JPH0527501Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この考案は、分子線エピタキシー装置に関し、
詳しくは、各成長材料による結晶生成の開始およ
び停止を行うために各蒸発源の前面に開閉可能に
配置されるシヤツタに改良を施したものに関す
る。

【従来の技術】

−族化合物半導体の製造過程において単結
晶基板上に−族元素をエピタキシヤル成長さ
せる手法として、分子線エピタキシー法が注目さ
れている。これは、真空蒸着法の一種であり、ガ
リウムGa、アルミニウムAl、インジウムInなど
の族元素、および、ヒ素As、燐Ｐなどの族
元素を成長材料として、10^-11torrの超高真空の
中でこれらを原子または分子線の形で照射して
Ga AsあるいはIn Ｐなどの単結晶基板上にGa
As、Al Ga As、In ＰあるいはIn Ga As Ｐな
どの−族化合物半導体結晶をエピタキシヤル
成長させる方法である。このような分子線エピタ
キシー法によると、超高真空中での蒸着である
ため、残留ガスからの不純物の混入が非常に少な
く、基板表面を清浄に保つことができる、大面
積にわたり、均一でかつ原子レベルで平坦な膜を
得ることができる、蒸着速度を非常に遅くで
き、しかも正確に制御できるため、膜厚を数Åと
いう単原子層のオーダで高精度に制御することが
できる、多成分系の混晶薄膜も蒸発源を増やす
だけで容易に得られる、結晶成長中に成長層表
面、あるいは分子線から成長条件についてのさま
ざまな情報を得ることができ、それを直ちに成長
制御にフイードバツクすることができる、などの
利点を享受するこができる。 このような分子線エピタキシー法を行う分子線
エピタキシー装置の概略構成を第４図に示す。 超高真空ポンプ１につながる成長室２の中央に
は、基板ホルダ３が配置され、これは、基板上の
結晶成長を一様なものとするために回転するよう
になつている。また、この基板ホルダ３に保持さ
れる基板を所望の温度に昇温するためのヒータが
付設されている。そして、成長室２の一側には、
上記基板ホルダ３に向けて開口するルツボ４に各
成長材料を充填してなる複数の蒸発源５…が配置
される。この蒸発源５もまた、温度センサによる
検出温度に基づいて制御されるヒータにより、所
望の温度に昇温されるようになつている。なお、
各蒸発源５は、各蒸発源が互いに熱影響や汚染の
影響を受けないように、液体窒素シユラウド６で
囲まれている。結晶成長の開始および停止は、各
ルツボ４の開口の前面に配置されるシヤツタ７…
を開閉することにより行われる。 たとえば、Ga As単結晶基板上にGa As層を
成長させるにはGaが充填された蒸発源５および
Asが充填された蒸発源５を所定の温度に加熱す
るとともに基板ホルダ３の温度を適当な温度に設
定しつつ、上記の各蒸発源５のシヤツタ７を所定
時間開状態とする。なお、Alを一緒に蒸発させ
るとGa_xAl_1-xAs層が成長する。このときGaとAl
の蒸発量の比を制御すれば、組成ｘが制御でき
る。また、成長層をｎ形にするには、Si、Snな
どを同時に蒸発させ、ｐ形にするには、Be、Mg
などを蒸発させる必要がある。

【考案が解決しようとする課題】

従来の分子線エピタキシー装置におけるシヤツ
タ７は、第４図に示すように、成長室２の外壁
に、先端が成長室内に突出するようにして回転軸
７ａを支持させるとともに、この回転軸７ａの先
端にシヤツタ板７ｂを取付けてなる回転シヤツタ
が普通であり、上記回転軸７ａを回転制御するこ
とにより、シヤツタ板７ｂが蒸発源５のルツボ４
の開口を覆う閉状態と、開口の側方に退避する開
状態とを選択できるように構成されている。 ところで、上記回転軸７ａの軸線の方向は、各
蒸発源５ないしルツボ４の軸線の方向と平行に設
定されるのが普通であり、しかも、成長室２にお
ける各蒸発源５が配置される部位の内壁はほぼ基
板ホルダ３を中心とする略ドーム状に湾曲してい
ることから、次の問題がある。 すなわち、閉状態にあるシヤツタ７のシヤツタ
板７ｂの内面には、蒸発源の昇温中継続して分子
線があたることから次第に成長材料が堆積する
が、その堆積量が所定以上となると、シヤツタの
開閉動作の際に堆積した成長材料が蒸発源の開口
部ないしは成長室の内壁に接触し、このとき成長
室内に粉塵が発生して結晶成長に重大な欠陥を派
生させる懸念があり、また、ひどい場合には、シ
ヤツタ７が作動不能に陥るおそれがある。 この考案は、上述のような従来の問題を解決
し、シヤツタ板の内面に成長材料が堆積しても、
これがシヤツタの開閉時に成長室の内壁等に接触
する可能性を低減することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記の従来の課題を解決するため、この考案で
は、次の技術的手段を講じている。 すなわち、本願考案は、超高真空ポンプにつな
がる成長室と、この成長室の内部に配置した基板
ホルダと、成長室における略ドーム状に湾曲する
一側内壁において軸線が上記基板ホルダを向くよ
うに配置された複数個の蒸発源と、蒸発源の開口
を遮蔽しかつ開放するシヤツタとを備える分子線
エピタキシー装置において、 上記シヤツタは、上記蒸発源の開口に隣接した
成長室内壁に回転可能に支持されるシヤツタ軸
と、このシヤツタ軸の先端に閉状態において蒸発
源の開口を覆うように取付けられたシヤツタ板と
を備えており、上記シヤツタ軸の軸線は、成長室
の内部に向かうほど上記蒸発源の軸線に近づくよ
うに傾斜させられていることを特徴とする。

【作用】

シヤツタは、軸を回転制御することによつてシ
ヤツタ板を旋回させることにより、シヤツタ板が
蒸発源の開口を覆う閉位置と、蒸発源の開口から
側方に退避した開位置とを選択できる。 本願考案では、上記シヤツタの回転シヤツタ軸
の軸線を、蒸発源の軸線と平行とするのではな
く、蒸発源の軸線に対して成長室内に向かうほど
近づくように傾斜させている。そうすると、この
シヤツタ軸の回転に伴うシヤツタ板の旋回軌跡
は、閉位置においては蒸発源の開口に近接してこ
れを覆うが、開位置においては蒸発室の内壁から
離れるような軌跡となり、開位置において、成長
室の内壁に対して十分離れた状態に位置づけるこ
とができる。

【考案の効果】

以上のことから、本願考案の分子線エピタキシ
ー装置によれば、シヤツタ板に分子線の状態で当
たつた成長材料が堆積しても、シヤツタの開閉動
作時にこの堆積物が成長室の内壁に接触し、粉塵
が発生したり、シヤツタが動作不能に陥るといつ
たことがなくなり、シヤツタ板の清掃の間隔を飛
躍的に延長することができ、これにともなう装置
の作動効率も高まる効果がある。 また、複数個の蒸発源を配置するべき成長室の
一側内壁が略ドーム状に湾曲していても、開状態
でのシヤツタ板が成長室に接触するということな
く、その作動の確実性を担保することができるの
で、結果的に、成長室を小型化しつつも、所定個
数のシヤツタ付き蒸発源を問題なく配置すること
ができるようになる。

【実施例の説明】

以下、本願考案の実施例を第１図ないし第３図
を参照して具体的に説明する。なお、こらの図に
おいて第４図の従来例と同等の部品あるいは部材
には同一の符号を付してある。 本例の分子線エピタキシー装置は、縦形の成長
室２をもつているが、全体の基本的構成は第４図
の従来例と同等である。成長室２の天井板８に貫
通支持された支軸９には、基板ホルダ３を下端に
もつ回転ケージ１０のボス部１１が可回転に支持
されている。この回転ケージ１０は、ボス部１１
に固定されたギヤ１２に外部モータ１３の出力軸
のピニオン１４を噛合させることにより、回転制
御される。支軸９の先端には基板ホルダ３の背後
に位置するヒータ１０が設けられており、これに
よつて基板ホルダ３に保持された基板Ｂを加熱し
うる。なお、成長室２の側壁内周は、液体窒素シ
ユラウド１５で囲まれており、脱ガス時での不純
物を吸着して超高真空を維持するようにしてあ
る。なお、成長室２は、図示しない超高真空ポン
プにつなげられている。 成長室２の底部は、中央が最も窪んだ略ドーム
状に湾曲しており、この部に、いくつかの蒸発源
５…が、その軸線ａ，ｂ，ｃが上記基板ホルダ３
の中心を向くようにして配置されている。各蒸発
源５…は、成長室２の底壁に上端固定された円筒
状の容器内に、成長材料が充填されたルツボ４…
をそれぞれ装填して構成され、各ルツボ４は、容
器の底部に配置した図に表れないヒータによつて
所望の温度に加熱されるようになつている。な
お、各ルツボ４を囲む円筒容器には、液体窒素シ
ユラウド６…が一体構成されており、各蒸発源５
…が互いに熱影響や汚染の影響を受けないように
してある。 成長室２を超高真空状態とし、基板Ｂおよび蒸
発源５…を所定の温度まで昇温させると、蒸発源
５…の成長材料が原子あるいは分子線の形で基板
表面にあたり、基板上に結晶が成長するのである
が、この成長の開始および停止は、各蒸発源５…
の開口、すなわち、ルツボ４…の開口をシヤツタ
７で開閉することにより行われる。 シヤツタ７は、各蒸発源５…に隣接する成長室
の内壁において外部から回転可能に導入支持され
たシヤツタ軸７ａの先端に、閉位置において上記
開口を覆いうるシヤツタ板７ｂを固定して構成さ
れる。 本願考案においては、上記シヤツタ軸７ａの軸
線ｄを、成長室の内部に向かうほど上記蒸発源５
…の軸線ａに近づくように大きく傾けている。な
お、本例では、上記シヤツタ軸７ａの軸線ｄを、
蒸発源の開口から基板ホルダまでの間においてそ
のシヤツタ７が開閉する蒸発源５の軸線ａに交差
する程度に傾けてある。そうして、このように軸
線を傾けたシヤツタ軸７ａに対し、閉位置におい
て蒸発源５の開口を平行に覆いうるように円形の
シヤツタ板７ｂを固定するのである。したがつ
て、シヤツタ軸７ａに対するシヤツタ板７ｂの取
付け角度は、蒸発源５の軸線ａとシヤツタ軸７ａ
の軸線ｄとの交差角を直角から差し引いた角度と
なる。このようにすると、シヤツタ軸７ａを中心
とするシヤツタ板７ｂの回転軌跡において、シヤ
ツタ板７ｂが第１図に示す閉位置にあるときが最
も蒸発源５…の開口ないし成長室２の内壁に近接
し、それ以外の回動位置のすべてにおいて、シヤ
ツタ板７ｂが蒸発源５の開口ないし成長室２の内
壁から離れることとなる。 以上の構成において、第１図に実線で示す閉位
置からシヤツタ軸７ａをたとえば180度回転させ
てシヤツタ７に第１図に仮想線で示す開位置をと
らせたとき、シヤツタ板７ｂは、成長室２の内壁
から大きく離れることとなる。したがつて、シヤ
ツタ板７ｂに成長材料が堆積しても、これがシヤ
ツタ７の作動時に成長室の内壁に接触して粉塵が
発生するといつたことはほとんど起こりえなくな
る。 なお、本例において第１図に表れているよう
に、シヤツタ７の軸７ａを二分割構成とするとと
もに、このシヤツタ軸７ａを通すモータブラケツ
ト１６の筒部をもフランジ１７ａ，１７ｂどうし
の接続によつて連結しうる分割構成とし、上記シ
ヤツタ軸７ａのモータ側の第一部分７a′とシヤツ
タ板側の第二部分７a″とを上記フランジ１７ａ，
１７ｂを分離した状態で成長室２の外部において
接続あるいは分離しうるようにしてある。 従来の回転シヤツタ７においては、単一の回転
軸を成長室内に貫通導入し、こうして成長室内に
導入された軸の先端にシヤツタ板を取付ける構造
が一般的であつたため、シヤツタ板の交換時等に
おいては成長室の内部にビユーポートから手を入
れ、ねじ止め作業等の煩雑な作業をする必要があ
つたが、本例では、上記のようにシヤツタ軸７ａ
の接続を実質的に成長室の外部で行なえるように
したから、シヤツタ板７の取付けが非常に簡単か
つ安全となる。 第２図および第３図に、本願考案の分子線エピ
タキシー装置におけるシヤツタ７の他の実施例を
示す。本例においては、蒸発源５の軸線ａ方向視
においてシヤツタ７の軸７ａの軸線ｄを上記軸線
ａに対してほぼシヤツタ板７ｂの半径に相当する
距離偏位させ、シヤツタ軸７ａから延出させたア
ーム７ｃにシヤツタ板７ｂの開位置への回動方向
の後方縁を連結してある。なお、この場合におい
ても、第２図においてＡ方向に見た場合、シヤツ
タの軸７ａの軸線ｄは、蒸発源５…の軸線ａに対
し、その蒸発源５の開口から基板ホルダ３までの
間で交差することになる。 このようにすると、第３図に模式的に示すよう
に、閉位置にあるシヤツタ板７ｂが開位置方向に
回動するとき、シヤツタ板７ｂのすべての部位が
かならず蒸発源５の開口から離れるようになる。
したがつて、閉位置にあるシヤツタ板７ｂを蒸発
源５の開口に対してきわめて近づけることがで
き、成長停止時でのシヤツタ７による分子線遮蔽
効果が著しく高まるのである。 もちろん、この考案の範囲は上述の実施例に限
定されるものではない。蒸発源のすべてにシヤツ
タを設けるほか、その選択されたものに本願考案
によるシヤツタの構成を採用することも、もちろ
んこの考案の範囲に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願考案の一実施例を示す断面図、第
２図および第３図は他の実施例の要部説明図、第
４図は従来例の概略構成図である。 ２……成長室、３……基板ホルダ、５……蒸発
源、７……シヤツタ、７ａ……（シヤツタの）
軸、７ｂ……シヤツタ板、ａ，ｂ，ｃ……（蒸発
源の）軸線、ｄ……（シヤツタ軸の）軸線。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 超高真空ポンプにつながる成長室と、この成長
   室の内部に配置した基板ホルダと、成長室におけ
   る略ドーム状に湾曲する一側内壁において軸線が
   上記基板ホルダを向くように配置された複数個の
   蒸発源と、蒸発源の開口を遮蔽しかつ開放するシ
   ヤツタとを備える分子線エピタキシー装置におい
   て、 上記シヤツタは、上記蒸発源の開口に隣接した
   成長室内壁に回転可能に支持されるシヤツタ軸
   と、このシヤツタ軸の先端に閉状態において蒸発
   源の開口を覆うように取付けられたシヤツタ板と
   を備えており、上記シヤツタ軸の軸線は、成長室
   の内部に向かうほど上記蒸発源の軸線に近づくよ
   うに傾斜させられていることを特徴とする、分子
   線エピタキシー装置。