(57)【要約】      （修正有）【課題】水平ボート法用の反応装置の提供。【解決手段】密閉反応管１の左側には第一層の水平ボート容器２が置かれ、第一層の水平ボート容器２にはホルダ装置３が設けられ、ホルダ装置３上には第二層の水平ボート容器４が置かれる。ホルダ装置３は第二層の水平ボート容器４を支持するように設けられて、そこに置かれた水平ボートから反応物を出し入れするために、第一層の水平ボート容器２と第二層の水平ボート容器４との間に所定の隙間を規定する反応装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉反応管及び水平ボート容器を含む、水平ボート法用の反応装置であって、
前記水平ボート容器は、複数の第一層の水平ボート容器を含み、前記第一層の水平ボート容器は水平方向において、前記反応管内の異なる位置に配置され、前記第一層の水平ボート容器の少なくとも一つにホルダ装置が設けられ、前記ホルダ装置上に第二層の水平ボート容器が一つ置かれ、前記ホルダ装置は、前記第二層の水平ボート容器を支持するように設けられて、前記第一層の水平ボート容器と前記第二層の水平ボート容器との間に隙間を供する、水平ボート法用の反応装置。
【請求項２】
前記ホルダ装置は単独で設けられる部品である、請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記ホルダ装置は前記水平ボート容器と一体に設けられる、請求項１に記載の反応装置。
【請求項４】
前記ホルダ装置は、前記第一層の水平ボート容器の上部もしくは前記第二層の水平ボート容器の下部と一体に設けられる、請求項３に記載の反応装置。
【請求項５】
前記水平ボート容器は、水平ボート容器のほぼ中央部に設けられる、横断面がほぼＵ字形の本体部分を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項６】
前記ホルダ装置は、両端が前記水平ボート容器における、前記反応管の軸方向とほぼ平行に配置された二つの側壁上にそれぞれ掛け留められるブリッジ状部材である、請求項１から５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記ホルダ装置の中央部には、第二層の水平ボート容器の底部の形状と合致するように、くぼんだ弧状部が設けられる、請求項６に記載の反応装置。
【請求項８】
前記弧状部の弧の長さは、当該ホルダ上に置かれた前記水平ボート容器外面の長さの１/４〜１/２を占め、好ましくは１/３である、請求項７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記ホルダは、前記ホルダを前記水平ボート容器上に掛け留める二つの凹溝をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記ホルダ装置の数は二つ以上である、請求項１から９のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記ホルダ装置はＰＢＮ材料で製造されるか、もしくは黒鉛材料の表面にＰＢＮ材料が堆積されるものである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記反応装置は半導体合成又は半導体ドープに用いられる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記反応装置はヒ化ガリウム多結晶合成、又はヒ化ガリウム単結晶合成に用いられる、請求項１２に記載の反応装置。
【請求項１４】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の水平ボート法用の反応装置を有する、ヒ化ガリウム多結晶合成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、水平ボート法技術分野に属し、具体的に水平ボート法用の反応装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水平ブリッジマン法はBridgmanによって研究開発が成し遂げられた、大きな面積の定形シート状結晶体を製造する方法であって、水平ボート法ともいわれ、略称はHB法である。HB法の応用は大変広範囲にわたり、特に化合物半導体結晶の成長分野に用いられるほか、半導体材料のドープにも用いることができる。HB法は、結晶成長の原料又はドープ原料を器に入れ、器を円管内に入れ、真空引き後に口を密封し、一方向凝固法又は一方向浮遊帯域溶融法を用いて、結晶体を成長させるか又は適切な半導体ドープ方法を用いて半導体のドープを行うものである。
【０００３】
金敏氏などが紹介する、水平方向凝固法によるヒ化ガリウム多結晶合成（上海応用技術学院学報、２０１４年９月、１８７〜１９０頁）は、八つのセクションの単結晶温度制御からなる炉体において、高温領域を五つ、中温領域を一つ、低温領域を二つ備える。ヒ素とガリウムを石英ボート内にそれぞれ置いて石英管の両端に配置し、石英管を真空引きしてシールした後、水平方向凝固炉内に入れて、ガリウム側の一端を高温領域に置き、ヒ素側の端部を低温領域に位置させる。低温領域の温度を６３０℃程度、高温領域の温度を１２５０〜１２５５℃に制御し、異なるセクションを制御する降温技術により、ヒ化ガリウム多結晶の一方向凝固を実現する。
ＣＮ１０７２６８０８５Ａでは、半絶縁ヒ化ガリウム多結晶のカーボンドープ調合装置が公開されており、円筒形の加熱装置を含み、前記加熱装置の一端がソース領域、他端が成長領域であって、前記加熱装置の制御温度は、前記ソース領域から前記成長領域にかけて徐々に高くなり、前記加熱装置内には石英管が一つ固定設置され、前記石英管内における、前記ソース領域に対応する位置に、黒鉛粉末を置くための第一のＰＢＮボートと、第III―IV族塩化物、フッ化物又は酸化物を置くための第二のＰＢＮボートとが隣接して配置され、前記石英管内における、前記成長領域に対応する位置に、ヒ化ガリウム多結晶を置くための第三のＰＢＮボートが配置され、前記石英管は反応時には真空密閉状態である。
【発明の概要】
【０００４】
本願の第一の態様では、密閉反応管及び水平ボート容器を含む、水平ボート法用の反応装置を提供し、
前記水平ボート容器は、複数の第一層の水平ボート容器を含み、前記第一層の水平ボート容器は水平方向において、前記反応管内の異なる位置に配置され、前記第一層の水平ボート容器の少なくとも一つにホルダ装置が設けられ、前記ホルダ装置上に第二層の水平ボート容器が一つ置かれ、前記ホルダ装置は、前記第二層の水平ボート容器を支持するように設けられて、前記第一層の水平ボート容器と前記第二層の水平ボート容器との間に隙間を供する。
【０００５】
本願の第二の態様では、本願の第一の態様における水平ボート法用の反応装置を含む、ヒ化ガリウム多結晶合成装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は本願の一実施例における反応装置の模式図である。
【図２】図２は本願の一実施例における反応装置の模式図である。
【図３】図３は本願の一実施例における反応装置の模式図である。
【図４】図４は本願の一実施例における反応装置の模式図である。
【図５】図５は本願で使用する水平ボート容器の一実施例の投影模式図である。
【図６】図６は本願の一実施例で使用する水平ボート容器の投影模式図である。
【図７】図７は本願の一実施例で使用する水平ボート容器の投影模式図である。
【図８】図８は本願の一実施例で使用する水平ボート容器の横断面模式図である。
【図９】図９は本願の一実施例で使用する水平ボート容器の横断面模式図である。
【図１０】図１０は本願の一実施例で使用する水平ボート容器の俯瞰図である。
【図１１】図１１は本願の一実施例で使用するホルダの構造模式図である。
【図１２】図１２は本願の一実施例で使用するホルダの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下では、図面を組み合わせて本願の実施の形態について説明する。すべての図面では類似の図面符号を用いて、類似の又は同一の部品を標記する。ここで開示する異なる特徴は単独で使用してもよく、もしくは互いに変更して組み合わせてもよく、本願は文中で説明する特定の組み合わせに限定されない。したがって、説明する実施の形態は請求項の範囲を限定するものではない。
【０００８】
明細書では「一実施の形態において」「実施の形態において」「いくつかの実施の形態において」もしくは「その他の実施の形態において」という連語を用いるかもしれないが、本文で開示する一つ又は複数の、同一もしくは異なる実施の形態をそれぞれ指すことができる。
【０００９】
さらに、本文において、第一の及び第二のなどといった関係を示す技術用語は、一つの実体もしくは操作を、もう一つの実体もしくは操作と区別するためだけに用いられ、これらの実体又は操作間に何らかの実際の関係もしくは順序があることを求める、もしくは暗示するとは限らない。また、「含む」、「有する」もしくはそのあらゆる変形は、非排他的な包含を意味するため、一連の要素を含む物品もしくは機器が、それらの要素を含むだけでなく、明確に列挙されていないその他の要素、あるいはこれらの物品もしくは機器に固有の要素としてさらに含むという意味を持たせるものである。より多くの制約がない限り、「……を含む」という語句で限定される要素が上記要素を含む物品もしくは機器にその他の同一の要素をさらに含む場合を除外しない。
【００１０】
本願の目的は、水平ボート法用の反応装置を提供することである。本願では、目下の水平ボート配置方式を改善することで、反応物をより柔軟に配置しようとし、もしくは一回の反応で得られるインゴット（ウエハ）の数を増やそうとするものである。本願では複数の技術案を提示している。以下では、実施例という形で複数の技術案について詳細に説明する。
【００１１】
［実施例１］
図１に示すように、実施例１の、水平ボート法（ＨＢ法）用の反応装置は、密閉反応管１及び水平ボート容器を有し、反応管１は異なる位置に計三つの水平ボート容器が配置される。
【００１２】
密閉反応管１の左側には第一層の水平ボート容器２が置かれ、第一層の水平ボート容器２にはホルダ装置３が設けられ、ホルダ装置３上には第二層の水平ボート容器４が置かれる。ホルダ装置３は第二層の水平ボート容器４を支持するように設けられて、そこに置かれた水平ボートから反応物を出し入れするために、第一層の水平ボート容器２と第二層の水平ボート容器４との間に所定の隙間を規定する。
【００１３】
密閉反応管１の右側にはもう一つの水平ボート５が配置される。
【００１４】
具体的な応用において、一般的に、反応管１の水平度の異なる領域には異なる温度設定がなされ、水平ボート内で反応物を昇華させて、もう一つの水平ボート内の反応物と反応させるように設計される。
【００１５】
［実施例２］
実施例１に類似し、相違点は、実施例２では二組に分けられた計四つの水平ボートが設けられ、二組の水平ボートはいずれも重ねて置くという配置方式が用いられるという点である。
【００１６】
図２に示すように、密閉反応管１において、反応管１には水平方向の両端に第一層の水平ボート容器２が二つ配置され、二つの第一層の水平ボート容器２にはホルダ装置３がそれぞれ設けられ、ホルダ装置３上に第二層の水平ボート容器４が置かれる。ホルダ装置３は、第二層の水平ボート容器４を支持するように設けられて、第一層の水平ボート容器２と第二層の水平ボート容器４との間に隙間を供する。
【００１７】
［実施例３］
実施例１、２に類似し、図３に示すように、本願の実施例3では、反応管１の水平方向に三組の水平ボート容器が配置され、第一の組は二つの水平ボートの重ね置きであって、第一層の水平ボート容器２上にホルダ装置３が設けられ、ホルダ装置３上に第二層の水平ボート容器４が置かれる。また、二組の水平ボート容器５は水平方向の中間位置及び右側位置にそれぞれ単独で設けられる。
【００１８】
［実施例４］
実施例１、２、３に類似し、相違点は、実施例４では三組の二層の重ね置きされた水平ボートを提供しているという点である。図４に示すように、密閉反応管１において、水平方向に第一層の水平ボート容器２が三つ配置され、第一層の水平ボート容器２上にホルダ装置３がそれぞれ設けられ、ホルダ装置３上には第二層の水平ボート容器４が三つそれぞれ置かれ、ホルダ装置３は、第二層の水平ボート容器４を支持するように設けられて、第一層の水平ボート容器２と第二層の水平ボート容器４との間に所定の隙間を供する。
【００１９】
異なる設置と組み合わせを介して、当業者は需要と目標生成物の違いに応じて、反応管内により多くの種類の反応物質を置くことができ、もしくはより合理的な配置方式と加熱制御方式に合わせることができる。
【００２０】
［反応管］
実施形態において使用する反応管は石英反応管であってよく、大きさは本分野で一般的に使用されるものであってよく、例えば８０ｍｍの内径を有するものであってよい。その中に置かれる水平ボート容器の内径は反応管に対応しており、反応管の内径よりも若干小さくてよく、深さは配置する層の数に応じて設置でき、二層とすれば水平ボート容器の深さは約４０ｍｍ以下であって、例えば２０〜３５ｍｍであり、具体的には２４ｍｍ、２８ｍｍ、３１ｍｍ、３４ｍｍなどである。
【００２１】
［水平ボート］
HB法は結晶成長の原料を器に入れ、器を円管内に入れ、真空引き後に口を密封するものであって、このような器は一般的に「ボート」と呼ばれる。目下、用途から合成ボートと引き上げボートに分けられる。合成ボートは多結晶の合成に用いられるのに対して、単結晶の成長に用いるものを引き上げボートという。
【００２２】
合成ボートの開口部は図５に示す投影模式図のように長方形であってよく、又は図６に示す投影模式図のように一端が半円形状であってよく、もしくは、図7に示す投影模式図のように両端が半円形状であってよい。半円形のボートは数十年にわたって応用されており、その最大の特徴は加工が容易であるという点で、円形管が二つに破断されても、ボートヘッドと/又はボートテールを再び合わせるだけでよい。合成ボート又は引き上げボートの本体断面は、通常、図８に示すようにアーチ型が用いられる。もちろん、図９に示すような矩形、又は本分野で使用されるその他の形状であってもよい。
【００２３】
投影模式図における左上の図は俯瞰図、左下の図は正面図、右上の図は左面図である。
【００２４】
単結晶成長用ボートは、多結晶合成ボートを基に種結晶領域とショルダー部とを加えたものであって、最先端にあるものを種結晶チャンバといい、種結晶チャンバには四角形、矩形、半円形などの複数の種類がある。本体と種結晶チャンバとの間の部分をショルダー部といい、種結晶チャンバとボートの本体とを段差なく滑らかに接続するという役割がある。真ん中は単結晶成長ボートの本体部分、最後尾はボートテールである。具体的には図１０に示す内容を参照することができ、図においてｚ１〜ｚ４は順に、種結晶チャンバ部分、ショルダー部分、等径部分（つまり本体部分）、ボートテール部分である。
【００２５】
［ホルダ装置］
任意で、ホルダ装置３は単独で設けられる部品であってよい。言い換えれば、ホルダ装置３は水平ボートと互いに分離した独立した部品である。ホルダ装置３は、水平ボート容器上に組み立て可能であって、それに実装される水平ボート容器を支持する。材料添加作業完了後にホルダ装置３を水平ボートに実装することができるため、単独で設けられるホルダ装置は水平ボート容器の材料添加作業に影響を与えない。任意で、ホルダ装置３は水平ボート容器と一体に設けてもよい。例えば、ホルダ装置３は、第一層の水平ボート２の上部もしくは第二層の水平ボート４の下部と一体に設けられる。一体設置により使用が一層便利となり、工業的生産の実現に有利であることに加え、使用時にも構造の安定性により役立つ。
【００２６】
任意で、水平ボート容器は、水平ボート容器のほぼ中央部に設けられる、横断面がほぼＵ字形の本体部分を含む。
【００２７】
任意で、ホルダ装置３は、両端が水平ボート容器（例えば第一層の水平ボート２）における、反応管１の軸方向とほぼ平行に配置された二つの側壁上にそれぞれ掛け留められるブリッジ状部材である。掛け留め接合を用いることで、水平ボート容器にホルダ装置を便利に組み立てることができ、組み立てステップを簡素化できる。
【００２８】
任意で、ホルダ装置３の中央部には、第二層の水平ボート容器４の底部の形状と合致するように、くぼんだ弧状部２０が設けられる。具体的には、図１１にホルダの構造模式図を示した。反応管１の軸方向に垂直な平面内において、ホルダ装置３の中央部に、くぼんだ弧状部２０が設けられる。ホルダ装置３の弧状部２０は水平ボート容器の底部に当接し、水平ボート容器を安定して支持する。
【００２９】
任意で、図１１、図１２に示すように、ホルダ装置３は水平部３０をさらに有し、水平部３０の厚さは２〜３ｍｍ、弧状部２０の厚さは２．５〜３．５ｍｍであって、弧状部２０の厚さは水平部の厚さよりも若干大きく、例えば、弧状部２０の厚さは水平部３０の厚さよりも０．２〜０．５ｍｍ大きい。このような設置方式は、上の層に置かれたボートを安定して支持するのにより有利であって、ホルダ装置をより長持ちさせ、且つ反応が十分に滞りなく行われるのに有利である。
【００３０】
任意で、弧状部２０の弧の長さは、当該ホルダ上に置かれた水平ボート容器外面の長さの１/４〜１/２を占め、好ましくは１/３である。
【００３１】
任意で、ホルダ装置３は、ホルダ３を水平ボート容器２上に掛け留める二つの凹溝１０をさらに含む。凹溝１０は、図１１、図１２に示すように、水平部３０近傍端部の位置に設けてよい。凹溝を設けることにより、ホルダ装置３は下の層の水平ボート容器（例えば、第一層の水平ボート容器２）に安定して係合することができ、両者によって、安定した組み立て体が形成される。
【００３２】
ホルダが支持する上の層の水平ボート容器をより安定させるために、任意で、凹溝１０の深さを１〜１．５ｍｍとし、より有利には１．２〜１．４ｍｍとし、最も有利には約１．３ｍｍとすることで、掛け留めをより強固にすることができ、二つの凹溝の深さは同一である。
【００３３】
本願で使用するホルダ３の幅、厚さ、及び凹溝１０に関連するサイズは実際の需要に応じて調整することができる。凹溝１０のサイズは、水平ボート容器の壁厚に応じて設定でき、ぴったりと系合するサイズもしくは壁厚より若干大きいサイズのどちらでもよい。
【００３４】
本願のホルダの長さは、ホルダに架けられる下の層の水平ボート容器の幅によって決められ、重ねて置かれる層のボートが石英管内部においてよりよく移動できるように考慮される。ホルダの具体的な形式の一つには橋梁式ホルダがある。
【００３５】
任意で、一つの水平ボート上に設けられるホルダ装置３の数量は一、二、三、四つなどであり、二つ以上、特に三つが好ましい。
【００３６】
任意で、実施の形態の反応装置は、半導体合成又は半導体ドープ反応に用いられる。
【００３７】
任意で、反応装置はヒ化ガリウム多結晶合成、又はヒ化ガリウム単結晶合成に用いられ、任意で、ヒ化ガリウム多結晶合成に用いられる。
【００３８】
任意で、ホルダ装置はＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）材料で製造されるか、もしくは黒鉛材料の表面にＰＢＮ（熱分解窒化ホウ素）材料が堆積される。ホルダ装置の材料選択は、反応過程において不純物が混入しないという点を考慮する必要がある。
【００３９】
本願の一実施例では、本願に記載の水平ボート法（ＨＢ法）の反応装置を含む、ヒ化ガリウム多結晶合成装置をさらに提供する。
【００４０】
本願の合成装置は、水平ボート法の合成方法に用いることができ、反応時に密閉反応管を真空引きするか、もしくは不活性ガスを注入して保護する。
【００４１】
任意で、隣接する二つの層における上の層の水平ボート容器の添加材料の重量は下の層の水平ボート容器の添加材料の重量を下回り、下の層の水平ボート容器の添加材料の重量は上の層の水平ボート容器の添加材料の重量の１〜１．５倍であることが好ましく、より有利なのは１．３倍程度である。
【００４２】
当業者が本願の技術案をよりよく理解できるように、以下ではヒ化ガリウムの多結晶成長とヒ化ガリウム多結晶のカーボンドープを例として説明する。
【００４３】
［実施例５］ヒ化ガリウムの多結晶成長
図１に示すように、本実施例のヒ化ガリウム多結晶合成装置は、密閉石英反応管１を含み、反応管１は水平方向の両端に第一層のＰＢＮ水平ボート容器２が二つ配置され、第一層のＰＢＮ水平ボート容器２の一つに図１１に示すようなブリッジ状部品３が設けられ、ホルダ装置３上に第二層のＰＢＮ水平ボート容器４が一つ置かれ、ブリッジ状部材の両端は第一層のＰＢＮ水平ボートにおける、前記反応管の軸方向とほぼ平行に配置された二つの側壁上にそれぞれ掛け留められる。
【００４４】
ブリッジ状部品の水平部の厚さは約２．５ｍｍ、弧状部の厚さは約３．０ｍｍで、弧状部の弧の長さは、当該ホルダ上に置かれる水平ボート容器外面の長さの約１/３を占める。ホルダは二つの凹溝をさらに含み、深さはいずれも約１．３ｍｍである。
【００４５】
ヒ化ガリウムの多結晶成長方法は以下のステップを含む。
【００４６】
（１）石英反応管、ＰＢＮボート、ＰＢＮブリッジなどの資材をきれいに洗浄し、乾燥させ、ＰＢＮボートを焼成後冷却して準備しておく。
【００４７】
（２）約２０００ｇの６Ｎガリウムを秤量しＰＢＮボートの一つに入れて、それを石英反応管の開口の端部に入れ、当該ボート上に３本のＰＢＮブリッジを均等に配置する。このほか、約１５００ｇの６Ｎガリウムを秤量しもう一つのＰＢＮボート内に入れて、それをＰＢＮブリッジが実装されたボートに置くとともに、石英反応管の底部に一緒に押し込む。約３６８０ｇの６Ｎヒ素を秤量しＰＢＮボートの一つに入れて、当該ボートを、きれいに洗浄した石英反応管の端口に入れ、最後に石英キャップをする。
【００４８】
（３）実装された石英反応管をオーブンに移し、真空引きして１５０〜３００℃の温度まで加熱し、３〜４時間保温した後電源を切り、真空密閉溶接して室温まで自然冷却する。
【００４９】
（４）ヒ素とガリウムを入れて密封した石英反応管をＨＢ水平炉体内に取り付け、ヒ素を入れたボートの一端を低温領域に置き、ガリウムを入れたボートの一端を高温領域に置く。  
【００５０】
（５）加熱する。低温領域の温度を６２０〜６５０℃程度（ヒ素の昇華点は６１３℃である）、高温領域炉体の温度を（ヒ化ガリウムの融点１２３８℃より高い）１２５０〜１２５５℃に制御して１〜３時間保温することで、ヒ素の蒸発が終了するまで、低温端のヒ素を気体へと昇華させ高温領域のガリウムと化学反応させてヒ化ガリウムを形成し、完全に反応した後、室温まで降温してヒ化ガリウム多結晶を得る。
【００５１】
（６）炉体内から石英反応管を取り出す。ヒ素側の端部から石英管を切開し、合成された半円形多結晶インゴットを取り出して測定する。
三度合成された多結晶インゴットの表面は光沢があり、緻密で、穴がなく、ガリウムリッチでなく、合成比が好ましい。各炉から多結晶インゴットを任意で一本取り出してヘッド部とテール部を取り測定すると、三度合成された多結晶の合格率は９３％以上であって、同一の結晶インゴットのヘッド部キャリア濃度とテール部キャリア濃度の差は大きくないため、製造された結晶の径方向の均等性は良好であるといえる。
【００５２】
［実施例６］ヒ化ガリウム多結晶のカーボンドープ
図２に示すように、本実施例の半絶縁ヒ化ガリウム多結晶のカーボンドープ調合装置は、密閉石英反応管１を含み、反応管１は水平方向の両端に第一層のＰＢＮ水平ボート容器２が二つ配置され、各第一層のＰＢＮ水平ボート容器２に図１２に示すようなブリッジ状部品３がそれぞれ設けられ、ホルダ装置３上に第二層のＰＢＮ水平ボート容器４がそれぞれ置かれ、ブリッジ状部材の両端は第一層のＰＢＮ水平ボートにおける、前記反応管の軸方向とほぼ平行に配置された二つの側壁上にそれぞれ掛け留められる。
【００５３】
ブリッジ状部品の水平部の厚さは約２．５ｍｍ、弧状部の厚さは約３．０ｍｍで、弧状部の弧の長さは、当該ホルダ上に置かれる水平ボート容器外面の長さの約１/３を占める。ホルダは二つの凹溝をさらに含み、深さはいずれも約１．３ｍｍである。石英管反応管１は反応時には真空密閉状態である。
ヒ化ガリウム多結晶のカーボンドープ方法は以下のステップを含む。
【００５４】
（１）石英反応管、ＰＢＮボート、ＰＢＮブリッジなどの資材をきれいに洗浄し、乾燥させ、ＰＢＮボートを焼成後冷却して準備しておく。
【００５５】
（２）第III―IV族塩化物、例えば塩化ガリウム５ｇをＰＢＮボートの一つに入れて、それを石英反応管の開口の端部に入れ、当該ボート上に３本のＰＢＮブリッジを均等に配置する。このほか、黒鉛粉末２ｇをもう一つのＰＢＮボート内に入れ、それをＰＢＮブリッジが実装されたボートに置くとともに、石英反応管の底部に一緒に押し込む。ヒ化ガリウム多結晶３ｋｇをＰＢＮボートの一つに入れ、上記ステップに従い、その上に別のＰＢＮボートを重ねて置き、そこにヒ化ガリウム多結晶３ｋｇを入れるとともに、きれいに洗浄した石英反応管の端口に入れ、最後に石英キャップをする。黒鉛粉末の量は塩化物の量よりも少ない。
【００５６】
（３）実装した石英反応管を真空処理した後、酸水素火炎溶接を用いて石英反応管を密封処理する。
【００５７】
（４）加熱処理装置を始動し、黒鉛粉末と塩化物とを化学反応させてカーボンの化合物気相物質を生成し、カーボンの化合物気相物質は温度勾配の作用下で物理的気相輸送によりヒ化ガリウム多結晶内にドープされる。
【００５８】
（５）ドープ後のヒ化ガリウム多結晶を石英容器内に入れて多結晶合成し、１０００℃〜１３００℃において、その中の塩素又はフッ素元素を揮発させつつ、その中のＣ濃度分布を均等にし、カーボンドープ半絶縁ヒ化ガリウム多結晶生成物を得る。
【００５９】
測定を経て、本実施例で製造される二本のカーボンドープされた半絶縁ヒ化ガリウム多結晶は、引き上げで得られるカーボンドープされた半絶縁ヒ化ガリウム単結晶よりも抵抗率が約１０8Ω・ｃｍ高く、Ｃ濃度は２×１０１５ｃｍ−３であって、Ｃ濃度分布は均等であり、電子移動度は５０００ｃｍ／ｖ．ｓ程度であるため、同時に得られるカーボンドープされた半絶縁ヒ化ガリウム単結晶の性能は良好で且つ近似しているといえる。
【００６０】
本願の反応管内に置かれて重ねられる水平ボート容器を用いることで、複数本の目標生成物を同時に合成することができ、生産効率を大幅に向上させていることに加え、合成して得られた目標生成物の性能は良好且つ一致しており、さらなる応用を完全に満たすことができる。本願の装置は半導体分野の大規模生産にとって重大な意義を持つものである。
【００６１】
［変形例］
本願の水平ボート容器は二層として設けるとは限定されず、水平ボート容器の厚さを調整することでより多くの層として設けてもよく、三層、四層などと設けることができる。このほか、水平に置かれる水平ボート容器の組数も二組に限定されず、二つよりも多くの組として設けてもよく、三組、四組などと設けてもよく、ＩｎＧａＡｓＰ四元化合物又は多成分ドープといった状況のような、多元結晶化合物の合成に用いることができる。
【００６２】
［有益な効果］
目下、本分野では、水平ボート容器を水平方向に密閉反応管内の異なる位置に配置するのが一般的である。反応管が円形であることを考慮すると、水平ボート容器の内部は中空の半円形であって、半円形の二つのボートは重ねて置くことが困難であるため、構造が不安定になりやすいことに加え、反応管内部の空間には限りがあり、水平ボート容器の配置方式はさらに制限されている。
【００６３】
本願では、上層のボートを置くのに極めて有利なホルダ構造を提供している。これを基に、本願は水平ボート容器を重ねて置き、特にHB法の改善に適した合成装置を提供する。本願の、複数の水平ボート容器を重ねて置く構造には安定性があり、反応を正常に滞りなく行うことができ、生産効率を向上させ、コストを削減している。反応管の容積が増えなければ、複数のインゴットを製造することができる。
【００６４】
このほか、本願が提供する反応装置は、半導体の合成、半導体ドープ技術をさらに改善することができる。本願は、密閉反応管において、水平ボート容器を重ねて置くという設計を提供しており、特に、第一層の水平ボート容器上にホルダ装置を設置し、ホルダ装置上に第二層の水平ボート容器を置くという独自の設計を提供している。従来の設計と比べて、新たな半導体製造技術、新たな半導体合成方法、新たな半導体製品の開発に有利である。
【００６５】
本願は少なくとも以下の概念を含む。
【００６６】
概念１．水平方向における異なる位置に水平ボート容器が配置された密閉反応管を含む、水平ボート法用の反応装置であって、
前記水平ボート容器は、第一層の水平ボート容器を少なくとも一つ含み、前記第一層の水平ボート容器の少なくとも一つにホルダ装置が設けられ、前記ホルダ装置上に第二層の水平ボート容器が一つ置かれ、前記ホルダ装置は、前記第二層の水平ボート容器を支持するように設けられて、前記第一層の水平ボート容器と前記第二層の水平ボート容器との間に隙間を供する、水平ボート法用の反応装置。
【００６７】
概念２．前記ホルダ装置は単独で設けられる部品である、概念１に記載の反応装置。
【００６８】
概念３．前記ホルダ装置は水平ボート容器と一体に設けられる、概念１に記載の反応装置。
【００６９】
概念４．前記ホルダ装置は、第一層の水平ボート容器の上部もしくは第二層の水平ボート容器の下部と一体に設けられる、概念３に記載の反応装置。
【００７０】
概念５．前記水平ボート容器は、水平ボート容器のほぼ中央部に設けられる、横断面がほぼＵ字形の本体部分を含む、概念１から４のいずれか一つに記載の反応装置。
【００７１】
概念６．前記ホルダ装置は、両端が第一層の水平ボートにおける、前記反応管の軸方向とほぼ平行に配置された二つの側壁上にそれぞれ掛け留められるブリッジ状部材である、概念１から５のいずれか一つに記載の反応装置。
【００７２】
概念７．前記ホルダ装置の中央部には、第二層の水平ボート容器の底部の形状と合致するように、くぼんだ弧状部が設けられる、概念６に記載の反応装置。
【００７３】
概念８．前記ホルダ装置は水平部をさらに有し、水平部の厚さは２〜３ｍｍ、弧状部の厚さは２．５〜３．５ｍｍであって、弧状部の厚さは水平部の厚さよりも若干大きい、概念７に記載の反応装置。
【００７４】
概念９．前記弧状部の厚さは水平部の厚さよりも０．２〜０．５ｍｍ大きい、概念８に記載の反応装置。
【００７５】
概念１０．前記弧状部の弧の長さは、当該ホルダ上に置かれた水平ボート容器外面の長さの１/４〜１/２を占め、好ましくは１/３である、概念７に記載の反応装置。
【００７６】
概念１１．前記ホルダは、ホルダを水平ボート容器上に掛け留める二つの凹溝をさらに含む、概念１から１０のいずれか一つに記載の反応装置。
【００７７】
概念１２．前記凹溝の深さを１〜１．５ｍｍとし、前記二つの凹溝の深さは同一である、概念１１に記載の反応装置。
【００７８】
概念１３．前記ホルダ装置の数は二つ以上である、概念１から１２のいずれか一つに記載の反応装置。
【００７９】
概念１４．前記ホルダ装置はＰＢＮ材料で製造されるか、もしくは黒鉛材料の表面にＰＢＮ材料が堆積されるものである、概念１から１３のいずれか一つに記載の反応装置。
【００８０】
概念１５．前記反応装置は半導体合成又は半導体ドープに用いられる、概念１から１４のいずれか一つに記載の反応装置。
【００８１】
概念１６．前記反応装置はヒ化ガリウム多結晶合成、又はヒ化ガリウム単結晶合成に用いられる、概念１５に記載の反応装置。
【００８２】
概念１７．概念１から１４のいずれか一つに記載の水平ボート用の反応装置を有する、ヒ化ガリウム多結晶合成装置。
【００８３】
上記の実施例及びその好ましい／任意の実例は、本願の原理を説明するために用いた例示的な実施の形態にすぎず、本願はこれに限定されないことが理解できよう。当業者は本願の精神と実質を逸脱しない範囲で各種の変形と改善をなすことができ、これらの変形と改善も本願の請求範囲とみなされる。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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