JPH061692A - 化合物半導体単結晶の製造装置 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造装置Info
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 液体封止チョクラルスキー法で化合物半導体
単結晶を製造する装置において、固液界面直上の単結晶
に対するヒータの加熱効果を抑制することができ、０．
１以上の湾曲率で結晶の育成を可能にした製造装置を提
供しようとするものである。 【構成】 育成単結晶の周囲に円筒形断熱体を配置し、
原料融液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を保持す
るための支持棒を設けるか、又は、円筒形断熱体を収容
する断面Ｕ字状の環状ボートを液体封止剤に浮上させる
ことにより、育成単結晶の周囲で、かつ、原料融液表面
から一定の間隔を置いて該断熱体を配置したことを特徴
とする化合物半導体単結晶の製造装置である。
単結晶を製造する装置において、固液界面直上の単結晶
に対するヒータの加熱効果を抑制することができ、０．
１以上の湾曲率で結晶の育成を可能にした製造装置を提
供しようとするものである。 【構成】 育成単結晶の周囲に円筒形断熱体を配置し、
原料融液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を保持す
るための支持棒を設けるか、又は、円筒形断熱体を収容
する断面Ｕ字状の環状ボートを液体封止剤に浮上させる
ことにより、育成単結晶の周囲で、かつ、原料融液表面
から一定の間隔を置いて該断熱体を配置したことを特徴
とする化合物半導体単結晶の製造装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体封止チョクラルス
キー法により化合物半導体単結晶を製造する装置に関す
る。
キー法により化合物半導体単結晶を製造する装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の液体封止チョクラルスキ
ー法による単結晶製造装置の概念図である。サセプタ１
６に支持されたルツボ３には、原料融液１及び液体封止
剤２が収容されており、サセプタ１６の周囲に配置した
ヒータ９により加熱され、ルツボの収容物は溶融され
る。一方、種結晶４を下端に取り付けた上軸５を下降
し、種結晶４を原料融液１に十分接触させた後、徐々に
単結晶７を引き上げる。なお、１０は断熱板である。
ー法による単結晶製造装置の概念図である。サセプタ１
６に支持されたルツボ３には、原料融液１及び液体封止
剤２が収容されており、サセプタ１６の周囲に配置した
ヒータ９により加熱され、ルツボの収容物は溶融され
る。一方、種結晶４を下端に取り付けた上軸５を下降
し、種結晶４を原料融液１に十分接触させた後、徐々に
単結晶７を引き上げる。なお、１０は断熱板である。
【０００３】このような単結晶の育成においては、成長
時の固液界面８の形状は下に凸で、湾曲率（単結晶７の
中心と周囲の高低差を単結晶の直径で除した値）を０．
１以上にする必要がある。０．１を下回ると、リネージ
と称する転位列が単結晶の成長とともに多量に発生し、
品質が著しく低下する。
時の固液界面８の形状は下に凸で、湾曲率（単結晶７の
中心と周囲の高低差を単結晶の直径で除した値）を０．
１以上にする必要がある。０．１を下回ると、リネージ
と称する転位列が単結晶の成長とともに多量に発生し、
品質が著しく低下する。
【０００４】ところで、液体封止チョクラルスキー法に
よる化合物半導体単結晶の育成は、結晶成長速度が小さ
いため、ほぼ熱平衡状態にある。それ故、育成単結晶内
の熱分布は、次式のラプラス方程式を満たす。 （ｄ2 Ｔ／ｄｒ2 ）＋（１／ｒ）（ｄＴ／ｄｒ）＋（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）＝０ ・・・ ここで、座標軸は、結晶径方向をｒ、成長方向をＺと
し、結晶径方向の温度分布を以下のように２次関数に近
似させる。 Ｔ＝ａｒ2 ＋ＴO ・・・ ここで、ＴO は結晶中心の温度である。この式を結晶内
部における固液界面付近の温度分布と仮定すると、固液
界面形状は、ａ＞０のときに原料融液側に凸、ａ＜０の
ときに原料融液側に凹、ａ＝０のときにフラットである
ことが判る。式を式に代入すると、次式が得られ、
表１の関係が成立することが判る。 （ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）＝−４ａ ・・・ 即ち、結晶中の固液界面付近の成長軸方向Ｚの温度分布
の２階微分（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）を可能な限り負の方向に
大きくなるようにヒータの出力を調整すれば湾曲率を
０．１以上に保持することができ、凸の固液界面形状で
単結晶の育成を行うことができる。
よる化合物半導体単結晶の育成は、結晶成長速度が小さ
いため、ほぼ熱平衡状態にある。それ故、育成単結晶内
の熱分布は、次式のラプラス方程式を満たす。 （ｄ2 Ｔ／ｄｒ2 ）＋（１／ｒ）（ｄＴ／ｄｒ）＋（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）＝０ ・・・ ここで、座標軸は、結晶径方向をｒ、成長方向をＺと
し、結晶径方向の温度分布を以下のように２次関数に近
似させる。 Ｔ＝ａｒ2 ＋ＴO ・・・ ここで、ＴO は結晶中心の温度である。この式を結晶内
部における固液界面付近の温度分布と仮定すると、固液
界面形状は、ａ＞０のときに原料融液側に凸、ａ＜０の
ときに原料融液側に凹、ａ＝０のときにフラットである
ことが判る。式を式に代入すると、次式が得られ、
表１の関係が成立することが判る。 （ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）＝−４ａ ・・・ 即ち、結晶中の固液界面付近の成長軸方向Ｚの温度分布
の２階微分（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）を可能な限り負の方向に
大きくなるようにヒータの出力を調整すれば湾曲率を
０．１以上に保持することができ、凸の固液界面形状で
単結晶の育成を行うことができる。
【０００５】
【表１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図３の従来
装置では、固液界面が下に凸で湾曲率が０．１以上にな
る程、固液界面付近の（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）を十分に強く
負に保つことが困難であった。その理由は、固液界面付
近の（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）を負の方向に大きくするために
は原料融液上部を冷却する方向に持ってゆく必要がある
が、図３の従来装置では育成結晶側面から輻射熱の影響
を受け、十分に冷却することが困難であったからであ
る。そこで、本発明では、上記の欠点を解消し、原料融
液上部を容易に冷却することのできる化合物半導体単結
晶の製造装置を提供しようとするものである。
装置では、固液界面が下に凸で湾曲率が０．１以上にな
る程、固液界面付近の（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）を十分に強く
負に保つことが困難であった。その理由は、固液界面付
近の（ｄ2 Ｔ／ｄＺ2 ）を負の方向に大きくするために
は原料融液上部を冷却する方向に持ってゆく必要がある
が、図３の従来装置では育成結晶側面から輻射熱の影響
を受け、十分に冷却することが困難であったからであ
る。そこで、本発明では、上記の欠点を解消し、原料融
液上部を容易に冷却することのできる化合物半導体単結
晶の製造装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、原料融液と液
体封止剤を収容するルツボと、該ルツボの底部を支持す
るサセプタと、種結晶を下端に取り付けた上軸と、該上
軸を昇降する装置と、上記サセプタの周囲に配置したヒ
ータとを備えた化合物半導体単結晶を育成するための製
造装置において、育成単結晶の周囲に円筒形断熱体を配
置し、原料融液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を
保持するための支持棒を設けるか、又は、円筒形断熱体
を収容する断面Ｕ字状の環状ボートを液体封止剤に浮上
させることにより、育成単結晶の周囲で、かつ、原料融
液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を配置したこと
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造装置である。
体封止剤を収容するルツボと、該ルツボの底部を支持す
るサセプタと、種結晶を下端に取り付けた上軸と、該上
軸を昇降する装置と、上記サセプタの周囲に配置したヒ
ータとを備えた化合物半導体単結晶を育成するための製
造装置において、育成単結晶の周囲に円筒形断熱体を配
置し、原料融液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を
保持するための支持棒を設けるか、又は、円筒形断熱体
を収容する断面Ｕ字状の環状ボートを液体封止剤に浮上
させることにより、育成単結晶の周囲で、かつ、原料融
液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を配置したこと
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造装置である。
【０００８】
【作用】図１及び図２は、本発明を実施するための単結
晶製造装置の概念図である。図１の装置は、ルツボ３を
支持するサセプタ１６の側面に多数の窓を設け、支持棒
１３の下端に取り付けた環状熱遮蔽板１１の上に円筒形
断熱体１２を載せることにより、ルツボ３内に収容する
原料融液１の上方の液体封止剤２中に円筒形断熱体１２
を配置したものであり、その他は図３の従来装置と同じ
構造である。なお、ルツボ３の強度が十分であるときに
は、ルツボ３はサセプタ１６により底部を支持するだけ
でよい。
晶製造装置の概念図である。図１の装置は、ルツボ３を
支持するサセプタ１６の側面に多数の窓を設け、支持棒
１３の下端に取り付けた環状熱遮蔽板１１の上に円筒形
断熱体１２を載せることにより、ルツボ３内に収容する
原料融液１の上方の液体封止剤２中に円筒形断熱体１２
を配置したものであり、その他は図３の従来装置と同じ
構造である。なお、ルツボ３の強度が十分であるときに
は、ルツボ３はサセプタ１６により底部を支持するだけ
でよい。
【０００９】また、図２の装置は、熱遮蔽機能を備えた
断面Ｕ字状の環状ボート１４を液体封止剤２に浮上さ
せ、その中に円筒形断熱体１７を収容した点を除くと、
図１の装置と同じ構造である。なお、図１の装置では、
支持棒１３を上下方向に可動することにより、環状熱遮
蔽板１１と原料融液１の表面との間に一定の距離を確保
可能とした。
断面Ｕ字状の環状ボート１４を液体封止剤２に浮上さ
せ、その中に円筒形断熱体１７を収容した点を除くと、
図１の装置と同じ構造である。なお、図１の装置では、
支持棒１３を上下方向に可動することにより、環状熱遮
蔽板１１と原料融液１の表面との間に一定の距離を確保
可能とした。
【００１０】図４は図１の装置で単結晶を育成するとき
の結晶の中心における上下方向の温度分布を示した図で
あり、図５、６は同様に図２、３に対応する。図４、５
において、Ａは育成結晶中心の下面の位置を示し、Ｂは
断熱体１２の上面の高さに相当する位置を示す。また、
αは環状熱遮蔽板１１若しくは環状ボート１４の底と原
料融液１の表面との距離を示し、βは円筒形断熱体の高
さを示し、γは育成結晶の側面と円筒形断熱体内面との
距離を示す。
の結晶の中心における上下方向の温度分布を示した図で
あり、図５、６は同様に図２、３に対応する。図４、５
において、Ａは育成結晶中心の下面の位置を示し、Ｂは
断熱体１２の上面の高さに相当する位置を示す。また、
αは環状熱遮蔽板１１若しくは環状ボート１４の底と原
料融液１の表面との距離を示し、βは円筒形断熱体の高
さを示し、γは育成結晶の側面と円筒形断熱体内面との
距離を示す。
【００１１】本発明の装置は、従来装置に比べて、サセ
プタの側面を開放し、原料融液直上の液体封止剤中に円
筒形断熱体を配置することにより、ヒータから育成単結
晶への加熱効果を抑制し、図４、５中のＡ，Ｂ間の温度
差を増加させることができる。従来装置におけるＡ，Ｂ
間の温度分布をＴ＝ｆ（ｘ）とすると、本発明の装置で
は、上記の温度分布は図４、５のように広がり、ほぼＴ
＝Ｃｆ（ｘ）（Ａ＞１）の関数形となる。そして、固液
界面位置における温度分布の一階微分、二階微分は以下
のとおりである。 従来装置：ｆ'(ｘ），ｆ"(ｘ） 本発明の装置：Ｃｆ'(ｘ），Ｃｆ"(ｘ）（Ｃ＞１） これにより、本発明の固液界面位置における温度分布の
二階微分も、従来装置のものより増加することが分か
る。その結果、本発明の装置では、固液界面直上の単結
晶に対するヒータの加熱効果が抑制され、リネージのな
い良好な単結晶の育成が容易になった。
プタの側面を開放し、原料融液直上の液体封止剤中に円
筒形断熱体を配置することにより、ヒータから育成単結
晶への加熱効果を抑制し、図４、５中のＡ，Ｂ間の温度
差を増加させることができる。従来装置におけるＡ，Ｂ
間の温度分布をＴ＝ｆ（ｘ）とすると、本発明の装置で
は、上記の温度分布は図４、５のように広がり、ほぼＴ
＝Ｃｆ（ｘ）（Ａ＞１）の関数形となる。そして、固液
界面位置における温度分布の一階微分、二階微分は以下
のとおりである。 従来装置：ｆ'(ｘ），ｆ"(ｘ） 本発明の装置：Ｃｆ'(ｘ），Ｃｆ"(ｘ）（Ｃ＞１） これにより、本発明の固液界面位置における温度分布の
二階微分も、従来装置のものより増加することが分か
る。その結果、本発明の装置では、固液界面直上の単結
晶に対するヒータの加熱効果が抑制され、リネージのな
い良好な単結晶の育成が容易になった。
【００１２】
（実施例１）図１〜３の装置を用いて以下の条件の下で
直径２ｃｍのＧａＡｓ単結晶を育成した。 （１）内径１０ｃｍ、高さ１０ｃｍの石英製ルツボ （２）側壁に高さ５ｃｍ、幅１０ｃｍの窓を５個備えた
カーボン製サセプタ （３）高さ４ｃｍ、厚さ３ｃｍ、内径４ｃｍのアルミナ
製断熱体 （４）幅０．５ｃｍ、内径３．５ｃｍでｐＢＮ製の環状
熱遮蔽板 （５）高さ５ｃｍ、内壁と外壁との間隔３．０ｃｍ、内
径３．５ｃｍのｐＢＮ製断面Ｕ字状ボート （６）水平ブリッジマン法で作製したＧａＡｓ多結晶原
料１７０ｇ （７）Ｂ2 Ｏ3 液体封止剤２００ｇ （８）２０気圧のアルゴン雰囲気ガス 得られたＧａＡｓ単結晶の成長縞を観察することによ
り、それぞれの固化率における湾曲率を求め、その位置
のＥＰＤ（ｃｍ-2）も測定したところ、表２のとおりで
あった。表２から明らかなように、図１、２の装置で得
たＧａＡｓ単結晶の湾曲率は全て０．１以上であり、リ
ネージ転位のない良好な単結晶を得ることができた。一
方、図３の従来装置で得たＧａＡｓ単結晶は湾曲率が
０．１の部分が僅かであり、ＥＰＤ値は実施例と比較し
て１．１〜６．０倍の大きな値を示し、リネージ転位が
多数に確認された。
直径２ｃｍのＧａＡｓ単結晶を育成した。 （１）内径１０ｃｍ、高さ１０ｃｍの石英製ルツボ （２）側壁に高さ５ｃｍ、幅１０ｃｍの窓を５個備えた
カーボン製サセプタ （３）高さ４ｃｍ、厚さ３ｃｍ、内径４ｃｍのアルミナ
製断熱体 （４）幅０．５ｃｍ、内径３．５ｃｍでｐＢＮ製の環状
熱遮蔽板 （５）高さ５ｃｍ、内壁と外壁との間隔３．０ｃｍ、内
径３．５ｃｍのｐＢＮ製断面Ｕ字状ボート （６）水平ブリッジマン法で作製したＧａＡｓ多結晶原
料１７０ｇ （７）Ｂ2 Ｏ3 液体封止剤２００ｇ （８）２０気圧のアルゴン雰囲気ガス 得られたＧａＡｓ単結晶の成長縞を観察することによ
り、それぞれの固化率における湾曲率を求め、その位置
のＥＰＤ（ｃｍ-2）も測定したところ、表２のとおりで
あった。表２から明らかなように、図１、２の装置で得
たＧａＡｓ単結晶の湾曲率は全て０．１以上であり、リ
ネージ転位のない良好な単結晶を得ることができた。一
方、図３の従来装置で得たＧａＡｓ単結晶は湾曲率が
０．１の部分が僅かであり、ＥＰＤ値は実施例と比較し
て１．１〜６．０倍の大きな値を示し、リネージ転位が
多数に確認された。
【００１３】
【表２】
【００１４】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、固液界面直上の単結晶に対するヒータの加熱効果
を抑制することができ、０．１以上の湾曲率で結晶の育
成を可能にし、リネージのない良質の単結晶を育成する
ことができるようになった。
より、固液界面直上の単結晶に対するヒータの加熱効果
を抑制することができ、０．１以上の湾曲率で結晶の育
成を可能にし、リネージのない良質の単結晶を育成する
ことができるようになった。
【図１】本発明を実施するための単結晶製造装置の概念
図である。
図である。
【図２】本発明の実施するための別の単結晶製造装置の
概念図である。
概念図である。
【図３】従来装置の概念図である。
【図４】図１の装置における育成結晶と円筒形断熱体と
の位置関係、並びに、育成結晶中心部の上下方向の温度
分布を示した図である。
の位置関係、並びに、育成結晶中心部の上下方向の温度
分布を示した図である。
【図５】図２の装置における育成結晶と円筒形断熱体と
の位置関係、並びに、育成結晶中心部の上下方向の温度
分布を示した図である。
の位置関係、並びに、育成結晶中心部の上下方向の温度
分布を示した図である。
【図６】図３の装置における育成結晶中心部の上下方向
の温度分布を示した図である。
の温度分布を示した図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 原料融液と液体封止剤を収容するルツボ
と、該ルツボの底部を支持するサセプタと、種結晶を下
端に取り付けた上軸と、該上軸を昇降する装置と、上記
サセプタの周囲に配置したヒータとを備えた化合物半導
体単結晶を育成するための製造装置において、育成単結
晶の周囲に熱遮蔽板に載せた円筒形断熱体を配置し、原
料融液表面から一定の間隔を置いて熱遮蔽板を保持する
ための支持棒を設けたことを特徴とする化合物半導体単
結晶の製造装置。 - 【請求項２】 原料融液と液体封止剤を収容するルツボ
と、該ルツボの底部を支持するサセプタと、種結晶を下
端に取り付けた上軸と、該上軸を昇降する装置と、上記
サセプタの周囲に配置したヒータとを備えた化合物半導
体単結晶を育成するための製造装置において、円筒形断
熱体を収容する断面Ｕ字状の環状ボートを液体封止剤に
浮上させることにより、育成単結晶の周囲で、かつ、原
料融液表面から一定の間隔を置いて該断熱体を配置した
ことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16092892A JPH061692A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 化合物半導体単結晶の製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16092892A JPH061692A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 化合物半導体単結晶の製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH061692A true JPH061692A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15725296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16092892A Pending JPH061692A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 化合物半導体単結晶の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061692A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200099038A1 (en) * | 2016-12-15 | 2020-03-26 | Robert Bosch Gmbh | Method and system for producing a battery cell |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP16092892A patent/JPH061692A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200099038A1 (en) * | 2016-12-15 | 2020-03-26 | Robert Bosch Gmbh | Method and system for producing a battery cell |
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