JPH072615Y2 - 化合物半導体単結晶成長装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、特に温度傾斜法を用いる化合物半導体単結晶
成長装置に関するものである。

［従来の技術］ 化合物半導体の単結晶を製造するには幾つかの方法が知
られているがそのうちの一つに温度傾斜式結晶成長法
（グラジェントフリーズ法:GF法）がある。この方法は
ボート又はるつぼ内で融解させた半導体原料の融液を定
められた温度勾配に従って冷却させて結晶化するもの
で、第３図はボートを用いて例えばガリウム・ヒ素（Ga
As）単結晶を製造する場合の説明図で、結晶成長装置
（ａ）と温度分布曲線（ｂ）を示す。

同図（ａ）においては、１は反応管、２は石英ボート、
３はGaAs融液、４は結晶、５はAs、６は石英ボート２を
加熱して融液状態を保持する高温側ヒータ、７は高温側
ヒータ６内の熱を放散させる放熱孔、８は放熱孔７を覆
う石英ガラス板、９はAsを加熱して反応管１内を一定の
蒸気圧に保持させる低温側ヒータである。

装置が稼動して高温側ヒータ６及び低温側ヒータ９が加
熱されると、定められた温度分布及び蒸気圧の下で結晶
の成長が開始される。

同図（ｂ）は高温側ヒータ６の長手（横）方向に対する
温度分布を示すもので、横軸が長手方向位置ｌ、縦軸が
温度Ｔを示す。ｌ＝l₀は融液３と結晶４との境の固液界
面に対応する位置を示す。曲線Ａの加熱時の温度分布設
定値、曲線Ｂは降温時の温度分布設定値、曲線Ｃは実測
値を示す。

曲線Ａに示す温度分布の下で融液３が形成された後、こ
の状態を保持したまま温度を低下させると融液３がボー
ト２の一端から凝固を開始し順次全体が結晶化して所望
の単結晶が得られる。

一般にボートを用いて単結晶を成長させる場合は融液の
凝固は結晶の自由表面から始まることが必要で、放熱孔
７はこのような場合に結晶自由表面付近の熱を放散させ
る役目を果たしている。

第４図は放熱孔７の近辺の要部断面図を示すもので、８
は石英ガラス板、９は断熱材である。高温側ヒータ６の
内部に発生した熱は放熱孔７より石英ガラス板８を通っ
て外部に放出されるが、放熱量の調整は石英ガラス板８
の枚数を変え、或いは断熱材９のスリット幅Ｗを変える
ことにより行われる。

［考案が解決しようとする課題］ 上述したように放熱孔は固液界面付近の熱を外部に放散
させて結晶の成長を安定化させる働きをするが、この場
合放熱孔各部の放熱特性を均一に保つことは困難で、例
えば放熱孔の中央部と両端部とでは放熱効果が異なるた
め融液の凝固速度が変動して固液界面が不安定となり、
結晶に欠陥が生ずる現象が見られた。このような放熱効
果の不均一性は特に結晶が厚肉化及び大面積化された場
合に影響が大きく、結晶の品質及び歩留を一層低下させ
るので好ましくない。又、一度放熱孔の構造を決定する
と放熱量を調整したくとも最初から作り直さねばなら
ず、特に放熱量を減少させて保温性を高める必要がある
時は石英ガラスの枚数を増加して断熱材のスリット幅を
狭くしなければならないので、結晶の表面状態や界面形
状の観察が不能となり、欠陥発生の有無が確認できない
嫌いがある。

本考案は目的は、放熱量の調整を確実にして結晶成長速
度を均一にし、結晶を安定に成長させる化合物半導体単
結晶成長装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、温度傾斜式結晶成長法等を用いて単結晶を育
成する化合物半導体単結晶成長装置において、原料融液
を形成する高温側ヒータの上部に取付けられている放熱
孔部に、高温側ヒータより放出される輻射熱を抑制する
金属膜と補助ヒータとを夫々積層させて石英ガラス内に
一体に封入した放熱量調節部を設けたことを特徴として
おり、放熱量の調整が確実で結晶が安定に成長するよう
にして目的の達成を計っている。

［作用］ 本考案の化合物半導体単結晶成長装置では高温側ヒータ
の上部に取付けられている放熱孔の出口側に、ヒータの
輻射熱を抑制する金属膜と結晶自由表面温度を調整する
温度調整用ヒータとを石英ガラス内に積層して封入した
放熱量調節部をこの出口側を覆うように取付け、高温側
ヒータより放射される輻射熱は金属膜で反射させ、結晶
自由表面温度の調整は温度調整用ヒータを動作させて結
晶成長中の固液界面の温度傾斜が常に一定となるように
しているので、結晶成長が安定となり高品質結晶を得る
ことができる。

［実施例］ 以下、本考案の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本考案の化合物半導体単結晶成長装置の一実施例
を示す放熱孔近辺の要部断面図である。同図において、
10は放熱量調節部、11はAuの薄膜、12は温度調整用の平
形ヒータ、13は石英ガラス、14はヒータ電源である。

同図に示すように放熱量調節部10はAu薄膜11及び調整用
ヒータ12が石英ガラス13を介して配置されており、放熱
孔７の出口側を覆うように取付けられている。

装置が移動して高温側ヒータ６が加熱されると放熱孔７
を通してヒータ６内の熱が外部に放散されるが、この場
合、Au薄膜11により波長１μｍ以上の赤外光のうち95％
以上はここで反射させるので高温側ヒータ６より放射さ
れる輻射熱は大部分抑制され、放熱孔７より放散される
熱は石英ガラス13の伝導及び対流による熱だけとなり安
定化する。Au薄膜11は可視光は透過するから放熱量調節
部10を通して結晶成長状態を観察することは容易であ
り、従来のように赤外光による作業者の眼疾等の事故が
発生せず安全作業を行うことができる。

又、結晶成長中必要に応じて温度調整用ヒータ12を動作
させ、その発熱により結晶自由表面温度を微調整するこ
とができるので更に安定した結晶成長を行うことができ
る。

第２図は上記の放熱量調節部10を用いた結晶成長装置の
説明図で、同図（ａ）は結晶成長装置断面図、同図
（ｂ）は温度分布特性図で、夫々第３図（ａ），（ｂ）
に対応する場合を示しており、同一部分には同一符号が
付けられている。第２図（ａ）で10が放熱量調節部で、
矢印R,Sに示すように高温側ヒータ６により放散熱Ｒと
放熱量調節部10の動作による反対方向の放熱Ｓが生ずる
ことが示されている。

同図（ｂ）は第３図（ｂ）と同様高温側ヒータの長手方
向距離ｌと温度Ｔの関係を示すもので、曲線Ｄが放熱量
調節部10を動作させつつ結晶化させた場合の特性曲線を
示しており、鎖線Ｅで示すようにｌ＝l₀付近における温
度勾配が略一定であることが分かる。

このように固液界面における温度勾配を一定に保持する
ことにより、結晶成長速度並びに結晶成長界面の変動を
大幅に低減することができるので結晶が厚肉、大面積化
された場合でも安定に成長させることが可能となる。

［考案の効果］ 以上述べられたように本考案によれば次のような効果が
得られる。

（１）放熱量及び結晶自由表面温度を確実に制御するこ
とができ、結晶成長界面及び結晶成長速度の安定化を計
ることができる。

（２）多結晶、双晶及びリネージ等の結晶欠陥を大幅に
低減させて品質を向上させ、不良発生による再作業を防
止して生産性を向上することができる。

（３）結晶の厚肉化及び大面積化への対応が容易となり
歩留及び生産性を向上することができる。

（４）結晶成長時の監視作業が安全となり良好な作業環
境を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の化合物半導体単結晶成長装置の一実施
例を示す放熱量調節部付近の要部断面図、第２図は第１
図の放熱量調節部を用いる結晶成長装置の説明図、第３
図は従来の結晶成長装置の説明図、第４図は従来装置の
放熱孔近辺の要部断面図である。 1:反応管、2:石英ボート、6:高温側ヒータ、7:放熱孔、
10:放熱温度調節部、11:Au薄膜、12:温度調整用ヒー
タ、13:石英ガラス。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原料の入ったボートを反応管内に封入し高
   温側ヒータにより加熱して融液を形成させ、該融液を定
   められた温度勾配を保持しながら徐々に固化させて単結
   晶を育成する化合物半導体単結晶成長装置において、前
   記高温側ヒータの上部に取付けられている放熱孔部に、
   前記高温側ヒータより放射される輻射熱を抑制する金属
   膜と補助ヒータとを夫々積層させて石英ガラス内に一体
   に封入してなる放熱量調節部が設けてあることを特徴と
   する化合物半導体単結晶成長装置。