JPH054359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は基板上にエピタキシヤル層を成長させ
る装置において粒子線を選択するのに使用される
シヤツタ機構に関するものである。 （従来技術） エピタキシヤル層の成長装置としては分子線エ
ピタキシヤル（MBE）装置がある。この分子線
エピタキシヤル装置の概略は、第１図に示される
ように、真空チエインバ１中に基板２に対向して
数種類の原料の炉３−１〜３−ｎを設け、高真空
下で所定の炉から分子線４を飛ばして加熱した基
板２上で反応させ、エピタキシヤル層を成長させ
るものである。 しかし、この分子線エピタキシヤル装置では分
子線を選択するために各原料炉３−１〜３−ｎに
それぞれシヤツタ５−１〜５−ｎを設け、そのシ
ヤツタ５−１〜５−ｎを個別に開閉操作すること
が行なわれている。そのため、シヤツタ機構が複
雑になるのみでなく、真空チエインバ外部との接
続個所が多くなり真空度が低下する原因にもな
る。 一方、本発明者は、分子線エピタキシヤル装置
に対し粒子線エピタキシヤル装置を提案してい
る。そこでは、粒子線源から基板へ飛ばされる粒
子線に対し傾きをもつた冷却壁により真空チエイ
ンバが線源室と成長室とに分離され、これら線源
室と成長室とは粒子線を通すための冷却壁の穴を
通じてつながるが、それぞれ独立した排気系によ
り排気されるとともに、各室で散乱される不用な
粒子線がそれぞれの排気系で有効に排出されるよ
うに、冷却壁と基板の傾き、及び各排気系の排気
口の位置が設定されている。ここで、「粒子」の
語は、分子、原子、イオン及びラジカルを総称す
る意味で使用されている。 （目的） 本発明はこのような粒子線エピタキシヤル装置
に使用するのに適したシヤツタ機構を提供するこ
とを目的とするものである。 （構成） 本発明のシヤツタ機構は、開口を有する回転板
にて構成され、線源室で冷却壁に平行に設けられ
て回転により冷却壁の所望の穴を選択するように
なつている。 （実施例） 第２図は本発明の一実施例のシヤツタ機構を備
えた粒子線エピタキシヤル装置を表わし、真空チ
エインバ１０が、傾斜して設けられた冷却壁１１
により線源室１２と成長室１３に分離されてい
る。 冷却壁１１は内部が中空で液体窒素のような冷
媒を充填することができ、冷媒導入口１４と気化
した冷媒のガス排出口１５を備えている。冷却壁
１１には線源室１２から成長室１３へ粒子線を通
すための穴群１６とシヤツタ回転軸用の穴が貫通
して開けられている。 線源室１２には複数の粒子線源、例えば記号17
〜19で示されるもの、粒子線を選択するシヤツタ
２０及び高真空ポンプにつながる排気口２１とが
設けられている。シヤツタ２０は開口群６を有す
る板にてなり、冷却壁１１に平行に設けられ、真
空チエインバ１０の外部に設けられた回転導入端
子７により操作される回転軸８の先端に固定され
ている。排気口２１は各粒子線源１７〜１９から
の粒子線２２の不用部分が冷却壁１１で、又はシ
ヤツタ２０で反射されてできる不用な反射粒子線
２３を有効に排出できるように、冷却壁１１及び
シヤツタ２０に対向する位置に設けられている。 成長室１３には基板２と、線源室１２の真空系
とは独立した高真空ポンプにつながる排気口２５
が設けられている。基板２の表面には、冷却壁１
１の穴群１６を経て粒子線源１７〜１９から有用
な粒子線２６が入射されるが、その基板２の表面
で反射されてできる不用な反射粒子線２７が排気
口２５の方向に反射されて有効に排出されるよう
に基板２の固着角度が設定されている。 シヤツタ２０の一実施例を第３図に示す。これ
はシヤツタ２０の粒子線源の方から見た図であ
る。このシヤツタ２０は回転軸８により回転させ
られる円板であり、所望の位置に穴６−１〜６−
３が開けられている。穴６−１と６−２は２種類
の粒子線を同時に入射させるために冷却壁１１の
穴群１６の２個を同時に選択するときに使用する
ものであり、穴６−３は１個の穴を選択するとき
に使用するものである。穴群６の位置と数は選択
する粒子線の種類と数に応じて適宜設定すること
ができる。 この粒子線エピタキシヤル装置の動作中は、線
源室１２では、冷却壁１１の穴群１６を通過しな
い不用な粒子線はシヤツタ２０又は冷却壁１１で
反射されて排気口２１へ排出されるか、液体窒素
そ他の冷媒温度に冷却されている冷却壁１１に吸
着されることにより線源室１２の高真空が維持さ
れる。成長室１３では群穴１６を通過してきた有
用な粒子線２６により基板２上で結晶成長が行な
われるが、粒子線２６のうち結晶成長に使用され
なかつた不用な粒子線は反射粒子線２７となつて
排気口２５へ排出されるか、冷却壁１１に吸着さ
れることにより、成長室１３の高真空が維持され
る。そして、成長室１３では穴群１６経て入射さ
れる粒子線２６の量が線源室１２へ入射される粒
子線２２の量よりも少なく、また、成長室１３と
線源室１２とは穴群１６でつながつているとはい
え、この穴群１６の径が冷却壁１１の全面積に比
べると極めて小さいので成長室１３と線源室１２
の間で差動排気が行なわれて成長室１３の方が高
真空となり、基板２の周辺が一層清浄に保たれる
ことになる。 冷却壁１１はまた、線源室１２及び成長室１３
中の水や二酸化炭素などを吸着して真空チエイン
バ１０内を高真空にする役目を果している。 この粒子線エピタキシヤル装置でエピタキシヤ
ル成長を行なうには、線源室１２及び成長室１３
を真空排気し、冷却壁１１に液体窒素のような冷
媒を充填して、基板支持台２４を通じて基板２を
所定温度に加熱する。しかる後、粒子線源１７〜
１９から粒子線２２を飛ばし、シヤツタ２０を所
望の位置に合わせて所望の穴群１６を開け、所望
の種類の粒子線２６のみを基板２の表面へ入射さ
せて成長を行なわせる。その粒子線２６による成
長が所定量行なわれると、次にシヤツタ２０を回
転させて開けるべき穴群１６を変更し、次の粒子
線２６を選択して再び成長を行なわせるという操
作を繰り返して化合物のエピタキシヤル層を成長
させる。 排気口２１，２５につながる高真空ポンプとし
ては、ターボ分子ポンプ、イオンポンプ、油拡散
ポンプなど種々のものが使用できるが、長時間の
連続運転を行なうにはターボ分子ポンプが最も優
れている。 粒子線源１７〜１９としては後述のようなガス
状原料を使用するタイプのほか、従来の分子線エ
ピタキシヤル装置で使用されているような固体原
料を使用するクヌードセンセルを使用することも
でき、粒子線源の種類と数は成長させる結晶の種
類に応じて任意に選ぶことができる。ガス状原料
を用いる場合には高真空ポンプとして連続運転可
能なターボ分子ポンプが最も好ましい。 第２図の粒子線エピタキシヤル装置は種々の粒
子線源を用いることができるが、特に好ましい粒
子線源としてガス状原料を用いる方式のものを第
４図に例示する。 ３０は粒子線として電子衝撃により発生するイ
オンを使用する電子イオン化線源であり、原料ガ
スの流量を制御するマスフローコントローラ３
１、その制御された原料ガスをビーム状にする粒
子線発生絞り３２、その粒子線に電子線を照射し
てイオン化するイオン化室３３、イオン化された
粒子線を加速し収束させる電極３４、不用な粒子
線を排出する排気口３５、及び磁場を印加してイ
オンを分離する磁場印加手段３６を備えている。
この電子イオン化線源３０では、粒子線発生絞り
３２でビーム状になつた粒子線がイオン化室３３
を通るときにイオン化され、電極３４で加速され
収束され、磁場で不用なイオンが分離されて有用
なイオンのみが粒子線２２となつて成長室１３へ
導入される。 ４０は粒子線として光照射により発生するイオ
ンやラジカルを使用する光イオン化線源であり、
電子イオン化線源３０と同様に、マスフローコン
トローラ４１、粒子線発生絞り４２を備えるが、
こ線源の場合は光イオン化室４３を備え、電子線
照射に代えてArレーザ光のような光を照射して
粒子線をイオン化又はラジカル化する。４４はイ
オンを分離し選択するための四重極マスフイル
タ、４５は不用な粒子を排出する排気口である。
この光イオン化線源４０では、光イオン化室４３
でイオン化又はラジカル化された粒子線のうち不
用なイオンは四重極マスフイルタ４４で分離さ
れ、有用なイオン及びラジカルの粒子線のみが粒
子線２２となつて成長室１３へ導入される。 ５０は熱分解形線源であり、減圧弁５１と原料
ガスは高真空中で加熱して分解させる加熱手段５
２と、排気口５３とを備え、加熱され分解された
原料ガスが成長室１３へ導入される。 これらの粒子線源で使用できる主な原料ガスと
しては下表に示されるものがあり、これらの原料
ガスを用いて成長される化合物としては、InP、
GaAs、AlGaAs、GaInAsP系、AlInGaN系、の
他（Al，In，Ga，Sb，As）二元、三元又は四元
系の半導体化合物を挙げることができる。

【表】 （効果） 本発明によれば、粒子線エピタキシヤル装置に
おいて、１個のシヤツタを回転させるだけで粒子
線の任意の組合せを作ることができるので、従来
のように多数のシヤツタを用いる場合に比べて真
空チヤンバ外部の回転導入端子との接続個所が１
個所で済み、機構が簡単になるとともに真空チヤ
ンバ内を一層高真空にすることができる。 また、本発明のシヤツタは線源室の排気口に対
向する冷却壁に平行に設けられているので、この
シヤツタにより反射される不用な粒子線に排気口
方向への指向性を与え、線源室の排気を有効にし
て高真空にする効果ももつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は多数のシヤツタを備えた従来の分子線
エピタキシヤル装置を示す概略図、第２図は本発
明のシヤツタの一実施例を備えた粒子線エピタキ
シヤル装置を示す断面図、第３図は一実施例にお
けるシヤツタ板を示す平面図、第４図は一実施例
を粒子線源とともに示す粒子線エピタキシヤル装
置の断面図である。 ６…開口、７…回転導入端子、８…回転軸、１
１…冷却壁、１２…線源室、１３…成長室、１
７，１８，１９…粒子線源、２０…シヤツタ、２
１…排気口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粒子線源と粒子線を選択するシヤツタとを有
   する線源室と、基板を収容する成長室とが相互に
   独立した排気系を備え、 これら線源室と成長室との間は、粒子線源から
   基板へ粒子線を通す孔を有し粒子線流に対し傾き
   をもつて設けられた冷却壁により分離されてお
   り、 線源室の排気系の排気口は粒子線が前記冷却壁
   と平行な面で反射されたときのその粒子線の進行
   方向の前方に位置する粒子線エピタキシヤル装置
   において、 前記シヤツタは開口を有する回転板にてなり、
   前記冷却壁に平行に設けられていることを特徴と
   するシヤツタ機構。