JPH057252Y2

JPH057252Y2 -

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Publication number: JPH057252Y2
Application number: JP4283188U
Authority: JP
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1993-02-24
Anticipated expiration: 2003-02-24
Also published as: JPH01147272U

Description

【考案の詳細な説明】【産業上の利用分野】

この考案は、分子線エピタキシー装置に関し、
詳しくは、各成長材料による結晶生成の開始およ
び停止を行うために各蒸発源の前面に開閉可能に
配置されるシヤツタに改良を施したものに関す
る。

【従来の技術】

−族化合物半導体の製造過程において単結
晶基板上に−族元素をエピタキシヤル成長さ
せる手法として、分子線エピタキシー法が注目さ
れている。これは、真空蒸着法の一種であり、ガ
リウムGa、アルミニウムAl、インジウムInなど
の族元素、および、ヒ素As、燐Ｐなどの族
元素を成長材料として、10^-11torrの超高真空の
中でこれらを原子または分子線の形で照射して
Ga AsあるいはIn Ｐなどの単結晶基板上にGa
As，Al Ga As，In ＰあるいはIn Ga As Ｐな
どの−族化合物半導体結晶をエピタキシヤル
成長させる方法である。このような分子線エピタ
キシー法によると、超高真空中での蒸着である
ため、残留ガスからの不純物の混入が非常に少な
く、基板表面を清浄に保つことができる、大面
積にわたり、均一でかつ原子レベルで平坦な膜を
得ることができる、蒸着速度を非常に遅くで
き、しかも正確に制御できるため、膜厚を数Åと
いう単原子層のオーダで高精度に制御することが
できる、多成分系の混晶薄膜も蒸発源を増やす
だけで容易に得られる、同時蒸着によつて、各
種の不純物を量を制御しながらドープすることが
可能である、などの利点を享受することができ
る。このような分子線エピタキシー法を行う分子線
エピタキシー装置の概略構成を第３図に示す。超高真空ポンプ１につながる成長室２の中央に
は、は基板ホルダ３が配置され、これは、基板上
の結晶成長を一様なものとするために回転するよ
うになつている。また、基板ホルダ３に保持され
る基板を所望の温度に昇温するためのヒータが付
設されている。そして、成長室２の一側には、上
記基板ホルダ３に向けて開口するルツボ４に各成
長材料を充填してなる複数の蒸発源５…が配置さ
れる。この蒸発源５もまた、温度サンサによる検
出温度に基づいて制御させるヒータにより、所望
の温度に昇温されるようになつている。なお、各
蒸発源５は、各蒸発源が互いに熱影響や汚染の影
響を受けないように、液体窒素シユラウド６で囲
まれている。結晶成長の開始および停止は、各ル
ツボ４の開口の前面に配置されるシヤツタ７…を
開閉することにより行われる。たとえば、Ga As単結晶基板上にGa As層を
成長させるにはGaが充填された蒸発源５および
Asが充填された蒸発源５を所定の温度に加熱す
るとともに基板ホルダ３の温度を適当な温度に設
定しつつ、上記の各蒸発源５のシヤツタ７を所定
時間開状態とする。なお、Alを一緒に蒸発させ
るとGa_xAl_1-xAs層が成長する。このときGaとAl
の蒸発量の比を制御すれば、組成ｘが制御でき
る。また、成長層をｎ形にするには、Si，Snな
どを同時に蒸発させ、ｐ形にするには、Be，Mg
などを蒸発させる必要がある。

【考案が解決しようとする問題点】

従来の分子線エピタキシー装置におけるシヤツ
タ７は、第３図に示すように、成長室２の外壁
に、先端が成長室内に突出するようにして回転軸
７ａを支持させるとともに、この回転軸７ａの先
端にシヤツタ板７ｂを取付けてなる回転シヤツタ
が普通であり、上記回転軸７ａを回転制御するこ
とにより、シヤツタ板７ｂが蒸発源５のルツボ４
の開口を覆う閉状態と、開口の側方に退避する開
状態とを選択できるように構成されている。ところで、上記のような分子線エピタキシー法
によつて様々な半導体の結晶成長を行う場合、多
数の不純物を同時蒸着によつてドープすることが
できることから、あらかじめ蒸発源の個数を様々
な態様の結晶成長に対応できる個数とする傾向が
ある。このようにする場合、上記のような回転式
のシヤツタを使用する場合、次の問題が生じる。すなわち、従来の分子線エピタキシー装置にお
いては、各シヤツタの軸回りの回転軌跡の他のシ
ヤツタの軸回りの回転軌跡に対する干渉が考慮さ
れていないことから、従前どおりのシヤツタを採
用して蒸発源の個数を増やす場合、シヤツタどう
しの干渉を避けるために蒸発源どうしの間隔を十
分にとる必要があり、その結果、成長室が必要以
上に大型化する。また、成長室の大型化を避ける
ためにシヤツタ板を小さくすることも考えられる
が、そうすると、シヤツタによる分子線遮断機能
が低下し、エピタキシヤル成長の再現性も低下す
るという別の問題が生じる。この考案は、上述の事情のもとで考え出された
ものであつて、制御容易な回転シヤツタを採用し
ながら、蒸発源の個数が増えても、上記回転シヤ
ツタを分子線遮断機能を低下させることなく、し
かも成長室を必要以上に大型化することなく配置
した分子線エピタキシー装置を提供することをそ
の目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記の従来の課題を解決するため、この考案で
は、次の技術的手段を講じている。すなわち、本願考案は、超高真空ポンプにつな
がる成長室と、この成長室の内部に配置した基板
ホルダと、成長室の一側において軸線が上記基板
ホルダを向くように配置された複数個の蒸発源
と、蒸発源の開口を遮蔽しかつ開放するシヤツタ
とを備える分子線エピタキシー装置において、上記シヤツタは、上記蒸発源の開口の近傍の成
長室内壁に回転可能に支持される軸と、この軸の
先端に閉状態において蒸発源の開口を覆うように
取付けられたシヤツタ板とを備えており、各隣接
する蒸発源のシヤツタの軸の軸線をそれぞれ各蒸
発源の隣接方向の同方向に傾斜させることにより
各シヤツタ板の回転軌跡が干渉しないようにした
ことを特徴とする。

【作用】

シヤツタは、軸を回転制御することによつてシ
ヤツタ板を旋回させることにより、シヤツタ板が
蒸発源の開口を覆う閉位置と、蒸発源の開口から
側方に退避した開位置とを選択できる。本願考案では、上記のシヤツタの回転軸の軸線
を、それぞれ各蒸発源の隣接方向の同方向に傾斜
させることにより、各シヤツタ板の回転軌跡が干
渉しないようにしている。このようにすると、各蒸発源が互いに近接して
形成されていても、問題なく回転シヤツタによつ
て各蒸発源の開口の開閉を行うことができる。ま
た、各シヤツタ板の回転軌跡が干渉しないことか
ら、閉位置にあるシヤツタ板を、隣接方向の端部
どうしが上下に重なるように配置することもで
き、そうすると、シヤツタ板の大きさを制限する
必要もなくなり、各シヤツタ板を、分子線遮蔽効
果の十分な大きさとすることができる。

【考案の効果】

以上のことから、本願考案の分子線エピタキシ
ー装置によれば、蒸発源の数が増えても、比較的
これらを近接して配置しながら、しかも、各蒸発
源の開口を覆うシヤツタを制御容易な回転シヤツ
タで構成することができる。しかも、各シヤツタ
のシヤツタ板の大きさをそれらの回転軌跡の干渉
を慮つて制限する必要もなくなり、各シヤツタの
分子線遮蔽機能が減殺されることもない。そし
て、以上のことから、蒸発減の数が増えても、成
長室が必要以上に大型化することもなくなる効果
がある。

【実施例の説明】

以下、本願考案の実施例を第１図および第２図
を参照して具体的に説明する。なお、こらの図に
おいて第３図の従来例と同等の部品あるいは部材
には同一の符号を付してある。本例の分子線エピタキシー装置は、縦形の成長
室２をもつているが、全体の基本的構成は第４図
の従来例と同等である。成長室２の天井板８に貫
通支持された支軸９には、基板ホルダ３を下端に
もつ回転ケージ１０のボス部１１が可回転に支持
されている。この回転ケージ１０は、ボス部１１
に固定されたギヤ１２に外部モータ１３の出力軸
のピニオン１４を噛合させることにより、回転制
御される。支軸９の先端には基板ホルダ３の背後
に位置するヒータ１０が設けられており、これに
よつて基板ホルダ３に保持された基板Ｂを加熱し
うる。なお、成長室２の側壁内周は、液体窒素シ
ユラウド１５で囲まれており、脱ガス時での不純
物を吸着して超高真空を維持するようにしてあ
る。なお、成長室２は、図示しない超高真空ポン
プにつなげられている。成長室２の底部は、中央が最も窪んだ略すりば
ち状をしており、この部に、いくつかの蒸発源５
…が、その軸線ａ，ｂ，ｃが上記基板ホルダ３の
中心を向くようにして配置されている。なお、こ
れら蒸発源５…は、成長室の底部中央に配置され
た、ヒ素が充填される大型のものと、ほぼこの中
央の蒸発源の軸線を中心とする円周上に配置され
た小型のものとが設けらている。各蒸発源５…
は、成長室２の底壁に上端固定された円筒状の容
器内に、成長材料が充填されたルツボ４…をそれ
ぞれ装填して構成され、各ルツボ４は、容器の底
部に配置した図に表れないヒータによつて所望の
温度に加熱されるようになつている。なお、各ル
ツボ４を囲む円筒容器には、液体窒素シユラウド
６…が一体構成されており、各蒸発源５…が互い
に熱影響や汚染の影響を受けないようにしてあ
る。成長室２を超高真空状態とし、基板Ｂおよび蒸
発源５…を所定の温度まで昇温させると、蒸発源
５…の成長材料が原子あるいは分子線の形で基板
表面にあたり、基板上に結晶が成長するのである
が、この成長の開始および停止は、各蒸発源５…
の開口、すなわち、ルツボ４…の開口をシヤツタ
７で開閉することにより行われる。シヤツタ７は、上記円周上に配置された小型の
蒸発源５…の、中央の蒸発源の軸線ｂを中心とす
る半径方向外方に近接した部位の内壁において外
部から回転可能に導入支持された軸７ａの先端
に、閉位置において上記開口を覆いうるシヤツタ
板７ｂを固定して構成される。そして、本願発明においては、各シヤツタ７の
軸７ａの軸線ｄを、第２図に模式的に示すよう
に、各蒸発源５…が隣接する方向に同方向に傾
け、第２図に実線で示す閉位置から矢印Ｃ方向に
180度回転する開位置までの回転軌跡において、
各シヤツタ板７ｂが互いに干渉しないようにして
ある。そうして、各シヤツタ板７ｂの大きさを、
閉位置において隣りの蒸発源の開口を覆うことが
ない程度に十分大きくし、分子線遮蔽機能を十分
に発揮しうるようにしている。そうすると、第２
図に表れているように各シヤツタのシヤツタ板７
ｂの端部が上下方向に重なる場合があるが、上述
のように各シヤツタ板７ｂの回動軌跡が干渉しな
いことから、このようなことが可能となるのであ
る。第２図から明らかなように、本願考案によれ
ば、各蒸発源を比較的近接して配置しながら、干
渉の問題が生じることなく、各蒸発源の開口を開
閉するシヤツタを回転シヤツタで構成することが
可能となるのである。なお、本例においては、上記シヤツタ７の軸７
ａの軸線ｄを各蒸発源の隣接方向に傾斜させるこ
とに加え、第１図に表れているように、成長室の
中心方向にも大きく傾け、側方視において、軸線
ｄが各蒸発源の軸線ａに対し、蒸発源の開口から
基板ホルダ３までの間において交差するようにし
ている。そうすると、軸７ａを中心とするシヤツ
タ板７ｂが第１図に仮想線で示す開位置をとると
き、成長室の内壁から十分離れることとなる。こ
のようにすると、成長室の底部のドーム状の湾曲
の程度を大きくすることができ、これが成長室の
小型化に寄与する。なお、本例において第１図に表れているよう
に、シヤツタ７の軸７ａを二分割構成するととも
に、この軸７ａを通すモータブラケツト１６の筒
部をもフランジ１７ａ，１７ｂどうしの接続によ
つて連結しうる分割構成とし、上記軸７ａのモー
タ側の第一部分７a′とシヤツタ板側の第二部分７
a″とを上記フランジ１７ａ，１７ｂを分離した状
態で成長室２の外部において接続あるいは分離し
うるようにしてある。従来の回転シヤツタ７においては、単一の回転
軸を成長室内に貫通導入し、こうして成長室内に
導入された軸の先端にシヤツタ板を取付ける構造
が一般的であつたため、シヤツタ板の交換時等に
おいては成長室の内部にビユーポートから手を入
れ、ねじ止め作業等の煩雑な作業をする必要があ
つたが、本例では、上記のように軸７ａの接続を
実質的に成長室の外部で行なえるようにしたか
ら、シヤツタ板７の取付けが非常に簡単かつ安全
となる。もちろん、この考案の範囲は上述の実施例に限
定されるものではない。蒸発源のすべてにシヤツ
タを設けるほか、その選択されたものに本願考案
によるシヤツタの構成を採用することも、もちろ
んこの考案の範囲に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願考案の一実施例を示す断面図、第
２図は本願考案の要部を示す模式図であり、第１
図の−線断面に相当する図、第３図は従来例
の概略構成図である。２……成長室、３……基板ホルダ、５……蒸発
源、７……シヤツタ、７ａ……（シヤツタの）
軸、７ｂ……シヤツタ板、ａ，ｂ，ｃ……（蒸発
源の）軸線、ｄ……（シヤツタ軸の）軸線。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】超高真空ポンプにつながる成長室と、この成長
室の内部に配置した基板ホルダと、成長室の一側
において軸線が上記基板ホルダを向くように配置
された複数個の蒸発源と、蒸発源の開口を遮蔽し
かつ開放するシヤツタとを備える分子線エピタキ
シー装置において、上記シヤツタは、上記蒸発源の開口の近傍の成
長室内壁に回転可能に支持される軸と、この軸の
先端に閉状態において蒸発源の開口を覆うように
取付けられたシヤツタ板とを備えており、各隣接
する蒸発源のシヤツタの軸の軸線をそれぞれ各蒸
発源の隣接方向の同方向に傾斜させることにより
各シヤツタ板の回転軌跡が干渉しないようにした
ことを特徴とする、分子線エピタキシー装置。