JP2015074568A - Manufacturing method of single crystal - Google Patents

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大成 近岡
Hironari Chikaoka
大成 近岡
石川 幸雄
Yukio Ishikawa
幸雄 石川
秀一 金子
Shuichi Kaneko
秀一 金子
良明 羽木
Yoshiaki Haneki
良明 羽木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a high quality single crystal using a vertical boat method.SOLUTION: A manufacturing method of a single crystal according to the invention includes the steps of: arranging a seed crystal in a seed crystal housing part of a crucible and arranging a compound semiconductor raw material and boron oxide raw material in a shoulder part and a straight body part of the crucible; producing a boron oxide melt by melting the boron oxide raw material; producing a compound semiconductor melt by melting the compound semiconductor raw material; and growing a single crystal by solidifying the compound semiconductor melt from a seed crystal side to a crucible axial direction. The compound semiconductor raw material and the boron oxide raw material are laminated in the crucible axial direction, and the boron oxide raw material is formed by pressure.

Description

本発明は、単結晶の製造方法に関し、特に、坩堝を用いた、化合物半導体からなる単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a single crystal, and more particularly, to a method for producing a single crystal made of a compound semiconductor using a crucible.

GaAs、GaP、InPなどの化合物半導体からなる単結晶(以下、単に「単結晶」という。)の製造方法として、結晶成長用坩堝を用いて単結晶を成長させる縦型ブリッジマン(VB;Vertical Bridgman)法および垂直温度勾配凝固(VGF;Vertical Gradient Freeze)法などの縦型ボート法が知られている。縦型ボート法では、図8を参照し、円筒形状を有する直胴部81と、直胴部よりも小さい径を有する種結晶収容部82と、テーパ形状を有し、直胴部81と種結晶収容部82とを接続する肩部83とを備える坩堝80のような坩堝が用いられる。坩堝80を用いた縦型ボート法によれば、単結晶は次のように製造される。   As a method for producing a single crystal made of a compound semiconductor such as GaAs, GaP, or InP (hereinafter simply referred to as “single crystal”), a vertical bridgman (VB; Vertical Bridgman) is used to grow a single crystal using a crystal growth crucible. ) Method and vertical boat method such as vertical gradient freeze (VGF) method are known. In the vertical boat method, referring to FIG. 8, a straight body portion 81 having a cylindrical shape, a seed crystal accommodating portion 82 having a smaller diameter than the straight body portion, a tapered shape, and a straight body portion 81 and a seed A crucible such as a crucible 80 having a shoulder 83 connecting the crystal accommodating part 82 is used. According to the vertical boat method using the crucible 80, the single crystal is manufactured as follows.

まず、種結晶収容部82に種結晶が配置され、その上に化合物半導体の固体原料(以下、「化合物半導体原料」ともいう。)が配置される。次に、直胴部81内および肩部83内が加熱されることにより、化合物半導体原料が溶融して融液となる。この融液を坩堝82の種結晶側から軸方向に固化させることにより、化合物半導体の単結晶が製造される。   First, a seed crystal is disposed in the seed crystal accommodating portion 82, and a solid material of the compound semiconductor (hereinafter also referred to as “compound semiconductor material”) is disposed thereon. Next, the inside of the straight body portion 81 and the inside of the shoulder portion 83 are heated, whereby the compound semiconductor raw material is melted to become a melt. The melt is solidified in the axial direction from the seed crystal side of the crucible 82 to produce a compound semiconductor single crystal.

ところで、As、Pなどの15族元素は、13族元素と比して揮散し易い特性を有する。このため、上記のような縦型ボート法において、融液中から15族元素が揮散する場合がある。このような15族元素の抜けが生じると、融液中の13族元素と15族元素との比が設計目標とする比に対してずれてしまい、所望の組成を有する単結晶が製造できない。また、組成比のずれは、単結晶の転位密度の増加を引き起こし、化合物半導体の電気特性にも影響を及ぼす。   By the way, 15 group elements, such as As and P, have the characteristic which is easy to volatilize compared with 13 group elements. For this reason, in the vertical boat method as described above, a group 15 element may be volatilized from the melt. When such a group 15 element is lost, the ratio of the group 13 element to the group 15 element in the melt is shifted from the design target ratio, and a single crystal having a desired composition cannot be manufactured. In addition, the deviation of the composition ratio causes an increase in the dislocation density of the single crystal and affects the electrical characteristics of the compound semiconductor.

このような15族元素の抜けを防止すべく、従来より、化合物半導体原料とともに、酸化ホウ素を坩堝内に投入する方法が広く採用されている(たとえば、特開2000−154089号公報(特許文献1))。坩堝内に投入された酸化ホウ素の軟化点は300℃程度であり、化合物半導体原料よりも先に軟化し、溶融して酸化ホウ素融液となる。この酸化ホウ素融液の比重は化合物半導体の融液の比重よりも小さいため、酸化ホウ素よりも後に溶融して生成された化合物半導体の融液の液面は、酸化ホウ素融液の下に位置することができる。このような構成により、化合物半導体の融液は酸化ホウ素融液によって坩堝内に封止されるため、化合物半導体の融液からの15族元素の抜けが抑制される。   Conventionally, in order to prevent such a group 15 element from escaping, a method of introducing boron oxide into a crucible together with a compound semiconductor raw material has been widely employed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-154089 (Patent Document 1). )). The softening point of boron oxide charged into the crucible is about 300 ° C., and softens and melts prior to the compound semiconductor raw material to form a boron oxide melt. Since the specific gravity of the boron oxide melt is smaller than the specific gravity of the compound semiconductor melt, the surface of the melt of the compound semiconductor melted after the boron oxide is located below the boron oxide melt. be able to. With such a configuration, the melt of the compound semiconductor is sealed in the crucible by the boron oxide melt, so that the group 15 elements are prevented from coming off from the melt of the compound semiconductor.

また、特開2004−137096号公報(特許文献2)には、GaAsの化合物半導体原料の形状を坩堝内に収容可能な大きな塊にする技術が記載されている。化合物半導体原料を大きな塊にすることにより、複数の塊からなる化合物半導体原料を用いる場合に比してその表面積は小さくなる。特許文献2には、表面積が小さくなることにより、As抜けを抑制できる旨が記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-137096 (Patent Document 2) describes a technique for making the shape of a GaAs compound semiconductor material into a large lump that can be accommodated in a crucible. By making the compound semiconductor raw material into large lumps, the surface area thereof becomes smaller than when using a compound semiconductor raw material composed of a plurality of lumps. Patent Document 2 describes that the loss of As can be suppressed by reducing the surface area.

特開2000−154089号公報JP 2000-154089 A 特開2004−137096号公報JP 2004-137096 A

しかしながら、特許文献1および2に示される技術のみでは、化合物半導体原料の融液からの15族元素の抜けを十分に抑制することができない。15族元素の抜けが十分に抑制されないと、製造された単結晶の組成は設計目標からずれ、さらに、このずれは単結晶内での空孔欠陥などの原因となり、結果的に、製造される単結晶の結晶品質は低下する。   However, only the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 cannot sufficiently suppress the escape of the Group 15 element from the melt of the compound semiconductor raw material. If the loss of the group 15 element is not sufficiently suppressed, the composition of the produced single crystal deviates from the design target, and this deviation causes vacancy defects in the single crystal, resulting in production. The crystal quality of the single crystal is reduced.

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、縦型ボート法において、高い結晶品質を有する単結晶の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a method for producing a single crystal having high crystal quality in the vertical boat method.

本発明は、円筒形状を有する直胴部と、直胴部よりも小さい径を有する種結晶収容部と、テーパ形状を有し、直胴部と種結晶収容部とを接続する肩部と、を備える坩堝を用いて化合物半導体からなる単結晶を製造する方法であって、種結晶収容部内に種結晶を配置し、肩部および直胴部内に化合物半導体原料と酸化ホウ素原料とを配置する工程と、酸化ホウ素原料を溶融させて酸化ホウ素融液を生成する工程と、化合物半導体原料を溶融させて化合物半導体融液を生成する工程と、化合物半導体融液を種結晶側から坩堝の軸方向に固化させて単結晶を成長させる工程と、を含み、化合物半導体原料と酸化ホウ素原料とは坩堝の軸方向に積層され、酸化ホウ素原料は加圧形成されている、単結晶の製造方法である。   The present invention includes a cylindrical body having a cylindrical body, a seed crystal housing part having a smaller diameter than the straight body part, a tapered part, and a shoulder part connecting the straight body part and the seed crystal housing part, A method for producing a single crystal composed of a compound semiconductor using a crucible comprising a step of disposing a seed crystal in a seed crystal accommodating portion and disposing a compound semiconductor raw material and a boron oxide raw material in a shoulder portion and a straight body portion And a step of melting a boron oxide raw material to generate a boron oxide melt, a step of melting a compound semiconductor raw material to generate a compound semiconductor melt, and a compound semiconductor melt from the seed crystal side in the axial direction of the crucible. And a step of solidifying and growing a single crystal, wherein the compound semiconductor raw material and the boron oxide raw material are stacked in the axial direction of the crucible, and the boron oxide raw material is formed under pressure.

本発明によれば、化合物半導体融液からの15族元素の抜けを抑制することができるため、これに起因する転位密度の増加を抑制することができ、もって、高い結晶品質を有する単結晶の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the escape of the group 15 element from the compound semiconductor melt, and thus it is possible to suppress an increase in dislocation density due to this, and thus, a single crystal having high crystal quality. A manufacturing method can be provided.

実施形態1で用いられる単結晶の製造装置の概略的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal manufacturing apparatus used in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における単結晶の製造方法を概略的に説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for schematically explaining the method for producing a single crystal in the first embodiment. 実施形態1における単結晶の製造方法を概略的に説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for schematically explaining the method for producing a single crystal in the first embodiment. 実施形態1における単結晶の製造方法を概略的に説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for schematically explaining the method for producing a single crystal in the first embodiment. 図2の坩堝の上面図である。It is a top view of the crucible of FIG. 実施形態2における単結晶の製造方法を概略的に説明するための断面図である。6 is a cross-sectional view for schematically explaining a method for producing a single crystal in Embodiment 2. FIG. 実施形態3における単結晶の製造方法を概略的に説明するための断面図である。6 is a cross-sectional view for schematically explaining a method for producing a single crystal in Embodiment 3. FIG. 縦型ボート法で用いられる一般的な坩堝の形状を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional view showing the shape of a general crucible used in the vertical boat method.

[本願発明の実施形態の説明]
はじめに、本発明の実施形態の概要について説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, an outline of an embodiment of the present invention will be described.

本発明者らは、高い結晶品質を有する単結晶の製造方法について鋭意検討の結果、以下の知見を見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies on a method for producing a single crystal having high crystal quality, the present inventors have found the following knowledge and completed the present invention.

全ての化合物半導体原料が溶融した後の融液の表面積は、坩堝内の空間の断面積(坩堝の軸に直交する面の面積)と同等である。これに対し、全ての化合物半導体原料が溶融する前、すなわち化合物半導体原料が徐々に溶融している段階での融液の表面積は、化合物半導体原料の露出する表面積と同等となり、上記の場合よりも大きくなる。融液の表面積が大きくなると、15族元素の抜ける頻度は高まる。特に、この頻度の高まりは、大口径の単結晶を製造する場合、長尺の単結晶を製造する場合などに顕著となる。   The surface area of the melt after all the compound semiconductor raw materials have been melted is equivalent to the cross-sectional area of the space in the crucible (the area of the surface perpendicular to the crucible axis). On the other hand, the surface area of the melt before all the compound semiconductor raw materials are melted, that is, at the stage where the compound semiconductor raw materials are gradually melted is equivalent to the exposed surface area of the compound semiconductor raw materials, which is more than the above case. growing. As the surface area of the melt increases, the frequency of removal of the group 15 element increases. In particular, this increase in frequency becomes significant when a large-diameter single crystal is manufactured, a long single crystal is manufactured, and the like.

すなわち、大口径の単結晶を製造する場合、用いられる化合物半導体原料の重量を増やす必要があるため、その表面積は大きくなる。また、長尺の単結晶を製造する場合、用いられる化合物半導体原料が坩堝内において嵩高く積み重ねられる必要があるため、その表面積は大きくなる。化合物半導体原料の表面積が大きくなることにより、相対的に化合物半導体原料が徐々に溶融している段階での融液の表面積も大きくなるため、15族元素の抜ける頻度は特に高まる。   That is, when manufacturing a single crystal having a large diameter, it is necessary to increase the weight of the compound semiconductor raw material used, so that the surface area becomes large. Moreover, when manufacturing a long single crystal, since the compound semiconductor raw material used needs to be piled up bulky in a crucible, the surface area becomes large. By increasing the surface area of the compound semiconductor raw material, the surface area of the melt at the stage where the compound semiconductor raw material is gradually melted relatively increases, and therefore the frequency of removal of the group 15 element is particularly increased.

このため、融液からの15族元素の抜けを十分に抑制するためには、化合物半導体原料が完全に溶融した後の融液の液面を覆うのみでは足りず、化合物半導体原料の表面を迅速かつ均一に覆う必要がある。   For this reason, in order to sufficiently suppress the escape of the Group 15 element from the melt, it is not sufficient to cover the liquid surface of the melt after the compound semiconductor raw material is completely melted. And it is necessary to cover it uniformly.

本発明者らは、酸化ホウ素の融液によって化合物半導体原料の表面を迅速かつ均一に覆うためには、用いる酸化ホウ素原料を増やすだけでは足りず、酸化ホウ素原料を適切な位置に安定的に配置させる必要があると考察した。これは、坩堝内において酸化ホウ素の配置が適切でないと、化合物半導体原料の表面を酸化ホウ素の融液によって迅速に覆うことができず、酸化ホウ素の配置が安定的でないと、その融液の坩堝内での流れ(広がり)が偏るために、化合物半導体原料を均一に覆うことができないことを知見したためである。   In order to quickly and uniformly cover the surface of the compound semiconductor raw material with the boron oxide melt, the present inventors need not only increase the boron oxide raw material to be used, but stably arrange the boron oxide raw material at an appropriate position. We thought that it was necessary to let you. This is because if the arrangement of boron oxide in the crucible is not appropriate, the surface of the compound semiconductor raw material cannot be quickly covered with the boron oxide melt, and if the boron oxide arrangement is not stable, the melt crucible This is because it has been found that the compound semiconductor raw material cannot be covered uniformly because the flow (spread) in the inside is biased.

そして、本発明者らは鋭意検討を重ね、化合物半導体原料と加圧形成した酸化ホウ素原料とを坩堝の軸方向に積層するように配置させることにより、化合物半導体原料の表面を迅速かつ均一に酸化ホウ素原料の融液によって覆うことができ、これにより、結晶品質の高い単結晶製造できることを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies and arranged the compound semiconductor material and the pressure-formed boron oxide material so as to be stacked in the axial direction of the crucible, thereby quickly and uniformly oxidizing the surface of the compound semiconductor material. It was found that a single crystal with high crystal quality can be produced by covering with a raw material boron melt.

(1)本実施形態に係る単結晶の製造方法は、円筒形状を有する直胴部と、直胴部よりも小さい径を有する種結晶収容部と、テーパ形状を有し、直胴部と種結晶収容部とを接続する肩部とを備える坩堝を用いて化合物半導体からなる単結晶を製造する方法であって、種結晶収容部内に種結晶を配置し、肩部および直胴部内に化合物半導体原料と酸化ホウ素原料とを配置する工程(配置工程)と、酸化ホウ素原料を溶融させて酸化ホウ素融液を生成する工程(酸化ホウ素融液生成工程)と、化合物半導体原料を溶融させて化合物半導体融液を生成する工程(化合物半導体融液生成工程)と、化合物半導体融液を種結晶側から坩堝の軸方向に固化させて単結晶を成長させる工程(成長工程)と、を含み、化合物半導体原料と酸化ホウ素原料とは坩堝の軸方向に積層され、酸化ホウ素原料は加圧形成されている。   (1) A method for producing a single crystal according to the present embodiment includes a straight body portion having a cylindrical shape, a seed crystal accommodating portion having a diameter smaller than that of the straight body portion, a tapered shape, and the straight body portion and the seed. A method for producing a single crystal composed of a compound semiconductor using a crucible having a shoulder connecting the crystal accommodating portion, wherein the seed crystal is disposed in the seed crystal accommodating portion, and the compound semiconductor is disposed in the shoulder portion and the straight body portion. A step of arranging the raw material and the boron oxide raw material (arrangement step), a step of melting the boron oxide raw material to generate a boron oxide melt (boron oxide melt generating step), a compound semiconductor raw material by melting the compound semiconductor raw material A compound semiconductor comprising: a step of generating a melt (compound semiconductor melt generation step); and a step of growing a single crystal by solidifying the compound semiconductor melt from the seed crystal side in the axial direction of the crucible (growth step). What are raw materials and boron oxide raw materials? Are laminated in the axial direction, the boron oxide material is formed under pressure.

本実施形態の製造方法によれば、酸化ホウ素原料は加圧形成されているため、その形状に関し高い精度を有することができる。これにより、酸化ホウ素原料と化合物半導体原料とは坩堝内に安定的に積層されるため、化合物半導体原料の表面を覆うための酸化ホウ素原料融液の流れの偏りが抑制される。さらに、化合物半導体原料と酸化ホウ素原料とが坩堝の軸方向に積層されているため、酸化ホウ素原料が溶融することにより生成される酸化ホウ素融液は、近傍に位置する化合物半導体原料の表面を迅速かつ均一に覆うことができる。これにより、化合物半導体原料が溶融することにより生成される化合物半導体融液からの15族元素の抜けを抑制することができ、15族元素の抜けに起因する転位密度の増加を抑制することができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、結晶品質の高い単結晶を製造することができる。   According to the manufacturing method of the present embodiment, since the boron oxide raw material is formed under pressure, it can have high accuracy with respect to its shape. Thereby, since the boron oxide raw material and the compound semiconductor raw material are stably laminated in the crucible, the uneven flow of the boron oxide raw material melt for covering the surface of the compound semiconductor raw material is suppressed. Furthermore, since the compound semiconductor raw material and the boron oxide raw material are laminated in the axial direction of the crucible, the boron oxide melt generated by melting the boron oxide raw material quickly spreads the surface of the compound semiconductor raw material located nearby. And can be covered uniformly. Thereby, the escape of the group 15 element from the compound semiconductor melt produced by melting the compound semiconductor raw material can be suppressed, and the increase in the dislocation density due to the release of the group 15 element can be suppressed. . Therefore, according to the manufacturing method of this embodiment, a single crystal with high crystal quality can be manufactured.

(2)本実施形態の製造方法において、好ましくは酸化ホウ素原料は窒素雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または真空下で300℃以上500℃以下に加熱されながら5Pa以上2000Pa以下の荷重で加圧形成される。これにより、酸化ホウ素原料の表面のうねりなどを十分に低減させることができ、またその形状を適切に整形することができるため、その形状に関し十分に高い精度を有する酸化ホウ素原料を形成することができる。   (2) In the manufacturing method of the present embodiment, preferably, the boron oxide raw material is pressurized with a load of 5 Pa or more and 2000 Pa or less while being heated to 300 ° C. or more and 500 ° C. or less in a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum. It is formed. Thereby, the undulation of the surface of the boron oxide raw material can be sufficiently reduced, and the shape thereof can be appropriately shaped, so that a boron oxide raw material having sufficiently high accuracy with respect to the shape can be formed. it can.

(3)本実施形態の製造方法において、好ましくは酸化ホウ素原料は複数の酸化ホウ素ブロックからなり、配置する工程において、酸化ホウ素ブロックの各々は、坩堝の軸方向に対し化合物半導体原料を挟むように配置される。これにより、酸化ホウ素融液は化合物半導体原料の表面をその上方および下方から迅速かつ均一に覆うことができる。   (3) In the manufacturing method of the present embodiment, preferably, the boron oxide raw material includes a plurality of boron oxide blocks, and in the step of arranging, each of the boron oxide blocks sandwiches the compound semiconductor raw material with respect to the axial direction of the crucible. Be placed. As a result, the boron oxide melt can quickly and uniformly cover the surface of the compound semiconductor raw material from above and below.

(4)本実施形態の製造方法において、好ましくは化合物半導体原料は複数の化合物半導体ブロックからなり、配置する工程において、酸化ホウ素ブロックの各々は、坩堝の軸方向に対し化合物半導体ブロックの各々を挟むように配置される。これにより、酸化ホウ素融液は各化合物半導体原料の表面をその上方および下方から迅速かつ均一に覆うことができる。   (4) In the manufacturing method of the present embodiment, preferably, the compound semiconductor raw material is composed of a plurality of compound semiconductor blocks, and in the arranging step, each of the boron oxide blocks sandwiches each of the compound semiconductor blocks with respect to the axial direction of the crucible. Are arranged as follows. Thereby, the boron oxide melt can cover the surface of each compound semiconductor raw material quickly and uniformly from above and below.

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の単結晶の製造方法ついてさらに詳細に説明する。以下の説明では、主としてVB法を用いてGaAs単結晶を製造する方法について説明するが、本発明の技術は他の縦型ボート法にも適用可能であり、また、GaAsの他、InAs、InP、GaP、GaSbおよびInSbなどの他の化合物半導体単結晶にも適用可能である。なお、本発明の図面において、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。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereafter, the manufacturing method of the single crystal of this invention is demonstrated in detail. In the following description, a method of manufacturing a GaAs single crystal mainly using the VB method will be described. However, the technique of the present invention can be applied to other vertical boat methods, and in addition to GaAs, InAs, InP It is also applicable to other compound semiconductor single crystals such as GaP, GaSb and InSb. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

≪実施形態1≫
<単結晶製造装置の構成>
まず、本実施形態で用いられる単結晶製造装置の構成について説明する。
Embodiment 1
<Configuration of single crystal manufacturing equipment>
First, the structure of the single crystal manufacturing apparatus used in this embodiment will be described.

図1を参照し、単結晶製造装置10は、アンプル11と、坩堝台14と、支軸15と、ヒータ16と、断熱材17と、気密容器18とを備える。アンプル11は、坩堝20を内接させて収容する収容体12と、該収容体12の開口端上に配置される蓋体13とを備える。なお、収容体12の開口端上に蓋体13が配置されることによって、アンプル11の内部は密閉される。アンプル11は、坩堝台14上に載置されており、坩堝台14は、支軸15によって支持される。支軸15は、不図示の駆動手段によって図中の上下方向に昇降自在である。また、支軸15は図中の上下方向を中心軸として、回転自在であってもよい。アンプル11の周囲はヒータ16によって取り囲まれる。   With reference to FIG. 1, the single crystal manufacturing apparatus 10 includes an ampoule 11, a crucible base 14, a support shaft 15, a heater 16, a heat insulating material 17, and an airtight container 18. The ampoule 11 includes a container 12 that accommodates the crucible 20 in an inscribed state, and a lid 13 that is disposed on the open end of the container 12. Note that the inside of the ampoule 11 is hermetically sealed by disposing the lid 13 on the open end of the container 12. The ampoule 11 is placed on the crucible table 14, and the crucible table 14 is supported by the support shaft 15. The support shaft 15 can be moved up and down in the vertical direction in the figure by driving means (not shown). Further, the support shaft 15 may be rotatable about the vertical direction in the figure as a central axis. The ampoule 11 is surrounded by a heater 16.

ヒータ16は、不図示の制御手段に制御されることによって、アンプル11に対して図中の上下方向に温度勾配を与えることができる。上述のように、アンプル11は図中の上下方向に昇降自在な支軸15に支持されているため、支軸15の昇降動作に伴ってアンプル11に与えられる温度勾配、換言すれば、坩堝20内に与えられる温度勾配が変化することになる。ヒータ16の周囲は断熱材17によって取り囲まれており、アンプル11、ヒータ16および断熱材17は、気密容器18内に収容される。気密容器18はその内部を気密に保つことができる。また、気密容器18は、その内部の気圧を調製するための気圧調製部を備えていても良い。   The heater 16 can give a temperature gradient in the vertical direction in the figure to the ampoule 11 by being controlled by a control means (not shown). As described above, since the ampule 11 is supported by the support shaft 15 that can be moved up and down in the figure, the temperature gradient applied to the ampule 11 as the support shaft 15 moves up and down, in other words, the crucible 20. The temperature gradient given inside will change. The periphery of the heater 16 is surrounded by a heat insulating material 17, and the ampoule 11, the heater 16 and the heat insulating material 17 are accommodated in an airtight container 18. The inside of the airtight container 18 can be kept airtight. Moreover, the airtight container 18 may include an atmospheric pressure adjusting unit for adjusting the internal atmospheric pressure.

<坩堝の構成>
次に、本実施形態で用いられる坩堝の構成について説明する。
<Configuration of crucible>
Next, the structure of the crucible used in this embodiment will be described.

図2を参照し、坩堝20は、円筒形状を有する直胴部21と、直胴部21よりも小さい径を有する種結晶収容部22と、テーパ形状を有し、直胴部21と種結晶収容部22とを接続する肩部23とを備える。なお、種結晶収容部22は、円筒形状の一端が閉塞しており、その内部に種結晶を収容可能な形状を有している。   Referring to FIG. 2, a crucible 20 has a cylindrical body 21 having a cylindrical shape, a seed crystal accommodating part 22 having a diameter smaller than that of the straight body 21, a tapered shape, and the straight body 21 and the seed crystal. A shoulder portion 23 that connects the housing portion 22 is provided. The seed crystal accommodating portion 22 has a cylindrical shape that is closed at one end, and has a shape capable of accommodating a seed crystal therein.

坩堝20は、熱分解窒化ホウ素(PBN;Pyrolytic Boron Nitride)製であり、その壁の厚みは0.3mm以上2mm以下であることが好ましい。PBNは脆性材料であるため、厚みが小さすぎるとハンドリングによって容易に破損する恐れがあり、厚みが大きすぎると高コストになるためである。   The crucible 20 is made of pyrolytic boron nitride (PBN; Pyrolytic Boron Nitride), and its wall thickness is preferably 0.3 mm or more and 2 mm or less. Because PBN is a brittle material, if the thickness is too small, it may be easily damaged by handling, and if the thickness is too large, the cost will be high.

<単結晶の製造方法>
次に、本実施形態における単結晶の製造方法について説明する。
<Method for producing single crystal>
Next, the manufacturing method of the single crystal in this embodiment is demonstrated.

1.配置工程
まず、図2を参照し、坩堝20の種結晶収容部22内に種結晶24を配置し、肩部23および直胴部21内に化合物半導体原料25と酸化ホウ素原料26とを配置する(配置工程)。
1. Arrangement Step First, referring to FIG. 2, seed crystal 24 is arranged in seed crystal accommodating portion 22 of crucible 20, and compound semiconductor raw material 25 and boron oxide raw material 26 are arranged in shoulder portion 23 and straight body portion 21. (Arrangement process).

種結晶収容部22内に収容される種結晶24はGaAsの単結晶である。なお、ドーパントを含有する化合物半導体からなる単結晶を製造する場合であっても、必ずしも種結晶24にドーパントを含有させる必要はない。   The seed crystal 24 accommodated in the seed crystal accommodating portion 22 is a GaAs single crystal. Even when a single crystal made of a compound semiconductor containing a dopant is manufactured, the seed crystal 24 does not necessarily contain a dopant.

化合物半導体原料(以下、「GaAs原料」ともいう。)25は、GaAsの多結晶であり、化合物半導体ブロック(以下、「GaAsブロック」ともいう。)25a〜25cからなる。GaAsブロック25a〜25cはそれぞれ円柱形状を有し、その上面と底面は略平行である。このため、GaAsブロック25a〜25cは坩堝20内に効率的に配置されるとともに、坩堝20の軸方向に対してこの順に安定的に積み重ねられる。   The compound semiconductor raw material (hereinafter also referred to as “GaAs raw material”) 25 is GaAs polycrystal, and is composed of compound semiconductor blocks (hereinafter also referred to as “GaAs blocks”) 25a to 25c. Each of the GaAs blocks 25a to 25c has a cylindrical shape, and the upper surface and the bottom surface thereof are substantially parallel. For this reason, the GaAs blocks 25 a to 25 c are efficiently arranged in the crucible 20 and are stably stacked in this order with respect to the axial direction of the crucible 20.

GaAsブロック25a〜25cは、たとえば、円柱形状のGaAs多結晶のインゴットから削り出すことによって作製することができる。たとえば、ワイヤーソー、バンドソー、レーザなどにより円柱形状のGaAs多結晶のインゴットをその軸方向に対し垂直に切断することによって、底面および上面の平行度、平坦度の高い、円柱形状のGaAsブロック25a〜25cを作製することができる。GaAsブロックの平行度は1°以下が好ましく、0.5°以下がより好ましく、0.2°以下がさらに好ましい。また、GaAsブロックの平坦度は、表面の任意の断面曲線における最大断面高さRtについて5μm以下が好ましく、3μmがより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。なお、本明細書において、最大断面高さRtは、JIS(Japanese Industrial Standards)B0601に準拠して測定される表面粗さの値である。平行度の測定には触針式の形状測定装置を用いることができるが、それ以外にデジタル式の水準器などを用いてもよい。   The GaAs blocks 25a to 25c can be manufactured, for example, by cutting out from a cylindrical GaAs polycrystal ingot. For example, a cylindrical GaAs polycrystal ingot is cut perpendicularly to the axial direction with a wire saw, a band saw, a laser, or the like, so that the parallel and flatness of the bottom surface and the top surface is high. 25c can be manufactured. The parallelism of the GaAs block is preferably 1 ° or less, more preferably 0.5 ° or less, and further preferably 0.2 ° or less. Further, the flatness of the GaAs block is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm, and further preferably 1 μm or less with respect to the maximum cross-sectional height Rt in an arbitrary cross-sectional curve on the surface. In the present specification, the maximum cross-sectional height Rt is a surface roughness value measured in accordance with JIS (Japanese Industrial Standards) B0601. A stylus-type shape measuring device can be used for measuring the parallelism, but a digital level or the like may also be used.

酸化ホウ素原料(以下、「B23原料」ともいう。)26は、ガラス状の酸化ホウ素からなる。B23原料26は、GaAs単結晶の結晶成長中において、B23融液となってAs抜けを抑制する封止剤として機能する。B23原料26は、円柱形状を有し、GaAsブロック25c上に配置される。このB23原料26は、鋳型形成された後にさらに加圧形成されている。すなわち鋳型形成によって、円柱形状のB23原料が形成され、その後の加圧形成によって円柱形状のB23原料の上面および底面の平行度、平坦度が高められている。このため、B23原料26はその形状に関し高い精度を有することができるため、図2に示されるように、その中心軸が坩堝20の軸方向と略一致するようにGaAsブロック25c上に安定的に配置することができる。 The boron oxide raw material (hereinafter also referred to as “B 2 O 3 raw material”) 26 is made of glassy boron oxide. The B 2 O 3 raw material 26 functions as a B 2 O 3 melt and suppresses As escape during crystal growth of a GaAs single crystal. The B 2 O 3 raw material 26 has a cylindrical shape and is disposed on the GaAs block 25c. The B 2 O 3 raw material 26 is further formed by pressurization after the mold is formed. That is, the columnar B 2 O 3 raw material is formed by the mold formation, and the parallelism and flatness of the upper surface and the bottom surface of the cylindrical B 2 O 3 raw material are increased by the subsequent pressure formation. For this reason, since the B 2 O 3 raw material 26 can have high accuracy with respect to its shape, the B 2 O 3 raw material 26 is placed on the GaAs block 25c so that its central axis substantially coincides with the axial direction of the crucible 20, as shown in FIG. It can be arranged stably.

上記加圧形成は、たとえば、鋳型形成後の円柱形状のB23原料をその軟化点以上の温度で加熱しながら円柱の高さ方向(中心軸方向)に荷重が加わるように上下から治具で挟みこむことによって行うことができる。酸化ホウ素は吸湿性が高いため、B23原料の加圧処理の際には、B23原料を窒素雰囲気下、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、または真空下に置くことが好ましい。なお、窒素雰囲気とは窒素ガスで満たされた雰囲気を意味し、不活性ガス雰囲気下とは不活性ガスで満たされた雰囲気を意味し、真空下とは少なくとも1.5×10-1Torr以下の圧力の雰囲気下を意味する。治具の材質には、ステンレス、カーボン、PBNなどを用いることができる。 The pressurization is performed, for example, from above and below so that a load is applied in the height direction (center axis direction) of the cylinder while heating the cylindrical B 2 O 3 raw material after mold formation at a temperature equal to or higher than its softening point. This can be done by pinching with a tool. Since boron oxide has high hygroscopicity, it is preferable to place the B 2 O 3 raw material under a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere such as argon, or under vacuum when the B 2 O 3 raw material is pressurized. . Note that the nitrogen atmosphere means an atmosphere filled with nitrogen gas, the inert gas atmosphere means an atmosphere filled with inert gas, and the vacuum means at least 1.5 × 10 −1 Torr or less. Means under an atmosphere of pressure. Stainless steel, carbon, PBN, etc. can be used as the material of the jig.

加圧形成されたB23原料26は、鋳型形成されたB23原料と比して表面のうねりの程度が低く、換言すればその形状の精度が高く、さらに、その上面と底面の平行度および平坦度も高められている。したがって、B23原料26はGaAs原料25上に安定的に積層される。具体的には、加圧形成されたB23原料26は、1°以下の平行度を有することができる。また、該平行度は、0.5°以下が好ましく、0.2°以下がより好ましく、0.1°以下がさらに好ましい。当該平行度は、荷重、加圧時間、真空度などの加圧形成の各条件を適宜調整することにより上記の各値に設定可能である。 The pressure-formed B 2 O 3 raw material 26 has a lower degree of surface waviness than that of the mold-formed B 2 O 3 raw material, in other words, the shape accuracy is high, and the top and bottom surfaces thereof are further improved. The parallelism and flatness of the are also increased. Therefore, the B 2 O 3 raw material 26 is stably laminated on the GaAs raw material 25. Specifically, the pressure-formed B 2 O 3 raw material 26 can have a parallelism of 1 ° or less. The parallelism is preferably 0.5 ° or less, more preferably 0.2 ° or less, and further preferably 0.1 ° or less. The parallelism can be set to each of the above values by appropriately adjusting each pressure forming condition such as load, pressing time, and vacuum.

23原料26が加圧形成されていることは、その表面のうねりの程度を観察することによって確認することができる。たとえば、B23原料26の表面の任意の断面曲線における最大断面高さRtが100μm以下の場合には、B23原料26が加圧形成されているとみなすことができる。また、該最大断面高さRtは、80μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましい。なお、最大断面高さRtについても、荷重、加圧時間、真空度などの加圧形成の各条件を適宜調整することにより上記の各値に設定可能である。 Whether the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure can be confirmed by observing the degree of undulation of the surface. For example, when the maximum cross-sectional height Rt in an arbitrary cross-sectional curve on the surface of the B 2 O 3 raw material 26 is 100 μm or less, it can be considered that the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure. The maximum cross-sectional height Rt is preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, and further preferably 30 μm or less. Note that the maximum cross-sectional height Rt can also be set to each of the above values by appropriately adjusting the pressure forming conditions such as the load, the pressing time, and the degree of vacuum.

2.酸化ホウ素融液生成工程および化合物半導体融液生成工程
次に、図3を参照し、B23原料26を溶融させて酸化ホウ素融液(以下、「B23融液」ともいう。)31を生成し(酸化ホウ素融液生成工程)、さらに、GaAs原料25を溶融させて化合物半導体融液(以下、「GaAs融液」ともいう。)30を生成する(化合物半導体融液生成工程)。
2. Boron Oxide Melt Generation Step and Compound Semiconductor Melt Generation Step Next, referring to FIG. 3, the B 2 O 3 raw material 26 is melted to be referred to as a boron oxide melt (hereinafter referred to as “B 2 O 3 melt”). ) 31 (boron oxide melt production step), and further, the GaAs raw material 25 is melted to produce a compound semiconductor melt (hereinafter also referred to as “GaAs melt”) 30 (compound semiconductor melt production step). ).

具体的には、まず、その内部に種結晶24、GaAsブロック25a〜25cおよびB23原料26が配置された坩堝20が、図1に示す単結晶製造装置に配置される。そして、直胴部21および肩部23内がヒータ16によって加熱される。 Specifically, first, the crucible 20 in which the seed crystal 24, the GaAs blocks 25a to 25c, and the B 2 O 3 raw material 26 are arranged is arranged in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. The inside of the straight body portion 21 and the shoulder portion 23 is heated by the heater 16.

ヒータ16の加熱による坩堝20内の昇温過程において、まず、坩堝20内の温度はB23原料26の軟化点(300℃)に達する。この段階において、B23原料26は軟化して溶融し始め、これにより坩堝20内にB23融液31が生成される。このとき、B23原料26はGaAsブロック25c上に安定的に積層されているため、B23原料26から徐々に生成されるB23融液31は、下方に位置するGaAs原料25の表面をその上方から下方に均一に流れる(広がる)ことができ、GaAs原料25の表面を迅速かつ均一に覆うことができる。 In the temperature raising process in the crucible 20 by the heating of the heater 16, first, the temperature in the crucible 20 reaches the softening point (300 ° C.) of the B 2 O 3 raw material 26. At this stage, the B 2 O 3 raw material 26 is softened and starts to melt, whereby a B 2 O 3 melt 31 is generated in the crucible 20. At this time, since the B 2 O 3 raw material 26 is stably laminated on the GaAs block 25c, the B 2 O 3 melt 31 gradually generated from the B 2 O 3 raw material 26 is located below the GaAs. The surface of the raw material 25 can flow (spread) uniformly from above to below, and the surface of the GaAs raw material 25 can be covered quickly and uniformly.

そして、さらに、昇温過程において、坩堝20内の温度がGaAs原料25の融点(1238℃)に達する。この段階において、GaAs原料25が溶融し始め、これにより坩堝20内にGaAs融液30が生成される。このとき、GaAsブロック25a〜25cは各表面から徐々に溶融していくが、その表面は、GaAsブロック25c上に安定的に積層されたB23原料26から生成されるB23融液31によって迅速かつ均一に覆われているため、その表面から徐々に生成されるB23融液31からのAs抜けは十分に抑制される。 Further, in the temperature raising process, the temperature in the crucible 20 reaches the melting point (1238 ° C.) of the GaAs raw material 25. At this stage, the GaAs raw material 25 starts to melt, thereby generating a GaAs melt 30 in the crucible 20. At this time, the GaAs block 25a~25c gradually melted from the surface, the surface, B 2 O 3 fusion produced from B 2 O 3 raw material 26 which is stably stacked on a GaAs block 25c Since it is covered quickly and uniformly by the liquid 31, As escape from the B 2 O 3 melt 31 that is gradually generated from the surface thereof is sufficiently suppressed.

3.成長工程
次に、図4を参照し、GaAs融液30を種結晶24側から坩堝20の軸方向に固化させて単結晶40を成長させる(成長工程)。
3. Growth Step Next, referring to FIG. 4, the GaAs melt 30 is solidified in the axial direction of the crucible 20 from the seed crystal 24 side to grow a single crystal 40 (growth step).

具体的には、図1を参照し、肩部23および直胴部21内の温度がGaAsの融点以上となることによりGaAs原料25の全てがGaAs融液30に変化した後、ヒータ16は、坩堝20の軸方向に対し、種結晶収容部22側の温度が低く、直胴部21の上側の温度が高くなるようにアンプル11を加熱する。これにより、坩堝20内において、図中の上方向の温度が高く、図中の下方向の温度が低くなるような温度勾配が形成される。   Specifically, referring to FIG. 1, after the temperature in the shoulder portion 23 and the straight body portion 21 is equal to or higher than the melting point of GaAs, all of the GaAs raw material 25 is changed to the GaAs melt 30. The ampoule 11 is heated so that the temperature on the seed crystal accommodating part 22 side is lower and the temperature on the upper side of the straight body part 21 is higher than the axial direction of the crucible 20. As a result, a temperature gradient is formed in the crucible 20 such that the temperature in the upward direction in the figure is high and the temperature in the downward direction in the figure is low.

そして、この温度勾配に対して坩堝20が図中の下方向に移動することにより、または、ヒータ16が図中の上方向に移動することにより、坩堝20と温度勾配との位置関係が相対的に変化する。これにより、GaAs融液30が種結晶24側から固化していき、図4に示すように、GaAs単結晶40が成長する。なお、本実施形態は、VB法に関するが、坩堝20をVGF法に適用する場合には、ヒータによる坩堝に対する温度勾配を相対的に変化させることにより、液体原料を種結晶側から固化していくことができる。   When the crucible 20 moves downward in the figure with respect to this temperature gradient, or when the heater 16 moves upward in the figure, the positional relationship between the crucible 20 and the temperature gradient is relative. To change. Thereby, the GaAs melt 30 is solidified from the seed crystal 24 side, and a GaAs single crystal 40 is grown as shown in FIG. Although this embodiment relates to the VB method, when the crucible 20 is applied to the VGF method, the liquid source is solidified from the seed crystal side by relatively changing the temperature gradient with respect to the crucible by the heater. be able to.

以上の工程を経ることにより、坩堝20内にGaAs単結晶40を成長させることができる。そして、このGaAs単結晶40を坩堝20内から取り出し、ワイヤーソーなどによってスライスすることにより、複数のGaAs単結晶基板が得られる。   The GaAs single crystal 40 can be grown in the crucible 20 through the above steps. The GaAs single crystal 40 is taken out from the crucible 20 and sliced with a wire saw or the like, whereby a plurality of GaAs single crystal substrates are obtained.

<作用効果>
次に、本実施形態に係る単結晶の製造方法の作用効果について説明する。
<Effect>
Next, the function and effect of the method for producing a single crystal according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る単結晶の製造方法によれば、B23原料26は加圧形成されている。したがって、B23原料26において、鋳型形成後のB23原料に見られる表面のうねりは除去されており、その形状に関し高い精度を有することができる。このため、B23原料26とGaAs原料25とは坩堝20内の軸方向に安定的に積層されている。したがって、B23原料26からのB23融液31は、その近傍に位置するGaAs原料25の各GaAsブロック25a〜25cの表面を均一に覆うことができ、もって、GaAs融液30からのAs抜けを十分に抑制することができる。これについて、図5を用いて、B23原料の形状の精度が低い場合と比してより具体的に説明する。 According to the method for producing a single crystal according to the present embodiment, the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure. Therefore, in the B 2 O 3 raw material 26, the surface waviness seen in the B 2 O 3 raw material after forming the mold is removed, and the shape can be highly accurate. For this reason, the B 2 O 3 raw material 26 and the GaAs raw material 25 are stably laminated in the axial direction in the crucible 20. Therefore, the B 2 O 3 melt 31 from the B 2 O 3 raw material 26 can uniformly cover the surfaces of the GaAs blocks 25 a to 25 c of the GaAs raw material 25 located in the vicinity thereof, and thus the GaAs melt 30. As can be sufficiently suppressed. This will be described more specifically with reference to FIG. 5 as compared to the case where the shape accuracy of the B 2 O 3 raw material is low.

図5は、図2の上面図であり、GaAs原料25およびB23原料26が配置された坩堝20を上方から見下ろした図である。図5を参照し、B23原料26の形状の精度が低い場合、B23原料26はGaAs原料25上に安定的に積層されず、図5に示されるような坩堝20の軸方向中心部から、たとえば、点線で示される位置に滑ってしまう。B23原料26が点線の位置にずれた状態でB23原料26が軟化すると、生成されたB23融液31はGaAs原料25の表面上を不均一に流れ落ちるため、GaAs原料25の表面にはB23融液31に覆われない領域が生じる。この領域から徐々に生成されるGaAs融液30は、B23融液31に覆われていないために、As抜けは十分には抑制されないことになる。 FIG. 5 is a top view of FIG. 2, in which the crucible 20 in which the GaAs raw material 25 and the B 2 O 3 raw material 26 are arranged is viewed from above. Referring to FIG. 5, if the precision of the shape of the B 2 O 3 raw material 26 is low, B 2 O 3 raw material 26 is not stably laminated on the GaAs raw material 25, the axis of the crucible 20, as shown in FIG. 5 For example, it slips from the center of the direction to the position indicated by the dotted line. If the B 2 O 3 raw material 26 is softened while the B 2 O 3 raw material 26 is shifted to the position of the dotted line, the generated B 2 O 3 melt 31 flows non-uniformly on the surface of the GaAs raw material 25, so that GaAs A region not covered with the B 2 O 3 melt 31 is generated on the surface of the raw material 25. Since the GaAs melt 30 that is gradually generated from this region is not covered with the B 2 O 3 melt 31, the As missing is not sufficiently suppressed.

これに対し、本実施形態によれば、B23原料26は加圧形成されており、その表面のうねりが除去された高い形状精度を有するため、GaAs原料25上に安定的に積層される。このため、上記のような滑りは抑制される。したがって、B23原料26からのB23融液31は、その近傍に位置するGaAs原料25のGaAsブロック25a〜25cの表面を迅速かつ均一に覆うことができる。これにより、GaAsブロック25a〜25cの表面からのAs抜けを十分に抑制することができ、もって、As抜けに起因するGaAs単結晶の転位密度の増加を抑制することができる。したがって、結果的に結晶品質の高いGaAs単結晶を製造することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure and has a high shape accuracy with the surface waviness removed, so that it is stably laminated on the GaAs raw material 25. The For this reason, the above slip is suppressed. Accordingly, the B 2 O 3 melt 31 from the B 2 O 3 raw material 26 can quickly and uniformly cover the surfaces of the GaAs blocks 25a to 25c of the GaAs raw material 25 located in the vicinity thereof. As a result, As missing from the surfaces of the GaAs blocks 25a to 25c can be sufficiently suppressed, and an increase in dislocation density of the GaAs single crystal due to As missing can be suppressed. Therefore, as a result, a GaAs single crystal with high crystal quality can be manufactured.

また、B23は吸湿性が高いために、その表面に水分が吸着され易いことが知られている。たとえば、水分を吸着したB23原料26が気密容器18内に配置されると、気密容器18内に意図しない水分が持ち込まれることになり、この持ち込まれた水分は、昇温工程において気密容器18内の圧力の上昇を引き起こす要因となる。このような圧力の上昇は、GaAs単結晶40の品質の低下、単結晶製造装置10の破損などを引き起こすため望ましくない。 Further, it is known that B 2 O 3 has a high hygroscopic property, so that moisture is easily adsorbed on its surface. For example, when the B 2 O 3 raw material 26 that has adsorbed moisture is placed in the hermetic container 18, unintentional moisture is brought into the hermetic container 18. This is a factor that causes an increase in pressure in the container 18. Such an increase in pressure is not desirable because it causes a decrease in the quality of the GaAs single crystal 40 and damage to the single crystal manufacturing apparatus 10.

これに対し、本実施形態によれば、B23原料26は窒素雰囲気下、不活性ガス雰囲気下、または真空下で加圧形成されているため、その表面に吸着されていた水分は除去されている。したがって、このB23原料26を坩堝20内に配置することにより、B23原料26の表面に吸着されていた水分の持ち込みに起因する気密容器18内への水分の持ち込みを抑制することができる。特に、水分の気密容器18内への持ち込みをより確実に抑制するという観点から、B23原料26の加圧形成は、坩堝20内に配置する直前に行うことが好ましい。 In contrast, according to the present embodiment, the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure in a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum, so that moisture adsorbed on the surface is removed. Has been. Therefore, by disposing the B 2 O 3 raw material 26 in the crucible 20, the introduction of moisture into the airtight container 18 due to the introduction of moisture adsorbed on the surface of the B 2 O 3 raw material 26 is suppressed. be able to. In particular, from the viewpoint of more reliably suppressing moisture from being brought into the airtight container 18, it is preferable to perform the pressure formation of the B 2 O 3 raw material 26 immediately before placing it in the crucible 20.

また、本実施形態に係る単結晶の製造方法において、PBN製の坩堝20を用いた。PBN製の坩堝は耐熱性、製造容易性の点で好ましい。さらに、高温の化学的気相成長法を用いて作製されることにより、高い純度を有することができるため、GaAs単結晶40への坩堝20由来の意図しない不純物の混入を抑制することができる。ただし、石英やカーボンと比較してコストが高いため、コスト低減の観点からは、その壁の厚みを2mm以下にするのが望ましい。   Further, in the method for producing a single crystal according to the present embodiment, a PBN crucible 20 was used. PBN crucibles are preferable in terms of heat resistance and ease of manufacture. Further, since it can be produced by using a high-temperature chemical vapor deposition method, it can have high purity, so that unintended impurities derived from the crucible 20 into the GaAs single crystal 40 can be suppressed. However, since the cost is higher than quartz and carbon, it is desirable that the thickness of the wall be 2 mm or less from the viewpoint of cost reduction.

特に、本実施形態に係る単結晶の製造方法によれば、坩堝内において、GaAs原料25およびB23原料26が安定的に積層されているために、B23原料26の滑りが抑制される。GaAs原料25、B23原料26などが不安定に積層されていると、運搬時などに生じる振動によってこれらの滑りが起こり、結果的に坩堝20が破損する場合がある。特に、上記のようにコスト低減の観点から厚みの小さい坩堝20を用いた場合、厚みの大きい坩堝20を用いた場合よりも上記滑りによる破損の可能性は高まる。これに対し、本実施形態に係る単結晶の製造方法によれば、B23原料26の滑りが抑制されるため、このような破損の可能性を低減することができ、もって、厚みの小さい坩堝20を好適に使用することができる。 In particular, according to the method for producing a single crystal according to the present embodiment, since the GaAs raw material 25 and the B 2 O 3 raw material 26 are stably laminated in the crucible, the B 2 O 3 raw material 26 slips. It is suppressed. If the GaAs raw material 25, the B 2 O 3 raw material 26, and the like are laminated in an unstable manner, these slips may occur due to vibrations that occur during transportation, resulting in damage to the crucible 20. In particular, when the crucible 20 with a small thickness is used from the viewpoint of cost reduction as described above, the possibility of breakage due to the above-mentioned slip is higher than when the crucible 20 with a large thickness is used. On the other hand, according to the method for producing a single crystal according to the present embodiment, since the slip of the B 2 O 3 raw material 26 is suppressed, the possibility of such damage can be reduced, and the thickness can be reduced. A small crucible 20 can be suitably used.

なお、坩堝20は、PBNの他、ボロンナイトライド(BN)、パイロリティックグラファイト、グラファイト、ガラス化カーボンまたは石英などを採用することができる。   The crucible 20 may employ boron nitride (BN), pyrolytic graphite, graphite, vitrified carbon, or quartz in addition to PBN.

また、本実施形態に係る単結晶の製造方法において好ましくは、GaAsブロック25a〜25cは円柱形状でありその上面と底面とが高い平行度および/または平坦度を有する。各GaAsブロック25a〜25cの形状が円柱形状であることにより、GaAsブロック25a〜25cを坩堝20内に効率的に配置させることができ、その上面と底面とが高い平行度および/または高い平坦度を有することにより、GaAsブロック25a〜25cを坩堝20の軸方向に対してより安定的に積み重ねることができる。さらに好ましくは、GaAsブロック25a〜25cの各中心軸が坩堝20の軸方向と一致するように積み重ねられている。これにより、その上に配置されるB23原料26の滑り落ちなどをさらに抑制することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present embodiment, the GaAs blocks 25a to 25c are preferably cylindrical, and the upper surface and the bottom surface have high parallelism and / or flatness. Since the shape of each GaAs block 25a-25c is cylindrical, the GaAs blocks 25a-25c can be efficiently arranged in the crucible 20, and the upper surface and the bottom surface thereof have high parallelism and / or high flatness. The GaAs blocks 25a to 25c can be stacked more stably in the axial direction of the crucible 20. More preferably, the GaAs blocks 25 a to 25 c are stacked so that the central axes thereof coincide with the axial direction of the crucible 20. Thus, it is possible to further suppress such slippage of the B 2 O 3 raw material 26 disposed thereon.

なお、GaAs原料25は、効率的な配置、作製容易性の観点からは円柱形状であることが特に好ましいが、その形状はこれに限定されず、たとえば、直方体、角柱形状、リング状(ドーナツ状の円盤形状)などであってもよい。ただし、安定的な積層を維持する観点から、各形状に関し、坩堝20内に配置した際に、坩堝20の軸方向に貫かれる2つの面の平行度は高いことが好ましい。これにより、各ブロックを安定的に積み重ねることができる。   The GaAs raw material 25 is particularly preferably a cylindrical shape from the viewpoint of efficient arrangement and ease of manufacture, but the shape is not limited to this, and for example, a rectangular parallelepiped, a prismatic shape, a ring shape (doughnut shape) Or the like. However, from the viewpoint of maintaining stable lamination, it is preferable that the parallelism of the two surfaces penetrating in the axial direction of the crucible 20 is high when it is arranged in the crucible 20 with respect to each shape. Thereby, each block can be stacked stably.

また、本実施形態に係る単結晶の製造方法において好ましくは、B23原料26はその厚み方向(坩堝20内に配置された際の坩堝20の軸方向の幅)に対し5Pa以上2000Pa以下の荷重で加圧形成されている。B23原料26が5Pa以上の荷重で加圧形成されていることにより、その表面のうねりが十分に低減され、2000Pa以下の荷重で加圧形成されていることにより、過剰な加圧によるB23原料26の意図しない形状変化を防止することができる。したがって、その形状に関し十分に高い精度を有するB23原料26を安定的に作製することができる。また、B23原料26が5Pa以上の荷重で加圧形成されることにより、その表面の水分が十分に除去される。 In the method for producing a single crystal according to the present embodiment, preferably, the B 2 O 3 raw material 26 is 5 Pa or more and 2000 Pa or less with respect to the thickness direction (the width in the axial direction of the crucible 20 when placed in the crucible 20). Pressurized with a load of. When the B 2 O 3 raw material 26 is press-formed with a load of 5 Pa or more, the undulation of the surface is sufficiently reduced, and by being formed with a load of 2000 Pa or less, it is caused by excessive pressurization. Unintentional shape change of the B 2 O 3 raw material 26 can be prevented. Therefore, the B 2 O 3 raw material 26 having sufficiently high accuracy with respect to its shape can be stably produced. Further, when the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure with a load of 5 Pa or more, moisture on the surface is sufficiently removed.

なお、B23原料26は、効率的な配置、作製容易性の観点からは円柱形状であることが特に好ましいが、その形状はこれに限定されず、たとえば、直方体、角柱形状、リング状などであってもよい。ただし、B23原料26は、少なくとも、その厚み方向(坩堝20内に配置された際の坩堝20の軸方向の幅)に対して加圧形成されており、坩堝20に配置した際に、坩堝20の軸方向に貫かれる2つの面の平行度が高いことが好ましい。これにより、GaAs原料25に対しより安定的に積層させることができ、また、そのB23融液31の流れもより均一となる。 The B 2 O 3 raw material 26 is particularly preferably in the form of a column from the viewpoint of efficient arrangement and ease of manufacture, but the shape is not limited to this, and for example, a rectangular parallelepiped, a prismatic shape, or a ring shape It may be. However, the B 2 O 3 raw material 26 is press-formed at least in the thickness direction (the width in the axial direction of the crucible 20 when placed in the crucible 20), and when placed in the crucible 20. The parallelism of the two surfaces penetrating in the axial direction of the crucible 20 is preferably high. As a result, the GaAs raw material 25 can be laminated more stably, and the flow of the B 2 O 3 melt 31 becomes more uniform.

また、B23原料26に関し、GaAsブロック25a〜25cの表面をより迅速かつ均一に覆う観点から、GaAsブロック25cと接する面の形状、大きさは、好ましくはGaAsブロック25cの上面の形状、大きさに類似し、より好ましくは一致する。 Further, regarding the B 2 O 3 raw material 26, from the viewpoint of covering the surfaces of the GaAs blocks 25a to 25c more quickly and uniformly, the shape and size of the surface in contact with the GaAs block 25c are preferably the shape of the upper surface of the GaAs block 25c, Similar to size and more preferably match.

なお、本実施形態に係る単結晶の製造方法おいて、GaAs原料25は、GaAsブロック25a〜25cを含んだが、GaAs原料25は1つのブロックから構成されてもよく、さらに多くのGaAsブロックから構成されてもよく、少なくともB23原料26とGaAs原料25とが積層されていればよい。したがって、たとえば、B23原料26は、GaAsブロック25a〜25cのいずれかの間に配置されていてもよい。この場合においても、B23原料26の形状が高い精度を有することにより、これらが安定的に積層され、さらに、B23原料26の上に載置されたGaAs原料25の滑りを抑制することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present embodiment, the GaAs raw material 25 includes GaAs blocks 25a to 25c. However, the GaAs raw material 25 may be composed of one block or a larger number of GaAs blocks. It is sufficient that at least the B 2 O 3 raw material 26 and the GaAs raw material 25 are laminated. Therefore, for example, the B 2 O 3 raw material 26 may be disposed between any of the GaAs blocks 25a to 25c. Even in this case, since the shape of the B 2 O 3 raw material 26 has high accuracy, they are stably laminated, and further, the GaAs raw material 25 placed on the B 2 O 3 raw material 26 can slide. Can be suppressed.

≪実施形態2≫
本実施形態に係る単結晶の製造方法において、用いられる単結晶製造装置および坩堝は、実施形態1と同様であるため、その説明は繰り返さない。また、下記する単結晶の製造方法および作用効果に関しても、実施形態1と同様の点についての説明は繰り返さない。
<< Embodiment 2 >>
Since the single crystal manufacturing apparatus and the crucible used in the method for manufacturing a single crystal according to the present embodiment are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated. Also, the description of the same points as in the first embodiment will not be repeated with respect to the single crystal manufacturing method and effects described below.

<単結晶の製造方法>
1.配置工程
まず、図6を参照し、坩堝20の種結晶収容部22内に種結晶24を配置し、肩部23および直胴部21内にGaAs原料25とB23原料26とを配置する(配置工程)。
<Method for producing single crystal>
1. Arrangement Step First, referring to FIG. 6, the seed crystal 24 is arranged in the seed crystal accommodating part 22 of the crucible 20, and the GaAs raw material 25 and the B 2 O 3 raw material 26 are arranged in the shoulder part 23 and the straight body part 21. (Placement process).

GaAs原料25は、GaAsブロック25d〜25fからなる。GaAsブロック25d〜25fはそれぞれ円柱形状を有し、その上面と底面は略平行である。このため、各GaAsブロック25d〜25fは坩堝20内に効率的に配置されるとともに、坩堝20の軸方向に対してこの順に安定的に積み重ねられる。   The GaAs material 25 includes GaAs blocks 25d to 25f. Each of the GaAs blocks 25d to 25f has a cylindrical shape, and the upper surface and the bottom surface thereof are substantially parallel. Therefore, the GaAs blocks 25d to 25f are efficiently arranged in the crucible 20 and are stably stacked in this order with respect to the axial direction of the crucible 20.

23原料26はB23ブロック26aおよび26bからなり、B23ブロック26a,26bは、坩堝20の軸方向に対し円柱形状を有するGaAsブロック25a〜25cからなるGaAs原料25を挟むように配置されている。 The B 2 O 3 raw material 26 is made up of B 2 O 3 blocks 26 a and 26 b, and the B 2 O 3 blocks 26 a and 26 b are made of GaAs raw material 25 made up of GaAs blocks 25 a to 25 c having a cylindrical shape with respect to the axial direction of the crucible 20. It is arranged so as to sandwich it.

23ブロック26aは頂点の欠けた円錐形状を有し、その欠けた頂点側が坩堝20の下方に位置するように肩部23内に配置される。このB23ブロック26aは鋳型形成された後にさらに加圧形成されている。すなわち、鋳型形成によって頂点の欠けた円錐形状のB23原料が形成され、その後の加圧形成によってこのB23原料の上面(GaAsブロック25dと接する面)と底面(種結晶24と接する面)との平行度、平坦度が高められている。このため、B23ブロック26aはその形状に関し高い精度を有することができるため、図6に示されるように、その中心軸が坩堝20の軸方向と略一致するように種結晶24上に安定的に配置可能となり、またその上方に安定的にGaAsブロック25dを配置させることができる。 The B 2 O 3 block 26 a has a conical shape with a chipped apex, and is arranged in the shoulder portion 23 so that the chipped apex side is located below the crucible 20. The B 2 O 3 block 26a is further press-formed after being cast. That, is formed B 2 O 3 raw material conical missing vertices by mold-forming, by the subsequent pressure forming this B 2 O 3 raw material of the upper surface (surface in contact with the GaAs block 25d) and bottom (seed crystal 24 The degree of parallelism and flatness with the contact surface) is increased. For this reason, since the B 2 O 3 block 26a can have high accuracy with respect to its shape, the B 2 O 3 block 26a is placed on the seed crystal 24 so that its central axis substantially coincides with the axial direction of the crucible 20, as shown in FIG. It becomes possible to arrange stably, and the GaAs block 25d can be stably arranged above it.

また、B23ブロック26bは、円柱形状を有し、GaAsブロック25f上に配置される。このB23ブロック26bもまた、鋳型形成された後にさらに加圧形成されている。すなわち鋳型形成によって、円柱形状のB23原料が形成され、その後の加圧形成によって円柱形状のB23原料の上面および底面の平行度、平坦度が高められている。このため、B23ブロック26bはその形状に関し高い精度を有することができるため、図6に示されるように、その円柱形状のその中心軸が坩堝20の軸方向と略一致するようにGaAsブロック25f上に安定的に配置可能となる。 The B 2 O 3 block 26b has a cylindrical shape and is disposed on the GaAs block 25f. The B 2 O 3 block 26b is also formed by pressurization after the mold is formed. That is, the columnar B 2 O 3 raw material is formed by the mold formation, and the parallelism and flatness of the upper surface and the bottom surface of the cylindrical B 2 O 3 raw material are increased by the subsequent pressure formation. For this reason, since the B 2 O 3 block 26b can have high accuracy with respect to its shape, the GaAs is formed so that its central axis of the cylindrical shape substantially coincides with the axial direction of the crucible 20, as shown in FIG. It becomes possible to arrange stably on the block 25f.

2.酸化ホウ素融液生成工程および化合物半導体融液生成工程
次に、図3を参照し、B23原料26を溶融させてB23融液31を生成し(酸化ホウ素融液生成工程)、さらに、GaAs原料25を溶融させてGaAs融液30を生成する(化合物半導体融液生成工程)。
2. Boron oxide melt production process and compound semiconductor melt production process Next, referring to FIG. 3, the B 2 O 3 raw material 26 is melted to produce a B 2 O 3 melt 31 (boron oxide melt production process). Further, the GaAs raw material 25 is melted to produce a GaAs melt 30 (compound semiconductor melt producing step).

具体的には、まず、その内部に種結晶24、GaAsブロック25a〜25cおよびB23ブロック26a、26bが配置された坩堝20が、図1に示す単結晶製造装置に配置される。そして、直胴部21および肩部23内がヒータ16によって加熱される。 Specifically, first, the crucible 20 in which the seed crystal 24, the GaAs blocks 25a to 25c, and the B 2 O 3 blocks 26a and 26b are arranged is placed in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. The inside of the straight body portion 21 and the shoulder portion 23 is heated by the heater 16.

ヒータ16の加熱による坩堝20内の昇温過程において、まず、坩堝20内の温度はB23原料26の軟化点に達する。この段階において、B23ブロック26a,26bは軟化して溶融し始め、これにより坩堝20内にB23融液31が生成される。このとき、B23ブロック26bはGaAsブロック25f上に安定的に積層されているため、これから徐々に生成されるB23融液31は、GaAs原料25の表面をその上方から下方に均一に流れる(広がる)ことができ、GaAs原料25の表面を迅速かつ均一に覆うことができる。また、B23ブロック26aから徐々に生成されるB23融液31はGaAs原料25の下方から上方に向けて均一に広がることができる。したがって、GaAs原料25をB23原料26が上方および下方から挟み込むことにより、GaAs原料25の表面をその上方および下方から広がるB23融液31によって迅速かつ均一に覆うことができる。 In the process of raising the temperature in the crucible 20 by the heating of the heater 16, first, the temperature in the crucible 20 reaches the softening point of the B 2 O 3 raw material 26. At this stage, the B 2 O 3 blocks 26 a and 26 b start to soften and melt, thereby generating a B 2 O 3 melt 31 in the crucible 20. At this time, since the B 2 O 3 block 26b is stably laminated on the GaAs block 25f, the B 2 O 3 melt 31 that is gradually generated from now on moves the surface of the GaAs raw material 25 downward from above. It can flow (spread) uniformly, and the surface of the GaAs source 25 can be covered quickly and uniformly. Further, B 2 O 3 melt 31 is gradually generated from the B 2 O 3 blocks 26a can be uniformly spread upward from below the GaAs raw material 25. Therefore, by sandwiching the GaAs raw material 25 from the B 2 O 3 raw material 26 above and below, can be covered quickly and uniformly by B 2 O 3 melt 31 spreads the surface of the GaAs raw material 25 from above and below.

そして、さらに、昇温過程において、坩堝20内の温度がGaAs原料25の融点に達する。この段階において、GaAs原料25が溶融し始め、これにより坩堝20内にGaAs融液30が生成される。このとき、GaAsブロック25d〜25fは各表面から徐々に溶融していくが、その表面は、GaAsブロック25f上に安定的に積層されたB23ブロック26bおよびGaAs原料25をその上方に安定的に積層させるB23ブロック26aから生成されるB23融液31によって迅速かつ均一に覆われているため、その表面から徐々に生成されるGaAs融液30からのAs抜けは十分に抑制される。 Further, in the temperature rising process, the temperature in the crucible 20 reaches the melting point of the GaAs raw material 25. At this stage, the GaAs raw material 25 starts to melt, thereby generating a GaAs melt 30 in the crucible 20. At this time, the GaAs blocks 25d to 25f are gradually melted from the respective surfaces, and the surface stably stabilizes the B 2 O 3 block 26b and the GaAs raw material 25 stacked on the GaAs block 25f upward. Since the B 2 O 3 melt 31 generated from the laminated B 2 O 3 block 26a is covered quickly and uniformly, the As missing from the GaAs melt 30 gradually generated from the surface is sufficient. To be suppressed.

<作用効果>
次に、本実施形態に係る単結晶の製造方法の作用効果について説明する。
<Effect>
Next, the function and effect of the method for producing a single crystal according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る単結晶の製造方法によれば、B23原料26を構成するB23ブロック26aおよびB23ブロック26bはそれぞれ加圧形成されている。したがって、B23原料26において、鋳型形成後のB23原料に見られる表面のうねりは除去されており、その形状に関し高い精度を有することができる。このため、B23原料26とGaAs原料25とは坩堝20内の軸方向に安定的に積層されている。したがって、B23ブロック26aおよび26bからのB23融液31は、その近傍に位置するGaAs原料25の各GaAsブロック25d〜25fの表面を迅速かつ均一に覆うことができ、もって、GaAs融液30からのAs抜けを十分に抑制することができる。これについて、B23原料の形状の精度が低い場合と比してより具体的に説明する。 According to the method for producing a single crystal according to the present embodiment, B 2 O 3 raw material 26 constituting the B 2 O 3 blocks 26a and B 2 O 3 blocks 26b are respectively pressure forming. Therefore, in the B 2 O 3 raw material 26, the surface waviness seen in the B 2 O 3 raw material after forming the mold is removed, and the shape can be highly accurate. For this reason, the B 2 O 3 raw material 26 and the GaAs raw material 25 are stably laminated in the axial direction in the crucible 20. Therefore, the B 2 O 3 melt 31 from the B 2 O 3 blocks 26a and 26b can quickly and uniformly cover the surfaces of the GaAs blocks 25d to 25f of the GaAs raw material 25 located in the vicinity thereof. As missing from the GaAs melt 30 can be sufficiently suppressed. This will be described more specifically as compared with the case where the shape accuracy of the B 2 O 3 raw material is low.

形状の精度が低いB23原料、すなわち加圧形成されていない従来のB23原料を用いて、図6に示すようにGaAs原料およびB23原料を積層させた場合、積み上げたGaAs原料およびB23原料が傾く恐れがある。特に、肩部23に配置されるGaAsブロックaの上面と底面のうねりが大きい場合、または平行度が低い場合にはその傾きは顕著となる。積み上げたGaAs原料およびB23原料が傾くと、B23融液の流れに偏りが生じるために、GaAs原料の表面を均一に覆うことができない。また、傾いたGaAs原料および/またはB23原料が坩堝の内壁と接触することにより、坩堝の損傷が引き起こされる。特に、うねりとして尖った部分があると、その尖った部分と坩堝内面の接触領域に荷重が局所的に集中するため、坩堝の破損リスクが増加する。 When a B 2 O 3 raw material having a low shape accuracy, that is, a conventional B 2 O 3 raw material not formed under pressure is used to stack a GaAs raw material and a B 2 O 3 raw material as shown in FIG. In addition, the GaAs raw material and the B 2 O 3 raw material may be inclined. In particular, when the undulation of the upper surface and the bottom surface of the GaAs block a disposed on the shoulder 23 is large, or when the parallelism is low, the inclination becomes significant. When the stacked GaAs material and B 2 O 3 material are inclined, the flow of the B 2 O 3 melt is biased, and the surface of the GaAs material cannot be uniformly covered. Further, the tilted GaAs material and / or B 2 O 3 material comes into contact with the inner wall of the crucible, thereby causing damage to the crucible. In particular, if there is a pointed portion as the undulation, the load is locally concentrated in the contact region between the pointed portion and the inner surface of the crucible, increasing the risk of breakage of the crucible.

これに対し、本実施形態によれば、B23原料26からのB23融液31は、その近傍に位置するGaAs原料25の各GaAsブロック25d〜25fの表面を均一に覆うことができる。したがって、GaAsブロック25d〜25fの表面からのAs抜けを均一にかつ十分に抑制することができ、もって、As抜けに起因するGaAs単結晶の転位密度の増加を抑制することができ、結果的に高品質のGaAs単結晶を製造することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the B 2 O 3 melt 31 from the B 2 O 3 raw material 26 uniformly covers the surfaces of the GaAs blocks 25d to 25f of the GaAs raw material 25 located in the vicinity thereof. Can do. Therefore, the As missing from the surfaces of the GaAs blocks 25d to 25f can be suppressed uniformly and sufficiently, and an increase in the dislocation density of the GaAs single crystal due to the As missing can be suppressed. A high quality GaAs single crystal can be manufactured.

また、本実施形態によれば、B23原料26は加圧形成されるため、B23原料26の表面のうねりは従来の加圧形成されないB23原料と比して低減する。これにより、B23原料26による坩堝20内面への荷重の局所的な集中を避けることができ、もって、坩堝20の破損リスクを低減することができる。したがって、厚みの小さい坩堝20、たとえば、0.3mm程度にまで厚みを小さくした坩堝20を好適に用いることができるため、製造コストを低減することができる。 Further, according to the present embodiment, since the B 2 O 3 raw material 26 is formed under pressure, the undulation of the surface of the B 2 O 3 raw material 26 is reduced as compared with the conventional B 2 O 3 raw material that is not formed under pressure. To do. Thereby, the local concentration of the load on the inner surface of the crucible 20 by the B 2 O 3 raw material 26 can be avoided, and the risk of breakage of the crucible 20 can be reduced. Therefore, since the crucible 20 with a small thickness, for example, the crucible 20 with a thickness reduced to about 0.3 mm can be suitably used, the manufacturing cost can be reduced.

さらに、坩堝20内に積み重ねられるGaAs原料25およびB23原料26の傾きが抑制され、これらと坩堝20内面との接触が抑制されることから、GaAs原料の大きさを坩堝20の内部空間に対して十分に大きくすることができる。すなわち、図5を参照し、GaAs原料25と坩堝20の内面とのクリアランスを縮めることができる。具体的には、従来であれば、その傾きを考慮して、クリアランスLは1mm以上必要であったが、加圧形成されたB23原料26を用いることにより、クリアランスLを1mm未満、より好ましくは0.6mm未満にすることができる。 Furthermore, the inclination of the GaAs raw material 25 and the B 2 O 3 raw material 26 stacked in the crucible 20 is suppressed, and the contact between these and the inner surface of the crucible 20 is suppressed. Can be made sufficiently large. That is, referring to FIG. 5, the clearance between the GaAs raw material 25 and the inner surface of the crucible 20 can be reduced. Specifically, conventionally, the clearance L is required to be 1 mm or more in consideration of the inclination, but by using the B 2 O 3 raw material 26 formed by pressure, the clearance L is less than 1 mm, More preferably, it can be less than 0.6 mm.

このようにクリアランスLを小さく設計できることにより、坩堝20内の原料の充填率を高めることができ、その積み重ねられる原料の嵩高さを低減することができる。これにより、坩堝20そのものの長さを小さく設計でき、また、ヒータによる加熱領域を低減でき、さらに充填率の向上によりAs抜けの防止効果も高まる。   Since the clearance L can be designed to be small as described above, the filling rate of the raw material in the crucible 20 can be increased, and the bulk of the stacked raw materials can be reduced. Thereby, the length of the crucible 20 itself can be designed to be small, the heating area by the heater can be reduced, and further, the effect of preventing the loss of As is enhanced by improving the filling rate.

また、本実施形態に係る単結晶の製造方法において好ましくは、肩部23に配置されるB23ブロック26aはその上面および底面に加え、側面も加圧形成されている。すなわち、B23原料26の表面のうち、GaAs原料25と接する面および坩堝20の内面と接する面のいずれもが加圧形成されていることが好ましい。 In the method for producing a single crystal according to the present embodiment, the B 2 O 3 block 26a disposed on the shoulder portion 23 is preferably formed by pressing in addition to the top surface and the bottom surface thereof. That is, it is preferable that both the surface in contact with the GaAs material 25 and the surface in contact with the inner surface of the crucible 20 among the surfaces of the B 2 O 3 material 26 are formed under pressure.

加圧形成によってB23ブロック26aの側面のうねりが除去されることにより、仮にB23ブロック26aの滑りが起こったとしても、B23ブロック26aによる坩堝20内面への荷重の局所的な集中を避けることができるため、坩堝20の破損リスクを低減することができる。側面の加圧形成は、円錐形状の治具であってその円錐の側面の成す角が肩部23の内面の成す角と一致する治具と、重しとなる治具とを用いることによって容易に行うことができる。 Even if the B 2 O 3 block 26a slips due to the removal of the undulation on the side surface of the B 2 O 3 block 26a due to the pressure formation, the load applied to the inner surface of the crucible 20 by the B 2 O 3 block 26a Since local concentration can be avoided, the risk of breakage of the crucible 20 can be reduced. The pressurization of the side surface is easy by using a conical jig whose angle formed by the side surface of the cone coincides with the angle formed by the inner surface of the shoulder 23 and a jig that overlaps. Can be done.

なお、B23ブロック26aの形状は頂点の欠けた円錐形状であることが特に好ましいが、その形状はこれに限定されず、たとえば、直方体、円柱形状、角錐形状、リング状などであってもよい。 The shape of the B 2 O 3 block 26a is particularly preferably a conical shape with missing apexes, but the shape is not limited to this, and for example, a rectangular parallelepiped shape, a cylindrical shape, a pyramid shape, a ring shape, and the like. Also good.

≪実施形態3≫
本実施形態に係る単結晶の製造方法において、用いられる単結晶製造装置および坩堝は、実施形態1と同様であるため、その説明は繰り返さない。また、下記する単結晶の製造方法および作用効果に関しても、実施形態1および/または2と同様の点についての説明は繰り返さない。
<< Embodiment 3 >>
Since the single crystal manufacturing apparatus and the crucible used in the method for manufacturing a single crystal according to the present embodiment are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated. Also, the description of the same points as in Embodiments 1 and / or 2 will not be repeated with respect to the single crystal manufacturing method and effects described below.

<単結晶の製造方法>
1.配置工程
まず、図7を参照し、坩堝20の種結晶収容部22内に種結晶24を配置し、肩部23および直胴部21内にGaAs原料25とB23原料26とを配置する(配置工程)。
<Method for producing single crystal>
1. Arrangement Step First, referring to FIG. 7, a seed crystal 24 is arranged in the seed crystal accommodating part 22 of the crucible 20, and a GaAs raw material 25 and a B 2 O 3 raw material 26 are arranged in the shoulder part 23 and the straight body part 21. (Placement process).

GaAs原料25は、GaAsブロック25g〜25jからなり、各GaAsブロック25g〜25jはそれぞれ円柱形状を有し、その上面と底面は略平行である。B23原料26はB23ブロック26c〜26gからなり、各B23ブロック26c〜26gはそれぞれ円柱形状を有する。 The GaAs raw material 25 includes GaAs blocks 25g to 25j. Each of the GaAs blocks 25g to 25j has a cylindrical shape, and the upper surface and the bottom surface thereof are substantially parallel. The B 2 O 3 raw material 26 is composed of B 2 O 3 blocks 26c to 26g, and each of the B 2 O 3 blocks 26c to 26g has a cylindrical shape.

本実施形態において、B23ブロック26c〜26gの各々は、坩堝20の軸方向に対し円柱形状を有するGaAsブロック25g〜25jの各々を挟むように配置される。より具体的には、B23原料25とGaAs原料26の各ブロックは交互に積層された状態で配置される。 In the present embodiment, each of the B 2 O 3 blocks 26 c to 26 g is disposed so as to sandwich each of the GaAs blocks 25 g to 25 j having a columnar shape with respect to the axial direction of the crucible 20. More specifically, the blocks of the B 2 O 3 raw material 25 and the GaAs raw material 26 are arranged in an alternately stacked state.

GaAsブロック25g〜25jの上面および底面の平行度は、その性質上および上述の製造法上、容易に高めることができる。また、B23ブロック26c〜26gの各々は鋳型形成された後にさらに加圧形成されているため、その上面および底面のうねりは除去されており、また上面および底面の平行度、平坦度は鋳型形成されたのみのB23ブロックと比して十分に高められる。すなわち、B23ブロック26c〜26gの各々はその形状に関し高い精度を有する。 The parallelism of the top and bottom surfaces of the GaAs blocks 25g to 25j can be easily increased due to their properties and the above-described manufacturing method. In addition, since each of the B 2 O 3 blocks 26c to 26g is pressed and formed after the mold is formed, the undulation of the top and bottom surfaces is removed, and the parallelism and flatness of the top and bottom surfaces are It is sufficiently enhanced compared to a B 2 O 3 block that has only been templated. That is, each of the B 2 O 3 blocks 26c to 26g has high accuracy with respect to its shape.

したがって、本工程において、図7に示されるように、GaAsブロック25g〜25jおよびB23ブロック26c〜26gの各中心軸が坩堝20の軸方向と略一致するように、GaAsブロックおよびB23ブロックを交互に積層させた状態であっても、これらを種結晶24上に安定的に配置することができる。 Accordingly, in this step, as shown in FIG. 7, as the central axis of the GaAs block 25g~25j and B 2 O 3 blocks 26c~26g substantially coincides with the axial direction of the crucible 20, GaAs block and B 2 Even in a state where O 3 blocks are alternately laminated, these can be stably arranged on the seed crystal 24.

2.酸化ホウ素融液生成工程および化合物半導体融液生成工程
次に、図3を参照し、B23原料26を溶融させてB23融液31を生成し(酸化ホウ素融液生成工程)、さらに、GaAs原料25を溶融させてGaAs融液30を生成する(化合物半導体融液生成工程)。
2. Boron oxide melt production process and compound semiconductor melt production process Next, referring to FIG. 3, the B 2 O 3 raw material 26 is melted to produce a B 2 O 3 melt 31 (boron oxide melt production process). Further, the GaAs raw material 25 is melted to produce a GaAs melt 30 (compound semiconductor melt producing step).

具体的には、まず、その内部に種結晶24、GaAsブロック25g〜25jおよびB23ブロック26c〜26gが配置された坩堝20が、図1に示す単結晶製造装置に配置される。そして、直胴部21および肩部23内がヒータ16によって加熱される。 Specifically, first, the crucible 20 in which the seed crystal 24, the GaAs blocks 25g to 25j, and the B 2 O 3 blocks 26c to 26g are arranged is placed in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. The inside of the straight body portion 21 and the shoulder portion 23 is heated by the heater 16.

ヒータ16の加熱による坩堝20内の昇温過程において、まず、坩堝20内の温度はB23原料26の軟化点に達する。この段階において、B23ブロック26c〜26gは軟化して溶融し始め、これにより坩堝20内にB23融液31が生成される。このとき、B23ブロック26d〜26gはそれぞれGaAsブロック25g〜25j上に安定的に積層されているため、徐々に生成される各B23融液31は、その近傍に位置するGaAs25g〜25jのそれぞれの表面をその上方から下方に均一に流れる(広がる)ことができ、もって、GaAs原料25の表面を均一に覆うことができる。また、B23ブロック26cはGaAsブロック25gの下方から上方に向けて均一に広がることができる。したがって、B23ブロック26c〜26gの各々が坩堝20の軸方向に対し円柱形状を有するGaAsブロック25g〜25jの各々を挟むように配置されることにより、GaAsブロック25g〜25jの各表面をその上方および下方から広がるB23融液31によって迅速かつ均一に覆うことができる。 In the process of raising the temperature in the crucible 20 by the heating of the heater 16, first, the temperature in the crucible 20 reaches the softening point of the B 2 O 3 raw material 26. At this stage, the B 2 O 3 blocks 26 c to 26 g are softened and start to melt, whereby a B 2 O 3 melt 31 is generated in the crucible 20. At this time, since the B 2 O 3 blocks 26d to 26g are stably laminated on the GaAs blocks 25g to 25j, the gradually generated B 2 O 3 melts 31 are formed in the vicinity of the GaAs 25g. The surface of each of ˜25j can flow (spread) uniformly from the upper side to the lower side, so that the surface of the GaAs raw material 25 can be covered uniformly. Further, the B 2 O 3 block 26c can spread uniformly from the lower side to the upper side of the GaAs block 25g. Accordingly, each of the B 2 O 3 blocks 26c to 26g is arranged so as to sandwich each of the GaAs blocks 25g to 25j having a columnar shape with respect to the axial direction of the crucible 20, so that each surface of the GaAs blocks 25g to 25j It can be covered quickly and uniformly by the B 2 O 3 melt 31 spreading from above and below.

そして、さらに、昇温過程において、次坩堝20内の温度がGaAs原料25の融点に達する。この段階において、GaAs原料25が溶融し始め、これにより坩堝20内にGaAs融液30が生成される。このとき、GaAsブロック25g〜25jはその表面から徐々に溶融していくが、その表面は、各GaAsブロック25g〜25j上に安定的に積層されたB23ブロック26d〜26gおよびGaAs原料25をその上方に安定的に積層させるB23ブロック26cから生成されるB23融液31によって迅速かつ均一に覆われているため、その表面から徐々に生成されるGaAs融液30からのAs抜けは十分に抑制される。 Further, in the temperature raising process, the temperature in the next crucible 20 reaches the melting point of the GaAs raw material 25. At this stage, the GaAs raw material 25 starts to melt, thereby generating a GaAs melt 30 in the crucible 20. At this time, the GaAs blocks 25g to 25j are gradually melted from the surface thereof, and the surfaces thereof are the B 2 O 3 blocks 26d to 26g and the GaAs raw material 25 which are stably stacked on the GaAs blocks 25g to 25j. Since it is covered quickly and uniformly by the B 2 O 3 melt 31 generated from the B 2 O 3 block 26c for stably laminating the GaAs melt, the GaAs melt 30 gradually generated from the surface thereof is used. As missing is sufficiently suppressed.

<作用効果>
次に、本実施形態に係る単結晶の製造方法の作用効果について説明する。
<Effect>
Next, the function and effect of the method for producing a single crystal according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る単結晶の製造方法によれば、B23原料26を構成するB23ブロック26c〜26gはそれぞれ加圧形成されている。したがって、B23原料26において、鋳型形成後のB23原料に見られる表面のうねりは除去されており、その形状に関し高い精度を有することができる。さらに、B23ブロック26c〜26gの各々は、GaAsブロック25g〜25jの各々を挟むように配置されており、坩堝20内の軸方向に安定的に積層されている。したがって、B23ブロック26c〜26gからの各B23融液31は、その近傍に位置するGaAsブロック25g〜25jの各々の表面を迅速かつ均一に覆うことができ、もって、GaAs融液30からのAs抜けを十分に抑制することができる。これについて、B23原料の形状の精度が低い場合と比してより具体的に説明する。 According to the method for producing a single crystal according to the present embodiment, B 2 O 3 blocks 26c~26g constituting the B 2 O 3 raw material 26 are respectively pressure forming. Therefore, in the B 2 O 3 raw material 26, the surface waviness seen in the B 2 O 3 raw material after forming the mold is removed, and the shape can be highly accurate. Further, each of the B 2 O 3 blocks 26c to 26g is arranged so as to sandwich each of the GaAs blocks 25g to 25j, and is stably stacked in the axial direction in the crucible 20. Therefore, each B 2 O 3 melt 31 from the B 2 O 3 blocks 26c to 26g can quickly and uniformly cover the surface of each of the GaAs blocks 25g to 25j located in the vicinity thereof. As missing from the liquid 30 can be sufficiently suppressed. This will be described more specifically as compared with the case where the shape accuracy of the B 2 O 3 raw material is low.

形状の精度が低いB23原料、すなわち加圧形成されていない従来のB23原料を用いて、図7に示すようにGaAs原料およびB23原料を積層させた場合、積み上げたGaAs原料およびB23原料が傾く恐れがある。積み上げたGaAs原料およびB23原料が傾くと、B23融液の流れに偏りが生じるために、GaAs原料の表面を均一に覆うことができない。また、傾いたGaAs原料および/またはB23原料が坩堝の内壁と局所的に接触することにより、坩堝20の損傷が引き起こされる。 When a B 2 O 3 raw material having a low shape accuracy, that is, a conventional B 2 O 3 raw material not formed under pressure is used to stack a GaAs raw material and a B 2 O 3 raw material as shown in FIG. In addition, the GaAs raw material and the B 2 O 3 raw material may be inclined. When the stacked GaAs material and B 2 O 3 material are inclined, the flow of the B 2 O 3 melt is biased, and the surface of the GaAs material cannot be uniformly covered. Further, the tilted GaAs material and / or B 2 O 3 material is locally brought into contact with the inner wall of the crucible, thereby causing damage to the crucible 20.

これに対し、本実施形態によれば、B23ブロック26d〜26gからのB23融液31は、それぞれの下に位置するGaAsブロック25g〜25jのそれぞれの表面を均一に覆うことができる。これにより、GaAsブロック25g〜25jの表面からのAs抜けを十分に抑制することができ、もって、As抜けに起因するGaAs単結晶の転位密度の増加を抑制することができる。したがって、結果的に結晶品質の高いGaAs単結晶を製造することができる。 On the other hand, according to the present embodiment, the B 2 O 3 melt 31 from the B 2 O 3 blocks 26d to 26g uniformly covers the respective surfaces of the GaAs blocks 25g to 25j located under the respective blocks. Can do. Thereby, As missing from the surfaces of the GaAs blocks 25g to 25j can be sufficiently suppressed, and an increase in dislocation density of the GaAs single crystal due to As missing can be suppressed. Therefore, as a result, a GaAs single crystal with high crystal quality can be manufactured.

特に、本実施形態は、大口径の単結晶を製造する場合、または長尺の単結晶を製造する場合に特に効果を発揮する。大口径の単結晶または長尺の単結晶を製造するためには、多くのGaAs原料が必要となるため、坩堝内に配置されるGaAs原料の表面積は大きくなり、あるいは積み上げられたGaAs原料は嵩高くなる。この場合に、各GaAsブロックがB23ブロックによって挟まれていることにより、より迅速かつ均一に各GaAsブロックの表面をB23融液によって覆うことができる。 In particular, this embodiment is particularly effective when a large-diameter single crystal is manufactured or when a long single crystal is manufactured. In order to produce a large-diameter single crystal or a long single crystal, many GaAs raw materials are required. Therefore, the surface area of the GaAs raw material placed in the crucible becomes large, or the stacked GaAs raw materials are bulky. Get higher. In this case, since the GaAs blocks are sandwiched between the B 2 O 3 blocks, the surface of each GaAs block can be covered with the B 2 O 3 melt more quickly and uniformly.

<実施例1>
図1に示す単結晶製造装置および図2に示す坩堝を用い、各原料を図7に示すように配置して以下の方法によりGaAs単結晶を製造し、製造された単結晶の結晶品質を確認した。
<Example 1>
Using the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 and the crucible shown in FIG. 2, each raw material is arranged as shown in FIG. 7 to manufacture a GaAs single crystal by the following method, and the crystal quality of the manufactured single crystal is confirmed. did.

1.坩堝の準備
PBN製の坩堝を準備した。坩堝の直胴部の形状は内径160mm、長さ200mmであった。
1. Preparation of crucible A PBN crucible was prepared. The shape of the straight body of the crucible was 160 mm in inner diameter and 200 mm in length.

2.原料の準備
GaAs単結晶からなるGaAs種結晶と、GaAs多結晶からなるGaAs原料と、鋳型形成されたB23ブロックからなるB23原料とを準備した。
2. A GaAs seed crystal consisting of preparing GaAs single crystal material, and GaAs material made of GaAs polycrystal, were prepared and B 2 O 3 raw material consisting of a mold formed B 2 O 3 blocks.

GaAs原料に関し、あらかじめ溶解したGaを原料製造用坩堝内に投与し、この原料製造用坩堝を雰囲気調整可能な炉に入れ、GaとAs蒸気とを反応させるべく、炉内にAs蒸気を導入しながら1240℃以上で2時間保持した。その後、炉内を自然冷却させた。これにより、GaAs多結晶からなるインゴットを作製した。そして、このインゴットをバンドソーを用いて切断することにより、直径158mm、高さ35mmの円柱形状のGaAsブロックを4つ作製した。各GaAsブロックに関し、平行度は0.5°であって略平行であり、最大断面高さRtは3μmであった。なお、平行度の測定には触針式の形状測定装置を用い、最大断面高さRtは輪郭形状測定機(商品名:「コントレーサCV−3100」、株式会社ミツトヨ製)を用いてJIS B0601に準拠して測定した。   Regarding the GaAs raw material, pre-dissolved Ga is injected into the crucible for raw material production, this crucible for raw material production is put into a furnace whose atmosphere can be adjusted, and As vapor is introduced into the furnace to react Ga and As vapor. However, it was kept at 1240 ° C. or higher for 2 hours. Thereafter, the inside of the furnace was naturally cooled. This produced the ingot which consists of a GaAs polycrystal. Then, this ingot was cut using a band saw to produce four cylindrical GaAs blocks having a diameter of 158 mm and a height of 35 mm. For each GaAs block, the parallelism was 0.5 ° and was approximately parallel, and the maximum cross-sectional height Rt was 3 μm. In addition, a stylus type shape measuring device is used for the measurement of parallelism, and the maximum cross-sectional height Rt is JIS B0601 using a contour shape measuring machine (trade name: “Contracer CV-3100”, manufactured by Mitutoyo Corporation). Measured according to

鋳型形成されたB23ブロックに関し、上面および底面のうねりの除去、平坦度および平行度の向上の為、加圧形成を行った。具体的には、PBN製の治具で挿み込んだB23ブロックを加熱炉に入れ、加熱炉内の真空引きを行い、炉内の真空度が7.5×10-2Torr以下になった時点で加熱炉内を窒素で置換した。そして、加熱炉内の温度を100℃/時間の昇温レートで300℃まで上げた後、温度が安定するまで300℃の状態で1時間保持した。その後、加熱炉内の温度を150℃/時間の昇温レートで425℃まで上げた後、30分間の加熱処理を実施した。加熱中は加熱炉内の圧力が4.0×10-2Torrになるよう、窒素を炉内に流し続けた。加熱中、B23ブロックの上面には、治具の重量として390Paの荷重が加えられていた。炉内温度425℃での加熱処理終了後、炉冷により炉内温度を室温にまで戻し、加圧形成されたB23ブロックを取出し、吸湿防止の為に直ちにこれを真空封入した。 The formed B 2 O 3 block was subjected to pressure forming in order to remove waviness on the upper surface and the bottom surface and improve flatness and parallelism. Specifically, a B 2 O 3 block inserted with a PBN jig is put into a heating furnace, the inside of the heating furnace is evacuated, and the degree of vacuum in the furnace is 7.5 × 10 −2 Torr or less. At that time, the inside of the heating furnace was replaced with nitrogen. And after raising the temperature in a heating furnace to 300 degreeC with the temperature increase rate of 100 degreeC / hour, it hold | maintained at the state of 300 degreeC for 1 hour until temperature stabilized. Then, after raising the temperature in a heating furnace to 425 degreeC with the temperature increase rate of 150 degreeC / hour, the heat processing for 30 minutes were implemented. During the heating, nitrogen was kept flowing in the furnace so that the pressure in the heating furnace became 4.0 × 10 −2 Torr. During heating, a load of 390 Pa was applied to the upper surface of the B 2 O 3 block as the weight of the jig. After completion of the heat treatment at the furnace temperature of 425 ° C., the furnace temperature was returned to room temperature by cooling the furnace, the pressurized B 2 O 3 block was taken out, and immediately sealed in vacuum to prevent moisture absorption.

上記加圧形成処理により、直径150mm、高さ10mmの円柱形状のB23ブロックを4つと、直径90mm、高さ10mmの円柱形状のB23ブロックを1つ作製した。加圧形成により作製された上記5つのB23ブロックにおいて、円柱形状の上面と底面は平行度が0.2°と略平行であり、測定された最大断面高さRtは50μmであった。 By the pressure forming process, diameter 150 mm, 4 bract the B 2 O 3 blocks cylindrical height of 10 mm, to prepare a single diameter 90 mm, a cylindrical height of 10 mm B 2 O 3 blocks. In the above five B 2 O 3 blocks produced by pressure forming, the cylindrical top surface and bottom surface were substantially parallel with a parallel degree of 0.2 °, and the measured maximum cross-sectional height Rt was 50 μm. .

3.単結晶の製造
まず、種結晶収容部内にGaAs種結晶を収容させ、肩部に直径90mmのB23ブロックを配置し、その上に4つのGaAsブロックおよび4つのB23ブロックを交互に積層させて配置し、図7に示す状態にした。そして、この坩堝を単結晶製造装置のアンプル内に真空封入した。
3. Manufacture of single crystal First, a GaAs seed crystal is accommodated in the seed crystal accommodating portion, a B 2 O 3 block having a diameter of 90 mm is arranged on the shoulder portion, and four GaAs blocks and four B 2 O 3 blocks are alternately arranged thereon. 7 to be in a state shown in FIG. And this crucible was vacuum-sealed in the ampule of a single crystal manufacturing apparatus.

次に、単結晶製造装置のヒータによってアンプルを約300℃まで昇温させ、坩堝内のGaAsブロックおよびB23ブロックを溶融させた。そして、種結晶収容部側から直胴部側に向けて温度勾配を形成し、この温度勾配に対してアンプルを移動させて種結晶収容部側から直胴部側に向けて徐々に温度を低下させていくことにより、坩堝内にGaAs単結晶を成長させた。 Next, the ampoule was heated to about 300 ° C. with the heater of the single crystal manufacturing apparatus, and the GaAs block and B 2 O 3 block in the crucible were melted. Then, a temperature gradient is formed from the seed crystal housing part side toward the straight body part side, and the ampoule is moved with respect to this temperature gradient to gradually decrease the temperature from the seed crystal housing part side toward the straight body part side. By doing so, a GaAs single crystal was grown in the crucible.

得られたGaAs単結晶に多結晶の領域は確認されず、高い品質のGaAs単結晶が製造されていた。また、得られたGaAs単結晶の表面を目視により観察したところ、結晶側面の全域にわたって光沢が見られた。なお、たとえば、坩堝の内面にB23融液で被覆されていない部分があり、その部分とGaAs融液とが接触した場合、ここに成長するGaAs単結晶の側面には光沢は見られない。このことから、GaAs単結晶製造工程において、成長するGaAs結晶と接触する坩堝の内面が全域にわたってB23融液で十分に被覆されていたことが分かった。また、GaAs単結晶の表面を目視により観察したところ、Gaの析出は確認されず、As抜けによる組成ずれも確認されなかった。このことから、GaAs単結晶の製造工程において、GaAs融液からのAs抜けが抑制され、もってAs抜けによる転位密度の増加が抑制されたことが分かった。さらに、製造工程中において、坩堝の破損に伴うGaAs融液の漏れも発生しなかった。 A polycrystalline region was not confirmed in the obtained GaAs single crystal, and a high-quality GaAs single crystal was manufactured. Further, when the surface of the obtained GaAs single crystal was visually observed, gloss was seen over the entire area of the crystal side surface. For example, when there is a portion that is not covered with the B 2 O 3 melt on the inner surface of the crucible, and that portion comes into contact with the GaAs melt, gloss is seen on the side surface of the GaAs single crystal grown here. Absent. From this, it was found that in the GaAs single crystal manufacturing process, the inner surface of the crucible in contact with the growing GaAs crystal was sufficiently covered with the B 2 O 3 melt over the entire area. Further, when the surface of the GaAs single crystal was visually observed, no precipitation of Ga was confirmed, and no composition shift due to As loss was confirmed. From this, it was found that in the GaAs single crystal manufacturing process, As loss from the GaAs melt was suppressed, and thus an increase in dislocation density due to As loss was suppressed. Further, during the manufacturing process, no leakage of GaAs melt accompanying breakage of the crucible occurred.

<実施例2>
23原料に関し、425℃で加熱しながらCVDカーボン膜でコートされたカーボン製の治具を用いて1200Paの荷重で加圧形成した以外は、実施例1と同様の方法により、GaAs単結晶を製造した。なお、加圧形成により作成された5つのB23ブロックにおいて、円柱形状の上面と底面は平行度が0.1°と略平行であり、測定された最大断面高さRtは50μmであった。
<Example 2>
The B 2 O 3 raw material was prepared by the same method as in Example 1 except that the B 2 O 3 raw material was pressed at a load of 1200 Pa using a carbon jig coated with a CVD carbon film while heating at 425 ° C. Crystals were produced. In the five B 2 O 3 blocks created by pressure forming, the cylindrical upper surface and the bottom surface were approximately parallel with a parallel degree of 0.1 °, and the measured maximum cross-sectional height Rt was 50 μm. It was.

製造されたGaAs単結晶を坩堝より取り出して目視により観察したところ、実施例1と同様、得られたGaAs単結晶に多結晶の領域は確認されず、高い品質のGaAs単結晶が製造されていた。また、得られたGaAs単結晶の表面を目視により観察したところ、結晶側面の全域にわたって光沢が見られた。このことから、GaAs単結晶製造工程において、成長するGaAs結晶と接触する坩堝の内面が全域にわたってB23被膜で十分に被覆されていたことが分かった。また、GaAs単結晶の表面を目視により観察したところ、Gaの析出は確認されず、As抜けによる組成ずれも確認されなかった。このことから、GaAs単結晶の製造工程において、GaAs融液からのAs抜けが抑制され、もってAs抜けによる転位密度の増加が抑制されたことが分かった。さらに、製造工程中において、坩堝の破損に伴うGaAs融液の漏れも発生しなかった。 When the produced GaAs single crystal was taken out from the crucible and visually observed, a polycrystalline region was not confirmed in the obtained GaAs single crystal as in Example 1, and a high-quality GaAs single crystal was produced. . Further, when the surface of the obtained GaAs single crystal was visually observed, gloss was seen over the entire area of the crystal side surface. From this, it was found that in the GaAs single crystal manufacturing process, the inner surface of the crucible in contact with the growing GaAs crystal was sufficiently covered with the B 2 O 3 coating over the entire area. Further, when the surface of the GaAs single crystal was visually observed, no precipitation of Ga was confirmed, and no composition shift due to As loss was confirmed. From this, it was found that in the GaAs single crystal manufacturing process, As loss from the GaAs melt was suppressed, and thus an increase in dislocation density due to As loss was suppressed. Further, during the manufacturing process, no leakage of GaAs melt accompanying breakage of the crucible occurred.

<比較例1>
23原料に関し、加圧形成を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法により、GaAs単結晶を製造した。なお、加圧形成を行わなかった5つの円柱形状のB23ブロックに関し、その上面と底面の平行度は3°と低く、また、その表面にはうねりが存在し、測定された最大断面高さRtは450μmであった。
<Comparative Example 1>
A GaAs single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that no pressure formation was performed on the B 2 O 3 raw material. For the five cylindrical B 2 O 3 blocks that were not pressed and formed, the parallelism between the top and bottom surfaces was as low as 3 °, and there was undulation on the surface. The height Rt was 450 μm.

得られたGaAs単結晶を目視により観察したことろ、多結晶の領域を多く含んでいることが分かった。また、GaAs結晶側面に光沢のない領域が多く見られたことから、GaAs単結晶製造工程において、GaAs結晶と接触する坩堝の内面がB23融液で十分に被覆されず、被覆不良の領域が発生していたことが分かった。また、成長後のGaAs結晶表面にGaがみとめられ、また、As抜けによる組成ずれが発生していることが分かった。 By observing the obtained GaAs single crystal by visual observation, it was found that it contained many polycrystalline regions. In addition, since many non-glossy regions were observed on the side surface of the GaAs crystal, the inner surface of the crucible in contact with the GaAs crystal was not sufficiently covered with the B 2 O 3 melt in the GaAs single crystal manufacturing process, and the coating was poor. It was found that an area had occurred. Further, it was found that Ga was found on the surface of the grown GaAs crystal and that a composition shift due to As loss occurred.

今回開示された実施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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 単結晶製造装置
11 アンプル
12 収容体
13 蓋体
14 坩堝台
15 支軸
16 ヒータ
17 断熱材
18 気密容器
20 坩堝
21 直胴部
22 肩部
23 種結晶収容部
24 種結晶
25 GaAs原料
25a〜25j GaAsブロック
26 B23原料
26a〜26g B23ブロック。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Single crystal manufacturing apparatus 11 Ampoule 12 Container 13 Cover body 14 Crucible stand 15 Support shaft 16 Heater 17 Heat insulating material 18 Airtight container 20 Crucible 21 Straight body part 22 Shoulder part 23 Seed crystal accommodating part 24 Seed crystal 25 GaAs raw material 25a-25j GaAs block 26 B 2 O 3 raw material 26a-26g B 2 O 3 block.

Claims (4)

円筒形状を有する直胴部と、前記直胴部よりも小さい径を有する種結晶収容部と、テーパ形状を有し、前記直胴部と前記種結晶収容部とを接続する肩部とを備える坩堝を用いて化合物半導体からなる単結晶を製造する方法であって、
前記種結晶収容部内に種結晶を配置し、前記肩部および前記直胴部内に化合物半導体原料と酸化ホウ素原料とを配置する工程と、
前記酸化ホウ素原料を溶融させて酸化ホウ素融液を生成する工程と、
前記化合物半導体原料を溶融させて化合物半導体融液を生成する工程と、
前記化合物半導体融液を前記種結晶側から前記坩堝の軸方向に固化させて単結晶を成長させる工程と、を含み、
前記化合物半導体原料と前記酸化ホウ素原料とは前記坩堝の軸方向に積層され、前記酸化ホウ素原料は加圧形成されている、単結晶の製造方法。
A straight body portion having a cylindrical shape, a seed crystal housing portion having a smaller diameter than the straight body portion, and a shoulder portion having a tapered shape and connecting the straight body portion and the seed crystal housing portion. A method for producing a single crystal composed of a compound semiconductor using a crucible,
A step of disposing a seed crystal in the seed crystal accommodating portion and disposing a compound semiconductor raw material and a boron oxide raw material in the shoulder portion and the straight body portion;
Melting the boron oxide raw material to produce a boron oxide melt;
Melting the compound semiconductor raw material to produce a compound semiconductor melt;
Solidifying the compound semiconductor melt from the seed crystal side in the axial direction of the crucible to grow a single crystal,
The compound semiconductor raw material and the boron oxide raw material are stacked in the axial direction of the crucible, and the boron oxide raw material is formed under pressure.
前記酸化ホウ素原料は、300℃以上500℃以下に加熱されながら5Pa以上2000Pa以下の圧力で加圧形成される、請求項1に記載の単結晶の製造方法。   2. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein the boron oxide raw material is formed under pressure at a pressure of 5 Pa or more and 2000 Pa or less while being heated to 300 ° C. or more and 500 ° C. or less. 前記酸化ホウ素原料は複数の酸化ホウ素ブロックからなり、
前記配置する工程において、前記酸化ホウ素ブロックの各々は、前記坩堝の軸方向に対し前記化合物半導体原料を挟むように配置される、請求項1または請求項2に記載の単結晶の製造方法。
The boron oxide raw material comprises a plurality of boron oxide blocks,
3. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein in the arranging step, each of the boron oxide blocks is arranged so as to sandwich the compound semiconductor raw material with respect to an axial direction of the crucible.
前記化合物半導体原料は複数の化合物半導体ブロックからなり、
前記配置する工程において、前記酸化ホウ素ブロックの各々は、前記坩堝の軸方向に対し前記化合物半導体ブロックの各々を挟むように配置される、請求項3に記載の単結晶の製造方法。
The compound semiconductor raw material is composed of a plurality of compound semiconductor blocks,
4. The method for producing a single crystal according to claim 3, wherein in the arranging step, each of the boron oxide blocks is arranged so as to sandwich each of the compound semiconductor blocks with respect to an axial direction of the crucible.
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