JPS63239180A - 半導体単結晶の製造方法及びその装置 - 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】 ［産業上の利用分野１ 本発明は半導体単結晶の製造方法及びその装置に係り、
特に高純度の単結晶を製造する方法及び装置にＩＩＩす
る。

［従来の技術］ 従来、引上法によるＩＶ族元素や■−ｖ族化合物半導体
単結晶の製造には第３図に示されるような高圧引上炉が
用いられていた。この炉には直接通電式のヒータ３１及
び熱シールド治具３２等によりホットゾーンと呼ばれる
加熱部が形成されており、このホットゾーン内にるつぼ
３３を位置させるように構成されている。そして、るつ
ぼ３３内に原料３４を収容し、これをホットゾーンに装
入して炉内を圧力０．０１Ｔｏｒｒ程度に真空排気しｌ
ζ後、不活性ガスを炉内に導入する（第４図における時
刻ｔｏ）。

その後、ヒータ３１に通電して加熱を行ない、第４図の
如く炉内温度を上昇させて原料３４を溶解し、これに種
結晶３５を浸して単結晶を引上げる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、炉内を真空排気して不活性ガスに置換し
ても、原料に付着している＋１２０や酸化物がるつぼ３
３内に残留することがある。また、るつぼ３３の支持具
３６やヒータ３１及び熱シールド治具３２等は通常カー
ボン材から構成されているので吸着性が強く、空気に接
した際に１１２０を吸蔵する。このため、この１１２０
が加熱に伴って第４図の如く脱着し、さらに高温になる
とこの１１２０がカーボン材と反応してＣＯ２やＣＯが
生ずる。

すなわら、加熱時には不活性ガス雰囲気中にＣＯ２やＣ
Ｏが混入することになり、これらの不純物が原料に接触
し混入するという問題があった。

そこで、このホラ］・ゾーンへの吸蔵ガスの問題の対策
として、ホットゾーンをカーボン以外の材料から構成し
たりあるいはカーボン材に他の耐熱性材料をコーティン
グして用いる方法が試みられているが、経済性や構造的
な面の制約が多く実用化が困難である。

か（して本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し
、炭素混入が少ない高純度の半導体単結晶を得ることが
できる製造方法及びその装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の半導体単結晶の製造方法は上記目的を達成する
ために、装置缶体内のカーボン材からなる加熱部に原料
を配置し、装置缶体内を真空排気してからここに不活性
ガスを導入した後、原料を加熱して結晶成長させる半導
体単結晶の製造方法において、上記装置缶体内の真空排
気時あるいは真空排気前に上記加熱部を上記原料が蒸発
あるいは反応する温度より低く且つカーボン材の吸蔵ガ
スが脱着する温度にまで昇温させる方法である。

このような方法は、カーボン材からなる加熱部により原
料を加熱して結晶成長させる半導体単結晶の製造装置に
おいて、装置缶体内の真空排気時あるいは真空排気前に
上記加熱部全体を昇温させるだめの補助加熱手段を設け
たことによって実施することができる。

［作　用］ 寸なわら、本発明の方法は装置缶体内の真空排気時に通
称ホットゾーンと呼ばれるカーボン製の加熱部を昇温さ
せて、そのカーボン材に吸蔵されている１１２０その他
のガスを脱着排除しようとするものである。これにより
、直接的な炭素の汚染源となるＣＯやＣＯ２の発生が抑
制され、成長結晶中への炭素混入が大幅に低減される。

一般に、カーボン材への吸蔵ガスはカーボン材を約１０
０℃に昇温して真空排気すればほとんど排除されるが、
上述した第３図の装置においてヒータ３１を１００℃に
加熱すると、ヒータ３１から脱着したガスはヒータ３１
の外側部に位置する熱シールド治具３２Ｗのより低温の
カーボン材に順次吸着されてしまう。そこで、カーボン
材への吸蔵ガスを装置から完全に排出しようとしてヒー
タ３１の外側部に位置するカーボン材を１００℃程度に
まで昇温させるためには、ヒータ３１を数１００℃に加
熱する必要がある。これは、原料がこの温度域でも蒸発
及び反応を起こさない安定な物質である場合以外は実／
１１！することができない。

これに対して本発明の装置では加熱部を昇温させるため
の補助加熱手段が設けられているので、ヒータだりでな
くカーボン材からなる加熱部全体を昇温させることがで
きる。この場合、原料が蒸発あるいは反応する温度より
低く且つ吸蔵ガスが脱着するような温度まで昇温させる
ことが必要である。

例えば、ＧａＡｓＱｉ結晶製造の場合、１００〜２５０
℃に加熱することが望ましい。温度２５０℃近傍ではＡ
ｓの蒸気圧が約３ｘ　１０”　Ｔｏｒｒであるのに対し
てＡｓの酸化物Ａｓ２Ｏ３の蒸気圧は５〜１０ＴＯｒｒ
にも達するので、圧力０．０１Ｔｏｒｒ程度で温度２５
０℃近くまで加熱すれば、１１２０を排除させるだけで
なり、八ｓをほとんど揮散させずにＡＳ２０３を揮散・
除去させることもできる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る半導体単結晶の製′ｉ
ｌｉ装置の構成図である。装置缶体１は水冷ジャケット
付のステンレス鋼からなり、その内部にヒータ２を備え
ると共にこのヒータ２内にるつぼ支持具３が設けられて
いる。また、ヒータ２の外周部には熱シールド治具４が
設けられており、これらヒータ２．るつぼ支持具３及び
熱シールド治具４から加熱部５が構成されている。なお
、この加熱部５を構成する各部材はぞれぞれカーボン材
から形成されている。

さらに、加熱部５の外周部にこれを囲繞１′るように円
筒形のカーボン製直接通電式ヒータからなる補助加熱器
６が設けられている。

次に、本発明によりＬＥＣ（ＬｉｑｕｉｄＥｎｃａｐｓ
ｕｌａｔｅｄ　　Ｃｈｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法を用いて
ＧａＡｓ単結晶を製造する方法を第２図に示す装置内の
温度変化及びガス濃度変化を参照して述べる。

まず、るつぼ７内に原料となるＧａ、　八ｓ及びカプセ
ル剤Ｂ２Ｏ３を収容し、このるつぼ７をるつぼ支持具３
上にセットする。そして、装置缶体１内を圧力０．０１
　ｒｏｒｒの真空に排気し、この真空排気を続（プなが
ら補助加熱器６に通電して加熱部５を温度Ｔ＋　＝　　
１００〜２５０℃に昇温させる。

この加熱部５の昇温に伴って加熱部５を構成するカーボ
ン材から吸蔵ガスが脱着し、これにより装置内圧力が一
旦上昇するが再度圧力０，０１Ｔｏｒｒになるまで排気
する。その後、排気を止めて不活性ガスとして高純度Ａ
ｒを装置缶体１内に導入する。

このようにして時刻ｔ１に装置缶体１内の不活性ガス置
換が完了した後は通常のＬＥＣ法と同様にヒータ２によ
り装置内を昇温し、カプセル剤Ｂ２Ｏ３を溶解してＧａ
及び＾Ｓを封止させ、さらに昇温してＧａＡｓを合成・
溶解させた後、この原料溶液に種結晶８を浸して成長結
晶を引上げる。

ここで、カーボン材への吸蔵ガスはほとんど時刻ｔ１以
前に既に脱着除去されているので、時刻ｔ１以降の加熱
昇温時に装置内に発生する＋１２０゜ＣＯ２及びＣＯは
第２図に示す如く微量なものとなる。

以上の方法により得られたＧａＡｓ単結晶の頭部と尾部
の炭素濃度を赤外吸収法及びＳ　ＩＭＳ（３ｅｃｏｎｄ
ａｒｙ　　ｆ　ｏｎ　　Ｍ　ａｓｓ　　Ｓ　ｐｅｃｔｒ
ｏｓｃｏｐｙ　）によって測定したところ、赤外吸収法
の検出限界２ＸｉＯＣａ＋−３及びＳＩＭＳの検出限界
３Ｘ１０１５ｔ１Ｒ−３を共に下まわり、検出できない
程に低濃度であることがわかった。

比較のために、室温で圧力０．０１Ｔｏｒｒまで真空排
気して不活性ガス買換を行なう従来法により製造された
ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度を測定した。その結果、３×
１０　　から８Ｘ　１０　　α−３程度の濃度を示し、
本発明による成長結晶への炭素混入の低減化が優れてい
ることが確認された。

なお、補助加熱器６としては加熱部をそれほど高い温度
にまで加熱させる必要がないためカーボンヒータで十分
であるが、タンクルリボンヒータ等の他のヒータを用い
ても構わない。

また、上記実施例では加熱部５を昇温さける手段として
円筒形の直接通電式ヒータを用いたがこれに限るもので
はない。例えば、高温熱水供給装置を設けてこの供給装
置から装置缶体１の水冷ジャケットに高温熱水を供給し
、これにより加熱部５の昇温を行なってもよい。また、
装置缶休１内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装
置と装置缶体１との間に加熱器を設けて、高温に加熱さ
れた不活性ガスを装置缶体１内に導き、これにより加熱
部５を昇温させることもできる。この場合、加熱部５を
昇温させた後に真空排気し、再び装置缶体１内に不活性
ガス供給装置から不活性ガスを導入することとなる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次の如き優れた効
果が発揮される。

（１）　　真空排気時に加熱部全体を昇温させてこの加
熱部を構成するカーボン材への吸蔵ガスをｌｌ１２着排
除するので、炭素混入の少ない高純度の中結晶を安定し
て得ることができる。

（２）　　従来非常に手数を要した装置の空焼き、真空
排気、不活性ガス置換等の作業が簡略化され作業能率が
向上する。

（３）　　加熱部をカーボン材以外の材料から構成した
り、カーボン材に他の耐熱性材料をコーティングしたも
のから構成する必要がなくなり、構造上の自由度が増り
゛と共に安価に装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る半導体単結晶の製造装
置を示寸構成図、第２図は実施例における装置内の温度
変化及びガス濃度変化を示す説明図、第３図は従来の装
置を示す構成図、第４図は従来の装置内の温度変化及び
ガス濃度変化を示ず説明図である。 図中、１は装置缶体、２はヒータ、３はるつぼ支持具、
４は熱シールド治具、５は加熱部、６は補助加熱器、７
【ユるつぼ、８は種結晶である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）装置缶体内のカーボン材からなる加熱部に原料を
   配置し、装置缶体内を真空排気してからここに不活性ガ
   スを導入した後、原料を加熱して結晶成長させる半導体
   単結晶の製造方法において、上記装置缶体内の真空排気
   時あるいは真空排気前に上記加熱部を上記原料が蒸発あ
   るいは反応する温度より低く且つカーボン材の吸蔵ガス
   が脱着する温度にまで昇温させることを特徴とする半導
   体単結晶の製造方法。
2. （２）上記原料がＧａ及びＡｓからなると共に上記装置
   缶体内の真空排気時における上記加熱部の温度が１００
   〜２５０℃であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。
3. （３）カーボン材からなる加熱部により原料を加熱して
   結晶成長させる半導体単結晶の製造装置において、装置
   缶体内の真空排気時あるいは真空排気前に上記加熱部全
   体を昇温させるための補助加熱手段を設けたことを特徴
   とする半導体単結晶の製造装置。
4. （４）上記補助加熱手段が上記加熱部の外周部にこれを
   囲繞するように設けられた円筒形の直接通電式ヒータか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の製
   造装置。
5. （５）上記装置缶体が水冷ジャケットを備えると共に上
   記補助加熱手段が上記水冷ジャケットと上記水冷ジャケ
   ットに高温熱水を供給する高温熱水供給装置とからなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の製造装置
   。
6. （６）上記補助加熱手段が上記装置缶体内の真空排気前
   にここに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と該
   不活性ガス供給装置から上記装置缶体内に供給される不
   活性ガスを加熱する加熱器とからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の製造装置。