JPH0264093A - 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
、基板上に組成の異なる層を周期的に積層して半導体超
格子構造を形成する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来この種の超格子構造の形成においては、例えば第６
図に示すように、変化させる組成に応じて必要な数だけ
の原料供給源である分子線セル１０１Ａ〜１０１Ｄを用
い、セルシャッタ１０２Ａ〜１０２Ｄの開閉により組成
の切換えを行う方法を用いていた。

すなわち、各分子線セル１０１Ａ〜１０１Ｄの開口部前
におかれたセルシャッタ１０２Ａ〜１０２Ｄを選択的に
開くことにより各原料の分子線を基板１０３に照射し、
基板１０３上に超洛子を構成する各化合物半導体を形成
することができる。これらのプロセスは、高真空に保た
れた成長室１０４内で行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記セルシャッタの開閉による従来方法では、分子線セ
ル開口部の直前に配置されたセルシャッタを開閉するた
びに分子線セルの熱平衡状態がくずれ、分子線強度にオ
ーバーシュートが見られ制御性が劣るという問題があっ
た。

また、同種の原料であっても、各層の組成を周期的に変
化させる場合には、必要とする分子線セルの数が多くな
り、装置が複雑になるという問題があった。例えば、Ｉ
ｎ　　　Ｇａ　　　Ａｓ１０．７　　０．３ Ｉ　ｎ　　　Ｇａ　　　Ａｓ超格子では、Ｇａもしくは
０．３　　０．７ Ｉｎの分子線セルのいずれか一方は２本用意しなければ
ならない（第６図ではセル１０１ＡがＧａ分子線セル、
セル１０１Ｂおよび１０１ＣがＩｎ分子線セル、セル１
０１ＤがＡｓ分子線セルであり、Ｉｎ分子線セルを２本
としている）。これは、これら■族元素の比率を各層間
で変える必要があるからであるが、このように原料の供
給量すなわち分子線強度の微妙な制御を必要とする元素
のセル数が増すことは操作上も望ましくない。

〔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
ク開口部の面積を周期的に変化させることにより半導体
の組成を切換えるものである。

〔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
の面積が変化すれば、その間に供給される原料の割合が
変化し、形成される半導体層の組成が変わる。

従来セル開口部直前に位置されていて、シャッタは不要
で、またマスクはセルから離して配置することによりセ
ルの熱平衡状態を乱すことがない。

さらに、それぞれ１本のセルでも、開口部の面糟比を変
化させることにより組成の異なる半導体層が形成される
。

〔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。

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〜２１Ｄ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。

各セル２Ａ〜２Ｄの開口部にはシャッタは設けられてお
らず、変りに、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、垂直な仕切板５１、この仕切板と一体に形
成され基板３に近接して配置された固定マスク板５２お
よびこの固定マスク仮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。

固定マスク板５２および可動マスク板５３は、それぞれ
中心角θ　−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−６０″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０″から１２０°まで変化す
るとき、つまり開口部５６ａの開口率がＯから１まで変
化するとき、βは反対に１２０°から０＠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Ｉ
ｎ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■族の原料の分子線は、仕切板
５１があるために相互に干渉することなべ、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。そして、その際、予め開口部５６ａ
。

５６ｂの開口率が０．５のときにｌｎｏ、ｓＧａ　　　
Ａｓとなるように設定しておけば、可動０．５ マスク板５３にとりつけた回転軸５４を回し、開口部５
６ａの開口率をＸ（≦１）とｙ　（ｘ坂ｙ≦１）との間
で切換えることにより、Ｉｎ、Ｇａともにそれぞれ１本
のセルにもかかわらず、Ｉｎ　　Ｇａ　　　Ａｓ／Ｉｎ
　　Ｇａ　　　Ａｓの組成Ｘ　　　ｌ−ｘ　　　　　　
Ｙ　　　１−Ｖの切換えが行なわれる。

なお、Ｉｎ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Ｉｎ、セル２ＣにＧａを収納
し、さらにセル２Ａ、２ＤにＡｓを収納してＭＢＥを行
ない、Ｉｎ　　Ｇａ　　　Ａｓ／ｘ　　　　　　１−ｘ Ｉｎ　　Ｇａ　　　Ａｓ超格子の形成を行なった。基ｙ
　　　ｔ−ｙ 板３として半絶縁性１ｎＰ基板を用い、形成条件は、基
板温度５００℃、Ｇａ分子線強度Ｆ、−６×１０１４／
ｃ−・Ｓ、Ｉｎ分子線強強度　−７×ｎ １０１４／ｃｄｓ　ｓ、Ａｓ圧２Ｘ１０−５Ｔｏｒｒと
した。このとき、基板３の回転速度は２Ｏｒ　ｐｍ以上
であればよい。

この場合、Ｉｎ分子線が通過するマスク開口部５６ａの
中心角を第３図（ａ）に示すように時間とともに周期的
に変化させ、そのときの組成の変化を調べたところ、同
図（ｂ）に示すようになり、Ｘ線回折等の測定によって
超格子が形成されていることが確認された。

本実施例によれば、ＩｎおよびＧａの分子線セルはそれ
ぞれ１本でよく、装置が簡略化されるとともに、熱平衡
状態の乱れによる分子線強度のオーバーシュートもなく
、層厚および組成の制御性も向上した。

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、■
族元素であるＡｓの分子線は、Ｉｎ、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。

また、２本用いる場合でも、■族元素であるＩｎ、Ｇａ
と異なり、その供給量の微妙な制御は不要であるため、
装置ないし操作を特に複雑にすることはない。

この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種
々の変形が可能である。

例えば、第４図（ａ）に示すようにマスク開口部の中心
角（したがって面積）の変化率を徐々に変えることによ
り、同図（ｂ）に示すように超格子を構成する各層の組
成が徐々に変化するような超格子を製作することも可能
である。

また、この発明により形成される超格子は、Ｉｎ　　Ｇ
ａ　　　Ａｓ／Ｉｎ　　Ｇａ、、Ａｓに限らｘ　　　ｌ
ｘ　　　　　　Ｙ ず、Ｉｎ　　ＡＮ　　　Ａｓ／Ｉｎ　　ＡΩ　　Ａｓ。

ｘ　　　ｌ−ｘ　　　　　　Ｙ　　　１−ＹＡＮ　　Ｇ
ａ　　　Ａｓ／ＡΩ　Ｇａ　　　Ａｓ。

ｘ　　　ｌ−ｘ　　　　　　ｙ　　　１−ｙＩｎ　　Ｇ
ａ　　　Ａｓ／Ｉｎ　　ＡΩ　　Ａｓ、等、ｘ　　　ｌ
−Ｘ　　　　　　ｙ　　　ｌ−ｙさまざまな材料の組合
せが可能である。

もちろん、開口部の面積が変えられるマスク５の構造も
、この発明の主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。

また、第１図の例では、基板ホルダ４の回転軸と、基１
ｌ１２３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５６
ａ、５６ｂを通しての原料の切換えが必ずしもうまく行
なわれない可能性がある。これに対し、例えば第５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
一性を向上することができる。

〔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、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
り半導体の組成の切換えを行なうため、簡単な装置構成
および操作により、半導体超格子の形成に際し各半導体
層の組成を精密にかつ容易に制御性良く切換えることが
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図およ
び第４図は、それぞれ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５図は、変形例に用
いるＭＢＥ成長装置の概略構成図、第６図は、従来方法
に用いられるＭＢＥ成長装置の概略図である。 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、５５ａ、５６ｂ・・・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　　　也合理ぽメ〔慨〕

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同期的に変えることにより半
   導体の組成を切換え、超格子構造を形成することを特徴
   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。