ヒータ、結晶成長装置及び化合物半導体単結晶の製造方法
【課題】ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造において、歩留まりの向上及びウェハとしたときの面内均一性の向上を図ることができるヒータ、結晶成長装置及び化合物半導体単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部１０１と、この発熱部１０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部１０２とを備えたヒータ１０において、電極棒が接続される端子部１０２ａと、この端子部１０２ａと発熱部を接続する接続部１０２ｂとで脚部１０２を構成し、接続部１０２ｂの厚さを１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下とする。
【解決手段】抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部１０１と、この発熱部１０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部１０２とを備えたヒータ１０において、電極棒が接続される端子部１０２ａと、この端子部１０２ａと発熱部を接続する接続部１０２ｂとで脚部１０２を構成し、接続部１０２ｂの厚さを１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＣ法による化合物半導体単結晶の成長に好適なヒータ、結晶成長装置及び化合物半導体単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造方法の一つとして、液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ：Liquid Encapsulated Czochralski）法が知られている。ＬＥＣ法では、ルツボに原料融液を収容し、原料融液の成分元素が蒸発するのを防止するために、この原料融液の上を液体封止剤（例えばＢ２Ｏ３）で封止する。そして、結晶引き上げ軸に保持された種結晶を原料融液表面に接触させ、ゆっくりと回転させながら上方へ引き上げることにより半導体単結晶を成長させる。このＬＥＣ法に用いられる結晶成長装置では、原料融液を加熱するために、ルツボの周囲にグラファイト製の円筒状ヒータが配置されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図８は、結晶成長装置に従来用いられているヒータの形状を示す図である。図８に示すように、ヒータ５０は、上下方向に交互にスリット５０１ａが設けられ電流経路がつづら折れ状に形成された発熱部５０１と、発熱部５０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部５０２とを備えている。脚部５０２は、電極棒（図示略）が接続される端子部５０２ａと、この端子部５０２ａと発熱部５０１を接続する接続部５０２ｂとで構成されている。端子部５０２ａに接続された電極棒を介して給電されると、発熱部５０１が所定の温度に昇温され、原料融液が加熱される。
【０００４】
ここで、結晶成長装置においては、脚部５０２及び電極棒で発熱が生じるのは好ましくないため、これらの断面積は比較的大きく設計される（例えば、端子部５０２ａの厚さ：１５ｍｍ、幅：４０ｍｍ）。また、接続部５０２ｂは、端子部５０２ａと発熱部５０１の屈折部（同一方向に形成されたスリット間の部位、幅：約２０ｍｍ）を連結するために、発熱部５０１から端子部５０２ａに向けて徐々に幅が広くなるように形成されている。
【０００５】
なお、特許文献２には、ガラスの線引き加熱用、アルミ溶解用、ノズル保温用のＳｉＣ製のリング状ヒータにおいて、端子部と発熱部の連結部となる脚部を、くびれた形状とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５７０８３号公報
【特許文献２】特許第２９３８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したヒータ５０を備えた結晶成長装置を用いてＬＥＣ法により育成したＺｎＴｅ単結晶では、ファセット面が確認できる。しかしながら、ほとんどの場合で種結晶からデンドライト成長が起こっており（図９（ｂ）参照）、例えば数十ランに一度だけ単結晶成長ができるという具合で、歩留まりが非常に悪い。
また、ＬＥＣ法においては、結晶を引き上げながら成長させることで原料融液界面において成長した単結晶が胴部を形成していくが、結晶を取り出すと必ず胴部が周方向に波打っているような模様になっており、底部も平坦ではないことが多い（図９（ａ）参照）。このような場合、ウェハとしたときに面内均一性が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造において、歩留まりの向上及びウェハとしたときの面内均一性の向上を図ることができるヒータ、結晶成長装置及び化合物半導体単結晶の製造方法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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部と、前記発熱部の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部とを備えたヒータにおいて、
前記脚部は、電極棒が接続される端子部と、この端子部と前記発熱部を接続する接続部とで構成され、
前記接続部の厚さが１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒータにおいて、前記発熱部及び前記脚部は、グラファイト材で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のヒータにおいて、前記接続部の外周に絶縁体からなる補強部材を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のヒータにおいて、前記補強部材は、窒化ホウ素からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のヒータを多段に積み重ねた加熱部と、
前記加熱部で囲まれた空間に配置され、原料融液を収容するルツボと、
先端に保持された種結晶を前記原料融液表面に接触させ、引き上げながら単結晶を成長させる結晶引き上げ軸と、
を備えたことを特徴とする結晶成長装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の結晶成長装置を用いて、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法である。
【００１５】
以下、本発明を完成するに至った経緯について説明する。
従来、ＬＥＣ法による化合物半導体単結晶の製造には、例えば図１に示す結晶成長装置が用いられている。図１に示す結晶成長装置１では、縦方向にグラファイトヒータＴＨ１〜ＴＨ５が５段重ねに配設されており、ヒータＴＨ３の側面内側に原料融液１９及び液体封止剤２０を収容するルツボ１４，１５が配置されている。結晶成長時には、成長させる単結晶の種別に応じてヒータＴＨ３，ＴＨ４の温度を制御することとなる。ここで、ヒータＴＨ３，ＴＨ４による周方向の温度分布は、原料融液の対流やヒータ周りのガスの対流に大きく影響するため、非常に重要となる。
【００１６】
従来は、このヒータＴＨ１〜ＴＨ５として、図８に示すヒータ５０を使用していた。そして、本発明者が、ヒータ５０を備えた結晶成長装置１を用いてＺｎＴｅ単結晶を成長させたところ、極めて歩留まりが悪く、ウェハとしたときの面内均一性にも問題があることが判明した。
また、結晶成長装置１においては、異物対策でホットゾーンのベーキング（約１３００℃）を適時行っているが、このときのモニタ画面で発熱部５０１の一部に黒く見える（周囲に比較して発熱が小さい）ところが確認された（図１０参照）。
【００１７】
ヒータ５０の形状を踏まえたうえで、高圧容器１１内にルツボ１４，１５やルツボホルダ１３等を配置せずに、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５による周方向の温度分布を測定した。
具体的には、結晶引き上げ軸１７に熱電対をぶら下げるように取り付け、熱電対の先端（感温部）を円周方向に回転して測定できるようにセットした。そして、高圧容器１１のフランジの上面より７５０ｍｍ下方を基準（Ｚ＝０）とし、ヒータＴＨ３の下端（Ｚ＝−４０）から上端（Ｚ＝７０）に対応する面内における周方向の温度を測定した。このとき、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５の制御温度はすべて８００℃とした。また、周方向に３７分割した点を測定点とした。
【００１８】
測定結果を図１１に示す。図１１に示すように、Ｚ＝−４０の面では、１８方向と３７方向で他の方向に比較して顕著に温度が低くなっていた。また、Ｚ＝−３０〜０の面でも同様に、１８方向と３７方向の温度が低くなっていた。１８方向と３７方向のポジションを確認してみると、ヒータＴＨ３の脚部に対応していた。
一方、Ｚ＝７０の面では、２１方向と２方向で他の方向に比較して温度が低くなっていた。この２１方向と２方向のポジションを確認してみると、ヒータＴＨ３の上段に配設されたヒータＴＨ４の脚部に対応していた。これより、ヒータ５０の脚部５０２が周方向の温度分布に少なからず影響を与えていると考えられた。
【００１９】
このような状況を踏まえ、ヒータ５０の脚部５０２では、どのように電流が流れているか考察した。なお、ヒータ５０には高純度グラファイト部材を使用しているので、部材内部はすべて同じ抵抗値であると考えられる。
電流は最短経路を通電する習性があるので、部材にＲ箇所があれば、一番内側を多く通電することになる。したがって、Ｒ箇所の内側で電流密度が高くなり、大きく発熱する。逆に、Ｒ箇所の外側ではほとんど通電しないため、電流密度が疎になり、ほとんど発熱しない。これより、ヒータ５０の脚部５０２と発熱部５０１とが略直角に接続する部分（接続部５０２ｂ）では、上部が発熱し、下部ではほとんど発熱しないと考えられる。そのため、モニタ観察（図１０参照）でも、発熱部５０１の脚部５０２に対応する箇所が他の部分より黒く見えたと考えられる。
【００２０】
以上のことから、ヒータ５０の発熱部５０１と脚部５０２の接続部分（接続部５０２ｂ）における発熱が原因で原料融液の周方向の温度にばらつきが生じ、単結晶の歩留まりに影響するのではないか、ひいてはウェハとしたときに面内均一性が阻害されるのではないかと推論し、ヒータ構造を改善することに着想した。
【００２１】
そして、脚部５０２から発熱部５０１に一様に電流が流れることにより、発熱部５０１における温度ムラが解消されると考え、脚部５０２（特に、接続部５０２ｂ）の厚さを薄くし、従来よりも接続部５０２ｂの上面が発熱部５０１の下側となるようにすることを発案した。
また、接続部５０２ｂから端子部５０２ａ側への伝熱による熱放出を考慮し、放出熱量を最小限にすることで発熱部５０１における温度ムラを効果的に解消できると考え、脚部５０２の幅を狭くして断面積を最小とすることを発案した。
【００２２】
このように、脚部５０２の厚さを薄くし、幅を狭くすることは、いずれも脚部５０２における発熱に貢献すると考えられる。一方で、結晶成長装置１においては、脚部５０２の全体における発熱は小さいほうが望ましいとされている。つまり、脚部５０２の断面積を単純に小さくするだけでは、結晶成長装置１に使用する場合に弊害を生じる虞がある。
【００２３】
そこで、本発明では、脚部５０２を構成する端子部５０２ａと接続部５０２ｂの形状をそれぞれ独立して最適に設計することで、脚部５０２の全体における発熱を抑えつつ、発熱部５０１の温度ムラが解消されるようにした。
【００２４】
また、接続部５０２ｂの厚さを薄く、幅を狭くする（接続部５０２ｂを細くする）と、機械的強度が低下して折損する危険性が高くなる。実際に、接続部５０２ｂを細くしたヒータ５０を結晶成長装置１に配置したところ、ヒータ交換時に脚部５０２が折損してしまい、このままでは荷電時に折損してしまう危険性が高く改良の余地があることが判明した。折損箇所を確認すると、脚部５０２と発熱部５０１が直角に接合する部分に亀裂が入っていた。この部分には、少ない荷重でも応力が集中して加わるためと考えられた。
そこで、接続部５０２ｂを細くした場合でも機械的強度が確保されるように、接続部５０２ｂの周囲に絶縁体からなる補強部材を取り付けるようにした。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るヒータによれば、加熱領域における周方向の温度分布が均一となる。したがって、このヒータを用いた結晶成長装置及び製造方法によれば、ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造において、歩留まりの向上及びウェハとしたときの面内均一性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させるための結晶成長装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係るヒータにおける発熱部と脚部の接合部分を示す図である。
【図３】実施形態に係るヒータの補強部材を示す図である。
【図４】実施例に係るヒータを採用した結晶成長装置でベーキングを行ったときのヒータ部の観察結果を示すモニタ写真である。
【図５】実施例に係る結晶成長装置において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。
【図６】実施例に係る結晶成長装置を用いて、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ単結晶を成長させたときの成長結晶の一例を示す図である。
【図７】比較例に係るヒータを採用した結晶成長装置において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。
【図８】従来のヒータにおける発熱部と脚部の接合部分を示す図である。
【図９】従来のヒータを採用した結晶成長装置で得られた成長結晶の一例を示す図である。
【図１０】従来のヒータを採用した結晶成長装置でベーキングを行ったときのヒータ部の観察結果を示すモニタ写真である。
【図１１】従来のヒータを採用した結晶成長装置（ホットゾーンのみ）における周方向の温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させるための結晶成長装置の概略構成図である。結晶成長装置１では、高圧容器１１の内部に、グラファイト断熱材２２および円筒状ヒータＴＨ１〜ＴＨ５が同心円上に配設されている。具体的には、炉底部に設けられた各ヒータに対応する電極端子（図示略）に電極棒（図示略）の一端側が接続されており、この電極棒の他端側にヒータＴＨ１〜ＴＨ５の脚部が接続されている。また、円筒状のグラファイトシールド（図示略）が、各ヒータＴＨ１〜ＴＨ５に対応して一段ずつ重ねて配設されている。グラファイトシールドの下部には対向する２箇所に切欠部が形成されており、切欠部がヒータＴＨ１〜ＴＨ５の脚部を跨ぐように配置される。
【００２８】
高圧容器１１の中央部には、ルツボ回転軸１２が垂直に配置され、このルツボ回転軸１２の上端にルツボホルダ１３が固定されている。
ルツボホルダ１３には、有底円筒状をしたｐＢＮ製の外側ルツボ１４が嵌合され、この外側ルツボ１４の内側にｐＢＮ製の内側ルツボ１５が配置されている。内側ルツボ１５の上方には、下端に種結晶２１を保持するシードホルダ１８を有する結晶引き上げ軸１７が設けられている。結晶引き上げ軸１７及びルツボ回転軸１２は、それぞれ駆動部（図示略）に連結されており、回転並びに昇降可能となっている。
【００２９】
外側ルツボ１４及び内側ルツボ１５には、原料融液（例えばＺｎＴｅ）１９が収容され、原料融液１９の上面は液体封止剤２０（例えばＢ２Ｏ３）によって封止されている。内側ルツボ１５は、底面に外側ルツボ１４と連通する連通孔を有しており、この連通孔を介して原料融液１９が外側ルツボ１４から内側ルツボ１５に移動できるようになっている。
【００３０】
このように、結晶成長装置１は、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５を多段に積み重ねた加熱部と、加熱部で囲まれた空間に配置され、原料融液１９を収容するルツボ１４，１５と、先端に保持された種結晶２１を原料融液１９の表面に接触させ、引き上げながら単結晶を成長させる結晶引き上げ軸１７とを備えている。
【００３１】
本実施形態の結晶成長装置１では、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５として、図２、３に示すグラファイト製のヒータ１０を採用している。なお、図２では、図３における補強部材１０３を外した状態を示している。
図２に示すように、ヒータ１０は、上下方向に交互にスリット１０１ａが設けられ電流経路がつづら折れ状に形成された発熱部１０１と、発熱部１０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部１０２とを備えている。脚部１０２は、電極棒が接続される端子部１０２ａと、この端子部１０２ａと発熱部１０１を接続する接続部１０２ｂとで構成されている。発熱部１０１及び脚部１０２（端子部１０２ａ，接続部１０２ｂ）はグラファイト材で構成され、一体的に成型されている。
ここで、接続部１０２ｂの幅は端子部１０２ａの幅よりも狭く２０ｍｍ以下とされ、厚さは１０ｍｍ以下とされる。また、接続部１０２ｂの上面と発熱部１０１の接合部分１０２ｃにはＲ加工が施されており、荷重が効率的に分散され、脚部１０２の折損がより効果的に防止されるようにしている。
【００３２】
また、図３に示すように、接続部１０２ｂの周囲には、例えばＢＮ（窒化ホウ素）等の絶縁体からなる補強部材１０３が取り付けられている。この補強部材１０３は、断面コ字状の冠部材と平板状の底板部材とで構成されており、それぞれが接続部１０２ｂの上面又は下面に螺設されている。
この補強部材１０３を跨ぐようにグラファイトシールドが配設されることとなるが、補強部材１０３は絶縁体であるため、グラファイトシールドと接触しても構わない。従来は、ヒータ５０の脚部５０２（図８参照）と接触しないようにグラファイトシールドを配設するために、グラファイトシールドを大きくくり貫いて切欠部を形成する必要があった。
このように、実施形態の結晶成長装置１では、グラファイトシールドをヒータ１０の脚部１０２（補強部材１０３）に接触させて取り付けることで、発熱部１０１と端子部１０２ａを分離することができるので、グラファイトシールドの切欠部により生じていたガスの対流をなくすことができる。
【００３３】
結晶成長装置１を用いて、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ単結晶を成長させる場合、ＺｎＴｅ原料融液１９が成長温度となるように、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５（ヒータ１０）の制御温度が設定される。設定された制御温度に従って、電極棒を介してヒータＴＨ１〜ＴＨ５に給電される。そして、発熱部１０１が所定の温度に昇温され、ルツボ１４，１５内の原料融液１９が水平面内の周方向で一様に加熱される。
【００３４】
［実施例］
実施例では、ヒータ１０の発熱部１０１の寸法を、外径：２２２ｍｍ、高さ：１０５ｍｍ、肉厚：６ｍｍ、スリット幅：４ｍｍとした。端子部１０２ａの寸法を、幅：４０ｍｍ、長さ：３５ｍｍ、高さ（厚さ）：１０ｍｍとした。接続部１０２ｂの寸法を、幅：２０ｍｍ、長さ：２４ｍｍ、高さ（厚さ）：１０ｍｍとした。
【００３５】
図４は、実施例に係るヒータ１０を採用した結晶成長装置１において、１３００℃でベーキングしたときのヒータ部の観察結果を示すモニタ写真である。従来のヒータ５０を使用した場合（図１０参照）、ヒータ５０の発熱部５０１の脚部５０２に対応する部分が周囲と比較して黒く暗く見えた（周囲に比較して発熱が小さい）が、図４に示すように、実施例のヒータ１０では、温度分布の均一性が格段に改善されていることが確認された。
【００３６】
図５は、実施例に係る結晶成長装置１において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件（ヒータＴＨ３の制御温度：１３４０℃、ヒータＴＨ４の制御温度：１２０８℃）にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。
図５では、高圧容器１１のフランジの上面より７５０ｍｍ下方を基準（Ｚ＝０）とし、Ｚ＝１０〜２５（ヒータＴＨ３の高さ方向略中央に対応）に対応する面内における周方向の温度を測定した結果を示している。Ｚ＝１５がちょうど原料融液１９の界面の位置である。また、周方向に８分割した点を測定点とし、複数回測定したうちの各測定点における最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎについて示している。なお、ルツボ１４，１５ともに回転はさせていない。
図５に示すように、Ｚ＝１５の面内では、低いところで１２８９．９℃、高いところで１２９２．５℃であり、その差が２．６℃となっていた。
【００３７】
図６は、実施例に係る結晶成長装置１を用いて、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ単結晶を成長させたときの成長結晶の一例を示す写真である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、デンドライト成長が観察されず、極めて良好な単結晶が得られた。
【００３８】
［比較例］
比較例では、ヒータ５０の端子部５０２ａの寸法を、幅：４０ｍｍ、長さ：７０ｍｍ、高さ（厚さ）：１５ｍｍとした。接続部５０２ｂは、端子部５０２ａと発熱部５０１の屈折部（同一方向に形成されたスリット間の部位、幅：約２０ｍｍ）を連結するために、発熱部５０１から端子部５０２ａに向けて徐々に幅が広くなるように形成した。接続部５０２ｂの高さ（厚さ）は端子部５０２ａと同様に１５ｍｍとした。発熱部５０１の寸法は、実施例で示すヒータ１０とほぼ同様とした。
【００３９】
図７は、比較例に係るヒータ５０を採用した結晶成長装置１において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件（ヒータＴＨ３の制御温度：１３８０℃、ヒータＴＨ４の制御温度：１２８０℃）にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。測定条件については実施例と同様とした。
図７に示すように、Ｚ＝１５の面内では、低いところで１３０１．６℃、高いところで１３０５．８℃であり、その差が４．２℃となっていた。
これより、実施例に係るヒータ１０を用いることで、周方向の温度分布の均一性が格段に改善され、良好な結晶性を有する単結晶を育成できることが確認された。
【００４０】
このように、本実施形態に係るヒータ１０は、抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部１０１と、発熱部１０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部１０２を備えている。そして、脚部１０２は、電極棒が接続される端子部１０２ａと、この端子部１０２ａと発熱部１０１を接続する接続部１０２ｂとで構成され、接続部１０２ｂの厚さが１０ｍｍ以下、幅が２０ｍｍ以下とされている。また、ヒータ１０はグラファイト材で構成されている。
このように構成することで、接続部１０２ｂの断面積が従来に比較して小さくなるので、接続部１０２ｂから放出される熱量を低減できるとともに、この部分における電流密度を従来と比較して大きく一様とすることができる。したがって、脚部１０２においても発熱部１０１と同等の熱量が確保されるので、発熱部１０１に温度ムラが生じるのを防止できる（図４参照）。
【００４１】
また、ヒータ１０は、接続部１０２ｂの外周に絶縁体からなる補強部材１０３を有している。これにより、接続部１０２ｂを細くしたために脚部１０２の機械的強度が低下しても、折損等により破損してしまうのを効果的に防止することができ、取り扱いが容易となる。さらに、補強部材１０３は絶縁体で構成され電気を通さないため、グラファイトシールドを発熱部１０１と端子部１０２ａとの間に接触して配設することができる。これにより、発熱部１０１と脚部１０２とが分離されるので、ヒータ周りのガスの制御が容易になる。
【００４２】
そして、このようなヒータ１０を備えた結晶成長装置１によれば、原料融液１９が周方向に均一に加熱されるので、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶を製造する際の歩留まりを飛躍的に向上させることができるとともに、ウェハとしたときの面内均一性を向上させることができる。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、ＺｎＴｅ単結晶を成長させた場合について示したが、他の化合物半導体単結晶をＬＥＣ法により製造する場合にも適用できる。
【００４４】
なお、実施形態で示したヒータ１０の寸法は、本発明を適用する場合の一例に過ぎない。例えば、接続部１０２ｂの最適な寸法を決定するにあたり、シミュレーションにより検討したところ、厚さは３ｍｍとするのが最良との結果が得られている。具体的には、接続部１０２ｂの幅によっては、脚部１０２の厚さを３ｍｍより薄くすると、発熱部１０１の脚部１０２に対応する部分が周囲と比較して高くなったり、当該部分の下部の温度が上部ほど上がらなかったりすることがわかっている。
【００４５】
つまり、接続部１０２ｂの寸法は、接続部１０２ｂにおける発熱・放熱、接続部１０２ｂの機械的強度、脚部１０２の全体における発熱による影響、及び成型や取り扱いの容易さ等を総合的に勘案して決定することが重要となる。ただし、本発明のように、厚さを１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下とすれば、少なくとも発熱部１０１において生じる温度ムラが従来よりも確実に低減される。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１ 結晶成長装置
１０ ヒータ
１１ 高圧容器
１２ ルツボ回転軸
１３ ルツボホルダ
１４ 外側ルツボ
１５ 内側ルツボ
１７ 結晶引き上げ軸
１８ シードホルダ
１９ 原料融液（ＺｎＴｅ）
２０ 液体封止剤（Ｂ２Ｏ３）
２１ 種結晶
２２ グラファイト断熱材
１０１ 発熱部
１０２ 脚部
１０２ａ 端子部
１０２ｂ 接続部
１０３ 補強部材
ＴＨ１〜ＴＨ５ ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＣ法による化合物半導体単結晶の成長に好適なヒータ、結晶成長装置及び化合物半導体単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造方法の一つとして、液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ：Liquid Encapsulated Czochralski）法が知られている。ＬＥＣ法では、ルツボに原料融液を収容し、原料融液の成分元素が蒸発するのを防止するために、この原料融液の上を液体封止剤（例えばＢ２Ｏ３）で封止する。そして、結晶引き上げ軸に保持された種結晶を原料融液表面に接触させ、ゆっくりと回転させながら上方へ引き上げることにより半導体単結晶を成長させる。このＬＥＣ法に用いられる結晶成長装置では、原料融液を加熱するために、ルツボの周囲にグラファイト製の円筒状ヒータが配置されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図８は、結晶成長装置に従来用いられているヒータの形状を示す図である。図８に示すように、ヒータ５０は、上下方向に交互にスリット５０１ａが設けられ電流経路がつづら折れ状に形成された発熱部５０１と、発熱部５０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部５０２とを備えている。脚部５０２は、電極棒（図示略）が接続される端子部５０２ａと、この端子部５０２ａと発熱部５０１を接続する接続部５０２ｂとで構成されている。端子部５０２ａに接続された電極棒を介して給電されると、発熱部５０１が所定の温度に昇温され、原料融液が加熱される。
【０００４】
ここで、結晶成長装置においては、脚部５０２及び電極棒で発熱が生じるのは好ましくないため、これらの断面積は比較的大きく設計される（例えば、端子部５０２ａの厚さ：１５ｍｍ、幅：４０ｍｍ）。また、接続部５０２ｂは、端子部５０２ａと発熱部５０１の屈折部（同一方向に形成されたスリット間の部位、幅：約２０ｍｍ）を連結するために、発熱部５０１から端子部５０２ａに向けて徐々に幅が広くなるように形成されている。
【０００５】
なお、特許文献２には、ガラスの線引き加熱用、アルミ溶解用、ノズル保温用のＳｉＣ製のリング状ヒータにおいて、端子部と発熱部の連結部となる脚部を、くびれた形状とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１５７０８３号公報
【特許文献２】特許第２９３８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したヒータ５０を備えた結晶成長装置を用いてＬＥＣ法により育成したＺｎＴｅ単結晶では、ファセット面が確認できる。しかしながら、ほとんどの場合で種結晶からデンドライト成長が起こっており（図９（ｂ）参照）、例えば数十ランに一度だけ単結晶成長ができるという具合で、歩留まりが非常に悪い。
また、ＬＥＣ法においては、結晶を引き上げながら成長させることで原料融液界面において成長した単結晶が胴部を形成していくが、結晶を取り出すと必ず胴部が周方向に波打っているような模様になっており、底部も平坦ではないことが多い（図９（ａ）参照）。このような場合、ウェハとしたときに面内均一性が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造において、歩留まりの向上及びウェハとしたときの面内均一性の向上を図ることができるヒータ、結晶成長装置及び化合物半導体単結晶の製造方法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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部と、前記発熱部の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部とを備えたヒータにおいて、
前記脚部は、電極棒が接続される端子部と、この端子部と前記発熱部を接続する接続部とで構成され、
前記接続部の厚さが１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒータにおいて、前記発熱部及び前記脚部は、グラファイト材で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のヒータにおいて、前記接続部の外周に絶縁体からなる補強部材を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のヒータにおいて、前記補強部材は、窒化ホウ素からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のヒータを多段に積み重ねた加熱部と、
前記加熱部で囲まれた空間に配置され、原料融液を収容するルツボと、
先端に保持された種結晶を前記原料融液表面に接触させ、引き上げながら単結晶を成長させる結晶引き上げ軸と、
を備えたことを特徴とする結晶成長装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の結晶成長装置を用いて、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法である。
【００１５】
以下、本発明を完成するに至った経緯について説明する。
従来、ＬＥＣ法による化合物半導体単結晶の製造には、例えば図１に示す結晶成長装置が用いられている。図１に示す結晶成長装置１では、縦方向にグラファイトヒータＴＨ１〜ＴＨ５が５段重ねに配設されており、ヒータＴＨ３の側面内側に原料融液１９及び液体封止剤２０を収容するルツボ１４，１５が配置されている。結晶成長時には、成長させる単結晶の種別に応じてヒータＴＨ３，ＴＨ４の温度を制御することとなる。ここで、ヒータＴＨ３，ＴＨ４による周方向の温度分布は、原料融液の対流やヒータ周りのガスの対流に大きく影響するため、非常に重要となる。
【００１６】
従来は、このヒータＴＨ１〜ＴＨ５として、図８に示すヒータ５０を使用していた。そして、本発明者が、ヒータ５０を備えた結晶成長装置１を用いてＺｎＴｅ単結晶を成長させたところ、極めて歩留まりが悪く、ウェハとしたときの面内均一性にも問題があることが判明した。
また、結晶成長装置１においては、異物対策でホットゾーンのベーキング（約１３００℃）を適時行っているが、このときのモニタ画面で発熱部５０１の一部に黒く見える（周囲に比較して発熱が小さい）ところが確認された（図１０参照）。
【００１７】
ヒータ５０の形状を踏まえたうえで、高圧容器１１内にルツボ１４，１５やルツボホルダ１３等を配置せずに、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５による周方向の温度分布を測定した。
具体的には、結晶引き上げ軸１７に熱電対をぶら下げるように取り付け、熱電対の先端（感温部）を円周方向に回転して測定できるようにセットした。そして、高圧容器１１のフランジの上面より７５０ｍｍ下方を基準（Ｚ＝０）とし、ヒータＴＨ３の下端（Ｚ＝−４０）から上端（Ｚ＝７０）に対応する面内における周方向の温度を測定した。このとき、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５の制御温度はすべて８００℃とした。また、周方向に３７分割した点を測定点とした。
【００１８】
測定結果を図１１に示す。図１１に示すように、Ｚ＝−４０の面では、１８方向と３７方向で他の方向に比較して顕著に温度が低くなっていた。また、Ｚ＝−３０〜０の面でも同様に、１８方向と３７方向の温度が低くなっていた。１８方向と３７方向のポジションを確認してみると、ヒータＴＨ３の脚部に対応していた。
一方、Ｚ＝７０の面では、２１方向と２方向で他の方向に比較して温度が低くなっていた。この２１方向と２方向のポジションを確認してみると、ヒータＴＨ３の上段に配設されたヒータＴＨ４の脚部に対応していた。これより、ヒータ５０の脚部５０２が周方向の温度分布に少なからず影響を与えていると考えられた。
【００１９】
このような状況を踏まえ、ヒータ５０の脚部５０２では、どのように電流が流れているか考察した。なお、ヒータ５０には高純度グラファイト部材を使用しているので、部材内部はすべて同じ抵抗値であると考えられる。
電流は最短経路を通電する習性があるので、部材にＲ箇所があれば、一番内側を多く通電することになる。したがって、Ｒ箇所の内側で電流密度が高くなり、大きく発熱する。逆に、Ｒ箇所の外側ではほとんど通電しないため、電流密度が疎になり、ほとんど発熱しない。これより、ヒータ５０の脚部５０２と発熱部５０１とが略直角に接続する部分（接続部５０２ｂ）では、上部が発熱し、下部ではほとんど発熱しないと考えられる。そのため、モニタ観察（図１０参照）でも、発熱部５０１の脚部５０２に対応する箇所が他の部分より黒く見えたと考えられる。
【００２０】
以上のことから、ヒータ５０の発熱部５０１と脚部５０２の接続部分（接続部５０２ｂ）における発熱が原因で原料融液の周方向の温度にばらつきが生じ、単結晶の歩留まりに影響するのではないか、ひいてはウェハとしたときに面内均一性が阻害されるのではないかと推論し、ヒータ構造を改善することに着想した。
【００２１】
そして、脚部５０２から発熱部５０１に一様に電流が流れることにより、発熱部５０１における温度ムラが解消されると考え、脚部５０２（特に、接続部５０２ｂ）の厚さを薄くし、従来よりも接続部５０２ｂの上面が発熱部５０１の下側となるようにすることを発案した。
また、接続部５０２ｂから端子部５０２ａ側への伝熱による熱放出を考慮し、放出熱量を最小限にすることで発熱部５０１における温度ムラを効果的に解消できると考え、脚部５０２の幅を狭くして断面積を最小とすることを発案した。
【００２２】
このように、脚部５０２の厚さを薄くし、幅を狭くすることは、いずれも脚部５０２における発熱に貢献すると考えられる。一方で、結晶成長装置１においては、脚部５０２の全体における発熱は小さいほうが望ましいとされている。つまり、脚部５０２の断面積を単純に小さくするだけでは、結晶成長装置１に使用する場合に弊害を生じる虞がある。
【００２３】
そこで、本発明では、脚部５０２を構成する端子部５０２ａと接続部５０２ｂの形状をそれぞれ独立して最適に設計することで、脚部５０２の全体における発熱を抑えつつ、発熱部５０１の温度ムラが解消されるようにした。
【００２４】
また、接続部５０２ｂの厚さを薄く、幅を狭くする（接続部５０２ｂを細くする）と、機械的強度が低下して折損する危険性が高くなる。実際に、接続部５０２ｂを細くしたヒータ５０を結晶成長装置１に配置したところ、ヒータ交換時に脚部５０２が折損してしまい、このままでは荷電時に折損してしまう危険性が高く改良の余地があることが判明した。折損箇所を確認すると、脚部５０２と発熱部５０１が直角に接合する部分に亀裂が入っていた。この部分には、少ない荷重でも応力が集中して加わるためと考えられた。
そこで、接続部５０２ｂを細くした場合でも機械的強度が確保されるように、接続部５０２ｂの周囲に絶縁体からなる補強部材を取り付けるようにした。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るヒータによれば、加熱領域における周方向の温度分布が均一となる。したがって、このヒータを用いた結晶成長装置及び製造方法によれば、ＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶の製造において、歩留まりの向上及びウェハとしたときの面内均一性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させるための結晶成長装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係るヒータにおける発熱部と脚部の接合部分を示す図である。
【図３】実施形態に係るヒータの補強部材を示す図である。
【図４】実施例に係るヒータを採用した結晶成長装置でベーキングを行ったときのヒータ部の観察結果を示すモニタ写真である。
【図５】実施例に係る結晶成長装置において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。
【図６】実施例に係る結晶成長装置を用いて、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ単結晶を成長させたときの成長結晶の一例を示す図である。
【図７】比較例に係るヒータを採用した結晶成長装置において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。
【図８】従来のヒータにおける発熱部と脚部の接合部分を示す図である。
【図９】従来のヒータを採用した結晶成長装置で得られた成長結晶の一例を示す図である。
【図１０】従来のヒータを採用した結晶成長装置でベーキングを行ったときのヒータ部の観察結果を示すモニタ写真である。
【図１１】従来のヒータを採用した結晶成長装置（ホットゾーンのみ）における周方向の温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させるための結晶成長装置の概略構成図である。結晶成長装置１では、高圧容器１１の内部に、グラファイト断熱材２２および円筒状ヒータＴＨ１〜ＴＨ５が同心円上に配設されている。具体的には、炉底部に設けられた各ヒータに対応する電極端子（図示略）に電極棒（図示略）の一端側が接続されており、この電極棒の他端側にヒータＴＨ１〜ＴＨ５の脚部が接続されている。また、円筒状のグラファイトシールド（図示略）が、各ヒータＴＨ１〜ＴＨ５に対応して一段ずつ重ねて配設されている。グラファイトシールドの下部には対向する２箇所に切欠部が形成されており、切欠部がヒータＴＨ１〜ＴＨ５の脚部を跨ぐように配置される。
【００２８】
高圧容器１１の中央部には、ルツボ回転軸１２が垂直に配置され、このルツボ回転軸１２の上端にルツボホルダ１３が固定されている。
ルツボホルダ１３には、有底円筒状をしたｐＢＮ製の外側ルツボ１４が嵌合され、この外側ルツボ１４の内側にｐＢＮ製の内側ルツボ１５が配置されている。内側ルツボ１５の上方には、下端に種結晶２１を保持するシードホルダ１８を有する結晶引き上げ軸１７が設けられている。結晶引き上げ軸１７及びルツボ回転軸１２は、それぞれ駆動部（図示略）に連結されており、回転並びに昇降可能となっている。
【００２９】
外側ルツボ１４及び内側ルツボ１５には、原料融液（例えばＺｎＴｅ）１９が収容され、原料融液１９の上面は液体封止剤２０（例えばＢ２Ｏ３）によって封止されている。内側ルツボ１５は、底面に外側ルツボ１４と連通する連通孔を有しており、この連通孔を介して原料融液１９が外側ルツボ１４から内側ルツボ１５に移動できるようになっている。
【００３０】
このように、結晶成長装置１は、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５を多段に積み重ねた加熱部と、加熱部で囲まれた空間に配置され、原料融液１９を収容するルツボ１４，１５と、先端に保持された種結晶２１を原料融液１９の表面に接触させ、引き上げながら単結晶を成長させる結晶引き上げ軸１７とを備えている。
【００３１】
本実施形態の結晶成長装置１では、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５として、図２、３に示すグラファイト製のヒータ１０を採用している。なお、図２では、図３における補強部材１０３を外した状態を示している。
図２に示すように、ヒータ１０は、上下方向に交互にスリット１０１ａが設けられ電流経路がつづら折れ状に形成された発熱部１０１と、発熱部１０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部１０２とを備えている。脚部１０２は、電極棒が接続される端子部１０２ａと、この端子部１０２ａと発熱部１０１を接続する接続部１０２ｂとで構成されている。発熱部１０１及び脚部１０２（端子部１０２ａ，接続部１０２ｂ）はグラファイト材で構成され、一体的に成型されている。
ここで、接続部１０２ｂの幅は端子部１０２ａの幅よりも狭く２０ｍｍ以下とされ、厚さは１０ｍｍ以下とされる。また、接続部１０２ｂの上面と発熱部１０１の接合部分１０２ｃにはＲ加工が施されており、荷重が効率的に分散され、脚部１０２の折損がより効果的に防止されるようにしている。
【００３２】
また、図３に示すように、接続部１０２ｂの周囲には、例えばＢＮ（窒化ホウ素）等の絶縁体からなる補強部材１０３が取り付けられている。この補強部材１０３は、断面コ字状の冠部材と平板状の底板部材とで構成されており、それぞれが接続部１０２ｂの上面又は下面に螺設されている。
この補強部材１０３を跨ぐようにグラファイトシールドが配設されることとなるが、補強部材１０３は絶縁体であるため、グラファイトシールドと接触しても構わない。従来は、ヒータ５０の脚部５０２（図８参照）と接触しないようにグラファイトシールドを配設するために、グラファイトシールドを大きくくり貫いて切欠部を形成する必要があった。
このように、実施形態の結晶成長装置１では、グラファイトシールドをヒータ１０の脚部１０２（補強部材１０３）に接触させて取り付けることで、発熱部１０１と端子部１０２ａを分離することができるので、グラファイトシールドの切欠部により生じていたガスの対流をなくすことができる。
【００３３】
結晶成長装置１を用いて、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ単結晶を成長させる場合、ＺｎＴｅ原料融液１９が成長温度となるように、ヒータＴＨ１〜ＴＨ５（ヒータ１０）の制御温度が設定される。設定された制御温度に従って、電極棒を介してヒータＴＨ１〜ＴＨ５に給電される。そして、発熱部１０１が所定の温度に昇温され、ルツボ１４，１５内の原料融液１９が水平面内の周方向で一様に加熱される。
【００３４】
［実施例］
実施例では、ヒータ１０の発熱部１０１の寸法を、外径：２２２ｍｍ、高さ：１０５ｍｍ、肉厚：６ｍｍ、スリット幅：４ｍｍとした。端子部１０２ａの寸法を、幅：４０ｍｍ、長さ：３５ｍｍ、高さ（厚さ）：１０ｍｍとした。接続部１０２ｂの寸法を、幅：２０ｍｍ、長さ：２４ｍｍ、高さ（厚さ）：１０ｍｍとした。
【００３５】
図４は、実施例に係るヒータ１０を採用した結晶成長装置１において、１３００℃でベーキングしたときのヒータ部の観察結果を示すモニタ写真である。従来のヒータ５０を使用した場合（図１０参照）、ヒータ５０の発熱部５０１の脚部５０２に対応する部分が周囲と比較して黒く暗く見えた（周囲に比較して発熱が小さい）が、図４に示すように、実施例のヒータ１０では、温度分布の均一性が格段に改善されていることが確認された。
【００３６】
図５は、実施例に係る結晶成長装置１において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件（ヒータＴＨ３の制御温度：１３４０℃、ヒータＴＨ４の制御温度：１２０８℃）にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。
図５では、高圧容器１１のフランジの上面より７５０ｍｍ下方を基準（Ｚ＝０）とし、Ｚ＝１０〜２５（ヒータＴＨ３の高さ方向略中央に対応）に対応する面内における周方向の温度を測定した結果を示している。Ｚ＝１５がちょうど原料融液１９の界面の位置である。また、周方向に８分割した点を測定点とし、複数回測定したうちの各測定点における最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎについて示している。なお、ルツボ１４，１５ともに回転はさせていない。
図５に示すように、Ｚ＝１５の面内では、低いところで１２８９．９℃、高いところで１２９２．５℃であり、その差が２．６℃となっていた。
【００３７】
図６は、実施例に係る結晶成長装置１を用いて、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ単結晶を成長させたときの成長結晶の一例を示す写真である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、デンドライト成長が観察されず、極めて良好な単結晶が得られた。
【００３８】
［比較例］
比較例では、ヒータ５０の端子部５０２ａの寸法を、幅：４０ｍｍ、長さ：７０ｍｍ、高さ（厚さ）：１５ｍｍとした。接続部５０２ｂは、端子部５０２ａと発熱部５０１の屈折部（同一方向に形成されたスリット間の部位、幅：約２０ｍｍ）を連結するために、発熱部５０１から端子部５０２ａに向けて徐々に幅が広くなるように形成した。接続部５０２ｂの高さ（厚さ）は端子部５０２ａと同様に１５ｍｍとした。発熱部５０１の寸法は、実施例で示すヒータ１０とほぼ同様とした。
【００３９】
図７は、比較例に係るヒータ５０を採用した結晶成長装置１において、ＺｎＴｅ単結晶の成長時と同じ条件（ヒータＴＨ３の制御温度：１３８０℃、ヒータＴＨ４の制御温度：１２８０℃）にて加熱したときの周方向の温度分布を示す図である。測定条件については実施例と同様とした。
図７に示すように、Ｚ＝１５の面内では、低いところで１３０１．６℃、高いところで１３０５．８℃であり、その差が４．２℃となっていた。
これより、実施例に係るヒータ１０を用いることで、周方向の温度分布の均一性が格段に改善され、良好な結晶性を有する単結晶を育成できることが確認された。
【００４０】
このように、本実施形態に係るヒータ１０は、抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部１０１と、発熱部１０１の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部１０２を備えている。そして、脚部１０２は、電極棒が接続される端子部１０２ａと、この端子部１０２ａと発熱部１０１を接続する接続部１０２ｂとで構成され、接続部１０２ｂの厚さが１０ｍｍ以下、幅が２０ｍｍ以下とされている。また、ヒータ１０はグラファイト材で構成されている。
このように構成することで、接続部１０２ｂの断面積が従来に比較して小さくなるので、接続部１０２ｂから放出される熱量を低減できるとともに、この部分における電流密度を従来と比較して大きく一様とすることができる。したがって、脚部１０２においても発熱部１０１と同等の熱量が確保されるので、発熱部１０１に温度ムラが生じるのを防止できる（図４参照）。
【００４１】
また、ヒータ１０は、接続部１０２ｂの外周に絶縁体からなる補強部材１０３を有している。これにより、接続部１０２ｂを細くしたために脚部１０２の機械的強度が低下しても、折損等により破損してしまうのを効果的に防止することができ、取り扱いが容易となる。さらに、補強部材１０３は絶縁体で構成され電気を通さないため、グラファイトシールドを発熱部１０１と端子部１０２ａとの間に接触して配設することができる。これにより、発熱部１０１と脚部１０２とが分離されるので、ヒータ周りのガスの制御が容易になる。
【００４２】
そして、このようなヒータ１０を備えた結晶成長装置１によれば、原料融液１９が周方向に均一に加熱されるので、ＬＥＣ法によりＺｎＴｅ等の化合物半導体単結晶を製造する際の歩留まりを飛躍的に向上させることができるとともに、ウェハとしたときの面内均一性を向上させることができる。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、ＺｎＴｅ単結晶を成長させた場合について示したが、他の化合物半導体単結晶をＬＥＣ法により製造する場合にも適用できる。
【００４４】
なお、実施形態で示したヒータ１０の寸法は、本発明を適用する場合の一例に過ぎない。例えば、接続部１０２ｂの最適な寸法を決定するにあたり、シミュレーションにより検討したところ、厚さは３ｍｍとするのが最良との結果が得られている。具体的には、接続部１０２ｂの幅によっては、脚部１０２の厚さを３ｍｍより薄くすると、発熱部１０１の脚部１０２に対応する部分が周囲と比較して高くなったり、当該部分の下部の温度が上部ほど上がらなかったりすることがわかっている。
【００４５】
つまり、接続部１０２ｂの寸法は、接続部１０２ｂにおける発熱・放熱、接続部１０２ｂの機械的強度、脚部１０２の全体における発熱による影響、及び成型や取り扱いの容易さ等を総合的に勘案して決定することが重要となる。ただし、本発明のように、厚さを１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下とすれば、少なくとも発熱部１０１において生じる温度ムラが従来よりも確実に低減される。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１ 結晶成長装置
１０ ヒータ
１１ 高圧容器
１２ ルツボ回転軸
１３ ルツボホルダ
１４ 外側ルツボ
１５ 内側ルツボ
１７ 結晶引き上げ軸
１８ シードホルダ
１９ 原料融液（ＺｎＴｅ）
２０ 液体封止剤（Ｂ２Ｏ３）
２１ 種結晶
２２ グラファイト断熱材
１０１ 発熱部
１０２ 脚部
１０２ａ 端子部
１０２ｂ 接続部
１０３ 補強部材
ＴＨ１〜ＴＨ５ ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部と、前記発熱部の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部とを備えたヒータにおいて、
前記脚部は、電極棒が接続される端子部と、この端子部と前記発熱部を接続する接続部とで構成され、
前記接続部の厚さが１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下であることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記発熱部及び前記脚部は、グラファイト材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記接続部の外周に絶縁体からなる補強部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記補強部材は、窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のヒータを多段に積み重ねた加熱部と、
前記加熱部で囲まれた空間に配置され、原料融液を収容するルツボと、
先端に保持された種結晶を前記原料融液表面に接触させ、引き上げながら単結晶を成長させる結晶引き上げ軸と、
を備えたことを特徴とする結晶成長装置。
【請求項６】
請求項５に記載の結晶成長装置を用いて、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項１】
抵抗加熱により発熱する円筒状の発熱部と、前記発熱部の外周面下部の対向する２箇所から突出形成された脚部とを備えたヒータにおいて、
前記脚部は、電極棒が接続される端子部と、この端子部と前記発熱部を接続する接続部とで構成され、
前記接続部の厚さが１０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下であることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記発熱部及び前記脚部は、グラファイト材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記接続部の外周に絶縁体からなる補強部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記補強部材は、窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のヒータを多段に積み重ねた加熱部と、
前記加熱部で囲まれた空間に配置され、原料融液を収容するルツボと、
先端に保持された種結晶を前記原料融液表面に接触させ、引き上げながら単結晶を成長させる結晶引き上げ軸と、
を備えたことを特徴とする結晶成長装置。
【請求項６】
請求項５に記載の結晶成長装置を用いて、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長させることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図４】
【図６】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図４】
【図６】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２１３５０３（Ｐ２０１１−２１３５０３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１０３５（Ｐ２０１０−８１０３５）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５０２３６２７５８）ＪＸ日鉱日石金属株式会社 (482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５０２３６２７５８）ＪＸ日鉱日石金属株式会社 (482)
【Ｆターム（参考）】
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