JPH0352435B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0352435B2 JPH0352435B2 JP11355487A JP11355487A JPH0352435B2 JP H0352435 B2 JPH0352435 B2 JP H0352435B2 JP 11355487 A JP11355487 A JP 11355487A JP 11355487 A JP11355487 A JP 11355487A JP H0352435 B2 JPH0352435 B2 JP H0352435B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molecular beam
- beam source
- crucible
- source cell
- mbe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［概要］
分子線エピタキシヤル成長装置に配置する分子
線源セルを、筒状の主るつぼ（坩堝）の開口部
に、ヒータを内蔵した逆円錐状のガイド筒を付設
した構造にする。
線源セルを、筒状の主るつぼ（坩堝）の開口部
に、ヒータを内蔵した逆円錐状のガイド筒を付設
した構造にする。
そうすれば、成長層の表面欠陥が減少して、且
つ、安定に結晶層が成長できる。
つ、安定に結晶層が成長できる。
［産業上の利用分野］
本発明は分子線エピタキシヤル成長装置に係
り、特に分子線源を蓄えたセル（容器）の構造に
関する。
り、特に分子線源を蓄えたセル（容器）の構造に
関する。
周知のように、半導体装置を製造する際、結晶
基板に沿つて半導体膜をエピタキシヤル成長する
エピタキシー法が知られており、これは半導体製
造の最も基礎的な技術である。
基板に沿つて半導体膜をエピタキシヤル成長する
エピタキシー法が知られており、これは半導体製
造の最も基礎的な技術である。
このようなエピタキシー法において、最近、分
子線エピタキシー（MBE；Molecular Beam
Epitaxy）法が開発されており、この分子線エピ
タキシー法は高真空下（10-9Torr以下）で成長
する方法で、清浄な結晶基板面が維持できるため
に、低温度でのエピタキシヤル成長が可能で、且
つ、膜厚を数10Å程度の単原子レベルで精密な制
御ができるという特徴のある方法である。
子線エピタキシー（MBE；Molecular Beam
Epitaxy）法が開発されており、この分子線エピ
タキシー法は高真空下（10-9Torr以下）で成長
する方法で、清浄な結晶基板面が維持できるため
に、低温度でのエピタキシヤル成長が可能で、且
つ、膜厚を数10Å程度の単原子レベルで精密な制
御ができるという特徴のある方法である。
更に、MBE法は、各種元素あるいは化合物元
素のヘテロ接合が容易に得られるという利点があ
り、GaAsなどの化合物半導体デバイスの急峻な
接合構造の形成に最適な方法とされている。
素のヘテロ接合が容易に得られるという利点があ
り、GaAsなどの化合物半導体デバイスの急峻な
接合構造の形成に最適な方法とされている。
このように利点の多いMBE法ではあるが、成
長速度の不安定性や表面欠陥が生じ易い問題があ
り、その対策が強く望まれている。
長速度の不安定性や表面欠陥が生じ易い問題があ
り、その対策が強く望まれている。
［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］
第２図は分子線エピタキシヤル成長（MBE）
装置全体の要部概要図を示しており、１は高真空
処理容器、２は被成長基板（ウエハー）、３は分
子線源セル、４は冷却隔壁（液体窒素シユラウ
ド）、５はシヤツター、６は真空排気口である。
装置全体の要部概要図を示しており、１は高真空
処理容器、２は被成長基板（ウエハー）、３は分
子線源セル、４は冷却隔壁（液体窒素シユラウ
ド）、５はシヤツター、６は真空排気口である。
このようなMBE装置を用いて、被成長基板２
に分子線エピタキシヤル成長を行なう場合、所望
の分子線源を蓄えた分子線源セル３の上のシヤツ
ター５を開けて、加熱ヒータで溶融させた分子線
源から分子線を放射させ、被成長基板上にエピタ
キシヤル成長させる。図のように、一つの被成長
基板２に対して多数のセルが設けられているが、
それは例えば、GaAs基板に対して種々の組成の
結晶層を成長し、更に、複数の結晶層を接合して
次々に成長するためで、それにはシヤツターの開
閉によつて切り換えがおこなわれる。
に分子線エピタキシヤル成長を行なう場合、所望
の分子線源を蓄えた分子線源セル３の上のシヤツ
ター５を開けて、加熱ヒータで溶融させた分子線
源から分子線を放射させ、被成長基板上にエピタ
キシヤル成長させる。図のように、一つの被成長
基板２に対して多数のセルが設けられているが、
それは例えば、GaAs基板に対して種々の組成の
結晶層を成長し、更に、複数の結晶層を接合して
次々に成長するためで、それにはシヤツターの開
閉によつて切り換えがおこなわれる。
このようなMBE装置のうちの、分子線源セル
の断面図を第３図に示しており、通常、分子線源
セルは焼結窒化硼素（PBN）材からなるホーン
状（角状）のるつぼ（クルーシブル；crucible）
１１と、るつぼの周囲に配置したカンタル巻線の
ヒータ１２とで構成され、るつぼ内の分子線源
（ソース材料）を加熱溶融し気化させて分子線を
発生している。なお、Ｓはソース材料の任意の表
面位置を示し、Ｔは温度測定用の熱電対である。
の断面図を第３図に示しており、通常、分子線源
セルは焼結窒化硼素（PBN）材からなるホーン
状（角状）のるつぼ（クルーシブル；crucible）
１１と、るつぼの周囲に配置したカンタル巻線の
ヒータ１２とで構成され、るつぼ内の分子線源
（ソース材料）を加熱溶融し気化させて分子線を
発生している。なお、Ｓはソース材料の任意の表
面位置を示し、Ｔは温度測定用の熱電対である。
また、第４図はMBE装置における分子線源セ
ルと被成長基板との相対位置を図示している。図
のように、分子線源セルの中心は被成長基板の中
心に向つており、この位置関係によつて被成長基
板面に成長する膜厚の均一な領域の直径Ｄが決定
される。すなわち、直径Ｄは Ｄ＝ｋ（Ａ＋2Ltanθ0）／cosθ なる関係式で表わされ（特開昭59−211225号参
照）、ここに ｋ；比例定数，Ｌ；セルと基板との距離， θ；分子線中心と基板との角度， Ａ；セルの開口径，θ0；セルの開口角 であるが、従来よりこの式を参照して、MBE装
置の設計がおこなわれている。
ルと被成長基板との相対位置を図示している。図
のように、分子線源セルの中心は被成長基板の中
心に向つており、この位置関係によつて被成長基
板面に成長する膜厚の均一な領域の直径Ｄが決定
される。すなわち、直径Ｄは Ｄ＝ｋ（Ａ＋2Ltanθ0）／cosθ なる関係式で表わされ（特開昭59−211225号参
照）、ここに ｋ；比例定数，Ｌ；セルと基板との距離， θ；分子線中心と基板との角度， Ａ；セルの開口径，θ0；セルの開口角 であるが、従来よりこの式を参照して、MBE装
置の設計がおこなわれている。
且つ、この式から、分子線源セルの形状によつ
て成長膜厚の均一な領域が変化することが明らか
である。また、この式を解析すると、直径Ｄを大
きくするためにはθ0を大きくする必要があり、そ
のθ0を大きくすれば、るつぼ内のソース材料の消
費によつてソース材料の表面積の変動が大きくな
り、従つて、分子線の量、すなわち、成長速度が
大きく変化すると云う欠点があることが判る。
て成長膜厚の均一な領域が変化することが明らか
である。また、この式を解析すると、直径Ｄを大
きくするためにはθ0を大きくする必要があり、そ
のθ0を大きくすれば、るつぼ内のソース材料の消
費によつてソース材料の表面積の変動が大きくな
り、従つて、分子線の量、すなわち、成長速度が
大きく変化すると云う欠点があることが判る。
一方、MBE装置によつて成長した結晶層には
MBE特有の表面欠陥が生じ、それは分子線源セ
ルからソースのスピツテング（spitting；吐くこ
と）とソース材料の酸化とが原因とされている。
そのうち、ソース材料の酸化はソースの脱ガスを
十分に行なえば回避できるが、スピツテイングの
方は従来の分子線源セルの形状では回避すること
が難しい。このソースのスピツテングの原因は分
子線源セル開口部の温度が低下するため、ソース
が開口部に付着して、それが塊状になつて被成長
基板に到達するからである。このようにして生じ
た基板の欠陥をオーバルデイフエクト（oval
defect；卵形の欠陥）と云つて、半導体装置の性
能劣化に深い関わりがある。
MBE特有の表面欠陥が生じ、それは分子線源セ
ルからソースのスピツテング（spitting；吐くこ
と）とソース材料の酸化とが原因とされている。
そのうち、ソース材料の酸化はソースの脱ガスを
十分に行なえば回避できるが、スピツテイングの
方は従来の分子線源セルの形状では回避すること
が難しい。このソースのスピツテングの原因は分
子線源セル開口部の温度が低下するため、ソース
が開口部に付着して、それが塊状になつて被成長
基板に到達するからである。このようにして生じ
た基板の欠陥をオーバルデイフエクト（oval
defect；卵形の欠陥）と云つて、半導体装置の性
能劣化に深い関わりがある。
本発明はこのような表面欠陥や成長速度の変動
を減少させるための分子線源セルを備えたMBE
装置を提案するものである。
を減少させるための分子線源セルを備えたMBE
装置を提案するものである。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、筒状の主るつぼの開口部に、ヒー
タを内蔵した逆円錐状のガイド筒を設け、該開口
部が被成長基板に対向している分子線源セルを備
えたMBE装置によつて達成される。
タを内蔵した逆円錐状のガイド筒を設け、該開口
部が被成長基板に対向している分子線源セルを備
えたMBE装置によつて達成される。
［作用］
即ち、本発明にかかるMBE装置には、筒状の
主るつぼ（メインるつぼ）と、その開口部に、ヒ
ータを内蔵した逆円錐状（漏斗状）のガイド筒を
付設した分子線源セルを設ける。
主るつぼ（メインるつぼ）と、その開口部に、ヒ
ータを内蔵した逆円錐状（漏斗状）のガイド筒を
付設した分子線源セルを設ける。
そうすれば、成長層の表面欠陥が減少し、且
つ、安定に成長速度も安定する。
つ、安定に成長速度も安定する。
［実施例］
以下、図面を参照して実施例によつて詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明にかかるMBE装置の分子線源
セルの断面図を示しており、２０はソース材料を
収容する主るつぼ、２１はヒータを内蔵した逆円
錐状のガイド筒，２２はタンタル巻線からなるヒ
ータ、T1，T2は温度測定用の熱電対である。同
図において、主るつぼ２０は従来のホーン状るつ
ぼ１１に相当し、本例では形状を円筒形にしてい
るが、このような形状にすると、主るつぼ２０内
部のソース材料が消耗してソース材料の表面Ｓの
位置が下つても、その表面積が変化しない。そう
すると、分子線の放射量が変化せず、成長速度が
一定になる利点がある。なお、この主るつぼ２０
は円筒形に限るものではなく、上記のようにソー
ス材料の消費に応じて表面積が変化しない筒状に
すれば、他の断面形状でもよい。
セルの断面図を示しており、２０はソース材料を
収容する主るつぼ、２１はヒータを内蔵した逆円
錐状のガイド筒，２２はタンタル巻線からなるヒ
ータ、T1，T2は温度測定用の熱電対である。同
図において、主るつぼ２０は従来のホーン状るつ
ぼ１１に相当し、本例では形状を円筒形にしてい
るが、このような形状にすると、主るつぼ２０内
部のソース材料が消耗してソース材料の表面Ｓの
位置が下つても、その表面積が変化しない。そう
すると、分子線の放射量が変化せず、成長速度が
一定になる利点がある。なお、この主るつぼ２０
は円筒形に限るものではなく、上記のようにソー
ス材料の消費に応じて表面積が変化しない筒状に
すれば、他の断面形状でもよい。
また、ガイド筒２１は逆円錐筒の形状を有し、
主るつぼ２０の開口部に嵌め込むように構成し
て、その開口が被成長基板に対向した位置（第４
図参考）にする。且つ、このガイド筒２１は主る
つぼ２０と同様にPBNで作製し、中央にカーボ
ンからなるヒータ２１Ｈを挟んだサンドイツチ構
造にして、全体をヒータで加熱する。
主るつぼ２０の開口部に嵌め込むように構成し
て、その開口が被成長基板に対向した位置（第４
図参考）にする。且つ、このガイド筒２１は主る
つぼ２０と同様にPBNで作製し、中央にカーボ
ンからなるヒータ２１Ｈを挟んだサンドイツチ構
造にして、全体をヒータで加熱する。
かくして、主るつぼ２０の中のソース材料をヒ
ータ２２で加熱溶融し、熱電対T1で温度を監視
しながら制御し、これによつて、放射する分子線
の量がコントロールされる。一方、ガイド筒２１
はヒータ２１Ｈで加熱して、その温度を熱電対
T2で監視して制御し、これによつて開口部の冷
却を防止する。
ータ２２で加熱溶融し、熱電対T1で温度を監視
しながら制御し、これによつて、放射する分子線
の量がコントロールされる。一方、ガイド筒２１
はヒータ２１Ｈで加熱して、その温度を熱電対
T2で監視して制御し、これによつて開口部の冷
却を防止する。
このような分子線源セルの構造にして、これを
MBE装置に設置すれば、主るつぼ内のソース材
料が消費しても、その表面積の変化がなくなり、
分子線の放射量が変化せずに一定し、且つ、開口
部のガイド筒２１が加熱されるため、ソースが開
口部に付着して、それが塊状となつて被成長基板
に到達するスピツテングの問題も解消する。従つ
て、結晶層の成長速度が安定し、被成長基板の表
面欠陥が低減する大きな効果がある。
MBE装置に設置すれば、主るつぼ内のソース材
料が消費しても、その表面積の変化がなくなり、
分子線の放射量が変化せずに一定し、且つ、開口
部のガイド筒２１が加熱されるため、ソースが開
口部に付着して、それが塊状となつて被成長基板
に到達するスピツテングの問題も解消する。従つ
て、結晶層の成長速度が安定し、被成長基板の表
面欠陥が低減する大きな効果がある。
なお、実験結果によれば、GaAs層を成長する
ために、ソース材料のGaを収容した分子線源セ
ルにおいて、熱電対T1で測定した主るつぼの温
度を1000℃とし、熱電対T2で測つた副るつぼの
温度を1100℃にしてGaAs層を成長したところ、
その表面欠陥は10分の１に減少し、また、分子線
の安定性も極めて向上した。
ために、ソース材料のGaを収容した分子線源セ
ルにおいて、熱電対T1で測定した主るつぼの温
度を1000℃とし、熱電対T2で測つた副るつぼの
温度を1100℃にしてGaAs層を成長したところ、
その表面欠陥は10分の１に減少し、また、分子線
の安定性も極めて向上した。
また、このような分子線源セルにすれば、主る
つぼの形状の自由度が大きくなり、一層大きな容
量のるつぼを用いてソース材料を増やし、長時間
使用できるようにすることもできる。
つぼの形状の自由度が大きくなり、一層大きな容
量のるつぼを用いてソース材料を増やし、長時間
使用できるようにすることもできる。
従つて、本発明にかかるMBE装置を用れば、
高品質な結晶層が成長できるものである。
高品質な結晶層が成長できるものである。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように、本発明にかか
る分子線源セルを具備した分子線エピタキシヤル
成長装置によれば、成長結晶層の品質が顕著に改
善されて、半導体装置を高性能化することができ
る。
る分子線源セルを具備した分子線エピタキシヤル
成長装置によれば、成長結晶層の品質が顕著に改
善されて、半導体装置を高性能化することができ
る。
第１図は本発明にかかるMBE装置の分子線源
セルの断面図、第２図はMBE装置の全体概要図、
第３図は従来の分子線源セルの断面図、第４図は
被成長基板と分子線源セルとの相対位置を示す図
である。 図において、１は高真空処理容器、２は被成長
基板（ウエハー）、３は分子線源セル、１１はる
つぼ、１２，２２はヒータ、２０は主るつぼ、２
１はガイド筒、２１Ｈはガイド筒のヒータ、Ｔ，
T1，T2は熱電対を示している。
セルの断面図、第２図はMBE装置の全体概要図、
第３図は従来の分子線源セルの断面図、第４図は
被成長基板と分子線源セルとの相対位置を示す図
である。 図において、１は高真空処理容器、２は被成長
基板（ウエハー）、３は分子線源セル、１１はる
つぼ、１２，２２はヒータ、２０は主るつぼ、２
１はガイド筒、２１Ｈはガイド筒のヒータ、Ｔ，
T1，T2は熱電対を示している。
Claims (1)
- １ 筒状の主るつぼの開口部に、ヒータを内蔵し
た逆円錐状のガイド筒を設け、該開口部が被成長
基板に対向している分子線源セルを備えているこ
とを特徴とする分子線エピタキシヤル成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11355487A JPS63282189A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 分子線エピタキシャル成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11355487A JPS63282189A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 分子線エピタキシャル成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63282189A JPS63282189A (ja) | 1988-11-18 |
| JPH0352435B2 true JPH0352435B2 (ja) | 1991-08-09 |
Family
ID=14615235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11355487A Granted JPS63282189A (ja) | 1987-05-12 | 1987-05-12 | 分子線エピタキシャル成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63282189A (ja) |
-
1987
- 1987-05-12 JP JP11355487A patent/JPS63282189A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63282189A (ja) | 1988-11-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |