JPS5918357B2 - 結晶成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は結晶成長装置とくに抵抗加熱式結晶成長装置に
関する。

金属、半導体、酸化物等の結晶性物質の融液から結晶化
させる方法としては引上げ法、ブリッジマン法、グラジ
ェントフリーズ法等があるが従来これらの方法に用いる
装置としては、結晶性物質の融液を収容する坩堝は、そ
の周囲に接触せずに配置された抵抗式ヒーターの輻射熱
によって加熱されるのが通例であり、熱効率が悪い、任
意の温度分布が得難い、坩堝の支持機構が必要である等
の欠点があった。

熱効率の問題は、ＩＩＩ−Ｖ化合物や■−■化合物のよ
うに高分解圧を有する結晶を融液から成長させる場合に
は特に重要であり、高圧ガス中で発生する激しい熱対流
を抑えて熱効率を良くするためには複雑な保温構造を有
する装置が必要であった。

又、坩堝の支持機構の問題はＳｉ（シリコン）、ＧａＡ
ｓ （砒化ガリウム）、ＧａＰ（リン化ガリウム）等の
結晶成長装置のように坩堝の材質として石英を使用する
場合には使用温度で石英が軟化するだめとくに重要な問
題であり、一般にはサセプターと称する石英坩堝の支持
用坩堝が余分に必要とカシコストアップ及び熱効率が一
段と悪くなるという欠点があった。

熱効率を高めるという試みとしては、例えば結晶工学・
・ンドブツク（共立出版発行）８６０頁図■６−６ｂに
ハロゲン化アルカリの大型単結晶を成長させる場合に坩
堝に直接ヒーターを巻きつける装置の例が見られるが、
坩堝を支持する機構は別に必要であった。

又、高周波加熱装置においては坩堝が発熱体（ヒーター
）を兼ねるため余分のサセプターが不要となるという例
はあるが、電力から熱への変換効率が著しく悪く、総合
的に見た熱効率という点からは劣っており、加えて任意
の温度分布が得難く良質の結晶が得られないという欠点
を有していた。

本発明は、上述の欠点を同時に解消せんとするもので、
結晶性物質の融液を収容する坩堝と、上記坩堝の周囲に
配置された抵抗式ヒーターとを有する結晶成長装置にし
て、熱効率が良く、且つ任意の温度分布が得易く、さら
に上記坩堝の支持機：構を特に必要としない結晶成長装
置を提供するものである。

本発明は、結晶性物質の融液を収容する坩堝と、上記坩
堝の周囲に配置された抵抗式ヒーターとを有する結晶成
長装置において、上記坩堝の外面の全体又は一部が上記
抵抗式ヒーターの内面に直接に、又は充填材を介して間
接に密着し、且つ上記抵抗式ヒーターが上記坩堝を支持
して成ることを特徴としておシ、Ｓ ｉ 、ＧａＰ 、
ＧａＡｓ等の結晶成長装置における石英坩堝のように使
用塩度で坩堝が軟化する場合には特に有効である。

上記充填材の役割のひとつは、坩堝及びヒーターの膨張
収縮に伴なうヒーターの破損を防止するだめの緩衝材と
しての役割であり、他のひとつは電気抵抗の低い坩堝を
使用する場合の絶縁材としての役割である。

本発明の他の効果は、熱効率の改善によってヒーター湯
度が低くても結晶物質を溶融し得るだめ、ヒーターや保
温材等の寿命が伸びることである。

本発明のさらに他の効果は、融液の熱応答が速いため温
度制御が楽になることである。

本発明のさらに他の効果はヒーター形状を変えることに
よって任意の温度分布が簡単に得られることである。

以下本発明を図面により詳述する。

第１図は本発明の一実施例である引−ヒ式結晶成長装置
の断面図である。

図において１は石英から成る坩堝、２は上記坩堝１を支
持している黒鉛製抵抗式ヒーターで、３は電極部、４は
スリットを示す。

５は充填材で、例えば黒鉛、Ａｌ２Ｏ３，１ｖ１ｇｏ。
ＺｒＯ２，ＢｅＯ，ＴｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４．ＴｉＮ、Ｂ
Ｎ、ＳｉＣ等の粉末、ファイバー、布又はフェルト等が
有効であわ、緩衝材及び絶縁材としての役割を果す。

上記充填材５はとくに必要ではなく、ヒーター２に切シ
込みを入れる等の構造上の工夫を施すことによシ、膨張
、収縮によシ生じる応力をヒーター自身で吸収するよう
にすれば坩堝１に直接接触することもできる。

又この際坩堝１とヒーター２とのぬれが生じる場合には
ヒーター２の表面にＢＮ、ＳｉＣ等のコーティングを施
しても良い。

この装置により、従来の装置に比して約３０％の電力低
減を図ることが出来た。

第２図は本発明の他の実施例であるＧａＰ結晶成長装置
の垂直断面図である。

第２図において６は黒鉛製の抵抗式ヒーターで抵抗値調
整のため切込みが入っている。

ヒーター６は黒鉛フェルト製の充填材７を介して石英坩
堝８を支えているが、ヒーター６の底部は比較的大きな
開口部９を有しておぬ、この部分に種結晶（図示せず）
とＧａＰ融液（図示せず）の接触を検知するコンタクト
回路の電極１０を設置している。

第２図において開口部９の大きさを調節することにより
、坩堝８からの熱流を調節し、適切な温度分布を得るこ
ともできる。

父、第２図のヒーター６の一部に肉薄部１１を設けるこ
とによシ任意の抵抗値分布を得るという従来から用いら
れている方法が利用できるとと゛は言うまでもない。

又、坩堝の下部に支持機構及び回転機構を付加し、且つ
上記充填材としてＢＮ等の潤滑性の良い材料を用いるこ
とにより、融液の攪拌を行なうことも可能である。

融液の攪拌の他の方法としてヒーターを３個の電極を持
つ構造とし３相交流を流すことも効果的である。

以上実施例においては引上げ法に用いる装置について述
べだがブリッジマン法、グラジェントフリーズ法に用い
る装置に対して応用出来ることは言うまでもない。

又、坩堝の材質も石英に限らず充填材として絶縁物を用
いれば、白金等の金属製坩堝を使うこともできる。

以上述べてきたように本発明は熱効率が良くなること、
それに伴ってヒーターや保温材等の寿命が伸びること、
融液の熱応答が速いため温度制御が楽になること、任意
の温度分布が簡単に得られること、坩堝の支持機構をと
くに必要としないこと等数多くの効果があり経済的波及
効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による引上式結晶成長装置の
断面図である。 第２図は本発明の他の実施例によるＧａＰ結晶成長装置
の断面図である。 図において１，８は石英坩堝、２，６は抵抗式ヒーター
、３は電極部、４はスリット、５，７は充填材である。 ９は関口部、１０はコンタクト回路の電極、１１はヒー
ター肉薄部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶性物質の融液を収容する坩堝と、前記坩堝の周
   囲に配置された抵抗式ヒーターとを有する結晶成長装置
   において、前記坩堝の外面の全体又は一部が、前記抵抗
   式ヒーターの内面に直接に又は充填材を介して間接に密
   着し且つ前記抵抗式ヒーターが前記坩堝を支持して成る
   ことを特徴とする結晶成長装置。 ２ 坩堝の材質が石英である、特許請求の範囲第１項記
   載の結晶成長装置。