ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法
【課題】坩堝内の圧力とその外部の圧力とが自動的に調整されるため、制御装置を必要としないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶製造の装置は、蓋部と本体部とからなる坩堝を備え、本体部の底部にＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料を前記ＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部に収容してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置において、Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、該第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、坩堝、第１の加熱手段及び第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、蓋部は前記封止剤収容部に載置され、本体部と連結されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶製造の装置は、蓋部と本体部とからなる坩堝を備え、本体部の底部にＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料を前記ＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部に収容してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置において、Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、該第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、坩堝、第１の加熱手段及び第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、蓋部は前記封止剤収容部に載置され、本体部と連結されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法特に、封管（又は坩堝）内の圧力とその外部の圧力とが自動的に調整されるため、制御装置を必要としないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は従来、レーザーダイオード、発光ダイオードのようなオプトデバイスやＨＥＭＴのような高速デバイス等の材料に利用されている。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶は、液体封止引上げ法（ＬＥＣ法）、垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）、液体封止垂直ブリッジマン法（ＬＥ−ＶＢ法）等により育成される。垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）、液体封止垂直ブリッジマン法（ＬＥ−ＶＢ法）は高品質の単結晶が得られる方法であるが、ガリウム（Ｇａ）等のＩＩＩ族原料と砒素（Ａｓ）等のＶ族原料とを直接反応させて単結晶を成長させることが困難なため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶をまず合成し、次いでこのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる方法が採られている。
【０００４】
特許文献１には、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶の一般的な製造方法である液体封止引き上げ（ＬＥＣ）法の例が開示されている。単結晶製造方法であるが、原料として金属ガリウムと砒素を用いた直接合成法なので多結晶を成長させる一般的な方法でもある。引き上げの際、液体封止剤は原料融液の表面を覆い、原料融液からの揮発性元素の解離を防止する必要がある。この液体封止剤としては三酸化硼素（Ｂ2０3 ）を用いる場合が多い。
【０００５】
特許文献２には、引き上げ法による化合物半導体単結晶の製造が目的ではあるが、高解離圧成分原料（例えば、砒素等のＶ族原料）を密閉容器の下部に配置し、他の成分原料（例えば、ガリウム等のＩＩＩ族原料）を上部に配置する構成が開示されている。この密閉容器は上部と下部からなり、上部と下部の接合部に液体封止剤が充填されて容器の封止がなされており、液体封止剤として三酸化硼素（Ｂ2０3 ）が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）の例が開示されている。この方法では、原料融液を収容するるつぼを設置し、るつぼ底部に種結晶を配置して、るつぼの周囲にヒータを配置してるつぼ内の原料融液に垂直方向に温度勾配をつけて、下方より徐冷固化して単結晶を成長させる。
特許文献３に開示された化合物半導体単結晶製造装置では、るつぼを支持するサセプタの周囲に液体封止剤を収容する受け皿を設け、るつぼを覆うキャップの下端を液体封止剤に浸漬させて密閉した成長室を形成する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４及び５には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法として、図２に示すようにＩＩＩ原料及びＶ族原料が充填された石英等から成る封管１０１を水平（横）にして、横型高圧炉１０２内に搬入して合成する方法（横型封管法）が開示されている。
この方法では、図２に示すようにＧａ等のＩＩＩ族原料１０３は、円筒型等の黒鉛ルツボ１０４内に充填されると共に黒鉛ルツボ１０４全体を封管１０１の一端に配置され、Ａｓ等のＶ族原料１０５は、石英板等あるいは石英綿等の熱遮蔽物１０６を介し封管１０１の他端側に配置される。原料等が充填された封管１０１は、その後真空にして封じ切られる。
次に、真空にして封じ切られた封管１０１は中央に高周波コイル１０７を有し、この高周波コイル１０７を中央に挟んで、その両側に抵抗ヒーター１０９を有する高圧容器にて構成された横型高圧炉１０２内に搬入される。
そして、横型高圧炉１０２内において封管１０１全体が加熱され、高周波コイル１０７により黒鉛ルツボ１０４内のＩＩＩ族原料１０３が局所的に更に高温に加熱されると共に、Ｖ族原料１０５から発生した原料ガスが熱遮蔽物１０６を通り抜け上記ＩＩＩ族原料１０３と反応し、かつ、封管１０１を矢印ａ方向へ横型高圧炉１０２内を移動させるか封管１０１を固定して横型高圧炉２を逆方向へ移動させる等して（すなわち、高温部を一方向に相対移動させる）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶が合成される。
【０００８】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法として、垂直方向に配置する封管の上部側及び下部側に、ＩＩＩ原料及びＶ族原料を離間配置して成長を行う縦型の封管法が知られている（例えば、特許文献６）。
【０００９】
図３に、特許文献６に開示されたリン化ガリウム（ＧａＰ）多結晶製造装置を示す。
このリン化ガリウム多結晶製造装置は圧力容器１１１を有し、この圧力容器１１１内には石英封管１１２が配置されると共に、石英封管１１２中には上部側にガリウム１１４が収容された原料ルツボ１１３が配置され、下部側にリン１１５を収容される。
また、石英封管１１２の外周には、原料ルツボ１１３の配置位置に対応してガリウム融解用のヒーター１１６と、リン１１５の収容位置に対応してリン融解用のヒーター１１７とが配置されている。さらに、リン１１５の収容部に対応する石英封管１１２の底部外には温度モニター用の熱電対等を用いた温度測定器１１８が設けられており、温度測定器１１８によるリンの蒸気圧を算定できる。
【００１０】
このリン化ガリウム多結晶製造装置を用いてリン化ガリウム多結晶を製造するには、圧力容器１１内を不活性ガス雰囲気で加圧後、ガリウム融解用ヒーター１１６で原料ルツボ１１３に収容されたガリウム１１４をリン化ガリウムの融点以上に昇温して溶融し、次いで、温度測定器１１８による温度測定を基準にした圧力容器１１１の内圧制御下でリン用ヒーター１１７でリン１１５を溶融蒸発させ、石英封管１１２内を赤リン蒸気で満たすと共に、原料ルツボ１１３内の溶融されたガリウム１１４に赤リン蒸気を反応させてリン化ガリウム融液とする。次いで、ガリウム用ヒーター１１６による加熱温度を次第に降下し、リン化ガリウム融液を固化させてリン化ガリウム多結晶を製造し、その後、リン用ヒーター１１７による加熱温度をも降下し、圧力容器１１１内の温度が４０℃程度まで降温した時点で圧力容器１１１内を大気圧とし、リン化ガリウム多結晶を取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６２−２３０６９５号公報
【特許文献２】特開平３−２４７５８２号公報
【特許文献３】特開平３−２８５８８６号公報
【特許文献４】特公昭４９−１５９０１号公報
【特許文献５】特開２００７−８４３６６号公報
【特許文献６】特開平７−２５７９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の方法では、液体封止剤が原料と接触しているため、液体封止剤と用いる三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）の硼素がヒ化ガリウムの中に混入してしまうという問題がある。
特許文献２の方法では、引き上げ軸を用いて単結晶を引き上げる引き上げ法の都合上、高解離圧成分原料（例えば、砒素等のＶ族原料）を密閉容器の下部に、他の成分原料（例えば、ガリウム等のＩＩＩ族原料）を上部に配置する必要があり、成分原料の配置に制限がある。
特許文献３の方法は実施例がカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）であり、原料は多結晶を用いるもので合成するわけではないので、ＩＩＩ族原料、Ｖ族原料を分けた配置はない。
特許文献４及び５は横型封管法であり、一般に石英材を用いる封管の耐久性から、容器内の圧力が高くなると封管の変形や破損が起こるという問題があるため、十分に容器内を加圧することが難しい。そのため、合成される多結晶がストイキオメトリーからずれた結晶になり易いという問題を原理的に有している。封管および加熱部を圧力容器に封入するという解決策があるが、その場合、封管の内部と外部の圧力をバランスさせる必要がある。
特許文献６で開示された縦型封管法では、石英封管内の圧力とその外部の圧力容器内圧を精度良くバランスさせる必要があるという不都合がある。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、封管（又は坩堝）内の圧力とその外部の圧力とが等しくなるように自動的に調整されるため、制御装置を必要としないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び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】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）蓋部と本体部とからなる坩堝を備え、前記本体部の底部にＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料を前記ＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部に収容してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置において、前記Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、該第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、前記坩堝、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、前記本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、前記蓋部は前記封止剤収容部に載置され、前記本体部と連結されていることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（２）前記蓋部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする前項（１）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（３）前記本体部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする前項（１）又は（２）のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（４）前記Ｖ族原料収容部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（５）前記第１の加熱手段の上方に配置して、前記封止剤収容部内の封止剤を加熱する第３の加熱手段をさらに備えた前項（１）から（４）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（６）前項（１）から（５）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置を用いて、前記底部にＩＩＩ族原料を投入し、前記Ｖ族原料収容部にＶ族原料を投入し、前記封止剤収容部に封止剤を投入してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法であって、前記加圧容器内に不活性ガスを導入する工程と、前記第２の加熱手段を用いて前記ＩＩＩ族原料を前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、前記第１の加熱手段を用いて前記V族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備えたことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（７）前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力を、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程とで、異なる値にすることを特徴とする前項（６）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（８）蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は４５〜５０ａｔｍであることを特徴とする前項（７）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（９）前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は１．５〜２．５ａｔｍであることを特徴とする前項（７）又は（８）のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（１０）前記封止剤が酸化硼素であることを特徴とする前項（６）から（９）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（１１）前記酸化硼素が固体酸化硼素であり、該固体酸化硼素を前記第３の加熱手段を用いて融解する工程を含むことを特徴とする前項（１０）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（１２）前記ＩＩＩ族半導体がガリウムであり、前記V族半導体が砒素であることを特徴とする前項（６）から（１１）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置によれば、Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、坩堝、第１の加熱手段及び第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、蓋部は封止剤収容部に載置され、本体部と連結されている構成としたので、加圧容器に不活性ガスを充填し、第２の加熱手段によってＩＩＩ族原料を融液とし、第１の加熱手段によってＶ族原料を蒸発させることによってヒ化ガリウムの融液を合成する際、加熱手段の加熱によって坩堝内の圧力は上昇するが、坩堝内の圧力が坩堝外（加圧容器内）の圧力より高くなった場合には封止剤を介して坩堝内のガスが坩堝外に排出されるので坩堝内外の圧力が自動的に等しく維持される。
また、従来、ヒ化ガリウムの製造を例にとると、ヒ化ガリウムの融点付近での乖離圧（ヒ化ガリウムの分解が起こり始める砒素分圧）が１ａｔｍであるのに対して、１〜１．４ａｔｍの砒素分圧下で製造するのに対して、本発明ではそれより高い砒素分圧、例えば、２ａｔｍ程度の砒素分圧でヒ化ガリウムの融液を合成できるので従来の装置より組成ずれが生じにくく、また、インクルージョンや空孔ができにくく、従来よりも高い収率でヒ化ガリウムを製造することができる。
【００１６】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法によれば、加圧容器内に不活性ガスを導入する工程と、第２の加熱手段を用いてＩＩＩ族原料をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、第１の加熱手段を用いてV族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備えた構成としたので、ヒ化ガリウムの製造を例にとると、従来法よりも高い砒素分圧、例えば、２ａｔｍ程度の砒素分圧でヒ化ガリウムの融液を合成できるので従来の製造方法より組成ずれが生じにくく、また、インクルージョンや空孔ができにくく、従来の方法よりも高い収率でヒ化ガリウムを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図である。
【図２】従来の化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図である。
【図３】従来の化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した一実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及びその製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図を示す。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置１は、蓋部２と本体部３とからなる坩堝４を備え、本体部３の底部３ａにＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料をＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部５に収容し、Ｖ族原料収容部５の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段６と、第１の加熱手段６の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段７と、坩堝４、第１の加熱手段６及び第２の加熱手段７が収容された加圧容器８とを備え、本体部３は封止剤９が収容される封止剤収容部１０を具備し、蓋部２は封止剤収容部５に載置され、本体部３と連結されている。
【００２０】
蓋部２は石英または熱分解窒化ホウ素からなるのが好ましい。
石英は装置の運転中に蓋部付近が達する温度では融けないからであり、また、透明なので装置の運転中に装置内の様子を観察できるからである。また、窒化ホウ素も装置の運転中に蓋部付近が達する温度では融けないからであり、また、酸化ホウ素が固化しても、蓋は破損しないからである。
【００２１】
また、Ｖ族原料収容部５も石英または熱分解窒化ホウ素からなるのが好ましい。
Ｖ族収納部の温度はヒ化ガリウムの融点より低いが、石英、窒化ホウ素はともに、ヒ化ガリウムの融点付近で安定だからである。
【００２２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置１は、第１の加熱手段６の上方に配置して、封止剤収容部１０内の封止剤９を加熱する第３の加熱手段１１をさらに備えるのが好ましい。
固体封止剤を加熱して液体封止剤として坩堝の封止に用いることができるからである。
【００２３】
封止剤は酸化硼素であるのが好ましい。砒素との反応性が低いからである。
液体の酸化硼素を封止剤に用いる場合には、第３の加熱手段は必要ないが、第３の加熱手段を備えれば、固体の酸化硼素を封止剤として用いることができる。
【００２４】
ＩＩＩ族原料、V族原料としてはそれぞれ、例えば、ガリウム、砒素を用いることができる。
【００２５】
以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置を用いて、本発明の一実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法について説明する。
【００２６】
本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法は、本体部３の底部３ａにＩＩＩ族原料を投入し、Ｖ族原料収容部５にＶ族原料を投入し、封止剤収容部１０に封止剤９を投入してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するが、加圧容器８内に不活性ガスを導入する工程と、第２の加熱手段７を用いてＩＩＩ族原料をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、第１の加熱手段６を用いてV族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと底部３ａのＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段７の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備える。
【００２７】
ＩＩＩ族半導体、V族半導体がそれぞれ、ガリウム、砒素であり、封止剤として固体の酸化硼素を用いた場合を例として具体的に説明する。
【００２８】
本体部３の底部３ａに液体ガリウムを投入し、Ｖ族原料収容部５に砒素（粒）を投入する。封止剤収容部１０に固体の酸化硼素を投入する。
【００２９】
次いで、加圧容器８内に不活性ガスを導入する。このとき、不活性ガスの導入と真空引きを繰り返すことにより、炉内のガス置換を行うことができる。
本実施形態では、封止材として、室温で固体の酸化硼素を用いているので、昇温前（室温・封止材溶解前）にルツボ内のガス置換を容易に行うことができるという利点がある。
また、このとき、酸化硼素が溶解しない程度の低温で加熱し、原料に付着した不要な水分を飛ばすことも可能である。
昇温前に、不活性ガスは、昇降中のＶ族元素の蒸発による組成ずれを抑制する程度、例えば、２０ａｔｍ程度以上充填するのが好ましい。
【００３０】
次いで、第３の加熱手段によって固体の酸化硼素を６００〜８００℃に加熱して融解して液体封止剤とする。固体の酸化硼素が融解したら、加熱を停止する。
【００３１】
次いで、第２の加熱手段によってガリウム液体を加熱してその温度をヒ化ガリウムの融点１２３５℃以上にする。
ガリウム液体の温度を１２３５℃以上の温度に維持した状態で、第１の加熱手段によって粒状の砒素を６００〜７００℃に加熱して砒素を蒸発させる。このとき、加圧容器内の圧力を４５〜５０ａｔｍとする。
蒸発した砒素はガリウムと反応して、ヒ化ガリウム融液が合成される。この圧力で保持することにより、効率的にヒ化ガリウムが合成される。
【００３２】
次いで、第１の加熱手段による加熱を停止し、第２の加熱手段による加熱温度を徐々に下げ、ヒ化ガリウムを固化させる。このとき、加圧容器内の圧力を１．５〜２．５ａｔｍとする。
こうして、ヒ化ガリウムを固化する工程をこの圧力で保持することにより、ストイキオメトリー的に良質なヒ化ガリウム多結晶を得ることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法の効果について実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例）
本実施例では、ＩＩＩ族半導体としてガリウムを用い、V族半導体として砒素を用い、封止剤として固体の酸化硼素を用いてヒ化ガリウムを製造した。
まず、加圧容器内に不活性ガスとしてアルゴンを導入して加圧容器内の圧力を４５ａｔｍとした。
この圧力の下で、第１の加熱手段によって本体部の底部に収容されたガリウム液体をヒ化ガリウムの融点１２３５℃まで加熱し、その温度を維持した状態で、第２の加熱手段によってＶ族原料収容部に収容された粒状の砒素を６５０℃まで加熱し、その温度を維持した状態で砒素を蒸発させ、ヒ化ガリウム融液を合成した。
次に、加圧容器内の圧力を２．0ａｔｍに下げ、この圧力の下で、第１の加熱手段による加熱を停止し、第２の加熱手段による加熱温度を徐々に下げ、ヒ化ガリウムを固化してヒ化ガリウム多結晶を製造した。
【００３５】
こうして製造したヒ化ガリウム多結晶を本体部から分離し、得られたヒ化ガリウム多結晶インゴット中の良品部分（Ｇａのインクルージョンや空孔などの不良がない部分）の重量を測定し、収率を計算した。
１０個のサンプルの収率の平均は、９６%であった。
本発明の製造方法を用いることにより、良品部分の割合の高いヒ化ガリウム多結晶を製造できることがわかった。
【００３６】
（比較例１）
比較例１として、図２で示した横型封管法を用いて製造したヒ化ガリウム多結晶１０サンプルについて、上記実施例と同様の収率を計算したところ、その収率の平均は、９２％であった。
【００３７】
本発明の製造方法は、従来の製造方法よりも良い収率でヒ化ガリウム多結晶を製造できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及びその製造方法は、封管（又は坩堝）内の圧力とその外部の圧力とを等しくなるように調整するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置
２ 蓋部
３ 本体部
３ａ 底部
４ 坩堝
５ Ｖ族原料収容部
６ 第１の加熱手段
７ 第２の加熱手段
８ 加圧容器
９ 封止剤
１０ 封止剤収容部
１１ 第３の加熱手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法特に、封管（又は坩堝）内の圧力とその外部の圧力とが自動的に調整されるため、制御装置を必要としないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は従来、レーザーダイオード、発光ダイオードのようなオプトデバイスやＨＥＭＴのような高速デバイス等の材料に利用されている。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶は、液体封止引上げ法（ＬＥＣ法）、垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）、液体封止垂直ブリッジマン法（ＬＥ−ＶＢ法）等により育成される。垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）、液体封止垂直ブリッジマン法（ＬＥ−ＶＢ法）は高品質の単結晶が得られる方法であるが、ガリウム（Ｇａ）等のＩＩＩ族原料と砒素（Ａｓ）等のＶ族原料とを直接反応させて単結晶を成長させることが困難なため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶をまず合成し、次いでこのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる方法が採られている。
【０００４】
特許文献１には、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶の一般的な製造方法である液体封止引き上げ（ＬＥＣ）法の例が開示されている。単結晶製造方法であるが、原料として金属ガリウムと砒素を用いた直接合成法なので多結晶を成長させる一般的な方法でもある。引き上げの際、液体封止剤は原料融液の表面を覆い、原料融液からの揮発性元素の解離を防止する必要がある。この液体封止剤としては三酸化硼素（Ｂ2０3 ）を用いる場合が多い。
【０００５】
特許文献２には、引き上げ法による化合物半導体単結晶の製造が目的ではあるが、高解離圧成分原料（例えば、砒素等のＶ族原料）を密閉容器の下部に配置し、他の成分原料（例えば、ガリウム等のＩＩＩ族原料）を上部に配置する構成が開示されている。この密閉容器は上部と下部からなり、上部と下部の接合部に液体封止剤が充填されて容器の封止がなされており、液体封止剤として三酸化硼素（Ｂ2０3 ）が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、垂直温度勾配法（ＶＧＦ法）の例が開示されている。この方法では、原料融液を収容するるつぼを設置し、るつぼ底部に種結晶を配置して、るつぼの周囲にヒータを配置してるつぼ内の原料融液に垂直方向に温度勾配をつけて、下方より徐冷固化して単結晶を成長させる。
特許文献３に開示された化合物半導体単結晶製造装置では、るつぼを支持するサセプタの周囲に液体封止剤を収容する受け皿を設け、るつぼを覆うキャップの下端を液体封止剤に浸漬させて密閉した成長室を形成する方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４及び５には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法として、図２に示すようにＩＩＩ原料及びＶ族原料が充填された石英等から成る封管１０１を水平（横）にして、横型高圧炉１０２内に搬入して合成する方法（横型封管法）が開示されている。
この方法では、図２に示すようにＧａ等のＩＩＩ族原料１０３は、円筒型等の黒鉛ルツボ１０４内に充填されると共に黒鉛ルツボ１０４全体を封管１０１の一端に配置され、Ａｓ等のＶ族原料１０５は、石英板等あるいは石英綿等の熱遮蔽物１０６を介し封管１０１の他端側に配置される。原料等が充填された封管１０１は、その後真空にして封じ切られる。
次に、真空にして封じ切られた封管１０１は中央に高周波コイル１０７を有し、この高周波コイル１０７を中央に挟んで、その両側に抵抗ヒーター１０９を有する高圧容器にて構成された横型高圧炉１０２内に搬入される。
そして、横型高圧炉１０２内において封管１０１全体が加熱され、高周波コイル１０７により黒鉛ルツボ１０４内のＩＩＩ族原料１０３が局所的に更に高温に加熱されると共に、Ｖ族原料１０５から発生した原料ガスが熱遮蔽物１０６を通り抜け上記ＩＩＩ族原料１０３と反応し、かつ、封管１０１を矢印ａ方向へ横型高圧炉１０２内を移動させるか封管１０１を固定して横型高圧炉２を逆方向へ移動させる等して（すなわち、高温部を一方向に相対移動させる）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶が合成される。
【０００８】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法として、垂直方向に配置する封管の上部側及び下部側に、ＩＩＩ原料及びＶ族原料を離間配置して成長を行う縦型の封管法が知られている（例えば、特許文献６）。
【０００９】
図３に、特許文献６に開示されたリン化ガリウム（ＧａＰ）多結晶製造装置を示す。
このリン化ガリウム多結晶製造装置は圧力容器１１１を有し、この圧力容器１１１内には石英封管１１２が配置されると共に、石英封管１１２中には上部側にガリウム１１４が収容された原料ルツボ１１３が配置され、下部側にリン１１５を収容される。
また、石英封管１１２の外周には、原料ルツボ１１３の配置位置に対応してガリウム融解用のヒーター１１６と、リン１１５の収容位置に対応してリン融解用のヒーター１１７とが配置されている。さらに、リン１１５の収容部に対応する石英封管１１２の底部外には温度モニター用の熱電対等を用いた温度測定器１１８が設けられており、温度測定器１１８によるリンの蒸気圧を算定できる。
【００１０】
このリン化ガリウム多結晶製造装置を用いてリン化ガリウム多結晶を製造するには、圧力容器１１内を不活性ガス雰囲気で加圧後、ガリウム融解用ヒーター１１６で原料ルツボ１１３に収容されたガリウム１１４をリン化ガリウムの融点以上に昇温して溶融し、次いで、温度測定器１１８による温度測定を基準にした圧力容器１１１の内圧制御下でリン用ヒーター１１７でリン１１５を溶融蒸発させ、石英封管１１２内を赤リン蒸気で満たすと共に、原料ルツボ１１３内の溶融されたガリウム１１４に赤リン蒸気を反応させてリン化ガリウム融液とする。次いで、ガリウム用ヒーター１１６による加熱温度を次第に降下し、リン化ガリウム融液を固化させてリン化ガリウム多結晶を製造し、その後、リン用ヒーター１１７による加熱温度をも降下し、圧力容器１１１内の温度が４０℃程度まで降温した時点で圧力容器１１１内を大気圧とし、リン化ガリウム多結晶を取り出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６２−２３０６９５号公報
【特許文献２】特開平３−２４７５８２号公報
【特許文献３】特開平３−２８５８８６号公報
【特許文献４】特公昭４９−１５９０１号公報
【特許文献５】特開２００７−８４３６６号公報
【特許文献６】特開平７−２５７９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の方法では、液体封止剤が原料と接触しているため、液体封止剤と用いる三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）の硼素がヒ化ガリウムの中に混入してしまうという問題がある。
特許文献２の方法では、引き上げ軸を用いて単結晶を引き上げる引き上げ法の都合上、高解離圧成分原料（例えば、砒素等のＶ族原料）を密閉容器の下部に、他の成分原料（例えば、ガリウム等のＩＩＩ族原料）を上部に配置する必要があり、成分原料の配置に制限がある。
特許文献３の方法は実施例がカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）であり、原料は多結晶を用いるもので合成するわけではないので、ＩＩＩ族原料、Ｖ族原料を分けた配置はない。
特許文献４及び５は横型封管法であり、一般に石英材を用いる封管の耐久性から、容器内の圧力が高くなると封管の変形や破損が起こるという問題があるため、十分に容器内を加圧することが難しい。そのため、合成される多結晶がストイキオメトリーからずれた結晶になり易いという問題を原理的に有している。封管および加熱部を圧力容器に封入するという解決策があるが、その場合、封管の内部と外部の圧力をバランスさせる必要がある。
特許文献６で開示された縦型封管法では、石英封管内の圧力とその外部の圧力容器内圧を精度良くバランスさせる必要があるという不都合がある。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、封管（又は坩堝）内の圧力とその外部の圧力とが等しくなるように自動的に調整されるため、制御装置を必要としないＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び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】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）蓋部と本体部とからなる坩堝を備え、前記本体部の底部にＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料を前記ＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部に収容してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置において、前記Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、該第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、前記坩堝、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、前記本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、前記蓋部は前記封止剤収容部に載置され、前記本体部と連結されていることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（２）前記蓋部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする前項（１）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（３）前記本体部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする前項（１）又は（２）のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（４）前記Ｖ族原料収容部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする前項（１）から（３）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（５）前記第１の加熱手段の上方に配置して、前記封止剤収容部内の封止剤を加熱する第３の加熱手段をさらに備えた前項（１）から（４）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
（６）前項（１）から（５）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置を用いて、前記底部にＩＩＩ族原料を投入し、前記Ｖ族原料収容部にＶ族原料を投入し、前記封止剤収容部に封止剤を投入してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法であって、前記加圧容器内に不活性ガスを導入する工程と、前記第２の加熱手段を用いて前記ＩＩＩ族原料を前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、前記第１の加熱手段を用いて前記V族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備えたことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（７）前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力を、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程とで、異なる値にすることを特徴とする前項（６）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（８）蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は４５〜５０ａｔｍであることを特徴とする前項（７）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（９）前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は１．５〜２．５ａｔｍであることを特徴とする前項（７）又は（８）のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（１０）前記封止剤が酸化硼素であることを特徴とする前項（６）から（９）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（１１）前記酸化硼素が固体酸化硼素であり、該固体酸化硼素を前記第３の加熱手段を用いて融解する工程を含むことを特徴とする前項（１０）に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
（１２）前記ＩＩＩ族半導体がガリウムであり、前記V族半導体が砒素であることを特徴とする前項（６）から（１１）のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置によれば、Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、坩堝、第１の加熱手段及び第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、蓋部は封止剤収容部に載置され、本体部と連結されている構成としたので、加圧容器に不活性ガスを充填し、第２の加熱手段によってＩＩＩ族原料を融液とし、第１の加熱手段によってＶ族原料を蒸発させることによってヒ化ガリウムの融液を合成する際、加熱手段の加熱によって坩堝内の圧力は上昇するが、坩堝内の圧力が坩堝外（加圧容器内）の圧力より高くなった場合には封止剤を介して坩堝内のガスが坩堝外に排出されるので坩堝内外の圧力が自動的に等しく維持される。
また、従来、ヒ化ガリウムの製造を例にとると、ヒ化ガリウムの融点付近での乖離圧（ヒ化ガリウムの分解が起こり始める砒素分圧）が１ａｔｍであるのに対して、１〜１．４ａｔｍの砒素分圧下で製造するのに対して、本発明ではそれより高い砒素分圧、例えば、２ａｔｍ程度の砒素分圧でヒ化ガリウムの融液を合成できるので従来の装置より組成ずれが生じにくく、また、インクルージョンや空孔ができにくく、従来よりも高い収率でヒ化ガリウムを製造することができる。
【００１６】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法によれば、加圧容器内に不活性ガスを導入する工程と、第２の加熱手段を用いてＩＩＩ族原料をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、第１の加熱手段を用いてV族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備えた構成としたので、ヒ化ガリウムの製造を例にとると、従来法よりも高い砒素分圧、例えば、２ａｔｍ程度の砒素分圧でヒ化ガリウムの融液を合成できるので従来の製造方法より組成ずれが生じにくく、また、インクルージョンや空孔ができにくく、従来の方法よりも高い収率でヒ化ガリウムを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図である。
【図２】従来の化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図である。
【図３】従来の化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を適用した一実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及びその製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置の断面模式図を示す。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置１は、蓋部２と本体部３とからなる坩堝４を備え、本体部３の底部３ａにＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料をＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部５に収容し、Ｖ族原料収容部５の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段６と、第１の加熱手段６の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段７と、坩堝４、第１の加熱手段６及び第２の加熱手段７が収容された加圧容器８とを備え、本体部３は封止剤９が収容される封止剤収容部１０を具備し、蓋部２は封止剤収容部５に載置され、本体部３と連結されている。
【００２０】
蓋部２は石英または熱分解窒化ホウ素からなるのが好ましい。
石英は装置の運転中に蓋部付近が達する温度では融けないからであり、また、透明なので装置の運転中に装置内の様子を観察できるからである。また、窒化ホウ素も装置の運転中に蓋部付近が達する温度では融けないからであり、また、酸化ホウ素が固化しても、蓋は破損しないからである。
【００２１】
また、Ｖ族原料収容部５も石英または熱分解窒化ホウ素からなるのが好ましい。
Ｖ族収納部の温度はヒ化ガリウムの融点より低いが、石英、窒化ホウ素はともに、ヒ化ガリウムの融点付近で安定だからである。
【００２２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置１は、第１の加熱手段６の上方に配置して、封止剤収容部１０内の封止剤９を加熱する第３の加熱手段１１をさらに備えるのが好ましい。
固体封止剤を加熱して液体封止剤として坩堝の封止に用いることができるからである。
【００２３】
封止剤は酸化硼素であるのが好ましい。砒素との反応性が低いからである。
液体の酸化硼素を封止剤に用いる場合には、第３の加熱手段は必要ないが、第３の加熱手段を備えれば、固体の酸化硼素を封止剤として用いることができる。
【００２４】
ＩＩＩ族原料、V族原料としてはそれぞれ、例えば、ガリウム、砒素を用いることができる。
【００２５】
以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置を用いて、本発明の一実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法について説明する。
【００２６】
本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法は、本体部３の底部３ａにＩＩＩ族原料を投入し、Ｖ族原料収容部５にＶ族原料を投入し、封止剤収容部１０に封止剤９を投入してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するが、加圧容器８内に不活性ガスを導入する工程と、第２の加熱手段７を用いてＩＩＩ族原料をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、第１の加熱手段６を用いてV族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと底部３ａのＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段７の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備える。
【００２７】
ＩＩＩ族半導体、V族半導体がそれぞれ、ガリウム、砒素であり、封止剤として固体の酸化硼素を用いた場合を例として具体的に説明する。
【００２８】
本体部３の底部３ａに液体ガリウムを投入し、Ｖ族原料収容部５に砒素（粒）を投入する。封止剤収容部１０に固体の酸化硼素を投入する。
【００２９】
次いで、加圧容器８内に不活性ガスを導入する。このとき、不活性ガスの導入と真空引きを繰り返すことにより、炉内のガス置換を行うことができる。
本実施形態では、封止材として、室温で固体の酸化硼素を用いているので、昇温前（室温・封止材溶解前）にルツボ内のガス置換を容易に行うことができるという利点がある。
また、このとき、酸化硼素が溶解しない程度の低温で加熱し、原料に付着した不要な水分を飛ばすことも可能である。
昇温前に、不活性ガスは、昇降中のＶ族元素の蒸発による組成ずれを抑制する程度、例えば、２０ａｔｍ程度以上充填するのが好ましい。
【００３０】
次いで、第３の加熱手段によって固体の酸化硼素を６００〜８００℃に加熱して融解して液体封止剤とする。固体の酸化硼素が融解したら、加熱を停止する。
【００３１】
次いで、第２の加熱手段によってガリウム液体を加熱してその温度をヒ化ガリウムの融点１２３５℃以上にする。
ガリウム液体の温度を１２３５℃以上の温度に維持した状態で、第１の加熱手段によって粒状の砒素を６００〜７００℃に加熱して砒素を蒸発させる。このとき、加圧容器内の圧力を４５〜５０ａｔｍとする。
蒸発した砒素はガリウムと反応して、ヒ化ガリウム融液が合成される。この圧力で保持することにより、効率的にヒ化ガリウムが合成される。
【００３２】
次いで、第１の加熱手段による加熱を停止し、第２の加熱手段による加熱温度を徐々に下げ、ヒ化ガリウムを固化させる。このとき、加圧容器内の圧力を１．５〜２．５ａｔｍとする。
こうして、ヒ化ガリウムを固化する工程をこの圧力で保持することにより、ストイキオメトリー的に良質なヒ化ガリウム多結晶を得ることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法の効果について実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
（実施例）
本実施例では、ＩＩＩ族半導体としてガリウムを用い、V族半導体として砒素を用い、封止剤として固体の酸化硼素を用いてヒ化ガリウムを製造した。
まず、加圧容器内に不活性ガスとしてアルゴンを導入して加圧容器内の圧力を４５ａｔｍとした。
この圧力の下で、第１の加熱手段によって本体部の底部に収容されたガリウム液体をヒ化ガリウムの融点１２３５℃まで加熱し、その温度を維持した状態で、第２の加熱手段によってＶ族原料収容部に収容された粒状の砒素を６５０℃まで加熱し、その温度を維持した状態で砒素を蒸発させ、ヒ化ガリウム融液を合成した。
次に、加圧容器内の圧力を２．0ａｔｍに下げ、この圧力の下で、第１の加熱手段による加熱を停止し、第２の加熱手段による加熱温度を徐々に下げ、ヒ化ガリウムを固化してヒ化ガリウム多結晶を製造した。
【００３５】
こうして製造したヒ化ガリウム多結晶を本体部から分離し、得られたヒ化ガリウム多結晶インゴット中の良品部分（Ｇａのインクルージョンや空孔などの不良がない部分）の重量を測定し、収率を計算した。
１０個のサンプルの収率の平均は、９６%であった。
本発明の製造方法を用いることにより、良品部分の割合の高いヒ化ガリウム多結晶を製造できることがわかった。
【００３６】
（比較例１）
比較例１として、図２で示した横型封管法を用いて製造したヒ化ガリウム多結晶１０サンプルについて、上記実施例と同様の収率を計算したところ、その収率の平均は、９２％であった。
【００３７】
本発明の製造方法は、従来の製造方法よりも良い収率でヒ化ガリウム多結晶を製造できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及びその製造方法は、封管（又は坩堝）内の圧力とその外部の圧力とを等しくなるように調整するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置及び製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置
２ 蓋部
３ 本体部
３ａ 底部
４ 坩堝
５ Ｖ族原料収容部
６ 第１の加熱手段
７ 第２の加熱手段
８ 加圧容器
９ 封止剤
１０ 封止剤収容部
１１ 第３の加熱手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋部と本体部とからなる坩堝を備え、前記本体部の底部にＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料を前記ＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部に収容してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置において、
前記Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、
該第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、
前記坩堝、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、
前記本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、
前記蓋部は前記封止剤収容部に載置され、前記本体部と連結されていることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項２】
前記蓋部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項３】
前記本体部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項４】
前記Ｖ族原料収容部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項５】
前記第１の加熱手段の上方に配置して、前記封止剤収容部内の封止剤を加熱する第３の加熱手段をさらに備えた請求項１から４のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置を用いて、前記底部にＩＩＩ族原料を投入し、前記Ｖ族原料収容部にＶ族原料を投入し、前記封止剤収容部に封止剤を投入してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法であって、
前記加圧容器内に不活性ガスを導入する工程と、
前記第２の加熱手段を用いて前記ＩＩＩ族原料を前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、
前記第１の加熱手段を用いて前記V族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、
前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備えたことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項７】
前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力を、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程とで、異なる値にすることを特徴とする請求項６に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項８】
蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は４５〜５０ａｔｍであることを特徴とする請求項７に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項９】
前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は１．５〜２．５ａｔｍであることを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記封止剤が酸化硼素であることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化硼素が固体酸化硼素であり、該固体酸化硼素を前記第３の加熱手段を用いて融解する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記ＩＩＩ族半導体がガリウムであり、前記V族半導体が砒素であることを特徴とする請求項６から１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１】
蓋部と本体部とからなる坩堝を備え、前記本体部の底部にＩＩＩ族原料を収容し、Ｖ族原料を前記ＩＩＩ族原料の上方に配置するＶ族原料収容部に収容してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置において、
前記Ｖ族原料収容部の周囲に配置して、Ｖ族原料を加熱する第１の加熱手段と、
該第１の加熱手段の下方に配置して、ＩＩＩ族原料を加熱する第２の加熱手段と、
前記坩堝、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段が収容された加圧容器とを備え、
前記本体部は封止剤が収容される封止剤収容部を具備し、
前記蓋部は前記封止剤収容部に載置され、前記本体部と連結されていることを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項２】
前記蓋部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項３】
前記本体部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項４】
前記Ｖ族原料収容部が石英または熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項５】
前記第１の加熱手段の上方に配置して、前記封止剤収容部内の封止剤を加熱する第３の加熱手段をさらに備えた請求項１から４のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造装置を用いて、前記底部にＩＩＩ族原料を投入し、前記Ｖ族原料収容部にＶ族原料を投入し、前記封止剤収容部に封止剤を投入してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶を製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法であって、
前記加圧容器内に不活性ガスを導入する工程と、
前記第２の加熱手段を用いて前記ＩＩＩ族原料を前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の融点以上の温度に加熱する工程と、
前記第１の加熱手段を用いて前記V族原料を加熱して、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、
前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程と、を備えたことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項７】
前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力を、蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程と、第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程とで、異なる値にすることを特徴とする請求項６に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項８】
蒸発したV族ガスと前記底部のＩＩＩ族原子とを反応させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を合成する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は４５〜５０ａｔｍであることを特徴とする請求項７に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項９】
前記第２の加熱手段の温度を降下して合成されたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を固化する工程においては、前記加圧容器内の前記不活性ガスによる圧力は１．５〜２．５ａｔｍであることを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記封止剤が酸化硼素であることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化硼素が固体酸化硼素であり、該固体酸化硼素を前記第３の加熱手段を用いて融解する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記ＩＩＩ族半導体がガリウムであり、前記V族半導体が砒素であることを特徴とする請求項６から１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体多結晶の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４６３６７（Ｐ２０１２−４６３６７Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８２３５（Ｐ２０１０−１８８２３５）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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