JPH0769798A - CdTe結晶の製造方法 - Google Patents
CdTe結晶の製造方法Info
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- JPH0769798A JPH0769798A JP24621693A JP24621693A JPH0769798A JP H0769798 A JPH0769798 A JP H0769798A JP 24621693 A JP24621693 A JP 24621693A JP 24621693 A JP24621693 A JP 24621693A JP H0769798 A JPH0769798 A JP H0769798A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 結晶成長容器内に塩素を溶解させたTe過剰
のCd−Te融液と化学的量論組成のCdTe原料とを
互いに接触する状態に保持した後、該Te過剰Cd−T
e融液を該化学的量論組成のCdTe原料が接触してい
る方向と反対の方向から冷却凝固させる。 【効果】 THMより生産性良く同等の品質の結晶を製
造することができる。
のCd−Te融液と化学的量論組成のCdTe原料とを
互いに接触する状態に保持した後、該Te過剰Cd−T
e融液を該化学的量論組成のCdTe原料が接触してい
る方向と反対の方向から冷却凝固させる。 【効果】 THMより生産性良く同等の品質の結晶を製
造することができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はCdTe結晶の製造方法
に関し、特に放射線検出素子として有用な塩素ド−プC
dTe結晶を生産性良く製造する方法に関するものであ
る。
に関し、特に放射線検出素子として有用な塩素ド−プC
dTe結晶を生産性良く製造する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】CdTeはSiやGeなどに比べて放射
線の吸収係数が高く、しかも常温でのエルギ−ギャップ
が大きい半導体であるため、これを放射線検出素子とし
て使用すると特性の良い素子を得ることができる。
線の吸収係数が高く、しかも常温でのエルギ−ギャップ
が大きい半導体であるため、これを放射線検出素子とし
て使用すると特性の良い素子を得ることができる。
【0003】CdTe放射線検出素子は、結晶の相対す
る2面にバイアス電圧を印加するための電極を形成した
構造のものが一般的であり、CdTe結晶に放射線が照
射されたときに生じる正負のキャリア(電子−正孔対)
が電極に引き寄せられることによって生じる電流を検出
するものである。従って、使用されるCdTe結晶に
は、放射線が照射されていないときに電流が流れないよ
うに電気的に高抵抗であることと、放射線−電流変換効
率を高めるために放射線照射によって発生する正負のキ
ャリアの寿命が長いことが重要である。
る2面にバイアス電圧を印加するための電極を形成した
構造のものが一般的であり、CdTe結晶に放射線が照
射されたときに生じる正負のキャリア(電子−正孔対)
が電極に引き寄せられることによって生じる電流を検出
するものである。従って、使用されるCdTe結晶に
は、放射線が照射されていないときに電流が流れないよ
うに電気的に高抵抗であることと、放射線−電流変換効
率を高めるために放射線照射によって発生する正負のキ
ャリアの寿命が長いことが重要である。
【0004】上記要求を満たす高抵抗のCdTe結晶
は、高純度のCdとTeを原料とし、インクル−ジョン
と称する介在物が発生しないような条件で数ppm程度
の塩素をド−プしながら成長する方法で得られており、
最も一般的なものは、THM(トラベリングヒ−タ法)
である。
は、高純度のCdとTeを原料とし、インクル−ジョン
と称する介在物が発生しないような条件で数ppm程度
の塩素をド−プしながら成長する方法で得られており、
最も一般的なものは、THM(トラベリングヒ−タ法)
である。
【0005】この方法では先ず、原料となる円柱状のC
dTe多結晶インゴットの下端に微量の塩素を含むTe
を溶媒として配置した石英アンプルを準備し、加熱幅の
狭いヒ−タを用いてアンプルの下端を加熱してTeを融
解することによって同時にその直上のCdTeをその温
度における溶解度だけ溶解したTe過剰のCd−Te融
帯を形成する。その加熱温度を保ったままアンプルを低
速で降下させると、Cd−Te融帯はその上方のCdT
e多結晶を溶解しながら組成を保ったまま上方に移動
し、下方には塩素がド−プされたCdTe結晶が成長す
る。Te過剰のCd−Te融液からCdTe結晶を析出
させる場合、融液からCdTe結晶への塩素の偏析係数
が0.003〜0.006と小さく、融液の量が結晶成
長中ほぼ一定であるために、成長方向に均一に塩素がド
−プされたCdTe結晶を得ることができる。
dTe多結晶インゴットの下端に微量の塩素を含むTe
を溶媒として配置した石英アンプルを準備し、加熱幅の
狭いヒ−タを用いてアンプルの下端を加熱してTeを融
解することによって同時にその直上のCdTeをその温
度における溶解度だけ溶解したTe過剰のCd−Te融
帯を形成する。その加熱温度を保ったままアンプルを低
速で降下させると、Cd−Te融帯はその上方のCdT
e多結晶を溶解しながら組成を保ったまま上方に移動
し、下方には塩素がド−プされたCdTe結晶が成長す
る。Te過剰のCd−Te融液からCdTe結晶を析出
させる場合、融液からCdTe結晶への塩素の偏析係数
が0.003〜0.006と小さく、融液の量が結晶成
長中ほぼ一定であるために、成長方向に均一に塩素がド
−プされたCdTe結晶を得ることができる。
【0006】さらに、THMで得られた塩素ド−プCd
Te結晶は、ブリッジマン法などの化学的量論組成のC
dTe融液から得られた塩素ド−プCdTe結晶に比べ
て、放射線検出素子として使用した場合に高エネルギ−
の放射線が照射された場合に検出性能の劣化が小さいと
いう点でも優れている。
Te結晶は、ブリッジマン法などの化学的量論組成のC
dTe融液から得られた塩素ド−プCdTe結晶に比べ
て、放射線検出素子として使用した場合に高エネルギ−
の放射線が照射された場合に検出性能の劣化が小さいと
いう点でも優れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
THMによって放射線検出素子用の塩素ド−プCdTe
結晶を製造する場合には、アンプルに隙間なく挿入でき
る円柱状の原料CdTe多結晶を調整する工程が別途に
必要であることに加えて、結晶の直径が30mm程度と
大きくなると狭い融帯幅で成長するために、成長速度を
3〜4mm/日(0.12〜0.17mm/Hr)程度
と低くしなければならず、生産性が低く、製造コストが
嵩むという問題があった。
THMによって放射線検出素子用の塩素ド−プCdTe
結晶を製造する場合には、アンプルに隙間なく挿入でき
る円柱状の原料CdTe多結晶を調整する工程が別途に
必要であることに加えて、結晶の直径が30mm程度と
大きくなると狭い融帯幅で成長するために、成長速度を
3〜4mm/日(0.12〜0.17mm/Hr)程度
と低くしなければならず、生産性が低く、製造コストが
嵩むという問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は上記
問題点を解決したものであって、結晶成長容器内にTe
過剰のCd−Te融液と化学的量論組成のCdTe原料
とを互いに接触する状態に保持した後、該Te過剰Cd
−Te融液を該化学的量論組成のCdTe原料が接触し
ている方向と反対の方向から冷却凝固させることを特徴
とするCdTe結晶の製造方法を提供するものである。
問題点を解決したものであって、結晶成長容器内にTe
過剰のCd−Te融液と化学的量論組成のCdTe原料
とを互いに接触する状態に保持した後、該Te過剰Cd
−Te融液を該化学的量論組成のCdTe原料が接触し
ている方向と反対の方向から冷却凝固させることを特徴
とするCdTe結晶の製造方法を提供するものである。
【0009】さらに、上記のTe過剰Cd−Te融液に
塩素を溶解させておくことを特徴とするCdTe結晶の
製造方法を提供するものである。先ず、本発明者は、前
述のようにTHMで製造した塩素ド−プCdTe結晶を
放射線検出素子として使用した場合にその性能がブリッ
ジマン法などで得られる結晶より優れていることから、
放射線検出素子用のCdTe結晶の製造においては化学
的量論組成よりもTeが過剰な組成のCd−Te融液即
ちTeを溶媒としてCdを溶解した状態の溶液からCd
Te結晶が析出するという機構が重要であると考えた。
塩素を溶解させておくことを特徴とするCdTe結晶の
製造方法を提供するものである。先ず、本発明者は、前
述のようにTHMで製造した塩素ド−プCdTe結晶を
放射線検出素子として使用した場合にその性能がブリッ
ジマン法などで得られる結晶より優れていることから、
放射線検出素子用のCdTe結晶の製造においては化学
的量論組成よりもTeが過剰な組成のCd−Te融液即
ちTeを溶媒としてCdを溶解した状態の溶液からCd
Te結晶が析出するという機構が重要であると考えた。
【0010】ところが、THMのように連続的に原料と
なるCdTeを供給することなく簡単にTe過剰のCd
−Te溶液から結晶が得られる方法として、たとえば3
5モル%Cd−65モル%Teの融液を一端から冷却す
ることによって化学的量論組成のCdTe結晶を析出さ
せようとすると、Cd−Te2元系の状態図(T−x線
図)が示す液相線に従って最初の結晶は1000℃の融
液から析出するが、次第に融液中のCdの濃度が小さく
なるに従って結晶の析出温度が下がってくる。即ち、結
晶成長とともに結晶成長境界面付近の融液が構造的過冷
却の状態になり易くなるため、時間とともにアンプルの
降下速度を徐々に遅くするかアンプルの加熱温度分布を
変化させるかしなければ結晶に融液が取り込まれてイン
クル−ジョンが発生するなどして著しく品質の劣る結晶
しか得られないようになる。
なるCdTeを供給することなく簡単にTe過剰のCd
−Te溶液から結晶が得られる方法として、たとえば3
5モル%Cd−65モル%Teの融液を一端から冷却す
ることによって化学的量論組成のCdTe結晶を析出さ
せようとすると、Cd−Te2元系の状態図(T−x線
図)が示す液相線に従って最初の結晶は1000℃の融
液から析出するが、次第に融液中のCdの濃度が小さく
なるに従って結晶の析出温度が下がってくる。即ち、結
晶成長とともに結晶成長境界面付近の融液が構造的過冷
却の状態になり易くなるため、時間とともにアンプルの
降下速度を徐々に遅くするかアンプルの加熱温度分布を
変化させるかしなければ結晶に融液が取り込まれてイン
クル−ジョンが発生するなどして著しく品質の劣る結晶
しか得られないようになる。
【0011】また、上記の方法では、融液に塩素を溶解
させておくことによって放射線検出素子用の塩素ド−プ
CdTe結晶を得ようとした場合、結晶の析出が進行す
るにつれて結晶中への塩素のド−プ量が増加するため
に、高性能の放射線検出素子用に使用できる結晶の歩留
まりが低くなる。因みに、35モル%Cd−65モル%
TeにTeに対する濃度で約600ppmの塩素を溶解
した融液を一端から一定速度で冷却することによって得
られた結晶中の塩素のド−プ量は、最初2ppm程度で
あるものが後半には10ppm以上にまで増加してしま
い、この結晶を用いて放射線検出素子を作製し、その性
能を調べた結果、満足できる特性を示したのは最初に成
長した約30%の部分にしかすぎなかった。
させておくことによって放射線検出素子用の塩素ド−プ
CdTe結晶を得ようとした場合、結晶の析出が進行す
るにつれて結晶中への塩素のド−プ量が増加するため
に、高性能の放射線検出素子用に使用できる結晶の歩留
まりが低くなる。因みに、35モル%Cd−65モル%
TeにTeに対する濃度で約600ppmの塩素を溶解
した融液を一端から一定速度で冷却することによって得
られた結晶中の塩素のド−プ量は、最初2ppm程度で
あるものが後半には10ppm以上にまで増加してしま
い、この結晶を用いて放射線検出素子を作製し、その性
能を調べた結果、満足できる特性を示したのは最初に成
長した約30%の部分にしかすぎなかった。
【0012】以上の考察から本発明者は、Te過剰のC
d−Te融液に化学的量論組成のCdTe原料が浸され
た状態からCdTe結晶を成長することによって、結晶
中への塩素ド−プ量の増加を抑え、かつ融液組成の変化
による構造的過冷却を抑えることができると考え、本発
明をなした。
d−Te融液に化学的量論組成のCdTe原料が浸され
た状態からCdTe結晶を成長することによって、結晶
中への塩素ド−プ量の増加を抑え、かつ融液組成の変化
による構造的過冷却を抑えることができると考え、本発
明をなした。
【0013】本発明方法では、Te過剰のCd−Te融
液はCdTe結晶が成長することによってTe濃度が上
昇するのを化学的量論組成のCdTe原料が融液中に融
解されることによって防止されて、CdTe原料がすべ
て融解されるまでは融液組成が加熱温度における液相線
上の組成に保たれる。また、THMのように融帯幅を狭
くする必要がないので、結晶を大型化でき、成長速度を
大きくすることができる。なお、CdTe原料の化学的
量論組成は厳密なものではなく、±1at%程度の範囲
内であれば、特に問題はない。
液はCdTe結晶が成長することによってTe濃度が上
昇するのを化学的量論組成のCdTe原料が融液中に融
解されることによって防止されて、CdTe原料がすべ
て融解されるまでは融液組成が加熱温度における液相線
上の組成に保たれる。また、THMのように融帯幅を狭
くする必要がないので、結晶を大型化でき、成長速度を
大きくすることができる。なお、CdTe原料の化学的
量論組成は厳密なものではなく、±1at%程度の範囲
内であれば、特に問題はない。
【0014】
【実施例】図1に示したような形状(下部内径30mm
長さ170mm、上部内径35mm長さ160mm)の
石英アンプルと、そのアンプルの内径が狭くなる部分で
支えられる構造で直径3mmの通液孔を多数有する石英
製保持具を準備し、石英アンプルの内面および石英製保
持具の表面に黒鉛皮膜を形成した。
長さ170mm、上部内径35mm長さ160mm)の
石英アンプルと、そのアンプルの内径が狭くなる部分で
支えられる構造で直径3mmの通液孔を多数有する石英
製保持具を準備し、石英アンプルの内面および石英製保
持具の表面に黒鉛皮膜を形成した。
【0015】石英アンプルに下から、融液に対する重量
濃度で約300ppmの塩素を含むように塩化カドミウ
ムを溶解させたCd:Teのモル比で40:60のTe
過剰のCd−Te合金のインゴット500g、石英製保
持具、Te過剰のCd−Te合金のインゴット250
g、280gのCdTeインゴットの順で挿入し、真空
排気した後Arガスを100Torrの圧力まで導入し
た状態でアンプルを封入した。
濃度で約300ppmの塩素を含むように塩化カドミウ
ムを溶解させたCd:Teのモル比で40:60のTe
過剰のCd−Te合金のインゴット500g、石英製保
持具、Te過剰のCd−Te合金のインゴット250
g、280gのCdTeインゴットの順で挿入し、真空
排気した後Arガスを100Torrの圧力まで導入し
た状態でアンプルを封入した。
【0016】このアンプル全体を電気炉で先ず、図1に
示したような温度分布の下に加熱してTe過剰のCd−
Te融液を形成し、その温度分布を保ったまま0.5m
m/Hrの速度でアンプルを200mm降下させ、その
後全体を20℃/Hrの速度で室温まで冷却した。取り
出したアンプルを内容物ごと先端から130mmの位置
で切断し、下部の結晶を抜き出した。結晶の先端から1
10mm以上の部分には少量のインクル−ジョンが認め
られたので、その部分は切断し、先端から100mm、
約450gのCdTe結晶について塩素ド−プ量の分布
を調べたところ、はぼ全体にわたって2.5±0.5p
pmの範囲内にあり均一であった。
示したような温度分布の下に加熱してTe過剰のCd−
Te融液を形成し、その温度分布を保ったまま0.5m
m/Hrの速度でアンプルを200mm降下させ、その
後全体を20℃/Hrの速度で室温まで冷却した。取り
出したアンプルを内容物ごと先端から130mmの位置
で切断し、下部の結晶を抜き出した。結晶の先端から1
10mm以上の部分には少量のインクル−ジョンが認め
られたので、その部分は切断し、先端から100mm、
約450gのCdTe結晶について塩素ド−プ量の分布
を調べたところ、はぼ全体にわたって2.5±0.5p
pmの範囲内にあり均一であった。
【0017】この塩素ド−プCdTe結晶から放射線検
出素子を作製して、その放射線検出性能をTHMで得ら
れた結晶と比較したところ、全長100mmのいずれの
位置から切り出した結晶ともTHM結晶と同等の性能を
示した。実施例では、Te過剰のCd−Te融液作製の
ために、Te過剰組成のCd−Te合金を用いたが、こ
れに限定されずTeが過剰となる比率でCdとTeを入
れておくようにしても良い。
出素子を作製して、その放射線検出性能をTHMで得ら
れた結晶と比較したところ、全長100mmのいずれの
位置から切り出した結晶ともTHM結晶と同等の性能を
示した。実施例では、Te過剰のCd−Te融液作製の
ために、Te過剰組成のCd−Te合金を用いたが、こ
れに限定されずTeが過剰となる比率でCdとTeを入
れておくようにしても良い。
【0018】また、Te過剰のCd−Te融液組成とし
てCdのモル濃度で35%の例を示したが、20%以上
45%以下、つまり結晶の析出温度として800℃以上
1050℃以下であれば本発明が適用できることはいう
までもない。なお、Cdのモル濃度20%以下の融液即
ち結晶析出温度800℃未満の融液からインクルル−ジ
ョンを含まないCdTeを実用的な速度で成長させるこ
とは困難であり、Cdのモル濃度50%即ち結晶析出温
度1092℃の化学的量論組成の融液から成長させた結
晶からは高性能のCdTe放射線検出素子が得られない
ためである。
てCdのモル濃度で35%の例を示したが、20%以上
45%以下、つまり結晶の析出温度として800℃以上
1050℃以下であれば本発明が適用できることはいう
までもない。なお、Cdのモル濃度20%以下の融液即
ち結晶析出温度800℃未満の融液からインクルル−ジ
ョンを含まないCdTeを実用的な速度で成長させるこ
とは困難であり、Cdのモル濃度50%即ち結晶析出温
度1092℃の化学的量論組成の融液から成長させた結
晶からは高性能のCdTe放射線検出素子が得られない
ためである。
【0019】さらに、結晶の析出速度を0.5mm/H
rとしているが、1mm/Hr以下の範囲で選択可能で
ある。なお、1mm/Hrを超えるとインクル−ジョン
が発生するからである。さらに、融液中にCdTe原料
を接触保持する方法として通液孔を有する石英性保持具
を示したが、適宜材質や形状を変形したものが使用可能
なことは自明である。
rとしているが、1mm/Hr以下の範囲で選択可能で
ある。なお、1mm/Hrを超えるとインクル−ジョン
が発生するからである。さらに、融液中にCdTe原料
を接触保持する方法として通液孔を有する石英性保持具
を示したが、適宜材質や形状を変形したものが使用可能
なことは自明である。
【0020】さらに、実施例ではアンプルを移動させた
が、ヒ−タを移動させても良く、また温度制御で温度分
布を変えていっても良い。さらに、実施例では融液上面
からCdTe原料を接触させ、融液下面から冷却凝固さ
せたが、逆に融液下面からCdTe原料を接触させ、融
液上面から冷却凝固させても良い。
が、ヒ−タを移動させても良く、また温度制御で温度分
布を変えていっても良い。さらに、実施例では融液上面
からCdTe原料を接触させ、融液下面から冷却凝固さ
せたが、逆に融液下面からCdTe原料を接触させ、融
液上面から冷却凝固させても良い。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、結晶成
長容器内にTe過剰のCd−Te融液と化学的量論組成
のCdTe原料とを互いに接触する状態に保持した後、
該Te過剰Cd−Te融液を該化学的量論組成のCdT
e原料が接触している方向と反対の方向から冷却凝固さ
せるアンプル中でTe過剰組成のCd−Teの融液を一
方から冷却してCdTe結晶を成長させるようにしたの
で、THMより生産性良く同等の品質の結晶が製造でき
るという効果がある。
長容器内にTe過剰のCd−Te融液と化学的量論組成
のCdTe原料とを互いに接触する状態に保持した後、
該Te過剰Cd−Te融液を該化学的量論組成のCdT
e原料が接触している方向と反対の方向から冷却凝固さ
せるアンプル中でTe過剰組成のCd−Teの融液を一
方から冷却してCdTe結晶を成長させるようにしたの
で、THMより生産性良く同等の品質の結晶が製造でき
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるCdTe結晶の製造方法を示す概
略図である。
略図である。
1 石英アンプル 2 化学的量論組成のCdTe原料 3 保持具 4 Te過剰のCd−Te融液 5 CdTe結晶
Claims (2)
- 【請求項1】 結晶成長容器内にTe過剰のCd−Te
融液と化学的量論組成のCdTe原料とを互いに接触す
る状態に保持した後、該Te過剰Cd−Te融液を該化
学的量論組成のCdTe原料が接触している方向と反対
の方向から冷却凝固させることを特徴とするCdTe結
晶の製造方法。 - 【請求項2】 上記のTe過剰Cd−Te融液に塩素を
溶解させておくことを特徴とする請求項1記載のCdT
e結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24621693A JPH0769798A (ja) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | CdTe結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24621693A JPH0769798A (ja) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | CdTe結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0769798A true JPH0769798A (ja) | 1995-03-14 |
Family
ID=17145246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24621693A Pending JPH0769798A (ja) | 1993-09-07 | 1993-09-07 | CdTe結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769798A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101670A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Shimadzu Corporation | 放射線検出器の製造方法及び、放射線検出器並びに放射線撮像装置 |
| CN103114335A (zh) * | 2011-11-17 | 2013-05-22 | 通用电气公司 | 生产碲化镉或碲锌镉单晶体的方法 |
-
1993
- 1993-09-07 JP JP24621693A patent/JPH0769798A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101670A1 (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-20 | Shimadzu Corporation | 放射線検出器の製造方法及び、放射線検出器並びに放射線撮像装置 |
| US8405037B2 (en) | 2008-02-12 | 2013-03-26 | Shimadzu Corporation | Radiation detector manufacturing method, a radiation detector, and a radiographic apparatus |
| CN103114335A (zh) * | 2011-11-17 | 2013-05-22 | 通用电气公司 | 生产碲化镉或碲锌镉单晶体的方法 |
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