JPH0215520B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分子線結晶成長装置、特に結晶を成長
させる単結晶基板を該装置内で支持加熱する構造
の改善に関する。

半導体装置等には単結晶基板上に所要の単結晶
層をエピタキシヤル成長した基体が広く用いられ
ている。

エピタキシヤル成長には種々の方法が行われて
いるが、分子線結晶成長方法（MBE法）は、単
結晶層の構成元素及び不純物元素を10^-10Torr程
度の高真空中でセルから蒸発させ、ビーム状に基
板に照射してエピタキシヤル成長を行う方法であ
る。

MBE法では基板に到達する各元素の分子数は、
蒸発系の幾何学的形状と蒸発源温度とによつて一
義的に決定される。従つて結晶の成長速度、混晶
の組成比或いは不純物ドープ量などを正確に制御
することができ、例えば超格子構造など最も精密
な結晶成長に適している。

良好な単結晶層をエピタキシヤル成長するため
にはこれを成長する基板の状態も同様に重要であ
るが、従来の分子線結晶成長装置はこの点につい
てなお不十分である。

〔従来の技術〕

分子線結晶成長装置内で化合物単結晶層を成長
させる基板を保持し加熱するために、従来最も一
般的に行われている構造の例の模式図を第２図に
示す。

同図において、２１は基板支持器、２２は基板
支持器２１を固定するピン、２３は加熱ヒータ、
２４は熱反射板、２５は熱電対、２６は回転機構
である。基板支持器２１は例えばモリブデン
（Mo）等の高融点金属を用いて通常円板状に形
成され、その面上に適量のインジウム（In）２７
を塗布して単結晶を成長させる基板１１を張りつ
けている。

例えば基板１１が砒化ガリウム（GaAs）単結
晶基板であり、この上にGaAs、砒化アルミニウ
ムガリウム（AlGaAs）等の単結晶層を成長する
際には、基板支持器２１、インジウム（In）２７
を介して基板１１を例えば温度680℃程度に加熱
して前記の如くエピタキシヤル成長を実施する。

この温度においてIn２７はGaAs基板１１に拡
散して密着力が得られ、基板１１が真空中で良く
固定されるとともに、基板支持器２１と単結晶基
板１１との間の熱伝導が良く、温度分布が均一に
なるという利点がある。

しかしながら、例えば１時間程度のMBE成長
中にこのInの拡散深さは100μm程度に達し、エピ
タキシヤル成長後に、In層２７を融解して基板１
１を基板支持器２１から取り外し、そのInが拡散
した部分を付着しているInとともに研磨して取り
除いている。

上記の従来方法では、(a)前記の研磨工程が必要
になるのみならず、(b)エピタキシヤル成長した単
結晶層がこの研磨工程で汚染されることが避けが
たい。(c)基板及び成長層の周囲や表面へのInの付
着を免れないが、これをGaAsに対して選択的に
除去することは不可能であり、この付着したInは
後の工程で障害発生の原因にもなる。(d)蒸発した
Inがセルに入り、これがビームに含まれて成長す
る単結晶を汚染する。(e)単結晶基板と基板支持器
との間の熱膨張係数の差により、単結晶基板にス
リツプライン等の欠陥を生じ易い。などの問題点
がある。

前記の問題を生ずるInを使用しない単結晶基板
支持構造が、シリコン（Si）基板については実施
されている。この場合には先に例示した基板支持
器をを円環状にして、Si基板を裏面から直接加熱
している。

しかしながら前記GaAs等の化合物単結晶基板
については、基板裏面を解放して加熱するならば
砒素（As）等が蒸発し、単結晶基板に裏面から
多くの欠陥を発生するために、この構造は適用不
可能である。

また前記基板支持器２１に類似する円板状の基
板支持器を用い、これに単結晶基板を押しつける
構造も知られている。この構造によれば化合物単
結晶基板裏面からの蒸発は阻止されるが、単結晶
基板表面の温度分布が良好になる基板支持器との
間の熱伝導を得るためには、単結晶基板に大きな
圧力を加えることが必要であつて、単結晶基板に
歪を生じて実用に適しない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した如く、従来の分子線結晶成長装置
を用いて化合物半導体層のエピタキシヤル成長を
行う場合には、汚染、結晶欠陥等の障害を避けが
たく、基板を支持、加熱する構造を改善してこの
問題を解決することがが強く要望されている。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点は、単結晶基板の裏面を基板支持部
材に密着し、該基板支持部材を透過した熱線によ
り該基板を加熱して、該基板の表面上に単結晶層
をエピタキシヤル成長する本発明による分子線結
晶成長装置により解決される。なお上記熱線とは
熱作用に着目した赤外線の呼称であり、当業者周
知の概念である。

〔作 用〕

本発明の分子線結晶成長装置に於いては、第１
図の如く、単結晶層を成長させる単結晶基板１１
と基板支持部材１とを重ねて密着させ、基板支持
部材を加熱ヒータ５に向けて装着する。

この基板支持部部材１は、耐熱性で、熱放射線
を透過し或いは自身が加熱されることにより熱線
を放射する素材であつて、結晶成長時の環境条件
に於いて化学的に安定な素材で形成される。

単結晶基板を成長温度に昇温保持する加熱は、
前記従来例ではTa金属板等の基板支持部材が先
ず加熱され、それからの熱伝導によつて単結晶基
板が加熱されていたのに対し、本発明では基板支
持部材を透過した熱線による加熱が行われ、これ
に加えて基板支持部材自身が加熱されて放射する
熱線による加熱も行われる。

従つて、単結晶基板と基板支持部材との間の熱
抵抗が単結晶基板の加熱に影響を及ぼすことはな
く、単結晶基板及び成長した単結晶層に前記従来
例の如き汚染或いはストレスを与えることもな
い。また、基板結晶内原子の裏面からの蒸発や外
方拡散は、基板支持部材に密着させることによつ
て防止される。

なお、基板支持部材を形成する素材としては、
サフアイア（Al₂O₃）、シリコン（Si）、石英
（SiO₂）等が適している。

〔実施例〕

以下本発明を第１図に模式図を示す実施例によ
り具体的に説明する。

同図において、１は例えばサフアイア結晶から
なる基板支持部材、２は基板支持器、３は止め
具、４は基板支持器２を固定するピン、５は加熱
ヒータ、６は熱反射板、７は熱電対、８は回転機
構である。

単結晶を成長させる基板１１は、円環状の基板
支持器２に基板支持部材１とともに挿入され、止
め具３により脱落が防止されている。基板支持器
２の材料、その成長装置への装着等は従来方法を
特に変更する必要はない。

本発明による基板支持部材１の材料として、例
えばサフアイア結晶、シリコン結晶、石英等を使
用することができるが、特に前記実施例の如く基
板状とし、その表面を結晶面或いはこれに近い平
滑な面として、単結晶を成長させる基板１１に良
く密着させることが望ましい。前記材料の中で
も、特にサフアイア結晶は熱放射線の透過性に優
れ、また加工精度が良く平滑面が得やすいので良
好な結果が得られる。

また熱源等も通常は変更することなく使用する
ことが出来るが、本発明によれば単結晶を成長さ
せる基板を直接に加熱するために、熱効率が向上
する効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、分子線結晶
成長方法によるエピタキシヤル成長を、汚染ある
いは結晶欠陥を生ずることなく実施することが可
能となる。

更に本発明は従来使用している装置にも容易に
適用することが可能であり、化合物半導体装置等
の実用化の推進に大きい効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す模式図、第２図
は従来例を示す模式図である。 図において、１は基板支持部材、２は基板支持
器、３は止め具、４は固定ピン、５は加熱ヒー
タ、６は熱反射板、７は熱電対、８は回転機構、
１１は単結晶を成長させる基板である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分子線を照射することにより単結晶基板表面
   に化合物半導体層をエピタキシヤル成長させる装
   置であつて、 該単結晶基板１１を、その裏面を密着させて保
   持する基板支持部材１を備え、 該基板支持部材は、熱源５から放射される熱線
   を透過する素材から成り、 該熱源は、該基板支持部材の該単結晶基板を密
   着させない側に配置されていることを特徴とする
   分子線結晶成長装置。