JPH0677133A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
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- JPH0677133A JPH0677133A JP22901292A JP22901292A JPH0677133A JP H0677133 A JPH0677133 A JP H0677133A JP 22901292 A JP22901292 A JP 22901292A JP 22901292 A JP22901292 A JP 22901292A JP H0677133 A JPH0677133 A JP H0677133A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 分子線量の安定性に優れ、かつ故障の極めて
少ない分子線源の温度制御を可能とする分子線結晶成長
装置を提供する。 【構成】 高真空容器内に分子線源と半導体基板を配
し、分子線源の温度測定とその側温値に基づいて分子線
源の温度を制御しつつ前記半導体基板上に分子線を照射
して半導体結晶を成長させる分子線結晶成長装置におい
て、高真空容器壁に設けられたビューポートと、高真空
容器内にあって分子線源からの熱放射を一端から取入れ
他端を前記ビューポート１２に接続させた第一の光ファ
イバ１１と、前記第一の光ファイバのビューポート１２
接続端と前記ビューポートを介し一端を対向接続して高
真空容器の外部に設けられた第二の光ファイバ１３と、
前記第二の光ファイバの他端に接続された放射温度計お
よびその測定温度に基づいて分子線源の温度制御機構を
具備したことを特徴とする分子線結晶成長装置。
少ない分子線源の温度制御を可能とする分子線結晶成長
装置を提供する。 【構成】 高真空容器内に分子線源と半導体基板を配
し、分子線源の温度測定とその側温値に基づいて分子線
源の温度を制御しつつ前記半導体基板上に分子線を照射
して半導体結晶を成長させる分子線結晶成長装置におい
て、高真空容器壁に設けられたビューポートと、高真空
容器内にあって分子線源からの熱放射を一端から取入れ
他端を前記ビューポート１２に接続させた第一の光ファ
イバ１１と、前記第一の光ファイバのビューポート１２
接続端と前記ビューポートを介し一端を対向接続して高
真空容器の外部に設けられた第二の光ファイバ１３と、
前記第二の光ファイバの他端に接続された放射温度計お
よびその測定温度に基づいて分子線源の温度制御機構を
具備したことを特徴とする分子線結晶成長装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分子線結晶成長装置に係
り、特に分子線源の温度制御機構の改良に関する。
り、特に分子線源の温度制御機構の改良に関する。
【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、優れた特性をもつ
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、優れた特性をもつ
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の一例を図３に
示す。超高真空容器１内には複数個の分子線源１０が設
置されている。分子線源１０より分子線が射出され、こ
れらの分子線に対向する位置に配置された半導体基板６
上に半導体薄膜を成長させる。また、分子線に対向する
位置には分子線量をモニタするためのイオンゲージ７が
設置されている。分子線源１０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５により断
続的に遮断され、その射出が制御される。
示す。超高真空容器１内には複数個の分子線源１０が設
置されている。分子線源１０より分子線が射出され、こ
れらの分子線に対向する位置に配置された半導体基板６
上に半導体薄膜を成長させる。また、分子線に対向する
位置には分子線量をモニタするためのイオンゲージ７が
設置されている。分子線源１０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５により断
続的に遮断され、その射出が制御される。
【０００４】分子線源１０の温度制御は、各分子線源１
０の温度を夫々の熱電対４により測定し、調節器８によ
り各ヒータ３の出力をＰＩＤ制御して行う。
０の温度を夫々の熱電対４により測定し、調節器８によ
り各ヒータ３の出力をＰＩＤ制御して行う。
【０００５】図４に図３における分子線源を断面図で示
す。分子線源は、半導体薄膜結晶を構成する元素の原料
１０１（例えば、ＧａＡｓ層の成長においては、ガリウ
ム：Ｇａもしくはひ素：Ａｓ）を入れたるつぼ２（例え
ば、パイロリティックボロンナイトライド製）と、原料
１０１を加熱するためのヒータ３と、加熱効率を向上さ
せるための熱反射板１０２と、原料１０１の温度をモニ
ターするための熱電対４とで構成されている。熱電対４
はるつぼ２の底面２ａに接触するように、機械的に固定
されている。分子線源は真空フランジ１０５によって高
真空容器１に固定され、かつ外部との気密が保たれる。
す。分子線源は、半導体薄膜結晶を構成する元素の原料
１０１（例えば、ＧａＡｓ層の成長においては、ガリウ
ム：Ｇａもしくはひ素：Ａｓ）を入れたるつぼ２（例え
ば、パイロリティックボロンナイトライド製）と、原料
１０１を加熱するためのヒータ３と、加熱効率を向上さ
せるための熱反射板１０２と、原料１０１の温度をモニ
ターするための熱電対４とで構成されている。熱電対４
はるつぼ２の底面２ａに接触するように、機械的に固定
されている。分子線源は真空フランジ１０５によって高
真空容器１に固定され、かつ外部との気密が保たれる。
【０００６】また、熱電対４の出力は真空フランジ１０
５に碍子１０６によって溶接された熱電対出力端子１０
４を通して気密を保ち外部に導出される。さらにその出
力は、コネクタ１０７が出力端子１０４に接続され調節
器８に導かれる。
５に碍子１０６によって溶接された熱電対出力端子１０
４を通して気密を保ち外部に導出される。さらにその出
力は、コネクタ１０７が出力端子１０４に接続され調節
器８に導かれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の分子線結晶
成長装置には次に述べるような問題がある。
成長装置には次に述べるような問題がある。
【０００８】熱電対出力端子１０４は碍子１０６により
互いに絶縁されているが、Ａｓなどの蒸着分子が碍子に
付着して熱電対がショートし、このため分子線源の温度
制御ができなくなることがあった。また、この際、ショ
ート後直ちにヒータの電力を遮断しないと、分子線源が
過度に加熱され破損に至ることもあった。
互いに絶縁されているが、Ａｓなどの蒸着分子が碍子に
付着して熱電対がショートし、このため分子線源の温度
制御ができなくなることがあった。また、この際、ショ
ート後直ちにヒータの電力を遮断しないと、分子線源が
過度に加熱され破損に至ることもあった。
【０００９】また、図４に示すように、熱電対４はるつ
ぼ２の底面２ａに接触するように機械的に固定されてい
るが、ゲートバルブやシャッタ５の開閉、基板６のトラ
ンスファーなどに伴なう機械的振動や、るつぼや熱電対
を固定している部品の腐食や破損により熱電対の位置が
ずれ、熱電対の接触不良が生じることがある。図５は、
例えばガリウム分子線源において熱電対に接触不良があ
る場合にシャッタ開閉を行なった際、イオンゲージによ
ってモニターされる分子線強度が時間変動する様子を示
す。これは熱電対とるつぼの接触が不完全であると、熱
電対はるつぼの温度ではなく分子線源内部雰囲気の温度
をモニターすることになり、しかもシャッタの開閉に伴
なう分子線源内部雰囲気の温度変化が大きいために、る
つぼに対して設定された調節器では応答が追従できなく
なるために生じる現象である。このような状態では調節
器のＰＩＤ値をどのように調節しても分子線量を安定化
させることは出来ない。
ぼ２の底面２ａに接触するように機械的に固定されてい
るが、ゲートバルブやシャッタ５の開閉、基板６のトラ
ンスファーなどに伴なう機械的振動や、るつぼや熱電対
を固定している部品の腐食や破損により熱電対の位置が
ずれ、熱電対の接触不良が生じることがある。図５は、
例えばガリウム分子線源において熱電対に接触不良があ
る場合にシャッタ開閉を行なった際、イオンゲージによ
ってモニターされる分子線強度が時間変動する様子を示
す。これは熱電対とるつぼの接触が不完全であると、熱
電対はるつぼの温度ではなく分子線源内部雰囲気の温度
をモニターすることになり、しかもシャッタの開閉に伴
なう分子線源内部雰囲気の温度変化が大きいために、る
つぼに対して設定された調節器では応答が追従できなく
なるために生じる現象である。このような状態では調節
器のＰＩＤ値をどのように調節しても分子線量を安定化
させることは出来ない。
【００１０】この分子線強度の時間変動は成長層の膜厚
や組成比の変動を引き起こすため、格子整合に精密な組
成制御を必要とするＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ層やＩ
ｎＡｌＡｓ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る。
や組成比の変動を引き起こすため、格子整合に精密な組
成制御を必要とするＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ層やＩ
ｎＡｌＡｓ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る。
【００１１】さらに、フランジ１０５に溶接されている
熱電対出力端子１０４の一部は、フランジ外部に突き出
ている。この部分にコネクタ１０７を着脱する際に過度
な力が加わったり、機械的な衝撃が加わったために、溶
接部分に間隙を生じ、リークを生じることがあった。
熱電対出力端子１０４の一部は、フランジ外部に突き出
ている。この部分にコネクタ１０７を着脱する際に過度
な力が加わったり、機械的な衝撃が加わったために、溶
接部分に間隙を生じ、リークを生じることがあった。
【００１２】これらの故障が発生すると、真空容器にリ
ークを生ずるので故障箇所を修理する必要に迫られる。
この際、真空容器内は大気によって汚染される。このた
め、汚染した原料及びるつぼは新しいものと交換し、超
高真空を得るために２週間程度のベーキングが必要とな
る。超高真空が得られた後、さらに結晶成長に十分供す
るために原料の脱ガス等を行う。これらの作業すべてを
完了するためには、少なくとも１ヶ月におよぶ長期間が
必要とされる。このように、稼働に長時間を必要とする
ので、結晶成長装置の稼働率を低下させる大きな要因に
なっていた。
ークを生ずるので故障箇所を修理する必要に迫られる。
この際、真空容器内は大気によって汚染される。このた
め、汚染した原料及びるつぼは新しいものと交換し、超
高真空を得るために２週間程度のベーキングが必要とな
る。超高真空が得られた後、さらに結晶成長に十分供す
るために原料の脱ガス等を行う。これらの作業すべてを
完了するためには、少なくとも１ヶ月におよぶ長期間が
必要とされる。このように、稼働に長時間を必要とする
ので、結晶成長装置の稼働率を低下させる大きな要因に
なっていた。
【００１３】本発明は、上記従来の分子線結晶成長装置
の有する欠点を除去し、分子線量の安定性に優れ、かつ
故障の極めて少ない分子線源の温度制御を可能とする分
子線結晶成長装置を提供することを目的とする。
の有する欠点を除去し、分子線量の安定性に優れ、かつ
故障の極めて少ない分子線源の温度制御を可能とする分
子線結晶成長装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、高真空容器内に分子線源と半導体基板を配
し、分子線源の温度測定とその側温値に基づいて分子線
源の温度を制御しつつ前記半導体基板上に分子線を照射
して半導体結晶を成長させる分子線結晶成長装置におい
て、高真空容器壁に設けられたビューポートと、高真空
容器内にあって分子線源からの熱放射を一端から取入れ
他端を前記ビューポートに接続させた第一の光ファイバ
と、前記第一の光ファイバのビューポート接続端と前記
ビューポートを介し一端を対向接続して高真空容器の外
部に設けられた第二の光ファイバと、前記第二の光ファ
イバの他端に接続された放射温度計およびその測定温度
に基づいて分子線源の温度制御機構を具備したことを特
徴とする。
成長装置は、高真空容器内に分子線源と半導体基板を配
し、分子線源の温度測定とその側温値に基づいて分子線
源の温度を制御しつつ前記半導体基板上に分子線を照射
して半導体結晶を成長させる分子線結晶成長装置におい
て、高真空容器壁に設けられたビューポートと、高真空
容器内にあって分子線源からの熱放射を一端から取入れ
他端を前記ビューポートに接続させた第一の光ファイバ
と、前記第一の光ファイバのビューポート接続端と前記
ビューポートを介し一端を対向接続して高真空容器の外
部に設けられた第二の光ファイバと、前記第二の光ファ
イバの他端に接続された放射温度計およびその測定温度
に基づいて分子線源の温度制御機構を具備したことを特
徴とする。
【００１５】
【作用】本発明にかかる分子線源の温度制御方法を用い
ることにより、熱電対のショート、接触不良及び熱電対
の出力端子の溶接部分からのリークがなくなり、射出さ
れる分子線量が安定し、かつ分子線結晶成長装置の稼働
率を大幅に向上させることができる。
ることにより、熱電対のショート、接触不良及び熱電対
の出力端子の溶接部分からのリークがなくなり、射出さ
れる分子線量が安定し、かつ分子線結晶成長装置の稼働
率を大幅に向上させることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００１７】本発明にかかる分子線結晶成長装置の構成
の概略を図１に断面図で示す。
の概略を図１に断面図で示す。
【００１８】図１において、真空容器１内に複数の分子
線源１０が設置され、これから放射された熱放射は、各
分子線源毎に第一の光ファイバ１１の一端に導入され導
かれて他端は真空容器１の一部に設けられたビューポー
ト１２に対接して熱放射を導入させる。このビューボー
ト１２は、真空容器１の外側で前記複数の第一の光ファ
イバの他端（ビューポートとの対接部）に対向する複数
の第二の光ファイバ１３の各一端が対向して接続されて
熱放射が導入される。前記複数の第二の光ファイバ１３
は他端が複数放射温度計１４に個々に接続され、各分子
線源の温度を測定し、この結果を調節器１５にフィード
バックすることにより各ヒータの出力を制御し、各分子
線源の温度制御が達成される。
線源１０が設置され、これから放射された熱放射は、各
分子線源毎に第一の光ファイバ１１の一端に導入され導
かれて他端は真空容器１の一部に設けられたビューポー
ト１２に対接して熱放射を導入させる。このビューボー
ト１２は、真空容器１の外側で前記複数の第一の光ファ
イバの他端（ビューポートとの対接部）に対向する複数
の第二の光ファイバ１３の各一端が対向して接続されて
熱放射が導入される。前記複数の第二の光ファイバ１３
は他端が複数放射温度計１４に個々に接続され、各分子
線源の温度を測定し、この結果を調節器１５にフィード
バックすることにより各ヒータの出力を制御し、各分子
線源の温度制御が達成される。
【００１９】本発明にかかる分子線源の要部断面図を図
２に示す。半導体薄膜結晶を構成する元素の原料（例え
ば、ＧａＡｓ層の成長においては、ガリウム：Ｇａもし
くはひ素：Ａｓ）は、その使用する温度範囲において少
なくともその一部例えば底面２ａがある波長範囲の赤外
線にたいして不透明な材料で構成されたるつぼ２（例え
ば、パイロリティックボロンナイトライドにグラファイ
トコーティングしたもの）に入れられている。るつぼ２
は、原料１０１を加熱するためのヒータ３（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１０
２（例えばモリブデン製）とに囲まれている。るつぼ２
の底面２ａに対向する位置には、るつぼ２の放射源から
放射される赤外線を受光するための前記第一の光ファイ
バ１１の一端が取り付けられている。
２に示す。半導体薄膜結晶を構成する元素の原料（例え
ば、ＧａＡｓ層の成長においては、ガリウム：Ｇａもし
くはひ素：Ａｓ）は、その使用する温度範囲において少
なくともその一部例えば底面２ａがある波長範囲の赤外
線にたいして不透明な材料で構成されたるつぼ２（例え
ば、パイロリティックボロンナイトライドにグラファイ
トコーティングしたもの）に入れられている。るつぼ２
は、原料１０１を加熱するためのヒータ３（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１０
２（例えばモリブデン製）とに囲まれている。るつぼ２
の底面２ａに対向する位置には、るつぼ２の放射源から
放射される赤外線を受光するための前記第一の光ファイ
バ１１の一端が取り付けられている。
【００２０】図２に示す分子線源を用いて成長を行なっ
たところ、射出される分子線量は長時間にわたって極め
て安定であった。
たところ、射出される分子線量は長時間にわたって極め
て安定であった。
【００２１】また、従来の熱電対に起因する装置の故障
がなくなり、稼働率が大幅に向上した。
がなくなり、稼働率が大幅に向上した。
【００２２】なお、上記実施例ではるつぼの底面に光フ
ァイバを設置する場合を例示したが、本発明はその設置
場所に拘束を受けるものでなく、分子線源から放射され
る赤外線をモニターできる位置に設置すれば本発明の効
果が得られることはいうまでもない。
ァイバを設置する場合を例示したが、本発明はその設置
場所に拘束を受けるものでなく、分子線源から放射され
る赤外線をモニターできる位置に設置すれば本発明の効
果が得られることはいうまでもない。
【００２３】また、使用される放射線の波長、光ファイ
バの材質等に制限を受けるものではない。
バの材質等に制限を受けるものではない。
【００２４】
【発明の効果】叙上の如く本発明によれば、射出される
分子線量が安定し、熱電対の接触不良および熱電対の出
力端子のフィードスルー部分からのリークによる装置の
故障と、故障修復後の再開までに要する多くの時間をな
くすことができる顕著な利点がある。
分子線量が安定し、熱電対の接触不良および熱電対の出
力端子のフィードスルー部分からのリークによる装置の
故障と、故障修復後の再開までに要する多くの時間をな
くすことができる顕著な利点がある。
【図１】本発明に係る一実施例の分子線結晶成長装置の
概略を示す断面図。
概略を示す断面図。
【図２】本発明に係る一実施例の分子線結晶成長装置に
おける分子線源の断面図。
おける分子線源の断面図。
【図３】従来例の分子線結晶成長装置の断面図。
【図４】従来例の分子線結晶成長装置における分子線源
の断面図。
の断面図。
【図５】従来の装置によるシャッタ開閉時の分子線量の
時間変化を示す線図。
時間変化を示す線図。
１ 高真空容器 ２ るつぼ ３ ヒータ ５ シャッタ ６ 半導体基板 １０ 分子線源 １１ 第一の光ファイバ １２ ビューポート １３ 第二の光ファイバ １４ 放射温度計 １５ 温度調節器 １０１ 原料 １０２ 熱反射板 １０３ 電流入力端子 １０５ 真空フランジ
Claims (1)
- 【請求項１】 高真空容器内に分子線源と半導体基板を
配し、分子線源の温度測定とその側温値に基づいて分子
線源の温度を制御しつつ前記半導体基板上に分子線を照
射して半導体結晶を成長させる分子線結晶成長装置にお
いて、高真空容器壁に設けられたビューポートと、高真
空容器内にあって分子線源からの熱放射を一端から取入
れ他端を前記ビューポートに接続させた第一の光ファイ
バと、前記第一の光ファイバのビューポート接続端と前
記ビューポートを介し一端を対向接続して高真空容器の
外部に設けられた第二の光ファイバと、前記第二の光フ
ァイバの他端に接続された放射温度計およびその測定温
度に基づいて分子線源の温度制御機構を具備したことを
特徴とする分子線結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22901292A JPH0677133A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22901292A JPH0677133A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677133A true JPH0677133A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16885378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22901292A Pending JPH0677133A (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677133A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08181071A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Rohm Co Ltd | 成膜方法およびそれを用いた半導体装置の製法 |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP22901292A patent/JPH0677133A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08181071A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Rohm Co Ltd | 成膜方法およびそれを用いた半導体装置の製法 |
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