JPS63307190A - 液面調節機構付分子線源 - 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】 （７）技術分野 この発明は、分子線結晶成長装置の分子線源セルの改良
に関する。

分子線結晶成長法（分子線エピタキシー）は、単結晶基
板の上に、同−又は異種の元素よりなる格子整合した単
結晶薄膜を形成してゆく方法である。

原材料を加熱し気化し、超高真空中で分子線として、基
板へ向かって飛ばすようになっている。成長速度は遅い
が、制御性に優れているし、その場観察が可能であるな
ど長所も多い。

分子線結晶成長装置は、中心となる分子線結晶成長室の
他に、試料である基板を導入する基板導入室や、エピタ
キシーの終った基板を大気中へ取出す基板取出し室のよ
うな高真空室を有する。

この他にも、エピタキシャル成長層の表面を分析するた
めの分析室を有するものもある。エピタキシーを行なう
前に、基板をエツチングして、清浄にするためのガスエ
ツチング室を備えるものもある。

これらの真空室は、独立の真空排気装置を持っている。

真空室は相互に連結されているが、境界にはゲートパル
プがあり、真空室間を仕切る事ができるようになってい
る。

基板は、基板ホルダに固定された状態で、大気から、分
子線結晶成長装置の基板導入室に入れられる。搬送装置
があって、これにより、基板ホルダを把持し、真空室の
中を搬送できるようになっている。

（イ）従来技術 第３図によって分子線結晶成長室の内部を説明する。

分子線結晶成長室２０は、壁面内部にそって液体窒素を
収容すべきシュラウド２１を有する。

これはガス分子を吸着し真空度を上げる作用がある。

真空排気装置２２は、分子線結晶成長室２０の内部空間
を超高真空に引くものである。これにより１０−１１〜
１０−１０Ｔｏｒｒの超高真空にする。ソープションポ
ンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプな
どを組合わせたものである。

その他の真空室とはゲートパルプ２３を介シて連結され
ている。

壁面には適数個の分子線源セル２４．２４が設けられる
。これはエピタキシャル成長層の構成元素と不純物元素
の分子線を発生させるための装置である。

分子線源セル２４は、原材料を内部に収容するルツボ１
を有する。このまわりにヒーター２があって、原料を加
熱できるようになっている。

ルツボ１の開口を、シャッタ２５によって覆うことがで
きる。シャッタ２５を閉じると、原材料１４が加熱され
蒸発しても、シャッタ２５によってさえぎられる。シャ
ッタ２５を開くと、ルツボ１から蒸発した分子が、開放
空間へ飛びだす。超高真空であるので、分子の平均自由
行程が長い。分子はガスと衝突せず直進する。つまり分
子線となる。

分子線結晶成長室２０には、マニピュレータ２６があっ
て、基板ホルダ２８を把持している。

これは基板ホルダ２８を軸まわりに回転できる。

基板ヒータ２７があって、基板２９を背面から加熱して
いる。

分子線源セル２４．２４−・・から発生した分子線は直
進して、基板２９１Ｃ当たる。ここで吸着された分子は
、互に適当な反応を起こし、化学吸着されるようになる
。

この反応が継続して起こるので、基板２９の上にエピタ
キシャル成長膜が育成されてゆく。

し）発明が解決すべき問題点 第２図は従来例に係る分子線源セルの縦断面図である。

ルツボ１は、有底円筒形の鍔つき容器である。

ルツボ１のまわりにヒータ２がある。このヒータはコイ
ルヒータを図示している。これは−例であって、円筒形
であって、上下に多数のスリットを交互に刻んだ円筒ヒ
ータも用いられる。

ヒータ２はリフレクタ３によって囲まれている。

リフレクタ３は、耐熱製のある金属板であって、ヒータ
２で発生する熱を反射するものである。

ベース板４が、リフレクタ３、ヒータ２、ルツボ１を支
持している。ベース板を貫いて電流導入用リード線１０
が設けられる。電流導入用リード線１０の上端は、ヒー
タ２の両端につながれている。

電流導入用リード線１０の下端は超高真空７ランジ９を
貫き、外部に露出した電流導入端子１１となっている。

熱電対６がベース板４を貫いて設けられる。

この先端がルツボ１の下底に接触している。

ルツボ１の中に原材料１４が設けられる。原材料１４は
、ヒータ２によって加熱され融液となるものもあるし、
固体から直接気化するものもある。ここでは融液となっ
たものを図示している。

分子線源セルに材料を一杯に充填し、分子線結晶成長室
を真空に引く。そして、分子線エピタキシャル成長を行
なう。−回の原材料充填により、５０回〜１００回程度
の分子線エピタキシーを行なう事ができる。

成長を繰返すうちに、原材料が減少してゆく。

このため、ルツボ上端から、液面までの距離りが増加し
てゆく。つまり、液面が下ってゆく。

ルツボ中の液面の高さは、エピタキシャル成長膜の膜厚
均一性を左右する重要なファクターである。

第３図に於て、左の分子線源セル２４は、液面が高い。

このため、基板２９との距離が短い。

また分子線が飛んでゆく立体角範囲も広い。

右の分子線源セルは液面が低い。原材料が枯渇する寸前
である。このばあい、分子線の拡がり立体角範囲が狭ｂ
；。基板２９との距離が長い。

このように、液面の高さが変わると、分子線の拡がりと
、分子線の飛行距離が異なる。

このため、エピタキシャル成長膜の膜厚、半径方向の膜
厚分布などが異なる。実際には、ひとつひとつの分子線
源セルに於て、液面が徐々に降下してゆく。

従って、原材料を分子線源セルに充填した直後と、原材
料が枯渇する寸前とでは、エピタキシャル成長膜の膜厚
などが、かなり相異する事になる。

に）　目的 分子線源セルのルツボ内原材料の液面変動を少なくする
ため、液面調整機構を分子線源セルに設ける事が本発明
の目的である。

（４）構成 本発明に於ては、ルツボを上下２分割する。

そして、下ルツボを昇降する事によって液面調整できる
ようにしている。

第１図によって本発明の分子線源セルの構造を説明する
。

ルツボ１は、上下２分割されている。上ルツボＰと下ル
ツボＱである。下ルツボＱは有底円筒である。上ルツボ
Ｐは鍔付きの円筒である。

上ルツボＰの内径が、下ルツボＱの外径に等しい。上ル
ツボＰの下端は、下ルツボＱの上端と部分的に嵌合して
いる。嵌合の長さは自由に変える事ができる。下ルツボ
Ｑの外壁は、上ルツボＰの内壁を摺動して上下できる。

上ルツボＰの位置は不変である。リフレクタ３などによ
って支持されている。リフレクタ３は、複数枚の金属板
であって、ヒータ２の熱を反射してルツボ１の方へ戻す
作用がある。リフレクタ３はルツボの下底にも設けられ
る。

ヒータ２は、ルツボ１の周囲に設けられるが、これはコ
イルヒータに限らない。既に説明したように、上下に蛇
行する電流路を有する円・筒形のヒータであってもよい
。ヒータ２の両端には、電流導入用リード線１０．１０
が接続される。

これらは超高真空フランジ９を貫いて、外部に取出され
る。電流導入端子１１である。

ベース板４は円板状の板であって、リフレクタ３、ヒー
タ２、上ルツボＰｎどを支持している。

ベース板４を上下に貫いて、ルツボ押しパイプ７が設け
られる。ルツボ押しパイプ７の上端は鍔付き管になって
おり、下ルツボＱの下底に固定されている。

ルツボ押しパイプ７の下端は、コネクタ８に於て、上下
棒１６に連結されている。

上下棒１６は上下方向に伸縮変位できる。このため、超
高真空フランジ９には直線導入機１３が設けられる。こ
れは、超高真空を破る事なく、外部から内部へ直線運動
を伝えるためのものである。直線導入機１３によって、
上下棒１６を上下変位させる機構は、周知である。

コネクタ８はルツボからの熱の伝導を最小限に抑えるよ
うな材質または構造となるように工夫されている。

上下方向の支柱５によって、ベース板４が超高真空フラ
ンジ９に対して固定される。

つまり、超高真空フランジ９に対して、ベース板１４、
上ルツボＰは位置が決まっている。

ところが下ルツボＱは、直線導入機１３の作用により、
上下棒１６、ルツボ押しパイプ７を上下させる事により
、上下変位できる。

熱電対６は、ルツボ押しパイプ７の内部を通り、上端が
下ルツボＱの下底に接触している。

熱電対６の下端は、超高真空フランジ９を貫き、熱電対
用導入端子１２として、外部に取出されている。

（２）作用 下ルツボＱを最下端に位置させて原材料をルツボ１に充
填する。

分子線源セル２４を分子線結晶成長室２０へ取付ける。

ベーキングを併用しながら、分子線結晶成長室を超高真
空に引く。

この後、基板ホルダに固定された基板を、外部から、真
空室を通して分子線結晶成長室２０の中へ搬送し、マニ
ピュレータ２６に七ットする。

基板ヒータ２７によって基板２９を加熱する。

適当な分子線源セル２４．２４から分子線を発生させ、
基板の上へ分子線を照射し、分子線エピタキシーを行な
う。

この後、分子線の発生を停止し、基板２９を外部へとり
だす。

このような事を、何回も繰返す。

最初、ルツボの液面が高い。エピタキシャル成長を繰返
すにつれて液面が低下してくる。そこで、直線導入機１
３を操作し、下ルツボＱを上方へ移動させる。すると、
液面が上る。

液面の低下分を補償するように、下ルツボＱを上げてゆ
けば、原材料液面をほぼ一定に保つことができる。

（→　効果 分子線結晶成長装置の分子線源セルに於て、原材料の液
面をほぼ一定に保つことができるので、膜厚の一様な分
子線エピタキシャル成長膜を得る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液面調整機構付分子線源の縦断面図。 第２図は従来例にかかる分子線源セルの縦断面図。 第３図は分子線結晶成長室の概略断面図。 １・・・・・・ルツボ ２・・・・・・ヒータ ３・・・・・・リフレクタ ４・・・・・・ベース板 ５・・・・・・支柱 ６・・・・・・熱電対 ７・・・・・・ルツボ押しパイプ ８・・・・・・コネクタ ９・・・・・・超高真空７ランジ １０・・・・・・電流導入用リード線 １１・・・・・・電流導入端子 １２・・・・・・熱電対用導入端子 １３・・・・・・直線導入機 １４・・・・・・原材料 １６・・・・・・上下棒 発明者禅野　由　明

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分子線結晶成長室に設けられ、原材料を入れるルツボ１
   と、原材料を加熱するヒータ２と、ヒータ２より発生す
   る熱を反射するリフレクタ３とを含む分子線源セルであ
   つて、ルツボ１が上ルツボＰと下ルツボＱに分割されて
   おり、上ルツボＰの下端と下ルツボＱの上端とは互に嵌
   合しており、上ルツボＰは固定され、下ルツボＱは直線
   導入機１３によつて、上下動できるようにした事を特徴
   とする液面調節機構付分子線源。