(57)【要約】【課題】成長容器の種結晶を収容する下端開放部におけるキャップの落下を防止し、種結晶の落下防止および液体封止剤の流れ出しを防止し、種結晶部から多結晶化しない半導体単結晶成長方法を提供すること。【解決手段】種結晶２、原料３および液体封止剤４を入れた有底筒体状の成長容器１を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体６、７により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶２から上方に向けて化合物半導体単結晶を成長させるに際し、種結晶を収容する成長容器１の下端開放部（細径部１ａ）に装着したキャップ９の下又はキャップ９と成長容器１との間に、キャップ落下防止用のストッパー１０又は２０を設置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させる方法において、
成長容器の種結晶を収容する下端開放部に装着したキャップの下に、キャップ落下防止用のストッパーを設置した状態で、半導体単結晶を成長することを特徴とする半導体単結晶成長方法。
【請求項２】
種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を石英アンプル内に入れて垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させる方法において、
成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着し、該キャップを下方のアンプル下面に支持されたストッパーで押さえた状態で、半導体単結晶を成長することを特徴とする半導体単結晶成長方法。
【請求項３】
種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させる方法において、
成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着し、該キャップと上記成長容器の下端開放部外周面との間に、キャップ落下防止用のストッパーを設けた状態で、半導体単結晶を成長することを特徴とする半導体単結晶成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体単結晶の成長方法に係り、特に、成長用容器を用いて化合物半導体の原料融液を冷却して垂直方向に単結晶を成長させる垂直グラジエントフリージング（ＶＧＦ）法や垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて半導体結晶を成長させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化合物半導体の単結晶（例えばＧａＡｓ単結晶）を成長させる方法として、従来の液体封止引上法（ＬＥＣ法）に代わり、ＶＢ法、ＶＧＦ法が注目されている。このＶＢ法、ＶＧＦ法は、上部が高温で下部が低温の縦型電気炉内に、パイロリティック窒化硼素（ＰＢＮ）製の成長容器の下部に種結晶を入れ、その上にＧａＡｓの多結晶および液体封止剤を配置し、種結晶より上方に向けて単結晶を成長させる方法であり、直径７６ｍｍを超える大口径の結晶成長を容易に行えることを特長としている。ここで、原料のＧａＡｓ融液と成長容器壁との濡れによる多結晶化を防ぐ為、およびＶ族元素（Ａｓ）の解離・蒸発を抑制するために、液体封止剤として三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）を使用している。
【０００３】
上記成長容器の種結晶下端は作業性等の点から開放されており、種結晶下端にキャップを接着し、種結晶の落下およびＢ２Ｏ３の漏れを防止している。
【０００４】
しかし、成長容器の種結晶下端部に装着したキャップは、成長容器との摩擦力によりはめ込んでいるだけであり、キャップと成長容器間に若干の隙間があると液体封止剤のＢ２Ｏ３が漏れて多結晶化するという問題がある。そこで、図４に示すように、従来、成長容器１の種結晶２を収容した細径部１ａの下部とキャップ１９の間に中栓１６を装着し、Ｂ２Ｏ３４ａの流出を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０３９８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の化合物半導体単結晶成長方法の場合、成長容器の種結晶下端部に装着したキャップは、成長容器との摩擦力によりはめ込んでいるだけであり、キャップと成長容器間に若干の隙間があるとキャップが抜け、種結晶がすべり落ちたり、Ｂ２Ｏ３が漏れて流れ落ち、いずれも多結晶化するという問題が生じていた。
【０００７】
また、特許文献１には、種結晶下部とキャップの間に中栓を装着し、液体封止剤のＢ２Ｏ３の流出を防止する方法が記載されているが、種結晶下の中栓にはＢ２Ｏ３が付着しやすく、中栓が成長容器からとれなくなるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、以上の事情を考慮して創案されたもので、その目的は、成長容器の種結晶を収容する下端開放部におけるキャップの落下を防止し、種結晶の落下防止および液体封止剤の流れ出しを防止し、種結晶部から多結晶化しない半導体単結晶成長方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明は、次のように構成したものである。
【００１０】
請求項１の発明に係る半導体単結晶成長方法は、種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させる方法において、成長容器の種結晶を収容する下端開放部に装着したキャップの下に、キャップ落下防止用のストッパーを設置した状態で、半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係る半導体単結晶成長方法は、種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を石英アンプル内に入れて垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させる方法において、成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着し、該キャップを下方のアンプル下面に支持されたストッパーで押さえた状態で、半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係る半導体単結晶成長方法は、種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させる方法において、成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着し、該キャップと上記成長容器の下端開放部外周面との間に、キャップ落下防止用のストッパーを設けた状態で、半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【００１３】
＜発明の要点＞
本発明では、成長容器の種結晶を収容する下端開放部に装着したキャップの下に、キャップ落下防止用のストッパーを設置した状態で、半導体単結晶を成長する。具体的には、成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着し、該キャップを下方のアンプル下面に支持されたストッパーで押さえた状態で、ＶＧＦ法やＶＢ法を用いて半導体単結晶を成長する。
【００１４】
また、本発明の別の形態では、成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着し、該キャップと上記成長容器の下端開放部外周面との間に、キャップ落下防止用のストッパーを設けた状態で、ＶＧＦ法やＶＢ法を用いて半導体単結晶を成長する。
【００１５】
本発明の半導体単結晶成長方法では、成長容器の種結晶を収容する下端開放部にキャップを装着して封止し、このキャップの落下をストッパーで防止するという構成を採用しており、従来のように中栓を用いて漏れを防止するという構成を採用していない。本発明において、Ｂ２Ｏ３と直接に接触して封止作用を営むのはキャップであり、ストッパーはキャップ落下防止用であるから、成長容器の下端開放部を開放するためには、ストッパーを除去してキャップの装着を外せばよい。このキャップの取り外し操作は、従来のＢ２Ｏ３の付着した中栓を取り外すことに比べて容易である。すなわち、本発明によれば、従来の中栓を用いた場合のように、中栓にＢ２Ｏ３が付着して成長容器からとれなくなると言った問題を生じない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
図１に本発明の化合物半導体単結晶成長装置の概略図を示す。
【００１８】
図１に示す化合物半導体単結晶成長装置は、種結晶２とＧａＡｓ原料３、Ｂ２Ｏ３から成る液体封止剤４を収容する筒状のＰＢＮ製の成長容器１と、成長容器１を収容する石英アンプル５と、この成長容器１内のＧａＡｓ原料３を所定の温度勾配で加熱して溶解および成長させるための縦型電気炉（電気炉発熱体：ヒータ６）および成長後の結晶を冷却させるための縦型電気炉（電気炉発熱体：ヒータ７）と、そして成長容器１を収容した石英アンプル５を下降させる駆動架台８で構成されている。
【００１９】
ＰＢＮ製の成長容器１は、その下端に種結晶載置部たる細径部１ａを有し、また該細径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部１ｂを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の直胴部１ｃを有している。石英アンプル５も同様の形状をしており、成長容器下端の細径部１ａが入り込む小径部５ａと、該小径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部５ｂとを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の大径部５ｃを有している。
【００２０】
ここで、種結晶を入れる成長容器１の下端すなわち細径部１ａは、作業性等の点から開放されて開口している。この成長容器１の下端開放部すなわち細径部１ａには、種結晶の落下および液体封止剤４のＢ２Ｏ３の漏れを防止するため、キャップ９が接着されている。このキャップ９は、図２又は図３からよく判るように、細径部１ａの開口端に接してシール部として機能する平らな底面部９ａと、その底面部９ａの周縁から斜め上方に延在して細径部１ａの外周面の外側に位置する側壁部９ｂから成る。
【００２１】
このキャップ９の下には、石英アンプル５の下面つまり小径部５ａの底面５１に支持されてストッパー１０が設置されており、このストッパー１０によりキャップ９の下面が上方に向けて押圧され、キャップ９の底面部９ａが細径部１ａの開口端をシールする。ストッパー１０はキャップ９を押圧するのに適した構造のものが好ましく、図１の実施形態では半球状又は断面が円弧状の中空部材から成る。
【００２２】
このように、キャップ９の下にストッパー１０を設置し、化合物半導体単結晶を成長することにより、キャップ９が落下することなく、種結晶２の落下やＢ２Ｏ３の流れ出しを防止することができる。
【００２３】
上記成長容器１は、結晶成長時には、その成長容器１の雰囲気を調整するため石英アンプル５に入れられる。その際、成長容器１の下端開放部（細径部１ａの開口端）は、これにキャップ９が装着され、該キャップ９がその下方のストッパー１０で押さえられることにより、シールされる。そして、成長容器１を入れた石英アンプル５は、同一径の上下二段のヒータ６、７から成る加熱手段としての縦型電気炉（加熱装置）内に配置され、駆動架台８に設置される。そして、成長容器１下部の細径部１ａ内に種結晶２を収納し、その上にＧａＡｓ原料３を置き、上部が高く下部が低い温度分布を設けた縦型電気炉（ヒータ６、７）の中で加熱して溶解させ、加熱溶融した原料融液を融液下部から徐々に上部に向かって冷却し固化させることにより、垂直方向にＧａＡｓ結晶を成長させる。この成長に際し、成長容器１の下端開放部すなわち細径部１ａのキャップ９は、その下方のストッパー１０で押さえられているため、成長容器１の下端開放部からの種結晶の落下および液体封止剤４たるＢ２Ｏ３の漏れが有効に防止される。またキャップ９は、その構造上およびＢ２Ｏ３の付着が少ないため、中栓をした場合に比べ、成長後の除去が容易に行える。
【００２４】
図２に他の実施形態を示す。これは、成長容器１の種結晶を収容する下端開放部つまり細径部１ａの開口端にキャップ９を装着し、該キャップの側壁部９ｂと、成長容器１の下端開放部外周面である細径部１ａ外周面との間に、キャップ落下防止用のストッパー２０を設けた例である。このストッパー２０は、予め環状部材として作製しておき、これに成長容器１の細径部１ａを挿通させておく。そして、キャップ９を装着した際に、キャップの側壁部９ｂと成長容器１の細径部１ａの隙間に、ストッパー２０が入り込むように構成しておく。しかし、キャップ９を装着した後に、キャップの側壁部９ｂと成長容器１の細径部１ａの隙間に、ストッパー２０が入り込むように設けることもできる。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
ＧａＡｓ単結晶成長を例にとり、図１を参照しながら説明する。図１に示したように、石英アンプル５内に、内径８５ｍｍ、厚さ１ｍｍのＰＢＮ製の成長容器１を入れ、成長容器１内に種結晶２と種結晶下端の開放部にキャップ９を装着し、更にキャップ９の下にストッパー１０を設置し、ＧａＡｓ原料３を６，０００グラム、液体封止剤Ｂ２Ｏ３を１００ｇ入れ、真空封止する。この石英アンプル５を成長装置の駆動架台８の上にのせる。縦型電気炉（ヒータ６）、縦型電気炉（ヒータ７）で昇温する。種結晶２を所定量融解させた後、駆動架台８を下降させ、結晶成長を行った。
【００２６】
この方法により成長した後、成長容器１を石英アンプル５から取出したところ、成長容器１の種結晶２下端の開放部に装着したキャップ９はずれ落ちておらず、液体封止剤Ｂ２Ｏ３も飛散しておらず、種結晶部は単結晶成長できた。繰り返し成長したところ、２０回連続して成長容器１の種結晶２下端の開放部から外へ液体封止剤Ｂ２Ｏ３は飛散しておらず、２０回とも種結晶部は単結晶成長できた。
【００２７】
（実施例２）
図２に示すように、成長容器１の種結晶２下端の開放部とキャップ９との間にストッパー２０を設置したこと以外は、上記実施例１と同じ条件で単結晶成長を２０回行った。その結果、２０回連続して成長容器１の種結晶２下端の開放部に接着したキャップ９はずれ落ちておらず、液体封止剤４のＢ２Ｏ３も飛散しておらず、２０回とも種結晶部は単結晶成長できた。
【００２８】
（比較例１）
図３に示すように、成長容器１の種結晶２下端の開放部にキャップ９のみを装着したこと以外は、上記実施例１と同じ条件で単結晶成長を３０回行った。その結果、３０回中２８回はキャップ９がすべり落ちることなく種結晶部は単結晶化した。しかし、３０回中１回は、成長後確認したところ、キャップ９が外れて落ちており、種結晶部から多結晶化していた。また、３０回中１回は、成長後確認したところ、キャップ９のすべり落ちはなかったが、キャップ９と成長容器１下端の開放部の隙間からＢ２Ｏ３が流れ出しており、この場合も種結晶部から多結晶化していた。
【００２９】
以上の結果から判るように、種結晶を入れる成長容器１下端の開放部に装着したキャップ９に対し、その下にストッパー１０を設置し、あるいはキャップ９と成長容器１との間にストッパー２０を設置して、化合物半導体単結晶を成長することにより、キャップ９が落下することなく、種結晶の落下やＢ２Ｏ３の流れ出しを防止することができ、種結晶部から単結晶成長することができる。
【００３０】
上記実施例では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の代表例としてＧａＡｓ単結晶の成長を例にして説明したが、本発明は他の半導体単結晶の成長に適用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、種結晶、原料および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶から上方に向けて半導体単結晶を成長させるに際し、種結晶を収容する成長容器の下端開放部に装着したキャップの下あるいはキャップと成長容器との間に、キャップ落下防止用のストッパーを設置したので、半導体単結晶の成長中におけるキャップの落下や、種結晶の落下や、Ｂ２Ｏ３の流れ出しを防止することができ、垂直グラジエントフリージング（ＶＧＦ）法や垂直ブリッジマン（ＶＢ）法を用いて半導体結晶を成長させ、種結晶部を単結晶成長させることができる。
【００３２】
また、本発明において成長後に成長容器の下端を開放するには、ストッパーを除去してキャップの装着を外せばよく、このキャップの取り外し操作は、Ｂ２Ｏ３の付着した中栓を取り外すことに比べて容易である。すなわち、本発明によれば、従来の中栓を用いた場合のように、中栓にＢ２Ｏ３が付着して成長容器からとれなくなるという問題点を生じない。従って、ＶＢ結晶又はＶＧＦ結晶の安定した生産ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図３】比較例として示した化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図４】従来の化合物半導体単結晶成長装置の成長容器下端部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  成長容器
１ａ  細径部
２  種結晶
３  ＧａＡｓ原料
４  液体封止剤（Ｂ２Ｏ３）
５  石英アンプル
５ａ  小径部
５１  底面
９  キャップ
９ａ  底面部
９ｂ  側壁部
１０、２０  ストッパー
【図１】
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【図２】
2004300002.tif 000004
【図３】
2004300002.tif 000005
【図４】
2004300002.tif 000006