JPH05178683A - 化合物半導体の単結晶製造装置 - Google Patents
化合物半導体の単結晶製造装置Info
- Publication number
- JPH05178683A JPH05178683A JP35919491A JP35919491A JPH05178683A JP H05178683 A JPH05178683 A JP H05178683A JP 35919491 A JP35919491 A JP 35919491A JP 35919491 A JP35919491 A JP 35919491A JP H05178683 A JPH05178683 A JP H05178683A
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- Japan
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- boat
- ampoule
- single crystal
- quartz ampoule
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ボート法による単結晶成長において、石英ボ
ート及び石英アンプルの変形を防止して、単結晶形状の
再現性を高めると共に、不純物などの混入し難い化合物
半導体の単結晶製造装置を提供すること。 【構成】 石英アンプル内に石英ボートを入れ、このボ
ート内で化合物単結晶を製造させる装置において、石英
アンプルの内部ではなく、石英アンプルの外側に石英ア
ンプル及び石英ボートの変形を防止する耐熱性部材を設
ける。
ート及び石英アンプルの変形を防止して、単結晶形状の
再現性を高めると共に、不純物などの混入し難い化合物
半導体の単結晶製造装置を提供すること。 【構成】 石英アンプル内に石英ボートを入れ、このボ
ート内で化合物単結晶を製造させる装置において、石英
アンプルの内部ではなく、石英アンプルの外側に石英ア
ンプル及び石英ボートの変形を防止する耐熱性部材を設
ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の単結晶を
ボート法により製造する際に用いる装置に関するもので
ある。
ボート法により製造する際に用いる装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】IIIb族及びVb族の化合物、特にG
aAsの単結晶は、結晶欠陥が少ない等の特徴を有する
ボート法によって製造されるが場合が多い。ボート法に
は加熱炉の温度分布を一定にしてボートを炉に対して相
対的に移動させて単結晶化させる水平ブリッジマン法
(HB法)、水平ゾーン法(HZ法)、ボートと炉の位
置を相対的に変化させずに炉の温度分布曲線を変化させ
る温度傾斜法(GF法)の3種類が工業的に採用されて
いる。
aAsの単結晶は、結晶欠陥が少ない等の特徴を有する
ボート法によって製造されるが場合が多い。ボート法に
は加熱炉の温度分布を一定にしてボートを炉に対して相
対的に移動させて単結晶化させる水平ブリッジマン法
(HB法)、水平ゾーン法(HZ法)、ボートと炉の位
置を相対的に変化させずに炉の温度分布曲線を変化させ
る温度傾斜法(GF法)の3種類が工業的に採用されて
いる。
【0003】これらボート法によるGaAs単結晶製造
の概略は次のようなものである。 石英ボート内にGaAs多結晶と種結晶を入れ、この
ボートを石英アンプル内の一端に配置すると共に他端に
砒素を配置する。 石英アンプル内を真空引きした後これを封止し、高温
炉、低温炉からなる電気炉内に挿入する。 石英アンプル内のAs蒸気圧が1気圧に保持されるよ
うに低温炉温度をを調整し、高温炉側を約1250℃に
昇温してGaAs多結晶を溶融させた後種付けを行い、
徐冷することによりGaAs単結晶を製造する。
の概略は次のようなものである。 石英ボート内にGaAs多結晶と種結晶を入れ、この
ボートを石英アンプル内の一端に配置すると共に他端に
砒素を配置する。 石英アンプル内を真空引きした後これを封止し、高温
炉、低温炉からなる電気炉内に挿入する。 石英アンプル内のAs蒸気圧が1気圧に保持されるよ
うに低温炉温度をを調整し、高温炉側を約1250℃に
昇温してGaAs多結晶を溶融させた後種付けを行い、
徐冷することによりGaAs単結晶を製造する。
【0004】ところで前記の方法では、従来より石英ア
ンプル及び石英ボートの変形という問題があった。即
ち、GaAsの融点はほぼ1238℃であり、それ以上
の高温下で種付けを行う必要があるが、前記アンプル及
びボートは共に石英硝子製であるため、約1200℃を
越えると軟化してしまい、高温炉内の加熱時にこれらが
変形を起こすのである。その結果、結晶成長後のGaA
s単結晶の形状再現性が悪く、また石英ボートの変形は
その再利用を困難とし、単結晶製造のコストを上昇させ
る原因になっていた。
ンプル及び石英ボートの変形という問題があった。即
ち、GaAsの融点はほぼ1238℃であり、それ以上
の高温下で種付けを行う必要があるが、前記アンプル及
びボートは共に石英硝子製であるため、約1200℃を
越えると軟化してしまい、高温炉内の加熱時にこれらが
変形を起こすのである。その結果、結晶成長後のGaA
s単結晶の形状再現性が悪く、また石英ボートの変形は
その再利用を困難とし、単結晶製造のコストを上昇させ
る原因になっていた。
【0005】これらの問題を解決するために、石英ボー
トの外側(石英アンプル内)をpBN、SiC等の耐熱
材料で支持し、その変形を防止することが提案されてい
る(特開平2−141489号公報、実開平1−149
469号公報、実開昭63−123673号公報参
照)。
トの外側(石英アンプル内)をpBN、SiC等の耐熱
材料で支持し、その変形を防止することが提案されてい
る(特開平2−141489号公報、実開平1−149
469号公報、実開昭63−123673号公報参
照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
装置を用いた場合、石英ボートを支持する耐熱材料が、
石英アンプル内にあるため、新たに次のような問題点が
発生した。 単結晶中にB、C等の不純物が入り混み易い。 SiCは熱伝導率が石英に比べ非常に高いため、石英
の断熱効果が減少し、単結晶成長過程での熱流のばらつ
きが大きくなり、多結晶化し易くなる。 本発明はこのよう課題を解決するためになされたもので
あって、石英ボート及び石英アンプルの変形を防止し
て、単結晶形状の再現性を高めると共に、不純物などの
混入し難い化合物半導体の単結晶製造装置を提供するこ
とを目的とする。
装置を用いた場合、石英ボートを支持する耐熱材料が、
石英アンプル内にあるため、新たに次のような問題点が
発生した。 単結晶中にB、C等の不純物が入り混み易い。 SiCは熱伝導率が石英に比べ非常に高いため、石英
の断熱効果が減少し、単結晶成長過程での熱流のばらつ
きが大きくなり、多結晶化し易くなる。 本発明はこのよう課題を解決するためになされたもので
あって、石英ボート及び石英アンプルの変形を防止し
て、単結晶形状の再現性を高めると共に、不純物などの
混入し難い化合物半導体の単結晶製造装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明単結晶製造装置
は、石英アンプルの内部ではなく、石英アンプルの外側
に、石英アンプル及び石英ボートの変形を防止する耐熱
性部材を設けたことを特徴とするものである。化合物半
導体の構成元素の一つを入れた石英ボートと他の構成元
素を石英アンプル内に配置し、前記石英ボート内の元素
を融液として該融液と前記他の構成元素の蒸気を反応さ
せて化合物半導体の単結晶を得る点は従来と同様であ
る。ここで用いる耐熱性部材は炭化珪素、窒化硼素、窒
化珪素であることが好ましい。
は、石英アンプルの内部ではなく、石英アンプルの外側
に、石英アンプル及び石英ボートの変形を防止する耐熱
性部材を設けたことを特徴とするものである。化合物半
導体の構成元素の一つを入れた石英ボートと他の構成元
素を石英アンプル内に配置し、前記石英ボート内の元素
を融液として該融液と前記他の構成元素の蒸気を反応さ
せて化合物半導体の単結晶を得る点は従来と同様であ
る。ここで用いる耐熱性部材は炭化珪素、窒化硼素、窒
化珪素であることが好ましい。
【0008】
【作用】石英ボート及び石英アンプルが加熱により変形
することは既に述べたが、この変形を図1により具体的
に説明すると、次のようなものである。即ち、加熱前の
状態では、図1に示すように石英ボート2の側壁は、垂
直方向に直立しており、石英アンプル1の断面形状も円
形である。しかし、加熱を行うと、石英ボート2の側壁
は左右に広がり、ついには石英アンプル1の内壁に接し
てしまう。一方、石英アンプル1も、極端に言えばその
断面形状が水平方向を長軸とする楕円状に熱変形し、前
記石英ボートの変形と共に、一層変形が進行するのであ
る。従って、少なくとも石英ボート2の側面付近に相当
する石英アンプル1の外側に、耐熱性部材を設ければ、
石英ボートが石英アンプルの内壁まで広がる変形は許容
せざるを得ないが、それ以上に石英ボート及び石英アン
プルが変形することは防止できる。
することは既に述べたが、この変形を図1により具体的
に説明すると、次のようなものである。即ち、加熱前の
状態では、図1に示すように石英ボート2の側壁は、垂
直方向に直立しており、石英アンプル1の断面形状も円
形である。しかし、加熱を行うと、石英ボート2の側壁
は左右に広がり、ついには石英アンプル1の内壁に接し
てしまう。一方、石英アンプル1も、極端に言えばその
断面形状が水平方向を長軸とする楕円状に熱変形し、前
記石英ボートの変形と共に、一層変形が進行するのであ
る。従って、少なくとも石英ボート2の側面付近に相当
する石英アンプル1の外側に、耐熱性部材を設ければ、
石英ボートが石英アンプルの内壁まで広がる変形は許容
せざるを得ないが、それ以上に石英ボート及び石英アン
プルが変形することは防止できる。
【0009】このように、石英アンプルの外側に耐熱性
部材を設けることで、石英アンプルと石英ボートの変形
を防止しできるのである。又、このような構成により、
石英アンプル内に耐熱性部材が存在しないため、単結晶
中への不純物混入を防止することもできる。さらに、石
英ボートのサポートとなる耐熱部材との間に石英アンプ
ルがあるために熱伝導率の違いによる熱流の影響を最小
限に抑えることができる。
部材を設けることで、石英アンプルと石英ボートの変形
を防止しできるのである。又、このような構成により、
石英アンプル内に耐熱性部材が存在しないため、単結晶
中への不純物混入を防止することもできる。さらに、石
英ボートのサポートとなる耐熱部材との間に石英アンプ
ルがあるために熱伝導率の違いによる熱流の影響を最小
限に抑えることができる。
【0010】
【実施例】以下、図1及び図2を用いて本発明実施例を
説明する。同図は実施例装置の概略を示すもので、図1
は横断面図、図2は縦断面図である。両図に示すように
本発明装置は、主に石英アンプル1、石英ボート2及び
耐熱性部材4から構成される。石英アンプル1はほぼ円
柱状で、その外側には耐熱性部材4が設けられている。
説明する。同図は実施例装置の概略を示すもので、図1
は横断面図、図2は縦断面図である。両図に示すように
本発明装置は、主に石英アンプル1、石英ボート2及び
耐熱性部材4から構成される。石英アンプル1はほぼ円
柱状で、その外側には耐熱性部材4が設けられている。
【0011】この耐熱性部材4は、既に述べたように炭
化珪素、窒化硼素、窒化珪素等で構成され、石英アンプ
ル1の外周に接して配置されている。その形状をより詳
しく説明すると、ほぼ平行に配置された2本の長尺体を
備え、その両端は、それぞれ石英アンプル1の外周に沿
うほぼ半円状のもので前記2本の長尺体を連結したよう
な形状である。そしてこの2本の長尺体は、石英ボート
2の側面付近に相当する石英アンプル1の外側に位置
し、長さは次に述べる石英ボート2と同等かこれより若
干長く構成されている。
化珪素、窒化硼素、窒化珪素等で構成され、石英アンプ
ル1の外周に接して配置されている。その形状をより詳
しく説明すると、ほぼ平行に配置された2本の長尺体を
備え、その両端は、それぞれ石英アンプル1の外周に沿
うほぼ半円状のもので前記2本の長尺体を連結したよう
な形状である。そしてこの2本の長尺体は、石英ボート
2の側面付近に相当する石英アンプル1の外側に位置
し、長さは次に述べる石英ボート2と同等かこれより若
干長く構成されている。
【0012】このような形状により、石英アンプル1の
上部は、ほとんど耐熱性部材で覆われていないが、これ
は製造中の単結晶の状態が外部から観察できるようにす
るためである。一方、石英アンプルの下部は、全く耐熱
性部材が設けられていない。これは単に石英アンプルの
配置を安定させるためである。このような構成の耐熱性
部材4を石英アンプル1の外側に設けることで,熱によ
り変形し、ほぼ石英アンプル1に接した状態にある石英
ボート2を石英アンプル1の外側から支え、変形がそれ
以上進行するのを防止することができる。
上部は、ほとんど耐熱性部材で覆われていないが、これ
は製造中の単結晶の状態が外部から観察できるようにす
るためである。一方、石英アンプルの下部は、全く耐熱
性部材が設けられていない。これは単に石英アンプルの
配置を安定させるためである。このような構成の耐熱性
部材4を石英アンプル1の外側に設けることで,熱によ
り変形し、ほぼ石英アンプル1に接した状態にある石英
ボート2を石英アンプル1の外側から支え、変形がそれ
以上進行するのを防止することができる。
【0013】一方、石英ボート2は、化合物半導体の構
成元素を入れる槽部と種結晶を設置する棚部(図2石英
ボートの右端)から構成され、石英アンプルの軸方向に
配置されている。このような石英ボート2と他の構成元
素(図示せず)を前記石英アンプル1内に入れ、石英ア
ンプル1内を真空引きした後これを封止し、電気炉(図
示せず)内に挿入する。この電気炉は低温炉及び高温炉
から構成され、それぞれ独立に温度調整ができると共
に、石英アンプル(石英ボート)に対してその軸方向に
位置を移動させることができる。そして、石英ボート2
内の構成元素を融液とし、他の構成元素の蒸気と接触、
反応させて化合物半導体の単結晶3を製造するのであ
る。
成元素を入れる槽部と種結晶を設置する棚部(図2石英
ボートの右端)から構成され、石英アンプルの軸方向に
配置されている。このような石英ボート2と他の構成元
素(図示せず)を前記石英アンプル1内に入れ、石英ア
ンプル1内を真空引きした後これを封止し、電気炉(図
示せず)内に挿入する。この電気炉は低温炉及び高温炉
から構成され、それぞれ独立に温度調整ができると共
に、石英アンプル(石英ボート)に対してその軸方向に
位置を移動させることができる。そして、石英ボート2
内の構成元素を融液とし、他の構成元素の蒸気と接触、
反応させて化合物半導体の単結晶3を製造するのであ
る。
【0014】SiC製の耐熱性部材を備える上記のよう
な装置を用いて実際に単結晶の製造を行ってみた。原料
となる構成元素、製造条件は以下の通りである。 石英ボート内にGaAsの多結晶12kgと種結晶を
入れて石英アンプル内の一端に置くと共に他端に砒素を
配置する。 石英アンプル内を5×10-6Torr以下の減圧下で
真空引きを行った後、これを封止する。 前記石英アンプルを電気炉内に挿入し、低温炉を約6
00℃に保ち、石英アンプル内の砒素蒸気圧を1atm
に維持する。 高温炉では1250℃に昇温して、種結晶部分を12
38℃、GaAs融液中の温度勾配を0.5℃/cmに
調整して種付けを行う。 その後炉体を6mm/hの速さで110cm移動させ
て固化させた後、結晶を100℃/hで室温まで冷却し
た。 その結果、長さ100cm、幅70mmで重量10k
gの単結晶のインゴットが製造できた。
な装置を用いて実際に単結晶の製造を行ってみた。原料
となる構成元素、製造条件は以下の通りである。 石英ボート内にGaAsの多結晶12kgと種結晶を
入れて石英アンプル内の一端に置くと共に他端に砒素を
配置する。 石英アンプル内を5×10-6Torr以下の減圧下で
真空引きを行った後、これを封止する。 前記石英アンプルを電気炉内に挿入し、低温炉を約6
00℃に保ち、石英アンプル内の砒素蒸気圧を1atm
に維持する。 高温炉では1250℃に昇温して、種結晶部分を12
38℃、GaAs融液中の温度勾配を0.5℃/cmに
調整して種付けを行う。 その後炉体を6mm/hの速さで110cm移動させ
て固化させた後、結晶を100℃/hで室温まで冷却し
た。 その結果、長さ100cm、幅70mmで重量10k
gの単結晶のインゴットが製造できた。
【0014】同一の方法で5回試作を行いインゴット幅
のばらつきを調べたところ、従来±5mmであったもの
が±2mmに抑えることができ、形状再現性の優れてい
ることが確認された。又、得られたGaAs単結晶の電
気特性及び転移密度を測定した結果、従来例により得ら
れた単結晶と同様の特性を示した。
のばらつきを調べたところ、従来±5mmであったもの
が±2mmに抑えることができ、形状再現性の優れてい
ることが確認された。又、得られたGaAs単結晶の電
気特性及び転移密度を測定した結果、従来例により得ら
れた単結晶と同様の特性を示した。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明装置によれ
ば、次のような効果が得られ、IIIb族及びVb族等
の化合物半導体の単結晶製造に有効利用できる。 石英アンプルの外側に高温強度が大きく、単結晶製造
時の加熱により軟化することのない耐熱性部材を設ける
ことで、不純物の混入のない単結晶が得られ、石英ボー
ト及び石英アンプルの熱変形を防止することができる。
又、石英ボートのサポートとなる耐熱部材との間に石英
アンプルがあるために熱伝導率の違いによる熱流の影響
を最小限に抑えることができる。 前記熱変形の防止により、製造される単結晶の形状の
ばらつきが減少し、形状の再現性が改善されることで、
歩留りの低下を抑制することができる。 石英アンプルの外側に耐熱部材を設けることから、使
用する耐熱部材の品質管理及び前処理工程が簡便になり
コストの低減が図れる。
ば、次のような効果が得られ、IIIb族及びVb族等
の化合物半導体の単結晶製造に有効利用できる。 石英アンプルの外側に高温強度が大きく、単結晶製造
時の加熱により軟化することのない耐熱性部材を設ける
ことで、不純物の混入のない単結晶が得られ、石英ボー
ト及び石英アンプルの熱変形を防止することができる。
又、石英ボートのサポートとなる耐熱部材との間に石英
アンプルがあるために熱伝導率の違いによる熱流の影響
を最小限に抑えることができる。 前記熱変形の防止により、製造される単結晶の形状の
ばらつきが減少し、形状の再現性が改善されることで、
歩留りの低下を抑制することができる。 石英アンプルの外側に耐熱部材を設けることから、使
用する耐熱部材の品質管理及び前処理工程が簡便になり
コストの低減が図れる。
【図1】本発明装置の横断面図。
【図2】本発明装置の縦断面図。
1 石英アンプル 2 石英ボート 3 化合物半導体単結晶 4 耐熱性部材
Claims (1)
- 【請求項1】 化合物半導体の構成元素の一つを入れた
石英ボートと他の構成元素を石英アンプル内に配置し、
前記石英ボート内の元素を融液として該融液と前記他の
構成元素の蒸気を反応させて化合物半導体の単結晶を製
造する装置において、前記石英アンプルの外側に、石英
アンプル及び石英ボートの変形を防止する耐熱性部材を
設けたことを特徴とする化合物半導体の製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35919491A JPH05178683A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 化合物半導体の単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35919491A JPH05178683A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 化合物半導体の単結晶製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05178683A true JPH05178683A (ja) | 1993-07-20 |
Family
ID=18463237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35919491A Pending JPH05178683A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 化合物半導体の単結晶製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05178683A (ja) |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP35919491A patent/JPH05178683A/ja active Pending
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