晶体生长坩埚制造技术

一种由氮化硼制成的晶体生长坩埚（１），包括：用于容纳籽晶晶体的柱形尖端部分（３），以及用于生长晶体的柱形直体部分（５），该直体部分形成在该尖端部分上并具有大于该尖端部分的直径。尖端部分的厚度Ｔ１和直体部分的厚度Ｔ２满足０．１ｍｍ≤Ｔ２＜Ｔ１≤５ｍｍ的条件，以及直体部分的内径Ｄ２和长度Ｌ２满足１００ｍｍ＜Ｄ２和２＜Ｌ２／Ｄ２＜５的条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种晶体生长坩埚，具体涉及一种用于制造化合物半导体的单晶体的晶体生长坩埚。
技术介绍
作为生长单晶体的常规方法，HB(水平布里奇曼(HorizontalBridgman))方法、GF(梯度凝固(Gradient Freeze))方法、VB(垂直布里奇曼(Vertical Bridgman))方法、VGF(垂直梯度凝固(VerticalGradient Freeze))方法、VZM(垂直区域熔化(Vertical Zone Melt))方法等等是巳知的。在这些方法的每一种中，在舟(boat)或坩埚的一部分放置籽晶晶体，其中源熔料与籽晶晶体接触，该熔料的温度在籽晶晶体侧面上逐渐降低，以便生长单晶体。特别，在VB方法和VGF方法中，可以使用如日本专利特开号04-367583(专利文献1)和日本专利特开号08-048591(专利文献2)所示的圆筒形坩埚。图6示出了常规VB方法中使用的示例性坩埚的示意性剖面图。坩埚11包括用于容纳籽晶晶体2的坩埚尖端部分3、用于生长具有大于尖端部分3的直径的晶体产品的直体部分5以及连接坩埚尖端部分3和直体部分5的台肩部分4。当化合物半导体晶体被生长时，使用氮化硼作为坩埚的材料。在晶体生长的实际过程中，如下所述的制造设备使用这种坩埚。图7(A)示出了示例性晶体制造设备的示意性框图，而图7(B)示出了该设备中的温度分布的曲线图。在图7(A)的晶体制造设备中，坩埚11被固定在气密容器6的中心设置的坩埚安装部分8上。在坩埚11周围设置加热部分7。加热部分7被控制，以产生包括如图7(B)所示的温度梯度的温度分布。在温度分布的相对运动下，源材料被溶化，以与籽晶晶体接触，然后凝固，生长单晶体。在日本专利特开号08-048591中，在一定的范围内调整晶体生长坩埚的尖端部分和直体部分的每一个的厚度和内径，以便减小晶体生长过程中晶体的径向上(中心部分和外周边部分之间)的温差，抑制热应力和产生位错(晶体缺陷)。专利文献1日本专利特许公开号04-367583专利文献2日本专利特许公开号08-048591
技术实现思路
本专利技术解决的问题即使与现有技术一样，在一定的范围内调整晶体生长坩埚的尖端部分和直体部分的每一个的厚度和内径的情况下，但是，在抑制位错产生方面仅仅调整坩埚的尖端部分和直体部分之间的厚度和内径的比率不是如此有效的，以及当使用大口径坩埚生长近年来特别需要的大直径化合物半导体单晶体时，生长低位错密度的晶体变得困难。鉴于这种问题，本专利技术的目的是提供一种晶体生长坩埚，其中即使当生长大直径晶体时，也可以生长具有低位错密度的晶体。解决问题的方法根据本专利技术的由氮化硼制成的晶体生长坩埚，包括用于容纳籽晶晶体的柱形尖端部分；以及用于生长晶体的柱形直体部分，该直体部分形成在尖端部分之上并具有大于尖端部分的直径。尖端部分的厚度T1和直体部分的厚度T2满足0.1mm≤T2＜T1≤5mm的条件，以及直体部分的内径D2和长度L2满足100mm＜D2和2＜L2/D2＜5的条件。优选尖端部分的厚度T1和直体部分的厚度T2还满足T1≤0.9mm和T2≤0.6mm的条件。此外，优选尖端部分的内径D1和直体部分的内径D2满足1/20≤D1/D2≤1/5的条件。此外，优选在室温下，尖端部分的内径D1和籽晶晶体的外径S1满足0.01mm≤D1-S1≤1mm的条件。专利技术效果根据如上所述的本专利技术，与常规技术相比较，通过使用其中以规定范围和关系调整尖端部分和直体部分的厚度、内径、长度等等的晶体生长坩埚，可以获得具有大直径和低位错密度的晶体。附图说明图1示出了根据本专利技术的示例性晶体生长坩埚的剖面图。图2示出了在与本专利技术相关的坩埚直体部分的内径D2和长度L2的影响下的平均位错密度的曲线图。图3示出了在参考例子相关的坩埚直体部分的内径D2和长度L2的影响下的平均位错密度的曲线图。图4示出了在坩埚尖端部分的内径D1和坩埚直体部分的内径D2之间的影响下的平均位错密度的曲线图。图5示出了在籽晶晶体的坩埚尖端部分的内径和外径之间的差值D1-S1影响下的平均位错密度的曲线图。图6示出了用于常规VB方法中的示例性坩埚的示意性剖面图。图7(A)示出了示例性晶体制造设备的示意性框图，以及图7(B)示出了该制造设备中的温度分布的曲线图。参考符号的描述1晶体生长坩埚，2籽晶晶体，3坩埚尖端部分，4坩埚台肩部分，5坩埚直体部分，D1坩埚尖端部分的内径，D2坩埚直体部分的内径，L2坩埚直体部分的长度，S1籽晶晶体的外径，T1坩埚尖端部分的厚度，T2坩埚直体部分的厚度。注意在图中，相同的参考符号表示相同的或相应部分。具体实施例方式在本专利技术中，当在一定的范围内调整晶体生长坩埚的尖端部分和直体部分的厚度和内径时，它用来调整影响沿着晶体边缘部分流动的热量的坩埚直体部分的厚度，也调整影响沿着晶体的中心部分流动的热量的坩埚尖端部分的厚度。通过增加坩埚尖端部分的厚度，可以增加沿晶体中心部分流动的热量。由此，当坩埚尖端部分和坩埚直体部分之间的厚度比被最佳地设置时，在晶体生长过程中在晶体截面中实现均匀的温度分布，以便晶体中的热应力可以被抑制至低水平，以及可以实现位错密度的减少。但是，在大晶体直径(即，坩埚内径)的情况下，不能实现均匀的温度分布，除非考虑坩埚的侧表面区的影响。更具体地说，从与单晶制造设备中的温度梯度的关系，当坩埚直体部分的长度相对于其内径较小时，沿晶体的边缘部分流动的热量被减小。另一方面，当坩埚直体部分的长度相对于其内径较大时，沿边缘部分流动的热量增加。因此希望长度和内径落入一定的条件范围，以便实现均匀的温度分布。但是，在坩埚内径小于100mm的情况下，温度分布主要受尖端部分和直体部分的截面面积之间的比率影响，而较少受直体部分的长度影响。因此限制长度的范围基本上是多余的。图1示出了根据本专利技术的示例性晶体生长坩埚的示意性剖面图。图1中的氮化硼坩埚1大致可以分为尖端部分3、直体部分5以及连接那两个部分的台肩部分4的三个部分。本专利技术人通过使用具有宽变化的尖端部分的厚度T1以及直体部分的厚度T2、内径D2和长度L2，同时坩埚尖端部分的内径D1被设为8mm的坩埚，进行晶体生长实验。每个坩埚用适合于坩埚尺寸的数量的源材料来填充，以生长晶体，然后评估该晶体中的位错密度(晶体缺陷的数目)。结果，发现只要直体部分长度L2被设为落入一定的范围，即使坩埚的直体部分内径D2大于100mm，也可以减小晶体缺陷的数目。本专利技术人也评估坩了埚尖端部分内径D1被改变但是T1、T2、D2和L2被固定的情况下的位错密度。此外，本专利技术人还评估了坩埚尖端部分的内径D1和籽晶晶体的直径S1的差D1-S1被改变但是T1、T2、D2和L2被固定以及D1被设为8mm的情况下的位错密度。为了克服上述问题，本专利技术人最初把注意力集中在晶体生长坩埚的材料和结构上。然后，发现通过使用最佳坩埚，可以生长具有低位错密度的晶体，其中考虑坩埚材料、坩埚厚度、每个坩埚尖端部分和坩埚直体部分的内径、直体部分的长度以及籽晶晶体的直径，以便从其中心轴部分而不是从其周边，迅速地冷却晶体，以便在晶体生长过程中减小晶体的径向上的温差。具体地，即使坩埚直体部分的内径D2大于100mm，只要尖端部分的厚度T1和直体部分的厚度T2满足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由氮化硼制成的晶体生长坩埚（１），包括：用于容纳籽晶晶体（２）的柱形尖端部分（３）；以及用于生长晶体的柱形直体部分（５），该直体部分形成在所述尖端部分上并具有大于所述尖端部分的直径，其中所述尖端部分的厚度Ｔ１和所述直体部分的厚度 Ｔ２满足０．１ｍｍ≤Ｔ２＜Ｔ１≤５ｍｍ的条件，以及所述直体部分的内径Ｄ２和长度Ｌ２满足１００ｍｍ＜Ｄ２和２＜Ｌ２／Ｄ２＜５的条件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：羽木良明，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]