半導体結晶成長方法および半導体結晶成長装置
【課題】 半導体結晶成長処理されるべき基板を保持する基板ホルダが、大気に曝されることを防止し、基板ホルダに付着する堆積物を除去することによって、基板ホルダおよび堆積物が半導体結晶を成長させる際の酸素汚染源となることを防止し、特性に優れた半導体結晶を得る。
【解決手段】 半導体結晶の成長が完了した基板２７の取外された基板ホルダ２８が、基板導入室２２の所定位置から取出されるとき、半導体結晶成長の過程において基板ホルダ２８に付着した堆積物を基板ホルダ処理室２６で除去するとき、および堆積物が除去された基板ホルダ２８を基板導入室２２の所定位置にセッティングするとき、のいずれのときにおいても、基板ホルダ２８は、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で取り扱われる。
【解決手段】 半導体結晶の成長が完了した基板２７の取外された基板ホルダ２８が、基板導入室２２の所定位置から取出されるとき、半導体結晶成長の過程において基板ホルダ２８に付着した堆積物を基板ホルダ処理室２６で除去するとき、および堆積物が除去された基板ホルダ２８を基板導入室２２の所定位置にセッティングするとき、のいずれのときにおいても、基板ホルダ２８は、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で取り扱われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶成長方法および半導体結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor）などの電子デバイス、半導体レーザなどの光デバイスは、半導体基板上に半導体薄膜を積層した構造を有し、その作製には有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ法）、分子線結晶成長法（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ法）などの結晶成長法が用いられている。
【０００３】
近年、特にデバイス構造が一層複雑化、多様化、精密化するのに伴って、これらに応えるべく、単原子層レベルでの結晶成長が可能であり、また薄膜形成元素の原子比が良好に制御された薄膜を形成することのできるＭＢＥ法が、注目され、実用化されている。
【０００４】
図４は、ＭＢＥ法を用いる従来の半導体結晶成長装置１の構成を簡略化して示す系統図である。半導体結晶成長装置１は、大略、基板セット台２と、基板導入室３と、準備室４と、分子線結晶成長室５とを含んで構成される。
【０００５】
基板セット台２は、大気中において、半導体結晶が成長されるべき基板を基板ホルダにセットするための台である。基板導入室３は、密閉空間を形成することのできるたとえば金属製の容器状の室であり、対向する室壁３ａ，３ｂには、基板と基板ホルダとを搬入／搬出する出入口が形成され、この出入口には開閉自在のシャッタが設けられる。また基板導入室３には、基板導入室３中に搬入された基板および基板ホルダを加熱する不図示の加熱手段が備えられる。
【０００６】
準備室４は、基板導入室３と同様に密閉空間を形成することのできる金属製の容器状の室であり、一方が基板導入室３の出入口に接続され、他方が分子線結晶成長室５のチャンバ８に形成される基板および基板ホルダの出入口に接続される。
【０００７】
準備室４には、基板導入室３から出入口を介して基板および基板ホルダを受渡しされるアウトガスステージ６であって、基板と基板ホルダとを加熱するヒータ７を備えるとともに、基板と基板ホルダとを基板導入室３から分子線結晶成長室５まで搬送するアウトガスステージ６が設けられる。上記基板導入室３および準備室４は、不図示の真空吸引装置を備え、内部空間を真空（低圧）雰囲気に制御することができるように構成される。
【０００８】
分子線結晶成長室５は、基板と基板ホルダとを収容するチャンバ８と、チャンバ８内に設けられて基板と基板ホルダとを加熱する基板ヒータ９と、複数の分子線セル１０（クヌーセンセルとも呼ばれる）とを含んで構成される。チャンバ８には、不図示の真空吸引装置が設けられ、内部空間を真空雰囲気に制御可能である。
【０００９】
基板ヒータ９は、準備室４のアウトガスステージ６から受渡しされた基板と基板ホルダとを保持し、結晶成長温度まで加熱する。分子線セル１０は、基板ヒータ９に保持される基板に対向するようにしてチャンバ８に設けられる。
【００１０】
分子線セル１０の中には結晶成長させて薄膜を形成するための固体原料が収容される。分子線セル１０内の固体原料をたとえば電子ビームで溶融し、分子線セル１０が分子線として原料の蒸気を基板に向けて射出することによって、基板の表面に半導体結晶を成長させる。分子線セル１０を複数個設けることによって、半導体結晶の原料を個別に分子線セル１０に収容することができ、各分子線セル１０からの原料蒸気の射出の有無および射出量を制御することによって、半導体結晶膜の組成比を精度良く調整することができる。
【００１１】
図５は、従来の半導体結晶成長装置１を用いた半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。以下、図５を参照して従来の半導体結晶成長装置１を用いた半導体結晶成長方法について説明する。
【００１２】
ステップａ１では、まず、大気中の基板セット台２上で基板ホルダに半導体結晶成長させるための基板をセットする。ステップａ２では、基板ホルダと基板とを、基板導入室３まで搬送し、その出入口から基板導入室３中へ導入する。ステップａ３では、基板導入室３に備えられる加熱手段によって、基板と基板ホルダとを約１５０℃に加熱し、第１次アウトガスを行う。なお、この第１次アウトガス実行時、基板導入室３内は、真空雰囲気に保たれる。
【００１３】
ステップａ４では、基板と基板ホルダとが、基板導入室３から準備室４のアウトガスステージ６へと搬送される。ステップａ５では、アウトガスステージ６に設けられるヒータ７によって、基板と基板ホルダとを約４００℃に加熱し、第２次アウトガスを行う。この第２次アウトガス実行時、準備室４内は、真空雰囲気に保たれる。ステップａ６では、基板と基板ホルダとをアウトガスステージ６から分子線結晶成長室５へと搬送する。
【００１４】
ステップａ７では、チャンバ８内を真空雰囲気とし、チャンバ８内の基板ヒータ９によって、基板が適切な処理温度に加熱され、基板表面の酸化膜を適切な条件下、たとえばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に成長させる場合はＡｓ照射下で酸化膜が除去できる５８０℃以上に基板を１０分程度加熱し、さらに結晶成長させることに対して適切な処理温度に加熱され、分子線セル１０の適切な温度条件下で、分子線セル１０を臨む基板の表面に半導体結晶成長される。
【００１５】
ステップａ８では、基板と基板ホルダとを分子線結晶成長室５から準備室４のアウトガスステージ６へと搬送する。ステップａ９では、基板と基板ホルダとを、アウトガスステージ６から基板導入室３へと搬送する。その後、基板導入室３を窒素でリークして大気圧とし、基板と基板ホルダとを基板導入室３の外へ取出す。ステップａ１０では、基板導入室３から大気中の基板セット台２まで、基板と基板ホルダとを搬送する。ステップａ１１では、基板セット台２上で半導体結晶成長された基板を、基板ホルダから取外す。
【００１６】
ステップａ１２では、次に処理するべき基板があるか否かが判断される。次の処理基板があるとき、ステップａ１へ戻って以降のステップに進む。次の処理するべき基板が無いとき、エンドへ進んで半導体結晶成長処理を終了する。
【００１７】
従来の半導体結晶成長装置１を用いる半導体結晶成長では、基板に半導体結晶を成長させた後、基板導入室３から基板と基板ホルダとを取出して基板セット台２まで搬送するとき、基板セット台２上で基板ホルダから基板を取外すとき、また基板セット台２から基板導入室３まで基板ホルダを搬送するとき、基板ホルダが大気に曝される。
【００１８】
基板ホルダに保持される基板の表面に半導体結晶を成長させるとき、基板のみでなく基板ホルダにも分子線セル１０から射出される半導体結晶原料が付着し堆積される。基板ホルダが大気に曝されるとき、基板ホルダに付着した堆積物が大気中の酸素で酸化される。
【００１９】
基板ホルダに付着し酸化された堆積物は、基板ホルダにセットされる新たな処理基板とともに、基板導入室３へ導入され、さらに準備室４を経て分子線結晶成長室５内へ搬入されて半導体結晶成長処理される。このとき、堆積物が付着した基板ホルダは基板とともに基板導入室３および準備室４において第１次および第２次アウトガスが行われるけれども、堆積物の酸化が著しいので堆積物中の酸素を充分に放出させることができず、半導体結晶成長処理の間にも堆積物から放出される酸素が半導体結晶成長薄膜の汚染源となる。
【００２０】
従来の半導体結晶成長装置１によって作製した半導体結晶成長薄膜について１事例を示すと、その酸素濃度が２×１０１６ｃｍ−３以上と高いものであった。このような酸素濃度が高い半導体結晶成長薄膜は、電子移動度が低く、半導体レーザ素子として使用した場合、その動作電流が出力１０ｍＷのレーザで動作電流が５０ｍＡを超えるような特性の芳しくないものであった。また、基板ホルダも堆積物が、その厚さで０．３ｍｍ程度になるまでそのまま使用していたので、上記の問題に拍車をかけることとなっていた。
【００２１】
このような酸素汚染を防止する従来技術として、基板導入室を備え、基板導入室に付属する基板導入フランジの正面に、内部の気密性を保持することができる作業用腕導入口とガス排気・導入系を有する基板導入ボックスとを備えた窒素ボックスを配置し、基板導入フランジと窒素ボックスの開口部間とを気密性の膜によって接続するＭＢＥ装置が提案されている（特許文献１参照）。
【００２２】
特許文献１に開示のＭＢＥ装置によれば、半導体結晶成長処理するべき新基板が、基板導入ボックスへ導入され、基板導入ボックス内が窒素（Ｎ２）ガス雰囲気に制御された後、基板導入ボックスと窒素ボックスとの間仕切りを開き、半導体結晶成長処理された基板と上記新基板とを、Ｎ２ガス雰囲気制御された窒素ボックス内で交換する。交換された処理済みの基板は、基板導入ボックスへ搬送され、間仕切りが閉じられて、装置外へと搬出される。
【００２３】
このように、基板ホルダに対する基板の着脱がＮ２ガス雰囲気制御された窒素ボックス内で行われるので、基板ホルダが大気に曝されることがない。したがって、基板ホルダに付着する堆積物も大気に曝されることがなく、酸化されないので、基板ホルダが成長室内で基板とともに半導体結晶成長処理されるとき、基板ホルダの堆積物からの汚染ガスの放出が低減される。
【００２４】
しかしながら、特許文献１では、基板ホルダが大気中へ取出されることなく繰返し使用されるので、基板ホルダに対する堆積物の付着量が増大する一方であり、増大した堆積物が半導体結晶成長処理を阻害するおそれがあり、この基板ホルダに付着する堆積物自体をいかにして処理するかということについては、全く開示されていない。
【００２５】
また結晶成長法の１つであるＭＯＣＶＤ法において、反応管内に設けられ基板が載置されるサセプタを、基板が載置される前に、半導体薄膜を成長させる温度よりも高い温度で空焼きすることが提案されている（特許文献２参照）。
【００２６】
特許文献２に開示の技術によれば、サセプタを空焼きすることによって、サセプタおよび反応管に吸着した未反応有機金属および反応生成物が、再び活性化してサセプタおよび反応管から飛散するので、未反応有機金属および反応生成物がガス化して生成される物質が、その後形成される半導体クラッド層中へ混入することが防止されるとする。
【００２７】
特許文献２はＭＯＣＶＤ法に係る技術であり、半導体クラッド層の形成に用いる原料が基本的に気体である。したがって、サセプタの空焼き温度が、たとえば９００℃程度であっても、サセプタおよび反応管に付着する未反応有機金属および反応生成物を活性化して飛散させることができる。
【００２８】
しかしながら、分子線結晶成長法における半導体結晶成長薄膜の原料として用いられる物質は、ＭＯＣＶＤ法において用いられる気体原料のみに限定されるものではなく、融点の高い固体物質が用いられることもある。たとえば、固体原料を元にして半導体結晶成長薄膜を生成する際、固体原料から生成されて基板以外の所に付着する反応生成物である堆積物を、特許文献２に開示されるような９００℃程度の加熱では除去することができないという問題がある。
【００２９】
【特許文献１】実開昭６１−１３８２３７号公報
【特許文献２】特開平１１−１６８０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明の目的は、半導体結晶成長処理されるべき基板を保持する基板ホルダが、大気に曝されることを防止するとともに、基板ホルダに付着する堆積物を除去することによって、基板ホルダおよび堆積物が半導体結晶を成長させる際の酸素汚染源となることを防止し、特性に優れた半導体結晶を得ることができる半導体結晶成長方法および半導体結晶成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法であって、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダを所定の位置から取出す取出工程と、
半導体結晶成長の過程において基板ホルダに付着した堆積物を除去するクリーニング工程と、
堆積物が除去された基板ホルダを所定の位置にセッティングするセット工程とを含み、
取出工程、クリーニング工程およびセット工程を通じて、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする半導体結晶成長方法である。
【００３２】
また本発明は、取出工程の前に半導体結晶の成長が完了した基板を基板ホルダから取外す基板取外工程と、
セット工程の後に基板ホルダに半導体結晶の成長処理が行われていない基板を装着する基板装着工程とを含み、
基板取外工程および基板装着工程において、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、クリーニング工程において、基板ホルダに付着した堆積物の除去は、物理的な方法によって行われることを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、物理的な方法が、イオンミリングであることを特徴とする。
また本発明は、クリーニング工程において、基板ホルダが在る雰囲気は、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置であって、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを加熱して第１次アウトガスを行う基板導入室と、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを、基板導入室における加熱温度よりも高い温度に加熱して第２次アウトガスを行う準備室と、
アウトガスが行われた基板の表面に半導体結晶を成長させる成長室と、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダから半導体結晶成長の過程において付着した堆積物を除去処理するための基板ホルダ処理室とを含むことを特徴とする半導体結晶成長装置である。
また本発明は、成長室が、分子線結晶成長室であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法は、半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダを所定の位置から取出す取出工程と、半導体結晶成長の過程において基板ホルダに付着した堆積物を除去するクリーニング工程と、堆積物が除去された基板ホルダを所定の位置にセッティングするセット工程とを含み、基板ホルダが、取出工程、クリーニング工程およびセット工程を通じて、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で取扱われる。このことによって、基板ホルダおよび基板ホルダに付着した堆積物が酸化することを防止し、かつ堆積物が基板ホルダから除去されるので、半導体結晶成長中に基板ホルダおよび堆積物が酸素の発生源になることを防止できる。したがって、酸素濃度が低く、特性の優れた半導体結晶薄膜を生成することができる。また、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中でクリーニング工程を実行するので、たとえば堆積物を大気中で削ったり、エッチングなどで除去する場合と比べて、基板ホルダを、短時間で次の半導体結晶成長に使用することが可能になる。これは大気中で堆積物の除去処理を行うと、大気成分とくに水分が多く付着するので、付着した水分を基板ホルダから除去するために、基板ホルダの空焼きまたは表面再処理などの工程を行わなければならず、その工程を実行するための時間が必要となるためである。
【００３７】
また本発明によれば、取出工程の前に半導体結晶の成長が完了した基板を基板ホルダから取外す基板取外工程と、セット工程の後に基板ホルダに半導体結晶の成長処理が行われていない基板を装着する基板装着工程とが含まれ、基板取外工程および基板装着工程において、基板ホルダは、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在る。堆積物が酸化すると、その結合エネルギが大きくなるので、除去に時間がかかったり、堆積物を除去している間に、堆積物が雰囲気中へ酸素を放出するので、放出された酸素による再酸化、また基板ホルダへの酸素の再付着が生じるけれども、基板取外工程において基板ホルダを不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に置くことによって、基板ホルダおよび基板ホルダに付着する堆積物の酸化を防止し、堆積物の酸化に起因する上記の問題を解決することができる。
【００３８】
また、クリーニング後の基板ホルダに対する基板の装着も、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で行うことによって、クリーニングした清浄な基板ホルダの表面に酸素源となる水分などが吸着することを防止できる。特にクリーニング後の基板ホルダの表面には酸素などの元になる水分が付着しやすいので、基板装着工程をクリーニング工程の後に不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で行うことによって一層酸素汚染防止の効果を得ることができる。さらに、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中であっても、少量の水分および酸素が存在するので、基板ホルダに堆積物が付着していると、それが酸化の原因となり得るけれども、基板装着工程では、堆積物が基板ホルダから除去されているので酸化の原因が取り除かれる。
【００３９】
また本発明によれば、クリーニング工程において、基板ホルダに付着した堆積物の除去は、物理的な方法、好ましくはイオンミリングによって行われる。化学的方法であるエッチング、また物理的方法であってもたとえば殺ぎ落としなどの方法では、基板ホルダを大気に曝さざるを得ないけれども、イオンミリングによれば、酸素および水蒸気が少ない不活性ガス雰囲気または真空雰囲気などで、堆積物の除去処理を行うことが可能であり、クリーニング工程を通じても基板ホルダの酸素汚染を防止することができる。なお、物理的方法としては、イオンミリング以外にも逆スパッタ、加熱剥離などの方法を用いることができる。
【００４０】
また本発明によれば、クリーニング工程において、基板ホルダが在る雰囲気は、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下である。このような酸素および酸素源となる水蒸気が極めて少ない高真空中で基板ホルダから堆積物を除去することによって、堆積物が除かれるとともに、基板ホルダに対する酸素吸着が防止されるので、半導体結晶成長処理する際の基板ホルダからの酸素放出が防止され、半導体結晶中の酸素濃度をたとえば１×１０１５ｃｍ−３以下にして、半導体結晶の特性を良好なものにすることができる。
【００４１】
本発明によれば、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置は、基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを加熱して第１次アウトガスを行う基板導入室と、基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを、基板導入室における加熱温度よりも高い温度に加熱して第２次アウトガスを行う準備室と、アウトガスが行われた基板の表面に半導体結晶を成長させる成長室と、半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダから半導体結晶成長の過程において付着した堆積物を除去処理するための基板ホルダ処理室とを含んで構成される。
【００４２】
このように、基板ホルダ処理室を設けることによって、基板ホルダから堆積物を除去する処理を迅速に行うことが可能になる。また、基板導入室に、その内部空間をたとえば窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気にすることができ、かつ基板の取外しとセッティングとを行える基板セット室を設けることが好ましく、基板セット室を設けることによって、基板の取外しとセッティングとを一層スムーズに行うことができる。たとえば半導体結晶成長処理された基板を、基板導入室から移送するために窒素箱などを使用すると、窒素箱に窒素などの不活性ガスを常時供給することが困難であるため、窒素箱の密閉度にもよるが、窒素箱中の酸素濃度が上昇し、酸化されてしまうおそれがある。しかしながら、基板セット室を基板導入室に付設することによって、酸化のおそれがなく、また基板の搬送系なども共用できるので、装置全体のコストも低減することができる。
【００４３】
また本発明によれば、成長室が分子線結晶成長室であり、分子線結晶成長（ＭＢＥ）装置において、一層の効果を奏することができる。分子線結晶成長は、高真空たとえば１×１０−６Ｐａ以下の雰囲気中で実施されるので、酸素の影響を非常に受け易い。また結晶成長時、基板ホルダが少なくとも４００℃〜１０００℃程度まで加熱されるので、基板ホルダに酸素源があれば、半導体結晶の成長に最も近いところに酸素汚染源が存在することになる。しかしながら、酸素の影響を受け易い装置において、基板ホルダを清浄に保つ（堆積物の除去も含めて）ことができるので、成長される半導体結晶の酸素汚染を一層顕著に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、本発明の実施の第１形態である半導体結晶成長装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。半導体結晶成長装置２０は、大略、基板セット室２１と、基板導入室２２と、２つの第１および第２準備室２３，２４と、成長室２５と、基板ホルダ処理室２６とを含んで構成される。半導体結晶成長装置２０は、基板２７を基板ホルダ２８に装着し、その基板２７の表面に半導体結晶を成長させることに用いられる。
【００４５】
基板セット室２１は、外観が直方体形状を有し、その内部に密閉空間が形成される容器状部材であり、基板導入室２２に接して設けられる。基板セット室２１と基板導入室２２との接続部には、基板セット室２１と基板導入室２２とを連通する出入口が形成され、その出入口には開閉自在の扉が設けられて、扉を閉めることによって、基板セット室２１と基板導入室２２とを随意に独立室とすることが可能である。また上記扉をあけることによって、基板２７と基板ホルダ２８とを、出入口を通して基板セット室２１と基板導入室２２との間で出入させることができる。
【００４６】
基板セット室２１には、内部の気密性を保持することができる作業用腕導入口３１が設けられる。操作者は、作業用腕導入口３１からハンドリング操作することによって、基板ホルダ２８から半導体結晶成長が完了した基板２７を取外したり、また基板ホルダ２８に新たに半導体結晶を成長させる基板２７を装着したりすることができる。この基板セット室２１には、配管を介して窒素（Ｎ２）ガス供給源３２が接続され、基板２７を基板ホルダ２８に対して着脱するとき、基板セット室２１の内部空間を酸素濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気にすることができる。
【００４７】
基板セット室２１に連なるようにして設けられる基板導入室２２は、その内部に密閉空間を形成することのできるたとえば金属製のチャンバであり、対向する室壁２２ａ，２２ｂには、基板２７と基板ホルダ２８とを搬入／搬出する出入口が形成され、この出入口には開閉自在のシャッタが設けられる。また基板導入室２２には、基板導入室２２中に搬入された基板２７および基板ホルダ２８を加熱する不図示の加熱手段が備えられる。
【００４８】
さらに基板導入室２２には、第１真空吸引装置３３が接続され、第１真空吸引装置３３が第１流量調整バルブ３４を介して基板導入室２２の内部空間を、真空雰囲気１×１０−４Ｐａ以下にすることができる。
【００４９】
基板導入室２２では、出入口を通して基板セット室２１から基板ホルダ２８と基板ホルダ２８に装着される基板２７とが導入された後、出入口の扉を閉じて遮断し、その内部空間を第１真空吸引装置３３で真空雰囲気とし、基板２７と基板ホルダ２８とを加熱して第１次アウトガスを行う。第１次アウトガスは、基板２７と基板ホルダ２８とを約１５０℃で３０分加熱して行われる。
【００５０】
第１準備室２３は、基板導入室２２と同様に密閉空間を形成することのできる金属製の筒状部材によって構成され、一方が基板導入室２２の室壁２２ｂに形成される出入口に接続され、他方が成長室２５のチャンバ３７に形成される基板２７および基板ホルダ２８の出入口に接続される。
【００５１】
第１準備室２３には、基板導入室２２から出入口を介して基板２７および基板ホルダ２８を受渡しされるアウトガスステージ３８であって、基板２７と基板ホルダ２８とを加熱するヒータ３９を備えるとともに、基板２７と基板ホルダ２８とを基板導入室２２から成長室２５まで搬送するアウトガスステージ３８が設けられる。第１準備室２３にも第１真空吸引装置３３が接続され、第１真空吸引装置３３が第２流量調整バルブ３５を介して第１準備室２３の内部空間を、真空雰囲気にすることができる。第１準備室２３では、真空雰囲気中で、アウトガスステージ３８に備えられるヒータ３９によって基板２７と基板ホルダ２８とを約４００℃で３０分加熱して第２次アウトガスを行う。
【００５２】
本実施の形態では、成長室２５は、分子線結晶成長室である。すなわち、本実施形態の半導体結晶成長装置２０は、分子線結晶成長装置である。成長室２５は、基板２７と基板ホルダ２８とを収容する金属製のチャンバ３７と、チャンバ３７内に設けられて基板２７と基板ホルダ２８とを加熱する基板ヒータ４０と、複数（本実施形態では５個）の分子線セル４１とを含んで構成される。チャンバ３７には、第２真空吸引装置４２が設けられ、チャンバ３７の内部を高真空雰囲気とすることができる。本実施の形態では、半導体結晶成長中の真空度は１×１０−４Ｐａであったが、酸素量および水分量はプロセスガスモニター（たとえば四重極質量分析計）の検出限界（１×１０−８Ｐａ）以下であった。
【００５３】
基板ヒータ４０は、第１準備室２３のアウトガスステージ３８から受渡しされた基板２７と基板ホルダ２８とを保持し、結晶成長温度まで加熱する。チャンバ３７に設けられる分子線セル４１の構成および分子線セル４１による半導体結晶成長の作用は、前述の図４で示す分子線結晶成長室５と同じであるので、その説明を省略する。
【００５４】
基板ホルダ処理室２６は、処理チャンバ４３と、処理チャンバ４３内に設けられて基板ホルダ２８を加熱する基板ホルダヒータ４４と、基板ホルダヒータ４４に保持されている基板ホルダ２８に対向するようにして処理チャンバ４３に設けられるイオン銃４５と、処理チャンバ４３の内部空間を吸引して真空雰囲気にする第３真空吸引装置４６とを含んで構成される。
【００５５】
第３真空吸引装置４６は、処理チャンバ４３の内部空間を、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下の真空雰囲気にすることができる。イオン銃４５は、上記真空雰囲気に制御された処理チャンバ４３内で、基板ホルダヒータ４４に保持される基板ホルダ２８に向けて、たとえばアルゴン（Ａｒ）イオンを照射することができる。
【００５６】
すなわち、基板ホルダ処理室２６は、半導体結晶の成長が完了した基板２７が取外された基板ホルダ２８を、基板ホルダヒータ４４で加熱し、加熱された状態にある基板ホルダ２８に対して、イオン銃４５からイオン照射することによって、成長室２５内における半導体結晶成長の過程において基板ホルダ２８に付着した堆積物を除去処理するための装置である。
【００５７】
基板ホルダ２８には、その裏側に回り込んで堆積物が付着する場合もあるので、基板ホルダ２８の表側をクリーニングした後、基板ホルダ２８を基板セット室２１へ搬送し、基板セット室２１で基板ホルダ２８を裏返し、再び基板ホルダ処理室２６へ搬送し、基板ホルダ２８の裏側がイオン銃４５を臨むように基板ホルダヒータ４４にセットし、基板ホルダ２８の裏側もクリーニングすることが好ましい。なお、より好ましくは、基板ホルダ処理室２６内に、基板ホルダ２８の表裏を反転させることのできる表裏反転装置を設け、基板ホルダ処理室２６内で基板ホルダ２８を表裏反転させ、表裏のクリーニングを行うのが良い。
【００５８】
第２準備室２４は、第１準備室２３と同様に密閉空間を形成することのできる金属製の容器状部材によって構成され、一方が基板ホルダ処理室２６の処理チャンバ４３の基板導入室２２を臨む側の壁に形成される出入口に接続され、他方が基板導入室２２の室壁２２ａに形成される出入口に接続される。なお、処理チャンバ４３に形成される出入口にも開閉自在のシャッタが設けられ、処理チャンバ４３の内部空間を独立空間とし、前述のように第３真空吸引装置４６によって真空雰囲気とすることができる。第２準備室２４には、基板セット室２１において、半導体結晶成長が完了した基板２７が取外され、その後基板セット室２１から基板導入室２２へ導入された基板ホルダ２８を、基板導入室２２から基板ホルダ処理室２６へと搬送する不図示の搬送手段が設けられる。第２準備室２２にも第３流量調整バルブ３６を介して第１真空吸引装置３３が接続され、第２準備室２２内の空間を真空雰囲気にし、搬送される基板ホルダ２８が大気に曝されることを防止できるように構成される。
【００５９】
図２は、半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。以下、図２を参照して、半導体結晶成長装置２０を用いた半導体結晶成長方法について説明する。
【００６０】
スタートでは、半導体結晶成長装置２０を動作可能な状態におき、基板導入室２２、第１および第２準備室２３，２４、成長室２５、基板ホルダ処理室２６を真空雰囲気とし、結晶成長処理するべき基板２７が準備され、基板ホルダ２８は基板導入室２２内において予め定められる所定位置にセットされている状態である。
【００６１】
ステップｂ１では、たとえばＧａＡｓの基板２７を基板セット室２１で基板ホルダ２８にセットする基板装着工程が行われる。このセットは、より詳細には次のように行われる。まず基板セット室２１を大気開放し、基板セット室２１の基板出入口から基板２７を基板セット室２１内へ導入する。基板導入後、基板出入口を閉じ、窒素供給源３２から基板セット室２１へＮ２ガスを供給し、基板セット室２１内を、酸素濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気にする。その後、基板セット室２１と基板導入室２２との出入口を開き、基板ホルダ２８を基板セット室２１内へ移動させ、基板セット室２１で基板ホルダ２８に基板２７をセット（装着）する。
【００６２】
ステップｂ２では、基板２７と基板ホルダ２８とを、基板導入室２２へ導入し、基板セット室２１と基板導入室２２との出入口を閉じる。ステップｂ３では、第１真空吸引装置３３で基板導入室２２内を真空吸引しながら、第１次アウトガスを行う。第１次アウトガス条件は、前述のように、１５０℃×３０分である。このステップｂ３における基板導入室２２の到達真空度は、従来と比較して１桁以上良化していた。
【００６３】
ステップｂ４では、第１次アウトガスを終えた基板２７と基板ホルダ２８とを、基板導入室２２から第１準備室２３へと搬送し、アウトガスステージ３８へ受渡す。ステップｂ５では、第１真空吸引装置３３で第１準備室２３内を真空吸引しながら、アウトガスステージ３８で第２次アウトガスを行う。第２次アウトガス条件は、前述のように、４００℃×３０分である。この第２次アウトガス時における第１準備室２３内の到達真空度も、従来に比べて１桁以上良化していた。
【００６４】
ステップｂ６では、第２次アウトガスを終えた基板２７と基板ホルダ２８とを、第１準備室２３から成長室２５へと搬送する。ステップｂ７では、第２真空吸引装置４２によってチャンバ３７内を分子線照射前に１×１０−７Ｐａ以下の高真空にし、基板表面の酸化膜を適切な条件下、たとえばＧａＡｓ基板上に成長させる場合はＡｓ照射下で酸化膜が除去できる５８０℃以上に基板を１０分程度加熱し、さらに結晶成長させることに対して適切な処理温度に加熱され、分子線セル４１から結晶成長原料を射出して、基板２７の表面に結晶成長させる。成長時の真空度は１×１０−４〜１０−６Ｐａ台であった。ここでの結晶成長薄膜は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ系の結晶成長薄膜である。基板２７に結晶成長させるとき、同様の成分からなる堆積物が基板ホルダ２８に付着する。特に、堆積物がＡｌＧａＩｎＰ系であると、易酸化性元素であるＡｌを含むので、堆積物が付着した基板ホルダ２８が大気に曝されると、堆積物が酸化し、酸素汚染源になる。したがって、後述するように本発明の半導体結晶成長方法では、基板ホルダ２８に付着する堆積物が大気に曝されないようにしてクリーニング除去してしまうことによって、基板２７の表面に結晶成長させるとき、結晶成長薄膜に酸素汚染を惹起しないようにする。
【００６５】
ステップｂ８では、基板２７の表面に対する結晶成長処理が終了した基板２７と基板ホルダ２８とを、成長室２５から第１準備室２３へと搬送する。ステップｂ９では、基板２７と基板ホルダ２８とを第１準備室２３から基板導入室２２へと搬送する。ステップｂ９では、基板２７と基板ホルダ２８とを基板導入室２２から基板セット室２１へと搬送する。ステップｂ１１では、基板セット室２１で、結晶成長処理された基板２７を基板ホルダ２８から取外す。この、基板ホルダ２８から基板２７を取外す基板取外工程においても、基板２７と基板ホルダ２８とは、酸素濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気下に在る。
【００６６】
このように結晶成長処理が完了した基板２７を基板ホルダ２８から取外す工程もＮ２ガス雰囲気中で実行することによって、基板ホルダ２８に付着した堆積物の酸化を防止できる。酸化した堆積物は結合エネルギが大きいので、クリーニング除去に長時間を要したり、除去中の雰囲気中に酸素を放出して、再酸化や基板ホルダ２８に酸素を再付着させるなどの問題を惹起するけれども、上記のようにＮ２ガス雰囲気中で基板２７を取外すことによって、これらの問題を解消することができる。
【００６７】
ステップｂ１２では、基板２７の取外された基板ホルダ２８が、基板セット室２１から基板導入室２２へ導入され、基板導入室２２の所定位置におかれる。ステップｂ１３では、基板導入室２２の所定位置におかれる基板ホルダ２８が、所定位置から取出される取出工程が行われ、第２準備室２４へと導入される。
【００６８】
ステップｂ１４では、第２準備室２４内を搬送して基板ホルダ２８を基板ホルダ処理室２６へ導入する。ステップｂ１５では、基板ホルダ処理室２６へ導入された基板ホルダ２８が基板ホルダヒータ４４にセットされ、第３真空吸引装置４６で処理チャンバ４３内を、１×１０−６Ｐａ以下の高真空雰囲気とし、基板ホルダヒータ４４で加熱された状態にある基板ホルダ２８に対して、イオン銃４５からＡｒイオンを照射し、基板ホルダ２８に付着した堆積物を剥離させて除去するクリーニング工程が行われる。このクリーニング工程は、前述のように基板ホルダ２８の表裏面に対して実行されることが好ましい。半導体結晶成長装置２０の各室は、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気に保たれるけれども、不活性ガスまたは真空中でも少量の水分や酸素は存在するので、堆積物があれば、それが酸化の原因となり得るが、このクリーニング工程において堆積物が基板ホルダ２８から除去されているので、酸素汚染の原因の１つを無くすことができる。
【００６９】
ステップｂ１６では、クリーニングが終了した基板ホルダ２８を、基板ホルダ処理室２６から取出し、第２準備室２４を介して基板導入室２２へと搬送し、基板導入室２２の所定位置にセッティングするセット工程が行われる。
【００７０】
ステップｂ１７では、次に結晶成長処理するべき基板２７があるか否かが判断される。次の結晶成長処理基板２７があるとき、ステップｂ１へ戻り、基板セット室２１で、半導体結晶の成長処理が行われていない基板２７を、クリーニング処理された基板ホルダ２８に装着する基板装着工程が行われる。特に、クリーニング後の基板ホルダ２８を用いる基板装着工程がＮ２ガス雰囲気中で実行されることによって、クリーニングした清浄な基板ホルダ２８の表面に、酸素源となる水分などが吸着することを防止できる。
【００７１】
本実施の態様では、このフローを２回以上繰り返し実施した。これによって結晶成長中の酸素量および水分量は四重極質量分析装置での検出限界以下である１×１０−８Ｐａ以下であった。
【００７２】
一方、次に結晶成長処理するべき基板２７が無いとき、エンドへ進んで半導体結晶成長処理を終了する。処理が無い場合でも基板２７を基板導入室２２内に戻しておくか、または基板セット室２１の環境を酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下に保った状態で基板ホルダ２８を保管する。このことによって継続的に本発明の効果を得ることができる。
【００７３】
図２のフローチャートに示すような半導体結晶成長方法は、半導体結晶成長装置２０にたとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどを設け、マイクロコンピュータの記憶部に、半導体結晶成長装置２０の真空吸引系、搬送系、加熱系、分子線成長室等の動作制御プログラムを予め格納しておき、該プログラムに従って、半導体結晶成長装置２０を動作させることによって実現することができる。
【００７４】
このようにしてＧａＡｓ基板上に結晶成長させたＡｌＧａＩｎＰ系の結晶成長薄膜の膜中酸素濃度を質量分析装置で測定したところ、１×１０１５ｃｍ−３以下であり、従来に比べて１桁以上酸素濃度が低下したことを確認した。この結晶成長薄膜を用いた光デバイスであるレーザ素子の動作電流は、たとえば出力１０ｍＷで、４０ｍＡ以下であり、これは従来に比べて２０％以上減少しており、また信頼性も１００％以上向上した。
【００７５】
なお、ここで言う信頼性とは、平均寿命（寿命は規定の温度条件下で規定出力を得るための駆動電流値が初期値の２０％を越える時間で規定する）が１０００時間であったものが２０００時間になったということである。
【００７６】
これは、基板２７を保持する基板ホルダ２８が、Ｎ２ガス雰囲気または真空雰囲気中で搬送および処理されることによって全く大気に曝されることがなく、また基板ホルダ２８に結晶成長処理過程において付着する堆積物が、基板ホルダ処理室２６において高真空雰囲気下でクリーニング除去されるので、基板ホルダ２８および堆積物が、半導体結晶を成長させる際の酸素汚染源となり得ない。このことによって、基板２７上に結晶成長させて作製される半導体結晶成長薄膜の純度が向上し、より優れた性能を発揮することが可能になる。
【００７７】
図３は、本発明の実施の第２形態である半導体結晶成長装置５０の構成を簡略化して示す系統図である。本実施形態の半導体結晶成長装置５０は、実施の第１形態の半導体結晶成長装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７８】
半導体結晶成長装置５０において注目すべきは、基板ホルダ処理室５１が、Ｎ２ガス雰囲気中で基板ホルダ２８を加熱によってクリーニングするように構成されることであり、また基板導入室２２と基板ホルダ処理室５１との間で、基板ホルダ２８の搬送に窒素ボックス５２が設けられ、窒素ボックス５２で搬送されてきた基板ホルダ２８を基板ホルダ処理室５１へ導入しセットするための第２の基板セット室５３が設けられることである。
【００７９】
窒素ボックス５２は、その内部に密閉空間を形成することのできるたとえば金属製の搬送容器である。この窒素ボックス５２は、その内部に基板ホルダ２８を収納し、基板セット室２１と、基板ホルダ処理室５１に隣接して設けられる第２の基板セット室５３との間を搬送することに用いられる。窒素ボックス５２は、堆積物が付着した状態の基板ホルダ２８も収納して搬送するので、理想的には窒素ボックス５２に窒素ボンベを接続し、基板ホルダ２８を収納する内部にＮ２ガスを流すことが望ましいけれども、Ｎ２ガスを常時流しておくことは実際上難しいので、シールの度合いに応じた搬送時間の制限を設けて搬送に利用する。
【００８０】
第２の基板セット室５３は、基板ホルダ処理室５１に隣接して設けられる。第２の基板セット室５３の基板ホルダ処理室５１との連接部には、基板ホルダ２８を第２の基板セット室５３から基板ホルダ処理室５１へと出入させる出入口が形成され、この出入口には開閉自在のシャッタ部材が設けられ、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１とを連通させ、またシャッタ部材を閉じることによってそれぞれ独立空間とすることができる。また第２の基板セット室５３には、基板ホルダ処理室５１との連接部の反対側に、窒素ボックス５２を出入させる出入口が形成され、この出入口にも開閉自在のシャッタ部材が設けられ、窒素ボックス５２の第２の基板セット室５３への出入と、第２の基板セット室５３を大気空間から遮断することとを可能にしている。
【００８１】
第２の基板セット室５３には、基板セット室２１に設けられるのと同様の、内部の気密性を保持することができる作業用腕導入口５５が設けられる。操作者は、作業用腕導入口５５からハンドリング操作することによって、窒素ボックス５２から基板ホルダ２８を取出して基板ホルダ処理室５１内へ導入したり、基板ホルダ処理室５１からクリーニング後の基板ホルダ２８を取出して窒素ボックス５２内へ収納することができる。
【００８２】
本実施形態の基板ホルダ処理室５１には、処理チャンバ４３内を窒素雰囲気とするためのＮ２ガス供給源５４が設けられる。Ｎ２ガス供給源５４は、処理チャンバ４３にＮ２ガスを供給し、その内部空間を酸素濃度および水蒸気濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気にすることができる。なお、Ｎ２ガスを供給するだけでは、処理チャンバ４３内の雰囲気を酸素濃度および水蒸気濃度１０ｐｐｂ以下にすることが難しい場合、Ｎ２ガス供給源５４に処理チャンバ４３内を置換するための排気系または真空吸引系を備えることが望ましい。この基板ホルダ処理室５１では、基板ホルダヒータ４４にセットされた基板ホルダ２８を、Ｎ２ガス雰囲気中で８００℃×１時間加熱し、堆積物を剥離させて除去する。
【００８３】
以下、半導体結晶成長装置５０を用いる半導体結晶成長方法について、結晶成長処理が完了した基板２７を基板ホルダ２８から取外す基板取外工程から説明する。
【００８４】
まず窒素ボックス５２を、基板セット室２１内に装入する。その後、基板セット室２１をＮ２ガス雰囲気に調整する。この状態で、結晶成長処理された基板２７と基板ホルダ２８とが、基板導入室２２から基板セット室２１へと搬入される。Ｎ２ガス雰囲気の基板セット室２１内で、基板２７が基板ホルダ２８から取外され、基板ホルダ２８が窒素ボックス５２の中へ収納される。基板ホルダ２８を窒素ボックス５２内へ収納した後、窒素ボックス５２が閉じられる。このように、窒素ボックス５２がＮ２ガスを封じきりにして閉じられた後、基板セット室２１が大気開放され、基板ホルダ２８を収納した窒素ボックス５２が、第２の基板セット室５３へと搬送される。
【００８５】
窒素ボックス５２で基板ホルダ２８が搬送されると、第２の基板セット室５３では、基板ホルダ処理室５１との間の出入口を閉じ、窒素ボックス５２を出入させる出入口を開放し、該開いた出入口から窒素ボックス５２を第２の基板セット室５３内へ装入する。窒素ボックス５２を第２の基板セット室５３内へ装入後、第２の基板セット室５３の窒素ボックス出入口を閉じ、基板ホルダ処理室５１との間の出入口を開放し、Ｎ２ガス供給源５４を動作させて処理チャンバ４３内と第２の基板セット室５３内を、Ｎ２ガス雰囲気にする。
【００８６】
Ｎ２ガス雰囲気が、酸素濃度および水蒸気濃度１０ｐｐｂ以下に調整された状態で、窒素ボックス５２を開けて基板ホルダ２８を取出し、基板ホルダ処理室５１へ導入する。基板ホルダ処理室５１へ導入された基板ホルダ２８は、基板ホルダヒータ４４にセットされる。
【００８７】
基板ホルダ２８が基板ホルダヒータ４４にセットされると、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１との間の出入口を閉じる。次いで基板ホルダヒータ４４で基板ホルダ２８を８００℃×１時間加熱することによって、基板ホルダ２８から堆積物を剥離除去する。
【００８８】
堆積物のクリーニングが完了すると、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１との間の出入口を開放し、基板ホルダ処理室５１の基板ホルダ２８を基板ホルダヒータ４４から取外して第２の基板セット室５３へと搬送する。
【００８９】
第２の基板セット室５３に搬送された基板ホルダ２８は、ハンドリング操作によって窒素ボックス５２内へ収納され、窒素ボックス５２が、Ｎ２ガスを封じきりにして閉じられる。窒素ボックス５２が閉じられた後、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１との間の出入口を閉じ、その反対側の窒素ボックス５２の出入口を開放し、窒素ボックス５２によってクリーニング済みの基板ホルダ２８を基板セット室２１へと搬送する。
【００９０】
基板セット室２１へと搬送された窒素ボックス５２は、基板セット室２１内へ装入される。このとき、新たに結晶成長処理すべき基板２７があれば、窒素ボックス５２と同時に、基板セット室２１へ装入する。その後、基板セット室２１をＮ２ガス雰囲気に調整する。この状態で、窒素ボックス５２を開き、窒素ボックス５２からクリーニングされた基板ホルダ２８を取出し、基板ホルダ２８に基板２７を装着する。基板２７が装着された基板ホルダ２８を、基板導入室２２へ導入し、所定位置にセットする。
【００９１】
以降のアウトガスおよび結晶成長させる工程は、実施の第１形態の半導体結晶成長装置２０を用いる半導体結晶成長方法と同一であるので、説明を省略する。
【００９２】
この実施の第２形態の半導体結晶成長装置５０を用いる半導体結晶成長方法では、ＧａＡｓ基板にＡｌＧａＡｓ系の半導体結晶成長薄膜を形成した。この結晶成長薄膜を用いた光デバイスであるレーザ素子の動作電流は、たとえば出力１０ｍＷで、４５ｍＡ以下であり、これは従来に比べて１０％以上減少しており、また信頼性も５０％以上向上した。
【００９３】
実施の第１および第２形態の各装置２０，５０を用いる半導体結晶成長方法によって作製された半導体結晶成長薄膜については、基板と結晶成長薄膜との界面の酸素濃度も低減された。従来、界面の酸素濃度が１×１０１８ｃｍ−３であったものが、本発明では１×１０１６ｃｍ−３以下にまで減少した。
【００９４】
これは、従来、アウトガス中に酸化した堆積物からの酸素が、基板２７表面に付着して実効的な酸化膜層厚を大きくしたり酸化膜除去中に基板ホルダ２８からの酸素によって酸化膜を除去した表面の再酸化を引き起こしていたが、本発明では堆積物がクリーニング除去されて酸素汚染源になることがないので、基板表面の酸化が抑制され、結晶成長処理前の酸化膜除去工程で基板の酸化膜が効果的に除去できることによる。また、装置に対する酸素および水の導入量が各段に減少し、準備室などの残留ガス量も減少したことによる。
【００９５】
以上に述べたように、本実施の形態では、基板ホルダの堆積物のクリーニングは、イオンミリングおよび熱剥離であるけれども、これに限定されることなく、逆スパッタによって行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の第１形態である半導体結晶成長装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の第２形態である半導体結晶成長装置５０の構成を簡略化して示す系統図である。
【図４】ＭＢＥ法を用いる従来の半導体結晶成長装置１の構成を簡略化して示す系統図である。
【図５】従来の半導体結晶成長装置１を用いた半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
２０，５０ 半導体結晶成長装置
２１ 基板セット室
２２ 基板導入室
２３ 第１準備室
２４ 第２準備室
２５ 成長室
２６，５１ 基板ホルダ処理室
２７ 基板
２８ 基板ホルダ
５２ 窒素ボックス
５３ 第２の基板セット室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体結晶成長方法および半導体結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor）などの電子デバイス、半導体レーザなどの光デバイスは、半導体基板上に半導体薄膜を積層した構造を有し、その作製には有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ法）、分子線結晶成長法（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ法）などの結晶成長法が用いられている。
【０００３】
近年、特にデバイス構造が一層複雑化、多様化、精密化するのに伴って、これらに応えるべく、単原子層レベルでの結晶成長が可能であり、また薄膜形成元素の原子比が良好に制御された薄膜を形成することのできるＭＢＥ法が、注目され、実用化されている。
【０００４】
図４は、ＭＢＥ法を用いる従来の半導体結晶成長装置１の構成を簡略化して示す系統図である。半導体結晶成長装置１は、大略、基板セット台２と、基板導入室３と、準備室４と、分子線結晶成長室５とを含んで構成される。
【０００５】
基板セット台２は、大気中において、半導体結晶が成長されるべき基板を基板ホルダにセットするための台である。基板導入室３は、密閉空間を形成することのできるたとえば金属製の容器状の室であり、対向する室壁３ａ，３ｂには、基板と基板ホルダとを搬入／搬出する出入口が形成され、この出入口には開閉自在のシャッタが設けられる。また基板導入室３には、基板導入室３中に搬入された基板および基板ホルダを加熱する不図示の加熱手段が備えられる。
【０００６】
準備室４は、基板導入室３と同様に密閉空間を形成することのできる金属製の容器状の室であり、一方が基板導入室３の出入口に接続され、他方が分子線結晶成長室５のチャンバ８に形成される基板および基板ホルダの出入口に接続される。
【０００７】
準備室４には、基板導入室３から出入口を介して基板および基板ホルダを受渡しされるアウトガスステージ６であって、基板と基板ホルダとを加熱するヒータ７を備えるとともに、基板と基板ホルダとを基板導入室３から分子線結晶成長室５まで搬送するアウトガスステージ６が設けられる。上記基板導入室３および準備室４は、不図示の真空吸引装置を備え、内部空間を真空（低圧）雰囲気に制御することができるように構成される。
【０００８】
分子線結晶成長室５は、基板と基板ホルダとを収容するチャンバ８と、チャンバ８内に設けられて基板と基板ホルダとを加熱する基板ヒータ９と、複数の分子線セル１０（クヌーセンセルとも呼ばれる）とを含んで構成される。チャンバ８には、不図示の真空吸引装置が設けられ、内部空間を真空雰囲気に制御可能である。
【０００９】
基板ヒータ９は、準備室４のアウトガスステージ６から受渡しされた基板と基板ホルダとを保持し、結晶成長温度まで加熱する。分子線セル１０は、基板ヒータ９に保持される基板に対向するようにしてチャンバ８に設けられる。
【００１０】
分子線セル１０の中には結晶成長させて薄膜を形成するための固体原料が収容される。分子線セル１０内の固体原料をたとえば電子ビームで溶融し、分子線セル１０が分子線として原料の蒸気を基板に向けて射出することによって、基板の表面に半導体結晶を成長させる。分子線セル１０を複数個設けることによって、半導体結晶の原料を個別に分子線セル１０に収容することができ、各分子線セル１０からの原料蒸気の射出の有無および射出量を制御することによって、半導体結晶膜の組成比を精度良く調整することができる。
【００１１】
図５は、従来の半導体結晶成長装置１を用いた半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。以下、図５を参照して従来の半導体結晶成長装置１を用いた半導体結晶成長方法について説明する。
【００１２】
ステップａ１では、まず、大気中の基板セット台２上で基板ホルダに半導体結晶成長させるための基板をセットする。ステップａ２では、基板ホルダと基板とを、基板導入室３まで搬送し、その出入口から基板導入室３中へ導入する。ステップａ３では、基板導入室３に備えられる加熱手段によって、基板と基板ホルダとを約１５０℃に加熱し、第１次アウトガスを行う。なお、この第１次アウトガス実行時、基板導入室３内は、真空雰囲気に保たれる。
【００１３】
ステップａ４では、基板と基板ホルダとが、基板導入室３から準備室４のアウトガスステージ６へと搬送される。ステップａ５では、アウトガスステージ６に設けられるヒータ７によって、基板と基板ホルダとを約４００℃に加熱し、第２次アウトガスを行う。この第２次アウトガス実行時、準備室４内は、真空雰囲気に保たれる。ステップａ６では、基板と基板ホルダとをアウトガスステージ６から分子線結晶成長室５へと搬送する。
【００１４】
ステップａ７では、チャンバ８内を真空雰囲気とし、チャンバ８内の基板ヒータ９によって、基板が適切な処理温度に加熱され、基板表面の酸化膜を適切な条件下、たとえばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板上に成長させる場合はＡｓ照射下で酸化膜が除去できる５８０℃以上に基板を１０分程度加熱し、さらに結晶成長させることに対して適切な処理温度に加熱され、分子線セル１０の適切な温度条件下で、分子線セル１０を臨む基板の表面に半導体結晶成長される。
【００１５】
ステップａ８では、基板と基板ホルダとを分子線結晶成長室５から準備室４のアウトガスステージ６へと搬送する。ステップａ９では、基板と基板ホルダとを、アウトガスステージ６から基板導入室３へと搬送する。その後、基板導入室３を窒素でリークして大気圧とし、基板と基板ホルダとを基板導入室３の外へ取出す。ステップａ１０では、基板導入室３から大気中の基板セット台２まで、基板と基板ホルダとを搬送する。ステップａ１１では、基板セット台２上で半導体結晶成長された基板を、基板ホルダから取外す。
【００１６】
ステップａ１２では、次に処理するべき基板があるか否かが判断される。次の処理基板があるとき、ステップａ１へ戻って以降のステップに進む。次の処理するべき基板が無いとき、エンドへ進んで半導体結晶成長処理を終了する。
【００１７】
従来の半導体結晶成長装置１を用いる半導体結晶成長では、基板に半導体結晶を成長させた後、基板導入室３から基板と基板ホルダとを取出して基板セット台２まで搬送するとき、基板セット台２上で基板ホルダから基板を取外すとき、また基板セット台２から基板導入室３まで基板ホルダを搬送するとき、基板ホルダが大気に曝される。
【００１８】
基板ホルダに保持される基板の表面に半導体結晶を成長させるとき、基板のみでなく基板ホルダにも分子線セル１０から射出される半導体結晶原料が付着し堆積される。基板ホルダが大気に曝されるとき、基板ホルダに付着した堆積物が大気中の酸素で酸化される。
【００１９】
基板ホルダに付着し酸化された堆積物は、基板ホルダにセットされる新たな処理基板とともに、基板導入室３へ導入され、さらに準備室４を経て分子線結晶成長室５内へ搬入されて半導体結晶成長処理される。このとき、堆積物が付着した基板ホルダは基板とともに基板導入室３および準備室４において第１次および第２次アウトガスが行われるけれども、堆積物の酸化が著しいので堆積物中の酸素を充分に放出させることができず、半導体結晶成長処理の間にも堆積物から放出される酸素が半導体結晶成長薄膜の汚染源となる。
【００２０】
従来の半導体結晶成長装置１によって作製した半導体結晶成長薄膜について１事例を示すと、その酸素濃度が２×１０１６ｃｍ−３以上と高いものであった。このような酸素濃度が高い半導体結晶成長薄膜は、電子移動度が低く、半導体レーザ素子として使用した場合、その動作電流が出力１０ｍＷのレーザで動作電流が５０ｍＡを超えるような特性の芳しくないものであった。また、基板ホルダも堆積物が、その厚さで０．３ｍｍ程度になるまでそのまま使用していたので、上記の問題に拍車をかけることとなっていた。
【００２１】
このような酸素汚染を防止する従来技術として、基板導入室を備え、基板導入室に付属する基板導入フランジの正面に、内部の気密性を保持することができる作業用腕導入口とガス排気・導入系を有する基板導入ボックスとを備えた窒素ボックスを配置し、基板導入フランジと窒素ボックスの開口部間とを気密性の膜によって接続するＭＢＥ装置が提案されている（特許文献１参照）。
【００２２】
特許文献１に開示のＭＢＥ装置によれば、半導体結晶成長処理するべき新基板が、基板導入ボックスへ導入され、基板導入ボックス内が窒素（Ｎ２）ガス雰囲気に制御された後、基板導入ボックスと窒素ボックスとの間仕切りを開き、半導体結晶成長処理された基板と上記新基板とを、Ｎ２ガス雰囲気制御された窒素ボックス内で交換する。交換された処理済みの基板は、基板導入ボックスへ搬送され、間仕切りが閉じられて、装置外へと搬出される。
【００２３】
このように、基板ホルダに対する基板の着脱がＮ２ガス雰囲気制御された窒素ボックス内で行われるので、基板ホルダが大気に曝されることがない。したがって、基板ホルダに付着する堆積物も大気に曝されることがなく、酸化されないので、基板ホルダが成長室内で基板とともに半導体結晶成長処理されるとき、基板ホルダの堆積物からの汚染ガスの放出が低減される。
【００２４】
しかしながら、特許文献１では、基板ホルダが大気中へ取出されることなく繰返し使用されるので、基板ホルダに対する堆積物の付着量が増大する一方であり、増大した堆積物が半導体結晶成長処理を阻害するおそれがあり、この基板ホルダに付着する堆積物自体をいかにして処理するかということについては、全く開示されていない。
【００２５】
また結晶成長法の１つであるＭＯＣＶＤ法において、反応管内に設けられ基板が載置されるサセプタを、基板が載置される前に、半導体薄膜を成長させる温度よりも高い温度で空焼きすることが提案されている（特許文献２参照）。
【００２６】
特許文献２に開示の技術によれば、サセプタを空焼きすることによって、サセプタおよび反応管に吸着した未反応有機金属および反応生成物が、再び活性化してサセプタおよび反応管から飛散するので、未反応有機金属および反応生成物がガス化して生成される物質が、その後形成される半導体クラッド層中へ混入することが防止されるとする。
【００２７】
特許文献２はＭＯＣＶＤ法に係る技術であり、半導体クラッド層の形成に用いる原料が基本的に気体である。したがって、サセプタの空焼き温度が、たとえば９００℃程度であっても、サセプタおよび反応管に付着する未反応有機金属および反応生成物を活性化して飛散させることができる。
【００２８】
しかしながら、分子線結晶成長法における半導体結晶成長薄膜の原料として用いられる物質は、ＭＯＣＶＤ法において用いられる気体原料のみに限定されるものではなく、融点の高い固体物質が用いられることもある。たとえば、固体原料を元にして半導体結晶成長薄膜を生成する際、固体原料から生成されて基板以外の所に付着する反応生成物である堆積物を、特許文献２に開示されるような９００℃程度の加熱では除去することができないという問題がある。
【００２９】
【特許文献１】実開昭６１−１３８２３７号公報
【特許文献２】特開平１１−１６８０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明の目的は、半導体結晶成長処理されるべき基板を保持する基板ホルダが、大気に曝されることを防止するとともに、基板ホルダに付着する堆積物を除去することによって、基板ホルダおよび堆積物が半導体結晶を成長させる際の酸素汚染源となることを防止し、特性に優れた半導体結晶を得ることができる半導体結晶成長方法および半導体結晶成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法であって、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダを所定の位置から取出す取出工程と、
半導体結晶成長の過程において基板ホルダに付着した堆積物を除去するクリーニング工程と、
堆積物が除去された基板ホルダを所定の位置にセッティングするセット工程とを含み、
取出工程、クリーニング工程およびセット工程を通じて、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする半導体結晶成長方法である。
【００３２】
また本発明は、取出工程の前に半導体結晶の成長が完了した基板を基板ホルダから取外す基板取外工程と、
セット工程の後に基板ホルダに半導体結晶の成長処理が行われていない基板を装着する基板装着工程とを含み、
基板取外工程および基板装着工程において、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、クリーニング工程において、基板ホルダに付着した堆積物の除去は、物理的な方法によって行われることを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、物理的な方法が、イオンミリングであることを特徴とする。
また本発明は、クリーニング工程において、基板ホルダが在る雰囲気は、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置であって、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを加熱して第１次アウトガスを行う基板導入室と、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを、基板導入室における加熱温度よりも高い温度に加熱して第２次アウトガスを行う準備室と、
アウトガスが行われた基板の表面に半導体結晶を成長させる成長室と、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダから半導体結晶成長の過程において付着した堆積物を除去処理するための基板ホルダ処理室とを含むことを特徴とする半導体結晶成長装置である。
また本発明は、成長室が、分子線結晶成長室であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法は、半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダを所定の位置から取出す取出工程と、半導体結晶成長の過程において基板ホルダに付着した堆積物を除去するクリーニング工程と、堆積物が除去された基板ホルダを所定の位置にセッティングするセット工程とを含み、基板ホルダが、取出工程、クリーニング工程およびセット工程を通じて、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で取扱われる。このことによって、基板ホルダおよび基板ホルダに付着した堆積物が酸化することを防止し、かつ堆積物が基板ホルダから除去されるので、半導体結晶成長中に基板ホルダおよび堆積物が酸素の発生源になることを防止できる。したがって、酸素濃度が低く、特性の優れた半導体結晶薄膜を生成することができる。また、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中でクリーニング工程を実行するので、たとえば堆積物を大気中で削ったり、エッチングなどで除去する場合と比べて、基板ホルダを、短時間で次の半導体結晶成長に使用することが可能になる。これは大気中で堆積物の除去処理を行うと、大気成分とくに水分が多く付着するので、付着した水分を基板ホルダから除去するために、基板ホルダの空焼きまたは表面再処理などの工程を行わなければならず、その工程を実行するための時間が必要となるためである。
【００３７】
また本発明によれば、取出工程の前に半導体結晶の成長が完了した基板を基板ホルダから取外す基板取外工程と、セット工程の後に基板ホルダに半導体結晶の成長処理が行われていない基板を装着する基板装着工程とが含まれ、基板取外工程および基板装着工程において、基板ホルダは、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在る。堆積物が酸化すると、その結合エネルギが大きくなるので、除去に時間がかかったり、堆積物を除去している間に、堆積物が雰囲気中へ酸素を放出するので、放出された酸素による再酸化、また基板ホルダへの酸素の再付着が生じるけれども、基板取外工程において基板ホルダを不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に置くことによって、基板ホルダおよび基板ホルダに付着する堆積物の酸化を防止し、堆積物の酸化に起因する上記の問題を解決することができる。
【００３８】
また、クリーニング後の基板ホルダに対する基板の装着も、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で行うことによって、クリーニングした清浄な基板ホルダの表面に酸素源となる水分などが吸着することを防止できる。特にクリーニング後の基板ホルダの表面には酸素などの元になる水分が付着しやすいので、基板装着工程をクリーニング工程の後に不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で行うことによって一層酸素汚染防止の効果を得ることができる。さらに、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中であっても、少量の水分および酸素が存在するので、基板ホルダに堆積物が付着していると、それが酸化の原因となり得るけれども、基板装着工程では、堆積物が基板ホルダから除去されているので酸化の原因が取り除かれる。
【００３９】
また本発明によれば、クリーニング工程において、基板ホルダに付着した堆積物の除去は、物理的な方法、好ましくはイオンミリングによって行われる。化学的方法であるエッチング、また物理的方法であってもたとえば殺ぎ落としなどの方法では、基板ホルダを大気に曝さざるを得ないけれども、イオンミリングによれば、酸素および水蒸気が少ない不活性ガス雰囲気または真空雰囲気などで、堆積物の除去処理を行うことが可能であり、クリーニング工程を通じても基板ホルダの酸素汚染を防止することができる。なお、物理的方法としては、イオンミリング以外にも逆スパッタ、加熱剥離などの方法を用いることができる。
【００４０】
また本発明によれば、クリーニング工程において、基板ホルダが在る雰囲気は、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下である。このような酸素および酸素源となる水蒸気が極めて少ない高真空中で基板ホルダから堆積物を除去することによって、堆積物が除かれるとともに、基板ホルダに対する酸素吸着が防止されるので、半導体結晶成長処理する際の基板ホルダからの酸素放出が防止され、半導体結晶中の酸素濃度をたとえば１×１０１５ｃｍ−３以下にして、半導体結晶の特性を良好なものにすることができる。
【００４１】
本発明によれば、基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置は、基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを加熱して第１次アウトガスを行う基板導入室と、基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを、基板導入室における加熱温度よりも高い温度に加熱して第２次アウトガスを行う準備室と、アウトガスが行われた基板の表面に半導体結晶を成長させる成長室と、半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダから半導体結晶成長の過程において付着した堆積物を除去処理するための基板ホルダ処理室とを含んで構成される。
【００４２】
このように、基板ホルダ処理室を設けることによって、基板ホルダから堆積物を除去する処理を迅速に行うことが可能になる。また、基板導入室に、その内部空間をたとえば窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気にすることができ、かつ基板の取外しとセッティングとを行える基板セット室を設けることが好ましく、基板セット室を設けることによって、基板の取外しとセッティングとを一層スムーズに行うことができる。たとえば半導体結晶成長処理された基板を、基板導入室から移送するために窒素箱などを使用すると、窒素箱に窒素などの不活性ガスを常時供給することが困難であるため、窒素箱の密閉度にもよるが、窒素箱中の酸素濃度が上昇し、酸化されてしまうおそれがある。しかしながら、基板セット室を基板導入室に付設することによって、酸化のおそれがなく、また基板の搬送系なども共用できるので、装置全体のコストも低減することができる。
【００４３】
また本発明によれば、成長室が分子線結晶成長室であり、分子線結晶成長（ＭＢＥ）装置において、一層の効果を奏することができる。分子線結晶成長は、高真空たとえば１×１０−６Ｐａ以下の雰囲気中で実施されるので、酸素の影響を非常に受け易い。また結晶成長時、基板ホルダが少なくとも４００℃〜１０００℃程度まで加熱されるので、基板ホルダに酸素源があれば、半導体結晶の成長に最も近いところに酸素汚染源が存在することになる。しかしながら、酸素の影響を受け易い装置において、基板ホルダを清浄に保つ（堆積物の除去も含めて）ことができるので、成長される半導体結晶の酸素汚染を一層顕著に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
図１は、本発明の実施の第１形態である半導体結晶成長装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。半導体結晶成長装置２０は、大略、基板セット室２１と、基板導入室２２と、２つの第１および第２準備室２３，２４と、成長室２５と、基板ホルダ処理室２６とを含んで構成される。半導体結晶成長装置２０は、基板２７を基板ホルダ２８に装着し、その基板２７の表面に半導体結晶を成長させることに用いられる。
【００４５】
基板セット室２１は、外観が直方体形状を有し、その内部に密閉空間が形成される容器状部材であり、基板導入室２２に接して設けられる。基板セット室２１と基板導入室２２との接続部には、基板セット室２１と基板導入室２２とを連通する出入口が形成され、その出入口には開閉自在の扉が設けられて、扉を閉めることによって、基板セット室２１と基板導入室２２とを随意に独立室とすることが可能である。また上記扉をあけることによって、基板２７と基板ホルダ２８とを、出入口を通して基板セット室２１と基板導入室２２との間で出入させることができる。
【００４６】
基板セット室２１には、内部の気密性を保持することができる作業用腕導入口３１が設けられる。操作者は、作業用腕導入口３１からハンドリング操作することによって、基板ホルダ２８から半導体結晶成長が完了した基板２７を取外したり、また基板ホルダ２８に新たに半導体結晶を成長させる基板２７を装着したりすることができる。この基板セット室２１には、配管を介して窒素（Ｎ２）ガス供給源３２が接続され、基板２７を基板ホルダ２８に対して着脱するとき、基板セット室２１の内部空間を酸素濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気にすることができる。
【００４７】
基板セット室２１に連なるようにして設けられる基板導入室２２は、その内部に密閉空間を形成することのできるたとえば金属製のチャンバであり、対向する室壁２２ａ，２２ｂには、基板２７と基板ホルダ２８とを搬入／搬出する出入口が形成され、この出入口には開閉自在のシャッタが設けられる。また基板導入室２２には、基板導入室２２中に搬入された基板２７および基板ホルダ２８を加熱する不図示の加熱手段が備えられる。
【００４８】
さらに基板導入室２２には、第１真空吸引装置３３が接続され、第１真空吸引装置３３が第１流量調整バルブ３４を介して基板導入室２２の内部空間を、真空雰囲気１×１０−４Ｐａ以下にすることができる。
【００４９】
基板導入室２２では、出入口を通して基板セット室２１から基板ホルダ２８と基板ホルダ２８に装着される基板２７とが導入された後、出入口の扉を閉じて遮断し、その内部空間を第１真空吸引装置３３で真空雰囲気とし、基板２７と基板ホルダ２８とを加熱して第１次アウトガスを行う。第１次アウトガスは、基板２７と基板ホルダ２８とを約１５０℃で３０分加熱して行われる。
【００５０】
第１準備室２３は、基板導入室２２と同様に密閉空間を形成することのできる金属製の筒状部材によって構成され、一方が基板導入室２２の室壁２２ｂに形成される出入口に接続され、他方が成長室２５のチャンバ３７に形成される基板２７および基板ホルダ２８の出入口に接続される。
【００５１】
第１準備室２３には、基板導入室２２から出入口を介して基板２７および基板ホルダ２８を受渡しされるアウトガスステージ３８であって、基板２７と基板ホルダ２８とを加熱するヒータ３９を備えるとともに、基板２７と基板ホルダ２８とを基板導入室２２から成長室２５まで搬送するアウトガスステージ３８が設けられる。第１準備室２３にも第１真空吸引装置３３が接続され、第１真空吸引装置３３が第２流量調整バルブ３５を介して第１準備室２３の内部空間を、真空雰囲気にすることができる。第１準備室２３では、真空雰囲気中で、アウトガスステージ３８に備えられるヒータ３９によって基板２７と基板ホルダ２８とを約４００℃で３０分加熱して第２次アウトガスを行う。
【００５２】
本実施の形態では、成長室２５は、分子線結晶成長室である。すなわち、本実施形態の半導体結晶成長装置２０は、分子線結晶成長装置である。成長室２５は、基板２７と基板ホルダ２８とを収容する金属製のチャンバ３７と、チャンバ３７内に設けられて基板２７と基板ホルダ２８とを加熱する基板ヒータ４０と、複数（本実施形態では５個）の分子線セル４１とを含んで構成される。チャンバ３７には、第２真空吸引装置４２が設けられ、チャンバ３７の内部を高真空雰囲気とすることができる。本実施の形態では、半導体結晶成長中の真空度は１×１０−４Ｐａであったが、酸素量および水分量はプロセスガスモニター（たとえば四重極質量分析計）の検出限界（１×１０−８Ｐａ）以下であった。
【００５３】
基板ヒータ４０は、第１準備室２３のアウトガスステージ３８から受渡しされた基板２７と基板ホルダ２８とを保持し、結晶成長温度まで加熱する。チャンバ３７に設けられる分子線セル４１の構成および分子線セル４１による半導体結晶成長の作用は、前述の図４で示す分子線結晶成長室５と同じであるので、その説明を省略する。
【００５４】
基板ホルダ処理室２６は、処理チャンバ４３と、処理チャンバ４３内に設けられて基板ホルダ２８を加熱する基板ホルダヒータ４４と、基板ホルダヒータ４４に保持されている基板ホルダ２８に対向するようにして処理チャンバ４３に設けられるイオン銃４５と、処理チャンバ４３の内部空間を吸引して真空雰囲気にする第３真空吸引装置４６とを含んで構成される。
【００５５】
第３真空吸引装置４６は、処理チャンバ４３の内部空間を、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下の真空雰囲気にすることができる。イオン銃４５は、上記真空雰囲気に制御された処理チャンバ４３内で、基板ホルダヒータ４４に保持される基板ホルダ２８に向けて、たとえばアルゴン（Ａｒ）イオンを照射することができる。
【００５６】
すなわち、基板ホルダ処理室２６は、半導体結晶の成長が完了した基板２７が取外された基板ホルダ２８を、基板ホルダヒータ４４で加熱し、加熱された状態にある基板ホルダ２８に対して、イオン銃４５からイオン照射することによって、成長室２５内における半導体結晶成長の過程において基板ホルダ２８に付着した堆積物を除去処理するための装置である。
【００５７】
基板ホルダ２８には、その裏側に回り込んで堆積物が付着する場合もあるので、基板ホルダ２８の表側をクリーニングした後、基板ホルダ２８を基板セット室２１へ搬送し、基板セット室２１で基板ホルダ２８を裏返し、再び基板ホルダ処理室２６へ搬送し、基板ホルダ２８の裏側がイオン銃４５を臨むように基板ホルダヒータ４４にセットし、基板ホルダ２８の裏側もクリーニングすることが好ましい。なお、より好ましくは、基板ホルダ処理室２６内に、基板ホルダ２８の表裏を反転させることのできる表裏反転装置を設け、基板ホルダ処理室２６内で基板ホルダ２８を表裏反転させ、表裏のクリーニングを行うのが良い。
【００５８】
第２準備室２４は、第１準備室２３と同様に密閉空間を形成することのできる金属製の容器状部材によって構成され、一方が基板ホルダ処理室２６の処理チャンバ４３の基板導入室２２を臨む側の壁に形成される出入口に接続され、他方が基板導入室２２の室壁２２ａに形成される出入口に接続される。なお、処理チャンバ４３に形成される出入口にも開閉自在のシャッタが設けられ、処理チャンバ４３の内部空間を独立空間とし、前述のように第３真空吸引装置４６によって真空雰囲気とすることができる。第２準備室２４には、基板セット室２１において、半導体結晶成長が完了した基板２７が取外され、その後基板セット室２１から基板導入室２２へ導入された基板ホルダ２８を、基板導入室２２から基板ホルダ処理室２６へと搬送する不図示の搬送手段が設けられる。第２準備室２２にも第３流量調整バルブ３６を介して第１真空吸引装置３３が接続され、第２準備室２２内の空間を真空雰囲気にし、搬送される基板ホルダ２８が大気に曝されることを防止できるように構成される。
【００５９】
図２は、半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。以下、図２を参照して、半導体結晶成長装置２０を用いた半導体結晶成長方法について説明する。
【００６０】
スタートでは、半導体結晶成長装置２０を動作可能な状態におき、基板導入室２２、第１および第２準備室２３，２４、成長室２５、基板ホルダ処理室２６を真空雰囲気とし、結晶成長処理するべき基板２７が準備され、基板ホルダ２８は基板導入室２２内において予め定められる所定位置にセットされている状態である。
【００６１】
ステップｂ１では、たとえばＧａＡｓの基板２７を基板セット室２１で基板ホルダ２８にセットする基板装着工程が行われる。このセットは、より詳細には次のように行われる。まず基板セット室２１を大気開放し、基板セット室２１の基板出入口から基板２７を基板セット室２１内へ導入する。基板導入後、基板出入口を閉じ、窒素供給源３２から基板セット室２１へＮ２ガスを供給し、基板セット室２１内を、酸素濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気にする。その後、基板セット室２１と基板導入室２２との出入口を開き、基板ホルダ２８を基板セット室２１内へ移動させ、基板セット室２１で基板ホルダ２８に基板２７をセット（装着）する。
【００６２】
ステップｂ２では、基板２７と基板ホルダ２８とを、基板導入室２２へ導入し、基板セット室２１と基板導入室２２との出入口を閉じる。ステップｂ３では、第１真空吸引装置３３で基板導入室２２内を真空吸引しながら、第１次アウトガスを行う。第１次アウトガス条件は、前述のように、１５０℃×３０分である。このステップｂ３における基板導入室２２の到達真空度は、従来と比較して１桁以上良化していた。
【００６３】
ステップｂ４では、第１次アウトガスを終えた基板２７と基板ホルダ２８とを、基板導入室２２から第１準備室２３へと搬送し、アウトガスステージ３８へ受渡す。ステップｂ５では、第１真空吸引装置３３で第１準備室２３内を真空吸引しながら、アウトガスステージ３８で第２次アウトガスを行う。第２次アウトガス条件は、前述のように、４００℃×３０分である。この第２次アウトガス時における第１準備室２３内の到達真空度も、従来に比べて１桁以上良化していた。
【００６４】
ステップｂ６では、第２次アウトガスを終えた基板２７と基板ホルダ２８とを、第１準備室２３から成長室２５へと搬送する。ステップｂ７では、第２真空吸引装置４２によってチャンバ３７内を分子線照射前に１×１０−７Ｐａ以下の高真空にし、基板表面の酸化膜を適切な条件下、たとえばＧａＡｓ基板上に成長させる場合はＡｓ照射下で酸化膜が除去できる５８０℃以上に基板を１０分程度加熱し、さらに結晶成長させることに対して適切な処理温度に加熱され、分子線セル４１から結晶成長原料を射出して、基板２７の表面に結晶成長させる。成長時の真空度は１×１０−４〜１０−６Ｐａ台であった。ここでの結晶成長薄膜は、たとえばＡｌＧａＩｎＰ系の結晶成長薄膜である。基板２７に結晶成長させるとき、同様の成分からなる堆積物が基板ホルダ２８に付着する。特に、堆積物がＡｌＧａＩｎＰ系であると、易酸化性元素であるＡｌを含むので、堆積物が付着した基板ホルダ２８が大気に曝されると、堆積物が酸化し、酸素汚染源になる。したがって、後述するように本発明の半導体結晶成長方法では、基板ホルダ２８に付着する堆積物が大気に曝されないようにしてクリーニング除去してしまうことによって、基板２７の表面に結晶成長させるとき、結晶成長薄膜に酸素汚染を惹起しないようにする。
【００６５】
ステップｂ８では、基板２７の表面に対する結晶成長処理が終了した基板２７と基板ホルダ２８とを、成長室２５から第１準備室２３へと搬送する。ステップｂ９では、基板２７と基板ホルダ２８とを第１準備室２３から基板導入室２２へと搬送する。ステップｂ９では、基板２７と基板ホルダ２８とを基板導入室２２から基板セット室２１へと搬送する。ステップｂ１１では、基板セット室２１で、結晶成長処理された基板２７を基板ホルダ２８から取外す。この、基板ホルダ２８から基板２７を取外す基板取外工程においても、基板２７と基板ホルダ２８とは、酸素濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気下に在る。
【００６６】
このように結晶成長処理が完了した基板２７を基板ホルダ２８から取外す工程もＮ２ガス雰囲気中で実行することによって、基板ホルダ２８に付着した堆積物の酸化を防止できる。酸化した堆積物は結合エネルギが大きいので、クリーニング除去に長時間を要したり、除去中の雰囲気中に酸素を放出して、再酸化や基板ホルダ２８に酸素を再付着させるなどの問題を惹起するけれども、上記のようにＮ２ガス雰囲気中で基板２７を取外すことによって、これらの問題を解消することができる。
【００６７】
ステップｂ１２では、基板２７の取外された基板ホルダ２８が、基板セット室２１から基板導入室２２へ導入され、基板導入室２２の所定位置におかれる。ステップｂ１３では、基板導入室２２の所定位置におかれる基板ホルダ２８が、所定位置から取出される取出工程が行われ、第２準備室２４へと導入される。
【００６８】
ステップｂ１４では、第２準備室２４内を搬送して基板ホルダ２８を基板ホルダ処理室２６へ導入する。ステップｂ１５では、基板ホルダ処理室２６へ導入された基板ホルダ２８が基板ホルダヒータ４４にセットされ、第３真空吸引装置４６で処理チャンバ４３内を、１×１０−６Ｐａ以下の高真空雰囲気とし、基板ホルダヒータ４４で加熱された状態にある基板ホルダ２８に対して、イオン銃４５からＡｒイオンを照射し、基板ホルダ２８に付着した堆積物を剥離させて除去するクリーニング工程が行われる。このクリーニング工程は、前述のように基板ホルダ２８の表裏面に対して実行されることが好ましい。半導体結晶成長装置２０の各室は、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気に保たれるけれども、不活性ガスまたは真空中でも少量の水分や酸素は存在するので、堆積物があれば、それが酸化の原因となり得るが、このクリーニング工程において堆積物が基板ホルダ２８から除去されているので、酸素汚染の原因の１つを無くすことができる。
【００６９】
ステップｂ１６では、クリーニングが終了した基板ホルダ２８を、基板ホルダ処理室２６から取出し、第２準備室２４を介して基板導入室２２へと搬送し、基板導入室２２の所定位置にセッティングするセット工程が行われる。
【００７０】
ステップｂ１７では、次に結晶成長処理するべき基板２７があるか否かが判断される。次の結晶成長処理基板２７があるとき、ステップｂ１へ戻り、基板セット室２１で、半導体結晶の成長処理が行われていない基板２７を、クリーニング処理された基板ホルダ２８に装着する基板装着工程が行われる。特に、クリーニング後の基板ホルダ２８を用いる基板装着工程がＮ２ガス雰囲気中で実行されることによって、クリーニングした清浄な基板ホルダ２８の表面に、酸素源となる水分などが吸着することを防止できる。
【００７１】
本実施の態様では、このフローを２回以上繰り返し実施した。これによって結晶成長中の酸素量および水分量は四重極質量分析装置での検出限界以下である１×１０−８Ｐａ以下であった。
【００７２】
一方、次に結晶成長処理するべき基板２７が無いとき、エンドへ進んで半導体結晶成長処理を終了する。処理が無い場合でも基板２７を基板導入室２２内に戻しておくか、または基板セット室２１の環境を酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下に保った状態で基板ホルダ２８を保管する。このことによって継続的に本発明の効果を得ることができる。
【００７３】
図２のフローチャートに示すような半導体結晶成長方法は、半導体結晶成長装置２０にたとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどを設け、マイクロコンピュータの記憶部に、半導体結晶成長装置２０の真空吸引系、搬送系、加熱系、分子線成長室等の動作制御プログラムを予め格納しておき、該プログラムに従って、半導体結晶成長装置２０を動作させることによって実現することができる。
【００７４】
このようにしてＧａＡｓ基板上に結晶成長させたＡｌＧａＩｎＰ系の結晶成長薄膜の膜中酸素濃度を質量分析装置で測定したところ、１×１０１５ｃｍ−３以下であり、従来に比べて１桁以上酸素濃度が低下したことを確認した。この結晶成長薄膜を用いた光デバイスであるレーザ素子の動作電流は、たとえば出力１０ｍＷで、４０ｍＡ以下であり、これは従来に比べて２０％以上減少しており、また信頼性も１００％以上向上した。
【００７５】
なお、ここで言う信頼性とは、平均寿命（寿命は規定の温度条件下で規定出力を得るための駆動電流値が初期値の２０％を越える時間で規定する）が１０００時間であったものが２０００時間になったということである。
【００７６】
これは、基板２７を保持する基板ホルダ２８が、Ｎ２ガス雰囲気または真空雰囲気中で搬送および処理されることによって全く大気に曝されることがなく、また基板ホルダ２８に結晶成長処理過程において付着する堆積物が、基板ホルダ処理室２６において高真空雰囲気下でクリーニング除去されるので、基板ホルダ２８および堆積物が、半導体結晶を成長させる際の酸素汚染源となり得ない。このことによって、基板２７上に結晶成長させて作製される半導体結晶成長薄膜の純度が向上し、より優れた性能を発揮することが可能になる。
【００７７】
図３は、本発明の実施の第２形態である半導体結晶成長装置５０の構成を簡略化して示す系統図である。本実施形態の半導体結晶成長装置５０は、実施の第１形態の半導体結晶成長装置２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７８】
半導体結晶成長装置５０において注目すべきは、基板ホルダ処理室５１が、Ｎ２ガス雰囲気中で基板ホルダ２８を加熱によってクリーニングするように構成されることであり、また基板導入室２２と基板ホルダ処理室５１との間で、基板ホルダ２８の搬送に窒素ボックス５２が設けられ、窒素ボックス５２で搬送されてきた基板ホルダ２８を基板ホルダ処理室５１へ導入しセットするための第２の基板セット室５３が設けられることである。
【００７９】
窒素ボックス５２は、その内部に密閉空間を形成することのできるたとえば金属製の搬送容器である。この窒素ボックス５２は、その内部に基板ホルダ２８を収納し、基板セット室２１と、基板ホルダ処理室５１に隣接して設けられる第２の基板セット室５３との間を搬送することに用いられる。窒素ボックス５２は、堆積物が付着した状態の基板ホルダ２８も収納して搬送するので、理想的には窒素ボックス５２に窒素ボンベを接続し、基板ホルダ２８を収納する内部にＮ２ガスを流すことが望ましいけれども、Ｎ２ガスを常時流しておくことは実際上難しいので、シールの度合いに応じた搬送時間の制限を設けて搬送に利用する。
【００８０】
第２の基板セット室５３は、基板ホルダ処理室５１に隣接して設けられる。第２の基板セット室５３の基板ホルダ処理室５１との連接部には、基板ホルダ２８を第２の基板セット室５３から基板ホルダ処理室５１へと出入させる出入口が形成され、この出入口には開閉自在のシャッタ部材が設けられ、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１とを連通させ、またシャッタ部材を閉じることによってそれぞれ独立空間とすることができる。また第２の基板セット室５３には、基板ホルダ処理室５１との連接部の反対側に、窒素ボックス５２を出入させる出入口が形成され、この出入口にも開閉自在のシャッタ部材が設けられ、窒素ボックス５２の第２の基板セット室５３への出入と、第２の基板セット室５３を大気空間から遮断することとを可能にしている。
【００８１】
第２の基板セット室５３には、基板セット室２１に設けられるのと同様の、内部の気密性を保持することができる作業用腕導入口５５が設けられる。操作者は、作業用腕導入口５５からハンドリング操作することによって、窒素ボックス５２から基板ホルダ２８を取出して基板ホルダ処理室５１内へ導入したり、基板ホルダ処理室５１からクリーニング後の基板ホルダ２８を取出して窒素ボックス５２内へ収納することができる。
【００８２】
本実施形態の基板ホルダ処理室５１には、処理チャンバ４３内を窒素雰囲気とするためのＮ２ガス供給源５４が設けられる。Ｎ２ガス供給源５４は、処理チャンバ４３にＮ２ガスを供給し、その内部空間を酸素濃度および水蒸気濃度が１０ｐｐｂ以下のＮ２ガス雰囲気にすることができる。なお、Ｎ２ガスを供給するだけでは、処理チャンバ４３内の雰囲気を酸素濃度および水蒸気濃度１０ｐｐｂ以下にすることが難しい場合、Ｎ２ガス供給源５４に処理チャンバ４３内を置換するための排気系または真空吸引系を備えることが望ましい。この基板ホルダ処理室５１では、基板ホルダヒータ４４にセットされた基板ホルダ２８を、Ｎ２ガス雰囲気中で８００℃×１時間加熱し、堆積物を剥離させて除去する。
【００８３】
以下、半導体結晶成長装置５０を用いる半導体結晶成長方法について、結晶成長処理が完了した基板２７を基板ホルダ２８から取外す基板取外工程から説明する。
【００８４】
まず窒素ボックス５２を、基板セット室２１内に装入する。その後、基板セット室２１をＮ２ガス雰囲気に調整する。この状態で、結晶成長処理された基板２７と基板ホルダ２８とが、基板導入室２２から基板セット室２１へと搬入される。Ｎ２ガス雰囲気の基板セット室２１内で、基板２７が基板ホルダ２８から取外され、基板ホルダ２８が窒素ボックス５２の中へ収納される。基板ホルダ２８を窒素ボックス５２内へ収納した後、窒素ボックス５２が閉じられる。このように、窒素ボックス５２がＮ２ガスを封じきりにして閉じられた後、基板セット室２１が大気開放され、基板ホルダ２８を収納した窒素ボックス５２が、第２の基板セット室５３へと搬送される。
【００８５】
窒素ボックス５２で基板ホルダ２８が搬送されると、第２の基板セット室５３では、基板ホルダ処理室５１との間の出入口を閉じ、窒素ボックス５２を出入させる出入口を開放し、該開いた出入口から窒素ボックス５２を第２の基板セット室５３内へ装入する。窒素ボックス５２を第２の基板セット室５３内へ装入後、第２の基板セット室５３の窒素ボックス出入口を閉じ、基板ホルダ処理室５１との間の出入口を開放し、Ｎ２ガス供給源５４を動作させて処理チャンバ４３内と第２の基板セット室５３内を、Ｎ２ガス雰囲気にする。
【００８６】
Ｎ２ガス雰囲気が、酸素濃度および水蒸気濃度１０ｐｐｂ以下に調整された状態で、窒素ボックス５２を開けて基板ホルダ２８を取出し、基板ホルダ処理室５１へ導入する。基板ホルダ処理室５１へ導入された基板ホルダ２８は、基板ホルダヒータ４４にセットされる。
【００８７】
基板ホルダ２８が基板ホルダヒータ４４にセットされると、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１との間の出入口を閉じる。次いで基板ホルダヒータ４４で基板ホルダ２８を８００℃×１時間加熱することによって、基板ホルダ２８から堆積物を剥離除去する。
【００８８】
堆積物のクリーニングが完了すると、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１との間の出入口を開放し、基板ホルダ処理室５１の基板ホルダ２８を基板ホルダヒータ４４から取外して第２の基板セット室５３へと搬送する。
【００８９】
第２の基板セット室５３に搬送された基板ホルダ２８は、ハンドリング操作によって窒素ボックス５２内へ収納され、窒素ボックス５２が、Ｎ２ガスを封じきりにして閉じられる。窒素ボックス５２が閉じられた後、第２の基板セット室５３と基板ホルダ処理室５１との間の出入口を閉じ、その反対側の窒素ボックス５２の出入口を開放し、窒素ボックス５２によってクリーニング済みの基板ホルダ２８を基板セット室２１へと搬送する。
【００９０】
基板セット室２１へと搬送された窒素ボックス５２は、基板セット室２１内へ装入される。このとき、新たに結晶成長処理すべき基板２７があれば、窒素ボックス５２と同時に、基板セット室２１へ装入する。その後、基板セット室２１をＮ２ガス雰囲気に調整する。この状態で、窒素ボックス５２を開き、窒素ボックス５２からクリーニングされた基板ホルダ２８を取出し、基板ホルダ２８に基板２７を装着する。基板２７が装着された基板ホルダ２８を、基板導入室２２へ導入し、所定位置にセットする。
【００９１】
以降のアウトガスおよび結晶成長させる工程は、実施の第１形態の半導体結晶成長装置２０を用いる半導体結晶成長方法と同一であるので、説明を省略する。
【００９２】
この実施の第２形態の半導体結晶成長装置５０を用いる半導体結晶成長方法では、ＧａＡｓ基板にＡｌＧａＡｓ系の半導体結晶成長薄膜を形成した。この結晶成長薄膜を用いた光デバイスであるレーザ素子の動作電流は、たとえば出力１０ｍＷで、４５ｍＡ以下であり、これは従来に比べて１０％以上減少しており、また信頼性も５０％以上向上した。
【００９３】
実施の第１および第２形態の各装置２０，５０を用いる半導体結晶成長方法によって作製された半導体結晶成長薄膜については、基板と結晶成長薄膜との界面の酸素濃度も低減された。従来、界面の酸素濃度が１×１０１８ｃｍ−３であったものが、本発明では１×１０１６ｃｍ−３以下にまで減少した。
【００９４】
これは、従来、アウトガス中に酸化した堆積物からの酸素が、基板２７表面に付着して実効的な酸化膜層厚を大きくしたり酸化膜除去中に基板ホルダ２８からの酸素によって酸化膜を除去した表面の再酸化を引き起こしていたが、本発明では堆積物がクリーニング除去されて酸素汚染源になることがないので、基板表面の酸化が抑制され、結晶成長処理前の酸化膜除去工程で基板の酸化膜が効果的に除去できることによる。また、装置に対する酸素および水の導入量が各段に減少し、準備室などの残留ガス量も減少したことによる。
【００９５】
以上に述べたように、本実施の形態では、基板ホルダの堆積物のクリーニングは、イオンミリングおよび熱剥離であるけれども、これに限定されることなく、逆スパッタによって行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の第１形態である半導体結晶成長装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の第２形態である半導体結晶成長装置５０の構成を簡略化して示す系統図である。
【図４】ＭＢＥ法を用いる従来の半導体結晶成長装置１の構成を簡略化して示す系統図である。
【図５】従来の半導体結晶成長装置１を用いた半導体結晶成長方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
２０，５０ 半導体結晶成長装置
２１ 基板セット室
２２ 基板導入室
２３ 第１準備室
２４ 第２準備室
２５ 成長室
２６，５１ 基板ホルダ処理室
２７ 基板
２８ 基板ホルダ
５２ 窒素ボックス
５３ 第２の基板セット室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法であって、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダを所定の位置から取出す取出工程と、
半導体結晶成長の過程において基板ホルダに付着した堆積物を除去するクリーニング工程と、
堆積物が除去された基板ホルダを所定の位置にセッティングするセット工程とを含み、
取出工程、クリーニング工程およびセット工程を通じて、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする半導体結晶成長方法。
【請求項２】
取出工程の前に半導体結晶の成長が完了した基板を基板ホルダから取外す基板取外工程と、
セット工程の後に基板ホルダに半導体結晶の成長処理が行われていない基板を装着する基板装着工程とを含み、
基板取外工程および基板装着工程において、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする請求項１記載の半導体結晶成長方法。
【請求項３】
クリーニング工程において、
基板ホルダに付着した堆積物の除去は、物理的な方法によって行われることを特徴とする請求項１または２記載の半導体結晶成長方法。
【請求項４】
物理的な方法が、イオンミリングであることを特徴とする請求項３記載の半導体結晶成長方法。
【請求項５】
クリーニング工程において、
基板ホルダが在る雰囲気は、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体結晶成長方法。
【請求項６】
基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置であって、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを加熱して第１次アウトガスを行う基板導入室と、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを、基板導入室における加熱温度よりも高い温度に加熱して第２次アウトガスを行う準備室と、
アウトガスが行われた基板の表面に半導体結晶を成長させる成長室と、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダから半導体結晶成長の過程において付着した堆積物を除去処理するための基板ホルダ処理室とを含むことを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項７】
成長室が、分子線結晶成長室であることを特徴とする請求項６記載の半導体結晶成長装置。
【請求項１】
基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法であって、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダを所定の位置から取出す取出工程と、
半導体結晶成長の過程において基板ホルダに付着した堆積物を除去するクリーニング工程と、
堆積物が除去された基板ホルダを所定の位置にセッティングするセット工程とを含み、
取出工程、クリーニング工程およびセット工程を通じて、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする半導体結晶成長方法。
【請求項２】
取出工程の前に半導体結晶の成長が完了した基板を基板ホルダから取外す基板取外工程と、
セット工程の後に基板ホルダに半導体結晶の成長処理が行われていない基板を装着する基板装着工程とを含み、
基板取外工程および基板装着工程において、基板ホルダが、不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中に在ることを特徴とする請求項１記載の半導体結晶成長方法。
【請求項３】
クリーニング工程において、
基板ホルダに付着した堆積物の除去は、物理的な方法によって行われることを特徴とする請求項１または２記載の半導体結晶成長方法。
【請求項４】
物理的な方法が、イオンミリングであることを特徴とする請求項３記載の半導体結晶成長方法。
【請求項５】
クリーニング工程において、
基板ホルダが在る雰囲気は、酸素および水蒸気の分圧が１×１０−６Ｐａ以下または酸素および水蒸気の含有量が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体結晶成長方法。
【請求項６】
基板を基板ホルダに装着し、その基板の表面に半導体結晶を成長させる半導体結晶成長装置であって、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを加熱して第１次アウトガスを行う基板導入室と、
基板ホルダと基板ホルダに装着される基板とを、基板導入室における加熱温度よりも高い温度に加熱して第２次アウトガスを行う準備室と、
アウトガスが行われた基板の表面に半導体結晶を成長させる成長室と、
半導体結晶の成長が完了した基板が取外された基板ホルダから半導体結晶成長の過程において付着した堆積物を除去処理するための基板ホルダ処理室とを含むことを特徴とする半導体結晶成長装置。
【請求項７】
成長室が、分子線結晶成長室であることを特徴とする請求項６記載の半導体結晶成長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１２６３１０（Ｐ２００７−１２６３１０Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１８６３３（Ｐ２００５−３１８６３３）
【出願日】平成１７年１１月１日（２００５．１１．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１日（２００５．１１．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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