JPS62297291A - 砒化ガリウム単結晶引き上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野ｊ 本発明はＩＣ用高抵抗基板、光デバイス用高ドープ基板
として用いられる砒化ガリウム単結晶の引き上げ装置に
関する。

［従来の技術１ 砒化ガリウム結晶の成長τムとして、引き上げ法（チョ
クラルスキー法）は＜１００＞方位の円形ウェハを得る
のに容易であり、デバイス）を込プロセスに有利でおる
。砒化ガリウムの如き高解離圧物質の結晶育成には、高
解離圧成分の逃散を防ぐことが必要でおり、大別して２
つの手段が考えられる。一つはＢ　２０　］の如き液体
で融液面を覆い、不活性気体の圧力で抑える方法（ＬＥ
Ｃ法）であり、他の一つｌま融液表面を成長操作の量制
御された圧力をもつ高解離圧成分ガス雰囲気で覆うこと
である。前者の方法は装置が筒中である為、現在工業的
に広く用いられている方法である。

しかし、ＬＥＣ法は■蒸気圧制御によるスｌ〜イキＡメ
トリの制御かできない、■固液界而直上の温度勾配を小
ざくできないという問題点を有するため、結晶の高品質
化が困難である。本出願人らは、第二の方法を具体的に
実現するために、さきに特願昭５８〜１５７８８３号お
よび特願昭５９−１０９６３２号によって、引き上げ装
置内の内容器を密封し、かつその圧力を精密に制御した
高解離圧成分ガス雰囲気の中で結晶引き上げを行なう装
置を開発した。

その具体的内容は第２図に示すように高解離圧成分ガス
を密封する内容器上部１と内容器下部２を高温の該ガス
雰囲気におかされない材料によって溝成し、かつ容器は
分割可能に構成し、その接合部３には液体あるいは固体
シール１７を適用し、分割された容器の各部を互いに押
し付けることにより密封を行なう。容器押し上げ軸４に
はスプリングによるＷ’ｆＢ７芸’Ａ　５あるいはロー
ドセルによる押し上げ力の自動制御により、熱膨張等に
よる過度の応力が容器にかからぬようにする。このよう
な構造により、容器の充分な密封性が得られると共にく
り返し使用が可能になった。液体Ｂ２Ｏ３によるシール
６により、単結晶の引き上げ軸７およびるつぼ軸８共に
回転しながらの引き上げが可能である。密封容器内の砒
素圧は砒素ガス圧制御炉９の温度を一定にかつ密封容器
の他のいかなる部分の温度よりも低く制御し、この部分
に砒素１０＠凝縮することにより制御される。引き上げ
操作中の観察は透光性ロッド１１を通して行うことがで
きる。

この装置により、従来知られていた石英製密封容器と異
り、容器の切り離し、密着の操作が極めて簡単化され、
繰り返し使用が可能になったこと、大口径インゴットの
製造も可能になったことによって、工業的使用に耐える
ものとなった。なお、図中１２は単結晶、１３はるつぼ
、１４はヒーター、１５はるつぼ受、１６は融液である
。

［発明が解決しようとする問題点］ 化合物半導体材料の高品質化という観点から、高純度化
は極めて重要な要件であるのはいうまでもない。高解離
圧成分ガスを密封し、融液ストイキオメトリを制御しつ
つ結晶育成する本装置においては、融液表面は露出して
いる為に装置内部材の材料・の選択は重要でおる。

特に密封容器本体及び容器内装品の材料を選択し、有害
な不純物を結晶中に持ち込まぬことが必要である。しか
るに上記第２の方法を具体的に実現するために開発した
第２図の方法の内容器の材料の選択について次の様な問
題点か明らかになった。

内容器壁を構成する材料の満たすべき要件は、■結晶育
成される高温において、充分な強度と耐クリープ性を持
つこと、 ■高温の高解離圧成分ガスに浸されないこと、■結晶に
有害な不純物源とならぬこと、■密封部分のための高精
度の加工が可能でおること、 ■ガス不透過でおること、 であり、特願昭６０−１３８９８４に於て上記要件を満
たす材料を選択した。しかし上記諸項目を全て同時に満
たすという条件があった為選択に制約が加わっている。

即ち内容器壁自身に応力をかけ密封させるという＋Ｆ３
造をとった為に材料に上記■〜■の特性のみでなく、■
の高温強度をも課すことになっている。しかし材料の持
つ、特性を充分に生かす為にはその機能を分離させるこ
とが必要となる。

結晶の高純度化という観点に立つと、内容器内壁は材料
の組成についての条件か特に厳しい。

通常の焼結法によるセラミックスは原料１￥ｌ″Ｊ末の
純度のみでなく、バインダーのもたらす汚染もあり、高
純度化が困難である。■−ｖ族結晶に有害な元素を含ま
ない材料は■−Ｖ族の組み合わせからなる材料が最善で
ある。その例は窒化ホウ素、窒化アルミなどである。又
バインダー等の添加元素の不要な製法によるものである
必要がおる。

熱分解窒化ホウ素材をとってみると、この材料はＩＩＩ
族ホウ素とＶ７ｉχの窒素とからなり、高純度で得られ
る為上の条件に適している。しかし、その製法上の制約
から、現時点では高々Ｉｎｍ厚さ程度のものが供給され
るにすぎず、そのままでは密封に必要な応力に耐えさせ
ることはできない。この為熱分解窒化ホウ素のコーテイ
ング材によって密封容器内壁からの汚染を防ぎ、密封に
必要な機械強度を同時に備えさせることを検討した。そ
の結果材料の耐久性と安定性に問題があることが明らか
になった。即ちコーティングの均一性が完全でなく、又
厚ざも充分でないので使用を繰り返すうち、コーティン
グが一部で壊れて結晶中の不純物濃度が増したり、内容
器の気密性が保てなくなるという事態が生じた。これは
製品の歩留りを悪化させることであり、改善が必要であ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題を解決すべくなされたもので内容器中
に密封した砒素ガスの圧力を制御しつつ砒化ガリウム単
結晶を引き上げる装置において該内容器が■■族とＶ族
の組み合わせからなる高純度物質から成り上端周辺に水
平な鍔部を持つ内容器下部、及び■該鍔部上に置かれた
ガスケット上に接するエツジ状下端部を持つ内容器上部
とよりなり、■該苦封内容器下部をとり囲み、かつ該鍔
部下面によって該密封内容器下部を保持する支持円筒を
設け、がっ■該密封内容器底部に酸化ホウ素液体溜めか
ら成る回転シールを設け、■応力印加機構によって支持
円筒を介して内容器上部と内容器下部の鍔部とを押し付
けることにより該内容器の密封を行なうことを特徴とす
る砒化ガリウム単結晶引き上げ装置である。以下図面に
従って詳細に説明する。

第１図に於て、１８は外部容器である。結晶が育成され
る内容器は内容器上部１９と内容器下部２０に分けられ
る。内容器下部２０はその上端に水平な鍔部２１を持ち
、その上にガスケット２２が置かれる。保守その他取り
扱いの際の強度を高める為に内容器下部２０は相似形で
外接する容器をはめ二重構造とすることもできる。内容
器上部１９は外部容器１８に固定され、又エツジ２３に
於いてガスケット２２に接する。内容器下部２０は支持
円筒２４の上に鍔部２１をのせて支持される。支持円筒
２４は押し上げ門構上部の支持台２５上にのせられ、内
容器下部、支持円筒全体の上下移動保持、及び菌封部へ
の加圧が行われる。２６は応力暖衝敗構である。

２７は結晶引き上げ軸であり、内容器上部を貫通する部
分の上側に酸化ホウ素液体による回転シール２８が設け
られる。容器上部には内部観察用の光学窓及び砒素圧制
御用突出部が設けられるか図には省略しである。るつぼ
及びザセプタ２９は下軸３０にのせられるがこの下軸３
０が内容器下部底を程通する部分は、酸化ホウ素溜め３
１による回転シールである。さらに下軸３０は接合部３
２を介して下軸駆動装置に結合される。下軸駆動装置は
上記押し上げ殿構上に搭載されている。

かかる結晶引き上げ装置を使用するにあたっては、先づ
、るつぼ２９に適当徂のＧａＡＳ多結晶原料（直接合成
の場合はるつぼにＧａ、内容器底にＡＳ＞を入れ、装置
内部全体を真空排気する。内容器押し上げ軸３３により
支持台２５を押し上げ内容器の分割部の密封を行うが、
この際内容器底部回転シール３１内の酸化ホウ素は固ま
っていて、下軸３０は容器下部に固定されているので、
容器底部に設けた小ヒータ（図示Ｕず）で酸化ホウ素を
溶かしておく。内容器の密封か完了した後はヒータ３４
を加熱してゆくが、内容器内部の砒素圧力の高まりにと
もない、上部回転シール２８に於いて気泡の発生が見ら
れるので装置内部に不活性ガスを導入して、内容器内外
の圧力のバランスをとり気泡の発生を抑える様にする。

砒素圧制御部の温度を一定に保つことにより、内容器内
圧力を一定に保ち、原料の融解が終了した後は通常の引
き上げ法により結晶の育成を行なう。

［作　　用］ 密封容器下部上端の周囲に水平な鍔部を設は密封容器下
部の支持及び容器上部との密封をこの部分で行なうこと
により、容器下部自体には応力がかからない構造とする
ことかできる。区域的強度のない■族とＶ族の組み合わ
せから成る高純度物質を内容器材として用い、かつガス
ケットによる密封を可能にする。

［実施例］ 第１図に示した内容器を、内容器上部をモリブデン、内
容器下部を熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）　、又支持円筒
を炭化硅素にて作製した。るつぼもＰＢＮ製の１００φ
とし、約０．７ｋｆｊの７−Ｎガリウム液体を入れ内容
器底に約０、　ａｋｇの７−Ｎ金属砒素を入れ、砒素圧
制御部を６１５°Ｃの一定に保ちながら主ヒータを加熱
して先づ原料の直接合成を行なった後、アンドープ結晶
（長さ１０Ｃｍ、５ｃｍφ）の育成を行なったところ、
キャリア濃度２　Ｘ　１０１４　Ｃｍ’　、至温でのホ
ール移動度６５００ｃｍ’　／ＶＳの高純度ｎ望結晶が
得られた。又結晶育成前後の砒素の損失は１％以下であ
った。

［発明の効果１ 本発、明装置によれば砒素圧を制ｕｔ＋　してストイキ
オメトリ−を制御しつつ結晶を引き上げる方式において
、単結晶の高純度育成を安定に実現させることができる
。ざらに密封１４及びその操作ｉ生が恒めて良いこと、
又装置の耐久性が高く、繰り返し使用に耐えることの特
徴を有する。併せて得られる結晶特性の高品質化、高歩
留り化、低価格化に寄与することで工業化への大きな効
果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の装置の断面図である。 第２図は先行例の装置の断面図である。 １・・・内容器上部、２・・・内容器下部、３・・・接
合部、４・・・容器押上げ軸、５・・・緩衝微構、６・
・・シール、７・・・引き上げ軸、８・・・るつぼ軸、
９・・・砒素ガス圧制御炉、１０・・・砒素、１１・・
・透光性ロッド、１２・・・単結晶、１３・・・るつぼ
、１４・・・ヒーター、１５・・・るつぼ受、１６・・
・融液、１７・・・シール、１８・・・外部容器、１９
・・・内容器上部、２０・・・内容器下部、２１・・・
鍔部、２２・・・ガスケット、２３・・・エッヂ、２４
・・・支持円筒、２５・・・支持台、２６・・・応力緩
衝機構、２７・・・結晶引き上げ軸、２８・・・回転シ
ール、２９・・・るつぼ及びサセプタ、３０・・・下軸
、３１・・・酸化ホウ素溜、３２・・・接合部、３３・
・・内容器押上げ軸、３４・・・ヒーター。 特許出願人　新技術開発事業団（ほか２名）代理人　弁
理士　小　松　秀　岳 オ　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内容器中に密封した砒素ガスの圧力を制御しつつ
   砒化ガリウム単結晶を引き上げる装置において、該内容
   器が［１］III族とＶ族の組み合わせからなる高純度物
   質から成り上端周辺に水平な鍔部を持つ内容器下部、及
   び［２］該鍔部上に置かれたガスケット上に接するエッ
   ジ状下端部を持つ内容器上部とよりなり、［３］該密封
   内容器下部をとり囲み、かつ該鍔部下面によつて該密封
   内容器下部を保持する支持円筒を設け、かつ［４］該密
   封内容器底部に酸化ホウ素液体溜めから成る回転シール
   を設け、［５］応力印加機構によつて支持円筒を介して
   内容器上部と内容器下部の鍔部とを押し付けることによ
   り該内容器の密封を行なうことを特徴とする砒化ガリウ
   ム単結晶引き上げ装置。