
径110 mm、長さ310 mmの単結晶２２を引き上げた。
過剰組成となるようなＧａＡｓ融液20kgを作成した後、
容器内の圧力を5 kg/ cm2 に設定して、バルブ１４，１
５，１６の開閉により、単体の不活性ガスまたは一酸化
炭素ガスを含んだ不活性ガスを容器１内に導入して、容
器１内のCO濃度が1000ppm になるようにした。この後、
容器１内の圧力を5 kg/ cm2 、一酸化炭素濃度を1000pp
m に保持して、結晶中の炭素濃度を2.0×1015/ cm2 に
することを狙い、種結晶２１を融液５に接触させて、直
径110 mm、長さ310 mmの単結晶２２を引き上げた。
【００３７】［実施例２−２］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を5 kg/
cm2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を4.5 ×1015/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を5 kg/
cm2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を4.5 ×1015/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００３８】［実施例２−３］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作った後、容器１内の圧力を8kg/c
m2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作った後、容器１内の圧力を8kg/c
m2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００３９】［実施例２−４］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を8kg/cm
2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保持して、結晶中の炭
素濃度を 4.5×1015/cm2 にすることを狙い、実施例２
−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を8kg/cm
2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保持して、結晶中の炭
素濃度を 4.5×1015/cm2 にすることを狙い、実施例２
−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４０】［実施例２−５］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を10kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を10kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４１】［実施例２−６］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を10kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を 4.0×10 15/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を10kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保持して、結晶中の
炭素濃度を 4.0×10 15/ cm2 にすることを狙い、実施例
２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４２】［比較例２−１］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を12kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を12kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４３】［比較例２−２］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を12kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 4.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を12kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 4.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４４】［比較例２−３］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を20kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を20kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４５】［比較例２−４］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を20kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 4.5×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を20kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 4.5×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４６】［比較例２−５］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を30kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を30kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を1000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 2.0×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４７】［比較例２−６］実施例２−１と同じ手法
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を30kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 4.5×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
でＧａＡｓ融液を作成した後、容器１内の圧力を30kg/c
m 2 、一酸化炭素濃度を3000ppm に保ちながら、結晶中
の炭素濃度を 4.5×1015/ cm2 にすることを狙い、実施
例２−１と同じ形状の単結晶を引き上げた。
【００４８】以上の実施例２−１〜２−６，比較例２−
１〜２−６により引き上げた計１２本の結晶を、結晶の
長手方向に結晶先端から20mmおきに切断して5mm の厚さ
の試料を採取し、それぞれの両面を研磨して鏡面にし
た。この後赤外線吸収法により、それぞれの結晶の軸方
向の炭素濃度の分布を調べた。
１〜２−６により引き上げた計１２本の結晶を、結晶の
長手方向に結晶先端から20mmおきに切断して5mm の厚さ
の試料を採取し、それぞれの両面を研磨して鏡面にし
た。この後赤外線吸収法により、それぞれの結晶の軸方
向の炭素濃度の分布を調べた。
【００４９】結果を図１０、乃至図１３に示す。これら
の図において実線は引上げによって得られた結晶中の炭
素濃度の測定値を、破線は希望する炭素濃度を示してい
る。図１０には実施例２−１、２−３、２−５の結果
を、図１１には比較例２−１、２−３、２−５の結果を
示す。また、図１２には実施例２−２、２−４、２−６
の結果を、図１４には比較例２−２、２−４、２−６の
結果を示す。
の図において実線は引上げによって得られた結晶中の炭
素濃度の測定値を、破線は希望する炭素濃度を示してい
る。図１０には実施例２−１、２−３、２−５の結果
を、図１１には比較例２−１、２−３、２−５の結果を
示す。また、図１２には実施例２−２、２−４、２−６
の結果を、図１４には比較例２−２、２−４、２−６の
結果を示す。
【００５０】また、図１２に、炭素濃度の目標値に対す
る差の平均と結晶成長時の圧力容器内の圧力との関係を
示す。
る差の平均と結晶成長時の圧力容器内の圧力との関係を
示す。
【００５１】図１０乃至図１２の結果から、実施例２−
１〜２−６の方法で引上げた結晶は、いずれも希望する
濃度に対して結晶中の炭素濃度のばらつきが比較例２−
１〜２−６に比べてかなり小さいことがわかる。
１〜２−６の方法で引上げた結晶は、いずれも希望する
濃度に対して結晶中の炭素濃度のばらつきが比較例２−
１〜２−６に比べてかなり小さいことがわかる。
【００５２】なお、本実施例では、 LEC法を例として示
したが、単結晶を製造する際にグラファイト製の治具を
使う他の結晶の成長方法、例えばCZ(Czochralski) 法、
VGF(Vertical gradient freeze) 法、VB(Vertical Brid
emann)法、VZM (Vertical Zone Melt)法等にも有効であ
る。
したが、単結晶を製造する際にグラファイト製の治具を
使う他の結晶の成長方法、例えばCZ(Czochralski) 法、
VGF(Vertical gradient freeze) 法、VB(Vertical Brid
emann)法、VZM (Vertical Zone Melt)法等にも有効であ
る。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、以下のような優れた効果が得られる。
ば、以下のような優れた効果が得られる。
【００５４】１）請求項１記載のＧａＡｓ単結晶成長方
法によれば、結晶成長中に容器内で発生する一酸化炭素
の発生速度を求め、その発生速度に基いて容器へ導入す
るガス流量並びに容器から排出するガス流量を制御する
ようにしたので、結晶成長中の容器内一酸化炭素を所望
の値に精度良く、また再現性良く制御できる。その結
果、結晶中に取り込まれる炭素濃度を結晶の固化率によ
らず、引上げられる結晶のシードからテールにかけて所
望の値に精度良く、また再現性良く制御できるようにな
り、結晶の電気特性やイオン注入時の活性化特性等を均
一化することができるようになる。
法によれば、結晶成長中に容器内で発生する一酸化炭素
の発生速度を求め、その発生速度に基いて容器へ導入す
るガス流量並びに容器から排出するガス流量を制御する
ようにしたので、結晶成長中の容器内一酸化炭素を所望
の値に精度良く、また再現性良く制御できる。その結
果、結晶中に取り込まれる炭素濃度を結晶の固化率によ
らず、引上げられる結晶のシードからテールにかけて所
望の値に精度良く、また再現性良く制御できるようにな
り、結晶の電気特性やイオン注入時の活性化特性等を均
一化することができるようになる。
【００５５】２）請求項２記載のＧａＡｓ単結晶成長方
法によれば、結晶成長中の容器内の圧力を11kg/ cm2 以
下の範囲内に保って結晶成長を行うようにしたことによ
り、引上げられる結晶のシードからテールにかけて炭素
濃度のばらつきの小さいＧａＡｓ単結晶を再現性良く成
長させることができる。
法によれば、結晶成長中の容器内の圧力を11kg/ cm2 以
下の範囲内に保って結晶成長を行うようにしたことによ
り、引上げられる結晶のシードからテールにかけて炭素
濃度のばらつきの小さいＧａＡｓ単結晶を再現性良く成
長させることができる。
【００５６】３）上記１），２）の結果、１本のＧａＡ
ｓ単結晶ロッドから電気特性の均一なＧａＡｓ単結晶基
板を従来よりも多数取得できるようになるので、これら
を基板として使用する各種素子の製造コストの大幅な引
き下げが可能となり、産業の発達に大きく寄与する。
ｓ単結晶ロッドから電気特性の均一なＧａＡｓ単結晶基
板を従来よりも多数取得できるようになるので、これら
を基板として使用する各種素子の製造コストの大幅な引
き下げが可能となり、産業の発達に大きく寄与する。
【図１】本発明の方法でＧａＡｓ単結晶を製造する際に
使用される結晶成長装置の概略構成図である。
使用される結晶成長装置の概略構成図である。
【図２】従来の方法でＧａＡｓ単結晶を製造する際に使
用される結晶製成長装置の概略構成図である。
用される結晶製成長装置の概略構成図である。
【図３】図１の装置を使用して本発明の方法でＧａＡｓ
単結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭
素濃度の推移をグラフにした図である。
単結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭
素濃度の推移をグラフにした図である。
【図４】図１の装置を使用して本発明の方法で成長させ
たＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布をグラフにした図で
ある。
たＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布をグラフにした図で
ある。
【図５】図１の装置を使用して本発明の方法でＧａＡｓ
単結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭
素濃度の推移をグラフにした図である。
単結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭
素濃度の推移をグラフにした図である。
【図６】図１の装置を使用して本発明の方法で成長させ
たＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布をグラフにした図で
ある。
たＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布をグラフにした図で
ある。
【図７】図２の装置を使用して従来の方法でＧａＡｓ単
結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭素
濃度の推移をグラフにした図である。
結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭素
濃度の推移をグラフにした図である。
【図８】図１の装置を使用して本発明の方法で成長させ
たＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布をグラフにした図で
ある。
たＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布をグラフにした図で
ある。
【図９】図２の装置を使用して従来の方法でＧａＡｓ単
結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭素
濃度の推移をグラフにした図である。
結晶を成長させたときの結晶成長中の容器内一酸化炭素
濃度の推移をグラフにした図である。
【図１０】炭素濃度2.0x1015/ cm2 の結晶を得るべく本
発明の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分
布をグラフにした図である。
発明の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分
布をグラフにした図である。
【図１１】炭素濃度2.0x1015/ cm2 の結晶を得るべく従
来の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布
をグラフにした図である。
来の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布
をグラフにした図である。
【図１２】炭素濃度4.5x1015/ cm2 の結晶を得るべく本
発明の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分
布をグラフにした図である。
発明の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分
布をグラフにした図である。
【図１３】炭素濃度4.5x1015/ cm2 の結晶を得るべく従
来の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布
をグラフにした図である。
来の方法で成長させたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度分布
をグラフにした図である。
【図１４】炭素濃度の目標値に対する差の平均と結晶成
長時の圧力容器内の圧力との関係を示す図である。
長時の圧力容器内の圧力との関係を示す図である。
１ 結晶成長容器 ２ るつぼ ３ ヒータ ５ ＧａＡｓ融液 ６ 液体封止剤 ８ ガス導入配管 ９ ガス排出配管 １０ ガス採集配管 １４ バルブ １５ バルブ １６ バルブ １７ マスフローコントローラ １８ マスフローコントローラ １９ 一酸化炭素濃度検出器 ２０ 制御装置 ２１ 種結晶 ２２ ＧａＡｓ単結晶
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−239089（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−192793（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−172098（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (1)
- 【請求項１】 不活性ガスで満たした容器内にＧａＡｓ
融液とそのＧａＡｓ融液の液面を覆う液体封止剤を収容
したルツボを設置し、ＧａＡｓ単結晶の種結晶をＧａＡ
ｓ融液に接触させつつ引上げてＧａＡｓ単結晶を成長さ
せる方法において、上記容器内に一酸化炭素ガス、また
は一酸化炭素を生ずるガスを導入して容器内の不活性ガ
ス中の一酸化炭素濃度を所定の値に設定したのち結晶成
長を開始し、結晶成長中は、不活性ガス中の一酸化炭素
濃度を検出して容器内で単位時間あたりに発生する一酸
化炭素の発生速度を求め、その発生速度と容器の容積か
ら容器内の一酸化炭素濃度を所望の値に制御するために
必要な、容器内のガスを置換するためのガス置換速度を
求め、結晶成長中に容器に導入するガスのガス流量と容
器から排出するガス流量とを上記ガス置換速度を基に制
御するようにしたことを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30298095A JP3198897B2 (ja) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30298095A JP3198897B2 (ja) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09142997A JPH09142997A (ja) | 1997-06-03 |
| JP3198897B2 true JP3198897B2 (ja) | 2001-08-13 |
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ID=17915490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30298095A Expired - Fee Related JP3198897B2 (ja) | 1995-11-21 | 1995-11-21 | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198897B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108330538A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-07-27 | 内蒙古中环光伏材料有限公司 | 一种用于单晶硅拉制过程的氮气控制配盘及方法 |
| CN114637954B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-02-07 | 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 | 晶棒碳含量轴向分布计算方法 |
-
1995
- 1995-11-21 JP JP30298095A patent/JP3198897B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH09142997A (ja) | 1997-06-03 |
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