JPH0543106Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、化合物半導体単結晶製造装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 例えば砒化ガリウム（GaAs）のような化合物
半導体の単結晶を製造するには多種の方式が用い
られるが、その一つとしてボートの中にGaとAs
を化学当量に秤量して種結晶と共に入れ、このボ
ートを水平に設置した石英管の直胴部内に入れて
その両端を密閉し、石英管の端部にはボートと反
対側の位置にAsを封入し、石英管全体を電気炉
に挿入して温度制御を加えつつ溶触、結晶化させ
てGaAsの単結晶を育成する、いわゆる温度傾斜
（GF）方式あるいは水平ブリツジマン（HB）方
式がある。

これらの方式では電気炉の温度はGaAs部分が
1238℃以上、管端に封入されたAsの部分が約610
℃と、二つの温度分布が形成されるように制御さ
れる。

As部分の温度を610℃とすることにより石英管
の内圧がAs圧の一気圧となるから、大気圧と平
衡を保ちながら結晶を成長させることが可能とな
る。

［考案が解決しようとする問題点］ 上述したように、石英管の温度はGaAs部分が
約1240℃、Asの部分が一気圧となる610℃に制御
されるのであるが、このとき例えば温度制御が良
好でなく、石英管の内圧が上昇し反対に周囲の気
圧が低下するような事態が生ずると、石英管はも
ともと高温により変形し易い状態にあるので内圧
の上昇により石英管の直胴部が膨張する。

また、上記と逆に石英管の内圧が減少して周囲
の気圧が上昇するような事態が生ずれば、石英管
の直胴部は収縮して甚だしい場合には石英管の直
胴部とボートとが接することになり、石英管の融
液が外部に流出するような事態が生ずることにな
る。

石英管は密閉されているから外壁部の温度は測
定できても内部の温度については正確に求めるこ
とができない。従つて、石英管に変形が生じたか
否かはこの温度によつては判定することができな
いので、このような変形を把握するには石英管を
直接監視する以外に適切な手段が見当らない。即
ち、作業者による目視点検が必要となるが、この
点検作業は不正確であるばかりでなく熱練を必要
とする嫌いがある。

本考案の目的は、単結晶製造時に、水平に設置
した石英管の外径変化を容易に検出することによ
り、石英管の内力を一定に保つことができる単結
晶製造装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、直胴部の両端が密閉された石英管を
水平に設置し、該石英管内に複数種の構成元素を
種結晶と共に収容したボートを配置して、電気炉
により温度を調整して上記元素の化合物単結晶を
育成する化合物半導体単結晶製造装置において、
上記石英管の直胴部の上に、中央付近が支点で支
えられてほぼ水平に保持された耐熱性の検出棒の
一端を接触させ、該検出棒の他端側に生ずる変位
から上記石英管の外径変化を変位検出器により検
出することを特徴とし、単結晶製造時に石英管外
径の変化を容易に検出して目的の達成を計つたも
のである。

［作用］ 本考案の化合物半導体単結晶製造装置は、例え
ばGaAsのような化合物半導体の単結晶をGF方
式あるいはHB方式を用いて製造する場合に、単
結晶の成長過程で生ずる石英管の外径の変化を直
接検出しようとするもので、石英管の上部に耐熱
性の丸棒あるいはＬ字形の検出棒の一端を当て、
中央付近を支点で支え、他端側に生ずる変位を変
位検出器で検出するようにしてある。従つて石英
管の外径に膨張あるいは収縮による変化が生ずれ
ば、この変化は上記検出棒の変位となつて表われ
るから、この変位を電気信号に変換して読取るこ
とにより、従来の目視検出方式に比べ、高精度に
検出できると共に省力化を達成することが可能と
なる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を図により説明する。

第１図〜第３図は、本考案の化合物半導体単結
晶製造装置の一実施例の説明図である。

これらの図において、１は電気炉、２は石英
管、３はボートを示す。４及び７は検出棒で、７
はＬ字形検出棒を示す。５は検出棒４，７の中央
付近を支える支点、５′は検出棒７の先端部を支
える支点である。

６は変位検出器で検出棒４及び７の変位を電気
信号に変換する。８は断熱材である。

この実施例では、検出棒４及び７には、高温に
おける使用を考慮して炭化珪素（SiC）のφ10の
丸棒を用いている。

第１図、第３図で、石英管２が膨張、収縮すれ
ば、石英管２と接している検出棒４及び７の先端
部は図の矢印Ａに示すように上下に変位すること
になる。検出棒４及び７の先端部が図の矢印Ａに
示すように変位すれば、検出棒４の他端は第１図
矢印Ｂに示すように変化し、Ｌ字形検出棒７の場
合は第３図のＣに示すような変化を生ずることに
なる。

このような検出棒４及び７の変位は、例えば差
動トランスを用いて変位検出器６により結晶の成
長が終了するまで連続的に検出することができ
る。

第４図は第２図に示す方式を用い、検出棒７の
変位Ｃを測定した場合で、縦軸が変位、横軸ｔは
時間を示す。

図より製造開始時刻t₀より時刻t₁付近までは変
位Ｃは略一定の割合で負方向に増加しているが、
時刻t₁で石英管の内圧を調整するSa部の温度を時
刻t₀の場合よりも３℃増加させると、負の変位は
次第に減少して時刻t₂で時刻t₀の状態に回復し、
その後は時刻t_oにおける値のように一定値とな
る。

このように石英管の外径変化を電気信号で読取
ることができるので、作業者は変位検出器のデー
タをもとに適切な処置をとることが可能となる。

なお、上述の各実施例において、検出棒４，７
は高温下で使用されるため、熱的にも機械的にも
特性の安定したものを用いることが重要ある。

また、検出棒自体の熱膨張による影響に対して
は検出誤差を最小とするため、電気炉の昇温前に
検出棒の位置を調整して正確な検出値が得られる
ようにしている。

第１図〜第３図に示す検出方式は前述したGF
方式に適するものであるが、HB方式の場合にも
同様に適用することができる。

HB方式の場合は電気炉が移動することになる
が、検出棒が電気炉と無関係に設置されているの
で支障なく検出することができる。

以上、本実施例を用いることにより次のような
効果が得られる。

(1) 作業者による石英管の監視業務を廃止するこ
とができ、製造コストを大幅に低減することが
できる。

(2) 石英管の内圧を定めるAs部の温度を正しく
設定することができる。

(3) 石英管の膨張、収縮による破損を防止するこ
とができるので、石英管の購入費が減少し製造
コストを低減させることができる。

(4) 石英管の内圧を一定に保つことができるの
で、ほぼ化学量論的組成をもつ単結晶が得られ
る。

［考案の効果］ 本考案によれば、単結晶製造時に、水平に配置
した石英管の外径変化を容易に検出できるため、
石英管の内圧を一定に保つことができ、ほぼ化学
量論的組成をもつ単結晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案の化合物半導体単結晶
製造装置の一実施例の説明図、第４図は変位測定
結果説明図である。 １……電気炉、２……石英管、４，７，９……
検出棒、５，５′……支点、６……変位検出器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直胴部の両端が密閉された石英管を水平に設置
   し、該石英管内に複数種の構成元素を種結晶と共
   に収容したボートを配置して、電気炉により温度
   を調整して前記元素の化合物単結晶を育成する化
   合物半導体単結晶製造装置において、前記石英管
   の直胴部の上に、中央付近が支点で支えられてほ
   ぼ水平に保持された耐熱性の検出棒の一端を接触
   させ、該検出棒の他端側に生ずる変位から前記石
   英管の外径変化を変位検出器により検出すること
   を特徴とする化合物半導体単結晶製造装置。