JPH03252395A - 高解離圧単結晶の製造方法 - 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、ＧａＡｓ、　ＧａＰ、　１ｎＡｓ、　ｌｎＰ
等の■−■族化合物半導体、並びに、ＣｄＴｅ、　Ｈｇ
ＣｄＴｅ、　Ｚｎ５ｅ、　ＺｎＳＳｅ等のＩｔ−Ｖｌ族
化合物半導体などの高解離圧単結晶を、高解離圧成分元
素ガスを封入した気密容器中でチョクラルスキー法によ
り製造する方法に関する。

（従来の技術） 高解離圧成分元素ガス雰囲気中で単結晶を育成する方法
は、従来のチョクラルスキー法やＬＥＣ法とは異なり、
成長した高解離圧単結晶表面で分解反応が生じて結晶の
品質を悪化することもなく、低い欠陥密度の高均一性を
有する単結晶を製造することができるという特徴がある
。

第１図は、高解離圧成分元素ガスを封入した気密容器中
で高解離圧単結晶をチョクラルスキー法で製造する従来
装置の断面図である。チャンバー１内には、高解離圧成
分元素ガスを密閉するための気密容器１０が配置されて
おり、種結晶９を下端に取り付けて単結晶８を引き上げ
る上軸２、及び、サセプタ４で支持されたるっぽ５をそ
の上端で支持する下軸３は、チャンバー１及び気密容器
１０を貫通し、該るつぼ５内には原料融液６と液体封止
剤７を収容し、気密容器１０の貫通部分に液体封止剤１
３並びに１４を収容する受皿１１並びに１２を設け、該
受皿１１並びに１２の中央開口部は上軸２並びに下軸３
とそれぞれ摺動して、該軸を回転昇降可能として、かつ
、液体封止剤の流下を防止する構造を有している。気密
容器１０の上方には、高解離圧成分元素１７を収容する
アンプル１８を導管２２を介して気密容器１０と接続し
、気密容器１０内に所定の高解離圧成分元素ガス分圧を
確保するためのヒータ２１をアンプル１８の周囲に配置
し、下軸貫通部の液体封止剤１３並びに下軸貫通部の液
体封止剤１４を溶融させるためのヒータ１９並びに２０
を配置し、るつぼ５の周囲にはヒータ１５及び１６を配
置する。

なお、高解離圧成分元素１７は、場合によっては気密容
器１０内に直接置くことも可能であり、その場合はアン
プル１８を省略することができる。

次に、単結晶の育成手順を説明すると、まず、原料、液
体封止剤及び高解離圧成分元素を所定の場所に挿入し、
チャンバー１内を一旦真空に排気した後、ヒータ１９及
び２０を加熱して液体封止剤１３及び１４を溶融し、気
密容器１０を密封し、次いで、ヒータ２１を加熱して、
単結晶８及び原料融液６の分解反応を抑制するように、
気密容器１０内の高解離圧成分元素ガスの分圧を調整し
、同時に、これに見合う窒素、アルコ゛ン等の不活性ガ
スをチャンバー１内に満たす。また、必要に応じて、気
密容器１０を封止する前に、上記の不活性ガスを導入し
て、不活性ガスの一部を気密容器１０内に導入して、高
解離圧成分元素ガスと不活性ガスにより気密容器内を所
定の圧力を確保することも可能である。次いで、ヒータ
１５及び１６を加熱して原料融液６及び液体封止剤７の
温度を調整し、かつ、気密容器１０の壁面を加熱して高
解離圧成分元素の析出を防止することにより高解離圧成
分元素ガスの分圧を維持した状態で、上軸２を降下して
種結晶９を原料融液６に十分になじませて種付けし、直
径を制御しながら単結晶８を引き上げる。なお、気密容
器１０内に十分高い高解離圧成分元素ガス分圧が得られ
る場合は、るつぼ５内の液体封止剤７を省略してもよい
。

この種の装置では、気密容器１０、アンプル１８、導管
２２及び受皿１３は、石英、カーボン、ｐＢＮｓ　ｓｉ
ｃ、気密質のカーボン、カーボンにｐＢＮをコーティン
グしたもの、カーボンに気密質カーボンをコーティング
したもの、カーボンにＳｉＣをコーティングしたものな
どにより作られる。また、液体封止剤Ｉ３．１４として
は、Ｂ　ｔ　Ｏ−が使用される。

（発明が解決しようとする課題） 従来の方法では、単結晶育成後、加圧した状態でヒータ
ーパワーを徐々に下げて室温まで冷却する方法が採用さ
れていた。その結果、気密容器を上下軸が貫通する受皿
内の液体封止剤は、硬くガラス状に固化して収縮するた
め、収縮の過程で、石英、カーボン、ｐＢＮ、気密質の
カーボン、ＳｉＣ等の脆い材料で作られた受皿に割れを
生じさせたり、ｐＢＮ、気密質カーボン、ＳＩＣ等の受
皿のコーティング層が剥離する不都合がしばしば発生し
た。そのため、気密容器の寿命は一般に著しく短く、大
変高価な気密容器を頻繁に交換する必要があり、コスト
増の大きな要因になっていた。

本発明は、上記の欠点を解消し、気密容器の損傷を防ぎ
、その寿命を長くすることにより、単結晶の製造コスト
を低減させることを可能にした高解離圧単結晶の製造方
法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、単結晶の引上軸並びに原料融液を収容するる
つぼの回転軸が気密容器を貫通する部分に受皿を設け、
該受皿に収容する液体封止剤により、上記貫通部分をシ
ールした気密容器に高解離圧成分元素ガスを封入し、該
気密容器内でチョクラルスキー法により高解離圧単結晶
を製造する方法において、単結晶育成終了後、気密容器
を収容するチャンバー内を１気圧以下に減圧した状態で
４５０℃以下の温度まで冷却し、その後、通常の方法で
、育成単結晶の取り出しと次の単結晶育成の準備を行う
ことを特徴とする高解離圧単結晶の製造方法である。

なお、上記の気密容器は、これを上下に分割し、下部容
器の上端に環状の受皿を設け、該受皿に収容する液体封
止剤中に上部容器の下端を浸漬することにより、上下に
分離可能とすることも可能であり、また、高解離圧成分
を気密容器に供給するためのアンプルについては、高解
離圧成分を収容するアンプルと気密容器を接続する導管
を途中で分離し、下部導管の上端に環状の受皿を設け、
該受皿に収容する液体封止剤中に上部導管の下端を浸漬
することにより、上記アンプルの取り出しを容易にする
ことも可能である。これらのシール部についても、上下
軸シール部と同様に本発明の方法が有効に機能する。

（作用） 本発明の特徴は、上記気密容器及び導管の受皿内の液体
封止剤が、高温で軟化した状態において１気圧以下に減
圧するもので、単結晶育成時の高圧で液体封止剤中に溶
は込んだ高解離圧成分、Ｃ０１Ｆｌ、Ｏ等が、上記減圧
により気化し、液体封止剤中に気泡を形成する。そして
、液体封止剤の硬化温度である４５０℃以下の温度まで
冷却し、多量の気泡を取り込んだ状態のまま液体封止剤
を固化する。

このように液体封止剤を固化するときには、同化に伴う
収縮力は多量の気泡により吸収されて相当に小さなもの
となり、もはや受皿に割れをもたらしたり、コーティン
グ層を剥離することもなくなる。本発明は、このように
単結晶育成後の簡単な操作方法を採用することにより、
気密容器の寿命を著しく長くすることができ、単結晶の
製造コストを大幅に低減することを可能にした。

（実施例） 第１図の装置を用いて、ノンドープＧａＡｓ単結晶を育
成した。モリブデン製の上下軸を用い、気密容器、アン
プル、導管及び受皿は材質ｐＢＮコーティングのカーボ
ンで作り、受皿の中央の開口部分も同じ材質で作った。

６インチのｐＢＮ製るつぼには、ノンドープＧａＡｓ多
結晶原料４．０Ｋｇ及びＢ、０３液体封止剤３００ｇを
チャージした。上下軸の受皿にもＢ２Ｏ３液体封止剤を
収容した。また、アンプルにはヒ素５００ｇを収容した
。単結晶育成時には、アンプルは６１５℃以上に加熱し
て、気密容器にヒ素ガスを供給してヒ素と窒素の混合ガ
スで気密容器内を１５Ｋｇ／ａｍ”に加圧した。そして
、上軸の回転速度を５ｒｐ１１１．下軸の回転速度を２
０　ｒ　ｐ　ｍ　ｓ引上速度を６＋ｎｍ／ｈｒとして、
重さ３．５Ｋｇ、直径８０ＩＩＩＩ１１１長さ１５０ｍ
ｍの単結晶を育成した。

単結晶育成終了後、全てのヒーターを３〜ｂの冷却速度
で冷却し、冷却の途中で８００〜９００　℃において、
チャンバー内を０．０５Ｔｏｒｒまで減圧してそのまま
室温に戻した。このような単結晶の育成を繰り返したと
ころ、従来法では、平均して１〜３回で気密容器が損傷
したが、本実施例では、２０〜３０回まで繰り返して使
用することができた。

（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、高価な気
密容器の寿命を大幅に延長することができ、単結晶の製
造コストの低減に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は高解離圧単結晶の製造装置の断面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）単結晶の引上軸並びに原料融液を収容するるつぼ
   の回転軸が気密容器を貫通する部分に受皿を設け、該受
   皿に収容する液体封止剤により、上記貫通部分をシール
   した気密容器に高解離圧成分元素ガスを封入し、該気密
   容器内でチョクラルスキー法により高解離圧単結晶を製
   造する方法において、単結晶育成終了後、気密容器を収
   容するチャンバー内を１気圧以下に減圧した状態で４５
   ０℃以下の温度まで冷却し、その後、通常の方法で、育
   成単結晶の取り出しと次の単結晶育成の準備を行うこと
   を特徴とする高解離圧単結晶の製造方法。
2. （２）上記の気密容器を上下に分割し、下部容器の上端
   に環状の受皿を設け、該受皿に収容する液体封止剤中に
   上部容器の下端を浸漬して形成した気密容器を用いるこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の高解離圧単結晶の製
   造方法。
3. （３）高解離圧成分を収容するアンプルを、上記の気密
   容器に導管を介して接続して、高解離圧成分を気密容器
   に供給するときに、上記導管を途中で分離し、下部導管
   の上端に環状の受皿を設け、該受皿に収容する液体封止
   剤中に上部導管の下端を浸漬して形成してシールした、
   高解離圧成分供給手段付設の気密容器を用いることを特
   徴とする請求項（１）又は（２）記載の高解離圧単結晶
   の製造方法。