JPS63204712A - 分子線結晶成長装置 - 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】 〔概要〕 分子線結晶成長装置に於ける分子線源セルのシャッター
機構であって、基板と複数の分子線源セルとの間に、分
子線源セルに対向した開口部を有する円板状の回転可能
なシャッターを設け、このシャッターを回転させてこの
開口部を分子線源セルに対向させることで、所望の分子
線源セルからの分子線を基板上に照射できるようにして
所望の組成のエピタキシャル結晶が構造の簡単なシャ・
７タ一機構で実現できるようにする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は分子線結晶成長装置、特にその分子線源セルの
シャッター機構に関する。

高真空に排気された結晶成長室内に例えばガリウム砒素
（ＧａＡｓ）等の化合物半導体基板と、該基板上に形成
すべき例えばアルミニウム・ガリウム゛砒素（Ａ　Ｉ　
ＧａＡｓ）の結晶のソースとなるアルミニウム（ＡＣ）
　、ガリウム（Ｇａ）、砒素（八Ｓ）の分子線源セルを
設け、該分子線源セルを加熱して該分子線源セルより照
射されるＡｌ、Ｇａ　、　Ａｓのそれぞれの分子線を基
板上に照射し、基板上にＡｌＧａＡｓの超格子構造の結
晶を形成する分子線結晶成長装置は周知である。

近年、分子線結晶成長装置はその優れた特徴を生かして
選択ドープ構造、或いは超格子構造等の新デバイスを実
現させる結晶成長方法として脚光を浴びている。特にこ
の方法を用いて開発された高移動度トランジスタ（ＩＥ
？ＩＴ）は既に実用化されており、更にそのＬＳＩ化が
進められている。

このような分子線結晶成長方法を用いたデバイスの実用
化に向けては、大量に成長できる量産型の分子線結晶成
長装置が必要となる。

このような分子線結晶成長装置として、確実に動作でき
る高信頼度の分子線源セルのシャッター機構が要望され
ている。

〔従来の技術〕

第４図は従来の分子線結晶成長装置の模式図で図示する
ように、１０−’ｔｏｒｒ程度の真空度に排気され、成
長用基板を設置した基板マウンティングブロックを搬送
用治具に設置する基板搬送室１に対してゲートバルブ２
で仕切られ、１０−１°ｔｏｒｒの高真空に排気された
結晶成長室３内で、回転可能な基板マニピュレータ４の
先端部には基板を載置した基板マウンティングプロ、り
５が設置されている。

一方、この回転可能な基板マウンティングブロック５に
対して、シャッター６Ａ　、　６Ｂを介して、基板上に
形成すべきエピタキシャル結晶のソース材料となるＧａ
の分子線源セルフＡとＡｓの分子線源セルフＢとが設置
されている。

このような結晶成長室内は、１０−　”　ｔｏｒｒ程度
の高真空に排気された後、基板マニピュレータ４は回転
駆動し、分子線源セルフＡと７Ｂの周囲のヒータが所定
の温度に加熱されてＡｓとＧａの分子線が基板上に照射
され、ＧａＡｓのエピタキシャル結晶が基板上に形成さ
れるようになる。

ところでＩＩＥＭＴを形成しようとすると、ＧａＡｓの
基板上にＧａＡｓのエピタキシャル結晶層を形成し、そ
の上にシリコン（Ｓｉ）をドープしたＮ型のＡｌＧａＡ
ｓのエピタキシャル結晶層を形成し、その上にＮ型のＧ
ａＡｓ結晶層を形成する方法が採られている。

このような場合、分子線源セルとしてＧａ、　Ａｓ、Ａ
ｍ、Ｓｉの四つの分子線源セルを必要とし、必要に応じ
てこのシャッターを基板と分子線源セルの間に介在させ
て所望のエピタキシャル結晶を基板上に形成している。

従来、このようなシャッターとしては、第５図に示すよ
うな電磁式シャッターがある。

このシャッターは、結晶成長室３の底部に設けられたシ
ャッターボート１１の下部に設置されている電磁コイル
１２に通電することで電磁コイルを励磁させ、この励磁
によってシャッター１３の下部に設置されている可動軸
内に設置された磁性体１４が電磁コイル１２に引きつけ
られて上下するようになる。

更に、その他のシャッター機構としては、第６図に示す
ように、シャッターボート１１の下部にベローズ１５を
設け、このベローズ１５をエアーアクチュエーク１６で
上下方向に伸縮させてシャッター１３を上下方向に駆動
させるベローズ方式がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記した電磁式シャッターは機構が複雑で故障
し易い欠点がある。またベローズ方式のシャッターでは
、構造は簡単であるがベローズと結晶成長室の底部の接
続部の箇所よりリークし易く結晶成長室内の真空度が低
下する問題がある。

ここでＨＥＭＴ等の半導体装置を形成する場合、基板上
に形成する複数のエピタキシャル結晶は、ＧａＡｓの結
晶層の上にＡ　ＲＧａＡｓのような結晶層を設けるよう
に形成される結晶層の組成は、形成する半導体素子によ
って、どの元素とどの元素を組み合わせて形成するか予
め決まっており、従来のシャッターのように各分子線源
セルに対応して個別のシャッターを設ける必要がなく、
複数の分子線源セルに対して共通のシャッターを設ける
よにしても良い。

本発明は簡単な機構で故障が°少なく、一括して基板を
処理する量産型の分子線結晶成長装置に適応するシャッ
ターの提供を目的とする。

ｃ問題点を解決するだめの手段〕 本発明の分子線結晶成長装置のシャッターは、複数個の
分子線源セルと基板との間に回転可能で開口部を有する
平板状の部材を設け、該部材を回転させながら、前記開
口部を分子線源セルに対向させて所望の分子線源セルよ
り照射される分子線を基板上に照射させるようにする。

〔作用〕

本発明の分子線結晶成長装置のシャッターは、所定の位
置に開口部を設けた円板状部材を分子線源セルと基板の
間に回転可能に設置し、この開口部、或いは開口部以外
の箇所を分子線源セルに対向させて、分子線源セルから
基板上に分子線を照射したり、或いは照射を停止したり
ずことでシャッター数とシャッターボートの数量を少な
くする。

〔実施例〕

以下、図面を用いながら本発明の一実施例につき詳細に
説明する。

第１図は本発明のシャンター機構を用いた分子線結晶成
長装置の模式図、第２図はこのシャッター機構の平面図
である。

図示するように結晶成長室２１にはＧａの分子線源セル
２２とＡｓの分子線源セル２３が設置され、この分子線
源セル２２．２３と基板マニピュレータ２４との間には
円板状の回転可能な本発明のシャッター２５が設置され
ている。また図面には示されていないが、Ｇａの分子線
源セル２２とＡｓの分子線源セル２３の紙面に対して垂
直側の奥の方向には、Ａｌの分子線源セルとＳｉの分子
線源セルが設置されている。

このシャッター２５は、第２図（ａｌに示すように、シ
ャッター２５の中心Ｏより円周の方向に向かって３６０
度Ｘ　５／２４　＝　７５度の角度θ、を挟んだ線分で
区切られた開口部２６がＡｓの分子線源セル２３を開閉
するために設けられている。

またシャッター２５の中心Ｏより円周の方向に向かって
３６０度Ｘ　２／２４　＝　３０度の角度θ２を挟んだ
線分で区切られた開口部２７がＳｔの分子線源セルを４
２開閉するために設けられている。

またシャッター２５の中心Ｏより円周の方向に向かって
３６０度Ｘ　１／２４　＝　１５度の角度θ３を挟んだ
線分で区切られた開口部２８がＡＮの分子線源セル４３
を開閉するために設けられている。

またシャッター２５の中心０より円周の方向に同かって
３６０度Ｘ　３／２４　＝　４５度の角度ｅ４を挾んだ
線分で仕切られた開口部２９がＧａの分子線源セル２２
を開閉するために設けられている。

このシャッターはタンタル（Ｔａ）板を用いて形成され
、外部よりステンブモータを用いて駆動されるように成
っている。

このような構造のシャッター２５を用いて第３図に示す
ような、ＧａＡｓ基板３１上にＧａＡｓの結晶層３２を
形成後、更にＳｉ原子を添加したＮ型のＡ　Ｉｔ　Ｇａ
Ａｓの結晶層３３を形成し、その上にＳｉ原子を添加し
たＮ型のＧａＡｓの結晶層３４を形成してＩＩＥＭＴ素
子を形成する場合について説明する。

図示するように基板マニピュレータ２４にＧａＡｓの基
板３１を載置した基板マウンティングブロック４１が設
置される。

そして結晶成長室２１内が１０−　”　ｔｏｒｒの真空
度になる迄排気される。

この時、本発明のシャッターは第２図（ａｌの状態に成
っており、Ａｓの分子線源セル２３、Ｇａの分子線源セ
ル２２、Ｓｔの分子線源セル４２、Ａ４の分子線源セル
４３の各々の分子線源セ／Ｉ／４こ対して、シャッター
のいずれの開口部２６．２７．２８．２９とも対向しな
い状態にして置き、各分子線源セル２２．２３．４２．
４３のいずれもがシャッター２５によって閉ざされた状
態となっている。

この状態で基板マニピュレータ２４上に設置されている
ＧａＡｓ基板を加熱し、基板の温度が５００℃に到達し
た段階で、シャッター２５を矢印Ａ方向に３６０７２４
度＝１５度回転させる。

すると第２図（ｂｌに示すようになり、＾Ｓの分子線源
セル２３に対してシャッター２５の開口部２６が対応す
るようになる。するとＡｓの分子線源セルが開放された
ことになり結晶成長室２１内にＡｓ原子が充満し、Ａｓ
原子で室内を飽和させる。

ＧａＡｓ基板温度が成長温度（６００〜７００℃）に到
達すると、次いでシャッター２５を矢印Ａ方向に沿って
１５度回転させ、第２図（Ｃ）に示すように開口部２６
がＡｓの分子線源セル２３に、また開口部２９がＧａの
分子線源セル２２に対向するようにして第３図に示すよ
うに基板３１上にＧａＡｓのエピタキシャル結晶３２を
、０．６μｍの厚さに形成する。

次いでシャッター２５を矢印Ａ方向に沿って更に１５度
回転させ、第２図（ｄｌに示すように、開口部２６がＡ
ｓの分子線源セル２３に、開口部２９がＧａの分子線源
セル２２に、また開口部２７がＳｔの分子線源セル４２
に、また開口部２８がＡβの分子線源セル４３に対向す
るようにし、第３図に示すように、Ｓｉ原子がドープさ
れたＮ型のＡ　Ｉ　ＧａＡｓの結晶層３３を形成する。

更にシャッター２５を矢印Ａ方向に沿って１５度回転さ
せ、第２図（ｅ）に示すように、開口部２６がＡｓの分
子線源セル２２に、また開口部２７がＳｉの分子線源セ
ル４２に、また開口部２９がＧａの分子線源セル２２に
対向するようにして第３図に示すように、Ｓｉ原子がド
ープされたＮ型のＧａ結晶層を０．０３μｍの厚さで形
成する。

このようにして所望の結晶層を所望の厚さに形成した後
、シャッター２５を第２図（ａ）の状態に戻し、各分子
線源セルに対してシャッターを閉じるようにして温度を
下げる。

このようにして１個の共通のシャッターを回転させるの
みでＨＥ　Ｍ　Ｔ素子形成用の結晶構造が形成できる。

更にこのシャッター２５を回転駆動させるステップモー
タをコンピュータで制御することで、自動化も可能であ
る。

またこのシャッターを１個だけでなく、所定の開口部を
設けたシャッターを基板マニピュレータと分子線源セル
の間に複数個介在させることで更に複雑な結晶構造を形
成することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のシャッター機構によれば、
構造が簡単であるため故障等が発生せず、高信頼度の分
子線結晶成長装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシャッター機構を用いた分子線結晶成
長装置。 第２図（ａ）より第２図（ｅｌ迄は本発明のシャッター
の動作態様を示す平面図である。 第３図は本発明のシャッター機構を用いて形成した結晶
の断面図、 第４図は従来のシャッター機構を用いた分子線結晶成長
装置の模式図、 第５図および第６図は従来のシャッター機構を示す模式
図である。 図に於いて、 ２１は結晶成長装置、２２はＧａの分子線源セル、２３
はＡｓの分子線源セル、２４は基板マニピュレータ、２
５はシャッター、２６，２７，２８．２９は開口部、３
１はＧａ八へ基板、３２はＧａＡｓ結晶層、３３はＮ型
＾Ｉ　ＧａＡｓ層、３４はＮ型ＧａＡｓ層、４２はＳｉ
の分子線源セル、４３はＡＩ！の分子線源セルを示す。 第１図 第２図 （Ｃ）＋ｃｂ 第２図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　真空に排気された室内に基板と基板上に形成すべき材
   料のソースよりなる分子線源セルを複数個設置し、該分
   子線源セルを加熱し、該分子線源セルより照射される分
   子線により基板上にエピタキシャル結晶を形成する装置
   に於いて、 前記複数個の分子線源セル（２２、２３、４２、４３）
   と基板（３１）との間に回転可能で開口部（２６、２７
   、２８、２９）を有する平板状の部材（２５）を設け、
   該部材を回転させながら、前記開口部（２６、２７、２
   ８、２９）を分子線源セル（２２、２３、４２、４３）
   に対向させて所望の分子線源セルより照射される分子線
   を基板上に照射させるようにしたことを特徴とする分子
   線結晶成長装置。