JPH0596072U - 化合物単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉芯管の回転及び上下動により単結晶の成長
に最適な状態に育成ボートの姿勢を維持し、転位，リネ
ージ等の欠陥がない高品質の単結晶を容易に製造する。 【構成】 単結晶原料を装入した育成ボート１０を反応
管２０に密封し、炉芯管４０に装入する。炉芯管４０
は、加熱炉３０の両端から突出しており、この突出部に
駆動装置５０，５０が連接されている。駆動装置５０，
５０によって炉芯管４０を加熱炉３０から独立した状態
で回転及び／又は上下動させ、結晶成長に適した姿勢に
育成ボート１０を保持する。また、育成ボート１０内で
の単結晶１３の成長状態及び固液界面は、覗き窓３４を
介して観察される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ボート法により化合物半導体単結晶を製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体材料として使用される化合物単結晶は、ブリッジマン法，温度勾配凝固 法等のボート法によって製造されている。このボート法においては、図１に示す ように原料が装入された育成ボート１を反応管２に収容し、炉芯管３内に配置す る。このとき、結晶成長方向に対して左右何れかの一方向に育成ボート１が傾い て設置されることがある。育成ボート１に傾きが生じると、種結晶４の方位と結 晶成長方向との間にズレが生じ、融液５から育成される単結晶に転位等の欠陥が 導入される原因となる。

【０００３】 育成ボート１の姿勢を正しく維持するため、ローラ６により加熱炉７全体をガ イドレール８に沿って回転させることが、特公平１−１７９７８２号公報で紹介 されている。この装置では、加熱炉７の回転によって融液から成長する単結晶の 結晶成長方向を種結晶４の結晶方位に合わせている。加熱炉７の回転は、炉壁に 設けた覗き窓９から育成ボート１内の融液５を観察しながら行われる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来のボート法で使用される覗き窓９は、融液５及び成長した単結晶 を放熱させる機能を兼用しており、育成ボート１の姿勢制御を考慮した位置関係 で設けられていない。そのため、覗き窓９の位置変更に伴って結晶成長時の放熱 状況が変動する。特に、育成ボートの左右に生じた微妙な温度差によって固液界 面に左右の曲りが生じると、融液５から成長した単結晶に転位，リネージ等の欠 陥が持ち込まれ易くなる。

【０００５】 また、図１に示したローラ６で加熱炉７を回転させることにより、結晶成長方 向に育成ボート１を一致させる方式では、覗き窓９を介した観察に支障を来す状 態になり易い。すなわち、覗き窓９は、通常状態において加熱炉７の上部に相当 する位置に設けられているが、加熱炉７の回転にともなって左方向又は右方向に 移動する。その結果、斜めに位置した覗き窓９から加熱炉７の内部をみる視野と なり、育成ボート１内の固液界面が観察しずらくなる。

【０００６】 本考案は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、加熱炉の炉体 とは切り放して炉芯管を回転或いは移動させることにより、育成ボートの正常な 姿勢を維持し、転位，リネージ等の欠陥がない高品質の化合物単結晶を育成する ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の化合物単結晶製造装置は、その目的を達成するため、単結晶原料が装 入された育成ボートを密封する反応管と、該反応管が挿入された炉芯管と、該炉 芯管を取り囲む加熱と、該加熱炉から突出する前記炉芯管の両端部を支持し、前 記炉芯管を回転及び／又は上下動させる駆動装置とを備えていることを特徴とす る。

【０００８】

【実施例】

本実施例の単結晶製造装置は、図２に示すように単結晶原料が装入された育成 ボート１０を反応管２０内に収容している。育成ボート１０及び反応管２０は、 石英質のものを使用した。反応管２０は、炭化ケイ素質の炉芯管４０を間に挟ん で加熱炉３０に挿入した。加熱炉３０は、断熱材３１で外周が取り囲まれたヒー タ３２を備えている。ヒータ３２は、図３に示すように高温部３２_H 及び低温部 ３２_L に区分されている。

【０００９】 高温部３２_H は、所定の温度勾配を付けた温度分布で育成ボート１０に収容さ れた単結晶原料を加熱し、融液１１を調製する。また、温度勾配を結晶成長方向 に移動させることにより、種結晶１２の結晶方位を倣った単結晶１３を融液１１ から成長させる。他方、低温部３２_L は、反応管２０の端部に配置されているＡ ｓ１４を加熱する。加熱により蒸発したＡｓ蒸気は、反応障壁部２１に穿設した 小孔を透過して育成ボート１０に送られ、融液１１に取り込まれる。

【００１０】 たとえば、ＧａＡｓ単結晶を育成するとき、加熱により融液１１を生成するＧ ａ又はＧａＡｓ多結晶及びドーパントを育成ボート１０に収容する。反応管２０ の端部にＡｓ１４が設置された状態で、反応管２０を５×１０^-6トール以下にな るまで真空引きしながら、育成ボート１０を反応管２０内に密封する。

【００１１】 炉芯管４０の両端部は、加熱炉３０から軸方向に突出している。炉芯管４０の 突出端部４５には、図４に示すように耐熱金属製のバンド４６が装着されている 。そして、バンド４６の下方に、駆動装置５０が昇降自在に配置されている。駆 動装置５０は、油圧シリンダー（図示せず）等の駆動源によって昇降する支柱５ １の頂端部を二股状にし、回転用ローラ５２，５３を取り付けている。回転用ロ ーラ５２，５３は、バンド４６に摺接し、加熱炉３０の内部で炉芯管４０を回転 させる。このとき、回転用ローラ５２，５３からバンド４６への動力伝達を効率 良く行うため、炉芯管４０の軸長方向に延びる凹凸をバンド４６の表面に刻設す ることが好ましい。

【００１２】 炉芯管４０を回転させる機構としては、図４に示したものに拘束されるもので はなく、炉芯管４０の両端部を支持した状態で加熱炉３０から独立して回転させ るものである限り、種々の回転機構を採用することができる。また、炉芯管４０ が十分な強度をもち、回転用ローラ５２，５３等の回転力付与機構に対する摩擦 状態が良好であるとき、回転力付与機構を炉芯管４０の突出端部４５に直接接触 させることも可能である。

【００１３】 炉芯管４０の上部には、軸方向に延びた開口部４１が形成されている。開口部 ４１に、覗き孔４２が形成された熱遮蔽板４３が装着される。熱遮蔽板４３は、 図３に矢印で示すように炉芯管４０の軸方向に関して移動可能で、且つ円周方向 に関しても移動可能になっている。また、熱遮蔽板４２の上方に相当する加熱炉 ３０の炉壁に、石英ガラス３３が装着された覗き窓３４が設けられている。

【００１４】 この装置を使用して化合物単結晶を育成した。育成ボート１０を収容した反応 管２０を炉芯管４０内に設置したとき、種結晶１３からみて結晶成長方向に対し て育成ボート１０が左側に５度傾いていた。育成ボート１０に装入された原料が 溶解したとき、傾斜した育成ボート１０から融液１１が溢流する虞れがあるため 、育成ボート１０の傾きを修正する必要があった。そこで、駆動装置５０により 炉芯管４０を逆方向に５度回転させ、育成ボート１０の姿勢を修正した。

【００１５】 また、結晶成長の途中で、凹状になった固液界面が覗き窓３４から観察された 。固液界面が凹状になると、育成された結晶に転位，リネージ等の欠陥が発生し 易い。そこで、凹状の固液界面が観察されたとき、駆動装置５０により炉芯管４ ０を標準位置より１５ｃｍ下げ、放熱を抑えた。その結果、固液界面は、結晶成 長方向に関して凸状に変わった。このようにして、凸状の固液界面を維持しなが ら育成を行ったところ、転位が少なく且つリネージのない単結晶が得られた。

【００１６】

【考案の効果】

以上に説明したように、本考案の単結晶製造装置においては、炉芯管の回転や 上下動等によって育成ボートの正常な姿勢を維持している。このとき、炉芯管の 移動が加熱炉から独立して行われるため、加熱炉に設けた覗き窓の位置が変らず 、覗き窓を介した観察は何ら支障なく行われる。そのため、育成ボートを水平に 維持すると共に、結晶成長に適した条件下に固液界面を保持する操作が容易にな る。したがって、転位，リネージ等の欠陥がない高品質の化合物単結晶が歩留り 良く製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のボート法による単結晶製造装置

【図２】 本考案実施例の単結晶製造装置の軸方向断面
図

【図３】 同単結晶製造装置の側断面図

【図４】 炉芯管を回転及び昇降させる駆動装置の一例

【符号の説明】

１０ 育成ボート １１ 融液 １２ 種結晶
１３ 単結晶 ２０ 反応管 ３０ 加熱炉 ３４ 覗き窓
４０ 炉芯管 ４２ 覗き孔 ４３ 熱遮蔽板 ５０ 駆動装
置 ５２，５３ 回転用ローラ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶原料が装入された育成ボートを密
   封する反応管と、該反応管が挿入された炉芯管と、該炉
   芯管を取り囲む加熱炉と、該加熱炉から突出する前記炉
   芯管の両端部を支持し、前記炉芯管を回転及び／又は上
   下動させる駆動装置とを備えていることを特徴とする化
   合物単結晶製造装置。