JPH01133993A - 単結晶作製用容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は単結晶作製用容器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ブリッジマン法等の単結晶作製法において使用さ
れるこの種の単結晶作製用容器としては第８図（ａ）　
、　（ｂ）に示す如き形状のものが知られている。すな
わち、同図（ａ）の容器１は円筒状に形成され内底面を
円錐状凹部２としたもの、同図（ｂ）の容器１は円筒状
に形成され内底面近傍部の内周面にくびれ部３を設けた
もので、このような形状とすることによシ内底部で１つ
の結晶核のみが生成されるようＫしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の単結晶作製用容器１で
は、いずれも内底部で単結晶が形成されても、結晶成長
が進むＫつれて多結晶化するという欠点があった。すな
わち、第８図（ａ）の形状からなる容器１においては第
９図（ａ）に示すように結晶４の円錐部４ａから円柱部
４ｂに移る部分、すなわち拡が９規制部５で、また第８
図（ｂ）の形状属よる容器１では結晶４の拡がシ規制部
５ａ、５ｂやくびれ部６で結晶は容器壁からの機械的応
力や熱流の変化に伴う熱応力のため多結晶化してしまう
ものであシ、そのため単結晶を高い再現性をもって製作
することができなかった。

したがって、本発明では上述したような問題点を解決し
、簡単な構造にも拘わらず結晶が成長途中で機械的応力
や熱応力を受けず多結晶化を防止し、再現性の良いしか
覗良質の単結晶を作製することができる単結晶作製用容
器を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は上記目的を達成するために、単結晶作製用容器
を円筒形状に形成してその内底面中央部に微小な単結晶
核形成部を凹設したものである０〔作用〕 本発明において結晶は単結晶核形成部で形成された後は
一定の外径で成長し続けるため、単結晶化の原因となる
機械的応力や熱応力を受けることが少ない。

〔実施例〕 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る単結晶作製用容器の第１実施例を
示す断面図である。同図において単結晶作製用容器（以
下単に容器と称す）１０は石英製で有底円筒状に形成さ
れることによシその内、外径がそれぞれ全長に亘って一
定で、内底面１１の中央には微小な円筒状凹部からなる
単結晶核形成部１２が凹設されている。

したがって、本発明の容器１０は第８図に示した従来の
容器１と異なシ、成長結晶の外形波がり規制部やくびれ
部を有していない。容器１ａの上端は開放しており、結
晶原料融液１３が収容されると、容器１０内を真空排気
し、しかる後溶着密閉される。

第２図は前記容器１を用いての単結晶作製例を示すもの
で、（ａ）は縦型ブリッジマン炉内の温度分布を示す図
、（ｂ）は電気炉の断面図で、結晶成長の途中を示した
ものである。

１５は単結品積、１６は成長結晶、１７は真空封入端子
、１８は７ツク、１９はワイヤ、２０は炉心管、２１お
よび２２はヒータセグメント、２３は容器１０の移動方
向を示す矢印、　　Ｔｓは結晶原料融液１３の凝固温度
である。第２図をもとに、Ｐｂｏ、５ｓｙｌｏ、２　Ｔ
ｏ単結晶作製を例にとって単結晶作製手順を説明すると
以下の通シである。

予め合成した多結晶原料Ｐｂｏ、ｓ　ＳＨｏ、２　Ｔｏ
　１３を容器１０内に挿入し、開放端から真空引きしな
がらフック１８の付いた真空封入端子１１を溶着し、５
　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒの真空度で真空封止する。次に
、この容器１０をワイヤ１９を用いて炉心管２０内に吊
り下げ、電気炉１４全体をヒータセグメント２１．２２
によシ加熱し、第２図（ａ）のような温度分布となるよ
うヒータセグメント２１．２２の通電量を調節する。

結晶成長の開始時においては結晶原料１３全体が融液と
なるよう容器１０の位置を調節しておく。

すなわち、単結晶核形成部１２の温度が結晶原料融液１
３の凝固温度Ｔｓよシ高温となるよう容器１０を電気炉
１４の上方に位置させる。この状態では、単結晶核形成
部１２も結晶原料融液１３で満たされることになる。次
に１容器１０を矢印１４で示すように徐々に降下させて
いくと、容器下端から徐冷され、単結晶核形成部１２内
の原料融液が凝固温度以下に冷やされて単結品積１５を
生成する。さらに１容器１０を降下させていくと、本発
明の容器１０では結晶の拡がシ規制部やくびれ部が存在
せず、したがってこれらによシ熱流の不均一性が避けら
れ、容器底面は径方向に−様な温度分布をもってその先
端の単結晶核形成部１２から冷やされることとなる。そ
のため、容器壁からの機械的応力や熱流の変化に伴う熱
応力の発生が少なくなり、単結品積１５を種子として単
結晶が容゛器底面１１上に同心円状に拡がって成長し、
ついには容器壁−杯に詰った大きな単結晶１６となる０
さらに容器１０を降下させていくと、単結晶１６は長手
軸方向に成長していく。このようにして結晶原料融液１
３全部が下部から順に一方向凝固されて単結晶化される
ことによって結晶成長が完了する。

本発明の容器１０を用いてＰｂｏ、８　ＳＨｏ、２Ｔｅ
単結晶を作製した場合、はぼ１００チの確率で単結晶が
作製でき、従来容器での作製の場合の単結晶化率約２０
％に比べ、格段に再現性良く単結晶の作製が行えること
が判明した。

なお、単結晶核形成部１２の形状は結晶原料融液１３が
流れ込む大きさで、かつ上述したように円筒形の容器１
０の内底面隅角部に別な方位の単結品積が形成されたと
しても、その単結品積の成長に打ち勝って優先的に成長
し続ける単結品積１５を生成するに足る大きさを有して
いることが要求される。一方、単結晶核形成部１２の形
状が大きすぎる場合は単結品積１５とならずに多結晶化
してしまうので、多結晶化を防止するに足る微小さを有
していることが要求される５　ｐｂｏ、ｓ　ＳｎＯ，２
Ｔｅ　単結晶作製の場合には、その大きさは直径０゜５
ｍｍ〜２ｍｍが適切であることが実験的に確かめられた
。また、その長さは０．５　ｒｒｘｎ以上あれば十分で
、１０ｍｍ以上あっても融液１３が流れ込み難く、０゜
５ｍ〜１０ｍｍが適切であると判明した０本実施例では
、結晶原料を容器１０内に真空封入するために該容器１
の材質として石英を用いたが、ＴｅＯ２のような酸化物
の結晶を空気中で育成するような場合や、Ｃｕのような
金属を不活性ガス中で育成するような場合においては容
器１０の材質として白金やアルミナ、窒化ホウ素、窒化
アルミニウム、グラファイト（カーボン）等が適用でき
、単結晶原料と反応しない材質であれば何でも用いるこ
とができるのは言うまでもない。

第３図は本発明の第２実施例を示す容器の断面図である
。この実施例は単結晶核形成部１２の形状を円錐形の凹
部としたものである。この場合、単結晶核形成部１２の
底面の直径が０．５ｍｍ〜３匝。

頂角１５０　以下の時に単結品積が再現性良く生成でき
ることが実験的に確かめられた。

第４図は本発明の第３実施例を示す容器の断面図である
。本実施例において容器１０は良熱伝導体の内容器３０
と、この内容器３０を真空封入するための石英製の外容
器３１とによって２重管構造とされている。

また、内容器３０の円筒状単結晶核形成部１２が形成さ
れている底面部は厚肉形成されることによシヒートシン
ク３２を構成している。

このような二重管構造からなる容器１０においては結晶
は良熱伝導性の内容器３０に囲まれて成長するので、結
晶内の温度分布の均一性が一層向上し、直径を一定に制
御したことによる容器壁からの機械的応力の減少ととも
に、温度分布の不均一性に伴なう熱応力の発生がさらに
小さく抑えられる効果がある。

第５図は本発明の第４実施例を示す容器の断面図である
。この実施例は単結晶核形成部１２を円錐形の凹部とし
た点で第４図に示した第３実施例と異なっている。

第６図は本発明の第５実施例を示すもので、内容器３０
の底面中央に微小な丸穴からなる単結晶核形成部３５を
貫通形成したものである０また内容器３０の底３６は上
底形成されることによシ該底３６の下に下部空胴３７が
設けられ、との空胴３Ｔには前記単結晶核形成部３５よ
シ結晶原料融液が流入し、この流入した結晶原料融液が
実効上のヒートシンクとなるように工夫されている。ま
たこの場合、下部空胴３Ｔに種子結晶を挿入することに
より、予め決められた方位の単結晶を作製することも可
能である。

内容器３０の材質として、ｐｂｏ、ｓ　５ｆｉ０，２　
Ｔｅ結晶原料に対しては窒化ホウ素、グラファイト、ア
ルミナが適していることが実験的に確かめられたが内容
器３０の材質としては上記３種に限定されるものではな
く、結晶原料の種類によっては白金やイリジウムのよう
な金属、さらに炭化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケ
イ素、ホウ化ジルコニウムのような材質も適用できるこ
とは言うまでもない０ 第７図（ａ）　、　（ｂ）はＰｂ０，１１８１０．２Ｔ
ｏ単結晶作製を例にとって従来の容器を用いた場合（、
）と、本発明の容器を用いた場合（ｂ）の転位分布の比
較を示す模式図である。どちらの結晶も凝固点近傍での
成長軸方向温度勾配４０℃／信、容器の降下速度を０．
５ｍｍ／ｈで成長させたものである。なお、黒い斑点が
転位である。

同図から明らかなように従来の容器を用いて成長させた
場合は転位が列状に連なった結晶亜粒界と高密度であっ
た。また、第７図には図示していないが、第９図に示し
たように多結晶化していた。

一方、本発明の容器を用いて成長させた場合は転位が列
状に連なった結晶亜粒界は全く存在せず転位密度も１０
〜１ｏｔｓ　　と低く、高品質な単結晶が得られていた
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る単結晶作製用容器によ
れば、成長結晶の外形波がシ規制部やくびれ部を有さす
、内底面中央部に設けた小さな単結菌核形成部以外は等
径の単結晶が成長してくるので、結晶は容器径の変化に
伴う容器壁からの機械的応力を受けることなく、また容
器径の変化に伴う熱流の変化も生じず熱応力も小さく抑
えられるので、結晶亜粒界を含まない低転位密度の単結
晶を再現性良く作製することができる。

したがって本発明の単結晶作製用容器は、軟かく機械的
、熱的応力の影響を受は易いＧａＡｓ　、　Ｐｂ１−ｘ
５ｎｘＴ＊、　Ｃｕ　Ｉｎ　Ｓｅ２などのような二元以
上の元素から成る化合物半導体結晶の作製に応用すれば
、きわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る単結晶作製用容器の第１実施例を
示す断面図、第２図は本発明に係る単結晶作製用容器を
用いての単結晶作製例を示したもので、（ａ）は縦型ブ
リッジマン炉内の温度分布図、（ｂ）は電気炉の断面図
、第３図は本発明の第２実施例を示す断面図、第４図は
本発明の第３実施例を示す断面図、第５図は本発明の第
４芙施例を示す断面図、第６図は本発明の第５笑施例を
示す断面図、第７図はＰｂｏ、５ｓＨｏ、ｚ’ｌ’・単
結晶の転位分布の比較を示す模式図で、（幻は従来の単
結晶作製用容器を用いた場合、’　（ｂ）は本発明の単
結晶作製用容器を用いた場合、第８図（ａ）　ｔ　（ｂ
）はそれぞれ従来の単結晶作製用容器の断面図、第９図
（ａ）　ｌ　（ｂ）はそれぞれ従来の単結晶作製用容器
を用いて作製した結晶における多結晶化の例を示す結晶
断面図である。 １．１０・・・・単結晶作製用容器、１１＠・。 ・−内底面、１２・・・・単結晶核形成部、１３・・・
−結晶原料融液、１４・・・・電気炉、１５・＋１φ・
単結結核、２０・・Φ・炉心管、３０・・・◆内容器、
３１・・−Φ外容器、３２・・・−ヒートシンク、３Ｔ
１１ｅ・・下部空胴。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代理人　山川数便（ｔυ為１名） 第１図　　第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒形状に形成されて内底面中央部に微小な単結
   晶核形成部が凹設されていることを特徴とする単結晶作
   製用容器。
2. （２）単結晶核形成部が直径０．５ｍｍ〜２ｍｍ、深さ
   ０．５ｍｍ〜１０ｍｍの円筒形状であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の単結晶作製用容器。
3. （３）単結晶核形成部が底面の径０．５〜３ｍｍで、頂
   角１５０゜以下の円錐形凹部であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の単結晶作製用容器。
4. （４）容器自体が内容器と外容器からなる２重管構造で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の単結
   晶作製用容器。