JPH0559874B2 - - Google Patents

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JPH0559874B2
JPH0559874B2 JP60199377A JP19937785A JPH0559874B2 JP H0559874 B2 JPH0559874 B2 JP H0559874B2 JP 60199377 A JP60199377 A JP 60199377A JP 19937785 A JP19937785 A JP 19937785A JP H0559874 B2 JPH0559874 B2 JP H0559874B2
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    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S117/90Apparatus characterized by composition or treatment thereof, e.g. surface finish, surface coating
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T117/10Apparatus
    • Y10T117/1024Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032Seed pulling
    • Y10T117/1052Seed pulling including a sectioned crucible [e.g., double crucible, baffle]

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、結晶の引上げ方法に関する。
(従来の技術) 原料融液中にバツフル板を挿入して融液中の対
流を抑制し、融液の温度分布、温度時間的変動を
制御することが行なわれてきた。
本発明の先行技術としては次のような例があ
る。
(1) J.Crystal Growth、10、91〜96(1971) P.A.C.WHIFFIN and J.C.BRICE (2) 特開昭47−3612号公報 (3) 特開昭51−64482号公報 (4) 特開昭57−188500号公報 (5) 特開昭58−15097号公報 (6) J.Crystal Growth、65、237〜242(1983) D.Mateika、R.Laurien、and M.Liehr 従来例(1)、(2)は原料融液中に、バツフル板を結
晶引上げ方向にほぼ垂直にかつ、るつぼ下部から
原料融液深さの1/4〜3/4の範囲に設けることによ
り、融液中の温度変動を抑止し、半径方向温度分
布の平坦化を実現し、無歪の均一結晶を育成しよ
うとするものである。(第7図参照) 従来例(3)は原料融液上に中央部に開口部を有す
るバツフル板を浮かべて、この開口部を通して単
結晶を引き上げることにより単結晶の形状を規制
すること、およびこのバツフル板の材料として、
窒化ホウ素(BN)、石英(SiO2)、カーボン(黒
鉛)(C)、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素
(SiC)等を使用することが開示されている。
従来例(4)はバツフル板材料として高温耐食性、
機械的強度に優れたSi3N4−Y2O3又はランタニド
系元素酸化物−Al2O3系の焼結体の使用を開示し
ている。
また、従来例(5)は原料融液上に設けられたバツ
フル板をガイドピンにより適当な位置に支持する
装置について述べている。
一方、従来例(6)は第8図に示すように、バツフ
ル板に設ける孔の位置を工夫することにより、半
径方向分布を所望の分布に制御しNd3Ga3O12
結晶の育成を試みている。
従来例(1)、(2)の如く、融液の半径方向温度分布
を平坦化した場合、いわゆる種付けから、肩出し
部分の成長が極めて不安定であり、引上げ結晶の
結晶径が急激に変動することが多い。
従来例、(3)、(4)、(5)はいずれもいわゆる直胴部
と呼ばれる一定直径を有する結晶部分を作製する
ために、その直径変動を抑止する目的で発明され
たものであり、従来例(1)、(2)の如く種付けから、
肩出し部分の領域においては成長の不安定化を防
止することは不可能であり、直胴部の引上げにお
いてのみ効果がある。従つて、肩出し部分で結晶
成長が極めて不安定であり異常成長が発生した場
合、それ以降の結晶は双晶あるいは多結晶となる
場合が多く、高品質の単結晶が得にくいという欠
点がある。
一方、従来例(6)のように固液界面が上に凸にな
り易い結晶では、バツフル板の使用により、るつ
ぼ中心温度を周辺部より低くすることで結晶の引
上げが可能となる。しかし、引上げ結晶の直径増
大のために融液温度を徐々に下げていくにつれ
て、固液界面の下への凸化が顕著になり結晶の付
不一化が起こる。
さらに、従来例でのバツフル板使用はすべてバ
ツフル板内の原料融液表面の直径は常に一定に保
持した状態で使用されおり引上げ結晶の直径の増
大に伴なつて変化させることは実施されていな
い。従つてバツフル板を使用することにより得ら
れる前述の効果が引上げ全般に渡つて充分活用で
きない。
以上の問題を解決するためには、引上げ中の結
晶直径の増大に応じて融液の半径方向温度分布を
最適に制御する必要がある。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、従来のバツフル板を用いる結晶引上
げ方法の欠点を解消し、融液界面における引上げ
結晶の直径の増大に応じて融液の半径方向の温度
分布を制御することにより、引上げ工程全般に渡
り成長の安定化及び固液界面の平坦化を達成でき
双晶、粒界、転位等の結晶欠陥が少なく、かつ均
質な結晶の引上げを可能とする方法を提供しよう
とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は原料融液内に上方になるほど口径が広
がるバツフル板をその先端の小開口部において該
バツフル板の内外の融液が連通するように配置し
て該バツフル板内の融液から結晶を引上げる方法
において、融液界面の引上げ結晶の直径の増大に
応じて、前記バツフル板内の融液表面の直径を増
大させるように該バツフル板を融液表面に対して
相対的に移動することを特徴とする結晶の引上げ
方法である。
ここで、上方になるほど口径が広がるバツフル
板とは、逆円錐台のロート状のように口径の変化
が一定のものの他に変化の割合を変化させた先細
型等目的に応じて任意の形状をとることができ
る。なお、該バツフル板の上部に直胴部を設ける
こともできる。また、バツフル板の材料は原料融
液に対する化学的安定性及び耐熱性を有するもの
で、具体的にはカーボン、焼結窒化ホウ素、熱分
解ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、石英
などを用いることができる。
本発明は、Si、Ge等の族元素半導体結晶、
GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs等の−族化
合物結晶並びにそれらの混晶、CdTe、CdSe、
ZnTe、HgTe等の−族化合物結晶並びにそ
れらの混晶、MnTe結晶、Gd3Ga5O12
Bi12SiO20、LiNbO3等の酸化物結晶の育成に適し
たものである。
第1図は本発明を実施するための結晶引上げ装
置の断面図である。
原料融液2を収容するルツボ3をルツボ支持軸
4でチヤンバー10の中央に支持し、該ルツボ3
の周囲にヒーター8及び断熱材9を設け原料を加
熱溶融する。一方、原料融液2内にはバツフル板
6を浸漬し、その中央から結晶1を引上軸5によ
り引上げる。引上軸5とルツボ支持軸4は回転し
ながら上下に昇降する手段を有している。バツフ
ル板6はバツフル板支持具7により断熱材9に固
定されているが、必要に応じてバツフル板に昇降
手段を付すこともできる。
第2図は本発明に使用するバツフル板の1つの
具体例であり、上部の直胴部と下部のロート状部
分とからなる。ロート部下端を零点とした時の高
さ方向の位置をXとすると、バツフル板内の融液
表面の直径DBは第3図のように示すことができ
る。引上げ結晶についてみると、第4図のように
結晶の引上げにつれて固液界面の結晶直径DC
最初の種結晶の大きさから徐々に大きくなり所望
の結晶直径になるとその後は円柱状に育成され
る。
第5図は引上げ結晶の直径の増大とバツフル板
の位置関係を示したもので、図中Aは種付けの段
階を、Bは結晶の肩出しの段階を、Cは成長結晶
の直胴部に入る段階をそれぞれ示している。バツ
フル板は融液表面に対して、結晶引上げにともな
い押し下げるように移動させる。移動の過程でバ
ツフル板内径DBをその時の引上げ結晶の直径DC
に比例するようにすることが好ましい。移動の方
法はバツフル板を移動させてもよいしルツボを移
動させてもよい。バツフル板の直径の変化は、結
晶の肩出しに合わせることが好ましい。
(作用) 第6図はバツフル板6を用いないときのルツボ
内融温2の温度分布を点線で示した。これに対し
て第7,8図はバツフル板6を用いた例を示す。
融液中の温度分布はバツフル板直径に支配され
る。
分布の型はバツフル板に設ける穴の位置や個数
によつても変化するが、これらは各々の目的によ
つて変更すればよい。要は、バツフル板の内径を
引上中に変化させることにより融液の半径方向温
度分布を制御できることになる。
半径方向温度分布を制御すると、前述のよう
な、急激な結晶径変動、結晶界面の下方への凸化
がなぜ起こるのか以下に説明する今、種付け直後
の引上げ状態を考える、この時もし種結晶の径
DC、に比べはるかに大きい内径DBを有するバツ
フル板を使用したとする、すると第9図に示すよ
うに、半径方向温度分布はバツフル板内径DB
でかなり平坦な温度分布となる。この時の結晶固
化温度をTCとすると、わずかな温度変動で融液
内の温度は大きな径に渡つて結晶固化温度TC
下となる。すなわち、結晶径が、種結晶のサイズ
より急激に大きくなる。逆に固化温度TCより高
くなれば急激に結晶径が小さくなる。ところが、
種結晶のサイズDCに比べ少し大きな内径をもつ
バツフル板DBを使用すれば、前述の半径方向温
度分布の平坦部の範囲は狭くなり、温度変動に併
なう結晶径の変動範囲も小さくなるわけである。
一方、例えば従来例(6)の場合等では、バツフル板
内は急激ないわゆるV字型の半径方向温度分布と
なるため、結晶径の増大が困難となるそのため
に、融液温度を下げていけば固化温度以下になる
範囲は拡大し、結晶径は増加するが、中心部分の
温度が下がりすぎるために、固液界面が中心部で
下に凸になる傾向が発生する。従つて、この場合
はバツフル板内径DBを徐々に増加させて、結晶
径を増大させることが必要になるわけである。
(実施例) 101.6mmφ(4″φ)の石英ルツボにGaAs結晶1.6
Kgをチヤージした。バツフル板は直胴部長さ40
mm、内径60mmφ、テーバー部高さ25mm、下端開口
10mmφで焼結窒化ホウ素で形成した。種結晶は4
mm□ のものを使用し、引上げ炉内は15atmの窒素
ガスで加圧し、引上げ速度10mm/H、引上げ軸の
回転数5rpm、ルツボ支持軸の回転数12rpmで引
上げた。バツフル板は種付け時に融液中に5mm挿
入した状態でスタートさせ、その後引上げ結晶の
長さと直径が各々20mm、50mmφになるまで徐々に
挿入を続け、結晶直径が50mmφの直胴部に至ると
きバツフル板の融液表面が60mmφの位置で停止さ
せ、引上げを継続した。バツフル板の相対移動
は、バツフル板を固定してルツボを徐々に押し上
げる方法で行なつた。引上げ結晶は50mmφで約
1.5Kgの重量で引上げ中の急激な径変動及びデン
ドライト成長は全く見られなかつた。
また、X線トポグラフイーにより調べた結晶固
液界面形状はほぼフラツトであり、ストリエーシ
ヨン(成長縞)も融液の温度変動に伴なう不規則
なものは観測されなかつた。
(発明の効果) 本発明は、上記構成を採用することにより、次
の効果を有した。
(1) バツフル板による融液内半径方向温度分布制
御を引上中に変化させることができ、結晶の直
径に応じ最適分布にすることができる。その結
果引上げ全般に渡り成長の安定化、固液界面の
平坦化を達成でき、均質な単結晶育成が可能と
なる。
(2) バツフル板の形状そのものは簡単であり、複
雑な加工を要さない。
(3) 引上げ法を用いるすべての単結晶の育成に適
用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の1つの実施例である結晶引
上げ装置の断面図、第2図は本発明に使用するバ
ツフル板の概念図、第3図はバツフル板内の融液
表面の直径の変化を示した図、第4図は結晶の長
さに対して引上げ結晶の直径を示した図、第5図
A,B,Cは結晶引上げの各段階におけるバツフ
ル板の位置を示した図、第6図はバツフル板を用
いない場合のルツボ内融液の温度分布を示した
図、第7図は円筒形バツフル板を用いた場合の融
液の温度分布を示した図、第8図は上部円筒形下
部ロート状のバツフル板を用いた場合の融液の温
度分布を示した図、第9図は結晶の種付けと融液
の温度分布の関係を示した図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 原料融液内に上方になるほど口径が広がつた
    バツフル板をその先端の小開口部において該バツ
    フル板の内外の融液が連通するように配置して該
    バツフル板内の融液から結晶を引上げる方法にお
    いて、融液界面の引上げ結晶の直径の増大に応じ
    て、前記バツフル板内の融液表面の直径を増大さ
    せるように該バツフル板を融液表面に対して相対
    的に移動することを特徴とする結晶の引上げ方
    法。 2 GaAs、InP、GaP、InAs、AlAs、CdSe、
    CdTe、ZnTe、MnTe又はHgTe結晶並びにこれ
    らの混晶を引上げることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の結晶の引上げ方法。
JP60199377A 1985-09-11 1985-09-11 結晶の引上げ方法 Granted JPS6259594A (ja)

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