JPS61266389A - 結晶内不純物均一化用二重るつぼ - Google Patents
結晶内不純物均一化用二重るつぼInfo
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- JPS61266389A JPS61266389A JP10878885A JP10878885A JPS61266389A JP S61266389 A JPS61266389 A JP S61266389A JP 10878885 A JP10878885 A JP 10878885A JP 10878885 A JP10878885 A JP 10878885A JP S61266389 A JPS61266389 A JP S61266389A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
- C30B15/12—Double crucible methods
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- Organic Chemistry (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、結晶内不純物均一化用二重るつぼに関し、更
に詳しくは、均一な不純物濃度を有する高品質の単結晶
を製造するための二重るつぼに関する。
に詳しくは、均一な不純物濃度を有する高品質の単結晶
を製造するための二重るつぼに関する。
従来の技術
各種の半導体素子の作製には、半導体材料の単結晶が使
用されている。また半導体の特性が結晶構造に敏感であ
るため、材料の組成や結晶の完全性に関心がもたれ、種
々の単結晶成長法が提案されている。中でもチョクラル
スキー法（ＣＺ法、引上げ法）は、単結晶成長が容易で
あり良く利用されている。
用されている。また半導体の特性が結晶構造に敏感であ
るため、材料の組成や結晶の完全性に関心がもたれ、種
々の単結晶成長法が提案されている。中でもチョクラル
スキー法（ＣＺ法、引上げ法）は、単結晶成長が容易で
あり良く利用されている。
この方法は、一般的には０〜１００気圧の不活性ガス中
で溶融した原料から種結晶の周りに結晶を付着成長させ
ながら引上げる方法であり、Ｓｉ、 Ｇｅ等の単結晶製
造の場合に通常用いられている。
で溶融した原料から種結晶の周りに結晶を付着成長させ
ながら引上げる方法であり、Ｓｉ、 Ｇｅ等の単結晶製
造の場合に通常用いられている。
しかし、単結晶材料融液がるつぼに触れていることによ
り、るつぼ材料によって汚染されるので、るつぼ材料の
選択には注意を必要とする。
り、るつぼ材料によって汚染されるので、るつぼ材料の
選択には注意を必要とする。
また、■−■族化合物半導体或いはＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体などの多元系化合物の単結晶成長においては、い
ずれかの成分が解離蒸発しやすいため、結晶の化学量論
的組成にずれを生じやすい。このずれを防止する方法と
して、酸化ホウ素（Ｂ ２０３ ）融液で結晶融液表面
を覆い、融液からの解離蒸発をおさえる方法（ＬＥＣ法
、液体封止チョクラルスキー法）がある。
半導体などの多元系化合物の単結晶成長においては、い
ずれかの成分が解離蒸発しやすいため、結晶の化学量論
的組成にずれを生じやすい。このずれを防止する方法と
して、酸化ホウ素（Ｂ ２０３ ）融液で結晶融液表面
を覆い、融液からの解離蒸発をおさえる方法（ＬＥＣ法
、液体封止チョクラルスキー法）がある。
さらに今日、要求される抵抗率を得たり、単結晶中の転
位密度を減少させるなどの種々の目的のために不純物の
添加が行なわれている。ＣＺ法においては、偏析により
結晶成長に従って、るつぼ内不純物濃度が変化するため
、成長方向の不純物濃度分布は、第３図の破線の様にな
り、均一な濃度分布を持つ大きな単結晶を得ることがで
きない。ここで第３図において横軸は単結晶成長方向、
縦軸は不純物濃度を示し、破線がＣＺ法での単結晶成長
方向に対する単結晶内不純物濃度をしめしている。
位密度を減少させるなどの種々の目的のために不純物の
添加が行なわれている。ＣＺ法においては、偏析により
結晶成長に従って、るつぼ内不純物濃度が変化するため
、成長方向の不純物濃度分布は、第３図の破線の様にな
り、均一な濃度分布を持つ大きな単結晶を得ることがで
きない。ここで第３図において横軸は単結晶成長方向、
縦軸は不純物濃度を示し、破線がＣＺ法での単結晶成長
方向に対する単結晶内不純物濃度をしめしている。
この問題を改善するために、多数本成長法、ド−パント
蒸発法、二重るつぼ（または浮きるつぼ）法などの各種
方法が提案されている。
蒸発法、二重るつぼ（または浮きるつぼ）法などの各種
方法が提案されている。
多数本成長法は、必要な不純物濃度のところで成長を止
め、原料と不純物を追加し、成長を繰り返す方法である
が、１個の単結晶の大きさは制限される。また、ドーパ
ント蒸発法は蒸発速度の大きい不純物の蒸発を、引上げ
炉内圧を低くして調節することにより、不純物濃度の均
一化を行うものであるが、蒸発速度の小さな不純物には
適用できない。
め、原料と不純物を追加し、成長を繰り返す方法である
が、１個の単結晶の大きさは制限される。また、ドーパ
ント蒸発法は蒸発速度の大きい不純物の蒸発を、引上げ
炉内圧を低くして調節することにより、不純物濃度の均
一化を行うものであるが、蒸発速度の小さな不純物には
適用できない。
以上のように、多数本成長法、ドーパント蒸発法は、こ
れらの製造方法を用いることにより、従来のＣＺ法に対
して新たな制限が加えられる。
れらの製造方法を用いることにより、従来のＣＺ法に対
して新たな制限が加えられる。
一方、二重るつぼ法は、概念図を第４図に示すが、外側
るつぼ１内に内側るつぼ２があり、この内側るつぼ２は
浮力との釣り合いによって単結晶融液界面に浮んでいる
。このことにより、成長した単結晶を引上げるにつれ、
内側るつぼ下部（底部もしくは側面下部）に設けられた
流通孔３を通じて外側るつぼ１と内側るつぼ２との間の
融液４（外側るつぼ内融液）が内側るつぼ内融液５内に
一方的に流入するため、内側るつぼ２内の不純物濃度は
、結晶成長量にかかわらず一定の濃度に保たれる。また
、該融液は液体封止剤６で覆われ、蒸発しないように工
夫されている。
るつぼ１内に内側るつぼ２があり、この内側るつぼ２は
浮力との釣り合いによって単結晶融液界面に浮んでいる
。このことにより、成長した単結晶を引上げるにつれ、
内側るつぼ下部（底部もしくは側面下部）に設けられた
流通孔３を通じて外側るつぼ１と内側るつぼ２との間の
融液４（外側るつぼ内融液）が内側るつぼ内融液５内に
一方的に流入するため、内側るつぼ２内の不純物濃度は
、結晶成長量にかかわらず一定の濃度に保たれる。また
、該融液は液体封止剤６で覆われ、蒸発しないように工
夫されている。
二重るつぼ法はこの作用により、結晶内不純物濃度を均
一化するものであり、前記２つの方法におけるような制
限が加わることはなく、第３図の実線に示すように均一
な不純物濃度が得られる。
一化するものであり、前記２つの方法におけるような制
限が加わることはなく、第３図の実線に示すように均一
な不純物濃度が得られる。
また、内側るつぼ２の存在により融液の熱対流が低減さ
れることも、均一な品質の単結晶を得るのに有利な点で
ある。
れることも、均一な品質の単結晶を得るのに有利な点で
ある。
しかしながら、内側るつぼ２は、該融液界面に浮いてい
るだけなので、比較的不安定であり、外部の振動などの
影響を受けやすい。その結果、単結晶と融液との界面が
ゆらぎ、単結晶−融液界面の熱的な不安定化を起こした
り、融液対流の変調をきたしたりするが、これは多結晶
化の大きな原因となる。また流通孔３から融液が出入り
することにより、内側るつぼ内融艦濃度を一定に保つこ
とができなくなる。
るだけなので、比較的不安定であり、外部の振動などの
影響を受けやすい。その結果、単結晶と融液との界面が
ゆらぎ、単結晶−融液界面の熱的な不安定化を起こした
り、融液対流の変調をきたしたりするが、これは多結晶
化の大きな原因となる。また流通孔３から融液が出入り
することにより、内側るつぼ内融艦濃度を一定に保つこ
とができなくなる。
発「が解決しようとする問題点
以上述べたように、従来の二重るつぼ法にふいては、内
側るつぼが原料融液界面近傍に浮かされた状態にあるこ
とから上記のような各種の欠点を有していた。
側るつぼが原料融液界面近傍に浮かされた状態にあるこ
とから上記のような各種の欠点を有していた。
従来知られている単結晶成長の中で最も不純物濃度の均
一化が期待できる二重るつぼ法を改善し、その実用化を
図るためには内側るつぼの高い安定性を保証する必要が
ある。本発明の目的もこの内側るつぼの安定化を図るこ
とにあり、また均一な不純物濃度を有する高品位の単結
晶を提供することも本発明の目的の一つである。
一化が期待できる二重るつぼ法を改善し、その実用化を
図るためには内側るつぼの高い安定性を保証する必要が
ある。本発明の目的もこの内側るつぼの安定化を図るこ
とにあり、また均一な不純物濃度を有する高品位の単結
晶を提供することも本発明の目的の一つである。
問題点を解決するための手段
本発明者等は上記従来の二重るつぼの呈する諸欠点が、
内側るつぼの単結晶材料融液界面部における断面積が小
さいことに起因するとの知見を得、この課題がるつぼ材
料を精選すると共に該断面積を大きくすることにより解
決できることを見出し、本発明を完成した。
内側るつぼの単結晶材料融液界面部における断面積が小
さいことに起因するとの知見を得、この課題がるつぼ材
料を精選すると共に該断面積を大きくすることにより解
決できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の二重るつぼは、外側るつぼと、流通孔を
有する内側るつぼとで構成され、該内側るつぼは、単結
晶材料融液界面での断面積Ｓが、融液密度をρ６、液体
封止剤の密度をρＭとした場合に、以下の条件： Ｓ（ρＭ−２ｍ） ＞ １００ｇ／ｃｍを満たし、かつ
外側るつぼの内部断面積をＡとした場合に、 なる条件をも満たす大きな値を有することを特徴とする
。
有する内側るつぼとで構成され、該内側るつぼは、単結
晶材料融液界面での断面積Ｓが、融液密度をρ６、液体
封止剤の密度をρＭとした場合に、以下の条件： Ｓ（ρＭ−２ｍ） ＞ １００ｇ／ｃｍを満たし、かつ
外側るつぼの内部断面積をＡとした場合に、 なる条件をも満たす大きな値を有することを特徴とする
。
詳しく述べると、本発明においては、該内側るつぼの該
断面積を大きくするために、該内側るつぼ本体の側壁部
に厚みをもたせるか、もしくは内側るつぼ本体外側部に
本体の重心に対して対称にフロータを取り付けることが
望ましい。該本体の側壁部に厚みをもたせる場合、該本
体材料は密度の低い材料、例えばカーボン、ＢＮ、Ｓｉ
Ｎまたは、ＡｌＮを使用する。さらにこれらの材料によ
る融液の汚染を防止するためには、該本体を、汚染の少
ない材料、例えばＰ Ｂ Ｎ、ＡＩ Ｎ等の被覆膜で覆
うことが好ましい。フロータを取り付ける場合、該本体
は従来のＰＢＮ等の材料でもよく、該フロータとしては
密度の低い材料、例えばカーボン、ＢＮ。
断面積を大きくするために、該内側るつぼ本体の側壁部
に厚みをもたせるか、もしくは内側るつぼ本体外側部に
本体の重心に対して対称にフロータを取り付けることが
望ましい。該本体の側壁部に厚みをもたせる場合、該本
体材料は密度の低い材料、例えばカーボン、ＢＮ、Ｓｉ
Ｎまたは、ＡｌＮを使用する。さらにこれらの材料によ
る融液の汚染を防止するためには、該本体を、汚染の少
ない材料、例えばＰ Ｂ Ｎ、ＡＩ Ｎ等の被覆膜で覆
うことが好ましい。フロータを取り付ける場合、該本体
は従来のＰＢＮ等の材料でもよく、該フロータとしては
密度の低い材料、例えばカーボン、ＢＮ。
ＳｉＮまたはＡｌＮを使用する。さらに、これらの材料
による融液の汚染を防止するためには、該本体もしくは
該フロータを汚染の少ない物質、例えばＰＢＮＳＡｌＮ
等の被覆膜で覆うことが好ましい。
による融液の汚染を防止するためには、該本体もしくは
該フロータを汚染の少ない物質、例えばＰＢＮＳＡｌＮ
等の被覆膜で覆うことが好ましい。
前記内側るつぼを低密度の材料で大きな断面を有するよ
うに形成したために大きな浮力を受ける。
うに形成したために大きな浮力を受ける。
そこで該内側るつぼを任意の融液深さで静止させるため
には該本体の側面、底面あるいはフロータの少な（とも
一方に、該本体の重心に対して対称におもりを、埋設あ
るいは取り付けることが必要である。該おもりは密度が
高く、且つ単結晶材料融点近傍で安定な、Ｍｏ、ＷＳＴ
ａ、 ＰｂＳＧａまたはＩｎなどの材料で形成する。
には該本体の側面、底面あるいはフロータの少な（とも
一方に、該本体の重心に対して対称におもりを、埋設あ
るいは取り付けることが必要である。該おもりは密度が
高く、且つ単結晶材料融点近傍で安定な、Ｍｏ、ＷＳＴ
ａ、 ＰｂＳＧａまたはＩｎなどの材料で形成する。
また、融液の該内側るつぼへの流入をすみやかに行なわ
せるために、流通孔を融液との摩擦の少ない材料、例え
ばＰＢＮ、石英などの被覆膜で覆うことが好ましい。
せるために、流通孔を融液との摩擦の少ない材料、例え
ばＰＢＮ、石英などの被覆膜で覆うことが好ましい。
以下、添付第１図および第２図に従って本発明の二重る
つぼを具体的に詳しく説明する。
つぼを具体的に詳しく説明する。
第１図は、本発明の二重るつぼにおける内側るつぼの好
ましい１態様を示す模式的な縦断面図である。即ち、こ
の内側るつぼ２は、本体７と、該本体内に埋設されたお
もり８と、本体７および本体下部に設けられた流通孔３
を覆う被覆膜９とで構成されている。おもり８は、側面
あるいは底面に本体重心に対し対称に埋設されており、
個数、形状は任意である。
ましい１態様を示す模式的な縦断面図である。即ち、こ
の内側るつぼ２は、本体７と、該本体内に埋設されたお
もり８と、本体７および本体下部に設けられた流通孔３
を覆う被覆膜９とで構成されている。おもり８は、側面
あるいは底面に本体重心に対し対称に埋設されており、
個数、形状は任意である。
本体材料としては、密度が低く単結晶材料の融点付近で
安定な、カーボンなどが用いられ、おもり８の材料は密
度が高く、やはり結晶の融点付近で安定なＭｏなどが用
いられる。さらに、本体および流通孔被覆膜９は、従来
の汚染の少ないるつぼ材料であるＰＢＮをＣＶＤ法等の
公知の薄膜形成技術でコーティングしたものである。
安定な、カーボンなどが用いられ、おもり８の材料は密
度が高く、やはり結晶の融点付近で安定なＭｏなどが用
いられる。さらに、本体および流通孔被覆膜９は、従来
の汚染の少ないるつぼ材料であるＰＢＮをＣＶＤ法等の
公知の薄膜形成技術でコーティングしたものである。
また第２図は、本発明の二重るつぼにふける内側るつぼ
の別の態様を示しており、該内側るつぼは流通孔３を有
する本体７と、単結晶材料融液界面にくるように本体側
面に取り付けられたフロータ１０と、本体７とフロータ
１０を取り付けるための接続手段、例えばねじ１１とフ
ロータ１０に接続したおもり８と、フロータ１０を覆う
フロータ被覆膜１２と、流通孔３を覆う流通孔被覆膜１
３とで構成される。ここでフロータ１０は本体７の重心
に対称に設けられ、形状、個数は任意である。本体７、
接続手段、例えばねじ１１あるいはフロータ被覆膜１２
は汚染の少ない ＰＢＮを用い、フロータ１０は、断面
積を大きくとれるように低密度のＢＮを用い、流通孔被
覆膜１３は、単結晶融液と摩擦の少ない石英を用いる。
の別の態様を示しており、該内側るつぼは流通孔３を有
する本体７と、単結晶材料融液界面にくるように本体側
面に取り付けられたフロータ１０と、本体７とフロータ
１０を取り付けるための接続手段、例えばねじ１１とフ
ロータ１０に接続したおもり８と、フロータ１０を覆う
フロータ被覆膜１２と、流通孔３を覆う流通孔被覆膜１
３とで構成される。ここでフロータ１０は本体７の重心
に対称に設けられ、形状、個数は任意である。本体７、
接続手段、例えばねじ１１あるいはフロータ被覆膜１２
は汚染の少ない ＰＢＮを用い、フロータ１０は、断面
積を大きくとれるように低密度のＢＮを用い、流通孔被
覆膜１３は、単結晶融液と摩擦の少ない石英を用いる。
おもり８は一般には融液と接触しないので、これによる
融液の汚染はあまり気にせずにすむので、コーティング
はしていなくともよい。
融液の汚染はあまり気にせずにすむので、コーティング
はしていなくともよい。
以下これらの作用を更に詳しく説明する。
ｈ月
第５図は、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）に
おいて二重るつぼ法を適用した場合の概念図である。内
側るつぼ２は、該るつぼ重量と浮力とのつり合いによっ
て、内側るつぼ内融液５の体積が一定に保たれた状態で
封止剤６と該融液５の界面部に浮いている。この場合内
側るつぼ２の受ける浮力Ｆｖは、 である。ここでρには融液の密度、ρＢは液体封止剤６
の密度、ＤＩは内側るつぼ２の外径、Ｄ２は内側るつぼ
２の内径、ｔは内側るつぼ２の底部の厚さ、ｍは内側る
つぼ内融液５の深さくメルト深さ）、およびＨは内側る
つぼ２の深さである。また、内側るつぼ２の重量（Ｗ）
は、 Ｗ ＝ （Ｄ＋’ ｔ ＋ （ＤＩ２Ｄ２’）
Ｈ）ρＢ４ ・・■ここ
でρＢは内側るつぼ材料の密度である、で表わされる。
おいて二重るつぼ法を適用した場合の概念図である。内
側るつぼ２は、該るつぼ重量と浮力とのつり合いによっ
て、内側るつぼ内融液５の体積が一定に保たれた状態で
封止剤６と該融液５の界面部に浮いている。この場合内
側るつぼ２の受ける浮力Ｆｖは、 である。ここでρには融液の密度、ρＢは液体封止剤６
の密度、ＤＩは内側るつぼ２の外径、Ｄ２は内側るつぼ
２の内径、ｔは内側るつぼ２の底部の厚さ、ｍは内側る
つぼ内融液５の深さくメルト深さ）、およびＨは内側る
つぼ２の深さである。また、内側るつぼ２の重量（Ｗ）
は、 Ｗ ＝ （Ｄ＋’ ｔ ＋ （ＤＩ２Ｄ２’）
Ｈ）ρＢ４ ・・■ここ
でρＢは内側るつぼ材料の密度である、で表わされる。
従って、内側るつぼ２が第５図に示したような位置で静
止するための条件式はＦｖ Ｗ＝０
・・■となる。
止するための条件式はＦｖ Ｗ＝０
・・■となる。
このるつぼの安定度は、メルト深さｍをある一定量変化
させた時受ける力の強さで見積もれる。
させた時受ける力の強さで見積もれる。
■、■、■式により、
ｄｍ ｄｍ
＝−（Ｄ、”−Ｄ２２）（ρ純−ρＢ）・・■
ここで、融液−封止剤界面部の内側るつぼ２の断面積を
Ｓとおくと、■式は、 となる。■式により、（ρ翼−ρＭ）はこの場合一定で
あるから内側るつぼ２の断面積Ｓが ｍ し、安定性が増すことがわかる。
Ｓとおくと、■式は、 となる。■式により、（ρ翼−ρＭ）はこの場合一定で
あるから内側るつぼ２の断面積Ｓが ｍ し、安定性が増すことがわかる。
しかしながら、従来二重るつぼ法に用いられてきたＰＢ
Ｎや石英の単一材料による内（ＩＩるつぼは、ＰＢＮや
石英の材料特性により厚く作ることが難しく、その結果
大きな断面積が得にくかった。また、単独の材料で内側
るつぼを形成する場合には、その重量Ｗおよびメルト深
さｍが変化してしまい、内側るつぼの安定状態、例えば
最適のメルト深さと十分な融液界面での断面積を維持す
ることが困難であり、本発明におけるように内側るつぼ
を複数の材料で構成することが望ましい。
Ｎや石英の単一材料による内（ＩＩるつぼは、ＰＢＮや
石英の材料特性により厚く作ることが難しく、その結果
大きな断面積が得にくかった。また、単独の材料で内側
るつぼを形成する場合には、その重量Ｗおよびメルト深
さｍが変化してしまい、内側るつぼの安定状態、例えば
最適のメルト深さと十分な融液界面での断面積を維持す
ることが困難であり、本発明におけるように内側るつぼ
を複数の材料で構成することが望ましい。
本発明では、内側るつぼ本体及び内側壁を、加工しやす
く、密度の小さいカーボン、ＢＮＳＳｉＮまたはＡｌＮ
等で厚く作ることにより、また同様な材料で作られたフ
ロータを融液界面部に取りつけることにより、該融液界
面部における内側るつぼの断面積を大きくとることがで
き、また、右もりを設けて、おもり、本体、フロータと
浮力とのつりあいを調節することにより、つりあいの式
■を満足させることができる。この調節は上記各部材の
組み合わせを適当に選ぶことによって達成される。
く、密度の小さいカーボン、ＢＮＳＳｉＮまたはＡｌＮ
等で厚く作ることにより、また同様な材料で作られたフ
ロータを融液界面部に取りつけることにより、該融液界
面部における内側るつぼの断面積を大きくとることがで
き、また、右もりを設けて、おもり、本体、フロータと
浮力とのつりあいを調節することにより、つりあいの式
■を満足させることができる。この調節は上記各部材の
組み合わせを適当に選ぶことによって達成される。
また、上記本体、フロータ、おもりなどをＰ−ＢＮ。
ＡｌＮ等の汚染の少ない物質で被覆する等の手段により
、融液の汚染を防止することができる。
、融液の汚染を防止することができる。
更に、流通孔を石英、ＰＢＮ−等の融液との摩擦の少な
い物質で被覆することにより、融液の流入がすみやかに
行われ、融液界面の安定性を保持できる。
い物質で被覆することにより、融液の流入がすみやかに
行われ、融液界面の安定性を保持できる。
このようにして、安定性のある内側るつぼを提供するこ
とにより、不純物の濃度が均一な単結晶を有利に製造す
ることができる。
とにより、不純物の濃度が均一な単結晶を有利に製造す
ることができる。
１１男
以下、実施例により本発明の二重るつぼ及び製造された
単結晶について具体的に述べる。
単結晶について具体的に述べる。
第６図は、本発明の二重るつぼを用いたＬＥＣ法による
単結晶製造装置であり、本例では不純物Ｉｎを含むＧａ
Ａｓ単結晶を作製した。第６図において、内側るつぼ２
は、第１図に示した型の内側るつぼであり、本体７はカ
ーボンであり、本体７内に埋設されたおもり８はＭＯで
あり、本体７及び流通孔３の被覆膜９はＣＶＤ法により
形成されたＰＢＮ膜であり、外径１４８ｍｍ、内径１１
０ｍｍ、深さ４０ＩＩＩＩＩＩである。
単結晶製造装置であり、本例では不純物Ｉｎを含むＧａ
Ａｓ単結晶を作製した。第６図において、内側るつぼ２
は、第１図に示した型の内側るつぼであり、本体７はカ
ーボンであり、本体７内に埋設されたおもり８はＭＯで
あり、本体７及び流通孔３の被覆膜９はＣＶＤ法により
形成されたＰＢＮ膜であり、外径１４８ｍｍ、内径１１
０ｍｍ、深さ４０ＩＩＩＩＩＩである。
外側るつぼ１はサセプタ１４を介して下軸１５により支
持された内径１５０ｍｍのＰＢＮ製るつぼを用い、外側
るつぼ１に約４ＫｇのＧａＡｓ原料と、１２ＨのＩｎと
を充填し、その上に内側るつぼ２を可動式治具１６で支
持したまま設置し、上から封止剤６（ＢｚＯａ）を８０
０ｇ充填し、Ｎ２ガスにより１５ａｔｍの圧力をかけ、
ヒータ１７により昇温し、融解後、可動式治具１６で該
内側るつぼ２を融液中に十分深く浸した後開放した。こ
れらるつぼ１および２の温度はヒータ１７の外側を覆っ
ている保温材１８によって所定の値に維持できるように
なっている。内側るつぼ２は浮力とのつりあいにより融
液深さ約２０ｍｍの位置にまで浮きあがり、そこで安定
した。次に種結晶１９を取りつけた上軸２０を下降させ
る。上軸２０には治具２１が設けてあり、そこには約４
８ＨのＩｎＡｓ２２が取りつけてあり、まずＩｎＡｓ２
２がとけ、内側るつぼ２中にｉｎが導入される。この結
果、外側るつぼ１のＩｎ濃度は０．３％、内側るつぼ２
のＩｎ濃度は３．０％となる。
持された内径１５０ｍｍのＰＢＮ製るつぼを用い、外側
るつぼ１に約４ＫｇのＧａＡｓ原料と、１２ＨのＩｎと
を充填し、その上に内側るつぼ２を可動式治具１６で支
持したまま設置し、上から封止剤６（ＢｚＯａ）を８０
０ｇ充填し、Ｎ２ガスにより１５ａｔｍの圧力をかけ、
ヒータ１７により昇温し、融解後、可動式治具１６で該
内側るつぼ２を融液中に十分深く浸した後開放した。こ
れらるつぼ１および２の温度はヒータ１７の外側を覆っ
ている保温材１８によって所定の値に維持できるように
なっている。内側るつぼ２は浮力とのつりあいにより融
液深さ約２０ｍｍの位置にまで浮きあがり、そこで安定
した。次に種結晶１９を取りつけた上軸２０を下降させ
る。上軸２０には治具２１が設けてあり、そこには約４
８ＨのＩｎＡｓ２２が取りつけてあり、まずＩｎＡｓ２
２がとけ、内側るつぼ２中にｉｎが導入される。この結
果、外側るつぼ１のＩｎ濃度は０．３％、内側るつぼ２
のＩｎ濃度は３．０％となる。
ＩｎのＧａＡｓに対する偏析係数は０．１であり、結晶
成長につれて、流通孔３から流入する外側るつぼ内融液
４により内側るつぼ内融液５の【ｎ濃度は一定に保たれ
る。
成長につれて、流通孔３から流入する外側るつぼ内融液
４により内側るつぼ内融液５の【ｎ濃度は一定に保たれ
る。
かくして得られたＧａＡｓ単結晶は、約３．０Ｋｇのフ
ロントからバックまでＩｎ濃度は０ＪＯ（±０．０１
）％であった。Ｉｎは、結晶の転位密度を下げるために
入れたものであるが、該結晶の転位密度は全体に亘り０
〜１０００／ｃａｔであった。通常のＬＥＣ法による引
き上げでは、転位密度が０ ＝１０００ ／ ｃｎｆと
なる部分は、フロント部約ＩＫｇにすぎなかった。
ロントからバックまでＩｎ濃度は０ＪＯ（±０．０１
）％であった。Ｉｎは、結晶の転位密度を下げるために
入れたものであるが、該結晶の転位密度は全体に亘り０
〜１０００／ｃａｔであった。通常のＬＥＣ法による引
き上げでは、転位密度が０ ＝１０００ ／ ｃｎｆと
なる部分は、フロント部約ＩＫｇにすぎなかった。
また、この結晶は高純度であり、電気抵抗も１０７Ω・
Ｃｌ１１以上と半絶縁性を示した。
Ｃｌ１１以上と半絶縁性を示した。
名貝ｐ工月
かくして、本発明により、単結晶材料融液界面での断面
積が大きく、安定性のある内側るつぼを持った二重るつ
ぼを提供することにより、不純物濃度の均一な高品質の
単結晶を多量に製造することが可能となった。さらに、
本発明によれば、内側るつぼ本体と該融液との浮力の釣
合いを、おもりをつけることにより調節できるため、内
側るつぼの設計が容易となった。
積が大きく、安定性のある内側るつぼを持った二重るつ
ぼを提供することにより、不純物濃度の均一な高品質の
単結晶を多量に製造することが可能となった。さらに、
本発明によれば、内側るつぼ本体と該融液との浮力の釣
合いを、おもりをつけることにより調節できるため、内
側るつぼの設計が容易となった。
第１図及び第２図は本発明の二重るつぼにおける内側る
つぼを模式的に示す断面図であり、第３図は、Ｃｌ法ふ
よび２重るつぼ法による単結晶成長方向に対する単結晶
内の不純物の濃度の分布を比較して示したグラフであり
、 第４図は、２重るつぼの概念図であり、第５図はＬＥＣ
法に２重るつぼ法を適用した場合の内側るつぼの状態を
模式的に示す断面図であり、 第６図は、実施例において用いた単結晶製造装置である
。 （主な参照番号） ｌ・・外側るつぼ、 ２・・内側るつぼ、３・・流通
孔、 ４・・外側るつぼ内融液、５・・内側るつぼ
内融液、 ６・・封止剤、７・・本体、 ８・・
おもり、
つぼを模式的に示す断面図であり、第３図は、Ｃｌ法ふ
よび２重るつぼ法による単結晶成長方向に対する単結晶
内の不純物の濃度の分布を比較して示したグラフであり
、 第４図は、２重るつぼの概念図であり、第５図はＬＥＣ
法に２重るつぼ法を適用した場合の内側るつぼの状態を
模式的に示す断面図であり、 第６図は、実施例において用いた単結晶製造装置である
。 （主な参照番号） ｌ・・外側るつぼ、 ２・・内側るつぼ、３・・流通
孔、 ４・・外側るつぼ内融液、５・・内側るつぼ
内融液、 ６・・封止剤、７・・本体、 ８・・
おもり、
Claims (13)
- （１）チョクラルスキー法で単結晶成長させると共に不
純物をドーピングするための、外側るつぼと流通孔を有
する内側るつぼとで構成される二重るつぼにおいて、 前記内側るつぼは、単結晶融液界面での断面積Ｓが、融
液密度をρ＿Ｍ、液体封止剤の密度をρ＿Ｂとした場合
に、以下の条件： Ｓ（ρ＿Ｍ−ρ＿Ｂ）＞１００ｇ／ｃｍ を満たし、かつ外側るつぼの内部断面積をＡとした場合
に、 Ｓ／Ａ＞１／１００ なる条件をも満たす大きな値を有していることを特徴と
する上記結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （２）前記内側るつぼは、流通孔を覆う被覆膜を有し、
該被覆膜の材料は、石英、ＰＢＮまたはＢＮであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の不純物均一化
用二重るつぼ。 - （３）前記内側るつぼの、単結晶融液界面での断面積の
増大は該内側るつぼ本体側壁部に厚みをあたえることに
より達成することを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （４）前記本体の材料は、カーボン、ＢＮ、ＳｉＮまた
はＡｌＮであることを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （５）前記内側るつぼは、該本体を覆う被覆膜を有し、
該被覆膜の材料は、ＰＢＮまたはＡｌＮであることを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載の不純物均一化用二
重るつぼ。 - （６）前記内側るつぼは、該本体の側面あるいは底面の
少なくとも一方に、該本体の重心に対して対称に埋設、
あるいは、取り付けられたおもりを有することを特徴と
する、特許請求の範囲第３〜５項のいずれか１項に記載
の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （７）前記おもり材料は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｂ、Ｇａ
またはＩｎであることを特徴とする特許請求の範囲第６
項記載の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （８）前記内側るつぼの、単結晶融液界面での断面積の
増大は、該内側るつぼ本体外側面に該本体の重心に対し
て対称に取り付けられたフロータによって達成されるこ
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
の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （９）前記本体の材料は、ＰＢＮ、カーボン、ＢＮ、Ｓ
ｉＮまたはＡｌＮであり、前記フロータの材料はカーボ
ン、ＢＮ、ＳｉＮまたはＡｌＮであることを特徴とする
特許請求の範囲第８項記載の結晶内不純物均一化用るつ
ぼ。 - （１０）前記本体及びフロータの材料は、カーボン、Ｂ
ＮまたはＳｉＮであることを特徴とする、特許請求の範
囲第９項記載の結晶内不純物均一化用るつぼ。 - （１１）前記内側るつぼは、該本体及び該フロータを覆
う被覆膜を有し、該被覆膜の材料は、ＰＢＮまたはＡｌ
Ｎであることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載
の不純物均一化用二重るつぼ。 - （１２）前記内側るつぼは、その本体の側面、底面ある
いはフロータの少なくとも一つに、該本体の重心に対し
て対称に埋設、あるいは、取り付けられたおもりを有す
ることを特徴とする、特許請求の範囲第８〜１０項のい
ずれか１項に記載の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。 - （１３）前記おもり材料は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｂ、Ｇ
ａまたはＩｎであることを特徴とする特許請求の範囲第
１１項記載の結晶内不純物均一化用二重るつぼ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10878885A JPS61266389A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 結晶内不純物均一化用二重るつぼ |
| CA000509522A CA1272106A (en) | 1985-05-21 | 1986-05-20 | Double crucible for single crystal growth |
| EP19860303816 EP0206514B1 (en) | 1985-05-21 | 1986-05-20 | Double crucible for single crystal growth |
| DE8686303816T DE3668194D1 (de) | 1985-05-21 | 1986-05-20 | Doppeltiegel zum ziehen von einkristallen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10878885A JPS61266389A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 結晶内不純物均一化用二重るつぼ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266389A true JPS61266389A (ja) | 1986-11-26 |
Family
ID=14493493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10878885A Pending JPS61266389A (ja) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | 結晶内不純物均一化用二重るつぼ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0206514B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61266389A (ja) |
| CA (1) | CA1272106A (ja) |
| DE (1) | DE3668194D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046198A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-10 | Nkk Corp | シリコン単結晶製造用のるつぼと、るつぼ内の仕切りの製造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5047112A (en) * | 1990-08-14 | 1991-09-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for preparing homogeneous single crystal ternary III-V alloys |
| IL128827A0 (en) * | 1999-03-04 | 2000-01-31 | Solmecs Israel Ltd | Apparatus for growing single crystals |
| KR101425498B1 (ko) * | 2009-04-24 | 2014-08-01 | 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠 | 질화 알루미늄 단결정의 제조 장치, 질화 알루미늄 단결정의 제조 방법 및 질화 알루미늄 단결정 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2944875A (en) * | 1953-07-13 | 1960-07-12 | Raytheon Co | Crystal-growing apparatus and methods |
| US3671203A (en) * | 1968-05-29 | 1972-06-20 | Hughes Aircraft Co | Method and apparatus for czochralski growth of large crystals |
| BE794122A (fr) * | 1972-01-18 | 1973-07-16 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van eenkristallijne halfgeleiderlichamen en halfgeleiderinrichtingen, in het bijzonder stralingsdetectoren die dergelijke eenkristallijne halfgeleiderlichamen |
-
1985
- 1985-05-21 JP JP10878885A patent/JPS61266389A/ja active Pending
-
1986
- 1986-05-20 EP EP19860303816 patent/EP0206514B1/en not_active Expired
- 1986-05-20 CA CA000509522A patent/CA1272106A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-20 DE DE8686303816T patent/DE3668194D1/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046198A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-10 | Nkk Corp | シリコン単結晶製造用のるつぼと、るつぼ内の仕切りの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1272106A (en) | 1990-07-31 |
| DE3668194D1 (de) | 1990-02-15 |
| EP0206514B1 (en) | 1990-01-10 |
| EP0206514A1 (en) | 1986-12-30 |
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