JPS6217095A - 化合物半導体単結晶の育成方法とそれに用いる石英アンプル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体単結晶の育成方法とそれに用いる
石英アンプルに関するものである。

〔従来技術〕

化合物半導体の単結晶を育成する方法として結晶材料を
石英製のアンプルに真空封入し、電気炉中で融解したあ
と、結晶材料の混合をよくするために電気炉ごと上下に
反転を繰り返すことはよく行なわれており、単結晶化の
ための手段としてはブリッジマン法あるいは固相再結晶
法が採用されている。いずれの場合も石英アンプルの内
壁は単に酸によって清浄化するのみか又はこれに加えて
内壁全体にカーボン膜をコーティングするなどの処理が
施される。後者のカーボン膜は育成された結晶体をアン
プルから取り出す時、両者が膠着せず滑らかに取り出せ
ることを目的としている。

〔従来技術と問題点〕

本来、化合物半導体、例えばＨｇＴｅ、ＣｄＴｅあるい
はこれらの混晶体であるＨ　ｇ　Ｉ　−）ｌ　Ｃｄ　）
Ｉ　Ｔ　ｅ（１＞Ｘ＞Ｏ）はシリコンの酸化物である石
英とは膠着性が殆どなく、結晶育成後は滑らかに取り出
せる筈のものである。しかしながらしばしば両者は膠着
し、取り出す際に結晶体を破損することがあるが、それ
は次のような理由による。即ち結晶化しようとする化合
物半導体の材料が酸化し易く、封入に先立って酸等で洗
浄しても真空封入する迄の間に空気に触れるため酸素に
よって表面に薄い酸化膜が生じ、封入後の融解によって
結晶材料が液体化した際その表面張力によって液体化材
料の表面、即ち石英アンプルの内壁のところまで押し出
されて来、石英アンプルと液体化材料の間に介在するよ
うになる。この状態で結晶化のための固化が行なわれる
と酸化膜は接着剤の役目をして両者は膠着してしまう。

アンプルの内壁をカーボンコーティングするのはカーボ
ンと酸化膜の膠着性の悪さを利用するものであり、アン
プルから比較的容易に結晶体を取り出すことができる。

しかしながら酸化膜が液体化材料を覆っている事情に変
りはなく、その存在によって全体が一つの単結晶となる
か又はいくつかの比較的大きな結晶塊からなる結晶体と
なるのが妨げられて、比較的小粒の多数の結晶粒からな
る多結晶体となったり、結晶の格子欠陥発生の原因とな
ったりする。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来技術の欠点を除き、優れた化合物半
導体単結晶の育成方法とそれに用いる石英アンプルを提
供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の第１の発明の化合物半導体単結晶の育成方法は
、長手方向一方の内壁全体にカーボン膜をコーティング
した管状の化合物半導体単結晶育成用石英アンプルに、
カーボン膜がコーティングされている部分に収容し得る
化合物半導体材料を真空封入し、電気炉で充分融解し、
さらにアンプルを繰り返し上下反転し、しかるのちにカ
ーボン膜のコーティングされている部分で単結晶育成す
ることを特徴としている。

本発明の第２の発明の石英アンプルは、化合物半導体単
結晶育成用の管状の石英アンプルであって、長手方向一
方の内壁全体にカーボン膜がコーティングされているこ
とを特徴としている。

〔発明の原理〕

本発明はアンプル中での化合物半導体単結晶の育成に際
して結晶材料の表面を不可避的に被覆する酸化膜が、融
解によって液化した結晶材料から隔離され、結晶材料が
酸化膜に被覆されない清浄な状態で単結晶化するよう考
慮したものであり、その着眼点は酸化膜を構成する酸化
物が同じ酸化物である石英とは膠着するが、半金属であ
るカーボンとは膠着しないことにある。即ち、酸化物は
アンプルの石英部分に膠着させて液化結晶材料を清浄化
し、これを結晶化工程ではカーボン膜コーティング部分
に移して、ここで酸化物の影響なしに単結晶化を行なう
ことを原理としている。

〔実施例〕

以下、一実施例によって本発明の詳細な説明する。

第１段階としての本発明にかかる石英アンプルの準備と
結晶材料の封入および電気炉への設置は次のように行な
った。まず、第１図に示すように、一端がくびれだ先細
り形状で、他端が開いた内径ｌＱｍｍ、長さ２５０ｍｍ
、肉厚２ｍｍの石英アンプル１の内壁を酸を用いて洗浄
した。次にその内壁全体にアセトンを塗布し、外部から
酸水素バーナーで強熱してアセトンをカーボン化し、ア
ンプル内壁にカーボン膜２をコーティングした。但し、
コーティング領域はくびれ部３がある側のアンプルの長
さの半分上とした。これはこの実施例における化合物半
導体が完全に融解した時に占める深さに相当する。化合
物半導体としてはＨｇＴｅとＣｄＴｅの混晶であるＨｇ
　Ｉ−＞Ｉ　Ｃｄ　）ｌ　Ｔ　ｅの単結晶を成長させる
ことを目的とし、通常の方法で清浄化した粒状のＨｇＴ
ｅとＣｄＴｅ　（図中、４で示す）を、全体で４５ｇと
なるように秤量した。これを先に準備した石英アンプル
１に収容し、アンプルの開口部５から真空度Ｉ　Ｘ１０
＝６Ｔ　ｏ　ｒ　ｒで引くと同時に、くびれ部３をバー
ナーで加熱して溶解し、くびれ部３を引き去ることによ
り真空封入する。第２図は、アンプル１に結晶材料４が
真空封入された状態を示す。このアンプル１を、上下反
転が可能な電気炉（図示せず）中に固定した。

第２段階としての結晶材料の融解および本発明にかかる
酸化物と液体化結晶材料の隔離さらに結晶育成は次のよ
うに行なった。まず、石英アンプル１中の結晶材料４が
カーボン膜２のない部分で融解を始めるように電気炉を
倒立させ、したがって第３図に示すようにアンプル１は
第２図の状態に対し上下が反転し、この状態で電気炉の
温度をこの材料の融点より少し上まで上昇させて結晶材
料を融解した。融解が始まると結晶材料であるＨｇＴｅ
とＣｄＴｅの粒の表面を覆っていた酸化物は液体化した
結晶材料の表面張力により外部へ押し出されて来る。即
ち、石英アンプルの内壁へ付着し始める（図中、付着し
た酸化物を６で示す）。約２時間放置して付着を促進さ
せた。この段階ではまだＨｇＴｅとＣｄＴｅが完全に混
合していないので、完全混合のため第４図に示すように
石英アンプル１を電気炉ごと上下反転して正立させ液体
化結晶材料４をカーボン膜コーティング部に移動させた
。これによって液体化結晶材料の内部に残留していた酸
化物は押し出されて来てカーボン膜に接触するが、付着
はしないので再び電気炉を上下反転してカーボン膜のな
い部分へ戻し、石英部分にこれを付着させる。このよう
にして結晶材料の混合と石英部分への酸化物の付着を兼
ねて上下反転を１５分ごとに２時間続行し、最後は液体
化結晶材料をカーボン膜コーティング部へ移した（第４
図に示した状態）。この位置で固相再結晶法によって結
晶育成を行なった。育成終了後、石英アンプル１を中央
で切断し、又その下端は空気導入のため切断して小穴を
あけたところ、〔発明の原理〕の項において説明したよ
うに結晶体はアンプルと膠着していないので容易に滑ら
かにアンプルから取り出すことが出来た。また、結晶表
面は当然酸化物によって被覆されていないので金属光沢
を保っており、いくつかの育成例において結晶体は３〜
４個の比較的大きな単結晶塊からなっており、中には殆
ど１個の単結晶と言える程の大きさの結晶も育成された
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によればアンプル中での化合
物半導体単結晶育成において結晶材料の酸化物の悪影響
を除くことが出来るため、結晶体を容易にアンプルから
取り出すことが出来ると同時に大きな単結晶塊からなる
結晶体を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空封入前のアンプルを示す図、第２図は真空
封入後のアンプルを示す図、第３図および第４図は化合
物半導体単結晶育成を説明するための図である。 １　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・　アンプル２　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　カーボン膜３　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　く
びれ部４　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・　結晶材料５　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・　開口部６　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　
酸化物代理人　弁理士　岩　佐　義　幸 ；！ 目 盟 手続補正書 昭和６１年１０月　７日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向一方の内壁全体にカーボン膜をコーティ
   ングした管状の化合物半導体単結晶育成用石英アンプル
   に、カーボン膜がコーティングされている部分に収容し
   得る化合物半導体材料を真空封入し、電気炉で充分融解
   し、さらにアンプルを繰り返し上下反転し、しかるのち
   にカーボン膜のコーティングされている部分で単結晶育
   成することを特徴とする化合物半導体単結晶の育成方法
   。
2. （２）化合物半導体単結晶育成用の管状の石英アンプル
   であって、長手方向一方の内壁全体にカーボン膜がコー
   ティングされていることを特徴とする化合物半導体単結
   晶育成用石英アンプル。