JPH07291779A - 溶液結晶成長方法及び溶液結晶成長装置 - Google Patents

溶液結晶成長方法及び溶液結晶成長装置

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JPH07291779A
JPH07291779A JP8137594A JP8137594A JPH07291779A JP H07291779 A JPH07291779 A JP H07291779A JP 8137594 A JP8137594 A JP 8137594A JP 8137594 A JP8137594 A JP 8137594A JP H07291779 A JPH07291779 A JP H07291779A
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JP
Japan
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crystal
seed crystal
solution
seed
heat sink
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JP8137594A
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Inventor
Tooru Chinushi
透 池主
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Kanagawa Academy of Science and Technology
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Kanagawa Academy of Science and Technology
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Publication date
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶成長中のシード結晶の結晶性劣化を防止
し、かつ成長結晶中にインクルージョンが発生すること
を防止することができる溶液結晶成長技術を提供する。 【構成】 溶液の上下に温度差を形成し、溶液の高温部
にソース結晶を配置し、溶液の低温部で結晶成長を行う
溶液結晶成長方法において、前記溶液に親和性を持たな
い材料からなる載置表面上にシード結晶を載置するシー
ド結晶載置工程と、前記シード結晶上に単結晶を成長さ
せる成長工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、結晶成長に関し、特に
溶液結晶成長に関する。蒸気圧の高い化合物半導体、特
にII−VI族化合物半導体のバルク結晶成長技術とし
て、成長温度を低下できる溶液結晶成長が期待されてい
る。
【0002】
【従来の技術】溶液結晶成長においては、成長用容器下
部にヒートシンクを収納し、そのヒートシンク上にシー
ド結晶を載置する。このとき、シード結晶の比重が溶媒
の比重よりも軽い場合には、シード結晶が溶媒中に浮い
てしまわないようにシード結晶とヒートシンクとを固定
する必要がある。
【0003】図3は、従来方法によりシード結晶をヒー
トシンク上に固定した結晶成長装置の断面図を示す。小
口径の石英管、大口径の石英管及びテーパ状の内周面を
有するホーン型の石英管が図のように接続された石英ア
ンプル1の小口径の石英管にヒートシンク4が収納され
ている。初期には、大口径の石英管の上端は開放してお
く。
【0004】このように準備された結晶成長装置のヒー
トシンク4の上面に、ヒートシンクの直径とほぼ同一の
直径を有するシード結晶2を載置する。石英アンプル1
のシード結晶2の側面近傍をガスバーナで加熱して石英
管をへこませ、シード結晶2を固定する。次に、溶媒、
ソース結晶等を投入した後、石英アンプル1の内部を真
空排気し、上端の開口部を封止する。
【0005】図3は、結晶成長材料の装填の容易さ、ま
たはシード結晶よりも口径の大きい成長結晶を得るため
にテーパ状の内周面部分を有する成長用容器の例につい
て示したが、均一な内径を有する円筒状の成長用容器を
使用する場合のシード結晶の固定方法も同様である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】通常、シード結晶及び
カーボン等のヒートシンクは、溶媒に濡れ性を持つ。こ
のため、シード結晶及びヒートシンクが溶媒に接触する
と、シード結晶とヒートシンクとの間隙に溶媒が侵入し
やすい。侵入した溶媒はシード結晶を溶解させる。溶解
したシード結晶成分は、より低温のカーボン等のヒート
シンク上に析出する。
【0007】溶解と析出により、溶媒がシード結晶中に
取り込まれる場合がある。取り込まれた溶媒は、さらに
高温側の結晶を溶解し、溶解した結晶成分が低温側に析
出する。これを繰り返すことにより、溶媒が結晶の成長
方向に移動する。このため、シード結晶の結晶性が劣化
し、シード結晶として再使用できなくなる。さらに、溶
媒が成長結晶中まで移動し、インクルージョンが発生す
るとウエハとして切り出したときに良好な結晶性を有す
る部分が少なくなり、ウエハの歩留りが低下する。
【0008】本発明の目的は、結晶成長中のシード結晶
の結晶性劣化を防止し、かつ成長結晶中にインクルージ
ョンが発生することを防止することができる溶液結晶成
長技術を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の溶液結晶成長方
法は、溶媒の上下に温度差を形成し、溶媒の高温部にソ
ース結晶を配置し、溶媒の低温部で結晶成長を行う溶液
結晶成長方法において、前記溶媒に濡れ性を持たない材
料からなる載置表面上にシード結晶を載置するシード結
晶載置工程と、前記シード結晶上に単結晶を成長させる
成長工程とを含む。
【0010】
【作用】シード結晶を、溶媒に濡れ性を持たない材料か
らなる載置表面上に載置することにより、シード結晶と
載置表面との間への溶媒の侵入を防止できる。このた
め、シード結晶下面が溶媒中に溶解することを防止でき
る。シード結晶下面で結晶が溶解、析出を繰り返さない
ため、シード結晶中に溶媒が取り込まれることを防止で
きる。これにより、シード結晶の結晶性の劣化、成長結
晶中へのインクルージョンの発生を防止することができ
る。
【0011】
【実施例】以下、II−VI族化合物半導体のZnSe
をSe−Te溶媒を用いて成長する場合を例にとって説
明する。ZnSeは、青色発光半導体素子として期待さ
れる材料である。
【0012】図1に、本発明の実施例による結晶成長装
置を示す。適当な径を有する小口径の石英管1aと大口
径の石英管1bとが、テーパ状の内面を有するホーン型
の石英管1cによって接続された石英アンプル1を準備
する。この石英アンプル1を弗酸でエッチングして表面
を清浄化する。表面を清浄化した石英アンプル1の小口
径部にカーボン等の熱伝導率のよい材料で作製したヒー
トシンク4を収納し、真空ベーキングを施す。その後、
石英アンプル1の内径を縮小させること等によりヒート
シンク4を固定する。
【0013】ヒートシンク4の上面に、溶媒に濡れ性を
持たない材料からなりヒートシンク4とほぼ同径の挿入
板3、さらに挿入板3の上にヒートシンク4とほぼ同径
のシード結晶2を載置する。挿入板3は、例えば、パイ
ロリティック窒化ボロン(pBN)、窒化珪素(Si
C)等Se−Te溶媒に濡れ性を持たない材料を使用す
ることができる。なお、pBN、SiC等をコーティン
グしたカーボン板を使用してもよい。
【0014】シード結晶2を載置した後、石英アンプル
1の側面のシード結晶部分を窪ませてシード結晶を固定
する。その後、溶媒5として所定組成のSe−Te混合
物、ソース結晶6としてZnSeの多結晶を石英アンプ
ル1内に投入する。このとき、ソース結晶6は、石英ア
ンプル1の内面に設けられた突起7等により、シード結
晶2から所定の距離に保持される。
【0015】このようにソース結晶6、溶媒5、シード
結晶2を配置した結晶成長装置を真空排気装置に接続
し、その内部を2×10-6Torr以下に真空排気し、
開放端を封止する。この結晶成長装置を、ソース結晶6
が高温部に、シード結晶2が低温部にくるように電気炉
8内に配置する。
【0016】高温部のソース結晶6は、高温部での飽和
溶解度まで溶媒5に溶解する。溶媒5中に溶解したソー
ス結晶成分は、拡散によって低温部に移動し、低温部の
溶液を過飽和状態にする。
【0017】シード結晶2は初め溶媒に接することによ
り、若干溶解する。なお、表面酸化膜等の除去のため、
所望厚さの表面を積極的にメルトバックしてもよい。シ
ード結晶2が過飽和溶液に接触することにより、シード
結晶2上に結晶が成長する。
【0018】結晶成長中は、シード結晶2から挿入板3
を通してヒートシンク4へ十分な熱が流れる必要があ
る。このため、挿入板3の厚さをできるだけ薄くするこ
とが好ましい。挿入板としてSiCやa軸方向に垂直な
表面を有するpBNを使用する場合は、厚さが1〜2m
mの範囲で良好な結晶成長を行うことができた。また、
c軸方向に垂直な表面を有する板状のpBNやpBN、
SiC等をコーティングしたカーボン板を使用する場合
は、厚さが0.5〜1mmの範囲で良好な結晶成長を行
うことができた。なお、厚さが0.5mm程度以上であ
れば、シード結晶を容易にかつ確実に固定することがで
きる。
【0019】挿入板の材料の熱伝導率に異方性がある場
合には、成長に適した熱伝導率を得られるように挿入板
の結晶軸方向及び厚さを選ぶ必要がある。例えば、pB
Nを使用する場合、c軸方向の熱伝導率はa軸方向の熱
伝導率よりも高いため、c軸方向が熱流方向となるよう
に選択することが好ましい。
【0020】上記実施例では、シード結晶2の下面が溶
媒5に濡れ性を持たない挿入板3に密着しているため、
溶媒5がシード結晶2と挿入板3との間の隙間に侵入す
ることを防止することができる。このため、シード結晶
2の下面が溶媒中に溶解することがなく、結晶成長中の
シード結晶の結晶性の劣化、及びシード結晶下面からの
インクルージョンの発生を防止することができる。
【0021】図1では、石英アンプルを窪ませることに
よってシード結晶を固定する場合について説明したが、
その他の方法で固定する場合にも本実施例の考え方を適
用することができる。
【0022】図2を参照して本発明の他の実施例につい
て説明する。図2(A)は、円筒状のシード止めによっ
てシード結晶を固定する結晶成長装置のシード結晶近傍
の拡大断面図を示す。石英アンプル1内に収容されたヒ
ートシンク4の上面にシード結晶2の径よりもやや大き
い径を有する円形の凹部10が形成されている。例え
ば、シード結晶の径が1インチのときは、凹部10の径
を1.04〜1.08インチとすることが好ましい。凹
部10内にシード結晶と同径の挿入板3が載置され、挿
入板3の上にシード結晶2が載置されている。凹部10
の深さは、挿入板3の厚さよりも深くすることが好まし
い。これにより、シード結晶2と挿入板3の横方向の位
置決めを行うことができる。
【0023】外径が石英アンプル1の小口径部分1aの
内径とほぼ等しく、内径がシード結晶2の径とほぼ等し
い石英管の一端の角をバーナ等でまるめたシード止め9
を準備する。バーナ等でまるめられた端部には、シード
結晶2の径よりもわずかに小さい径を有する部分が形成
される。
【0024】バーナ等でまるめられた端部がシード結晶
に接触する向きにして、シード止め9を石英アンプル1
内に挿入する。シード止め9の他端近傍の石英アンプル
1側面をバーナ等で加熱して径を縮小することにより、
シード止め9を固定する。シード結晶2及び挿入板3
は、シード止め9により押さえつけられて固定される。
【0025】図2(B)は、ネジでシード結晶を固定す
る結晶成長装置のシード結晶近傍の拡大断面図を示す。
石英アンプル1内に収容されたヒートシンク4の上面に
シード結晶2の径よりもやや大きい径を有する円形の凹
部10が形成されている。凹部10の側面からヒートシ
ンク6の外側面に達するネジ穴が設けられている。
【0026】凹部10内にシード結晶と同径の挿入板3
が載置され、挿入板3の上にシード結晶2が載置されて
いる。凹部10の深さは、挿入板3の厚さよりも深くす
ることが好ましい。次に、ネジ穴にビス11を挿入して
シード結晶2及び挿入板3を固定する。
【0027】例えば、シード結晶の径が1インチ、厚さ
が4mm、挿入板の厚さが1mmの場合は、凹部10の
内径を1.04〜1.08mm、深さを2〜4mmとす
ることにより、シード結晶と挿入板を容易にかつ確実に
固定することができる。なお、シード結晶の径が2イン
チの場合は、凹部10の内径を2.04〜2.08m
m、深さを2〜3mmとすることが好ましい。
【0028】図2(A)、(B)に示す実施例において
も、図1の場合と同様に、シード結晶の下面は溶媒に濡
れ性を持たない挿入板に密着しているため、シード結晶
下面から結晶中への溶媒の侵入を防止することができ
る。
【0029】上記実施例では、ヒートシンクとシード結
晶との間に溶媒に濡れ性を持たない挿入板を挟み込む場
合について説明したが、その他の方法で溶媒に濡れ性を
持たない材料を挟み込んでもよい。例えば、SiC、p
BN等をシード結晶の下面あるいはヒートシンクの上面
にコーティングしてもよい。
【0030】なお、上記実施例ではSe−Te溶媒を用
いてZnSe単結晶を成長する場合について説明した
が、他の溶媒を用いて他のII−VI族化合物半導体を
結晶成長してもよい。例えば、Bi、Sn、In、もし
くはSe−As溶媒を用いてZnSe単結晶を成長する
場合、Se−Te溶媒を用いてCdTe単結晶を成長す
る場合等に挿入板としてpBN、SiC等を使用しても
よい。
【0031】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結晶成長時のシード結晶の結晶性の劣化を防止すること
ができる。このため、種結晶を再利用することが可能に
なる。また、シード結晶の下面から成長結晶中へのイン
クルージョンの侵入を防止することができる。このた
め、結晶性の良好な結晶を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による結晶成長装置の断面図で
ある。
【図2】本発明の他の実施例による結晶成長装置のシー
ド結晶近傍の拡大断面図である。
【図3】従来例による結晶成長装置の断面図である。
【符号の説明】
1 石英アンプル 2 シード結晶 3 挿入板 4 ヒートシンク 5 溶媒 6 ソース結晶 7 突起 8 電気炉 9 シード止め 10 凹部 11 ビス

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶液の上下に温度差を形成し、溶液の高
    温部にソース結晶を配置し、溶液の低温部で結晶成長を
    行う溶液結晶成長方法において、 前記溶液に濡れ性を持たない材料からなる載置表面上に
    シード結晶を載置するシード結晶載置工程と、 前記シード結晶上に単結晶を成長させる成長工程とを含
    む溶液結晶成長方法。
  2. 【請求項2】 前記シード結晶載置工程は、 溶液の低温部側に配置されるヒートシンク表面に、前記
    載置表面を有する板状部材を載置する工程と、 前記載置表面上に前記シード結晶を載置する工程とを含
    む請求項1記載の溶液結晶成長方法。
  3. 【請求項3】 前記シード結晶載置工程は、さらに、前
    記シード結晶とほぼ同径の内径を有し、シード結晶側の
    端部に内側に向かって突起を有する円筒状シード止めで
    前記シード結晶を固定する工程を含む請求項1または2
    記載の溶液結晶成長方法。
  4. 【請求項4】 前記ヒートシンク表面には、前記シード
    結晶の径よりもわずかに大きい内径を有する凹部が設け
    られ、前記凹部の側面から前記ヒートシンクの外側面に
    達するネジ穴が設けられており、 前記シード結晶載置工程は、 前記板状部材及び前記シード結晶を前記凹部内に載置
    し、 さらに、前記ネジ穴にビスを挿入して少なくとも前記シ
    ード結晶を固定する工程を含む請求項2記載の溶液結晶
    成長方法。
  5. 【請求項5】 前記溶液の溶媒は、カルコゲン元素を主
    成分とし、前記載置表面は、SiCまたはpBNからな
    る請求項1〜4のいずれかに記載の溶液結晶成長方法。
  6. 【請求項6】 溶液の上下に温度差を形成し、溶液の高
    温部にソース結晶を配置し、溶液の低温部で結晶成長を
    行う溶液結晶成長装置において、 収容空間を画定する成長用容器と、 前記成長用容器下部に配置されるヒートシンクと、 溶液に濡れ性を持たない材料から構成されており、前記
    ヒートシンクの上面に載置され、上面にシード結晶をほ
    ぼ密着して載置するための載置表面を有する板状部材と
    を含む溶液結晶成長装置。
JP8137594A 1994-04-20 1994-04-20 溶液結晶成長方法及び溶液結晶成長装置 Withdrawn JPH07291779A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010184838A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Toyota Motor Corp 溶液法によるSiC単結晶製造装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010184838A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Toyota Motor Corp 溶液法によるSiC単結晶製造装置

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Effective date: 20010703