JPS60137896A

JPS60137896A - 分子線源用ルツボ

Info

Publication number: JPS60137896A
Application number: JP24200883A
Authority: JP
Inventors: Takaro Kuroda; 崇郎黒田; Makoto Morioka; 誠森岡; Tomoyoshi Mishima; 友義三島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1985-07-22

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、分子線エピタキシー装置、特に、結晶の構成
元素を分子又は原子の形で蒸発させて基板に供給する分
子線源のルツボの形状に関する。

〔発明の背景〕

分子線エピタキシー法は、Ｇ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ’ｓ系化
合物半導体による高速トランジスタや半尋体レーザの作
成に応用され、成長層の膜厚、組成、不純物濃度の面内
均一性及び制御性に優れていることが実証された。これ
らの特徴は１通常の真空蒸着の場合と同じく、結晶の構
成元素を蒸発させて基板結晶に供給する分子線源の構造
に大きく依存している。しかし乍ら、従来の典型的な分
子線源は、第１図に示した様に比較的単純な形状のため
、以下の様な欠点を有していた。第１図においＣ１１は
パイロリゾイックＢＮ（ｐＢＮ）製のルツボで、一方に
開口した円筒形をしでおり側壁はゆるいテーパーになっ
ている。これは、ＰＢＮが、グラファイトの型の上にＣ
ｖＤで堆積したのち型抜きして作られるためで、ルツボ
の形状は型からはずせるものに限られる。なお、２はＴ
ａ製加熱ヒータ−線、３は温度制御用熱電材、４はソー
ス材料、５はＴａ製輻射シールド（多層）を示している
。

分子線の飛び方を最適化するためにはルツボの形を変え
るのが最も簡単であるが、上述の作製上の都合により、
従来は図のような単純な形しか実用されていない。

このようなルツボを用いた場合、以下のような問題があ
る。

第１に、ルツボ内の蒸気圧Ｐは、温度Ｔでの飽和蒸気圧
Ｐｓと異なるために、基板の単位面積に単位時間当り入
射する分子線の強度を簡単に予測できない。第２に、ル
ツボから出る分子線の指向性の再班性に以下のような問
題がある。第２図（ａ）は１例えばｐＢＮのルツボにＧ
ａ等のソース材料４を入れた場合で、Ｇ’ａはｐＢＮに
濡れないために１図のような液面形状となり、そこから
出た分子線の指向性分布は、ルツボ内壁での反射の影響
のため図のような双峰的な複雑な分布９となる。この分
布はルツボ傾きや、Ｇａのしこみ量にも依存する。また
、第２図（ｂ）は、ルツボ内のソース材料が成長回数と
共に減少してゆくと、初期の指向性１０に比べて鋭い指
向性に分子線の分布１１が変化してゆくことを示したも
のである。図中６は初期液面、６′は後期液面を示して
いる。

指向性分布は成長層の均一性に直接影響し、それがこの
ようにルツボ内の物質量や成長回数＄；より変化するこ
とは大きな問題である。また、基板と、ソース材料が直
接向かいあっているため、突沸時に、ソースの微小滴が
飛来して基板に付着し、欠陥をつくる原因にもなってい
る。

上記の問題に苅する対応策の一つは、小さな穴の開いた
ｐＢＮのフタをルツボの開Ｉコ部に取付けることである
が、この場合穴径を小さくしすぎると、基板への分子線
の供給量が減少してしまうため成長速度が大幅に低下し
てしまう。又、突沸等による欠陥はこの場合も避けられ
ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、以上の問題点を解決した、再現性が良
く、経時変化が少なく、欠陥を生じない分子線源用ルツ
ボを提供することにある。

〔発明の概要〕

以下５本発明を第３図に示した実施例に基づいて説明す
る。第３図のルツボは、ソース材料４を入れるルツボ本
体１と、内壁の途中に設けた穴あき板８と出口のつばの
上にのせた多数の六にあいたフタ７の３つの部品から成
立っている。同図（、）は断面図、（ｂ）は上面図、（
ｃ）は側壁にテーパーをつけたルツボの場合を示す断面
図である。

第３図（ａ）では１本体のくびれの段の上に８がのって
おり、第３図（ｂ）では、テーパーの途中に板３がひっ
かかっている構造になっている点だけが違っており、本
質的には（ａ）　（ｂ）とも同じものである。途中の板
８によってルツボは２つの小室に分けられ、ソース４か
ら蒸発した分子又は原子は、板８の穴が小さければほぼ
温度Ｔでの飽和蒸気圧Ｐｓ（Ｔ）になっており、穴を出
たあとフタ７に当って反射し、出口側の小室内の壁面で
何回か衝突したのち、フタ７の穴から基板に向かって飛
び出す。このとき、フタ７の温度がソースよりも低いと
、フタ７に凝結付着してしまうので、ソースのある小室
よりも出口側の小室の方の温度をわずかに高くする。

この構造においては、板３とフタ２により、基板からソ
ースが直接見えないようになっているた　゛め、先に述
べた突沸時の微小滴による欠陥発生の問題は避けられな
い。また、ソース側の小室内が飽和蒸気圧に近い一定値
に保たれているために、第２図（ｂ）のようなソース量
減少に伴う指向性の変化は生じない。さらに、出口側の
小室内で分子線が十分反射を行なってから出てくるため
に、第２図（ａ）に示したような、ソースの絶刻量やル
ツボの傾き、材料とルツボとの濡れ性などは全く指向性
に関係せず、第３図のフタ７の出口穴の径とフタの厚み
及び穴の配置のみで指向性が決まる。

実際には、穴径や穴数、位置等は、基板位置での分子線
源の指向性が３インチφのウェハ全面にわたって±５％
以内で均一なこと、また、成長速度として１μｉｎ　／
　ｋ＋以上の速さで成長できることを基準にして実験及
び数値計算で決めた。

第３図（ａ）の型の一例は、ｈ、＝１５０ｍｎ。

ｈ、＝１００ｏ、ｒ、＝４５ｍａφ、ｒ、＝２０Ｉφ、
ａ、　＝７ｍａ＋φ、ａ２−＝５ｍ、穴数は６個であっ
た。第３図（ｂ）も基本的に同じである。

ここで１分子の指向性は各部の寸法比により決まるもの
であるから、全体を比例拡大、縮少しても変化しない。

〔発明の効果〕

本発明のルツボを用いてＧ　ａ　Ａ　ｓを結晶成長した
所、成長速度１μｍ／ｈのとき、３インチウェハの面内
において、厚み分布は±５％以下で、欠陥の密度は１ｃ
Ｉｉ１当り５０ゲ以下と、きわめて少なかった。一方、
第１図の従来のルツボを用いて同様の成長を行なった場
合、成長速度１μｍ／ｈのとき、３インチウェハの厚み
分布は±１０％以下で、欠陥密度は約ｔｏｏｏｏコ／ａ
＃であった。また。

従来のルツボでは１回目の成長に比べて、２５回目の成
長では、面内分布が±１０％から±２０％まで悪くなっ
たのに対し、本発明のルツボではほとんど変化しなかっ
た。

以上のように、本発明の分子線源は、従来問題になって
いた均一性の経時変化や欠陥発生の問題を全て解決でき
、実用上の改善効果は著しい。

以上の説明では、ルツボの材料はｐＢＮに限って述べた
が、一般的には、グラファイトやアルミナ、あるいはＴ
ａ、Ｍｏ、Ｗなどでも同様の効果があることはいうまで
もない。また、第３図（ａ）において段の数を２つ以上
に増やして、それぞれに孔あき板を設けても同様の効果
が得られる。同（ｂ）で−も、同じく途中の穴あき板の
数をふやしでもかまわない。この場合にけ、穴は１コで
なく多数あけてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の代表的分子線源の断面図、第２図は従来
のルツボ形状を用いた際の問題点を説明する図、第３図
は本発明の分子線源におけるｐ　１））１ルツボの形状
を示す図である。ｌ・・・ルツボ本体、２・・・ヒータ、３・・・熱電対
、４・・・ソース材、５・・・シー・ルド、７・・・多
孔ふた、８・・・内部ふた。代理人　弁理士　ｉ明≠丁）案２国４　（ト）（ａ）（０Ｌ）　（Ｃ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、分子線エピタキシー装置の分子線源に用いる一方向
に開口したルツボにおいて、ソー・ス物質よりも出口側
にもうけた穴あきしきり板と、出口にもうけた複数個の
穴のあいたフタを有し、上記しきり板の穴とフタの穴と
の位置を基板結晶からルツボ内のソース物質が直視され
ない位置に配置したことを特徴とする分子線源用ルツボ
。２、特許請求の範囲第１項記載のルツボにおいて、ルツ
ボの内径を途中で変化させ、その段差部分に穴あきしき
り板をもうけた分子線源用ルツボ。３、特許請求の範囲第１項記載のルツボにおいて、ルツ
ボの側壁のテーパーをもたせ、その内壁の途中にひっか
かるような直径のしきり板をもうけた分子線源用ルツボ
。