JPH0319693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 分子線結晶成長方法における成長物質を堆積さ
せる基板の支持方法において、 基板とヒータとの間に熱伝導率が面方向に大な
る熱伝導率異方性を有する熱伝導板を該基板に対
して間隙を設けて介在させることにより、 インジウム半田の使用を排除し且つ成長膜の面
内均一性を確保したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、分子線結晶成長方法に係り、特に、
その基板支持方法に関する。

分子線結晶成長法（MBE）は、基板上に堆積
される成長膜に対して例えば10Å程度の膜厚制御
が可能であり、然も多層構成の膜成長を連続して
行うことが出来ると言う際立つた特徴を有するた
め、近年、半導体素子の形成に使用される化合物
半導体の結晶成長において注目されるようになつ
てきた。

そして、成長膜の面内均一性を確保したうえ
で、成長後に成長膜を汚染させないような基板の
取扱いが出来るようにすることが望まれている。

〔従来の技術〕

MBEは、第５図の側断面図に示す如く、超高
真空のチヤンバ１の中において、基板支持器２に
支持され加熱された基板Ｓに分子線源３から放射
させた成長物質の分子線を矢印のように基板Ｓに
照射し、基板Ｓの表面上に該成長物質を堆積させ
て結晶成長膜を形成する結晶成長法である。

この際の基板Ｓの支持は、従来、第６図の側断
面図に示すように行つている。

同図において、４はモリブデン（Mo）からな
り円板状をなし基板支持器２の正面に取付けられ
る基板支持板、５は基板支持板４に基板Ｓを粘着
するインジウム半田、６は基板支持板４の背後に
配置されるヒータ、である。

基板支持板４の大きさは、例えば外径が約60mm
φで厚さが凡そ２〜３mmである。

ヒータ６は、基板支持板４とインジウム半田５
とを介して基板Ｓを加熱するが、基板支持板４の
中で温度分布が略均一になりその熱は熱伝導によ
り基板Ｓに伝わり基板Ｓの面内温度分布を略均一
にしている。基板Ｓの温度の面内均一性は、成長
膜の面内均一性を得るために必要なものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

インジウム半田５を用いて基板Ｓを基板支持板
４に貼付するのは、基板Ｓにインジウム半田５を
塗付けこれを基板支持板４に貼付しているが、こ
の塗付けには熟練を要し、基板Ｓと基板支持板４
との間がインジウムはんだ５で完全に充填されな
い場合がある。

このようになると、基板支持板４から基板Ｓへ
の熱伝達のむらにより、成長膜表面に漣状の凹凸
（所謂クロスハツチ）が生じて均一な成長膜が得
られなくなる。

また、基板Ｓが化合物半導体例えばガリウム砒
素（GaAs）などの如く脆い場合には上記貼付作
業中に基板Ｓを破損させることがあり、特に基板
Ｓが大型の場合に顕著で、歩留り上の問題とな
る。

更にインジウム半田５を用いる上記方法では、
結晶成長の後にインジウム半田５を基板Ｓから除
去する必要があり、このためエツチングとラツピ
ングなどを行つているが、この作業中に肝心の成
長膜が汚染される問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の要旨を示す側断面図である。

上記問題点は、第１図に示す如く、基板Ｓと基
板Ｓを加熱するヒータ６との間に、熱伝導率が面
方向に大なる熱伝導率異方性を有するパイロリテ
イツク・ボロンナイトライド（pBN）の加熱板
７を基板Ｓに対し間隙Ｇを設けて介在させ、加熱
板７からの熱輻射により基板Ｓを加熱して、基板
Ｓ上に成長物質を堆積させる本発明の分子線結晶
成長方法によつて解決される。

〔作用〕

本発明の方法は、ヒータ６は加熱板７と上記間
隙Ｇとを介して基板Ｓを加熱するが、間隙Ｇの存
在のため加熱板７から基板Ｓへの熱伝達は熱輻射
によつているため、従来のようにインジウム半田
を使用する必要がない。

このことにより、従来方法で問題になつたイン
ジウム半田の塗付けの際の基板破損、熱伝達のむ
らによるクロスハツチの発生、インジウム半田除
去の際の成長膜汚染を排除することが出来る。

また加熱板７は、熱伝導率が面方向に大なる熱
伝導率異方性を有するため、ヒータ６から受ける
熱の面方向分布にむらがあつても基板Ｓに対向す
る面の温度分布は均一になり、基板Ｓの温度の面
内均一性が確保される。

特に加熱板７にpBN板を用いた場合には、結
晶成長時の加熱温度例えば500〜800℃におけるそ
の面方向の熱伝導率が面に垂直な方向の熱伝導率
の20〜30倍であるので、基板Ｓの温度の面内均一
性は極めて優れたものになり、面内均一性の良好
な成長膜を得ることが出来る。

〔実施例〕

第２図は本発明の方法の実施例を示す側断面
図、第３図は第２図図示実施例の要部分解斜視
図、第４図は第２図図示実施例と第６図図示従来
方法との比較を示す成長膜例の特性図、である。

第２図および第３図において、２は第６図に示
した基板支持器、６は同じくヒータ、７は厚さ約
0.5mmのpBN板（例えばユニオンカーバイト社製
“ボラロイ”板）でなる加熱板、８はMoでなる
基板支持環、９はpBNでなり基板Ｓと加熱板７
との間隙を設定する案内環、１０はタングステン
（Ｗ）またはタンタル（Ta）でなり案内環９と加
熱板７を基板支持環８に固定する環状の押えば
ね、である。

基板支持環８は、案内環９、基板Ｓ、加熱板７
および押えばね１０が挿入された後、基板支持器
２の正面に第６図図示の基板支持板４と同様に固
定される。

案内環９における段差寸法ａは、本実施例では
基板Ｓの厚さ約450μｍに基板Ｓと加熱板７との
間隙Ｇの寸法約50μｍを加えた寸法即ち約500μｍ
にしてある。ここで重要なのは基板Ｓと加熱板７
が接触しないように間隙Ｇの寸法を設定すること
で、間隙Ｇの寸法は上記50μｍに限定されるもの
ではない。

そして、基板Ｓの厚さや間隙Ｇの寸法が上述と
異なる場合は、それに見合つた段差寸法ａを有す
る案内環９を用意すれば良い。

この構成の場合、間隙Ｇを積極的に保持出来る
ような介在部材を設けていないが、本実施例を適
用したMBEにおいては、第５図に示す如く基板
Ｓがやや下向きになため、基板Ｓの自重により間
隙Ｇが保持される。このようにすることが困難な
場合には例えばMoなどからなる介在部材を基板
Ｓの周辺部に設ければ良い。

またこの構成では、間隙Ｇは略閉じられた空間
になつている。これは、加熱された基板Ｓの裏面
から蒸気圧の高い物質例えばGaAsにおける砒素
（As）が蒸発してその面が荒れるのを防ぐ作用を
なしている。

上記構成によりヒータ６で基板Ｓを加熱した際
の熱の伝達状況は先に説明した如くである。この
場合の加熱板７の熱伝導率異方性は気相成長によ
り製造されたpBNの特質であつて、粉末成形に
より製造されたボロンナイトライド（BN）は、
熱伝導率異方性がなく加熱板７に用いるのに適切
でない。

第４図は第２図図示実施例と第６図図示従来方
法とを用い、２インチ径のGaAs基板にシリコン
（Si）ドープのｎ型GaAsを成長した際のキヤリ
ア濃度（Nd）の面内分布を一直径上で比較した
特性図であり、実線（〇印）は第２図図示実施例
によるもの、破線（×印）は第６図図示従来方法
によるものである。なお、従来方法による場合
は、インジウム半田による貼付を確実なものに
し、クロスハツチの発生がないようにしてある。

この特性図から明らかなように本実施例では、
インジウム半田を使用した従来方法より成長膜の
面内均一性が向上している。ちなみにデータから
標準偏差σを求めて均一性を示すσ／Ndの平均
値を求めると、その値は、従来方法では9.0％で
あるのに対して実施例では6.7％に向上している。

そして言うまでもなく、上記実施例の場合イン
ジウム半田を用いていないので、基板の破損、ク
ロスハツチの発生、成長膜の汚染の心配がない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、
MBEにおける成長物質を堆積させる基板の支持
方法において、インジウム半田の使用を排除し且
つ成長膜の面内均一性を確保することが出来て、
インジウム半田を使用することによる問題点例え
ば基板の破損、クロスハツチの発生、成長膜の汚
染などを回避し、良質な成長膜の安定提供を可能
にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要旨を示す側断面図、第２図
は本発明の方法の実施例を示す側断面図、第３図
は第２図図示実施例の要部分解斜視図、第４図は
第２図図示実施例と従来方法との比較を示す成長
膜例の特性図、第５図はMBEの要部構成を示す
側断面図、第６図は従来の基板支持方法を示す側
断面図、である。 図において、２は基板支持器、４は基板支持
板、５はインジウム半田、６はヒータ、７は加熱
板、８は基板支持環、９は案内環、１０は押えば
ね、Ｇは間隙、Ｓは基板、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板Ｓと該基板Ｓを加熱するヒータ６との間
   に、熱伝導率が面方向に大なる熱伝導率異方性を
   有するパイロリテイツク・ボロンナイトライドの
   加熱板７を該基板Ｓに対し間隙Ｇを設けて介在さ
   せ、該加熱板７からの熱輻射により該基板Ｓを加
   熱して、該基板Ｓ上に成長物質を堆積させること
   を特徴とする分子線結晶成長方法。