JPH06247790A - 単結晶の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶成長用ヒ−タの劣化による結晶中の転位
の増加や多結晶化を抑制し、なおかつヒ−タのライフタ
イムを長くし、結晶の生産コストを大幅に低下すること
を可能とした単結晶の製造方法を提供する。 【構成】 成長中の液体封止剤の粘度を検出するための
機構と、該粘度変化に対する制御機構を設けた装置によ
り、成長中の液体封止剤の粘度をある所定値に制御しな
がら単結晶の製造を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体封止引き上げ法に
より単結晶を製造する製造方法及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来融点が高く、また蒸気圧が高い元素
を含む単結晶であるIII −Ｖ族化合物半導体単結晶（Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ等）や、II−VI族化合物半導体単結晶
（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等）の製造方法として、Ｂ₂ Ｏ₃ 等
を液体封止剤として用いた液体封止引き上げ法（ＬＥＣ
法）が盛んに用いられている。

【０００３】通常前記化合物半導体単結晶の成長に用い
るヒータにはグラファイト製のものが用いられている
が、前記化合物半導体の融点は非常に高いため（例えば
ＧａＡｓの融点は１２３８℃）、ヒータは結晶成長時に
非常に高温になってしまう。そのため、該ヒータを繰り
返し使用していると、ヒ−タは劣化してしまう。このヒ
ータの劣化にともなう成長温度のばらつきが単結晶に与
える影響は無視できないものである。つまり、前記ヒ−
タの使用回数の増加にともなってヒータの劣化は進み、
製造する単結晶には転位が増加し品質の低下を招くのは
もとより、ひいては成長中に多結晶化が頻繁に発生しは
じめ単結晶化率をも低下させてしまうという問題があっ
た。

【０００４】上記問題を回避するために、従来はヒ−タ
をある一定の回数使用をすると、新品に交換するよりな
かったが、この交換する頻度は高く、生産現場において
単結晶の生産コストを上昇させる原因になっていた。

【０００５】また、従来、成長単結晶の長尺化、大口径
化を実現するために、炉内の温度分布を最適化するよう
に複数個のヒ−タを用いて制御する方法が提案されてい
る。しかしこの場合においては、従来炉内の温度分布の
測定を熱電対により行っていたが、その検出値は炉内の
検出場所により非常にばらつき、この検出値に基づいて
ヒータを制御するには、その制御方法が非常に複雑にな
る。これは、炉内の温度分布のメカニズムが非常に複雑
なためであり、この方法においても結晶中の転位が増加
し、単結晶化率が低下するという同様の問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、液体封
止引き上げ法により単結晶を製造する場合、結晶成長用
ヒ−タの劣化による結晶中の転位の増加や、単結晶化率
の低下という問題が生じており、高品質の単結晶を低コ
ストで提供するためにはヒータのライフタイムを長くし
なければならないという要求があった。しかしながら、
依然劣化したヒータの交換という方法以外に、結晶中の
転位を無くし単結晶化率を高くするという単結晶製造方
法及び製造装置は得られていない。また、炉内の温度分
布の測定を熱電対により行っていたが炉内の温度分布が
非常に複雑なため検出値がばらついてしまい温度制御が
非常に困難となっていた。本発明は、このような事情を
考慮してなされたもので、品質の安定した単結晶を製造
する製造方法及びその製造装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前述した
結晶成長用ヒ−タの劣化による結晶中の転位の増加や多
結晶化の発生する原因が、成長中における液体封止剤の
温度が該ヒ−タの劣化に伴なって低下し、原料融液との
相対的な温度差が大きくなるためであると考えた。つま
り、ヒータは劣化するにつれてその発熱分布が変化し、
坩堝下部よりも坩堝上部の方が温度が低くなっていると
考えたのである。そこで、成長中の液体封止剤の温度の
検出を熱電対およびグラス・ファイバで行なったが、検
出値は非常に大きくばらつき、前記ヒ−タの劣化と液体
封止剤の温度の関係を見いだすことができなかった。こ
のことは、前記ヒ−タの劣化が非線形に進行するため
に、前記ヒ−タの発熱分布の変化が複雑であり、温度検
出ではその現象を把握することが困難であることを示し
ている。

【０００８】そこで、本発明者等は、視点を変えて単結
晶成長時の液体封止剤の粘度を測定することを考え、実
行したところ、検出値はばらつくことなく、前記ヒ−タ
の劣化にともなって液体封止剤の粘度が徐々に上昇する
という関係を見いだした。一般的に液体封止剤の粘度は
温度低下につれて大きくなるものであり、前記ヒータの
劣化と液体封止剤の関係は本発明者等の予測を裏付ける
ものである。従って、本発明は、液体封止剤の粘度を検
出しながら、炉内の温度を調節することにより、ヒータ
の劣化にかかわらず、高品質の単結晶を安定的に提供で
きる。

【０００９】上記した知見に基づき、本発明は、液体封
止引き上げ法により単結晶を製造するにあたり、前記単
結晶成長時の液体封止剤の粘度を検出し、前記液体封止
材の粘度により成長温度を制御することを特徴とする単
結晶製造方法を提供するものである。

【００１０】また、本発明は、液体封止引き上げ法によ
り単結晶を製造する製造装置において、前記液体封止剤
を加熱する加熱装置とを有し、例えば前記単結晶成長時
の液体封止剤の粘度を検出する粘度検出装置を設け、前
記粘度検出装置の検出値の変化に応じて前記加熱装置の
加熱温度を制御し、粘度を調整する粘度制御手段とを具
備することを特徴とする単結晶の製造装置を提供するも
のである。

【００１１】また、上記単結晶製造方法及びその製造方
法においては、液体封止剤の粘度を一定にするように温
度調整をすることが望ましい。またこの加熱装置は、単
結晶成長界面上部に存在する液体封止剤を選択的に熱す
るこが望ましい。

【００１２】

【作用】単結晶成長時の液体封止剤の粘度を測定する
と、その検出値はばらつくことが無いのでヒータの劣化
の状態を容易に把握することができる。従ってこの検出
値に基づいて結晶成長を行うことによって、高品質の単
結晶を安定的に提供できる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例である液体封止引上
げ法結晶製造装置の概略構成図である。該製造装置には
液体封止剤の粘度を検出し、制御する機構を設けてい
る。以下に、本実施例で用いた粘度計の構成について詳
述する。

【００１４】先ず、液体封止剤１４中に挿入した粘度検
出部１５が、坩堝回転による液体封止剤１４の流速及び
その粘度による抵抗によって受ける力（トルク）を粘度
として検出する。このために、該検出部１５には歪感知
部１６が接続され、また歪感知部１６が受けたトルクは
該感知部１６に接続された変換装置１７により、電気的
信号に変換される構成になっている。

【００１５】以上の構成の粘度計によって、結晶成長中
常に液体封止剤１４の粘度を検出し、その変化量を結晶
成長用ヒ−タ１８とは別に設けた液体封止剤１４の粘度
を制御する専用ヒ−タ１９にフィ−ドバックし、液体封
止剤の粘度制御を行う構造になっている。また、粘度検
出部１５及び歪感知部１６を固定する軸１３及び前記粘
度制御専用ヒ−タ１９には、上昇及び下降の機構を設
け、液体封止剤１４の位置が変化するにつれそれに合わ
せて下降することができる。

【００１６】上記図１に示した装置を用いて、ＧａＡｓ
単結晶を成長させた場合の実施例を以下に説明する。本
実施例では、図１の装置において液体封止剤１４として
Ｂ₂Ｏ₃ を用い、結晶成長用ヒータ１８及び液体封止剤
粘度制御専用ヒータ１９にカーボン製のものを採用し
た。先ず、ルツボ２０に原料であるＡｓ（１７００
ｇ）、Ｇａ（１５００ｇ）をチャ−ジし、次に液体封止
剤であるＢ₂ Ｏ₃ （５００ｇ）をチャ−ジする。

【００１７】次に、成長炉１１内を閉じ真空ポンプで１
×１０^-2Ｔｏｒｒまで真空引きする。その後Ａｒガスに
より成長炉内を４０ｋｇ／ｃｍ² 加圧した後、結晶成長
用加熱ヒ−タ１９により原料を加熱融解して直接合成さ
せる。原料が完全に融解した後、粘度計１４を固定した
軸１３を降下させ、粘度検出部１５をＢ₂ Ｏ₃ 融液中に
挿入して、Ｂ₂ Ｏ₃ 融液の粘度の検出を行う。この時、
結晶成長用ヒ−タ１９の劣化によるＢ₂ Ｏ₃ 融液の温度
低下を補正し、成長界面の温度分布を一定にするため
に、粘度制御専用ヒ−タ１９によりＢ₂ Ｏ₃ 融液の粘度
をある所定値に制御する。

【００１８】次に、種結晶２１を降下させてＧａＡｓ融
液２２に接触させ、種結晶２１を７ｍｍ／ｈの引上げ速
度で引上げを開始する。この時、成長中のＢ₂ Ｏ₃ 融液
の粘度を常に粘度計によってモニターし、この値が常に
一定になるように粘度制御専用ヒータ１９のパワーを調
節した。以上の方法により、ＧａＡｓ単結晶の成長を行
ない、直径３インチ、引上げ結晶重量３ｋｇのＧａＡｓ
単結晶を得た。

【００１９】図２に、本実施例により、同一の結晶成長
用ヒ−タにより、上記同様の条件でＧａＡｓ結晶の成長
を４５回繰り返し行なったものと比較のため、粘度制御
専用ヒータ１８及び粘度計を用いず、結晶成長用ヒ−タ
の交換も行わないで、ＧａＡｓ結晶の成長を繰り返し行
なったものの単結晶の転位の数を示す。

【００２０】本実施例においては、結晶成長用ヒ−タの
使用回数の増加にともなっても結晶中の転位の増加はみ
られない。また多結晶化も一切見られなかった。一方、
比較例においては、結晶成長用ヒ−タの使用回数の増加
にともない結晶中の転位は徐々に増加し、該結晶成長用
ヒ−タの使用回数が１６回目にして多結晶化が見られ、
それ以降は単結晶化率が急激に低下した。この様に、本
実施例は、ヒータの交換を行わなくても高品質の単結晶
が安定的に提供できる。

【００２１】以上の実施例では、粘度検出方法として、
坩堝を一定回転させ粘度検出部を固定する方法を採用し
たが、坩堝を固定して粘度検出部を動かしても良い。こ
の場合、粘度検出部の動き方としては回転運動、振り子
運動等が挙げられる。

【００２２】上記実施例では、ＧａＡｓの単結晶の製造
についての説明を行なったが、本発明はこれに限られる
ものではなく、他の液体封止剤を用いる単結晶の製造で
あれば全て適用可能である。例えば、III −Ｖ族化合物
では、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡ
ｌＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ等の単結晶、II−VI族化合物
では、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳ
ｅ、ＣｄＴｅ等の単結晶の製造においても同様に本発明
を適用することができる。また、本実施例ではヒータと
してカーボン製のものを使用したがＳｉＣ等の他のヒー
タも同様に用いることができる。

【００２３】また、本実施例では、液体封止剤の粘度を
常に一定に保つように制御したが、成長させる単結晶例
えばＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＡｓ等の混晶では、成
長にともなって融点が変化するため前記液体封止剤の粘
度を変えて単結晶成長を行うことができる。この場合、
単結晶の品質を最適化することが可能となる。

【００２４】また、本発明は、予め粘度を測定しながら
単結晶を成長した場合の粘度を制御するデータを保持し
ておき、次回からはそのデータに基づいて、粘度を制御
しながら単結晶を成長させる場合においてもその効果を
期待できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、結晶成長
用ヒ−タの劣化による成長炉内の温度分布の変化を抑制
し、転位の増加や多結晶化の無い高品質な単結晶を安定
的に提供できるものである。更に、結晶成長用ヒータの
ライフタイムを格段に延ばすことができるため、単結晶
の生産コストを大幅に低下することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の単結晶製造装置を示す図。

【図２】 本発明と比較例の特性を表す特性図。

【符号の説明】

１１ 成長炉 １２ 結晶引上げ軸 １３ 粘度計固定軸 １４ 液体封止剤（Ｂ₂ Ｏ₃ ） １５ 粘度検出部 １６ 歪感知部 １７ 変換部 １８ 結晶成長用加熱ヒ−タ １９ 粘度制御専用ヒ−タ ２０ ルツボ ２１ 種結晶 ２２ ＧａＡｓ融液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体封止引き上げ法により単結晶を製造
   するにあたり、前記単結晶成長時の液体封止剤の粘度を
   検出し、前記液体封止材の粘度により成長温度を制御す
   ることを特徴とする単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 液体封止引き上げ法により単結晶を製造
   する製造装置において、 前記液体封止剤を加熱する加熱装置と、 前記加熱装置の加熱温度を制御し、前記液晶封止剤の粘
   度を制御する粘度制御手段とを具備することを特徴とす
   る単結晶の製造装置。