JPH0714765A - ラジカルセルと分子線エピタキシ−装置 - Google Patents
ラジカルセルと分子線エピタキシ−装置Info
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- JPH0714765A JPH0714765A JP5184386A JP18438693A JPH0714765A JP H0714765 A JPH0714765 A JP H0714765A JP 5184386 A JP5184386 A JP 5184386A JP 18438693 A JP18438693 A JP 18438693A JP H0714765 A JPH0714765 A JP H0714765A
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＺｎＳｅの半導体レ−ザを作るにはｎ型とｐ
型の導電型の結晶が得られなければならない。分子線エ
ピタキシ−において、窒素をラジカルセルによってド−
プすることが提案されている。窒素ラジカルには高エネ
ルギ−の窒素分子イオンも含まれるこれが試料基板の高
速で衝突すると、成長中の薄膜の結晶性を損なうことが
ある。これを防ぐことが目的である。 【構成】 ラジカルセルの開口部の上方に、メッシュ電
極を設け、これに正電圧バイアスを印加する。正イオン
である窒素イオンはメッシュ電極により減速される。エ
ネルギ−が下がるので基板に高速で衝突するということ
がない。
型の導電型の結晶が得られなければならない。分子線エ
ピタキシ−において、窒素をラジカルセルによってド−
プすることが提案されている。窒素ラジカルには高エネ
ルギ−の窒素分子イオンも含まれるこれが試料基板の高
速で衝突すると、成長中の薄膜の結晶性を損なうことが
ある。これを防ぐことが目的である。 【構成】 ラジカルセルの開口部の上方に、メッシュ電
極を設け、これに正電圧バイアスを印加する。正イオン
である窒素イオンはメッシュ電極により減速される。エ
ネルギ−が下がるので基板に高速で衝突するということ
がない。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、分子線エピタキシ−
装置において、原料をプラズマにしてチャンバ内に導く
ことのできるラジカルセルに関する。分子線エピタキシ
−法は、超高真空のチャンバ内に基板を設け、幾つかの
種類の原料を加熱して分子線とし、基板に照射し、基板
の上に原料化合物の薄膜を形成する方法である。分子線
セルがチャンバの周壁にそって幾つか設けられる。これ
はるつぼ、ヒ−タ、リフレクタ、熱電対、支柱などより
なる。原料毎に一つの分子線セルが設けられる。超高真
空にするので気体原子の平均自由工程が長くなり、分子
線セルから直進して基板に到達する。ＧａＡｓなどの化
合物半導体薄膜を適当な基板の上に形成することができ
る。不純物をド−プする場合は、その元素を含む分子線
セルを設ける。分子線エピタキシ−法は、原料の供給を
厳密に制御することができるので、微細構造をもつ素子
を再現性良く製造することができるという利点がある。
装置において、原料をプラズマにしてチャンバ内に導く
ことのできるラジカルセルに関する。分子線エピタキシ
−法は、超高真空のチャンバ内に基板を設け、幾つかの
種類の原料を加熱して分子線とし、基板に照射し、基板
の上に原料化合物の薄膜を形成する方法である。分子線
セルがチャンバの周壁にそって幾つか設けられる。これ
はるつぼ、ヒ−タ、リフレクタ、熱電対、支柱などより
なる。原料毎に一つの分子線セルが設けられる。超高真
空にするので気体原子の平均自由工程が長くなり、分子
線セルから直進して基板に到達する。ＧａＡｓなどの化
合物半導体薄膜を適当な基板の上に形成することができ
る。不純物をド−プする場合は、その元素を含む分子線
セルを設ける。分子線エピタキシ−法は、原料の供給を
厳密に制御することができるので、微細構造をもつ素子
を再現性良く製造することができるという利点がある。
【０００２】
【従来の技術】以上に説明したものは、原料が固体であ
るものである。原料がガスである場合は分子線セルのよ
うに閉じられたものではなく、ガスソ−スセルといっ
て、外部のガスボンベとつながったようなセルになる。
セルの開口部にはヒ−タやリフレクタ、などが設けられ
る。またガスの流れを制限するためにジャマ板が設けら
れることもある。これらはいずれにしても、原料が分子
線になるのは加熱により蒸発したためである。分子線で
あるが、原子または分子としては基底状態にある。エネ
ルギ−としては運動エネルギ−だけを持つ。化学的な活
性は低い。
るものである。原料がガスである場合は分子線セルのよ
うに閉じられたものではなく、ガスソ−スセルといっ
て、外部のガスボンベとつながったようなセルになる。
セルの開口部にはヒ−タやリフレクタ、などが設けられ
る。またガスの流れを制限するためにジャマ板が設けら
れることもある。これらはいずれにしても、原料が分子
線になるのは加熱により蒸発したためである。分子線で
あるが、原子または分子としては基底状態にある。エネ
ルギ−としては運動エネルギ−だけを持つ。化学的な活
性は低い。
【０００３】さて青色発光素子としてさまざまのものが
考えられてきている。バンドギャップが広く直接遷移型
である半導体が材料となる。しかもｐｎ接合が形成され
なければならない。しかしこのような条件を満足する材
料がない。
考えられてきている。バンドギャップが広く直接遷移型
である半導体が材料となる。しかもｐｎ接合が形成され
なければならない。しかしこのような条件を満足する材
料がない。
【０００４】ＺｎＳｅが青色発光素子の材料として昔か
ら研究されてきた。これはバンドギャップが広く、直接
遷移型という条件には適合する。しかし多くの困難があ
り、ＺｎＳｅの青色レ−ザは実現できなかった。まずバ
ルクのＺｎＳｅ結晶を作るのが難しい。これは高温で昇
華するので高圧を掛けて結晶成長しなければならない。
従来のチョクラルスキ−法やブリッジマン法ではバルク
結晶を製造できない。ＺｎＳｅ基板ができないので、Ｇ
ａＡｓを基板としてヘテロエピタキシ−を行うことが多
い。基板の上にＺｎＳｅ薄膜をエピタキシャル成長させ
る。
ら研究されてきた。これはバンドギャップが広く、直接
遷移型という条件には適合する。しかし多くの困難があ
り、ＺｎＳｅの青色レ−ザは実現できなかった。まずバ
ルクのＺｎＳｅ結晶を作るのが難しい。これは高温で昇
華するので高圧を掛けて結晶成長しなければならない。
従来のチョクラルスキ−法やブリッジマン法ではバルク
結晶を製造できない。ＺｎＳｅ基板ができないので、Ｇ
ａＡｓを基板としてヘテロエピタキシ−を行うことが多
い。基板の上にＺｎＳｅ薄膜をエピタキシャル成長させ
る。
【０００５】ところが伝導型の制御が難しい。ｐｎ接合
を作るにはｐ型の薄膜と、ｎ型の薄膜が必要である。い
ずれの型も難しいが、特にｐ型のＺｎＳｅが作り難い。
ｎ型の結晶は、ｎ型不純物をド−プすることによって得
られる。従来ＺｎＳｅのｎ型不純物としては、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎなどが知られていた。しかしこれらはド−プ量
を上げると却ってｎ型キャリヤ密度が低下し、１０17ｃ
ｍ-3が最大のｎ型キャリヤ密度であった。
を作るにはｐ型の薄膜と、ｎ型の薄膜が必要である。い
ずれの型も難しいが、特にｐ型のＺｎＳｅが作り難い。
ｎ型の結晶は、ｎ型不純物をド−プすることによって得
られる。従来ＺｎＳｅのｎ型不純物としては、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎなどが知られていた。しかしこれらはド−プ量
を上げると却ってｎ型キャリヤ密度が低下し、１０17ｃ
ｍ-3が最大のｎ型キャリヤ密度であった。
【０００６】ｐ型のド−プはさらに難しい。西沢らはＬ
ｉをド−プしたｐ型のＺｎＳｅ結晶を蒸気圧制御温度差
法で製作したと発表した。J.Nishizawa,K.Itoh,Y.Okuno
and F.Sakurai:J.Appl.Phys.57,2210(1985) しかしＬｉド−プのＺｎＳｅの製作は難しく再現性に乏
しい。またｐ型不純物のキャリヤ密度が低い。８×１０
16ｃｍ-3以上にはならない。それにＬｉはＺｎＳｅ中で
拡散しやすく、ｐｎ接合の特性が一定しない。
ｉをド−プしたｐ型のＺｎＳｅ結晶を蒸気圧制御温度差
法で製作したと発表した。J.Nishizawa,K.Itoh,Y.Okuno
and F.Sakurai:J.Appl.Phys.57,2210(1985) しかしＬｉド−プのＺｎＳｅの製作は難しく再現性に乏
しい。またｐ型不純物のキャリヤ密度が低い。８×１０
16ｃｍ-3以上にはならない。それにＬｉはＺｎＳｅ中で
拡散しやすく、ｐｎ接合の特性が一定しない。
【０００７】そこでｎ型の不純物としては、塩素が用い
られるようになった。これは塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2 ）を
原料とする。塩素ド−プＺｎＳｅは分子線エピタキシ−
法で作ることもできる。ＧａＡｓ基板に、Ｚｎ、Ｓｅ、
ＺｎＣｌ2 の分子線セルを同時に照射するのである。K.
Ohkawa,T.Mitsuyu and O.Yamazaki:Ext.Abstr.18th Con
f. Solid State Devices and Materials,Tokyo,1986,p6
35 塩素をｎ型不純物として用いると１０19ｃｍ-3程度のキ
ャリヤ密度を実現できる。Ｇａド−プの場合よりも１桁
近く改善される。
られるようになった。これは塩化亜鉛（ＺｎＣｌ2 ）を
原料とする。塩素ド−プＺｎＳｅは分子線エピタキシ−
法で作ることもできる。ＧａＡｓ基板に、Ｚｎ、Ｓｅ、
ＺｎＣｌ2 の分子線セルを同時に照射するのである。K.
Ohkawa,T.Mitsuyu and O.Yamazaki:Ext.Abstr.18th Con
f. Solid State Devices and Materials,Tokyo,1986,p6
35 塩素をｎ型不純物として用いると１０19ｃｍ-3程度のキ
ャリヤ密度を実現できる。Ｇａド−プの場合よりも１桁
近く改善される。
【０００８】ｐ型の不純物としては窒素が検討されてき
た。しかし窒素はＺｎＳｅ結晶の中へ入って行き難い。
液相エピタキシ−、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などによ
る、窒素のＺｎＳｅへのド−プがいろいろと試みられて
いたが、いずれも窒素をＺｎＳｅ中へ導入することが出
来なかった。窒素はＺｎＳｅの中に入らずｐ型の不純物
とならなかったのである。
た。しかし窒素はＺｎＳｅ結晶の中へ入って行き難い。
液相エピタキシ−、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などによ
る、窒素のＺｎＳｅへのド−プがいろいろと試みられて
いたが、いずれも窒素をＺｎＳｅ中へ導入することが出
来なかった。窒素はＺｎＳｅの中に入らずｐ型の不純物
とならなかったのである。
【０００９】ところが、大川等は、窒素をラジカルとし
てＺｎＳｅにド−プするラジカルド−ピング法を提案し
た。これは窒素ガスを放電により活性窒素とし、分子線
として、Ｚｎの分子線や、Ｓｅの分子線とともに基板に
当てる方法を発明した。K.Ohkawa,T.Karasawa and T.Mi
tsuyu:6th Int.Conf.Molecular Beam Epitaxy,San Dieg
o, 1990,PIII-21,J.Cryst.Growth 117,375(1991) K.Ohkawa,A.Tsujimura,S.Hayashi, S.Yoshii and T.Mit
suyu:Ext.Abstr.1992 Int. Conf. Solid State Devices
and Materials,Tsukuba, 1992 p.330 これらの著者は分子線エピタキシ−装置の構造を図示し
ていないので、どのような装置を使用したのか明らかで
ない。しかし図３のようなものであろうと推測される。
てＺｎＳｅにド−プするラジカルド−ピング法を提案し
た。これは窒素ガスを放電により活性窒素とし、分子線
として、Ｚｎの分子線や、Ｓｅの分子線とともに基板に
当てる方法を発明した。K.Ohkawa,T.Karasawa and T.Mi
tsuyu:6th Int.Conf.Molecular Beam Epitaxy,San Dieg
o, 1990,PIII-21,J.Cryst.Growth 117,375(1991) K.Ohkawa,A.Tsujimura,S.Hayashi, S.Yoshii and T.Mit
suyu:Ext.Abstr.1992 Int. Conf. Solid State Devices
and Materials,Tsukuba, 1992 p.330 これらの著者は分子線エピタキシ−装置の構造を図示し
ていないので、どのような装置を使用したのか明らかで
ない。しかし図３のようなものであろうと推測される。
【００１０】図３は本発明者の想像に基づく分子線エピ
タキシ−装置にラジカルセルを設けたものを示す概略図
である。超高真空チャンバ１の内部壁面には、液体窒素
シュラウド２が設けられる。他の真空室と連絡管３によ
って接続される。他の真空室とチャンバ１とはゲ−トバ
ルブ４により仕切られる。搬送装置５が試料基板を自動
搬送する。試料ホルダ６に試料基板７が下向きに取り付
けられる。分子線エピタキシ−装置の壁面に沿って幾つ
かの分子線セルが設けられる。この内一つが窒素のド−
プのためのラジカルセル８である。他の分子線セル９は
固体原料を分子線とするものである。数多く設けられる
がここでは一つしか図示しない。
タキシ−装置にラジカルセルを設けたものを示す概略図
である。超高真空チャンバ１の内部壁面には、液体窒素
シュラウド２が設けられる。他の真空室と連絡管３によ
って接続される。他の真空室とチャンバ１とはゲ−トバ
ルブ４により仕切られる。搬送装置５が試料基板を自動
搬送する。試料ホルダ６に試料基板７が下向きに取り付
けられる。分子線エピタキシ−装置の壁面に沿って幾つ
かの分子線セルが設けられる。この内一つが窒素のド−
プのためのラジカルセル８である。他の分子線セル９は
固体原料を分子線とするものである。数多く設けられる
がここでは一つしか図示しない。
【００１１】分子線セル９は、るつぼ１０、ヒ−タ１
１、リフレクタ１２、支柱１３、超高真空フランジ１
４、熱電対１５、シャッタ１６などよりなる。これは亜
鉛、セレンなど固体を加熱蒸発させ分子線とする。分子
線は基板に向かって直進する。
１、リフレクタ１２、支柱１３、超高真空フランジ１
４、熱電対１５、シャッタ１６などよりなる。これは亜
鉛、セレンなど固体を加熱蒸発させ分子線とする。分子
線は基板に向かって直進する。
【００１２】ラジカルセル８は、るつぼ１８、高周波コ
イル１９、遮蔽板２０、導入パイプ２１、バルブ２２、
シャッタ２３などを含む。基板の直下にもシャッタ１７
がある。ラジカルセルからは窒素のラジカルがラジカル
線となって基板に飛んでゆく。基板上で反応がおこり、
窒素を含むＺｎＳｅが成長する。
イル１９、遮蔽板２０、導入パイプ２１、バルブ２２、
シャッタ２３などを含む。基板の直下にもシャッタ１７
がある。ラジカルセルからは窒素のラジカルがラジカル
線となって基板に飛んでゆく。基板上で反応がおこり、
窒素を含むＺｎＳｅが成長する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】分子線エピタキシ−装
置により、ＺｎＳｅなどのII−VI族化合物半導体結晶を
製造する際、ｐ型の伝導型を持つ結晶を得るために、窒
素ガスをプラズマにしてII族、VI族元素の分子線ととも
に基板に照射していた。単に窒素ガスを分子線にしても
ＺｎＳｅの結晶内部には入ってゆかないが、プラズマに
して活性化すると成長中のＺｎＳｅの内部に取り込まれ
てゆく。プラズマにするために、窒素の分子線セルに
は、高周波や、マイクロ波を印加して、窒素をプラズマ
状態にするようにしている。プラズマ状態の窒素は活性
が高くて、運動エネルギ−も多様である。イオンである
ものもあり、中性ラジカルであるものもある。
置により、ＺｎＳｅなどのII−VI族化合物半導体結晶を
製造する際、ｐ型の伝導型を持つ結晶を得るために、窒
素ガスをプラズマにしてII族、VI族元素の分子線ととも
に基板に照射していた。単に窒素ガスを分子線にしても
ＺｎＳｅの結晶内部には入ってゆかないが、プラズマに
して活性化すると成長中のＺｎＳｅの内部に取り込まれ
てゆく。プラズマにするために、窒素の分子線セルに
は、高周波や、マイクロ波を印加して、窒素をプラズマ
状態にするようにしている。プラズマ状態の窒素は活性
が高くて、運動エネルギ−も多様である。イオンである
ものもあり、中性ラジカルであるものもある。
【００１４】中性の窒素は、分子線エピタキシ−装置の
超高真空のために分子線から直進して基板に至る。中性
の窒素分子を輸送する源泉となるものは、高周波やマイ
クロ波から与えられた運動エネルギ−である。イオンの
場合はそれだけでなく、分子線セルと基板の電位差によ
り加速される。適当な運動エネルギ−を持つものは成長
中の薄膜に入り結晶構造の一部を形成する。しかし窒素
プラズマの中にはよりエネルギ−の高い窒素イオンも存
在する。
超高真空のために分子線から直進して基板に至る。中性
の窒素分子を輸送する源泉となるものは、高周波やマイ
クロ波から与えられた運動エネルギ−である。イオンの
場合はそれだけでなく、分子線セルと基板の電位差によ
り加速される。適当な運動エネルギ−を持つものは成長
中の薄膜に入り結晶構造の一部を形成する。しかし窒素
プラズマの中にはよりエネルギ−の高い窒素イオンも存
在する。
【００１５】イオンの場合は、分子線セルと基板のバイ
アスによりさらに加速されて基板に衝突する。高速の窒
素イオンが基板に衝突すると、成長中の薄膜の結晶性が
乱される。閃亜鉛鉱型の結晶構造が乱れるし、ＺｎとＳ
ｅの比が局所的に１：１でない部分も発生する。結晶性
が悪いと、窒素ド−プによりｐ型のＺｎＳｅができたと
しても、発光素子などに利用できない。半導体レ−ザと
して利用する場合は、電気−光の変換効率が悪いし、電
気抵抗も増えるからである。
アスによりさらに加速されて基板に衝突する。高速の窒
素イオンが基板に衝突すると、成長中の薄膜の結晶性が
乱される。閃亜鉛鉱型の結晶構造が乱れるし、ＺｎとＳ
ｅの比が局所的に１：１でない部分も発生する。結晶性
が悪いと、窒素ド−プによりｐ型のＺｎＳｅができたと
しても、発光素子などに利用できない。半導体レ−ザと
して利用する場合は、電気−光の変換効率が悪いし、電
気抵抗も増えるからである。
【００１６】窒素をプラズマにしなければ、窒素をＺｎ
Ｓｅにド−プすることができない。しかしプラズマ中に
は高エネルギ−の窒素イオンが存在し、これが薄膜に衝
突し薄膜の結晶性を低下させる。本発明は分子線エピタ
キシ−で窒素ド−プＺｎＳｅを成長させる際のこのよう
な問題を解決することを目的とする。つまりエネルギ−
の高い窒素イオンが基板に衝突しないようにしたラジカ
ルセルを提供することが目的である。
Ｓｅにド−プすることができない。しかしプラズマ中に
は高エネルギ−の窒素イオンが存在し、これが薄膜に衝
突し薄膜の結晶性を低下させる。本発明は分子線エピタ
キシ−で窒素ド−プＺｎＳｅを成長させる際のこのよう
な問題を解決することを目的とする。つまりエネルギ−
の高い窒素イオンが基板に衝突しないようにしたラジカ
ルセルを提供することが目的である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の分子線エピタキ
シ−装置のラジカルセルは、窒素に高周波またはマイク
ロ波を印加してプラズマにしこれを基板に向けて飛ばす
が、セルと基板の間に金属よりなる網を設ける。この網
をメッシュ電極として所望のバイアスを与える。正のバ
イアスを与えると、窒素の正イオンが運動エネルギ−を
失う。エネルギ−を殆ど喪失して、メッシュ電極を通過
できないものもある。メッシュ電極を通り抜けることが
できた正イオンでも、メッシュ電極のバイアス分だけエ
ネルギ−を失っているので、基板に与える衝撃力が緩和
される。
シ−装置のラジカルセルは、窒素に高周波またはマイク
ロ波を印加してプラズマにしこれを基板に向けて飛ばす
が、セルと基板の間に金属よりなる網を設ける。この網
をメッシュ電極として所望のバイアスを与える。正のバ
イアスを与えると、窒素の正イオンが運動エネルギ−を
失う。エネルギ−を殆ど喪失して、メッシュ電極を通過
できないものもある。メッシュ電極を通り抜けることが
できた正イオンでも、メッシュ電極のバイアス分だけエ
ネルギ−を失っているので、基板に与える衝撃力が緩和
される。
【００１８】
【作用】本発明の窒素の分子線セルは、セルの開口と基
板の中間にメッシュ電極を設けており、これに正の電圧
を印加する。窒素ラジカルの中には、エネルギ−の高い
窒素イオンが含まれるが、これがメッシュ電極の近傍で
減速される。減速の程度はメッシュ電極のバイアスによ
る。窒素イオンが減速され、あるものはメッシュ電極か
らセルのほうへ戻される。あるものは、減速されてもメ
ッシュ電極を通り抜けて基板に至るものもある。後者の
場合でも基板に衝突する時のエネルギ−が低いので、基
板に与える衝撃は少ない。成長中の薄膜の結晶性に悪影
響を及ぼさない。結晶性の優れた窒素ド−プＺｎＳｅを
成長させることができる。
板の中間にメッシュ電極を設けており、これに正の電圧
を印加する。窒素ラジカルの中には、エネルギ−の高い
窒素イオンが含まれるが、これがメッシュ電極の近傍で
減速される。減速の程度はメッシュ電極のバイアスによ
る。窒素イオンが減速され、あるものはメッシュ電極か
らセルのほうへ戻される。あるものは、減速されてもメ
ッシュ電極を通り抜けて基板に至るものもある。後者の
場合でも基板に衝突する時のエネルギ−が低いので、基
板に与える衝撃は少ない。成長中の薄膜の結晶性に悪影
響を及ぼさない。結晶性の優れた窒素ド−プＺｎＳｅを
成長させることができる。
【００１９】窒素のド−プに大きく作用するのは中性の
ラジカルである。中性のラジカルはメッシュ電極で電界
を感じないのでそのままメッシュ電極を通過できる。基
板に到達し反応に寄与する中性ラジカルの量が減るわけ
ではない。メッシュ電極は有害な高速正イオンのみを除
き、中性ラジカルはそのままにするので、ＺｎＳｅの成
長を阻害するということはない。
ラジカルである。中性のラジカルはメッシュ電極で電界
を感じないのでそのままメッシュ電極を通過できる。基
板に到達し反応に寄与する中性ラジカルの量が減るわけ
ではない。メッシュ電極は有害な高速正イオンのみを除
き、中性ラジカルはそのままにするので、ＺｎＳｅの成
長を阻害するということはない。
【００２０】
【実施例】図１により本発明の実施例を説明する。超高
真空チャンバ１の内壁に沿って、液体窒素シュラウド２
が設けられる。チャンバ１は他の真空室（図示せず）に
連通し、連絡管３にはゲ−トバルブ４が設けられる。搬
送装置５が真空室の内部にあって、試料基板を搬送でき
るようになっている。搬送装置５の先端には、試料ホル
ダ３があり、これが基板７を下向きに保持している。真
空チャンバ１の斜め下方の壁面には幾つかの分子線セル
が設けられる。この内一つは窒素を導入するためのラジ
カルセル８となっている。固体用の分子線セル９は、亜
鉛や、セレンなどの固体原料を分子線にするものであ
る。複数個あるがここでは簡単のために一つだけを示
す。分子線セル９はるつぼ１０、ヒ−タ１１、リフレク
タ１２、支柱１３、超高真空フランジ１４等よりなる。
真空チャンバ１の内壁に沿って、液体窒素シュラウド２
が設けられる。チャンバ１は他の真空室（図示せず）に
連通し、連絡管３にはゲ−トバルブ４が設けられる。搬
送装置５が真空室の内部にあって、試料基板を搬送でき
るようになっている。搬送装置５の先端には、試料ホル
ダ３があり、これが基板７を下向きに保持している。真
空チャンバ１の斜め下方の壁面には幾つかの分子線セル
が設けられる。この内一つは窒素を導入するためのラジ
カルセル８となっている。固体用の分子線セル９は、亜
鉛や、セレンなどの固体原料を分子線にするものであ
る。複数個あるがここでは簡単のために一つだけを示
す。分子線セル９はるつぼ１０、ヒ−タ１１、リフレク
タ１２、支柱１３、超高真空フランジ１４等よりなる。
【００２１】るつぼ１０には固体原料を入れる。これは
例えばＰＢＮるつぼである。ヒ−タは原料を加熱し気化
する。リフレクタ１２はヒ−タの熱を反射しるつぼに閉
じ込める。支柱１３は、超高真空フランジ１４の上に、
リフレクタ１２やヒ−タ１１、るつぼ１０などを支持す
るためのものである。るつぼの下底には熱電対１５が接
触しており原料の温度をモニタしている。るつぼ１０の
開口部上方にはシャッタ１６がある。これは分子線の流
れを遮断することができる。シャッタ１６の開閉により
自在に分子線の流れを制御することができる。固体原料
に対する分子線セルはこのように閉じられた系である。
例えばＰＢＮるつぼである。ヒ−タは原料を加熱し気化
する。リフレクタ１２はヒ−タの熱を反射しるつぼに閉
じ込める。支柱１３は、超高真空フランジ１４の上に、
リフレクタ１２やヒ−タ１１、るつぼ１０などを支持す
るためのものである。るつぼの下底には熱電対１５が接
触しており原料の温度をモニタしている。るつぼ１０の
開口部上方にはシャッタ１６がある。これは分子線の流
れを遮断することができる。シャッタ１６の開閉により
自在に分子線の流れを制御することができる。固体原料
に対する分子線セルはこのように閉じられた系である。
【００２２】ラジカルセル８の方は、原料がガスである
ので閉じられていない。外部の高純度ガスボンベ（図示
しない）に原料導入パイプによってつながっている。る
つぼ１８、高周波コイル１９、遮蔽板２０などを含む。
高周波コイルに高周波を流し、これによって窒素ガスを
プラズマにする。高周波コイルの代わりにマイクロ波を
用いることもできる。るつぼ１８の下底に原料導入パイ
プ２１が連続している。ラジカルの原料である窒素ガス
がガスボンベから導入パイプ２１を経てるつぼ１８に導
入される。バルブ２２により窒素の流量が制御される。
ので閉じられていない。外部の高純度ガスボンベ（図示
しない）に原料導入パイプによってつながっている。る
つぼ１８、高周波コイル１９、遮蔽板２０などを含む。
高周波コイルに高周波を流し、これによって窒素ガスを
プラズマにする。高周波コイルの代わりにマイクロ波を
用いることもできる。るつぼ１８の下底に原料導入パイ
プ２１が連続している。ラジカルの原料である窒素ガス
がガスボンベから導入パイプ２１を経てるつぼ１８に導
入される。バルブ２２により窒素の流量が制御される。
【００２３】るつぼ１８の上部は蓋によって閉じられ、
中央に小さい穴がある。これから窒素のイオン、ラジカ
ルなどが飛び出す。るつぼ１８にはガス流れを減速する
ためにジャマ板を設ける場合もある。シャッタ２３はる
つぼ１８の開口上方に開閉自在に設けられる。チャンバ
１は超高真空に引かれる必要がある。チャンバの一部に
バルブ２４を介して、チタンサブリメ−ションポンプ２
５、イオンポンプ２６が設けられる。これらのポンプの
組み合わせにより、チャンバ内部を１０-10 〜１０-11
Ｔｏｒｒの超高真空に維持することができる。チャンバ
の上方には、四重極質量分析器２７を設ける。これは所
定の基板の上に成長する薄膜の膜厚をモニタする。
中央に小さい穴がある。これから窒素のイオン、ラジカ
ルなどが飛び出す。るつぼ１８にはガス流れを減速する
ためにジャマ板を設ける場合もある。シャッタ２３はる
つぼ１８の開口上方に開閉自在に設けられる。チャンバ
１は超高真空に引かれる必要がある。チャンバの一部に
バルブ２４を介して、チタンサブリメ−ションポンプ２
５、イオンポンプ２６が設けられる。これらのポンプの
組み合わせにより、チャンバ内部を１０-10 〜１０-11
Ｔｏｒｒの超高真空に維持することができる。チャンバ
の上方には、四重極質量分析器２７を設ける。これは所
定の基板の上に成長する薄膜の膜厚をモニタする。
【００２４】以上の構成に加えて、本発明では、ラジカ
ルセル１８のるつぼの開口にメッシュ電極２８を設け
る。これは金属製の網を金属棒の先端に付けて、金属棒
を介して、バイアス電源１３により電圧を印加するもの
である。これにより、メッシュ電極２８に正電圧を印加
すると、窒素の正イオンがこれによって制動をうける。
ために高速で基板に衝突すべき窒素が減速される。基板
上で成長しているＺｎＳｅの結晶構造を乱す惧れが少な
くなる。バイアス電圧は自在に設定できるので、最適の
値を選べば良い。
ルセル１８のるつぼの開口にメッシュ電極２８を設け
る。これは金属製の網を金属棒の先端に付けて、金属棒
を介して、バイアス電源１３により電圧を印加するもの
である。これにより、メッシュ電極２８に正電圧を印加
すると、窒素の正イオンがこれによって制動をうける。
ために高速で基板に衝突すべき窒素が減速される。基板
上で成長しているＺｎＳｅの結晶構造を乱す惧れが少な
くなる。バイアス電圧は自在に設定できるので、最適の
値を選べば良い。
【００２５】図２はラジカルセルの近傍の拡大斜視図で
ある。るつぼの上部には小さい開口部３０があるが、こ
の上にシャッタ２３と、メッシュ電極２８を設けてい
る。メッシュ電極２８も回転可能にして、不要な場合
は、るつぼ開口部３０の上から除去できるようになって
いる。中性ラジカルはメッシュ電極を何ら抵抗を受けず
通過できる。正イオンはこれにより減速され、一部はこ
れを通過できずるつぼの方へ戻る。正イオンの衝撃によ
り基板上に成長している薄膜の結晶性を損なうというこ
とはない。
ある。るつぼの上部には小さい開口部３０があるが、こ
の上にシャッタ２３と、メッシュ電極２８を設けてい
る。メッシュ電極２８も回転可能にして、不要な場合
は、るつぼ開口部３０の上から除去できるようになって
いる。中性ラジカルはメッシュ電極を何ら抵抗を受けず
通過できる。正イオンはこれにより減速され、一部はこ
れを通過できずるつぼの方へ戻る。正イオンの衝撃によ
り基板上に成長している薄膜の結晶性を損なうというこ
とはない。
【００２６】
【発明の効果】窒素をｐ型ド−パントとしてＺｎＳｅ結
晶薄膜を分子線エピタキシ−で成長させるときにおい
て、窒素のラジカル線を得るためのラジカルセルにメッ
シュ電極を設けて、これにバイアス電圧を印加している
ので、高速の正イオン成分を除くことができる。高速正
イオンが強い衝撃力を以て基板に衝突することがないの
で、成長中の薄膜の結晶性が損なわれない。高品質の結
晶性のＺｎＳｅ薄膜を成長させることができる。ｎ型の
不純物をＣｌとし、ｐ型の不純物を窒素とするＺｎＳｅ
半導体レ−ザを分子線エピタキシ−で製作する時におい
て本発明の方法は特に有効である。
晶薄膜を分子線エピタキシ−で成長させるときにおい
て、窒素のラジカル線を得るためのラジカルセルにメッ
シュ電極を設けて、これにバイアス電圧を印加している
ので、高速の正イオン成分を除くことができる。高速正
イオンが強い衝撃力を以て基板に衝突することがないの
で、成長中の薄膜の結晶性が損なわれない。高品質の結
晶性のＺｎＳｅ薄膜を成長させることができる。ｎ型の
不純物をＣｌとし、ｐ型の不純物を窒素とするＺｎＳｅ
半導体レ−ザを分子線エピタキシ−で製作する時におい
て本発明の方法は特に有効である。
【図１】本発明の実施例に係るラジカルセルを備える分
子線エピタキシ−装置の概略断面図。
子線エピタキシ−装置の概略断面図。
【図２】本発明のラジカルセルの開口部の近傍の拡大斜
視図。
視図。
【図３】従来例に係るラジカルセルを備える分子線エピ
タキシ−装置の概略断面図。
タキシ−装置の概略断面図。
１ 真空チャンバ ２ 液体窒素シュラウド ４ ゲ−トバルブ ５ 搬送装置 ６ 試料ホルダ ７ 基板 ８ ラジカルセル ９ 分子線セル １０ るつぼ １１ ヒ−タ １４ 超高真空フランジ １６ シャッタ １７ シャッタ １８ るつぼ １９ 高周波コイル ２１ 導入パイプ ２２ バルブ ２８ メッシュ電極 ２９ バイアス電源
Claims (4)
- 【請求項１】 ガスボンベに接続され窒素ガスを導入す
る導入管と、導入管に連続して設けられるるつぼと、る
つぼの周囲に設けられ高周波電流を流すことにより、る
つぼ内部のガスをプラズマにする高周波コイルと、るつ
ぼの開口部の上方に設けられるシャッタと、るつぼ開口
部の上方に設けられるメッシュ電極と、メッシュ電極に
バイアスを与える電源とよりなり、分子線エピタキシ−
装置に用いられて窒素のラジカル線を生成することを特
徴とするラジカルセル。 - 【請求項２】 ガスボンベに接続され窒素ガスを導入す
る導入管と、導入管に連続して設けられるるつぼと、る
つぼの内部にマイクロ波を供給し窒素ガスをプラズマに
するマイクロ波発振器と、るつぼの開口部の上方に設け
られるシャッタと、るつぼ開口部の上方に設けられるメ
ッシュ電極と、メッシュ電極にバイアスを与える電源と
よりなり、分子線エピタキシ−装置に用いられて窒素の
ラジカル線を生成することを特徴とするラジカルセル。 - 【請求項３】 超高真空チャンバと、超高真空チャンバ
を真空に引く真空排気装置と、チャンバの外壁にそって
複数個設けられる分子線セルと、原料ガスを通してこれ
をラジカルにするラジカルセルと、試料基板を真空中で
自動搬送する搬送装置と、試料基板を保持する試料ホル
ダとを含み、分子線セルは固体原料を分子線とするため
に用いられ、ラジカルセルは窒素ガスをプラズマにして
ラジカル線とするために用いられ、ラジカルセルは、ガ
スボンベに接続され窒素ガスを導入する導入管と、導入
管に連続して設けられるるつぼと、るつぼの周囲に設け
られ高周波電流を流すことにより、るつぼ内部のガスを
プラズマにする高周波コイルと、るつぼの開口部の上方
に設けられるシャッタと、るつぼ開口部の上方に設けら
れるメッシュ電極と、メッシュ電極にバイアスを与える
電源とよりなることを特徴とする分子線エピタキシ−装
置。 - 【請求項４】 超高真空チャンバと、超高真空チャンバ
を真空に引く真空排気装置と、チャンバの外壁にそって
複数個設けられる分子線セルと、原料ガスを通してこれ
をラジカルにするラジカルセルと、試料基板を真空中で
自動搬送する搬送装置と、試料基板を保持する試料ホル
ダとを含み、分子線セルは固体原料を分子線とするため
に用いられ、ラジカルセルは窒素ガスをプラズマにして
ラジカル線とするために用いられ、ラジカルセルは、ガ
スボンベに接続され窒素ガスを導入する導入管と、導入
管に連続して設けられるるつぼと、るつぼの内部にマイ
クロ波を供給し窒素ガスをプラズマにするマイクロ波発
振器と、るつぼの開口部の上方に設けられるシャッタ
と、るつぼ開口部の上方に設けられるメッシュ電極と、
メッシュ電極にバイアスを与える電源とよりなることを
特徴とする分子線エピタキシ−装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5184386A JPH0714765A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | ラジカルセルと分子線エピタキシ−装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5184386A JPH0714765A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | ラジカルセルと分子線エピタキシ−装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714765A true JPH0714765A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=16152281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5184386A Pending JPH0714765A (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | ラジカルセルと分子線エピタキシ−装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0714765A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5865897A (en) * | 1994-06-09 | 1999-02-02 | Sony Corporation | Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor |
| JP2005307332A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-11-04 | Doshisha | 分子線エピタキシャル装置および分子線エピタキシャル装置を用いたｉｉｉ族グループ窒化物の立方晶単結晶薄膜の製造方法 |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP5184386A patent/JPH0714765A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5865897A (en) * | 1994-06-09 | 1999-02-02 | Sony Corporation | Method of producing film of nitrogen-doped II-VI group compound semiconductor |
| JP2005307332A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-11-04 | Doshisha | 分子線エピタキシャル装置および分子線エピタキシャル装置を用いたｉｉｉ族グループ窒化物の立方晶単結晶薄膜の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |