JP3323522B2 - 分子線セル - Google Patents
分子線セルInfo
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- JP3323522B2 JP3323522B2 JP22503191A JP22503191A JP3323522B2 JP 3323522 B2 JP3323522 B2 JP 3323522B2 JP 22503191 A JP22503191 A JP 22503191A JP 22503191 A JP22503191 A JP 22503191A JP 3323522 B2 JP3323522 B2 JP 3323522B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- molecular beam
- heater
- beam cell
- graphite
- Prior art date
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）に用いられる分子線セルに関する。
ＢＥ）に用いられる分子線セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＢＥ装置は超高真空蒸着法の一種で、
ぼぼ方向の揃った蒸気（分子）の流れを基板に当てて薄
膜結晶を成長させる装置であることは良く知られてい
る。このＭＢＥ装置でＧａを分子線セルで蒸発させる場
合、従来の分子線セルではＧａのドロップレットがルツ
ボ上部の温度の低い部分に発生し、Ｇａ2 Ｏが温度の低
い部分に凝縮してそれが基板に飛来していた。飛来した
Ｇａ2 Ｏが成長する膜の欠陥の核になると一般に言われ
てきた。そこで、これを解決するためにトップヒート分
子線セルが用いられた。図４は従来のトップヒート分子
線セルの構造を説明するための概略断面図である。つば
１３ａを有するルツボ１３はＰＢＮ（パイロリティック
ボロンナイトライド）によって構成されており、その
上部（開口部からルツボ全長の１／３までのところ）外
面にヒーター１２が配設されている。これは図６に示す
ようにルツボ上部の温度が低くなることを防ぐためであ
る。ＰＢＮはヒーターの絶縁石として使用されるもの
で、他の絶縁石に比較して高温でガス放出が少ないとい
う特長を有しているので、ＭＢＥで加熱される部分は一
般にこれが用いられている。ヒーターの外側にはルツボ
の温度を管理するために熱電対１４が設けられており、
さらにその周囲には放射熱を逃げにくくするためにリフ
レクター１１が設けられている。ルツボ１３の開口部の
上部に設けられているシャッター１５はルツボ１３から
蒸発する分子線が基板に達しないようにするために遮蔽
するためのものである。ルツボ１３内には溶融したＧａ
が入っている。ルツボ１３の上部をヒーター１２によっ
て１０００℃以上に加熱することによってＧａ2 Ｏを凝
縮させないでＧａとＯ2 に分解させるように構成した。
ぼぼ方向の揃った蒸気（分子）の流れを基板に当てて薄
膜結晶を成長させる装置であることは良く知られてい
る。このＭＢＥ装置でＧａを分子線セルで蒸発させる場
合、従来の分子線セルではＧａのドロップレットがルツ
ボ上部の温度の低い部分に発生し、Ｇａ2 Ｏが温度の低
い部分に凝縮してそれが基板に飛来していた。飛来した
Ｇａ2 Ｏが成長する膜の欠陥の核になると一般に言われ
てきた。そこで、これを解決するためにトップヒート分
子線セルが用いられた。図４は従来のトップヒート分子
線セルの構造を説明するための概略断面図である。つば
１３ａを有するルツボ１３はＰＢＮ（パイロリティック
ボロンナイトライド）によって構成されており、その
上部（開口部からルツボ全長の１／３までのところ）外
面にヒーター１２が配設されている。これは図６に示す
ようにルツボ上部の温度が低くなることを防ぐためであ
る。ＰＢＮはヒーターの絶縁石として使用されるもの
で、他の絶縁石に比較して高温でガス放出が少ないとい
う特長を有しているので、ＭＢＥで加熱される部分は一
般にこれが用いられている。ヒーターの外側にはルツボ
の温度を管理するために熱電対１４が設けられており、
さらにその周囲には放射熱を逃げにくくするためにリフ
レクター１１が設けられている。ルツボ１３の開口部の
上部に設けられているシャッター１５はルツボ１３から
蒸発する分子線が基板に達しないようにするために遮蔽
するためのものである。ルツボ１３内には溶融したＧａ
が入っている。ルツボ１３の上部をヒーター１２によっ
て１０００℃以上に加熱することによってＧａ2 Ｏを凝
縮させないでＧａとＯ2 に分解させるように構成した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造のトップヒート分子線セルにおいては、ヒーターの形
状に起因する温度分布が生じ、ヒーターが巻かれている
範囲内においても、その中でヒーターの巻いている部分
と巻いていない部分で温度が高い部分と低い部分が生
じ、なおルツボ内壁にＧａドロップレットが付着する原
因が発生していた。図５は図４のルツボの上部に配置さ
れたヒーターの構造およびＧａドロップレットの付着の
状況を示す図である。図５からわかるようにヒーター１
２はルツボ形状に対応してヒーター線を巻いて設けられ
ている。そのためにヒーター線間にもどうしても不均一
な温度部分が発生してしまい、ヒーター線１２ａ，１２
ｂ，１２ｃおよび１２ｄのそれぞれの間に対応するルツ
ボの内壁部分の温度分布が均一とならず、依然としてＧ
ａドロップレットが内壁に目視においても数１０から数
１００個付着し、それが基板に飛来し成長した膜の欠陥
の原因になっていた。平均的に、２０〜３０個／cm2 の
欠陥が存在していた。これは、この基板を用いて素子を
製作する場合に、素子の集積化を行うに当たって不良率
増加の最大の原因であった。本発明の目的は、ヒーター
を巻回したルツボ上部の、ヒーターの形状に対応する温
度分布を極力軽減した構造の分子線セルを提供すること
にある。
造のトップヒート分子線セルにおいては、ヒーターの形
状に起因する温度分布が生じ、ヒーターが巻かれている
範囲内においても、その中でヒーターの巻いている部分
と巻いていない部分で温度が高い部分と低い部分が生
じ、なおルツボ内壁にＧａドロップレットが付着する原
因が発生していた。図５は図４のルツボの上部に配置さ
れたヒーターの構造およびＧａドロップレットの付着の
状況を示す図である。図５からわかるようにヒーター１
２はルツボ形状に対応してヒーター線を巻いて設けられ
ている。そのためにヒーター線間にもどうしても不均一
な温度部分が発生してしまい、ヒーター線１２ａ，１２
ｂ，１２ｃおよび１２ｄのそれぞれの間に対応するルツ
ボの内壁部分の温度分布が均一とならず、依然としてＧ
ａドロップレットが内壁に目視においても数１０から数
１００個付着し、それが基板に飛来し成長した膜の欠陥
の原因になっていた。平均的に、２０〜３０個／cm2 の
欠陥が存在していた。これは、この基板を用いて素子を
製作する場合に、素子の集積化を行うに当たって不良率
増加の最大の原因であった。本発明の目的は、ヒーター
を巻回したルツボ上部の、ヒーターの形状に対応する温
度分布を極力軽減した構造の分子線セルを提供すること
にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による分子線セルは、つばを有するルツボの基
部となる部分をＰＢＮで形成し、さらにルツボ全体の長
さに対し開口部より長さ１／３の範囲のルツボの外側部
分にグラファイトコーティングを行い、かつ前記つばの
下部部分にもグラファイトコーティングを行い、前記グ
ラファイトをコーティングした部分を含む外面にさらに
ＰＢＮをコーティングしてなるルツボと、前記ルツボ内
の試料を溶融する発熱体より構成されている。
に本発明による分子線セルは、つばを有するルツボの基
部となる部分をＰＢＮで形成し、さらにルツボ全体の長
さに対し開口部より長さ１／３の範囲のルツボの外側部
分にグラファイトコーティングを行い、かつ前記つばの
下部部分にもグラファイトコーティングを行い、前記グ
ラファイトをコーティングした部分を含む外面にさらに
ＰＢＮをコーティングしてなるルツボと、前記ルツボ内
の試料を溶融する発熱体より構成されている。
【０００５】
【作用】このような構成によれば、発熱体たとえばヒー
ターが発生する熱は、熱伝導の良いグラファイトを加熱
するためにセルの上部の温度が低くならず、しかも、早
く温度が上がる。そこで、ルツボ上部の内壁の温度分布
は均一となり、しかもヒーターの形状に起因するルツボ
上部での温度分布がなくなる。
ターが発生する熱は、熱伝導の良いグラファイトを加熱
するためにセルの上部の温度が低くならず、しかも、早
く温度が上がる。そこで、ルツボ上部の内壁の温度分布
は均一となり、しかもヒーターの形状に起因するルツボ
上部での温度分布がなくなる。
【０００６】
【実施例】以下、図面等を参照して本発明をさらに詳し
く説明する。図１は本発明による分子線セルのルツボの
実施例を示す断面図である。内壁１ａおよびつばの上面
１ｂを形成する基部がＰＢＮで形成されている。ついで
基部の上部外面およびつばの下面にグラファイト１ｃが
コーティングされる。ルツボ１の基部の上部外面にコー
ティングされる範囲はルツボ１の長さの１／３以下であ
る。さらにグラファイト１ｃがコーティングされたルツ
ボ１の基部の外面全体およびつばの下面にＰＢＮがコー
ティングされて外壁１ｄが形成される。
く説明する。図１は本発明による分子線セルのルツボの
実施例を示す断面図である。内壁１ａおよびつばの上面
１ｂを形成する基部がＰＢＮで形成されている。ついで
基部の上部外面およびつばの下面にグラファイト１ｃが
コーティングされる。ルツボ１の基部の上部外面にコー
ティングされる範囲はルツボ１の長さの１／３以下であ
る。さらにグラファイト１ｃがコーティングされたルツ
ボ１の基部の外面全体およびつばの下面にＰＢＮがコー
ティングされて外壁１ｄが形成される。
【０００７】図２は本発明による分子線セルの実施例を
示す図である。図１のルツボ１の上部外面に発熱体とし
てヒーター２が巻かれている。その外側に熱電対４が配
置され、さらにその周りにリフレクター３が設けられて
いる。ヒーター２に通電して図示しない試料を入れたル
ツボ１を加熱し熱電対４で温度管理を行って試料を蒸発
または昇華させる。ヒーター２の熱は熱伝導性のよいグ
ラファイト１ｃがコーティングされているために、ルツ
ボ１に均一にしかも速く熱伝導する。このためヒーター
が巻かれた部分のルツボ１の内壁の温度はヒーターの形
状に起因する温度分布が生じず、均一となる。
示す図である。図１のルツボ１の上部外面に発熱体とし
てヒーター２が巻かれている。その外側に熱電対４が配
置され、さらにその周りにリフレクター３が設けられて
いる。ヒーター２に通電して図示しない試料を入れたル
ツボ１を加熱し熱電対４で温度管理を行って試料を蒸発
または昇華させる。ヒーター２の熱は熱伝導性のよいグ
ラファイト１ｃがコーティングされているために、ルツ
ボ１に均一にしかも速く熱伝導する。このためヒーター
が巻かれた部分のルツボ１の内壁の温度はヒーターの形
状に起因する温度分布が生じず、均一となる。
【０００８】図３は本発明による分子線セルの他の実施
例を示す図である。図２と異なるのはヒーター６がルツ
ボ１の上部だけでなく、つばの下面まで設けられている
点である。他の構成は図２と同じである。このような構
成にすれば、つばの部分を含むルツボ上部全体の内壁の
温度分布がヒーターの形状によらず図２と同様に、均一
となり、Ｇａドロップレットは観察されない。
例を示す図である。図２と異なるのはヒーター６がルツ
ボ１の上部だけでなく、つばの下面まで設けられている
点である。他の構成は図２と同じである。このような構
成にすれば、つばの部分を含むルツボ上部全体の内壁の
温度分布がヒーターの形状によらず図２と同様に、均一
となり、Ｇａドロップレットは観察されない。
【０００９】
【発明の効果】以上、説明したように本発明による分子
線セルは、ＰＢＮ製のルツボ上部壁に、開口部よりルツ
ボ全体の長さの１／３以下の長さになるように、かつ、
つばの部分に及ぶグラファイトを設けて構成してあるの
で、ルツボ上部に近接して配置される発熱体、例えばト
ップヒートヒーターの形状に起因する温度分布をなくし
てＧａのドロップレットの発生を目視では完全におさえ
ることができる。したがって、ＭＢＥ装置において本発
明による分子線セルのルツボを用いれば、欠陥密度が１
〜１０個／cm2 の表面欠陥の少ない良好な膜質の膜を成
長させることができる。この結果、高周波素子の集積化
（ＩＣ化）が可能となり、半導体素子の性能向上に著し
い寄与がある。なお、本発明はグラファイトコーティン
グされたルツボの外面全体およびつばの下面にＰＢＮコ
ーティングがされているので、近接する加熱ヒータと接
触してヒータが短絡するという危険性はない。
線セルは、ＰＢＮ製のルツボ上部壁に、開口部よりルツ
ボ全体の長さの１／３以下の長さになるように、かつ、
つばの部分に及ぶグラファイトを設けて構成してあるの
で、ルツボ上部に近接して配置される発熱体、例えばト
ップヒートヒーターの形状に起因する温度分布をなくし
てＧａのドロップレットの発生を目視では完全におさえ
ることができる。したがって、ＭＢＥ装置において本発
明による分子線セルのルツボを用いれば、欠陥密度が１
〜１０個／cm2 の表面欠陥の少ない良好な膜質の膜を成
長させることができる。この結果、高周波素子の集積化
（ＩＣ化）が可能となり、半導体素子の性能向上に著し
い寄与がある。なお、本発明はグラファイトコーティン
グされたルツボの外面全体およびつばの下面にＰＢＮコ
ーティングがされているので、近接する加熱ヒータと接
触してヒータが短絡するという危険性はない。
【図１】本発明による分子線セルのルツボの実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】本発明による分子線セルの第１の実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明による分子線セルの第２の実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】従来のトップヒート分子線セルの構造を説明す
るための断面図である。
るための断面図である。
【図５】図４のルツボに巻かれたヒーターの構造および
Ｇａのドロップレットの付着を説明するための図であ
る。
Ｇａのドロップレットの付着を説明するための図であ
る。
【図６】ヒーターの巻き方（位置）とルツボの温度分布
の関係を説明するための図である。
の関係を説明するための図である。
１，１３…ルツボ ２，６，１２…ヒーター ３，１１…リフレクター ４，１４…熱電対 ５，１５…シャッター １６…試料（Ｇａ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平３−38367（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−22067（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 F27B 14/10 C30B 23/02
Claims (3)
- 【請求項１】 つばを有するルツボの基部となる部分を
ＰＢＮで形成し、さらにルツボ全体の長さに対し開口部
より長さ１／３の範囲のルツボの外側部分にグラファイ
トコーティングを行い、かつ前記つばの下部部分にもグ
ラファイトコーティングを行い、前記グラファイトをコ
ーティングした部分を含む外面にさらにＰＢＮをコーテ
ィングしてなるルツボと、 前記ルツボ内の試料を溶融する発熱体より構成された分
子線セル。 - 【請求項２】 前記発熱体は前記ルツボの上部グラファ
イトコーティング部外面に近接して配置したトップヒー
トヒーターである請求項１記載の分子線セル。 - 【請求項３】 前記発熱体は前記ルツボの上部グラファ
イトコーティング部外面およびつばの下部外面に近接し
て配置したトップヒートヒーターである請求項１記載の
分子線セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22503191A JP3323522B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 分子線セル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22503191A JP3323522B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 分子線セル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0544020A JPH0544020A (ja) | 1993-02-23 |
| JP3323522B2 true JP3323522B2 (ja) | 2002-09-09 |
Family
ID=16822980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22503191A Expired - Fee Related JP3323522B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 分子線セル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3323522B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7402779B2 (en) * | 2004-07-13 | 2008-07-22 | Lucent Technologies Inc. | Effusion cell and method for use in molecular beam deposition |
| KR101097302B1 (ko) * | 2005-04-23 | 2011-12-23 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 증착 소스 유닛, 이를 구비한 증착 장치 및 이를 이용한유기 발광 소자의 제조방법 |
| US8747554B2 (en) * | 2006-06-20 | 2014-06-10 | Momentive Performance Materials Inc. | Multi-piece ceramic crucible and method for making thereof |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP22503191A patent/JP3323522B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0544020A (ja) | 1993-02-23 |
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