JPH039076B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH039076B2 JPH039076B2 JP56192600A JP19260081A JPH039076B2 JP H039076 B2 JPH039076 B2 JP H039076B2 JP 56192600 A JP56192600 A JP 56192600A JP 19260081 A JP19260081 A JP 19260081A JP H039076 B2 JPH039076 B2 JP H039076B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molecular beam
- crystal growth
- beam source
- substrate
- ultra
- 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 - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は分子線結晶成長方法に係り、特に高純
度で表面モホロジー（粗さ）の良い半導体結晶を
成長させる分子線結晶成長方法に関する。
度で表面モホロジー（粗さ）の良い半導体結晶を
成長させる分子線結晶成長方法に関する。
(2) 技術の背景
半導体薄膜のエピタキシヤル成長方法としては
種々の成長方法が提案され、一般的には液相エピ
タキシヤル成長方法（LPE法）および気相エピ
タキシヤル成長方法（VPE法）が知られている
が、これらのエピタキシヤル成長方法では結晶成
長中の制御は主に温度だけで定まるのに比べて、
多くのパラメータで結晶成長の制御ができる分子
結晶成長方法［モレキユラ・ビーム・エピタキシ
（MBE）］が期待されている。
種々の成長方法が提案され、一般的には液相エピ
タキシヤル成長方法（LPE法）および気相エピ
タキシヤル成長方法（VPE法）が知られている
が、これらのエピタキシヤル成長方法では結晶成
長中の制御は主に温度だけで定まるのに比べて、
多くのパラメータで結晶成長の制御ができる分子
結晶成長方法［モレキユラ・ビーム・エピタキシ
（MBE）］が期待されている。
上記MBE方法は各種のパラメータを精密に制
御できる高級な真空蒸着方法であり、その構成は
１個または複数個のセル形のルツボから蒸発させ
た成分元素をビーム状にして基板に照射し、該基
板の表面をエピタキシヤル成長させるようにした
もので基板に捕えられない分子は真空系で運び去
られ、常にルツボから蒸発した新鮮な分子ビーム
を基板表面に照射している。
御できる高級な真空蒸着方法であり、その構成は
１個または複数個のセル形のルツボから蒸発させ
た成分元素をビーム状にして基板に照射し、該基
板の表面をエピタキシヤル成長させるようにした
もので基板に捕えられない分子は真空系で運び去
られ、常にルツボから蒸発した新鮮な分子ビーム
を基板表面に照射している。
基板に到達する各元素の分子数は蒸着系の幾何
学的形状と蒸着源温度によつて一義的に決定され
る。従つて結晶の成長速度、添加不純物の濃度、
混晶の組成比等を正確にコントロールすることが
可能であり、通常結晶の成長速度は数〓〜数μ／
hrである。
学的形状と蒸着源温度によつて一義的に決定され
る。従つて結晶の成長速度、添加不純物の濃度、
混晶の組成比等を正確にコントロールすることが
可能であり、通常結晶の成長速度は数〓〜数μ／
hrである。
上述の如きMBEにおいては、結晶成長室内を
超高真空に保つてルツボ内の分子線源材料より分
子ビームを放出しているが、分子線源材料は一度
充填時に大気にさらされるために表面が酸化され
る、この酸化物を除去するために長時間分子線源
材料を高温で加熱して超高真空中でガスを排出さ
せなければならなかつた。しかしこのガス排出方
法では分子線材料の酸化物が極めて安定なので酸
素成分をとるのに長い時間を必要とし、また充分
にこれを排出させることもできず、分子線源材料
をガスの排出に使用するための結晶成長に有効に
利用できず、分子線源材料の酸化物を短時間に排
出する方法が要望されていた。
超高真空に保つてルツボ内の分子線源材料より分
子ビームを放出しているが、分子線源材料は一度
充填時に大気にさらされるために表面が酸化され
る、この酸化物を除去するために長時間分子線源
材料を高温で加熱して超高真空中でガスを排出さ
せなければならなかつた。しかしこのガス排出方
法では分子線材料の酸化物が極めて安定なので酸
素成分をとるのに長い時間を必要とし、また充分
にこれを排出させることもできず、分子線源材料
をガスの排出に使用するための結晶成長に有効に
利用できず、分子線源材料の酸化物を短時間に排
出する方法が要望されていた。
(3) 従来技術の問題点
第１図は従来のMBEの排気工程を示すブロツ
ク線図をしめすものであり、分子線結晶装置室内
の基板ホルダーに基板をセツテイングすると共に
通常は複数の分子線源材料をルツボ内にセツテイ
ング１する工程と、該分子線結晶装置室内を超高
真空（10-10Torr程度）に排気する工程２と分子
線源材料の配されたオーブン前に配したシヤツタ
を閉鎖して分子ビームが基板に照射されないよう
にする工程３と、分子線源を有するルツボを加熱
する工程４と、分子線源から照射される分子ビー
ム中に含まれる酸素等のガス成分を排出する工程
５を経て、シヤツタを開く工程６を経て基板上に
分子ビームの照射を開始する工程７を行つてい
る。
ク線図をしめすものであり、分子線結晶装置室内
の基板ホルダーに基板をセツテイングすると共に
通常は複数の分子線源材料をルツボ内にセツテイ
ング１する工程と、該分子線結晶装置室内を超高
真空（10-10Torr程度）に排気する工程２と分子
線源材料の配されたオーブン前に配したシヤツタ
を閉鎖して分子ビームが基板に照射されないよう
にする工程３と、分子線源を有するルツボを加熱
する工程４と、分子線源から照射される分子ビー
ム中に含まれる酸素等のガス成分を排出する工程
５を経て、シヤツタを開く工程６を経て基板上に
分子ビームの照射を開始する工程７を行つてい
る。
上述のガス排出工程５は分子線源材料の表面が
大気にさらされて酸化したものを基板および分子
線源セツテイング工程１でオーブンに入れたこと
によつて生ずる酸化物の排出のためになされる
が、たとえば分子線源材料としてガリウム（Ga）
をルツボ内に入れた時にはGaの表面はGa2O3の
酸化物となり、この酸化物は非常に安定であり、
超真空で約1200℃の高温で加熱すると次の反応を
生ずる。
大気にさらされて酸化したものを基板および分子
線源セツテイング工程１でオーブンに入れたこと
によつて生ずる酸化物の排出のためになされる
が、たとえば分子線源材料としてガリウム（Ga）
をルツボ内に入れた時にはGaの表面はGa2O3の
酸化物となり、この酸化物は非常に安定であり、
超真空で約1200℃の高温で加熱すると次の反応を
生ずる。
Ga2O3＋4Ga→3Ga2O
すなわちGa2Oが蒸気となつてGaの分子ビーム
と共にGa2O3より飛び出す。この場合Ga2O3は極
めて安定であるから長時間に亘つてGa2OがGa分
子ビームに混入するために超真空中でのガス排出
工程５は長時間を要し、酸化物を完全に除去でき
ないだけでなく、多くのGaを消費して、実際の
MBE時にGaが不足する問題があつた。
と共にGa2O3より飛び出す。この場合Ga2O3は極
めて安定であるから長時間に亘つてGa2OがGa分
子ビームに混入するために超真空中でのガス排出
工程５は長時間を要し、酸化物を完全に除去でき
ないだけでなく、多くのGaを消費して、実際の
MBE時にGaが不足する問題があつた。
すなわち、結晶成長室内に充填した分子線源材
料は、一度充填時に大気にさらされるために表面
が酸化しているが、従来は、上述のようにこの酸
化物をとるために、超高真空中で長時間分子線源
材料を加熱し、ガス出しを行つている。しかし、
この従来の方法では酸化物が安定なために、充分
に取り切ることができず、また長時間を必要とす
るために、充填した分子線源材料の多くをガス出
し時に使つてしまい結晶成長に有効に使えないと
いう欠点があつた。
料は、一度充填時に大気にさらされるために表面
が酸化しているが、従来は、上述のようにこの酸
化物をとるために、超高真空中で長時間分子線源
材料を加熱し、ガス出しを行つている。しかし、
この従来の方法では酸化物が安定なために、充分
に取り切ることができず、また長時間を必要とす
るために、充填した分子線源材料の多くをガス出
し時に使つてしまい結晶成長に有効に使えないと
いう欠点があつた。
(4) 発明の目的
本発明は上記従来の欠点に鑑み、分子線源材料
に混入している酸化物を比較的低温で短時間に除
去して、高純度の分子ビームにより結晶成長を行
えるようにすることを目的とする。
に混入している酸化物を比較的低温で短時間に除
去して、高純度の分子ビームにより結晶成長を行
えるようにすることを目的とする。
(5) 発明の構成
そしてこの目的は本発明によれば、分子線結晶
装置室内に配した基板に１個または複数の分子線
源より分子ビームを照射して分子線結晶成長を行
う分子線結晶成長方法において、前記分子線結晶
装置室内を超高真空状態とする工程と、該分子線
結晶装置室内に水素ガスを導入する工程と、前記
分子線源を加熱することにより、該分子線源に含
有される酸化物を該水素にて還元する工程と、再
度該分子線結晶装置室内を超高真空状態とした後
に、前記基板に対して該分子線源より前記分子ビ
ームを照射することにより、分子線結晶成長を行
う工程とを有することを特徴とする分子線結晶成
長方法を提供することにより達成される。
装置室内に配した基板に１個または複数の分子線
源より分子ビームを照射して分子線結晶成長を行
う分子線結晶成長方法において、前記分子線結晶
装置室内を超高真空状態とする工程と、該分子線
結晶装置室内に水素ガスを導入する工程と、前記
分子線源を加熱することにより、該分子線源に含
有される酸化物を該水素にて還元する工程と、再
度該分子線結晶装置室内を超高真空状態とした後
に、前記基板に対して該分子線源より前記分子ビ
ームを照射することにより、分子線結晶成長を行
う工程とを有することを特徴とする分子線結晶成
長方法を提供することにより達成される。
(6) 発明の実施例
以下、本発明の１実施例を第２図によつて詳述
する。
する。
第２図は本発明の分子線結晶成長装置の略線図
であり、分子線結晶装置室内のベルジヤ８内には
複数の分子線源材料をルツボ内に入れ、該ルツボ
の周囲に加熱用ヒータ１９を巻き回した分子線源
オーブン９，１０，１１，１２を有し、これら分
子線源オーブンにはそれぞれ分子線源材料として
たとえばヒ素（As）、アルミニウム（Al）、ガリ
ウム（Ga）、ドーパントとしてシリコン（Si）等
が充填されている。
であり、分子線結晶装置室内のベルジヤ８内には
複数の分子線源材料をルツボ内に入れ、該ルツボ
の周囲に加熱用ヒータ１９を巻き回した分子線源
オーブン９，１０，１１，１２を有し、これら分
子線源オーブンにはそれぞれ分子線源材料として
たとえばヒ素（As）、アルミニウム（Al）、ガリ
ウム（Ga）、ドーパントとしてシリコン（Si）等
が充填されている。
分子線源オーブン９，１０，１１，１２の分子
ビーム照射孔の前にはシヤツタ１３が配され、さ
らに基板ホルダー１５上に基板１６が固定され、
基板ホルダー１５はヒータ１４で加熱される。ベ
ルジヤ８の一部には吸入管１８を設け、該吸入管
にはバリアブルリークバルブ１７を配設する。上
述の構成において、ベルジヤ８内を10-10Torr以
下の超高真空に排気した後にバリアブルリークバ
ルブ１７を開いて水素ガス（H2）を吸入管１８
より導入する。
ビーム照射孔の前にはシヤツタ１３が配され、さ
らに基板ホルダー１５上に基板１６が固定され、
基板ホルダー１５はヒータ１４で加熱される。ベ
ルジヤ８の一部には吸入管１８を設け、該吸入管
にはバリアブルリークバルブ１７を配設する。上
述の構成において、ベルジヤ８内を10-10Torr以
下の超高真空に排気した後にバリアブルリークバ
ルブ１７を開いて水素ガス（H2）を吸入管１８
より導入する。
このときベルジヤ８内が１×10-6Torr程度に
なるようにバリアブルリークバルブ１７を調整す
る。このような水素雰囲気中で分子線源オーブン
９〜１２を加熱して分子ビームを放出させるが、
この時、シヤツタ１３を閉じた状態として基板に
分子ビームが照射されないようにする。
なるようにバリアブルリークバルブ１７を調整す
る。このような水素雰囲気中で分子線源オーブン
９〜１２を加熱して分子ビームを放出させるが、
この時、シヤツタ１３を閉じた状態として基板に
分子ビームが照射されないようにする。
このような純水素雰囲気中でオーブンを加熱す
ると、たとえばGaの場合約800℃程度の加熱で次
のような還元反応を生ずる。
ると、たとえばGaの場合約800℃程度の加熱で次
のような還元反応を生ずる。
Ga2O3＋2H2→Ga2O＋2H2O
この状態では通常、成長に使うGaの分子線源
温度（約1000℃以上）に比べ充分低いので、Ga
はほとんど蒸発することなくGa2Oと共に2H2O
（水）が蒸気となつて飛び出して短時間にGa酸化
物を排出する。この場合上記した水素導入時に分
子線結晶成長装置に用いる超高真空用イオンポン
プは排気に使用せず荒引き用ポンプに切り換えて
排気する。かくすれば超高真空排気用のイオンポ
ンプを保護することができる。
温度（約1000℃以上）に比べ充分低いので、Ga
はほとんど蒸発することなくGa2Oと共に2H2O
（水）が蒸気となつて飛び出して短時間にGa酸化
物を排出する。この場合上記した水素導入時に分
子線結晶成長装置に用いる超高真空用イオンポン
プは排気に使用せず荒引き用ポンプに切り換えて
排気する。かくすれば超高真空排気用のイオンポ
ンプを保護することができる。
上記、実施例ではGaについて述べたが、Al、
As、Siその他分子線結晶成長方法に用いる分子
線源材料についても同様の効果を有することは明
らかである。かくしてGa2Oと水を排出した状態
で高真空状態としてシヤツタ１３を開いてMBE
を行う。
As、Siその他分子線結晶成長方法に用いる分子
線源材料についても同様の効果を有することは明
らかである。かくしてGa2Oと水を排出した状態
で高真空状態としてシヤツタ１３を開いてMBE
を行う。
(7) 発明の効果
以上、詳細に説明したように本発明の分子線結
晶成長方法によれば分子線源材料中に含まれてい
る酸化物を水素で還元して短時間に酸化物を除去
できる効果がある。
晶成長方法によれば分子線源材料中に含まれてい
る酸化物を水素で還元して短時間に酸化物を除去
できる効果がある。
第１図は従来の分子線結晶成長方法の排気工程
を説明するためのブロツク図、第２図は本発明の
分子線結晶成長方法に用いる分子線結晶成長装置
の略線的平面図である。 ８……ベルジヤ、９，１０，１１，１２……分
子線源オーブン、１３……シヤツタ、１４，１９
……ヒータ、１５……基板ホルダー、１６……基
板、１７……バリアブルリークバルブ、１８……
吸入管。
を説明するためのブロツク図、第２図は本発明の
分子線結晶成長方法に用いる分子線結晶成長装置
の略線的平面図である。 ８……ベルジヤ、９，１０，１１，１２……分
子線源オーブン、１３……シヤツタ、１４，１９
……ヒータ、１５……基板ホルダー、１６……基
板、１７……バリアブルリークバルブ、１８……
吸入管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分子線結晶装置室内に配した基板に１個また
は複数の分子線源より分子ビームを照射して分子
線結晶成長を行う分子線結晶成長方法において、 前記分子線結晶装置室内を超高真空状態とする
工程と、 該分子線結晶装置室内に水素ガスを導入する工
程と、 前記分子線源を加熱することにより、該分子線
源に含有される酸化物を該水素にて還元する工程
と、 再度該分子線結晶装置室内を超高真空状態とし
た後に、前記基板に対して該分子線源より前記分
子ビームを照射することにより、分子線結晶成長
を行う工程とを有することを特徴とする分子線結
晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19260081A JPS5895694A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19260081A JPS5895694A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895694A JPS5895694A (ja) | 1983-06-07 |
| JPH039076B2 true JPH039076B2 (ja) | 1991-02-07 |
Family
ID=16293956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19260081A Granted JPS5895694A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5895694A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119876861B (zh) * | 2024-09-29 | 2025-10-10 | 西安交通大学 | 一种超高真空多源共沉积装置及其工作方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589795B2 (ja) * | 1976-06-23 | 1983-02-22 | 松下電器産業株式会社 | 分子線結晶成長方法 |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP19260081A patent/JPS5895694A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5895694A (ja) | 1983-06-07 |
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