JPS6346038B2 - - Google Patents
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- JPS6346038B2 JPS6346038B2 JP58094826A JP9482683A JPS6346038B2 JP S6346038 B2 JPS6346038 B2 JP S6346038B2 JP 58094826 A JP58094826 A JP 58094826A JP 9482683 A JP9482683 A JP 9482683A JP S6346038 B2 JPS6346038 B2 JP S6346038B2
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- crystals
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Classifications
-
- 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
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の属する技術分野]
本発明は、高品質な単結晶を歩留りよく製造す
る方法に関する。
る方法に関する。
[従来の技術とその問題点]
一般に工業用単結晶の多くは、結晶原料をるつ
ぼに入れて加熱溶融し、その融液に種結晶を接触
させ、種結晶を回転させながら引上げて単結晶を
製造する方法(CZ法、LEC法等)が用いられる。
これらの方法に用いられる結晶製造装置は、るつ
ぼの回りを同軸的円筒状に加熱体が取り囲む構造
になつている。そのためにるつぼと加熱体との相
対位置を変えることによつてるつぼ内の結晶原料
融液界面の引上げ軸方向の温度勾配を変化させる
ことができる。
ぼに入れて加熱溶融し、その融液に種結晶を接触
させ、種結晶を回転させながら引上げて単結晶を
製造する方法(CZ法、LEC法等)が用いられる。
これらの方法に用いられる結晶製造装置は、るつ
ぼの回りを同軸的円筒状に加熱体が取り囲む構造
になつている。そのためにるつぼと加熱体との相
対位置を変えることによつてるつぼ内の結晶原料
融液界面の引上げ軸方向の温度勾配を変化させる
ことができる。
一般に結晶の製造しやすさ、結晶の歩留り、結
晶の品質と、この結晶原料融液界面の温度勾配と
は密接な関係がある。すなわち温度勾配がきつい
と種づけから所望の径に達する過程、いわゆる肩
部を作成する工程での多結晶あるいは双晶の発生
が少なく肩部は作成しやすい。しかし、きつい温
度勾配は、結晶が所望の径に達し、その径で結晶
を作成する過程、いわゆる直胴部の工程に入ると
作成されている結晶の上部と、結晶と融液との界
面いわゆる固液界面との温度差が大きくなり、結
晶内部に大きな熱歪を生じさせる。この熱歪は、
作成した結晶にクラツクを生じさせる原因となり
作成結晶の歩留りを低下させる原因となる。また
作成した結晶の品質においても、熱歪にともなう
転位の発生、あるいは転位の不均一分布など結晶
の品質を大きく損う原因となる。
晶の品質と、この結晶原料融液界面の温度勾配と
は密接な関係がある。すなわち温度勾配がきつい
と種づけから所望の径に達する過程、いわゆる肩
部を作成する工程での多結晶あるいは双晶の発生
が少なく肩部は作成しやすい。しかし、きつい温
度勾配は、結晶が所望の径に達し、その径で結晶
を作成する過程、いわゆる直胴部の工程に入ると
作成されている結晶の上部と、結晶と融液との界
面いわゆる固液界面との温度差が大きくなり、結
晶内部に大きな熱歪を生じさせる。この熱歪は、
作成した結晶にクラツクを生じさせる原因となり
作成結晶の歩留りを低下させる原因となる。また
作成した結晶の品質においても、熱歪にともなう
転位の発生、あるいは転位の不均一分布など結晶
の品質を大きく損う原因となる。
逆に温度勾配をゆるくすることは結晶の歩留り
を損う原因であるが、結晶の低転位化、高品質化
には不可欠な条件である。
を損う原因であるが、結晶の低転位化、高品質化
には不可欠な条件である。
このように温度勾配と結晶の歩留り、結晶の品
質とは相反関係にあり、高品質な単結晶を歩留り
よく製造することは非常に困難であつた。
質とは相反関係にあり、高品質な単結晶を歩留り
よく製造することは非常に困難であつた。
[発明の目的]
本発明は上記の欠点に鑑み、高品質な単結晶を
歩留りよく製造する方法を提供することを目的と
する。
歩留りよく製造する方法を提供することを目的と
する。
[発明の概要]
本発明は、結晶原料及び封止剤をるつぼに充填
して加熱溶融し、その溶融された封止剤を介して
原料融液に種結晶を接触させ、その種結晶を引上
げて結晶を作成する方法(LEC法)において、
るつぼとるつぼを取り囲む加熱体との位置関係を
変え、原料融液の温度勾配を除去にゆるくして、
結晶の肩部成長を行うことを特徴とする。
して加熱溶融し、その溶融された封止剤を介して
原料融液に種結晶を接触させ、その種結晶を引上
げて結晶を作成する方法(LEC法)において、
るつぼとるつぼを取り囲む加熱体との位置関係を
変え、原料融液の温度勾配を除去にゆるくして、
結晶の肩部成長を行うことを特徴とする。
ここで、説明を簡略させる為に封止剤のない一
般的な引上げ法所謂チヨクラルスキー法(CZ法)
を基にし、本発明の概略を説明する。
般的な引上げ法所謂チヨクラルスキー法(CZ法)
を基にし、本発明の概略を説明する。
第1図はCZ法を説明するための製造装置の概
略図で、結晶原料を充填したるつぼ1を同軸円筒
状に加熱体2が取り囲んでいる。るつぼを加熱し
て結晶原料を溶融すると、その融液3の界面の温
度勾配は、加熱体の上端部と融液界面との距離H
が増大とするとともに小さくなつていく。このH
は、るつぼささえ軸4を上下させるか、あるいは
加熱体2を上下させることによつて変えることが
できる。Hと界面の引上げ軸方向の温度勾配dT/
dZとの関係を第2図に示す。すなわちHの大きい
ところでは、界面より上部にも加熱体が取り囲
み、その加熱体より供給される熱により、融液界
面から雰囲気中への熱の流出は小さくなり、その
ためにdT/dZは小さくなる。逆にHが小さいとこ
ろでは、加熱体による融液界面の上部雰囲気への
熱の流入は小さく、かつ加熱体の上端部より上部
の雰囲気ガスは、温度が低いためにガスの対流が
大きく、そのために融液界面からの熱の流出が大
きくなり、dT/dZは大きくなる。この効果を結晶
作成に利用するのが本発明の目的である。すなわ
ち、結晶原料融液に種結晶を接触させる工程、い
わゆる種づけの段階ではHを小さくし、温度勾配
をきつくする。種結晶を回転させながら引上げ、
所望の径にまで結晶を太くする過程、いわゆる肩
部作成の工程では種結晶を引上げると同時にるつ
ぼを降下、あるいは加熱体を上昇させるか、ある
いはそれらを同時に行うことによつてHを徐々に
大きくし、融液界面の温度勾配を肩部作成時点で
ゆるくする。そして所望の径に達したところで稼
動していたるつぼあるいは加熱体を止める。この
後の一定径で結晶を作成する工程、いわゆる直胴
部においては以前からの手法に従つて作成する。
略図で、結晶原料を充填したるつぼ1を同軸円筒
状に加熱体2が取り囲んでいる。るつぼを加熱し
て結晶原料を溶融すると、その融液3の界面の温
度勾配は、加熱体の上端部と融液界面との距離H
が増大とするとともに小さくなつていく。このH
は、るつぼささえ軸4を上下させるか、あるいは
加熱体2を上下させることによつて変えることが
できる。Hと界面の引上げ軸方向の温度勾配dT/
dZとの関係を第2図に示す。すなわちHの大きい
ところでは、界面より上部にも加熱体が取り囲
み、その加熱体より供給される熱により、融液界
面から雰囲気中への熱の流出は小さくなり、その
ためにdT/dZは小さくなる。逆にHが小さいとこ
ろでは、加熱体による融液界面の上部雰囲気への
熱の流入は小さく、かつ加熱体の上端部より上部
の雰囲気ガスは、温度が低いためにガスの対流が
大きく、そのために融液界面からの熱の流出が大
きくなり、dT/dZは大きくなる。この効果を結晶
作成に利用するのが本発明の目的である。すなわ
ち、結晶原料融液に種結晶を接触させる工程、い
わゆる種づけの段階ではHを小さくし、温度勾配
をきつくする。種結晶を回転させながら引上げ、
所望の径にまで結晶を太くする過程、いわゆる肩
部作成の工程では種結晶を引上げると同時にるつ
ぼを降下、あるいは加熱体を上昇させるか、ある
いはそれらを同時に行うことによつてHを徐々に
大きくし、融液界面の温度勾配を肩部作成時点で
ゆるくする。そして所望の径に達したところで稼
動していたるつぼあるいは加熱体を止める。この
後の一定径で結晶を作成する工程、いわゆる直胴
部においては以前からの手法に従つて作成する。
このように本発明は結晶を作成する工程で、る
つぼと加熱体の相対的な位置関係を変えることに
よつて高品質な単結晶を歩留りよく製造すること
である。
つぼと加熱体の相対的な位置関係を変えることに
よつて高品質な単結晶を歩留りよく製造すること
である。
[発明の効果]
本発明によつて結晶作成時の多結晶あるいは双
晶の発生が減少し、また結晶にクラツクも入らな
くなり、結晶の歩留りが著しく向上する。また結
晶内の熱歪が小さくなることにより、転位が減少
し、また引上げ軸方向の転位密度分布が均一化さ
れ、結晶の品質も向上する。
晶の発生が減少し、また結晶にクラツクも入らな
くなり、結晶の歩留りが著しく向上する。また結
晶内の熱歪が小さくなることにより、転位が減少
し、また引上げ軸方向の転位密度分布が均一化さ
れ、結晶の品質も向上する。
[発明の実施例]
本発明をLEC法によるGaP単結晶作成に適用
した例を図面を参照しながら説明する。
した例を図面を参照しながら説明する。
第3図は液体カプセル法(LEC法)による
GaP単結晶製造装置の概略図である。高圧チヤン
バ11内に結晶原料のGaPと封止剤となるB2O3
を石英るつぼ12へ充填し、るつぼささえ軸13
に装着する。このるつぼ12を同軸円状にカーボ
ンヒータ14が取り囲み、このヒータによつてる
つぼ内の原料を加熱溶融させ、結晶原料のGaP融
液15をB2O3融液16で覆つた状態にする。こ
の時、チヤンバ内は窒素ガスで約70気圧にまで加
圧されGaPの分解、飛散を防ぐ。この状態でシー
ド引上げ軸17に種結晶18に装着し、B2O3融
液を通してGaP融液に接触させそれを回転させな
がら引上げ、GaP単結晶19を得る。るつぼささ
え軸13は上下移動が可能で、これによつてるつ
ぼの位置を変えることができる。結晶原料のGaP
と封止剤のB2O3が溶融した状態でシード引上げ
軸17に熱電対をとりつけ、ヒータの最上端とる
つぼ最上端の距離HとGaP融液とB2O3融液との
界面の温度勾配dT/dZの関係を調べた。
GaP単結晶製造装置の概略図である。高圧チヤン
バ11内に結晶原料のGaPと封止剤となるB2O3
を石英るつぼ12へ充填し、るつぼささえ軸13
に装着する。このるつぼ12を同軸円状にカーボ
ンヒータ14が取り囲み、このヒータによつてる
つぼ内の原料を加熱溶融させ、結晶原料のGaP融
液15をB2O3融液16で覆つた状態にする。こ
の時、チヤンバ内は窒素ガスで約70気圧にまで加
圧されGaPの分解、飛散を防ぐ。この状態でシー
ド引上げ軸17に種結晶18に装着し、B2O3融
液を通してGaP融液に接触させそれを回転させな
がら引上げ、GaP単結晶19を得る。るつぼささ
え軸13は上下移動が可能で、これによつてるつ
ぼの位置を変えることができる。結晶原料のGaP
と封止剤のB2O3が溶融した状態でシード引上げ
軸17に熱電対をとりつけ、ヒータの最上端とる
つぼ最上端の距離HとGaP融液とB2O3融液との
界面の温度勾配dT/dZの関係を調べた。
その結果は第4図である。温度勾配dT/dZは
GaP融液とB2O3融液との界面の温度とその直下
5mmの位置の温度の差より求めた。この温度勾配
dT/dZと結晶育成初期段階の種づけから肩部育成
にかけての多結晶及び双晶の発生回数の関係を調
べた。
GaP融液とB2O3融液との界面の温度とその直下
5mmの位置の温度の差より求めた。この温度勾配
dT/dZと結晶育成初期段階の種づけから肩部育成
にかけての多結晶及び双晶の発生回数の関係を調
べた。
その結果を第6図に示す。発生率P(%)は、
P={(多結晶及び双晶の発生回数)/(引上げ回
数)}×100である。発生率PはdT/dZ=70で急激
に減少することがわかつた。また過去の報告によ
りGaP単結晶の品質を示す1つの指標である
EPDはこの温度勾配に依存することが示されて
いる(Applied Physics Letters41(1982)841)。
P={(多結晶及び双晶の発生回数)/(引上げ回
数)}×100である。発生率PはdT/dZ=70で急激
に減少することがわかつた。また過去の報告によ
りGaP単結晶の品質を示す1つの指標である
EPDはこの温度勾配に依存することが示されて
いる(Applied Physics Letters41(1982)841)。
これらのことより種づけはdT/dZ>70の領域で
行い、直胴部はdT/dZ<30の領域で行うように結
晶を引上げるとともにるつぼ位置を移動して結晶
を作成した。また内径100mmの石英るつぼにGaP
原料1KgとB2O3200gを充填し加熱溶融した。こ
の融液に<111>方向の種結晶を接触させた。そ
して種づけを行うときは、H=7の位置で行い、
肩部育成を行うときには種結晶を6mm/hで引上
げるとともにるつぼを6mm/hで下降させた。そ
して結晶の径が50mmに達した時、るつぼの下降を
停止する。ここでH=15となり、dT/dZ=25であ
る。この後直胴部の作成時には結晶引上げ速度を
12mm/hとしるつぼ位置は固定して結晶を作成し
た。これによつて従来50〜60%程度であつた歩留
りが90%にまで向上した。
行い、直胴部はdT/dZ<30の領域で行うように結
晶を引上げるとともにるつぼ位置を移動して結晶
を作成した。また内径100mmの石英るつぼにGaP
原料1KgとB2O3200gを充填し加熱溶融した。こ
の融液に<111>方向の種結晶を接触させた。そ
して種づけを行うときは、H=7の位置で行い、
肩部育成を行うときには種結晶を6mm/hで引上
げるとともにるつぼを6mm/hで下降させた。そ
して結晶の径が50mmに達した時、るつぼの下降を
停止する。ここでH=15となり、dT/dZ=25であ
る。この後直胴部の作成時には結晶引上げ速度を
12mm/hとしるつぼ位置は固定して結晶を作成し
た。これによつて従来50〜60%程度であつた歩留
りが90%にまで向上した。
この方法によつて得られた結晶をスライスして
研磨し、RCエツチング液にてエツチングして
EPDの測定を行つた。その結果EPDは結晶頭部
で4×104cm-2であり、従来非常に困難とされて
いたEPDの104cm-2台のGaP単結晶を安定して得
られるようになつた。またEPDの引上げ軸方向
の分布についても調べたところ、第6図の結果が
得られた。その第6図から明らかのようにEPD
の値は結晶頭部で4×104cm-2、40mmの位置で2.5
×104cm-2、70mmの位置で5×104cm-2と均一化さ
れていた。
研磨し、RCエツチング液にてエツチングして
EPDの測定を行つた。その結果EPDは結晶頭部
で4×104cm-2であり、従来非常に困難とされて
いたEPDの104cm-2台のGaP単結晶を安定して得
られるようになつた。またEPDの引上げ軸方向
の分布についても調べたところ、第6図の結果が
得られた。その第6図から明らかのようにEPD
の値は結晶頭部で4×104cm-2、40mmの位置で2.5
×104cm-2、70mmの位置で5×104cm-2と均一化さ
れていた。
このように本発明の方法を用いてGaP単結晶を
製造したところ、結晶の歩留りが向上し、また低
EPD化がはかられ、EPDの引上げ軸方向の分布
も均一化して、高品質な単結晶が得られることが
わかつた。
製造したところ、結晶の歩留りが向上し、また低
EPD化がはかられ、EPDの引上げ軸方向の分布
も均一化して、高品質な単結晶が得られることが
わかつた。
この実施例はLEC法によるGaP単結晶の例で
あるが、同様にLEC法によつて製造される
GaAs、InP等の結晶作成に応用した場合にはも
ちろんのこと、通常のCZ法によるSiや酸化物結
晶作成にも同様の効果が期待される。
あるが、同様にLEC法によつて製造される
GaAs、InP等の結晶作成に応用した場合にはも
ちろんのこと、通常のCZ法によるSiや酸化物結
晶作成にも同様の効果が期待される。
また、本実施例はるつぼを移動させた例である
が、加熱体を移動させたり、またるつぼと加熱体
とを同時に移動させることによつて結晶を作成し
ても同様の効果が得られる。
が、加熱体を移動させたり、またるつぼと加熱体
とを同時に移動させることによつて結晶を作成し
ても同様の効果が得られる。
第1図は本発明の概略を説明するためのCZ法
による結晶作成装置の構成図、第2図は加熱体の
上端とるつぼ融液の界面との距離Hと融液面の軸
方向の温度勾配dT/dZの模式図、第3図は本発明
の他の実施例のLEC法によるGaP単結晶の製造
装置の概略図、第4図はGaP単結晶製造時のHと
dT/dZの関係を示す図、第5図はdT/dZと多結晶
及び双晶の発生率Pとの関係を示す図、第6図は
結晶引上げ軸方向のEPDの分布を示した関係を
示す図である。 1……るつぼ、2……発熱体、3……結晶原料
融液、4……るつぼささえ軸、11……高圧チヤ
ンバ、12……石英るつぼ、13……るつぼささ
え軸、14……カーボンヒータ、15……GaP融
液、16……B2O3融液、17……シード引上げ
軸、18……種結晶、19……GaP単結晶。
による結晶作成装置の構成図、第2図は加熱体の
上端とるつぼ融液の界面との距離Hと融液面の軸
方向の温度勾配dT/dZの模式図、第3図は本発明
の他の実施例のLEC法によるGaP単結晶の製造
装置の概略図、第4図はGaP単結晶製造時のHと
dT/dZの関係を示す図、第5図はdT/dZと多結晶
及び双晶の発生率Pとの関係を示す図、第6図は
結晶引上げ軸方向のEPDの分布を示した関係を
示す図である。 1……るつぼ、2……発熱体、3……結晶原料
融液、4……るつぼささえ軸、11……高圧チヤ
ンバ、12……石英るつぼ、13……るつぼささ
え軸、14……カーボンヒータ、15……GaP融
液、16……B2O3融液、17……シード引上げ
軸、18……種結晶、19……GaP単結晶。
Claims (1)
- 1 るつぼに結晶原料及び封止剤を充填して、そ
のるつぼを同軸的に取り囲むように装着された加
熱体により、るつぼ内の結晶原料及び封止剤を加
熱溶融し、その溶融された封止剤を介して原料融
液に種結晶を接触させて、その種結晶を回転させ
ながら単結晶を引上げる方法において、前記種結
晶を原料融液に接触させた初期段階で前記原料融
液の表面と前記加熱体の上端部との距離を小さく
し、原料融液の温度勾配をきつくして引上げを開
始し、引続き前記るつぼあるいは前記加熱体を結
晶の引上げ軸方向に稼動せしめて前記るつぼ内の
原料融液の表面と前記加熱体との距離を徐々に大
きくし、原料融液の温度勾配をゆるくしながら結
晶径を太らせて結晶の肩部成長を行なうことを特
徴とする単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9482683A JPS59223291A (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9482683A JPS59223291A (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 単結晶の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59223291A JPS59223291A (ja) | 1984-12-15 |
JPS6346038B2 true JPS6346038B2 (ja) | 1988-09-13 |
Family
ID=14120853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9482683A Granted JPS59223291A (ja) | 1983-05-31 | 1983-05-31 | 単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59223291A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0699233B2 (ja) * | 1985-11-15 | 1994-12-07 | 住友電気工業株式会社 | 単結晶の製造方法 |
JPH03183689A (ja) * | 1989-12-11 | 1991-08-09 | Mitsubishi Materials Corp | 単結晶引上装置および引上方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5435898A (en) * | 1977-08-26 | 1979-03-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Growing method for rare earth element gallium garnet single crystal |
-
1983
- 1983-05-31 JP JP9482683A patent/JPS59223291A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5435898A (en) * | 1977-08-26 | 1979-03-16 | Agency Of Ind Science & Technol | Growing method for rare earth element gallium garnet single crystal |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59223291A (ja) | 1984-12-15 |
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