JPS6191094A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
- Publication number
- JPS6191094A JPS6191094A JP21122584A JP21122584A JPS6191094A JP S6191094 A JPS6191094 A JP S6191094A JP 21122584 A JP21122584 A JP 21122584A JP 21122584 A JP21122584 A JP 21122584A JP S6191094 A JPS6191094 A JP S6191094A
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- Japan
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- cell
- molecular beam
- substrate
- diameter
- source cell
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、均一性が高い化合物半導体単結晶層を成長さ
せるのに好適な分子線結晶成長装置に関する。
せるのに好適な分子線結晶成長装置に関する。
従来、分子線結晶成長装置に於ける分子線源セルとして
は、クヌーセン型セルとラングミュラ型セルの２種類が
実用化されている。
は、クヌーセン型セルとラングミュラ型セルの２種類が
実用化されている。
クヌーセン型セルは、開口部が小さく絞られた形をして
いて、発生する分子線に於ける強度の空間分布は前記開
口部の大きさに依って決まる。このセルの特徴としては
、開口面積が小さい為、ソースの量や対流に依るゆらぎ
等に由来する分子線強度の変動が少なく、安定性が高い
分子線を得ることができる点を挙げることができる。そ
して、欠点としては、開口面積が小さい為、分子線強度
が小さく、大口径基板に対して成長を行う場合、成長速
度が遅く、スルー・プツトが上がらない点である。
いて、発生する分子線に於ける強度の空間分布は前記開
口部の大きさに依って決まる。このセルの特徴としては
、開口面積が小さい為、ソースの量や対流に依るゆらぎ
等に由来する分子線強度の変動が少なく、安定性が高い
分子線を得ることができる点を挙げることができる。そ
して、欠点としては、開口面積が小さい為、分子線強度
が小さく、大口径基板に対して成長を行う場合、成長速
度が遅く、スルー・プツトが上がらない点である。
ラングミュラ型セルは、現在の分子線エビタキシ＋／Ｌ
／成長（ｍ、ｏ ｌ ｅ ｃ ｕ １ ａ ｒ ｂ
ｅ ａ ｍ ｅｐ ｉ ｔａｘｙ ：ＭＢＥ）法に於
いて最も多用されているも′のであり、開口径が２０〔
鶴〕前後と比較的大きく、試験管状或いはラッパ状の形
をしている。このセルの特徴としては、開口面積が大き
い為、大口径基板に対して成長を行う場合、成長速度が
速い点を挙げることができる。そして、欠点としては、
ソースの量や対流に依るゆらぎ等に由来する分子線強度
の変動が大きく、安定性が高い分子線を得るのに努力を
要する点である。尚、このセルの場合、分子線強度の空
間分布を決定しているのは、開口面積、開口角度、基板
塵の距離等であって、従来のセルに於ける開口角度はｌ
＠から５．５°程度、また、基板塵の距離は１２５〔龍
〕程度である。
／成長（ｍ、ｏ ｌ ｅ ｃ ｕ １ ａ ｒ ｂ
ｅ ａ ｍ ｅｐ ｉ ｔａｘｙ ：ＭＢＥ）法に於
いて最も多用されているも′のであり、開口径が２０〔
鶴〕前後と比較的大きく、試験管状或いはラッパ状の形
をしている。このセルの特徴としては、開口面積が大き
い為、大口径基板に対して成長を行う場合、成長速度が
速い点を挙げることができる。そして、欠点としては、
ソースの量や対流に依るゆらぎ等に由来する分子線強度
の変動が大きく、安定性が高い分子線を得るのに努力を
要する点である。尚、このセルの場合、分子線強度の空
間分布を決定しているのは、開口面積、開口角度、基板
塵の距離等であって、従来のセルに於ける開口角度はｌ
＠から５．５°程度、また、基板塵の距離は１２５〔龍
〕程度である。
ラングミュラ型セルでは、開口角度及び基板塵の距離な
どが成長結晶層厚の分布に大きな影響を与えているので
、本発明では、この開口角度及び基板塵の距離などを最
適化することに依り分子線強度を安定化して大口径基板
上に成長された結晶層に於ける層厚バラツキを小さくし
、均一な層厚が得られるように、しかも、従来からのラ
ングミュラ型セルの特徴である分子線強度が大である旨
の効果はそのまま維持できるようにする。
どが成長結晶層厚の分布に大きな影響を与えているので
、本発明では、この開口角度及び基板塵の距離などを最
適化することに依り分子線強度を安定化して大口径基板
上に成長された結晶層に於ける層厚バラツキを小さくし
、均一な層厚が得られるように、しかも、従来からのラ
ングミュラ型セルの特徴である分子線強度が大である旨
の効果はそのまま維持できるようにする。
本発明に依る分子線結晶成長装置では、開口がラッパ状
になっている、所謂、ラングミュラ型セルと呼ばれる分
子線源セルと、その分子線源セルからの分子線が放射さ
れる基板を保持する為の基板ホルダとを備え、 分子線源セルに於ける開口の径＝Ａ 分子綿源セルに於ける開口角度−〇。
になっている、所謂、ラングミュラ型セルと呼ばれる分
子線源セルと、その分子線源セルからの分子線が放射さ
れる基板を保持する為の基板ホルダとを備え、 分子線源セルに於ける開口の径＝Ａ 分子綿源セルに於ける開口角度−〇。
分子線源セルと基板ホルダに保持された基板に於ける表
面との間の距離＝Ｌ 分子線源セルから基板への分子線の入射角＝θとした場
合に於いて、前記基板ホルダは、ＣＯＳθ なる式で直径りが表される放射分子線の拡がりに依る円
形領域にその径りを越えない径を有する基板の表面が位
置することを可能にするよう配設された構成を採ってい
る。
面との間の距離＝Ｌ 分子線源セルから基板への分子線の入射角＝θとした場
合に於いて、前記基板ホルダは、ＣＯＳθ なる式で直径りが表される放射分子線の拡がりに依る円
形領域にその径りを越えない径を有する基板の表面が位
置することを可能にするよう配設された構成を採ってい
る。
前記構成に依れば、セル内に於けるソース量の如何、或
いは、セル内に於ける対流の如何に拘わらず、分子線強
度の空間分布は一様化され、大口径の基板上に単結晶層
を成長させた場合、その層厚の面内バラツキを小さく抑
えることができ、また、その成長速度は、従来のセルに
於けるそれと殆ど変わりない。
いは、セル内に於ける対流の如何に拘わらず、分子線強
度の空間分布は一様化され、大口径の基板上に単結晶層
を成長させた場合、その層厚の面内バラツキを小さく抑
えることができ、また、その成長速度は、従来のセルに
於けるそれと殆ど変わりない。
第１図は本発明一実施例を解説する為に必要な要部説明
図を表している。
図を表している。
図に於いて、ｌはセル、２は基板ホルダ（図示せず）に
保持されたＧａＡｓ基板、Ａはセルｌの開口径、Ｌはセ
ルｌと基板２との間の距離、ｌは基板２の径、θはセル
１から基板２への入射角、θ。はセルｌの開口角度をそ
れぞれ示している。
保持されたＧａＡｓ基板、Ａはセルｌの開口径、Ｌはセ
ルｌと基板２との間の距離、ｌは基板２の径、θはセル
１から基板２への入射角、θ。はセルｌの開口角度をそ
れぞれ示している。
実験に依ると、径が５０ （ｍｓ） （２（吋〕）で
あるＧａＡｓ基板２に対し、全面で層厚のバラツキが±
１ 〔％〕以内の均一性を維持して単結晶のＧａＡｓ層
を成長させる為には、セル１の開口角度θ。を９．５”
とすることに依って好結果が得られた。
あるＧａＡｓ基板２に対し、全面で層厚のバラツキが±
１ 〔％〕以内の均一性を維持して単結晶のＧａＡｓ層
を成長させる為には、セル１の開口角度θ。を９．５”
とすることに依って好結果が得られた。
このような結果が得られた際の他の条件は次の通りであ
る。
る。
開口径Ａ ： ２０ （＋＋ｎ）
距離Ｌ：１２５ｈｍ）
入射角、θ：３０”
因に、開口角度θ。が５．５°である従来のセルを使用
し、他の条件を全て同一として同じＧａＡｓＪｉｉの成
長を行った場合、層厚のバラツキが±１ 〔％〕以内に
収まった領域は３５（ａｍ）φであった。従って、θ、
＝５．５°では、約５（ｃｍ）（２〔吋〕）径の基板全
面に層厚が均一の単結晶層を成長させることは困難であ
る。
し、他の条件を全て同一として同じＧａＡｓＪｉｉの成
長を行った場合、層厚のバラツキが±１ 〔％〕以内に
収まった領域は３５（ａｍ）φであった。従って、θ、
＝５．５°では、約５（ｃｍ）（２〔吋〕）径の基板全
面に層厚が均一の単結晶層を成長させることは困難であ
る。
前記のような実験を種々の条件の下に数多く行って、開
口角度θ０と層厚が均一な領域との相関を求めた結果、
セル１に於ける内壁の延長、即ち、放射分子線の拡がり
に於いて、基板２と同一平面上の円形領域の中央路７／
１０の領域で層厚のバラツキが±１ 〔％〕以内となる
略均−な層厚が得られることが判り、その結果、次の関
係式が成立することを見出した。
口角度θ０と層厚が均一な領域との相関を求めた結果、
セル１に於ける内壁の延長、即ち、放射分子線の拡がり
に於いて、基板２と同一平面上の円形領域の中央路７／
１０の領域で層厚のバラツキが±１ 〔％〕以内となる
略均−な層厚が得られることが判り、その結果、次の関
係式が成立することを見出した。
即ち、前記した通り、セルＩの開口径をＡ、セルｌと基
板２との間の距離をし、セル１から基板２への入射角を
θ、セル１の開口角度をθ０として、層厚のバラツキが
±１ 〔％〕以内である円形領域の直径りは、 ＝０．７ｘｇ。
板２との間の距離をし、セル１から基板２への入射角を
θ、セル１の開口角度をθ０として、層厚のバラツキが
±１ 〔％〕以内である円形領域の直径りは、 ＝０．７ｘｇ。
で表され、また、この場合に於けるθの範囲は、２５°
〜４０″である。ここで、β。はセル１に於ける内壁の
延長、従って、放射分子線の拡がりに於いて、基板２と
同一平面上の円形領域の直径を指示している。
〜４０″である。ここで、β。はセル１に於ける内壁の
延長、従って、放射分子線の拡がりに於いて、基板２と
同一平面上の円形領域の直径を指示している。
前記式から判るように、セル１の開口角度θ。
及びセルｌと基板２の表面との間の距離りの変化は、層
厚のバラツキが±１ 〔％〕以内である円形領域に於け
る直径りの値を大きく変化させ、セルｌの開口径Ａの変
化は直径りの値に殆ど影響を与えない。
厚のバラツキが±１ 〔％〕以内である円形領域に於け
る直径りの値を大きく変化させ、セルｌの開口径Ａの変
化は直径りの値に殆ど影響を与えない。
また、セルｌと基板２との間の距ＭＬを大にすると分子
線強度が低下するので、そのようにすることは余り得策
ではなく、従って、セルｌの開口角度θ。を大きくする
ことが最も効果的である。
線強度が低下するので、そのようにすることは余り得策
ではなく、従って、セルｌの開口角度θ。を大きくする
ことが最も効果的である。
図に関して説明した系に於いて、ＧａＡｓ１板２として
、径ｌが７０ （ａｍ） （３（吋〕）φであるもの
を用いたとすると、層厚のバラツキが±１〔％〕以内に
維持されるように為には、セル１の開口角度θ。は１４
．９°にすることが必要となるが、セル１の開口径が２
０（ＩＮ）φしかないような状態で１４．９°の開口角
度を採ると、セルｌの容量が極端に少なくなって実用上
の問題を生じる。
、径ｌが７０ （ａｍ） （３（吋〕）φであるもの
を用いたとすると、層厚のバラツキが±１〔％〕以内に
維持されるように為には、セル１の開口角度θ。は１４
．９°にすることが必要となるが、セル１の開口径が２
０（ＩＮ）φしかないような状態で１４．９°の開口角
度を採ると、セルｌの容量が極端に少なくなって実用上
の問題を生じる。
従って、このような場合には、セル１の開口角度θ。を
大にすることはできず、セルｌと基板２との間の距離り
を大きくすることが有利である。
大にすることはできず、セルｌと基板２との間の距離り
を大きくすることが有利である。
図に関して説明した系に於いて、基板２の径ｌが７０（
ｎ）である場合、セルｌと基板２との間の距離りを２５
０（１ｍ）とし、基板２の全面に成長させた単結晶Ｇａ
Ａｓ層に於ける層厚のバラツキを±１ 〔％〕以内に抑
える為に必要なセル１の開口角度θ。は７．６６であっ
た。
ｎ）である場合、セルｌと基板２との間の距離りを２５
０（１ｍ）とし、基板２の全面に成長させた単結晶Ｇａ
Ａｓ層に於ける層厚のバラツキを±１ 〔％〕以内に抑
える為に必要なセル１の開口角度θ。は７．６６であっ
た。
前記実験に依ると、層厚の均一な単結晶層を得るには、
前記直径りなる放射分子線の拡がりを実現するように分
子線結晶成長装置に於ける各部の値を設定し、且つ、直
径り以下の直径を有する基板を用いると良いことが明ら
かであり、特に、セルｌの開口角度θ。を大にすること
が効果的である。
前記直径りなる放射分子線の拡がりを実現するように分
子線結晶成長装置に於ける各部の値を設定し、且つ、直
径り以下の直径を有する基板を用いると良いことが明ら
かであり、特に、セルｌの開口角度θ。を大にすること
が効果的である。
第２図（１）及び（２）は開口角度θ。が５．５°及び
１″である従来のセルを用いた場合に於けるそれぞれの
層厚のバラツキが±１ 〔％〕以内である円形領域の直
径りを説明する為の線図であり、縦軸に規格化した膜厚
を、横軸に基板上の距離をそれぞれ採っである。
１″である従来のセルを用いた場合に於けるそれぞれの
層厚のバラツキが±１ 〔％〕以内である円形領域の直
径りを説明する為の線図であり、縦軸に規格化した膜厚
を、横軸に基板上の距離をそれぞれ採っである。
このデータを得た際の他の条件は次の通りである。
開口径Ａ：２１（鶴〕
距離Ｌ：１２５（龍〕
入射角θ：３３’
尚、この場合の直径りは、それぞれ３８（＋ｎ）及び２
０（ｗ）であり１．直径が５０（１ｍ）或いは７０〔龍
〕である基板を用いたのでは全面に均一な層厚の単結晶
層を成長することはできない。
０（ｗ）であり１．直径が５０（１ｍ）或いは７０〔龍
〕である基板を用いたのでは全面に均一な層厚の単結晶
層を成長することはできない。
本発明の分子線結晶成長装置では、開口がラッパ状にな
っている、所謂、ラングミュラ型セルと呼ばれる分子線
源セルと、その分子線源セルからの分子線が放射される
基板を保持する為の基板ホルダとを備え、 分子線源セルに於ける開口の径＝Ａ 分子線源セルに於ける開口角度＝θ。
っている、所謂、ラングミュラ型セルと呼ばれる分子線
源セルと、その分子線源セルからの分子線が放射される
基板を保持する為の基板ホルダとを備え、 分子線源セルに於ける開口の径＝Ａ 分子線源セルに於ける開口角度＝θ。
分子線源セルと基板ホルダに保持された基板に於ける表
面との間の距離＝Ｌ 分子線源セルから基板への分子線の入射角−θとした場
合に於いて、前記基板ホルダは、０、 ７ｘ （Ａ＋
２Ｌｔａｎ θ。）ＣＯＳ θ なる弐で直径りが表される放射分子線の拡がりに依る円
形領域にその径りを越えない径を有する基板の表面が位
置することを可能にするよう配設された構成になってい
る。
面との間の距離＝Ｌ 分子線源セルから基板への分子線の入射角−θとした場
合に於いて、前記基板ホルダは、０、 ７ｘ （Ａ＋
２Ｌｔａｎ θ。）ＣＯＳ θ なる弐で直径りが表される放射分子線の拡がりに依る円
形領域にその径りを越えない径を有する基板の表面が位
置することを可能にするよう配設された構成になってい
る。
この構成に依り、セル内のソース量や対流の影響で発生
する分子線強度の変動を軽減することができ、成長させ
た結晶層の層厚のバラツキを基板全面に亙り小さくし、
均一な層厚を得ることが可能である。また、結晶層の成
長速度は、従来のラングミュラ型セルと同程度を維持で
きる。
する分子線強度の変動を軽減することができ、成長させ
た結晶層の層厚のバラツキを基板全面に亙り小さくし、
均一な層厚を得ることが可能である。また、結晶層の成
長速度は、従来のラングミュラ型セルと同程度を維持で
きる。
第１図は本発明一実施例を説明する為のセルと基板の関
係を示す要部説明図、第２図は規格化された膜厚と基板
上の距離との関係を示す線図を表している。 図に於いて、ｌはセル、２はＧａＡｓ基板、Ａはセルｌ
の開口径、Ｌはセルｌと基板２との間の距離、ｌは基板
２の径、θはセルｌから基板２への入射角、θ。はセル
ｌの開口角度をそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第１図 第２図 ｌ（２） 基！二０距馳（ｍｍ）
係を示す要部説明図、第２図は規格化された膜厚と基板
上の距離との関係を示す線図を表している。 図に於いて、ｌはセル、２はＧａＡｓ基板、Ａはセルｌ
の開口径、Ｌはセルｌと基板２との間の距離、ｌは基板
２の径、θはセルｌから基板２への入射角、θ。はセル
ｌの開口角度をそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第１図 第２図 ｌ（２） 基！二０距馳（ｍｍ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ラッパ状の開口を有する分子線源セルと、該分子線源セ
ルからの分子線が放射される基板を保持する為の基板ホ
ルダとを備え、 分子線源セルに於ける開口の径＝Ａ 分子線源セルに於ける開口角度＝θ＿０ 分子線源セルと基板ホルダに保持された基板に於ける表
面との間の距離＝Ｌ 分子線源セルから基板への分子線の入射角＝θとした場
合、前記基板ホルダは、 ０．７×（Ａ＋２Ｌｔａｎθ＿０）／ｃｏｓθなる式で
直径Ｄが表される放射分子線の拡がりに依る円形領域に
その径Ｄを越えない径を有する基板の表面が位置するこ
とを可能にすべく配設されてなることを特徴とする分子
線結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21122584A JPS6191094A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21122584A JPS6191094A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6191094A true JPS6191094A (ja) | 1986-05-09 |
Family
ID=16602355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21122584A Pending JPS6191094A (ja) | 1984-10-11 | 1984-10-11 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6191094A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57100998A (en) * | 1980-09-16 | 1982-06-23 | Varian Associates | Device for forming highly uniform epitaxial film |
-
1984
- 1984-10-11 JP JP21122584A patent/JPS6191094A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57100998A (en) * | 1980-09-16 | 1982-06-23 | Varian Associates | Device for forming highly uniform epitaxial film |
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