JPH034024Y2 - - Google Patents

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JPH034024Y2
JPH034024Y2 JP18443086U JP18443086U JPH034024Y2 JP H034024 Y2 JPH034024 Y2 JP H034024Y2 JP 18443086 U JP18443086 U JP 18443086U JP 18443086 U JP18443086 U JP 18443086U JP H034024 Y2 JPH034024 Y2 JP H034024Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は分子線エピタキシヤル成長法において
基板を保持する分子線エピタキシヤル成長用基板
ホルダに関するものである。
〔従来の技術〕
GaAs(ガリウム・ヒ素)に代表される−
族化合物半導体の薄膜結晶を成長させる技術とし
て超高真空下(ベース真空度5×10-10Torr以
下)で原料を分子状にして単結晶基板上に成長さ
せる分子線エピタキシヤル成長法がある。この成
長時の薄膜結晶の結晶性を決定づける要因として
は、装置内真空度(残留不純物量の低減)、原料
の分子線量の他に基板温度がある。通常GaAs基
板上にGaAsあるいはAlxGa(1−x)As(0<x
≦1)を成長させるには基板温度を580℃〜700℃
にする。この基板温度の制御、特に面内での均一
性が結晶品質の面内均一性を決めることになる。
通常面内均一性を向上させ温度制御を良好にす
るため、高融点金属である円形モリブデン製の基
板ホルダーにGaAs基板等をインジウム・ハンダ
で貼着して、加熱はこのモリブデン板をヒータに
より輻射加熱して熱伝導によつて結晶成長基板を
加熱する方法を採つている。しかしながらこの方
法では直径2インチ、3インチのように大口径の
ものは取り扱いにくく、かつインジウム・ハンダ
が基板の裏面に付着するため基板の後工程が難し
くなるなどの問題がある。このためにインジウ
ム・ハンダを用いない基板の保持方法が考えられ
ている。
以下に、第5図ないし第7図により従来法を説
明する。第5図は従来法に使用する分子線エピタ
キシヤル成長用基板ホルダの平面図、第6図は第
5図の基板ホルダのA−A′線に沿つた断面図、
第7図は第6図の基板ホルダの破線で囲んだ部分
の拡大断面図である。
従来法としては第5図および第6図に示すよう
な切れ込みのついた基板支持リング11に支持ピ
ン12により円形のGaAs基板13を取りつける
構造の基板ホルダ10を使用している。この従来
の基板ホルダ10は、例えばGaAs基板13の加
熱を均一にするため、加熱時にGaAs基板から解
離するAs蒸気を直接基板加熱ヒーターにあてな
いためおよびAs蒸気に引火しない裏面を加熱す
ることによる、AsのぬけによるGaAs基板13裏
面の荒れを防ぐためにSi,モリブデンあるいはサ
フアイア等の薄いバツフア板14を使用してい
る。このバツフア板14は第8図に示す基板加熱
ヒータ22(タンタル製)のある側に第6図のよ
うに、GaAs基板13に重ねるようにして取付け
る。15はこの際にできる間隙である。
分子線エピタキシヤル(MBE)成長装置にお
いては、第8図に示すようにGaAs基板を取りつ
けた基板ホルダ10を基板加熱ヒータ22および
熱電対24を有する基板加熱用マニピユレータ2
3に取つけて、基板ホルダー10を回転させなが
ら所望の分子線を当ててGaAs基板上にGaAs/
AlGaAsなどのエピタキシヤル結晶成長を行つて
いる。
〔考案が解決しようとする問題点〕
しかしながら、この従来法に用いる基板ホルダ
は第5図のようにバツフア板14(Si板)と
GaAs基板13を重ねて支持ピン12で止めるだ
けの非常に簡便な構造であり都合がよいのである
が、実際に結晶成長を行つてみると問題が生じ
る。それは、Si板を用いたバツフア板14と
GaAs基板13を単に重ねただけのために、2板
の板の間隔が一定にならないことからGaAs基板
13面内に温度むらが発生する。その結果、この
成長方法で、GaAs基板13上に成長したGaAs
層およびAlGaAs層ではキヤリア濃度分布が均一
なものが得られない。
以下バツフア板の代表をSi板として記述する。
本考案の目的は上記従来技術における問題点を解
決するためのものであり、その目的とするところ
は従来の基板ホルダを大幅に変更せずに従来の基
板ホルダを用いた場合に生ずる問題点である結晶
成長基板面内の著しい不均一性を解決することが
できる基板ホルダを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち本考案の分子線エピタキシヤル成長用
基板ホルダは、基板上に分子線エピタキシヤル成
長させる際に使用し、少なくとも該基板の加熱機
能を持つ基板加熱用マニピユレータに脱着可能な
基板ホルダであつて、かつ該基板と該基板の加熱
ヒータ側に位置し、該基板の均一加熱を可能とす
るバツフア板との間で該基板の外縁部近傍に配置
され、凹凸形状に加工し、ばね弾性を持たせた該
基板を支持するための高融点金属細線スペーサを
少なくとも1つ備えたことを特徴とする。
本考案の好ましい実施態様としては下記のもの
が挙げられる。
(i) バツフア板がシリコン、サフアイヤまたはモ
リブデンからなり、および/またはスペーサが
タングステンまたはその合金からなる細線であ
るもの。
(ii) スペーサの凹凸形状が三角波形状であり、か
つ隣接する該三角波の進行波面が異なるもの。
(iii) スペーサが単独で存在するときの三角波の全
振幅および波長が3ないし10mmであり、かつ隣
接する2つの三角波の各頂点位置における2つ
の三角波の進行波面間の距離が1ないし2mmで
あるもの。
本考案者らは従来の基板ホルダを用いた場合に
どうして基板の均一性の低下が生じるかを考察し
たところ、以下のことが分つた。すなわち、Si板
とGaAs基板をただ単に重ねただけでは、その2
枚の間の間隔は一定しない。それどころか真空室
内では部分的に接触する個所がでてくる。又、更
にSi板と接触するGaAs基板部分では接触に伴う
熱伝導が生じる。これにより加熱のされ方の異な
る部分がGaAs基板表面で発生するため均一な温
度分布が得られず、特異な温度分布をもつてくる
ことになる。また、この面内温度分布は各成長ご
とにことなる。それはSi板とGaAs基板において
その接触の生じ方が各成長ごとに各々異なるため
起る。
これらの問題を解決し、面内均一性の良好な結
晶成長を行うためには、GaAs基板の加熱をいか
に均一に行うかが重要となる。この均一加熱がで
きるために重要な点はSi板とGaAs基板の間隔を
いかに均一に保持するか、またGaAs基板に接触
する部分をいかに少くするかにかかつている。す
なわち、Si板とGaAs基板の間に均一な間隔があ
り、GaAs基板に接触する部分が少なければ、熱
伝導効果は少く、ヒータ熱輻射による加熱のみと
なり、Si板は輻射を散乱させたり、均一化するバ
ツフア板として充分に機能し、GaAs基板の均一
加熱性を向上させることができるものと考えた。
本考案の構成を更に具体的に説明すると、本考
案においては従来の基板ホルダを用いた場合にお
ける面内不均一性の生じる原因を取り除くため
に、第1図ないし第4図に示すように従来の基板
ホルダに加えて更に高融点金属例えばチタン、タ
ンタル、モリブデン、タングステン等でできた例
えば三角形状の凹凸を有する針金であるスペーサ
16を用いた治具とする。すなわち基本的には従
来の第5図に示す基板ホルダとほぼ同様な構造を
有し、ただしこれにGaAs基板13とSi板14の
間隔を一定にかつ再現性よく実現するためにスペ
ーサ16のように高融点金属で弾性例えばばね弾
性のある、針金をジグザグ状にしたものを挿入し
た構造とする。このスペーサ16は取りつけ前で
は第2図に示す16′のような形状をしている。
第2図()に示すa〜b=3〜10mmの三角波形
状に加工しかつ第2図()に示すように1つお
きに角度をつけて(d=1〜2mm)ある。針金の
直径は1mm以下と細いものを用いる。この針金を
GaAs基板13とSi板14の間にその円形の外枠
内に沿うように挿入配置する。そして、モリブデ
ン製の支持ピン12にてSi板14を抑える構造と
する。このようにすると、スペーサ16の弾発力
で2枚の板の間隔を押し広げ、その間隔は支持ピ
ン12により定まる。この構造においてGaAs基
板13が基板ホルダと直接接触する部分は支持リ
ング11とスペーサ16の三角形の頂点部分のみ
であり、非常に少くなる。なお、スペーサ16の
凹凸形状としては上記三角波形の外に例えば矩形
波、三角関数波等であつても勿論よい。凹凸の形
成方法(互いの方向等)はスペーサ16がばね弾
性を示すようなものであれば特に限定されない。
また、スペーサ16は1つあるいは2つ以上使用
してもよい。
〔作用〕
第1図ないし第4図に示すように、従来の基板
ホルダに例えば三角波形状の針金16を挿入する
ことによりGaAs基板13とSi板14の間に均一
な間隔を有する間隙15が形成できる。この間隙
15はスペーサ16のばね弾性によりGaAs基板
13とSi板14を外側に押圧する力と支持ピン1
2によりSi板14を受けとめる力との釣合で形成
されている。また、GaAs基板13とSi板14に
対するスペーサ16の物理的接触は三角波形の頂
点部分でのみ起り、点接触となつている。このこ
とにより、GaAs基板13とSi板14間での伝熱
的接触による熱の不均一的な移動を極力防ぐこと
ができる。
〔実施例〕
以下の実施例において本考案を更に詳細に説明
する。なお、本考案は下記実施例に限定されるも
のではない。
本考案の実施例を第1図ないし第4図に示す。
本考案の基板ホルダにおける特徴的部分は、スペ
ーサ16が、挿入取付け前は直線的で第2図の1
6′のような形状をしたタングステンまたはタン
グステン合金製針金を用いて構成されているとこ
ろにある。ここで、aとbはほぼ同じ長さとし、
約3〜10mmとした。またdについては1〜2mmに
なるように形成した。針金の太さは直径約0.3mm、
これらの寸法は保持する基板の大きさによりかわ
るものと考えられる。考慮すべき点は、aとbに
ついては、この寸法により、スペーサ16の形状
にした時にGaAs基板13と接触する位置が変わ
ることになることである。aとbがあまり大きく
なると、スペーサ16がGaAs基板13にその中
心部分で触ることになり均一加熱性の点より好ま
しくない。逆にaとbが小さすぎれば、スペーサ
16としての能力が不十分となる。また、dに関
しては間隔15の大きさとのかねあいであり、間
隙15よりも大きくすることが必要であるが、あ
まり大きくすると挿入・取付時に取り扱いにくく
なる点に注意して決める必要がある。
性能比較試験: 従来の基板ホルダを用いて成長させたn形
GaAsとn形Al0.3Ga0.7Asの電子濃度面内分布の
測定結果をそれぞれ第11図および第12図に示
す。また本考案の基板ホルダを用いて成長させた
n形GaAsとn形Al0.3Ga0.7Asの電子濃度面内分
布の測定結果をそれぞれ第9図および第10図に
示す。図から明らかなように、スペーサのない従
来の基板ホルダを用いた場合には面内分布が大き
くかつ異常な分布を示している。これに対し、本
考案の基板ホルダを用いた場合には面内分布の幅
が小さくかつ対称性のよい分布となつていること
が分る。
なお、本実施例ではGaAs基板の寸法を2イン
チ巾としたが、それ以外の口径のものでも同様な
方法および治具が使用できかつ同様の効果が得ら
れる。また、GaAs以外のInP等の−族化合
物半導体結晶基板についても同様に使用可能であ
り同様な効果が得られることは勿論である。
〔考案の効果〕
上述のように本考案の分子線エピタキシヤル成
長用基板ホルダは、基板とバツフア板との間に所
定性状のスペーサを備えたものであるため、
GaAs基板の面内均一性の良好な加熱が行える。
その結果本考案の基板ホルダを用いた分子線エピ
タキシヤル成長により得られるn形GaAsおよび
AlGaAs層の結晶性の面内均一性が向上し、電子
濃度分布を面内均一性よく制御できる。このこと
は、GaAs基板面内に大量に電子素子を形成し、
その特性の均一性が要求されるIC化に好都合で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の分子線エピタキシヤル成長用
基板ホルダの一実施例の平面図、第2図は本考案
の基板ホルダに用いるスペーサの一例を示し、第
2図()および()は各々取付け前のその平
面図および側面図、第3図は第1図の基板ホルダ
のA−A′線に沿つた断面図、第4図は第3図の
基板ホルダの破線で囲んだ部分の拡大断面図、
第5図は従来の分子線エピタキシヤル成長用基板
ホルダの一例の平面図、第6図は第5図の基板ホ
ルダのA−A′線に沿つた断面図、第7図は第6
図の基板ホルダの破線で囲んだ部分の拡大断面
図、第8図は分子線エピタキシヤル成長装置の概
略構成図、第9図は本考案の基板ホルダを用いて
基板上に結晶成長させたn形GaAs層の電子密度
面内分布を表わすグラフ、第10図は本考案の基
板ホルダを用いて基板上に結晶成長させたn形
Al0.3Ga0.7As層の電子密度面内分布を表わすグラ
フ、第11図は従来の基板ホルダを用いて基板上
に結晶成長させたn形GaAs層の電子密度面内分
布を表わすグラフ、第12図は従来の基板ホルダ
を用いて基板上に結晶成長させたn形Al0.3Ga0.7
As層の電子密度面内分布を表わすグラフである。 図中、10……基板ホルダ、11……支持リン
グ、12……支持ピン、13……GaAs基板、1
4……バツフア板、15……間隙、16,16′
……スペーサ、22……加熱ヒータ、23……マ
ニピユレータ、24……熱電対。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 基板上に分子線エピタキシヤル成長させる際
    に使用し、少なくとも該基板の加熱機能を持つ
    基板加熱用マニピユレータに脱着可能な基板ホ
    ルダであつて、かつ該基板と該基板の加熱ヒー
    タ側に位置し、該基板の均一加熱を可能とする
    バツフア板との間で該基板の外縁部近傍に配置
    され、凹凸形状に加工し、ばね弾性を持たせた
    該基板を支持するための高融点金属細線スペー
    サを少なくとも1つ備えたことを特徴とする分
    子線エピタキシヤル成長用基板ホルダ。 (2) バツフア板がシリコン、サフアイヤまたはモ
    リブデンからなり、および/またはスペーサが
    タングステンまたはその合金からなる細線であ
    ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
    1項記載の分子線エピタキシヤル成長用基板ホ
    ルダ。 (3) スペーサの凹凸形状が三角波形状であり、か
    つ隣接する該三角波の進行波面が異なることを
    特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項また
    は第2項記載の分子線エピタキシヤル成長用基
    板ホルダ。 (4) スペーサが単独で存在するときの三角波の全
    振幅および波長が3ないし10mmであり、かつ隣
    接する2つの三角波の各頂点位置における2つ
    の三角波の進行波面間の距離が1ないし2mmで
    あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
    第3項記載の分子線エピタキシヤル成長用基板
    ホルダ。
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