JPH08167575A - Ｍｂｅ結晶成長装置，及びｍｂｅ結晶成長方法 - Google Patents
Ｍｂｅ結晶成長装置，及びｍｂｅ結晶成長方法Info
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- JPH08167575A JPH08167575A JP7238341A JP23834195A JPH08167575A JP H08167575 A JPH08167575 A JP H08167575A JP 7238341 A JP7238341 A JP 7238341A JP 23834195 A JP23834195 A JP 23834195A JP H08167575 A JPH08167575 A JP H08167575A
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- H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
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- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化物等の不純物による基板表面の欠陥をよ
り効果的に抑制することのできるＭＢＥ結晶成長装置及
び成長方法を提供する。 【解決手段】 坩堝４内に、還元性を有するガス
（Ｈ2 ）を導入するための異種ガス導入パイプ７を設
け、加熱した水素ガスを坩堝４内に導入する。 【効果】 酸化物の発生源にて不純物を捕集できる。
り効果的に抑制することのできるＭＢＥ結晶成長装置及
び成長方法を提供する。 【解決手段】 坩堝４内に、還元性を有するガス
（Ｈ2 ）を導入するための異種ガス導入パイプ７を設
け、加熱した水素ガスを坩堝４内に導入する。 【効果】 酸化物の発生源にて不純物を捕集できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は主として半導体レ
ーザ用材料，あるいは超高周波用デバイス材料として用
いられる分子線（ＭＢＥ）結晶成長装置，及びＭＢＥ結
晶成長方法に関し、特に高品質のIII −Ｖ族化合物半導
体を成長させるための装置，およびその方法に関するも
のである。
ーザ用材料，あるいは超高周波用デバイス材料として用
いられる分子線（ＭＢＥ）結晶成長装置，及びＭＢＥ結
晶成長方法に関し、特に高品質のIII −Ｖ族化合物半導
体を成長させるための装置，およびその方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ＭＢＥ法によってＧａＡｓを成
長させる場合には、III 族原料に金属Ｇａを用い、Ｖ族
原料に金属Ａｓを用い、III 族、Ｖ族原料の供給には、
図１５に示すような原料容器を用い、加熱による分子線
の発生を行っていた。もしくは、図１６に示すような原
料容器を用いて、原料容器の加熱と、出口ラインの加熱
の組み合わせを利用して分子線の発生を行っていた。
長させる場合には、III 族原料に金属Ｇａを用い、Ｖ族
原料に金属Ａｓを用い、III 族、Ｖ族原料の供給には、
図１５に示すような原料容器を用い、加熱による分子線
の発生を行っていた。もしくは、図１６に示すような原
料容器を用いて、原料容器の加熱と、出口ラインの加熱
の組み合わせを利用して分子線の発生を行っていた。
【０００３】これらの図において、１は坩堝４の周囲に
配置されたヒータ、２は坩堝４の温度を測定するための
熱電対、３は坩堝４内に収納された金属Ａｓ塊、４は坩
堝、５は坩堝４の出口ラインに配置されたヒータであ
る。上記坩堝４は高純度のＰＢＮ（熱的に加工されたボ
ロンナイトライド）を用いて作製されている。また６０
は基板である。
配置されたヒータ、２は坩堝４の温度を測定するための
熱電対、３は坩堝４内に収納された金属Ａｓ塊、４は坩
堝、５は坩堝４の出口ラインに配置されたヒータであ
る。上記坩堝４は高純度のＰＢＮ（熱的に加工されたボ
ロンナイトライド）を用いて作製されている。また６０
は基板である。
【０００４】以上のような構成の上記坩堝４を真空中で
加熱することにより、該坩堝４内の飽和蒸気圧分の分子
線（ビーム）が得られる。このとき安定したビーム量を
得るためには、温度制御は坩堝４の設定温度の±０．１
〜±１程度の範囲で調整し、飽和蒸気圧を安定させる必
要がある。また、通常、１μｍ／ｈｒ程度の成長レート
を得るために固体Ａｓを２００℃〜３００℃程度の温度
まで加熱する必要がある。図１６の構成における出口ラ
インを加熱する構成は、金属Ａｓの加熱によって発生す
るＡｓ4 を、さらに成長効率の高いＡｓ2 に分解反応さ
せるのに有効な方法である。
加熱することにより、該坩堝４内の飽和蒸気圧分の分子
線（ビーム）が得られる。このとき安定したビーム量を
得るためには、温度制御は坩堝４の設定温度の±０．１
〜±１程度の範囲で調整し、飽和蒸気圧を安定させる必
要がある。また、通常、１μｍ／ｈｒ程度の成長レート
を得るために固体Ａｓを２００℃〜３００℃程度の温度
まで加熱する必要がある。図１６の構成における出口ラ
インを加熱する構成は、金属Ａｓの加熱によって発生す
るＡｓ4 を、さらに成長効率の高いＡｓ2 に分解反応さ
せるのに有効な方法である。
【０００５】ＭＢＥ装置を用いた結晶成長では、高真空
中で処理が行われるために分子の平均自由行程は著しく
長くなり、Ａｓ分子は成長室内の基板６０の表面に直接
到達し、その後、基板６０の表面をマイグレーションし
たのち格子位置に入り III族元素と結合する。この成長
過程の最大の特徴は III族原子は基板６０の付近での化
学反応無しでＶ族と結合するため界面での膜厚制御性が
向上し、サブナノオーダーの厚み制御を高い成長速度を
維持しても行えることである。また、ＭＢＥ装置はすで
に電子デバイスの量産に使用されており多数枚を少ない
コストで安定して結晶成長出来ることがすでに報告され
ている。
中で処理が行われるために分子の平均自由行程は著しく
長くなり、Ａｓ分子は成長室内の基板６０の表面に直接
到達し、その後、基板６０の表面をマイグレーションし
たのち格子位置に入り III族元素と結合する。この成長
過程の最大の特徴は III族原子は基板６０の付近での化
学反応無しでＶ族と結合するため界面での膜厚制御性が
向上し、サブナノオーダーの厚み制御を高い成長速度を
維持しても行えることである。また、ＭＢＥ装置はすで
に電子デバイスの量産に使用されており多数枚を少ない
コストで安定して結晶成長出来ることがすでに報告され
ている。
【０００６】ところで、以上のような装置を用いて結晶
成長を続けて行くと、成長材料である坩堝４内の金属Ａ
ｓ塊３の蒸発によって分子線の強度もそれに伴い下がっ
てくる。その結果、結晶成長の途中でＶ／ III（Ｖ族と
III族の比率）が下がってしまい目的の層構造の形成が
困難となる。
成長を続けて行くと、成長材料である坩堝４内の金属Ａ
ｓ塊３の蒸発によって分子線の強度もそれに伴い下がっ
てくる。その結果、結晶成長の途中でＶ／ III（Ｖ族と
III族の比率）が下がってしまい目的の層構造の形成が
困難となる。
【０００７】そこでこのような欠点を補うために金属Ｖ
族材料に代えたガス状のＶ族材料を用いる方式もある。
この方法ではＶ族材料ガスのクラッキングによって発生
した水素ラジカルの還元作用や、サーファクタントとし
ての作用が同時に得られるため（参考文献１：Y.J.Chu
n, Y.Okada and M.Kawabe, Jpn. J. Appl. Phys. 32(19
93)L1085, 参考文献２：A.Sakai and T.Tatsumi, App
l. Phys. Lett. 64(1994)52), 酸素の混入を抑制する効
果があることや、格子不整合系材料の成長を行った場合
の表面凹凸の抑制効果があることが既にわかっている。
族材料に代えたガス状のＶ族材料を用いる方式もある。
この方法ではＶ族材料ガスのクラッキングによって発生
した水素ラジカルの還元作用や、サーファクタントとし
ての作用が同時に得られるため（参考文献１：Y.J.Chu
n, Y.Okada and M.Kawabe, Jpn. J. Appl. Phys. 32(19
93)L1085, 参考文献２：A.Sakai and T.Tatsumi, App
l. Phys. Lett. 64(1994)52), 酸素の混入を抑制する効
果があることや、格子不整合系材料の成長を行った場合
の表面凹凸の抑制効果があることが既にわかっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＭＢＥ結晶成長
装置，及びＭＢＥ結晶成長方法は以上のように構成され
ており、成長させたＧａＡｓ層表面には少なくとも１０
個／cm2 以上の欠陥が存在し、さらには該ＧａＡｓ層表
面には酸素を代表とする不純物が含まれるため、これに
よりＧａ2 Ｏ3 ，Ａｓ2 Ｏ3 等が生じ、この部分が電気
的に不活性な領域となるため、ＭＭＩＣ等の高性能デバ
イス用に提供するには、安定性、信頼性上問題があっ
た。
装置，及びＭＢＥ結晶成長方法は以上のように構成され
ており、成長させたＧａＡｓ層表面には少なくとも１０
個／cm2 以上の欠陥が存在し、さらには該ＧａＡｓ層表
面には酸素を代表とする不純物が含まれるため、これに
よりＧａ2 Ｏ3 ，Ａｓ2 Ｏ3 等が生じ、この部分が電気
的に不活性な領域となるため、ＭＭＩＣ等の高性能デバ
イス用に提供するには、安定性、信頼性上問題があっ
た。
【０００９】ところで従来、例えば、特開平5-335238号
公報に示すように、ＭＢＥ結晶成長の際に成長雰囲気中
に水素を導入するようにしたものがある。この技術文献
では、水素を導入するための水素導入パイプを成長室壁
面に分子線源と並列して設け、該水素導入パイプが有す
るヒータによって水素を原子状に分解してＳｉ基板に投
射し、もって、結晶界面のダングリングボンドを水素で
ターミネイトすることにより、ヘテロ接合界面の急峻性
を向上させるようにしている。従ってこの構成を用いる
ことにより結晶成長時の酸素の取り込みを抑制して結晶
表面の欠陥を低減することも可能であると考えられる。
しかしながら、ここで上記不純物である酸素の発生につ
いて考察すると、該不純物である酸素は坩堝の材料塊中
に含まれるものが主であり、これが結晶中に取り込まれ
ているものと考えられる。しかるに上記公報に記載され
た構成では、上記基板近傍にて酸素の取り込みを抑制す
ることになるため、その高い抑制効果は期待できず、該
基板表面の欠陥を十分に低減することができないものと
考えられる。
公報に示すように、ＭＢＥ結晶成長の際に成長雰囲気中
に水素を導入するようにしたものがある。この技術文献
では、水素を導入するための水素導入パイプを成長室壁
面に分子線源と並列して設け、該水素導入パイプが有す
るヒータによって水素を原子状に分解してＳｉ基板に投
射し、もって、結晶界面のダングリングボンドを水素で
ターミネイトすることにより、ヘテロ接合界面の急峻性
を向上させるようにしている。従ってこの構成を用いる
ことにより結晶成長時の酸素の取り込みを抑制して結晶
表面の欠陥を低減することも可能であると考えられる。
しかしながら、ここで上記不純物である酸素の発生につ
いて考察すると、該不純物である酸素は坩堝の材料塊中
に含まれるものが主であり、これが結晶中に取り込まれ
ているものと考えられる。しかるに上記公報に記載され
た構成では、上記基板近傍にて酸素の取り込みを抑制す
ることになるため、その高い抑制効果は期待できず、該
基板表面の欠陥を十分に低減することができないものと
考えられる。
【００１０】さらには、成長レートを安定化させるため
に、金属Ａｓ塊に代えてガス状のＡｓ（ＡｓＨ3 ；アル
シン）を用いる場合には、このガスが極めて毒性が高い
ため、交換，メンテナンス時等の取り扱いに危険が伴う
という問題があった。
に、金属Ａｓ塊に代えてガス状のＡｓ（ＡｓＨ3 ；アル
シン）を用いる場合には、このガスが極めて毒性が高い
ため、交換，メンテナンス時等の取り扱いに危険が伴う
という問題があった。
【００１１】この発明は以上のような問題点に鑑みてな
されたもので、ＭＢＥ結晶成長時の酸素の取り込みを十
分に抑制することのできるＭＢＥ結晶成長装置、及びＭ
ＢＥ結晶成長方法を得ることを目的とする。
されたもので、ＭＢＥ結晶成長時の酸素の取り込みを十
分に抑制することのできるＭＢＥ結晶成長装置、及びＭ
ＢＥ結晶成長方法を得ることを目的とする。
【００１２】またこの発明は、結晶成長前の基板をエッ
チング処理することのできるＭＢＥ結晶成長装置、及び
ＭＢＥ結晶成長方法を得ることを目的とする。
チング処理することのできるＭＢＥ結晶成長装置、及び
ＭＢＥ結晶成長方法を得ることを目的とする。
【００１３】さらに、結晶レートが安定で、かつ結晶材
料の取り扱いが容易なＭＢＥ結晶成長装置を得ることを
目的とする。
料の取り扱いが容易なＭＢＥ結晶成長装置を得ることを
目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係るＭＢＥ結晶成長装置は、分子線状態の結晶材料を基
板上に照射して、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶
成長装置において、加熱によって分子線状態となる結晶
材料を収納する，加熱可能な坩堝と、該坩堝内に、結晶
成長を行う材料ガスとは異なる種類の異種ガスを導入す
るための異種ガス導入管と、上記坩堝から出射される分
子状態の結晶材料を基板に照射し、該基板上に結晶成長
を行う結晶成長室とを備えたものである。
係るＭＢＥ結晶成長装置は、分子線状態の結晶材料を基
板上に照射して、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶
成長装置において、加熱によって分子線状態となる結晶
材料を収納する，加熱可能な坩堝と、該坩堝内に、結晶
成長を行う材料ガスとは異なる種類の異種ガスを導入す
るための異種ガス導入管と、上記坩堝から出射される分
子状態の結晶材料を基板に照射し、該基板上に結晶成長
を行う結晶成長室とを備えたものである。
【００１５】またこの発明（請求項２）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項１に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記坩堝内に異種ガスを導入するための異種ガ
ス導入管は、上記坩堝内に還元作用を有するガスを導入
するものとしたものである。
晶成長装置は、請求項１に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記坩堝内に異種ガスを導入するための異種ガ
ス導入管は、上記坩堝内に還元作用を有するガスを導入
するものとしたものである。
【００１６】またこの発明（請求項３）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項２に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記還元作用を有するガスは水素であるものと
したものである。
晶成長装置は、請求項２に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記還元作用を有するガスは水素であるものと
したものである。
【００１７】またこの発明（請求項４）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項１に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記坩堝内に異種ガスを導入するための異種ガ
ス導入管は、上記坩堝内に上記結晶材料に対するエッチ
ング作用を有するガスを導入するものとしたものであ
る。
晶成長装置は、請求項１に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記坩堝内に異種ガスを導入するための異種ガ
ス導入管は、上記坩堝内に上記結晶材料に対するエッチ
ング作用を有するガスを導入するものとしたものであ
る。
【００１８】またこの発明（請求項５）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項４に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記異種ガス導入管上流に設けられた、ジ・ヨ
ードメタンを収納する異種ガス源収容容器，及び該収容
容器より発生するジ・ヨードメタン蒸気の流量を制御す
る流量調整器を備え、上記結晶材料に対するエッチング
作用を有するガスを、ヨウ素ラジカルＩ* を含むガスと
したものである。
晶成長装置は、請求項４に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記異種ガス導入管上流に設けられた、ジ・ヨ
ードメタンを収納する異種ガス源収容容器，及び該収容
容器より発生するジ・ヨードメタン蒸気の流量を制御す
る流量調整器を備え、上記結晶材料に対するエッチング
作用を有するガスを、ヨウ素ラジカルＩ* を含むガスと
したものである。
【００１９】またこの発明（請求項６）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項２、または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、上記異種ガス導入管の、上記坩堝と
の接続点の近傍に設けられ、該異種ガス導入管を加熱す
る加熱手段を備えたものである。
晶成長装置は、請求項２、または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、上記異種ガス導入管の、上記坩堝と
の接続点の近傍に設けられ、該異種ガス導入管を加熱す
る加熱手段を備えたものである。
【００２０】またこの発明（請求項７）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項２，または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、上記坩堝内に上記異種ガス導入管に
連通するよう設けられた、導入された異種ガス中の分子
の衝突数を増大させる分子衝突数増大部を備えたもので
ある。
晶成長装置は、請求項２，または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、上記坩堝内に上記異種ガス導入管に
連通するよう設けられた、導入された異種ガス中の分子
の衝突数を増大させる分子衝突数増大部を備えたもので
ある。
【００２１】またこの発明（請求項８）に係るＭＢＥ結
晶成長装置は、請求項２，または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、上記坩堝の分子線出口の近傍に設け
られた、該坩堝より出力される分子線を加熱する加熱手
段を備えたものである。
晶成長装置は、請求項２，または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、上記坩堝の分子線出口の近傍に設け
られた、該坩堝より出力される分子線を加熱する加熱手
段を備えたものである。
【００２２】またこの発明（請求項９）に係るＭＢＥ結
晶成長方法は、分子線状態の結晶材料を基板上に照射し
て、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長方法にお
いて、異種ガス導入管より坩堝内に異種ガスを導入しな
がら、加熱によって分子線状態となる結晶材料を収納し
た坩堝を加熱し、上記異種ガス導入管から還元作用を有
するガスを上記坩堝内に導入し、該坩堝内において該還
元作用を有するガスにより分子線状態の結晶成長材料中
に含まれる酸素等の酸化性を有する不純物を捕集しつ
つ、結晶成長室において上記結晶材料の分子線を上記基
板上に照射することにより結晶成長を行うものである。
晶成長方法は、分子線状態の結晶材料を基板上に照射し
て、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長方法にお
いて、異種ガス導入管より坩堝内に異種ガスを導入しな
がら、加熱によって分子線状態となる結晶材料を収納し
た坩堝を加熱し、上記異種ガス導入管から還元作用を有
するガスを上記坩堝内に導入し、該坩堝内において該還
元作用を有するガスにより分子線状態の結晶成長材料中
に含まれる酸素等の酸化性を有する不純物を捕集しつ
つ、結晶成長室において上記結晶材料の分子線を上記基
板上に照射することにより結晶成長を行うものである。
【００２３】またこの発明（請求項１０）に係るＭＢＥ
結晶成長方法は、請求項９記載のＭＢＥ結晶成長方法に
おいて、上記異種ガス導入管により導入する還元作用を
有するガスは、水素であるものとしたものである。
結晶成長方法は、請求項９記載のＭＢＥ結晶成長方法に
おいて、上記異種ガス導入管により導入する還元作用を
有するガスは、水素であるものとしたものである。
【００２４】またこの発明（請求項１１）に係るＭＢＥ
結晶成長方法は、分子線状態の結晶材料を基板上に照射
して、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長方法に
おいて、異種ガス導入管より坩堝内の結晶成長材料に対
してエッチング作用を有するガスを導入しながら、加熱
によって分子線状態となる結晶材料を収納した坩堝を加
熱し、上記エッチング作用を有するガスの上記坩堝内へ
の供給量を変化させることにより該坩堝から発生する結
晶材料の分子線の量をコントロールしつつ、結晶成長室
において上記結晶材料の分子線を上記基板上に照射する
ことにより結晶成長を行うものである。
結晶成長方法は、分子線状態の結晶材料を基板上に照射
して、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長方法に
おいて、異種ガス導入管より坩堝内の結晶成長材料に対
してエッチング作用を有するガスを導入しながら、加熱
によって分子線状態となる結晶材料を収納した坩堝を加
熱し、上記エッチング作用を有するガスの上記坩堝内へ
の供給量を変化させることにより該坩堝から発生する結
晶材料の分子線の量をコントロールしつつ、結晶成長室
において上記結晶材料の分子線を上記基板上に照射する
ことにより結晶成長を行うものである。
【００２５】またこの発明（請求項１２）に係るＭＢＥ
結晶成長方法は、請求項１１記載のＭＢＥ結晶成長方法
において、上記坩堝から発生する結晶材料の分子線の量
をコントロールしつつ、結晶成長を行う工程は、上記エ
ッチング作用を有するガスを上記坩堝内に過剰に供給し
て該坩堝よりエッチングガスの分子線を発生させ、該エ
ッチングガスの分子線により結晶成長室の基板のエッチ
ング処理を行う工程であるものとしたものである。
結晶成長方法は、請求項１１記載のＭＢＥ結晶成長方法
において、上記坩堝から発生する結晶材料の分子線の量
をコントロールしつつ、結晶成長を行う工程は、上記エ
ッチング作用を有するガスを上記坩堝内に過剰に供給し
て該坩堝よりエッチングガスの分子線を発生させ、該エ
ッチングガスの分子線により結晶成長室の基板のエッチ
ング処理を行う工程であるものとしたものである。
【００２６】またこの発明（請求項１３）に係るＭＢＥ
結晶成長方法は、請求項１１，または１２に記載のＭＢ
Ｅ結晶成長方法において、上記異種ガス導入管上流に、
ジ・ヨードメタンを収納する異種ガス源収容容器，及び
上記収容容器より発生するジ・ヨードメタン蒸気の流量
を制御する流量調整器を備え、上記坩堝内に異種ガス導
入管より導入する，上記エッチング作用を有するガス
を、上記異種ガス源収容容器，及び流量調整器により、
ヨウ素ラジカルＩ* を含むガスとして供給するものであ
る。
結晶成長方法は、請求項１１，または１２に記載のＭＢ
Ｅ結晶成長方法において、上記異種ガス導入管上流に、
ジ・ヨードメタンを収納する異種ガス源収容容器，及び
上記収容容器より発生するジ・ヨードメタン蒸気の流量
を制御する流量調整器を備え、上記坩堝内に異種ガス導
入管より導入する，上記エッチング作用を有するガス
を、上記異種ガス源収容容器，及び流量調整器により、
ヨウ素ラジカルＩ* を含むガスとして供給するものであ
る。
【００２７】またこの発明（請求項１４）に係るＭＢＥ
結晶成長装置は、請求項１記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記坩堝から射出された分子線状態の結晶材料
を熱分解するクラッキング室と、上記坩堝下流に設けら
れたキャリアガス導入用管と、上記キャリアガス導入用
管の上流に設けられ、該キャリアガスを分解してラジカ
ル化するラジカル発生室とを備えたものである。
結晶成長装置は、請求項１記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、上記坩堝から射出された分子線状態の結晶材料
を熱分解するクラッキング室と、上記坩堝下流に設けら
れたキャリアガス導入用管と、上記キャリアガス導入用
管の上流に設けられ、該キャリアガスを分解してラジカ
ル化するラジカル発生室とを備えたものである。
【００２８】またこの発明（請求項１５）に係るＭＢＥ
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記坩堝を上記結晶成長室外部に配置し、上
記クラッキング室を上記結晶成長室の内部に配置し、上
記クラッキング室と坩堝との間の経路を加熱する加熱手
段を設けたものである。
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記坩堝を上記結晶成長室外部に配置し、上
記クラッキング室を上記結晶成長室の内部に配置し、上
記クラッキング室と坩堝との間の経路を加熱する加熱手
段を設けたものである。
【００２９】またこの発明（請求項１６）に係るＭＢＥ
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記キャリアガス導入管の先端を上記クラッ
キング室内に導入し、上記ラジカル発生室を上記クラッ
キング室内に配置し、上記キャリアガス導入用管の先端
を上記クラッキング室内にて上記ラジカル発生室に接続
したものである。
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記キャリアガス導入管の先端を上記クラッ
キング室内に導入し、上記ラジカル発生室を上記クラッ
キング室内に配置し、上記キャリアガス導入用管の先端
を上記クラッキング室内にて上記ラジカル発生室に接続
したものである。
【００３０】またこの発明（請求項１７）に係るＭＢＥ
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記キャリアガス導入用管と上記ラジカル発
生室との間に、キャリアガスに紫外線を照射して該キャ
リアガスのラジカル化を促進するラジカル化促進室を備
えたものである。
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記キャリアガス導入用管と上記ラジカル発
生室との間に、キャリアガスに紫外線を照射して該キャ
リアガスのラジカル化を促進するラジカル化促進室を備
えたものである。
【００３１】またこの発明（請求項１８）に係るＭＢＥ
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記ラジカル発生室は、内部に加熱用ヒータ
を有する筒部と、加熱用ヒータを有さない筒部とを有
し、上記クラッキング室出口に上記筒部の一方を選択し
て接続するようにしたものである。
結晶成長装置は、請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記ラジカル発生室は、内部に加熱用ヒータ
を有する筒部と、加熱用ヒータを有さない筒部とを有
し、上記クラッキング室出口に上記筒部の一方を選択し
て接続するようにしたものである。
【００３２】また、この発明（請求項１９）に係るＭＢ
Ｅ結晶成長装置は、請求項１または１４に記載のＭＢＥ
結晶成長装置において、上記該坩堝内に該坩堝内部を大
気開放することなく結晶材料を充填することができる結
晶材料補充機構を備えたものである。
Ｅ結晶成長装置は、請求項１または１４に記載のＭＢＥ
結晶成長装置において、上記該坩堝内に該坩堝内部を大
気開放することなく結晶材料を充填することができる結
晶材料補充機構を備えたものである。
【００３３】またこの発明（請求項２０）に係るＭＢＥ
結晶成長装置によれば、請求項１９記載のＭＢＥ結晶成
長装置において、上記結晶材料補充機構を、上記坩堝側
面に設けられた結晶材料導入用通路と、該通路の開閉状
態を制御するゲートバルブと、該ゲートバルブに接続さ
れ、その内部に結晶材料を収容可能なローディング室
と、該ローディング室内の真空度を変化させるための真
空引き機構とから構成したものである。
結晶成長装置によれば、請求項１９記載のＭＢＥ結晶成
長装置において、上記結晶材料補充機構を、上記坩堝側
面に設けられた結晶材料導入用通路と、該通路の開閉状
態を制御するゲートバルブと、該ゲートバルブに接続さ
れ、その内部に結晶材料を収容可能なローディング室
と、該ローディング室内の真空度を変化させるための真
空引き機構とから構成したものである。
【００３４】またこの発明（請求項２１）に係るＭＢＥ
結晶成長装置は、請求項２０記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記ローディング室を、その周囲に螺旋状の
溝を有する結晶材料と螺合するカートリッジケースを複
数個収納可能なものとし、上記カートリッジと螺合した
結晶材料をスライドロッドで回転させてカートリッジケ
ースより押し出すことにより、上記結晶材料導入用通路
に排出するものとしたものである。
結晶成長装置は、請求項２０記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、上記ローディング室を、その周囲に螺旋状の
溝を有する結晶材料と螺合するカートリッジケースを複
数個収納可能なものとし、上記カートリッジと螺合した
結晶材料をスライドロッドで回転させてカートリッジケ
ースより押し出すことにより、上記結晶材料導入用通路
に排出するものとしたものである。
【００３５】
実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。図１は本発明の実施の形態１によるＭＢ
Ｅ結晶成長装置を示し、図において、図１５及び図１６
と同一符号は同一または相当部分を示す。また、７は坩
堝４の側面部分に設けられた異種ガス導入用パイプであ
り、坩堝４との接続部付近にはヒータ６が取り付けられ
ている。いま例えば異種ガスとして水素ガス（Ｈ2 ）を
用いる場合を考える。上記坩堝４内に収納された金属Ａ
ｓ塊３を、約３５０℃で加熱すると、該金属Ａｓ塊３の
昇華が起こり、Ａｓ4 が分子線状に飛び出す。一方、別
系統，即ち、異種ガス導入用パイプ７より導入された水
素をヒータ６を用いて約１５００℃で加熱すると、ラジ
カル水素Ｈ2 * が発生する。そして、これらが上記坩堝
４内部の空間で混ざり合い、結晶成長室（図示せず）の
真空系へと飛んでいき、Ｇａ分子線投射用ＭＢＥ結晶成
長装置と共に用いることにより、基板上にＧａＡｓがエ
ピタキシャル成長されることとなる。この際、ラジカル
水素Ｈ2 * は系内に存在する酸素を代表とする不純物と
敏感に反応し、これらの不純物が結晶中へ取り込まれる
ことを抑制する効果を有する。特に上記金属Ａｓ塊３に
含まれる酸素等に対して、発生源である上記坩堝４内で
これをトラップすることができるため、酸化物が生ずる
のに対し高い抑制効果を得ることができる。さらにラジ
カル水素Ｈ2 * は、基板表面の酸化物を代表とする不純
物についても、これらを同様に取り除く効果を有する。
酸素の場合、ラジカル水素Ｈ2 * と結合することによ
り、水分子となって反応に寄与することなく、系外に排
出されることとなる。
いて説明する。図１は本発明の実施の形態１によるＭＢ
Ｅ結晶成長装置を示し、図において、図１５及び図１６
と同一符号は同一または相当部分を示す。また、７は坩
堝４の側面部分に設けられた異種ガス導入用パイプであ
り、坩堝４との接続部付近にはヒータ６が取り付けられ
ている。いま例えば異種ガスとして水素ガス（Ｈ2 ）を
用いる場合を考える。上記坩堝４内に収納された金属Ａ
ｓ塊３を、約３５０℃で加熱すると、該金属Ａｓ塊３の
昇華が起こり、Ａｓ4 が分子線状に飛び出す。一方、別
系統，即ち、異種ガス導入用パイプ７より導入された水
素をヒータ６を用いて約１５００℃で加熱すると、ラジ
カル水素Ｈ2 * が発生する。そして、これらが上記坩堝
４内部の空間で混ざり合い、結晶成長室（図示せず）の
真空系へと飛んでいき、Ｇａ分子線投射用ＭＢＥ結晶成
長装置と共に用いることにより、基板上にＧａＡｓがエ
ピタキシャル成長されることとなる。この際、ラジカル
水素Ｈ2 * は系内に存在する酸素を代表とする不純物と
敏感に反応し、これらの不純物が結晶中へ取り込まれる
ことを抑制する効果を有する。特に上記金属Ａｓ塊３に
含まれる酸素等に対して、発生源である上記坩堝４内で
これをトラップすることができるため、酸化物が生ずる
のに対し高い抑制効果を得ることができる。さらにラジ
カル水素Ｈ2 * は、基板表面の酸化物を代表とする不純
物についても、これらを同様に取り除く効果を有する。
酸素の場合、ラジカル水素Ｈ2 * と結合することによ
り、水分子となって反応に寄与することなく、系外に排
出されることとなる。
【００３６】以上のようにして、本実施の形態１では、
図示しない結晶成長室中の上記基板上に高純度のＧａＡ
ｓ層がエピタキシャル成長され、該基板／エピタキシャ
ル層界面にも何ら不純物は堆積されない。このようにし
て、例えばＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ
を成長することにより、１コ／cm2 以下の欠陥密度を特
に特別の工夫なしに再現性良く得ることができるもので
ある。
図示しない結晶成長室中の上記基板上に高純度のＧａＡ
ｓ層がエピタキシャル成長され、該基板／エピタキシャ
ル層界面にも何ら不純物は堆積されない。このようにし
て、例えばＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ
を成長することにより、１コ／cm2 以下の欠陥密度を特
に特別の工夫なしに再現性良く得ることができるもので
ある。
【００３７】このような本実施の形態１によれば、結晶
材料を収納する上記坩堝４に上記異種ガス導入用パイプ
７を設け、該坩堝４内に水素を導入するようにしたか
ら、結晶材料中における酸素等の酸化性を有する不純物
を、発生源である上記坩堝４内にて捕集することがで
き、このため結晶成長室の結晶成長を行う上記基板表面
の結晶欠陥を大幅に低減することができる。
材料を収納する上記坩堝４に上記異種ガス導入用パイプ
７を設け、該坩堝４内に水素を導入するようにしたか
ら、結晶材料中における酸素等の酸化性を有する不純物
を、発生源である上記坩堝４内にて捕集することがで
き、このため結晶成長室の結晶成長を行う上記基板表面
の結晶欠陥を大幅に低減することができる。
【００３８】なお本実施の形態１では上記異種ガス導入
用パイプ７から水素ガスを導入するようにしたが、該異
種ガス導入用パイプ７より導入されるガスとしては特に
これに限られるものではなく、還元性を有し、かつ結晶
成長に悪影響を与えないものであれば、他のガスを用い
てもよい。
用パイプ７から水素ガスを導入するようにしたが、該異
種ガス導入用パイプ７より導入されるガスとしては特に
これに限られるものではなく、還元性を有し、かつ結晶
成長に悪影響を与えないものであれば、他のガスを用い
てもよい。
【００３９】実施の形態２．次に本発明の実施の形態２
を図について説明する。例えば、異種ガスとしてジ・ヨ
ードメタン（ＣＨ2 Ｉ2 ）を用いた場合の実施の形態に
ついて考える。図２において、１２は上記坩堝４内に発
生する分子線（ここではIII 族元素のＧａ）の量を制御
するための液体状態のＣＨ2 Ｉ2 （１５）を収納する制
御ガス発生容器であり、上記異種ガス導入用パイプ７の
上流に、ゲートバルブ１４，流量制御器（ＭＦＣ）を介
して接続されている。１６は上記制御ガス発生容器１２
内の温度を一定に保つための恒温槽である。
を図について説明する。例えば、異種ガスとしてジ・ヨ
ードメタン（ＣＨ2 Ｉ2 ）を用いた場合の実施の形態に
ついて考える。図２において、１２は上記坩堝４内に発
生する分子線（ここではIII 族元素のＧａ）の量を制御
するための液体状態のＣＨ2 Ｉ2 （１５）を収納する制
御ガス発生容器であり、上記異種ガス導入用パイプ７の
上流に、ゲートバルブ１４，流量制御器（ＭＦＣ）を介
して接続されている。１６は上記制御ガス発生容器１２
内の温度を一定に保つための恒温槽である。
【００４０】次に結晶成長時の工程について説明する。
上記ゲートバルブ１４を閉じている間は、上記坩堝４内
の飽和蒸気圧で決まる分子線（Ｇａ）が発生する。次に
該ゲートバルブを開放し、上記ＭＦＣ１３の電極を調整
していくと、図３に示すように、その流量が大きくなる
につれて上記坩堝４内に流入するヨウ素ラジカルＩ*が
増大し、これがＧａと結合しＧａ分子線が減少すること
となる。さらに流量を増大させてヨウ素ラジカルＩ* の
量を増大させると、もはや上記坩堝４からはＧａ分子線
は発生せず、代わりにヨウ素ラジカルＩ* が結晶成長室
の基板に向けて投射されるようになる。このため、該基
板上ではヨウ素によるエッチングが生じることになる。
これは、図４に示すように、発生したヨウ素ラジカルＩ
* が該基板表面に到達するとここで移動して該基板表面
に化学吸着し、該基板表面の第１層の背後の結合が弛緩
して、脱離が起こることに起因するものである。
上記ゲートバルブ１４を閉じている間は、上記坩堝４内
の飽和蒸気圧で決まる分子線（Ｇａ）が発生する。次に
該ゲートバルブを開放し、上記ＭＦＣ１３の電極を調整
していくと、図３に示すように、その流量が大きくなる
につれて上記坩堝４内に流入するヨウ素ラジカルＩ*が
増大し、これがＧａと結合しＧａ分子線が減少すること
となる。さらに流量を増大させてヨウ素ラジカルＩ* の
量を増大させると、もはや上記坩堝４からはＧａ分子線
は発生せず、代わりにヨウ素ラジカルＩ* が結晶成長室
の基板に向けて投射されるようになる。このため、該基
板上ではヨウ素によるエッチングが生じることになる。
これは、図４に示すように、発生したヨウ素ラジカルＩ
* が該基板表面に到達するとここで移動して該基板表面
に化学吸着し、該基板表面の第１層の背後の結合が弛緩
して、脱離が起こることに起因するものである。
【００４１】このように本実施の形態２によれば、上記
坩堝４内にヨウ素ラジカルＩ* を導入するようにしたの
で、導入されるヨウ素ラジカルＩ* の量を制御すること
により、上記坩堝４内より発生する分子線（Ｇａ）の量
をコントロールすることができ、従来のように該坩堝４
の温度を変化させることでＧａ分子線の量をコントロー
ルするのに比べて、応答性よくＧａ分子線の量をコント
ロールすることができ、結晶の組成比を急峻に変化させ
ることができる。また該坩堝４内に導入するヨウ素ラジ
カルＩ* をさらに増大させることによって、ヨウ素ラジ
カルＩ* によって上記結晶成長室の基板をエッチングす
ることもでき、結晶成長前に該基板全面をエッチング処
理することで該基板表面の不純物除去効果を一層強くす
ることができる。
坩堝４内にヨウ素ラジカルＩ* を導入するようにしたの
で、導入されるヨウ素ラジカルＩ* の量を制御すること
により、上記坩堝４内より発生する分子線（Ｇａ）の量
をコントロールすることができ、従来のように該坩堝４
の温度を変化させることでＧａ分子線の量をコントロー
ルするのに比べて、応答性よくＧａ分子線の量をコント
ロールすることができ、結晶の組成比を急峻に変化させ
ることができる。また該坩堝４内に導入するヨウ素ラジ
カルＩ* をさらに増大させることによって、ヨウ素ラジ
カルＩ* によって上記結晶成長室の基板をエッチングす
ることもでき、結晶成長前に該基板全面をエッチング処
理することで該基板表面の不純物除去効果を一層強くす
ることができる。
【００４２】なお、上記実施の形態１、または２におい
て、図５，図６に示すように、予め上記基板上にＳｉＯ
2 膜等によりパターンを形成しておくことにより、高品
質の界面を有する高純度結晶の選択成長、選択埋め込み
成長が可能となる。図中、９は基板、１０は誘電体膜、
１１はエピタキシャル成長層を示す。
て、図５，図６に示すように、予め上記基板上にＳｉＯ
2 膜等によりパターンを形成しておくことにより、高品
質の界面を有する高純度結晶の選択成長、選択埋め込み
成長が可能となる。図中、９は基板、１０は誘電体膜、
１１はエピタキシャル成長層を示す。
【００４３】実施の形態３．次に本発明の実施の形態３
を図について説明する。本実施の形態３は、図７に示す
ように、上記坩堝４内に導入される異種ガスの分解を促
進させるための分子衝突数増大部となる多重折り返し壁
８を設けた点で、図１の上記実施の形態１と異なるもの
である。
を図について説明する。本実施の形態３は、図７に示す
ように、上記坩堝４内に導入される異種ガスの分解を促
進させるための分子衝突数増大部となる多重折り返し壁
８を設けた点で、図１の上記実施の形態１と異なるもの
である。
【００４４】上記実施の形態１では、上記坩堝４内に導
入された異種ガスは該坩堝４の入口近傍に配置したヒー
タ６によって加熱されるが、該異種ガスは熱エネルギー
のみではラジカル状態まで十分には分解されない。これ
に対して、本実施の形態３では上記多重折り返し壁８を
さらに設け、該多重折り返し壁８に上記異種ガスを物理
的に衝突させることにより、ラジカルの発生を促進する
ようにしている。
入された異種ガスは該坩堝４の入口近傍に配置したヒー
タ６によって加熱されるが、該異種ガスは熱エネルギー
のみではラジカル状態まで十分には分解されない。これ
に対して、本実施の形態３では上記多重折り返し壁８を
さらに設け、該多重折り返し壁８に上記異種ガスを物理
的に衝突させることにより、ラジカルの発生を促進する
ようにしている。
【００４５】なお、本実施の形態では上記実施の形態１
に多重折り返し壁８を形成する場合について説明した
が、上記実施の形態２についても同様に上記坩堝４内に
上記多重折り返し壁を設けることにより、該坩堝４内に
導入される異種ガス（上記実施の形態２ではヨウ素）の
分解，ラジカル化を促進することができることは言うま
でもない。
に多重折り返し壁８を形成する場合について説明した
が、上記実施の形態２についても同様に上記坩堝４内に
上記多重折り返し壁を設けることにより、該坩堝４内に
導入される異種ガス（上記実施の形態２ではヨウ素）の
分解，ラジカル化を促進することができることは言うま
でもない。
【００４６】実施の形態４．次に本発明の実施の形態４
を図について説明する。本実施の形態４は、図８に示す
ように、上記坩堝４内の分子線の出口近傍に、多段の加
熱器１７を設けた点において上記実施の形態１と異なる
ものである。
を図について説明する。本実施の形態４は、図８に示す
ように、上記坩堝４内の分子線の出口近傍に、多段の加
熱器１７を設けた点において上記実施の形態１と異なる
ものである。
【００４７】本実施の形態４では、上記坩堝４内から発
生される分子線を該坩堝４の出口付近でも再度加熱して
結晶成長に供するラジカルに熱エネルギーを与えること
により、ラジカルの寿命を長くすることができる。
生される分子線を該坩堝４の出口付近でも再度加熱して
結晶成長に供するラジカルに熱エネルギーを与えること
により、ラジカルの寿命を長くすることができる。
【００４８】なお、本実施の形態４では上記実施の形態
１に上記多段の加熱器１７を形成する場合について説明
したが、上記実施の形態２，３についても同様に上記坩
堝４の出口付近に、上記多段の加熱器１７を設けること
により、上記坩堝４から発生するラジカルの寿命を延ば
すことができることは言うまでもない。
１に上記多段の加熱器１７を形成する場合について説明
したが、上記実施の形態２，３についても同様に上記坩
堝４の出口付近に、上記多段の加熱器１７を設けること
により、上記坩堝４から発生するラジカルの寿命を延ば
すことができることは言うまでもない。
【００４９】尚、上記実施の形態１〜４では、III 族元
素にＧａを用い、Ｖ族元素にＡｓを用いて説明したが、
これら元素以外のIII 族、Ｖ族元素を用いる場合につい
ても同様に適用することができる。
素にＧａを用い、Ｖ族元素にＡｓを用いて説明したが、
これら元素以外のIII 族、Ｖ族元素を用いる場合につい
ても同様に適用することができる。
【００５０】実施の形態５．次に本発明の実施の形態５
を図について説明する。図９において、１８は成長室で
あるチャンバーの側壁を示し、このチャンバーの側壁１
８の外側にはＶ族材料である金属Ａｓ塊３が収納された
坩堝４が配置されている。この坩堝４の分子線の出口下
流には、ゲートバルブ１９，コントロールバルブ２０，
スイッチバルブ２１が順次設けられ、チャンバーの側壁
１８内のクラッキング室２２とは上記スイッチバルブ２
１を介して接続されている。上記坩堝４とクラッキング
室２２までの間の経路には配管加熱用ヒータ２３が設け
られており、さらにこの配管用ヒータ２３の温度を制御
するための熱電対２４が配置されている。上記クラッキ
ング室２２の周囲にはこれを加熱するためのヒータ２
５、およびこのヒータ２５の温度を制御するための熱電
対２６が配置され、さらにクラッキング室２２の分子線
の出口に接続されたラジカル発生室２７の内部には、ク
ラッキング室２２より照射される分子線をさらに加熱す
るためのヒータ２８と、これの温度を制御するための熱
電対２９が配置されている。
を図について説明する。図９において、１８は成長室で
あるチャンバーの側壁を示し、このチャンバーの側壁１
８の外側にはＶ族材料である金属Ａｓ塊３が収納された
坩堝４が配置されている。この坩堝４の分子線の出口下
流には、ゲートバルブ１９，コントロールバルブ２０，
スイッチバルブ２１が順次設けられ、チャンバーの側壁
１８内のクラッキング室２２とは上記スイッチバルブ２
１を介して接続されている。上記坩堝４とクラッキング
室２２までの間の経路には配管加熱用ヒータ２３が設け
られており、さらにこの配管用ヒータ２３の温度を制御
するための熱電対２４が配置されている。上記クラッキ
ング室２２の周囲にはこれを加熱するためのヒータ２
５、およびこのヒータ２５の温度を制御するための熱電
対２６が配置され、さらにクラッキング室２２の分子線
の出口に接続されたラジカル発生室２７の内部には、ク
ラッキング室２２より照射される分子線をさらに加熱す
るためのヒータ２８と、これの温度を制御するための熱
電対２９が配置されている。
【００５１】また、上記スイッチングバルブ２１にはキ
ャリアガス導入用のマスフローコントローラ３０が配管
３１を介して接続されており、非成長時にはスイッチン
グバルブ２１の作用によってキャリアガスがベント側に
流されるよう構成されている。また、異種ガス導入用パ
イプ７の途中にゲートバルブ３２を介してキャリアガス
導入用のマスフローコントローラ３３が接続されてい
る。さらに坩堝４にはこの坩堝４の内部の雰囲気を交換
するための配管３４が設けられ、この配管３４の途中に
は配管３４の開閉状態を制御するためのリークバルブ３
５が取り付けられている。
ャリアガス導入用のマスフローコントローラ３０が配管
３１を介して接続されており、非成長時にはスイッチン
グバルブ２１の作用によってキャリアガスがベント側に
流されるよう構成されている。また、異種ガス導入用パ
イプ７の途中にゲートバルブ３２を介してキャリアガス
導入用のマスフローコントローラ３３が接続されてい
る。さらに坩堝４にはこの坩堝４の内部の雰囲気を交換
するための配管３４が設けられ、この配管３４の途中に
は配管３４の開閉状態を制御するためのリークバルブ３
５が取り付けられている。
【００５２】なお、２２ａはクラッキング室２２内に形
成された多重の折り返し壁からなるバッフル板、３５は
ラジカル発生室２７から放射される分子線を示す。
成された多重の折り返し壁からなるバッフル板、３５は
ラジカル発生室２７から放射される分子線を示す。
【００５３】次に上記実施の形態５に示したＭＢＥ結晶
成長装置の結晶成長時の動作について説明する。結晶成
長時には、ゲートバルブ１９，３２を開け、スイッチバ
ルブ２１を配管３１のガスが成長室側に導入されるよう
に切り換え、リークバルブ３５を閉じた状態とする。坩
堝４はその周囲に配置されたヒータ１によって加熱さ
れ、マスフローコントローラ３３を通って流量制御され
たキャリアガス（たとえば水素）が導入され、コントロ
ールバルブ２０によって気化した一定量のＶ族材料（Ａ
ｓ4等）が得られるようになる。坩堝４からチャンバー
の側壁１８までの経路はヒータ２３によって加熱される
ことにより、この経路でポリ状結晶が成長することによ
る各配管，バルブ等の閉塞が防止される。以上のように
して得られたＶ族ガスはクラッキング室２２に導入さ
れ、ここで１０００℃程度に加熱されたバッフル板２２
ａに衝突してラジカル化が促進される。
成長装置の結晶成長時の動作について説明する。結晶成
長時には、ゲートバルブ１９，３２を開け、スイッチバ
ルブ２１を配管３１のガスが成長室側に導入されるよう
に切り換え、リークバルブ３５を閉じた状態とする。坩
堝４はその周囲に配置されたヒータ１によって加熱さ
れ、マスフローコントローラ３３を通って流量制御され
たキャリアガス（たとえば水素）が導入され、コントロ
ールバルブ２０によって気化した一定量のＶ族材料（Ａ
ｓ4等）が得られるようになる。坩堝４からチャンバー
の側壁１８までの経路はヒータ２３によって加熱される
ことにより、この経路でポリ状結晶が成長することによ
る各配管，バルブ等の閉塞が防止される。以上のように
して得られたＶ族ガスはクラッキング室２２に導入さ
れ、ここで１０００℃程度に加熱されたバッフル板２２
ａに衝突してラジカル化が促進される。
【００５４】一方、還元作用を有するラジカルの元とな
る水素は主にマスフローコントローラ３０でその流量が
制御された後、配管３１を経由してクラッキング室２２
に供給される。これにより、コントロールバルブ２０に
よってＶ族ガスの供給量が変動しても一定の水素ラジカ
ルを得ることができる。すなわち、配管３１を経由して
供給される一定量のキャリアガス（水素）がクラッキン
グ室２２に入り、バッフル板２２ａに衝突するが、バッ
フル板２２ａの温度はそれほど高くなく、従ってここで
はラジカル化されず、ラジカル発生室２７内の高温（２
０００℃程度）のヒータ２８によってラジカル化され、
クラッキングされたＶ族材料とともに分子線３５として
放射される。
る水素は主にマスフローコントローラ３０でその流量が
制御された後、配管３１を経由してクラッキング室２２
に供給される。これにより、コントロールバルブ２０に
よってＶ族ガスの供給量が変動しても一定の水素ラジカ
ルを得ることができる。すなわち、配管３１を経由して
供給される一定量のキャリアガス（水素）がクラッキン
グ室２２に入り、バッフル板２２ａに衝突するが、バッ
フル板２２ａの温度はそれほど高くなく、従ってここで
はラジカル化されず、ラジカル発生室２７内の高温（２
０００℃程度）のヒータ２８によってラジカル化され、
クラッキングされたＶ族材料とともに分子線３５として
放射される。
【００５５】次に、成長材料交換時の動作について説明
する。材料交換時には、コントロールバルブ２０とゲー
トバルブ１９，３２を閉じ、スイッチングバルブ２１を
ベント側に切り換えた状態でリークバルブ３５を用いて
坩堝４の内部を一旦真空に引いた後、リークバルブ３５
を開いて坩堝４の内部を大気にリークする。そしてゲー
トバルブ１９，３２から坩堝４を取り外し、坩堝４の内
部の結晶材料を交換する。
する。材料交換時には、コントロールバルブ２０とゲー
トバルブ１９，３２を閉じ、スイッチングバルブ２１を
ベント側に切り換えた状態でリークバルブ３５を用いて
坩堝４の内部を一旦真空に引いた後、リークバルブ３５
を開いて坩堝４の内部を大気にリークする。そしてゲー
トバルブ１９，３２から坩堝４を取り外し、坩堝４の内
部の結晶材料を交換する。
【００５６】このように本実施の様態５によれば、固体
の金属Ａｓ塊３を結晶材料として使用し、チャンバー外
部で金属Ａｓ塊３を気化してガス状とし、これを成長室
内に導入するようにしたから、ガス状の砒素（アルシ
ン）に直接接触する恐れがなくメンテナンス時等の作業
時の安全性が確保でき、しかも常時一定強度の分子線が
供給できるので成長レートを一定とすることができ、目
的とする層構造を容易に形成することができる。さら
に、水素ガスを坩堝４の内部に導入して金属Ａｓ塊３を
気化するため、材料中に含まれる酸素等の酸化性の不純
物を坩堝４の内部で捕集することができ、また、成長室
内に別途水素ガスを供給してラジカル化して基板に放射
するようにしているため、基板表面の結晶欠陥を大幅に
低減することができる。
の金属Ａｓ塊３を結晶材料として使用し、チャンバー外
部で金属Ａｓ塊３を気化してガス状とし、これを成長室
内に導入するようにしたから、ガス状の砒素（アルシ
ン）に直接接触する恐れがなくメンテナンス時等の作業
時の安全性が確保でき、しかも常時一定強度の分子線が
供給できるので成長レートを一定とすることができ、目
的とする層構造を容易に形成することができる。さら
に、水素ガスを坩堝４の内部に導入して金属Ａｓ塊３を
気化するため、材料中に含まれる酸素等の酸化性の不純
物を坩堝４の内部で捕集することができ、また、成長室
内に別途水素ガスを供給してラジカル化して基板に放射
するようにしているため、基板表面の結晶欠陥を大幅に
低減することができる。
【００５７】実施の形態６．次に本発明の実施の形態６
を図について説明する。図１０は本実施の形態６による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図であり、図におい
て、３６はその内部に多重の折り返し壁からなるバッフ
ル板３６ａを有するクラッキング室、３７はこのクラッ
キング室３６内に配置されその一端側が配管３１に接続
されその他端側がクラッキング室３６の開口部内におい
て開放されているラジカル発生室であり、その先端部か
らクラッキング室３６内部に相当する部分にはヒータ３
８が内蔵されている。
を図について説明する。図１０は本実施の形態６による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図であり、図におい
て、３６はその内部に多重の折り返し壁からなるバッフ
ル板３６ａを有するクラッキング室、３７はこのクラッ
キング室３６内に配置されその一端側が配管３１に接続
されその他端側がクラッキング室３６の開口部内におい
て開放されているラジカル発生室であり、その先端部か
らクラッキング室３６内部に相当する部分にはヒータ３
８が内蔵されている。
【００５８】次に以上のように構成された本実施の形態
６のＭＢＥ装置の動作について説明する。結晶成長時に
は、実施の形態５と同様に各バルブ等を制御し、Ｖ族材
料を気化してクラッキング室３６の内部に供給するが、
配管３１を経由して供給されたキャリアガス（水素）は
クラッキング室３６の内部に配置されたラジカル発生室
３７内に直接導入され、ここで１５００℃以上に加熱さ
れたヒータ３８によってラジカル化されて材料分子とは
独立して放射される。また、クラッキング室３６に供給
されたＶ族材料は、ヒータ２５による加熱、及びヒータ
３８の余熱によって８００℃以上になったバッフル板３
６ａに衝突することによってクラッキングされて放射さ
れるようになる。
６のＭＢＥ装置の動作について説明する。結晶成長時に
は、実施の形態５と同様に各バルブ等を制御し、Ｖ族材
料を気化してクラッキング室３６の内部に供給するが、
配管３１を経由して供給されたキャリアガス（水素）は
クラッキング室３６の内部に配置されたラジカル発生室
３７内に直接導入され、ここで１５００℃以上に加熱さ
れたヒータ３８によってラジカル化されて材料分子とは
独立して放射される。また、クラッキング室３６に供給
されたＶ族材料は、ヒータ２５による加熱、及びヒータ
３８の余熱によって８００℃以上になったバッフル板３
６ａに衝突することによってクラッキングされて放射さ
れるようになる。
【００５９】このように本実施の形態６によれば、クラ
ッキング室３６の内部にラジカル発生室３７を配置し、
配管３１を経由して供給されるキャリアガスを上記ラジ
カル発生室３７の内部に直接導入する構成としたから、
ラジカル発生室３７の分セル全体の長さを短縮すること
ができ、装置をコンパクト化することができる。
ッキング室３６の内部にラジカル発生室３７を配置し、
配管３１を経由して供給されるキャリアガスを上記ラジ
カル発生室３７の内部に直接導入する構成としたから、
ラジカル発生室３７の分セル全体の長さを短縮すること
ができ、装置をコンパクト化することができる。
【００６０】実施の形態７．次に本発明の実施の形態７
を図について説明する。図１１は本実施の形態７による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図であり、図におい
て、３９は配管３１に接続されたＵＶ（紫外線）照射室
であり、４０はＵＶ光を示す。
を図について説明する。図１１は本実施の形態７による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図であり、図におい
て、３９は配管３１に接続されたＵＶ（紫外線）照射室
であり、４０はＵＶ光を示す。
【００６１】次に本実施の形態７による作用，効果につ
いて説明する。マスフローコントローラ３０によって流
量の制御されたキャリアガス（水素）は配管３１によっ
て運ばれてＵＶ照射室３９に導入され、ここでＵＶ光４
０を浴びてラジカル化が促進される。そしてＵＶ照射室
３９を出たガスは、図９又は図１０で示したラジカル発
生室２７，３７に供給され、ここでさらにラジカル化が
促進されることになる。このようにすることで水素ラジ
カルの量を増大させることができ、基板表面の結晶欠陥
をさらに一層低減することができる。
いて説明する。マスフローコントローラ３０によって流
量の制御されたキャリアガス（水素）は配管３１によっ
て運ばれてＵＶ照射室３９に導入され、ここでＵＶ光４
０を浴びてラジカル化が促進される。そしてＵＶ照射室
３９を出たガスは、図９又は図１０で示したラジカル発
生室２７，３７に供給され、ここでさらにラジカル化が
促進されることになる。このようにすることで水素ラジ
カルの量を増大させることができ、基板表面の結晶欠陥
をさらに一層低減することができる。
【００６２】実施の形態８．次に本発明の実施の形態８
を図について説明する。図１２は本実施の形態９による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図である。図９，図１
０ではクラッキング室にラジカル発生室が一体的に形成
されているのに対して、本実施の形態ではクラッキング
室とラジカル発生室とを別体にし、ラジカル発生室のア
クティブ／非アクティブの切り換えを行うことができる
ようにした点が異なる。すなわち、図において、４１は
中心軸４１ｃを中心として回動可能なドラム型のラジカ
ル発生室であり、中心軸４１ｃの周囲にはこれと平行し
て円筒孔４１ａ，４１ｂが形成されており、このうち円
筒孔４１ｂ内にはヒータ４２が設けられている。
を図について説明する。図１２は本実施の形態９による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図である。図９，図１
０ではクラッキング室にラジカル発生室が一体的に形成
されているのに対して、本実施の形態ではクラッキング
室とラジカル発生室とを別体にし、ラジカル発生室のア
クティブ／非アクティブの切り換えを行うことができる
ようにした点が異なる。すなわち、図において、４１は
中心軸４１ｃを中心として回動可能なドラム型のラジカ
ル発生室であり、中心軸４１ｃの周囲にはこれと平行し
て円筒孔４１ａ，４１ｂが形成されており、このうち円
筒孔４１ｂ内にはヒータ４２が設けられている。
【００６３】次に本実施の形態８による作用，効果につ
いて説明する。通常の結晶成長時には円筒孔４１ｂをク
ラッキング室２２の開口部に位置させてクラッキング室
から放射されるキャリアガスを加熱することにより水素
ラジカルを発生するが、例えば、実験等のために一時的
に水素ラジカルの発生を止めたいときにはドラム型のラ
ジカル発生室４１を回転させてクラッキング室２２の開
口部に円筒孔４１a を位置させることにより、キャリア
ガスの加熱を中止する。以上のようにすることにより、
水素ラジカルの発生を瞬時にオン／オフすることができ
る。
いて説明する。通常の結晶成長時には円筒孔４１ｂをク
ラッキング室２２の開口部に位置させてクラッキング室
から放射されるキャリアガスを加熱することにより水素
ラジカルを発生するが、例えば、実験等のために一時的
に水素ラジカルの発生を止めたいときにはドラム型のラ
ジカル発生室４１を回転させてクラッキング室２２の開
口部に円筒孔４１a を位置させることにより、キャリア
ガスの加熱を中止する。以上のようにすることにより、
水素ラジカルの発生を瞬時にオン／オフすることができ
る。
【００６４】実施の形態９．次に本発明の実施の形態９
を図について説明する。図１３は本実施の形態９による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図である。図におい
て、４ａは坩堝４の周囲に突設された材料導入口であ
り、これの先端にはゲートバルブ４３を介して材料ロー
ディング室４４が設けられている。この材料ローディン
グ室４４は筒状の本体部４４ａの先端部に開閉可能なロ
ーディングリッド４４ｂを有し、さらにその側面に本体
部４４ａの内部と連通するリーク用の配管４４ｃを有す
る。またこの配管４４ｃにはリークバルブ４５が設けら
れている。
を図について説明する。図１３は本実施の形態９による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図である。図におい
て、４ａは坩堝４の周囲に突設された材料導入口であ
り、これの先端にはゲートバルブ４３を介して材料ロー
ディング室４４が設けられている。この材料ローディン
グ室４４は筒状の本体部４４ａの先端部に開閉可能なロ
ーディングリッド４４ｂを有し、さらにその側面に本体
部４４ａの内部と連通するリーク用の配管４４ｃを有す
る。またこの配管４４ｃにはリークバルブ４５が設けら
れている。
【００６５】次に本実施の形態９による作用，効果につ
いて説明する。結晶成長を行うに従って坩堝４の内部の
材料が減少し、材料を補充する必要が生じる。この場
合、まず、ゲートバルブ４３を閉じ、リークバルブ４５
を用いてローディング室４４の内部を真空引きし、ロー
ディング室４４の内部の真空度と坩堝４の内部の真空度
とが等しくなったところでゲートバルブ４３を開き、ロ
ーディング室４４の内部の材料３を材料導入口４ａを経
由して坩堝４内に投下する。その後ゲートバルブ４３を
閉じ、リークバルブを開いてローディング室４４内の圧
力を大気圧とし、ローディングリッド４４ｂを開けて新
しい材料をローディング室４４に補充し、次の材料補充
時に備える。
いて説明する。結晶成長を行うに従って坩堝４の内部の
材料が減少し、材料を補充する必要が生じる。この場
合、まず、ゲートバルブ４３を閉じ、リークバルブ４５
を用いてローディング室４４の内部を真空引きし、ロー
ディング室４４の内部の真空度と坩堝４の内部の真空度
とが等しくなったところでゲートバルブ４３を開き、ロ
ーディング室４４の内部の材料３を材料導入口４ａを経
由して坩堝４内に投下する。その後ゲートバルブ４３を
閉じ、リークバルブを開いてローディング室４４内の圧
力を大気圧とし、ローディングリッド４４ｂを開けて新
しい材料をローディング室４４に補充し、次の材料補充
時に備える。
【００６６】このようにすることで、坩堝４の内部への
材料補充を坩堝４自体を取り外すことなく、かつ坩堝４
の内部を大気に曝すことなく行うことができ、坩堝４の
大気による汚染等を防止することができる。
材料補充を坩堝４自体を取り外すことなく、かつ坩堝４
の内部を大気に曝すことなく行うことができ、坩堝４の
大気による汚染等を防止することができる。
【００６７】実施の形態１０．次に本実施の形態１０を
図について説明する。図１４は本実施の形態１０による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図である。図１４にお
いて、４６は材料導入口４ａの先端に取り付けられたゲ
ートバルブ、４７はその内部に円筒形のインナーリボル
バー４７ｄを有する円筒型のロードロック室（リボルバ
ーロードロック室）であり、その回転軸４７ａの周囲に
はこれと平行して円筒形のカートリッジケース嵌合孔４
７ｂが複数設けられている。４８はこのカートリッジケ
ース嵌合孔４７ｂの上方を覆う開口窓である。４９は上
記インナーリボルバー４７ｄのカートリッジケース嵌合
孔４７ｂに嵌合されたカートリッジケースである。ま
た、５０は上記インナーリボルバー４７ｄ内のインゴッ
ト５２と係合してカートリッジケース４９内のインゴッ
トを回転させるためのスライドロッドである。４７ｃは
上記円筒型のロードロック室４７の側面に取り付けられ
た配管であり、これの先端には上記円筒形のロードロッ
ク室４７の内部を真空引きするためのリークバルブ５１
が設けられている。
図について説明する。図１４は本実施の形態１０による
ＭＢＥ結晶成長装置の要部を示す図である。図１４にお
いて、４６は材料導入口４ａの先端に取り付けられたゲ
ートバルブ、４７はその内部に円筒形のインナーリボル
バー４７ｄを有する円筒型のロードロック室（リボルバ
ーロードロック室）であり、その回転軸４７ａの周囲に
はこれと平行して円筒形のカートリッジケース嵌合孔４
７ｂが複数設けられている。４８はこのカートリッジケ
ース嵌合孔４７ｂの上方を覆う開口窓である。４９は上
記インナーリボルバー４７ｄのカートリッジケース嵌合
孔４７ｂに嵌合されたカートリッジケースである。ま
た、５０は上記インナーリボルバー４７ｄ内のインゴッ
ト５２と係合してカートリッジケース４９内のインゴッ
トを回転させるためのスライドロッドである。４７ｃは
上記円筒型のロードロック室４７の側面に取り付けられ
た配管であり、これの先端には上記円筒形のロードロッ
ク室４７の内部を真空引きするためのリークバルブ５１
が設けられている。
【００６８】上記カートリッジケース４９の周囲には、
係合溝４９ａが形成されており、この係合溝４９ａに対
応してインナーリボルバー４７ｄの嵌合孔４７ｂの内周
に形成された突部と係合することにより、カートリッジ
ケース４９自体の回転を防止するようになっている。ま
た、このカートリッジケース４９の内部には、その内部
に螺旋状の溝４９ｂが形成されており、この溝４９ｂと
対応するように材料（インゴット）５２に形成された溝
５２ａによって材料５２はカートリッジケース４９内に
保持されるようになっている。
係合溝４９ａが形成されており、この係合溝４９ａに対
応してインナーリボルバー４７ｄの嵌合孔４７ｂの内周
に形成された突部と係合することにより、カートリッジ
ケース４９自体の回転を防止するようになっている。ま
た、このカートリッジケース４９の内部には、その内部
に螺旋状の溝４９ｂが形成されており、この溝４９ｂと
対応するように材料（インゴット）５２に形成された溝
５２ａによって材料５２はカートリッジケース４９内に
保持されるようになっている。
【００６９】次に本実施の形態１０による作用，効果に
ついて説明する。坩堝４内に材料を補充する際には、材
料５２はラセン状の溝４９ｂを切ったカートリッジケー
ス４９に入れることで、カートリッジケース４９の内部
に収納，保持される。開口窓４８を閉じ、かつリークバ
ルブ５１を開けた状態で開口窓４８を開き、カートリッ
ジケース嵌合孔４７ｂにカートリッジケース４９を嵌合
する。円筒形のロードロック室４７を回転して順次カー
トリッジケース嵌合孔４７ｂにカートリッジ４９を充填
し、開口窓４８で覆う。その後、リークバルブ５１を用
いて真空引きしてロードロック室４７の内部を減圧す
る。坩堝４の内部の真空度と円筒形のロードロック室４
７内部の真空度がほぼ等しくなった後、ゲートバルブ４
６を開き、スライドロッド５０を用いてカートリッジケ
ース４９内のインゴット５２を回転させてカートリッジ
ケース４９内より押し出す。その後、ゲートバルブ４６
を閉じて再度成長を続け、再び坩堝４内部の材料が減少
してきたら、インナーリボルバー４７ｄを回転させて上
記動作を繰り返し坩堝４の内部に材料を充填する。
ついて説明する。坩堝４内に材料を補充する際には、材
料５２はラセン状の溝４９ｂを切ったカートリッジケー
ス４９に入れることで、カートリッジケース４９の内部
に収納，保持される。開口窓４８を閉じ、かつリークバ
ルブ５１を開けた状態で開口窓４８を開き、カートリッ
ジケース嵌合孔４７ｂにカートリッジケース４９を嵌合
する。円筒形のロードロック室４７を回転して順次カー
トリッジケース嵌合孔４７ｂにカートリッジ４９を充填
し、開口窓４８で覆う。その後、リークバルブ５１を用
いて真空引きしてロードロック室４７の内部を減圧す
る。坩堝４の内部の真空度と円筒形のロードロック室４
７内部の真空度がほぼ等しくなった後、ゲートバルブ４
６を開き、スライドロッド５０を用いてカートリッジケ
ース４９内のインゴット５２を回転させてカートリッジ
ケース４９内より押し出す。その後、ゲートバルブ４６
を閉じて再度成長を続け、再び坩堝４内部の材料が減少
してきたら、インナーリボルバー４７ｄを回転させて上
記動作を繰り返し坩堝４の内部に材料を充填する。
【００７０】そして上記材料を充填する動作を繰り返
し、円筒形のロードロック室４７の内部の材料が全てな
くなったら、ゲートバルブ４６を閉じ、リークバルブ５
１を開けて、円筒形のロードロック室４７の内部を大気
圧にし、開口窓４８を開けて内部のカートリッジケース
４９を取り出し、この材料５２を取り付けたカートリッ
ジケース４９を再度カートリッジケース嵌合孔４７ｂに
嵌合し、開口窓４８を閉じる。そしてゲートバルブ４６
を閉じ、リークバルブ５１を用いて減圧引きし、次の材
料補充に備える。
し、円筒形のロードロック室４７の内部の材料が全てな
くなったら、ゲートバルブ４６を閉じ、リークバルブ５
１を開けて、円筒形のロードロック室４７の内部を大気
圧にし、開口窓４８を開けて内部のカートリッジケース
４９を取り出し、この材料５２を取り付けたカートリッ
ジケース４９を再度カートリッジケース嵌合孔４７ｂに
嵌合し、開口窓４８を閉じる。そしてゲートバルブ４６
を閉じ、リークバルブ５１を用いて減圧引きし、次の材
料補充に備える。
【００７１】以上のようにすることで、坩堝４の内部へ
の材料補充を坩堝４自体を取り外すことなく、かつ坩堝
４の内部を大気に曝さずに行うことができ、さらに材料
５２を充填したカートリッジケース４９を複数備えるこ
とで材料補充を連続的に行うことができ、作業効率を向
上させることができる。
の材料補充を坩堝４自体を取り外すことなく、かつ坩堝
４の内部を大気に曝さずに行うことができ、さらに材料
５２を充填したカートリッジケース４９を複数備えるこ
とで材料補充を連続的に行うことができ、作業効率を向
上させることができる。
【図１】 この発明の実施の形態１によるＭＢＥ結晶成
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
【図２】 この発明の実施の形態２によるＭＢＥ結晶成
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
【図３】 上記実施の形態２のＭＢＥ結晶成長装置を用
いて結晶成長を行う際のヨウ素ラジカルＩ* の量と結晶
成長状態との関係を示す図である。
いて結晶成長を行う際のヨウ素ラジカルＩ* の量と結晶
成長状態との関係を示す図である。
【図４】 上記実施の形態２のＭＢＥ結晶成長装置を用
いて基板表面のエッチングを行う際の該基板表面での原
子構造を示す模式図である。
いて基板表面のエッチングを行う際の該基板表面での原
子構造を示す模式図である。
【図５】 上記実施の形態１、または２のＭＢＥ結晶成
長装置を用いて結晶成長を行う際に、基板表面にマスク
を設けて選択成長を行う場合について説明するための図
である。
長装置を用いて結晶成長を行う際に、基板表面にマスク
を設けて選択成長を行う場合について説明するための図
である。
【図６】 上記実施の形態１、または２のＭＢＥ結晶成
長装置を用いて結晶成長を行う際に、基板表面にマスク
を設けて選択埋め込み成長を行う場合について説明する
ための図である。
長装置を用いて結晶成長を行う際に、基板表面にマスク
を設けて選択埋め込み成長を行う場合について説明する
ための図である。
【図７】 この発明の実施の形態３によるＭＢＥ結晶成
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
【図８】 この発明の実施の形態４によるＭＢＥ結晶成
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を示す断面図であ
る。
【図９】 この発明の実施の形態５によるＭＢＥ結晶成
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を中心とした構成
図である。
長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を中心とした構成
図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６によるＭＢＥ結晶
成長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を中心とした構
成図である。
成長装置のＶ族原料供給装置である坩堝を中心とした構
成図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７によるＭＢＥ結晶
成長装置のＶ族原料供給装置であるラジカル発生室の構
成図である。
成長装置のＶ族原料供給装置であるラジカル発生室の構
成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態８によるＭＢＥ結晶
成長装置のＶ族原料供給装置であるクラッキング室及び
ラジカル発生室の構成図である。
成長装置のＶ族原料供給装置であるクラッキング室及び
ラジカル発生室の構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態９によるＭＢＥ結晶
成長装置のＶ族原料供給装置である坩堝へＶ族原料を補
充する機構を示す図である。
成長装置のＶ族原料供給装置である坩堝へＶ族原料を補
充する機構を示す図である。
【図１４】 この発明の実施の形態１０によるＭＢＥ結
晶成長装置のＶ族原料供給装置である坩堝へＶ族原料を
充填する他の構成を示す図である。
晶成長装置のＶ族原料供給装置である坩堝へＶ族原料を
充填する他の構成を示す図である。
【図１５】 従来のＭＢＥ結晶成長装置のＶ族原料供給
装置である坩堝を示す断面図である。
装置である坩堝を示す断面図である。
【図１６】 従来の他のＭＢＥ結晶成長装置のＶ族原料
供給装置である坩堝を示す断面図である。
供給装置である坩堝を示す断面図である。
１ ヒータ、２ 熱電対、３ 金属Ａｓ塊、４ 坩堝、
５ ヒータ、６ ヒータ、７ 異種ガス導入用パイプ、
８ 多重折り返し壁、９ 基板、１０ 誘電体膜、１１
エピタキシャル成長層、１２ 制御ガス発生容器、１
３ ＭＦＣ、１４ ゲートバルブ、１５ 液体状態のＣ
Ｈ2 Ｉ2 ，１６ 恒温槽、１７ 多段の加熱器、１８
チャンバーの側壁、１９ ゲートバルブ、２０ コント
ロールバルブ、２１ スイッチバルブ、２２ クラッキ
ング室、２２ａ バッフル板、２３ 配管用ヒータ、２
４ 熱電対、２５ ヒータ、２６ 熱電対、２７ ラジ
カル発生室、２８ ヒータ、２９ 熱電対、３０ マス
フローコントローラ、３１ 配管、３２ ゲートバル
ブ、３３ マスフローコントローラ、３４ 配管、３５
リークバルブ、３６ クラッキング室、３６ａ バッ
フル板、３７ ラジカル発生室、３８ ヒータ、３９
ＵＶ照射室、４０ ＵＶ光、４１ ドラム型のラジカル
発生室、４１ａ，４１ｂ 円筒孔、４１ｃ 中心軸、４
２ ヒータ、４３ ゲートバルブ、４４ 材料ローディ
ング室、４４ａ 本体部、４４ｂローディングリッド、
４４ｃ 配管、４５ リークバルブ、４６ ゲートバル
ブ、４７ 円筒形のロードロック室（リボルバーロード
ロック室）、４７ａ 回転軸、４７ｂ カートリッジケ
ース嵌合孔、４７ｃ 配管、４７ｄ インナーリボルバ
ー、４８ 開口窓、４９ カートリッジケース、４９ａ
係合溝、４９ｂ螺旋状の溝、５０ スライドロッド、
５１ リークバルブ、５２ 材料（インゴット）、５２
ａ 材料の溝、６０ 基板。
５ ヒータ、６ ヒータ、７ 異種ガス導入用パイプ、
８ 多重折り返し壁、９ 基板、１０ 誘電体膜、１１
エピタキシャル成長層、１２ 制御ガス発生容器、１
３ ＭＦＣ、１４ ゲートバルブ、１５ 液体状態のＣ
Ｈ2 Ｉ2 ，１６ 恒温槽、１７ 多段の加熱器、１８
チャンバーの側壁、１９ ゲートバルブ、２０ コント
ロールバルブ、２１ スイッチバルブ、２２ クラッキ
ング室、２２ａ バッフル板、２３ 配管用ヒータ、２
４ 熱電対、２５ ヒータ、２６ 熱電対、２７ ラジ
カル発生室、２８ ヒータ、２９ 熱電対、３０ マス
フローコントローラ、３１ 配管、３２ ゲートバル
ブ、３３ マスフローコントローラ、３４ 配管、３５
リークバルブ、３６ クラッキング室、３６ａ バッ
フル板、３７ ラジカル発生室、３８ ヒータ、３９
ＵＶ照射室、４０ ＵＶ光、４１ ドラム型のラジカル
発生室、４１ａ，４１ｂ 円筒孔、４１ｃ 中心軸、４
２ ヒータ、４３ ゲートバルブ、４４ 材料ローディ
ング室、４４ａ 本体部、４４ｂローディングリッド、
４４ｃ 配管、４５ リークバルブ、４６ ゲートバル
ブ、４７ 円筒形のロードロック室（リボルバーロード
ロック室）、４７ａ 回転軸、４７ｂ カートリッジケ
ース嵌合孔、４７ｃ 配管、４７ｄ インナーリボルバ
ー、４８ 開口窓、４９ カートリッジケース、４９ａ
係合溝、４９ｂ螺旋状の溝、５０ スライドロッド、
５１ リークバルブ、５２ 材料（インゴット）、５２
ａ 材料の溝、６０ 基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 采女 豊 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (21)
- 【請求項１】 分子線状態の結晶材料を基板上に照射し
て、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長装置にお
いて、 加熱によって分子線状態となる結晶材料を収納する，加
熱可能な坩堝と、 該坩堝内に、結晶成長を行う材料ガスとは異なる種類の
異種ガスを導入するための異種ガス導入管と、 上記坩堝から出射される分子状態の結晶材料を基板に照
射し、該基板上に結晶成長を行う結晶成長室とを備えた
ことを特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、 上記坩堝内に異種ガスを導入するための異種ガス導入管
は、上記坩堝内に還元作用を有するガスを導入するもの
であることを特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、 上記還元作用を有するガスは水素であることを特徴とす
るＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、 上記坩堝内に異種ガスを導入するための異種ガス導入管
は、上記坩堝内に上記結晶材料に対するエッチング作用
を有するガスを導入するものであることを特徴とするＭ
ＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項５】 請求項４に記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、 上記異種ガス導入管上流に設けられた、ジ・ヨードメタ
ンを収納する異種ガス源収容容器，及び該収容容器より
発生するジ・ヨードメタン蒸気の流量を制御する流量調
整器を備え、 上記結晶材料に対するエッチング作用を有するガスを、
ヨウ素ラジカルＩ* を含むガスとしたことを特徴とする
ＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項６】 請求項２、または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、 上記異種ガス導入管の、上記坩堝との接続点の近傍に設
けられ、該異種ガス導入管を加熱する加熱手段を備えた
ことを特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項７】 請求項２，または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、 上記坩堝内に上記異種ガス導入管に連通するよう設けら
れた、導入された異種ガス中の分子の衝突数を増大させ
る分子衝突数増大部を備えたことを特徴とするＭＢＥ結
晶成長装置。 - 【請求項８】 請求項２，または４に記載のＭＢＥ結晶
成長装置において、 上記坩堝の分子線出口の近傍に設けられた、該坩堝より
出力される分子線を加熱する加熱手段を備えたことを特
徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項９】 分子線状態の結晶材料を基板上に照射し
て、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長方法にお
いて、 異種ガス導入管より坩堝内に異種ガスを導入しながら、
加熱によって分子線状態となる結晶材料を収納した坩堝
を加熱し、 上記異種ガス導入管から還元作用を有するガスを上記坩
堝内に導入し、該坩堝内において該還元作用を有するガ
スにより分子線状態の結晶成長材料中に含まれる酸素等
の酸化性を有する不純物を捕集しつつ、結晶成長室にお
いて上記結晶材料の分子線を基板上に照射することによ
り結晶成長を行うことを特徴とするＭＢＥ結晶成長方
法。 - 【請求項１０】 請求項９記載のＭＢＥ結晶成長方法に
おいて、 上記異種ガス導入管により導入する還元作用を有するガ
スは、水素であることを特徴とするＭＢＥ結晶成長方
法。 - 【請求項１１】 分子線状態の結晶材料を基板上に照射
して、該基板上に結晶成長を行うＭＢＥ結晶成長方法に
おいて、 異種ガス導入管より坩堝内の結晶成長材料に対してエッ
チング作用を有するガスを導入しながら、加熱によって
分子線状態となる結晶材料を収納した坩堝を加熱し、 上記エッチング作用を有するガスの上記坩堝内への供給
量を変化させることにより該坩堝から発生する結晶材料
の分子線の量をコントロールしつつ、結晶成長室におい
て上記結晶材料の分子線を基板上に照射することにより
結晶成長を行うことを特徴とするＭＢＥ結晶成長方法。 - 【請求項１２】 請求項１１記載のＭＢＥ結晶成長方法
において、 上記坩堝から発生する結晶材料の分子線の量をコントロ
ールしつつ、結晶成長を行う工程は、 上記エッチング作用を有するガスを上記坩堝内に過剰に
供給して該坩堝よりエッチングガスの分子線を発生さ
せ、該エッチングガスの分子線により結晶成長室の基板
のエッチング処理を行う工程であることを特徴とするＭ
ＢＥ結晶成長方法。 - 【請求項１３】 請求項１１，または１２に記載のＭＢ
Ｅ結晶成長方法において、 上記異種ガス導入管上流に、ジ・ヨードメタンを収納す
る異種ガス源収容容器，及び上記収容容器より発生する
ジ・ヨードメタン蒸気の流量を制御する流量調整器を備
え、 上記坩堝内に異種ガス導入管より導入する，上記エッチ
ング作用を有するガスを、上記異種ガス源収容容器，及
び流量調整器により、ヨウ素ラジカルＩ* を含むガスと
して供給することを特徴とするＭＢＥ結晶成長方法。 - 【請求項１４】 請求項１記載のＭＢＥ結晶成長装置に
おいて、 上記坩堝から射出された分子線状態の結晶材料を熱分解
するクラッキング室と、 上記坩堝下流に設けられたキャリアガス導入用管と、 上記キャリアガス導入用管の上流に設けられ、該キャリ
アガスを分解してラジカル化するラジカル発生室とを備
えたことを特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項１５】 請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、 上記坩堝を上記結晶成長室外部に配置し、上記クラッキ
ング室を上記結晶成長室の内部に配置し、 上記クラッキング室と坩堝との間の経路を加熱する加熱
手段を設けたことを特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項１６】 請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、 上記キャリアガス導入管の先端を上記クラッキング室内
に導入し、上記ラジカル発生室を上記クラッキング室内
に配置し、上記キャリアガス導入用管の先端を上記クラ
ッキング室内にて上記ラジカル発生室に接続したことを
特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項１７】 請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、 上記キャリアガス導入用管と上記ラジカル発生室との間
に、キャリアガスに紫外線を照射して該キャリアガスの
ラジカル化を促進するラジカル化促進室を備えたことを
特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項１８】 請求項１４記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、 上記ラジカル発生室は、内部に加熱用ヒータを有する筒
部と、加熱用ヒータを有さない筒部とを有し、これら筒
部を上記クラッキング室出口に切り換えて接続するもの
であることを特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項１９】 請求項１または１４に記載のＭＢＥ結
晶成長装置において、 上記坩堝内に該坩堝内部を大気開放することなく結晶材
料を充填する結晶材料補充機構を備えたことを特徴とす
るＭＢＥ結晶成長装置。 - 【請求項２０】 請求項１９記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、 上記結晶材料補充機構は、 上記坩堝側面に設けられた結晶材料導入用通路と、 該通路の開閉状態を制御するゲートバルブと、 該ゲートバルブに接続され、その内部に結晶材料を収容
可能なローディング室と、 該ローディング室内の真空度を変化させるための真空引
き機構とを備えたものであることを特徴とするＭＢＥ結
晶成長装置。 - 【請求項２１】 請求項２０記載のＭＢＥ結晶成長装置
において、 上記ローディング室は、 その周囲に螺旋状の溝を有する結晶材料と螺合する、カ
ートリッジケースを複数個収納可能なものであり、 上記カートリッジと螺合した結晶材料をスライドロッド
で回転させてカートリッジケースより押し出すことによ
り、上記結晶材料導入用通路に排出するものであること
を特徴とするＭＢＥ結晶成長装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7238341A JPH08167575A (ja) | 1994-10-14 | 1995-09-18 | Ｍｂｅ結晶成長装置，及びｍｂｅ結晶成長方法 |
| TW084110591A TW299477B (ja) | 1994-10-14 | 1995-10-09 | |
| EP95116058A EP0707097A1 (en) | 1994-10-14 | 1995-10-11 | MBE apparatus and MBE method |
| KR1019950035429A KR960015714A (ko) | 1994-10-14 | 1995-10-13 | Mbe장치 및 mbe방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24954694 | 1994-10-14 | ||
| JP6-249546 | 1994-10-14 | ||
| JP7238341A JPH08167575A (ja) | 1994-10-14 | 1995-09-18 | Ｍｂｅ結晶成長装置，及びｍｂｅ結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08167575A true JPH08167575A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=26533650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7238341A Pending JPH08167575A (ja) | 1994-10-14 | 1995-09-18 | Ｍｂｅ結晶成長装置，及びｍｂｅ結晶成長方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0707097A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08167575A (ja) |
| KR (1) | KR960015714A (ja) |
| TW (1) | TW299477B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007034623A1 (ja) * | 2005-09-21 | 2007-03-29 | Tokyo Electron Limited | 原料供給装置および成膜装置 |
| WO2007086560A1 (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-02 | Rohm Co., Ltd. | パージ機能を有する分子線セル |
| JP2008261052A (ja) * | 1996-08-29 | 2008-10-30 | Veeco Compound Semiconductor Inc | 単一坩堝とかかる坩堝を利用した流出（エフュージョン）源 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0619163D0 (en) * | 2006-09-28 | 2006-11-08 | Oxford Instr Plasma Technology | Effusion and cracking cell |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5080870A (en) * | 1988-09-08 | 1992-01-14 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Sublimating and cracking apparatus |
| FR2679929B1 (fr) * | 1991-08-01 | 1993-10-22 | Alcatel Alsthom Cie Gle Electric | Procede et cellule d'effusion pour la formation de jets moleculaires. |
| JPH05335238A (ja) | 1992-06-03 | 1993-12-17 | Daido Hoxan Inc | 半導体デバイスの製法 |
| US5298759A (en) * | 1993-02-19 | 1994-03-29 | Hughes Aircraft Company | Photo-cracker cell |
-
1995
- 1995-09-18 JP JP7238341A patent/JPH08167575A/ja active Pending
- 1995-10-09 TW TW084110591A patent/TW299477B/zh active
- 1995-10-11 EP EP95116058A patent/EP0707097A1/en not_active Withdrawn
- 1995-10-13 KR KR1019950035429A patent/KR960015714A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008261052A (ja) * | 1996-08-29 | 2008-10-30 | Veeco Compound Semiconductor Inc | 単一坩堝とかかる坩堝を利用した流出（エフュージョン）源 |
| JP4713612B2 (ja) * | 1996-08-29 | 2011-06-29 | ビーコ コンパウンド セミコンダクター インコーポレイテッド | 単一坩堝とかかる坩堝を利用した流出（エフュージョン）源 |
| WO2007034623A1 (ja) * | 2005-09-21 | 2007-03-29 | Tokyo Electron Limited | 原料供給装置および成膜装置 |
| US8029621B2 (en) | 2005-09-21 | 2011-10-04 | Tokyo Electron Limited | Raw material feeding device, film formation system and method for feeding gaseous raw material |
| WO2007086560A1 (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-02 | Rohm Co., Ltd. | パージ機能を有する分子線セル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW299477B (ja) | 1997-03-01 |
| EP0707097A1 (en) | 1996-04-17 |
| KR960015714A (ko) | 1996-05-22 |
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