JP3630562B2 - Molecular beam epitaxy equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は分子線エピタキシー装置に関し、さらに詳しくは、HEMT(High Electron Mobility Transistor :高電子移動度トランジスタ)などの電子デバイス、半導体レーザなどの発光デバイスを製造するための結晶成長装置である分子線エピタキシー装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3に示すように、従来の分子線エピタキシー装置における結晶成長室である真空チャンバ2には、基板4を保持、加熱し、回転させるためのマニピュレータ3、複数個の分子線セル5、および分子線の基板への供給を制御するシャッターが取り付けられている。また、真空チャンバ2の内部には、液体窒素により冷却されるシュラウド(shroud:囲い)20が設けられている。シュラウド20は、真空チャンバ2内の結晶成長の邪魔になる不要なガスを取り込み、マニピュレータ3、分子線セル5からの放熱を抑え、それによる脱ガスを防ぎ、超高真空状態を作り出す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
分子線エピタキシー装置が結晶成長中であるときには、シュラウド20は、内部の空洞に液体窒素が満たされ、冷却されている。しかし、結晶成長が終了すると、シュラウド20への液体窒素の供給が停止され、液体窒素が蒸発し除去される。結晶成長を行ってゆくにつれて、シュラウド20の内壁面には徐々に付着物が形成されるが、結晶成長を繰り返すことにより、かなりの量のシュラウド20への付着物6が剥がれ落ち、分子線セル付近に落下することになる。
【0004】
分子線セル5内部にシュラウド20の付着物が落下した場合、その直後の結晶成長において、成長膜の質が悪化する。具体的には欠陥が大量に発生することとなり、デバイスの特性に多大な悪影響を与えることになる。また、分子線セル5のごく近傍にシュラウド20の付着物が落下した場合には、分子線セル5内部に落下した場合よりも緩やかに加熱され、その後の結晶成長における成長膜の質を、分子線セル5内部にシュラウドの付着物が落下した場合よりも程度は軽いが、長期間にわたって悪化させることになる。
【0005】
また一度の材料充填の間での結晶成長の回数、または結晶成長に費やした時間が多くなるにつれて、シュラウド20の付着物が落下する回数が増加し、成長した膜質の悪化が頻繁に起こるようになる。図4のグラフに示すように、成長時間が長くなるにつれて、成長表面の欠陥密度が正常な場合より多くなるという現象が頻繁に起こるようになる。これはシュラウド内壁の付着物が徐々に厚くなるため、加熱、冷却で剥離、落下しやすくなるためと予想される。
【0006】
このような観点から、成長室である真空チャンバ内のシュラウドから付着物が剥がれにくい、または剥がれ落ちた付着物が分子線セル内もしくは分子線セル近傍に落下しないような分子線エピタキシー装置の出現が望まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは、真空チャンバ内での結晶成長中、砒素、ガリウムなどの所望の分子(あるいは原子、以後分子とのみ記す)を300℃〜1200℃に加熱して分子線セルから基板に放射する際、シュラウドによって冷却された分子やその周りの不要なガスが固化してシュラウドに付着するという現象を考慮した結果、シュラウドの内壁面の表面積を広くする、すなわちシュラウドの基板対向面である内壁面を、単純な平面でなく凹凸形状にすることで、シュラウドの内壁面に付着する分子の付着密度を低下させ、これにより上記課題を解決できることを見いだし、本発明をするに至った。
【0008】
かくしてこの発明によれば、真空チャンバ内に設けられ液体窒素により冷却されるシュラウドを有する分子線エピタキシー装置において、シュラウドの内壁面凹凸形状であり、その内壁面の凹凸形状は、その凸部が鋭角をなし、その凸部の上面が水平か、または凸部の突端側が凸部の根元側より高い位置となるような形状であることを特徴とする分子線エピタキシー装置が提供される。
【0009】
この発明によれば、シュラウドの基板対向面である内壁面の表面積が広くなるので、付着物の密度が低下し、これによりシュラウドの付着物が剥離、落下しにくくなる。また、シュラウド内壁面の凹凸形状から付着物が剥離、落下したとしても、シュラウド上にとどまり、分子線セル内部、またはその近傍に落下することはない。
【0010】
【発明の実施の形態】
この発明において、真空チャンバとしては、結晶成長させる基板の大きさに応じたものが適用されるが、一般的には、例えば直径1m程度の半球状の形をしたものが適用される。
【0011】
シュラウドは、この真空チャンバの内壁に沿い、真空チャンバの内壁から約10cm程度離して設けられている。したがって、シュラウドは、真空チャンバよりひとまわり小さい大きさであり、真空チャンバが直径1mの半球状であるとすれば、シュラウドは直径約80cmの半球状の形である。
【0012】
真空チャンバには、基板に分子を供給する分子線セルが取り付けられている。この分子線セルは、シュラウドを通して設けられ、分子を供給するための開口を基板の方向に向けて配置されている。この開口面はシュラウドの内壁面とほぼ同じ高さであり、開口の直径は上記の真空チャンバの大きさのものでは約10cm程度である。
【0013】
分子線セルの内部には坩堝が設けられており、材料は坩堝内で電気的に加熱され、分子線セルの開口から基板に放射される。供給される材料は、いずれも公知のものを適用することができる。
【0014】
シュラウドは、内部に空洞が設けられており、結晶成長中はその空洞内に液体窒素が満たされ、冷却されている。そして、結晶成長が終了すると、シュラウドへの液体窒素の供給が停止され、液体窒素が蒸発し除去されるようになっている。シュラウド内に充填する液体窒素としては、公知のものを使用することができる。
【0015】
シュラウドの内壁面とは、シュラウドの基板対向面を意味する。シュラウドの内壁面に形成された凹凸形状は、付着物が剥離、落下しない程度に付着物の付着面積を広げうる形状であればよい。
【0016】
シュラウドの内壁面の凹凸形状は、その凸部が鋭角をなし、その凸部の上面が水平か、または凸部の突端側が凸部の根元側より高い位置となるような形状であることが望ましい。
【0017】
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定されるものではない。
【0018】
実施例1
この発明の実施例1を図1を用いて説明する。
本実施例の分子線エピタキシー装置は、真空チャンバ2内に、液体窒素で冷却されるシュラウド1が設けられている。真空チャンバ2内は、約1.33×10 -8 Paの真空状態となっている。シュラウド1は、真空チャンバ2とほぼ同じ形状で、ひとまわり小さい大きさである。真空チャンバ2上部の中心部にはマニピュレータ3が設けられ、このマニピュレータ3によって基板4を保持、加熱、回転させることができる。
【0019】
真空チャンバ2の大きさは、結晶を成長させる基板4の大きさによって異なるが、本実施例においては、直径約1mの円筒部と半球状の底部からなる形状のものを用いている。
【0020】
シュラウド1は、この真空チャンバ2の内壁に沿い、真空チャンバ2の内壁から約10cm程度離して設けられている。したがって、シュラウド1は、直径約80cmの円筒部と半球状の底部からなる形状である。
【0021】
真空チャンバ2には、基板4に分子を供給する分子線セル5が取り付けられている。この分子線セル5は、シュラウド1に開けられた分子線セル5を通すための穴を通して配置されている。
【0022】
分子線セル5は、複数種類の材料を基板4に対して同時に供給できるように、10個取り付けられている。一般に、材料は、基板4に垂直な方向から供給することが最も効率が良いとされるが、基板4に垂直な方向から材料を供給する構造とした場合には、分子線セル5を1つしか配置できない。このため、複数の分子線セル5を、各分子線セル5から基板4までの距離が等しくなるように、基板4を中心とした同心円上に配置し、基板4に対して斜め方向から材料を供給するようにしている。本実施例では、分子線セル5は、真空チャンバ2の底頂部を中心とする円形状に10個配置した構造となっている(図では、分子線セル5は1つのみ示し他は省略している)。
【0023】
分子線セル5は、分子を供給するための開口5aを基板4の方向に向けて配置されている。この開口面はシュラウド1の内壁面1aとほぼ同じ高さであり、開口5aの直径は約10cm程度である。
【0024】
分子線セル5の内部には坩堝が設けられており、結晶成長の作業前に、真空チャンバ2を開け、この坩堝内に材料を充填する。材料は坩堝内で電熱装置によって300℃〜1200℃に加熱され、分子線セル5の開口5aから基板に放射される。
【0025】
坩堝は、開口5aの内部にあり、加熱された材料には溶融状態のものも存在する。例えばガリウムでは融点が約30℃であるため、加熱時は溶融状態である。したがって、分子線セル5の開口5aが下向きであれば材料が流出してしまうため、分子線セル5は開口5aを上向きにして配置され、基板4に対し下側から材料を放射するようになっている。
【0026】
分子線セル5への材料の供給は使用量に応じて適宜行われる。例えば、基板4の大きさ、および結晶の成長量にもよるが、ほぼ400時間〜500時間の使用毎に材料が供給される。1回の結晶成長の作業時間は、だいたい1〜4時間程度であるので、約100〜400回の作業毎に材料が供給される。供給される材料は、いずれも公知のものを適用することができる。
【0027】
シュラウド1は、内部に直径5cm〜10cmの空洞が設けられており、分子線エピタキシー装置が結晶成長中であるときには、空洞内に液体窒素が満たされ、冷却されている。そして、結晶成長が終了すると、シュラウド1への液体窒素の供給が停止され、液体窒素が蒸発し除去される。シュラウド1内に充填する液体窒素としては、公知のものを使用することができる。
【0028】
結晶成長を行ってゆくにつれて、シュラウド1の内壁面1aには徐々に付着物が形成される。このため、真空チャンバ2内は、材料の供給毎に掃除が行われ、シュラウド1の内壁面1aに付着した付着物や、シュラウド1の底部に落下した付着物が取り除かれる。
【0029】
シュラウド1の付着物は、数cmの大きさであるため、落下して、分子線セル5の開口5aに入り込むことがあり、このように、分子線セル5の内部にシュラウド1の付着物が入った場合、その直後の結晶成長において、成長膜の質が悪化する。具体的には欠陥が大量に発生することとなり、デバイスの特性に多大な悪影響を与えることになる。
【0030】
これに対処するために、シュラウド1の基板対向面である内壁面1aは凹凸形状となっており、この内壁面1aの凹凸により、付着物の剥離、落下を防止する。すなわち、この凸凹は、内壁面1aの表面積を広げ、これにより付着物の単位面積当たりの付着量を減少させる(付着物の厚みを薄くする)働きをする。付着物は、上述したように数cmの大きさであるので、この凸凹は、凸部の高さが数cm〜十数cmの大きさであればよい。
【0031】
この凹凸は、シュラウド1の内壁面1a全体に均一に形成してもよいし、分子線セル5の開口5aの周囲に形成するようにしてもよい。開口5aの周囲に形成する場合には、開口5aを、開口5aの高さよりも高い凸部で取り囲むように凹凸を形成することが望ましい。この場合、開口5aから外側に向けて凸部が張り出すように凹凸を形成するようにしてもよい。
【0032】
分子線セル5の開口5aの周囲に凹凸を形成する場合、開口5aを2重または3重に取り囲むように凹凸を形成してもよい。
また、シュラウド1の内壁面1aのどの部分の付着物が落下しやすいのかを観察し、その落下しやすい部分だけに凹凸を形成するようにしてもよい。
【0033】
なお、シュラウド1の内壁面1aに凹凸を設ける場合、分子線セル5の開口5aの下方に位置する内壁面1aには凹凸を付ける必要はないが、シュラウド1の内壁面1a全体の面積を広げるという意味合いからは、開口5aの下方に位置する内壁面1aにも凹凸を形成するようにしてもよい。
【0034】
本実施例によれば、結晶成長を行ってゆくにつれて、シュラウド1の内壁面1aに徐々に付着物が形成されるが、図3に示す従来のシュラウド20の形状と比較して、図1に示す本発明のシュラウド1の内壁面1aは、凹凸形状のため表面積が広くなり、付着物の厚さが薄くなる。
【0035】
したがって従来と比較すると、従来ではシュラウドから剥離した付着物6が分子線セル5内あるいは分子線セル5の付近に落下していたが、本例では、シュラウド1の付着物は剥離しにくくなり、付着物の落下を抑えることができる。
【0036】
すなわち、使用する材料の量が同じであれば、付着物の厚さは、表面積が広くなった分薄くなるので、付着物の自重による落下の確率が減り、これにより、分子線セル内部あるいは近傍に付着物が落下することによる成長膜の欠陥の大量発生を抑制することができる。
【0037】
実施例2
この発明の実施例2を図2を用いて説明する。
本実施例の分子線エピタキシー装置は、真空チャンバ2内のシュラウド10の内壁面10aは、その凸部が鋭角をなす凹凸形状を有している。凸部の上面10bは水平となっている。この凸部は、凸部の突端側が凸部の根元側より高い位置となるような形状であってもよい。その他の構成は実施例1と同じである。
【0038】
この例においても、実施例1と同様に、シュラウド10の内壁面10aの表面積が大きくなるため、付着物の厚さが薄くなる。また、それに加えて、シュラウド10の内壁面10aの凸部の下面10cから付着物が剥離、落下したとしても、付着物はシュラウド10の凸部の上面10bに留まり、分子線セル5に落下することはない。
【0039】
このように、シュラウドの内壁面の表面積を広くして、単位面積当たりの付着量(厚さ)を減らすことにより、付着物の自重による落下を防止することができ、これにより、分子線セル内部あるいは近傍に付着物が落下することによる成長膜の欠陥の大量発生を抑制することができる。
【0040】
本実施例においては、基板を下向きに配置し、基板に対して下側から材料を供給する形式の分子線エピタキシー装置を例に挙げたが、分子線エピタキシー装置には様々なものがあり、基板の取り付けかたや、材料の供給のしかたの異なる各種のものが存在する。しかしながら、上述したように、分子線セルは必ず上向きに配置されているため、シュラウドの形状がどのようなものであっても、分子線セルの内部にシュラウドの付着物が入ったり、分子線セルの近傍にシュラウドの付着物が落下する可能性がある。
【0041】
したがって、分子線セルを上向きに配置し、かつ真空チャンバ内にシュラウドを配置し、このような付着物落下の危険性のある分子線エピタキシー装置であれば、どのような形式のものであっても本発明を適用することが可能である。
【0042】
【発明の効果】
この発明によれば、付着物がシュラウドから剥離、落下しにくく、また落下したとしても分子線セル内部、近傍に落下しないため、成長層の膜質に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1の分子線エピタキシー装置の概略図である。
【図2】この発明の実施例2の分子線エピタキシー装置の概略図である。
【図3】従来の分子線エピタキシー装置の概略図である。
【図4】従来技術における結晶成長に費やした時間と結晶成長表面の欠陥密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1,10 シュラウド
1a,10a シュラウドの内壁面
10b シュラウドの内壁面の凸部の上面
10c シュラウドの内壁面の凸部の下面
2 真空チャンバ
3 マニピュレータ
4 基板
5 分子線セル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molecular beam epitaxy apparatus, and more specifically, a molecular beam epitaxy which is a crystal growth apparatus for manufacturing an electronic device such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor) and a light emitting device such as a semiconductor laser. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 3, a vacuum chamber 2 which is a crystal growth chamber in a conventional molecular beam epitaxy apparatus has a manipulator 3 for holding, heating and rotating a substrate 4, a plurality of molecular beam cells 5, and molecules. A shutter is attached to control the supply of the wire to the substrate. Further, a shroud 20 that is cooled by liquid nitrogen is provided inside the vacuum chamber 2. The shroud 20 takes in unnecessary gas that interferes with crystal growth in the vacuum chamber 2, suppresses heat radiation from the manipulator 3 and the molecular beam cell 5, prevents degassing, and creates an ultra-high vacuum state.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the molecular beam epitaxy apparatus is undergoing crystal growth, the shroud 20 is cooled by filling an internal cavity with liquid nitrogen. However, when the crystal growth is completed, the supply of liquid nitrogen to the shroud 20 is stopped, and the liquid nitrogen is evaporated and removed. As the crystal growth proceeds, deposits are gradually formed on the inner wall surface of the shroud 20, but by repeating the crystal growth, a considerable amount of the deposits 6 on the shroud 20 is peeled off, and the molecular beam cell. It will fall to the vicinity.
[0004]
When deposits of the shroud 20 fall into the molecular beam cell 5, the quality of the growth film deteriorates in the crystal growth immediately after that. Specifically, a large number of defects occur, and the device characteristics are greatly adversely affected. Further, when the deposit of the shroud 20 falls in the very vicinity of the molecular beam cell 5, it is heated more gently than when it falls into the molecular beam cell 5, and the quality of the growth film in the subsequent crystal growth is changed to the molecular Although it is lighter than when shroud deposits fall inside the line cell 5, it will deteriorate over a long period of time.
[0005]
Further, as the number of times of crystal growth during one material filling or the time spent for crystal growth increases, the number of times the deposits of the shroud 20 fall increases, so that the quality of the grown film frequently deteriorates. Become. As shown in the graph of FIG. 4, as the growth time becomes longer, the phenomenon that the defect density on the growth surface increases more than in the normal case frequently occurs. This is presumably because the deposit on the inner wall of the shroud gradually thickens, so that it is easily peeled off and dropped by heating and cooling.
[0006]
From this point of view, the emergence of molecular beam epitaxy equipment in which deposits are difficult to peel off from the shroud in the vacuum chamber, which is the growth chamber, or the peeled off deposits do not fall into or near the molecular beam cell. It was desired.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention heated a desired molecule such as arsenic or gallium (or an atom, hereinafter referred to only as a molecule) to 300 ° C. to 1200 ° C. during crystal growth in a vacuum chamber to form a substrate from the molecular beam cell. As a result of considering the phenomenon that molecules cooled by the shroud and unnecessary gas around it solidify and adhere to the shroud, the surface area of the inner wall of the shroud is increased, that is, on the substrate facing surface of the shroud. It has been found that by making a certain inner wall surface an uneven shape rather than a simple flat surface, the adhesion density of molecules adhering to the inner wall surface of the shroud is reduced, thereby finding that the above problems can be solved, and the present invention has been achieved.
[0008]
Thus, according to the present invention, in the molecular beam epitaxy apparatus having the shroud provided in the vacuum chamber and cooled by liquid nitrogen, the inner wall surface of the shroud has an irregular shape , and the irregular shape of the inner wall surface is such that the convex portion is There is provided a molecular beam epitaxy apparatus characterized in that it has an acute angle and the top surface of the convex portion is horizontal or the protruding end side of the convex portion is positioned higher than the root side of the convex portion .
[0009]
According to this invention, since the surface area of the inner wall surface, which is the substrate facing surface of the shroud, is increased, the density of the deposits is reduced, which makes it difficult for the shroud deposits to peel off and fall. Further, even if the deposits are peeled off from the irregular shape of the inner wall surface of the shroud and fall off, they stay on the shroud and do not fall inside or near the molecular beam cell.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, a vacuum chamber corresponding to the size of the substrate on which the crystal is grown is applied, but generally a hemispherical shape having a diameter of, for example, about 1 m is applied.
[0011]
The shroud is provided along the inner wall of the vacuum chamber and about 10 cm away from the inner wall of the vacuum chamber. Thus, the shroud is one size smaller than the vacuum chamber, and if the vacuum chamber is hemispherical with a diameter of 1 m, the shroud has a hemispherical shape with a diameter of about 80 cm.
[0012]
A molecular beam cell for supplying molecules to the substrate is attached to the vacuum chamber. The molecular beam cell is provided through the shroud and is arranged with an opening for supplying molecules directed toward the substrate. The opening surface is almost the same height as the inner wall surface of the shroud, and the diameter of the opening is about 10 cm in the size of the above vacuum chamber.
[0013]
A crucible is provided inside the molecular beam cell, and the material is electrically heated in the crucible and radiated to the substrate from the opening of the molecular beam cell. Any known material can be applied.
[0014]
The shroud has a cavity inside, and the crystal is filled with liquid nitrogen and cooled during crystal growth. When the crystal growth is completed, the supply of liquid nitrogen to the shroud is stopped, and the liquid nitrogen is evaporated and removed. As the liquid nitrogen filled in the shroud, known ones can be used.
[0015]
The inner wall surface of the shroud means the substrate facing surface of the shroud. The concavo-convex shape formed on the inner wall surface of the shroud may be any shape that can widen the adhesion area of the deposit so that the deposit does not peel or fall.
[0016]
The irregular shape of the inner wall surface of the shroud is preferably a shape in which the convex portion forms an acute angle, the upper surface of the convex portion is horizontal, or the protruding end side of the convex portion is positioned higher than the root side of the convex portion. .
[0017]
The present invention will be described in detail below based on the embodiments shown in the drawings. However, this does not limit the present invention.
[0018]
Example 1
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the molecular beam epitaxy apparatus of this embodiment, a shroud 1 cooled with liquid nitrogen is provided in a vacuum chamber 2. The vacuum chamber 2 is in a vacuum state of about 1.33 × 10 −8 Pa . The shroud 1 has almost the same shape as the vacuum chamber 2 and is slightly smaller in size. A manipulator 3 is provided at the center of the upper portion of the vacuum chamber 2, and the manipulator 3 can hold, heat, and rotate the substrate 4.
[0019]
The size of the vacuum chamber 2 varies depending on the size of the substrate 4 on which the crystal is grown, but in this embodiment, a vacuum chamber 2 having a cylindrical portion having a diameter of about 1 m and a hemispherical bottom portion is used.
[0020]
The shroud 1 is provided along the inner wall of the vacuum chamber 2 and about 10 cm away from the inner wall of the vacuum chamber 2. Therefore, the shroud 1 has a shape including a cylindrical portion having a diameter of about 80 cm and a hemispherical bottom portion.
[0021]
A molecular beam cell 5 for supplying molecules to the substrate 4 is attached to the vacuum chamber 2. The molecular beam cell 5 is disposed through a hole for passing the molecular beam cell 5 opened in the shroud 1.
[0022]
Ten molecular beam cells 5 are attached so that a plurality of types of materials can be simultaneously supplied to the substrate 4. In general, it is considered most efficient to supply the material from a direction perpendicular to the substrate 4. However, when the material is supplied from a direction perpendicular to the substrate 4, one molecular beam cell 5 is provided. Can only be placed. For this reason, a plurality of molecular beam cells 5 are arranged on a concentric circle centered on the substrate 4 so that the distances from the molecular beam cells 5 to the substrate 4 are equal, and the material is obliquely oriented with respect to the substrate 4. I am trying to supply. In the present embodiment, ten molecular beam cells 5 are arranged in a circular shape centering on the bottom top of the vacuum chamber 2 (in the figure, only one molecular beam cell 5 is shown and the others are omitted). ing).
[0023]
The molecular beam cell 5 is arranged with an opening 5 a for supplying molecules directed toward the substrate 4. This opening surface is almost the same height as the inner wall surface 1a of the shroud 1, and the diameter of the opening 5a is about 10 cm.
[0024]
A crucible is provided inside the molecular beam cell 5, and before the crystal growth operation, the vacuum chamber 2 is opened and the crucible is filled with a material. The material is heated to 300 ° C. to 1200 ° C. by an electric heating device in the crucible and radiated to the substrate from the opening 5a of the molecular beam cell 5.
[0025]
The crucible is inside the opening 5a, and some of the heated materials are in a molten state. For example, since gallium has a melting point of about 30 ° C., it is in a molten state when heated. Therefore, since the material flows out if the opening 5a of the molecular beam cell 5 is downward, the molecular beam cell 5 is arranged with the opening 5a facing upward, and the material is emitted from the lower side with respect to the substrate 4. ing.
[0026]
Supply of the material to the molecular beam cell 5 is appropriately performed according to the amount used. For example, depending on the size of the substrate 4 and the growth amount of the crystal, the material is supplied every use for about 400 hours to 500 hours. Since the operation time for one crystal growth is about 1 to 4 hours, the material is supplied every about 100 to 400 operations. Any known material can be applied.
[0027]
The shroud 1 has a cavity with a diameter of 5 cm to 10 cm inside, and when the molecular beam epitaxy apparatus is growing a crystal, the cavity is filled with liquid nitrogen and cooled. When the crystal growth is completed, the supply of liquid nitrogen to the shroud 1 is stopped, and the liquid nitrogen is evaporated and removed. As the liquid nitrogen filled in the shroud 1, known ones can be used.
[0028]
As the crystal grows, deposits are gradually formed on the inner wall surface 1a of the shroud 1. For this reason, the inside of the vacuum chamber 2 is cleaned every time the material is supplied, and the deposits adhered to the inner wall surface 1a of the shroud 1 and the deposits falling on the bottom of the shroud 1 are removed.
[0029]
Since the deposit on the shroud 1 has a size of several centimeters, the shroud 1 may fall and enter the opening 5 a of the molecular beam cell 5. Thus, the deposit on the shroud 1 is inside the molecular beam cell 5. When entering, the quality of the growth film deteriorates in the crystal growth immediately after that. Specifically, a large number of defects occur, and the device characteristics are greatly adversely affected.
[0030]
In order to cope with this, the inner wall surface 1a which is the substrate facing surface of the shroud 1 has an uneven shape, and the unevenness of the inner wall surface 1a prevents peeling and falling of the deposits. That is, the unevenness functions to increase the surface area of the inner wall surface 1a, thereby reducing the amount of deposit per unit area of the deposit (thinning the deposit). As described above, the adhering matter has a size of several centimeters. Therefore, the unevenness may have a height of several centimeters to several tens of centimeters.
[0031]
The unevenness may be formed uniformly on the entire inner wall surface 1 a of the shroud 1, or may be formed around the opening 5 a of the molecular beam cell 5. When forming around the opening 5a, it is desirable to form an unevenness so as to surround the opening 5a with a protrusion higher than the height of the opening 5a. In this case, the projections and depressions may be formed so that the projections protrude outward from the opening 5a.
[0032]
When unevenness is formed around the opening 5a of the molecular beam cell 5, the unevenness may be formed so as to surround the opening 5a in a double or triple manner.
Further, it is possible to observe which part of the inner wall surface 1a of the shroud 1 is likely to fall, and to form the irregularities only in the part that easily falls.
[0033]
In the case where the inner wall surface 1a of the shroud 1 is provided with unevenness, the inner wall surface 1a located below the opening 5a of the molecular beam cell 5 does not need to be provided with unevenness, but the area of the entire inner wall surface 1a of the shroud 1 is increased. In view of this, the inner wall surface 1a located below the opening 5a may be uneven.
[0034]
According to the present embodiment, as the crystal grows, deposits are gradually formed on the inner wall surface 1a of the shroud 1. Compared with the shape of the conventional shroud 20 shown in FIG. The inner wall surface 1a of the shroud 1 of the present invention to be shown has a large surface area due to the uneven shape, and the thickness of the deposit is reduced.
[0035]
Therefore, in comparison with the conventional case, the deposit 6 peeled off from the shroud has dropped in the molecular beam cell 5 or in the vicinity of the molecular beam cell 5, but in this example, the deposit on the shroud 1 becomes difficult to peel off. The fall of the deposit can be suppressed.
[0036]
That is, if the amount of material used is the same, the thickness of the deposit will be reduced by the increase in surface area, so the probability of falling due to the weight of the deposit will be reduced, and thereby the inside of the molecular beam cell or in the vicinity thereof. It is possible to suppress the generation of a large number of defects in the growth film due to the fall of the deposit on the surface.
[0037]
Example 2
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the molecular beam epitaxy apparatus of the present embodiment, the inner wall surface 10a of the shroud 10 in the vacuum chamber 2 has an uneven shape in which the convex portion forms an acute angle. The upper surface 10b of the convex portion is horizontal. The convex portion may have a shape such that the protruding end side of the convex portion is positioned higher than the root side of the convex portion. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0038]
Also in this example, since the surface area of the inner wall surface 10a of the shroud 10 is increased as in the first embodiment, the thickness of the deposit is reduced. In addition, even if the deposits are peeled off from the lower surface 10 c of the convex portion of the inner wall surface 10 a of the shroud 10 and dropped, the deposits remain on the upper surface 10 b of the convex portion of the shroud 10 and fall on the molecular beam cell 5. There is nothing.
[0039]
In this way, by increasing the surface area of the inner wall surface of the shroud and reducing the amount of adhesion (thickness) per unit area, it is possible to prevent the deposit from falling due to its own weight. Alternatively, it is possible to suppress the generation of a large number of defects in the growth film due to the fall of the deposits in the vicinity.
[0040]
In the present embodiment, the molecular beam epitaxy apparatus of the type in which the substrate is disposed downward and the material is supplied from the lower side to the substrate is taken as an example. However, there are various molecular beam epitaxy apparatuses. There are various types of mounting methods and materials. However, as described above, since the molecular beam cell is always arranged upward, no matter what the shape of the shroud is, shroud deposits may enter the molecular beam cell or the molecular beam cell. There is a possibility that deposits on the shroud will fall in the vicinity.
[0041]
Therefore, any type of molecular beam epitaxy apparatus with the molecular beam cell facing upward and the shroud disposed in the vacuum chamber and having such a risk of falling deposits can be used. The present invention can be applied.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is difficult for the deposits to be peeled off from the shroud and fall off, and even if dropped, the deposits do not fall into or near the molecular beam cell, so that adverse effects on the film quality of the growth layer can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a molecular beam epitaxy apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a molecular beam epitaxy apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a conventional molecular beam epitaxy apparatus.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the time spent for crystal growth and the defect density on the crystal growth surface in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10 Shroud 1a, 10a Inner wall surface 10b of shroud Upper surface 10c of convex part of inner wall surface of shroud Lower surface 2 of convex part of inner wall surface of shroud Vacuum chamber 3 Manipulator 4 Substrate 5 Molecular beam cell

Claims (2)

真空チャンバ内に設けられ液体窒素により冷却されるシュラウドを有する分子線エピタキシー装置において、シュラウドの内壁面凹凸形状であり、その内壁面の凹凸形状は、その凸部が鋭角をなし、その凸部の上面が水平か、または凸部の突端側が凸部の根元側より高い位置となるような形状であることを特徴とする分子線エピタキシー装置。In a molecular beam epitaxy apparatus having a shroud provided in a vacuum chamber and cooled by liquid nitrogen, the inner wall surface of the shroud has an irregular shape , and the convex and concave shape of the inner wall surface has an acute angle, and the convex portion The molecular beam epitaxy apparatus is characterized in that the upper surface of the projection is horizontal or the protruding end side of the convex portion is positioned higher than the base side of the convex portion . 前記シュラウドに分子線セル用の開口が設けられ、シュラウドの内壁面の前記凹凸形状が、その分子線セル用の開口よりも上側に設けられてなる請求項1記載の分子線エピタキシー装置。The molecular beam epitaxy apparatus according to claim 1, wherein the shroud is provided with an opening for a molecular beam cell, and the uneven shape of the inner wall surface of the shroud is provided above the opening for the molecular beam cell.
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