JPS59182297A - 単結晶の製造方法 - Google Patents

単結晶の製造方法

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JPS59182297A
JPS59182297A JP5272983A JP5272983A JPS59182297A JP S59182297 A JPS59182297 A JP S59182297A JP 5272983 A JP5272983 A JP 5272983A JP 5272983 A JP5272983 A JP 5272983A JP S59182297 A JPS59182297 A JP S59182297A
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JP
Japan
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single crystal
pulling
raw material
crucible
melt
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Pending
Application number
JP5272983A
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English (en)
Inventor
Sadao Matsumura
禎夫 松村
Satao Yashiro
八代 佐多夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS59182297A publication Critical patent/JPS59182297A/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10Crucibles or containers for supporting the melt

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、蒸気圧の高い元素含金む単結晶を製造する
方法に関し、特に蒸気圧の高い元素の飛散を防ぐ単結晶
の遣方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
蒸気圧の高い元素を含む、例えばGa p 、 GaA
s 。
Inp等の高分解圧化合物単結晶の製造方法の一つとし
て、液体カプセル法(以下LEC法と略称する)が知ら
れている。
このLEC法は、蒸気圧の高い元素を含む原料融液体を
、例えばB2O3からなる不活性液体で捷い、さらに不
活性ガスでこの不活性液体の上から原料融液体の分解圧
以上に加圧しながら単結晶の引上げを行なう方法である
また近年、より高純度の結晶を製造するという観点から
、出発原料として高分解圧の化合物ではなく、この化合
物を構成する元素原料を用いて、化合物合成とこの化合
物からの単結晶の引上げを連続して行う、いわゆる直接
合成引上げ法が注目を浴びている。
しかしながら、上述のようなLEC法に於いては、不活
性液体で覆い、さらに原料融液体の分解圧以上に不活性
ガスで加圧しても、単結晶の製造中に原料融液体若しく
は引上げ中の単結晶の表面から、例えばP 、 A s
等のV族元素からなる蒸気圧の高い元素が飛散するのを
十分に抑制することが(1Gシかった。
従来、このような単結晶の製造中に於ける蒸気圧の高い
元素の飛散をさらに抑制する方法としては、例えば特開
昭54−123585号公報に開示されているような、
2重融液シールの引上げ法による半導体高解離圧化合物
単結晶の成長法がある。
この方法は、第1図に示すような装置が用いらち れる。即ψ上部をB2O3融液(1)でヅールし、内部
に高分解圧化合物融液(2)を保持した石英製回転るっ
は(3)内に、先端部(4)に種結晶(5)を取付けた
回転引上げ軸(6)を、8203 徹液シール(7)を
貫通して挿入し、引上げ軸(6)ヲるつぼ(3)と反対
方向に回転させながら引上げることによって高分解圧化
合物単結晶(8)を成長させる方法に関するものである
この場合、B2O3融液シール(7)は、るつぼ(3)
の上端にすり合せ蓋として設けられた嵌込み蕪(9)内
に収容きれている。さらに、金属容器fil内は不活性
ガスで充満されておシ、高分解圧化合物融液(2)おさ
れ、さらに外部保温筒によシ保温される。また、B2O
3融液シール(7)は、アフタヒータ([31により加
熱される。
このB2O3融液シール(7)は、引上げ軸(6)の回
転に伴ない流下する場合があるが、この流下するB2O
3融液シール(7)の一部は、引上げ軸(6)の下部に
設けられた受皿(【51に収容されるようになっている
以上のように、この方法はB2O3融液(1)ヲ用いて
高分解圧化合物融液(2)の蒸気圧の高い元素の飛散を
防ぎ、またさらにB2O3融敢シール(7)を用いて高
分解圧化合物融液(2)および引上げ中の単結晶(8)
の表面の蒸気圧の高い元素の飛散を防いでいる。
しかしながら上述の方法においては、B2O3融液シー
ル(7)を設けるにあたって、嵌込み蓋(9)の形状設
定が極めて精密である必要がある。
また、一般に単結晶の引上げ後に於けるルツボの冷却の
際ルツボに残留したB2O3や原料のためルツボが破損
し、従って再度単結晶の引上げを行なう際は新しいルツ
ボと交換するわけであるが、上述の場合ルツボ(3)は
複雑な形状の保温筒部と一体となっているため、このル
ンバ・(3)を上述のように交換するとなると経済的に
高くなるという問題がある。
次に8203融液シール(7)を加熱するための補助ヒ
ーターとして、アフタヒータ)、13)が必要なので装
置コストも高くつくという問題があった。
さらには、近年一般に行なわれている重量法による直径
制御操作を加える場合、この方法ではB2O3融液シー
ル(7)が引上けll11(6)に大きな影響を与え単
結晶(8)に関するの正確な重量信号を得るのが困難と
なり、従って直径制御の精度が著しく劣化するという問
題があった。
〔発明の目的〕
η この発明は上述の問題点を考慮しWなされたもので、そ
の目的とするとこは、単結晶の引上げに係る装置等の総
コストが安価で、原料融液体および引−ヒげ中の単結晶
からの蒸気圧の高い元素の飛散を防ぎ、さらには直径制
御操作として重量法を用いる場合、極めて精度の良い直
径fffl 何lを行なうことができる単結晶の製造方
法を提供することである。
〔発明の概要〕
単結晶の引上げに於いて、原料融液体を不活性液体で覆
った後、引上げ軸を用いて単結晶を製造する際に、保温
筒を配設して単結晶の引上げを気密性の高い雰囲気内で
行ない、保温筒の引上げ軸近接部に引上げ軸の外径より
わずかに大きい内径を有する円筒部を設けることにより
対流による蒸気圧の高い元素のガスの保温筒外部への流
出を防止することを特徴とする単結晶の製造方法を得る
ものである。
〔発明の効果〕
この発明により原料融液体および引上げ中の単結晶から
の蒸気圧の高い元素の9散を防ぐことができ、またこの
単結晶の引上げに係る装置道等の総コストを従来に比べ
極めて安価とすることができ、さらKは直径制御操作と
して重量法を用いる場合極めて精度の良い直径制御を行
なうことができる。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の・第1の実施例を第2図乃至第3図を
参照して説明する。
この発明方法に基づいてG a A sO高高分解化化
合物単結晶を製造する際について説明する。
この実施例では第2図に示すような製造装置を用いる。
即ち、不活性ガスで加圧した高圧ガス容器(叫内に配設
したるつぼ(21)内に、出発原料であるGa、As、
およびB2O3からなるカプセル材を入れる。このG 
a 、 A s 、 8203は、ルツボ(2υを支持
するサセプタ(2渇の外イ0すに設けられた加熱ヒータ
(ハ)の温度制御によpGaおよびAsが加熱合成され
G a A s化合物となった後G a A s原料融
液体(24となり、またこのG a A s原料融液体
(2)はB20j、からなる不活性液体+251で覆わ
れる。また、GaAs原料融液体t24)および不活性
液体f251は、加熱ヒータ唖の外側に設けられた断熱
保温体G:6)により保温される。
以上は、一般的な単結晶の製造方法に関する装置と同様
の装置を用いているが、この実施例では、さらにルツボ
(21)上部に、 GaAs原料融液体124および成
長結晶(27)全体を覆う保温筒(至)を配設している
さらにこの保温筒端の上部には、対流による、例えばA
sからなる蒸気圧の高い元素のガスの保温筒(ハ)外へ
の流出を防ぐために引上げ軸(地の外径d尚、保温筒(
至)の円筒部(至)側と反対側の端部は、ルツボ(2υ
の上端部に設置している。
このような円筒部(力を有する保温筒例を配設すること
により、保温筒(層内部の雰囲気ガスと保温筒(2場外
部の雰囲気ガスとが、保温筒1281の円筒部OCと引
上げ軸(2)の間隙で略隔離されることになる。
この保温筒C印の内部と外部の各雰囲気が略隔離される
ためには、保温筒(′■の円筒部1゛3Iの内径が引上
げ軸f21の外径に比べ大傘くかつ近接しており、その
長さが5鴫以上であれば良い。この保温筒(281を用
いて、回転機構と上下機構を有する引上げ軸(2湧の一
端に種結晶c+a ′fc付け、この種結晶を原料融液
体(岡に接触させた後回転しながら引上げて単結晶12
ηを製造する。
以上のような保温筒j胸を用いて単結晶額の引上げを行
なう場合、引上げ前の円筒部60の部分の温度は約80
0℃となり、即ち原料融液体+24)の蒸気圧の旨い元
素であるAsの蒸気圧が原料融液体Q4)の分解圧であ
る09気圧と同程度と々る温度以上となる。
従って、保温節(層内部は、原料融液体(24)からB
2O3不活性液体+25) ’i介して蒸気圧の高い元
素であるAsが飛散し充満するが、気密性の高い雰囲気
となるため一定蒸発敏以上はAsの飛散は生じなくなる
例えばGa /As =0.95となるような調製原料
を用いることによシ、結晶引上げ中の原料融液体(至)
の化学量論組成比は一定に保たれる。
次にルツボ(2υ上部と保温筒(喝との隣接部を第3図
(a)乃至(1))を参照して説明する。
とのルツボ(2υ上部と保温筒C8)との隣接部は、第
3図(a)に示すように垂直に形成されたルツボ(21
)上部と保温筒(ハ)の各端面を単に突き合せただけで
も良く、才た第3図(b)に示すようにルツボ(21)
上部と保温筒128)の各端部にテーパを設けこの各テ
ーパ面が接触するように突き合せただけでも良い。この
第3図(b)に示すように保温筒しalを配設する場合
、ルツボ(21)上部と保温筒(281との接触面は、
第3図(a)に示す場合よりも大きく、従って保温m 
ci内・部をより気密性の高1/′1雰囲気とすること
ができる。
また、ルツボ(21)上部と保温筒(2印との各端部形
状ff:第3図(b)に示すようにすることにより、保
温筒(28)の聞役が極めて楽になる。
以上の方法により、単結晶((5)の引上げの際は保温
筒(:IO)内がAsの一定蒸発によp気圧が一定以上
あり、即ち原料餅液体(2(イ)および単結晶(27)
からのAsの飛散全防ぎ単結晶(27)の微小な欠陥を
極めて軽減することかできる。
との場合ルツボ(2υと保温筒1:淘およびづ1上げ軸
(291が各々独立に設置されているので、各装置の設
置、原料チャージングおよび引−ヒげゴ8の手III 
d: 1m便で作業性が良い。
才だ、この方法によると:+IT]常のるつぼを使用す
ることができるので、再度単結晶の弓1上げを行なう際
はるつぼのみを交換することができ、従って装置等の総
コストが安価で済む。
さらに、準結晶の直径制御操作として重量法を用いる際
は引上げ軸C→と、保温筒128)の円筒部(30)と
に所定の間隙を設けていることにより引上げ剪1+ @
から得られる重量信号に影響を与えること力Iズ、従っ
て単結晶の直径制御を精度良く行なうこと75(できる
次にこの発明の第2の実施例を笛4図を参照して説明す
る。
上述の第1の実施例は、保温筒C28fc配設して単結
晶(27)の引上げを行なうものである灼この第2の実
施例は第1の実施例に於ける保温筒弼を他の保温筒C3
]1に置き変えて同様に単結晶(27)の引上げを行な
うものである。
従って、保温筒31)以外の各装置は第1の実施例に於
ける各装#七同様のものであり、第4図に於いても第2
図と同一符号を付している。
この実施例の特徴とする方法は、第1の実施例に於ける
保温m(2)と同様の円筒部(7)を設けている保温筒
(31)を配設するものであるが、この保温筒01)は
第4図に示すように加熱ヒータ制金介してルツボ(2υ
の外周部に設けられた断熱保温体(26)の上部に隣接
して配設するものである。
即ち、前述のような保温筒C3])を配役して単結晶シ
ηの引上げを行々うと単結晶I27)の引上げ前に保温
筒(31)および断熱保温体弼の内部は、原料融液体(
24)から8203不活性液体(ハ)を介して蒸気圧の
高い元素であるA、aが飛散し充満するが、気密性の高
い雰囲気となるため一定蒸発量以上(はA、s飛・散は
生じなくなる。
従って単結晶I27)の引上げの際は原料融液体[24
および単結晶(2ηからのAaの飛散を防ぎ高品質の単
結晶(27)を代ることができる。
また、この第2の実施例に於ける引上げの場合も第1の
実施例の場合と同様に、ASの一定蒸発量を考βしてあ
らかじめGa/A、s比を調製した調製原料を用いるこ
とにより結晶引上げ中の1り料量液体(24)のGaと
Asの矛目改比を一定に保つことができ、単結晶(27
)の高品質化をさらに計ることができる。
従って原料の(’) a/A s比は、その蒸発計によ
り設定されるものであるが、一般にはGa/As二0.
90〜0.99であれば十分その効果が表われる。
尚、上述の爪1および第2の実施例では、保温筒1層お
よびC(11’(r夫々ルツボ(21)の上部および1
つi熱保温体126)の上部に配設して単結晶(肋の引
上げを行なっているが、これは内径が引Eげ軸の外径に
比べてわずかに大きくかつ長さが5胴以上の円筒部を有
する保温筒を引上軸近接部に配設して、単結晶t2′7
Hの引上げが気密性の高い雰囲気内で行なわれるGaA
sの場合について説明したが、これは例えばGap、I
np等の蒸気圧の高い元麦を含む単結晶に関しても滴用
されることは云うまでもない。
411刈而の付i単な説1明 第1図は、単結晶の製造中に於ける蒸気圧の高い元素の
飛散を抑制する従来の方法に用いる装置を示す図、第2
図に、この発明方法の第1の実施例に用いる装置を示す
図、第3図は、第2図に示す装置に於けるルツボ上部と
保温筒との隣接部を示す図、第4図は、この発明方法の
第2の実施例に用いる装置を示す図である。
1.25     ・   B2O3融液2.24  
   −   原料融液体3.21 −    ・・ 
ルツボ 4、      − ・・引上げ軸の先端部5、   
       種結晶 6.29      ・ ・・ ・引上げ軸7、・・・
−・ ・・ −B2O3融液ンール8.27    ・
  −−単結晶 9、   ・ ・・  ・・−・嵌込み蓋10、   
・−・・・・・・ ・金緘容器11.22    ・ 
・・・−サセプタ〆 12.23       ・   ・・Wインヒータ、
加熱ヒーター3、          アフタヒータ1
4、   ・・・・・ ・ ・ 回転軸15、   ・
 ・  ・・・・・・受は皿20、 ・     ・ 
・・ 高圧ガス容器26、 −・ ・・   ・・・ 
断熱保温体28.31・−・ ・・ 保温筒 30、   ・   ・・・・ 保温筒の円筒部代理人
 弁騨士 則近憲佑C1lか1名)第  1  図 第2図 第8図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (V不活性ガスで加圧した高圧ガス容器内にルツボを配
    設し、とのルツボ内に蒸気圧の高い元素を含む原料融液
    体と不活性液体を充填し前記原料融液体を前記不活性液
    体で覆い、回転機購と上下機構とを有する引上げ軸の一
    端に種結晶を付けこの種結晶を前記原料融液体に接触さ
    せた後回転しながら引上げて単結晶を製造する際に、保
    温筒を配設して前記単結晶の引上げを気密性の高い雰囲
    気内で行ない、前記保温筒の前記引上げ軸近接部に前記
    引上げ軸の外径よシわずかに大きい内径を有する円筒部
    を設けることにより対流による前記蒸気圧の亮い元素の
    ガスの前記保温筒外部への流出を防市しことを特徴とす
    る単結晶の製造方法。 (2)円筒部は、長さが5mm以上であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の単結晶の製造方法。 (3)保温筒は、この保温筒の前記円筒部(jljと反
    対側の端部が前記ルツボの上端部に配置するように配設
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の単結
    晶の製造方法。 (4)保温筒は、この保温筒の前記円筒部([]1と反
    対側の端部が前記ルツボの外周部に配置:々された断熱
    保温体に設置するように妃゛号することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の単結晶の型造方法。 (5)原料融液体は、との原オ]融液体を構成する元素
    原料を前記ルツボに入れ加熱合成することにより得るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1頂記l伐の単結晶の
    製造方法。 (6)原料帥液体の蒸気圧の高い元素は、この蒸気圧の
    高い元素の化学量論組成に対し1乃至10チ多いことを
    特徴とする特¥F請求のtl)、間第1項記載の単結晶
    の製造方法う (7)円節部の温度ノ寸、前記原料、譬液体の前記蒸気
    圧の高い元素の蒸気圧が前記原料融液体の分解圧と同程
    度となる温度以上であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の単結晶の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6479098A (en) * 1987-09-18 1989-03-24 Nippon Mining Co Single crystal growth device
JPH02180794A (ja) * 1988-12-29 1990-07-13 Toshiba Corp 3―5族化合物半導体単結晶製造装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57191293A (en) * 1981-05-18 1982-11-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Drawing up signle crystal and its device

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