JPS60161394A - 単結晶薄膜を形成するための分子線エピタキシヤル成長装置 - Google Patents
単結晶薄膜を形成するための分子線エピタキシヤル成長装置Info
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- JPS60161394A JPS60161394A JP1206384A JP1206384A JPS60161394A JP S60161394 A JPS60161394 A JP S60161394A JP 1206384 A JP1206384 A JP 1206384A JP 1206384 A JP1206384 A JP 1206384A JP S60161394 A JPS60161394 A JP S60161394A
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- growth
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
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】
産業上９別」−分界
本発明は分子線エピタキシャル成長装置にかんする。更
に詳しくはマイクロ波素子あるいは発光受光素子として
使用する単結晶薄膜を形成するｉめの分子線エビクキシ
ャル成長装置に関する。
に詳しくはマイクロ波素子あるいは発光受光素子として
使用する単結晶薄膜を形成するｉめの分子線エビクキシ
ャル成長装置に関する。
゛従米狡止
化合物半導体デバイス、特に光デバイスの製法として、
薄い一様な層の成長、成分元素組成比の割部の容易さか
らエピタキシャル成長方法が一＃−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（以下簡単のためにｒ ＭＢ
Ｅ成長法」という）が知られており、例えば−、Ｔ、
Ｔｓａｎｇにより日経エレクトロニクスＮ１１３０８．
１６３ （１９，８３）において、該ＭＢＥ成長法並び
に薄膜周期構造を利用したデバイスが詳細に説明されて
いる。
薄い一様な層の成長、成分元素組成比の割部の容易さか
らエピタキシャル成長方法が一＃−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（以下簡単のためにｒ ＭＢ
Ｅ成長法」という）が知られており、例えば−、Ｔ、
Ｔｓａｎｇにより日経エレクトロニクスＮ１１３０８．
１６３ （１９，８３）において、該ＭＢＥ成長法並び
に薄膜周期構造を利用したデバイスが詳細に説明されて
いる。
例えば、第１図に示すような多重量子井戸型レーザにお
いては、発光部に厚さ数１０人〜数１００人の種類の異
なる層を交互に周期的に形成する必要があり、またその
上層、下層には周期性を持たない多元組成の混晶単結晶
薄膜を形成する必要があり、このような場合にＭＢＥ成
長法は極めて有利である。
いては、発光部に厚さ数１０人〜数１００人の種類の異
なる層を交互に周期的に形成する必要があり、またその
上層、下層には周期性を持たない多元組成の混晶単結晶
薄膜を形成する必要があり、このような場合にＭＢＥ成
長法は極めて有利である。
従来のｍ−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５７−４７１
６０号および特開昭５７−１１８９９号公報ト照）。第
２図に示したＭＢＥ成長装置では、成長■１内において
基板２は基板ホルダー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には夫々原料（Ａ）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５７−１１８
９９号に記載されているようにセルシャッター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（Δ）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っている。
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５７−４７１
６０号および特開昭５７−１１８９９号公報ト照）。第
２図に示したＭＢＥ成長装置では、成長■１内において
基板２は基板ホルダー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には夫々原料（Ａ）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５７−１１８
９９号に記載されているようにセルシャッター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（Δ）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っている。
このようなＭＢＥ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ＭＢＥ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化されることになる。
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ＭＢＥ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化されることになる。
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ってセル温度
自体が影響を受け、結果として再度シャッターを開いた
際に原料分子線強度のオーバニシュートを引き起こす。
題とは別に、シャッターを閉じることによってセル温度
自体が影響を受け、結果として再度シャッターを開いた
際に原料分子線強度のオーバニ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
晶の場合には膜組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。
晶の場合には膜組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、前述のように単結晶薄膜周期構造の形成中に混晶
単結晶薄膜を形成する必要がある場合■１座に周期構造
形成操作から混晶単結晶形成操作に移行できるＭＢＥ成
長装置は今のところ知られていない。
単結晶薄膜を形成する必要がある場合■１座に周期構造
形成操作から混晶単結晶形成操作に移行できるＭＢＥ成
長装置は今のところ知られていない。
発」■月１吋
本発明の目的は前記従来のＭＢＥ成長装置におけるセル
シャッターの開閉に伴って生じる１ｌｌ−Ｖ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、周期構造と一層混晶の単結晶薄膜成
長への切換えを容易にするＭＢＥ成長装置を提供するこ
とにある。
シャッターの開閉に伴って生じる１ｌｌ−Ｖ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、周期構造と一層混晶の単結晶薄膜成
長への切換えを容易にするＭＢＥ成長装置を提供するこ
とにある。
鬼肌勿借戊
本発明者等は上記従来の装置の諸欠点に鑑み、種々検討
、研究した結果、該欠点を解消すると共に、周期構造と
一層混晶の単結晶薄膜成長への切負えを容易にするため
には成長室を仕切り板で分割１し、基板ホルダを回転な
らびに回転軸長手方向に移動し得るように構成すること
が有利であることを見出し本発明を完成した。
、研究した結果、該欠点を解消すると共に、周期構造と
一層混晶の単結晶薄膜成長への切負えを容易にするため
には成長室を仕切り板で分割１し、基板ホルダを回転な
らびに回転軸長手方向に移動し得るように構成すること
が有利であることを見出し本発明を完成した。
即ち、本発明のＭＢＥ成長装置は、高真空下に保たれた
成長室内でセル内に収納された原料を所定の方向に飛行
させ、該成長室内に支持された基板表面に上記原料を付
着させ単結晶として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、かつ該基板表面に対
し垂直な軸で回転可能であり、しかも該軸の長手方向に
移動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を具備することを特徴とす
る。
成長室内でセル内に収納された原料を所定の方向に飛行
させ、該成長室内に支持された基板表面に上記原料を付
着させ単結晶として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、かつ該基板表面に対
し垂直な軸で回転可能であり、しかも該軸の長手方向に
移動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を具備することを特徴とす
る。
かくして本発明のＭＢＢ成長装置によれば、成長中にお
けるセルシャッターの開閉を必要としないので、このシ
ャック−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成長装置では達成の困難であった、周期
構造と一層混晶の単結晶薄膜成長への切換えを極めて容
易に行うことができる。
けるセルシャッターの開閉を必要としないので、このシ
ャック−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成長装置では達成の困難であった、周期
構造と一層混晶の単結晶薄膜成長への切換えを極めて容
易に行うことができる。
本発明のＭＢＥ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ける。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ける。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つあて半導体層形成用原
料収納セルが設けられており、該セルから原料が蒸発さ
れて分子線を発する。各セルからの分子線相互間の混合
は前記の仕切り板によって防止される。このように成長
室内に仕切り板を設けることにより分子線相互間の混合
を防止することによって、薄膜層形成中にセルシャッタ
を開閉する必要はまったくなくなる。従って、該シャッ
ターの開閉に起因する上記従来法の欠点は完全に解消さ
れることになる。
料収納セルが設けられており、該セルから原料が蒸発さ
れて分子線を発する。各セルからの分子線相互間の混合
は前記の仕切り板によって防止される。このように成長
室内に仕切り板を設けることにより分子線相互間の混合
を防止することによって、薄膜層形成中にセルシャッタ
を開閉する必要はまったくなくなる。従って、該シャッ
ターの開閉に起因する上記従来法の欠点は完全に解消さ
れることになる。
本発明のＭＢＥ成長装置のもう一つの特徴は基板ホルダ
をその回転軸の長手方向に移動可能としたことにある。
をその回転軸の長手方向に移動可能としたことにある。
このように基板ホルダを構成することにより、仕切り板
の端部と基板との間の間隔を調節することができ、これ
によって周期構造と一層混晶の単結晶薄膜成長への即座
の切換えが保証される。更に詳細に記載するならば、周
期構造をこの基板゛スルダの移動のためには電動式もし
くは手動式の種々の公知の手段、例えばマニピュレータ
、スライド方式、スクリュ一方式の手段を利用すること
ができる。該基板ホルダは更にその中心を通る回転軸の
回りに回転し得るようになっており、これを一定周期で
回転させることにより基板上に前記セルから蒸発される
半導体原料を付着させ、薄膜周期構造を形成し、また基
板と仕切り板との間隔の変更と組み合せて一層混晶のが
結晶薄膜を成長・形成することが可能となる。
の端部と基板との間の間隔を調節することができ、これ
によって周期構造と一層混晶の単結晶薄膜成長への即座
の切換えが保証される。更に詳細に記載するならば、周
期構造をこの基板゛スルダの移動のためには電動式もし
くは手動式の種々の公知の手段、例えばマニピュレータ
、スライド方式、スクリュ一方式の手段を利用すること
ができる。該基板ホルダは更にその中心を通る回転軸の
回りに回転し得るようになっており、これを一定周期で
回転させることにより基板上に前記セルから蒸発される
半導体原料を付着させ、薄膜周期構造を形成し、また基
板と仕切り板との間隔の変更と組み合せて一層混晶のが
結晶薄膜を成長・形成することが可能となる。
半導体単結晶薄膜周期構造の周期は前記基板ホルダの回
転周期を変えることにより簡単に変えることができる。
転周期を変えることにより簡単に変えることができる。
更に、半導体薄膜層間の膜厚比の調節は予め各セル温度
を調整することによって実施することができる。
を調整することによって実施することができる。
実脇■
以下、添付図を参照して記載される従来法と本発明との
比較、実施例により本発明のＭＢＥ成長成長今様す図で
あり、成長室を上からみ見た図である。第３図のＭＢＥ
成長装置においては、成長室１内の■族分子線相互の混
合を防止するために仕切り板１０を設けである。本恕様
において仕切り板１０は基板２の中心を通り、これとは
垂直に直径方向に伸びた１枚の板であり、従って隔室の
数は２となっている。
比較、実施例により本発明のＭＢＥ成長成長今様す図で
あり、成長室を上からみ見た図である。第３図のＭＢＥ
成長装置においては、成長室１内の■族分子線相互の混
合を防止するために仕切り板１０を設けである。本恕様
において仕切り板１０は基板２の中心を通り、これとは
垂直に直径方向に伸びた１枚の板であり、従って隔室の
数は２となっている。
各隔室には夫々セル４および５が配置されて半導体薄膜
原料６および７が収納されている。
原料６および７が収納されている。
この態様におい−ζ、基板２上に半導体薄膜周期構造を
形成する場合には、仕切り板１０と基板２との間隙を、
前記基板ホルダ３の移動手段（図示せず）を調整して５
龍以内とし、基板ホルダの回転軸ＩＩを中心として基板
ホルダ３を一定周期で回転させることにより実施でき、
例えば■族原料（Ａ）６からなるｍ−ｖ族化合物半導体
薄膜と、■族原料（Ｂ）７からなるＩＩＴ−Ｖ族化合物
半導体薄膜とを交互に周期的に形成することができる。
形成する場合には、仕切り板１０と基板２との間隙を、
前記基板ホルダ３の移動手段（図示せず）を調整して５
龍以内とし、基板ホルダの回転軸ＩＩを中心として基板
ホルダ３を一定周期で回転させることにより実施でき、
例えば■族原料（Ａ）６からなるｍ−ｖ族化合物半導体
薄膜と、■族原料（Ｂ）７からなるＩＩＴ−Ｖ族化合物
半導体薄膜とを交互に周期的に形成することができる。
更に、第３図に示したＭＢＥ成長装置において、基板ホ
ルダ３を平行移動させて仕切り板１０と基板ホこの様子
は、同様に成長室の上から見た第４図を参照することに
より明確に理解することができる。
ルダ３を平行移動させて仕切り板１０と基板ホこの様子
は、同様に成長室の上から見た第４図を参照することに
より明確に理解することができる。
第３図と同様に、成長室１内の■族原’Ｎ（Ａ）６から
の分子線束１２と、■族原料（Ｂ）７からの分子線束１
３の混合を防くために、仕切り板１０が設けられており
、さらに、基板ホルダ３を図中の矢印の方向に移動させ
ることができる。図中、基板ホルダ３がαの位置にある
ときには、第３図の場合と同様に、基板ホルダ３を回転
軸１１を中心として回転運動さ−υることによって、基
板２上に■族原料（Δ）６からなるｍ−ｖ族化合物半導
体薄膜と、■族原料（Ｂ）７からなるＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体薄膜が交互に周期的に形成される。
の分子線束１２と、■族原料（Ｂ）７からの分子線束１
３の混合を防くために、仕切り板１０が設けられており
、さらに、基板ホルダ３を図中の矢印の方向に移動させ
ることができる。図中、基板ホルダ３がαの位置にある
ときには、第３図の場合と同様に、基板ホルダ３を回転
軸１１を中心として回転運動さ−υることによって、基
板２上に■族原料（Δ）６からなるｍ−ｖ族化合物半導
体薄膜と、■族原料（Ｂ）７からなるＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体薄膜が交互に周期的に形成される。
一方、基板ホルダ３が図中βの位置にあるときには、仕
切り板１０による、分子線相互の混合を防止する効果が
なくなり、図中βの位置においては、■族原料（Ａ）６
と■族原料（Ｂ）７からなる１■−ｍ−ｖ族混晶の単結
晶薄膜が成長する。成長室４マニピユレーターを操作す
ることにより、基板１旧ルダ３を図中αとβの位置の間
で迅速に移動さ壮することにより、単結晶薄膜周期構造
の成長から１待輸混晶の単結晶薄膜成長へと、あるいは
その逆の場合においても、連続的に且つ迅速にその成長
形態を切換えることができる。
切り板１０による、分子線相互の混合を防止する効果が
なくなり、図中βの位置においては、■族原料（Ａ）６
と■族原料（Ｂ）７からなる１■−ｍ−ｖ族混晶の単結
晶薄膜が成長する。成長室４マニピユレーターを操作す
ることにより、基板１旧ルダ３を図中αとβの位置の間
で迅速に移動さ壮することにより、単結晶薄膜周期構造
の成長から１待輸混晶の単結晶薄膜成長へと、あるいは
その逆の場合においても、連続的に且つ迅速にその成長
形態を切換えることができる。
通常、図中αからβあるいはβからαの位置へ、基板ボ
ルダ３を移動させるのに要する時間は１ ｓｅｃ。
ルダ３を移動させるのに要する時間は１ ｓｅｃ。
以内であり、単結晶薄膜のＭＢＥ成長速度が約１人／ｓ
ｅｃ、であることから、基板ホルダを移動させている間
に成長する層（く１人）が、薄膜全体の電算的特性に及
ぼず悪影響は無視できる。
ｅｃ、であることから、基板ホルダを移動させている間
に成長する層（く１人）が、薄膜全体の電算的特性に及
ぼず悪影響は無視できる。
かくして、本発明の装置によれば従来の装置の前記欠点
を改善でき、かつ周期構造の成長から混晶単結晶薄膜の
成長へと、もしくはその逆に成長形態を変え、種々の構
成の薄膜層を有する基板を得ることが可能となる。
を改善でき、かつ周期構造の成長から混晶単結晶薄膜の
成長へと、もしくはその逆に成長形態を変え、種々の構
成の薄膜層を有する基板を得ることが可能となる。
以下、比較データを基にして、本発明の有用性を具体的
に説明する。
に説明する。
既に述べたように、第２図に示すような従来のＭＢＥ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構造を得ていた
。しかしながら、セルシャッターを閉鎖状態に維持する
ことに起因するいくつ１１の大きな問題があった。
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構造を得ていた
。しかしながら、セルシャッターを閉鎖状態に維持する
ことに起因するいくつ１１の大きな問題があった。
（１まず、セルシャッターはその閉鎖中に加熱されＪ不
純ガスを発生する。該不純ガスが成長中の薄、勿内に取
り込まれると、薄膜の電気特性の劣化を引き起こす。
純ガスを発生する。該不純ガスが成長中の薄、勿内に取
り込まれると、薄膜の電気特性の劣化を引き起こす。
第５図、第６図は、上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Ｈ２Ｏ“やＣＯ＋の質量ピーク
強度が瞬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Ｉｎ
ＧａＡｓ単結晶薄膜において得られた結果であるが、薄
膜内の残留不純物キャリア濃度が増大するほど電子移動
度が減少しており、電気特性が劣化していることがわか
る。
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Ｈ２Ｏ“やＣＯ＋の質量ピーク
強度が瞬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Ｉｎ
ＧａＡｓ単結晶薄膜において得られた結果であるが、薄
膜内の残留不純物キャリア濃度が増大するほど電子移動
度が減少しており、電気特性が劣化していることがわか
る。
従来の装置では、以上のようなセルシャッターからの不
純ガス発生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、再度セルシャッター８または９を開いたときに、■
族原料６または７の分子線強度にオーバーシュートを引
き起こす。このことは、■族原料６または７から成る■
−ｖ族化合物半導体薄膜の膜厚制御性ならびに混晶の場
合には薄膜組成の制御性を悪くする。
純ガス発生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、再度セルシャッター８または９を開いたときに、■
族原料６または７の分子線強度にオーバーシュートを引
き起こす。このことは、■族原料６または７から成る■
−ｖ族化合物半導体薄膜の膜厚制御性ならびに混晶の場
合には薄膜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
■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。
■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、セルシャッターを例え
ば約３分開閉した後、再び開いたときのＧａ分子線強度
（Ｔｏｒｒ、以下間し）変化を測定した結果である。セ
ルシャッターを開いた直後に、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
れた。
ば約３分開閉した後、再び開いたときのＧａ分子線強度
（Ｔｏｒｒ、以下間し）変化を測定した結果である。セ
ルシャッターを開いた直後に、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
れた。
また第８図は例えば、ＩｎＰ基板上にＴｎｘ Ｇａ（−
ウＡｓ成長したときのＩｎＧａＡｓとＩｎＰ基板の格子
不整合：１Δα／ＱＩｎＰ ｌ （ただし、Δα＝αＩ
ｎＧａＡｓ−αＩｎＰ＋αＩｎＧａＡｓはＩｎＧａＡｓ
の格子定数、αＩｎｒ’はＩｎＰの格子定数）に対する
ＩｎとＧａのフラックス強度比の影響を示したものであ
る。第７図の１ｌｉａ分子線強度のオーバーシュー１−
は、そのまま第８図のフラックス強度比の制御性の低下
につながり、１Δα／ＱｌすなわちＩｎＸＧａ１−）（
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ＩｎＸＧａ１−ｘｂ層の厚さ方向の組成分布を
オージェ電子分光（ＡＥＳ ）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ＩｎＸ
Ｇａ１−ｘＡｓ／ ＩｎＰ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
。
ウＡｓ成長したときのＩｎＧａＡｓとＩｎＰ基板の格子
不整合：１Δα／ＱＩｎＰ ｌ （ただし、Δα＝αＩ
ｎＧａＡｓ−αＩｎＰ＋αＩｎＧａＡｓはＩｎＧａＡｓ
の格子定数、αＩｎｒ’はＩｎＰの格子定数）に対する
ＩｎとＧａのフラックス強度比の影響を示したものであ
る。第７図の１ｌｉａ分子線強度のオーバーシュー１−
は、そのまま第８図のフラックス強度比の制御性の低下
につながり、１Δα／ＱｌすなわちＩｎＸＧａ１−）（
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ＩｎＸＧａ１−ｘｂ層の厚さ方向の組成分布を
オージェ電子分光（ＡＥＳ ）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ＩｎＸ
Ｇａ１−ｘＡｓ／ ＩｎＰ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 Ｏ，’ｉ
３ Ｇ ａ ａ４□＾Ｓ成長したと今の■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。
３ Ｇ ａ ａ４□＾Ｓ成長したと今の■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
しておりまた、Ｉｈ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
長速度も１．２〜１．４倍以上になる。このように、セ
ルシャッターを開いた直後においては、成長速度が設計
値よりも大きくなっており、このことは、薄膜々厚の制
御性を低下させる。このように第１図に示すような従来
の■−■族化合物半導体薄膜周期構造形成のためのＭＢ
Ｅ成長装置においては、セルシャッターの開閉によって
１■族原料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Ｌｔ４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。
線強度は、本来の強度の約１．２〜１．４倍にまで上昇
しておりまた、Ｉｈ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
長速度も１．２〜１．４倍以上になる。このように、セ
ルシャッターを開いた直後においては、成長速度が設計
値よりも大きくなっており、このことは、薄膜々厚の制
御性を低下させる。このように第１図に示すような従来
の■−■族化合物半導体薄膜周期構造形成のためのＭＢ
Ｅ成長装置においては、セルシャッターの開閉によって
１■族原料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Ｌｔ４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。
一方、第３図に示すような本発明による薄膜周期構造の
成長装置では、セルシャック−は常に開放状態にあり、
成長を終了するときのみ、セルシャッターを閉しれば良
い。この結果、セルシャック−の開閉を周期的に行う従
来のＭＢＥ成長装置で問題となる不純ガスの発生や分子
線強度の揺乱が成長途中において全く起こらなくなり、
含有不純物量の少ない、かつ周期性の良い、ｍ −ｖ族
化合物半導体薄膜周期構造を形成することができる。
成長装置では、セルシャック−は常に開放状態にあり、
成長を終了するときのみ、セルシャッターを閉しれば良
い。この結果、セルシャック−の開閉を周期的に行う従
来のＭＢＥ成長装置で問題となる不純ガスの発生や分子
線強度の揺乱が成長途中において全く起こらなくなり、
含有不純物量の少ない、かつ周期性の良い、ｍ −ｖ族
化合物半導体薄膜周期構造を形成することができる。
次に、本発明の第３図に示すＭＢＥ成長装置を用いて作
製したｍ−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造に関す
る、成長実験条件の詳細を示す。第４図と同様の装置に
おいて、仕切り板１０で隔てられた両側で、それぞれ２
本（ＬｎとＧａ）づつセルを設け、組成の異なるＩｎＸ
Ｇａ１−）（Ａｓ （Ｉｎα９ｏＧａａｓｏＡｓとＩ
ｎｃ＋いＧａ（１４ＪＳ）が交互に形成できるように、
各セル温度を調整し７た。そして、基板としてＩｎＰ基
板を用い、回転運動の周期は、３．５ｒｐｍとした。こ
の条件で、６０ｍ１ｎの成長を行い、成長後、ＩｎＰ基
板上に形成されたＩ ｎ Ｑ！／Ｉ Ｇ ａ Ｑ９ＪＡ
Ｓと１ｎｃ１．ＡＧａｃ＋＜＾Ｓによる単結晶薄膜周
期構造全体の厚さを精密測定した結果、１．９０μｍで
あった。このことから、基板の回転運 ゝ動の１回転（
１周期）に対応する厚さは、約９０人であることが算出
される。
製したｍ−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造に関す
る、成長実験条件の詳細を示す。第４図と同様の装置に
おいて、仕切り板１０で隔てられた両側で、それぞれ２
本（ＬｎとＧａ）づつセルを設け、組成の異なるＩｎＸ
Ｇａ１−）（Ａｓ （Ｉｎα９ｏＧａａｓｏＡｓとＩ
ｎｃ＋いＧａ（１４ＪＳ）が交互に形成できるように、
各セル温度を調整し７た。そして、基板としてＩｎＰ基
板を用い、回転運動の周期は、３．５ｒｐｍとした。こ
の条件で、６０ｍ１ｎの成長を行い、成長後、ＩｎＰ基
板上に形成されたＩ ｎ Ｑ！／Ｉ Ｇ ａ Ｑ９ＪＡ
Ｓと１ｎｃ１．ＡＧａｃ＋＜＾Ｓによる単結晶薄膜周
期構造全体の厚さを精密測定した結果、１．９０μｍで
あった。このことから、基板の回転運 ゝ動の１回転（
１周期）に対応する厚さは、約９０人であることが算出
される。
一方、第１１図は、このようにして作製した周期構造に
ついて、Ｘ線回折測定した時のスペクトルを示したもの
である。２θ＝ ６２．８５ならびに２θ＝ ６２．９
５付近に見られる各ピークは、ＩｎＩ’基板のＣｕＫα
１．ＣｕＫα２ピークとその上に形成したＩｎα５ｏＧ
ａａｓｏＡｓ ＋ Ｉ’ｎａ、、１Ｇａａｓ＊ｎｓによ
る単結晶薄膜周期構造の０次ピークのＣｕＫαＨ＋ Ｃ
ｕＫα２ピークがそれぞれ重なったものである。さらに
、２θ−６１，７ならびに２θ−６４，１付近に見られ
るそれぞれ２本のビークは、周期構造が規則正しく形成
されている場合にのみ現れるサイドハンドピーク（±１
次）の、それぞれＣｕＫα１．ＣｕＫα２ビークに対応
する。このサイドハンドピークと、０次ピークの角度差
から、周期構造の実際の周期が測定でき、第１１図の場
合、約８７八である。この値は、先に算出した回転周期
に対応する値９０人と、測定誤差範囲内で良く一致して
いる。
ついて、Ｘ線回折測定した時のスペクトルを示したもの
である。２θ＝ ６２．８５ならびに２θ＝ ６２．９
５付近に見られる各ピークは、ＩｎＩ’基板のＣｕＫα
１．ＣｕＫα２ピークとその上に形成したＩｎα５ｏＧ
ａａｓｏＡｓ ＋ Ｉ’ｎａ、、１Ｇａａｓ＊ｎｓによ
る単結晶薄膜周期構造の０次ピークのＣｕＫαＨ＋ Ｃ
ｕＫα２ピークがそれぞれ重なったものである。さらに
、２θ−６１，７ならびに２θ−６４，１付近に見られ
るそれぞれ２本のビークは、周期構造が規則正しく形成
されている場合にのみ現れるサイドハンドピーク（±１
次）の、それぞれＣｕＫα１．ＣｕＫα２ビークに対応
する。このサイドハンドピークと、０次ピークの角度差
から、周期構造の実際の周期が測定でき、第１１図の場
合、約８７八である。この値は、先に算出した回転周期
に対応する値９０人と、測定誤差範囲内で良く一致して
いる。
以上のことから、１周期９０人という極めて微細な周期
構造が、極めて規則正しく形成されていることが分かる
。第３図の成長装置においては、基板の回転速度をさら
に大きくすることは極めて容易なことであり、このこと
ば、さらに微細な単結晶薄膜周期構造を形成することが
容易であることを意味する。また、上記の成長条件にお
いて、仕切り板１０で隔てられた片側のみのセルを用い
て、あえてＩｒ＋ＸＧａ１−ウＡｓの一層成長を行なっ
た試料について厚さ方向の組成分布をへＥＳ分析した結
果、第１２図に示すように、Ｉｒ＋ｘＧａｌ−）（八ｓ
／ ＩｎＰ基板界面近傍での組成比の勾配が第７図に比
べて著しく改善され、組成分布が均一になっている。こ
のことから、本発明のＭＢＥ成長装置を用いると、セル
シャック−の開閉に伴う分子線強度の揺乱を解消でき、
組成制御性を著しく向上できることが分かる。
構造が、極めて規則正しく形成されていることが分かる
。第３図の成長装置においては、基板の回転速度をさら
に大きくすることは極めて容易なことであり、このこと
ば、さらに微細な単結晶薄膜周期構造を形成することが
容易であることを意味する。また、上記の成長条件にお
いて、仕切り板１０で隔てられた片側のみのセルを用い
て、あえてＩｒ＋ＸＧａ１−ウＡｓの一層成長を行なっ
た試料について厚さ方向の組成分布をへＥＳ分析した結
果、第１２図に示すように、Ｉｒ＋ｘＧａｌ−）（八ｓ
／ ＩｎＰ基板界面近傍での組成比の勾配が第７図に比
べて著しく改善され、組成分布が均一になっている。こ
のことから、本発明のＭＢＥ成長装置を用いると、セル
シャック−の開閉に伴う分子線強度の揺乱を解消でき、
組成制御性を著しく向上できることが分かる。
夷皿■狭果
本発明のＭＢＥ成長装置によれば、分子線相互間に仕切
り板を設＆）て分子線相互の混合を防止したことにより
、従来のＭＢＥ成長装置におけるセルシャッターの開閉
に基づく種々の欠点が完全に解消され、また回転運動す
る基板ホルダを迅速かつ平行に移動させ、該仕切り板と
基板との間隔を変え冑るようにしたことにより単結晶薄
１挨周期構造の成長と一層混晶の単結晶薄膜成長との切
換えが極めて容易となった。結果的に、得られる薄膜の
周期性が著しく改善され、かつ微細な単結晶薄膜周期構
造を節単に形成することが可能となったばかりでなく、
周ｌ１１１性のない薄膜層を含む製品も効率よ（工業的
に作製することが可能となった。
り板を設＆）て分子線相互の混合を防止したことにより
、従来のＭＢＥ成長装置におけるセルシャッターの開閉
に基づく種々の欠点が完全に解消され、また回転運動す
る基板ホルダを迅速かつ平行に移動させ、該仕切り板と
基板との間隔を変え冑るようにしたことにより単結晶薄
１挨周期構造の成長と一層混晶の単結晶薄膜成長との切
換えが極めて容易となった。結果的に、得られる薄膜の
周期性が著しく改善され、かつ微細な単結晶薄膜周期構
造を節単に形成することが可能となったばかりでなく、
周ｌ１１１性のない薄膜層を含む製品も効率よ（工業的
に作製することが可能となった。
第１図は、多重Ｉ子井戸型レーザーの概略図、第２図は
、ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造を形
成するための従来のＭＢＥ成長装置を説明するための図
、第３図、第４図は、本発明のＭＢＥ成長装置を説明す
るための図、第５図は、セルシャッターからの不純ガス
発生に関する測定結果、第６図は、Ｉ ｎ ＋１．’ｉ
Ｇ ａ 。、、７Ａ 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についての測定結果、第
７図は、セルシャッター開放直後におりる分子線強度の
オーバーシュートに関する測定結果、第８図ば、ｌｒ＋
ＸＧａｐ−Ｊｓ組成と、ＩＩＩ族（ＩｎとＧａ）分子線
強度比との関係についての測定結果、第９図は、ＩｎＸ
Ｇａｌ−＞（Ａ３層の厚さ方向におりるＡＥＳ分析結果
、第１０図はＩ ｎ ｕ、ｓ３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ Ｓ
単結晶薄膜の成長速度と、■族（Ｇａ−１−Ｉｎ）分子
線強度との関係についての測定結果、第１１図は、本発
明のＭＢＥ成長装置によって作製した単結晶薄膜周期構
造に関するＸ線回折測定結果、第１２図は、Ｉｎ）＜
Ｇａｔ−ＸＡｓ層の、厚さ方向にお番ノる／Ｉ Ｅ Ｓ
／１；析結果をそれぞれ説明する図である。 （主な参り、（ｉ番号） ＡＬＰ型Ｇａ／１ｓ１ Ｂ：Ｐ型ＧａｘＡＳ１１−ＸＡｓｚ Ｃ：ノントーブＧａＡｓウェル、 −、ｉ！、”、［７Ｊ￥ｒノンドープＧａ ｘ ａｔ−
ｘＡｓ ハ＋） ヤ、Ｅ ： ｎ型ＧａＸ Ａ１２ｌ−
ＸＡＳ−Ｆ ： ｎ型ＧａＡｓ＼ １・・成長室、 ２・・基板、 ３・・基板ボルダ、 ４．５・・セル、６・・原料（Ａ
）、７・・原料（Ｂ）、８．９・・セルシャッター、
１ｏ・・仕切り板、１１・・回転軸。 特許出願人 工業技術院長 川１）裕部第３図 第４図 第６図 第７図 第１Ｏ図 ２ひ 第１１図
、ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造を形
成するための従来のＭＢＥ成長装置を説明するための図
、第３図、第４図は、本発明のＭＢＥ成長装置を説明す
るための図、第５図は、セルシャッターからの不純ガス
発生に関する測定結果、第６図は、Ｉ ｎ ＋１．’ｉ
Ｇ ａ 。、、７Ａ 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についての測定結果、第
７図は、セルシャッター開放直後におりる分子線強度の
オーバーシュートに関する測定結果、第８図ば、ｌｒ＋
ＸＧａｐ−Ｊｓ組成と、ＩＩＩ族（ＩｎとＧａ）分子線
強度比との関係についての測定結果、第９図は、ＩｎＸ
Ｇａｌ−＞（Ａ３層の厚さ方向におりるＡＥＳ分析結果
、第１０図はＩ ｎ ｕ、ｓ３Ｇ ａ Ｏ，４７Ａ Ｓ
単結晶薄膜の成長速度と、■族（Ｇａ−１−Ｉｎ）分子
線強度との関係についての測定結果、第１１図は、本発
明のＭＢＥ成長装置によって作製した単結晶薄膜周期構
造に関するＸ線回折測定結果、第１２図は、Ｉｎ）＜
Ｇａｔ−ＸＡｓ層の、厚さ方向にお番ノる／Ｉ Ｅ Ｓ
／１；析結果をそれぞれ説明する図である。 （主な参り、（ｉ番号） ＡＬＰ型Ｇａ／１ｓ１ Ｂ：Ｐ型ＧａｘＡＳ１１−ＸＡｓｚ Ｃ：ノントーブＧａＡｓウェル、 −、ｉ！、”、［７Ｊ￥ｒノンドープＧａ ｘ ａｔ−
ｘＡｓ ハ＋） ヤ、Ｅ ： ｎ型ＧａＸ Ａ１２ｌ−
ＸＡＳ−Ｆ ： ｎ型ＧａＡｓ＼ １・・成長室、 ２・・基板、 ３・・基板ボルダ、 ４．５・・セル、６・・原料（Ａ
）、７・・原料（Ｂ）、８．９・・セルシャッター、
１ｏ・・仕切り板、１１・・回転軸。 特許出願人 工業技術院長 川１）裕部第３図 第４図 第６図 第７図 第１Ｏ図 ２ひ 第１１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ；ｉ） 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の方向に飛行させ、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て成
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、該基板表面に対し垂直な軸で回転可
能であり、かつ該軸の長手方向に移動可能な基板ホルダ
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）前記基板ホルダの移動がマニピュレータによって
行われることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1206384A JPS60161394A (ja) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | 単結晶薄膜を形成するための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 |
|---|---|---|---|
| JP1206384A JPS60161394A (ja) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | 単結晶薄膜を形成するための分子線エピタキシヤル成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60161394A true JPS60161394A (ja) | 1985-08-23 |
| JPS6247840B2 JPS6247840B2 (ja) | 1987-10-09 |
Family
ID=11795139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1206384A Granted JPS60161394A (ja) | 1984-01-27 | 1984-01-27 | 単結晶薄膜を形成するための分子線エピタキシヤル成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60161394A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010121215A (ja) * | 2010-01-14 | 2010-06-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 蒸着装置および蒸着方法 |
-
1984
- 1984-01-27 JP JP1206384A patent/JPS60161394A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010121215A (ja) * | 2010-01-14 | 2010-06-03 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 蒸着装置および蒸着方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6247840B2 (ja) | 1987-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |