JPH07237990A - Method for growing single crystal according to method for solidification in vertical container and apparatus therefor - Google Patents
Method for growing single crystal according to method for solidification in vertical container and apparatus thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、縦型容器内凝固法によ
る単結晶成長方法及びその装置に関し、更に詳細には、
単結晶の種付けを確実に行うことにより単結晶の製造歩
留りを高くするようにした、縦型容器内凝固法による単
結晶成長方法及びその装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing a single crystal by a vertical container solidification method and an apparatus therefor.
The present invention relates to a single crystal growth method and apparatus using a vertical in-container solidification method in which the production yield of single crystals is increased by reliably seeding the single crystals.
【０００２】[0002]
【従来の技術】縦型容器内凝固法によって縦型容器（坩
堝）を用いて単結晶を成長させる方法が、原料融液から
単結晶を成長させる方法の一つとして、従来から行われ
ている。縦型容器内凝固法は、温度勾配を坩堝周りに設
ける手段の違いにより、縦型ブリッジマン法（ＶＢ法）
及び縦型温度勾配付凝固法（ＶＧＦ法）とに大別でき
る。縦型容器内凝固法の一つとして、容器の下端部に種
結晶を配置し、原料融液と接触させて種付けを行う方法
がＡＴ＆Ｔにより提案され（W.A.Gault ，US PATENT N
o，4404172）、化合物半導体の単結晶成長工程に適用さ
れ始めている。化合物半導体には、ＧaＰ、ＩnＰ、Ｇa
Ａs等種々あるが、ここでは、ＧaＡsを例にとり、図５
を用いて従来の縦型容器内凝固法による単結晶の成長方
法を説明する。2. Description of the Related Art A method of growing a single crystal using a vertical container (crucible) by a vertical container solidification method has been conventionally performed as one of the methods for growing a single crystal from a raw material melt. . The vertical vessel solidification method is a vertical Bridgman method (VB method) due to the difference in means for providing a temperature gradient around the crucible.
And a vertical type temperature gradient solidification method (VGF method). As one of the vertical vessel solidification methods, AT & T has proposed a method in which a seed crystal is placed at the lower end of the vessel and brought into contact with the raw material melt to perform seeding (WAGault, US PATENT N
o, 4404172), and is beginning to be applied to the single crystal growth process of compound semiconductors. Compound semiconductors include GaP, InP, Ga
There are various types such as As, but here, GaAs is taken as an example, and FIG.
The conventional method for growing a single crystal by the vertical solidification method in a vessel will be described with reference to FIG.
【０００３】従来の縦型容器内凝固法は、次に説明する
ような縦型単結晶成長装置により実施されて来た。その
単結晶成長装置は、図５に示すように、化合物半導体の
多結晶体原料を入れるようにした、円筒形の本体とロー
ト状の下部とからなる坩堝１２と、坩堝１２を保持する
円筒形の容器支持体１４と、坩堝１２を加熱して原料を
溶融するために容器支持体１４の回りに配置されたヒー
タ１６と、容器支持体１４を支持する支持軸１８を介し
て容器支持体１４を昇降させ、また回転させる昇降及び
回転機構（図示せず）と、坩堝１２、容器支持体１４及
びヒータ１６を収容する、円筒形のチャンバ２０とから
構成されている。The conventional vertical solidification method in a container has been carried out by a vertical single crystal growth apparatus as described below. As shown in FIG. 5, the single crystal growth apparatus includes a crucible 12 having a cylindrical main body and a funnel-shaped lower portion, into which a polycrystalline semiconductor raw material of a compound semiconductor is put, and a cylindrical shape for holding the crucible 12. Of the container support 14 and the heater 16 disposed around the container support 14 for heating the crucible 12 to melt the raw material, and the support shaft 18 supporting the container support 14 through the container support 14 It comprises an elevating and rotating mechanism (not shown) for raising and lowering and rotating, and a cylindrical chamber 20 for accommodating the crucible 12, the container support 14 and the heater 16.
【０００４】ヒータ１６は、個別に加熱温度を制御でき
るようにされた多段（図５では、簡単に３段のヒータで
表示されている）の環状ヒータで構成されており、それ
によって、容器支持体１４の上下方向に所望の温度勾配
を有するようにヒータで包囲された領域を制御できる。
坩堝１２のロート状下部の下端部は、細い内径の管状体
で形成された種結晶収容部（以下、種結晶部と略称す
る）２２であって、種結晶Ａを収容するようになってい
る。図５中、２４は種結晶近傍の温度を計測する熱電対
である。The heater 16 is composed of a multi-stage (in FIG. 5, simply shown as a three-stage heater) annular heater capable of individually controlling the heating temperature, thereby supporting the container. The region surrounded by the heater can be controlled so as to have a desired temperature gradient in the vertical direction of the body 14.
The lower end of the funnel-shaped lower portion of the crucible 12 is a seed crystal storage portion (hereinafter abbreviated as seed crystal portion) 22 formed of a tubular body having a thin inner diameter, and is adapted to store the seed crystal A. . In FIG. 5, 24 is a thermocouple for measuring the temperature near the seed crystal.
【０００５】上述の縦型単結晶成長装置を使用して縦型
容器内凝固法を実施する際には、先ず、坩堝１２の種結
晶部２２に種結晶Ａを装填し、更に坩堝１２内に化合物
半導体の多結晶体原料Ｂ及び液体封止剤Ｃを入れる。次
に、チャンバ２０内に窒素又はアルゴン等の不活性ガス
を充填した後、ヒータ１６を加熱させて坩堝１２内の原
料Ｂ及び種結晶Ａの一部を溶融させ、原料融液Ｂと種結
晶Ａとを接触、連続させて種付けを行う。垂直ブリッジ
マン法では、ヒータ１６によって取り囲まれた領域の各
場所の温度がチャンバ２０の下部に向かって徐々に低下
する温度勾配になるように、多段ヒータ１６の個々を温
度制御しながら、チャンバ２０の下部に向かって坩堝１
２を徐々に下降させる。これにより、原料融液Ｂは、坩
堝１２の下方から冷却されて、凝固し、種結晶Ａの種付
け箇所から上方に向かって単結晶として成長する。When carrying out the vertical in-container solidification method using the vertical single crystal growth apparatus described above, first, the seed crystal A is loaded into the seed crystal part 22 of the crucible 12 and further in the crucible 12. A polycrystal raw material B of a compound semiconductor and a liquid sealant C are put therein. Next, after filling the chamber 20 with an inert gas such as nitrogen or argon, the heater 16 is heated to melt a part of the raw material B and the seed crystal A in the crucible 12, and melt the raw material B and the seed crystal. Seeding is performed by contacting with A and continuing. In the vertical Bridgman method, the temperature of each of the multi-stage heaters 16 is controlled while the temperature of each of the multi-stage heaters 16 is controlled so that the temperature of each place in the region surrounded by the heater 16 gradually decreases toward the lower portion of the chamber 20. Toward the bottom of the crucible 1
Gradually lower 2. As a result, the raw material melt B is cooled from below the crucible 12 and solidified, and grows as a single crystal from the seeded portion of the seed crystal A upward.
【０００６】一方、垂直温度勾配付凝固法では、上記垂
直ブリッジマン法と同様に単結晶成長の種付けを行った
後、坩堝１２をチャンバ２０内に固定する。次いで、多
段ヒータ１６のそれぞれに印加する電圧を調整して、チ
ャンバ２０の下部に向かって所定の温度勾配で温度が低
下する温度分布領域が坩堝１２に沿って上方に移動する
ように操作する。それによって、坩堝１２の温度が除々
に坩堝１２の下部から上部に低下するので、坩堝１２内
の溶融状態の多結晶体は、下方から冷却されて、凝固
し、種結晶Ａの種付け箇所から上方に向かって単結晶と
して成長する。On the other hand, in the solidification method with vertical temperature gradient, the seeding of single crystal growth is performed as in the vertical Bridgman method, and then the crucible 12 is fixed in the chamber 20. Next, the voltage applied to each of the multi-stage heaters 16 is adjusted so that the temperature distribution region where the temperature decreases toward the bottom of the chamber 20 with a predetermined temperature gradient moves upward along the crucible 12. As a result, the temperature of the crucible 12 gradually decreases from the lower part to the upper part of the crucible 12, so that the molten polycrystalline substance in the crucible 12 is cooled from below and solidified, so that the seed crystal A is seeded upward from the seeded position. Grows as a single crystal.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、製品単結晶
の単結晶化率は、種結晶の種付けの良否に大いに依存し
ており、単結晶化率を向上させるには種結晶の良好な種
付けが重要である。種結晶の一部が再溶融して界面で原
料融液と連続し、原料融液が種結晶の面方位と同一面方
位で結晶成長する必要がある。従って、種結晶は、再溶
融していない時には、種結晶としての機能を発揮するこ
とができず、逆に全部が再溶融した場合にも種結晶とし
ての機能を発揮することができない。良好な種付けを行
うには、種結晶の上端が適当量再溶融する必要がある。By the way, the single crystallization rate of the product single crystal depends largely on the quality of seeding of the seed crystal. To improve the single crystallization rate, good seeding of the seed crystal is required. is important. It is necessary that a part of the seed crystal is remelted and continuous with the raw material melt at the interface, and the raw material melt grows in the same plane orientation as the seed crystal. Therefore, the seed crystal cannot exhibit the function as the seed crystal when it is not re-melted, and conversely cannot exhibit the function as the seed crystal even when the whole is re-melted. For good seeding, the top end of the seed crystal needs to be remelted in an appropriate amount.
【０００８】種結晶の種付けが不良である場合は、多結
晶体の単結晶化が阻害され、製品の単結晶化率が低く、
製品収率が落ち、場合によっては、多結晶の存在のた
め、坩堝の中の製品全体、即ちインゴットの全てが、不
良品となって使用不能となることもある。例えば、Ｇa
Ａs単結晶を成長させる場合、成長速度が３から１０mm
／hr程度であるため、インゴット１本の製造工程に１週
間以上の時間を要するが、それが全て不良品となると、
経済的及び時間的損失が極めて大きくなる。If seeding of the seed crystal is unsuccessful, the single crystallization of the polycrystal is hindered, the single crystallization rate of the product is low,
The product yield may be reduced, and in some cases, the entire product in the crucible, that is, all of the ingot may be defective and unusable due to the presence of the polycrystal. For example, Ga
When growing As single crystal, the growth rate is 3 to 10 mm.
Since it is about / hr, it takes more than a week to manufacture one ingot, but if it becomes defective,
Economical and time losses are very high.
【０００９】しかし、上述の方法では、いずれも、坩堝
下端部に種結晶を配置し、原料を加熱溶融し、種結晶の
一部を溶融して種付けしているので、種結晶の再溶融状
況、種結晶の種付けのプロセスの進行状態をリアルタイ
ムでその場で直接観察することは不可能であった。種結
晶の種付けの良否を調べるには、単結晶の成長終了後に
単結晶を坩堝から取り出してから、種結晶部分及び成長
初期部分を目視観察する必要があった。更に、明確に判
定するには、結晶を切断し、Ｘ線回折法により、成長結
晶の面方位が種結晶のそれと一致しているかを調べる必
要があった。However, in any of the above methods, the seed crystal is placed at the lower end of the crucible, the raw material is heated and melted, and a part of the seed crystal is melted and seeded. However, it was impossible to directly observe the progress of the seed crystal seeding process in-situ in real time. In order to check the quality of seeding of the seed crystal, it was necessary to take out the single crystal from the crucible after the growth of the single crystal and then visually observe the seed crystal portion and the initial growth portion. Furthermore, in order to make a clear determination, it was necessary to cut the crystal and examine by X-ray diffraction method whether the plane orientation of the grown crystal coincided with that of the seed crystal.
【００１０】特に、化合物半導体の単結晶成長工程は、
高温、高圧下で実施されるため、雰囲気ガスの熱対流な
どにより、熱環境が変動し易く、種結晶の再溶融状況も
変動する。換言すれば、同一の加熱条件でも原料及び種
結晶の溶融状況が異なり、種付けの再現性、信頼性が低
かった。しかるに、従来の方法では、リアルタイムで種
結晶の種付け状態の良否を判定できなかったので、化合
物半導体の単結晶成長工程の終了まで、単結晶製品の良
否を判定できなかった。そのため、種付け条件の制御が
難しく、種付け操作の再現性及び安定性が低下して、化
合物半導体単結晶の製造歩留りの向上を阻害する原因と
なっていた。In particular, the step of growing a single crystal of a compound semiconductor is
Since it is carried out at high temperature and high pressure, the thermal environment is likely to change due to the thermal convection of the atmospheric gas, and the remelting state of the seed crystal also changes. In other words, the melting conditions of the raw material and the seed crystal were different even under the same heating conditions, and the reproducibility and reliability of seeding were low. However, in the conventional method, the quality of the seeded state of the seed crystal could not be determined in real time, and therefore the quality of the single crystal product could not be determined until the completion of the single crystal growth step of the compound semiconductor. Therefore, it is difficult to control the seeding conditions, the reproducibility and stability of the seeding operation are reduced, and this is a cause of hindering the improvement of the production yield of compound semiconductor single crystals.
【００１１】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、リアルタイムで種結晶の種付け状態の良否
を判定して、単結晶製造の歩留りを向上させるようにし
た、縦型容器内凝固法による単結晶成長方法及びその装
置を提供することを目的としている。The present invention has been made in order to solve the above problems, and determines whether the seeding state of the seed crystal is good or not in real time to improve the yield of the single crystal production. An object of the present invention is to provide a method for growing a single crystal by the method and an apparatus therefor.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するため、本発明は、垂直に配置された坩堝の底部に設
けられた種結晶収容部に種結晶を収容し、単結晶原料を
その上部に充填した後、該原料を加熱溶融すると共にこ
の融液と接触する種結晶の一部を溶融して種付けを行
い、種付け箇所から上方に向かって融液を固化せしめて
単結晶を得る縦型容器内凝固法による単結晶成長方法に
おいて、坩堝の種結晶収容部と種結晶との間に環状間隙
が存在するように種結晶を種結晶収容部に装填し、透視
撮影中心を坩堝の種結晶収容部に照準できるように、坩
堝を収容するチャンバの外側に対向させてＸ線発生装置
とＸ線撮像装置とを設置し、Ｘ線撮像装置にて種結晶の
溶融状態を監視することを特徴としている。In order to achieve the above object, the present invention stores a seed crystal in a seed crystal storage portion provided at the bottom of a vertically arranged crucible and converts the single crystal raw material into a single crystal raw material. After filling the upper part, the raw material is heated and melted, and a part of the seed crystal that comes into contact with this melt is melted for seeding, and the melt is solidified upward from the seeding point to obtain a single crystal. In the single crystal growth method by the in-mold solidification method, the seed crystal is loaded into the seed crystal storage part such that an annular gap exists between the seed crystal storage part of the crucible and the seed crystal, and the perspective center is used as a seed for the crucible. An X-ray generator and an X-ray imaging device are installed facing each other outside the chamber that houses the crucible so that the crystal can be aimed at the crystal housing, and the melting state of the seed crystal is monitored by the X-ray imaging device. It has a feature.
【００１３】本発明方法は、化合物半導体の多結晶体の
単結晶化並びに単味の半導体材料の単結晶化に適用でき
る。化合物半導体及び単味の半導体材料の種類は特に限
定はなく、例えば、化合物半導体では、ＣdＴe、ＺnＳe
等のII−VI族、又はＧaＡs、ＩnＰ等のIII −V 族の化
合物半導体材料の単結晶化に、また単元素の半導体で
は、ＳiやＧe半導体材料の単結晶化に適用できる。更
に、本発明方法は、半導体材料の単結晶化に限らず、Ｎ
aＩ、ＫＣl等のハロゲン化合物、ＭnＺn−フェライト等
の磁性材料の単結晶化にも適用できる。The method of the present invention can be applied to single crystallization of polycrystals of compound semiconductors and single crystalization of plain semiconductor materials. The type of compound semiconductor and plain semiconductor material is not particularly limited. For example, in the case of compound semiconductor, CdTe, ZnSe
The present invention can be applied to single crystallization of II-VI group compound semiconductor materials such as GaAs, or III-V group compound semiconductor materials such as GaAs and InP, and single crystal semiconductor materials such as Si and Ge semiconductor materials. Furthermore, the method of the present invention is not limited to the single crystallization of semiconductor materials, but N
It is also applicable to single crystallization of halogen compounds such as aI and KCl, and magnetic materials such as MnZn-ferrite.
【００１４】本発明方法において、環状間隙は、種結晶
のＸ線吸収性と不活性ガス領域を含む種結晶以外の部分
のＸ線透過性との相違によるコントラストを利用したＸ
線透視により、種結晶の不溶融部分及び再溶融部分とを
明確に確認できるようにするために設けてある。種結晶
の再溶融部分及び不溶融部分は、Ｘ線を吸収するため、
Ｘ線撮像装置のモニター上では黒色となり、不活性ガス
が充満する環状間隙及び種結晶の周囲領域は白色又は無
色透明となる。また、種結晶の再溶融部分は、種結晶収
容部の内径と同じ直径になり、不溶融部分は、種結晶の
原直径と同じ直径を有し、かつ原形状と同じ形状を維持
している。以上の結果により、種結晶の不溶融部分と再
溶融部分との境界を容易に確認できる。In the method of the present invention, the annular gap utilizes the contrast due to the difference between the X-ray absorbing property of the seed crystal and the X-ray transmitting property of the portion other than the seed crystal containing the inert gas region.
It is provided so that the non-melting portion and the re-melting portion of the seed crystal can be clearly confirmed by the line see-through. The re-melted portion and the non-melted portion of the seed crystal absorb X-rays,
On the monitor of the X-ray imaging device, the color is black, and the annular gap filled with the inert gas and the peripheral region of the seed crystal are white or colorless and transparent. Further, the re-melted portion of the seed crystal has the same diameter as the inner diameter of the seed crystal housing portion, and the non-melted portion has the same diameter as the original diameter of the seed crystal and maintains the same shape as the original shape. . From the above results, the boundary between the unmelted portion and the remelted portion of the seed crystal can be easily confirmed.
【００１５】図３を参照して種結晶収容部と種結晶との
寸法関係を説明する。種結晶収容部の内径Ｄc及び種結
晶の直径Ｄsの範囲は、０＜Ｄc＜Ｄs≦成長単結晶の径
の関係を満たすように設定する。必要な環状間隙の幅Ｌ
（Ｌ＝（Ｄc−Ｄs）／２）は、０＜Ｌ≦１mmにするのが
望ましい。Ｌが１mm以上になると、種結晶再溶融部分の
下面の表面張力に抗して、原料融液及び再溶融部分が自
重により環状間隙内に流れ込みコントラストの形成がで
きなくなる恐れがあり、逆に、Ｌが１mm以下であっても
少なくとも環状間隙が存在すれば、コントラストを形成
することができるからである。好適には、０．１mmから
１．０mmの範囲である。また、環状間隙の幅は、種結晶
収容部にわたって一様である必要は必ずしもなく、上方
又は下方にテーパ状になっていても良い。The dimensional relationship between the seed crystal containing portion and the seed crystal will be described with reference to FIG. The range of the inner diameter Dc of the seed crystal containing portion and the diameter Ds of the seed crystal is set so as to satisfy the relationship of 0 <Dc <Ds ≦ the diameter of the grown single crystal. Required annular gap width L
(L = (Dc-Ds) / 2) is preferably 0 <L≤1 mm. If L is 1 mm or more, the raw material melt and the remelted portion may flow into the annular gap due to their own weight against the surface tension of the lower surface of the seed crystal remelted portion, and contrast may not be formed. Even if L is 1 mm or less, the contrast can be formed if at least the annular gap exists. The preferred range is 0.1 mm to 1.0 mm. Further, the width of the annular gap does not necessarily have to be uniform over the seed crystal accommodating portion, and may be tapered upward or downward.
【００１６】本発明方法で使用するＸ線発生装置とＸ線
撮像装置は、チャンバの外側に設置し、透視撮影中心を
坩堝の種結晶収容部に照準することが可能であり、かつ
種結晶の溶融状態を監視できるのもである限り、特に制
約は無く、常用の工業用Ｘ線発生装置及びＸ線撮像装置
を使用できる。また、チャンバ内の構成部品、例えば坩
堝、容器支持体、ヒータ等は、Ｘ線の透過性を高めて、
イメージのコントラストを鮮明にするために、ＰＢＮ
（Pyrolytic Boron Nitride）、グラファイト等のＸ
線透過性の高い材料で作製されていることが望ましい。The X-ray generator and the X-ray imaging device used in the method of the present invention can be installed outside the chamber so that the center of the fluoroscopic image can be aimed at the seed crystal accommodating portion of the crucible and the seed crystal There is no particular limitation as long as the molten state can be monitored, and a commonly used industrial X-ray generator and X-ray imaging device can be used. In addition, components in the chamber, such as a crucible, a container support, a heater, etc., increase X-ray transmission,
To make the image contrast clear, PBN
(Pyrolytic Boron Nitride), graphite and other X
It is desirable to be made of a material having high line transparency.
【００１７】上述の本発明方法を実施するために、本発
明に係る装置は、垂直に配置された坩堝の底部に設けら
れた種結晶収容部に種結晶を収容し、単結晶原料をその
上部に充填した後、該原料を加熱溶融すると共にこの融
液と接触する種結晶の一部を溶融して種付けを行い、種
付け箇所から上方に向かって融液を固化せしめて単結晶
を得るようにした縦型単結晶成長装置において、坩堝の
種結晶収容部に透視撮影中心を照準できるように、坩堝
を収容するチャンバの外側に対向して配置されたＸ線発
生装置とＸ線撮像装置とを備え、坩堝の種結晶収容部
が、そこに収容する種結晶より僅かに大きい直径の管状
体で形成されていることを特徴としている。In order to carry out the above-described method of the present invention, the apparatus according to the present invention stores a seed crystal in a seed crystal storage portion provided at the bottom of a vertically arranged crucible and puts a single crystal raw material on top. After melting, the raw material is heated and melted, and a part of the seed crystal that comes into contact with the melt is melted for seeding, and the melt is solidified upward from the seeding point to obtain a single crystal. In the vertical single crystal growth apparatus described above, an X-ray generation device and an X-ray imaging device that are arranged opposite to each other outside the chamber that houses the crucible so that the center of the radiographic imaging can be aimed at the seed crystal housing portion of the crucible. It is characterized in that the seed crystal accommodating portion of the crucible is formed of a tubular body having a diameter slightly larger than the seed crystal accommodated therein.
【００１８】上述の発明方法の簡便法として、本発明方
法は、垂直に配置された坩堝の底部に設けられた種結晶
収容部に種結晶を収容し、単結晶原料をその上部に充填
した後、該原料を加熱溶融すると共にこの融液と接触す
る種結晶の一部を溶融して種付けを行い、種付け箇所か
ら上方に向かって融液を固化せしめて単結晶を得る縦型
容器内凝固法による単結晶成長方法において、坩堝の種
結晶収容部と種結晶との間に環状間隙が存在するように
種結晶を種結晶収容部に装填し、単結晶成長工程の終了
後、単結晶を収容した坩堝を外部に取り出し、種結晶収
容部にＸ線を照射してＸ線透過撮影を行い、種結晶の種
付けの良否を判定することを特徴としている。As a simple method of the above-mentioned method of the present invention, the method of the present invention is one in which a seed crystal is accommodated in a seed crystal accommodating portion provided at the bottom of a vertically arranged crucible, and a single crystal raw material is charged in the upper portion thereof. , A vertical container solidification method in which the raw material is heated and melted, and a part of the seed crystal that comes into contact with the melt is melted to perform seeding, and the melt is solidified upward from the seeding point to obtain a single crystal In the method for growing a single crystal according to 1., the seed crystal is loaded into the seed crystal housing so that an annular gap exists between the seed crystal housing of the crucible and the seed crystal, and the single crystal is housed after the single crystal growth step is completed. The quality of the seed crystal is determined by taking out the crucible and irradiating it with X-rays to perform X-ray transmission imaging.
【００１９】本発明方法では、上述の発明方法と同様
に、種結晶と種結晶収容部との間に環状間隙が存在する
ので、種結晶のＸ線吸収性と不活性ガス領域を含む種結
晶の周囲領域のＸ線透過性との相違によるコントラスト
を利用したＸ線透過撮影により、種結晶の不溶融部分及
び再溶融部分とを明確に確認できる。In the method of the present invention, as in the above-mentioned method of the present invention, since an annular gap exists between the seed crystal and the seed crystal accommodating portion, the seed crystal containing the X-ray absorptivity and the inert gas region is present. The non-melting portion and the re-melting portion of the seed crystal can be clearly confirmed by the X-ray transmission imaging using the contrast due to the difference from the X-ray transmittance of the peripheral region of the.
【００２０】[0020]
【実施例】以下に、添付図面を参照して実施例に基づき
本発明をより詳細に説明する。実施例１ 図１は、本発明に係る単結晶成長方法を縦型ブリッジマ
ン法により実施する縦型単結晶成長装置の一実施例の構
成を示し、図２は種結晶の再溶融前の坩堝の種結晶収容
部と種結晶との寸法関係を示し、及び図３は種結晶の再
溶融後の坩堝の種結晶収容部と種結晶との寸法関係を示
している。なお、便宜上、図５の従来例と同様に機能す
る部分については同じ符号を付し、重複する説明を省略
する。本実施例の縦型単結晶成長装置（以下、装置と略
称する）１０は、図１に示すように、縦型単結晶成長装
置本体（以下、装置本体と略称する）３０とＸ線装置４
０とから構成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings. Example 1 FIG. 1 shows the configuration of an example of a vertical single crystal growth apparatus for performing the single crystal growth method according to the present invention by a vertical Bridgman method, and FIG. 2 is a crucible before remelting of a seed crystal. 3 shows the dimensional relationship between the seed crystal housing part and the seed crystal, and FIG. 3 shows the dimensional relationship between the seed crystal housing part of the crucible and the seed crystal after the seed crystal is remelted. Note that, for convenience, the same reference numerals are given to the portions that function similarly to the conventional example in FIG. 5, and duplicate description will be omitted. As shown in FIG. 1, a vertical single crystal growth apparatus (hereinafter abbreviated as apparatus) 10 of the present embodiment includes a vertical single crystal growth apparatus main body (hereinafter abbreviated as apparatus main body) 30 and an X-ray apparatus 4.
It is composed of 0 and 0.
【００２１】装置本体３０は、図５で説明した従来の縦
型単結晶成長装置とほぼ同じ構成であって、円筒形の本
体とロート状の下部とからなる坩堝１２と、坩堝１２を
保持する円筒形の容器支持体１４と、坩堝１２を加熱し
て原料を溶融するために容器支持体１４の回りに環状に
配置されたヒータ１６と、容器支持体１４を支持する支
持軸１８を介して容器支持体１４を昇降させ、また回転
させる昇降及び回転機構（図示せず）と、坩堝１２、容
器支持体１４及びヒータ１６を収容する、円筒形のチャ
ンバ２０とから構成されている。The apparatus main body 30 has substantially the same structure as the conventional vertical type single crystal growth apparatus described in FIG. 5, and holds the crucible 12 having a cylindrical main body and a funnel-shaped lower portion, and the crucible 12. Through a cylindrical container support 14, a heater 16 annularly arranged around the container support 14 for heating the crucible 12 to melt the raw material, and a support shaft 18 supporting the container support 14. An elevating and rotating mechanism (not shown) for moving the container support 14 up and down and rotating, and a cylindrical chamber 20 for accommodating the crucible 12, the container support 14 and the heater 16.
【００２２】単結晶の原料及び種結晶を入れる坩堝１２
は、円筒形本体３６とロート状の下部３８とロート状下
部の下端に設けられた管状体からなる種結晶収容部（以
下、種結晶部と略称する）２２とから構成されていて、
Ｘ線を透過させるため、Ｘ線透過性材料であるＰＢＮ
（Pyrolytic Boron Nitride）によって形成されてい
る。本実施例では、坩堝１２の円筒形本体３６は外径が
１０２mmに、種結晶部２２は内径Ｄc（図３参照）が
６．０mmに設定されている。一方、本実施例で使用する
種結晶Ａは、棒状の結晶で、その外径Ｄs（図３参照）
が５．５mmであるから、種結晶部２２の内壁と収容した
種結晶Ａとの間に設けられる間隙の幅Ｌは、Ｌ＝（Ｄc
−Ｄs）／２＝０．２５mmとなる。Crucible 12 for containing single crystal raw material and seed crystal
Is composed of a cylindrical body 36, a funnel-shaped lower portion 38, and a seed crystal accommodating portion (hereinafter, abbreviated as seed crystal portion) 22 formed of a tubular body provided at the lower end of the funnel-shaped lower portion,
PBN, which is an X-ray transparent material for transmitting X-rays
(Pyrolytic Boron Nitride). In this embodiment, the outer diameter of the cylindrical body 36 of the crucible 12 is set to 102 mm, and the inner diameter Dc (see FIG. 3) of the seed crystal portion 22 is set to 6.0 mm. On the other hand, the seed crystal A used in this example is a rod-shaped crystal having an outer diameter Ds (see FIG. 3).
Is 5.5 mm, the width L of the gap provided between the inner wall of the seed crystal part 22 and the contained seed crystal A is L = (Dc
-Ds) /2=0.25 mm.
【００２３】ヒータ１６は、電圧を印加することにより
発熱させる電熱体で形成された多段（図１では、簡単に
３段のヒータで表示されている）の環状ヒータで構成さ
れており、印加電圧を調節することにより加熱温度を各
段それぞれ個別に制御できるようになっている。それに
よって、ヒータ１６で包囲された領域が容器支持体１４
に沿って上下に所望の温度勾配を有するように制御でき
る。容器支持体１４の底面は、支持軸１８によって昇降
及び回転機構（図示せず）に連結され、これら昇降及び
回転機構によって容器支持体１４の昇降及び回転が制御
される。なお、種結晶Ａ近傍の温度を測定するための熱
電対（Ｗ−Ｒe ）２４が支持軸１８内に設置されてい
る。チャンバ２０は、高圧及び減圧に耐えるような構造
の容器であって、チャンバ２０の下部側面には、アルミ
窓３２、３４を有するフランジがチャンバ２０の中心を
挟んで１８０°対称に設けられていて、Ｘ線透過路を形
成している。アルミ窓を用いるのは、できるだけＸ線の
吸収を小さくするためである。坩堝１２は、その種結晶
部２２がチャンバ２０の中心で上述のＸ線透過路に位置
するように配置される。The heater 16 is composed of a multi-stage (in FIG. 1, simply shown as a three-stage heater) annular heater formed of an electric heating element that generates heat by applying a voltage. The heating temperature can be controlled individually for each stage by adjusting. As a result, the area surrounded by the heater 16 becomes larger than the container support 14
Can be controlled to have a desired temperature gradient up and down. The bottom surface of the container support 14 is connected to an elevating and rotating mechanism (not shown) by a support shaft 18, and the elevating and rotating mechanism controls the elevating and rotating of the container support 14. A thermocouple (W-Re) 24 for measuring the temperature near the seed crystal A is installed in the support shaft 18. The chamber 20 is a container having a structure that can withstand high pressure and reduced pressure, and a flange having aluminum windows 32 and 34 is provided on the lower side surface of the chamber 20 symmetrically with respect to the center of the chamber 20. , X-ray transmission paths are formed. The aluminum window is used to minimize the absorption of X-rays. The crucible 12 is arranged so that the seed crystal part 22 is located in the center of the chamber 20 in the X-ray transmission path.
【００２４】Ｘ線を透過させるべき容器支持体１４及び
ヒータ１６は、グラファイトで形成されている。それ
は、原子番号の小さい材料ほど（例えばグラファイト
等）Ｘ線吸収係数が小さいからである。チャンバ２０
は、化合物半導体材料の単結晶成長の場合、一般に耐圧
性の優れた材料を使用する必要があるが、ハロゲン化
物、フェライト材料、又はＳi、Ｇe半導体原料の単結晶
成長の場合は、チャンバ２０内の圧力が低いので、チャ
ンバ２０はその圧力に見合う耐圧性で十分である。The container support 14 and the heater 16 for transmitting X-rays are made of graphite. This is because a material having a smaller atomic number (such as graphite) has a smaller X-ray absorption coefficient. Chamber 20
In general, it is necessary to use a material having excellent pressure resistance in the case of growing a single crystal of a compound semiconductor material. However, in the case of growing a single crystal of a halide, a ferrite material, or a Si or Ge semiconductor raw material, inside the chamber 20 Since the pressure is low, the chamber 20 is sufficient to have pressure resistance corresponding to the pressure.
【００２５】Ｘ線装置４０は、Ｘ線発生装置４２と、Ｘ
線イメージインテンシファイアを備えたＸ線撮像装置４
４と、Ｘ線撮像装置４４に接続されたテレビジョン装置
４６とから構成されていて、Ｘ線発生装置４２とＸ線撮
像装置４４とは、その透視撮影中心が坩堝１２の種結晶
部２２に照準するように配置される。Ｘ線発生装置４２
は、チャンバ２０の一方のアルミ窓３２に臨んで設けら
れ、アルミ窓３２を介して坩堝１２の種結晶部２２に向
けてＸ線を照射する。Ｘ線発生装置４２から照射される
Ｘ線は、アルミ窓３２、３４、ヒータ１６、容器支持体
１４、坩堝１２を透過し、Ｘ線撮像装置４４のＸ線撮像
管の撮像管面に種結晶部分近傍のイメージを結像させ
る。Ｘ線撮像装置４４は、Ｘ線発生装置４２と対面する
ようにチャンバ２０の他方のアルミ窓３４に臨んで配置
され、Ｘ線撮像管の撮像管面に結像されたＸ線透過像を
光学像に変換し、ビデオ撮影してテレビジョン装置４６
に出力し、そのモニタに画像表示する。The X-ray device 40 includes an X-ray generator 42 and an X-ray generator 42.
X-ray imaging apparatus 4 including a line image intensifier
4 and a television device 46 connected to the X-ray imaging device 44. The X-ray generator 42 and the X-ray imaging device 44 have their perspective imaging centers on the seed crystal part 22 of the crucible 12. Arranged to aim. X-ray generator 42
Is provided so as to face one aluminum window 32 of the chamber 20, and irradiates the seed crystal portion 22 of the crucible 12 with X-rays through the aluminum window 32. The X-rays emitted from the X-ray generator 42 pass through the aluminum windows 32, 34, the heater 16, the container support 14, and the crucible 12, and are seed crystals on the imaging tube surface of the X-ray imaging tube of the X-ray imaging apparatus 44. Form an image of the neighborhood. The X-ray imaging device 44 is arranged so as to face the X-ray generation device 42 and faces the other aluminum window 34 of the chamber 20, and optically transmits the X-ray transmission image formed on the imaging tube surface of the X-ray imaging tube. The image is converted, the video is taken, and the television device 46
, And display the image on the monitor.
【００２６】実験例 次に、実験例として、本実施例の装置１０を使用し、本
発明方法による化合物半導体の単結晶成長工程を実施し
た。先ず、図２に示すように、坩堝１２の種結晶部２２
に直径Ｄs＝５．５mm、長さＳ＝６０mmの種結晶Ａを装
填するとともに、種結晶Ａの上に予め合成した約９kgの
ＧaＡs多結晶原料Ｂを装填した。次に、多結晶原料Ｂの
上に液体封止剤Ｃとして約３００ｇのＢ2 Ｏ3 を投入
し、続いてチャンバ２０内を真空排気して残留気体を除
去した後、チャンバ２０内にＡr 又はＮ2ガス等の不活
性ガスを導入して、チャンバ２０の内部を約７気圧に加
圧した。 Experimental Example Next, as an experimental example, the apparatus 10 of this example was used to carry out a single crystal growth step of a compound semiconductor by the method of the present invention. First, as shown in FIG. 2, a seed crystal part 22 of the crucible 12 is formed.
A seed crystal A having a diameter Ds = 5.5 mm and a length S = 60 mm was loaded on the same, and about 9 kg of GaAs polycrystalline raw material B synthesized in advance was loaded on the seed crystal A. Next, about 300 g of B 2 O 3 was charged as a liquid sealant C on the polycrystalline raw material B, and then the chamber 20 was evacuated to remove residual gas, and then Ar or An inert gas such as N 2 gas was introduced to pressurize the inside of the chamber 20 to about 7 atmospheres.
【００２７】次いで、ヒータ１６に電圧を印加して坩堝
１２を加熱し、Ｂ2 Ｏ3 及びＧaＡsを溶融した。図１、
図２及び図３において、原種結晶自体及びその不溶融部
分をＡ、種結晶の再溶融部分をＥ、溶融状態のＢ2 Ｏ3
をＣ、ＧaＡs原料をＢ、ＧaＡs融液をＤとした。加熱す
る際、ヒータ１６に印加する電圧を精密に調整して種結
晶Ａの上端部Ｓmを再溶融させる（図３でＥ）と共に下
方に行くに従って温度が低下するような温度勾配になる
ようにヒータ１６内の領域の温度を調節した。続いて、
Ｘ線発生装置４２の線源電圧を約１００ｋeＶ、管電流
を約３mＡに設定して、Ｘ線をチャンバ２０内の坩堝１
２の種結晶部２２に向けて照射し、テレビジョン装置４
６のモニタに種結晶部２２近傍のＸ線撮像画像を表示さ
せた。Next, a voltage was applied to the heater 16 to heat the crucible 12 to melt B 2 O 3 and GaAs. Figure 1,
2 and 3, the original seed crystal itself and the unmelted portion thereof are A, the re-melted portion of the seed crystal is E, and B 2 O 3 in a molten state.
Was designated as C, the GaAs raw material as B, and the GaAs melt as D. When heating, the voltage applied to the heater 16 is precisely adjusted to re-melt the upper end portion Sm of the seed crystal A (E in FIG. 3) and the temperature gradient is such that the temperature decreases as it goes downward. The temperature of the area inside the heater 16 was adjusted. continue,
The source voltage of the X-ray generator 42 is set to about 100 keV and the tube current is set to about 3 mA, and X-rays are supplied to the crucible 1 in the chamber 20.
The second seed crystal part 22 is irradiated and the television device 4
The X-ray imaged image in the vicinity of the seed crystal part 22 was displayed on the monitor of No. 6.
【００２８】テレビジョン装置４６のモニター上で、Ｘ
線透過性の種結晶の再溶融部分Ｅ及び不溶融部分Ａが、
Ｘ線を透過しないＧaＡs融液Ｄ及び種結晶周囲領域から
明確に区別されて鮮明に見えた。更に、コントラストを
調整して、坩堝１２との間隙を観察することもできた。
この透視画像を見ながら、種結晶の再溶融量をその場で
検出し、種結晶の種付けの良否判定を行い、必要に応
じ、坩堝１２の位置又は印加する電圧を調整することに
より、種結晶の種付けを自在に調節することができた。On the monitor of the television device 46, X
The re-melting portion E and the non-melting portion A of the linearly transparent seed crystal are
It was clearly distinguished from the GaAs melt D, which does not transmit X-rays, and the region around the seed crystal, and appeared clearly. Further, it was possible to observe the gap with the crucible 12 by adjusting the contrast.
While observing this transparent image, the remelting amount of the seed crystal is detected on the spot, and the quality of seeding of the seed crystal is determined, and if necessary, the position of the crucible 12 or the applied voltage is adjusted to adjust the seed crystal. I was able to freely adjust the seeding of.
【００２９】種付けをした後、温度の低い領域に向かっ
てチャンバ２０の下方に、支持軸１８を介して昇降及び
回転機構により坩堝１２を除々に下降させた。これによ
り、原料融液Ｄが、種結晶の再溶融部分と接触している
原料融液の最下端部から上方に向かって除々に凝固して
行った。After seeding, the crucible 12 was gradually lowered below the chamber 20 toward the region of low temperature by the lifting and rotating mechanism via the support shaft 18. As a result, the raw material melt D gradually solidified upward from the lowermost end of the raw material melt in contact with the re-melted portion of the seed crystal.
【００３０】図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞ
れ、本実施例方法において、原料融液と種結晶とを接触
させて種付けをした後の原料融液と種結晶との界面近傍
のＸ線透視画像を撮影した写真の写しであって、写真は
上から下に種結晶の上部から下部にわたって写してい
る。尚、図４中、写真の黒色部分は梨地に白色部分は白
抜きになっており、写真自体は、参考として本明細書に
添付されている。種結晶部２２の内壁と種結晶Ａとの間
に間隙Ｌ（図２及び図３参照）が存在することによっ
て、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の写真イメージにお
いて、種結晶の再溶融部分Ｅは、その径が再溶融しない
部分Ａの径と比較して大きくなる。それを見分けること
により、種付けの良否を極めて容易に判定できる。以下
に、図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の写真イメージを個
別に説明する。FIGS. 4 (a), (b) and (c) respectively show the raw material melt and the seed crystal after the raw material melt and the seed crystal were seeded by bringing them into contact with each other in the method of this embodiment. It is a copy of a photograph of an X-ray fluoroscopic image in the vicinity of the interface, and the photograph is taken from the top to the bottom of the seed crystal from the top to the bottom. In FIG. 4, the black portions of the photograph are satin-finished and the white portions are blank, and the photograph itself is attached as a reference to this specification. Due to the presence of the gap L (see FIGS. 2 and 3) between the inner wall of the seed crystal part 22 and the seed crystal A, in the photographic images of FIGS. 4 (a), (b) and (c), the seed crystal is formed. The re-melted portion E has a larger diameter than the diameter of the non-re-melted portion A. By distinguishing it, the quality of seeding can be judged very easily. The photographic images of FIGS. 4A, 4B and 4C will be individually described below.
【００３１】図４（ａ）は、種結晶が殆ど再溶融してい
ない種付け不良の状態を写した写真例を図面化したもの
ある。図４（ａ）では、イメージの下端形状Ｆが、棒状
種結晶を切断した際に生じた切断端部の形状そのままで
あり、またイメージの直径がその全長にわたり原種結晶
の直径Ｄsと同じ寸法であるから、種結晶が再溶融して
いないと判定できる。写真（ａ）のように種結晶が全く
溶融しない原因としては、印加電圧が低すぎてヒータ１
６による加熱が不充分であったか、坩堝１２の位置が適
当でなかったか、或いはその双方であると考えられる。FIG. 4 (a) is a drawing showing an example of a photograph showing a defective seeding state in which the seed crystal is hardly remelted. In FIG. 4A, the lower end shape F of the image is the same as the shape of the cut end portion generated when the rod-shaped seed crystal is cut, and the diameter of the image is the same as the diameter Ds of the original seed crystal over the entire length. Therefore, it can be determined that the seed crystal is not remelted. The reason why the seed crystal does not melt at all as shown in the photograph (a) is because the applied voltage is too low.
It is considered that the heating by 6 was insufficient, the position of the crucible 12 was not proper, or both.
【００３２】図４（ｂ）は、種結晶が約２５mm再溶融し
た種結晶の種付け良好な状態を写した写真例を図面化し
たものある。図４（ｂ）では、上部イメージの直径が坩
堝１２の種結晶部２２の内径Ｄcと同じ寸法であり、下
部イメージの直径が原種結晶Ａの直径Ｄsと同じ寸法で
あって、明確に間隔Ｌによる差が生じている。また、上
部イメージと下部イメージとの境界には表面張力による
生じたアールの付いた面Ｒが形成されている。以上のこ
とから、上部イメージが種結晶の再溶融部分Ｅを、下部
イメージが種結晶の不溶融部分Ａをそれぞれ写してお
り、種結晶の一部が再溶融し、種付けが良好であると判
定できる。FIG. 4 (b) is a drawing showing an example of a photograph showing a good seeding state of the seed crystal in which the seed crystal is remelted by about 25 mm. In FIG. 4B, the diameter of the upper image is the same as the inner diameter Dc of the seed crystal portion 22 of the crucible 12, the diameter of the lower image is the same as the diameter Ds of the original seed crystal A, and the interval L is clearly defined. There is a difference due to. In addition, a curved surface R formed by surface tension is formed at the boundary between the upper image and the lower image. From the above, the upper image shows the remelted portion E of the seed crystal, and the lower image shows the unmelted portion A of the seed crystal, and a part of the seed crystal is remelted, and it is determined that the seeding is good. it can.
【００３３】図４（ｃ）は、種結晶が全部再溶融して仕
舞った種付け不良の状態を写した写真例を図面化したも
のある。図４（ｃ）では、イメージの下端形状Ｇが、坩
堝１２の種結晶部２２の底部形状と同じあり、またイメ
ージの直径がその全長にわたり種結晶部２２の内径Ｄc
と同じ寸法であるから、種結晶が全部再溶融していると
判定できる。写真（ｃ）のように、種結晶が全溶融して
径の大きな棒状結晶になる原因としては、印加電圧が高
すぎてヒータ１６の加熱が過剰であったか、或いは坩堝
１２の位置が適当でなかったか、或いはその双方である
と考えられる。FIG. 4C is a drawing showing an example of a photograph showing a defective seeding state in which the seed crystal is completely remelted and finished. In FIG. 4C, the lower end shape G of the image is the same as the bottom shape of the seed crystal portion 22 of the crucible 12, and the diameter of the image is the inner diameter Dc of the seed crystal portion 22 over its entire length.
Since it has the same size as, it can be determined that all the seed crystals are remelted. As shown in the photograph (c), the reason why the seed crystal is completely melted and becomes a rod-shaped crystal having a large diameter is that the applied voltage is too high and the heater 16 is excessively heated, or the position of the crucible 12 is not appropriate. Or both.
【００３４】単結晶成長工程の終了後、坩堝１２から成
長した単結晶を取り出し、その種結晶の種付け状態を目
視観察した。その結果、良好な種付けが施されているこ
とが確認された。また、得た単結晶を切断し、Ｘ線回析
法により観察したところ、種結晶の面方位（１００）を
引き継いで、種結晶と同じ向きの面方位（１００）を備
えた単結晶化率の高い良品の製品であることが確認でき
た。After completion of the single crystal growth step, the single crystal grown was taken out from the crucible 12 and the seeding state of the seed crystal was visually observed. As a result, it was confirmed that good seeding was performed. Further, the obtained single crystal was cut and observed by an X-ray diffraction method. As a result, the plane orientation (100) of the seed crystal was taken over, and the single crystallization rate having the plane orientation (100) in the same direction as the seed crystal was taken. It was confirmed that the product was a high quality product.
【００３５】以上の実験結果が示すように、本実施例方
法では、種結晶の種付けの良否をリアルタイムでその場
で直接判断できるので、その判断に応じてヒータ１６に
よる加熱温度或いは坩堝１２の位置を調節することによ
り、常に種結晶の種付けを良好に施すことができる。よ
って、何らかの原因により、チャンバ２０内の温度分布
が経時的に変化した場合でも、モニタ１２で透視画像を
見ながら、坩堝１２の位置を調整し、またヒータ１６へ
の印加電圧を調整できるので、安定して良好な結果を得
るように種付け操作を施すことができる。As shown by the above experimental results, in the method of this embodiment, the quality of seeding of the seed crystal can be directly judged on the spot in real time. Therefore, the heating temperature by the heater 16 or the position of the crucible 12 can be judged according to the judgment. The seed crystal can always be satisfactorily seeded by adjusting. Therefore, even if the temperature distribution in the chamber 20 changes with time for some reason, the position of the crucible 12 can be adjusted and the voltage applied to the heater 16 can be adjusted while observing the fluoroscopic image on the monitor 12. The seeding operation can be performed to obtain stable and good results.
【００３６】更に説明すると、同一の結晶成長条件を設
定した場合でも、熱対流、熱輻射変動により炉内の温度
分布が変化することがしばしばであるが、リアルタイム
で種付け状態を監視しながら、坩堝回りの温度条件、坩
堝の下降速度を制御することにより、再現性良く、安定
して種付けを行うことができる。更には、結晶成長条件
が変わると、多くの場合種付け条件を変える必要がある
が、本実施例ではリアルタイムで種付け状態を監視しつ
つ種付け条件を制御して、安定した種付けを行うことが
できる。To further explain, even if the same crystal growth conditions are set, the temperature distribution in the furnace often changes due to thermal convection and thermal radiation fluctuations. However, while monitoring the seeding state in real time, the crucible By controlling the surrounding temperature conditions and the crucible lowering speed, it is possible to perform seeding stably with good reproducibility. Furthermore, when the crystal growth conditions change, it is often necessary to change the seeding conditions, but in this embodiment, the seeding conditions can be controlled while monitoring the seeding conditions in real time, and stable seeding can be performed.
【００３７】なお、本実施例では、単結晶成長法として
縦型ブリッジマン法を使用したが、これに限定するもの
ではなく、例えば、垂直温度勾配付凝固法を使用しても
良い。垂直温度勾配付凝固法を適用する場合には、容器
支持体１４を下降させる代わりに、容器支持体が固定さ
れ、ヒータにより所望の温度勾配が付された温度領域が
上方に移動できるようにした装置本体を使用する。ま
た、本実施例では、種付けを行う１つのチャンバ２０に
対して１基のＸ線装置を設ける構成にしたが、これに限
定するものではなく、Ｘ線装置を移動可能にして複数の
チャンバの種付け状況を順番に観察できる構成にしても
良い。In this embodiment, the vertical Bridgman method is used as the single crystal growth method, but the present invention is not limited to this, and for example, the solidification method with vertical temperature gradient may be used. When the solidification method with a vertical temperature gradient is applied, instead of lowering the container support 14, the container support is fixed, and the heater allows a temperature region having a desired temperature gradient to move upward. Use the device body. Further, in the present embodiment, one X-ray apparatus is provided for one chamber 20 for seeding, but the present invention is not limited to this, and the X-ray apparatus can be moved so that a plurality of chambers can be provided. The seeding situation may be observed in order.
【００３８】実施例２ 実施例２は、請求項２の発明方法の実施例であって、請
求項１の発明方法を簡便にした方法である。本実施例で
は、実施例１で使用した装置１０に代えて、アルミ窓３
２、３４が設けられていないことを除いてその他の構成
が実施例１の装置本体３０と同じである縦型単結晶成長
装置（図示せず）を使用する。尚、本実施例で使用する
Ｘ線撮影装置（図示せず）は装置本体に付設する必要は
なく、都度他の場所から移動して使用しても良い。実施
例１と同様にして種結晶の種付け工程及び単結晶の成長
工程を実施し、坩堝内に成長した単結晶を得る。続い
て、成長単結晶及び種結晶が坩堝に収容されたままの状
態で、通常のＸ線撮影装置で、実施例１における場合と
同様に種結晶部分を乾板に撮影する。乾板に撮影された
イメージを観察すれば、実施例１において図４を参照し
て説明したのと同様にして種結晶の再溶融量及び再溶融
状態を認識することができる。 Embodiment 2 Embodiment 2 is an embodiment of the invention method of claim 2 and is a method in which the invention method of claim 1 is simplified. In this embodiment, the aluminum window 3 is used instead of the device 10 used in the first embodiment.
A vertical single crystal growth apparatus (not shown) having the same structure as the apparatus main body 30 of Example 1 except that Nos. 2 and 34 are not provided is used. The X-ray imaging apparatus (not shown) used in this embodiment does not need to be attached to the apparatus main body, and may be moved from another place and used each time. The seed crystal seeding step and the single crystal growth step are carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a single crystal grown in the crucible. Then, with the growth single crystal and the seed crystal still contained in the crucible, the seed crystal portion is photographed on the dry plate by a normal X-ray photographing apparatus as in the case of Example 1. By observing the image photographed on the dry plate, the remelting amount and the remelting state of the seed crystal can be recognized in the same manner as described in Example 1 with reference to FIG.
【００３９】本実施例は、リアルタイムに種結晶Ａの種
付け状況を観察できないが、種結晶の再溶融量及び再溶
融結果を簡便に検知するのに適している。更に、説明す
ると、実施例１では、透視用の窓構造３２、３４をチャ
ンバ２０に設け、装置本体３０及びＸ線装置４０を囲ん
で防Ｘ線シールドを張りめぐらす等の付帯設備が必要と
なり、コストがかなり嵩む。一方、単結晶成長終了後に
坩堝から種結晶部分を取り出して種付け箇所を観察しよ
うとすると、損傷なく種結晶を摘出するのは難しく、特
に液体封止材を用いた場合は、坩堝内に種結晶は付着、
残留して仕舞うことがしばしばである。本実施例では、
種結晶の種付け時及び単結晶成長時にその場で状況を認
識することはできないが、設定した単結晶成長条件下で
単結晶の成長工程を実施した後、種結晶部分を破壊する
ことなく、設定した単結晶成長条件の種付けに対する適
否を判定することができる。よって、その結果に基づい
て、適切な単結晶成長条件を設定してフィードバックす
ることにより、安定して種付けを行うことができる。This embodiment cannot observe the seeding condition of the seed crystal A in real time, but is suitable for easily detecting the remelting amount of the seed crystal and the remelting result. Further, to explain, in the first embodiment, the window structures 32 and 34 for see-through are provided in the chamber 20, and additional equipment such as surrounding the apparatus main body 30 and the X-ray apparatus 40 and stretching an anti-X-ray shield is required. The cost is quite high. On the other hand, when the seed crystal part is taken out from the crucible after the completion of single crystal growth and the seeding part is to be observed, it is difficult to extract the seed crystal without damage. Is attached,
It often remains and ends up. In this embodiment,
Although it is not possible to recognize the situation on the spot during seeding of the seed crystal and during single crystal growth, after performing the single crystal growth process under the set single crystal growth conditions, the setting is performed without destroying the seed crystal part. Whether the single crystal growth conditions described above are suitable for seeding can be determined. Therefore, based on the result, seeding can be stably performed by setting an appropriate single crystal growth condition and feeding it back.
【００４０】[0040]
【発明の効果】請求項１の発明によれば、種結晶部分の
Ｘ線透透視イメージをリアルタイムで得ることができる
ので、種結晶の再溶融状態、或いは種付け状態をその場
で検知しつつ失敗なく安定して種付けを行うことができ
る。また、同一の結晶成長条件を設定をしたとしても、
熱対流、熱輻射変動により炉内の温度分布が変化するこ
とがしばしばあるが、かかる場合でも、種付け状態を常
時監視しながら、制御することにより、再現性良く、安
定した種付けを施すことができる。更には、結晶成長条
件を変えると、多くの場合必要な種付け条件も変るが、
本発明方法によれば、リアルタイムで種付け条件を制御
できるので、安定して種付けを行うことができる。According to the invention of claim 1, since the X-ray fluoroscopic image of the seed crystal portion can be obtained in real time, the re-melting state of the seed crystal or the seeding state can be detected on the spot, and the failure occurs. It is possible to perform seeding in a stable manner. Even if the same crystal growth conditions are set,
The temperature distribution in the furnace often changes due to heat convection and heat radiation fluctuations, but even in such a case, stable seeding can be performed with good reproducibility by controlling while constantly monitoring the seeding state. . Furthermore, changing the crystal growth conditions often changes the necessary seeding conditions,
According to the method of the present invention, seeding conditions can be controlled in real time, so that seeding can be performed stably.
【００４１】また、単結晶の種付け工程及び再溶融工程
を制御できるので、多結晶の単結晶化率が向上し、単結
晶の製造収率が向上する。特に、化合物半導体の単結晶
成長工程は、高温、高圧下で実施されるため、雰囲気ガ
スの熱対流などにより、熱環境が変動し易く、種結晶の
再溶融状況も変動するが、従来の縦型容器内凝固法に比
べて、種付けの再現性及び信頼性を向上させることがで
きるので、化合物半導体単結晶の製造収率を高くするこ
とができる。Further, since the seeding step and the remelting step of the single crystal can be controlled, the single crystal crystallization rate is improved and the production yield of the single crystal is improved. In particular, the single crystal growth process for compound semiconductors is carried out at high temperature and high pressure, so the thermal environment tends to change due to the thermal convection of the atmospheric gas, and the remelting state of the seed crystal also changes. Since the reproducibility and reliability of seeding can be improved as compared with the in-mold container solidification method, the production yield of the compound semiconductor single crystal can be increased.
【００４２】請求項２の発明によれば、単結晶成長工程
の終了後、種結晶のＸ線透透視イメージを撮影すること
により、種結晶部分を破壊することなく、種結晶の再溶
融状態、或いは種付け状態を判定することができる。請
求項３の発明によれば、請求項１の発明を実施するのに
最適な装置を実現できる。According to the second aspect of the present invention, after the single crystal growth step is completed, an X-ray fluoroscopic image of the seed crystal is taken, so that the seed crystal can be remelted without destroying the seed crystal portion. Alternatively, the seeding status can be determined. According to the invention of claim 3, it is possible to realize an optimum device for carrying out the invention of claim 1.
【図１】本発明に係る単結晶成長方法を実施するための
縦型単結晶成長装置の一実施例の構成を示す模式的側面
断面図である。FIG. 1 is a schematic side sectional view showing a configuration of an example of a vertical single crystal growth apparatus for carrying out a single crystal growth method according to the present invention.
【図２】種結晶の再溶融前の坩堝の種結晶収容部と種結
晶との寸法関係を示している。FIG. 2 shows a dimensional relationship between a seed crystal storage portion of a crucible and a seed crystal before the seed crystal is remelted.
【図３】種結晶の再溶融後の坩堝の種結晶収容部と種結
晶との寸法関係を示している。FIG. 3 shows a dimensional relationship between a seed crystal and a seed crystal storage portion of the crucible after the seed crystal is remelted.
【図４】図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ種
結晶部分のＸ線透視イメージである。4 (a), (b) and (c) are X-ray transparent images of a seed crystal portion, respectively.
【図５】縦型容器内凝固法により単結晶成長方法を実施
する従来の縦型単結晶成長装置の構成を示す模式的側面
断面図である。FIG. 5 is a schematic side cross-sectional view showing a configuration of a conventional vertical single crystal growth apparatus for performing a single crystal growth method by a vertical container solidification method.
１０ 縦型容器内凝固法を実施する縦型単結晶成長装置 １２ 坩堝 １４ 容器支持体 １６ ヒータ １８ 支持軸 ２０ チャンバ ２２ 単結晶収容部 ３０ 縦型単結晶成長装置本体 ４０ Ｘ線装置 ３６ 円筒形本体 ３８ ロート状の坩堝下部 ３２、３４ アルミ窓 ４２ Ｘ線発生装置 ４４ Ｘ線撮像装置 ４６ テレビジョン装置 10 Vertical single crystal growth apparatus for carrying out solidification method in vertical container 12 Crucible 14 Container support 16 Heater 18 Support shaft 20 Chamber 22 Single crystal accommodating section 30 Vertical single crystal growth apparatus main body 40 X-ray device 36 Cylindrical main body 38 Lower part of funnel-shaped crucible 32, 34 Aluminum window 42 X-ray generator 44 X-ray imaging device 46 Television device
Claims (3)
た種結晶収容部に種結晶を収容し、単結晶原料をその上
部に充填した後、該原料を加熱溶融すると共にこの融液
と接触する種結晶の一部を溶融して種付けを行い、種付
け箇所から上方に向かって融液を固化せしめて単結晶を
得る縦型容器内凝固法による単結晶成長方法において、 坩堝の種結晶収容部と種結晶との間に環状間隙が存在す
るように種結晶を種結晶収容部に装填し、 透視撮影中心を坩堝の種結晶収容部に照準できるよう
に、坩堝を収容するチャンバの外側に対向させてＸ線発
生装置とＸ線撮像装置とを設置し、 Ｘ線撮像装置にて種結晶の溶融状態を監視することを特
徴とする縦型容器内凝固法による単結晶成長方法。1. A seed crystal is accommodated in a seed crystal accommodating portion provided at the bottom of a vertically arranged crucible, and a single crystal raw material is charged into the upper portion thereof, and then the raw material is heated and melted, and the melt is formed. A part of the seed crystal that comes into contact is melted to perform seeding and the melt is solidified upward from the seeding point to obtain a single crystal. The seed crystal is loaded into the seed crystal housing so that an annular gap exists between the crucible and the seed crystal, and is placed outside the chamber housing the crucible so that the perspective center can be aimed at the seed crystal housing of the crucible. An X-ray generator and an X-ray imaging device are installed in opposition to each other, and the melting state of the seed crystal is monitored by the X-ray imaging device.
た種結晶収容部に種結晶を収容し、単結晶原料をその上
部に充填した後、該原料を加熱溶融すると共にこの融液
と接触する種結晶の一部を溶融して種付けを行い、種付
け箇所から上方に向かって融液を固化せしめて単結晶を
得る縦型容器内凝固法による単結晶成長方法において、 坩堝の種結晶収容部と種結晶との間に環状間隙が存在す
るように種結晶を種結晶収容部に装填し、 単結晶成長工程の終了後、単結晶を収容した坩堝を外部
に取り出し、種結晶収容部にＸ線を照射してＸ線透過撮
影を行い、種結晶の種付けの良否を判定することを特徴
とする縦型容器内凝固法による単結晶成長方法。2. A seed crystal is accommodated in a seed crystal accommodating portion provided at the bottom of a vertically arranged crucible, and a single crystal raw material is charged into the upper portion thereof, and then the raw material is heated and melted, and the melt is formed. A part of the seed crystal that comes into contact is melted to perform seeding and the melt is solidified upward from the seeding point to obtain a single crystal. The seed crystal is loaded into the seed crystal container so that an annular gap exists between the seed crystal and the seed crystal, and after the single crystal growth step is completed, the crucible containing the single crystal is taken out to the seed crystal container. A single crystal growth method using a vertical in-container solidification method, which comprises irradiating X-rays and performing X-ray radiography to determine the quality of seeding of seed crystals.
た種結晶収容部に種結晶を収容し、単結晶原料をその上
部に充填した後、該原料を加熱溶融すると共にこの融液
と接触する種結晶の一部を溶融して種付けを行い、種付
け箇所から上方に向かって融液を固化せしめて単結晶を
得るようにした縦型単結晶成長装置において、 坩堝の種結晶収容部に透視撮影中心を照準できるよう
に、坩堝を収容するチャンバの外側に対向して配置され
たＸ線発生装置とＸ線撮像装置とを備え、坩堝の種結晶
収容部が、そこに収容する種結晶より僅かに大きい直径
の管状体で形成されていることを特徴とする縦型単結晶
成長装置。3. A seed crystal is accommodated in a seed crystal accommodating portion provided at the bottom of a vertically arranged crucible, and a single crystal raw material is charged in the upper portion thereof, and then the raw material is heated and melted, and this melt is formed. In a vertical single crystal growth apparatus that melts part of the seed crystal that comes into contact and seeds it, and solidifies the melt upward from the seeding point to obtain a single crystal, in the seed crystal accommodating part of the crucible An X-ray generation device and an X-ray imaging device are arranged opposite to each other outside a chamber that houses the crucible so that the center of the fluoroscopic imaging can be aimed, and the seed crystal housing part of the crucible contains the seed crystal housed therein. A vertical single crystal growth apparatus characterized by being formed of a tubular body having a slightly larger diameter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4798194A JPH07237990A (en) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | Method for growing single crystal according to method for solidification in vertical container and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4798194A JPH07237990A (en) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | Method for growing single crystal according to method for solidification in vertical container and apparatus therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07237990A true JPH07237990A (en) | 1995-09-12 |
Family
ID=12790500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4798194A Pending JPH07237990A (en) | 1994-02-23 | 1994-02-23 | Method for growing single crystal according to method for solidification in vertical container and apparatus therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07237990A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002121100A (en) * | 2000-10-10 | 2002-04-23 | Dowa Mining Co Ltd | Method of producing semiconductor single crystal |
-
1994
- 1994-02-23 JP JP4798194A patent/JPH07237990A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002121100A (en) * | 2000-10-10 | 2002-04-23 | Dowa Mining Co Ltd | Method of producing semiconductor single crystal |
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