JPH01320287A - 結晶成長装置 - 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】 し産業上の利用分野］ 本発明は結晶成長装置に関し、特に蒸気圧を制御した環
境下で結晶を成長させるための結晶成長装置に関する。

［従来の技術］ 従来の結晶成長装置として第４図を参照して■−■族化
合物であるＺｎ５ｅの結晶を成長させる装置を例として
説明する６石英製成長アンプル１１にルツボ１２が納め
られ、ルツボ１２の中に溶媒としての蒸気圧成分である
Ｚｎ１３とソース結晶としてのＺｎ５ｅ多結晶１４を入
れる。成長アンプル１１の下部には高蒸気圧成分である
Ｓｅ室１５を設けである０石英アンプルは真空封入する
。

成長中、ルツボ部（成長室）には、温度勾配を作る一方
、ルツボ１２下部のＳｅ室の温度を制御してＳｅ蒸気圧
を制御する。このようにしてルツボ先端部からＺｎ５ｅ
単結晶を成長させる。

第１図の結晶成長装置は、以下のような問題点を有する
。

（１）蒸気圧制御室と成長室とが同一アンプル内の上下
に近接配置されており、熱的分離が困難である。

（２）結晶成長を行う部分がアンプル中央部に位置し、
熱容量の大きなヒートシンクの形成が困難である。

（３）ルツボと石英アングル内壁間に気相反応による結
晶が形成される可能性が高い。

（４）蒸気圧制御室が成長室の温度分布の延長上にあり
、温度設定の自由度が小さい。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の結晶成長装置によれば、種々の制約が多く、所望
の条件を任意に設定することができない。

所望の蒸気圧を印加でき、かつ任意の所望の条件で結晶
を成長できる結晶成長装置か望まれている。

本発明の目的は、蒸気圧の印加と結晶成長の条件設定と
が独立に行える結晶成長装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 蒸気圧制御室と結晶成長室とを別個に作り、蒸気圧制御
室と結晶成長室の高温部とを細い接続管で接続し、かつ
この接続部を屈曲されたものとする。

［作用］ 蒸気圧制御室と結晶成長室の低温部とを独立に制御でき
る。

接続部を適当に屈曲させることにより、結晶成長室と同
一の炉体内で同時に蒸気圧制御を行うことが容易にでき
る。

［実施例〕 本発明は、ＩＩ−Ｖｌ族化合物および■−Ｖ族化合物等
の高蒸気圧成分を含む化合物結晶の液相成長に適してい
る。ここでは■−■族化合物であるＺｎＴｅに付いての
実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例による結晶成長装置を模式的に
示す断面図である０本発明の実施例による結晶成長装置
はアンプル構造が二股に別れており、一方を結晶成長室
Ｉとし、西方を蒸気圧制御室６とする。ＺｎＴｅ結晶成
長の場合結晶成長室１は石英スペーサ２、Ｚ　ｎ　Ｔ　
ｅ多結晶３、Ｔｅ溶媒４、ヒートシンク５を収容し、蒸
気圧制御室６には高蒸気圧成分であるＺｎか入れられる
。結晶成長室１の上部（高温部）と蒸気圧制御室６の上
部は接続管７で結ばれる。

石英スペーサ２は、石英製の棒状であり、結晶成長室１
のアンプルの内径よりやや細くシ、結晶成長室高温部と
接続管との接合位置に挿入することにより空間的隙間を
狭くする。蒸気圧制、部室６と結晶成長室１との熱的分
離が効果的に行われ、結晶成長室１に均一に蒸気圧成分
が印加される。

また、結晶成長室１上部の空間を減少させ蒸気圧制御の
効率向上を図るとともに、結晶成長室１の溶媒の蒸気圧
制御室への逆流またはその反対の逆流を防止することが
可能である。スペーサの材料としては石英を例示したが
、アンブル内封入物との反応性が低いものであれば基本
的には何でもよい。

ヒートシンク５は溶媒中の温度勾配を一定かつ良好にし
、熱流の均一化を図るものである。その材質、形状の選
択により所望の熱流が実現できる。

さらに、ヒートシンクを用いることにより、液相より固
相へ結晶成長する際の効率的な熱放出を実現し、ヒート
シンク上への良質なバルク結晶の作成、ヒートシンク上
に配置した基板への良質なエピタキシャル成長が可能と
なる０本実施例では、特に内部ヒートシンク構造をとっ
ているため、成長中溶媒（メルト）とヒートシンクが直
接接触しており上記効果が頂著に現れる。このアンプル
をＩ　Ｘ　１０−６Ｔｏｒｒ以下の圧力（高真空）で封
じ切り、温度勾配ΔＴのある縮型炉中で成長を行う、成
長中Ｚｎ蒸気は接続管７より石英スペーサ２を介し結晶
成長室１上部に印加される。この時、Ｚｎ蒸気分子がア
ンブル内壁面と熱交換しながら結晶成長室１上部に効果
的に供給されるためには、接続管７の内径が５ｍｍφ以
下が望ましい、結晶成長室１の内径は任意である。

第５図に温度ＴＺｎに対するＺｎ蒸気圧のグラフを示す
、ここでＰ７ｎ（実線）は、ＴＺｎにおけるＺｎ蒸気圧
を示し、ｐ”　　（破線）はＴ　９５０°ＣＩｎ　　　
　　　　　　ｇ において結晶成長室に実効的に印加されるＺｎ蒸気圧を
示しており（１）式により算出された。

Ｐ−７，＝ＰＺｏＩＴｇ／ＴＺｎ　　　　−−、（１）
ただし、Ｔ　　、　Ｔ２ｏは絶対温度（°Ｋ）で表す。

また前記接続管の長さを変化させることにより任意にＺ
ｎ蒸気圧制御室６の温度ＴＺｎを変化させることが可能
である。

第２図は、本発明による結晶成長装置を用い作成された
ＺｎＴｅ単結晶のカソードルミネッセンス測定により得
られたスペクトルを示す、成長条件は成長温度Ｔｇ＝９
５０℃、温度勾配ΔＴ＝１０℃／　ｃ　ｍとし、Ｚｎ蒸
気圧制御室６の温度ＴＺ。

を１０００℃、９００　’Ｃ１８５０℃と設定して、全
てアンドープで成長を行った。Ｚｎ蒸気圧制御部室度Ｔ
２ｎが９００　”Ｃでは、バンド端発光（５５０ｎ、　
ｍ　＞のみを示し、深い単位からの発光は観測されない
、これに対し、Ｚｎ蒸気圧制御室６の温度ＴＺｎが１０
００℃の高温側および８５０°Ｃの低温側では深い単位
からの発光（６８０ｎｍ）が増大する。またＺｎ蒸気圧
制御を行わない場合は、深い準位からの発光が支配的と
なってしまう、この深い準位からの発光は、Ｚｎ空孔等
の欠陥と密接な関係があると考えられる。成長温度が９
５０℃の場合Ｚｎ蒸気圧制御室６の温度Ｔ２ｎが９００
℃で良質なＺｎＴｅ単結晶を得られることが判る。

ＺｎＴｅ結晶成長において成長温度Ｔｇが９５ｏ　’ｃ
の場合、Ｚｎ蒸気圧制御部室度Ｔｚｏが８７５°Ｃから
９００°Ｃに設定したとき良好な結晶が作成されるが、
この時のＺｎ蒸気圧は５５０−７２０Ｔｏｒｒである。

また、ＴＩｎが８５０℃、１０００℃ではそれぞれ４３
０　Ｔｏｒｒ、２０５０　Ｔｏｒｒである。

第３図は、第２図で説明した成長条件と同一条件で作成
されたＺｎＴｅ単結晶の比抵抗のＺｎ蒸気圧制御部室度
ＴＺｎ依存性を示す、この電気的測定において、Ｚｎ蒸
気圧制御室６の温度”Ｉｎが８７５°Ｃにおいて比抵抗
が最小値を示し、その高温部および低温部では高抵抗化
が観測された。

以上により成長温度Ｔｇが９５０℃の場合、第１図の結
晶成長装置のＺｎ蒸気圧制御室６の温度ＴＺ０を８７５
℃から９００″Ｃに設定したとき、良質なＺ　ｎ　Ｔ　
ｅ単結晶を作成することが可能であることが判る。また
、内部ヒートシンクの採用により安定で均一な熱の流れ
が実現でき、良質の結晶が得られたと考えられる。

上記実施例は、ＺｎＴｅ結晶の成長温度Ｔｇが９５０　
’Ｃについてのみ説明したが、上述の結晶成長装置を用
いる場合成長温度Ｔｇを６００　’Ｃまで低温化するこ
とが可能である。各成長温度Ｔｇに対しｌｊｔ　３ｇ　
Ｚ　ｎ蒸気圧制御室温度Ｔ　　　が求まる。

２ｎＯｐｔ。

また、本実施例では、アンドープによる結晶成長につい
て説明したが、Ｔｅ溶媒中にｎ型およびｐ型不純物を添
加し成長することにより、より高発光効率、低抵抗結晶
の成長が可能である。ＺｎＴｅの場合ｎ型化が困雑であ
るとされているが、上述の結晶成長装置を用いることに
より低抵抗ｎ型１ヒが実現可能となる。

結晶成長室と蒸気圧制御室とが同一アンプル内にあるの
ではなく、接続管を通し結晶成長室上部に蒸気圧成分を
印加するため、長時間の成長においてら蒸気圧制御室に
成分元素が残っており成長中蒸気圧制御が可能であるた
め得られた結晶の結晶性における均一性か高い。

前記接続管の長さを変化させることにより容易に蒸気圧
制御室の位置を変えられるために、成長温度に最適な蒸
気圧制御温度を容易に得られる。

結晶成長室と蒸気圧制御室との熱分離が容易であり、か
つ確実に行える。

結晶成長室と蒸気圧制御室とが同一アングル内でないた
め結晶成長室のアングル形状、ヒートシンク形状か任意
に変えられ自由度か高い。

結晶成長室と蒸気圧制御室およびその接続管を平行に配
置した場合は、同一炉心管内で成長でき炉体構造が簡便
化される。

得られる高品質半導体結晶は高品質半導体デバイスたと
えばＬＥＤ、半導体レーザなとのオプトエレクトロニク
スデバイス、その池ａ８Ｉ回路用基板などに利用できる
。

本発明による結晶成長装置は、本実施例のＺｎＴｅ結晶
成長ばかりではなく、池のＩＩ−ＶＩ族族化合物結晶−
Ｖ族化合物結晶等高蒸気圧成分を含む化合物結晶の液相
成長にも適用できる。三元系以上の結晶成長においてら
アングルを三股構造にし独立に蒸気圧制御室を設けるこ
とにより二元蒸気成分を容易に制御できる。また、バル
ク結晶作成はもちろんヒートシンク５上に基板を置くこ
とによりエピタキシャル成長ら可能であり、このヒート
シンク５の材料も、カーボンだけではなく他の材料たと
えば石英、ＢＮコートカーボン、Ａ　１２０３なども有
効に使用できる。

更に、蒸気圧制御室と結晶成長室との接続箇所にスペー
サ２が配置されると、熱的分離が有効に行われ蒸気圧制
御の効果が顕著に現れる。

［発明の効果］ 蒸気圧印加と結晶成長とを独立に制御できる。

高品質の結晶が得られる。

４．５“曽あ・編幅説明 第１図は本発明の１実施例による結晶成長装置を示す概
略図、 第２図は得られた結晶のＺｎ圧依存性を示すカソードル
ミネッセンス特性を示すグラフ、第３図は得られた結晶
のＺｎ圧依存性を示す比抵抗のグラフ、 第４図は従来技術による結晶成長装置を示す概略図、 第５図はＺｎ蒸気圧制御室温度に対するＺｎ蒸気圧の関
係を示すグラフである。

符号の説明 １　　　　　結晶成長室 ２　　　　　石英スペーサ ３　　　　　　Ｚ　ｎ　Ｔ　ｅ多結晶 ４　　　　　　Ｔｅ溶姪 ５　　　　　カーボンヒートシンク ６　　　　　　Ｚｎ蒸気圧制御室 ７　　　　　接続管 ８　　　　　縦型炉加熱部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、結晶成長室と蒸気圧制御室とを有する結晶成長
   装置において、該結晶成長室の高温部と少なくとも１つ
   の蒸気圧制御室とが、各室の断面積よりも実効的に小さ
   な断面積を有する接続管により接続され、かつこの接続
   部が屈曲されたことを特徴とする結晶成長装置。