(57)【要約】【課題】熱電対の短絡を有効に防止することにより、高品質の製品を歩留まり良く製造することができる分子線結晶成長用セルを提供する。【解決手段】るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルであって、碍子の外側を補強材で被覆した分子線結晶成長用セルである。ここで、補強材はセラミックまたは金属からなり、補強材が金属からなる場合には、補強材が絶縁性部材によってコーティングされていることが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルにおいて、碍子の外側を補強材で被覆したことを特徴とする分子線結晶成長用セル。
【請求項２】
補強材がセラミックからなることを特徴とする請求項１に記載の分子線結晶成長用セル。
【請求項３】
補強材が金属からなることを特徴とする請求項１に記載の分子線結晶成長用セル。
【請求項４】
補強材が絶縁性部材によってコーティングされていることを特徴とする請求項３に記載の分子線結晶成長用セル。
【請求項５】
るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、ヒータの外側に設置された熱反射板と、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルにおいて、熱反射板と碍子とが接しており、碍子と接する熱反射板の部位に絶縁性部材が用いられていることを特徴とする分子線結晶成長用セル。
【請求項６】
るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、ヒータの外側に設置されたセル本体筐体部と、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルにおいて、セル本体筐体部と碍子とが接しており、碍子と接するセル本体筐体部の部位に絶縁性部材が用いられていることを特徴とする分子線結晶成長用セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分子線結晶成長装置に用いられる分子線結晶成長用セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分子線結晶成長法（以下、「ＭＢＥ法」という。）は、超高真空中において分子線結晶成長用セルから放射された原料物質を基板上に堆積して、基板上に薄膜結晶を成長させる方法である。ＭＢＥ法においては、不純物による薄膜結晶の汚染を防止するため、結晶成長時には超高真空雰囲気が必要とされる。
【０００３】
図６に、分子線結晶成長装置に用いられる従来の分子線結晶成長用セルの模式的な断面図を示す。図６において、従来の分子線結晶成長用セル３００は、るつぼ３０１と、るつぼ３０１内の原料物質を加熱するためのヒータ３０２と、ヒータ３０２から放出される熱を反射するための熱反射板３０３と、るつぼ３０１の温度を測定する熱電対３０４と、熱電対３０４を保護する碍子３０５と、これらの部材を保護するセル本体筐体部３０６とから構成されている。
【０００４】
そして、従来の分子線結晶成長用セル３００は、真空フランジ３０７によって分子線結晶成長装置の真空容器に固定される。また、るつぼ３０１の温度を測定するための熱電対３０４の起電力がフィードスルー３０８を通して分子線結晶成長装置の外部に取り出される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７０５９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、熱電対３０４は碍子３０５に被覆されることによって、ヒータ３０２、熱反射板３０３およびセル本体筐体部３０６との絶縁が図られてきた。しかしながら、分子線結晶成長用セル３００は、一般に８００〜１２００℃の高温で使用されることから碍子３０５の劣化が激しく、碍子３０５が破損してしまうことによって、熱電対３０４がヒータ３０２、熱反射板３０３またはセル本体筐体部３０６と短絡してしまうことが多発していた。
【０００７】
また、碍子３０５が破損したことに気づかずに装置を稼動させてしまうことがあったため、碍子３０５の破損によって、るつぼ３０１ではない異なる部分の温度を測定してしまい、成長させる結晶の組成ずれが起こり、製品の製造歩留まりの低下および製造コストの上昇を招いていた。
【０００８】
さらに、分子線結晶成長装置のメンテナンス時にも碍子３０５が破損してしまうことが多く、碍子３０５の修復にコストおよび時間がかかり、結果として製品の製造歩留まりの低下および製造コストの上昇を招いていた。
【０００９】
上記事情に鑑みて本発明は、熱電対の短絡を有効に防止することにより、高品質の製品を歩留まり良く製造することができる分子線結晶成長用セルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルであって、碍子の外側を補強材で被覆した分子線結晶成長用セルである。
【００１１】
ここで、本発明に係る分子線結晶成長用セルにおいては、補強材を絶縁性セラミックで構成することができる。
【００１２】
また、本発明に係る分子線結晶成長用セルにおいては、補強材を金属で構成することができる。
【００１３】
また、補強材が金属からなる場合には、補強材が絶縁性部材によってコーティングされていることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明は、るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、ヒータの外側に設置された熱反射板と、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルであって、熱反射板と碍子とが接しており、碍子と接する熱反射板の部位に絶縁性部材が用いられている分子線結晶成長用セルである。
【００１５】
また、本発明は、るつぼと、るつぼの外側に設置されたヒータと、ヒータの外側に設置されたセル本体筐体部と、るつぼの温度を測定する熱電対と、熱電対を被覆する碍子とを備えた分子線結晶成長用セルであって、セル本体筐体部と碍子とが接しており、碍子と接するセル本体筐体部の部位に絶縁性部材が用いられている分子線結晶成長用セルである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に本発明に係る分子線結晶成長用セルの好ましい一実施の形態の模式的な断面図を示す。図１において、本発明に係る分子線結晶成長用セル１００は、るつぼ１０１と、るつぼ１０１内の原料物質を加熱するためのヒータ１０２と、ヒータ１０２から放出される熱を反射するための熱反射板１０３と、るつぼ１０１の温度を測定するための熱電対１０４と、熱電対１０４を保護する碍子１０５と、これらの部材を保護するセル本体筐体部１０６とを備え、さらに、碍子１０５の外側に補強材１０９が設置されている。
【００１７】
すなわち、本実施の形態においては、碍子１０５の外側を補強材１０９で被覆することによって、ヒータ１０２から放出される熱等による碍子１０５の劣化を防止したり、遅らせたりすることができる。それゆえ、本発明においては、熱電対１０４の短絡を有効に防止することができるため、高品質の製品を歩留まり良く製造することができるのである。
【００１８】
ここで、補強材１０９としては、たとえばセラミックまたは金属を用いることができる。補強材１０９がセラミックからなる場合には、補強材１０９の内側の碍子１０５の破損および劣化を有効に抑止することができる。また、内部の碍子１０５が破損した場合であっても、外側の補強材１０９によって熱電対１０４とその外部との絶縁性が保たれるため、熱電対１０４の短絡をより有効に防止することができる。ここで、補強材１０９に用いられるセラミックとしては、たとえばダイヤモンドライクカーボン、炭化ケイ素、酸化アルミニウムまたは二酸化チタン等がある。たとえば図２の模式的斜視図に示すように、セラミックからなる補強材１０９ａは、碍子１０５の外側に圧着、接着またはねじ止め等されることによって設置される。
【００１９】
また、補強材１０９が金属からなる場合には、補強材１０９が絶縁性セラミックである場合に比べて補強材１０９に屈曲性を持たせることができる。したがって、補強材１０９が曲げ等の機械的圧力に強くなり、有効に碍子１０５を保護することができるようになる。ここで、補強材１０９に用いられる金属としては、たとえばステンレス、チタン、鉄、銅、金または銀等がある。たとえば図３の模式的斜視図に示すように、金属からなる補強材１０９ｂは曲げ加工された後、碍子１０５の周囲に巻きつけられること等によって碍子１０５の外側に設置される。
【００２０】
また、補強材１０９が金属からなる場合には、補強材１０９が絶縁性部材によってコーティングされていることが好ましい。この場合には、補強材１０９の内側にある碍子１０５が破損しても、熱電対１０４とその外部との絶縁性が保たれるため、熱電対１０４の短絡をより有効に防止することができるようになる。たとえば図４の模式的斜視図に示すように、絶縁性部材１１０は、セラミック溶射法、物理蒸着法、化学蒸着法またはダイヤモンドライクカーボンコーティング法等によって、補強材１０９の外側にコーティングされる。なお、絶縁性部材１１０としては、たとえばダイヤモンドライクカーボン、炭化ケイ素、酸化アルミニウムまたは二酸化チタン等が用いられる。
【００２１】
そして、分子線結晶成長用セル１００は、真空フランジ１０７によって分子線結晶成長装置の真空容器に固定される。また、るつぼ１０１の温度を測定するための熱電対１０４の起電力がフィードスルー１０８を通して分子線結晶成長装置の外部に取り出される。
【００２２】
（実施の形態２）
図５に本発明に係る分子線結晶成長用セルの好ましい別の実施の形態の模式的な断面図を示す。図５において、本発明に係る分子線結晶成長用セル２００は、るつぼ２０１と、ヒータ２０２と、熱反射板２０３と、熱電対２０４と、熱電対２０４を保護する碍子２０５と、これらの部材を保護するセル本体筐体部２０６とを備えており、さらに、碍子２０５と接する熱反射板２０３の部位に用いられている絶縁性部材２１０ａと、碍子２０５と接するセル本体筐体部２０６の部位に用いられている絶縁性部材２１０ｂとが設置されている。
【００２３】
すなわち、本実施の形態においては、碍子２０５と接する熱反射板２０３の部位に絶縁性部材２１０ａを用いることによって、熱電対２０４を覆う碍子２０５が破損した場合でも熱反射板２０３を介して熱電対２０４が短絡することを防止することができるのである。また、碍子２０５と接するセル本体筐体部２０６の部位に絶縁性部材２１０ｂを用いることによって、熱電対２０４を覆う碍子２０５が破損した場合でもセル本体筐体部２０６を介して熱電対２０４が短絡することを防止することができるのである。ここで、絶縁性部材２１０ａ、２１０ｂとしては、たとえば上述のダイヤモンドライクカーボン、炭化ケイ素、酸化アルミニウムまたは二酸化チタン等が用いられる。
【００２４】
そして、分子線結晶成長用セル２００は、真空フランジ２０７によって分子線結晶成長装置の真空容器に固定される。また、るつぼ２０１の温度を測定するための熱電対２０４の起電力がフィードスルー２０８を通して分子線結晶成長装置の外部に取り出される。
【００２５】
なお、上記実施の形態２においては、碍子２０５と接する熱反射板２０３の部位および碍子２０５と接するセル本体筐体部２０６の部位の双方に、それぞれ絶縁性部材２１０ａおよび２１０ｂが設置されているが、碍子２０５と接する熱反射板２０３の部位または碍子２０５と接するセル本体筐体部２０６の部位のいずれか一方の部位のみに絶縁性部材が用いられていてもよい。
【００２６】
また、本発明においては、碍子の外側を補強材で被覆し、この補強材と熱電対とが接する部位または補強材とセル本体筐体部とが接する部位のいずれか一方の部位に絶縁性部材を用いることが好ましい。さらに、碍子の外側を補強材で被覆し、この補強材と熱電対とが接する部位に絶縁性部材を用い、かつ補強材とセル本体筐体部とが接する部位にも絶縁性部材を用いることが最も好ましい。これらの場合には熱電対の短絡をさらに有効に防止することができるようになる。
【００２７】
本発明に係る分子線結晶成長用セルを備えた分子線結晶成長装置は、半導体レーザ用ウエハの製造またはＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）用ウエハの製造等に好適に用いられる。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
図１に示す分子線結晶成長用セルを備えた分子線結晶成長装置１００を用いて、半導体基板上に薄膜結晶を成長させた。ここで、補強材１０９としては、セラミックを用いた。実施例１においては、図２に示すように熱電対１０４を被覆する碍子１０５の外側をセラミックからなる補強材１０９で被覆したことから、比較例１と比べて、熱電対１０４を被覆する碍子１０５が割れて碍子１０５の中にある熱電対１０４が短絡する回数が減少した。それゆえ、実施例１においては、熱電対１０４によって測定されたるつぼ１０１の温度の信頼性を向上させることができたため、比較例１と比べて薄膜結晶基板の製造コストを２０％低減させることができた。
【００２９】
（実施例２）
図３に示すように碍子１０５の外側を金属からなる補強材１０９ｂで被覆したこと以外は、実施例１と同一の条件で半導体基板上に薄膜結晶を成長させた。実施例２においては、金属からなる補強材１０９ｂはセラミックからなる補強材よりも柔軟性があるため、補強材１０９ｂの内部の碍子１０５が割れることが実施例１よりも減少した。それゆえ、実施例２においては、比較例１と比べて薄膜結晶基板の製造コストを３０％低減させることができた。
【００３０】
（実施例３）
図４に示すように補強材１０９に金属を用い、さらにこの補強材１０９の外側をセラミック１１０でコーティングしたこと以外は、実施例１と同一の条件で半導体基板上に薄膜結晶を成長させた。実施例３においては、補強材１０９の外側をセラミック１１０でコーティングしていることから補強材１０９が割れにくく、また碍子が割れてしまった場合であっても碍子の外側はセラミックからなる補強材１０９で構成されているため、熱電対の短絡を有効に防止することができた。それゆえ、実施例３においては、比較例１と比べて薄膜結晶基板の製造コストを３５％低減させることができた。
【００３１】
（実施例４）
図５に示す分子線結晶成長用セルを備えた分子線結晶成長装置２００を用いて、半導体基板上に実施例１と同じ条件で薄膜結晶を成長させた。実施例４においては、碍子２０５と接する熱反射板２０３の部位に用いられている絶縁性部材２１０ａにはセラミックを用いたが、碍子２０５と接するセル本体筐体部２０６の部位には絶縁性部材を用いなかった。実施例４においては、熱電対２０４を覆う碍子２０５が熱反射板２０３の近くで破損した場合であっても熱反射板２０３の接触による熱電対２０４の短絡を有効に防止することができた。それゆえ、実施例４においては、比較例１と比べて薄膜結晶基板の製造コストを３５％低減させることができた。
【００３２】
（実施例５）
図５に示す分子線結晶成長用セルを備えた分子線結晶成長装置２００を用いて、半導体基板上に実施例１と同じ条件で薄膜結晶を成長させた。ここで、碍子２０５と接する熱反射板２０３の部位には絶縁性部材を用いなかったが、碍子２０５と接するセル本体筐体部２０６の部位に用いられている絶縁性部材２１０ｂにはセラミックを用いた。実施例５においては、熱電対２０４を覆う碍子２０５がセル本体筐体部２０６の近くで破損した場合であってもセル本体筐体部２０６の接触による熱電対２０４の短絡を有効に防止することができた。それゆえ、実施例５においては、比較例１と比べて薄膜結晶基板の製造コストを３５％低減させることができた。
【００３３】
（比較例１）
図６に示す分子線結晶成長用セルを備えた分子線結晶成長装置を用いて、半導体基板上に実施例１と同じ条件で薄膜結晶を成長させた。比較例１においては、碍子３０５の劣化が激しく、碍子３０５が割れてしまうことが多かった。それゆえ、比較例１においては、熱電対３０４がヒータ３０２、熱反射板３０３およびセル本体筐体部３０６と短絡してしまうことが多発した。
【００３４】
なお、上記実施例１〜５においては薄膜結晶基板の製造コストを低減することができただけでなく、熱電対の信頼性も向上させることができた。すなわち、比較例１においては熱電対の寿命が１０，０００時間であったのに対し、実施例１〜５においては熱電対の寿命が１５，０００時間となった。
【００３５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、熱電対の短絡を有効に防止することによって、高品質の製品を歩留まり良く製造することができる分子線結晶成長用セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分子線結晶成長用セルの好ましい一実施の形態の模式的な断面図である。
【図２】本発明に用いられる碍子の好ましい設置例を示した模式的な斜視図である。
【図３】本発明に用いられる碍子の好ましい別の設置例を示した模式的な斜視図である。
【図４】本発明に用いられる碍子の好ましいさらに別の設置例を示した模式的な斜視図である。
【図５】本発明に係る分子線結晶成長用セルの好ましい別の実施の形態の模式的な断面図である。
【図６】従来の分子線結晶成長用セルの模式的な断面図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００  分子線結晶成長用セル、１０１，２０１，３０１  るつぼ、１０２，２０２，３０２  ヒータ、１０３，２０３，３０３  熱反射板、１０４，２０４，３０４  熱電対、１０５，２０５，３０５  碍子、１０６，２０６，３０６  セル本体筐体部、１０７，２０７，３０７  真空フランジ、１０８，２０８，３０８  フィードスルー、１０９  補強材、１１０，２１０  絶縁性部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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