(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部長手方向に直線状のスリットが開設された円筒状ボート本体とこのボート本体の両開放端に螺着される蓋材とでその主要部が構成されるボート内にIII族原料を充填し、このボートを封管内の一端側に配置する一方、封管内の他端側にはＶ族原料を配置し、上記封管全体を加熱すると共にボート内のIII族原料を局所的に更に高温に加熱してＶ族原料から発生した原料ガスと上記III族原料を反応させ、かつ、上記高温部を徐々に相対移動させながらIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を合成する化合物半導体多結晶の合成方法において、
ボート本体の両開放端側筒壁面にその開放縁部から上記スリット端方向へ延びる帯状切欠部をそれぞれ設けると共に、ボート本体の開放面よりわずかに大きくかつその外周縁の一部に上記帯状切欠部に嵌合される突起片が設けられた円形若しくは多角形状の耐熱性フィルム体を間に介在させた状態でボート本体の両開放端に蓋材をそれぞれ螺着して上記ボートが構成されていることを特徴とする化合物半導体多結晶の合成方法。
【請求項２】
上記ボート本体並びに蓋体が黒鉛で構成され、かつ、耐熱性フィルム体がカーボンフィルムで構成されていることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体多結晶の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＰ等III−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法に係り、特に、合成用ボート内に充填されたIII族原料がボート本体と蓋材との螺着部位へ漏出する現象を防止できると共に、合成終了後に蓋材をボート本体から外す際の合成用ボートの欠けや破損も防止されてその再使用寿命の改善が図れるIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＰ等のIII−Ｖ族化合物半導体は、従来、レーザダイオード、発光ダイオードのようなオプトデバイスやＨＥＭＴのような高速デバイス等の材料に利用されている。
【０００３】
そして、このようなIII−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ等のIII族原料とＰ等のＶ族原料を直接反応させて単結晶を成長させることが困難なため、III−Ｖ族化合物半導体多結晶をまず合成し、次いでこのIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を用いてＬＥＣ法等によりIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる方法が採られている。
【０００４】
ところで、上記III−Ｖ族化合物半導体多結晶は、図２に示すように各原料が充填された石英等から成る封管１を横型高圧炉２内に搬入して合成する方法が採られている。
【０００５】
すなわち、図２に示すようにＧａ等のIII族原料３は、スリット５１が設けられた合成用ボート４（図３参照）内に充填されると共に、ボート４全体を石英等から成る内管５内に収容して上記封管１の一端側に配置され、Ｐ等のＶ族原料６は、熱遮蔽板７を介し上記封管１の他端側に配置される。尚、原料等が充填された封管１は、その後真空にして封じ切られる。
【０００６】
次に、真空にして封じ切られた上記封管１は、中央に高周波コイル８を有しこの高周波コイル８を中央に挟んでその両側に抵抗ヒータ９を有する高圧容器にて構成された横型高圧炉２内に搬入される。
【０００７】
そして、横型高圧炉２内において封管１全体が加熱され、高周波コイル８により合成用ボート４内のIII族原料３が局所的に更に高温に加熱されると共に、Ｖ族原料６から発生した原料ガスが上記熱遮蔽板７に取付けられた導入管１０を介し内管５内に導入されて上記III族原料３と反応し、かつ、上記封管１を矢印α方向へ横型高圧炉２内を移動させるか封管１を固定して上記横型高圧炉２を逆方向へ移動させる等して（すなわち、高温部を相対移動させる）III−Ｖ族化合物半導体多結晶が合成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、III−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法に用いられる合成用ボート４は、図３および図４に示すように上部長手方向に直線状のスリット５１が開設された円筒状ボート本体５０とこのボート本体５０の両開放端に螺着される蓋材６０とでその主要部が構成されており、上記スリット５１のみが開放されて原料ガスがボート４内に出入りできるようになっている。
【０００９】
そして、上記蓋材６０とボート本体５０に設けられた螺子部を介して互いに螺着される構造になっているため、蓋材６０の螺子部やボート本体５０の螺子部に欠けが存在したり緩みが生ずると、これ等螺着部位に隙間ができ、合成用ボート４内に充填されたIII族原料が上記螺着部位へ漏出することがあった。
【００１０】
この状態でIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成を行った場合、上記螺着部位へ漏出したIII族原料の一部とＶ族の原料ガスとがこの部位で反応してIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を生成してしまうことがあり、螺着部位に生成した上記結晶が原因となって化合物半導体多結晶の合成を終了した時点でボート本体５０から蓋材６０を外す場合に蓋材６０が外れ難くなる問題を有していた。
【００１１】
尚、ボート本体５０から蓋材６０を強引に外そうとした場合、合成用ボート４に欠けや破損が発生し易く、合成用ボート４の再使用が阻害されてIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造コストを上昇させる問題があつた。
【００１２】
また、蓋材６０近傍にIII族原料が未反応状態で残留した場合、未反応のIII族原料を介し合成されたIII−Ｖ族化合物半導体多結晶と蓋材６０とが接着してしまうことがあり、上記同様、蓋材６０を強引に外そうとした場合、合成用ボート４に欠けや破損が発生し易く、合成用ボート４の再使用が阻害されてIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造コストを上昇させる問題があつた。
【００１３】
本発明はこの様な問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、ボート内に充填されたIII族原料がボート本体と蓋材との螺着部位へ漏出する現象を防止できると共に、合成終了後に蓋材をボート本体から外す際の合成用ボートの欠けや破損も防止されてその再使用寿命の改善が図れるIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に係る発明は、
上部長手方向に直線状のスリットが開設された円筒状ボート本体とこのボート本体の両開放端に螺着される蓋材とでその主要部が構成されるボート内にIII族原料を充填し、このボートを封管内の一端側に配置する一方、封管内の他端側にはＶ族原料を配置し、上記封管全体を加熱すると共にボート内のIII族原料を局所的に更に高温に加熱してＶ族原料から発生した原料ガスと上記III族原料を反応させ、かつ、上記高温部を徐々に相対移動させながらIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を合成する化合物半導体多結晶の合成方法を前提とし、
ボート本体の両開放端側筒壁面にその開放縁部から上記スリット端方向へ延びる帯状切欠部をそれぞれ設けると共に、ボート本体の開放面よりわずかに大きくかつその外周縁の一部に上記帯状切欠部に嵌合される突起片が設けられた円形若しくは多角形状の耐熱性フィルム体を間に介在させた状態でボート本体の両開放端に蓋材をそれぞれ螺着して上記ボートが構成されていることを特徴とし、
請求項２に係る発明は、
請求項１記載の発明に係る化合物半導体多結晶の合成方法を前提とし、
上記ボート本体並びに蓋体が黒鉛で構成され、かつ、耐熱性フィルム体がカーボンフィルムで構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
そして、これ等請求項１〜２記載の発明に係る化合物半導体多結晶の合成方法によれば、
ボート本体の両開放端側筒壁面にその開放縁部から上記スリット端方向へ延びる帯状切欠部をそれぞれ設けると共に、ボート本体の開放面よりわずかに大きくかつその外周縁の一部に上記帯状切欠部に嵌合される突起片が設けられた円形若しくは多角形状の耐熱性フィルム体を間に介在させた状態でボート本体の両開放端に蓋材をそれぞれ螺着して上記ボートが構成されているため、蓋材の螺子部やボート本体の螺子部に欠けが存在したり緩みが生じてこれ等螺着部位に隙間ができても、蓋材とボート本体の開放端間に介在された上記耐熱性フィルム体の作用によりボート内に充填されたIII族原料が上記螺着部位へ漏出することがなく、更に、上記蓋材近傍にIII族原料が未反応状態で残留した場合でも、上記耐熱性フィルム体の作用により合成されたIII−Ｖ族化合物半導体多結晶と蓋材とが接着してしまうこともない。
【００１６】
従って、化合物半導体多結晶の合成を終了した時点で蓋材をボート本体から容易に外すことができ、かつ、上記ボートの再使用が阻害されることもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
すなわち、この実施の形態に係る化合物半導体多結晶の合成方法は、III族原料を充填するボートが図１に示すような構造に変更されている点を除き従来の合成方法と略同一である。
【００１９】
まず、ボート４は、図１に示すように筒壁面の上部長手方向に直線状のスリット５１が開設されかつ両開放端側筒壁面に上記スリット５１より広幅で筒壁開放縁部から延びてスリット５１端に接続される帯状切欠部５２がそれぞれ設けられた黒鉛製の円筒状ボート本体５０と、この円筒状ボート本体５０の両開放端にそれぞれ螺着される黒鉛製の蓋材６０と、上記円筒状ボート本体５０と蓋材６０との間に介在され円筒状ボート本体５０の内径よりわずかに大きい直径を有しかつその外周縁の一部に上記帯状切欠部５２に嵌合される突起片７１を有する円形状の耐熱性フィルム体７０とでその主要部が構成され、このボート４内には図２に示すようにIII族原料３が充填されている。
【００２０】
そして、上記III族原料３が充填されたボート４は石英内管５内に収納され、図２に示すように石英内管５毎、石英封管（外管）１内の一端側に配置されると共に、石英封管１の他端側にはＶ族原料６が配置され、かつ、石英封管１の略中央部には不透明石英製の熱遮蔽板７が配置される。尚、熱遮蔽板７には導入管１０が取付けられており、この導入管１０を介してＶ族原料６が配置された空間と石英内管５とが連通するようになっている。
【００２１】
次に、石英内管５、熱遮蔽板７およびＶ族原料６等が収納された石英封管（外管）１の口を塞ぎ、真空引きを行なった後、封止切る。
【００２２】
次に、中央に高周波コイル８を有しこの高周波コイル８を中央に挟んでその両側に抵抗ヒータ９を有する高圧容器にて構成された横型高圧炉２内に、封じ切られた上記石英封管（外管）１を搬入し、横型高圧炉２の高圧容器内に窒素等不活性ガスを充填して高圧炉内を高圧状態に設定した後、抵抗ヒータ９を作用させて石英封管（外管）１全体を加熱し、かつ、高周波コイル８を作用させてボート４内におけるIII族原料３を局所的に更に高温に加熱する。
【００２３】
そして、熱遮蔽板７に取付けられた導入管１０を介し上記石英内管５内に導入されたＶ族原料６からの原料ガスとボート４内におけるIII族原料３とを反応させ、かつ、上記石英封管（外管）１若しくは横型高圧炉２を移動（すなわち、高温部を相対移動）させ、ボート４内で上記反応を順次進行させてIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を合成する。
【００２４】
この実施の形態に係る合成方法によれば、ボート本体５０の両開放端側筒壁面にスリット５１より広幅で筒壁開放縁部から延びてスリット５１端に接続される帯状切欠部５２がそれぞれ設けられていると共に、ボート本体５０の内径よりわずかに大きい直径を有しかつその外周縁の一部に上記帯状切欠部５２に嵌合される突起片７１を設けた円形状の耐熱性フィルム体７０を間に介在させた状態でボート本体５０の両開放端に蓋材６０がそれぞれ螺着されているため、蓋材６０の螺子部やボート本体５０の螺子部に欠けが存在したり緩みが生じてこれ等螺着部位に隙間ができていても、蓋材６０とボート本体５０の開放端間に介在された上記耐熱性フィルム体７０の作用によりボート４内に充填されたIII族原料３が上記螺着部位へ漏出することがなく、更に、上記蓋材６０近傍にIII族原料３が未反応状態で残留した場合でも、上記耐熱性フィルム体７０の作用により合成されたIII−Ｖ族化合物半導体多結晶と蓋材６０とが接着してしまうこともない。
【００２５】
従って、化合物半導体多結晶の合成を終了した時点で蓋材６０をボート本体５０から外す際に、従来のように蓋材６０が外れ難くなるようなことがなく、ボート４の再使用が阻害されるようなこともない利点を有している。
【００２６】
尚、ボート本体５０の両開放端側筒壁面に設けられる上記帯状切欠部５２の幅寸法についてはスリット５１と同一幅若しくは狭幅であってもよく、また、帯状切欠部５２がスリット５１端に必ずしも接続される必要はない。
【００２７】
また、上記耐熱性フィルム体７０の材質としては、例えば、カーボンフィルムや熱分解窒化ホウ素（ｐ−ＢＮ）製フィルム等が挙げられる。また、耐熱性フィルム体７０の直径はボート本体５０の内径よりもわずかに大きければよく、この耐熱性フィルム体７０を蓋材６０とボート本体５０の開放端間に介在させることによりボート４内に充填されたIII族原料３が螺着部位へ漏出しなくなるような寸法なら任意である。尚、ボート４内に充填されたIII族原料３の上記螺着部位への漏出が防止されるなら耐熱性フィルム体７０の形状は円形状に限定されるものではなく、例えば、ボート本体の開放面よりわずかに大きい正八角形状など多角形状であってもよい。更に、上記耐熱性フィルム体７０の外周縁に設けられる突起片７１の幅寸法についても、この突起片７１がボート本体５０の上記帯状切欠部５２に嵌合されてボート４内で保持されればよくこれ等寸法も任意である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００２９】
まず、図１に示す黒鉛製ボート本体５０の内径よりわずかに大きい、直径４２ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのカーボンフィルム製耐熱性フィルム体７０を間に介在させた状態で上記黒鉛製ボート本体５０の両開放端に蓋材６０をそれぞれ螺着させて合成用ボート４を組み立てた。
【００３０】
尚、図２に示すようにこのボート４は外径４８ｍｍ、内径４０ｍｍ、長さ７４５ｍｍの寸法を有しており、この内部にIII族原料３であるガリウム（Ｇａ）２０００ｇが２等分して充填されている。
【００３１】
次に、III族原料３が充填され黒鉛製ボート４を石英内管５内に収納し、図１に示すように石英内管５毎、石英封管１内の一端側に配置すると共に、石英封管１の他端側にはＶ族原料６である赤燐（Ｐ）９２０ｇを配置した。尚、石英封管１内には、Ｖ族原料６の原料ガスを石英内管５内に導入するための導入管１０が取付けられた不透明石英製の熱遮蔽板７が配置されている。
【００３２】
次に、石英内管５、熱遮蔽板７およびＶ族原料６等が収納された石英封管１の口を塞ぎ、中を１０-6Ｔｏｒｒオーダまで真空引きを行なった後、封止切る。
【００３３】
次に、中央に高周波コイル８を有しこの高周波コイル８を中央に挟んでその両側に抵抗ヒータ９を有する高圧容器にて構成された横型高圧炉２内に、封じ切られた上記石英封管１を搬入し、横型高圧炉２の高圧容器内に窒素ガスを充填して高圧炉内を高圧状態（４０ｋｇ／ｃｍ2）に設定した後、抵抗ヒータ９を作用させ石英封管１全体を加熱してＶ族原料６である赤燐（Ｐ）を３００℃〜７００℃に昇温し、かつ、ボート４内のIII族原料３であるガリウム（Ｇａ）を５００℃〜６００℃の範囲で保持すると共に、高周波コイル８を作用させて上記ボート４内をＧａＰの融点である１４７０℃付近の温度で保持する。
【００３４】
そして、熱遮蔽板７に取付けられた導入管１０を介し上記石英内管５内に導入されたＶ族原料６からの原料ガスとボート４の内におけるIII族原料３とを反応させ、かつ、上記石英封管１を矢印α方向へ横型高圧炉２内を移動させ（すなわち、高温部を相対移動させ）、ボート４内で上記反応を順次進行させて一体化されたIII−Ｖ族化合物半導体（ＧａＰ）多結晶を合成した。
【００３５】
一方、比較例としてカーボンフィルム製耐熱性フィルム体７０を間に介在させない従来のボートも組み立て、かつ、合成条件は実施例と同一にしてIII−Ｖ族化合物半導体（ＧａＰ）多結晶を合成した。
【００３６】
そして、実施例と比較例に係るIII−Ｖ族化合物半導体（ＧａＰ）多結晶の合成を繰り返し行い、III族原料であるガリウム（Ｇａ）の漏れ状態、合成された多結晶と蓋材６０との接着状態、および、黒鉛製ボート４の再使用寿命（耐久性）を比較した。この結果を以下の表１に示す。
【００３７】
尚、表１において「原料漏れ発生率（％）」は繰り返し行った合成数に対して原料漏れが発生した数の割合、「蓋との接着発生率（％）」は上記合成数に対して合成されたIII−Ｖ族化合物半導体（ＧａＰ）多結晶と蓋材６０とが接着した数の割合である。また、「黒鉛ボートの破損率（％）」は合成数に対して合成されたIII−Ｖ族化合物半導体（ＧａＰ）多結晶を取り出すときに破損したボート数の割合、「平均使用回数（回）」は黒鉛ボート１個について合成に繰り返し使用した回数の平均回数である。
【００３８】
【表１】
0003888142.tif 000002
表１に示された数値から明らかなように、実施例においてはIII族原料であるガリウム（Ｇａ）の漏れ、合成されたIII−Ｖ族化合物半導体（ＧａＰ）多結晶と蓋材６０との接着はほとんどない状態となり、接着の発生率は大幅に低下していることが確認される。
【００３９】
また、実施例における黒鉛ボートの破損率は０．７％となり、比較例の１８．２％から大きく低下し、かつ、実施例における黒鉛ボートの平均使用回数についても６．５回となり比較例の２．４回に較べて著しく向上していることが確認される。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１〜２記載の発明に係る化合物半導体多結晶の合成方法によれば、
ボート本体の両開放端側筒壁面にその開放縁部から上記スリット端方向へ延びる帯状切欠部をそれぞれ設けると共に、ボート本体の開放面よりわずかに大きくかつその外周縁の一部に上記帯状切欠部に嵌合される突起片が設けられた円形若しくは多角形状の耐熱性フィルム体を間に介在させた状態でボート本体の両開放端に蓋材をそれぞれ螺着して上記ボートが構成されているため、蓋材の螺子部やボート本体の螺子部に欠けが存在したり緩みが生じてこれ等螺着部位に隙間ができても、蓋材とボート本体の開放端間に介在された上記耐熱性フィルム体の作用によりボート内に充填されたIII族原料が上記螺着部位へ漏出することがなく、更に、上記蓋材近傍にIII族原料が未反応状態で残留した場合でも、上記耐熱性フィルム体の作用により合成されたIII−Ｖ族化合物半導体多結晶と蓋材とが接着してしまうこともない。
【００４１】
従って、化合物半導体多結晶の合成を終了した時点で蓋材をボート本体から容易に外すことができるためボートの欠けや破損を防止することが可能となり、これによりボートの再使用寿命の大幅な改善が図れる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る化合物半導体多結晶の合成方法に適用されるボートの一部分解斜視図。
【図２】  III−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法を示す説明図。
【図３】従来例に係るIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法に適用されるボートの概略斜視図。
【図４】従来例に係るIII−Ｖ族化合物半導体多結晶の合成方法に適用されるボートの一部分解斜視図。
【符号の説明】
４  ボート
５０  ボート本体
５１  スリット
５２  帯状切欠部
６０  蓋材
７０  耐熱性フィルム体
７１  突起片
【図１】
0003888142.tif 000003
【図２】
0003888142.tif 000004
【図３】
0003888142.tif 000005
【図４】
0003888142.tif 000006