JPH0450188A

JPH0450188A - 単結晶の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JPH0450188A
Application number: JP15964390A
Authority: JP
Inventors: Koichi Onodera; 小野寺　晃一
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-02-19

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】［産業上の利用分野コ本発明は、結晶原料を溶融してから凝固させて■〜■族
化合物半導体（ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ等）、半磁性半導体
（Ｃｄ、−ｘＭｎｘＴｅＳＣｄ、−８ＭｎＸＳｅ等）の
単結晶を作製する方法に関する。

［従来の技術］従来、第５図（ａ）の概略図に示すような単結晶の製造
装置で、■〜■族化合物半導体（Ｃｄ−Ｔｅ、ＣｄＳｅ
等）、半磁性半導体（Ｃｄ、−ＸＭｎｘＴｅＳＣｄｌ−
ｘ　Ｍｎｚ　Ｓｅ等）の単結晶が製造されている。

第５図（ａ）示すように、単結晶製造装置は、透明な石
英肉厚管からなる石英るつぼ１０３の中に予め装填しで
ある結晶原料１０７を電気炉１０１の温度分布を利用し
て溶解し、その後、石英るつは１０３を棒材１０６に懸
吊して、この棒材１０６をるつは昇降装置１０２により
３〜７■速度で降下させて、るつぼ下端より順次結晶成
長を行わせ、その後、徐冷することで単結晶を得るもの
である。

第５図（ｂ）は第５図（ａ）の各炉内位置に対応した炉
内の温度分布を示す図である。

第５図（ｂ）において、Ｈは結晶を溶融できる温度領域
を示している。

第６図（ａ）および（ｂ）は第５図（ａ）の従来の製造
装置に使用される異なった二種類のるつぼ１０３の断面
を示す図である。

第５図（ａ）において、第６図（ａ）に示するつぼ１０
３に、Ｇｄ、Ｍｎ、Ｔｅ等の結晶原料を組成比に応じて
挿入し、真空度１Ｏ−６Ｔｏｒｒまで真空引きした後、
封止する。このるつは１０３を電気炉１０１内に配置し
、るつは１０３内の固体結晶原料を融液にし、この電気
炉１０１内からるつぼ１０３を連続的に３〜７１１ＩＩ
ｌ／時間の速度で降下することによって、このるつぼ１
０３内の前記結晶原料の融液を下方から凝固させて単結
晶を作製している。

［発明が解決しようとする課題］従来の方法の欠点をＣｄ＋−ｘＭｎｘＴｅＭｎＸＴｅ単
結晶４５〜０．５５）を育成した場合について説明する
。

第６図に示した構造の石英るつぼ１０３を使用してＣｄ
＋−ｘ　ＭｎＸＴｅ単結晶（ｘ−０，４５〜０．５５）
を育成した場合、（イ）電気炉の指示温度が化合物の融
点Ｔｍ（−１０５０℃）より比較的高く設定された時は
、電気炉の自然な温度分布の温度勾配が比較的大きい箇
所で凝固が行われるが、この場合には、転移密度が大き
く、るつは材等の不純物の混入量が比較的多い結晶が育
成される。また、（ロ）電気炉の指示温度が化合物の融
点Ｔｍに極めて近く設定された時には、電気炉の自然な
温度勾配が比較的小さい箇所で凝固が行われるが、この
場合には、単結晶化の歩留りが極めて悪くなる欠点があ
った。

また、（ハ）石英管と結晶とが反応して育成中に石英管
がしばしば割れることがあった。このような育成中に石
英管が割れると良質な単結晶が得られない。更に、（ニ
）従来の技術で作製した結晶は、双晶になりやすいとい
う欠点がありこれは解決しなければならない本質的なテ
ーマであった。

他の材料（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）と比較して双晶
になり易い等の原因は、Ｃｄ、−ｘＭｎｙＨＴｅの低熱
伝導性の故に凝固点付近での温度のふらつきが大きいた
め界面形状が不安定になり易いことによるものである（
Ｖ、Ｍ、ＧＩａｚｏｖ　ｅｔ　ａｔ、　１ｎＬｉｑｕｉ
ｄ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄａｃｔｏｒ＜ＰＩｅｎｕｍ、Ｎ
ｅｖ　　Ｙｏｒｋ、１９６９＞。

Ｋ、Ｔｅｒａｓｈｉｓａ　ｅｔ　ａｌ、　Ｊ、Ａｐｐｌ
、Ｐｈｙｓ、　２２　Ｌ３２５（１９８３）参照。）特に、Ｃｄ　１−ｘ　Ｍｎ　ｘ　Ｔ　ｅ単結晶の場合に
、その結晶性が単波長用光アイソレーター等のデバイス
に使用できるかどうかを大きく左右する。つまり、デバ
イス側の要求する物性を十分に満足する高品質単結晶を
作製することが、大きな課題になっている。そして、従
来の技術を用いて作成した材料を用いて■〜■族化合物
半導体および半磁性半導体デバイスを作製した場合には
、品質不良として全く使用できない欠点があった。

そこで、本発明の技術的課題は、■〜■族化合物半導体
（ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ等）、半磁性半導体（Ｃｄｌ−１
Ｍｎ）（Ｔｅ、Ｃｄ、−ＸＭｎｘＳｅ等）の高品質単結
晶を作製する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、るつぼ内に収容された結晶原料を、温
度分布を有する加熱空間内で、育成する単結晶の融点よ
り温度の高領域で溶融して融液を生成し、前記るつぼを
前記融点よりも温度の低い領域に移動して単結晶を製造
する方法において、前記るつぼ内の前記融液と前記単結
晶との界面が実質的に平面とするために、前記るつは内
の融液の上方に円錐状の蓋を設けるとともに、前記るつ
ぼを中心軸の回りに回転させることを特徴とする単結晶
の製造方法が得られる。

本発明によれば、結晶原料を収容するためのるつほと、
前記結晶原料を加熱するための前記るつぼの周囲に温度
分布を有する加熱空間を形成する加熱手段と、前記加熱
空間内で、育成する単結晶の融点より温度の高い領域か
ら前記融点より温度の低い領域へ前記るつぼを移動させ
るための移動手段とを備えた単結晶育成装置において、
前記るつぼを中心軸回りに回転させる回転手段と、前記
るつぼ内に設けられた蓋部材とを有することを特徴とす
る単結晶育成装置が得られる。

尚、本発明において、育成される単結晶としては、■〜
■族化合物半導体（ＣｄＴｅ−ＣｄＳｅ）、半磁性半導
体Ｃｄ、−ＸＭｎ）（Ｔｅ、Ｃｄｌ−ＸＭｎｘＳｅ半導
体が好ましく、その組成はＸ−０゜４５〜０．５５が好
ましい。

また、本発明において、るつほの回転速度は、１〜１０
ｒｐｍが好ましい。

［作　用コ本発明においては、育成される結晶の固液界面の形状を
安定化することにより結晶の双晶化を防止するために、
石英るつぼ上部に円錐状の蓋を先端を下向きにするよう
にし、結晶回転をする。

この方法により、双晶になり易い結晶性の問題が解決し
、■〜■族化合物半導体（ＣｄＴｅ−ＣｄＳｅ）、半磁
性半導体（Ｃｄ　１−ｘ　ＭｎＸＴ　ｅ、Ｃｄ、−ｘＭ
ｎｘＳ　ｅ）の高品質単結晶が作製される。

［実施例コ以下、本発明の詳細な説明する。

成を例にとって説明する。

第１図（ａ）は本発明の実施例に係る単結晶育成装置を
示す図である。

第１図（ａ）において、単結晶育成装置は、結晶原料の
メルト４および生成した単結晶５を収容するるつぼ３と
、このるつぼ３の周囲に配され、前記るつぼを加熱する
ための所定温度分布の加熱空間を形成する電気炉１と、
このるつぼ３を懸吊する棒部材６ａと、この棒部材６ａ
を回転させることでるつぼ３を回転させる回転機構６と
、るつぼを上下方向に移動させるるつぼ昇降機構１０２
とを備えている。

第２図に示すように、この石英るつぼ３は、円筒状で、
底部３ａが円錐形で、この円錐底部の先端部には、突出
した細管３ｂを有している。

細管３ｂ内には、種結晶が収容されている。また、この
石英るつぼ３内には、結晶原料１２が収容されている。

石英るつぼ３の中央部付近には、下方が細い円錐台状の
側面を有する石英からなる蓋部材１３が設けられている
。この蓋部材１３には、真空が引けるように、多数の貫
通孔１３ａが設けられている。また、その内および斜円
錐側面には、カーボンコートが施されている。

第３図（ａ）は本発明の製造装置を用いて、結晶成長さ
せるときの状態を示す図である。

第３図（ａ）において、融液２１および単結晶２２の固
液界面２３は、上方に凸の円形状で略平坦に近い断面を
なすように形成されている。

尚、矢印２４は、結晶の成長方向を示している。

第３図（ａ）のような略平坦な固液界面を形成すること
によって、第３図（ｂ）のような形状の完全な単結晶が
得られる。

比較のために第７図（ａ）および第７図（ｂ）に従来の
結晶育成装置により結晶を成長させるときの状態を示す
。第７図（ａ）のように、単結晶７２および融液７１の
固液界面７３は図のように凸凹を有し、従って第７図（
ｂ）のような結晶の双晶化が生じ易い。

次に、第２図（ｂ）に示した特殊構造の育成るつぼ３を
使用してＣｄ　、−Ｘ　Ｍｎｚ　Ｔ　ｅ単結晶（Ｘ−０
，５）を育成した場合について説明する。

特に、凝固点Ｔｍ付近での界面の形状を安定化するため
に、石英るつぼ３を使用して、Ｃｄｏ、５Ｍｎｏ５Ｔｅ
単結晶を育成した場合について説明する。結晶原料をる
つぼ３内に装填し、るつは３の上部に円錐状の蓋１３を
下向きにして設置し、真空度１Ｏ−６Ｔｏｒｒとして封
止した後、電気炉１内にるつぼ３を配置して、原料を溶
融した。その後、るつは３を５ｒｐｍで回転し、４ＩＩ
ＩＩＩｌ／時間で降下しながら結晶を育成した。

石英るつぼ３の上部の円錐状の蓋は熱の輻射の役割をし
、固液界面の形状が下に凸になっているものをフラット
に改善するために円錐状に設計されている。また、Ｃｄ
、Ｍｎ、Ｔｅ等の蒸発物がるつぼ側面に付着するのをこ
の蓋で止めることにより、るつぼ上部側面への付着抑制
し、石英るつほの割れを防止する効果を兼ねている。

育成中におけるるつぼ３の回転は、固液界面の形状をさ
らに安定にするために加えられる。

第１表に示す条件で、その他は従来の方法と同様にして
、第１図および第２図の装置を用い、本発明の方法によ
フて、単結晶を育成した。また、比較の為に従来の製造
装置を使用して単結晶を製造した。その結果、本発明の
方法によれば、双晶になり易いという結晶性の問題が解
決され、■〜■族化合物半導体（ＣｄＴｅ、Ｃｄ５ｅ）
　、単離性半導体（Ｃｄ　１−ｘ　ＭｎｘＴ　ｅ、　Ｃ
ｄ　ｌ−Ｘ　ＭｎｘＳｅ）の高品質単結晶が作製された
。

第４図は結晶の消光比を測定するための測定装置の構成
を示している。第４図において、試料結晶３１を偏光子
３２および検光子３３間に、夫々が同一の光軸上に位置
するように配置し、この先軸の一端から偏光子３２に対
して、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザー（０，６３３μｍ
）３４の光を入射させて、試料結晶３１および検光子３
３を透過して、出射した光をこの先軸の他端側に配置さ
れた受光部３５で検知し、光パワーメータ３６によって
測定するものである。

第１表の試料の各々は、育成した単結晶から試料を切り
出し、＃１５００．＃３０００の研磨材で研磨した後、
鏡面ラップ加工を施して、厚さ４ＩＩｌＩｎに仕上げた
ものである。

るつぼ内に円錐状の蓋を設け、さらにるっほを回転させ
ることにより、製造した単結晶の試料は、試料４のよう
に、他の方法で製造した単結晶の試料１．２及び３に比
して消光比が極めて優れている。

第表［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、■〜■族化合物半
導体（ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ等）、単離性半導体（Ｃｄ、
ｘＭｎｘＴｅ、Ｃｄ１−ｘ　ＭｎｘＳｅ等）の高品質単
結晶を作製する方法を提供することができる。

以　　下　　余　　白

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例に係る単結晶育成装置を
示す図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の単結晶育成装置
の結晶成長方向に対する温度分布を示す図、第２図は第
１図（ａ）の単結晶育成装置のるつぼを示す断面図、第
３図（ａ）は本発明の製造装置を用いて、結晶成長させ
るときの状態を示す図、第３図（ｂ）は本発明の製造装
置を用いて育成した単結晶を示す図、第４図は消光比の
測定方法を示した原理図、第５図（ａ）は従来の単結晶
育成装置の一例を示す図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）
の単結晶育成装置の結晶成長方向に対する温度分布の一
例を示す図、第６図（ａ）及び（ｂ）は第５図（ａ）の
装置の石英るつほを示す図、第７図（ａ）および第７図
（ｂ）に従来の結晶育成装置による結晶成長させるとき
の状態を示す図である。図中、１・・・電気炉、３・・・るつぼ、３ａ・・・底
部、３ｂ・・・細管、４・・・メルト、５・・・単結晶
、６ａ・・・棒部材、６・・・るつは回転機構、１２・
・・結晶原料、１３・・・蓋部材、１３ａ・・・貫通孔
、２１・・・融液、２２・・・単結晶、２３・・・固液
界面、２４・・・矢印、３１・・・試料結晶、３２・・
・偏光子、３３・・・検光子、３４−＝　Ｈｅ　−Ｎ　
ｅレーザー　３５−・・受光部、３６・・・光パワーメ
ータ、７１・・・融液、７２・・・単結晶、７３・・・
固液界面、１０１・・・電気炉、１０２・・・るつは昇
降機構、１０３・・・石英るつぼ、１０６・・・棒材。第２図第３図（ａ）第３図（ｂ）（結晶の単結晶化）図（Ｑ）ｊ１４図傘清光比＝　　１１０１ｏ　＋ｏ　　（Ｉ　ｍｔｎｌｏ
　ｍａｘ）　（ｄＢ）光線の道行方向− 第（Ｑ）（ｂ）第７　＠１（ａ）第７図（ｂ）（結晶の双晶化）

Claims

【特許請求の範囲】１、るつぼ内に収容された結晶原料を、温度分布を有す
る加熱空間内で、育成する単結晶の融点より温度の高領
域で溶融して融液を生成し、前記るつぼを前記融点より
も温度の低い領域に移動して単結晶を製造する方法にお
いて、前記るつぼ内の前記融液と前記単結晶との界面が実質的
に平面とするために、前記るつぼ内の融液の上方に円錐
状の蓋を設けるとともに、前記るつぼを中心軸の回りに
回転させることを特徴とする単結晶の製造方法。２、結晶原料を収容するためのるつぼと、前記結晶原料を加熱するための前記るつぼの周囲に温度
分布を有する加熱空間を形成する加熱手段と、前記加熱空間内で、育成する単結晶の融点より温度の高
い領域から前記融点より温度の低い領域へ前記るつぼを
移動させるための移動手段とを備えた単結晶育成装置に
おいて、前記るつぼを中心軸回りに回転させる回転手段と、前記るつぼ内に設けられた蓋部材とを有することを特徴
とする単結晶育成装置。