JPH03265125A - 分子線源セル - 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】 〔概要〕 本発明は、分子線結晶成長装置に用いられる分子線源セ
ルに関し、 クルーシブル表面へのヒーター材料の蒸着を著しく低減
することにより、長期間に亘って交換を必要とせずに安
定した加熱効率を維持できる分子線源セルを提供するこ
とを目的とし、 蒸発させる材料を収容するセラミ・ノクス製りル−ジプ
ルと、このクルーシブルを取り囲んで配置された金属製
ヒーターと、このヒーターの外側を更に取り囲んで配置
された熱反射板とを有し、上記熱反射板で反射された熱
が上記クルーシブルに照射されるように上記ヒーターに
間隙が設けられている分子線源セルにおいて、 上記クルーシブルと上記ヒーターとの間に、上記ヒータ
ーに沿い且つ上記ヒーターの間隙と対応する位置に間隙
を有する第２の金属製熱反射板を設けて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、分子線結晶成長装置に用いられる分子線源セ
ルに関する。

分子線結晶成長装置は、超高真空に保持された容器内で
、結晶成長原料を分子線源セル内で高温に加熱して蒸発
させ、得られた分子線を基板上に照射して結晶を堆積・
成長させる装置であり、結晶格子規模での組成制御を正
確に行えるので、例えば■−Ｖ族化合物半導体を用いた
高速デバイスや光デバイス等のエピタキシャル結晶成長
等に用いられている。

超高真空にするのは、蒸発した物質を分子線として用い
るために、容器内空間の気体分子数を極力少なくして、
気体分子との衝突による分子線の損失を防止し、実用上
有効な分子線量を確保する必要があるから、および、高
純度の結晶を得るために、結晶の残留ガス分子のとりこ
みを抑制する必要があるからである。

〔従来の技術〕

従来の分子線源セルの典型的な構造は、第４図（Ａ）、
（Ｂ）、および（Ｃ）にそれぞれ縦断面、横断面、およ
び断面斜視図を示したように、蒸発させる材料２を収容
するセラミックス製クルーシブル１と、クルーシブル１
を取り囲んで配置された通電加熱式の金属製ヒーター３
と、ヒーター３の外側を更に取り囲んで配置された熱反
射板４とを有して横絞されでいる。熱反射板４は通常Ｔ
ａ等の耐熱金属板を円筒状に何重かに巻いたものであり
、ヒーター３で発生した熱をセル外に逃がさず有効にク
ルーシブル１に照射するためのものである。ヒーター３
は、例えば第４図（Ｃ）のように細い帯状のヒータ一部
材が蛇行しながらクルーシブル１の外周を取り囲んだ形
状をしており、ヒーター３から発生した輻射熱が、直接
クルーシブル１を照射するほかに外周熱反射板４で反射
された熱が、蛇行するヒーター３の間隙６を通ってクル
ーシブル１に達するように作られている。同図中、６は
ヒーター３を保持するためのＢＮ等のセラミックスで作
られたリング状の絶縁板にヒーター３を通すための溝を
設けた保持部であり、７はセル温度（クルーシブル温度
）を検知するための熱電対である。

クルーシブル１を高温に加熱するヒーター３は更に高温
になる。例えば■−Ｖ族化合物半導体の分子線結晶成長
においては、蒸気圧の低い■放入Ｓ（特にＡｌ）や不純
物として用いるＳｌ等の分子線を発生させるためには、
これら蒸発材料を１２００〜１４００℃程度の高温に加
熱する必要があり、そのためヒーター３はこれらよりさ
らに数百度以上も高温になる。　このような高温では、
セル作動中にヒーターの材料が蒸発して、クルーシブル
１の外周面に蒸着する。ヒーター３はＴａ、Ｗ、ＭＯ等
の耐熱金属で作られており、ＢＮ等のセラミックスで作
られたクルーシブル１の外周表面に蒸着すると、クルー
シブル外周表面の反射率が著しく増加し、ヒーター３か
らの輻射熱によるクルーシブル加熱効率が急速に低下す
る。

ヒーター３は通常、熱電対７で検知されるクルーシブル
温度を所定値に保つように自動制御されており、加熱効
率が低下するとヒーター３への電力供給は自動的に増加
してヒーター３の温度が上昇し、これによりクルーシブ
ル１への蒸着が加速度的に増加する。このようにヒータ
ー３の温度が正帰還的に上昇するので、やがてヒーター
３の能力の上限に達したり、あるいはヒーター３からの
著しいガス放出により成長装置の真空度が所要値以下に
低下したりして、分子線源セルをこれ以上使用できなく
なる。

このように使用不能になった分子線源セルは交換しなけ
ればならないが、そのためには分子線結晶成長装置の超
高真空を破って大気中で作業せざるを得ない。しかし、
大気に晒されることは、超高真空系にとっては極めて高
い汚染を受けることになるので、セル交換の頻度は極力
少？；くすることが望ましい。

〔発明が解決しようとする課題二 本発明は、クルーシブル表面へのヒーター材料の蒸着を
著しく低減することにより、長期間に亘って交換を必要
とせずに安定した加熱効率を維持できる分子線源セルを
提供することを目的とする。

こ課題を解決するための手段：・ 上記の目的は、本発明によれば、蒸発させる材料を収容
するセラミックス製クルーシブルと、このクルーシブル
を取り囲んで配置された金属製ヒーターと、このヒータ
ーの外側を更に取り囲んで配置された熱反射板とを有し
、上記熱反射板で反射された熱が上記クルーシブルに照
射されるように上記ヒーターに間隙が設けられている分
子線源セルにおいて、上記クルーシブルと上記ヒーター
との間に、上記ヒーターに沿い且つ上記ヒーターの間隙
と対応する位置に間隙を有する第２の金属製熱反射板を
設けたことを特徴とする分子線源セルによって達成され
る。

〔作用〕

第１図を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に従う分子線源セルをクルーシブル高
さの中央部付近で切った断面を部分的に示す図である。

第１図中、１はセラミックス製クルーシブル、２は蒸発
材料、３は金属製ヒーター、４はヒーター３の外側を取
り囲む熱反射板である。ヒーター３とクルーシブル１と
の間に設けた本発明による第２の金属製熱反射板５が、
ヒーター３からの蒸発物質１１の大部分を付着・捕捉す
るので、クルーシブル１への蒸着量を著しく低減するこ
とができる。

特に、ヒーター３からクルーシブル１が見えないように
第２熱反射板５の大きさを設定すれば、クルーシブル１
への蒸着をほぼ完全に防止できる。

それには、第１図のようにヒーター３および第２熱反射
板５がセルの中心軸に沿って伸びた形の場合、第２熱反
射板５の幅Ｒ’Ｓ’　を、ヒーター３の両側縁部Ｍおよ
びＮからクルーシブル１の外周面に接して引いた線分Ｍ
ＰおよびＮＰを横切るような幅とする。

なお、第２熱反射板５の断面形状は必ずしも直線状でな
くてもよい。

第２熱反射板５で反射した輻射熱１２は、外側の熱反射
板４で反射し、ヒーター３の間隙８およびそれに対応し
た第２熱反射板の間隙１３を通過してクルーシブル１に
到達する。輻射熱の進行経路はこれだけではないが、２
個の熱反射板４および５で複数回反射した輻射熱も間隙
８および１３を通過してクルーシブル１を加熱する。

分子線源セルの使用経過に伴い、金属製第２熱反射板５
の外側表面には金属製ヒーター３からの蒸発物質１１が
蒸着していくが、これによる蒸着膜は金属膜なので金属
製第２熱反射板と同等の反射率であり、第２熱反射板の
反射率はヒーター材料の蒸着が進行してもほとんど変化
しない。したがって、長期間に亘ってヒーター３への電
力供給をほとんど変えずに蒸発材料２の温度を所定値に
保持することができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

こ実施例１〕 第２図（Ａ）および（Ｂ）に、本発明の分子線源セルの
一実施例を示す。第２図（１へ）は縦断面図であり、第
２図（Ｂ）は第２図（Ａ＞の線ａａ′における横断面図
である。

同図中、１はＢＮ製ノルーシブル、２は蒸発材料、３は
Ｔａ製ヒーター、４はヒーター３の外側を取り囲むＴａ
製の熱反射板である。ヒーター３とクルーシブル１との
間に、Ｔａ製の第２熱反射板５を設けである。

第２熱反射板５の形状はヒーター３と同様に、Ｔａ板に
上下から交互に切り込みを入れて蛇行帯状にしたもので
ある。この帯の幅は、第１図のＲ゛Ｓ°　で示したよう
にヒーター３のセル中心ＭＸと平行な部分からクルーシ
ブル１が見えｉよいような幅にしである。第２熱反射板
５はヒーター３と同様にＢＮ製のリング６により保持さ
れている。

本実施例において、ヒーター３からクルーシブル１が見
えるのは、ヒーター３の折れ曲がり部分２１から第２熱
反射板５の間隙の下部２２を通してクルーシブル１が見
える場合と、ヒーター３の上端２３からクルーシブル１
の「つば」の部分２４が見える場合だけである。このう
ち、前者はヒータ−３全体に比べで部分２１の割合が非
常に小さいので影響はほとんど無視できる。また後者の
「つば−１部分２４は蒸発材料２の加熱に影響しない部
分なので実質的に問題にならない。したがって、本実施
例のセルは、第２熱反射板５を設けない従来のセルと比
べて、ヒーター３からクルーシブル１へのＴａ蒸着を著
しく低減できる。

第２熱反射板５の形状は、本実施例の形状以外にも、例
えば第３図（Ａ）のように、ヒーター３のクルーシブル
１に面した側を囲むように側縁部を折り曲げたくセルの
内側に向かって凸の）形状、あるいは第３図（Ｂ）のよ
うに、逆にセルの外側に向かって凸の形状にすることが
できる。

第３図（Ａ）の形状とした場合には、第２熱反射板５の
間隙１３を比較的大きくする（ヒーター３の間隙８を比
較的小さくする）ことができる。

第３図（Ｂ）の形状とした場合には、ヒーター３の内側
表面からの輻射熱を効率良く外側に（熱反射板４に向か
って）反射できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の分子線源セルは、クルー
シブル表面へのヒーター材料の蒸着を著しく低減するこ
とができるので、長期間に亘って交換を必要とせずに安
定した加熱効率を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための部分横断面図、 第２図ＣＡ）および（Ｂ）は本発明の一実施例を示す（
Ａ）縦断面図および（Ｂ）ｉ断面図、第３図（Ａ）およ
び（Ｂ）は第２図の態様に適した第２熱反射板の他の態
様を示す部分横断面図、および 第４図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、従来の分子線源
セルの典型例を示す（Ａ）縦断面図、（Ｂ）横断面図お
よび（Ｃ）断面斜視図である。 １：クルーシブル、２：蒸発材料、 ３：ヒーター、４：外側熱反射板、 ５：第２熱反射板、 ８：ヒーター３の間隙、 １３：第２熱反射板５の間隙、 Ｘ：クルーシブル１の中心軸。 第２図 本発明のト反訓板の他の形状の例 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸発させる材料を収容するセラミックス製クルーシ
   ブルと、このクルーシブルを取り囲んで配置された金属
   製ヒーターと、このヒーターの外側を更に取り囲んで配
   置された熱反射板とを有し、上記熱反射板で反射された
   熱が上記クルーシブルに照射されるように上記ヒーター
   に間隙が設けられている分子線源セルにおいて、 上記クルーシブルと上記ヒーターとの間に、上記ヒータ
   ーに沿い且つ上記ヒーターの間隙と対応する位置に間隙
   を有する第２の金属製熱反射板を設けたことを特徴とす
   る分子線源セル。