JPS5826821B2 - 分子線エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は分子線エピタキシャル成長装置の改良に関す
るものである。

第１図に従来の分子線エピタキシャル成長装置の・一例
の模式図を示す。

図において、１は超高真空チェンバー、２および３は成
長膜を構成する元素からなる蒸発源材料を収容しこの元
素を噴出させる噴出セル、４は噴出セル２，３を取り囲
み配置され液体窒素で冷却される容器、５および６はそ
れぞれ噴出セル２および３から射出された分子線、７は
その上に成長膜が形成される基板、８は基板７を加熱す
るためのヒータ、９はイオン化されてドーピングされる
元素からなる分子線の噴出セル、１０は電子放射のため
のフィラメント、１１は電子コレクタ、１２はイオン加
速用電極、１３゜１４．１５および１６は各部に電圧を
印加するための電源である。

次に、上記の従来の装置の動作について説明する。

超高真空チェンバー１を超高真空に排気した後、噴出セ
ル２，３を加熱して発生させた分子線５．６をヒータ８
により加熱された基板７に照射し１、分子線５，６を構
成する元素を基板７に堆積させて、分子線エピタキシャ
ル成長を行う。

■−■族化合物半導体であるヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）
の場合には、噴出セル２には金属ガリウム（Ｇａ）、噴
出セル３には金属ヒ素（Ａｓ）を入れておき、それぞれ
ＧａおよびＡｓを構成元素とする分子線５および６を、
ＧａＡｓからなる基板７に照射して、基板７上にＧａＡ
ｓのエピタキシャル成長を行う。

分子線エピタキシャル成長においては、ドーパントとな
る物質の中には、分子線として基板７に照射しても基板
７に付着することなく、すぐに反射されてしまい結晶中
に組み込まれないものがある。

たとえば、ＧａＡｓの分子線エピタキシャル成長におい
て、ｎ形ドーパントであるスズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ
）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などは結晶中に組み込まれる
が、イオウ（Ｓ）は反射されてしまい結晶中に組み込ま
れない。

また、Ｐ形ドーパントである亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム
（Ｃｄ）は同様の理由で中性の分子線の形でドーピング
を行うことは不可能である。

そこで上記のＳ 、Ｚｎ、Ｃｄなどはイオン化して結晶
成長中に浅く打ち込むことによりドーピングを行う方法
が提案されている。

そこで、噴出セル９には、たとえばＺｎを入れておき、
これを加熱することによりＺｎの分子線を発生させる。

電源１４により通電加熱されたフィラメント１０より放
射される電子は電源１３により電子コレクタ１１の方向
へ加速される。

この加速された電子は、Ｚｎ分子に衝突しＺｎイオンを
生成する。

このＺｎイオンはイオン加速用電極１２の方向に向いこ
れを通過して基板７を衝撃し、基板７上に成長する結晶
中にＰ形不純物として混入される。

従来のイオンドーピングの分子線エピタキシャル成長装
置は以上のように構成されており、イオンはフィラメン
ト１０から電子コレクタ１１に向う電子の走行方向に沿
って発生し、イオン加速用電極１２を通過後のイオンの
空間分布は電子の走行方向と平行な方向に長くのびた分
布をとるため、基板７上の結晶全面にわたって均一なド
ーピングを行うのは困難である。

また、イオン収率が低いため、噴出セル９から多量の分
子を蒸発させてイオンドーピングを行う結果、中性の分
子も多量に基板７に到達し液滴が形成されやすく、平担
な結晶表面が得にくい欠点を生ずる。

この発明は、上記のような従来の装置の欠点を除去する
ためになされたもので、液体窒素で冷却された容器の中
に噴出セルとイオン生成部とを収納することによって余
分な中性分子が基板に到達しないようにし、同時に、フ
ィラメントを分子線の周囲に配置すると共に電子反射電
極を設けることによってイオンの空間分布を均一にしか
つイオン収量を増加した分子線エピタキシャル成長装置
を提供することを目的としたものである。

以下、実施例にもとづいてこの発明を説明する。

第２図はこの発明による分子線エピタキシャル成長装置
の一実施例の模式図、第３図は第２図に示す装置のイオ
ン発生装置の拡大説明図である。

第２図および第３図において、１〜８は第１図で示した
ものと同様のものを表わしている。

１７はこの発明によるイオン発生装置であり、イオンド
ーピン乃目的とＬ’Ｔｈ−る。

１８は分子線の蒸発源材料の噴出セル、１９は噴出セル
１８を加熱するためＤヒータ、２０は噴出セル１８から
射出された分子線、２１は電子線放射のためのフィラメ
ント、２２は円筒状のグリッド、２３は円筒状の電子反
射電極、２４〜２７は各部に電圧を印加するための電源
、２８はフィラメント２１、グリッド２２および電子反
射電極２３を収納し液体窒素で冷却される金属製の容器
、２９はイオン線である。

ここで、フィラメント２１は円筒状のグリッド２２と円
筒状の電子反射電極２３との間の空間に、グリッド２２
を取り囲んで配置されている。

次に、上記の実施例装置の動作を説明する。

分子線エピタキシャル成長による母体結晶成長の動作は
、従来の装置と同様にであるので改めて説明はせず、実
施例装置のイオン発生装置によりドーピングを行う動作
について、Ｚｎをドーピングする場合を例に取って説明
する。

第３図に示す噴出セル１８の中に蒸発源材料としてＺｎ
を入れておき、加熱用のヒータ１９により噴出セル１８
を加熱する。

加熱された噴出セル１８からＺｎからなる分子線２０が
発生する。

電子反射電極２３に対して電源２５．２６によりフィラ
メント２１を約＋５０Ｖ、グリッド２２を約＋２００Ｖ
の電位にすれば、電源２４により通電加熱されたフィラ
メント２１から放射された電子は、電子反射電極２３の
中を往復運動を繰り返しなかＺｎからなる分子線２０に
衝突しＺｎをイオン化する。

イオン化されたＺｎは容器２８の電位（アース電位）に
引っばり出されてイオン線２９となりイオン加速用電極
１２により加速されて基体７に照射され、母体結晶中に
組み込まれてＰ形不純物としてドープされる。

上記の動作において、フィラメント２１からの電子は電
子反射電極２３の中を往復運動しているので、電子の走
行距離が長くなり、イオン収量が増加する。

また、フィラメント２１は円筒状のグリッド２２を取り
囲んで配置されているので、グリッド２２で囲まれた空
間内で一様にイオン化されるため、イオン発生装置１７
から引っばり出されたイオン線２９の空間分布はイオン
線の周りに軸対称で一様になり、基板７上の母体結晶に
一様にドープされる。

上記に実施例においては、イオン発生装置より引っばり
出されたイオン線により基板上の母体結晶へのドーピン
グを行う場合について説明したが、イオン線による母体
結晶の作成にも、この発明によるイオン発生装置を使用
できることはいうまでもない。

以上詳述したように、この発明による分子線エピタキシ
ャル成長装置においては、噴出セル、フィラメント、グ
リッドおよび電子反射電極を液体窒素で冷却された容器
の中に収容することにより、余分な中性の分子線がエピ
タキシャル成長用の基板に到達しないようにすることが
できるので、鏡面である分子線エピタキシャル成長層の
作成が可能になる。

また、フィラメントが共に筒状であるグリッドと電子反
射電極との間にグリッドを取り囲むように配置されてい
るので、イオンの収量が増加し、イオン線におけるイオ
ンの空間分布は一様になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分子線エピタキシャル成長装置の一例の
模式図、第２図はこの発明による分子線エピタキシャル
成長装置の一実施例の模式図、第３図は実施例装置のイ
オン発生装置の拡大説明図である。 図において、１８は噴出セル、２０は分子線、２１はフ
ィラメント、２２はグリッド、２３は電子反射電極、２
８は容器、２９はイオン線である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸発源材料の元素を収容しこの元素からなる分子線
   を噴出する噴出セルと、上記分子線を取り囲むように配
   設された筒状のグリッドと、上記グリッドを取り囲み配
   置された電子放射用のフィラメントと、上記フィラメン
   トを取り囲み配設された筒状の電子反射電極と、上記噴
   出セル、上記グリッド、上記フィラメントおよび上記電
   子反射電極を収容しかつ上記分子線の構成元素がイオン
   化して形成されたイオン線の射出口を有し液体窒素にて
   冷却される容器とを備えたイオン発生装置を有すること
   を特徴とする分子線エピタキシャル成長装置。