JPH0597567A - 単結晶の製造装置 - Google Patents

単結晶の製造装置

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JPH0597567A
JPH0597567A JP25915491A JP25915491A JPH0597567A JP H0597567 A JPH0597567 A JP H0597567A JP 25915491 A JP25915491 A JP 25915491A JP 25915491 A JP25915491 A JP 25915491A JP H0597567 A JPH0597567 A JP H0597567A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 VB法若しくはVGF法で単結晶を製造する
装置の改良において、固液界面の形状制御が容易であ
り、融液に対して凸状態の下で結晶を成長させることの
できる単結晶の製造装置を提供しようとするものであ
る。 【構成】 原料融液を収容する縦型容器と、温度勾配炉
とを有し、下方より原料融液を冷却固化して単結晶を製
造する装置において、固液界面の上方に攪拌ジグを配置
し、該攪拌ジグの回転中心に1本の熱電対を設け、該攪
拌ジグとるつぼ内壁との間に1本以上の熱電対を配置し
たことを特徴とする単結晶の製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主にGaAs,Ga
P,GaSb.InAs,InP,InSbなどのIII-
V族化合物半導体単結晶、CdTe,Hg1-x Cdx
e,ZnSeなどのII-VI 族化合物半導体単結晶を垂直
ブリッジマン法(VB法)若しくは垂直徐冷法(VGF
法)で製造する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、VGF法の従来装置の断面図で
ある。チャンバー25の保護筒26内に上下に10個分
割されたヒータ1〜10により温度勾配が形成される。
この温度勾配炉の中央には石英管29が置かれ、その下
方に接続されたリザーバー19には固体の高解離圧元素
20が収容され、石英管29内には原料融液を収容する
るつぼ11が置かれ、るつぼ11の下端には種結晶12
が置かれ、石英管29の上方開口は蓋30で密閉され
る。ヒータ1〜10に通電して原料を完全に溶融した
後、炉内に所定の温度勾配を形成し、るつぼは降下させ
ずに同じ高さで回転させ、ヒータの出力を制御して種結
晶側から温度を徐々に降下させることにより、種結晶1
2の上端から上方に向けて原料融液を冷却固化し、単結
晶21を育成する。その間、石英管29内には固体の高
解離圧元素20が気化して、所定の蒸気圧が形成される
ため、原料融液28からの高解離圧元素の抜けを防止す
ることができる。
【0003】VB法は、上記VGF法に対し、炉内に形
成された温度勾配を固定したまま、るつぼを徐々に降下
させることにより、るつぼの下端より冷却固化して単結
晶を得るものであり、VGF装置に対し、るつぼの降下
手段を設けた点で相違するが、るつぼ、るつぼを封入す
る容器、ヒータ等炉の構造はほぼ同じである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの結晶成長方法
は、成長軸方向の温度勾配を小さくすることにより、低
転位密度の結晶を成長させることができるが、低温度勾
配の下における成長は、双晶やリネージなどの結晶欠陥
が発生し易くなる。これらの欠陥は、固液界面の形状が
融液に対して凸状態にすることによりその発生を抑制で
きるので、固液界面の形状制御が非常に重要になる。そ
れ故、原料融液の固液界面直上に多数の熱電対を挿入し
て、半径方向の温度分布を測定し、固液界面の形状が融
液に対して凸状態になるように、ヒータの出力を調整し
たり、融液内にヒータを配置することが先に提案され
た。
【0005】しかし、従来の温度勾配炉のヒータは、成
長軸方向に分割して配置されているため、成長軸方向の
温度勾配を制御することは比較的容易であるが、半径方
向の温度勾配を制御するための適当な手段がないため、
双晶やリネージなどの結晶欠陥の発生を有効に防ぐこと
ができなかった。そこで、本発明は、VB法若しくはV
GF法で単結晶を製造する装置の改良において、上記の
欠点を解消し、固液界面の形状制御が容易であり、融液
に対して凸状態の下で結晶を成長させることができる単
結晶の製造装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、原料融液を収
容する縦型容器と、温度勾配炉とを有し、下方より原料
融液を冷却固化して単結晶を製造する装置において、固
液界面の上方に攪拌ジグを配置し、該攪拌ジグの回転中
心に1本の熱電対を設け、該攪拌ジグとるつぼ内壁との
間に1本以上の熱電対を配置したことを特徴とする単結
晶の製造装置である。
【0007】
【作用】図1は、本発明の1具体例である単結晶製造装
置の概念図であり、VGF法を実施する装置である。チ
ャンバー25の保護筒26内に温度勾配を形成するため
のヒータ1〜10を配置し、他方、気密容器13の底部
のリザーバー19に固形の高解離圧元素単体20を置
き、中央にるつぼ11を配置し、るつぼ11の先端には
種結晶12を、その上に原料融液28を収容し、原料融
液28内には攪拌ジグ14を配置し、該攪拌ジグ14の
支持軸の中心に保護管15を通して先端に熱電対17を
配置し、るつぼ11の壁近くに熱電対18の保護管16
を配置し、かつ、気密容器13の開口を蓋22で密閉す
る。なお、蓋22には、攪拌ジグ14の支持軸及び熱電
対18の保護管16を貫通する孔があり、その周囲に液
体封止剤用の液溜を設けて貫通孔をシールする。また、
攪拌ジグ14の支持軸の後端にも液溜を設けて液体封止
剤を収容し、軸と保護管15の間をシールする。このよ
うにして、熱電対17,18は攪拌ジグから独立して上
下させることができ、所望の高さにおける原料融液の半
径方向の温度分布を測定することができる。また、上記
のようにシールされた気密容器13は、ヒータ1の出力
を制御して、リザーバー19内の固形高解離圧元素単体
20を気化させ、高解離圧元素の蒸気圧を確保できるの
で、原料融液28の解離が防止される。
【0008】図2は、本発明の別の具体例である単結晶
製造装置の概念図であり、VGF法を実施する装置であ
る。この装置は、図1の装置に対し、気密容器を省略す
る代わりに原料融液28の上に液体封止剤24を収容し
て原料融液28の解離を防止するものであり、その他の
装置構成は図1と同じである。なお、VB法の装置は図
面に示していないが、上記図1又は2の装置にるつぼ昇
降機構を設けたものであり、その他の構成はVGF装置
とほぼ同じである。
【0009】図3は攪拌ジグの正面図であり、図4は図
3の攪拌ジグの平面図である。この攪拌ジグは、支持軸
の下端に6枚のプロペラ状の攪拌翼を有している。図5
は別の攪拌ジグの正面図であり、図6は図5の攪拌ジグ
の平面図である。この攪拌ジグは、支持軸の下端に攪拌
用の円盤を有している。
【0010】本発明のるつぼは、PBN(パイロリティ
ックボロンナイトライド)製のものを使用するが、石英
製のものも使用することができる。また、気密容器は、
PBN、PG(パイロリティックグラファイト)、ガラ
ス化カーボン、PBNコーティングカーボン、PGコー
ティングカーボン、ガラス化カーボンコーティングカー
ボン、ステンレス、モリブデンなどの部材で作ることが
できる。さらに、攪拌ジグは、石英、PBN、PG、ガ
ラス化カーボン、BN、SiC、Si3 4 、AlN及
びそれらをカーボンにコーティングしたもの、また、ス
テンレス、モリブデンなどの金属で作ることができる。
【0011】
【実施例】
(実施例1)図1の装置を使用してVGF法により直径
3インチのノンドープGaAs単結晶を製造した。るつ
ぼは上部内径が85mm、下部内径が80mmのPBN
製のものを使用し、下部を逆円錐形とし、下端に種結晶
を取り付けた。そして、るつぼにはGaAs多結晶原料
7kgを投入した。PBNをコーティングしたカーボン
製の気密容器のリザーバーには固体のひ素50gを投入
し、その上方に上記るつぼをセットした。そして、図
3,4に示したプロペラ状のPBN製攪拌ジグ、該ジグ
の軸心に設けた熱電対及びるつぼの内壁近くに配置する
熱電対を気密容器に挿入してから蓋をした。蓋の上部の
液溜にはB2 3 を蓄え、チャンバーを密閉して準備を
完了した。
【0012】結晶成長は、まず、チャンバー内を真空に
引き、気密容器の蓋の周囲のヒータを加熱して蓋の液溜
に収容した液体封止剤B2 3 を軟化溶融して気密容器
を完全に密閉した後、リザーバーの周囲のヒータを加熱
してAsを気化し、As分圧を約1atmに調整した。
そして、その他のヒータも加熱してるつぼ内の原料を融
解し、チャンバー内にはArガスを満たして気密容器内
の圧力とバランスさせた。原料を融解した後、攪拌ジグ
と熱電対を成長界面まで降下させ、成長界面における軸
方向の温度勾配を2〜3℃/cmに維持しながら徐々に
温度を降下させ、長さ約250mmのGaAs単結晶を
成長させた。結晶成長の間、熱電対の位置を成長界面上
約1cmの位置になるように成長界面の移動に併せて上
昇させた。また、攪拌ジグの軸に設けた熱電対の温度が
その周囲に設けた熱電対の温度より約0.5℃低くなる
ように、攪拌ジグの回転数を図8のように調節した。具
体的には、結晶の長さが50mmまで成長した後、攪拌
ジグの回転を開始し、その回転数を徐々に上げ、結晶の
長さが250mmにまで成長した時点で回転数を20r
pmに調節することにより、成長界面の温度分布を上記
のように調整することができた。この調整により結晶の
全長にわたって成長界面の形状を緩やかな凸に制御する
ことができた。その結果、フロントからバックまで転位
密度が2×103 cm-2以下の低転位密度のGaAs単
結晶を安定して得ることができた。成長界面における半
径方向の温度分布の制御性が向上した結果、双晶、リネ
ージなどの欠陥が著しく減少した。
【0013】(実施例2)図2の装置で液体封止剤を使
用し、VGF法により直径3インチのノンドープGaA
s単結晶を製造した。るつぼは上部内径が85mm、下
部内径が80mmのPBN製のものを使用し、下部を逆
円錐形とし、下端に種結晶を取り付けた。そして、るつ
ぼにはGaAs多結晶原料7kgと液体封止剤B2 3
300gを投入した。図5,6に示した円盤状のPBN
製攪拌ジグ、該ジグの軸心に設けた熱電対及びるつぼの
内壁近くに配置する熱電対をるつぼの上部に用意し、チ
ャンバーを密閉して準備を完了した。
【0014】結晶成長は、まず、チャンバー内を真空に
引いた後、チャンバー内にArガスを導入し、ヒータを
加熱してるつぼ内の原料及び液体封止剤を融解した。結
晶成長時のチャンバー内のArガス分圧を5atmに調
整した。原料を融解した後、攪拌ジグと熱電対を成長界
面まで降下させ、成長界面における軸方向の温度勾配を
2〜3℃/cmに維持しながら徐々に温度を降下させ、
長さ約250mmのGaAs単結晶を成長させた。結晶
成長の間、熱電対の位置を成長界面上約1cmの位置に
なるように成長界面の移動に併せて上昇させた。また、
攪拌ジグの軸に設けた熱電対の温度がその周囲に設けた
熱電対の温度より約0.5℃低くなるように、攪拌ジグ
の回転数を調節した。この調整により結晶の全長にわた
って成長界面の形状を緩やかな凸に制御することができ
た。その結果、フロントからバックまで転位密度が2×
103 cm-2以下の低転位密度のGaAs単結晶を安定
して得ることができた。成長界面における半径方向の温
度分布の制御性が向上した結果、双晶、リネージなどの
欠陥が著しく減少した。
【0015】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、原料融液の成長界面上に挿入した熱電対の温度を
目的の温度となるように攪拌ジグの回転数を調整して融
液対流を制御することが容易になり、成長界面の温度分
布の制御が正確になった結果、結晶の全長にわたって成
長界面の形状を緩やかに下に凸に維持することが可能に
なり、双晶、リネージの発生を大幅に抑制することがで
きるようになった。その結果、生産性と歩留りが著しく
向上し、結晶全体にわたって低転位密度の結晶を安定し
て得ることができ、品質の向上にも著しい効果があっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例である単結晶製造装置の概念
図である。
【図2】本発明の他の実施例である単結晶製造装置の概
念図である。
【図3】本発明の装置に使用する攪拌ジグの正面断面図
である。
【図4】図3の平面図である。
【図5】本発明の装置に使用する他の攪拌ジグの正面断
面図である。
【図6】図5の平面図である。
【図7】従来の単結晶製造装置の概念図である。
【図8】攪拌ジグの回転数の制御の1例を示したグラフ
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料融液を収容する縦型容器と、温度勾
    配炉とを有し、下方より原料融液を冷却固化して単結晶
    を製造する装置において、固液界面の上方に攪拌ジグを
    配置し、該攪拌ジグの回転中心に1本の熱電対を設け、
    該攪拌ジグとるつぼ内壁との間に1本以上の熱電対を配
    置したことを特徴とする単結晶の製造装置。
  2. 【請求項2】 上記縦型容器を気密容器に内蔵させ、該
    気密容器の底に高解離圧成分元素単体を配置し、該気密
    容器の蓋に液溜を設け、上記攪拌ジグの駆動軸及び熱電
    対の保護管が上記気密容器の蓋を貫通する穴の周囲に液
    溜を設け、該液溜に収容した液体封止剤により気密を保
    持するようにしたことを特徴とする請求項1記載の単結
    晶の製造装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19580737C2 (de) * 1994-06-02 2002-02-21 Kobe Steel Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungs-Einkristallen
CN107059132A (zh) * 2017-03-29 2017-08-18 磐石创新(北京)电子装备有限公司 一种碲锌镉单晶的新型单晶炉及生长工艺

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DE19580737C2 (de) * 1994-06-02 2002-02-21 Kobe Steel Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbindungs-Einkristallen
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