(57)【要約】【課題】成長した結晶の取り出しが容易であり、寿命が長い化合物半導体結晶成長容器を提供すること。【解決手段】化合物原料５及び液体封止剤３を収容する直胴部１ｃ及び下端の種結晶を入れる下に開放された細径部１ａを有する成長容器本体１と、該細径部１ａに下方から装着されるシールドキャップ２とで構成される化合物半導体結晶の成長容器１０において、前記シールドキャップ２の材質として、そのシールドキャップ２の内側面に緻密な炭素質皮膜を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物原料及び液体封止剤を収容する直胴部及び下端の種結晶を入れる下に開放された細径部を有する容器本体と、該細径部に下方から装着されるシールドキャップとで構成される化合物半導体単結晶成長容器において、
前記シールドキャップの材質として、そのシールドキャップ内側面に緻密な炭素質皮膜を設けたことを特徴とする化合物半導体結晶成長容器。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体結晶成長容器において、
前記シールドキャップが黒鉛から成り、そのシールドキャップ内側面に前記緻密な炭素質皮膜が被覆されていることを特徴とする化合物半導体結晶成長容器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の化合物半導体結晶成長容器において、
前記緻密な炭素質皮膜が高温気相成長により成長させた厚さ１０〜１００μｍの炭素質皮膜から成ることを特徴とする化合物半導体結晶成長容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）あるいは垂直温度勾配凝固法（ＶＧＦ法）によりＧａＡｓ単結晶を成長するのに適した化合物半導体結晶の成長容器に係わり、特に成長した結晶の取り出しが容易であり、寿命が長いことを特長とする容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、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、これを上部が高温で下部が低温の縦型電気炉内に入れ、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の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、種結晶下端にシールドキャップを接着し、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シールドキャップは、成長容器との摩擦力によりはめ込んでいるだけであり、シールド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が漏れて多結晶化し、アルコールによる液体封止剤の溶解除去作業が長時間にわたるという問題がある。そこで、図２に示すように、従来、成長容器本体１の種結晶４を収容した細径部１ａの下部とシールドキャップ１２との間に中栓１６を装着し、Ｂ2Ｏ3３ａ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】
なお、ＰＢＮルツボ自体については、ルツボ内面剥離の抑制や融液の被覆性を改善する工夫として、ルツボ型に表面に熱分解炭素法によりルツボ形状に炭素を沈積したもの（例えば、特許文献２参照）や、ＰＢＮルツボ内面にＢ2Ｏ3−ＳｉＯ3ガラス膜をコーティングしたもの（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２０３９８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２７２９９０号公報
【特許文献３】特開平８−１３３８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２及び３でも指摘されているように、ＰＢＮ製の成長容器にはＢ2Ｏ3が固着し、更には結晶表面に固着するため、成長した結晶をＰＢＮ製の成長容器から簡単に取り出すことができなかった。また、ＰＢＮ製の成長容器から結晶を取り出せたとしても、成長容器のＰＢＮ層がＢ2Ｏ3に固着したままの状態で剥ぎ取られ、成長容器の寿命が短くなることが問題であった。
【０００７】
そこで、Ｂ2Ｏ3を溶解させることができる溶液の中にＰＢＮ製の成長容器を入れ、Ｂ2Ｏ3を溶解させることにより、ＰＢＮ製の成長容器と結晶との間に隙間をつくり、結晶を取り出す方法が考えられる。このような方法によれば、ＰＢＮ製の成長容器の開口部にはＢ2Ｏ3の溶解液が浸透し、Ｂ2Ｏ3を溶解することができる。
【０００８】
しかし、成長容器の開口部から離れた種結晶部（シード部）まではＢ2Ｏ3の溶解液が浸透しにくい。ここで、種結晶部側からＢ2Ｏ3の溶解液を浸透させれば良いと考えられるが、一般的には種結晶部先端には、原料の解離を防ぐ為に、ＰＢＮ製のシールドキャップを装着しており、種結晶とＰＢＮるつぼの隙間からＢ2Ｏ3が流れ落ち、種結晶部先端のシールドキャップとＰＢＮ製の成長容器の種結晶部との間が固着されており、シールドキャップが外せない状態を生じ、Ｂ2Ｏ3の溶解液を種結晶先端側から容易に浸透させることができない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上述した従来の技術の問題点を解消して、成長した結晶の取り出しが容易であり、寿命が長い化合物半導体結晶成長容器を提供することにある。
【００１０】
なお、特許文献２によれば、単一の炭素材料からなる成長容器の適用が記されているが、単結晶製造における汚染を解決する為の手段としての成長容器に関するものである。これに対し、本発明は、結晶の成長部の容器はそのままとし、シールドキャップの材質を変えることにより、成長容器から結晶を取り出しやすくし、寿命の長い成長容器を提供することにある。
【００１１】
また特許文献１には、シールドキャップの材質に言及する記載はない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る化合物半導体結晶成長容器は、化合物原料及び液体封止剤を収容する直胴部及び下端の種結晶を入れる下に開放された細径部を有する容器本体と、該細径部に下方から装着されるシールドキャップとで構成される化合物半導体単結晶成長容器において、前記シールドキャップの材質として、そのシールドキャップ内側面に緻密な炭素質皮膜を設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の化合物半導体結晶成長容器は、ＶＢ法あるいはＶＧＦ法によりＧａＡｓ単結晶を成長する成長容器として適する。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１記載の化合物半導体結晶成長容器において、前記シールドキャップが黒鉛から成り、そのシールドキャップ内側面に前記緻密な炭素質皮膜が被覆されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の化合物半導体結晶成長容器において、前記緻密な炭素質皮膜が高温気相成長により成長させた厚さ１０〜１００μｍの炭素質皮膜から成ることを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明の化合物半導体結晶成長容器では、種結晶挿入先端部である細径部のシールドキャップの材質として、高温気相成長法によって表面に緻密な炭素質膜を被覆した黒鉛のシールドキャップを使用する。そして、化合物半導体結晶成長容器の全体は、ＶＢ法あるいはＶＧＦ法により、例えばＧａＡｓ単結晶を成長する成長容器として用いられる。
【００１８】
すなわち、本発明の結晶成長容器は、化合物半導体によって単結晶を成長する方法において、種結晶挿入先端部のシールドキャップ材質として、高温気相成長法によって表面に緻密な炭素質膜を被覆した黒鉛を使用する。そうすることにより、成長容器本体の種結晶部（細径部）と炭素質膜を被覆した黒鉛のシールドキャップとの間でのＢ2Ｏ3の固着を防止することができる。従って、炭素質膜を被覆した黒鉛のシールドキャップを容易に取り外すことができる。また、その後、成長容器内全体にＢ2Ｏ3を溶解させることができる溶液を充満させることができ、成長容器から結晶を容易に取り出すことができ、成長容器の寿命を長くすることが可能になる。
【００１９】
緻密な炭素質皮膜の厚さを１０〜１００μｍとしたのは、ＰＢＮ成長容器本体（ルツボ）へ付着している液体封止剤のＢ2Ｏ3との剥離性を向上させ、ＰＢＮ成長容器本体１を破損することなく結晶を容易に取り出せるという効果を得るためには、最低でも１０μｍ以上の厚さが必要であり、また１００μｍを越える厚さにしても、効果に差が余り現れなくなるためである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、成長容器本体の種結晶部（細径部）に対するシールドキャップの内面に炭素質膜を被覆してあるので、種結晶部（細径部）とシールドキャップの間でのＢ2Ｏ3の固着を防止することができ、従ってシールドキャップを容易に取り外すことができる。
【００２１】
すなわち、本発明による成長容器を使用すれば、例えば直径７６mm〜１５０mmの結晶を成長容器から取り出す際に、成長容器本体と種結晶部のシールドキャップを簡単に取り出すことができ、成長容器本体と結晶の間にＢ2Ｏ3の溶解液を充満させることができ、成長容器本体を破損することなく結晶を取り出せるので、成長容器の寿命を２倍以上に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明による化合物半導体の結晶成長容器の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は本実施の形態による結晶成長直後の成長容器１０を縦型電気炉のヒータ６と共に示した概略断面図である。この成長容器１０は、筒状のＰＢＮ製の成長容器本体１と、その下端の種結晶部である細径部１ａに装着されるシールドキャップ２とから成る。
【００２４】
ＰＢＮ製の成長容器本体１は、その下端の種結晶載置部たる細径部１ａと、該細径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部１ｂと、該増径部から上方に続く筒状の直胴部１ｃを有している。ここで、種結晶を入れる成長容器本体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。図１に示す成長容器本体１は、細径部１ａに種結晶４が位置し、また直胴部１ｃにはＧａＡｓ多結晶原料５、Ｂ2Ｏ3から成る液体封止剤３を収容している。
【００２５】
この成長容器本体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３のＢ2Ｏ3の漏れを防止するため、シールドキャップ２が装着されている。このシールドキャップ２は、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２ａと、その底面部２ａ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２ｂから成る。
【００２６】
上記ＰＢＮ製の成長容器本体１の細径部１ａに対するシールドキャップ２は黒鉛から成り、そのシールドキャップ内側面には、化学蒸着法によって表面に、緻密な炭素質膜が１０〜１００μｍ被覆されている。
【００２７】
結晶成長直後の液体封止剤３のＢ2Ｏ3は液体であるが、その後、徐々に成長容器１０周辺の温度を下げていくと、液体封止剤３のＢ2Ｏ3が固まりはじめ、結晶５に固着する。
【００２８】
一方、黒鉛のシールドキャップ２には液体封止剤３のＢ2Ｏ3が固着せず、シールドキャップ２は成長容器本体１から取り外すことができる。成長容器１０を液体封止剤３のＢ2Ｏ3の溶解液に浸漬し、Ｂ2Ｏ3が溶解した後、成長容器本体１から分離された単結晶を取り出すことができる。
【００２９】
＜実施例＞
本発明の効果を確認するため、次のように実施例及び比較例の試作を行った。アンドープの直径１００mmのＧａＡｓ単結晶を成長する成長容器の場合を、図１により説明する。
【００３０】
ＰＢＮ製の成長容器本体１の種結晶部（細径部）に種結晶４を入れ、内面に炭素質皮膜を設けた黒鉛のシールドキャップ２を装着する。成長容器本体１内には、その上にＧａＡｓ多結晶原料５を１２０００ｇと、液体封止剤３のＢ2Ｏ3を６００ｇ入れる。
【００３１】
この成長容器１０を成長炉に入れ、ヒータ（電気加熱炉）６により加熱し、ＧａＡｓ多結晶原料５全てと種結晶４を一部溶かし、成長容器１０を１〜３mm／ｈｒの速度で下降させ、結晶成長させた。尚、結晶成長時の上下方向の最大温度勾配は約１０℃／ｈｒに設定した。溶融したＧａＡｓ多結晶原料５全体が固化した後、最大５０℃／ｈｒ以下の速度で室温まで冷却し、成長容器１０を成長炉から取り出した。
【００３２】
本実施例の場合、内面を炭素質皮膜で被覆した黒鉛のシールドキャップ２には液体封止剤３のＢ2Ｏ3が固着しておらず、シールドキャップ２は成長容器本体１から容易に取り外すことができた。成長容器本体１を液体封止剤３のＢ2Ｏ3の溶解液に浸漬し、Ｂ2Ｏ3が溶解した後、成長容器本体１を傾けることにより、液体封止剤３のＢ2Ｏ3が成長容器本体１に固着することなく、結晶を容易に取り出すことができた。
【００３３】
繰り返し成長したところ、１０回連続して成長容器本体１を破損することなく、結晶を容易に取り出すことができた。
【００３４】
＜比較例＞
種結晶部のシールドキャップ２の材質をＰＢＮにしたこと以外は上記の実施例と同じ条件で成長した。その結果、１０回中５回はシールドキャップが種結晶部の成長容器から外れず、成長容器本体１を壊して結晶を取り出した。
【００３５】
よって、本発明に従い、シールドキャップ２の材質として、そのシールドキャップ内側面に高温気相成長により成長させた厚さ１０〜１００μｍの緻密な炭素質皮膜を設けることにより、ルツボへ付着している液体封止剤３のＢ2Ｏ3との剥離性を向上させ、成長容器本体１を破損することなく、結晶を容易に取り出せることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本実施の形態による結晶成長直後の成長容器を縦型電気炉のヒータと共に示した概略断面図である。
【図２】従来の化合物半導体単結晶成長容器の下端部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  成長容器
１  成長容器本体
１ａ  細径部
１ｃ  直胴部
２  シールドキャップ
３  液体封止剤（Ｂ2Ｏ3）
４  種結晶
５  ＧａＡｓ多結晶原料（化合物原料）
６  ヒータ
【図１】
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【図２】
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