JPH026385A - 薄膜の形成方法及び装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜の形成方法と装置に関し、特に分子線エピ
タキシャル法を用いて半導体薄膜を形成する薄膜の形成
方法と装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より高集積回路、半導体レーザ及び光検知素子等の
微細構造を有する半導体装置を作成するにあたり、薄膜
形成技術は極めて重要である。

薄膜形成技術としては、ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　Ｖａ−ｐｏｒ　ＤｅｐｏｓｉＬｉｏｎ）法や分子線エ
ピタキシャル（Ｍ−ｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐ
ｉｔａｘｙ　）法が用いられるが、その内、分子線エピ
タキシャル法は超高真空中での原料からの結晶基板への
直接蒸発という有利さから、制御性の点で最も優れてい
る。

従来の分子線エピタキシャル法においては、それぞれの
原料は、抵抗加熱により、又は電子ビームにより加熱さ
れ、蒸発する。結晶基板は原料に対向して配置され、加
熱されて蒸発した原料分子が結晶基板上に到達し、エピ
タキシャル成長する。

■族及びＶ族からなる化合物半導体の分子線エピタキシ
ャル成長法においては、特に砒化ガリウムの場合、Ｖ族
である砒素を照射しなから■族のガリウムを供給するこ
とによりエピタキシャル成長する。ガリウムの場合、そ
の融点は３０℃であり、使用する温度は７００°Ｃ以上
であるため使用時は液体であり、通常の場合、窒化ホウ
素や石英よりなるるつぼ内に収納し、そのるつぼを加熱
することにより気化させ、エピタキシャル成長させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のように、分子線エピタキシャル法において、液化
した■族特にガリウムやインジウムは収納したるつぼの
底部に位置し、表面より気化蒸発し、結晶基板に照射す
るが、その一部はるつぼ内の開口部に飛来し付着する。

特に、開口部が底部よりも温度が低い場合では、開口部
において液化し、球状の液体として付着する。このよう
な状態でエピタキシャル成長をした場合、薄膜の厚さの
変動及び結晶の表面状態の劣化が生じる。さらに、球状
の液体が装置の振動等によりるつぼ外に移動し、分子線
セル外部部品等に付着反応し、分子線セルの劣化につな
がる。

従って、例えば、分子線セルの上部のみを加熱したり、
又底部にくらべ上部をより加熱する方法がとられるが、
このような場合るつぼの上部と下部に温度勾配が生じる
。従って、原料を加熱し薄膜を形成するに従い、液体原
料の液面は開口部より底部に移動する。それに伴い、液
面の温度は低下し、蒸発する分子線量も低下し、薄膜の
厚さが変動するという問題が生じる。

本発明の目的は、るつぼ開口部に原料の付着を生じさせ
ずに、かつ薄膜の厚さの変動の少い分子線エピタキシャ
ル法での薄膜の形成方法及び装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の薄膜の形成方法は、真空中にて原料を加熱蒸発
させて薄膜を形成する分子線エピタキシャル法を用いる
薄膜の形成方法において、前記原料を収納する分子線セ
ルの開口部及び前記原料を加熱し前記原料を蒸発させる
工程と、前記分子線セルの開口部のみを加熱蒸発させる
工程とを含んで構成される。

本発明の薄膜の形成装置は、真空中にて原料を加熱蒸発
させて薄膜を形成する分子線エピタキシャル成長法を用
いる薄膜の形成装置において、前記原料を収納する分子
線セルの開口部及び底部を加熱する機構と、前記分子線
セルの開口部のみを加熱する機構とを有する。

〔作用〕

本発明による装置は、分子線セルの開口部のみを加熱す
る機構と開口部及び原料を加熱する機構を有している。

従って、原料を加熱蒸発する際に開口部及び底部を加熱
することにより、液化した原料の量が多い場合も少い場
合も、その液面の温度はほぼ一定となり、蒸発する分子
線の量も一定となる。しかし、このように状態の場合、
開口部に蒸発した分子線が液化することが起り得るが、
分子線セルの開口部のみを加熱することにより開口部に
液化した原料を蒸発することが可能となる。この工程は
薄膜形成装置外のときに行うことにより、例えば装置の
アイドリング（１ｄｌｒＢ）の状態のときなどに行うこ
とが可能である。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の分子線エピタキシャル法を用いる薄膜
形成装置の一実施例の断面図である。

超高真空部１には窒化ホウ素製のるつぼ及びタンタル製
の加熱ヒータよりなる複数の分子線セル２、液体窒素シ
ェラウド３及び基板ホルダ４が配置されている。

第２図は第１図の分子線セルの構造を示す断面図である
。

ガリウム原料５は窒化ホウ素製るつぼ６に収納され、ヒ
ータ線７，８により加熱される。電極９はヒータ線７．
８に直列に電流を流すための電極であるが、電極１０は
ヒータ線７のみ加熱するためである。熱電対１］、はる
つぼ６に底部の温度を測るために、タンタル板１２は熱
の遮断のなめに設けられている。

次に、本発明の装置を用いて本発明の分子線エピタキシ
ャル法での薄膜の形成方法について説明する。

ガリウム原料５を分子線セル２内のるつぼ６に収納し、
加熱脱ガスにより純化する。そして、電極りを用いてヒ
ータ線７．８によりガリウムを加熱蒸発させる。一方、
砒化ガリウム基板を基板ホルダ４に移送し、又他の分子
線セルを加熱し、砒素を蒸発させ、砒化ガリウムを形成
する。

薄膜形成後、電極１０を用いてヒータ線７のみを加熱す
る。このとき、るつぼは開口部のみ加熱され、薄膜形成
時に付着したガリウムのみが加熱蒸発される。従って、
この工程によりるつぼ開口部のガリウムが除去される。

一方、このような方法を用いない従来の分子線エピタキ
シャル装置では、例えばるつぼを均等に加熱するセルで
はるつぼ開口部にガリウムの析出が見られ、薄膜の膜厚
の変動、さらに表面の欠陥が見られた。また、るつぼ開
口部のみを加熱するセルでは、原料の消費による液面の
高さの変動によりガリウムの分子線の長期的な変動が見
られた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の分子線エピタキシャル法
での薄膜の形成方法及びその装置を用いることにより、
従来のように分子線セル開口部近傍の原料の再付着や長
期的な分子線量の変動がなく、従って表面欠陥の少い薄
膜を再現性良く形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分子線エピタキシャルでの薄膜形成装
置の一実施例の断面図、第２図は第１図の分子線セルの
構造を示す断面図である。 １・・・超高真空部、２・・・分子線セル、３・・・シ
ェラウド、４・・・基板ホルダ、５・・・ガリウム原料
、６・・・窒化ホウ素製るつぼ、７，８・・・ヒータ線
、９゜１０・・・電極、１１・・・熱電対、１２・・・
タンタル板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中にて原料を加熱蒸発させて薄膜を形成する
   分子線エピタキシャル法を用いる薄膜の形成方法におい
   て、前記原料を収納する分子線セルの開口部及び前記原
   料を加熱し前記原料を蒸発させる工程と、前記分子線セ
   ルの開口部のみを加熱する工程とを含むことを特徴とす
   る薄膜の形成方法。
2. （２）真空中にて原料を加熱蒸発させて薄膜を形成する
   分子線エピタキシャル成長法を用いる薄膜の形成装置に
   おいて、前記原料を収納する分子線セルの開口部及び底
   部を加熱する機構と、前記分子線セルの開口部のみを加
   熱する機構とを有することを特徴とする薄膜の形成装置
   。