(57)【要約】【課題】  化合物半導体単結晶の比抵抗のばらつきを低減させることができる化合物半導体単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】  原料４を収容する坩堝１が設置された容器５内の水分量を減少させる工程と、坩堝１に収容された原料４を溶融した後に固化することによって化合物半導体単結晶を成長させる工程とを含む化合物半導体単結晶の製造方法である。ここで、容器５を加熱することによって容器５内の水分量を減少させることが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を収容する坩堝が設置された容器内の水分量を減少させる工程と、前記坩堝に収容された前記原料を溶融した後に固化することによって化合物半導体単結晶を成長させる工程と、を含むことを特徴とする、化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記容器を加熱することによって前記容器内の水分量を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記加熱は前記容器内の圧力を低減させながら行なわれることを特徴とする、請求項２に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記加熱を停止した後にさらに前記容器内の圧力を低減させることを特徴とする、請求項３に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記加熱を停止した後に前記容器内の圧力を１０-4Ｐａ以下まで低減させることを特徴とする、請求項４に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記加熱時における前記容器内の温度が１００℃以上５００℃以下であることを特徴とする、請求項２から５のいずれかに記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記化合物半導体単結晶がヒ化ガリウム単結晶であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化合物半導体単結晶の製造方法に関し、特にヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体単結晶の中でもＧａＡｓ単結晶は、表示用発光ダイオード（ＬＥＤ）やコンパクトディスクなどの光源用レーザダイオード（ＬＤ）などの光デバイスの基板として、また、衛星放送や移動電話に用いられる高周波デバイスなどの電子デバイスの基板として、広く実用化されている。
【０００３】
このようなＧａＡｓ単結晶の従来の製造方法の一例を図面を参照して以下に説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【０００４】
まず、図４（Ａ）の模式的断面図に示す坩堝１を用意する。次に、図４（Ｂ）の模式的構成図に示すように、この坩堝１を石英アンプルなどの容器５内に設置する。ここで、容器５は真空ポンプなどの減圧装置６と連結されている。続いて、図４（Ｃ）の模式的構成図に示すように、坩堝１の下部に種結晶３を設置した後に、坩堝１内にＧａＡｓ多結晶からなる原料４を収容する。そして、容器５の上部にキャップ２を設置して容器５内を密閉した後に、減圧装置６を用いて容器５内の圧力を低減させる。
【０００５】
次いで、容器５とキャップ２とを融着した後に、容器５を減圧装置６から切り離し、その切り離された容器５の部分を閉じることによって、図４（Ｄ）の模式的断面図に示すように、容器５内に原料４が収容された坩堝１を封入する。
【０００６】
その後、図２の模式的断面図に示す結晶成長装置の下軸７の上方にある支持台８上に容器５を設置する。そして、容器５の外側に設置されているヒータ９によって容器５を加熱して原料４を溶融させる。ここで、この結晶成長装置においては、結晶成長装置の上方から下方にかけて温度が低下するように温度勾配が形成されているため、下軸７を下方に移動させると、溶融している原料４が種結晶３の表面から上方へ次第に固化していき、種結晶３の表面上にＧａＡｓ単結晶が成長する。
【０００７】
しかしながら、この従来のＧａＡｓ単結晶の製造方法においては、製造されるＧａＡｓ単結晶ごとに比抵抗がばらついてしまうという問題があった。これにより、ＧａＡｓ単結晶を用いた光デバイスおよび電子デバイスの特性にもばらつきが生じてしまうという問題があった。
【非特許文献１】結晶工学ハンドブック編集委員会編，結晶工学ハンドブック，初版，共立出版，１９９０年９月２５日，ｐ．６７６−６７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、化合物半導体単結晶の比抵抗のばらつきを低減させることができる化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らが鋭意検討した結果、坩堝が設置されている容器内の水分量を減少させることによって化合物半導体単結晶の比抵抗のばらつきを低減することができることを見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明は、原料を収容する坩堝が設置された容器内の水分量を減少させる工程と、坩堝に収容された原料を溶融した後に固化することによって化合物半導体単結晶を成長させる工程とを含む化合物半導体単結晶の製造方法である。
【００１１】
また、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法においては、容器を加熱することによって容器内の水分量を減少させることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法においては、加熱は容器内の圧力を低減させながら行なわれることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法においては、加熱を停止した後にさらに容器内の圧力を低減させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法においては、加熱を停止した後に容器内の圧力を１０-4Ｐａ以下まで低減させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法においては、加熱時における容器内の温度が１００℃以上５００℃以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法においては、化合物半導体単結晶がヒ化ガリウム単結晶であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、化合物半導体単結晶の比抵抗のばらつきを低減させることができる化合物半導体単結晶の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法の好ましい一例を説明する。
【００１９】
（容器内の水分量を減少させる工程）
図１（Ａ）に、本発明に用いられる坩堝の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この坩堝１はｐＢＮ（パイロリティックＢＮ）からなっており、下部が細くなっている形状を有している。ここで、坩堝１がｐＢＮからなる場合には、坩堝１の耐熱性および化学的安定性が優れる傾向にある。また、坩堝１がｐＢＮからなる場合には、坩堝１の内壁の表面上にＢ2Ｏ3層を形成することによってＢ2Ｏ3コーティングをすることもできる。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）の模式的構成図に示すように、石英アンプルなどの容器５内に坩堝１を設置する。ここで、容器５は、たとえば容器５内の気体を吸引する真空ポンプなどの減圧装置６と連結されており、容器５の外側には容器５を加熱するためのヒータ１０が設置されている。
【００２１】
続いて、図１（Ｃ）の模式的構成図に示すように、坩堝１の下部に種結晶３を設置した後に坩堝１内に原料４を収容する。そして、容器５の上部にキャップ２を設置して容器５内を密閉する。ここで、原料４としては、目的とする化合物半導体単結晶を製造することができるものであれば特に限定されず、たとえば目的とする化合物半導体の多結晶などが用いられる。また、原料４にＢ2Ｏ3が含まれていてもよい。
【００２２】
そして、減圧装置６により容器５内の圧力を低減させながら、ヒータ１０によって容器５内の温度を１００℃以上５００℃以下、より好ましくは２００℃以上３００℃以下に加熱する。これにより容器５内に存在する水分が加熱され、水蒸気となった後に減圧装置６に吸引されて、容器５内の水分量が減少する。ここで、容器５内の温度を１００℃以上５００℃以下、より好ましくは２００℃以上３００℃以下に加熱した場合には、坩堝１、原料４および容器５の加熱による劣化を抑制しつつ、より効率的に容器５内の水分量を減少させることができる傾向にある。
【００２３】
そして、ヒータ１０による容器５の加熱を停止した後には、減圧装置６によって容器５内の圧力をさらに低減させることができる。すなわち、容器５内の水分量を減少させた分だけ従来よりもさらに容器５内の圧力を低減させることができるのである。ここで、容器５の加熱を停止した後の容器５内の圧力は１０-4Ｐａ以下であることが好ましい。この場合には、容器５内から水分が十分に除去されていることから化合物半導体単結晶の比抵抗のばらつきをより低減させることができる傾向にある。
【００２４】
次いで、容器５とキャップ２とを融着した後に、容器５を減圧装置６から切り離し、その切り離された容器５の部分を閉じることによって図１（Ｄ）の模式的断面図に示すように容器５内に原料４が収容された坩堝１が封入される。ここで、坩堝１は、容器５内の水分量を減少させた分だけ容器５内の圧力が従来と比べて低減された状態で容器５内に封入されていることになる。
【００２５】
なお、上記においては、坩堝１を容器５内に設置した後に坩堝１内に原料４を収容したが、坩堝１内に原料４を収容した後に坩堝１を容器５内に設置してもよく、坩堝１を容器５内に設置して容器５内の水分量を減少させた後に坩堝１内に原料４を収容してもよい。ただし、原料４の質量によって坩堝１が破壊するのを防止し、化合物半導体単結晶の比抵抗のばらつきをより低減させることができる観点からは、上記のように容器５内に坩堝１を設置した後に坩堝１内に原料４を収容することが好ましい。
【００２６】
（化合物半導体単結晶を成長させる工程）
図１（Ｄ）に示す坩堝１が封入された容器５は、たとえば図２に示す結晶成長装置の下軸７の上方にある支持台８上に設置される。そして、容器５の外側に設置されているヒータ９によって容器５を加熱して原料４の温度を上昇させ、原料４を溶融させる。この結晶成長装置においては、上方に設置されているヒータ９から下方に設置されているヒータ９にかけて温度が低下するように温度勾配が形成されている。そのため、下軸７を下方に移動させると、溶融している原料４が種結晶３の表面から上方へ次第に固化していき、種結晶３の表面上に化合物半導体単結晶が成長する。ここで、種結晶３を設置した場合には、種結晶３と同じ結晶方位を持った化合物半導体単結晶を種結晶３上に成長させることができる。
【００２７】
その後、成長した化合物半導体単結晶は徐々に冷却される。そして、容器５から坩堝１が取り出され、坩堝１から成長した化合物半導体単結晶が取り出される。
【００２８】
本発明で製造することができる化合物半導体単結晶としてはＧａＡｓ単結晶が好適であるが、たとえばリン化ガリウム（ＧａＰ）単結晶またはリン化インジウム（ＩｎＰ）単結晶などの化合物半導体単結晶であってもよいことは言うまでもない。
【実施例】
【００２９】
（実施例１）
図１（Ａ）に示す坩堝１を、図１（Ｂ）に示す容器５としての石英アンプル内に設置した。次に、坩堝１の下部に、図１（Ｃ）に示すようにＧａＡｓ単結晶からなる種結晶３を設置し、さらに原料４として１０ｋｇのＧａＡｓ多結晶を収容した。
【００３０】
次に、容器５と連結している減圧装置６としての真空ポンプを用いて、図３に示すように容器５内の圧力をまず３×１０-3Ｐａ程度まで低減させた。次いで、引き続き容器５内の圧力を低減させながら、ヒータ１０によって容器５の外側から容器５内の温度を２４０℃に加熱し、容器５内の水分を水蒸気にして真空ポンプ中に引き込み、容器５内の水分量を減少させた。そして、容器５内の圧力の低減を開始した時点から６６分が経過した時点でヒータ１０による加熱を停止した。その後も、容器５内の圧力を低減させ続け、容器５内の圧力を３×１０-5Ｐａ程度まで低減させた。このとき真空ポンプによる容器５内の圧力の低減を開始した時点から１４３分が経過していた。
【００３１】
そして、容器５と減圧装置６との連結を切り離し、切り離された容器５の部分を閉じることによって、図１（Ｄ）に示すように容器５内に坩堝１を封入した。
【００３２】
その後、図２に示す結晶成長装置の下軸７の上方にある支持台８上に坩堝１を封入した容器５を設置し、ヒータ９によって容器５を外側から１２７０℃に加熱して原料４を溶融させた。そして、上方から下方にかけて温度が低下するように温度勾配が形成されている温度領域内において下軸７を下方に移動させることにより、種結晶３上にＧａＡｓ単結晶を成長させた。そして、成長が終了した後のＧａＡｓ単結晶を冷却して坩堝１から取り出した。
【００３３】
このような作業を数回繰り返し、製造されたＧａＡｓ単結晶の比抵抗を調べたところ、比抵抗の平均値は１．７×１０8（Ω・ｃｍ）であって、比抵抗のばらつきを示す標準偏差は６．３×１０7であった。
【００３４】
（比較例１）
容器５を加熱して容器５内の水分量を減少させなかったこと以外は実施例１と同様にしてＧａＡｓ単結晶の製造を行なった。
【００３５】
ここで、図３に示すように、比較例１においては、容器５内の圧力の低減を開始した時点から６０分を経過する時点までは容器５内の圧力が指数関数的に低減した。しかし、その後は、容器５内の圧力はほとんど低減せず、容器５内の圧力の低減を開始した時点から１８０分を経過する時点まで圧力を低減させたが、容器５内の圧力を３×１０-4Ｐａ程度までしか低減させることができなかった。その後は実施例１と同様にして、種結晶３上にＧａＡｓ結晶を成長させた。
【００３６】
このような作業を数回繰り返し、製造されたＧａＡｓ単結晶の比抵抗を調べたところ、比抵抗の平均値は１．６×１０8（Ω・ｃｍ）であって、比抵抗のばらつきを示す標準偏差は９．３×１０7であった。
【００３７】
上記の結果に示すように、実施例１のＧａＡｓ単結晶の比抵抗の標準偏差は比較例１と比べて小さく、実施例１のＧａＡｓ単結晶の比抵抗のばらつきが低減していることが確認された。これは、容器５内の圧力を低減させながら、ヒータ１０によって容器５の外側から容器５内の温度を加熱し、容器５内の水分量を減少させたことによるものであると考えられる。
【００３８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は化合物半導体単結晶の製造、特にＧａＡｓ単結晶の製造に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（Ａ）は本発明に用いられる坩堝の好ましい一例の模式的な断面図であり、（Ｂ）は本発明に用いられる容器と減圧装置と坩堝の好ましい一例の模式的な構成図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示す坩堝内に種結晶および原料を収容した後の容器と減圧装置と坩堝の好ましい一例の模式的な構成図であり、（Ｄ）は容器内に封入された坩堝の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明に用いられる結晶成長装置の一部の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図３】実施例と比較例における容器内の圧力の変化と経過時間との関係を示した図である。
【図４】（Ａ）は従来のＧａＡｓ単結晶の製造方法において用いられる坩堝の一例の模式的な断面図であり、（Ｂ）は従来のＧａＡｓ単結晶の製造方法に用いられる容器と減圧装置と坩堝の一例の模式的な構成図であり、（Ｃ）は（Ｂ）に示す坩堝内に種結晶および原料を収容した後の容器と減圧装置と坩堝の好ましい一例の模式的な構成図であり、（Ｄ）は容器内に封入された坩堝の好ましい一例の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  坩堝、２  キャップ、３  種結晶、４  原料、５  容器、６  減圧装置、７  下軸、８  支持台、９，１０  ヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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