JPS62288193A - 単結晶の引上方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は単結晶の引上方法に関し、特に、ＧａＡｓ、　
Ｇａｐ、　ＩｎＰ　　などのＩ−Ｖ族化合物半導体単結
晶、ＣｄＴｅ、　ＺｎＴｅ　　などのＩＩ−Ｖｌ族化合
物半導体単結晶、Ｓｉ、Ｇｅ　　なとの半導体単結晶、
及びＢ１．２ＳｉＯ２ｏ、　ＬｉＮｂＯ５，ＧｄｓＧａ
ｓＯｔｇなどの酸化物単結晶を成形体内の原料融液より
引上げる方法に関するものである。

（従来の技術） 原料融液中に成形体を配置し、成形体中央の小開口から
誘引した融液に種結晶を浸してこれを引上げる、従来の
単結晶引上法は例えば、特開昭５７−１８８５００号公
報、特公昭５７−４５７１２　　号公報、特開昭５８−
１５０９７　　号公報、特開昭第５７−７８９’１号公
報など、いずれも成形体を融液上に浮かべたものであり
、成形体の内外で常に液面が等しい状態で結晶を引上げ
ていた。即ち、種付は工程や肩部形成工程においても、
直胴部形成工程においても、成形体を特に移動すること
がなかった。

一方、原料融液はルツボの周囲から加熱されるので、成
形体を用いる場合には成形体内の融液が成形体の外側よ
り融液温度が低くなり、結晶の固液界面で過冷却状態が
形成される。特に、種付は工程や肩部形成工程において
成形体内の過冷却領域が広いときにはデンドライト成長
が起こり易く、また過冷却領域を狭くするためには成形
体の開口部の大きさを小さくしなければならず、その結
果引上げ結晶の外径も小さくなるという欠点があつ・た
。

（発明が解決しようとする問題点〕 本発明は従来の成形体を用いる単結晶引上方法の欠点を
解消し、引上方法の各工程に適した過冷却領域を任意に
形成することにより、デンドライト成長を防止し、引上
結晶の直径制御を確実にし、高品質の単結晶の製造を可
能とした単結晶の引上方法を提供しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は少なくとも融液に浸漬する部分が上方に広がっ
た傾斜側壁を有し、中央部に小開口部を有する成形体を
原料融液上に配置し、該成形体内の融液に種結晶を浸し
て種付けをする工程と、種結晶を引上げながら結晶直径
を増大させる肩部形成工程と、所定の直径を保ちながら
結晶を引上げる直胴部形成工程と、直径を減少させなが
ら尾部を形成する工程とからなる単結晶引上方法におい
て、原料融液収容ルツボに対する前記成形体の相対移動
速度を種付は工程時Ｓｌ、肩部形成工程時Ｓ２、直胴部
形成工程時Ｓ３、尾部形成工程時Ｓ４　　として、Ｓｌ
≦５４≦５３＜５２　２関係を保ち結晶を引上げること
を特徴とする単結晶の引上方法である。

（作　用） 第１図は本発明を実施するための単結晶引上装置の概念
図である。ルツボには原料融液とその上に封止剤（Ｂｇ
Ｏｓ　）を収容し、ルツボの周囲には原料を溶融するヒ
ーターとさらに外側に断熱材を配置する。先端に小開口
を有する逆円錐状の成形体を原料融液中に浸し、成形体
の内側に原料融液表面を保つ。第２図に成形体を示す。

第２図（４）は成形体の斜視図、第２図０３）は断面図
である。成形体の直胴部の内径は７０〜８０惧１直胴部
の高さはｌＯ〜３０Ｂ１小開口部の直径はＪ〜３０−１
逆円錐形部の高さは１０〜２０Ｂ程度の大きさであるが
、直胴部は必ずしも必要としない。この成形体は第１図
では支持体を介して断熱材に固定しているが、他に固定
することもできるし、成形体に上下移動手段を付設する
こともτきる。ルツボは支持体により徐々に上昇させ、
必要に応じて回転を加えて、原料融液を所定温度に保つ
ようにヒーターとの位置関係を維持する。また、引上軸
の先端には種結晶が固定されており該種結晶を前記成形
体内の過冷却原料融液に十分浸した後に徐々に回転しな
がら引上げる。第３図は引上げの各工程における融液と
成形体、引上結晶の状況を示したもので、第３図囚は種
付は工程であり、成形体内外の融液の液面高さの違いが
８〜１２執であり、第３図（Ｂ）は肩部形成工程で成形
体の相対移動速度が最も大きな値を示す時であり、液面
高さの違いは１０〜１３Ｂである。第３図（Ｃ）は直胴
部形成工程で液面高さの違いは１２〜１６間、第３図（
Ｄ）は尾部形成工程で液面高さの違いはｌＯ〜１３ｔｍ
である。この成形体内外の液面高さの違いは成形体の形
状及び開口部の大きさにより変化するが、８鵡以上の差
ができる。

このように、成形体の外側は熱い融液が取り囲むのに対
し、外側の液面より低い位置で結晶成長を行なうので、
成形体内の温度分布は成形体器壁温度が最も高くなり、
引上結晶の保温性がよくなる。また、成形体器壁温度が
最も高いことから、結晶と成形体の固着や成形体器壁か
らの成長核発生を防止することができ、結晶成長を円滑
に行なうことができる。

次に、第４図及び第５図に引上げの各工程との関連で、
引上結晶の長さに対して成形体の相対移動速度の変化及
び成形体内の原料融液表面の直径の変化の関係を示す。

この関係をもとに引上工程を順に説明する。

成形体内に導入された融液は過冷却融液部を形成し、そ
の上部で結晶化し、引き上げられる。種付は時に、この
過冷却融液部の断面積が大であると、結晶は種結晶の外
径から、急激に成長する。

その外径は過冷却融液部の断面積に依存する。著しい時
はデンドライト成長を起こし多結晶化する。

従って、種付は時は、上記過冷却融液部の断面積を小さ
く好ましくは、種結晶と同程度の直径を有する程度にす
る。次に、肩部形成時においては、上記成形体をルツボ
に対して相対的に移動させ徐々に融液内に浸漬させてい
く。この移動速度は、ルツボの融液低下速度より大であ
り、かつ、成形体は上部に広がったテーパ状の形状をも
つため、成形体内に形成される過冷却融液部の断面積は
結晶の引き上げに伴なって徐々に増大し、その結果、引
き上げられた結晶の外径も徐々に増加する。これにより
肩部が形成される。結晶外径が所望の値に達した時点で
成形体の相対移動速度をルツボ内の融液の液面低下速度
と等しくして、成形体内に形成される過冷却融液部の断
面積を一定とし、これによって規制される結晶外径も一
定となり直胴部が形成される。次に、相対移動速度をこ
れより低下させて結晶径を徐々に小さくし尾部を形成す
る。

すなわち、引上げ結晶の外径は成形体内に形成される過
冷却融液部の断面積に規制されており、これをテーバ状
成形体を使用して、種付は時、肩部形成時、直胴部形成
時、尾部形成時で相対移動速度を変化させることにより
制御して、デンドライト成長のない、径変動の少ない高
品質の単結晶を得ることができる。

（実施例１） ＬＥＣ法（液体封止チョクラルスキ法）により＜１１１
＞方向のＧａＡｓ　　単結晶の引き上げを実施しな。４
インチ石英ルツボにＧａＡｓ　　原料１．５ＫＦをチャ
ージし、封止剤としてＢ２０１１　　を２４０Ｐ使用し
成形体は第２図のものを使用した。温度分布は縦方向の
温度勾配を１０℃／ホ、径方向温度勾配を１℃／　ｃｙ
ｎとした。成形体の相対移動速度は種付は時０既／Ｈ１
肩部形成時１．８ａ／Ｈ，直胴部形成時１．２５Ｍ／Ｈ
，尾部形成時０．５肱／Ｈとし、引上げ速度を５ＩｕＬ
／Ｈとした。結晶は直胴部外径５０既でデンドライト成
長がなく径変動の少ないものが得られた。

増大と減少が繰り返して発生した。

（実施例２） ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ　　単結晶の引き上げを実施し
た。４インチ径石英るつぼにＺｎＴｅ　　原料を１．４
に、チャージ、封止剤としてＢ２Ｏ３を２４０１使用し
た。成形体は実施例１と同じ形状のものを使用し゛た。

縦方向温度分布は１００℃／ｃｆｎ１径方向温度分布は
ｌＯ℃／ｃ１ｎ　とした。成形体の移動速度は種付は時
０．２Ｂ／Ｈ，肩部形成時１．２ｍｘ／Ｈ，直胴部形成
時０．６ＩｕＬ／Ｈ１尾部形成時０．３題／Ｈで引き上
げ速度をＢａｔ／Ｈとした。得られた結晶はプントラン
ト成長なく直胴部直径４０ａｍｍ、長さく３Ｑｍで粒界
数個を含む程度の・良質の結晶であった。

成形体を上記のように積極的に移動させないときには種
付は直後からデンドライトが発生し、または引上中に結
晶が融液から切断され安定な結晶引上げは不可能であつ
な。

（発明の効果） 本発明は上記構成を採用することによって、引上法の各
工程に適応した過冷却領域を形成することにより、単結
晶の肩部形成、直胴部形成の制御が容易にな゛す、デン
ドライト成長を含まない高品質の単結晶を引上げること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための引上装置の全体図、第
２図（４）（Ｂ）は第１図装置で使用する成形体の斜視
図と断面図、第３図（４）〜（９）は引上法の各工程に
おける成形体の融液と引上結晶の関係を示した拡大図、
第４図は引上結晶長さと成形体の相対移動速度の関係を
示した図、第５図は引上結晶長さと成形体内の原料融液
表面直径の変化の関係を示した図である。 第１図 （Ａ）　　　　　　　第２図 −イ釡か１蒙宝−Ｎ匁 一イ帽かむ、置各４Ｓ鴫嶋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも融液に浸漬する部分が上方に広がつた
   傾斜側壁を有し、中央部に小開口部を有する成形体を原
   料融液上に配置し、該成形体内の融液に種結晶を浸して
   種付けをする工程と、種結晶を引上げながら結晶直径を
   増大させる肩部形成工程と、所定の直径を保ちながら結
   晶を引上げる直胴部形成工程と、直径を減少させながら
   尾部を形成する工程とからなる単結晶引上方法において
   、原料融液収容ルツボに対する前記成形体の相対移動速
   度を種付け工程時Ｓ＿１、肩部形成工程時Ｓ＿２、直胴
   部形成工程時Ｓ＿３、尾部形成工程時Ｓ＿４として、Ｓ
   ＿１≦Ｓ＿４≦Ｓ＿３＜Ｓ＿２の関係を保ち結晶を引上
   げることを特徴とする単結晶の引上方法。
2. （２）肩部形成工程時の成形体の相対移動速度Ｓ＿２を
   結晶引上げに伴なうルツボ内融液の液面低下速度より大
   きくし、直胴部形成工程時の相対移動速度Ｓ＿３を前記
   液面低下速度とほぼ等しくし、尾部形成工程時の相対移
   動速度Ｓ＿４を前記液面低下速度より小さくすることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の単結晶の引
   上方法。
3. （３）原料融液の表面に液体封止剤を配してチョクラル
   スキ法により結晶を引上げることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項又は第（２）項記載の単結晶の引上方
   法。