JPH0497989A - 単結晶の製造方法および単結晶引上げ装置 - Google Patents

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） 本発明は、単結晶の製造方法に関するものであり、さら
に詳しく述べるならば、駿化物超伝導薄膜成長の基板材
料等として使用される ＮｄＧａ０．単結晶を製造する方法、ならびに弓上げ装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来シリコン結晶等において最も一般的な単結晶製造法
として引上げ法が使用されている。

Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶の製造方法としても引上げ
法の適用が試みられている。

第３図に従来−船釣に使用されている引上げ装置の図面
を示す０図中、１はイリジウム製ルツボ、２はイリジウ
ム製アフターヒーター、３で小される点はジルコニアバ
ブル、４は高周波加熱コイル、５．６は保温筒、７は融
液である。

Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏ＊の焼結体を高周波加熱コイル４で
融解し、種結晶を融液に付けて、回転させながら引上げ
てＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶を育成し、育成中には引
上げ方向に先細りにしたアフターヒーター２により結晶
を加熱してその冷却速度を遅くして、冷却歪を少なくす
る。アフターヒーター２は引上げ直後（ａｉ度１６５０
℃程度）からの約７ｃｍまでの区間の冷却を遅くするよ
うに構成される。

（発明が解決しようとする課題） 第３図を引用して説明した方法でＮｄＧａ０゜単結晶を
育成したとろ、育成中において単結晶にクラックが入り
、良質な結晶を得ることができなかった。また、たとえ
クラックが少ない結晶でも炉から取り出した後の放置中
に結晶にクラックが入ることがあった。このため、従来
の方法で育成した結晶からは大きな直径の単結晶基板を
得ることは不可能であった。また、小さい径の単結晶基
板でも歩留まりは非常に低かった。

また、第３図に示す従来の単結晶引き上げ装置を使用し
てＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶を育成すると、アフター
ヒーター２および保温筒５．６の効果が不十分であるた
めに、適切な温度勾配が形成されず、上述のようなりラ
ックの問題が起こることが分かった。

したがって、本発明はＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶の弓
上げ法による育成技術において育成中にもまた育成後の
放置中にもクラックが入らない新規な単結晶製造方法及
び引上げ装置を提供することを目的とする。

さらに、本発明は従来法の引上げ法で製造したＮ　ｄ　
Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶が放置中にクラックが入ることを防
止する方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る方法は、ＮｄＧａ０．単結晶を弓上げ法に
より育成するに際し、Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶の引
上げ軸方向の温度勾配を、Ｎ　’ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ融液
の液面から２０ｍｍ〜６０ｍｍの区間（以下、「特定区
間」という）において４０℃／　ｃ　ｍ以下とすること
を特徴とする単結晶の製造方法である。

また本発明に係る単結晶引き上げ装！は、Ｎ　ｄ　Ｇ　
ａ　Ｏｓ単結晶の引上げ装置であって、ＮｄＧａ０．の
融液を収容するルツボと、前記ルツボ内の融液な加熱す
る加熱手段と、前記ルツボの開口部から引上げられた単
結晶の側面を取り囲みかつ引上げ方向にテーパを有する
中空体アフターヒーターと、アフターヒーターの外側を
取り囲む保温筒と、を含んでなる単結晶引上げ装置にお
いて。

前記アフターヒーターが、前記Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ融
液の液面から２５ｍｍ以上の区間に存在しており、前記
保温筒の内面を前記アフターヒーターと面する部分では
該ヒーターのテーパーとほぼ同一のテーパー面とするこ
とを特徴とする。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明者らは第３図に示すような引上げ炉内の温度勾配
を測定したところ、上記の特定区間においては非常に高
いことを見出した。この特定区間はＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏ
ｓ単結晶の育成については最も歪が発生しやすい区間で
あり、温度勾配をなだらかに設定することがクラック防
止に有効であることを見出して、本発明法を完成した。

すなわち、特定区間の温度勾配を４０℃／　ｃ　ｍを超
えると、特定区間で歪が発生し易くなり、クラックの発
生に至る。一方クラック発生に不敏感な領域である特定
区間以外で４０℃／　ｃ　ｍ以下の温度勾配を設定して
もクラック発生防止には効果がない。またＮ　ｄ　Ｇ　
ａ　Ｏｓ融液の液面から２０ｍｍ未満では凝固の進行程
度が低いために、またＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ融液のｌ１
面から６０ｍｍを超えると、凝固に伴う収縮歪のピーク
を過ぎているので、いずれも本発明の温度設定の効果が
ない。

このような温度勾配を作りだすためには、ルツボ内のＮ
　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏ＊融液の加熱手段が高周波誘導コイル
であるときは、ルツボ周囲の耐火物構造を密にすること
や、アフターヒーターの位置を調節することが必要であ
る。さらに、抵抗加熱でルツボを加熱する時はさらに補
助ヒーターを設け、特定区間を加熱することにより所定
温度勾配を設定することができる。

以下、単結晶育成法の具体的操作を説明する。

本発明の単結晶製造法の原料はＮｄ、０．とＧａＪｉの
粉末である。これらの酸化物粉末は４Ｎ程度の高純度品
であることが好ましい。これらの酸化物を混合し直ちに
ルツボで溶解することも出来るが、混合粉をＣＩＰ成形
した後焼結を行った原料を使用することが溶解中の原料
の蒸発などを少なくする上で好ましい。焼結体をＩｒル
ツボに充填し、高周波加熱又は抵抗加熱で１５５０〜１
６８０℃で融解する。原料が融解したら、種結晶を取り
付けた引上げ棒を上部より融液に接触させ、引上げ棒を
回転させながら引上げ、Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶を
育成する。このとき引上げ炉の融液液面上の特定区間が
上記温度勾配条件を満たすことが必要である。

従来法により育成されたインゴットに放置中にクラック
が発生することを防止するために本発明の方法は引上げ
後に１０００℃以上の温度でアニールすることも特徴と
している。これにより、インゴットを全長・全断面で均
熱し、引上げ後インゴットに残っている歪を取り除きク
ラックを少なくすることができる。ただし、従来法では
育成直後にはクラックが無（とも、放置中にクラックが
発生するので引上げ後にできるだけ速やかにアニールを
する必要がある。アニールは引上げ炉とは独立したアニ
ール炉を使用してもよ（、あるいは均熱が良い条件が得
られれば、引上げ炉内で弓上げ後、連続的にアニールし
てもよい。

また本発明者は引上げ炉構造を種々検討し、その結果、
アフターヒーターが、少なくとも、前記Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ
　Ｏｓ融液の液面から２５ｍｍ以上の区間に存在してお
り、前記保温筒の内面を、前記ヒーターと面する部分で
は該ヒーターのテーパーとほぼ同一のテーパー面とする
構造にすることによりクラックを防止することができる
ことを見出した。

従来のアフターヒーターはクラックが最も発生しやすい
場所（すなわちＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ融液の液面から２
０ｍｍ−６０ｍｍの特定区間）を効果的になだらかに降
温するように設けられていないので、本発明の装置では
アフターヒーターを設ける位置を特定した。すなわち、
アフターヒータを設ける位置を特定区間と一致させると
、インゴットの先端側で温度勾配が急峻になり、クラッ
クが発生しやすくなる。また、融液液面から６０ｍｍま
での区間全体にアフターヒーターを設けても同様にクラ
ックが発生しやすい、クラック発生に有効であるのはア
フターヒーターをその下側で特定区間より５ｍｍ上方に
ずらすことである。しかしながら、アフターヒーターの
上側をＮ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ融液の液面より１２０ｍｍ
を超えてずらすことは、これにより温度勾νはさらに緩
やかにはならないので、２５−１２０ｍｍの区間内にア
フターヒーターを設けることが好ましい。

さらに、従来の保温筒は装置全体の保温には効果があっ
たが、クラックが最も発生しやすい場所の保温には効果
がなかったので、保温筒の構造も改善した。まず第１に
アフターヒーターとほぼ同じテーパーを保温筒の内面に
付けることにより、アフターヒーターの熱が出来るだけ
インゴットに多（向かうようにした。

（作用） 請求項１Ｍ己載の方法はけ特定区間の温度勾配を従来よ
り緩やかになるように制御する方法である。従来法と本
発明法の温度勾配を特定区間で比較すると、従来法では
低温側で急激に温度が低下していたために、特定区間全
体の温度勾配が急峻になっていた。このような温度勾配
ではクラックが発生しやすいので本発明は低温側の冷却
を妨げて、緩やかな温度勾配を達成した。

請求項２記載の方法のアニールは引上げ後インゴットに
残存する歪を少なくする手段である。この方法は従来法
で炉から取り出した後の放置中に発生するクラックの防
止に有効である。請求項３記載の装置は、インゴットに
クラックが発生しやすい、融液面から比較的離れた区間
の温度勾配な緩やかにして単結晶を育成する装置である
。

以下、第１図を参照して実施例により本発明を更に詳し
く説明する。

（実施例） 実施例１ 等モル量のＮｄ、Ｏ，とＧａ＊Ｏｓを混合し、ＣＩＰ成
形後１５００℃で焼結した。得られた焼結体を直径１０
０ｍｍのＩｒ製ルツボ１に入れ、高周波コイル４による
加熱により窒素雰囲気中で１６００℃で融解した。

引上げ装置のルツボ１上方には支持台８に固定したＩｒ
製アフターヒータ２を融液７の液面から２５ｍｍ〜８０
ｍｍの区間にテーパ角度的７０゜をもって設けた。その
外側にはアルミナ製保温筒５を２と同軸状に設けた。こ
れらにより特定区間ａの温度勾配を緩やかにする。

引上げ棒（図示せず）の先端に着けられた種結晶（直径
６ｍｍ）を融液７に接触させて、回転数２　Ｏｒｐｍ　
、引上げ速度２．０ｍｍ／ｈｒで引上げ、高周波コイル
６の出力をコントロールしながら結晶を育成した。

上記方法により得られたインゴットの温度分布を第２図
に示す、特定区間ａの温度勾配は３５℃／　ｃ　ｍであ
った。

上記方法により７本のインゴットを製造したが結晶育成
中にもインゴット放置中にもクラックが発生しなかった
。

比較例 第３図の装置により、アフターヒーティング及び保温条
件以外は実施例１と同じ方法によりインゴットの引上げ
を行った所、第４図に示す温度勾配が得られた。特定区
間の温度勾配は７０℃／ｃｍであった。４本のインゴッ
トは育成中にクラックが発生し、３本のインゴットは放
置中にクラックが発生した。

実施例２ 比較例１において育成中にクラックが発生しなかったイ
ンゴット（育成後徐冷状態）を、直ちに均熱性が優れた
マツフル炉にいれ２０℃／　ｈ　ｒで昇温し１４００℃
で１０時間保持し、２０℃／ｈｒで降温するアニールを
行ったところ、その後の放置中のクラックは起こらなか
った。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば Ｎ　ｄ　Ｇ　ａ　Ｏｓ単結晶の製造において、結晶育成
中にもまた放置中にもクラックの発生を防止することが
できるので、歩留まりの向上及び大型基板の製造に寄与
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明請求項３記載の装置の実施例を示す断面
図、 第２図は実施例１における温度勾配を示すグラフ、 第３図は従来の結晶引上げ装置の断面図、第４図は従来
法における温度勾配を示すグラフである。 １−ルツボ、２−アフターヒーター、３−ジルコニアバ
ブル、４は高周波加熱コイル、５．６−保温筒、７−融
液、ａ−特定区間（融液７の表面から２０−６０　ｍ　
ｍの区間） 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＮｄＧａＯ＿３単結晶を引上げ法により育成するに
   際し、前記ＮｄＧａＯ＿３単結晶の引上げ軸方向の温度
   勾配を、ＮｄＧａＯ＿３融液の液面から２０ｍｍ〜６０
   ｍｍの区間において４０℃／ｃｍ以下とすることを特徴
   とする単結晶の製造方法。 ２、引上げ法により育成したＮｄＧａＯ＿３単結晶を、
   引上げた後に１０００℃以上の温度でアニールすること
   を特徴とする単結晶の製造方法。 ３、ＮｄＧａＯ＿３単結晶の引上げ装置であって、Ｎｄ
   ＧａＯ＿３の融液を収容するルツボと、前記ルツボ内の
   融液を加熱する加熱手段と、前記ルツボの開口部から引
   上げられた単結晶の側面を取り囲みかつ引上げ方向にテ
   ーパを有する中空体アフターヒーターと、アフターヒー
   ターの外側を取り囲む保温筒と、を含んでなる単結晶引
   上げ装置において、 前記アフターヒーターが、前記ＮｄＧａＯ＿３融液の液
   面から約２５ｍｍ以上の区間に存在しており、前記保温
   筒の内面を前記アフターヒーターと面する部分では該ヒ
   ーターのテーパーとほぼ同一のテーパー面とすることを
   特徴とする単結晶引上げ装置。