JPH0826879A - Single crystal pulling apparatus for compound semiconductor and method for producing compound semiconductor single crystal - Google Patents

Single crystal pulling apparatus for compound semiconductor and method for producing compound semiconductor single crystal

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JPH0826879A
JPH0826879A JP18186694A JP18186694A JPH0826879A JP H0826879 A JPH0826879 A JP H0826879A JP 18186694 A JP18186694 A JP 18186694A JP 18186694 A JP18186694 A JP 18186694A JP H0826879 A JPH0826879 A JP H0826879A
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JP
Japan
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single crystal
cooler
heater
pulling
crystal
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Pending
Application number
JP18186694A
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Japanese (ja)
Inventor
Michio Takahashi
道生 高橋
Yasuhiro Naka
恭宏 仲
Yukio Komura
幸夫 香村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 引き上げ長さの長い単結晶を引き上げる場合
でも単結晶の表面温度の上昇を確実に抑制できるように
工夫された単結晶引上装置及び製造方法を提供する。 【構成】 本装置10は、高解離圧元素を含む2種類以
上の元素からなる原料を収容する坩堝12と、坩堝内の
原料を加熱して原料融液にするにヒータ14と、昇降、
回転可能な上軸30とを備えている。本装置は、引き上
げられる単結晶を冷却するために単結晶Tの下端部周囲
を包囲するように坩堝上方に配置された冷却器40と、
冷却器に冷媒を供給する供給手段42、44とを備えて
いる。上軸30下端に種結晶Sを取り付け、結晶方位が
種結晶に合致した化合物半導体の単結晶を原料融液から
引き上げる。その際に、冷却器で単結晶を冷却しながら
冷却器の近傍に配置されているヒーターの出力を予め作
成したプログラムに従って単結晶引き上げ長さに応じて
調整することにより、単結晶の表面温度を所定温度に制
御する。これにより、表面荒れのない良質な単結晶を得
ることができる。
(57) [Summary] [Object] To provide a single crystal pulling apparatus and a manufacturing method devised so as to surely suppress an increase in the surface temperature of a single crystal even when pulling a single crystal having a long pulling length. [Constitution] The present apparatus 10 includes a crucible 12 for containing a raw material composed of two or more kinds of elements including a high dissociation pressure element, a heater 14 for heating the raw material in the crucible into a raw material melt, and elevating and lowering it.
And a rotatable upper shaft 30. This apparatus comprises a cooler 40 arranged above the crucible so as to surround the lower end of the single crystal T for cooling the single crystal to be pulled,
Supplying means 42 and 44 for supplying the refrigerant to the cooler are provided. A seed crystal S is attached to the lower end of the upper shaft 30, and a single crystal of a compound semiconductor whose crystal orientation matches the seed crystal is pulled out from the raw material melt. At that time, the surface temperature of the single crystal is adjusted by adjusting the output of the heater arranged in the vicinity of the cooler in accordance with the single crystal pulling length according to a program created in advance while cooling the single crystal with the cooler. Control to a predetermined temperature. This makes it possible to obtain a good quality single crystal without surface roughness.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高圧チャンバー内に配
置された坩堝に高解離圧元素を含む原料を収容し、ヒー
タで加熱、融解して原料融液を作り、次いで種結晶を原
料融液に浸し、結晶方位が種結晶に合致した単結晶を原
料融液から引き上げる化合物半導体の単結晶引上装置及
び化合物半導体単結晶の製造方法に関するものである。
ここで、高解離圧元素とは、例えばAs、Pである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention stores a raw material containing a high dissociation pressure element in a crucible arranged in a high-pressure chamber, heats and melts it with a heater to form a raw material melt, and then melts a seed crystal into the raw material. The present invention relates to a single crystal pulling apparatus for a compound semiconductor and a method for producing a compound semiconductor single crystal, which is immersed in a liquid and pulls a single crystal whose crystal orientation matches a seed crystal from a raw material melt.
Here, the high dissociation pressure element is, for example, As or P.

【0002】[0002]

【従来の技術】高解離圧元素を含む2種類以上の元素を
原料とした化合物半導体の代表的なものは、GaAs化
合物半導体である。GaAsを始めとする化合物半導体
は、電子移動度がシリコンよりも高速であるという利点
を活かして、IC、レーザー、ダイオード等に盛んに使
用されていて、近年その需要が急速に増大している。そ
こで、増大する需要に応えるために、大径かつ結晶長の
長い化合物半導体の単結晶が求められ、このような化合
物半導体単結晶の引き上げを効率良く行うための装置及
び方法の研究が盛んに行われている。
2. Description of the Related Art A typical compound semiconductor made of two or more kinds of elements including a high dissociation pressure element is a GaAs compound semiconductor. Compound semiconductors such as GaAs are widely used in ICs, lasers, diodes and the like, taking advantage of their higher electron mobility than silicon, and the demand for them has been increasing rapidly in recent years. Therefore, in order to meet the increasing demand, a single crystal of a compound semiconductor having a large diameter and a long crystal length is required, and research on an apparatus and a method for efficiently pulling such a compound semiconductor single crystal is actively conducted. It is being appreciated.

【0003】ところで、従来、化合物半導体の単結晶
は、図9に示すような化合物半導体の単結晶引上装置
(以下、簡単に引上装置と略称する)で製造されてい
る。従来の引上装置は、原料を収容する坩堝12と、坩
堝12内の原料を加熱し、融解する1個ないし複数個の
ヒータ14と、それらを格納する圧力容器16と、単結
晶の引き上げ機構18と、坩堝の回転/昇降機構20と
から構成されている。坩堝12及びヒータ14は、圧力
容器16内に配置されたホットゾーンと呼ばれる筒状の
カーボン部材22の内側に設置されている。坩堝の回転
/昇降機構20は、上端で坩堝12を固定している下軸
24と、下軸24の下端に連結されている回転装置26
と、昇降装置(図示せず)とから構成されている。坩堝
12は、下軸24を介して回転装置26により駆動され
て回転し、また昇降装置(図示せず)により駆動されて
回転装置26と一体的に昇降する。
By the way, conventionally, a single crystal of a compound semiconductor has been manufactured by a compound crystal single crystal pulling apparatus (hereinafter simply referred to as a pulling apparatus) as shown in FIG. The conventional pulling apparatus includes a crucible 12 for containing raw materials, one or a plurality of heaters 14 for heating and melting the raw materials in the crucible 12, a pressure vessel 16 for storing them, and a single crystal pulling mechanism. 18 and a crucible rotation / elevation mechanism 20. The crucible 12 and the heater 14 are installed inside a tubular carbon member 22 called a hot zone arranged in the pressure vessel 16. The crucible rotation / elevation mechanism 20 includes a lower shaft 24 that fixes the crucible 12 at the upper end, and a rotating device 26 that is connected to the lower end of the lower shaft 24.
And a lifting device (not shown). The crucible 12 is driven by a rotating device 26 via a lower shaft 24 to rotate, and is also driven by an elevating device (not shown) to move up and down integrally with the rotating device 26.

【0004】一方、単結晶の引き上げ機構18は、種結
晶(シード)を取り付けるシードホルダー28と、シー
ドホルダー28を下端で固定している上軸30と、上軸
30の上端が連結された別の回転装置32と、別の昇降
装置(図示せず)とから構成されている。シードホルダ
ー28は、上軸30を介して回転装置32により駆動さ
れて回転し、また別の昇降装置(図示せず)により駆動
されて回転装置32と一体的に昇降する。
On the other hand, the single crystal pulling mechanism 18 includes a seed holder 28 for mounting a seed crystal (seed), an upper shaft 30 for fixing the seed holder 28 at its lower end, and a separate upper end for connecting the upper shaft 30. The rotating device 32 and another lifting device (not shown). The seed holder 28 is driven by a rotating device 32 via an upper shaft 30 to rotate, and is driven by another elevating device (not shown) to move up and down integrally with the rotating device 32.

【0005】高解離圧元素を含む原料を坩堝12に収容
し、ヒーター14で化合物半導体の融点まで原料を加
熱、融解して、原料融液Rとする。一方、シードホルダ
ー28に種結晶Sを取り付け、種結晶Sを原料融液Rに
浸して馴染ませた後、上軸30を引き上げて単結晶Tを
製造する。このとき、As等の高解離圧元素が原料融液
から飛散するのを防ぐため、B2 3 融液を封止剤Hと
して使用して原料融液Rを被覆し、更にAr等の不活性
ガスで10気圧程度の圧力を融液表面に作用させてい
る。このようにして、例えば結晶サイズφ4”で120
mmの長さの単結晶を製造する。
A raw material containing a high dissociation pressure element is housed in the crucible 12, and the raw material is melted by heating the raw material to a melting point of the compound semiconductor with a heater 14 to obtain a raw material melt R. On the other hand, the seed crystal S is attached to the seed holder 28, and the seed crystal S is dipped in the raw material melt R to make it fit, and then the upper shaft 30 is pulled up to manufacture the single crystal T. At this time, in order to prevent the high dissociation pressure element such as As from scattering from the raw material melt, the B 2 O 3 melt is used as the sealant H to coat the raw material melt R, and further, the Ar 2 A pressure of about 10 atm is applied to the surface of the melt with an active gas. In this way, for example, with a crystal size of φ4 ”, 120
A single crystal with a length of mm is produced.

【0006】ところで、結晶の表面温度は、結晶の引上
に伴って徐々に上昇して行く。例えば、GaAs単結晶
の製造を例にすると、結晶径4インチ、長さ200mmの
GaAs単結晶を15kgの原料から製造した場合、封止
剤として使用しているB2 3 融液直上の結晶表面温度
は、図7に実線で示すように、結晶引き上げ初期では約
950°C であるが、途中で950°C より高い温度に
なり、結晶引き上げの末期ではおよそ1050°C とな
る。それは、結晶引き上げに伴って坩堝内の原料融液が
減少し、結晶の質量が大きくなるに連れて熱容量も大き
くなり、そのため結晶の表面温度が上昇すると考えられ
る。尚、図10(a)、(b)及び(c)は、結晶引上
初期、中間期及び結晶引上の末期において単結晶の引き
上げ長さが長くなるに連れて原料融液が減少する様子を
それぞれ模式的に示していて、図7の実線で示す温度は
図10のA点での温度である。
By the way, the surface temperature of the crystal gradually rises as the crystal is pulled up. For example, taking the production of GaAs single crystal as an example, when a GaAs single crystal with a crystal diameter of 4 inches and a length of 200 mm is produced from 15 kg of raw material, the crystal directly above the B 2 O 3 melt used as a sealant. As shown by the solid line in FIG. 7, the surface temperature is about 950 ° C. at the initial stage of crystal pulling, but becomes higher than 950 ° C. on the way and becomes about 1050 ° C. at the final stage of crystal pulling. It is considered that the raw material melt in the crucible decreases with the pulling of the crystal, and the heat capacity increases as the mass of the crystal increases, so that the surface temperature of the crystal rises. 10 (a), 10 (b) and 10 (c) show that the raw material melt decreases as the pulling length of the single crystal becomes longer in the initial stage of crystal pulling, in the intermediate stage and in the final stage of crystal pulling. Respectively, and the temperature indicated by the solid line in FIG. 7 is the temperature at point A in FIG.

【0007】引上中のGaAs結晶の表面温度が105
0°C を超えると、Ga−Asの結合が切れて結晶表面
からAsが離脱する。残されたGaは、融点がおよそ3
0°C であるため、液化して結晶表面から流れ出す。こ
の現象が進行すると、GaAs表面にくぼみが生じる。
これが結晶の肌荒れと一般に言われている結晶表面の欠
陥で、肌荒れの部分からラメラツイン、多結晶化という
結晶欠陥が発生して、均一に成長した単結晶が得られな
くなる。
The surface temperature of the GaAs crystal being pulled is 105
If it exceeds 0 ° C, the Ga-As bond is broken and As is released from the crystal surface. The remaining Ga has a melting point of about 3
Since it is 0 ° C, it liquefies and flows out from the crystal surface. When this phenomenon progresses, a depression is generated on the GaAs surface.
This is a defect on the surface of the crystal, which is generally called rough surface of the crystal, and crystal defects such as lamella twin and polycrystallization occur from the rough surface portion, and a uniformly grown single crystal cannot be obtained.

【0008】通常、Arガスを導入して圧力容器内を高
圧に維持し、それにより高解離圧元素の飛散を抑制して
いるが、更に、単結晶の表面温度の上昇を防ぐ手段とし
て、Arガスより熱伝導度の高いガス、例えばN2 ガス
をArガスに混入したり、或いは単結晶の引上中の圧力
容器内の圧力を通常の圧力である10気圧よりも高くし
てガスの対流を増大させたりすることが、近年、提案さ
れている。
Usually, Ar gas is introduced to maintain a high pressure in the pressure vessel, thereby suppressing the scattering of the element having a high dissociation pressure. Further, as a means for preventing the surface temperature of the single crystal from rising, Ar is used. A gas having a higher thermal conductivity than the gas, for example, N 2 gas is mixed with Ar gas, or the pressure in the pressure vessel during pulling of the single crystal is made higher than the normal pressure of 10 atm to cause convection of gas. Has been proposed in recent years.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、異種ガスとし
てN2 ガスを混合して表面温度の上昇を抑制しようとし
ても、効果があるのは、単結晶の引き上げ長さが180
mm以下であり、それ以上の長さになると結晶表面温度の
上昇を抑えきれず、肌荒れが発生する。加えて、結晶の
表面に窒素化合物が強固に付着するという問題があっ
た。また、圧力容器内の圧力を高くする方法は、圧力の
変化により結晶育成場の温度環境が全体的に変動すると
いう欠点があって、そのため結晶育成場の全体的温度条
件を所定の温度に制御することが実際には難しく、その
実用化が困難であった。一方、生産性の向上を図るため
に、単結晶の引上げ長さを従来の170mmから長くする
ことが要求されており、200mm、更には400mm、5
00mmが必要とされる時代になりつつあるが、この要求
に応えるには、単結晶の表面温度の上昇を確実に抑制で
きる手段を開発することが先決となる。
However, even if N 2 gas is mixed as a different gas to suppress the rise of the surface temperature, the effect is that the pulling length of the single crystal is 180
If the length is less than mm, and the length is more than that, the rise of the crystal surface temperature cannot be suppressed and the skin becomes rough. In addition, there is a problem that the nitrogen compound adheres strongly to the surface of the crystal. In addition, the method of increasing the pressure in the pressure vessel has a drawback that the temperature environment of the crystal growth field fluctuates as a whole due to the change in pressure, and therefore the overall temperature condition of the crystal growth field is controlled to a predetermined temperature. It was actually difficult to do so, and it was difficult to put it into practical use. On the other hand, in order to improve productivity, the pulling length of the single crystal is required to be longer than the conventional 170 mm, 200 mm, and further 400 mm, 5
In the era where 00 mm is required, the development of a means for surely suppressing the rise of the surface temperature of a single crystal is the first step to meet this demand.

【0010】そこで、本発明は、引き上げ長さの長い単
結晶を引き上げる場合でも、単結晶の表面温度の上昇を
確実に抑制できるように工夫された単結晶引上装置及び
製造方法を提供することを目的としている。
Therefore, the present invention provides a single crystal pulling apparatus and a manufacturing method devised so as to surely suppress an increase in the surface temperature of a single crystal even when pulling a single crystal having a long pulling length. It is an object.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の方法
に変わる別の手段として、圧力容器内に冷却器を設け、
冷水等の冷媒を流して単結晶を冷却し、それによって単
結晶の表面温度の上昇を抑えることに着目した。しかし
ながら、圧力容器内に冷却器を設け、その冷却器の冷却
作用により結晶の表面温度の上昇を抑制しようとする研
究、提案は、従来行われていなかった。そこで、本発明
者は、引き上げている単結晶を囲むような配置で円筒状
の冷却器を設けて実験を重ねた末、冷媒を流して冷却す
るだけでは、単結晶の表面温度を所望温度に制御するこ
とは実際には極めて難しいことが判った。それは、単結
晶の表面温度が丁度所望温度になるように冷却器を設計
することは事実上不可能であり、また冷媒の流量或いは
冷媒の入口温度を調節して冷却作用を制御しようとして
も、単結晶の表面温度変化に対する応答性が良くない等
の問題があって、実際には冷却作用を調節することが難
しいからであった。そこで、本発明者は、冷却作用とは
別個に温度制御を行うことに着眼し、本発明を完成する
に至った。
As another means to replace the conventional method, the present inventor has provided a cooler in a pressure vessel,
We focused on cooling the single crystal by flowing a coolant such as cold water, thereby suppressing the rise of the surface temperature of the single crystal. However, no studies and proposals have been made so far in which a cooler is provided in the pressure vessel and an increase in the surface temperature of the crystal is suppressed by the cooling action of the cooler. Therefore, the present inventor has provided a cylindrical cooler with an arrangement so as to surround the single crystal being pulled up, and after repeated experiments, the surface temperature of the single crystal can be brought to a desired temperature simply by flowing a cooling medium. It turned out to be extremely difficult to control in practice. It is virtually impossible to design the cooler so that the surface temperature of the single crystal is exactly the desired temperature, and even if the flow rate of the refrigerant or the inlet temperature of the refrigerant is adjusted to control the cooling action, This is because it is difficult to control the cooling action in practice because of problems such as poor response to the change in surface temperature of the single crystal. Therefore, the present inventor has completed the present invention by focusing on the temperature control separately from the cooling action.

【0012】上記目的を達成するために、本発明に係る
化合物半導体の単結晶引上装置は、昇降、回転可能な上
軸及び下軸と、下軸上端に取り付けられ、高解離圧元素
を含む化合物半導体原料を収容する坩堝と、坩堝の周囲
に配設されたヒータとを備え、上軸下端に種結晶を取り
付け、結晶方位が種結晶に合致した単結晶を原料融液か
ら引き上げていく化合物半導体の単結晶引上装置におい
て、引き上げ中の前記単結晶を冷却するために単結晶の
周囲の少なくとも一部を包囲するように坩堝上方に配置
された冷却器と、冷却器に冷媒を供給する供給手段とを
備え、更に、前記ヒータを上下に配置された複数個のヒ
ータで構成し、かつ冷却器に近い方のヒータを出力可変
式にして、冷却器で単結晶を冷却しながら、出力可変式
ヒーターの出力を予め作成したプログラムに従って単結
晶引き上げ長さに応じて調整することにより単結晶の表
面温度を所定温度に制御することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a single crystal pulling apparatus for a compound semiconductor according to the present invention is attached to an upper shaft and a lower shaft which can be raised and lowered and rotatable, and an upper end of the lower shaft, and contains a high dissociation pressure element. A compound that comprises a crucible containing a compound semiconductor raw material and a heater arranged around the crucible, attaches a seed crystal to the lower end of the upper shaft, and pulls a single crystal whose crystal orientation matches the seed crystal from the raw material melt. In a semiconductor single crystal pulling apparatus, a cooler arranged above the crucible so as to surround at least a part of the periphery of the single crystal for cooling the single crystal being pulled, and a coolant is supplied to the cooler. And a heater, the heater being composed of a plurality of heaters arranged above and below, and the heater closer to the cooler being of variable output type, while cooling the single crystal by the cooler The output of the variable heater It is characterized by controlling the surface temperature of the single crystal to a predetermined temperature by adjusting in accordance with the single crystal pulling length according order created programs.

【0013】単結晶を冷却するために必要な冷却器の所
要冷却能力Qは、単結晶の密度をBg/cm3 、単結晶の比
熱をCkcal/g・°C 、単結晶の直径をDcm、単結晶の引
き上げ速度をFcm/Hr 、単結晶の封止剤Hを出たところ
での最高温度をT°C 、単結晶の所定表面温度をTS °
C とすると、 Q=π・(D/2)2 ・F・B・C・(T−TS )kcal/Hr (1) である。本発明で使用する冷却器は、上式(1)で得た
冷却能力Q以上の冷却能力を有する冷却器であって、冷
却器を所定の設計条件で運転しつつヒータによる加熱に
よって過剰な冷却能力を相殺することにより、温度を調
節する。冷却器に流す冷媒は、既知の冷媒であって、例
えば冷水、水銀或いはガリウム等の冷却液体金属等を使
用できる。
The required cooling capacity Q of the cooler for cooling the single crystal is as follows: density of the single crystal is Bg / cm 3 , specific heat of the single crystal is Ckcal / g · ° C, diameter of the single crystal is Dcm, The pulling rate of the single crystal is Fcm / Hr, the maximum temperature of the single crystal when the sealing agent H is discharged is T ° C, and the predetermined surface temperature of the single crystal is T S °.
Letting C be, Q = π · (D / 2) 2 · F · B · C · (T−T S ) kcal / Hr (1). The cooler used in the present invention is a cooler having a cooling capacity equal to or higher than the cooling capacity Q obtained in the above formula (1), and is excessively cooled by heating with a heater while operating the cooler under predetermined design conditions. Regulates temperature by offsetting capacity. The refrigerant flowing in the cooler is a known refrigerant, and for example, cold water, a cooling liquid metal such as mercury or gallium, or the like can be used.

【0014】本発明で予め設定するプログラムは、一定
条件の冷却作用の下で単結晶の引き上げ長さに応じてヒ
ータの出力を低下させる関係を示すものであって、本発
明に係る単結晶引上装置とダミー結晶とを使用して、実
際の運転条件に合致する条件下で単結晶引き上げの模擬
実験を行い、得たデータに基づいて単結晶の表面温度が
所定温度になるようにヒータの出力が定められる。後述
するように、単結晶の表面温度は上方に行くにつれて単
調に低下しており、かつ結晶欠陥を防止するために封止
剤融液直上の表面温度を規制することが効果的であるか
ら、冷却器は、坩堝上方であって出来るだけ封止剤融液
の表面に近い位置に配置して単結晶下端部を冷却するの
が好ましい。
The program preset in the present invention shows the relationship of decreasing the output of the heater according to the pulling length of the single crystal under the cooling action of a certain condition. Using the above equipment and the dummy crystal, a simulation experiment of pulling the single crystal was performed under the conditions that match the actual operating conditions, and based on the obtained data, the surface temperature of the single crystal was adjusted to the predetermined temperature by the heater. The output is defined. As will be described later, the surface temperature of the single crystal is monotonically decreasing as it goes upward, and since it is effective to regulate the surface temperature directly above the sealant melt to prevent crystal defects, The cooler is preferably arranged above the crucible and at a position as close to the surface of the sealant melt as possible to cool the lower end of the single crystal.

【0015】本発明で使用する冷却器は、既知の構造の
冷却器であって、例えば、冷却管をラセン状に巻回し冷
却管に冷媒を流すようにしたコイル式冷却器、円周上に
縦方向に冷却管を多数配置した多管式冷却器、2重円筒
で形成された環状空間に冷媒を流すようにした円筒状冷
却器、更には冷却管或いは円筒面にフィンを付したフィ
ン付き冷却器等、種々の冷却器を使用することができ
る。冷却器は単結晶の全周にわたり包囲するように構成
されている方が望ましいが、単結晶は回転しつつ引き上
げられるので、単結晶の少なくとも一部を包囲している
ように配置されておれば、本発明の効果を奏することが
できる。
The cooler used in the present invention is a cooler having a known structure, for example, a coil-type cooler in which a cooling pipe is wound in a spiral shape and a refrigerant is allowed to flow through the cooling pipe. Multi-tube cooler with a large number of cooling tubes arranged in the vertical direction, a cylindrical cooler that allows a refrigerant to flow in an annular space formed by double cylinders, and a cooling tube or fins with fins on the cylindrical surface Various coolers, such as coolers, can be used. The cooler is preferably configured to surround the entire circumference of the single crystal, but since the single crystal is pulled while rotating, if the cooler is arranged so as to surround at least a part of the single crystal. The effect of the present invention can be achieved.

【0016】本発明に係る別の単結晶引上装置は、昇
降、回転可能な上軸及び下軸と、下軸上端に取り付けら
れ、高解離圧元素を含む化合物半導体原料を収容する坩
堝と、坩堝の周囲に配設されたヒータとを備え、上軸下
端に種結晶を取り付け、結晶方位が種結晶に合致した単
結晶を原料融液から引き上げていく化合物半導体の単結
晶引上装置において、引き上げ中の前記単結晶を冷却す
るために単結晶の周囲の少なくとも一部を包囲するよう
に坩堝上方に配置された冷却器と、冷却器に冷媒を供給
する供給手段と、単結晶下端部の表面温度を計測できる
温度測定器と、制御装置とを備え、更に、前記ヒータを
上下に配置された複数個のヒータで構成し、かつ冷却器
に近い方のヒータを出力可変式にし、温度測定器による
計測温度に基づいて出力可変式ヒーターの出力を制御装
置により調整し、単結晶下端部の表面温度を所定温度に
制御することを特徴としている。
Another apparatus for pulling a single crystal according to the present invention comprises an upper shaft and a lower shaft which can be raised and lowered and rotated, a crucible which is attached to an upper end of the lower shaft and which contains a compound semiconductor raw material containing a high dissociation pressure element, With a heater arranged around the crucible, a seed crystal is attached to the lower end of the upper axis, and a single crystal pulling apparatus for a compound semiconductor that pulls a single crystal whose crystal orientation matches the seed crystal from the raw material melt, A cooler arranged above the crucible so as to surround at least a part of the periphery of the single crystal for cooling the single crystal being pulled, a supply means for supplying a refrigerant to the cooler, and a single crystal lower end portion. A temperature measuring device capable of measuring the surface temperature and a control device are provided, and further, the heater is composed of a plurality of heaters arranged vertically, and the heater closer to the cooler has a variable output type, and the temperature is measured. Based on the temperature measured by the instrument Adjust the output of the force variable heater by the controller, it is characterized by controlling the surface temperature of the single crystal lower end portion to a predetermined temperature.

【0017】本発明で使用する温度測定器は、単結晶周
囲の高温領域の温度を計測できる温度計であって、好適
にはサファイアロッドを赤外線導波路に使用した放射温
度計である。
The temperature measuring device used in the present invention is a thermometer capable of measuring the temperature of a high temperature region around a single crystal, and is preferably a radiation thermometer using a sapphire rod as an infrared waveguide.

【0018】本発明の望ましい実施態様は、前記坩堝を
加熱するヒータとは別個に前記単結晶と前記冷却器との
間にヒータを介在させ、このヒータが出力可変式である
ことを特徴としている。
A preferred embodiment of the present invention is characterized in that a heater is interposed between the single crystal and the cooler separately from the heater for heating the crucible, and the heater has a variable output type. .

【0019】また、本発明に係る単結晶の製造方法は、
引き上げ中の単結晶の周囲の少なくとも一部を包囲する
ように坩堝上方に配置された冷却器と、冷却器に冷媒を
供給する供給手段と、単結晶下端部の表面温度を計測で
きる温度測定器とを備える化合物半導体の単結晶引上装
置を使用し、B2 3 を封止剤として使用して化合物半
導体単結晶を引き上げるに際し、加圧の下で、冷却器に
より単結晶を冷却しつつ冷却器の近傍に配置されている
ヒーターの出力を調整して、封止剤融液直上の単結晶表
面温度を単結晶引上中にわたって900°C 〜1,05
0°C 、好ましくは950〜1,050°C に制御する
ことを特徴としている。
The method for producing a single crystal according to the present invention is
A cooler arranged above the crucible so as to surround at least a part of the periphery of the single crystal being pulled, a supply means for supplying a refrigerant to the cooler, and a temperature measuring device capable of measuring the surface temperature of the lower end of the single crystal. While pulling the compound semiconductor single crystal using B 2 O 3 as a sealant, the single crystal pulling apparatus for compound semiconductor is provided with By adjusting the output of the heater arranged near the cooler, the surface temperature of the single crystal immediately above the melt of the sealant was maintained at 900 ° C to 1,05 ° C during pulling up of the single crystal.
It is characterized by controlling at 0 ° C, preferably 950 to 1,050 ° C.

【0020】[0020]

【作用】請求項1の発明では、冷却器により一定の冷却
能力で単結晶を冷却しつつ過剰の冷却量を相殺するため
に、冷却器の近傍に配置されているヒーターの出力を予
め作成したプログラムに従って単結晶引き上げ長さに応
じて調整することにより単結晶の表面温度を所定温度に
制御する。請求項2の発明では、冷却器により一定の冷
却能力で単結晶を冷却しつつ過剰の冷却量を相殺するた
めに、単結晶下端部の表面温度を計測できる温度測定器
と、ヒータの出力を調節する制御装置とを備え、単結晶
下端部の計測温度に基づいて冷却器の近傍に配置されて
いるヒーターの出力を調節することにより単結晶の表面
温度を所定温度に制御する。請求項1及び2では、冷却
器の出力を直接調整する方式に比べて遙に応答の速いヒ
ータの出力を調整しているので、単結晶の表面温度の制
御が容易であり、かつ精密に制御できる。表面温度を制
御することにより、高解離圧を有する元素の飛散が防止
され、単結晶の肌あれが防止される。請求項3の発明で
は、坩堝を加熱する主ヒータとは別個に設けたヒータに
より調整しているので、主ヒータの作用に影響すること
なく、精密に単結晶下端部の表面温度を制御できる。
According to the first aspect of the invention, the output of the heater arranged in the vicinity of the cooler is created in advance in order to offset the excessive cooling amount while cooling the single crystal with a constant cooling capacity by the cooler. The surface temperature of the single crystal is controlled to a predetermined temperature by adjusting the pulling length of the single crystal according to a program. According to the invention of claim 2, in order to offset the excessive cooling amount while cooling the single crystal with a constant cooling capacity by the cooler, the temperature measuring device capable of measuring the surface temperature of the lower end portion of the single crystal and the output of the heater are provided. The temperature of the single crystal is controlled to a predetermined temperature by adjusting the output of a heater arranged near the cooler based on the measured temperature of the lower end of the single crystal. In claims 1 and 2, since the output of the heater, which has a response much faster than that of the method of directly adjusting the output of the cooler, is adjusted, the surface temperature of the single crystal can be controlled easily and precisely. it can. By controlling the surface temperature, scattering of an element having a high dissociation pressure is prevented, and roughening of the single crystal is prevented. In the invention of claim 3, since the adjustment is made by the heater provided separately from the main heater for heating the crucible, the surface temperature of the lower end portion of the single crystal can be precisely controlled without affecting the action of the main heater.

【0021】[0021]

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。実施例1 図1は、本発明に係る化合物半導体の単結晶引上装置
(以下、簡単に引上装置と略称する)の実施例1の構成
を示す断面側面図、及び図2(a)(b)(c)はそれ
ぞれ冷却器の斜視図である。図1の部品、部位のうち図
9と同じものには同じ符号を付してその説明を省略す
る。本実施例の引上装置10は、図9で説明した構成に
加えて、冷却器40と、その冷却器40に冷媒を供給す
る供給管42と、冷却器40から冷媒を排出する排出管
44とを備えている。更に、ヒータ14は、上下に配置
された3個のヒータ14A、B及びCで構成され、少な
くとも上段のヒータ14Aは他のヒータ14B、Cとは
独立してその出力が制御できるようになっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings. Example 1 FIG. 1 is a sectional side view showing the configuration of Example 1 of a compound semiconductor single crystal pulling apparatus (hereinafter simply referred to as a pulling apparatus) according to the present invention, and FIG. (b) (c) is a perspective view of a cooler, respectively. Of the parts and parts shown in FIG. 1, those which are the same as those shown in FIG. In addition to the configuration described with reference to FIG. 9, the pulling device 10 of the present embodiment includes a cooler 40, a supply pipe 42 that supplies a refrigerant to the cooler 40, and an exhaust pipe 44 that discharges the refrigerant from the cooler 40. It has and. Further, the heater 14 is composed of three heaters 14A, B and C arranged vertically, and at least the upper heater 14A can control its output independently of the other heaters 14B and C. There is.

【0022】冷却器40は、図2(a)に例示したコイ
ル式冷却器であって、坩堝12の直上で単結晶下端部の
周囲を包囲するような配置で設けてある。これによっ
て、単結晶は、封止剤融液を出た後、直ぐに冷却器で冷
却されることができる。例えば、坩堝径250mmの坩堝
を使用している場合には、冷却器40は、坩堝12の約
50mm〜150mm上に配置させるのが好ましい。図2
(a)に示す冷却器は、冷却管48をラセン状に巻回し
たコイル式冷却器でコイルの上端が供給管42に下端が
排出管44に接続され、冷媒は矢印の方向に上端から入
り、下端から排出される。他の例として、図2(b)に
示す冷却器は、2重円筒式の冷却器で内部に形成された
環状流路には隔壁50(破線で表示)が設けてあり、冷
媒は隔壁に沿って矢印方向に流れる。図2(c)に示す
冷却器は、上部及び下部のリングヘッダ52、54とそ
の間に設けられた多数の冷却管48とから形成され、冷
媒は冷却管48内を矢印のように流下する。
The cooler 40 is the coil type cooler illustrated in FIG. 2 (a), and is provided immediately above the crucible 12 so as to surround the lower end of the single crystal. This allows the single crystal to be cooled in the cooler immediately after exiting the sealant melt. For example, when a crucible having a crucible diameter of 250 mm is used, the cooler 40 is preferably arranged about 50 mm to 150 mm above the crucible 12. Figure 2
The cooler shown in (a) is a coil type cooler in which a cooling pipe 48 is wound in a spiral shape, the upper end of the coil is connected to the supply pipe 42 and the lower end to the discharge pipe 44, and the refrigerant enters from the upper end in the direction of the arrow. , Discharged from the bottom. As another example, the cooler shown in FIG. 2 (b) is a double-cylindrical cooler in which a partition wall 50 (indicated by a broken line) is provided in the annular flow path formed inside, and the refrigerant is in the partition wall. Flow in the direction of the arrow. The cooler shown in FIG. 2C is composed of upper and lower ring headers 52 and 54 and a large number of cooling pipes 48 provided therebetween, and the refrigerant flows down in the cooling pipes 48 as indicated by arrows.

【0023】伝熱面積を増大して伝熱効率を高めるため
に、冷却器の冷却管48には、図3に示すように、フィ
ン56を植設しても良い。また、図4は、伝熱面積を増
大して伝熱効率を高める別の手段を示す断面図である。
図4では、図2(a)に示すコイル式冷却器の冷却管4
8の内側に円筒板58を取り付け、それによって伝熱面
積を増大している。引き上げる結晶長に応じて変わる
が、本実施例で使用する冷却器40は、前述の式1で計
算した所要冷却能力Qより概ね10%以上大きい能力の
冷却器であって、単結晶の表面温度が所定温度に冷却さ
れるように、冷却器40に隣接するヒータ14Aの出力
を調整する。
In order to increase the heat transfer area and improve the heat transfer efficiency, fins 56 may be provided in the cooling pipe 48 of the cooler as shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing another means for increasing the heat transfer area to increase the heat transfer efficiency.
In FIG. 4, the cooling pipe 4 of the coil type cooler shown in FIG.
A cylindrical plate 58 is attached to the inner side of 8 to increase the heat transfer area. Although it depends on the length of the crystal to be pulled, the cooler 40 used in the present embodiment is a cooler having a capacity which is approximately 10% or more larger than the required cooling capacity Q calculated by the above-mentioned formula 1, and the surface temperature of the single crystal. The output of the heater 14 </ b> A adjacent to the cooler 40 is adjusted so that is cooled to a predetermined temperature.

【0024】本実施例では、単結晶の引き上げ長さが長
くなるのに応じて封止剤の直上の表面温度が図7の破線
に示す温度以下で950°C 以上になるように、単結晶
の引き上げ長さとヒータ14Aの出力との関係を予め定
めたプログラムを作成し、そのプログラムに従ってヒー
タ14Aの出力を調整する。
In the present embodiment, the single crystal is controlled so that the surface temperature immediately above the encapsulant becomes 950 ° C. or higher below the temperature shown by the broken line in FIG. 7 as the pulling length of the single crystal becomes longer. A program is created in which the relationship between the pull-up length and the output of the heater 14A is predetermined, and the output of the heater 14A is adjusted according to the program.

【0025】実施例2 実施例1は予め定めたプログラムに従ってヒータ14A
の出力を調整しているが、本実施例では、オンラインで
結晶表面温度を測定しながらヒータ14Aの出力を調整
している。本実施例の引上装置60では、図5に示すよ
うに、実施例1の構成に、単結晶周囲の温度を測定する
温度計62と、その計測温度に基づいてヒータ14Aの
出力を調整し、それによって単結晶周囲の温度を制御す
る制御装置64とを備えている。
Embodiment 2 Embodiment 1 is a heater 14A according to a predetermined program.
In this embodiment, the output of the heater 14A is adjusted while measuring the crystal surface temperature online. As shown in FIG. 5, in the pulling up apparatus 60 of the present embodiment, in the configuration of the first embodiment, the thermometer 62 for measuring the temperature around the single crystal and the output of the heater 14A are adjusted based on the measured temperature. The control device 64 controls the temperature around the single crystal.

【0026】本実施例では、測温領域が高温であること
を考慮してサファイアロッド式放射温度計を温度計62
として使用している。この放射温度計は、サファイアロ
ッド66の先端をB2 3 融液直上の単結晶表面に近接
させ、サファイアロッド66を導波路にして系外に赤外
光を取り出し、その赤外光をスペクトル分析してB2
3 融液直上の結晶表面温度を測定する。温度計62とし
て、例えばジャパン・エナジー(株)が販売しているラ
イトパイプセンサ(近接式)を利用したシステムを使用
できる。制御装置64は、ヒータ14Aの出力装置68
の出力を調整して、所定温度になるように単結晶下端部
の表面温度をフィードバック制御する。この方法によれ
ば、引上中の結晶の表面温度をリアルタイムで制御でき
るので、更に容易かつ厳密に単結晶の表面温度を制御で
きる。
In this embodiment, a sapphire rod type radiation thermometer is used as the thermometer 62 in consideration of the high temperature of the temperature measuring region.
Is used as. In this radiation thermometer, the tip of the sapphire rod 66 is brought close to the surface of the single crystal directly above the B 2 O 3 melt, the infrared light is taken out of the system by using the sapphire rod 66 as a waveguide, and the infrared light is spectrally analyzed. Analyzing B 2 O
3 Measure the crystal surface temperature directly above the melt. As the thermometer 62, for example, a system using a light pipe sensor (proximity type) sold by Japan Energy Co., Ltd. can be used. The control device 64 uses the output device 68 of the heater 14A.
Is adjusted to feedback control the surface temperature of the lower end of the single crystal so as to reach a predetermined temperature. According to this method, since the surface temperature of the crystal being pulled can be controlled in real time, the surface temperature of the single crystal can be controlled more easily and strictly.

【0027】実施例3 図6は、本発明に係る引上装置の実施例3の要部を示す
側面断面図である。本実施例の引上装置70は、実施例
1の引上装置10及び実施例2の引上装置60の構成に
加えて、更に冷却器40の内側に坩堝加熱用のヒータ1
4Aとは別に温度調節用のヒータ72を備えている。ヒ
ータ72の出力を調整することにより、坩堝12の加熱
に影響を与えることなく、冷却器40の冷却作用をきめ
細かく調整し、単結晶の表面温度を所定温度に維持する
ことができる。
Embodiment 3 FIG. 6 is a side sectional view showing the main part of Embodiment 3 of the lifting apparatus according to the present invention. In addition to the configurations of the lifting device 10 of the first embodiment and the lifting device 60 of the second embodiment, the lifting device 70 of the present embodiment further includes a heater 1 for heating the crucible inside the cooler 40.
In addition to 4A, a heater 72 for temperature control is provided. By adjusting the output of the heater 72, the cooling action of the cooler 40 can be finely adjusted and the surface temperature of the single crystal can be maintained at a predetermined temperature without affecting the heating of the crucible 12.

【0028】実験例 先ず、ダミー結晶と図9に示す従来の引上装置とを使用
し、成長条件を模擬して、単結晶の冷却を行わない場合
のB2 3 融液直上の結晶表面温度を測定した。それに
は、結晶長がそれぞれ0、30、120、及び200mm
で、結晶の表面に熱電対を配置したダミー結晶を使い、
単結晶がその長さになった場合の原料融液量、ヒーター
温度を実際の引上条件と対応するように模擬条件を設定
し、ダミー結晶の表面温度を測定した。その結果が図7
に実線で示してある。この図から、単結晶の結晶長が約
180mm以上になると、B2 3 融液直上の結晶表面温
度が1050°C を越える。従って、単結晶の引き上げ
長さが180mmを越えると、結晶欠陥が発生することが
判る。
Experimental Example First, a dummy crystal and a conventional pulling apparatus shown in FIG. 9 were used, the growth conditions were simulated, and the crystal surface immediately above the B 2 O 3 melt when the single crystal was not cooled. The temperature was measured. It has crystal lengths of 0, 30, 120, and 200 mm, respectively.
Then, using a dummy crystal with a thermocouple arranged on the surface of the crystal,
The surface temperature of the dummy crystal was measured by setting the simulation conditions so that the amount of the raw material melt and the heater temperature when the single crystal became the length corresponded to the actual pulling condition. The result is shown in Figure 7.
Is indicated by a solid line. From this figure, when the crystal length of the single crystal is about 180 mm or more, the crystal surface temperature directly above the B 2 O 3 melt exceeds 1050 ° C. Therefore, it is understood that crystal defects are generated when the pulling length of the single crystal exceeds 180 mm.

【0029】一方、原料が坩堝12内で完全に融液状態
になっている時では、引上前の坩堝上方の温度分布は、
図8に示すようになっている。従って、良質な単結晶を
製造するためには、B2 3 融液直上の単結晶の表面温
度を900°C 以上、好ましくは950°C 以上とする
ことが必要である。また、上記実験の結果から表面温度
が1050°C 以下であることが必要である。図8か
ら、B2 3 上方では単調に温度が減少することがわか
り、結晶欠陥を発生させないためにはB2 3 融液直上
の単結晶の表面温度を規制すれば良いことがわかる。
On the other hand, when the raw material is completely melted in the crucible 12, the temperature distribution above the crucible before pulling up is
It is as shown in FIG. Therefore, in order to produce a good quality single crystal, it is necessary to set the surface temperature of the single crystal directly above the B 2 O 3 melt to 900 ° C. or higher, preferably 950 ° C. or higher. Further, from the results of the above experiment, it is necessary that the surface temperature is 1050 ° C or lower. 8, the B 2 O 3 above find that monotonically temperature decreases, in order to prevent the occurrence of crystal defects it is understood that it is sufficient to regulate the surface temperature of the B 2 O 3 melt directly above the single crystal.

【0030】従って、肌荒れのない単結晶を得るために
は、B2 3 融液直上の単結晶の表面温度が900°C
以上1050°C 以下であるようにすることが必要であ
る。そこで、実施例1の引上装置10を使用して、冷却
器40に冷却水を10l/min流し、結晶が長くなるに従
って徐々にヒーター14Aの出力を下げつつ、上述と同
様にしてダミー結晶を使用した模擬実験を行い、表面温
度を測定した。試行錯誤によりヒータ14Aの出力を調
整した結果、結晶長が200mmであっても、図7の点線
に示すように、引き上げ中、単結晶のB2 3 融液直上
の表面温度を950°C 以上でかつ1050°C 以下に
することができた。実際には、結晶長が200mmの時点
で表面温度は1030°C であった。冷却器40の条
件、単結晶引き上げ長さとヒータ14Aの出力との関係
等を始めとして、引上装置10のこの時の運転条件をプ
ログラムとして作成した。
Therefore, in order to obtain a single crystal free from rough skin, the surface temperature of the single crystal directly above the B 2 O 3 melt is 900 ° C.
It is necessary that the temperature is 1050 ° C or lower. Then, using the pulling apparatus 10 of Example 1, 10 l / min of cooling water was made to flow through the cooler 40, and the output of the heater 14A was gradually lowered as the crystals became longer, while dummy crystals were formed in the same manner as described above. The simulated experiment used was performed to measure the surface temperature. As a result of adjusting the output of the heater 14A by trial and error, even if the crystal length is 200 mm, as shown by the dotted line in FIG. 7, the surface temperature immediately above the B 2 O 3 melt of the single crystal is 950 ° C. during pulling. Above the above, the temperature could be controlled to 1050 ° C or lower. Actually, the surface temperature was 1030 ° C when the crystal length was 200 mm. The operating conditions at this time of the pulling apparatus 10 were created as a program, including the conditions of the cooler 40, the relationship between the pulling length of the single crystal and the output of the heater 14A, and the like.

【0031】次に、実施例1の引上装置10使用して単
結晶の引き上げを行い、引上装置の性能を評価した。先
ず、GaとAsを引上後の単結晶の組成比が1:1とな
るように配合して約15kgの化合物半導体原料を調製し
た。この原料を直径25cmのpBN(窒化硼素)製の坩
堝12に収容し、ヒーター14によってGaAsの融点
(1238°C )まで原料を加熱、融解して、融液Rに
した。この時、Asの飛散を防ぐため、封止剤Hとして
2 3 を使用して原料融液を覆い、また圧力容器16
内にArガスを導入して内圧を70kg/cm2 g にした。
この後、圧力を10kg/cm2gにしてから、シードホルダ
ー28を介して上軸30下端に6mm角のGaAs種結晶
Sを取り付けて、原料融液Rに種結晶Sを浸し、十分に
馴染ませた後、上軸30を10mm/Hrの引き上げ速度で
引き上げた。この時、上軸28、下軸22の回転数は、
各々10、20rpm とした。
Next, the pulling apparatus 10 of Example 1 was used to pull up a single crystal, and the performance of the pulling apparatus was evaluated. First, Ga and As were mixed so that the composition ratio of the single crystal after pulling was 1: 1 to prepare a compound semiconductor raw material of about 15 kg. This raw material was placed in a crucible 12 made of pBN (boron nitride) having a diameter of 25 cm, and the raw material was heated to a melting point of GaAs (1238 ° C.) by a heater 14 to be melted to form a melt R. At this time, in order to prevent the scattering of As, B 2 O 3 is used as the sealant H to cover the raw material melt, and the pressure vessel 16
Ar gas was introduced thereinto to adjust the internal pressure to 70 kg / cm 2 g.
Then, after the pressure is set to 10 kg / cm 2 g, a 6 mm square GaAs seed crystal S is attached to the lower end of the upper shaft 30 via the seed holder 28, and the seed crystal S is dipped in the raw material melt R to sufficiently adapt it. After the removal, the upper shaft 30 was pulled up at a pulling rate of 10 mm / Hr. At this time, the rotation speeds of the upper shaft 28 and the lower shaft 22 are
The speed was 10 and 20 rpm, respectively.

【0032】前述したプログラムに従って単結晶の引き
上げ長さに応じてヒータ14Aの出力を調整しつつ単結
晶を引き上げた。その結果、単結晶の引き上げ中、結晶
長200mmの全長にわたって、表面温度は950°C 以
上かつ1050°C 以下であった。これによって、肌荒
れのない直径4インチの結晶長200mmのGaAs単結
晶を原料融液Rから引き上げることができた。
According to the program described above, the single crystal was pulled while adjusting the output of the heater 14A according to the pulling length of the single crystal. As a result, during the pulling of the single crystal, the surface temperature was 950 ° C or higher and 1050 ° C or lower over the entire length of 200 mm. As a result, a GaAs single crystal having a diameter of 4 inches and a crystal length of 200 mm, which was not roughened, could be pulled out from the raw material melt R.

【0033】本引上装置10、60及び70によれば、
ガス圧力、ガスの種類を変える従来の方法と異なり、結
晶育成場のガス環境或いは圧力を変えることはないの
で、単結晶の表面温度の制御が容易であり、品質良好な
単結晶を製造できる。
According to the present lifting devices 10, 60 and 70,
Unlike the conventional method of changing the gas pressure and the type of gas, the gas environment or pressure of the crystal growth field is not changed, so that the surface temperature of the single crystal can be easily controlled and a good quality single crystal can be manufactured.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の構成によれば、冷却器を一定条
件で運転しつつヒータの出力を調整することにより、単
結晶の表面温度を制御している。ヒータの出力の調整
は、冷却器の冷却能力を調整する方法として、冷却器の
出力を直接調整する方式に比べて遙に応答が速くかつ精
密に制御できるので、単結晶の表面温度を容易にかつ正
確に制御でき、これによって高解離圧元素の飛散を防止
して、肌荒れのない単結晶を製造することができる。本
発明装置及び製造方法を適用して表面温度を所定温度に
制御することにより、現在では製造困難である200mm
より長尺の単結晶を結晶欠陥なく製造することができ
る。
According to the structure of the present invention, the surface temperature of the single crystal is controlled by adjusting the output of the heater while operating the cooler under constant conditions. The output of the heater can be adjusted more quickly and precisely than the method of directly adjusting the output of the cooler as a method of adjusting the cooling capacity of the cooler, so the surface temperature of the single crystal can be easily adjusted. In addition, it is possible to control accurately, thereby preventing the dissociation of the high dissociation pressure element and manufacturing a single crystal without rough skin. By applying the device and the manufacturing method of the present invention to control the surface temperature to a predetermined temperature, it is currently difficult to manufacture 200 mm.
A longer single crystal can be manufactured without crystal defects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る化合物半導体の単結晶引上装置の
実施例1の構成を示す断面側面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing the configuration of Example 1 of a compound semiconductor single crystal pulling apparatus according to the present invention.

【図2】図2(a)(b)(c)は、それぞれ型式が異
なる冷却器の斜視図である。
2 (a), (b) and (c) are perspective views of coolers of different types.

【図3】フィンが植設された冷却管の部分断面図であ
る。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a cooling pipe having fins implanted therein.

【図4】円筒壁を設けた冷却器の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a cooler provided with a cylindrical wall.

【図5】本発明に係る化合物半導体の単結晶引上装置の
実施例2の構成を示す断面側面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional side view showing the configuration of Example 2 of the apparatus for pulling a single crystal of a compound semiconductor according to the present invention.

【図6】本発明に係る化合物半導体の単結晶引上装置の
実施例3の要部の構成を示す断面側面図である。
FIG. 6 is a sectional side view showing a configuration of a main part of a third embodiment of a compound semiconductor single crystal pulling apparatus according to the present invention.

【図7】単結晶の結晶長と封止剤直上の結晶表面温度と
の関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the crystal length of a single crystal and the crystal surface temperature directly above the sealant.

【図8】単結晶の長手方向に沿った結晶表面温度を示す
グラフである。
FIG. 8 is a graph showing the crystal surface temperature along the longitudinal direction of a single crystal.

【図9】従来の単結晶引上装置の構成を示す断面側面図
である。
FIG. 9 is a sectional side view showing a configuration of a conventional single crystal pulling apparatus.

【図10】図10(a)、(b)及び(c)は、それぞ
れ単結晶の引き上げに伴い坩堝内の融液の減少を示す説
明図である。
10 (a), (b) and (c) are explanatory views showing a decrease in melt in the crucible as the single crystal is pulled up.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 本発明に係る引上装置の実施例1 12 坩堝 14 ヒータ 16 圧力容器 18 引き上げ機構 20 坩堝の回転/昇降機構 22 カーボン部材 24 下軸 26 回転装置 28 シードホルダー 30 上軸 32 別の回転装置 40 冷却器 42 供給管 44 排出管 48 冷却管 50 隔壁 52、54 リングヘッダ 56 フィン 58 円筒板 60 本発明に係る引上装置の実施例2 62 温度計 64 制御装置 66 サファイアロッド 68 ヒータの出力装置 70 本発明に係る引上装置の実施例3 72 温度調節用のヒータ 10 Example 1 of the pulling apparatus according to the present invention 12 Crucible 14 Heater 16 Pressure vessel 18 Lifting mechanism 20 Crucible rotation / elevating mechanism 22 Carbon member 24 Lower shaft 26 Rotating device 28 Seed holder 30 Upper shaft 32 Other rotating device 40 Cooler 42 Supply pipe 44 Discharge pipe 48 Cooling pipe 50 Partition walls 52, 54 Ring header 56 Fin 58 Cylindrical plate 60 Example 2 of the pulling device according to the present invention 62 Thermometer 64 Control device 66 Sapphire rod 68 Heater output device 70 Example 3 of pulling apparatus according to the present invention 72 Heater for temperature control

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 昇降、回転可能な上軸及び下軸と、下軸
上端に取り付けられ、高解離圧元素を含む化合物半導体
原料を収容する坩堝と、坩堝の周囲に配設されたヒータ
とを備え、上軸下端に種結晶を取り付け、結晶方位が種
結晶に合致した単結晶を原料融液から引き上げていく化
合物半導体の単結晶引上装置において、 引き上げ中の前記単結晶を冷却するために単結晶の周囲
の少なくとも一部を包囲するように坩堝上方に配置され
た冷却器と、冷却器に冷媒を供給する供給手段とを備
え、 更に、前記ヒータを上下に配置された複数個のヒータで
構成し、かつ冷却器に近い方のヒータを出力可変式にし
て、 冷却器で単結晶を冷却しながら、出力可変式ヒーターの
出力を予め作成したプログラムに従って単結晶引き上げ
長さに応じて調整することにより単結晶の表面温度を所
定温度に制御することを特徴とする化合物半導体の単結
晶引上装置。
1. An upper shaft and a lower shaft which can be raised and lowered and rotated, a crucible which is attached to an upper end of the lower shaft and which contains a compound semiconductor raw material containing a high dissociation pressure element, and a heater which is arranged around the crucible. Equipped with a seed crystal at the lower end of the upper axis, in a compound semiconductor single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal whose crystal orientation matches the seed crystal from the raw material melt, in order to cool the single crystal being pulled A plurality of heaters arranged above and below the crucible so as to surround at least a part of the periphery of the single crystal; and a supply means for supplying a refrigerant to the cooler; The output of the heater with variable output is adjusted according to the pulling length of the single crystal according to the program created in advance while cooling the single crystal with the cooler. What to do An apparatus for pulling a single crystal of a compound semiconductor, characterized in that the surface temperature of the single crystal is controlled to a predetermined temperature by means of.
【請求項2】 昇降、回転可能な上軸及び下軸と、下軸
上端に取り付けられ、高解離圧元素を含む化合物半導体
原料を収容する坩堝と、坩堝の周囲に配設されたヒータ
とを備え、上軸下端に種結晶を取り付け、結晶方位が種
結晶に合致した単結晶を原料融液から引き上げていく化
合物半導体の単結晶引上装置において、 引き上げ中の前記単結晶を冷却するために単結晶の周囲
の少なくとも一部を包囲するように坩堝上方に配置され
た冷却器と、冷却器に冷媒を供給する供給手段と、単結
晶下端部の表面温度を計測できる温度測定器と、制御装
置とを備え、 更に、前記ヒータを上下に配置された複数個のヒータで
構成し、かつ冷却器に近い方のヒータを出力可変式に
し、 温度測定器による計測温度に基づいて出力可変式ヒータ
ーの出力を制御装置により調整し、単結晶下端部の表面
温度を所定温度に制御することを特徴とする化合物半導
体の単結晶引上装置。
2. An upper shaft and a lower shaft which can be raised and lowered and rotated, a crucible which is attached to an upper end of the lower shaft and which stores a compound semiconductor raw material containing a high dissociation pressure element, and a heater which is arranged around the crucible. Equipped with a seed crystal at the lower end of the upper axis, in a compound semiconductor single crystal pulling apparatus for pulling a single crystal whose crystal orientation matches the seed crystal from the raw material melt, in order to cool the single crystal being pulled A cooler arranged above the crucible so as to surround at least a part of the periphery of the single crystal, a supply means for supplying a refrigerant to the cooler, and a temperature measuring device capable of measuring the surface temperature of the lower end of the single crystal, and control A heater having a plurality of heaters arranged above and below the heater, and the heater closer to the cooler has an output variable type, and an output variable heater based on the temperature measured by the temperature measuring device. Control the output of An apparatus for pulling a single crystal of a compound semiconductor, wherein the surface temperature of the lower end portion of the single crystal is controlled to a predetermined temperature by adjusting the temperature of the single crystal.
【請求項3】 前記坩堝を加熱するヒータとは別個に前
記単結晶と前記冷却器との間にヒータを介在させ、この
ヒータが出力可変式であることを特徴とする請求項1又
は2に記載の化合物半導体の単結晶引上装置。
3. The heater according to claim 1 or 2, wherein a heater is interposed between the single crystal and the cooler separately from the heater for heating the crucible, and the heater has a variable output type. An apparatus for pulling a single crystal of a compound semiconductor as described.
【請求項4】 引き上げ中の単結晶の周囲の少なくとも
一部を包囲するように坩堝上方に配置された冷却器と、
冷却器に冷媒を供給する供給手段と、単結晶下端部の表
面温度を計測できる温度測定器とを備える化合物半導体
の単結晶引上装置を使用し、B2 3 を封止剤として使
用して化合物半導体単結晶を引き上げるに際し、 加圧の下で、冷却器により単結晶を冷却しつつ冷却器の
近傍に配置されているヒーターの出力を調整して、封止
剤融液直上の単結晶表面温度を単結晶引上中にわたって
900°C 〜1,050°C 、好ましくは950〜1,
050°C に制御することを特徴とするGaAs単結晶
の製造方法。
4. A cooler arranged above the crucible so as to surround at least a part of the periphery of the single crystal being pulled,
A single crystal pulling apparatus for a compound semiconductor, which comprises a supply means for supplying a coolant to a cooler and a temperature measuring device capable of measuring the surface temperature of the lower end of the single crystal, is used, and B 2 O 3 is used as a sealant. When pulling up the compound semiconductor single crystal by pressing, the output of the heater placed near the cooler is adjusted while cooling the single crystal under pressure, and the single crystal immediately above the melt of the sealant is adjusted. The surface temperature is 900 ° C. to 1,050 ° C., preferably 950 to 1, over the course of pulling the single crystal.
A method for producing a GaAs single crystal, characterized by controlling at 050 ° C.
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