JPH03112889A

JPH03112889A - 分子線エピタキシ成長方法

Info

Publication number: JPH03112889A
Application number: JP24901789A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshida; 晃吉田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1991-05-14
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JP2707470B2

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】（概要〕分子線エピタキシ成長方法（以下、ＭＢＥ成長方法と云
う、）、特に、常温において気体である物質を分子線ソ
ースとして使用してなすＭＢＥ成長方法に関し、基板上に形成する薄膜の組成の制御性が最も勝れている
分子線エピタキシ法（以下、ＭＢＥ法と云う、）を使用
して、酸素等常温において気体である物質の導入量を精
密に制御することを可能にするＭＢＥ成長方法を提供す
ることを目的とし、加熱手段を有する基板支持台と、こ
の基板支持台の表面に対向して配置され、常温で固体で
ある第１の拡散源を収容し、この第１の拡散源の加熱手
段を有する少なくとも１個の高温セルと、前記の基板支
持台の表面に対向して配置され、常温で気体である第２
の拡散源を収容し、この第２の拡散源の蒸気圧を制御す
る冷媒を有する少なくとも１個の低温セルと、真空排気
手段とを有する真空槽の前記の基板支持台上に基板を固
定する工程と、前記の高温セルから所望の蒸気圧を有す
る第１の分子線を前記の基板に対して照射し、また、冷
媒の温度を制御して、前記の低温セルから所望の蒸気圧
を有する第２の分子線を前記の基板に対して照射するこ
とにより、前記の基板上に薄膜を形成するように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ＭＢＥ成長方法、特に、常温において気体で
ある＠ＩＪ質を分子線ソースとして使用してなすＭＢＥ
成長方法に関する。

〔従来の技術〕

酸化物高温超伝導薄膜は、臨界温度が液体窒素の沸点（
７７Ｋ）より高いため、エレクトロニクスめ分野での利
用が大いに期待されている。高温超伝導体は複合酸化物
であり、その組織により特性が大きく変化することから
、薄膜を製造する時の組成の制御が極めて重要である。

現在、最も組成制御性のよい薄膜形成方法にＭＢＥ法が
ある。どれに使用されるＭＢＥ装置は、第３ｒｇに示す
ように真空ポンプ７に接続された排気口６を有する真空
槽１の内部に、加熱手段３を有する基板支持台２と加熱
手段４１を有する複数の高温セル４とがもうけられてお
り、高温セル４には基板上に形成される薄膜を構成する
組成物のソースがそれぞれいれてあり、各高温セル４の
温度を加熱手段４１を使用して個別に制御し、各組成物
のソースの蒸気圧をコントロールすることによって所望
の量の分子線をそれぞれ発生させ、これらを基板２１上
において反応させて薄膜を形成するものである。ところ
が、これまで酸素を分子線として発生させる方法がなか
ったため、酸化物高温超伝導膜の形成には使用すること
ができなかった。そこで、以下に述べる反応性蒸着法と
高周波スパッタ法とが現在のところ使用されている。

反応性蒸着法は、第４図に示すように、真空ポンプ７に
接続された排気口６を有する真空槽１内の基板支持台２
上に基板２１を載置して加熱手段３を使用して結晶成長
温度まで昇温し、真空槽１内に設けられた複数のセル８
に入れである蒸着物質をヒータ８１を使用して蒸発させ
る。一方、ガス供給口９から酸素を供給し、基板２１上
において各セル８から蒸発した蒸着物質と酸素とを反応
させて酸化物高温超伝導薄膜を形成する。第５図は、蒸
着物質を蒸発させる加熱手段としてヒータ８１に代えて
電子銃８２を設け、電子銃８２が発生する電子ビームを
セル８内の蒸着物質に照射して加熱するもので、その他
の構成は第４図に示す装置と同一である。

高周波スパッタ法は、第６図に示すように真空ポンプ７
に接続された排気口６を有する真空槽１内に設けられた
基板支持台２上に基板２１を載置して加熱手段３を使用
して加熱し、ガス供給口９から酸素を含むアルゴンガス
を供給し、ターゲット支持台１０上にイツトリウム、バ
リウム、銅等の酸化物焼結体よりなるターゲット１１を
載置し、これに高周波電源１２を使用して１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を印加して酸素を含むアルゴンガスを
プラズマ化する。ターゲット１１にはセルフバイアスが
発生するためアルゴンイオンがターゲット１１に衝突し
てターゲットを構成するイツトリウム、バリウム、銅等
の酸化物を放出させ、これらを基板２１上に堆積する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、反応性７着法は、酸素を真空槽１内に導入す
るために、セル８内の蒸着物質の表面が酸化されて、蒸
発の状態が大きく変化し、基板２１上に形成される薄膜
の組成を常に一定に制御することは困難である。

また、高周波スパッタ法は、ターゲット１１の表面に自
然酸化膜が形成されてスパッタレートが変化する等のた
めに、基板２１上に形成される薄膜の組成を一定に制御
することは同様に困難である。

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、基板
上に形成する薄膜の組成の制御性が最も勝れているＭＢ
Ｅ法を使用して、酸素等常温において気体である物質の
導入量を精密に制御することを可能にするＭＢＥ成長方
法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］上記の目的は、加熱手段（３）を有する基板支持台（２
）と、この基板支持台（２）の表面に対向して配置され
、常温で固体である第１の拡散源を収容し、この第１の
拡散源の加熱手段を有する少なくとも１個の高温セル（
４）と、前記の基板支持台（２）の表面に対向して配置
され、常温で気体である第２の拡散源を収容し、この第
２の拡散源の蒸気圧を制御する冷媒を有する少なくとも
１個の低温セル（５）と、真空排気手段（６）とを有す
る真空槽（１）の前記の基板支持台（２）上に基板（２
１）を固定する工程と、前記の高温セル（４）から所望
の蒸気圧を有する第１の分子線を前記の基板（２１）に
対して照射し、また、冷媒の温度を制御して、前記の低
温セル（５）から所望の蒸気圧を有する第２の分子線を
前記の基板（２１）に対して照射することにより、前記
の基板（２１）上にｆｉ［［を形成する分子線エピタキ
シ成長方法によって達成される。なお、前記の低温セル
（５）は、２重の筒状体よりなり上部に開口を有する冷
却容器（５１）と、この冷却容器（５１）をなす２重の
筒状体に挟まれた領域に充填される冷媒を加熱する加熱
手段（５２）と、この冷却容器（５１）を囲んで設けら
れる断熱容器（５３）とからなり、前記の冷却容器（５
１）には冷媒供給口（５４）と冷媒排出口（５５）とが
設けられ、前記の冷却容器（５１）に囲まれた領域（５
日）には前記の冷却容器（５１）を貫通して分子線ソー
スを供給するソース供給口（５６）が設けられているこ
とが好ましい。

〔作用〕

酸素等は常温において気体であり、第２図に示す酸素、
オゾン、酸化二窒素の蒸気圧曲線から明らかなように、
ＭＢＥにおいて使用される蒸気圧（１０−’〜１０−’
Ｔｏｒｒ）の分子線を得るには、セル内のこれらのソー
スの温度を一２００°Ｃ程度にしなければならない。

本発明に係るＭＢＥ成長方法において使用されるＭＢＥ
装置は、真空槽１内に低温セル５が設けられており、液
体酸素等のソースは、この低温セル５に供給され、冷却
容器５１に供給される液体ヘリウム等の冷媒によって冷
却される。加熱手段５２によって液体酸素等のソースの
温度を精密に制御することによってソースの蒸気圧をコ
ントロールして所望の酸素等の分子線を発生させ、他の
加熱セル４において発生されるメタルソースの分子線と
ともに基板２１上において反応させ、所望の組成を有す
る薄膜を形成することができる。

［実施例〕以下、図面を参照しつ一１本発明の一実施例に係るＭＢ
Ｅ成長方法について説明する。

第■ａｒｊ！Ｊ参照第１ａ図はＭＢＥ装置の構成図である０図において、１
は真空ポンプ７に連通ずる排気口６を有する真空槽であ
り、２は加熱手段３を有し、基板２１を載置する基板支
持台であり、４はイッテルビウム、バリウム、銅等のソ
ースを入れる加熱セルであり、加熱手段４１によって加
熱される。５は液体酸素、液体オゾン等のソースを入れ
る低温セルである。

第１ｂ図参照第１ｂ図に低温セル５の詳細構造の一例を示す。

５１はヘリウム等の冷媒が充填される冷却容器であり、
冷媒が供給される冷媒供給口５４と冷媒を排出する冷媒
排出口５５とを有し、内部に加熱手段５２が設けられて
いる。冷却容器５１を囲んで断熱容器５３が設けられて
いる。断熱容器５３は２重槽からなり、２重槽に囲まれ
た密閉領域は真空に保持されている。冷却容器５１に囲
まれた領域５８には、液体オゾン、液体酸素等のソース
がソース供給口５６から供給される。

低温セル５内に供給された液体酸素、液体オゾン等のソ
ースを加熱手段５２をもって蒸気圧が１０−　’〜１０
−　’Ｔｏｒｒになるように温度制御して、酸素の分子
線を発生する。一方、イッテルビウム、バリウム、銅等
のソースが入った加熱セル４を加熱手段４１をもって加
熱し、蒸気圧が１０−”〜ＩＦ　’Ｔｏｒｒになるよう
に温度制御して、イッテルビウム、バリウム、銅等の分
子線を発生する。加熱手段３をもって４００〜６５０°
Ｃに加熱された基板支持台２上に載置された基板２１の
表面において、上記の酸素、イッテルビウム、バリウム
、銅等の分子線が反応して基板２１上に酸化物高温超伝
導薄膜が形成される。

第１Ｃ図参照なお、第１ｃ図に示すように、冷却容器５１と断熱容器
５３とを分離し、両者間を支持材５７をもって相互に固
定するようにすれば、冷媒供給口５４と冷媒排出口５５
と、ソース供給口５６とを断熱容器５３を貫通すること
なく設けることができる。また、冷媒の加熱手段５２は
、第１ｂ図に示すように冷却容器５１の内部に設けても
よく、また、第１ｃ図に示すように冷却容器５１に囲ま
れた液体酸素等のソースが充填される領域５８に設けて
もよい。

なお、実施例においては、酸素の分子線を発生する場合
について説明したが、常温において気体である他の物質
の分子線を発生することも可能であることは云うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係るＭＢＥ成長方法にお
いては、ＭＢＥ装置に設けられた低温セルに、常温にお
いて気体である酸素等を低温の液体状態で収容し、酸素
等の蒸気圧が所望の値になるように低温セルの温度を制
御することによって、所望の酸素等の分子線を発生させ
、これを高温セルから発生するイッテルビウム、バリウ
ム、銅等の分子線とともに基板上に供給することによっ
て、例えば組成比が正確に制御された酸化物高温超伝導
薄膜等を形成することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の一実施例に係るＭＢＥ装置の構成
を示す模式図である。第１ｂ図、第１ｃ図はＭＢＥ装置を構成する低温セルの
構造図である。第２図は、酸素、オゾン、酸化二窒素の蒸気圧線図であ
る。第３図〜第６図は、従来技術に係る複合酸化物の製造装
置の模式図である。１・・・真空槽、２・・・基板支持台、２１・・・基板、３・・・加熱手段、４　・４１・５　・５１・５２・５３・５４・５５・５６・５７・６　・７　・８　・８１・８２・９　・１０・１１・・高温セル、・加熱手段、・低温セル、・冷却容器、・加熱手段、・断熱容器、・冷媒供給口、・冷媒排出口、・ソース供給口、・支持体、・排気口、・真空ポンプ、・加熱セル、・ヒータ、・電子銃、・ガス供給口、・ターゲット支持台、・ターゲット。

Claims

【特許請求の範囲】［１］加熱手段（３）を有する基板支持台（２）と、該
基板支持台（２）の表面に対向して配置され、常温で固
体である第１の拡散源を収容し、該第１の拡散源の加熱
手段を有する少なくとも１個の高温セル（４）と、前記
基板支持台（２）の表面に対向して配置され、常温で気
体である第２の拡散源を収容し、該第２の拡散源の蒸気
圧を制御する冷媒を有する少なくとも１個の低温セル（
５）と、真空排気手段（６）とを有する真空槽（１）の
前記基板支持台（２）上に基板（２１）を固定する工程
と、前記高温セル（４）から所望の蒸気圧を有する第１
の分子線を前記基板（２１）に対して照射し、また、冷
媒の温度を制御して、前記低温セル（５）から所望の蒸
気圧を有する第２の分子線を前記基板（２１）に対して
照射することにより、前記基板（２１）上に薄膜を形成
することを特徴とする分子線エピタキシ成長方法。［２］請求項１記載の分子線エピタキシ成長方法におい
て、前記低温セル（５）は、２重の筒状体よりなり上部
に開口を有する冷却容器（５１）と、該冷却容器（５１
）をなす２重の筒状体に挟まれた領域に充填される冷媒
を加熱する加熱手段（５２）と、該冷却容器（５１）を
囲んで設けられる断熱容器（５３）とからなり、前記冷
却容器（５１）には冷媒供給口（５４）と冷媒排出口（
５５）とが設けられ、前記冷却容器（５１）に囲まれた
領域（５８）には前記冷却容器（５１）を貫通して分子
線ソースを供給するソース供給口（５６）が設けられて
なることを特徴とする分子線エピタキシ成長方法。