JP2001192293A - Source for molecular beam and molecular beam epitaxy device - Google Patents

Source for molecular beam and molecular beam epitaxy device

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JP2001192293A
JP2001192293A JP2000101104A JP2000101104A JP2001192293A JP 2001192293 A JP2001192293 A JP 2001192293A JP 2000101104 A JP2000101104 A JP 2000101104A JP 2000101104 A JP2000101104 A JP 2000101104A JP 2001192293 A JP2001192293 A JP 2001192293A
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molecular beam
crucible
beam source
heater
filled
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Japanese (ja)
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Keiya Nakabayashi
敬哉 中林
Kentaro Tani
健太郎 谷
Takashi Kawasaki
崇士 川▼崎▲
Osayuki Makino
修之 牧野
Yasuo Suga
康夫 菅
Yoshihei Tani
善平 谷
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently secure a filling amount of a molecular beam material even when a crucible is allowed to incline and to obtain stable strength of the molecular beam even when the amount of the molecular beam material is reduced. SOLUTION: In a molecular beam source cell 101, a crucible 102 having an inlet opening part 111 and a heater 103 which is attached to the crucible 102 and heats a molecular beam material filled in the crucible 102 to generate the molecular beam by evaporation and sublimation from the inlet opening part 111 are provided. The crucible 102 mentioned above is bent between a part 108 to be filled with the molecular beam material and the inlet opening part 111 so that the molecular beam material filled in the part 108 can be seen from the inlet opening part 11, and each sectional area in the horizontal direction of the part 108 to be filled with the molecular beam material is made nearly uniform.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分子線源及び分子
線エピタキシ装置に関し、更に詳しくは分子線結晶成長
(Molecular Beam Epitaxy 以下MBE)法において分
子線材料を内部に入れ、熱で蒸発、昇華させることによ
って分子線を発生させる分子線源及び分子線エピタキシ
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molecular beam source and a molecular beam epitaxy apparatus, and more particularly, to a method in which a molecular beam material is put in a molecular beam crystal growth (Molecular Beam Epitaxy or MBE) method, and is evaporated and sublimated by heat. The present invention relates to a molecular beam source and a molecular beam epitaxy apparatus that generate a molecular beam by causing the molecular beam to be generated.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】MBE
法は、高純度材料を蒸発、昇華させることによって分子
線を発生させ、高真空中でGaAs基板などに結晶成長
させる技術であり、半導体レーザなどの化合物半導体を
構成する半導体薄膜の作成法として広く用いられ、また
更に改良すべく研究、開発が進められている方法であ
る。
2. Description of the Related Art MBE
The method is a technique of generating a molecular beam by evaporating and sublimating a high-purity material, and growing the crystal on a GaAs substrate or the like in a high vacuum, and is widely used as a method for producing a semiconductor thin film constituting a compound semiconductor such as a semiconductor laser. It is a method used and researched and developed for further improvement.

【0003】その半導体薄膜の作成時に重要な事項とし
て、真空チャンバー内の残留不純物を少なくすることが
挙げられる。そのために、排気装置の改良、チャンバベ
ーキングの実施などが行われ、良好な半導体薄膜が得ら
れるようになった。しかし、材料のガスだしや結晶成長
時に基板以外の例えばシュラウド(クライオパネル)な
どについた付着物は、シュラウドから液体窒素を除去す
ると、剥離して分子線源(以下、”分子線源セル”又は
単に”セル”と称することもある)に落下する。この落
下した付着物が次の結晶成長時に再蒸発して真空チャン
バ内の残留不純物を増大させ、半導体薄膜の膜質を悪化
させたり、また分子線源セルの坩堝の材料加熱用ヒータ
や温度測定用熱電対のリード線などに入り込んで、絶縁
不良などのトラブルを発生させるおそれがあった。
An important matter in producing the semiconductor thin film is to reduce residual impurities in the vacuum chamber. To this end, improvements have been made to the exhaust system, chamber baking has been performed, and a good semiconductor thin film has been obtained. However, when the liquid nitrogen is removed from the shroud, the molecular gas source (hereinafter referred to as “molecular beam source cell” or (Sometimes simply referred to as a "cell"). The dropped deposits re-evaporate during the next crystal growth, increasing residual impurities in the vacuum chamber, deteriorating the quality of the semiconductor thin film, and also used for heating the material of the crucible of the molecular beam source cell and for measuring the temperature. There is a possibility that a trouble such as insulation failure may occur by getting into a thermocouple lead wire or the like.

【0004】このため、チャンバを傾けることによっ
て、基板周りのシュラウドなどについた付着物が落ちて
もセルに入りにくいようにするなどの対策を取ってき
た。しかしながら、このような構成をとると、図10あ
るいは図11に示す従来構造の坩堝(以下、単に容器と
称することもある)601・602を用いた場合、上方
ポートに取り付けたセルほど傾きが大きくなるため、坩
堝601・602内に充填できる分子線材料の量が少な
くなる。したがって、材料を充填するためのメンテナン
ス回数が増加し、装置稼働率の低下および、製品コスト
の増大を招いていた。
For this reason, measures have been taken to incline the chamber so as to make it difficult for the adhering substances attached to the shroud and the like around the substrate to enter the cell even if it falls. However, with such a configuration, in the case of using crucibles 601 and 602 having a conventional structure (hereinafter sometimes simply referred to as containers) 601 and 602 shown in FIG. 10 or FIG. 11, a cell attached to an upper port has a larger inclination. Therefore, the amount of molecular beam material that can be filled in the crucibles 601 and 602 is reduced. Therefore, the number of maintenance operations for filling the material has increased, resulting in a decrease in the operation rate of the apparatus and an increase in product cost.

【0005】さらにチャンバの傾斜角が大きく、セルの
入口開口部が水平より下向きになるポート取り付け角の
場合、図10あるいは図11に示す従来構造の坩堝60
1・602を用いると、溶融分子線材料を使用すること
ができず、使用できるのは昇華型の材料に限定される。
特表平11−504613号公報には、図12に示すよ
うな単体の一体構造で、かつマイナス勾配のオリフィス
604を持つ坩堝603が開示されている。この構造に
すると、例えばセルを水平に設置した場合でも溶融分子
線材料を使用することが可能となる。
Further, in the case where the inclination angle of the chamber is large and the port mounting angle is such that the opening of the cell is lower than horizontal, the crucible 60 having the conventional structure shown in FIG. 10 or FIG.
When 1 · 602 is used, a molten molecular beam material cannot be used, and the usable material is limited to a sublimation type material.
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11-504613 discloses a crucible 603 having a single unitary structure as shown in FIG. With this structure, for example, a molten molecular beam material can be used even when the cell is installed horizontally.

【0006】上述のように、シュラウドなどについた付
着物の落下を防ぐためチャンバを傾斜させた場合、坩堝
内に充填できる分子線材料の量が、上方ポートに取り付
けたセルほど少なくなり、材料を充填するメンテナンス
回数が増加し、マシンタイムの減少、製品コストの増大
という問題がある。さらに、図12に示す従来構造の坩
堝を用いてセルを略水平に設置した場合、分子線材料を
消費して液面が低下するとともに、材料の蒸発面積が変
化し分子線強度、換言すればフラックス強度が変化す
る。通常分子線強度は、定期的に測定を行いヒータ温度
を補正して調整されるが、前記構造で蒸発面積が変化し
やすい場合は測定および補正を頻繁に行う必要があり、
装置稼働率の低下、製品コストの増大の問題につなが
る。
[0006] As described above, when the chamber is tilted in order to prevent the deposits attached to the shroud or the like from falling, the amount of molecular beam material that can be filled in the crucible decreases as the cell attached to the upper port decreases the material. There is a problem that the number of maintenance times for filling increases, the machine time decreases, and the product cost increases. Further, when the cell is installed substantially horizontally using the crucible having the conventional structure shown in FIG. 12, the molecular beam material is consumed, the liquid level is lowered, and the evaporation area of the material is changed, that is, the molecular beam intensity, in other words, The flux intensity changes. Usually, the molecular beam intensity is adjusted by correcting the heater temperature by measuring periodically, but when the evaporation area is likely to change in the structure, it is necessary to frequently perform the measurement and correction,
This leads to problems such as a decrease in equipment operation rate and an increase in product cost.

【0007】更に、従来の分子線源セルとしては、図1
3に示すように、基板ホルダ642周辺のシュラウド6
43から落ちてくる付着物が内部に入り込まないよう
に、傾けた真空チャンバ641に取り付けたものがあ
る。図14に示すように、この分子線源セル644A,
644B,644Cは、分子線材料646を収容する坩
堝、つまり容器645A,645B,645Cを有して
いる。
Further, as a conventional molecular beam source cell, FIG.
As shown in FIG. 3, the shroud 6 around the substrate holder 642
Some are attached to the inclined vacuum chamber 641 so that the deposits falling from the 43 do not enter the inside. As shown in FIG. 14, this molecular beam source cell 644A,
Each of 644B and 644C has a crucible for accommodating the molecular beam material 646, that is, containers 645A, 645B, and 645C.

【0008】ところで、上記分子線源セル644A,6
44B,644Cでは、分子線源セル644A,644
B,644C自体が傾いているために、容器645Cに
比べて容器645Bの方が分子線材料646の充填量が
少なく、その少ない充填量の容器645Bよりもさらに
容器645Aの方が分子線材料646の充填量が少なく
なっている。つまり、容器645A,645B,645
Cに充填できる分子線材料646の量が、上方のセルに
なるにつれて減少してしまうという問題がある。また、
上記分子線源セル644A,644B,644Cより上
方のシュラウド643に付いている付着物が分子線源セ
ル644A,644B,644Cの内部に落下して、分
子線材料646に不純物が混じるために、次の結晶成長
時に再蒸発した不純物が真空チャンバ641内を汚染し
て、結晶成長させた薄膜の膜質を悪化させるので、歩留
まりが低下するという問題がある。
By the way, the molecular beam source cells 644A, 6
In 44B and 644C, the molecular beam source cells 644A and 644 are used.
Since the B and 644C themselves are inclined, the container 645B has a smaller filling amount of the molecular beam material 646 than the container 645C, and the container 645A has a smaller molecular beam material 646 than the container 645B having the smaller filling amount. Is low. That is, the containers 645A, 645B, 645
There is a problem in that the amount of the molecular beam material 646 that can be filled in C decreases as the cells become higher. Also,
Deposits attached to the shroud 643 above the molecular beam source cells 644A, 644B, 644C fall into the molecular beam source cells 644A, 644B, 644C, and impurities are mixed in the molecular beam material 646. The impurities re-evaporated at the time of crystal growth contaminate the inside of the vacuum chamber 641 and degrade the quality of the crystal-grown thin film.

【0009】また、このような分子線源セル644A,
644B,644Cを備える分子線エピタキシ装置(以
下、単にMBE装置又は分子線結晶成長装置と称するこ
ともある)651では、分子線源セル644A,644
B,644Cにおける分子線材料646の充填量が少な
いために、分子線材料646を頻繁に補充する必要が生
じ、その分子線材料646の補充に伴うメンテナンスの
回数が増加する。このメンテナンスは、MBE装置65
1を停止させた後、真空チャンバ641内を常圧に戻し
てから容器645A,645B,645C内に分子線材
料646を入れて、再度MBE装置651を立ち上げ真
空チャンバ641内を超高真空状態にするため相当の日
時を要する。このように、相当の日時を要するメンテナ
ンスの回数が増加するために、MBE装置651の稼働
率が著しく低下して、半導体薄膜の製造コストを増大さ
せるという問題がある。
Further, such a molecular beam source cell 644A,
In a molecular beam epitaxy apparatus (hereinafter sometimes simply referred to as an MBE apparatus or a molecular beam crystal growth apparatus) 651 including 644B and 644C, molecular beam source cells 644A and 644 are provided.
Since the filling amount of the molecular beam material 646 in B and 644C is small, it is necessary to frequently replenish the molecular beam material 646, and the number of maintenances accompanying the replenishment of the molecular beam material 646 increases. This maintenance is performed by the MBE device 65.
After stopping the operation, the inside of the vacuum chamber 641 is returned to normal pressure, and then the molecular beam material 646 is put in the containers 645A, 645B, and 645C. It takes a considerable date and time to make As described above, since the number of times of maintenance requiring a considerable date and time increases, the operating rate of the MBE apparatus 651 decreases significantly, and there is a problem that the manufacturing cost of the semiconductor thin film increases.

【0010】そこで、本発明の目的の一つは、分子線材
料の充填量を増大でき、分子線材料の汚染を防止できる
分子線源を提供することにある。また、そのような分子
線源を備えて、メンテナンスの回数を減らして半導体薄
膜の製造コストを低減でき、歩留まりを向上できる分子
線エピタキシ装置を提供することにある。
Therefore, one of the objects of the present invention is to provide a molecular beam source capable of increasing the filling amount of the molecular beam material and preventing contamination of the molecular beam material. Another object of the present invention is to provide a molecular beam epitaxy apparatus having such a molecular beam source, which can reduce the number of maintenance operations, reduce the manufacturing cost of a semiconductor thin film, and improve the yield.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の分子線源は、入口開口部を有する坩堝を
備え、この坩堝が、前記入口開口部から見て、内部に充
填された分子線材料が見えないように屈曲してなること
を特徴としている。
In order to achieve the above object, a molecular beam source according to the present invention comprises a crucible having an inlet opening, and the crucible is filled inside as viewed from the inlet opening. It is characterized in that the molecular beam material is bent so that it cannot be seen.

【0012】上記構成の分子線源によれば、坩堝(容
器)は内部に分子線材料を充填している。この坩堝は、
分子線を入口開口部(基板に向けて出射する開口部でも
ある)から見て分子線材料が見えないように屈曲してい
る。このように、上記入口開口部から見て分子線材料が
見えないように坩堝が屈曲しているので、入口開口部か
ら入ってくる不純物が、坩堝の底部に収容された分子線
材料に付着しにくい。したがって、上記不純物が分子線
材料を汚染するのを防止できる。
According to the molecular beam source having the above structure, the crucible (container) is filled with a molecular beam material. This crucible,
The molecular beam is bent so that the molecular beam material cannot be seen from the entrance opening (which is also an opening that emits toward the substrate). Thus, since the crucible is bent so that the molecular beam material cannot be seen from the entrance opening, impurities entering from the entrance opening adhere to the molecular beam material accommodated in the bottom of the crucible. Hateful. Therefore, it is possible to prevent the impurities from contaminating the molecular beam material.

【0013】また、上記入口開口部が傾いても、入口開
口部から見て分子線材料が見えないように坩堝が屈曲し
ているので、入口分子線材料を収容する底部が傾かな
い。したがって、上記坩堝内における分子線材料の充填
量を増大させることができる。
Even if the inlet opening is inclined, the crucible is bent so that the molecular beam material cannot be seen from the inlet opening, so that the bottom for accommodating the inlet molecular beam material does not tilt. Therefore, the filling amount of the molecular beam material in the crucible can be increased.

【0014】更に、本発明は、入口開口部を有する坩堝
と、この坩堝に装着され、坩堝内に充填される分子線材
料を加熱し、前記入口開口部から蒸発、昇華させて分子
線を発生させるためのヒータとを備え、坩堝が、充填さ
れる分子線材料を前記入口開口部から見えないように分
子線材料を充填する部分と前記入口開口部との間で屈曲
され、かつ分子線材料を充填する部分の各水平断面積を
略均一にされた分子線源を提供する。
Further, the present invention provides a crucible having an entrance opening, and a molecular beam material mounted on the crucible and filled in the crucible is heated and evaporated and sublimated from the entrance opening to generate a molecular beam. A crucible is bent between a portion for filling the molecular beam material and the entrance opening so that the molecular beam material to be filled is not visible from the entrance opening, and To provide a molecular beam source in which each horizontal cross-sectional area of a portion filled with is substantially uniform.

【0015】すなわち本発明に係る分子線源は、坩堝の
全体の形状が、坩堝の入口開口部から底部に充填した分
子線材料が見えないように屈曲し、かつ、材料充填部分
の形状が材料の蒸発表面積を材料の量によって変化しな
い略均一としたことを構成上の特徴とし、それによっ
て、坩堝を傾斜させても分子線材料の充填量を十分確保
できると共に、分子線材料が減少しても安定した分子線
強度を得ることが可能となる。
That is, in the molecular beam source according to the present invention, the whole shape of the crucible is bent so that the molecular beam material filled in the bottom from the inlet opening of the crucible cannot be seen, and the shape of the material-filled portion is material. The evaporation surface area is made substantially uniform so as not to change with the amount of the material, thereby making it possible to secure a sufficient amount of the molecular beam material even when the crucible is inclined, and to reduce the molecular beam material. In addition, stable molecular beam intensity can be obtained.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の分子線源およびそ
れを備える分子線エピタキシ装置を図示の実施の形態に
より詳細に説明する。なお、これによって本発明は限定
されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a molecular beam source and a molecular beam epitaxy apparatus including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. Note that the present invention is not limited by this.

【0017】(1)本発明の一実施形態の分子線源とし
ての分子線源セルは、分子線源セル自体の入口開口部の
開口面が水平方向または水平方向よりも下側に向いてい
ることを特徴としている。
(1) In the molecular beam source cell as the molecular beam source according to one embodiment of the present invention, the opening surface of the entrance opening of the molecular beam source cell itself is oriented in the horizontal direction or below the horizontal direction. It is characterized by:

【0018】上記一実施形態の分子線源セルによれば、
上記分子線源セル自体の開口面が水平方向または水平方
向よりも下側に向いているので、上方から落ちてくる不
純物が分子線源セル内に入り込むことが無い。その結
果、坩堝としての容器内の分子線材料に不純物が付着す
ることがなく、分子線材料の汚染をより確実に防止でき
る。
According to the molecular beam source cell of the above embodiment,
Since the opening surface of the molecular beam source cell itself is oriented in the horizontal direction or below the horizontal direction, impurities falling from above do not enter the molecular beam source cell. As a result, impurities do not adhere to the molecular beam material in the container serving as the crucible, and contamination of the molecular beam material can be more reliably prevented.

【0019】また、一実施形態の分子線源セルは、上記
分子線材料を蒸発させる第1ヒータと、上記分子線材料
から発生する分子線の量を制御する第2ヒータとの少な
くとも2つのヒータを備えていることを特徴としてい
る。
In one embodiment, the molecular beam source cell has at least two heaters, a first heater for evaporating the molecular beam material and a second heater for controlling the amount of molecular beam generated from the molecular beam material. It is characterized by having.

【0020】上記一実施形態の分子線源セルは、第1ヒ
ータで分子線材料を蒸発させると共に、第2ヒータで分
子線材料から発生する分子線の量を制御することによっ
て、分子線材料の形状によらず、分子線の量を再現性よ
く制御できる。
In the molecular beam source cell according to the embodiment, the molecular beam material is evaporated by the first heater and the amount of the molecular beam generated from the molecular beam material is controlled by the second heater. Regardless of the shape, the amount of molecular beam can be controlled with good reproducibility.

【0021】また、上記分子線の量を再現性よく制御す
る場合において、分子線材料の形状によらないので、そ
の分子線材料を入れる容器の形状を自由に設定できる。
つまり、容器の形状の自由度が向上する。
Further, when controlling the amount of the molecular beam with good reproducibility, the shape of the container for containing the molecular beam material can be freely set because it does not depend on the shape of the molecular beam material.
That is, the degree of freedom of the shape of the container is improved.

【0022】また、一実施形態の分子線エピタキシ装
置、つまり分子線結晶成長装置は、上記分子線源セルを
有することを特徴としている。
Further, a molecular beam epitaxy apparatus of one embodiment, that is, a molecular beam crystal growing apparatus is characterized by having the above-mentioned molecular beam source cell.

【0023】上記一実施形態の分子線結晶成長装置は、
上記分子線源セルを用いることによって、容器内におけ
る分子線材料の充填量を増大できるので、分子線材料を
補充する回数が少なくなり、その補充に伴うメンテナン
スの回数を少なくできる。その結果、相当な時間を費や
すメンテナンスの回数が減少するので装置の稼働率が向
上し、生産性が向上する。したがって、この分子線結晶
成長装置で製造する薄膜の製造コストを低減できる。
The molecular beam crystal growing apparatus of the above embodiment is
By using the above-mentioned molecular beam source cell, the filling amount of the molecular beam material in the container can be increased, so that the number of times of replenishment of the molecular beam material is reduced, and the number of maintenances accompanying the replenishment can be reduced. As a result, the number of maintenances that require a considerable amount of time is reduced, so that the operation rate of the apparatus is improved and the productivity is improved. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of a thin film manufactured by this molecular beam crystal growth apparatus.

【0024】また、上記分子線材料の汚染を防止できる
ことによって、分子線材料から発生する分子線を清浄に
保つことができる。したがって、汚染された分子線で結
晶成長が行われず、良好な膜質の薄膜が形成される。そ
の結果、歩留まりを向上できる。
Further, since the contamination of the molecular beam material can be prevented, the molecular beam generated from the molecular beam material can be kept clean. Therefore, crystal growth is not performed by the contaminated molecular beam, and a thin film having good film quality is formed. As a result, the yield can be improved.

【0025】また、上記分子線材料から発生する分子線
の量を再現性よく制御できるので、結晶成長の再現性が
向上し、より歩留まりを向上することができる。
Further, since the amount of molecular beams generated from the molecular beam material can be controlled with good reproducibility, the reproducibility of crystal growth can be improved, and the yield can be further improved.

【0026】(2)更に傾斜型のチャンバをもつ分子線
エピタキシ装置において、本発明に係る分子線源を上方
ポートに取り付けた場合でも、溶融分子線材料を大量に
充填することができ、材料充填の周期を長くすることが
できる。従って、装置稼働率を向上させることが可能と
なる。また、分子線材料を消費し、液面が低下した場合
でも蒸発面積が変わらないため、頻繁に分子線強度補
正、つまりフラックス補正を行う必要がなく、装置稼働
率を向上させることが可能となる。
(2) Further, in a molecular beam epitaxy apparatus having a tilt type chamber, even when the molecular beam source according to the present invention is attached to the upper port, a large amount of molten molecular beam material can be filled, and material filling can be performed. Can be lengthened. Therefore, it is possible to improve the device operation rate. In addition, since the evaporation area does not change even when the molecular beam material is consumed and the liquid level is lowered, it is not necessary to frequently perform the molecular beam intensity correction, that is, the flux correction, and it is possible to improve the operation rate of the apparatus. .

【0027】本発明に係る分子線源の具体的な形態とし
ては、坩堝の形状を筒状(より好ましくは円筒状)と
し、坩堝の材料充填部分と、分子線の方向決定部分、つ
まり坩堝の入口開口部から材料充填部分の間の部分との
2種類の円筒部分の中心軸を同一平面上とし、2軸のな
す角を30°以上150°以下とする構成を、坩堝の形
状として実際に実現することができ、材料充填量を増加
させることができるので、好ましい例として挙げること
ができる。
As a specific form of the molecular beam source according to the present invention, the crucible is formed into a cylindrical shape (more preferably, a cylindrical shape), and the material filling portion of the crucible and the direction determining portion of the molecular beam, that is, the crucible are formed. The central axis of the two types of cylindrical portions, that is, the portion between the inlet opening and the material filling portion, is coplanar, and the angle between the two axes is 30 ° or more and 150 ° or less. It can be realized, and the material filling amount can be increased.

【0028】また、本発明の分子線源においては、ヒー
タが、少なくとも、坩堝の分子線材料を充填する部分
と、この部分の略真上の天井部分とに配設されると、こ
の天井部分が溶融材料が飛んで付着しやすい箇所である
ので、有効に材料の付着を防止できる。もちろんヒータ
が、坩堝の略全体を覆うように配置されていると、坩堝
の全体を高温に保つことが可能であり、分子線材料が再
蒸発できずに付着・堆積することを防止することができ
るので、より好ましい。
In the molecular beam source according to the present invention, when the heater is provided at least in a portion of the crucible filled with the molecular beam material and a ceiling portion almost directly above the portion, the ceiling portion is provided. Is a place where the molten material easily flies and adheres, so that the adhesion of the material can be effectively prevented. Of course, if the heater is arranged so as to cover substantially the entire crucible, the entire crucible can be kept at a high temperature, and it is possible to prevent the molecular beam material from adhering and depositing without being able to re-evaporate. It is more preferable because it is possible.

【0029】また、本発明の分子線源は、1系統のヒー
タを備え、そのヒータが材料充填部分の温度に比較して
それ以外の部分の温度を高くするように配置されている
と好ましい。更に、独立に制御することができる、少な
くとも2系統のヒータ部分を備え、かつそれぞれのヒー
タ部分を材料充填部分とそれ以外の部分とに分けて配置
し、材料充填部分の温度に比較してそれ以外の部分の温
度を高くすると、坩堝の入口開口部から分子線材料が見
えない形状であるにもかかわらず、坩堝の内壁面への分
子線材料の付着がほとんどなく、フラックス強度の制御
が容易となるので好ましい。
Further, it is preferable that the molecular beam source according to the present invention includes one system of heaters, and the heaters are arranged so that the temperature of the other portion is higher than the temperature of the material-filled portion. Furthermore, it has at least two systems of heater parts that can be controlled independently, and each heater part is divided into a material-filled part and other parts, and compared with the temperature of the material-filled part. When the temperature of other parts is increased, the molecular beam material hardly adheres to the inner wall surface of the crucible, and the flux intensity is easy to control, even though the molecular beam material is not visible from the entrance opening of the crucible. Is preferable.

【0030】また、本発明の分子線源は、ヒータの外側
に水冷機構、具体的には水冷ジャケットを配置すると、
ヒータなどの高温部分のほとんどがシュラウドで覆われ
ないにもかかわらず、装置のポート部分や分子線源の真
空容器部分の温度を上昇させることがなく、真空度を悪
化させることがないので好ましい。
In the molecular beam source of the present invention, when a water cooling mechanism, specifically, a water cooling jacket is arranged outside the heater,
Although most of the high-temperature portions such as the heater are not covered with the shroud, the temperature of the port portion of the apparatus and the vacuum vessel portion of the molecular beam source does not rise and the degree of vacuum does not deteriorate.

【0031】本発明は、別の観点によれば、(a)入口
開口部を有する坩堝と、この坩堝に装着され、坩堝内に
充填される分子線材料を加熱し、前記入口開口部から蒸
発、昇華させて分子線を発生させるためのヒータとを備
え、坩堝が、充填される分子線材料を前記入口開口部か
ら見えないように分子線材料を充填する部分と前記入口
開口部との間で屈曲し、かつ分子線材料を充填する部分
の各水平断面積を略均一にした分子線源と、(b)この
分子線源を支持する真空チャンバと、(c)この真空チ
ャンバの内壁に沿って設けられたシュラウドと、(d)
このシュラウド内に、前記分子線源の坩堝の入口開口部
に対向して設けられた基板ホルダとからなる分子線エピ
タキシ装置を提供する。
According to another aspect of the present invention, there is provided (a) a crucible having an inlet opening, and a molecular beam material mounted on the crucible and filled in the crucible is heated and evaporated from the inlet opening. A heater for generating a molecular beam by sublimation, wherein a crucible is provided between the portion for filling the molecular beam material and the entrance opening so that the molecular beam material to be filled is not visible from the entrance opening. A molecular beam source having a substantially uniform horizontal cross-sectional area at a portion where the molecular beam material is filled, (b) a vacuum chamber supporting the molecular beam source, and (c) an inner wall of the vacuum chamber. (D) a shroud provided along
There is provided a molecular beam epitaxy apparatus including a substrate holder provided in the shroud so as to face an inlet opening of the crucible of the molecular beam source.

【0032】更に、この分子線エピタキシ装置は、2以
上の分子線源部分を備えると、傾斜型チャンバの分子線
エピタキシ装置であっても、分子線材料の量を増加させ
ることが可能であり、かつシュラウドの付着物の落下が
起こっても分子線源セルの中に入りトラブルが発生する
ことを防止できるため、装置の稼働率を向上させること
ができる。また、成膜時に坩堝内に付着物が入ることに
よって半導体薄膜の膜質を悪化させることも防止でき、
製品歩留まりが向上する。
Further, when the molecular beam epitaxy apparatus is provided with two or more molecular beam source portions, it is possible to increase the amount of the molecular beam material even in a molecular beam epitaxy apparatus having a tilted chamber, In addition, even if the attachment of the shroud falls, it is possible to prevent the trouble from entering the molecular beam source cell, so that the operation rate of the apparatus can be improved. Also, it is possible to prevent the adhering matter from entering the crucible at the time of film formation to deteriorate the film quality of the semiconductor thin film,
Product yield is improved.

【0033】(3)以下、具体的にいくつかの実施形態
を示す。 (第1実施形態)図1は本発明の第1実施形態の分子線
エピタキシ装置としてのMBE装置の概略断面図であ
る。図1に示すように、上記MBE装置13は、水平方
向に対して傾斜して設置された真空チャンバ10と、こ
の真空チャンバ10内に収容された基板ホルダ11と、
この基板ホルダ11に対向するように真空チャンバ1に
取り付けられた分子線源セル1A,1B,1Cとを備え
ている。また、この真空チャンバ1の内壁には、シュラ
ウド12を取り付けている。
(3) Several embodiments will be specifically described below. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic sectional view of an MBE apparatus as a molecular beam epitaxy apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the MBE apparatus 13 includes a vacuum chamber 10 installed at an angle to the horizontal direction, a substrate holder 11 housed in the vacuum chamber 10,
A molecular beam source cell 1A, 1B, 1C is provided in the vacuum chamber 1 so as to face the substrate holder 11. A shroud 12 is attached to the inner wall of the vacuum chamber 1.

【0034】上記分子線源セル1Bは、図2に示すよう
に、分子線を基板6に向けて出射する開口部としての先
端部5aから見て、底部2aに収容された分子線材料7
が見えないように屈曲した容器としての坩堝2と、この
坩堝2を収容する屈曲した有底筒状の本体5と、この本
体5と坩堝2との間に配置された第1,第2ヒータ3,
4とを備える。上記第1ヒータ3は、坩堝2の底部2a
の周りに配設する一方、第2ヒータは、坩堝2の先端部
2bの周りに配設している。また、上記坩堝2の底部2
a,先端部2bに温度検出用の熱電対8,9を取り付け
ている。
As shown in FIG. 2, the molecular beam source cell 1B includes a molecular beam material 7 accommodated in the bottom 2a when viewed from the tip 5a as an opening for emitting a molecular beam toward the substrate 6.
Crucible 2 as a container bent so as not to be seen, a bent bottomed cylindrical main body 5 accommodating this crucible 2, and first and second heaters arranged between main body 5 and crucible 2 3,
4 is provided. The first heater 3 is provided at the bottom 2 a of the crucible 2.
, While the second heater is disposed around the tip 2 b of the crucible 2. Also, the bottom 2 of the crucible 2
a, thermocouples 8, 9 for temperature detection are attached to the tip 2b.

【0035】また、上記分子線源セル1B自体の開口1
6を、本体5の基板6側の先端部5aに形成している。
この先端部5aの上部17は、坩堝2の先端部2bより
も基板6に向かって長く延びると共に、先端部5aの下
部18は、坩堝2の先端部2bよりも基板6に向かって
若干長く延びている。また、上記先端部5aの上部1
7,下部18の先端19,20を含む平面、つまり開口
面15は水平方向に向いている。もっとも、この開口面
15は、水平方向よりも下側に向いてもよい。なお、上
記分子線源セル1Bのみを図2に基づいて詳細に説明し
たが、図1に示す分子線源セル1A,1Cは、分子線源
セルBとは本体および坩堝の屈曲の角度および開口面の
向きが異なるが他の構成は同じである。分子線源セル1
A,1B,1Cのいずれも開口面65,15,75の向
きは水平方向または下向きになっている。
The opening 1 of the molecular beam source cell 1B itself is used.
6 is formed at the tip 5a of the main body 5 on the substrate 6 side.
The upper portion 17 of the tip 5a extends longer toward the substrate 6 than the tip 2b of the crucible 2, and the lower portion 18 of the tip 5a extends slightly longer toward the substrate 6 than the tip 2b of the crucible 2. ing. Also, the upper part 1 of the tip 5a
7, a plane including the tips 19 and 20 of the lower portion 18, that is, the opening surface 15 is oriented in the horizontal direction. However, the opening surface 15 may face downward from the horizontal direction. Although only the molecular beam source cell 1B has been described in detail with reference to FIG. 2, the molecular beam source cells 1A and 1C shown in FIG. Although the direction of the surface is different, other configurations are the same. Molecular beam source cell 1
In each of A, 1B, and 1C, the direction of the opening surfaces 65, 15, and 75 is horizontal or downward.

【0036】上記構成の分子線源セル1A,1B,1C
では、結晶成長時に、分子線材料7を蒸発させて第1ヒ
ータ3で分子線を発生させると共に、その分子線の量を
第2ヒータ4で制御することによって、分子線を基板6
に向けて先端部5aから出射して、基板6上に結晶を成
長させる。このとき、上記シュラウド12から液体窒素
を除去すると、基板6以外の例えばシュラウド12等に
付いた不純物である付着物が剥離して落下するが、先端
部5aから見て分子線材料7が見えないように坩堝2が
屈曲しているので、先端部5aの開口16を通って入っ
てくる付着物は坩堝2の底部2aに収容された分子線材
料7に付着しにくい。したがって、上記分子線材料7の
汚染を防止できる。
The molecular beam source cells 1A, 1B, 1C having the above configuration
Then, at the time of crystal growth, the molecular beam material 7 is evaporated to generate a molecular beam in the first heater 3, and the amount of the molecular beam is controlled by the second heater 4 so that the molecular beam is
The light is emitted from the tip portion 5 a toward the substrate 6 to grow a crystal on the substrate 6. At this time, if liquid nitrogen is removed from the shroud 12, the attached matter which is an impurity attached to, for example, the shroud 12 other than the substrate 6 is peeled off and falls, but the molecular beam material 7 cannot be seen from the tip 5 a. Since the crucible 2 is bent as described above, the adhering matter entering through the opening 16 of the tip 5a does not easily adhere to the molecular beam material 7 stored in the bottom 2a of the crucible 2. Therefore, contamination of the molecular beam material 7 can be prevented.

【0037】また、上記先端部5aが傾いていても、先
端部5aから見て分子線材料7が見えないように坩堝2
が屈曲しているので、分子線材料7を収容する底部2a
は傾かない。したがって、上記坩堝2内における分子線
材料7の充填量を増大させることができる。具体的に
は、図6に示す従来の容器45A,45B,45Cの分
子線材料46の充填量が約10ccであったのに対し
て、図2に示す坩堝2では分子線材料7を60cc以上
入れることができる。
Further, even if the tip 5a is inclined, the crucible 2 is held so that the molecular beam material 7 cannot be seen from the tip 5a.
Are bent, so that the bottom 2a for accommodating the molecular beam material 7 is formed.
Does not lean. Therefore, the filling amount of the molecular beam material 7 in the crucible 2 can be increased. Specifically, the amount of the molecular beam material 46 of the conventional containers 45A, 45B, and 45C shown in FIG. 6 was about 10 cc, whereas the molecular beam material 7 was 60 cc or more in the crucible 2 shown in FIG. You can enter.

【0038】また、上記分子線源セル1A,1B,1C
自体の開口面65,15,75が水平方向または水平方
向よりも下側に向いているので、結晶成長時に、シュラ
ウド12等に付いた不純物である付着物が剥離して落下
しても、その付着物が分子線源セル1A,1B,1C内
に入り込まず、分子線源セル1A,1B,1C内の坩堝
2にも付着物が入り込まない。したがって、上記坩堝2
内の分子線材料7に不純物である付着物が付着すること
がなく、分子線材料7の汚染をより確実に防止できる。
また、上記分子線源セル1A,1B,1C内にシュラウ
ド12の付着物が進入しないので、その付着物が第1,
第2ヒータ3,4や熱電対8,9のリード線等に入り込
むことによって発生する絶縁不良等のトラブルを防止で
きる。
The molecular beam source cells 1A, 1B, 1C
Since the opening surfaces 65, 15, and 75 of the self are oriented in the horizontal direction or the lower side than the horizontal direction, even if the attached matter which is an impurity attached to the shroud 12 or the like peels off during the crystal growth, it falls. The attached matter does not enter the molecular beam source cells 1A, 1B, 1C, and the attached matter does not enter the crucible 2 in the molecular beam source cells 1A, 1B, 1C. Therefore, the above crucible 2
Adherents as impurities do not adhere to the molecular beam material 7 therein, and the contamination of the molecular beam material 7 can be more reliably prevented.
Further, since the attached matter of the shroud 12 does not enter the molecular beam source cells 1A, 1B, 1C, the attached matter is the first and the second.
Troubles such as poor insulation caused by entering the lead wires of the second heaters 3 and 4 and the thermocouples 8 and 9 can be prevented.

【0039】また、上記分子線材料7を蒸発させる第1
ヒータ3と、上記分子線材料7から発生する分子線の量
を制御する第2ヒータ4とを備えているので、分子線材
料7の形状によらず、分子線の量を再現性よく制御でき
る。このとき、分子線材料7の形状を限定しなくてもよ
いので、その分子線材料7を収容する坩堝2の形状を自
由に設定できる。つまり、坩堝2の形状の自由度が向上
する。
Further, a first method for evaporating the molecular beam material 7 is described below.
Since the heater 3 and the second heater 4 for controlling the amount of the molecular beam generated from the molecular beam material 7 are provided, the amount of the molecular beam can be controlled with good reproducibility regardless of the shape of the molecular beam material 7. . At this time, since the shape of the molecular beam material 7 does not need to be limited, the shape of the crucible 2 containing the molecular beam material 7 can be freely set. That is, the degree of freedom of the shape of the crucible 2 is improved.

【0040】また、このような分子線源セル1A,1
B,1Cを搭載するMBE装置13では、従来に比べて
分子線結晶材7を補充する回数が1/6以下に減少し、
その補充に伴うメンテナンスの回数も低減する。したが
って、相当な時間を費やすメンテナンスの回数が減少す
るのでMBE装置13の稼働率が向上し、生産性が向上
する。したがって、このMBE装置13による半導体薄
膜の製造コストを低減できる。具体的には、従来に比べ
て製造コストを1/4以下に低減できる。
Further, such a molecular beam source cell 1A, 1
In the MBE apparatus 13 equipped with B and 1C, the number of times of replenishment of the molecular beam crystal material 7 is reduced to 1/6 or less as compared with the conventional case,
The number of maintenance operations accompanying the replenishment is also reduced. Therefore, the number of maintenances that require a considerable amount of time is reduced, so that the operation rate of the MBE apparatus 13 is improved, and the productivity is improved. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor thin film by the MBE device 13 can be reduced. Specifically, the manufacturing cost can be reduced to 1/4 or less as compared with the related art.

【0041】また、上記MBE装置13では、分子線源
セル1A,1B,1Cにおける分子線材料7の汚染を防
止できることによって、汚染された分子線で結晶成長が
行われない。したがって、良好な膜質の薄膜が形成され
るので、歩留まりを向上できる。
Further, in the MBE apparatus 13, since the contamination of the molecular beam material 7 in the molecular beam source cells 1A, 1B, 1C can be prevented, crystal growth is not performed on the contaminated molecular beam. Therefore, a thin film having good film quality is formed, and the yield can be improved.

【0042】また、上記MBE装置13では、分子線材
料7を蒸発させる第1ヒータ3と、分子線材料7から発
生する分子線の量を制御する第2ヒータ4とを備えてい
ることによって、分子線材料7の減少等による分子線量
の不安定性が解消されて、分子線材料7から発生する分
子線の量を再現性よく制御できる。したがって、結晶成
長の再現性が向上し、より歩留まりを向上することがで
きる。具体的には、従来に比べて歩留まりが約30%向
上した。
Further, the MBE apparatus 13 includes the first heater 3 for evaporating the molecular beam material 7 and the second heater 4 for controlling the amount of molecular beam generated from the molecular beam material 7. The instability of the molecular dose due to a decrease in the molecular beam material 7 is eliminated, and the amount of molecular beams generated from the molecular beam material 7 can be controlled with good reproducibility. Therefore, the reproducibility of crystal growth is improved, and the yield can be further improved. Specifically, the yield was improved by about 30% as compared with the conventional case.

【0043】また、上記MBE装置13では、真空チャ
ンバ10の横側面に分子線源セル1A,1B,1Cを取
り付けできるので、分子線源セル1A,1B,1Cのレ
イアウトの自由度が向上している。また、上記分子線材
料7の充填時に、MBE装置13下側の狭い空間で作業
することも無いので、作業性が良好である。
In the MBE apparatus 13, since the molecular beam source cells 1A, 1B, and 1C can be attached to the side surface of the vacuum chamber 10, the degree of freedom in the layout of the molecular beam source cells 1A, 1B, and 1C is improved. I have. In addition, when the molecular beam material 7 is filled, there is no need to work in a narrow space below the MBE device 13, so that workability is good.

【0044】また、上記実施形態では、分子線源セル1
B自体の開口面15は、本体5の先端部5aの先端1
9,20を含むようにしていたが、坩堝2の先端部2b
の先端を含むようにしてもよい。つまり、分子線源セル
自体の開口は、本体に形成してもよいし、坩堝に形成し
てもよい。また、分子線源セル1A,1Cについても、
分子線源セル1A,1C自体の開口面は、坩堝の先端部
の先端を含むようにしてもよい。
In the above embodiment, the molecular beam source cell 1
The opening surface 15 of B itself is the tip 1 of the tip 5 a of the main body 5.
9 and 20, but the tip 2b of the crucible 2
May be included. That is, the opening of the molecular beam source cell itself may be formed in the main body or in the crucible. Also, regarding the molecular beam source cells 1A and 1C,
The opening surfaces of the molecular beam source cells 1A and 1C themselves may include the tip of the tip of the crucible.

【0045】また、上記実施形態では、分子線源セル1
A,1B,1C自体の開口面65,15,75が水平方
向または水平方向よりも下側に向いていたが、水平方向
よりも下側に向いている方が好ましい。
In the above embodiment, the molecular beam source cell 1
Although the opening surfaces 65, 15, and 75 of A, 1B, and 1C themselves face the horizontal direction or the lower side than the horizontal direction, it is more preferable that they face the lower side than the horizontal direction.

【0046】また、上記実施形態では、本体5が坩堝2
と別体であったが、本体が坩堝と一体でもよい。
In the above embodiment, the main body 5 is
However, the main body may be integrated with the crucible.

【0047】(第2実施形態)図3は本発明の第2実施
形態の分子線結晶成長装置としてのMBE装置の概略断
面図である。図3に示すように、このMBE装置33
は、水平方向に対して平行に設置された真空チャンバ3
0と、この真空チャンバ30の図中右側に配置された分
子線源セル21A,21B,21Cと、この分子線源2
1A,21B,21Cに対向するように真空チャンバ3
0内に収容された基板ホルダ31とを備えている。ま
た、上記真空チャンバ30の内壁には、シュラウド32
を取り付けている。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a schematic sectional view of an MBE apparatus as a molecular beam crystal growth apparatus according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG.
Is a vacuum chamber 3 installed parallel to the horizontal direction.
0, the molecular beam source cells 21A, 21B, 21C arranged on the right side of the vacuum chamber 30 in the drawing, and the molecular beam source 2
Vacuum chamber 3 so as to face 1A, 21B, 21C
And a substrate holder 31 housed in the housing. A shroud 32 is provided on the inner wall of the vacuum chamber 30.
Is installed.

【0048】上記分子線源セル21Aは、図4に示すよ
うに、分子線を基板26に向けて出射する開口部として
の先端部25aから見て、底部22aに収容された分子
線材料27が見えないように屈曲した容器としての坩堝
22と、この坩堝22を収容する屈曲した有底筒状の本
体25と、この本体25と坩堝22との間に配置された
第1,第2ヒータ23,24とを備える。上記第1ヒー
タ23は、坩堝22の底部22aの周りに配設する一
方、第2ヒータ24は、坩堝22の先端部22bの周り
に配設している。また、上記坩堝22の底部22a,先
端部22bに温度検出用の熱電対28,29を取り付け
ている。
As shown in FIG. 4, the molecular beam source cell 21A has a molecular beam material 27 housed in the bottom 22a when viewed from the tip 25a as an opening for emitting a molecular beam toward the substrate 26. A crucible 22 serving as a container bent so as to be invisible, a bent bottomed cylindrical main body 25 accommodating the crucible 22, and first and second heaters 23 disposed between the main body 25 and the crucible 22 , 24. The first heater 23 is arranged around the bottom 22 a of the crucible 22, while the second heater 24 is arranged around the tip 22 b of the crucible 22. Further, thermocouples 28 and 29 for temperature detection are attached to the bottom portion 22a and the tip portion 22b of the crucible 22.

【0049】また、上記分子線源セル21A自体の開口
36を、本体25の基板26側の先端部25aに形成し
ている。この先端部25aの上部37および下部38
は、坩堝22の先端部22bよりも基板26に向かって
若干長く延びている。また、上記先端部25aの上部3
7,下部38の先端39,40を含む平面、つまり開口
面35は水平方向よりも下側に向いている。もっとも、
この開口面35は、水平方向に向いてもよい。なお、上
記分子線源セル21Aのみを図4に基づいて詳細に説明
したが、図3に示す分子線源セル21B,21Cは、分
子線源セル21Aとは本体および坩堝の屈曲の角度およ
び開口面の向きが異なるが他の構成は同じである。分子
線源セル21A,21B,21Cのいずれも開口面3
5,85,95の向きは水平方向または下向きになって
いる。
The opening 36 of the molecular beam source cell 21A itself is formed at the front end 25a of the main body 25 on the substrate 26 side. Upper part 37 and lower part 38 of this tip 25a
Extends slightly longer toward the substrate 26 than the tip portion 22b of the crucible 22. Also, the upper part 3 of the tip part 25a
7, a plane including the distal ends 39 and 40 of the lower portion 38, that is, the opening surface 35 faces downward from the horizontal direction. However,
This opening surface 35 may be oriented in the horizontal direction. Although only the molecular beam source cell 21A has been described in detail with reference to FIG. 4, the molecular beam source cells 21B and 21C shown in FIG. Although the direction of the surface is different, other configurations are the same. Each of the molecular beam source cells 21A, 21B, and 21C has an opening surface 3
The directions of 5, 85, 95 are horizontal or downward.

【0050】上記構成の分子線源セル21A,21B,
21Cおよびそれぞれを備えるMBE装置33は、第1
実施形態の分子線源セルおよびMBE装置と同様の効果
を有する。
The molecular beam source cells 21A, 21B,
21C and the MBE device 33 comprising each
The same effects as those of the molecular beam source cell and the MBE device of the embodiment are obtained.

【0051】また、分子線を出射する先端部25aから
見て、底部22aに収容された分子線材料27が見えな
いように坩堝22が略直角に屈曲しているので、シュラ
ウド32の付着物等の不純物が先端部25aの開口36
から坩堝22内に進入してきたとしても、その不純物は
底部22aの分子線材料27に極めて付着しにくい。し
たがって、上記坩堝22内の分子線材料27の汚染を極
めて確実に防止できる。
Further, since the crucible 22 is bent at a substantially right angle so that the molecular beam material 27 accommodated in the bottom portion 22a cannot be seen from the distal end portion 25a from which the molecular beam is emitted, the attachment of the shroud 32, etc. Impurities in the opening 36 of the tip 25a.
, The impurities hardly adhere to the molecular beam material 27 on the bottom 22a. Therefore, contamination of the molecular beam material 27 in the crucible 22 can be prevented very reliably.

【0052】また、上記実施形態では、分子線源セル2
1A自体の開口面35は、本体25の先端部25aの先
端39,40を含むようにしていたが、坩堝22の先端
部22bの先端を含むようにしてもよい。つまり、分子
線源セル自体の開口は、本体に形成してもよいし、坩堝
に形成してもよい。また、分子線源セル21B,21C
についても、分子線源セル21B,21C自体の開口面
は、坩堝の先端部の先端を含むようにしてもよい。
In the above embodiment, the molecular beam source cell 2
Although the opening surface 35 of 1A itself includes the distal ends 39 and 40 of the distal end portion 25a of the main body 25, it may include the distal end of the distal end portion 22b of the crucible 22. That is, the opening of the molecular beam source cell itself may be formed in the main body or in the crucible. In addition, molecular beam source cells 21B and 21C
Also, the opening surfaces of the molecular beam source cells 21B and 21C may include the tip of the tip of the crucible.

【0053】また、上記実施形態では、分子線源セル2
1A,21B,21C自体の開口面35,85,95が
水平方向または水平方向よりも下側に向いていたが、水
平方向よりも下側に向いている方が好ましい。
In the above embodiment, the molecular beam source cell 2
Although the opening surfaces 35, 85, 95 of 1A, 21B, 21C themselves face the horizontal direction or lower than the horizontal direction, it is more preferable that they face lower than the horizontal direction.

【0054】また、上記実施形態では、本体25が坩堝
22と別体であったが、本体が坩堝と一体でもよい。
In the above embodiment, the main body 25 is separate from the crucible 22, but the main body may be integral with the crucible.

【0055】以上より明らかなように、本発明の分子線
源は、入口開口部を有する坩堝を備え、この坩堝が、前
記入口開口部から見て、内部に充填された分子線材料が
見えないように屈曲しているので、入口開口部から入っ
てくる不純物が、坩堝の内部に充填された分子線材料に
付着しにくい。したがって、上記不純物が分子線材料を
汚染するのを防止できる。
As is clear from the above, the molecular beam source of the present invention includes a crucible having an inlet opening, and the crucible does not show the molecular beam material filled therein when viewed from the inlet opening. As a result, the impurities entering from the inlet opening hardly adhere to the molecular beam material filled in the crucible. Therefore, it is possible to prevent the impurities from contaminating the molecular beam material.

【0056】一実施形態の分子線源セルは、上記入口開
口部が傾いても、入口開口部から見て分子線材料が見え
ないように坩堝が屈曲しているので、分子線材料を収容
する底部が傾かず、坩堝内における分子線材料の充填量
を増大させることができる。
In the molecular beam source cell according to one embodiment, the crucible is bent so that the molecular beam material cannot be seen from the entrance opening even if the entrance opening is inclined, so that the molecular beam material is accommodated therein. The bottom does not tilt, and the filling amount of the molecular beam material in the crucible can be increased.

【0057】一実施形態の分子線源セルは、分子線源セ
ル自体の入口開口部の開口面が水平方向または水平方向
よりも下側に向いているので、上方から落ちてくる不純
物が分子線源セル内に入り込むことが無く、分子線材料
の汚染をより確実に防止できる。
In the molecular beam source cell of one embodiment, since the opening surface of the entrance opening of the molecular beam source cell itself is oriented in the horizontal direction or lower than the horizontal direction, impurities falling from above are not affected by the molecular beam. The contamination of the molecular beam material can be more reliably prevented without entering the source cell.

【0058】一実施形態の分子線源セルは、第1ヒータ
で分子線材料を蒸発させると共に、第2ヒータで分子線
材料から発生する分子線の量を制御するので、分子線材
料の形状によらず、分子線の量を再現性よく制御でき
る。また、このとき、上記分子線材料の形状によらない
ので、分子線材料を収容する容器の形状の自由度が向上
する。
In the molecular beam source cell of one embodiment, the molecular beam material is evaporated by the first heater and the amount of the molecular beam generated from the molecular beam material is controlled by the second heater. Regardless, the amount of molecular beam can be controlled with good reproducibility. At this time, since the shape of the molecular beam material does not depend on the shape, the degree of freedom of the shape of the container accommodating the molecular beam material is improved.

【0059】一実施形態の分子線結晶成長装置は、上記
分子線源セルを備えることによって、分子線材料の充填
量を増大できるので、分子線材料の補充に伴うメンテナ
ンスの回数を少なくして、装置の稼働率を向上でき、生
産性を向上できる。したがって、分子線結晶成長装置で
製造する半導体薄膜の製造コストを低減できる。
In the molecular beam crystal growth apparatus according to one embodiment, by providing the above-mentioned molecular beam source cell, the filling amount of the molecular beam material can be increased. The operation rate of the device can be improved, and the productivity can be improved. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor thin film manufactured by the molecular beam crystal growth apparatus can be reduced.

【0060】一実施形態の分子線結晶成長装置は、上記
分子線源セルを備えることによって、分子線材料の汚染
を防止できるので、汚染された分子線で結晶成長が行わ
れず、良好な膜質の薄膜を形成できる。したがって、歩
留まりを向上できる。
In the molecular beam crystal growing apparatus of one embodiment, since the molecular beam source cell is provided, the contamination of the molecular beam material can be prevented, so that the crystal growth is not performed by the contaminated molecular beam, and the film quality is good. A thin film can be formed. Therefore, the yield can be improved.

【0061】一実施形態の分子線結晶成長装置は、上記
分子線源セルを備えることによって、分子線材料から発
生する分子線の量を再現性よく制御できるので、結晶成
長の再現性を向上できる。その結果、より歩留まりを向
上することができる。
In the molecular beam crystal growing apparatus according to one embodiment, the amount of molecular beams generated from the molecular beam material can be controlled with good reproducibility by providing the above-mentioned molecular beam source cell, so that the reproducibility of crystal growth can be improved. . As a result, the yield can be further improved.

【0062】(4)以下、更に具体的にいくつかの実施
形態を示す。 (第3実施形態)図5は本発明に係る分子線源の第3実
施形態の構成説明図である。図5において、第3実施形
態の分子線源セル( 本発明の分子線源に相当する)10
1は、分子線材料106( 例えば、ガリウム)を充填す
る坩堝102、ヒータ103、熱電対104、反射板1
05を備え、坩堝102周囲の真空を保持する容器( 以
下、真空容器と称する)110の外壁には水冷ジャケッ
ト107を備えている。坩堝102は一例としてPBN
(熱分解窒化ホウ素)からなり、坩堝全体の形状は一例
として図のごとく上方へ延びる円筒をその途中で水平に
(90°に)曲げたL字形状であり、片側( 下側)は封
止されている。
(4) Some embodiments will be described below more specifically. (Third Embodiment) FIG. 5 is an explanatory view of the configuration of a third embodiment of the molecular beam source according to the present invention. In FIG. 5, a molecular beam source cell (corresponding to the molecular beam source of the present invention) 10 of the third embodiment is shown.
Reference numeral 1 denotes a crucible 102 filled with a molecular beam material 106 (for example, gallium), a heater 103, a thermocouple 104, and a reflector 1
05, and a water-cooling jacket 107 is provided on an outer wall of a container (hereinafter, referred to as a vacuum container) 110 for holding a vacuum around the crucible 102. The crucible 102 is PBN as an example.
(Pyrolytic boron nitride), the overall shape of the crucible is an L-shape with a cylinder that extends upward as shown in the figure and is bent horizontally (at 90 °) in the middle, and one side (lower side) is sealed Have been.

【0063】この上方へ延びる部分に分子線材料106
を充填する材料充填部分108が構成され、他方の水平
部分には、開口されて、分子線の形状を決定する分子線
形状決定部分109( 入口開口部111と材料充填部分
108との間)が構成されている。
In the portion extending upward, the molecular beam material 106
Is formed in the other horizontal portion, and a molecular beam shape determining portion 109 (between the entrance opening 111 and the material filling portion 108) that is opened and determines the shape of the molecular beam is formed in the other horizontal portion. It is configured.

【0064】ヒータ103は、材料充填部分108およ
び分子線形状決定部分109のほぼ全体を覆うように螺
旋状に配置されている。そしてヒータ103の間隔は材
料充填部分108と比較して分子線形状決定部分109
の方が密になるように配置されている。それぞれの部分
のヒータは一系統で直列に接続されており、電流を流す
ことによって分子線形状決定部分109の方が材料充填
部分108と比較すると高温になる。
The heater 103 is helically disposed so as to cover substantially the entire material filling portion 108 and the molecular beam shape determining portion 109. The interval between the heaters 103 is compared with the material-filled portion 108 and the molecular beam shape determining portion
Are arranged to be denser. The heaters of the respective portions are connected in series in one system, and the temperature of the molecular beam shape determining portion 109 becomes higher than that of the material filling portion 108 by flowing an electric current.

【0065】図6は第3実施形態の分子線源セル101
を用いたMBE装置(分子線エピタキシ装置)201の
概略構成説明図である。図6において、MBE装置20
1は、分子線源セル202、基板回転・加熱機構を備え
た基板ホルダ203、シュラウド204を備え、分子線
源セル202の坩堝の入口開口部205は基板ホルダ2
03の中心を向き、分子線は基板ホルダ203の法線方
向に対し、一例として25°の角度で入射するよう設定
されている。また、第3実施形態においては、MBE装
置201の分子線源セル202は、基板ホルダ203の
回転軸が水平になるよう傾斜して設置されている。
FIG. 6 shows a molecular beam source cell 101 according to the third embodiment.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an MBE apparatus (molecular beam epitaxy apparatus) 201 using a device. In FIG. 6, the MBE device 20
1 includes a molecular beam source cell 202, a substrate holder 203 provided with a substrate rotating / heating mechanism, and a shroud 204. The crucible entrance opening 205 of the molecular beam source cell 202 is a substrate holder 2
The molecular beam is set so as to face the center of 03 and enter at an angle of 25 ° with respect to the normal direction of the substrate holder 203 as an example. In the third embodiment, the molecular beam source cell 202 of the MBE apparatus 201 is installed so that the rotation axis of the substrate holder 203 is horizontal.

【0066】このような構成では、最も上方に位置する
セルポートに取り付けた分子線源セル202の坩堝の入
口開口部205が下向きであるにもかかわらず、分子線
源セル202には溶融分子線材料を100cc以上充填
することができる。
In such a configuration, the molecular beam source cell 202 has a molten molecular beam material despite the crucible inlet opening 205 of the molecular beam source cell 202 attached to the uppermost cell port being directed downward. 100 cc or more.

【0067】一方、図12に示す従来構造の坩堝を用い
た場合の充填量は約1ccであり、第3実施形態の分子
線源セル202の充填量は約100倍となり、材料充填
周期を50倍以上に延長することができ、製品コストを
1/2以下に低減できる。また、図12の従来構造を用
いた場合、材料を消費して液面が低下するにともなっ
て、蒸発面積が小さくなる。従って、ヒータ温度が一定
の場合、フラックス強度が低下し、一定のフラックス強
度を得るためには常にヒータ温度を補正する必要があ
る。通常、このフラックス補正は数回成長を行った後に
行うことが必要である。第3実施形態の分子線源セル2
02を用いた場合は、材料を消費して液面が低下して
も、蒸発面積が変わらないため、ヒータ温度が一定でフ
ラックス強度はほぼ一定である。したがってフラックス
補正をする間隔を長くすることが可能となり、装置の稼
働率を向上させることができる。
On the other hand, when the crucible having the conventional structure shown in FIG. 12 is used, the filling amount is about 1 cc, the filling amount of the molecular beam source cell 202 of the third embodiment is about 100 times, and the material filling cycle is 50 times. The product cost can be reduced to half or less, and the product cost can be reduced to half or less. Further, when the conventional structure shown in FIG. 12 is used, as the material is consumed and the liquid level decreases, the evaporation area decreases. Therefore, when the heater temperature is constant, the flux intensity decreases, and it is necessary to always correct the heater temperature in order to obtain a constant flux intensity. Usually, it is necessary to perform the flux correction after growing several times. Molecular beam source cell 2 of third embodiment
When 02 is used, even if the material is consumed and the liquid level is lowered, the evaporation area does not change, so that the heater temperature is constant and the flux intensity is substantially constant. Therefore, it is possible to lengthen the interval at which flux correction is performed, and it is possible to improve the operation rate of the apparatus.

【0068】また、分子線源セル202の坩堝の入口開
口部205が水平より下方を向いているため、シュラウ
ド201の付着物が落下しても、分子線源セル202の
中に落下することがなく、ヒータ103や、熱電対10
4の絶縁不良によるセルの信頼性の低下を防ぐことがで
きる。また、成膜時に坩堝内に付着物が入ることによっ
て半導体薄膜の膜質の悪化を防止できる。
Further, since the entrance opening 205 of the crucible of the molecular beam source cell 202 faces downward from the horizontal, even if the adhered substance of the shroud 201 falls, it may fall into the molecular beam source cell 202. Without the heater 103 or the thermocouple 10
4 can prevent a decrease in cell reliability due to insulation failure. In addition, it is possible to prevent deterioration of the film quality of the semiconductor thin film due to deposits entering the crucible during film formation.

【0069】第3実施形態では、ヒータ103は坩堝1
02のほぼ全体を覆うように配置されているが、坩堝1
02にヒータ103を設置しない部分がある場合、その
部分は温度が低下してしまうため、分子線材料が再蒸発
できずに付着・堆積することになる。そのためヒータ1
03は坩堝102のほぼ全体を覆うように配置すること
が望ましい。
In the third embodiment, the heater 103 is connected to the crucible 1
02 is disposed so as to cover almost the entirety of the crucible 1
In the case where there is a portion where the heater 103 is not provided in the portion 02, the temperature of the portion decreases, so that the molecular beam material cannot be re-evaporated and adheres and deposits. Therefore, heater 1
03 is desirably disposed so as to cover almost the entire crucible 102.

【0070】また、本発明の分子線源はヒータ103な
どの高温部分のほとんどが、装置のシュラウド204で
覆われない配置となるため、装置のポート部分や分子線
源の真空容器部分が高温になり易い。真空容器が高温に
なると真空度に影響を及ぼすので、第3実施形態のよう
に水冷ジャケット107を設置して装置のポート部分や
分子線源の真空容器部分の温度が上がらないようにする
ことが望ましい。本実施の形態では、真空容器の外側に
水冷ジャケット107を設けたが、真空容器内のヒータ
の外側に水冷機構を設けた場合も同様の効果が得られ
る。第3実施形態では、坩堝102の分子線形状決定部
分109と材料充填部分108のなす角は一例として9
0°に設定したが、30°から150°の範囲で同様の
効果が得られる。
In the molecular beam source according to the present invention, most of the high-temperature portions such as the heater 103 are not covered with the shroud 204 of the apparatus. Therefore, the ports of the apparatus and the vacuum vessel of the molecular beam source are heated to a high temperature. Easy to be. Since a high temperature of the vacuum vessel affects the degree of vacuum, a water-cooling jacket 107 is provided as in the third embodiment to prevent the temperature of the port portion of the apparatus and the vacuum vessel portion of the molecular beam source from rising. desirable. In the present embodiment, the water cooling jacket 107 is provided outside the vacuum vessel, but the same effect can be obtained when a water cooling mechanism is provided outside the heater inside the vacuum vessel. In the third embodiment, the angle between the molecular beam shape determining portion 109 and the material filling portion 108 of the crucible 102 is 9 as an example.
Although set to 0 °, a similar effect can be obtained in the range of 30 ° to 150 °.

【0071】(第4実施形態)図7は、第3実施形態の
分子線源セル101と同一構成の分子線源セルを別のM
BE装置301に取り付けた場合の概略構成説明図であ
る。図7において、MBE装置301は、分子線源セル
302と、基板回転・加熱機構を備えた基板ホルダ30
3と、シュラウド304とを備え、坩堝302の開口部
は基板ホルダ303の中心を向き、分子線は基板ホルダ
303の法線方向に対し一例として25°の角度で入射
するよう設定されている。また、MBE装置301は基
板ホルダ303の回転軸が例えば鉛直から65°の角を
なすよう傾斜して設置されている。
(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a molecular beam source cell having the same structure as that of the molecular beam source cell 101 of the third embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration explanatory view when the electronic device is attached to a BE device 301. In FIG. 7, an MBE apparatus 301 includes a molecular beam source cell 302 and a substrate holder 30 having a substrate rotating / heating mechanism.
3 and a shroud 304, the opening of the crucible 302 is directed to the center of the substrate holder 303, and the molecular beam is set to be incident at an angle of 25 ° with respect to the normal direction of the substrate holder 303, for example. The MBE apparatus 301 is installed so that the rotation axis of the substrate holder 303 forms an angle of, for example, 65 ° from the vertical.

【0072】分子線源セル302は、MBE装置301
の水平ポートに取り付けられており、本構成によると、
溶融分子材料を250cc以上充填することができる。
なお、図12に示した従来型の坩堝を用いた場合、充填
量は20ccであり、これと比較すると、第4実施形態
の分子線源セル302の充填量は約10倍となるため、
材料充填周期を5倍以上に延長することができ、製品コ
ストを2/3以下に低減できる。
The molecular beam source cell 302 includes an MBE device 301.
It is attached to the horizontal port of this, and according to this configuration,
250 cc or more of the molten molecular material can be filled.
When the conventional crucible shown in FIG. 12 is used, the filling amount is 20 cc, and the filling amount of the molecular beam source cell 302 of the fourth embodiment is about 10 times as compared with this.
The material filling cycle can be extended 5 times or more, and the product cost can be reduced to 2/3 or less.

【0073】また、図12に示す従来の坩堝を用いた場
合は、材料を消費し液面が低下するにしたがって蒸発面
積が小さくなるため、ヒータ温度が一定の場合、フラッ
クス強度が低下していく。したがって一定のフラックス
強度を得るために、常にヒータ温度を補正する必要があ
る。通常、このフラックス補正は数回の成長を行った後
に実施することが必要である。第4実施形態の分子線源
セル302を用いた場合は、材料を消費し液面が低下し
ても蒸発面積が変わらないため、ヒータ温度が一定でフ
ラックス強度はほぼ一定である。したがってフラックス
補正をする間隔を長くすることが可能となり、装置の稼
働率を向上させることができる。
Further, when the conventional crucible shown in FIG. 12 is used, the evaporation area becomes smaller as the material is consumed and the liquid level decreases, so that the flux intensity decreases when the heater temperature is constant. . Therefore, it is necessary to always correct the heater temperature in order to obtain a constant flux intensity. Usually, this flux correction needs to be performed after several growths. When the molecular beam source cell 302 of the fourth embodiment is used, the evaporation area does not change even if the material is consumed and the liquid level decreases, so that the heater temperature is constant and the flux intensity is substantially constant. Therefore, it is possible to lengthen the interval at which flux correction is performed, and it is possible to improve the operation rate of the apparatus.

【0074】また、図12に示す従来の坩堝を用いた場
合は、材料の充填量によって分子線の形状が変化するた
め、基板ホルダ303位置での膜厚分布が変化する欠点
がある。第4実施形態では、坩堝102の分子線形状決
定部分109と材料充填部分108のなす角を一例とし
て90°に設定したが、30°から150°の範囲であ
れば同様の効果が得られる。
Further, when the conventional crucible shown in FIG. 12 is used, there is a disadvantage that the film thickness distribution at the position of the substrate holder 303 changes because the shape of the molecular beam changes depending on the amount of the material. In the fourth embodiment, the angle between the molecular beam shape determining portion 109 of the crucible 102 and the material filling portion 108 is set to 90 ° as an example, but the same effect can be obtained if it is in the range of 30 ° to 150 °.

【0075】(第5実施形態)図8は第5実施形態の分
子線源セル401を示す構成説明図である。図8におい
て、第5実施形態の分子線源セル401は、分子線材料
を充填する坩堝402、ヒータ403(本発明の一方の
ヒータ部分に相当)、ヒータ404( 本発明の他方のヒ
ータ部分に相当)、熱電対405、熱電対406、反射
板407を備えてなる。坩堝402は一例としてPBN
からなり、坩堝全体の形状は一例として円筒を途中で1
35°に曲げた形状である。そして坩堝の片側は封止さ
れ、この部分が分子線材料408を充填する材料充填部
分410である。該坩堝の他方は開口され、分子線の形
状を決定する分子線形状決定部分411を構成する。
(Fifth Embodiment) FIG. 8 is a structural explanatory view showing a molecular beam source cell 401 of a fifth embodiment. In FIG. 8, the molecular beam source cell 401 of the fifth embodiment includes a crucible 402 filled with a molecular beam material, a heater 403 (corresponding to one heater part of the present invention), and a heater 404 (corresponding to the other heater part of the present invention). 405), a thermocouple 406, and a reflection plate 407. The crucible 402 is PBN as an example.
The shape of the whole crucible is, for example,
The shape is bent at 35 °. One side of the crucible is sealed, and this portion is a material filling portion 410 for filling the molecular beam material 408. The other end of the crucible is opened and forms a molecular beam shape determining part 411 for determining the shape of the molecular beam.

【0076】2系統のヒータ403および404は、坩
堝402のそれぞれ分子線形状決定部分411および材
料充填部分410を覆うように配置され、2系統のヒー
タで坩堝402のほぼ全体を覆っている。また、2系統
の熱電対405、406はそれぞれ分子線形状決定部分
411および材料充填部分410の温度を測定するよう
配置されている。よって、分子線形状決定部分411お
よび材料充填部分410を、独立して温度制御すること
が可能である。
The two systems of heaters 403 and 404 are arranged so as to cover the molecular beam shape determining portion 411 and the material filling portion 410 of the crucible 402, respectively, and cover almost the entire crucible 402 with the two systems of heaters. The two thermocouples 405 and 406 are arranged to measure the temperatures of the molecular beam shape determining part 411 and the material filling part 410, respectively. Therefore, the temperature of the molecular beam shape determining portion 411 and the material filling portion 410 can be independently controlled.

【0077】図9は第5実施形態の分子線セルを用いた
MBE装置501の概略構成説明図である。図9におい
て、MBE装置501は、分子線源セル502、基板回
転・加熱機構を備えた基板ホルダ503、シュラウド5
04を備え、分子線源セル502の坩堝の入口開口部は
基板ホルダ503の中心を向き、分子線は基板ホルダ5
03の法線方向に対し一例として25°の角度で入射す
るよう設定されている。また、MBE装置501は基板
ホルダ503の回転軸が水平になるよう傾斜して設置さ
れている。
FIG. 9 is a schematic structural explanatory view of an MBE apparatus 501 using a molecular beam cell according to the fifth embodiment. In FIG. 9, the MBE apparatus 501 includes a molecular beam source cell 502, a substrate holder 503 having a substrate rotating / heating mechanism, a shroud 5
04, the crucible inlet opening of the molecular beam source cell 502 faces the center of the substrate holder 503, and the molecular beam
For example, it is set to be incident at an angle of 25 ° with respect to the normal direction of 03. Further, the MBE device 501 is installed so as to be inclined so that the rotation axis of the substrate holder 503 is horizontal.

【0078】このような構成で、第5実施形態の分子線
源セルを用いた場合、溶融分子線材料を300cc以上
充填することができる。比較のために、図10に従来の
コニカル形状の坩堝を示すが、充填量は20ccであ
り、本実施の形態の分子線源セルの充填量は約15倍と
なり、材料充填周期を5倍以上に延長することができる
ため、製品コストが2/3以下に低減できる。また、図
10に示した坩堝を用いた場合、材料を消費して液面が
低下するにしたがい、蒸発面積が小さくなる。よって、
ヒータ温度が一定の場合、フラックス強度は低下してい
く。したがって一定のフラックス強度を得るためには常
にヒータ温度を補正する必要がある。通常、このフラッ
クス補正は数回の成長を行った後に行う必要がある。本
実施の形態の分子線源セルを用いた場合は、材料を消費
し液面が低下しても蒸発面積が変わらないため、ヒータ
温度が一定でも、フラックス強度はほぼ一定である。し
たがってフラックス補正をする間隔を長くすることが可
能となり、装置の稼働率を向上することができる。
When the molecular beam source cell of the fifth embodiment is used in such a configuration, 300 cc or more of the molten molecular beam material can be filled. For comparison, FIG. 10 shows a conventional conical crucible. The filling amount is 20 cc, the filling amount of the molecular beam source cell of this embodiment is about 15 times, and the material filling cycle is 5 times or more. Therefore, the product cost can be reduced to 2/3 or less. When the crucible shown in FIG. 10 is used, the evaporation area becomes smaller as the material is consumed and the liquid level is lowered. Therefore,
When the heater temperature is constant, the flux intensity decreases. Therefore, it is necessary to always correct the heater temperature in order to obtain a constant flux intensity. Normally, this flux correction needs to be performed after several growths. When the molecular beam source cell according to the present embodiment is used, the evaporation area does not change even when the material is consumed and the liquid level is lowered. Therefore, even when the heater temperature is constant, the flux intensity is substantially constant. Therefore, it is possible to lengthen the interval at which flux correction is performed, and it is possible to improve the operation rate of the apparatus.

【0079】また、比較のために、図11に従来の円筒
形状坩堝を示すが、充填量は約50ccであり、本実施
の形態の分子線源セルの充填量は約4倍となり、材料充
填周期が2倍以上に延長することができる。よって、製
品コストを3/4以下に低減できる。また、図11に示
した坩堝を用いた場合、材料を消費し液面が低下しても
蒸発面積が変わらないため、ヒータ温度を一定にしてお
けばフラックス強度はほぼ一定であり、頻繁にフラック
ス補正を行う必要がない。しかしながら、図11に示し
た坩堝を用いた場合は、材料を消費し液面が低下するに
したがって、分子線の形状が鋭くなるため、基板ホルダ
503位置での膜厚分布が悪くなる欠点がある。
For comparison, FIG. 11 shows a conventional cylindrical crucible. The filling amount is about 50 cc, the filling amount of the molecular beam source cell of the present embodiment is about four times, The period can be extended more than twice. Therefore, the product cost can be reduced to 3/4 or less. Further, when the crucible shown in FIG. 11 is used, the evaporation area does not change even if the material is consumed and the liquid level is lowered. Therefore, if the heater temperature is kept constant, the flux intensity is almost constant, and the flux is frequently reduced. No correction is required. However, when the crucible shown in FIG. 11 is used, there is a disadvantage that the molecular beam shape becomes sharper as the material is consumed and the liquid level decreases, so that the film thickness distribution at the position of the substrate holder 503 is deteriorated. .

【0080】本実施の形態では、ヒータ403と404
で坩堝402のほぼ全体を覆うように配置しているが、
坩堝402にヒータを設置しない部分がある場合、その
部分は温度が低下してしまうため、分子線材料が再蒸発
できずに付着・堆積することになる。そのためヒータは
坩堝402のほぼ全体を覆うように配置することが望ま
しい。また、本発明の分子線源はヒータ403、404
などの高温部分のほとんどが、装置のシュラウド504
で覆われない配置となるため、装置のポート部分や分子
線源の真空容器部分が高温になり易い。真空容器が高温
になると真空度に影響を及ぼすので、本実施の形態のよ
うに水冷ジャケット409を設置して装置のポート部分
や分子線源の真空容器部分の温度が上がらないようにす
ることが望ましい。本実施の形態では、真空の外側に水
冷ジャケット409を設けたが、真空内のヒータの外側
に水冷機構を設けた場合も同様の効果が得られる。
In this embodiment, the heaters 403 and 404
Is placed so as to cover almost the entire crucible 402,
If there is a portion in the crucible 402 where a heater is not installed, the temperature of that portion drops, so that the molecular beam material cannot be re-evaporated and adheres and deposits. Therefore, it is desirable to arrange the heater so as to cover almost the entire crucible 402. The molecular beam source according to the present invention includes heaters 403 and 404.
Most of the hot parts, such as
Since the arrangement is not covered by the above, the ports of the apparatus and the vacuum vessel of the molecular beam source are likely to be heated to a high temperature. Since a high temperature of the vacuum vessel affects the degree of vacuum, a water cooling jacket 409 may be provided as in this embodiment so that the temperature of the port portion of the apparatus or the vacuum vessel portion of the molecular beam source does not rise. desirable. In this embodiment, the water cooling jacket 409 is provided outside the vacuum, but the same effect can be obtained when a water cooling mechanism is provided outside the heater inside the vacuum.

【0081】本実施の形態では、坩堝402の分子線形
状決定部分411と材料充填部分410のなす角を一例
として135°に設定したが、30°から150°の範
囲で同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the angle formed by molecular beam shape determining portion 411 of crucible 402 and material filling portion 410 is set to 135 ° as an example, but the same effect can be obtained in the range of 30 ° to 150 °. .

【0082】[0082]

【発明の効果】以上の説明から明かなとおり、本発明の
分子線源によれば、坩堝の全体の形状が、坩堝の入口開
口部から底部に充填した分子線材料が見えないように屈
曲しているので、開口部から入ってくる不純物が坩堝の
底部に収容された分子線材料を汚染するのを防止でき
る。更に、材料充填部分の形状が材料の蒸発表面積を材
料の量によって変化しない略均一としたことを構成上の
特徴とし、それによって、坩堝を傾斜させても分子線材
料の充填量を十分確保でき、ヒータ温度の補正回数を減
らすことができると共に、均一な分子線強度を得ること
ができる。
As is clear from the above description, according to the molecular beam source of the present invention, the entire shape of the crucible is bent so that the molecular beam material filled in the bottom from the opening opening of the crucible cannot be seen. Therefore, it is possible to prevent impurities coming from the opening from contaminating the molecular beam material accommodated in the bottom of the crucible. Further, the configuration of the material-filled portion is characterized in that the evaporation surface area of the material is substantially uniform without changing according to the amount of the material, whereby a sufficient amount of the molecular beam material can be secured even when the crucible is inclined. In addition, the number of corrections of the heater temperature can be reduced, and uniform molecular beam intensity can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態のMBE装置における要
部の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a main part of an MBE apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記第1実施形態の分子線源セルの概略断面図
である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the molecular beam source cell of the first embodiment.

【図3】本発明の第2実施形態のMBE装置における要
部の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a main part of an MBE device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】上記第2実施形態の分子線源セルの概略断面図
である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a molecular beam source cell according to the second embodiment.

【図5】本発明に係る分子線源セルの第3実施形態を示
す構成説明図である。
FIG. 5 is a configuration explanatory view showing a third embodiment of the molecular beam source cell according to the present invention.

【図6】本発明に係る分子線エピタキシ装置の第3実施
形態を示す概略構成説明図である。
FIG. 6 is a schematic configuration explanatory view showing a third embodiment of the molecular beam epitaxy apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係る分子線エピタキシ装置の第4実施
形態を示す図6相当図である。
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 6, showing a fourth embodiment of the molecular beam epitaxy apparatus according to the present invention.

【図8】本発明に係る分子線源セルの第5実施形態を示
す図5相当図である。
FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 5, showing a fifth embodiment of the molecular beam source cell according to the present invention.

【図9】本発明に係る分子線エピタキシ装置の第5実施
形態を示す図6相当図である。
FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 6, showing a fifth embodiment of the molecular beam epitaxy apparatus according to the present invention.

【図10】従来のコニカル状分子線源の坩堝を示す断面
図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a crucible of a conventional conical molecular beam source.

【図11】従来の円筒状分子線源の坩堝を示す断面図で
ある。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a crucible of a conventional cylindrical molecular beam source.

【図12】従来の分子線源の他の坩堝を示す断面図であ
る。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing another crucible of the conventional molecular beam source.

【図13】従来のMBE装置における要部の概略断面図
である。
FIG. 13 is a schematic sectional view of a main part of a conventional MBE apparatus.

【図14】上記従来の分子線源セルの概略断面図であ
る。
FIG. 14 is a schematic sectional view of the conventional molecular beam source cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B,1C,21A,21B,21C 分子線源
セル 44A,44B,44C 分子線源
セル 2,22 坩堝 3,23 第1ヒー
ター 4,24 第2ヒー
ター 5,25 本体 5a,25a 先端部 6,26 基板 7,27,646 分子線材
料 8,9,28,29 熱電対 10,30,641 真空チャ
ンバ 11,31 基板ホル
ダ 12,32,643 シュラウ
ド 13,33,651 MBE装
置 15,35,65,75,85,95 開口面 45A,45B,45C 容器 101,401 分子線源
セル 102,402 坩堝 103,403,404 ヒータ 104,405,406 熱電対 105,407 反射板 106,408 分子線材
料 107,409 水冷ジャ
ケット 108,410 材料充填
部分 109,411 分子線形
状決定部分 110 真空容器 111 入口開口
部 201,301,501 分子線エ
ピタキシ装置 202,302,502 分子線源
セル 203,303,503 基板ホル
ダ 204,304,504 シュラウ
1A, 1B, 1C, 21A, 21B, 21C Molecular beam source cell 44A, 44B, 44C Molecular beam source cell 2,22 Crucible 3,23 First heater 4,24 Second heater 5,25 Main body 5a, 25a Tip 6 , 26 substrate 7,27,646 molecular beam material 8,9,28,29 thermocouple 10,30,641 vacuum chamber 11,31 substrate holder 12,32,643 shroud 13,33,651 MBE device 15,35,65 , 75, 85, 95 Opening surface 45A, 45B, 45C Vessel 101, 401 Molecular beam source cell 102, 402 Crucible 103, 403, 404 Heater 104, 405, 406 Thermocouple 105, 407 Reflector 106, 408 Molecular beam material 107 , 409 Water cooling jacket 108, 410 Material filling part 109, 411 Molecular beam shape determining part 10 the vacuum chamber 111 inlet opening 201,301,501 molecular beam epitaxy apparatus 202,302,502 molecular beam source cell 203,303,503 substrate holder 204,304,504 shroud

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川▼崎▲ 崇士 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 牧野 修之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 菅 康夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 谷 善平 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 4G077 SC12 5F103 AA04 BB02 BB11 BB19 BB23 BB26 RR01 RR08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kawa ▼ Saki ▲ Takashi 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Makino Noriyuki 22-22-Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka No. Sharp Corporation (72) Inventor Yasuo Suga 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sharp Corporation (72) Inventor Zenpei 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Sharp stock Company F term (reference) 4G077 SC12 5F103 AA04 BB02 BB11 BB19 BB23 BB26 RR01 RR08

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入口開口部を有する坩堝を備え、この坩
堝が、前記入口開口部から見て、内部に充填された分子
線材料が見えないように屈曲してなることを特徴とする
分子線源。
1. A molecular beam, comprising: a crucible having an inlet opening, wherein the crucible is bent so that a molecular beam material filled therein cannot be seen from the inlet opening. source.
【請求項2】 入口開口部の開口面が、水平方向または
水平方向よりも下側に向いている請求項1に記載の分子
線源。
2. The molecular beam source according to claim 1, wherein an opening surface of the inlet opening faces a horizontal direction or a lower side than the horizontal direction.
【請求項3】 坩堝が、筒状で、その入口開口部と分子
線材料を充填する部分との間の中心軸の方向と、分子線
材料を充填する部分の中心軸のそれとを、同一平面上で
30〜150°に交差させてなる請求項1又は2に記載
の分子線源。
3. The crucible is cylindrical, and the direction of the central axis between the inlet opening and the portion to be filled with the molecular beam material and the central axis of the portion to be filled with the molecular beam material are flush with each other. The molecular beam source according to claim 1, wherein the molecular beam source is crossed at an angle of 30 to 150 °.
【請求項4】 入口開口部を有する坩堝と、この坩堝に
装着され、坩堝内に充填される分子線材料を加熱し、前
記入口開口部から蒸発、昇華させて分子線を発生させる
ためのヒータとを備え、 坩堝が、充填される分子線材料を前記入口開口部から見
えないように分子線材料を充填する部分と前記入口開口
部との間で屈曲され、かつ分子線材料を充填する部分の
各水平断面積を略均一にされたことを特徴とする分子線
源。
4. A crucible having an inlet opening, and a heater for heating a molecular beam material mounted in the crucible and filled in the crucible, evaporating and sublimating from the inlet opening to generate a molecular beam. Wherein the crucible is bent between a portion for filling the molecular beam material so that the molecular beam material to be filled is not visible from the entrance opening and the entrance opening, and a portion for filling the molecular beam material. A molecular beam source characterized in that each horizontal cross-sectional area is substantially uniform.
【請求項5】 ヒータが、少なくとも、坩堝の分子線材
料を充填する部分と、この部分の略真上の天井部分とに
配設されてなる請求項4に記載の分子線源。
5. The molecular beam source according to claim 4, wherein the heater is disposed at least in a portion of the crucible filled with the molecular beam material and a ceiling portion almost directly above the portion.
【請求項6】 ヒータが、坩堝の略全体を覆うように配
設されてなる請求項4に記載の分子線源。
6. The molecular beam source according to claim 4, wherein the heater is disposed so as to cover substantially the entire crucible.
【請求項7】 ヒータが、坩堝の分子線材料を充填する
部分より、坩堝のそれ以外の部分を高温に加熱してなる
請求項4〜6のいずれか一つに記載の分子線源。
7. The molecular beam source according to claim 4, wherein the heater heats the other portion of the crucible to a higher temperature than the portion of the crucible charged with the molecular beam material.
【請求項8】 ヒータが、それぞれ独立して制御可能な
2つのヒータ部分からなる請求項4〜7のいずれか一つ
に記載の分子線源。
8. The molecular beam source according to claim 4, wherein the heater comprises two independently controllable heater portions.
【請求項9】 ヒータが、それぞれ独立して制御可能な
2つのヒータ部分かなり、かつ一方のヒータ部分を坩堝
の分子線材料を充填する部分に、他方のヒータ部分を坩
堝のそれ以外の部分にそれぞれ配設してなる請求項4〜
7のいずれか一つに記載の分子線源。
9. The heater comprises two independently controllable heater portions, one for the portion of the crucible filled with the molecular beam material and the other for the other portion of the crucible. Claim 4 to which each is arranged
8. The molecular beam source according to any one of 7.
【請求項10】 ヒータが、分子線材料を蒸発させる第
1ヒータと、分子線材料から発生する分子線の量を制御
する第2ヒータとの少なくとも2つのヒータからなる請
求項4〜9のいずれか一つに記載の分子線。
10. The heater according to claim 4, wherein the heater comprises at least two heaters: a first heater for evaporating the molecular beam material, and a second heater for controlling the amount of the molecular beam generated from the molecular beam material. The molecular beam according to any one of the above.
【請求項11】 坩堝の外周を覆う真空容器と、この真
空容器に装着された水冷ジャケットとを更に具備してな
る請求項4〜10のいずれか一つに記載の分子線源。
11. The molecular beam source according to claim 4, further comprising a vacuum vessel covering an outer periphery of the crucible, and a water-cooling jacket mounted on the vacuum vessel.
【請求項12】 請求項1〜11のいずれか一つに記載
の分子線源と、この分子線源を支持する真空チャンバ
と、この真空チャンバの内壁に沿って設けられたシュラ
ウドと、このシュラウド内に、前記分子線源の坩堝の入
口開口部に対向して設けられた基板ホルダとからなる分
子線エピタキシ装置。
12. The molecular beam source according to claim 1, a vacuum chamber supporting the molecular beam source, a shroud provided along an inner wall of the vacuum chamber, and the shroud. A molecular beam epitaxy apparatus comprising: a substrate holder provided inside the crucible of the molecular beam source so as to face an opening of the crucible.
【請求項13】 分子線源が、2以上の分子線源部分か
らなり、これらの分子線源部分が、真空チャンバに上下
に並んで支持され、かつ各坩堝の入口開口部を基板ホル
ダに対向させてなる請求項12に記載の分子線エピタキ
シ装置。
13. A molecular beam source comprising two or more molecular beam source portions, these molecular beam source portions being supported vertically one above the other in a vacuum chamber, and having an entrance opening of each crucible facing a substrate holder. 13. The molecular beam epitaxy device according to claim 12, wherein the molecular beam epitaxy device is formed.
【請求項14】 真空チャンバが、傾斜して設置されて
なる請求項12又は13に記載の分子線エピタキシ装
置。
14. The molecular beam epitaxy apparatus according to claim 12, wherein the vacuum chamber is installed obliquely.
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