JPH02248388A - 分子線結晶成長装置 - 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〕 分子線結晶成長（ＭＢＥ）装置、より詳しくは、該装置
の基板ホルダの改良に関し、 基板ホルダのブロック上への結晶堆積物（付着物）がな
いようにして、不純物ガスの吸着・放出を回避し、成長
結晶の品質低下を防止することを目的とし、 基板を保持する基板ホルダと、該基板を加熱するヒータ
とを備えた分子線結晶成長装置において、前記基板ホル
ダのブロックがその分子線セル側表面に成長結晶に対し
て吸着エネルギーの小さいコーティング層を有するよう
に構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、分子線結晶成長（ＭＢＥ）装置、より詳しく
は、該装置の基板ホルダの改良に関する。

半導体素子を製造する上での半導体結晶成長、特に、エ
ピタキシャル成長は基礎技術であり、各種の成長方法が
ある。その中で分子線結晶成長法はＧａＡｓなどの化合
物半導体層（Ｉｌｌ）形成に利用されており、光ダイオ
ード、レーザなどの光素子やＧａＡｓＦｆ！Ｔ　、　Ｇ
ａＡｓＨｔｉＭＴなどの半導体装置の製造に応用されて
いる。この分子線結晶成長法とは、超高真空中で、金属
ソース（例えば、Ｇａ、　Ａｓ＋　Ａｌ　＋Ｉｎなどの
それぞれ）を加熱して蒸発させ、分子線として加熱され
た基板上に照射（衝突）させて、結晶層（膜）を形成す
る（結晶成長させる）技術である。最近では、金属ソー
スの代わりに化合物ガスを用いたガスソースの分子線結
晶成長法も開発されている。

近年、衛星放送などのマイクロ波関係にＧａＡｓのＨＢ
ＭＴ素子が使用されており、この素子を製造するのに多
くの場合に分子線結晶成長法が採用されている。さらに
、ＧａＡｓＦＢＴやＩＩＩ！ＭＴ素子を用いたコンピュ
ータの研究開発が進み、分子線結晶成長法も今や研究段
階から実用段階となり、分子線結晶成長装置には高効率
化（スループット向上）が求められている。

〔従来の技術〕

分子線結晶成長装置は第２図に示すように、超高真空排
気系につながった真空チャンバ１と、蒸発源セル２Ａ、
２Ｂ、２Ｃと、液体窒素で冷却されたシラウド３と、基
板４を保持する基板ホルダ５と、該基板４を加熱するヒ
ータ６とからなる。

そして、従来の基板ホルダ５は、第３Ａ図〜第３Ｅ図に
示すようなものであり、当初はモリブデン（Ｍｏ）など
の高融点材料の円板部２１のある金属ブロック２２（第
３Ａ図）であって、基板４をインジウム（Ｉｎ）半田（
ソルダ）２３によって円板部２１に貼り付けていた。こ
のようにして基板を保持する基板ホルダは現在でも用い
られているが、結晶成長後に、基板裏面のラッピングを
行なわなくてはならず、その際に基板の破損などによる
歩留り低下の恐れがある。また、基板ホルダの円板部２
１にインジウムが付着しているために、結晶成長毎に基
板ホルダの洗浄を行なう必要があり、非常に効率が悪か
った。

このような欠点を克服しようとして提案されたソルダフ
リー基板ホルダとして第３Ｂ図〜第３Ｅ図に示すものが
知られている。第３Ｂ図のソルダフリー基板ホルダ５は
そのなかでも初期のものであって、ブロック２２の円板
部２１の周縁部分に複数の金属止め具２５および止めネ
ジ２６を備えている。金属止め具２５と止めネジ２６と
で基板４をホルダのブロック円板部２１上に固定するわ
けであるが、この場合には、基板４と円板部２１との間
に接触している区域としていない区域とがあるために、
基板４の温度分布が均一でない。そして、基板温度分布
を均一にするようにしたのが、第３Ｃ図に示すソルダフ
リー基板ホルダ５であり、ブロック円板部の代わりに熱
伝導率が低（かつ薄い板２８を用いさらに熱伝導率の低
いリング２９をも用いてホルダブロック３１と基板４と
を熱的に絶縁し、基板４をヒータ６からの直線輻射によ
って加熱する。板２８およびリング２９の材料にＰ　Ｂ
　Ｎ　（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ　Ｂｏｒｏｎ　Ｎ１ｔｒｉ
ｄｅ）やグラファイトを用いており、止めリング３０は
モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を用いている。そし
て、リング２９には結晶成長時に化合物半導体などの結
晶が同時に付着することになり、リング２９を繰り返し
使用すると成長装置から取出したときにこの付着結晶が
酸素などを吸着し、次の結晶成長時に脱ガス（放出）さ
れて基板上の結晶成長層中に不純物として取り込まれる
。このために、得られる結晶の品質が低下することにな
る。

そこで、上述の基板温度分布の不均一および結晶品質の
低下を改善すべく提案されたソルダフリー基板ホルダ５
は、第３Ｄ図および第３Ｅ図に示すように、リング２９
（第３Ｃ図）の代わりに、上側挟持具３４Ａと下側挟持
具３４Ｂとからなる複数（例えば４個）の支持具３４を
備えている。これら支持具３４は止めリング３５を用い
て基板４と板２８とを挾持した状態で保持するようにな
っており、リング状のブロック３１に取付けられている
。この場合には、基板ホルダ５として基板４に接触して
いるのは支持具３４であって、接触面積は非常に小さい
ため、ブロック３１からの熱伝達は非常に小さく、かつ
結晶付着のリングがないために、結晶品質低下がかなり
回避できる。また、ヒータ６および板２８からの脱ガス
も基板４の周囲隙間から抜けて排気されるので、この点
からも結晶品質低下防止に寄与している。なお、上側お
よび下側挟持具３４Ａ、３４Ｂは、例えば、タンタル（
Ｔａ）で製作されている。

【発明が解決しようとする課題〕

上述の改善された基板ホルダ５（第３Ｄ図および第３Ｅ
図）であっても、基板ホルダを洗浄せずに再使用すると
、まず、結晶成長時にブロック３１の表面にも結晶が付
着し、基板着脱での大気中で付着結晶が酸素などの気体
を吸着する。そして、この吸着された気体が次回の結晶
成長時の基板加熱で放出されて、不純物として成長結晶
中に取り込まれて結晶品質の低下を招くことが依然とし
である。

本発明の目的は、基板ホルダのブロック上への結晶堆積
物（付着物）がないようにして、不純物ガスの吸着・放
出を回避し、成長結晶の品質低下を防止することである
。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的が、基板を保持する基板ホルダと、該基板を
加熱するヒータとを備えた分子線結晶成長装置において
、前記基板ホルダのブロックがその分子線セル側表面に
成長結晶に対して吸着エネルギーの小さいコーティング
層を有することを特徴とする分子線結晶成長装置によっ
て達成される。

〔作　用〕

本発明によれば、基板ホルダのリング状ブロックの分子
線セル側表面を吸着力ネルギーの小さい材料で構成する
ことによって、分子線（蒸発源）セルから飛んで来て該
表面に付着した結晶はその結晶付着（成長）速度が基板
ヒータによるブロック加熱温度での再蒸発速度よりも小
さいので、ブロック表面上での堆積（付着）はない、す
なわち、吸着エネルギーの小さなコーティング層は基板
での結晶成長温度以下の温度にて付着速度以上の再蒸発
速度を与えるわけである。したがって、付着物（堆積物
）に起因した結晶品質低下を回避することができる。

このような吸着エネルギーの小さな材料とは、化合物半
導体、特に、ＧａＡｓに対しては５ｉ（ｈ　（二酸化珪
素）　、５ｉ３Ｎ４（窒化珪素）などが望ましい。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施態様例によって
、本発明の詳細な説明する。

第１図は、基板を保持している本発明に係る基板ホルダ
の部分断面図であり、基板４を基板ホルダ５のリング状
ブロック５１に取り付ける挾持具３４Ａ、３４Ｂおよび
止めリング３５は従来の場合（第３Ｄ図および第３Ｅ図
参照）と同じにしである。

リング状ブロック５１を、例えば、Ｍｏから作り、所定
寸法に機械加工した後で、分子線セル側表面上にＳｉｎ
、層（厚さ；約５ｔｔｍ）５２をＣＶＤ法などによって
形成する。そして、第１図に示すように、両面ラップ仕
上げのＧａＡｓ基板４とＰＢＮ板（厚さ；２００１）２
８とを挾持具３４Ａ　、　３４Ｂで挟みかつ止めリング
３５を用いてＭＯブロック５１に取り付ける。これを、
第２図に示すように、分子線結晶成長装置内にセットす
る。この装置で、例えば、ＧａＡｓエピタキシャル成長
させる場合に、ヒータ６によってＧａＡｓ基板４を６５
０〜７００　’Ｃに加熱すると、ブロック５１の温度は
この基板温度と同じかもしくは少し高くなる。この状態
でＧａＡｓ成長速度を１趨／時で成長を行なっても、ブ
ロック５１の５ｔＯｔ層５２上にはＧａＡｓの堆積（付
着）はない。

上述した例での分子線結晶成長装置では金属ソースの分
子線（蒸発源）セルを用いているが、ガスソースの場合
であっても同じ結果が得られる。

この場合には、Ｇａ０代わりにトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）を使用し、ＧａＡｓ基板温度を５５０〜６ｏ。

℃にして、ＧａＡｓエピタキシャル成長を行なう。この
ときにもブロック５１のＳｉｎ、層５２上にはＧａＡｓ
の堆積はなく、基板４上にＰ−ＧａＡｓエビ結晶が成長
する。なお、ｐ型になるのは、ＴＭＧ中のカーボンが結
晶中に取り込まれるためであって、基板ホルダ５の影響
ではない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、基板ホルダのリ
ング状ブロックに吸着エネルギーの小さなコーティング
層を形成して該表面上には結晶が付着（堆積）しないの
で、付着結晶に起因する結晶品質低下＆本生じない。さ
らに、ブロックの洗浄および脱ガスを行なう必要がない
ので、ブロックの再使用が容易にでき、かつ高品質な結
晶成長の安定化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る基板ホルダおよび基板の部分断
面図であり、 第２図は、分子線結晶成長装置の概略断面図であり、 第３Ａ図〜第３Ｄ図は従来の基板ホルダおよび基板の断
面図であり、および 第３Ｅ図は、第３Ｄ図の基板ホルダおよび基板の平面図
である。 ４・・・基板、　　　　　５・・・基板ホルダ、６・・
・ヒータ、 ５１・・・リング状ブロック、 ５２・・・コーティング層。 鶏 図 本発明の基板ホルダおよび基板の断面図５２・・・コー
ティング層 第３Ａ図 も３Ｅ図 寿３Ｃ］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板を保持する基板ホルダと、該基板を加熱するヒ
   ータとを備えた分子線結晶成長装置において、前記基板
   ホルダのブロックがその分子線セル側表面に成長結晶に
   対して吸着エネルギーの小さいコーティング層を有する
   ことを特徴とする分子線結晶成長装置。