JPH01286992A

JPH01286992A - 単結晶成長装置

Info

Publication number: JPH01286992A
Application number: JP11628688A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Mori; 雅之森; Hiromasa Yamamoto; 山本　裕正; Osamu Oda; 修小田
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1989-11-17

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、単結晶成長装置に係り、特に高解離圧化合物
半導体単結晶を成長させる単結晶成長装置に関する。

［従来の技術］一般に、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ等の高解
離圧化合物半導体単結晶の育成においては、Ａｓ、Ｐ等
の蒸気圧の高いＶ族元素が、原料融液および育成中の結
晶表面から解離し易く、これを防止する方法として、液
体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）が用いられてい
る。このＬＥＣ法は、るつぼ中の原料融液をＢ２０１等
の液体封止剤で封止し、不活性ガスによって液体封止剤
に高圧を加えながら結晶の引上げを行なう方法であり、
原料融液からの揮発性元素の蒸発は有効に抑制される。

ところが、高圧下で結晶の引上げを行なうため、ガスの
対流により、炉内温度が不安定になるとともに、結晶育
成環境に温度差を生じ易く、引上げ結晶の高転位化が問
題となっていた。

また、液体封止剤上部は高温になっているため、育成中
の結晶は、液体封止剤上部において表面分解を起こし、
引上げ結晶内部での転位の増殖が問題となっていた。

そこで、近年、上記問題点を解決して表面分解のない低
転位結晶を育成すべく、蒸気圧制御法と呼ばれる結晶引
上げ法が行なわれている。この蒸気圧制御法は、高耐圧
容器からなる外側容器内に小型の密閉容器からなる内側
容器を設け、この内側容器内で結晶育成を行なう方法で
、内側容器内に■族元素蒸気圧を充分に印加することに
よって、原料融液および育成中の結晶表面から■族元素
の解離を防ぐものである。

蒸気圧制御法において重要なことは、内側容器の密閉性
を向上させて内部に印加した■族元素の容器外部への漏
れを有効に防止することである。

このため、内側容器を石英製の一体物により形成する方
法や石英製の内側容器を分割可能にし、接合部にシール
剤を塗布して接合する方向に力を加えることにより密着
させる方法等が行なわれている。

また、内側容器内に導入される引上げ軸およびるつぼ回
転軸と内側容器との間隙は１通常、シール剤により気密
にシールされている。しかし、内側容器の材質が石英で
あるために、内側容器とシール剤との濡れ性が良く、内
側容器表面にシール剤が付着すると、内側容器表面の石
英を剥離してしまい、内側容器を破損させる頻度が高か
った。

また、石英製の内側容器は１強度的に弱く、炉材を組み
立てる際に破損されてしまうことが多かった。

そこで、従来は、十分な強度を有し、加工等の取扱いが
容易で、しかもシール剤による剥離のないグラファイト
製の内側容器を用いて、単結晶成長装置を構成していた
。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、グラファイト製の内側容器を用いた従来
の単結晶成長装置では、グラファイトの気孔率が高いの
で、内側容器内部に印加した■族元素気体が、内側容器
の壁面から外部へリークし易く、精密な蒸気圧制御が困
難であった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、Ｖ族元素気体のリークを防止し、内側容器内の精密か
つ適切な蒸気圧制御を可能とした単結晶成長装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は外側容器内に上下に
分割可能な内側容器を設け、この内側容器外側にヒータ
を配設し、内側容器下部内にるつぼを配設するとともに
、そのるつぼ中に原料および封止剤を入れて引上げ法に
より高解離圧化合物半導体単結晶を成長させる単結晶成
長装置において、内側容器をグラファイトにより形成す
るとともに、内側容器の内面または外面の少なくとも一
方の面に気相成長によるｐＢＮ被膜を形成するようにし
た。

［作用］かかる構成の単結晶成長装置においては、グラファイト
製内側容器の内面または外面の少なくと一方の面がｐＢ
Ｎ被膜で被覆されているので、内側容器の気孔は閉塞さ
れ、Ｖ族元素気体のリークが防止される。

［実施例コ本発明の単結晶成長装置は、例えば図に示すように、両
端を閉塞した円筒状の高耐圧容器からなる外側容器１内
に、上下に分割可能な略円筒状の密閉容器からなる内側
容器２が設けられている。

内側容器２は、グラファイトから形成されており、その
内面および外面には、ＣＶＤ法により膜厚１００〜２０
０μｍ程度のｐＢＮ被膜が形成されている。また、内側
容器上部２ａと内側容器下部２ｂとは、摺り合わせによ
り接合されており、内側容器下部２ｂおよび内側容器上
部２ａの外周には、それぞれヒータ３および４が配設さ
れている。

また、内側容器２内には、外側容器１外方からそれぞれ
引上げ軸５およびるつぼ回転軸６が気密に導入されてい
る。引上げ軸５とるつぼ回転軸６とは、同軸上に設けら
れ、それぞれ昇降かつ回転自在に設けられている。引上
げ軸５の内端部は、種結晶７を支持できるようになって
おり、るつぼ回転軸６の内端部には、サセプタ８が固着
されている。このサセプタ８は、原料融液（半導体用材
料）９および液体封止剤１０を入れたるっぽ１１を支持
可能に形成されている。

引上げ軸５と内側容器上部２ａとは、引上げ軸５が摺り
あわせ構造で挿通されたシールアダプタ１２により気密
にシールされている。また、るつぼ回転軸６と内側容器
下部２ｂとは、るつぼ回転軸６外周に嵌装固着されたシ
ール容器１３内にシール剤１４を収容し、内側容器下部
２ｂに取付けた円筒管状のアダプタ１５の下端部をシー
ル剤１４中に浸すことによって、気密にシールされてい
る。ここで、シール容器１３およびアダプタ１５は、そ
れぞれ耐熱性を有しかつシール剤１４との濡れ性の悪い
材料、例えば金属等により形成されている。また、シー
ル剤１４の溶解は、ヒータ３の加熱による内側容器下部
２ｂの加熱、原料融液９および液体封止剤１ｏの加熱溶
解時に、外側容器１内の温度が上昇することによって行
なわれる。

さらに、内側容器下部２ｂの底部には、内側容器２内と
連通ずる蒸気圧！ｌｉ整容器１６が取付けられており、
この蒸気圧調整容器１６内には、揮発性の■族元素から
なる揮発性材料１７が収容されている。また、揮発性材
料１７が収容された蒸気圧！ｌ整容器１６の外周には、
ヒータ１８が配設されている。

なお、上記構成の単結晶成長装置では、ヒータ３の加熱
により、外側容器１内の温度が十分に高くなり、シール
容器１３内のシール剤１４が溶解した時、るつぼ回転軸
６を上昇させてアダプタ１５の下端部をシール剤１４中
に浸してるつぼ回転軸６のシールを行なう。また、これ
と同時に、引上げ軸５もシールアダプタ１２に挿通して
引上げ軸５のシールも行ない、内側容器２内を密閉状態
にする。その後、ヒータ１８の加熱により、蒸気圧調整
容器１６内の揮発性材料１７を揮発させ、内側容器２内
に揮発性材料１７の蒸気を充満させる。また、これと同
時に、内側容器２の外圧を、内圧と等しいかあるいは高
くなるように、外側容器１内に不活性ガスを導入するよ
うになっている。

本実施例の単結晶成長装置により、次のようにして、Ｇ
ａＡｓ単゛結晶の育成を行なった。

まず、るっぽ１１内に高純度（７Ｎ）のＧａ。

Ａｓからなる原料９およびＢオＯ１からなる液体封止剤
１０を入れた。そして、このるっぽ１１をるつぼ回転軸
６内端部に設けたサセプタ８上に載置した。また、蒸気
圧調整容器１６内には、高純度（７Ｎ）のＡｓを約１５
０ｇ収納するとともに、シール容器１３内には、Ｂ、０
３からなるシール剤１４を収納した。

次に、内側容器上部２ａを内側容器下部２ｂ上に載置し
て接合した後、外側容器１を密閉して内部を真空排気し
、その後Ａｒガスで内部を加圧するとともに、ヒータ３
により加熱を開始した。最初に、るつぼ１１内の液体封
止剤１０が融けて原料９のＧａ、Ａｓを封止し、次にＧ
ａとＡｓとが反応してＧａＡｓとなり、さらに昇温する
とＧａＡｓが融けて液体となった。この時点で、外側容
器１内の温度上昇により、シール容器１３内のシール剤
１４が融けたので、るつぼ回転軸６を上昇させ、アダプ
タ１５の下端部をシール剤１４中に浸し、るつぼ回転軸
６と内側容器下部２ｂとのシールを行なうとともに、同
時に引上げ軸５を下降させてシールアダプタ１２に挿通
し、引上げ軸５と内側容器上部２ａとのシールを行なっ
た。

その後、ヒータ１８の加熱を開始し、蒸気圧調整容器１
６内の揮発性材料１７を揮発させ、内側容器２内にＡｓ
蒸気を充満させるとともに、外画容器１内にＡｒガスの
導入を行なった。このＡｒガスの導入は、蒸気圧調製容
器１６の温度をモニターしながら、内側容器２内部のＡ
ｓ圧印加による圧力上昇にあわせて、内側容器２の外圧
が内圧より常に高くなるようにして行なった。また、蒸
気圧調製容器１６の加熱と同時に、ヒータ４による内側
容器上部２ａの加熱も行なった。これは、内側容器２ａ
が低温部となって蒸発したＡｓが析出してしまうのを防
止するためである。

このようにして、内側容器２内にＡｓ蒸気を充満させた
後、引上げ軸５およびるつぼ回転軸６を駆動させ、引上
げ軸５の内端部に設けた種結晶７を原料融液９中に浸し
、引上げ軸５とるつぼ回転軸６とを相対的に回転させな
がら、結晶の引上げを行い、３インチのＧａＡｓ単結晶
を育成した６以上のようにして得られた育成結晶は、表
面分解が全くなく、結晶育成中、内側容器２内には十分
なＡｓ蒸気圧が印加されていたことが判った。

また、上記育成結晶の結晶内部の転位密度を調べたとこ
ろ、５０００ｃｍ−”であった。これに対し、従来装置
により育成した結晶の転位密度は、３００００〜５００
００ａａ−”であり、上記実施例の装置により育成した
結晶は著しく低転位化していることが判った。

さらに、育成結晶を単結晶成長装置から取出した後、装
置を点検したところ、内側容器２等の全てが破損してお
らず、繰返し使用が可能であることが確認された。

また、上記実施例において、用意する揮発性材料（Ａｓ
）１７の初期量を１６０ｇとした場合、結晶育成開始後
１時間経過した時のＡｓリーク量は５ｇであり、１０時
間経過した時のＡｓリーク量は４０ｇであった。これに
対し、内側容器をグラファイト製としてｐＢＮ被膜を形
成しない従来例にあっては、上記１時間経過時のＡｓリ
ーク量は１００ｇであり、１０時間経過時のＡｓリーク
量は１４０ｇであり、大部分がリークしてしまった。ま
た、内側容器をグラファイト製としてＢＮ塗料の被膜を
形成したものにあっては、上記１時間経過時のＡｓリー
ク量はＬｏｇであり、１０時間経過時のＡｓリーク量は
７５ｇであった。

一方、内側容器をセラミックス製とした場合や耐熱金属
材料製とした場合には、それぞれ不純物発生の原因とな
ったり、精密加工が困難である等の問題があった。また
、内側容器をガス不透過性カーボン製とした場合には、
内側容器が高価になるとともに、熱的耐久性が悪い等の
問題があった。

なお、上記実施例では、内側容器２の内面および外面の
両面にｐＢＮ被膜を形成したが１本発明はかかる実施例
に限定されるものではなく、内側容器２の内面または外
面のいずれか一方の面にｐＢＮ被膜を形成してもほぼ同
様の効果をも得ることができる。また、上記実施例では
、内側容器２とるつぼ回転軸６とをシールするに際し、
アダプタ１５を設けたが、内側容器２をシール剤１４中
に直接浸すようにしてもよい。

［発明の効果］以上のように、本発明の単結晶成長装置によれば、内側
容器をグラファイトにより形成するとともに、内側容器
の内面または外面の少なくとも一方の面に気相成長によ
るｐＢＮ被膜を形成したので、内側容器外部への■族元
素気体のリークを防止でき、内側容器内における蒸気圧
制御を精密かつ適切に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る単結晶成長装置の一実施例を示す縦断
面図である。１・・・・外側容器、２・・・・内側容器、２ａ・・・
・内側容器上部、２ｂ・・・・内側容器下部、３，４・
・・・ヒータ、５・・・・引上げ軸、６・・・・るつぼ
回転軸、７・・・・種結晶、９・・・・原料融液、１０
・・・・液体封止剤、１１・・・・るつぼ、１７・・・
・揮発性材料。４　　　　　　　　　＋２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外側容器内に上下に分割可能な内側容器を設け、
この内側容器外側にヒータを配設し、内側容器下部内に
るつぼを配設するとともに、そのるつぼ中に原料および
封止剤を入れて加熱、溶解させ、引上げ法により高解離
圧化合物半導体単結晶を成長させる単結晶成長装置にお
いて、内側容器をグラファイトにより形成するとともに
、内側容器の内面または外面の少なくとも一方の面に気
相成長によるｐＢＮ被膜を形成したことを特徴とする単
結晶成長装置。