JPH05201792A - 薄膜結晶製造装置 - Google Patents
薄膜結晶製造装置Info
- Publication number
- JPH05201792A JPH05201792A JP1172192A JP1172192A JPH05201792A JP H05201792 A JPH05201792 A JP H05201792A JP 1172192 A JP1172192 A JP 1172192A JP 1172192 A JP1172192 A JP 1172192A JP H05201792 A JPH05201792 A JP H05201792A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- molecular beam
- substrate
- crystal
- beam source
- 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.)
- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】分子線源のシャッタ操作を用いずに分子線を交
互供給するＭＥＥ成長を行なう。 【構成】分子線源２から基板ホルダ３に至る空間に、分
子線間を隔てるように遮蔽板４を配置する。 【効果】基板ホルダの回転などで基板を移動するだけ
で、ＭＥＥ法が可能になり、平坦性の良好なエピタキシ
ャル成長ができる。
互供給するＭＥＥ成長を行なう。 【構成】分子線源２から基板ホルダ３に至る空間に、分
子線間を隔てるように遮蔽板４を配置する。 【効果】基板ホルダの回転などで基板を移動するだけ
で、ＭＥＥ法が可能になり、平坦性の良好なエピタキシ
ャル成長ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子素子や光素子を作製
するために用いられる薄膜結晶製造に関する。
するために用いられる薄膜結晶製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、化合物半導体の薄膜結晶成長に
は、パーガモン出版，Ｂ．Ｒ．パンプリン著モレキュラ
ー ビーム エピタキシの１５頁から１８頁（Pergamon
press“Molecular Beam Epitaxy”editedby B.R.Pampl
in，pp１５−１８）において論じられているように、基
板結晶上に材料分子線を同時に照射して行っていた。こ
の方法は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法と呼ばれるも
のである。近年、ＭＢＥの改良型として、ジャーナル
オブ クリスタル グロース９５巻(１９８９年)１７頁
から２２頁（Journal of Crystal Growth, Ｖol.９５,
pp１７−２２）において論じられているように、III 族
およびＶ族の分子線源のシャッタを交互に開閉して、結
晶基板上にIII 族およびＶ族の分子線を交互に照射して
平坦なエピタキシャル成長を行うマイグレーション エ
ンハンスト エピタキシ（ＭＥＥ）法がある。
は、パーガモン出版，Ｂ．Ｒ．パンプリン著モレキュラ
ー ビーム エピタキシの１５頁から１８頁（Pergamon
press“Molecular Beam Epitaxy”editedby B.R.Pampl
in，pp１５−１８）において論じられているように、基
板結晶上に材料分子線を同時に照射して行っていた。こ
の方法は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法と呼ばれるも
のである。近年、ＭＢＥの改良型として、ジャーナル
オブ クリスタル グロース９５巻(１９８９年)１７頁
から２２頁（Journal of Crystal Growth, Ｖol.９５,
pp１７−２２）において論じられているように、III 族
およびＶ族の分子線源のシャッタを交互に開閉して、結
晶基板上にIII 族およびＶ族の分子線を交互に照射して
平坦なエピタキシャル成長を行うマイグレーション エ
ンハンスト エピタキシ（ＭＥＥ）法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のＭＥＥ
法では約０.２８ｎｍ の厚さの一分子層を形成するため
に、III 族およびＶ族の分子線源のシャッタをそれぞれ
一回開閉する必要がある。従って、通常の電子素子に用
いられる１μｍ程度の厚さのエピタキシャル層を形成す
るのに一万回以上の開閉操作が必要になる。この開閉操
作は一年間では一千万回にも達し、装置の信頼性や耐久
性に問題があった。
法では約０.２８ｎｍ の厚さの一分子層を形成するため
に、III 族およびＶ族の分子線源のシャッタをそれぞれ
一回開閉する必要がある。従って、通常の電子素子に用
いられる１μｍ程度の厚さのエピタキシャル層を形成す
るのに一万回以上の開閉操作が必要になる。この開閉操
作は一年間では一千万回にも達し、装置の信頼性や耐久
性に問題があった。
【０００４】本発明の目的は、高信頼性と高耐久性のＭ
ＥＥ法を可能とする薄膜結晶製造装置を提供することに
ある。
ＥＥ法を可能とする薄膜結晶製造装置を提供することに
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、III 族元素とＶ族元素が別々に基板結
晶に照射されるようにIII 族分子線とＶ族分子線との間
に遮蔽板を設け、基板結晶の移動によりIII 族元素とＶ
族元素を交互に照射するようにしたものである。これに
より、分子線源のシャッタを用いずにＭＥＥ法が可能に
なる。
達成するために、III 族元素とＶ族元素が別々に基板結
晶に照射されるようにIII 族分子線とＶ族分子線との間
に遮蔽板を設け、基板結晶の移動によりIII 族元素とＶ
族元素を交互に照射するようにしたものである。これに
より、分子線源のシャッタを用いずにＭＥＥ法が可能に
なる。
【０００６】また、III 族元素とＶ族元素をそれぞれII
族元素とVI族元素置き換えれば、II−VI族化合物のＭＥ
Ｅ法においても同様の効果が得られる。
族元素とVI族元素置き換えれば、II−VI族化合物のＭＥ
Ｅ法においても同様の効果が得られる。
【０００７】
【作用】遮蔽板は、分子線の間を仕切るように配置す
る。それにより分子線源のシャッタを用いずに二種類以
上の分子線が基板に同時に照射されないような薄膜結晶
製造装置を提供できる。
る。それにより分子線源のシャッタを用いずに二種類以
上の分子線が基板に同時に照射されないような薄膜結晶
製造装置を提供できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。超高真空中に置かれた液体窒素を充満して冷却した
シュラウド１に、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｓｉ、およ
び、Ｂｅの分子線源２を配置し、分子線源の出口から基
板ホルダ３に至る空間にＴａ製の遮蔽板４を置く。３イ
ンチのＧａＡｓ基板５を四枚を載せた基板ホルダ３をヒ
ータ６により加熱しながら回転する。加熱温度は始め６
００℃で１０分間保持してＧａＡｓ表面の酸化膜を除去
した後、３００℃に保つ。
る。超高真空中に置かれた液体窒素を充満して冷却した
シュラウド１に、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｓｉ、およ
び、Ｂｅの分子線源２を配置し、分子線源の出口から基
板ホルダ３に至る空間にＴａ製の遮蔽板４を置く。３イ
ンチのＧａＡｓ基板５を四枚を載せた基板ホルダ３をヒ
ータ６により加熱しながら回転する。加熱温度は始め６
００℃で１０分間保持してＧａＡｓ表面の酸化膜を除去
した後、３００℃に保つ。
【０００９】Ｇａ分子線源とＡｓ分子線源のシャッタ７
を開けることによりＭＥＥ法によるエピタキシャル成長
が開始される。基板回転速度は毎分二十回転とし、Ｇａ
分子線源の温度は、ＧａＡｓ基板５がＧａ分子線源上を
一回通過する度に一分子層形成するように決定した。な
お、基板回転数とＧａ分子線源の温度の組合わせには自
由度があり、一回転で、０.１ 〜１分子層形成できるよ
うに選ぶことにより平坦性の良好なＭＥＥ成長が可能で
ある。Ａｓの分子線源強度はＧａの四倍とした。このと
きのＧａＡｓの成長速度は一時間当り約３４０ｎｍであ
る。このＭＥＥ法により成長した薄膜結晶の平坦性評価
として、厚さ１５ｎｍのＧａＡｓを厚さ１０ｎｍのＡｌ
Ａｓ層でサンドイッチした量子井戸構造の７７Ｋにおけ
るフォトルミネッセンススペクトルの半値幅を測定し
た。なお、ＡｌＡｓのＭＥＥ法による結晶成長には、Ｇ
ａ分子線源のシャッタを閉じ、Ａｌ分子線源のシャッタ
を開けるだけでよい。得られた半値幅は、０.９ｍｅＶ
であり、従来のＭＢＥ法で作成した同様の量子井戸構造
の１.６ｍｅＶ の半分近い値であり、結晶の平坦性が向
上していることがわかる。
を開けることによりＭＥＥ法によるエピタキシャル成長
が開始される。基板回転速度は毎分二十回転とし、Ｇａ
分子線源の温度は、ＧａＡｓ基板５がＧａ分子線源上を
一回通過する度に一分子層形成するように決定した。な
お、基板回転数とＧａ分子線源の温度の組合わせには自
由度があり、一回転で、０.１ 〜１分子層形成できるよ
うに選ぶことにより平坦性の良好なＭＥＥ成長が可能で
ある。Ａｓの分子線源強度はＧａの四倍とした。このと
きのＧａＡｓの成長速度は一時間当り約３４０ｎｍであ
る。このＭＥＥ法により成長した薄膜結晶の平坦性評価
として、厚さ１５ｎｍのＧａＡｓを厚さ１０ｎｍのＡｌ
Ａｓ層でサンドイッチした量子井戸構造の７７Ｋにおけ
るフォトルミネッセンススペクトルの半値幅を測定し
た。なお、ＡｌＡｓのＭＥＥ法による結晶成長には、Ｇ
ａ分子線源のシャッタを閉じ、Ａｌ分子線源のシャッタ
を開けるだけでよい。得られた半値幅は、０.９ｍｅＶ
であり、従来のＭＢＥ法で作成した同様の量子井戸構造
の１.６ｍｅＶ の半分近い値であり、結晶の平坦性が向
上していることがわかる。
【００１０】Ｓｉなどの不純物ドーピングを行う場合、
ＭＥＥ法の場合は確実にＡｓ面上にＳｉを付着させるこ
とができるため、一立方センチメートル当り１０の１９
乗の高濃度まで安定にドーピング制御が可能であった。
ＭＥＥ法の場合は確実にＡｓ面上にＳｉを付着させるこ
とができるため、一立方センチメートル当り１０の１９
乗の高濃度まで安定にドーピング制御が可能であった。
【００１１】なお、本装置において、ＧａやＡｌをＺｎ
やＣｄなどに置き換え、ＡｓをＳｅやＴｅ等に置き換え
ることによりII−VI族化合物半導体のＭＥＥ法に用いる
ことができる。この場合、II族元素とVI族元素が交互供
給されているので成長速度が自動的に一分子層／サイク
ルに固定され、原子層エピタキシモードの成長が可能で
ある。
やＣｄなどに置き換え、ＡｓをＳｅやＴｅ等に置き換え
ることによりII−VI族化合物半導体のＭＥＥ法に用いる
ことができる。この場合、II族元素とVI族元素が交互供
給されているので成長速度が自動的に一分子層／サイク
ルに固定され、原子層エピタキシモードの成長が可能で
ある。
【００１２】別の実施例を図２により説明する。分子線
源間の遮蔽板を可動部分８と固定部分９に分ける。遮蔽
板可動部分８には直線導入機１０を取り付け、装置外の
大気側から動かせるようにする。遮蔽板固定部分９は分
子線源間の相互汚染を防ぐために設けた。エピタキシャ
ル成長開始時には、遮蔽板可動部分８を除去しておき、
ＭＢＥ法により毎時一千ｎｍの速い成長速度でバッファ
層を形成し、その後、遮蔽板可動部分８を分子線間に挿
入しＭＥＥ法により平坦性の要求されるチャンネル層を
形成した。この方法により形成したＩｎ組成０.１５ の
ＩｎＧａＡｓチャンネル層の温度７７Ｋにおける電子移
動度は、六万平方センチメートル／ボルト秒であり、従
来のＭＢＥ法で形成したものに比べ５０％高い値を示し
た。ただし、この場合の結晶構造は、InGaAs層の上に、
２ｎｍのＡｌＧａＡｓ層および厚さ２０ｎｍで一立方セ
ンチメートルあたりＳｉを３かける１０の１８乗ドープ
したＡｌＧａＡｓをもつものである。また、Ａｌ組成比
は０.３ である。遮蔽板可動部分８を設けることによ
り、平坦性に優れるＭＥＥ法によるエピタキシャル成長
と複数の分子線が同時に基板に供給される成長速度の速
いＭＢＥ法によるエピタキシャル成長を使い分けること
ができる。
源間の遮蔽板を可動部分８と固定部分９に分ける。遮蔽
板可動部分８には直線導入機１０を取り付け、装置外の
大気側から動かせるようにする。遮蔽板固定部分９は分
子線源間の相互汚染を防ぐために設けた。エピタキシャ
ル成長開始時には、遮蔽板可動部分８を除去しておき、
ＭＢＥ法により毎時一千ｎｍの速い成長速度でバッファ
層を形成し、その後、遮蔽板可動部分８を分子線間に挿
入しＭＥＥ法により平坦性の要求されるチャンネル層を
形成した。この方法により形成したＩｎ組成０.１５ の
ＩｎＧａＡｓチャンネル層の温度７７Ｋにおける電子移
動度は、六万平方センチメートル／ボルト秒であり、従
来のＭＢＥ法で形成したものに比べ５０％高い値を示し
た。ただし、この場合の結晶構造は、InGaAs層の上に、
２ｎｍのＡｌＧａＡｓ層および厚さ２０ｎｍで一立方セ
ンチメートルあたりＳｉを３かける１０の１８乗ドープ
したＡｌＧａＡｓをもつものである。また、Ａｌ組成比
は０.３ である。遮蔽板可動部分８を設けることによ
り、平坦性に優れるＭＥＥ法によるエピタキシャル成長
と複数の分子線が同時に基板に供給される成長速度の速
いＭＢＥ法によるエピタキシャル成長を使い分けること
ができる。
【００１３】
【発明の効果】本発明により、信頼性耐久性に乏しい分
子線源のシャッタを用いずに表面平坦性に優れたＭＥＥ
成長をすることができる。
子線源のシャッタを用いずに表面平坦性に優れたＭＥＥ
成長をすることができる。
【図１】分子線間の遮蔽板を備える薄膜結晶製造装置の
斜視図。
斜視図。
【図２】移動可能な遮蔽板を備える薄膜結晶製造装置の
側面図。
側面図。
１…液体窒素シュラウド、２…分子線源、３…基板ホル
ダ、４…遮蔽板、５…基板結晶、６…基板ヒータ、７…
分子線源シャッタ。
ダ、４…遮蔽板、５…基板結晶、６…基板ヒータ、７…
分子線源シャッタ。
Claims (4)
- 【請求項１】基板結晶の位置によって、III 族元素とＶ
族元素が別々に照射されるようにIII 族分子線とＶ族分
子線との間に遮蔽板を設け、前記基板結晶の移動により
前記III 族元素と前記Ｖ族元素を交互に照射することを
特徴とする薄膜結晶製造装置。 - 【請求項２】基板結晶の位置によって、II族元素とVI族
元素が別々に照射されるようにII族分子線とVI族分子線
との間に遮蔽板を設け、前記基板結晶の移動により前記
II族元素と前記VI族元素を交互に照射することを特徴と
する薄膜結晶製造装置。 - 【請求項３】請求項１において、結晶成長室の外部から
の操作により前記遮蔽板を移動し、前記III 族元素と前
記Ｖ族元素を同時に前記基板結晶に照射する薄膜結晶製
造装置。 - 【請求項４】請求項２において、結晶成長室の外部から
の操作により前記遮蔽板を移動し、前記II族元素と前記
VI族元素を同時に前記基板結晶に照射する薄膜結晶製造
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1172192A JPH05201792A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 薄膜結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1172192A JPH05201792A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 薄膜結晶製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05201792A true JPH05201792A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11785911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1172192A Pending JPH05201792A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 薄膜結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05201792A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014512703A (ja) * | 2011-04-29 | 2014-05-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池構造におけるトンネル接合の品質を改善するための方法 |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP1172192A patent/JPH05201792A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014512703A (ja) * | 2011-04-29 | 2014-05-22 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池構造におけるトンネル接合の品質を改善するための方法 |
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