(57)【要約】【課題】化合物半導体結晶成長装置において、固液界面を液相側に凸形状とするような熱流制御が可能な成長容器の支持構造を提供すること。【解決手段】下部細径部たる種結晶収容部３ａと、該種結晶収容部から上方に向けて直径が大きくなる増径部３ｂから成るテーパー部と、該増径部から上方に続く直胴部３ｃとを有する成長容器を、その増径部３ｂにて支持体１により支持して加熱装置内に配置し、ＶＢ法あるいはＶＧＦ法により化合物半導体結晶を成長する装置において、上記支持体１の頂部に受け台として上記成長容器の種結晶収容部３ａの入り込む凹部１ａと上記増径部に相応する形の傾斜面部１ｂとを形成し、この支持体の傾斜面部１ｂと上記成長容器の増径部３ｂの間に、上記支持体１よりも熱伝導率の低い材料からなる低熱伝導率部材層９を設ける。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部細径部たる種結晶収容部と、該種結晶収容部から上方に向けて直径が大きくなる増径部から成る肩部と、該増径部から上方に続く直胴部とを有する成長容器を、その増径部にて支持体により支持して加熱装置内に配置し、垂直ブリッジマン法あるいは垂直温度傾斜法により化合物半導体結晶を成長する装置において、
上記支持体の頂部に受け台として上記成長容器の種結晶収容部の入り込む凹部と上記増径部に相応する形の傾斜面部とを形成し、この支持体の傾斜面部と上記成長容器の増径部の間に、上記支持体よりも熱伝導率の低い材料からなる低熱伝導率部材層を設けたことを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体結晶成長装置において、
上記支持体が成長容器の直胴部とほぼ同径の柱状に形成されていることを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の化合物半導体結晶成長装置において、
上記支持体が高純度カーボンから成り、上記低熱伝導率部材層がカーボンフェルト、アルミナ又は石英から成ることを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体融液を結晶成長容器内で下方から上方に向けて徐々に固化させて単結晶を成長する垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）あるいは垂直温度傾斜法（ＶＧＦ法）によりＧａＡｓ単結晶の如き化合物半導体を成長する結晶成長装置、特にその成長容器の支持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低転位密度の化合物半導体単結晶を成長させる方法として、垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）あるいは垂直温度傾斜法（ＶＧＦ法）が注目されている。
【０００３】
従来の液体封止引上法（ＬＥＣ法）に代わるこの方法は、図３に示すように、下部細径部たる種結晶収容部３ａ、該種結晶収容部から上方に向けて直径が大きくなる増径部３ｂ、及び該増径部から上方に続く直胴部３ｃを有して成る成長容器３を、その増径部３ｂにて支持体１及び下軸２により支持して、加熱装置たるヒータ５、６内に配置する。そして、ＧａＡｓ単結晶を成長する場合、その成長容器下部の種結晶収容部３ａ内に種結晶７を入れ、その上に化合物半導体多結晶であるＧａＡｓ原料８及び封止剤４を配置し、垂直方向に温度勾配を設けることのできる炉内に入れ、種結晶７より上方に向けて結晶を成長させる。つまり上部が高く、下部が低い温度分布を設けた加熱装置の中で、原料融液を種結晶部側の下部から上部に向かって結晶固化させることによって、単結晶を製造するもので、直径７６ｍｍを超える大径の結晶成長を容易に行えることを特長としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、垂直ブリッジマン法では成長中の固液界面の制御が難しく単結晶化が難しい。即ち、単結晶成長のためには、固液界面（結晶成長時の結晶固化形状を示す）が融液に向かってやや凸の形状を有し、それが成長中に亙って維持されることが好ましいが、図３に示す従来の単結晶成長装置では、温度勾配を急峻にしても、固液界面が上方向に凹面となってしまう傾向にあった。
【０００５】
図４に固液界面形状と熱流の概略を示す。結晶成長中の熱の流れは成長容器３の肩部である増径部３ｂ（テーパー部）を通って支持体１に向かうため、熱流の方向は図４の矢印ａの方向に示すように外側になる。固液界面Ｂはその熱の流れに垂直に形成しやすい。この結果、固液界面Ｂは固相側に凸形状になり、成長するにつれて転位が結晶内部に集積し、多結晶化する問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、固液界面を液相側に凸形状とするような熱流制御が可能な成長容器の支持構造を提供し、成長途中で転位が内部に集積し多結晶化するのを防止し単結晶の製造歩留りを向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【０００８】
請求項１の発明に係る化合物半導体結晶成長装置は、下部細径部たる種結晶収容部と、該種結晶収容部から上方に向けて直径が大きくなる増径部から成る肩部と、該増径部から上方に続く直胴部とを有する成長容器を、その増径部にて支持体により支持して加熱装置内に配置し、垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）あるいは垂直温度傾斜法（ＶＧＦ法）により化合物半導体結晶を成長する装置において、上記支持体の頂部に受け台として上記成長容器の種結晶収容部の入り込む凹部と上記増径部に相応する形の傾斜面部とを形成し、この支持体の傾斜面部と上記成長容器の増径部の間に、上記支持体よりも熱伝導率の低い材料からなる低熱伝導率部材層を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の化合物半導体結晶成長装置において、上記支持体が成長容器の直胴部とほぼ同径の柱状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の化合物半導体結晶成長装置において、上記支持体が高純度カーボンから成り、上記低熱伝導率部材層がカーボンフェルト、アルミナ又は石英から成ることを特徴とする。
【００１１】
＜発明の要点＞
本発明は、ＶＢ法あるいはＶＧＦ法による結晶成長装置において、支持体と成長容器のテーパー部との接触面に支持体に比べ熱伝導率の低い材料、好ましくはその熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・ｋ以下の範囲のものからなる低熱伝導率部材層を有する構造としたものである。上記支持体は例えば高純度カーボンから成り、これに対し、上記低熱伝導率部材層はカーボンフェルト、アルミナ又は石英から成る。ただし、この低熱伝導率部材層の材質は、支持体の材質に対する相対的なものであり、支持体（受け台）の材質としては、セラミックス（ＳｉＣ、アルミナ等）又はグラファイトを使用することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、化合物半導体結晶成長装置を例として図面に基づいて説明する。
【００１３】
図２に本発明の結晶成長装置の概略図を示す。成長装置の基本構造は、既に図３で述べた従来装置と同じであり、種結晶７、ＧａＡｓ原料８及び封止剤４を収容する筒状の成長容器３と、その肩部を下方から支持する支持体１と、所定の温度勾配を作ることのできる発熱体たるヒータ５、６と、成長につれて支持体１を垂直下方向に移動可能な下軸２とから構成されている。
【００１４】
成長容器３は窒化ボロンから成り、全体として円筒形をしていて、下部細径部たる種結晶収容部３ａと、該種結晶収容部から上方に向けて直径が大きくなる増径部３ｂから成る肩部と、該増径部から上方に続く直胴部３ｃとを有している。
【００１５】
一方、この成長容器３の増径部３ｂ（テーパー部）を下方から支持する支持体１は高純度カーボンから成り、この支持体１も成長容器３の直胴部３ｃとほぼ同径の円柱形をしており、その頭部は、肩部の受け台として、種結晶収容部３ａの入り込む凹部１ａと、増径部３ｂに対接し得る傾斜角で増径部３ｂに相応する形に形成された傾斜面部１ｂとを有している。
【００１６】
この高純度カーボンから成る支持体１と成長容器３との間、正確には支持体１の傾斜面部１ｂと成長容器３の増径部３ｂ（テーパー部）の接触面同士の間には、支持体１よりも熱伝導率の低い材料、すなわち熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・ｋ以下の材料からなる低熱伝導率部材層９を設けてある。ここでは、支持体１よりも熱伝導率の低い低熱伝導率部材層９の材料として、カーボンフェルトを用いているが、アルミナや石英などを用いることもできる。
【００１７】
このように、支持体１の成長容器３のテーパー部との接触面に、支持体１よりも熱伝導率の低い材料からなる低熱伝導率部材層９を設けると、図２に示すように、結晶の固化の際に生じる潜熱は、低熱伝導率部材層９によって下方に向かう熱流が抑制されるため、全体として図２の矢印ａで示すように種結晶７へ向かい、これにより固液界面Ｂの形状は液相側すなわち上方へ凸形状になる。
【００１８】
＜実施例＞
本発明の実施例をＧａＡｓ結晶成長装置を例として説明する。図１に示したように、成長容器３の中に種結晶７とＧａＡｓ原料８を１１キログラムと封止剤４を６００グラム入れる。原料の入った成長容器３を、支持体１を介して下軸２の上にのせる。発熱体たるヒータ５、６は所定の温度勾配を持つように形成し、原料を収容した成長容器３および支持体１をのせた下軸２を１〜３ｍｍ／時の速度で下降させることにより結晶成長を行った。
【００１９】
上記の方法によって成長した結晶の固液界面Ｂの形状を確認したところ、図２に示すように融液側に凸形状になった。また、この方法により、直径４インチ、長さ１５０ｍｍの単結晶となった。
【００２０】
同様の方法でＧａＡｓ単結晶の５０回の結晶成長を実施したところ、単結晶成長の製造歩留りは８０％以上であった。この数値は、従来技術での単結晶製造歩留り５０％に比較して大幅に向上している。
【００２１】
前述の実施例は、ＧａＡｓの単結晶成長装置について記述したが、ＩｎＰ、ＧａＰ等のＶＢ法、ＶＧＦ法で結晶成長を行う化合物半導体結晶の成長装置でも同様の効果が得られる。
【００２２】
本発明の成長装置で得られる化合物半導体単結晶は、従来装置よりも単結晶製造歩留りが高いだけでなく、従来装置で得られた化合物半導体単結晶に比べ転位の集積部が少ない傾向にある。よって、本発明の成長装置で得られる化合物半導体ウェーハは、これを用いて素子を形成した場合、転位に基づく素子歩留りの低下を防止することができ、工業生産における経済効果は多大である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＶＢ法あるいはＶＧＦ法による化合物半導体結晶の成長装置において、支持体を成長容器テーパー部との接触面に熱伝導率の低い材料からなる層を有する構造としたことにより、熱流が全体として種結晶のある方向へ向かうようになり、これにより固液界面形状は液相側すなわち上方へ凸形状になる。この結果、成長するにつれて転位が結晶内部に集積することが防止され、多結晶化することなく、化合物半導体単結晶を成長することができる。よって、化合物半導体単結晶の製造歩留りが向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化合物半導体結晶成長装置の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の装置にて成長を行った結晶の固液界面形状を示す断面図である。
【図３】従来のＶＢ法およびＶＧＦ法による化合物半導体結晶成長装置の構成を示す断面図である。
【図４】従来の装置にて成長を行った結晶の固液界面形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１　支持体
１ａ　凹部
１ｂ　傾斜面部
３　成長容器
３ａ　種結晶収容部
３ｂ　増径部
３ｃ　直胴部
５、６　ヒータ（加熱装置）
７　種結晶
８　ＧａＡｓ原料
９　低熱伝導率部材層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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