JPH06199592A

JPH06199592A - 分子線結晶成長装置

Info

Publication number: JPH06199592A
Application number: JP36008892A
Authority: JP
Inventors: Masao Ikeda; 昌夫池田; Satoru Ito; 哲伊藤; Katsuhiro Akimoto; 克洋秋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1994-07-19
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: JP3257106B2

Abstract

(57)【要約】【目的】分子線結晶成長装置において、分子線量を応
答性良く制御するとともに、分子線の使用効率の向上を
図る。【構成】分子線エピタキシャル成長装置において、Ｋ
セル２と基板３との間に、Ｋセル２から発生する分子線
５の方向に対する角度が可変な複数の平板６ａから成る
シャッター６を設ける。シャッター６の全開状態におい
ては、シャッター６の各平板６ａは、その近傍を通過す
る分子線５とほぼ平行になり、このときシャッター６の
開口度はほぼ１００％になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、分子線を用いて結晶
成長を行うようにした分子線結晶成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）装
置においては、一般に、分子線源であるクヌードセン・
セル（以下「Ｋセル」という）内の窒化ホウ素（ＢＮ）
などから成るるつぼ内に置かれた固体原料の保持温度
を、るつぼの周囲に配置されたヒータ線への供給電力量
を調節することにより制御し、これによって基板に照射
する分子線量を変え、あるいは一定に保持する方法が採
られている。

【０００３】ところが、この方法では、ヒータ線からの
熱がるつぼを介してその内部の原料に伝えられることに
より原料の蒸発量が制御されるため、分子線量制御の応
答性が非常に悪く、また、原料の形状などによって熱伝
導率が変わるため、所望の分子線量を典型的には数時間
の成長時間中に一定に保持することが難しいという欠点
がある。このため、例えばＺｎＭｇＳＳｅなどの四元混
晶をエピタキシャル成長させる場合、その膜厚方向で四
元混晶組成が一定となるように厳密に制御することは困
難である。

【０００４】そこで、特に多元混晶の成長、あるいは超
格子などの極薄膜の成長時における膜厚制御のために
は、成長中に分子線量をモニタしながら応答性良く分子
線量を調節する技術を開発することが必須の課題となっ
ている。

【０００５】従来のＭＢＥ装置における分子線の制御方
法について図８、図９および図１０を参照して説明す
る。すなわち、図８および図９に示すように、成長室で
ある超高真空容器１０１の壁面近傍にＫセル１０２が取
り付けられ、この超高真空容器１０１の中央付近にはエ
ピタキシャル成長を行うべき基板１０３が、加熱可能な
基板支持体１０４上に固定されている。この場合、Ｋセ
ル１０２より蒸発する原料の分子線１０５は、成長を行
わないときは、Ｋセル１０２と基板１０３との間に設け
られている可動式のシャッター１０６により遮られる。
そして、成長を行うときは、このシャッター１０６をＫ
セル１０２の分子線出口位置から移動させることによ
り、図１０に示すように、分子線１０５が基板１０３上
に供給され、成長が開始される。シャッター１０６は通
常、分子線１０５を遮断するに十分な面積を有する一枚
の平板から成っている。また、分子線量はＫセル１０２
の温度を調節することにより制御される。なお、基板１
０３上の成長膜の膜厚や品質の均一性を向上させる目的
で、基板支持体１０４と基板１０３とは成長中は通常自
転している。

【０００６】さて、基板１０３に照射する分子線量を応
答性良く制御するためには、Ｋセル１０２の温度制御で
は不十分であるため、開口度が調節可能なシャッター機
構を導入することが考えられる。従来提案されているそ
のいくつかの例を図１１〜図１４に示す。

【０００７】図１１Ａに示すシャッター１０７は、カメ
ラなどの絞りに用いられているものと同様の構成を有
し、複数のシャッター板１０７ａを図１１Ｂに示すよう
に移動させることにより開口度を調節するものである。

【０００８】図１２Ａに示すシャッター１０７は、開口
度が１／２になるような複数の扇形の開口部を有する同
一の大きさの一対の円形のシャッター板１０７ａ、１０
７ａ´を図１２Ｂに示すように相互に回転させることに
より開口度を調節するものである。

【０００９】図１３Ａに示すシャッター１０７は、開口
度が１／２になるような複数の正方形の開口部を有する
同一の大きさの一対の正方形のシャッター板１０７ａ、
１０７ａ´を図１３Ｂに示すようにその対角線方向に相
互に移動させることにより開口度を調節するものであ
る。

【００１０】図１４Ａに示すシャッター１０７は、開口
度が１／２になるような複数のスリット状の細長い開口
部を有する同一の大きさの一対の長方形のシャッター板
１０７ａ、１０７ａ´を図１４Ｂに示すようにその一つ
の辺の方向に相互に移動させることにより開口度を調節
するものである。

【００１１】図１５は、上述の図１１〜図１４にそれぞ
れ示すシャッター１０７の開口度を、基板１０３の近傍
に設置されたヌード・ゲージなどの分子線モニタ１０８
の出力をシャッター制御機構にフィードバックすること
により制御するシステムの概念図を示す。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の図１１に示すシ
ャッター１０７は、開口度によって分子線１０５の放射
角が変化してしまうため、基板１０３上の成長膜の膜厚
や品質の均一性を確保することが難しく、また、基板１
０３の近傍に置かれたヌード・ゲージなどの分子線モニ
タが基板１０３上に供給される分子線を正確にモニタす
ることができなくなるという問題がある。

【００１３】また、上述の図１２〜図１４に示すそれぞ
れのシャッター１０７は、構造が簡単であり、シャッタ
ー板１０７ａ、１０７ａ´の開口部の周期を短くするこ
とによって基板１０３を照射する分子線の均一性を向上
させることができるが、開口度の上限が１／２であるた
め、原料の分子線１０５の使用効率が悪いという問題が
ある。

【００１４】従って、この発明の目的は、分子線量を応
答性良く制御することができるとともに、シャッターの
開口度を０％からほぼ１００％の範囲内で任意に調節す
ることができることにより原料の分子線の使用効率の向
上を図ることができる分子線結晶成長装置を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の発明は、分子線（５）を用いて結
晶成長を行うようにした分子線結晶成長装置において、
分子線源（２）から発生する分子線（５）の方向に対す
る角度が可変な複数の板（６ａ）から成るシャッター
（６）が分子線源（２）と基板（３）との間に設けられ
ているものである。

【００１６】この発明の第２の発明は、第１の発明によ
る分子線結晶成長装置において、シャッター（６）の全
開状態において、シャッター（６）のそれぞれの板（６
ａ）はその近傍を通過する分子線（５）とほぼ平行であ
る分子線結晶成長装置である。

【００１７】この発明の第３の発明は、第１の発明また
は第２の発明による分子線結晶成長装置において、互い
にほぼ垂直に配置された一対のシャッター（６、６´）
が分子線源（２）と基板（３）との間に設けられている
分子線結晶成長装置である。

【００１８】この発明の第４の発明は、第３の発明によ
る分子線結晶成長装置において、分子線源（２）側のシ
ャッター（６）により分子線（５）の粗な制御を行い、
基板（３）側のシャッター（６´）により分子線（５）
の微細な制御を行う分子線結晶成長装置である。

【００１９】

【作用】第１の発明による分子線結晶成長装置によれ
ば、分子線源（２）から発生する分子線（５）の方向に
対する角度が可変な複数の板（６ａ）から成るシャッタ
ー（６）が分子線源（２）と基板（３）との間に設けら
れていることから、複数の板（６ａ）の角度を変えるこ
とにより、分子線量を応答性良く制御することができ
る。また、シャッター（６）の全開状態において、分子
線源（２）から発生する分子線（５）が全てシャッター
（６）を通り抜けるように複数の板（６ａ）の角度を設
定可能とすることにより、シャッター（６）の開口度を
０％からほぼ１００％の範囲内で任意に調節することが
できることから、原料の分子線の使用効率の向上を図る
ことができる。

【００２０】第２の発明による分子線結晶成長装置によ
れば、シャッター（６）の全開状態において、シャッタ
ー（６）のそれぞれの板（６ａ）はその近傍を通過する
分子線（５）とほぼ平行であることにより、シャッター
（６）の全開状態における開口度をほぼ１００％にする
ことができる。

【００２１】第３の発明による分子線結晶成長装置によ
れば、互いにほぼ垂直に配置された一対のシャッター
（６、６´）が分子線源（２）と基板（３）との間に設
けられていることから、この一対のシャッター（６）の
それぞれの開口度を制御することにより、よりきめ細か
な分子線の制御を行うことができる。

【００２２】第４の発明による分子線結晶成長装置によ
れば、分子線源（２）側のシャッター（６）により分子
線（５）の粗な制御を行い、基板（３）側のシャッター
（６´）により分子線（５）の微細な制御を行うことに
より、よりきめ細かな分子線の制御を行うことができ
る。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。なお、実施例の全図において、同
一の部分には同一の符号を付す。

【００２４】図１はこの実施例によるＭＢＥ装置を示
す。

【００２５】図１に示すように、この実施例によるＭＢ
Ｅ装置においては、成長室である超高真空容器１の壁面
近傍にＫセル２が取り付けられ、この超高真空容器１０
１の中央付近にはエピタキシャル成長を行うべき基板３
が、加熱可能な基板支持体４上に固定されている。分子
線量はＫセル２の温度を調節することにより制御され
る。また、基板３上の成長膜の膜厚や品質の均一性を向
上させる目的で、基板支持体４と基板３とは成長中は通
常自転している。

【００２６】この実施例においては、Ｋセル２と基板３
との間に、図２にその詳細を示す、複数の細長い長方形
状の平板６ａから成るシャッター６が設けられている。
そして、このシャッター６の開口度を後述のようにして
制御することにより、基板３を照射する分子線量の制御
が行われる。平板６ａの間隔は必要に応じて選ばれる
が、典型的には数ｍｍである。なお、図１は、シャッタ
ー６が全開状態のときを示す。

【００２７】図３に示すように、シャッター６の各平板
６ａの長い方の一端は回転軸７に固定され、これと反対
側の一端には回転角制御棒８が接続されている。この回
転角制御棒８を図３の矢印方向に移動させることによ
り、各平板６ａの回転角、従ってシャッター６の開口度
を制御することができる。Ｋセル２から発生する分子線
５の方向はある広がり角を有することを考慮し、シャッ
ター６の全開状態においてその開口度がほぼ１００％に
なるようにするために、この場合、各平板６ａは、シャ
ッター６の全開状態において、その近傍を通過する分子
線５とほぼ平行になるようになっている。これによっ
て、シャッター６の開口度を０％からほぼ１００％の範
囲内で任意に設定することができる。

【００２８】この場合、シャッター６の各平板６ａの幅
を各平板６ａの間隔よりも大きくすることにより、平板
６ａの回転角が小さくても、シャッター６を全閉状態に
することができる。さらに、分子線５を遮る平板６ａの
全有効面積が図８に示すような一枚の平板から成るシャ
ッター１０６に比べて増加するので、シャッター６への
原料付着の問題の軽減を図ることができる。また、各平
板６ａの間隔を小さくすることにより、基板３を照射す
る分子線５の均一性を容易に向上させることができる。

【００２９】図４にシャッター６が半開状態のときを示
し、図５にシャッター６が全閉状態のときを示す。

【００３０】以上のように、この実施例によれば、Ｋセ
ル２から発生する分子線５に対して角度が可変な複数の
平板６ａから成るシャッター６がＫセル２と基板３との
間に設けられているので、これらの平板６ａの角度を変
えることにより、分子線量を応答性良く制御することが
できる。これによって、例えば、多元混晶の結晶成長時
の組成制御性を従来に比べて格段に向上させることがで
きる。また、シャッター６の開口度は、全閉状態におけ
る０％から全開状態におけるほぼ１００％の範囲内の任
意に調節することができることから、原料の分子線の使
用効率の向上を図ることができる。

【００３１】図６はこの発明の他の実施例を示す。

【００３２】図６に示すように、この他の実施例におい
ては、互いに垂直に配置された同様な構造を有する一対
のシャッター６、６´が図１のＫセル２と基板３との間
に設けられている。この場合、例えば、Ｋセル２側のシ
ャッター６により、Ｋセル２から発生する分子線５の粗
な制御を行い、基板３側のシャッター６´により、Ｋセ
ル２側のシャッター６を通過した分子線５の微細な制御
を行う。このようにすることにより、よりきめ細かな分
子線５の制御を行うことができ、基板３を照射する分子
線５の均一性のより一層の向上を図ることができる。

【００３３】以上、この発明の実施例につき具体的に説
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が
可能である。

【００３４】例えば、上述の一実施例および他の実施例
におけるシャッター６、６´の各平板６ａ、６ａ´を例
えば図７に示すように十分に長く構成するとともに、こ
れらの平板６ａ、６ａ´をその長手方向に移動可能に構
成し、一定の使用時間が経過した時点でこれらの平板６
ａ、６ａ´をその長手方向に所定距離移動させるように
することにより、平板６ａ、６ａ´の未使用の汚れてい
ない部分が分子線出口位置に来るようにすることがで
き、シャッター６、６´の清浄度を常に保つことが可能
である。

【００３５】また、場合によっては、上述の一実施例お
よび他の実施例におけるシャッター６、６´の各平板６
ａ、６ａ´を常にほぼ平行になるように構成しても良
い。

【００３６】さらに、上述の一実施例および他の実施例
においては、この発明をＭＢＥ装置に適用した場合につ
いて説明したが、この発明は、ＭＢＥ装置以外の各種の
分子線結晶成長装置、例えば有機金属分子線エピタキシ
ャル成長（ＭＯＭＢＥ）装置に適用することが可能であ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、分子線源から発生する分子線の方向に対する角度が
可変な複数の板から成るシャッターが分子線源と基板と
の間に設けられていることから、分子線量を応答性良く
制御することができるとともに、シャッターの開口度を
０％から１００％の範囲内で任意に調節することができ
ることにより原料の分子線の使用効率の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるＭＢＥ装置を示す断
面図である。

【図２】この発明の一実施例によるＭＢＥ装置における
シャッターを示す斜視図である。

【図３】この発明の一実施例によるＭＢＥ装置における
シャッターの制御方法を説明するための略線図である。

【図４】シャッターが半開状態のときのこの発明の一実
施例によるＭＢＥ装置を示す断面図である。

【図５】シャッターが全閉状態のときのこの発明の一実
施例によるＭＢＥ装置を示す断面図である。

【図６】この発明の他の実施例によるＭＢＥ装置におけ
るシャッターを示す斜視図である。

【図７】シャッターを構成する平板を十分に長く構成し
た例を説明するための斜視図である。

【図８】従来のＭＢＥ装置を示す断面図である。

【図９】図８に示す従来のＭＢＥ装置の図８と垂直な方
向の断面図である。

【図１０】シャッターが全開状態のときの図８および図
９に示す従来のＭＢＥ装置を示す断面図である。

【図１１】従来のＭＢＥ装置におけるシャッターの第１
の他の例を示す略線図である。

【図１２】従来のＭＢＥ装置におけるシャッターの第２
の他の例を示す略線図である。

【図１３】従来のＭＢＥ装置におけるシャッターの第３
の他の例を示す略線図である。

【図１４】従来のＭＢＥ装置におけるシャッターの第４
の他の例を示す略線図である。

【図１５】図１１〜図１４に示すシャッターの開口度の
制御方法を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１超高真空容器２Ｋセル３基板４基板支持体５分子線６シャッター６ａ平板７回転軸８回転角制御棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分子線を用いて結晶成長を行うようにし
た分子線結晶成長装置において、分子線源から発生する分子線の方向に対する角度が可変
な複数の板から成るシャッターが上記分子線源と基板と
の間に設けられていることを特徴とする分子線結晶成長
装置。
【請求項２】上記シャッターの全開状態において、上
記シャッターのそれぞれの上記板はその近傍を通過する
上記分子線とほぼ平行であることを特徴とする請求項１
記載の分子線結晶成長装置。
【請求項３】互いにほぼ垂直に配置された一対の上記
シャッターが上記分子線源と上記基板との間に設けられ
ていることを特徴とする請求項１または２記載の分子線
結晶成長装置。
【請求項４】上記分子線源側の上記シャッターにより
上記分子線の粗な制御を行い、上記基板側の上記シャッ
ターにより上記分子線の微細な制御を行うことを特徴と
する請求項３記載の分子線結晶成長装置。