JPH034516A - 分子線源 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超格子等の半導体多層薄膜構造の結晶を成長す
る分子線エピタキシャル装置の分子線源に関する。

（従来の技術） 分子線二ピタキシャル成長法Ｃ以下ＭＢＥ法と略記する
）は、真空容器内で分子ｇ源から射出した分子線を半導
体基板に照射して半導体結晶膜を成長する技術である６ ＭＢＥ法で成長した多層薄膜構造の結晶（−層あたりの
膜厚は数人から数百人）を用いることにより優れた特性
の半導体素子を製作することができる。

このような半導体結晶を製作するためには、結晶の成長
速度及び膜厚を所望の値に精密に制御する必要がある。

従来の分子線源を配置した分子線エピタキシャル成長装
置（以下ＨＢＥ装置と略記する）の−例を第３図に示し
た断面図によって説明する真空容器１０１内に゛は、−
例としてＧａおよびＡｓの分子線源１０２ａ、　１０２
ｂが設置され、前記分子線源肋、肋に対向する位置には
、半導体基板の例えばＧａＡｓ基板１０３を保持した半
導体基板ホルダ１０４が設けられている。

前記分子線源■ハ、胆並は、分子線材料のＧａ１０５ａ
、　Ａｓ　１０５ｂを入れた各るつぼｌ０６ａ、　１０
６ｂと、前記分子線材料を加熱するための各ヒータ　１
０７ａ。

１０７ｂと、熱効率を向上させるための例えば阿０の熱
反射板１０８ａ、　１０８ｂと、温度制御のための熱電
対１０９ａ、　１０９ｂと、分子線を遮断するための板
状のシャッタ１１０ａ、　１１０ｂおよびこれらのシャ
ッタを回転させるシャッタ回転軸１１１ａおよび１１１
ｂで構成されている。前記シャッタ板１１０ａ、　１１
０ｂは、前記各るつぼ１０６ａ、　１０６ｂの分子線射
出口（開口部）　１１６ａ。

１１６ｂにこれらの分子線射出口（開口面）と平行に配
置されている。

上記のＭＢＥ装置での成長速度及び膜厚の制御は次の手
順で行なわれる。まず、この成長に先立ち試験的な結晶
成長を行なう。結晶成長後結晶を装置から取り出し、結
晶をへき関し、その断面にステンエッチングを施し成長
層境界線を見易くした後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
を用いて膜厚を測定し、その膜厚と成長時間から成長速
度を平均的に算出、決定する。その成長速度を基に、こ
れから成長を行おうとする結晶の膜厚に対応する成長時
間を計算し、シャツタ板の開閉により所望の膜厚の結晶
を成長する。

上記のようなシャツタ板を有する分子線源においてシャ
ツタ板を開いた直後からの分子線強度の時間変化の一例
を第４図に示す。分子線強度が一定値となるまでに約３
分を要している。この原因は、前記シャツタ板を閉じて
いる状態ではシャツタ板からの熱輻射の反射により、分
子線材料表面の温度が上昇するために、シャッタ開放直
後の分子線強度が増加し、その後るつぼ内が熱平衡に達
するまでにある時間を有することによる。

従って叙上の成長方法で説明したように、平均的な成長
速度を基に膜厚を制御する場合は、設定した膜厚と実際
に成長した膜厚との間に誤差が生ずる。特に超格子薄膜
等微細な構造を有する結晶を成長する場合は精密な膜厚
制御を行うのが困難となる。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べたようにシャツタ板をるつぼの分子線射出口（
開口面）と平行に配置したＭＢＥ装置では、前記シャツ
タ板開放直後に分子線強度が変動するため、膜厚の精密
な制御を行うのが困難である。

本発明は上記の欠点を除去すべくなされたもので、微細
な構造を持つ結晶の成長を制御性良く行ない得るシャッ
タ構造を有する分子線源を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明にかかる分子線源は、真空容器内に分子線源のる
つぼから射出した分子線をシャッタ機構により断続させ
て半導体基板に照射しこの半導体基板の半導体結晶膜を
成長させる分子線エピタキシャル成長装置の分子線源に
おいて、シャッタが屈曲された管型で、その一方の開端
の中心軸を除く部位を回転軸とする回転によりこの開端
が前記るつぼの分子線射出口に対向することを特徴とす
る。

（作　用） 本発明は分子線源において、分子線源のるつぼから半導
体基板に至る分子線を断続させるシャッタを屈曲された
管型に形成し、シャッタによる閉止時に、るつぼの分子
線射出口（開口面）に一方の開端を対向させ、他方の開
端ば半導体基板と異なる方向に指向させてこの半導体基
板に分子線が入射しないように構成した。かかる構成に
より、シャッタによる熱輻射で分子線材料表面の温度上
昇を低減させることができる。これにより、従来問題で
あったシャッタ開放直後の分子線強度の変動を抑えるこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例につき図面を参照（２゜で説明
する。なお、説明において、従来と変わらない部分につ
いては図面に従来と同じ符号を付けて示し、説明を省略
する。

第１図に本発明にかかる分子線源を備える分子線エピタ
キシャル成長装置によりＧａＡｓをエピタキシャル成長
する場合の該装置の要部を断面図で示す。

第１図に示すように、分子線源１０ａ、　１０ｂの改良
された点は、分子線材料のＧａ　１０５ａを入れたるっ
ぽ１０６０と、Ａｓ　１０５ｂを入れたるつぼ１０６ｂ
の各分子線射出口（開口面）　１ｉ６ａ、　１１６ｂの
直前にシャツタ＋１．ａ、　ｌｌｂがシャッタ回転軸１
２ａ、　１２ｂに取付されて配置されている。これらの
シャッタＩｌａ、　Ｉｌｂはいずれも一例として材質は
Ｍｏで、その形状は屈曲された管型になり、その一方の
開端２１ａ、　２１ｂの中心軸Ｘａ、　Ｘｂを除く部位
にシャッタ回転軸１２ａ、　１２ｂが取付され、回転軸
の回転によって一方の開端２１ａ。

２１ｂがるつぼ１０６ａ、　１０６ｂの各分子線射出口
（開口面）に対向し、他方の開端３１ａ、　３１ｂはシ
ャッタ内−を通る分子線が基板へ入射しない方向へ指向
され机 次に上述の分子線の機能について説明する。

シャッタｆｌａ、　１１．ｂが閉じた状態では、分子線
材料１０５ａ、　１０５ｂからの蒸発分子はるつぼ１０
６ａ、　１０６ｂの分子線射出口（開口部）　１１６ａ
、　１］、６ｂを経てシャッタｌｌａ、　ｌｌｂの開端
２Ｌａ、　２１ｂより内部に入り、シャッタ内を通過し
て真空容器内に射出される。このときシャッタＩｌａ、
　Ｉｌｂは屈曲されているため、ＧａＡｓ基板１０３に
は到達しない、更にシャッタ１】ａ。

１　］、ｂが管型であるためシャッタからの熱輻射によ
る分子線材料表面の温度上昇は抑えられている。

したがってシャッタｌｌａ、　Ｉｌｂを開放した場合、
るっぽ１０６ａ、　１０６ｂ内の蒸気圧は閉じた状態の
時に比へてほとんど変化しないので、第２図に示すよう
に、開放直後の分子線強度の変動が大幅に減少される。

なお、管型のシャッタ形状は、上述の実施例第１図に示
したものに限定されるものではなく、方の開口部がるつ
ぼの分子線射出口に、他の一方の開口部は分子線が基板
へ到達しないような方向へ向けられておれば、他の形状
であっても構わないことは上述の説明から明らかであろ
う。

また、本実施例ではＧａＡｓの場合について述べたが、
ＡＱＧａＡｓ等の他の結晶成長についても適用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、シャッタ開放直後の
分子線強度の変動を抑えることができ、微細な構造をを
持つ半導体結晶の膜厚を精密に制御できる分子線源を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するためのＭＢＥ装置
の要部の断面図、第２図は第１図に示される実施例にお
いて測定されたシャッタ開放直後の分子線強度の時間変
化の一例を示す線図、第３図は従来のＭＢＥ装置の要部
の断面図、第４図は第３図に示される例において測定さ
れたシャッタ開放直後の分子線強度の時間変化の一例を
示す線図である。 １０ａ、　１０ｂ・・・分子線源　　１１ａ、　Ｉ］、
ｂ・・・シャッタ２１ａ、　２１ｂ・・・シャッタの一
方のＧ［、Ｘａ、　Ｘｂ・・・シャンター　方の開端の
中心軸＋０６ａ、　１０６ｂ−るつぼ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空容器内に、分子線源のるつぼから射出した分子線を
   シャッタ機構により断続させて半導体基板に照射しこの
   半導体基板に半導体結晶膜を成長させる分子線エピタキ
   シャル成長装置の分子線源において、シャッタが屈曲さ
   れた管型で、その一方の開端の中心軸を除く部位を回転
   軸とする回転によりこの開端が前記るつぼの分子線射出
   口に対向することを特徴とする分子線源。