JPS63226915A - ガスソ−ス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］ ガスソース分子線結晶成長装置において、原料ガスのガ
スノズルが先端が拡がった円錐形状を有し、その円錐形
状のガスノズルのネックにある開閉弁の開口から被成長
結晶基板の全面が見透せる拡がりをもち、且つ、ガスノ
ズルの管壁を冷却する構造にする。

そうすれば、原料ガスの一層急速な切り換えが可能にな
り、急峻な接合界面の形成に役立つ。

［産業上の利用分野］ 本発明はガスソース分子線結晶成長装置に係り、特に、
原料ガス流′入管の構造に関する。

周知のように、半導体装置を製造する際、結晶基板に沿
って半導体膜をエピタキシャル成長するエピタキシー法
が知られており、それは半導体製造の最も基礎的な技術
である。

このようなエピタキシー法において、最近、ガスソース
分子線エピタキシー法が開発されているが、これは従来
の金属ソースを加熱溶融させて、超高真空下で蒸着する
物理的な分子線エピタキシー法に比べて、再現性が良い
等の種々の利点のある方式である。

しかし、このようなガスソース分子線エビタキシー法は
化合物半導体の結晶成長に使用されることが多く、例え
ば、一層急峻なヘテロ接合界面が形成されるように、原
料ガスの切り換えを出来るだけ速くすることが要望され
ている。

［従来の技術］ 第４図はこのガスソース分子線エピタキシャル成長をお
こなう結晶成長装置の概要を示しており、■は高真空処
理容器、２は被成長基板、３は加熱ステージ、４はター
ボポンプ、５はロータリーポンプ、６は原料ガス流入管
、７はガスノズル、８はヒータ、９は開閉弁、１０は液
体窒素シュラウドである。このうち、加熱ステージ３は
被成長基板２を保持して加熱し、基板面で原料ガスを熱
分解させるステージで、ヒータ８は原料ガスを低温に冷
却させないためにガスノズル７に付設したヒータである
。且つ、ガスノズル７の先端と被成長基板２との間隔は
比較的に短く　（例えば、１０〜２０ｃｍ程度）、ガス
ノズル７の方が長い構造になっている。

このような結晶成長装置を用いて、被成長基板２に分子
線エピタキシャル成長を行なう場合、被成長基板２を一
定温度に加熱しておいて、開閉弁８を開けて原料ガス流
入管６からガスノズル７を通じて原料ガスを被成長基板
２に向かって放射する。そうすると、被成長基板２面で
エピタキシャル結晶層が成長する。その時、処理容器中
の圧力は、原料ガスを放射していない場合に１０　〜１
０Ｔｏｒｒ、原料ガスを放射している場合に１０　　Ｔ
ｏｒｒ程度で、減圧度は物理的な分子線エピタキシャル
成長法と同程度のものである。

即ち、このようなガスソース分子線エピタキシャル成長
装置は、従来の物理的な分子線エビタートシャル成長（
ＭＢＥ）法と有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
との中間に位置するエピタキシャル成長法で結晶層を成
長する成長装置で、大気中または減圧中で処理するＭＯ
ＣＶＤ法に比べて装置依存性が少なく、且つ、ＭＢＥ装
置と同程度に急峻な接合界面が得られるものである。

また、従来のＭＢＥ装置に比べて装置内の部材を移動す
ること、例えば、シャッターを動かすことがないため、
再現性の良い結晶層が得られる利点があり、また、ＭＢ
Ｅ装置は分子線源セルを処理容器より取り出して、材料
を補充する必要があるから、再現性に乏しい。

更に、ガスソース分子線エピタキシャル成長措置は、Ｍ
ＢＥ装置の欠点であるオーバルデフエクト（卵形欠陥）
が少なくなって、化合物半導体装置、例えば、ＧａＡｓ
やＡｌＧａＡｓなどのエピタキシャル結晶層の成長に有
望なものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このようなガスソース分子線エピタキシャル
成長装置は、原料ガス流入管６から先のガスノズル７の
先端を被成長基板２の近づけて、被成長基板２との間隔
をできるだけ短（して放射するために、ガスノズル７が
比較的に長（なる。

従って、原料ガスを放射した後、開閉弁９を閉じて原料
ガスをストップしても、ガスノズル７の内部に溜ってい
る原料ガスが徐々に流れ出して、急速に原料ガスをスト
ップすることが難しいと云う欠点がある。

第５図は従来の開閉弁操作によるビーム強度と時間との
関係図を示しており、開閉弁を高速（例えば０．１秒）
で開閉しても、ガスノズル７の中に溜った原料ガスがな
くなるまでに、開く時には２秒程度、閉じた時にも３秒
程度を要している。

一方、化合物半導体のへテロ接合界面の遷移領域を益々
狭くすることが要求されており、例えば、ＨＥＭＴ　（
高電子移動度トランジスタ）の場合には、数人〜数十人
の単原子レベルで制御することが望まれている。その他
、ＲＨＥＴ　（共鳴ホットエレクトロントランジスタ）
などは更に精密な制御が必要とされている。

本発明はこのような問題点に対処するガスソース分子線
結晶成長装置を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］ その目的は、処理容器内に前記原料ガスのガスノズルを
貫通させて、該ガスノズルが開閉弁の開口から先端に向
かって円錐形状になって、被成長結晶基板の全面が開閉
弁の開口から遠望できる拡がりをもち、且つ、該ガスノ
ズルの管壁を冷却するように構成したガスソース分子線
結晶成長装置によって達成される。

［作用］ 即ち、本発明は、ガスノズル構造において、ガスノズル
の先端が拡がった円錐形になり、その円錐形ガスノズル
のネック部にある開閉弁の開口から被成長結晶基板の全
面が見透せる拡がりをもち、且つ、その管壁が液体窒素
で冷却できるようにする。

そうすれば、開閉弁の開閉によって原料ガスを急速にオ
ンオフすることができ、急峻な接合界面の形成ができる
。

［実施例］ 以下１図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明にかかるガスノズルを示す図、第２図は
そのガスノズルを設置したガスソース分子線結晶成長装
置で、ＩＩがガスノズルである。その他の部材は第４図
と同一部材に同一の記号が付けである。

ガスノズル１１の後端部は開閉弁９に接し、それをネッ
クにして先端部分が拡がった円錐形状にして、被成長結
晶基板２の全面が開閉弁９の開口から見透せる拡がりに
する。例えば、３インチφの被成長結晶基板２に成長す
る場合、開閉弁９の開口を６鶴φ、ガスノズル１１の先
端径を５（ｂｍφ程度にする。そうすると、被成長結晶
基板２の全面に結晶層が均一に成長し易くなると共に、
開閉弁９を開いた時、原料ガスがガスノズルの管壁に触
れずに真直ぐに被成長結晶基板２に達することが多くな
るから、原料ガスを一層速く放射させることができる。

又、逆に開閉弁９を閉じる時も同様に、原料ガスを速く
遮断できる。

また、このガスノズル１１は液体窒素（ＬＮ２　）で冷
却させてお（、そのため、二重管の構造にして液体窒素
の流入口ＩＮと流出口０ｔｌＴを設け、ガスノズル１１
管壁を冷却する。これは開閉弁９の開口から飛翔する原
料ガスのうち、真直ぐに飛翔しないガスを管壁で捕える
ためで、そうすれば、曲がって飛翔する飛翔時間の長い
ガスは被成長結晶基板２に到達する前に消滅する。従っ
て、原料ガスの切り換えが一層急速にできる。尚、従来
のガスノズル７の場合は、第４図に示すように、ヒータ
８で加熱していたが、これはガスノズル７の管壁が液体
窒素シュラウド１０で冷却されて、飛翔する原料ガス量
が減少するのを防ぐためであった。本発明によればガス
ノズル１１の管径が太くなるから、その心配がなく、む
しろ逆に冷却するものである。

このような本発明にかかるガスノズルを構成したガスソ
ース分子線結晶成長装置を用いて、０．１秒で開閉でき
る開閉弁を取付け、被成長基板の位置にヌードイオンゲ
ージを設置して、開閉弁操作によるビーム強度と時間と
の関係を測定した。その結果、第３図に示すように、ガ
スノズル１１の原料ガスの立上り・立下り（ガスの放射
・停止）の時間が約０．２秒程度に減少した。

従って、本発明にかかるガスソース分子線結晶成長装置
は、急峻な接合界面の形成に太き（役立てることが判る
。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかるガスノ
ズルを用いたガスソース分子線エピタキシャル成長装置
によれば、急峻なペテロ接合界面が得られ、半導体装置
の性能向上に著しく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるガスノズルを示す図、第２図は
本発明にかかるガスソース分子線エピタキシャル成長装
置の概要図、 第３図は本発明にかかる成長装置の開閉弁操作によるビ
ーム強度と時間との関係図、 第４図は従来のガスソース分子線エピタキシャル成長装
置の概要図、 第５図は従来の成長装置の開閉弁操作によるビーム強度
と時間との関係図である。 図において、 １は高真空処理容器、　２は被成長基板、３は加熱ステ
ージ、　　　４はターボポンプ、５はロータリーポンプ
、６は原料ガス流入管、７は従来のガスノズル、８はヒ
ータ、 ９は開閉弁、　　　　　１０は液体窒素シュラウド、１
１は本発明にかかるガスノズル、 ＩＮは液体窒素流入口、　ＯＵＴは液体窒素流入口を示
している。 ２ト発明Ｉ：かｌ−運〃ズ／スーＬＱ＄ＴＩｌ；り第１
図 、？ト兆Ｅ；メ（、二〃・か）７７スンースづト写ぺ、
と（品Ａ’ｑシー、舊Ｉ第２図 一一→眸闇 ；４ｉｙＪＴｔ；、ａ−ａ−３づｔ−１ｑｍｅ町シＪ作
＋二ｊ５ビームｆ！箋ｃＦｊ井川χつ閏ｆ束図 第３図 Ｖｕｓｙｙ−ｚｖ−ｚ　分＋、！Ｌ！ａＡＡ’６ｉ１１
第４図 一→時闇 吃ロＵミ、７１Ｎε６°−ｖｉ茅ヒイ７＋：ｊｊピ°−
ムダ史ｆ！ｌヒシ手閏乙４閏引弄ｍ第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料ガスを処理容器内に流入して分子線エピタキシャル
   成長させるガスソース分子線結晶成長装置において、処
   理容器内に前記原料ガスのガスノズルを貫通させて、該
   ガスノズルが開閉弁の開口から先端に向かつて円錐形状
   になつて、被成長結晶基板の全面が開閉弁の開口から遠
   望できる拡がりをもち、且つ、該ガスノズルの管壁を冷
   却するように構成したことを特徴とするガスソース分子
   線結晶成長装置。