JPS63310794A

JPS63310794A - 分子線結晶成長用分子線源

Info

Publication number: JPS63310794A
Application number: JP14826587A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Sawada; 沢田　俊幸; Masahiko Hiugaji; 雅彦日向寺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1988-12-19

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、結晶基板に分子線を供給して結晶を成長させ
る分子１結晶成長装置に係り、結晶基板に供給する分子
線を発生する分子線結晶成長用分子線源に関する。

（従来の技術）分子Ｉ９結品成長装置は、衰空チャンバー内に分子線源
および結晶基板を収容し、この分子線源で分子線を発生
させるとともに、この分子線を結晶基板に照射し、この
結晶基板に分子線の元素をΩむ物質の結晶成長を行なう
。

従来の分子線源は、第２図のように、ＰＢＮ（パイロリ
ティック、窒化ボロン）などの材料からなるるつぼ１を
為し、このるつぼ１は、土面に分子線出射口１ａを設け
た有底筒状に形成されており、このるつぼ１の周囲に筒
状のヒータ２が設けられているとともに、このるつぼ１
をヒータ２によって効率よく加熱するために８融点金ｆ
ｆＮ板などを数層筒状に巻いた熱シールド３が設けられ
ている。なお、このるつぼ１は、例えば破損などにより
交換する必要が生じた場合にヒータ２および熱シールド
３の内側から取出すことができ、また、そのるつぼ１の
ヒータ２および熱シールド３の内側への装着時に、るつ
ぼ１の分子線出射口１ａと熱シールド３の上端の高さは
略一致する。

また、るつば１の下部には、るつぼ１の温度を検出する
熱電対４が配設されている。

そして、るつぼ１内に分子線原料５を投入してヒータ２
により高温に加熱することにより、第２図の「方向に分
子線を発生さＵるようになっており、分子線発生中は熱
電対４によってるつぼ１の温度を監視してるつぼ温度を
常に均一に保ち、分子線強度が変化しないようにしてい
る。この成長的の分子線原料５は、必要とする分子線の
種類および分子線強度によって固体あるいは液体の状態
で使用されている。

ところで、高い分子線強度を得ようとするときには、分
子線原料５の溶融温度を高めることが必要であるが、こ
の溶融温度が高くなると分子線原料５のぬれ性の問題が
生じる。これｔよ、高温に溶融した分子線原料５がるつ
ば１の内壁面を辺上がり、分子線出射口１ａから外部に
流れ出る現象であり、このぬれ性の高い物質としては例
えばＭ（アルミニウム）などがある。

このぬれ性により溶融した分子線原料５が流れ出る要因
としては、るつぼ１を鉛直方向に対して傾けて設置する
ことと、高温で使用することがあげられる。この傾ける
理由は、真空チャンバー内で複数の分子線源を１つの目
標すなりも結晶基板に向けて配設する空間的なことと、
るつぼ１の分子線出射口１ａと結晶基板の間において分
子線を′ａ断するためのシャッタに分子線が付着してで
きたＪ「積物が剥離してるつぼ１内に落下しないように
、シャッタと分子ａｍの上下位置をずらすためである。

また、高温で使用する理由は、結晶の成長速度を上げる
ために高温を維持したり、結晶基板に不純物のない高品
質の結品躾を成長させるのに分子線原料の高純度化、脱
ガスを行なうためである。

これらの要因により、分子線原料５がるつぼ１の外部に
流れ出ることは防止できず、流れ出た高温の溶融した分
子線原料５により、るつぼ１の外側のヒータ２や熱シー
ルド３に影響を及ぼしてそれらの寿命を短くするととも
に、るつぼ温度が不安定になるなどの問題が生じる。

一方、るつぼ１内体に含まれる不純物が分子線原料５と
同様に結晶の膜質に影響を及ぼすことは周知のことであ
る。このるつぼ１の不純物を除去するには、原料を入れ
ない状態で、るっぽ１をヒータ２によって可能な限り高
温で焼いて脱ガスを行なう。このとき、るつぼ１は全体
的に均一・に加熱されることが必要である。

（発明が解決しようとする問題点）１述のように、従来の分子線結晶成長用分子線源では、
ぬれ性が高い分子線原料の場合には、分子線原料がるつ
ぼの外部に流れ出てしまうことは避けられなかった。

そこで、るつぼの分子線出射口の温度を相対的に下げ、
分子線原料のぬれ性を低めて流れ出るのを防止するよう
に考えられるが、るつぼを高温で焼いて不純物を除去す
る際に、分子線出射口の温度が上がらず不純物除去が確
実にできなくなることが生じる。

本発明は上記のような問題点に鑑みなされたもので、ぬ
れ竹の高い分子線原料の場合にも、その分子線原料のる
つぼ外部への流出を防止でき、かつ、るつぼを均一な温
度状態で加熱して高純度化および脱ガスを確実に図れる
分子線結晶成長用分子線源を提供することを目的とする
ものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明の分子線成長用分子線源は、有底筒状のるつぼ本
体の分子線出射口にるつぼ本体の径より非連続的に径大
な側壁部を設けてるつぼを構成し、このるつぼのるつぼ
本体部の外側にヒータを設けるとともに、るつぼおよび
ヒータの外側に軸方向に移動ｂｊ能に筒状の熱シールド
を設けたものである。

（ｆ１用）本発明の分子線結晶成長用分子線源は、熱シ−ルドをる
つぼに対して移動させることにより、るつぼのるつぼ本
体とともに側壁部を囲繞して側壁部からの放熱を防ぎ、
また、るつぼの側壁部の部分のみを露出させて側壁部か
らの放熱性を良好にするものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例の構成を第１図を参照して説明
する。

１１は分子線源のるつぼで、ＰＢＮなどから形成され、
上部に分子線出射口１２を設けた長さ６０Ｍ。

内径２０履の有底筒状のるつぼ本体１３を右しており、
このるつぼ本体１３の上端周縁部に径方向外ブノに突出
するフランジ部１４が形成されているとともに、このフ
ランジ部１４の外端周縁部からるつぼ本体１３よりも径
大な内径２５Ｍの側壁部１５が上方に突設され、この側
壁部１５の上方への突出幅Ｘは１０ｍになっている。

このるつは１１のるつぼ本体１３の周囲には、筒状のヒ
ータ１６が設けられているとともに、このヒータ１６の
熱が外部に逃げるのを防止する例えばＴａ（タンタル）
などの高融点金属板を数層筒状に巻いた熱シールド１１
が設けられている。この熱シールド１７は、上端部が側
壁部１５の下端位置と上端位置とに略一致する幅Ｘの移
動が可能になっており、下部に連結された駆動レバー１
８が分子線源を収容する真空ヂャンバーの外部に引出さ
れ、この操作レバー１８の操作により熱シールド１７を
移動させることができるようになっている。

なお、上記るつぼ１１は、例えば破損などにより交換す
る必要が生じた場合にヒータ１６および熱シールド１７
の内側から取出すことができる。

また、るつぼ１１の下部には、るつぼ１１の温度を検出
する熱雷対１９が配設されでいる。

なお、第１図の矢印Ｆは分子線の出射方向である。

そうして、分子線源に分子線原料２０を入れていない空
のるつぼ１１を装着してヒータ１６により加熱しながら
、るつは１１の温度分布を測定したところ、熱シールド
１７を上方に移動させて側壁部１５を覆った場合の熱１
対１９の指示が１２００℃のとき、この側壁部１５の開
口端付近の温度は、内部の温度より約２０℃低いことが
測定された。

一方、熱シールド１７を下方に移動させて側壁部１５が
露出した状態で同様の比較を行なったところ、側壁部１
５の温度は約２４０℃低いことが測定された。

この測定結果により、熱シールド１７で側壁部１５を覆
ったときには、側壁部１５の放熱が遮断されてるつぼ本
体１３の温度とあまり変わらず、また、熱シールド１１
を）げてａ壁部１５を露出させたときには、側壁部１５
の放熱性がよくなってるつぼ本体１３の温度よりも低く
なることがわかる。

次に、熱シールド１７を下げて側壁部１５を露出させた
状態でるつぼ１１に分子線原＄１２０として粒状のＡ！
（アルミニウム）を入れて加熱したところ、熱電対１９
が１２００℃を示しても、溶融した分子線原料２０のる
つぼ１１の外部への流れ出しは確認されなかった。

ところで、溶融した分子線原料２０がぬれ性を示すのは
、その溶融温度に関係しており、つまり、温度が比較的
低ければぬれ竹は低いが、高温になるほどぬれ性は高ま
る。そのため、分子線原料２０が上記のようにＭの場合
には、Ｐ、電対１９の指示で１０００℃前後ではるつぼ
１１の内壁面を辺上がるほどのぬれ性は示さないが、１
２００℃以上になると鉛直に立（たるつは１１の内側面
をも辺上がるほどのぬれ竹を示す。

したがって、上記のように、熱１対１９が１２００℃を
示しても、溶融した分子線原料２０のるつぼ１１の外部
への流れ出しが見られなかったのは、るつぼ本体１１の
内壁面を辺上がった分子線原料２０が温度の低いｆｆ！
ｌｌ壁部１５に接触することにより、温度が低下すると
ともにぬれ竹が低下することによる。

その結果、高温の溶融した分子線原料２０が流出してる
つぼ１１の外側のヒータ１Ｇ、熱シールド１７などに影
響を及ぼザことがなくなり、それらの長寿命化、るつぼ
温度の安定化および分子線強度の安定化を図れる。

また、分子線源を実際の使用状態である傾き姿勢で上記
のように分子線原料２０を加熱したところ、やはり溶融
した分子線原料２０のるつぼ１１の外部への流れ出しは
確認されなかった。

一方、空のるつぼ１１を装着して加熱し、るつぼ１１に
含まれる不純物を除去して８純度化および脱ガスを図る
場合には、熱シールド１７を上げてるつぼ１１の側壁部
１５を覆うことにより、側壁部１５の放熱を抑制できる
ので、るつぼ１１全体を絡り−な温度状態に加熱するこ
とができ、るつぼ１１の高純度化および脱ガスを確実に
行なえる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱シールドによりるつぼの側壁部を囲
繞または露出できるので、その側壁部を露出さけて側壁
部の放熱性を良好にすることにより、側壁部の部分の温
度を分子線原料のぬれ性を低める湿度まで低下でき、ぬ
れ性の高い分子線原料でもるつぼの外部へ流出するのを
防止でき、また、側壁部を囲繞して側壁部の放熱を防ぐ
ことにより、その側壁部を含むるつぼ全体の温度を均一
に保つことがぐき、加熱によるるつぼのｎ純度化および
脱ガスを確実に図れる。

４、図面の１！！１甲へ説明第１図は本発明の分子線結晶成長用分子線源の一実施例
を示す断面図、第２図は従来の分子線結晶成長用分子線
源の断面図である。

１１・・るつぼ、１２・・分子線出射口、１３・・るつ
ぼ本体、１５・・側壁部、１６・・ヒータ、１７・・熱
シールド。

悴ｊ胆

Claims

【特許請求の範囲】

（１）有底筒状のるつぼ本体の分子線出射口にるつぼ本
体の径より非連続的に径大な側壁部が設けられたるつぼ
と、このるつぼのるつぼ本体部の外側に設けられたヒータと
、上記るつぼおよびヒータの外側に軸方向に移動可能に設
けられた筒状の熱シールドと、を具備したことを特徴とする分子線結晶成長用分子線源
。
（２）熱シールドは、るつぼに対して軸方向に移動する
ことにより、るつぼのるつぼ本体および側壁部を囲繞ま
たは側壁部のみを露出させることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の分子線結晶成長用分子線源。