JPS60152022A - 分子線エピタキシヤル成長装置 - Google Patents
分子線エピタキシヤル成長装置Info
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- JPS60152022A JPS60152022A JP734084A JP734084A JPS60152022A JP S60152022 A JPS60152022 A JP S60152022A JP 734084 A JP734084 A JP 734084A JP 734084 A JP734084 A JP 734084A JP S60152022 A JPS60152022 A JP S60152022A
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- 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
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- Power Engineering (AREA)
- 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】
、産−業↓９−利団１分Ｉｒ一
本発明は分子線エピタキシャル成長装置に関する。更に
詳しくは、杏発明は基板上に厚さ並びに種類の異なる層
を交互に、周期的に積層して、マイクロ／ＪＪＬ素子あ
るいは発光・受光素子として使用する４３．結晶薄膜周
期構造を形成するための分子線エピタキシャル成長装置
に関する。
詳しくは、杏発明は基板上に厚さ並びに種類の異なる層
を交互に、周期的に積層して、マイクロ／ＪＪＬ素子あ
るいは発光・受光素子として使用する４３．結晶薄膜周
期構造を形成するための分子線エピタキシャル成長装置
に関する。
ＪＬ米ＪＬ附
化合物半導体デバイス、峙に光デバイスの製法として、
薄い一様な層の成長、成分元素組成比の制御の容易さか
らエピタキシャル成長方法が一般的に利用されている。
薄い一様な層の成長、成分元素組成比の制御の容易さか
らエピタキシャル成長方法が一般的に利用されている。
なかでも、最近特に注目されている技術として、分子線
エピタキシャル成長方法（以下筒車のためにｒ ＭＢＩ
Ｅ成長法」という）が知られており、例えばＷ、Ｔ、
Ｔｓａｎｇにより日経エレクトロニクスＮｏ、３０８，
１６３ （１’１Ｂ３）において、該ｉ叶成長法並びに
薄膜周期構造を利用したデバイスが計則に説明されてい
る。
エピタキシャル成長方法（以下筒車のためにｒ ＭＢＩ
Ｅ成長法」という）が知られており、例えばＷ、Ｔ、
Ｔｓａｎｇにより日経エレクトロニクスＮｏ、３０８，
１６３ （１’１Ｂ３）において、該ｉ叶成長法並びに
薄膜周期構造を利用したデバイスが計則に説明されてい
る。
このＭ［ｌＥ成長法に従えば、発光部に厚さ数１０人〜
数１００人種程度の種類の異なる超薄膜層をアロイ・ク
ラスフの形成なしに交互に、周期的に積層することによ
り、第１図に示すような多重量子井戸型レーザを製造す
ることが可能となる。
数１００人種程度の種類の異なる超薄膜層をアロイ・ク
ラスフの形成なしに交互に、周期的に積層することによ
り、第１図に示すような多重量子井戸型レーザを製造す
ることが可能となる。
従来のｎ＋−ｖ族化合物半導体薄膜周期構造形成のため
のＭＢＥ成長法においては、例えば第２図に示すような
構造を有する装置が使用されている（特公昭５７−４７
１６０号および特開昭５７−１１８９９号公報参照）。
のＭＢＥ成長法においては、例えば第２図に示すような
構造を有する装置が使用されている（特公昭５７−４７
１６０号および特開昭５７−１１８９９号公報参照）。
第２図に示したＭＩＬＥ成長装置では、成長室Ｉ内にお
いて基板２は基板ボルダ−３上に保持され、且つセル４
および５の中心軸の交叉する位置に設置されている。該
セル４および５にば夫々原料（Δ）６および（Ｂ）７が
収納されていて、これらから蒸発した原料の分子線が基
板２に照射される。各セル４または５は特開昭５７−１
１８９９号に記載されているようにセルシャンク−８ま
たは９を有しており、これらを交互に所定の周期で開閉
することにより原料（Ａ）および（Ｂ）の分子線を基板
に照射し、該基板上に種類の異なる化合物半導体薄膜を
交互に周期的に形成し得るようにな＞−ｒいる。
いて基板２は基板ボルダ−３上に保持され、且つセル４
および５の中心軸の交叉する位置に設置されている。該
セル４および５にば夫々原料（Δ）６および（Ｂ）７が
収納されていて、これらから蒸発した原料の分子線が基
板２に照射される。各セル４または５は特開昭５７−１
１８９９号に記載されているようにセルシャンク−８ま
たは９を有しており、これらを交互に所定の周期で開閉
することにより原料（Ａ）および（Ｂ）の分子線を基板
に照射し、該基板上に種類の異なる化合物半導体薄膜を
交互に周期的に形成し得るようにな＞−ｒいる。
このような計１叶成長法では、一方のシャッターが開い
ている間他方のシャッターは閉しられていることになる
が、一般に■−■族化合物半導体をＭｉｌｌｉ成長させ
る場合、原料セルは通常７００〜１０００℃の高温度に
加熱されている。このため、セルシャッターは閉じられ
ている間に加熱されて不純ガスを発生ずる。このような
不純ガスが成長している薄膜内に取り込まれた場合には
、薄膜の電気特性が著しく劣１しされるごとになる。
ている間他方のシャッターは閉しられていることになる
が、一般に■−■族化合物半導体をＭｉｌｌｉ成長させ
る場合、原料セルは通常７００〜１０００℃の高温度に
加熱されている。このため、セルシャッターは閉じられ
ている間に加熱されて不純ガスを発生ずる。このような
不純ガスが成長している薄膜内に取り込まれた場合には
、薄膜の電気特性が著しく劣１しされるごとになる。
更に、上記のセルシャッターからの不純ガス発生の問題
とは別に、シャッターを閉じることによ１てセル温度自
体が影響を受り、結果として百度シャンク−を開いた際
に原料分子線強度のオーバーシュートを引き起こす。こ
のような現象は化合物半導体薄膜の膜厚制御並びに混晶
の場合には膜ｆｉｌ成の制御を困難にする。従って、薄
膜周期構造を形成する際の周期性も低下することになる
。
とは別に、シャッターを閉じることによ１てセル温度自
体が影響を受り、結果として百度シャンク−を開いた際
に原料分子線強度のオーバーシュートを引き起こす。こ
のような現象は化合物半導体薄膜の膜厚制御並びに混晶
の場合には膜ｆｉｌ成の制御を困難にする。従って、薄
膜周期構造を形成する際の周期性も低下することになる
。
また、通′１πの成長速度で単原子層あるいは２原子層
といった極めて薄い半導体層を成長させるためには、セ
ルシャンク−の開放時間を著しく短くする必要があるが
、該シャック−の機械的精度を考慮すると、開放時間誤
差が大きくなり、一定周期のｉＩＱを成長させることは
困ｙ：μになる。
といった極めて薄い半導体層を成長させるためには、セ
ルシャンク−の開放時間を著しく短くする必要があるが
、該シャック−の機械的精度を考慮すると、開放時間誤
差が大きくなり、一定周期のｉＩＱを成長させることは
困ｙ：μになる。
介泗沌旦追
本発明の目的は、前記の従来［１旺成長装置におけ−る
セルシャッターの開閉に伴って生ずる■−■族化合物半
導体薄膜周期構造の電気特性の劣化並びに周期性の劣化
を防止すると共に、極薄膜の半導体層を形成することの
できるＭＩＩＩＥ成長装置を提供することにある。
セルシャッターの開閉に伴って生ずる■−■族化合物半
導体薄膜周期構造の電気特性の劣化並びに周期性の劣化
を防止すると共に、極薄膜の半導体層を形成することの
できるＭＩＩＩＥ成長装置を提供することにある。
光則ｑ椹或
本発明者等は上記従来装置の有する諸欠点を克服すべく
種々検削、研究した結果、Ｍｌｌε成長装置の成長室を
仕切り板で分割し、又該仕切り板先端かつ基板ホルダ前
方に分割された隔室の数に対応するスリットを有するマ
スクを設け、基板ホルダを回転することにより前記従来
法の諸欠点が効果的に解消しｉ４ることを知り、このよ
うな知見に基づき本発明を完成した。
種々検削、研究した結果、Ｍｌｌε成長装置の成長室を
仕切り板で分割し、又該仕切り板先端かつ基板ホルダ前
方に分割された隔室の数に対応するスリットを有するマ
スクを設け、基板ホルダを回転することにより前記従来
法の諸欠点が効果的に解消しｉ４ることを知り、このよ
うな知見に基づき本発明を完成した。
ＥｌＪら、本発明のト１肝成長装置は、基板を支持し且
つ該基板の表面と垂直な軸で回転可能な基板ホルダと、
該基板ホルダの回転軸を中心としその半径方向に該成長
室を仕ＬＩＪす、単結晶薄膜周期構造を形成するのに必
要な原料収納セルを夫々収納する複数の隔室を画成する
仕切り板と、該基板表面かくして、基板ボルダのＭＢＥ
成長装置によれば、セルシャッターの存在を必要としな
いので、このツヤツタ−の開閉に伴う前記従来法の欠点
を克服し、しかも従来のＭＢＥ成長装置により達成し得
る以上に一様かつ極薄膜層を基板上に形成することが可
能となった。
つ該基板の表面と垂直な軸で回転可能な基板ホルダと、
該基板ホルダの回転軸を中心としその半径方向に該成長
室を仕ＬＩＪす、単結晶薄膜周期構造を形成するのに必
要な原料収納セルを夫々収納する複数の隔室を画成する
仕切り板と、該基板表面かくして、基板ボルダのＭＢＥ
成長装置によれば、セルシャッターの存在を必要としな
いので、このツヤツタ−の開閉に伴う前記従来法の欠点
を克服し、しかも従来のＭＢＥ成長装置により達成し得
る以上に一様かつ極薄膜層を基板上に形成することが可
能となった。
本発明のＦ１旺成装置においては、まず必要個数の仕切
り板を超高真空チャンバ即ち成長室内に設りる。これら
の仕切り板は基板ホルダの中心軸において交わり、該軸
から放射状に伸びた状態で設置されて該成長室に所定数
の隔室を形成する。隔室の個数は薄膜周期構造の形成に
必要とされるセルの数に対応する。
り板を超高真空チャンバ即ち成長室内に設りる。これら
の仕切り板は基板ホルダの中心軸において交わり、該軸
から放射状に伸びた状態で設置されて該成長室に所定数
の隔室を形成する。隔室の個数は薄膜周期構造の形成に
必要とされるセルの数に対応する。
該隔室の各々には少なくとも１つあ゛ζ半導体層形成川
用別収納セルが設りられており、該セルから原料が蒸発
されて分子線を発する。該セルには従来のＭＢＥ成長装
置におけるようなセルシャンク−は設りられていないが
、各セルからの分子線相互間の混合は前記仕切り板によ
って防止される。
用別収納セルが設りられており、該セルから原料が蒸発
されて分子線を発する。該セルには従来のＭＢＥ成長装
置におけるようなセルシャンク−は設りられていないが
、各セルからの分子線相互間の混合は前記仕切り板によ
って防止される。
このようにセルシャッターを省き、その代わりにダに平
行に近接した状態で、通常は円板状のマスクが設りられ
ている。該マスクは基板よりも大きな寸法を有して全体
として基板表面を成長室から遮蔽している。また、マス
クには前記隔室の各々に対応する位置にスリンＩ・が設
けられていて、該スリットの幅は自由に調節できるよう
になっている。
行に近接した状態で、通常は円板状のマスクが設りられ
ている。該マスクは基板よりも大きな寸法を有して全体
として基板表面を成長室から遮蔽している。また、マス
クには前記隔室の各々に対応する位置にスリンＩ・が設
けられていて、該スリットの幅は自由に調節できるよう
になっている。
該スリン１−幅の調節は種々の方法によって行うことが
でき、例えば固定したマスクのいずれかのＩＪ！！Ｉに
同様なマスクを設りこれを固定マスクと相対的に手動も
しくは電動式に回転させることにより達成することがで
きる。また、各スリット幅を別々に調節したい場合には
、固定したマスクのいずれかの側に夫々別々に回転し得
る遮蔽板を設け、これらを手動式、電動式で回転さ・υ
ることにより実施できる。
でき、例えば固定したマスクのいずれかのＩＪ！！Ｉに
同様なマスクを設りこれを固定マスクと相対的に手動も
しくは電動式に回転させることにより達成することがで
きる。また、各スリット幅を別々に調節したい場合には
、固定したマスクのいずれかの側に夫々別々に回転し得
る遮蔽板を設け、これらを手動式、電動式で回転さ・υ
ることにより実施できる。
このマスクは従来技術におりるセルシャック−と同様な
機能を有するが、これ自体が異常に加熱されて不純ガス
を発生したり、セル内の温度を揺乱したりする。とはな
く、従って従来法の有する欠点を伴・う恐れはない。
機能を有するが、これ自体が異常に加熱されて不純ガス
を発生したり、セル内の温度を揺乱したりする。とはな
く、従って従来法の有する欠点を伴・う恐れはない。
前記基板とマスクとの間隔は異常に大きくない限り特に
制限されないが、該間隔を２ｍｍ以内とすることにより
良好な結果を（ηることができる。
制限されないが、該間隔を２ｍｍ以内とすることにより
良好な結果を（ηることができる。
とができる。しかしながら、均一かつ周期性のよい薄膜
周期構造を形成するためには基板が該スリットを通過す
る時間が、該基板の中心からの距離によらず一定でなけ
ればならない。そのためには、基板ホルダは通席一定回
転速度で回転されるので、スリットの形状を扇型とする
ことが有利である。
周期構造を形成するためには基板が該スリットを通過す
る時間が、該基板の中心からの距離によらず一定でなけ
ればならない。そのためには、基板ホルダは通席一定回
転速度で回転されるので、スリットの形状を扇型とする
ことが有利である。
かくして、一定の膜厚且つ一定の周期の結晶層の成長を
保証することができる。
保証することができる。
半導体薄膜層の厚さの変更は基板ホルダの回転速度もし
くはスリットの幅、好ましくは扇型の中心角を変えるこ
とにより而単に変更することができる。
くはスリットの幅、好ましくは扇型の中心角を変えるこ
とにより而単に変更することができる。
同様に半導体薄膜層間の膜厚比の調節は各スリンｌ−の
幅が独立に変更し得るので容易であり、更に該調節は予
め各セル温度を調整することによっでも可能である。
幅が独立に変更し得るので容易であり、更に該調節は予
め各セル温度を調整することによっでも可能である。
更に、ＭＩＩＥ成長装置を前述のような構成としたこと
により１１χ原子層あるいは２原子層といった極薄Ｎ層
を良好な結晶がｆｉられる成長速度で成長さ−ｌること
ができる。
により１１χ原子層あるいは２原子層といった極薄Ｎ層
を良好な結晶がｆｉられる成長速度で成長さ−ｌること
ができる。
限するものではない。
一実Ｊｌ夕１１−
第３図は、本発明のＭＢＥ成長装置の実施例を説明する
ための図で、成長室を」二から見たものである。第３し
ｌにおいては、成長室内の■周分子線相互の混合を防く
ために仕切り板ＩＯを設けている。
ための図で、成長室を」二から見たものである。第３し
ｌにおいては、成長室内の■周分子線相互の混合を防く
ために仕切り板ＩＯを設けている。
仕切り板ＩＯの先端には、基板ボルダ１１、基板１２と
平行に、基板との間隙２１ＩＩＩＩ１以内でマスク板１
３が配置されている。このマスク板１３は、基板より径
の大きな円板であり、第４図に示すように仕切り板ｌＯ
に対して互いに反対側の２ケ所に扇型のスリット１９．
２０が設けられζいる。これらのスリット１９．２０の
扇型の中心角は可変になっている。
平行に、基板との間隙２１ＩＩＩＩ１以内でマスク板１
３が配置されている。このマスク板１３は、基板より径
の大きな円板であり、第４図に示すように仕切り板ｌＯ
に対して互いに反対側の２ケ所に扇型のスリット１９．
２０が設けられζいる。これらのスリット１９．２０の
扇型の中心角は可変になっている。
第３図において、セル１６．１８にはそれぞれ■麹原料
（Ａ） １５、■麹原料（Ｂ）１７が収納されている。
（Ａ） １５、■麹原料（Ｂ）１７が収納されている。
この状態で、基板ボルダ１１は回転軸１４を中心として
回転できるようになっており、これを回転することによ
り基板１２上に■麹原料（Ａ）１５からなるｍ−ｖ族化
合物半導体ｇ膜と、■麹原料（Ｂ）であるので、一定周
期の厚さの結晶を成長させることができまた、１■−Ｖ
族化合物半導体単結晶薄膜周期構造の周期は、基板ホル
ダ１１の回転速度もしくはスリット１９．２０の中心角
を変えることによって簡単に変更することができる。更
に、■麹原料（Ａ１からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
薄膜と、■麹原料（Ｂ）からなるｍ−ｖ族化合物半導体
薄膜の膜厚の比は、スリット１９．２０の中心角が独立
に可変であるので容易に変更できる。この膜厚比の調節
は予め各セルの温度を調整することによっ°ζも可能で
ある。
回転できるようになっており、これを回転することによ
り基板１２上に■麹原料（Ａ）１５からなるｍ−ｖ族化
合物半導体ｇ膜と、■麹原料（Ｂ）であるので、一定周
期の厚さの結晶を成長させることができまた、１■−Ｖ
族化合物半導体単結晶薄膜周期構造の周期は、基板ホル
ダ１１の回転速度もしくはスリット１９．２０の中心角
を変えることによって簡単に変更することができる。更
に、■麹原料（Ａ１からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
薄膜と、■麹原料（Ｂ）からなるｍ−ｖ族化合物半導体
薄膜の膜厚の比は、スリット１９．２０の中心角が独立
に可変であるので容易に変更できる。この膜厚比の調節
は予め各セルの温度を調整することによっ°ζも可能で
ある。
既に述べたように第２図に示すような従来のＭＢＢ成長
装置ではセルシャッター８および９を交互に一定の周期
で開閉することにより半導体薄膜周期邦）造をＩＦζい
た。しかしながら、セルシャック−を閉鎖状態に維持す
ることに起因するいくつかの大きな問題があった。
装置ではセルシャッター８および９を交互に一定の周期
で開閉することにより半導体薄膜周期邦）造をＩＦζい
た。しかしながら、セルシャック−を閉鎖状態に維持す
ることに起因するいくつかの大きな問題があった。
まず、セルシャック−はその閉鎖中に加熱されて不純ガ
スを発生ずる。該不純ガスが成長中の薄膜内に取り込ま
れると、薄膜の電気特性の劣化を引き起ごず。第５図、
第６図は、」二記の内容に関する測定結果を示したもの
である。まず、第５図は、四重極質量分析装置を用いて
、セルシャッター８または９を閉じた後の、不純ガス量
の変化を調べた結果である。これによればセルシャッタ
ーを閉した直後にＨ３Ｏ＋やｃｏ”の質量ピーク強度が
酬間的ではあるが増大しており、不純ガス量が増大して
いることが分かる。また、第６図は、例えば■ｎＧａＡ
ｓ単結晶Ｈ膜において得られた結果であからの不純ガス
発止といった問題とは別に、セルシャッターを閉じたこ
とによって、セル温度そのものが揺乱を受ける結果、再
度セルシャンク−８または９を開いたときに、■麹原料
（Ｂ）７０分子線強度にオーバーシューＩ・を引き起ご
ず。このことは、■麹原料（Ｂ）７から成るＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体Ｈ９膜の映ＪＩ制御性ならびに混晶の場
合にはＷＩｙ組成の制御性を悪くする。第７図、第８図
、第９図は上記の内容に関する測定結果を１■族元素と
してＩｎ、 Ｇａを有する混晶の場合について示したも
のである。
スを発生ずる。該不純ガスが成長中の薄膜内に取り込ま
れると、薄膜の電気特性の劣化を引き起ごず。第５図、
第６図は、」二記の内容に関する測定結果を示したもの
である。まず、第５図は、四重極質量分析装置を用いて
、セルシャッター８または９を閉じた後の、不純ガス量
の変化を調べた結果である。これによればセルシャッタ
ーを閉した直後にＨ３Ｏ＋やｃｏ”の質量ピーク強度が
酬間的ではあるが増大しており、不純ガス量が増大して
いることが分かる。また、第６図は、例えば■ｎＧａＡ
ｓ単結晶Ｈ膜において得られた結果であからの不純ガス
発止といった問題とは別に、セルシャッターを閉じたこ
とによって、セル温度そのものが揺乱を受ける結果、再
度セルシャンク−８または９を開いたときに、■麹原料
（Ｂ）７０分子線強度にオーバーシューＩ・を引き起ご
ず。このことは、■麹原料（Ｂ）７から成るＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体Ｈ９膜の映ＪＩ制御性ならびに混晶の場
合にはＷＩｙ組成の制御性を悪くする。第７図、第８図
、第９図は上記の内容に関する測定結果を１■族元素と
してＩｎ、 Ｇａを有する混晶の場合について示したも
のである。
第７図は、真空ゲージを用いて、セルシャック−を例え
ば約３分開閉した後、再び開いたときの６８分子線強度
（Ｔｏｒｒ、以下間し）変化を測定した結果である。セ
ルシャック−を開いた直後に、分子線強度がオーバーシ
ュートし、その後本来の分子線強度に安定するまで１〜
２分を要することがわかる。オーバーシュートの大きさ
は異なるが、同様の現象は、Ｉｎ分子線強度でも観察さ
糺た。
ば約３分開閉した後、再び開いたときの６８分子線強度
（Ｔｏｒｒ、以下間し）変化を測定した結果である。セ
ルシャック−を開いた直後に、分子線強度がオーバーシ
ュートし、その後本来の分子線強度に安定するまで１〜
２分を要することがわかる。オーバーシュートの大きさ
は異なるが、同様の現象は、Ｉｎ分子線強度でも観察さ
糺た。
また第８図は例えば、ＩｎＰ基板上にＩｎｘ Ｇａｐ−
）＜へＳ成長したときのＩｎＧａＡｓとＩｎＰ基板の１
Δａ／ａｌｎＰニートは、そのまま第８図のフランクス
強度比の制御性の低下につながり、１Δρ／（ｌ ｌず
なわちＩｎＸＧａ１−ウＡｓ単結晶薄膜の組成制御性も
低下する。
）＜へＳ成長したときのＩｎＧａＡｓとＩｎＰ基板の１
Δａ／ａｌｎＰニートは、そのまま第８図のフランクス
強度比の制御性の低下につながり、１Δρ／（ｌ ｌず
なわちＩｎＸＧａ１−ウＡｓ単結晶薄膜の組成制御性も
低下する。
現に第７図で示したようなオーバーシュートの存在する
状態でＭＢＥ成長したＩｎＸＧａｐ−ＸＡｓ層の厚さ方
向の組成分布をオージェ電子分光（ＡＩ！Ｓ’ ）分析
した結果、第９図に示すように、セルシャッター開放直
後、ずなわちＩｎＸＧａＩ−ｇへｓ／Ｉｎ＋’基板界面
近傍でＩｎとＧａの組成比に勾配が見られ、組成制御性
が悪いことがわかる。
状態でＭＢＥ成長したＩｎＸＧａｐ−ＸＡｓ層の厚さ方
向の組成分布をオージェ電子分光（ＡＩ！Ｓ’ ）分析
した結果、第９図に示すように、セルシャッター開放直
後、ずなわちＩｎＸＧａＩ−ｇへｓ／Ｉｎ＋’基板界面
近傍でＩｎとＧａの組成比に勾配が見られ、組成制御性
が悪いことがわかる。
また、第９図は同じ＜ ＩｎＰ基板上にｌ ｎ （１，
Ｇ ａ ｏｃ＾Ｓ・成長したときの■族（Ｇａ、 Ｉｎ
）分子線強度と成長速度（μｍ ／ｈｒ、 ）との相関
性について、得られた実験結果を示したものである。第
７図の場合では、オーバーシュートにより、Ｇａ分子線
強度は、本来の強度の約１．２〜１．４倍にまで上昇し
°θおり、また、Ｉｎ分子線強度においてもオーバーシ
ュートが観測されていることから、第１０図のＧａ ＋
Ｉｎビーム強度も１．２〜１．４倍以上の値となり、
成長速度６１．２〜１．４倍以上になる。このように、
セルシ構造形成のためのＭＢＩ！成長装置においては、
セルシャッターの開閉によって■周分子線の切り換えを
行なうことにより、不純ガスの発生、分子線強度の揺乱
を引き起こすことになり、このため薄膜の電気的特性を
劣化させ、また膜厚制御性、あるいは混晶の場合には薄
膜組成制御性に悪影響を及ぼし、薄膜周期構造を形成し
た際の周期性劣化を引き起こすという欠点を有する。
Ｇ ａ ｏｃ＾Ｓ・成長したときの■族（Ｇａ、 Ｉｎ
）分子線強度と成長速度（μｍ ／ｈｒ、 ）との相関
性について、得られた実験結果を示したものである。第
７図の場合では、オーバーシュートにより、Ｇａ分子線
強度は、本来の強度の約１．２〜１．４倍にまで上昇し
°θおり、また、Ｉｎ分子線強度においてもオーバーシ
ュートが観測されていることから、第１０図のＧａ ＋
Ｉｎビーム強度も１．２〜１．４倍以上の値となり、
成長速度６１．２〜１．４倍以上になる。このように、
セルシ構造形成のためのＭＢＩ！成長装置においては、
セルシャッターの開閉によって■周分子線の切り換えを
行なうことにより、不純ガスの発生、分子線強度の揺乱
を引き起こすことになり、このため薄膜の電気的特性を
劣化させ、また膜厚制御性、あるいは混晶の場合には薄
膜組成制御性に悪影響を及ぼし、薄膜周期構造を形成し
た際の周期性劣化を引き起こすという欠点を有する。
ところで、良好な結晶が得られる成長速度で単原子層或
いは２原子層といった極薄膜を成長させるには、シャッ
ターの開閉の操作間隔を著しく短くしなければならない
。例えば１時間０．５μｍという通常用いられる成長速
度を考えた場合、５人の膜厚の半導体層を成長させるた
めには３．６秒間でシャック−を閉じなければならない
。このような短い時間間隔でのシャンク−の開閉では、
機械的に動くシャッターの機構を考えると成長時間の誤
差はかなり大きくなると考えられる。本発明による成長
装置では、各層の成長時間は、第４図におりる扇形スリ
ンＨ９またば２０を基板が通過する時間となる。スリッ
トの構造上の精度とスリットの成長速度の分子線強度で
あれば、基板ホルダーの回転速度が３．６秒間に３０゛
であれば５人の層厚の成長が可能となる。この回転速度
は、１．３９ ｒ ｐｍとなり、極めて精度良く回転さ
せることのできる回転速度であると言える。
いは２原子層といった極薄膜を成長させるには、シャッ
ターの開閉の操作間隔を著しく短くしなければならない
。例えば１時間０．５μｍという通常用いられる成長速
度を考えた場合、５人の膜厚の半導体層を成長させるた
めには３．６秒間でシャック−を閉じなければならない
。このような短い時間間隔でのシャンク−の開閉では、
機械的に動くシャッターの機構を考えると成長時間の誤
差はかなり大きくなると考えられる。本発明による成長
装置では、各層の成長時間は、第４図におりる扇形スリ
ンＨ９またば２０を基板が通過する時間となる。スリッ
トの構造上の精度とスリットの成長速度の分子線強度で
あれば、基板ホルダーの回転速度が３．６秒間に３０゛
であれば５人の層厚の成長が可能となる。この回転速度
は、１．３９ ｒ ｐｍとなり、極めて精度良く回転さ
せることのできる回転速度であると言える。
このように本発明による薄膜周期構造の成長装置では、
セルシャッター即ちマスク１３は品に開放状態にあり、
成長を終了するときのみ、マスク１３を閉じれば良い。
セルシャッター即ちマスク１３は品に開放状態にあり、
成長を終了するときのみ、マスク１３を閉じれば良い。
この結果、セルシャッターの開閉を周期的に行う従来の
’ ＭｎＥ成長装置において問題となる、結晶の成長途
中における不純ガスの発生や分子線強度の揺乱が全く起
こらなくなり、含有不純物量の少ないかつ、厚さ方向の
組成の均一な結晶成長が可能となり、また単原子層とい
った極めて薄い半導体層の周期構造を高精度で形成する
こともできる。
’ ＭｎＥ成長装置において問題となる、結晶の成長途
中における不純ガスの発生や分子線強度の揺乱が全く起
こらなくなり、含有不純物量の少ないかつ、厚さ方向の
組成の均一な結晶成長が可能となり、また単原子層とい
った極めて薄い半導体層の周期構造を高精度で形成する
こともできる。
本態様によるＭＢＥ成長装置は、従来の気相エピタキシ
ャル（ｖＰＥ）成長における二成長室法に類似している
が、ＭＢＩＥ成長方法における分子線の方向性は、ｖｌ
）［成長方法におりるガス流の方向性よりも著しく良い
と考えられ、ゆえに第３図に示すいために、仕切り板と
基板との間隙でのガス流相互の混合も大きくなる。現に
現在のＶＰＥ成長にお＆Ｊる二成長室法では、１つの成
長室内での成長が終われば、一旦その成長室から基板を
引き抜いた後、基板を次の成長室内に挿入するという操
作を行なっており、真に成長室出口部分での成長ではな
い。このような■作に比べて、本発明のＭＢＩＥ成長装
置によれば、基板の引き抜きや挿入といった余分なＷ作
が不要となり、１榮作性が著しく筒１１１１）化され、
ひいては成長層の良好な連続性、周期性を（ｉ？ること
か容易となる。
ャル（ｖＰＥ）成長における二成長室法に類似している
が、ＭＢＩＥ成長方法における分子線の方向性は、ｖｌ
）［成長方法におりるガス流の方向性よりも著しく良い
と考えられ、ゆえに第３図に示すいために、仕切り板と
基板との間隙でのガス流相互の混合も大きくなる。現に
現在のＶＰＥ成長にお＆Ｊる二成長室法では、１つの成
長室内での成長が終われば、一旦その成長室から基板を
引き抜いた後、基板を次の成長室内に挿入するという操
作を行なっており、真に成長室出口部分での成長ではな
い。このような■作に比べて、本発明のＭＢＩＥ成長装
置によれば、基板の引き抜きや挿入といった余分なＷ作
が不要となり、１榮作性が著しく筒１１１１）化され、
ひいては成長層の良好な連続性、周期性を（ｉ？ること
か容易となる。
第３図において仕切り板１０の両側に、■族元素（Ａ）
１５および（Ｂ）１７のセル１６および１８を備えた例
につい”ζ上述したが、２種類の半導体層を形成させる
ために必要な■族および■族原料を備えた複数のセルを
それぞれ仕切り板の両側に設けることにより種々の半導
体薄膜周期構造を形成することも勿論可能である。例え
ば仕切り板の右側にＩｎ、Ｇａ、八Ｓのセルを、左側に
叔、Ｇａ、 Ａｓ、 Ｓｂのセルを設レノて、Ｉｎｘ
Ｇａｐ−ｘＡｓ／ Ｍｙ Ｇａ１−ｙＡｓｚ ５ｂｌ−
２の周り、この仕切り板の先端に扇形のスリットをもっ
たマスクを備えることにより、分子線相互の混合を防ぎ
、各セルシャッターを雷に開放した状態で、基板ホルダ
ーを回転させることによって、セルシャッターからの不
純ガスの発生並びに、分子線強度の揺乱を解消すること
ができ、その結束、著しく周１す１性が良く、かつ非′
１階に薄い’ｌ’１−ｉ １１ＩＩＪ薄膜周＋１１Ｊ構
造を簡単に形成することができることである。
１５および（Ｂ）１７のセル１６および１８を備えた例
につい”ζ上述したが、２種類の半導体層を形成させる
ために必要な■族および■族原料を備えた複数のセルを
それぞれ仕切り板の両側に設けることにより種々の半導
体薄膜周期構造を形成することも勿論可能である。例え
ば仕切り板の右側にＩｎ、Ｇａ、八Ｓのセルを、左側に
叔、Ｇａ、 Ａｓ、 Ｓｂのセルを設レノて、Ｉｎｘ
Ｇａｐ−ｘＡｓ／ Ｍｙ Ｇａ１−ｙＡｓｚ ５ｂｌ−
２の周り、この仕切り板の先端に扇形のスリットをもっ
たマスクを備えることにより、分子線相互の混合を防ぎ
、各セルシャッターを雷に開放した状態で、基板ホルダ
ーを回転させることによって、セルシャッターからの不
純ガスの発生並びに、分子線強度の揺乱を解消すること
ができ、その結束、著しく周１す１性が良く、かつ非′
１階に薄い’ｌ’１−ｉ １１ＩＩＪ薄膜周＋１１Ｊ構
造を簡単に形成することができることである。
第１図は多重量子井戸型レーザの揖略図であり、第２図
はＩｎ’−Ｖ族化合物半導体ｆｒも結晶薄膜周期構造を
形成するための従来のＭＢｌｉ成長装置を説明するだめ
の図であり、第３図は本発明のＭＢＥ成長装置の概略図
であり、第４図は本発明の装置において使用するマスク
を示す図であり、第５図はセルンヤソターからの不純ガ
ス発生に関する測定結果であり、第６図はＩ ｎ ｏ、
ｑ Ｇ ａ Ｏ，４？ Ａ ｓ単結晶薄膜の残留不純物
キャリア濃度と電子移動度との関係を示すグラフであり
、第７図はセルシャッター開放直後における分子線強度
のオーバーシュートに関する測■０図は、Ｉ ｎ １）
５１ Ｇ ａ １１．４７八Ｓ中結晶薄膜の成長速度と
、■族（Ｇａ −１−Ｉｎ）う）１呻強度との関係につ
いての測定結果を示すグラフである。 （主な参照番号） Ａ −Ｐ型ＧａＡｓ、 Ｂ：１）型 ＧａｘＡＬ−ｘＡｓ、 Ｃ：ノンドーブＧａＡｓウェル、 Ｄ：ノンドーブＧ ａ ｘ Ａ！ ＋−ｘ Ａ Ｓバリ
ヤ、Ｅ ： ｎ型 Ｇ ａ ｘ Ｍｌ ｔ−ｘ Ａ ｓ
Ｆ；ｎ型ＧａＡｓ。 １・・成長室、２．１２・・基板、 ３．１１・・基板ホルダ、４．５．１６．１８・・セル
６．１５・・原料Ａ、７．１７・・原料Ｂ、８．９・・
セルシャッター、１０・・仕切す板１３・・マスク、１
４・・回転軸、 １９．２０・・スリット 特許出願人 工業技術院長 川田裕部 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｃ６” 第６図 千ぜり７ノ戦バＬ（Ｃ会Ｃり 第、７図 セルン’（−ｙター叩 第８図 ｙラックｚ ｒ−ｅ、＝ ： Ｆｔｎ ／ Ｆｔ、ａ第
９図
はＩｎ’−Ｖ族化合物半導体ｆｒも結晶薄膜周期構造を
形成するための従来のＭＢｌｉ成長装置を説明するだめ
の図であり、第３図は本発明のＭＢＥ成長装置の概略図
であり、第４図は本発明の装置において使用するマスク
を示す図であり、第５図はセルンヤソターからの不純ガ
ス発生に関する測定結果であり、第６図はＩ ｎ ｏ、
ｑ Ｇ ａ Ｏ，４？ Ａ ｓ単結晶薄膜の残留不純物
キャリア濃度と電子移動度との関係を示すグラフであり
、第７図はセルシャッター開放直後における分子線強度
のオーバーシュートに関する測■０図は、Ｉ ｎ １）
５１ Ｇ ａ １１．４７八Ｓ中結晶薄膜の成長速度と
、■族（Ｇａ −１−Ｉｎ）う）１呻強度との関係につ
いての測定結果を示すグラフである。 （主な参照番号） Ａ −Ｐ型ＧａＡｓ、 Ｂ：１）型 ＧａｘＡＬ−ｘＡｓ、 Ｃ：ノンドーブＧａＡｓウェル、 Ｄ：ノンドーブＧ ａ ｘ Ａ！ ＋−ｘ Ａ Ｓバリ
ヤ、Ｅ ： ｎ型 Ｇ ａ ｘ Ｍｌ ｔ−ｘ Ａ ｓ
Ｆ；ｎ型ＧａＡｓ。 １・・成長室、２．１２・・基板、 ３．１１・・基板ホルダ、４．５．１６．１８・・セル
６．１５・・原料Ａ、７．１７・・原料Ｂ、８．９・・
セルシャッター、１０・・仕切す板１３・・マスク、１
４・・回転軸、 １９．２０・・スリット 特許出願人 工業技術院長 川田裕部 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｃ６” 第６図 千ぜり７ノ戦バＬ（Ｃ会Ｃり 第、７図 セルン’（−ｙター叩 第８図 ｙラックｚ ｒ−ｅ、＝ ： Ｆｔｎ ／ Ｆｔ、ａ第
９図
Claims (5)
- （１） 高真空下に維持された成長室内でセル内に収納
された原料を所定方向に飛行さゼ、該成長室内に支持さ
れた基板表面に上記原料を付着させ単結晶とし゛ζ成長
させる分子線エピタキシャル成長装置であって、 該基板を支持し且つ該基板の表面と垂直な軸で回転可能
な基板ホルダと、該基板ホルダの回転軸を中心としその
半径方向に該成長室を仕切り、単結晶薄膜周期構造を形
成するのに必要な原料収納セルを夫々収納する複数の隔
室を画成する仕切り板と、該基板表面と平行且つこれに
近接して配置され、該隔室に対応する位置にスリットを
有するマスクとを具備することを特徴とする上記分子線
エピタキシャル成長装置。 - （２）前記マスクのスリット幅が同時にもしくは別々に
調節し得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の装置。 - （３）前記マスクのスリットが扇型形状であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 - （４）前記スリットと基板との間隔が２１１１１Ｍ以下
であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のい
ずれか１項に記載の装置。 - （５）前記成長室が２つの隔室に仕切られ、各隔室に２
種の半導体層を形成するのに必要な原料を備えた複数の
セルを夫々設りたことを特徴とする特許請求の範囲第５
項記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP734084A JPS60152022A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP734084A JPS60152022A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152022A true JPS60152022A (ja) | 1985-08-10 |
Family
ID=11663207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP734084A Pending JPS60152022A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60152022A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270813A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-12-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56107550A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-26 | Fujitsu Ltd | Molecular beam crystal growing process |
| JPS5844776A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-15 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池の製造装置 |
| JPS58197272A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-16 | Toshiba Corp | スパツタリング装置 |
-
1984
- 1984-01-20 JP JP734084A patent/JPS60152022A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56107550A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-26 | Fujitsu Ltd | Molecular beam crystal growing process |
| JPS5844776A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-15 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池の製造装置 |
| JPS58197272A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-16 | Toshiba Corp | スパツタリング装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61270813A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-12-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
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