WO2005121416A1 - 結晶製造方法および装置 - Google Patents

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WO2005121416A1
WO2005121416A1 PCT/JP2005/010719 JP2005010719W WO2005121416A1 WO 2005121416 A1 WO2005121416 A1 WO 2005121416A1 JP 2005010719 W JP2005010719 W JP 2005010719W WO 2005121416 A1 WO2005121416 A1 WO 2005121416A1
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crucible
temperature
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Masahiro Sasaura
Hiroki Kohda
Kazuo Fujiura
Takashi Kobayashi
Tadayuki Imai
Takashi Kurihara
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Nippon Telegraph And Telephone Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a crystal, and more particularly to a method and an apparatus for producing a large-sized and high-quality crystal by a vertical Bridgman method, a vertical temperature gradient solidification method, or the like.
  • a method for producing a crystal there is known a method in which a seed crystal is brought into contact with a surface of a raw material that has been liquefied in advance, and the temperature of the raw material that has been liquefied is lowered to grow the crystal using the seed crystal as a nucleus.
  • Such a method includes a “TSSG (Top-Seed-Solution-Growth) method” for growing a crystal with a solution force (see, for example, Patent Document 1) and a “pulling method” for growing a crystal from a melt (eg, And Patent Document 2).
  • the first problem is that the growth rate during growth changes for each part of the crystal, and as a result, the crystal quality of the crystal fluctuates.
  • a vertical Bridgman method for example, see Patent Document 3
  • a vertical temperature gradient solidification method for example, see Patent Document 4
  • the vertical Bridgman method places a crucible vertically and gives a temperature gradient.
  • the output of the heater is adjusted so that the lower part of the crucible is a low-temperature region lower than the crystallization temperature and the upper part of the crucible is a high-temperature region higher than the crystallization temperature.
  • the heater output kept constant, the crucible is moved to a low-temperature region and cooled to grow crystals.
  • the vertical temperature gradient solidification method fixes the crucible vertically.
  • the output of the heater is adjusted so that the lower portion is a low-temperature region lower than the crystallization temperature and the upper portion is a high-temperature region higher than the crystallization temperature. While maintaining this temperature gradient, the output of the heater is changed and the crystal is grown by cooling from below the crucible.
  • the raw material is filled in the crucible 1 and heated and liquefied to obtain a liquid raw material 2.
  • the crystal production furnace has a temperature distribution 5 in which a region below the crucible 1 is a low-temperature region lower than the crystallization temperature and a region above the crucible 1 is a high-temperature region higher than the crystallization temperature.
  • the liquid raw material 2 is cooled by moving the crucible 1 at a constant speed to a low-temperature region, that is, a lower portion, while keeping the output of the heater constant.
  • the crystal 3 that has reached the crystallization temperature grows with the seed crystal 4 as a nucleus.
  • the raw material is filled in the crucible 1 and liquefied by heating to form a liquid raw material 2.
  • the crystal production furnace has a temperature distribution 5 in which a region below the crucible 1 is a low-temperature region lower than the crystallization temperature and a region above the crucible 1 is a high-temperature region higher than the crystallization temperature. With the furnace position of the crucible 1 fixed, the temperature of the crucible 1 is lowered at a constant speed by changing the output of the heater while maintaining the temperature gradient as shown in the figure. By changing the temperature distribution, the crystal 3 which has reached the crystallization temperature grows with the seed crystal 4 as a nucleus.
  • FIG. 3 shows a phase diagram of a solid solution crystal of ABC power.
  • the three components A, B, and C may be composed of a plurality of components.
  • Solid solution crystals ABC generally have a liquidus line 6 and a solidus line 7 is off.
  • a crystal having the composition at the point b of the solidus line 7 grows. Since more component B is incorporated into the solid phase, component B in the liquid phase is reduced. Therefore, in proportion to the progress of crystal growth, the composition of the liquid phase changes from the a-point force to the composition at point c along the liquidus line 6, and the composition of the grown crystal also changes at the d point along the solidus line 7. Changes in composition.
  • the produced crystal gradually changes to the composition at the point d at the composition force at the point b over the length direction.
  • this method has a third problem that the additional supply of the replenishment raw material 9 causes a deterioration in crystal quality and a decrease in yield due to frequent occurrence of polycrystallization.
  • the processing temperature higher than the crystallization temperature to 20% or more by the processing temperature (hereinafter referred to as the soaking temperature) with a high LOO degree. It is necessary to perform a soaking process to decompose and grow crystals. If crystals are grown without soaking treatment, the crystal quality will deteriorate and polycrystallization will occur.
  • the replenishment material cannot be supplied in a state where the soaking process has been performed, and the third problem described above has occurred.
  • replenishment raw material 9 is supplied as a liquid near the powder or crystallization temperature, the temperature of the liquid raw material 2 is changed, and the crystal growth rate is changed. There was also a fourth problem that the crystal quality fluctuated depending on the crystal position due to the fluctuation of the growth rate.
  • Patent Document 1 US Pat. No. 5,858,898
  • Patent Document 2 US Pat. No. 5,290,395
  • Patent Document 3 US Pat. No. 5,342,475
  • Patent Document 4 U.S. Pat.No. 4,404,172
  • Patent Document 5 US Pat. No. 5,787,784
  • Patent Document 6 US Pat. No. 6,733,330
  • An object of the present invention is to provide a crystal manufacturing method and apparatus capable of maintaining crystal quality and making a crystal composition uniform from an early growth stage to a late growth stage.
  • the present invention heats and liquefies a raw material in a crucible held in a furnace, and gradually cools the raw material upward from below the crucible to grow the crystal.
  • the temperature distribution in the vertical direction in the furnace holding the crucible includes a low-temperature region below the crystallization temperature below and a high-temperature region above the crystallization temperature above it.
  • the heater is adjusted so that the replenishing raw material supplied from the raw material supply device installed above the crucible is heated to the same temperature as the high temperature region and supplied to the crucible.
  • the replenishment raw material corresponding to the amount of the crystal grown is supplied at the same temperature as the liquid raw material obtained by liquefying the initial filling raw material. Crystal can be grown.
  • the replenishment raw material becomes a liquid raw material that is sufficiently high and decomposed at the temperature. Can be additionally supplied.
  • a crystal production apparatus that is powerful in the present invention is a raw material supply device that supplies a supplementary material, and a crucible that is installed above the crucible and liquefies the supplementary material supplied from the material supply device to serve as a liquid material. And a reflecting plate for dropping the reflecting plate.
  • the replenishment raw material for crystal growth can be liquefied by the reflector provided above the crucible, and can be dropped into the crucible as a liquid raw material.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional method for producing a crystal by a vertical Bridgman method.
  • FIG. 2 is a diagram showing a conventional method for producing a crystal by a vertical temperature gradient solidification method.
  • FIG. 3 is a phase diagram of a solid solution crystal composed of AB x Cix ,
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method for suppressing a change in composition by additionally supplying a raw material during crystal growth.
  • FIG. 5 is a view showing a configuration of a crystal production apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a configuration of a crystal production apparatus provided with a plurality of raw material supply devices.
  • FIG. 7 is a view showing a configuration of a crystal crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration of a crystal crystal manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a top view showing a funnel-type reflecting plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a side view showing a funnel-type reflecting plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9C is a top view showing another form of the funnel reflection.
  • FIG. 9D is a top view showing another form of the funnel reflection.
  • FIG. 9E is a top view showing another form of the funnel reflection.
  • FIG. 10A is a top view showing a trumpet-type reflecting plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B is a side view showing a trumpet-type reflecting plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10C is a top view showing another embodiment of the trumpet-type reflector.
  • FIG. 10D is a top view showing another embodiment of the trumpet-type reflector.
  • FIG. 10E is a top view showing another form of the trumpet-type reflector.
  • FIG. 5 shows a crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the case of producing large KTa Nb ⁇ (0 ⁇ 1) crystal by the vertical Bridgman method is shown.
  • the crystal manufacturing apparatus liquefies the replenishing raw material 19 supplied from the raw material supply device 18, performs a soaking process, and then places a funnel-shaped reflector 20 that is dropped into the crucible 11 as a liquid raw material 21 above the crucible 11.
  • Example 1 the crystallization temperature was 1180 ° C., the soaking temperature was 1280 ° C., and the temperature was maintained for 10 hours.
  • the crucible 11 is slowly lowered at a speed of 2 mmZ days, and the replenishment material 19 is dropped from the material supply device 18 onto the heated funnel-type reflector 20.
  • the funnel-type reflector 20 is made of, for example, platinum. Since the funnel-type reflector 20 is heated by the radiant heat from the crucible 11 and the heat convection in the furnace, the replenishment raw material 19 is converted into a liquid without requiring a heating mechanism for heating the funnel-type reflector 20. I can do it.
  • the vertical position of the funnel-type reflector 20 is adjusted so that the surface temperature thereof becomes a soaking temperature of 1280 degrees.
  • the funnel-type reflection plate 20 may be provided with a heating mechanism such as a heater, for example, so that the temperature of the liquid raw material 21 matches the temperature of the upper portion of the crucible 11 described above.
  • the position of the funnel-type reflection plate 20 may be moved in conjunction with the crucible 11 if it is installed above the crucible 11, or may be used to adjust the supply temperature of the liquid raw material 21. Alternatively, it may be made to move independently of the crucible 11. It is desirable that the surface area of the funnel-type reflector 20 be sufficiently large so as to be heated to the soaking temperature by radiant heat from the crucible 11 and heat convection in the furnace. Also, it is desirable that sufficient heat capacity is provided so that temperature fluctuations are reduced even if the replenishment material 19 falls.
  • the supply amount of the raw material is made to match the amount consumed by the crystal growth. 2 inches used In the diameter crucible, the 2 mm thick crystal in the constant diameter part weighs 13 g, so the supply rate of the replenishment material 19 is 13 gZ days. This supply rate is converted into minutes, and the supply material 19 is supplied at a rate of 9 mgZ.
  • the arrangement of the raw material supply device 18 is shifted relative to the funnel-type reflector 20 so that the supply material 19 falls on the inner surface of the funnel-type reflector 20. As a result, the replenishment raw material 19 drips while falling on the inner surface of the funnel type reflection plate 20.
  • the angle of the inclined surface of the funnel-type reflecting plate 20 was adjusted such that the liquid-reacted raw material stayed on the inclined surface for one hour.
  • the replenishing raw material 19 becomes a soaked liquid raw material 21 while falling on the inner surface of the funnel-type reflector 20, and is supplied stably into the crucible 11 through the funnel-type reflector 20.
  • the raw material corresponding to the amount of the crystal grown is subjected to the soaking process, and is supplied as the liquid raw material 21 having the same temperature as the liquid raw material 12 obtained by liquefying the initial filling raw material.
  • the temperature and composition of 2 can always be kept constant. Further, since the replenished liquid raw material 21 has been soaked and sufficiently decomposed, it is possible to stably grow a highly uniform growth crystal 13 having no composition change.
  • FIG. 6 shows a configuration of a crystal manufacturing apparatus provided with a plurality of raw material supply apparatuses.
  • FIG. 7 shows a crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the case of producing a long KTa Nb ⁇ (0 ⁇ 1) crystal by the vertical Bridgman method is shown.
  • the crystal manufacturing apparatus liquefies the replenishing raw material 19 supplied from the raw material supply device 18, performs a soaking process, and then places a funnel-shaped reflector 20 that is dropped into the crucible 11 as a liquid raw material 21 above the crucible 11. Provided.
  • the temperature at the lower part of the crucible 11 is lower than the crystallization temperature determined by the raw material composition, and the temperature at the upper part of the crucible 11 is a soaking temperature higher than the crystallization temperature. At this time, it goes without saying that the seed crystal 14 is not melted.
  • the crystallization temperature was 1180 ° C.
  • the soaking temperature was 1280 ° C.
  • the temperature was maintained for 10 hours.
  • the crucible 11 is slowly lowered at the speed of ImmZ days, and the replenishing material 19 is dropped from the material supply device 18 to the heated funnel-type reflector 20.
  • the funnel-type reflector 20 is made of, for example, platinum. Since the funnel-type reflector 20 is heated by the radiant heat from the crucible 11 and the heat convection in the furnace, the replenishment raw material 19 is converted into a liquid without requiring a heating mechanism for heating the funnel-type reflector 20. I can do it.
  • the vertical position of the funnel-type reflector 20 is adjusted so that the surface temperature thereof becomes a soaking temperature of 1280 degrees.
  • the supply amount of the raw material is made to match the amount consumed by the crystal growth.
  • the crystal with lmm thickness in the constant diameter part weighs 7 g, so the supply speed of replenishment material 19 is 7 gZ days. This supply rate is converted into minutes, and the supply material 19 is supplied at a rate of 5 mgZ.
  • the arrangement of the raw material supply device 18 is such that the replenishment raw material 19 is It is shifted relative to the funnel-type reflector 20 so that it falls on the inner surface. Thereby, the replenishment raw material 19 is liquefied while falling on the inner surface of the funnel-type reflector 20.
  • the angle of the inclined surface of the funnel type reflection plate 20 was adjusted such that the liquid-reacted raw material stayed on the inclined surface for one hour.
  • the replenishing raw material 19 becomes a soaked liquid raw material 21 while falling on the inner surface of the funnel-shaped reflector 20, and is supplied stably into the crucible 11 through the funnel-shaped reflector 20.
  • the distance between the crucible 11 and the funnel-shaped reflector 20 increases as the crystal grows. For this reason, the liquid raw material 21 that has been liquid-dried has a higher falling speed due to gravity and scatters in a milk crown shape. Therefore, the distance between the crucible 11 and the funnel-type reflector 20 is kept constant by lowering the funnel-type reflector 20 at the same speed as the crucible 11. By keeping the distance constant, scattering of the solution composition 12 can be suppressed.
  • the raw material corresponding to the amount of the crystal grown is subjected to the soaking process, and is supplied as the liquid raw material 21 having the same temperature as the liquid raw material 12 obtained by liquefying the initial filling raw material.
  • the temperature and composition of 2 can always be kept constant.
  • the liquid raw material 21 since the liquid raw material 21 has been soaked and sufficiently decomposed, it is possible to stably grow the highly uniform grown crystal 13 having no composition change.
  • FIG. 8 shows a crystal manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the case of fabricating a KTa Nb ⁇ (0 ⁇ 1) crystal by the vertical Bridgman method is shown.
  • the crystal manufacturing apparatus performs a soaking process on the replenishing raw material 19 supplied from the raw material supply device 18, performs a soaking process on the replenishing raw material 19, and then drops a trumpet-type reflector 22 which is dropped into the crucible 11 as a liquid raw material 21, above the crucible 11. Is provided.
  • the temperature of the lower part of the crucible 11 is lower than the crystallization temperature determined by the raw material composition.
  • the temperature above the low crucible 11 is a soaking temperature higher than the crystallization temperature. At this time, it goes without saying that the seed crystal 14 is not melted.
  • the crystallization temperature was 1180 ° C.
  • the soaking temperature was 1230 ° C.
  • the temperature was maintained for 20 hours.
  • the crucible 11 is slowly lowered at a speed of 2 mmZ days, and the replenishment material 19 is dropped from the material supply device 18 onto the heated flared reflector 22.
  • the trumpet-type reflector 22 is made of, for example, platinum. Since the flapper-type reflector 22 is heated by the radiant heat from the crucible 11 and the heat convection in the furnace, the replenishment raw material 19 can be converted without using a heating mechanism for heating the flapper-type reflector 22. I can do it.
  • the position of the flapper-type reflector 22 in the vertical direction is adjusted so that the surface temperature thereof becomes a soaking temperature of 1230 degrees.
  • the wrapper-type reflection plate 22 may be provided with a heating mechanism such as a heater, for example, so that the temperature of the liquid raw material 21 matches the temperature of the upper portion of the crucible 11 described above.
  • the position of the trumpet-type reflector 22 may be moved in conjunction with the crucible 11 if it is installed above the crucible 11, or may be used to adjust the supply temperature of the liquid raw material 21. Alternatively, it may be made to move independently of the crucible 11. It is desirable that the surface area of the flapper-type reflector 22 be sufficiently large so as to be heated to the soaking temperature by radiant heat from the crucible 11 and heat convection in the furnace. Also, it is desirable that sufficient heat capacity is provided so that temperature fluctuations are reduced even if the replenishment material 19 falls.
  • the supply amount of the raw material is made to match the amount consumed by the crystal growth.
  • the 2 mm thick crystal in the fixed diameter part weighs 55 g, so the supply rate of replenishment material 19 is 55 gZ days. This feed rate is converted into minutes and feedstock 19 is supplied at a rate of 38 mgZ.
  • the arrangement of the raw material supply device 18 is such that the raw material supply device 18 can be positioned directly above the trumpet-type reflector 22 or the replenishment material 19 can be dropped on the inclined surface of the trumpet-type reflector 22. May be relatively shifted. If it is directly above, It is preferable that the tip of the P-type reflection plate 22 has a triangular pyramid shape.
  • the replenishment raw material 19 is liquefied while falling on the inclined surface of the trumpet-type reflector 22.
  • the angle of the inclined surface of the trumpet-type reflector 22 was adjusted such that the raw material after the liquid stayed on the inclined surface for one hour.
  • the replenishing raw material 19 becomes a soaked liquid raw material 21 while falling on the inclined surface of the trumpet-type reflector 22, and is stably supplied into the crucible 11 through the trumpet-type reflector 22.
  • the raw material corresponding to the amount of the crystal grown is subjected to the soaking process, and is supplied as the liquid raw material 21 having the same temperature as the liquid raw material 12 obtained by liquefying the initial filling raw material.
  • the temperature and composition of 2 can always be kept constant.
  • the liquid raw material 21 since the liquid raw material 21 has been soaked and sufficiently decomposed, it is possible to stably grow the highly uniform grown crystal 13 having no composition change.
  • FIGS. 9A to 9E show a funnel-type reflecting plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A shows a top view
  • FIG. 9B shows a side view of a funnel-type reflector 20 applicable to the crystal manufacturing apparatus shown in FIGS. 5-7.
  • the funnel-type reflection plate 20 has a funnel shape that narrows downward from above and has a drop port 31 at the bottom for dropping the liquid raw material 21 into the crucible 11.
  • a spiral groove 32 and a radial groove 33 may be formed inside the funnel.
  • the powdery replenishing raw material 19 dropped from the raw material supply device 18 drips on the funnel-shaped reflecting plate 20, flows through the grooves 32, 33, and flows from the falling port 31 to the crucible 11. Fall.
  • the cross-sectional shapes of the grooves 32 and 33 are basically triangular, square, and semi-circular, and an optimum shape is selected based on the viscosity of the liquefied replenishment material 19.
  • the time during which the replenishment raw material 19 stays on the funnel-type reflector 20 after it is liquefied can be adjusted.
  • it is a semicircle having a width of 5 mm and a depth of 3 mm. This makes it possible to supply The liquid 19 can be stably liquid and supplied to the crucible 11 as a liquid raw material 21.
  • FIG. 10A to FIG. 10E show a trumpet-type reflector that is useful in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a top view and
  • FIG. 10B is a side view of a flapper-type reflector 22 applicable to the crystal manufacturing apparatus shown in FIG.
  • the trumpet-type reflector 22 has a trumpet shape that spreads downward.
  • a spiral groove 32 and a groove 33 formed radially from the center to the outer periphery may be formed outside the wrapper.
  • the powdery replenishing material 19 dropped from the material supply device 18 can flow through the grooves 32 and 33 by squeezing on the flared reflector 22.
  • the cross-sectional shapes of the grooves 32 and 33 are basically triangular, square, and semi-circular, and an optimum shape is selected for the viscous force of the liquefied replenishment material 19.
  • the time during which the replenishing material 19 stays on the trumpet-type reflector 22 after the refilling can be adjusted.
  • it is a semicircle having a width of 5 mm and a depth of 3 mm.
  • the force described in the method for producing a KTaNbO crystal can be applied to the production of a crystal having another composition.
  • the main component of the crystal is also composed of the periodicity table la group and Va group oxide or carbonate power, the la group is lithium and potassium, and the Va group is at least one of niobium and tantalum. Can be included.
  • one or more of the la group of the periodic table, such as lithium, or the Ila group, may be included as an additive impurity.
  • the solution In order to keep the dopant concentration constant in crystals that also produce melts, such as B-doped Si, P-doped Si, In-doped GaAs, Si-doped GaAs, and Fe-doped InP crystals, the solution must be mixed with the melt and soaked.
  • the same effects as in the present embodiment can be obtained by replacing the treatment with the overheating treatment, the soaking temperature as the overheating treatment temperature, and the platinum as quartz glass or p-BN.

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Abstract

 結晶品質を維持し、結晶組成を成長初期から成長後期まで均一にすることができる結晶製造方法および装置を提供する。炉内に保持されたるつぼ11内の原料12を加熱液化し、るつぼの下方より上方に向かって、原料12を徐冷することにより結晶13を成長させる結晶製造装置において、補給原料を供給する原料供給装置18と、るつぼ11の上方に設置され、原料供給装置18から供給される補給原料19を液化し、液体原料21としてるつぼに落下させる反射板20とを備えた。

Description

明 細 書
結晶製造方法および装置
技術分野
[0001] 本発明は、結晶製造方法および装置に関し、より詳細には、垂直ブリッジマン法、 垂直温度勾配凝固法などにより、大型で高品質の結晶を作製するための結晶製造 方法および装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、結晶の作製方法として、予め液化した原料の表面に種子結晶を接触させ、 液ィ匕した原料の温度を下げることにより、種子結晶を核として結晶を成長させる方法 が知られている。このような方法には、溶液力も結晶を成長させる「TSSG (Top-Seed ed-Solution-Growth)法」(例えば、特許文献 1参照)と、融液から結晶を成長させる「 引き上げ法」(例えば、特許文献 2参照)とが知られている。いずれの方法も、結晶径 、すなわち結晶成長量を制御するため、液ィ匕した原料の温度を、一定の冷却速度に カロえて、 0. 1〜数十度の温度幅で調整する必要がある。この温度調整によって、成 長時の成長速度が結晶の部位ごとに変化し、結果として結晶の結晶品質が変動する という第 1の問題があった。
[0003] 第 1の問題を解決する方法として、垂直ブリッジマン法 (例えば、特許文献 3参照)、 垂直温度勾配凝固法 (例えば、特許文献 4参照)などが知られている。垂直ブリッジ マン法は、るつぼを垂直に設置して温度勾配を与える。温度分布は、加熱ヒータの出 力を調整し、るつぼの下方を結晶化温度より低い低温領域とし、るつぼの上方を結 晶化温度より高い高温領域とする。加熱ヒータの出力を一定のままで、るつぼを低温 領域に移動させて冷却することにより結晶を成長させる。一方、垂直温度勾配凝固法 は、るつぼを垂直に固定する。温度分布は、加熱ヒータの出力を調整し、下方を結晶 化温度より低い低温領域とし、上方を結晶化温度より高い高温領域とする。この温度 勾配を維持したまま、加熱ヒータの出力を変化させて、るつぼの下方から冷却するこ とにより結晶を成長させる。
[0004] 図 1を参照して、従来の垂直ブリッジマン法による結晶の作製方法について説明す る。るつぼ 1内に原料を充填し、加熱液ィ匕させて液体原料 2とする。結晶作製炉は、る つぼ 1の下方が結晶化温度より低い低温領域であり、るつぼ 1の上方が結晶化温度 より高い高温領域である温度分布 5を有する。加熱ヒータの出力を一定のままで、る つぼ 1を一定速度で低温領域へ、すなわち下部へ移動させることにより、液体原料 2 を冷却する。結晶化温度に達した結晶 3は、種子結晶 4を核として結晶成長する。
[0005] 図 2を参照して、従来の垂直温度勾配凝固法による結晶の作製方法について説明 する。るつぼ 1内に原料を充填し、加熱液化させて液体原料 2とする。結晶作製炉は 、るつぼ 1の下方が結晶化温度より低い低温領域であり、るつぼ 1の上方が結晶化温 度より高い高温領域である温度分布 5を有する。るつぼ 1の炉内位置を固定したまま 、図に示したように温度勾配を維持したまま、加熱ヒータの出力を変化させて、るつぼ 1の温度を一定速度で降下させる。温度分布を変えることにより、結晶化温度に達し た結晶 3は、種子結晶 4を核として結晶成長する。
[0006] 従来の垂直ブリッジマン法、垂直温度勾配凝固法にお!、て、結晶の形状は、るつ ぼの形状で規定されるから、結晶成長量を制御するための温度調整が不要である。 従って、一定の成長速度を維持して結晶を成長させることができ、結晶品質の変動を 抑制することができる。すなわち、第 1の問題を解決することができる。
[0007] しかし、 Inドープ GaAs結晶などのドーパントを添カ卩した結晶を成長させる場合、偏 析係数が 1でないために、予め原料に添加した濃度のドーパントが、その濃度を維持 したまま結晶に取り込まれない。この現象により、原料のドーパント濃度は、結晶が成 長するにしたがって変化し、結晶のドーパント濃度も変化する。また、固溶体結晶を 成長させる場合、結晶化するときに、液ィ匕した原料組成と結晶組成とが異なるために 、結晶の組成が変化する。従って、いずれの場合も一定組成の結晶を製造すること ができな!/、と!/、う第 2の問題もあった。
[0008] 結晶化時の液ィ匕した原料組成と結晶組成とが異なるために組成が変化する固溶体 結晶を、垂直ブリッジマン法、垂直温度勾配凝固法で作製する場合について説明す る。
[0009] 図 3に、 AB C 力 なる固溶体結晶の相図を示す。 A, B, Cの 3成分は、複数元 素から構成されていてもよい。固溶体結晶 AB C は、一般的に、液相線 6と固相線 7とが乖離している。液相線 6の a点の液ィ匕された原料組成を用いると、固相線 7の b 点の組成を有する結晶が成長する。固相には成分 Bがより多く取り込まれるため、液 相中の成分 Bが少なくなる。そのため、結晶成長の進行に比例して、液相の組成が、 a点力も液相線 6に沿って c点の組成に変化し、成長結晶の組成も固相線 7に沿って d点の組成に変化する。
[0010] 従って、作製した結晶は、長さ方向に渡って b点の組成力 d点の組成に徐々に変 化する。図 3によれば、 1本の結晶の長さ方向の組成力 AB C から AB C まで
0.8 0.2 0.4 0.6 変化する。成長結晶から所望の組成を取得したい場合に、所望の組成は結晶の一 部分しか得られず、生産性が著しく低い。そこで、図 4に示すように、結晶成長中に原 料供給装置 8から補給原料 9を追加供給し、組成変化を抑制する方法が試みられて いる(例えば、特許文献 2, 5, 6参照)。
[0011] し力しながら、この方法は、補給原料 9の追加供給により、結晶品質の劣化、多結 晶化の頻発による歩留まりの低下という第 3の問題が生じる。高品質な結晶を歩留ま りょく成長させるためには、結晶化温度よりも 20〜: LOO度の高い処理温度(以下、ソ 一キング温度という)により、液ィ匕した原料を十分に分解させるソーキング処理を行つ て、結晶成長させる必要がある。ソーキング処理を行わずに結晶を成長させると、結 晶品質の劣化、多結晶化が生ずる。補給原料を供給する場合にも、ソーキング処理 を行った上で供給することが望ましい。し力しながら、従来の方法では、ソーキング処 理を行った状態で補給原料を供給することができず、上述した第 3の問題が生じてい た。
[0012] また、補給原料 9を粉末または結晶化温度に近 、液体で供給するので、液体原料 2の温度を変化させてしまい、結晶の成長速度を変動させてしまう。この成長速度の 変動により、結晶の部位により結晶品質が変動するという第 4の問題もあった。
[0013] 融液から結晶を成長させる場合、ソーキング処理に代えて、結晶化温度より十分高 Vヽ温度で原料を分解させる過加熱処理を行う。過加熱処理を行わずに補給原料を 供給すると、上述した第 3、 4の問題が生ずる。
[0014] 特許文献 1:米国特許第 5785898号明細書
特許文献 2:米国特許第 5290395号明細書 特許文献 3:米国特許第 5342475号明細書
特許文献 4:米国特許第 4404172号明細書
特許文献 5:米国特許第 5788764号明細書
特許文献 6:米国特許第 6673330号明細書
発明の開示
[0015] 本発明の目的は、結晶品質を維持し、結晶組成を成長初期から成長後期まで均一 にすることができる結晶製造方法および装置を提供することにある。
[0016] 本発明は、このような目的を達成するために、炉内に保持されたるつぼ内の原料を 加熱液化し、るつぼの下方より上方に向かって、原料を徐冷することにより結晶成長 させる結晶製造方法において、るつぼが保持された炉内の上下方向の温度分布に おいて、下方に結晶化温度より低い低温領域と、その上方に結晶化温度より高い高 温領域とを含むように加熱ヒータを調整し、るつぼの上方に設置された原料供給装置 から供給される補給原料を、高温領域と同じ温度に加熱してるつぼに供給することを 特徴とする。
[0017] この方法によれば、結晶成長した分だけの補給原料を、初期充填原料を液化した 液体原料の温度と同じ温度で供給するので、結晶の成長速度の変動を抑え、結晶 品質の均一な結晶を成長させることができる。
[0018] また、高温領域の温度をソーキング温度とすることで、補給原料は、十分に高 、温 度で分解された液体原料となるので、多結晶などの結晶品質の劣化が生じず、原料 を追加供給することができる。
[0019] また、本発明に力かる結晶製造装置は、補給原料を供給する原料供給装置と、る つぼの上方に設置され、原料供給装置から供給される補給原料を液化し、液体原料 としてるつぼに落下させる反射板とを備えたことを特徴とする。
[0020] この構成によれば、結晶成長のための補給原料を、るつぼの上方に設置された反 射板によって液ィ匕し、液体原料としてるつぼに落下させることができる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]図 1は、従来の垂直ブリッジマン法による結晶の作製方法を説明するための図、 [図 2]図 2は、従来の垂直温度勾配凝固法による結晶の作製方法を説明するための 図、
[図 3]図 3は、 ABxCi xからなる固溶体結晶の相図、
[図 4]図 4は、結晶成長中に原料を追加供給し、組成変化を抑制する方法を説明する ための図、
[図 5]図 5は、本発明の実施例 1にかかる結晶の結晶製造装置の構成を示す図、 [図 6]図 6は、複数の原料供給装置を備えた結晶製造装置の構成を示す図、
[図 7]図 7は、本発明の実施例 2にかかる結晶の結晶製造装置の構成を示す図、 [図 8]図 8は、本発明の実施例 3にかかる結晶の結晶製造装置の構成を示す図、 [図 9A]図 9Aは、本発明の一実施形態に力かるロート型反射板を示す上面図、
[図 9B]図 9Bは、本発明の一実施形態に力かるロート型反射板を示す側面図、
[図 9C]図 9Cは、ロート型反射の他の形態を示す上面図、
[図 9D]図 9Dは、ロート型反射の他の形態を示す上面図、
[図 9E]図 9Eは、ロート型反射の他の形態を示す上面図、
[図 10A]図 10Aは、本発明の一実施形態に力かるラッパ型反射板を示す上面図、
[図 10B]図 10Bは、本発明の一実施形態に力かるラッパ型反射板を示す側面図、
[図 10C]図 10Cは、ラッパ型反射板の他の形態を示す上面図、
[図 10D]図 10Dは、ラッパ型反射板の他の形態を示す上面図、
[図 10E]図 10Eは、ラッパ型反射板の他の形態を示す上面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形 態は、例示であって、本発明の範囲を逸脱しないように種々の変更あるいは改良を 行 、うることは言うまでもな 、。
実施例 1
[0023] 図 5に、本発明の実施例 1にかかる結晶の結晶製造装置を示す。垂直ブリッジマン 法により、大型の KTa Nb Ο (0≤χ≤1)結晶を作製する場合について示す。結 晶製造装置は、原料供給装置 18から供給される補給原料 19を液化し、ソーキング 処理を行った上で、液体原料 21としてるつぼ 11に落下させるロート型反射板 20を、 るつぼ 11の上方に設けている。 [0024] 最初に、 1::丁&:?^ = 50 : 25 : 25の比率の原料を、炭酸カリウム、酸化タンタル、酸 化ニオブより作製し、重量 500gの原料を 2インチ径るつぼ 11に充填して、結晶作製 炉内に保持する。結晶作製炉内を、るつぼ 11上部の温度が、るつぼ 11下部の温度 より高温である温度分布 15となるように昇温し、初期充填原料の液ィ匕およびソーキン グ処理を行う。ここで、るつぼ 11下部の温度は、原料組成で決まる結晶化温度よりも 低ぐるつぼ 11上部の温度は、結晶化温度よりも高いソーキング温度とする。このとき 、種子結晶 14が融けないようにすることは言うまでもない。実施例 1では、結晶化温 度を 1180度とし、ソーキング温度を 1280度とし、 10時間保持した。
[0025] 次に、原料供給装置 18に、 :丁&:?^ = 50 :40 : 10の比率の補給原料19を5008 充填する。最初に充填した原料の組成が K:Ta :Nb = 50 : 25 : 25であるから、 KTa O -KNbO系の相図から、 KTa Nb Oの結晶が成長する。従って、結晶の成
3 3 0. 8 0. 2 3
長に従って消費した量に等しい原料を供給するため、補給原料 19の組成は、 K:Ta : Nb = 50 :40 : 10となる。
[0026] るつぼ 11を、 2mmZ日の速度でゆっくり下降させるとともに、原料供給装置 18から 補給原料 19を加熱したロート型反射板 20に落下させる。ロート型反射板 20は、例え ば、白金力らなる。ロート型反射板 20は、るつぼ 11からの輻射熱、炉内の熱対流に より加熱されて 、るので、ロート型反射板 20を加熱するための加熱機構を必要とせ ずに、補給原料 19を液ィ匕することができる。ロート型反射板 20は、その表面温度がソ 一キング温度 1280度となるように、上下方向の位置を調整する。もちろん、ロート型 反射板 20に、例えば加熱ヒータなどの加熱機構を備え、液体原料 21の温度を、上 述したるつぼ 11上部の温度と一致させるようにしてもよ 、。
[0027] なお、ロート型反射板 20の位置は、るつぼ 11の上方に設置されるのであれば、る つぼ 11と連動して動いてもよいし、液体原料 21の供給温度を調整するために、るつ ぼ 11とは独立に動くようにしてもよい。ロート型反射板 20の表面積は、るつぼ 11から の輻射熱、炉内の熱対流により、ソーキング温度まで加熱されるように、十分に大きく することが望ましい。また、補給原料 19が落下しても、温度変動が小さくなるように、 十分な熱容量があることが望まし 、。
[0028] 原料の供給量は、結晶の成長によって消費した量に一致させる。使用した 2インチ 径るつぼは、定径部における 2mm厚の結晶が 13gとなるので、補給原料 19の供給 速度は 13gZ日となる。この供給速度を分単位に換算して、 9mgZ分の速度で補給 原料 19を供給する。原料供給装置 18の配置は、補給原料 19がロート型反射板 20 の内面に落下するように、ロート型反射板 20に対して相対的にずらしている。これに より、補給原料 19は、ロート型反射板 20の内面を落下しながら液ィ匕する。ロート型反 射板 20の傾斜面の角度は、液ィ匕した原料が傾斜面に 1時間滞在するように調整した 。補給原料 19は、ロート型反射板 20の内面を落下する間に、ソーキング処理された 液体原料 21となり、ロート型反射板 20を通って、るつぼ 11の中に安定的に供給され る。
[0029] このようにして、結晶成長した分だけの原料を、ソーキング処理を行 、、初期充填原 料を液ィ匕した液体原料 12と同じ温度の液体原料 21として供給するので、液体原料 1 2の温度と組成とを常に一定に保つことができる。また、補給される液体原料 21は、ソ 一キング処理され十分に分解されているので、組成変化のない高均一な成長結晶 1 3を安定に成長させることができる。
[0030] 比較例として、ロート型反射板 20を設置せずに、同様の結晶製造を行った。補給 原料 19は、固体の状態で供給された。成長した結晶には、実施例 1で製造した結晶 と比較して、変動幅の大きい組成変動縞が成長した領域に内在した。これは、補給 原料を供給することにより、液体原料 12の温度が低下し、その温度変動によって成 長速度が変動し、変動幅が増大したと考えられる。
[0031] 図 6に、複数の原料供給装置を備えた結晶製造装置の構成を示す。上述した例お いて、 K: Ta: Nb = 50: 40: 10の比率の補給原料 19を供給する原料供給装置 18を 複数の供給装置に分けることもできる。すなわち、 1¾ = 50 : 50の補給原料19&を 供給する原料供給装置 18aと、 K:Nb = 50 : 50の補給原料 19bを供給する原料供 給装置 18bとを、ロート型反射板 20の上部に配置する。各々の原料供給装置は、各 々の補給原料の落下量が 4 : 1となるように調整して、補給原料 19a, 19bが、ロート型 反射板 20の表面を落下しながらゆっくり液ィ匕し、ソーキング温度で十分に分解された 液体原料 21となるようにする。
実施例 2 [0032] 図 7に、本発明の実施例 2にかかる結晶の結晶製造装置を示す。垂直ブリッジマン 法により、長尺の KTa Nb Ο (0≤χ≤1)結晶を作製する場合について示す。結 晶製造装置は、原料供給装置 18から供給される補給原料 19を液化し、ソーキング 処理を行った上で、液体原料 21としてるつぼ 11に落下させるロート型反射板 20を、 るつぼ 11の上方に設けている。
[0033] 最初に、 1::丁&:?^ = 50 : 25 : 25の比率の原料を、炭酸カリウム、酸化タンタル、酸 化ニオブより作製し、重量 500gの原料を 2インチ径るつぼ 11に充填して、結晶作製 炉内に保持する。結晶作製炉内を、るつぼ 11上部の温度が、るつぼ 11下部の温度 より高温である温度分布 15となるように昇温し、初期充填原料の液ィ匕およびソーキン グ処理を行う。ここで、るつぼ 11下部の温度は、原料組成で決まる結晶化温度よりも 低ぐるつぼ 11上部の温度は、結晶化温度よりも高いソーキング温度とする。このとき 、種子結晶 14が融けないようにすることは言うまでもない。実施例 2では、結晶化温 度を 1180度とし、ソーキング温度を 1280度とし、 10時間保持した。
[0034] 次に、原料供給装置 18に、 K:Ta :Nb = 50 :40 : 10の比率の補給原料 19を 1000 g充填する。最初に充填した原料の組成が K:Ta :Nb = 50 : 25 : 25であるから、 KTa O -KNbO系の相図から、 KTa Nb Oの結晶が成長する。従って、結晶の成
3 3 0. 8 0. 2 3
長に従って消費した量に等しい原料を供給するため、補給原料 19の組成は、 K:Ta : Nb = 50 :40 : 10となる。
[0035] るつぼ 11を、 ImmZ日の速度でゆっくり下降させるとともに、原料供給装置 18から 補給原料 19を加熱したロート型反射板 20に落下させる。ロート型反射板 20は、例え ば、白金力らなる。ロート型反射板 20は、るつぼ 11からの輻射熱、炉内の熱対流に より加熱されて 、るので、ロート型反射板 20を加熱するための加熱機構を必要とせ ずに、補給原料 19を液ィ匕することができる。ロート型反射板 20は、その表面温度がソ 一キング温度 1280度となるように、上下方向の位置を調整する。
[0036] 原料の供給量は、結晶の成長によって消費した量に一致させる。使用した 2インチ 径るつぼは、定径部における lmm厚の結晶が 7gとなるので、補給原料 19の供給速 度は 7gZ日となる。この供給速度を分単位に換算して、 5mgZ分の速度で補給原 料 19を供給する。原料供給装置 18の配置は、補給原料 19がロート型反射板 20の 内面に落下するように、ロート型反射板 20に対して相対的にずらしている。これにより 、補給原料 19は、ロート型反射板 20の内面を落下しながら液化する。ロート型反射 板 20の傾斜面の角度は、液ィ匕した原料が傾斜面に 1時間滞在するように調整した。 補給原料 19は、ロート型反射板 20の内面を落下する間に、ソーキング処理された液 体原料 21となり、ロート型反射板 20を通って、るつぼ 11の中に安定的に供給される
[0037] ロート型反射板 20を固定し長尺結晶を作製する場合は、結晶成長とともにるつぼ 1 1とロート型反射板 20との距離が長くなる。このため、液ィ匕した液体原料 21は、重力 により落下速度が早くなり、ミルククラウン状に飛散する。そこで、ロート型反射板 20を るつぼ 11の下降速度と同じ速度で下降させることにより、るつぼ 11とロート型反射板 20の距離を一定に保持する。距離を一定に保つことで、溶液組成 12の飛散を抑制 することができる。
[0038] このようにして、結晶成長した分だけの原料を、ソーキング処理を行 、、初期充填原 料を液ィ匕した液体原料 12と同じ温度の液体原料 21として供給するので、液体原料 1 2の温度と組成とを常に一定に保つことができる。また、液体原料 21は、ソーキング 処理され十分に分解されているので、組成変化のない高均一な成長結晶 13を安定 に成長させることができる。
実施例 3
[0039] 図 8に、本発明の実施例 3にかかる結晶の結晶製造装置を示す。垂直ブリッジマン 法により、 KTa Nb Ο (0≤χ≤1)結晶を作製する場合について示す。結晶製造 装置は、原料供給装置 18から供給される補給原料 19を液ィ匕し、ソーキング処理を行 つた上で、液体原料 21としてるつぼ 11に落下させるラッパ型反射板 22を、るつぼ 11 の上方に設けている。
[0040] 最初に、 1^:丁&:?^ = 50 : 25 : 25の比率の原料を、炭酸カリウム、酸化タンタル、酸 化ニオブより作製し、重量 500gの原料を 3インチ径るつぼ 11に充填して、結晶作製 炉内に保持する。結晶作製炉内を、るつぼ 11上部の温度が、るつぼ 11下部の温度 より高温である温度分布 15となるように昇温し、初期充填原料の液ィ匕およびソーキン グ処理を行う。ここで、るつぼ 11下部の温度は、原料組成で決まる結晶化温度よりも 低ぐるつぼ 11上部の温度は、結晶化温度よりも高いソーキング温度とする。このとき 、種子結晶 14が融けないようにすることは言うまでもない。実施例 3では、結晶化温 度を 1180度とし、ソーキング温度を 1230度とし、 20時間保持した。
[0041] 次に、原料供給装置 18に、 :丁&:?^ = 50 :40 : 10の比率の補給原料19を5008 充填する。最初に充填した原料の組成が K:Ta :Nb = 50 : 25 : 25であるから、 KTa O -KNbO系の相図から、 KTa Nb Oの結晶が成長する。従って、結晶の成
3 3 0. 8 0. 2 3
長に従って消費した量に等しい原料を供給するため、補給原料 19の組成は、 K:Ta : Nb = 50 :40 : 10となる。
[0042] るつぼ 11を、 2mmZ日の速度でゆっくり下降させるとともに、原料供給装置 18から 補給原料 19を加熱したラッパ型反射板 22に落下させる。ラッパ型反射板 22は、例え ば、白金力 なる。ラッパ型反射板 22は、るつぼ 11からの輻射熱、炉内の熱対流に より加熱されて 、るので、ラッパ型反射板 22を加熱するための加熱機構を必要とせ ずに、補給原料 19を液ィ匕することができる。ラッパ型反射板 22は、その表面温度が ソーキング温度 1230度となるように、上下方向の位置を調整する。もちろん、ラッパ 型反射板 22に、例えば加熱ヒータなどの加熱機構を備え、液体原料 21の温度を、 上述したるつぼ 11上部の温度と一致させるようにしてもよ 、。
[0043] なお、ラッパ型反射板 22の位置は、るつぼ 11の上方に設置されるのであれば、る つぼ 11と連動して動いてもよいし、液体原料 21の供給温度を調整するために、るつ ぼ 11とは独立に動くようにしてもよい。ラッパ型反射板 22の表面積は、るつぼ 11から の輻射熱、炉内の熱対流により、ソーキング温度まで加熱されるように、十分に大きく することが望ましい。また、補給原料 19が落下しても、温度変動が小さくなるように、 十分な熱容量があることが望まし 、。
[0044] 原料の供給量は、結晶の成長によって消費した量に一致させる。使用した 3インチ 径るつぼは、定径部における 2mm厚の結晶が 55gとなるので、補給原料 19の供給 速度は 55gZ日となる。この供給速度を分単位に換算して、 38mgZ分の速度で補 給原料 19を供給する。原料供給装置 18の配置は、図示したように、ラッパ型反射板 22の真上でもよぐまたは補給原料 19がラッパ型反射板 22の傾斜面に落下するよう に、ラッパ型反射板 22に対して相対的にずらしてもよい。真上にある場合には、ラッ パ型反射板 22の先端部は、三角錐の形状とするのが好適である。これにより、補給 原料 19は、ラッパ型反射板 22の傾斜面を落下しながら液化する。ラッパ型反射板 2 2の傾斜面の角度は、液ィ匕した原料が傾斜面に 1時間滞在するように調整した。補給 原料 19は、ラッパ型反射板 22の傾斜面を落下する間に、ソーキング処理された液体 原料 21となり、ラッパ型反射板 22を通って、るつぼ 11の中に安定的に供給される。
[0045] このようにして、結晶成長した分だけの原料を、ソーキング処理を行 、、初期充填原 料を液ィ匕した液体原料 12と同じ温度の液体原料 21として供給するので、液体原料 1 2の温度と組成とを常に一定に保つことができる。また、液体原料 21は、ソーキング 処理され十分に分解されているので、組成変化のない高均一な成長結晶 13を安定 に成長させることができる。
[0046] 比較例として、ラッパ型反射板 22を設置せずに、同様の結晶製造を行った。補給 原料 19は、固体の状態で供給された。成長した結晶には、実施例 3で製造した結晶 と比較して、変動幅の大きい組成変動縞が成長した領域に内在した。これは、補給 原料を供給することにより、液体原料 12の温度が低下し、その温度変動によって成 長速度が変動し、変動幅が増大したと考えられる。
[0047] (反射板)
図 9A〜図 9Eに、本発明の一実施形態に力かるロート型反射板を示す。図 5— 7に 示した結晶の製造装置に適用できるロート型反射板 20であり、図 9Aは上面図を、図 9Bは側面図を示す。ロート型反射板 20は、上方から下方に向力つて狭まるロート形 状であり、底部には、液体原料 21をるつぼ 11に落下させる落下口 31が設けられて いる。図 9C〜図 9Eに示すように、ロートの内側には、らせん状の溝 32と、放射状の 溝 33とを形成してもよい。
[0048] 図 9Eにおいて、原料供給装置 18から落下した粉末状の補給原料 19は、ロート型 反射板 20の上で液ィ匕し、溝 32, 33を通って流れ、落下口 31からるつぼ 11に落下す る。溝 32, 33の断面形状は、三角、四角、半円を基本とし、液化された補給原料 19 の粘性から最適な形状を選択する。溝 32, 33の形状と傾斜面の角度とにより、補給 原料 19が液化した後に、ロート型反射板 20の上で滞在する時間を調整することがで きる。本実施形態では幅 5mm、深さ 3mmの半円形としている。これにより、補給原料 19を安定に液ィ匕し、液体原料 21として、るつぼ 11へ供給することができる。
[0049] 図 10A〜図 10Eに、本発明の一実施形態に力かるラッパ型反射板を示す。図 8に 示した結晶の製造装置に適用できるラッパ型反射板 22であり、図 10Aは上面図を、 図 10Bは側面図を示す。ラッパ型反射板 22は、下方に向力つて広がるラッパ形状で ある。図 10C〜図 10Eに示すように、ラッパの外側には、らせん状の溝 32と、中心か ら外周方向に放射状に形成された溝 33とを形成してもよ ヽ。
[0050] 図 10Eにおいて、原料供給装置 18から落下した粉末状の補給原料 19は、ラッパ 型反射板 22の上で液ィ匕し、溝 32, 33を通って流れることができる。溝 32, 33の断面 形状は、三角、四角、半円を基本とし、液化された補給原料 19の粘性力も最適な形 状を選択する。溝 32, 33の形状と傾斜面の角度とにより、補給原料 19が液ィ匕した後 に、ラッパ型反射板 22の上で滞在する時間を調整することができる。本実施形態で は幅 5mm、深さ 3mmの半円形としている。これにより、補給原料 19を安定に液化し 、液体原料 21として、るつぼ 11へ供給することができる。
[0051] なお、本実施形態は、垂直ブリッジマン法に適用した場合について示した力 垂直 温度勾配凝固法にも適用できることは明らかであり、特に説明を要しない。
[0052] 本実施形態においては、 KTa Nb O結晶の製造方法について説明した力 他 の組成の結晶の製造にも適用することができる。例えば、結晶の主成分は、周期率 表 la族と Va族の酸ィ匕物または炭酸塩力も構成されており、 la族はリチウム、カリウム であり、 Va族はニオブ、タンタルの少なくとも 1つを含むことができる。さらに、添加不 純物として周期率表 la族、例えばリチウム、または Ila族の 1または複数種を含むこと もできる。 Bドープ Si、 Pドープ Si、 Inドープ GaAs、 Siドープ GaAs、 Feドープ InP結 晶など、融液カも作製する結晶において、ドーパントの濃度を一定にするためには、 溶液を融液と、ソーキング処理を過加熱処理と、ソーキング温度を過加熱処理温度と 、白金を石英ガラスまたは p— BNと読み替えて実施することにより、本実施形態と同 様の効果を得ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 炉内に保持されたるつぼ内の原料を加熱液ィ匕し、前記るつぼの下方より上方に向 力つて、前記原料を徐冷することにより結晶成長させる結晶製造方法において、 前記るつぼが保持された炉内の上下方向の温度分布において、下方に結晶化温 度より低い低温領域と、その上方に結晶化温度より高い高温領域とを含むように加熱 ヒータを調整し、
前記るつぼの上方に設置された原料供給装置から供給される補給原料を、前記高 温領域と同じ温度に加熱して前記るつぼに供給することを特徴とする結晶製造方法
[2] 前記高温領域の温度は、ソーキング温度であることを特徴とする請求項 1に記載の 結晶製造方法。
[3] 前記高温領域の温度は、過加熱処理温度であることを特徴とする請求項 1に記載 の結晶製造方法。
[4] 前記結晶の主成分は、周期率表 la族と Va族の酸化物または炭酸塩から構成され ており、 la族はリチウム、カリウムであり、 Va族はニオブ、タンタルの少なくとも 1つを含 むことを特徴とする請求項 1に記載の結晶製造方法。
[5] 前記結晶の主成分は、周期率表 la族と Va族の酸化物または炭酸塩から構成され ており、 la族はリチウム、カリウムであり、 Va族はニオブ、タンタルの少なくとも 1つを含 み、添加不純物として周期率表 Ia、 Ila族の 1または複数種を含むことを特徴とする請 求項 1に記載の結晶製造方法。
[6] 炉内に保持されたるつぼ内の原料を加熱液ィ匕し、前記るつぼの下方より上方に向 かって、前記原料を徐冷することにより結晶を成長させる結晶製造装置において、 補給原料を供給する原料供給装置と、
前記るつぼの上方に設置され、前記原料供給装置から供給される前記補給原料を 液化し、液体としてるつぼに落下させる反射板と
を備えたことを特徴とする結晶製造装置。
[7] 前記反射板は、上方から下方に向かって狭まるロート形状であり、底部に、前記液 体原料をるつぼに落下させる落下口が設けられていることを特徴とする請求項 6に記 載の結晶製造装置。
[8] 前記反射板は、ロート形状の内面に、外延から前記落下口に向けて複数の溝を有 し、前記補給原料が一定時間表面に保持されて 、るようにしたことを特徴とする請求 項 7に記載の結晶製造装置。
[9] 前記反射板は、下方に向力つて広がるラッパ形状であることを特徴とする請求項 6 に記載の結晶製造装置。
[10] 前記反射板は、ラッパ形状の外面に、中心から外延に向けて複数の溝を有し、前 記補給原料が一定時間表面に保持されて 、るようにしたことを特徴とする請求項 9に 記載の結晶製造装置。
[11] 前記反射板は、前記るつぼとは独立に移動できるように構成されていることを特徴 とする請求項 6に記載の結晶製造装置。
[12] 前記反射板は、加熱ヒータを含むことを特徴とする請求項 6に記載の結晶製造装置
[13] 前記原料供給装置は、組成の異なる複数の補給原料ごとに設置され、該補給原料 の各々の供給量を調整できることを特徴とする請求項 6に記載の結晶製造装置。
[14] 前記結晶の主成分は、周期率表 la族と Va族の酸化物または炭酸塩から構成され ており、 la族はリチウム、カリウムであり、 Va族はニオブ、タンタルの少なくとも 1つを含 むことを特徴とする請求項 6に記載の結晶製造装置。
[15] 前記結晶の主成分は、周期率表 la族と Va族の酸化物または炭酸塩から構成され ており、 la族はリチウム、カリウムであり、 Va族はニオブ、タンタルの少なくとも 1つを含 み、添加不純物として周期率表 Ia、 Ila族の 1または複数種を含むことを特徴とする請 求項 6に記載の結晶製造装置。
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