JPH09309792A - 分子線エピタキシャル成長装置 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長装置Info
- Publication number
- JPH09309792A JPH09309792A JP12524296A JP12524296A JPH09309792A JP H09309792 A JPH09309792 A JP H09309792A JP 12524296 A JP12524296 A JP 12524296A JP 12524296 A JP12524296 A JP 12524296A JP H09309792 A JPH09309792 A JP H09309792A
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- JP
- Japan
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- source cell
- substrate
- gas source
- molecular beam
- epitaxial growth
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- 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】
【課題】 原料消費を低減させて、均一な性質のエピタ
キシャル結晶を再現性よく成長させることができる分子
線エピタキシャル成長装置を提供する。 【解決手段】 固体ソースセル７、８とガスソースセル
９とを備え、前記固体ソースセル７、８と前記ガスソー
スセル９から発生した分子ビームを基板３に供給し、該
基板３上にエピタキシャル結晶を成長させる分子線エピ
タキシャル成長装置において、ガスソースセル９の基板
３との距離を固体ソースセル７、８の基板３との距離よ
りも短くし、ガスソースセル９の先端部９ａまで液体窒
素シュラウド１１ｅ、１１ｆで囲む。
キシャル結晶を再現性よく成長させることができる分子
線エピタキシャル成長装置を提供する。 【解決手段】 固体ソースセル７、８とガスソースセル
９とを備え、前記固体ソースセル７、８と前記ガスソー
スセル９から発生した分子ビームを基板３に供給し、該
基板３上にエピタキシャル結晶を成長させる分子線エピ
タキシャル成長装置において、ガスソースセル９の基板
３との距離を固体ソースセル７、８の基板３との距離よ
りも短くし、ガスソースセル９の先端部９ａまで液体窒
素シュラウド１１ｅ、１１ｆで囲む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体のエ
ピタキシャル成長に用いられる分子線エピタキシャル成
長装置に関する。
ピタキシャル成長に用いられる分子線エピタキシャル成
長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】分子線エピタキシャル成長（Molecular
Beam Epitaxy：ＭＢＥ）装置は、化合物半導体のエピタ
キシャル成長に使用される。例えば、ＭＢＥ装置を用い
て、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させる
場合、３族原料としてＧａ、Ｉｎ、Ａｌなどの金属を用
い、５族原料としてＡｓなどを用いる場合がある。これ
らの原料を金属ソースとして、超高真空装置内に設置し
たクヌードセンセル（Ｋ−セル）中にそれぞれ独立に入
れ、加熱することによって、分子ビームを得、ＧａＡｓ
などの基板上にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどのエピタキ
シャル層を成長させる。また、原料をガスで供給する有
機金属分子線エピタキシャル成長（Ｍ０ＭＢＥ）装置で
は、３族原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属ガス
を用い、５族原料としてアルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフ
ィン（ＰＨ3 ）などを用いる。そうして、これらの有機
金属ガスをガスソースとして、ＧａＡｓなどの基板上に
ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどのエピタキシャル層を成長
させる。
Beam Epitaxy：ＭＢＥ）装置は、化合物半導体のエピタ
キシャル成長に使用される。例えば、ＭＢＥ装置を用い
て、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させる
場合、３族原料としてＧａ、Ｉｎ、Ａｌなどの金属を用
い、５族原料としてＡｓなどを用いる場合がある。これ
らの原料を金属ソースとして、超高真空装置内に設置し
たクヌードセンセル（Ｋ−セル）中にそれぞれ独立に入
れ、加熱することによって、分子ビームを得、ＧａＡｓ
などの基板上にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどのエピタキ
シャル層を成長させる。また、原料をガスで供給する有
機金属分子線エピタキシャル成長（Ｍ０ＭＢＥ）装置で
は、３族原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属ガス
を用い、５族原料としてアルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフ
ィン（ＰＨ3 ）などを用いる。そうして、これらの有機
金属ガスをガスソースとして、ＧａＡｓなどの基板上に
ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどのエピタキシャル層を成長
させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＭＢＥ装置では、Ｐ系の材料（ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
など）を再現性よく成長させることが困難であるという
問題があった。また、従来のＭ０ＭＢＥ装置では、Ａｌ
系の材料（ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓなど）を成長させる
際、ＴＭＡのメチル基のカーボンＣが混入し、高純度結
晶が成長しにくいという問題があった。そこで最近にな
り、固体ソースとガスソースを併用する装置を使用し
て、Ａｌ系の固体金属材料を固体ソースセルに入れ、Ｐ
系の有機金属ガス材料をガスソースセルに導入すること
により、従来のＭＢＥ装置にＰ系の材料を用いた場合の
問題、およびＭ０ＭＢＥ装置にＡｌ系の材料を用いたと
きの問題を回避しようとしているが、この種の装置の適
切な設計手段はいまだ確立していない。
ＭＢＥ装置では、Ｐ系の材料（ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ
など）を再現性よく成長させることが困難であるという
問題があった。また、従来のＭ０ＭＢＥ装置では、Ａｌ
系の材料（ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓなど）を成長させる
際、ＴＭＡのメチル基のカーボンＣが混入し、高純度結
晶が成長しにくいという問題があった。そこで最近にな
り、固体ソースとガスソースを併用する装置を使用し
て、Ａｌ系の固体金属材料を固体ソースセルに入れ、Ｐ
系の有機金属ガス材料をガスソースセルに導入すること
により、従来のＭＢＥ装置にＰ系の材料を用いた場合の
問題、およびＭ０ＭＢＥ装置にＡｌ系の材料を用いたと
きの問題を回避しようとしているが、この種の装置の適
切な設計手段はいまだ確立していない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、固体
ソースセルとガスソースセルとを備え、前記固体ソース
セルと前記ガスソースセルから発生した分子ビームを基
板に供給し、該基板上にエピタキシャル結晶を成長させ
る分子線エピタキシャル成長装置において、ガスソース
セルと基板との距離を固体ソースセルと基板との距離よ
りも短くしたことを特徴とするものである。また、請求
項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、ガス
ソースセルはその先端部まで液体窒素シュラウドで囲ま
れていることを特徴とするものである。
決すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、固体
ソースセルとガスソースセルとを備え、前記固体ソース
セルと前記ガスソースセルから発生した分子ビームを基
板に供給し、該基板上にエピタキシャル結晶を成長させ
る分子線エピタキシャル成長装置において、ガスソース
セルと基板との距離を固体ソースセルと基板との距離よ
りも短くしたことを特徴とするものである。また、請求
項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、ガス
ソースセルはその先端部まで液体窒素シュラウドで囲ま
れていることを特徴とするものである。
【０００５】ところで、固体ソースセルからはおもに３
族原子が供給されるが、純度のよいエピタキシャル結晶
を成長させるためには、固体ソースセル近傍の真空度を
１０ -7Ｔｏｒｒ程度に高くして、成長した結晶に導入さ
れる不純物を低減させる必要がある。一方、ガスソース
セルからは、おもに５族原子が供給されるが、成長チャ
ンバ内の圧力は１０-5〜１０-4Ｔｏｒｒ程度である。ま
た、ガス消費量を抑え、かつ５族／３族の供給比を大き
くするためには、ガスソースセルは基板に近い位置に設
置されることが望ましい。従って、成長チャンバ内に固
体ソースセルとガスソースセルを備える場合には、固体
ソースセル近傍の真空度をガスソースセル近傍よりも高
くすること、およびガスソースセルは基板に近く位置す
る必要がある。そこで、上述のように、ガスソースセル
の基板との距離を固体ソースセルの基板との距離よりも
短くすると、ガスソースセル近傍よりも固体ソースセル
近傍の真空度を高くすることができるとともに、ガスソ
ースセルからのガス消費量を抑えることができる。
族原子が供給されるが、純度のよいエピタキシャル結晶
を成長させるためには、固体ソースセル近傍の真空度を
１０ -7Ｔｏｒｒ程度に高くして、成長した結晶に導入さ
れる不純物を低減させる必要がある。一方、ガスソース
セルからは、おもに５族原子が供給されるが、成長チャ
ンバ内の圧力は１０-5〜１０-4Ｔｏｒｒ程度である。ま
た、ガス消費量を抑え、かつ５族／３族の供給比を大き
くするためには、ガスソースセルは基板に近い位置に設
置されることが望ましい。従って、成長チャンバ内に固
体ソースセルとガスソースセルを備える場合には、固体
ソースセル近傍の真空度をガスソースセル近傍よりも高
くすること、およびガスソースセルは基板に近く位置す
る必要がある。そこで、上述のように、ガスソースセル
の基板との距離を固体ソースセルの基板との距離よりも
短くすると、ガスソースセル近傍よりも固体ソースセル
近傍の真空度を高くすることができるとともに、ガスソ
ースセルからのガス消費量を抑えることができる。
【０００６】また、ガスソースセルからアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）などの水素化合物を供給
する際には、これらの水素化合物は熱分解温度が１００
０℃程度で高いため、ガスソースセルの温度は高くする
必要がある。そうすると、基板の温度が上昇し、成長し
た結晶からＡｓやＰが再蒸発する恐れがある。そこで、
固体ソースセルよりも基板に近く位置するガスソースセ
ルの先端部まで液体窒素シュラウドで囲むと、基板から
のＡｓやＰの再蒸発を防ぎ、再現性よく結晶を成長させ
ることができる。
Ｈ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）などの水素化合物を供給
する際には、これらの水素化合物は熱分解温度が１００
０℃程度で高いため、ガスソースセルの温度は高くする
必要がある。そうすると、基板の温度が上昇し、成長し
た結晶からＡｓやＰが再蒸発する恐れがある。そこで、
固体ソースセルよりも基板に近く位置するガスソースセ
ルの先端部まで液体窒素シュラウドで囲むと、基板から
のＡｓやＰの再蒸発を防ぎ、再現性よく結晶を成長させ
ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる分
子線エピタキシャル成長装置の一実施形態の概念説明図
である。図中、１は超高真空チャンバ、２は基板ホルダ
ー、３は基板、４は基板３を加熱するヒーター、５は基
板３の前に設けられたシャッター、６は真空ポンプ、
７、８は固体ソースセル、９はガスソースセル、１０は
固体ソースセル７、８およびガスソースセル９の前に設
けられたシャッター、１１ａ〜ｆは液体窒素シュラウド
である。ここで、ガスソースセル９の先端部９ａは固体
ソースセル７、８の先端部７ａ、８ａよりも基板３に近
く位置している。また、ガスソースセル９を囲む液体窒
素シュラウド１１ｅ、１１ｆは、ガスソースセル９をそ
の先端部９ａまで囲んでいる。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる分
子線エピタキシャル成長装置の一実施形態の概念説明図
である。図中、１は超高真空チャンバ、２は基板ホルダ
ー、３は基板、４は基板３を加熱するヒーター、５は基
板３の前に設けられたシャッター、６は真空ポンプ、
７、８は固体ソースセル、９はガスソースセル、１０は
固体ソースセル７、８およびガスソースセル９の前に設
けられたシャッター、１１ａ〜ｆは液体窒素シュラウド
である。ここで、ガスソースセル９の先端部９ａは固体
ソースセル７、８の先端部７ａ、８ａよりも基板３に近
く位置している。また、ガスソースセル９を囲む液体窒
素シュラウド１１ｅ、１１ｆは、ガスソースセル９をそ
の先端部９ａまで囲んでいる。
【０００８】以下に固体ソースセル７、８およびガスソ
ースセル９の配置について具体的に説明する。先ず、Ｇ
ａ、Ｉｎなどの３族用の固体ソースセル７（２個設け
る）については、坩堝の開口径を３５ｍｍ、開口角度を
２°、入射角３５°、固体ソースセル７の先端部７ａよ
り基板３表面までの距離を２４０ｍｍとした。次に、Ａ
ｌ用の固体ソースセル８については、消費量が比較的多
いので、固体ソースセル７よりも基板３に近づけて、固
体ソースセル８の先端部８ａより基板３表面までの距離
を１８０ｍｍとした。なお、坩堝の開口径、開口角度お
よび入射角は固体ソースセル７と同一である。次に、ド
ーパント用の固体ソースセル（図示せず）については、
坩堝の開口径を２３．５ｍｍ、開口角度を２°、入射角
３５°、その先端より基板３表面までの距離を２４０ｍ
ｍとした。さらに、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン
（ＰＨ3 ）用のガスソースセル９（２個設ける）は、ガ
ス消費量を抑えるために、その先端部９ａより基板３表
面までの距離を１５０ｍｍとした。
ースセル９の配置について具体的に説明する。先ず、Ｇ
ａ、Ｉｎなどの３族用の固体ソースセル７（２個設け
る）については、坩堝の開口径を３５ｍｍ、開口角度を
２°、入射角３５°、固体ソースセル７の先端部７ａよ
り基板３表面までの距離を２４０ｍｍとした。次に、Ａ
ｌ用の固体ソースセル８については、消費量が比較的多
いので、固体ソースセル７よりも基板３に近づけて、固
体ソースセル８の先端部８ａより基板３表面までの距離
を１８０ｍｍとした。なお、坩堝の開口径、開口角度お
よび入射角は固体ソースセル７と同一である。次に、ド
ーパント用の固体ソースセル（図示せず）については、
坩堝の開口径を２３．５ｍｍ、開口角度を２°、入射角
３５°、その先端より基板３表面までの距離を２４０ｍ
ｍとした。さらに、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン
（ＰＨ3 ）用のガスソースセル９（２個設ける）は、ガ
ス消費量を抑えるために、その先端部９ａより基板３表
面までの距離を１５０ｍｍとした。
【０００９】上述のような固体ソースセル７、８および
ガスソースセル９の配置で、回転する２インチ径の基板
３上にＡｌ、Ｐを含む３−５族化合物半導体のエピタキ
シャル結晶を成長させた。そうすると、真空ポンプ６で
超高真空チャンバ１内を真空にすると、結晶成長時に固
体ソースセル７、８の先端部７ａ、８ａ近傍を１０-7Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度に、ガスソースセル９の先端部９ａ
近傍を１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空度に維持することがで
きた。また、成長したエピタキシャル結晶は再現性がよ
く、基板３面の４０ｍｍφ程度の範囲内で厚さが＋／−
１％の均一性を有し、電気特性も均一性のよいものであ
った。
ガスソースセル９の配置で、回転する２インチ径の基板
３上にＡｌ、Ｐを含む３−５族化合物半導体のエピタキ
シャル結晶を成長させた。そうすると、真空ポンプ６で
超高真空チャンバ１内を真空にすると、結晶成長時に固
体ソースセル７、８の先端部７ａ、８ａ近傍を１０-7Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度に、ガスソースセル９の先端部９ａ
近傍を１０-5Ｔｏｒｒ程度の真空度に維持することがで
きた。また、成長したエピタキシャル結晶は再現性がよ
く、基板３面の４０ｍｍφ程度の範囲内で厚さが＋／−
１％の均一性を有し、電気特性も均一性のよいものであ
った。
【００１０】なお、本発明は上記実施形態に限定され
ず、固体ソースセルとガスソースセルを、例えばベロー
タイプのフランジを用いるなどして、基板との距離が可
変であるように設置してもよい。そうすると、結晶成長
条件に合わせて、最適な固体ソースセルとガスソースセ
ルの配置を実現することができる。また、ガスソースセ
ルを覆う液体窒素シュラウドのガスソースセルの先端部
を囲む部分に熱電対を設け、そこを流れる液体窒素の流
量を制御して、その部分の温度制御を可能にすると、結
晶成長の再現性を一層よくすることができる。
ず、固体ソースセルとガスソースセルを、例えばベロー
タイプのフランジを用いるなどして、基板との距離が可
変であるように設置してもよい。そうすると、結晶成長
条件に合わせて、最適な固体ソースセルとガスソースセ
ルの配置を実現することができる。また、ガスソースセ
ルを覆う液体窒素シュラウドのガスソースセルの先端部
を囲む部分に熱電対を設け、そこを流れる液体窒素の流
量を制御して、その部分の温度制御を可能にすると、結
晶成長の再現性を一層よくすることができる。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、ガスソースセルの基板との距離を固体ソース
セルの基板との距離よりも短くするため、原料消費を低
減させて、均一な性質のエピタキシャル結晶を成長させ
ることができるという優れた効果がある。また、請求項
３記載の発明によれば、ガスソースセルはその先端部ま
で液体窒素シュラウドで囲まれているため、再現性よく
結晶を成長させることができるという優れた効果があ
る。
によれば、ガスソースセルの基板との距離を固体ソース
セルの基板との距離よりも短くするため、原料消費を低
減させて、均一な性質のエピタキシャル結晶を成長させ
ることができるという優れた効果がある。また、請求項
３記載の発明によれば、ガスソースセルはその先端部ま
で液体窒素シュラウドで囲まれているため、再現性よく
結晶を成長させることができるという優れた効果があ
る。
【図１】本発明に係る分子線エピタキシャル成長装置の
一実施形態の概念説明図である。
一実施形態の概念説明図である。
１ 超高真空チャンバ ２ 基板ホルダー ３ 基板 ４ ヒーター ５、１０ シャッター ６ 真空ポンプ ７、８ 固体ソースセル ７ａ、８ａ、９ａ 先端部 ９ ガスソースセル １１ａ〜１１ｆ 液体窒素シュラウド
Claims (4)
- 【請求項１】 固体ソースセルとガスソースセルとを備
え、前記固体ソースセルと前記ガスソースセルから発生
した分子ビームを基板に供給し、該基板上にエピタキシ
ャル結晶を成長させる分子線エピタキシャル成長装置に
おいて、ガスソースセルと基板との距離を固体ソースセ
ルと基板との距離よりも短くしたことを特徴とする分子
線エピタキシャル成長装置。 - 【請求項２】 固体ソースセルとガスソースセルとを備
え、前記固体ソースセルと前記ガスソースセルから発生
した分子ビームを基板に供給し、該基板上にエピタキシ
ャル結晶を成長させる分子線エピタキシャル成長装置に
おいて、固体ソースセルとガスソースセルは、基板との
距離が可変であるように設置されていることを特徴とす
る分子線エピタキシャル成長装置。 - 【請求項３】 ガスソースセルはその先端部まで液体窒
素シュラウドで囲まれている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ャル成長装置。 - 【請求項４】 ガスソースセルを覆う液体窒素シュラウ
ドは、ガスソースセルの先端部を囲む部分が温度制御可
能であることを特徴とする請求項３記載の分子線エピタ
キシャル成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12524296A JPH09309792A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 分子線エピタキシャル成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12524296A JPH09309792A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 分子線エピタキシャル成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09309792A true JPH09309792A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14905309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12524296A Pending JPH09309792A (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | 分子線エピタキシャル成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09309792A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019212677A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 有機金属分子線エピタキシー方法及び装置 |
-
1996
- 1996-05-21 JP JP12524296A patent/JPH09309792A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019212677A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 有機金属分子線エピタキシー方法及び装置 |
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