JPH0959090A - Production of chemical single crystal and apparatus therefor - Google Patents

Production of chemical single crystal and apparatus therefor

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JPH0959090A
JPH0959090A JP21192595A JP21192595A JPH0959090A JP H0959090 A JPH0959090 A JP H0959090A JP 21192595 A JP21192595 A JP 21192595A JP 21192595 A JP21192595 A JP 21192595A JP H0959090 A JPH0959090 A JP H0959090A
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JP
Japan
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raw material
single crystal
storage container
vapor
crucible
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Application number
JP21192595A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Fujikawa
隆男 藤川
Kazuhiro Uehara
一浩 上原
Yoshihiko Sakashita
由彦 坂下
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To directly form a vapor atmosphere of a high dissociation pressure component and obtain a good-quality single crystal having a desired composition from a raw material melt by providing a vapor source-housing container for housing a high dissociation pressure component in an upper position than a raw material housing container and carrying out growth of the single crystal while carrying out temperature control by independently heating a reserver separately from a heating area for heating the vapor source housing container. SOLUTION: The figure exhibits a single crystal producing apparatus by vertical Bridgeman method. A vapor source housing container 14 for housing a high dissociation pressure component 19 is arranged in an upper part of a crucible 13 arranged in an airtight chamber 15 and vapor for forming vapor atmosphere for suppressing dissociation of the raw material in the crucible 13 is generated and a laser bar 17 is provided below the crucible 13 and the heating temperature is controlled and vapor pressure generated in the vapor source housing container 14 is controlled so as not to become too high. Thereby, the vapor pressure is immediately controlled to that of a prescribed vapor atmosphere to efficiently produce good-quality single crystal having the desired composition.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば結晶成長を
行う際の高温下で構成元素の一部が解離して蒸散し易い
化合物単結晶の製造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 and an apparatus for producing a compound single crystal in which a part of constituent elements is easily dissociated to evaporate at high temperature during crystal growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】特定の成分が解離蒸散しやすい化合物単
結晶の製造には、液体封止チョコラルスキー法(LEC
法)、水平ブリッジマン法(HB法)、垂直ブリッジマン
法(VB法)、縦型温度勾配凝固法(VGF法)などが用いら
れている。これらの中で、VB法や VGF法は、比較的大形
で転位の少ない良質の単結晶を製造できることから、工
業的な製造方法として大きな期待が寄せられてきた。
2. Description of the Related Art Liquid-encapsulated Czochralski method (LEC) is used for the production of compound single crystals in which specific components are easily dissociated and evaporated.
Method), horizontal Bridgman method (HB method), vertical Bridgman method (VB method), vertical temperature gradient solidification method (VGF method), etc. are used. Among them, the VB method and the VGF method have been greatly expected as an industrial production method because they can produce a relatively large-sized single crystal of good quality with few dislocations.

【0003】しかしながら、化合物単結晶材料の多く
は、原料を加熱して溶融させた後、融液を固化させると
いう結晶成長の操作過程において、高温下で特定の成分
が解離して蒸散するという現象を生じる。例えばII−VI
族の化合物半導体であるZnSeでは構成元素のうちZnが蒸
散し易く、このため、できあがった単結晶の組成がずれ
て所期の単結晶が得られないという固有の問題を有して
いる。
However, in many compound single crystal materials, a particular component dissociates and evaporates at a high temperature in the process of crystal growth in which the raw material is heated and melted and then the melt is solidified. Cause For example II-VI
ZnSe, which is a compound semiconductor of the group III, has a unique problem that Zn of the constituent elements easily evaporates, and the composition of the single crystal thus formed is deviated, so that the desired single crystal cannot be obtained.

【0004】そこで、上記のような解離による蒸散を抑
制しようとする製造方法が従来より提案され、例えば特
開昭63−274784号公報には、図3に示すように、炉体と
しての圧力容器51内に配置されたルツボ52の下側に、さ
らに高解離圧成分の蒸気を発生するリザーバ53を設けた
装置が開示されている。ルツボ52内に、例えばIII-V族
の化合物半導体であるGaAsの多結晶原料54を収容して結
晶成長を行う場合、リザーバ53にはV族元素のAsが高解
離圧成分55として収容される。これらルツボ52とリザー
バ53とは、下部が閉塞された筒状の成長容器56内に収納
され、圧力容器51内にセットされる。なお、ルツボ52と
リザーバ53との間のルツボ支持台57は、通気性を有する
例えばポーラスな材料から成っている。また、成長容器
55の上部開口を塞ぐ蓋58には、これを昇降させる上軸59
が連結されている。
Therefore, a manufacturing method for suppressing the transpiration due to the dissociation as described above has been conventionally proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-274784 discloses a pressure vessel as a furnace body as shown in FIG. An apparatus is disclosed in which a crucible 52 disposed inside the crucible 51 is further provided with a reservoir 53 for generating vapor of a high dissociation pressure component, below the crucible 52. When crystal growth is performed by containing, for example, a polycrystalline raw material 54 of GaAs which is a III-V group compound semiconductor in the crucible 52, As of the V group element is contained as a high dissociation pressure component 55 in the reservoir 53. . The crucible 52 and the reservoir 53 are housed in a cylindrical growth container 56 whose lower part is closed, and set in the pressure container 51. The crucible support base 57 between the crucible 52 and the reservoir 53 is made of, for example, a porous material having air permeability. Also, the growth container
The lid 58 that closes the upper opening of the 55 has an upper shaft 59 that raises and lowers it.
Are connected.

【0005】上記装置においては、まず、圧力容器51内
のガス置換が行われる。これは、上軸59の操作により蓋
58を上昇させ、成長容器56の上端が開放された状態で、
圧力容器51内の真空引きが行われ、次いで、アルゴンガ
スなどの不活性ガスが充填されて、圧力容器51内が数気
圧〜100 気圧に加圧される。その後、上軸59を操作して
蓋58を下降し、成長容器56の上部開口を塞いだ状態で、
主加熱ヒータ60による加熱が開始されて多結晶原料54が
溶融される。このとき、副加熱ヒータ61により、リザー
バ53内の高解離圧成分55も加熱され、これにより発生し
た蒸気で、成長容器56内のV族元素の蒸気圧が調節され
る。この結果、溶融した多結晶原料54からのV族元素の
解離・飛散が抑制される。
In the above apparatus, first, the gas in the pressure vessel 51 is replaced. This is a lid operated by operating the upper shaft 59.
With 58 raised, with the upper end of growth vessel 56 open,
The pressure vessel 51 is evacuated and then filled with an inert gas such as argon gas to pressurize the pressure vessel 51 to several atmospheres to 100 atmospheres. After that, operate the upper shaft 59 to lower the lid 58, and with the upper opening of the growth container 56 closed,
The heating by the main heater 60 is started and the polycrystalline raw material 54 is melted. At this time, the sub-heater 61 also heats the high dissociation pressure component 55 in the reservoir 53, and the vapor generated thereby adjusts the vapor pressure of the group V element in the growth vessel 56. As a result, dissociation and scattering of the group V element from the melted polycrystalline raw material 54 is suppressed.

【0006】この状態で、下軸62を操作することより成
長容器56を下降させ、ルツボ52を徐々に低温域に移動さ
せて、ルツボ52内の原料融液を固化させることにより、
単結晶が成長する。なお、近年は、青色発光素子の製造
に前記したZnSeが有望視され、その単結晶の製造開発も
盛んに進められている。このII−VI族のZnSeの単結晶の
製造に、上述のようなリザーバを設けて蒸気圧を制御す
る場合、III-V族の場合のアニオン元素ではなく、カチ
オン元素、すなわち、II族のZnの蒸気圧を制御すること
が一般に行われている。これは、ZnSeの場合、Zn,Se と
もに高温下で蒸気圧が高くなるが、Znの方が元素として
安定であり、ハンドリングし易いことや、単結晶の電気
的特性の一つである体積固有抵抗を下げて導電性の基板
を製作するための制御がし易いことによっている。
In this state, by operating the lower shaft 62, the growth vessel 56 is lowered, the crucible 52 is gradually moved to a low temperature region, and the raw material melt in the crucible 52 is solidified.
A single crystal grows. Incidentally, in recent years, the above-mentioned ZnSe is considered promising for the production of blue light-emitting elements, and the production and development of its single crystal are being actively pursued. When the above-described reservoir is provided to control the vapor pressure in the production of the II-VI group ZnSe single crystal, it is not the anion element in the III-V group, but the cation element, that is, the group II Zn. It is common practice to control the vapor pressure of the. This is because in the case of ZnSe, both Zn and Se have higher vapor pressures at high temperatures, but Zn is more stable as an element, is easier to handle, and has a volume-specific characteristic that is one of the electrical characteristics of single crystals. This is due to the fact that it is easy to control in order to manufacture a conductive substrate by lowering the resistance.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報記載のようにルツボ52の下側にリザーバ53を設け、ル
ツボ52内の原料融液表面の蒸気圧をその下方で発生させ
る蒸気によって制御しようとしても、必ずしも原料の解
離蒸散を充分には抑制できないという問題を生じてい
る。
However, as described in the above publication, a reservoir 53 is provided below the crucible 52, and the vapor pressure of the surface of the raw material melt in the crucible 52 is controlled by the vapor generated therebelow. However, there is a problem that the dissociative evaporation of the raw material cannot be sufficiently suppressed.

【0008】例えばZnSeの場合を例に挙げると、炉内に
は予めアルゴンガスなどの不活性ガスが充填されてお
り、この状態でルツボの下方に蒸気圧発生元素(この場
合にはZn)を配置すると、発生した蒸気は成長容器内の
下部から徐々に上方に昇っていく形態で拡散していく。
このとき、高圧の不活性ガスに対してZn蒸気の比重が大
きいことから、Zn蒸気がルツボ上方に達するまでに長時
間を要し、このため、通常の例えば数10時間の結晶成長
の間では、Zn蒸気がルツボ内の原料融液の周囲まで充分
に行きわたらずに結晶成長が行われてしまう。この結
果、ルツボ内の原料融液からの高解離圧成分の蒸散が生
じ、組成のずれた結晶が成長してしまう。
Taking the case of ZnSe as an example, the furnace is pre-filled with an inert gas such as argon gas, and the vapor pressure generating element (Zn in this case) is placed below the crucible in this state. When arranged, the generated vapor diffuses in a form in which it gradually rises upward from the lower part inside the growth vessel.
At this time, since the specific gravity of Zn vapor is high with respect to the high-pressure inert gas, it takes a long time for Zn vapor to reach the upper part of the crucible, and therefore, during normal crystal growth of, for example, several tens of hours. , Zn vapor does not reach the surroundings of the raw material melt in the crucible sufficiently and crystal growth occurs. As a result, a high dissociation pressure component evaporates from the raw material melt in the crucible, and a crystal having a different composition grows.

【0009】一方、前記公報記載の装置では、密閉した
成長容器56によって、ルツボ52とリザーバ53とをヒータ
60・61の内側で囲って、高解離圧成分の蒸気雰囲気の制
御空間を形成しているが、この場合、高解離圧成分の平
衡解離圧が高い場合には、成長容器56に内外差圧に基づ
く大きな力が作用することになる。このために成長容器
56が破損し易く、この結果、充分な生産性が得られない
という問題も有している。
On the other hand, in the apparatus described in the above publication, the crucible 52 and the reservoir 53 are heated by the sealed growth container 56.
It is surrounded by the inside of 60 and 61 to form a control space for the vapor atmosphere of the high dissociation pressure component.In this case, when the equilibrium dissociation pressure of the high dissociation pressure component is high, the internal / external differential pressure is applied to the growth vessel 56. A large force based on will act. For this a growth vessel
There is also a problem that 56 is easily broken, and as a result, sufficient productivity cannot be obtained.

【0010】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みな
されたもので、結晶成長時における原料構成元素の蒸散
を抑制し、良質の単結晶を効率的に製造し得る化合物単
結晶の製造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 view of the above-mentioned conventional problems, and it is a method for producing a compound single crystal capable of efficiently producing a high quality single crystal by suppressing evaporation of raw material constituent elements during crystal growth. And to provide the device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項1の化合物単結晶の製造方法は、単
結晶成長用の原料を収容した上端開口状の原料収納容器
を、不活性ガスが充填された炉体内における上方ほど温
度を高くした加熱領域で昇降温することにより、原料融
液から単結晶を成長させる化合物単結晶の製造方法であ
って、原料構成元素中の少なくとも高解離圧成分を収容
する蒸気源収納容器を原料収納容器よりも上方に設ける
一方、上記高解離圧成分を収容するリザーバを原料収納
容器よりも下方に設け、上記加熱領域で原料収納容器と
共に加熱される蒸気源収納容器から少なくとも高解離圧
成分の蒸気を発生させ、かつ、原料収納容器周囲の高解
離圧成分の蒸気圧を調整すべくリザーバを上記加熱領域
での加熱温度とは独立に温度制御しつつ単結晶成長を行
うことを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, the method for producing a compound single crystal according to claim 1 of the present invention comprises a raw material container having an upper end opening containing a raw material for growing a single crystal, A method for producing a compound single crystal in which a single crystal is grown from a raw material melt by raising and lowering the temperature in a heating region having a higher temperature in a furnace filled with an inert gas, and at least one of raw material constituent elements The vapor source storage container for storing the high dissociation pressure component is provided above the raw material storage container, while the reservoir for storing the high dissociation pressure component is provided below the raw material storage container, and is heated together with the raw material storage container in the heating region. Is to generate a vapor of at least a high dissociation pressure component from the vapor source storage container, and to adjust the vapor pressure of the high dissociation pressure component around the raw material storage container, the heating temperature in the heating region It is characterized by performing the single crystal growth while controlling the temperature to stand.

【0012】このような製造方法によれば、例えばZnSe
単結晶を製造する場合、蒸気源収納容器とリザーバとに
それぞれZnが収納される。炉体内には、下方よりも上方
の温度を高くした加熱領域が形成され、この加熱領域
に、単結晶成長用の原料ZnSeを収容した原料収納容器が
配置され昇降温される。このとき、蒸気源収納容器も原
料収納容器と同時に加熱され、Zn蒸気が発生される。そ
して、この蒸気源収納容器は原料収納容器の上方に位置
しているので、炉体内に充填されている不活性ガスより
も発生したZn蒸気が重い場合でも、すぐに原料収納容器
の周囲はZn蒸気雰囲気になる。
According to such a manufacturing method, for example, ZnSe
When manufacturing a single crystal, Zn is stored in each of the vapor source storage container and the reservoir. In the furnace body, a heating region in which the temperature is higher than that in the lower part is formed, and in this heating region, a raw material storage container containing a raw material ZnSe for single crystal growth is arranged and the temperature is raised and lowered. At this time, the vapor source storage container is also heated at the same time as the raw material storage container, and Zn vapor is generated. And since this vapor source storage container is located above the raw material storage container, even if the generated Zn vapor is heavier than the inert gas filled in the furnace body, immediately around the raw material storage container is Zn. It becomes a steam atmosphere.

【0013】一方、蒸気源収納容器で発生する蒸気圧が
あまりに高いと原料融液中に溶け込み、原料融液がZnリ
ッチとなるが、リザーバでの加熱温度を所定の蒸気圧と
なるように調整することにより、蒸気源収納容器で発生
した過剰なZn蒸気は下方へ流れてリザーバの部分で凝結
し捕捉される。このため、原料収納容器内の原料融液
は、解離が抑制されると共にZnリッチとなるような組成
の変化も抑えられるので、全体にわたって意図した組成
の結晶成長が行われる。
On the other hand, if the vapor pressure generated in the vapor source container is too high, it will melt into the raw material melt and become Zn rich, but the heating temperature in the reservoir will be adjusted to a predetermined vapor pressure. By doing so, the excess Zn vapor generated in the vapor source storage container flows downward and is condensed and captured in the reservoir portion. Therefore, the melt of the raw material in the raw material container is suppressed from being dissociated and the change in the composition such that it becomes rich in Zn is suppressed, so that the crystal growth of the intended composition is performed throughout.

【0014】なお、請求項2の化合物単結晶の製造方法
のように、上記の原料収納容器の下端部に種結晶を配置
して単結晶成長を行えば、全体が所定の方位の単結晶を
確実に成長させることができる。さらに、請求項3の化
合物単結晶の製造方法のように、上記の蒸気源収納容器
に、原料収納容器に収容される原料とほぼ同一組成の原
料を収容して単結晶成長を行えば、原料収納容器内での
解離をさらに確実に抑制することができる。
As in the method for producing a compound single crystal according to claim 2, when a single crystal is grown by arranging a seed crystal at the lower end portion of the above-mentioned raw material container, the whole single crystal having a predetermined orientation is obtained. You can definitely grow. Further, as in the method for producing a compound single crystal according to claim 3, if a raw material having substantially the same composition as the raw material stored in the raw material storage container is stored in the vapor source storage container to perform single crystal growth, The dissociation in the storage container can be more reliably suppressed.

【0015】すなわち、温度勾配を設けて昇降温される
加熱領域内では、原料収納容器よりも上方の蒸気源収納
容器の方が、常に高い温度を維持して昇降温されること
になる。この結果、蒸気源収納容器に収容された原料が
先に解離を始め蒸気を発生する。これにより、構成元素
の一部元素での蒸気圧を調整する場合に比べ、原料収納
容器内での解離をより確実に抑制することができる。
That is, in the heating region where a temperature gradient is provided and the temperature is raised and lowered, the vapor source storage container above the raw material storage container is always maintained at a higher temperature and the temperature is raised and lowered. As a result, the raw material contained in the vapor source container first starts to dissociate to generate steam. As a result, dissociation in the raw material container can be more reliably suppressed as compared with the case where the vapor pressure of some of the constituent elements is adjusted.

【0016】上記の製造方法を好適に実施するための化
合物単結晶の製造装置は、請求項4に記載のように、不
活性ガスが充填される密閉状の炉体と、炉体内に上方ほ
ど温度の高い加熱領域を形成すべく炉体内に配置された
主加熱手段と、単結晶成長用の原料を収容すると共に上
記加熱領域に配置される上端開口状の原料収納容器と、
原料構成元素中の少なくとも高解離圧成分を収容すると
共に原料収納容器よりも上方に配置されて上記加熱領域
で加熱される蒸気源収納容器と、上記高解離圧成分を収
容すると共に原料収納容器よりも下方に配置されるリザ
ーバと、リザーバを加熱する副加熱手段と、原料収納容
器と蒸気源収納容器とリザーバとを主加熱手段よりも内
側で囲うと共に下方に内外を相互に連通する連通路を有
する気密性材料からなる気密チャンバとが設けられてい
る。
The apparatus for producing a compound single crystal for suitably carrying out the above-mentioned production method comprises, as described in claim 4, a hermetically sealed furnace body filled with an inert gas, and a furnace body located above the furnace body. Main heating means arranged in the furnace body to form a high-temperature heating region, a raw material storage container having an upper end opening which is arranged in the heating region while containing raw materials for single crystal growth,
A vapor source storage container that stores at least a high dissociation pressure component in the raw material constituent elements and is heated above the raw material storage container and heated in the heating region, and a raw material storage container that stores the high dissociation pressure component And a sub-heating means for heating the reservoir, a raw material storage container, a vapor source storage container, and a reservoir inside the main heating means, and a communication passage downwardly connecting the inside and the outside with each other. And an airtight chamber made of an airtight material.

【0017】このような構成によれば、原料収納容器と
蒸気源収納容器とリザーバとを囲う気密チャンバに内外
の圧力差を生じさせない連通路が設けられているので、
加熱時の解離による蒸気圧が高い場合でも、気密チャン
バに内外圧力差による力は作用しない。これにより、気
密チャンバの破損が防止される。しかも、下方の連通路
へと流れる一部の蒸気は、連通路の部位が低温状態であ
ることによってこの部位で析出し、気密チャンバ外への
流出を生じない。この結果、例えば短絡事故等の発生を
防止するための装置のメインテナンスが容易となるの
で、解離圧の高い化合物でも、その単結晶をより効率的
に製造することができる。
According to this structure, since the airtight chamber surrounding the raw material storage container, the vapor source storage container, and the reservoir is provided with the communication passage that does not cause a pressure difference between the inside and the outside.
Even if the vapor pressure due to dissociation during heating is high, the force due to the pressure difference between the inside and the outside does not act on the airtight chamber. This prevents damage to the hermetic chamber. Moreover, part of the vapor flowing to the lower communication passage is deposited at this portion of the communication passage due to the low temperature state of the communication passage, and does not flow out of the airtight chamber. As a result, for example, the maintenance of the device for preventing the occurrence of a short circuit accident is facilitated, so that even a compound having a high dissociation pressure can more efficiently produce its single crystal.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施形態1〕次に、本発明の実施形態について図1を
参照して説明する。同図は、垂直ブリッジマン法(VB
法)による単結晶製造装置を示すもので、この装置は、
耐圧構造を有する炉体としての圧力容器1と、圧力容器
1の内部に収納された上部閉塞状の断熱構造体2と、そ
の内側に配置された上下複数段(図の場合には二段)の
円筒状のヒータエレメント3a・3bから成る主加熱ヒータ
(主加熱手段)3と、この主加熱ヒータ3の下側に配置
された円筒状の副加熱ヒータ(副加熱手段)4とを備え
ている。
[Embodiment 1] Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The figure shows the vertical Bridgman method (VB
Method), a single crystal manufacturing apparatus is shown.
A pressure vessel 1 as a furnace body having a pressure resistant structure, an upper closed heat insulating structure 2 housed inside the pressure vessel 1, and a plurality of upper and lower stages arranged inside thereof (two stages in the case of the figure) A main heater (main heating means) 3 including the cylindrical heater elements 3a and 3b, and a cylindrical sub-heater (sub-heating means) 4 arranged below the main heating heater 3. There is.

【0019】圧力容器1は、円筒状の圧力容器本体5
と、その上下の各開口をそれぞれ覆う上蓋6・下蓋7と
から構成されている。上蓋6には、圧力容器1内にアル
ゴンガス等の不活性ガスを加圧注入し、また、排出する
ためのガス供給排出路8が設けられている。下蓋7は、
圧力容器本体5の下部開口に着脱自在に、かつ、シール
リング9によって気密に装着されるようになっている。
The pressure vessel 1 comprises a cylindrical pressure vessel body 5
And an upper lid 6 and a lower lid 7 which cover the upper and lower openings, respectively. The upper lid 6 is provided with a gas supply / discharge passage 8 for injecting an inert gas such as argon gas under pressure into the pressure vessel 1 and discharging the same. The lower lid 7 is
It is detachably attached to the lower opening of the pressure vessel main body 5 and airtightly attached by a seal ring 9.

【0020】この下蓋7の中心位置には、シールリング
10によって気密にこの下蓋7を上下に貫通するルツボ昇
降ロッド11が設けられている。このロッド11は、外部の
駆動機構(図示せず)により上下方向に移動可能に構成
され、このルツボ昇降ロッド11の上端に、略円柱状のル
ツボ台12が取付けられている。このルツボ台12上に、原
料収納容器としてのルツボ13がほぼ直立状態で支持され
ている。
At the center of the lower lid 7, a seal ring is attached.
A crucible elevating rod 11 is provided airtightly through the lower lid 7 by means of 10. The rod 11 is configured to be vertically movable by an external drive mechanism (not shown), and a substantially column-shaped crucible stand 12 is attached to the upper end of the crucible lifting rod 11. A crucible 13 as a raw material storage container is supported on the crucible base 12 in a substantially upright state.

【0021】このルツボ13は例えばp-BNから成り、その
下端部に、後述する棒状の種結晶18が挿入される細管部
13aが設けられ、その上方は、テーパ部13bを介して約
15mmの内径を有する円管状に形成されている。そして、
このルツボ13における開口した上端面に、蒸気源収納容
器14が設けられている。この蒸気源収納容器14は、ルツ
ボ13の上端縁に沿うリング状に形成され、その上面に開
口するように形成されている環状溝内に、後述する蒸気
源19を収容し得るようになっている。
The crucible 13 is made of, for example, p-BN, and a thin tube portion into which a rod-shaped seed crystal 18 described later is inserted at its lower end portion.
13a is provided, and the upper part is provided with a tapered portion 13b.
It is formed in a tubular shape having an inner diameter of 15 mm. And
A vapor source storage container 14 is provided on the open upper end surface of the crucible 13. The vapor source storage container 14 is formed in a ring shape along the upper edge of the crucible 13 and is configured to accommodate a vapor source 19 described later in an annular groove formed so as to open at the upper surface thereof. There is.

【0022】さらに圧力容器1内には、前記主加熱ヒー
タ3および副加熱ヒータ4の内側で、上記した蒸気源収
納容器14・ルツボ13・ルツボ台12の全体を囲う逆コップ
状の気密チャンバ15が、前記下蓋7上に載置された状態
で配設されている。この気密チャンバ15は、モリブデン
等の高融点金属やグラッシーカーボンなどの耐熱性とガ
ス不透過性とを有する材料から成っている。また、この
気密チャンバ15における下蓋7近傍の比較的低温に保持
される部位に、この気密チャンバ15の内外空間を相互に
連通する細孔形状の連通路16が形成されている。この連
通路16により、気密チャンバ15の内外差圧の発生が防止
され、これによって、後述する圧力容器1内を所定の高
圧圧力状態とする際などにおける気密チャンバ15の破損
が防止される。
Further, inside the pressure vessel 1, inside the main heater 3 and the sub-heater 4, the airtight chamber 15 in the shape of an inverted cup that surrounds the entire vapor source storage container 14, the crucible 13 and the crucible table 12 is provided. Are placed in a state of being placed on the lower lid 7. The hermetic chamber 15 is made of a material having heat resistance and gas impermeability such as high melting point metal such as molybdenum or glassy carbon. Further, in a portion of the airtight chamber 15 near the lower lid 7 which is kept at a relatively low temperature, a pore-shaped communication passage 16 which communicates the inner and outer spaces of the airtight chamber 15 with each other is formed. The communication passage 16 prevents the pressure difference between the inside and the outside of the airtight chamber 15 from being generated, and thereby prevents the airtight chamber 15 from being damaged when the inside of the pressure container 1 is brought to a predetermined high pressure state.

【0023】この気密チャンバ15は、その円筒部内面に
おける主加熱ヒータ3と副加熱ヒータ4との間の高さ位
置に段差面15aが形成されるように、この段差面15aよ
り下側が厚肉状に形成されている。そして、この厚肉部
15bに、上記段差面15aから下方に凹入する環状溝形状
のリザーバ17が形成され、このリザーバ17内に、後述す
る高解離圧成分20が収容されるようになっている。な
お、前記副加熱ヒータ4は、上記リザーバ17内に収容さ
れる高解離圧成分20の加熱を行うために、この高解離圧
成分20の高さ位置に合わせて配設されている。
The airtight chamber 15 has a thick wall below the step surface 15a so that the step surface 15a is formed at the height position between the main heater 3 and the sub heater 4 on the inner surface of the cylindrical portion. It is formed into a shape. And this thick part
An annular groove-shaped reservoir 17 recessed downward from the step surface 15a is formed in 15b, and a high dissociation pressure component 20 described later is accommodated in the reservoir 17. The sub-heater 4 is arranged in accordance with the height position of the high dissociation pressure component 20 in order to heat the high dissociation pressure component 20 contained in the reservoir 17.

【0024】上記厚肉部15bは、前記したルツボ台12の
外径とほぼ同一の内径寸法で形成され、ルツボ12が厚肉
部15b内にほぼ嵌合した状態で上下移動可能なように構
成されている。なお、ルツボ台12には、これを上下に貫
通する細孔状の連通孔12aが形成され、この連通孔12a
を通して、ルツボ台12の上下空間が相互に連通してい
る。
The thick portion 15b is formed to have an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the crucible base 12 described above, and is configured so that the crucible 12 can move up and down in a substantially fitted state in the thick portion 15b. Has been done. It should be noted that the crucible base 12 is formed with a communication hole 12a in the form of a small hole that penetrates the crucible base 12 in the vertical direction.
Through, the upper and lower spaces of the crucible stand 12 communicate with each other.

【0025】一方、同図にはルツボ台12が圧力容器1内
での最上昇位置に位置する状態を示しているが、この状
態で、ルツボ台12の下端側は上記段差面15aよりもやや
下側に位置している。これによって、ルツボ台12の下方
空間とリザーバ17の上方空間とは、厚肉部15b内面とル
ツボ台12外面との嵌合隙間を通してしか連通状態にな
く、この隙間を通してのガスの流通がほぼ遮断されるよ
うに構成されている。
On the other hand, in the same figure, the crucible table 12 is shown in the highest position in the pressure vessel 1. In this state, the lower end side of the crucible table 12 is slightly more than the step surface 15a. It is located on the lower side. As a result, the lower space of the crucible base 12 and the upper space of the reservoir 17 are in communication with each other only through the fitting gap between the inner surface of the thick portion 15b and the outer surface of the crucible base 12, and the flow of gas through this gap is substantially blocked. It is configured to be.

【0026】上記装置では、気密チャンバ15内が、上方
ほど高温の予め定められた温度分布で保持されるよう
に、前記主加熱ヒータ3への供給電力が調整される。し
たがって、前記ルツボ昇降ロッド11を昇降させて気密チ
ャンバ15内におけるルツボ13の高さ位置を変えることに
よって、ルツボ13内の単結晶成長用の原料から単結晶を
成長させる際の温度制御が行われる。
In the above apparatus, the electric power supplied to the main heater 3 is adjusted so that the inside of the airtight chamber 15 is maintained at a predetermined temperature distribution in which the temperature is higher toward the top. Therefore, by raising and lowering the crucible raising / lowering rod 11 to change the height position of the crucible 13 in the airtight chamber 15, temperature control is performed when growing a single crystal from the raw material for growing a single crystal in the crucible 13. .

【0027】次に、上記装置を用いてZnSe単結晶の製造
を行ったときの手順と、その結果の一例とについて説明
する。まず、ルツボ13の細管部13aに棒状のZnSeの種結
晶18を挿入後、その上に、フェーズフォー社のCVD法
により製造されたZnSe多結晶の小塊約20gを単結晶成長
用の原料として充填する一方、蒸気源収納容器14に蒸気
源19として約5gのZnを、また、リザーバ17に高解離圧
成分20として10gのZnをそれぞれ充填した。
Next, a procedure for producing a ZnSe single crystal using the above apparatus and an example of the result will be described. First, after inserting a rod-shaped ZnSe seed crystal 18 into the thin tube portion 13a of the crucible 13, about 20 g of small ZnSe polycrystals produced by the CVD method of Phase Four Co. was used as a raw material for single crystal growth. Meanwhile, about 5 g of Zn as the vapor source 19 was filled in the vapor source storage container 14, and 10 g of Zn as the high dissociation pressure component 20 was filled in the reservoir 17 respectively.

【0028】これらルツボ13・蒸気源収納容器14と、リ
ザーバ17を備えた気密チャンバ15とを図示のように圧力
容器1内に配置して圧力容器1を密閉した後、ガス供給
排出路8を通して圧力容器1の内部を真空引きし、次い
で、5kgf/cm2 アルゴンガスを注入してガス置換を行っ
た。その後、5kgf/cm2 のアルゴンガスを圧力容器1内
に充填した後、主加熱ヒータ3のヒータエレメント3a・
3bに通電し、ルツボ13内の原料および蒸気源収納容器14
内の蒸気源19の加熱を開始した。そして、ルツボ13にお
ける上部が1580℃、下部が1515℃となるように主加熱ヒ
ータ3への供給電力を制御し、種結晶18の一部を残して
原料を溶融させた。なお、このとき圧力容器1内の圧力
は10kgf/cm2 となった。
The crucible 13 / vapor source storage container 14 and the airtight chamber 15 provided with the reservoir 17 are arranged in the pressure container 1 as shown in the figure to seal the pressure container 1 and then through the gas supply / discharge passage 8. The inside of the pressure vessel 1 was evacuated, and then 5 kgf / cm 2 argon gas was injected to replace the gas. Then, after filling the pressure vessel 1 with 5 kgf / cm 2 of argon gas, the heater element 3a
3b is energized, and the raw material and vapor source storage container 14 in the crucible 13
The heating of the steam source 19 inside was started. Then, the electric power supplied to the main heater 3 was controlled so that the upper part of the crucible 13 was 1580 ° C. and the lower part thereof was 1515 ° C., and the raw material was melted while leaving a part of the seed crystal 18. At this time, the pressure in the pressure vessel 1 was 10 kgf / cm 2 .

【0029】一方、主加熱ヒータ3への通電と同時に、
リザーバ17内の高解離圧成分20の加熱も副加熱ヒータ4
により開始し、その加熱温度は、リザーバ17で発生する
Zn蒸気の蒸気圧が、ZnSeの融点(1520℃)におけるZn蒸
気の平衡蒸気圧約2気圧となるように、約1000℃に調節
した。その後、ルツボ昇降ロッド11をゆっくりと下降さ
せ、20℃/cmの温度勾配下、降下速度3mm/hの速度でル
ツボ13を徐々に低温域に下降させることによって、原料
融液21における種結晶18に接する下部側から上部側に向
かって、単結晶22を成長させた。
On the other hand, at the same time when the main heater 3 is energized,
The high dissociation pressure component 20 in the reservoir 17 is also heated by the auxiliary heater 4
Started by, its heating temperature occurs in the reservoir 17
The vapor pressure of Zn vapor was adjusted to about 1000 ° C. so that the equilibrium vapor pressure of Zn vapor at the melting point of ZnSe (1520 ° C.) was about 2 atm. Then, the crucible lifting rod 11 is slowly lowered, and the crucible 13 is gradually lowered to a low temperature region at a rate of 3 mm / h at a temperature gradient of 20 ° C./cm, so that the seed crystal 18 in the raw material melt 21 is reduced. A single crystal 22 was grown from the lower side in contact with to the upper side.

【0030】このようにZnSeの融点を超える温度までル
ツボ13内の原料を加熱した後、降温させる結晶成長操作
の過程では、原料の解離が昇温途中で徐々に進行する。
このとき、上記構成では、まず、上方の蒸気源収納容器
14からZn蒸気が発生し、このZn蒸気は気密チャンバ15内
に充満しているアルゴンガスより重いことから、徐々に
下降してルツボ13内に流入する。このため、原料が溶融
する時点で、ルツボ13内にはZnSe原料の解離が抑制され
るZn蒸気の雰囲気がすでに形成されている。
In this way, in the course of the crystal growth operation of heating the raw material in the crucible 13 to a temperature exceeding the melting point of ZnSe and then lowering the temperature, dissociation of the raw material gradually progresses during the temperature rise.
At this time, in the above configuration, first, the upper vapor source storage container
Zn vapor is generated from 14, and since this Zn vapor is heavier than the argon gas filling the airtight chamber 15, it gradually descends and flows into the crucible 13. Therefore, when the raw material is melted, the Zn vapor atmosphere in which the dissociation of the ZnSe raw material is suppressed is already formed in the crucible 13.

【0031】なお、このとき、蒸気源収納容器14から発
生するZn蒸気の蒸気圧があまりに高いと、原料融液21の
組成がZnリッチとなって融点が低下するが、Znの蒸気は
ルツボ13外を下方にも移動していくことから、下部のリ
ザーバ17の温度を前述の1000℃に保持しておけば、過剰
なZn蒸気はこのリザーバ17で凝結して捕捉される。この
ため、ルツボ13内は、原料融液21の解離が抑制されると
共にZnリッチとなるような組成の変化も抑えられZn蒸気
の雰囲気で保持されるので、原料融液21から、全体にわ
たって意図した組成の単結晶22の成長が行われる。
At this time, if the vapor pressure of the Zn vapor generated from the vapor source container 14 is too high, the composition of the raw material melt 21 becomes Zn rich and the melting point is lowered, but the vapor of Zn is in the crucible 13 Since the outside also moves downward, if the temperature of the lower reservoir 17 is kept at 1000 ° C. as described above, excess Zn vapor is condensed and trapped in this reservoir 17. Therefore, in the crucible 13, since the dissociation of the raw material melt 21 is suppressed and the composition change such that the material becomes Zn-rich is suppressed and the atmosphere is maintained in the Zn vapor atmosphere, the entire material melt 21 is intended. The single crystal 22 having the above composition is grown.

【0032】上記のような操作でルツボ13内の原料融液
21全体が固化し、さらに、ルツボ13の上部がほぼ1300℃
となった時点で、主加熱ヒータ3および副加熱ヒータ4
への通電を停止し、その後、炉冷してほぼ 300℃になっ
た時に、圧力容器1内のアルゴンガスを炉外に放出する
操作を行った。次いで、ほぼ室温に温度が下がった時点
で下蓋7を下降させ、圧力容器1を開けてルツボ13を回
収した。
The raw material melt in the crucible 13 is subjected to the above operation.
The entire 21 solidified, and the upper part of the crucible 13 was approximately 1300 ° C.
When, the main heater 3 and the sub-heater 4
Then, when the furnace was cooled down to about 300 ° C., the argon gas in the pressure vessel 1 was discharged to the outside of the furnace. Next, when the temperature dropped to about room temperature, the lower lid 7 was lowered, the pressure vessel 1 was opened, and the crucible 13 was recovered.

【0033】ルツボ13から取り出した成長結晶は、外径
約15mm・直胴部長さ20mmで、一部に双晶を含むものの、
全体として一つの粒と考えられる黄色透明な単結晶であ
った。ルツボ13内の重量変化は0.1%以下であり、原料
のZnSeの分解は充分に抑制されていることが確認され
た。また、成長結晶におけるZn組成の変化を調査する目
的で、成長結晶を円板状にスライスし、上下方向での体
積固有抵抗の変化を測定した。その結果、いずれの部位
においても体積固有抵抗は0.02〜0.03Ωcmで、上下方向
での特性のバラツキ、すなわち、大きな組成のバラツキ
は殆どないことが確認された。
The grown crystal taken out from the crucible 13 has an outer diameter of about 15 mm, a straight body length of 20 mm, and a twin crystal in a part,
It was a yellow transparent single crystal that was considered as one grain as a whole. The weight change in the crucible 13 was 0.1% or less, and it was confirmed that the decomposition of the raw material ZnSe was sufficiently suppressed. For the purpose of investigating the change of Zn composition in the grown crystal, the grown crystal was sliced into a disk shape and the change in the volume resistivity in the vertical direction was measured. As a result, it was confirmed that the volume resistivity was 0.02 to 0.03 Ωcm at any part, and there was almost no variation in characteristics in the vertical direction, that is, there was little variation in composition.

【0034】〔比較例〕上記実施形態1と同じ装置を用
い、蒸気源収納容器14内にZnを充填しない点を除いて、
実施形態1と同様の手順にてZnSe単結晶の成長操作を行
った。得られた成長結晶は、肉眼での観察では色合いに
大きな差異は見られなかったものの、体積固有抵抗を測
定したところ、成長結晶における種結晶に近い下部側で
0.5〜2Ωcm、上部側で0.04Ωcmで、上下方向で差異が
認められた。この体積固有抵抗値から、下部ではZnの量
が少なく、上部では多いという組成の分布が存在するこ
とが判明し、不均質であるために、例えばレーザダイオ
ード等の基板には用いられないと判断された。
Comparative Example Using the same apparatus as in the first embodiment, except that Zn is not filled in the vapor source storage container 14,
The ZnSe single crystal was grown in the same procedure as in the first embodiment. Although the obtained grown crystal did not show a large difference in color tone when observed with the naked eye, the volume resistivity was measured and it was found that the lower side near the seed crystal in the grown crystal.
A difference of 0.5 to 2 Ωcm and 0.04 Ωcm on the upper side were observed in the vertical direction. From this volume resistivity value, it was found that there was a compositional distribution in which the amount of Zn was low in the lower part and large in the upper part, and it was judged that it could not be used for substrates such as laser diodes because of inhomogeneity. Was done.

【0035】〔実施形態2〕次に、本発明の他の実施形
態について図2を参照して説明する。なお、説明の便宜
上、前記の実施形態1で示した部材と同一の機能を有す
る部材には、同一の符号を付記して説明を省略する。同
図は、縦形温度勾配凝固法(VGF)法による単結晶製造装
置を示すもので、気密チャンバ15内の上下方向の温度分
布をより精密に制御するために、この気密チャンバ15の
外側には、上下10段のヒータエレメント3a〜3jを備えた
主加熱ヒータ3が設けられている。なお、炉体としての
圧力容器1は上部閉塞状に形成され、下蓋7にガス供給
排出路8が設けられている。
[Second Embodiment] Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. For convenience of description, members having the same functions as the members shown in the first embodiment will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The figure shows a single crystal manufacturing apparatus by the vertical temperature gradient solidification method (VGF) method.To control the temperature distribution in the vertical direction in the airtight chamber 15 more precisely, the single crystal production apparatus is provided outside the airtight chamber 15. A main heater 3 having upper and lower 10 heater elements 3a to 3j is provided. The pressure vessel 1 as a furnace body is formed in an upper closed shape, and the lower lid 7 is provided with a gas supply / discharge passage 8.

【0036】一方、気密チャンバ15内には、その底部側
に、支持台31が下蓋7上への載置状態で配設されてい
る。この支持台31上に副加熱ヒータ4が配置され、この
副加熱ヒータ4上に、さらに有底筒状の内部容器32が設
けられている。内部容器32は、気密チャンバ15と同様
に、モリブデン等の高融点金属やグラッシーカーボンな
どの耐熱性と気密性とを有する材料からなっており、こ
の内部容器32内における底部に、高解離圧成分20を収容
したリザーバ17が配置されている。このリザーバ17周縁
における上端面上にルツボ台12が載置され、このルツボ
台12上に、前記同様に、ルツボ13が直立状態で支持され
ている。
On the other hand, in the airtight chamber 15, a support base 31 is arranged on the bottom side thereof in a state of being placed on the lower lid 7. The sub-heater 4 is arranged on the support base 31, and the bottomed cylindrical inner container 32 is further provided on the sub-heater 4. Like the airtight chamber 15, the inner container 32 is made of a material having heat resistance and airtightness, such as a high melting point metal such as molybdenum or glassy carbon, and a high dissociation pressure component is formed at the bottom of the inner container 32. A reservoir 17 containing 20 is arranged. The crucible table 12 is placed on the upper end surface at the peripheral edge of the reservoir 17, and the crucible 13 is supported on the crucible table 12 in the upright state, as described above.

【0037】一方、内部容器32の側壁面32aは、ルツボ
13の上端を越えて気密チャンバ15の上壁面近くまで延び
ており、この側壁面32aにおける開口した上端部に、前
記同様に、蒸気源19を収容する蒸気源収納容器14が取付
けられている。なお、本実施形態における気密チャンバ
15下端側の連通路16は、下端縁を一部切欠いて下蓋7と
の間に生じる隙間で構成されている。また、内部容器32
は、内部チャンバ15の内面との間に充分な隙間を有する
外径寸法で形成され、この間の連通隙間33と、上記の連
通路16とを通して、内部容器32内が気密チャンバ15外の
空間に連通している。
On the other hand, the side wall surface 32a of the inner container 32 is a crucible.
A vapor source housing container 14 for housing the vapor source 19 is attached to the upper end portion of the side wall surface 32a which is open and extends near the upper wall surface of the airtight chamber 15 beyond the upper end of 13. The airtight chamber in this embodiment
The communication passage 16 on the lower end side is formed by a gap formed between the lower cover 7 and the lower lid 7 by cutting out a part of the lower end edge. Also, the inner container 32
Is formed with an outer diameter dimension having a sufficient gap with the inner surface of the inner chamber 15, and the inside of the inner container 32 becomes a space outside the airtight chamber 15 through the communicating gap 33 and the communicating passage 16 therebetween. It is in communication.

【0038】上記装置を使用して、例えばZnSe単結晶の
成長を行うときの操作手順について次に説明する。ま
ず、前記同様に、ルツボ13の細管部13aにZnSeの種結晶
18をセットし、その上にZnSe多結晶の原料を充填する共
に、蒸気源収納容器14とリザーバ17とに、それぞれ、蒸
気源19・高解離圧成分20としてZnを充填する。
An operation procedure for growing, for example, a ZnSe single crystal using the above apparatus will be described below. First, in the same manner as described above, a ZnSe seed crystal is applied to the thin tube portion 13a of the crucible 13.
18 is set, and a ZnSe polycrystal raw material is filled therein, and Zn is filled in the vapor source storage container 14 and the reservoir 17 as the vapor source 19 and the high dissociation pressure component 20, respectively.

【0039】その後、ルツボ13を図のようにセットし、
次いで、圧力容器1内部のガス置換を真空引き・アルゴ
ンガス注入によって行い、さらに、数気圧〜数10気圧の
アルゴンガスを充填する。その後、主加熱ヒータ3のヒ
ータエレメント3a〜3jに通電して種結晶18の下部を残し
て原料を加熱溶融する。このとき、温度は上方ほど高温
となる温度分布が得られるように制御する。一方、リザ
ーバ17の部分は、前記同様に、約1000℃となるように、
副加熱ヒータ4への通電電力を調整する。
Then, set the crucible 13 as shown in the figure,
Next, the gas inside the pressure vessel 1 is replaced by vacuuming and injecting argon gas, and then argon gas of several atmospheres to several tens of atmospheres is filled. After that, the heater elements 3a to 3j of the main heater 3 are energized to heat and melt the raw material while leaving the lower part of the seed crystal 18. At this time, the temperature is controlled so as to obtain a temperature distribution in which the higher the temperature, the higher the temperature distribution. On the other hand, the portion of the reservoir 17 has a temperature of about 1000 ° C. as described above.
The power supplied to the sub-heater 4 is adjusted.

【0040】このような温度制御により、前記実施形態
同様に、上方の蒸気源収納容器14からZnの蒸気が発生
し、このZn蒸気は気密チャンバ15内のアルゴンガスより
重いことから、徐々に下降してルツボ13内に流入し、ル
ツボ13内でのZnSe原料の解離が抑制される雰囲気が形成
される。しかも、過剰のZn蒸気は、下部のリザーバ17で
凝結して捕捉される。
By such temperature control, as in the above-described embodiment, Zn vapor is generated from the upper vapor source storage container 14, and this Zn vapor is heavier than the argon gas in the hermetic chamber 15, so that it is gradually lowered. Then, it flows into the crucible 13 and an atmosphere is formed in which the dissociation of the ZnSe raw material in the crucible 13 is suppressed. Moreover, excess Zn vapor is condensed and trapped in the lower reservoir 17.

【0041】このようにZn蒸気圧を制御しつつ、ヒータ
エレメント3a〜3jへの投入電力を調整して、所定の温度
勾配を保持してながら炉内全体の温度を徐々に低下させ
ることにより、ルツボ13の下部側から、前記実施形態1
と同様に、組成のずれが抑制された良質のZnSe単結晶22
を成長させることができる。以上の説明のように、上記
各実施形態では、ルツボ13内の原料を加熱して単結晶の
製造を行う際、まず、上方の蒸気源収納容器14で発生す
るZn蒸気により、ルツボ13内のZnSe原料の解離を抑制す
る雰囲気が形成される。しかも、Zn蒸気が過剰になって
原料融液がZnリッチとなるような組成変化も、下部のリ
ザーバ17の温度制御により抑制されるので、ルツボ13内
の全体にわたって意図した組成の良質の単結晶成長を行
うことができる。
As described above, by controlling the Zn vapor pressure and adjusting the electric power supplied to the heater elements 3a to 3j, the temperature of the entire furnace is gradually lowered while maintaining a predetermined temperature gradient. The first embodiment from the lower side of the crucible 13
Similar to the above, good quality ZnSe single crystal with suppressed composition deviation 22
Can grow. As described above, in each of the above-described embodiments, when the raw material in the crucible 13 is heated to produce a single crystal, first, the Zn vapor generated in the vapor source storage container 14 above the inside of the crucible 13 is used. An atmosphere is formed that suppresses dissociation of the ZnSe raw material. Moreover, since the compositional change such that the Zn vapor becomes excessive and the raw material melt becomes Zn-rich is also suppressed by the temperature control of the lower reservoir 17, a single crystal of good quality having the intended composition throughout the crucible 13 is suppressed. You can grow.

【0042】なお、原料融液におけるZnの量を過剰にし
てZnリッチの組成の単結晶を製造したい場合には、蒸気
源19の量を多くし、かつ、リザーバ17の温度を1000℃よ
り高い温度に調節すれば達成が可能である。したがっ
て、上記各実施形態においては、高解離圧の化合物単結
晶の製造における組成の調整、例えば二成分系であれば
1:1の組成の単結晶を確実に成長させることが可能で
あり、さらに、組成を正確に変化させることも可能であ
る。しかも、単結晶全体の均質性の確保も容易となり、
単結晶操作を繰返して行う場合に、組成の再現性も良好
である。これにより、品質のばらつきが問題となる工業
的な単結晶の製造を非常に簡便化することができる。
When it is desired to produce a Zn-rich single crystal with an excessive amount of Zn in the raw material melt, the amount of the vapor source 19 is increased and the temperature of the reservoir 17 is higher than 1000.degree. It can be achieved by adjusting the temperature. Therefore, in each of the above-described embodiments, it is possible to adjust the composition in the production of a compound single crystal having a high dissociation pressure, for example, in the case of a binary system, it is possible to reliably grow a single crystal having a composition of 1: 1. It is also possible to change the composition accurately. Moreover, it becomes easy to ensure the homogeneity of the whole single crystal,
The reproducibility of the composition is also good when the single crystal operation is repeated. As a result, it is possible to greatly simplify the industrial production of a single crystal in which variations in quality pose a problem.

【0043】また、上記各実施形態では、温度勾配を設
けて昇降温される加熱領域内に、ルツボ13の上部に近接
させて蒸気源収納容器14を設けているので、この蒸気源
収納容器14をルツボ13とは独立に加熱制御する必要はな
く、これにより、全体の構成が簡単になる。さらに、上
記各実施形態では、ルツボ13や蒸気源収納容器14を囲う
気密チャンバ15には、その下方に連通路16を設けてい
る。このため、加熱時の解離による蒸気圧が高い場合で
も、気密チャンバ15に内外圧力差による力は作用しな
い。これにより、気密チャンバ15としては耐熱性を備え
ていれば高強度である必要はないので、作製が容易とな
り、また、材料の選定範囲が広がるので、成長結晶に対
して極力汚染しない材料の選定が可能となる。したがっ
て、これによっても品質に優れた単結晶を製造すること
ができる。
Further, in each of the above embodiments, since the vapor source storage container 14 is provided in the heating region where a temperature gradient is provided and the temperature is raised and lowered, the vapor source storage container 14 is provided close to the upper part of the crucible 13. It is not necessary to control heating independently of the crucible 13, and this simplifies the overall configuration. Further, in each of the above embodiments, the airtight chamber 15 that surrounds the crucible 13 and the vapor source storage container 14 is provided with the communication passage 16 below the airtight chamber 15. Therefore, even if the vapor pressure due to dissociation during heating is high, the force due to the difference between the internal pressure and the external pressure does not act on the airtight chamber 15. As a result, since the airtight chamber 15 does not need to have high strength as long as it has heat resistance, it is easy to manufacture, and the selection range of materials is expanded. Is possible. Therefore, the single crystal excellent in quality can be manufactured also by this.

【0044】一方、蒸気源収納容器14で発生したZn蒸気
の一部は、例えば実施形態1では、ルツボ台12に形成さ
れている連通孔12aを通してその下方へと流出し、さら
に気密チャンバ15の連通路16へと流れることになるが、
このとき、連通路16は加熱ヒータ3・4から下方に離れ
た部位に設けられているので、この箇所をZnの融点以下
の低温状態に保持しておくことによって、蒸気をこの部
位で析出させるようにすることができる。この結果、気
密チャンバ15の外側の加熱ヒータ3・4やこれへの電力
供給部材等に蒸気が触れることがないので、短絡事故等
の発生が防止される。また、拡散した蒸気により炉内全
体が汚染されると、随時、炉内構造物を分解し清浄化す
るなどの保守作業に多大な労力が必要となるが、上記装
置では、このような蒸気の炉内全体への拡散が抑えられ
るため、保守作業が容易になり、これによって、製造効
率が向上する。
On the other hand, a part of the Zn vapor generated in the vapor source storage container 14 flows downward through the communication hole 12a formed in the crucible base 12 in the first embodiment, for example, and further in the airtight chamber 15. It will flow to the communication passage 16,
At this time, since the communication passage 16 is provided at a portion apart from the heaters 3 and 4 downward, by keeping this portion at a low temperature below the melting point of Zn, vapor is deposited at this portion. You can As a result, steam does not come into contact with the heaters 3 and 4 on the outside of the airtight chamber 15 and members for supplying electric power to the heaters 4, thereby preventing occurrence of a short circuit accident or the like. Further, if the entire inside of the furnace is contaminated by the diffused steam, a large amount of labor is required for maintenance work such as disassembling and cleaning the internal structure of the furnace as needed. Since diffusion throughout the furnace is suppressed, maintenance work is facilitated, thereby improving production efficiency.

【0045】なお、上記各実施形態では、蒸気源収納容
器14に結晶成長原料の一部を構成するZnを収納した例を
示したが、これに替えて、結晶成長原料と同じ原料を収
納し、ZnとSeとの各蒸気を同時に発生させながら単結晶
の成長を行うようにすることもできる。この場合、温度
勾配を設けて昇降温される加熱領域内において、ルツボ
13よりも上方の蒸気源収納容器14の方が常に高い温度を
維持して昇降温されることになる。この結果、蒸気源収
納容器14に収容された原料が先に解離を始めて蒸気を発
生させる。したがって、ルツボ13内の原料あるいは融液
の解離が抑制される。
In each of the above embodiments, an example was shown in which Zn constituting a part of the crystal growth raw material was stored in the vapor source storage container 14, but instead of this, the same raw material as the crystal growth raw material was stored. It is also possible to grow a single crystal while simultaneously generating vapors of Zn, Zn and Se. In this case, in the heating area where a temperature gradient is provided and the temperature is raised and lowered, the crucible is
The vapor source storage container 14 above 13 is always maintained at a higher temperature and is heated and lowered. As a result, the raw material stored in the steam source storage container 14 first starts to dissociate to generate steam. Therefore, dissociation of the raw material or the melt in the crucible 13 is suppressed.

【0046】このように、例えば二元素から構成される
化合物半導体が融液状態のときに、一方の成分のみなら
ず、他方の成分も蒸気となる場合(ZnSe他、多くの場合
がこれに相当する)において、構成元素の一部の元素の
蒸気圧の調整では解離の抑制が不充分なとき、上記のよ
うに結晶成長原料と同一の原料を蒸気源収納容器14に収
納することによって、より確実に解離を抑えることがで
きる。
Thus, for example, when a compound semiconductor composed of two elements is in a molten state, not only one component but also the other component becomes vapor (ZnSe et al., In many cases this corresponds). When the adjustment of the vapor pressure of some of the constituent elements is insufficient to suppress dissociation, the same raw material as the crystal growth raw material is stored in the vapor source storage container 14 as described above. The dissociation can be surely suppressed.

【0047】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、例えばZnSe以外のCdTeなどのII−VI族
や、InP,GaP などのIII-V族、或いはこれらの三元系化
合物など、結晶成長を行う際の高温下で成分元素の一部
が解離して蒸散し易い化合物単結晶の製造に適用するこ
とが可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, a group II-VI such as CdTe other than ZnSe, a group III-V such as InP and GaP, or a ternary compound thereof. For example, it can be applied to the production of compound single crystals in which a part of the constituent elements dissociates and evaporates easily at a high temperature during crystal growth.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上の説明のように、本発明の化合物単
結晶の製造方法によれば、炉体内に充填されている不活
性ガスより高解離圧成分の蒸気の方が重い場合でも、原
料収納容器の周囲に蒸気源収納容器で発生した高解離圧
成分の蒸気雰囲気がすぐに形成される。しかも、その蒸
気圧はリザーバにより所定の圧力で維持されるので、原
料収納容器内の原料融液から意図した通りの組成の良質
の単結晶成長を行うことができる。
As described above, according to the method for producing a compound single crystal of the present invention, even if the vapor of the high dissociation pressure component is heavier than the inert gas filled in the furnace body, The vapor atmosphere of the high dissociation pressure component generated in the vapor source storage container is immediately formed around the storage container. Moreover, since the vapor pressure is maintained at a predetermined pressure by the reservoir, it is possible to grow a good quality single crystal having the intended composition from the raw material melt in the raw material container.

【0049】また、原料収納容器の下端側に種結晶を配
置して結晶成長を行うことにより、全体が所定の方位の
単結晶を確実に成長させることができる。さらに、蒸気
源収納容器に成長結晶原料と同じ原料を収納して単結晶
成長を行うことにより、原料収納容器内の原料の解離が
さらに確実に抑制され、この結果、より意図した通りの
組成の単結晶成長を行うことができる。
Further, by disposing a seed crystal on the lower end side of the raw material storage container to perform crystal growth, it is possible to surely grow a single crystal having a predetermined orientation as a whole. Further, by storing the same raw material as the growing crystal raw material in the vapor source storage container and performing single crystal growth, dissociation of the raw material in the raw material storage container is further reliably suppressed, and as a result, the composition of the composition as intended is obtained. Single crystal growth can be performed.

【0050】本発明の化合物単結晶の製造装置において
は、下方に連通路を備えた気密チャンバが設けられてい
ることによって、加熱時の解離による蒸気圧が高い場合
でも、気密チャンバに内外圧力差による力は作用しない
ので、気密チャンバの破損が防止される。しかも、気密
チャンバ内を下方の連通路へと流れる一部の蒸気は、上
記の連通路の部位で析出する。これにより、気密チャン
バ外への蒸気の流出が防止される結果、例えば短絡事故
等の発生を防止するための装置のメインテナンスが容易
となるので、解離圧の高い化合物でも、その単結晶をよ
り効率的に製造することができる。
In the apparatus for producing a compound single crystal of the present invention, since the airtight chamber provided with the communication passage is provided below, even if the vapor pressure due to dissociation during heating is high, the pressure difference between the inside and the outside of the airtight chamber is reduced. Since no force is exerted on the hermetic chamber, damage to the hermetic chamber is prevented. Moreover, a part of the steam flowing to the lower communication passage in the airtight chamber is deposited at the above-mentioned communication passage. As a result, the outflow of vapor to the outside of the airtight chamber is prevented, and thus the maintenance of the device for preventing the occurrence of, for example, a short-circuit accident is facilitated. Can be manufactured in a simple manner.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態における単結晶製造装置の
構成を示す縦断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view showing the configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施形態における単結晶製造装置
の構成を示す縦断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view showing a configuration of a single crystal manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来の単結晶製造装置の構成を示す縦断面図で
ある。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a conventional single crystal manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力容器(炉体) 3 主加熱ヒータ(主加熱手段) 4 副加熱ヒータ(副加熱手段) 13 ルツボ(原料収納容器) 14 蒸気源収納容器 15 気密チャンバ 16 連通路 17 リザーバ 18 種結晶 19 蒸気源 20 高解離圧成分 1 Pressure Vessel (Furnace Body) 3 Main Heater (Main Heating Means) 4 Sub Heater (Sub Heating Means) 13 Crucible (Material Storage Container) 14 Vapor Source Storage Container 15 Airtight Chamber 16 Communication Passage 17 Reservoir 18 Seed Crystal 19 Vapor Source 20 High dissociation pressure component

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶成長用の原料を収容した上端開口
状の原料収納容器を、不活性ガスが充填された炉体内に
おける上方ほど温度を高くした加熱領域で昇降温するこ
とにより、原料融液から単結晶を成長させる化合物単結
晶の製造方法であって、 原料構成元素中の少なくとも高解離圧成分を収容する蒸
気源収納容器を原料収納容器よりも上方に設ける一方、
上記高解離圧成分を収容するリザーバを原料収納容器よ
りも下方に設け、上記加熱領域で原料収納容器と共に加
熱される蒸気源収納容器から少なくとも高解離圧成分の
蒸気を発生させ、かつ、原料収納容器周囲の高解離圧成
分の蒸気圧を調整すべくリザーバを上記加熱領域での加
熱温度とは独立に温度制御しつつ単結晶成長を行うこと
を特徴とする化合物単結晶の製造方法。
1. A raw material melted by heating and lowering a raw material storage container having an upper end opening containing a raw material for growing a single crystal in a heating region in which the temperature is increased as it goes upward in a furnace body filled with an inert gas. A method for producing a compound single crystal in which a single crystal is grown from a liquid, wherein a vapor source storage container for storing at least a high dissociation pressure component of raw material constituent elements is provided above the raw material storage container,
A reservoir for storing the high dissociation pressure component is provided below the raw material storage container, and at least a vapor of the high dissociation pressure component is generated from the vapor source storage container heated together with the raw material storage container in the heating region, and the raw material storage A method for producing a compound single crystal, which comprises performing single crystal growth while controlling the temperature of a reservoir independently of the heating temperature in the heating region in order to adjust the vapor pressure of the high dissociation pressure component around the container.
【請求項2】 原料収納容器の下端部に種結晶を配置し
て単結晶成長を行うことを特徴とする請求項1記載の化
合物単結晶の製造方法。
2. The method for producing a compound single crystal according to claim 1, wherein a single crystal is grown by disposing a seed crystal at the lower end of the raw material storage container.
【請求項3】 原料収納容器に収容される原料とほぼ同
一組成の原料を蒸気源収納容器に収容して単結晶成長を
行うことを特徴とする請求項1又は2記載の化合物単結
晶の製造方法。
3. The production of a compound single crystal according to claim 1, wherein a raw material having substantially the same composition as the raw material stored in the raw material storage container is stored in the vapor source storage container for single crystal growth. Method.
【請求項4】 不活性ガスが充填される密閉状の炉体
と、 炉体内に上方ほど温度の高い加熱領域を形成すべく炉体
内に配置された主加熱手段と、 単結晶成長用の原料を収容すると共に上記加熱領域に配
置される上端開口状の原料収納容器と、 原料構成元素中の高解離圧成分を収容すると共に原料収
納容器よりも上方に配置されて上記加熱領域で加熱され
る蒸気源収納容器と、 上記高解離圧成分を収容すると共に原料収納容器よりも
下方に配置されるリザーバと、 リザーバを加熱する副加熱手段と、 原料収納容器と蒸気源収納容器とリザーバとを主加熱手
段よりも内側で囲うと共に下方に内外を相互に連通する
連通路を有する気密性材料からなる気密チャンバとが設
けられていることを特徴とする化合物単結晶の製造装
置。
4. A hermetically sealed furnace body filled with an inert gas, a main heating means arranged in the furnace body to form a heating region having a higher temperature in the furnace body, and a raw material for growing a single crystal. And a raw material storage container having an upper end opening which is placed in the heating region and contains a high dissociation pressure component in the raw material constituent elements and is placed above the raw material storage container and heated in the heating region. A vapor source storage container, a reservoir that stores the high dissociation pressure component and is arranged below the raw material storage container, an auxiliary heating unit that heats the reservoir, a raw material storage container, a vapor source storage container, and a reservoir. An apparatus for producing a compound single crystal, which is provided with an airtight chamber made of an airtight material that is surrounded by the heating means and has a communication path that communicates the inside and the outside with each other below.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2722420A3 (en) * 2012-10-22 2014-12-03 Hitachi Metals, Ltd. Equipment and method for producing a compound polycrystal, and method for growing a compound single crystal
CN104532353A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Chromium-doped zinc selenide monocrystal Bridgman growth device and method

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