JPS606920B2 - ガリウム砒素単結晶製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高品質半絶縁性ガリウム砥素ＧａＡｓ単結晶
の製造装置に関し、更に詳しくは、原料溶融液中に枇素
ぶ蒸気を吹込む手段を備えたＧａＡｓ単結晶の製造装置
に関する。

ｍ−Ｖ族化合物の中でもＧａＡｓは電子移動度が大きく
、高速集積回路、光、電子素子用材料に広く用いられつ
つある。

このようにＧａＡＳが注目を浴びているのは高品質のＧ
ａ偽の比抵抗が１び○伽以上と高絶縁性であること、結
晶内の欠陥が少く、分布が均一であるものが得られるこ
と、大型ウヱハーの製造が容易であること等が挙げられ
る。このような要求を満すＧａＡｓ単結晶の製造方法と
しては液体封止引き上げ法（ＬＥＣ法）が挙げられる。
この液体封止引き上げ法は低圧封止引き上げ法と高圧封
止引き上げ法とがある。低圧封止引き上げ法は予じめボ
ート成長法で作成したＳｉ等の不純物を含むＧａＡｓ多
結晶を原料として単結晶とするため、半絶縁性とするに
はクロムの添加を必要とし、好ましくない。また原料を
直接合成する高圧封止引き上げ法はクロムの添加は不要
であるが、原料であるＧａとぶ及び封止剤である＆０３
をルツボに入れて高圧下で加熱、合成する際に蒸気圧の
低いＡｓが多く蒸散する。従って、所望の組成比のＧａ
Ａｓ溶融液を得るために粕の添加量を多くしているが、
条件によって偽の蒸散する量が異なり、溶融液中のＧａ
船組成比にばらつきが生じて、高品質の無添加（アンド
ーブ）Ｃａ笛単結晶を再現性よく得ることは困難であっ
た。この発明の目的は高品質の半絶縁性無添加Ｇａ公単
結晶を再現性よく製造することのできる単結晶製造装置
を提供する。

このため、この発明による単結晶製造装置においては、
ルッボ内の結晶原料熔融液に瓜蒸気を吹込む手段を備え
、原料合成中にＡＳの不足を見出すと、原料客融液に直
接Ａｓ蒸気の吹込みを行って、所定のＧａＡｓ組成比に
調整し、しかる後に結晶成長を行うようにする。

従って、常に高品質のＧａＡｓ単結晶が再現性良く得ら
れることになる。先ず、結晶原料容融液中のＧａＡｓ組
成比の測定方法について、本発明者らが提案した方法を
第１図により説明すると、高圧容器１内にはその外周を
炭素材料等の支持部材４で覆れた石英、窒化ボロン等の
ルッボ３を設け、このルッボ３を回転支持軸６により回
転できるように支持し、ルツボ３の周囲にはヒーター２
を設けて、ルッボを所定の温度に加熱、維持する。

ルッボ３の上部には下端に種結晶９を取付けた導電性の
引き上げ軸５を設け、この引き上げ軸は回転すると共に
上下動するように構成されている。そして、ルッボの支
持部材４と種結晶引き上げ軸５にはリード線１０，１１
をそれぞれ接続する。ルッボ３内には結晶材料としてＧ
ａ，Ａｓ及び高圧封止剤として酸化ボロンＢ０３を所定
量入れ、不活性ガスで容器内を加圧し、ヒータにて原料
の溶融点以上の温度で加熱し、ルッポ内の原料が溶融し
たら引き上げ軸５を下降させ種結晶９をルッボ３内の原
料熔融液７と接触させる。このような状態で、リード線
１０，１１を介してルツボ支持体４と引き上げ軸５に電
源１２より交流電圧を印加すると、ＧａＡｓ溶融液は抵
抗体と見倣され、ルッボは絶縁体のためコンデンサーを
構成することにより、電流計１３には原料溶融液の抵抗
値に対応する電流値が表示されることになる。

上記の電流値はルツボ内に溶融しているＧａＡｓの組成
比によって変る。

一例として、ルッボを約１２６０００で加熱した時のＧ
ａＡｓの組成比と電流値の関係は第２図に示すように、
Ｇａが約５１．３％、Ａｓが４８．７％の組成比の時に
最大電流値を示し、それより船が増加すると電流値は急
激に減少する。通常高品質の単結晶を得るための溶融液
中のＧａとＡｓの組成比は５０％±０．２の範囲といわ
れており、溶融液のＧａＡｓの組成比を調整して電流値
が０．２７〜０．３ｈＡの範囲（図中の点線で示す範囲
）を指示したら、結晶引き上げ操作を行うことにより高
品質のＧａＡｓ単結晶が再現性よく得られることになる
。第３図は第１図に示した単結晶製造装置に本発明によ
るＡｓ供給手段を設けた装置の断面図であって、高圧容
器１の上部側壁に開設した閉口部１４に旨筒１５の関口
端を気密に接続する。

旨筒１５内には先端が高圧容器１内に突入する支持棒１
８があり、支持棒先端には枇素収納容器１６を固定し、
この支持榛の後端には永久磁石２０を設ける。旨筒１５
の外周面には環状の永久磁石１９を舷合させ、この永久
磁石１９は支持樟後端の磁石２０と旨筒の壁部を挟んで
互に吸引し、永久磁石１９を旨筒外周に沿って摺動させ
るとそれに伴って、支持棒１８も旨筒内を前後に移動す
ることになる。この支持棒の保持、摺動方法は他の方法
によって行っても良い。上記容器１６の支持棒の固定端
近傍にはパイプ１７の一端を接続し、屈曲してその先端
は容器の前方に延び、支持棒が盲筒内を下降したときに
ルツボ３内の原料溶融液７に突込するように構成する。
容器の周面にはヒータ２１を設け、容器内を加熱するよ
うに構成する。上述の容器、支持棒、旨筒は石英または
パイロリテック窒化ボロンで形成される。このような構
成の単結晶製造装置の使用方法を説明すると、収納容器
１６内にはＡｓを予じめ装填し、環状磁石１９により支
持棒１８を上端に引き上げてト容器を関口部１４内に待
機させる。

ルッボ３内にＧａ，Ａｓ，Ｂ２０３を入れ、所定の圧力
及び温度を維持して、ルッポ内の原料が溶融したら「種
結晶９を下降させ、ＧａＡｓ溶融液７に接触させて、電
流値を測定する。測定した電流値よりＡｓが不足してい
ることが判明したら、盲筒１５に隊合している環状磁石
１９を下降さる。

その結果、容器１６はルツボ３に近ずき、パイプ１７の
先端はルッボ３内のＧａＡｓ溶融液７に突入することに
なる。高圧容器１内は船の融点以上の温度であるため「
Ａｓ蒸気はパイプ先端より噴出しており、ＧａＡｓ溶融
液中に兆が吹き込まれることになる。吹き込み量が不足
している場合はヒ−夕２１‘こより容器１６を更に積極
的に加熱することにより船蒸気の噴出量は増加する。ル
ッボ内のＧａＡｓ溶融液が所定の組成比に調整されたら
、容器１６の加熱を停止し、支持棒の引き上げ操作を行
い、容器１６を閉口部１４に待機させ、種結晶９の回転
、引き上げ操作により通常の単結晶製造を行う。種結晶
をＧａ船溶融液に接触させて回転、引き上げ操作によっ
て、単結晶を製造する場合、原料溶融液のＧａＡｓの組
成比は製造する単結晶の品質に大きな影響を与える。

特にＡｓはＧａに較べて蒸発温度が低く、高圧下で原料
を合成する際に、条件が少しでも変ると、合成した溶融
液のＧａ船組成比も微妙に変り、所望の組成比を有する
ＧａＡｓ溶融液を再現性よく合成することは困難なこと
である。しかるに本発明によって、高圧容器内のＧａ船
溶融液にＡｓを供給することが可能となり、結晶引き上
げ操作前に溶融液の組成比の調整を行うので「高品質の
ＣａＡｓ単結晶が再現性よく得られることになる。更に
原料合成中、或は結晶引き上げ中にも瓜収納容器に接続
したパイプよりＡｓが高圧容器内に噴射し、船が多量に
含む雰囲気を構成することになるが、この多量の松の存
在によって、原料溶融液或は成長中の単結晶表面よりＡ
ｓの蒸散を抑制し、単結晶の品質の向上に寄与する。な
お、明細書に記載のＧａＡｓ溶融液の組成比の測定法は
一例であって、他の測定法によって得られた結果に基い
て、本発明の装置により結晶原料溶融液へＡｓを供給し
、単結晶の製造ができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融液中のＧａ船組成比の測定手段を備えた単
結晶製造装置の一例を示す断面図、第２図はＧａＡｓ組
成比と電流値の関係の一例を示すグラフ、第３図は本発
明による単結晶製造装置のふ供給手段の拡大断面図であ
る。 図中、１は高圧容器、２はヒーター、３はルツポ、５は
引き上げ軸、６は種結晶、７はＧａ偽溶融液、１３は開
□部、１４は旨筒、１５はＡｓ収納容器、１６はパイプ
、１７は支持棒、１８，１９は磁石、２０はヒーターを
示す。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧容器内にヒータで加熱されて原料を溶融する回
   転ルツボと、該ルツボ上に下端を向け、この下端に種結
   晶を取付けた回転且つ上下動可能な引き上げ軸を設け、
   上記ルツボ中の原料が溶融したら引き上げ軸を下降し、
   下端の種結晶を上記ルツボ内の溶融液に接触させて回転
   、引き上げる単結晶製造装置において、 上記高圧容器
   の上部側壁に開設した開口部に開口端を気密に接続して
   盲筒を設け、該盲筒内にはその先端が上記高圧容器内に
   突入する支持棒を収容し、また上記盲筒の外周と支持棒
   には該支持棒を盲筒に沿って摺動させる手段を設け、更
   に上記支持棒の先端にはその周面にヒータを設けた砒素
   収納容器を固定し、また該砒素収納容器にはその先端を
   上記ルツボに向けてパイプを突設したことを特徴とする
   ガリウム砒素結晶製造装置。