JPH05887A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
- Publication number
- JPH05887A JPH05887A JP15007691A JP15007691A JPH05887A JP H05887 A JPH05887 A JP H05887A JP 15007691 A JP15007691 A JP 15007691A JP 15007691 A JP15007691 A JP 15007691A JP H05887 A JPH05887 A JP H05887A
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- Japan
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- molecular beam
- shutter
- opening
- molecular
- semiconductor substrate
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シャッタの開閉によるるつぼや原料の温度変
化が低減し、分子線量の変動がなくなるシャッタ機構を
もつＭＢＥ装置を提供する。 【構成】 超高真空容器と、その内に配置された半導体
基板と、前記超高真空容器内に開口部を半導体基板に開
口部を対向させ配置された分子線源と、前記分子線源と
前記半導体基板との間に配置されて半導体基板への分子
線流を断続させ分子線源の開口部に対向する面が凸面に
なるシャッタ１７を具備した構成の分子線結晶成長装
置。
化が低減し、分子線量の変動がなくなるシャッタ機構を
もつＭＢＥ装置を提供する。 【構成】 超高真空容器と、その内に配置された半導体
基板と、前記超高真空容器内に開口部を半導体基板に開
口部を対向させ配置された分子線源と、前記分子線源と
前記半導体基板との間に配置されて半導体基板への分子
線流を断続させ分子線源の開口部に対向する面が凸面に
なるシャッタ１７を具備した構成の分子線結晶成長装
置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体多層薄膜構造の結
晶を成長する分子結晶成長装置に係り、特に分子線源の
開口部に設けられるシャッタを改良したものである。
晶を成長する分子結晶成長装置に係り、特に分子線源の
開口部に設けられるシャッタを改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】分子線結晶成長法（以下、ＭＢＥ法と略
記）は、真空容器内で分子線源から射出された分子線を
半導体基板に照射して、この半導体基板上に半導体薄膜
結晶を成長させる方法である。ＭＢＥ法は高度の制御
性、特に急峻なヘテロ接合界面と薄い半導体結晶層が要
求される結晶の成長に適した方法であり、ＭＢＥ法によ
り成長した半導体薄膜結晶によって、優れた特性を持つ
半導体素子、例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）が実用に供されている。
記）は、真空容器内で分子線源から射出された分子線を
半導体基板に照射して、この半導体基板上に半導体薄膜
結晶を成長させる方法である。ＭＢＥ法は高度の制御
性、特に急峻なヘテロ接合界面と薄い半導体結晶層が要
求される結晶の成長に適した方法であり、ＭＢＥ法によ
り成長した半導体薄膜結晶によって、優れた特性を持つ
半導体素子、例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）が実用に供されている。
【０００３】従来の分子線結晶成長装置（以下、ＭＢＥ
装置と略記）の一例を図４に示す。超高真空容器１０１
内には、複数個の分子線源１０２，１０３が設置されて
いる。分子線源１０２，１０３より分子線が射出され、
これらの分子線源１０２，１０３に対向する位置に配置
された半導体基板１０７上に半導体薄膜結晶を成長させ
る。また、分子線源１０２，１０３に対向する位置には
分子線量をモニタするためのイオンゲージ１０８が設置
されている。分子線源１０２，１０３より射出される分
子線は、分子線源の開口部に設けられたシャッタ１０
４，１０５により断続的に遮断され、その射出を制御さ
れる。また、これら分子線源１０２，１０３、シャッタ
１０４，１０５は、真空容器１０１内を超高真空に保つ
ための液体窒素シュラウド１０６によって囲まれてい
る。
装置と略記）の一例を図４に示す。超高真空容器１０１
内には、複数個の分子線源１０２，１０３が設置されて
いる。分子線源１０２，１０３より分子線が射出され、
これらの分子線源１０２，１０３に対向する位置に配置
された半導体基板１０７上に半導体薄膜結晶を成長させ
る。また、分子線源１０２，１０３に対向する位置には
分子線量をモニタするためのイオンゲージ１０８が設置
されている。分子線源１０２，１０３より射出される分
子線は、分子線源の開口部に設けられたシャッタ１０
４，１０５により断続的に遮断され、その射出を制御さ
れる。また、これら分子線源１０２，１０３、シャッタ
１０４，１０５は、真空容器１０１内を超高真空に保つ
ための液体窒素シュラウド１０６によって囲まれてい
る。
【０００４】図３に、図４において１０２もしくは１０
３で示した分子線源の要部断面図を示す。分子線源は、
半導体薄膜結晶を構成する元素の原料１１、例えばＧａ
Ａｓ層の成長においては、ガリウム：Ｇａ、又は砒素：
Ａｓを入れたるつぼ１２、例えば、パイロリティックボ
ロンナイトライド製と、原料１１を加熱するためのヒー
タ１３と、加熱効率を向上させるための熱反射板１４
と、原料の温度をモニタするための熱電対１５とで構成
されている。るつぼ１２を介してヒータ１３で原料１１
を加熱することにより、分子がるつぼの開口部１６から
真空容器内に射出される。また開口部１６近傍には平板
状で、かつ、るつぼの開口部１６と平行に配置されるシ
ャッタ２０７が設けられ、これを開閉することにより、
分子線を射出、もしくは遮断することが可能となる。シ
ャッタ２０７の開閉は、通常、シャッタ２０７の一端を
支持したシャフト１８の回転によって行われる。
３で示した分子線源の要部断面図を示す。分子線源は、
半導体薄膜結晶を構成する元素の原料１１、例えばＧａ
Ａｓ層の成長においては、ガリウム：Ｇａ、又は砒素：
Ａｓを入れたるつぼ１２、例えば、パイロリティックボ
ロンナイトライド製と、原料１１を加熱するためのヒー
タ１３と、加熱効率を向上させるための熱反射板１４
と、原料の温度をモニタするための熱電対１５とで構成
されている。るつぼ１２を介してヒータ１３で原料１１
を加熱することにより、分子がるつぼの開口部１６から
真空容器内に射出される。また開口部１６近傍には平板
状で、かつ、るつぼの開口部１６と平行に配置されるシ
ャッタ２０７が設けられ、これを開閉することにより、
分子線を射出、もしくは遮断することが可能となる。シ
ャッタ２０７の開閉は、通常、シャッタ２０７の一端を
支持したシャフト１８の回転によって行われる。
【０００５】ＧａＡｓ等のIII −Ｖ族化合物半導体結晶
のＭＢＥ成長においては、例えばガリウムなどの元素
は、シャッタ２０７が閉じられた状態で、るつぼ１２内
で８００〜１２００℃の高温に加熱され溶融し、一定温
度に制御されている。成長を開始するには、シャッタ２
０７を開け、蒸発した元素が分子線源の開口部１６より
真空中に飛び出す。
のＭＢＥ成長においては、例えばガリウムなどの元素
は、シャッタ２０７が閉じられた状態で、るつぼ１２内
で８００〜１２００℃の高温に加熱され溶融し、一定温
度に制御されている。成長を開始するには、シャッタ２
０７を開け、蒸発した元素が分子線源の開口部１６より
真空中に飛び出す。
【０００６】さてシャッタ２０７を開けたときの分子線
量の時間変化は、分子線量をモニタするためのイオンゲ
ージ（図４における１０８）により、通常図５に示すよ
うに観測される。つまり、成長を開始するためにシャッ
タ２０７を開いた直後、オーバーシュートを起こし、さ
らにアンダーシュートをした後安定するという、分子線
量の時間変動が観測される。
量の時間変化は、分子線量をモニタするためのイオンゲ
ージ（図４における１０８）により、通常図５に示すよ
うに観測される。つまり、成長を開始するためにシャッ
タ２０７を開いた直後、オーバーシュートを起こし、さ
らにアンダーシュートをした後安定するという、分子線
量の時間変動が観測される。
【０００７】このように分子線量がシャッタ開とともに
時間変動する理由は以下のように考えられる。シャッタ
２０７が閉じられた状態では、分子線の原料１１からの
輻射熱が、シャッタ２０７により反射され（図３中に点
線で輻射熱の流れを模式的に示す）、るつぼ１２内に跳
ね返される。この状態でるつぼ１２や原料１１の温度が
一定に制御されている。さて、成長のためにシャッタ２
０７を開くと、それまでシャッタ２０７により反射され
ていた輻射熱が急に外部に放出されるため、るつぼ１２
内部や原料１１の表面温度が急激に低下し、また、その
急激な温度変化に温度制御系が追従しきれなくなる。さ
らにシャッタ２０７の閉じている状態と開いている状態
とは熱輻射量が異なるため、同じ設定温度に対して実際
の原料１１の温度は異なってくる。そこでシャッタ２０
７を開いた直後は、図５のような分子線量の変動を示す
ことになる。
時間変動する理由は以下のように考えられる。シャッタ
２０７が閉じられた状態では、分子線の原料１１からの
輻射熱が、シャッタ２０７により反射され（図３中に点
線で輻射熱の流れを模式的に示す）、るつぼ１２内に跳
ね返される。この状態でるつぼ１２や原料１１の温度が
一定に制御されている。さて、成長のためにシャッタ２
０７を開くと、それまでシャッタ２０７により反射され
ていた輻射熱が急に外部に放出されるため、るつぼ１２
内部や原料１１の表面温度が急激に低下し、また、その
急激な温度変化に温度制御系が追従しきれなくなる。さ
らにシャッタ２０７の閉じている状態と開いている状態
とは熱輻射量が異なるため、同じ設定温度に対して実際
の原料１１の温度は異なってくる。そこでシャッタ２０
７を開いた直後は、図５のような分子線量の変動を示す
ことになる。
【０００８】この分子線量の時間変動は成長層の膜厚や
組成比の変動を起こす結果となり、格子整合のために精
密な組成制御を必要とするＩｎｐ基板上のＩｎＡｌＡｓ
層やＩｎＧａＡｓ層の成長や、精密な組成制御と膜厚制
御を必要とするＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とのヘテロ
接合などの成長が困難になってしまう。
組成比の変動を起こす結果となり、格子整合のために精
密な組成制御を必要とするＩｎｐ基板上のＩｎＡｌＡｓ
層やＩｎＧａＡｓ層の成長や、精密な組成制御と膜厚制
御を必要とするＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とのヘテロ
接合などの成長が困難になってしまう。
【０００９】この分子線量の時間変動を抑える対策とし
て、シャッタを分子線源の開口部から離す方法が考えら
れる。この方法では、シャッタによって反射される輻射
熱の量を減らし、分子線量の時間変動を減少させるに
は、かなりの距離を離さなければならず、その結果シャ
ッタを閉じている状態でも、分子線が基板上に漏れてき
てしまう。分子線が漏れないようにシャッタを大きくす
ると、他の分子線源から基板への経路を部分的あるいは
全部遮断してしまうということが起きる。
て、シャッタを分子線源の開口部から離す方法が考えら
れる。この方法では、シャッタによって反射される輻射
熱の量を減らし、分子線量の時間変動を減少させるに
は、かなりの距離を離さなければならず、その結果シャ
ッタを閉じている状態でも、分子線が基板上に漏れてき
てしまう。分子線が漏れないようにシャッタを大きくす
ると、他の分子線源から基板への経路を部分的あるいは
全部遮断してしまうということが起きる。
【００１０】また、別の対策として、分子線源の温度を
コントロールすることにより分子線量の時間変動を抑え
る方法が考えられ実用に供されているが、シャッタが閉
じている時間によりオーバーシュート量が異なるなど時
間変動の再現性に問題がある。
コントロールすることにより分子線量の時間変動を抑え
る方法が考えられ実用に供されているが、シャッタが閉
じている時間によりオーバーシュート量が異なるなど時
間変動の再現性に問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明に係る新規な構
造のシャッタにおいては、シャッタの開閉に際しても、
るつぼや原料の温度変化が従来のシャッタに比べて格段
に低減され、この結果、分子線量の変動が生じない、制
御性にすぐれたＭＢＥ装置を提供することが可能とな
る。
造のシャッタにおいては、シャッタの開閉に際しても、
るつぼや原料の温度変化が従来のシャッタに比べて格段
に低減され、この結果、分子線量の変動が生じない、制
御性にすぐれたＭＢＥ装置を提供することが可能とな
る。
【００１２】本発明は叙上の問題点を改良する分子線結
晶成長装置を提供することを目的とするものである。
晶成長装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る分子線結晶
成長装置は、超高真空容器と、前記超高真空容器内に配
置された半導体基板と、前記超高真空容器内に開口部を
前記半導体基板に開口部を対向させ配置された分子線源
と、前記分子線源と前記半導体基板との間に配置されて
半導体基板への分子線流を断続させ分子線源の開口部に
対向する面が凸面になるシャッタを具備したことを特徴
とする。
成長装置は、超高真空容器と、前記超高真空容器内に配
置された半導体基板と、前記超高真空容器内に開口部を
前記半導体基板に開口部を対向させ配置された分子線源
と、前記分子線源と前記半導体基板との間に配置されて
半導体基板への分子線流を断続させ分子線源の開口部に
対向する面が凸面になるシャッタを具備したことを特徴
とする。
【００１４】
【作用】本発明にかかる分子線源の開口部に設けられた
シャッタを用いることにより、シャタの開閉によるるつ
ぼや原料の温度変化が低減し、分子線量の変動がなくな
る。
シャッタを用いることにより、シャタの開閉によるるつ
ぼや原料の温度変化が低減し、分子線量の変動がなくな
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一つの実施例を図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１６】本発明にかかる分子線源の要部断面図を図
１に示す。半導体薄膜結晶を構成する元素の原料１１、
例えば、ＧａＡｓ層の成長においては、ガリウム：Ｇ
ａ、及び砒素：Ａｓの入れられたるつぼ１２、例えば、
パイロリティックボロンナイトライド製は、原料１１を
加熱するためのヒータ１３、例えばタンタル製と、加熱
効率を向上させるための熱反射板１４、例えばモリブデ
ン製とに囲まれ、温度制御のための熱電対１５が取り付
けられている。るつぼ１２の開口部１６には、分子線の
射出を断続的に遮断するためのシャッタ１７、例えばモ
リブデン製が配置されている。シャッタ１７の開閉は、
シャッタ１７の一端を支持したシャフト１８の回転によ
って行われる。
１に示す。半導体薄膜結晶を構成する元素の原料１１、
例えば、ＧａＡｓ層の成長においては、ガリウム：Ｇ
ａ、及び砒素：Ａｓの入れられたるつぼ１２、例えば、
パイロリティックボロンナイトライド製は、原料１１を
加熱するためのヒータ１３、例えばタンタル製と、加熱
効率を向上させるための熱反射板１４、例えばモリブデ
ン製とに囲まれ、温度制御のための熱電対１５が取り付
けられている。るつぼ１２の開口部１６には、分子線の
射出を断続的に遮断するためのシャッタ１７、例えばモ
リブデン製が配置されている。シャッタ１７の開閉は、
シャッタ１７の一端を支持したシャフト１８の回転によ
って行われる。
【００１７】本発明にかかるシャッタ１７は図１に示す
ように、凸面、例えば球面を有しており、かつるつぼ１
２の開口部１６側にその凸面を向けて取り付けられてい
る。このような形状にすることにより、原料１１からの
輻射熱（図１にその流れを点線で示す）は、シャッタ１
７で反射された後るつぼ１２内に跳ね返らずに真空容器
内に放出される。したがって、シャッタ１７の開閉に関
係なく原料１１の温度が一定に保たれる。本発明のシャ
ッタ１７をガリウムの分子線源に用い、設定温度を９５
０℃としてシャッタの開閉を行なったところ、開閉時の
分子線量の時間変化は図２に示す通りで、ほとんど分子
線量の変動が無くなった。また、シャッタの開閉の時間
間隔に関係なく分子線量は一定で、変動は±１％以内で
あった。さらに、このシャッタをガリウムとアルミニウ
ムの分子線源にもちいてＡｌＧａＡｓ層の成長を行った
ところ、従来±１０％の組成変動があったものが、本シ
ャッタでは±１％以下となった。
ように、凸面、例えば球面を有しており、かつるつぼ１
２の開口部１６側にその凸面を向けて取り付けられてい
る。このような形状にすることにより、原料１１からの
輻射熱（図１にその流れを点線で示す）は、シャッタ１
７で反射された後るつぼ１２内に跳ね返らずに真空容器
内に放出される。したがって、シャッタ１７の開閉に関
係なく原料１１の温度が一定に保たれる。本発明のシャ
ッタ１７をガリウムの分子線源に用い、設定温度を９５
０℃としてシャッタの開閉を行なったところ、開閉時の
分子線量の時間変化は図２に示す通りで、ほとんど分子
線量の変動が無くなった。また、シャッタの開閉の時間
間隔に関係なく分子線量は一定で、変動は±１％以内で
あった。さらに、このシャッタをガリウムとアルミニウ
ムの分子線源にもちいてＡｌＧａＡｓ層の成長を行った
ところ、従来±１０％の組成変動があったものが、本シ
ャッタでは±１％以下となった。
【００１８】なお、上記実施例では球面のシャッタによ
る場合について説明したが、本発明はその形状になんら
拘束されるものではなく、例えば放物面などの凸曲面を
有すれば本実施例と同様の効果が得られる。また、原料
についてもガリウムやアルミニウムのみならず、インジ
ウム等についても本実施例で述べたと同様の効果が得ら
れる。
る場合について説明したが、本発明はその形状になんら
拘束されるものではなく、例えば放物面などの凸曲面を
有すれば本実施例と同様の効果が得られる。また、原料
についてもガリウムやアルミニウムのみならず、インジ
ウム等についても本実施例で述べたと同様の効果が得ら
れる。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、シャ
ッタの開閉によるるつぼや原料の温度変化が低減し、分
子線量の変動がなくなるシャッタ機構をもつＭＢＥ装置
を提供でき、従って、膜厚や組成制御に優れたヘテロ接
合の結晶成長を行うことができる。
ッタの開閉によるるつぼや原料の温度変化が低減し、分
子線量の変動がなくなるシャッタ機構をもつＭＢＥ装置
を提供でき、従って、膜厚や組成制御に優れたヘテロ接
合の結晶成長を行うことができる。
【図１】本発明にかかる一実施例の分子線結晶装置のシ
ャッタを説明するための分子線源の要部を示す断面図。
ャッタを説明するための分子線源の要部を示す断面図。
【図２】本発明にかかるシャッタを用いた時のシャッタ
開時の分子線量の時間変化を示す線図。
開時の分子線量の時間変化を示す線図。
【図３】従来例による分子線源の要部を示す断面図。
【図４】ＭＢＥ装置の一例を示す断面図。
【図５】従来例によるシャッタ開時の分子線量の時間変
化を示す線図。
化を示す線図。
１１，２０１…原料 １２，２０２…るつぼ １３，２０３…ヒータ １４，２０４…熱反射板 １５，２０５…熱電対 １６，２０６…開口部 １７，２０７…シャッタ １８，２０８…シャフト １０１…超高真空容器 １０２，１０３…分子線源 １０４，１０５…シャッタ １０６…液体窒素シュラウド １０７…半導体基板 １０８…イオンゲージ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 超高真空容器と、前記超高真空容器内に
配置された半導体基板と、前記超高真空容器内に開口部
を前記半導体基板に開口部を対向させ配置された分子線
源と、前記分子線源と前記半導体基板との間に配置され
て半導体基板への分子線流を断続させ分子線源の開口部
に対向する面が凸面になるシャッタを具備した分子線結
晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15007691A JPH05887A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15007691A JPH05887A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05887A true JPH05887A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15488996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15007691A Pending JPH05887A (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05887A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100459384B1 (ko) * | 2002-03-18 | 2004-12-03 | 네오뷰코오롱 주식회사 | 유기물막 및/또는 무기물막을 형성하기 위한 증발 증착 셀어셈블리 |
| US7409130B2 (en) | 2003-10-16 | 2008-08-05 | Olympus Corporation | Endoscope |
| CN115726029A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-03 | 南京信光半导体科技有限公司 | 一种束流机械可控带阀门块分子束外延金属元素源炉 |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP15007691A patent/JPH05887A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100459384B1 (ko) * | 2002-03-18 | 2004-12-03 | 네오뷰코오롱 주식회사 | 유기물막 및/또는 무기물막을 형성하기 위한 증발 증착 셀어셈블리 |
| US7409130B2 (en) | 2003-10-16 | 2008-08-05 | Olympus Corporation | Endoscope |
| CN115726029A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-03-03 | 南京信光半导体科技有限公司 | 一种束流机械可控带阀门块分子束外延金属元素源炉 |
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