JPS61288414A - 分子線エピタキシヤル成長装置 - 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〉 この発明は分子線エピタキシャル成長装置に関し、さら
に詳細にいえば、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、或は種類の異なる層を数層ｒ
ａｍさせることによりヘテロ構造を形成して、マイクロ
波素子、或は発光・受光素子として使用する単結晶薄膜
構造を作製するための分子線エピタキシャル成長装置に
関する。

〈従来の技術〉 従来から、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、ＭＢＥＩｉ
長法と略称する）が知られており、例えばＬ　Ｔ、　Ｔ
Ｓａｎ（ｌにより日経エレクトロニクス迎３０８，１６
３　（１９８３）において、ＭＢＦ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おり、ま
たＳ、ｌｌｉｙａｍｉｚｕによりＪ、Ｊ、Ａ、Ｐ　ｆｉ
ｌＧ、ｖｏｌ、２２．Ｌ６０９（１９８３）ｋ：おイテ
、上記ＭＢＥ成長法により数層のへテロ構造を形成する
ことにより作製したマイクロ波デバイスが詳細に説明さ
れている。

従来の■−Ｖ族化合物半導体薄膜構造形成のためのＭＢ
Ｅ成長法においては、例えば第４図に示すように、成長
室（２１）内において基板ホルダ（２５）上に基板（２
４）を保持し、かつ保持位置が、セル（２２）（２３）
の中心軸が交差する位置に設定されている。そして、両
セル（２２Ｈ２３）に収納されている原料（２２ａ）（
２３ａ）から蒸発した原料の分子線の、基板（２４）に
対する照射を制御するためのセルシャッタ（２２ｂ）　
（２３ｂ）が上記両セル（２２）（２３）に取付けられ
ており、セルシャッタ（２２ｂ）　（２３ｂ）を交互に
所定の周期で開閉することにより、選択的に一方の原料
の分子線を基板（２４）に照射し、基板（２４）上に種
類が異なる化合物半導体ｓｓｉを形成することができる
（特開昭５７−４７１６０．５７−１１８９９号公報参
照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記のＭＢＥ成長法では、一方のセルシャッタが開いて
いる間は、他方のセルシャッタが閉じられていることに
なるが、一般に■−ｖ族化合物半導体をＭＢＥ成長させ
る場合、原料セル（２２）（２３）は通常７００〜１０
００℃の高温度に加熱されている。また、セル開口端近
傍には原料が蒸発してできた１／ａ径前後の付着粒子が
多数形成されている。そして、この付着粒子がセル内に
落トすることにより、セル内原料融液の突沸現象を誘発
し、原料分子が凝集した突沸粒子が基板（２４）表面に
付着することにより、成長層表面の表面欠陥を形成する
ことになる。

この現象については、Ｒ，Ｚ、　Ｂａｃｈｒａｃｈ他、
　Ｊ、ＶａＣ。

Ｓｃｉ、Ｔｅｃｈｎｏｌ、　１８（３）（１９８１）７
５６に詳細に記載されている。

上記突沸粒子の飛来確率は、基板ウェハ面内において著
しい分布を示した。

また、上記とは別に、例えばｍ、−ｍ、−ｖ族等の多元
成長層を形成する場合、一般に、基板表面において種類
の異なる■旅程子線強度比が分布を持っているために、
基板表面と垂直な軸を回転軸として基板ホルダを回転さ
せると、単結晶成長層の厚み方向に■族組成が、回転周
期と同一の周期で振動することになり、厚み方向の組成
均一性を妨げる。

この現象についての詳細は、に、ＡｌａｖｉらによりＪ
、　Ｖａｃ、　Ｓｃ　ｉ、　Ｔｅｃｈｎｏ　１．８１　
、１４６（１９８３）において説明されている。

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
化合物半導体の光学的、或は電気的特性の劣化を防止す
ることができるＭＢＥ成長装置を提供することを目的と
している。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は上記従来例の有する問題点を克服すべく鋭
意研究した結果、ＭＢＥ成長室内において、基板表面と
平行、かつこれに近接させて、微細なスリットを有する
固定マスクを取付番ノ、基板ホルダを回転させることに
より、上記従来法の諸欠点が効果的に解消できることを
知得し、このような知見に暴いて本発明を完成した。即
ち、本発明のＭＢＥ成長装置は、成長室のほぼ中央部に
おいて基板を支持するとともに、基板の表面に対して垂
直で、かつ基板表面の中心を通る軸を中心として回転可
能な基板ホルダと、基板ホルダに支持された基板の表面
と平行、かつ近接状態で配置された固定マスクとを具備
し、固定マスクの所定位置に微細なスリットを形成して
いる。

〈作用〉 上記の構成であれば、スリット部分゛以外の・原料から
の突沸粒子の飛来確率が大きい領域の基板表面はマスク
で覆われているため、原料からの突沸粒子の基板表面へ
の付着を効果的に防止した状態で、原料からの分子線を
、スリットを通して回転する基板上に照射することによ
り、基板上に化合物半導体を成長させることができる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図はＭＢＥ成長装置の内部を上から見た概略図、第
２図はマスク板の正面図である。

成長室（１）の側壁所定位置にそれぞれ■族第１原料（
２ａ）、■族第２原料（３ａ）を格納するセル（２）　
（３）を形成しているとともに、両セル（２）　（３］
の中心軸が交差する位置に、基板ホルダ（５により基板
（４）を回転可能に保持し、さらに基板（４）に対する
分子線の照射領域をＩＩＪＩＩＪするマスク板（６）を
取付けている。

上記マスク板（６）は、所定位置に微細なスリット（刀
を１個形成したものであり、基板表面（４）と平行に、
かつ近接して配置されている。さらに具体的にいえば、
マスク板（６）は、例えば基板（４）より大径の、直径
６０ｍｍの円板であり、所定位置に幅３ｍｍ。

長さ３０閾のスリット（刀が形成されている。そして、
マスク板（６）と基板（４）との間隔は５間以内に設定
されている。

したがって、基板ホルダ（５）により基板（４）を回転
させれば、突沸粒子の基板（４）への付着をマスク板（
６）のスリット非形成部分により効果的に防止し、各セ
ル内の原料からの分子線がスリット（刀を通して基板（
４）に照射されるので、基板（４）の全面に、■族第１
原料（２ａ）と■族第２原料（３ａ）からなる■４−ｍ
、−ｖ族混晶化合物半導体を形成することができる。

以上のようにして形成したｍ　　−ｍ、−ｖ族混晶化合
物半導体酸においては、■族原料の突沸に起因する表面
欠陥密度が約１／４に減少し、また、単結晶成長層の厚
み方向の組成振動も著しく低減した。

第３図は第１図のＭ８Ｅ成長装置を使用してＩｎ　　　
Ｇａ　　　Ａｓ単結晶を１ｍｌ成長させた試０．５３　
　０．４７ 料に対するＸ線回折測定結果であり、中央のＩｎ　　　
Ｇａ　　　Ａｓ格子定数に対応した主ピー０．５３　　
０．４７ りに対して、低角側と高角側の対称な位置にはサテライ
トビークが全く認められない。

また、第５図は第４図に示す従来のＭＢＥ成長装置を使
用してＩ　ｎ　Ｏ，５３Ｇａ６．４７Ａ　Ｓ単結晶を１
層成長させた試料に対するＸ線回折測定結果であり、中
央のＩ　ｎ　Ｏ，５３Ｇａ６．４７Ａ　Ｓ格子定数に対
応した主ピークに対して、低角側と高角側の対称な位置
に、厚み方向の組成振動に基くサテライトビークが見ら
れる。

第３図と第５図とを比較することにより明らかなように
、この発明の一実施例である第１図のＭＢＥ成長装置を
使用した場合には、サテライトビークが全くなく、した
がって、厚み方向の組成振動が著しく低減されているこ
とが分かる。

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、１個の微細なスリットを形成
したマスクを、基板の表面と平行に、かつ近接させて配
置しているので、原料からの突沸粒子が基板表面に付着
することを効果的に防止して表面欠陥密度を著しく低減
することができ、また、原料からの分子線が微細な領域
にのみ照射されるので、基板回転時における単結晶成長
層の厚　、み方向の組成振動を著しく低減することがで
きるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すＭＢＥ成長装置の内
部を上から見た概略図、 第２図はマスク板の正面図、 第３図は第１図のＭＢＥ成長装置により基板上に成長さ
せたＩｎ　　　Ｇａ　　　Ａｓ単結晶層のＸｏ、５３　
　０．４７ 線回折測定結果を示す図、 第４図は従来例を示すＭＢＥ成長装置の内部を上から見
た概略図、 第５図は従来装置により基板上に成長させたＩ　ｎ　ｏ
、　ｓ３Ｇ　ａ　ｏ、　ａ７Ａ　Ｓ単結晶層のｘａｏｏ
折ｍ定結果を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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蒸発させ、上記 成長室内に支持された基板表面に半導体 層を成長させる分子線エピタキシャル成 長装置において、成長室のほぼ中央部に おいて基板を支持するとともに、基板の 表面に対して垂直で、かつ基板表面の中 心を通る軸を中心として回転可能な基板 ホルダと、基板ホルダに支持された基板 の表面と平行、かつ近接状態で配置され た固定マスクとを具備し、固定マスクの 所定位置に微細なスリットを形成したこ とを特徴とする分子線エピタキシャル成 長装置。