JPH06122590A - 分子線源セルと分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線源セルと分子線結晶成長装置Info
- Publication number
- JPH06122590A JPH06122590A JP4273296A JP27329692A JPH06122590A JP H06122590 A JPH06122590 A JP H06122590A JP 4273296 A JP4273296 A JP 4273296A JP 27329692 A JP27329692 A JP 27329692A JP H06122590 A JPH06122590 A JP H06122590A
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- JP
- Japan
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- molecular beam
- cell
- beam source
- source cell
- plane
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 分子線源セルに関し、材料消費の少ない構造
を提供することを目的とする。 【構成】 分子線源セルを構成する坩堝の内壁が少なく
とも一つの対称面を備えて構成されており、この対称面
と直交する任意の平面と坩堝の内壁面との交線が非円形
状をなすことを特徴として分子線源セルを構成する。
を提供することを目的とする。 【構成】 分子線源セルを構成する坩堝の内壁が少なく
とも一つの対称面を備えて構成されており、この対称面
と直交する任意の平面と坩堝の内壁面との交線が非円形
状をなすことを特徴として分子線源セルを構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分子線エピタキシー（Mo
lecular Beam Epitaxy 略称ＭＢＥ）において、分子線
(Molecular Beam)を発生する分子線源セル（Effusion C
ell)とこれを備える分子線結晶装置（略称ＭＢＥ装置）
に関する。
lecular Beam Epitaxy 略称ＭＢＥ）において、分子線
(Molecular Beam)を発生する分子線源セル（Effusion C
ell)とこれを備える分子線結晶装置（略称ＭＢＥ装置）
に関する。
【０００２】半導体結晶の成長に使用されている分子線
エピタキシーは、結晶を構成する構成元素を別々の蒸発
坩堝に入れて超高真空中で加熱し、出てくる元素の蒸気
を分子線の形で予め加熱されている基板に当て、その基
板上に単結晶薄膜を成長させる方法である。
エピタキシーは、結晶を構成する構成元素を別々の蒸発
坩堝に入れて超高真空中で加熱し、出てくる元素の蒸気
を分子線の形で予め加熱されている基板に当て、その基
板上に単結晶薄膜を成長させる方法である。
【０００３】そして、分子線エピタキシーの特徴とし
て、 超高真空での蒸着であるために残留ガスからの不純
物の混入が少ない。 蒸着速度を遅くでき、また正確に蒸着速度を制御す
ることができる。 急峻なヘテロ接合など組成分布を高精度に制御する
ことができる。 などを挙げることができ、この方法で成長させた化合物
半導体結晶を用いて低雑音ＨＥＭＴ（高電子移動度トラ
ンジスタ）やレーザダイオードの量産が行なわれてい
る。
て、 超高真空での蒸着であるために残留ガスからの不純
物の混入が少ない。 蒸着速度を遅くでき、また正確に蒸着速度を制御す
ることができる。 急峻なヘテロ接合など組成分布を高精度に制御する
ことができる。 などを挙げることができ、この方法で成長させた化合物
半導体結晶を用いて低雑音ＨＥＭＴ（高電子移動度トラ
ンジスタ）やレーザダイオードの量産が行なわれてい
る。
【０００４】こゝで、これらデバイスの量産に当たって
は半導体結晶の効率的な製造が不可欠である。すなわ
ち、より少ない分子線材料を用いてより多くのエピタキ
シャル結晶を成長させる必要がある。
は半導体結晶の効率的な製造が不可欠である。すなわ
ち、より少ない分子線材料を用いてより多くのエピタキ
シャル結晶を成長させる必要がある。
【０００５】然し、分子線材料を節約することによりエ
ピタキシャル層の面内均一性を犠牲にすることはできな
い。そのため、基板面内均一性を確保しながら、結晶基
板以外の部分に漏れる分子線を少なくできる分子線源セ
ルの実用化が必要である。
ピタキシャル層の面内均一性を犠牲にすることはできな
い。そのため、基板面内均一性を確保しながら、結晶基
板以外の部分に漏れる分子線を少なくできる分子線源セ
ルの実用化が必要である。
【０００６】
【従来の技術】図３はＭＢＥ装置の構成を示す断面図で
ある。同図において、１はチャンバ，２は分子線源セ
ル，３は分子線源シュラウド，４は結晶成長室シュラウ
ド，５はエピタキシャル成長を行なう結晶基板である。
ある。同図において、１はチャンバ，２は分子線源セ
ル，３は分子線源シュラウド，４は結晶成長室シュラウ
ド，５はエピタキシャル成長を行なう結晶基板である。
【０００７】こゝで、結晶基板５は複数の分子線源セル
２に対向して設けられており、チャンバ１の内部は図示
してない排気系により10-10torr 程度の高真空に排気す
ることができる。
２に対向して設けられており、チャンバ１の内部は図示
してない排気系により10-10torr 程度の高真空に排気す
ることができる。
【０００８】また、装置の分解を容易にするために主フ
ランジ６があり、また、分子線源セル２の交換を容易に
するために分子線源セル用フランジ７が設けられてい
る。また、結晶成長室シュラウド４と分子線源シュラウ
ド３には液体窒素（N2）を供給してあり、結晶基板５と
分子線源セル２はそれぞれ周囲が冷却されている。
ランジ６があり、また、分子線源セル２の交換を容易に
するために分子線源セル用フランジ７が設けられてい
る。また、結晶成長室シュラウド４と分子線源シュラウ
ド３には液体窒素（N2）を供給してあり、結晶基板５と
分子線源セル２はそれぞれ周囲が冷却されている。
【０００９】次に、分子線源セル２は図４に示す断面構
造をとって形成されている。すなわち、窒化硼素（Ｂ
Ｎ）など熱伝導性の優れた耐熱性セラミックよりなるセ
ル（坩堝）９の外側に捲回したタンタル（Ta) 線などよ
りなるヒータ10があり、その外側には熱放射線反射板11
があり、また、セル９に接して温度制御用熱電対12が設
けられている。
造をとって形成されている。すなわち、窒化硼素（Ｂ
Ｎ）など熱伝導性の優れた耐熱性セラミックよりなるセ
ル（坩堝）９の外側に捲回したタンタル（Ta) 線などよ
りなるヒータ10があり、その外側には熱放射線反射板11
があり、また、セル９に接して温度制御用熱電対12が設
けられている。
【００１０】そして、セル９の中にGaやAsなどの分子線
源材料13を入れ、ヒータ10に通電して蒸発温度まで加熱
し、それぞれの元素を分子線として蒸発させる。例え
ば、Gaの場合の加熱温度は900 〜1100℃であり、Asの場
合は200 〜300 ℃である。
源材料13を入れ、ヒータ10に通電して蒸発温度まで加熱
し、それぞれの元素を分子線として蒸発させる。例え
ば、Gaの場合の加熱温度は900 〜1100℃であり、Asの場
合は200 〜300 ℃である。
【００１１】さて、セル９は先に図４に示したように円
柱状の内壁面をもつように形成されていた。図５はセル
の形状と分子線の強度分布の関係を示すものである。
柱状の内壁面をもつように形成されていた。図５はセル
の形状と分子線の強度分布の関係を示すものである。
【００１２】すなわち、同図B-1に示すように従来の円
筒状をしたセル９より照射される分子線は上方から見る
と同図A-1において破線で示すように、また側面から見
るとB-1 で破線で示すような強度分布15をもっており、
セル９の中央部分が最も大きい。
筒状をしたセル９より照射される分子線は上方から見る
と同図A-1において破線で示すように、また側面から見
るとB-1 で破線で示すような強度分布15をもっており、
セル９の中央部分が最も大きい。
【００１３】こゝで、結晶基板上にエピタキシャル成長
を行なう場合、図６に示すように結晶基板５を回転させ
ながら複数のセル９より分子線16を照射して行なわれて
いるが、結晶基板５の全域に亙って均等な厚さで結晶成
長を行ななうことが必要であり、この際、膜厚の均一性
は分子線の強度分布と結晶基板の回転による周方向の平
均化によって決定されている。
を行なう場合、図６に示すように結晶基板５を回転させ
ながら複数のセル９より分子線16を照射して行なわれて
いるが、結晶基板５の全域に亙って均等な厚さで結晶成
長を行ななうことが必要であり、この際、膜厚の均一性
は分子線の強度分布と結晶基板の回転による周方向の平
均化によって決定されている。
【００１４】そこで、強度分布を改良する方法として同
図B-2 で示すような円錐状をしたセル９が提案されてい
る。このようにテーパーをもつセル９の使用により同図
A-2,B-2 に示すように縦方向（セルの軸に平行な方向）
の分子線強度分布を減らし、横方向（セルの軸に垂直な
方向）の分子線強度分布を増すことができる。
図B-2 で示すような円錐状をしたセル９が提案されてい
る。このようにテーパーをもつセル９の使用により同図
A-2,B-2 に示すように縦方向（セルの軸に平行な方向）
の分子線強度分布を減らし、横方向（セルの軸に垂直な
方向）の分子線強度分布を増すことができる。
【００１５】然し、これにより結晶基板面での膜厚の均
一性は改善されるものゝ、結晶基板に入射しない分子線
が増加し、そのために分子線材料の消費量が増大すると
云う問題がある。
一性は改善されるものゝ、結晶基板に入射しない分子線
が増加し、そのために分子線材料の消費量が増大すると
云う問題がある。
【００１６】また、横方向の分子線強度分布を増す方法
として同図B-3 に示すように開口部をセル９の軸に対し
て斜めにしたものがある。然し、これにより横方向の分
子線強度分布15は増すものゝ、結晶基板に入射しない分
子線が増加することは同じであり、同様に分子線材料の
消費量を増加させている。
として同図B-3 に示すように開口部をセル９の軸に対し
て斜めにしたものがある。然し、これにより横方向の分
子線強度分布15は増すものゝ、結晶基板に入射しない分
子線が増加することは同じであり、同様に分子線材料の
消費量を増加させている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】エピタキシャル成長膜
厚の均一性を確保する方法として円錐状のセルを使用し
たり、セルの開口部を斜めにして分子線の強度分布を偏
らせるなどの方法が採られている。
厚の均一性を確保する方法として円錐状のセルを使用し
たり、セルの開口部を斜めにして分子線の強度分布を偏
らせるなどの方法が採られている。
【００１８】このため、分子線分布の平坦化は或る程度
達成できるものゝ、結晶基板に入射しない分子線が増加
し、分子線源材料の消費量が増加すると云う問題があ
り、解決が必要であった。
達成できるものゝ、結晶基板に入射しない分子線が増加
し、分子線源材料の消費量が増加すると云う問題があ
り、解決が必要であった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記の課題は分子線源セ
ルを構成するセルの内壁が少なくとも一つの対称面を備
えて構成されており、この対称面と直交する任意の平面
とセルの内壁面との交線が非円形状をなすことを特徴と
して分子線源セルを構成することにより解決することが
できる。
ルを構成するセルの内壁が少なくとも一つの対称面を備
えて構成されており、この対称面と直交する任意の平面
とセルの内壁面との交線が非円形状をなすことを特徴と
して分子線源セルを構成することにより解決することが
できる。
【００２０】
【作用】本発明はセルより照射する分子線の強度分布を
セルの出射方向により変えることにより結晶基板より外
れる分子線の割合いを減らすもので、これにより分子線
源材料の消費量を減らすものである。
セルの出射方向により変えることにより結晶基板より外
れる分子線の割合いを減らすもので、これにより分子線
源材料の消費量を減らすものである。
【００２１】発明者は、セルから照射される分子線は セルの底にある溶融状態の分子線源材料から直接に
蒸発するものと、 一度、セルの内壁に付着した後、再蒸発するもの
と、 があるが、セルが充分に深い場合はの寄与分が大き
く、この際、分子線の強度分布はセルの内壁部の形状に
より変わる点に着目した。
蒸発するものと、 一度、セルの内壁に付着した後、再蒸発するもの
と、 があるが、セルが充分に深い場合はの寄与分が大き
く、この際、分子線の強度分布はセルの内壁部の形状に
より変わる点に着目した。
【００２２】そこで、本発明はセルの内壁部の水平方向
断面形状を従来の円形より非円形とすることで結晶基板
に入射しない分子線を減少させるものである。図１は本
発明を実施したセルの構成図である。
断面形状を従来の円形より非円形とすることで結晶基板
に入射しない分子線を減少させるものである。図１は本
発明を実施したセルの構成図である。
【００２３】すなわち、本発明に係るセルの内壁18は少
なくとも一つの対称面を備えて構成されており、水平方
向の断面形状が矩形をしたこのセルの場合は二つの対称
面を備えている。
なくとも一つの対称面を備えて構成されており、水平方
向の断面形状が矩形をしたこのセルの場合は二つの対称
面を備えている。
【００２４】今、矩形の長辺の対称面19をとると、この
対称面19と任意の位置で直交する平面20とセルの内面18
との交線は非円形であり、この場合は同図Ｂに示すよう
に矩形である。
対称面19と任意の位置で直交する平面20とセルの内面18
との交線は非円形であり、この場合は同図Ｂに示すよう
に矩形である。
【００２５】このようなセルを用いた分子線源セルを用
いると長辺側の内壁より蒸発した分子線の数は短辺側の
内壁より蒸発した分子線の数より多くなり、強度分布を
調節できる。
いると長辺側の内壁より蒸発した分子線の数は短辺側の
内壁より蒸発した分子線の数より多くなり、強度分布を
調節できる。
【００２６】図２(A-1) と(B-1) は図１の矩形で長辺と
短辺の長さが２：１の場合のセルの開口部形状と分子線
強度分布を示しており、このような形状をとり、結晶基
板の回転軸をセルの対称面上に配置すれば分子線強度分
布を調整することができ、分子線材料の浪費を無くする
ことができる。
短辺の長さが２：１の場合のセルの開口部形状と分子線
強度分布を示しており、このような形状をとり、結晶基
板の回転軸をセルの対称面上に配置すれば分子線強度分
布を調整することができ、分子線材料の浪費を無くする
ことができる。
【００２７】
【実施例】図２(A-2) は本発明を実施したセルの開口部
形状を示すもので、半円の弦と長方形の長辺とが一致す
るように組合せたもので、半径と短辺との比を１：0.5
としている。
形状を示すもので、半円の弦と長方形の長辺とが一致す
るように組合せたもので、半径と短辺との比を１：0.5
としている。
【００２８】同図(B-2) はこのセルより蒸発する分子線
の強度分布であって、図に示すように縦：横＝３：４の
長方形に近くなり、対称面に垂直な方向の分子線の漏れ
を減らすことができる。
の強度分布であって、図に示すように縦：横＝３：４の
長方形に近くなり、対称面に垂直な方向の分子線の漏れ
を減らすことができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば分子線強度分布を方向に
より変えることが可能で、これにより結晶基板に入射し
ない分子線の量を減らすことができ、分子線材料の効率
的な使用が可能となる。
より変えることが可能で、これにより結晶基板に入射し
ない分子線の量を減らすことができ、分子線材料の効率
的な使用が可能となる。
【図１】本発明を実施したセルの斜視図（Ａ）と直交面
の平面図（Ｂ）である。
の平面図（Ｂ）である。
【図２】本発明を実施したセルの開口部形状と分子線強
度分布である。
度分布である。
【図３】分子線結晶成長装置の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図４】従来の分子線源セルの構成を示す断面図であ
る。
る。
【図５】分子線の強度分布（Ａ）とセルの形状（Ｂ）と
の関係図である。
の関係図である。
【図６】エピタキシャル成長の説明図である。
２ 分子線源セル ５ 結晶基板 ９ セル 13 分子線源材料 15 強度分布 16 分子線 18 セルの内面 19 長辺の対称面 20 直交する平面
Claims (2)
- 【請求項１】 分子線源セルを構成する坩堝の内壁が少
なくとも一つの対称面を備えて構成されており、該対称
面と直交する任意の平面と坩堝の内壁面との交線が非円
形状をなすことを特徴とする分子線源セル。 - 【請求項２】 前項記載の坩堝の対称面の延長上に結晶
基板の回転軸が設けられていることを特徴とする分子線
結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4273296A JPH06122590A (ja) | 1992-10-13 | 1992-10-13 | 分子線源セルと分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4273296A JPH06122590A (ja) | 1992-10-13 | 1992-10-13 | 分子線源セルと分子線結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06122590A true JPH06122590A (ja) | 1994-05-06 |
Family
ID=17525882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4273296A Withdrawn JPH06122590A (ja) | 1992-10-13 | 1992-10-13 | 分子線源セルと分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06122590A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009228098A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Fujifilm Corp | ルツボ、真空蒸着方法、および真空蒸着装置 |
-
1992
- 1992-10-13 JP JP4273296A patent/JPH06122590A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009228098A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Fujifilm Corp | ルツボ、真空蒸着方法、および真空蒸着装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |