JPH02217391A - ホットウォールエピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ホットウォールエピタキシャル成長装置に関し、ソース
の蒸発成分が、他のソース内に逆流しないようにした坩
堝構造を有するホットウォールエピタキシャル成長装置
を目的とし、 真空室と、該真空室内に設置され、上部開放で有底の内
筒と該内筒の上部を収容し、有底で上記、円筒の周囲を
囲む外筒とを有し、前記内筒と外筒の底部に、エピタキ
シャル結晶成長用のそれぞれ成分の異なるソースを収容
し、かつ側壁にヒータを備えた坩堝と、該坩堝上に基板
を設置する基板設置台を含む装置に於いて、 前記内筒上部と外筒上部に、開口部を有する遮蔽板を設
けるとともに、該遮蔽板の下部に他のソースの蒸発成分
の流入を防止する異種ソース逆流防止手段を設けたこと
で構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はホットウォールエピタキシャル成長装置に係り
、特にソースの蒸発成分が他のソース内に逆流するのを
防止したホットウォールエピタキシャル成長装置に関す
る。

ホットウォールエピタキシャル成長装置は、鉛テルル（
ＰｂＴｅ）や、鉛・錫・テルル（ＰｂＳｎＴｅ）等の■
−■族の化合物半導体結晶や、ガリウム砒素（ＧａＡｓ
）に代表される■−Ｖ族化合物半導体結晶や、カドミウ
ムテルル（ＣｄＴｅ）等のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体結
晶を用いた光デバイスの形成、および集積回路の結晶製
造技術として確立しつつある。

このホットウォールエピタキシャル成長装置は高真空に
排気された室内に、形成すべき化合物半導体結晶のソー
スを収容し、かつ側壁が加熱されたソース坩堝を複数個
配設し、該坩堝の開口部にエピタキシャル層を形成する
基板を設置し、その坩堝内の蒸発した成分を、基板にエ
ピタキシャル層として付着させるようにしている。その
ため、閉管型気相成長方法と類似しており、ソースの蒸
発した成分がホットウォールの側壁に衝突しながら基板
上に到達するため、熱平衡に近い状態で成長でき、形成
される結晶層内に偏析を発生しない均一な組成、および
均一なキャリア濃度の薄層状態の結晶が得られる。

〔従来の技術〕

第４図は従来のホットウォールエピタキシャル成長装置
の説明図で、鉛テルル（ＰｂＴｅ）の基板上に鉛・ユー
ロピウム・テルル（Ｐｂｌ□Ｅｕ、　Ｔｅ）のエピタキ
シャル層を形成する装置である。

図示するように１０−　’　ｔｏｒｒ程度の高真空に排
気された真空室１内には、二重管からなる坩堝２が設置
され、この坩堝２の上部にはエピタキシャル成長用基板
３を保持し、この基板を加熱するヒータ４ａを内蔵した
基板設置台５が設けられている。

坩堝２は有底の内筒２−１と、この内筒の上部を収容し
た外筒２−２とから形成されている。更に外筒２−２の
内部は階段状を呈して底部が２＾、２Ｂのように三箇所
形成されており、そのうちの一方の底部２Ｂより上部に
延びる仕切り仮６が設けられ、この有底の内筒２−１の
底部にはＴｅよりなるソース７が収容され、仕切り板６
で仕切られた外筒２−２の片方のに部にはユーロピウム
（Ｅｕ）なるソース８が収容され、仕切り板６で仕切ら
れた外筒２−２の片方の底部にはＰｂＴｅよりなるソー
ス９が収容されている。

また内筒２−１の外壁にはヒータ４ｂが、外筒２−２の
外壁には二つのヒータ４ｃ、４ｄが設置されている。

この坩堝２は一般に石英管が用いられているが、必ずし
も石英管に限られるものではない。

このような坩堝２の外筒２−２の底部にソースとしての
ユーロピウム（Ｅｕ）　８を、また内筒２−１の底部に
はリザーバとしてのテルル（Ｔｅ）　７を、また前記仕
切り板６と外筒の内壁で形成される底部にはソースとし
てのＰｂＴｅ　９を収容する。

そして基板３、ＰｂＴｅソース９、Ｅｕソース８および
リザーバであるＴｅ７をヒータ４ａ、４ｄ、４ｃ、４ｂ
でそれぞれ適当な温度に加熱することで、基板３上にＰ
ｂＥｕＴｅのエピタキシャル層を形成していた。

このようにＴｅ７をリザーバとして用いるのは、Ｔｅは
易蒸発性のソースであるため、失われやすく、また結晶
内に成分として採り入れ難いのでリザーバとして設け、
ソースの供給量を多く保っている。

このような装置に於いて本出願人は以前に特願昭６３−
１６８０７８号公報において、外筒２−２のＰｂＴｅの
ソース９が収容されている室の上部の開口部の面積を絞
る遮蔽板１１を設けるとともに、Ｅｕのソース８が収容
されている室の上部の開口部１２を絞ることで、上記Ｐ
ｂＴｅのソース９とＥｕのソース８の蒸発した成分が相
互のソース内に逆流しないようにすることを提案した。

〔発明が解決しようとする課題］ 然し、上記した従来構造の坩堝２を用い、同一条件でＰ
ｂ１−ｘ　ＥｕＸＴｅの結晶を成長した場合でも、成長
回数を重ねるごとにＸ値が次第に変化する不都合が生じ
た。この理由は成長回数を重ねる毎にソースとしてのＰ
ｂＴｅの蒸発量が特に減少するためである。このＰｂＴ
ｅの蒸発量が低下する原因は、Ｅｕソース８より蒸発し
たＥｕの蒸発成分がＰｂＴｅのソース９の表面に到達し
て反応することでＥｕＴｅが形成され、ＰｂＴｅのソー
ス９の表面がＥｕＴｅで覆われるためと考えられる。こ
のＥｕＴｅの蒸気圧はＰｂＴｅの蒸気圧に対して極端に
蒸気圧が低いため、−旦ＰｂＴｅの表面がＥｕＴｅで覆
われると容易にＥｕＴｅは除去できず、そのためＰｂＴ
ｅの蒸発量が減少して所望の組成のｐｂｌ−Ｘ　ＥＬＩ
Ｘ　Ｔｅのエピタキシャル層が得られない不都合を生じ
る。

そのため、エピタキシャル層を成長する毎にソース８と
ソース９とを、新しいソースと交換しなければ成らない
不都合が有り、そのため、ソースを交換すると新たに真
空室内を高真空に排気する必要が生じ、作業効率が低下
する問題を生じた。

本発明は上記した問題点を除去し、上記したソースの蒸
発成分が他のソース内に逆流しないようにしたホットウ
ォールエピタキシャル成長装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明のホットウォールエピ
タキシャル成長装置は、第１図の原理図に示すように、
坩堝を構成する内筒、或いは外筒の筒体２１上部に、開
口部２２を有する遮蔽板２３を設けるとともに、該遮蔽
板２３の下部に他のソースの蒸発成分の流入を防止する
異種ソース逆流防止手段２４を設けたことで構成する。

〔作　用〕

本発明のホットウォールエピタキシャル成長装置は、第
１図の原理図に示すように坩堝の内筒、或いは外筒の筒
体２１の上部に設けた微細な開口部２２を有する遮蔽板
２３の前記微細な開口部２２を、球の中心０とするよう
な半球状で該筒体２１の底部に向かって凸状の石英板の
逆流防止手段２４を設け、これによって筒体２１内に逆
流する異種ソースの蒸発成分を反射させて遮蔽板２３の
開口部２２より外部へ反射させるようにする。

第２図に示すように、高真空室内で分子（例えば蒸発成
分の分子）が室内の壁の微小面積ｄｓに矢印Ａ方向に沿
って入射し、該入射した分子が室内の壁に当たり、上記
入射方向に対して角度θの所定の面積ｄ−内に矢印Ｂ方
向に沿って反射する際の、分子の反射方向の分布は第（
１〕式の余弦法則に従うことが文献〔真空技術（第２版
）著者：堀越源−発行所二東京大学出版会、Ｐ３２頁、
昭和５８年３月１８日発行〕に記載されている。

ｄｎ＝１／４π（ｎｖｃｏｓθｄ　ｗ　ｄ　ｓ　）　＝
・・・（１） 但し、（１）式でｎは分子の粒子密度を示し、■は分子
の平均粒子速度を示す。

このことより分子の入射方向に対してθ−０、即ち入射
方向と同一方向に反射された場合、反射された分子の粒
子密度は最も大になり、入射方向に対してθは９０度、
即ち入射方向に対して垂直方向に反射された分子の粒子
密度は０になる。

このことより第１図に示すように、内筒および外筒の筒
体２１の上部に設けた微小な面積の開口部２２を有する
遮蔽板２３下に、前記微小な開口部２２を球の中心０と
する半球状の底部に向かって凸状の石英板２４を設け、
この半球状の石英板２４を該石英板の球の中心０を含む
面で切断した切断面２４Ａと、前記遮蔽板２３の間に所
定の寸法の間隙２５を設ける。

そしてこの間隙２５を通じて筒体２１の底部に収容され
たソースの蒸発成分を前記遮蔽板２３の微小な開口部２
２を通じて矢印Ｃに示すように基板上に蒸発させるとと
もに、前記微小な開口部２２より筒体２１内に逆流する
異種ソースの逆流成分は、前記半球状の石英Ｆｉ２４で
反射させて前記微小な開口部２２より点線の矢印りに沿
って外部に導くようにする。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の実施例につき詳細に説
明する。

第３図は本発明のホットウォールエピタキシャル成長装
置の第１実施例の要部説明図である。

図示するように、本発明の装置に於ける坩堝３１が、第
４図に示す従来の装置に於ける坩堝２と異なる点は、坩
堝３１を構成する有底の内筒３２と、該内筒３２の周囲
を囲み、仕切り板３４で仕切られた有底の外筒３３の上
部開口部に何れも前記した微細な開口部２２を有する遮
蔽板２３を設ける。そしてこの遮蔽板２３の下部に前記
開口部２２を球の中心とし、外筒３３および内筒３２の
底部に向かって凸状の半球状の石英板２４を設ける。そ
してこの石英板の球の中心より切断した面２４Ａと遮蔽
板２３の間には、間隙２５を設ける。

この遮蔽板２３と石英板２４とは図示しないが石英棒等
を用いて接続して一体化し、筒体２１上に取り外し可能
な蓋状に形成するとソースの充填に対しても支障は無い
。

このようにした内筒３２の内部にＴｅのソース７を、外
筒３３＾にＰｈＴｅのソース９を、外筒３３ＢにＥｕの
ソース８をそれぞれ充填し、該坩堝３１とエピタキシャ
ル成長用基板３を収容した基板設置台５とを前記した真
空室１内に導入し、該室内を１Ｏ−７ｔｏｒｒ程度の真
空度に排気した後、前記したヒータ４ａで基板を加熱し
、ヒータ４ｂ、　４ｃ、　４ｄで坩堝３１を加熱する。

加熱ヒータ４ｂ＋　４ｃ＋　４ａの各々の加熱温度を調
節することで、内筒３２、および外筒３３Ａ　、　３３
Ｂ内のそれぞれのソース７．８．９の蒸発成分は、石英
板２４と遮蔽板２３との間隙２５を通じて開口部２２を
通じて基板に到達して基板上にＰｂＥｕＴｅのエピタキ
シャル層が形成される。

一方、例えば外筒３３ＡのＰｂＴｅのソース９の蒸発成
分が外筒３３Ｂの内部に逆流しようとしても、外筒３３
Ｂの石英板２４によって反射され、開口部２２を通じて
、外筒３３Ｂ外へ移動するようになり、異種のソースの
蒸発成分が逆流することがなくなり、組成変動の少ない
エピタキシャル層が得られる。

ちなみに本実施例の装置を用いて、エピタキシャル層を
形成したところ、ソースを交換してから数１０回のエピ
タキシャル成長工程を行っても、組成変動が無い結晶性
の良好な、かつエピタキシャル層の膜厚の安定したエピ
タキシャル層が得られた。

尚、本実施例の他に坩堝構造を変化させて仕切り板３４
を無くし、内筒の周囲を外筒で囲んだ構造の坩堝を設け
、亜鉛（Ｚｎ）とセレン（Ｓｅ）のソースを用いた場合
に於いても、ＺｎとＳｓが反応して形成された被膜がＺ
ｎ、或いはＳｅのソース上を覆うような現象がなくなり
、組成の安定したＺｎ５ｅのエピタキシャル層が得られ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の装置によれば、異種ソースの
蒸発成分が他のソース内に逆流する現象が防止されるた
め、組成の安定した結晶性の良好なエピタキシャル層が
容易に形成できる効果がある。

隙、３１は坩堝、３２は内筒、３３，３３Ａ、３３Ｂは
外筒、３４は仕切り板を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理図、 第２図は本発明の装置の動作の説明図、第３図は本発明
の装置の一実施例の要部説明図、第４図は従来の装置の
説明図である。 図に於いて、 ３はエピタキシャル成長用基板、５は基板設置台、７は
Ｔｅソース、８はＥｕソース、９はＰｂＴｅのソース、
２１は筒体、２２は開口部、２３は遮蔽板、２４は逆流
防止手段（石英板）　、２４Ａは切断面、２５は間／￥
発明、ｌ鵠１のタバ図 第１ス 、！不明、、ｆト動件の践朗固 第２図 ＋榔月／ＩＫｆｆｉの−り一泗七４りｊＱ虐ｉヂｐｆｔ
θ月蔓コ讐　３４ ＫＩＪ　６Ｓｌｉ　ｔＺ　所ｍ 第　４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 真空室（１）と、該真空室内に設置され、上部開放で有
   底の内筒（３２）と該内筒の上部を収容し、有底で上記
   内筒（３２）の周囲を囲む外筒（３３）とを有し、前記
   内筒（３２）と外筒（３３）の筒体（２１）の底部に、
   エピタキシャル結晶成長用のそれぞれ成分の異なるソー
   ス（７、８、９）を収容し、かつ側壁にヒータ（４ｂ）
   、（４ｃ）、（４ｄ）を備えた坩堝（３１）と、該坩堝
   上に基板（３）を設置する基板設置台（５）を含む装置
   に於いて、 前記内筒（３２）上部と外筒（３３）上部に、開口部（
   ２２）を有する遮蔽板（２３）を設けるとともに、該遮
   蔽板（２３）の下部に他のソースの蒸発成分の流入を防
   止する異種ソース逆流防止手段（２４）を設けたことを
   特徴とするホットウォールエピタキシャル成長装置。