(57)【要約】本発明は、１成長サイクルで多数の単結晶を製造するための気相結晶成長装置に関する。気相結晶成長装置は、少なくとも１つの中央ソースチャンバと、複数の成長チャンバと、ソースチャンバから成長チャンバへの蒸気の移送に適用される複数の通路手段とを備え、少なくとも１つのソースチャンバが成長チャンバから熱的に分断される。【選択図】図６
2008532274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの中央ソースチャンバと、
複数の成長チャンバと、
前記ソースチャンバから前記成長チャンバへの蒸気の移送に適用される複数の通路手段とを備え、前記少なくとも１つのソースチャンバが前記成長チャンバから熱的に分断される
１成長サイクルで多数の単結晶を製造するための気相結晶成長装置。
【請求項２】
異なる特性の、少なくとも２つの異なる結晶を同時に製造する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記成長チャンバ内への入力が変化する請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
好ましくは塩素、インジウム、銅又は亜鉛であるドーパントが前記成長チャンバ内に加えられる請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記成長チャンバ内への流速が変化する請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
各成長チャンバがシード結晶を含む成長管を備える請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記シード結晶がぺデスタル上又は表面上で支持される請求項６に記載の装置。
【請求項８】
各成長チャンバ内の前記ぺデスタルの全長が異なる請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ぺデスタルの高さが約２ｍｍから４０ｍｍの範囲であり、好ましくは約１０ｍｍである請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記成長チャンバ内の温度調整に関して侵入を伴わない前記成長チャンバのインサイチュウ監視のための手段を更に備える請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
蒸気移送のための前記通路が、ソースチャンバと成長チャンバの間において前記通路の全長に沿って少なくとも角度が５°偏向し、前記ソースチャンバと前記成長チャンバを熱的に絶縁する請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記ソースチャンバ及び前記成長チャンバから離れてその間に配置された流れ絞り機構によって熱的分断がもたらされる請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
単一の中央ソースチャンバを含む請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
ソース材料の１つのリザーバ及び各々が独立した温度手段と結合された複数の成長チャンバを設け、
前記ソースチャンバと前記成長チャンバとの間で気相材料を移送する
１成長サイクルで複数の単結晶を製造するための大量気相結晶成長製造方法。
【請求項１５】
異なる特性の、少なくとも２つの異なる結晶の同時形成が行われる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記成長チャンバ内への前記入力が変化する請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１７】
好ましくは塩素、インジウム、銅又は亜鉛であるドーパントが前記成長チャンバ内に加えられる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記成長チャンバ内への前記流速が変化する請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１９】
大量気相移送技術に適用され、好ましくは半導体、光電結晶又は光学結晶を成長させるために大量気相移送技術を用い、より好ましくは単体化合物、多結晶の２元化合物、３元化合物又は他の多元化合物から結晶を成長させる請求項１から１８のいずれかに記載の装置又は製造方法。
【請求項２０】
元素周期表における、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩ及びＶＩＩ族の化合物及びＩＶ族の化合物から、より好ましくはＩＩ、ＶＩ及びＩＶ族の化合物から選択され、例えばＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＩから、又はＳｉ及びＣから選択された結晶の成長のために適用される請求項１から１９のいずれかに記載の装置又は製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された気相結晶成長装置及び製造方法並びにこれらの装置又は製造方法を用いて得られる結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用開発の可能性及び例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を有する大きくて高品質の単結晶半導体材料の製造の可能性を有する効果的な気相成長システムを設計する際に、十分な成長速度の達成、５０ｍｍを上回りボウル径の大きな高品質単結晶を実現する必要性、及び使い易く、堅固で、大量生産可能であるが柔軟な設計であることという要件を含む３つの主要な問題がある。
【０００３】
かなり最近まで、従来型の蒸気移送は、固相から容易に昇華するＣｄＳ、ＺｎＳｅ等のような、ＩＩ〜ＶＩ化合物の単結晶のソース及びシンクを備える簡単な直線型システムの使用を含んでいた。これらに加えてシード結晶が、例えば W.W. Piper and S.J. Polich, J. Appl. Phys. 32 (1961) 1278 に説明されているような装置において、その管状炉内の密封された石英アンプル内に配置される。ソースとシンクは異なる温度であり、従って、異なる平衡蒸気圧を有する。この蒸気圧の差が、成長のための推進力をもたらす。
【０００４】
このアプローチは、ＣｄＴｅなどの結晶の成長に対して、根本的な問題を招く。
【０００５】
即ち、ＣｄＴｅの平衡蒸気組成は１つの温度を除いて非化学量論的であり、調和蒸発温度は、D. de Nobel Philips Res. Repts. 14 (1959) 361 に詳細に説明されている。質量作用（mass action）の法則により、
［Ｃｄ］［Ｔｅ２］１／２＝Ｋ（Ｔ）
となり、ここで、［Ｃｄ］及び［Ｔｅ２］は各々カドミウム蒸気及びテルル蒸気の濃度であり、Ｋは温度に依存する定数である。T.N. Yellin and S. Szapiro, J, Crystal Growth 69 (1984) 555 は、大量ソース材料における化学量論からのわずかな乖離が、移送を行う蒸気の組成中に大きなばらつきをもたらし、その結果、成長の再現性が非常に悪くなると報告している。その上、この影響で、成長している結晶中に非化学量論性が生じ、結晶の有効な特性に悪影響を及ぼす。
【０００６】
高いソース／シンク温度を使用してこれらの問題の克服を試みても非常に困難であり、成長速度の顕著な向上には繋がらない。
【０００７】
あるいは、簡単な閉じた管状システムにおいて軸方向の温度勾配を制御することも困難であり、また、放射は重要な熱流束（thermal flux）であるため、ソース領域とシンク領域を熱的に絶縁することは困難である。その上、成長を制御するパラメータ（即ちソース及びシードの表面温度、蒸気圧）の正確な測定は困難である。
【０００８】
このアプローチは、上記の式によって分圧を制御するために、構成要素のうちの１つを含むリザーバを使用することによって改善され得る。一般的な成長システムにおけるこのアプローチの限界は、温度及び分圧の正確な条件が直接求められないことであり、そのため、最適のリザーバ温度は不確かなはずで、成長した結晶の解析を必要とする。この問題は、成長を実行する間のあらゆる条件変化及び実行間のばらつきによって、インサイチュウ（ｉｎ−ｓｉｔｕ：同時進行の即ち結晶成長中における）監視のないシステムで悪化する。
【０００９】
この技術の限界の克服における別の主要な進歩が、ＮＡＳＡ／アラバマ大学グループの Rosenberger, Banish and Duval (RBD) in F. Rosenberger, M. Banish and W.M.W. Duval, NASA Technical Memorandum 103786 によって提案された。彼らの設計は、ソースとシードの間に流れ絞り機構（restrictor）を有する管状のシステムであった。ソース材料のごく一部及び特にあらゆる過剰な材量が、連続的に吸引される流出孔（effusion holes）を通じて優先的に除去され、従って、化学量論に近い気相を維持する。第１の流れ絞り機構が、ソース温度、シンク温度及びその温度差に比較的無感応な大量移送速度を得るために作用する。このような絞りがないと、化学量論に近い条件下で動作するシステムでは、適切な移送速度にはソースとシンク間の温度差をごくわずかな温度範囲内に制御する必要があり、このことは、ソース及び成長表面の温度を直接測定することができないと特に困難である。しかし、このシステムには、炉の軸芯に沿った熱結合が所望の軸温度プロファイルの取得を妨げること、ソース及びシードの表面温度の直接測定が不可能であること、複雑な放射場のために間接的測定が不確かなものであること、ソース及びシード上のソース種の分圧を直接測定できないこと、システムの流れのモデル化が不確かでありその制限によって間接的測定が不確かであること、及び石英が複雑で使いづらく適用において脆弱であることを含むいくつかの重大な制限がある。
【００１０】
米国特許第５，３６５，８７６号は、光学的に透明な炉及び検出装置を開示している。結晶は、真空化されたアンプル内の温度勾配に沿った蒸気移送によって成長する。結晶の表面とソース材料の間の温度勾配が、結晶の成長速度を決定する。ドイツ特許第４３１０７４４号は、ソースチャンバと成長チャンバを結合する蒸気移送のための通路を備える大量気相結晶成長のための装置及び方法を開示している。移送蒸気用の通路は、ソースチャンバと成長チャンバとの間の全長に沿った直線方向にある。従って、ソースチャンバと成長チャンバとは熱的に分離／分断されておらず、１成長サイクルで複数の結晶を製造することは、米国特許第５，３６５，８７６号又はドイツ特許第４３１０７４４号のいずれにおいても不可能である。
【００１１】
低温薄膜成長のような製造方法の「効率」があまり重要でない他の方法においては、インサイチュウ光学的監視が既知であり、慣例的に使用されている。この例には、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）（図３参照）及び有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）（図４参照）があるが、効率的にソースを利用するために囲まれた移送通路を必要とし、成長領域に先立って凝縮を防ぐ一方で光学的アクセスを可能にするために石英通路を加熱する必要もある「大量」結晶成長には、これらの技術は適さない。
【００１２】
欧州特許第１，０１９，５６８Ｂ１号は、ソースチャンバと成長チャンバを結合する蒸気移送のための通路を備える大量蒸気結晶成長のための装置及び方法を開示しており、通路が、ソースチャンバと成長チャンバとの間において前記通路の全長に沿って少なくとも角度で５°偏向する。複数のソース区域及び単一の成長チャンバを備える装置も企図されている。この気相成長システムは、効率的な温度制御及び化学量論制御で、大きな高品質単結晶半導体材料の製造を可能にする。欧州特許第１，０１９，５６８Ｂ１号は、侵入を伴わないやり方でインサイチュウ監視を可能にし、シード結晶チャンバから熱的にソース材料チャンバを分離することにより、ソース領域とシンク領域の実質的な熱隔絶を更に可能にする気相結晶成長のための装置及び方法を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
既知の技術は製造コストが高くつく。従って、依然として複数の結晶の大規模生産のための装置の必要性がある。その上、依然として異なる特性及び寸法を有する複数の結晶を製造する必要性もある。
【００１４】
本発明は、１成長サイクルの間に複数の単結晶をもたらす手段を提案することにより、これらの問題に対処する。これは、従来技術と比較してより高い結晶歩留まりを可能にし、製造コストの低下をもたらすはずである。それにより、異なる直径及び異なる電気的性質さえ有する結晶の同時製造も可能になる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、
少なくとも１つの中央ソースチャンバと、
複数の成長チャンバと、
ソースチャンバから成長チャンバへの蒸気の移送に適用される複数の通路手段とを備え、少なくとも１つのソースチャンバが成長チャンバから熱的に分断される
大量気相結晶成長装置が提供される。
【００１６】
当該装置は、好ましくは、各々がシード結晶を含む複数のサテライト成長管に囲まれた少なくとも１つの中央ソースチャンバを備える。これらの管は全て、互いに熱的に分断される。ソース材料からの蒸気は、ポンピング機構を使用して各成長管に引き込まれる。この技術を使用することにより、複数の結晶を全て同時に成長させることができる。個々の成長チャンバは、温度及び蒸気流速（flow rate）の点で独立して制御することができる。
【００１７】
用語「シンク」区域又は領域及び「成長チャンバ」は、本明細書中で使用されたとき互換性があることが理解されるであろう。
【００１８】
複数の成長チャンバを備える装置に関連して、以下を含むいくつかの利点がある。
【００１９】
（ｉ）顧客要求に応じて異なる直径の材料が製造可能である。
【００２０】
（ｉｉ）異なる組成（ＣＺＴ中のＺｎ％を変化させる、例えば、基板市場に適している４％のＺｎ、検出器用途に適している１０％のＺｎ）が製造可能である。
【００２１】
（ｉｉｉ）ドーパントを導入することができ、ドーピングレベルを変化させることができ、異なる電気抵抗を有する材料が同時に製造可能である。
【００２２】
本発明の別の態様は、同時に成長する結晶の数とともに、結晶の直径を変化させることもできる。これは、シード結晶が載せられるぺデスタル（pedestal）の形状を変化させることによってもたらされる。ぺデスタルは環状流れ絞り（図７（Ｂ））をもたらす。環状流れ絞りは、環状間隙（即ちぺデスタルと成長チャンバの側壁間の距離及びぺデスタルの全長）の組合せによって実現される。ぺデスタルの形状を変更することによって、成長させるべき結晶のサイズと流れ絞り機能を分断／分離することができる。その上、環状間隙によって不純物及び過剰蒸気の除去が可能になり、それによって、より純粋な結晶の製造が可能になる。
【００２３】
その上、個々の成長チャンバ内に、異なるレベルでドーパント不純物を加えることが可能である。これらのドーパント不純物には、固有抵抗、キャリア移動度及びキャリア寿命など結晶の重要な電気的性質を変化させる効果がある。システム内の流れ絞り及び陽圧でのポンピングにより、個々の結晶のドーパントレベル間に重要なクロスコンタミネーション（cross contamination）はない。
【００２４】
理論計算は、ＣｄＴｅの化学的浄化及び物理的浄化の後に得られる最大の固有抵抗が約１０８Ωｃｍ１であることを示した。しかし、実際には、全ての方法によって製造されたＣｄＴｅの固有抵抗は、１０４Ωｃｍから１０６Ωｃｍの間である。しかし、ＣｄＴｅの電気抵抗は、放射線検出器として使用されるためには１０８Ωｃｍを上回る必要がある。従って、検出器としての用途に適するようにするためには、塩素などの要素と共にＣｄＴｅをドープすることが好ましい。本発明による適当なドーパントは、塩素、インジウム、銅、亜鉛を含む。
【００２５】
塩素は、ＣｄＣｌ又はソースチャンバからのＣｄＴｅとＣｄＣｌの固溶体を昇華することにより加えることができる。蒸気は、多層の石英クロスメンバを通し、特定の成長チャンバにのみ移送を可能にする流れ絞り機構を通して移送することができる。これはクロスコンタミネーションを制限し、ドーピング有り及びドーピング無しでの結晶の成長を可能にする。クロスメンバの設計次第で、ドーパント蒸気は１つ又は全ての成長チャンバに移送され得て、個々の成長チャンバへの流れ絞り機構のサイズを変化させることにより、各成長チャンバへの流速を変えることができる。
【００２６】
従って、本発明は、同じ成長サイクル中に複数の個々の結晶の成長を可能にする。好ましくは、本発明は、異なる特性の少なくとも２つの結晶の同時成長を可能にする。例えば、異なる直径の結晶を同時に成長させることができる。その上、必要に応じて、電気的特性が明らかに異なる結晶も同時に成長させることができる。
【００２７】
独立した温度制御のための手段によって温度差の確立が可能になり、各々のソース、移送及び成長のチャンバ／成長チャンバにおける固体〜蒸気〜固体の相転移が可能になる。従って、温度制御は、例えば−１５０℃から＋２０００℃の範囲内で、各々の場合に、適切な冷却及び／又は加熱の制御を用いて、シンクチャンバ／成長チャンバの温度より高いソースチャンバ温度を使用して成長させることが望まれる任意の所定の結晶のための相転移に応じて選択されても良い。
【００２８】
好ましくは、結晶成長のインサイチュウ監視用の手段が存在し、これは成長区域への光学的アクセス及び／又は放射アクセスを提供するための手段を備えるが、成長区域から離れて配置される。より好ましくは、結晶成長の直接監視のための手段は、監視の連接用に、遠隔の光学的アクセス／放射アクセスの手段と成長チャンバの間に少なくとも１つの通路を備え、ここに、監視の連接用の前記少なくとも１つの通路と任意の所定の成長チャンバに結合された蒸気移送用の少なくとも１つの通路とは、少なくともそれらのシンク区域に近い部分の長さにおいて一致する。
【００２９】
上に定義された装置が、例えばＸ線等のような結晶成長を監視するために使用されてよい光学的アクセス手段／放射アクセス手段によって、上に定義されたように通路の外部に配置された従来型又は改変された光学的監視手段／放射線監視手段を使用して動作し得ることは、本発明の特別な利点である。更に、本発明の装置は、結晶品質における関連した利点を有してあらゆる大量蒸気移送技術に使用されてよく、それによって、成長チャンバに近い既知のインサイチュウ監視手段に固有の成長条件の混乱を克服する。
【００３０】
本明細書における、少なくとも１つの成長チャンバから離れた位置への参照は、蒸気移送通路に温度の変化又は勾配を導入する、上に定義されたアクセス手段の存在が、この少なくとも１つの成長チャンバ用の温度管理手段によって生成された温度の条件に関して、一様な成長に必要な温度条件を実質的に混乱させない位置へのものである。本明細書の参照と対照的に、少なくとも１つの成長チャンバに近い位置への参照は、これらの環境下の温度条件のかなりの混乱を被る位置へのものである。
【００３１】
別の態様では、本発明は、上に定義された装置を提供し、光学的／放射状の連接用通路のうち少なくとも１つ及び任意の所定の成長チャンバに結合された蒸気移送用の通路は、角度が少なくとも５°〜２７０°、より好ましくは３０°〜１８０°、最も好ましくは４５°〜１１０°、例えば６０°〜９５°偏向する。
【００３２】
従って、蒸気移送用の通路は上に定義された角度だけ偏向してよく、それによって、光学的アクセス／放射アクセスのための手段は、成長チャンバと直接直線状に連接している蒸気移送のための通路の壁の中に配置され得る。例えば、光学的アクセス／放射アクセスのための手段は、シンク表面に対向して配置され移送通路の壁に密封してオプションで連結された光学的／放射の透明なポートを備えても良い。
【００３３】
あるいは、上に定義された、光学的アクセス／放射アクセスのための通路と、光学的アクセス／放射アクセス及び蒸気移送のための通路の、各々の構成が逆にされてよく、それによって、光学的監視／放射監視のための通路は、ソースチャンバと成長チャンバの直接の直線状の連接から、上に定義された角度だけ偏向することができる。この場合、その偏向ポイントでの光学的監視／放射監視のための手段によって、事実上の直接の直線状のアクセス又は反射された直接の直線状のアクセスが成長チャンバに与えられる。例えば、鏡付きなどの反射手段又はプリズム石英などの透過性手段が、その偏向ポイントで光学的監視／放射監視の通路に結合して与えられても良い。
【００３４】
好ましくは、上に定義された装置は、少なくとも１つの上に定義された移送のための通路を備え、この通路は、上に定義されたように、角度が少なくとも５°ソースチャンバと成長チャンバとの間において前記通路の全長に沿って偏向する。より好ましくは、通路は、その全長に沿って２つのポイントで少なくとも５°偏向し、それによって両方の区域が重力の制約を受けずにソース材料及びシンク材料からなるように適用され、即ち、これらの材料は適当な支持手段上及びそこから実質的に上方へ延びる通路手段に実質的に供給され、それによって成長方法の混乱が最小で最適の移送をもたらす。
【００３５】
ソースチャンバ及び成長チャンバの正確な温度制御並びに少なくとも成長チャンバへの侵入を伴わない監視という両目的が、相互に有益なやり方で実現できることは、本発明の装置のさらなる利点であり、それによって専用の温度制御手段間での監視アクセス手段の位置決めがどちらかの区域に近いことによる混乱を防ぐ。
【００３６】
本発明のさらなる利点に、この装置が、例えば上記ＮＡＳＡ／アラバマ大学ＲＢＤグループによって提案されたように、蒸気圧制御の目的で、両区域から離れて例えばシンク監視手段の上流に配置されたもののように、流れ絞り機構を含むのに理想的に適していることがある。好ましくは、蒸気圧を監視するためのインサイチュウ手段は、流れ絞り機構と関連して既知の蒸気圧監視装置の形で提供される。例えば J. Caries, J.T. Mullins and A.W. Brinkman, J. Crystal Growth, 174 (1997) 744 で説明されており、この内容は参照文献として本明細書に合体される。
【００３７】
流れ絞りは、任意の既知の流れ絞りから選択されてよく、好ましくはキャピラリ、多孔性焼結ディスク等からなる。
【００３８】
本発明の装置は、結晶成長のために意図された温度での使用に適用されるあらゆる材料から適切に構成され、例えば、自然放熱が少なくて耐高温性の材料から構成される。適当な材料は当該技術では既知であり、金属酸化物が好ましく、特に、石英、耐熱性酸化物及びグラファイトは、例えば機械的強度及び保全性をもたらす適当な材料で強化されて、必要な機械的強度及び保全性を有する。これらの材料は、結晶汚染の可能性が低く高純度であることからも好まれる。好ましくは、この装置は、密封されているか密封できる構造体又は上に定義された区域及び通路を含むエンベロープを備える。この装置は、減圧された圧力で適切に動作され、真空ジャケットなどの容器に入っている。
【００３９】
本発明の装置は、上に定義されたあらゆる大量蒸気移送技術に使用されても良い。この装置は、単体化合物、多結晶の２元化合物、３元化合物又は他の多元化合物から結晶を成長させるのに適用するという特別な利点がある。本発明の装置は、所望の結晶の蒸気組成におけるある程度の非化学量論性を補償するための化学量論的制御を必要とする単体化合物、２元化合物、３元化合物又は他の多元化合物からの成長の用途に適するというさらなる利点がある。ソースチャンバ及び成長チャンバは、当該技術分野で知られているように、例えば用いられるべき処理条件に適用したガラス又は他の適当な表面又はぺデスタルの上に支持された固相の材料を備える１つ又は複数のソース材料リザーバの形でソース材料及びシード結晶を備えるように適用され、都合がよく効率的な蒸発を可能にする。蒸気は、ソース結晶とシンク結晶との間において前記通路の全長に沿って少なくとも角度が５°偏向してよい通路を通って移送され、それによってソース領域と成長領域を熱的に絶縁する。
【００４０】
任意の所定のシンク又はシードのために放射及び移送を監視するための手段は、好ましくは、監視通路と移送通路が一致していて、上に定義されたように、少なくともシンク又はシードに近い各々の通路の部分によるものである。
【００４１】
好ましくは、当該製造方法は、上に定義されたように、少ない自然放熱又は高温で行われる。当該製造方法は、減圧された圧力、例えば１０バールの範囲内、好ましくは１０−９ミリバールから１０２ミリバールの範囲内で１バールまで、更に行われる。
【００４２】
当該製造方法は、成長を開始するために、ソース材料の上方に十分な蒸気圧を確立するために、既知の手段によって開始されて良い。
【００４３】
本発明の別の態様では、従って、上に定義されたように、ソース材料の上方に十分な蒸気圧を確立するやり方で移送を開始させるような、当該製造方法の開始方法が提供される。
【００４４】
本発明の別の態様では、従って、上に定義されたように、シンク又はシードでの制御された成長のために、成長チャンバ内で移送制御及び温度を確立するような、当該製造方法の開始方法が提供される。
【００４５】
前記開始方法は、温度及び移送速度に勾配のあるプロファイルを用いて適切に行われる。本発明の装置に備わっている独立した温度制御手段が、シンク又はシードでの成長に特有の温度勾配（ソースでの温度より低い温度でもよい）を可能にすることは、特別の利点である。これは優れた結晶品質を生じさせ、更に沈殿がたまらないようにできるか又は沈殿を完全に解消し得ると考えられる。
【００４６】
当該製造方法は、上に定義されたように、既知の技術によって、インサイチュウ監視のための手段を用いて適切に行われる。好ましくは、温度は、既知の手段によってシンクの表面及び任意選択でソースの表面で、最適温度制御及び化学量論の必要に応じて調節を可能にするやり方で監視される。同様に、蒸気圧は、区域間で、例えば流れ絞り機構の位置で適切に監視され、最適成長の必要に応じて適用又は調節されても良い。
【００４７】
好ましくは、本発明の製造方法は、上に定義されたように、プロセス変数の直接読取り機能、所望の結晶成長のために例えばプロセスモデルを用いてプロセス変数の最適値と比較する機能、及びそのオンライン最適化機能を更に備える。
【００４８】
上に説明された本発明の装置及び製造方法は、大量蒸気移送技術を使用するあらゆる結晶の成長に適用される。
【００４９】
本発明の別の態様では、本発明の装置又は製造方法を用いて成長された結晶が提供される。本発明は、その融点より低い温度でかなりの蒸気圧を有して昇華することができるあらゆる化合物を含む結晶の成長に適している。結晶は、好ましくは元素周期表における、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩ及びＶＩＩ族の化合物及びＩＶ族の化合物から、より好ましくはＩＩ、Ｖ又はＩＶ族の化合物から選択され、例えばＢｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＩから、又はＳｉ及びＣから選択される。本発明の装置及び製造方法を用いて成長される特に有効な結晶は、テルル化カドミウムを含む。
【００５０】
本発明の別の態様では、本発明の装置及び製造方法を用いて成長された結晶を監視するための既知の監視装置の利用法が提供される。
【００５１】
本発明の別の態様では、半導体結晶、光電結晶及び光学結晶を成長させるためのあらゆる蒸気移送技術のための本発明の装置又は製造方法の利用法が提供される。これらの結晶は、放射線探知、機能的な厚膜及び薄膜のための基板、光学エレメント、並びにスパッタリング、電子ビーム蒸着及び他の技術のターゲットへの応用に使用されても良い。
【００５２】
本発明が、以下の図を参照しながら限定しないやり方で次に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
図１は、管状炉（２）の中に密封された石英アンプル（１）を備える気相結晶成長用の簡単な直線形システムを示し、硫化カドミウムの成長用のソース（３）及びシンク（４）を有して成長るつぼ（５）内に構成されている。ソースとシンク（３と４）は熱的に絶縁されていない。その上、温度又は蒸気圧のインサイチュウ監視のための手段がない。
【００５４】
図２には、アラバマ大学のＲＢグループによって設計された、流れ絞り機構を有する管状システムを備える気相結晶成長装置が示されている。装置は、圧力容器（１０）、各々のシンク用の独立したヒータ（１１〜１３）、流れ絞り機構として毛細管の移送管（１７）をその間に有する移送通路及びソース区域（１４〜１６）を備える。成長チャンバ（１４）に隣接して配置された観察ポート（１８）が、成長チャンバ（１４）内の成長している結晶への光学的アクセスをもたらす。図２（Ｂ）に示された温度プロファイルでは、熱絶縁の結果、各区域で比較的安定した温度が実現されていることは明らかであるが、成長チャンバに隣接している観察ポート（１８）のレベルでわずかな不整が明白であり、これは結晶に隣接して観察アクセスを設けるためのクラッディングの断絶に起因するものである。温度プロファイルは、段階的な変化（staged variation）を示して流れ絞り機構（１７）で最大に達し、成長チャンバ（１４）の端から端まで温度が段階的に低下する。
【００５５】
図３には、従来技術のＭＢＥ装置が示されており、上に説明されたように、温度制御されたソース（３）及び温度制御されたシンク（４）を有する真空チャンバ（１）を備える。インサイチュウ監視手段（６）が、シンク（４）の反対側に配置されて設けられている。効率的なソースの利用は、この製造方法における関心事でなく、そこで、多くのソース材料が冷たい真空チャンバ壁に貼り付く。
【００５６】
図４には、従来技術のＭＯＶＰＥ装置が示されており、キャリアガス（７）中の有機金属ソースのための流入口を１つの終端に有する石英エンベロープ（１）を備え、かつその上に有機金属が熱分解する加熱された基板（８）を備える。排出ガスは、流出口（９）を通って出る。石英エンベロープ（１）を介した光学的アクセスによって、成長している結晶及び気相条件のインサイチュウ監視が可能になる。しかし、この技術は、成長速度が限定されている上に、必要な前駆体金属有機物が非常に高くつき、特にこの場合には、通常、多量が排気に失われるので、「大量」結晶成長には適していない。
【００５７】
図５は、高温での大量気相結晶成長に適用される好ましい実施形態である、欧州特許第１，０１９，５６８号の装置を示す。この装置は、真空ジャケット（２１）の容器に入っている石英エンベロープ（２０）の形の、真空化されたＵ字管を備える。２つに分離された３区域垂直管状炉（２２及び２３）が、各々、ソース区域（２４）及び成長チャンバ（２５）用に設けられている。
【００５８】
ソースチャンバと成長チャンバは、蒸気移送のために、光学的に加熱された水平クロスメンバ（２７）を備える通路手段（２６）によって結合されている。通路（２６）内に流れ絞り機構（２８）が設けられている。蒸気移送用の通路は、どちらも９０°の角度で偏向する２つの個別のポイントを備え、これらが、インサイチュウ監視のため及びソース区域（２９）からの蒸気移送のための分岐する通路と成長チャンバ（２５）との間に、各々の接合をもたらす。アクセス手段（３１及び３２）が設けられており、各々ソース及びシンクへの他の光学的アクセスを可能にする窓を備える。図示の装置では、成長チャンバ（２５）内の成長している結晶の表面温度監視のためのインサイチュウ手段が、真空ジャケットの外部に配置され、かつ、成長している結晶の表面と光学的に連接されるように、高温計又は他の光学的診断装置（３３）の形で設けられる。この診断装置は、成長チャンバの温度を変えるために適当な制御システムと連接している。この装置は、流れ絞り機構（２８）の領域でのさらなるアクセスポート（３３から３６）による蒸気圧のインサイチュウ監視用手段を更に備え、これらを通って、蒸気圧監視ランプ及び光学系は、外部の位置から、蒸気移送用の通路（２６）に関して径方向に正反対の位置（３５及び３６）に示された検出器を有する真空ジャケットに向けられるであろう。これらは、プロセス制御をもたらす制御システムに適切に連結される。
【００５９】
図６（Ａ）は、本発明の装置の側面図である。図６（Ｂ）は、この装置の平面図である。これらの図は、各々がシードぺデスタル（４）上に支持されたシード結晶（３）を含む、複数のサテライト成長管（２）に囲まれた中央ソースチャンバ（１）を示す。１以上の中央ソースチャンバが設けられ、周辺の成長管のうちのいくつか又は全てに結合されて良いことが理解されよう。全ての管が、毛細管流れ絞り機構（５）によって互いから熱的に分断される。ソース材料からの蒸気は、図６（Ａ）中の矢印によって示されるように、ポンピング機構を使用して各成長管に引き込まれる。この技術を使用することにより、複数の結晶を全て同時に成長させることができる。個々の成長チャンバは、温度及び蒸気流速の点で独立して制御することができ、それによって、以下に詳説するように異なる直径であり得る複数の結晶の製造が可能になる。流速は、毛細管流れ絞り機構（５）及び環状流れ絞り機構（図７（Ｂ）参照）の組合せによって制御される。
【００６０】
内部で移送が起こるソース管、成長管及びクロスメンバは石英から製作され、システムは、クロスメンバと２本の垂直の管の間のすりガラスの継ぎ目で取外し可能であり、成長した結晶の取り出し及びソース材料の補給が可能である。システム全体を囲む真空ジャケットに加えて放射シールド（図示せず）が断熱をもたらす。流れ絞り機構（毛細管又は焼結した石英ディスクのいずれか）は、クロスメンバの中心に配置されている。成長管内の石英ブロックにある基板上で成長が起こり、このガラスブロックと石英エンベロープの間の間隙が下流の流れ絞り機構を形成する。ソース管へのガス入口向けに供給が行われ、成長管は、個別のポンプシステムによって、又は、冷たいダンプ管を介した真空ジャケットへの接続によって、吸引されても良い。このシステムは、以下をもたらす。第１に、ソースと成長領域が熱的に分断され、成長領域における軸方向及び半径方向の最適温度プロファイルの達成が、より御し易くなる。第２に、成長中に、成長表面及びソース材料の両方を直接観測することが可能であり、例えば、成長過程向けの診断として、光学的高温測定又は分光計測定が可能になる。第３に、このレイアウトは、流れ絞り機構の両側のクロスメンバを介して行われる光吸収測定によるソース要素の蒸気圧のインサイチュウ測定をもたらす。流れ絞り機構の流れ特性が既知であれば、成長中に、これらの測定によって大量移送速度を直接求めることが可能になる。そして第４に、ガラス器は比較的簡単かつ堅固であり、基本的に、適当な流れ絞り機構（十分な高流速で動作することにより種の逆流を最小限にして、その結果ソース材料の汚染を最小限にするように設計されている）によって成長管に結合されたソース管の追加により、多元化合物の成長へと拡張されても良い。
【００６１】
図７（Ａ）は従来技術の流れ絞り機構を示し、図７（Ｂ）は本発明の流れ絞り機構を示す。シード結晶（３）が載せられるシードぺデスタル（４）は、環状流れ絞りももたらす。これは、ぺデスタルの環状間隙とぺデスタルの全長の組合せによって実現される。ぺデスタルの形状を変更することによって、成長させるべき結晶のサイズと流れ絞り機能を分断することができる。これは、成長チャンバの壁から離れた結晶成長の要求を支援する。本発明の別の態様は、同時に成長する結晶の数とともに、ぺデスタルの形状次第で結晶の直径を変化させることもできる。個々の成長チャンバ内に、異なるレベルでドーパント不純物を加えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来技術の大量気相結晶成長装置を例示する図である。
【図２】従来技術の大量気相結晶成長装置を例示する図である。
【図３】従来技術のＭＢＥ及びＭＯＶＰＥの装置を例示する図である。
【図４】従来技術のＭＢＥ及びＭＯＶＰＥの装置を例示する図である。
【図５】欧州特許第１，０１９，５６８号の装置を例示する図である。
【図６】本発明による装置の機構図である。
【図７】本発明による装置の機構図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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