JPH05319981A - 分子線エピタキシー用セル - Google Patents

分子線エピタキシー用セル

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JPH05319981A
JPH05319981A JP15135092A JP15135092A JPH05319981A JP H05319981 A JPH05319981 A JP H05319981A JP 15135092 A JP15135092 A JP 15135092A JP 15135092 A JP15135092 A JP 15135092A JP H05319981 A JPH05319981 A JP H05319981A
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JP
Japan
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crucible
cell
molecular beam
beam epitaxy
evaporation source
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Pending
Application number
JP15135092A
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English (en)
Inventor
Michihiro Ito
道弘 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 るつぼ内に収容された元素が一様に温めら
れ、成長中において特性の良い成長層を再現性良く得る
ことができる分子線エピタキシー用セルを得る。 【構成】 るつぼ2内に外径の小さいるつぼ3を入れて
るつぼを2重構造とし、蒸発すべき元素(Ga)5を中
央部に入れ、2重構造となったるつぼ間にGa融液4を
満たし、外側よりヒータ6で加熱蒸発する構造とする。 【効果】 結晶欠陥が少なく、良好な結晶性を有する結
晶層を再現性良く成長することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体デバイスに用い
られる化合物半導体の結晶成長に利用される分子線エピ
タキシー用セルに関し、特に内部に上記化合物半導体の
成分元素を収容し、該元素を加熱によって蒸発させる分
子線エピタキシー用セルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より分子線エピタキシー法を用いた
化合物半導体の結晶成長工程では、各成分元素毎にPB
N(パイロリティック・ボロン・ナイトライド)等で作
られた複数のるつぼを備えたセルが使用され、るつぼの
中に、例えばGa,Al等のIII 族元素とAs等のV族
元素を入れ、超高真空中で各元素が収容されたそれぞれ
のるつぼを適当な温度に加熱して制御し、各成分元素の
蒸発量の比率を一定に保ちながら基板上に所定の元素組
成からなる結晶層を成長させることが一般に行われてい
る。
【0003】図4は従来の分子線エピタキシー用セルの
構造を示す概略断面図であり、図において、1はタンタ
ルを用い2重構造に形成された放熱防止筒、2はPBN
で作られたるつぼ、5は蒸発源としてのGa、6はタン
グステン線で作られた加熱用ヒータ、7はるつぼ2の底
部近傍に配置され、るつぼ2の温度を検出するための熱
電対、8はるつぼ2から蒸発してきた元素を一時的にせ
き止めるシャッタ、9はるつぼ2の上端開口部を放熱防
止筒1に保持するためのキャップである。また13は上
記るつぼ2の蒸発用開口部である。
【0004】次に、上記セルを用いて基板上にGaAs
結晶を成長させる工程について説明する。るつぼ2の周
囲に配置された加熱用ヒータ6によりるつぼ2は加熱さ
れ、該るつぼ2底部近傍に配置された熱電対7によって
温度を検出しつつ、所望の温度に調節される。そして、
るつぼ2内に収納されたGa5は加熱によって空気との
界面において次第に蒸発しはじめるが、蒸発した元素を
シャッタ8によって一時的にせき止められる。また図示
しない他の成分元素(ここではAs)を収容したセルも
同様の構造からなり、るつぼ内に収容された元素(A
s)は加熱によって蒸発し、蒸発した元素(As)を図
示しないシャッタによりせき止められる。
【0005】次に各成分元素が収容されたセルの上方に
結晶成長が起こる状態に加熱された基板(図示せず)を
配置し、結晶成長に必要なその他の条件を設定してシャ
ッタ8及びその他の成分元素(As)を収容したセルの
シャッタを開け、基板に向けて各成分元素を蒸発させて
基板上にGaAsを成長させる。
【0006】ところで、上記分子線エピタキシー用セル
を用いた結晶成長工程において、るつぼ2内に収納され
た元素は成長回数を増すにつれて次第に消費されてその
液面が低下していくが、上記加熱用ヒータ6は、蒸発し
た元素がるつぼ2の先端開口部に液滴となって付着する
のを防止するために、蒸発用開口部13にいくに従って
温度が高くなるような温度プロファイルとなっている。
このため従来より成長回数の増加とともに、蒸発源の液
面における温度低下により蒸発する元素が減少し、成長
速度が遅くなり、成長する結晶の結晶組成が次第に変化
するというような問題点を発生していた。
【0007】そこで、元素が多量に収容できるように上
記るつぼ2の容量を大きくし、成長回数の増加にともな
う成長速度の低下を防止しようとした場合、収納した元
素溶液全体に温度分布が生じるようになり、特にるつぼ
先端開口部は放熱が大きくその結果、るつぼの先端開口
部の温度が他の部分より低くなって、一旦蒸発した元素
の一部がるつぼの先端開口部付近に液滴となって付着
し、この付着した元素液滴の再蒸発によって結晶層にオ
ーバルディフェクトと呼ばれる結晶欠陥を発生すること
があった。また、るつぼ内に収納された多量の元素を一
様な温度に保つことができないことから、蒸発速度に変
化をきたし、得られる結晶層の結晶組織が依然として変
化するという問題点を発生していた。
【0008】また、何らかの理由で加熱用ヒータ6の温
度制御が不安定になった場合、るつぼ内の元素溶液に温
度変動が生じて蒸発速度に変化をきたし、このため、や
はり得られる結晶層の結晶組織が変化するという問題点
を発生していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の分子線エピタキ
シー用セルは以上のように構成されており、成長回数の
増加に伴い成長速度が低下して結晶組成が変化したり、
これを防止するために、るつぼを大きくした場合には、
元素溶液の温度分布の不均一により、結晶欠陥が生じた
り、また、加熱用ヒータの温度変動によって蒸発速度が
変化するため、均一な組成を有する結晶が得られないと
いう問題点があった。
【0010】この発明は上記ような問題点を解消するた
めになされたもので、成長回数を増するに従って減少し
た元素量の変化に伴って生じる成長速度の変化や、加熱
用ヒータの温度変動等に起因する元素溶液の温度分布の
不均一による結晶欠陥,組成変化等をなくし、再現性の
良い結晶成長を行うことができる分子線エピタキシー用
セルを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる分子線
エピタキシー用セルは、るつぼを2重構造とし、るつぼ
間の空間に融液を満たし、かつ内側のるつぼ中に蒸発源
となる蒸発すべき元素を入れるようにしたものである。
【0012】また、るつぼ内周に、るつぼ底部において
るつぼ内と連通する仕切板を設け、かつ、上記仕切板に
より、蒸発源となる元素を2層に分割し、該蒸発源とな
る元素を上記仕切板より内側より蒸発させる構造とした
ものである。
【0013】
【作用】この発明においては、るつぼを2重構成として
2つのるつぼ間の空間に融液を満たし、内部のるつぼに
蒸発すべき元素を入れるようにしたから、加熱用ヒータ
ーの温度傾斜による蒸発源の液面での温度のゆらぎは外
側の融液によって緩和され、蒸発すべき材料元素の温度
が安定し、結晶の成長速度の変化が少なくなり、その結
果、成長層の結晶組成の変化も少なくでき、再現性の向
上が図れる。
【0014】また、るつぼの一部に仕切板を設け、外側
にも材料元素で満たすことにより、材料元素はるつぼの
内側部分より蒸発し成長成分に供され、加熱用ヒータの
温度変動は仕切板とるつぼとの間の材料元素により緩和
され、蒸発すべき材料元素の温度が安定し、成長速度の
変化が少なくなる。
【0015】
【実施例】以下、この発明の一実施例による分子線エピ
タキシー用セルを図1の概略断面図に基づいて説明す
る。図において、図3と同一符号は同一または相当部分
を示し、2はPBN等から作られた第1のるつぼ、3は
第1のるつぼ2の内側に配置された第2のるつぼ、4は
第1のるつぼ2と第2のるつぼ3との間に入れられたG
aの融液、5は蒸発源のGa、9は第1のるつぼ1及び
第2のるつぼ3を放熱防止筒1とともに保持するキャッ
プであり、該キャップ9により、るつぼ2,3間に収納
されたGaの融液4は封止されている。
【0016】次に、上記セルを用いたGaAsの結晶成
長工程について説明する。第1のるつぼ2と第2のるつ
ぼ3との間の空間はGaの融液4で満たされており、次
いで第2のるつぼ3の中に蒸発源Ga5が収容される。
そして、るつぼ2,3は加熱用ヒータで所望の温度に昇
温される。
【0017】ここで、加熱用ヒータ6は、結晶が成長す
る基板(図示しない)へ届く、蒸発したGaの量を抑制
するため、適当な温度に制御されている。
【0018】次に他の元素(As)も同様に必要とする
量が基板方向へ供給されるよう適当な温度に制御されて
いる(図示せず)。
【0019】以下、従来と同様に各元素を収容したセル
の上方に結晶成長が起こるように加熱された基板(図示
せず)を配置し、その他の結晶成長に必要な条件を設定
した後、シャッター8、及び他の元素を収納したセルの
シャッタ(図示せず)を開放し、上記図示しない成長基
板に向けて各成分元素を蒸発させることにより基板表面
にGaAs結晶が順次成長していく。
【0020】このように本実施例によれば、第1のるつ
ぼ2の内側に第2のるつぼ3を設置し、第1のるつぼと
第2のるつぼの間にGaの融液4を入れて、外側よりヒ
ータ6で加熱する構造にすることにより、第2のるつぼ
3の中に入れた蒸発源Ga5の量が成長回数とともに変
化し、その液面が低下しても、第1のるつぼ2と第2の
るつぼ3との間に入れたGaの融液4により蒸発源Ga
5の液面における温度変化は少なく、従って成長する結
晶の組成等の特性変化も少ない。
【0021】またヒータ6の温度の制御に変動が生じて
も、Ga融液4がるつぼ2と3との間に介在するため、
多少の温度変化はGa融液4により吸収される、あるい
は蒸発源Ga5に徐々に伝わるため蒸発源Ga5の液面
での温度変化は少なく、安定した結晶特性を持った成長
層が再現性良く得られる。
【0022】次に本発明の第2の実施例による分子線エ
ピタキシー用セルを図2に基づいて説明する。上記実施
例では、外径の異なる2つのるつぼの間に、Ga融液4
を入れる構造としたが、この実施例では2つのるつぼを
一体化し、蒸発源Ga5とヒータ6との間に中間室を設
け、当該部分にGa融液を入れる構造としたものであり
る。
【0023】図2はるつぼの蒸発用開口部13近傍の一
部拡大図であり、図に示すように、るつぼ14は、その
上端開口部分において、外側るつぼ部材14cと内側る
つぼ部材14bとが連続しており、かつ上端開口部分の
一部に、Ga融液4を入れるための開孔14aが設けら
れている。この開孔14aは、るつぼ14を放熱防止用
筒1に保持するためのキャップ9により封止されるよう
になっている。
【0024】このような構造とすることで、上記実施例
と同様な効果を奏することができ、また2つのるつぼを
一体化することにより、蒸発源元素の取り換え時による
2つのるつぼの設置位置の変化を少なくすることができ
るため結晶成長の再現性及び作業効率の向上も図れる。
【0025】なお、上記第1及び第2の実施例では、る
つぼ2,3間、あるいはるつぼ14内に蒸発源元素と同
一の元素を融液4として封入するようにしたが、2つの
るつぼ間に高い密閉性でもって融液を封入することがで
きるならば、蒸発源元素以外の物質を用いるようにして
もかまわない。
【0026】次に本発明の第3の実施例による分子線エ
ピタキシー用セルを図3に基づいて説明する。この実施
例では、るつぼを2重化してその間に融液を封入する代
わりに、るつぼ内周に仕切板を設け、るつぼ底部でるつ
ぼ内と連通させ、るつぼと仕切板との間に蒸発源Gaを
温度変化緩衝用の融液として介在させるようにしたもの
である。
【0027】すなわち図3に示すように、るつぼ10の
内周に仕切板12を設け、かつ当該仕切板12をるつぼ
10の底部では開放させてるつぼ10と連通させ、仕切
板12とるつぼ10との間にも蒸発源Ga5を介在させ
た構造としている。
【0028】このような構造のるつぼを使用することに
より、加熱用ヒータ6によって蒸発源Ga5を加熱して
蒸発させた場合、ヒータ6の温度が何らかの理由によっ
て変動した場合においても、仕切板12とるつぼ外壁1
1との間の蒸発源Ga5が介在しているため、ヒータ6
の温度変動はここで緩和され、仕切板12内部の蒸発源
Ga5に加熱用ヒータ6の温度変化が直接及ぶことがな
く、るつぼ10の開口部13より蒸発していく材料源G
aは安定し、再現性良く、結晶性の良い成長層を得るこ
とができる。
【0029】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る分子線エ
ピタキシー用セルによれば、蒸発源を入れたるつぼを2
重構造にし、蒸発源元素の外側に融液を入れておくこと
により、蒸発源の量が変化しても、蒸発源表面の温度変
化は少なく、従って蒸発源元素を一定温度に保つことが
でき、その結果、成長速度の変化もなくなり安定して結
晶性の良い成長層を得ることができるという効果があ
る。
【0030】また、蒸発源を入れたるつぼを2重構造に
し、蒸発源元素の外側に蒸発源から供給される材料元素
を介在させることにより、加熱用ヒータの温度変動を吸
収することができ、蒸発源元素の温度が安定し、その結
果、成長速度の変化もなくなり安定して結晶性の良い成
長層を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例による分子線エピタキ
シー用セルの構造を示す概略断面図。
【図2】この発明の第2の実施例による分子線エピタキ
シー用セルのるつぼの構造を示す概略図。
【図3】この発明の第3の実施例を示す分子線エピタキ
シー用セル構造を示す概略断面図。
【図4】従来の分子線エピタキシー用セルの構造を示す
概略断面図。
【符号の説明】
1 放熱防止筒 2 第1のるつぼ 3 第2のるつぼ 4 Ga融液 5 放熱源Ga 6 加熱用ヒータ 7 熱電対 8 シャッタ 9 キャップ 10 るつぼ 11 るつぼ外壁 12 仕切板 13 蒸発用開口部 14 るつぼ 14a 開孔 14b 内側るつぼ部材 14c 外側るつぼ部材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体を形成するための蒸発源と
    なる元素をるつぼ内部に収容し、該元素を加熱によって
    蒸発させるための分子線エピタキシー用セルにおいて、 外径の異なる2つのるつぼを、それらの間に所定の空間
    が確保されるように組合せ、 上記各るつぼ間の空間に融液を満たしたことを特徴とす
    る分子線エピタキシー用セル。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の分子線エピタキシー用セ
    ルにおいて、 上記2つのるつぼを一体化したことを特徴とする分子線
    エピタキシー用セル。
  3. 【請求項3】 化合物半導体を形成するための蒸発源と
    なる元素をるつぼ内部に収容し、該元素を加熱によって
    蒸発させるための分子線エピタキシー用セルにおいて、 るつぼ内周に、該るつぼの底部と連通するように仕切板
    を設け、 かつ、上記仕切板により、蒸発源となる元素を2層に分
    割し、該蒸発源となる元素を上記仕切板より内側より蒸
    発させる構造としたことを特徴とする分子線エピタキシ
    ー用セル。
JP15135092A 1992-05-18 1992-05-18 分子線エピタキシー用セル Pending JPH05319981A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3151115A1 (de) * 1980-12-24 1982-09-02 Nippon Kokan K.K., Tokyo "mit einer ueberzugszusammensetzung versehene stahlbleche mit guter korrosionsbestaendigkeit, anstreichbarkeit und korrosionsbestaendigkeit nach dem aufbringen des ueberzugs"
KR20220105780A (ko) 2021-01-21 2022-07-28 울산대학교 산학협력단 진공 박막 증착용 분자빔 증발원

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3151115A1 (de) * 1980-12-24 1982-09-02 Nippon Kokan K.K., Tokyo "mit einer ueberzugszusammensetzung versehene stahlbleche mit guter korrosionsbestaendigkeit, anstreichbarkeit und korrosionsbestaendigkeit nach dem aufbringen des ueberzugs"
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