JPH06345590A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
- Publication number
- JPH06345590A JPH06345590A JP15812093A JP15812093A JPH06345590A JP H06345590 A JPH06345590 A JP H06345590A JP 15812093 A JP15812093 A JP 15812093A JP 15812093 A JP15812093 A JP 15812093A JP H06345590 A JPH06345590 A JP H06345590A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- molecular beam
- shutter
- shutter plate
- opening
- beam source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】シャッター開時の分子線強度のオーバーシュー
トを防ぎ、分子線の輻射を安定に制御でき、かつ、長期
間の連続使用に耐えうるシャッターを提供する。 【構成】分子線を開口部より発生する分子線源と、前記
分子線により結晶成長を行う基板を保持する基板ホルダ
ーと、前記開口部を覆うためのシャッター板と該シャッ
ター板を移動させる手段を含むシャッター機構とを含む
分子線結晶成長装置において、前記シャッター板が、赤
外線を透過し、かつ前記分子線により腐食されない材質
からなるものである。
トを防ぎ、分子線の輻射を安定に制御でき、かつ、長期
間の連続使用に耐えうるシャッターを提供する。 【構成】分子線を開口部より発生する分子線源と、前記
分子線により結晶成長を行う基板を保持する基板ホルダ
ーと、前記開口部を覆うためのシャッター板と該シャッ
ター板を移動させる手段を含むシャッター機構とを含む
分子線結晶成長装置において、前記シャッター板が、赤
外線を透過し、かつ前記分子線により腐食されない材質
からなるものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、分子線を発生する分子
線源と基板との間に配置されるシャッター機構を改善し
た分子線結晶成長装置に関するものである。
線源と基板との間に配置されるシャッター機構を改善し
た分子線結晶成長装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）に
代表される分子線結晶成長は、分子線源より発生する分
子線により、基板上に結晶薄膜を成長させる技術であ
る。通常、複数の分子線源を用い、結晶薄膜の組成、膜
厚などは、分子線源と基板との間に配置されたシャッタ
ー機構を用いて制御している。
代表される分子線結晶成長は、分子線源より発生する分
子線により、基板上に結晶薄膜を成長させる技術であ
る。通常、複数の分子線源を用い、結晶薄膜の組成、膜
厚などは、分子線源と基板との間に配置されたシャッタ
ー機構を用いて制御している。
【０００３】従来は、図２に示すようなシャッター５０
が用いられている。シャッター５０は、分子線源２０の
分子線を輻射する開口部２１の大きさに対応した大きさ
のシャッター板５１と、そのシャッター板５１を保持す
るためのシャッター軸５２とから構成されている。分子
線源２０より発生する分子線の輻射を遮断する際（閉
時）には、このシャッター板５１を分子線源の開口部２
１を覆う位置に移動させる。また、結晶薄膜成長時に
は、分子線の輻射を遮断しない位置にシャッター板５１
を移動させている（開時）。シャッター板５１は、分子
線源の開口部２１近傍に配置され高温にさらされるた
め、タンタルなどの高融点金属で構成されている。
が用いられている。シャッター５０は、分子線源２０の
分子線を輻射する開口部２１の大きさに対応した大きさ
のシャッター板５１と、そのシャッター板５１を保持す
るためのシャッター軸５２とから構成されている。分子
線源２０より発生する分子線の輻射を遮断する際（閉
時）には、このシャッター板５１を分子線源の開口部２
１を覆う位置に移動させる。また、結晶薄膜成長時に
は、分子線の輻射を遮断しない位置にシャッター板５１
を移動させている（開時）。シャッター板５１は、分子
線源の開口部２１近傍に配置され高温にさらされるた
め、タンタルなどの高融点金属で構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような構造のシャ
ッターにおいて、シャッター板を分子線の輻射を遮断す
る位置から遮断しない位置に移動させた場合、分子線の
輻射強度（分子線強度）がオーバーシュートし、分子線
の輻射強度が安定するまでに時間を要するという問題が
あった。また、ガリウムなどの分子線源は、タンタル板
を腐食させるため、シャッター板の寿命が、比較的短い
という問題があった。
ッターにおいて、シャッター板を分子線の輻射を遮断す
る位置から遮断しない位置に移動させた場合、分子線の
輻射強度（分子線強度）がオーバーシュートし、分子線
の輻射強度が安定するまでに時間を要するという問題が
あった。また、ガリウムなどの分子線源は、タンタル板
を腐食させるため、シャッター板の寿命が、比較的短い
という問題があった。
【０００５】本発明は、これらの課題を解決したもの
で、本発明の目的は、シャッター開時の分子線強度のオ
ーバーシュートを防ぎ、分子線の輻射を安定に制御で
き、かつ、長期間の連続使用に耐えうるシャッターを提
供するものである。
で、本発明の目的は、シャッター開時の分子線強度のオ
ーバーシュートを防ぎ、分子線の輻射を安定に制御で
き、かつ、長期間の連続使用に耐えうるシャッターを提
供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、分子
線を開口部より発生する分子線源と、前記分子線により
結晶成長を行う基板を保持する基板ホルダーと、前記開
口部を覆うためのシャッター板と該シャッター板を移動
させる手段を含むシャッター機構とを含む分子線結晶成
長装置において、前記シャッター板が、赤外線を透過
し、かつ前記分子線により腐食されない材質からなるも
のである。また、前記シャッター板の前記開口部に対向
する面が、水平に対して傾いており、かつ前記分子線を
構成する元素にぬれにくいものである。望ましくは、前
記シャッター板は熱分解窒化ほう素からなり、前記対向
する面の表面粗さは１μｍ以下である。
線を開口部より発生する分子線源と、前記分子線により
結晶成長を行う基板を保持する基板ホルダーと、前記開
口部を覆うためのシャッター板と該シャッター板を移動
させる手段を含むシャッター機構とを含む分子線結晶成
長装置において、前記シャッター板が、赤外線を透過
し、かつ前記分子線により腐食されない材質からなるも
のである。また、前記シャッター板の前記開口部に対向
する面が、水平に対して傾いており、かつ前記分子線を
構成する元素にぬれにくいものである。望ましくは、前
記シャッター板は熱分解窒化ほう素からなり、前記対向
する面の表面粗さは１μｍ以下である。
【０００７】本発明の分子線結晶成長装置においては、
シャッター板が赤外線を透過し、かつ腐食されない材質
なので、分子線源内からの赤外線の輻射や分子線源内へ
の赤外線の反射がシャッター位置により変化しない。こ
のため、分子線源内の温度、特に融解した原料元素の表
面温度が安定しており、分子線の輻射強度が一定であ
る。加えて、シャッター板が分子線を構成する元素によ
り腐食されないため、分子線源セルの近傍に配置しても
腐食することなく、シャッターの安定した長時間の連続
動作が可能である。
シャッター板が赤外線を透過し、かつ腐食されない材質
なので、分子線源内からの赤外線の輻射や分子線源内へ
の赤外線の反射がシャッター位置により変化しない。こ
のため、分子線源内の温度、特に融解した原料元素の表
面温度が安定しており、分子線の輻射強度が一定であ
る。加えて、シャッター板が分子線を構成する元素によ
り腐食されないため、分子線源セルの近傍に配置しても
腐食することなく、シャッターの安定した長時間の連続
動作が可能である。
【０００８】特に、シャッター板の表面が、水平に対し
て傾いており、かつ分子線を構成する元素に対してぬれ
にくいので、その表面に析出した元素がそのまま付着す
ることなく、シャッター板の周辺部に集積される。した
がって、長時間の連続使用によっても、その表面に厚く
元素が推積することなく、シャッター位置により分子線
源内からの赤外線の輻射が影響されることなく、安定し
た分子線の輻射強度を得ることができる。同時に、シャ
ッター板の腐食を防ぎ、高寿命化が可能となる。
て傾いており、かつ分子線を構成する元素に対してぬれ
にくいので、その表面に析出した元素がそのまま付着す
ることなく、シャッター板の周辺部に集積される。した
がって、長時間の連続使用によっても、その表面に厚く
元素が推積することなく、シャッター位置により分子線
源内からの赤外線の輻射が影響されることなく、安定し
た分子線の輻射強度を得ることができる。同時に、シャ
ッター板の腐食を防ぎ、高寿命化が可能となる。
【０００９】さらに、シャッター板の材質として、熱分
解窒化ほう素（P-BN、Pyrolytic-Boron Nitride）を用
いることが望ましい。熱分解窒化ほう素は、高温安定
性（昇華分解温度2300℃）、高耐熱衝撃性、化学的
安定性（溶融金属・塩、各種酸・アルカリに対して安
定）、分子線セルからの輻射光の波長に対して透明で
あり（吸収係数が波長５μｍ以下で200/cm以下、波長２
０μｍ以上で10/cm）、かつ石英ガラスと異なりSiを含
まない、緻密であるという性質を有する。したがっ
て、シャッター板として、赤外線透過率が良好であるこ
とから、シャッター位置により分子線源セル内からの赤
外線の輻射が影響されることなく、安定した分子線の輻
射強度を得ることができるのみでなく、化学的に安定で
あり、Siなどの不純物を放出することもない。他に、Ａ
ｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素）など
をシャッター板に用いることもできる。
解窒化ほう素（P-BN、Pyrolytic-Boron Nitride）を用
いることが望ましい。熱分解窒化ほう素は、高温安定
性（昇華分解温度2300℃）、高耐熱衝撃性、化学的
安定性（溶融金属・塩、各種酸・アルカリに対して安
定）、分子線セルからの輻射光の波長に対して透明で
あり（吸収係数が波長５μｍ以下で200/cm以下、波長２
０μｍ以上で10/cm）、かつ石英ガラスと異なりSiを含
まない、緻密であるという性質を有する。したがっ
て、シャッター板として、赤外線透過率が良好であるこ
とから、シャッター位置により分子線源セル内からの赤
外線の輻射が影響されることなく、安定した分子線の輻
射強度を得ることができるのみでなく、化学的に安定で
あり、Siなどの不純物を放出することもない。他に、Ａ
ｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素）など
をシャッター板に用いることもできる。
【００１０】
【実施例】以下本発明を、図１に示した分子線結晶成長
装置を実施例として詳細に説明する。
装置を実施例として詳細に説明する。
【００１１】図１は、高真空に保たれる成長室１０の一
部を示している。分子線源２０は成長室１０の内壁に設
けられており、液体窒素を充填したシュラウド１１が成
長室１０の他の内壁を囲むように配置されている。分子
線源２０より分子線が照射される方向に、基板３０およ
び基板ホルダー３１が取り付けられたマニピュレーター
３２が配置されている。このマニピュレーター３２は基
板３０を加熱する電熱ヒータなどの加熱手段および回転
手段を備えている。
部を示している。分子線源２０は成長室１０の内壁に設
けられており、液体窒素を充填したシュラウド１１が成
長室１０の他の内壁を囲むように配置されている。分子
線源２０より分子線が照射される方向に、基板３０およ
び基板ホルダー３１が取り付けられたマニピュレーター
３２が配置されている。このマニピュレーター３２は基
板３０を加熱する電熱ヒータなどの加熱手段および回転
手段を備えている。
【００１２】分子線源２０とマニピュレーター３２の間
で、分子線源の開口部２１に近接してシャッター４０が
設けられている。シャッター４０は、分子線源の開口部
２１を覆うことのできるシャッター板４１とそれを保持
するシャッター軸４２などからなる。シャッター板４１
は、熱分解窒化ほう素（P-BN）からなり、その分子線源
の開口部２１に対する面は表面粗さ０．３μｍ程度に鏡
面加工されている。シャッター板４１は、黒鉛型上に１
０００℃以上の高温下で三塩化ほう素とアンモニアを反
応させた減圧ＣＶＤ法により形成されたものの表面を鏡
面仕上げ研磨したものである。このシャッター板４１は
ステンレス製のシャッター軸４２の先端に取り付けら
れ、分子線源セル６の開口面と平行方向に往復移動させ
るソレノイド機構（図示していない）を備えることによ
って、分子線源セルの開口部２１を覆い閉じる、また
は、開いて分子線を輻射することできる。
で、分子線源の開口部２１に近接してシャッター４０が
設けられている。シャッター４０は、分子線源の開口部
２１を覆うことのできるシャッター板４１とそれを保持
するシャッター軸４２などからなる。シャッター板４１
は、熱分解窒化ほう素（P-BN）からなり、その分子線源
の開口部２１に対する面は表面粗さ０．３μｍ程度に鏡
面加工されている。シャッター板４１は、黒鉛型上に１
０００℃以上の高温下で三塩化ほう素とアンモニアを反
応させた減圧ＣＶＤ法により形成されたものの表面を鏡
面仕上げ研磨したものである。このシャッター板４１は
ステンレス製のシャッター軸４２の先端に取り付けら
れ、分子線源セル６の開口面と平行方向に往復移動させ
るソレノイド機構（図示していない）を備えることによ
って、分子線源セルの開口部２１を覆い閉じる、また
は、開いて分子線を輻射することできる。
【００１３】シャッター板４１は水平に対し、３０°か
ら９０°の傾斜角θをもつように配置されており、シャ
ッター４０を閉開しても、シャッター板４１が分子線源
２０に接触することのないように配置されている。
ら９０°の傾斜角θをもつように配置されており、シャ
ッター４０を閉開しても、シャッター板４１が分子線源
２０に接触することのないように配置されている。
【００１４】本実施例によれば、シャッター４０が分子
線源２０を覆う（閉の位置にある）ときは、分子線源の
開口部２１から輻射された赤外線は、シャッター板４１
を透過し、成長室１０内に放出されている。このため分
子線源２０から輻射された赤外線が再び分子線源２０に
戻ってくることがなく、シャッター４０を閉じていて
も、開らいている場合と同様な熱環境を分子線源２０内
に作ることができる。したがって、シャッター４０を開
閉しても分子線の輻射量はオーバーシュートすることな
く、必要な組成・厚さの分子線エピタキシャル成長膜を
安定に再現性よく成長することが可能となる。
線源２０を覆う（閉の位置にある）ときは、分子線源の
開口部２１から輻射された赤外線は、シャッター板４１
を透過し、成長室１０内に放出されている。このため分
子線源２０から輻射された赤外線が再び分子線源２０に
戻ってくることがなく、シャッター４０を閉じていて
も、開らいている場合と同様な熱環境を分子線源２０内
に作ることができる。したがって、シャッター４０を開
閉しても分子線の輻射量はオーバーシュートすることな
く、必要な組成・厚さの分子線エピタキシャル成長膜を
安定に再現性よく成長することが可能となる。
【００１５】シャッター板４１はＡｌ、Ｇａなどの分子
線を構成する元素によってぬれることなく、また、傾い
ているので、付着した元素は液滴化して下側に流され
て、シャッター板４１の表面を覆うことがない。したが
って、長期間の連続した使用によっても分子線源２０内
の熱環境は変化することなく、かつ、シャッター板４１
の全面が腐食されることもない。
線を構成する元素によってぬれることなく、また、傾い
ているので、付着した元素は液滴化して下側に流され
て、シャッター板４１の表面を覆うことがない。したが
って、長期間の連続した使用によっても分子線源２０内
の熱環境は変化することなく、かつ、シャッター板４１
の全面が腐食されることもない。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、分子線を開口部よ
り発生する分子線源と、前記分子線により結晶成長を行
う基板を保持する基板ホルダーと、前記開口部を覆うた
めのシャッター板と該シャッター板を移動させる手段を
含むシャッター機構とを含む分子線結晶成長装置におい
て、前記シャッター板が、赤外線を透過し、かつ前記分
子線により腐食されない材質からなるものである。
り発生する分子線源と、前記分子線により結晶成長を行
う基板を保持する基板ホルダーと、前記開口部を覆うた
めのシャッター板と該シャッター板を移動させる手段を
含むシャッター機構とを含む分子線結晶成長装置におい
て、前記シャッター板が、赤外線を透過し、かつ前記分
子線により腐食されない材質からなるものである。
【００１７】シャッター板が赤外線を透過し、かつ腐食
されない材質なので、分子線源内からの赤外線の輻射や
分子線源内への赤外線の反射がシャッター位置により変
化しないため、分子線源内の温度が安定しており、分子
線の輻射強度のオーバーシュートがなく、一定条件で結
晶成長が可能である。したがって、結晶薄膜の組成、膜
厚などの制御性に優れ、再現性の高い結晶の成長が可能
となる。特に、ＨＥＭＴ、超格子半導体素子に用いられ
る混晶エピタキシャル層などの結晶薄膜の成長におい
て、結晶薄膜界面付近の組成分布の正確な制御が可能と
なる。
されない材質なので、分子線源内からの赤外線の輻射や
分子線源内への赤外線の反射がシャッター位置により変
化しないため、分子線源内の温度が安定しており、分子
線の輻射強度のオーバーシュートがなく、一定条件で結
晶成長が可能である。したがって、結晶薄膜の組成、膜
厚などの制御性に優れ、再現性の高い結晶の成長が可能
となる。特に、ＨＥＭＴ、超格子半導体素子に用いられ
る混晶エピタキシャル層などの結晶薄膜の成長におい
て、結晶薄膜界面付近の組成分布の正確な制御が可能と
なる。
【００１８】加えて、分子線を構成する元素により腐食
されないため、分子線源セルの近傍に配置しても腐食す
ることなく、シャッターの安定した長時間の連続動作が
可能である。したがって、結晶薄膜の製造において、保
守・メインテナンス費用が低減できるとともに、作業効
率、生産性が著しく向上する。
されないため、分子線源セルの近傍に配置しても腐食す
ることなく、シャッターの安定した長時間の連続動作が
可能である。したがって、結晶薄膜の製造において、保
守・メインテナンス費用が低減できるとともに、作業効
率、生産性が著しく向上する。
【図１】本実施例による分子線結晶成長装置の構成を説
明するための概念図である。
明するための概念図である。
【図２】従来技術によるシャッターの構造を説明するた
めの図である。
めの図である。
１０ 成長室 １１ シュラウド ２０ 分子線源 ２１ 分子線源の開口部 ３０ 基板 ３１ 基板ホルダー ３２ マニピュレーター ４０ シャッター ４１ シャッター板 ４２ シャッター軸
Claims (2)
- 【請求項１】 分子線を開口部より発生する分子線源
と、前記分子線により結晶成長を行う基板を保持する基
板ホルダーと、前記開口部を覆うためのシャッター板と
該シャッター板を移動させる手段を含むシャッター機構
とを含む分子線結晶成長装置において、前記シャッター
板が、赤外線を透過し、かつ前記分子線により腐食され
ない材質からなることを特徴とする分子線結晶成長装
置。 - 【請求項２】 前記シャッター板の前記開口部に対向す
る面が、水平に対して傾いており、かつ前記分子線を構
成する元素にぬれにくいことを特徴とする請求項１記載
の分子線結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15812093A JPH06345590A (ja) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15812093A JPH06345590A (ja) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06345590A true JPH06345590A (ja) | 1994-12-20 |
Family
ID=15664741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15812093A Pending JPH06345590A (ja) | 1993-06-04 | 1993-06-04 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06345590A (ja) |
-
1993
- 1993-06-04 JP JP15812093A patent/JPH06345590A/ja active Pending
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