JPH06166588A

JPH06166588A - 単結晶製造用るつぼ

Info

Publication number: JPH06166588A
Application number: JP31965192A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Ozawa; 章一小沢; Toshinori Kimura; 俊憲木村
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1994-06-14

Abstract

(57)【要約】【目的】結晶欠陥が少ない単結晶ブロックを製造する
ときに用いて好適なるつぼを提供する。【構成】この単結晶製造用るつぼは、上部が開口する
有底円筒構造のるつぼＡであって、るつぼ底部２０の軸
心部には種結晶の収容部２１が設けられ、かつ、前記底
部２０の軸心部の位置は前記底部２０とるつぼ側壁２２
との境界部２２ａの位置よりも高位置にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、垂直ブリッジマン法や
垂直温度勾配付凝固法によって例えばＧａＡｓのような
化合物半導体の多結晶ブロック材を単結晶ブロック材に
するときに用いる単結晶製造用るつぼに関し、更に詳し
くは、単結晶ブロック材への結晶欠陥の発生を抑制する
ことができる単結晶製造用るつぼに関する。

【０００２】

【従来の技術】光デバイス，超高速デバイスの基板とし
て、ＧａＡｓ，ＩｎＰなどのIII −Ｖ族化合物半導体の
単結晶基板が用いられているが、これら基板は、III −
Ｖ族化合物半導体の単結晶ブロック材をスライスして製
造される。化合物半導体の単結晶ブロック材を製造する
方法としては、従来から、垂直ブリッジマン法や垂直温
度勾配付凝固法などが適用されている。この方法を以下
に垂直ブリッジマン法を行なう装置の概略を示す図１に
則して説明する。

【０００３】まず、用いる装置では、圧力容器１とシー
ルされ、内部に熱電対２が挿入され、矢印のように回転
することができるペデスタル３が圧力容器１の中にセッ
トされている。そして、このペデスタル３の上には、る
つぼホルダ４が配置され、更にるつぼ受け治具５を介し
て後述するるつぼ６がセットされている。また、るつぼ
ホルダ４の外側には、熱電対２で測定する温度信号と連
動して作動するヒータ７，７が配設され、更にその外側
には内側断熱材８，８と外側断熱材９，９が順次配設さ
れて単結晶成長時のるつぼ保温が図られている。

【０００４】ここで用いられているるつぼは、図１で示
したように、上部６ａが所望の口径で開口する有底円筒
構造になっている。るつぼ６の軸心部における底部に
は、内径がるつぼ側壁６ｂの内径よりも細径である種結
晶収容部６ｃが下方に向かって突設され、したがって、
この収容部６ｃとるつぼ側壁６ｂの間は、上方にいくほ
ど拡径するコーン形状をした増径部６ｄになっているの
が通例である。

【０００５】単結晶を成長させるに際しては、まず、る
つぼ６の種結晶収容部６ｃの中に、成長させるべき化合
物半導体の種結晶１０を配置し、その上に、予め別工程
で製造された当該化合物半導体の多結晶ブロック材を充
填し、更にその多結晶ブロック材の上に多結晶ブロック
材の融点よりも低い融点で例えば円形ペレット状に成形
した液体封止剤を配置する。この操作は通常別の場所で
行なわれる。ここで、液体封止剤は、多結晶ブロック材
を溶融したときに自らも溶融して化合物半導体融液の表
面を覆い、もって化合物半導体融液が圧力容器内の不活
性ガス加圧下で、該融液からの構成元素の解離を防止す
るため、また、化合物半導体融液を保温するために配置
されるもので、一般には、Ｂ₂Ｏ₃の成形体が用いられ
ている。

【０００６】また、るつぼ６としては、通常、ｐＢＮ，
ｃＢＮ，ｈＢＮなどの窒化ボロンや石英から成るものが
用いられ、その内壁面は可能な限り平滑となるように加
工されている。このようにして、多結晶ブロック材を充
填したるつぼ６をそのままるつぼホルダ４の中に嵌め込
み、圧力容器１を密閉し、容器内を一旦真空状態にした
のち容器内をＡｒまたはＮ₂などを用いて所定圧力の加
圧状態にする。

【０００７】ついで、ペデスタル３を回転させながらヒ
ータ７を動作してるつぼ６内に充填されている多結晶ブ
ロック材と液体封止剤を所定温度に加熱して溶融する。
そして、多結晶ブロック材の融液１２は、その下に位置
する種結晶（固体）１０と接触することにより、種付け
がなされる。種付け後、その種付け個所から上方に向か
って徐々に冷却していくか、またはヒータ７，７のパワ
ーを徐々に低下していくことにより、融液１２を種付け
個所から上方に向かって徐々に凝固させて種付けした単
結晶を成長させていく。

【０００８】したがって、単結晶の成長は、既に成長し
た固体である単結晶１３とその上に位置する融液１２と
の界面１３ａが徐々にるつぼ６の上方に移動していくと
いう過程として進行する。そして、最終的には、上部が
所定のるつぼ６の口径と同径で、下部は増径部６ｄと同
じノーズコーン状の単結晶ブロックが得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、化合物半導
体は、それが固体であるときの熱伝導率の方が融液状態
のときの熱伝導率よりも小さい。したがって、単結晶の
成長過程においては、既に固体としてるつぼの下部に位
置する単結晶１３の熱がるつぼの側壁を介して外系に放
散しにくくなる。その結果、熱は融液１２の中心方向に
移動するようになるため、単結晶と融液との界面１３ａ
のうちその中心部における温度が高くなり、この成長界
面１３ａの形状は、図１で示したように、中心部がなだ
らかに凹没する凹曲面になりやすい。とくに、増径部６
ｄにおける成長過程で上記した凹曲面の単結晶−融液界
面である成長界面１３ａが形成されると、この界面形状
は、結晶成長が進むにつれて一層顕著な凹曲面になって
伝播していく。

【００１０】この成長界面の凹曲面化という現象は、成
長界面が増径部６ｄを通過する過程で発現する傾向にあ
る。そして、結晶成長の初期、すなわち、融液が種結晶
と接触して初期成長界面が形成されるときに、その初期
成長界面が凹曲面化すると、成長する単結晶には結晶欠
陥が発生して良質な単結晶が得られないという問題があ
る。

【００１１】とくに、結晶欠陥のうち、転位は成長界面
と垂直方向に伝播する構造のものが多く、そのため、そ
の結晶欠陥は得られる単結晶ブロックの中央に進展、か
つ集積し、場合によっては、粒界を形成して単結晶成長
を阻害して単結晶の歩留りを低下させる。本発明は、図
１で示した従来構造のるつぼを用いたときの上記した問
題を解決することができ、もって、結晶欠陥が少ない良
質な単結晶ブロックの製造を可能にする単結晶製造用る
つぼの提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、上部が開口する有底円筒構
造のるつぼであって、るつぼ底部の軸心部には種結晶の
収容部が設けられ、かつ、前記底部の軸心部の位置は前
記底部とるつぼ側壁との境界部の位置よりも高位置にあ
ることを特徴とする単結晶製造用るつぼが提供され、と
くに、前記るつぼ底部の形状が、上方を正としたとき
に、前記軸心部を中心とする正の曲率半径を有する曲面
になっている、または、前記るつぼ底部の形状は、前記
軸心部から前記境界部にかけて直線的に傾斜する円錐形
の表面形状になっている単結晶製造用るつぼが提供され
る。

【００１３】

【作用】本発明のるつぼを用いて結晶成長を開始する
と、るつぼ底部の軸心部はるつぼ底部の周縁部よりも高
い位置にあるため、るつぼ内に充填された多結晶ブロッ
クは、まず底部の周縁部にある部分から順次融液になっ
ていき、最後に、融液は軸心部の種結晶収容部に収容さ
れている種結晶と接触して初期成長界面を形成すること
になる。

【００１４】このとき、初期成長界面の下に位置する種
結晶は固体であってその熱伝導率は悪いが、その周囲は
全て熱伝導率が高い融液になっているため、初期成長界
面における熱はその中心から周囲の融液側へ流れてい
き、この初期成長界面の中心が凹没する凹曲面になるこ
とが防止される。

【００１５】

【実施例】

実施例１図２は、本発明の実施例るつぼＡを示す断面図である。
このるつぼＡは、上部が口径Ｌで開口し、全体として有
底円筒構造になっている。るつぼの底部２０の軸心部に
は、口径ｌ（Ｌ≫ｌ）の開口２１ａを有し、種結晶を収
容するための種結晶収容部２１が下方に突設して形成さ
れている。そして、るつぼ底部２０は、全体として、軸
心部を中心にして所望の曲率半径Ｒ₁で上方に凸をなす
球面になっている。

【００１６】したがって、このるつぼ底部２０において
は、種結晶収容部２１の開口２１ａの位置が最も高い位
置を占め、るつぼの側壁２２と上記底部２０との境界部
２２ａが最も低い位置になっている。全体の口径Ｌが１
０２mm，長さ約６０mmの種結晶収容部２１の開口２１ａ
の口径が６mmで、底部２０は曲率半径Ｒ₁が１００mmの
形状に、ＣＶＤ法によりｐＢＮるつぼＡを作成した。種
結晶収容部２１に直径６mm，長さ約６０mmのＧａＡｓ単
結晶を（１００）の面方位で収容したのち、るつぼＡの
中に多結晶ＧａＡｓ材を約３７００ｇ投入し、更にその
上にＢ₂Ｏ₃封止剤を約３００ｇ充填した。

【００１７】このるつぼを図１で示した装置にセット
し、垂直ブリッジマン方式でＧａＡｓ単結晶を成長させ
た。全体の結晶成長操作が終了したのち、るつぼＡを装
置から取り出し、封止剤を除去し、るつぼＡから種結晶
を含む結晶ブロックを取り出した。得られた結晶ブロッ
クを成長軸方向に切断して約厚み１mmのＧａＡｓウェハ
を切り出したのち、その切出し面を研磨し、その研磨面
に５００Ｗのタングステンランプの光を照射し、ＡＢエ
ッチング溶液（ＡｇＮＯ₃，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＨＦ，Ｈ ₂Ｏ
の混合液）でエッチングすることにより成長界面の形状
を観察した。

【００１８】種付け直後における初期成長界面は、結晶
成長の方向に凸となった曲面であり、この凸曲面の形状
は結晶の終端まで略同じに続いていた。実施例２図３は、本発明の他の実施例るつぼＢを示す断面図であ
る。このるつぼＢの底部２０は、種結晶収容部２１の開
口２１ａの周辺部では、上に凸となるある曲率半径の曲
面２０ａとなっており、るつぼ側壁２２と底部２０の境
界部２２ａの近傍部分では、下に凸となるある曲率半径
の曲面２０ｂになっていて、曲面２０ａと曲面２０ｂが
連続的につながっている形状である。

【００１９】このるつぼＢの場合は、境界部２２ａの近
傍が曲面になっているので、るつぼＡに比べて、成長さ
せた結晶ブロックを損傷することなくるつぼから取り出
すことが可能となり、るつぼの耐用回数も向上する。こ
のるつぼＢを用い、実施例１と同様にしてＧａＡｓ単結
晶ブロックを製造したところ、歩留りは７０％以上と良
好であり、また結晶ブロックでは、初期成長界面から終
端までの成長界面は全て結晶成長の方向に凸となってい
た。

【００２０】実施例３図４は、更に別の実施例るつぼＣを示す断面図である。
このるつぼＣの底部２０は、種結晶収容部の開口２１ａ
から底部２０とるつぼ側壁２２の境界部２２ａに至る形
状が円錐形をしている。このるつぼＣでも、種結晶との
初期成長界面を形成する位置が最も高い位置なので、得
られる結晶ブロックにおける成長界面はこの底部２０の
形状を反映して上に凸になっている。

【００２１】なお、るつぼＣの場合も、るつぼＢの場合
と同様に、境界部２２ａの近傍を下に凸の曲面にすると
歩留り向上に資することができて好適である。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
るつぼを用いて結晶成長を行なうと、結晶性が優れた良
質な単結晶ブロックを高い歩留りで製造することができ
る。これは、るつぼの種結晶収容部の開口位置を高くし
て、初期成長界面が融液に対して凸形状となるようにし
たことがもたらす効果である。

【００２３】また、本発明のるつぼは、結晶の大口径化
や長尺化にも容易に対応することもでき、単結晶製造の
生産性向上に資すること大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】垂直ブリッジマン方式で単結晶ブロックを製造
するときの装置例を示す概略図である。

【図２】本発明のるつぼの１例を示す断面図である。

【図３】本発明のるつぼの他の例を示す断面図である。

【図４】本発明の更に別のるつぼの例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２０るつぼの底部２１種結晶の収容部２１ａ収容部２１の開口２２るつぼ側壁２２ａ底部２０とるつぼ側壁２２の境界部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部が開口する有底円筒構造のるつぼで
あって、るつぼ底部の軸心部には種結晶の収容部が設け
られ、かつ、前記底部の軸心部の位置は前記底部とるつ
ぼ側壁との境界部の位置よりも高位置にあることを特徴
とする単結晶製造用るつぼ。
【請求項２】前記るつぼ底部の形状が、上方を正とし
たときに、前記軸心部を中心とする正の曲率半径を有す
る曲面になっている請求項１の単結晶製造用るつぼ。
【請求項３】前記境界部の近傍における前記るつぼ底
部の形状は、上方を正としたときに、負の曲率半径を有
する曲面になっている請求項２の単結晶製造用るつぼ。
【請求項４】前記るつぼ底部の形状は、前記軸心部か
ら前記境界部にかけて直線的に傾斜する円錐形の表面形
状になっている請求項１の単結晶製造用るつぼ。
【請求項５】前記表面のうち前記境界部の近傍表面の
みは、上方を正としたときに、負の曲率半径を有する曲
面になっている請求項４の単結晶製造用るつぼ。