JP3841635B2 - 分子線エピタキシ装置用ルツボ - Google Patents
分子線エピタキシ装置用ルツボ Download PDFInfo
- Publication number
- JP3841635B2 JP3841635B2 JP2000320849A JP2000320849A JP3841635B2 JP 3841635 B2 JP3841635 B2 JP 3841635B2 JP 2000320849 A JP2000320849 A JP 2000320849A JP 2000320849 A JP2000320849 A JP 2000320849A JP 3841635 B2 JP3841635 B2 JP 3841635B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- molecular beam
- inner crucible
- beam material
- thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/243—Crucibles for source material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶成長装置の１部分であり、分子線材料が充填される分子線エピタキシ（以下、ＭＢＥと言う）装置用ルツボに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、結晶製造技術の進歩は目覚しく、半導体発光素子や高移動度電子素子に利用される化合物半導体の成長法が実用化されている。この成長法としては、液相エピタキシャル法、有機金属化学気相成長法、ＭＢＥ法などが挙げられる。特にＭＢＥ法は、原子層レベルでの膜厚・膜質・ドーパント制御などに優れているため、半導体発光素子や高移動度電子素子の製造方法として注目されており、半導体レーザの量産技術としても既に実用化されている。
【０００３】
以下、ＭＢＥ法を実施するＭＢＥ装置について説明する。
【０００４】
図９に、ＭＢＥ装置の模式断面図を示す。このＭＢＥ装置は、図９に示すように、結晶成長室１００と、この結晶成長室１００に収容され、成長基板１１０を保持する基板ホルダ１０２と、この基板ホルダ１０２に対向するように結晶成長室１００に取り付けられたセル１１１,１１１とを備えている。このセル１１１,１１１は、分子線発生装置であり、Ｇａ、Ａｓ、Ａｌなどの分子線材料１１５が充填されたルツボ１０１,１０１を装着する。また、上記セル１１１は、図１０に示すように、ルツボ１０１を加熱するヒータ１１６と、ルツボ１０１の温度を検出する熱電対１１７とを有している。このセル１１１のヒータ１１６により分子線材料１１５が加熱されると、図９に示すように、分子線材料１１５は分子線１１４となって成長基板１１０上に供給される。このとき、上記セル１１１の正確な温度制御により、成長基板１１０上への材料分子線強度を制御している。また、上記セル１１１,１１１と成長基板１１０との間にはシャッタ１１２,１１２を設けている。このシャッタ１１２,１１２の開閉により、分子線供給のオン・オフを行えるようになっている。さらに、上記成長基板１１０への不純物混入を極力防ぐためイオンポンプなどの高性能ポンプを取り付けたり、結晶成長室１００の内壁に液体窒素を充填できるクライオパネル１１３を設けている。結晶成長中は、そのクライオパネル１１３に液体窒素を充填して、結晶成長室１００内の到達真空度を極限まで高めている。
【０００５】
以上のように、ＭＢＥ装置では、セル１１１による精密な温度制御、シャッタ１１２の開閉、到達真空度が高い(超高真空)状態の３つにより、非常に精密な膜厚・膜質・組成制御が行える。
【０００６】
図１１（ａ）にルツボ１０１の斜視図を示し、図１１（ｂ）にルツボ１０１の断面図を示している。上記ルツボ１０１は、図１１（ａ）,（ｂ）に示すように円錐形状をしている。また、上記ルツボ１０１の材質として、高温の融解金属と反応しにくく、熱伝導率・耐熱衝撃性にも優れたＰＢＮ(パイロリティック―ボロンナイトライド)を一般に用いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ＭＢＥ装置に使用されるルツボ１０１は、優れた特性を持つＰＢＮ製であっても割れることがあって、その割れた箇所から分子線材料１１５が漏れ出るという問題がある。
【０００８】
以下、ルツボ割れの原理を説明する。
【０００９】
上記分子線材料１１５が、燐や砒素などの昇華材料を除いた金属材料である場合は、図１２（ａ）に示すように、充填直後は固体であるが、昇温が開始され温度が材料の融点を越えると液化し始める。そして、図１２（ｂ）に示すように、結晶成長時には分子線材料１１５は液体状態になっている。すなわち、結晶性長時においてルツボ１０１内には液体金属があることになる。だが、上記セル１１１の温度を一旦材料金属の融点以下に下げると、分子線材料１１５（材料金属）が固化し始める。その分子線材料１１５の相変化に伴って、図１３の矢印Ａ方向の引っ張りもしくは圧縮応力がルツボ１０１に加わる。その後、上記セル１１１を昇温させると、固化していた分子線材料１１５が再び液化し、ルツボ１０１に加えられていた応力が緩和する。このような昇温・降温の熱サイクルが繰り返されると、図１４に示すように、ルツボ１０１に亀裂が入り、その亀裂から液体状態の分子線材料（金属材料）１１５が染み出して、ヒータ１１６・熱電対１１７を汚染する。液体金属である分子線材料１１５がセル１１１のヒータ１１６や熱電対１１７に付着するとルツボ１０１を意図通りに昇温できなくなるばかりか、最悪、ヒータ線や熱電対１１７が断線しセル１１１自体が使い物にならなくなる。特に上記分子線材料がＡｌである場合は熱サイクルによるルツボ割れの傾向が強い。
【００１０】
では、上記ルツボ１０１を常に高温に保てれば割れを防げるということになるが、それは不可能である。なぜなら、人間の誤動作や停電などによりルツボ１０１の温度は簡単に金属材料の融点以下に下がってしまうからである。さらに、メンテナンス作業に伴いルツボ１０１の温度を下げざるを得ないこともある。つまり、上記ＭＢＥ装置の運用上、ルツボ１０１への昇温・降温の熱サイクルは必ず生じてしまうのである。よって、結晶性長時に液化する分子線材料をルツボ１０１に充填する場合は、ルツボ割れの危険を常に考慮に入れなければならない。
【００１１】
上記ルツボ割れを防ぐ方法としては、単純にルツボ１０１の肉厚を厚くすることが考えられるが、ＰＢＮはその特性上厚くし過ぎると層分離を起こし、結果的には強度が低下してしまう。このため、ＰＢＮ製のルツボ１０１の厚さには０．５〜２．０ｍｍという適正値があり、肉厚を厚くするという強度補強方法には限界がある。
【００１２】
また、上記分子線材料１１５に均一に熱が加えられないと、分子線材料１１５から生じる分子線量が変化するため、成長基板１０２に対して安定した分子線供給が行えなくなる。このように、供給する分子線１１４がふらつくと、意図どおりの結晶成長ができなくなる。要するに、上記ルツボ１０１の温度を均一に保ち分子線材料１１５に安定した熱量を加えられるかどうかで、成長する素子の特性は大きく変化してしまうのである。
【００１３】
さらに、Ａｌなどには高温側に融液が移動するという性質がある。このため、Ａｌなどを分子線材料１１５として使用した場合、図１５に示すように、ルツボ１０１の開口部１０１ａ付近の温度を高くし過ぎると、分子線材料１１５がルツボ１０１の内面を這い上がる。その結果、上記分子線材料１１５がルツボ１０１からこぼれてセル１１１が破損してしまう。また、上記分子線材料１１５がルツボ１０１の内面を這い上がると、這い上がった分子線材料１１５の影響によって、溶融状態の分子線材料１１５の表面（液面）が不安定になり、分子線１１４のふらつきを引き起こす。このように、上記ルツボ１０１の内面において分子線材料１１５の這い上がりは、セル１０１の破壊および分子線１１４のふらつきを生じさせるので好ましくない。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に防止することができるＭＢＥ装置用ルツボおよびそれを用いたＭＢＥ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、上記内ルツボの外面のみが、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティ（放射率）が低いコート材で覆われていることを特徴としている。
【００１６】
上記構成のルツボによれば、万が一、上記内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められる。つまり、上記外ルツボによって分子線材料の外部への染み出しを防ぐ。したがって、上記分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
【００１７】
【００１８】
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を保てる。したがって、上記外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００１９】
【００２０】
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を確実に保てる。したがって、上記内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
また、内ルツボの外面のみを、内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆しているから、内ルツボの熱は外部に放出されにくく、内ルツボの分子線材料を効率よく加熱できる。
【００２６】
また、上記内ルツボの熱は外部に放出されにくいから、内ルツボの温度が均一に保たれ、分子線材料に安定した熱量を供給することができる。
【００２７】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボを例えば結晶成長室内に配置した場合、上記外ルツボの外面はコート材で被覆されていないから、結晶成長室がコート材不純物で汚染されるのを防げる。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
また、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、上記内ルツボの底部の外面は、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていると共に、上記外ルツボの底部の外面は、上記外ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴としている。
【００３２】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボによれば、万が一、上記内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められる。つまり、上記外ルツボによって分子線材料の外部への染み出しを防ぐ。したがって、上記分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を保てる。したがって、上記外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を確実に保てる。したがって、上記内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの底部の外面を、内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆していると共に、外ルツボの底部の外面を、外ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆しているから、内ルツボおよび外ルツにおいて開口部よりも底部の熱が放出されにくい。逆に言えば、上記底部よりも開口部の熱が放出されやすい。これにより、上記内ルツボおよび外ルツにおいて、底部で温度が高く、かつ、開口部で温度が低いという温度勾配が常につくことになる。その結果、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、内ルツボの内面を分子線材料が這い上がらない。したがって、結晶成長時に分子線材料の表面が安定し、分子線材料から生じる分子線のふらつきを抑えることができる。
【００３３】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボをセルに装着した場合、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、分子線材料が内ルツボの内面を這い上がらないから、分子線材料が内ルツボからこぼれず、分子線材料によってセルが破損するのを防止することができる。
【００３４】
また、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、上記内ルツボの底部の外面のみが、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴としている。
【００３５】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボによれば、万が一、上記内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められる。つまり、上記外ルツボによって分子線材料の外部への染み出しを防ぐ。したがって、上記分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を保てる。したがって、上記外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を確実に保てる。したがって、上記内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの底部の外面のみを、内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆しているから、内ルツボにおいて開口部よりも底部の熱が放出されにくい。逆に言えば、上記底部よりも開口部の熱が放出されやすい。これにより、上記内ルツボにおいて、底部で温度が高く、かつ、開口部で温度が低いという温度勾配が常につくことになる。その結果、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、内ルツボの内面を分子線材料が這い上がらない。したがって、結晶成長時に分子線材料の表面が安定し、分子線材料から生じる分子線のふらつきを抑えることができる。
【００３６】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボをセルに装着した場合、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、分子線材料が内ルツボの内面を這い上がらないから、分子線材料５が内ルツボからこぼれず、分子線材料によってセルが破損するのを防止することができる。
【００３７】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボを例えば結晶成長室内に配置した場合、上記外ルツボの外面はコート材で被覆されていないから、結晶成長室がコート材不純物で汚染されるのを防ぐことができる。
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＭＢＥ装置用ルツボを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４２】
本発明の第１実施形態を説明する前に、この第１実施形態をより理解し易くするために参考例を説明する。
（第１参考例）
図１に、本発明の第１参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。このＭＢＥ装置用ルツボは、図１に示すように分子線材料が充填される円錐形状の内ルツボ１と、この内ルツボ１の底部１ｃを収容する円錐形状の外ルツボ２とを備えている。上記内ルツボ１は、外ルツボ２の上方に位置し、外ルツボ２に接触していない。ここで、上記分子線材料とは、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである。
【００４３】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボによれば、仮に、内ルツボ１が割れてしまっても、内ルツボ１の底部１ｃが外ルツボ２に収容されているから、内ルツボ１から流出した分子線材料は外ルツボ２で受止められる。したがって、上記内ルツボ１内の分子線材料が外ルツボ２より外に流出するのを阻止できる。
【００４４】
また、上記構成のＭＢＥ装置用ルツボを図９に示す分子線セル１１１に装着して結晶成長を行った場合、仮に、内ルツボ１が割れたとしても、セル１１１のヒータ１１６や熱電対１１７が分子線材料で汚染されない。したがって、上記内ルツボ１の割れに伴うセル１１１の破壊を防止できる。その結果、ルツボ割れに伴うセル１１１のメンテナンスが不要になり、例えば半導体レーザなどの量産効果を高めることができる。
【００４５】
上記第１参考例では、結晶成長時に液化する金属である分子線材料を内ルツボ１に充填するが、結晶成長時に液化する金属以外の分子線材料を内ルツボ１に充填してもよいのは言うまでもない。
【００４６】
また、上記第１参考例では、内ルツボ１,外ルツボ２の形状は円錐形状であったが、内ルツボ１,外ルツボ２の形状は円錐形状に限定されない。
【００４７】
また、上記第１参考例では、内ルツボ１と外ルツボ２とは接触していなかったが、図２に示すように、内ルツボ１の側部１ｂと外ルツボ２の開口部２ａとが熱的に接触してもよい。ここで、熱的に接触するとは、熱伝導が十分に行われるように接触することである。このように、上記内ルツボ１の側部１ｂと外ルツボ２の開口部２ａとが熱的に接触している場合、上記外ルツボ２を例えばヒータで加熱すると、内ルツボ１の側部１ｂと外ルツボ２の開口部２ａとが熱的に接触しているから、内ルツボ１と外ルツボ２との温度差が低減する。その結果、上記内ルツボ１と外ルツボ２の熱均一性が保たれ、内ルツボ１内の分子線材料に熱量が安定して供給される。すなわち、上記分子線材料に均一な熱量を加えることができる。
【００４８】
（第２参考例）
図３は本発明の第２参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。このＭＢＥ装置用ルツボでは、図３に示すように、内ルツボ１の側部１ｂ全体が外ルツボ２に熱的に接触している。この場合、上記外ルツボ２を例えばヒータで加熱すると、内ルツボ１の側部１ｂ全体が外ルツボ２に熱的に接触しているから、内ルツボ１と外ルツボ２との温度差がより低減する。その結果、上記内ルツボ１内の分子線材料に安定した熱量を確実に供給できる。
【００４９】
また、図３のＭＢＥ装置用ルツボでは、内ルツボ１と外ルツボ２との接触率を高め、内ルツボ１と外ルツボ２との温度をより均一にする観点上、内ルツボ１の内面および外ルツボ２の外面は平坦であればあるほど好ましい。
【００５０】
（第３参考例）
図４は、本発明の第３参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。このＭＢＥ装置用ルツボでは、図４に示すように、円錐形状の外ルツボ２２上に円錐形状の内ルツボ２１を重ねている。上記内ルツボ２１の側部２１ｂ全体が外ルツボ２２の側部２２ｂにコート材２３を介して接触し、内ルツボ２１の開口部２１ａも外ルツボ２２の開口部２２ａにコート材２３を介して接触している。つまり、上記内ルツボ２１の外面を、内ルツボ２１の材質より熱的エミッシビティが低いコート材２３で被覆している。一方、上記外ルツボ２２の外面を、外ルツボ２２の材質より熱的エミッシビティが低いコート材２４で被覆している。また、図示しないが、上記内ルツボ２１内には、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである分子線材料を充填する。
【００５１】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボは、外ルツボ２２上に内ルツボ２１が重ねられて、外ルツボ２２に内ルツボ２１が収容されているから、上記第１参考例と同様の効果を奏する。
【００５２】
また、上記内ルツボ２１,外ルツボ２２の外面をコート材２３,２４で覆っているから、内ルツボ２１,外ルツボ２２の熱は外部に放出されにくくなっている。その結果、上記内ルツボ２１に充填される分子線材料が温まり易く、分子線材料を効率よく加熱できる。
【００５３】
また、上記内ルツボ２１および外ルツボ２２の熱的エミッシビティが低減されることから、内ルツボ２１および外ルツボ２２全体の温度均一性が高くなる。その結果、上記内ルツボ２１内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。すなわち、上記分子線材料に均一な加熱を行える。
【００５４】
また、図４のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、内ルツボ２１内の分子線材料に安定した熱量が供給されるから、分子線１１４のふらつきが生じない。したがって、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００５５】
上記第３参考例では、結晶成長時に液化する金属である分子線材料を内ルツボ２１に充填するが、結晶成長時に液化する金属以外の分子線材料を内ルツボ２１に充填してもよいのは言うまでもない。
【００５６】
また、上記第３参考例では、内ルツボ２１,外ルツボ２２の形状は円錐形状であったが、内ルツボ２１,外ルツボ２２の形状は円錐形状に限定されない。
【００５７】
また、上記第３参考例では、コート材２３,２４として例えばカーボン等を用いることができる。
【００５８】
（第１実施形態）
図５は本発明の第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。上記第３参考例では、上記内ルツボ２１,外ルツボ２２の外面をコート材２３,２４とで被覆したが、本発明の第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボでは、図５に示すように、内ルツボ２１の外面のみをコート材２３で被覆している。この場合、上記内ルツボ２１の外面をコート材２３で覆っているから、内ルツボ２１の熱は外部に放出されにくく、分子線材料を効率よく加熱できる。また、上記内ルツボ２１の熱的エミッシビティが低減されることから、内ルツボ２１全体の温度均一性が高くなる。その結果、上記内ルツボ２１内の分子線材料に熱量が安定して供給され、分子線材料に均一な加熱を行える。
【００５９】
また、図５のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、外ルツボ２２の外面はコート材で覆われていないから、図４のＭＢＥ装置用ルツボを使用するより、結晶成長室１００の汚染を低減できる。また、上記内ルツボ２１内の分子線材料に安定した熱量が供給されるから、分子線材料から生じる分子線１１４のふらつきが抑制され、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００６０】
ところで、上記内ルツボ２１,外ルツボ２２の材料がＰＢＮである場合、ＰＢＮは赤外線透過率が高いために、材料融液部分、つまり内ルツボ２１の底部２１ｃは均一に加熱されるが、分子線材料のない内ルツボ２１の開口部２１ａはヒータからの赤外線が透過してしまって温度が低下する。
【００６１】
そこで、図６に示すように、内ルツボ２１の外面をカーボン２５で被覆する。この場合、上記内ルツボ２１の外面を赤外線熱吸材であるカーボン２５で被覆しているから、内ルツボ２１の底部２１ｃと内ルツボ２１の開口部２１ａとが同じ温度に保たれ、分子線材料へ熱量を安定して供給できる。なお、２６は、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである分子線材料である。
【００６２】
（第２実施形態）
図７に、本発明の第２実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図を示している。このＭＢＥ装置用ルツボは、図７に示すように、円錐形状の外ルツボ３２上に円錐形状の内ルツボ３１を重ねている。上記内ルツボ３１の側部３１ｂ全体が外ルツボ３２の側部３２ｂに接触し、内ルツボ３１の開口部３１ａが外ルツボ３２の開口部３２ａに接触している。また、上記内ルツボ３１の底部３１ｃは、外ルツボ３２の底部３２ｃにコート材３３を介して接触している。つまり、上記内ルツボ３１の底部３１ｃの外面を、内ルツボ３１の材質より熱的エミッシビティが低いコート材３３で被覆している。一方、上記外ルツボ３２の底部３２ｃの外面を、外ルツボ３２の材質より熱的エミッシビティが低いコート材３４で被覆している。また、上記内ルツボ３１内には、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである分子線材料３６を充填する。図７では、上記分子線材料３６は溶融状態である。
【００６３】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボは、上記外ルツボ３２上に内ルツボ３１が重ねられて、内ルツボ３１が外ルツボ３２収容されているから、上記第１参考例と同様の効果を奏する。
【００６４】
また、上記内ルツボ３１,外ルツボ３２の底部３１ｃ,３２ｃの外面がコート材３３,３４で覆われているから、内ルツボ３１,外ルツボ３２の底部３１ｃ,３２ｃの熱は放出されにくく、内ルツボ３１,外ルツボ３２の開口部３１ａ,３２ａの熱は放出されやすい。これにより、上記底部３１ｃ,３２ｃの温度よりも開口部３１ａ,３２ａの温度の方が低いという温度勾配の環境が作られる。その結果、上記分子線材料３６は内ルツボ３１の底部３１ｃに留まり易くなり、内ルツボ３１の内面における分子線材料３６の這い上がりを抑制できる。
【００６５】
また、図７のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、内ルツボ３１の内面における分子線材料３６の這い上がりが抑制されるから、分子線１１４のふらつきが生じない。したがって、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００６６】
上記第２実施形態では、結晶成長時に液化する金属である分子線材料３６を内ルツボ３１に充填するが、結晶成長時に液化する金属以外の分子線材料３６を内ルツボ３１に充填してもよいのは言うまでもない。
【００６７】
また、上記第２実施形態では、内ルツボ３１,外ルツボ３２の形状は円錐形状であったが、内ルツボ３１,外ルツボ３２の形状は円錐形状に限定されない。
【００６８】
また、上記第２実施形態では、コート材３３,３４として例えばカーボン等を用いることができる。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、内ルツボ３１,外ルツボ３２の底部３１ｃ,３２ｃの外面をコート材３３,３４で被覆していたが、図８に示すように、内ルツボ３１の底部３１ｃの外面のみをコート材３３で被覆してもよい。この場合、上記内ルツボ３１の底部３１ｃの外面をコート材３３で覆っているから、内ルツボ３１において底部３１ｃの温度よりも開口部３１ａの温度の方が低くなる。したがって、上記分子線材料３６は内ルツボ３１の底部３１ｃに留まり易くなり、内ルツボ３１の内面における分子線材料３６の這い上がりを抑制できる。
【００７０】
また、図８のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、内ルツボ３１の底部３１ｃの外面のみをコート材３３で被覆しているから、外ルツボ３２の底部３２の外面はコート材で覆われておらず、図７のＭＢＥ装置用ルツボを使用するより、結晶成長室１００の汚染を低減できる。また、上記内ルツボ３１内の分子線材料３６に安定した熱量が供給されるから、分子線材料から生じる分子線１１４のふらつきが抑制され、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、万が一、内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められて、分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
【００７２】
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性が保たれ、内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００７３】
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性が確実に保たれ、外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【００８２】
【００８３】
【００８４】
【００８５】
【００８６】
【００８７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図２】 図２は上記第１参考例のＭＢＥ装置用ルツボの変形例の模式断面図である。
【図３】 図３は本発明の第２参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図４】 図４は本発明の第３参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図５】 図５は本発明の第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図６】 図６は上記第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの変形例の模式断面図である。
【図７】 図７は本発明の第２実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図８】 図８は上記第２実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの変形例の模式断面図である。
【図９】 図９はＭＢＥ装置の模式断面図である。
【図１０】 図１０は上記ＭＢＥ装置のセルの模式断面図である。
【図１１】 図１１（ａ）は上記セルに装着する従来のＭＢＥ装置用ルツボの斜視図であり、図１１（ｂ）は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの断面図である。
【図１２】 図１２（ａ）は分子線材料を充填した直後の上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの断面図であり、図１２（ｂ）は結晶成長時上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの断面図である。
【図１３】 図１３は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボに働く引っ張り・圧縮応力を説明するための図である。
【図１４】 図１４は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの割れに伴う材料こぼれを説明するための図である。
【図１５】 図１５は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの材料這い上がりを説明するための図である。
【符号の説明】
１,２１,３１ 内ルツボ
２,２２,３２ 外ルツボ
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶成長装置の１部分であり、分子線材料が充填される分子線エピタキシ（以下、ＭＢＥと言う）装置用ルツボに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、結晶製造技術の進歩は目覚しく、半導体発光素子や高移動度電子素子に利用される化合物半導体の成長法が実用化されている。この成長法としては、液相エピタキシャル法、有機金属化学気相成長法、ＭＢＥ法などが挙げられる。特にＭＢＥ法は、原子層レベルでの膜厚・膜質・ドーパント制御などに優れているため、半導体発光素子や高移動度電子素子の製造方法として注目されており、半導体レーザの量産技術としても既に実用化されている。
【０００３】
以下、ＭＢＥ法を実施するＭＢＥ装置について説明する。
【０００４】
図９に、ＭＢＥ装置の模式断面図を示す。このＭＢＥ装置は、図９に示すように、結晶成長室１００と、この結晶成長室１００に収容され、成長基板１１０を保持する基板ホルダ１０２と、この基板ホルダ１０２に対向するように結晶成長室１００に取り付けられたセル１１１,１１１とを備えている。このセル１１１,１１１は、分子線発生装置であり、Ｇａ、Ａｓ、Ａｌなどの分子線材料１１５が充填されたルツボ１０１,１０１を装着する。また、上記セル１１１は、図１０に示すように、ルツボ１０１を加熱するヒータ１１６と、ルツボ１０１の温度を検出する熱電対１１７とを有している。このセル１１１のヒータ１１６により分子線材料１１５が加熱されると、図９に示すように、分子線材料１１５は分子線１１４となって成長基板１１０上に供給される。このとき、上記セル１１１の正確な温度制御により、成長基板１１０上への材料分子線強度を制御している。また、上記セル１１１,１１１と成長基板１１０との間にはシャッタ１１２,１１２を設けている。このシャッタ１１２,１１２の開閉により、分子線供給のオン・オフを行えるようになっている。さらに、上記成長基板１１０への不純物混入を極力防ぐためイオンポンプなどの高性能ポンプを取り付けたり、結晶成長室１００の内壁に液体窒素を充填できるクライオパネル１１３を設けている。結晶成長中は、そのクライオパネル１１３に液体窒素を充填して、結晶成長室１００内の到達真空度を極限まで高めている。
【０００５】
以上のように、ＭＢＥ装置では、セル１１１による精密な温度制御、シャッタ１１２の開閉、到達真空度が高い(超高真空)状態の３つにより、非常に精密な膜厚・膜質・組成制御が行える。
【０００６】
図１１（ａ）にルツボ１０１の斜視図を示し、図１１（ｂ）にルツボ１０１の断面図を示している。上記ルツボ１０１は、図１１（ａ）,（ｂ）に示すように円錐形状をしている。また、上記ルツボ１０１の材質として、高温の融解金属と反応しにくく、熱伝導率・耐熱衝撃性にも優れたＰＢＮ(パイロリティック―ボロンナイトライド)を一般に用いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ＭＢＥ装置に使用されるルツボ１０１は、優れた特性を持つＰＢＮ製であっても割れることがあって、その割れた箇所から分子線材料１１５が漏れ出るという問題がある。
【０００８】
以下、ルツボ割れの原理を説明する。
【０００９】
上記分子線材料１１５が、燐や砒素などの昇華材料を除いた金属材料である場合は、図１２（ａ）に示すように、充填直後は固体であるが、昇温が開始され温度が材料の融点を越えると液化し始める。そして、図１２（ｂ）に示すように、結晶成長時には分子線材料１１５は液体状態になっている。すなわち、結晶性長時においてルツボ１０１内には液体金属があることになる。だが、上記セル１１１の温度を一旦材料金属の融点以下に下げると、分子線材料１１５（材料金属）が固化し始める。その分子線材料１１５の相変化に伴って、図１３の矢印Ａ方向の引っ張りもしくは圧縮応力がルツボ１０１に加わる。その後、上記セル１１１を昇温させると、固化していた分子線材料１１５が再び液化し、ルツボ１０１に加えられていた応力が緩和する。このような昇温・降温の熱サイクルが繰り返されると、図１４に示すように、ルツボ１０１に亀裂が入り、その亀裂から液体状態の分子線材料（金属材料）１１５が染み出して、ヒータ１１６・熱電対１１７を汚染する。液体金属である分子線材料１１５がセル１１１のヒータ１１６や熱電対１１７に付着するとルツボ１０１を意図通りに昇温できなくなるばかりか、最悪、ヒータ線や熱電対１１７が断線しセル１１１自体が使い物にならなくなる。特に上記分子線材料がＡｌである場合は熱サイクルによるルツボ割れの傾向が強い。
【００１０】
では、上記ルツボ１０１を常に高温に保てれば割れを防げるということになるが、それは不可能である。なぜなら、人間の誤動作や停電などによりルツボ１０１の温度は簡単に金属材料の融点以下に下がってしまうからである。さらに、メンテナンス作業に伴いルツボ１０１の温度を下げざるを得ないこともある。つまり、上記ＭＢＥ装置の運用上、ルツボ１０１への昇温・降温の熱サイクルは必ず生じてしまうのである。よって、結晶性長時に液化する分子線材料をルツボ１０１に充填する場合は、ルツボ割れの危険を常に考慮に入れなければならない。
【００１１】
上記ルツボ割れを防ぐ方法としては、単純にルツボ１０１の肉厚を厚くすることが考えられるが、ＰＢＮはその特性上厚くし過ぎると層分離を起こし、結果的には強度が低下してしまう。このため、ＰＢＮ製のルツボ１０１の厚さには０．５〜２．０ｍｍという適正値があり、肉厚を厚くするという強度補強方法には限界がある。
【００１２】
また、上記分子線材料１１５に均一に熱が加えられないと、分子線材料１１５から生じる分子線量が変化するため、成長基板１０２に対して安定した分子線供給が行えなくなる。このように、供給する分子線１１４がふらつくと、意図どおりの結晶成長ができなくなる。要するに、上記ルツボ１０１の温度を均一に保ち分子線材料１１５に安定した熱量を加えられるかどうかで、成長する素子の特性は大きく変化してしまうのである。
【００１３】
さらに、Ａｌなどには高温側に融液が移動するという性質がある。このため、Ａｌなどを分子線材料１１５として使用した場合、図１５に示すように、ルツボ１０１の開口部１０１ａ付近の温度を高くし過ぎると、分子線材料１１５がルツボ１０１の内面を這い上がる。その結果、上記分子線材料１１５がルツボ１０１からこぼれてセル１１１が破損してしまう。また、上記分子線材料１１５がルツボ１０１の内面を這い上がると、這い上がった分子線材料１１５の影響によって、溶融状態の分子線材料１１５の表面（液面）が不安定になり、分子線１１４のふらつきを引き起こす。このように、上記ルツボ１０１の内面において分子線材料１１５の這い上がりは、セル１０１の破壊および分子線１１４のふらつきを生じさせるので好ましくない。
【００１４】
そこで、本発明の課題は、分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に防止することができるＭＢＥ装置用ルツボおよびそれを用いたＭＢＥ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、上記内ルツボの外面のみが、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティ（放射率）が低いコート材で覆われていることを特徴としている。
【００１６】
上記構成のルツボによれば、万が一、上記内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められる。つまり、上記外ルツボによって分子線材料の外部への染み出しを防ぐ。したがって、上記分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
【００１７】
【００１８】
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を保てる。したがって、上記外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００１９】
【００２０】
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を確実に保てる。したがって、上記内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
また、内ルツボの外面のみを、内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆しているから、内ルツボの熱は外部に放出されにくく、内ルツボの分子線材料を効率よく加熱できる。
【００２６】
また、上記内ルツボの熱は外部に放出されにくいから、内ルツボの温度が均一に保たれ、分子線材料に安定した熱量を供給することができる。
【００２７】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボを例えば結晶成長室内に配置した場合、上記外ルツボの外面はコート材で被覆されていないから、結晶成長室がコート材不純物で汚染されるのを防げる。
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
また、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、上記内ルツボの底部の外面は、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていると共に、上記外ルツボの底部の外面は、上記外ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴としている。
【００３２】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボによれば、万が一、上記内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められる。つまり、上記外ルツボによって分子線材料の外部への染み出しを防ぐ。したがって、上記分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を保てる。したがって、上記外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を確実に保てる。したがって、上記内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの底部の外面を、内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆していると共に、外ルツボの底部の外面を、外ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆しているから、内ルツボおよび外ルツにおいて開口部よりも底部の熱が放出されにくい。逆に言えば、上記底部よりも開口部の熱が放出されやすい。これにより、上記内ルツボおよび外ルツにおいて、底部で温度が高く、かつ、開口部で温度が低いという温度勾配が常につくことになる。その結果、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、内ルツボの内面を分子線材料が這い上がらない。したがって、結晶成長時に分子線材料の表面が安定し、分子線材料から生じる分子線のふらつきを抑えることができる。
【００３３】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボをセルに装着した場合、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、分子線材料が内ルツボの内面を這い上がらないから、分子線材料が内ルツボからこぼれず、分子線材料によってセルが破損するのを防止することができる。
【００３４】
また、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、上記内ルツボの底部の外面のみが、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴としている。
【００３５】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボによれば、万が一、上記内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められる。つまり、上記外ルツボによって分子線材料の外部への染み出しを防ぐ。したがって、上記分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を保てる。したがって、上記外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性を確実に保てる。したがって、上記内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
また、上記内ルツボの底部の外面のみを、内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で被覆しているから、内ルツボにおいて開口部よりも底部の熱が放出されにくい。逆に言えば、上記底部よりも開口部の熱が放出されやすい。これにより、上記内ルツボにおいて、底部で温度が高く、かつ、開口部で温度が低いという温度勾配が常につくことになる。その結果、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、内ルツボの内面を分子線材料が這い上がらない。したがって、結晶成長時に分子線材料の表面が安定し、分子線材料から生じる分子線のふらつきを抑えることができる。
【００３６】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボをセルに装着した場合、上記分子線材料が例えばＡｌなどであっても、分子線材料が内ルツボの内面を這い上がらないから、分子線材料５が内ルツボからこぼれず、分子線材料によってセルが破損するのを防止することができる。
【００３７】
また、上記ＭＢＥ装置用ルツボを例えば結晶成長室内に配置した場合、上記外ルツボの外面はコート材で被覆されていないから、結晶成長室がコート材不純物で汚染されるのを防ぐことができる。
【００３８】
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＭＢＥ装置用ルツボを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４２】
本発明の第１実施形態を説明する前に、この第１実施形態をより理解し易くするために参考例を説明する。
（第１参考例）
図１に、本発明の第１参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。このＭＢＥ装置用ルツボは、図１に示すように分子線材料が充填される円錐形状の内ルツボ１と、この内ルツボ１の底部１ｃを収容する円錐形状の外ルツボ２とを備えている。上記内ルツボ１は、外ルツボ２の上方に位置し、外ルツボ２に接触していない。ここで、上記分子線材料とは、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである。
【００４３】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボによれば、仮に、内ルツボ１が割れてしまっても、内ルツボ１の底部１ｃが外ルツボ２に収容されているから、内ルツボ１から流出した分子線材料は外ルツボ２で受止められる。したがって、上記内ルツボ１内の分子線材料が外ルツボ２より外に流出するのを阻止できる。
【００４４】
また、上記構成のＭＢＥ装置用ルツボを図９に示す分子線セル１１１に装着して結晶成長を行った場合、仮に、内ルツボ１が割れたとしても、セル１１１のヒータ１１６や熱電対１１７が分子線材料で汚染されない。したがって、上記内ルツボ１の割れに伴うセル１１１の破壊を防止できる。その結果、ルツボ割れに伴うセル１１１のメンテナンスが不要になり、例えば半導体レーザなどの量産効果を高めることができる。
【００４５】
上記第１参考例では、結晶成長時に液化する金属である分子線材料を内ルツボ１に充填するが、結晶成長時に液化する金属以外の分子線材料を内ルツボ１に充填してもよいのは言うまでもない。
【００４６】
また、上記第１参考例では、内ルツボ１,外ルツボ２の形状は円錐形状であったが、内ルツボ１,外ルツボ２の形状は円錐形状に限定されない。
【００４７】
また、上記第１参考例では、内ルツボ１と外ルツボ２とは接触していなかったが、図２に示すように、内ルツボ１の側部１ｂと外ルツボ２の開口部２ａとが熱的に接触してもよい。ここで、熱的に接触するとは、熱伝導が十分に行われるように接触することである。このように、上記内ルツボ１の側部１ｂと外ルツボ２の開口部２ａとが熱的に接触している場合、上記外ルツボ２を例えばヒータで加熱すると、内ルツボ１の側部１ｂと外ルツボ２の開口部２ａとが熱的に接触しているから、内ルツボ１と外ルツボ２との温度差が低減する。その結果、上記内ルツボ１と外ルツボ２の熱均一性が保たれ、内ルツボ１内の分子線材料に熱量が安定して供給される。すなわち、上記分子線材料に均一な熱量を加えることができる。
【００４８】
（第２参考例）
図３は本発明の第２参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。このＭＢＥ装置用ルツボでは、図３に示すように、内ルツボ１の側部１ｂ全体が外ルツボ２に熱的に接触している。この場合、上記外ルツボ２を例えばヒータで加熱すると、内ルツボ１の側部１ｂ全体が外ルツボ２に熱的に接触しているから、内ルツボ１と外ルツボ２との温度差がより低減する。その結果、上記内ルツボ１内の分子線材料に安定した熱量を確実に供給できる。
【００４９】
また、図３のＭＢＥ装置用ルツボでは、内ルツボ１と外ルツボ２との接触率を高め、内ルツボ１と外ルツボ２との温度をより均一にする観点上、内ルツボ１の内面および外ルツボ２の外面は平坦であればあるほど好ましい。
【００５０】
（第３参考例）
図４は、本発明の第３参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。このＭＢＥ装置用ルツボでは、図４に示すように、円錐形状の外ルツボ２２上に円錐形状の内ルツボ２１を重ねている。上記内ルツボ２１の側部２１ｂ全体が外ルツボ２２の側部２２ｂにコート材２３を介して接触し、内ルツボ２１の開口部２１ａも外ルツボ２２の開口部２２ａにコート材２３を介して接触している。つまり、上記内ルツボ２１の外面を、内ルツボ２１の材質より熱的エミッシビティが低いコート材２３で被覆している。一方、上記外ルツボ２２の外面を、外ルツボ２２の材質より熱的エミッシビティが低いコート材２４で被覆している。また、図示しないが、上記内ルツボ２１内には、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである分子線材料を充填する。
【００５１】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボは、外ルツボ２２上に内ルツボ２１が重ねられて、外ルツボ２２に内ルツボ２１が収容されているから、上記第１参考例と同様の効果を奏する。
【００５２】
また、上記内ルツボ２１,外ルツボ２２の外面をコート材２３,２４で覆っているから、内ルツボ２１,外ルツボ２２の熱は外部に放出されにくくなっている。その結果、上記内ルツボ２１に充填される分子線材料が温まり易く、分子線材料を効率よく加熱できる。
【００５３】
また、上記内ルツボ２１および外ルツボ２２の熱的エミッシビティが低減されることから、内ルツボ２１および外ルツボ２２全体の温度均一性が高くなる。その結果、上記内ルツボ２１内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。すなわち、上記分子線材料に均一な加熱を行える。
【００５４】
また、図４のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、内ルツボ２１内の分子線材料に安定した熱量が供給されるから、分子線１１４のふらつきが生じない。したがって、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００５５】
上記第３参考例では、結晶成長時に液化する金属である分子線材料を内ルツボ２１に充填するが、結晶成長時に液化する金属以外の分子線材料を内ルツボ２１に充填してもよいのは言うまでもない。
【００５６】
また、上記第３参考例では、内ルツボ２１,外ルツボ２２の形状は円錐形状であったが、内ルツボ２１,外ルツボ２２の形状は円錐形状に限定されない。
【００５７】
また、上記第３参考例では、コート材２３,２４として例えばカーボン等を用いることができる。
【００５８】
（第１実施形態）
図５は本発明の第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。上記第３参考例では、上記内ルツボ２１,外ルツボ２２の外面をコート材２３,２４とで被覆したが、本発明の第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボでは、図５に示すように、内ルツボ２１の外面のみをコート材２３で被覆している。この場合、上記内ルツボ２１の外面をコート材２３で覆っているから、内ルツボ２１の熱は外部に放出されにくく、分子線材料を効率よく加熱できる。また、上記内ルツボ２１の熱的エミッシビティが低減されることから、内ルツボ２１全体の温度均一性が高くなる。その結果、上記内ルツボ２１内の分子線材料に熱量が安定して供給され、分子線材料に均一な加熱を行える。
【００５９】
また、図５のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、外ルツボ２２の外面はコート材で覆われていないから、図４のＭＢＥ装置用ルツボを使用するより、結晶成長室１００の汚染を低減できる。また、上記内ルツボ２１内の分子線材料に安定した熱量が供給されるから、分子線材料から生じる分子線１１４のふらつきが抑制され、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００６０】
ところで、上記内ルツボ２１,外ルツボ２２の材料がＰＢＮである場合、ＰＢＮは赤外線透過率が高いために、材料融液部分、つまり内ルツボ２１の底部２１ｃは均一に加熱されるが、分子線材料のない内ルツボ２１の開口部２１ａはヒータからの赤外線が透過してしまって温度が低下する。
【００６１】
そこで、図６に示すように、内ルツボ２１の外面をカーボン２５で被覆する。この場合、上記内ルツボ２１の外面を赤外線熱吸材であるカーボン２５で被覆しているから、内ルツボ２１の底部２１ｃと内ルツボ２１の開口部２１ａとが同じ温度に保たれ、分子線材料へ熱量を安定して供給できる。なお、２６は、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである分子線材料である。
【００６２】
（第２実施形態）
図７に、本発明の第２実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図を示している。このＭＢＥ装置用ルツボは、図７に示すように、円錐形状の外ルツボ３２上に円錐形状の内ルツボ３１を重ねている。上記内ルツボ３１の側部３１ｂ全体が外ルツボ３２の側部３２ｂに接触し、内ルツボ３１の開口部３１ａが外ルツボ３２の開口部３２ａに接触している。また、上記内ルツボ３１の底部３１ｃは、外ルツボ３２の底部３２ｃにコート材３３を介して接触している。つまり、上記内ルツボ３１の底部３１ｃの外面を、内ルツボ３１の材質より熱的エミッシビティが低いコート材３３で被覆している。一方、上記外ルツボ３２の底部３２ｃの外面を、外ルツボ３２の材質より熱的エミッシビティが低いコート材３４で被覆している。また、上記内ルツボ３１内には、結晶性長時に液化する金属、例えば、ＡｌやＧａやＩｎなどである分子線材料３６を充填する。図７では、上記分子線材料３６は溶融状態である。
【００６３】
上記構成のＭＢＥ装置用ルツボは、上記外ルツボ３２上に内ルツボ３１が重ねられて、内ルツボ３１が外ルツボ３２収容されているから、上記第１参考例と同様の効果を奏する。
【００６４】
また、上記内ルツボ３１,外ルツボ３２の底部３１ｃ,３２ｃの外面がコート材３３,３４で覆われているから、内ルツボ３１,外ルツボ３２の底部３１ｃ,３２ｃの熱は放出されにくく、内ルツボ３１,外ルツボ３２の開口部３１ａ,３２ａの熱は放出されやすい。これにより、上記底部３１ｃ,３２ｃの温度よりも開口部３１ａ,３２ａの温度の方が低いという温度勾配の環境が作られる。その結果、上記分子線材料３６は内ルツボ３１の底部３１ｃに留まり易くなり、内ルツボ３１の内面における分子線材料３６の這い上がりを抑制できる。
【００６５】
また、図７のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、内ルツボ３１の内面における分子線材料３６の這い上がりが抑制されるから、分子線１１４のふらつきが生じない。したがって、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００６６】
上記第２実施形態では、結晶成長時に液化する金属である分子線材料３６を内ルツボ３１に充填するが、結晶成長時に液化する金属以外の分子線材料３６を内ルツボ３１に充填してもよいのは言うまでもない。
【００６７】
また、上記第２実施形態では、内ルツボ３１,外ルツボ３２の形状は円錐形状であったが、内ルツボ３１,外ルツボ３２の形状は円錐形状に限定されない。
【００６８】
また、上記第２実施形態では、コート材３３,３４として例えばカーボン等を用いることができる。
【００６９】
また、上記第２実施形態では、内ルツボ３１,外ルツボ３２の底部３１ｃ,３２ｃの外面をコート材３３,３４で被覆していたが、図８に示すように、内ルツボ３１の底部３１ｃの外面のみをコート材３３で被覆してもよい。この場合、上記内ルツボ３１の底部３１ｃの外面をコート材３３で覆っているから、内ルツボ３１において底部３１ｃの温度よりも開口部３１ａの温度の方が低くなる。したがって、上記分子線材料３６は内ルツボ３１の底部３１ｃに留まり易くなり、内ルツボ３１の内面における分子線材料３６の這い上がりを抑制できる。
【００７０】
また、図８のＭＢＥ装置用ルツボを図９のセル１１１に装着して結晶成長を行った場合、内ルツボ３１の底部３１ｃの外面のみをコート材３３で被覆しているから、外ルツボ３２の底部３２の外面はコート材で覆われておらず、図７のＭＢＥ装置用ルツボを使用するより、結晶成長室１００の汚染を低減できる。また、上記内ルツボ３１内の分子線材料３６に安定した熱量が供給されるから、分子線材料から生じる分子線１１４のふらつきが抑制され、良好な素子特性を有する例えば半導体レーザを製作できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明のＭＢＥ装置用ルツボは、万が一、内ルツボが割れたとしても、内ルツボの少なくとも一部が外ルツボに収容されているから、内ルツボから漏れ出た分子線材料が外ルツボで受止められて、分子線材料の漏出を簡単な構造で確実に阻止できる。
【００７２】
また、上記内ルツボと外ルツボとが熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性が保たれ、内ルツボの分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００７３】
また、上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的に接触しているから、内ルツボと外ルツボとの温度差が無くなり、内ルツボと外ルツボとの熱的均一性が確実に保たれ、外ルツボを介して内ルツボ内の分子線材料に熱量を安定して供給できる。
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【００８２】
【００８３】
【００８４】
【００８５】
【００８６】
【００８７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図２】 図２は上記第１参考例のＭＢＥ装置用ルツボの変形例の模式断面図である。
【図３】 図３は本発明の第２参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図４】 図４は本発明の第３参考例のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図５】 図５は本発明の第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図６】 図６は上記第１実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの変形例の模式断面図である。
【図７】 図７は本発明の第２実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの模式断面図である。
【図８】 図８は上記第２実施形態のＭＢＥ装置用ルツボの変形例の模式断面図である。
【図９】 図９はＭＢＥ装置の模式断面図である。
【図１０】 図１０は上記ＭＢＥ装置のセルの模式断面図である。
【図１１】 図１１（ａ）は上記セルに装着する従来のＭＢＥ装置用ルツボの斜視図であり、図１１（ｂ）は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの断面図である。
【図１２】 図１２（ａ）は分子線材料を充填した直後の上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの断面図であり、図１２（ｂ）は結晶成長時上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの断面図である。
【図１３】 図１３は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボに働く引っ張り・圧縮応力を説明するための図である。
【図１４】 図１４は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの割れに伴う材料こぼれを説明するための図である。
【図１５】 図１５は上記従来のＭＢＥ装置用ルツボの材料這い上がりを説明するための図である。
【符号の説明】
１,２１,３１ 内ルツボ
２,２２,３２ 外ルツボ
Claims (3)
- 分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、
上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、
上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、
上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、
上記内ルツボの外面のみが、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴とする分子線エピタキシ装置用ルツボ。 - 分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、
上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、
上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、
上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、
上記内ルツボの底部の外面は、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていると共に、上記外ルツボの底部の外面は、上記外ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴とする分子線エピタキシ装置用ルツボ。 - 分子線材料が充填される内ルツボと、この内ルツボの少なくとも一部を収容する外ルツボとを備え、
上記内ルツボが上記外ルツボに熱的に接触し、
上記内ルツボの側部全体が上記外ルツボに熱的かつ物理的に接触し、
上記内ルツボの底部と上記外ルツボとの間に隙間があり、
上記内ルツボの底部の外面のみが、上記内ルツボの材質より熱的エミッシビティが低いコート材で覆われていることを特徴とする分子線エピタキシ装置用ルツボ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320849A JP3841635B2 (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | 分子線エピタキシ装置用ルツボ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320849A JP3841635B2 (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | 分子線エピタキシ装置用ルツボ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002128590A JP2002128590A (ja) | 2002-05-09 |
| JP3841635B2 true JP3841635B2 (ja) | 2006-11-01 |
Family
ID=18799065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000320849A Expired - Fee Related JP3841635B2 (ja) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | 分子線エピタキシ装置用ルツボ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3841635B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4902123B2 (ja) * | 2005-02-16 | 2012-03-21 | 株式会社アルバック | 有機材料用蒸発源及び有機蒸着装置 |
| CN104018123B (zh) * | 2014-06-16 | 2016-05-11 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 侦测和防止高温金属材料泄漏的加热装置 |
-
2000
- 2000-10-20 JP JP2000320849A patent/JP3841635B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002128590A (ja) | 2002-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100951493B1 (ko) | 진공 박막 증착용 분자빔 에피탁시 발사셀과 방법 | |
| KR101979130B1 (ko) | 금속 도가니에 담겨진 용융물로부터 베타 상의 산화 갈륨 단결정을 성장시키는 방법 | |
| FR2641901A1 (fr) | Suscepteur destine a etre utilise dans un dispositif vertical pour realiser une croissance en phase vapeur | |
| KR20110110187A (ko) | 열확산 오리피스를 갖는 진공 증착원 | |
| KR20110032695A (ko) | 유도가열 금속 증착원 | |
| JP3841635B2 (ja) | 分子線エピタキシ装置用ルツボ | |
| EP3051008B1 (en) | Crucible and ingot growing device comprising same | |
| US6800136B2 (en) | Axial gradient transport apparatus and process | |
| JP3684343B2 (ja) | 薄膜堆積用分子線源セル | |
| JP2021183714A (ja) | 真空蒸着装置用の蒸着源 | |
| JP3616586B2 (ja) | 薄膜堆積用分子線源セル | |
| KR100358727B1 (ko) | 기상유기물 증착방법과 이를 이용한 기상유기물 증착장치 | |
| JP3817054B2 (ja) | 蒸着源用るつぼ、及び蒸着装置 | |
| KR100848810B1 (ko) | 단결정 성장 방법 및 그 장치 | |
| KR101499054B1 (ko) | 내부 오염 방지형 진공 증발원 | |
| FR2619827A1 (fr) | Appareil pour systemes de croissance des cristaux dendritiques en ruban | |
| KR101499056B1 (ko) | 내부 오염 방지형 진공 증발원 | |
| CA2153754A1 (en) | K cell type vapor source having an improved shutter | |
| KR20040001384A (ko) | 유기물 진공 증발원의 열투명 도가니 구조 | |
| KR20200079889A (ko) | 듀얼 히터를 구비한 잉곳 성장장치의 예열기 | |
| JP3907132B2 (ja) | ダイヤモンドコーティングが施されたるつぼを用いる蒸着または堆積方法 | |
| KR20050060459A (ko) | 질화붕소층이 피복된 열실드가 구비된 실리콘 단결정 잉곳성장장치 | |
| KR102493182B1 (ko) | 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 단결정 성장 방법 | |
| WO2001027359A1 (fr) | Dispositif de cristallogenese et procede de fabrication d'un monocristal | |
| JP4491449B2 (ja) | 薄膜堆積用分子線源セル |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051108 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060105 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060307 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060406 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060706 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060801 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060808 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |