JPS5919914B2 - 予じめ成形した板状単結晶の連続製造用装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は垂下液滴法によって、予じめ成形した板状単結
晶の連続製造用装置に関し、特許第９７４１１０号（特
公昭５４−６５１０）に対する追加の出願に関する。

英国特許出願第３３１００／７６号の発明（以下原発明
と記載する）は、（ａ）１つ又はそれ以上の毛管孔を有
するダイを底部に備えたルツボに単結晶製造用物質を装
入し、この際毛管孔の軸はルツボの軸に平行であり、毛
管の各々は操作温度及び圧力で単結晶製造用の溶融物質
が毛管に保有される高さよりも犬であるか又はそれに等
しい高さを有するものとし、（ｂ）該装入物質をその融
点よりも高い温度に加熱して毛管孔の下端に垂下液滴を
形成させ、（ｃ）適当に配向された予じめ成形した結晶
核を垂下液滴と接触させ、（ｄ）該結晶核を下向きに移
動させ且つ同時に単結晶製造用物質をルツボに供給し、
その際単位時間当りの物質の供給量を単結晶の形で引抜
かれる物質の量と常に実質的に等しくなるように制御し
、そして（ｅ）形成された単結晶を選定した時間間隔で
取出すことからなる予定された形状の単結晶の連続製造
法に関する。

しかもまた原発間は、１つ又（まそれ以上の毛管孔（但
しこれの軸はルツボの軸に平行であり、毛管の各各は操
作温度及び圧力で単結晶製造用の溶融物質が毛管中に保
有される高さよりも犬であるか又はそれに等しい高さを
有する）を有するダイを底部に備えたルツボａと、ルツ
ボを包囲する加熱装置すと、ルツボより上方に配置され
た単結晶製造用物質の供給装置Ｃと、冷却手段を備え且
つ形成された単結晶を通過せしめ得る底部孔、作業用雰
囲気を構成するガスを循環せしめ得る孔及び加熱系を通
過せしめ得る孔を有する、ルツボ及び単結晶製造用物質
の供給装置を包囲する容器ｄと、予じめ成形した単結晶
核を支持する核支持系ｅと、核支持系を上向き方向及び
下向き方向に移動させ且つそれをその軸のまかりに回転
させ得る装置ｆと、形成した単結晶の引抜き速度を単結
晶製造用物質のルツボへの供給速度に関連させて調節す
る装置ｇとからなる予定した形状の単結晶の連続製造用
装置にも関する。

長方形断面の毛管ダイを用いると、板状単結晶が得られ
る。

原発間の装置においては、毛管路即ち毛管孔の底部リッ
プは第１図に例示した如く同じ水平面上にあり、第１図
は２つの底部リップ（唇状縁）２′び２〃付きの毛管路
（孔）２を有するルツボ１を示す。

単結晶製造用の溶融物質３が毛管の下端で垂下液滴３′
を形成してから予じめ成形された結晶核を毛管路の下方
開孔と接触させる。

原発間の装置においては、液体域即ち毛管の底部さ予じ
め成形された結晶核から形成した結晶の頂部との間の液
体距離は０．１乃至０．５ ｍｒｒｔ程度である。

特に供給した単結晶製造用物質の流れの制御及び調節を
容易とする目的でしかもまた溶融液体の品質の制御を容
易とする目的で、前記の液体域がより大きい装置を利用
しうるのが望ましい。

本発明の他の目的及び利点は以下の記載から明らかであ
ろう。

本発明の装置は、毛管路の下方開孔の底部リップが同じ
水平面にはない以外は、長方形断面の毛管路を有する原
発間の装置と同様である。

それ数本発明の単結晶板連続製造用装置は、操作温度及
び圧力で単結晶製造用の溶融物質が毛管路に保有される
高さよりも犬であるか又はそれに等しい高さを有する長
方形断面の毛管路を底部に有するルツボであってしかも
毛管路の底部リップが同じ水平面上にはないルツボａと
、ルツボを包囲する加熱装置すと、ルツボの上方に配置
された単結晶製造用物質の供給装置Ｃと、冷却手段を備
え且つ製造した単結晶を通過せしめ得る底部孔、作業用
雰囲気を構成するガスを循環せしめ得る孔及び加熱系を
通過せしめ得る孔を有する、ルツボ及び単結晶製造用物
質の供給装置を包囲する容器ｄと、予じめ成形した単結
晶核を支持する核支持系ｅと、核支持系を上向き方向及
び下向き方向に移動させ且つそれをその軸のまわりに回
転させ得る装置ｆと、形成した単結晶の引抜き速度を単
結晶製造用物質のルツボへの供給速度に関連させて調節
する装置ｇとからなるものである。

本発明による装置の底部リップ（唇状縁）は例えば約１
〜３ｍｍの高さｈだけ喰違っている。

第２図は本発明による底部リップ２′及びγが高さｈだ
け喰違っている毛管孔２を有するルツボ１を示すもので
ある。

毛管孔の底部リップは種々の厚みを有し得る。

特に長い方のリップ２′は第３図に示す如くより大きな
厚みを有して液滴が過度に急速冷却されないようにする
ことができる。

原発間における如く、毛管の末端は第４図及び第５図に
示す如く面取りすることができる。

ルツボ１は作業温度において単結晶製造用物質に対して
化学的に不活性である材料から構成される。

例えば、ルツボはＮａＣ１の単結晶製造の場合には白金
製、珪素単結晶の場合には焼結炭化珪素製、Ａｌ２Ｏ３
の単結晶の場合にはモリブデン製又は同様にイリジウム
製のものであり得る。

原発間ζこおける如く、用いるルツボは２０乃至５ＱＣ
Ｃの程度の極めて小型のものである。

加熱系統は任意適当な装置より構成され、例えばルツボ
の形状及び材質ζこ適合する巻線を備え、ルツボの材料
との結合を確実にするために２０乃至５００ ＫＥｆｚ
で作動し、５０ＫＷまでの出力をもつ抵抗型加熱装置あ
るいは高周波誘導加熱装置よりなる。

本発明による毛管孔即ち毛管路の末端に形成された液滴
は第６図に図示する如く非対称な垂下液滴である。

原発間（こ記載した方法はこれを本発明の装置に応用し
た時には実質的に同じま５である。

垂下液滴は非対称であるけれども毛管現象が持続して垂
下液滴を制御し、長い方のリップ２′に沿って液体がし
たたり落ちないことに留意すべきである。

本発明の装置による種々の利点のうちで次のものを列挙
することができる。

１、溶融液体の品質を肉眼でより良く検査することがで
き、これは毛管孔２の二つの底部リップ２′と２′との
間で喰違い高さくｈ）存在することにより可能となり、
これによって特に包蔵物を生じる不純物の存在例えばわ
ずかな侵蝕から生じるルツボの破片の存在およびガス又
は揮発性物質の微小気泡の存在を検出することができる
ものである。

換言すれば、本発明の装置は溶融液体の品質を検査し且
つ晶出が開始しうる瞬間を測定する手段を提供するもの
である。

２、晶出先端より上方の溶融液体に沿って水平帯での温
度全てを測定することができる。

晶出先端の上方で液滴の温度勾配を水平方向でより容易
に検査して、単結晶板の加熱を調節して単結晶の均質性
をより大きくすることができ、しかも直線状の晶出先端
（即ち水平な液−固界面）を生成するものである。

３、光学的手段によってより容易に検査して単結晶製造
用物質の供給を必要ならば制御することができる。

４、溶融液体の流量をより良く調節して原発明における
よりも高い流速で作業することができ、例えば５０％高
い流速で作業することができる。

５、毛管路の底部リップの高さが喰違うことにより溶融
液体温度を精確に制御することができ、即ち過熱の危険
なしに単結晶製造用物質の融点で精確に作業することが
できる。

本発明の装置を用いてＮａＣ１，Ｓｉ及びＡ１□０３（
サファイア、ドープ剤を加えた又は加えていない）の単
結晶を製造することができる。

しかしながら、本発明の装置は次の特性を有する全ての
単結晶、即ち鮮明な融点を有し、ダイの材質を化学的に
侵蝕することなくダイ物質を湿潤し、所望の結晶段階に
到達するのに必要な雰囲気及び圧力に耐え、破砕の危険
を伴う結晶段階を通過することなく融点から周囲温度に
進行する単結晶にも応用されるものである。

本発明の装置は、種々応用される単結晶板を製造し得る
。

例えば、ルビーの単結晶は宝石、時計製造及び電子工業
の目的で用いることができ、あるいはレーザー効果を得
る目的でサファイア単結晶、即ち純粋なα−アルミナの
単結晶は電子回路用担体として役立つ絶縁板として及び
紫外線から近赤外線に至る照射に透過性の窓として使用
される。

珪素単結晶はそれらが半導体の性質を有するので電子工
業において、特にトランジスターの製造及び太陽エネル
ギーの捕集用の光電池の製造用に使用される。

塩化ナトリウムの単結晶は赤外光学用に使用され、イツ
トリウムガーネットの単結晶はレーザー結晶として使用
され、また石英単結晶はピエゾ電気用結晶として使用さ
れる。

以下本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。

実施例 Ｓｉの単結晶板の製造 長方形断面（１ｘ１５ｍｍ）の毛管路をもちしかも毛管
路の底部リップの一方が他方よりも２ｍｒｒｔ下方に延
長しである、全容量２０ｃｃの焼結炭化珪素製のルツボ
を用いる。

このルツボは供給装置と共に酸素の不存在下アルゴン流
によってフラッシュ洗浄された石英容器中に収容されて
いる。

このルツボにドープ剤を加えた（ｄｏｐｅｄ）粒度０．
１〜１ｍｒｎの高純度の珪素粉末を供給しそして３００
ＫＨｚで作動し、常にｌ０ＫＷの電力を発生する高周波
発電機を用いて１４４０°Ｃ±１０℃（Ｓｉの融点：１
４１０℃）の温度に加熱する。

ルツボに１時間当り２８．５ｇの平均速度でＳｉ粉末を
供給する。

ダイの底部に形成された液滴を、溶融液体の検査により
該液滴が明らかに不純物を含有しないことを示すまで流
下させる。

この時点で結晶核として役立つｌＸ１５ｍｍの寸法をも
つ配向珪素板を、毛管路の下端に形成された珪素の液滴
と接触させ、液滴を結晶核に結合させる。

次いでこの核を７５Ｃｒｔ′Ｌ／時の速度で下方に引抜
き始め、そして同時にルツボに１時間当り２８．５ｇの
平均速度でＳｉ粉末をなおも供給する。

単結晶を２０分間引抜いた後、約１〜１５ｍｍの断面、
約２２５ｍｍの長さをもち比較的平らな表面をもつ珪素
板を得る。

Ｘ線回折試験の結果、この珪素板は低い粒子含量及び核
の結晶学的配向と同一の配向をもつ単結晶であることが
認められた。

追加の関係 原発明（特許第９７４１１０号（特公昭５４−６５１０
））は予定された形状の単結晶の連続的製造法およびそ
のための装置に係わるが、本発明は原発明の装置のルツ
ボの底部リップの形状を種種変更するようにしたもので
、特許法第３１条第１項第１号に規定される追加の関係
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は第１図を除いて本発明の代表的な装置の実施態様
を説明するもので、第１図は原発間の装置の略図、第２
図〜第６図は本発明の装置のルツボの底部リップの種々
の形状を示す略図である。 図中１はルツボ、２は毛管路（孔）、２汲びγは底部リ
ップ、３は溶融原料、３′は垂下液体をそれぞれ表わす
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単結晶の形成温度及び圧力で単結晶製造用の溶融原
   料が毛管中に保有される高さよりも犬であるか又はそれ
   に等しい高さを有する長方形断面の毛管孔を底部に有す
   るルツボａと、ルツボを包囲する加熱装置すと、ルツボ
   より上方に配置された単結晶製造用原料をルツボに供給
   する装置Ｃと、冷却手段を備えかつ製造した単結晶を通
   過せしめ得る底部孔、作業用雰囲気を構成するガスを循
   環せしめ得る孔及び加熱系を通過せしめ得る孔を有する
   、ルツボ及び単結晶製造用原料の供給装置を包囲する容
   器ｄと、予じめ成形した単結晶核を支持する核支持系ｅ
   と、核支持系を上向き方向及び下向き方向に移動させ且
   つそれをその軸のまわりに回転させ得る装置ｆと、形成
   した単結晶の引抜き速度を単結晶製造用原料のルツボへ
   の供給速度に関連させて調節する装置ｇとからなる単結
   晶板の製造用装置において、毛管孔２の底部リップ２′
   。 ２′が同じ水平面上にないことを特徴とする単結晶板の
   製造用装置。 ２ 底部リップ２’、ｚ′が１乃至３ｍｍの高さだけ喰
   違っている特許請求の範囲第１項記載の単結晶板の製造
   用装置。 ３ 底部リップ２′、γが相異なる厚みを有する特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の単結晶板の製造用装置
   。 ４ より長いリップ２′がより大きい厚みを有する特許
   請求の範囲第３項記載の単結晶板の製造用装置。