JPH045819A - Method and apparatus for molecular-beam epitaxy - Google Patents

Method and apparatus for molecular-beam epitaxy

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JPH045819A
JPH045819A JP10729090A JP10729090A JPH045819A JP H045819 A JPH045819 A JP H045819A JP 10729090 A JP10729090 A JP 10729090A JP 10729090 A JP10729090 A JP 10729090A JP H045819 A JPH045819 A JP H045819A
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JP
Japan
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molecular beam
gas
cell
cracking
substrate
Prior art date
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JP10729090A
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Japanese (ja)
Inventor
Isao Obe
功 大部
Teruo Busshu
照夫 物集
Yuuta Tezeni
手銭 雄太
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Hitachi Ltd
Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH045819A publication Critical patent/JPH045819A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a good epitaxial film in which a film composition and a film quality are changed little in the film-thickness direction by a method wherein, after the cracking characteristic of a gas has reached a stationary state, a cracked gas is spouted onto a substrate and an epitaxial growth operation is started. CONSTITUTION:The temperature of a GaAs substrate 15 is raised; a surface oxide is removed; a clean GaAs surface is obtained. Then, the temperature of the substrate 15 is lowered and kept. Then, a valve 9 is opened; arsine is introduced into a gas-cracking cell 17 and is spouted into a crystal growth chamber 12 through an orifice 21. A valve 19 is opened after about one hour; triethylgallium is introduced into a gas jet zone 5 and is spouted into the crystal growth chamber 12. Thereby, Ga atoms and As atoms reach the substrate 15; they are bonded on the substrate; an epitaxial growth operation of GaAs is started. When a cracking characteristic inside the cell 17 is set to a stationary state and the epitaxial growth operation is started, the epitaxial growth operation can be executed in a state that the cracking characteristic is not changed with the passage of time.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、基板上に分子線を照射して結晶のエピタキシ
ャル成長を行うガスを原料とする分子線エピタキシャル
(以下、ガスソースMBEという。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to molecular beam epitaxial growth (hereinafter referred to as gas source MBE) using a gas as a raw material, in which a substrate is irradiated with a molecular beam to epitaxially grow a crystal.

)法および装置に関する。) concerning laws and devices.

[従来の技術] 基板上に分子線を照射して、分子線の構成元素を基板上
にエピタキシャル成長させる方法の1つとしてガスソー
スMBE法がある。
[Prior Art] A gas source MBE method is one of the methods of irradiating a substrate with a molecular beam and epitaxially growing constituent elements of the molecular beam on the substrate.

この方法は、分子線原料としてガスを用いるものであり
、流量制御された原料ガスを分子線セルを通して、高真
空の容器中に導入し、加熱された基板上に照射する方法
である。
This method uses gas as a molecular beam raw material, and the raw material gas whose flow rate is controlled is introduced into a high vacuum container through a molecular beam cell and irradiated onto a heated substrate.

例えば、化合物半導体であるG a A sをエピタキ
シャル成長させる場合においては、Gaの原料としては
トリエチルガリウム(G a (C2Hs ) 3 )
が、また、Asの原料としては水素化物であるアルシン
(A s Ha )が−船釣に用いられる。そして、基
板温度は、500℃〜600℃とされる。
For example, when growing GaAs, a compound semiconductor, epitaxially, triethylgallium (G a (C2Hs) 3 ) is used as the Ga raw material.
However, as a raw material for As, arsine (As Ha), which is a hydride, is used for boat fishing. The substrate temperature is 500°C to 600°C.

トリエチルガリウムは常温で液体であるので、これを分
子線原料として使用するには、加熱して、その蒸気を、
直接、マスフローコン[・ローラにより流量制御し、分
子線セルに導くか、あるいは、マスフローコントローラ
により流量制御された水素ガスをキャリアガスとして、
トリエチルガリウム中に吹き込み、水素をキャリアガス
としたトリエチルガリウムを分子線セルに導く。その後
、基板上に照射し、その結果、トリエチルガリウムは。
Triethylgallium is a liquid at room temperature, so in order to use it as a molecular beam material, it must be heated to produce vapor.
Directly control the flow rate with a mass flow controller [・roller and guide it to the molecular beam cell, or use hydrogen gas whose flow rate is controlled with a mass flow controller as a carrier gas.
Triethylgallium is blown into triethylgallium, and triethylgallium is introduced into a molecular beam cell using hydrogen as a carrier gas. The resulting triethylgallium is then irradiated onto the substrate.

500℃〜600℃に加熱された基板上で分解される。It is decomposed on a substrate heated to 500°C to 600°C.

一方、アルシンは、トリエチルガリウムと同様に、マス
フローコントローラにより流量制御されて、分子線セル
に導入されるが、500℃〜600℃に加熱された基板
上では分解しないので、照射される前に分解して、ヒ素
の二量体、あるいは四量体とする必要がある。
On the other hand, like triethyl gallium, arsine is introduced into the molecular beam cell by controlling its flow rate with a mass flow controller, but since it does not decompose on a substrate heated to 500°C to 600°C, it decomposes before being irradiated. Therefore, it is necessary to form arsenic dimer or tetramer.

このために、ガスクラッキングセルと呼ばれる特殊な分
子線セルを用いて、アルシンを加熱し、分解する。
For this purpose, arsine is heated and decomposed using a special molecular beam cell called a gas cracking cell.

その後、基板上に照射し、その結果、トリエチルガリウ
ムの分解によって得られたGaと、アルシンの分解によ
って得られたAsとが結合して、G a A sの結晶
が成長する。
Thereafter, the substrate is irradiated with light, and as a result, Ga obtained by decomposing triethyl gallium and As obtained by decomposing arsine combine to grow a crystal of Ga As.

次に、従来技術の、ガスを分解するためのガスクラッキ
ングセルについて説明する。
Next, a conventional gas cracking cell for decomposing gas will be described.

第5図は、従来技術のガスクラッキングセルの一例を示
す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional gas cracking cell.

ガスクラッキングセル100は、断熱利となる円筒7状
のタンタル製うディエーションシールド102.103
と、その内側に配置され、ガスを加熱するタングステン
製ヒータ104と、ガスの分解が起る場所であり、先端
がオリフィス118となっているモリブデン製クラッキ
ングゾーン117と、このモリブデン製クラッキングゾ
ーン117の中に、所定間隔離れて設置される複数のタ
ンタル製バッフルプレート106,107とを備えて構
成される。
The gas cracking cell 100 has a cylindrical 7-shaped tantalum dilation shield 102, 103 that provides heat insulation.
, a tungsten heater 104 disposed inside the tungsten heater 104 that heats the gas, a molybdenum cracking zone 117 where the gas decomposition occurs and whose tip is an orifice 118 , and a molybdenum cracking zone 117 that is a place where gas decomposition occurs. Therein, a plurality of tantalum baffle plates 106 and 107 are installed at predetermined intervals.

このタンタル製バッフルプレー1〜106゜107は、
同図しこ示すように、各プレートごとに複数個のガス通
過孔を設けており、このガス通過孔の位置は、タンタル
製バッフルプレート106と107とでは異なる。また
、この孔の直径は、1〜21m1である。そして、タン
タル製バッフルプレート106と107とが、交互に複
数枚、モリブデン製クラッキングゾーン117内に、設
置されている。
This tantalum baffle play 1~106°107 is
As shown in the figure, each plate is provided with a plurality of gas passage holes, and the positions of the gas passage holes are different between the tantalum baffle plates 106 and 107. Moreover, the diameter of this hole is 1 to 21 m1. A plurality of tantalum baffle plates 106 and 107 are alternately installed in the molybdenum cracking zone 117.

なお、タンタルを用いてバッフルプレートを作るのは、
ガス分解におけるタンタルの触媒作用を利用するからで
ある。この他に触媒作用を行なうものとして、モリブデ
ンやタングステンなどが知られている。
In addition, making a baffle plate using tantalum is
This is because tantalum's catalytic action in gas decomposition is utilized. In addition, molybdenum, tungsten, and the like are known as substances that perform a catalytic action.

また、ガスクラッキングセル100は、真空フランジ1
08を介して、原料ガス導入ライン101と接続されて
いる。
Further, the gas cracking cell 100 has a vacuum flange 1
It is connected to the raw material gas introduction line 101 via 08.

欣に、上記の構成のガスクラッキングセル100に、ガ
スが流れる場合について説明する。
A case in which gas flows through the gas cracking cell 100 having the above configuration will be briefly described.

原料ガスは、原料ガス導入ライン101を通って、ヒー
タ104を用いて所定温度に加熱されたクラッキングゾ
ーン117に入り、バッフルプレート106,107の
ガス通過孔を通って、分解されながらクラッキングゾー
ン117を通過して分子線となる。
The raw material gas passes through the raw material gas introduction line 101, enters the cracking zone 117 heated to a predetermined temperature using the heater 104, passes through the gas passage holes of the baffle plates 106 and 107, and passes through the cracking zone 117 while being decomposed. It passes through and becomes a molecular beam.

バッフルプレート106,107をガスが通過する場合
において、これらのバッフルプレートは、位置の異なる
ガス通過孔を持つので、ガスは原料ガス導入ライン10
1から出て、まっすぐに基板に向かうのではなく、バッ
フルプレート106゜107に衝突しながら、クラッキ
ングゾーン117を出ていく。
When gas passes through the baffle plates 106 and 107, these baffle plates have gas passage holes at different positions, so the gas passes through the raw material gas introduction line 10.
1 and exit the cracking zone 117 while colliding with the baffle plates 106 and 107 instead of heading straight toward the substrate.

その結果、バッフルプレート106,107がない場合
に比べ、ガスがクラッキングゾーン117に滞在する時
間が長くなり、ガスの分解が十分に行なわれる。
As a result, the time the gas stays in the cracking zone 117 becomes longer than in the case where there are no baffle plates 106, 107, and the gas is sufficiently decomposed.

なお、この種のガスソースMBE法に関連するものには
、例えば、アプライドフィジックスレター51 (19
87年)第1109頁から第1111頁(Applie
d  Physics  Letter  51 (1
987) ppH09−1111)が挙げられる。
Incidentally, related to this type of gas source MBE method, for example, Applied Physics Letter 51 (19
1109-1111 (Applie
d Physics Letter 51 (1
987) ppH09-1111).

上記文献には、上記のクラッキングセルを用いて生成し
たエピタキシャル層の純度は、アルシンの分解効率と、
基板温度とが影響する旨記載されている。
The above literature states that the purity of the epitaxial layer produced using the above cracking cell depends on the decomposition efficiency of arsine,
It is stated that this is affected by the substrate temperature.

[発明が解決しようとする課題] 上記従来技術を用いて生成されるエピタキシャル膜は、
その組成が、エピタキシャル膜内の厚さ方向で変化する
という問題がある。
[Problem to be solved by the invention] The epitaxial film produced using the above conventional technology is
There is a problem in that the composition changes in the thickness direction within the epitaxial film.

これは、従来知られておらず、また、従来技術では、ク
ラッキング特性しこついて、その経時変化は全く配慮さ
れていないという問題がある。
This has not been known in the past, and in the prior art, there is a problem in that the cracking property is persistent and no consideration is given to its change over time.

すなわち、ガスクラッキングセルにおける水素化物原料
ガスのクラッキングによって生じる分解生成物は、時間
とともに変化し、その結果、基板に照射される分子線の
組成も、時間とともに変化するので、エピタキシャル層
の組成および膜質等が、時間的に変化するという問題が
ある。
In other words, the decomposition products generated by cracking of the hydride source gas in the gas cracking cell change over time, and as a result, the composition of the molecular beam irradiated to the substrate also changes over time, which affects the composition and film quality of the epitaxial layer. There is a problem that the values change over time.

この問題を明らかにするために、従来のガスクラッキン
グセルを用いて、アルシンガスを分解したときの、経時
変化を求めた。
In order to clarify this problem, we determined the change over time when arsine gas was decomposed using a conventional gas cracking cell.

第6図は、従来のガスクラッキングセル(第5図に示す
。)を用いて、従来の方法(ガスクラッキングセルを用
いて、アルシンを加熱・分解し、その後すぐに、基板上
に照射する方法。)でアルシンガスを分解した場合にお
いて、ヒ素二量体As2の分子線強度の時間変化を、四
重極質量分析計を用いて測定した結果を表わすグラフで
ある。
Figure 6 shows a conventional method (using a gas cracking cell to heat and decompose arsine and then immediately irradiating it onto a substrate) using a conventional gas cracking cell (shown in Figure 5). 2 is a graph showing the results of measuring the change in molecular beam intensity of arsenic dimer As2 over time using a quadrupole mass spectrometer when arsine gas is decomposed using a quadrupole mass spectrometer.

同図において、縦軸は、任意単位でのAs2の分子線強
度を表わし、横軸はアルシンの導入時間(分)を表わし
ている。
In the figure, the vertical axis represents the molecular beam intensity of As2 in arbitrary units, and the horizontal axis represents the introduction time (minutes) of arsine.

ガスクラッキングセルの温度は700°C、アルシン流
量は0.83CCMである。
The temperature of the gas cracking cell is 700°C, and the arsine flow rate is 0.83 CCM.

図に示すように、As2分子線強度は、アルシン導入時
間とともに増加し、約1時間で飽和する。
As shown in the figure, the As2 molecular beam intensity increases with the introduction time of arsine and is saturated in about 1 hour.

すなわち、アルシンガスのクラッキング特性に経時変化
が存在す葛ことが分かる。
In other words, it can be seen that there is a change over time in the cracking characteristics of arsine gas.

ガスソースMBE法においては、各分子線の強度は各ガ
ス流量によって制御されるが、上記の如き経時変化が存
在する場合には、ガス流量を一定にしても分子線強度が
変化することになる。
In the gas source MBE method, the intensity of each molecular beam is controlled by each gas flow rate, but if there is a change over time as described above, the molecular beam intensity will change even if the gas flow rate is constant. .

この結果、エピタキシャル膜の組成が、所望の組成にな
るようにガス流量を設定しても、経時的に所望の組成か
らずれてしまう。
As a result, even if the gas flow rate is set so that the composition of the epitaxial film becomes a desired composition, the composition deviates from the desired composition over time.

なお、上記のような実験は、従来行なわれておらず、本
発明のための実験で、初めて行なった。
Incidentally, the above-mentioned experiment has not been conducted in the past, and was conducted for the first time as an experiment for the present invention.

本発明の第1の目的は、上記した原料ガスのクラッキン
グ特性に経時変化が存在しても、エピタキシャル膜の組
成または膜質等に影響を与えなり)ガスソースMBE法
により結晶を製造する方法を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a method for producing crystals by gas source MBE (even if the cracking characteristics of the above-described raw material gas change over time, this does not affect the composition or film quality of the epitaxial film). It's about doing.

本発明の第2の目的は、原料ガスのクラッキング特性に
経時変化が存在しても、エピタキシャル膜の組成または
膜質等に影響を与えないガスソースMBE装置を提供す
ることにある。
A second object of the present invention is to provide a gas source MBE apparatus that does not affect the composition, film quality, etc. of an epitaxial film even if the cracking characteristics of the source gas change over time.

本発明の第3の目的は、上記のガスソースMBE装置に
適した分子線セルを提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a molecular beam cell suitable for the above gas source MBE apparatus.

[課題を解決するための手段] 本発明の第1の目的は、クラッキング特性に経時変化の
ある原料ガスを、予めガスクラッキングセルに心入し、
分解させ、所定時間経過後、単独で、または、他の原料
ガスの分子線とともに、基板に照射し、エピタキシャル
成長を開始する分子線エピタキシャル方法による結晶製
造方法により達成できる。
[Means for Solving the Problems] A first object of the present invention is to charge a raw material gas whose cracking characteristics change over time into a gas cracking cell in advance,
This can be achieved by a crystal manufacturing method using a molecular beam epitaxial method in which the substrate is decomposed and, after a predetermined period of time has elapsed, the substrate is irradiated with molecular beams of other raw material gases to start epitaxial growth.

また、本発明の第2の目的は、分子線セルのうち少なく
とも1以−ヒの分子線セルと結晶成長室との間に、分子
線セル内で発生した分子線が結晶成長室内に照射される
ことを遮断できる分子線遮断手段を設ける分子線エピタ
キシャル装置により達成できる。
A second object of the present invention is to provide a space between at least one of the molecular beam cells and the crystal growth chamber so that the molecular beam generated in the molecular beam cell is irradiated into the crystal growth chamber. This can be achieved by using a molecular beam epitaxial apparatus provided with a molecular beam blocking means that can block the

また、本発明の第3の目的は、ガスクラッキングゾーン
内で分解した原料ガスが、基板表面に分子線として照射
されることを遮断できる分子線遮断手段をガスクラッキ
ングセル内に設ける分子線セルにより達成できる。
Further, the third object of the present invention is to provide a molecular beam cell in which a molecular beam blocking means is provided in the gas cracking cell to block source gas decomposed in the gas cracking zone from being irradiated as a molecular beam onto the substrate surface. It can be achieved.

[作 用コ まず、本発明による結晶製造方法について説明する。[Production use] First, the crystal manufacturing method according to the present invention will be explained.

基板の温度を所定の温度まで昇温し、約10分間保持し
て、表面酸化物を除去し、清浄な表面を得る。次に、基
板の温度をエピタキシャル成長時の温度まで降温し、保
持する。
The temperature of the substrate is raised to a predetermined temperature and held for about 10 minutes to remove surface oxides and obtain a clean surface. Next, the temperature of the substrate is lowered to the temperature during epitaxial growth and maintained.

次に、クラッキング特性に経時変化のある原料ガスをガ
スクラッキングセルに導入し、分解し、オリフィスを通
して、分子線として結晶成長室内に噴出させる。
Next, a raw material gas whose cracking properties change over time is introduced into a gas cracking cell, decomposed, and ejected as a molecular beam into the crystal growth chamber through an orifice.

この際、クラッキング特性に経時変化のない原料ガスは
、ガス出射ゾーンに導入しない。
At this time, raw material gas whose cracking properties do not change over time is not introduced into the gas emission zone.

なお、上記したクラッキング特性に経時変化のある原料
ガスの分子は、単独では結晶成長しない。
Note that the molecules of the source gas whose cracking characteristics change over time do not grow crystals by themselves.

また、結晶成長室に噴出されたクラッキング特性に経時
変化のある原料ガスの分子線は、真空ポンプを用いて排
気される。
Further, the molecular beam of the raw material gas, which is ejected into the crystal growth chamber and whose cracking characteristics change over time, is exhausted using a vacuum pump.

ガスクラッキングセルに、クラッキング特性に経時変化
のある原料ガスを、導入し始めてから所定時間経過後に
、クラッキング特性に経時変化のない原料ガスをガス出
射ゾーンに導入し、結晶成長室内に噴出させる。
After a predetermined time has elapsed since the introduction of a raw material gas whose cracking characteristics change over time into a gas cracking cell, a raw material gas whose cracking characteristics do not change over time is introduced into a gas ejection zone and is ejected into a crystal growth chamber.

このように、クラッキング特性に経時変化のある原料ガ
スを、予め、所定時間ガスクラッキングセルに流すが、
その間は分解生成ガスの組成が一定である定常状態では
なく、経時変化しているので、その間の分解生成ガスは
、結晶成長に寄与させない。
In this way, the raw material gas whose cracking characteristics change over time is passed through the gas cracking cell for a predetermined period of time, but
During this period, the composition of the decomposition gas is not in a steady state where it is constant, but is changing over time, so the decomposition gas during that period does not contribute to crystal growth.

これにより、基板上に、クラッキング特性に経時変化の
ある原料ガスの分解生成ガスが定常状態となったときの
原子と、クラッキング特性に経時変化のない原料ガスの
原子とが到達し、これらが基板上で結合することにより
、結晶のエピタキシャル成長が開始され、均質な結晶が
得られる。
As a result, the atoms of the decomposition gas of the raw material gas whose cracking characteristics change over time reach a steady state, and the atoms of the raw material gas whose cracking characteristics do not change over time arrive on the substrate, and these atoms reach the substrate. By bonding above, epitaxial growth of the crystal is initiated and a homogeneous crystal is obtained.

次に、本発明の分子線エピタキシャル装置の作用につい
て説明する。
Next, the operation of the molecular beam epitaxial apparatus of the present invention will be explained.

基板を配置した結晶成長室と、分子線セルとの間に設け
た分子線遮断手段は、クラッキング特性に経時変化のあ
る原料ガスが、結晶成長に寄与するときは開けておく。
The molecular beam blocking means provided between the crystal growth chamber in which the substrate is placed and the molecular beam cell is kept open when a source gas whose cracking properties change over time contributes to crystal growth.

一方、結晶成長に寄与しないときは閉じておくが、この
原料ガスは、常に、ガスクラッキングセルに流しておく
On the other hand, it is closed when it does not contribute to crystal growth, but this raw material gas is always allowed to flow through the gas cracking cell.

この結果、クラッキング特性に経時変化のある原料ガス
のクラッキング特性は、このガスが結晶成長に寄与する
ときは、常に、定常状態に保つことができるので、クラ
ッキング特性に経時変化の無い状態でエピタキシャル成
長を行うことができ、均質な結晶が得られる。
As a result, the cracking properties of a raw material gas whose cracking properties change over time can be kept in a steady state whenever this gas contributes to crystal growth, allowing epitaxial growth to occur without any change in cracking properties over time. homogeneous crystals are obtained.

次に、本発明の分子線セルの作用について説明する。Next, the operation of the molecular beam cell of the present invention will be explained.

ガスクラッキングゾーン内に設けられた分子線遮断手段
は、クラッキング特性に経時変化のある原料ガスが、結
晶成長に寄与するときは開けておく。一方、この原料ガ
スが結晶成長に寄与しないときは閉じておくが、この原
料ガスは、常に、ガスクラッキングセルに流しておく。
The molecular beam blocking means provided in the gas cracking zone is kept open when a source gas whose cracking characteristics change over time contributes to crystal growth. On the other hand, when this raw material gas does not contribute to crystal growth, it is closed, but this raw material gas is always allowed to flow through the gas cracking cell.

この結果、クラッキング特性に経時変化のある原料ガス
のクラッキング特性は、このガスが結晶成長に寄与する
ときは、常に、定常状態に保つことができるので、クラ
ッキング特性に経時変化の無い状態でエピタキシャル成
長を行うことができ、均質な結晶が得られる。
As a result, the cracking properties of a raw material gas whose cracking properties change over time can be kept in a steady state whenever this gas contributes to crystal growth, allowing epitaxial growth to occur without any change in cracking properties over time. homogeneous crystals are obtained.

[実施例] 次に、本発明の各種実施例を図面により説明する。[Example] Next, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の第1実施例であるG a A s基
板上にGaAsMをエピタキシャル成長させる方法を説
明するための説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a method of epitaxially growing GaAsM on a GaAs substrate according to a first embodiment of the present invention.

同図を使って、本実施例を説明する。This embodiment will be explained using the figure.

まず、本実施例のための装置の構造を説明する。First, the structure of the device for this example will be explained.

この装置は、大別して、結晶成長室12と、トリエチル
ガリウム用の分子線セル10と、アルシン用の分子線セ
ル11と、真空ポンプ16とを備えて構成される。
This apparatus is roughly divided into a crystal growth chamber 12, a molecular beam cell 10 for triethyl gallium, a molecular beam cell 11 for arsine, and a vacuum pump 16.

結晶成長室12内には、モリブデン製基板ホルダ14上
に搭載されたG a A s基板15があり、タングス
テンヒータ13により加熱される。
Inside the crystal growth chamber 12 is a GaAs substrate 15 mounted on a molybdenum substrate holder 14 and heated by a tungsten heater 13 .

トリエチルガリウム用の分子線セル1−0は。Molecular beam cell 1-0 for triethyl gallium.

ステンレス製のガス出射ゾーン5と、その回りに配置さ
れたタングステンヒータ4と、断熱のためのタンタル製
うディエーションシールド2および3とを備えて構成さ
れる。また、ガス出射ゾーン5の温度は100℃に保た
れており、その先端は、分子線噴出のためのオリフィス
20となっている。
It is comprised of a gas emission zone 5 made of stainless steel, a tungsten heater 4 arranged around it, and dilation shields 2 and 3 made of tantalum for heat insulation. Further, the temperature of the gas emission zone 5 is maintained at 100° C., and the tip thereof serves as an orifice 20 for ejecting molecular beams.

トリエチルガリウムは、ガス導入ライン18を通って分
子線セル10に導入される。I・リエチルガリウムの分
子線セル10への導入、遮断は、ガス導入ライン18し
こ設けられたバルブ19の開閉によって行う。
Triethylgallium is introduced into the molecular beam cell 10 through a gas introduction line 18. Introducing and shutting off I. ethyl gallium to the molecular beam cell 10 is performed by opening and closing a valve 19 provided in the gas introduction line 18.

アルシン用の分子線セル11は、第5図に示した、従来
技術のガスクラッキングセルと同じ構造のガスクラッキ
ングセルを内部に有しており、その内部のモリブデン製
のガスクラッキングゾーン17の温度は700°Cに保
つようにできる。
The molecular beam cell 11 for arsine has an internal gas cracking cell having the same structure as the conventional gas cracking cell shown in FIG. 5, and the temperature of the molybdenum gas cracking zone 17 inside the cell is It can be maintained at 700°C.

アルシンはガス導入ライン]を通ってガスクラッキング
セル17に導かれる。アルシンのガスクラッキングセル
17への導入、遮断は、ガス導入ライン1に設けられた
バルブ9の開閉によって行う。
Arsine is introduced into the gas cracking cell 17 through the gas introduction line]. Introduction and shutoff of arsine to the gas cracking cell 17 is performed by opening and closing a valve 9 provided in the gas introduction line 1.

次に、この装置を用いて、GaAs基板上にG a A
 s層をエピタキシャル成長させる方法を説明する。
Next, using this device, GaA was deposited on a GaAs substrate.
A method for epitaxially growing the s-layer will be explained.

GaAs基板15の温度を600℃に昇温し、約10分
間保持して、表面酸化物を除去し、清浄なGaAs表面
を得る。次に、G a A、 s基板15の温度をエピ
タキシャル成長時の温度まで降温し、保持しておく。な
お、本実施例では580 ’Cに保持した。
The temperature of the GaAs substrate 15 is raised to 600° C. and held for about 10 minutes to remove surface oxides and obtain a clean GaAs surface. Next, the temperature of the G a A, s substrate 15 is lowered to the temperature during epitaxial growth and maintained. In this example, the temperature was maintained at 580'C.

次に、バルブ9を開け、38CCHのアルシンをガスク
ラッキングセル17に導入し、オリフィス21を通して
、結晶成長室12内に噴出させる。
Next, the valve 9 is opened, and 38 CCH of arsine is introduced into the gas cracking cell 17 and ejected into the crystal growth chamber 12 through the orifice 21.

この際、バルブ19は閉じているので、結晶成長室]−
2内は、アルシンの分解ガスだけであり、GaAs基板
15」二には、G a A sの結晶成長は生じない。
At this time, since the valve 19 is closed, the crystal growth chamber]-
2 contains only arsine decomposition gas, and no GaAs crystal growth occurs on the GaAs substrate 15''.

また、アルシンの分解ガスは、真空ポンプ16を用いて
排気される。
Further, the arsine decomposition gas is exhausted using the vacuum pump 16.

ガスクラッキングセル17に、アルシンを導入し始めて
から約1時澗後に、バルブ19を開け、0.65CCH
のトリエチルガリウムを、ガス出射ゾーン5に導入し、
結晶成長室12内に噴出させる。
Approximately 1 hour after the introduction of arsine into the gas cracking cell 17, the valve 19 was opened and 0.65 CCH was introduced.
of triethyl gallium is introduced into the gas emission zone 5,
It is ejected into the crystal growth chamber 12.

これにより、G a A s基板15上に、Ga原子と
As原子とが到達し、これらが基板上で結合することに
より、G a A sのエピタキシャル成長が開始され
る。
As a result, Ga atoms and As atoms arrive on the Ga As substrate 15 and are combined on the substrate, thereby starting epitaxial growth of Ga As.

上記の方法を用いて、GaAsをエピタキシャル成長さ
せる場合の効果について、アルシンのクラッキングを中
心に説明する。
The effects of epitaxially growing GaAs using the above method will be explained with a focus on cracking of arsine.

まず、エピタキシャル成長をさせる前、ガスクラッキン
グセル17に、少くとも1時間以上アルシンを流す効果
にいて説明する。
First, the effect of flowing arsine into the gas cracking cell 17 for at least one hour before epitaxial growth will be explained.

すでに、第6図で示したように、ガスクラッキングセル
の温度を7000C、アルシン流量を0.83CCMと
したときは、As2分子線強度は、アルシン導入時間と
ともに増加し、約1時間で飽和する。
As already shown in FIG. 6, when the temperature of the gas cracking cell is 7000 C and the arsine flow rate is 0.83 CCM, the As2 molecular beam intensity increases with the arsine introduction time and is saturated in about 1 hour.

すなわち、アルシンの分解開始後、分解ガスの組成が一
定となるには、約1時間必要であることが分かる。
That is, it can be seen that approximately 1 hour is required for the composition of the cracked gas to become constant after the start of decomposition of arsine.

次に、いくつかの温度における、アルシンのクラッキン
グ特性を、第7図と第8図を用いて説明する。
Next, the cracking characteristics of arsine at several temperatures will be explained using FIGS. 7 and 8.

第7図は、いくつかの温度における。アルシンの分解初
期のクラッキング特性を示すグラフである。
Figure 7 at several temperatures. It is a graph showing the cracking characteristics of arsine at the initial stage of decomposition.

第8図は、いくつかの温度において、アルシンを0゜8
8CCMの流量で1時間流した後のクラッキング特性を
示すグラフである。
Figure 8 shows arsine at 0°8 at several temperatures.
It is a graph showing cracking characteristics after flowing at a flow rate of 8 CCM for 1 hour.

両方の図において、縦軸は四重極質量分析計を用いて測
定した各種分解ガスの分子線強度であり、横軸はクラッ
キングセルの温度である。
In both figures, the vertical axis is the molecular beam intensity of various cracked gases measured using a quadrupole mass spectrometer, and the horizontal axis is the temperature of the cracking cell.

また1両方の図において、500と600はAs+の分
子線強度を、501と601はAs;の分子線強度を、
503と603はA s 3の分子線強度を、504と
604はAs+4の分子線強度を、それぞれ示す。
In addition, in both figures, 500 and 600 represent the molecular beam intensity of As+, and 501 and 601 represent the molecular beam intensity of As;
503 and 603 indicate the molecular beam intensities of As 3, and 504 and 604 indicate the molecular beam intensities of As+4, respectively.

これらの図から分かるように、クラッキングセルの温度
が同じであっても、クラッキングの初期と1時間経過後
とでは、分解ガスの組成は全く異なってくる。
As can be seen from these figures, even if the temperature of the cracking cell is the same, the composition of the cracked gas is completely different between the initial stage of cracking and one hour later.

例えば、900℃における、As+の分子線強度(A)
は、クラッキングの初期が6X10””11であるのに
対して、ガスを流し初めて1時間経過後は2.5 X 
10−”となる。
For example, the molecular beam intensity (A) of As+ at 900°C
is 6X10''11 at the initial stage of cracking, but 2.5X after 1 hour of gas flow.
10-”.

すなわち、アルシンをクラッキングセルに流すことによ
り分解し、すぐに、分子線として基板に照射し、結晶成
長させた場合は、その後に、分解ガスの組成変化が生じ
るので、結晶の組成が、ガスを流した初期と、ある時間
経過後とでは違ってくることがわかる。
In other words, if arsine is decomposed by flowing it through a cracking cell and then immediately irradiated to the substrate as a molecular beam to grow a crystal, the composition of the decomposed gas will change, so the composition of the crystal will change depending on the gas. You can see that there is a difference between the initial stage and after a certain period of time.

従って。エピタキシャル成長をさせる前、ガスクラッキ
ングセル17に、少くとも1時間以上アルシンを流すこ
とにより、ガスクラッキングセル17内でのクラッキン
グ特性を定常状態にでき、その後、エピタキシャル成長
を開始することにより、クラッキング特性に経時変化の
無い状態でエピタキシャル成長をさせることができる。
Therefore. By flowing arsine into the gas cracking cell 17 for at least one hour before epitaxial growth, the cracking characteristics within the gas cracking cell 17 can be brought to a steady state, and then by starting epitaxial growth, the cracking characteristics can be adjusted over time. Epitaxial growth can be performed without any change.

なお、上記実施例において、GaAs基板15の表面酸
化物除去中に、バルブ9を開はアルシンをガスクラッキ
ングセル17に導入しても良い。
In the above embodiment, arsine may be introduced into the gas cracking cell 17 by opening the valve 9 while removing surface oxides from the GaAs substrate 15.

また、上記実施例においては、GaAs膜のエピタキシ
ャル成長に用いられるアルシンについて示したが、In
Pエピタキシャル成長に用いられるホスフィン(PH3
)の場合も同様である。
Further, in the above embodiment, arsine used for epitaxial growth of a GaAs film was shown, but In
Phosphine (PH3) used for P epitaxial growth
) is also the case.

次に、本発明の第2実施例を、第2図を用いて説明する
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG. 2.

第2図は、本発明のガスソースMBE装置の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the gas source MBE apparatus of the present invention.

このガスソースMBE装置は、大別して、結晶成長室2
12と、トリエチルガリウム用の分子線セル210と、
アルシン用の分子線セル1,1と、ホスフィン用の分子
線セル260と、真空ポンプ16とを備えて構成される
This gas source MBE apparatus is roughly divided into two crystal growth chambers.
12, a molecular beam cell 210 for triethyl gallium,
It is configured to include molecular beam cells 1 and 1 for arsine, a molecular beam cell 260 for phosphine, and a vacuum pump 16.

結晶成長室212内には、モリブデン製基板ホルダ21
4上に搭載されたGaAs基板215があり、タングス
テンヒータ213により加熱される。
Inside the crystal growth chamber 212, a molybdenum substrate holder 21 is installed.
There is a GaAs substrate 215 mounted on 4, which is heated by a tungsten heater 213.

トリエチルガげラム用の分子線セル210の構造は、第
1実施例のトリエチルガリウム用の分子線セル10の構
造と同じなので、その説明は省力する。
The structure of the molecular beam cell 210 for triethyl gallium is the same as the structure of the molecular beam cell 10 for triethyl gallium in the first embodiment, so its explanation will be omitted.

アルシン用の分子線セル250は、第1図に示した、第
1実施例のアルシン用の分子線セルとほぼ同じ構造を持
っており、両者の相違点は、第2図に示すように、本実
施例のアルシン用の分子線セル250が、分解ガスの分
子線照射を遮断できるゲートバルブ230などの分子線
遮断手段と、このグー1−バルブ230を閉じたときに
、この分解ガスを排気するガス排気管220などの分解
生成ガス排気手段と、このガス排気管220に取付けた
バルブ231とを備えている点である。なお、ガス排気
管220の図示していない一端に、ガス排気用のポンプ
(図示せず。)が接続されている。
The molecular beam cell 250 for arsine has almost the same structure as the molecular beam cell for arsine of the first embodiment shown in FIG. 1, and the differences between the two are as shown in FIG. The molecular beam cell 250 for arsine of this embodiment has molecular beam blocking means such as a gate valve 230 that can block molecular beam irradiation of the decomposed gas, and when the gas valve 230 is closed, the decomposed gas is exhausted. The present invention is equipped with decomposition product gas exhaust means such as a gas exhaust pipe 220, and a valve 231 attached to the gas exhaust pipe 220. Note that a gas exhaust pump (not shown) is connected to one end (not shown) of the gas exhaust pipe 220.

ホスフィン用の分子線セル260は、上記したアルシン
用の分子線セル250と同じ構造である。
The molecular beam cell 260 for phosphine has the same structure as the molecular beam cell 250 for arsine described above.

次に、この装置を用いて、GaAs基板上に、G a 
A s P層をエピタキシャル成長させる場合について
説明する。
Next, using this device, Ga
A case where an A s P layer is epitaxially grown will be described.

まず、アルシン用の分子線セル250において、バルブ
209を開け、38CCMのアルシンを、700℃に加
熱されているガスクラッキングゾーン217に導入し、
分解する。この時、ゲートバルブ230は閉じておき、
ガスクラッキングゾーン217で分解したガスは、ガス
排気管220を通して排気する。
First, in the molecular beam cell 250 for arsine, the valve 209 is opened and 38 CCM of arsine is introduced into the gas cracking zone 217 heated to 700°C.
Disassemble. At this time, the gate valve 230 is closed,
The gas decomposed in the gas cracking zone 217 is exhausted through the gas exhaust pipe 220.

上記と同じ操作を、ホスフィン用分子線セル260につ
いても行なう。
The same operation as above is performed for the molecular beam cell 260 for phosphine.

上記の2つの操作を、約1時間続ける。Continue the above two operations for about 1 hour.

この約1時間の間に、次の操作を行なう。During this approximately one hour period, the following operations are performed.

GaAs基板215の温度を600℃に昇温し、約10
分間保持して、表面酸化物を除去し、清浄なG a A
 s表面を得る。次に、G a A s基板215の温
度をエピタキシャル成長時の温度まで降温し、保持して
おくが、本実施例では580℃に保持する。
The temperature of the GaAs substrate 215 is raised to 600°C, and the temperature of about 10
to remove surface oxides and clean Ga A
Obtain the s surface. Next, the temperature of the GaAs substrate 215 is lowered to the temperature during epitaxial growth and maintained at 580° C. in this embodiment.

上貫己のように、アルシンとホスフィンとをそれぞれの
分子線セルで分解し、排気し始め、約1時間経過した後
、次の操作を行なう。
As in Kaminuki, arsine and phosphine are decomposed in their respective molecular beam cells, exhaust is started, and after about an hour, the next operation is performed.

バルブ219を開け、100℃に加熱しているガス出射
ゾーン205に、トリエチルガリウムを0.68 CC
M導入し、分解し、その分子線を結晶成長室212内の
GaAs基板215に照射する。
Open the valve 219 and add 0.68 CC of triethyl gallium to the gas emission zone 205 which is heated to 100°C.
M is introduced, decomposed, and the GaAs substrate 215 in the crystal growth chamber 212 is irradiated with its molecular beam.

これと同時に、アルシン用分子線セル250とホスフィ
ン用分子線セル260とにおいては、次の操作を行なう
At the same time, the following operations are performed in the arsine molecular beam cell 250 and the phosphine molecular beam cell 260.

アルシン用分子線セル250においては、バルブ231
を閉め、ゲートバルブ230を開け、アルシンの分解ガ
スをG a A s基板215に照射する。
In the molecular beam cell 250 for arsine, the valve 231
is closed, the gate valve 230 is opened, and the GaAs substrate 215 is irradiated with arsine decomposition gas.

ホスフィン用分子線セル260においても同様に、バル
ブ225を閉め、グー1−バルブ224を開け、ホスフ
ィンの分解ガスをG a A s基板215に照射する
Similarly, in the phosphine molecular beam cell 260, the valve 225 is closed, the goo-1 valve 224 is opened, and the GaAs substrate 215 is irradiated with the phosphine decomposition gas.

上記の操作を行なうことにより、G a A s基板上
215に、GaJM子とAs原子とP原子とが到達し、
これらがG a A s基板215上で結合することに
より、G a A s Pのエピタキシャル成長が開始
される。
By performing the above operation, GaJM atoms, As atoms, and P atoms arrive on the GaAs substrate 215,
By combining these on the GaAs substrate 215, epitaxial growth of GaAsP is started.

上記の操作により、エピタキシャル成長させたG a 
A s P結晶の特徴について、第9図と第10図を用
いて、従来例と比較して説明する。
By the above operation, the epitaxially grown Ga
The characteristics of the A s P crystal will be explained in comparison with a conventional example using FIGS. 9 and 10.

第9図は、従来技術を用いて、G a A s P結晶
をエピタキシャル成長させたときの各元素の原子濃度を
示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the atomic concentration of each element when a GaAsP crystal is epitaxially grown using the conventional technique.

同図において、縦軸はオージェ電子分光法を用いて測定
したGa、As、Pの各元素の原子濃度を百分率で示し
、横軸はGaAs基板界面からの距離を示す。
In the figure, the vertical axis indicates the atomic concentration of each element of Ga, As, and P measured using Auger electron spectroscopy in percentage, and the horizontal axis indicates the distance from the GaAs substrate interface.

第10図は、本実施例の装置を用いて、G a A s
 P結晶をエピタキシャル成長させたときの各元素の原
子濃度を示すグラフであり、縦軸と横軸については第9
図の場合と同じである。
FIG. 10 shows that using the apparatus of this embodiment, G a A s
This is a graph showing the atomic concentration of each element when a P crystal is epitaxially grown, and the vertical and horizontal axes are as shown in the 9th graph.
Same as in the figure.

なお、両図とも、Pの原子濃度は、測定値の5倍の値を
示す。
Note that in both figures, the atomic concentration of P shows a value five times the measured value.

両図を用いて、GaAs基板界面からの距離に対するG
a、As、Pの各元素の原子濃度を比較する。
Using both figures, calculate G with respect to the distance from the GaAs substrate interface.
The atomic concentrations of each element of a, As, and P are compared.

まず、Gaについて比較する。First, a comparison will be made regarding Ga.

Gaの原子濃度の場合は、従来技術を用いても、本実施
例の装置を用いても、はぼ同じである。
The atomic concentration of Ga is almost the same whether the conventional technique is used or the apparatus of this embodiment is used.

この理由は、トリエチルガリウム用の分子線セルは両者
とも同じであり、分子線照射方法も同じだからである。
The reason for this is that the molecular beam cell for triethyl gallium is the same for both, and the molecular beam irradiation method is also the same.

次に、Asについて比較する。Next, a comparison will be made regarding As.

第9図における、Asの原子濃度は、G a A s基
板から0.10μmの距離では、約39%原子濃度であ
るが、G a A s基板から遠ざかるにつれて、その
値は徐々に低下し、0.95μmの距離では、約35%
原子濃度となっている。一方、本実施例の装置を用いた
第10図においては、G a A s基板から0.10
μmの距離でも、また0、95μmの距離でも、約35
%原子濃度となっている。
In FIG. 9, the atomic concentration of As is about 39% at a distance of 0.10 μm from the Ga As substrate, but as it moves away from the Ga As substrate, the value gradually decreases. At a distance of 0.95 μm, approximately 35%
It is the atomic concentration. On the other hand, in FIG. 10 using the apparatus of this embodiment, 0.10
At a distance of 35 μm, or at a distance of 0 and 95 μm, approximately 35
% atomic concentration.

次に、Pについて比較する。Next, P will be compared.

第9図における、Pの原子濃度は、G a A s基板
から0.10μmの距離では、約9%原子濃度であるが
、G a A s基板から遠ざかるにつれて、その値は
徐々に上昇し、0.95μmの距離では、約12%原子
濃度となっている。一方、本実施例の装置を用いた第1
0図においては、G a A s基板から0.10μm
の距離でも、また0、95μmの距離でも、約12%原
子濃度となっている。
In FIG. 9, the atomic concentration of P is approximately 9% atomic concentration at a distance of 0.10 μm from the Ga As substrate, but the value gradually increases as the distance from the Ga As substrate increases. At a distance of 0.95 μm, the atomic concentration is approximately 12%. On the other hand, the first
In Figure 0, 0.10 μm from the GaAs substrate.
The atomic concentration is approximately 12% at a distance of 0.95 μm and at a distance of 0.95 μm.

上記のように、従来技術を用いて生成したGaAsP結
晶では、その結晶内のAsとPの原子濃度の比が異なっ
ている。その結果、G a A s P結晶の組成およ
びその特性が均一とはならない。一方、本実施例の装置
を用いて生成したGaAsP結晶では、その結晶内のA
sとPの原子濃度の比が同じである。その結果、G a
 A s P結晶の組成およびその特性が均一となり、
化合物半導体薄膜として安定した特性のものが得られる
As described above, GaAsP crystals produced using conventional techniques have different atomic concentration ratios of As and P within the crystal. As a result, the composition of the GaAsP crystal and its properties are not uniform. On the other hand, in the GaAsP crystal produced using the apparatus of this example, the A
The ratio of the atomic concentrations of s and P is the same. As a result, Ga
The composition and properties of the A s P crystal become uniform,
A compound semiconductor thin film with stable properties can be obtained.

なお、本実施例においてG a A s基板215の表
面酸化物除去中に、ゲートバルブ230とバルブ209
を開け、バルブ231を閉じて、As分子線をG a 
A s基板15上に照射しても良い。
In addition, in this embodiment, during the removal of the surface oxide of the GaAs substrate 215, the gate valve 230 and the valve 209 are removed.
is opened, valve 231 is closed, and the As molecular beam is
The light may be irradiated onto the As substrate 15.

この場合、バルブ219を開けて、トリエチルガリウム
を分子線セルに導入し始める時間は、ガスクラッキング
ゾーン217にアルシンを導入し始めてから1時間以上
経過してからでなければならない。
In this case, the time when the valve 219 is opened and the introduction of triethyl gallium into the molecular beam cell begins must be at least one hour after the introduction of arsine into the gas cracking zone 217.

また、本実施例の装置を用いて、G a A s基板2
15の上に、GaAs結晶薄膜を形成し、さらに、その
G a A s結晶薄膜の上にG a A、 s P結
晶薄膜を形成することができる。
Furthermore, using the apparatus of this embodiment, the GaAs substrate 2
A GaAs crystal thin film can be formed on the GaAs crystal thin film 15, and a GaA, sP crystal thin film can be further formed on the GaAs crystal thin film.

この場合の操作は、欣のように行なう。In this case, the operation is performed as in the case of Shin.

GaAs結晶薄膜形成中は、ゲートバルブ24を閉じて
おき、バルブ223,225を開け、33CCMのホス
フィンをガスクラッキングゾーン222に導入する。こ
のとき、ホスフィンはガス導入ライン227を通り、ガ
スクラッキングゾーン222に入り、ガス排気ライン2
26を通って外部に排気される。このようにして、ホス
フィンをガスクラッキングゾーン222に導入し始めて
から1時間以上経過した後、バルブ225を閉じ、ゲー
トバルブ224を開けてリン分子線をGaAsエピタキ
シャル膜上に照射して、GaAsP結晶薄膜を形成する
During the formation of the GaAs crystal thin film, the gate valve 24 is kept closed, the valves 223 and 225 are opened, and 33 CCM of phosphine is introduced into the gas cracking zone 222. At this time, phosphine passes through the gas introduction line 227, enters the gas cracking zone 222, and enters the gas exhaust line 222.
26 and is exhausted to the outside. In this way, after more than one hour has passed since the introduction of phosphine into the gas cracking zone 222, the valve 225 is closed, the gate valve 224 is opened, and the phosphorus molecular beam is irradiated onto the GaAs epitaxial film to form a GaAsP crystal thin film. form.

また、本実施例のアルシン用分子線セル及びホスフィン
用分子線セルを用いると、結晶成長に不必要な分子線が
結晶成長室に入らないので、結晶質内を清浄に保つこと
ができる。
Moreover, when the molecular beam cell for arsine and the molecular beam cell for phosphine of this embodiment are used, molecular beams unnecessary for crystal growth do not enter the crystal growth chamber, so the inside of the crystal can be kept clean.

次に、第3図を用いて、第3実施例のガスクラッキング
セルおよびガス配管について説明する。
Next, the gas cracking cell and gas piping of the third embodiment will be explained using FIG.

第3図は、本実施例のガスクラッキングセルおよびガス
配管を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing the gas cracking cell and gas piping of this example.

同図を用いて、本実施例のガスクラッキングセルおよび
ガス配管の構造を説明する。
The structure of the gas cracking cell and gas piping of this example will be explained using the same figure.

本実施例のガスクラッキングセルが、タンタル製うディ
エーションシールl<332,333と、モリブデン製
クラッキングゾーン317と、タングステン製ヒータ3
04と、バアフルプレーI、340を備えていることは
、第2実施例の場合と同じである。
The gas cracking cell of this embodiment has tantalum dilation seals l<332, 333, molybdenum cracking zone 317, and tungsten heater 3.
04 and Baaful Play I, 340 are the same as in the second embodiment.

本実施例のガスクラッキングセル300の特徴は、セル
内に、モリブデン製シャッタ328と、モリブデン製シ
ャッタ受け329とを備えているところにある。また、
このモリブデン製シャッタ328を支持するためのモリ
ブデン製シャッタ支持棒330が、モリブデン製シャッ
タ328の下に設けられており、このモリブデン製シャ
ッタ支持棒330は、ベローズ331を介して、エアシ
リンダ支持金具333によって支持されているエアシリ
ンダ332に接続している。
A feature of the gas cracking cell 300 of this embodiment is that the cell includes a molybdenum shutter 328 and a molybdenum shutter receiver 329. Also,
A molybdenum shutter support rod 330 for supporting the molybdenum shutter 328 is provided below the molybdenum shutter 328. It is connected to an air cylinder 332 supported by.

次に、ガス配管の構造について説明する。Next, the structure of the gas piping will be explained.

ガス管301は、真空フランジ338を介してガスクラ
ッキングセル300と接続している。また、ガス管30
1は、ガス供給用バルブ334の先で2つにわかれ、一
方はガスクラッキングセル300に、他方はガス排気用
バルブ335を介して、排気ポンプ(図示せず)に接続
されている。
Gas pipe 301 is connected to gas cracking cell 300 via vacuum flange 338. In addition, the gas pipe 30
1 is divided into two parts at the end of the gas supply valve 334, one of which is connected to the gas cracking cell 300, and the other is connected to an exhaust pump (not shown) via a gas exhaust valve 335.

次に、本実施例のガスクラッキングセル300およびガ
ス管301を用いて、ガスを導入、排気および分解し、
エピタキシャル成長を行なわせる場合の操作しこついて
説明する。
Next, using the gas cracking cell 300 and gas pipe 301 of this embodiment, gas is introduced, exhausted and decomposed,
The operating procedure for performing epitaxial growth will be explained.

原料ガスを、エピタキシャル成長に供しない場合には、
エアシリンダ332の力によりシャッタ328をシャッ
タ受け329に押し付け、ガスが、ガスクラッキングセ
ル300から出ないようにする。また、同時に、ガス供
給用バルブ334を開け、ガスをクラッキングゾーン3
17内しこ導入する。この時は、ガス排気用バルブ33
5は閉めておく。
When the raw material gas is not used for epitaxial growth,
The force of the air cylinder 332 presses the shutter 328 against the shutter receiver 329 to prevent gas from coming out of the gas cracking cell 300. At the same time, the gas supply valve 334 is opened to supply gas to the cracking zone 3.
17 Introduced. At this time, the gas exhaust valve 33
5 is closed.

次しこ、所定時間経過後、ガス供給用バルブ334を閉
め、ガス排気用バルブ335を開け、クラッキングゾー
ン317内に溜ったガスを排気する。
Next, after a predetermined period of time has elapsed, the gas supply valve 334 is closed, the gas exhaust valve 335 is opened, and the gas accumulated in the cracking zone 317 is exhausted.

そして、所定時間経過後、今度は、ガス供給用バルブ3
34を開け、ガス排気用バルブ335を閉める。
Then, after a predetermined period of time has passed, the gas supply valve 3
34 and close the gas exhaust valve 335.

上記のように、ガスを分解して、エピタキシャル成長に
供するまで、ガス供給用バルブ334とガス排気用バル
ブ335の開閉を繰り返す。
As described above, the gas supply valve 334 and the gas exhaust valve 335 are repeatedly opened and closed until the gas is decomposed and used for epitaxial growth.

次に、ガスのクラッキング特性が安定し、分解したガス
をエピタキシャル成長に供する場合には、エアシリンダ
332の力によりシャッタ328をシャッタ受け329
から離す。また同時にガス排気用バルブ335を閉じる
Next, when the cracking characteristics of the gas are stabilized and the decomposed gas is used for epitaxial growth, the shutter 328 is moved to the shutter receiver 329 by the force of the air cylinder 332.
away from. At the same time, the gas exhaust valve 335 is closed.

このようにして、クラッキング特性の安定したガスを基
板に照射し1分解したガスの原子を、基板上にエピタキ
シャル成長させる。
In this way, the substrate is irradiated with a gas having stable cracking characteristics, and atoms of the decomposed gas are epitaxially grown on the substrate.

本実施例のガスクラッキングセル300とガス管301
等とを用いた場合の効果について説明する。
Gas cracking cell 300 and gas pipe 301 of this embodiment
We will explain the effect when using .

上記のように、ガスを分解して、エビタキシャル成長に
供するまで、ガス供給用バルブ334とガス排気用バル
ブ335の開閉を繰り返すことにより、ガスクラッキン
グセル300内のガスの吹溜りの不純物を除去でき、第
2実施例で用いるガスクラッキングセルに比べ、クラッ
キング特性のより安定したガスが得られる。
As described above, impurities in the gas pool inside the gas cracking cell 300 are removed by repeatedly opening and closing the gas supply valve 334 and the gas exhaust valve 335 until the gas is decomposed and used for epitaxial growth. This makes it possible to obtain a gas with more stable cracking characteristics than the gas cracking cell used in the second embodiment.

また、結晶成長室内を、清浄に保つことができるのは、
第2実施例の場合と同じである。
In addition, the inside of the crystal growth chamber can be kept clean by
This is the same as in the second embodiment.

その結果、基板上に、膜質が安定しているエピタキシャ
ル成長した結晶が得られる。
As a result, an epitaxially grown crystal with stable film quality is obtained on the substrate.

次に、本発明の第4実施例について、第4図を用いて説
明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described using FIG. 4.

第4図は、本実施例のガスクラッキングセルおよびガス
配管を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing the gas cracking cell and gas piping of this example.

同図を用いて、本実施例のガスクラッキングセルおよび
ガス配管の構造を説明する。
The structure of the gas cracking cell and gas piping of this example will be explained using the same figure.

本実施例のガスクラッキングセル400の構造は、第3
図に示す第3実施例のガスクラッキングセルの構造と同
じなので、その構造についての説明は省略する。
The structure of the gas cracking cell 400 of this embodiment is as follows:
Since the structure is the same as that of the gas cracking cell of the third embodiment shown in the figure, a description of the structure will be omitted.

次に、ガス配管の構造について説明する。Next, the structure of the gas piping will be explained.

ガス管は、ガス供給用管401とガス排気用管436と
を2本備えており、ともに、真空フランジ408を介し
てガスクラッキングセル400と接続している。
The gas pipes include two gas supply pipes 401 and a gas exhaust pipe 436, both of which are connected to the gas cracking cell 400 via a vacuum flange 408.

なお、ガス排気用管436は、ガスクラッキングセル4
00内のガスの吹溜りが生ずる所(例えば、ガスクラッ
キングセルの底部外周付近)に接続する。
Note that the gas exhaust pipe 436 is connected to the gas cracking cell 4.
Connect to the location where gas pools occur in the 00 (for example, near the bottom outer periphery of the gas cracking cell).

また、ガス供給用管401は、ガス供給用バルブ434
を介して、ガス源(図示せず)接続され、一方、ガス排
気用管436は、ガス排気用バルブ435を介して、排
気ポンプ(図示せず)に接続されている。
Further, the gas supply pipe 401 is connected to a gas supply valve 434.
The gas exhaust pipe 436 is connected to an exhaust pump (not shown) through a gas exhaust valve 435.

欣に、本実施例のガスクラッキングセル400、ガス供
給用管401およびガス排気用管436を用いて、ガス
を導入、排気、および分解し、エピタキシャル成長を行
なわせる場合の操作について説明する。
The following describes operations for introducing, exhausting, and decomposing gas to perform epitaxial growth using the gas cracking cell 400, gas supply pipe 401, and gas exhaust pipe 436 of this embodiment.

原料ガスを、エピタキシャル成長に供しない場合には、
エアシリンダ432の力によりシャッタ428をシャッ
タ受け429に押し付け、ガスが、ガスクラッキングセ
ル400から出ないようにする。また、同時に、ガス供
給用バルブ434を開け、ガスをクラッキングゾーン4
17内に導入する。この時、ガス排気用バルブ435も
開け、ガスの排気も同時に行なう。
When the raw material gas is not used for epitaxial growth,
The force of the air cylinder 432 presses the shutter 428 against the shutter receiver 429 to prevent gas from coming out of the gas cracking cell 400. At the same time, the gas supply valve 434 is opened to supply gas to the cracking zone 4.
It will be introduced within 17 days. At this time, the gas exhaust valve 435 is also opened to exhaust the gas at the same time.

欣に、ガスのクラッキング特性が安定し、分解したガス
をエピタキシャル成長に供する場合には、エアシリンダ
332の力によりシャッタ428をシャッタ受け429
から離す。また同時にガス排気用バルブ435を閉じる
In particular, when the cracking characteristics of the gas are stable and the decomposed gas is used for epitaxial growth, the shutter 428 is moved to the shutter receiver 429 by the force of the air cylinder 332.
away from. At the same time, the gas exhaust valve 435 is closed.

このようにして、クラッキング特性の安定したガスを基
板に照射し、分解したガスの原子を、基板上にエピタキ
シャル成長させる。
In this way, the substrate is irradiated with a gas with stable cracking characteristics, and the decomposed gas atoms are epitaxially grown on the substrate.

本実施例のガスクラッキングセル4. OO、ガス供給
用管401およびガス排気用管436等とを用いた場合
の効果について説明する。
Gas cracking cell of this example 4. The effects of using OO, the gas supply pipe 401, the gas exhaust pipe 436, etc. will be explained.

ガス供給用管401とガス排気用管436とを設けたの
で、効率よく、ガスクラッキングセル400内のガスの
吹溜りの不純物を除去でき、第3実施例で用いるガスク
ラッキングセルに比べ、クラッキング特性のより安定し
たガスが得られる。
Since the gas supply pipe 401 and the gas exhaust pipe 436 are provided, impurities in the gas pool inside the gas cracking cell 400 can be efficiently removed, and the cracking characteristics are improved compared to the gas cracking cell used in the third embodiment. A more stable gas is obtained.

その結果、基板上に、膜質が安定しているエピタキシャ
ル成長した結晶が得られる。
As a result, an epitaxially grown crystal with stable film quality is obtained on the substrate.

[発明の効果] 本発明によれば、ガスクラッキングセル内におけるガス
のクラッキング特性が定常状態に達してから、基板上に
分解ガスを照射し、エピタキシャル成長を始めるので、
エピタキシャル膜の厚さ方向で膜組成、あるいは膜質の
変化の少ない、良好なエピタキシャル膜が得られるとい
う効果がある。
[Effects of the Invention] According to the present invention, after the cracking characteristics of the gas in the gas cracking cell reach a steady state, the decomposition gas is irradiated onto the substrate and epitaxial growth is started.
This has the effect of providing a good epitaxial film with little change in film composition or film quality in the thickness direction of the epitaxial film.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1実施例のガスソースMBE法を説明するた
めの説明図、第2図は第2実施例のガスソースMBE装
置を説明するための説明図、第3図は第3実施例のガス
クラッキングセルおよびガス配管を示す断面図、第4図
は第4実施例のガスクラッキングセルおよびガス配管を
示す断面図、第5図は従来技術のガスクラッキングセル
の一例を示す断面図、第6図は従来のガスクラッキング
セルを用いてアルシンガスを分解した時のヒ素二量体の
分子線強度の時間変化を示したグラフ、第7図はいくつ
かの温度におけるアルシンの分解初期のクラッキング特
性を示すグラフ、第8図はいくつかの温度においてアル
シンを0.88CCMの流量で1時間流した後のクラッ
キング特性を示すグラフ、第9図は従来技術を用いてG
 a A s P結晶をエピタキシャル成長させたとき
の各元素の原子濃度を示すグラフ、第10図は第2実施
例の装置を用いてGaAsP結晶をエピタキシャル成長
させたときの各元素の原子濃度を示すグラフである。 1.18・・ガス導入ライン、2,3,103゜104
.202,203,332,333゜403.4−02
.・・・ラディエーションシールド、4.104,20
4,304,404−・・タングステンヒータ、5・・
・ガス出射ゾーン、6,7゜106.107,251,
340,4.40・・・バッフルプレート、8,108
,208,338゜408・・・真空フランジ、9.1
9.209゜219・・・バルブ、334,434・・
・ガス供給用バルブ、335,435・・・ガス排気用
バルブ、10゜210・・トリエチルガリウム用の分子
線セル、11.250・・・アルシン用の分子線セル、
260・ホスフィン用の分子線セル、12,212・・
・結晶成長室、13,213・・・タングステンヒータ
、14.214・・・基板ホルダ、15,215・・G
 a A s基板、16,216==−真空ポンプ、1
7゜217.222,117,317,417・・・ガ
スクラッキングゾーン、220,226・・・ガス排気
管、328,428・・・シャッタ、329,429・
・・シャッタ受け、330,430・・・シャッタ支持
棒、331,431・・・ベローズ、332,432・
エアシリンダ、338,433・・・エアシリンダ支持
金具。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the gas source MBE method of the first embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the gas source MBE apparatus of the second embodiment, and FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the gas source MBE method of the second embodiment. FIG. 4 is a sectional view showing the gas cracking cell and gas piping of the fourth embodiment, FIG. 5 is a sectional view showing an example of the gas cracking cell of the prior art, and FIG. Figure 6 is a graph showing the temporal change in the molecular beam intensity of arsenic dimer when arsine gas is decomposed using a conventional gas cracking cell, and Figure 7 is a graph showing the cracking characteristics at the initial stage of decomposition of arsine at several temperatures. Figure 8 is a graph showing the cracking characteristics after flowing arsine at a flow rate of 0.88 CCM for 1 hour at several temperatures;
Figure 10 is a graph showing the atomic concentration of each element when a GaAsP crystal is epitaxially grown using the apparatus of the second embodiment. be. 1.18...Gas introduction line, 2,3,103゜104
.. 202,203,332,333゜403.4-02
.. ...Radiation Shield, 4.104,20
4,304,404--Tungsten heater, 5...
・Gas emission zone, 6,7°106.107,251,
340,4.40...Baffle plate, 8,108
,208,338゜408...vacuum flange, 9.1
9.209°219...Valve, 334,434...
・Gas supply valve, 335,435... Gas exhaust valve, 10° 210... Molecular beam cell for triethyl gallium, 11.250... Molecular beam cell for arsine,
260・Molecular beam cell for phosphine, 12,212...
・Crystal growth chamber, 13,213...Tungsten heater, 14.214...Substrate holder, 15,215...G
a A s board, 16,216 ==- vacuum pump, 1
7゜217.222,117,317,417...Gas cracking zone, 220,226...Gas exhaust pipe, 328,428...Shutter, 329,429...
...Shutter holder, 330,430...Shutter support rod, 331,431...Bellows, 332,432...
Air cylinder, 338, 433... Air cylinder support fitting.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、クラッキングセルを有する分子線セルを用いる分子
線エピタキシャル方法により結晶を製造する方法におい
て、 クラッキング特性に経時変化のある原料ガスを、予めガ
スクラッキングセルに導入し、分解させ、所定時間経過
後、単独で、または、他の原料ガスの分子線とともに、
基板に照射し、エピタキシャル成長を開始することを特
徴とする分子線エピタキシャル方法による結晶製造方法
。 2、上記所定時間は、原料ガスのクラッキング特性が安
定する時間であることを特徴とする請求項1記載の結晶
製造方法。 3、クラッキングセルを有する分子線セルを用いる分子
線エピタキシャル方法により結晶を製造する方法におい
て、 上記少なくとも1種類以上の水素化物の原料ガスのうち
、クラッキング特性に経時変化のある原料ガスをガスク
ラッキングセルに少くとも1時間流した後に、単独で、
または、他の原料ガスの分子線とともに基板に照射し、
エピタキシャル成長を開始することを特徴とする分子線
エピタキシャル方法による結晶製造方法。 4、原料ガスを分解し、分子線を発生させる少なくとも
1つの分子線セルと、基板を保持する基板ホルダを有す
る結晶成長室とを、真空容器中に備え、分子線セルから
発生した分子線を基板表面に照射して基板上に結晶をエ
ピタキシャル成長させる分子線エピタキシャル装置にお
いて、上記分子線セルのうち少なくとも1以上の分子線
セルと上記結晶成長室との間に、分子線セル内で発生し
た分子線が結晶成長室内に照射されることを遮断できる
分子線遮断手段を設けることを特徴とする分子線エピタ
キシャル装置。 5、上記分子線セルは、分子線セル内で発生した分子線
を結晶成長室内に照射しないときは、原料ガスが分解し
て生ずる分解生成ガスを排気する手段を備えていること
を特徴とする請求項4記載の分子線エピタキシャル装置
。 6、分子線エピタキシャル装置の、ガスクラッキングセ
ルを有する分子線セルにおいて、 上記ガスクラッキングゾーン内で分解した原料ガスが、
基板表面に分子線として照射されることを遮断できる分
子線遮断手段をガスクラッキングセル内に設けることを
特徴とする分子線セル。 7、上記分子線遮断手段として、ガスクラッキングセル
内に分子線の照射を妨げるシャッタを設け、ガスクラッ
キングセル内の分子線出口側には、上記シャッタを受け
止めるシャッタ受けを配置し、分子線を照射するときは
、このシャッタはシャッタ受けから離れ、一方、分子線
の照射を妨げるときは、このシャッタはシャッタ受けに
接触し、分子線が結晶成長室に照射されない構造とした
ことを特徴とする請求項6記載の分子線セル。 8、上記ガスクラッキングセルは、分子線セル内で発生
した分子線を結晶成長室内に照射しないときにあっては
、原料ガスが分解して生ずる分解生成ガスを排気する手
段を備えていることを特徴とする請求項6または7記載
の分子線セル。 9、請求項6、7または8記載の分子線セルを備えて構
成されることを特徴とする分子線エピタキシャル装置。 10、クラッキングセルを有する分子線セルを用いる分
子線エピタキシャル方法において、 クラッキング特性に経時変化のある原料ガスを、予めガ
スクラッキングセルに導入し、分解させ、所定時間経過
後、単独で、または、他の原料ガスの分子線とともに、
基板に照射し、エピタキシャル成長を開始することを特
徴とする分子線エピタキシャル方法。 11、請求項1、2または3記載の結晶製造方法により
製造されることを特徴とする化合物半導体。
[Claims] 1. In a method for producing crystals by a molecular beam epitaxial method using a molecular beam cell having a cracking cell, a raw material gas whose cracking properties change over time is introduced into the gas cracking cell in advance and decomposed. , after a predetermined period of time, either alone or together with other source gas molecular beams,
A crystal manufacturing method using a molecular beam epitaxial method characterized by irradiating a substrate and starting epitaxial growth. 2. The crystal manufacturing method according to claim 1, wherein the predetermined time is a time during which cracking characteristics of the raw material gas are stabilized. 3. In a method for producing crystals by a molecular beam epitaxial method using a molecular beam cell having a cracking cell, a raw material gas whose cracking properties change over time among the raw material gases of at least one type of hydride is used in a gas cracking cell. alone after running for at least 1 hour,
Or, by irradiating the substrate with molecular beams of other source gases,
A crystal manufacturing method using a molecular beam epitaxial method characterized by starting epitaxial growth. 4. A vacuum vessel is equipped with at least one molecular beam cell that decomposes a source gas and generates molecular beams, and a crystal growth chamber having a substrate holder that holds a substrate, and the molecular beams generated from the molecular beam cell are In a molecular beam epitaxial apparatus for epitaxially growing crystals on a substrate by irradiating the surface of the substrate, molecules generated in the molecular beam cell are placed between at least one of the molecular beam cells and the crystal growth chamber. A molecular beam epitaxial apparatus characterized by being provided with a molecular beam blocking means capable of blocking the irradiation of the beam into a crystal growth chamber. 5. The above-mentioned molecular beam cell is characterized in that, when the molecular beam generated in the molecular beam cell is not irradiated into the crystal growth chamber, a means is provided for exhausting the decomposition product gas generated by decomposition of the source gas. The molecular beam epitaxial apparatus according to claim 4. 6. In a molecular beam cell having a gas cracking cell of a molecular beam epitaxial apparatus, the source gas decomposed in the gas cracking zone is
A molecular beam cell characterized in that a gas cracking cell is provided with a molecular beam blocking means capable of blocking irradiation of a substrate surface as a molecular beam. 7. As the molecular beam blocking means, a shutter that prevents molecular beam irradiation is provided in the gas cracking cell, and a shutter receiver that receives the shutter is placed on the molecular beam exit side of the gas cracking cell, and the molecular beam is irradiated. When the crystal growth chamber is prevented from being irradiated with molecular beams, the shutter is separated from the shutter holder, and when the irradiation of the molecular beam is prevented, the shutter is brought into contact with the shutter holder so that the molecular beam is not irradiated into the crystal growth chamber. Molecular beam cell according to item 6. 8. The above-mentioned gas cracking cell is equipped with a means for exhausting the decomposition gas generated by decomposition of the source gas when the molecular beam generated in the molecular beam cell is not irradiated into the crystal growth chamber. The molecular beam cell according to claim 6 or 7, characterized in that: 9. A molecular beam epitaxial apparatus comprising the molecular beam cell according to claim 6, 7 or 8. 10. In the molecular beam epitaxial method using a molecular beam cell having a cracking cell, a raw material gas whose cracking properties change over time is introduced into the gas cracking cell in advance, decomposed, and after a predetermined period of time, it is used alone or with other gases. Along with the molecular beam of the raw material gas,
A molecular beam epitaxial method characterized by irradiating a substrate and starting epitaxial growth. 11. A compound semiconductor manufactured by the crystal manufacturing method according to claim 1, 2 or 3.
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