JPH02208278A - 単結晶成長装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、化合物半導体の単結晶を成長させる単結晶成
長装置に関し、特に、横型ボート成長法における熱流を
制御して確実に単結晶を育成する単結晶成長装置の改良
に関するものである。

〔従来の技術］ 第８図は、従来の単結晶成長装置の一例を示した図、第
９図は、同従来例装置の炉内の温度分布を示した図、第
１０図、第１１図は、同従来例装置の熱流を説明するだ
めの図である。

高圧容器１は、冷却水で満たされており、高圧容器１の
内部には石英アンプル２が水平に配置されている。石英
アンプル２は、内部が真空に保たれており、一端側には
燐等の揮発性元素３が配置され、他端側にはボート４が
配置されている。ボーＩ・４内には、インジウム等の金
属元素５が収容され、ボート４の一端側にはシード７が
配置され、さらにその低温側には、ヒートシンク８が設
けられている。なお、ヒートシンク８には、吸熱効果を
上げるために冷却管などを併設することもできる。石英
アンプル２は、石英ライナ管９内に収容されている。

石英アンプル２の外周には、内部の揮発性元素３の薫気
圧を制御する低温側電気炉１０と、所定の温度プロファ
イルでボート４側を加熱する高温側電気炉１１とが配置
されている。低温側電気炉１０と高温側電気炉１１の間
には、炉間の熱の移動を遮断する炉間断熱材１２が設け
られている。

また、石英アンプル２か収容された石英ライナ管９の低
温側および高温側の端部は、低温側および高温側断熱材
１３．１４で覆われている。

石英アンプル２の外周のホード４に対応する位置には、
補助加熱を行うための補助ヒータ１５が設けられている
。

補助ヒータ１５は、上下に分割されている。この理由は
、通常、横型の電気炉内には、上下に２０°Ｃ〜３０゛
Ｃの温度差（上部が高い）か存在する。

しかし、この温度差は、一方向凝固の成長に悪影響を与
える。そこで、上下に分割されたそれぞれの補助ヒータ
１５への供給電力を調整するごとにより、温度差を除去
するようにしである。したがって、上下２分割する以外
にも、周方向に複数分割して、小さい領域ごとに温度調
整をすることもできる。

また、補助ヒータ１５は、軸方向にも複数に分割されて
おり、高温側電気炉１１だけでは実現しにくいボート４
付近の均熱を取りやすくするとともに、軸方向の温度分
布の微調整ができるようにしである。

つぎに、従来の単結晶成長装置の動作を説明する。

石英アンプル２内で、燐等の揮発性元素３を藩発させ、
それをボート４内のインジウム等の金属元素５に拡散さ
せることにより、燐化インジウム等の融液６を作製する
。

つぎに、石英アンプル２内の燐圧が１０〜１５ａｔｍ程
度になるように低温側電気炉１２の温度を調節し、これ
と同等の圧力を高圧容器１内に印加して、圧力バランス
をとりながら、高温側電気炉１１の温度を１０００°Ｃ
〜１０５０°Ｃ程度に調節し、第９図に示すような温度
プロファイルＡをつくる。この状態で石英アンプル２を
矢印Ｂ方向に移動させるか、または、高温側電気炉１１
を反対方向に移動させ、ボート４内に燐化インジウムの
単結晶を成長させていく。

このとき、補助ヒータ１５を用いて、補助加熱を行い、
ヒートシンク８でシード７からの熱を取り込み、ボート
４内にシード７側から単結晶を成長させていく。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の単結晶成長装置では、高温側電気炉１１
と補助ヒータ１５により熱流Ｃを与えるようにするとと
もに、ヒートシンク８により吸熱することにより熱流制
御をしていた。

しかし、第１０回、第１１図に示すように、ヒートシン
ク８から低温側に抜ける熱流り以外に、ボート側壁から
外側に抜ける熱流Ｅが発生し、結晶成長に関与する熱を
完全に一方向に流すことができなかった。このため、核
が発生したり、双晶が発生し、単結晶を確実に成長させ
ることが困難であった。

また、燐化インジウムのように融点における解離圧の高
い化合物半導体では、高圧容器１内にアルコンガス等の
不活性ガスを加圧充填して結晶を成長させる場合がある
が、この高圧ガスが熱を吸収して、石英アンプル２内の
熱流を乱すという問題があった。

本発明の目的は、結晶成長に関与する熱を完全に一方向
に流し、確実に単結晶を成長させることができる単結晶
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〕

本件発明者等は、種々実験した結果、高温側加熱部の分
割された部分から逃げる熱を防ぐことにより、前記課題
を解決できることを見出して、本発明をするに至った。

すなわち、本発明による単結晶成長装置は、端側に揮発
性元素を置き他端側に金属元素を収容したボートを置い
たアンプルと、前記アンプルの一端側の外周に配置され
た低温側加熱部と、前記アンプルの他端側に配置され少
なくとも」二下に分割された高温側加熱部と、前記ボー
トの低温側に配置された吸熱部とからなり、前記高温側
加熱部により与えられた熱を前記吸熱部で吸熱すること
により前記アンプル内の熱流を制御する単結晶成長装置
において、前記アンプルの外周であって少なくとも前記
高温側加熱部の分割された部分に対応する部分を被覆し
て前記ボート内の金属元素の融液から前記アンプルの外
側へ向かう熱流を抑止する断熱材を設けた構成としであ
る。

〔実施例〕

以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明の詳細
な説明する。

第１図は、本発明による単結晶成長装置の実施例のボー
ト室周囲を抜き出して示した斜視図２．第２図は、同実
施例装置のボート室を示した断面図、第３図は、同実施
例装置の補助ヒータを抜き出して示した斜視図である。

なお、第１図で示したボート室以外は、従来の単結晶成
長装置と同様のものが使用できるので、共通する部分に
は、同一の符号を付して、説明を省略する。

本発明では、第１図、第２図に示すように、石英アンプ
ル２の外周であって、上下の補助ヒータ１５の分割され
た両側面に、断熱材１６が設けられている。なお、軸方
向に補助ヒータ１５を分割した部分にも断熱材１６を設
けるようにしてもよい。

また、第３図に示すように、補助ヒータ１５のヒータ線
１５ａを断熱材１６に詰め込んである。

これにより、石英アンプル２の外周であって、ボート４
の周囲に相当する位置には、補助ヒータ１５が配置され
、そのまわりは全て断熱材１６で覆われていることにな
る。断熱材１６としては、ブランケット高温用モノフェ
ルト２カオウール石英ウールなどが使用できる。

この状態で、温度勾配凝固法により燐化インジウムの単
結晶成長を開始すると、温度プロファイルは高温側電気
炉１１および補助ヒータ１５によって与えられ、ヒート
シンク８により吸熱が行われる。

このとき、ボート室周囲であって、補助ピーク１５以外
の部分には、ずきまなく断熱材１６か設けられているの
で、ボート４の側壁からの熱の逃げは抑えられている。

これにより、熱はシード７からヒートシンク８を通じて
低温側に最もよく流れるようになる。したがって、ボー
ト４の壁から融液６の温度が同じか低くなり、ボート４
の内壁面からの核の発生またば双晶の発生が抑えられ、
シード７からの燐化インジウムの単結晶か確実に成長す
る。

第４回〜第７同は、本発明による単結晶成長装置の他の
実施例のホード室周囲をそれぞれ示した図である。

第４図に示した実施例は、補助ヒータ線１５ａが分割さ
れて埋め込まれた１つの断熱材１６で、石英アンプル２
を覆ったものである。

第５図に示した実施例は、上側に配置される分割した補
助ヒータ１５Ａ〜１５Ｃおよび断熱材１６を、下側に配
置される分割した補助ヒータ１５Ｄ〜１５Ｆに対して、
低温側に距離！（例えば、５ｃｍ程度）すらしたもので
ある。これにより、シード７の上部の温度が急激に降下
することがなくなり、単結晶を安定して成長させること
ができる。この実施例は、融液６によりボート４の側壁
側へ向かう熱流を抑止しつつ、融液６からシード７を通
して、ヒートシンク８への一方向の熱流が得にくい場合
に有効である。

第６図に示した実施例は、石英ライナ管９の外側に補助
ヒータ１５を配置した場合に、その補助ヒータ１５の両
側面に断熱材１６を設けることもできる。

第７図に示した実施例は、上下に分割した高温側電気炉
１１Ａ、１１Ｂを用いたものである。この例では、上下
方向の温度制御を高温側電気炉ＩＩＡ、ＩＩＢによって
できるので、補助ヒータ１５を用いない。この場合には
、石英ライナ管９の外周であって、ボート４の位置の全
周に断熱材１６を設ける。このようにすれば、高温側電
気炉１１Ａ、１１Ｂの分割された部分にボート４側から
熱流が向かうことがないうえ、高圧容器１内の高圧の不
活性ガスの吸熱による熱流の乱れもない。

以上説明した実施例にとられれることなく、種々の変形
を施すことができる。

前述した各実施例では、温度勾配凝固法に本発明を適用
した例について説明したが、水平ブリッジマン法につい
ても同様に適用できる。

また、燐化インジウムの単結晶の成長について説明した
が、その他の化合物半導体の成長にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように、本発明によれば、アンプル
のボート室の外周であって、少なくとも高温側加熱部の
分割された部分に断熱材を配置したので、その部分に向
かって外側に逃げる熱流を抑えることができる。

また、全面に断熱材を配置すれば、高圧容器内に封入さ
れた加圧ガスの吸熱による熱流の乱れを防止することが
できる。

つまり、外側から与えられた熱は、シードからヒートシ
ンクに最もよく流れるようになり、ボート側壁面等から
の核の発生または双晶の発生が抑えられ、シードからの
単結晶が確実に成長する。

したがって、本発明は、横型ボート法の単結晶成長に極
めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による単結晶成長装置の実施例のボー
ト室周囲を抜き出して示した斜視図、第２図は、同実施
例装置のボート室を示した断面図、第３図は、同実施例
装置の補助ヒータを抜き出して示した斜視図である。 第４図〜第７図は、本発明による単結晶成長装置の他の
実施例のボート室周囲をそれぞれ示した図である。 第８図は、従来の単結晶成長装置の一例を示した図、第
９図は、同従来例装置の炉内の温度分布を示した図、第
１０図、第１１図は、同従来例装置の熱流を説明するた
めの図である。 １・・・高圧容器　　　　　２・・・石英アンプル３・
・・揮発性元素　　　　４・・・ボート５・・・金属元
素　　　　　６・・・融液７・・・シード　　　　　　
　８・・・ヒートシンク・・・石英ライナ管 １・・・高温側電気炉 ３・・・低温側断熱材 ５・・・補助ヒータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端側に揮発性元素を置き他端側に金属元素を収容した
   ボートを置いたアンプルと、前記アンプルの一端側の外
   周に配置された低温側加熱部と、前記アンプルの他端側
   に配置され少なくとも上下に分割された高温側加熱部と
   、前記ボートの低温側に配置された吸熱部とからなり、
   前記高温側加熱部により与えられた熱を前記吸熱部で吸
   熱することにより前記アンプル内の熱流を制御する単結
   晶成長装置において、前記アンプルの外周であって少な
   くとも前記高温側加熱部の分割された部分に対応する部
   分を被覆して前記ボート内の金属元素の融液から前記ア
   ンプルの外側へ向かう熱流を抑止する断熱材を設けたこ
   とを特徴とする単結晶成長装置。