JPS6158884A - 単結晶の育成方法 - Google Patents

単結晶の育成方法

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JPS6158884A
JPS6158884A JP18243584A JP18243584A JPS6158884A JP S6158884 A JPS6158884 A JP S6158884A JP 18243584 A JP18243584 A JP 18243584A JP 18243584 A JP18243584 A JP 18243584A JP S6158884 A JPS6158884 A JP S6158884A
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single crystal
crucible
partition plate
growing
raw material
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Minoru Nishizawa
西沢 実
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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】 (発明の利用分野) この発明は、■−V族等の化合物半導体、とくにQaA
sの単結晶をチョクラルスキー法にて引上げる際に用い
て好適な、単結晶の育成方法に関する。
(従来技術) GaAs単結晶は、同程度の寸法精度で比較した場合、
Si単結晶より電子移動度の大きなことから、電子材料
としてその需要が増大している。このGaAs単結晶を
得る方法としては水平ブリッジマン法が良く知られてい
るが1石英ポートや石英封管からの不純物汚染の問題や
、育成された結晶の断面形状が円形とならない等の問題
があるため、最近ではこれをチョクラルスキー法で育成
することがさかんに試みられている。
このチョクラルスキー法による場合には、水平ブリッジ
マン法による場合に比して高純度の単結晶を得られるが
、結晶の完全性の点で問題があり、より転位密度の小さ
な結晶を得るべく、種々の研究開発が日夜重ねられてい
るところである。
この転位があると、この材料を用いた半導体デバイスの
電気的、光学的特性が悪くなったり、異常を示すことが
よく知られている。このような転位は、素子製作のプロ
セスで発生する場合もあるが、基板となるGaAs単結
晶中に始めから存在しているものが大多数である。この
基板中に存在する転位は、主として単結晶の製造時にお
ける熱歪によって発生するが、この熱歪は結晶内部に、
例えば炉体内を高圧の不活性ガス雰囲気とした場合に生
ずる不活性ガスの対流によって生ずる急激な温度勾配が
原因となる場合もあるが、原料融液中に生ずる熱対流に
よって、固溶界面の温度分布が不均一となることがその
大きな原因であるとされている。そこで、この熱対流を
防止するために、単結晶引上げに際して原料融液の表面
より下方位置に引上単結晶より若干大の直径を有する熱
対流防止板を浮かべる技術が開発された。この技術はと
くに原料融液中に生ずる中央より外側へ向けての熱対流
に対しては、有効性が認められるものの、外側より中央
に向けての熱対流に対しては必ずしも充分な防止効果を
得られないという欠点があった。
これに対して、引上単結晶の直径より大きく、ルツボの
内径より若干小の対流防止板を原料融液の表面より下方
位置に浮力によって浮べ、原料融液を対流防止板に設け
た細孔、或いは対流防止板の外周とルツボの内周との間
隙より原料融液を対流防止板の上方へ導く技術があるが
、fX 、t4融液に粘性がある場合には、細孔及び間
隙から上手く原料融液が浸透せず、引上げに時間を要す
る他、うっかりしていると単結晶引上げ部分に原料融液
の不足をきたすという問題もあった。
(技術的課題) したがって、この発明においては、原料融液の熱対流が
単結晶引上部分、つまり固溶界面に影響を及ぼすのを完
全に防止できる他、隔板の外周とルツボの内壁との間に
設けた間隙を介して原料融液が過不足なくスムーズに固
溶界面上へ送り込まれるようにすることを技術的課題と
する。
(技術的手段) 上記した技術的課題を達成するためにこの発明は、原料
融液から単結晶を引上げるに当り、該原料融液の表面よ
り下方の所定位置にルツボの内径より若干小の外径を有
し、かつ少なくとも外周に単数または複数の液切式を設
けた隔板を上下動自在に浮かべ、単結晶の引上げの間中
前記ルツボ、及び又は隔板を回転させつつ原料融液を前
記隔板の下面より上方へ導き、かつ前記隔板が前記原料
融液の表面から所定間隔を保つようにしたものである。
また、隔板からの汚染を防止するために、該隔板をAl
1 03 、 Si3  N4 、 BN、或いはPB
X等で構成すると共に、隔板を上下動可能に垂下させた
複数の移動棒で上から押さえ、或いは固着させるように
したものである。さらに、隔板自身の所定位IIrLを
維持させるためにルツボを上下動させるものである。
(作用) したがって、この発明は上記のごとくに構成することに
よって、原料融液中に発生する熱対流が固溶界面に影響
を及ぼすことがなく、この領域の温度変動及び温度分布
を平坦な均一なものとすることができる他、液体封止剤
を介しての熱輻射をも極力押さえることができることに
より、熱歪が生ずるのを可及的に防止することができる
他、原料融液をスムーズに隔板上面へ導くことができる
ものである。
(実施例1) 図面に依ればtJS1図において、1は例えば電気炉体
、2は軸方向に四分割された発熱体2a、2b、2c、
2dから成る加熱手段である。この加熱手段2の中心部
には1回転及び昇降自在に炉体1内へ機密に挿入された
ルツボ支持JP!53上に載置固定されえばグラファイ
ト製の外ルツボ4aと石英製の内ルツボ4bから成り、
その内部に例えばGaAsの原料融液5を収納させてい
る。このGaAsの原料融液の上面には、例えば820
3等の液体封止剤6が比重の関係で浮かべられている。
ルツボ4上部からは炉体lを機密に貫通して回転及び昇
降自在に構成された単結晶引上棒7が垂下されており、
その先端に取りつけられた桂結晶8からは、先端を液体
封止剤6を介して原料融液5中に浸漬させた単結晶が育
成されつつある。
そして、原料融液5の上面より下方の所定位置には、隔
板9が上方より炉体1をav、にπ通して挿入された、
例えば(BN)製の移動を害世1て押さえつけられるこ
とにより浮かべられている。
この隔板9は、例えばAfL203(アルミナ)、5i
aNa(窒化シリコン) 、 BN (ポロンナイトラ
イド)、或いはPBN  (パイロリティックポロンナ
イトライド)製のもので、内ルツボ4bより若干小さめ
の外径を有し、その外周より上方に向けて波形状を呈し
たに複数の凹凸部から成る液切y!9aを設けてあり、
この液切TjlFJaを設けた外周と内ルツボ4bの内
壁との間には、小さな間隙lOが設けられている。
したがって、単結晶引上げ中に隔板9より下方れ、この
隔板9より上の固溶界面領域へ影響を及ぼすことがない
、第3図はこの隔板9を用いた場を例えば1400℃と
し、発熱体2dの温度を1200℃とした場合、この隔
板9がある場合には、ない場合に比して温度勾配はルツ
ボ4内底部で約30℃高く維持でき、一方、原料融液5
の表面では逆に30°C低く維持でき、液体封止剤の上
面ではさらに約40°C低く維持できた。
そして、とくに、固溶界面の単結晶育成領域にほとんど
ない平坦な安定した温度分布を示した。
他方、隔板9の外周上方に設けた液切翼9aはルツボ4
の回転につれて隔板9下方の原料融液を外周に生じた間
隙lOより該隔板9上面へ導き、さらに若干温度の高い
原料融液を周辺より中央部の単結晶育成領域へ導く作用
を果たすので、特別な操作上の工夫を凝らさなくとも常
に過不足なく原料融液が単結晶育成領域へ補充されると
共に、原料融液が中央部へ導かれる間に若干の温度低下
をきたし、単結晶育成領域の温度分布を乱すことを極力
押さえることができることが解った。
この発明は、原料融液を収納したルツボ4の内ルツボ4
bの内壁との間に若干の間隙lOを設けて浮かべた隔板
9によって、該隔板9より下方の領域に発生する熱対流
が結晶育成中の固溶界面領域に影響を及ぼすことを皆無
とすることができるので、この固溶界面領域での温度の
変動を極めて小さく押さえることができる他、ルツボ4
上部に向けての温度勾配も従来のものに比べて大きくな
っており、これは液体封止剤6を通しての輻射熱が減少
することを意味し、この面から転位が生ずるのを可及的
に防止できるものである。
さらに、この発明は、隔板9の外周とルツボ4内壁との
間隙10を小さくしても、隔板9或いはルツボ4の回転
と該隔板9の外周に波状に設けた凹凸状の液切i9aに
よって隔板9下方の原料融液を上面へスムーズに導くこ
とができるので、隔板9に設けた細孔、或いは隔板とル
ツボ内壁との間に設けた単なる間隙より原料融液を浸透
させるものよりは、引上げに時間を要することがなく、
かつ隔板9の上面に原料融液の不足をきたす心配もない
この液切式9aは、凹部の代わりに透孔を設けても良く
、隔板の外局上面方向以外にも外周の半径方向に設けら
れても良い、また、凹凸部或いは透孔のヘリに刃を設け
るとより液切効果は増大すると共に、液切式の形状、構
造によっては、単結晶の育成を促進する原料融液の攪拌
効果が出てくるものである。
(実施例2) 第1図乃至第2図に示した装置を用いて、GaAs単結
晶を引上げた。
まず、内径が80a+/m深さ100m/raを有する
ルツボ4内へGaAs多結晶を 1.700g、その上
に 8203を300g入れ、さらにその上面に隔板9
を置いた。隔板9はBN製のものを用いた。
次いで、ルツボ4を加熱手段2内に置き、炉体1内部を
真空排気させた後、炉体lをアルゴン等の不活性ガスで
百気圧まで加圧し、発熱体2a、2b、 2C1400
℃にまで昇温させ、発熱体2dを1200°Cにまで昇
温させてGaAsを溶融させた。すると、まず、B2O
2が溶け、次いでGaAs多結晶が溶けて隔板9は比重
の関係で約11m/mの厚さとなったB2O3の下で、
かつ原料融液5上へ浮かんだ状態となった。この状態を
図示してない覗き眼鏡で見ていて溶融を確認し、次いで
、上方より移動棒を垂下させて隔板9を原料融液5中へ
埋没させ、その表面より下方の隔板9の上面と8203
の下面との間が約17m/mとなる位置にまで沈めた。
次いで、単結晶引上棒7を降下させてその先端に取りつ
けた妊結晶8をB2O3を通して原料融液5中へ浸漬さ
せ、これを約8rpmで回転させてなじませると共に、
ルツボを逆方向へ同じくarplllで回転させ、約1
5n+m/Hrの速度で(111)方向へ引き上げた。
この引上げのIMlを通じて隔板9は移動棒l【。
11.11によって下方へ移動させられ、原料融液表面
との間が常に一定間隔を保つよう維持された。
得られたGaAs単結晶は直径50+m/長さ25h/
mで、エッチビット密度も外周から10!I/I11の
部分で1.2X104icj、外周から15m/l テ
4.2 X 1038、さらには外周から20m/mで
6.7 X104EZであった。これは、水平ブリッジ
マン法で育成したものに較べても、転位等の欠陥の極め
て少ないもので、この発明方法による単結晶育成方法は
極めて優れていることが解った。
尚、上述した実施例ではGaAs単結晶引上げの場合に
つき説明したが、この発明方法は、他の化合物半導体、
例えばS!、 Ge、 GaP 、 IaP等の単結晶
引上げにも同様に実施し得ることは勿論である。
また、隔板は上方より移動棒で押さえるものと、移動棒
と隔板とを一体に固定させてしまうものとがあるが、前
者は隔板は予じめルツボ内へ収納されていることから覗
き眼鏡の取付位置によってもこれの視界の邪魔とならな
いという利点があるが、隔板がルツボ内に残って残留原
料融液と共に固まってしまうので、−製造工程毎に無駄
となるという欠点があり、後者は溶融前にはルツボ外へ
隔板を引上げておくことを要することから、覗き眼鏡の
取付位置によってはその視界が妨げられるという欠点が
あるが、引上げが終了したらこれをルツボ外へ引上げて
おくことができるので隔板を何回も使用できるという利
点がある。
また、移防棒はこれが一本であると、隔板が不安定とな
るので、複数本であることが望ましいことが解った。
(効果) この発明は単結晶引上中の熱歪の発生を極力防止できる
ので、これが原因となる転位を押さえ、より格子欠陥の
少ない単結晶を得ることができる他、ルツボ内径にほぼ
達する隔板を用いても原料融液をスムーズに隔板上面へ
導くことができ、さらに原料融液の攪拌効果も生ずるこ
とから、単結晶引上げに余分な時間を要しないという効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
g41図はこの発明を概略的に示す説明図であり、第2
図は隔板の斜視図、第3図は隔板を使用した場合と使用
しない場合の温度変動を説明するための模式図である。 1・・・電気炉体    2・・・加熱手段3・九・ル
ツボ支持棒  4φ・・ルツボ5・・Φ原料融液   
 6・・・液体封止剤7・・・単結晶引上棒  8・・
・種結晶9・・・隔板      9a・・・液切翼第
 1 図゛ 第 2 肉

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)原料融液から単結晶を引上げるに当り、該原料融
    液の表面より下方の所定位置にルツボの内径よリ若干小
    の外径を有し、かつ少なくとも外周に単数または複数の
    液切翼を設けた隔板を上下動自在に浮かべ、単結晶の引
    上げの間中前記ルツボ、及び又は隔板を回転させつつこ
    の隔板が前記原料融液の表面から所定間隔を保つよう維
    持させることを特徴とする、単結晶の育成方法。 (2)液切翼が隔板の外周の少なくとも上方へ波状に設
    けた凹凸であることを特徴とする、特許請求の範囲第1
    項記載の単結晶の育成方法。 (3)液切翼が隔板の外周上方に設けた周壁とこの周壁
    に設けられた透孔であることを特徴とする、特許請求の
    範囲第1項記載の単結晶の育成方法。 (4)液切翼が隔板の円周方向に設けた凹凸であること
    を特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育
    成方法。 (5)液切翼が隔板の少なくとも外周部分に設けられた
    透孔であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記
    載の単結晶の育成方法。 (8)液切翼が凹凸または透孔部のへりに刃をつけたも
    のであることを特徴とする、特許請求の範囲第2項乃至
    第5項記載の単結晶の育成方法。 (7)隔板がAl_2O_3、Si_3N_4、BN、
    或いはPBN製であることを特徴とする、特許請求の範
    囲第1項記載の単結晶の育成方法。 (8)隔板がルツボ上部より上下動可能に垂下された複
    数の移動棒によって押圧されつつ移動制御されることを
    特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育成
    方法。 (9)隔板がルツボ上部より上下動可能に垂下された移
    動棒に固着されていることを特徴とする、特許請求の範
    囲第1項記載の単結晶の育成方法。 (10)単結晶を引上げる間中隔板のルツボ内における
    所定位置を維持させるためにルツボを移動させることを
    特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の単結晶の育成
    方法。
JP18243584A 1984-08-31 1984-08-31 単結晶の育成方法 Granted JPS6158884A (ja)

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EP84111305A EP0173764B1 (en) 1984-08-31 1984-09-21 Single crystal growing method and apparatus
US06/675,409 US4874458A (en) 1984-08-31 1984-11-27 Single crystal growing method having improved melt control
US07/102,373 US4832922A (en) 1984-08-31 1987-09-29 Single crystal growing method and apparatus

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59182436A (ja) * 1983-03-15 1984-10-17 ミネソタ・マイニング・アンド・マニユフアクチユアリング・コンパニ− ホトサ−モグラフイツク要素

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59182436A (ja) * 1983-03-15 1984-10-17 ミネソタ・マイニング・アンド・マニユフアクチユアリング・コンパニ− ホトサ−モグラフイツク要素

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