JPH07108838B2 - ガリウムヒ素の単結晶成長用装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガリウムヒ素（ＧａＡ
ｓ）の単結晶を成長させるための装置に関し、さらに詳
しくは、垂直グラジエントフリーズ法でＧａＡｓ単結晶
を成長させた場合に、ボートを支持するための支持部材
を用いないＧａＡｓの単結晶成長用装置に関する。本発
明によれば、石英製のボートは、ＧａＡｓ溶融物がない
上部にて石英製の外套に接合されており、これにより、
シードウェル、ショルダーおよびボート本体等のボート
の全体構造において局部的な熱流移動を防止することが
できる。

【０００２】

【発明の技術的背景】垂直グラジエントフリーズ法で単
結晶ＧａＡｓを成長させて半導体基板を製造するため
に、従来より、ボートが用いられている。このボート
は、支持部材によって外套に保持される。一般的に、ボ
ートは耐熱性窒化ほう素（ＰＢＮ）から製造されてい
た。一方、支持部材は窒化ほう素（ＢＮ）から製造され
ていた。

【０００３】近年、安価で取り扱い易いため、ｎ−型お
よびｐ−型光電子装置（optoelectronic devices）のウ
ェハを製造するのに石英製製品も用いられるようになっ
た。この場合、結晶成長の際にクリストバライト（α−
ＳｉＯ₂ ）を均一に生成させて、石英またはカーボンか
らなる支持部材によって結晶中に発生する欠陥を制御す
る必要がある。

【０００４】様々な材料が、窒化ほう素支持部材に関連
して提供されている。しかしながら、石英支持部材に関
しては、ほんの少しの材料しか提供されていない。テス
トの結果、公知石英支持部材は、悪い結果を示すと評価
されてきた。これら石英支持部材が、結晶成長の際の熱
流を妨げることが知られている。

【０００５】例えば、図１では、米国のクリスタルスペ
シャリティーズインターナショナルカンパニー（Crysta
l Specialities International Co., Ltd.）により提案
された方法が示されている。この方法によれば、外套３
は、ＰＢＮボート１が外套３内に収まるような寸法を有
している。栓５が、外套３の上端部（図１中、参照番号
４参照）に装着されており、同端部に封止部材が設けら
れるようになっている。しかしながら、外套３とボート
ショルダーとの間の接合部で、結合が不安定になること
がある。さらに、局部的熱流移動が発生することがあ
る。このような局部的熱流移動は、外套３を支持するた
めに用いられるライナー２でも発生することがある。

【０００６】図２では、米国のローレンスバークレイラ
ボラトリー（Lawrence Berkeley Laboratory）によって
提案された方法が示されており、この方法によれば、ボ
ート１と外套３との間に空間が画成されており、局部的
熱流移動の発生が防止されるようになっている。しかし
ながら、種結晶保持が行なわれる領域では、ボート１は
ライナー２および外套３の両方に接触しており、このた
め幾つかの局部的熱流移動が発生する結果となる。した
がって、かなりの欠陥が単結晶ＧａＡｓ製造の最初の段
階で形成されることがある。

【０００７】図３は、コーリャアドバンスドインスティ
テュートフォーサイエンスアンドテクノロジー（Korea
Advanced Institute for Science and Technology(KAIS
T)）によって提案された方法が示されている。この発明
によれば、外套３は、ボート１のショルダーが位置する
地域で小さくなった寸法を有するボート支持部を備えて
いる。しかしながら、この場合、ボートのショルダーと
本体の間の移行ゾーンで幾つかの熱流移動が発生する。

【０００８】一方、図４は、米国のアメリカンテレフォ
ンアンドテレグラフカンパニー（American Telephone a
nd Telegraph Campany (AT & T) ）によって提案された
方法が示されている。この方法によれば、ＢＮ支持部材
６が用いられている。この場合、図３の場合と同様に、
ボートのショルダーと本体の間の移行ゾーンで幾つかの
熱流移動が発生する。

【０００９】また、図５は、ニッポンテレコムカンパニ
ー（ Nippon Telecommunication Technology Company,
Ltd ）によって提案された方法を説明している。この方
法によれば、ボート１は、全体がＢＮ支持部材６に覆わ
れている。この場合、ボート１と支持部材６との不安定
な接合部分で熱流移動が発生する。

【００１０】少なくとも１，２００℃の高温では、熱移
動は、一般的に伝導現象よりは放射現象によって達成さ
れる。したがって、不透明かつ厚肉であるＢＮ支持部材
が用いられた場合、透明かつ薄肉である石英支持部材を
用いたときと比較して、より高い外套温度にしなければ
ならない。

【００１１】この問題を解決するために、ニッポンテレ
コミュニケーションテクノロジー（Nippon Telecommuni
cation Technology Company, Ltd. ）は、カンタル（ka
ntal）ヒータより、カーボンヒータを用いることを提案
している。

【００１２】しかしながら、一般的なカンタルヒータ
は、少なくとも１，３００℃の温度に達することができ
ず、「ゴールドスターケーブルオートクレーブ」の商品
名で韓国内にてインスティテュートゴールドスターエレ
クトリックケーブル（Institute Gold Star Electric C
able）から入手できる電気オートクレーブには適さな
い。

【００１３】

【発明の目的】本発明は、支持部材を用いた従来技術の
上記問題点を解消することを目的としており、垂直グラ
ジエントフリーズ法を適用してＧａＡｓの単結晶を成長
させる場合に、石英製ボートが、ボートおよびＧａＡｓ
溶融物を支持するための支持部材を用いず、直接石英製
の外套にその上部で接合され、ボートのボート本体とシ
ョルダーでの熱流を均一として局部的熱流移動を防止で
き、これによって、多結晶および双晶の形成を抑制で
き、かつ種部分から最後尾部分に亘る全ての部分で均一
なＧａＡｓ単結晶を形成することが可能なＧａＡｓ単結
晶の成長装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【発明の概要】本発明によれば、上記目的は、上端部が
閉塞された外套と；該外套に包囲され、かつ該外套の上
部に、ＧａＡｓ溶融物が達しない上端部にて支持部材を
用いず直接接合されるとともに、筒状ボート本体、該ボ
ート本体の下端から下方に延出された円錐状ショルダ
ー、および該ショルダーから下方に延出され、閉塞され
た端部を有し、ボート本体よりも直径が小さく、かつ内
部に種結晶を収容する筒状シードウェルを備えたボート
と；前記外套内の前記ボート下方に配設され、前記外套
の下部に接合される栓と；該栓を支持するように配設さ
れるライナーと；を備えたＧａＡｓ単結晶の製造装置を
提供することで達成される。

【００１５】

【発明の具体的説明】以下、本発明の他の目的および特
徴を、添付図面を参照し、以下の実施例を説明すること
によりさらに明らかとする。

【００１６】図１１には、本発明に係るＧａＡｓの単結
晶成長用装置が示されている。図１１に示すように、こ
の装置は、上端部が閉塞された外套１１と、外套１１に
包囲されたボート１２とを備えている。ボート１２は、
筒状ボート本体１２ａと、ボート本体１０の下端から下
方に延出され、かつ長手方向にそって直径が除々に小さ
くなる円錐状ショルダー１２ｂと、ショルダー１２ｂか
ら下方に延出され、下端部が閉塞される筒状シードウェ
ル１２ｃとを備える。シードウェル１２ｃは、ボート本
体１２ａよりも直径が小さく、かつ内部に種結晶を収容
している。ボート１２の下方には、外套１１中に栓１３
が配設され、外套１１の下部に接合されている。また、
ライナー１４は、栓１３を支持するために設けられてい
る。

【００１７】本発明によれば、ボート１２は、外套１１
の上部に、ＧａＡｓ溶融物が達しない上端部Ａにて支持
部材を用いず直接接合されている。この構造により、垂
直グラジエントフリーズ法によって、ＧａＡｓ単結晶を
形成する際に、ボート１２のボート本体１２ａおよびシ
ョルダー１２ｂでの熱流を均一とすることができる。し
たがって、局部的熱流移動を防止し、これによって多結
晶および双晶の形成を抑制し、種部分から最後尾部分ま
で全部分で均一なＧａＡｓ単結晶を形成することができ
る。

【００１８】図６〜図１０に示された様々な支持部材を
用いた他の構造と比較して、支持部材を用いない本発明
の構造を評価するために、テストを行なった。図６は、
ボート１のショルダーおよびシードウェルを囲み、上端
部がショルダーに接触するように配設された支持部材６
を示している。図７は、ボート１のショルダーおよびシ
ードウェルを囲み、上部がショルダーに接触するように
配設された支持部材６を示している。図８は、ボート１
のシードウェルを囲み、これと接触するように配設され
た支持部材６を示している。図９は、ボート１のショル
ダーおよびシードウェルを囲み、ショルダーおよびシー
ドウェルの両方と接触するように配設された支持部材６
を示している。図１０は、ボート１を囲み、ボート本体
と接触するように配設された支持部材６を示している。

【００１９】テストのために、本発明に係る図１１に示
された構造および図６〜図１０に示された構造を有する
単結晶成長用装置を製造した。垂直グラジエントフリー
ズ法に従って直径２インチの単結晶ＧａＡｓを成長させ
るために、６００ｇの他結晶ＧａＡｓを各石英ボートに
導入した。テストは、５℃／ｃｍの温度勾配、および
１．０ｍｍ／時間〜４．０ｍｍ／時間の成長速度で行な
われた。

【００２０】図６〜図１０の全ての構造において、局部
的熱流移動領域で双晶および多結晶が製造された。しか
しながら、支持部材を用いない本発明の構造では、局部
的熱流移動は観られなかった。その結果、欠陥のない
２”ＧａＡｓ単結晶が製造された。即ち、ボートを、外
套の上部に支持部材を用いず直接接合する構造は、Ｇａ
Ａｓの単結晶を形成する際に、ボートのボート本体およ
びショルダーでの熱流を均一とすることができ、したが
って局部的熱流移動が回避でき、これによって種部分か
ら最後尾部分に亘る全部分で均一なＧａＡｓ単結晶を形
成することができることが判明した。

【００２１】石英のガラス化温度（１，２００℃）が、
ＧａＡｓｍの融点、即ち１，２３８℃よりも低い値でな
く、かつ電気オートクレーブの実質最大内部温度、即ち
１，２６０℃よりも低いために、ボートと外套との接合
部での接合が溶融物の重量によって破壊される恐れがあ
った。しかしながら、ボートと外套との接合部での接合
は、ＧａＡｓ溶融物の重量が８００ｇとなっても維持さ
れた。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係るＧａＡｓ単結晶成長用装置
によれば、石英製ボートが、支持部材を用いず、直接石
英製の外套上部に接合されているため、ボートのボート
本体とショルダーでの熱流を均一として局部的熱流移動
を防止でき、したがって、多結晶および双晶の形成を抑
制でき、これによって種部分から最後尾部分に亘る全て
の部分で均一なＧａＡｓ単結晶を形成することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶ＧａＡｓ成長ボートの支持部材を設けた
従来の構造を示す断面図である。

【図２】単結晶ＧａＡｓ成長ボートの支持部材を設けた
従来の構造を示す断面図である。

【図３】単結晶ＧａＡｓ成長ボートの支持部材を設けた
従来の構造を示す断面図である。

【図４】単結晶ＧａＡｓ成長ボートの支持部材を設けた
従来の構造を示す断面図である。

【図５】単結晶ＧａＡｓ成長ボートの支持部材を設けた
従来の構造を示す断面図である。

【図６】本発明のシードウェル構造と比較するための、
ボートの支持部材を設けた構造を示す断面図である。

【図７】本発明のシードウェル構造と比較するための、
ボートの支持部材を設けた構造を示す断面図である。

【図８】本発明のシードウェル構造と比較するための、
ボートの支持部材を設けた構造を示す断面図である。

【図９】本発明のシードウェル構造と比較するための、
ボートの支持部材を設けた構造を示す断面図である。

【図１０】本発明のシードウェル構造と比較するため
の、ボートの支持部材を設けた構造を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明のシードウェル構造を有する単結晶製
用ボートの断面図である。

【符号の説明】

１１…外套 １２…ボート １２ａ…ボート本体 １２ｂ…ショルダー １２ｃ…シードウェル １３…栓 １４…ライナー Ａ…外套上部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上端部が閉塞された外套と；該外套に包
   囲され、かつ該外套の上部に、ＧａＡｓ溶融物が達しな
   い上端部にて支持部材を用いず直接接合されるととも
   に、筒状ボート本体、該ボート本体の下端から下方に延
   出される円錐状ショルダー、および該ショルダーから下
   方に延出され、閉塞された端部を有し、ボート本体より
   も直径が小さく、かつ内部に種結晶を収容する筒状シー
   ドウェルを備えたボートと；前記外套内の前記ボート下
   方に配設され、前記外套の下部に接合される栓と；該栓
   を支持するように配設されるライナーと；を備えたこと
   を特徴とするガリウムヒ素の単結晶成長用装置。