JPH07291782A - 化合物半導体単結晶の成長方法 - Google Patents

化合物半導体単結晶の成長方法

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JPH07291782A
JPH07291782A JP10621394A JP10621394A JPH07291782A JP H07291782 A JPH07291782 A JP H07291782A JP 10621394 A JP10621394 A JP 10621394A JP 10621394 A JP10621394 A JP 10621394A JP H07291782 A JPH07291782 A JP H07291782A
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JP
Japan
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raw material
material melt
compound semiconductor
temperature
single crystal
Prior art date
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JP10621394A
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English (en)
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Toshiaki Asahi
聰明 朝日
Hidekazu Shimizu
英一 清水
Takayoshi Takeda
貴宜 武田
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Eneos Corp
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Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 CdZnTe単結晶を垂直グラディエントフ
リ−ジング法で融液表面から成長させていく際に、加熱
炉の上部から原料融液表面をビデオカメラで撮影し、モ
ニタ−テレビやビデオテ−プレコ−ダ−に接続して、原
料融液の対流の有無や程度、及び固化が始まる位置や拡
がり方を観察する。 【効果】 多結晶化しやすい状態を早期に見つけ出せる
ので、無駄な成長をしなくて済み、コストを低減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、垂直グラジエントフリ
ージング法(VGF法, Vertical GadientFreezing )
による化合物半導体単結晶の成長方法に関し、特にCd
Te,CdZnTeなどの化合物半導体単結晶を成長さ
せる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】VGF法は、LEC法(液体封止チョク
ラルスキー法)と比較して、小さい温度勾配で結晶を育
成するため、結晶の熱応力が小さく転位などの結晶欠陥
を抑制できるという利点を持つ。しかしながら、るつぼ
内で結晶を成長させるため、るつぼ壁との応力によって
双晶やリニエジなどの結晶欠陥が発生しやすいという問
題がある。特に、一般的なVGF方法では、るつぼ下端
より上方に垂直方向に温度が高くなるように設定した温
度分布で、るつぼ下端に設置した種結晶側から結晶を成
長させており、るつぼ底部のるつぼ壁と成長軸とのなす
角度が大きいため、成長初期に前記の結晶欠陥が発生し
やすく、多結晶化の原因となる。
【0003】このため、本出願人の出願した特公平5−
59873号公報に記載されているような、逆にるつぼ
下端より上方に垂直方向に温度が低くなるように設定し
た温度分布とし、融液表面より下方に向かって結晶を成
長させる方法ならば、少なくともるつぼ壁と接する部分
は結晶の周辺部分に限られるので、結晶欠陥の発生は結
晶の端に限定できる。特公平5−59873号公報に記
載されているように、温度勾配を0.1〜10℃/c
m、冷却速度を0.01〜1℃/hとし、融液表面の中
心が周辺に比べて低い温度として、中心から周辺に向か
って結晶が徐々に成長し単結晶となる。本発明者らはこ
の方法により比較的結晶品質が良く単結晶歩留まりも高
い結晶成長を行ってきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の結晶成長方
法で、たとえばCdZnTe単結晶を成長する場合、単
結晶の長さによっても異なるが、成長に2〜3週間を要
しており、成長させた全ての結晶が常に単結晶になると
は限らず、多結晶化してしまうこともあり、2〜3週間
もの間無駄な結晶成長を行ったことになりコストアップ
の原因となるという問題点があった。
【0005】
【問題を解決するため手段】本発明者らは、上記問題点
を解決するために鋭意検討した結果、融液表面の状態を
観察することで、そのまま結晶成長を続けると多結晶化
してしまう状態であるか否かを判断し、そのような状態
であれば結晶成長をやり直し、そうでなければそのまま
結晶成長を続けるという方法を見出した。
【0006】すなわち、本発明は、石英アンプル内に化
合物半導体の原料を入れたるつぼを設置して同石英アン
プルを真空封止した後、該石英アンプルを加熱炉内で加
熱して前記原料を融解し、該加熱炉の垂直方向の温度分
布を該原料融液表面側の温度よりも該原料融液底部側の
温度が高くなるように制御しながら、同加熱炉の温度を
徐々に下げて、該原料融液の表面から下方に向かって該
化合物半導体単結晶を成長させる方法において、該加熱
炉の上部から該原料融液表面での核発生前後の該るつぼ
内の該原料融液表面の状態を観察しながら結晶成長させ
ることを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法を提
供するものである。
【0007】そして、上記原料融液表面の状態が、該原
料融液の対流の有無や程度、及び/あるいは、固化が始
まる位置や拡がり方であり、また上記原料融液表面状態
の観察方法が、ビデオカメラで撮影し、ビデオテープレ
コーダー、及び/あるいはモニターテレビに接続して観
察を行う方法である化合物半導体単結晶の成長方法を提
供するものである。
【0008】さらに本発明は、石英アンプル内に化合物
半導体の原料を入れたるつぼを設置して同石英アンプル
を真空封止した後、該石英アンプルを加熱炉内で加熱し
て前記原料を融解し、該加熱炉の垂直方向の温度分布を
該原料融液表面側の温度よりも該原料融液底部側の温度
が高くなるように制御しながら、同加熱炉の温度を徐々
に下げて、該原料融液の表面から下方に向かって該化合
物半導体単結晶を成長させる方法において、該加熱炉の
上部から該原料融液表面での核発生前後の該るつぼ内の
該原料融液表面の状態を観察し、かつ同原料融液表面の
温度分布を測定しながら結晶成長させることを特徴とす
る化合物半導体単結晶の成長方法を提供するものであ
る。
【0009】そして、上記原料融液表面の状態が、該原
料融液の対流、及び/あるいは固化開始位置であり、ま
た上記原料融液表面状態の観察方法が、ビデオカメラで
撮影し、ビデオテープレコーダー、及び/あるいはモニ
ターテレビに接続して観察を行う方法であり、さらに上
記原料融液表面の温度分布の測定方法が、ビデオカメラ
からのビデオ信号を画像処理ボードを介してコンピュー
ターに入力し、可視領域のビデオ信号を温度に変換する
ことによって、該原料融液表面の温度分布を測定する方
法であることを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方
法を提供するものである。
【0010】先ず、本発明者らは、石英アンプル内に化
合物半導体の原料を入れたるつぼを設置して同石英アン
プルを真空封止した後、該石英アンプルを加熱炉内で加
熱して前記原料を融解し、該加熱炉の垂直方向の温度分
布を該原料融液表面側の温度よりも該原料融液底部側の
温度が高くなるように制御しながら、同加熱炉の温度を
徐々に下げて、該原料融液の表面から下方に向かって該
化合物半導体単結晶を成長させていくときの、該るつぼ
内の該原料融液表面の状態を該加熱炉の上部から観察し
た。
【0011】その結果、原料融液表面で核発生して表面
が固化していく前後での原料融液の対流が大きい場合に
は多結晶化しやすく、対流がほとんどないか、ごく小さ
い場合には単結晶となり、また原料融液表面での固化開
始位置がるつぼ壁に接した場合には多結晶化してしまう
ことを見出した。
【0012】従って、化合物半導体単結晶を成長させて
いくときの、核発生前後での原料融液表面の状態(対流
の大きさや固化開始位置)を観察することにより、多結
晶となりやすい状態のときには再度加熱炉の温度を上
げ、結晶成長をやり直すことで2〜3週間の無駄な結晶
成長を行わずに済む。
【0013】さらに、本発明者らは原料融液表面を観察
するだけでなく、原料融液表面の温度分布を測定する方
法について検討した。
【0014】物体がある温度になっているときに放射さ
れる電磁場の分布は次の式1のプランクの法則によって
表される。
【0015】
【式1】I(λ,T)=C1・ε(λ,T)/{λ5
[exp(C2/λT)―1]}
【0016】ここで、Iは光の強度,T[K]は物体の温
度,λ[μm]は光の波長,εは放射率,C1,C2は定数
である。この式より、ある温度の物体から放射される電
磁場の波長依存性を求めると図1のようになる。一般に
温度分布を測定するには、赤外線領域に感度を有する素
子で構成されたカメラを用いることが多い。これは図1
からわかるように3600℃以下の温度の物体から放射
される光のピークが赤外線領域にあるためである。
【0017】しかしながら、温度が1000℃程度の物
体からは肉眼で感知できるほどの明るさの可視光が放出
されている。物体からの光の放射強度は温度によって変
わるので、物体の温度が変われば可視領域の光強度も変
化する。従って、温度に分布があれば光強度にも分布が
できることとなる。
【0018】そこで、可視領域の光強度によって、原料
融液表面の温度を測定することを考え、ビデオカメラか
らのビデオ信号を画像処理ボードを介してコンピュータ
ーに入力し、可視領域のビデオ信号を温度に変換するこ
とによって、原料融液表面の温度分布を測定する方法を
見出した。
【0019】なお、ビデオ信号を温度に変換する具体的
な方法は、3原色(R,G,B)の内の赤色(R)の波
長580〜700nmの範囲での輝度の積分値を用い、
前もって熱電対で測定した温度で絶対値の較正を行って
変換する方法である。
【0020】この方法によれば、温度測定用の赤外線カ
メラを新たに必要とせず、原料融液表面観察用のビデオ
カメラを併用でき、装置を簡略にできるという利点があ
る。
【0021】また、原料融液表面の温度を測定すること
により、結晶成長状況をより正確に推測することがで
き、無駄な成長時間を短縮できるという利点も期待でき
る。
【0022】
【実施例】本発明に関わる結晶成長をCdZnTe結晶
の例を用い、図2の結晶成長装置の概略図により説明す
る。加熱炉1に外径110φの石英アンプル2が設置さ
れ、このアンプル内にはCdZnTe多結晶原料5を入
れた直径4インチのpBNるつぼ4が入っている。結晶
のストイキオメトリー制御のために、アンプルのリザー
バー部にCd6を収納してある。結晶成長炉の入り口に
は石英製の覗き窓6があり、その上部に耐熱性のミラー
13が置かれ、このミラーで炉内の像を水平に反射し、
炉外に設置したビデオカメラ8で撮影する。炉の入り口
にミラーを設置したのは、炉から放射される熱によって
炉口付近が高温になり、ビデオカメラを設置できないた
めで、炉口が高温にならないような装置とすれば直接設
置できる。加熱炉1を昇温し結晶成長部の温度を111
0℃で保持し、Cdリザーバー部を800℃で保持す
る。pBNるつぼ位置のアンプル側壁の温度勾配は上部
よりも下部の温度が高く1℃/cm以下とし、0.1℃
/hの速度で徐冷し融液を表面から固化させる。この際
に、ビデオカメラ8で撮影した画像信号をテレビモニタ
ー9とビデオテープレコーダー10、そして画像処理ボ
ードを介してパーソナルコンピューター12に入力し、
テレビモニターと同時にコンピューターのモニター11
に、表面の温度分布を表示させた。
【0023】結晶成長は実画像と温度分布画像とそして
アンプル側壁に配置した熱電対によって逐次観察しなが
ら行った。
【0024】このように観察しながら結晶成長を行い、
核発生前後での対流や固化位置の状態から多結晶化しや
すいと思われるものについて再融解し成長条件を変更し
再び結晶成長を行った結果、多結晶化したものは5回の
うち1回であり、このような観察を行わずそのまま成長
させていれば多結晶化したと思われるものの約80%を
無駄にさせずに済んだ。
【0025】なお、上記実施例で炉の入り口にミラーを
設置したのは、炉から放射される熱によって炉口付近が
高温になり、ビデオカメラを設置できないためで、炉口
が高温にならないような装置とすれば直接設置してもよ
い。
【0026】また、上記実施例ではCdZnTe単結晶
について説明したが、これに限定されず他の化合物半導
体単結晶にも適用できるが、積層欠陥エネルギ−が小さ
くて結晶欠陥が入りやすいCdTe単結晶およびCdZ
nTe単結晶に適用して最も効果がある。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、融液表面を観察しなが
ら結晶成長を行うことで、多結晶化しやすい状態を早期
に見つけ出せるので、無駄な結晶成長をしなくて済み、
コストを低減することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】物体の温度と放射エネルギーの波長分布を示す
図である。
【図2】本発明の実施例を説明するための結晶成長装置
の概念図である。
【符号の説明】
1 加熱炉 2 石英アンプル 3 石英キャップ 4 pBNるつぼ 5 CdTe原料 6 リザーバーCd 7 石英覗き窓 8 ビデオカメラ 9 テレビモニター 10 ビデオテープレコーダー 11 モニター 12 パーソナルコンピューター 13 ミラー

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英アンプル内に化合物半導体の原料を
    入れたるつぼを設置して同石英アンプルを真空封止した
    後、該石英アンプルを加熱炉内で加熱して前記原料を融
    解し、該加熱炉の垂直方向の温度分布を該原料融液表面
    側の温度よりも該原料融液底部側の温度が高くなるよう
    に制御しながら、同加熱炉の温度を徐々に下げて、該原
    料融液の表面から下方に向かって該化合物半導体単結晶
    を成長させる方法において、該加熱炉の上部から該原料
    融液表面での核発生前後の該るつぼ内の該原料融液表面
    の状態を観察しながら結晶成長させることを特徴とする
    化合物半導体単結晶の成長方法。
  2. 【請求項2】 上記原料融液表面の状態が、該原料融液
    の対流の有無や程度、及び/あるいは、固化が始まる位
    置や拡がり方であることを特徴とする請求項1記載の化
    合物半導体単結晶の成長方法。
  3. 【請求項3】 上記原料融液表面状態の観察方法が、ビ
    デオカメラで撮影し、ビデオテープレコーダー、及び/
    あるいはモニターテレビに接続して観察を行う方法であ
    ることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の化合物
    半導体単結晶の成長方法。
  4. 【請求項4】 石英アンプル内に化合物半導体の原料を
    入れたるつぼを設置して同石英アンプルを真空封止した
    後、該石英アンプルを加熱炉内で加熱して前記原料を融
    解し、該加熱炉の垂直方向の温度分布を該原料融液表面
    側の温度よりも該原料融液底部側の温度が高くなるよう
    に制御しながら、同加熱炉の温度を徐々に下げて、該原
    料融液の表面から下方に向かって該化合物半導体単結晶
    を成長させる方法において、該加熱炉の上部から該原料
    融液表面での核発生前後の該るつぼ内の該原料融液表面
    の状態を観察し、かつ同原料融液表面の温度分布を測定
    しながら結晶成長させることを特徴とする化合物半導体
    単結晶の成長方法。
  5. 【請求項5】 上記原料融液表面の状態が、該原料融液
    の対流の有無や程度、及び/あるいは、固化が始まる位
    置や拡がり方であることを特徴とする請求項4記載の化
    合物半導体単結晶の成長方法。
  6. 【請求項6】 上記原料融液表面状態の観察方法が、ビ
    デオカメラで撮影し、ビデオテープレコーダー、及び/
    あるいはモニターテレビに接続して観察を行う方法であ
    ることを特徴とする請求項4あるいは5に記載の化合物
    半導体単結晶の成長方法。
  7. 【請求項7】 上記原料融液表面の温度分布の測定方法
    が、ビデオカメラからのビデオ信号を画像処理ボードを
    介してコンピューターに入力し、可視領域のビデオ信号
    を温度に変換することによって、該原料融液表面の温度
    分布を測定する方法であることを特徴とする請求項4、
    5あるいは6に記載の化合物半導体単結晶の成長方法。
JP10621394A 1994-04-22 1994-04-22 化合物半導体単結晶の成長方法 Pending JPH07291782A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1114884A1 (en) * 2000-01-07 2001-07-11 Nikko Materials Company, Limited Process for producing compound semiconductor single crystal
FR2911150A1 (fr) * 2007-01-10 2008-07-11 Fr De Detecteurs Infrarouges S Dispositif pour realiser la croissance d'un materiau semi-conducteur
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