JPS62279624A - 分子線エピタキシ用基板ホルダ - 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】 五　発明の詳細な説明 〔産業上の第１」用分野〕 本発明は、分子線エピタキシ用基板ホルダに係９１特に
単結晶基板の加熱効率を同上させ、基板上に高純度のエ
ビタキ７ヤル結晶薄膜を成長させるために好適な分子線
エピタキシ用基板ホルダに関するものである。

〔従来の技術〕

超高真空に保たれた成長室内で、加熱された単結晶基板
に複数の分子線を照射し、基板上に単結晶薄膜を成長さ
せる分子線エピタキシ法は公知である。この方法を実施
するために用いる分子線エピタキシ装置は、一般に成長
室の超高真空を破ることなく成長室への基板の出し入れ
を行うためのロードロック機構と、成長１の膜厚の均一
性を同上させるための基板回転機構を備えている。

すなわち、第６図に示すように、基板加熱用にタングス
テン製のヒータ１と、メンタル製の熱シールド２と、温
度測定用の熱電対３および基板ホルダ袋層用のカギ形溝
４を具備する基板加熱回転機構５に、基板６をマウント
した基板ホルダ７を、前記カギ形溝４にビン８を嵌め込
んで装着する。

そして、基板力ロ熱時の温度測定は熱電対３を用いて行
うが、成長中に基板回転、つ−２シ基板ホルダ７を回転
させるので、基板ホルダ７の裏面の中心部の温度を非接
触で測定し、コントロールしていた。このため、成長室
の外からビューボートを介して放射温度計等により基板
温度を測定し、熱電対３の指示温度を校正する必要があ
った。

また、高品質の結晶を成長させるためには基板温度の最
適化が重要であり、このため基板温度の面内均一性を同
上させる必要があった。この目的から発明された従来の
基板ホルダ構造および基板ホルダへの基板のマウント法
は、例えば特開昭５７−３０３２０号公報に示されてい
るように、（１）　　Ｉｎソルダを用いて基板ホルダに
ＧａＡｓ基板を貼シ付け、基板ホルダからの熱伝導によ
ってＧａＡ６基板を加熱する技術、 （２）押さえ板（タンタル裂）を用いて基板ホルダにＧ
ａＡｓ基板をねじで固定し、電気ヒータとＧａＡｌ１１
基板の間に浮石１〜２ｍｍの加熱板（タンタル裂）を設
け、電気ヒータによシ加熱された加熱板からの熱放射に
よってＧａＡｓ基板の加熱を行う技術、 等が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来技術は、いずれも基板温度の面内均一性の改善
を図ったものであるが、以下に述べる問題があった。

前記（１）の技術では、　Ｉｎソルダを使用するため、
結晶成長後に基板裏面のＩｎ除去と、研摩等による平坦
化の処理が必要であシ、プロセスが煩雑であった。また
、大面積の基板を使用した場合には、結晶成長後に基板
ホルダから基板を取シ外す際に、基板が割れるというト
ラブルが発生していた。

前記（２）の技術では、　Ｉｎソルダを使用しないので
、前記（１）の技術のもつ問題は解決される。しかし、
Ｉｎソルダを使用した場合に比べて基板の加熱効率が低
く、このため基板加熱時のガス放出量が増大してしまう
ため、高純度の結晶を得ることが困難であった。

本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、基板の
加熱効率を同上させ、基板上に高純度のエピタキシャル
結晶薄膜を成長させ得る分子線エピタキシ用基板ホルダ
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明の１番目の発明では熱
放射によシ単結晶基板を加熱する熱放射体をシリコンに
よ層形成し、該熱放射体の加熱手段に対向する面に、高
融点金属の被膜を施している。

また、本発明の２番目の発明では熱放射体を高融点金属
により形成し、該熱放射体の基板に対向する面に、シリ
コンの被膜を施している。

〔作用〕

超高真空に保たれた成長室内で、加熱された単結晶基板
に複数の分子線を照射し、基板上に単結晶薄膜を成長さ
せる分子線エピタキシ法によシ、高純度で結晶を成長さ
せるには、 （１）基板を加熱する熱放射体を均一に加熱し、゛均一
に加熱された熱放射体からの熱放射により基板を均一に
加熱すること、 （２）基板の加熱効率を同上させ、加熱手段（を気ヒー
タ）の周囲からのガス放出量を低減させ、結晶Ｗ：、−
！ｇｃ中の真空度を爾めること、が３ｉ要である。

そこで、本発明の１番目の発明では、高融点金属の被膜
を施したシリコン製の熱放射体を加熱手段によシ加熱す
ると、加熱手段から供給された熱エネルギーは高融点金
属の被膜によシ吸収され、高融点金属の被膜からの熱伝
導によってシリコン製の熱放射体が均一に加熱され、こ
の熱放射体からの熱放射によって基板が均一に加熱され
る。

そして、シリコン製の熱放射体は、シリコンの熱放射率
が約α４〜ａ６と大きいため、基板を効率よく加熱する
ことができ、したがって結晶成長中の真空度を同上させ
ることができ、高純度の結晶薄膜を得ることができる。

また、本発明の２番目の発明では熱放射体を高融点金属
で形成しているため、熱放射体が加熱手段により均一に
加熱され、この熱放射体からの熱放射により基板が均一
に加熱される。

−万、藁融点金属裂の熱放射体の基板に対向する面に、
シリコンの被膜を施しておシ、このシリコンは熱放射率
が大きいため、基板を効率よく加熱することができ、結
晶成長中の真空度を向上させることか可能となシ、高純
度の結晶薄膜を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によシ説明する。

第１図は本発明の１番目の発明の一実施例を示す平面図
、第２図は第１図の縦断正面図である。

これらの図に示す実施例の分子線エピタキシ用基板ホル
ダでは、基板ホルダ９に、保持機構を介して基板６と、
熱放射体１１と、スペーサ１６とが固定されている。

前記基板ホルダ９は、例えばモリブデンによシ外径６４
ｍｍ、’ｆ径６０　ｍｍ　、高さ１４ｍｍ等に作製され
ている。また、前記基板ホルダ９にはビン１０が設けら
れてお）、このビン１０を基板加熱回転機構（図示せず
）に形成された基板ホルダ装着用のカギ形＃（図示せず
〕に嵌め込み、前記基板加熱回転機構に基板ホルダ９を
装着するようになっている。

前記保持機構は、リング１５と、これを基板ホルダ９に
止める複数本のねじ１６とで構成されている。前記リン
グ１５とねじ１６は、例えばタンタルにより形成されて
いる。また、リング１５は、例えば外径６４　ｍｍ　、
　　内径４６ｍｍ、厚さ１２　ｍｍに形成されている。

前記基板６は、　ＧａＡｓにより形成され、例えば直径
５０　ｍｍ　、厚さくＬ　４５　ｍｍに作製されている
。

前記スペーサ１６は、例えばタンタルにより外径５３ｍ
ｍ、　　内径４６　ｍｍで段付きのリング状に形成され
、厚さａ１〜１　ｍｍ　に作製されている。

前記熱放射体１１は、シリコンよシなる円板を鏡面研摩
したものを用いて、例えば直径５５ｍｍ。

厚さ１　ｍｍ　に形成されている。前記熱放射体１１の
電気ヒータ等の加熱手段（図示せず）に対向する面には
、高融点金属の被膜１２が施されている。

前記高融点金属の被膜１２は、モリブデン、タンタル、
タングステン等を例えば厚さ０．０５〜１μｍとなるよ
うに、高周波スパッタリング法にょシ蒸着して形成され
ている。

前記基板６と熱放射体１１間には、スペーサ１３の有効
厚さによって、空間１４が確保されている。

前記実施例の分子線エピタキシ用基板ホルダは。

使用に当たっては基板ホルダ９にシリコン製の熱放射体
１１を、高融点金属の被膜１２を加熱手段側に向けて乗
せる。

矢に、熱放射体１１の上にスペーサ１３を乗せ、このス
ペーサ１３の上に単結晶基板６を乗せる。

ついで、前記熱放射体１１とスペーサ１３と基板６とを
、保持機構を構成しているリング１５と複数本のねじ１
６とによシ基板ホルダ９に固定する。

そして、超高真空に保たれた成長室内で、加熱手段によ
シシリコン製の熱放射体１１を加熱する、前記熱放射体
１１には、加熱手段に対向する面に高融点金属の被膜１
２が施されているため、加熱手段から供給される熱エネ
ルギーが前記高融点金属の被膜１２で吸収され、被膜１
２からの熱伝導によって熱放射体１１が均一に加熱され
る。

前記熱放射体１１が均一に加熱されるに伴い、この熱放
射体１１の熱放射によシ単結晶基板６が均一に加熱され
る。

前記加熱された単結晶基板６に複数の分子線を照射し、
前記基板６上に単結晶薄膜を成長させる。

前記基板６の加熱に際して、前記熱放射体１１がシリコ
ンで形成されているため、熱放射率が約Ｉ１４〜α６と
大きく、シだがって基板６を効率よく加熱することがで
きる。その結果、加熱手段の周囲からのガス放出量を著
しく低減させることができ、これにより結晶成長中の真
空度を高めることができるので、高純度の結晶薄膜を得
ることが可能となる。

ついで、第６図は本発明の２番目の発明の一実施例を示
す平面図、第４図は同縦町正面図である。

これらの図に示す分子線エピタキシ用基板−ホルダは、
熱放射体１７がモリブデン１　メンタル等の高融点金属
の円板で形成され、例えば直径５３ｍｍ。

厚さ１ｍｍに作製されている。

前記高融点金属製の熱放射体１７の基板６に対向する面
には、シリコンの被膜１８が施されている。

このシリコンの被膜１８は、高周波スバノタリフグ法に
よ）シリコンを例えば厚さ０．０５〜１μｍとなるよう
に蒸着させている。

この実施例の分子線エピタキシ用基板ホルダでは、熱放
射体１７が高融点金属で形成されているため、熱伝導特
性がよく、したがって熱放射体１７からの熱放射によシ
基板６を均一に加熱することができる。

また、高融点金属製の熱放射体１７の基板６に対向する
面に施烙れたシリコンの被膜１８は、熱放射率が大きい
ため、基板６を効率よく力ロ熱することができ、したが
って加熱手段の周囲からのガス放出量を着しく少なくす
ることができる。

その結果、この第３図、第４図に示す実施例においても
、前記第１図、第２図に示す実施例と四様％底長室での
結晶成長中の真空度を同上でき、高純度の結晶薄膜を得
ることができる。

なお、この第６図、第４図に示す実施例の他の構成１作
用については、前記第１図、第２図に示す実施例と刈株
であり、同じ部材には同じ符号を付けて示している。

次に、第５図は本発明と従来技術とについて、ＧａＡｓ
基板を加熱した時の基板温度と成長室真空度との関係を
比較して示している。この第５図から分かるように、本
発明によれば基板加熱時の成長室内の真空度を大幅に同
上させることができる。

また、本発明の第１図および第２図に示す実施例、第６
図お＾び第４図に示す実施例に示す分子線エピタキシ用
基板ホルダを用い、Ｃｒ−０ドープ１００　ＧａＡｓ基
板上に、アンドープＧａＡｓ層を１ｐｍ成長ちせ、式ら
にＳ１ドープＧａＡｓ膚（キャリア濃度Ｉ　Ｘ　１０１
４ａｍ−’　）を約１０μｍ成長させた試料について、
移動度の温度依存性からアクセスタ濃度を求めた結果、
従来技術を用いた場合にはアクセスタ濃度が１０Ｉ４〜
１０”ａｍ−’台であったのに対し。

本発明にかかる前記二つの実施例の分子巌エピタキシ用
基板ホルダを用いた場合にはアクセスタ濃度が１０１０
ｌ５ａ’台の高純度のＧａＡｓ結晶を得た。

そして、本発明の前記二つの実施例とも、直径５０ｍｍ
　ＧａＡｓ基板の面内の温度分布は、基板温度が５００
〜７００℃の範囲に２いて、±６℃以内という良好な結
果を得た。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の１番目の発明によれば、熱放射に
より基板を加熱する熱放射体をシリコンによ）形成し、
該熱放射体の加熱手段に対向する面に、高融点金属の被
膜を施しておバ高融点金属の被膜は熱漬４％性がよいの
で、熱放射体を均一に加熱でき、この均一に加熱された
熱放射体からの熱放射により基板を均一に加熱でさるし
、シリコン製の熱放射体は熱放射率が大きく、したがっ
て基板を効率よく加熱できるため、加熱手段の周囲から
のガス放出量を低減でき、結晶成長中の成長室内の真空
度を同上させ得るので、基板上に高純度の結晶薄膜を成
長１せ得る効果がある。

また、本発明の２蕾目の発明によれば、熱放射体を高融
点金属により形成し、該熱放射体の基板に対向する面に
シリコンの被膜を施して２シ、高融点金属製の熱放射体
は熱伝２４特性がよいので、この熱放射体からの熱放射
によシ基板を均一に加熱することができるし、シリコン
の被膜は熱放射率が大きいため、基板を効率よく力ロ熱
できる結果、加熱手段の周囲からのガス放出量を低減で
き、結晶成長中の成長室内の真空度を向上させ得るので
、基板上に尚純度の結晶薄膜を成長させ得る効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１番目の発明の一実施例を示す平面図
、第２図は第１図の縦喀正四図、第６図は本発明の２査
目の発明の一実施例の平面図、第４図は第６図の縦断正
面図、第５図は本発明と従来技術について、基板温度と
成長室真空度との関係を比較して示したグラフ、第６図
は従来技術を示す一部破断側面図である。 ６・・・単結晶基板、９・・・基板ホルダ、１１・・・
シリコン製の熱放射体、１２・・・高融点金属の被膜、
１３・・・スペーサ、１４・・・基板と熱放射体間の空
間、１７・・・高融点金属の熱放射体、１８・・・シリ
コンの被膜。 ラ　牽 代理人　弁理士　小川勝男　　り〇 第５１￥］ 基籾４度（°こ） １　力Ｏ熱ヒー′７　　　２９色シールド　　　　３夕
た電９寸６基オ辰　　　　　　７薯オ仄ホルフ゛８　ビ
ン茅　６　図 、５゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板ホルダと、該基板に対して空間をおいて対向さ
   せて配置された熱放射体と、該熱放射体を加熱する加熱
   手段とからなる分子線エピタキシ用基板ホルダにおいて
   、前記熱放射体がシリコンよりなり、かつ前記熱放射体
   の前記加熱手段に対向する面に高融点金属の被膜が設け
   られたものか、前記熱放射体が高融点金属よりなり、か
   つ前記熱放射体の基板と対向する面にシリコン被膜が設
   けられたものであることを特徴とする分子線エピタキシ
   用基板ホルダ。