(57)【要約】【課題】成長容器の直胴部上の開口部から液体封止剤を飛散させないようにして、化合物半導体単結晶成長後に成長容器を破損することなく取り出すことを可能とする。【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を石英アンプル５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、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、化合物半導体融液上の液体封止剤４の上端から成長容器１の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にして化合物半導体単結晶を成長する。【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、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、
化合物半導体融液上の液体封止剤上端から成長容器の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体単結晶の成長方法において、
成長容器開口部に延長筒を設け、化合物半導体融液上の液体封止剤上端から延長筒の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法。
【請求項３】
請求項２記載の化合物半導体単結晶の成長方法において、
上記延長筒として、成長容器に被せる上蓋と一体構造のものであって上蓋部にガス抜き穴を設けた延長筒を用い、
化合物半導体融液上の液体封止剤上端から延長筒の上蓋内面までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物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）法を用いて化合物半導体単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。
【０００３】
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。一般的には、成長中に原料融液上を覆っているＢ２Ｏ３上に融液からのＡｓの解離圧以上の圧力をかけて、融液が分解するのを防いでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の化合物半導体単結晶の成長方法の場合、液体封止剤Ｂ２Ｏ３の上端から成長容器の上端までの距離については検討がなされておらず、このため次のような問題があった。
【０００５】
すなわち、ＧａＡｓ融液からのＡｓの解離圧は融点にて約１×１０５Ｐａであるので、特に、原料をチャージした成長容器を石英アンプル内に入れ、真空封止した後、原料を融解し、成長する方式においては、石英アンプル内の圧力が大気圧（約１．０１３×１０５Ｐａ）以上になる。このとき、融液からＡｓが揮発するだけでなく、融液上のＢ２Ｏ３も成長容器開口部から飛散し、石英アンプルに付着することがある。成長容器と石英アンプル間に飛散したＢ２Ｏ３は冷却過程で石英アンプルと成長容器間を固着し、成長容器を取り出す時、成長容器を破損する恐れがある。たとえ飛散したＢ２Ｏ３が開口部近くの石英アンプルに付着しなくとも、成長容器外側を流れ落ちていき、成長容器の重さを支えている箇所で固着する場合がある。
【０００６】
本発明は、以上の事情を考慮して創案されたもので、その目的とするところは、化合物半導体単結晶の成長の際、成長容器の直胴部上の開口部から液体封止剤を飛散させないようにすることにより、化合物半導体単結晶成長後の成長容器取り出し時に、石英アンプルと成長容器間の固着や成長容器外表面からの液体封止剤の流れ落ちがなく、成長容器を破損することのない成長方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明は、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、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、化合物半導体融液上の液体封止剤上端から成長容器の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の化合物半導体単結晶の成長方法にて、成長容器開口部に延長筒を設け、化合物半導体融液上の液体封止剤上端から延長筒の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２記載の化合物半導体単結晶の成長方法において、上記延長筒として、成長容器に被せる上蓋と一体構造のものであって上蓋部にガス抜き穴を設けた延長筒を用い、化合物半導体融液上の液体封止剤上端から延長筒の上蓋内面までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
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。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９とで構成されている。
【００１３】
ＰＢＮ製の成長容器１は、その下部に細径部たる種結晶載置部１ａと、該種結晶載置部から上方に向けて直径が大きくなる増径部１ｂとを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の直胴部１ｃを有している。
【００１４】
この成長容器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、石英ガラスから成る容器（石英アンプル５）に入れられて、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９に設置される。この駆動架台９の材質としては、高熱伝導率のセラミックス（ＳｉＣ）が使用される。
【００１５】
そして、成長容器１下部の種結晶載置部１ａ内に種結晶２を設置し、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。
【００１６】
ここで、成長容器１内の液体封止剤４上端から成長容器１の上端までの距離Ｌは５０〜２００ｍｍの範囲に設定されている。このようにすると、化合物半導体単結晶を成長する際に、液体封止剤４のＢ２Ｏ３が成長容器１の外側に飛散せず、成長容器１と石英アンプル５間が固着せず、石英アンプル５から成長容器１を破損することなく取り出す事ができるためである。
【００１７】
本発明の他の形態として、成長容器１開口部に成長容器１の長さ延長用の筒を設け、化合物半導体融液上の液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から延長用の筒の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長してもよい。延長用の筒は成長容器１の内面側にはめ合わせても、あるいは外面側にはめわせてもよい。また、延長用の筒は上蓋一体構造であればより望ましい。
【００１８】
図２に本発明の他の実施形態を示す。これは成長容器１の長さ延長用の筒として、成長容器１の内面側にはめ合わせる下端縁を具備するＰＢＮ製の延長用筒８を用意し、その下端を成長容器１開口部の内側にはめ込んで、液体封止剤４の上端から延長筒８の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長するようにしたものである。このような延長筒８を成長容器開口部に設けると、既存の成長容器１に変更を加えることなく、これを用いて所望する距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲に確保することができるようになる。
【００１９】
図３に本発明の更に別の実施形態を示す。これはこれは成長容器１の長さ延長用の筒として、成長容器１の外面側にはめ合わせる下端縁を具備するＰＢＮ製の延長用筒１０を用意し、その下端を成長容器１開口部の外側にはめ込んだ形態とするものである。この延長用筒１０は、成長容器１に被せる上蓋と一体の構造のものであって、その上蓋部１０ａにはガス抜き穴１１が設けられている。このガス抜き穴付き、且つ上蓋一体構造の延長用筒１０を成長容器１に開口部に装着し、液体封止剤４の上端から延長筒の上蓋部１０ａの内面までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にし、化合物半導体単結晶を成長する。このような延長筒１０を成長容器開口部に設けると、既存の成長容器に変更を加えることなく、これを用いて所望する距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲に確保することができるようになる。
【００２０】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、下記の実施例及び比較例の成長を行った。
【００２１】
（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ＧａＡｓ原料３を６０００グラム、液体封止剤４のＢ２Ｏ３を１００ｇ入れ、ＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で、液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から成長容器１の開口部上端までの距離Ｌが５０〜２００ｍｍの範囲になるようにし、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９の上にのせる。縦型電気炉のヒータ６、７で昇温する。
【００２２】
種結晶２を所定量融解させた後、駆動架台９を下降させ、結晶成長を行った。成長中は石英アンプル５内がＧａＡｓ原料３の解離圧にできるだけ等しくなるように成長炉内の温度を制御した。
【００２３】
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から取り出したところ、成長容器１の外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３は飛散しておらず、成長容器１を破損させることなく取り出せた。繰り返し成長したところ、１０回連続して成長容器の外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３は飛散しておらず、成長容器１を破損させることなく取り出せた。
【００２４】
（実施例２）
図２に示すように、成長容器１内でＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で、液体封止剤４のＢ２Ｏ３の上端から成長容器１の開口部までの距離Ｌが５０〜２００ｍｍになるような長さの延長筒８を装着したこと以外は、前記実施例１と同じ条件で単結晶成長を１０回行った。その結果、１０回連続して成長容器１の外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３は飛散しておらず、成長容器１を破損させることなく取り出せた。
【００２５】
（実施例３）
図３に示すように、成長容器１内でＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で、液体封止剤４のＢ２Ｏ３の上端から成長容器１の開口部までの距離が５０〜２００ｍｍになる長さで、直径１〜２ｍｍのガス抜き穴１１を設けた上蓋一体構造の延長筒１０を装着したこと以外は、前記実施例１と同じ条件で単結晶成長を１０回行った。その結果、１０回連続して成長容器１の外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３は飛散しておらず、成長容器１を破損させることなく取り出せた。
【００２６】
（比較例１）
成長容器１内でＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で、液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から延長筒８上端までの距離Ｌが２００ｍｍ以上の延長筒８を成長容器１開口部に装着した以外は、前記実施例１と同じ条件で単結晶成長を１０回行った。その結果、１０回中９回は、成長容器１開口部から外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３が飛散することなく、成長容器１を破損させることなく取り出せた。
【００２７】
しかしながら、液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から延長筒８上端までの距離Ｌが２００ｍｍ以上の延長筒８の装着により、石英アンプル５の長さも延長したため、１０回中１回は、成長装置の駆動架台９に石英アンプル５を載せる際、成長装置部品に石英アンプル５がぶつかり、亀裂が入り使用できなくなった。
【００２８】
（比較例２）
成長容器１内でＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から延長筒８上端までの距離Ｌが５０ｍｍ未満の延長筒８を成長容器１開口部に装着した以外は、前記実施例１と同じ条件で単結晶成長を１０回行った。
【００２９】
その結果、１０回中３回、成長容器１開口部から外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３が飛散し、成長容器１と石英アンプル５間が固着していた。石英アンプル５から成長容器１の取り出しを慎重に行ったが、３回中２回、成長容器１の開口部に亀裂が入り、成長容器１として使用不可能になった。
【００３０】
（比較例３）
成長容器１内でＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から成長容器１開口部までの寸法が５０ｍｍ未満の成長容器１を使用し、上記延長筒８を成長容器１開口部に装着しなかったこと以外は、前記実施例１と同じ条件で単結晶成長を１０回行った。
【００３１】
その結果、１０回中５回、成長容器１開口部から外へ液体封止剤４のＢ２Ｏ３が飛散し、成長容器１と石英アンプル５が固着していた。石英アンプル５から成長容器１の取り出しをかなり慎重に行ったが、５回中２回、成長容器１の開口部に亀裂が入り、成長容器１として使用不可能になった。
【００３２】
以上の実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３の結果から、成長容器１内でＧａＡｓ原料３が融解し、液体封止剤４のＢ２Ｏ３で覆われた状態で、液体封止剤４のＢ２Ｏ３上端から成長容器の開口部上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にすることにより、液体封止剤４のＢ２Ｏ３は成長容器１の外側へは飛散せず、成長後に石英アンプル５から成長容器１を破損せず取り出すことができることが確認された。
【００３３】
【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、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、化合物半導体融液上の液体封止剤上端から成長容器の上端までの距離Ｌを５０〜２００ｍｍの範囲にして化合物半導体単結晶を成長するようにしたので、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）法を用いて化合物半導体単結晶を成長させ、化合物半導体単結晶成長後に石英アンプルから成長容器を取り出す際、液体封止剤が成長容器の外へ飛散することなく、石英アンブルから成長容器を破損せずに取り出すことができる。
【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】本発明の第三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。
【符号の説明】
１　成長容器
２　種結晶
３　ＧａＡｓ原料
４　液体封止剤Ｂ２Ｏ３
５　石英アンプル
６、７　ヒータ（縦型電気炉）
８　延長筒
９　駆動架台
１０　延長筒
１１　ガス抜き穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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