JPH0465392A - 分子線エピタキシャル結晶成長装置 - Google Patents
分子線エピタキシャル結晶成長装置Info
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- JPH0465392A JPH0465392A JP17859090A JP17859090A JPH0465392A JP H0465392 A JPH0465392 A JP H0465392A JP 17859090 A JP17859090 A JP 17859090A JP 17859090 A JP17859090 A JP 17859090A JP H0465392 A JPH0465392 A JP H0465392A
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- Japan
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- crucible
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- molecular beam
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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。
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〕
この発明は、分子線エピタキシー法により結晶を成長す
る装置に関し、特にGaAs等の半導体結晶成長に用い
られる分子線エピタキシー用セルの改良に関するもので
ある。
る装置に関し、特にGaAs等の半導体結晶成長に用い
られる分子線エピタキシー用セルの改良に関するもので
ある。
[従来の技術]
従来、分子線エピタキシー法による結晶成長においては
、原料の供給はP B N (Pyrolitic B
or。
、原料の供給はP B N (Pyrolitic B
or。
n N1triae)などで作られたるつぼ中に、例え
ばGaAsを結晶成長させる場合においてはGaやAS
、あるいはドーピング材となるSiなどをそれぞれるつ
ぼに入れ、それぞれの蒸発比率を一定に保ち、基板上に
所要の結晶をエピタキシャル成長させることが一般に行
なわれている。
ばGaAsを結晶成長させる場合においてはGaやAS
、あるいはドーピング材となるSiなどをそれぞれるつ
ぼに入れ、それぞれの蒸発比率を一定に保ち、基板上に
所要の結晶をエピタキシャル成長させることが一般に行
なわれている。
以下、この従来の方法による分子線エピタキシー法にお
けるGaAsの結晶成長に用いられるGaセルを例にと
って説明する。
けるGaAsの結晶成長に用いられるGaセルを例にと
って説明する。
第6図はこの従来のGa用セル構造の概略構成図を示す
。この図において、10はGa用セル、1は放熱防止用
筒、2はるつぼ、3は材料源(蒸発源)としてのGa、
4は加熱用ヒーター、5は熱電対、6はシャッターであ
る。
。この図において、10はGa用セル、1は放熱防止用
筒、2はるつぼ、3は材料源(蒸発源)としてのGa、
4は加熱用ヒーター、5は熱電対、6はシャッターであ
る。
Ga用セル10は放熱防止用筒lの中にPBNなどで作
られたるつぼ2を設置し、るつぼ2の中に材料源(蒸発
源)であるQaを入れておく。るつぽ2は加熱用ヒータ
ー4で例えば800〜900℃に加熱され、熱電対5に
よりその温度が検出され、所定の温度に調節される。
られたるつぼ2を設置し、るつぼ2の中に材料源(蒸発
源)であるQaを入れておく。るつぽ2は加熱用ヒータ
ー4で例えば800〜900℃に加熱され、熱電対5に
よりその温度が検出され、所定の温度に調節される。
他の例えばAsやドーピング材など必要な材料源も同様
に所定の条件に設定し、成長すべき基板の温度、その他
の条件を設定した後、Ga用セル10のシャッター6を
開けるとGa3は蒸発する。
に所定の条件に設定し、成長すべき基板の温度、その他
の条件を設定した後、Ga用セル10のシャッター6を
開けるとGa3は蒸発する。
かくして、例えば約50印上方に配置された基板上にG
aASの結晶が0.5〜1μm/時間の速度で成長する
。
aASの結晶が0.5〜1μm/時間の速度で成長する
。
1発明が解決しようとする課題〕
従来の分子線エピタキシャル結晶成長装置は、上記の様
な方法で結晶成長させるようにしており、結晶成長させ
る時、るつぼ2中のGa3は成長を重ねてゆくと減少し
てゆく。これは例えば1回結晶成長するごとに1gずつ
減少するような割合である。この時、るつぼを加熱する
ヒーター4は第7図に示すごとく、るつぼの先端部より
下部に向かって数十度温度が低くなる、すわちトップヒ
ート構造となっているので、材料源が減少する↓こ従っ
て材料源の最上部の温度は低くなり、蒸発量が減少する
。
な方法で結晶成長させるようにしており、結晶成長させ
る時、るつぼ2中のGa3は成長を重ねてゆくと減少し
てゆく。これは例えば1回結晶成長するごとに1gずつ
減少するような割合である。この時、るつぼを加熱する
ヒーター4は第7図に示すごとく、るつぼの先端部より
下部に向かって数十度温度が低くなる、すわちトップヒ
ート構造となっているので、材料源が減少する↓こ従っ
て材料源の最上部の温度は低くなり、蒸発量が減少する
。
蒸発量の減少は成長速度の減少を招き、同一条件で所望
の厚みの成長層を得ることができなくなる。
の厚みの成長層を得ることができなくなる。
このため、同一厚みの成長層を得ようとするならば、元
の蒸発量を維持するためにるつぼの温度を上げるか、成
長時間を長くするかする必要があった。
の蒸発量を維持するためにるつぼの温度を上げるか、成
長時間を長くするかする必要があった。
しかしながら、成長速度を検出するために実際に成長し
た成長層の厚みを確認し、それらの結果より次の成長時
に蒸発量を修正すべきGa3の温度を決定する必要があ
り大変わずられしい。
た成長層の厚みを確認し、それらの結果より次の成長時
に蒸発量を修正すべきGa3の温度を決定する必要があ
り大変わずられしい。
この発明は、上記の様な問題点を解決するためになされ
たもので、材料源の減少に従って成長速度が減少するこ
とを防ぎ、同一条件で安定した結晶を再現性良く得られ
る分子線エピタキシャル結晶成長装置を得ることを目的
とする。
たもので、材料源の減少に従って成長速度が減少するこ
とを防ぎ、同一条件で安定した結晶を再現性良く得られ
る分子線エピタキシャル結晶成長装置を得ることを目的
とする。
この発明に係る分子線エピタキシャル結晶成長装置は、
分子線エピタキシー用セルに組込まれたるつぼを2重式
にし、内側の第2のるつぼに材料源を入れるとともに外
側の第1のるつぼを一定温度に加熱可能なヒーターで加
熱するとともに、第2のるつぼに入れた材料源は成長を
重ねるに従って減少するために、材料源の最先端部の温
度が低くなり蒸発量が減少し、成長速度が減少するので
、材料源の減少量だけ第2のるつぼを上昇させ、材料源
の最先端部分は常に一定位W(一定温度)になるように
するか、あるいは、所望の成長速度で目的とする結晶を
再現性良く得られるように、成長中に適当な位置にるつ
ぼを移動させるようにしたものである。
分子線エピタキシー用セルに組込まれたるつぼを2重式
にし、内側の第2のるつぼに材料源を入れるとともに外
側の第1のるつぼを一定温度に加熱可能なヒーターで加
熱するとともに、第2のるつぼに入れた材料源は成長を
重ねるに従って減少するために、材料源の最先端部の温
度が低くなり蒸発量が減少し、成長速度が減少するので
、材料源の減少量だけ第2のるつぼを上昇させ、材料源
の最先端部分は常に一定位W(一定温度)になるように
するか、あるいは、所望の成長速度で目的とする結晶を
再現性良く得られるように、成長中に適当な位置にるつ
ぼを移動させるようにしたものである。
また、分子線エピタキシー用セルに組み込まれたるつぼ
においては、るつぼ中に入れられた材料源は成長を重ね
るに従って減少するために、材料源の最先端部の温度が
低くなり蒸発量は減少する。
においては、るつぼ中に入れられた材料源は成長を重ね
るに従って減少するために、材料源の最先端部の温度が
低くなり蒸発量は減少する。
すなわち、成長速度が減少するので、一定の成長速度を
保つためには低下した温度分だけ材料源の温度を上げて
やれば良く、そのため、この発明に係る分子線エピタキ
シャル結晶成長装置は、材料源の液面の高さの変化(材
料源の減少量)と成長速度の変化の関係を温度制御部に
フィードバックし、成長速度を常に一定になるようにヒ
ーターへの電力供給量を制御するようにしたものである
。
保つためには低下した温度分だけ材料源の温度を上げて
やれば良く、そのため、この発明に係る分子線エピタキ
シャル結晶成長装置は、材料源の液面の高さの変化(材
料源の減少量)と成長速度の変化の関係を温度制御部に
フィードバックし、成長速度を常に一定になるようにヒ
ーターへの電力供給量を制御するようにしたものである
。
C作用〕
この発明ムこおいては、材料源を入れたるつぼを移動式
にすることにより材料源の変化に従いるつぼの位置を変
えることができる様にしたため、材料源の最先端部分は
常に一定の位置に保持できる。
にすることにより材料源の変化に従いるつぼの位置を変
えることができる様にしたため、材料源の最先端部分は
常に一定の位置に保持できる。
従って一定成長速度で安定して一定特性の結晶が得られ
る。また、成長中においてもるつぼの位置を変え成長速
度を変えることができるので、簡単な操作で組成の異な
った結晶、例えばGaAlAs等の混晶の場合の組成比
を簡単に変えることができる。
る。また、成長中においてもるつぼの位置を変え成長速
度を変えることができるので、簡単な操作で組成の異な
った結晶、例えばGaAlAs等の混晶の場合の組成比
を簡単に変えることができる。
また、この発明においては、るつぼに入れた材料源の液
量の変化を材料源の液面の高さの変化により検出し、そ
の変化量をるつぼを加熱しているヒーターへの温度制御
部にフィードバックし成長速度を一定になる様に制御す
るようにしたので、一定の特性の結晶を安定して得られ
ることができる。
量の変化を材料源の液面の高さの変化により検出し、そ
の変化量をるつぼを加熱しているヒーターへの温度制御
部にフィードバックし成長速度を一定になる様に制御す
るようにしたので、一定の特性の結晶を安定して得られ
ることができる。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第1図はこの発明の第1の実施例による分子線エピタキ
シャル結晶成長装置での結晶成長に用いられる分子線エ
ピタキシー用セルの一例を示す概略構成図である。第2
図はこのセルのるつぼの温度分布の一例を示す温度分布
図である。
シャル結晶成長装置での結晶成長に用いられる分子線エ
ピタキシー用セルの一例を示す概略構成図である。第2
図はこのセルのるつぼの温度分布の一例を示す温度分布
図である。
なお、ここでは例えば■−v族化合物半導体であるGa
As結晶を作る場合のGaセルについて説明する。
As結晶を作る場合のGaセルについて説明する。
第1図において、1は放熱防止筒で、その中に一定温度
で加熱可能な加熱用ヒーター4が設けられている。2は
Ga3を入れるための第1のるつぼ、7は第1のるつぼ
2を保護するための第2のるつぼである。
で加熱可能な加熱用ヒーター4が設けられている。2は
Ga3を入れるための第1のるつぼ、7は第1のるつぼ
2を保護するための第2のるつぼである。
第1のるつぼは上下移動用の支持棒8で支持され、目的
とする位置に移動できるように構成されている。なお2
0はGa用セル全体を示す。
とする位置に移動できるように構成されている。なお2
0はGa用セル全体を示す。
次にその実施例とじて、GaAsを結晶成長する場合に
ついて説明する。
ついて説明する。
第1図のごとく構成されたセル20の第1のるつぼ2の
中に材料源であるCa3を入れる。るっぽ2の加熱は第
2のるつぼ7の外側より加熱用ヒーター4で行ない、熱
電対5で温度を検出し、所定の温度になるように調節さ
れる。他の材料源であるAsその他のセル(図示せず)
も同様に温度調節され、成長すべき基板(図示せず)も
所定の温度に設定し、その他の条件が整った後、各セル
のンヤソタ−6を開き成長を開始する。
中に材料源であるCa3を入れる。るっぽ2の加熱は第
2のるつぼ7の外側より加熱用ヒーター4で行ない、熱
電対5で温度を検出し、所定の温度になるように調節さ
れる。他の材料源であるAsその他のセル(図示せず)
も同様に温度調節され、成長すべき基板(図示せず)も
所定の温度に設定し、その他の条件が整った後、各セル
のンヤソタ−6を開き成長を開始する。
エピタキシャル成長はセルに入れられたGaを消費しな
がら行なわれるために、材料lGa5は成長を重ねる毎
に減少する。この時るつぼの温度は第2図に示したごと
く、るつぼの先端部より底部に向いて温度が低くなる。
がら行なわれるために、材料lGa5は成長を重ねる毎
に減少する。この時るつぼの温度は第2図に示したごと
く、るつぼの先端部より底部に向いて温度が低くなる。
すなわち、トップヒト構造になっているために、GaS
量の減少に従いGa3の最先端部は下方に下がりC,a
3の温度は低下する。すなわち、成長速度は遅くなる。
量の減少に従いGa3の最先端部は下方に下がりC,a
3の温度は低下する。すなわち、成長速度は遅くなる。
そのために、本実施例においてはGa3の減少量だけ支
持棒8でるつぼを上方に上昇させ、Ga3の液面の最先
端部が常に一定位置に来るように調整する。かくしてG
a3の蒸発量は一定に保たれ、他の条件を変えることな
く所定の特性を持ったエピタキシャルを安定して得るこ
とができる。
持棒8でるつぼを上方に上昇させ、Ga3の液面の最先
端部が常に一定位置に来るように調整する。かくしてG
a3の蒸発量は一定に保たれ、他の条件を変えることな
く所定の特性を持ったエピタキシャルを安定して得るこ
とができる。
また、るつぼ2を所定の温度に加熱しながら、るつぼ2
の位置を任意に変えることにより成長速度を変えること
ができるので、成長中においても組成の異なる成長層を
得ることも可能である。
の位置を任意に変えることにより成長速度を変えること
ができるので、成長中においても組成の異なる成長層を
得ることも可能である。
なお、材料源Ga3の液面の高さは光学的、マイクロ波
的、赤外線的方法等、必要に応じて最適な装置で測定す
ることができる。
的、赤外線的方法等、必要に応じて最適な装置で測定す
ることができる。
また、第3図はこの発明の第2の実施例による分子線エ
ピタキシャル結晶成長装置による結晶成長に用いる分子
線エピタキシー用セルの一例を示す概略構成図、第4図
は当該セルに組み込まれたるつぼの部分の温度分布の概
略図、第5図は材料源Ga量に対する成長速度変化の概
略図である。
ピタキシャル結晶成長装置による結晶成長に用いる分子
線エピタキシー用セルの一例を示す概略構成図、第4図
は当該セルに組み込まれたるつぼの部分の温度分布の概
略図、第5図は材料源Ga量に対する成長速度変化の概
略図である。
なお、ここでは例えばm−v族化合物半導体であるGa
As結晶を作る場合のGaセルについて説明する。
As結晶を作る場合のGaセルについて説明する。
第3図のごとく構成されたセル1oのるっぽ2の中に材
料源Ga3を入れる。るっぽ2の加熱は加熱用ヒーター
4aで行ない、熱電対5で温度を検出し、所定の温度に
なるように調節する。他の材料源であるAsその他のセ
ル(図示せず)も同様に調節され、成長すべき基板(図
示せず)も所定の温度に設定する。
料源Ga3を入れる。るっぽ2の加熱は加熱用ヒーター
4aで行ない、熱電対5で温度を検出し、所定の温度に
なるように調節する。他の材料源であるAsその他のセ
ル(図示せず)も同様に調節され、成長すべき基板(図
示せず)も所定の温度に設定する。
その他の条件が整った後、各セルおよび材料源Ga3の
シャッター6を開き成長を開始する。
シャッター6を開き成長を開始する。
エピタキシャル成長はるっぽ2に入れられたGa3を消
費しながら行なわれるために、材料#1Ga3は成長を
重ねるに従って減少する。この時、るつぼ2の温度は第
4図のごとくるつば2の先端部より底部に向かって温度
が低くなる。すなわち、トップヒート構造になっている
ために、材料源Ga3の減少に従い、材料fiGa3の
最先端部は下方に下がり温度は低下する。すなわち、第
3図に示した如く、例えば材料@Ga3の先端部がA点
よりA′点に下がると成長速度は遅くなる。
費しながら行なわれるために、材料#1Ga3は成長を
重ねるに従って減少する。この時、るつぼ2の温度は第
4図のごとくるつば2の先端部より底部に向かって温度
が低くなる。すなわち、トップヒート構造になっている
ために、材料源Ga3の減少に従い、材料fiGa3の
最先端部は下方に下がり温度は低下する。すなわち、第
3図に示した如く、例えば材料@Ga3の先端部がA点
よりA′点に下がると成長速度は遅くなる。
そのため、本実施例においては、材料源の減少量を第3
図のGa量チエツク用窓17より観測し、材料源の液面
の高さの変化(材料源の減少量)と成長速度の変化の関
係を記憶している図示しない温度制御部により材料源G
a3の液面の低下分、すなわち温度低下による成長速度
の減少分だけ、セル10のヒーター4aによりるつぼ2
の温度を上げる。
図のGa量チエツク用窓17より観測し、材料源の液面
の高さの変化(材料源の減少量)と成長速度の変化の関
係を記憶している図示しない温度制御部により材料源G
a3の液面の低下分、すなわち温度低下による成長速度
の減少分だけ、セル10のヒーター4aによりるつぼ2
の温度を上げる。
かくして材料5ca3の蒸発量は一定に保たれ、他の条
件を変えることなく所定の特性を持ったエピタキシャル
層を安定して得ることができる。
件を変えることなく所定の特性を持ったエピタキシャル
層を安定して得ることができる。
なお、材料源Ga3の液面の高さは光学的、マイクロ波
的、赤外線的方法等、必要に応して最適な装置で測定す
ることができる。
的、赤外線的方法等、必要に応して最適な装置で測定す
ることができる。
以上、説明したように、この発明に係る分子線エピタキ
シャル結晶成長装置によれば、るつぼ中のGaO量の変
化に従ってるつぼの位置を変え、Gaの最先端部が常に
一定位置に来るように調節可能な支持棒を取り付けるこ
とにより一定量の原料を蒸発させることが可能となり、
従って一定成長速度に保つことができるので、安定して
再現性良く所望の特性を持った結晶を得ることができる
。
シャル結晶成長装置によれば、るつぼ中のGaO量の変
化に従ってるつぼの位置を変え、Gaの最先端部が常に
一定位置に来るように調節可能な支持棒を取り付けるこ
とにより一定量の原料を蒸発させることが可能となり、
従って一定成長速度に保つことができるので、安定して
再現性良く所望の特性を持った結晶を得ることができる
。
また、るつぼ中のQaの量の変化を光学的にあるいはそ
の他の方法でGa液面の高さの変化により検出し、変化
量に従ってヒーターへの電力供給量を制御するようにし
たので、結晶成長速度を一定に保つことができ、一定の
特性の結晶を安定して得ることができる。
の他の方法でGa液面の高さの変化により検出し、変化
量に従ってヒーターへの電力供給量を制御するようにし
たので、結晶成長速度を一定に保つことができ、一定の
特性の結晶を安定して得ることができる。
第1図はこの発明の第1の実施例による分子線エピタキ
シャル結晶成長装置のGa用セルの概略構成図、第2図
は第1図におけるるつぼ部分の温度分布の概略構成を示
す図、第3図はこの発明の第2の実施例による分子線エ
ピタキシャル結晶成長装置のGa用セルの概略構造図、
第4図は当該セルのるつぼ付近の温度分布例を示す概略
図、第5図は材料源Gaの液面の高さと成長速度を示す
概略図、第6図は従来のセルの概略図、第7図は当該セ
ルのるつぼ付近の温度分布の概略図である。 図において、1は放熱防止筒、2はるつぼ、3は材料源
Qa、4,4aはヒーター 5は熱電対、6はシャッタ
ー 7は第2のるつぼ、17はQa量チエツク用窓、8
は支持棒、10.20はセル全体である。 なお、図において同一符号は同−又は相当部分を示す。
シャル結晶成長装置のGa用セルの概略構成図、第2図
は第1図におけるるつぼ部分の温度分布の概略構成を示
す図、第3図はこの発明の第2の実施例による分子線エ
ピタキシャル結晶成長装置のGa用セルの概略構造図、
第4図は当該セルのるつぼ付近の温度分布例を示す概略
図、第5図は材料源Gaの液面の高さと成長速度を示す
概略図、第6図は従来のセルの概略図、第7図は当該セ
ルのるつぼ付近の温度分布の概略図である。 図において、1は放熱防止筒、2はるつぼ、3は材料源
Qa、4,4aはヒーター 5は熱電対、6はシャッタ
ー 7は第2のるつぼ、17はQa量チエツク用窓、8
は支持棒、10.20はセル全体である。 なお、図において同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (2)
- (1)分子線エピタキシャル法を用いて結晶成長を行な
う装置において、 るつぼを一定温度で加熱するヒーターと、 るつぼ中の原料の量の変化に応じてるつぼの位置を変化
させ、一定量の原料を蒸発させ一定量の成長速度に保つ
手段、あるいはるつぼの位置を変化させることにより成
長中において所望の成長速度により所望の特性を持った
結晶を得る手段のいずれか一方とを備えたことを特徴と
する分子線エピタキシャル結晶成長装置。 - (2)分子線エピタキシャル法を用いて結晶成長を行な
う装置において、 材料源の液面の高さの変化を検出して材料源の液量の変
化を検出する手段と、 その変化量に応じてるつぼを加熱しているヒーターへの
電力供給量を制御することにより結晶の成長速度を制御
する手段とを備えたことを特徴とする分子線エピタキシ
ャル結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17859090A JPH0465392A (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 分子線エピタキシャル結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17859090A JPH0465392A (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 分子線エピタキシャル結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0465392A true JPH0465392A (ja) | 1992-03-02 |
Family
ID=16051127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17859090A Pending JPH0465392A (ja) | 1990-07-05 | 1990-07-05 | 分子線エピタキシャル結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0465392A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030041646A (ko) * | 2001-11-21 | 2003-05-27 | (주)알파플러스 | 도가니 입구에서의 소오스 응축 방지형 진공 증발원 |
-
1990
- 1990-07-05 JP JP17859090A patent/JPH0465392A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030041646A (ko) * | 2001-11-21 | 2003-05-27 | (주)알파플러스 | 도가니 입구에서의 소오스 응축 방지형 진공 증발원 |
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