JP2003335598A - 化合物半導体単結晶の製造装置 - Google Patents

化合物半導体単結晶の製造装置

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JP2003335598A
JP2003335598A JP2002143144A JP2002143144A JP2003335598A JP 2003335598 A JP2003335598 A JP 2003335598A JP 2002143144 A JP2002143144 A JP 2002143144A JP 2002143144 A JP2002143144 A JP 2002143144A JP 2003335598 A JP2003335598 A JP 2003335598A
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reinforcing pedestal
semiconductor single
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Toshio Hayakawa
敏雄 早川
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 VGF法またはVB法で使用されるPBN製
のルツボの機械的強度不足を簡便な構造で補強して、化
合物半導体融液の重量荷重を支持でき、ルツボの破損を
防止しつつ、ルツボ上部の側面部分を通る熱伝導を抑制
できる化合物半導体単結晶の製造装置を提供する。 【解決手段】 化合物半導体5を装入して融液とする大
径のルツボ上部1a、種子結晶3を装入する小径のルツ
ボ下端部1c、および、ルツボ上部1aとルツボ下端部
1cとを連結するテーパ状のルツボ下部1bからなる熱
分解窒化ホウ素製のルツボ1と、ルツボ下部1bの外壁
に密着して装着する補強台座2と、該補強台座2に接し
て支持する突起6を備えた透明または半透明の石英ガラ
ス製アンプル管7とを有する。さらに、前記補強台座2
の材質が、熱分解窒化ホウ素であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、垂直温度勾配法
(以下、VGF法)または垂直ブリッジマン法(以下、
VB法)により、化合物半導体単結晶を製造する装置に
関し、特に、GaAs単結晶を育成する装置に関する。
【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。該GaAs単結晶を製造する方法と
して、VGF法およびVB法がある。
【0003】VGF法またはVB法においては、ルツボ
内に種子結晶、化合物半導体、および封止剤を設置す
る。
【0004】ルツボは、化合物半導体を装入して融液と
する大径のルツボ上部、種子結晶を装入する小径のルツ
ボ下端部、および、ルツボ上部とルツボ下端部とを連結
するテーパ状のルツボ下部からなる。ルツボ上部および
ルツボ下端部は円筒状で、ルツボは全体として、ルツボ
上部の上方が開口する容器状である。ルツボの材質とし
ては、石英または熱分解窒化ホウ素(以下PBN)が一
般に用いられる。
【0005】GaAs単結晶の製造においては、ルツボ
内にGaAs種子結晶、GaAs多結晶(またはGaと
As)、および封止剤を設置し、ルツボを石英アンプル
管内に封入するか、あるいはルツボを圧力容器内に設置
して、圧力容器内を不活性ガスで加圧する。封止剤とし
ては、酸化ホウ素(以下B23)が一般に用いられる。
【0006】その後、ルツボ上部をGaAsの融点以上
に、ルツボ下部をGaAsの融点以下に加熱してGaA
s融液を作り、ルツボ下端部に設置した種子結晶とGa
As融液を、ルツボ下部で接触させてから、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Ga
As単結晶を得る。
【0007】ルツボ材質として石英を用いた場合には、
GaAs融液中にケイ素が混入するのに対して、PBN
製のルツボを用いた場合には、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製のルツボを
用いた育成が広く普及している。
【0008】PBN製のルツボで単結晶を育成する場合
には、ルツボの外壁全体に密着する形状の保持容器にル
ツボを収納して、石英アンプル管内に封入するか、ある
いは圧力容器内に設置するのが一般的である。これは、
PBN製のルツボの厚さが最大でも1mm程度しかな
く、かつ、ルツボの材質であるPBN自体の機械的強度
が十分に高くはないため、工業的に製造される規模の化
合物半導体融液の重量荷重を、ルツボだけでは支持でき
ずに、ルツボを破損することがあるためである。
【0009】従って、ルツボの外壁全体と密着する形状
の保持容器にルツボを収納することで、化合物半導体融
液の重量荷重を保持容器が支持することになり、ルツボ
を破損することがなくなる。この効果を得るために、V
GF法またはVB法では、PBN製のルツボと保持容器
の組み合わせを用いた育成が広く行われている。
【0010】しかし、このようにしてPBN製のルツボ
を保持容器に収納すると、ルツボの外壁全体を保持容器
が密着して覆ってしまうため、化合物半導体融液から外
部へ、ルツボ上部の側面部分を通る熱伝導は促進される
ことになる。この結果として、ルツボ上部の側面に近い
化合物半導体融液が過度に冷却されやすくなり、その部
分から異常な固化が始まり、単結晶が得られなくなるこ
とがある。
【0011】このような異常な固化を生じさせないため
に、育成装置内の縦方向・横方向の温度分布を変更し
て、PBN製のルツボ上部の側面を通した熱伝導を抑制
することが一般に行われている。しかし、育成装置内の
温度分布は育成装置自体の特性に依存するため、変更に
は限界があった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、VG
F法またはVB法で使用されるPBN製のルツボの機械
的強度不足を簡便な構造で補強して、化合物半導体融液
の重量荷重を支持でき、ルツボの破損を防止しつつ、ル
ツボ上部の側面部分を通る熱伝導を抑制できる化合物半
導体単結晶の製造装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、垂直温度勾配
法または垂直ブリッジマン法により、化合物半導体単結
晶を製造する装置において、化合物半導体を装入して融
液とする大径のルツボ上部、種子結晶を装入する小径の
ルツボ下端部、および、ルツボ上部とルツボ下端部とを
連結するテーパ状のルツボ下部からなる熱分解窒化ホウ
素製のルツボと、ルツボ下部の外壁に密着して装着する
補強台座と、該補強台座に接して支持する突起を備えた
透明または半透明の石英ガラス製アンプル管とを有す
る。突起は、該補強台座に点状接触あるいは線状接触
(ここにいう点状および線状は、ある程度の幅を有す
る)が好ましい。
【0014】さらに、前記補強台座の材質が、前記点状
接触または線状接触による応力集中に耐える材質、例え
ば、熱分解窒化ホウ素であることが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明を、図面を参照して説明す
る。図1は、本発明の化合物半導体単結晶の製造装置の
一実施例で使用するアンプル管の内部を示す概略断面図
である。
【0016】ルツボ1は、化合物半導体5を装入して融
液とする大径のルツボ上部1a、種子結晶3を装入する
小径のルツボ下端部1c、および、ルツボ上部1aとル
ツボ下端部1cとを連結するテーパ状のルツボ下部1b
からなり、PBN製である。さらに、該ルツボ下部1b
に密着して装着するPBN製の補強台座2と、該補強台
座2に接して支持する突起6を備えた透明または半透明
の石英ガラス製アンプル管7とを有する。
【0017】GaAs単結晶の製造においては、ルツボ
下端部1cの中にGaAsの種子結晶3と、その上部に
23封止剤4と、原料となるGaAs結晶ブロック5
を配置する。さらに、補強台座2を、ルツボ下部1bの
外壁に密着して装着し、全体をアンプル管7の中に封入
する。その後の結晶育成方法は、従来のVGF法または
VB法と同様に行う。
【0018】ルツボ下部1bに補強台座2を密着させる
ことにより、半導体融液の重量荷重を支持するだけの機
械的強度を得ることができる。また、石英ガラス製アン
プル管7との接触部分を、接触面積の小さい(点状接触
または線状接触の)突起6とすることで、熱伝導を最小
限に抑えることができ、さらに、アンプル管7の材質を
透明または半透明の石英ガラスとすることで、ルツボ1
を高温に加熱するヒーター(図示せず)からの熱の遮蔽
も最小限に抑えられる。これらにより、ルツボ1の破損
を防止できると同時に、ルツボ上部1aの側面部分を通
る熱伝導を抑制できるため、化合物半導体融液の異常な
固化を防止し、良質な半導体結晶を得ることができる。
なお、接触面積が小さいことで、突起との接触箇所にル
ツボおよび内容物の質量による応力集中が起きるので、
前記補強台座2は、これに耐える材質のものとする。
【0019】
【実施例】以下に、本発明の実施例を比較例とともに述
べる。
【0020】(実施例1)図1を参照して、本実施例を
説明する。
【0021】PBN製のルツボ1は、ルツボ上部1aを
直径約80mm、高さ約200mmとし、ルツボ下部1
bをテーパー状とし、ルツボ下端部1cを直径約6m
m、高さ約40mmとした。補強台座2は、ルツボ下部
1bの外壁に密着する形状であり、PBN製である。
【0022】該ルツボ1に、GaAs種子結晶3と、G
aAs原料結晶5を3kgと、B23封止剤4を16g
と、ドーパントのSiとを収納し、補強台座2をルツボ
下部1bの外壁に密着させて装着し、突起6を備えた透
明石英ガラス製の石英アンプル管7に真空封入した。そ
の後は、従来のVGF法と同様にして、Siドープn型
GaAs単結晶を育成した。突起6の形状は、およそ半
球状あるいはおよそ円錐状であった。
【0023】5回の単結晶成長において、融液の重量荷
重によりルツボが破損するようなことが無く、融液の異
常固化により多結晶が発生することも無かった。
【0024】(比較例1)補強台座2を装着しなかった
こと、および突起6の無い透明石英ガラス製のアンプル
管を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、Si
ドープn型GaAs単結晶を育成した。
【0025】5回の単結晶育成において、ルツボの破損
が2回、発生し、融液の異常固化による多結晶が3回、
発生し、単結晶を得ることはできなかった。
【0026】(従来例1)補強台座2を装着しなかった
こと、突起6の無い透明石英ガラス製のアンプル管を使
用したこと、および従来と同様に、ルツボの外壁全体と
密着する保持容器を使用したこと以外は、実施例1と同
様にして、Siドープn型GaAs単結晶を育成した。
保持容器は、グラファイト製である。
【0027】3回の単結晶育成において、融液の異常固
化による多結晶が3回、発生した。
【0028】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の化合
物半導体単結晶の製造装置は、従来、使用していたルツ
ボの外壁全体と密着する保持容器を使用する場合と、同
等の機械的強度が得られて、ルツボとアンプル管との接
触部分が最小限で、さらに、アンプル管の材質が透明ま
たは半透明の石英ガラスであるから、ヒーターからの熱
の遮蔽を最小限に抑えることができる。
【0029】従って、化合物半導体融液の重量荷重を確
実に支持しつつ、ルツボの側面部分の熱伝導を抑制でき
るため、ルツボの破損や、ルツボ中の融液の異常な固化
を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の化合物半導体単結晶の製造装置の一
実施例で使用するアンプル管の内部を示す概略断面図で
ある。
【符号の説明】
1 PBN製のルツボ 2 補強台座 3 種子結晶 4 B23封止剤 5 化合物半導体 6 突起 7 石英アンプル管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 垂直温度勾配法または垂直ブリッジマン
    法により、化合物半導体単結晶を製造する装置におい
    て、化合物半導体を装入して融液とする大径のルツボ上
    部、種子結晶を装入する小径のルツボ下端部、および、
    ルツボ上部とルツボ下端部とを連結するテーパ状のルツ
    ボ下部からなる熱分解窒化ホウ素製のルツボと、ルツボ
    下部の外壁に密着して装着する補強台座と、該補強台座
    に接して支持する突起を備えた透明または半透明の石英
    ガラス製アンプル管とを有することを特徴とする化合物
    半導体単結晶の製造装置。
  2. 【請求項2】 前記補強台座の材質が、熱分解窒化ホウ
    素であることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導
    体単結晶の製造装置。
  3. 【請求項3】 熱分解窒化ホウ素製のルツボを、透明ま
    たは半透明の石英ガラス製アンプル管の中に支持して、
    単結晶育成を行う垂直温度勾配法または垂直ブリッジマ
    ン法による化合物半導体単結晶の製造装置において、前
    記ルツボとアンプル管の間に補強台座を介在させ、前記
    補強台座を点状接触または線状接触で石英ガラス製アン
    プル管内に支持するようにしたことを特徴とする化合物
    半導体単結晶の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104109906A (zh) * 2009-01-09 2014-10-22 住友电气工业株式会社 单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104109906A (zh) * 2009-01-09 2014-10-22 住友电气工业株式会社 单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶
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