JP2000252213A

JP2000252213A - 結晶成長装置および結晶成長方法

Info

Publication number: JP2000252213A
Application number: JP5429999A
Authority: JP
Inventors: Atsutoshi Arakawa; 篤俊荒川; 操 ▲高▼草木; Misao Takakusaki; Masaru Ota; 優太田
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JP3385228B2

Abstract

(57)【要約】【課題】面内均一性の良いエピタキシャル成長層を得
ることの可能な結晶成長装置および結晶成長方法を提供
する。【解決手段】超高真空に排気可能な成長室１と、この
成長室１内に配置され、成長基板３を保持するための基
板ホルダ２と、成長室１内に配置され、蒸発源となる板
状原料６の表面を所定の角度に設定するための角度設定
手段を具備した坩堝４１と、成長室１内の坩堝４１の近
傍に配置された坩堝４１を加熱するための加熱ヒータ５
とを少なくとも備え、成長基板３の表面と板状原料６の
表面のなす角θが２２度以内なるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は分子線エピタキシャ
ル成長（ＭＢＥ）等の超高真空下における結晶成長技術
に係り、特にエピタキシャル成長層に不純物元素を分子
線としてドーピングする際に好適な結晶成長装置および
結晶成長方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）等のIV族元素はIII−Ｖ族間化合物半導体（以下に
おいて「III−Ｖ族化合物半導体」と略記する）中ではI
II族元素置換位置でドナー、Ｖ族元素置換位置でアクセ
プタとなり得るいわゆる両性不純物元素である。ＧａＡ
ｓのＭＢＥ成長においては（２１１）Ａ面の成長におい
てＳｉがｐ型不純物となることが報告されてはいるが、
（１００）面等他の面での成長ではＳｉはｎ型不純物と
してふるまうことが知られている。またＳｉのＧａＡｓ
への付着係数は１で活性化率が高く、ＧａＡｓのＭＢＥ
成長ではＳｉがドーパントとして一般的に用いられてい
る。

【０００３】III−Ｖ族化合物半導体のＭＢＥ成長時に
エピタキシャル成長層にＳｉを不純物元素としてドーピ
ングする際には、Ｓｉ原料を坩堝（ルツボ）内に収納
し、Ｓｉの融点（１４１５℃）以下の一定温度に加熱す
ることによりＳｉの分子線（分子ビーム）を生成する。
即ち、このＳｉの分子線を成長中のエピタキシャル成長
層に構成元素（母体の構成元素）の分子線と共に照射
し、ドーピングを行う。このIII−Ｖ族化合物半導体の
ドーピングに用いるＳｉ原料セルは、Ｓｉ原料を棒状ま
たは板状を細片にして坩堝内に収納して構成していた。

【０００４】ＭＢＥ装置においては、２元系の化合物半
導体の成長には構成元素として２種類の分子線が必要で
ある。３元系の化合物半導体の成長には構成元素として
３種類の分子線が必要である。さらに、ｐ型、ｎ型ドー
パント用の分子線として少なくとも２種類の分子線が必
要である。このため、超高真空に排気可能な成長室（チ
ャンバー）の内部には、これら種々の分子線を供給する
ための蒸発源を収納する複数の坩堝が配置されている。
限られた容積内に、複数の坩堝を格納するために、通常
これらの複数の坩堝はそれぞれの中心線が基板方向を向
いて、傾斜して配置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】固体の蒸発源を融点以
下の温度で加熱して、分子線を生成する場合、上述した
ような従来技術においてはエピタキシャル成長層の面内
均一性が悪く、品質の良いエピタキシャル成長層を得る
のが困難であった。例えば、Ｓｉ原料セルを使用してII
I−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長層にＳｉを
ドーピングした場合、エピタキシャル成長層のドーピン
グ濃度の面内の均一性が悪いという問題があった。

【０００６】また、坩堝は傾斜して配置されるのが通常
であるため、この坩堝の内部に固体の蒸発源を収納する
際には、それぞれの固体蒸発源の形状、収納方法等によ
り生成される分子線の均一性や指向性がまちまちであ
り、均一なエピタキシャル成長層を得るのが困難であっ
た。

【０００７】上記問題点に鑑み、本発明は固体の蒸発源
を融点以下の温度で加熱して、分子線を生成し、成長基
板の表面にその分子線を照射する結晶成長装置におい
て、成長基板の表面におけるその分子線の均一性が良好
で、面内均一性の高いエピタキシャル成長層を得ること
が可能な結晶成長装置を提供するものである。

【０００８】本発明の他の目的は、分子線を供給するた
めの坩堝内に板状原料を収納する場合、板状原料の表面
を所定の角度に設定し、成長基板の表面における分子線
の均一性を良好にすることのできる結晶成長装置を提供
するものである。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、固体の蒸発源
を融点以下の温度で加熱して、分子線を生成し、成長基
板の表面にその分子線を照射する結晶成長方法におい
て、成長基板の表面に到達する分子線の均一性が良好
で、面内均一性の高いエピタキシャル成長層を得ること
が可能な結晶成長方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の結晶成長装置は、超高真空に排気可能な成
長室と、この成長室内に配置され、成長基板を保持する
ための基板ホルダと、成長室内に配置され、蒸発源とな
る板状原料の表面を所定の角度に設定するための角度設
定手段を具備した坩堝と、成長室内の坩堝の近傍に配置
された坩堝を加熱するための加熱ヒータとを少なくとも
備え、成長基板の表面と板状原料の表面のなす角（許容
角度）θを２２度以内とすることを特徴とする。ここで
「板状原料」とは、Ｓｉウェハのような互いに平行に対
向する２つの主表面、すなわち表面と裏面とを持つ蒸発
源（分子線原料）の意である。また、「板状原料の表
面」とは、この板状原料の面積が最も大きい主表面（す
なわち表面若しくは裏面）のことである。また、「加熱
ヒータ」は抵抗加熱ヒータでも高周波誘導（ＲＦ）加熱
ヒータでもかまわない。

【００１１】本発明の結晶成長装置においては、板状原
料を坩堝内に収納しているので、蒸発源となる原料を細
片にして坩堝内に収納する場合よりも、原料の表面温度
の均一性が向上する。このため、板状原料の表面から均
一に分子線が発生する。

【００１２】さらに成長基板の表面と板状原料の表面の
なす角（許容角度）θを２２度以下、特には０度（平
行）としているので、成長基板の表面に照射される分子
線強度が均一となる領域が広がる。この許容角度θ＜２
２度は本発明者により、初めて実験的に見いだされた角
度である。超高真空下では分子線の平均自由行程が大き
く、分子線は一定の指向性と拡がりを有したビームとし
て存在する。しかし、従来の超高真空下の成長において
は、成長基板の表面と板状原料の表面のなす角である許
容角度θと分子線の拡がりの均一性との関係、さらには
許容角度θとエピタキシャル成長層の面内均一性との関
係は全く考慮されていなかった。

【００１３】一方、本発明者による実験によれば以下の
ようであった。例えば、板状原料をドーピング材料とす
れば、許容角度θを２２度以下、特には０度（平行）に
することにより、エピタキシャル成長層内のドーピング
濃度の面内均一性を向上させることができるということ
が実験的に確認されたのである。この許容角度θが２２
度を超えてしまうと、エピタキシャル成長層内のドーピ
ング濃度の面内の均一性が著しく悪くなる。一方、許容
角度θを１０度以内、更には０度（平行）とするとエピ
タキシャル成長層内のドーピング濃度の面内の均一性が
なお良くなることが実験的に確認されたのである。ま
た、同様に、ＳｉのＭＢＥのように母体のエピタキシャ
ル成長の成長原料として板状原料（ＳｉのＭＢＥにおい
ては単結晶Ｓｉ板）を用いれば、成長膜厚の面内均一性
や、電気的特性の面内均一性や、結晶性の面内均一性が
向上することが実験的に確認されたのである。

【００１４】そして、本発明の坩堝は、板状原料の表面
を所定の角度に設定するための角度設定手段を具備して
いるので、坩堝に板状原料を収納する場合、許容角度θ
を２２度以下、特には０度（平行）にすることが容易で
ある。

【００１５】本発明の結晶成長方法は、成長室内に配置
された坩堝の内部に、板状原料の表面を所定の角度に設
定して収納する工程と、この成長室内を超高真空に排気
する工程と、成長室内に、成長基板を保持する工程と、
超高真空状態で、板状原料を加熱することにより分子線
を生成し、この分子線を成長基板の表面に照射する工程
とから少なくともなり、成長基板の表面と前記板状原料
の表面のなす角（許容角度）θを２２度以内とすること
を特徴とする。成長室内に、成長基板を保持する工程の
後で、成長室内を超高真空に排気する工程を行っても良
いが、ロードロック機構を用いれば、成長室内を超高真
空に排気する工程を先に行い、超高真空状態の成長室内
に、成長基板を挿入し保持させることが出来る。

【００１６】本発明の結晶成長方法においては、板状原
料を坩堝内に収納しているので、原料の表面温度の均一
性が向上する。このため、板状原料の表面から均一に分
子線を発生させることが可能である。さらに成長基板の
表面と板状原料の表面のなす角（許容角度）θを２２度
以下としているので、成長基板の表面に照射される分子
線強度が均一となる領域が広がる。このため、例えば、
板状原料をドーピング材料とすれば、エピタキシャル成
長層内のドーピング濃度の面内均一性を向上させた結晶
成長方法を提供することができる。また、母体のエピタ
キシャル成長の成長原料として板状原料を用いれば、成
長膜厚、電気的特性、或いは結晶性の面内均一性を向上
させた結晶成長方法を提供することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
結晶成長装置としてのIII−Ｖ族化合物半導体のＭＢＥ
装置の模式図である。図１に示すように本発明のＭＢＥ
装置は超高真空に排気可能な成長室（チャンバー）１
と、この成長室１内に配置され、成長基板３を保持する
ための基板ホルダ２と、成長室１内に配置され、蒸発源
となる板状原料６の表面を所定の角度に設定するための
角度設定手段を具備した坩堝４１と、成長室１内の坩堝
４１の近傍に配置された坩堝４１を加熱するための加熱
ヒータ５とを少なくとも備え、成長基板３の表面と板状
原料６の表面のなす角が２２度以内なるように構成され
ている。

【００１８】図１においては、坩堝４１は、結晶成長時
のｎ型ドーピング材料となる板状原料６を収納してい
る。つまり、板状原料６は、III−Ｖ族化合物半導体に
ｎ型のドーピング元素を供給する単結晶の板状シリコン
（Ｓｉ）６である。さらに、図１に示すように、坩堝４
１の周囲には、種々の分子線の蒸発源を構成する複数の
坩堝４２，・・・・・，４５が配置されている。すなわち、
坩堝４１に隣接して、ｐ型ドーパントとしてのベリリウ
ム（Ｂｅ）用坩堝４２、ＧａＡｓを成長するためのガリ
ウム（Ｇａ）用坩堝４４及び砒素（Ａｓ_２）用坩堝４
３、さらには予備坩堝４５が配置されている。坩堝４
１，４２，・・・・・，４５の上方に配置された基板ホルダ
２はモリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）等の耐熱性
金属で構成されている。そして、本発明の実施の形態に
おいては、この基板ホルダ２には成長基板３として、ガ
リウム砒素（ＧａＡｓ）基板が固定されている。基板ホ
ルダ２の内部には図示を省略した加熱ヒータが内蔵さ
れ、成長基板３を所定の温度に加熱出来るように構成さ
れている。

【００１９】なお、本発明のＭＢＥ装置の成長室（チャ
ンバー）１の内部に配置された、予備坩堝４５は、たと
えば、ＡｌＧａＡｓをを成長する場合にはアルミニウム
（Ａｌ）を収納すればよい。ＩｎＧａＡｓを成長するに
は、他の予備坩堝を用意して、この予備坩堝はインジウ
ム（Ｉｎ）を入れればよい。

【００２０】各坩堝４１〜４５は高純度窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ：特に熱分解法で形成されたＰＢＮ）等の耐熱材料に
より構成され、この各坩堝４１〜４５にはそれぞれ加熱
ヒータ５が巻回され、それぞれ所定の温度に成長原料も
しくはドーピング材料となる原料（蒸発源）を加熱でき
るようになっている。加熱ヒータ５による坩堝４１〜４
５の加熱は、それぞれの坩堝４１〜４５に取りつけられ
た熱電対（図示省略）でモニタされ、それぞれ±１℃以
内に制御される。これらの各種の成長原料もしくはドー
ピング材料は成長室１の底部に設けられた蒸発源ポート
５１〜５５により充填や交換ができる。成長室１には真
空排気管（真空排気ポート）１５が接続され、図示を省
略した真空ポンプに、同じく図示を省略したゲートバル
ブを介して接続されている。真空排気管１５に接続され
る真空ポンプはクライオポンプ、ターボ分子ポンプ、イ
オンポンプ等を用いればよく、さらにこれらを組み合わ
せて使用してもよい。真空ポンプにより成長室は１０
^−７Ｐａ乃至１０^−１０Ｐａに真空排気可能である。ま
た各坩堝４１〜４５の周辺には液体窒素シュラウド１１
が設けられ、蒸発源加熱時の坩堝や加熱ヒータ等からの
脱ガス（放出ガス）の影響を避けることが出来るように
なっている。また成長室１の内壁近傍にも液体窒素シュ
ラウド１１が設けられ、超高真空下において残留する水
分（Ｈ_２Ｏ）や炭化水素（ＣＨ_３，Ｃ_２Ｈ_６，・・・）を
除去し、高純度な結晶成長ができるようになっている。
さらに成長室１には成長室１の内部の圧力を測定するイ
オンゲージ等の真空ゲージ１４や表面分析用の高速電子
線回折（ＨＥＥＤ）用のＨＥＥＤ銃１２およびＨＥＥＤ
蛍光板スクリーン１３が設けられている。ＨＥＥＤ装置
としては、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）装置が好
適である。これらのＨＥＥＤ（ＲＨＥＥＤ）銃１２やＨ
ＥＥＤ（ＲＨＥＥＤ）蛍光板スクリーンは結晶成長前の
表面状態や結晶成長時の表面状態をモニタするものであ
り、場合によっては省略可能である。さらに図示を省略
しているが、成長室１にはゲートバルブを介して真空準
備室が接続され、これによりロードロック機構を設けて
いる。つまり、真空準備室にエピタキシャル成長用の成
長基板３を格納後、この準備室を所定の圧力まで、真空
排気してから、成長室１との境界のゲートバルブを開
け、所定の真空搬送機構を用いて成長基板３を成長室１
に移動することが出来るように構成されている。このよ
うなロードロック機構により、成長室１の内部を短時間
で所定の到達圧力まで排気できる。また図示を省略して
いるが、各坩堝４１〜４５の上部の近傍にはそれぞれシ
ャッターが設けられ、必要に応じて開閉できるようにな
っている。

【００２１】図２は特に板状原料６を収納する坩坩４１
に着目した本発明の実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物
半導体のＭＢＥ装置の模式図である。図２においては、
成長基板３の表面と板状原料６の表面のなす角θを明示
している。上述したように、本発明においては、成長基
板３の表面と板状原料６の表面のなす角θは２２度以内
に設定するのが好ましいのである。前述したように、
「板状原料６の表面」とは、板状原料６の面積が最も大
きい主表面のことである。板状原料６は、たとえば厚さ
３００μｍ乃至１ｍｍの単結晶Ｓｉウェーハを坩堝４１
の内部に収納できるサイズにダイヤモンドブレード等に
よって切断して形成すればよい。板状原料６のサイズ
は、本発明においては特に規定しないが、板状原料６の
全体が均一温度になるサイズであり、セルの加熱構造や
坩堝４１の形状およびサイズによって異なる。板状原料
６の全体が均一温度であるか否かはパイロメータ等で表
面温度をモニタすれば判断できる。また成長基板３の表
面と板状原料６の表面のなす角θが２２度以下であれば
よく、板状原料６の縦方向、横方向および回転方向の向
きは問わない。

【００２２】図３は、本発明の実施の形態に係るIII−
Ｖ族化合物半導体のＭＢＥ装置において、成長基板３の
表面と板状原料６の表面のなす角θを所定の角度に設定
するための角度設定手段を示す模式的な断面図である。

【００２３】図３（ａ）は、坩堝４１内の板状原料６の
表面の角度を調整し、固定するための治具２１を坩堝４
１内に備えた場合の構造である。この治具２１は高純度
ＰＢＮ等の高純度耐熱材料で作成すればよい。一方、図
３（ｂ）は、坩堝４１内の板状原料６の表面の角度を調
整し、固定するための段差部２２を設けて、この段差部
２２の構造により板状原料６を固定する場合の構造例で
ある。また、段差部２２の代わりに、図３（ｃ）に示す
ような突起物２３，２４を設けて、この突起物２３，２
４により板状原料６を固定しても良い。突起物２３，２
４は坩堝４１と同一の高純度耐熱材料で一体で構成して
も良く、別体で構成し高純度耐熱材料のネジ等の固定具
で坩堝４１に固定しても良い。

【００２４】図３に示すような角度設定手段（２１，２
２，２３，２４）を具備することにより、坩堝４１が種
々の角度で図１に示す成長室１内に設置された場合であ
っても、簡単に、本発明の許容角度θを２２度以下にす
ることができる。

【００２５】以下に本発明の実施の形態に係る結晶成長
方法について説明する。

【００２６】（イ）先ず、図１に示すＭＢＥ装置の成長
室１の蒸発源ポート５１を開け、成長室１内に配置され
る坩堝４１の内部に、板状原料６としての板状Ｓｉを、
その表面が所定の角度になるように設定して収納する。
この角度の設定は、図３に示すような角度設定手段（２
１，２２，２３，２４）を用いて、坩堝４１の傾斜角を
考慮して行えばよい。必要に応じて他の坩堝４２，・・・・
・，４５にも所定の蒸発源を充填又は補充する。

【００２７】（ロ）次に、蒸発源ポート５１を閉じ、成
長室内を超高真空、例えば、１０⁻ ^５Ｐａ乃至１０^−７
Ｐａ程度の圧力（到達真空度）まで真空排気する。

【００２８】（ハ）そして、図１に示す成長室１内の基
板ホルダ２に成長基板３として、ガリウム砒素（ＧａＡ
ｓ）基板を固定する。これは、成長基板３を、図示を省
略したロードロック機構を用いて成長室１内に搬送し、
基板ホルダ２にインジウム（Ｉｎ）を用いて固定すれば
よい。インジウム（Ｉｎ）は、基板ホルダ２と成長基板
３との熱接触抵抗を下げ、均一に成長基板３を加熱する
ために用いている。

【００２９】（ニ）次に、成長室内を１０^−６Ｐａ乃至
１０^−９Ｐａ程度まで真空排気し、液体窒素シュラウド
１１に液体窒素を充填し、さらに、成長室内を１０^−７
Ｐａ乃至１０^−１０Ｐａの到達真空度まで真空排気す
る。到達真空度まで排気されたら、成長温度よりも高め
の６５０℃〜８００℃に成長基板３を短時間加熱して、
成長基板３の表面の自然酸化膜を蒸発させてクリーニン
グする。この際、紫外（ＵＶ）線を照射して成長基板３
の表面をクリーニングしても良い。また、プラズマ発生
源やイオンビーム発生源を成長室１内に内蔵し、プラズ
マやイオンビームで成長基板３の表面をクリーニングし
ても良い。また各坩堝４１〜４５の上部のシャッターを
閉じた状態で加熱ヒータ５によりそれぞれの蒸発源を加
熱し、分子線の用意をする。例えば、板状原料（板状Ｓ
ｉ）６はＳｉの融点（１４１５℃）より低い１０００〜
１１００℃程度に加熱する。

【００３０】（ホ）成長基板３の表面がクリーニングさ
れたら、成長基板３を成長温度の５００〜６００℃に下
げ、坩堝４３および４４の上のシャッターを開けＡｓ_２
分子線およびＧａ分子線を放出させ、成長基板の表面に
照射するる。さらに坩堝４１の上のシャッターを開け、
成長基板３の表面と板状原料６の表面のなす角θが２２
度以内に設定された板状原料（板状Ｓｉ）６の表面から
Ｓｉ分子線を放出させ、成長基板の表面に照射する。

【００３１】（ヘ）そして所定の成長時間経過したら、
それぞれのシャッターを閉じ、更に、成長基板３を室温
まで下げ、成長室１より取り出す。これは、図示を省略
したロードロック機構を用いて成長室１内から、成長室
１内の真空を破らないようにして搬出すればよい。

【００３２】以上で、本発明の実施の形態に係る結晶成
長方法が終了するが、この後、ｎ型のＧａＡｓエピタキ
シャル成長層の表面にショットキー電極を形成し、ショ
ットキー・ダイオードを構成する。そしてこのショット
キー・ダイオードをＣ−Ｖ測定し、Ｃ−Ｖ曲線からドー
ピング濃度を算出する。

【００３３】図４は、本発明の実施の形態に係る結晶成
長方法によって成長したＧａＡｓエピタキシャル成長層
のドーピング濃度の面内均一性と、成長基板の表面と板
状原料の表面のなす角（許容角度）θとの関係を示す図
である。図４に示すＧａＡｓエピタキシャル成長層は、
図１に示すＭＢＥ装置を用いて、４インチの半絶縁性ガ
リウム砒素（ＧａＡｓ）基板上に、成長温度１０８０℃
で、６０分間成長し、厚さ１μｍ成長した試料について
の測定結果である。Ｃ−Ｖ測定によるドーピング濃度は
３×１０^１７〜３×１０^１８ｃｍ^−３であった。Ｃ−Ｖ
測定は面内の１９点について行ない、ＧａＡｓの成長速
度の分布を考慮してドーピング濃度の面内均一性を評価
した。均一性は（最大値−最小値）／平均値／２×１０
０（％）とした。図４には比較のため従来技術に係る細
片状のＳｉ原料を用いた場合の面内均一性も黒塗りの３
角形で示した。

【００３４】図４の白抜きの丸印で示すように許容角度
θを２２°以下にすることにより、面内均一性は２．２
％以下になることがわかる。さらに許容角度θを１０°
以下にすると面内均一性は１．５％以下に改善されるこ
とがわかる。

【００３５】（その他の実施の形態）上記のように、本
発明は上記実施の形態によって記載したが、この開示の
一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであ
ると理解すべきではない。この開示から当業者には様々
な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろ
う。

【００３６】本発明の実施の形態に係る結晶成長装置お
よび結晶成長方法は、面内均一性が改善される特徴を有
するが、厚さ方向については積極的に不均一となるよう
な種々のドーピングに応用することも可能である。たと
えばＡｌＩｎＡｓ／ＧａＩｎＡｓヘテロ接合界面でドー
ピング濃度を変化させるような変調ドーピング、短周期
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ超格子のＧａＡｓ層の中央部分にの
みＳｉをドーピングする超ドーピング、あるいは坩堝４
１の上のシャッターの開閉により特定の原子面にＳｉを
デルタ（δ）ドープする原子的プレーナドーピングにも
適用可能である。

【００３７】また、図１には蒸発源として、すべて坩堝
を用いた結晶成長装置で示したが、本発明はガスソース
を使ったＭＢＥにおいて、ドーパントの分子線を単結晶
板を用いる場合にも適用可能である。たとえばＧａＡｓ
の成長の場合はアルシン（ＡｓＨ_３）とトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）等をクラッキングソースで分解してＡｓ
_２やＧａの分子線を形成し、板状原料をドーパントの蒸
発源に用いればよい。

【００３８】又原子層エピタキシー（ＡＬＥ）や分子層
エピタキシー（ＭＬＥ）のように化合物半導体の構成元
素を交互に成長基板３の表面に供給し、表面吸着反応に
より１サイクルで１分子層成長する場合にも適用可能で
ある。たとえば、シャッターの開閉を制御して、Ａｓ_２
（もしくはＡｓ_４）分子線の導入、真空排気、Ｇａ分子
線の導入、真空排気というサイクルを繰り返すことによ
り、表面吸着反応で成長可能である。即ち、上記の１サ
イクルでＧａＡｓの１分子層が自己停止的に成長する
（このようなＡｓ_２分子、Ａｓ_４分子を表面に吸着させ
る場合はＭＬＥと呼ぶのが適当である。）のでサイクル
数でエピタキシャル成長層の膜厚が決定できる。この際
ドーパントのＳｉ分子線はＡｓ_２（もしくはＡｓ_４）分
子線導入時、Ｇａ分子線導入時、真空排気時のいずれか
のタイミングで行うことが可能である。これは目的とす
るドーピングの仕様（導電型やドーピングレベル等）に
応じて選択すればよい。

【００３９】更に、上記の実施の形態においては、板状
原料６として、板状Ｓｉを用いる場合について説明した
が、板状Ｓｉの代わりに板状ゲルマニウム（Ｇｅ）を用
いても良い。板状Ｇｅの場合は、坩堝内で、Ｇｅの融点
（９３７℃）より低い８００〜８８０℃程度に加熱すれ
ば良い。

【００４０】更に、上記の実施の形態においては、III
−Ｖ族化合物半導体のＭＢＥについて説明したが、本発
明は超高真空下においてII−ＶI族化合物半導体のエピ
タキシャル成長層にＳｉをドーピングする場合や、超高
真空下においてＧｅのエピタキシャル成長層にＳｉをド
ーピングする場合にも適用可能出る。

【００４１】更に、ドーピング技術だけでなくアトミッ
クスケール若しくはメゾスコピックスケールの半導体装
置に用いる数原子層レベルの極めて薄いＳｉやＧｅのエ
ピタキシャル成長にも適用可能である。均一な分子線が
成長基板の表面に供給されるので、成長膜厚の面内均一
性や、移動度等の電気的特性の面内均一性や、結晶欠陥
等の結晶性の面内均一性も向上する。

【００４２】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば超高真空下におけるエピ
タキシャル成長において、エピタキシャル成長層のドー
ピング濃度の均一性が向上する。

【００４４】本発明によれば超高真空下におけるエピタ
キシャル成長において、成長膜厚の面内均一性や、電気
的特性の面内均一性や、結晶性の面内均一性が向上す
る。

【００４５】そして、本発明の結晶成長装置に用いられ
る坩堝は、板状原料の表面を所定の角度に設定するため
の角度設定手段を具備しているので、坩堝に板状原料を
収納する場合、許容角度θを２２度以下にすることが容
易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物半
導体のＭＢＥ装置の模式図である。

【図２】特に板状原料６を収納する坩坩４１に着目した
本発明の実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体のＭ
ＢＥ装置の模式図である。

【図３】本発明の実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物半
導体のＭＢＥ装置において、成長基板３の表面と板状原
料６の表面のなす角θを所定の角度に設定するための角
度設定手段を示す模式的な断面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る結晶成長方法によっ
て成長したＧａＡｓエピタキシャル成長層のドーピング
濃度の面内均一性と、成長基板の表面と板状原料の表面
のなす角θとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１成長室２基板ホルダ３成長基板５加熱ヒータ６板状原料１１液体窒素シュラウド１２ＨＥＥＤ銃１３ＨＥＥＤ蛍光板スクリーン１４真空ゲージ１５真空排気管４１〜４５坩堝５１〜５５蒸発源ポート２１治具２２段差部２３，２４突起部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田優埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号株式会社ジャパンエナジー内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE46 DA06 EG01 SC12 5F103 AA04 BB02 BB19 DD01 DD30 GG01 KK01 RR06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超高真空に排気可能な成長室と、前記成長室内に配置され、成長基板を保持するための基
板ホルダと、前記成長室内に配置され、蒸発源となる板状原料の表面
を所定の角度に設定するための角度設定手段を具備した
坩堝と、前記成長室内の前記坩堝の近傍に配置された前記坩堝を
加熱するための加熱ヒータとを少なくとも備え、前記成
長基板の表面と前記板状原料の表面のなす角を２２度以
内とすることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】成長室内に配置された坩堝の内部に、板
状原料の表面を所定の角度に設定して収納する工程と、前記成長室内を超高真空に排気する工程と、前記成長室内に、成長基板を保持する工程と、超高真空状態で、前記板状原料を加熱することにより分
子線を生成し、該分子線を前記成長基板の表面に照射す
る工程とから少なくともなり、前記成長基板の表面と前
記板状原料の表面のなす角を２２度以内とすることを特
徴とする結晶成長方法。