JPS61251594A

JPS61251594A - 単結晶の製造装置

Info

Publication number: JPS61251594A
Application number: JP8883485A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Washitsuka; 鷲塚　章一; Kazutaka Terajima; 一高寺嶋; Masayuki Watanabe; 正幸渡辺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-11-08

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】〔発明の属する技術分野〕本発明は導電性を有する物質を加熱して溶融体とし、そ
の溶融体に放射状の直流磁界を印加してチョクラルスキ
ー法により単結晶を製造する装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

溶融体から単結晶を製造する際に、水平方向あるいは垂
直方向の直流磁界を印加して融液の実効粘性を上げ対流
を抑えることによって融液の安定を計り、又ルツボから
の汚染を防ぐことによって、ストリエイションの低減、
不純物分布の均一化、不純物濃度の低減など単結晶の品
質が改善されることは８　ｉ　’ｐ　ＧａＡｓ等で種々
確かめられている。

従来の磁場印加装置を備えた単結晶製造装置の１例を第
３図（イ）、（ロ）Ｋ示す。（イ）は縦断面図であり、
（ロ）はルツボ部の横断面図である。加熱ヒータ４内に
原料融液２を収容したルツボ１が置かれ、液面より単結
晶３が引上げられる。引上げ炉の両端には異極対向磁石
Ｎ５Ｓｌｌａ、ｌｌｂが置かれている。ここでは、融液
２内に融液流６が生じ、又磁石１）、ａ。

１）、ｂＫよシ水平方向の磁界７が生じている。即ち、
軸対称的な融液流６に対して、非軸対称的磁界を生じる
ため、融液の半径方向の流れのうち磁界方向と一致する
流れに対しては効果がなく、融液流に非軸対称性が生じ
るので、均一な円形断面を有する単結晶が得られないこ
と、又円形断面全体において結晶性の均一性が得られな
い欠点があった。

これに対して同極対向磁石により原料融液中に等軸対称
的かつ放射状のカスプ磁界を作ることにより、上記融液
内の対流を抑制する方法が提案されてｈる（特開昭５８
−２１７４９３号公報）。すなわち、第４図（イ）、（
ロ）に示すように、炉外壁５の上下に同極対向磁石１２
ａ、１２ｂを配置し、融液２内に等軸対称的かつ放射状
のカスプ磁界が形成される。

融液流６の各部においてほぼ直交する軸対称磁界７が発
生し、従って融液２内の融液流６が磁界７により均一に
抑制され、軸対称の温度分布を得ることができる。しか
しながらこの方法では原料融液中に等軸対称的かつ放射
状の磁界を形成しているため、融液内に本質的に磁界強
度が００領域が存在し、そこでは対流抑制効果が得られ
ず、不連続となる、磁界強度分布が一義的に固定され、
目的に応じて可変することができない、等の欠点がある
。さらに、同極対向磁石による反撥磁界を利用している
ため、対流を抑制するのに必要な磁界を得るためには第
３図に示した異極対向磁石１）、ａ。

１）、ｂに比べてより強力な磁石が必要となること、磁
石間に働らく反撥力を抑えるため磁石を固定する架台が
大型化すること、もれ磁界が増加するので周囲への影響
が増加すること、等の欠点があり。

実際に引上げ装置に適用するに当っては種々の問題点が
あった。

〔発明の目的〕

この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
であり、その目的は結晶育成時に溶融体に磁界を印加す
るにあたり、ルツボ径方向の温度分布の非対称性を解消
し、均一性の高い単結晶が製造できる装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明の単結晶の製造装置
では、径方向に磁極を有する円筒状磁石と軸方向に磁極
を有する円板状磁石とを備え、上記磁石がルツボを挾む
ように上下に配置され、溶融体面内に放射状の磁界を形
成する磁界印加装置を具備することを特徴とするもので
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の単結晶の製造装置によれば
、チョクラルスキー法により溶融体が導電性を有する物
質の単結晶の育成において、（１）、ルツボ面内での溶
融体の温度分布の対称性が良いので、均一な円形断面を
有する単結晶が得られ、ストリエイションのない均一性
の高い単結晶が得られる。

（２）、さらに従来の同極対向磁石によるカスプ磁界を
用いるものに比べて、必要な磁界強度を得るための磁石
が小さくてよい。

（３）９本質的に磁界強度が０の領域が存在しないので
、融液内に対流が抑制されない特異点がなく、安定した
対流抑制効果が得られる。

（４）、ルツボ径方向の磁界強度分布を目的に応じて可
変できる。

（５）、吸引磁界であるため、もれ磁界が少なく、装置
が小型、軽量化できる。

（６）、工業的に適用することにより生産性が向上する
。

等の効果を有している。

〔発明の実施例〕以下本発明の一実施例を図面に基づき詳ＭＫ説明する。

第１図は本発明による単結晶製造装置で、第１図（イ）
はその縦断面図、第１図（ロ）はルツボ部の横断面図で
ある。図において、１はルツボ、２は溶融体、３は結晶
、４は加熱ヒータ、５は炉外壁、６は融液流、７は磁界
、８は径方向に磁極を有する円筒状磁石、９は軸方向に
磁極を有する円板状磁石、１３は磁極の方向を示す矢印
である。磁石８゜９は永久磁石または電磁石であり、鉄
心型コイルまたは超電導コイルを用いて、溶融体２内に
融液流６を抑制するのに十分な１５００〜３０００ガウ
ス程度の放射状磁界７を印加することができる。この場
合（ロ）図に示すようＫ、融液流６の軸方向および径方
向の各部において、必らず交鎖する磁界を発生し得ると
ともにカスプ磁界を用いる場合に比べて溶融体２内に本
質的に磁界強度が０の領域が存在しない。従って溶融体
２内では融液流６が磁界７１Ｃより、連続してより均一
に抑制され、ルツボ１の面内で対称な温度分布が容易に
得られるので、均一な円形断面、均一な結晶性を有する
単結晶が得られる。第２図は本発明の他の実施例であり
、（イ）はその縦断面図、（ロ）はそのルツボ部の横断
面図である。図において、軸方向に磁極を有する円板状
磁石９はその中心部に内孔１０を有し、溶融体２に放射
状の磁界７を印加するとともに溶融体２の中心部では磁
界強度が相対的に小さく、かつ周辺部での磁界強度が相
対的に大きくなるように磁界を印加している。

この装置においては特にルツボ１内面からの汚染物が融
液全体に広がることを防止すると同時に、成長結晶３の
近傍の温度勾配をゆるく設定できるので、高純度で歪の
少ない高品質単結晶を製造するのに好適である。第１図
および第２図に示された装置は、炉外壁５の内部は不活
性ガス、例えばＡｒ　ガスで充満される。ならびに外部
には結晶およびルツボの回転、引上げ駆動装置（図示せ
ず）を備えていることは言うまでもない。

次に上述のように構成された単結晶製造装置により、単
結晶を製造する方法をより具体的に説明する。

〈実施例１〉単結晶製造装置として第１図に示す装置を用いて、約５
即の溶融体２から直径７５ｉｎ、重さ４即の（１０ｏ）
ｓｔ単結晶３を約２０００ガウスの放射状直流磁界７を
印加しながら引上げた。得られた単結晶はすべて均一な
円形断面を有し、ストリエイショ１ンフリーで酸素濃度
等も従来の装置によるものと比べて何ら孫色のないもの
であった。

〈実施例２〉単結晶製造装置として第２図に示す装置を用いて、約Ｉ
Ｋｇの溶融体２から直径５０Ｈ１重さ８００ｇの（１０
０）　ＧａＡｓ単結晶を、ルツボ周辺部では約２０００
ガウス、中心部で約１３００ガウスの放射状直流磁界７
を印加しながら引上げた。得られた単結晶はストリエイ
ション７リーでありかつＥＰＤはＩ　Ｘ　１０’／ｉ以
下のものが得られ、従来の装置によるものと比べて、約
半分に低減していた。

以上説明したように、本発明の単結晶の製造装置では溶
融体に磁界を印加してもルツボ面内での溶融体の温度分
布の対称性を均一に保つことができるのであるから、熱
対流を原因とした結晶の不均一、結晶欠陥の発生を抑制
し、均一な円形断面を有する高純度、高品質単結晶が得
られるとともに、従来のカスプ磁界を用いるものに比べ
て、磁界印加装置が小型、軽量化できる。また本質的に
磁界強度がＯの領域が存在しないので、融液内に対流が
抑制されない特異点がなく、安定した対流抑制効果が得
られる。さらに等軸対称磁場ではないので、磁界強度分
布を可変することができる。

等の利点を有している。

尚、上述の実施例では８１単結晶およびＧａＡｓ単結晶
を製造する場合について述べたが、本発明は溶融体２が
導電性を有するものであれば同様に適用することができ
、例えばＧａＰ、ＩｎＰ、Ｉｎ８ｔ）、ＧａＳｂ等の単
結晶を製造に実施でき、同様の効果が得られることは言
うまでもないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単結晶の製造装置の一実施例１・・・
ｎｉｙボ　　　、　　　２・・・溶融体、３・・・結晶
、　　　　　　　４・・加熱ヒーター、５・・・炉外壁
、　　　　　　６・・・融液流、７・・・磁場、８・・・径方向に磁極を有する円筒状磁石、９・・・軸
方向に磁極を有する円板状磁石、１０・・・中心部の内
孔、　　　１）、ａ、ｂ・・・異極対向磁石、１２ａ、
ｂ・・・同極対向磁石、１３・・・磁極の方向を示す矢印。代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第１図ｌ第２図第８図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、ルツボに収容した溶融体に直流磁界を印加して
チョクラルスキー法により単結晶を製造する装置におい
て、上記磁界印加装置として径方向に磁極を有する円筒
状磁石と軸方向に磁極を有する円板状磁石とが前記ルツ
ボを挾むように上下に配置され、前記溶融体面内に放射
状の磁界を印加する磁界印加装置を備えたことを特徴と
する単結晶の製造装置。
（２）、前記軸方向に磁極を有する円板状磁石が少なく
ともその中心部に内孔を有し、前記溶融体面内に放射状
の磁界を印加すると共に、その中心部の磁界強度が相対
的に小さく、かつ周辺部の磁界強度が相対的に大きくな
るように磁界を印加する磁界印加装置を備えたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の単結晶の製造装置
。