(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型ボートの底部にＧａＡｓシード体を置き、その上部にＧａＡｓ単結晶の原料融液を配置し、該ボートの下部より上部に向け結晶を成長させる縦型ボート法によるＧａＡｓ単結晶の製造方法において、上記縦型ボートの底部から順に、ＧａＡｓシード体、材質がＧａＡｓから作製されたＡｓ融液受け台に設けられた金属Ａｓ、ＧａＡｓ多結晶体および封止剤を配列した後、この縦型ボートを高圧炉内に設置し、高圧下で加熱して、該ボート内部のＧａＡｓ多結晶体とＡｓ融液受け台内部の金属Ａｓとを融解させながら、上記ＧａＡｓシード体上にＧａＡｓ単結晶体を育成することを特徴とする半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の製造方法。
【請求項２】
縦型ボートとその周りに配置された加熱領域変動可能なヒーターとからなるＧａＡｓ単結晶製造装置であって、上記縦型ボート内のＧａＡｓシード体上部に材質がＧａＡｓから作製されたＡｓ融液受け台が設けてあることを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はIII-V 族化合物半導体であるＧａＡｓ単結晶の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III-V 族化合物半導体の単結晶を育成する方法としては、水平ブリッジマン法（ＨＢ法）、グラジェント・フリーズ法（ＧＦ法）等の水平封管式ボート成長法や液体封止回転引上法（ＬＥＣ法）等があり、工業的な製造方法として幅広く実用化されている。
【０００３】
しかしながら、上記水平封管式ボート成長法の場合は、低転位密度の単結晶が得られるという利点を有するも、円形ウェハを歩留りよく得られないことや大口径化が困難であるという問題があり、一方ＬＥＣ法の場合は大口径でかつ円形のウェハが容易に得られるが低転位密度化の単結晶を得るのには難があった。
【０００４】
近年、低転位密度の単結晶を有する円形ウェハを歩留りよく得る方法として縦型ボート法が注目され、その技術開発が成されている。この縦型ボート法はボート（もしくはるつぼ）の底部に種結晶を置き、その上方に原料融液を配置して下方から上方に向けて融液を固化させる方法である。
【０００５】
この縦型ボート法としては、ボートを高温ゾーンから低温ゾーンへ移動させることで結晶育成を行う垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）や、炉の温度分布を移動させて徐々に固化を行う垂直温度傾斜凝固法（ＶＧＦ法）や、ゾーンメルティングを垂直配置で行う垂直ゾーンメルティング法（ＶＺＭ法）等がある。
【０００６】
本出願人も先に、特開平６−２１９９００号公報「Ｓｉドーブｎ型ガリウム砒素単結晶の製造方法」に開示するように、縦型ボート内に原料融液と液体封止剤との間に隔離材を設け、互いの接触を抑えて結晶を成長させる製造法を確立し、工業的に寄与している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の縦型ボート法によって得られたＧａＡｓ単結晶体は工業的に有効利用されているが、製造工程中、結晶と融液の固液界面の温度勾配を緩くできないという構造上の問題があり、またＬＥＣ法によって得られたＧａＡｓ単結晶体中には高転位密度が発生しやすいという欠点を有していた。このため、抵抗率が１０7 〜１０8 Ωcmと高く高品質な半絶縁性ＧａＡｓ単結晶体を得るのはなかなか難しく、この問題を解決する新規な手段が望まれていた。
【０００８】
したがって本発明の目的は、縦型ボート法で育成された単結晶が低転位密度を有しており、抵抗率が高く半絶縁性を示すＧａＡｓ単結晶の製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成すべく研究の結果、縦型ボート内において、ＧａＡｓシード体の上部に材質がＧａＡｓから作製されたＡｓ融液受け台を設け、これに金属Ａｓを装入して置き、ＧａＡｓ多結晶体とともに加熱により融解させながら、融液内のＡｓ分をリッチにして種づけするようにすれば、低転位密度の半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を製造できることを見いだし本発明に到達した。
【００１０】
すなわち本発明は第１に、縦型ボートの底部にＧａＡｓシード体を置き、その上部にＧａＡｓ単結晶の原料融液を配置し、該ボートの下部より上部に向け結晶を成長させる縦型ボート法によるＧａＡｓ単結晶の製造方法において、上記縦型ボートの底部から順に、ＧａＡｓシード体、材質がＧａＡｓから作製されたＡｓ融液受け台に設けられた金属Ａｓ、ＧａＡｓ多結晶体および封止剤を配列した後、この縦型ボートを高圧炉内に設置し、高圧下で加熱して、該ボート内部のＧａＡｓ多結晶体とＡｓ融液受け台内部の金属Ａｓとを融解させながら、上記ＧａＡｓシード体上にＧａＡｓ単結晶体を育成することを特徴とする半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の製造方法；第２に、縦型ボートとその周りに配置された加熱領域変動可能なヒーターとからなるＧａＡｓ単結晶製造装置であって、上記縦型ボート内のＧａＡｓシード体上部に材質がＧａＡｓから作製されたＡｓ融液受け台が設けてあることを特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造装置を提供するものである。
【００１１】
【作用】
本発明において用いる縦型ボートとしては、外径２インチまたは４インチのＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）製ボート（あるいはるつぼ）であるが、このボート底部に（００１）方位のＧａＡｓシード体を設置し、その上部にＡｓ融液受け台、ＧａＡｓ多結晶体、封止剤の順に配置する。
【００１２】
この場合、上記Ａｓ融液受け台には金属Ａｓをあらかじめ入れておき、該ボートのまわりに設けられたヒーターにより加熱されると、ＧａＡｓ多結晶体および金属Ａｓが融解して、この受け台で混合しＡｓ分リッチな融液を貯めることができるようにする。これにより融点の低いＡｓ融液のみがＧａＡｓシード体に先に付着して該シード体を溶かしてしまうのを防止できる。
【００１３】
この理由は、金属Ａｓの融点は８３０℃であり、一方ＧａＡｓ多結晶体の融点が１２３８℃であるため、ボートを加熱すると先に金属Ａｓが融解し、この融液のみが先にＧａＡｓシード体に付着してシード体自体を溶かしてしまうことのないように、上記受け台で一旦Ａｓ分を貯め、次いで融解されたＧａＡｓ融液とを混合することによってＧａＡｓ単結晶体の種づけを行うことができる。
【００１４】
また、このようにして得たＧａＡｓ混合融液はＡｓ分がリッチであることから、最終的に低転位密度の単結晶体を製造することができ、ＩＣ向けの高抵抗率を有する半絶縁性ＧａＡｓ基板を提供できるのである。
【００１５】
上記Ａｓ融液受け台は材質がＧａＡｓから作製された中央部に円形状のくぼみを有する円柱体であり、当初このくぼみに金属Ａｓを装入して配置する。
【００１６】
次いで上記の如く配置した縦型ボートを高圧炉中に装入するが、この高圧炉は、縦型ボート周囲に３段のカーボンヒーター、炉内部材としてカーボン製断熱材を有する高圧容器から構成されており、炉内の圧力を５０〜９０kgf/cm2 、好ましくは７０kgf/cm2 前後でボート内の原料を融解すれば、高品質なＧａＡｓ単結晶体の工業的生産が可能となる。
【００１７】
後述するように、本発明実施例では、縦型ボートを高圧炉中に装入して熱処理を行ったが、本発明の方法でボート内の原料を溶解した後は、生産性を考慮しなければ、従来の縦型ブリッジマン法または垂直温度傾斜凝固法でＧａＡｓ単結晶を育成することも可能である。
【００１８】
以下、実施例をもって本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【００１９】
【実施例】
図１は本実施例に用いられた縦型ボートの模式断面図、図２は図１の縦型ボートをカーボンヒーターを備えた高圧炉に装入して行う本発明ＧａＡｓ単結晶製造装置の模式断面図であって、これらの図を参照して以下説明する。
（１）まず、図１に示すように、外径４インチのＰＢＮ製縦型ボート１の下部先端部にＧａＡｓ製シード体２を配置した後、その上部に外周径１０ｃｍ、高さ５ｃｍでくぼみの内周径が６ｃｍ、高さ２.５ｃｍの材質がＧａＡｓから作製されたＡｓ融液受け台３をボート内壁面に接するように配置した。
（２）このくぼみには金属Ａｓ４を６０ｇ入れ、これらの上部にＧａＡｓ多結晶体５を６ｋｇ装入し、この多結晶体上に封止剤６としてＢ2Ｏ3３００ｇを均一の厚みになるように供給した。
（３）次いで、この縦型ボート１を、図２に示すように、カーボンヒーター７を具備し、カーボン断熱材８でライニングされた高圧炉内に装入し、Ａｒ雰囲気７０ｋｇｆ／ｃｍ2の加圧下にて原料ＧａＡｓ多結晶体を溶融した後、Ａｒ２０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力下で固液界面の垂直方向の温度勾配を５〜７℃／ｃｍ、結晶成長速度を３ｍｍ／ｈｒに制御して結晶育成を行い、４インチ径のＧａＡｓ単結晶を得た。
（４）得られた結晶体をスライスした後、ＫＯＨ溶液によるエッチングにより転位密度の評価を行ったところ、結晶体の前半部で５０００ｃｍ-2、中間部で１００００ｃｍ-2、後半部で８０００ｃｍ-2という結果であった。
（５）またカーボン濃度に関してフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ法）により測定したところ、１０14ｃｍ-3程度であり、抵抗率は結晶全体で１０7Ω・ｃｍ以上であったことから、これらの結晶体は半絶縁性を有していることが判明した。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればＧａＡｓシード体の上部にＡｓ融液受け台を設け、これに金属Ａｓを装入して置き、この金属Ａｓと原料のＧａＡｓ多結晶体とを融解させながらＡｓリッチなＧａＡｓ融液を制御できるので、低転位密度で、抵抗率が１０7 Ω・cm以上と高く半絶縁性を示すＧａＡｓ単結晶の製造が工業的に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いられた縦型ボートの模式断面図である。
【図２】図１の縦型ボートをカーボンヒーターを備えた高圧炉に装入して行う本発明に係るＧａＡｓ単結晶製造装置の模式断面図である。
【符号の説明】
１    縦型ボート
２    ＧａＡｓ製シード体
３    Ａｓ融液受け台
４    金属Ａｓ
５    ＧａＡｓ多結晶体
６    封止剤
７    カーボンヒーター
８    カーボン断熱材
【図１】
0003684446.tif 000002
【図２】
0003684446.tif 000003