JPS5863130A - 分子線発生装置 - Google Patents
分子線発生装置Info
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- JPS5863130A JPS5863130A JP16228381A JP16228381A JPS5863130A JP S5863130 A JPS5863130 A JP S5863130A JP 16228381 A JP16228381 A JP 16228381A JP 16228381 A JP16228381 A JP 16228381A JP S5863130 A JPS5863130 A JP S5863130A
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- Japan
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- molecular beam
- crucible
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、分子線エピタキシャル結晶成長膜を得るため
の源となる分子線発生装置の改良に関するものである。
の源となる分子線発生装置の改良に関するものである。
分子線エピタキシャル結晶成長技術は、成長膜厚および
不純物ドーピングの制御性が優れている事、急峻で千２
な・＼テロ界面が得られる等の利点を有しているため、
超高周波素子あるいは半導体レーザに代表される元エレ
クトロニクス素子の製造方法として近年注目を集めてい
る。該結晶成長技術によってエピタキシャル結晶成長膜
を得るには、所望のエピタキシャル結晶の構成元素及び
導入不純物の分子を発生させる分子線発生装置が必要で
ある。分子線エピタキシャル結晶成長技術に使用さ１１
．る従来の分子線発生装置はクヌーセン型と呼ばれるも
ので、その代表例は第１図の断面図に示すように、分子
発生諒２を詰めたるつぼｌを該るつぼをコイル状に取り
巻く加熱体３によって加熱し、分子発生諒２を蒸発させ
ることによって分子線噴射口１′から分子線を嬢射させ
るものである。第１図（こおいて４は熱反射板、５はア
ルミナ支ｆ−￥体、６はるつぼ固定治具、７は支持体取
付板、８は支持体を取付けるためのボルトとナツト、９
はるつぼの＠度を測定するための熱電対である。
不純物ドーピングの制御性が優れている事、急峻で千２
な・＼テロ界面が得られる等の利点を有しているため、
超高周波素子あるいは半導体レーザに代表される元エレ
クトロニクス素子の製造方法として近年注目を集めてい
る。該結晶成長技術によってエピタキシャル結晶成長膜
を得るには、所望のエピタキシャル結晶の構成元素及び
導入不純物の分子を発生させる分子線発生装置が必要で
ある。分子線エピタキシャル結晶成長技術に使用さ１１
．る従来の分子線発生装置はクヌーセン型と呼ばれるも
ので、その代表例は第１図の断面図に示すように、分子
発生諒２を詰めたるつぼｌを該るつぼをコイル状に取り
巻く加熱体３によって加熱し、分子発生諒２を蒸発させ
ることによって分子線噴射口１′から分子線を嬢射させ
るものである。第１図（こおいて４は熱反射板、５はア
ルミナ支ｆ−￥体、６はるつぼ固定治具、７は支持体取
付板、８は支持体を取付けるためのボルトとナツト、９
はるつぼの＠度を測定するための熱電対である。
第１図（こ示した従来の分子線発生装置の欠点を該装置
を用いて砒化ガリウムエピタキシャル結晶膜の装造を例
１こして説明するが、他のエピタキシャル結晶膜につい
ても全く同様である事は容易に類推される。分子線エピ
タキシャル法によって砒化ガリウムエピタキシャル結晶
膜を得るためには分子発生源２としてＧａおよびＡｓを
別々にるつぼ１に詰めた最低２個の分子線発生装置を用
いているが、Ａｓを分子発生源として用いた場合発生す
るＡｓの分子形態はＡｓ ’ 、すなわちＡｓ原子が４
個結びついたものである。このＡＳ４分子がエピタキシ
ャル結晶膜を成長させる基板の表面へ到達した際、分解
して別の分子線発生装置から飛来したＧａ分子と結合し
て砒化ガリウムとなるのであるが、次の分解反応 Ａｇ４→４Ａｓ が充分性なわれないために、欠陥の多い砒化ガリウムエ
ピタキシャル結晶膜が成長される。このように欠陥の多
い結晶膜は電気的及び光学的特性に８いて何ら優れた点
は見出せない。従って上記の砒素の分解反応が容易に行
なわれるように、分子発生源としてＡｓの代わりにＧａ
Ａｓを使用することが行なわれている。ＧａＡｓ分子発
生味として用いた場合発生する分子形態（まＡｇ３であ
り、Ａｇ４に比べて分解され易くなるが、市販のＧａＡ
ｓには必ず不純物として５ｉｖ１ｏ”〜１０１６ｍ３含
んでいるために高純度なエピタキシ、ヤル結晶膜が得ら
れない事、ＧａＡｓのＡｓが選択的に消耗する事、ＡＳ
分子線量とＧａ分子線量とを独立的に制御できない事な
どの新たな欠点が生じてしまう。
を用いて砒化ガリウムエピタキシャル結晶膜の装造を例
１こして説明するが、他のエピタキシャル結晶膜につい
ても全く同様である事は容易に類推される。分子線エピ
タキシャル法によって砒化ガリウムエピタキシャル結晶
膜を得るためには分子発生源２としてＧａおよびＡｓを
別々にるつぼ１に詰めた最低２個の分子線発生装置を用
いているが、Ａｓを分子発生源として用いた場合発生す
るＡｓの分子形態はＡｓ ’ 、すなわちＡｓ原子が４
個結びついたものである。このＡＳ４分子がエピタキシ
ャル結晶膜を成長させる基板の表面へ到達した際、分解
して別の分子線発生装置から飛来したＧａ分子と結合し
て砒化ガリウムとなるのであるが、次の分解反応 Ａｇ４→４Ａｓ が充分性なわれないために、欠陥の多い砒化ガリウムエ
ピタキシャル結晶膜が成長される。このように欠陥の多
い結晶膜は電気的及び光学的特性に８いて何ら優れた点
は見出せない。従って上記の砒素の分解反応が容易に行
なわれるように、分子発生源としてＡｓの代わりにＧａ
Ａｓを使用することが行なわれている。ＧａＡｓ分子発
生味として用いた場合発生する分子形態（まＡｇ３であ
り、Ａｇ４に比べて分解され易くなるが、市販のＧａＡ
ｓには必ず不純物として５ｉｖ１ｏ”〜１０１６ｍ３含
んでいるために高純度なエピタキシ、ヤル結晶膜が得ら
れない事、ＧａＡｓのＡｓが選択的に消耗する事、ＡＳ
分子線量とＧａ分子線量とを独立的に制御できない事な
どの新たな欠点が生じてしまう。
以上のことは砒化ガリウム以外のエピタキシャル膜、例
えば燐化インジウムのＰ（こついても同じ事が言える。
えば燐化インジウムのＰ（こついても同じ事が言える。
すなわち基板表面への付着係数の小さいＶ族元素などＭ
４（Ｍは■族元素）の分子形態で基板へ飛来するため、
Ｍ４→４Ｍの分解反応が充分性なわれないっ したがって本発明の目的は、分子発生源より発生したＭ
ｘ （Ｘ 〉２ ）なる結合形態を有する分子塊を充分
に分解（クラッキングと称する）シ、欠陥（１）ないエ
ピタキシャル結晶膜を得るに心安な分子線発生装置を提
供することである。本発明の分子線発生装置は分子線発
生源より発生した分子塊を分解する分子塊分解室を具備
するところに特徴がある。この分子塊分解室はるつぼ前
方（分子線が飛んで行く方向）＃こ在り、先端部１こ分
子線噴出１ｊを備えたプラズマ放′亀室から成っている
。このプラズマ放電室には当該プラズマ放電室にガスを
導入するためのガス導入口が備えである。
４（Ｍは■族元素）の分子形態で基板へ飛来するため、
Ｍ４→４Ｍの分解反応が充分性なわれないっ したがって本発明の目的は、分子発生源より発生したＭ
ｘ （Ｘ 〉２ ）なる結合形態を有する分子塊を充分
に分解（クラッキングと称する）シ、欠陥（１）ないエ
ピタキシャル結晶膜を得るに心安な分子線発生装置を提
供することである。本発明の分子線発生装置は分子線発
生源より発生した分子塊を分解する分子塊分解室を具備
するところに特徴がある。この分子塊分解室はるつぼ前
方（分子線が飛んで行く方向）＃こ在り、先端部１こ分
子線噴出１ｊを備えたプラズマ放′亀室から成っている
。このプラズマ放電室には当該プラズマ放電室にガスを
導入するためのガス導入口が備えである。
すなわち不発明は１つの小孔を有す６６つばと該るつは
をｈｕ熱するりｎ熱体と該るつぼを支える支持体で構成
ざ１７．る分子線発生装置において少はくとも１つ以上
の分子Ｎ噴射口をＭする管と該′ａを取り巻くコイルと
、線管へガスを導入ＴΦためのガス４人口とを具備する
ことを特徴とＴる分子線発生装置である。
をｈｕ熱するりｎ熱体と該るつぼを支える支持体で構成
ざ１７．る分子線発生装置において少はくとも１つ以上
の分子Ｎ噴射口をＭする管と該′ａを取り巻くコイルと
、線管へガスを導入ＴΦためのガス４人口とを具備する
ことを特徴とＴる分子線発生装置である。
本発明による分子１１ｉ１発生装置の一実施例を第２図
の＋１．１ｉ而崗に示すっ 第２図において分子線は、るつぼ１に詰められた分子線
源２を加熱体３を用いて加熱すること１こよってるつは
の小孔１より噴射する。１より噴射した分子線は、ガラ
スｖ１０およびコイル１１で構成される分子塊分解室す
こて分解され、１貝射口１（１より噴射する。４は熱反
射板で、分子線源２が効率よく加熱されるためのもので
、小つぼ１を取り囲むようにして設置しである。５およ
び６はるつぼ１の支持体であり、支持体５，６は支持体
取付板７にボルト８．ナツト８で固定される。９は熱電
対で分子線源２の＠度を測定する。１２はガラス管１０
の支持体でコバールガラス溶接部１３でカラス管１０と
支持体１２ｉ結合させている。１４はガス導入口で、分
子塊が１０．１１で構成される分解室にて効率よく分解
さδ五めにガスを導入する働きを示している。分子塊の
分解の方法として次の４つの方法が挙げられる。
の＋１．１ｉ而崗に示すっ 第２図において分子線は、るつぼ１に詰められた分子線
源２を加熱体３を用いて加熱すること１こよってるつは
の小孔１より噴射する。１より噴射した分子線は、ガラ
スｖ１０およびコイル１１で構成される分子塊分解室す
こて分解され、１貝射口１（１より噴射する。４は熱反
射板で、分子線源２が効率よく加熱されるためのもので
、小つぼ１を取り囲むようにして設置しである。５およ
び６はるつぼ１の支持体であり、支持体５，６は支持体
取付板７にボルト８．ナツト８で固定される。９は熱電
対で分子線源２の＠度を測定する。１２はガラス管１０
の支持体でコバールガラス溶接部１３でカラス管１０と
支持体１２ｉ結合させている。１４はガス導入口で、分
子塊が１０．１１で構成される分解室にて効率よく分解
さδ五めにガスを導入する働きを示している。分子塊の
分解の方法として次の４つの方法が挙げられる。
１、分子線の蒸気圧が非常に高い場合（通常数１０ＴＯ
ｒｒ以上）には、コイル１１に高周波を印加し、＾周波
力日熱によって分子塊を加熱体３で昇温された温度より
更に高温に昇温することによって分解反応を促進させる
。
ｒｒ以上）には、コイル１１に高周波を印加し、＾周波
力日熱によって分子塊を加熱体３で昇温された温度より
更に高温に昇温することによって分解反応を促進させる
。
２、分子線の蒸気圧が低い場合（通常１０ ”Ｔｏｒｒ
〜数１０Ｔｏｒｒ）にはコイル１１に高周波を印加し、
誘導フィル型の高周波励起プラズマ放電を利用して、分
子塊の分解反応を促進させる０ ３６分子線の蒸気圧が充分に低い場合（通常１０”Ｔｏ
ｒｒ以下）には、ガス導入口１４より、Ａｒ７．（どの
キャリアガスを導入しガラス管１０内の真空度を通常１
０ ”Ｔｏｒｒ 〜数１０ Ｔｏｒｒ ｋｃ ｌ、 テ
、コイ）し１１に高周波を印加し、萬周波励起のプラズ
マ放電を利用して分子塊の分解反応を促進させる。
〜数１０Ｔｏｒｒ）にはコイル１１に高周波を印加し、
誘導フィル型の高周波励起プラズマ放電を利用して、分
子塊の分解反応を促進させる０ ３６分子線の蒸気圧が充分に低い場合（通常１０”Ｔｏ
ｒｒ以下）には、ガス導入口１４より、Ａｒ７．（どの
キャリアガスを導入しガラス管１０内の真空度を通常１
０ ”Ｔｏｒｒ 〜数１０ Ｔｏｒｒ ｋｃ ｌ、 テ
、コイ）し１１に高周波を印加し、萬周波励起のプラズ
マ放電を利用して分子塊の分解反応を促進させる。
４、 コイル１１を加熱体３と同様に抵抗加熱体として
用い、コイル１１を加熱体３よりも更に尚温に加熱する
ことによって分子塊の分解反応を促進させる。
用い、コイル１１を加熱体３よりも更に尚温に加熱する
ことによって分子塊の分解反応を促進させる。
上記４つの方法は各々単独に用いるこさは勿論可能であ
るが、上記４の方法と上記ｌから３までのいずｎか１つ
の方法とを組み合わせて用いることが可能である。
るが、上記４の方法と上記ｌから３までのいずｎか１つ
の方法とを組み合わせて用いることが可能である。
ここで本発明の分子線発生装置が上記２あるいは３の方
法で使用される場合、イオン注入装置のプラズマ放電を
オＵ用したイオン発生源と区別されなければならない。
法で使用される場合、イオン注入装置のプラズマ放電を
オＵ用したイオン発生源と区別されなければならない。
すなわち、イオン発生源はガス状分子のイオン化効率を
高めることを目的としているため、１．フィラメント加
熱による熱酸子発生源を有する、２１発生した該熱電子
による電離丈突、すなわちイオン化効率を高めるために
電子の走行距離を長くする工夫、例えば垂直＠Ｓを形成
している、３．イオンを引き出すために引き出し電極を
有している等の理由により複雑な構成になっている。そ
のため最もイオンか引き出ぎわない誘了しない不発明の
分子線発生装置とは異なる。
高めることを目的としているため、１．フィラメント加
熱による熱酸子発生源を有する、２１発生した該熱電子
による電離丈突、すなわちイオン化効率を高めるために
電子の走行距離を長くする工夫、例えば垂直＠Ｓを形成
している、３．イオンを引き出すために引き出し電極を
有している等の理由により複雑な構成になっている。そ
のため最もイオンか引き出ぎわない誘了しない不発明の
分子線発生装置とは異なる。
第２図に示した本発明の分子線発生装置によってＡｓの
分子＃を発生させた。このとき分子発生源２は固体Ａｓ
を使用したつ第３図は、第１図に示した従来の分子線発
生装置によってＡｓ分子線を発生させた場合の分子線発
生装置から噴射される分子種を四貞極質蓋分析針で調べ
たものであるが質量数３００のＡｓ４が断然多（Ａｓ４
、＞：）Ａｓ２）Ａｓであった。同様に本発明の分子
線発生装置ｉＪ）ら唄射さｎる分子塊を調べた祠呆は第
４図に示したように、質量数１５０のＡｓ２と質量数７
５のＡｓ＋が同量程度発生し、Ａｓ４はかなり少なかっ
た。第４図にみられる質量数４０のＡｒはキャリアガス
として導入したものであり、第３図および第４図にみら
れる質量数１８のＨ２Ｏ、Ｊ：Ｘ敏数２のＨ２、質量数
２８のＣＯはすべて真空中の残留不純物である。第４図
に示した結果はコイル１１に印力口した高周波電力がＩ
ＯＷであり、るつぼ１および分子線発生源２は〃■熱体
３により３５０℃に加熱して得られたものであるが、前
述した４の方法、すなわちコイル１Ｊを抵抗加熱体とし
てガラス’ｆ Ｆ’３を９５０℃に加熱して分子塊を分
解した場合もＡｓ２二Ａｓ ｌ）） Ａｓ ４という同
様の分子線強度が得られた。
分子＃を発生させた。このとき分子発生源２は固体Ａｓ
を使用したつ第３図は、第１図に示した従来の分子線発
生装置によってＡｓ分子線を発生させた場合の分子線発
生装置から噴射される分子種を四貞極質蓋分析針で調べ
たものであるが質量数３００のＡｓ４が断然多（Ａｓ４
、＞：）Ａｓ２）Ａｓであった。同様に本発明の分子
線発生装置ｉＪ）ら唄射さｎる分子塊を調べた祠呆は第
４図に示したように、質量数１５０のＡｓ２と質量数７
５のＡｓ＋が同量程度発生し、Ａｓ４はかなり少なかっ
た。第４図にみられる質量数４０のＡｒはキャリアガス
として導入したものであり、第３図および第４図にみら
れる質量数１８のＨ２Ｏ、Ｊ：Ｘ敏数２のＨ２、質量数
２８のＣＯはすべて真空中の残留不純物である。第４図
に示した結果はコイル１１に印力口した高周波電力がＩ
ＯＷであり、るつぼ１および分子線発生源２は〃■熱体
３により３５０℃に加熱して得られたものであるが、前
述した４の方法、すなわちコイル１Ｊを抵抗加熱体とし
てガラス’ｆ Ｆ’３を９５０℃に加熱して分子塊を分
解した場合もＡｓ２二Ａｓ ｌ）） Ａｓ ４という同
様の分子線強度が得られた。
第２の実施例として不発明の分子線発生装置を用いて高
抵抗の砒化ガリウム基板の上に砒化ガリウムエピタキシ
ャル結晶膜を成長させた。砒化ガリウムエピタキシャル
結晶膜を得るための構成元素であるＧａは、第１図に示
した従来の分子＃ｌ屹生装置ζこより、Ａｓは本発明の
分子線発生装置を用いた。基板、Ｇａ分分線線発生源Ａ
ｓ分子線発生源の温度は各々５８０℃、９５０℃、３５
０℃である０約１．５μｍの厚さの砒化ガリウムエビク
キシャル膜を成長し、室温での′域子キャリアの易動度
をホール測定によって調べたところ、 ８７００ｃｕし
’Ｖ、ｓｅｃのというほぼ理論限界に近い値が再現性良
く得られた。従来の分子線発生源＠をＡｓの分子線発生
源として用いて同様に、砒化ガリウムエピタキシャル膜
を成長しても室温での１子キヤリアの易動度は４０００
〜８０００ｄ／Ｖ 、 ｓｅｅであり、不発明〇） Ｏ
子線発生装置で作製したエピタキシャル膜の方が欠陥が
少なく特性の後れていた。
抵抗の砒化ガリウム基板の上に砒化ガリウムエピタキシ
ャル結晶膜を成長させた。砒化ガリウムエピタキシャル
結晶膜を得るための構成元素であるＧａは、第１図に示
した従来の分子＃ｌ屹生装置ζこより、Ａｓは本発明の
分子線発生装置を用いた。基板、Ｇａ分分線線発生源Ａ
ｓ分子線発生源の温度は各々５８０℃、９５０℃、３５
０℃である０約１．５μｍの厚さの砒化ガリウムエビク
キシャル膜を成長し、室温での′域子キャリアの易動度
をホール測定によって調べたところ、 ８７００ｃｕし
’Ｖ、ｓｅｃのというほぼ理論限界に近い値が再現性良
く得られた。従来の分子線発生源＠をＡｓの分子線発生
源として用いて同様に、砒化ガリウムエピタキシャル膜
を成長しても室温での１子キヤリアの易動度は４０００
〜８０００ｄ／Ｖ 、 ｓｅｅであり、不発明〇） Ｏ
子線発生装置で作製したエピタキシャル膜の方が欠陥が
少なく特性の後れていた。
以上のように、本発明によれば分子発生源より発生した
分子塊を分解室にて光分に分解することによって欠陥の
少ない分子組エピタ＋ノヤル絽晶暎が得られるという利
点８有する０
分子塊を分解室にて光分に分解することによって欠陥の
少ない分子組エピタ＋ノヤル絽晶暎が得られるという利
点８有する０
第１図は従来のか子線発生装置のａ！Ｉ′ｒ闇図であり
、第２凶は本発明の分子線発生装置の断面図である。 第１図および第２図において１，１′は各々るつぼ、る
つぼの小孔、２は分子線発生源、３はΦつぼの加熱体、
４は熱反射板、５はアルミナ支持体、６はるつぼ固定治
具、７は支持体数付板、８，８は谷々支持体の固定用ボ
ルトとナツト、９は熱電対、ｌＯはガラス管、ｌＯ′は
分子線噴射口、１１はコイル、１２はガラス管の支持体
、１３はコバールガラス耐接部、１４はカス導入口であ
る。第３図は従来の分子線発生装置を用いてユヘ、ｓ分
子線を発生させたときの分子種であり、第４図は不発明
の分子線発生装置を用いてＡｓ分分線線発生させたとき
の分子４ｆｆｌｆ示している。 堅 算 ３ 図 貰量数
、第２凶は本発明の分子線発生装置の断面図である。 第１図および第２図において１，１′は各々るつぼ、る
つぼの小孔、２は分子線発生源、３はΦつぼの加熱体、
４は熱反射板、５はアルミナ支持体、６はるつぼ固定治
具、７は支持体数付板、８，８は谷々支持体の固定用ボ
ルトとナツト、９は熱電対、ｌＯはガラス管、ｌＯ′は
分子線噴射口、１１はコイル、１２はガラス管の支持体
、１３はコバールガラス耐接部、１４はカス導入口であ
る。第３図は従来の分子線発生装置を用いてユヘ、ｓ分
子線を発生させたときの分子種であり、第４図は不発明
の分子線発生装置を用いてＡｓ分分線線発生させたとき
の分子４ｆｆｌｆ示している。 堅 算 ３ 図 貰量数
Claims (1)
- １つの小孔を有す、るるつぼと該６つはを加熱する加熱
体と該るつぼを支える支持体で構成される分子線発生装
置においで、少なくとも１つ以上の分子線噴射口を有し
、前記るつぼ前方に設置した管と護管を取り巻くコイル
と、護管へガスを導入するためのカス導入口とを具備す
る分子塊分解室を前記るつぼ前方に備えていることを特
徴とする分子線発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16228381A JPS5863130A (ja) | 1981-10-12 | 1981-10-12 | 分子線発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16228381A JPS5863130A (ja) | 1981-10-12 | 1981-10-12 | 分子線発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5863130A true JPS5863130A (ja) | 1983-04-14 |
Family
ID=15751532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16228381A Pending JPS5863130A (ja) | 1981-10-12 | 1981-10-12 | 分子線発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5863130A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183721A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 薄膜蒸着装置 |
-
1981
- 1981-10-12 JP JP16228381A patent/JPS5863130A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60183721A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 薄膜蒸着装置 |
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