JP2003146791A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 垂直温度勾配法あるいは垂直ブリッジマン法
で使用される熱分解窒化ホウ素製のルツボ表面に、簡便
かつ安全な方法で酸化ホウ素膜を形成でき、原料結晶の
融液に酸化ホウ素封止剤の被覆不良部分が生じないよう
にして、ＧａＡｓなどの良質な単結晶を育成する化合物
半導体単結晶の製造方法を提供。 【解決手段】 熱分解窒化ホウ素のルツボを空気中で高
温に加熱処理し、表面に予め酸化ホウ素薄膜を形成し、
次いで、該ルツボ内に、種子結晶、酸化ホウ素封止剤お
よび原料結晶を順次設置する際に、酸化ホウ素封止剤の
添加量を原料結晶に対して重量比で１／１２００〜１／
１２０とすることにより、単結晶育成時に、酸化ホウ素
封止剤及び／又は酸化ホウ素薄膜が原料結晶の融液を実
質的に覆い、該融液がルツボ内面と直接的に接触しない
ようにする化合物半導体単結晶の製造方法によって提
供。
で使用される熱分解窒化ホウ素製のルツボ表面に、簡便
かつ安全な方法で酸化ホウ素膜を形成でき、原料結晶の
融液に酸化ホウ素封止剤の被覆不良部分が生じないよう
にして、ＧａＡｓなどの良質な単結晶を育成する化合物
半導体単結晶の製造方法を提供。 【解決手段】 熱分解窒化ホウ素のルツボを空気中で高
温に加熱処理し、表面に予め酸化ホウ素薄膜を形成し、
次いで、該ルツボ内に、種子結晶、酸化ホウ素封止剤お
よび原料結晶を順次設置する際に、酸化ホウ素封止剤の
添加量を原料結晶に対して重量比で１／１２００〜１／
１２０とすることにより、単結晶育成時に、酸化ホウ素
封止剤及び／又は酸化ホウ素薄膜が原料結晶の融液を実
質的に覆い、該融液がルツボ内面と直接的に接触しない
ようにする化合物半導体単結晶の製造方法によって提
供。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体単結
晶の製造方法に関し、さらに詳しくは、垂直温度勾配法
あるいは垂直ブリッジマン法で使用される熱分解窒化ホ
ウ素製のルツボ表面に、簡便かつ安全な方法で酸化ホウ
素薄膜を形成でき、原料結晶の融液に酸化ホウ素封止剤
の被覆不良部分が生じないようにして、ＧａＡｓなどの
良質な単結晶を育成する化合物半導体単結晶の製造方法
に関する。
晶の製造方法に関し、さらに詳しくは、垂直温度勾配法
あるいは垂直ブリッジマン法で使用される熱分解窒化ホ
ウ素製のルツボ表面に、簡便かつ安全な方法で酸化ホウ
素薄膜を形成でき、原料結晶の融液に酸化ホウ素封止剤
の被覆不良部分が生じないようにして、ＧａＡｓなどの
良質な単結晶を育成する化合物半導体単結晶の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外光および可視光の受発光素子、なら
びに高周波電子素子の基板としてＧａＡｓ単結晶が広く
用いられているが、それを製造する方法として垂直温度
勾配法（以下、ＶＧＦ法という）および垂直ブリッジマ
ン法（以下、ＶＢ法という）が知られている。
びに高周波電子素子の基板としてＧａＡｓ単結晶が広く
用いられているが、それを製造する方法として垂直温度
勾配法（以下、ＶＧＦ法という）および垂直ブリッジマ
ン法（以下、ＶＢ法という）が知られている。
【０００３】例えば、特開平５−２４９７９号公報に
は、ＶＧＦ法やＬＥＣ法（液体封止引上法）によるＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体結晶製造装置が、また、特開平５
−７０２７６号公報には、ＶＧＦ法やＶＢ法によるＧａ
Ａｓなど単結晶の製造装置が開示されている。
は、ＶＧＦ法やＬＥＣ法（液体封止引上法）によるＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体結晶製造装置が、また、特開平５
−７０２７６号公報には、ＶＧＦ法やＶＢ法によるＧａ
Ａｓなど単結晶の製造装置が開示されている。
【０００４】ＶＧＦ法、ＶＢ法においては、ルツボ内に
ＧａＡｓ種子結晶、封止剤および原料結晶となるＧａＡ
ｓ多結晶（またはＧａとＡｓ）を設置してから、全体を
石英管内に封入するか、あるいは圧力容器内に設置して
から圧力容器内を不活性ガスで加圧する。その後、ルツ
ボ上側をＧａＡｓ多結晶の融点以上に、ルツボ下側をＧ
ａＡｓ多結晶の融点以下に加熱して、ルツボ上側にＧａ
Ａｓ多結晶の融液を作り、ルツボ下端部に設置した種子
結晶と融液を接触させてから、全体の温度を下げるか、
またはルツボを低温度側へ移動させてＧａＡｓ単結晶を
得る。
ＧａＡｓ種子結晶、封止剤および原料結晶となるＧａＡ
ｓ多結晶（またはＧａとＡｓ）を設置してから、全体を
石英管内に封入するか、あるいは圧力容器内に設置して
から圧力容器内を不活性ガスで加圧する。その後、ルツ
ボ上側をＧａＡｓ多結晶の融点以上に、ルツボ下側をＧ
ａＡｓ多結晶の融点以下に加熱して、ルツボ上側にＧａ
Ａｓ多結晶の融液を作り、ルツボ下端部に設置した種子
結晶と融液を接触させてから、全体の温度を下げるか、
またはルツボを低温度側へ移動させてＧａＡｓ単結晶を
得る。
【０００５】ルツボとしては、石英または熱分解窒化ホ
ウ素（以下、ＰＢＮという）が一般に用いられている。
石英製のルツボを用いた場合には、融液中へケイ素が混
入するのを避けられないのに対して、ＰＢＮルツボを用
いれば、電気的に活性な不純物の混入が少ないので、育
成する単結晶の比抵抗やキャリア濃度を制御しやすい利
点がある。そのため、化合物半導体の単結晶を製造する
方法として、ＰＢＮルツボを用いて育成する方法が広く
普及している。
ウ素（以下、ＰＢＮという）が一般に用いられている。
石英製のルツボを用いた場合には、融液中へケイ素が混
入するのを避けられないのに対して、ＰＢＮルツボを用
いれば、電気的に活性な不純物の混入が少ないので、育
成する単結晶の比抵抗やキャリア濃度を制御しやすい利
点がある。そのため、化合物半導体の単結晶を製造する
方法として、ＰＢＮルツボを用いて育成する方法が広く
普及している。
【０００６】ＰＢＮルツボで単結晶を育成する場合、封
止剤として酸化ホウ素（以下、Ｂ２０３とする）を添加
するのが一般的である。封止剤としてＢ２０３を添加す
ることによる効果には、次の２点が挙げられる。
止剤として酸化ホウ素（以下、Ｂ２０３とする）を添加
するのが一般的である。封止剤としてＢ２０３を添加す
ることによる効果には、次の２点が挙げられる。
【０００７】第一の効果は、高温で軟化したＢ２０３が
融液および種子結晶の表面を覆うことにより、化合物を
構成する元素が融液および種子結晶から解離するのを抑
える効果である。第二の効果は、高温で軟化したＢ２０
３が融液および種子結晶とＰＢＮルツボとの間に入り込
むことにより、融液および種子結晶と、ＰＢＮルツボと
が直接に接触するのを防止して、多結晶の発生を抑制す
る効果である。これらの効果をもつことが、ＶＧＦ法あ
るいはＶＢ法で、ＰＢＮルツボとＢ２０３の組み合わせ
を用いた育成が広く行われる理由である。
融液および種子結晶の表面を覆うことにより、化合物を
構成する元素が融液および種子結晶から解離するのを抑
える効果である。第二の効果は、高温で軟化したＢ２０
３が融液および種子結晶とＰＢＮルツボとの間に入り込
むことにより、融液および種子結晶と、ＰＢＮルツボと
が直接に接触するのを防止して、多結晶の発生を抑制す
る効果である。これらの効果をもつことが、ＶＧＦ法あ
るいはＶＢ法で、ＰＢＮルツボとＢ２０３の組み合わせ
を用いた育成が広く行われる理由である。
【０００８】添加するＢ２０３封止剤を、単にＰＢＮル
ツボ内に設置するだけでは、高温でＢ２０３が軟化した
ときに、融液とＰＢＮルツボとの境界にＢ２０３が十分
に行き渡らず、融液の一部分にＢ２０３で覆われない部
分が生じることがある。この被覆不良部分では、融液と
ＰＢＮルツボとが直接に接触しているため、その部分で
単結晶がＰＢＮルツボの内壁に接着され、そこから多結
晶が発生してしまう場合が多い。
ツボ内に設置するだけでは、高温でＢ２０３が軟化した
ときに、融液とＰＢＮルツボとの境界にＢ２０３が十分
に行き渡らず、融液の一部分にＢ２０３で覆われない部
分が生じることがある。この被覆不良部分では、融液と
ＰＢＮルツボとが直接に接触しているため、その部分で
単結晶がＰＢＮルツボの内壁に接着され、そこから多結
晶が発生してしまう場合が多い。
【０００９】このような被覆不良部分を生じさせない方
法のひとつは、Ｂ２０３を多量に添加することである。
しかし、多量のＢ２０３を添加した場合でも、Ｂ２０３
が常に融液とＰＢＮの境界全体に行き渡るとは限らず、
被覆不良部分を生じることがある。さらに、Ｂ２０３を
多量に添加すると、Ｂ２０３が結晶融液とＰＢＮルツボ
との境界ばかりではなく、結晶融液の上面全体を厚く覆
ってしまうため、育成後の単結晶をＰＢＮルツボから取
り出すのが困難となるうえ、Ｂ２０３と単結晶との熱膨
張率の違いにより、単結晶に歪みが生じ、単結晶が破壊
されることもある。一方、添加するＢ２０３の量を低減
すると、育成後の単結晶の取り出しは容易になるが、被
覆不良部分が生じやすくなるという問題がある。
法のひとつは、Ｂ２０３を多量に添加することである。
しかし、多量のＢ２０３を添加した場合でも、Ｂ２０３
が常に融液とＰＢＮの境界全体に行き渡るとは限らず、
被覆不良部分を生じることがある。さらに、Ｂ２０３を
多量に添加すると、Ｂ２０３が結晶融液とＰＢＮルツボ
との境界ばかりではなく、結晶融液の上面全体を厚く覆
ってしまうため、育成後の単結晶をＰＢＮルツボから取
り出すのが困難となるうえ、Ｂ２０３と単結晶との熱膨
張率の違いにより、単結晶に歪みが生じ、単結晶が破壊
されることもある。一方、添加するＢ２０３の量を低減
すると、育成後の単結晶の取り出しは容易になるが、被
覆不良部分が生じやすくなるという問題がある。
【００１０】このような問題点を解決するには、酸素ガ
ス雰囲気中で、ＰＢＮルツボを１０００℃以上の高温に
加熱・保持したり、ホウ素を含む薬品によりＰＢＮルツ
ボを化学的にコーティング処理する方法が考えられる
が、このような方法では酸素ガスや薬品の取り扱いを要
することになるため、危険性を考慮した複雑な装置や作
業が必要である。
ス雰囲気中で、ＰＢＮルツボを１０００℃以上の高温に
加熱・保持したり、ホウ素を含む薬品によりＰＢＮルツ
ボを化学的にコーティング処理する方法が考えられる
が、このような方法では酸素ガスや薬品の取り扱いを要
することになるため、危険性を考慮した複雑な装置や作
業が必要である。
【００１１】また、前記の特開平５−２４９７９号公報
に記載された製造装置によれば、揮散した成分（Ｖ族元
素）の除去作業が容易になり、また、特開平５−７０２
７６号公報に記載の装置によれば、結晶成長における固
液界面の制御がより厳密になり、双晶、リネージ、フリ
ーズアウトなどの発生を抑制しうるが、いずれの特許文
献にも融液をルツボと接触させないようにする技術は開
示されていない。
に記載された製造装置によれば、揮散した成分（Ｖ族元
素）の除去作業が容易になり、また、特開平５−７０２
７６号公報に記載の装置によれば、結晶成長における固
液界面の制御がより厳密になり、双晶、リネージ、フリ
ーズアウトなどの発生を抑制しうるが、いずれの特許文
献にも融液をルツボと接触させないようにする技術は開
示されていない。
【００１２】このような状況にあって、化合物半導体単
結晶をＶＧＦ法、ＶＢ法で製造するに際し、多結晶の生
成を抑制し良質な単結晶を得るため、融液がルツボと接
触しないようにする安全で簡易な技術の開発が切望され
ていた。
結晶をＶＧＦ法、ＶＢ法で製造するに際し、多結晶の生
成を抑制し良質な単結晶を得るため、融液がルツボと接
触しないようにする安全で簡易な技術の開発が切望され
ていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ＶＧ
Ｆ法あるいはＶＢ法で使用されるＰＢＮ製のルツボ表面
に、簡便かつ安全な方法でＢ２０３薄膜を形成でき、原
料結晶の融液にＢ２０３封止剤の被覆不良部分が生じな
いようにして、ＧａＡｓなどの良質な単結晶を育成する
化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
Ｆ法あるいはＶＢ法で使用されるＰＢＮ製のルツボ表面
に、簡便かつ安全な方法でＢ２０３薄膜を形成でき、原
料結晶の融液にＢ２０３封止剤の被覆不良部分が生じな
いようにして、ＧａＡｓなどの良質な単結晶を育成する
化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の従来
技術の課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、清
浄なＰＢＮルツボを石英等の容器中に設置したのち、電
気炉等の手段により空気中で高温に加熱処理すること
で、空気中の酸素とルツボのＰＢＮとを反応させて、Ｐ
ＢＮルツボの表面にＢ２０３の薄膜を形成してから、適
量のＢ２０３封止剤を原料結晶と共にルツボ内に設置
し、単結晶育成に使用すれば、Ｂ２０３による被覆不良
が防止でき良質な単結晶が得られることを見出して、本
発明を完成するに至った。
技術の課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、清
浄なＰＢＮルツボを石英等の容器中に設置したのち、電
気炉等の手段により空気中で高温に加熱処理すること
で、空気中の酸素とルツボのＰＢＮとを反応させて、Ｐ
ＢＮルツボの表面にＢ２０３の薄膜を形成してから、適
量のＢ２０３封止剤を原料結晶と共にルツボ内に設置
し、単結晶育成に使用すれば、Ｂ２０３による被覆不良
が防止でき良質な単結晶が得られることを見出して、本
発明を完成するに至った。
【００１５】本発明の第１の発明によれば、熱分解窒化
ホウ素製のルツボを用いて垂直温度勾配法又は垂直ブリ
ッジマン法によって化合物半導体単結晶を製造する方法
において、上記ルツボを空気中で高温に加熱処理するこ
とにより該ルツボ表面に予め酸化ホウ素薄膜を形成し、
次いで、該酸化ホウ素薄膜の形成されたルツボ内に、種
子結晶、酸化ホウ素封止剤および原料結晶を順次設置す
る際に、酸化ホウ素封止剤の添加量を原料結晶に対して
重量比で１／１２００〜１／１２０とすることにより、
単結晶育成時において、酸化ホウ素封止剤及び／又は酸
化ホウ素薄膜が原料結晶の融液を実質的に覆い、該融液
がルツボ内面と直接的に接触しないようにすることを特
徴とする化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
ホウ素製のルツボを用いて垂直温度勾配法又は垂直ブリ
ッジマン法によって化合物半導体単結晶を製造する方法
において、上記ルツボを空気中で高温に加熱処理するこ
とにより該ルツボ表面に予め酸化ホウ素薄膜を形成し、
次いで、該酸化ホウ素薄膜の形成されたルツボ内に、種
子結晶、酸化ホウ素封止剤および原料結晶を順次設置す
る際に、酸化ホウ素封止剤の添加量を原料結晶に対して
重量比で１／１２００〜１／１２０とすることにより、
単結晶育成時において、酸化ホウ素封止剤及び／又は酸
化ホウ素薄膜が原料結晶の融液を実質的に覆い、該融液
がルツボ内面と直接的に接触しないようにすることを特
徴とする化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
【００１６】本発明の第２の発明によれば、第１の発明
において、上記加熱処理が、１０００〜１１５０℃の温
度下で５〜１５時間行われることを特徴とする化合物半
導体単結晶の製造方法が提供される。
において、上記加熱処理が、１０００〜１１５０℃の温
度下で５〜１５時間行われることを特徴とする化合物半
導体単結晶の製造方法が提供される。
【００１７】本発明の第３の発明によれば、第１の発明
において、ルツボ表面の酸化ホウ素薄膜が、１０〜５０
μｍの厚さに形成されることを特徴とする化合物半導体
単結晶の製造方法が提供される。
において、ルツボ表面の酸化ホウ素薄膜が、１０〜５０
μｍの厚さに形成されることを特徴とする化合物半導体
単結晶の製造方法が提供される。
【００１８】本発明の第４の発明によれば、第１の発明
において、化合物半導体単結晶が、ＧａＡｓ単結晶であ
ることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法が提
供される。
において、化合物半導体単結晶が、ＧａＡｓ単結晶であ
ることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法が提
供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【００２０】本発明の化合物半導体単結晶の製造方法
は、ＰＢＮ製ルツボを用い、ＶＧＦ法あるいはＶＢ法に
よって化合物半導体単結晶を育成する方法であって、
（１）予め、ルツボを空気中、高温で加熱処理し、ルツ
ボ表面にＢ２０３薄膜を形成しておき、（２）このルツ
ボ内に、少なくとも種子結晶、Ｂ２０３封止剤、および
原料結晶を設置する際、Ｂ２０３封止剤を特定量とする
ことで、（３）原料結晶の融液をＢ２０３の薄い膜で覆
い、融液がルツボ内面と接触しないようにして、多結晶
の生成を抑制して単結晶を育成させることを特徴とする
化合物半導体単結晶の製造方法である。
は、ＰＢＮ製ルツボを用い、ＶＧＦ法あるいはＶＢ法に
よって化合物半導体単結晶を育成する方法であって、
（１）予め、ルツボを空気中、高温で加熱処理し、ルツ
ボ表面にＢ２０３薄膜を形成しておき、（２）このルツ
ボ内に、少なくとも種子結晶、Ｂ２０３封止剤、および
原料結晶を設置する際、Ｂ２０３封止剤を特定量とする
ことで、（３）原料結晶の融液をＢ２０３の薄い膜で覆
い、融液がルツボ内面と接触しないようにして、多結晶
の生成を抑制して単結晶を育成させることを特徴とする
化合物半導体単結晶の製造方法である。
【００２１】１． ルツボ表面への酸化ホウ素薄膜の形
成 図１は、本発明の方法を実施するのに好適な、ＰＢＮ製
ルツボの一例を示す概略断面図である。ＰＢＮルツボ１
は、下部にテーパー部分、種子結晶の保持部分をもち、
ルツボ内面にはＢ２０３薄膜２が形成されている。
成 図１は、本発明の方法を実施するのに好適な、ＰＢＮ製
ルツボの一例を示す概略断面図である。ＰＢＮルツボ１
は、下部にテーパー部分、種子結晶の保持部分をもち、
ルツボ内面にはＢ２０３薄膜２が形成されている。
【００２２】ルツボ表面へＢ２０３薄膜を形成するに
は、まず清浄なＰＢＮルツボを石英等の容器中に設置
し、次いで、電気炉等の手段により空気中で加熱する。
加熱温度は１０００〜１１５０℃とし、この温度で５〜
１５時間保持する。１０００℃未満、または５時間未満
では、ルツボ表面に十分な厚さの膜が得られず、一方、
１１５０℃を超え、または１５時間を超えると、膜の形
成は進むが、ルツボ自体の肉厚が大幅に減少し、ルツボ
の寿命も短縮してしまう。
は、まず清浄なＰＢＮルツボを石英等の容器中に設置
し、次いで、電気炉等の手段により空気中で加熱する。
加熱温度は１０００〜１１５０℃とし、この温度で５〜
１５時間保持する。１０００℃未満、または５時間未満
では、ルツボ表面に十分な厚さの膜が得られず、一方、
１１５０℃を超え、または１５時間を超えると、膜の形
成は進むが、ルツボ自体の肉厚が大幅に減少し、ルツボ
の寿命も短縮してしまう。
【００２３】ルツボを１０００〜１１５０℃で５〜１５
時間保持した後、１００〜２００℃／ｈｒで徐々に冷却
する。これにより、ルツボ表面に厚さ１０〜５０μｍの
Ｂ２０３薄膜を形成でき、目的とする化合物半導体単結
晶をルツボから取り出しやすくなるという実用上の利便
性が得られる。
時間保持した後、１００〜２００℃／ｈｒで徐々に冷却
する。これにより、ルツボ表面に厚さ１０〜５０μｍの
Ｂ２０３薄膜を形成でき、目的とする化合物半導体単結
晶をルツボから取り出しやすくなるという実用上の利便
性が得られる。
【００２４】２． 種子結晶、酸化ホウ素封止剤、およ
び原料結晶などの設置 次いで、Ｂ２０３薄膜が形成されたルツボ１の底部にＧ
ａＡｓ種子結晶３を置き、その上にＢ２０３封止剤４と
ドーパント（Ｓｉなど）を載せ、最後に原料結晶をその
周囲がルツボに接触しないよう注意して設置する。
び原料結晶などの設置 次いで、Ｂ２０３薄膜が形成されたルツボ１の底部にＧ
ａＡｓ種子結晶３を置き、その上にＢ２０３封止剤４と
ドーパント（Ｓｉなど）を載せ、最後に原料結晶をその
周囲がルツボに接触しないよう注意して設置する。
【００２５】Ｂ２０３封止剤の添加量は、原料結晶に対
する重量比で、１／１２００〜１／１２０の割合とす
る。１／１２００未満では、融液への被覆不良が生じや
すく、一方、１／１２０を超えるとＢ２０３が融液の上
面全体を覆ってしまい、単結晶の取り出しが困難にな
る。好ましいＢ２０３添加量は、原料結晶に対する重量
比で、１／８００〜１／１２０、特に１／３００〜１／
１５０である。
する重量比で、１／１２００〜１／１２０の割合とす
る。１／１２００未満では、融液への被覆不良が生じや
すく、一方、１／１２０を超えるとＢ２０３が融液の上
面全体を覆ってしまい、単結晶の取り出しが困難にな
る。好ましいＢ２０３添加量は、原料結晶に対する重量
比で、１／８００〜１／１２０、特に１／３００〜１／
１５０である。
【００２６】３． 単結晶の育成
その後は、ＶＧＦ法、ＶＢ法により従来と同様な条件で
結晶育成すればよい。種子結晶、Ｂ２０３封止剤、およ
び原料結晶を順次設置し、ドーパントを添加したルツボ
は、石英容器（アンプル管）に封入する。次に、ルツボ
を真空中で、１２３８〜１２６０℃に加熱して、Ｂ２０
３封止剤、および原料結晶を溶融する。最初にＢ２０３
封止剤が軟化して、原料結晶の周囲を覆い、次いで原料
結晶が溶融してくる。１２３８℃未満では、原料結晶が
溶融せず、１２６０℃を超えるとＶ族元素（Ａｓ）が逸
散するなどの問題を生じるので好ましくない。
結晶育成すればよい。種子結晶、Ｂ２０３封止剤、およ
び原料結晶を順次設置し、ドーパントを添加したルツボ
は、石英容器（アンプル管）に封入する。次に、ルツボ
を真空中で、１２３８〜１２６０℃に加熱して、Ｂ２０
３封止剤、および原料結晶を溶融する。最初にＢ２０３
封止剤が軟化して、原料結晶の周囲を覆い、次いで原料
結晶が溶融してくる。１２３８℃未満では、原料結晶が
溶融せず、１２６０℃を超えるとＶ族元素（Ａｓ）が逸
散するなどの問題を生じるので好ましくない。
【００２７】こうして、ルツボ内面のＢ２０３薄膜また
は添加した封止剤が薄い膜となって原料結晶の融液を覆
うようにして、融液がルツボのＰＢＮと直接的に接触し
ないようにすることが重要である。本発明では、予めル
ツボの表面にＢ２０３薄膜を形成してあるので、たとえ
Ｂ２０３封止剤が不足する個所があっても、融液がルツ
ボのＰＢＮと直接的に接触することは回避される。
は添加した封止剤が薄い膜となって原料結晶の融液を覆
うようにして、融液がルツボのＰＢＮと直接的に接触し
ないようにすることが重要である。本発明では、予めル
ツボの表面にＢ２０３薄膜を形成してあるので、たとえ
Ｂ２０３封止剤が不足する個所があっても、融液がルツ
ボのＰＢＮと直接的に接触することは回避される。
【００２８】ルツボ内面と融液間に形成されるＢ２０３
封止剤の膜は、５０〜１５０μｍの厚さとするのが好ま
しい。ルツボは１２３８〜１２６０℃に加熱後、５０〜
１３０時間かけて徐冷することで、多結晶の生成が抑制
され、良質なＧａＡｓ化合物半導体の単結晶を育成させ
ることができる。特に良質な単結晶を得るには、９０〜
１１０時間かけて徐冷することが望ましい。室温まで冷
却したら結晶を取り出す。
封止剤の膜は、５０〜１５０μｍの厚さとするのが好ま
しい。ルツボは１２３８〜１２６０℃に加熱後、５０〜
１３０時間かけて徐冷することで、多結晶の生成が抑制
され、良質なＧａＡｓ化合物半導体の単結晶を育成させ
ることができる。特に良質な単結晶を得るには、９０〜
１１０時間かけて徐冷することが望ましい。室温まで冷
却したら結晶を取り出す。
【００２９】単結晶として、特に好ましいＧａＡｓ化合
物半導体を例にとって説明したが、本発明では、これに
限定されず、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、Ｉ
ｎＳｂなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体や、ＣｄＴｅ、
ＨｇＣｄ、ＨｇＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどのＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体、さらには、これら二元系だけでなく
三元系の化合物半導体にも適用することができる。
物半導体を例にとって説明したが、本発明では、これに
限定されず、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、Ｉ
ｎＳｂなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体や、ＣｄＴｅ、
ＨｇＣｄ、ＨｇＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどのＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体、さらには、これら二元系だけでなく
三元系の化合物半導体にも適用することができる。
【００３０】この方法によれば、酸素ガスを注入しなが
ら高温に加熱したり、薬品によりルツボ表面をコーティ
ング処理する方法を考慮せずにすみ、危険性を考慮した
複雑で大がかりな装置や作業は不要となる。
ら高温に加熱したり、薬品によりルツボ表面をコーティ
ング処理する方法を考慮せずにすみ、危険性を考慮した
複雑で大がかりな装置や作業は不要となる。
【００３１】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに述べる
が、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるも
のではない。
が、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるも
のではない。
【００３２】（実施例１）直径約８０ｍｍ、高さ約２５
０ｍｍで、下部にテーパー部分と種子結晶の保持部分が
あるＰＢＮルツボを電気炉に入れ、空気中で１１００℃
に加熱し、１０時間保持したのち、室温に徐冷して、Ｐ
ＢＮルツボの表面に厚さ約３０μｍのＢ２０３薄膜を形
成した。このルツボに、種子結晶６ｇ、Ｂ２０３封止剤
１２ｇと、ＧａＡｓ原料結晶２．４ｋｇと、ドーパント
のＳｉを収納し、石英アンプル管に真空封入した。その
後は、通常のＶＧＦ法によって、Ｓｉがドープされたｎ
型のＧａＡｓ単結晶を育成した。５回の単結晶成長にお
いて、Ｂ２０３が完全に融液を被覆し、融液が直接ＰＢ
Ｎルツボにふれて多結晶が発生することはなかった。ま
たＰＢＮルツボからの単結晶の取り出しは容易であり、
歪みによって単結晶が破壊されることはなかった。
０ｍｍで、下部にテーパー部分と種子結晶の保持部分が
あるＰＢＮルツボを電気炉に入れ、空気中で１１００℃
に加熱し、１０時間保持したのち、室温に徐冷して、Ｐ
ＢＮルツボの表面に厚さ約３０μｍのＢ２０３薄膜を形
成した。このルツボに、種子結晶６ｇ、Ｂ２０３封止剤
１２ｇと、ＧａＡｓ原料結晶２．４ｋｇと、ドーパント
のＳｉを収納し、石英アンプル管に真空封入した。その
後は、通常のＶＧＦ法によって、Ｓｉがドープされたｎ
型のＧａＡｓ単結晶を育成した。５回の単結晶成長にお
いて、Ｂ２０３が完全に融液を被覆し、融液が直接ＰＢ
Ｎルツボにふれて多結晶が発生することはなかった。ま
たＰＢＮルツボからの単結晶の取り出しは容易であり、
歪みによって単結晶が破壊されることはなかった。
【００３３】（比較例１、２）これに対して、ＰＢＮル
ツボに、予めＢ２Ｏ３薄膜を形成しなかった場合（比較
例１）は、実施例と同じ要領で行った５回の単結晶成長
において、全てＢ２０ ３による融液への被覆が不良によ
り、融液が直接ＰＢＮルツボにふれて多結晶が発生し
た。また、ＰＢＮルツボを電気炉に入れ、空気中で９５
０℃に加熱し、４時間保持した後、室温に徐冷して、Ｐ
ＢＮルツボの表面に厚さ約５μｍのＢ２０３薄膜を形成
した（比較例２）。実施例と同じ要領で行った５回の単
結晶成長において、３回はＢ２０３の被覆不良により、
結晶融液が直接ＰＢＮルツボにふれ多結晶が発生した。
ツボに、予めＢ２Ｏ３薄膜を形成しなかった場合（比較
例１）は、実施例と同じ要領で行った５回の単結晶成長
において、全てＢ２０ ３による融液への被覆が不良によ
り、融液が直接ＰＢＮルツボにふれて多結晶が発生し
た。また、ＰＢＮルツボを電気炉に入れ、空気中で９５
０℃に加熱し、４時間保持した後、室温に徐冷して、Ｐ
ＢＮルツボの表面に厚さ約５μｍのＢ２０３薄膜を形成
した（比較例２）。実施例と同じ要領で行った５回の単
結晶成長において、３回はＢ２０３の被覆不良により、
結晶融液が直接ＰＢＮルツボにふれ多結晶が発生した。
【００３４】このように、実施例１では、ＰＢＮルツボ
を予め空気中、一定時間高温に加熱したため、適切な厚
さのＢ２Ｏ３薄膜が形成できたことにより、効率的に単
結晶を成長できたことが分かる。これに対して、比較例
１、２では、予めＰＢＮルツボを加熱処理しないか、加
熱処理しても低温で短時間の加熱処理であったために、
ルツボ表面に所定のＢ２Ｏ３薄膜が形成できず、融液が
直接ルツボのＰＢＮと接触する部分が生じて単結晶の成
長が不十分になったことが分かる。
を予め空気中、一定時間高温に加熱したため、適切な厚
さのＢ２Ｏ３薄膜が形成できたことにより、効率的に単
結晶を成長できたことが分かる。これに対して、比較例
１、２では、予めＰＢＮルツボを加熱処理しないか、加
熱処理しても低温で短時間の加熱処理であったために、
ルツボ表面に所定のＢ２Ｏ３薄膜が形成できず、融液が
直接ルツボのＰＢＮと接触する部分が生じて単結晶の成
長が不十分になったことが分かる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、酸素ガスを注入しなが
ら高温に加熱したり、薬品によりルツボ表面をコーティ
ング処理する方法を考慮せずにすみ、危険性を伴う複雑
・大がかりな装置や作業によらず、簡便な方法で結晶融
液とＰＢＮルツボの内面の接触を防止でき、その工業的
価値は極めて大きい。
ら高温に加熱したり、薬品によりルツボ表面をコーティ
ング処理する方法を考慮せずにすみ、危険性を伴う複雑
・大がかりな装置や作業によらず、簡便な方法で結晶融
液とＰＢＮルツボの内面の接触を防止でき、その工業的
価値は極めて大きい。
【図１】本発明の化合物半導体単結晶の製造に用いる、
表面にＢ２０３薄膜が形成されたＰＢＮルツボと、この
ルツボ中に設置された種子結晶、Ｂ２０３封止剤、原料
結晶を示す概略断面図である。
表面にＢ２０３薄膜が形成されたＰＢＮルツボと、この
ルツボ中に設置された種子結晶、Ｂ２０３封止剤、原料
結晶を示す概略断面図である。
１ ＰＢＮルツボ
２ Ｂ２０３薄膜
３ 種子結晶
４ Ｂ２０３封止剤
５ 原料結晶
Claims (4)
- 【請求項１】 熱分解窒化ホウ素製のルツボを用いて垂
直温度勾配法または垂直ブリッジマン法によって化合物
半導体単結晶を製造する方法において、 上記ルツボを空気中で高温に加熱処理することにより該
ルツボ表面に予め酸化ホウ素薄膜を形成し、次いで、該
酸化ホウ素薄膜の形成されたルツボ内に、種子結晶、酸
化ホウ素封止剤および原料結晶を順次設置する際に、酸
化ホウ素封止剤の添加量を原料結晶に対して重量比で１
／１２００〜１／１２０とすることにより、単結晶育成
時において、酸化ホウ素封止剤及び／または酸化ホウ素
薄膜が原料結晶の融液を実質的に覆い、該融液がルツボ
内面と直接的に接触しないようにすることを特徴とする
化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 上記加熱処理が、１０００〜１１５０℃
の温度下で５〜１５時間行われ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】 上記ルツボ表面に形成される酸化ホウ素
薄膜が、１０〜５０μｍの厚さを有することを特徴とす
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４】 化合物半導体単結晶が、ＧａＡｓ単結晶
であ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001353339A JP2003146791A (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001353339A JP2003146791A (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003146791A true JP2003146791A (ja) | 2003-05-21 |
Family
ID=19165369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001353339A Pending JP2003146791A (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003146791A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006327895A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法とそのための縦型ｐｂｎ容器およびその容器の選別方法 |
| CN102140689A (zh) * | 2011-03-08 | 2011-08-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种生长蓝宝石晶体的方法 |
| DE102016006963A1 (de) | 2015-06-09 | 2016-12-15 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid und Behälter aus pyrolytischem Bornitrid |
-
2001
- 2001-11-19 JP JP2001353339A patent/JP2003146791A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006327895A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法とそのための縦型ｐｂｎ容器およびその容器の選別方法 |
| CN102140689A (zh) * | 2011-03-08 | 2011-08-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种生长蓝宝石晶体的方法 |
| DE102016006963A1 (de) | 2015-06-09 | 2016-12-15 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Verfahren zum Herstellen eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid und Behälter aus pyrolytischem Bornitrid |
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