(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長装置であって、該装置は、
ソース材料（２０）を格納するように構成されたソースチェンバ（３０）と、
成長チェンバ（５０）と、
該ソースチェンバ（３０）から該成長チェンバ（５０）への蒸気輸送のための経路（４０）と、
該成長チェンバ内に設けられ、種結晶（６０）を支持するように構成された支持体（７０）と、
該成長チェンバ（５０）と該支持体（７０）との間に画定されるギャップ（１９０）、
とをそなえ、
該支持体（７０）の熱膨張率は該成長チェンバの熱膨張率よりも大きく、
また、該支持体及び該成長チェンバの材料及び寸法を選択して、該支持体と該成長チェンバとの間の該ギャップ（１９０）を動作温度に対して決定し、その動作温度で流量制限機能を与える、装置。
【請求項２】
前記支持体（７０）が前記成長チェンバ（５０）に対して移動可能であり、結晶が成長する際に前記支持体の上面、従って結晶の上面を移動させることが可能である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記支持体（７０）が、エロンゲートシャフト（１７６）に連結又は取り付けられる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記エロンゲートシャフト（１７６）が、前記支持体（７０）又は前記成長チェンバ（５０）の熱膨張率と同じ又は同等の熱膨張率を有する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記成長チェンバ（５０）及び前記支持体（７０）がそれぞれ、略円形の断面を有する請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記成長チェンバ（５０）が石英又は熱分解窒化ホウ素から形成される請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記支持体（７０）が、サファイア、アルミナ、炭化珪素、タングステン、タンタル又はモリブデンから形成される請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記成長チェンバ（５０）が石英から形成され、前記支持体（７０）がサファイアから形成される請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記成長チェンバ（５０）が293Ｋで約51.500mmの内径を有し、前記支持体が293Ｋで約51.110mmの外径を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記成長チェンバ（５０）が293Ｋで約101.400mmの内径を有し、前記支持体が293Ｋで100.728mmの外径を有する請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
結晶成長装置を準備する方法であって、該方法は、
ある熱膨張率を有する成長チェンバ（５０）を準備するステップと、
種結晶（６０）を支持するように構成された支持体（７０）を準備し、該支持体は該成長チェンバの熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有するステップと、
該成長チェンバ内に該支持体を位置させ、該支持体と該成長チェンバの壁との間のギャップ（１９０）を画定するステップと、
該成長チェンバ（５０）及び該支持体（７０）を動作温度に加熱し、該支持体が、該成長チェンバに対して膨張し、該ギャップを減少させるステップと、
該支持体及び該成長チェンバの材料及び寸法を選択して、該支持体と該成長チェンバとの間の該ギャップ（１９０）を動作温度に対して決定し、その動作温度で流量制限機能を与えるステップ、
とをそなえる方法。
【請求項１２】
前記支持体上で結晶を成長させるステップをさらにそなえる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記支持体上で結晶が成長した時点で、前記成長チェンバ及び前記支持体を冷却し、前記支持体（７０）が前記成長チェンバ（５０）に対して収縮して、前記ギャップ（１９０）を増加させるステップをさらにそなえる請求項１１又は１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相結晶成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、気相結晶成長方法及び装置を対象とするいくつかの特許出願を提出するものであり、このような特許出願としては、国際公開第99/10571号、国際公開第2006/090104号及び国際公開第2008/142395号が挙げられる。
【０００３】
気相結晶成長技術により結晶を成長させるためには、そこから結晶を形成する材料のソース、及びその上で結晶をソース材料から成長させる種を提供することが必要である。輸送ゾーンは、ソース及びシンクゾーンと連結している。種が提供されるソースゾーン及びシンクゾーンの間に温度差を生じさせることにより、蒸気圧差がソースゾーンとシンクゾーンとの間に生じ、これが結晶成長のための原動力として作用する。ソースゾーンの温度は、シンクゾーンの温度よりも大きくすべきである。
【０００４】
結晶成長の制御は、いくつかの要因に依存しており、このような要因としては、ソース及びシンク温度、蒸気圧並びに種の上方の蒸気流が挙げられる。
【０００５】
初期の気相結晶成長システムでは、結晶を、シールされた管状の石英アンプル内に提供した種結晶の上で、当該アンプル内に提供したソース材料から成長させる。アンプルには、ソース及びシンクゾーンを加熱するため、管状炉が設けられる。しかしながら、そのようなシステムを使用して、結晶の成長を制御することは極めて困難であった。
【０００６】
ソースゾーンと種ゾーンとの間に第１フローコントローラが設けられ、これは、種ゾーン下流の第２フローコントローラと組み合わされて、種ゾーンからソース材料部分を除去する連続ポンピングを提供し、これによって、基本的な管状システムが改良されることが示された。第１フローコントローラの設置は、ソースゾーンとシンクゾーンとの間の温度差に対する質量輸送率の感受性を、基本的な管状システムよりも小さくするように作用する。ただし、そのような温度差は依然として重要な要因である。
【０００７】
特許文献１には、各ソースゾーン及びシンクゾーンに対して独立の加熱手段が設けられている装置が開示されている。ソースゾーン及びシンクゾーンは、独立の加熱手段とともに、真空チェンバ内に設けられる。これにより、ソース及びシンク温度、ひいてはこれらのゾーンの間の温度差のより正確な制御が可能となり、ソース、輸送及びシンクゾーンにおける固相−蒸気相−固相の移行が可能となる。しかしながら、加熱手段は、真空中で操作可能なものとしなければならない。それ故、抵抗コイルヒータのようなヒータは、適切ではない。追加の制御を提供するために、フローリストリクタを、ソースゾーンとシンクゾーンとの間の輸送ゾーンに設けることができる。
【０００８】
特許文献２では、支持体と成長チェンバとの間に与えられるギャップ、つまり一定の間隔が、フローリストリクタとして作用でき、従って、蒸気特性に、結局は結晶成長に影響を及ぼし得ることが報告されている。また、流量制限機能は、ギャップのサイズと長さの組み合わせに依存し、よって、異なる支持体及び／又は成長チェンバの形状が、異なるフローリストリクタ機能を与え、従って異なる結晶成長を与えることが示されている。それ故、支持体と成長チェンバとの間のギャップは、蒸気特性、従って結晶成長装置の成長条件の決定に重要な役割を果たし得る。しかしながら、支持体は、結晶成長前には成長チェンバ内に位置させ、成長後には結晶とともに成長チェンバから取り出さなければならないので、この位置調整と取り出しのため、支持体と成長チェンバの間に十分なクリアランスが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第99/10571号
【特許文献２】米国出願公開第2008/0156255号
【特許文献３】国際公開第2008/142395号
【特許文献４】国際公開第2006/090104号
【発明の概要】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、結晶成長装置が提供され、該装置は、
ソース材料を格納するように構成されたソースチェンバと、
成長チェンバと、
該ソースチェンバから該成長チェンバへの蒸気輸送のための経路と、
該成長チェンバ内に設けられ、種結晶を支持するように構成された支持体、
とをそなえ、該支持体の熱膨張率は該成長チェンバの熱膨張率よりも大きい。
【００１１】
成長チェンバの熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する支持体を設けることによって、支持体及び成長チェンバを有する装置を気相結晶成長に必要な高温に加熱する場合、支持体の相対的な膨張は、成長チェンバのものよりも大きくなる。この相対的な膨張の効果によって、より高温における成長チェンバと支持体との間のギャップは、より低温における成長チェンバと支持体との間のギャップと比較して、減少する。このように、より低温、例えば大気温度で、成長チェンバよりも十分小さい支持体を与えることができ、結果として、支持体の外側と成長チェンバの内側との間に十分なギャップを存在させ、これによって、支持体を容易に成長チェンバ内に位置させ、所望の位置に移動させることが可能となる。装置を加熱すると、支持体及び成長チェンバはそれぞれ膨張する。しかしながら、支持体の熱膨張率は成長チェンバの熱膨張率よりも大きいので、支持体は成長チェンバよりも相対的に大きく膨張し、従って、成長チェンバと支持体との間のギャップは減少する。支持体及び成長チェンバの熱膨張率を適切に選択することによって、成長チェンバと支持体との間のギャップは、所定の温度の値に対して、的確かつ正確に決定される。これは、ギャップのフローリストリクタ機能の的確かつ正確な較正、従って、装置内、特に成長チェンバ内の蒸気特性及び成長条件の正確な制御を可能する一方、支持体の成長チェンバへの衝突や潜在的な損傷、又は成長チェンバから損傷を受けるリスクを最小にして、より低い大気温度における支持体の容易な位置調整及び成長チェンバからの取り出しを可能とする。
【００１２】
それ故、本発明では、より低温、例えば室温において、支持体を容易に成長チェンバ内に位置させることが可能となる一方、高温、例えば動作温度では、支持体は、成長チェンバと相対的に膨張して成長チェンバと支持体との間のギャップを減少させ、結果的に、正確かつ所望の流量制限をもたらす。
【００１３】
支持体は、成長チェンバに対して移動可能であり、結晶が成長する際に支持体の上面、従って結晶の上面を移動させられるようにすることが好ましい。これにより、さらに結晶材料が成長する結晶の上面の位置を調整することが可能となり、それ故、温度プロファイルにおけるその位置も調整することが可能となる。これは特に、厚い結晶を形成する際に有利となる。というのは、結晶の上面が温度プロファイルで同じ位置のままとなることを確保して結晶が形成されるように、支持体の高さを徐々に下降させることができるからである。
【００１４】
支持体は、エロンゲートシャフトに連結又はその上に取り付ることができる。エロンゲートシャフトは、支持体又は成長チェンバの熱膨張率と同じ又は同等の熱膨張率を有することができる。或いは、エロンゲートシャフトは、支持体及び成長管の熱膨張率とは関連のない熱膨張率を有することができる。支持体をエロンゲートシャフトに連結又はその上に取り付ける場合、支持体は、エロンゲートシャフトの遠心端にモータ等の駆動手段を連結することによって、制御可能に動作させることができる。
【００１５】
成長チェンバ及び支持体はそれぞれ、略円形の断面を有することが好ましい。この場合、成長チェンバと支持体との間のギャップは、環状の形状となる。温度が上昇した結果として材料が膨張する場合、一般的に、それは全ての方向に均一に膨張する。それ故、ギャップが環状の形状となるように配置することにより、支持体及び成長管を加熱する場合に、それらは全ての方向に均一に膨張し、従って、環状のギャップは均一に減少することができる。このことは、支持体の周囲のギャップを概ね均一とし、それによって、種結晶及びその周囲における一様でない蒸気の流れが起こる可能性を低減する。一様でない蒸気の流れは、製造する結晶の品質に悪影響を及ぼし、またその有用な特性に有害な効果をもたらし得る。
【００１６】
管及びペデスタル又は支持体に対して、様々な材料を使用することができる。一例として、管は、石英（典型的には、5.5x10-7K-1の熱膨張率を有する）又は熱分解窒化ホウ素（典型的には、面内で1.45x10-6K-1の熱膨張率を有する）から形成できる。ペデスタルに適した材料としては、サファイア（典型的には、約7x10-6K-1の熱膨張率を有する）、アルミナ（典型的には、約8.5x10-6K-1の熱膨張率を有する）、炭化珪素（典型的には、約5x10-6K-1の熱膨張率を有する）、タングステン（典型的には、約4.6x10-6K-1の熱膨張率を有する）、タンタル（典型的には、約6.6x10-6K-1の熱膨張率を有する）又はモリブデン（典型的には、約5.7x10-6K-1の熱膨張率を有する）が挙げられる。特に好ましい組み合わせは、サファイアのペデスタルを有する、石英のチェンバである。
【００１７】
フローリストリクタを輸送経路に設けて、ソースチェンバから成長チェンバへの蒸気の流れを制御することができる。
【００１８】
装置は、それぞれの支持体及びこれに対応する種結晶と共に設けた追加の成長チェンバを有し得る。この場合、各支持体は、それらを設けた各成長チェンバの熱膨張率よりもそれぞれ大きい熱膨張率を有する。追加の成長チェンバは、１以上のソースチェンバと相互に又は独立して関連させることができる。
【００１９】
装置がそれぞれ支持体及び種結晶と共に設けられた１以上の成長チェンバを有する場合、各成長チェンバ、支持体及び／又は種結晶は、１つの成長チェンバを有する装置に関して上述した任意の特徴と共に、提供される。
【００２０】
各成長チェンバに関連する特徴は、他の成長チェンバに関連する特徴と同じであっても、異なっていてもよい。例えば、１つの成長チェンバで与えられる支持体の熱膨張率は、他の１以上の成長チェンバで与えられる支持体の熱膨張率と異なっていてもよい。そのような場合、動作温度といったより高温では、支持体と成長チェンバとの間のギャップが、チェンバによって異なり得る。ギャップのサイズは、成長する結晶のサイズに影響するので、そのような装置を使用して、互いに異なるサイズ及び特性を有する複数の結晶を同時に成長させることが可能となる。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、次のステップをそなえる方法が提供され、該方法は、
ある熱膨張率を有する成長チェンバを準備するステップと、
種結晶を支持するように構成された支持体を準備し、該支持体は該成長チェンバの熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有するステップと、
該成長チェンバ内に該支持体を位置させ、該支持体と該成長チェンバの壁との間のギャップを画定するステップと、
該成長チェンバ及び該支持体を加熱し、該支持体が、該成長チェンバに対して膨張し、該ギャップを減少させるステップ、
とをそなえる。
【００２２】
方法は、さらに支持体上で結晶を成長させるステップをそなえることができる。また、方法は、支持体上で結晶が成長した時点で、成長チェンバ及び支持体を冷却し、支持体が、成長チェンバに対して収縮して、ギャップを増加させるステップをそなえることができる。さらに、方法は、ギャップが増加した時点で、支持体及び成長させた結晶を成長チェンバから取り出すステップをそなえることができる。
【００２３】
上述した方法は、前述した特徴の任意の組み合わせを有する結晶成長装置を用いて、実行することができる。
【００２４】
本発明の実施形態は、以下の添付図面を参照して例示的にのみ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】気相結晶成長装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の態様に従う、成長チェンバに装荷される支持体の断面図である。
【図３】本発明の第１の態様に従う、室温において成長チェンバ内に位置される支持体の断面図である。
【図４】本発明の第１の態様に従う、動作温度において成長チェンバ内に位置される支持体の断面図である。
【図５】本発明の第１の態様に従う、動作温度において成長チェンバ内に位置される支持体の断面図であり、ここでは、蒸気の流れが種結晶の成長をもたらす。
【図６】本発明の第１の態様に従う、成長させた結晶を支持し、室温において成長チェンバから取り出される支持体の断面図である。
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、それぞれ本発明の第２の態様に従うマルチチェンバ結晶成長装置の側面図及び平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、気相結晶成長装置の断面図である。装置は、ソース材料２０と共に提供されるソースチェンバ３０を有する。これは、固体材料であり、蒸発し、次いで、経路４０の形態の輸送路を通って運ばれ、結晶を成長させる。種結晶６０は、成長チェンバ５０に供給される。種結晶は、成長チェンバ５０内に設けられた支持体７０に取り付けられ、環状ギャップが成長チェンバ５０の内壁から隔てた支持体７０を取り囲むように、位置させる。
【００２７】
環状ヒータ２が、中央加熱領域を加熱するために設けられる。ヒータは環状ヒータでなくともよく、例えば、片側から加熱領域を加熱するように配置した平面ヒータとすることもでき、又は加熱領域の周囲に配置した複数の加熱エレメントをそなえることもできることが理解されるであろう。また、光ヒータを用いることもできる。
【００２８】
ヒータ２は、予め定めた温度プロファイルを与えるように、加熱領域を加熱する。示した例では、最高温度は加熱領域の頂部に向かっており、この最高温度領域の上側及び下側では温度が低下していく。温度プロファイルは、最高温度領域の下側よりも上側でより急激に、最高温度から温度が低下する。図１に示した例では、温度プロファイルは、成長チェンバ領域で約490℃の温度、ソースチェンバ領域で約710℃の温度、経路で約725℃の温度となり得る。しかしながら、必要に応じて、他の温度も選択し得ることは理解されるであろう。
【００２９】
図１の装置の動作時、ソース材料２０は加熱され、それが昇華して、蒸気の形態となる。システムの温度プロファイルにより、蒸気がソースチェンバ３０から経路４０を介して、成長チェンバ５０に、そして種結晶６０の上への流れるようになる。
【００３０】
ソースチェンバ３０、経路４０及び成長チェンバ５０はそれぞれ、一定断面としてもよく、必要に応じて変断面を有してもよい。図１に示したより好ましい例では、ソースチェンバ３０、経路４０及び成長チェンバ５０は、概ね一定の断面又は直径を有する円筒形の管の形状である。しかしながら、管は円錐状に代えてもよく、又は他のいくつかの断面形状としてもよい。
【００３１】
フローリストリクタ１４が、経路４０に設けられる。フローリストリクタ１４は、キャピラリ輸送管、小さな孔を有するディスク又は焼結石英ディスクの形状となり、ソースチェンバ１６から種結晶６０への蒸気の流れを制御するように作用する。
【００３２】
この例では、ソース材料２０及び種結晶６０を包含するソースチェンバ３０、経路４０及び成長チェンバ５０が、真空ジャケット４内に入れられる。真空ジャケットは、清浄な環境をもたらし、汚染物質を避けるのを助長して結晶を成長させる。しかしながら、そのような真空ジャケットは必須ではない。代わりに、真空ジャケットは、炉を含む装置全体をカバーするように設けることもできる。しかしながら、これは好ましくない。なぜなら、これは、ソースチェンバ及び成長チェンバの温度を必要レベルにまで上昇させる間における、ジャケットを排気するシステムの動作の遅延をもたらすからである。さらに、ヒータを真空ジャケット内に設ける場合、ヒータから結晶の汚染が生じるリスクがあり、またヒータは、真空内で動作可能である特殊なヒータとしなければならない。
【００３３】
図１におけるソースチェンバ、成長チェンバ、経路及びヒータの配置は、特許文献３に示された配置と概ね同様である。特許文献３に示された他の配置も、特許文献１及び４に示された配置も、本発明に等しく適用でき、これらは、特にソースチェンバ及び／又は成長チェンバの数及び相対的な位置が異なり、各ソースチェンバ及び成長チェンバについての分離ヒータを含む異なる数のヒータが設けられ、フローリストリクタを有する又は有しないソースチェンバと成長チェンバとの間の輸送路の配置が異なることが理解されるであろう。
【００３４】
ある例では、ソース材料２０は、テルル化カドミウムのソースとすることができ、これは、テルル化カドミウムの種結晶上にテルル化カドミウムの結晶を形成する。しかしながら、他の多くの結晶を、適切な種結晶上で成長させることができる。結晶の例としては、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）及びテルル化カドミウムマンガンが挙げられる。
【００３５】
ソース材料２０は固体であると述べたが、ソース材料は蒸気又は液体（例えば蒸発することを免れないインジウム）として供給することもできる。
【００３６】
図１に示した配置では、ヒータ２が動作しない時、支持体７０は成長チェンバ５０内に位置させることができる。ここで、装置、特に成長チェンバ５０は、低温、例えば室温になる。支持体７０及びその種結晶６０が適切に位置されている場合、ヒータ２を起動して、装置を結晶が成長する動作温度にまで加熱することができる。結晶が成長すると、ヒータ２を停止して、装置、特に成長チェンバ５０を低温に冷却でき、支持体７０は、成長させた結晶とともに、装置から取り出させる。この手順は、本発明の好適な実施形態を示す図２〜６に最もよく見られる。
【００３７】
図２は、本発明の第１の態様に従う、成長チェンバに装荷される支持体７０の断面図を示すものである。この実施形態では、支持体７０が、エロンゲートシャフト１７６に連結又は取り付られ、種結晶６０を支持する。図２中、矢印で示すように、支持体７０は成長チェンバ５０内の位置へと置かれる。この実施形態では、成長チェンバ５０は内壁１５２を有する円筒状の管であり、支持体７０は一般的なディスク形状である。しかしながら、支持体７０及び成長チェンバ５０は、他の任意の適切な形状を有し得る。
【００３８】
図３で見られるように、支持体７０を成長チェンバ５０内に位置させるとき、支持体７０の側面と成長チェンバ５０の内壁１５２との間には、ギャップ又は間隔１９０が存在する。支持体７０が円形の断面を有し、成長チェンバ５０が円筒状である場合、支持体７０と成長チェンバ５０の内壁との間のギャップは、環状の形状を有する。このことは、種６０の上方における一定で規則的な流れを確保することを助長する。
【００３９】
図２及び３で示された実施形態では、装置のヒータ（図示せず）は起動しておらず、装置は、低温、この場合には室温付近となる。この温度では、支持体７０の側面と成長チェンバ５０の内壁１５２との間のギャップ１９０は比較的大きくなる。それ故、支持体７０の成長チェンバへの装荷が、比較的容易に、かつ支持体７０の成長チェンバの側壁１５２への衝突や潜在的な損傷、又は成長チェンバの側壁１５２から損傷を受けるリスクを最小にして、達成され得る。
【００４０】
図３及び４で最もよく見られるように、支持体７０が成長チェンバ５０内で適切な位置に置かれると、ヒータを起動することができ、装置の温度が、（図３に示すような）大気温度から（図４に示すような）動作温度、例えば約490℃に上昇する。支持体７０は、成長チェンバ５０の壁を形成する材料の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する材料から形成される。それ故、図４からわかるように、システムの温度が上昇する時、支持体７０は成長チェンバ５０に対して膨張し、これら２つのコンポーネントの間の環状のギャップが減少する。支持体７０及び成長チェンバ５０の材料及び寸法を適切に選択することにより、装置は、動作温度において、支持体７０と成長チェンバ５０との間のギャップを的確に減少させて、所望の正確な流量制限を与えるように較正され得る。
【００４１】
特定の例において、成長チェンバは石英から形成され、293Ｋで51.500mmの内径を有する。含まれるペデスタルはサファイアから形成され、273Ｋで51.110mmの外径を有する。これは、0.390mmのペデスタルの外側と成長管の内側との間の環状部を与える。装置を1173Ｋの動作温度に加熱するとき、成長管の内径は51.525mmに膨張する一方、ペデスタルの外径は51.425mmに膨張する。それにより、環状のギャップは0.390mmから0.100mmに減少する。
【００４２】
石英の管及びサファイアのペデスタルを用いた別の例では、管の内径が293Ｋで101.400mmとなり、ペデスタルの外径が293Ｋで100.728mmとなって、0.671mmの環状のギャップを与えるが、温度を1173Ｋに上昇させると、管の内径は101.449mmに、ペデスタルの外径は101.349mmにそれぞれ増加し、この場合も、環状のギャップは0.100mmに減少する。
【００４３】
それ故、両方の例において、低温ではペデスタルの外面と管の内面との間に比較的大きなギャップがあり、これが成長管内でのペデスタルの容易な配置と取り出しを可能とする一方、温度を動作温度へ上昇させたときには、ギャップが大きく減少して、成長点での蒸気の流れを制御することが理解されるであろう。
【００４４】
石英の成長管及びサファイアのペデスタルの使用は、本発明で使用することができる材料の一例に過ぎないが、サファイアのペデスタルの使用は、テルル化カドミウム又はテルル化カドミウム亜鉛を成長させる際に、テルル化カドミウムの蒸気もテルル化カドミウム亜鉛の蒸気もサファイア上には凝縮しないという特別な利点があることが見出された。このことは、ペデスタルと管との間のギャップが、凝縮した蒸気でふさがれたり、詰まったりしないことを意味する。
【００４５】
装置がその動作温度にある場合、ソース材料２０は昇華して蒸気１２２を生成する。この蒸気は、ソースチェンバ３０から経路４０を介して成長チェンバ５０へと移動し、結果として、ヒータ（図示せず）によって温度勾配が生成されることになる。図４で見られるように、蒸気１２２は種結晶６０の方へと流れ、種結晶６０上に成長をもたらし始める。これは、図５において最もよく見られるが、この図５は、いくらかの結晶成長が達成されるように装置を一定時間、動作温度とした後、成長チェンバ内に位置される時の支持体７０の断面図を示すものである。成長させる結晶は、種と同じ材料としてもよく、異なる材料としてもよい。結晶成長が達成されると、ヒータは停止され、それによって、装置を低温に冷却することができる。また、いくつかの実施形態では、冷却デバイスを用いて、装置を低温に冷却する際の速度を増加させることもできる。
【００４６】
装置を冷却する際、コンポーネントはそれぞれの熱膨張率に概ね比例するように収縮する。支持体７０は、成長チェンバ５０の壁の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有するので、支持体７０は成長チェンバ５０の壁に対して収縮する。それ故、これは、環状のギャップ１９０の増加をもたらす。図６において最もよく見られるように、装置の温度を室温付近に冷却するとき、支持体７０は、成長管５０に挿入される前（図２）とほぼ同じサイズに収縮する。それ故、これにより、支持体７０を、新たに成長させた結晶１６５と共に、支持体７０の成長チェンバの側壁１５２への衝突や潜在的な損傷、又は成長チェンバの側壁１５２から損傷を受けるリスクを最小にして、容易に成長チェンバ５０から取り出すことが可能となる。
【００４７】
次いで、成長させた結晶１６５を、支持体７０の表面から取り外し、新たな種結晶６０と交換することができ、その支持体７０を、別の結晶の成長の準備として、成長管５０内へと再挿入することができる。或いは、種結晶を有する個々の支持体を、別の結晶を成長させるために、成長チェンバ５０内に挿入することができる。
【００４８】
支持体７０は、成長管５０への挿入又は取り出しの前に、必ずしも室温又はその付近の温度とする必要はなく、その代わりに、支持体７０は、室温よりも高い又は低い温度とし得ることが理解されるであろう。
【００４９】
図５に示した実施形態において、支持体７０は駆動手段と連結され、結晶を成長させる際に、支持体７０の上面を移動させることが可能となる。この実施形態では、駆動手段は、エロンゲートシャフト１７６の遠心端に連結されたモータ５である。しかしながら、駆動手段は手動駆動とすることもでき、又はそのような動作を生じさせることが可能な他の任意の適切なコンポーネント、例えば、圧電モータ若しくは空気モータとすることもできる。
【００５０】
支持体７０の動作を生じさせるモータ５を設けることによって、結晶材料がさらに成長される結晶の上面の位置を調整することが可能となり、それ故、温度プロファイルにおけるその位置を調整することも可能となる。これは、厚い結晶を形成する場合に、特別な利点となる。というのは、支持体の高さが、結晶の上面が温度プロファイルの同じ位置のままとなることを確保して結晶を形成するように、徐々に下降させられるからである。
【００５１】
上述したように、複数のソースチェンバ及び／又は成長チェンバの提供を含むソース及び／又は成長チェンバ若しくは管の他の配置を、当該又は各成長チェンバ用の支持体とともに使用することができ、このような支持体は、それぞれの成長チェンバよりも大きな熱膨張率を有する。図７に示された別の実施形態では、装置が追加の成長チェンバをそなえ、それぞれ支持体及び対応する種結晶（図示せず）と共に提供される。この特別な実施形態では、装置は、ソースチェンバ３０´から横方向に分かれて間隔をあけた３つの追加の成長チェンバ５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄをそなえ、結果として、ソースチェンバ３０´を取り囲む合計４つの成長チェンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄがもたらされる。しかしながら、任意の適切な数の追加の成長チェンバは、任意の適切な配置において与えることができる。例えば、追加の成長チェンバは、ソースチェンバに沿って位置させることができる。
【００５２】
この実施形態では、成長チェンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄが相互に単一のソースチェンバ３０と関連しており、このソースチェンバ３０は、周囲の４つの成長チェンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄの中心に位置している。各成長チェンバは、それぞれフローリストリクタを有する経路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄを介して、ソースチェンバに連結される。
【００５３】
支持体７０´は、各成長チェンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄの熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有するので、図２〜６に関して述べた方法に従って、成長チェンバ内への挿入及び成長チェンバからの取り出しが可能である。成長チェンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ及びそれらの支持体の特性が同じである場合、図７の装置を使用して、同時に複数の同一の又はほぼ同一の結晶を成長させることができる。これは、同一の又はほぼ同一の結晶の大量生産が望まれる場合、利点となる。
【００５４】
その代わりに、図７の装置を使用して、異なる特性を有する、例えばサイズ、組成及び／又は品質が異なる、複数の結晶を同時に成長させることができる。これは、成長チェンバ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ及びそれらに対応する経路４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄそれぞれの異なる成長条件、例えば異なる温度プロファイル、異なる種結晶、及び／又は上流のフローリストリクタの異なる配置を与えることによって、達成することができる。しかしながら、これは、１つの成長チェンバに設けられる支持体の熱膨張率を、別の成長チェンバに設けられる支持体の熱膨張率と相違させるように配置することによっても、達成することができる。ここで、支持体とそれらのそれぞれの成長チェンバとの間に与えられるギャップは、チェンバによって異なり得る。上述したように、与えられるギャップの形状は、蒸気の流動特性に影響を与え、従って、異なるギャップ形状が各チェンバ内で異なる蒸気の流れをもたらし、それ故、各チェンバ内では異なる結晶が成長することになる。
【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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