JPH02175689A - 分子線エピタキシ装置 - Google Patents
分子線エピタキシ装置Info
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- JPH02175689A JPH02175689A JP33455788A JP33455788A JPH02175689A JP H02175689 A JPH02175689 A JP H02175689A JP 33455788 A JP33455788 A JP 33455788A JP 33455788 A JP33455788 A JP 33455788A JP H02175689 A JPH02175689 A JP H02175689A
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Landscapes
- 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〕
本発明は薄膜単結晶成長技術である分子線エピタキシ(
MB E ; Mo1ecular Beam Epl
taxy)を行なう分子線エピタキシ装置に関するもの
である。
MB E ; Mo1ecular Beam Epl
taxy)を行なう分子線エピタキシ装置に関するもの
である。
分子線エピタキシ(MBE)の結晶性は基板温度、ビー
ム強度等の成長条件と、構成元素以外の不純物混入ガス
により決定される。現状での結晶性は成長条件はほぼ最
適化されているので不純物の混入により決定されている
。分子線源発生装置から発生した分子ビームは、直接基
板へ入射する以外は過剰であり、この過剰ビームが基板
への不純物混入の原因となるので、過剰ビームを有効に
排気することがMBE膜の結晶性向上に対する残された
課題である。
ム強度等の成長条件と、構成元素以外の不純物混入ガス
により決定される。現状での結晶性は成長条件はほぼ最
適化されているので不純物の混入により決定されている
。分子線源発生装置から発生した分子ビームは、直接基
板へ入射する以外は過剰であり、この過剰ビームが基板
への不純物混入の原因となるので、過剰ビームを有効に
排気することがMBE膜の結晶性向上に対する残された
課題である。
従来のMBE装置の成長室は第4図に示すごとく、超高
真空ペルジャー1、基板を保持し加熱するための基板ホ
ルダー2、分子もしくは原子状の分子ビームを発生する
ための複数の分子線源発生装置3及び4、液体窒素容器
5、及び排気系6により構成されている。
真空ペルジャー1、基板を保持し加熱するための基板ホ
ルダー2、分子もしくは原子状の分子ビームを発生する
ための複数の分子線源発生装置3及び4、液体窒素容器
5、及び排気系6により構成されている。
従来装置によりGaAsを成長する場合を例にとって説
明すると、分子線源発生装置3及び4から発生した分子
ビームのうち、直接GaAs基板7へ入射する以外の過
剰の分子ビームは、液体窒素容器5に吸着されるものと
超高真空ペルジャー1や基板ホルダー2等の装置内機器
に直接衝突するものとに類別される。液体窒素容器5に
吸着された分子ビームが再蒸発する確率はほとんどなく
、後者の過剰ビームが基板7への不純物ガス混入の原因
を形成する。すなわち、Ga分子線源発生装置3より実
線で示す経路で噴出された過剰Gaビームの一部は基板
ホルダー2に衝突し、すでに基板ホルダ2に付着してい
た水(H2O)、炭化水素(CnHn)、酸素等の不純
物ガスをある確率で放出し、自らは基板ホルダ2に付着
する。破線で示す放出された不純物ガスの一部は液体窒
素容器5と衝突し付着される。一部は基板ホルダ2の後
方の超高真空ペルジャー1内壁に衝突し、破線で示す経
路を経て基板7に入射する。また過剰Gaビームの一部
は基板ホルダ後方の超高真空ペルジャー1の内壁と衝突
し、不純物ガスを放出し、その一部は同様な経路を経て
基板7へGa及びASの分子ビームと同時に入射される
。一方As分子線源発生装置4より一点鎖線で示す経路
で噴出したAsビームは衝突する点にGaが存在した場
合には付着するが、Ga以外のすでに付着していた不純
物が存在した場合はGaの場合と同様にある確率で付着
していた不純物のガスを放出すると同時にAs自体も再
蒸発する。再蒸発したAsは液体窒素容器5に吸着する
までは超高真空ペルジャー1の内壁との衝突を繰り返し
、ある確率で不純物ガスを放出する。放出された不純物
ガスの一部は破線で示す経路を経て基板7に入射される
。
明すると、分子線源発生装置3及び4から発生した分子
ビームのうち、直接GaAs基板7へ入射する以外の過
剰の分子ビームは、液体窒素容器5に吸着されるものと
超高真空ペルジャー1や基板ホルダー2等の装置内機器
に直接衝突するものとに類別される。液体窒素容器5に
吸着された分子ビームが再蒸発する確率はほとんどなく
、後者の過剰ビームが基板7への不純物ガス混入の原因
を形成する。すなわち、Ga分子線源発生装置3より実
線で示す経路で噴出された過剰Gaビームの一部は基板
ホルダー2に衝突し、すでに基板ホルダ2に付着してい
た水(H2O)、炭化水素(CnHn)、酸素等の不純
物ガスをある確率で放出し、自らは基板ホルダ2に付着
する。破線で示す放出された不純物ガスの一部は液体窒
素容器5と衝突し付着される。一部は基板ホルダ2の後
方の超高真空ペルジャー1内壁に衝突し、破線で示す経
路を経て基板7に入射する。また過剰Gaビームの一部
は基板ホルダ後方の超高真空ペルジャー1の内壁と衝突
し、不純物ガスを放出し、その一部は同様な経路を経て
基板7へGa及びASの分子ビームと同時に入射される
。一方As分子線源発生装置4より一点鎖線で示す経路
で噴出したAsビームは衝突する点にGaが存在した場
合には付着するが、Ga以外のすでに付着していた不純
物が存在した場合はGaの場合と同様にある確率で付着
していた不純物のガスを放出すると同時にAs自体も再
蒸発する。再蒸発したAsは液体窒素容器5に吸着する
までは超高真空ペルジャー1の内壁との衝突を繰り返し
、ある確率で不純物ガスを放出する。放出された不純物
ガスの一部は破線で示す経路を経て基板7に入射される
。
すなわち、従来装置においては基板ホルダ2の後方に飛
来した分子ビーム(G al A s等)により発生
する不純物ガスに対して液体窒素容器5のみが排気能力
をもち、イオンポンプ等の排気系6はこれらの不純物ガ
スが飛来する位置になくほとんど効力がない。それ故、
不純物ガスがある確率でMBE膜中に混入する。H20
,Cn Hn、 C0等の不純物混合ガスはGaAs
中で電気的に活性なドナー及びアクセプタを形成するの
で結晶性を劣化させる。すなわち、MBEによるエビ膜
の結晶性の向上に対して不純物ガス混入を低減する必要
がある。
来した分子ビーム(G al A s等)により発生
する不純物ガスに対して液体窒素容器5のみが排気能力
をもち、イオンポンプ等の排気系6はこれらの不純物ガ
スが飛来する位置になくほとんど効力がない。それ故、
不純物ガスがある確率でMBE膜中に混入する。H20
,Cn Hn、 C0等の不純物混合ガスはGaAs
中で電気的に活性なドナー及びアクセプタを形成するの
で結晶性を劣化させる。すなわち、MBEによるエビ膜
の結晶性の向上に対して不純物ガス混入を低減する必要
がある。
この発明は上記の様な問題点を解消するためになされた
もので、MBEにおいて不純物ガス混入による結晶性の
劣化を防止し、成長条件を変更することなく、不純物ガ
スの混入を低減できる分子線エピタキシ装置を得ること
を目的とする。
もので、MBEにおいて不純物ガス混入による結晶性の
劣化を防止し、成長条件を変更することなく、不純物ガ
スの混入を低減できる分子線エピタキシ装置を得ること
を目的とする。
本発明によるMBE装置は基板ホルダの後方に飛来する
不純物ガス、飛来した分子ビーム、及び飛来した分子ビ
ームにより発生する不純物ガスを効果的に排気できる位
置、すなわち分子線源発生装置の位置を下方とした場合
に、基板ホルダの位置と同等もしくはそれ以上の高さの
位置にイオンポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポン
プ、拡散ポンプ等の排気装置を設置するようにしたもの
である。
不純物ガス、飛来した分子ビーム、及び飛来した分子ビ
ームにより発生する不純物ガスを効果的に排気できる位
置、すなわち分子線源発生装置の位置を下方とした場合
に、基板ホルダの位置と同等もしくはそれ以上の高さの
位置にイオンポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポン
プ、拡散ポンプ等の排気装置を設置するようにしたもの
である。
また本発明によるMBE装置はさらに上記設置位置に液
体窒素容器を有するチェンバを上記排気装置と結合させ
て設け、あるいはさらに該液体窒素容器内にチタンサブ
リメ−シロンポンプを内蔵することにより不純物放出ガ
スの排気能力を大幅に向上するようにしたものである。
体窒素容器を有するチェンバを上記排気装置と結合させ
て設け、あるいはさらに該液体窒素容器内にチタンサブ
リメ−シロンポンプを内蔵することにより不純物放出ガ
スの排気能力を大幅に向上するようにしたものである。
本発明においては排気装置あるいはさらに液体窒素容器
を内蔵したチェンバを上記位置に設置したこと、あるい
はさらに上記チェンバ内のチタンサブリメーションポン
プを成長中に作動させることにより、基板ホルダの後方
に飛来する不純物ガス、余剰分子ビーム、及び飛来した
分子ビームにより発生する不純物ガスを効果的に排気す
ることができ、不純物ガスのMBE膜への混入を大幅に
減少させ、MBE膜の結晶性を向上することができる。
を内蔵したチェンバを上記位置に設置したこと、あるい
はさらに上記チェンバ内のチタンサブリメーションポン
プを成長中に作動させることにより、基板ホルダの後方
に飛来する不純物ガス、余剰分子ビーム、及び飛来した
分子ビームにより発生する不純物ガスを効果的に排気す
ることができ、不純物ガスのMBE膜への混入を大幅に
減少させ、MBE膜の結晶性を向上することができる。
以下、本発明の一実施例を図について説明する。
第1図はノンドープGaAs膜のMBE成長を行なう本
発明の一実施例によるMBE装置を示し、図において、
第4図と同一符号は同一部分を示し、6Iは分子線源発
生装置3,4に対し基板ホルダー2の設置位置と同等又
はそれ以上の高さに設置したクライオポンプからなる排
気系、9は上記排気系と同等の設置位置に設けた液体窒
素容器5を内蔵するチェンバ、10は該チェンバ9内に
設置したチタンサブリメーションポンプ、11は真空ゲ
ージである。
発明の一実施例によるMBE装置を示し、図において、
第4図と同一符号は同一部分を示し、6Iは分子線源発
生装置3,4に対し基板ホルダー2の設置位置と同等又
はそれ以上の高さに設置したクライオポンプからなる排
気系、9は上記排気系と同等の設置位置に設けた液体窒
素容器5を内蔵するチェンバ、10は該チェンバ9内に
設置したチタンサブリメーションポンプ、11は真空ゲ
ージである。
次に動作について説明する。
まず、清浄化されたGaAs基板7を600℃に昇温し
、成長速度が1.0μm/hrとなるGaビームを照射
できる温度にGa分子線源発生装置3を昇温する。また
AsビームをGaビームの3倍の強度で照射できる温度
にAs分子線源発生装置4を昇温する。昇温完了後、分
子線源発生装置3及び4のシャッター8を開きGaAs
の成長を開始する。基板ホルダ2に衝突する分子ビーム
(Ga:実線、Asニー点鎖線)により発生した不純物
ガスは(破線の経路)、クライオポンプ6もしくはチェ
ンバ9内の液体窒素容器5に吸着される。また、直接超
高真空チェンバ1の内壁に衝突する分子ビームに起因す
る不純物ガスも破線で示す経路で排気系6及びチェンバ
9内液体窒素容器5に吸着される。また衝突後再蒸発す
るAsビームに関しても同様に一点鎖線で示す経路で排
気系6及びチェンバ内液体窒素容器5に吸着される。
、成長速度が1.0μm/hrとなるGaビームを照射
できる温度にGa分子線源発生装置3を昇温する。また
AsビームをGaビームの3倍の強度で照射できる温度
にAs分子線源発生装置4を昇温する。昇温完了後、分
子線源発生装置3及び4のシャッター8を開きGaAs
の成長を開始する。基板ホルダ2に衝突する分子ビーム
(Ga:実線、Asニー点鎖線)により発生した不純物
ガスは(破線の経路)、クライオポンプ6もしくはチェ
ンバ9内の液体窒素容器5に吸着される。また、直接超
高真空チェンバ1の内壁に衝突する分子ビームに起因す
る不純物ガスも破線で示す経路で排気系6及びチェンバ
9内液体窒素容器5に吸着される。また衝突後再蒸発す
るAsビームに関しても同様に一点鎖線で示す経路で排
気系6及びチェンバ内液体窒素容器5に吸着される。
チタンサブリメーションポンプ10を成長中に動作させ
ることによりチェンバ9内の液体窒素容器5の排気能力
を向上することができる。不純物ガスが混入する経路の
途中に設置された真空ゲイン11での真空度を測定する
ことにより本発明の効果を判断できる。
ることによりチェンバ9内の液体窒素容器5の排気能力
を向上することができる。不純物ガスが混入する経路の
途中に設置された真空ゲイン11での真空度を測定する
ことにより本発明の効果を判断できる。
即ち、従来装置の同一位置に設置された真空ゲイン11
での真空度を同一成長条件(基板温度600℃、Ga分
子線強度1.0μm/hr1As/Ga分子線強度比=
3)下で測定し本発明の測定値と比較すると従来装置が
10−’ Torrに対し10−” Torrと1/1
00の真空度に低減できた。
での真空度を同一成長条件(基板温度600℃、Ga分
子線強度1.0μm/hr1As/Ga分子線強度比=
3)下で測定し本発明の測定値と比較すると従来装置が
10−’ Torrに対し10−” Torrと1/1
00の真空度に低減できた。
本発明での測定値10−■Torrのガスはほとんどが
液体窒素容器5及びクライオポンプ6では排気されない
水素であることが予想されるので、実際には不純物ガス
は1/100以下に低減できたと見なすことができる。
液体窒素容器5及びクライオポンプ6では排気されない
水素であることが予想されるので、実際には不純物ガス
は1/100以下に低減できたと見なすことができる。
従来装置と本発明装置により同一成長条件、同−Siド
ーピング強度で成長したn型GaAs膜の77にでのホ
ール効果の測定値は、従来装置での膜でキャリア濃度n
” 7 X 1013cm−3、移動度μ=8×10
40m2/v@sに対し、本発明での値はn ” I
X 10 ”cm−3でμ=15X10’cm2/ v
@sであり、この結果は本装置を用いることにより明
らかに ND +NA 補償度= ND −NA (ND : ドナー濃度、NAニアクセブタ濃度)が低
下している、すなわち不純物ガスの混入が大幅に減少で
きたことを実証するものである。
ーピング強度で成長したn型GaAs膜の77にでのホ
ール効果の測定値は、従来装置での膜でキャリア濃度n
” 7 X 1013cm−3、移動度μ=8×10
40m2/v@sに対し、本発明での値はn ” I
X 10 ”cm−3でμ=15X10’cm2/ v
@sであり、この結果は本装置を用いることにより明
らかに ND +NA 補償度= ND −NA (ND : ドナー濃度、NAニアクセブタ濃度)が低
下している、すなわち不純物ガスの混入が大幅に減少で
きたことを実証するものである。
不純物放出ガスの排気速度をさらに高めるには、上記ク
ライオポンプ等の排気系6及びチェンバ9を複数個設置
すること、また第2図の本発明の第2の実施例に示すよ
うにチェンバ9と排気系6を結合することがを効である
。さらに従来装置の位置に排気系を備え、かつ本発明に
よる位置に排気系及びチェンバを設備することは最も理
想的である。
ライオポンプ等の排気系6及びチェンバ9を複数個設置
すること、また第2図の本発明の第2の実施例に示すよ
うにチェンバ9と排気系6を結合することがを効である
。さらに従来装置の位置に排気系を備え、かつ本発明に
よる位置に排気系及びチェンバを設備することは最も理
想的である。
また第3図の本発明は第3の実施例を示し、この実施例
は上記のような排気系6およびチェンバ9を、分子線源
を超高真空チェンバをベントすることなしに、又真空を
破ることなしに分子線源発生装置に導入することのでき
る装置40に結合して設けたものである。
は上記のような排気系6およびチェンバ9を、分子線源
を超高真空チェンバをベントすることなしに、又真空を
破ることなしに分子線源発生装置に導入することのでき
る装置40に結合して設けたものである。
即ち、第3図において、13はマグネット、12はゲー
トバルブ、14は分子線源、40は分子線源供給装置で
あり、分子線源供給装置40のチェンバはゲートバルブ
12を介して分子線エビ装置(そのうちのチェンバ9)
に接続されており、ゲートバルブ12を閉めて分子線源
14を該供給装置40に設置し、該装置40を排気系6
で排気したのちゲートバルブを開け、マグネット13を
作動させて分子線源14を超高真空ペルジャー1中の分
子線源発生装置3もしくは4まで供給することにより、
分子線源14を超高真空チェンバ1の真空を破ることな
く分子線源発生装置に導入することができるものである
。
トバルブ、14は分子線源、40は分子線源供給装置で
あり、分子線源供給装置40のチェンバはゲートバルブ
12を介して分子線エビ装置(そのうちのチェンバ9)
に接続されており、ゲートバルブ12を閉めて分子線源
14を該供給装置40に設置し、該装置40を排気系6
で排気したのちゲートバルブを開け、マグネット13を
作動させて分子線源14を超高真空ペルジャー1中の分
子線源発生装置3もしくは4まで供給することにより、
分子線源14を超高真空チェンバ1の真空を破ることな
く分子線源発生装置に導入することができるものである
。
また本装置を用いて不純物ガスの混入を減少できる結晶
としてはGaAs等■−■族、あるいはさらにI[−V
族等の化合物だけでなくSf等の単体半導体を用いても
よく、さらには金属、絶縁体を用いても有効である。
としてはGaAs等■−■族、あるいはさらにI[−V
族等の化合物だけでなくSf等の単体半導体を用いても
よく、さらには金属、絶縁体を用いても有効である。
さらに上記実施例では分子線源として固体Ga。
Asを使用した場合を説明したが、本発明における分子
線のソース源としては固体、液体、気体のいずれをも用
いることができるものである。
線のソース源としては固体、液体、気体のいずれをも用
いることができるものである。
以上のように本発明によれば、基板ホルダの位置と同等
もしくはそれ以上の高さの位置に排気装置を設置し、あ
るいはさらに該位置にチェンバを設け、これに液体窒素
容器を設けたので、不純物放出ガスのMBE膜中への混
入を大幅に減少でき、成長条件を変更することなく大幅
に結晶性を向上できる効果がある。
もしくはそれ以上の高さの位置に排気装置を設置し、あ
るいはさらに該位置にチェンバを設け、これに液体窒素
容器を設けたので、不純物放出ガスのMBE膜中への混
入を大幅に減少でき、成長条件を変更することなく大幅
に結晶性を向上できる効果がある。
第1図は本発明の一実施例によるMBE装置の断面図、
第2図はチェンバと排気系を結合した本発明の第2の実
施例の断面図、第3図はチェンバと分子線源供給装置と
を結合した本発明の第3の実施例の断面図、第4図は従
来装置の断面図である。 図において、1は超高真空ペルジャー 2は基板ホルダ
、3はGa分子線発生源装置、4はAs分子線源発生装
置、5は液体窒素容器、6は排気系、7は基板、8はシ
ャッター 9はチェンバ、10はチタンサブリメ−シロ
ンポンプ、11は真空ゲイジ、12はゲートバルブ、1
3はマグネット、14は分子線源である。
第2図はチェンバと排気系を結合した本発明の第2の実
施例の断面図、第3図はチェンバと分子線源供給装置と
を結合した本発明の第3の実施例の断面図、第4図は従
来装置の断面図である。 図において、1は超高真空ペルジャー 2は基板ホルダ
、3はGa分子線発生源装置、4はAs分子線源発生装
置、5は液体窒素容器、6は排気系、7は基板、8はシ
ャッター 9はチェンバ、10はチタンサブリメ−シロ
ンポンプ、11は真空ゲイジ、12はゲートバルブ、1
3はマグネット、14は分子線源である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)基板を加熱保持する基板ホルダーと分子もしくは原
子を基板へ照射するための分子線源発生装置とを含む分
子線エピタキシ装置において、排気装置を上記分子線源
発生装置に対し基板ホルダーの設置位置と同等もしくは
それ以上の高さに設置したことを特徴とする分子線エピ
タキシ装置。 2)請求項1記載の分子線エピタキシ装置において、 上記基板ホルダーの設置位置と同等もしくはそれ以上の
高さにさらにチェンバを設け、そのチェンバ内に液体窒
素容器を設置したことを特徴とする分子線エピタキシ装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33455788A JPH02175689A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 分子線エピタキシ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33455788A JPH02175689A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 分子線エピタキシ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02175689A true JPH02175689A (ja) | 1990-07-06 |
Family
ID=18278736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33455788A Pending JPH02175689A (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | 分子線エピタキシ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02175689A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62100499A (ja) * | 1984-06-08 | 1987-05-09 | アトミカ テヒニツシエ フイジ−ク ゲ−エムベ−ハ− | 真空蒸着装置 |
JPS6350394A (ja) * | 1986-08-15 | 1988-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分子線結晶成長装置 |
-
1988
- 1988-12-27 JP JP33455788A patent/JPH02175689A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62100499A (ja) * | 1984-06-08 | 1987-05-09 | アトミカ テヒニツシエ フイジ−ク ゲ−エムベ−ハ− | 真空蒸着装置 |
JPS6350394A (ja) * | 1986-08-15 | 1988-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分子線結晶成長装置 |
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