JP2004288907A - 分子線発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分子線発生装置において、材料の蒸発によって放射される分子流の分子線強度を、蒸発の進行の度合いにかかわらず、一定に保持出来るようにする。
【解決手段】ルツボ１２０に、ロッド状の固体材料１１０を装填し、ルツボ１２０を超高真空中で加熱することにより、ルツボ１２０の開口部１０９より、固体材料１１０の分子線を放射する分子線発生装置において、ルツボ１２０の開口部１０９側で、固体材料１１０の前方表面１１１位置を規制するロッド先端押え板１０５と、開口部１０９の対向位置であって、固体材料１１０の後方位置より、固体材料１１０を常時前記前方方向に付勢する付勢手段と、固体材料１１０を略１８０度周方向に亘って往復動可動な回動手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の結晶成長を行う分子線エピタキシャル成長装置に用いる分子線発生装置に係り、分子線発生材料の消耗度合いにかかわらず、常に均一な分子線強度を有する分子線を放射するのに好適な分子線発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
分子線エピタキシャル成長方法は、超高真空中で、分子線発生装置から分子線を放射し、この分子を、例えば半導体基板上に堆積し、結晶成長させるものである。この方法は、原子レベルで分子の配列を制御することにより、結晶を作製することができるものであリ、種々の半導体レーザの製造等に用いられている。
【０００３】
この分子線エピタキシャル成長方法に用いられる分子線エピタキシャル成長（以下、単にＭＢＥともいう。）装置について、以下、説明する。
図５は、第１従来例の分子線発生装置を示す構成図である。
図６は、第１従来例の分子線発生装置を搭載した分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装置を示す構成図である。
図７は、第１従来例の分子線発生装置において、固体材料を充填したルツボを示す図である。
【０００４】
図６に示すように、第１従来例に係るＭＢＥ装置２０は、真空室１と、真空室１の側面に、ゲートバルブ１１を介して設けられたロードロック室１３と、真空室１の下部にポート４に接続して設けられた排気装置３と、真空室１の側面に設けられた複数の分子線発生装置（クヌーセンセル、単にセルともいう）１０をそれぞれ収納する複数のポート５と、真空室１の中心付近に設けられた基板ホルダ回転部８から構成されている。
【０００５】
真空室１の内壁近辺には、液体窒素シュラウド２が設けられている。液体窒素シュラウド２の分子線発生装置１０に対向する部分には開口部１４ａ，１４ｂが、排気装置３に対向する部分には開口部１４ｃが、ゲートバルブ１３に対向する部分には、開口部１４ｄがそれぞれ設けられている。
基板ホルダ回転部８の基板ホルダ装着部１５には、基板６を取り付けた基板ホルダ７が着脱自在に取り付けられている。基板ホルダ回転部８は回転軸９の周りに時計方向、反時計方向に回転可能になっている。また、回転軸９に直交する回転軸（図示しない）の周りにも回転可能に構成されている。
【０００６】
ロードロック室１３は、真空室１とは独立に真空排気することができるようになっている。真空室１は常に超高真空に保持されている。基板６を装着した基板ホルダ７を、基板ホルダ装着部１５に装着するには、大気圧にしたロードロック室１３に基板６付基板ホルダ７をセットし、ロードロック室１３を真空排気し、所定の真空度に達したら、ゲートバルブ１１を開けて、図示しない基板ホルダ移動機構により、基板ホルダ７を真空室１内に移動する。このとき、基板ホルダ回転部８が回転されて、基板ホルダ装着部１５がゲートバルブ１１に対して対向位置になり、この基板ホルダ装着部１５に基板ホルダ７を装着する。
【０００７】
基板６付基板ホルダ７が基板ホルダ装着部１５に装着されると、基板ホルダ移動機構を、ロードロック室１３に戻し、ゲートバルブ１１を閉じて、真空室１を超高真空にする。
基板ホルダ回転部８を回転させて、基板６を所望の材料の充填された分子線発生装置１０の開口部３８に対向させた後、分子線発生装置１０から分子線を基板に照射して、基板６上に所定の材料の結晶成長を行わせるようになっている。
【０００８】
ここで、図５に示すように、第１従来例の分子線発生装置１０は、ルツボ３０と、ヒータ２３と、ラディエーションシールド２２と、熱電対３３より構成される。
また、図７に示すように、ルツボ３０は、３８が開口部であり、これに対して対向して底部３７が設けた円筒状の材料充填部３２から構成されており、開口部３８にはその外周部にツバ３１が設けられている。
図５に戻ると、ルツボ３０の外周部には、絶縁用のスペーサ（図示しない）を介してルツボ３０を加熱するための円筒状のヒータ２３が配置されている。ヒータ２３の外側には、ルツボ３０全体の加熱状態を均一にするために、上述の絶縁用スペーサを介して、円筒状のラディエーションシールド２２が配置されている。
【０００９】
ルツボ３０のツバ３１はラディエーションシールド２２に取り付けられたルツボ固定爪２１により固定されており、ルツボ３０、ヒータ２３、及びラディエーションシールド２２は一体的に固定されており、全体はラディエーションシールド２２の底部２２ｓに固着された２本の絶縁支持棒２５によりフランジ２９に支持されている。
ルツボ３０の低部３７には、保護管２４中に入れられた熱電対３３が配置されている。熱電対３３は、フランジ２９に取り付けられた熱電対導入端子２７を介して、真空室１外の温度計に接続している。
【００１０】
ヒータ２３はヒータリード線２８とフランジ２９に取り付けられた一対の電流導入端子２６を通して、真空室１外の電源に接続している。ヒータリード線２８はラディエーションシールド２２の底部２２ｓに取り付けられた絶縁碍子１９を通してヒータ２３に接続している。
フランジ２９は、真空室１のポート５に接続するフランジ３９と真空シールして接続されている。
ルツボ３０内には、図７に点線で示す円筒状のロッド状の固体材料３４が入れられる。
熱電対３３により温度測定しながら、ヒータ２３の温度を制御して，ルツボ３０を加熱し、ロッド状の固体材料３４の表面３５から分子線を放射するようになっている。
【００１１】
このような第１従来例の分子線発生装置１０に対して、図８で示される第２従来例の分子線発生装置６０がある（例えば、特許文献１参照。）。
図８は、その第２従来例の分子線発生装置を示す構成図である。
同図において、６１は真空槽外壁、６２はヒータ、６３は原料、６４はルツボ、６５はセル、６６は熱電対、６７は支持棒、６８，６９は磁石、７０はヒータ端子、７１は熱電対用端子、７２は材料表面である。
【００１２】
結晶成長用の原料６３を内蔵したルツボ６４をセル６５に入れて中空の支持棒６７で支持し、この支持棒６７に磁石６８を取り付ける。ルツボ６４はセル６５から分離しているヒータ６２により加熱され、ルツボ６４の温度は、ルツボ６４の底部に接触されている熱電対６６により計測される。また、支持棒６７の中空部を通して熱電対用端子７１へリード線を結線している。
ルツボは磁石６８，６９の磁力により任意の回転速度で回転する。ルツボが回転することにより、ルツボの原料は均一に加熱される構成となっているものである。
【００１３】
【特許文献１】
特開平３−２０８８８６号公報（第２頁、第１図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＭＢＥ装置においては、複数の材料を用いて所望の化合物結晶を成長させることが一般的になってきている。そのため、ＭＢＥ装置には、複数の分子線発生装置を設置している。これら複数の分子線発生装置が、安定して同様の分子流をそれぞれ発生するようにするには、その設置場所を同様にする必要があり、図６に示すように、真空室の側面乃至側面下方が好適である。この場合、第１従来例の分子線発生装置１０内のルツボ３０においては、その円筒状の充填部３２の中心軸３６は基板６の中心に向うので、重力の方向に対して傾斜したものとなる。また、排気装置３を真空室１の下方に配置できて、分子線が放射される部分の粒子の流れを均一にでき、分子流も均一に放射されることが分かっている。
【００１５】
図７に示したように、円筒状のルツボ３０内には、その中にしっくり収まる円柱状のロッド状の固体材料４０が入っている。ルツボ３０を加熱して、材料を蒸発させ分子流を放射する際には、材料は重力と反対方向に蒸発するため、材料表面３５が水平な面を出そうとしながら蒸発する。蒸発するに従って、材料表面３５は、表面３５ａ，表面３５ｂ，表面３５ｃ，と推移し、水平な表面３５ｄになるとその状態を保って減少し、ロッド状の固体材料３４は固体材料３４ａの形状になる。
【００１６】
このようにロッド状の固体材料３４の表面が変化すると、初期には、ルツボ３０の開口部３８の開口面積とロッド状の固体材料の表面３５の面積（蒸発面積である。）が略ほぼ同じであったのが、分子流の蒸発（放射）時間が増加するに従い、ロッド状の固体材料表面の面積が増加することになり、開口部３８から放射される分子線強度が変化する。
同一の結晶をエピタキシャル成長させるには、常に分子線強度を一定に保つ必要がある。このため、エピタキシャル成長を行うたびに、ルツボ温度を変更制御して分子線強度を設定した値に調整する必要があり、調整に要する時間は、固体材料が減ってくるほど、不安定性が増すため時間がかかっていた。蒸発する材料の種類が多いと、調整時間に多大の時間が必要となり、問題であった。
【００１７】
これに対して、図８に示した第２の従来例においては、ルツボ６４を回転するので、材料６３の蒸発が進行しても、材料表面７２の形状を一定に保ちながら材料６３を減少させることが出来る。
しかし、セル６５内にルツボ６３を配置しているので、ルツボ６３の温度制御の応答性が悪くなり、分子線強度の変動が大きくなり、良好なエピタキシャル成長が困難であるという問題がある。また、磁石を用いてルツボを回転するには、大掛かりな機構が必要であり、熱電対とルツボとの接触を十分安定に行えないという問題がある。
なお、これに対して、上述した第１実施例の分子線発生装置１０では、ヒータ２３はスペーサを介してルツボ３０の外周に配置されているので、温度制御の応答性は良い。
【００１８】
また、各従来例においては、材料表面は蒸発の進行と共に、基板に対して離れていく（基板−材料表面間距離の増大）が、材料表面と基板間距離の変動は、基板に到達する分子流の分子線強度を変化させるものであり、このため、分子線強度を調整することが、基板を変えてエピタキシャル成長させる毎に必要となり、効率も悪くコストアップになるという問題がある。
【００１９】
さらに、材料表面がルツボの開口部より後退するに従い、開口部と材料表面までのルツボの内側壁が露出され、そこには、蒸発した材料の一部が付着析出し、これがエピタキシャル成長中に再蒸発して、材料表面からの蒸発に併合されるので、エピタキシャル成長中の分子線強度を不安定にして良好な結晶が得られない、また、これを避けるために、固体材料が多く残っていても、新しい固体材料に交換せざるえないこともあり、コストアップになるという問題があった。
【００２０】
そこで本発明は、上記の各問題を解決して、分子線発生装置において、固体材料の蒸発によって放射される分子流の分子線強度を、蒸発の進行の度合いにかかわらず、一定に保持出来るようにすると共に、材料を効率的に使用できるようにして、良好なエピタキシャル成長を効率良く行うことの出来る分子線発生装置を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明は、ルツボ１２０に、ロッド状に形成した固体材料１１０を装填し、前記ルツボ１２０を超高真空中で加熱することにより、前記ルツボ１２０の開口部１０９より、前記固体材料１１０の分子線を放射する分子線発生装置において、
前記ルツボ１２０の開口部１０９側で、前記固体材料１１０の前方表面１１１位置を規制する規制部材（ロッド先端押え板１０５）と、
前記開口部１０９の対向位置であって、前記固体材料１１０の後方位置より、前記固体材料１１０を常時前記前方方向に付勢する付勢手段（シリンダ１２６、押え板１２５、スプリング１３０、フランジ１０４）と、
前記固体材料１１０を略１８０度周方向に亘って往復動可動な回動手段（回転導入部１５０、回転軸１４３、保持板１４２、セル支柱１３６、フランジ１０４、ラディエーションシールド１０１）とを有することを特徴とする分子線発生装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。なお、説明の簡略化のため、参照符号については、各従来例における構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
＜実施例＞
図１は、本発明の分子線発生装置の実施例を示す構成図である。
図２は、図１に示すＡ部の拡大図である。
図３は、図１において、Ｂから見たロッド先端押え板を示す図である。
図４は、本発明の分子線発生装置の実施例を搭載した分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装置を示す構成図である。
【００２４】
まず、本実施例に係るＭＢＥ装置の構成を説明する。
図４に示すように、本実施例に係るＭＢＥ装置２０Ａは、真空室１と、真空室１の１側面に、ゲートバルブ１１を介して設けられたロードロック室１３と、真空室１の下部に、ポート４に接続して設けられた排気装置３と、真空室１の他の側面に設けられた複数の本実施例の分子線発生装置（クヌーセンセル、単にセルともいう）１００をそれぞれ収納する複数のポート５と、真空室１の中心付近に設けられた基板ホルダ回転部８とから構成されている。
【００２５】
真空室１の内壁近辺には、略内壁全面を蔽った超高真空を得るための液体窒素シュラウド２が設けられている。液体窒素シュラウド２の分子線発生装置１０に対向する部分には開口部１４ａ，１４ｂが、排気装置３に対向する部分には開口部１４ｃが、ゲートバルブ１１に対向する部分には、開口部１４ｄがそれぞれ設けられている。
基板ホルダ回転部８の基板ホルダ装着部１５には、基板６を取り付けた基板ホルダ７が着脱自在に取り付けられている。基板ホルダ回転部８は回転軸９の周りに時計方向、反時計方向に回転可能になっている。また、図示しない回転軸９に直交する回転軸の周りにも回転可能に構成されている。
【００２６】
ロードロック室１３は、真空室１とは独立に真空排気することができるようになっている。真空室１は常に超高真空に保持されている。基板６を装着した基板ホルダ７を、基板ホルダ装着部１５に装着するには、大気圧のロードロック室１３に基板６付基板ホルダ７をセットした後、ロードロック室１３を真空排気し、所定の真空度（真空室１の真空度）に達したら、ゲートバルブ１１を開けて、図示しない基板ホルダ移動機構により、基板ホルダ７を真空室１内に移動する。このとき、基板ホルダ回転部８が回動されていて、基板ホルダ装着部１５がゲートバルブ１１に対向しており、基板ホルダ７を基板ホルダ装着部１５に装着する。
【００２７】
基板６付基板ホルダ７を基板ホルダ装着部１５に装着すると、基板ホルダ移動機構を、ロードロック室１３に戻し、ゲートバルブ１１を閉じて、真空室１を１０^−１０から１０^−１２Ｔｏｒｒの超高真空に真空排気する。
所定の真空度に達すると、基板ホルダ回転部８を回転させて、基板６上に成長したい材料のセットされた分子線発生装置１００の開口部１０９に対向する位置に、基板６をセットする。分子線発生装置１００より所定強度の分子線が基板に照射されて、基板６上に所定の材料の結晶成長又は基板６上に予め形成されている結晶中に不純物の導入を行わせるようになっている。。
なお、分子線発生装置１００の開口部１０９と、液体窒素シュラウド２の開口部１４ａ，１４ｂとの間には、シャッタ（図示しない）が設けられており、分子線を放射するときにはこのシャッタが開かれるようになっている。
【００２８】
分子線発生装置１００は、真空室１に設けられたポート５内に収納されており、ポート５の先端に設けられた中空のフランジ３９に、フランジ１５１によって、密閉構造（真空シールされて）で取り付けられている。
【００２９】
次に、分子線発生装置の本実施例の構成を説明する。
図１及び図２を参照して、分子線発生装置１００の構成を説明する。
図１において、フランジ１５１の右方のＬＡにわたる部分は、真空室１のポート５内に収納される部分であり、その左方は外気側に配置される。
フランジ１５１には、フランジ１５１と電気的に絶縁してある一対のリード線からなる熱電対導入端子１５２と、同様に、フランジ１５１と電気的に絶縁してある一対のリード線からなるヒータ導入端子１５３と、回転導入部１５０とが設けられている。
【００３０】
回転導入部１５０においては、フランジ１５８付のポート１４７がフランジ１５１に溶接接続されており、フランジ１５８に対して、ベローズ１５５及びパイプ１６０を接続して取り付けたフランジ１５９が密閉構造で取り付けられている。
ベローズ１５５のフランジ１５９側の反対側は、固定板１６３で密閉構造にしてあり、固定板１６３のベローズ１５５側には回転軸１４３の屈曲部１６２の先端が取り付けられており、固定板１６３の反対側には、ネジ穴が設けてある。
【００３１】
ベアリング１５４の内側の可動軸がパイプ１６０に固定されており、ベアリング１５４の外側の可動軸が回転ハンドル１５６に固定されており、回転ハンドル１５６は、パイプ１６０（フランジ１５９）に対して回転可能になっている。回転ハンドル１５６の上面部１６１は例えば円錐状になって、先端が飛び出しており、一部に孔が開けられており、止めネジ１５７がこの孔を通して、固定板１６３のネジ穴にねじ込まれて、回転ハンドル１５６の上面部１６１と固定板１６３の止めネジ１５７で固定される。これにより、回転軸１４３は、回転ハンドルを回転（回動）することにより、回転（回動）可能である。回転量は、ベロース１５５により決まるが、順逆（時計回り反時計回り）方向にそれぞれ半回転（１８０度）出来ればよい。
なお、ベローズ１５５の内部は、外気と遮断される構造となる。
【００３２】
回転軸１４３と、フランジ１５１と密封接続するパイプ１４７との間には、真空用のベアリング１４８を設けて、回転軸１４３の回動を容易にしてある。
回転軸１４３の真空室１側の端部には、回転軸１４３に直交して例えば長円状の保持材１４２を固着してある。保持材１４２の両外周側には、回転軸１４３に平行にセル支柱１３６がそれぞれその一端側を固着されている。この２本のセル支柱１３６の他端側には円板状のフランジ１０４が取り付けられており、フランジ１０４と保持材１４２の途中には、保持材１４１が固定・配置されている。
【００３３】
保持材１４１の中央には、貫通孔１４９が開けられており、熱電対保護管１３５が移動可能に、セル支柱１３６に略平行に通っている。
熱電対保護管１３５のフランジ１０４と保持材１４１との間には、ストッパー１３７がネジ止めされて固定されており、ストッパー１３７と保持材１４１との間には圧縮スプリング１３８を設けてある。
【００３４】
図２も参照して説明すると、フランジ１０４の略中央には、熱電対保護管１３５を挿入出来る貫通孔１６４が設けられている。また、フランジ１０４には、２個の碍子１３１、１３４が取り付けられており、碍子１３１の一方の導通端１３１ｂは、ヒータ導入端子１５３に接続するリード線１３２に、碍子１３４の一方の導通端１３４ｂは、ヒータ導入端子１５３ａに接続するリード線１３３に接続している。
碍子１３１の他方の導通端１３１ａは接続用リード１１４を介してヒータ１０７の一端に電気的に接続し、碍子１３４の他方の導通端１３４ａは接続用リード１１３を介してヒータ１０７の他端に電気的に接続している。
【００３５】
ルツボ１２０は、孔を開けた底部１２４を有する円筒状の材料充填部１２１と、これとは別の、内部に押え凸部１２７が形成され、一端に円板状の押え板１２５を有する円筒状のシリンダ１２６とより構成されている。ルツボ１２０は、パイロリティックボロンナイトライド（単に、ｐＢＮともいう）より構成されており、例えば、材料充填部１２１の外径１０〜１５ｍｍ程度であり、長さは１００ｍｍ程度であり、材料の肉厚は０．２〜０．５ｍｍ程度である。
【００３６】
材料充填部１２１の開口部１０９側には、外径１５〜２０ｍｍほどのツバ１２２が設けられている。材料充填部１２１の底部の孔の大きさ及びそれにつながる円筒状のガイド１２３の内径は、シリンダ１２６が容易に移動できる程度のクリアランスをもって設定されている。一方、シリンダ１２６の一端に設けられた押え板１２５の外径は、材料充填部の内径より、僅かに小さくしてあり、ガイド１２３に沿ってシリンダ１２６が移動するとき、材料充填部１２１内を容易に移動できる程度に設定されている。
【００３７】
また、シリンダ１２６とフランジ１０４との間には、圧縮スプリング１３０が設けられている。スプリング１３０の内側の貫通部には熱電対保護管１３５と、一端がフランジ１０４に固定されているパイプ状のガイド１２８が配置されている。熱電対保護管１３５の先端部１３５ａは押え板１２５に接触している。
【００３８】
分子線として放射する材料は、予め、ルツボ１２０の材料充填部１２１に出し入れ容易な外径を有する円筒状のロッド状の固体材料１１０として形成しておく。ロッド状の固体材料１１０としては、Ａｌ，Ｚｎ、Ｍｇ，Ｃｄなど必要に応じて形成できる。
固体材料１１０のルツボ１２０の材料充填部１２１へのセッティングは以下のように行われる。
【００３９】
Ｔａからなる円筒状のラディエーションシールド１０１内に、スペーサ１０８を介して、円筒状のＴａからなるヒータ１０７を所定の位置に配置する。ラディエーションシールド１０１の一端をフランジ１０４に挿入して固定する。ヒータ１０７は、接続用リード１１４で導通端１３１ａに、接続用リード１１３で導通端１３４ａに予め接続されている。熱電対保護管１３５を貫通孔１６４、１４９に通す。このときスプリング１３８とストッパー１３７を保持材１４１とフランジ１０４の間に入れておく。次に、ルツボ１２０の材料充填部１２１の底部１２４の開口部に、スプリング１３０を挿入したシリンダ１２６を挿入し、スプリング１３０を先頭に、ガイド１２８に沿って、ヒータ１０７内に挿入する。
【００４０】
次に、固体材料１１０を材料充填部１２１内に入れ、ロッド先端押え板１０５と共に押し込み、ルツボ１２０にツバ１２２が、ラディエーションシールド１０１に設けられているルツボ押さえ部１０６に当たると、ラディエーションシールド１０１に設けてある複数のルツボ固定用爪１０２を曲げて、ツバ１０６とロッド先端押え板１０５をルツボ押さえ部１０６に固定する。
【００４１】
ここで、図３にも示すように、ロッド先端押さえ板１０５には、固体材料１１０の外径より大きい円状の開口部１０５ａが設けられており、開口部１０５ａ側に、固体材料１１０を押えるための、例えば４箇所の保持部１０５ｂを設けてある。従って、固体材料１１０はその表面の位置をロッド先端押え板１０５の保持部１０５ｂによって規制されている。
【００４２】
ここで、保持部１０５ｂと固体材料１１０との接触面積は小さくなるように、保持部１０５ｂの形状を爪状にしておくことにより、保持部１０５ｂ直下の固体材料１１０から分子線が容易に放射して、均一に固体材料１１０を消費するようする。
一方、ルツボ１２０の一部を構成する押え板１２５を有するシリンダ１２６は、その押え凸部１２７とフランジ１０４との間に設けたスプリング１３０により、固体材料１１０をルツボ１２０の開口部１０９側に押し付けていることになる。
【００４３】
あとは、熱電対保護管１３５に熱電対（リード線１４６，１４６）を奥まで挿入し、熱電対保護管１３５の先端部１３５ａが常にルツボ１２０の押え板１２５にスプリング１３８の力で押し付けられて接触するように、ストッパ１３７の位置を調整してネジ止め固定する。
このようにして、固体材料１１０がルツボに充填された分子線発生装置は、大気圧になっている、真空室１のポート５に挿入され、フランジ１５１とフランジ３９が密閉接続される。
【００４４】
本実施例の分子線発生装置１００は次のように動作する。
固体材料１１０のセットされた分子線発生装置１００をポート５内に収容して、フランジ３９とフランジ１５１を真空シールで接続する。
真空室１を排気し、基板６付基板ホルダ７を基板ホルダ装着部１５に取り付け、基板６を所定の分子線発生装置１００に対向させる。
分子線発生装置１００では、ヒータ１０７に通電し、熱電対１２９で温度を検出して、固体材料１１０を所定の温度に制御保持する。
分子線流は、ルツボ１２０の開口部１０９にある固体材料１１０の材料表面１１１より、基板６に向った放射される。
【００４５】
このとき、固体材料１１０はその底部をルツボ１２０の押え板１２５によって、ルツボ１２０の開口部１０９側に常に、スプリング１３０によって押されており、一方、材料表面１１１は、その外周側をロッド先端押え板１０５によって押えられているので、材料表面１１１から分子流が放射されて、材料が減っていっても、材料表面１１１の位置はロッド先端押え板１０５によって規制された位置を保つ。
【００４６】
また、一回のエピタキシャル成長で放射する分子線量程度では、固体材料１１０の材料表面１１１が、上述の従来例で説明したような、表面の変化は顕著に起きないが、必要に応じて、回転導入部１５０の回転ハンドル１５６を１８０度時計周りに回動させてやることにより、最初に設定した材料表面１１１が水平でない場合に、水平になるように材料表面１１１からの分子流の放射を均一に保持することが出来る。また、次の処理の際には、反時計回りに回転ハンドル１５６を回し、材料表面１１１の位置を回してやればよい。
【００４７】
なお、回転ハンドルには、１８０度の回転のみが可能なように、フランジ１５１には回転規制のためのストッパーを設けてあり、ヒータ１０８に接続するリード線１３２，１３３及び、熱電対のリード１４５，１４６が絡まることがないようにできるので、安定な分子線強度を得ることができる。
【００４８】
一回のエピタキシャル成長ごとに、回転ハンドル１５６を１８０度回して、材料表面１１１の位置を変えてやることにより、この繰り返しで、材料表面１１１を常に基板６に対向するようにし、且つ、ロッド先端押え板１０５によって、常に材料表面１１１の位置を、基板６に対して一定距離に保つことが出来る。従って、分子線発生装置から放射する分子線強度を安定に保つことが出来るので、エピタキシャル成長前の分子線強度を設定するのに、従来においては、安定するまで多くの時間を必要としたが、その時間を短縮できるという工数削減ができ、また、エピタキシャル成長中に分子線強度が変化しないので、作製する材料の歩留まりも向上する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分子線発生装置によれば、ルツボの開口部側で、固体材料の前方表面位置を規制する規制部材と、前記開口部の対向位置であって、前記固体材料の後方位置より、前記固体材料を常時前記前方方向に付勢する付勢手段と、前記固体材料を略１８０度周方向に亘って往復動可動な回動手段とを有することにより、固体材料の蒸発によって放射される分子流の分子線強度を、蒸発の進行の度合いにかかわらず、一定に保持出来るようにすると共に、材料を効率的に使用できるようにして、良好なエピタキシャル成長を効率良く行うことの出来る分子線発生装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分子線発生装置の実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示すＡ部の拡大図である。
【図３】図１において、Ｂから見たロッド先端押え板を示す図である。
【図４】本発明の分子線発生装置の実施例を搭載した分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装置を示す構成図である。
【図５】第１従来例の分子線発生装置を示す構成図である。
【図６】第１従来例の分子線発生装置を搭載した分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装置を示す構成図である。
【図７】第１従来例の分子線発生装置において、固体材料を充填したルツボを示す図である。
【図８】第２従来例の分子線発生装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１…真空室、２…液体窒素シュラウド、３…排気装置、４…ポート、５…ポート、６…基板、７…基板ホルダ、８…基板ホルダ回転部、９…回転軸、１０…分子線発生装置（セル）、１１…ゲートバルブ、１２…ポート、１３…ロードロック室、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…開口部、１５…基板ホルダ装着部、１８…固定板、１９…絶縁碍子、２０…分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装置、２１…ルツボ固定爪、２２…ラディエーションシールド、２２ｓ…底部、２３…ヒータ、２４…保護管、２５…絶縁支持棒、２６…電流導入端子、２７…熱電対導入端子、２８…ヒータリード線、２９…フランジ、３０…ルツボ、３１…ツバ、３２…固体材料充填部、３３…熱電対、３４…固体材料、３４ａ…固体材料、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ…固体材料表面、３６…中心軸、３７…底部、３８…開口部、３９…フランジ、６０…分子線発生装置、６１…真空槽外壁、６２…ヒータ、６３…原料、６４…ルツボ、６５…セル、６６…熱電対、６７…支持棒、６８…磁石、６９磁石、７０…ヒータ端子、７１…熱電対用端子、７２…材料表面、１００…分子線発生装置（セル）、１０１…ラディエーションシールド、１０２…ルツボ固定用爪、１０４…フランジ、１０５…ロッド先端押さえ板、１０５ａ…開口部、１０５ｂ…保持部、１０６…ルツボ押さえ部、１０７…ヒータ、１０８…スペーサ、１０９…開口部、１１０…固体材料、１１１…材料表面、１１３…接続用リード、１１４…接続用リード、１２０…ルツボ、１２１…材料充填部、１２２…ツバ、１２３…ガイド、１２４…底部、１２５…押え板、１２６…シリンダ、１２７…押え凸部、１２８…ガイド、１２９…熱電対、１３０…スプリング、１３１…碍子、１３１ａ，１３１ｂ…導通端、１３２…リード線、１３３…リード線、１３４…碍子、１３４ａ，１３４ｂ…導通端、１３５…熱電対保護管、１３５ａ…先端部、１３６…セル支柱、１３７…ストッパー、１３８…スプリング、１４１…保持材、１４２…保持材、１４３…回転軸、１４５…（熱電対）リード線、１４６…（熱電対）リード線、１４７…パイプ、１４８…ベアリング、１４９…貫通孔、１５０…回転導入部、１５１…フランジ、１５２…熱電対導入端子、１５３…ヒータ導入端子、１５４…ベアリング、１５５…ベローズ、１５６…回転ハンドル、１５７…止めネジ、１５８…フランジ、１５９…フランジ、１６０…パイプ、１６１…上面部、１６２…屈曲部、１６３…固定板、１６４…貫通孔。

Claims (1)

1. ルツボに、ロッド状に形成した固体材料を装填し、前記ルツボを超高真空中で加熱することにより、前記ルツボの開口部より、前記固体材料の分子線を放射する分子線発生装置において、
   前記ルツボの開口部側で、前記固体材料の前方表面位置を規制する規制部材と、
   前記開口部の対向位置であって、前記固体材料の後方位置より、前記固体材料を常時前記前方方向に付勢する付勢手段と、
   前記固体材料を略１８０度周方向に亘って往復動可動な回動手段とを有することを特徴とする分子線発生装置。

Images