JPH0350131A - 分子線エピタキシ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分子線エピタキシ装置の改良に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

分子線エピタキシ装置は、急峻な界面及び高度な膜厚制
御性を要求される半導体素子用エピタキシャル装置とし
て重要視されており、従来の分子線エピタキシ装置とし
て第３図に示すものがあった０図において、分子線エピ
タキシ装置は、反応室であるベルジャ１２と、これの内
部に収容された、分子線源るつぼ１．基板２を昇温加熱
するための基板ホルダー３．及び不純物ガスを吸着させ
るための液体窒素冷却トラップ４ａ、４ｂと、上記ベル
ジャ１２に接続された、真空排気系５．リークバルブ６
、及び基板移送用ゲートバルブ７ａとを備えている。ま
た上記分子線源るつぼ１は加熱用ヒータ８．熱電対９及
び熱放射板１０ａを備え、該るつぼ１内を所望の温度に
制御できる構造になっている。またこの分子線源るつぼ
１にはるつぼフランジ１１が取り付けられており、この
るつぼフランジ１１はベルジャ１２に固着されたるつぼ
用ポートフランジ１３に着脱可能に取付られている。

上記従来の分子線エピタキシ装置において、分子線源材
料１４を分子線源るつぼ１に充填する場合は、リークバ
ルブ６から窒素ガスをベルジャ１２内に導入して真空を
破り、分子線源るつぼ１を、るつぼフランジ１１をるつ
ぼ用ポートフランジ１３から取り外すことにより大気中
に取り出し、大気中で分子線源材料１４を分子線源るつ
ぼ１内に充填していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の分子線エピタキシ装置は以上のように構成されて
いるため、以下の欠点があった。

（１）真空を破ることにより、分子線源るつぼ１゜基板
ホルダー３．液体窒素冷却トラップ４ａ、４ｂ等の構成
部材が汚染され、エピタキシャル膜の結晶性及び再現性
に悪影響を及ぼす。

（ＩＦ）真空を破った後再び結晶成長開始までに必要な
工程、即ちベルジャ１２のベーキング、分子線源るつぼ
１及び分子線源材料１４の真空熱処理等の工程により、
約−週間の成長準備期間を必要とするため、生産能率が
低い。

（ＩＩＩ）分子線源材料１４の大気中での汚染物質は真
空熱処理だけでは完全には除去されず、この問題は特に
■族元素の酸化物において顕著であり、さらに熱処理中
の不純物ガスが成長を行なうチャンバー内に放出され、
これらはエピタキシャル膜の結晶性を悪（するとともに
エピタキシャル膜の表面の欠陥の原因ともなる。

本発明はこのような従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、成長室内を大気にさらすことなくエピタキ
シャル成長ができ、エピタキシャル膜の再現性、生産能
率を向上でき、かつ該エピタキシャル膜の品質を大きく
向上できる分子線エピタキシ装置を提供することを目的
としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、分子線エピタキシ装置において、真空熱処理
もしくは水素雰囲気内での熱処理により高純度化した分
子線源材料をエアーロック方式により大気にさらすこと
な（分子線源るつぼに充填する分子線源材料処理装置を
設けたものである。

〔作用〕

本発明に係る分子線エピタキシ装置では、分子線源材料
は、分子線源材料を高純度化するための専用装置もしく
は反応室と別に設けられた分子線源供給装置内において
予め高純度化され、しかる後大気に触れることなく反応
室内の分子線源るつぼ内に充填される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を分子線源材料としてＧａを例
に取り図を用いて説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す。

図において、第３図と同一符号は同−又は相当部分を示
し、３０は分子線源供給装置であり、これの密閉容器で
ある分子線源処理室１６はゲート弁７ｂを介してベルジ
ャ１２に接続されている。２０は真空排気バルブ、２１
は分子線源処理用るつぼ取り出しボート、１９は上記処
理室１６内に水素ガスを供給するためのガス供給装置で
あり、これは水素導入バルブ１９ａ、水素放出バルブ１
９ｂからなる。

、また上記分子線源処理室１６内には処理用るつぼ１５
と、このるつぼ１５に入れられた分子線源材料１４と熱
処理するためのＰＢＮ製昇温炉１７ａ、昇温ヒータ１７
ｂ、熱放射板１７ｃからなる加熱装置１７及び熱処理中
の放出ガスを吸着するための液体窒素トラップ４Ｃが配
設されている。

そして上記処理用るつぼ１５の底部には、小孔１５ａが
形成されており、これは上記分子線源材料１４が溶融し
た際にこれを上記分子線源るつぼ１内に落下させるため
のものである。

また２２ａは上記処理用るつぼ１５を移動する移動棒で
あり、これは内部磁石２２ｂと接続されており、またこ
の内部磁石２２ｂは外部磁石２２Ｃと磁気的に結合され
、外部磁石２２ｃを移動することにより処理用るつぼ１
５を移動するるつぼ挿入装置２２が構成されている。

次に動作について説明する。

まず分子線源材料を高純度化するには、取り出しボート
２１を開いて処理用るつぼ１５を取り出し、これに分子
線源材料１４であるＧａを充填し、この処理用るつぼ１
５を再び処理室１６中にセットする。そして真空バルブ
２０を開いて処理室１６を１０−’ｔｏｒｒ台の真空度
まで排気し、排気後昇温ヒータ１７ｂに電流を流して蒸
発源材料Ｇａが約９５０°Ｃになるまで昇温する。約１
時間経過後水素導入バルブ１９ａを開いて水素ガスを該
処理室１６内に導入し、これと同時に真空排気バルブ２
０を閉じる。そして分子線源処理室１６の水素ガス圧が
大気圧以上になった時に水素放出バルブ１９ｂを開く。

その後Ｇａの量に応じた、例えばＧａ１０ｇに対して２
４時間の熱処理を行なう。

所定時間経過後昇温ヒータ１７ｂへの通電をやめ蒸発源
材料Ｇａを冷却して固化させれば、これにより該分子線
源材料１４は高純度化されたこととなる。その後水素放
出パルプ１９ｂを閉じ、さらに水素導入パルプ１９ａを
も閉じ、再び真空排気バルブ２０を開いて分子線源処理
室１６を１Ｏ−９ｔｏｒｒ台まで排気する。

次に上記高純度化された分子線源材料１４を分子線源る
つぼ１内に充填するには、上記処理室１６内を排気後分
子線源移送用ゲートバルブ７ｂを開き、外部磁石２２ｃ
を操作することにより処理用るつぼ１５を分子線源るつ
ぼ１内に挿入する。

そして加熱用ヒータ１８を通電することにより分子線源
るつぼ１内の温度をＧａの融点以上に昇温する。すると
液化されたＧａは処理用るつぼ１５の底部に設けられた
小孔１５ａから落下し、分子線源るつぼ１内に充填され
る（第２図参照）、充填径外部磁石２２ｃを操作して処
理用るつぼ１５を分子線源処理室１６にもどし、分子線
源移送用ゲートパルプ７ｂを閉じると、これにより分子
線源材料の充填は完了したこととなる。

このように本実施例では、密閉された処理室工６におい
て分子線源材料を予め高純度化し、これを大気に触れる
ことなく分子線源るつぼ１内に供給するようにしたので
、以下の効果がある。

（Ｉ）ベルジャ１２内に大気が導入されることはなく、
従って該ベルジャ１２内の構成部材が汚染されるのを防
止でき、エピタキシャル膜の結晶性。

再現性に悪影響を及ぼすことはない。

（ｎ）結晶成長の再開までに必要な準備工程を大幅に削
減でき、生産能率を向上できる。

（ＩＩＩ）分子線源材料が大気汚染されることはなく、
またベルジャ１２内で熱処理する必要もなく、従って汚
染物質がベルジャ１２内に持ち込まれたり、不純物ガス
が該ベルジャ１２内に放出されたりすることはないので
、エピタキシャル膜の結晶性の低下１表面欠陥の発生を
防止できる。

なお、上記実施例では■族元素を例にとって説明したが
、本発明は上記■族元素に限らずすべての元素を使用で
き、■族以外の分子線源材料は分子線源るつぼ１内で溶
融することなく固体のまま充填されることとなる。

また、上記実施例では水素雰囲気中で熱処理したが、水
素処理を必要としない分子線源材料、例えばＡｓ、Ｐ等
においては、分子線源処理室１６で真空加熱により高純
度化すればよく、またその処理温度は分子線源材料の酸
化物を蒸発できる温度に設定すればよい。

また、予め高純度化された分子線源材料を分子線源処理
室１６中の処理用るつぼ１５に充填する場合には、分子
線源充填後、分子線源処理室１６を所定の真空度に排気
後、熱処理することなく直ちに分子線源るつぼ１に導入
してもよい。

さらにまた、本発明の考え方は分子線エピタキシに限ら
ず、真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング蒸着等
における蒸着源高純度化にも適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る分子線エピタキシ装置に
よれば、高純度化された分子線源材料を大気にさらすこ
となく充填する分子線源処理装置を設けたので、成長室
内を大気にさらすことのないエピタキシャル成長が可能
となり、エピタキシャル成長の再現性、量産性を向上で
き、かつ高品質で表面欠陥の少ないエピタキシャル膜を
製造することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による分子線エピタキシ装
置の断面図、第２図はその分子線源材料の分子線源るつ
ぼへの充填状態を示す図、第３図は従来の分子線エピタ
キシ装置の断面図である。 １・・・分子線源るつぼ、２・・・基板、７ｂ・・・ゲ
ート弁（開閉Ｍ）、１２・・・ベルジャ（反応室）、１
４・・・分子線源材料、１５・・・処理用るつぼ、１５
ａ・・・小孔、１６・・・分子線源処理室（密閉容器）
、１７・・・加熱装置、１９・・・雰囲気ガス供給装置
、２２・・・るつぼ挿入装置、３０・・・分子線源供給
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応室内で分子線源るつぼからの分子線物質を基
   板上に結晶成長させる分子線エピタキシ装置において、 上記基板を上記反応室へ搬送するためのボートと、 上記反応室とゲート弁を介して接続された密閉容器、 該密閉容器内に配設され、上記分子線源材料を収容し溶
   解して分子線源るつぼ内に落下させる必要のある分子線
   源材料に対する小孔をその底部に有する処理用るつぼ、 上記密閉容器内に水素ガスを供給する雰囲気ガス供給装
   置、 上記密閉容器内に設けられ上記処理用るつぼを加熱する
   加熱装置、 上記ゲート弁を開けて上記処理用るつぼを上記分子線源
   るつぼ内に挿入するるつぼ挿入装置からなり、 分子線源材料および上記反応室内を大気にさらすことな
   く上記分子線源るつぼ内に供給する分子線源供給装置と
   を備えたことを特徴とする分子線エピタキシ装置。