WO1993006264A1 - Appareil et procede de production d'un semiconducteur monocristallin d'un compose a pression elevee de dissociation - Google Patents

Description

明 細 害 高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置お よ び製造方法 技 術 分 野

本発明は、 レー ザ一素子や I C基板と し て用い られ る G a A s な どの高解離圧化合物の処理装置， 高解離圧化合物半導体単 結晶の製造装置お よ び'製造方法に関する。 背 景 技 術

高解離圧化合物の処理装置の一例 と し て、 日本特許 1 4 9 0 6 6 9 号にお いて提案 さ れた単結晶製造装置を図 1 5 に示す。 こ の装置は、 G a A s 等の高解離圧化合物半導体の単結晶をチ ョ ク ラ ル ス キ ー法 （ C Z 法） に よ り 製造す る た め の も ので あ る。

図 1 5 にお いて、 符号 1 は内部で単結晶引上を行 う ため の密 閉容器で あ り、 こ の密閉容器 1 は容器上部 2 と容器下部 3 と か ら分割可能に構成され、 こ れ ら の接合部 4 に は シ ー ル材 5 が介 装さ れて い る。 容器下部 3 の押 し上げ下軸 6 には応力緩衝機構 7 が付設 され、 接合部 4 にかか る応力を適性値に保つ構成 と な つ て い る。

密閉容器 1 の内部に は、 サ セ プ 夕 8 に支持 さ れた ル ツ ボ 9 が 配置 さ れ、 こ の ル ツ ボ 9 は下軸 1 0 によ っ て回転 さ れ る と と も に、 ヒ ー タ，一 1 1 a， 1 1 b に よ っ て密閉容器 1 ご と加熱 さ れ る よ う に な っ て い る。 容器上部 2 の天板部に は蒸気圧制御部 1 2 が設け ら れ、 こ の 蒸気圧制御部 1 2 の内壁面の温度を容器壁上で最 も低 く かつ適 切な一定温度に制御す る こ と に よ り、 こ こ に凝縮する 高解離圧 成分の蒸気圧を調整し、 密閉容器 1 内の高解離圧成分ガス の圧 力を制卸 して、 ル ツ ボ 9 内の原料敲液 1 3 の組成を制御す る よ う にな つ ている。

ま た、 密閉容器 1 の天扳部を貫通 して、 単結晶 1 8 の成長部 を観察するための ビュ ー 口 ッ ト 1 4 が設け ら れ、 引上軸 1 5 お よび下軸 1 0 の各貫通部に は、 B 2 0 3等の液体シー ル剤を銪た した回転 シー ル 1 6 がそれぞれ設け られてい る。 そ して、 上記 構成全体が気密的な外側容器 1 7 内に収納さ れて い る。

次に、 上記の装置を用いた G a A s 単結晶の製造方法を説明 する。 こ の場合、 高解離圧成分は A s であ り、 他の原料成分は G a であ る。

まず、 ルツ ボ 9 内に G a を充填 し、 密閉容器 1 の底板部 1 a に A s を載置する。 そ して装置内全体を真空排気 した後、 押 し 上げ下軸 6 を上昇させて密閉容器 1 を封止する。

次いで、 密閉容器 1 の底板部 l a を除 く 内壁を ヒ ー タ ー 1 1 a で加熱 した後、 密閉容器 1 の底板部 1 a を ヒ ー タ ー 1 1 b に よ っ て加熟 し、 底板部 l a に載置 してあ る A s を加熱 して昇華 させ る と と も に、 ル ツ ボ 9 内の G a 原料を密閉容器 1 と と も に 加熱 して、 G a 原料に A s を吸収させ、 ル ツ ボ 9 内で G a A s 原料を合成する。

こ の時、 密閉容器 1 内の温度分布を、 底扳部 l a と蒸気圧制 御部 1 2 の内壁面が他の部分よ り 低 く な る よ う に制御 して、 昇 華 し た A s が密閉容器 1 内の他の部分に凝縮する のを防 ぐ。 同 時に、 合成作業の間、 外側容器 1 7 内に不活性ガ スを導入 し、 密閉容器 1 内外の圧力バ ラ ン ス を と る。

G a A s 原料の合成が完了 し た ら、 引上軸 1 5 の下端に固定 さ れた種結晶 A を G a A s 融液に浸瀆 し、 引上軸 1 5 を回転さ せな が ら 引 き上げつつ、 ヒ ー タ ー 1 1 a およ び 1 1 b の温度を 徐々 に下げなが ら 図示の よ う に単結晶 1 8 を成長 さ せ る。

な お、 密閉容器 1 の底板部 1 a に載置 して お く A s 量は、 G a A s 原料合成に必要な A s 量、 G a A s 合成終了後に密閉容 器 1 内を一定圧力の A s ガ ス で満たすた め の A s 量、 蒸気圧制 御部 1 2 内に常に凝縮 して い る A s 量、 およ び結晶成長中に失 われる A s 量の合計と さ れる。 蒸気圧制御部 1 2 は、 結晶成長 中に密閉容器 1 外に飛 す る A s 量を補 っ て も、 結晶成長が終 了す る ま で A s 固体が.残 つ てい る よ う に、 G a A s 合成直後に 十分な量の A s 固体を収容でき る構造と な っ てい る。

し か し なが ら、 上記の装置では、 G a A s 原料を合成す る際 に昇温に よ る A s の昇華速度が制御困難にな り 易 く、 G a と の 反応に よ る A s ガ ス吸収速度よ り 大 き く な っ て、 密閉容器 1 內 ' の圧力が上昇す る こ と があ る と い う 問題があ っ た。 こ の よ う な 圧力上昇が急激に起こ り、 外部か ら の不活性 ガス に よ る圧力調 整操作が間に合わ なければ、 密閉容器 1 の気密性が破れて大量 の A s が密閉容器 1 か ら飛散す る こ と も あ る。 こ の た め、 前記 の装置で は、 密閉容器 1 の各部の温度調節に厳密な注意を払 う 必要があ り、 操作の自動化 も坊げ ら れていた。

本発明者らがこ の問題を詳細に検討 し た結果、 上記の装置で は、 密閉容器 1 内のル ツ ボ 9 と A s 原料の置かれる密閉容器 1 の底板部 1 a とを熱的 に遮蔽する こ とが難 し く、 ル ツ ボ 9 の昇 温に伴っ て A s 原料の温度が上昇する こ とが原因であ る と判明 した。

こ の問題を軽減する には、 密閉容器 1 の上下方向の全長を長 く し、 ル ツ ボ 9 と密閉容器 1 の底板部 1 a と を離間さ せ、 底扳 部 1 a をルツ ボ 9 か ら熱的に隔離する こ とが有効であ るが、 密 閉容器 1 の円筒部の伝熱性が高いので、 十分な効果を上げる た めには密閉容器 1 の長 さをかな り 大形化する こ と が必要で、 装 置の取扱いが不便にな る。

なお、 上記のよ う な問題は、 図 I 5 に示 し た高解離圧化合物 単結晶の製造装置に限 らず、 例えば高解離圧化合物の合成装置 など他の高解離圧化合物の処理装置につ いて も同様に いえ る こ とであ る。

本発明は上記事情に鑑みてな された も ので、 装置の操作性を 犠牲にす る こ と な く、 高解離圧化合物の合成が確実かつ容易に 行える装置および方法を提供する こ とを課題と し てい る。 発 明 の 開 示

第 1 の発明に係わ る高解離圧化合物単結晶の製造装置は、 外 側容器内に収容さ れ、 筒部とそ の両端を塞 ぐ天板部および底部 とか らな る開閉可能な密閉容器 と、 こ の密閉容器の前記底部を 貫通 して密閉容器内に気密的かつ回転自 在に挿入 さ れた下軸 と、 こ の下軸の上端に固定 さ れ前記密閉容器内に保持 さ れたル ツ ボ と、 前記密閉容器の前記天板部を貫通 し て密閉容器内に気密的 かつ回転 自在に挿入さ れた引上軸 と を具備す る。 前記密閉容器 の内側に は、 高解離圧成分原料が収容さ れる 原料容器が設け ら れ、 密閉容器の下方ま たは上方には、 下軸ま たは引上軸を同軸 に包囲す る気密的な蒸気圧制御容器が設け ら れ、 こ の蒸気圧制 御容器と 密閉容器 と を互い に連通さ せ る 連通手段が設け ら れて いる。 さ ら に、 少な く と も密閉容器の上部の周囲、 密閉容器の ル ツ ボ と対応す る 箇所の周囲、 密閉容器の原料容器と 対応する 箇所の周囲、 およ び蒸気圧制御容器の周囲の それぞれには、 独 立 し た加熱手段が設け られてい る。

—方、 本発明の第 1 の高解離圧化合物単結晶の製造方法では、 密閉容器の内側に高解離圧成分原料が収容さ れる 原料容器を設 け る と と も に、 連通手段を介 し て密閉容器 と 気密的に連通す る 蒸気圧制御容器を設けた装置を使用 レ、 ま ず前記密閉容器内に 配置 さ れた原料容器に高解離圧成分原料を充壙す る と と も に、 前記ル ツ ボ内に他の成分原料を充塡する。 次に、 前記原料容器 と前記蒸気圧制御容器を除 く 密閉容器の他の部分を所定の温度 に加熱 し、 前記原料容器を加熱 して高解離圧成分原料を昇華 さ せ、 こ れを蒸気圧制御容器に移 して凝縮 さ せ る。 こ の凝縮過程 と平行 し て、 あ る いは凝縮過程が完了 し た後、 ル ッ ボ内の他の 成分原料を高解離圧化合物半導体の融点以上に加熱 し、 前記蒸 気圧制御容器内の高解離圧成分原料を加熱す る こ と に よ り、 ル ッ ボ内で高解離圧化合物半導体の原料融液を合成す る。 そ して、 前記蒸気圧制御容器の温度を制 ¾ して前記密閉容器内の高解離 圧成分ガ スの圧力を一定に保ち つつ、 単結晶の引 き上げを行う。 前記の高解離圧化合物単結晶の製造装置お よび製造方法によ れば、 蒸気圧制御容器を密閉容器か ら温度的に隔離す る こ とが 容易であ る う え、 独立 して温度制御される ので、 蒸気圧制御容 器内に一旦移された高.解離圧成分は密閉容器から の温度影 を 受けに く く、 蒸気圧制御容器か ら密閉容器への高解離圧成分ガ スの供狯量を容易かつ正確に制御す る こ とが可能であ る。 した がっ て、 高解離圧化合物半導体の原料合成が正確に制御で き、 高解離圧成分原料の昇華が速す ぎて密閉容器内の圧力が急上昇 し、 髙解離圧成分ガス の損失を生 じ る等の問題が生 じ に く く、 合成作業の自動化も容易になる。

ま た、 蒸気圧制御容器は、 密閉容器と離さ れる と と も に、 下 軸ま たは引上軸を包囲 して設け られている ため、 装置全体を大 型化 しな く て も、 容易に蒸気圧制御容器の内容積を大き く 確保 でき る。

第 2 の発明に係わる高解離圧化合物の処理装置は、 外側容器 内に収容され、 筒部と そ の両端を塞 ぐ天板部およ び底部と か ら なる 開閉可能な密閉容器と、 こ の密閉容器を加熱する容器加熱 手段と、 内部空間が前纪密閉容器の内部空間 と連通 さ れた蒸気 圧制御部とを具備する。 前記蒸気圧制御部は、 前記密閉容器の 下方に配置さ れ、 同心円状をなす円筒状の内壁部お よ び外壁部 の間に気密的な内部空間を画成 してなる蒸気圧制御容器と、 こ の蒸気圧制御容器 と前記密閉容器の底扳部を連結 し各容器の内 部空間を相互に連通さ せ る 連通手段 と、 蒸気圧制御容器の内壁 部の内周面お よ び外壁部の外周面の少な く と も一方に沿っ て蒸 気圧制钾容器の軸線方向に向けて配置さ れた ヒ ー ト パ イ ブ と、 蒸気圧制御容器の内壁部の内側およ び外壁部の外側に それぞれ 配置 さ れた制御部加熱手段 と を有す る。

こ の第 2 の発明の処理装置に よ れば、 蒸気圧制御容器が円筒 状であ る か ら、 そ の内壁部およ び外壁部の直径を大 き く 設定す れば、 十分に大 き い内容積を確保 し つつ蒸気圧制御容器の怪方 向の厚さ を比較的小さ く 抑え、 かつ蒸気圧制御容器の表面積を 大き く 確保す る こ とが可能であ る。 表面積を大き く 確保す る こ と に よ り、 過剰の髙解離圧成分の凝縮速度を上げ る こ とがで き る。

ま た、 蒸気圧制御 g器の径方向の厚さ が小 さ い分、 蒸気圧制 御容器の内部空間の径方向の温度分布が均一化で き る。 さ ら に、 蒸気圧制御容器の内壁部の内側およ び外壁部の外側に それぞれ 制御部加熱手段が設け られ、 蒸気圧制御容器の内外両面か ら の 温度制御が可能であ る う え、 内壁部ま た は外壁部の少な く と も —方に沿 って ヒ ー ト パ イ プが配置さ れて い る ため、 該当す る壁 部の内面の温度分布を均一化で き る。

ま た、 蒸気圧制御容器を密閉容器の下方に配置 し た場合に も、 下軸 と蒸気圧制御 ^器の内壁部 と の間に制御部加熱手段が設け られてい る ため、 下軸の温度が変動 し た場合に も 制御部加熱手 段に よ り 内壁部の温度補正が容易であ り、 下軸か ら の熱影響を 最小限に抑える こ とがで き る。 し たがっ て、 蒸気圧制御容器内 の温度制御の精度向上が図れ、 正確で信頼性の高い高解離圧成 分ガ ス の蒸気圧制御が可能とな る。

第 3 の発明に係わる高解離圧化合物の処理装置は、 外側容器 内に収容され、 筒部と そ の両端を塞 ぐ天板部およ び底部と か ら なる開閉可能な密閉容器と、 こ の密閉容器を加熱する容器加熱 手段と、 内部空間が前記密閉容器の内部空間 と連通さ れた蒸気 圧制御部 と、 こ の蒸気圧制御部を加熱する ための制御部加熱手 段と を具備する。 密閉容器の上方および Zま たは下方に、 内部 空間が気密的に封止さ れた高解離圧原料保持部が設け られ、 こ の高解離圧原料保持部の内部空間と前記密閉容器の内部空間 と を連通さ せる連通手段が設け られている。 さ ら に、 前記高解離 圧原料保持部を加熟する保持部加熱手段が設け ら れて い る。

—方、 本発明の第 2 の高解離圧化合物単結晶の製造方法では、 密閉容器の内側に髙解離圧成分原料が収容される 原料容器を設 ける と と も に、 連通手段を介 して前記密閉容器と気密的に連通 された高解離圧原料保持部、 およ び前記密閉容器 と連通する蒸 気圧制御部を設けた装置を使用する。 まず、 密閉容器内の原料 容器に高解離圧成分原料を収容する と と も に、 ル ツ ボ内に他の 成分原料を収容し、 原料-容器お よび高解離圧原料保持部、 ま た はそれら に加えて蒸気圧制痴部を除 く 密閉容器の他の部分を所 定の温度に加熱 し、 原料容器を加熱 して高解離圧 ^分原料を昇 華さ せる。 こ れを高解離圧原料保持部ま たはそれに加え Ϊ:蒸気 圧制御部に移 して凝縮させつつ、 あ る いは凝縮さ せた後、 ル ツ ボ内の他の成分原料を、 高解離圧化合物半導体の融点以上に加 熱 し、 高解離庄原料保持部内に凝縮 し た高解離圧成分原料を加 熱す る こ と に よ り、 ル ツ ボ内で高解離圧化合物半導体の原料融 液を合成する。 そ の後、 高解離圧原料保持部の温度を上げ、 そ の内部の高解離圧成分量を 0 と し た う えで、 蒸気圧制御部の温 度を制御 して密閉容器内の高解離圧成分 ガ ス の圧力を一定に保 ちつつ、 単結晶の引 き 上げを行 う。

前記第 3 の発明に係わ る高解離圧化合物の処理装置およ び第 2 の単結晶引上方法では、 高解離圧化合物の合成時等のよ う に 急激な蒸気圧変化が起 こ る 場合、 高解離圧原料保持部を相対的 に低温に保つ て過剰の高解離圧成分ガ ス をそ の内部に一旦凝縮 さ 、 改めて高解離圧原料保持部か ら高解離庄成分ガ ス を開放 する こ と に よ り、 急激な蒸気圧変化に対す る 大容量の緩衝作用 を得 る。 一方、 単結晶引上時の よ う に高精度な蒸気圧制御を行 う場合に は、 高解離圧原料保持部の温度を上げ、 そ の内部の高 解離圧成分量を 0 と し た う えで、 蒸気圧制御部内 に凝縮す る高 解離圧成分の温度を制御 し、 蒸気圧制御を行 う。 こ の よ う に、 蒸気圧制御と 圧力緩衝の 2 つの機能を分けて い る ので、 蒸気圧 制御部の寸法は結晶成長等の処理が終了す る ま で の蒸気圧調整 に必要な最低限の高解離圧成分を収容で き る 容積で済み、 そ の 内部の温度均一化およ び温度制御が容易で、 蒸気圧制御の精度 を低下 さ せ る おそ れがな い。

. . 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1 は、 本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置の 第 1 実施例において原料合成前の伏態を示す縱断面図であ る。 図 2 は、 第 1 実施例の装置で原料合成を行 っ てい る 状態を示 す緵断面図であ る。

図 3 は、 第 1 実施例の装置で単結晶の引上を行っ て いる状態 を示す縦断面図であ る。

図 4 は、 本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置の 第 2 実施例において原料合成前の状態を示す縱断面図であ る。 図 5 は、 本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置の 第 3 実施例において原料合成前の状態を示す较断面図であ る。 図 6 は、 図 5 中の V I — V I 線視断面図であ る。

図 7 は、 第 3 実施例の装置で原料合成を行 っ てい る状態を示 す縱断面図であ る。

図 8 は、 第 3 実施例の装置で単結晶の引上を行 っ ている状態 を示す縱断面図である。

図 9 は、 本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置の 第 4 実施例を示す縦断面図であ る。

図 1 0 は、 本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置 の第 5 実施例において原料合成前の状態を示す縱断面図であ る。 図 1 1 は、 図 1 0 中の X I — X I 線視断面図であ る。

図 1 2 は、 第 5 実施例の装置で原料合成を行っ てい る状態を 示す 断面図であ る。

図 1 3 は、 第 5 実施例の装置で単結晶の引上を行つ てい る状 態を示す縱断面図であ る。 図 1 4 は、 本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置 の第 6 実施例を示す縱断面図であ る。

図 1 5 は、 従来の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置を 示す縦断面図であ る。

実 施 例

以下、 図面を参照 し て本発明の高解離圧化合物半導体単結晶 の製造装置およ び製造方法の実施例を詳 し く 説明す る。 な お、 以下の実施例では高解離圧化合物と して G a A s を挙げたが、 本発明が対象 とす る高解離圧化合物は G a A s に限定 さ れず、

I n A s , I n P , G a P 等に も適用可能であ る。

第 1 実施例

図 1 は、 本発明の第 1 実施例の装置を示す縦断面図であ る。

図中符号 2 0 は、 内部が気密的に封止で き る 円筒状の密閉容器 であ り、 こ の密閉容器 2 0 は、 容器上部 2 2 およ び容器下部 2 4.と か ら分割可能に構成さ れ、 こ れ ら 0接合部に は シ ー ル材 2 6 が介装 されてい る。 容器上部 2 2 の天板部 2 2 Α の中央を垂 直に貫通 して引上軸 2 8 が設け られ、 天板部 2 2 A の上面に は 引上軸 2 8 を囲んで円環状壁部 3 0 が設け ら れ、 そ の中に B 2 0 3等の液体 シ ー ル 3 2 が満た されてい る。 ま た、 天板部 2 2 A を 貫通 し て、 単結晶成長部を観察す る ため の ビ ュ ー ロ ッ ド 3 4 が 設け られてい る。

容器上部 2 .2 の外周 に は、 円環状の上部 ヒ ー タ 一 3 6 が同軸 ' に gB置 さ れる と と も に、 容器下部 2 4 の ^周 には、 ル ツ ボ 5 4 と対応す る位置に円環状の中部 ヒー タ ー 3 8、 ま た容器下部 2 4 の底部と対応す る位置に円環状の下部 ヒ ー タ 一 4 0 がそれぞ れ配置さ れ、 こ れら はいずれも互いに独立 して通電さ れる よ う にな っ ている。

容器下部 2 の下端は底板部 4 2 で塞がれてお り、 その接合 面には シール材 （図示略） が介装さ れてい る。 底板部 4 2 の下 面には有底 筒状の容器支持台 4 4 が同軸に固定され、 その下 端フ ラ ン ジ部 4 4 A は応力緩衝機探 4 6 を介 して押 し上げ下軸 4 8 に固定されて い る。 こ の押 し上げ下軸 4 8 の内部には、 軸 線方向へ相対移動可能かつ回転可能に下軸 5 0 が £置 され、 下 軸 5 0 の上部は、 底板部 4 2 を莨通 して密閉容器 2 0 内に挿入 されている。 さ ら に、 下軸 5 0 の上端に は、 サセ ブタ 5 2 を介 してル ツ ボ 5 4 が同軸に固定されている。

容器下部 2 4 の底板部 4 2 上には、 円琨状の原料容器 6 0 が 下軸 5 0 と同軸に載置されてい る。 こ の原料容器 6 0 は、 高解 離圧成分 （ こ の伊 ίでは A s ) を収容する ため の も ので、 そ の中 心孔 6 2 の内径は、 下軸 5 0 の外径よ り も大き く、 下軸 5 0 と の間には間隙が形成さ れて い る。

容器下部 2 4 の底板部 4 2 の中央には、 下軸 5 0 の外径よ り も内径が大き い中心孔 6 4 が形成さ れ、 底板部 4 2 の下面には、 中心孔 6 4 か ら下方に向けて円茼形の連通管 （連通手段） 6 6 が固定さ れ、 こ の連通管 6 6 の下端に円筒状の蒸気圧制御容器 6 8 が同軸に固定されて い る。 なお、 連通管 6 6 およ び蒸気圧 制御容器 6 8 の材質は限定されな いが、 モ リ ブデ ン， ニ ォ ブ， タ ン グ ス テ ン等が好適であ る。

蒸気圧制御容器 6 8 の内部に は、 そ の底板部 6 8 A の中央か ら垂直に起立 して支持筒 7 0 が固定 さ れ、 下軸 5 0 を同軸に覆 つ て い る。 こ の支持筒 7 0 の外径は連通管 6 6 の内径よ り も小 さ く、 支持筒 7 0 の上端は容器下部 2 4 の底板部 4 2 の近傍に 達 し てい る。 支持筒 7 0 の材質は、 連通管 6 6 お よ び蒸気圧制 御容器 6 8 と 同様でよ い。 蒸気圧制御容器 6 8 の内壁面と 支持 筒 7 0 の外壁面 と によ っ て囲ま れる 空間 S が圧力緩衝器と して よ く 機能する ため には、 こ れが十分大 き な容積か ら な り、 かつ 凝縮速度を上げる ための十分な表面積を持つ こ と が必要で、 こ の 2 つ の観点か ら、 原料容器 6 0 に収容 さ れ る A s の 4 0 %以 上を密に詰めて収容で き る こ と が望 ま し い。

支持筒 7 0 の適当な高さ の位置 （図示の例では下端部） には、 内径が下軸 5 0 の外径 と ほぼ等 し い軸受部 7 2 がー体的に形成 さ れ、 支持筒 7 0 の軸受部 7 2 を除 く 部分の内径は下軸 5 0 の 外径よ り も大 き く、 支持筒 7 0 の内部に は、 軸受部 7 2 よ り 上 に B 2 0 3等の液体封止剤 7 4 が満た さ れてい る。 軸受部 7 2 に よ り 下軸 5 0 は回転かつ昇降可能に支持 さ れる と と も に、 支持 筒 7 0 と 下軸 5 0 と の間が液体封止剤 7 4 に よ っ て気密的に封 止さ れて いる。 な お、 液体封止剤 7 4 の上端は蒸気圧制御容器 6 8 の上端よ り 高 く、 連通管 6 6 内 に達 し て い る。

蒸気圧制御容器 6 8 の外周に は、 円筒状の ヒ ー タ 一 （加熱手 段） 7 6 が同軸に配置 さ れて い る。 蒸気圧制御容器 6 8 の底部 の温度が、 下方への輻射お よ び下軸を介す る 下方 の伝熱に よ り 低下す る の を防 ぐた め、 ヒ ー タ ー 7 6 の軸方向長は、 蒸気圧 制御容器 6 8 の軸方向長よ り も大き く し てあ り、 ま た蒸気圧制 御容器 6 8 の底部 と対向 し て、 円環状の ヒ ー タ ー 7 6 Aが設置 されてい る。

そ して、 密閉容器 2 0, 各ヒ ー タ ー 3 6, 3 8, 4 0， お よ び容器支持台 4 4 は、 気密的な外側容器 7 8 内に収容 され、 こ の外側容器 7 8 お よび密閉容器 2 0 はそれぞれ図示 し ない真空 ボ ン ブおよび不活性ガス供給源に接続さ れている。

次に、 図 1 の装置を用いて、 高解離圧化合物半導体 と し て G a A s を製造する方法の一実施例を説明する。

まず、 外側容器 7 8 およ び密閉容器 2 0 を開いた状態で、 原 料容器 6 0 内に A s、 ル ツ ボ 5 4 内に G a をそれぞれ充旗 し た 後、 外側容器 7 8 を閉 じて外側容器 7 8 内を真空排気 し、 押 し 上げ下軸 4 8 を上昇さ せ、 密閉容器 2 0 を封止する。

次に、 ヒーター 3 6, 3 8 に通鼋 して、 密閉容器 2 0 の上部 を 7 0 0 。C〜 1 0 0 0 °C程度に加熱 した う え、 ヒ ー タ 一 4 0 に 通電 して原料容器 6 0 を 5 5 0 で〜 7 0 0 でに加熱 し、 A s を 昇華させ る。 こ の時、 蒸気圧制御容器 6 8 は他の部分よ り 温度 が低いため、 昇華 した A s はこ の蒸気圧制卸容器 6 8 の内壁面 に順次凝縮してい く。 こ の操作を、 図 2 に示すよ う に、 原料容 器 6 0 の A s が全て蒸気圧制御容器 6 8 內に移行する まで続け る o

次に、 ヒ ー タノー 3 8 に よ り、 ル ツ ボ 5 4 内の G a が G a A s の融点 1 2 3 8 °C以上にな る よ う に加熱 しつ つ、 ヒ ー タ ー 7 6， 7 6 A に通霉 し て蒸気圧制御容器 6 8 内の A s を昇華 さ せ、 密 閉容器 2 0 内に A s ガ ス を供給す る。 こ の A s ガ ス は ル ツ ボ 5 4 内の G a と 反応 し、 ル ツ ボ 5 4 内で G a A s 融液が合成 さ れ る。 な お、 こ れ ら昇華 · 合成操作の間、 密閉容器 2 0 内の圧力 が上がる ので、 圧力上昇に応 じ て外側容器 7 8 内に不活性ガス を導入 し、 密閉容器 2 0 内外の圧力を平衡さ せる。

G a A s 合成後は、 蒸気圧制御容器 6 8 の温度を 6 0 0 〜 6 2 0 °Cの一定温度に保つ。 する と、 過剰の A s は蒸気圧制御容 器 6 8 内に凝縮 し たま ま、 前記一定温度にお け る 蒸気圧の A s ガス が密閉容器 2 0 内を満た し、 ル ツ ボ 5 4 内の G a A s 融液 と平衡 し、 G a A s 融液の組成を一定に保つ。

以上の過程において、 液体封止剤 7 4 の液面温度は、 上方か らの熱伝導お よ び輻射に よ つ て蒸気圧制御容器 6 8 の内壁面温 度よ り も高 く 維持 さ れ る ので、 液体封止剤 7 4 の液面には A s が凝縮せず、 凝縮 した固体 A s によ つ て下軸 5 0 の回転が妨げ られ る こ と はな い。

次いで、 図 3 に示すよ う に、 引上軸 2 8 を下降 さ せて種結晶 Aを G a A s 融液に浸漬 し た後、 下軸 5 0 を回転 さ せ る と と も に引上軸 2 8 を回転さ せながら上昇 させ、 単結晶 T を引 き 上げ る。

こ の実施例の単結晶 S造装置お よ び製造方法に よ れば、 原料 容器 6 0 内の A s を一旦、 蒸気圧制御容器 6 8 内に移 した う え、 こ の蒸気圧制御容器 6 8 か ら A s ガ ス を密閉容器 2 0 内に供給 する ため、 原料容器 6 0 か らの A s 5 1 の昇華が激 しす ぎた場 合に も、 容置の大き い蒸気圧制御容器 6 8 に よ り A s ガス が急 速に吸収 され、 ガ ス圧の上昇が緩街 される。 し たが っ て、 密閉 容器 2 0 内の圧力を過度に上昇させ、 A s ガ ス が シ ー ル部等か ら噴出 し て高解離圧成分原料を損失 し、 組成不良に至る こ とが な く、 合成作業の 自動化も容易にな る。

ま た、 蒸気圧制御容器 6 8 は密閉容器 2 0 か ら温度的に隔離 され、 しか も ヒ ー ター 7 6 , 7 6 A によ り 独立して温度制御さ れる ので、 蒸気圧制御容器 6 8 内に保持 された A s の温度が密 閉容器 2 0 の温度の影響を受けに く い。 したがっ て、 G a A s の合成に際し、 蒸気圧制御容器 6 8 か ら密閉容器 2 0 への A s ガス供耠量を容易かつ正確に制御す る こ とが可能で、 G a A s 合成が正確に制御でき る。

ま た、 蒸気圧制御容器 6 8 は、 密閉容器 2 0 と 隔離される と と も に、 下軸 5 0 を包屈 し て設け ら れてい るため、 装置全体を 大犁化 し な く て も、 蒸気圧制镩容器 6 8 の内容積が大き く 確保 でき る。 例えば 8 k g の固体 A s を密に収容する には、 1 5 0 ひ c m ³ の内容積を必要とする が、 こ の実施例の蒸気圧制御容 器 6 8 によれば外径 1 0 0 X 長さ 3 0 0 m m程度で実現可能で の る。

なお、 上記の G a A s 合成方法の変形例 と して、 以下の よ う な方法 も 可能であ る。 上記方法と同様に、 原料容器 6 0 内に A s、 ル ツ ボ 5 4 内に G a をそれぞれ充壙 し た後、 外側容器 7 8 を閉 じて外側容器 7 8 内を真空排気 し、 押 し上げ下軸 4 8 を上 昇させ、 密閉容器 2 0 を封止する。 次に、 蒸気圧制御容器 6 8 を、 A s 蒸気圧が高 く な り 過 ぎな い温度 （ 5 5 0 〜 6 0 0 て） に保ち、 同時に、 ル ツ ボ 5 4 内の G a 温度を徐々 に上昇 さ せ、 G a A s の合成温度 （ 1 2 4 0 °C 以上） ま で上げる。 こ の輻射熱で原料容器 6 0 の A s が加熱さ れて昇華 し、 激 し い合成反応が起 こ る。 こ の間、 外側容器 7 8 内に不活性ガス を導入 し て密閉容器 2 0 内外の圧力平衡を と る。

こ の合成方法では、 原料容器 6 0 内の A s の昇華速度が、 ル ッ ボ 5 4 の昇温の影饗を う けて速 く な る が、 上記のよ う に蒸気 圧制御容器 6 8 の温度を適切に制御すれば、 A s ガ ス 圧力の異 常上昇を生 じ る こ と な く、 G a A s 融液の合成と、 蒸気圧制御 容器 6 8 への A s 凝縮を同時に進行 さ せ る こ と がで き、 前記の よ う に一旦蒸気圧制御容器 6 8 に A s 全量を凝縮 さ せ る場合よ り も、 作業工程が短縮で き る利点を有す る。

第 1 実施例の実験例 1

図 1 に示 し た第 1 実施例の装置を用いて、 G a A s の単結晶 の成長を実際.に行 っ た。

密閉容器 2 0， 原料容器 6 0 およ び蒸気圧制御容器 6 8 を、 P B N を被覆 した グラ フ ア イ ト およ びモ リ ブデ ン を組み合わせ て構成 し、 シ ー ル材 2 6 と し て ガ ス ケ ッ ト を用いた。 原料容器 6 0 の容積は 2 5 0 0 c m ³ . 蒸気圧制御容器 6 8 の容積は 1 1 0 0 c m ³ と し た。 ル ツ ボ 5 4 に 5 kgの G a を 入れ、 原料容 器 6 0 に 5. 6 k g の A s を入 れた後、 外側容器 7 8 の内部を 排気 し、 押 し上げ下軸 4 8 を押 し上げて密閉容器 2 0 を封止 し た。 次いで、 ヒ ータ ー 3 6, 3 8 に通電して容器上部 2 2 の温度 を 7 0 0 °C ~ 1 0 0 0 °C程度に上げる と と も に、 ヒ ー タ ー 7 6, 7 6 A に よ り蒸気圧制御容器 6 8 の温度を 5 0 0 'C ( この温度 での A s の蒸気圧は 0. 0 8 at麗） に上げた後、 ヒ ータ 一 4 0 に よ っ て原料容器 6 0 の温度を 6 8 0 で程度まで徐々 に上げ、 原 料容器 6 0 内の A s が昇華 して無 く な り、 圧力が安定する まで こ の状態を保持 した。

ヒ ータ ー 3 8 によ っ てル ツ ボ 5 4 内の G a の温度を徐々 に 1 2 5 0 。C程度に昇温する と と も に、 ヒー タ ー 7 6, 7 6 A によ り、 蒸気圧制御容器 6 8 の温度を 6 0 0 〜 6 8 0 °Cに上げたと こ ろ、 ル ツボ 5 4 内で G a A s 融液の合成反応が起き た。 こ の 反応速度は、 蒸気圧制御容器 6 8 の温度篛整によ っ て、 精度良 く 制铒する こ とができた。 こ の間、 密閉容器 2 0 内外の圧力平 銜を取る ために外側容器 7 8 内に不活性ガス を導入 し、 約 1 気 圧と した。 G a A s 融液の合成過程に要 した時間は約 5 時間で あ つ た。

合成終了後、 ヒ ータ ー 7 6, 7 6 A によ って蒸気圧制御容器 6 8 の涅度を 6 1 5 °Cに保 っ たま ま、 ヒ ータ ー 3 8 の通電量を 徐々 に下げながら、 種結晶 A を付けた引上軸 2 8 を G a A s 融 液に浸漬 した後、 引上軸 2 8 を回転 しながら単結晶 T を引 き上 げ、 直径 1 1 0 tn m、 長さ 1 6 0 m mの G a A s 単結晶を得た。 上記全過程を通 じての A s 損失量は 4 2 K と少な く、 G a A s 融液の合成中に密閉容器 2 0 内の圧力バラ ン ス の崩れがな.か つた こ と を示 していた。 こ の単結晶の シ ー ド端部およ びテ ィ ル部に おいて、 ホ ー ル測 定法に よ る抵抗率およ び電子移動度を測定 し た結果、 それぞれ 1. 4 X 1 0 ⁷Ω, e T O O c m S/ V - s お よ び 1. 3 x 1 0 ⁷Ω， 6 6 0 0 c m ²Z V ' s であ っ た。

こ れ ら の結果か ら、 G 3 A s 融液の合成が一定の組成で正 し く 行われ、 かつ単結晶の成長が正確に制御 さ れた こ と が明 らか であ る。

第 1 実施例の実験例 2

実験例 1 と 同 じ装置およ び同 じ原料を用いて、 以下の方法に よ り G a A s の結晶成長を行っ た。

G a A s 融液の合成過程にお いて、 蒸気圧制御容器 6 8 の温 度を 5 7 0 〜 6 0 0 て （ こ の温度での A s の蒸気圧は 0. 4 〜 0. 9 a tn 程度） に保ち、 原料容器 6 0 内の A s を昇華さ せ る と同時に、 ル ツ ボ 5 4 内の G a を徐々 に 1 2 5 0 °Cま で昇温 さ せた。 そ の結果、 G a の温度が上昇す る に伴 っ て G a A s 融液 . の合成反応が起こ つ た。

こ の間、 外側容器 7 8 内に徐々 に不活性ガ ス を入れて約 1 気 圧と し、 密閉容器 2 0 内外の圧力平衡を と つ た。 原料容器 6 0 の A s が無 く な っ た後、 蒸気圧制御容器 6 8 の温度を さ ら に 6 0 0 〜 6 8 0 °Cに上げた と こ ろ、 G a A s 融液の合成反応が継 続す る のが確認さ れた。

こ の G a A s 融液か ら実験例 1 と 同様に G a A s 結晶の引 き 上げを行 い、 実験例 1 で得 られた単結晶 と 同等の寸法、 お よ び 特性を有する G a A s 結晶を得た。 ま た、 上記結晶成長の全過程にお ける A s 損失は 5 0 g であ り、 G a A s 融液合成中に密閉容器 2 0 内の圧力バ ラ ン ス の崩 れが無か っ た こ とがわかる。

第 2 実施例

次に、 図 4 は本発明の装置の第 2 実施例を示 し、 こ の例では 蒸気圧制御容器 6 8 を密閉容器 2 0 の上方に設置 した こ と を特 徵とする。 なお、 こ の図において第 1 実施例 と同一の構成要素 には同一符号を付 している。

こ の例では、 容器上部 2 2 の天扳部 2 2 A の中央に中心孔 6 4 が形成 され、 こ の中心孔 6 4 と対応して天扳部 2 2 Aの上面 に連通管 6 6 が垂直に固定されてい る。 連通管 6 6 の上端には、 円筒状の蒸気圧制御容器 6 8 が引上軸 2 8 を同軸に包囲す る よ う に固定され、 蒸気圧制御容器 6 8 を取り 巻いて ヒ ー タ ー 7 6 が配置さ れてい る。 蒸気圧制御容器 6 8 の内部に は、 天板部 6 8 B か ら垂直下方に向けて支持筒 7 0 が固定され、 支持筒 7 0 の下端に は軸受部 7 2 が形成さ れて いる。 支持筒 7 0 の上端は 開口 している。 ま た、 支持軸 7 0 の内部には、 軸受部 7 2 の上 に液体封止剤 7 4 が入れら れて い る。 こ の第 2 実施例では、 液 体封止剤 7 4 の液面高さ は任意でよ い。 一方、 容器下部 2 4 の 底板部 4 2 の上面には、 原料容器 6 0 の内側に円環状壁部 8 0 が形成さ れ、 その内部に液体封止剤 8 2 が入れら れている。

こ の第 2 実施例の装置 も、 第 1 実施例の装置と 同様に使用す る こ とができ、 同様の効果が得 ら れる。

なお、 第 .1 実施例および第 2 実施例の装置において、 蒸気圧 制御容器 6 8 の内壁面の温度分布を よ り 均一化す る に は、 蒸気 圧制御容器 6 8 の外周面 と ヒ ー タ ー 7 6 の内周面の間 に円.筒状 の ヒ ー ト パイ プを同軸に配置 し た構成、 およ び ヒ ー タ ー 7 6 を 上下方向に複数個の ヒ ー タ 一 に分割 し、 各 ヒ ー タ ー に別個 に通 電す る よ う に した構成な どが可能であ る。

第 3 実施例

図 5 は、 本発明の第 3 実施例の装置を示す縱断面図であ り、 こ の図において第 1 実施例 と 同一の構成要素には同一符号を付 して説明を省略す る。

容器下部 2 4 の底板部 4 2 の下面には、 下軸 5 0 を挿通す る ための中心孔 6 4 の周縁か ら、 下方に向けて円筒状の シ ー ル支 持部 9 0 が形成さ れ、 そ の内部には下軸 5 0 と の間に B 2 0 3等 の液体封止剤 9 2 が満た さ れて い る。 ま た、 底板部 4 2 の上面 には、 下軸 5 0 か ら等距離かつ下軸回 り 互い に 1 2 0 ° 離れた 位置に 3 個の貫通孔 9 4 が形成 さ れ、 各貫通孔 9 4 と 対応 して 底板部 4 2 の下面には それぞれ連通パイ ブ （連通手段） 9 6 が 固定 されてい る。

連通パ イ プ 9 6 の下端に は、 円筒状の蒸気圧制御容器 9 8 が 下軸 5 0 と 同軸に固定 さ れてい る。 こ の蒸気圧制御容器 9 8 は、 円筒形の外壁部 1 0 0 お よ び内壁部 1 0 2 の上下端を、 円環状 の天板部 1 0 4 お よ び底板部 1 0 6 でそ れぞれ塞いだ も ので、 各連通パ イ プ 9 6 は天板部 1 0 4 に垂直 に固定さ れ、 蒸気圧制 · 御容器 9 8 の内部空間 S は、 連通パ イ プ 9 6 を介 し て密閉容器 2 0 の内部空間 と連通 さ れてい る。 蒸気圧制御容器 9 8 の内壁部 1 0 2 の内側 （下軸 5 0 側） に は、 図 6 に示すよ う に円筒状の ヒ ー ト パ イ ブ 1 0 8 が同軸に S 置さ れ、 さ ら にその内側には円筒伏の ヒ ータ ー （制卸部加熱手 段） 1 1 0 が同軸に配置さ れてい る。 ま た、 外壁部 1 0 0 の外 側には円筒状の ヒ ー ト パイ ブ 1 1 2 が同軸に配置され、 そ の外 側を囲んで円筒状の ヒ ータ ー （制御部加熱手段） 1 1 4 が同軸 に配匱されてい る。 蒸気圧制御容器 9 8 と各 ヒ ー ト パ イ ブ 1 0 8, 1 1 2 は面接触す る か、 あ る い は僅かな間隙が空け ら れて いる o

ヒ ー ト パイ ブ 1 0 8, 1 1 2 およ び ヒ ー タ 一 1 1 0, 1 1 4 は、 いずれも ほぼ軸方向長が等 し く、 かつ蒸気圧制御容器 9 8 よ り も長 く、 その下端は容器支持台 4 4 の下端フ ラ ン ジ部 4 4 A に固定されてい る。 ま た、 ヒ ー ト パイ ブ 1 0 8, 1 1 2 およ びヒ ータ ー 1 1 0, I 1 4 の上端は、 蒸気圧制御容器 9 8 の上 端よ り も一定長高い位置に、 下端は蒸気圧制御容器 9 8 の下端 よ り も一定長低い位置に設定され、 蒸気圧制御容器 9 8 の温度 均一化が図ら れている。 蒸気圧制御容器 9 8 の内容積は、 前記 第 1 実施例と同様の理由か ら、 原料容器 1 1 6 に収容 される A s の 4 0 %以上を密に詰めて収容で き る こ と が望ま し い。

—方、 密閉容器 2 0 内において、 底板部 4 2 上には原料容器

1 1 6 が同軸に載置さ れている。 こ の原料容器 1 1 6 は円環状 をな し、 外径は密閉容器 2 0 の内径よ り 若干小さ く、 内径は下 ' 铀 5 0 よ り もかな り 大き く 設定されてい る。 原料容器 1 1 6 の 底には中央側に上げ底扳部 1 1 6 Aが形成さ れ、 底板部 4 2 の 貫通孔 9 4 を塞がない よ う に配慮さ れて い る。 他の構成は第 1 およ び第 2 実施例 と 同様で よ い。

次に、 上記構成か ら な る 単結晶製造装置の使用方法を説明す る。

ま ず、 図 5 に示すよ う に ル ツ ボ 5 4 に G a を、 原料容器 1 1 6 内に A s を入れた後、 装置全体を排気 し つつ、 押 し上げ下軸 4 8 を上昇さ せて シ ー ル材 2 6 を圧迫す る。

次に、 ヒ ー ター 1 1 0, 1 1 4 に通霜 して蒸気圧制御容器 9 8 を 5 0 0 ~ 6 0 0 °C に加熱す る と と も に、 ヒ ー タ ー 3 6, 3 8, 4 0 にそ れぞれ通電 し て密閉容器 2 0 を加熱 し、 原料容器 1 1 6 内の A s を昇華 さ せ る。 'さ ら に、 ル ツ ボ 5 4 内の G a を 昇温 して、 G a に A s 蒸気を吸収さ せ、 ル ツ ボ 5 4 内で G a A s を合成する と と も に、 図 7 に示すよ う に蒸気圧制御容器 9 8 内に過剰の A s を凝縮 さ せ る。 こ の間、 外側容器 7 8 に不活性 ガス を導入 し、 密閉容器 2 0 内外の圧力パ ラ ン ス を取 る。

ル ツ ボ 5 4 内の G a A s 融液温度が十分上がっ た ら、 蒸気圧 制御容器 9 8 の温度を上げ、 蒸気圧制御容器 9 8 か ら A s を放 出 さ せつ つ、 合成作業を続行す る。

G a A s 合成が完了 した ら、 ヒ ー タ ー 3 8 の出力を徐々 に下 げなが ら、 図 8 に示すよ う に引上軸 2 8 を下げて、 そ の下端に 固定 さ れて い る G a A s 種結晶 A を G a A s 融液に瀆け、 回転 しな が ら G a A s 単結晶 T を引 き上げる。 そ の過程は第 1 実施 例 と 同様であ .る。

上記第 3 実施例の単結晶製造装置に よ れば、 蒸気圧制御容器 ' 9 8 の内壁部 1 0 2 の内側およ び外壁部 1 0 0 の外側にそれぞ れ ヒ ー ト パイ プ 1 0 8， 1 1 2 およ び ヒ ータ ー 1 1 0， 1 1 4 をそれぞれ設置 してい る か ら、 蒸気圧制御容器 9 8 の内外両面 か ら の温度制御が可能であ る う え、 内壁部 1 0 2 およ び外壁部

1 0 0 の温度分布を ヒ ー ト パイ ブ 1 0 8 , 1 1 2 によ り均一化 でき る。

特に、 こ の実施例では、 蒸気圧制御容器 9 8 を密閉容器 2 0 の下方に配置 している が、 下軸 5 0 と内壁部 1 0 2 と の間に ヒ — ト ノ、'イ ブ 1 0 8 およ び ヒ ータ ー 1 1 0 が設け ら れて い る ため、 下軸 5 0 の温度が変動 した場合に も、 内壁部 1 0 2 の温度補正 が容易で、 下軸 5 0 か ら の熱影饗を最小暍に抑え る こ とができ る o

また、 蒸気圧制御容器 9 8 は円筒状であ る か ら、 そ の内壁部 1 0 2 お よび外壁部 1 0 0 の直径を大き く 設定すれば、 十分に 大き い內容積を確保 しつつ径方向の厚さ を比較的小さ く 抑える こ とが可能で、 径方向の厚さが小さ い分、 蒸気圧制御容器 9 8 の内部空間 S の径方向温度分布が均一化でき る。

したがっ て、 内壁部 1 0 2 およ び外壁部 1 0 0 の温度を全面 に亙っ てそれぞれ均一化す る と と も に、 それ らの温度制御の精 ' 度向上が図れ、 正確で信頼性の高い高解離圧成分ガ ス の蒸気圧 制御が可能であ り、 原料合成時およ び引上時の高解離圧成分ガ ス の蒸気圧制御を高精度化 して、 A s ガ スが漏れる な どのおそ れを防ぎ、 高い信頼性を以て高品質の G a A s 単結晶が製造で き る。 ま た、 A s の温度および蒸気圧制御が容易にな る分、 引 上操作を単純化す る こ と が可能であ る。

こ の第 3 実施例 と 図 1 に示 し た第 1 実施例 と を比較する と、 第 1 実施例の装置では、 蒸気圧制御容器 6 8 の内部空間 S の怪 方向厚さ が大 き く、 内部空間 S の怪方向温度分布が不均一にな り 易 い と い う 相違を有す る。 さ ら に、 第 1 実施例の装置で は、 下軸 5 0 を伝わ っ て、 装置上部の高温域か ら蒸気圧制御容器 6 8 へ、 ま た蒸気圧制御容器 6 8 か ら装置下部の低温域へ熱が伝 導 し やすいため、 中心部はその熱影謇で温度が変動 し易い。 し たが っ て、 蒸気圧制御を精密に行 う ため には、 蒸気圧制御容器 6 8 の底部の温度を側面の温度よ り も常にやや高い温度に設定 し、 蒸気圧制御容器 6 8 の側面の温度が最 も低 く、 かつ均一に な る よ う に配虔す る必要があ る。 そ れに対 し、 こ の第 3 実施例 の装置で は、 こ の問題が改善さ れる。

第 3 実施例の実験例

図 5 に示す単結晶製造装置を作成 した。 密閉容器 2 0 と して は、 底板部 4 2 と 一体化 し てニ オ ブで成形 し た も のを使用 した。 蒸気圧制御容器 9 8 の径方向厚 さ は 1 . 5 c m、 そ の内容積は 約 1 1 0 0 c m ³と した。 こ れに密に A s を入れる と 5 . 8 k ま で充塡可能であ る。 シ ー ル材 2 6 と し て は カ ー ボ ン ガ ス ケ ッ ト を用いた。 密閉容器下部 2 4 と底板部 4 2 の接合面 も同様の カ ー ボ ン ガ ス ケ ッ ト （図示略） に よ り シ ー ル し て い る。

こ の装置で加熱時の蒸気圧制御容器 9 8 の温度分布を測定 し た と こ ろ、. 6 0 0 〜 6 5 0 °Cの設定温度にお いて、 蒸気圧 御 容器 9 8 はそ の全長内外に亙 っ て 0 . 5 °C内の温度均一性を有 する こ とが確認で きた。

ル ツ ボ 5 4 に 5 k g の G a を入れ、 原料容器 1 1 6 に 5. 6 k g の A s を入れた後、 装置全体を排気 し、 押 し上げ下軸 4 8 を押 し上げて シ ー ル材 2 6 を圧迫 した。 次いで蒸気圧制御容器 9 8 を ヒ ータ ー 1 1 0, 1 1 4 によ っ て 5 7 0 'C に加熱し た う え、 ヒ ー ター 3 6， 3 8 に よ っ て密閉容器 2 0 の上部を 7 0 0 〜 1 0 0 0 。C程度に昇温 し、 ル ツ ボ 5 4 內の G a を徐々 に加熱 した。 原料容器 1 1 6 の A s は輻射熱で加熱 され、 A s 蒸気圧 が上がり、 G a 温度が上昇する に従って G a A s の合成反応が fei っ た。

こ の間、 外側容器 7 8 に不活性ガ ス を導入 し、 密閉容器 9 8 內外の圧力バラ ン ス を と つ た。 ル ツ ボ 5 4 内の ¾液の温度が十 分上がっ て 1 2 5 0 て程度にな っ た時点で、 蒸気圧制御容器 9 8 の S度を徐々 に上げて 6 3 0 でに設定 した と こ ろ、 蒸気圧制 御容器 9 8 内の A s が放出 され、 G a A s 合成反応が琏続 して 起こ る のが確認さ れた。 反応が静ま っ た段階で、 蒸気圧制御容 器 9 8 の温度を 6 1 5 てに設定 し、 約 5 時間放置 した。

その後、 蒸気圧制御容器 9 8 の温度を 6 1 5 °Cに設定したま ま、 ヒー タ ー 3 8 の出力を徐々 に下げ、 引上軸 2 8 を降下させ て種 It晶 Aを G a A s 融液に漬けた後、 こ れを回転 し なが ら引 き上げ、 直径 1 1 0 m m、 長さ 1 6 O m mの単結晶を成長させ た。 上記結晶成長の全過程中での A s 損失は 5 0 g であ り、 原 料合成 Φに密閉容器内外の圧力バラ ン ス が大 き く 崩れる こ と な く、 高い制御精度を以て合成が行われた。 得 られた単結晶の特性を測定 し た と こ ろ、 シー ド端部お よ び テ ィ ル部にお いて、 ホ ー ル測定に よ る抵抗率， 移動度の値は、 それぞれ l 〜 2 x i 0 ⁷Q c_m、 6 5 0 0 〜 7 0 0 0 c m ²/ V • s 程度の値を示 した。 こ の特性は合成な ら びに成長中の組成 制御が正 し く 行われた こ と を示 して い る。

第 4 卖施伊 I

な お、 第 3 実施例では、 蒸気圧制御容器 9 8 を密閉容器 2 0 の下方に配置 し て いたが、 図 9 に示すよ う に密閉容器 2 0 の上 方に蒸気圧制御容器 9 8 を E置す る こ と も 可能で あ る。 図中の 符号は図 5 の実施例と 共通であ る。 ま た、 各部の形状や連結パ イ ブ 9 6 の本数等は必要に応 じて適宜変更 し てよ い。

第 5 実施例

図 1 0 は、 本発明に係わ る高解離圧化合物半導体単結晶の製 造装置の第 5 実施例を示す縱断面図であ り、 第 3 実施例 と共通 の部分に は同一符号を付 し て説明を省略す る。

容器下部 2 4 の底板部 4 2 に は、 一対の貫通孔 1 2 0, 1 2 2 が形成 さ れて い る。 貫通孔 1 2 0 と対応 し て、 底板部 4 2 の 下面には連通パイ ブ （連通手段） 1 2 4 が下方に向けて固定さ れ、 連通パイ ブ 1 2 4 の下端は、 上下方向に延び る 円筒状の蒸 気圧制御部 1 2 6 の上端に連結 さ れて お り、 こ の蒸気圧制御部 1 2 6 の内部空間が気密的 に密閉容器 2 0 の内部空間 と連通 し てい る。

蒸気圧制御部 1 2 6 の外周に は、 図 1 1 に示す よ う に'円筒状 の ヒ ー ト パイ プ 1 2 8 が同軸に配置 され、 さ ら に そ の外側を囲 んで円筒状の ヒ ー タ ー （制御部加熱手段） 1 3 0 が同軸に E置 されて、 これ ら は図示 しな い洽具によ り 支持 されてい る。 蒸気 圧制御部 1 2 6 と ヒ ー ト パ イ ブ 1 2 8 は面接触する か、 あ る い は僅かな間隙が空け ら れている。

ヒ ー ト パイ プ 1 2 8 お よ び ヒ ータ ー 1 3 0 は、 図 1 0 に示す よ う にそれぞれ蒸気圧制御部 1 2 6 よ り も長 く、 これ らの上端 は蒸気圧制御部 1 2 6 の上端よ り も高い位置に、 下端は蒸気圧 制御部 1 2 6 の下端よ り も低い位置に設定さ れ、 蒸気圧制御部 1 2 6 の加熱 Sが均一化さ れてい る。

蒸気圧制御部 1 2 6 の内容積は、 単锆晶成長過程において、 蒸気圧制御部 1 2 6 内に蒸気圧制御に必要な量の A s 凝縮相を 保持で き る容量に設定される。 こ こ でい う 必要量と は、 結晶成 長操作中に A s 蒸気が密閉容器 2 0 から飛散 して も、 その飛散 分を補給可能で、 しか も単結晶成長後も若千の A s 凝縮相が蒸 気圧制御部 1 2 6 内に残留する程度の こ と であ り、 例えば数 1 0 0 g程度であ る。

—方、 貫通孔 1 2 2 と対応して、 底板部 4 2 の下面には連通 パイ ブ （連通手段） 1 3 2 が下方に向けて固定さ れ、 そ の下端 が、 鉛直方向に延びる 円筒状の高解離圧原料保持部 1 3 4 (以 下、 原料保持部と称す る） の上端に固定されてお り、 こ の原料 保持部 I 3 4 の内部空間が密閉容器 2 0 の内部空間と気密的に 連通 し てい る。

原料保持部 1 3 4 の外周には、 図 1 1 に示すよ う に円筒状の ヒー ター （保持部加熱手段） 1 3 6 が同軸に E置され、 図示 し ない治具によ り 支持さ れて い る。 ヒ ー タ ー 1 3 6 は原料保持部 1 3 4 よ り も長 く、 そ の上端は原料保持部 1 3 4 の上端よ り も 高い位置に、 下端は原料保持部 1 3 4 の下端よ り も低い位置に 設定 さ れてい る。

原料保持部 1 3 4 の内容積は、 密閉容器 2 0 内に K置さ れる A s 原料の全量を収容で き れば安全であ る が、 合成反応が同時 に起 こ る よ う に制御すれば、 そ の分原料保持部 1 3 4 を小型化 でき る。 一方、 過剰の A s ガス 圧分を急速に凝縮 さ せ る に は、 原料保持部 1 3 4 内部の表面積を大 き く 確保す る必要があ る。 こ れ ら の点を考慮 して、 実際に は処理を行 う A s 原料の 4 0 % 以上が密に収容で きればよ い。

な お、 原料保持部 1 3 4 の外周 に ヒ ー ト パ イ ブが設け ら れて いな いの は、 高解離圧原料保持部 1 3 4 に は蒸気圧制御部 1 2 6 ほ どの温度均一性が要求 さ れないためであ る。 すな わち、 G a A s 合成中は原料保持部 1 3 4 の内壁面の全て の箇所の温度 が所定値以下にな り、 かつ 合成後は全て の箇所の温度が蒸気圧 制御部 1 3 4 の温度よ り 十分高 く な り さ えすればよ い。 他の構 成は、 第 3 実施例 と同様で あ る。

次に、 上記第 3 実施例の単結晶製造装置の使用方法を説明す る

ま ず、 図 1 0 に示す よ う に ル ツ ボ 5 4 に G a を、 原料容器 1

1 6 内に A s を入れた後、 外側容器 7 8 内を排気 しつ つ、 押 し 上げ下軸 4 8 を上昇さ せて シ ー ル材 2 6 を圧迫す る。

ヒ ー 一 1 3 0， 1 3 6 に通電 し て蒸気圧制御部 1 2 6 お よ び原料保持部 1 3 4 をそれぞれ加熱する と と も に、 ヒ ータ ー 3 6， 3 8， 4 0 にそれぞれ通電 して密閉容器 2 0 を蒸気圧制御 部 1 2 6 およ び原料保持部 1 3 4 よ り も高温に加熱し、 原料容 器 1 1 6 内の A s を昇華させる。 ル ツ ボ 5 4 内の G a をさ ら に 昇温 して A s 蒸気を吸収させ、 ル ツ ボ 5 4 内で G a A s を合成 する と と も に、 図 1 2 に示すよ う に蒸気圧制御部 1 2 6 お よ び 原料保持部 1 3 4 内にそれぞれ過剰の A s を凝縮 させ る。 こ の 間、 外側容器 1 1 4 に不活性ガ ス を導入 し、 密閉容器 2 0 内外 の圧力バ ラ ン ス を取る。

次に、 ル ツ ポ 5 4 内の G a A s ¾液温度が十分上が っ た ら、 蒸気圧制御部 1 2 6 および原料保持部 1 3 4 の温度をそれぞれ 上げ、 かつ蒸気圧制御部 1 2 6 を原料保持部 1 3 4 よ り も低い 所定の温度に設定する。 こ れに よ り、 原料保持部 1 3 4 内の A s を渐次完全に放出す る一方、 蒸気圧制御部 1 2 6 内には蒸気 圧制御に必要な置の A s が残留する よ う に し、 合成作業を統行 する。

G a A s 合成が完了 した ら、 ヒ ー タ ー 3 8 の出力を徐々 に下 げながら、 図 1 3 に示すよ う に引上軸 2 8 を下げて、 その下端 に固定さ れてい る G a A s 種結晶 Aを G a A s 融液に漬け、 回 転しなが ら G a A s 単結晶を引 き上げる。 そ の過程は第 3 実施 例と同様であ る。

上記構成か ら な る単結晶製造装置では、 G a A s 合成時に原 料保持部 1 3 4 を柜対的に低温に保っ て過剰の A s をその内部 に一旦凝縮さ せ、 改めて原料保持部 1 3 4 か ら A s を開放する こ と に よ り、 急激な蒸気圧変化に対す る 大容量の緩衝作用を得 る一方、 単結晶引上時に は、 原料保持部 1 3 4 内の A s 量を 0 と し た う えで、 蒸気圧制御部 1 2 6 の温度を制御 して その内に 凝縮す る A s の蒸気圧を制御す る こ と がで き る た め、 原料保持 部 1 3 4 の内容積を大 き く して も、 蒸気圧制御の精度を低下 さ せる おそ れがな い。 蒸気圧制御部 1 2 6 の寸法は単結晶成長時 の蒸気圧調整に必要な最小限の容積で済み、 その内部の温度均 一化お よ び温度制御が容易で、 蒸気圧制御の精度が高め ら れる か ら であ る。

し たが っ て、 合成時に密閉容器 2 0 の圧力が上が っ て A s が 漏れた り、 単結晶成長時の蒸気圧制御の精度が低下 し て結晶組 成の制御に支障が生 じ た り する おそれがな く、 高い信頼性を以 て高品質の G a A s 単結晶が製造で き る。 ま た、 A s の蒸気圧 制御が容易に な る 分、 引上操作を単純化する こ と が可能であ る。

ま た、 こ の実施例で は、 蒸気圧制御部 1 2 6 と ヒ ー タ ー 1 3 0 と の間に、 蒸気圧制御部 1 2 6 の長手方向に向けて延びる ヒ 一ト パイ プ 1 2 8 が設け ら れて い る か ら、 蒸気圧制御部 1 2 6 の温度分布を さ ら に均一化する こ と がで き、 蒸気圧制御精度を 一層向上で き る。 一方、 原料保持部 1 3. 4 は その性質上、 ヒ ー ト パ イ プが不要な ので、 そ の分、 怪を大 き く と る こ と がで き、 内容積を大き く 確保す る点で有利であ る。

第 5 実施例の実験例

蒸気圧制御部 1 2 6 およ び原料保持部 1 3 4 を と も にニ オ ブ で構成 し、 図 1 0 に示 し た装置を作成 し た。 蒸気圧制御部 1 2 6 は内径 2. 5 c mの有底円筒状と し、 內容積は約 8 0 c m ³に 設定 した。 こ れに密に A s を詰め る と 4 2 0 g入る。 蒸気圧制 御部 1 2 6 の温度分布を実測し た と こ ろ、 6 0 0 〜 6 5 0 での 各設定涅度において蒸気圧制御部 1 2 6 の全長に互っ て均熱帯 が形成され、 0. 5 °C内の温度均一性が得 ら れた。

—方、 原料保持部 1 3 4 は内径 6 c mの有底円筒状と し、 そ の内容積は 8 0 0 c m ³に設定 した。 こ れに密に A s を詰め る と 4. 2 k g入る。 シー ル材 2 6 と し ては 力 一 ボ ン ガス ケ ッ ト を 用いた。

ル ツ ボ 5 4 に 5 k g の G a を入れ、 原料容器 1 1 6 に 5. 6 k g の A s を入れた後、 装置全体を排気 し、 押 し上げ下軸 4 8 を上昇さ せて接合部を シー ル し た。 次に、 蒸気圧制御部 1 2 6 と原料保持部 1 3 4 をそれぞれ 5 7 0 でに加熱 し、 ヒ ータ 一 3 6, 3 8 によ っ て密閉容器 2 0 の上部を 7 0 0 〜 1 0 0 0 °C程 度に昇温 した。 こ れに よ り、 原料容器 1 1 6 内の A s が昇華 し、 G a が昇温する に伴っ て G a A s の合成反応が起 こ っ た。 こ の 間、 外側容器 7 8 に不活性ガス を導入 し て密閉容器 2 0 内外の 圧力バラ ン ス を取 っ た。

ル ツ ボ 5 4 内の G a A s 融液の温度が十分上が り、 1 2 5 0 °C程度になっ た と こ ろ で、 蒸気圧制御部 1 2 6 と原料保持部 1 3 4 の温度を徐々 に上げ、 前者を 6 1 5 °Cに、 後者を 6 3 0 で に設定 したと こ ろ、 原料保持部 1 3 4 か ら A s が放出 され合成 反応が琏銃し て起こ っ た。

反応が静ま っ た段階で、 蒸気圧制御部 1 2 6 の温度を 6 1 5 で に保 っ たま ま、 原料保持部 1 3 4 の温度を 7 0 0 °C ま で上昇 さ せ、 そ のま ま約 5 時間放置 し た。 その後、 蒸気圧制御部 1 2 6 の温度を 6 1 5 °Cに設定 した ま ま、 ヒ ー タ ー 3 8 の 出力を徐 々 に下げなが ら、 引上軸 2 8 を下げて種結晶 A を G a A s 融液 に漬け、 回転 し ながら 弓 Iき 上げ、 直径 1 1 0 m m、 長 さ 1 5 0 m mの単結晶を成長 し た。 .

得 ら れた結晶の抵抗率お よ び移動度を ホー ル測定法によ り 測 定 し た と こ ろ、 シー ド端部およ びテ ィ ル部において、 それぞれ 1. 5 〜 2. 5 X 1 0 ⁷ Ω c m. 6 6 0 0 ~ 6 9 0 0 c m ²/ V • s 程度の値を示 した。 こ の特性は、 G a A s 合成お よ び単結 晶成長の全過程において、 組成制御が正 し く 行われた こ と を示 す。

ま た、 上記全過程に おけ る A s の損失は 5 5 g だ っ た。 原料 A s 中、 過剰分 と な る 2 3 0 g の う ち、 成長時に約 8 0 g 程度 が密閉容器を銪たす A s ガ ス 分 と し て使われ る の で、 上の飛散 量か ら計算 して、 成長中は少な く と .も 9 5 g の A s が蒸気圧制 御部 1 2 6 に凝縮 して いた こ と に な る。 こ の A s の損失量お よ び凝縮量は、 原料合成中に密閉容器 2 0 内外の圧力バ ラ ン ス が 大き く 崩れる こ と な く、 よ く 制御さ れて合成が行われた こ と を 示 し てい る。

第 6 荬施例

な お、 上記第 5 実施例で は、 蒸気圧制御部 1 2 6 お よ び原料 保持部.1 3 4 を密閉容器 2 0 の下方に配置 していたが、 本発明 は こ れに限定 さ れ る も の で はな く、 例え ば図 1 4 に示す よ う に 密閉容器 2 0 の上方に両者を S5置する こ と も可能であ る。 図中 の符号は第 5 実施例 と共通であ る。

ま た、 蒸気圧制御部 1 2 6 を密閉容器 2 0 の下方 （上方） 、 原料保持部 1 3 4 を密閉容器 2 0 の上方 （下方） に設置す る こ と も可能であ る し、 原料保持部を密閉容器の上下両側に設ける こ と も可能であ る。

ま た、 密閉容器 2 0 の上方 （下方） に図 1 4 と 同様の蒸気圧 制御部 1 2 6 を設ける一方、 密閉容器 2 0 の下方 （上方） に、 図 1 ま た は図 4 と 同様の蒸気圧制御容器 6 8、 あ る い は図 5 ま たは図 9 と同様の蒸気圧制御容器 9 8 ( こ の場合、 共に高解離 圧原料保持部とな る） を設けて も よ い。 なお、 蒸気圧制御容器

9 8 を原料保持部 と して使用する場合、 ヒ ー ト パイ ブ 1 0 8 ,

I I 2 を設けな く ても差 し支えない。

さ ら に、 第 1 な い し第 6 実施例におけ る蒸気圧制御機構の構 成は、 図示し た高解離圧化合物単結晶の製造装置に限 らず、 そ の他に も例えば、 縦型プ リ ッ ジマ ン成長装置や高解離圧化合物 の合成装置な ど、 他の高解離圧化合物の処理装置につ いて も適 用可能である。 産業上の利用可能性

本発明の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置およ び製造 方法では、 蒸気圧制御容器 （ま たは高解離圧原料保持部、 以下 同様） を密閉容器か ら温度的に隔離 して設け、 独立 し て温度制 御可能と したので、 原料合成時に過剰に昇華 した高.解離圧成分 を、 一旦 こ の蒸気圧制御容器内に凝縮 さ せ、 その後、 こ れを徐 々 に昇温 して高解離圧成分 ガ ス を放出す る こ と に よ り、 密閉容 器内への高解離圧成分 ガ ス の供給量を容易かつ正確に制御す る こ と が可能であ る。 し たが っ て、 高解離圧化合物半導体の原料 合成が正確に制御でき、 密閉容器内の圧力が急上昇 し て高解離 圧成分ガ ス の損失を生 じ る等の問題が生 じ に く く、 合成作業の 自動化 も容易にな る。 さ ら に、 合成後の単結晶成長の際に は、 精密な蒸気圧制御によ っ て原料融液の組成が常に一定に保たれ る の で、 正確な一定組成の単結晶を成長 さ せ る こ と が可能にな る。 すな わち、 正確で信頼性の高い合成 と、 高精度の組成制御 が共に可能と な り、 製品の品質を高め、 価格を低減す る面か ら 極めて有利であ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 外側容器内に収容 され、 筒部と その両端を塞 ぐ天板部およ び底部と を有する開閉可能な密閉容器と、

こ の密閉容器の前記底部を貫通 し て密閉容器内に気密的かつ 回転自在に掙入された下軸 と、

こ の下軸の上端に固定さ れ前記密閉容器内に se置さ れたル ツ ボと、

前記密閉容器の前記天板部を貫通 して密閉容器内に気密的か つ回転自在に掙入された引上軸 と を具備 し、

前記密閉容器に满た された高解離圧成分ガ ス の圧力を制御 し つつ、 ル ツボ内に支持さ れた原料融液か ら、 前記引上軸によ つ て化合物半導体単結晶を回転しつつ引き上げる高解離圧化合物 半導体単結晶の製造装置において、

前記密閉容器の内側に、 高解離圧成分原料が収容さ れる 原料 容器を設け、

前記密閉容器の下方に、 前記下軸 と同軸をな し下軸を包囲す る気密的な蒸気圧制御容器を設け、

こ の蒸気圧制御容器 と密閉容器と を互いに連通させ る連通手 段を設け、

さ ら に、 少な く と も密閉容器の上部の周囲、 密閉容器の ル ツ ボと対応する箇所の周囲、 密閉容器の原料容器と対応する 箇所 の周囲、 およ び蒸気圧制御容器の周囲の それぞれには、 独立 し た加熱手段を設けたこ と を特徴とする高解離圧化合物半導体単 結晶の製造装置。

2 . 前記蒸気圧制御容器の内部に、 下軸を囲む支持筒を設け、 こ の支持筒の内部に は、 下軸を回転自在に支持す る 軸受部を 設け る と と も に、 こ の軸受の上方に、 前記支持筒 と下軸と の間 を封止す る封止剤を充塡 し た こ と を特徴 と す る請求項 1 記載の 高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置。

3 . 外側容器内に収容 さ れ、 筒部 と そ の両端を塞 ぐ天板部お よ び底部と を有する開閉可能な密閉容器と、

こ の密閉容器の前記底部を貫通 し て密閉容器内に気密的かつ 回転自在に挿入さ れた下軸 と、

こ の下軸の上端に固定さ れ前記密閉容器内に配置 さ れた ル ツ ボ と、

前記密閉容器の前記天板部を貫通 して密閉容器内に気密的か つ回転自在に挿入 された引上軸 と を具備 し、

前記密閉容器に満た さ れた高解離圧成分ガ ス の圧力を制御 し つつ、 ル ツ ボ内に支持 さ れた原料融液か ら、 前記引上軸に よ つ て化合物半導体単結晶を回転 し つつ引 き上げ る高解離圧化合物 半導体単結晶の製造装置に おいて、

前記密閉容器の内側 に、 高解離圧成分原料が収容 さ れる 原料 .容器を設け、

前記密閉容器の上方に、 前記引上軸と 同軸をな し 引上軸を包 囲す る気密的な蒸気圧制御容器を設け、 こ の蒸気圧制御容器と密閉容器と を互いに連通させ る連通手 段を設け、

さ ら に、 少な く と も密閉容器の上部の周囲、 密閉容器のル ツ ボと対応する箇所の周囲、 密閉容器の原料容器と対応する 箇所 の周囲、 およ び蒸気圧制御容器の周囲のそれぞれには、 独立 し た加熱手段を設けたこ とを特徴とす る高解離圧化合物半導体単 結晶の製造装置。

4 . 前記蒸気圧制御容器の内部に、 前記引上軸を囲む支持筒を 設け、

こ の支持筒の内部に は、 引上軸を回転自在に支持する軸受部 を設け る と と も に、 こ の軸受の上方に支持筒と引上軸との間を 封止する封止剤を充¾ した こ と を特徴とする請求項 3 記載の高 解離圧化合物半導体単結晶の製造装置。

5 . 前記蒸気圧制御容器の内部空間は、 単結晶引 き上げに必要 な高解離圧成分の総量の 4 0 %以上を密に収容可能な容積に設 定されている こ と を特徴とする請求項 1， 2 , 3 ま た は 4 記載 の高解離圧化合物半導体単結晶の製造装置。

6 . 外側容器内に収容され、 筒部と そ の両端を塞 ぐ天板部およ び底部と を有する開閉可能な密閉容器と、

こ の密閉容器を加熱する容器加熱手段 と、

内部空間が前記密閉容器の内部空間と連通 された蒸気圧制御 部と を具備 し、

高解離圧成分の一部を前記蒸気圧制御部内に凝縮 さ せ る こ と によ り、 前記密閉容器の内部空間に満た さ れ る高解離圧成分ガ ス の圧力を制御す る高解.離圧化台物の処理装置に おいて、 前記蒸気圧制御部は、

前記密閉容器の下方に配置さ れ、 互い に同心円状をなす円筒 状の内壁部お よ び外壁部の間に気密的な内部空間を画成 し てな る蒸気圧制御容器 と、

こ の蒸気圧制御容器 と前記密閉容器の底板部を連結 し各容器 の内部空間を枏互に連通 さ せる連通手段 と、

蒸気圧制御容器の内壁部の内周面およ び外壁部の外周面の少 な く と も一方に沿 っ て蒸気圧制御容器の軸線方向に向けて配置 された ヒ ー ト パイ ブと、

蒸気圧制御容器の内壁部の内側お よ び外壁部の外側にそれぞ れ配置 さ れた制御部加熱手段と を具備す る こ と を特徴 とす る高 解離圧化合物の処理装置。

7 . 外側容器内に収容 さ れ、 筒部 と そ の両端を塞 ぐ天板部およ び底部と を有す る 開閉可能な密閉容器 と、

こ の密閉容器を加熱する容器加熱手段 と、

内部空間が前記密閉容器の内部空間と 連通 された蒸気圧制御 部と を具備 し、

高解離圧成分の一部を前記蒸気圧制御部内に凝縮 さ せ る こ と によ り、 前記密閉容器の内部空間に満た さ れ る高解離圧成分ガ ス の圧力を制御する高解離圧化合物の処理装置において、 前記蒸気圧制御部は、

前記密閉容器の上方に配置さ れ、 同心円状をなす円筒状の内 壁部およ び外壁部の間に気密的な内部空間を画成 してな る蒸気 圧制御容器と、

こ の蒸気圧制 ¾容器 と前記密閉容器の天板部を連結 し各容器 の内部空間を栢互に連通させる連通手段と、

前記蒸気圧制御容器の内壁部の内周面およ び外壁部の外周面 の少な く と も一方に沿 っ て蒸気圧制御容器の軸線方向に向けて

£置された ヒ ー ト パイ ブと、

前記蒸気圧制御容器の内壁部の内側お よび外壁部の外側にそ れぞれ S2置された制御部加熱手段とを具備 し た こ と を特徴 とす る高解離圧化合物の処理装置。

8 . 前記密閉容器の底板部を貫通 して気密的かつ回転自在に設 け ら れた下軸と、

こ の下軸の上端に設け ら れ前記密閉容器内に E置さ れた ル ツ ボと、

前記密閉容器の天扳部を気密的かつ回転自在に貫通 し前記ル ッボ内の原料融液から高解離圧化合物単結晶を引 き上げる ため の引上軸とを、 さ ら に具備する こ と を特徴とする 請求項 6 ま た は 7 記載の高解離圧化合物の処理装置。

9 . 前記蒸気圧制御容器の内部空間は、 処理に必要な高解離圧 成分の総量の 4 0 %以上を密に収容可能な容積に設定 さ れてい る こ と を特徴 とす る請求項 6， 7 ま たは 8 記載の高解離圧化合 物の処理装置。

1 0 . 外側容器内に収容 さ れ、 筒部 と そ の両端を塞 ぐ天板部お よび底部 と を有す る開閉可能な密閉容器 と、

こ の密閉容器を加熱す る 容器加熱手段 と、

内部空間が前記密閉容器の内部空間と 連通 された蒸気圧制御 部と、

こ の蒸気圧制御部を加熱する ため の制御部加熱手段 と を具備 し、

高解離圧成分の一部を前記蒸気圧制御部内に凝縮さ せ る こ と に よ り、 前記密閉容器の内部空間に満た さ れ る高解離圧成分ガ ス の圧力を制御す る高解離圧化合物の処理装置に おいて、

前記密閉容器の上方お よ び ま た は下方に、 内部空間が気密 的に封止 された高解離圧原料保持部を設け る と と も に、

こ の高解離圧原料保持部の内部空間と 前記密閉容器の内部空 間と を連通さ せ る 連通手段を設け、

前記高解離圧原料保持部を加熱す る保.持部加熱手段を設けた' こ と を特徴と す る 高解離圧化合物の処理装置。

1 1 . 前記蒸気圧制御部 と 制御部加熱手段 と の間に、 蒸気圧制 御部の長手方向に延び る ヒ ー ト パ イ プを設けた こ と を特徴 と す る請求項 1 0 記載の高解離.圧化合物の処理装置。

1 2 . 前記密閉容器の底板部を貫通 して気密的かつ回転自在に 設け られた下軸 と、

こ の下軸の上端に設け ら れ前記密閉容器内に配置さ れたル ツ ボと、

前記密閉容器の天板部を気密的かつ回転自在に貫通 し前記ル ッボ内の原料融液か ら高解離圧化合物単結晶を引 き上げる ため の引上軸 と を、 さ ら に具備する こ と を特徴とする 請求項 1 0 ま たは 1 1 記載の高解離圧化合物の処理装置。

1 3 . 前記高解離圧原料保持部の内部空間は、 処理に必要な高 解離圧成分の総量の 4 0 %以上を密に収容可能な容稜に設定さ れている こ と を特徴とする請求項 1 0 , 1 1 または 1 2 記載の 高解離圧化合物の処理装置。

1 4 . 密閉容器内に銪た された高解離圧成分ガ ス の圧力を制御 しつつ、 前記密閉容器の内部に配置されたル ツ ボ内で高解離圧 化合物の原料融液を合成し、 こ の原料融液か ら化合物半導体単

II晶を引 き上げる 高解離圧化合物半導体単結晶の製造方法にお いて、

前記密閉容器の内側に高解離圧成分原料が収容される原料容 器を設ける と と も に、 連通手段を介 して前記密閉容器 と気密的 に連通する蒸気圧制御容器を設けた装置を使用 し、

前記密閉容器内の原料容器に高解離圧成分原料を収'容する と と も に、 前記ル ツ ボ内に他の成分原料を収容 し、 前記原料容器 と前記蒸気圧制御容器を除 く 密閉容器の他の部分を所定の温度 に加熱 し、 前記原料容器を加熱 し て髙解離圧成分原料を昇華さ せ、 こ れを蒸気圧制御容器 に移 して凝縮 さ せつつ、 あ る い は蒸 気圧制御容器内に凝縮 さ せた後、

ル ツ ボ内の他の成分原料を、 高解離圧化合物半導体の融点以 上に加熱 し、 前記蒸気圧制御容器内に凝縮 し た高解離圧成分原 料を加熱する こ と に よ り、 ル ツ ボ内で高解離圧化合物半導体の 原料融液を合成 し、 そ の後、 前記蒸気圧制御容器の温度を制御 して前記密閉容器内の高解離圧成分ガ ス の圧力を一定に保ちつ つ、 単結晶の引 き 上げを行 う こ と を特徴 と す る髙解離圧化合物 半導体単結晶の製造方法。

1 5 . 密閉容器内に満た さ れた高解離圧成分 ガ ス の圧力を制御 しつつ、 前記密閉容器の内部に配置 さ れたル ツ ボ内で高解離圧 化合物の原料融液を合成 し、 こ の原料融液か ら化合物半導体単 結晶を引 き上げる 高解離圧化合物半導体単結晶の製造方法にお いて、

前記密閉容器の内側に高解離圧成分原料が収容 さ れ る原料容 器を設け る と と も に、 a通手段を介 して前記密閉容器 と気密的 に連通 さ れた高解離圧原料保持部、 およ び前記密閉容器 と 連通 する 蒸気圧制御部を設けた装置を使用 し、

前記密閉容器内の原料容器に高解離圧成分原料を収容す る と と も {ヒ、 前記ル ッ ボ内に他の成分原料を収容 し、 前記原料容器 およ び前記高解離圧原料保持部、 ま たはそれ ら に加えて前記蒸 気圧制御部を除く 前記密閉容器の他の部分を所定の温度に加熱 し、 前記原料容器を加熱 して高解離圧成分原料を昇華 させ、 こ れを高解離圧原料保持部ま たはそれに加えて蒸気圧制御部に移 して凝綰させつつ、 あ る い は凝縮させた後、

ル ツ ボ内の他の成分原料を、 高解離圧化合物半導体の融点以 上に加熱 し、 高解離圧原料保持部内に凝縮 し た高解離圧成分原 料を加熱する こ と によ り、 ル ツ ボ内で高解離圧化合物半導体の 原料 ¾液を合成し、 そ の後、 高解離圧原料保持部の温度を上げ、 その内部の高解離圧成分量を 0 と し た う えで、 蒸気圧制御部の 温度を制御 して密閉容器内の髙解離圧成分ガ ス の圧力を一定に 保ち つつ、 単結晶の引 き上げを行う こ と を特徼とする髙解離圧 化合物半導体単結晶の製造方法。

1 6 * 前記高解離圧化合物半導体は G a A s であ り、 前記高解 離圧成分は A s、 前記他の原料成分は G a であ る こ と を特徴と する 請求項 1 4 ま たは 1 5 記載の高解離圧化合物半導体単結晶 の製造方法。