JPH0446093A - 単結晶化合物薄膜のエピタキシャル成長装置 - 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】 〔発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は単結晶化合物薄膜のエピタキシャル成長装置
に関するものである。

（従来の技術） 従来の化合物薄膜蒸着装置（クライスターイオンビーム
蒸着装置）の構成を第２図を用いて説明する。図で１は
真空排気装置、２は例えば酸素等の反応性ガスが充填さ
れているガスボンベ、３は反応性ガスを真空槽１０に導
入するためのリークバルブ、４はノズル穴４０付き密閉
型坩堝で、内部に蒸着用の物質１１が充填されている。

５は坩堝用加熱フィラメント、６はイオン化用フィラメ
ント基板、１５−ａおよび１５−ｂは熱シールド板であ
る。

次にこの蒸着装置の動作について説明する。

真空排気装置１によって真空槽１０内が１０””Ｔｏｒ
ｒｉ真空度になるまで排気した後、リークバルブ３を開
き反応性ガスを導入する。つづいて、坩堝内の蒸気圧が
数Ｔｏｒｒになる温度まで坩堝加熱用フィラメント５か
ら放出される電子で坩堝４を衝撃することによって加熱
すると、物質１１は蒸気化し、ノズル穴４０から真空中
に噴射する。この噴射する物質蒸気はノズル穴４０を通
過する際に凝縮し、クラスター樗と呼ばれる塊状原子集
団が形成される。

このクラスター相法の物質蒸気は、つづいてイオン化用
フィラメント６から放出される電子１２によって部分的
にイオン化され、クラスターイオン柵となり、さらに電
界による加速を受けて基板９１；衝突する。一方、基板
９付近には反応性ガスが存在し、基板９付近でクラスタ
ー状の蒸着物質と反応性ガスとの反応が進行するため反
応生成物である化合物薄膜が基板９上に堆積することに
なる。

（発明が解決しようとする課題） 従来の化合物薄膜蒸着装置は以上のように構成されてい
るので、高品質の化合物薄膜を形成するためには、真空
槽内の反応性ガスの分圧を高く保たなければならない。

しかし、反応性ガス分圧が１０””Ｔｏｒｒ以上になる
と、イオン化部や加速電極近傍で放電をまねく。また、
このような欠点のほかに、供給される酸素が蒸着物質と
同様にフィラメント６によってイオン化されて、酸素の
単原子イオンや単分子イオンが生成されるが、単原子イ
オンのため、加速電極８によって与えられる運動以上の
ような欠点から、良質の化合物薄膜、しいては、単結晶
やエピタキシャル成長などはとうてい不可能であった。

また低い分圧で化合物薄膜を形成しようとする場合には
、基板全体を常に高温に保っておく必要があり、その応
用範囲が極めて限定されたものとなってしまうという問
題点があった。

口発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）この発明は上記
のような従来のものの持つ欠基板側の反応性ガス濃度を
電子ビーム発生装置側の反応性ガス濃度よりも高く保持
するしきり板あるいは差動排気等からなる手段を備えた
ことを特徴とする単結晶化合物薄膜のエピタキシャル成
長装置である。

本発明の一構成例を第１図を使って説明する。

図において、３０は例えばオーステナイト系ステンレス
鋼製の円盤の中央を化合物形成のための蒸気化物質が通
過するだけの所Ｈ％きさの穴をあけ、塩酸でエツチング
した後、有機洗浄、水洗し真空槽内で加熱処理した仕切
板である。この仕切板を基板を配置する側の真空槽内壁
との隙間を小さく配設して、真空槽を二つの部分に分け
る。部屋の一方は真空排気系の上流であり、ここには蒸
着源と電子ビーム発生装置を設置し、他方は、真空排気
系の下流にあり、基板と反応性ガスの吹き出し口とが設
置される。次いて真空槽を排気すると、下流の反応性ガ
スの定状濃度が、上流層のガス濃度よりも高い状態をつ
くることかできる。従って、上流側にイオン化部や加速
電流近傍で放電が生しない状態で、真空槽内の基板付近
で反応性ガス分圧を高く保つことができ、これより膜質
の良好な化合物薄膜の形成が容易となる。また蒸着物質
の噴射する坩堝のノズルの大きさは、その直径２１以下
、長さ２１ｍ１１以下が好ましく、その直径と長さはほ
ぼ同等であることが、クラスター形成の面がらも好まし
い。

（実施例） ｗ、１図に示した構成の本発明の実施例を以下に説明す
る。

真空槽１０のなかに、前述したステンレス製の厚さ３１
の仕切板を取り付け、基板付近の反応性ガス濃度を高く
保持できるようにした。まず、真空槽１０の排気側に取
り付けた真空ゲージの指示が１０−’Ｔｏｒｒ台の真空
度になるまで排気した後、リークバルブ３を開き基板側
に取り付けた真空ゲージの値が定常的に３　Ｘ　１０”
”Ｔｏｒｒになるまで高純度酸素を導入した。次いで坩
堝内の蒸気圧が数Ｔｏｒｒに熱することにより、坩堝中
のＡ４が蒸気化して直径（１，３＋ｕ長さ０．３１のノ
ズル穴から真空槽中に噴射した。この噴射するＡＪ蒸気
はノズル穴４０を通過する際に凝縮して、クラスター徊
が形成される。

スターイオン甘となり、さらに電界（加速電圧５ｋＶ）
によって加速を受けて２０１）℃に保持したサファイア
基板（０面）に衝突させた。こうして基板上に堆積速度
２　ｔｖ／ｍｉｎて成膜したサファイア膜（厚さ５００
人）の電子線回折像はストリーク状を程しており、平坦
性に優れた単結晶膜がエピタキシャル成長していること
が確認できた。

蒸気化した物質と、反応性ガスとの化合物形成における
反応性は、ガスの濃度が高いとより高まる。また、反応
性ガスの濃度が高いほど、量論組成を満たす化合物薄膜
を形成できる膜の堆積速度を高めることができる。堆積
速度が速いほど、不純物の混入を抑えることができるの
で、反応性ガスの濃度を高めることは、高品質な膜の作
成には好都合である。本発明の装置によれば堆積速度は
最大１５０人／ｓｉｎまで向上できる。また、イオン化
フィラメントによってイオン化される酸素イオン量も相
対的に減少するので、膜中への欠陥の導入も減少し、良
質の薄膜形成が保証される。

［発明の効果］ 本発明によれば、低温での成膜が可能であり、真空槽内
のイオン衝撃装置等の納められた上流側の酸素濃度を低
く抑えていても、高品質な膜を得られるだけでなく、反
応性ガスによる装置の劣化が抑制されてその寿命の長期
化をはかることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるエピタキシャル成長装
置の構成を模式的に示す概略図、第２図は従来の化合物
薄膜蒸着装置の構成を模式的に示す概略図である。 １・・・真空排気装置、　　２・・ガスボンベ、３・・
・リークバルブ、　　４・・・坩　堝、５．６・・フィ
ラメント、７・・・電極、９・・・基　板、　　　　　
１０・・・真空槽、１１・・・蒸着物質、　　　　１５
−ａ、ｂ・・しゃへい板、３０・・・仕切板、　　　　
　４０・・・ノズル穴。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の真空度に保持された真空槽内で物質を蒸気
   化し、この蒸気化された蒸着物質と上記真空槽内に供給
   された反応性ガスとの化合物薄膜を基板に形成するエピ
   タキシャル成長装置であって、上記蒸気化された蒸着物
   質に電子ビームを照射する電子ビーム発生装置と、 上記真空槽内で上記電子ビーム発生装置と基板との間に
   設置して、基板側の反応性ガス濃度を電子ビーム発生装
   置側の反応性ガス濃度よりも高く保持する手段と、 を備えたことを特徴とする単結晶化合物薄膜のエピタキ
   シャル成長装置。
2. （２）真空槽内に蒸着物質の蒸気を噴出してそのクラス
   ターを発生させ、このクラスターをイオン化し、加速し
   た蒸着物質であることを特徴とする請求項（１）記載の
   単結晶化合物薄膜のエピタキシャル成長装置。