JPS5895695A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
- Publication number
- JPS5895695A JPS5895695A JP19260381A JP19260381A JPS5895695A JP S5895695 A JPS5895695 A JP S5895695A JP 19260381 A JP19260381 A JP 19260381A JP 19260381 A JP19260381 A JP 19260381A JP S5895695 A JPS5895695 A JP S5895695A
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- JP
- Japan
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- molecular beam
- beam source
- crystal growth
- source material
- gas
- Prior art date
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- Granted
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の技術分野
本発明は分子線結晶成長装置に係り、特に表面モホロジ
ーが良好で高純度の半導体結晶の得られる分子線結晶成
長装置に関する。
ーが良好で高純度の半導体結晶の得られる分子線結晶成
長装置に関する。
（２）技術の背景
半導体薄膜のエピタキシャル成長装置としては種々の成
長装置が提案されている。
長装置が提案されている。
一般的には液相エピタキシャル成長装置および気相エピ
タキシャル成長装置が知られているが、これらのエピタ
キシャル成長装置は結晶成長中の制御は主に温度だけで
定まるのに比べて多くのパラメータて紬昌威長の基板制
御ができる分子線結晶成長装置（ＭＢＥ）によって得ら
れる半導体結晶はその高純度性から期待されている。
タキシャル成長装置が知られているが、これらのエピタ
キシャル成長装置は結晶成長中の制御は主に温度だけで
定まるのに比べて多くのパラメータて紬昌威長の基板制
御ができる分子線結晶成長装置（ＭＢＥ）によって得ら
れる半導体結晶はその高純度性から期待されている。
上記ＭＢＥ装置は各種のパラメータを精密に制御できる
高級な真空蒸着装置であり、その構造は１個または複数
個のセル型ルツボから蒸発させた成分元素をビーム状に
して基板に照射し、該基板の表面をエピタキシャル成長
させるようにしたもので基板に捕えられない分子は真空
系で運び去られ、常に分子線源オーブンのルツボかも蒸
発した新鮮な分子ビームを基板表面に照射している。基
板に到達する各元素の分子数は蒸着系の幾何学的形状と
蒸着源温度によって一義的に決定され、従って結晶の成
長速度、添加不純物の濃度等を正確に制御することが可
能であり、通ｔ＃晶の成長速度は数Ａ〜数μ／ｈｒであ
る。
高級な真空蒸着装置であり、その構造は１個または複数
個のセル型ルツボから蒸発させた成分元素をビーム状に
して基板に照射し、該基板の表面をエピタキシャル成長
させるようにしたもので基板に捕えられない分子は真空
系で運び去られ、常に分子線源オーブンのルツボかも蒸
発した新鮮な分子ビームを基板表面に照射している。基
板に到達する各元素の分子数は蒸着系の幾何学的形状と
蒸着源温度によって一義的に決定され、従って結晶の成
長速度、添加不純物の濃度等を正確に制御することが可
能であり、通ｔ＃晶の成長速度は数Ａ〜数μ／ｈｒであ
る。
上述の如きＭＢＥ装置においては結晶成長室内を超高真
空に保って分子線源材料を加熱して分子ビームを放出し
ているが分子線源材料は分子線源オープンに挿入される
際に大気にさらされるため表面が酸化される。この酸化
物を除去するためには長時間分子線源材料を加熱すると
共に超高真空中でガスを排出させなければならなかった
。しかしこのガス排出方法では分子線源材料の酸化物が
極めて安定なので酸素等のガス成分を排出するのに長時
間を要し、完全にこれを排出することができなかった。
空に保って分子線源材料を加熱して分子ビームを放出し
ているが分子線源材料は分子線源オープンに挿入される
際に大気にさらされるため表面が酸化される。この酸化
物を除去するためには長時間分子線源材料を加熱すると
共に超高真空中でガスを排出させなければならなかった
。しかしこのガス排出方法では分子線源材料の酸化物が
極めて安定なので酸素等のガス成分を排出するのに長時
間を要し、完全にこれを排出することができなかった。
さらに分子線源材料の多くをガスの排出に使用するため
結晶成長に有効に利用できず、分子線源材料の酸化物を
短時間に排出することのできる分子線結晶成長装置が要
望されていた。
結晶成長に有効に利用できず、分子線源材料の酸化物を
短時間に排出することのできる分子線結晶成長装置が要
望されていた。
（３）従来技術の問題点
第１図は従来のＭＢＥ＠置の略練的構威を示すもので分
子線結晶装置の結晶成長室１内に複数の分子線源材料ル
ツボに入れ、該ルツボの周囲に加熱用ヒータ１１を巻き
回した分子線源オーブン７゜８．９．１０を有し、これ
ら分子線源オーブンには分子線源材料としてたとえばヒ
素（Ａｓ） 、アルミニウム（ＡＩ） 、ガリウム（Ｇ
ａ） 、ドーパントとしてシリコン（Ｓｔ）等が充填さ
れている０分子線源オーブン？、８．９．１０の前面に
はシャッタ１２が配され、さらに基板ホルダー４上に基
板５が載置され、基板ホルダー４の裏面に、はヒータ６
を有し、加熱される。
子線結晶装置の結晶成長室１内に複数の分子線源材料ル
ツボに入れ、該ルツボの周囲に加熱用ヒータ１１を巻き
回した分子線源オーブン７゜８．９．１０を有し、これ
ら分子線源オーブンには分子線源材料としてたとえばヒ
素（Ａｓ） 、アルミニウム（ＡＩ） 、ガリウム（Ｇ
ａ） 、ドーパントとしてシリコン（Ｓｔ）等が充填さ
れている０分子線源オーブン？、８．９．１０の前面に
はシャッタ１２が配され、さらに基板ホルダー４上に基
板５が載置され、基板ホルダー４の裏面に、はヒータ６
を有し、加熱される。
上記構成において結晶成長室１を超高真空としたとえば
１０”−′。Ｔｏｒｒ以下として、シャッタを閉鎖状態
にして分子線源オーブン？、８．９．１０が加熱される
。たとえば、分子線源材料としてＧａであればＧａの表
面はＧａｙ Ｏｓの酸化物となり、ＡＩであれば表面
はＡＩ ２．０の１化物となっている。
１０”−′。Ｔｏｒｒ以下として、シャッタを閉鎖状態
にして分子線源オーブン？、８．９．１０が加熱される
。たとえば、分子線源材料としてＧａであればＧａの表
面はＧａｙ Ｏｓの酸化物となり、ＡＩであれば表面
はＡＩ ２．０の１化物となっている。
これら酸化物は非常に安定で真空中では１２００℃の高
温で加熱すると次の如き反応を生ずる。
温で加熱すると次の如き反応を生ずる。
Ｇａ ２ ０ ｍ ＋ ４ Ｇトーサ３ Ｇａ ２０す
なわちＧａｚＯが蒸気となってＧａの分子ビームと共に
Ｇａｓ ０２より飛び出す、この場合上記Ｇａ２０ｓ
やＡｌｚＯは極めて安定であるから長時間に亘ってＧａ
ｙＯ等のガス成分がＧａの分子ビーム中に混入して結晶
成長時の純度をそこなう、そこでこれらＧａ２Ｏ等のガ
スを長い時間排気しなければならないが完全に除去でき
ないだけでなくＧａ等の分子線源材料を消費するために
、実際のＭＢＥ時にこれら材料が不足する等の欠点を有
していた。
なわちＧａｚＯが蒸気となってＧａの分子ビームと共に
Ｇａｓ ０２より飛び出す、この場合上記Ｇａ２０ｓ
やＡｌｚＯは極めて安定であるから長時間に亘ってＧａ
ｙＯ等のガス成分がＧａの分子ビーム中に混入して結晶
成長時の純度をそこなう、そこでこれらＧａ２Ｏ等のガ
スを長い時間排気しなければならないが完全に除去でき
ないだけでなくＧａ等の分子線源材料を消費するために
、実際のＭＢＥ時にこれら材料が不足する等の欠点を有
していた。
すなわち、結晶成長室自社充填した分子線源材料は、充
填時に一度大気にさらされているため、表面が酸化する
が、非常に微量ではあるが酸化物以外の不純物も含まれ
ている。従来、この不純物を除去するために超高真空中
で長時間分子線源材料を高温で加熱し、不純物のガス出
しを行っている。しかし、この方法では不純物の蒸気圧
が低いために分子線源材料を消費する。そのうえ、高温
での加熱を必要とするため、充填した分子線源材料の多
くをガス出し時に消費してしまい、結晶成長に有効に使
えず、また、完全に不純物を除去できないという欠点が
あった。
填時に一度大気にさらされているため、表面が酸化する
が、非常に微量ではあるが酸化物以外の不純物も含まれ
ている。従来、この不純物を除去するために超高真空中
で長時間分子線源材料を高温で加熱し、不純物のガス出
しを行っている。しかし、この方法では不純物の蒸気圧
が低いために分子線源材料を消費する。そのうえ、高温
での加熱を必要とするため、充填した分子線源材料の多
くをガス出し時に消費してしまい、結晶成長に有効に使
えず、また、完全に不純物を除去できないという欠点が
あった。
（４）発明の目的
本発明は上記従来の欠点に鑑み、分子線源材料を有する
分子線源オーブンと結晶成長室とを分離させ、該分子線
源オープン中の分子線源材料に応じた活性ガスを該分子
線源オーブンに流入して、該分子線源材料を活性ガス中
で加熱することによって分子線源材料中に含まれる不純
物を上記活性ガスと化学的に反応させて排気して短時間
に高純度の半導体結晶が得られる分子線結晶成長装置を
提供することを目的とするものである。
分子線源オーブンと結晶成長室とを分離させ、該分子線
源オープン中の分子線源材料に応じた活性ガスを該分子
線源オーブンに流入して、該分子線源材料を活性ガス中
で加熱することによって分子線源材料中に含まれる不純
物を上記活性ガスと化学的に反応させて排気して短時間
に高純度の半導体結晶が得られる分子線結晶成長装置を
提供することを目的とするものである。
（５）発明の構成
そしてこの目的は本発明によれば、結晶成長室と１個ま
たは複数の分子線源オーブンをゲートバルブを介して仕
切り、該各分子噛源オーブンにそれぞれ別々に排気手段
を設け、峡分子線源オーブンに配設した分子線源材料に
応じた活性ガスを該オープン内に導入し、該分子線源材
料に含まれている不純物と該活性ガスを反応させるよう
にしてなる分子線結晶成長装置を提供することによりて
達成される。
たは複数の分子線源オーブンをゲートバルブを介して仕
切り、該各分子噛源オーブンにそれぞれ別々に排気手段
を設け、峡分子線源オーブンに配設した分子線源材料に
応じた活性ガスを該オープン内に導入し、該分子線源材
料に含まれている不純物と該活性ガスを反応させるよう
にしてなる分子線結晶成長装置を提供することによりて
達成される。
（６）発明の実施例
以下、本発明の１実施例を第２図および第３図について
詳記する。
詳記する。
第２図は本発明の分子線結晶成長装置の路線図であり、
第３ＩｌＩは分子線源オープンの１つを拡大した路線図
を示すものであり、第１図と同一部分には同一符号を付
して重複説明を省略する。結晶成長室１内には基板ｒ１
ダー４、基板５、ヒータ６を有し、複数の分子線源オー
プン？、８．９゜１０はゲートパルプ１３，１４．１５
．１６によって結晶成長室１から仕切られ、イオンポン
プ１７．１Ｂ、１９．２０によって個別に排気できるよ
うになっている。
第３ＩｌＩは分子線源オープンの１つを拡大した路線図
を示すものであり、第１図と同一部分には同一符号を付
して重複説明を省略する。結晶成長室１内には基板ｒ１
ダー４、基板５、ヒータ６を有し、複数の分子線源オー
プン？、８．９゜１０はゲートパルプ１３，１４．１５
．１６によって結晶成長室１から仕切られ、イオンポン
プ１７．１Ｂ、１９．２０によって個別に排気できるよ
うになっている。
各分子線源オーブン７．８，９．１０の真空室にはガス
導入管２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと弁３ ａ ＋３ｂ、３
ｃ、３ｄを有し、各分子線源オープン内に活性ガスを導
入できるように構成されている。
導入管２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと弁３ ａ ＋３ｂ、３
ｃ、３ｄを有し、各分子線源オープン内に活性ガスを導
入できるように構成されている。
各分子線篩オープン？、８．９．１０内には第３図に示
すようにセル２１内に分子線源材料２２のＡ１． Ｇａ
、 Ｓｌ、 Ａｓ等が挿入され、加熱用ヒータ１１がセ
ルに巻き回されている。
すようにセル２１内に分子線源材料２２のＡ１． Ｇａ
、 Ｓｌ、 Ａｓ等が挿入され、加熱用ヒータ１１がセ
ルに巻き回されている。
今、分子線源材料としてＧａがセル２１内に挿入された
とすれば分子線源オーブン７内に導入管２ａの弁３ａを
調整して水素（Ｈ）を導入する。
とすれば分子線源オーブン７内に導入管２ａの弁３ａを
調整して水素（Ｈ）を導入する。
このとき分子線源オープン内に水素を〜Ｘ １０’Ｔｏ
ｒｒ程度流入させてゲートパルプ１３、およびシャッタ
１２を閉じた状態でＧａを８００℃程度で加熱すれば次
の如き還元反応を生ずる。
ｒｒ程度流入させてゲートパルプ１３、およびシャッタ
１２を閉じた状態でＧａを８００℃程度で加熱すれば次
の如き還元反応を生ずる。
Ｇａ２０ｓ ＋ ２ Ｈｚ−→Ｇａｔ Ｏ＋ ２ ８
２０この状態では通常、成長に使うＧａの分子線源温度
（約１０００℃以上）に較べて充分低いのでほとんど蒸
発することなくＧａｔＯと共に２ Ｎ２０ （水）蒸気
となって飛び出して短時間にＧａ酸化物を排出する。排
出されたガスはイオンポンプ１７により排気される。同
様に分子線源オープン８内にＡＩを分子線源材料として
挿入した場合には流入ガスとしてアンモニア（ＮＨａ）
を導入管２ｂの弁３ｂを調整して導入し、＾ｌを８００
℃で加熱すればＡｌ２ＯがＮ１（ｉによって還元され酸
素を除去することができる。
２０この状態では通常、成長に使うＧａの分子線源温度
（約１０００℃以上）に較べて充分低いのでほとんど蒸
発することなくＧａｔＯと共に２ Ｎ２０ （水）蒸気
となって飛び出して短時間にＧａ酸化物を排出する。排
出されたガスはイオンポンプ１７により排気される。同
様に分子線源オープン８内にＡＩを分子線源材料として
挿入した場合には流入ガスとしてアンモニア（ＮＨａ）
を導入管２ｂの弁３ｂを調整して導入し、＾ｌを８００
℃で加熱すればＡｌ２ＯがＮ１（ｉによって還元され酸
素を除去することができる。
同様に他の分子線源材料の場合も、それらを還元するよ
うな活性ガスを導入管より流入させて、還元後排気させ
て真空にすることで分子線源材料に応じた還元を行うこ
とが可能となる。
うな活性ガスを導入管より流入させて、還元後排気させ
て真空にすることで分子線源材料に応じた還元を行うこ
とが可能となる。
（７）発明の効果
以上、詳細に説明したように本発明の分子線結晶成長装
置によれば分子線源材料中に含まれる不純物を活性ガス
と化学反応させガスとして放出除去できるので、極めて
短時間に酸化物を放出し得ると共に分子線源材料に応じ
て活性ガスが選択できる特徴を有する。
置によれば分子線源材料中に含まれる不純物を活性ガス
と化学反応させガスとして放出除去できるので、極めて
短時間に酸化物を放出し得ると共に分子線源材料に応じ
て活性ガスが選択できる特徴を有する。
第１図は従来の分子線結晶成長装置の路線的平面図、第
２図は本発明の分子線結晶成長装置の路線的平面図、第
３図は第２図の分子線源オープン部分の拡大平面図であ
る。 １・・・結晶成長室、４・・・基板ホルダー、５・・・
基板、？、８．９．１０・・・分子線源オープン、１３
．１４，１５．１６・・・ゲートパルプ、１７．１Ｂ、
１９．２０・・・イオンポンプ、２１・・・セル、２２
・・・分子線源材料。 第 ２ 図 第 ３図
２図は本発明の分子線結晶成長装置の路線的平面図、第
３図は第２図の分子線源オープン部分の拡大平面図であ
る。 １・・・結晶成長室、４・・・基板ホルダー、５・・・
基板、？、８．９．１０・・・分子線源オープン、１３
．１４，１５．１６・・・ゲートパルプ、１７．１Ｂ、
１９．２０・・・イオンポンプ、２１・・・セル、２２
・・・分子線源材料。 第 ２ 図 第 ３図
Claims (1)
- 結晶成長室と１個または複数の分子線源オーブンをゲー
トパルプを介して仕切り、該各分子線源オーブンにそれ
ぞれ別々に導入排気手段を設け、該分子線源オーブンに
配設した分子線源材料に応じた活性ガスを該オーブン内
に導入し、該分子線源材料に含まれている不純物と該活
性ガスを反応させるようにしてなる分子線結晶成長装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19260381A JPS5895695A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19260381A JPS5895695A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895695A true JPS5895695A (ja) | 1983-06-07 |
| JPH0339040B2 JPH0339040B2 (ja) | 1991-06-12 |
Family
ID=16294005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19260381A Granted JPS5895695A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5895695A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261294A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分子線エピタキシャル成長法 |
| JPH0524974A (ja) * | 1991-10-22 | 1993-02-02 | Nec Corp | 分子線結晶成長装置 |
| US5989339A (en) * | 1994-09-04 | 1999-11-23 | Sony Corporation | MBE system and semiconductor device fabricated, using same |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP19260381A patent/JPS5895695A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261294A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分子線エピタキシャル成長法 |
| JPH0524974A (ja) * | 1991-10-22 | 1993-02-02 | Nec Corp | 分子線結晶成長装置 |
| US5989339A (en) * | 1994-09-04 | 1999-11-23 | Sony Corporation | MBE system and semiconductor device fabricated, using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0339040B2 (ja) | 1991-06-12 |
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