JPS60251195A - Process and device for preparing compound crystal film - Google Patents

Process and device for preparing compound crystal film

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Publication number
JPS60251195A
JPS60251195A JP10729184A JP10729184A JPS60251195A JP S60251195 A JPS60251195 A JP S60251195A JP 10729184 A JP10729184 A JP 10729184A JP 10729184 A JP10729184 A JP 10729184A JP S60251195 A JPS60251195 A JP S60251195A
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JP
Japan
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film forming
compound crystal
substrate
forming chamber
crystal film
Prior art date
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Pending
Application number
JP10729184A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fujiyasu
洋 藤安
Hironori Takahashi
宏典 高橋
Yoshiki Kurosawa
黒沢 好樹
Masaru Kaneko
勝 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koito Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Koito Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Koito Manufacturing Co Ltd filed Critical Koito Manufacturing Co Ltd
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Publication of JPS60251195A publication Critical patent/JPS60251195A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prepare a compound crystal film having high purity easily and with high efficiency by forming the compound crystal film consisting of each material for vapor deposition on a substrate in a vacuum chamber and at least one of the vapor deposition material is fed from outside of the vacuum chamber in the form of gas. CONSTITUTION:Gas cylinders are used as the source 10, 24 for gases, wherein gaseous H2S is filled in the first gas cylinder 10, and gaseous ZnCl2 is filled in the second gas cylinder 24. An opening 3 at the top end on a film forming chamber 2 is closed by a shutter 26 on a substrate holder 25. By heating a peripheral wall of the film forming chamber 2 in the closed condition of the top end opening 3, feeding materials for vapor deposition simultaneously to the film forming chamber 2 and sliding the substrate holder 25 to a position described in Fig.B under a thermally equilibrium condition, a crystal film of ZnCl2 is formed to a rear side of the substrate 29 placed to a position covering the top end opening 3 of the film forming chamber 2. If the substrate holder 25 is returned to a state as shown in the Fig.A during a state for prepg. the compound crystal film so as to expose the substrate 29 to the vacuum in the vacum chamber 1, an extremely good compound crystal film is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な化合物結晶膜の製造方法とその装置に関
する。詳しくは、純度の高い化合物結晶膜を容易にかつ
簡単な装置で形成することができると共に、不純物の添
加が容易であり、更には、製造の効率がきわめて良好で
あるとともに、基板温度を従来のように高くしなくとも
化合物結晶膜を製造することができる新規な化合物結晶
膜の製造方法とその装置を提供しようとするものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a novel compound crystal film manufacturing method and apparatus. Specifically, a highly pure compound crystal film can be easily formed using a simple device, impurities can be easily added, the manufacturing efficiency is extremely high, and the substrate temperature can be kept lower than conventional The object of the present invention is to provide a novel method and apparatus for producing a compound crystal film, which can produce a compound crystal film without increasing the cost.

背景技術と、その問題点 マイクロエレクトロニクスや光通信技術の発展に伴ない
、半導体レーザー、発光タイオート、EL等の電光変換
素子、赤外線センサー、太陽電池等の光電変換素子の需
要が急速に高まって来ている。ところが、これらの素子
を製造するためには純度の高い結晶膜が必要であるし、
ま′た、結晶膜への不純物の添加を充分なコントロール
の下に行なうことが必要である。
Background technology and its problems With the development of microelectronics and optical communication technology, the demand for photoelectric conversion elements such as semiconductor lasers, light emitting diodes, EL, etc., infrared sensors, and photoelectric conversion elements such as solar cells is rapidly increasing. It is coming. However, in order to manufacture these devices, highly pure crystal films are required.
Furthermore, it is necessary to add impurities to the crystal film under sufficient control.

しかしながら、従来の化合物結晶膜製造方法ではこれら
の要求に充分に答えられないのが現状である。
However, the current situation is that conventional compound crystal film manufacturing methods cannot sufficiently meet these demands.

例えば、MBE法(分子線エピタキシー法)は、現時点
では種々の化合物結晶膜の形成が可能な唯一の方法であ
るが、超高真空を必要とし、装置が大川りで、かつ高価
となり、また、材料ロスが多いと共に、大型基板の処理
が困難である等の問題点がある。
For example, the MBE method (molecular beam epitaxy) is currently the only method that allows the formation of various compound crystal films, but it requires an ultra-high vacuum, and the equipment is large and expensive. There are problems such as a large amount of material loss and difficulty in processing large substrates.

また、LPE法(液相エピタキシー法)は、高温処理で
あり、蒸気圧の高い材料には適用できない、大型基板の
処理が困難である、等の欠点を有し、更に、CVD、A
LE、スパッタリング、真空蒸着等のVPE法(気相エ
ピタキシー法)では、基板温度が高い、使用できる原料
ガスに制限が有る、化合物の組み合わせに制限が有る、
アモルフ、アスになり易い、等の欠点がある。
In addition, the LPE method (liquid phase epitaxy method) is a high-temperature process and has drawbacks such as not being applicable to materials with high vapor pressure and difficulty in processing large substrates.
VPE methods (vapor phase epitaxy) such as LE, sputtering, and vacuum evaporation have high substrate temperatures, limitations on the raw material gases that can be used, and limitations on compound combinations.
It has drawbacks such as being prone to becoming amorph and ass.

このように、従来の化合物結晶膜の製造方法にはそれぞ
れ一長一短があり、種々の純度の高い化合物結晶膜を簡
単に得ることができ、また、不純物の添加を充分なコン
トロールの下に行うことができ、そして、更には、その
装置が簡単かつ安価であるというようなものはない。特
に、ZnSの結晶膜の製造が可能なのはMBE法のみで
あり、他の方法での製造例に関してはまだ報告がない。
As described above, each of the conventional methods for manufacturing compound crystal films has its advantages and disadvantages, and it is possible to easily obtain a variety of highly pure compound crystal films, and it is also possible to add impurities under sufficient control. There is nothing that can be done, and what's more, the equipment is simple and cheap. In particular, only the MBE method can produce a ZnS crystal film, and there have been no reports yet of production examples using other methods.

発明の目的 そこで、本発明は、HWE法(ホットウォールエピタキ
シー法)を用いて、前記従来の方法にあった問題点を解
決して、純度の高い化合物結晶膜を容易にかつ簡単な装
置で形成することができると共に、不純物の添加も容易
であり、更には、製造の効率がきわめて良好である新規
な化合物結晶膜の製造方法とその装置を提供することを
目的とする。
Purpose of the Invention Therefore, the present invention solves the problems of the conventional methods by using the HWE method (hot wall epitaxy method), and forms a highly pure compound crystal film easily and with a simple device. It is an object of the present invention to provide a novel method and apparatus for manufacturing a compound crystal film, which can easily add impurities, and furthermore, can be manufactured with extremely high efficiency.

発明の1!要 本発明化合物結晶膜の製造方法とその装置は。Invention #1! Essential A method and apparatus for producing a crystalline film of the compound of the present invention.

上記した目的を達成するために、その方法は、真空室内
にて、上端開口を密閉した状態の膜形成室の周壁を加熱
すると共に該膜形成室に複数の蒸着材料の蒸発分子を供
給し、該膜形成室内の蒸気圧が高まったところで、膜形
成室の上端開口部に加熱した基板を配置して該基板上に
前記各材料から成る化合物結晶膜を形成する化合物結晶
膜の製造方法において、蒸着材料のうちの少なくとも一
種類はガス状として前記真空室外から供給することを特
徴とし、また、本発明化合物結晶膜の製造装置は、真空
室内に上端が開口された膜形成室を配置し、該膜形成室
内に開口した複数の蒸発原子又は分子供給口を設け、蒸
発原子又は分子供給口のうちの少なくとも−は真空室外
にあるガス状の蒸着材料供給源と連結されており、更に
、膜形成室の上端開口を開閉自在に閉塞するシャッター
を設け、膜形成室の上端開口が開放されたときに該開口
上に化合物結晶膜形成基板を配置する手段を設け、そし
て、膜形成室の壁面及び化合物結晶膜形成基板を加熱す
る加熱手段をそれぞれ設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method includes heating the peripheral wall of a film forming chamber with its top opening sealed in a vacuum chamber, and supplying evaporated molecules of a plurality of vapor deposition materials to the film forming chamber, In a method for manufacturing a compound crystal film, the heated substrate is placed in the upper end opening of the film formation chamber when the vapor pressure in the film formation chamber has increased, and a compound crystal film made of each of the materials is formed on the substrate. At least one of the vapor deposition materials is supplied in gaseous form from outside the vacuum chamber, and the apparatus for manufacturing a compound crystal film of the present invention includes a film forming chamber with an open upper end disposed within the vacuum chamber, A plurality of evaporated atom or molecule supply ports are provided which are open in the film forming chamber, and at least one of the evaporated atom or molecule supply ports is connected to a gaseous vapor deposition material supply source outside the vacuum chamber. A shutter is provided to open and close the upper end opening of the film forming chamber, a means is provided for arranging a compound crystal film forming substrate over the upper end opening of the film forming chamber when the upper end opening is opened, and a wall surface of the film forming chamber is provided. and a heating means for heating the compound crystal film forming substrate.

実施例 以下に、本発明化合物結晶膜の製造方法とその装置の詳
細を図示した実施例に従って説明する。
EXAMPLES Below, details of the method for manufacturing a crystalline film of the compound of the present invention and the apparatus thereof will be explained according to illustrated examples.

第1の実施例 第1図及び第2図は本発明によって2元材料の化合物結
晶膜を製造する場合の装置の一例を示すものである。
First Embodiment FIGS. 1 and 2 show an example of an apparatus for producing a compound crystal film of binary materials according to the present invention.

1は真空室であり、図示しないポンプと連結され、内部
の気圧が制御されるようになっている。
Reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which is connected to a pump (not shown) to control the internal air pressure.

2は真空室1内に配置された膜形成室であり、上端部に
開口3を有し、他の部分は真空室l内部とは完全に遮断
されている。この膜形成室2は略、円筒形をしており、
例えば、石英ガラスによって形成されている。24は膜
形成室の外周面から相間隔を置いて膜形成室2を囲むよ
うに配置されたヒータであり、石英管5にニクロム線、
タンタル線等のヒータ線6を等間隔に巻回して成るもの
である。
Reference numeral 2 denotes a film forming chamber disposed within the vacuum chamber 1, which has an opening 3 at its upper end, and other portions are completely cut off from the inside of the vacuum chamber 1. This film forming chamber 2 has a substantially cylindrical shape,
For example, it is made of quartz glass. 24 is a heater arranged so as to surround the film forming chamber 2 at a phase interval from the outer circumferential surface of the film forming chamber;
It is made by winding heater wires 6 such as tantalum wires at equal intervals.

7は、例えば、石英ガラスによって形成された蒸発分子
供給管であり、膜形成室2の底部を貫通して上下に延び
ており、上端の蒸発分子供給口8゜は膜形成室2の上下
方向における略中央部でかつ中心部に位置しており、下
端部は真空室1外まで延びている。そして、蒸発分子供
給管7の外端(下端)はコントロールバルブ9を介して
ガス供給源10と連結されている。
Reference numeral 7 denotes an evaporated molecule supply pipe made of, for example, quartz glass, which extends vertically through the bottom of the film forming chamber 2, and the evaporated molecule supply port 8° at the upper end is in the vertical direction of the film forming chamber 2. The lower end extends to the outside of the vacuum chamber 1. The outer end (lower end) of the vaporized molecule supply pipe 7 is connected to a gas supply source 10 via a control valve 9.

11はヒータであり、蒸発分子供給管7の真空室l内に
ある中間部を取り囲むように配置された石英管12に前
述した如き加熱ヒータ!!13を巻回して成るものであ
る。
Reference numeral 11 denotes a heater, and the quartz tube 12 is placed so as to surround the intermediate portion of the vaporized molecule supply tube 7 in the vacuum chamber 1. ! It is made up of 13 windings.

14は蒸着材料加熱部であり、膜形成室2の底部15と
該底部15の周縁部から蒸発分子供給管7に接近する位
置まで延びるように形成された連続部16と蒸発分子供
給管7の膜形成室2内突出部とによって囲まれた空間と
して形成されている。尚、連続部16も、例えば、石英
ガラスによって形成されている。連続部16の上端部は
蒸発分子供給管7の外周面と僅かな間隔を置いて延びて
おり、その上端と蒸発分子供給管7との間の隙間17が
蒸発分子供給口とされている。そして、この蒸発分子供
給口17の一ヒ下方向における位置は蒸発分子供給管7
の膜形成室2内突出部の略中間部に位置していて、かつ
、環状に開口している。
Reference numeral 14 denotes a vapor deposition material heating section, which includes a bottom 15 of the film forming chamber 2, a continuous section 16 extending from the periphery of the bottom 15 to a position approaching the vaporized molecule supply pipe 7, and a continuous portion 16 of the vaporized molecule supply pipe 7. It is formed as a space surrounded by a protrusion inside the film forming chamber 2. Note that the continuous portion 16 is also made of, for example, quartz glass. The upper end of the continuous portion 16 extends with a slight distance from the outer peripheral surface of the evaporated molecule supply pipe 7, and a gap 17 between the upper end and the evaporated molecule supply pipe 7 serves as an evaporated molecule supply port. The position of this evaporated molecule supply port 17 in the downward direction is the evaporated molecule supply pipe 7.
It is located approximately in the middle of the protrusion in the film forming chamber 2 and has an annular opening.

18はヒータであり、蒸着材料加熱部14を取り囲むよ
うに配置された石英管19に前述したのと同様のヒータ
線20が巻回されて成るものである。
Reference numeral 18 denotes a heater, which is constructed by winding a heater wire 20 similar to that described above around a quartz tube 19 arranged so as to surround the vapor deposition material heating section 14.

21は蒸発分子供給管であり、その上端は蒸着材料加熱
部14の底部15内に開口22しており、下端部は真空
室l外まで延びている。そして、この蒸発分子供給管2
1の外端(下端)はコントロールバルブ23を介してガ
ス供給源24と連結されている。
Reference numeral 21 denotes an evaporated molecule supply pipe, the upper end of which opens 22 into the bottom 15 of the evaporation material heating section 14, and the lower end extending to the outside of the vacuum chamber l. And this evaporated molecule supply pipe 2
The outer end (lower end) of 1 is connected to a gas supply source 24 via a control valve 23 .

25はシャッター兼用の基板ホルダであり、シャッタ一
部26と基板保持部27とが一体に形成されており、そ
して、この基板ホルダ25は膜形成室2の上端開口3を
覆うように、かつ水平方向にスライド可能なるように配
置されている。
Reference numeral 25 denotes a substrate holder that also serves as a shutter, in which a shutter part 26 and a substrate holding part 27 are integrally formed. It is arranged so that it can be slid in any direction.

28は基板ヒータであり、基板ホルダ25の基板保持部
27に基板背面側に位置するように配置されている。
Reference numeral 28 denotes a substrate heater, which is arranged in the substrate holding portion 27 of the substrate holder 25 so as to be located on the back side of the substrate.

29は基板ホルダ25の基板保持部27に保持される基
板である。そして、基板ホルダ25が第2図(A)に示
す状態にあるときは、膜形成室2の上端開口3は、基板
ホルダ25のシャッタ一部26によって閉塞され、基板
ホルダ25が第2図(B)に示す状態にあるときは、基
板29が膜形成室2に臨まされる。そして、基板ホルダ
25は第2図(A)に示す位置と第2図(B)に示す位
置との間をスライド自在に移動するようにされている。
29 is a substrate held by the substrate holding portion 27 of the substrate holder 25. As shown in FIG. When the substrate holder 25 is in the state shown in FIG. 2(A), the upper opening 3 of the film forming chamber 2 is closed by the shutter part 26 of the substrate holder 25, and the substrate holder 25 is In the state shown in B), the substrate 29 faces the film forming chamber 2. The substrate holder 25 is slidably movable between the position shown in FIG. 2(A) and the position shown in FIG. 2(B).

次に、上記した装置を用いて行なう化合物結晶膜の製造
について説明する。先ず、ZnS膜の製造について説明
する。
Next, the production of a compound crystal film using the above-described apparatus will be explained. First, manufacturing of the ZnS film will be explained.

ガス供給源10.24としてガスポンベが用いられる。A gas pump is used as the gas supply source 10.24.

先ず、第1のガスポンベ10にはH2Sガスが充填され
ており、第2のガスポンベ24にはZnCL2ガスが充
填されている。
First, the first gas pump 10 is filled with H2S gas, and the second gas pump 24 is filled with ZnCL2 gas.

先ず、第2図(A)に示すように、膜形成室2の上端開
口3を基板ホルダ25のシャッタ一部26にて閉塞する
。そして、コントロールバルブ9及び23を開き、かつ
、各ヒータ4.11及び18のヒータ線6.13及び2
0に通電し、膜形成室2内の圧力Pd、蒸発分子供給管
7内の圧力PS、蒸着材料加熱部14内の圧力PZn相
互の関係を、Pd<PZn、Pd<PS、なる関係にな
るように調整し、そして、膜形成室2の壁温度TW、基
板29の温度TS、蒸発分子供給管7の温。
First, as shown in FIG. 2(A), the upper end opening 3 of the film forming chamber 2 is closed with the shutter part 26 of the substrate holder 25. As shown in FIG. Then, the control valves 9 and 23 are opened, and the heater wires 6.13 and 2 of each heater 4.11 and 18 are opened.
0, the pressure Pd in the film forming chamber 2, the pressure PS in the vaporized molecule supply pipe 7, and the pressure PZn in the vapor deposition material heating section 14 will have the following relationships: Pd<PZn, Pd<PS. The wall temperature TW of the film forming chamber 2, the temperature TS of the substrate 29, and the temperature of the evaporated molecule supply pipe 7 are adjusted as follows.

度TH1及び蒸着材料加熱部の温度TH2を、それぞれ
、TS<TW、TH1<TH2とする。例えば、TW=
400@C,TS:300°C,THl:150° C
,TH2#370” Cとする。
The temperature TH1 and the temperature TH2 of the vapor deposition material heating section are set to TS<TW and TH1<TH2, respectively. For example, TW=
400@C, TS: 300°C, THL: 150°C
,TH2#370''C.

そこで、上記の如き熱平衡下で基板ホルダ25を第2図
(B)に示す位置までスライドして、膜形成室2の上端
開口3に基板保持部27が位置するようにし、それによ
って、膜形成室2の上端開口3を覆うように位置せしめ
られた基板29の下面にZnSの結晶膜が形成される。
Therefore, under thermal equilibrium as described above, the substrate holder 25 is slid to the position shown in FIG. A ZnS crystal film is formed on the lower surface of the substrate 29 positioned to cover the upper end opening 3 of the chamber 2 .

尚、上記した化合物結晶膜の製造過程において基板ホル
ダ25を第2図(A)で示す状態に戻して基板29を真
空室1内の真空中に曝すようにすると、きわめて良好な
化合物結晶膜が得られる。
In the manufacturing process of the compound crystal film described above, if the substrate holder 25 is returned to the state shown in FIG. 2(A) and the substrate 29 is exposed to the vacuum inside the vacuum chamber 1, an extremely good compound crystal film can be obtained. can get.

即ち、基板29には単結晶の核にならないような不安定
な分子が付着することがあるが、上記したように、基板
29を真空に曝してや1、ることによって、かかる不安
定な分子が再蒸発される。尚、このとき、第3図に示す
ように、基板29を真空中に曝した状態において、基板
29の化合物結晶膜が形成される表面を加熱するヒータ
30を設けておくと、上記した不安定分子の再蒸発が促
進される。第3図に示したヒータ30は開口が基板29
側を向いた回転放物面反射鏡31とその光源が該反射鏡
の略焦点位置に配置されたハロゲンランプあるいはレー
ザービーム等の光源(熱源)とから成るものである。
That is, unstable molecules that do not become the nucleus of a single crystal may adhere to the substrate 29, but as described above, such unstable molecules can be removed by exposing the substrate 29 to a vacuum. reevaporated. At this time, as shown in FIG. 3, if a heater 30 is provided to heat the surface of the substrate 29 on which the compound crystal film is formed while the substrate 29 is exposed to a vacuum, the instability described above can be avoided. Re-evaporation of molecules is promoted. The heater 30 shown in FIG. 3 has an opening on the substrate 29.
It consists of a paraboloid of revolution reflecting mirror 31 facing toward the side and a light source (heat source) such as a halogen lamp or a laser beam, the light source of which is placed approximately at the focal point of the reflecting mirror.

上記したように、真空中に曝した基板29を、再び、第
2図(B)で示す状態とし、所要膜厚の化合物結晶膜を
得るようにする。尚、基板29を真空中に曝すのは、−
回に限らず、必要に応じて数回行なっても構わない。
As described above, the substrate 29 exposed to vacuum is again brought into the state shown in FIG. 2(B) to obtain a compound crystal film with a required thickness. Note that exposing the substrate 29 to a vacuum is -
It is not limited to once, but may be performed several times as necessary.

尚、上記装置を用いて化合物結晶膜を形成する場合、蒸
着材料加熱部14内に蒸着材料を入れておくようにして
も良い。即ち、先程のZnS膜を形成する場合、蒸着材
料加熱部14内にZnを収納しておき、ここ14ヘガス
ポンベ24からCtガスを供給し、蒸着材料加熱部14
内でZnCLガスを生成するようにしても良い。
In addition, when forming a compound crystal film using the above-mentioned apparatus, the vapor deposition material may be placed in the vapor deposition material heating section 14. That is, when forming the aforementioned ZnS film, Zn is stored in the vapor deposition material heating section 14, and Ct gas is supplied from the gas pump 24 to the vapor deposition material heating section 14.
ZnCL gas may be generated within the chamber.

更に、上記装置によってZn5ell*を形成する場合
には、ガス供給源10としてHSeガスを充填したガス
ボンベを使用すれば良い、この場合、先程のTHlは約
220@Cに、TH2は約390°C程度に設定すれば
良い。
Furthermore, when forming Zn5ell* using the above-mentioned apparatus, a gas cylinder filled with HSe gas may be used as the gas supply source 10. In this case, THl is set at about 220@C and TH2 is set at about 390°C. It should be set to a certain degree.

第2の実施例 第4図は本発明によって2元材料の化合物結晶膜を製造
する場合の装置の第2の実施例を示すものである。
Second Embodiment FIG. 4 shows a second embodiment of an apparatus for producing a compound crystal film of binary materials according to the present invention.

lは前記第1の実施例における真空室lと同様の真空室
である。2も前記第1の実施例における膜形成室2と同
様の膜形成室であり、上端部が開口3されており、下端
部が閉塞された略円筒状を為している。25も前記第1
の実施例における基板ホルダ25と同様の基板ホルダで
ある。4は膜形成室2を加熱するためのヒータであり、
これも前記第1の実施例におけるヒータ4と同様のもの
である。
1 is a vacuum chamber similar to the vacuum chamber 1 in the first embodiment. 2 is also a film forming chamber similar to the film forming chamber 2 in the first embodiment, and has a substantially cylindrical shape with an opening 3 at the upper end and a closed lower end. 25 is also the first
This is a substrate holder similar to the substrate holder 25 in the embodiment. 4 is a heater for heating the film forming chamber 2;
This is also similar to the heater 4 in the first embodiment.

32及び33はそれぞれ蒸発分子供給管であり、両者共
略同じ形状に形成されている。即ち、上端は略絞り込ま
れて蒸発分子供給口34.35とされており、膜形成室
2内の下端部に位置せしめられている。また、蒸発分子
供給管32及び33の下端部は真空室1外へと延びてお
り、コントロールバルブ36及び37を介してガス供給
源38及び39と接続されている。また、蒸発分子供給
管32及び33の真空室1内にある中間部は他の部分に
比較して径大のガス加熱部40及び41とされている。
32 and 33 are vaporized molecule supply pipes, and both are formed in substantially the same shape. That is, the upper end is substantially constricted to form the vaporized molecule supply ports 34 and 35, and is located at the lower end within the film forming chamber 2. Further, the lower ends of the vaporized molecule supply pipes 32 and 33 extend outside the vacuum chamber 1 and are connected to gas supply sources 38 and 39 via control valves 36 and 37. Moreover, intermediate portions of the vaporized molecule supply pipes 32 and 33 within the vacuum chamber 1 are gas heating portions 40 and 41 having a larger diameter than other portions.

42及び43はヒータであり、上記ガス加熱部40及び
41を取り囲むように配置されている。そして、これら
ヒータ42及び43は、それぞれ石英管44及び45に
ヒータ線46及び47が巻回されて成るものである。
42 and 43 are heaters, which are arranged so as to surround the gas heating parts 40 and 41. The heaters 42 and 43 are constructed by winding heater wires 46 and 47 around quartz tubes 44 and 45, respectively.

このような装置においても、ガス供給源38.39にそ
れぞれ必要なガスを入れ(例えば、ZnS膜を形成する
場合には一方にZnCL2ガスを他方にH2Sガスを入
れ、Zn5e膜を形成する場合には一方にZnCL2ガ
スを他方にH3eガスを入れる。)、そして、基板ホル
ダ25、各ヒータ4.28.42及び43を前記第1の
実施例において説明したのと同様に駆動して所要の化合
物結晶膜を形成するものでる。
In such an apparatus, the necessary gases are supplied to each of the gas supply sources 38 and 39 (for example, when forming a ZnS film, ZnCL2 gas is supplied to one and H2S gas is supplied to the other, and when forming a Zn5e film, (inject ZnCL2 gas into one side and H3e gas into the other side), and then drive the substrate holder 25 and each heater 4, 28, 42, and 43 in the same manner as explained in the first embodiment to generate the desired compound. It forms a crystalline film.

第3の実施例 第5図乃至第7図は本発明化合物結晶膜の製造装置の$
3の実施例を示すものである。
Embodiment 3 FIGS. 5 to 7 show the manufacturing apparatus for the compound crystal film of the present invention.
This shows a third embodiment.

第5図は装置全体の配置を平面的に見た配置説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the layout of the entire device viewed from above.

Depl及びDe p2はそれぞれ成膜ポジションテあ
り、Rev、Rev、Revはそれぞれ再蒸発ポジショ
ンであり、そして、Dopは不純物添加ポジションであ
る。
Depl and Dep2 are film forming positions, Rev, Rev, Rev are re-evaporation positions, and Dop is an impurity doping position.

48は真空室1内に配置された基板ホルダであり、回転
制御部49により間欠回転せしめられるようになってい
る。そして、回転方向に沿って等間隔に基板保持部50
.50.50が形成されており、該基板保持部50.5
0.50にはそこに保持される基板29.29.29を
その上方から加熱する基板ヒータ51.51.51が配
置せしめられている。そして、このような基板保持部5
0.50.50の各間がシャッタ一部として機能するよ
うになっている。
A substrate holder 48 is placed in the vacuum chamber 1 and is intermittently rotated by a rotation control section 49. Then, the substrate holding parts 50 are arranged at equal intervals along the rotation direction.
.. 50.50 is formed, and the substrate holding portion 50.5
At 0.50, a substrate heater 51.51.51 is arranged to heat the substrate 29.29.29 held there from above. Then, such a substrate holding section 5
Each interval between 0.50 and 50 functions as a part of the shutter.

成膜ポジションDepl及びDep2においては、基板
ホルダ48の下にそれぞれ前記第1の実施例で示した如
き膜形成室2、ヒータ4.蒸発分子供給管7、コントロ
ールバルブ9、ガス供給源lO、ヒータ11、蒸着材料
加熱部14、ヒータ18、蒸発分子供給管21、コント
ロールバルブ23、ガス供給源24が配置されている。
At the film forming positions Depl and Dep2, a film forming chamber 2, a heater 4. An evaporated molecule supply pipe 7, a control valve 9, a gas supply source IO, a heater 11, a evaporation material heating section 14, a heater 18, an evaporated molecule supply pipe 21, a control valve 23, and a gas supply source 24 are arranged.

52は真空室l内に配置された蒸発ポートであり、不純
物添加ポジションDopにおいて、基板ホルダ48の下
方に配置されている。この蒸発ポート52に添加不純物
とする材料を載置し、成膜ポジションで結晶膜を成長さ
せた基板29を蒸発ポート52の真上まで移動させて、
そこで、真空蒸着によって蒸発ポート52上に載置され
た材料の結晶を成長させ、これによって、化合物結晶膜
に不純物を添加することができる。
Reference numeral 52 denotes an evaporation port located within the vacuum chamber 1, and is located below the substrate holder 48 at the impurity addition position Dop. A material to be added as an impurity is placed on the evaporation port 52, and the substrate 29 on which the crystal film has been grown is moved to the position directly above the evaporation port 52.
Therefore, crystals of the material placed on the evaporation port 52 are grown by vacuum evaporation, thereby making it possible to add impurities to the compound crystal film.

例えば、成膜ポジションDepl、Dep2で基板29
上にZ’n5lllを成長させ、通常の真空蒸着でMn
を(材料は蒸発ポート52上に載置する。)成長させる
ことが可能である。
For example, the substrate 29 at the film forming positions Depl and Dep2
Z'n5lll is grown on top, and Mn is deposited by normal vacuum evaporation.
(the material is placed on the evaporation port 52).

このような第5図乃至第7図に示した化合物結晶膜製造
装置においては、基板保持部50,50.50に基板2
9.29.29を保持し、各基板29.29.29を成
膜ポジションDepl−+再蒸発ポジションRev→不
純物添加ポジションDop→再蒸発ポジションRev→
成膜ポジションDe p2→再蒸発ポジションRevと
いう順に各ポジションに間欠的に移動せしめるようにし
、各成膜ポジションDep1.Dep2では基板29上
に化合物結晶膜を成長させ、各再蒸発ポジションでは不
安定分子の再蒸発をせしめ、不純物添加ポジションDo
pでは不純物を添加するようにして、基板29上に所要
の化合物結晶膜を得るものである。
In such a compound crystal film manufacturing apparatus shown in FIGS.
Hold 9.29.29 and move each substrate 29.29.29 to film formation position Depl- + re-evaporation position Rev → impurity addition position Dop → re-evaporation position Rev →
The film forming position De p2 is intermittently moved to each position in the order of re-evaporation position Rev, and each film forming position Dep1. In Dep2, a compound crystal film is grown on the substrate 29, unstable molecules are reevaporated at each reevaporation position, and the impurity doping position Do
In p, impurities are added to obtain a desired compound crystal film on the substrate 29.

尚、不純物の添加を必要としない場合には、蒸発ポート
52の駆動を停止すれば良い。
Note that if addition of impurities is not required, driving of the evaporation port 52 may be stopped.

また、成膜ポジションDeplとDep2とは同じ化合
物結晶膜を成長させても良いし、あるいは別個の化合物
結晶膜を成長させるようにしても良い。例えば、晟膜ポ
ジションDeplでZnS膜を、成膜ポジションDep
2でZn5e膜を、それぞれ成長させるようにし、これ
を交互に繰り返えせば、Z n S / Z n S 
e超格子膜を形成することができる。
Further, the same compound crystal film may be grown at the film forming positions Depl and Dep2, or separate compound crystal films may be grown at the film forming positions Depl and Dep2. For example, the ZnS film is deposited at the deposition position Depl, and the ZnS film is deposited at the deposition position Depl.
If you grow Zn5e films in step 2 and repeat this process alternately, ZnS/ZnS
e superlattice film can be formed.

発明の効果 、以上、に記載したところから明らかなように、本発明
化合物結晶膜の製造方法は、真空室内にて、上端開口を
密閉した状態の膜形成室の周壁を加熱すると共に該膜形
成室に複数の蒸着材料の蒸発原子又は分子を供給し、該
膜形成室内の蒸気圧か高まったところで、膜形成室の上
端開口部に加熱した基板を配置して該基板上に前記各材
料から成る化合物結晶膜を形成する化合物結晶膜の製造
方法において、蒸着材料のうちの少なくとも一種類はガ
ス状として前記真空室外から供給することを特徴とし、
また、本発明化合物結晶膜の製造装置は、真空室内に上
端が開口された膜形成室を配置し、該膜形成室内に開口
した複数の蒸発原子又は分子供給口を設け、蒸発原子又
は分子供・結目のうちの少なくとも−は真空室外にある
ガス状の蒸着材料供給源と連結されており、更に、膜形
成室の一ト端開口を開閉自在に閉塞するシャッターを設
け、膜形成室の上端開口が開放されたときに該開口上に
化合物結晶膜形成基板を配置する手段を設け、そして、
膜形成室の壁面及び化合物結晶膜形成基板を加熱する加
熱手段をそれぞれ設けたことを特徴とする。
Effects of the Invention As is clear from the above description, the method for producing a compound crystalline film of the present invention involves heating the peripheral wall of a film forming chamber with its top opening sealed in a vacuum chamber, and forming the film. Evaporated atoms or molecules of a plurality of vapor deposition materials are supplied to the chamber, and when the vapor pressure in the film formation chamber increases, a heated substrate is placed at the upper end opening of the film formation chamber, and the vaporized atoms or molecules of each of the materials are placed on the substrate. In the method for manufacturing a compound crystal film forming a compound crystal film, at least one of the vapor deposition materials is supplied in a gaseous state from outside the vacuum chamber,
In addition, the apparatus for producing a crystalline film of the compound of the present invention includes a film forming chamber with an open top end disposed in a vacuum chamber, a plurality of evaporated atom or molecule supply ports opened in the film forming chamber, and evaporated atoms or molecules・At least one of the knots is connected to a gaseous vapor deposition material supply source outside the vacuum chamber, and a shutter is provided to freely open and close one end of the film forming chamber. Providing means for arranging a compound crystal film forming substrate over the opening when the upper end opening is opened, and
The present invention is characterized in that heating means for heating the wall surface of the film forming chamber and the compound crystal film forming substrate are respectively provided.

従って、本発明化合物結晶膜の製造方法とその装置によ
れば、次のような数々の利点を有する。
Therefore, the method and apparatus for manufacturing a compound crystal film of the present invention have the following advantages.

即ち、きわめて結晶性の良好な化合物結晶膜が得られる
にもかかわらず、従来の他の方法、例えばMBE方と比
較して、装置が非常に簡単である、真空蒸着装置に改造
を得るだけで製造装置が得られる、真空室内の真空度は
1O−6Torr程度で良く超高真空を必要としない、
大型基板の処理が可能である、材料のロスが少ない、等
数々の利点を有する。また、そして、その他にも、不純
物をどの部分にも容易に添加することができる、結晶構
造の結晶膜を容易に製造することができる、結晶膜生成
の状態をインプロセスで観察できる、簡単なプロセスモ
ニター(温度コントロール)でコントロールすることが
でき、再現生が良好である、熱処理等の後加工を必要と
しない、真空装置の汚れが少ない、基板温度が低くても
良い、等数々の利点を有する。更には、応用範囲がきわ
めて広く、種々の組み合わせ、例えば、GaAs、In
Sb、Zn5e、Pd5nTe、HgCde等々、の多
元材料による化合物結晶膜を生成することができる。
That is, although a compound crystal film with extremely good crystallinity can be obtained, the equipment is very simple compared to other conventional methods, such as MBE, and only requires modification of the vacuum evaporation equipment. The manufacturing equipment can be obtained, the degree of vacuum in the vacuum chamber is only about 1O-6 Torr, and ultra-high vacuum is not required.
It has many advantages, such as being able to process large substrates and reducing material loss. In addition, impurities can be easily added to any part, crystal films with a crystalline structure can be easily manufactured, and the state of crystal film formation can be observed in-process. It can be controlled with a process monitor (temperature control), has many advantages such as good reproduction, no need for post-processing such as heat treatment, less contamination of the vacuum equipment, and low substrate temperature. have Furthermore, the range of application is extremely wide, and various combinations such as GaAs, In
A compound crystal film can be produced using multi-component materials such as Sb, Zn5e, Pd5nTe, HgCde, etc.

しかも、蒸着材料のうちの少なくとも一種類はガス状と
して真空室外から供給するので、使用量の多い蒸着材料
を真空室外から供給するようにすれば、蒸着材料の補充
を真空室を開けることなしに行なうことができ、化合物
結晶膜の製造効率がきわめて良好となる。
Moreover, since at least one type of vapor deposition material is supplied in gaseous form from outside the vacuum chamber, if the vapor deposition material used in large quantities is supplied from outside the vacuum chamber, the vapor deposition material can be replenished without opening the vacuum chamber. Therefore, the manufacturing efficiency of the compound crystal film is extremely good.

尚、上記実施例の説明においては、ZnS膜。In addition, in the description of the above embodiment, a ZnS film is used.

Zn5e膜等の2元材料から成る化合物結晶膜を形成す
る装置、あるいはその多層膜を形成する装置について説
明したが、3元以上の材料から成る化合物結晶膜を形成
する場合は膜形成室内に蒸発分子を供給する供給装置(
蒸発分子供給管の如きもの)の数を増やすことによって
容易にその目的を達成することができる。
We have described an apparatus for forming a compound crystal film made of binary materials such as a Zn5e film, or an apparatus for forming a multilayer film thereof, but when forming a compound crystal film made of ternary or more materials, evaporation is required in the film forming chamber. Supply device that supplies molecules (
This objective can be easily achieved by increasing the number of vaporized molecule supply tubes (such as vaporized molecule supply pipes).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本発明に係る化合物結晶膜の製造装
置の第1の実施例を示すもので、第1図は全体の縦断面
図、第2図は動作説明図、第3図は前記第1の実施例の
変形例を示す縦断面図、第4図は本発明に係る化合物結
晶膜の製造装置の第2の実施例を示す縦断面図、第5図
乃至第7図は本発明に係る化合物結晶膜の製造装置の第
3の実施例を示すもので、第5図は全体の配置関係を平
面的に示す概念図、第6図は第5図の配置関係にある装
置をvr−vt線で切断した場合の断面図、第7図は同
じく第5図の配置関係にある装置を■−■線で切断した
場合の切断面である。 符号の説明 l・・・真空室、2・・・膜形成室、 3・・・上端開口、4・・・加熱手段。 8・・・蒸発原子又は分子供給口、 lO・・・ガス状の蒸着材料供給源、 17・・・蒸発原子又は分子供給口 24・・Φガス状の蒸着材料供給源、 26・・・シャッター。 28φ・・加熱手段、 2911−・化合物結晶膜形成基板、 34・争・蒸発原子又は分子供給管、 35争・・蒸発原子又は分子供給管、 51φ・・加熱手段 出 願 人 株式会社小糸製作所
1 and 2 show a first embodiment of the compound crystal film manufacturing apparatus according to the present invention, in which FIG. 1 is an overall vertical cross-sectional view, FIG. 2 is an operation explanatory diagram, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a modification of the first embodiment, FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the compound crystal film manufacturing apparatus according to the present invention, and FIGS. 5 to 7 are A third embodiment of the compound crystal film manufacturing apparatus according to the present invention is shown. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the overall arrangement in a plan view, and FIG. 6 is an apparatus having the arrangement shown in FIG. 5. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line vr-vt, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ of the device having the arrangement shown in FIG. Explanation of symbols 1...Vacuum chamber, 2...Film forming chamber, 3...Top opening, 4...Heating means. 8... Evaporated atom or molecule supply port, lO... Gaseous vapor deposition material supply source, 17... Evaporated atom or molecule supply port 24... Φ Gaseous vapor deposition material supply source, 26... Shutter . 28φ: heating means, 2911: compound crystal film forming substrate, 34: vaporized atom or molecule supply pipe, 35: vaporized atom or molecule supply pipe, 51φ: heating means Applicant: Koito Seisakusho Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)真空室内にて、上端開口を密閉した状態の膜形成
室の周壁を加熱すると共に該膜形成室に複数の蒸着材料
の蒸発原子又は分子を供給し、該膜形成室内の蒸気圧が
高まったところで、膜形成室の上端開口部に加熱した基
板を配置して゛該基板上に前記各材料から成る化合物結
晶膜を形成するとともに、蒸着材料のうちの少なくとも
一種類はガス状として前記真空室外から供給することを
特徴とする化合物結晶膜の製造方法
(1) In a vacuum chamber, heat the peripheral wall of a film forming chamber with its top opening sealed, and supply vaporized atoms or molecules of a plurality of vapor deposition materials to the film forming chamber, so that the vapor pressure inside the film forming chamber is When the temperature is high, a heated substrate is placed in the upper opening of the film forming chamber, and a compound crystal film made of the above-mentioned materials is formed on the substrate, and at least one of the evaporation materials is kept in a gaseous state in the vacuum. A method for producing a compound crystal film characterized by supplying it from outside.
(2)真空室内に上端が開口された膜形成室を配置し、
該膜形成室内に開口した複数の蒸発原子又は分子供給口
を設け、蒸発原子又は分子供給口のうちの少なくとも−
は真空室外にあるガス状の蒸着材料供給源と連結されて
おり、更に、膜形成室の上端開口を開閉自在に閉塞する
シャッターを設け、膜形成室の上端開口が開放されたと
きに該開口上に化合物結晶膜形成基板を配置する手段を
設け、そして、膜形成室の壁面及び化合物結晶膜形成基
板を加熱する加熱手段をそれぞれ設けたことを特徴とす
る化合物結晶膜の製造装置
(2) A film forming chamber with an open top end is placed in the vacuum chamber,
A plurality of evaporated atom or molecule supply ports are provided in the film forming chamber, and at least -
is connected to a gaseous vapor deposition material supply source located outside the vacuum chamber, and is further provided with a shutter that closes the upper end opening of the film forming chamber so that the upper end opening of the film forming chamber is opened. An apparatus for manufacturing a compound crystal film, characterized in that a means for arranging a compound crystal film forming substrate thereon is provided, and heating means for heating the wall surface of the film forming chamber and the compound crystal film forming substrate are respectively provided.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5188500A (en) * 1975-01-31 1976-08-03 GARIUMUHISOKETSUSHONO SEIZOHOHO
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