JPH11292679A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JPH11292679A JPH11292679A JP9174298A JP9174298A JPH11292679A JP H11292679 A JPH11292679 A JP H11292679A JP 9174298 A JP9174298 A JP 9174298A JP 9174298 A JP9174298 A JP 9174298A JP H11292679 A JPH11292679 A JP H11292679A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶液成長法でバルク結晶を容易に成長させる
ことのできる結晶成長方法を提供する。 【解決手段】 高温側の容器３内で溶質原料９が飽和す
るまで溶解した溶媒４を、ＧａＡｓ単結晶の成長点に連
続的に供給させることにより、低温側の容器６内で溶液
成長法でバルク結晶を容易に成長させることができる。
このとき、溶媒４を低温側の容器６と高温側の容器３と
の間で循環させ、結晶成長で消耗した原料を途中で補う
ことにより、少ない溶媒を有効に利用して、連続的に結
晶成長を行わせることができる。
ことのできる結晶成長方法を提供する。 【解決手段】 高温側の容器３内で溶質原料９が飽和す
るまで溶解した溶媒４を、ＧａＡｓ単結晶の成長点に連
続的に供給させることにより、低温側の容器６内で溶液
成長法でバルク結晶を容易に成長させることができる。
このとき、溶媒４を低温側の容器６と高温側の容器３と
の間で循環させ、結晶成長で消耗した原料を途中で補う
ことにより、少ない溶媒を有効に利用して、連続的に結
晶成長を行わせることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶液を冷却して過
飽和になった溶質原料の結晶を成長させる結晶成長方法
に関する。
飽和になった溶質原料の結晶を成長させる結晶成長方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶液を用いた結晶成長方法は、ＬＰＥ(L
iquid Phase Epitaxy)法や、フラックス法として、広く
用いられている。
iquid Phase Epitaxy)法や、フラックス法として、広く
用いられている。
【０００３】例えばＡｌＧａＡｓ混晶結晶をＬＰＥ法で
成長させる場合、溶媒としてＧａを用い、これを８００
℃程度に加熱して原料となるＡｌとＧａＡｓとを溶解さ
せる。溶解させるＡｌとＧａＡｓとの割合は、成長させ
たい結晶の混晶比から決められ、その分量は成長温度に
おける飽和溶解量かそれ以上になるように設定される。
成長させる場合、溶媒としてＧａを用い、これを８００
℃程度に加熱して原料となるＡｌとＧａＡｓとを溶解さ
せる。溶解させるＡｌとＧａＡｓとの割合は、成長させ
たい結晶の混晶比から決められ、その分量は成長温度に
おける飽和溶解量かそれ以上になるように設定される。
【０００４】次に、原料を溶解させたＧａをＧａＡｓの
単結晶基板表面に接触させ、Ｇａの温度を下げる。Ｇａ
の温度が下がると、過飽和になった原料がＧａＡｓ基板
上に析出し、ＡｌＧａＡｓがエピタキシャル成長する。
この結晶成長方法は、ＬＥＤ（発光ダイオード）用エピ
タキシャル結晶の製造に利用されている。
単結晶基板表面に接触させ、Ｇａの温度を下げる。Ｇａ
の温度が下がると、過飽和になった原料がＧａＡｓ基板
上に析出し、ＡｌＧａＡｓがエピタキシャル成長する。
この結晶成長方法は、ＬＥＤ（発光ダイオード）用エピ
タキシャル結晶の製造に利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように溶液を用
いた結晶成長方法は、混晶結晶を作製しやすいため、化
合物半導体のエピタキシャル結晶の成長に広く用いられ
ている。
いた結晶成長方法は、混晶結晶を作製しやすいため、化
合物半導体のエピタキシャル結晶の成長に広く用いられ
ている。
【０００６】しかしながら、成長できる結晶は薄膜に限
られており、バルク結晶の成長は困難であった。これは
ＬＰＥ法では溶媒に対する化合物半導体原料の飽和溶解
度が全般的に小さいことと、結晶成長の際に実質的に成
長にかかわることのできる溶質原料が、成長時間内に溶
媒中で拡散して基板に到達できる範囲内に依存するもの
に限られているためである。
られており、バルク結晶の成長は困難であった。これは
ＬＰＥ法では溶媒に対する化合物半導体原料の飽和溶解
度が全般的に小さいことと、結晶成長の際に実質的に成
長にかかわることのできる溶質原料が、成長時間内に溶
媒中で拡散して基板に到達できる範囲内に依存するもの
に限られているためである。
【０００７】また、ＬＥＣ法を利用した結晶成長でも、
Ａｌの偏析の問題から、組成の均一な大型バルク結晶を
成長させることは困難であった。
Ａｌの偏析の問題から、組成の均一な大型バルク結晶を
成長させることは困難であった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、溶液成長法でバルク結晶を容易に成長させることの
できる結晶成長方法を提供することにある。
し、溶液成長法でバルク結晶を容易に成長させることの
できる結晶成長方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、溶液を冷却して過飽和になった溶質原料の
結晶を成長させる方法において、溶媒を満たした２つの
容器を連通させ、かつ各容器間に温度差を設け、高温側
の容器内に飽和溶解量よりも多量の溶質原料を溶かして
原料溶液を作製し、低温側の容器を、原料溶液が溶質原
料を析出するときの温度に設定すると共に、各容器間の
溶媒を循環させ、低温側の容器内で目的とする溶質原料
の結晶を連続的に成長させるものである。
に本発明は、溶液を冷却して過飽和になった溶質原料の
結晶を成長させる方法において、溶媒を満たした２つの
容器を連通させ、かつ各容器間に温度差を設け、高温側
の容器内に飽和溶解量よりも多量の溶質原料を溶かして
原料溶液を作製し、低温側の容器を、原料溶液が溶質原
料を析出するときの温度に設定すると共に、各容器間の
溶媒を循環させ、低温側の容器内で目的とする溶質原料
の結晶を連続的に成長させるものである。
【００１０】上記構成に加え本発明の結晶成長方法は、
熱対流を駆動力として溶媒を各容器間で循環させるよう
にしてもよい。
熱対流を駆動力として溶媒を各容器間で循環させるよう
にしてもよい。
【００１１】上記構成に加え本発明の結晶成長方法は、
外部動力を用いて、溶媒を各容器間で強制的に循環させ
るようにしてもよい。
外部動力を用いて、溶媒を各容器間で強制的に循環させ
るようにしてもよい。
【００１２】上記構成に加え本発明の結晶成長方法は、
溶質原料を析出させる低温側の容器内に、予め種結晶を
配置しておいてもよい。
溶質原料を析出させる低温側の容器内に、予め種結晶を
配置しておいてもよい。
【００１３】上記構成に加え本発明の結晶成長方法は、
溶媒の循環にかかる経路を溶質原料の析出温度以上に加
熱しておいてもよい。
溶媒の循環にかかる経路を溶質原料の析出温度以上に加
熱しておいてもよい。
【００１４】上記構成に加え本発明の結晶成長方法は、
高温側の容器中に配した溶質原料が、未溶解の状態で低
温側の容器中に移動するのを防止する手段を用いてもよ
い。
高温側の容器中に配した溶質原料が、未溶解の状態で低
温側の容器中に移動するのを防止する手段を用いてもよ
い。
【００１５】上記構成に加え本発明の結晶成長方法は、
高温側の容器中に、溶質原料を連続的に供給するように
してもよい。
高温側の容器中に、溶質原料を連続的に供給するように
してもよい。
【００１６】本発明によれば、高温側の容器内で溶質原
料が飽和するまで溶解した溶媒を、結晶の成長点に連続
的に供給させることにより、低温側の容器内で溶液成長
法でバルク結晶を容易に成長させることができる。この
とき、溶媒を低温側の容器と高温側の容器との間で循環
させ、結晶成長で消耗した原料を途中で補うことによ
り、少ない溶媒を有効に利用して、連続的に結晶成長を
行わせることができる。
料が飽和するまで溶解した溶媒を、結晶の成長点に連続
的に供給させることにより、低温側の容器内で溶液成長
法でバルク結晶を容易に成長させることができる。この
とき、溶媒を低温側の容器と高温側の容器との間で循環
させ、結晶成長で消耗した原料を途中で補うことによ
り、少ない溶媒を有効に利用して、連続的に結晶成長を
行わせることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。なお、数字を挙げて説明する
が、限定されるものではない。
図面に基づいて詳述する。なお、数字を挙げて説明する
が、限定されるものではない。
【００１８】図１は本発明の結晶成長方法を適用した装
置の一実施の形態を示す概念図である。本実施の形態で
はＧａＡｓ結晶を成長させる場合について説明する。
置の一実施の形態を示す概念図である。本実施の形態で
はＧａＡｓ結晶を成長させる場合について説明する。
【００１９】内径φ１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの円筒
型抵抗加熱炉（ヒータ）１の内部には、内径φ８０ｍｍ
の石英管２が設けられており、石英管２の内部を水素ガ
スで置換できるようになっている。石英管２内の上側に
は高純度グラファイト製、直径φ６０ｍｍ、高さ５０ｍ
ｍの原料溶解容器３が配置され、原料溶解容器３の下側
には原料溶解容器３と同様の形状の結晶成長容器６が配
置されている。原料溶解容器３と結晶成長容器６との間
は直径φ１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの鉛直な２本の連結管
（パイプ）Ｐ１、Ｐ２で連通しており、溶媒４の循環路
が形成されている。一方のパイプＰ２内にはグラファイ
ト製のピストン５が挿入されており、ピストン５は容器
３の蓋を貫通するロッドで支持されている。各容器３、
６中に収容された溶媒４は、外部動力を用いてピストン
５を上下動させることにより、パイプＰ１、Ｐ２内を通
じて各容器３、６間を強制的に循環するようになってい
る。容器６の底部には、直径φ５０ｍｍのＧａＡｓ単結
晶が種結晶８として配置されている。容器６の外側に
は、容器底部の対向する位置に種結晶８を冷却するため
の水冷コイル１０が配置されている。
型抵抗加熱炉（ヒータ）１の内部には、内径φ８０ｍｍ
の石英管２が設けられており、石英管２の内部を水素ガ
スで置換できるようになっている。石英管２内の上側に
は高純度グラファイト製、直径φ６０ｍｍ、高さ５０ｍ
ｍの原料溶解容器３が配置され、原料溶解容器３の下側
には原料溶解容器３と同様の形状の結晶成長容器６が配
置されている。原料溶解容器３と結晶成長容器６との間
は直径φ１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの鉛直な２本の連結管
（パイプ）Ｐ１、Ｐ２で連通しており、溶媒４の循環路
が形成されている。一方のパイプＰ２内にはグラファイ
ト製のピストン５が挿入されており、ピストン５は容器
３の蓋を貫通するロッドで支持されている。各容器３、
６中に収容された溶媒４は、外部動力を用いてピストン
５を上下動させることにより、パイプＰ１、Ｐ２内を通
じて各容器３、６間を強制的に循環するようになってい
る。容器６の底部には、直径φ５０ｍｍのＧａＡｓ単結
晶が種結晶８として配置されている。容器６の外側に
は、容器底部の対向する位置に種結晶８を冷却するため
の水冷コイル１０が配置されている。
【００２０】容器３、６内には溶媒４としてＧａが収納
され、高温側の容器３内には、溶質原料９としてＧａＡ
ｓ多結晶７５ｇが収納されている。溶媒４より軽い原料
のＧａＡｓ多結晶は、溶媒４の表面に浮いているため、
ピストン５を上下動させても、未溶解のＧａＡｓ多結晶
が低温側の容器６内に送られることはない。溶媒４の温
度は、高温側の容器３内部で８００℃になるようにヒー
タ１の温度が制御されている。低温側の容器６に配置さ
れた種結晶８の表面近傍の温度は、水冷コイル１０の冷
却効果で７９５℃にまで低下するようになっている。
され、高温側の容器３内には、溶質原料９としてＧａＡ
ｓ多結晶７５ｇが収納されている。溶媒４より軽い原料
のＧａＡｓ多結晶は、溶媒４の表面に浮いているため、
ピストン５を上下動させても、未溶解のＧａＡｓ多結晶
が低温側の容器６内に送られることはない。溶媒４の温
度は、高温側の容器３内部で８００℃になるようにヒー
タ１の温度が制御されている。低温側の容器６に配置さ
れた種結晶８の表面近傍の温度は、水冷コイル１０の冷
却効果で７９５℃にまで低下するようになっている。
【００２１】このような温度条件で、ピストン５を上下
動させて容器３、６内の溶媒４を循環しながら３０時間
保持した後、水冷コイル１０に冷却水を流して容器６ご
とＧａＡｓの種結晶８を冷却し、種結晶８を取り出した
ところ、種結晶８の表面にＧａＡｓの単結晶７が厚さ
１．８ｍｍにわたって成長していることが確認された。
動させて容器３、６内の溶媒４を循環しながら３０時間
保持した後、水冷コイル１０に冷却水を流して容器６ご
とＧａＡｓの種結晶８を冷却し、種結晶８を取り出した
ところ、種結晶８の表面にＧａＡｓの単結晶７が厚さ
１．８ｍｍにわたって成長していることが確認された。
【００２２】本実施の形態ではＧａＡｌＡｓ混晶バルク
結晶を成長させる場合について説明する。
結晶を成長させる場合について説明する。
【００２３】水冷ステンレスチャンバ１１の内部に、高
純度ｐＢＮ製、直径φ６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの原料溶
解容器３ａ及び結晶成長容器６ａが配置されている。各
容器３ａ、６ａの間は直径φ１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの
２本のグラファイト製パイプＰ１、Ｐ２で連通されてお
り、溶媒４の循環路が形成されている。各容器３ａ、６
ａの外側には、独立に温度制御可能なグラファイトヒー
タ１ａ、１ｂがそれぞれ配置されている。容器３ａ、６
ａ間を接続するパイプＰ１、Ｐ２のうちの一方のパイプ
Ｐ１には、誘導加熱方式の連結管加熱ヒータ１３が設け
られており、溶媒４の循環にかかる経路を溶質原料９の
析出温度以上に加熱することができるようになってい
る。容器６ａの底部には、直径φ５０ｍｍのＧａＡｓ単
結晶が種結晶８ａとして配置されている。
純度ｐＢＮ製、直径φ６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの原料溶
解容器３ａ及び結晶成長容器６ａが配置されている。各
容器３ａ、６ａの間は直径φ１５ｍｍ、長さ５０ｍｍの
２本のグラファイト製パイプＰ１、Ｐ２で連通されてお
り、溶媒４の循環路が形成されている。各容器３ａ、６
ａの外側には、独立に温度制御可能なグラファイトヒー
タ１ａ、１ｂがそれぞれ配置されている。容器３ａ、６
ａ間を接続するパイプＰ１、Ｐ２のうちの一方のパイプ
Ｐ１には、誘導加熱方式の連結管加熱ヒータ１３が設け
られており、溶媒４の循環にかかる経路を溶質原料９の
析出温度以上に加熱することができるようになってい
る。容器６ａの底部には、直径φ５０ｍｍのＧａＡｓ単
結晶が種結晶８ａとして配置されている。
【００２４】各容器３ａ、６ａ内には、溶媒４としてＧ
ａが収納され、容器３ａ内には溶質原料９としてＧａＡ
ｓ多結晶６０ｇが収納されている。溶媒４の温度は、容
器３ａ内部で８９０℃、容器６ａ内部で８８５℃になる
ようにヒータ１ｂの温度が制御されるようになってい
る。連結管加熱ヒータ１３の温度が８９５℃に加熱さ
れ、各容器３ａ、６ａ内の溶媒４が熱対流を駆動力とし
て容器３ａ、６ａ間を循環するようになっている。
ａが収納され、容器３ａ内には溶質原料９としてＧａＡ
ｓ多結晶６０ｇが収納されている。溶媒４の温度は、容
器３ａ内部で８９０℃、容器６ａ内部で８８５℃になる
ようにヒータ１ｂの温度が制御されるようになってい
る。連結管加熱ヒータ１３の温度が８９５℃に加熱さ
れ、各容器３ａ、６ａ内の溶媒４が熱対流を駆動力とし
て容器３ａ、６ａ間を循環するようになっている。
【００２５】このような温度条件で２４時間放置して結
晶成長を行った。結晶成長作業中には、原料投入口１２
を通じて、高純度金属アルミニウムを、容器３ａ中に７
ｍｇ／ｍｉｎの割合で連続的に投入し続けた。２４時間
が経過した後、容器６ａを徐々に冷却し、室温まで温度
が低下したときに種結晶８ａを取り出したところ、種結
晶８ａの表面に、Ａｌ混晶比０．６のＡｌＧａＡｓの単
結晶７ａが厚さ１．５ｍｍにわたって成長していること
が確認された。
晶成長を行った。結晶成長作業中には、原料投入口１２
を通じて、高純度金属アルミニウムを、容器３ａ中に７
ｍｇ／ｍｉｎの割合で連続的に投入し続けた。２４時間
が経過した後、容器６ａを徐々に冷却し、室温まで温度
が低下したときに種結晶８ａを取り出したところ、種結
晶８ａの表面に、Ａｌ混晶比０．６のＡｌＧａＡｓの単
結晶７ａが厚さ１．５ｍｍにわたって成長していること
が確認された。
【００２６】図３は本発明の結晶成長方法を適用した装
置の他の実施の形態を示す概念図である。本実施の形態
ではＧａＡｌＡｓバルク混晶結晶を成長させる場合につ
いて説明する。
置の他の実施の形態を示す概念図である。本実施の形態
ではＧａＡｌＡｓバルク混晶結晶を成長させる場合につ
いて説明する。
【００２７】多段ヒータで構成された内径φ２００ｍ
ｍ、長さ５００ｍｍの円筒型抵抗加熱炉（ヒータ）１ｃ
の内部に、内径φ１８０ｍｍの石英管２が通されてお
り、内部を水素ガスで置換できるようになっている。石
英管２の内部には高純度グラファイト製、一辺１００ｍ
ｍ、高さ１２０ｍｍの角型原料溶解容器３ｂ及び結晶成
長容器６ｂが配置されている。各容器３ｂ、６ｂの間は
２本の水平なパイプＰ１、Ｐ２で連通されており、溶媒
４の循環路が形成されている。一方のパイプＰ２にはグ
ラファイト製のスクリュー１５が挿入されており、この
スクリュー１５は容器３ｂの外部からロッドを介して外
部動力で回転させることができるようになっている。各
容器３ｂ、６ｂ中に収容された溶媒４は、スクリュー１
５の回転により、パイプＰ１、Ｐ２内を通じて各容器３
ｂ、６ｂ間を強制的に循環するようになっている。
ｍ、長さ５００ｍｍの円筒型抵抗加熱炉（ヒータ）１ｃ
の内部に、内径φ１８０ｍｍの石英管２が通されてお
り、内部を水素ガスで置換できるようになっている。石
英管２の内部には高純度グラファイト製、一辺１００ｍ
ｍ、高さ１２０ｍｍの角型原料溶解容器３ｂ及び結晶成
長容器６ｂが配置されている。各容器３ｂ、６ｂの間は
２本の水平なパイプＰ１、Ｐ２で連通されており、溶媒
４の循環路が形成されている。一方のパイプＰ２にはグ
ラファイト製のスクリュー１５が挿入されており、この
スクリュー１５は容器３ｂの外部からロッドを介して外
部動力で回転させることができるようになっている。各
容器３ｂ、６ｂ中に収容された溶媒４は、スクリュー１
５の回転により、パイプＰ１、Ｐ２内を通じて各容器３
ｂ、６ｂ間を強制的に循環するようになっている。
【００２８】容器６ｂの内壁には、直径φ５０ｍｍのＧ
ａＡｓ単結晶が種結晶８ｂとして取り付けられている。
ａＡｓ単結晶が種結晶８ｂとして取り付けられている。
【００２９】各容器３ｂ、６ｂ内には、溶媒４としてＧ
ａが収納され、容器３ｂ内には、溶質原料９としてＧａ
Ａｓ多結晶６０ｇが収納されている。原料となるＧａＡ
ｓ多結晶は、未溶解の状態で結晶成長容器６側に送られ
ることのないよう、原料溶解容器３中に設けられた網か
ご１６の内部に収納されている。溶媒４の温度は、容器
３ｂ及びパイプＰ１、Ｐ２の領域で９００℃に、容器６
ｂ側で８９５℃になるようにヒータ１ｃの温度バランス
が制御されるようになっている。
ａが収納され、容器３ｂ内には、溶質原料９としてＧａ
Ａｓ多結晶６０ｇが収納されている。原料となるＧａＡ
ｓ多結晶は、未溶解の状態で結晶成長容器６側に送られ
ることのないよう、原料溶解容器３中に設けられた網か
ご１６の内部に収納されている。溶媒４の温度は、容器
３ｂ及びパイプＰ１、Ｐ２の領域で９００℃に、容器６
ｂ側で８９５℃になるようにヒータ１ｃの温度バランス
が制御されるようになっている。
【００３０】このような温度条件でスクリュー１５を回
転させながら３０時間保持し、結晶成長作業中には、原
料投入口１２を通じて高純度金属アルミニウムを、容器
３ｂ中に７ｍｇ／ｍｉｎの割合で連続的に投入し続け
た。３０時間が経過した後、容器６ｂを徐々に冷却し、
室温まで温度が低下したときに、種結晶８ｂを取り出し
たところ、種結晶８ｂの表面にＡｌ混晶比０．６のＡｌ
ＧａＡｓの単結晶７ｂが厚さ１．８ｍｍにわたって成長
していることが確認された。
転させながら３０時間保持し、結晶成長作業中には、原
料投入口１２を通じて高純度金属アルミニウムを、容器
３ｂ中に７ｍｇ／ｍｉｎの割合で連続的に投入し続け
た。３０時間が経過した後、容器６ｂを徐々に冷却し、
室温まで温度が低下したときに、種結晶８ｂを取り出し
たところ、種結晶８ｂの表面にＡｌ混晶比０．６のＡｌ
ＧａＡｓの単結晶７ｂが厚さ１．８ｍｍにわたって成長
していることが確認された。
【００３１】次に、本発明の結晶成長方法の他の実施の
形態として、図２に示した装置を用いてＧａＮのバルク
結晶を成長させる場合について説明する。
形態として、図２に示した装置を用いてＧａＮのバルク
結晶を成長させる場合について説明する。
【００３２】各容器３ａ、６ａ内には溶媒４としてＧａ
が収容されており、容器３ａ内には、溶質原料９として
金属Ｇａとアンモニアとを高温で反応させて作製したＧ
ａＮの粉末２００ｇが収容されている。容器６ａの底部
に配置される種結晶８には、直径φ５０ｍｍのサファイ
アの単結晶基板が用いられる。溶媒４の温度は、容器３
ａ内部で１０００℃、容器６ａ内部で６５０℃になるよ
うにヒータ１ａ、１ｂの温度がそれぞれ制御されてい
る。さらに、連結管加熱ヒータ１３の温度が１０５０℃
に加熱され、各容器３ａ、６ａ内の溶媒４が熱対流によ
り容器３ａ、６ａ間を循環するようになっている。
が収容されており、容器３ａ内には、溶質原料９として
金属Ｇａとアンモニアとを高温で反応させて作製したＧ
ａＮの粉末２００ｇが収容されている。容器６ａの底部
に配置される種結晶８には、直径φ５０ｍｍのサファイ
アの単結晶基板が用いられる。溶媒４の温度は、容器３
ａ内部で１０００℃、容器６ａ内部で６５０℃になるよ
うにヒータ１ａ、１ｂの温度がそれぞれ制御されてい
る。さらに、連結管加熱ヒータ１３の温度が１０５０℃
に加熱され、各容器３ａ、６ａ内の溶媒４が熱対流によ
り容器３ａ、６ａ間を循環するようになっている。
【００３３】このような温度条件で７２時間放置して結
晶成長を行った。７２時間経過後、容器６ａを冷却し、
室温まで温度が低下したときに種結晶８ｃを取り出した
ところ、種結晶８の表面にＧａＮの単結晶７ｃが厚さ２
ｍｍにわたって成長しているのが確認された。
晶成長を行った。７２時間経過後、容器６ａを冷却し、
室温まで温度が低下したときに種結晶８ｃを取り出した
ところ、種結晶８の表面にＧａＮの単結晶７ｃが厚さ２
ｍｍにわたって成長しているのが確認された。
【００３４】次に最適条件の根拠について述べる。
【００３５】原料投入口１２は、成長結晶中のシード〜
テール間での偏析が問題となるような、ドーパントの投
入や混晶の構成元素の供給に利用すると有効である。こ
のときの原料の投入速度は、溶質原料の溶解速度や輸送
速度等を含めた結晶成長装置ごとに決まる原料の取り込
み効率も考慮した、実行的な偏析係数で決定されるべき
ものであり、一義的には決められない。
テール間での偏析が問題となるような、ドーパントの投
入や混晶の構成元素の供給に利用すると有効である。こ
のときの原料の投入速度は、溶質原料の溶解速度や輸送
速度等を含めた結晶成長装置ごとに決まる原料の取り込
み効率も考慮した、実行的な偏析係数で決定されるべき
ものであり、一義的には決められない。
【００３６】次に、溶媒を容器間で循環させる方法とし
ては、上述した実施の形態で述べたものの他に、液送ポ
ンプを利用したり、上下方向に配置した容器３、６に不
活性ガスの気泡をパイプＰ１（Ｐ２）中を介して送り込
むことで溶媒を循環させる等の方法が挙げられる。
ては、上述した実施の形態で述べたものの他に、液送ポ
ンプを利用したり、上下方向に配置した容器３、６に不
活性ガスの気泡をパイプＰ１（Ｐ２）中を介して送り込
むことで溶媒を循環させる等の方法が挙げられる。
【００３７】上述した実施の形態では、アンドープ結晶
の成長例を述べたが、本発明の結晶成長方法は、ドープ
結晶の成長にも利用が可能である。このとき、上述した
ようにドーパントの偏析を考慮して、原材料投入口を活
用すると効果的である。
の成長例を述べたが、本発明の結晶成長方法は、ドープ
結晶の成長にも利用が可能である。このとき、上述した
ようにドーパントの偏析を考慮して、原材料投入口を活
用すると効果的である。
【００３８】溶媒や溶質原料が分解、揮散する性質を有
する場合には、成長雰囲気中に揮散成分を封じ込めた
り、溶媒表面にＢ2 Ｏ3 等の液体封止剤を浮かべ、さら
に成長雰囲気を加圧する等の変形が考えられる。
する場合には、成長雰囲気中に揮散成分を封じ込めた
り、溶媒表面にＢ2 Ｏ3 等の液体封止剤を浮かべ、さら
に成長雰囲気を加圧する等の変形が考えられる。
【００３９】結晶成長容器中に配置される種結晶は容器
６（６ａ、６ｂ）の内壁に固定されているが、独立した
支持棒に支持し、その支持棒を容器６（６ａ、６ｂ）内
で回転させてもよい。また、各容器内の溶媒を攪拌する
ための手段を設けてもよい。
６（６ａ、６ｂ）の内壁に固定されているが、独立した
支持棒に支持し、その支持棒を容器６（６ａ、６ｂ）内
で回転させてもよい。また、各容器内の溶媒を攪拌する
ための手段を設けてもよい。
【００４０】多元系の化合物結晶を成長させる際には、
成長結晶と原料結晶とは必ずしも同じである必要はな
い。例えば、超伝導結晶の成長で知られているように、
溶媒にＢａ3 Ｃｕ5 Ｏ8 を、原料結晶にＹ2 ＢａＣｕＯ
5 を用い、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7- X の結晶を成長させる等
の応用が可能である。
成長結晶と原料結晶とは必ずしも同じである必要はな
い。例えば、超伝導結晶の成長で知られているように、
溶媒にＢａ3 Ｃｕ5 Ｏ8 を、原料結晶にＹ2 ＢａＣｕＯ
5 を用い、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7- X の結晶を成長させる等
の応用が可能である。
【００４１】以上において本発明によれば、簡便な装置
で、従来はバルク結晶の成長が非常に困難であった材料
の結晶成長が可能となる。すなわち、 (1) ＡｌＧａＡｓのように偏析が問題となる混晶のバル
ク結晶が成長可能となる。
で、従来はバルク結晶の成長が非常に困難であった材料
の結晶成長が可能となる。すなわち、 (1) ＡｌＧａＡｓのように偏析が問題となる混晶のバル
ク結晶が成長可能となる。
【００４２】(2) ＧａＮのように、融液の作製が困難
で、かつ溶媒に対する溶解度も小さい材料のバルク結晶
の成長が可能となる。
で、かつ溶媒に対する溶解度も小さい材料のバルク結晶
の成長が可能となる。
【００４３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００４４】溶質原料が飽和するまで溶解した溶媒を、
結晶の成長点に連続的に供給させることにより、溶液成
長法でバルク結晶を容易に成長させることのできる結晶
成長方法の提供を実現できる。
結晶の成長点に連続的に供給させることにより、溶液成
長法でバルク結晶を容易に成長させることのできる結晶
成長方法の提供を実現できる。
【図１】本発明の結晶成長方法を適用した装置の一実施
の形態を示す概念図である。
の形態を示す概念図である。
【図２】本発明の結晶成長方法を適用した装置の他の実
施の形態を示す概念図である。
施の形態を示す概念図である。
【図３】本発明の結晶成長方法を適用した装置の他の実
施の形態を示す概念図である。
施の形態を示す概念図である。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 円筒型抵抗加熱炉（ヒータ） ３、３ａ、３ｂ 容器（原料溶解容器） ４ 溶媒 ５ ピストン ６、６ａ、６ｂ 容器（結晶成長容器） ７、７ａ、７ｂ、７ｃ 単結晶 ８、８ａ、８ｂ、８ｃ 種結晶 ９ 溶質原料 １０ 水冷コイル １２ 原料投入口 １３ 連結管加熱ヒータ １５ スクリュー
Claims (7)
- 【請求項１】 溶液を冷却して過飽和になった溶質原料
の結晶を成長させる方法において、溶媒を満たした２つ
の容器を連通させ、かつ各容器間に温度差を設け、高温
側の容器内に飽和溶解量よりも多量の溶質原料を溶かし
て原料溶液を作製し、低温側の容器を、上記原料溶液が
溶質原料を析出するときの温度に設定すると共に、各容
器間の溶媒を循環させ、低温側の容器内で目的とする溶
質原料の結晶を連続的に成長させることを特徴とする結
晶成長方法。 - 【請求項２】 熱対流を駆動力として上記溶媒を各容器
間で循環させる請求項１に記載の結晶成長方法。 - 【請求項３】 外部動力を用いて、上記溶媒を各容器間
で強制的に循環させる請求項１に記載の結晶成長方法。 - 【請求項４】 溶質原料を析出させる低温側の容器内
に、予め種結晶を配置しておく請求項１に記載の結晶成
長方法。 - 【請求項５】 上記溶媒の循環にかかる経路を溶質原料
の析出温度以上に加熱しておく請求項１に記載の結晶成
長方法。 - 【請求項６】 高温側の容器中に配した溶質原料が、未
溶解の状態で低温側の容器中に移動するのを防止する手
段を用いた請求項１に記載の結晶成長方法。 - 【請求項７】 高温側の容器中に、溶質原料を連続的に
供給する請求項１に記載の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9174298A JPH11292679A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9174298A JPH11292679A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11292679A true JPH11292679A (ja) | 1999-10-26 |
Family
ID=14034992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9174298A Pending JPH11292679A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11292679A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005095681A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Iii族元素窒化物結晶の製造方法、それに用いる製造装置、およびそれらにより得られた半導体素子 |
| WO2008117564A1 (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Ngk Insulators, Ltd. | 窒化物単結晶の製造方法 |
| JP2009227539A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Ngk Insulators Ltd | 窒化物単結晶の製造方法 |
| JP2011190126A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Ngk Insulators Ltd | 窒化物結晶の製造方法および装置 |
| WO2012086856A1 (ko) * | 2010-12-21 | 2012-06-28 | (주)티피에스 | 단결정 사파이어 잉곳 성장장치 |
-
1998
- 1998-04-03 JP JP9174298A patent/JPH11292679A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005095681A1 (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Iii族元素窒化物結晶の製造方法、それに用いる製造装置、およびそれらにより得られた半導体素子 |
| US7794539B2 (en) | 2004-03-31 | 2010-09-14 | Panasonic Corporation | Method for producing III group element nitride crystal, production apparatus for use therein, and semiconductor element produced thereby |
| WO2008117564A1 (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Ngk Insulators, Ltd. | 窒化物単結晶の製造方法 |
| JP5235864B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2013-07-10 | 日本碍子株式会社 | 窒化物単結晶の製造方法 |
| US8506705B2 (en) | 2007-03-27 | 2013-08-13 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for manufacturing nitride single crystal |
| JP2009227539A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Ngk Insulators Ltd | 窒化物単結晶の製造方法 |
| JP2011190126A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Ngk Insulators Ltd | 窒化物結晶の製造方法および装置 |
| WO2012086856A1 (ko) * | 2010-12-21 | 2012-06-28 | (주)티피에스 | 단결정 사파이어 잉곳 성장장치 |
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