JPH0687688A - 分子線エピタキシー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期間、高品質な超格子を作成することが可
能な分子線エピタキシー装置を提供すること。 【構成】 高真空に排気された真空室１内に複数個の蒸
発源２を配置し、各出口近傍にシャッタ９を取り付け、
ベローズ式回転導入端子１１を介して駆動する。また中
心軸部に間欠シャッタ２０を取り付け、マグネット式回
転導入端子２３を介しモータ２４で駆動する。作動時、
蒸発源３により加熱蒸発された金属中、必要なシャッタ
９を開き、間欠シャッタ２０を等速回転させ、加熱され
た基板８上に長期間、高品質な超格子を作成させること
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相成長法、液相成長
法と並び化合物半導体のエピタキシャル薄膜成長法の一
つとして開発された分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置
に関し、特に超格子作成に好適のものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の分子線エピタキシー装置は、図６
（ａ）の概念図に示すように、高真空に排気された真空
室１内に、同図（ｂ）の原理図に示すように、セル等か
らなる蒸発源２を複数個環状に配置し、これらの蒸発源
２の周りを液体窒素３で満たすと共に、該蒸発源２の中
に収納されたＧａ，Ａｓ等の金属材料４をヒータ５によ
って加熱し、セルから分子線（ビーム）６の形で飛び出
させ、該分子線６を、上記真空室１内に配置され加熱ヒ
ータ７で加熱された基板８上に衝突させ、それぞれの材
料４の付着係数の違いを利用して化学量論的組成比を保
ってエピタキシャル成長させるようになっている。図
中、９は蒸発源２の出口近傍に取り付けられたシャッタ
で、蒸発源２から基板８に向かう分子線６を機械的な該
シャッタ９で遮り、成長を中断させることができるよう
にしたもので、各蒸発源毎に独立して取付けられてい
る。１０は膜厚計であり、また真空室１は矢印方向にプ
リヒート室、基板交換室に通じている。

【０００３】上記した従来の分子線エピタキシー装置に
より、真空室１中に設置された基板８をヒータ７で加熱
し、蒸発源２から蒸発される金属材料４、例えば、Ｇａ
とＡｌとＡｓをシャッタ９の開閉により、次のようにし
て、ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＡｌＡｓ等の超格子が作
成される。即ち、例えば、ＧａＡｌＡｓの超格子作成方
法は、 先ず、図７（ａ）のように、セル２ａと２ｃを開、セ
ル２ｂをシャッタ９で閉とし、基板８上にＧａＡｓの層
をエピタキシャル成長させる（例えば厚さ５０Å）。こ
の際、超高真空中で、各蒸発源から分子（原子）線を発
生させると、加熱した結晶基板８上で、それぞれの材料
のもつ付着係数の違いを利用して化学量論的組成比を保
ってエピタキシャル成長する。 続いて、図７（ｂ）のように、セル２ｂと２ｃを開、
セル２ａをシャッタ９で閉とし、ＧａＡｓ層上にＡｌＡ
ｓの層をエピタキシャル成長させる（例えば厚さ５０
Å）。 上記及びの操作を所望回数繰り返えすことによ
り、所望の超格子が作成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の分子線エピタキシー装置は、各蒸発源２毎にシャッタ
９を取付けており、一層ごと、或いは、一種類の薄膜ご
とにシャッタの開閉の必要があり、該シャッタ開閉駆動
のため、一例として図５に示すように、大気圧Ｂ側の図
示しないモータにより駆動される回転軸ａの回転トルク
を、真空側Ａと大気圧Ｂ側の隔壁貫通部をベローズｂに
よってシールされながら「すりこぎ」運動する軸ｃを介
して、真空Ａ側回転軸ｄに伝えるようにしたベローズ式
回転導入端子を用いているため、高速回転で使用する
と、該ベローズｂの伸縮の頻度が高くなると共に、真空
中での軸受の累積回転数などの問題で、該ベローズ式回
転導入端子の寿命が短くなるばかりでなく、他方、シャ
ッタ９の開閉ごとに該シャッタの蒸発源側に蒸着した原
料物質、例えばＧａが飛び散るなどの問題点があった。

【０００５】本発明は、上記した従来技術の問題点を解
決し、長期間に亙り良好な超格子を作成することの可能
な分子線エピタキシー装置を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、分子線エピタキシー装置において、蒸
発源と基板との間に間欠シャッタを取付けたことを特徴
とし、該間欠シャッタを、複数個の蒸発源の出口近傍に
取り付けられたシャッタに追加して設けたことを特徴と
している。

【０００７】また、上記間欠シャッタは、マグネット式
回転導入端子を介して外部より駆動するようにしたこと
を特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明は上記のように構成されているので、運
転時、真空室中に配置され加熱された基板に向け、各蒸
発源毎にシャッタを備えたものでは、蒸発源により加熱
蒸発された金属のうち、必要なシャッタを開放して置
き、間欠シャッタを等速回転させることにより、蒸発源
から蒸発した金属が断続的に基板に到達し、薄膜形成が
なされる。なお、一定膜厚の成膜を行なった後、他の蒸
発源用のシャッタを開放し、該他の金属薄膜を形成する
ことができる。

【０００９】この際、蒸発源の蒸発速度と間欠シャッタ
によって決まる基板と蒸発源間の開放時間により、薄膜
の厚さが制御され、また蒸発源毎に取付けられたシャッ
タを使用し、必要な蒸発源を用いることにより、超格子
の作成が可能となる。

【００１０】また、上記した間欠シャッタの回転駆動に
は左程のトルクを要しないため、ベローズ式回転導入端
子よりもトルクの小さいマグネット式回転導入端子を用
いることができるので、該間欠シャッタが長寿命化し、
また該間欠シャッタは高速開閉が不要なため、該シャッ
タに付着した蒸着物が他の個所へ飛散することが防止さ
れる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す分子線エピタキシ
ー装置の平面断面図、図２は側断面図であり、図中、図
６（ａ）（ｂ）に記載した符号と同一の符号は同一ない
し同類部分を示すものとする。

【００１２】図において、高真空に排気された真空室１
内に、複数個（図で６個）の蒸発源２が基板ヒータ７で
加熱された基板８に向くようにして環状に等間隔に配置
されており、これらの蒸発源２は、金属材料２ａを収納
したセル２ｂを有している。また、上記各蒸発源２の出
口近傍には、シャッタ９が設けられ、該シャッタ９は、
ベローズ式回転導入端子１１を介して外部から駆動され
るようになっている。これらのことは従来例（図６
（ａ））と変りはない。

【００１３】本実施例では、真空室１内の中心軸部に回
転支持された間欠シャッタ２０が追加して取り付けられ
ており、該間欠シャッタ２０は、図１に示すように、ま
ゆ形の開口２１が１個穿設されたシャッタ板２２を有
し、該シャッタ板２２は、長寿命マグネット式回転導入
端子２３を介して外部のモータ２４により駆動されるよ
うになっている。

【００１４】上記のマグネット式回転導入端子２３は、
図４（ａ）（ｂ）に示すように、真空Ａ側の回転軸ａ
と、大気Ｂ側の回転体ｂとがステンレス等の非磁性体か
らなる筒形薄板ｃで隔離され、両回転体ａ，ｂは磁気的
に結合されて回転が伝わるようになっている。なお、図
２中、１０は膜厚計で、ビームモータ、質量分析計、水
晶膜厚計などで構成される。

【００１５】次に、作用について説明すると、運転中、
真空室１中に配置され加熱ヒータ７により加熱された基
板８に向け、蒸発源２により加熱蒸発された金属のう
ち、必要なシャッタ９を開放して置き、間欠シャッタ２
０を外部モータ２４により、マグネット式回転導入端子
２３を介して等速回転させることにより、蒸発源２から
蒸発した金属が断続的に基板８に到達し、薄膜形成がな
される。次いで、一定膜厚の成膜を行なった後、他の蒸
発源２内のシャッタ９を開放して、該他の金属薄膜を形
成することができる。この際、蒸発源２の蒸発速度と間
欠シャッタ２０のシャッタ板２２によって決まる基板８
と蒸発源２間の開放時間により、薄膜の厚さが制御さ
れ、蒸発源２ごとに備えられたシャッタ９を使用し、必
要な蒸発源を用いることにより、超格子の作成が可能と
なる。

【００１６】この実施例によれば、上記した間欠シャッ
タ２０の回転には左程のトルクを要しないため、ベロー
ズ式回転導入端子よりもトルクの小さいマグネット式回
転導入端子２３を用いることができるので、該間欠シャ
ッタ２０が長寿命化し、また該間欠シャッタ２０は高速
開閉が不要なため、該シャッタについた蒸着物の他の箇
所への飛散が防止できる。

【００１７】なお、上記した実施例において、間欠シャ
ッタ２０を蒸発源２側にのみ適用した装置について説明
したが、基板８部分にも蒸発源側と同期させ適用するこ
とにより、蒸着時間を間欠とし、該基板上での金属原子
の移動（マイグレーション）の時間を与えることができ
る。この方法は、マイグレーションエンハーンスエピタ
キーと呼ばれ、本発明はこれにも応用が可能である。

【００１８】また、間欠シャッタ２０のシャッタ板２２
に穿設された開口２１の形状や個数等については図示の
ものに限らず、例えば図１で２点鎖線で示した丸形開口
に形成することも可能である。

【００１９】また、従来例において各蒸発源２ごとに設
けられたシャッタ９を、図３（ａ）（ｂ）に示すよう
に、間欠シャッタ３０に代えることも可能である。この
場合間欠シャッタ３０は、シャッタ板３２に例えば２個
の開口３１が対称位置に設けられている。この実施例に
よれば、双方の間欠シャッタ板３２、３２の開口３１の
位置を互いにずらすことにより、交互に異る金属を基板
上に成長させることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分子線エピタキシー装置の蒸発源と基板との間に間欠シ
ャッタを取り付けたことにより、該間欠シャッタの回転
には左程トルクを要しないため、従来のベローズ式回転
導入端子よりもトルクの小さいマグネット式回転導入端
子を用いることができるので、シャッタの長寿命化が可
能となり、また、高速開閉が不要なため、シャッタに付
着した蒸着物の他の個所への飛散防止を行なうことがで
きる。

【００２１】また、蒸発源ごとに取り付けられるシャッ
タと当該間欠シャッタとを併用することにより、長期
間、高品質な超格子の作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分子線エピタキシー装
置の平面断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す側断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す説明図で、（ａ）は
要部平面図、（ｂ）は要部側面図である。

【図４】高真空に利用される磁気結合による回転導入端
子の説明図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図で
ある。

【図５】高真空に利用されるベローズ式回転導入端子の
原理を示す説明図である。

【図６】（ａ）は従来例を示す分子線エピタキシー装置
の概念図、（ｂ）は原理図である。

【図７】（ａ）（ｂ）は従来例の作用説明図である。

【符号の説明】

１ 真空室 ２ 蒸発源 ７ 基板の加熱ヒータ ８ 基板 ９ シャッタ １０ 膜厚計 ２０ 間欠シャッタ ２１ 開口 ２２ シャッタ板 ２３ マグネット式回転導入端子 ２４ モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空室内に複数個の蒸発源を備え、これ
   らの蒸発源から分子線を発生させ、該室内に配置され加
   熱された基板上に、それぞれの材料のもつ付着係数の違
   いを利用してエピタキシャル成長させるようにした分子
   線エピタキシー装置において、上記蒸発源と基板との間
   に間欠シャッタを取り付けたことを特徴とする分子線エ
   ピタキシー装置。
2. 【請求項２】 複数個の蒸発源の各出口近傍に開閉シャ
   ッタを取付け、これらの開閉シャッタの基板側に間欠シ
   ャッタを追加して設けたことを特徴とする請求項１記載
   の分子線エピタキシー装置。
3. 【請求項３】 間欠シャッタを、マグネット式回転導入
   端子を介して外部より駆動するようにしたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の分子線エピタキシー装置。