(57)【要約】【課題】本発明は縦型ボート法により化合物半導体単結晶を成長させた際に、固化した結晶とルツボとの分離が容易で、ルツボ本体は再利用することが可能なルツボキャップを提供する。【解決手段】本発明に係る第一のルツボキャップは、縦型ボート法により液体封止剤を用いて単結晶の成長を行うためにルツボの下部に装着するルツボキャップであり、前記単結晶の成長後に破壊しやすい形状を有する。第二のルツボキャップは、縦型ボート法により液体封止剤を用いて単結晶の成長を行うためにルツボの下部に装着するルツボキャップであり、種結晶がルツボキャップ内側の最下端にまで到達しない形状を有する。【選択図】　　　　図１
2004142992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型ボート法により液体封止剤を用いて単結晶の成長を行うためにルツボの下部に装着するルツボキャップであり、前記単結晶の成長後に破壊しやすい形状を有することを特徴とするルツボキャップ。
【請求項２】
縦型ボート法により液体封止剤を用いて単結晶の成長を行うためにルツボの下部に装着するルツボキャップであり、種結晶がルツボキャップ内側の最下端にまで到達しない形状を有することを特徴とするルツボキャップ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のルツボキャップであって、単結晶の成長後に、ルツボ本体、単結晶および種結晶を傷つけずにルツボキャップのみを破壊できる形状を有するルツボキャップ。
【請求項４】
ルツボキャップとして、ルツボキャップの底面形状が、中央部が周辺部より下方に凸状に飛び出した形状をしており、かつ種結晶がルツボキャップの底面の周辺部により支持される形状をしたものを用い、結晶成長後に前記飛び出した形状の部分を切断等により破壊することを特徴とする単結晶成長方法。
【請求項５】
ルツボキャップとして、ルツボキャップの底面形状が、周辺部が中央部より下に凸状に飛び出した形状をしており、かつ種結晶がルツボキャップの底面の中央部により支持される形状をしたものを用い、結晶成長後に前記飛び出した形状の部分を切断等により破壊することを特徴とする単結晶成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓやＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる際に用いるルツボの下部に装着するルツボキャップと単結晶成長方法に係る。より詳細には、縦型ボート法と総称される垂直ブリッジマン法や垂直温度勾配凝固法による単結晶の成長に用いるルツボの下部に装着するルツボキャップとこれを用いた単結晶の成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶成長に用いられている方法の一つに縦型ボート法がある。ｐＢＮルツボを用いる例えばＧａＡｓやＩｎＰの前記単結晶成長においては、該結晶元素の解離と化合物比の変動を防止するために液体封止剤を使用している。結晶成長の際、前記液体封止剤は単結晶とルツボとの間に薄く侵入して、該単結晶と該ルツボの壁面との接触を防止し、単結晶化率向上が図られている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−５４６８９号公報
【０００４】
ところが、結晶成長終了後に該単結晶をルツボから取り出そうとすると、該単結晶が該ルツボに該封止剤が凝固した物質を介して接着されてしまい、容易に取り出せない。ｐＢＮルツボは高価な品物であるので工業的には再使用してコスト低減を図る必要がある。そのためには、ｐＢＮルツボからルツボを破損することなく単結晶を取り出すことが大切である。また、単結晶取出しまでに時間を要すると生産効率が悪くなるので取出し時間を出来るだけ短縮する必要もある。
【０００５】
前記の様に、該ルツボを破損することなく単結晶を取出す方法として、以下に示すような方法が実施あるいは提案されている。
【０００６】
第一の方法は、例えばメチルアルコール中に前記結晶成長後のルツボを漬け、該メチルアルコールを加温あるいは超音波振動を加えることにより前記液体封止剤が凝固した物質をメチルアルコールに溶解させて、ルツボから単結晶を取出す方法である（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献２】
特開平５−７０２８８号公報
【０００８】
第二の方法は、前記結晶成長後のルツボを該液体封止剤の軟化点以上に加熱して液体封止剤ごと該単結晶を取出す方法（例えば、特許文献３参照）である。
【０００９】
【特許文献３】
特開平７−３０９６９１号公報
第三の方法は、結晶成長終了直後でかつ液体封止剤が凝固する前の時点で、単結晶をルツボから取出す方法である（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献４】
特開２０００−３０２５８８号公報
【００１１】
単結晶をルツボから容易に取出すには、単結晶を取出しつつある時にルツボの奥側の該単結晶と該ルツボとの間に出来る空間を埋める大気等の物質が効率よく入り込まないとならない。
【００１２】
該空間が真空ないしは減圧状態になってしまうと結晶を取出すのに非常に大きな力が必要になり、場合によっては前記の高価なルツボを破損しかねないからである。
【００１３】
化合物半導体を液体封止剤を用いて結晶成長した場合、該液体封止剤が例え結晶成長温度において流動性に富んでいたとしても、一般に液体封止剤として用いられているＢ２Ｏ３は、３００℃以上で軟化が始まり約７００℃で全溶に達する物質なので、例えば前記第二の方法では、Ｂ２Ｏ３は少なくとも完全には溶融していない温度なので粘性がかなり高い状態にあると考えられる。
【００１４】
粘性が高いほど単結晶を取出す際にルツボの奥側に出来る該単結晶と該ルツボとの空間を埋めるべき大気等の物質がルツボと結晶の間にある粘性の高い液体封止剤の膜を掻き退けて通過することが困難になり、容易に結晶を取り出す事が困難になることになる。
【００１５】
また仮に封止剤の粘性が非常に低い状態にあるとしても、例えば単結晶とルツボとの間に侵入した液体封止剤が厚さ０．１ｍｍ以下の薄膜をなしているような場合には、単結晶の直径と直胴部の長さで決まる封止剤が単結晶とルツボの接着に寄与している面積も考慮すると、容易に結晶を取り出す事は困難である。
【００１６】
その理由としては、封止剤の流動性がかなり良くなっていない限り単結晶を取出す際に、ルツボの奥側に出来る該単結晶と該ルツボとの空間を埋める大気等の物質が、ルツボと結晶の間にある液体封止剤の薄い膜を掻き退けて通過することは極めて難しいという点が挙げられる。
【００１７】
例えば非特許文献１のように種結晶側に図１のようなキャップを設けることも行われているが、結晶成長工程にて液体封止剤が前記ルツボと前記キャップの間の空間に浸入してしまい、冷却時に凝固して、該ルツボと該キャップが浸入して凝固した封止剤を介して接着してしまい容易に取り外すことが出来ない状態になっている。
【００１８】
【非特許文献１】
干川圭吾編著『アドバンストエレクトロニクスシリーズ　Ｉ−４　バルク結晶成長技術』培風館（１９９４）の２３１ページ
【００１９】
容易に結晶を取り出す事が出来ないと、取出し装置が大掛かりになるばかりでなく、高価なｐＢＮルツボが破損する原因になるので、前記第二と第三の取出し技術は一般的には利用されていないものと思われる。
【００２０】
一方、メチルアルコール等の溶剤を用い、前記封止剤で形成された前記結晶と前記ルツボとの間の膜を溶解することにより単結晶を取出す前記第一の方法においては、ルツボの種結晶側は通常封止状態になっていて、この溶剤は成長した単結晶側の一方の口からしか浸入出来ない。
【００２１】
その対策として、種結晶側に図１のようなキャップを設けることも行われているが、結晶成長工程において液体封止剤がルツボとキャップとの間の空間に浸入してしまい、冷却時に凝固してしまうので、ルツボとキャップが浸入し凝固した封止剤を介して接着してしまい容易に取り外すことが出来ない状態になっている。
【００２２】
実際には、凝固した封止剤を溶解除去する最終段階でルツボキャップが取り外せるようになる。このためメチルアルコール等の溶剤が一方の口からしか浸入できないので、凝固した封止剤の溶解効率が悪く、結晶取出しまでにかなりの時間を要しているのが現状である。
【００２３】
したがって、結晶成長した単結晶を少しでも早くルツボから取り出すのは生産性向上のために強く望まれることであり、高価なルツボ本体を破壊せずに再利用することは単結晶の製造コストを低減するために強く期待されている。
【００２４】
換言すると、縦型ボート法による化合物半導体単結晶成長において、化合物半導体原料融液、化合物半導体単結晶およびその成長界面とルツボ壁との接触を防止する為に液体封止剤としてＢ２Ｏ３などの液体を介在させる結晶成長法では、成長した結晶をルツボから取出す際に前記液体が固化して前記結晶と前記ルツボの分離を妨害する。そのため、Ｂ２Ｏ３等の液体を介在させるＩｎＰ等の化合物半導体を縦型ボート法によって結晶成長させた場合は、単結晶の取出しに多大な時間を要することになり、効率の良い製造あるいは改良開発実験を妨げていた。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、縦型ボート法により化合物半導体単結晶を成長させた際に、固化した結晶とルツボとの分離が容易で、ルツボ本体は再利用することが可能なルツボキャップを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第一のルツボキャップは、縦型ボート法により液体封止剤を用いて単結晶の成長を行うためにルツボの下部に装着するルツボキャップであり、前記単結晶の成長後に破壊しやすい形状を有することを特徴としている。
【００２７】
上記第一のルツボキャップは、縦型ボート法で種結晶を設置するルツボの先端部分を破壊しやすい形状としたので、Ｂ２Ｏ３等の結晶成長に使用する液体封止剤が固化した物質をルツボ上部の単結晶側からだけでなくルツボ下端部からも除去することができる。
【００２８】
本発明に係る第二のルツボキャップは、縦型ボート法により液体封止剤を用いて単結晶の成長を行うためにルツボの下部に装着するルツボキャップであり、種結晶がルツボキャップ内側の最下端にまで到達しない形状を有することを特徴としている。
【００２９】
上記第二のルツボキャップは、ルツボ先端部のキャップの形状を、種結晶がルツボキャップ内側の最下端にまで到達しない形状、すなわち種結晶が落込まずＢ２Ｏ３のみが存在出来る様な形状としたことにより、その部分をルツボキャップごと切断あるいは削り落とす等によりＢ２Ｏ３等の液体が固化した物質を表出させ、該固化物をルツボ下部からも除去することが可能となる。
【００３０】
上記のいずれかの構成からなるルツボキャップであって、単結晶の成長後に、ルツボ本体、単結晶および種結晶を傷つけずにルツボキャップのみを破壊できる形状を有することが好ましい形態である。
【００３１】
これにより、単結晶の取出しに要する時間を従来の３分の２から半分に削減できる。ルツボキャップは使い捨てとするが、高価なルツボは再使用が可能となる。
【００３２】
本発明に係る第一の単結晶成長方法は、ルツボキャップとして、ルツボキャップの底面形状が、中央部が周辺部より下方に凸状に飛び出した形状をしており、かつ種結晶がルツボキャップの底面の周辺部により支持される形状をしたものを用い、結晶成長後に前記飛び出した形状の部分を切断等により破壊することを特徴としている。
【００３３】
本発明に係る第二の単結晶成長方法は、ルツボキャップとして、ルツボキャップの底面形状が、周辺部が中央部より下に凸状に飛び出した形状をしており、かつ種結晶がルツボキャップの底面の中央部により支持される形状をしたものを用い、結晶成長後に前記飛び出した形状の部分を切断等により破壊することを特徴としている。
【００３４】
上記第一の単結晶成長方法あるいは第二の単結晶成長方法では、ルツボキャップ底面の形状が、単結晶の成長後に、ルツボ本体、単結晶および種結晶を傷つけずにルツボキャップのみを破壊できる形状を有し、かつ、種結晶がルツボキャップ内側の最下端にまで到達しない形状を備えており、この形状のルツボキャップを用いて結晶成長後に飛び出した形状の部分を切断等により破壊するので、ルツボキャップを切断あるいは研削する等により破壊する際に、種結晶や結晶成長した単結晶ないしは高価なｐＢＮルツボ本体を破損することなく、単結晶の取出しに要する時間を従来の３分の２から半分に削減可能となり、ひいては製造コストの大幅な低減が図れる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明により、ルツボから結晶をより容易に取出すのに必要となる種結晶側に、種結晶や成長した単結晶ならびに高価なルツボ本体を破損することなく孔を設置することができる。
【００３６】
ルツボキャップを用いる縦型ボート法においてＩｎＰ単結晶を成長させる際にＢ２Ｏ３を封止剤として投入し結晶成長を行うと、液体封止剤が前記ルツボと前記キャップの間の空間に浸入するので、冷却時に凝固して、該ルツボと該キャップが浸入して凝固した封止剤を介して接着してしまい、冷却後に縦型ボート炉からルツボを取出した時には、ルツボキャップを容易に取り外すことが出来ない状態になっている。
【００３７】
本発明に係る第一または第二のルツボキャップであれば、ルツボキャップの一部のみを容易に破壊できる形状を備えているので、そのルツボキャップの一部を凝固した封止剤ごと切断あるいは研削等により破壊して、種結晶側に前記浸入できる。つまり、種結晶ないし成長した単結晶と高価なｐＢＮルツボ本体を破損せずに容易に種結晶側から前記大気等あるいは前記溶剤が浸入可能となる。
【００３８】
ｐＢＮルツボと比較してルツボキャップは安価であるので、本発明においてルツボキャップを使い捨てすることになっても、結晶取出しが容易になるだけでなく取出しに要する時間も短縮出来るなど利点の方が大きい手法である。
【００３９】
ルツボキャップの形状は、ルツボキャップを切断あるいは研削する等により破壊する際に種結晶や結晶成長した単結晶ないしは高価なｐＢＮルツボ本体を破損することのない様にしなければならない。
【００４０】
図１は、本発明に係るルツボキャップを装填した縦型ボート法のルツボの一例を示す模式的な断面図であり、１１はルツボ本体、１２はルツボキャップ、１３は種結晶と成長させた単結晶、１４は固化した液体封止剤を表す。
図１のように、ルツボキャップ本体１１の底面形状が、周辺部より中央部が下に凸状に飛び出した形状をしていて、かつ種結晶１３がルツボキャップ１２の底面の周辺部により支持される形状をしていて、結晶成長後に前記飛び出した形状の部分を切断等により破壊するようにしたルツボキャップとすることで、上述した破損は避けることができる。
【００４１】
また図２は、本発明に係るルツボキャップを装填した縦型ボート法のルツボの他の一例を示す模式的な断面図であり、２１はルツボ本体、２２はルツボキャップ、２３は種結晶と成長させた単結晶、２４は固化した液体封止剤を表す。
図２のように、ルツボキャップ本体２１の底面形状が、中央部より周辺部が下に凸状に飛び出した形状をしていて、かつ種結晶２３がルツボキャップ２２の底面の中央部により支持される形状をしていて、結晶成長後に前記飛び出した形状の部分を切断等により破壊するようにしたルツボキャップを用いても、上述した破損を避けることが可能となる。
【００４２】
その際、ルツボキャップの材質として実施例ではルツボ本体と同じｐＢＮを使用した例を説明したが、ｐＢＮに代えて黒鉛ないしは石英製を用いても上述した効果が得られることから、黒鉛ないしは石英製を用いても構わない。
【００４３】
本発明に係る第一の単結晶成長方法あるいは第二の単結晶成長方法であれば、ルツボの単結晶側の口からだけでなく該ルツボの種結晶側の口からも液体封止剤が凝固した物質を溶解する溶剤が浸入出来るようになるので溶剤が浸入すべき距離が短縮できる。その結果、ルツボから単結晶を取出すのに必要な時間を短縮できるので、製造コストの削減が図れる。
【００４４】
また本発明に係る第一の単結晶成長方法あるいは第二の単結晶成長方法であれば、前記液体封止剤が軟化する温度に加熱する装置の雰囲気ガスが種結晶側の口から流入出来るようになるので、ルツボ内にある単結晶の移動が容易になり、単結晶の取出しが容易になる。これもまた、製造コストの削減をもたらす。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
本例では、図１に示す形状のルツボキャップ１２を装填した縦型ボート法のルツボを用い、直径２インチで長さ１５０ｍｍのＩｎＰ単結晶をｐＢＮルツボと液体封止剤Ｂ２Ｏ３を使用して縦型ボート炉にて作製した。
【００４６】
縦型ボート炉から取出したｐＢＮルツボのルツボキャップの先端をドライバーのような先端が鋭利な形状をした道具で軽く突いて破壊除去した。
【００４７】
引続いてメチルアルコールにつけて約５０℃に昇温して超音波発振子により超音波をメチルアルコール槽に印加した。１日目でルツボ先端部分で凝固していた封止剤が溶解除去されたので、ルツボキャップをさらに大きく破壊除去してメチルアルコールが流入する口を広げた。
【００４８】
その結果、結晶取出しまで４日間要した。ルツボ下方の直胴部内径が５５．９ｍｍφであったのに対し、単結晶の該ルツボ内径測定位置付近の直径は５５．７４ｍｍφであった。差引計算するとＢ２Ｏ３の肉厚は約０．０８ｍｍであった。
【００４９】
（実施例２）
本例では、図２に示す形状のルツボキャップ２２を装填した縦型ボート法のルツボを用い、直径２インチで長さ１５０ｍｍのＩｎＰ単結晶を、ｐＢＮルツボと液体封止剤Ｂ２Ｏ３を使用して縦型ボート炉にて作製した。
【００５０】
縦型ボート炉から取出したｐＢＮルツボのルツボキャップの先端の周縁部をドライバーのような先端が鋭利な形状をした道具で軽く突いて破壊除去した。
【００５１】
引続いてメチルアルコールにつけて約５０℃に昇温して超音波発振子により超音波をメチルアルコール槽に印加した。１日目でルツボ先端部分で凝固していた封止剤が溶解除去されて、ルツボキャップ先端に残留していたルツボキャップ材料が脱落してメチルアルコールが流入する口が広がった。結晶取出しまで４日間要した。
【００５２】
（比較例１）
本例では、図３に示す形状のルツボキャップ３２を装填した縦型ボート法のルツボを用い、直径２インチで長さ１５０ｍｍのＩｎＰ単結晶をｐＢＮルツボと液体封止剤Ｂ２Ｏ３を使用して縦型ボート炉にて作製した。
【００５３】
縦型ボート炉から取出したｐＢＮルツボをそのままメチルアルコールにつけて約５０℃に昇温して超音波発振子により超音波をメチルアルコール槽に印加した。結晶取出しまで１０日間費やした。
【００５４】
上記実施例１、実施例２および比較例１より、本発明に係るルツボキャップ構造を備えていれば、製造作業の時間的な効率化を大幅に達成できることが明らかとなった。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るルツボキャップ及び単結晶成長方法は、液体封止剤を用いる縦型ボート法において共通の課題になっている結晶取出し時間の短縮に大きな効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るルツボキャップを装填した縦型ボート法のルツボの一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明に係るルツボキャップを装填した縦型ボート法のルツボの他の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】従来例に係るルツボキャップを装填した縦型ボート法のルツボを示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１　ルツボ本体、
１２、２２、３２　ルツボキャップ、
１３、２３、３３　種結晶と成長させた単結晶、
１４、２４、３４　固化した液体封止剤。
【図１】
2004142992.tif 000003
【図２】
2004142992.tif 000004
【図３】
2004142992.tif 000005