JPH0242800B2 - - Google Patents
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- JPH0242800B2 JPH0242800B2 JP60041059A JP4105985A JPH0242800B2 JP H0242800 B2 JPH0242800 B2 JP H0242800B2 JP 60041059 A JP60041059 A JP 60041059A JP 4105985 A JP4105985 A JP 4105985A JP H0242800 B2 JPH0242800 B2 JP H0242800B2
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- Japan
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- melt
- crystal
- single crystal
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、均一組成で低欠陥密度の高品質化合
物半導体単結晶を育成する方法およびそれに使用
する育成装置に関するものである。
物半導体単結晶を育成する方法およびそれに使用
する育成装置に関するものである。
（発明の概要）
本発明は、融液溜め部において気化された結晶
原料の蒸気を結晶成長部において冷却・液化させ
融液帯を形成し、該融液帯を一方向凝固させて結
晶成長を行う単結晶育成方法において、結晶成長
部と区画された上方の融液溜め部より蒸発された
化合物半導体の蒸気を、下方の結晶成長部に輸送
して冷却し融液帯を形成し、成長結晶の上部に均
一の厚さに水平に保持し、単結晶育成を行うこと
により、均一な組成で低欠陥密度の大形単結晶を
生産性よく育成することのできる単結晶育成方法
である。
原料の蒸気を結晶成長部において冷却・液化させ
融液帯を形成し、該融液帯を一方向凝固させて結
晶成長を行う単結晶育成方法において、結晶成長
部と区画された上方の融液溜め部より蒸発された
化合物半導体の蒸気を、下方の結晶成長部に輸送
して冷却し融液帯を形成し、成長結晶の上部に均
一の厚さに水平に保持し、単結晶育成を行うこと
により、均一な組成で低欠陥密度の大形単結晶を
生産性よく育成することのできる単結晶育成方法
である。
さらに本発明は単結晶育成装置において、垂直
型電気炉と、前記の電気炉の内部に収められてい
る耐熱性の単結晶育成容器と、前記の電気炉と容
器との間の相対的位置を変化せしめるための定速
移動機構部とを具備し、前記の単結晶育成容器
は、内径の大なる融液溜め部と、前記の融液溜め
部の中心を貫き下方に伸びる径の小なる結晶成長
部を有し、かつ融液溜め部の下部周囲と結晶成長
部とは結合しており、前記の結晶成長部の下方に
は核生成部が設けられると共に、結晶成長部の周
囲は良熱伝導性材料により被覆されていることに
より均一な組成で低欠陥密度の大型単結晶を生産
性よく育成しうる装置である。
型電気炉と、前記の電気炉の内部に収められてい
る耐熱性の単結晶育成容器と、前記の電気炉と容
器との間の相対的位置を変化せしめるための定速
移動機構部とを具備し、前記の単結晶育成容器
は、内径の大なる融液溜め部と、前記の融液溜め
部の中心を貫き下方に伸びる径の小なる結晶成長
部を有し、かつ融液溜め部の下部周囲と結晶成長
部とは結合しており、前記の結晶成長部の下方に
は核生成部が設けられると共に、結晶成長部の周
囲は良熱伝導性材料により被覆されていることに
より均一な組成で低欠陥密度の大型単結晶を生産
性よく育成しうる装置である。
（従来技術および発明が解決しようとする問題
点） 従来、混晶単結晶あるいは不純物を添加した単
結晶を育成する場合に、融液成長法においては、
構成元素の偏析と融液内対流とによつて結晶成長
とともに組成が変化し、均一組成の単結晶が育成
できないという問題点があつた。例えばPbTeと
SnTeの混晶であるPb0.8Sn0.2Teにおいては、初
めに結晶化してくる結晶の組成はPb0.87Sn0.13Te
であり、結晶成長が進むにつれて結晶中のSn濃
度が漸次増加してしまうという問題点があつた。
これはSnの偏析係数が１より小さく固化の際に
結晶中へ取り込まれ難いために、固液界面で高濃
度となつたSnが対流による撹拌を受けて残余の
融液全体と混合され、融液中のSn濃度が結晶成
長とともに次第に増加するために起こる現象であ
る。
点） 従来、混晶単結晶あるいは不純物を添加した単
結晶を育成する場合に、融液成長法においては、
構成元素の偏析と融液内対流とによつて結晶成長
とともに組成が変化し、均一組成の単結晶が育成
できないという問題点があつた。例えばPbTeと
SnTeの混晶であるPb0.8Sn0.2Teにおいては、初
めに結晶化してくる結晶の組成はPb0.87Sn0.13Te
であり、結晶成長が進むにつれて結晶中のSn濃
度が漸次増加してしまうという問題点があつた。
これはSnの偏析係数が１より小さく固化の際に
結晶中へ取り込まれ難いために、固液界面で高濃
度となつたSnが対流による撹拌を受けて残余の
融液全体と混合され、融液中のSn濃度が結晶成
長とともに次第に増加するために起こる現象であ
る。
一方、気相成長法においては、偏析や対流の問
題がないので育成された結晶は組成均一性に優
れ、かつ欠陥も少ないが、成長速度が遅く量産的
でないという欠点があつた。
題がないので育成された結晶は組成均一性に優
れ、かつ欠陥も少ないが、成長速度が遅く量産的
でないという欠点があつた。
そこで、融液成長法と気相成長法の長所を取り
入れ、均一組成、低欠陥密度の単結晶を生産性良
く育成する方法が提案されている。その例とし
て、気相−融液相−固相間の変化を利用して幅の
狭い融液帯を形成し、その融液帯を一方向凝固さ
せて単結晶の育成を行う液滴形成法や横型のベイ
パー・メルト・ソリツド（Vapor−Melt−
Solid）（VMS）法が知られている。これらの方
法は、融液帯の幅を狭くすることにより融液帯内
での対流を抑制して均一組成の単結晶育成を狙つ
たものである。すなわち、対流の駆動力の大きさ
は次の(1)式で示されるグラスホフ数（Gr）によ
つて表わされるように、融液帯の幅ｌが狭くなる
ほど、小さくなり対流は生じにくくなることを利
用している。
入れ、均一組成、低欠陥密度の単結晶を生産性良
く育成する方法が提案されている。その例とし
て、気相−融液相−固相間の変化を利用して幅の
狭い融液帯を形成し、その融液帯を一方向凝固さ
せて単結晶の育成を行う液滴形成法や横型のベイ
パー・メルト・ソリツド（Vapor−Melt−
Solid）（VMS）法が知られている。これらの方
法は、融液帯の幅を狭くすることにより融液帯内
での対流を抑制して均一組成の単結晶育成を狙つ
たものである。すなわち、対流の駆動力の大きさ
は次の(1)式で示されるグラスホフ数（Gr）によ
つて表わされるように、融液帯の幅ｌが狭くなる
ほど、小さくなり対流は生じにくくなることを利
用している。
Gr＝gβΔTl3／ν2 ……(1)
ここでｇは重力加速度、βは融液の体膨張率、
ΔTは融液の両端の温度差、νは融液の動粘性係
数である。
ΔTは融液の両端の温度差、νは融液の動粘性係
数である。
例えばPb1-xSnxTeの場合、温度差ΔTが10℃と
すると対流を抑制するのに必要な臨界厚は約１cm
以下と見積ることができる。
すると対流を抑制するのに必要な臨界厚は約１cm
以下と見積ることができる。
第９図は上で述べた従来の狭融液帯形成法にお
ける融液帯の位置とその形状を示したものであ
る。第９図ａが液滴形成法、第９図ｂが横型
VMS法の説明図で、図において１はアンプル、
２は融液溜め部融液、３は融液溜め部から蒸発し
た蒸気、４は液滴、５は成長結晶、６は狭融液帯
である。第９図ａに示す液滴形成法においては、
液滴４は成長結晶５の下部に融液の持つ表面張力
によつてしずく状となつて付着するため均一な厚
みの融液帯が形成できず、また液滴が大きくなる
とその重さは表面張力のみでは支えきれず、液滴
が元の融液溜め部へ落下してしまうため大形の単
結晶が育成できないという問題点があつた。ま
た、第９図ｂに示す横型VMS法においては、融
液帯は結晶側面に付着した状態で形成されるので
融液帯の厚さが３mmを越えるとアンプル１の底部
へ向つて垂れ下がり、均一な厚みとならないため
に成長結晶の組成均一性が劣化するという問題点
があつた。一方、結晶成長部での温度勾配を大き
くして融液帯の幅を３mm以下とすることも可能で
あるが、この場合育成結晶は大きな熱応力を受
け、小傾角粒界や転位等の結晶欠陥が増加してし
まうという問題点があつた。
ける融液帯の位置とその形状を示したものであ
る。第９図ａが液滴形成法、第９図ｂが横型
VMS法の説明図で、図において１はアンプル、
２は融液溜め部融液、３は融液溜め部から蒸発し
た蒸気、４は液滴、５は成長結晶、６は狭融液帯
である。第９図ａに示す液滴形成法においては、
液滴４は成長結晶５の下部に融液の持つ表面張力
によつてしずく状となつて付着するため均一な厚
みの融液帯が形成できず、また液滴が大きくなる
とその重さは表面張力のみでは支えきれず、液滴
が元の融液溜め部へ落下してしまうため大形の単
結晶が育成できないという問題点があつた。ま
た、第９図ｂに示す横型VMS法においては、融
液帯は結晶側面に付着した状態で形成されるので
融液帯の厚さが３mmを越えるとアンプル１の底部
へ向つて垂れ下がり、均一な厚みとならないため
に成長結晶の組成均一性が劣化するという問題点
があつた。一方、結晶成長部での温度勾配を大き
くして融液帯の幅を３mm以下とすることも可能で
あるが、この場合育成結晶は大きな熱応力を受
け、小傾角粒界や転位等の結晶欠陥が増加してし
まうという問題点があつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記の欠点を改善するために提案され
たもので、低温度勾配の下でも均一な厚さの融液
帯の形成を可能とし、均一組成で低欠陥密度の大
形単結晶を生産性よく育成することのできる単結
晶育成方法および育成装置を提供することを目的
とするものである。
たもので、低温度勾配の下でも均一な厚さの融液
帯の形成を可能とし、均一組成で低欠陥密度の大
形単結晶を生産性よく育成することのできる単結
晶育成方法および育成装置を提供することを目的
とするものである。
本発明は、縦型の単結晶育成用アンプルに融液
溜め部と結晶成長部とを設け、融液溜め部の融液
が直接結晶成長部へ流れ込まないように構成し、
下方に設けた結晶成長部に上部の融液溜め部から
蒸発された化合物半導体の蒸気を輸送し、結晶成
長部において前記蒸気を凝結、液化させて幅の狭
い融液帯を成長結晶の上部に形成し、融液帯を水
平に保持して均一な厚さとなすことを最も主要な
特徴とする。
溜め部と結晶成長部とを設け、融液溜め部の融液
が直接結晶成長部へ流れ込まないように構成し、
下方に設けた結晶成長部に上部の融液溜め部から
蒸発された化合物半導体の蒸気を輸送し、結晶成
長部において前記蒸気を凝結、液化させて幅の狭
い融液帯を成長結晶の上部に形成し、融液帯を水
平に保持して均一な厚さとなすことを最も主要な
特徴とする。
従来の技術では融液帯が成長結晶の下部あるい
は側面に形成されるが、本発明の方法では融液帯
が成長結晶の上部に形成される点において異な
る。
は側面に形成されるが、本発明の方法では融液帯
が成長結晶の上部に形成される点において異な
る。
次に本発明の実施例を説明する。なお実施例は
一つの例示であつて、本発明の精神を逸脱しない
範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は云うまでもない。
一つの例示であつて、本発明の精神を逸脱しない
範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は云うまでもない。
実施例 １
第１図は本発明の単結晶育成方法において使用
する炉構成の一実施例を示したものである。図に
おいて７は垂直型電気炉、８，８′はヒータ、９
は単結晶育成用容器、１０は電気炉７と単結晶育
成用容器９との相対位置を変えるための定速移動
機構部である。
する炉構成の一実施例を示したものである。図に
おいて７は垂直型電気炉、８，８′はヒータ、９
は単結晶育成用容器、１０は電気炉７と単結晶育
成用容器９との相対位置を変えるための定速移動
機構部である。
第２図は本発明における単結晶育成用容器の一
実施例を説明するための図である。単結晶育成用
容器９は石英製で、口径の太い融液溜め部１１
と、融液溜め部１１の中心を貫き下方に伸びた口
径の細い結晶成長部１２とによつて構成され、融
液１３が結晶成長部１２に直接流れ込まない構造
すなわち融液溜め部１１の下部周囲と結晶成長部
１２とは結合されている。結晶成長部１２はアン
プル先端の核生成部１４を除いて等径であり、育
成結晶に応力が加わらない構造となつている。ま
た、結晶成長部１２は、径方向の温度均一性向上
の役目をする良熱伝導性外管１５と良熱伝導性微
粉末１６、ガラスウール１７、とによつて囲まれ
ている。単結晶育成用容器９の上端にはフツク１
８が設けてあり、ワイヤー１９等を利用して単結
晶育成用容器９を垂直型電気炉７の炉心管内につ
り下げられるようになつている。また、ワイヤー
１９の先端は定速移動機構部１０に連結され、単
結晶育成用容器９と垂直型電気炉との相対位置が
一定速度で変えられるようになつている。２０は
結晶成長時の炉内温度分布を示したもので、２１
は化合物半導体の固相線温度である。また、２２
は融液溜め部１１から蒸発した化合物半導体の蒸
気、２３は結晶成長領域に形成させる狭い融液
帯、２４は成長結晶、２５は単結晶育成用容器の
移動方向、２６は20cm位置での温度である。
実施例を説明するための図である。単結晶育成用
容器９は石英製で、口径の太い融液溜め部１１
と、融液溜め部１１の中心を貫き下方に伸びた口
径の細い結晶成長部１２とによつて構成され、融
液１３が結晶成長部１２に直接流れ込まない構造
すなわち融液溜め部１１の下部周囲と結晶成長部
１２とは結合されている。結晶成長部１２はアン
プル先端の核生成部１４を除いて等径であり、育
成結晶に応力が加わらない構造となつている。ま
た、結晶成長部１２は、径方向の温度均一性向上
の役目をする良熱伝導性外管１５と良熱伝導性微
粉末１６、ガラスウール１７、とによつて囲まれ
ている。単結晶育成用容器９の上端にはフツク１
８が設けてあり、ワイヤー１９等を利用して単結
晶育成用容器９を垂直型電気炉７の炉心管内につ
り下げられるようになつている。また、ワイヤー
１９の先端は定速移動機構部１０に連結され、単
結晶育成用容器９と垂直型電気炉との相対位置が
一定速度で変えられるようになつている。２０は
結晶成長時の炉内温度分布を示したもので、２１
は化合物半導体の固相線温度である。また、２２
は融液溜め部１１から蒸発した化合物半導体の蒸
気、２３は結晶成長領域に形成させる狭い融液
帯、２４は成長結晶、２５は単結晶育成用容器の
移動方向、２６は20cm位置での温度である。
本発明の方法による単結晶育成の原理をPb1-x
SnxTe結晶育成の場合を例にとつて、以下に詳細
に説明する。
SnxTe結晶育成の場合を例にとつて、以下に詳細
に説明する。
Pb1-xSnxTeの多結晶原料を融液溜め部１１に
入れ、融点以上の高温にまで加熱することによつ
て融液１３を形成する。この時融液１３の表面か
らはPbTeおよびSnTeの分子２２が蒸発する。
炉内には２０で示すような温度分布が形成されて
おり、単結晶育成用容器９の融液溜め部１１と結
晶成長部１２との間には高温から低温へ向つての
温度勾配が存在する。そのため、気化された
PbTe、SnTeの分子から成る蒸気２２は一旦融
液溜め部より高温度の融液溜め部の上方へ輸送さ
れ、ついで平衡蒸気圧の低い結晶成長部１２へ輸
送される。結晶成長部１２ではさらに、その先端
がより低温となるよう温度勾配がつけられてお
り、ここへ輸送されてきた蒸気２２は徐冷されて
液化し、再びPb1-xSnxTe融液となり、成長結晶
２４の上に融液帯２３を形成する。この融液帯２
３は融液溜め部１１の融液１３とは接しておら
ず、かつ一端は蒸気２２と接しているため断熱状
態に近いので熱容量を小さくすることができ、効
率良く冷却できることからその幅を狭く保つこと
が容易となる。また、融液帯２３は成長結晶２４
の上に形成され水平に保たれているので、下方へ
垂れ下がることもなく均一な厚さとすることがで
きる。この融液帯２３は単結晶育成用容器９全体
を矢印２５方向へ一定速度で移動させることによ
つて、固相線温度２１以下にまで冷却され、下端
から上方へ向つて一方向凝固されて結晶２４が成
長する。融液１３からの蒸気２２の蒸発速度およ
び蒸気２２の結晶成長部１２への輸送速度は炉内
温度分布２０によつて制御し、また結晶成長速度
は容器９の矢印方向２５への移動速度によつて制
御する。この方法では、蒸気２２が結晶成長部１
２へ輸送されてきて液化され融液帯２３の厚さを
増す速度と融液帯２３が固化されその厚さを減ず
る速度とが一致するようにし、融液帯２３の厚さ
が結晶成長中常に一定に保たれるように調節する
ことが重要である。第３図に固相線温度２１と20
cm位置での温度２６との温度差と融液帯の形成さ
れる速度との関係を示す。温度差100℃で融液帯
の形成される速度は0.4mm／ｈであるので、これ
に合わせて容器の移動速度を調節した。融液帯の
形成される速度は0.1mm／ｈから２mm／ｈの間で
調節可能であつた。
入れ、融点以上の高温にまで加熱することによつ
て融液１３を形成する。この時融液１３の表面か
らはPbTeおよびSnTeの分子２２が蒸発する。
炉内には２０で示すような温度分布が形成されて
おり、単結晶育成用容器９の融液溜め部１１と結
晶成長部１２との間には高温から低温へ向つての
温度勾配が存在する。そのため、気化された
PbTe、SnTeの分子から成る蒸気２２は一旦融
液溜め部より高温度の融液溜め部の上方へ輸送さ
れ、ついで平衡蒸気圧の低い結晶成長部１２へ輸
送される。結晶成長部１２ではさらに、その先端
がより低温となるよう温度勾配がつけられてお
り、ここへ輸送されてきた蒸気２２は徐冷されて
液化し、再びPb1-xSnxTe融液となり、成長結晶
２４の上に融液帯２３を形成する。この融液帯２
３は融液溜め部１１の融液１３とは接しておら
ず、かつ一端は蒸気２２と接しているため断熱状
態に近いので熱容量を小さくすることができ、効
率良く冷却できることからその幅を狭く保つこと
が容易となる。また、融液帯２３は成長結晶２４
の上に形成され水平に保たれているので、下方へ
垂れ下がることもなく均一な厚さとすることがで
きる。この融液帯２３は単結晶育成用容器９全体
を矢印２５方向へ一定速度で移動させることによ
つて、固相線温度２１以下にまで冷却され、下端
から上方へ向つて一方向凝固されて結晶２４が成
長する。融液１３からの蒸気２２の蒸発速度およ
び蒸気２２の結晶成長部１２への輸送速度は炉内
温度分布２０によつて制御し、また結晶成長速度
は容器９の矢印方向２５への移動速度によつて制
御する。この方法では、蒸気２２が結晶成長部１
２へ輸送されてきて液化され融液帯２３の厚さを
増す速度と融液帯２３が固化されその厚さを減ず
る速度とが一致するようにし、融液帯２３の厚さ
が結晶成長中常に一定に保たれるように調節する
ことが重要である。第３図に固相線温度２１と20
cm位置での温度２６との温度差と融液帯の形成さ
れる速度との関係を示す。温度差100℃で融液帯
の形成される速度は0.4mm／ｈであるので、これ
に合わせて容器の移動速度を調節した。融液帯の
形成される速度は0.1mm／ｈから２mm／ｈの間で
調節可能であつた。
第４図は、上記の本発明の方法で育成した単結
晶の成長軸方向のSn濃度分布を従来のブリツジ
マン法育成の場合と比較して示したものである。
図で実線が本発明の方法で育成した場合を示し、
破線が従来法で育成した場合を示す。両者ともに
固相線温度近傍での温度勾配は15℃／cmで固化速
度は0.5mm／ｈであつた。第４図から本発明の方
法で育成した場合には10cmの長さの結晶に対し、
Sn濃度が長さ２cmから８cmの範囲で約19at.％と
一定で、均一組成領域の非常に長い単結晶が得ら
れるのに対し、従来の方法ではSn濃度が19at.％
の領域は0.5cm未満であることがわかる。この結
果は、融液から気化されて輸送されてきた
PbTe、SnTeが元の融液と同一組成（Pb0.8Sn0.2
Te）の幅の狭い均一な厚さの融液帯２３を形成
し、融液帯２３内での対流が抑制された状態で結
晶２４が成長したことを示すもので、本発明の方
法および装置構成の有効性が明らかである。
晶の成長軸方向のSn濃度分布を従来のブリツジ
マン法育成の場合と比較して示したものである。
図で実線が本発明の方法で育成した場合を示し、
破線が従来法で育成した場合を示す。両者ともに
固相線温度近傍での温度勾配は15℃／cmで固化速
度は0.5mm／ｈであつた。第４図から本発明の方
法で育成した場合には10cmの長さの結晶に対し、
Sn濃度が長さ２cmから８cmの範囲で約19at.％と
一定で、均一組成領域の非常に長い単結晶が得ら
れるのに対し、従来の方法ではSn濃度が19at.％
の領域は0.5cm未満であることがわかる。この結
果は、融液から気化されて輸送されてきた
PbTe、SnTeが元の融液と同一組成（Pb0.8Sn0.2
Te）の幅の狭い均一な厚さの融液帯２３を形成
し、融液帯２３内での対流が抑制された状態で結
晶２４が成長したことを示すもので、本発明の方
法および装置構成の有効性が明らかである。
第５図は育成した単結晶中の小傾角粒界の発生
度合を示すＸ線トポグラフ像の模式図である。従
来法で育成した場合は第５図ａに示すように１mm
〜２mmの大きさの小傾角粒界が多数存在するのに
対し、本発明の方法で育成した場合には、第５図
ｂに示すように小傾角粒界は全く存在しないこと
がわかる。
度合を示すＸ線トポグラフ像の模式図である。従
来法で育成した場合は第５図ａに示すように１mm
〜２mmの大きさの小傾角粒界が多数存在するのに
対し、本発明の方法で育成した場合には、第５図
ｂに示すように小傾角粒界は全く存在しないこと
がわかる。
また、本発明の方法による単結晶の育成におい
て、結晶原料の組成は（Pb0.8Sn0.2）1-yTe1+yの表
式において−0.2ｙ0.01の領域の組成が特に
適していた。これは結晶原料の組成が化学量論比
からずれている場合でも、PbTe、SnTe分圧が
Pb分圧およびSn分圧よりも１桁以上高いため、
気化された蒸気の組成はほぼ化学量論組成に等し
いためである。
て、結晶原料の組成は（Pb0.8Sn0.2）1-yTe1+yの表
式において−0.2ｙ0.01の領域の組成が特に
適していた。これは結晶原料の組成が化学量論比
からずれている場合でも、PbTe、SnTe分圧が
Pb分圧およびSn分圧よりも１桁以上高いため、
気化された蒸気の組成はほぼ化学量論組成に等し
いためである。
実施例 ２
Pb0.8Sn0.2Te0.7Se0.3の四元化合物半導体の単結
晶育成例を以下に記す。
晶育成例を以下に記す。
第６図は電気炉の温度勾配25℃／cm、固化速度
0.5mm／ｈで育成した四元系混晶におけるSn濃度
の成長軸方向依存性を示した図である。この場合
においても、10cmの長さの結晶に対し、Sn濃度
が長さ約1.5cmから約９cmまでの範囲で一定であ
り、均一組成領域の非常に長い高品質単結晶が育
成できていることがわかる。
0.5mm／ｈで育成した四元系混晶におけるSn濃度
の成長軸方向依存性を示した図である。この場合
においても、10cmの長さの結晶に対し、Sn濃度
が長さ約1.5cmから約９cmまでの範囲で一定であ
り、均一組成領域の非常に長い高品質単結晶が育
成できていることがわかる。
次に、本発明において使用する単結晶育成用容
器のその他の実施例について説明する。
器のその他の実施例について説明する。
第７図は単結晶育成用容器の第２の実施例を示
す断面図である。図において、前出のものと同一
符号は同一または等価部分を示すものとする。こ
の容器には結晶成長部１２の先端部分に種子結晶
ホルダー２７が設けてあり、種子結晶２８を用い
て成長方位の制御された単結晶の育成が行える。
す断面図である。図において、前出のものと同一
符号は同一または等価部分を示すものとする。こ
の容器には結晶成長部１２の先端部分に種子結晶
ホルダー２７が設けてあり、種子結晶２８を用い
て成長方位の制御された単結晶の育成が行える。
第８図は単結晶育成用容器の更に別の実施例を
示す断面図である。結晶成長部１２において容器
の内側に良熱伝導体のるつぼ２９が設置され、結
晶成長部１２の径方向の温度分布の均一化が図ら
れ、小傾角粒界のない低転位密度の単結晶育成が
行える。空気中では酸化あるいは燃焼してしまう
良熱伝導体のボロンナイトライドやグラフアイト
をるつぼ材として使用できる利点がある。
示す断面図である。結晶成長部１２において容器
の内側に良熱伝導体のるつぼ２９が設置され、結
晶成長部１２の径方向の温度分布の均一化が図ら
れ、小傾角粒界のない低転位密度の単結晶育成が
行える。空気中では酸化あるいは燃焼してしまう
良熱伝導体のボロンナイトライドやグラフアイト
をるつぼ材として使用できる利点がある。
なお、本発明に使用する単結晶育成用容器は、
電気炉を大形にすればそれに応じていくらでも太
くすることが可能である。また、融液溜め部の長
さと結晶成長部の長さも任意に変えることが可能
であるが、融液溜め部の長さと結晶成長部の長さ
が３：１〜１：１の場合に特に良い結果が得られ
た。
電気炉を大形にすればそれに応じていくらでも太
くすることが可能である。また、融液溜め部の長
さと結晶成長部の長さも任意に変えることが可能
であるが、融液溜め部の長さと結晶成長部の長さ
が３：１〜１：１の場合に特に良い結果が得られ
た。
さらにまた、本発明の方法で単結晶を育成する
場合に固相線温度２１近傍の温度勾配は40℃／cm
以下の場合に小傾角粒界の発生が抑制され、高品
質な単結晶が育成できた。
場合に固相線温度２１近傍の温度勾配は40℃／cm
以下の場合に小傾角粒界の発生が抑制され、高品
質な単結晶が育成できた。
なお、本発明の効果は実施例で述べた−族
の化合物半導体単結晶の育成だけでなく、二元素
以上から成る合金や化合物半導体に対しても、構
成成分を気相で結晶成長部に輸送し、結晶成長部
に溶媒を使用せずに合金あるいは化合物半導体の
融液を形成することができるもの全てに対して有
効である。
の化合物半導体単結晶の育成だけでなく、二元素
以上から成る合金や化合物半導体に対しても、構
成成分を気相で結晶成長部に輸送し、結晶成長部
に溶媒を使用せずに合金あるいは化合物半導体の
融液を形成することができるもの全てに対して有
効である。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明の単結晶育成方法
およびその育成装置によれば、次のような利点が
ある。
およびその育成装置によれば、次のような利点が
ある。
(イ) 垂直な炉構成を利用して融液帯を成長結晶の
上に形成するので、熱応力の発生を少なくする
よう炉の温度勾配を小さくしても融液帯が垂れ
下がることなく水平に保持され、均一な厚みを
もつ融液帯が容易にしかも制御性良く形成する
ことが可能となり、組成均一体に優れ、小傾角
粒界や転位の少ない低欠陥密度の単結晶を育成
することができる。
上に形成するので、熱応力の発生を少なくする
よう炉の温度勾配を小さくしても融液帯が垂れ
下がることなく水平に保持され、均一な厚みを
もつ融液帯が容易にしかも制御性良く形成する
ことが可能となり、組成均一体に優れ、小傾角
粒界や転位の少ない低欠陥密度の単結晶を育成
することができる。
(ロ) 融点以上の高温度で気化させので単なる気相
成長の場合に比べ１桁程度速い速度で結晶を育
成することができ、大形単結晶が生産性よく育
成できる。
成長の場合に比べ１桁程度速い速度で結晶を育
成することができ、大形単結晶が生産性よく育
成できる。
第１図は本発明の単結晶育成法において使用す
る装置構成の一実施例の断面図、第２図は本発明
における単結晶育成容器の第１の実施例の断面
図、第３図は温度差と融液帯の形成される速度と
の関係を示す線画、第４図は本発明の方法で育成
したPb1-xSnxTe結晶の成長軸方向のSn濃度分布
を従来のブリツジマン法育成の場合と比較した線
画、第５図は結晶中の小傾角粒界の発生度合を示
すＸ線トポグラフ像の模式図、第６図はPb1-x
SnxTe1-ySey系混晶におけるSn濃度の成長軸方向
依存性を説明するための線画、第７図は単結晶育
成用容器の第２の実施例の断面図、第８図は、単
結晶育成用容器の第３の実施例を説明するための
断面図、第９図は従来の狭融液帯形成法を説明す
るための図を示す。 １……アンプル、２……融液溜め部融液、３…
…融液溜め部から蒸発した蒸気、４……液滴、５
……成長結晶、６……狭融液帯、７……垂直型電
気炉、８，８′……ヒータ、９……単結晶育成用
容器、１０……定速移動機構部、１１……融液溜
め部、１２……結晶成長部、１３……融液、１４
……核生成部、１５……良熱伝導性外管、１６…
…良熱伝導性微粉末、１７……ガラスウール、１
８……フツク、１９……ワイヤー、２０……炉内
温度分布、２１……化合物半導体の固相線温度、
２２……化合物半導体の蒸気、２３……狭融液
帯、２４……成長結晶、２５……容器移動方向、
２６……20cm位置での温度、２７……種子結晶ホ
ルダー、２８……種子結晶、２９……良熱伝導体
るつぼ。 〔参考文献〕 (1) 金属の凝固（岡本、鈴木共訳、丸善、1980）
P134 (2) S.G.Parker；J.Electron.Mater、５、479
（1976） (3) D.Mateika；J.Crystal.Growth.９、249
（1971） (4) 特願昭56−63876
る装置構成の一実施例の断面図、第２図は本発明
における単結晶育成容器の第１の実施例の断面
図、第３図は温度差と融液帯の形成される速度と
の関係を示す線画、第４図は本発明の方法で育成
したPb1-xSnxTe結晶の成長軸方向のSn濃度分布
を従来のブリツジマン法育成の場合と比較した線
画、第５図は結晶中の小傾角粒界の発生度合を示
すＸ線トポグラフ像の模式図、第６図はPb1-x
SnxTe1-ySey系混晶におけるSn濃度の成長軸方向
依存性を説明するための線画、第７図は単結晶育
成用容器の第２の実施例の断面図、第８図は、単
結晶育成用容器の第３の実施例を説明するための
断面図、第９図は従来の狭融液帯形成法を説明す
るための図を示す。 １……アンプル、２……融液溜め部融液、３…
…融液溜め部から蒸発した蒸気、４……液滴、５
……成長結晶、６……狭融液帯、７……垂直型電
気炉、８，８′……ヒータ、９……単結晶育成用
容器、１０……定速移動機構部、１１……融液溜
め部、１２……結晶成長部、１３……融液、１４
……核生成部、１５……良熱伝導性外管、１６…
…良熱伝導性微粉末、１７……ガラスウール、１
８……フツク、１９……ワイヤー、２０……炉内
温度分布、２１……化合物半導体の固相線温度、
２２……化合物半導体の蒸気、２３……狭融液
帯、２４……成長結晶、２５……容器移動方向、
２６……20cm位置での温度、２７……種子結晶ホ
ルダー、２８……種子結晶、２９……良熱伝導体
るつぼ。 〔参考文献〕 (1) 金属の凝固（岡本、鈴木共訳、丸善、1980）
P134 (2) S.G.Parker；J.Electron.Mater、５、479
（1976） (3) D.Mateika；J.Crystal.Growth.９、249
（1971） (4) 特願昭56−63876
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 融液溜め部において気化された結晶原料の蒸
気を結晶成長部において冷却・液化させ融液帯を
形成し、該融液帯を一方向凝固させて結晶成長を
行う単結晶育成方法において、結晶成長部と区画
された上方の融液溜め部より蒸発された化合物半
導体の蒸気を、一旦融液溜め部より高温度の融液
溜め部上方へ輸送した後、さらに下方の結晶成長
部に輸送して冷却し融液帯を形成し、成長結晶の
上部に均一の厚さに水平に保持し、単結晶育成を
行うことを特徴とする化合物半導体単結晶の育成
方法。 ２ 垂直型電気炉と、前記電気炉の内部に収めら
れている耐熱性の単結晶育成容器と、前記の電気
炉と容器との間の相対的位置を変化せしめるため
の定速移動機構部とを具備し、前記の単結晶育成
容器は、内径の大なる融液溜め部と、前記の融液
溜め部の中心を貫き下方に伸びる径の小なる結晶
成長部を有し、かつ融液溜め部の下部周囲と結晶
成長部とは結合しており、前記の結晶成長部の下
方には結晶核生成部が設けられると共に、結晶成
長部の周囲には良熱伝導性材料により被覆されて
いることを特徴とする単結晶育成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4105985A JPS61201690A (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 化合物半導体単結晶の育成方法および育成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4105985A JPS61201690A (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 化合物半導体単結晶の育成方法および育成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201690A JPS61201690A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH0242800B2 true JPH0242800B2 (ja) | 1990-09-26 |
Family
ID=12597843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4105985A Granted JPS61201690A (ja) | 1985-03-04 | 1985-03-04 | 化合物半導体単結晶の育成方法および育成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61201690A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102864496A (zh) * | 2012-09-20 | 2013-01-09 | 上海大学 | 移动加热器法生长碲锌镉晶体的装置 |
| JP6162625B2 (ja) * | 2014-02-27 | 2017-07-12 | 株式会社日立製作所 | 結晶育成用るつぼおよびそれを備えた結晶育成装置ならびに結晶育成方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5731555A (en) * | 1980-08-02 | 1982-02-20 | Showa Aluminium Co Ltd | Manufacture of aluminum foil vessel |
| JPS57179093A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method and apparatus for manufacturing single crystal of compound semiconductor |
-
1985
- 1985-03-04 JP JP4105985A patent/JPS61201690A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61201690A (ja) | 1986-09-06 |
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