JPH11219906A - 半導体結晶成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分子線源セルを備えて、半導体基板表面にエ
ピタキシャル結晶成長層を形成するための半導体結晶成
長装置であって、化合物半導体基板の大口径化に対応可
能な大型の分子線エピタキシー装置を提供する。 【解決手段】 結晶成長装置は、Ａｌ分子線源ルツボ
が、開口径Ｄが１００ｍｍ以上であり、該ルツボ内深さ
Ｌが６５ｍｍ以下であり、Ａｌ分子線源ルツボの開口部
が、上記支持基台の成長面の周縁部を配向し、Ａｓ分子
線源セルが、Ａｓ含有ガスを分解して照射するためクラ
ッキングバッフル管であり、該バッフル管の開口部が支
持基台の成長面の回転中心に配向される。さらに、ドー
パント分子線源セルとして、ドーパント固体源からの分
子線源ルツボと、ドーパント含有ガスを分解して照射す
るためクラッキングバッフル管とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面にエピタ
キシャル結晶成長層を形成するための半導体結晶成長装
置、特に、化合物半導体基板の大型化に対応可能な大型
の分子線エピタキシー装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】分子線エピタキシー（ＭＢＥ）用の結晶
成長装置は、真空槽中に、基板を公転可能に固定するた
めの支持基台と、該支持基台の成長面に開口部を配向さ
れた分子線源セルと、が配置されて、２種以上の物質を
分子線源セルからの蒸発成分を成長面上の基板に化合物
をエピタキシャル成長させて、化合物半導体層を形成す
る装置である。この装置は、蒸発物質にＧａ、Ａｌ、
Ｐ、Ａｓなどを選んで、例えば、ＧａＡｓ系、ＧａＡｌ
Ａｓ系或いはＡｌＡｓ系等の化合物の半導体層を形成す
るのに広く使用されている。

【０００３】図７は、従来のＭＢＥ装置の概要図である
が、真空槽７内に、上方より複数枚の基板を取りつける
ための支持基台８が、その表面を下方に向けて１又は２
以上の基板（不図示）が取着されて、回転可能に配設さ
れる。支持基台８の基板に照射される表面、即ち成長面
８０の下方には、複数の分子線セルを収容するセル受容
器８１、８２が、通常は真空槽７の底部に、固定され、
セル受容器内には、分子線セルとして、ヒータつきの溶
融ルツボ１’、４’が固定されて、その開口部を真空槽
内の上記の支持基台の基板表面、即ち、成長面８０に向
けられている。

【０００４】ＧａＡｓ系やＡｌＡｓ系の化合物半導体を
目的とする結晶成長装置では、分子線セルとして、Ｇａ
分子線セル、Ａｌ分子線セル、Ａｓ分子線セルと、さら
にドーパント分子線セルなどが備えられている。上記の
化合物を構成する各物質は、分子線源セルとしての各溶
融ルツボ内で高真空中で溶融されて分子線として蒸発す
るが、各ルツボは、その分子線の強度分布の中心線が支
持基台８の上記の成長面８０の周縁部ｂに向けて、配向
されており、成長面の回転によって、即ち、各基板の公
転によって、成長面上には化合物を均一に集積させて、
結晶成長層の均一厚みの成長が確保されていた。

【０００５】従来技術に関して、分子線源ルツボについ
て、カーボン又はＰＢＮを使用して外周側に取りつけた
コイル状のヒータにより加熱するルツボが広く知られて
おり、例えば、Ｇａ分子線源用のルツボについて特開昭
５９−９２９９６号公報、Ａｌ分子線源用のルツボにつ
いて特開昭６３−７６４１５号公報に開示されている。

【０００６】半導体結晶成長装置は、基板の大口径化の
要求に対して対応すべく改良され、従来から、３インチ
基板を４枚同時に成長処理可能な程度の直径１８０ｍｍ
程度の成長面を具備した装置が利用されていた。この装
置においては、照射面、即ち均一成長可能な成長面が直
径ｘ１８０〜２００ｍｍであるとき、成長面の中心と各
ルツボ開口面との距離ｙは約３００ｍｍに設定されてい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体基板の大口径化
を図るには、半導体結晶成長装置においても、直径のよ
り大きい照射面（成長面）において成長層を均一に成長
させる必要があり、例えば、４インチ基板を複数枚同時
成長処理するには、概して言えば、直径２７０ｍｍ程度
の大きな成長面を確保する必要があり、この場合、セル
からの分子線強度の分布を考慮して、成長面での均一成
長のためには、成長面の拡大に伴って、分子線源セルを
後退させることが好ましく、この場合には、分子線源セ
ルと成長面中心との距離を、例えば、５００ｍｍ程度に
大きくする必要がある。この距離の増加により、成長面
上の分子線強度が距離の二乗に反比例して低下するの
で、これに対応するためには、分子線強度自体を例えば
３倍程度大きくする必要があった。

【０００８】このような半導体結晶成長装置の成長面の
大型化の要求に答えるには、従来の分子線源セルは、分
子線強度を高めることが困難であった。上記の化合物半
導体成長を対象にすると、先ず、Ａｌ分子線源セルにつ
いて、Ａｌが他のIII 族化合物と異なり蒸気圧が非常に
低く、例えば、上記特開昭６３−７６４１５号公報に開
示のＡｌ分子線源ルツボでは、Ａｌ分子線強度を高める
ことが困難で、必要な分子線強度を確保するためルツボ
内のＡｌ溶解温度を高くしようとすると、ルツボの材料
ＰＢＮの分解温度に近づき、あるいは越えるので、ルツ
ボ寿命が非常に短くなり、実用上使用できなかった。

【０００９】また、上記Ａｓを含む化合物半導体の成長
のために、従来のＡｓ分子線セルは、真空中加熱による
固体Ａｓの昇華によって過剰のＡｓ分子線強度を得てい
たが、従来の技術では、その利用効率が、例えば、３％
程度と低く、このような低い利用効率では、装置の大型
化に伴いＡｓの蒸発量を獲得しようとすると、固体Ａｓ
の消費が早くてＡｓ分子線セルの継続稼働時間が短くな
り、さらに、真空槽内がＡｓにより汚染されるという問
題があった。

【００１０】さらに、ドーパント分子線セルは、ＧａＡ
ｓ系やＡｌＡｓ系の化合物半導体に対して、ＳｉやＢｅ
等のドーパント成分が使用され、これら分子線源には固
体源が使用されきたが、これら固体源は蒸気圧が低く、
必要な分子線強度を得るには加熱温度領域がルツボの使
用可能温度を越えるので、必要な分子線強度が得られな
かった。

【００１１】さらにまた、ドーパント分子線源にガス源
を使用すると分子線強度を高めることは容易ではある
が、ガス源をドーピング材料として量産時の頻度で使用
することは、真空槽内に蒸発したガス源自体が残留し
て、成長層における急峻なキャリヤプロファイルの形成
が困難となる等の問題が生じる。

【００１２】本発明は、以上の問題に鑑み、第１に、Ａ
ｌ分子線セルにつき、必要な分子線強度を確保するため
のＡｌ分子線源セルを改良して、大口径成長可能な半導
体結晶成長装置を提供しようとするものである。

【００１３】本発明は、また、利用効率が高く、且つ、
Ａｓ分子線強度の高いＡｓ分子線源セルを提供し、大口
径成長可能な半導体結晶成長装置を提供しようとするも
のである。本発明は、さらに、ガス源をドーピング材料
として利用する際の真空槽内のガス源自体の残留とこれ
に伴う弊害を防止し、特に、成長面の大口径化に伴う残
留を防止するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶成長
装置は、真空槽中に、基板を公転可能に固定するための
支持基台と、該支持基台の成長面に開口部を配向された
分子線源セルと、が配置されて成る分子線エピタキシー
装置を対象として、本発明は、第１には、Ａｌ分子線源
セルには、少なくともＡｌ分子線源ルツボを含み、ルツ
ボ材料の適用可能な加熱温度の下で、ルツボの開口径を
大きくし、且つ、ルツボ内の深さを小さくして、Ａｌ分
子線強度を高めて、成長面とルツボの開口部との距離を
拡大して、成長速度を低減させることなく支持基台の照
射面、即ち成長面の大口径化を図るものである。即ち、
このためのＡｌ分子線源ルツボは、開口径Ｄが１００ｍ
ｍ以上であり、該ルツボ内深さＬが６５ｍｍ以下である
ものである。

【００１５】本発明の半導体結晶成長装置は、第２に、
Ａｓ分子線源セルについて、Ａｓ分子線源セルは、Ａｓ
含有ガスを分解して照射するため熱分解管を使用する。
特に、熱分解管には、クラッキングバッフル管を使用
し、バッフル管からの分子線強度中心を支持基台の成長
面の回転中心に配向させて、支持基台の成長面の大口径
化に対応するものである。

【００１６】本発明の半導体結晶成長装置は、第３に、
上記のドーパント分子線源セルには、低分子線強度用と
高分子線強度用の２種以上を設けて、結晶成長層におけ
る設定ドーパント濃度に対応して、セルの選択を可能に
し、分子線強度を調製可能とし、これにより、槽内雰囲
気中でのドーパント分子の不要な滞留を減らし、上記の
成長層における急峻なキャリヤプロファイルを可能にす
るものである。具体的には、低分子線強度用として、ド
ーパント固体源から蒸発させるドーパント用ルツボを利
用し、高分子線強度用としてはドーパント含有ガスを熱
分解して照射するため熱分解管を利用する。

【００１７】このように、本発明は、Ａｌ分子線源セ
ル、Ａｓ分子線源セル及びドーパント源セルを適宜使用
することにより、ＧａＡｓ系、ＡｌＡｓ系及びＧａＡｌ
Ａｓ系の化合物半導体分子線エピタキシー装置の基板大
口径化を実現することができる。さらに、本発明には、
上記の半導体結晶成長装置を使用した半導体結晶成長方
法を広く含むものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の第１の実
施の形態は、分子線エピタキシー装置に少なくともＡｌ
分子線源ルツボを含み、ルツボ材料の適用可能な加熱温
度の下で、ルツボの開口径を大きくし、且つ、ルツボ内
の深さを小さくして、Ａｌ分子線強度を高めるものであ
り、具体的には、Ａｌ分子線源ルツボは、開口径に１０
０ｍｍ以上を確保し、該ルツボ内深さに６５ｍｍ以下に
制限する。

【００１９】Ａｌ分子線源ルツボは、高い真空下で加熱
されてＡｌを溶融して蒸発させ、開口部から相対向する
成長面にＡｌ分子線を照射させるが、ルツボ内の溶融Ａ
ｌは、ルツボ壁を這い上がる性質があり、Ａｌ分子線強
度、即ち、Ａｌの蒸着速度は、ルツボの開口部の内周の
周囲長さ、断面円形のルツボでは、円周長さに概ね比例
するので、開口径Ｄを大きくする。さらに、Ａｌ分子線
強度は、ルツボの深さＬ（厳密には、ルツボ開口面とＡ
ｌ浴面との距離）に反比例することが経験的に判ってお
り、従って、本発明では、特に、ルツボを浅くする必要
がある。

【００２０】この実施の形態では、図１に示すように、
ルツボ開口径Ｄは好ましくは１００〜１５０ｍｍの範囲
とされる。これは、従来のルツボの開口径の１．７倍以
上が確保される。ルツボ内深さＬ（開口端から底面まで
の深さ、以下同じである）を好ましくは、３０〜６５ｍ
ｍの範囲、好ましくは５０〜６５ｍｍの範囲とする。こ
れにより、従来のルツボ深さの０．６倍以上が確保され
る。その結果、ルツボ材質としてＰＢＮの使用して、従
来の加熱温度１３００℃程度での条件下で、ルツボの温
度を特に高温に上げなくても、従来の３倍以上のＡｌ分
子線強度が確保できる。ルツボ内深さＬは５０ｍｍ以上
とするのが、溶融アルミニウムのルツボ壁這上がりによ
り開口部から溢れを防止する点で好ましい。ルツボ形状
として、ルツボ開口径Ｄが１１０ｍｍで、ルツボ内深さ
Ｌが６０ｍｍの例が挙げられる。

【００２１】Ａｌ分子線源ルツボの例を、図１に示す
が、ルツボ１は、ＰＢＮで形成された有底開口円筒器
で、円筒外面には、抵抗線ヒータ２が巻回されて１３０
０℃まで加熱可能とされている。ルツボの円筒内には、
分子線源用に金属アルミニウム３が装入されて、装置の
セル受容器に内装されて加熱される。この図には、加熱
されたルツボでは、溶融アルミニウム３を収容して、ア
ルミニウムは、壁面に接触する部位３１が、壁面をルツ
ボ開口部１１近くにまで、上昇していることが示してあ
る。

【００２２】このようなルツボは、ルツボの開口部の周
囲長さに比例し、ルツボ内深さに反比例したＡｌ分子線
強度でＡｌを蒸発させ、しかも、従来の加熱温度で従来
の３倍以上の開口面でのＡｌ分子線強度が得られるの
で、成長面の拡大に対応してルツボ−成長面管距離を大
きくしても、成長面に充分なＡｌ分子線強度は確保でき
る。このＡｌ分子線源ルツボ１は、図２及び図３に示す
ように、開口部１１を成長面中心ａとの距離が約５００
ｍｍになるような位置に設定されたセル受容器８１に内
装される。そして、セル受容器８１は、図３に示すよう
に、ルツボのＡｌ分子線強度分布の中心軸（通常は、ル
ツボ中心軸）が、支持基台８の成長面８０の周縁部ｂに
配向するように、装置に固定されており、Ａｌ分子線照
射過程は、成長面８０の回転により、直径２７０ｍｍ以
上の成長面８０の全面に均一なＡｌ分子線量が得られ、
これにより、結晶成長装置の大型化が図れる。

【００２３】このような装置は、上記のＡｌ分子線源ル
ツボ１と共に、従来から使用されたＧａ分子線源ルツボ
やＡｓ分子線源ルツボ等が利用されて、基板上にＧａＡ
ｌ系、ＡｌＡｓ系等の成長層を形成するために広く使用
できる。

【００２４】実施の形態２．この実施の形態の分子線エ
ピタキシー装置は、少なくともＡｓ分子線源セルを含
み、Ａｓ分子線源セルとして、Ａｓ含有ガスを分解して
照射するための熱分解管には、クラッキングバッフル管
が使用され、該バッフル管の開口部が支持基台の照射
面、即ち、成長面の回転中心に配向するように固定され
る。

【００２５】図４は、Ａｓ分子線用のクラッキングバッ
フル管４を示すが、クラッキングバッフル管４は、Ｍｏ
等の耐熱性金属から一端に開口面４０を有し、他端にＡ
ｓ含有ガスの供給管路４２を形成した円筒であり、該円
筒の内部にはＡｓ含有ガスの流通を遅らせて加熱される
クラッキングバッフル４１が蛇行路の如く形成され、円
筒外面に抵抗線ヒータ２が巻回されて加熱可能とされて
いる。

【００２６】Ａｓ含有ガスとしては、例えば、ＡｓＨ₃
が使用でき、クラッキングバッフル４１内を通過する過
程で、加熱されてＡｓ分子に分解され、開口端４０から
成長面に向けて照射される。

【００２７】Ａｓ分子線は、通常は、Ａｌ分子線及び／
又はＧａ分子線と共に成長面に照射されて、成長面にＡ
ｌＡｓ層又はＧａＡｓ層が形成されるが、この場合は、
層の成長速度は、Ｇａ又はＡｌの分子線強度で律速され
るように、Ａｓ分子線強度は過剰に供給される。そこ
で、Ａｓ分子線セル用クラッキングバッフル管４は、結
晶成長装置のセル受容器８２に内装され、このセル受容
器は、図２に示すように、クラッキングバッフル管４の
Ａｓ分子線強度分布の中心軸（通常は、管中心軸）が成
長面の回転中心部ａに配向するように、装置に固定され
ている。

【００２８】また、図３に示すように、Ａｓ分子線用の
上記バッフル管４の開口部が支持基台の照射面、即ち、
成長面８０の回転中心部ａに配向して成長面８０の全域
に分布するので、Ａｓ分子線強度は、成長面の周縁部で
上記の意味で過剰に供給されておればよく、このため、
Ａｓ分子線の有効強度分布領域９０は、成長面８０の面
域で足りる。従って、従来の成長面の周縁部に配向する
場合に比して面域が約１／４に減ずる利点があり、Ａｓ
源の利用効率が高くなり、成長面の大型化にも容易に達
成できる利点がある。

【００２９】さらに、Ａｓ分子線源には、ガスソースに
よるので、Ａｓ分子線の強度の制御がガス流量の調整に
より容易にでき、従来の固体ソースを使用する場合の固
体ソースの枯渇とそれに対するメンテナンスが不要とな
る利点がある。

【００３０】実施の形態３．この実施の形態の結晶成長
装置は、分子線源セルには、実施の形態１．で示したＡ
ｌ分子線源ルツボと実施の形態２．に示したＡｓ分子線
源セルの両方を含ものである。即ち、Ａｌ分子線源ルツ
ボは、開口径Ｄが１００〜１５０ｍｍの範囲にあり、該
ルツボ内深さＬが３０〜６５ｍｍの範囲にあり、且つ、
上記のＡｌ分子線源ルツボの開口部が上記支持基台の成
長面の周縁部を配向されており、他方のＡｓ分子線源セ
ルは、Ａｓ含有ガスを分解して照射するためクラッキン
グバッフル管であって、該バッフル管のＡｓ分子線強度
中心が支持基台の成長面の回転中心部に配向されてなる
ものである。

【００３１】この実施の形態では、図１に示すようなＡ
ｌ分子線源ルツボ１は、図２及び図３に示すように、開
口部１１を成長面中心ａとの距離が約５００ｍｍになる
ような位置に設定されたセル受容器８１に内装される。
そして、セル受容器８１は、図３に示すように、ルツボ
のＡｌ分子線強度分布の中心軸（通常は、ルツボ中心
軸）が、支持基台８の成長面８０の周縁部ｂに配向する
ように、装置に固定されており、Ａｌ分子線照射過程
は、成長面８０の回転により、直径２７０ｍｍ以上の成
長面８０の全面に均一なＡｌ分子線量の分布９１が得ら
れ、これにより、結晶成長装置の大型化が図れる。

【００３２】他方のＡｓ分子線は、通常は、Ａｌ分子線
源ルツボ１からのＡｌ分子線とともに（ときにはＧａ分
子線と共に）成長面に照射されて、成長面にＡｌＡｓ層
（ときにはＧａ分子線と共にＧａＡｌＡｓ層）が形成さ
れるが、この場合は、成長速度は、Ｇａ又はＡｌの分子
線強度で律速されるように、Ａｓ分子線強度は過剰に供
給される。そこで、Ａｓ分子線用の上記バッフル管４
は、図２及び図３に示すように、その開口部が支持基台
の照射面、即ち、成長面８０の回転中心ｂに配向して成
長面の周囲に分布するので、Ａｓ分子線強度は、成長面
の周縁部で上記の意味で過剰に供給されておればよく、
このため、成長面の大型化によっても、Ａｓ分子線の強
度分布領域は、成長面の面域で足り、成長面の周縁部に
配向する場合に比して面域が１／４程度に低下でき、Ａ
ｓ源の利用効率が高くなり、成長面の大型化にも容易に
達成できる。

【００３３】この実施の形態の結晶成長装置において、
通常は、上記のＡｌ分子線源ルツボとＡｓ分子線源のク
ラッキングバッフル管とともに、Ｇａ分子線源ルツボを
含み、成長面上のＧａ分子線、Ａｌ分子線とＡｓ分子線
による各成長層に、ドーパントをドーピングするための
ドーパント分子線源セルを備えるているものが好まし
い。

【００３４】実施の形態４．本発明のこの実施の形態の
結晶成長装置には、ドーパント分子線源セルを含み、ド
ーパント分子線源セルには、ドーパント固体源からの蒸
発用のドーパント分子線源ルツボとドーパント含有ガス
を分解して照射するため加熱分解管（クラッキング管）
とが含まれる。ドーパント分子線源ルツボは、１例とし
て、図５（Ａ）に示すように、ドーパント金属をルツボ
５内で溶解して、開口部５０より蒸発させるもので、ル
ツボ５の外周には抵抗線ヒータ２が巻回されている。ル
ツボ５は、ドーパント用の金属ＳｉやＢｅがルツボ５内
に溶解して蒸発させる。

【００３５】加熱分解管６は、図５（Ｂ）に示すよう
に、金属筒管の外周には抵抗線ヒータ２が巻回されて、
筒管を加熱しながらドーパント含有ガスをガス導入口６
２より供給して筒管内で熱分解されて筒管開口面６０よ
り分解したドーパントが照射される。ドーパント含有ガ
スは、ＳｉやＣなどのハロゲン化物が使用される。

【００３６】これらのドーパント分子線源セルはドーパ
ント分子線強度中心が上記支持基台の成長面の周縁部に
配向するように設けられている。ドーパント分子線源セ
ルにより、結晶層に結晶成長中にドーパントがドープさ
れるが、上記ドーパントには、上記ＧａＡｓ系、ＧａＡ
ｌＡｓ系、ＡｌＡｓ系を含む化合物半導体に対しては、
Ｓｉ、Ｂｅなどが利用され、上記成長層の形成過程で同
時に、所望濃度にドーピングされる。

【００３７】この実施の形態において、ルツボ５を使用
したものは、ドーパント固体源の蒸発速度は非常に低い
ので、低分子線強度用に好ましく使用され、加熱分解管
６を利用したものは、ドーパント含有ガスの供給量制御
が容易で分解速度が大きいので、高分子線強度用に特に
使用されつつある。この実施形態において成長層中ドー
パント濃度が低く設定される時は、ドーパント固体源の
ルツボ５によるドーピングをおこない、これにより雰囲
気中に不要のドーパントガスが流出しないようにする。
他方、成長層中のドーパント濃度を高く設定するとき
は、加熱分解管６により、ドーパント含有ガスの供給量
を調整して、ドーパント分子線量を増加させる。このよ
うに、２種類のドーパント分子線源セルを使い分けるこ
とにより、分子線強度を調製可能とし、これにより、槽
内雰囲気中でのドーパント分子の不要な滞留を減らし、
上記の成長層における急峻なキャリヤプロファイルを可
能にするものである。

【００３８】特に好ましくは、結晶成長層中のドーパン
ト濃度１０¹⁸ｃｍ^-3以下に調製する時には上記ドーパン
ト用ルツボにより照射し、ドーパント濃度１０¹⁸ｃｍ^-3
以上に調製する時は上記クラッキングバッフル管を使用
して照射するように使い分けることができる。

【００３９】実施の形態５．この実施の形態の結晶成長
装置は、分子線源セルには、実施の形態１．で示したＡ
ｌ分子線源ルツボを有し、実施の形態２．に示したＡｓ
分子線源セルを有し、さらに、実施の形態４．に示した
ドーパント分子線源ルツボと加熱分解管６との両方を含
ものである。即ち、この実施形態の結晶成長装置は、図
６（Ａ）と（Ｂ）とに示すように、Ａｌ分子線源ルツボ
１は、開口径Ｄが１００〜１５０ｍｍの範囲にあり、該
ルツボ内深さＬが５０〜６５ｍｍの範囲にあり、且つ、
セル受容器８１中の上記のＡｌ分子線源ルツボの開口部
１１が上記支持基台の照射面、即ち成長面の周縁部ｂ１
を配向しており、他方のセル受容器８２内のＡｓ分子線
源セル４は、Ａｓ含有ガスを分解して照射するためクラ
ッキングバッフル管であって、該バッフル管の開口部が
支持基台の成長面の回転中心ａに配向されてなるもので
ある。さらに、ドーパント分子線源ルツボと加熱分解管
６とはそれぞれセル受容器８３と８３内にあって、その
開口部がともに上記支持基台の成長面の周縁部ｂ２とｂ
２とを配向して固定されているのである。

【００４０】これにより、Ａｌ分子線源ルツボとＡｓ含
有ガスを分解して照射するためクラッキングバッフル管
との採用により大口径化した成長面に対応して、ドーパ
ント分子線源の加熱分解管により、ドーパント濃度を調
整容易とし、しかも、ドーパント分子線源ルツボとの併
用により、上記の成長層における急峻なキャリヤプロフ
ァイルを可能にするものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明の半導体結晶成長装置とこの装置
を使用するその半導体結晶成長方法は、真空槽中に基板
を公転可能に固定するための支持基台と、該支持基台の
成長面に開口部を配向された分子線源セルと、が配置さ
れて成り少なくともＡｌ分子線源ルツボが、開口径Ｄが
１００ｍｍ以上であり、該ルツボ内深さＬが６５ｍｍ以
下にあり、且つ、 上記のＡｌ分子線源ルツボの開口部
が、上記支持基台の成長面の周縁部を配向しているの
で、Ａｌ分子線強度を高めて、成長面とルツボの開口部
との距離を拡大して、且つ成長速度を低減させることな
く支持基台の照射面、即ち成長面の大口径化を図ること
ができる。

【００４２】本発明の半導体結晶成長装置とその半導体
結晶成長方法は、Ａｓ分子線源セルを含み、Ａｓ分子線
源セルは、Ａｓ含有ガスを分解して照射するためクラッ
キングバッフル管であり、該バッフル管の開口部が支持
基台の成長面の回転中心に配向しているので、照射面・
成長面に対して必要充分なＡｓ分子線強度を確保でき、
且つ、Ａｓ源の消費量を低減できる。

【００４３】Ａｌ分子線源ルツボとＡｓ含有ガスを分解
して照射するためクラッキングバッフル管とを備えるの
で、口径拡大した照射面・成長面に対して、充分にＡｓ
分子線強度を確保することができる。

【００４４】本発明の半導体結晶成長装置とその半導体
結晶成長方法には、ドーパント照射セルを含み、ドーパ
ント照射セルからのドーパント蒸発分子線強度中心が上
記支持基台の成長面の周縁部を配向しており、上記のド
ーパント源セルには、ドーパント固体からの蒸発用のド
ーパント用ルツボとドーパント含有ガスを分解して照射
するためクラッキングバッフル管とを有しているから、
設定されたドーパント濃度により固体源のルツボと分子
線源ルツボと使い分けにより、上記の成長層における急
峻なキャリヤプロファイルを可能にすることができる。

【００４５】Ａｌ分子線源ルツボとＡｓ含有ガスを分解
して照射するためクラッキングバッフル管と共に、ドー
パント源セルには、ドーパント固体からの蒸発用のドー
パント用ルツボとドーパント含有ガスを分解して照射す
るためクラッキングバッフル管とを併用すると、口径拡
大した照射面・成長面に対して、充分にＡｓ分子線強度
を確保し、且つ、設定されたドーパント濃度により固体
源のルツボと分子線源ルツボと使い分けが可能で、上記
の成長層における急峻なキャリヤプロファイルを可能に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るＡｌ分子線源ルツ
ボの断面図。

【図２】 本発明の実施の形態に係る半導体結晶成長装
置の模式的断面図。

【図３】 本発明の実施の形態に係る成長面とＡｌ分子
線源及びＡｓ分子線源の分布の関係を示す図。

【図４】 本発明の実施の形態に係るＡｓ分子線源であ
るＡｓ含有ガスを分解して照射するためクラッキングバ
ッフル管の断面図（Ａ）と、成長面に対する配置関係を
示す図（Ｂ）。

【図５】 本発明の実施の形態に係るドーパント分子線
セルとして、ルツボ（Ａ）と、加熱分解管（Ｂ）を示す
図。

【図６】 本発明の他の実施の形態に係る半導体結晶成
長装置の模式的断面図（Ａ）と、成長面と分子線源の分
布の関係を示す図（Ｂ）。

【図７】 従来の半導体結晶成長装置の模式的断面図。

【符号の説明】 １ Ａｌ分子線源ルツボ ２ 抵抗線ヒータ ３ アルミニウム ４ Ａｓ分子線源のクラッキングバッフル管 ５ ドーパント分子線源ルツボ ６ ドーパント分子線源の加熱分解管 ７ 半導体結晶成長装置 ８ 支持基台 ８０ 成長面 ８１ セル受容器 ８２ セル受容器

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽中に基板を公転可能に固定するた
   めの支持基台と、該支持基台の成長面に開口部が配向さ
   れた分子線源セルと、が配置されて成る半導体結晶成長
   装置において、 分子線源セルには、少なくともＡｌ分子線源ルツボを含
   み、 Ａｌ分子線源ルツボは、開口径が１００ｍｍ以上であ
   り、該ルツボ内深さが６５ｍｍ以下であり、且つ、 上記のＡｌ分子線源ルツボからの分子線強度中心が、上
   記支持基台の成長面の周縁部に配向していることを特徴
   とする半導体結晶成長装置。
2. 【請求項２】 分子線源セルには、さらに、Ｇａ分子線
   源ルツボを含む請求項１に記載の半導体結晶成長装置。
3. 【請求項３】 上記の分子線源セルには、さらに、Ａｓ
   分子線源セルを含むことを特徴とする請求項１又は２に
   記載の半導体結晶成長装置。
4. 【請求項４】 上記のＡｓ分子線源セルは、Ａｓ含有ガ
   スを分解して照射するため熱分解管であり、該熱分解管
   からのＡｓ分子線強度中心が支持基台の成長面の回転中
   心に配向していることを特徴とする請求項３に記載の半
   導体結晶成長装置。
5. 【請求項５】 上記の熱分解管がクラッキングバッフル
   管であり、上記のＡｓ含有ガスが、ＡｓＨ₃ である請求
   項４に記載の半導体結晶成長装置。
6. 【請求項６】 上記の分子線源セルには、さらに、ドー
   パント分子源セルを含み、ドーパント分子源セルからの
   ドーパント分子線強度中心が上記支持基台の成長面の周
   縁部に配向していること特徴とする請求項１ないし５の
   何れかに記載の半導体結晶成長装置。
7. 【請求項７】 上記のドーパント源セルには、ドーパン
   ト固体源からの蒸発用のドーパント用ルツボとドーパン
   ト含有ガスを分解して照射するため熱分解管とを含む請
   求項６に記載の半導体結晶成長装置。
8. 【請求項８】 真空槽中に、基板を公転可能に固定する
   ための支持基台と、該支持基台の成長面に開口部が配向
   された分子線源セルと、が配置されて成る半導体結晶成
   長装置において、 上記の分子線源セルには、Ａｓ分子線源セルを含み、 該Ａｓ分子線源セルが、Ａｓ含有ガスを熱分解して照射
   するため熱分解管であって、該熱分解管の分子線強度中
   心が支持基台の成長面の回転中心に配向していることを
   特徴とする半導体結晶成長装置。
9. 【請求項９】 上記の熱分解管がクラッキングバッフル
   管であり、上記のＡｓ含有ガスがＡｓＨ₃ を含む請求項
   ８に記載の半導体結晶成長装置。
10. 【請求項１０】 真空槽中に、基板を公転可能に固定す
    るための支持基台と、該支持基台の成長面に開口部を配
    向された分子線源セルと、が配置されて成る半導体結晶
    成長装置において、 上記の分子線源セルには、ドーパント分子線源セルとし
    て、ドーパント固体源からの分子線源ルツボと、ドーパ
    ント含有ガスを分解して照射するため熱分解管とを個別
    使用可能に含むことを特徴とする半導体結晶成長装置。
11. 【請求項１１】 上記ドーパント分子線源ルツボはドー
    パント濃度１０¹⁸ｃｍ^-3以下に調製する時と、上記熱分
    解管はドーパント濃度１０¹⁸ｃｍ^-3以上に調製する時と
    に使い分けることを特徴とする請求項７又は１０に記載
    の半導体結晶成長装置。
12. 【請求項１２】 ドーパントが、Ｓｉ又はＣである請求
    項７、１０又は１１に記載の半導体結晶成長装置。
13. 【請求項１３】 ドーパント含有ガスが、Ｓｉ又はＣの
    ハロゲン化物である請求項７、１０又は１１に記載の半
    導体結晶成長装置。
14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３何れかに記載の半
    導体結晶成長装置による半導体結晶成長方法。