JPH02116699A

JPH02116699A - 分子線結晶成長装置

Info

Publication number: JPH02116699A
Application number: JP27035188A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Takagishi; 成典高岸; Kozo Kimura; 康三木村; Tetsuji Inaba; 哲二稲葉
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1990-05-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（ト）技術分野この発明は、分子線結晶成長装置に於て、枯渇したソー
ス物質を、真空を破る事なく、任意量補充てきるように
した装置に関する。

ＧａＡｓ　、　ＡｌＧａＡｓなどの化合物半導体薄膜を
ＧａＡｓ等の半導体基板上にエピタキシャル成長させる
技術のひとつに、分子線結晶成長法がある。

Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙという
ので、ＭＢＥ法と略記する。

化合物半導体のためのエビクキシー技術として開発され
たが、Ｓｉ半導体へのエビクキシー法としても使われる
。

ＭＢＥ法は１０−”　〜１Ｏ−１０Ｔｏｒｒ　トイウ超
高真空中でエピタキシャル成長を行なう。超高真空チャ
ンバの内壁を二そって、液体窒素シュラウドを設け、液
体窒素によって冷却し、真空排気装置で超高真空に引く
。

超高真空チャンバの中央には、マニピュレータによって
、半導体基板を保持する。基板に対向する位置に、適数
の分子線源セルが設置されている。

これには、エピタキシャル成長させる薄膜の構成元素が
入っている。ソース又はソース物質という。

基板は加熱されて、回転している。分子線源セルを加熱
すると、ソース物質が蒸発又は昇華する。

超高真空であるので、平均自由行程が長い。このため、
ソース物質は分子線（Ｍｏ：Ｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ
　）となって　飛ぶ。基板まで直進し、基板上に吸着さ
れる。

吸着された後、他の構成元素や基板結晶などの作用及び
熱エネルギーの作用により、所定の格子位置を占める。

こうして、基板結晶と整合した半導体結晶が成長してゆ
く。

分子線結晶成長法は、構成元素ごとに独立の分子線源を
備えるため、半導体を構成する元素の分子線を独立に制
御する事ができる。極めて制御性が良い。この点で、液
相エピタキシー、気相エピタキシーなどのエピタキシー
法より優れている。

ＭＢＥ法は、各種半導体デバイスのエピタキシャル成長
技術として広く利用されている。

ＭＢＥ法は、良質の超高真空を必要とする。

高品質のエピタキシャル成長膜を得るためには、炭化水
素系ガス、酸素、水分、Ｃ０１００２などの残留ガスが
非常に少ない超高真空が必須である。

超高真空チャンバを、大気圧から、超高真空に引くため
には、真空排気装置で真空排気しながら、ベーキングし
たりして吸着ガスを追い出し、シュラウドに窒素を入れ
てシュラウド面にガスを吸着させたりする。このように
、多大の時間と労力を要する。

超高真空チャンバの真空をいったん破ると、もとの真空
を得るため、再び多大の時間と労力とを必要とする。

このため、ＭＢＥ装置は、できるだけ、分子線結晶成長
室（超高真空チャンバ）を大気にさらさないように、工
夫がなされている。

分子線結晶成長室に出入するものは、半導体基板と、ソ
ース物質である。

半導体基板の出入は、頻繁であるので、超高真空を維持
しつつ、基板交換する機構が、どのようなＭＢＥ装置に
も備えられている。

それぞれ独立の真空排気装置を備えた基板導入室や、試
料準備室が、ゲートバルブを間に介して、分子線結晶成
長室の前段シζ設けられる。試料準備室に於ては、外部
より導入した基板と基板ホルダに吸着された水分など有
害成分を除くため予備加熱機構で基板、基板ホルダを加
熱する。

この他に、基板表面をエツチングして汚水を除（ように
したものもある（特開昭６３−１８２８１３号Ｓ　６３
．７．２８公開）。

このように、真空室をひとつ或はそれ以上、前段に持ち
、基板搬送機構によって、基板ホルダは、真空室をひと
つづつ、分子線結晶成長室に向けて進む。エピタキシャ
ル成長後は、逆の方向へ進んで大気中に取り出される。

このようにするので、分子線結晶成長室はゲートバルブ
を閉じて、基板の搬入を待っていればよい。分子線結晶
成長室の前段の空間を超高真空に引いてからゲートバル
ブを開くので、分子線結晶成長室の超高真空が破れると
いうことがない。

このように、超高真空を維持したまま、基板交換を行な
う。

しかし、数千回〜百回程度のエピタキシャル成長を行な
うと、分子線源セルのソース物質が枯渇してくる。これ
を補充しなければならない。

このため、分子線結晶成長室を大気圧にし、分子線源セ
ルを外す。そして、ルツボに、新しいソース物質を補充
する。

これが−船釣な方法である。しかし、こうすると、分子
線結晶成長室が大気にさらされるので、再び超高真空に
戻すのに多大の時間と費用がかかる。

この難点を緩和するため、分子線源セルの容量を大きく
する、という事が試みられている。

しかし、大容量化といっても限界がある。有限である。

ソース物質をいつかは補充しなければならない。

（イ）従来技術そこで、分子線結晶成長室の真空を破ることなく、ソー
ス物質を補充できるようにした工夫がなされた。

（１）真空蒸着法は１０−’　〜ＩＱ−Ｔｏｒｒ　テソ
ース物質を蒸発させるものであり、ＭＢＥ法とは違う。

しかし、似たような技術であるので、ソース物質補充に
ついての工夫がなされている。これについてまず述べる
。

特開昭６２−１６７８７４号（Ｓ　６２．７．２４公開
）交換用のるつぼを待機させておき、蒸着室内のるつぼ
が枯渇すると、るつぼごと交換する。

（１１）実開昭６１−１ｏ３４８１号（Ｓ　６１．７．
１公開）分子線結晶成長室の側方に、ゲートバルブを介
してつながった源材料処理室を設ける。この中に処理用
るつぼが、トランスファロッドにより進退可能に設けら
れる。分子線材料をるつぼに入れ、加熱して、脱ガスし
、待機しておく。

結晶成長室内の材料が枯渇すると、ゲートバルブを開き
、処理用るつぼを、分子線源セルのるつぼの上方に運ぶ
。処理用るつぼの底には穴がある。ここで、セルのヒー
タを用いて処理用るつぼを加熱すると、材料（Ｇａ）が
とけて、分子線源セルるつぼに移る。

θＩＤ　　特開昭６２−２３７７２１号（Ｓ　６２．１
０．１７公開）Ｇａソースに使う。Ｇａ分子線源のるつ
ぼの下底からパイプを外部に出す。パイプの他端には外
部ソース溜めがあり、この圧力は厳密にコントロールさ
れている。

分子線源セル内のＧａ液の高さが一様になるよう外部ソ
ース溜めにＧａを補給する。

これは融点が低いＧａのような金属にしか使うことがで
きない。パイプはすべて融点以上に加熱されている。

（ｎｉＤ　　特開昭６２−１９６８１６号（Ｓ　６２．
８．３１公開）これもＧｉＤと同じである。

（Ｖ）　　特開昭６１−１２２１９２号（Ｓ　６１．６
．１０公開）分子線結晶成長室と分子線源セルの間にゲ
ートバルブを設ける。成長室を超高真空に保ったまま、
分子線源セルのるつぼの内容をとりかえる事ができる。

（ｖＤ　　特開昭５８−３３８２５号（Ｓ　５８．２．
２８　）分子線結晶成長室の側方に、ゲートバルブでつ
ながった分子線セル予備室を設ける。ここには、るつぼ
とヒータがあり、独立の真空排気装置を備える。るつぼ
に材料を入れ真空に引いて待機する。ゲートバルブを開
き、るつぼ搬送機構によって、るつぼごと交換する。

（ＶｉＤ　　特開昭５８−１９４７９６号（５５８，１
１，１２公開）予備室を、分子線結晶成長室に続いて設
ける。

両者はゲートバルブで接続される。予備室には、ソース
物質を入れたるつぼがある。搬送機構があって、このる
つぼを、分子線結晶成長室の分子線源セルの直上へ運ぶ
ことができる。ここでるつぼをひつくりかえす。ソース
物質が、分子線源セルのるつぼに入る。

（ヴ　発明が解決しようとする問題点分子線源セルと分子線結晶成長室とを分離して、間にゲ
ートバルブを設ける、という工夫は、次のような問題が
ある。

これは、分子線源セルからの蒸発物がゲートバルブのシ
ール面に付着し、シール性がすぐに悪（なるという欠点
がある。

分子線源セルをベローを利用したロードロック機構で上
下に動かすようにした工夫もある。これは、ベローを利
用するので内部表面積が広くなる。

相当の大気成分を内部表面に吸着する。このため、真空
度が損なわれてしまう。

るつぼを予備室に入れ、るつぼごと交換する、という構
造は、真空を破らずに済み、それなりに安定したもので
ある。しかし、るつぼを搬送して、分子線源セルに装着
、離脱する、という機構が複雑になる。予備室も広い容
積のものが必要である。

さらに、るつぼ全体をとりかえるのであるから、不足量
を少しずつ補填する。というわけにはゆかなり）。

予備室にるつぼではない補充用の容器を備え、これにソ
ース物質を入れるようにし、ゲートバルブを開いて、分
子線源セルのるつぼに補充するものは、次の難点がある
。

これは、補充用の容器を、るつぼの上でひつくり返して
、ソース物質を落下させる。

搬送機構が、単に平行移動だけではなく、回転運動をも
遂行しなければならないので、極めて複雑である。

また、ひつくり返すのであるからこぼれる事もある。ビ
ューボートからのぞきながら補充するわけであるが、狭
いビューボートからの目視であるので、常にうまくゆく
とは限らない。また、全量をいちどに補充してしまう。

ソース物質を適正な量だけ補給するという事ができない
。

さらに、補充用の容器が邪魔になって、ビューボートか
らるつぼの状態がよく分らない、という欠点がある。

Ｉｎ１Ｇａのように融点の低い金属について、特開昭６
１−１２２１９２は、ヒータを備えたロート状の容器で
、ソース物質を分子線セルの上に運び、ヒータで加熱し
て、溶かし、穴からソース物質を分子線セルのルツボへ
注入する。

これは、ロート状の容器のソース物質の全量がルツボに
入ってしまう。さらに、容器が小さいので、何度も搬送
しなければならない。補充に時間がかかる。

００　　目　　　　　　　的Ｇａ、Ｉｎのように、融液の低い金属について、分子線
結晶成長室の真空を破る事なく、分子線セルに適量だけ
補給できるようにした分子線結晶成長装置を提供する事
が本発明の目的である。

（４）構　成本発明は、分子線結晶成長室の上に、ソース物質補給機
構を設ける。この機構はゲートバルブを介して、分子線
結晶成長室につながっている。

補給機構は、水平方向に拡がる予備室と、竪方向に延び
るトランスファロッドと、真空ポンプとよりなる。

予備室には、ソース物質を入れた容器がある。

これが直線導入機によって進退できるようになっている
。また、外部から、この容器にソース物質を入れる事が
できるようになっている。

トランスファロッドは中空のパイプを昇降させる機構で
ある。磁気結合型であってもよいし、ラックピニオンを
用いたものであってもよい。

パイプの中をソース物質が落下するようになっている。

パイプが搬送手段であり、搬送の原動力は重力である。

パイプの上端近くに、ソース物質を投入する開口がある
。

パイプは自在に昇降できるが、下降位置に於て、パイプ
下端は、分子線セルのルツボの直上にあるようにする。

また、前記の開口は、予備室のソース物質容器の直前に
であるようにする。

パイプの下端は、直径の狭い縮径部になっている。

ソース物質は予め、所定の直径の粒状に加工されている
。ソース物質の直径をＳとする。パイプの内径をＰとす
る。パイプ下端の縮径部の内径をＱとすると、ｑ＜ｓ＜ｐでなければならない。これは、ソース物質はパイプ中を
落下し、縮径部に詰まる、という事である。

ソース物質は、パイプの上端近傍の開口から投入される
が、パイプ内を落下し、縮径部で止まる。

この状態で、分子線セルのヒータに通電する。ソース物
質がとけて、パイプ下端の穴から、ルツボへ滴下される
。

粒状にしておくので、ソース粒をいくつ落すかによって
、補填量を自在に制御できる。つまり、ひとつの粒の質
量をｍとし、ｎ個の粒を落すと、補填量がｍｎとなる。

実施例を示す図面によって説明する。

第１図は本発明のソース物質補給機構を上方に備えた分
子線結晶成長装置の縦断面図である。第２図はソースを
補充している状態の縦断面図である。

分子線結晶成長室８は、超高真空に引くことができるチ
ャンバである。ここで、半導体基板の上にエピタキシャ
ル成長がなされる。成長室用真空ポンプ１０が、ゲート
バルブ１９を介して、分子線結晶成長室８につながって
いる。

分子線結晶成長室８の中央部には、マニピュレータ１１
が設けられる。これはホルダ４１に貼りつけられた基板
１２を保持するものである。

背後にはヒータ４２があり、基板１２を適当な温度に加
熱する。マニピュレータ１１は回転する事ができる。

適数個の分子線セル１４．１４、・・・が分子線結晶成
長室８の壁面に設置でれる。

分子線セル１４は、ルツボ１６、セルヒータ１７などを
備える。ルツボ１６はソース物質１５を収容する。セル
ヒータ１７はこれを加熱する。この他に、リフレクタ１
８、シャッタ、熱電対（図示せず）を有する。リフレク
タ１８は熱を反射する。

分子線結晶成長室８の壁面にそって、液体窒素シュラウ
ド１３が設けられる。

試料準備室などの真空室がゲートバルブ９を介して、分
子線結晶成長室８につながっている。

基板ホルダ４１に取り付けられた基板１２は、ゲートバ
ルブ９を通して、試料準備室から搬入され、エピタキシ
ャル成長が終れば、反対方向に搬出される。

基板の交換は、超高真空を破る事なく自在シー行われる
。

ソース物質補給機構は、フランジ４３．４４によって分
子線結晶成長室８の上方に取り付けられる。

ソース物質補給機構は、予備室２４、磁気結合型トラン
スファロッド１、補給機構用真空ポンプ６とよりなる。

磁気結合型トランスファロッド１は、縦方向に長い縦管
２６、ソース物質輸送用パイプ３、外磁石２８、内磁石
２９などよりなる。

縦管２６の中は、真空に引くことができる。この中をソ
ース物質輸送パイプ３が、自在に昇降できるようになっ
ている。

ソース物質輸送用パイプ３は、中空のパイプである。上
端に内磁石２９が固着されている。

縦管２６は非磁性の材料でできている。縦管２６の外に
は外磁石２８がある。外磁石２８は内磁石２９と互に引
きあっている。つまり磁気結合している。

外磁石２８を上下に動かせば、内磁石２９がこれに従っ
て動く。パイプ３もこれに従って昇降する。

外磁石２８を動かすため、スクリューシャフト、ねじこ
ま、モータ、減速機などが必要である。しかし、簡単の
ため、これらは図示しない。

ソース物質輸送用パイプ３の上端近くには、ソース物質
投入口２が開口している。パイプ３の下端は、内径の小
さい縮径部５１となっている。

縮径部は、ソース物質を一時滞溜させるためのものであ
る。Ｉｎ、Ｇａの粒が、ここに詰まる。これをセルヒー
タ１７で融かし、液体とする。これが下穴５２から滴下
される。

縦管２６の下側方に、予備室２４と横管２５とが設けら
れている。

横管２５には、ゲートバルブ２７を介して補給機構用真
空ポンプ６が取付けられる。

予備室２４には、ソース物質充填用シリンダ２゜が横長
に設けられる。この中に、ソース物質５を収容する事が
できる。

ソース物質充填用シリンダ２０には車輪４５があり、シ
リンダ２０の全体が水平方向に動く事ができる。

ソース物質充填用シリンダ２０は、上下面、側面、背面
ともに板面で囲まれているが、前面だけ開口している。

ソース物質を入れるため、上面は開口部を作り、蓋をつ
けてもよい。

背面には小穴があり、ここを押し棒４６が貫く。

押し捧４６の先端は、シリンダ２０内に設置されたソー
ス物質押出し用ピストン２１に固着してある。

押し棒４６の後端は、予（ｔｉｎ室２４の外側に設けた
直線導入機４につながっている。

直線導入機４は２つの直線往復運動を行なう事ができる
。

ひとつは、ソース物質充填用シリンダ２０の全体を前後
進させる運動である。

もうひとつは、ソース物質押出し用ピストン２１を前後
進させる運動である。

ふたつの直線運動の組合わせにより、シリンダ２０内の
ソース物質５を、パイプ３の投入口２へ入れるのである
。

縦管２６、横管２５、予備室２４は、連絡管３１により
、分子線結晶成長室８につながっている。

連絡管３１の途中には、補給機構ゲートバルブ３０が設
けられる。

ゲートバルブ３０の直下に、補給機構ゲートバルブ３０
を保護する補給機構ゲートバルブ保護シャック７がある
。

これは、エピタキシャル成長時シーは閉じていて、ゲー
トバルブ３０に分子線が付かないようにしている。

ソース物質充填用シリンダ２０の断面形状は、円形、角
形など任意である。

また、ソース物質充填用シリンダ２０は、より前進させ
、ソース物質輸送用パイプ３の直近位置に固定する事も
できる。

この場合、直線導入機４により、シリンダ２０全体を動
かす必要はない。ピストン２１だけを動かすようにすれ
ばよい。車輪４５も不要である。

しかし、この場合、シリンダ２０に外からソース物質を
入れるのが難しくなるので、シリンダ２゜の背板をなく
シ、ピストン２１を抜きとる事ができるようにするなど
の工夫が必要になる。

（９）作　用分子線エピタキシーを行なっている間は、ソ−ス物質補
給機構と、分子線結晶成長室８とは、機能的に分離され
ている。

補給機構ゲートバルブ３０と、補給機構ゲートバルブ保
護シャッタ７が閉じている。

第１図に示すように、ソース物質輸送用パイプ３は上方
へ引上げられている。

ゲートバルブ２７を閉じ、補給機構用真空ポンプ６を、
予備室２４から切離す。予備室２４を大気圧とする。

予備室の蓋（図示せず）を開き、ソース物質充填用シリ
ンダ２０にソース物質を入れる。ソース物質は一定粒径
、一定重量のものとする。蓋を閉じる。ゲートバルブ２
７を開き、予備室２４、縦管２６の内部を真空に引く。

この状態で待機しておく。

何十枚もの基板のエピタキシャル成長が行なわれ、分子
線セ〃のソース物質１５が枯渇したとする。ソース物質
の補給を行なう。

補給機構ゲートバルブ３０を開く。

縦管２６に沿って外磁石２８を下方へ移動させる。磁気
結合している内磁石２９が下降する。これにともなって
ソース物質輸送用バイブ３が下降する。

パイプ３が下降位置にある時を第２図に示す。

ソース物質投入口２は、ソース物質充填用シリンダ２０
の前方開口と同じ高さにある。

ソース物質輸送用バイブ３の下端は、分子線セルのルツ
ボ１６の開口に向き合っている。

直線導入機４により、ソース物質充填用シリンダ２０を
前進させ、シリンダ２０の前開口が、パイプ３のソース
物質投入口２の直近にくるようをでする。

ソース物質押し出し用ピストン２１を前進させる。ピス
トン２１によって、ソース物質がシリンダ２０から押し
出され、パイプ３のソース物質投入口２に入る。

ソース物質はパイプ３の中を落下し、下端の縮径部５１
で止まる。ソース物質の直径Ｓが、縮径部の直径Ｑより
大きいからである。

所望の量になるまで、ソース物質の粒を数えながらパイ
プに落下させる。供給したい量がＷであり、粒１個の質
量がｍであれば、Ｗ／ｍ個のソース粒を落せばよい。

セルヒータ１７に通電する。ヒータの輻射熱により、パ
イプ下端のソース粒が加熱される。このソース粒は融点
の低い物質であるので、加熱されて溶ける。液滴となっ
て、垂下し、ルツボ１６の中に入る。

こうして、ソース物質がルツボ１６に補給される。

ソース物質輸送用バイブ３の下端部は強く加熱される。

そこで、パイプの少なくとも下端部は、高純度の石英、
バイロリテイツクボロンナイトライド（ＰＢＮ）などで
コーティングしておく。こうすると、ソース物質の汚染
を避ける事ができる。

（→　その他の補給機構例ソース物質を補給するための容器の形状、運動について
は、シリンダ２０の他にも考えられる。

この容器は、外部からソース物質を入れ、−時貯溜し、
補給時に、パイプ投入口にソース物質を投入できるもの
であればよい。

第３図に他の容器の例を示す。

これは円柱形のソース物質充填用リボルパ２２に、複数
個の竪穴４７を穿ったものである。

リボルバ２２の下には、一部に下開口４８を穿った底板
４９がある。

底板４９の中心５０のまわりに、リボルバ２２を回転す
る事ができる。

底板４９は、リボシバ支持回転用ロッド２３によって支
持される。

ソース物質をこの装置によって分子線セルして供給する
には、次のように行なう。

竪穴４７にソース物質を補充しておく。竪穴の数をｎと
すると、（ｎ−１）の竪穴にソース物質を入れる事がで
きる。それぞれに一定量ずつ入れる。

これは計量性を高めるためである。

リボルバ２２を、ソース物質輸送用バイブ３のソース物
質投入口２へ差入れる。リボルバ２２を回転させる。

竪穴の中のソース物質も回転し、下開口４８の直上にき
たソース物質は、投入口２へ入る。これが、バイブ３の
中を落下し、縮径部５１で止まる。

必要であれば、もういちどリボルバ２２を回転し、他の
竪穴のソース物質もパイプ３の中へ投入する。

ソノ後の動作は同様であって、セルヒータ１７により、
ソース物質を加熱し溶融する。すると、溶けたソース物
質がルツボ１６に入る。

計量性については、第１図、第２図のものよりすぐれて
いる。質量がｍのソース粒を、ひとつの竪穴に１個人れ
たとする。竪穴ひとつについて、ｍＪのソース量である
。ｋ個の竪穴の分を供給するとｍｌｋのソース量になる
。ｍ、５を単位として、所望量を的確に補給できるので
ある。

（り）実施例半絶縁性ＧａＡｓ基板の上に、ＨＥ　Ｍ　Ｔ　（Ｈｉｇ
ｈ　Ｅｌｅｃ−ｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ）構造のエピタキシャル成長を行なった。

ソース物質は、Ｇａ、　１１％Ａｓ。

Ｓｉである。このうちＧａの補給について本発明の装置
を用いた。

分子線結晶成長室８はＩ　Ｘ　１０””’　Ｔｏｒｒの
超高真空に保ったまま、補給機構ゲートバルブ３０を閉
じ、ソース物質補給機構を大気圧として、予備室２４の
蓋を開いた。

ソース物質充填用シリンダ２０に、１０ｇのＧａ粒１５
個を装入した。

補給機構用真空ポンプ６により、補給機構の内部を７　
Ｘ　ＩＱ＝　Ｔｏｒｒまて真空排気した。

この間成長室８はＩ　Ｘ　ＩＯ−”　Ｔｏｒｒの真空度
を維持していな。

補給機構ゲートバルブ３０と保護シャッタ７を開いた。

ソース物質輸送用バイブ３を下降させた、。

下降位置で、バイブ３の下端が、分子線セル１４のルツ
ボ１６の直近上方にくる。

直線導入機４によって、ソース物質充填用シリンダ２０
から、Ｇａ粒を５個投入口２に入れた。Ｇａ粒はパイプ
３内を落下し、縮径部５１にたまった。

セルヒータに通電し、約４００℃になるよう加熱した。

輻射熱によってパイプ先端のＧａ粒が溶け、ルツボ１６
内に滴下した。

このとき、成長室８の真空度は、５．ＯＸ　１Ｏ−８Ｔ
ｏｒｒまで低下した。

セルヒータ１７の加熱温度を下げ、ソース物質輸送用バ
イブ３を引上げた。補給機構ゲートバルブ３０、保護シ
ャック７を閉じた。すると、まもなく、成長室８の真空
度はもとの値に戻った。

Ｇａ　７ラツクス強度をＩ　Ｘ　１０４Ｔ’ｏｒｒとし
て、Ｇａ原料のベーキングを約５０分行った。他のソー
ス物質は補給せず、ベーキングも行っていない。

このような準備の後、以下の成長条件でＨＥＭＴ構造の
エピタキシャル成長を行った。

基　　板：半絶縁性ＧａＡｓ（Ｚｏｏ）基板成長温度：
５８０°ＣＧａフラックス：　　４　Ｘ　ｌｏ−７ＴｏｒｒＡｌフ
ラックス：　　１．Ｉ　Ｘ　１０−’　ＴｏｒｒＡｓフ
ラックス：　　３　Ｘ　ＩＱ”　ＴｏｒｒＳｉセル温度
：１１１０’Ｃ２ランの成長後、エピタキシャル基板のＨａｌｌ測定を
７７にで行った。シートキャリヤ濃度は７．ＯＸ　１０
”　Ｃｍ−２、移動度は１．Ｉ　Ｘ　１０５ｃｆｆｌ／
’／ｓｅｃであった。

Ｇａ　ｒｆＸ料補給前と同等の良好な特性が得られた。

これは、超高真空を破る事なく、Ｇａソースを補給する
事ができたからである。

同じような補給実験を第３図に示す装置によって行った
。これについても、同様の結果が得られた。

ケ）効　果本発明の分子線結晶成長装置においては、成長室と分子
線セルを高真空に保ったまま、ソース物質を補充する事
ができる。

補充は確実に行われ、ルツボからあふれたり、とびだし
たりしない。バイブによりソース物質を案内しているか
らである。しかも、パイプ下端に、いちどソース物質を
溜めて、溶がしてルツボに入れている。ルツボ）ζ強い
衝撃力が加わらないので、より一層補充は確実である。

またルツボを損傷しないという利点がある。

ルツボごと交換するものに比べて、搬送機構が単純であ
って、しかも小型であってよい。

ルツボごと交換するものは、古いルツボをとり出し、新
しいルツボを入れるという２重の手数が掛かる。ルツボ
を交換するためには、ルツボを把握する動作、離す動作
、引上げる動作、平行移動など複雑な動作を組合わせな
ければならない。

重力の作用を利用してソース物質をルツボ内へ落すので
あるから、本発明の機構は単純で、動作も単純である。

成長室の超高真空を破らないので、エピタキシャル成長
の再現性が良い。ソース物質の補充時間が短時間で済む
。

本発明によれば、高品質のエピタキシャル結晶を量産す
る事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る分子線結晶成長装置の縦
断面図。第２図は同じもののソース補給時の縦断面図。第３図はリボルバを用いた他の補給機構を示す斜視図。１・・・・・・磁気結合型トランスファロッド２・・・
・・・ソース物質投入口２３・・・・・・リボシバ支持回転用ロッド２４・・・
・・・予備室２５・・・・・・横　管２６・・・・・・縦　管２７・・・・・・ゲートバルブ２８・・・・・・外磁石２９・・・・・・内磁石３０・・・・・・補給機構ゲートバルブ３１・・・・・
・連絡管４１・・・・・・基板ホルダ４２・・・・・・ヒータ４３．４４・・・・・・フランジ４５・・・・・・車　輪４６・・・・・・押し捧４７・・・・・・竪　穴４８・・・・・・下開口４９・・・・・・底　板５０・・・・・・中　心５１・・・・・・縮径部５２・・・・・・下　穴３・・・・・・４・・・・・・５・・・・・・６・・・・・・７・・・・・・８・・・・・・９・・・・・・１０・・・・・・１１・・・・・・１２・・・・・・１３・・・・・・１４・・・・・・１５・・・・・・１６・・・・・・１７・・・・・・１８・・・・・・１９・・・・・・２０・・・・・・２１・・・・・・２２・・・・・・ソース物質輸送用パイプ直線導入機ソース物質補給機構用真空ポンプ補給機構ゲートバルブ保護シャッタ分子線結晶成長室ゲートバルブ成長室用真空ポンプマニピュレータ基　　　板液体窒素シュラウド分子線セルソース物質ルツボセルヒータリフレクタゲートバルブソース物質充填用シリンダソース物質押し出し用ピストンソース物質充填用リボルバ第中心５０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超高真空に保たれた分子線結晶成長室内で、エピ
タキシャル成長用基板を適温に加熱し、エピタキシャル
成長させるべき膜の構成元素の分子線を分子線セルより
該基板に向けて照射しエピタキシャル成長を行なう分子
線結晶成長装置に於て、分子線結晶成長室８の上方に補
給機構ゲートバルブ３０を介してソース物質補給機構が
設けてあり、ソース物質補給機構は、予備室２４と、縦
管２６と、予備室２４及び縦管２６の内部を真空に引く
補給機構用真空ポンプ６と、予備室２４の内部に設けら
れ融点が低く一定粒径のソース物質５を収容するソース
物質充填用シリンダ２０と、ソース物質充填用シリンダ
２０のソース物質５を押し出すためのソース物質押し出
し用ピストン２１と、ピストン２１又はこれとソース物
質充填用シリンダ２０を進退させる機構と、分子線セル
１４のルツボ１６の直上であつて、縦管２６の中に昇降
自在に設けられ上端近くにソース物質投入口２を下端に
ソース物質５の粒径より狭い内径の縮径部５１を有する
ソース物質輸送用パイプ３と、ソース物質輸送用パイプ
３を昇降させる昇降装置とよりなり、ソース物質充填用
シリンダ２０にソース物質５を充填し真空に引いて待機
しておき、分子線セル１４にソース物質を充填する場合
は、補給機構ゲートバルブ３０を開き、ソース物質輸送
用パイプ３を下端がルツボ１６に近接するように下降さ
せ、ソース物質充填用シリンダ２０のピストン２１によ
り、ソース物質５をソース物質投入口２に入れ、ソース
物質輸送用パイプ３の内部を落下させ縮径部５１に滞溜
させ分子線セルヒータ１７によつて加熱溶融してルツボ
１６に入れるようにする事を特徴とする分子線結晶成長
装置。
（２）超高真空に保たれた分子線結晶成長室内で、エピ
タキシャル成長用基板を適温に加熱し、エピタキシヤル
成長させるべき膜の構成元素の分子線を分子線セルより
該基板に向けて照射しエピタキシャル成長を行なう分子
線結晶成長装置に於て、分子線結晶成長室の上方に補給
機構ゲートバルブ３０を介してソース物質補給機構が設
けてあり、ソース物質補給機構は、予備室２４と、縦管
２６と、予備室２４及び縦管２６の内部を真空に引く補
給機構用真空ポンプ６と、予備室２４の内部に設けられ
ソース物質を収容するための竪穴４７を適数個有するソ
ース物質充填用リボルバ２２と、下開口４８を有しソー
ス物質充填用リボルバ２２を回転自在に支持する底板４
９と、底板４９を支持しリボルバ２２を回転及び進退さ
せるリボルバ支持回転用ロッド２３と、分子線セル１４
のルツボ１６の直上であつて縦管２６の中に昇降自在に
設けられ上端近くにソース物質投入口２を下端に縮径部
５１を有するソース物質輸送用パイプ３と、ソース物質
輸送用パイプ３を昇降させる昇降装置とよりなり、ソー
ス物質充填用リボルバ２２に縮径部５１の内径より大き
い粒径の、融点の低いソース物質を充填し、真空に引い
て待機しておき、分子線セル１４にソース物質を充填す
る場合は補給機構ゲートバルブ３０を開き、ソース物質
輸送用パイプ３を下端がルツボ１６に近接するよう下降
させ、ソース物質充填用リボルバ２２をソース物質投入
口２に入れ、リボルバ２２を回転させて竪穴４７のソー
ス物質をソース物質輸送用パイプ３の内部に落下させ、
縮径部５１に滞溜させ分子線セルヒータ１７によつて加
熱溶融してルツボ１６に入れるようにする事を特徴とす
る分子線結晶成長装置。
（３）ソース物質輸送用パイプの内面を石英又はバイロ
リテイツクボロンナイトライドでコーティングしてある
事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２）
項に記載の分子線結晶成長装置。