JPH0437683A - Producing device for compound semiconductor single crystal - Google Patents

Producing device for compound semiconductor single crystal

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JPH0437683A
JPH0437683A JP13972290A JP13972290A JPH0437683A JP H0437683 A JPH0437683 A JP H0437683A JP 13972290 A JP13972290 A JP 13972290A JP 13972290 A JP13972290 A JP 13972290A JP H0437683 A JPH0437683 A JP H0437683A
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JP
Japan
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furnace body
temperature region
furnace
single crystal
ampoule tube
Prior art date
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Pending
Application number
JP13972290A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Kanazawa
金澤 勝矢
Makoto Sato
誠 佐藤
Tomoyuki Ishihara
知幸 石原
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
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Publication of JPH0437683A publication Critical patent/JPH0437683A/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enhance quality by introducing a raw material into a boat for growing single crystal and encapsulating this boat and a volatile component into an ampoule tube and arranging this ampoule tube into a furnace body which has both a high-temp. region and a low-temp. region and relatively moving the furnace body and the ampoule tube. CONSTITUTION:A raw material of a III-V compd. semiconductor such as GaAs compd. is introduced into a boat 22 for growing single crystal. This boat 22, a volatile component 23 such as As single substance, a diffusion barrier and a dopant added in accordance with necessity are encapsulated into an ampoule tube 21. This vacuumized ampoule tube 21 is placed in the inner walls 31, 32 of a furnace body 11. Then the raw material in the boat 22 is heated and melted at m.p. or more of single crystal in a high-temp. region 11a made of SiC, etc. On the other hand, the volatile component 23 is heated in a low-temp. region 11b made of Al2O3, etc., so that the vapor pressure of the component 23 is held constant. In this state, when the furnace body 11 is gradually moved to one direction, movement of the ampoule tube 21 is inhibited by a supporting rod 51. This ampoule tube 21 is relatively moved for the furnace body 11. Melt is the boat 22 is gradually solidified from seed crystal to produce compound semiconductor single crystal.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、m−v族等の化合物半導体単結晶を水平ブリ
ッジマン法及びグラデイエンドフリーズ法等のボート法
により製造する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Industrial Application Field" The present invention relates to an apparatus for manufacturing compound semiconductor single crystals such as m-v group by a boat method such as a horizontal Bridgman method and a gradient-end freeze method.

「従来の技術」 化合物半導体単結晶をボート法により製造する方法とし
て、水平ブリッジマン法(HB法)と、グラデイエンド
フリーズ(GF)法とが知られている。水平ブリッジマ
ン法は、ボートを収容したアンプル管(反応管)を所定
の温度勾配を設けた炉中を移動させる方法であり、グラ
デイエンドフリーズ法は、アンプル管は動かさず温度プ
ロファイルを動かす方法である。ボート法によるm−v
族化合物半導体単結晶の製造方法及び装置は、既に種々
の研究がなされており、例えば特公昭52−19192
号、実開平1−129273号等が開示されている。
"Prior Art" As methods for manufacturing compound semiconductor single crystals by the boat method, the horizontal Bridgman method (HB method) and the gradient end freeze (GF) method are known. The horizontal Bridgman method is a method in which an ampoule tube (reaction tube) containing a boat is moved through a furnace with a predetermined temperature gradient, and the gradient-end freeze method is a method in which the ampoule tube is not moved but the temperature profile is moved. It is. m-v by boat method
Various studies have already been carried out on manufacturing methods and apparatus for group compound semiconductor single crystals, such as Japanese Patent Publication No. 52-19192.
No., Utility Model Application Publication No. 1-129273, etc. are disclosed.

■−V族化合物半導体単結晶のうち、例えば、GaAs
結晶を水平ブリッジマン法により製造する方法としては
、−船釣に以下の方法が採用されている。
■- Among group V compound semiconductor single crystals, for example, GaAs
As a method for manufacturing crystals by the horizontal Bridgman method, the following method is adopted for boat fishing.

石英製のアンプル管の中に、一端にGaAs単結晶の種
結晶を有する石英製の単結晶育成用ボートと、拡散バリ
ヤとを配置し、原料としてストイキオメトリツクな量の
GaAs化合宅、またはGa単体とAs単体とを入れ、
更に、炉内でアンプル管内をほぼ一気圧に保持するのに
必要な量のAs単体と、必要に応じて、所望の電気特性
を与えるドーパントとを入れた後、真空封入する。
A quartz single crystal growth boat having a GaAs single crystal seed crystal at one end and a diffusion barrier are placed in a quartz ampoule tube, and a stoichiometric amount of GaAs compound or Ga is placed as a raw material. Put the simple substance and As simple substance,
Further, a sufficient amount of As alone to maintain the inside of the ampoule tube at approximately one pressure in the furnace and, if necessary, a dopant that imparts desired electrical characteristics are added, followed by vacuum sealing.

このようにして得られたアンプル管を、GaAs単結晶
の融液を得るために、GaAs単結晶の融点1238℃
以上の温度、好ましくは1250℃前後に保持された高
温度領域と、アンプル管内をほぼ気圧の砒素ガスで保つ
ために610℃前後に保持された低温度領域と、これら
の温度領域をなだらかな温度勾配でつないだ温度プロフ
ァイルを有する炉の中に入れる。
The ampoule tube obtained in this way was used to obtain a melt of GaAs single crystal, which has a melting point of 1238°C.
A high temperature region maintained at a temperature above, preferably around 1250°C, a low temperature region maintained at around 610°C to maintain arsenic gas at approximately atmospheric pressure inside the ampoule tube, and a gentle temperature range between these temperature regions. Place in a furnace with a gradient temperature profile.

次に、アンプル管のボートが配置された部分を炉の高温
度領域において、ボートの中の原料を加熱し、−旦Ga
Asの融液とする。そして、アンプル管と炉とを相対的
に移動させることにより、アンプル管を徐々に低温度領
域に移動させ、ボートの一端の種結晶側から徐々に温度
が下がるようにして、GaAs融液な固化させて単結晶
を得る。
Next, the part of the ampoule tube where the boat is placed is placed in the high temperature region of the furnace to heat the raw material in the boat,
Let it be a melt of As. By moving the ampoule tube and the furnace relatively, the ampoule tube is gradually moved to a lower temperature region, and the temperature is gradually lowered from the seed crystal side at one end of the boat, solidifying the GaAs melt. to obtain a single crystal.

この場合、アンプル管と炉体とを相対的に移動させる方
法としては、例えば第3図又は第4図に示される方法が
提案されている。
In this case, as a method for relatively moving the ampoule tube and the furnace body, the method shown in FIG. 3 or 4, for example, has been proposed.

第3図に示される方法は、炉体1の内部を貫通して炉芯
管3を配置し、炉芯管3の両端を炉体1の両端から突き
出して床面に支持し、炉体1を炉芯管3の軸方向に沿っ
て移動可能に設け、アンプル管2を炉芯管3内に配置し
、炉体1を移動させることによって、アンプル管2を徐
々に低温領域に移動させ、アンプル管2内のボートに充
填された融液を端部から固化させていく方法である。
In the method shown in FIG. 3, a furnace core tube 3 is arranged by penetrating the inside of the furnace body 1, and both ends of the furnace core tube 3 are protruded from both ends of the furnace body 1 and supported on the floor surface. is movable along the axial direction of the furnace core tube 3, the ampoule tube 2 is placed inside the furnace core tube 3, and the ampoule tube 2 is gradually moved to a low temperature region by moving the furnace body 1, This is a method in which the melt filled in the boat in the ampoule tube 2 is solidified from the end.

また、第4図に示される方法は、炉体lの内壁8に支持
板4を挿入し、支持板4の端部を支持台5によって床面
上に支持し、この支持板4上にアンプル管2を載置する
。そして、炉体1を軸方向に移動することにより、アン
プル管2を徐々に低温領域に移動させ、アンプル管2内
のボート内の融液を端部から固化させてい(方法である
Furthermore, the method shown in FIG. Place tube 2. By moving the furnace body 1 in the axial direction, the ampoule tube 2 is gradually moved to a low temperature region, and the melt in the boat in the ampoule tube 2 is solidified from the end.

第3図、第4図において、アンプル管2内には、石英製
のボート6と、揮発性成分7とが封入されている。揮発
性成分7は、蒸気圧の異なる元素からなる化合物の半導
体では、高温下において元素の蒸発量が異なるために結
晶の欠陥が発生するので、蒸発しやすい方の元素の蒸気
圧を一定に保つために設けられる。例えばGaAs単結
晶の製造においては、揮発性成分7としてAs単体など
が用いられる。
3 and 4, a quartz boat 6 and a volatile component 7 are sealed in the ampoule tube 2. As shown in FIG. Volatile component 7 maintains the vapor pressure of the element that evaporates more easily, since crystal defects occur in compound semiconductors made of elements with different vapor pressures due to the different amounts of evaporation of the elements at high temperatures. established for the purpose of For example, in the production of GaAs single crystals, As alone is used as the volatile component 7.

そして、炉体1は、目的とする化合物の融点以上となる
高温度領域1aと、前記揮発性成分の蒸気圧を制御する
ための低温度領域]bとに分けられており、製造工程の
最初においてアンプル管2内のボート6が収容された部
分は、高温度領域1aの部分に配置され、アンプル管2
内の揮発性成分7が収容された部分は、低温度領域1b
に配置される。
The furnace body 1 is divided into a high-temperature region 1a where the temperature is higher than the melting point of the target compound, and a low-temperature region b for controlling the vapor pressure of the volatile components. The part of the ampoule tube 2 in which the boat 6 is accommodated is located in the high temperature region 1a, and the part of the ampoule tube 2 that accommodates the boat 6 is
The part where the volatile components 7 are accommodated is the low temperature area 1b.
will be placed in

前述したように、例えばGaAs単結晶の製造において
は、高温度領域1aは、GaAs単結晶の融点1238
℃以上の温度、好ましくは1250℃前後に保持され、
低温度領域1bは、アンプル管内をほぼ一気圧の砒素ガ
スで保つために610℃前後に保持される。
As mentioned above, for example, in the production of a GaAs single crystal, the high temperature region 1a is the melting point of the GaAs single crystal of 1238
The temperature is maintained at ℃ or higher, preferably around 1250℃,
The low temperature region 1b is maintained at around 610° C. in order to maintain the inside of the ampoule tube with arsenic gas at approximately one atmosphere.

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来の化合物半導体単結晶の製造装置で
は、多くの場合、炉体lの高温度領域1aと低温度領域
1bとにまたがる共通の炉芯管3又は炉体内壁8を用い
ている。このため、炉芯管3又は炉体内壁8は、高温度
領域laと低温度領域1bとの間で、急激な温度勾配を
受けることとなり、熱膨張差による割れが発生しやすく
、寿命が極めて短かった。
``Problems to be Solved by the Invention'' However, in conventional compound semiconductor single crystal manufacturing equipment, in many cases, a common furnace core tube 3 or furnace The internal body wall 8 is used. For this reason, the furnace core tube 3 or the furnace inner wall 8 is subjected to a sharp temperature gradient between the high temperature region la and the low temperature region 1b, and cracks are likely to occur due to the difference in thermal expansion, resulting in a very short service life. It was short.

また、炉芯管3及び炉体内壁8の構成材料は、アンプル
管2の構成材料として通常用いられる石英に対して不活
性なものであり、かつ、単結晶を汚染しない純度の高い
材料でなければならないので、例えばSiCなどの高価
な材料が用いられる。したがって、炉芯管3及び炉体内
壁8は、大変高価なものとなり、しかも上記のように割
れやすく、寿命が短いため、化合物半導体単結晶の製造
コストを増大させる要因となっていた。
Furthermore, the constituent materials of the furnace core tube 3 and the furnace inner wall 8 must be inert to quartz, which is normally used as a constituent material of the ampoule tube 2, and must be a highly pure material that does not contaminate the single crystal. Therefore, expensive materials such as SiC are used. Therefore, the furnace core tube 3 and the furnace inner wall 8 are very expensive, and as mentioned above, they are easy to break and have a short lifespan, which is a factor that increases the manufacturing cost of compound semiconductor single crystals.

更に、従来の製造装置では、高温度領域1aの熱が炉芯
管3及び炉体内壁8を通して低温度領域1bに伝熱され
るため、高温度領域1a及び低温度領域1bにおける単
結晶を成長させるだめの微妙な温度制御を困難にしてい
た。
Furthermore, in the conventional manufacturing apparatus, the heat in the high temperature region 1a is transferred to the low temperature region 1b through the furnace core tube 3 and the furnace inner wall 8, so that the single crystal in the high temperature region 1a and the low temperature region 1b is grown. This made delicate temperature control difficult.

したがって、本発明の目的は、炉芯管のコストを低減し
、しかも寿命を長くすることでき、更には炉芯管が温度
制御に影響を及ぼさないようにした化合物半導体単結晶
の製造装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing compound semiconductor single crystals that can reduce the cost of the furnace core tube, extend its life, and further prevent the furnace core tube from affecting temperature control. It's about doing.

[課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、化合物半導体単結
晶をボート法により製造する装置において、 少なくとも原料が入った単結晶育成用ボートと揮発性成
分とを封入するアンプル管と、結晶の融点以上となる高
温度領域と、前記揮発性成分の蒸気圧を制御する低温度
領域とを有する炉体と、 この炉体内に前記アンプル管を配置して、前記炉体と前
記アンプル管とを相対的に移動させる手段とを備え、 前記炉体内壁が前記高温度領域と前記低温度領域との間
で別れて、複数のもので構成されていることを特徴とす
る。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for manufacturing a compound semiconductor single crystal by a boat method, in which a single crystal growth boat containing at least a raw material and a volatile component are enclosed. a furnace body having an ampoule tube for controlling the temperature, a high temperature region having a temperature equal to or higher than the melting point of the crystal, and a low temperature region for controlling the vapor pressure of the volatile component; means for relatively moving the ampoule tube and the ampoule tube, and the furnace wall is divided between the high temperature region and the low temperature region, and is composed of a plurality of parts. do.

以下、本発明について好ましい具体例を挙げて更に詳細
に説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by giving preferred specific examples.

本発明において、化合物半導体単結晶とは、GaAs、
 InAs、   GaP、   InP、 Ga+−
xInxP  (0<x<1)In+−XGa、As(
0<x<1)等を意味する。
In the present invention, compound semiconductor single crystals include GaAs,
InAs, GaP, InP, Ga+-
xInxP (0<x<1)In+-XGa, As(
0<x<1), etc.

本発明において、化合物半導体単結晶を製造するための
原料、単結晶育成用ボート、揮発性成分、アンプル管及
び炉体等は、通常、水平ブリッジマン法により、化合物
半導体単結晶を製造する際に用いるものと同様なものが
採用される。
In the present invention, raw materials, single crystal growth boats, volatile components, ampoule tubes, furnace bodies, etc. for producing compound semiconductor single crystals are usually used when producing compound semiconductor single crystals by the horizontal Bridgman method. The same one used will be adopted.

例えばGaAs単結晶を得る場合には、石英製のボート
に、原料としてストイキオメトリツクな量のGaAs化
合物又はGa及びAsの単体を入れ、このボートを同じ
(石英製のアンプル管内に配置すると共に、アンプル管
内をほぼ一気圧に保持するのに必要な量のAs単体など
を揮発性成分として入れ、更に必要に応じて所望の電気
特性を与えるドーパントを入れた後、内部に拡散バリヤ
を配置して、アンプル管を真空封入する。
For example, when obtaining a GaAs single crystal, a stoichiometric amount of a GaAs compound or Ga and As as raw materials is put into a quartz boat, and this boat is placed in the same (quartz ampoule tube). After adding a sufficient amount of As as a volatile component to maintain the inside of the ampoule tube at approximately one pressure, and adding a dopant that imparts desired electrical properties as necessary, a diffusion barrier is placed inside. , vacuum-seal the ampoule tube.

また、炉体は、GaAs単結晶の融点である1238℃
以上の温度、好ましくは1250℃前後に保持される高
温度領域と、アンプル管内をほぼ一気圧のAsガスで保
つために610℃前後に保持される低温度領域と、これ
らの温度領域をなだらかな温度勾配でつないだ温度プロ
ファイルを有するように、加熱できる構造とされる。た
だし、炉体は、上記のような温度プロファイルを有する
ものだけでな(、例えば高温度領域が更に複数の温度領
域に別れたものなども採用できる。
In addition, the furnace body is heated to 1238°C, which is the melting point of GaAs single crystal.
A high temperature region where the above temperature is maintained, preferably around 1250°C, a low temperature region where the ampoule tube is maintained at around 610°C to maintain almost one atmosphere of As gas, and a gentle temperature range. The structure is such that it can be heated to have a temperature profile connected by a temperature gradient. However, the furnace body is not limited to one having the above-mentioned temperature profile (for example, one in which the high temperature region is further divided into a plurality of temperature regions can also be used).

本発明の特徴は、この炉体内壁を、高温度領域と低温度
領域との間で別れた複数のもので構成したことにある。
A feature of the present invention is that the inner wall of the furnace is composed of a plurality of parts separated into a high-temperature region and a low-temperature region.

この場合、炉体内壁は、高温度領域に対応した部分と、
低温度領域に対応した部分との2つに別れたもので構成
してもよ(、高温度領域が更に複数の温度領域に別れて
いる場合には、それぞれの温度領域に対応した3つ以上
のもので構成してもよい。
In this case, the inner wall of the furnace has a part corresponding to the high temperature area,
It may be composed of two parts, one corresponding to the low temperature region (and, if the high temperature region is further divided into multiple temperature regions, three or more parts corresponding to each temperature region). It may be composed of.

本発明のより好ましい態様においては、高温度領域に配
置される炉体内壁と、低温度領域に配置される炉体内壁
とが異なる材質で形成される。特に好ましくは、高温度
領域に配置される炉体内壁としては、アンプル管の材料
として通常用いられる石英に対して不活性で、育成され
る単結晶を汚染しない純度の高い材料であるSiCが用
いられ、低温度領域に配置される炉体内壁としては、あ
る程度の耐熱性を有し、より安価な材料であるAl2O
3が用いられる。これらセラミックスは炉体内面にブロ
ック状のものを積層させるか、あるいは管状のものであ
ってもよい。
In a more preferred embodiment of the present invention, the furnace inner wall disposed in the high temperature region and the furnace inner wall disposed in the low temperature region are formed of different materials. Particularly preferably, the inner wall of the furnace disposed in the high temperature region is made of SiC, which is a highly pure material that is inert to quartz, which is normally used as a material for ampoule tubes, and does not contaminate the single crystal being grown. Al2O, which has a certain degree of heat resistance and is a cheaper material, is used for the inner wall of the furnace placed in the low temperature region.
3 is used. These ceramics may be stacked in block form on the inner surface of the furnace body, or may be in the form of a tube.

なお、本発明において、炉体内にアンプル管を配置して
、炉体とアンプル管と−を相対的に移動させる手段は、
特に限定されることな(、各種の構造が採用できる。
In the present invention, the means for arranging the ampoule tube within the furnace body and relatively moving the furnace body and the ampoule tube is as follows:
There are no particular limitations (and various structures can be adopted.

好ましい一例としては、アンプル管を炉体内に直接載置
し、炉体の低温度領域側から炉体内に支持棒を挿入し、
支持棒の端部をアンプル管の低温度側の端部に連結する
。そして、支持棒によってアンプル管を固定しておき、
炉体を移動させるか、あるいは炉体を固定しておいて、
支持棒によりアンプル管を移動させる構造が採用される
As a preferable example, the ampoule tube is placed directly in the furnace body, a support rod is inserted into the furnace body from the low temperature region side of the furnace body,
Connect the end of the support rod to the cold end of the ampoule tube. Then, fix the ampoule tube with a support rod,
Either move the furnace body or keep it fixed.
A structure is adopted in which the ampoule tube is moved by a support rod.

「作用」 本発明では、炉体内壁を、高温度領域と低温度領域との
間で別れた複数のもので構成したので、高温度領域と低
温度領域との間で、炉体内壁が熱膨張差による応力を受
けることがなくなり、割れなどの発生が防止され、炉体
内壁の寿命を向上させることができる。
"Function" In the present invention, since the furnace inner wall is composed of a plurality of parts separated between the high temperature region and the low temperature region, the furnace inner wall is heated between the high temperature region and the low temperature region. Since stress due to expansion differences is no longer applied, cracks and the like are prevented from occurring, and the life of the furnace inner wall can be improved.

また、破損や劣化が生じた場合も、一方だけを交換すれ
ばよいので、炉体のランニングコストが低減できる。
Moreover, even if damage or deterioration occurs, only one of the parts needs to be replaced, so the running cost of the furnace body can be reduced.

更に、高温度領域に配置される炉体内壁は、高温下にお
いても不純物による結晶汚染の可能性が少ない材質、例
えばSiCなどを採用し、低温度領域に配置される炉体
内壁は、アンプル管に対する反応性や、結晶汚染の問題
がほとんどなくなるので、比較的安価な材質、例ぶばA
lgOsなどを採用することができ、全体として炉体内
壁のコストを低減することができる。
Furthermore, the inner wall of the furnace located in the high temperature region is made of a material that is less likely to be contaminated with crystals by impurities even under high temperatures, such as SiC, and the inner wall of the furnace located in the low temperature region is made of an ampoule tube. Since there are almost no problems with reactivity with oxidants and crystal contamination, relatively inexpensive materials such as A-A can be used.
IgOs or the like can be used, and the cost of the inner wall of the furnace can be reduced as a whole.

加えて、炉体の高温度領域と低温度領域との間で炉体内
壁が別れているので、内壁を通じて各領域の温度が変動
し、炉体の温度制御が困難になるという問題も解消され
る。
In addition, since the furnace wall is separated into the high-temperature region and low-temperature region of the furnace body, the problem of temperature fluctuations in each region through the inner wall, which makes it difficult to control the temperature of the furnace body, is solved. Ru.

なお、特公昭52−19192号の第2図には、炉芯管
が2つに別れた例が開示されているが、この例では炉芯
管が炉体に固定されてなく、かつ、炉芯管と炉芯管との
間にかなりの間隙が設けられ、アンプル管はその両端を
2つの炉芯管に支持されているだけで、実質的に炉芯管
から露出している点が本発明と異なっている。しかも、
上記の例では、炉芯管が炉内と炉外との間にわたって配
置されているので、温度差による割れなどの発生を防止
することはできない。
Note that Fig. 2 of Japanese Patent Publication No. 52-19192 discloses an example in which the furnace core tube is divided into two, but in this example, the furnace core tube is not fixed to the furnace body, and the furnace core tube is not fixed to the furnace body. The main point is that there is a considerable gap between the core tube and the furnace core tube, and the ampoule tube is only supported at both ends by the two furnace core tubes and is essentially exposed from the furnace core tube. It is different from invention. Moreover,
In the above example, since the furnace core tube is disposed between the inside of the furnace and the outside of the furnace, it is impossible to prevent cracks from occurring due to temperature differences.

「実施例」 第1図には、本発明の揮発性成分を含むIII −V等
の族化合物半導体単結晶の製造装置の一実施例が示され
ている。以下、HB法に適用した例を示すが、本発明は
GF法にも適用できる。
Embodiment FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus for manufacturing a group III-V compound semiconductor single crystal containing a volatile component according to the present invention. An example applied to the HB method will be shown below, but the present invention can also be applied to the GF method.

炉体11は、全体として一体化されたものからなり、ア
ンプル管21内のボート22に入れられる原料を融点以
上に加熱して融液を形成するための高温度領域11aと
、アンプル管21内の揮発性成分23の蒸気圧を一定に
保つように加熱する低温度領域11bとを有している。
The furnace body 11 is composed of an integrated structure as a whole, and includes a high-temperature region 11a for heating the raw material put into the boat 22 in the ampoule tube 21 to a temperature higher than its melting point to form a melt, and a The low temperature region 11b is heated so as to keep the vapor pressure of the volatile component 23 constant.

なお、高温度領域11aは、融液を固化して単結晶を育
成できるように、低温度領域11bに向けて緩やかな勾
配で温度が低下する部分を有している。
Note that the high temperature region 11a has a portion where the temperature decreases with a gentle slope toward the low temperature region 11b so that the melt can be solidified and a single crystal can be grown.

この炉体11の高温度領域11aと低温度領域1]、b
の内周に、それぞれ別体で構成された炉体内壁31.3
2が固定されている。すなわち、高温度領域11aと低
温度領域11bの間で炉体内壁31.32が別れている
。この実施例の場合、高温度領域11aに固定された炉
体内壁31はSiCで形成され、低温度領域11bに固
定された炉体内壁32はA1□0カで形成されている。
High temperature region 11a and low temperature region 1 of this furnace body 11], b
Furnace inner walls 31.3 each constructed separately on the inner periphery of
2 is fixed. That is, the furnace inner walls 31 and 32 are separated between the high temperature region 11a and the low temperature region 11b. In this embodiment, the furnace inner wall 31 fixed in the high temperature region 11a is made of SiC, and the furnace inner wall 32 fixed in the low temperature region 11b is made of A1□0.

なお、炉体11は台車41.42を有し、図示しない駆
動機構によって厳密な速度で移動できるようになってい
る。
The furnace body 11 has carts 41 and 42, and can be moved at a precise speed by a drive mechanism (not shown).

この炉体内壁31.32には、アンプル管21が直接載
置されている。アンプル管21内には、原料が入った単
結晶育成用ポート22と、揮発性成分23とが封入され
ており、場合によっては、これらの間に拡散バリヤが配
置され、更に所望の電気特性を与えるドーパントが封入
される。アンプル管21のボート22が配置された部分
は、少なくとも製造工程の最初において、炉体11の高
温度領域11aに配置され、揮発性成分23が配置され
た部分は、低温度領域11bに配置される。
The ampoule tube 21 is placed directly on this furnace inner wall 31,32. A single crystal growth port 22 containing a raw material and a volatile component 23 are sealed in the ampoule tube 21, and in some cases, a diffusion barrier is placed between them to further improve desired electrical properties. The dopant to be given is encapsulated. At least at the beginning of the manufacturing process, the portion of the ampoule tube 21 where the boat 22 is placed is placed in the high temperature region 11a of the furnace body 11, and the portion where the volatile component 23 is placed is placed in the low temperature region 11b. Ru.

このアンプル管21の低温度領域11b側に配置された
端部には、炉体内壁32の開口部から挿入されたステン
レスからなる支持棒−51が連結されている。この支持
棒51の炉外に突出した端部は固定台52に支持されて
いる。なお、アンプル管21と炉体内壁31.32との
間には、後述する相対的な移動の際に摩擦抵抗を低減さ
せるため、セラミックス粉が介在されている。
A support rod 51 made of stainless steel and inserted through an opening in the furnace wall 32 is connected to the end of the ampoule tube 21 located on the low temperature region 11b side. The end of the support rod 51 that protrudes outside the furnace is supported by a fixed base 52. Note that ceramic powder is interposed between the ampoule tube 21 and the inner walls 31 and 32 of the furnace body in order to reduce frictional resistance during relative movement, which will be described later.

次に、この製造装置を用いたIII −V族化合物半導
体単結晶の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing a III-V group compound semiconductor single crystal using this manufacturing apparatus will be described.

まず、アンプル管21を炉体内壁31.32内に図に示
す如く載置した後、高温度領域11aにおいてポート2
2内の原料を融液にする。また、低温度領域11bにお
いて揮発性成分23の蒸気圧が一定となるように加熱す
る。
First, after placing the ampoule tube 21 within the furnace inner wall 31.32 as shown in the figure, the port 21 is placed in the high temperature region 11a.
Make the raw materials in 2 into a melt. Further, heating is performed so that the vapor pressure of the volatile component 23 becomes constant in the low temperature region 11b.

この状態で、炉体11を図中矢印へ方向に徐々に移動さ
せる。この場合、アンプル管21は、支持棒51によっ
て移動を阻止されるので、アンプル管21と炉体内壁3
1.32との間で滑りを生じ、アンプル管21は炉体1
1に対して相対的に移動していく。
In this state, the furnace body 11 is gradually moved in the direction of the arrow in the figure. In this case, since the ampoule tube 21 is prevented from moving by the support rod 51, the ampoule tube 21 and the furnace inner wall 3
1.32, the ampoule tube 21 slips between the furnace body 1
It moves relative to 1.

この結果、アンプル管21内のボート22は、図中右側
の端部から徐々に低い温度領域に入っていき、ポート2
2内の融液が右側の端部から徐々に固化して単結晶が育
成される。こうしてポート22内の融液を全て固化する
ことにより、m−v族化合物半導体単結晶を得ることが
できる。
As a result, the boat 22 inside the ampoule tube 21 gradually enters a lower temperature region from the right end in the figure, and the port 2
The melt in 2 gradually solidifies from the right end, and a single crystal is grown. By solidifying all of the melt in the port 22 in this manner, an m-v group compound semiconductor single crystal can be obtained.

なお、上記実施例において、炉体11の高温度領域11
aに固定される炉体内壁31の材質としては、SiC以
外に5isN4を使用することもできる。また、炉体1
1の低温度領域11bに固定される炉体内壁32の材質
としては、A1□03以外に低純度SiC、石英ガラス
を使用することもできる。
In addition, in the above embodiment, the high temperature region 11 of the furnace body 11
As the material of the furnace inner wall 31 fixed to a, 5isN4 can also be used in addition to SiC. In addition, the furnace body 1
As the material of the inner wall 32 of the furnace body fixed in the low temperature region 11b, other than A1□03, low-purity SiC or quartz glass can also be used.

また、炉体内壁31と炉体内壁32との間隙は、熱の放
散等を考慮して、単結晶成長用ポート22の長さの17
2以下にするのが好ましい。
In addition, the gap between the furnace inner wall 31 and the furnace inner wall 32 is set to 17 mm, which is the length of the single crystal growth port 22, in consideration of heat dissipation, etc.
It is preferable to set it to 2 or less.

更に、炉体11の高温度領域11aは、更に細かい温度
体に別れていてもよく、その場合には、各温度体毎にそ
れぞれ異なる炉体内壁を配置してもよい。すなわち、本
発明において、炉体内壁は、3以上に分割することもで
きる。
Furthermore, the high temperature region 11a of the furnace body 11 may be divided into smaller temperature bodies, and in that case, a different furnace wall may be arranged for each temperature body. That is, in the present invention, the inner wall of the furnace body can be divided into three or more parts.

第2図には、本発明の化合物半導体単結晶の製造装置の
他の実施例が示されている。
FIG. 2 shows another embodiment of the compound semiconductor single crystal manufacturing apparatus of the present invention.

この装置は、第1図の製造装置と実質的にほとんど同じ
構成からなるが、炉体が高温度領域用の炉体12と、低
温度領域用の炉体13とに別れて構成されている点が異
なっている。そして、各炉体12.13に炉体内壁31
.32がそれぞれ固定されている。
This apparatus has substantially the same configuration as the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, but the furnace body is divided into a furnace body 12 for a high temperature region and a furnace body 13 for a low temperature region. The points are different. Then, a furnace inner wall 31 is attached to each furnace body 12.13.
.. 32 are fixed respectively.

実施例 第1図の製造装置を用いてGaAs単結晶を製造した。Example A GaAs single crystal was manufactured using the manufacturing apparatus shown in FIG.

なお、管状の炉体内壁31はSiCで形成し、管状の炉
体内壁32はAl2O,で形成した。また、支持棒51
としては、長さ1mのステンレス棒を用いた。
Note that the tubular furnace inner wall 31 was formed of SiC, and the tubular furnace inner wall 32 was formed of Al2O. In addition, the support rod 51
A stainless steel rod with a length of 1 m was used.

石英製の単結晶育成用ポート22に、GaAs多結晶4
200 gを入れ、ボート22の一端にGaAsの種結
晶を置いた。石英製のアンプル管21内に、前記ボート
22と、拡散バリアと、揮発性成分23としてアンプル
管21内を一気圧に保つために必要な約50gのAsと
を入れ、真空封入した。
A GaAs polycrystal 4 is placed in the quartz single crystal growth port 22.
A GaAs seed crystal was placed at one end of the boat 22. The boat 22, a diffusion barrier, and about 50 g of As needed to maintain the inside of the ampoule tube 21 at one pressure as a volatile component 23 were placed in a quartz ampoule tube 21 and sealed in vacuum.

このアンプル管21を炉体11の炉体内壁31.32内
に直接載置した。炉体11の高温度領域11aには、G
aAs多結晶を融液とするのに必要な温度、すなわち1
250℃前後に保持された部分と、この融液を緩やかに
固化する温度勾配を有する部分とが設けられている。ま
た、炉体11の低温度領域11bは、アンプル管21内
をほぼ一気圧の砒素ガスで保つために610℃前後に保
持されている。また、アンプル管21の低温側の端部に
前述した支持棒51を連結した。
This ampoule tube 21 was placed directly within the furnace wall 31, 32 of the furnace body 11. In the high temperature region 11a of the furnace body 11, G
The temperature required to turn the aAs polycrystal into a melt, that is, 1
There are a portion maintained at around 250° C. and a portion having a temperature gradient that gently solidifies the melt. Further, the low temperature region 11b of the furnace body 11 is maintained at around 610° C. in order to maintain the inside of the ampoule tube 21 with arsenic gas at approximately one atmosphere. Further, the aforementioned support rod 51 was connected to the end of the ampoule tube 21 on the low temperature side.

そして、炉体11を徐々に図中左方向に移動させ、12
50℃前後に保持されたボート22内の融液を右端の種
結晶側から徐々に固化し、GaAs単結晶を得た。
Then, the furnace body 11 is gradually moved to the left in the figure.
The melt in the boat 22 maintained at around 50° C. was gradually solidified from the seed crystal side at the right end to obtain a GaAs single crystal.

比較例 比較のため、第1図に示される製造装置の炉体内壁31
.32を一本の連続した管状のSiC製の炉体内壁に変
え、他は上記実施例と同様にして、GaAs単結晶を製
造した。
Comparative Example For comparison, the furnace inner wall 31 of the manufacturing apparatus shown in FIG.
.. A GaAs single crystal was manufactured in the same manner as in the above example except that 32 was replaced with a continuous tubular SiC inner wall of the furnace body.

この結果、本発明の装置を用い−た実施例においては、
1本の炉体内壁で構成された装置を用いた比較例に比べ
て、温度制御が安定し、単結晶の育成を良好に行なうこ
とができた。
As a result, in an example using the device of the present invention,
Compared to the comparative example using an apparatus configured with one inner wall of the furnace, temperature control was more stable and single crystals could be grown better.

また、本発明の装置では、単結晶の製造工程を30回繰
り返しても、炉体内壁31.32にクラックの問題は生
じなかったが、比較例の装置では、10回使用後に、炉
体内壁の高温度領域と、低温度領域との境界部にクラッ
クを生じた。
In addition, in the apparatus of the present invention, even if the single crystal manufacturing process was repeated 30 times, no cracks occurred on the furnace inner wall 31, 32, but in the comparative example apparatus, after 10 times of use, cracks did not occur on the furnace inner wall 31. Cracks occurred at the boundary between the high temperature region and the low temperature region.

更に、本発明の装置で得られた単結晶と、比較例の装置
で得られた単結晶とを比較したところ、結晶欠陥、電気
特性、純度、フォトルミネッセンス特性の全てにおいて
、有意差は認められなかった。
Furthermore, when comparing the single crystal obtained with the apparatus of the present invention and the single crystal obtained with the apparatus of the comparative example, no significant differences were observed in all of the crystal defects, electrical properties, purity, and photoluminescence properties. There wasn't.

すなわち、本発明の半導体単結晶の製造装置によれば、
従来方法で得られる単結晶と同様な品質の単結晶を、安
定した温度制御により得ることができ、製造コストが安
く、かつ耐久性に優れた炉体内壁を用いて製造すること
ができるので、単結晶の製造コストを安価にすることが
できた。
That is, according to the semiconductor single crystal manufacturing apparatus of the present invention,
Single crystals with the same quality as single crystals obtained by conventional methods can be obtained through stable temperature control, are inexpensive to manufacture, and can be manufactured using a highly durable furnace wall. It was possible to reduce the manufacturing cost of single crystals.

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、少なくとも一部
にIII −V族等の化合物半導体単結晶の融点以上の
温度域を有する、化合物半導体単結晶を成長させるため
の高温度領域と、揮発性成分の蒸気圧を制御するための
低温度領域とを有する炉体の、それぞれの温度領域に別
々の炉体内壁を固定したので、それぞれの温度領域の温
度に応じた材料で炉体内壁を構成すればよく、比較的低
温部には安価な材料を用いることかできるので、炉体内
壁の製造コストが安価になる。また、高温部から低温部
への急激な温度勾配の影響を受けな(なるので、炉体内
壁の使用寿命が長(なり、更に、破損または劣化して交
換する際にも、各温度領域毎に行なうことができるので
、ランニングコストも低減できる。
"Effects of the Invention" As explained above, according to the present invention, a high temperature for growing a compound semiconductor single crystal having at least a part thereof in a temperature range equal to or higher than the melting point of a compound semiconductor single crystal such as a group III-V compound semiconductor is provided. The furnace body has a temperature region and a low temperature region for controlling the vapor pressure of volatile components, and separate walls of the furnace body are fixed in each temperature region, so that materials can be adjusted according to the temperature of each temperature region. The inner wall of the furnace body can be constructed using a relatively low-temperature part, so that the manufacturing cost of the inner wall of the furnace body can be reduced. In addition, since it is not affected by the sudden temperature gradient from the high-temperature section to the low-temperature section, the usable life of the furnace inner wall is long (furthermore, even when it is damaged or deteriorated and needs to be replaced, Since this can be done in a number of steps, running costs can also be reduced.

また、高温度領域と低温度領域の温度が、炉体内壁上で
影響しあうのを防止できるので、単結晶成長のための温
度制御が安定する。このように、本発明によれば、炉体
にかかるコストを低減し、ひいては化合物半導体単結晶
の製造コストを低減することができ、しかも高品質の単
結晶を得ることができるので、その工業的意義は極めて
大きい。
Further, since the temperatures in the high temperature region and the low temperature region can be prevented from influencing each other on the inner wall of the furnace, temperature control for single crystal growth is stabilized. As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the cost of the furnace body and, in turn, reduce the manufacturing cost of compound semiconductor single crystals, and also to obtain high-quality single crystals, thereby improving industrial performance. The significance is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の化合物半導体単結晶の製造装置の一実
施例を示す模式図、第2図は本発明の化合物半導体単結
晶の製造装置の他の実施例を示す模式図、第3図は従来
の製造装置の一例を示す模式図、第4図は従来の製造装
置の他の例を示す模式図である。 図中、11は炉体、llaは高温度領域、Ilbは低温
度領域、12は高温度領域用の炉体、13は低温度領域
用の炉体、21はアンプル管、22はポート、23は揮
発性成分、31.32は炉体内壁、41.42は台車、
51は支持棒、52は固定台である。 ’l’=:− 第 図 第 図
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the compound semiconductor single crystal production apparatus of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the compound semiconductor single crystal production apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a conventional manufacturing device, and FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the conventional manufacturing device. In the figure, 11 is a furnace body, lla is a high temperature region, Ilb is a low temperature region, 12 is a furnace body for high temperature region, 13 is a furnace body for low temperature region, 21 is an ampoule tube, 22 is a port, 23 is the volatile component, 31.32 is the inner wall of the furnace, 41.42 is the trolley,
51 is a support rod, and 52 is a fixing base. 'l'=:- Figure Figure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)化合物半導体単結晶をボート法により製造する装
置において、少なくとも原料が入った単結晶育成用ボー
トと揮発性成分とを封入するアンプル管と、結晶の融点
以上となる高温度領域と、前記揮発性成分の蒸気圧を制
御する低温度領域とを有する炉体と、この炉体内に前記
アンプル管を配置して、前記炉体と前記アンプル管とを
相対的に移動させる手段とを備え、前記炉体内壁が前記
高温度領域と前記低温度領域との間で別れて、複数のも
ので構成されていることを特徴とする化合物半導体単結
晶の製造装置。
(1) An apparatus for manufacturing a compound semiconductor single crystal by a boat method, which includes: a single crystal growth boat containing at least a raw material; an ampoule tube enclosing a volatile component; a high temperature region above the melting point of the crystal; A furnace body having a low temperature region for controlling the vapor pressure of volatile components, and means for arranging the ampoule tube within the furnace body and relatively moving the furnace body and the ampoule tube, An apparatus for producing a compound semiconductor single crystal, characterized in that the inner wall of the furnace is divided into a plurality of inner walls between the high-temperature region and the low-temperature region.
(2)前記炉体の高温度領域と低温度領域とに固定され
た前記炉体内壁が、異なる材料で構成されている請求項
1記載の化合物半導体単結晶の製造装置。
(2) The compound semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the furnace body walls fixed to the high-temperature region and the low-temperature region of the furnace body are made of different materials.
(3)前記炉体の高温度領域に固定された炉体内壁がS
iCからなり、前記炉体の低温度領域に固定された炉体
内壁がAl_2O_3からなる請求項2記載の化合物半
導体単結晶の製造装置。
(3) The furnace inner wall fixed in the high temperature region of the furnace body is S
3. The compound semiconductor single crystal production apparatus according to claim 2, wherein the furnace body is made of iC, and the inner wall of the furnace body fixed in the low temperature region of the furnace body is made of Al_2O_3.
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