JPH03215388A - Molecular ray epitaxial method and molecular epitaxial device - Google Patents
Molecular ray epitaxial method and molecular epitaxial deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は．基板上に分子線を照射して基板上八分子線の
構成元素を構成物質とする結晶をエピタキシャル成長さ
せる分子線エピタキシャル方法およびその装置に関する
。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention... The present invention relates to a molecular beam epitaxial method and an apparatus for irradiating a molecular beam onto a substrate to epitaxially grow a crystal containing the constituent elements of the octad molecular beam on the substrate.
基板上に分子線を照射して，分子線の構成元素を構成物
質とする結晶を基板上にエピタキシャル成長させる方法
として分子線エピタキシャル方法がある。この方法では
、高真空の容器中に基板と分子線を発生させるための分
子線セルを設ける。A molecular beam epitaxial method is a method of irradiating a substrate with a molecular beam and epitaxially growing a crystal containing the constituent elements of the molecular beam on the substrate. In this method, a substrate and a molecular beam cell for generating molecular beams are provided in a high vacuum container.
分子線セルには、るつぼおよびるつぼを加熱するための
ヒーターを備えたものがある。るつぼ内に，分子線の原
料を充填し、ヒーターに通電することにより原料を加熱
、蒸発させて、分子線を発生させる。この分子線は、基
板上に照射され、所望のエピタキシャル膜を形成する。Some molecular beam cells are equipped with a crucible and a heater for heating the crucible. A crucible is filled with raw materials for molecular beams, and electricity is applied to a heater to heat and evaporate the raw materials to generate molecular beams. This molecular beam is irradiated onto the substrate to form a desired epitaxial film.
また、分子線を発生させる他の方法として、分子線の原
料にガスを用いる方法もある。この方法では、流量制御
した原料ガスを加熱し、分子線として高真空容器中に導
入し、基板表面に照射して所望のエピタキシャル膜を形
成する。Further, as another method of generating molecular beams, there is also a method of using gas as a raw material for molecular beams. In this method, a source gas whose flow rate is controlled is heated, introduced into a high vacuum container as a molecular beam, and irradiated onto the substrate surface to form a desired epitaxial film.
なお、この種の方法および装置として関連するものには
、例えばジャパニーズジャーナルオブアプライド フィ
ジックス２５．１２（１９８６年）第Ｌ９７９頁から第
Ｌ９８２頁（Ｊ ａ ｐ ａ ｎ ｅ ｓｅ Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｘｃ
ｓ．２５，１２ （１９８６）ｐｐＬ９７９〜９８２）
、ジャパニーズジャーナルオブアプライド フィジック
ス２３．２（１９８４年）第１６４頁から第１６７頁（
Ｊ ａ ｐ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃｓ，２
３．２（１９８４）ｐｐＬ１６４〜１６７）が挙げられ
る。Related methods and devices of this type include, for example, Japanese Journal of Applied Physics 25.12 (1986), pages L979 to L982.
rnal of Applied physxc
s. 25, 12 (1986) ppL979-982)
, Japanese Journal of Applied Physics 23.2 (1984), pp. 164-167 (
J a p a n e se J o urna
l of Applied physics, 2
3.2 (1984) ppL164-167).
上記従来技術には，エピタキシャル膜の組成をその成長
と共に連続的に変化させる、いわゆるグレーデッド層の
形成において組成制御が正確にできないという問題があ
った。The above-mentioned conventional technology has a problem in that the composition of the epitaxial film cannot be accurately controlled in forming a so-called graded layer in which the composition of the epitaxial film is continuously changed as the film grows.
第１図はグレーデッド層の説明図であり、ＧａＡｓ基板
１上にＧａｔ ｘＡｆｌｘＡｓ層６４をエピタキシャ
ル成長させた時の一例である。ここで、ＸはＡＱの混晶
比でありエピタキシャル成長と共に直線的に増加させた
時のものである。FIG. 1 is an explanatory diagram of a graded layer, and is an example of a case where a Gat x Afl x As layer 64 is epitaxially grown on a GaAs substrate 1. As shown in FIG. Here, X is the mixed crystal ratio of AQ, which is increased linearly with epitaxial growth.
従来技術では、分子線の原料として固体材料を用いて第
１図の如きグレーデッド層を形成する場合は、ＡＱの分
子線セルの温度を連続的に増加させて、Ｇａの分子線強
度に対してＡｆｆの分子線強度を相対的、かつ、連続的
に増加させる。In conventional technology, when forming a graded layer as shown in Fig. 1 using a solid material as a raw material for molecular beams, the temperature of the AQ molecular beam cell is continuously increased to increase the molecular beam intensity of Ga. to relatively and continuously increase the molecular beam intensity of Aff.
しかし、分子線セルの熱容量はゼロでないため、分子線
セルの温度を所望の値に設定しても，実際にその値に到
達するには時間的に遅れが生じる。However, since the heat capacity of the molecular beam cell is not zero, even if the temperature of the molecular beam cell is set to a desired value, there is a time delay before the temperature actually reaches that value.
従って、ＡＱの分子線セルの温度により制御されるＡΩ
の分子線強度も所望の値に達するのに時間的遅れが生じ
、グレーデッド層の正確な組成制御ができない。Therefore, AΩ controlled by the temperature of the molecular beam cell of AQ
There is also a time delay for the molecular beam intensity to reach a desired value, making it impossible to accurately control the composition of the graded layer.
一方、分子線の原料としてガス材料を用いる分子線エピ
タキシャル方法では，分子線強度をガス流量により制御
する。ガス流量制御はマスフローコントローラーにより
行うが、このマスフローコントローラーでは、所望の値
に流量を設定しても、実際にその値に到達するには時間
的遅れが生じたり、あるいは、ガス流量がオーバーシュ
ートする。On the other hand, in the molecular beam epitaxial method that uses a gas material as a raw material for the molecular beam, the molecular beam intensity is controlled by the gas flow rate. Gas flow rate control is performed by a mass flow controller, but with this mass flow controller, even if the flow rate is set to a desired value, there is a time delay in actually reaching that value, or the gas flow rate overshoots. .
従って、グレーデッド層の正確な組成制御ができない。Therefore, it is not possible to accurately control the composition of the graded layer.
本発明は、正確に組成制御を行ないつつグレーデッド層
を形成することを可能にする分子線エピタキシャル方法
、および，そのための分子線エピタキシャル装置を提供
することを目的とする。An object of the present invention is to provide a molecular beam epitaxial method that makes it possible to form a graded layer while accurately controlling the composition, and a molecular beam epitaxial apparatus for the method.
正確に組成制御したグレーデッド層の形成を可能ならし
める分子線エピタキシャル方法は、分子線と基板の成す
角度を変化させることにより達成される．
また、正確に組成制御したグレーデッド層の形成を可能
ならしめる分子線エピタキシャル装置は、基板表面と分
子線の成す角度を変化できるように角度変位装置を備え
ることにより達成できる。The molecular beam epitaxial method, which enables the formation of graded layers with precisely controlled composition, is achieved by changing the angle between the molecular beam and the substrate. Furthermore, a molecular beam epitaxial device that enables the formation of a graded layer with a precisely controlled composition can be achieved by providing an angle displacement device that can change the angle formed between the substrate surface and the molecular beam.
該角度変位装置の一例として、基板ホルダー回転手段と
、基板ホルダー回転手段を駆動する動力発生手段と，動
力発生手段の駆動力を基板ホルダー回転手段に伝達する
駆動力伝達手段と、動力発生手段を制御する制御手段と
を有する装置が考えられる。An example of the angular displacement device includes a substrate holder rotation means, a power generation means for driving the substrate holder rotation means, a driving force transmission means for transmitting the driving force of the power generation means to the substrate holder rotation means, and a power generation means. A device having a control means for controlling the above-mentioned information is conceivable.
さらに，上記動力発生手段として例えばステッピングモ
ーターを使用すると、基板表面と分子線のなす角を連続
的に変化できる。Furthermore, if a stepping motor, for example, is used as the power generating means, the angle between the substrate surface and the molecular beam can be changed continuously.
また、基板ホルダーと基板ホルダー回転手段を一体とし
た角度変位装置も考えられる。Furthermore, an angular displacement device that integrates a substrate holder and a substrate holder rotation means is also conceivable.
以下，上記手段の作用を図面を用いて説明する．第２図
において，第１の分子線２の方向４と、基板１の法線６
の方向のなす角をＯＬとする．また、第２の分子線３の
方向５と、基板１の法線６のなす角を０２とする。The operation of the above means will be explained below using drawings. In FIG. 2, the direction 4 of the first molecular beam 2 and the normal 6 of the substrate 1 are shown.
Let the angle formed by the direction be OL. Further, the angle formed by the direction 5 of the second molecular beam 3 and the normal line 6 of the substrate 1 is 02.
この場合、第１の分子線の構成元素の基板１上への単位
時間および単位面積当りの堆積個数Ｊ１は、次のように
表わされる。In this case, the number J1 of constituent elements of the first molecular beam deposited on the substrate 1 per unit time and unit area is expressed as follows.
Ｊ１＝ＳＩＣ１ｃ ｏ ｓ （θ１）
ここで、Ｓｔ，Ｃｔは、それぞれ第１の分子線の構成元
素の基板上への固着率および第１の分子線の強度である
。J1=SIC1cos (θ1) Here, St and Ct are the fixation rate of the constituent elements of the first molecular beam onto the substrate and the intensity of the first molecular beam, respectively.
また、第２の分子線の構成元素等の基板１上への単位時
間および単位面積当りの堆積個数Ｊ２は、次のように表
わされる。Further, the number J2 of constituent elements of the second molecular beam deposited on the substrate 1 per unit time and unit area is expressed as follows.
Ｊ工＝ＳａＣｚ ｃｏｓ（θ２）
ここで．Ｓｚ−Ｃｚは、それぞれ第２の分子線の構成元
素の基板上への固着率および第２の分子線の強度である
．
従って，第１および第２の分子線を同時に基板１に照射
したとき、第１の分子線の構成元素の基板１上での混晶
比Ｘエは、次式のようになる．一例として、ＳＬ＝Ｓｌ
．ｃＬ＝ｃ，の場合を考えると、
となる．
すなわち、基板表面と分子線の成す角度を連続的に変化
させることにより、混晶比をほぼ連続的に制御すること
ができる。J engineering=SaCz cos(θ2) where. Sz-Cz are the fixation rate of the constituent elements of the second molecular beam onto the substrate and the intensity of the second molecular beam, respectively. Therefore, when the substrate 1 is irradiated with the first and second molecular beams simultaneously, the mixed crystal ratio Xe of the constituent elements of the first molecular beam on the substrate 1 is expressed by the following equation. As an example, SL=Sl
．． Considering the case of cL=c, it becomes. That is, by continuously changing the angle between the substrate surface and the molecular beam, the mixed crystal ratio can be controlled almost continuously.
基板表面と分子線の成す角度を変化させるためには、真
空容器に角度変位装置を設ける。In order to change the angle formed between the substrate surface and the molecular beam, an angle displacement device is provided in the vacuum container.
例えば、基板ホルダー１１を、制御手段６３により制御
された動力発生手段６２の廓動力により駆動力伝達手段
６１を介して、所望の角度になるように，回転させるこ
とにより、基板表面と分子線の成す角度を変化させるこ
とができる。For example, by rotating the substrate holder 11 at a desired angle using the rotational force of the power generation means 62 controlled by the control means 63 via the driving force transmission means 61, the angle between the substrate surface and the molecular beam can be adjusted. It is possible to change the angle at which the
以下、本発明の実施例について述べる。なお、本発明は
、以下の各実施例に限定されるものではない。Examples of the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to the following examples.
第３図は本発明の分子線エピタキシャル方法の第１の実
施例を示す概念図であり、ＧａＡｓ基板上に、Ｇａ．−
ｘＡＱｘＡｓ層を形成させる方法の実施例である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a first embodiment of the molecular beam epitaxial method of the present invention, in which Ga. −
3 is an example of a method for forming an xAQxAs layer.
高真空容器９内には、ＧａＡｓ基板１および分子線セル
が備えられている。高真空容器９内のガスはゲートバル
ブ８を介して真空ポンプ７により排気される。また、高
真空容器９内には、液体窒素シュラウド１０を備え、こ
れに液体窒素を流すことにより、高真空容器９内の真空
度を上げている。A GaAs substrate 1 and a molecular beam cell are provided in the high vacuum container 9. The gas in the high vacuum container 9 is exhausted by the vacuum pump 7 via the gate valve 8. Furthermore, a liquid nitrogen shroud 10 is provided in the high vacuum container 9, and the degree of vacuum in the high vacuum container 9 is increased by flowing liquid nitrogen into this.
１４，１５，１６，１７．１８は、Ｇａ用分子線セル１
００の構成要素であり、それぞれシャツタリフレクター
、熱電対、ヒーター、るつぼである。14, 15, 16, 17.18 are Ga molecular beam cell 1
00 components, which are a shirt reflector, a thermocouple, a heater, and a crucible, respectively.
１９，２０，２１，２２，２］ｔ、ＡＱ用分子？セル２
００の構成要素であり、それぞれシャツター リフレク
ター、熱電対、ヒーター、るつぼである。19,20,21,22,2]t, molecule for AQ? cell 2
00 components, respectively: Schutter reflector, thermocouple, heater, and crucible.
２４，２５，２６，２７．２８は、Ａｓ用分子線セル３
００の構成要素であり、それぞれシャッター、リフレク
ター、熱電対、ヒーター、るつぼである．
Ｇａの分子線とＡＱの分子線の成す角度は３０゜．ＡＱ
の分子線とＡｓの分子線の成す角度は３０゜である。θ
■，θ２はそれぞれＧａＡｓ基板１表面の法線方向とＧ
ａの分子線の成す角度、およびＧ ａ Ａ ｓ基板１表
面の法線方向とＡｎの分子線の成す角度である。24, 25, 26, 27.28 are As molecular beam cell 3
00 components, respectively: shutter, reflector, thermocouple, heater, and crucible. The angle between the Ga molecular line and the AQ molecular line is 30°. AQ
The angle formed by the molecular beam of As and the molecular beam of As is 30°. θ
■, θ2 are the normal direction of the surface of the GaAs substrate 1 and G
These are the angle formed by the molecular beam of a, and the angle formed between the normal direction of the surface of the GaAs substrate 1 and the molecular beam of An.
１２は基板加熱用ヒーターであり，１３は基板温度測定
用の熱電対である。これらによりＧａＡｓ基板１を６０
０℃に保持する。12 is a heater for heating the substrate, and 13 is a thermocouple for measuring the temperature of the substrate. With these, the GaAs substrate 1 is
Maintain at 0°C.
Ｇａ分子線セル、ＡＱ分子線セル．Ａｓ分子線セルの温
度は、それぞれ９００℃、１０００℃２５０”Ｃである
。Ga molecular beam cell, AQ molecular beam cell. The temperatures of the As molecular beam cell were 900°C, 1000°C, and 250''C, respectively.
この状態で、ＧａＡｓ基板１と分子線の成す角度を変化
させながらＧａｔｘＡΩｘＡｓｆｉをエピタキシャル成
長させた場合、ＡＱ混晶比Ｘは、θ２に対して第４図の
如く連続的に変化する。In this state, when GatxAΩxAsfi is epitaxially grown while changing the angle between the GaAs substrate 1 and the molecular beam, the AQ mixed crystal ratio X changes continuously with respect to θ2 as shown in FIG. 4.
すなｂち、Ｇ ａ Ａ ｓ基板１表面の法線方向とＡＣ
の分子線の成す角度が大きくなるにつれてＡＱ混晶比は
連続的に減少する。In other words, the normal direction of the surface of the GaAs substrate 1 and the AC
The AQ mixed crystal ratio decreases continuously as the angle formed by the molecular lines increases.
第５図は本発明の分子線エピタキシャル方法の第２の実
施例を示す概念図であり、Ｇ ａ Ａ ｓ基板上に、Ｇ
ａｉ ｘＡ Ｑ ｘ Ａ ｓ層を形成させる方法の実
施例である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the molecular beam epitaxial method of the present invention.
3 is an example of a method for forming an ai xA Q x As layer.
高真空容器９内には、Ｇ ａ Ａ ｓ基板１および分子
線セルが備えられている．高真空容器内のガスはゲート
バルブ８を介して真空ポンプ７により排気される。また
、高真空容器９内には液体窒素シュラウド１ｏを備え，
これに液体窒素を流すことにより、高真空容器９内の真
空度を上げている。A high vacuum container 9 is equipped with a GaAs substrate 1 and a molecular beam cell. The gas in the high vacuum container is exhausted by the vacuum pump 7 via the gate valve 8. In addition, a liquid nitrogen shroud 1o is provided in the high vacuum container 9,
By flowing liquid nitrogen through this, the degree of vacuum inside the high vacuum container 9 is increased.
１４，１５，１６，１７，３０は、トリエチルガリウム
用分子線セル１０１の構成要素であり，それぞれシャツ
ター リフレクター，熱電対、ヒーター、ノズルである
。Reference numerals 14, 15, 16, 17, and 30 are components of the triethyl gallium molecular beam cell 101, which are a Schutter reflector, a thermocouple, a heater, and a nozzle, respectively.
１９，２０，２１，２２．３１は、トリメチルアルミニ
ウム用分子線セル２０１の構成要素であり、それぞれシ
ャッター、リフレクター、熱電対、ヒーター、ノズルで
ある。Reference numerals 19, 20, 21, 22, and 31 are components of the trimethylaluminum molecular beam cell 201, which are a shutter, a reflector, a thermocouple, a heater, and a nozzle, respectively.
２４，２５，２６，２７，３２は，アルシン用分子線セ
ル３０１の構成要素であり、それぞれシャッター リフ
レクター、熱電対、ヒーター、ノズルである。24, 25, 26, 27, and 32 are components of the arsine molecular beam cell 301, which are a shutter reflector, a thermocouple, a heater, and a nozzle, respectively.
トリエチルガリウム分子線とトリメチルアルミニウム分
子線の成す角度は３０” ｝−リメチルアルミニウ
ム分子線とアルシン分子線の成す角度は３０＠である．
θ１，θ２は、それぞれＧ ａ Ａ ｓ基板１表面の法
線方向とトリエチルガリウム分子線の成す角度，および
Ｇ ａ Ａ ｓ基板１表面の法線方向とトリメチルアル
ミニウム分子線の成す角度である。The angle between the triethylgallium molecular beam and the trimethylaluminum molecular beam is 30''}-The angle between the trimethylaluminum molecular beam and the arsine molecular beam is 30@.
θ1 and θ2 are the angle between the normal direction of the surface of the GaAs substrate 1 and the triethylgallium molecular beam, and the angle between the normal direction of the surface of the GaAs substrate 1 and the trimethylaluminum molecular beam, respectively.
１２は基板加熱用ヒーターであり、１３は基板温度測定
用の熱電対である。これらによりＧａＡｓ基板１を６
０ ０ ’Ｃに保持する。12 is a heater for heating the substrate, and 13 is a thermocouple for measuring the temperature of the substrate. With these, the GaAs substrate 1 is
Hold at 0 0'C.
トリエチルガリウム用分子線セル、トリメチルアルミニ
ウム用分子線セル、アルシン用分子線セルの温度はそれ
ぞれ１００゜Ｃ、１００℃、９００℃である。トリメチ
ルガリウムの流量をｌｅｅ／ｍｉｄ，トリメチルアルミ
ニウム流量を０．４ｃｃ／ｏ＋ｉｎ、アルシンの流量を
ｌＯｃｃ／ｍｉｎとして、Ｇ ａ Ａ ｓ基板１と分子
線の成す角度を変化させなからＧａエ，ＡＩ２ｘＡｓ層
をエピタキシャル成長させた場合、Ａｆｆ混晶比Ｘはθ
２に対して第６図の如く変化する。すなわち、Ｇ ａ
Ａ ｓ基板１表面の法線方向とトリメチルアルミニウム
分子線の成す角度が大きくなるにつれてＡＱ混品比は連
続的に減少する。The temperatures of the molecular beam cell for triethylgallium, the molecular beam cell for trimethylaluminum, and the molecular beam cell for arsine are 100°C, 100°C, and 900°C, respectively. By setting the flow rate of trimethyl gallium to lee/mid, the flow rate of trimethyl aluminum to 0.4 cc/o+in, and the flow rate of arsine to 10 cc/min, the angle formed between the GaAs substrate 1 and the molecular beam is not changed. When grown epitaxially, the Aff mixed crystal ratio X is θ
2, it changes as shown in FIG. That is, Ga
As the angle between the normal direction of the surface of the As substrate 1 and the trimethylaluminum molecular beam becomes larger, the AQ mixture ratio decreases continuously.
第７図、第８図は本発明の分子線エピタキシャル装置の
第１の実施例を示すものである。ＧａＡｓ基板上にＧａ
． 一，ＡｆｉｘＡｓ層をエピタキシャル成長させる場
合の実施例である。7 and 8 show a first embodiment of the molecular beam epitaxial apparatus of the present invention. Ga on GaAs substrate
．． 1. This is an example in which an AfixAs layer is epitaxially grown.
高真空容器９内にはＧａＡｓ基板１および分子線セルが
備えられており、高真空容器９内のガスはゲートバルブ
８を介して真空ポンプ７により排気される。また，高真
空容器９内には液体窒素シュラウドがあり、これに液体
窒素を流すことにより、高真空容器９内の真空度を上げ
ている。A GaAs substrate 1 and a molecular beam cell are provided in a high vacuum container 9, and the gas in the high vacuum container 9 is exhausted by a vacuum pump 7 via a gate valve 8. Furthermore, there is a liquid nitrogen shroud in the high vacuum container 9, and by flowing liquid nitrogen into this, the degree of vacuum in the high vacuum container 9 is increased.
１４，１５，１６，１７，１８はＧａ用分子線セル１０
０の構成要素であり，それぞれシャッター、リフレクタ
ー，熱電対、ヒーター、るつぼである。14, 15, 16, 17, 18 are Ga molecular beam cells 10
0 components, respectively: shutter, reflector, thermocouple, heater, and crucible.
１９，２０，２１，２２，２３はＡＱ用分子線セル２０
０の構成要素であり、それぞれシャッタ、リフレクター
、熱電対、ヒーター、るつぼである．
２４，２５，２６，２７，２８はＡｓ用分子線セル３０
０の構成要素であり、それぞれシャッター、リフレクタ
ー、熱電対、ヒーター、るつぼである。19, 20, 21, 22, 23 are AQ molecular beam cells 20
0 components, respectively, which are a shutter, a reflector, a thermocouple, a heater, and a crucible. 24, 25, 26, 27, 28 are molecular beam cells 30 for As
0 components, respectively: shutter, reflector, thermocouple, heater, and crucible.
Ｇａ分子線とＡＱ分子線の成す角度は３０゜ＡΩ分子線
とＡｓ分子線の成す角度は３０゜である．
１１，１２．１３はそれぞれ基板ホルダー ヒーター、
熱電対であり、熱電対１３で基板１の温度を測定しなが
ら基板加熱用ヒーターに投入する電力を調整し、基板温
度を所望の温度とする．６ｏは基板ホルダー１１を回転
し，基板１と分子線の成す角度を変化させるための基板
ホルダー回転器である。The angle formed by the Ga molecular beam and the AQ molecular beam is 30°, and the angle formed by the AΩ molecular beam and the As molecular beam is 30°. 11, 12, and 13 are board holder heaters, respectively.
This is a thermocouple, and while measuring the temperature of the substrate 1 with the thermocouple 13, the power input to the heater for heating the substrate is adjusted to bring the substrate temperature to the desired temperature. 6o is a substrate holder rotator for rotating the substrate holder 11 and changing the angle formed between the substrate 1 and the molecular beam.
６２は高真空容器９の外におかれた動力発生器であり、
駆動力伝達軸６１を介して基板ホルダー回転器を動作さ
せる。62 is a power generator placed outside the high vacuum container 9;
The substrate holder rotator is operated via the driving force transmission shaft 61.
６３は、動力発生手段６２を制御する制御機器であり、
これにより基板１と分子線の成す角度を所望の値にする
。63 is a control device that controls the power generation means 62;
This makes the angle between the substrate 1 and the molecular beam a desired value.
第９図、第１０図は本発明の分子線エピタキシャル装置
の第２の実施例を示すものである。ＧａＡｓ基板上にＧ
ａ Ｌ−１Ａ Ｑ ｘ Ａ ｓ層をエピタキシャル成
長させる場合の実施例である。9 and 10 show a second embodiment of the molecular beam epitaxial apparatus of the present invention. G on GaAs substrate
This is an example in which a L-1A Q x As layer is epitaxially grown.
高真空容器９内にＧ ａ Ａ ｓ基板上１、および分子
線セルが備えられており、高真空容器９内のガスはゲー
トバルブ８を介して真空ポンプ７により排気される。ま
た、高真空容器９内には液体窒素シュラウド１０があり
、これに液体窒素を流すことにより高真空容器９内の真
空度を上げている。A G a As substrate 1 and a molecular beam cell are provided in a high vacuum container 9 , and the gas in the high vacuum container 9 is exhausted by a vacuum pump 7 via a gate valve 8 . Furthermore, there is a liquid nitrogen shroud 10 in the high vacuum container 9, and the degree of vacuum in the high vacuum container 9 is increased by flowing liquid nitrogen into this.
１４，１５，１６，１７，３０はトリエチルガリウム用
分子線セル１０１の構成要素であり、そレソレ、シャッ
ター、リフレクター、熱電対、ヒーター、ノズルである
．
１９，２０，２１，２２，３１はトリメチルアルミニウ
ム用分子線セル２０１の構成要素であり、それぞれ、シ
ャツター リフレクター、熱電対、ヒーター、ノズルで
ある。Reference numerals 14, 15, 16, 17, and 30 are the constituent elements of the triethyl gallium molecular beam cell 101, which are a shutter, a reflector, a thermocouple, a heater, and a nozzle. Reference numerals 19, 20, 21, 22, and 31 are components of the molecular beam cell 201 for trimethylaluminum, which are a Schutter reflector, a thermocouple, a heater, and a nozzle, respectively.
２４，２５．２６，２７．３２はアルシン用分子線セル
３０１の構成要素であり、それぞれ、シャッター、リフ
レクター、熱電対、ヒーター、ノズルである．
３４はトリエチルガリウムが充填されたボンベであり、
これから、発生したトリエチルガリウムガスはマスフロ
ーコントローラー３３により流量制限されて、トリエチ
ルガリウム用分子線セルに導かれる。ボンベ３４、マス
フローコントローラー３３はオーブン３５内に備えられ
ており、一定温度に保持される。24, 25, 26, 27, and 32 are the components of the arsine molecular beam cell 301, which are a shutter, a reflector, a thermocouple, a heater, and a nozzle, respectively. 34 is a cylinder filled with triethyl gallium,
The generated triethyl gallium gas is then restricted in flow rate by a mass flow controller 33 and guided to a molecular beam cell for triethyl gallium. The cylinder 34 and the mass flow controller 33 are provided inside the oven 35 and maintained at a constant temperature.
３７はトリメチルアルミニウム充填されたボン／＼てあ
り、これから発生したトリメチルアルミニウムガスはマ
スフローコントローラー３６により流量制限されてトリ
メチルアルミニウム用分子線セルに導かれる。ボンベ３
７、マスフローコントローラー３６はオーブン３８内に
備えられており、一定温度に保持される。A cylinder 37 is filled with trimethylaluminum, and the trimethylaluminum gas generated therefrom is guided to a molecular beam cell for trimethylaluminum with its flow rate restricted by a mass flow controller 36. cylinder 3
7. A mass flow controller 36 is provided within the oven 38 and maintained at a constant temperature.
４０はアルシンが充填されたボンベであり、これから発
生したアルシンガスはマスフローコントローラー３９に
より流量制御されて、アルシン用分子線セルに導かれる
。Reference numeral 40 denotes a cylinder filled with arsine, and the flow rate of arsine gas generated from the cylinder is controlled by a mass flow controller 39 and guided to a molecular beam cell for arsine.
トリエチルガリウム分子線とトリメチルアルミニウム分
子線の成す角度は３０’．トリメチルアルミニウム分子
線とアルシン分子線の成す角度は３０’である。The angle between the triethylgallium molecular beam and the trimethylaluminum molecular beam is 30'. The angle between the trimethylaluminum molecular line and the arsine molecular line is 30'.
１１，２．１３は基板ホルダー、ヒーター、熱電対であ
り、熱電対１３で基板１の温度を測定しながら基板加熱
用ヒーターに投入する電力を調整し、基板温度を所望の
温度とする。Reference numerals 11, 2, and 13 denote a substrate holder, a heater, and a thermocouple, and while measuring the temperature of the substrate 1 with the thermocouple 13, the power input to the heater for heating the substrate is adjusted to bring the substrate temperature to a desired temperature.
６０は基板ホルダー１１を回転し、基板１と分子線の成
す角度を変化させるための基板ホルダー回転器である。60 is a substrate holder rotator for rotating the substrate holder 11 and changing the angle formed between the substrate 1 and the molecular beam.
６２は高真空容器９の外におかれた動力発生器であり、
駆動力伝達軸６２を介して基板ホルダー回転器を動作さ
せる。62 is a power generator placed outside the high vacuum container 9;
The substrate holder rotator is operated via the driving force transmission shaft 62.
６３は動力発生手段６２を制御する制御機器であり、こ
れにより基板１と分子線の成す角度を所望の値にする。Reference numeral 63 denotes a control device for controlling the power generating means 62, thereby adjusting the angle between the substrate 1 and the molecular beam to a desired value.
本発明によれば、基板表面と分子線との成す角度を変化
させることにより、混晶比を連続的に変化するように制
御できるという効果がある。According to the present invention, the mixed crystal ratio can be controlled to change continuously by changing the angle formed between the substrate surface and the molecular beam.
また、基板表面と分子線との成す角度を正確に変化させ
ることができるので、正確に組成制御ならしめたグレー
デッド層の形成ができるという効果がある。Furthermore, since the angle between the substrate surface and the molecular beam can be changed accurately, it is possible to form a graded layer whose composition is precisely controlled.
第１図はグレーデッド層の説明図、第２図は本発明を説
明するための原理図、第３図は本発明の分子線エピタキ
シャル方法の第１の実施例を示す概念図、第４図は混晶
比の分子線入射角依存性を示す図、第５図は本発明の分
子線エピタキシャル法の第２の実施例を示す概念図、第
６図は混晶比の分子線入射角依存性を示す図、第７図は
本発明の分子線エピタキシャル装置の第１の実施例を示
す概念図、第８図は第７図の装置を矢印Ａの方向から見
た概念図、第９図一勢中噂咽は本発明の分子線エピタキ
シャル装置の第２の実施例を示す概念図、第１０図は第
９図の装置を矢印Ｂの方向から見た概念図である。
１・・・Ｇ ａ Ａ ｓ基板，２・・・第１の分子線、
３・・・第２の分子線、４・・・第１の分子線の方向、
５・・・第２の分子線の方向、６・・・基板の法線方向
、７・・・真空ポンプ、８・・・ゲートバルブ，９・・
・高真空容器、１０・・・液体窒素シュラウド，１１・
・・基板ホルダー１２・・・ヒーター １３・・・熱電
対，１４，１９．２４・・・シャッター １５．２０．
２５・・・リフレクター、１６，２１，２６・・・熱電
対、１７，２２．２７・・・ヒーター １８，２３，２
８・・・ルツボ、２９・・・基板の法線方向、３０，３
１．３２・・・ノズル、３３，３６，３９・・・マスフ
ローコントローラ３４・・トリエチルガリウムボンベ、
３５，３８・・・オーブン、３７・ トリエチルアルミ
ニウムボンベ、４０・・・アルシンボンベ、４１“゛真
空ポンプ、４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８
，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，
５７，５８．５９・・・バルブ、６０・・・基板ホルダ
ー回転器、６１・・・駆動力伝達軸、６２・・・動力発
生器、６ ３ ・・・制御機器、６ ４−Ｇ ａ ．−
，Ａ Ｑ ｘＡｓエピタキシャル層、１００・・・Ｇａ
用分子線セル、１０１・・・トリエチルガリウム用分子
線セル、２００・・・ＡＱ用分子線セル、２０１・・・
トリエチルアルミニウム用分子線セル、３００・・・Ａ
ｓ用分子線セル、３０１・・・アルシン用分子線セル。
第
１
図
１
葬
膜厚
第
３
図
２００ Ｍ用分ｙＩＬｔレ
第
牛
図
θ２（粕
第
５
図
鳩
乙
ン
θ２（匍
鵠′ｉ′回
革
δ
圓
Ａ天視函
２００ＭＭ労Ｊ矛九ｔル
第９
何
トリノ＋１しアノＬミニウ４ボご付Fig. 1 is an explanatory diagram of a graded layer, Fig. 2 is a principle diagram for explaining the present invention, Fig. 3 is a conceptual diagram showing the first embodiment of the molecular beam epitaxial method of the present invention, and Fig. 4 is a diagram showing the dependence of the mixed crystal ratio on the molecular beam incident angle, FIG. 5 is a conceptual diagram showing the second embodiment of the molecular beam epitaxial method of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the molecular beam incident angle dependence of the mixed crystal ratio FIG. 7 is a conceptual diagram showing the first embodiment of the molecular beam epitaxial apparatus of the present invention, FIG. 8 is a conceptual diagram of the apparatus of FIG. 7 viewed from the direction of arrow A, and FIG. 9 10 is a conceptual diagram showing a second embodiment of the molecular beam epitaxial apparatus of the present invention, and FIG. 10 is a conceptual diagram of the apparatus shown in FIG. 9 viewed from the direction of arrow B. 1... Ga As substrate, 2... First molecular beam,
3... Second molecular beam, 4... Direction of first molecular beam,
5... Direction of second molecular beam, 6... Normal direction of substrate, 7... Vacuum pump, 8... Gate valve, 9...
・High vacuum container, 10...liquid nitrogen shroud, 11・
...Substrate holder 12...Heater 13...Thermocouple, 14, 19.24...Shutter 15.20.
25...Reflector, 16,21,26...Thermocouple, 17,22.27...Heater 18,23,2
8... Crucible, 29... Normal direction of substrate, 30,3
1.32... Nozzle, 33, 36, 39... Mass flow controller 34... Triethyl gallium cylinder,
35, 38... Oven, 37. Triethyl aluminum cylinder, 40... Arsine cylinder, 41'' Vacuum pump, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48
,49,50,51,52,53,54,55,56,
57, 58.59... Valve, 60... Substrate holder rotator, 61... Driving force transmission shaft, 62... Power generator, 6 3... Control equipment, 6 4-G a. −
, A Q x As epitaxial layer, 100...Ga
Molecular beam cell for triethyl gallium, 101... Molecular beam cell for triethyl gallium, 200... Molecular beam cell for AQ, 201...
Molecular beam cell for triethylaluminum, 300...A
Molecular beam cell for s, 301... Molecular beam cell for arsine. 1st Figure 1 Funerary membrane thickness 3rd Figure 200 M portion yILtre No. Cow diagram θ2 (Kasu No. 5 Figure Pigeon θ2 (匍鵠'i' round revolution δ En A Tensho box 200MM Labor J spear 9t) No. 9 What Torino + 1 and that L Mini U 4 Bogoto
Claims (1)
て基板上に結晶をエピタキシャル成長させる分子線エピ
タキシャル方法において、基板表面と分子線の成す角度
を変化させて基板表面に形成されるエピタキシャル膜の
混晶化を変化させることを特徴とする分子線エピタキシ
ャル方法。 ２、分子線を発生させる分子線セルと、基板を保持する
基板ホルダーとを、真空容器中に備え、分子線セルから
発生した分子線を基板表面に照射して基板上に結晶をエ
ピタキシャル成長させる分子線エピタキシャル装置にお
いて、基板表面と分子線の成す角度を変化できるように
、角度変位装置を備えたことを特徴とする分子線エピタ
キシャル装置。 ３、角度変位装置として、基板ホルダー回転手段と、基
板ホルダー回転手段を駆動する動力発生手段と、動力発
生手段の駆動力を基板ホルダー回転手段に伝達する駆動
力伝達手段と、動力発生手段を制御する制御手段とを、
備えたことを特徴とする請求項２記載の分子線エピタキ
シャル装置。 ４、請求項３記載の分子線エピタキシャル装置において
、動力発生手段として、ステッピングモーターを使用す
ることを特徴とする分子線エピタキシャル装置。[Claims] 1. In the molecular beam epitaxial method in which a molecular beam generated from a molecular beam cell is irradiated onto the substrate surface to epitaxially grow crystals on the substrate, the angle between the substrate surface and the molecular beam is changed to grow the substrate surface. A molecular beam epitaxial method characterized by changing the mixed crystallinity of an epitaxial film formed. 2. A molecular beam cell that generates a molecular beam and a substrate holder that holds a substrate are provided in a vacuum container, and the molecular beam generated from the molecular beam cell is irradiated onto the substrate surface to epitaxially grow crystals on the substrate. A molecular beam epitaxial apparatus comprising an angle displacement device so as to change the angle formed between the substrate surface and the molecular beam. 3. As an angular displacement device, a substrate holder rotation means, a power generation means for driving the substrate holder rotation means, a driving force transmission means for transmitting the driving force of the power generation means to the substrate holder rotation means, and a power generation means are controlled. a control means for
The molecular beam epitaxial apparatus according to claim 2, further comprising: a molecular beam epitaxial apparatus. 4. The molecular beam epitaxial apparatus according to claim 3, wherein a stepping motor is used as the power generating means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP826890A JPH03215388A (en) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | Molecular ray epitaxial method and molecular epitaxial device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP826890A JPH03215388A (en) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | Molecular ray epitaxial method and molecular epitaxial device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215388A true JPH03215388A (en) | 1991-09-20 |
Family
ID=11688418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP826890A Pending JPH03215388A (en) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | Molecular ray epitaxial method and molecular epitaxial device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03215388A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253414A (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | National Institute Of Information & Communication Technology | Method for forming semiconductor thin film on si substrate and its structure |
| US8305399B2 (en) | 2005-03-10 | 2012-11-06 | Panasonic Corporation | Display device, contrast adjusting method and contrast adjusting program |
| US8462172B2 (en) | 2009-09-10 | 2013-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Video display apparatus and video display method |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP826890A patent/JPH03215388A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253414A (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | National Institute Of Information & Communication Technology | Method for forming semiconductor thin film on si substrate and its structure |
| US8305399B2 (en) | 2005-03-10 | 2012-11-06 | Panasonic Corporation | Display device, contrast adjusting method and contrast adjusting program |
| US8462172B2 (en) | 2009-09-10 | 2013-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Video display apparatus and video display method |
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