JPH0264092A - 分子線エピタキシャル成長方法 - 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〕 この発明は分子線エピタキシャル成長方法に関し、特に
、基板上に、３種以上の元素からなる混晶化合物半導体
薄膜を形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来この種の混晶化合物半導体薄膜の形成において、膜
の組成を変化させる場合には、原料供給源である分子線
セルの加熱温度を変えることによりその供給量を変化さ
せて行なっていた（高橋清編著“分子線エピタキシー技
術”、工業調査会（１９８４）　ｐ、１３）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記分子線セルの加熱温度を変える従来方法では、温度
の設定値を変えてから実際に分子セルの温度が安定する
まで時間がかかり、また組成を順次連続的に変化させる
ためには精密なセル加熱温度の制御が必要であるという
難点があった。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、基板と原料供給源であるセルとの間に、両
側のセルから供給される原料間の干渉を防ぐ仕切板と、
それらの原料をそれぞれ通過させる面積可変の開口部と
を有するマスクを配置し、基板を回転させながら、マス
ク開口部の面積を変えることにより混晶化合物半導体の
組成を制御するものである。

〔作用〕

基板各部は、回転に伴い、マスクの各開口部を通過する
間にそれぞれの原料の供給を受ける。その際、各開口部
の面積が変われば、その間に供給される原料の割合が変
化し、形成される混晶化合物半導体の組成が変化する。

そのためにセルの加熱温度を変える必要はない。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第３図を参照してこの発
明の一実施例を説明する。なお、図面の説明において、
同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略
する。

第１図は本実施例に用いる分子線エピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）成長装置の内部を上から見た概略図、第２図はマス
クの斜視図である。

内部を高真空に維持しつる成長室１の側壁所定位置に、
セル２Ａ〜２Ｄが配置され、各セルの中心軸２１Ａ〜２
１Ｄが交差する位置に、基板３がＭｏブロックからなる
基板ホルダ４により回転可能に保持されている。これら
基板３とセル２Ａ〜２Ｄとの間に、マスク５が配置され
ている。

マスク５は、基板３の主面に垂直な仕切板５１、この仕
切板と一体に形成され基板３に接近して配置された固定
マスク板５２およびこの固定マスク板５２とほぼ同一平
面上に配置された可動マスク板５３からなり、可動マス
ク板５３は、回転軸５４を介して超高真空用回転導入器
５５に結合され、成長室１外部より回転させうるちのと
なっている。

固定マスク仮５２および可動マスク板５３は、それぞれ
中心角θ１−θ２−１２０’の扇形で、同心状に配置さ
れ、それらが基準位置にあるときは、図示のように仕切
板５１を挾んで両側にそれぞれα−β−ｍ６０６の開口
部５６ａ、５６ｂが左右対称に生ずるものとなっている
。回転軸５４を回すことにより、両開口部の面積を変化
させることができるが、αが０１から１２０”まで変化
するとき、つまり開口部５６ａの開口率が０から１まで
変化するとき、βは反対に１２０°から００まで、つま
り開口部５６ｂの開口率は１から０まで変化し、両開口
部は常にその開口率の和が１となる関係を維持する。

したがってこの装置において、仕切板５１を挾んで両側
に位置するセル２Ｂとセル２Ｃとに、例えばそれぞれｌ
およびＧａを収納してＭＢＥを行なう場合、比較的強い
指向性を有するこれら３族元索の分子線は、仕切板５１
があるために相互に干渉することなく、それぞれ開口部
５６ａおよび５６ｂを通して基板３上に交互に照射され
ることとなる。その際、予め開口部５６ａ、５６ｂの開
口率が０．５のときにＡｌ１　　　Ｇａ　　　となる０
、５　　０．５ ように設定しておけば、開口部５６ａの開口率がＸ（≦
１）であるときに、ＡΩとＧａとの比がＸ：１−ｘであ
ったとして、可動マスク板５３にとりつけた回転軸５４
を回し、開口部５６ａの開口率をｘ’　　（ｘｋｘ’　
≦１）とすることにより、ＡｆｉとＣａとの比をｘ′　
：１−Ｘ′に変えることかできる。

なお、ＡΩとＧａとがそれぞれ別々の開口部から供給さ
れることにより組成の微視的なゆらぎが生ずる可能性が
考えられるが、これは、基板３上のある部分がマスク開
口部の一つを通過する間にその部分に堆積する原料の厚
みが１原子層以下であるように、基板の回転速度と原料
の供給量、つまり分子線強度とを設定することにより容
易に解決される。

そこで、実際にセル２Ｂに■族元素であるＡｇ１セル２
Ｃに同じく■族元素であるＧａを収納し、さらにセル２
Ａ、２ＤにＶ族元素であるＡｓを収納してＭＢＥを行な
い、Ａ、Ｑ　　Ｇａ　　　Ａｓ混晶ｘ　　　ｌ−Ｘ 化合物半導体薄膜の形成を行なった。基板３として半絶
縁性ＧａＡｓ基板を用い、形成条件は、基１０１４／ｃ
ｉ　・Ｓ、　Ａ　ｓ圧ｌＸｌ０−５Ｔｏｒｒとした。こ
のとき、基板３の回転速度は２Ｏｒｐｍ以上であればよ
い。

この場合、Ａ４７分子線が通過するマスク開口部５６ａ
の中心角αと組成との関係を調べたところ、第３図に示
すような結果が得られた。第５図に、従来方法における
、Ａ１１分子線セルの加熱温度を変化させたときの組成
の変化を示すが、このような複雑な温度制御をしなくて
も、本実施例においては回転軸５４の回転のみで、組成
を制御できることが確認された。

なお、本実施例では、Ａｓの分子線セルを、仕切板５１
を挾んで両側に１本ずつ、併せて２本用いているが、５
族元素であるＡｓの分子線は、Ａ、ｐ、Ｇａとは異なり
指向性が弱く、仕切板による分離の効果はほとんどなく
、成長室１内全体に雰囲気のように広がるため、いずれ
か１本のみとすることも可能である。

この発明は、上記実施例に限定されるのみではなく、種
々の変形が可能である。

例えば第１図の例では、基板ホルダ４の回転軸と基板３
の主面に垂直な中心軸とが一致し、いわば基板３がその
中心軸のまわりに自転する構造をとるが、基板の周辺部
に比較して中心部は動きが小さく、開口部５６ａ、５６
ｂを通しての原料の切換えが必ずしもうまく行なわない
可能性がある。

これに対し、例えば第４図に示すように基板ホルダ４の
回転軸と基板３の中心軸とを偏心させ、いわば基板３が
基板ホルダ４の回転軸のまわりを公転する構造とすれば
、基板全体にわたる組成の均一性を向上させることがで
きる。

また、この発明により形成される混晶化合物半導体は、
Ａｇ　Ｇａ　　　Ａｓに限らず、Ａｇ８ｘ　　　　　　
１−ｘ Ｉｎ　　　Ａｓ％　Ｉｎ　　Ｇａ　　　Ａｓ等、さまざ
ま１−Ｘ　　　　　　　　　　　　Ｘ　　　　　　１−
Ｘな組合せが可能であり、４種以上の元素からなる混晶
化合物半導体薄膜の形成にも応用できる。

もちろん、開口部の面積が変えられるマスク５の構造も
、この発明の趣旨を変更しない範囲でさまざまな設計変
更が可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、両側のセルから供給される
原料間の干渉を防ぐ仕切板と、これらの原料をそれぞれ
通過させる面積可変の開口部とを存するマスクを基板と
セル間に配置し、マスク開口部の面積を変えることによ
り、混晶化合物半導体の組成を、セル加熱温度の制御に
よらず、きわめて容易にかつ任意に変化させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に用いるＭＢＥ成長装置
の概略構成図、第２図は、マスクの斜視図、第３図は、
上記マスクの開口部の中心角と組成との対応関係の一例
を示す図、第４図は、変形例に用いるＭＢＥ成長装置の
概略構成図、第５図は、従来方法によるセル加熱温度と
組成との対応関係の一例を示す図である。 １・・成長室、２Ａ〜２Ｄ・・・セル、３・・・基板、
４・・・基板ホルダ、５・・・マスク、５１・・・仕切
板、５６ａ、５ｂｂ・・・開口部。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　塩　　　１）　　辰　　　也イＲ（Ｘう）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高真空に維持された成長室内でセル内に収納された
   原料を蒸発させ、この成長室内の基板ホルダに支持され
   た基板表面に半導体層を成長させる分子線エピタキシャ
   ル成長方法において、基板とセル間に、両側のセルから
   供給される原料間の干渉を防ぐ仕切板と、それらの原料
   をそれぞれ通過させる面積可変の開口部とを有するマス
   クを配置し、基板ホルダを駆動して基板を回転させなが
   ら、マスク開口部の面積を変えることにより混晶化合物
   半導体の組成を制御することを特徴とする分子線エピタ
   キシャル成長方法。 ２、基板の回転速度および原料の供給量を、基板上のあ
   る部分がマスク開口部の一つを通過する間にその部分に
   堆積する原料の厚みが１原子層以下であるように設定す
   る請求項１記載の分子線エピタキシャル成長方法。