(57)【要約】【課題】液体封止引上げ法（ＬＥＣ）により、割れおよび多結晶化の発生を防止して大口径のリンカガリウム単結晶を得る技術を提供することを目的とする。【解決手段】液体封止引き上げ法による大口径のリン化ガリウム単結晶製造方法において、液体封止剤中の温度勾配と液体封止剤の上の縦方向の温度勾配をそれぞれ適正に制御する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）による直径２．５″φ以上のリン化ガリウム単結晶製造方法において、液体封止剤中の温度勾配を１００℃／ｃｍ以下、かつ液体封止剤の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配を３５℃／ｃｍ以下に制御することを特徴とするリン化ガリウム単結晶の製造方法。
【請求項２】
高圧の圧力容器と、該圧力容器の中心部に配置された石英ルツボと、該石英ルツボを囲むように該圧力容器内に配置されたカーボンヒーターと、前記石英ルツボの上方に垂設された上部シャフトとで構成された、直径２．５″φ以上のリン化ガリウム単結晶の製造装置において、前記石英ルツボの直径を１２０ｍｍφ以上とすることを特徴とするリン化ガリウム単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視発光ダイオード（ＬＥＤ）基板として用いられるリン化ガリウム単結晶の育成技術に係り、より詳しくは液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）による大口径のリン化ガリウム単結晶の製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可視発光ダイオード（ＬＥＤ）基板として用いられるリン化ガリウム単結晶（以下説明の便宜上「ＧａＰ単結晶」と略称する）は、液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）により育成されている。
図１はこの液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）を採用した従来のＧａＰ単結晶製造装置を例示したものである。このＧａＰ単結晶製造装置は１００気圧程度の高圧に耐える圧力容器（炉）１と、この圧力容器１の中心部に配置された石英ルツボ（直径１１０ｍｍφ）２と、この石英ルツボ２を囲むように該圧力容器内に配置されたカーボンヒーター３と、前記石英ルツボ２の上方に垂設された上部シャフト４とで構成されている。
【０００３】
従来のＧａＰ単結晶製造装置による結晶育成方法を説明すると、直径１１０ｍｍφの石英ルツボ２の中に原料のリン化ガリウム５（以下「ＧａＰ」と略称する）と、ｎ型不純物のＳ、Ｔｅ、Ｓｉのいずれかを添加する。さらに原料融解時のリンの揮発分解を防止する液体封止剤（通常はＢ２０３を用いる）６を入れ、高圧不活性ガス雰囲気下でカーボンヒーター３に通電してＧａＰの融点以上まで昇温する。その後、ＧａＰ５が融解後、上部シャフト４に取り付けた種結晶７を降下させて、液体封止剤６層の下部に位置するＧａＰ融液５に浸けた後に、石英ルツボ２を回転させ温度を下げて、さらに種結晶７を回転させながら上昇させＧａＰ単結晶９を育成する。
【０００４】
このようにして得られた単結晶は外形を整えるために円筒研削を行い、厚さ３００〜５００μｍ程度のウェハに切断される。ウェハは電気特性、結晶欠陥の有無、外観の汚れやキズなどの有無の検査を行い、規格に合格したものを製品としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、発光ダイオードの生産量の増大に伴い、一つの基板から多くの素子が得られるように、大口径のＧａＰ基板が求められるようになってきた。しかし、直径が２．５″φ以上の結晶を前記液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）を採用したＧａＰ単結晶製造装置で育成すると結晶に割れが発生することが多くなった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、前記液体封止引上げ法による直径２．５″φ以上のＧａＰ単結晶を製造する際に結晶に発生する割れを防止し、かつ多結晶化の発生を防止して単結晶を得る技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＧａＰ単結晶の製造方法は、液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）により直径２．５″φ以上のリン化ガリウム単結晶を製造するに際し、液体封止剤中の温度勾配を１００℃／ｃｍ以下、かつ液体封止剤の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配を３５℃／ｃｍ以下に制御することを特徴とする。
【０００８】
また、上記ＧａＰ単結晶を製造するための装置は、高圧の圧力容器と、該圧力容器の中心部に配置された石英ルツボと、該石英ルツボを囲むように該圧力容器内に配置されたカーボンヒーターと、前記石英ルツボの上方に垂設された上部シャフトとで構成された、直径２．５″φ以上のリン化ガリウム単結晶の製造装置において、前記石英ルツボの直径を１２０ｍｍφ以上とすることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、直径が２．５″φ以上の結晶を前記液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）を採用したＧａＰ単結晶製造装置で育成すると結晶に割れが発生する原因を究明するため種々検討した結果、圧力容器内の温度分布の変動が結晶の割れの原因と考え、圧力容器内の温度分布を測定した。その結果、液体封止剤から上部に向って温度が降下していく時、その温度勾配が一定の範囲を超えると結晶頭部と尾部に対する温度差により結晶中のひずみが増大し、割れが発生することを知見した。
【００１０】
そこで、その結晶に発生する割れを防止するための条件として、本発明では、直径２．５″φ以上のＧａＰ単結晶を製造するに際し、液体封止剤中の温度勾配を１００℃／ｃｍ以下に制御するとともに、液体封止剤の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配を３５℃／ｃｍ以下に制御することを見い出したのである。
すなわち、液体封止剤中の温度勾配を１００℃／ｃｍ以下に制御するのは、生成した血漿の割れを防止するためである。また、液体封止剤の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配を３５℃／ｃｍ以下に制御するのも、同様に生成した結晶の急激な温度低下による割れの発生を防止するためである。
【００１１】
本発明において、液体封止剤中の温度勾配および液体封止剤の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配の制御は、カーボンヒーターとそれを取り巻く断熱材の形状を調整することにより容易となる。
【００１２】
また、本発明装置において、石英ルツボの直径を１２０ｍｍφ以上としたのは、ＧａＰ融液表面と液体封止剤表面の温度差および液体封止剤の温度勾配を小さくするためであり、１２０ｍｍφ未満では、ＧａＰ融液表面と液体封止剤表面の温度差および液体封止剤の温度勾配が大きくなり、結晶に割れが発生する。
【００１３】
【実施例】
実施例１
図１に示すものと同じ構成の装置で、外径１１９．５ｍｍφ、内径１１５．５ｍｍφの石英ルツボ２の中にＧａＰ多結晶５を１５００ｇと液体封止剤（Ｂ２Ｏ３）６を２７０ｇ入れ、石英ルツボ２の上に高さ３０ｍｍ、開口部８０ｍｍの石英キャップ８を乗せ、単結晶育成を行なった。
本実施例における圧力容器内温度分布の測定結果を図２（Ａ）に示す。図２の測定結果より、液体封止剤８中の温度勾配は８６℃／ｃｍ、液体封止剤８の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配は３０℃／ｃｍであった。
上記の育成条件で６０回の結晶育成を行なった結果、直径３″φ、平均重量１３９０ｇの単結晶が得られ、割れは僅かｌ回発生し、多結晶化が６回発生した。
【００１４】
実施例２
実施例１と同じ構成の装置で、外径１２９．５ｍｍφ、内怪１２５．５ｍｍφの石英ルツボ２の中にＧａＰ多結晶５を１５００ｇと液体封止剤６を３１５ｇ入れ、石英ルツボ２の上に高さ３０ｍｍ、開口部９０ｍｍの石英キヤップ８を乗せ、単結晶育成を行なった。
本実施例における圧力容器内温度分布の測定結果を図２（Ｂ）に示す。図３の測定結果より、液体封止剤６中の温度勾配は９７℃／ｃｍ、液体封止剤６の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配は２８℃／ｃｍであった。
上記の育成条件で６０回の育成を行なった結果、直径３″φ、平均重量１３７０ｇの単結晶が得られ、割れは発生せず、多結晶化が６回発生した。
【００１５】
比較例
実施例１と同じ構成の装置で、外径１０９．５ｍｍφ、内径１０５．５ｍｍφの石英ルツボ２の中にＧａＰ多結晶５を１５００ｇと液体封止剤６を２１０ｇ入れ、石英ルツボ２の上に高さ３０ｍｍ、開口部８０ｍｍの石英キャップ８を乗せ、単結品育成を行なった。
本実施例における圧力容器内温度分布の測定結果を図２（Ｃ）に示す。液体封止剤６中の温度勾配は１１２℃／ｃｍ、液体封止剤６の上３０ｍｍの縦方向の温度勾配は３９℃／ｃｍであった。
上記の育成条件で５６回の育成を行なった結果、直径３″φ、平均重量１３９０ｇの単結晶が得られ、割れが１７回発生し、多結晶化が４回発生した。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明によれば、液体封止引き上げ法（ＬＥＣ）による直径２．５″φ以上のＧａＰ単結晶を製造する際、液体封止剤中の温度勾配と液体封止剤上の縦方向の温度勾配をそれぞれ適正に制御することにより、割れのないＧａＰ単結晶を製造することができ、大口径のＧａＰ基板の製造に多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とするＧａＰ単結晶製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例における圧力容器内の結晶引上げ軸方向温度分布を示す図であり、（Ａ）は実施例１の温度分布、（Ｂ）は実施例２の温度分布、（Ｃ）は比較例の温度分布をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１　高圧容器
２　石英ルツボ
３　カーボンヒーター
４　上部シャフト
５　ＧａＰ融液
６　液体封止剤
７　種結晶
８　石英キャップ
９　ＧａＰ単結晶
【図１】
2004107120.tif 000003
【図２】
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