JPH0511073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、使用寿命の改良された窒化ホウ素る
つぼ、特に分子ビームエピタキシー（MBE）や
液体封止チヨクラルスキー（LEC）法などで用
いる金属及び化合物溶融用の窒化ホウ素るつぼに
関する。 〔従来の技術〕 熱分解窒化ホウ素（PBN）は、高純度・高品
質の窒化ホウ素（BN）として化合物半導体や特
殊合金の製造などの巾広い分野で用いられている
材料である。特にGaAsなどの化合物半導体の製
造においては、PBNのすぐれた耐食性と高純度
が最大限有効に発揮されており、不純物が少なく
電気特性の優れた化合物半導体単結晶を育成する
上で不可欠な材料となつている。 たとえば、GaAs単結晶育成において、PBN
は、LEC法におけるるつぼとして、またHB法
（水平ブリツジマン法）におけるボートとしてそ
れぞれ用いられている。また、GaAs単結晶ウエ
ハー上にGa_1-XAl_XAsなどの混晶化合物半導体を
エピタキシヤル成長させる一方法である分子ビー
ム エピタキシー法における金属溶融用容器（る
つぼ）としてもPBNがほぼ独占的に用いられて
いる。 PBNは、たとえば米国特許第3152006号明細書
で開示されているように、三塩化ホウ素（BCl₃）
のようなハロゲン化ホウ素とアンモニアを気体状
原料とし、温度1450℃〜2300℃、圧力50torr未満
の条件下で適当な基材表面上にBNを析出させる
いわゆる化学気相蒸着法（CVD法）により合成
される。基材材料とCVD条件を適切に選べば、
析出したPBN膜を基材から分離し、自立型PBN
物品を得ることができる。 このようにして得られるPBNは膜の成長方向
に対し垂直な方向に六方晶BNのＣ面が高度に配
向した構造をしており、このため、たとえば
LEC法におけるるつぼとして繰り返し、使用す
る場合、封止剤である酸化ホウ素（B₂O₃）を除
去する際に不均一な層剥離を起こしやすく、その
ため寿命が短かく、また一定の寿命をもつことが
保証され難いという欠点があつた。 このような欠点を解決する方法として、中間壁
を介在させつつある特定範囲の厚さからなる多数
の個別壁で構成された多重壁構造るつぼが提案さ
れている（特開昭61−285383号公報）。このよう
な多重壁構造るつぼは、たとえばLEC法による
結晶育成後にB₂O₃を除去する際に、常にるつぼ
の最内壁層で剥離が起こり、かつ剥離が深くなる
ことなく部分剥離層を除去できるので、るつぼの
寿命が従来のものよりも大巾に伸び、しかもるつ
ぼ間での寿命のバラツキが少ないという長所を有
している。さらには、このような多重壁構造るつ
ぼを製造するにあたつては、原料ガスのアンモニ
ア対ハロゲン化ホウ素配合モル比を異ならせ、交
互に繰り返しながら形成させていくので、膜形成
を一時的に中断する必要がなく、不必要に長時間
を要することなくるつぼが製造できるという利点
がある。 このような多重壁構造るつぼにおいては各個別
壁の厚みが薄いほど寿命が向上するわけである
が、特開昭61−285383号公報に記載された方法で
は、第１の壁の厚みを20μm未満とすると個々の
壁の間での区分が明確でなくなり、前記するよう
な多重壁構造の効果を十分に得られないという欠
点があつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明者は、上記欠点を解決することを目的と
して種々検討した結果、CVD反応室における原
料ガスの流速を毎秒50m以上として製造したるつ
ぼは、その第１の壁の厚みを20μm未満としても
壁間の区分が明確になることを見い出し、本発明
を完成した。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明は、反応室における原料ガス
の流速を毎秒50m以上として化学気相蒸着法によ
り製造された窒化ホウ素るつぼであつて、１層の
厚みが1μm以上20μm未満である第１の壁と、厚
みが第１の壁の1/50〜1/2である第２の壁とが、
互いに結合をもつて交互に積層されてなつてお
り、かつ、全体の壁厚が0.5〜３mmであることを
特徴とする多重壁構造からなる窒化ホウ素るつぼ
である。 以下、さらに詳しく本発明について説明する。 本発明の多重壁構造るつぼは、第１の壁の厚み
が1μm以上20μm未満の範囲である。厚みが1μm
未満であると壁を構成するPBN膜の強度が十分
でないために、単結晶育成に用いた場合に寿命が
短かく、また20μm以上では従来の多重壁るつぼ
と同一の構造となり、寿命延長効果が十分でなく
なる。次に、第１の壁に隣接する第２の壁の厚み
は第１の壁の1/50〜1/2である。1/50より厚みが
薄いと層毎の剥離性が悪く、中間壁としての機能
が十分に得られなくなる。また、1/2より厚くな
ると第１の壁との間でラミネーシヨンを起こす傾
向があるので好ましくない。るつぼの全体壁厚と
しては0.5〜３mmである。壁厚が0.5mm未満ではる
つぼ全体の強度が不足し、また３mmをこえると内
部応力が増大し、自発的なラミネーシヨンの発生
を摺来することになるので好ましくない。本発明
のるつぼは従来のものに比べ、個々の壁の厚みが
薄いために概ね10〜100倍の多重壁とすることが
できる。 本発明においては、個々の壁を形成する際の
CVD反応室内の原料ガスの流速を毎秒50m以上
とすることが重要なことである。流速が毎秒50m
未満では、個々の壁の間での区分が明確でなくな
るために層毎の剥離性の良好なるつぼを得ること
ができない。流速を毎秒50m以上とすることによ
り壁間の区分が明確となる理由は、原料ガス条件
の切り換わリが迅速になるためと推定される。 次に、本発明の多重壁構造るつぼの製造法につ
いて説明すると、多重壁構造のPBNるつぼを形
成する個々の壁は、三塩化ホウ素などのハロゲン
化ホウ素ガスとアンモニアガスとを原料とする
CVD法により形成されるが、そのときの圧力は
5torr以下、温度は1850℃以上であればよい。圧
力が5torrをこえるとBNの微粒子が副生し、
PBN膜中に取り込まれて組織の均一性が損なわ
れる傾向にある。温度が1850℃未満では生成する
PBNの強度が低く、るつぼとしての実用強度が
不足する傾向にある。このような条件下で形成さ
れる壁同志を互いに弱く結合させるためには、第
１の壁とそれに隣接する第２の壁（中間壁）とを
互いに異なつたアンモニア対ハロゲン化ホウ素の
配合モル比で蒸着すればよい。すなわち、第１の
壁を形成するときの前記モル比は２〜10、第２の
壁の前記モル比は1/3以上２未満とすればよい。
CVD反応室における原料ガスの流速を毎秒50m
以上に調節するには、導入ガス量とるつぼ型黒鉛
基材とCVD反応室壁の間の空間断面積、及び
CVD反応室の温度、圧力を調整することによつ
て行うことができる。 次に実施例と比較例をあげてさらに具体的に本
発明を説明する。 〔実施例 比較例〕 ５cm巾×60cm長×１cm厚の黒鉛板８枚を使い、
直径20cmの黒鉛板（底板）の上面に８角形の断面
を有する反応室を形成した。底板の中央にはガス
導入のため直径５cmの孔をあけ、原料ガス導入管
として予めPBN被覆した黒鉛パイプ２本（外径
５cm及び2.5cm）を同軸になるよう接続し、反応
室上部から直径５cm、長さ６cmの黒鉛基材を吊り
下げた。この反応室全体を高温抵抗加熱真空炉内
に装入し、原料ガス導入管の黒鉛パイプの内外管
には各々BCl₃、NH₃ガスを供給できるよう、ス
テンレス製ガス配管を接続した。前記真空炉を
10^-3torr台に排気しながら、1900℃にまで加熱し
た。 次に、1torrの圧力下、第１の壁はアンモニア
対三塩化ホウ素配合モル比を４とし、第２の壁は
配合モル比を１として表に示す条件で交互に蒸着
し、全体壁厚１mmのPBNるつぼを作製した。得
られたるつぼについて、LEC法による単結晶育
成を想定した寿命テストを次の方法により実施し
た。 すなわち、るつぼ内に50gのB₂O₃を入れ、N₂
雰囲気中で1280℃に加熱してB₂O₃を溶融した後
室温まで冷却する。るつぼ内壁に付着したB₂O₃
は、るつぼ全体をメタノール中に浸し、20〜40分
間超音波洗浄することにより取り除かれるが、こ
の際、B₂O₃の冷却収縮時にB₂O₃に付着していた
PBNるつぼ内壁面の一部が剥がれる。これをる
つぼが破損するまで繰り返した。各々のるつぼの
破損までの回数は表に示した。 表から、本発明の実施例はいずれも40回以上の
寿命を示し、比較例よりも長寿命であることがわ
かる。

〔発明の効果〕

本発明の多重壁構造からなる窒化ホウ素るつぼ
は、MBE法やLEC法において、その使用寿命を
著しく延長させることができるので、化合物半導
体の製造コストを低減できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 反応室における原料ガスの流速を毎秒50m以
   上として化学気相蒸着法により製造された窒化ホ
   ウ素るつぼであつて、１層の厚みが1μm以上
   30μm未満である第１の壁と、厚みが第１の壁の
   １／５０〜1/2である第２の壁とが互いに結合をもつ
   て交互に積層されてなつており、かつ、全体の壁
   厚が0.5〜３mmであることを特徴とする多重壁構
   造からなる窒化ホウ素るつぼ。