JPS6120513B2

JPS6120513B2 -

Info

Publication number: JPS6120513B2
Application number: JP1168278A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Tanaka; Seiichi Nagata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1986-05-22
Also published as: JPS54104489A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は真空室中での基板への薄膜成長に関
し、主として−族化合物の分子線エピタキシ
（以下MBEと言う）において、結晶成長中の雰囲
気真空の圧力を制御し、又真空系の汚染を防止す
る事によつて、良質の結晶を制御性よく作製する
方法並びにその装置を提供するものである。 MBEに於いては、線源と基板とは、熱的にも
幾何学的にも相互に分離独立しており、又線源の
数、種類も任意で、それぞれの温度も独立に制御
できる。又結晶成長するべき物質は、線源から超
高真空中を直進する分子として、基板上に一方向
的に輸送される。従つて、基板及び複数の線源の
温度を、それぞれ独立に時系列に制御する事によ
り、基板上に飛来する各材料分子の強度に応じた
任意の組成を有する結晶を制御性よく作製する事
ができる。一方最近、1.0〜1.3μ領域での光フアイバの低
損失化が進み、この領域で発振する半導体レーザ
や発光ダイオードを実現する為の材料として、
InP基板と格子整合できるInGaAsPが有望視され
ている。この様に限定された種類の基板結晶に対
し、格子整合せながら且つ任意の禁制帯幅を有す
る様な多元混晶のエピタキシヤルを成長を必要と
する場合には、上記MBEの特徴は原理的に極め
て有利な条件を与える。しかしながら、MBEにいて、基板上の結晶成
長面は、常に真空中に曝されている為、成長した
結晶中には、成長時の真空雰囲気中の汚染性ガス
分子（CO，CO₂H₂O，O₂、炭火水素等）が汚染
性不純物として混入し易く、結晶の特性は、成長
時の雰囲気真空の清浄度に大きく依存する。従つ
てMBEにおいては、この様な汚染性残留ガスの
できるだけ少ない質のよい真空を、常に再現性よ
くしかも短時間で実現する事が極めて重要であ
る。さて−族化合物半導体をMBE法によつて
成長させる場合、族原子の基板への付着係数は
１である。しかしながら族分子は、基板上に遊
離の族原子が存在する時はその族原子と結合
して結晶に組込まれるが、遊離の族原子が存在
しない時には、族分子単独では基板に付着せず
真空中に再放出される。従つて、−族結晶を
成長させる場合には、族分子よりも充分過剰の
族分子（族分子に対し通常５倍程度以上）を
基板上に供給する必要がある。このため結晶成長
時の雰囲気真空の圧力（約１×10^-6Torr）は殆
んど族分子の蒸気によつて占められる。この事は次の２点において、MBE法の大きな
欠点の原因となつている即ち (i) 前記した様に、MBE法では、各線源温度を
制御するだけで、それぞれの線源温度によつて
決まる強度の材料元素の分子線を基板上に供給
し、任意の混晶組成を正確に実現し得る事が特
徴であるにも拘らず、２種以上の族元素を含
む混晶を成長させる場合には、線源から直接基
板上に到達する分子数に対し、雰囲気真空中か
ら二次的に基板上に到達する分子数が無視でき
ない程度になり、線源温度を制御するだけで
は、各族分子の基板上への到達率を充分に制
御できず、混晶組成を正確に実現する上での障
害となつている。又 (ii) 結晶成長終了後においても成長中に放出され
た大量の過剰族分子は、蒸気圧が高い上に、
イオンポンプやチタンゲツタポンプによつても
有効に排気されない為、長時間真空中に残留し
後述のように真空装置の汚染の原因となり、特
に燐を用いる場合には致命的な欠点となつてい
た。この理由を説明し、以下に述べる本発明の原理
並びに効果を明確にするために、まず族元素
Ｐ，As，Sbの種類と性質を次表とともに考え
る。

【表】これら３つの族元素の単体には、いずれも常
温安定型及び準安定型（常温不安定型もしくは分
子状同素体）の２種の同素体が存在する。真空中
で、これら常温安定型の物質を加熱蒸発させる
と、準安定型の分子となつて放出される。準安定
型同素体は常温安定型の物質が同温度で示すより
も、遥かに高い蒸気圧を示し、化学的にも活性で
毒性も強い。第１図に常温安定型物質である赤燐、砒素（金
属砒素）、アンチモン及び準安定型物質である黄
燐の蒸気圧を示す。この図から明らかな様に、黄
燐に比べ極めて高く、常温でさえ10^-2Torrに達
する。なお、準安定型の物質は、常温で、徐々に
常温安定型の物質に変化していくが、その速度
は、Ｐ≪As＜Sbであり、黄燐の赤燐への変化速
度は極めて遅い。従つて、真空中で赤燐を加熱蒸
発させると、いつまでも分子状の準安定型の物質
のまま残留し、真空室の圧力が蒸発停止後も容易
に下がない原因となつている。又例えばGaPの様
な−族化合物を加熱蒸発させた場合には、
族分子はP₂と言う形で蒸発するが、これもP₄分子
に変化する。以上述べた様に、MBE法を用いて、−族
化合物、特に燐を含む結晶を成長させる場合に
は、成長終了後も、真空室中に猛毒でしかも蒸気
圧の高く極めて活性な準安定型のP₄蒸気が、長時
間充満する。ひとたび真空室を大気に曝した時に
は、燐がただちに酸化されて、極めて吸湿性の
P₂O₃，P₂O₅を作り、それが更に空気中の水分に
よつて、燐酸となる為、真空室内壁がそれらでベ
トベトにある程汚染されてしまうと言う問題を生
じる。最初に述べた様に、MBE法では、極めて清浄
な真空が要求され、その様な質のよい真空を常に
再現性よく短時間で実現し得る事が不可欠である
のも拘らず、燐を用いた場合には、上述の様に材
料物質である燐を介して、大量の汚染性物質
（H₂O，CO₂等）を液体や固体の様ないわゆる凝
縮された状態で真空室内壁に付着させる結果とな
り、清浄真空が不可欠のMBE法にとつて決定的
欠陥をもたらす。そればかりか、化合物として真
空室内壁に付着したこれら大量の汚染物質を除去
する為には、極めて長時間のベーキングとポンピ
ングを必要とし、結晶成長を行なう上での時間的
無駄が極めて大きく、且つ排気ポンプの寿命を著
るしく短かくしていた。さらに以上の困難は、燐
だけにとどまらずに、同じ族元素である砒素や
アンチモンの場合にも程度の差はあれ起こり、そ
の対策が望まれていた。本発明はこのような問題点の認識に鑑みてなさ
れたもので、真空中に設置された基板上に、薄膜
構成元素を含む物質を加熱蒸発させて堆積し、上
記薄膜を上記基板上に成長するに際し、薄膜構成
元素のうち蒸気圧が高く化学的に活性な物質を、
安定化物質により化学的に安定な物質に固体化す
ることを特徴とし、上述の不都合を起すことなく
薄膜構成長を可能とするものである。次に、本発明の原理と効果を示す実験結果を述
べる。第２図は、本発明に用いた装置の基本構成
を示し、５×10^-10Torr以下の圧力まで排気可能
な真空室１１中に、液体窒素で冷却されたシユラ
ウド１２が設置され、その中にGa線源１３、As₄
線源１４が置かれ、それぞれ所定温度に加熱され
た後、シヤツタ１７，１８の操作により、開口１
５，１６を通して基板１９に分子線を供給して
GaAsの結晶成長を行なわせるものである。この
装置は開口１５を大きくしGaが１１の内壁に蒸
発される構造となつている。又２３は４重極型質
量析計、２４は水晶振動子膜厚計、２５はAs₄の
分子が直接には飛来しない様な位置に設置された
電離真空計である。 (1) Ga線源１３を結晶成長時の温度に加熱し、
シヤツタ１７を閉じたまま、As₄線源１４のシ
ヤツタ１８を開きAs₄線源の温度をゆつくりと
変化させ、質量分析計２３で測定したAs₄分子
線強度Ｎと、電離真空計２５で測定した室内の
残留圧力Ｐとの関係を測定した（この圧力は前
述のようにほとんどAs₄の分圧に等しい）。そ
の結果を第３図の曲線２１に示す。次に、Ga
線源１３のシヤツタ１７も開いて、同様にAs₄
線源１４の温度をゆつくりと変化させたとこ
ろ、第３図の曲線２２の様になつた。この図か
らわかるように、Ga線源１３のシヤツタを閉
じている場合には、As₄分子線強度を圧力とは
ほぼ比例関係にあるが、Ga線源１３のシヤツ
タを開いている場合には、圧力はAs₄分子線強
度に比例せずGa線源温度のシヤツタを閉じて
いる場合よりも低い圧力を示す。これは、真空
室内壁にGa原子が付着すると、そこに飛来し
たAs₄分子が室温でGa原子と結合し、壁面から
の再放出が起こらなくなる為でありGa原子に
よるAs₄分子のゲツタ作用と考える事ができ
る。そこで、曲線２２のＡ点で示した点におい
て、As₄分子線強度を一定に保つたままGa線源
温度のシヤツタを閉じると、Ga原子によるゲ
ツタ作用がなくなる為、圧力は徐々に上昇し
て、２１上のＢ点に達するが、これに要した時
間は、２〜３分であつた。一方同様の事を曲線
２２のＣ点において行なつたところ、曲線２１
のＤ点に達するのには30分以上を要した。 (2) Ga線源１３、As₄線源１４の温度を通常の結
晶成長時の温度に保ち（質量析計２３で測定し
た、Ga⁶⁹とAs⁷⁵に対応するピーク強度の比Ｉ_As
⁷⁵／Ｉ_Ga ⁶⁹が８〜10）基板１９の温度を変えて
膜を基板１９上に成長させた。成長時間は全て
一定である。成長させた膜について、膜厚と、
組成を測定したところ第４図の結果が得られ
た。基板温度が、300℃，500℃では良好な結晶
が成長するので、基板上では充分なAs₄過剰条
件が保たれている事が認められる。この実験により次の事が明らかとなつた。 (i) 基板温度が170℃以上では、膜厚は曲線２
６から明らかなとおりほぼ一定で曲線２７よ
り明らかなごとく膜のGaとAsの比は１：１
である、 (ii) 基板温度を170℃以下で成長させた膜の膜
厚は低温で成長させる程上記膜厚よりも厚く
なり、しかもその原因は膜中にAsがGaより
も過剰に含まれている為である。 (3) Ga線源１３の温度を結晶成長時の温度に保
ち、As₄線源１４の温度を変化させ、質量分析
計２３で測定したＩ_As ⁷⁵／Ｉ_Ga ⁶⁹と水晶振動子
膜厚計２４で測定した周波数変化Δｆ（膜成長
速度に対応する）との関係を求めたところ、第
５図の曲線２８の結果が得られた。この第５図
は膜厚計に付着された膜厚を示し、膜厚計の測
定子は室温に保たれている。第５図のＡ点は通
常の結晶成長時の状態を示し、Ｂ点は(2)の結果
より推定した室温成長膜の組成がAs／Ga＝１
となる時のＩ_As ⁷⁵／Ｉ_Ga ⁶⁹を示す為に挿入した
ものである。次に、Ga線源１３の温度を通常
のGa分子強度の約1/4となる温度に下げ、Ｉ_As
⁷⁵／Ｉ_Ga ⁶⁹を更に広い範囲にわたつて変化させ
たところ、第５図の曲線２９の様になつた。以上の事より(i)室温基板上における膜成長速度
は、As₄とGaとの分子線強度比の対数に対しほぼ
直線的に変化し、その変化は、腹中に含される
Asの量に対応する、(ii)As₄とGaとの分子線強度
比が一定ならば、成長速度は、Gaの強度に比例
する、と言う事がわかる。従来分子状族元素と、族原子との相互作用
については、Foxon等による、GaAs基板上にお
けるAs₄とGaについての報告が、（C.T.Foxon他
Surface Science 44 P.69（1974））及び（C.T.
Foxon他ibid 50P.434（1975））になされている。
これらの報告の中では種々の温度範囲において、
As₄とGaとの表面での反応が論じられAs₄の付着
係数や表面係滞在時間等が求められているが、い
ずれも、As₄とGaとの分子線強度がＩ_As／Ｉ_Ga＜
１なる条件で行なわれたものであり、先に(1)〜(3)
で示した様に広範囲にわたつてＩ_As4／Ｉ_Gaを変
化させた例はなかつた。なお(2)，(3)で用いたＩ_As
⁷⁵／Ｉ_Ga ⁶⁹は、あくまで質量分析計のピーク比で
分子線強度比を仮に示しただけのものであり、絶
対的な分子線強度比を示すものではないが、Ｉ_As
_４／Ｉ_Ga≫１なる範囲にわたつて変化している事
は上述の様の明らかである。以上(1)〜(3)で得られた結果より、室温の面にお
けるGaとAs₄分子との反応は、面上でのAs₄とGa
との分子線強度比に依存し、形成された膜の組成
もそれに応じて大きく変わり、As₄がGaよりも充
分多量に供給される場合には、腹中のAs／Ga比
は10近くにもなり得る事、従つて、室温の面に
Gaを蒸着する事により、Gaの蒸着速度を面積に
よつて決まる量のAs₄分子をGaAs_xの形で固定
し、排気した場合と同じく真空室中の圧力を低く
保てることが明らかとなつた。以上のように、蒸発されたGaによりAsが効果
的にゲツタされることが見い出された。又このこ
とは他の−族系物質を用いた場合にも同様に
成立するといえる。本発明では以上の事実に注目し、結晶成長に際
して真空中に充満した、たとえば族分子を、室
温の面に蒸着された族原子と反応させ、常温安
定型の族元素同素体よりも更に蒸気圧が低く化
学的にも安定な−族系物質として固定（以下
族原子による族分子のゲツタ作用と称す
る。）することにより、排気した場合と同じよう
に結晶成長中の雰囲気真空の圧力を制御しかつ、
真空系を大気に曝した際の系の汚染を防止するこ
とを可能とするものである。又室温の面において
は族過剰な膜が成長し得る事は、族分子のモ
ル数より遥かに少ないモル数の族原子を蒸発さ
せるだけで充分な圧力制御効果が得られる事を意
味し、上述した実験では本発明が極めて効率のよ
い方法である事を示している。但し、室温で成長
させた、族過剰な膜が、たとえばAlとAsを含
む場合のように化学的に不安定で真空系を大気中
に曝した時系の汚染源となる様な可能性のある時
には、族原子を蒸着させる面を加熱し、族と
族との比が１：１の様な化学的に安定な膜が成
長する様な温度以上でゲツタ作用を起こさせる様
にすればよいことは当然である。次にGaAsの結晶成長に関し、実施例をあげて
具体的に説明する。実施例１第２図の装置を用いてGaAs結晶成長後、線源
の加熱を停止すれば線源温度からの分子の供給は
なくなり、真空室１１内に充満していたAs₄分子
は液体窒素で冷却された真空室１１内に設置され
たシユラウド面（図示せず）にそのまま凝縮し、
一旦圧力は低下する。この面には一旦As₄分子を
付着させる役目をもつものである。やがて液体窒
素の供給の断たれた冷却面の温度上昇とともに、
冷却面に凝縮していたAs₄分子の再蒸発がおこ
り、圧力は再び上昇する。再蒸発したAs₄分子は
徐々に常温安定型の金属砒素として真空室１１の
内壁に付着してゆくため、再度室内の圧力は低下
する。この様子を第６図の曲線３１で示す。第６図の横軸は結晶成長終了後一旦圧力が低下
した時点からの時間であり、縦軸に圧力を示す。
曲線３１が２つのピークをもつのは、用いた真空
室内部に２ケの液体窒素容器があり、各々の温度
上昇率が異なるためである。一方曲線３２は所定
の結晶成長後、Ga線源１３のみを加熱し約１時
間Ga原子を真空室１１の内壁に蒸着させた場合
の圧力を時間依存性を示している。後者の場合の
全圧上昇は前者に比し１／10程度である。この結
果は前記Ga蒸着面が前記再放出As₄を有効にゲツ
タしていることの証拠である。さて本実施例で真空室１１内壁のGa蒸着面に
よるAs₄のゲツタ効果が更に明白になつたが、結
晶成長の行なわれる真空室１１の内壁がGaAs_xで
被覆されるという点がある。即ちGaAs_xは金属砒
素よりも化学的に安定のようであるが、真空室１
１を形成するステンレス自体に比べれば、真空室
内部を大気圧に曝した場合に表面吸着や表面の化
学変化がかなり顕著である。従つて結晶成長の行
なわれる作業室内壁面自体がGaAs_x等で被覆され
るのを極力避け、代りにゲツタ専用の壁面を設け
る方がより望ましい。実施例２この実施例はゲツタ専用の壁面を設けたもの
で、第７図に示す様にゲツタ専用に使用する補助
のGa線源５０を設置し、更にゲツタ板として半
球状の板５２を設けた。ゲツタ板５２は図の様
に、ベローズ５１とゲートバルブ５３を用いて、
主真空室４１の真空室４１を破ることなく、系外
に取り出せる様になつている。すなわちAs₄線源
温度４４を加熱する前に補助Ga線源５０の温度
を上げて、５２内面にGaを蒸着しておき、又結
晶成長中も５０の加熱を継続することにより、系
（主真空室４１）内の圧力を結晶成長中も、
10^-8Torr台に保つ事が可能であつた。４３，４
４はGa，As₄線源、４５，４６はその開口部、４
７，４８はシヤツタ、４９はGaAs基板である。
又結晶成長終了後は、液体窒素による冷却面の温
度上昇によつて放出されるAs₄をゲツタ板５２で
ゲツタする為に、系内の圧力上昇に従つて適宜補
助Ga線源５０の加熱を燥り返したところ、圧力
は常に５×10^-9Torr以下に抑える事ができた。
この場合結晶成長用の主Ga線源温度４３は、実
施例１の様にAs₄のゲツタには利用する必要はな
い。寧ろ、真空室内面でゲツタ作用が起こり、内
面のステンレス壁をGaAs_xで被覆する事のないよ
う様、Ga線源４３の開口４５を小さくした。又
勿論、結晶成長終了後は、４３の加熱を継続する
必要はない。この装置は結晶成長後、ゲートバル
ブ５３を開けてシヤフト５４にてゲツタ板５２を
補助真空室５５内に移動し、ゲートバルブ５３を
閉じて両室４１，５５を気密的に分離し、板５２
を外部に取り出す。実施例３第８図に示すようにゲートバルブ８１で主真空
室６１と分離できる補助真空室８２を取付けここ
にゲツタ専用のGa線源８３を設置して、このゲ
ツタ用Ga線源８３は補助真空室８２内のできる
だけ広い面積をゲツタ面として有効に利用できる
様に発散性の構造としてある。又主真空室６１の
内壁に沿つて全面に、液体窒素冷却のシユラウド
８４を設けた。As₄分子は液体窒素冷却壁面には
付着確率がほぼ１であるので、結晶成長中は、
Gaのゲツタ作用を利用する事なく、系内の圧力
を十分低く保つ事ができる。結晶成長終了後、ゲ
ートバルブ８０、ベローズ８１を開け、Ga線源
８３を加熱して、壁面（シユラウド８４）から離
脱してくるAs₄分子をゲツタさせた。この場合に
は、ゲツタ作用は、補助真空室８２内のみで行な
われる為、実施例２における様に、ゲツタ板以外
の壁面がGaAs_xで被覆される確率は更に小さくな
り、GaAs_xの付着した壁面を洗浄する場合にも、
補助真空室８２のみを取外して行なえると言う利
点がある。又、ゲツタ用のGa線源８３は、その
目的から言つて、多量のGaを蒸発させる必要が
あるが、本実施例の方法では、主真空室６１の真
空を破る事なく、Gaの充填を行ない得る。更に
主真空室６１の内壁を冷却板８４でおおつた事に
より、残留ガス中の汚染性不純物も冷却面に凝縮
できる為結晶成長中に含される汚染性不純物も極
もて減少させ得る。なお、第８図において、６２
冷却面（シユラウド）、６５，６６はそれぞれの
分子線源温度の開口、６７，６８はシヤツタ、６
９は基板である。また、シユラウド８４にGaを
蒸発させれば、このシユラウド８４上でGaによ
るAs₄分子のゲツタを行わせることもできる。なお、第７，８図の装置では、基板へのGaAs
結晶を成長させるに際し、GaAs多結晶の蒸発源
を用いる場合にも別の蒸発源５０，８３にて
GaAs蒸発源から蒸発される蒸気圧の高いAs₄分
子をゲツタすることができる。以上実施例とともに本発明を説明したが、ゲツ
タ効果を有効に利用するには、必要な面積のゲツ
タ面を得ることおよびゲツタ面に至る真空系のコ
ンダクタンスを大きく設計することが望ましい。
又ゲツタ材料である族物質の蒸発源の温度を
族分子の圧力に応じて制御するならば、必要以上
の族物質を消費しなくてすむ。以上の実施例ではGaAsの場合に限つて説明し
たが、本発明の原理から考えれば、本発明は従来
最も困難の大きかつた燐を用いた結晶成長につい
て最大の効果を発揮する。即ち第１に例えば
GaAsとGaPの結晶成長の場合を比較すれば、一
定のGa分子線到達量に対し、P₄分子線はAs₄分子
線よりも過剰に供給しなければならない。従つて
同一膜厚の成長に対し、真空系内部に分子線とし
て放出される分子量はAs₄よりもP₄がより多い。
第２に燐は準安定型から常温安定型に変化する速
度が、砒素やアンチモンに比べて極めて遅く且つ
蒸気圧が高い。このため前記実施例２，３のよう
な方法を用いるならば、真空室内部に残留するP₄
分子が赤燐に変化して主真空室内壁に付着する前
に前記ゲツタ面に集中的に捕集することができ
る。又P₄はAs₄やSb₄に比べて蒸気圧が高いた
め、真空室内壁が常温であつてもより早く且つほ
とんど完全にゲツタ面に捕集できる。こうして圧力が十分に下つた後であれば、真空
室内部を大気に曝したとしても、もはや活性なP₄
は存在せず、燐酸の形成もなく、真空室内壁の汚
染も最少限にとどめられる。従つてその後の排気
過程でベーキング時間も短縮され、更にイオンポ
ンプ等の排気装置の寿命も大巾に増加する。本発明の効果を再度列挙するならば、 (1) −族半導体の分子線エピタキシに於て、
結晶構成材料元素のうち、蒸気圧が高く付着係
数が小さいためより多量に真空内に放出され且
つより化学的に活性な族分子を、族元素の
蒸着面に集中的に捕集することにより、過剰の
族分子の真空系内部での残留圧力を制御でき
る。 (2) チタンゲツタポンプ用の液体窒素冷却面が
族分子で覆われる割合を減少させ、同ポンプ本
来の排気対象ガス（H₂O，O₂，CO，CO₂等）
に対する排気能の減少を防止でき、系の真空を
清浄に保ち得る。 (3) 基板上に供給される族分子のうち、１次分
子線に対し残留分子の成分を減少させることが
でき、前記供給量の制御性が向上する。 (4) 従つて多成分の混晶組成を精度よく制御でき
る。 (5) 真空系内に過剰に放出された化学的に活性な
族分子が真空室の内壁に付着又は室内に残留
するのを防止できる。 (6) 真空系を大気に曝した際、これら過剰の族
分子が大気中の成分と化学反応し凝縮物として
壁面に付着したまま真空系内に導入される割合
を激減させ得るため、壁面を清浄に保ちやす
い。 (7) 従つて壁面付着成分が少なく、再排気の際の
ベーキング時間が短縮され、且つ排気負荷が減
少し、イオンポンプ等の寿命が大巾に延びる。 (8) 実施例３で示した様に、ゲツタ作用を主真空
室と分離可能な補助真空室で行なわせれば、過
剰の族元素は集中的に捕集されているため、
ゲツタされた物質の洗浄除去も、主真空室を真
空に保つたまま、可能であり主真空室を大気に
曝す機会が減少し、上記ゲツタされた物質の回
収も簡単且つ容易であり、作業者の安全性も高
まる。以上は主として−族半導体の結晶成長にお
ける効果であるが、本発明の原理によれば、その
効果は、−族半導体に限らず、−族半導
体の結晶成長においても例えばMgの様な物質を
ゲツタ材料として用いる事により、同様に族分
子に対する排気作用を持つものである。更に本発
明は、−族、−族以外に、真空中で蒸気
圧の高いしかも活性な物質を蒸発させ、該物質又
は該物質の化合物薄膜を成長させる場合に適用で
き、安定化用ゲツタ物質により活性で蒸気圧の高
い物質を蒸気圧の低い化学的に安定な固体と変換
することにより、真空中に残留する上記物質の分
子が真空系を大気にさらした時に大気中の成分と
化学反応を起し汚染性の物質が凝縮物として系内
に付着する割合を大きく減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶ族元素同素体の蒸気圧を示した図、
第２図は本発明の実施に用いた装置の基本構成
図、第３図はGa原子によるAs₄分子のゲツタ効果
を示した図、第４図はAs₄とGaの分子線強度比を
一定にして基板温度を変えた時の膜厚及び膜組成
の変化を示す図、第５図はAs₄とGaの分子線強化
度比をを変化させた時の水晶振動子の周波数変化
即ち膜成速度の変化を示す図、第６図は本発明の
実施例１においてGa原子によるAs₄分子のゲツタ
効果がある時とない時との結晶成長終了後の真空
室の圧力変化を示す図、第７図は同実施例２にお
ける装置の概略図、第８図は同実施例３における
装置の概略図である。１１……真空室、４１，６１……主真空室、１
２，４２，６２，８４……液体窒素冷却シユラウ
ド、１３，４３，６３……Ga線源、１４，４
４，６４……As₄線源、１５，４５，６５……Ga
線源開口、１６，４６，６６……As₄線開口、１
７，１８，４７，４８，６７，６８……シヤツ
タ、１９，４９，６９……基板、５０，８３……
補助Ga線源、５３，８１……ゲートバルブ、５
２……蒸気板、５５，８２……補助真空室。

Claims

【特許請求の範囲】１真空室中に設置された基板上に、成長させよ
うとする薄膜構成元素の同素体の単体或いは該構
成元素を含む化合物からなる材料物質を加熱蒸発
させるとともに上記材料物質を堆積させて薄膜成
長を行なうに際し、上記材料物質の蒸発により上
記真空中に発生する背圧蒸気と化学的に結合して
上記材料物質を蒸気圧の低い化学的に安定な固体
に変換する安定化物質を、上記真空中の面に蒸着
し、上記背圧蒸気を上記安定化物質の蒸着された
面上で固体化することを特徴とする薄膜成長方
法。２背圧蒸気中の材料物質を真空室中に設置され
た冷却面に付着させることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の薄膜成長方法。３安定化物質の蒸着された面が真空室内壁面に
沿つて設けられた冷却面であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の薄膜成長方法。４薄膜構成元素が２種以上の同素体を有し、材
料物質が上記元素の１同素体から成り、この１同
素体の蒸気圧よりも、上記１同素体を蒸発させて
得られる別の同素体の蒸気圧の方が高い事を特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載薄膜成長方
法。５材料物質が成長させようとする薄膜構成元素
を含む化合物から成り、かつこの化合物の蒸気圧
よりも、上記化合物を蒸発させて得られる物質の
蒸気圧が高い事を特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の薄膜成長方法。６安定化物質が、薄膜構成元素の単体から成る
事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄
膜成長方法。７背圧蒸気が族元素から成り、安定化物質が
族元素である事を特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の薄膜成長方法。８真空室中に設置された基板と、上記真空室中
に設置され、上記基板に材料分子を供給し上記基
板上に薄膜成長を行わせるための蒸気源と、上記
真空室中に設置され、上記真空室中に主要な圧と
して存在する上記材料分子の蒸気と化学的に結合
して、上記材料分子の蒸気を蒸気圧の低い化学的
に安定な固体に変換する安定化物質の蒸発源と、
上記固体が被着される被着面とを備えたことを特
徴とする薄膜成長装置。９真空室内に安定化物質の蒸着される冷却面を
備えてなることを特徴とする特許請求の範囲第８
項に記載の薄膜成長装置。１０真空室が、主真空室と、この主真空室と開
閉可能な気密体を介して隣接された補助真空室よ
りなり、主真空室内に基板とすべての蒸発源が設
置され、被着面が上記真空室と補助真空室間を移
動することを特徴とする特許請求の範囲第８項に
記載の薄膜成長装置。１１真空室が、主真空室と、この主真空室と開
閉可能な気密体を介して隣接された補助真空室よ
りなり、主真空室に基板、薄膜成長を行わせるた
めの蒸発源、被着面を設置し、安定化物質の蒸発
源を上記補助真空室内に設置されてなることを特
徴とする特許請求の範囲第８項に記載の薄膜成長
装置。