JPS61121427A - 分子線エピタキシヤル結晶成長装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分子線エピタキシャル結晶成長装置に係り、
特に、その分子線源の改良に関す。

分子線エピタキシャル結晶成長（ＭＢＥ）装置は、側断
面図で示した第２図図示のような構成をなし、超高真空
のチャンバー１の中で、分子線源２から矢印のように放
射させた分子線Ｂを加熱された基板Ｓに当て、その表面
上に結晶成長させるようになっている。また、分子線源
２は、通常複数個配設され、それぞれ異なった材料の分
子線を放射させるようになっている。

このＭＢＥ装置は、成長膜に対して微細な例えば１０人
程度の膜厚制御が可能であり、然も多層構造の成長を連
続して行うことが出来ると言う際立った特徴を有するた
め、近年、特に化合物半導体の結晶成長において注目さ
れるようになってきた。

そして、該装置には結晶成長の一層の安定化が望まれ、
そのためには、まず分子線源の作動安定化を図る必要が
ある。

〔従来の技術〕

第３図は従来の分子線源の代表例における要部を模式的
に示した側断面図である。

同図において、３は、窒化ボロン（ＯＮ）からなり例え
ば大径側端（図上右上端）が開口し小径側端（図上左下
端）が閉塞した円錐状の管で、分子線の材料Ｍを入れる
セル、４はセル３の外周に円筒状に配置されセル３を加
熱するヒータ、５は温度監視用の熱電対である。

セル３の中に入れられた分子線材料Ｍ例えばガリウム（
Ｇａ）などは、ヒータ４の加熱により温度上昇したセル
３の熱で溶融する。そしてその溶融液表面６から材料Ｍ
が飛び出し、セル３の開口を放射口にして矢印のように
放射される分子線Ｂとなる。

この際の分子線Ｂの強度は、溶融液表面６の面積と温度
とが支配要因になるので、熱電対５をセル３の閉塞端部
に配置し、該温度を制御している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記構成の分子線源において、セル３の放射口部３ａと
中央部３ｂそれぞれの温度Ｔ１とＴ２は、該放射口の放
熱に影響されて、Ｔｌ　＜　７２となる。このため、溶
融液表面６から飛び出した材料Ｍが放射口部３ａ内面に
沈着して沈着材料ｍとなり、その表面からも材料Ｍが飛
び出す現象が発生する。

このことは、前記支配要因の面積を増大させるように作
用して分子線Ｂの強度を変動させ、同時に分子線Ｂの放
射角をも変動させるので、分子線源の作動を不安定にさ
せる問題点である。

また、上記ヒータ４の構造は、セル３をその外周から然
も特にセル３の閉塞端側ではかなりの間隔をおいて加熱
するので、ヒータ４の外側に図示されない熱遮蔽板があ
っても、セル３を介して材料Ｍを加熱する効率が悪いと
言う問題がある。これは、分子線源における他の部分の
温度を不必要に上昇させ、延いてはその作動の不安定に
繋がるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、外管とそれに挿入された内管とがあって
、一側端において該外管が開口し咳内管が閉塞しており
、反対側端において該外管と咳内管との間が閉塞した構
造をなし、該外管の開口から分子線を放射させるセルと
、該セルにおける外管の外側と内管の内側とに設けられ
、該外管および咳内管の該一側端側をそれらの中央部分
より高温にするヒータとを有して形成される分子線源を
具える本発明の分子線エピタキシャル結晶成長装置によ
って解決される。

〔作用〕

前記セルが前記内管を有し、前記ヒータは、該セルを該
内管の内側からも加熱するので、該セルを介して分子線
材料を加熱する効率が従来より格段に良くなる。

また、前記セルの前記一側端側、即ち放射口側の温度は
、前記外管および内管共に中央部より高くなるので、分
子線材料溶融液表面から飛び出した材料は、従来のよう
に該セルに沈着することがなくなり、分子線強度の支配
要因になる面積は変動しなくなり安定化する。

更に、本出願人の経験によれば、前記内管の放射口（ｙ
す先端部を前記溶融液表面より突出させることにより、
放射角内における分子線強度の分布を改善することが出
来る。即ち、一般に該放射角の中心が強く周辺に近づく
に従らて弱くなるが、その弱くなる度合を従来より小さ
くすることが出来る。

またこの場合、分子線強度を支配する温度は該先端部の
温度になるので、温度監視用の熱電対を咳内管の内部で
該先端部に配置することにより、該温度の制御を従来よ
り精密に行うことがβ■能になる。

かくして、分子線源の作動を従来より安定化させること
が出来て、より安定した結晶成長を行うことが可能なＭ
ＢＥ装置の提供が可能になる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図により説明する。企図を通じ同
一符号は同一対象物を示す。

第１図は本発明による分子線源の一実施例における要部
を模式的に示した側断面図で、従来例を示した第３図に
対応する図である。

第１図図示の分子線源は、第３図図示の分子線源におい
てセル３をセルフに、ヒータ４をヒータ８．９に置換し
たもめで、更に、熱電対５の配置が変わっている。

セルフは、円錐状の外管７ａとそれに挿入された直管状
の内管７ｂとからなり、外管７ａの大径側端（図上右上
端）は開口し、同じ例の内管７ｂ端は閉塞し、また、外
管７ａの小径側端（図上左下端）と同じ側の内管７ｂ端
との間が閉塞した構造で、セル３と同様にＢＮを材料に
している。そして、外管７ａの前記開口が放射口になり
、該放射口から中に入れられた分子線材料Ｍが溶融した
際、その溶融液表面６から内管７ｂの放射口側先端部７
ｈａが突出するようになっている。

ヒータ８は、ヒータ線が内管７ｂの内周面に近接してｇ
、旋状に巻かれてなり、内管７ｂの先端部７ｂａ領域の
巻ピッチが中央部７ｂｂ領域より小さくて、加熱した際
、先端部７ｈａの温度Ｔ３が中央部７ｂｂの温度Ｔ４よ
り高くなるようになっている。

ヒータ９は、ヒータ線が外管７ａの外周面に近接して螺
旋状に巻かれてなり、加熱した際、外管７ａの放射口部
７ａａと中央部７ａｂとの温度がそれぞれ温度Ｔ３とＴ
４とに略一致するように、放射口部７ａａ領域の巻ピッ
チが中央部７ａｂ領域より小さくなっている。

熱電対５は、内管７ｂの内部で先端部７ｈａに配置され
温度Ｔ３を監視出来るようになっている。

この構成の分子線源は、ヒータ８がセルフの内部に配置
され、またセルフの外周にあるヒータ９がセルフの外周
面に近接して配置されて両ヒータを使用して加熱するの
で、セルフを介して分子線材料Ｍを加熱する効率は、従
来例より格段に良くなる。

例えば、セル３および７の大きさが共に放射口内径約２
０ｍｍφ長さ約１５０ｆｌの場合、後者のヒータ電力は
例えば約８０Ｗで良く前者の約１７２で足りる。

また、この構成の分子線源は、第３図図示従来例と同様
に放射口から分子線Ｂを放射するが、その強度は、環状
をなす溶融液表面６の面積と先端部７ｈａの温度Ｔ３と
に支配される。

そして、上記のように温度Ｔ３と１４との関係がＴ３＞
Ｔ４になっているので、溶融液表面６から飛び出した材
料Ｍが、従来例のように放射口部７ａａまたは先端部７
ｂｂに沈着することがなくなって、分子線８強度の支配
要因になる面積は変動することなく安定する。

また、熱電対５は、温度Ｔ３を直接監視するので、同じ
く支配要因となる温度も従来例より精密に制御すること
が可能になる。

更に、本出願人の経験によれば、分子線Ｂの強度は、一
般に放射角の中心が強く周辺に近づくに従って弱くなる
が、先端部７ｂａが熔融液面６突出することにより、そ
の弱くなる度合が従来例より小さくなって、放射角内に
おける該強度の分布が改善される。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の構成によれば、分子線源
の作動を従来より安定化させることが出来て、より安定
した結晶成長を行うことが可能なＭＢＥ装置の提供を可
能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面において、 第１図は本発明による分子線源の一実施例における要部
を模式的に示した側断面図、 第２図はＭＢＥ装置の構成要部を示した側断面図、第３
図は従来の分子線源の代表例における要部を模式的に示
した側断面図である。 また、図中において、 １はチャンバー、　　　　２は分子線源、３はセル、　
　　　　　３ａは放射口部、３ｂは中央部、　　　　　
　４はヒータ、５は熱電対、　　　　　　６は溶融液面
、７はセル、　　　　　　７ａは外管、 ７ｂは内管、　　　　　　７ａａは外管放射口部、７ｂ
ａは内管先端部、　　７ａｂ　、７ｂｂは中央部、８．
９はヒータ、　　　　Ｓは基板、 Ｂは分子線、　　　　　Ｍは分子線材料、ｍは沈着材料
、　　　　Ｔ１〜Ｔ４は温度、をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　外管とそれに挿入された内管とがあって、一側端にお
   いて該外管が開口し該内管が閉塞しており、反対側端に
   おいて該外管と該内管との間が閉塞した構造をなし、該
   外管の開口から分子線を放射させるセルと、該セルにお
   ける外管の外側と内管の内側とに設けられ、該外管およ
   び該内管の該一側端側をそれらの中央部分より高温にす
   るヒータとを有して形成される分子線源を具えることを
   特徴とする分子線エピタキシャル結晶成長装置。