JPH01305892A - Ｓｉ分子線源 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｓｉドープ化合物半導体の薄膜結晶を成長さ
せる分子線結晶成長装置に用いるＳｉ分子線源に関する
。

（従来の技術） ＧａＡｓ、　ＡｌＧａＡｓなどのＳｉドープ化合物半導
体薄膜をＧａＡｓ等の半導体基板上にエピタキシャル成
長させる技術の１つに分子線結晶成長法（以下、ＭＢＥ
法）がある。ＭＢＥ法は、１０−”〜ｔｏ−”Ｔｏｒｒ
という超高真空に維持する成長室内に液体窒素で冷却す
るシュラウドを設け、マニピュレータによりその中央に
半導体基板をセットする。半導体基板に対向する位置に
置かれた分子線セルから、結晶構成元素であるソース物
質を蒸発させ、適温に調節された半導体基板に分子線と
して照射することによりエピタキシャル成長をさせる。

ＭＢＥ法は、構成元素の分子線を独立して制御できるの
で、いろいろな組成の単結晶を容易にエピタキシャル成
長させることができ、各種半導体デバイスの製造に利用
されている。

第２図は、従来のドーパント用のＳｉ分子線源の断面図
である。ドーパント物質であるＳｉ基板片８を入れたる
つぼ９は抵抗加熱ヒータ３によって加熱される。その際
、るつぼ９の温度はるつぼの底に付設した熱電対４で測
定される。

（発明が解決しようとする調題） 上記のＳｉ分子線源では、ドーパント物質のＳｉの融点
が１４１２℃と高く、通常１２００℃以下の温度で分子
線源を操作するために、成長時の原料Ｓｉは固体のまま
である。それ故、Ｓｉ基板片は図のようにるつぼの底に
置かれることになり、成長用基板面内における分子線強
度の均一性が悪く、また、熱電対がＳｉ基板片自身の温
度を測定することができないところから、Ｓｉ基板片の
加熱温度の制御性が悪いという問題があった。

そこで、分子線強度の均一性を向トさせるために、第３
図に示すようにＳｉ量を増やして、るつぼの上部まで５
ｉｌＯを充填して使用することもあるが、分子線強度の
均一性は向上するものの、熱容量が大きくなるために、
ドーパント物質であるＳｉの温度応答性が悪くなり、エ
ピタキシャル成長層の深さ方向でドーピング濃度を迅速
に変化させることが難しいという問題があった。

本発明は、上記の問題を解消し、ドー／＜ント物質であ
るＳｉ基板について、分子線強度の均一性を向上させ、
かつ、温度応答性を改善したドーパント用Ｓｉ分子線源
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、分子線エピタキシャル成長装置に用いるドー
パント用Ｓｉ分子線源において、支持体端部にドーパン
ト用Ｓｉ基板を固定するためのホルダーを設け、該基板
の背面に抵抗加熱ヒータを、また、該基板に接触するよ
うに熱電対を、配置したことを特徴とするＳｉ分子線源
である。

（作用） 第１図は、本発明の１具体例であるＳｉ分子線源の断面
図である。支持体７の端部には、ホルダー２によりドー
パント用Ｓｉ基板ｌを固定し、該基板の背面に抵抗加熱
ヒータ３を設け、基板の加熱温度を基板背面に接触する
ように保持した熱電対４により測定するようにした。な
お、上記ヒータ３の後方には熱輻射絃蔽板５を設け、ド
ーパント用Ｓｉ基板１の前方にはシャッター６を配置し
た。本発明のＳｉ分子線源は、このような構造になって
いるので、大口径のＳｉ基板が抵抗加熱ヒータにより均
一に加熱され、分子線強度も極めて均一である。また、
熱電対は、Ｓｉ基板に接触した状態で温度測定している
ので、基板自体の温度を正確に測定することができ、そ
の結果、ドーパント物質であるＳｉ基板の加熱温度を厳
密に制御することができるようになる。

さらに、薄いＳｉ基板を用いるときには、基板の熱容量
が小さくなるので、Ｓｉの温度応答性が極めて良くなる
。従って、ドーパント用Ｓｉ基板の温度を短時間で上げ
下げできるので、エピタキシャル成長層の深さ方向にド
ーピング濃度を急激に連続して増減させることが可能と
なる。また、エピタキシャル成長層の深さ方向にステッ
プ状にドーピング濃度を変化させる場合にも、Ｓｉ基板
の温度を変えるのために、成長を中断する時間が短くて
すむ。

（実施例） 第１図のＳｉ分子線源を用いて、ＧａＡｓ基板−ヒにＳ
ｉドープＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させた。Ｓｉ
分子線源は、直径４０ｍ５＋、厚さ３００μｌの高純度
のＳｉ基板を輩０製のホルダーに固定し、Ｔａ製のテー
プ状ヒータを基板の背面に設置した。熱電対は基板の背
面に直接接触させた。

Ｇａ及びＡｓは従来の分子線セルにそれぞれ１５０ｇ及
び１４５ｇチャージし、Ｇａ分子線強度を５．５ＸＩＯ
−’Ｔｏｒｒ、　Ａｓ分子線強度を７．０ＸＩＯ−”Ｔ
ｏｒｒに調整し、Ｓｉ基板の加熱温度を１１００℃とし
て、６００℃に加熱された成長用のＧａＡｓ基板上に、
厚さ１μ国のＳｉドープＧａＡｓ層をエピタキシャル成
長させた。得られたＧａＡｓ層のドーピング濃度は、１
．２Ｘ１０”ｃｏ＋−’であり、直径２インチノ基板面
内におけるドーピング濃度の不均一性は、±０．８％以
内と極めて良好であった。

また、Ｓｉ基板の加熱温度を１２００℃として、厚さｌ
μＩのＳｉドープＡ　ｌｏ　、　ａＧａｏ　、　？ＡＳ
層を成長させた。その後、成長を中断してＳｉ基板温度
を１０００℃まで下げ、次いで、ＳｉドープＧａＡｓ層
を１μｍ成長させた。その際、Ｓｉ基板の温度は、約１
０秒間で　１０００℃まで安定して下げることができ、
優れた温度応答性を有することが分かった。

（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、分子線強
度の均一なＳｉ分子線照射を可能とし、かつ、ドーパン
ト物質であるＳｉ基板の温度制御性及び温度応答性が大
変優れている。

それ故、本発明のＳｉ分子線源は、成長用基板面内のＳ
ｉドーピング濃度を高均一にし、かつ、エピタキシャル
成長層の深さ方向にＳｉドーピング濃度を容易に変化さ
せることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　分子線エピタキシャル成長装置に用いるド ーパント用Ｓｉ分子線源において、支持体端部にドーパ
   ント用Ｓｉ基板を固定するためのホルダーを設け、該基
   板の背面に抵抗加熱ヒータを、また、該基板に接触する
   ように熱電対を、配置したことを特徴とするＳｉ分子線
   源。