JPH0241164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被分子線エピタキシヤル成長用基板
（以下単に被成長用基板と言う）を一枚一枚連続
して分子線エピタキシヤル成長を行なうことがで
きる分子線エピタキシヤル成長装置に関するもの
である。

第１図は従来の分子線エピタキシヤル成長装置
を示す概略構成図である。同図において、１は真
空ポンプ、２は常に超高真空に保たれ、分子線エ
ピタキシヤル成長を行なう成長室、３は基板準備
室、４は分子線５を出す分子線源、６はその詳細
な構造を第２図に示すように、適当な材料で構成
した立体構成の基板ホルダ、７は第２図に示すよ
うに、この基板ホルダ６の４つの側面に一枚ずつ
装着した被成長用基板、８，９および１０はそれ
ぞれバルブである。

なお、説明の便宜上、真空系および制御系など
は図示してないが、設けられていることはもちろ
んである。

次に、上記構成による分子線エピタキシヤル成
長装置によつて分子線エピタキシヤル成長が行な
われる手順について説明する。

まず、バルブ８および９を閉じると共にバルブ
１０を開き、被成長用基板７を装着した基板ホル
ダ６を基板準備室３に入れる。次にバルブ１０を
閉じると共にバルブ９を開き、真空ポンプ１によ
り、この基板準備室３の真空度が成長室２の真空
度と同程度になるまで排気する。次に、バルブ９
を閉じると共にバルブ８を開き、被成長用基板７
を装着した基板ホルダ６を成長室２に入れる。そ
して、分子線源４を駆動すると、分子線５が被成
長用基板７上に照射される。このため、この被成
長用基板７上にはこの分子線５を構成する物質が
エピタキシヤル成長する。そして、この分子線エ
ピタキシヤル成長が終了すると、この基板ホルダ
６を基板準備室３に戻したのち、バルブ８を閉じ
ると共にバルブ１０を開き、基板ホルダ６を外に
取り出す。このような動作を多数回繰り返すこと
により、多数枚の分子線エピタキシヤル成長を行
うことができる。

しかしながら、従来の分子線エピタキシヤル成
長装置では一度に成長室２内に装荷できる被成長
用基板７の枚数は最高４枚に限られる。そのた
め、大量生産を目的とした多数枚の被成長用基板
７上に分子線エピタキシヤル成長するには多数回
に分けて、この被成長用基板７を成長室２内に装
荷しなければならない。この場合、被成長用基板
７を成長室２へ装荷するたびに、基板準備室３の
真空排気、バルブ８および１０の開閉をしなけれ
ばならず、全ての被成長用基板７をエピタキシヤ
ル成長するには長時間を要する。しかも、バルブ
８および１０の開閉に伴なう基板準備室３中の不
純物が成長室２に混入し、エピタキシヤル成長膜
の純度を低下させるなどの欠点があつた。

したがつて、この発明の目的は被成長用基板を
一枚一枚連続して分子線エピタキシヤル成長を行
なうことができるため、大量生産ができ、しかも
エピタキシヤル成長膜を高純度に保つことができ
る分子線エピタキシヤル成長装置を提供するもの
である。

このような目的を達成するため、この発明は分
子線エピタキシヤル成長すべき被分子線エピタキ
シヤル成長用基板をそれぞれ支持すると共に基板
加熱用のヒータ線を設けた電極配線部をもつ基板
体と、この基板体を多数枚収納するカセツトと、
このカセツトを受け入れると共にこのカセツトを
外部から挿入するためのバルブとをもつ基板準備
室と、成長用基板導入室、分子線源から分子線が
照射される基板成長室および成長用基板体導出室
とをもつ成長室と、空のカセツトを装着すると共
にこのカセツトを外部に取り出すためのバルブを
もつ基板体収納室と、前記基板準備室と前記基板
体収納室との間にそれぞれ設けたバルブと、前記
成長用基板体導入室と前記基板成長室との境界に
設けられ、成長用基板導入室から基板成長室に前
記基板体が移動したことを検出する検出機構と、
この検出機構により前記基板体が前記成長用基板
体導入室から前記基板成長室に移動したことが検
出されたときに次の基板体を移動停止状態とし、
次の基板体の予備加熱が終了したときに移動停止
状態を解除するためのストツパと、磁石対を有
し、前記基板準備室および前記成長室の内部に移
動自在に設けられ、前記カセツトの先端を前記成
長用基板体導入室の所定位置に移動させると共
に、この所定位置にある前記カセツトに収納され
ている前記基板体を前記成長用基板体導入室を通
過して前記検出機構の位置に移動させるための押
し込み棒と、外部に設けられ、磁石対と磁気カツ
プリングして前記押し込み棒を外部から移動させ
るための外部磁石対と、前記成長室内に設けら
れ、前記基板体の電極配線部に接触して電流を供
給するための基板加熱前処理用電極と、外部の磁
気カツプリングにより駆動され、前記基板成長室
内に入つてきた前記被分子線エピタキシヤル成長
用基板の表面を前記分子線源に正対するように回
転させる基板回転機構とを備えるものであり、以
下実施例を用いて詳細に説明する。

第３図はこの発明に係る分子線エピタキシヤル
成長装置の一実施例を示す概略構成図である。同
図において、１１はその詳細を第４図に示すよう
に、モリブデンなどの材質で作られた基板ホルダ
１２に被成長用基板７を装着し、しかも第５図に
示す電極配線部１３をもつてユニツト化した基板
体、１４はこの基板体１１を多数枚収納するた
め、第６図ａ、第６図ｂおよび第６図ｃに示すよ
うに構成したカセツト、１５はその詳細な構成を
第７図に示すように成長室２の成長用基板体導入
室、１６はこの成長室２内の基板成長室、１７は
この成長室２内の成長用基板体導出室、１８およ
び１９はバルブ、２０は空のカセツト１４を収納
する基板体収納室、２１はその詳細な構成を第８
図に示すように、成長用基板体導入室１５と基板
成長室１６との境界に設けた検出機構、２２は第
９図および第１０図に示すようにコ字形をした成
長台、２３はその詳細を第１０図に示す基板体回
転機構である。

なお、前記基板準備室３および成長室２内の成
長用基板体導入室１５、基板成長室１６および成
長用基板体導出室７は成長室２と同程度の真空度
まで真空排気される。また、基板体収納室２０お
よび成長用基板体導出室１７は入つてきた基板体
１１が自重ですべり、基板体収納室２０の空のカ
セツト１４に収納されるように傾斜している。ま
た、第４図および第５図に示す基板体１１におい
て、１１ａおよび１１ｂはこの基板体１１の輸送
を滑らかにするため、基板ホルダ１２の上部およ
び下部にそれぞれ２個づつ形成した上部突起およ
び下部突起、１１ｃはこの基板体１１をカセツト
１４に詰めたときに、被成長用基板７の表面が隣
接する基板ホルダ１２と衝突しないようにするた
め、この被成長用基板７の表面より高く出ている
衝突防止用突起、１１ｄは被成長用基板７を一枚
一枚エピタキシヤル成長するため、基板成長室１
６には常に一枚の基板体１１しか入らないよう
に、基板ホルダ１２が通過して、基板成長室１６
に入るのを確認するため、基板ホルダ１２の上部
表面に設けた基板体通過確認用電極接触面（以下
単に確認用接触面と言う）である。なお、この基
板体１１はカセツト１４の開口１４ｃ（第６図ｃ
参照）の開口方向に被成長用基板７表面が向くよ
うに、カセツト１４に詰められ、しかも、成長室
２にカセツト１４の開口１４ｃが向くように、こ
のカセツト１４を基板準備室３に組み込む。ま
た、第５図に示す電極配線部１３において、２４
は内部に設けたヒータ線、２５ａおよび２５ｂは
前記基板体１１の突起１１ａに設けた基板加熱用
電極、２６はこのヒータ線２４および基板加熱用
電極２５を絶縁するための絶縁物である。また、
第６図ａ、第６図ｂおよび第６図ｃに示すカセツ
ト１４において、１４ａおよび１４ｂはそれぞれ
基板ホルダ１２の上部突起１１ａおよび下部突起
１１ｂを誘導する誘導溝、１４ｃは基板体１１が
移動するための開口、１４ｄは押し込み棒（第７
図参照）を挿入するためのピン溝１４ｅおよび１
４ｆをもつ透孔である。また、第７図において、
２７はピン２７ａ付きの押し込み棒、２８はこの
押し込み棒２７の終端に設けた磁石対、２９はこ
の押し込み棒２７を外部から回転および移動させ
るため、この磁石対２８と磁気カツプリングする
外部磁石対である。なお、この第７図では説明の
便宜上、基板体１１は一枚のみ図示する。また、
第８図に示す検出機構２１において、３０は基板
体１１が成長用基板体導入室１５か基板成長室１
６に入るとき、２枚以上の基板体１１が一度に基
板成長室１６に入らないようにするストツパ、３
１はこのストツパ３０を作動させるため、基板体
１１が成長用基板体導入室１５と基板成長室１６
の境界面を通過したことを確認するための基板体
通過確認用電極、３２は基板体１１の被成長用基
板７を加熱前処理するための基板加熱前処理用電
極である。また、第１０図に示す基板体回転機構
２３において、３３は成長台２２の開口辺に設け
たＬ字突手、３４はこのＬ字突手３３を図示せぬ
磁気カツプリングを用いて成長室２外から矢印方
向に回転駆動される駆動アームである。なお、第
３図では第１図と同様に、真空系および制御系な
どは図示してないが、設けられることはもちろん
である。

次に、上記構成による分子線エピタキシヤル成
長装置の動作について第４図〜第１２図を参照し
て説明する。

まず、被成長用基板７を第４図に示すように基
板ホルダ１２に装着し基板体１１を作る。そし
て、この基板体１１の上部突起１１ａおよび下部
突起１１ｂを第６図ａ〜第６図ｃに示すカセツト
１４の誘導溝１４ａおよび１４ｂにはめ込む。こ
のようにして、多数枚の基板体１１をカセツト１
４に装着する。そして、この基板体１１を収納し
たカセツト１４を第３図に示すように基板準備室
３にセツトする。一方、基板体収納室２０に空の
カセツト１４をセツトする。次に、バルブ８を開
き、基板体１１を収納したカセツト１４の先端を
成長用基板体導入室１５の所定位置１５ａ（第１
１図参照）に移動させると共に、バルブ１８を開
き、空のカセツト１４の先端を成長用基板体導出
室１７の所定位置１７ａ（第１１図参照）に移動
させる。このカセツト１４の移動は第７図に示す
ように、外部磁石対２９を動かすと、磁気カツプ
リングした磁石対２８も動かされるため、押し込
み棒２７が移動する。この押し込み棒２７の移動
により、基板体１１を収納したカセツト１４が成
長用基板体導入室１５の所定位置１５ａ（第７図
および第１１図参照）に移動する。そして、外部
磁石対２９を回転すると、磁気カツプリングした
磁石対２８も回転するため、押し込み棒２７も回
転し、そのピン２７ａとカセツト１４のピン溝１
４ｅおよび１４ｆとが合わさる。そして、外部磁
石対２９を再び移動すると、磁気カツプリングし
た磁石対２８を介して押し込み棒２７がカセツト
１４内に挿入されて、基板体１１を第７図に示す
ように動かして、成長用基板体導入室１５に入れ
る。一方、空のカセツト１４も同様に動かして、
第１１図に示すように、成長用基板体導出室１７
の所定位置１７ａにセツトする。次に、この成長
用基板体導入室１５を通して押し込まれた基板体
１１は第８図に示すように、検出機構２１のスト
ツパ３０によつて成長用基板体導入室１５と基板
成長室１６の境界に止まる。そして、この基板体
１１の上部突起にある基板加熱用電極２５ａおよ
び２５ｂにバネ状になつた基板加熱前処理用電極
３２がそれぞれ接触する。このため、基板体１１
内部のヒータ線２４（第５図参照）に電流が流れ
るため、この基板体１１上に装着した被成長用基
板７の加熱前処理が行なわれる。次に、ストツパ
３０をはずし、この基板体１１を基板成長室１６
内へ押し進めるとき、一対の基板体通過確認用電
極３１が基板体１１の確認用接触面１１ｄに接触
し、この基板体通過確認用電極３１間に電流が流
れる。そして、この基板体通過確認用電極３１が
確認用接触面１１ｄより離れると、この電流が遮
断され、ストツパ３０が作動し、次に押し込まれ
る基板体１１が基板成長室１６に入るのを阻止す
る。そして基板成長室１６内に入つた基板体１１
は第９図あるいは第１２図に示すように、誘導溝
１４ａおよび１４ｂにより90度回転して、成長台
２２上に装着し、その被成長用基板７の表面が分
子線源４に正対する。そして、この分子線源４か
ら放射される分子線５が被成長用基板７に照射さ
れ、分子線５を構成する物質がエピタキシヤル成
長する。そして、このエピタキシヤル成長した被
成長用基板７を装着した基板体１１は成長用基板
体導出室１７に移動するが、第１０図に示すよう
に、図示せぬ磁気カツプリングを用いて、成長室
２の外から駆動アーム３４を駆動し、Ｌ字突手３
３を矢印方向に回転する。このため、この基板体
１１は第１２図に示すように、基板成長室１６の
誘導溝３５により、矢印方向に再び90度回転し
て、成長用基板体導出室１７にすべり落ちる。な
お、このＬ字突手３３は逆回転して、成長台２２
と同一平面にもどされる。そして、基板体１１は
空のカセツト１４に収納される。一方、基板体１
１の２回の回転動作を滑らかに、かつ正確に行な
えるように、成長用基板体導入室１５の誘導溝１
４ａ，１４ｂと成長用基板体導出室１７の誘導溝
１４ａ，１４ｂとは異なり、基板成長室１６の誘
導溝３５は曲線を描いて互いに交わつている（第
１２図参照）。上記手順を繰り返すことにより、
カセツト１４にセツトされていた基板体１１の被
成長用基板７上へのエピタキシヤル成長が一枚一
枚連続して完了し、この完了した基板体１１はす
べて空のカセツト１４に収納される。そして、図
示せぬ押し込み棒のピンがこのカセツト１４のピ
ン溝１４ｅおよび１４ｆに入らないようにして、
この図示せぬ押し込み棒を引き戻すことにより、
完了した基板体１１を収納したカセツト１４をひ
つかけて、基板体収納室２０に戻す。そして、バ
ルブ１８を閉じると共にバルブ１９を開いて、こ
のカセツト１４を外部に取り出すことができる。

なお、カセツト１４の容量は基板準備室３の大
きさにより制限されるが、この基板準備室３を長
くし、カセツト１４の容量を大きくすることがで
きることはもちろんである。また、基板ホルダ１
２の上部突起１１ａおよび下部突起１１ｂ、誘導
溝１４ａおよび１４ｂ、衝突防止用突起１１ｃの
個数および形状はこれに限定せず、任意に定めら
れることはもちろんである。また、押し込み棒２
７の動作機構は磁気カツプリングを使用したが、
これに限定せず、任意の形式が用いられることは
もちろんである。また、成長用基板体導出室１７
および基板体収納室２０の傾斜は水平に対し１度
〜90度の範囲で任意に定めてよいことはもちろん
である。また、成長用基板体導入室１５から基板
成長室１６へ入つた基板体１１の回転を90度とし
たが、分子線源４に正対すれば任意の角度でよい
ことはもちろんである。

以上、詳細に説明したように、この発明に係る
分子線エピタキシヤル成長装置によれば多数の基
板体を収納したカセツトを基板準備室から成長用
基板体導入室に移動させ、この成長用基板体導入
室から基板成長室に基板体単位で基板体を移動さ
せ、基板体に支持された被成長用基板に分子線エ
ピタキシヤル成長をなさしめ、この後に基板体単
位で基板体を別のカセツトに収納することによ
り、被成長用基板を一枚一枚連続して分子線エピ
タキシヤル成長させることができるため、大量生
産が可能となり、しかも、被成長用基板に形成さ
れた分子線エピタキシヤル成長膜を高純度に保つ
ことができる。

また、カセツトおよび基板体を移動させる押し
込み棒と、被成長用基板の表面を分子線源に正対
させるように基板体を回転させる基板回転機構と
は、外部と磁気カツプリングした磁石対によつて
駆動されるため、基板準備室、成長室、および基
板収納室において発塵する恐れがなく、前述と同
様に被成長用基板に形成される分子線エピタキシ
ヤル成長膜を高純度に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分子線エピタキシヤル成長装置
を示す概略構成図、第２図は第１図の被分子線エ
ピタキシヤル成長用基板を装着した基板ホルダを
示す斜視図、第３図はこの発明に係る分子線エピ
タキシヤル成長装置の一実施例を示す概略構成
図、第４図および第５図は第３図の基板体を示す
斜視図およびその電極配線部を示す断面図、第６
図ａ、第６図ｂおよび第６図ｃは第３図に示すカ
セツトの左側面図、断面図および右側面図、第７
図は第３図におけるカセツト装荷時の基板準備室
と成長用基板体導入室の関係を説明するための
図、第８図は第３図の検出機構を示す斜視図、第
９図は第３図の成長用基板体導入室および基板成
長室における基板体の状態を示す斜視図、第１０
図は第３図の基板体回転機構を示す斜視図、第１
１図は第３図の動作を説明するための平面図、第
１２図は第３図の成長用基板体導入室、基板成長
室および成長用基板体導出室を示す断面図であ
る。 １……真空ポンプ、２……成長室、３……基板
準備室、４……分子線源、５……分子線、６……
基板ホルダ、７……被分子線エピタキシヤル成長
用基板、８，９および１０……バルブ、１１……
基板体、１２……基板ホルダ、１３……電極配線
部、１４……カセツト、１５……成長用基板体導
入室、１６……基板成長室、１７……成長用基板
体導出室、１８および１９……バルブ、２０……
基板体収納室、２１……検出機構、２２……成長
台、２３……基板体回転機構、２４……ヒータ
線、２５ａおよび２５ｂ……基板加熱用電極、２
６……絶縁物、２７……押し込み棒、２７ａ……
ピン、２８……磁石対、２９……外部磁石対、３
０……ストツパ、３１……基板体通過確認用電
極、３２……基板加熱前処理用電極、３３……Ｌ
字突手、３４……駆動アーム。なお、図中、同一
符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分子線エピタキシヤル成長すべき被分子線エ
   ピタキシヤル成長用基板をそれぞれ支持すると共
   に基板加熱用のヒータ線を設けた電極配線部をも
   つ基板体と、 この基板体を多数枚収納するカセツトと、 このカセツトを受け入れると共にこのカセツト
   を外部から挿入するためのバルブとをもつ基板準
   備室と、 成長用基板導入室、分子線源から分子線が照射
   される基板成長室および成長用基板体導出室とを
   もつ成長室と、 空のカセツトを装着すると共にこのカセツトを
   外部に取り出すためのバルブをもつ基板体収納室
   と、 前記基板準備室と前記基板体収納室との間にそ
   れぞれ設けたバルブと、 前記成長用基板体導入室と前記基板成長室との
   境界に設けられ、成長用基板導入室から基板成長
   室に前記基板体が移動したことを検出する検出機
   構と、 この検出機構により前記基板体が前記成長用基
   板体導入室から前記基板成長室に移動したことが
   検出されたときに次の基板体を移動停止状態と
   し、次の基板体の予備加熱が終了したときに移動
   停止状態を解除するためのストツパと、 磁石対を有し、前記基板準備室および前記成長
   室の内部に移動自在に設けられ、前記カセツトの
   先端を前記成長用基板体導入室の所定位置に移動
   させると共に、この所定位置にある前記カセツト
   に収納されている前記基板体を前記成長用基板体
   導入室を通過して前記検出機構の位置に移動させ
   るための押し込み棒と、 外部に設けられ、磁石対と磁気カツプリングし
   て前記押し込み棒を外部から移動させるための外
   部磁石対と、 前記成長室内に設けられ、前記基板体の電極配
   線部に接触して電流を供給するための基板加熱前
   処理用電極と、 外部の磁気カツプリングにより駆動され、前記
   基板成長室内に入つてきた前記被分子線エピタキ
   シヤル成長用基板の表面を前記分子線源に正対す
   るように回転させる基板回転機構と を備えたことを特徴とする分子線エピタキシヤル
   成長装置。