JPS61158888A - Production of single crystal - Google Patents

Production of single crystal

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JPS61158888A
JPS61158888A JP27978284A JP27978284A JPS61158888A JP S61158888 A JPS61158888 A JP S61158888A JP 27978284 A JP27978284 A JP 27978284A JP 27978284 A JP27978284 A JP 27978284A JP S61158888 A JPS61158888 A JP S61158888A
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single crystal
crystal
ray
furnace
growing
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Japanese (ja)
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Masami Tatsumi
雅美 龍見
Shinichi Sawada
真一 澤田
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Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • 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
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
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    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/42Gallium arsenide

Abstract

PURPOSE:To obtain high-quality single crystal, by using an X-ray transmitting material as the material of heater, container, etc. of an apparatus for growing a single crystal by shifting a molten raw material from a high-temperature furnace to a low-temperature furnace, and inspecting the growing state of the single crystal by X-ray diffraction method. CONSTITUTION:The sealing tube 1, the heater 9, the furnace wall 8, etc. of a furnace having plural temperature zones having different temperatures are made of an X-ray transmitting material (e.g. carbon). The sealed tube 1 containing a molten raw material liquid 2 in vacuum is transferred from the high-temperatur side to the low-temperature side. X-ray 13 generated from the X-ray source 12 is passed through the slit 11 and radiated to the crystal plane at an angle alpha to a point (a) near the solid-liquid interface of the growing crystal, and the Bragg's reflection 13', 13'' scattered by the crystal surface (a) are detected by the X-ray detector 14 (e.g. scintillation counter). The detected intensity and the reflection pattern of X-ray are investigated to enable the instant, continuous and accurate judgement of the state of the growing crystal 4 and obtain a single crystal of a group III-V compound semiconductor (e.g. GaAs) having high quality.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は単結晶の製造方法に関する。更に詳しくいえば
、垂直ブリッジマン法あるいは水平ブリッジマン法によ
る欠陥の少ない高品位の半導体バルク結晶を製造する方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for producing single crystals. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a high-quality semiconductor bulk crystal with few defects using the vertical Bridgman method or the horizontal Bridgman method.

従来の技術 GaAs s I n PなどのIII−V族化合物半
導体を中心とする化合物半導体の材料研究、デバイスの
実用化研究等は目ざましい進歩をとげている。例えば、
既に実用化されている光フアイバ通信における化合物半
導体レーザ、その受光素子としてのフォトダイオード、
アバランシェフォトダイオード(ADP)などには大き
な期待が寄せられている。
BACKGROUND ART Remarkable progress has been made in material research on compound semiconductors, mainly III-V group compound semiconductors such as GaAs s I n P, and research on the practical application of devices. for example,
Compound semiconductor lasers in optical fiber communications, which have already been put into practical use, and photodiodes as their light receiving elements;
There are great expectations for products such as avalanche photodiodes (ADPs).

また、最近の傾向として半導体デバイスの高速動作化・
高周波化が要求されているが、このような目的を達成す
る上で電子の移動度が大きく、また飽和ドリフト速度の
大きなGaAsを代表とする■−■族化合物半導体が注
目されている。
In addition, recent trends include faster operation and faster operation of semiconductor devices.
Higher frequencies are required, and in order to achieve this goal, ■-■ group compound semiconductors, typified by GaAs, which have high electron mobility and high saturation drift velocity, are attracting attention.

一方、化合物半導体作製プロセスにおいてはまず第1に
高純度の単結晶の形成が不可欠である。
On the other hand, in a compound semiconductor manufacturing process, first of all, it is essential to form a highly pure single crystal.

これらは従来のSiとは異った特性を有しているために
その単結晶成長技術もまったく異り、Siなどについて
はチョクラルスキー法(CZ法)、フローティングゾー
ン法(FZ法)等が広く利用されているが、例えばGa
Asを例にすると組成(Ga :^Sの比率)の厳密な
制御が必要とされ、また高温における臨界剪断応力が小
さく、熱歪で転位がはいり易いなど微妙な技術上の問題
がある。
Since these have different characteristics from conventional Si, their single crystal growth techniques are also completely different. For Si, etc., Czochralski method (CZ method), floating zone method (FZ method), etc. Although it is widely used, for example, Ga
Taking As as an example, strict control of the composition (Ga:^S ratio) is required, and there are also delicate technical problems such as the small critical shear stress at high temperatures and the tendency for dislocations to occur due to thermal strain.

化合物半導体の結晶成長はバルク結晶の成長と、エピタ
キシーに大別され、バルク結晶からいわゆるウェハと呼
ばれる板状の結晶が作製され、直接以下の加工プロセス
に送られるか、あるいはエピタキシー基板として使用さ
れる。しかし、エピタキシーによる成長結晶は薄く、機
械強度が小さいことからそのままでは使用できず、基板
が必要とされる。
Crystal growth of compound semiconductors can be broadly divided into bulk crystal growth and epitaxy. A plate-shaped crystal called a wafer is produced from the bulk crystal, and it is directly sent to the following processing process or used as an epitaxy substrate. . However, crystals grown by epitaxy are thin and have low mechanical strength, so they cannot be used as they are, and require a substrate.

中でもバルク結晶の成長方法としては、古くからブリッ
ジマン法(垂直ブリッジマン法、水平ブリッジマン法)
が利用されており、その原理は例えば垂直ブリッジマン
法では、高温部と低温部とからなる加熱炉の低温部に原
料融液の入った石英容器などを移動させることにより結
晶成長させるものである。そこで結晶核生成が無秩序に
起こらないように、融液の固化開始部で容器の径が絞っ
てあり、この部分では核の生成が少なく、その中で他よ
りも早く成長する方位をもつものが種結晶の役割りを果
す。
Among them, the Bridgman method (vertical Bridgman method, horizontal Bridgman method) has been used since ancient times as a method for growing bulk crystals.
For example, in the vertical Bridgman method, crystals are grown by moving a quartz container containing a raw material melt into the low-temperature section of a heating furnace, which consists of a high-temperature section and a low-temperature section. . Therefore, in order to prevent crystal nucleation from occurring in a disorderly manner, the diameter of the container is narrowed at the point where the melt starts to solidify, so that fewer nuclei are generated in this area, and those with orientations that grow faster than others. It plays the role of a seed crystal.

また、現在ブリッジマン法での主流は原料融液を、ボー
トを用いて水平方向に移動させる水平ブリッジマン法で
あり、GaAsなどの単結晶の量産法として利用され、
三温度法(3図度HB法)、二温度法(2図度HB法)
などが知られている。
In addition, the current mainstream Bridgman method is the horizontal Bridgman method, in which the raw material melt is moved horizontally using a boat, and is used as a mass production method for single crystals such as GaAs.
Three-temperature method (3-degree HB method), two-temperature method (2-degree HB method)
etc. are known.

2図度HB法を添付第2図に基き説明すると、例えば高
温域と低温域とを有する石英管1内にGaAs融液2を
収納する石英ボート3を入れ、これを高温側(T)I)
から低温側(TL)に移動させることにより単結晶4を
成長させる。一方、拡散バリヤー5を隔ててAs固体6
を入れておき、蒸気圧の制御が行えるようになっている
。ボート3の低温側には種晶7をおいて、所定の成長方
位をを有する単結晶を成長させることも可能である。
The HB method will be explained based on the attached Fig. 2. For example, a quartz boat 3 containing a GaAs melt 2 is placed in a quartz tube 1 having a high temperature region and a low temperature region, and this is placed on the high temperature side (T)I. )
The single crystal 4 is grown by moving the crystal to the low temperature side (TL). On the other hand, with the diffusion barrier 5 in between, the As solid 6
It is possible to control the steam pressure. It is also possible to place a seed crystal 7 on the low temperature side of the boat 3 to grow a single crystal having a predetermined growth orientation.

ところで、既に述べたように半導体バルク結晶の作製に
おいては、結晶成長段階において成長状態を監視し、炉
内に安定した結晶成長条件が維持されていることを確認
し、より欠陥の少ない高品質の単結晶を得ることが重要
である。
By the way, as mentioned above, in the production of semiconductor bulk crystals, the growth state is monitored during the crystal growth stage to confirm that stable crystal growth conditions are maintained in the furnace, and to produce high-quality products with fewer defects. It is important to obtain single crystals.

そこで、従来、垂直並びに水平ブリッジマン法において
は、のぞき窓を通して、結晶状態をモニターし、該結晶
のファセットなどを観察し、結晶状態を判断していた。
Conventionally, in the vertical and horizontal Bridgman methods, the crystal state was monitored through a peephole and the facets of the crystal were observed to determine the crystal state.

例えば、水平ブリッジマン法では添付第3図に示したよ
うに、炉壁8およびヒータ一部9を通して設けられたの
ぞき窓10を通して結晶表面の様子を観察し、成長結晶
が単結晶、双晶もしくは多結晶のいずれであるかを確認
していた。
For example, in the horizontal Bridgman method, as shown in FIG. I was checking to see if it was polycrystalline.

発明が解決しようとする問題点 上記のように、化合物半導体デバイスに対する期待は極
めて大きく、今後ますますその重要性が高まるものと考
えられる。ところで、高信頼度、かつ安定な化合物半導
体デバイスを作製するためには、各化合物半導体の純度
の高い、低欠陥の単結晶を製造する必要があり、そのた
めに各種の方法並びに装置が提案され利用されてきた。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, there are extremely high expectations for compound semiconductor devices, and it is thought that their importance will increase even more in the future. By the way, in order to manufacture highly reliable and stable compound semiconductor devices, it is necessary to manufacture single crystals of each compound semiconductor with high purity and low defects, and various methods and devices have been proposed and utilized for this purpose. It has been.

更に、均一な結晶を得るためには成長中の単結晶を何ら
かの手段で観察し、その結果に応じて、常に最適の結晶
成長条件が維持されるように監視機構を工夫することも
重要である。これによって、低欠陥の単結晶を得、半導
体デバイスの作製歩留りを高めると共に、半導体デバイ
スの信頼性を保証することが極めて望ましい。
Furthermore, in order to obtain uniform crystals, it is important to observe the growing single crystal by some means and, depending on the results, devise a monitoring mechanism to ensure that the optimum crystal growth conditions are always maintained. . It is therefore extremely desirable to obtain a single crystal with low defects, increase the manufacturing yield of semiconductor devices, and guarantee the reliability of the semiconductor devices.

しかしながら、上記従来の、特にブリッジマン法におけ
るモニターは、単に炉壁、ヒーターを貫いて設けられた
のぞき窓による監視に頼っているのが現状であった。
However, the conventional monitors, particularly those using the Bridgman method, simply rely on monitoring through a viewing window provided through the furnace wall and heater.

従来のこのようなモニター機構では、のぞき窓の存在の
ためにその近傍における温度分布が乱れて不安定となり
、また該のぞき窓が固−液界面付近にあるために、結晶
育成時に熱の撹乱を受は易いので、低欠陥の、かつ高品
位の単結晶を育成することが困難であった。
In conventional monitoring mechanisms like this, the presence of the observation window causes the temperature distribution in the vicinity to be disturbed and unstable, and since the observation window is located near the solid-liquid interface, it is difficult to disturb the heat during crystal growth. However, it has been difficult to grow low-defect, high-quality single crystals.

そこで、このようなのぞき窓の存在に基く温度分布の不
安定さをなくし、最適の安定な温度分布を保証し、かつ
精度の高いモニター機構を開発することは、化合物半導
体単結晶作製、ひいてはこれを用いたデバイス作製おい
て極めて大きな意義があり、強く望まれていた。
Therefore, it is important to eliminate the instability of temperature distribution caused by the presence of such a viewing window, to guarantee an optimal stable temperature distribution, and to develop a highly accurate monitoring mechanism. It is of great significance in the fabrication of devices using this method, and has been strongly desired.

従って、本発明の目的はこのようなモニターを可能とす
るブリッジマン法による単結晶の製造方法を提供するこ
とにあり、また、低欠陥の信頼度の高い半導体単結晶を
提供することも目的の一つである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a single crystal using the Bridgman method that enables such monitoring, and also to provide a highly reliable semiconductor single crystal with low defects. There is one.

問題点を解決するための手段 本発明者等は、このような従来法の現状に鑑みて、上記
目的にそった新たな半導体単結晶の製造方法を開発すべ
く種々検討した結果、成長中の結晶の結晶状態のモニタ
ーをX線回折法で実施し、かつ炉材、ヒーターおよび封
入管等をX線透過性材料で形成することが、上記目的を
達成する上で極めて有利であることを見出し、本発明を
完成した。
Means for Solving the Problems In view of the current state of conventional methods, the present inventors have conducted various studies to develop a new method for manufacturing semiconductor single crystals that meets the above objectives. We have discovered that monitoring the crystalline state of crystals using X-ray diffraction and forming the furnace material, heater, enclosure tube, etc. from X-ray transparent materials is extremely advantageous in achieving the above objectives. , completed the invention.

即ち、本発明の単結晶の製礒方法は、温度を異にする複
数の温度帯域を有する炉内で原料融液を真空封止した容
器を高温側から低温側に移動させることにより単結晶を
形成する垂直ブリッジマン法または水平ブリッジマン法
において、前記炉材、ヒーター、容器をX線透過性材料
で形成し、成長中の単結晶にX線を照射し、回折X線強
度または反射X線パターンを得、その結果に基き成長中
の結晶状態を判断し、育成条件を調節しつつ結晶成長を
行うことを特徴とする。
That is, the single crystal manufacturing method of the present invention involves moving a vacuum-sealed container containing a raw material melt from a high temperature side to a low temperature side in a furnace having a plurality of temperature zones with different temperatures. In the vertical Bridgman method or the horizontal Bridgman method, the furnace material, heater, and container are made of an X-ray transparent material, and the growing single crystal is irradiated with X-rays to determine the intensity of diffracted X-rays or reflected X-rays. The method is characterized by obtaining a pattern, determining the state of the crystal during growth based on the result, and growing the crystal while adjusting the growth conditions.

本発明の方法において有用なXI!透過性材料としては
一般的には原子量の小さな物質からなる材料がXIIに
対して大きな透過性を有することから、例えばカーボン
、石英、窒化アルミ、アルミナ、窒化ボロンなどを有利
に使用することができる。
XI useful in the method of the invention! As the transparent material, materials made of substances with a small atomic weight generally have high permeability to XII, so for example, carbon, quartz, aluminum nitride, alumina, boron nitride, etc. can be advantageously used. .

また、X線の回折強度、パターンの検出は特性X線を検
出し得るように設定されたシンチレーションカウンター
、プロポーショナルカウンターもしくはブラッグ反射の
パターンを検出する写真あるいはイメージアンプなど各
種の公知の検出器を利用して行うことができる。
In addition, to detect the diffraction intensity and pattern of X-rays, various known detectors are used, such as a scintillation counter set to detect characteristic X-rays, a proportional counter, or a photographic or image amplifier that detects Bragg reflection patterns. You can do it by doing this.

以下、本発明の方法を、添付第1図に従って更に詳しく
説明する。
Hereinafter, the method of the present invention will be explained in more detail with reference to the attached FIG.

第1図において、第2図および第3図と同様な部分につ
いては同一番号を付して説明を省略する。
In FIG. 1, parts similar to those in FIGS. 2 and 3 are given the same numbers and their explanations will be omitted.

第1図(a)は水平ブリッジマン法に使用される装置の
縦断面を示す模式的な図であり、ら)は(a)の位置A
から透視し、X線回折による監視機構をも併せて示した
ものである。
FIG. 1(a) is a schematic diagram showing a longitudinal section of the apparatus used in the horizontal Bridgman method, and FIG.
It also shows the monitoring mechanism using X-ray diffraction.

成長中の結晶4の固−液界面近傍の点aに点スリブ)1
1を通してX線源12からのX線13を、結晶面に対し
て角度αで照射し、結晶表面aで散乱されるブラッグ反
射13°、13”をX線検出装置14で検出する。かく
して検出されたX線強度あるいは反射パターンを検討す
ることにより、成長中の結晶の状態、例えば単結晶、双
晶もしくは多結晶のいずれであるかを判定することがで
きる。
A point sleeve) 1 is placed at point a near the solid-liquid interface of the growing crystal 4.
X-rays 13 from an X-ray source 12 are irradiated through the X-ray source 12 at an angle α to the crystal surface, and the Bragg reflection 13°, 13” scattered at the crystal surface a is detected by the X-ray detector 14. Thus detected. By examining the X-ray intensity or reflection pattern, it is possible to determine the state of the growing crystal, for example, whether it is single crystal, twin crystal, or polycrystal.

本発明の単結晶の製造方法は、各種物質の単結晶、特に
化合物半導体、GaAs5GaP、 InAs、 In
PなどのIII−V族化合物半導体などの製造のために
有利に使用でき、またとりわけ他の方法で制御、取扱い
の困難な解離圧の高い化合物の単結晶作製のために有利
である。
The method for producing a single crystal of the present invention can be applied to single crystals of various materials, particularly compound semiconductors, GaAs5GaP, InAs, In
It can be advantageously used for the production of III-V group compound semiconductors such as P, and is especially advantageous for producing single crystals of compounds with high dissociation pressures that are difficult to control and handle using other methods.

作用 本発明の方法では、炉材、炉の各種温度帯域を実現する
ためのヒーター材料並びに真空封入用容器をX線透過性
材料で形成することにより、まず従来法でみられたのぞ
き窓の存在による炉内温度分布の乱れ(不安定性)を排
除し、安定な温度分布を得ることができる。従って、こ
のような温度分布の不安定性に基く、各種結晶欠陥の発
生を未然に防止し、高品位の単結晶を得ることが可能と
なる。
Function: In the method of the present invention, by forming the furnace material, the heater material for realizing various temperature ranges of the furnace, and the vacuum sealing container from an X-ray transparent material, the presence of a viewing window, which was seen in the conventional method, can be avoided. It is possible to eliminate disturbances (instability) in the temperature distribution in the furnace due to the above, and to obtain a stable temperature distribution. Therefore, it is possible to prevent various crystal defects from occurring due to such instability of temperature distribution, and to obtain a high-quality single crystal.

更に、結晶の成長状態を監視するために、X線を利用す
ることが可能となり、従って成長中の結晶の状態をより
厳密に追跡することができ、その結果に応じてより精度
の高い結晶育成条件の制御が可能となる。
Furthermore, it is now possible to use X-rays to monitor the growth state of the crystal, and therefore the state of the growing crystal can be tracked more closely, and the result can be used to grow the crystal with higher precision. Conditions can be controlled.

例えば、成長中の結晶が双晶もしくは多結晶である場合
には、一旦成長した結晶の相当部分を高温側に戻して溶
融し、再度十分な育成条件の下で結晶成長させることに
より、欠陥を最小限度に抑えることができる。
For example, if the growing crystal is twinned or polycrystalline, defects can be removed by returning a considerable portion of the grown crystal to the high temperature side, melting it, and growing the crystal again under sufficient growth conditions. can be kept to a minimum.

かくして得られるバルク結晶の構造的完全性については
、例えばこのバルク結晶から切出したウェハ表面をエツ
チング液で処理し、その際に形成されるエッチビットの
密度から評価することができる。また、より厳密な方法
としてはX線回折法、電子線回折法、低速電子線回折法
などがある。
The structural integrity of the bulk crystal thus obtained can be evaluated, for example, by treating the surface of a wafer cut from the bulk crystal with an etching solution and from the density of etch bits formed at that time. Furthermore, more rigorous methods include X-ray diffraction, electron beam diffraction, and low-speed electron diffraction.

このように、一般には結晶成長操作終了後でなければ結
晶の完全性、単結晶性等の判別ができないが、本発明の
方法によれば結晶成長操作中の各瞬間において、結晶性
を観察し得るので、欠陥発生時点でそれに対する対応が
でき、操業時間の短縮、労力の軽減、歩留りの大巾な改
善が可能となり、結果として半導体デバイス等の高い信
頼性を確保でき、その製造歩留りを高めることが可能と
なる。
In this way, generally speaking, it is not possible to determine the completeness, single crystallinity, etc. of a crystal until after the crystal growth operation is completed, but according to the method of the present invention, the crystallinity can be observed at each moment during the crystal growth operation. This makes it possible to respond to defects as soon as they occur, shorten operating time, reduce labor, and significantly improve yields.As a result, high reliability of semiconductor devices, etc. can be ensured, and their manufacturing yields can be increased. becomes possible.

回折X線の検出装置により検出される、例えばX線強度
は、成長した結晶が多結晶である場合には回折X線強度
が大巾に減少するか消失し、また成長方向にずれを生じ
た場合には不均一な強度を示すので、これらの結果から
成長中の単結晶の成長状態を判定し、育成条件の最適化
を図ることができる。
For example, when the grown crystal is polycrystalline, the X-ray intensity detected by a diffraction X-ray detector will greatly decrease or disappear, and there will be a shift in the growth direction. In some cases, the strength is non-uniform, so the growth condition of the growing single crystal can be determined from these results, and the growth conditions can be optimized.

ブラッグ反射パターンを利用する場合も同様である。こ
の場合、ブラッグ反射の結晶面に対する角度をβとすれ
ば、反射角2θ(=α+β)は0@く2θ<180°で
あり得るが、強いブラッグ反射を得るためには2θは1
0”〜40°の範囲内であることが望ましい。またX線
照射位置aは、X線源とX線検出装置とを84−+B”
方向に同時に移動させ得るようにし、原料融液面にX線
が当った場合と、結晶に当った場合とのX線強度あるい
は反射X線パターンの違いによって固−液界面の位置を
検出できるので、このようにして簡単に決定することが
できる。
The same applies when using a Bragg reflection pattern. In this case, if the angle of Bragg reflection with respect to the crystal plane is β, then the reflection angle 2θ (= α + β) can be 0 and 2θ < 180°, but in order to obtain a strong Bragg reflection, 2θ must be 1
It is desirable that the X-ray irradiation position a be within the range of 0" to 40°.
The position of the solid-liquid interface can be detected by the difference in the X-ray intensity or reflected X-ray pattern between when the X-rays hit the raw material melt surface and when they hit the crystal. , can be easily determined in this way.

本発明の方法においては、純度の高いバルク単結晶を作
製するために、従来採用されていた各種の手段を採用す
ることができる。例えば既に述べたように揮発性成分(
GaAs単結晶作製の場合はAs)を真空封止容器の低
温側に例えば固体Asを入れて、蒸気圧の調節を行う、
あいはまた残留不純物、例えばSiによる汚染を防止す
るために02ガス(AS203の使用なk)ドーピング
する方法などである。
In the method of the present invention, various conventionally employed means can be employed to produce a bulk single crystal with high purity. For example, as already mentioned, volatile components (
In the case of GaAs single crystal production, for example, solid As is placed in the low temperature side of a vacuum sealed container to adjust the vapor pressure.
Alternatively, there is a method of doping with 02 gas (without using AS203) to prevent contamination with residual impurities, such as Si.

また、原料融液を収納するボートとして棚付きボートを
使用し、該棚の部分に種晶を配置し、固−液界面が棚に
くるように調整して所定の成長方向に単結晶を成長させ
ることもできる。一般に、ブリッジマン法では自然に発
生する核のうちで成長速度の大きな面(GaAsの場合
〈111〉方向)を有するものが種晶の役割を果たすの
で必ずしも種晶  ゛を必要としないが、大型結晶を成
長させる場合には、自然に生成する核だけでは成長する
結晶内で方向が不揃いとなり、一般に単結晶とならない
In addition, a boat with shelves is used as a boat to store the raw material melt, seed crystals are placed on the shelves, and the solid-liquid interface is adjusted to be on the shelves to grow single crystals in a predetermined growth direction. You can also do it. In general, in the Bridgman method, among the naturally occurring nuclei, those with a plane with a high growth rate (<111> direction in the case of GaAs) serve as seed crystals, so a seed crystal ゛ is not necessarily required. When growing a crystal, if only naturally generated nuclei are used, the directions within the growing crystal will be uneven, and generally a single crystal will not be formed.

従って、後者の場合には種晶を使用することが重要であ
る。成長方向はいずれでもよいが、一般には最も成長速
度の速い方向が選ばれる。
Therefore, in the latter case it is important to use seed crystals. Although the growth direction may be any direction, the direction with the fastest growth rate is generally selected.

また、単結晶の導電性制御のために結晶成長過程で不純
物の添加を行うことも可能であり、一般には不純物を原
料融液中に添加することにより実施される。例えば、G
aAsの場合、n型結晶を得るためにSi、 Te5S
riなどを、またn型結晶を得るためにZnなどをドー
ピングする。更に、場合によっては半絶縁性結晶を得る
必要があり、この場合にはCr、 O□等をドーピング
することができる。
It is also possible to add impurities during the crystal growth process in order to control the conductivity of the single crystal, and this is generally done by adding impurities to the raw material melt. For example, G
In the case of aAs, Si, Te5S are used to obtain an n-type crystal.
Doping is performed with ri, etc., and with Zn, etc. to obtain an n-type crystal. Furthermore, in some cases it is necessary to obtain a semi-insulating crystal, in which case it can be doped with Cr, O□, etc.

実施例 以下、実施例により本発明の方法を更に具体的に説明し
、その効果を立証する。しかしながら、本発明の範囲は
以下の実施例により何等制限されない。
EXAMPLES Hereinafter, the method of the present invention will be explained in more detail using examples, and its effects will be demonstrated. However, the scope of the present invention is not limited in any way by the following examples.

実施例1 3温度HB炉(炉壁はカーボンおよび石英製である)を
用いてGaAs単結晶を製造した。結晶の成長状態は3
+no+φの点スリットを通してX線ビームを成長結晶
表面に照射した(α=12°)。ここで、まず成長結晶
表面、即ち固−液界面は、x!!発生源と反射X線検出
用のイメージアンプとを第1図B−B°に移動させ、そ
の際に検出される散乱X線の強度から決定し、これに基
きX線入射点aを定めた。かくして、検出したブラック
反射X線パターンを第4図に示した。ここで第4図(a
)は単結晶に対応する反射パターンであり、(b)は多
結晶に対応する反射パターンであり、成長中の結晶性の
判断を行い、それに応じた育成条件の調整を行うことが
できた。
Example 1 A GaAs single crystal was produced using a 3-temperature HB furnace (furnace walls made of carbon and quartz). The crystal growth state is 3
The growing crystal surface was irradiated with an X-ray beam through a point slit of +no+φ (α=12°). Here, first, the surface of the growing crystal, that is, the solid-liquid interface, is x! ! The source and the image amplifier for detecting reflected X-rays were moved to B-B° in Figure 1, and the intensity of the scattered X-rays detected at that time was determined, and the X-ray incident point a was determined based on this. . The black reflection X-ray pattern thus detected is shown in FIG. Here, Fig. 4 (a
) is a reflection pattern corresponding to a single crystal, and (b) is a reflection pattern corresponding to a polycrystal, making it possible to judge the crystallinity during growth and adjust the growth conditions accordingly.

発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の単結晶の製造方法に
よれば、炉材、ヒーター、容器等をX線透過性材料で形
成し、結晶成長状態の監視をX線を用いて行うことによ
り、以下に述べるような各種の効果を達成することが可
能となった。
Effects of the Invention As described in detail above, according to the method for producing a single crystal of the present invention, the furnace material, heater, container, etc. are made of an X-ray transparent material, and the crystal growth state is monitored using X-rays. By doing so, it became possible to achieve various effects as described below.

即ち、まず第1に、従来法におけるようなのぞき窓が不
要となったので、その存在に起因するのぞき窓近傍の温
度分布が乱れることがなく、従って温度変化(温度分布
)により大きな影響を受ける結晶の成長状態の変動、各
種欠陥の発生の防止を達成し、高品位のバルク単結晶を
得ることができる。また、結晶の成長状態の監視をX線
により行っているので、常時各瞬間毎の状態を厳密に追
跡し、正確に判断することができるので、従来のように
のぞき窓や封入管を通して観察することにより判断する
場合のように、結晶性判断が不正確でない。
That is, first of all, since there is no longer a need for a peephole as in the conventional method, the temperature distribution near the peephole due to its presence is not disturbed and is therefore significantly affected by temperature changes (temperature distribution). It is possible to prevent fluctuations in the growth state of the crystal and to prevent the occurrence of various defects, and it is possible to obtain a high-quality bulk single crystal. In addition, since the growth state of the crystal is monitored using X-rays, it is possible to closely track the state at each moment at all times and make accurate judgments. The determination of crystallinity is not inaccurate, as is the case when it is determined by

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)は本発明の方法の一態様である水平ブリッ
ジマン法を・説明するだめの模式的な断面図であり、ら
)は第1図(a)のAの側から透視し、X線による監視
機構をも併せて示した図であり、第2図は2温度帯水平
ブリッジマン法を説明するための第1図(a)と同様な
図であり、第3図は従来ののぞき窓を有する水平ブリッ
ジマン単結晶製造装置を説明するための図であり、第4
図(a)、ら)は本発明の実施例において得られたブラ
ッグ反射X線パターンを示す図であり、(a)は単結晶
、(b)は多結晶に対応するパターンである。 (主な参照番号) 1・・封入管、 2・・原料融液、 3・・ボート、 4・・単結晶、 5・・拡散バリヤー、 6・・As固体、7・・種晶、
 8・・炉壁、 9・・ヒーター、10・・のぞき窓、
 11・・点スリット、12・・X線源、 13・・X
線ビーム、14・・X線検出装置 特許出願人  住友電気工業−株式会社代 理 人  
弁理士  新居 正彦 第1図 (a) (b) 1・・・圭寸入’!’         11・ 4ス
リツト2・・・原料M鬼12.−0XAL源 9・・・ヒータ 第2図 7・・・倭晶
FIG. 1(a) is a schematic cross-sectional view for explaining the horizontal Bridgman method, which is an embodiment of the method of the present invention; FIG. 2 is a diagram similar to FIG. 1(a) for explaining the two-temperature zone horizontal Bridgman method, and FIG. 3 is a diagram showing the conventional X-ray monitoring mechanism. FIG. 4 is a diagram for explaining a horizontal Bridgman single crystal manufacturing apparatus having a peephole;
Figures (a) and 3) are diagrams showing Bragg reflection X-ray patterns obtained in Examples of the present invention, in which (a) is a pattern corresponding to a single crystal, and (b) is a pattern corresponding to a polycrystal. (Main reference numbers) 1. Sealing tube, 2. Raw material melt, 3. Boat, 4. Single crystal, 5. Diffusion barrier, 6. As solid, 7. Seed crystal.
8. Furnace wall, 9. Heater, 10. Peephole,
11...Point slit, 12...X-ray source, 13...X
Ray beam, 14...X-ray detection device patent applicant Sumitomo Electric Industries-Co., Ltd. Agent
Patent Attorney Masahiko Arai Figure 1 (a) (b) 1... Keisuniri'! ' 11. 4 slit 2...raw material M demon 12. -0XAL source 9...Heater Fig. 2 7...Japanese crystal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)温度を異にする複数の温度帯域を有する炉内で、
原料融液を真空封止した容器を高温側から低温側に移動
させることにより単結晶を形成する垂直ブリッジマン法
または水平ブリッジマン法において、 前記炉材、該炉に各温度帯域を形成するヒーター材、容
器をX線透過材料で形成し、成長中の単結晶に連続的に
X線を照射し、得られる回折X線の強度または反射X線
パターンを測定することによって単結晶の成長状態を監
視し、その結果に応じて成長条件を制御しつつ単結晶の
形成を行うことを特徴とする上記単結晶の製造方法。
(1) In a furnace with multiple temperature zones with different temperatures,
In the vertical Bridgman method or the horizontal Bridgman method in which a single crystal is formed by moving a vacuum-sealed container of raw material melt from a high temperature side to a low temperature side, the furnace material and the heater that forms each temperature zone in the furnace are used. The growth state of the single crystal can be determined by making the material and container made of an X-ray transparent material, continuously irradiating the growing single crystal with X-rays, and measuring the intensity of the diffracted X-rays or the reflected X-ray pattern. The method for producing a single crystal as described above, characterized in that the single crystal is formed while monitoring and controlling the growth conditions according to the result.
(2)前記X線透過性材料がカーボン、石英、窒化アル
ミ、アルミナ、窒化ボロンからなる群から選ばれる1種
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
法。
(2) The method according to claim 1, wherein the X-ray transparent material is one selected from the group consisting of carbon, quartz, aluminum nitride, alumina, and boron nitride.
(3)前記X線の検出をシンチレーションカウンター、
プロポーショナルカウンター、写真またはイメージアン
プによって行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項
または第2項記載の方法。(4)前記単結晶がIII−V
族化合物半導体の単結晶であることを特徴とする特許請
求の範囲第1〜3項のいずれか1項に記載の方法。
(3) A scintillation counter detects the X-rays,
The method according to claim 1 or 2, characterized in that the method is carried out using a proportional counter, a photograph or an image amplifier. (4) The single crystal is III-V
4. The method according to claim 1, wherein the method is a single crystal of a group compound semiconductor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0259484A (en) * 1988-08-23 1990-02-28 Nec Corp Device for growing single crystal
WO2022140809A1 (en) * 2020-12-29 2022-07-07 Fametec Gmbh Method for tracking the crystal growth of a single crystal

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