JPH01249692A - 分子線エピタキシー装置 - 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】

【産業上の利用分！ｌ！ｉ′］ この発明は、分子綿エピク・１−シ一装置に関し、詳し
くは、装置の簡略化、および■族成長Ｈ才１の効率的使
用を達成したものに関する。 【従来の技術】 ｍ　−−ｖ族化合物半導体の製造過程におい″Ｃ単結晶
基板上にｌ１ｌ−Ｖ族元素をエピクー１−シャル成長さ
せる手法としで、分子線エビター１−シー法が？ｌ　ｒ
ｌされ°（いる。これは、真空蒸ｒｉ法の一種であり、
ガリウノ、Ｇ＋ｉ、アルミュウノ、Δ１、インジウノ、
Ｉｎ、などｏ）ｎ＋族元素、および、ひ素Ａｓ、すｉｐ
などのＶ族元素を成長月料として、ＩＱ　　ｔｏｒｒの
超高真空の中でこれらを原子または分子線の形で照射し
てＧ、ｌＡｓあるいは■ｎＰなどの単結晶載板１−にＧ
ａ　Ａｓ　、Ａｔ　Ｇ、】八ｓ、ｌｎｒ’あるいはＩｎ
　Ｇ：ｉ　ｌ’なとのＴｌ１−Ｖ族化合物主導イ木４ｉ
！ｊ品をエピクー１ンヤル）戊１．．さ−Ｕる力ｌ去Ｃ
ある。このよう４１′分子＃＋ｌ！エピクー１−シー法
に、１、ろと、０）超高真空中ごの茄７□ごあるため、
残留カスからの不純物の混入がＪＩ゛當に少７．（＜−
基（１（表面をｉｌ’ｉ’浄に保つことができる、■大
面Ｊｉ’ｉにわたり、均　ごかつ原子し・・・ル゛（平
坦なｊ模を４（する、二とかできる、■茶若速度を１１
常に遅くすることかごさ、しかも正４′ｎ］に制御でき
るため、厚ｊ１りを数人というｉｉ’ｌｊ；ｉ　”ｉ’
−ルｊのオーダて高精度に制御することかできる、■多
成分系の混晶膜も）゛に発源を噌や−ＪだＧノ゛（容易
に１ｉｊられる、■結晶成長、１Ｎ中に成Ｊｊ：　ＩＮ
表ｊＴｉｊ、あ？、いは分子線から成長条件についての
さ：１、ざまな１１′饅μを１１するごとかてき、そｌ
′１．を直４）に成］５．−制御にソイードハノクする
ことかできる、なとの利点をコニ５受することができる
。 後ｊホする本願発明のＩ！Ｉ！　ｆ４４’を容易にする
ため、１：記のような分子１１ｆエピター１−シー法を
行う分子線上ビター）−シ一装置の概要を第２図に示−
４概１１１：ｉ　Ｊ１１！成図によって説明する。 超、１′、（空ポンプＩにつなかろ成ｊこ？；・２の中
央にε、１、！、（扱ボルタ３か配置され、これは、〕
、（板トの結晶；氏上Ｑを一１毛）、５′Ｌ）ノとＪ−
４タメニ１！、”回’ｊ：　−（：　３　Ｚｒ　Ａ、う
になっ−（いる。Ｅｌ、た、この占（板ボルダ３に保Ｊ
１されろ！、（板を所望の１Ｍ１度にｙ１１温するため
のヒータがイ・１設されている。そして、成Ｊ１．１．
室２の一側には、−１−記基板ポルク（３に向υ″（開
［−」するルツボ４に各成長祠ｔ′−１を充填してなる
蝮数個の蓄光ｄ＋、ｔ　ｔ）・・・か配置される。ごの
蒸発源５　・もまた、温度センリによる検出温風にコ、
（づいて制御されるヒータにより、所望の温度にｙ昌１
１１．されろようになっζいる。なお各蒸発源５は、名
Ｙ発源が互いに執）影響やンク染の影響を受ｉＪんいよ
・うに、液体窒素シュラウＦ　［ｉて囲７１これどいる
。結晶成長の開始および（’ｒ’　１ｍ　ＩＩ、各Ｊｌ
パンポ４の開１−１の前面に配置されたシャック７・を
開閉ずろことに３Ｆ′、り行われる。 たとえば、Ｇａ　Ａｓ　Ｉｉ’４；を晶ｊ、Ｌ’　ｔ＆
　、、ｌ−にＧａ八へ　ＩＮ〕を成長さ−けるにし、１
、Ｇａか充填された蒸発源およびＡｓか充１ｉ（された
プに発源５を所定の温度に力１１熱するとともに）、（
板ボルダ３の’／に！４度を適当な温度に設定しつ・′
、）、−１−記の各赤光／Ｊ！、’ｔ　５のシャ、り７
を所定ＩＩ冒；ｊｌ　ｌｊ４状態とする。な衿、Δ１を
−ｔｉｔに蒸発さ一已るとＧ＋ｌｙ：ＡＩ、−％Δ５Ｉ
Ｆ７が成長−づる。ごのときＧａと八１の蒸発ｊ、ｌ　
ｏ）比を制Ｊ：Ｉｌｌ　ｔ’れば、Ａ１１ｌ成Ｘが制御
できる。：Ｉ、た、成長層をｒ）形にするには、Ｓｌ、
Ｓｎなどを同Ｉｔ；、に裁発さ−１．ｐ形に−ｊる乙こ
は、］）（・、Ｍ　Ｉ：　ｉ、（とをし胃発さ一已る必
要がある。

【発明か循″決し、１、・）とｊる課題】従来のこの神
の分子−線エビター１シ一装置において番」、第２図に
も示されている。Ｊ、うに、あるいは、特開昭６２−６
２５１２υ−公（ドお、１、Ｑ・勃開昭６１−−−５３
７　］　６号公＋旧こ示されζいろ３Ｊうに、Ｉｌｌ族
元素とＶ族元素とにかかわらず、ず・＼ての元素を成長
４，１石とＡる蒸発源５・・・がノ１（机ボルク３から
ム５［ぼ等距離のイ装置に配置され、か・′−〕、４へ
−この蒸発源５につき、分子線を）ゲｂ蔽および開放す
るシャッタ７が設６ノられ゛（いる。このような４１Ｍ
成に、］、イ）と、回転ツヤ、夕をず・＼ての苅発源に
対して４Ｎ］設させる都合ト、最も消費量の多いしｊ／
、；　Ａ　、Ｈなどの■族元素のための茎発諒の大きさ
に限界かあり、＋４１１ノｊ命が短くなり、ぞのれ１１
果として装置の＆ｆｒｙｔｉ１１転回間か短くな転回−
う問題かある。 とごろで、ＩＩ族元素に夕、１する族元素の仁］箔係数
は、基板１−のＩｌｌ族元兎の存在に、」、っ−（決定
されることが知られい−（る。たとえば、〔；Ｊ１ΔＳ
基板−１へ０）Ａｓのイ・Ｊ’　”ｓ’ｉ　４ｉ数ε」
、Ｇａあるいは八１が存在すれば１てあり、存在しなり
ればＯである。従来の装置において■族元素用の茶発源
がＩＩ族元素用の蒸発源と同様に基板ホルダから所定距
離躍れた位置に配置され−Ｃいるのは、基板面・＼の■
族元素のイ；ｊ着の均一性を慮ったものであると考えら
れるが、これＧ、ｊ、上記のようなＶ族元素の？−１着
係数を考えた場合妥当とはいいデＩ（い。■族元素の基
板への４１．ｉＹｌは、ｌｌｔ族元素の（＝Ｊ着によっ
て決定されるのであり、ＩＩＩ族元素が基４１Ｍ＋に均
一に（＝１９ずれは、Ｖ族元素もそれにしたがっ゛（均
一にイス１着するからである。 また、ｌｉホの。ｌ、うに■族元素は基板十にＩｌｌ族
元素か存在するごとによってはしめてイ（１着すること
、お、ｌ、び、装置運転中のＶ族元素の温度ε；Ｉ：　
３００゜０程度と他の苛発源の温度に比して低１Ｍ、で
あり、この温度制御に、Ｌろ薄光の開始および停止トが
比較的容易であること、なとから、従来の装置に４ンい
て■族元素の蒸発源にも設りられているシートツクは絶
対必須のものであるとはいえない。 この発明ε：ｌ、−１−述の知見のもとで従来の分子線
エピタキシ一装置に、１′ｉＪる問題を一ノドに解消し
、装置の簡略化および材料ツＪ命の延長を同ｌ、冒こ達
成するごとをその日ｒ自とする。

【課題を解決するための手段】

従来の課題を解決するため、この発明’Ｃ３ｌｌ、次の
技術的手段を５１４シている。 ずなわら、本願の請求項１に記載した発明に１、超高真
空ポンプにつながる成長室と、この成ＪＪ６室の内部に
配置した基板ホルダと、成Ｊコ室の一側におい−（軸線
が一上記基板ホルダを向＜　（１゛つに配置された複数
個の蒸発源とを倫える分子線エピク・１−シ一装置にお
いて、−１−記蒸発源のうり、■族元Ｊ、を成長）Ａ料
とする蒸発源（以下、■族茎発ｉ１ｊ；ｉという。 ）を他の蒸発１ｇ（に比し゛（２□（板ボルダにｉ！Ｌ
接し２だイ装置に配置するとともに、このＶ族蓄光源以
夕＋の各ブに発ｉ１４：（の開Ｉ」の遮蔽および開放を
行うシャッタを設りたごとを’ＩＪｌ徴とする。 そして、本願の請求項２に記載した発明番、」、−１−
記請求ｘ（ｉ　２に記載した分子線エピクー１−シ一装
置において、■族仄発Δ≦（を、成長室におＬＪ２＋基
板ホルダと正面対向ずろ位：？、’ｊ’、に配置ｉｔす
るとともに、他の蒸発源を、はぼ、１−記■族蒸発源の
軸線を中心とする環状に配置したごとを４．１．徴とす
る。

【作用］ 本願の発明においては、基本的に、軸”ＫｔＪ！が成長
イユ内部の基板、ｊクルダを向くように配ｊ？ｌ：され
る複数個の蒸発源の・）も、Ｖ族茎発源を他の蒸発汎１
に比してより基板ボルダに近接するように配置すると３
ともに、ごの■族衆発源のシャ、夕を廃止Ｌ７でいる。 Ｖ族元素番、１１．．１１（板Ｉ−（ごＩＩＩ族元素か
イ・ｌ’２ｉシ“（Ｉｆｆシめζ、これに（・１着する
から、■族元素の（−１着は、ＩＩＩ族元素の茂発源に
、１、る成」この開始および停止にしたがう。、−札に
より、族２４＜発源のツヤツクを省Ｉ昭し７ても、Ｉｌ
ｌ族元本の奈発源からの分子線照ｆｌ・Ｉがそれらに（
＝１設されるツヤツクによって制御されるかぎり、ノ１
１１：（Ｓ、１−に／ｊｌｌｌ１７１′Ａ′ノ、Ｉ、１
体を成］Ｑさ−ｌる１−ご仝く不１１１；合はない。 ま人云さらに、二の発明’（１；ｌ、＼ｔｈ５、プｉ（
発ｉ＋＋：ｊが他の蒸発源に比Ｕ７て〕、（４４，’ｖ
ボルダに、ｌ！Ｌ１’ｉ＜　（−ｚて配ｊｊ：’ｊ’、
され“Ｃいるので、多くの剰余の分子綿か成ｆ＜　”ニ
ーにｊｌｌ旧交９るごとか４ｆ＜、Ｊ、ダかはふｉＪる
。 【発明の効果］ Ｉ−述のように本ト）ｊｌの発明（Ｌ；ｌ：、　Ｖ　ｈ
’＞鳶”ｋ発源のツヤツクを廃止しでいるから、Ｊ、（
木的に消費ｂｊがｉｌＱも多いＶ族蒸発源を、シャッタ
の＋、ｌ、ｌｉ成を考Ｊ、（δすることなく大型化して
その容量を増大さ−Ｌるごとができ、（Ａλ″−１ノｊ
命の延長と、に置の連続運転１１ノ団１１の延Ｊミを図
ることかできる。そしζ、Ｖ族ノ丸発源を基（反ボルダ
に近１妄して、没しノ′ているごと力・ら、Ｃ４Ｆｌの
１、ダかはふＬＪ、ごのごとも祠１′１ノＪ命の延］こ
Ｃ１二人き（富−１ｊする。また、■ｈムノｉ、′：発
ｉ１１；ｊのシャッタを省略したことから、装置ξの構
造を［：ｒ１略化′４ろごとかてき、メインテナンスの
頻度および１夕障の発／ＬＩＪｉ瓜かともに低下づろ。 そして、本願の請求項２に記載し７に発明に、；ｉいて
＋＋、とくに■族７５発源を基板ホルダと正面対向する
中心に配置し、他の蒸発源をその周囲に環状に配置する
ことにｌｆるから、■族蒸発源の大きさを他の７′に発
源の配置が構成する原の中央にいっぽいに拡げることが
でき、成長室の一側内面を有効に利用することができる
。 【実施例の説明］ 以下、本願発明の実施例を図面を参照して尺体的に説明
する。 本例の分子線コーピタ４＝シ一装置は、縦形の成長室２
をもっているが、分子線エビクキシ一装置としての基本
的構成は第２図の従来例と同等である。 成長室２は、全体として縦形の円筒形をしており、天ノ
１板８にＬＴｉ通支１．＋＋された支軸９にＧ３Ｉ、水
平状の！１５板ボルダ３を下端にもつ回転ゲージ１０の
ボス部１１が可回転に支１、）されている。この回転ケ
ージ１０は、ボス部１１に固定されたギＡ・１２に外部
モータ１３の出力軸のピュオン１４を噛合させろことに
より、回転制御される。支軸の先ＯＲｊには、基板ボル
ダ３の１１Ｎｒ後に位置するヒータ１０か設りられてお
り、これに、１、って基＋反ボルグ３にイ呆持された基
板１３を加＜ノ（シうろ。なお、成ＩＬ　′ｆ：・の側
壁内周に１、液体窒素シア。ソウ］１５で囲：Ｖれて“
１．′す、脱ガス時での不純物を吸；ｉ”ｉ−Ｌ−て超
高真空をｓ−＋＋：　＋、ｙ　４るようにしである。な
お、成長’Ｍ２は、しＩ示Ｕ２ない超１［６真空ポンプ
につなげられ（いる。 成長室２の底部は、中央が最４）γ１”んだ略′Ｊりば
ち状をしており、この部にいくつか０ルア発源５．１゜
５ｂ、５ｃｍが、その軸Ｘｒｋ　ｚＪ　、　　ｂ　、　
　ｃが１−記基扱ポルダ３の中心を向くようにして配置
されている。 本願発明においてはとくに、ヒ素Ａｓなとの■族元素を
成長材料とする蒸発源５ａを、上記基板ホルダ３に対し
てｉＬ’、　ｉｒｉ目こ対向”ｊる。１、・）Ｑに、ず
わなら、本例−（厨１、この蒸発源５３Ｉの軸線、」か
縦形用↑、りｊ形の成長室２の鉛直中心４ｊｌ！と　一
致するように配置するとともに、その他の蒸発ｉ１＋；
ｊ５ｂ、　　５　Ｆを、１−記Ｖ族蒸発源５ａの軸線、
」を中心とする円周十に配置する。第１図において６．
１、図の煩賄化を′ＡＵりるため、■族ａ５ＱＡＧｌ　
５　ａ　ヲｌｉン−（７＋’Ｊ４：ｚ反３Ｌｆｊ！ｌｌ
ニ（Ｈ’＋置する二つの蓄光源ｔｌ　１．’）　、５ｃ
のめを示しであるが、実際Ｃ真、１、大小５〜７個の蒸
発源が、各軸４：ｌ！か）１（板ボルタ３の中心を向く
ようにして環状に設しｊられている。 さて、上記各蒸発源５　ａ　、　　５　ｂ　、　　５　
ｃ・・・は、成長室２の底ｐａ＋’に１−５：；ｉを固
定され）こイｊ底円筒状の容器内に、各成長材オ′、１
が充１色されたルツボ４・・をそれぞれ装置Ｑｉ’（Ｌ
　−（＋ｔ７ｉ成される。そして、本願発明Ｃは、−１
−記■族蒸発源５，１を他の蒸発ｉｌｌより基板ボルダ
３に近づジノ°（配置するのであるが、本例でＩＩごれ
を、各容器に装置１「１されるルツボ４の輔力向長さを
所定のように設定することで対しａ、しζいる。 ずなわら、第１図に人、１″１、ζいろ、）、うに、■
放入発源５３」のルツボ４（，１、直径および長さが他
の蒸発源より大きく、とくにルツボ４　（７）　、、、
ｌ一端は、成長室２の底壁からさらＣ，、：基板ボルダ
３に向りで突出さ−ｌられ”（いろ。なお、各ルツボ４
　・は、ごれか収容される各容器のＭ部に配置した図に
表れないヒータによって所望のＩＪＡ度に加え））され
ろようになっ″（いる。また、各ルツボ４を囲む上記容
器には、液体窒素）Ｌラウ１６・・が一体構成されて打
り、各蒸発源５ａ、５ｂ、５ｃ・・・か互いに熱影古や
汚染の彫金を受ｉＪないようにしである。 成長室２を超高真空１大態とし、占Ｉ、板１３お３Ｊ、
び各蒸発源５　ａ、　　５　ｂ、　　５　ｃ・−・を所
定の／ｌ！！ｒ度”−（５ｙ　’／！！させると、仄発
源５　ａ、　　５１）、　　５　に・・の成１（（Ａ利
が原子あるいは分子線の形で基板表部にあたり、基板十
に結晶が成長するのであるが、この成長の開始および停
止し１、本願発明ごＧ３１、■族ブに発源５・１以外の
蒸発＆Ｉ５ｂ、５ｔ−・・の開Ｉ］をシ中、り７で開閉
することにより行われろ。 シャッタ７は、上記Ｖ族プに発源以外の環状配置された
各ノ？発源５１）、５（：・・にｊバ接ずろ成に室の内
壁において外部からそれぞれ回１１・ｉ）可能にλり大
麦１、）された輔７．】の３１ｉ過：１．；に、閉位置
において１−記聞に１を渭いうるシャック板７ｂを固定
し２′（＋、、、＋７成される。 本例において（，１、上記軸７．」の輔Ｘｒ）＜　ｐを
、当該シャッタ７が開閉ｊ゛るブＩ（発ｊＪ＋ｊ　５　
ｂ、　　５ζ、・の軸Ｎ）ｉ）匠　Ｃに対し、蒸発源の
開１１からノ□（扱ボルダ３：１：。 ての間におい゛Ｃ交；（するよ・）にｉＱ’ｉＪノ、（
桑１］：すると、］　２ その蒸発源５ｂ、５ｃ・・・側に大きく傾りている。 そ・）シて、この、１、・）６．二軸線βを１１．ｌ’
ｉ　ｉｌｌた軸７ａに対し、閉（ｊ冨市１においで蒸発
源５の開１］を平行に覆いうるように円形のシ、１−ツ
タ板７１）を固定するのである。したかっ゛（、輔７，
１に対するンヤノタ板７ｂの取イ＝Ｊジノ角度は、蒸発
源５１）、５Ｃの軸線１）。 Ｃと輔７ａの軸線ｐの交差角を直角から差し引いた角度
となる。このようにすると、軸７ａを中心とするシャツ
タ板７　ｔ、＋の回転１ｌｕＬ跡におい゛（、シャツタ
板７ｂが第１図に実線で示ず閉位置にあるときが最も茂
発源５Ｊ５ｃないし成Ｊ、４室２の内壁に近接し、イれ
以外の回動位置のず・＼てにおいて、ンヤソタ板７ｂが
Ｙ発源の開Ｌ１ないし成１（室２の内壁から離れること
となる。 な才？、木イ列にオンいＣ＋Ｊさらに、シャッタ７のΦ
山７．１を二二分ｉ’ｌ′ｌｌ　＋’ｉｌｉ成とすると
ともに、ごの輔７ａを通ず士−タブうゲット１６の筒部
をもフランジ１７ａ、＋７ｂどうしの接続によって連結
し・）る分ｉ’ｉｉ　ｌ’ｌ’ｊ成とし、上記軸７ａの
モータ側の第一部分７２１′とシャツタ板側の第二部分
７　、　ＴＩとを上記フランク１７ａ、Ｉ７ｂを分１ｉ
ｉ１１　した状態で成ＩＪ室の外部におい′ζ接続あろ
いＧ１１分１１１１　Ｌ、うる、Ｌ）にＵ７゛（ある。 従来装置にＪ、りる凹Φｊシ、ｔ・ツタ゛（υ、■、４
１１−の回転軸を成長室内に貫通導入し、ご・うして成
１辷室内にλり人された軸の先Ｏ：１．ｊにシャ、り（
ｊｉを取（−１（Ｊる構造が−・船釣であっノこため、
ソートツタ板のつ５１桑ｎ、’、　ｈ、’ｌにおいては
成ＪＱ室内にヒユーボートから］を入れ、ねし止め作業
等の煩雑なイ１業をする必要があったが、本例で（１１
、−１−記の、１、）に軸７．］の接続を実質的に成長
室の外部で行なえるようにＵ７ｋから、シャンク板７の
取合１りがＪ１常に簡ｊ１′１か一つ友全となる。 第１図から明らかな、ｊ、゛）に、本願発明（（，１、
Ｖ族７４発源５．」のツヤツクを省略したから、シャッ
タの７７、ｉ成につい−（”’；　１．５１ｊすること
）Ｃ＜、それだりこのＶ族ＸＩＳ発諒５ａの容）ｌ（を
増Ｊすることが（き、成長＋、Ｉ　！Ｊｌの寿命を延長
することができる。また、■族〕に発＃、Ｊ　ｉＪを他
の蒸発源に比・＼て、１、リノ、Ｖ　＋１ｊボルダ３に
近づりて配置し７ているから、ｌ、ダな分子線が成１【
室内に放１１り這ることか’ｌ；　＜　、効・セカ月Ｚ
（なる。また、ブ、曇１１例では、■族基発源５ａのま
わりに他の茎発？ｌｌ：ｉを環状に間道１するという４
１へ成をとっているため、成長室２の内壁を有効に利用
し、装置庁一体を」」ンパクトＣごまとめることができ
る。 なお、図示例の、４うに縦形の成長室をも・−）装置に
おいて■族藤発ｉ１＋；ｉ　５　ａを成長室の底部中央
Ｑこ配置すると、シ１（板同転部等からの塵が直下の■
族蕨発汎（にン客下しＣごれをンク召とするという！腎
、念があるが、実際−１ｘ、■放入発源は低温で機能す
るため、たとえ他の元素が入り込んでもほとんと問題む
、１ないのごある。 もらろん、この発明の範囲し、１上ｉホの実施例に限定
されることシ３１ない。たとえば、シ、トノタのＪ、−
１体的（Ｉ１１成等、装置の細部は種々設旧変更ｉｉＪ
能である。 ン１：た、実施例（，１、縦形の成長室をもっているが
、成長室を４７＜、形に構成し７ても差支え４１′い。 ４、図１ｆ１１の節ｉｉ’Ｈ７，＜説明第１図は本願発
明の一実施例を示す縦断面図、第２図は従来例を示す概
略構成図である。 ２　成長室、３　・基板ボルダ、５ＨＩ　Ｖ族元素を成
Ｊ’Ｌ＋Ａ料とする蒸発源、５ｂ、５（・・・（その他
の）蒸発源、７・・シャッタ、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超高真空ポンプにつながる成長室と、この成長室
   の内部に配置した基板ホルダと、成長室の一側において
   軸線が上記基板ホルダを向くように配置された複数個の
   蒸発源とを備える分子線エピタキシ一装置において、 上記蒸発源のうち、Ｖ族元素を成長材料と する蒸発源を他の蒸発源に比して基板ホルダに近接した
   位置に配置するどともに、このＶ族元素を成長材料とす
   る蒸発源以外の各蒸発源の開口の遮蔽および開放を行う
   シャッタを設けたことを特徴とする、分子線エピタキシ
   ー装置。
2. （２）上記請求項２に記載した分子線エピタキシー装置
   において、上記Ｖ族元素を成長材料とする蒸発源を、成
   長室における基板ホルダと正面対向する位置に配置する
   とともに、他の蒸発源を、ほぼ、上記Ｖ族元素を成長材
   料とする蒸発源の軸線を中心とする環状に配置したこと
   を特徴とする、分子線エピタキシー装置。