JPH0339040B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0339040B2 JPH0339040B2 JP19260381A JP19260381A JPH0339040B2 JP H0339040 B2 JPH0339040 B2 JP H0339040B2 JP 19260381 A JP19260381 A JP 19260381A JP 19260381 A JP19260381 A JP 19260381A JP H0339040 B2 JPH0339040 B2 JP H0339040B2
- Authority
- JP
- Japan
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- molecular beam
- beam source
- crystal growth
- oven
- source material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は分子線結晶成長装置に係り、特に表面
モホロジーが良好で高純度の半導体結晶の得られ
る分子線結晶成長装置に関する。
モホロジーが良好で高純度の半導体結晶の得られ
る分子線結晶成長装置に関する。
(2) 技術の背景
半導体薄膜のエピタキシヤル成長装置としては
種々の成長装置が提案されている。
種々の成長装置が提案されている。
一般的には液相エピタキシヤル成長装置および
気相エピタキシヤル成長装置が知られているが、
これらのエピタキシヤル成長装置は結晶成長中の
制御は主に温度だけで定まるのに比べて多くのパ
ラメータで結晶成長の基板制御ができる分子線結
晶成長装置（MBE）によつて得られる半導体結
晶はその高純度性から期待されている。
気相エピタキシヤル成長装置が知られているが、
これらのエピタキシヤル成長装置は結晶成長中の
制御は主に温度だけで定まるのに比べて多くのパ
ラメータで結晶成長の基板制御ができる分子線結
晶成長装置（MBE）によつて得られる半導体結
晶はその高純度性から期待されている。
上記MBE装置は各種のパラメータを精密に制
御できる高級な真空蒸着装置であり、その構造は
１個または複数個のセル型ルツボから蒸発させた
成分元素をビーム状にして基板に照射し、該基板
の表面をエピタキシヤル成長させるようにしたも
ので基板に捕えられない分子は真空系で運び去ら
れ、常に分子線源オーブンのルツボから蒸発した
新鮮な分子ビームを基板表面に照射している。基
板に到達する各元素の分子数は蒸着系の幾何学的
形状と蒸着源温度によつて一義的に決定され、従
つて結晶の成長速度、添加不純物の濃度等を正確
に制御することが可能であり、通常結晶の成長速
度は数〓〜数μ／hrである。
御できる高級な真空蒸着装置であり、その構造は
１個または複数個のセル型ルツボから蒸発させた
成分元素をビーム状にして基板に照射し、該基板
の表面をエピタキシヤル成長させるようにしたも
ので基板に捕えられない分子は真空系で運び去ら
れ、常に分子線源オーブンのルツボから蒸発した
新鮮な分子ビームを基板表面に照射している。基
板に到達する各元素の分子数は蒸着系の幾何学的
形状と蒸着源温度によつて一義的に決定され、従
つて結晶の成長速度、添加不純物の濃度等を正確
に制御することが可能であり、通常結晶の成長速
度は数〓〜数μ／hrである。
上述の如きMBE装置においては結晶成長室内
を超高真空に保つて分子線源材料を加熱して分子
ビームを放出しているが分子線源材料は分子線源
オーブンに挿入される際に大気にさらされるため
表面が酸化される。この酸化物を除去するために
は長時間分子線源材料を加熱すると共に超高真空
中でガスを排出させなければならなかつた。しか
しこのガス排出方法では分子線源材料の酸化物が
極めて安定なので酸素等のガス成分を排出するの
に長時間を要し、完全にこれを排出することがで
きなかつた。
を超高真空に保つて分子線源材料を加熱して分子
ビームを放出しているが分子線源材料は分子線源
オーブンに挿入される際に大気にさらされるため
表面が酸化される。この酸化物を除去するために
は長時間分子線源材料を加熱すると共に超高真空
中でガスを排出させなければならなかつた。しか
しこのガス排出方法では分子線源材料の酸化物が
極めて安定なので酸素等のガス成分を排出するの
に長時間を要し、完全にこれを排出することがで
きなかつた。
さらに分子線源材料の多くをガスの排出に使用
するため結晶成長に有効に利用できず、分子線源
材料の酸化物を短時間に排出することのできる分
子線結晶成長装置が要望されていた。
するため結晶成長に有効に利用できず、分子線源
材料の酸化物を短時間に排出することのできる分
子線結晶成長装置が要望されていた。
(3) 従来技術の問題点
第１図は従来のMBE装置の略線的構成を示す
もので分子線結晶装置の結晶成長室１内に複数の
分子線源材料ルツボに入れ、該ルツボの周囲に加
熱用ヒータ１１を巻き回した分子線源オーブン
７，８，９，１０を有し、これら分子線源オーブ
ンには分子線源材料としてたとえばヒ素（As）、
アルミニウム（Al）、ガリウム（Ga）、ドーパン
トとしてシリコン（Si）等が充填されている。分
子線源オーブン７，８，９，１０の前面にはシヤ
ツタ１２が配され、さらに基板ホルダー４上に基
板５が載置され、基板ホルダー４の裏面にはヒー
タ６を有し、加熱される。
もので分子線結晶装置の結晶成長室１内に複数の
分子線源材料ルツボに入れ、該ルツボの周囲に加
熱用ヒータ１１を巻き回した分子線源オーブン
７，８，９，１０を有し、これら分子線源オーブ
ンには分子線源材料としてたとえばヒ素（As）、
アルミニウム（Al）、ガリウム（Ga）、ドーパン
トとしてシリコン（Si）等が充填されている。分
子線源オーブン７，８，９，１０の前面にはシヤ
ツタ１２が配され、さらに基板ホルダー４上に基
板５が載置され、基板ホルダー４の裏面にはヒー
タ６を有し、加熱される。
上記構成において結晶成長室１を超高真空とし
たとえば10-10Torr以下として、シヤツタを閉鎖
状態にして分子線源オーブン７，８，９，１０が
加熱される。たとえば、分子線源材料としてGa
であればGaの表面はGa2O3の酸化物となり、Al
であれば表面はAl2Oの酸化物となつている。
たとえば10-10Torr以下として、シヤツタを閉鎖
状態にして分子線源オーブン７，８，９，１０が
加熱される。たとえば、分子線源材料としてGa
であればGaの表面はGa2O3の酸化物となり、Al
であれば表面はAl2Oの酸化物となつている。
これら酸化物は非常に安定で真空中では1200℃
以上の高温で加熱すると次の如き反応を生ずる。
以上の高温で加熱すると次の如き反応を生ずる。
Ga2O3＋4Ga→3Ga2O
すなわちGa2Oが蒸気となつてGaの分子ビーム
と共にGa2O2より飛び出す。この場合上気Ga2O3
やAl2Oは極めて安定であるから長時間に亘つて
Ga2O等のガス成分がGaの分子ビーム中に混入し
て結晶成長時の純度をそこなう。そこでこれら
Ga2O等のガスを長い時間排気しなければならな
いが完全に除去できないだけでなくGa等の分子
線源材料を消費するために、実際のMBE時にこ
れら材料が不足する等の欠点を有していた。
と共にGa2O2より飛び出す。この場合上気Ga2O3
やAl2Oは極めて安定であるから長時間に亘つて
Ga2O等のガス成分がGaの分子ビーム中に混入し
て結晶成長時の純度をそこなう。そこでこれら
Ga2O等のガスを長い時間排気しなければならな
いが完全に除去できないだけでなくGa等の分子
線源材料を消費するために、実際のMBE時にこ
れら材料が不足する等の欠点を有していた。
すなわち、結晶成長室内に充填した分子線源材
料は、充填時に一度大気にさらされているため、
表面が酸化するが、非常に微量ではあるが酸化物
以外の不純物も含まれている。従来、この不純物
を除去するために超高真空中で長時間分子線源材
料を高温で加熱し、不純物のガス出しを行つてい
る。しかし、この方法では不純物の蒸気圧が低い
ために分子線源材料を消費する。そのうえ、高温
での加熱を必要とするため、充填した分子線源材
料の多くをガス出し時に消費してしまい、結晶成
長に有効に使えず、また、完全に不純物を除去で
きないという欠点があつた。
料は、充填時に一度大気にさらされているため、
表面が酸化するが、非常に微量ではあるが酸化物
以外の不純物も含まれている。従来、この不純物
を除去するために超高真空中で長時間分子線源材
料を高温で加熱し、不純物のガス出しを行つてい
る。しかし、この方法では不純物の蒸気圧が低い
ために分子線源材料を消費する。そのうえ、高温
での加熱を必要とするため、充填した分子線源材
料の多くをガス出し時に消費してしまい、結晶成
長に有効に使えず、また、完全に不純物を除去で
きないという欠点があつた。
(4) 発明の目的
本発明は上記従来の欠点に鑑み、分子線源材料
を有する分子線源オーブンと結晶成長室とを分離
させ、該分子線源オーブン中の分子線源材料に応
じた活性ガスを該分子線源オーブンに流入して、
該分子線源材料を活性ガス中で加熱することによ
つて分子線源材料中に含まれる不純物を上記活性
ガスと化学的に反応させて排気して短時間に高純
度の半導体結晶が得られる分子線結晶成長装置を
提供することを目的とするものである。
を有する分子線源オーブンと結晶成長室とを分離
させ、該分子線源オーブン中の分子線源材料に応
じた活性ガスを該分子線源オーブンに流入して、
該分子線源材料を活性ガス中で加熱することによ
つて分子線源材料中に含まれる不純物を上記活性
ガスと化学的に反応させて排気して短時間に高純
度の半導体結晶が得られる分子線結晶成長装置を
提供することを目的とするものである。
(5) 発明の構成
そしてこの目的は本発明によれば、結晶成長室
と１個または複数の分子線源オーブンをゲートバ
ルブを介して仕切り、該各分子線源オーブンにそ
れぞれ別々に排気手段を設け、該分子線源オーブ
ンに配設した分子線源材料に応じた活性ガスを該
オーブン内に導入し、該分子線源材料に含まれて
いる不純物と該活性ガスを反応させるようにして
なる分子線結晶成長装置を提供することによつて
達成される。
と１個または複数の分子線源オーブンをゲートバ
ルブを介して仕切り、該各分子線源オーブンにそ
れぞれ別々に排気手段を設け、該分子線源オーブ
ンに配設した分子線源材料に応じた活性ガスを該
オーブン内に導入し、該分子線源材料に含まれて
いる不純物と該活性ガスを反応させるようにして
なる分子線結晶成長装置を提供することによつて
達成される。
(6) 発明の実施例
以下、本発明の１実施例を第２図および第３図
について詳記する。
について詳記する。
第２図は本発明の分子線結晶成長装置の略線図
であり、第３図は分子線源オーブンの１つを拡大
した略線図を示すものであり、第１図と同一部分
には同一符号を付して重複説明を省略する。結晶
成長室１内には基板ホルダー４、基板５、ヒータ
６を有し、複数の分子線源オーブン７，８，９，
１０はゲートバルブ１３，１４，１５，１６によ
つて結晶成長室１から仕切られ、イオンポンプ１
７，１８，１９，２０によつて個別に排気できる
ようになつている。
であり、第３図は分子線源オーブンの１つを拡大
した略線図を示すものであり、第１図と同一部分
には同一符号を付して重複説明を省略する。結晶
成長室１内には基板ホルダー４、基板５、ヒータ
６を有し、複数の分子線源オーブン７，８，９，
１０はゲートバルブ１３，１４，１５，１６によ
つて結晶成長室１から仕切られ、イオンポンプ１
７，１８，１９，２０によつて個別に排気できる
ようになつている。
各分子線源オーブン７，８，９，１０の真空室
にはガス導入管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと弁３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有し、各分子線源オーブ
ン内に活性ガスを導入できるように構成されてい
る。
にはガス導入管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと弁３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有し、各分子線源オーブ
ン内に活性ガスを導入できるように構成されてい
る。
各分子線源オーブン７，８，９，１０内には第
３図に示すようにセル２１内に分子線源材料２２
のAl，Ga，As等が挿入され、加熱用ヒータ１１
がセルに巻き回されている。
３図に示すようにセル２１内に分子線源材料２２
のAl，Ga，As等が挿入され、加熱用ヒータ１１
がセルに巻き回されている。
今、分子線源材料としてGaがセル２１内に挿
入されたとすれば分子線源オーブン７内に導入管
２ａの弁３ａを調整して水素(H)を導入する。この
とき分子線源オーブン内に水素を〜×10-6Torr
程度流入させてゲートバルブ１３、およびシヤツ
タ１２を閉じた状態でGaを800℃程度で加熱すれ
ば次の如き還元反応を生ずる。
入されたとすれば分子線源オーブン７内に導入管
２ａの弁３ａを調整して水素(H)を導入する。この
とき分子線源オーブン内に水素を〜×10-6Torr
程度流入させてゲートバルブ１３、およびシヤツ
タ１２を閉じた状態でGaを800℃程度で加熱すれ
ば次の如き還元反応を生ずる。
Ga2O3＋2H2→Ga2O＋2H2O
この状態では通常、成長に使うGaの分子線源
温度（約1000℃以上）に較べて充分低いのでほと
んど蒸発することなくGa2Oと共に2H2O（水）蒸
気となつて飛び出して短時間にGa酸化物を排出
する。排出されたガスはイオンポンプ１７により
排気される。同様に分子線源オーブン８内にAl
を分子線源材料として挿入した場合には流入ガス
としてアンモニア（NH4）を導入管２ｂの弁３
ｂを調整して導入し、Alを800℃で加熱すれば
Al2OがNH4によつて還元され酸素を除去するこ
とができる。
温度（約1000℃以上）に較べて充分低いのでほと
んど蒸発することなくGa2Oと共に2H2O（水）蒸
気となつて飛び出して短時間にGa酸化物を排出
する。排出されたガスはイオンポンプ１７により
排気される。同様に分子線源オーブン８内にAl
を分子線源材料として挿入した場合には流入ガス
としてアンモニア（NH4）を導入管２ｂの弁３
ｂを調整して導入し、Alを800℃で加熱すれば
Al2OがNH4によつて還元され酸素を除去するこ
とができる。
同様に他の分子線源材料の場合も、それらを還
元するような活性ガスを導入管より流入させて、
還元後排気させて真空にすることで分子線源材料
に応じた還元を行うことが可能となる。
元するような活性ガスを導入管より流入させて、
還元後排気させて真空にすることで分子線源材料
に応じた還元を行うことが可能となる。
(7) 発明の効果
以上、詳細に説明したように本発明の分子線結
晶成長装置によれば分子線源材料中に含まれる不
純物を活性ガスと化学反応させガスとして放出除
去できるので、極めて短時間に酸化物を放出し得
ると共に分子線源材料に応じて活性ガスが選択で
きる特徴を有する。
晶成長装置によれば分子線源材料中に含まれる不
純物を活性ガスと化学反応させガスとして放出除
去できるので、極めて短時間に酸化物を放出し得
ると共に分子線源材料に応じて活性ガスが選択で
きる特徴を有する。
第１図は従来の分子線結晶成長装置の略線的平
面図、第２図は本発明の分子線結晶成長装置の略
線的平面図、第３図は第２図の分子線源オーブン
部分の拡大平面図である。 １……結晶成長室、４……基板ホルダー、５…
…基板、７，８，９，１０……分子線源オーブ
ン、１３，１４，１５，１６……ゲートバルブ、
１７，１８，１９，２０……イオンポンプ、２１
……セル、２２……分子線源材料。
面図、第２図は本発明の分子線結晶成長装置の略
線的平面図、第３図は第２図の分子線源オーブン
部分の拡大平面図である。 １……結晶成長室、４……基板ホルダー、５…
…基板、７，８，９，１０……分子線源オーブ
ン、１３，１４，１５，１６……ゲートバルブ、
１７，１８，１９，２０……イオンポンプ、２１
……セル、２２……分子線源材料。
Claims (1)
- １ 結晶成長室と１個または複数の分子線源オー
ブンをゲートバルブを介して仕切り、該各分子線
源オーブンにそれぞれ別々に導入排気手段を設
け、該分子線源オーブンに配設した分子線源材料
に応じた活性ガスを該オーブン内に導入し、該分
子線源材料に含まれている不純物と該活性ガスを
反応させるようにしてなる分子線結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19260381A JPS5895695A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19260381A JPS5895695A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895695A JPS5895695A (ja) | 1983-06-07 |
| JPH0339040B2 true JPH0339040B2 (ja) | 1991-06-12 |
Family
ID=16294005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19260381A Granted JPS5895695A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5895695A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0653635B2 (ja) * | 1985-05-14 | 1994-07-20 | 日本電信電話株式会社 | 分子線エピタキシャル成長法 |
| JPH0524974A (ja) * | 1991-10-22 | 1993-02-02 | Nec Corp | 分子線結晶成長装置 |
| JPH0888175A (ja) * | 1994-09-14 | 1996-04-02 | Sony Corp | 分子線エピタキシャル成長装置および光半導体装置の製造方法 |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP19260381A patent/JPS5895695A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5895695A (ja) | 1983-06-07 |
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