JPH057251Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔概要〕 分子線エピタキシヤル成長装置に関し、 分子線源の開口部の前に設けられているシヤツ
タのシヤツタ動作を円滑に行うことを目的とし、 分子線源の開口部の前に設けられているシヤツ
タの開口動作終了位置に加熱源を設け、該シヤツ
タの開口時に加熱源に通電し、加熱する機構を備
えて分子線エピタキシヤル成長装置を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本考案は分子線エピタキシヤル成長装置の改良
に関する。

ICやLSIなどの集積回路や半導体レーザなどの
光素子の形成に使用されている半導体材料にはシ
リコン（Si）やゲルマニウム（Ge）のような単
体半導体以外にガリウム砒素（GaAs）、インジ
ウム燐（InP）のような化合物半導体がある。

そして、後者の場合、単結晶薄膜の成長は分子
線エピタキシヤル成長装置や液相エピタキシヤル
成長装置を使用して行われている。

〔従来の技術〕

第２図は分子線エピタキシヤル成長装置におけ
る電子線源と被処理基板との関係を示す概念図で
あつて、10^-10torr程度の高真空に排気してある
真空チヤンバ１の中には複数の分子線源２，２′
と、これに対応して被処理基板３とが設けられて
いる。

こゝで、分子線源２，２′を複数個設ける理由
は化合物半導体を構成するそれぞれの構成元素を
分子線の形で照射する線源と不純物元素を照射す
る線源を必要とするからであり、図はGaAsから
なる被処理基板３にGaの分子線源２とAsの分子
線源２′とからGaの分子線とAsの分子線を１：
１の原子量比に照射し、GaAsからなる被処理基
板３の上にGaAsの単結晶薄膜をエピタキシヤル
成長させる場合を示している。

そのためには、照射する分子の平均自由工程を
大きくするために真空チヤンバ１の中を超高真空
に保つ必要があり、排気系としてソープシヨンポ
ンプやイオンポンプを使用し、エピタキシヤル成
長膜の成長速度を厳密にコントロールしながら分
子線照射を行つている。

すなわち、被処理基板３を載置した基板ホルダ
４は裏面に備えたヒータ５により加熱するよう構
成されているが、これを囲んで図示を省略したシ
ユラウドが設けられており、ガスの発生による真
空度の低下を防いでいる。

また、分子線源２，２′は線源となる原料６を
入れる坩堝７を囲んでヒータ、反射板、シユラウ
ドなどがあり、また照射量をコントロールするた
めのシヤツタ８が設けられている。

第１図は本考案に係る分子線源の断面図である
が、左半分の本体部１４およびシヤツタ８につい
ては従来と変わるところはない。

すなわち、坩堝７を囲んでタンタル（Ta）な
どからなるヒータ９があり、その外側にはタンタ
ル（Ta）からなる反射板１０を備えてセルが構
成され、その外側にシユラウド１１が配置さられ
ている。また、坩堝７の前方にはシヤツタ８があ
り、分子線の照射量をコントロールしている。

こゝで、シヤツタ８のシヤツタ機構には同図に
示すように回転軸１２を中心として回転させる回
転導入器と直線状にスライドさせる直線導入器と
があり、共に真空チヤンバの外から操作するよう
構成されている。

さて、分子線エピタキシヤル成長は厳密に照射
量をコントロールして行うことから、ヒータ９に
より坩堝７が加熱されて分子線照射が行われる状
態となつてもシヤツタ８で坩堝７を覆い、処理条
件が整うと共に複数の分子線源２，２′に備えら
れているシヤツタ８を一斉に開いて被処理基板３
に対して分子線照射を行つている。

そのために、シヤツタ８が分子線照射を遮蔽し
ている時間中は原料元素はシヤツタ８の内側に蒸
着し堆積することになる。

このため、シヤツタ８の重量は次第に増して動
作が鈍くなり、また融点が29.78℃と低いGaのよ
うな低融点元素を照射する場合は分子線源からの
熱によりシヤツタ８に蒸着したGaは溶けており、
通常シヤツタ８は傾斜して設けられているために
Gaは一方向に流れ、液滴状となつている。

この状態でシヤツタ８が開くと、液滴状のGa
はシユラウド１１により熱が奪われる結果として
凝固し、シヤツタ８と分子線セルとの間隔が１〜
10mm程度と狭いために場合によつては凝固部が分
子線セルに当たり閉じることができないと云う問
題が起こる。

また、Gaのような低融点でない元素を照射す
る場合でも、シヤツタ８の重量が増し、シヤツタ
動作が遅くなる。

これらのことから、シヤツタ動作を安定化する
ことが必要であつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

以上記したように分子線エピタキシヤル成長装
置の電子線源に設けられているシヤツタは分子線
源の動作中であつてシヤツタ動作中は分子線の照
射を受け、照射元素の堆積が起こつているので、
シヤツタの動作速度が遅くなり、場合によつては
動作しなくなることが問題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は真空チヤンバの中に設けた複数の
分子線源を加熱し、該分子線源に対向して設けら
れている被処理基板に分子線を照射し、被処理基
板上に該分子よりなる薄膜を形成する結晶成長装
置において、分子線源の前に設けられているシヤ
ツタの開口動作終了位置に加熱源を設け、前記シ
ヤツタの開口時に加熱源に通電し、加熱する機構
を備えた分子線エピタキシヤル成長装置の使用に
より解決することができる。

〔作用〕

本考案はシヤツタを加熱し、シヤツタの堆積物
を蒸発飛散させることによりこの問題を解決する
ものである。

こゝで、シヤツタを加熱する方法としてはシヤ
ツタ自体にヒータを設けることも考えられるが、
分子線エピタキシヤル成長装置は超格子構造をと
る化合物半導体のエピタキシヤル成長など、一原
子層の成長を問題とする用途に使用するため、シ
ヤツタの動作速度は0.1〜0.2秒程度が必要であ
り、この点からシヤツタの自重を増すことは好ま
しくない。

そこで、本考案はシヤツタの開口動作終了位置
に加熱源を設け、分子線形成元素が堆積したシヤ
ツタが到着すると加熱源に通電して加熱するよう
にしたものである。

こゝで、シヤツタの動作機構には回転導入器と
直線導入器とがあり、前者はシヤツタが円弧を描
くよう動作し、後者は直線状に前後に移動する機
構であるが、何れも開口動作終了位置に加熱源を
設ければよい。

なお、加熱源によりヒータを加熱する場合にヒ
ータに堆積している元素は蒸着飛散し、被処理基
板に付着し、分子線源本体部よりの分子線と混合
し、成長速度を乱すことが懸念されるが、シヤツ
タ８に堆積している材料はシヤツタ８の内側であ
り、被処理基板と反対方向であるため、かゝる恐
れはない。

〔実施例〕

第１図は回転導入器１３を備えた本体部１４の
傍らに加熱源１５を設けた分子線源の断面図であ
る。

こゝで、加熱源１５は真空チヤンバの側壁１６
の上で回転導入器１３を挟んで本体部１４と反対
位置に設けられている。

そして、この実施例の場合、耐熱性絶縁基板１
６の上にヒータ１８があり、その周囲は反射板１
９があつて、加熱効果を挙げている。

そして、分子線エピタキシヤル成長装置の稼動
中に回転導入器１３がシヤツタ開放のために回転
動作をし、開口動作終了位置すなわち加熱源１５
の直上にきて停止したとき、図示を省略したスイ
ツチ機構によりヒータ１８への通電が始まりシヤ
ツタ８の内面を加熱する。

このような方法をとることによりシヤツタ８に
堆積した原料元素は蒸発除去することができ、速
いシヤツタ速度を保つことができる。

なお、シヤツタとして直線導入器を用いる場合
も同様に開口動作終了位置に加熱源を設ければよ
い。

〔考案の効果〕

本考案の実施よりシヤツタの動作速度を当初の
値に保つことができ、これにより超格子構造をも
つ化合物半導体の場合であつてもエピタキシヤル
成長を精度よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る分子線源の断面図、第２
図は分子線エピタキシヤル成長の概念図、であ
る。 ２，２′は分子線源、３は被処理基板、７は坩
堝、８はシヤツタ、９，１８はヒータ、１０，１
９は反射板、１１はシユラウド、１３は回転導入
器、１４は本体部、１５は加熱源、である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 真空チヤンバ１の中に設けた複数の分子線源
   ２，２′を加熱し、該分子線源２，２′に対向して
   設けられている被処理基板３に分子線を照射し、
   被処理基板３の上に該分子よりなる薄膜を形成す
   る結晶成長装置において、 分子線源２，２′の前に設けられているシヤツ
   タ８の開口動作終了位置に加熱源１５を設け、前
   記シヤツタ８の開口時に加熱源１５に通電し、加
   熱する機構を備えたことを特徴とする分子線エピ
   タキシヤル成長装置。