JPH06247798A - 化合物半導体多結晶の合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アンプルの一端に原料インジウムを載せたボ
ートを、また他端に赤リンインゴットを入れて真空封止
し、このアンプルを加熱して多結晶を合成する多結晶合
成方法において、アンプルを真空封止する前に、アンプ
ルを真空引きしながらアンプルの外から赤リンインゴッ
トを１８０〜３００℃に加熱し、１５分以上保持して赤
リンインゴットをゆっくりとひび割れさせた後、アンプ
ルを真空封止して合成を開始するようにした。 【効果】 赤リンインゴットが合成炉内での昇温中に急
に割れ、その衝撃でアンプルが破壊されるのを防止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体多結晶の合
成技術に関し、例えばＩｎＰ多結晶を合成する場合に利
用して効果のある技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、化合物半導体デバイスの材料とし
て使用されるＩｎＰは、原料のＩｎ（インジウム）とＰ
（リン）を直接反応させて単結晶を成長させることが困
難であるため、まず多結晶を合成してこの合成多結晶を
用いてＬＥＣ法等により単結晶を成長させることが行な
われている。上記ＩｎＰ多結晶の合成方法の一つに、図
１に示すような合成装置を用いて行なう方法がある。

【０００３】この合成方法は、一端に原料となるＩｎの
入ったボート２を、また他端にリン塊３を載置して真空
封入した石英製アンプル１を合成炉（ヒータ）４内に設
置し、ヒータ４により図２に示すごとくボート側が８０
０℃、リン塊側が５４０℃となり、その中間に１１００
℃のようなピーク温度を有する温度分布を形成し、アン
プル１とヒータ４とを相対移動させてボート内のＩｎに
リン蒸気を供給して反応させ、ボートの一端から他端に
向けて徐々にＩｎＰ多結晶を成長させて行くというもの
である。なお、図１において、５は対流によるアンプル
内の温度の均一化を防止して温度変化の急峻な図２のご
とき温度分布を形成し易くするための遮熱体である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多結晶合成法にあっては、合成炉内での加熱中にし
ばしば石英製アンプルが割れてしまって最初からやり直
す必要が生じたり、原料（特にリン）が飛散して炉内が
汚染されたりするため、生産性が低下するという問題点
があることが明かになった。

【０００５】本発明者らは、多結晶の合成中にアンプル
が破壊されることがあるという上記問題点について解
析、検討を行なった。その結果、従来は原料のリンを赤
リンインゴットの形で塊のままアンプルに封入している
ため、合成炉内で昇温中にインゴットが割れ、その衝撃
でアンプルが破壊されることを見出した。そこで、合成
前に赤リンを小さな塊に細断して封入すればアンプルの
破壊を回避することができると考えた。

【０００６】しかるに、予め赤リンを小さな塊に細断し
て封入すると、原料の体積が大きくなってしまうため、
より大きなアンプルとヒータが必要になるので、装置が
高価になるという不都合が生じる。また、アンプル封入
前に原料としての赤リンインゴットを物理的に細断する
と、細断した際に不純物がリンに付着して合成結晶の純
度が低下してしまうとともに、原料の表面積が増加する
ためリンが酸化され易くなりアンプル中に持ち込まれる
酸素の量も多くなるという不都合が生じることが分かっ
た。

【０００７】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、その目的とするところは、アンプルの
一端にボートに載せたIII族原料を、また他端にＶ族原
料を封入して、アンプル全体を加熱するとともに、III
族原料を局部的にさらに高い温度に加熱してＶ族原料気
体と反応させ、徐々に高温部を移動させながらIII−Ｖ
族化合物半導体多結晶を合成する多結晶合成方法におい
て、大型の装置を用いずにアンプルの破壊を防止しつつ
純度の高い多結晶を高い生産性で合成することができる
多結晶合成方法を提供することにある。

【０００８】

【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、アンプルの一端にIII族原料を載せたボ
ートを、また他端にＶ族原料塊を入れて真空封止し、こ
のアンプル全体を加熱するとともに、III族原料を局部
的にさらに高い温度に加熱して上記Ｖ族原料塊から発生
した原料ガスと反応させ、徐々に上記高温部を相対移動
させながらIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を合成する多
結晶合成方法において、上記アンプルを真空封止する前
に、アンプルを真空引きしながらＶ族原料塊を１８０〜
３００℃に加熱し、この状態を１５分以上保持してＶ族
原料塊をゆっくりとひび割れさせた後、アンプルを真空
封止してから合成炉に入れ、合成を開始するようにし
た。

【０００９】また、望ましくは、上記合成時の昇温過程
においても再度Ｖ族原料塊を１８０〜３００℃の温度で
１５分以上加熱処理させるようにする。この場合、合成
時の昇温過程でのアンプルの加熱処理の温度は、真空封
止前の加熱処理の温度よりも少し高めに設定するとなお
良い。さらに、上記アンプルの真空封止前の加熱処理に
よるＶ族原料塊の細断に際しては、Ｖ族原料塊の様子を
観察しながら、例えば最初に２００℃程度の温度を相当
時間保持してもひび割れが発生しなかったときは、さら
に温度を上げ例えば３００℃程度の温度をひび割れが発
生するまで保持するようにしてもよい。

【００１０】

【作用】上記した手段によれば、Ｖ族原料塊は合成時の
温度よりも低い温度で長時間加熱されるため、ゆっくり
とひび入って割れるようになり、これによってＶ族原料
塊が合成炉内での昇温中に急に割れ、その衝撃でアンプ
ルが破壊されるのを防止することができる。また、従来
と同様にＶ族原料を大きな塊のままアンプルに封入する
ことができるため、アンプルやヒータを大型化する必要
がないとともに、アンプル内に持ち込まれる不純物や酸
素の量が増加するおそれもない。なお、加熱温度を１８
０〜３００℃としたのは、１８０℃未満ではひび割れが
起こらず、３００℃を超えると急激なひび割れによりア
ンプルが破壊されるからである。また、加熱時間は１５
分未満では十分にひび割れができないからである。

【００１１】

【実施例】

（実施例）図３に示されているような内径７５ｍｍ、外
径８０ｍｍの円筒状石英製アンプル１を合成用容器とし
て用意し、このアンプル１の一端に重量１．１５ｋｇ、
外径７３ｍｍ、長さ１５０ｍｍの赤リンインゴット３を
入れ、またアンプル１の他端には３．９ｋｇのインジウ
ムを載せたｐＢＮ製ボート２を入れて、アンプル１の開
放端に石英製のキャップ１ａを被せた。このとき、キャ
ップ１ａとアンプル１との間には隙間が生じている。ま
た、アンプル１の中央上記原料間には、複数の石英製円
板が等間隔で保持されてなる遮熱体５を入れてアンプル
１内の対流を防止できるようにした。

【００１２】次に、上記アンプル１のキャップ装着側を
真空ポンプ６に結合して真空引きしながら、１×１０-⁶
Torr以下になった時点からヒータ４’で、アンプル１の
他端の赤リンインゴット３を２００℃に加熱し、２時間
保持した。その結果、赤リンインゴット３は、５×５×
５ｍｍ〜３０×３０×３０ｍｍ程度の大きさを持つ約１
５０個の小さな塊にひび割れした。その後、ヒータ４’
による加熱を停止し、真空ポンプ６でアンプル１内を１
×１０-⁶Torrにしてキャップ１ａとアンプル１との間を
バーナーを用いて真空封止した。

【００１３】次に、このアンプル１を合成炉（ヒータ）
４内に設置し、全体を室温から４５０℃まで１時間かけ
て昇温し、さらに５４０℃まで１．５時間かけて昇温し
た後、図２の温度分布を形成して１時間保持してからア
ンプル１を図１で右方向へ４ｍｍ／時の速さで移動させ
て、ＩｎＰ多結晶の合成を行なった。上記実験を繰り返
し行なった結果、合成時のアンプルの割れは１回／５０
回以下に減少した。さらに、上記と同様に合成前の加熱
処理による赤リンインゴットの細断を行なったものを、
合成時の昇温の際にも３００℃で１時間保持するように
したところ、アンプルの割れは全く起こらなくなった。

【００１４】（比較例）上記実施例と同様に石英製アン
プル１の一端に重量１．１５ｋｇの赤リンインゴット３
を入れ、また他端に３．９ｋｇのインジウムを載せたボ
ート２を入れて、アンプル１にキャップ１ａを被せてか
ら、実施例における合成前の加熱処理による赤リンイン
ゴットの細断を行なわずにアンプルを真空封止した。こ
のアンプル１を合成炉（ヒータ）４内に設置し、上記実
施例と同様の条件でＩｎＰ多結晶の合成を行なった。上
記実験を繰り返し行なった結果、合成時のアンプルの割
れは１〜２回／８回の頻度でアンプルの割れが発生し
た。

【００１５】なお、上記実施例では、一例として本発明
をＩｎＰ多結晶の合成に適用した場合について説明した
が、この発明はそれに限定されるものでなく、ＧａＰ多
結晶その他リンを含むIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を
合成する場合に適用することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、アンプ
ルの一端にIII族原料を載せたボートを、また他端にＶ
族原料塊を入れて真空封止し、このアンプル全体を加熱
するとともに、III族原料を局部的にさらに高い温度に
加熱して上記Ｖ族原料塊から発生した原料ガスと反応さ
せ、徐々に上記高温部を相対移動させながらIII−Ｖ族
化合物半導体多結晶を合成する多結晶合成方法におい
て、上記アンプルを真空封止する前に、アンプルを真空
引きしながらＶ族原料塊を１８０〜３００℃に加熱し、
この状態を１５分以上保持してＶ族原料塊をゆっくりと
ひび割れさせた後、アンプルを真空封止してから合成炉
に入れ、合成を開始するようにしたので、Ｖ族原料塊は
合成時の温度よりも低い温度で長時間加熱されるため、
ゆっくりとひび入って割れるようになり、これによって
Ｖ族原料塊が合成炉内での昇温中に急に割れ、その衝撃
でアンプルが破壊されるのを防止することができる。ま
た、従来と同様にＶ族原料を大きな塊のままアンプルに
封入することができるため、アンプルやヒータを大型化
する必要がないとともに、アンプル内に持ち込まれる不
純物や酸素の量が増加するおそれもないという効果があ
る。

【００１７】なお、上記実施例では、アンプルの真空封
止前に加熱処理による赤リンインゴットの細断を行なう
ようにしているが、この発明はそれに限定されるもので
なく、アンプルの真空封止前の加熱処理を省略して合成
時の昇温過程でのみ、加熱処理による赤リンインゴット
の細断を行なうようにしてもよい。ただし、アンプルの
真空封止前の加熱処理により赤リンインゴットの細断を
行なうようにすれば、アンプル内のインゴットの様子を
観察しながら細断を行なうことができるため、効率が良
い。

【００１８】また、合成時の昇温過程でのみ加熱処理に
よる赤リンインゴットの細断を行なうと、インゴットが
割れる際に爆発的に赤リンが蒸発して生じるアンプル内
圧力の急上昇とインゴットの割れに伴う衝撃とが加わっ
てアンプルが割れ易くなると考えられるが、真空封止前
の加熱処理により赤リンインゴットの細断の場合には、
アンプルが封止されていないため圧力が外に逃げ内部圧
力の急激な上昇を回避することができるためインゴット
が割れる際のアンプル破壊が生じにくいという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩｎＰ多結晶の合成炉の一例を示す断面図、

【図２】ＩｎＰ多結晶の合成炉の温度分布の一例を示す
図、

【図３】アンプルの真空封止前の加熱処理による赤リン
インゴットの細断を行なう装置の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ アンプル １ａ キャップ ２ ボート ３ Ｖ族原料塊（赤リンインゴット） ４ ヒータ（合成炉） ５ 遮熱板 ６ 真空ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンプルの一端にIII族原料を載せたボ
   ートを、また他端にＶ族原料塊を入れて真空封止し、こ
   のアンプル全体を加熱するとともに、III族原料を局部
   的にさらに高い温度に加熱して上記Ｖ族原料塊から発生
   した原料ガスと反応させ、徐々に上記高温部を相対移動
   させながらIII−Ｖ族化合物半導体多結晶を合成する多
   結晶合成方法において、上記アンプルを真空封止する前
   に、アンプルを真空引きしながらＶ族原料塊を１８０〜
   ３００℃に加熱し、この状態を１５分以上保持してＶ族
   原料塊をゆっくりとひび割れさせた後、アンプルを真空
   封止してから合成炉に入れ、合成を開始するようにした
   ことを特徴とする化合物半導体多結晶の合成方法。