KR980009532A - 원통형용기내의 유체대류 억제 방법 - Google Patents

원통형용기내의 유체대류 억제 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR980009532A
KR980009532A KR1019970034036A KR19970034036A KR980009532A KR 980009532 A KR980009532 A KR 980009532A KR 1019970034036 A KR1019970034036 A KR 1019970034036A KR 19970034036 A KR19970034036 A KR 19970034036A KR 980009532 A KR980009532 A KR 980009532A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
container
vessel
crystal growth
compound semiconductor
central axis
Prior art date
Application number
KR1019970034036A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100228612B1 (ko
Inventor
신스케 후지와라
Original Assignee
구라우찌 노리타가
스미토모 텐키 고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구라우찌 노리타가, 스미토모 텐키 고교 가부시키가이샤 filed Critical 구라우찌 노리타가
Publication of KR980009532A publication Critical patent/KR980009532A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100228612B1 publication Critical patent/KR100228612B1/ko

Links

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
    • C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
    • C30B30/08—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions in conditions of zero-gravity or low gravity
    • 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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • 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
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • 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
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
    • 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
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • 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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C30B29/48—AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은, 대규모의 결정의 성장이 경제적으로 효율적일 정도의 장시간 동안 유지될 수 있는 극소중력하의 조건을 실행함으로써 원통형용기내의 유체의 대류를 억제하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 원통형용기내의 유체의 자연대류의 발생을 억제하는 방법으로 이루어져 있으며, 온도, 농도 또는 분압차이에 의한 밀도구배가 용기의 중심축을 따라서 원통형기내에 채워진 기체 또는 액체에 부가될 때, 본 발명은 용기를 수평하게 유지하며 중심축 주위에 그것을 회전시킴으로써 특징지워진다.

Description

원통형용기내의 유체대류 억제 방법
본 발명은 원통형용기내의 유체의 자연대류의 발생을 억제하는 방법과 자연대류의 발생을 억제하는 방법을 이용하여 ZnSe와 같은 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에 관한 것이다.
원통형용기내의 유체에서 밀도구배가 있을 때, 유체내에서 발생하는 자연대류를 억제하도록 극소중력에 유체를 배치하는 것이 바람직하다. 극소중력하의 주위는 유체 자체를 자유낙하하게 하며 또는 그것을 위성궤도를 이용하여 중력장 외부에 배치함으로써 실현될 수 있다.
수송제로서 요오드를 이용한 화학증기 수송법에 의하여 ZnSe, ZnS, CdS등등과 같은 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정의 성장을 포함하는 방법은 넓게 이용되었으나. 일반적으로 엠푸울내에서 자연대류가 증강되는 조건하에서 단결정을 얻는 것은 어렵다고 한다. 예를 들어, ZnSe결정의 성장의 경우에 그것의 단결정은, 예를 들어 앰푸울에서 기체압력이 작아 자연대류가 발생하기 어려운 조건하에서만 얻어질 수 있다라고 하는 "제이. 결정성장 146권(1995) 53편"에 보고된다. 게다가, 자연대류의 발생을 방지하며 앰푸울내의 원료충전영역과 결정성장영역 사이의 단결정을 얻기 위한 내부구조를 제공하는 일본 특허 출원 제4894/1993호에 제안되어 있다.
그러나, 극소중력에서 자연대류의 발생을 억제하는 상술한 방법은 적용하는 데 있어 크게 제한 받는 고가의 설비를 필요로 한다. 예를 들어, 낙하탑(falling tower)에 의한 극소중력은 예로써 약 10초 정도의 매우 짧은 시간 동안만 지속한다. 따라서 이러한 설비는 그것의 적용에 제한을 받으며, 예를 들어 결정의 성장을 위한 방법에서처럼 몇 시간에서부터 몇 일씩 필요로 하는 방법에는 적용될 수 있다.
수송제로서 요오드를 사용하는 화학증기 수송법에 의하여 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정의 성장방법에서, 예를 들어 엠푸울에서 내압은 일반적으로 높으며 예로써 수 기압이며, 자연대류가 발생하는 경향이 있다. 게다가, 자연대류가 강할 때, 성장된 결정은 다결정이 되는 경향이 있으며, 단결정의 성장이 잘 이루어지지 않는다는 것을 알아야 한다. 추가로 성장 엠푸울의 내경이 증가됨에 따라, 대류는 강해지며 따라서 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정의 결정성장이 이루어질 때조차도 대규모의 단결정을 얻기는 어렵다.
일본 특허 출원번호 제4894/1993호에 발표된 엠푸울내의 원료충전영역과 결정성장영역 사이에서 기체상태의 대류발생을 방지하기 위한 내부구조가 제공된 방법에서, 대규모의 결정을 성장시키는 결정성장영역을 확대할 필요가 있으며, 결과적으로 결정성장영역에서 새로운 기체상태의 대류가 발생하여 효과를 억제하는 충분한 대류가 유지될 수 없다.
본 발명의 목적은 대규모의 결정성장이 경제적으로 효율적인 정도의 장시간 동안 유지될 수 있는 극소중력하의 주위상황을 실현시킴으로서 원통형용기내의 유체대류를 억제하는 방법을 제공하여, 이 방법으로 상술한 문제가 해결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 용기내의 유체대류를 억제하는 방법을 이용함으로써 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법을 제공하는 것이다.
이들 목적은, 원통형용기내의 유체대류를 억제하는 방법에 의하여 달성될 수 있으며, 온도, 농도, 또는 분압차이에 의한 밀도구배가 용기의 중심축을 따라 원통형용기내에 채워진 기체 또는 액체에 부가될 때 용기를 수평하게 유지하여 중심축 주위로 그것을 회전시킴으로서 특징지워진다.
첨부된 도면은 본 발명의 원리와 장점을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 사용된 원통형용기의 단면도.
제2도는 본 발명의 실시예에 사용된 원통형용기의 단면도.
제3도는 본 발명의 방법을 실행하기 위하여 원통형용기의 수평회전구동수단과 수평노가 제공된 결정성장을 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명
1, 2：스페이서 3：분할판
4：씨드결정 5：원료다결정
6：밀봉덮개 7：앰푸울
8：회전구동메카니즘 10：수평축
11：베어링 12：고정척
13：히터 14：수평노
대규모의 결정성장이 경제적으로 효율적인 정도의 장시간 동안 유지될 수 있는 극소중력하의 주위상황을 실현시킴으로써 용기내의 유체대류를 억제하는 방법과, 상기 용기내의 유체대류를 억제하는 방법을 이용함으로써 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법을 개발하고자 발명자들은 여러 가지 노력을 하여 왔다. 결과적으로, 원통형용기를 수평하게 유지하여 그것의 중심축 주위에 유체를 회전시키는 것이 상기 목적을 위하여 효과적임을 알게 되었다. 본 발명은 이러한 발견에 기초한다. 즉, 본 발명은 이하에서 요약된 구성을 포함한다.
(1) 온도, 농도 또는 분압차이에 의한 밀도구배가 용기의 중심축을 따라 원통형용기내에 채워진 기체 또는 액체에 부가될 때, 원통형용기내의 유체의 자연대류 발생을 억제하는 방법은 용기를 수평하게 유지하여 중심축 주위에서 그것을 회전시킴으로써 특징지워진다.
(2) (1)항에서 상술한 바와 같은 대류를 억제하는 방법에서, 용기내에 고체를 마련하는 경우에 고체는 용기내에 고정되어 용기와 함께 회전된다.
(3) (1)항에서 상술한 바와 같은 대류를 억제하는 방법에서, 용기내에 고체를 마련하는 경우에 고체는 망상조직의 분할판에 의하여 분리된 용기내의 일부분에 유지되며 다른 영역은 대류억제영역이 된다.
(4) (1)항 내지 (3)항 중 어느 한 항에서 상술한 바와 같은 대류를 억제하는 방법에서, 기체를 용기에 채우는 경우에 용기는 다음 관계를 만족할 수 있는 회전 주파수 f로서 회전한다.
(1/π)(g/2L)1/2〉f〉 (gLΔρ/ρ)/(1000ν) (1)
여기서 L은 용기의 직경, g는 중력가속도, ρ는 기체밀도, Δρ는 용기의 중심축을 따른 온도분포, 농도분포 또는 분압분포 사이의 차이이며 ν는 동점성 계수이다.
(5) 수송제로써 요오드를 사용하는 화학증기 수송법에 의하여 원통형용기에서 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법은, 용기를 수평으로 유지하며 결정성장영역을 확보하도록 용기의 일단부에 고체원료를 유지하여 중심축을 따라 용기를 회전시키는 결정성장을 수행함으로써 특징지워진다.
(6) (5)항에서 상술한 바와 같은 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에서, 고체원료는 용기의 일단부에 고정되어 용기와 함께 회전된다.
(7) (5)항에서 상술한 바와 같은 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에서, 고체원료는 망상조직의 분할판을 이용하여 용기의 일단부에서 원료충전영역내에 유지되며 결정성장영역은 타단부쪽에 확보되고, 용기는 중심축 주위에서 회전되어 결정성장은 결정성장영역에서 대류발생을 억제하는 동안 이루어진다.
(8) (7)항에서 상술한 바와 같은 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에서, 분할판의 두께는 분할판에 만들어진 구멍의 직경보다 크다.
(9) (5)항 내지 (8)항 중 어느 한 항에서 상술한 바와 같이 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에서, 용기는 다음 관계를 만족할 수 있는 회전주파수 f로서 회전된다.
(1/π)(g/2L)1/2〉f〉 (gLΔρ/ρ)/(1000ν) (1)
여기서 L은 용기의 직경, g는 중력가속도, ρ는 기체밀도, Δρ는 용기의 중심축을 따른 온도분포, 농도분포 또는 분압분포 사이의 차이이며 ν는 동점성 계수이다.
일반적으로 용기내에서 유체의 자연대류의 유량은 유체에 적용된 힘의 균형에 의하여 결정되며, 이 힘은 유체의 밀도구배에 따른 중력과 평행상태에서 유체의 점성으로 인하여 용기벽에 대한 유체유동상의 반력에 의한다. 평행상태에 도달할 때까지(유량이 적고 점성에 의한 반력이 작을 때), 유체는 중력과 유체의 관성력에 의하여 결정되는 가속도를 가지며 유량은 가속된다. 그 결과 유량이 평행상태에 도달할 때 필요한 시간보다 더 빠른 주기로 중력방향이 변화되는 경우에, 그것의 주기 내에서 가속되는 유량은 최대유량이 된다. 따라서 중력방향이 변화될 때의 주기가 단축된다면, 유체의 자연대류의 유량은 감소될 수 있다.
유체에 부가된 중력방향을 변화시키는 방법에서, 유체에 부가된 중력방향은 중력방향과 다른 축주위를 유체 자체가 회전함으로써 효과적으로 변화될 수 있다. 유체를 회전시키기 위하여, 유체에 부가된 용기의 회전은 이러한 목적에 충분하다. 그러나 용기외 회전과 유체의 회전을 동시에 발생시키기 위하여, 균일속도로 용기를 회전할 필요가 있다.
여기서 유체회전은 원심력을 일으키기 때문에, 이러한 원심력의 효과를 최소화하고 회전에 의한 자연대류를 억제하는 효과를 최대화할 필요가 있다는 것을 알아야 한다. 이리하여 본 발명은 원통형용기를 수평하게 유지하여 용기의 중심주위로 그것을 회전시킴으로서 대류를 억제하여 성취된다.
자연대류의 억제작용을 상세히 설명할 것이다. 남은 원통형용기에서 대류의 회전유동이 주위에서 행해질 정도의 주기보다 더 충분히 짧은 주기로 용기가 회전될 때, 용기내의 대류는 억제된다고 고려된다. 대류의 유동속도 V는 유체의 밀도구매와 점성으로 인하여 용기벽에 대해 발생하는 반력에 기인하여, 대류의 구동력 관계로부터의 다음 수학식 2에 의하여 표현될 수 있다.
V=C 1 (gL 2Δρ/ρ)/ν (2)
C 1：상수, g：중력가속도,L：원통형용기의 직경, ρ：기체밀도, Δρ：용기의 중심축을 따른 온도구배, 농도구배 또는 분압구배에 기인한 밀도차이, ν：동점성계수.
회전유동의 길이L 2는 원통형용기의 직경L에 실제로 비례하기 때문에, 회전유동의 회전주파수f C 는 다음 수학식 3에 의하여 표현될 수 있다.
f C =C 2(gLΔρ/ρ)/ν (3)
C 2 :상수
따라서 용기내의 대류를 억제하기 위하여 필요한 용기의 회전주파수f CR 은 다음 수학식 4에 의하여 표현될 수 있으며,f CR 보다 큰 회전주파수로서 회전이 이루어질 때 용기내의 자연대류는 억제될 수 있다.
f CR 〉〉f C = C 2(gLΔρ/ρ)/ν (4)
=(gLΔρ/ρ)/Cν
C: 상수
상기 수학식 4는 다음 수학식 5를 대입하여 무차원화된다.
f CR L 2/ν=Gγ/C(5)
여기서Gγ은 그레스호프 수(Grashof number)라 불리는 무차원수를 나타내며, 다음 수학식 6으로 정의된다.
Gγ=(gL 3Δρ/ρ)/ν2(6)
상술한 수학식 4와 수학식 5에서 상수C는 증기 수송법에 의한 결정성장에 대한 실험을 반복함으로써C=1000이라는 관계로서 나타난다.
4개의 무차원수인 그레스호프수(Gγ), 프란틀 수(Pr), 쉬미트 수(Sc), 단면비(Ar)가 같다면, 일반적으로 남은 원통형용기내의 유체대류는 비슷할 것이다. 회전주파수f가 (fL 2/ν)로서 같다면, 용기가 회전할 때 상술한 4개의 무차원수에 추가하여 용기내의 유체는 유사하게 된다.
이 수학식에서 Pr=ν/κ Sc=ν/D Ar=용기의 길이/용기의 직경
수학식 4와 수학식 5는 2개의 무차원수Gγ과 (fL 2/ν)의 수학식이며, Pr, Sc와 Ar이 변화한다면 수학식 4와 수학식 5에는 상수C는 미소 변화한다고 추정된다. 그러나 유체가 기체만으로 제한된다면, 수학식 4와 수학식 5는 모든 기체에 적용된다고 고려하여, 이것은 상수가 Pr, Sc와 Ar의 미소변화에 대하여 거의 변화가 없기 때문이다.
용기의 회전이 원심력을 일으키기 때문에, 회전속도가 너무 증가한다면 용기의 회전에 의하여 대류를 억제시키겠다는 결과는 악화된다. 원심력에 의한 가속도의 최대값은 (L/2ω2)이며 여기서 ω는 회전각속도이고, 이것이 지면상에서 중력가속도 g보다 작다면 용기의 회전에 의하여 대류를 억제시키겠다는 결과를 기대될 수 있다. 그 결과 원통형용기의 회전주파수가 다음 수학식 7을 만족한다는 것은 중요하다.
f=ω/2π 〈 (1/π)(g/2L)1/2(7)
수송제로써 요오드를 사용하는 화학증기 수송법에 의한 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에서, 앰푸울(원통형용기)내의 기체(유체)는 요오드로 구성된 혼합기체이며, 여기서 요오드는 상술한 대류억제방법이 적용될 수 있는 주기율표의 Ⅱ족이며 기체는 Ⅵ족이다. 그러나 이 방법에서는 기체에 추가하여 엠푸울내에 고체로서 원료다결정, 씨드결정(seed crystal)과 성장결정이 있다. 그리하여 앰푸울의 회전속도와 함께 동시에 엠푸울내에서 기체를 회전시키도록 이들 고체를 고정할 필요가 있다.
이 경우에 씨드결정과 그 후에 성장결정의 고정은 씨드결정을 고정함으로써 이루어질 수 있으나, 원료 다결정이 결정성장 동안 점진적으로 작아지기 때문에 원료 다결정을 고정하는 특별한 수단이 필요하다.
도1에서 도시한 장치에서 원료 다결정(5)을 유지하기 위한 부분은 망사조직구조 등과 같은 분할판(3)에의하여 나누어지며 이 분할판(3)이 앰푸울(7)에 고정되며, 그것에 의하여 결정성장영역은 자유공간으로서 완전하게 이용될 수 있고 거기에 존재하는 기체는 앰푸울(7)과 같은 속도로 회전될 수 있다. 한편 원료 다결정(5)을 유지하기 위한 원료충전영역에서, 원료 다결정(3)은 고르지 않게 분포되며 어떤 경우에 기체는 항상 엠푸울과 같은 속도로 회전될 수 없다.
즉, 원료충전영역으로부터 분할판을 통하여 결정성장영역으로 확산하는 기체는 항상 앰푸울과 같은 속도로 회전하는 것은 아니다. 상술한 문제는, 분할판의 두께가 분할판에 만들어진 구멍들의 직경보다 크게 설정되어 앰푸울과 같은 속도로 회전될 때 해결될 수 있다.
도2에 도시한 바와 같이 분할판(3)은, 스페이서(1)내에 원료충전영역을 형성하도록 스페이서(1)와 스페이서(2)에 의하여 앰푸울(7)에 마련되며, 씨드결정(4)은 스페이서(2)내에 결정성장영역을 형성하도록 스페이서(2)와 밀봉덮개(6)에 의하여 마련된다.
도3에 도시한 시스템에서 상술한 앰푸울(7)은, 베어링(11)과 고정척(12)을 통하여 회전구동수단(9)과 연결되어 수평축(10)에 마련되고 수평하게 유지되어 히터(13)로서 제공된 수평노(14)에 삽입되며, 그것에 의하여 소정의 온도분포가 회전하는 앰푸울에 주어져 결정이 성장한다. 도면 번호 8은 회전구동수단(9), 수평축(10), 베어링(11)과 고정척(12)을 포함하는 회전구동메카니즘을 지적한다.
이하 제한없이 실시예로써 상세히 본 발명을 설명할 것이다.
ZnSe 단결정은, 외부관으로서 내경 36㎜, 길이 400㎜를 갖는 한쪽이 밀봉된 석영관과, 스페이서(1)로서 내경 30㎜, 외경 34㎜, 길이 20㎜를 갖는 석영관과, 분할판으로서 직경 35㎜, 두께 5㎜ 그리고 그 안에 만들어진 각각 3㎜의 직겅을 갖는 30개의 구멍을 갖는 석영판과, 스페이서(2)로서 내경 30㎜, 외경 34㎜, 길이 40㎜을 갖는 석영관을 포함하는, 도2에서 도시한 앰푸울을 사용하여 성장된다. ZnSe 다결정(두께 20㎜, 직경 29㎜, CVD방법으로 합성됨)은 스페이서(1)와 분할판에 의하여 형성된 원료 영역에 마련되며, 씨드결정(ZnSe 단결정, 두께 1㎜, 직경 35㎜)은 스페이서(2)와 밀봉마개 사이에 마련된다. 요오드(앰푸울 내부 체적에서 1mg/cm-3)는 이 시스템에서 추가로 채워지며, 외부관의 안쪽을 비운 이후에 밀봉마개의 일부분은 앰푸울을 준비시키기 위하여 용접된다. 분할판과 스페이서(2)는 앰푸울에 용접된다. 씨드결정은 스페이서(2)와 밀봉마개에 의하여 눌려 앰푸울에 고정된다.
7개의 앰푸울들이 이러한 방식으로 준비되어 앰푸울(시험번호들 1부터 7까지)의 회전주파수를 변화시키는 동안 결정의 성장을 겪게 하고 앰푸울들의 각각이 결정성장노로서 사용된 수평노를 3개의 영역에서 수평하게 준비시키며, 성장노의 각 영역 온도는 원료 측의 온도를 900℃와 씨드결정 측의 온도를 850℃로 조절하기 위하여 제어된다.
이러한 조건하에서 앰푸울의 회전주파수는, Gγ=2.2×104, g=980cm/s2, L=3cm, Δσ=8.41×10-5g/㎤, ρ=1.93×10-3g/㎤, ν=2.3×10-1㎠/s와 0내지 78범위 내의 (fL 2/ν)과 같은 방식으로 결정성장실험 각각에서 결정된다. 상술한 회전주파수에 일치하는 f의 최대값이 2Hz이고 (1/π)(g/L)1/2=(1/π)(980/3)1/2=4.1보다 작기 때문에,f〈 (1/π)(g/2)1/2은 분명하다. 표1에서 성장조건과 성장결과(성장율과 결정성)를 나타낸다.
Gγ/(fL 2/ν)〈1000인 영역에서, 성장률은 앰푸울이 회전하지 않는 시험번호1에서의 성장과 비교하여 감소되며, 이것은 기체대류가 앰푸울의 회전에 의하여 억제됨을 알려준다. 추가로 이 영역에서 성장한 결정은 거칠지 않은 매끈한 면이며 내부에 기공을 포함하지 않는다. 이러한 결과로부터 Gγ(fL 2/ν) 〈 1000의 관계를 만족할 수 있는 앰푸울의 회전은 대류를 억제하며 결정성장에 효과적이다.
본 발명에 따라서, 원통형용기내의 유체의 자연대류의 발생을 억제하는 것은 경제적인 방식을 행하여 질 수 있으며 상술한 구성물을 도입하여 장시간 동안 유지될 수 있다.
수송제로서 요오드를 사용하는 화학증기 수송법에 의한 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에서, 기체상태의 자연대류의 발생은 효과적으로 억제되어 대규모의 결정을 성장될 수 있다.

Claims (9)

  1. 온도, 농도 또는 분압차이에 의한 밀도구배가 용기의 중심축을 따라 원통형 용기내에 채워진 기체 또는 액체에 부가될 때, 원통형용기내의 유체의 자연대류 발생 억제방법에 있어서, 용기를 수평하게 유지하여 중심축 주위로 용기를 회전시키는 것을 특징으로 하는 자연대류 발생 억제방법.
  2. 제1항에 있어서, 용기내에 고체를 마련하는 경우에, 고체는 용기내에 고정되어 용기와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 자연대류 발생 억제방법.
  3. 제1항에 있어서, 용기내에 고체를 마련하는 경우에, 고체는 망상조직의 분할판에 의하여 분리된 용기내의 일영역에 유지되며 다른 영역은 대류억제영역인 것을 특징으로 하는 자연대류 발생 억제방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기체를 용기에 채우는 용기는 다음 수학식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 자연대류 발생 억제방법.
    (1/π)(g/2L)1/2〉f〉 (gLΔρ/ρ)/(1000ν)
    여기서 L은 용기의 직경, g는 중력가속도, ρ는 기체밀도, Δρ는 용기의 중심축을 따른 온도분포, 농도분포 또는 분압분포에 의한 기체의 최소밀도와 최대밀도사이의 차이이며 ν는 동점성 계수인 수학식 1을 만족할 수 있는 회전주파수 f로서 회전하는 것.
  5. 수송제로써 요오드를 사용하는 화학증기 수송법에 의하여 원통형용기에서 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정을 성장시키는 방법에 있어서, 용기를 수평으로 유지하며, 결정성장영역을 확보하도록 용기의 일단부에 고체원료을 유지하여 중심축을 따라 용기를 회전시킴으로서 결정성장을 수행하는 것을 특징으로 하는 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정성장방법.
  6. 제5항에 있어서, 고체원료를 용기의 일단부에 고정하여 용기와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정성장방법.
  7. 제5항에 있어서, 고체원료는 망상조직의 분할판을 이용하여 용기의 일단부에서 원료충전영역내에 유지되며 결정성장영역은 타단부쪽에 확보되고, 용기는 중심축 주위에서 회전되고, 결정성장은 결정성장영역에서 대류발생을 억제하는 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정 성장방법.
  8. 제7항에 있어서, 분할판의 두께는 분할판에 만들어진 구멍의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정성장방법.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 용기는 다음 수학식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 주기율표의 Ⅱ족 내지 Ⅵ족의 화합물 반도체 결정성장방법.
    (1/π)(g/2L)1/2〉f〉 (gLΔρ/ρ)/(1000ν)
    여기서 L은 용기의 직경, g는 중력가속도, ρ는 기체밀도, Δρ는 용기의 중심축을 따른 온도분포, 농도분포 또는 분압분포에 의한 기체의 최소밀도와 최대밀도 사이의 차이이며 ν는 동점성 계수인 수학식1을 만족할 수 있는 회전주파수 f로서 회전하는 것.
    ※참고사항:최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
KR1019970034036A 1996-07-15 1997-07-14 원통형용기내의 유체대류 억제 방법 KR100228612B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP96-184827 1996-07-15
JP96-184B27 1996-07-15
JP18482796 1996-07-15
JP09141749A JP3129236B2 (ja) 1996-07-15 1997-05-30 円筒形容器内流体の対流抑制方法
JP97-141749 1997-05-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR980009532A true KR980009532A (ko) 1998-04-30
KR100228612B1 KR100228612B1 (ko) 1999-11-01

Family

ID=26473921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970034036A KR100228612B1 (ko) 1996-07-15 1997-07-14 원통형용기내의 유체대류 억제 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6464781B2 (ko)
EP (1) EP0819785B1 (ko)
JP (1) JP3129236B2 (ko)
KR (1) KR100228612B1 (ko)
CA (1) CA2210033C (ko)
DE (1) DE69717018T2 (ko)
TW (1) TW490511B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2411569B1 (en) 2009-03-26 2021-09-22 II-VI Incorporated Sic single crystal sublimation growth method and apparatus
WO2018044237A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Nanyang Technological University Chalcogenide film, device including, and method of forming the same
CN114059157B (zh) * 2020-07-31 2022-12-13 清华大学 过渡金属硫属化合物晶体的制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2537731B1 (fr) 1982-12-10 1986-01-17 Thomson Csf Procede de fabrication d'une fibre conservant la polarisation circulaire et dispositif mettant en oeuvre ce procede
US4649859A (en) * 1985-02-19 1987-03-17 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Reactor design for uniform chemical vapor deposition-grown films without substrate rotation
FR2587731B1 (fr) * 1985-09-23 1988-01-08 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif de depot chimique de couches minces uniformes sur de nombreux substrats plans a partir d'une phase gazeuse
JPS6345198A (ja) * 1986-04-23 1988-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 多元系結晶の製造方法
JPS63185885A (ja) * 1987-01-29 1988-08-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 横型結晶成長装置
JPH0633218B2 (ja) * 1987-12-08 1994-05-02 日本鋼管株式会社 シリコン単結晶の製造装置
CA2016970A1 (en) * 1990-05-16 1991-11-16 Prasad N. Gadgil Inverted diffusion stagnation point flow reactor for vapor deposition of thin films
JPH04202082A (ja) * 1990-11-30 1992-07-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ブリッジマン結晶成長方法
US5363796A (en) * 1991-02-20 1994-11-15 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Apparatus and method of growing single crystal
JP3231050B2 (ja) * 1991-06-24 2001-11-19 シャープ株式会社 化合物半導体の結晶成長法

Also Published As

Publication number Publication date
US20010054375A1 (en) 2001-12-27
EP0819785A1 (en) 1998-01-21
CA2210033A1 (en) 1998-01-15
KR100228612B1 (ko) 1999-11-01
JP3129236B2 (ja) 2001-01-29
EP0819785B1 (en) 2002-11-13
DE69717018D1 (de) 2002-12-19
TW490511B (en) 2002-06-11
CA2210033C (en) 2001-05-01
DE69717018T2 (de) 2003-07-31
JPH1081584A (ja) 1998-03-31
US6464781B2 (en) 2002-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0494312B1 (en) Method and apparatus for making single crystal
KR980009532A (ko) 원통형용기내의 유체대류 억제 방법
US3915661A (en) Process and apparatus for growth of crystals
JPH03247585A (ja) 結晶成長方法
EP0553677B1 (en) Monocrystal growing method
US3713883A (en) Method of and apparatus for growing crystals from a solution
JP2967778B1 (ja) 結晶の成長方法
JP3125681B2 (ja) ＺｎＳｅ単結晶の成長方法
US4704258A (en) Method and apparatus for growth of single crystal material in space
JPH11310494A (ja) 流体成分の拡散方法及び単結晶の成長方法
JPS5899195A (ja) 半導体用高解離圧化合物単結晶の製造装置
JP2888089B2 (ja) シリコン単結晶引上げ装置
Szurgot et al. On the growth morphology of K2Cr2O7 (KBC) crystals
JPH08151299A (ja) 化合物半導体の合成方法と単結晶成長方法及び化合物半導体の合成装置と単結晶成長装置
JPH01183499A (ja) 高純度ＺｎＳｅ単結晶の作成方法及び装置
JPH0252537B2 (ko)
JPS6036397A (ja) 化合物単結晶育成装置
JPS6330396A (ja) 結晶成長方法
JP3750172B2 (ja) 単結晶引上方法
JP2616537B2 (ja) シリコン単結晶の育成方法
RODOT Bridgman technique in space: Positioning problems in the case of volatile components
GB862600A (en) Improvements in or relating to the preparation of single crystals from the vapour phase
JPH01108195A (ja) 化合物結晶の引上装置
Tříska et al. Annealing of Hg2Cl2 crystals—Project of the experiment
JPS57123887A (en) Preparation of single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070808

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee