JPS6286830A - 化合物半導体の熱処理用器具 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理温度において蒸発しやすい元素を構成
元素として有する化合物半導体の熱処理用器具に関する
。

〔発明の概要〕

本発明は、熱処理温度において蒸発しやすい元素を構成
元素として有する化合物半導体を熱処理する際に用いる
化合物半導体の熱処理用器具において、上記化合物半導
体を収容するための第１の容器と、上記蒸発しやすい元
素の蒸気を発生するための蒸気発生手段をその内部に有
する第２の容器と、上記第２の容器内で発生された上記
蒸気を上記第１の容器に供給するための蒸気供給管とを
それぞれ具備させ、上記第１及び第２の容器をほぼ完全
に密閉可能でかつそれぞれ上記化合物半導体及び上記蒸
気発生手段を出し入れ可能に構成することによって、熱
処理時に化合物半導体から上記元素が蒸発するのを効果
的に防止すると共に、熱処理用器具を繰り返し使用する
ことを可能にしたものである。

〔従来の技術〕

従来、蒸発しやすい元素であるＡｓ、　Ｐｓ　Ｔｅ等を
構成元素として有するＧａＡｓ、　ＩｎＰ、　ＣｄＴｅ
等の化合物半導体の熱処理は、次のような方法により行
われている。

第１の方法は開管法と呼ばれ、第３図に示すように、熱
処理すべき化合物半導体基板１を載せたサセプター２と
蒸発しやすい元素から成る粉末（または粒子）３が収容
されたボート４とを両端が開放された石英管５内にそれ
ぞれ配置し、この石英管５内に矢印Ａ方向にキャリアガ
スを流しながら粉末３を所定温度に加熱して蒸気を発生
させることにより、化合物半導体基板１の周囲を蒸発し
やすい元素の蒸気雰囲気に維持しつつこの化合物半導体
基板ｌを所定温度に加熱して熱処理を行う方法である。

また第２の方法は封管法と呼ばれ、第４図に示すように
、熱処理すべき化合物半導体基板１と蒸発しやすい元素
から成る粒子６とをアンプル７内に真空封入し、このア
ンプル７を加熱することにより、粒子６から蒸発した蒸
発しやすい元素の蒸気雰囲気中で化合物半導体基板１の
熱処理を行う方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の従来の開管法によれば、封管法において必要な真
空封入工程が不要であるとか、封入容器を用いていない
ので熱処理後の化合物半導体基板１を取り出すために封
入容器を破壊する必要がないとか、操作が簡便であると
かめ利点を有するが、蒸発しやすい元素の消費量が多い
とか、化合物半導体基板１からの蒸発しやすい元素の蒸
発を十分に抑えることができないとかの欠点がある。ま
た上述の従来の封管法によれば、蒸発しやすい元素の粒
子６の量やこの部分の温度を選定することにより化合物
半導体基板ｌからの元素の蒸発を防止することが可能で
あるものの、既述のように真空封入工程が必要であるた
め簡便でないとか、熱処理済みの化合物半導体基板１を
取り出すためにはアンプル７を破壊しなければならない
ので手間がかかるのみならず経済的でないとかの欠点が
ある。

本発明は、従来技術が有するこれらの欠点を一挙に是正
した極めて新規な化合物半導体の熱処理用器具を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、既述のような開管法の欠点を是正した熱処
理用器具を得るべく鋭意研究を行った結果、本発明を案
出するに至った。

すなわち本発明に係る化合物半導体の熱処理用器具は、
熱処理温度において蒸気しやすい元素を構成元素として
有する化合物半導体を熱処理する際に用いる化合物半導
体の熱処理用器具において、上記化合物半導体を収容す
るための第１の容器（例えば熱処理室８）と、上記蒸発
しやすい元素の蒸気を発生するための蒸気発生手段（例
えばりザーバ−１３）をその内部に有する第２の容器（
例えば蒸気発生室９）と、上記第２の容器内で発生され
た上記蒸気を上記第１の容器に供給するための蒸気供給
管（例えば蒸気供給管１０）とをそれぞれ具備し、上記
第１及び第２の容器はほぼ完全に密閉可能でかつそれぞ
れ上記化合物半導体及び上記蒸気発生手段を出し入れ可
能に構成されている。

〔作　用〕

このように構成することによって、第２の容器から第１
の容器に蒸発しやすい元素の蒸気を効率良く供給し、こ
の蒸気雰囲気中において化合物半導体を熱処理すること
が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例につき図面を参照しながら説明す
る。

第１Ａ図及び第１Ｂ図に示すように、本実施例による化
合物半導体の熱処理用器具においては、熱処理すべき化
合物半導体を収容して熱処理を行うための熱処理室８と
、化合物半導体中に含まれる蒸発しやすい元素の蒸気を
発生するための蒸気発生室９とが例えば円筒状の蒸気供
給管１０によって連通されている。この蒸気供給管１０
の両端の外周面は、上記熱処理室８及び蒸気発生室９の
互いに対向する一側壁８ａ、９ａに設けられた円形の開
口８ｂ、９ｂの内周面とそれぞれ接合され、これによっ
て熱処理室８と蒸気発生室９とが一体的に結合されてい
る。なおこれらの熱処理室８、蒸気発生室９、蒸気供給
管１０及び後述の蓋１１．１２は、気密性を有する耐熱
性素材、例えばカーボンにより構成する。

上記熱処理室８は直方体の形状を有し、開放されたその
一面に蓋１１が設けられている。この蓋１１の一方の面
には、熱処理室８の内部の平面的な大きさよりも少し大
きさの小さい突出部１１ａが設けられている。そしてこ
の突出部１１ａが熱処理室８の内側に突出した状態で蓋
１１の上記面の周辺部１１ｂを熱処理室８の側壁８ａの
上端面と接触させることにより、熱処理室８をほぼ完全
に密閉し得るようになっている。なおこの密閉の程度は
、熱処理室８に蓋１１がかぶせられた状態で後述の蒸気
が熱処理室８から外部に出て行くことが可能であるよう
に選定される。さらにこの熱処理室８内には、熱処理す
べき化合物半導体基板を保持するためのサセプター２が
設けられている。

なおこのサセプター２は、複数枚の化合物半導体基板を
整列収容し得るようになっている。

一方、蒸気発生室９は、熱処理室８よりも容積が小さく
、正方形に近い平面形状を有する直方体の形状を有して
いる。この蒸気発生室９の開放された一面には蓋１２が
設けられている。この蓋１２の一方の面には上記Ｉｌｌ
と同様な突出部１２ａが設けられていて、この突出部１
２ａが蒸気発生室９の内側に突出した状態でＭ１２の上
記面の周辺部１２ｂを蒸気発生室９の側壁９ａの上端面
に接触させることにより、蒸気発生室９をほぼ完全に密
閉し得るようになっている。なおこの蓋１２による蒸気
発生室９の密閉の程度は、蓋１１による熱処理室８の密
閉の程度よりも高くすることが好ましい。さらにこの蒸
気発生室９内には、熱処理すべき化合物半導体を構成す
る蒸発しやすい元素から成る粉末、粒子等を収容するた
めのりザーバ−１３が設けられている。このリザーバー
１３の開放された一面には、その中央部に例えば１鶴φ
程度の径の小さい円形状の蒸気供給口１４ａを有する蓋
工４が設けられていて、この蓋１４によってリザーバー
１３をほぼ完全に密閉し得るようになっている。

次に上述のように構成された本実施例による熱処理用器
具を用いて化合物半導体基板を熱処理する方法につき説
明する。

第１Ａ図及び第１Ｂ図に示すように、まずサセプター２
に所要枚数の化合物半導体基板１を一点鎖線で示すよう
に立てた後、蓋１１を熱処理室８にかぶせて密閉する。

同様に、熱処理すべき化合物半導体を構成する蒸発しや
すい元素から成る十分な量の例えば粒子３（一点′ｕｉ
線で示す）をリザーバー１３内に入れた後、蒸気発生室
９に蓋１２をかぶせて密閉する。

次に第２図に示すように、熱処理用器具全体を所定の電
気炉１５内に設けられた石英管５内に挿入する。なおこ
の電気炉１５は互いに独立して加熱温度を制御し得る２
つの部分１５ａ、１５ｂから成っている。次に石英管５
内を真空ポンプにより所定圧力に減圧した後、この石英
管５内に矢印Ｃで示す方向に水素、アルゴン、窒素等の
還元性または不活性ガスを流しながら、熱処理室８及び
蒸気発生室９をそれぞれ化合物半導体１の熱処理温度及
び蒸発温度に加熱する。この加熱により、リザーバー１
３内に入れられた蒸発しやすい元素の粒子３から加熱温
度に応じた速度で元素の蒸発が起き、この結果、リザー
バー１３の１Ｅ１４の蒸気供給口１４ａから蒸気発生室
９内に蒸気が噴射してこの蒸気発生室９内が上記元素の
蒸気で満たされる。この蒸気は蒸気発生室９から蒸気供
給管１０を通って熱処理室８内に供給され、この熱処理
室８も蒸気で満たされる。従って、化合物半導体基板１
は、この化合物半導体基板１を構成する蒸発しやすい元
素の蒸気雰囲気中で熱処理が行われる。なおこの熱処理
室８内の蒸気圧力が外部の圧力を超える程度に上昇する
と、外部の圧力を超えた分の蒸気は蓋１１と熱処理室８
との間の隙間から外部に放出されるので、熱処理室８内
の最大蒸気圧は石英管５内の圧力とほぼ等しい。このよ
うにして所定時間熱処理を行った後、熱処理用器具全体
を炉外に取り出して、目的とする熱処理を終了する。

上述の実施例による熱処理用器具によれば、熱処理室８
と蒸気発生室９とを別々に設け、これらを蒸気供給管１
０により連通させた構造とし、しかも熱処理室８及び蒸
気発生室９を蓋１１．１２によりそれぞれほぼ完全に密
閉し得るようにしているので、次のような種々の利点が
ある。第１に、リザーバー１３から発生された蒸気を蒸
気発生室９から蒸気供給管１０を通って熱処理室８内に
供給することによって、この熱処理室８内を蒸発しやす
い元素の蒸気で満たした状態で化合物半導体基板１の熱
処理を行っているので、熱処理中に化合物半導体基板１
から元素が蒸発するのを効果的に防止することが可能で
あり、従って熱処理により化合物半導体基板１の組成が
化学量論比からずれるのを防止することが可能である。

第２に、蒸気発生室９の加熱温度を制御することにより
リザーバー１３からの元素の蒸発速度を支障ない程度に
小さくすることができるので、リザーバー１３内に入れ
られた蒸発しやすい元素の消費量を少なくすることがで
きる。第３に、熱処理室８と蒸気発生室９とを蒸気供給
管１０の長さだけ離すことができるので、熱処理室８と
蒸気発生室９とを互いに独立して所望の温度に制御する
ことが可能である。第４に、従来の封管法において必要
な真空封入工程が不要であるので簡便である。第５に、
封管法を用いる場合のように封入容器を破壊することな
く熱処理済みの化合物半導体基板１を熱処理用器具から
取り出すことができるので、熱処理用器具を繰り返し使
用することが可能であり、経済的である。第６に、熱処
理室８内に熱処理すべき化合物半導体基板１を収容する
と共に、蒸気発生室９内のりデーバー１３内に蒸発しや
すい元素の粒子等を入れ、次いで熱処理用器具全体を電
気炉で加熱するだけで熱処理を行うことができるので、
熱処理を簡便に行うことが可能である。

以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。例えば、熱処理室
８及び蒸気発生室９の形状、寸法等は必要に応じて上述
の実施例とは異なる形状、寸法としてもよい。また蒸気
供給管ｌＯも上述の実施例におけるように円形断面とす
る必要は必ずしもなく、例えば断面形状が矩形である管
を用いてもよい。またこの蒸気供給管１０の径、長さ等
も必要に応じて選定し得るものである。さらにこれらの
熱処理室８、蒸気発生室９、蒸気供給管１０等は、カー
ボン以外の気密性及び耐熱性素材、例えば石英または窒
化ホウ素（ＢＮ）により構成してもよい。さらにまた、
熱処理室８及び蒸気発生室９の蓋１１．１２の構造も必
要に応じて変更することが可能である。なお石英管５へ
の熱処理用器具の出し入れをローダ−を用いて行う場合
には、第１Ａ図及び第１Ｂ図に示すように例えば熱処理
室８の一端にローダーとの接続用の突出部８ｃ（一点鎖
線で示す）を設けることも可能である。また本発明によ
る熱処理用器具は、ＧａＡｓ、Ｉｎ　Ｐ　、ＣｄＴｅ、
　Ｈｇ＋−Ｘ　ＣｄＸＴｅ等の各種化合物半導体の熱処
理に適用することが可能である。

見体甜 熱処理室８、蒸気供給管１０及び蒸気発生室９の素材と
してカーボンを用い、これらの寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌｌ、
Ｗ、、Ｈ及びＤ（第１Ａ図及び第１Ｂ図参照）をそれぞ
れ１２０龍、２００韻、６０ｍ園、４６鉗、４０關及び
２０１■とした。この熱処理室８内には被熱処理物とし
て単結晶ＣｄＴｅ基板を入れると共に、リザーバー１３
内にはＣｄ粒子を入れた。

次にこの熱処理用器具を第２図の電気炉１５内の石英管
５内に置き、この石英管５内に水素ガスをＩＡ／分の流
量で流しながら、ＣｄＴｅ基板は８００℃に、リザーバ
ー１３は５５０℃にそれぞれ加熱した。この結果、ｐ型
で抵抗率１０ｈΩａｍの化学量論的組成を有する良質の
単結晶ＣｄＴｅ基板が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第２の容器から第１の容器内に蒸発し
やすい元素の蒸気を効率良く供給し、この蒸気雰囲気中
において化合物半導体を熱処理することが可能となるの
で、熱処理時に化合物半導体から構成元素が蒸発するの
を効果的に防止することが可能となり、従って熱処理に
より化合物半導体の組成が化学量論比からずれるのを防
止することが可能となる。また熱処理用器具を破壊する
ことなく化合物半導体及び蒸気発生手段の出し入れを行
うことが可能であるので、熱処理用器具を繰り返し使用
することが可能であり経済的であると共に、熱処理を簡
便に行うことが可能である。

さらに、第２の容器内で発生された蒸気は容器外に殆ど
逃げることなく第１の容器内に効率的に供給されるので
、蒸発しやすい元素の消費量を少なくすることが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図はそれぞれ本発明の一実施例によ
る熱処理用器具の平面図及びそのＢ−Ｂ線の断面図、第
２図は第１Ａ図及び第１Ｂ図に示す熱処理用器具を用い
て化合物半導体を熱処理する方法を説明するための断面
図、第３図及び第４図はそれぞれ開管法及び封管法によ
る従来の熱処理方法を説明するための断面図である。 なお図面に用いた符号において、 １−・・−−−−一−−−−・−・・−化合物半導体基
板２−・−・−・−一−−−−−−−サセプター５・−
−−−一−−−−−−・−・−・−石英管８・−−−−
−−−一・−・・−・・−熱処理室９−−−−−・−・
−・・−・−蒸気発生室１０−・−・・・〜・−・・・
蒸気供給管１１．１２・−・−−一一一・−蓋 １３−・−・・−・・−・−・−リザーバー１５−・−
・・・・−・・・−電気炉 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱処理温度において蒸発しやすい元素を構成元素と
   して有する化合物半導体を熱処理する際に用いる化合物
   半導体の熱処理用器具において、上記化合物半導体を収
   容するための第１の容器と、 上記蒸発しやすい元素の蒸気を発生するための蒸気発生
   手段をその内部に有する第２の容器と、上記第２の容器
   内で発生された上記蒸気を上記第１の容器に供給するた
   めの蒸気供給管とをそれぞれ具備し、 上記第１及び第２の容器はほぼ完全に密閉可能でかつそ
   れぞれ上記化合物半導体及び上記蒸気発生手段を出し入
   れ可能に構成されていることを特徴とする化合物半導体
   の熱処理用器具。