(57)【要約】【課題】分子線エピタキシャル法でＩＩ−ＶＩ族化合物半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるにあたり、結晶中の混晶比制御を効率よく行えるようにする。【解決手段】Ｖ族材料（またはＶＩ族材料）の分子線を複数使う系に対し、その複数のＶ族分子線源セル５，６（またはＶＩ族分子線源セル）の各放出口の前方に回転式のビームチョッパ８等を設置し、各分子線源セル５，６から放出される分子線を遮蔽と放出を周期的に繰り返す間欠制御を行うとともに、それら間欠制御される分子線を相互に同期させることで、複数のＶ族材料（またはＶＩ族材料）の各分子線を結晶成長に必要な充分量で供給しながら、結晶中の紺晶比を効率的に制御する。【選択図】図１
2005072254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分子線源セルからの分子線を基板表面に放射することにより、前記基板表面上に結晶を成長させる分子線エピタキシャル成長装置において、複数の分子線源セルからの分子線が間欠的に放射されるように分子線の放射／遮断を制御するとともに、前記複数の分子線源セルからの分子線の放射／遮断を、それら分子線源セル間において相互に同期または同一周期で制御する制御機構を備えていることを特徴とする分子線エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記制御機構が、分子線の放射を間欠的に行う回転羽を持つビームチョッパを有することを特徴とする請求項１記載の分子線エピタキシャル成長装置。
【請求項３】
前記ビームチョッパの回転羽が、円板に抜き穴を開口した形状であり、前記回転羽の回転により、前記抜き穴が前記分子線源セルからの分子線の進行路上に所定の周期で配置されるように構成されている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成長装置。
【請求項４】
前記ビームチョッパが、円板に抜き穴を開口した形状の回転羽を少なくとも２枚備え、それら回転羽が同軸に配置された構造である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成長装置。
【請求項５】
前記回転羽を回転する磁気結合式の回転導入機を備え、前記回転導入機内の磁石の配置周期と前記回転羽の抜き穴の配置周期とが一致していることを特徴とする請求項３記載の分子線エピタキシャル成長装置。
【請求項６】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させることを特徴とする請求項１記載の分子線エピタキシャル成長装置。
【請求項７】
前記分子線源セルからＩＩ族材料またはＩＩＩ族材料の分子線を連続的に放射し、ＶＩ族材料またはＶ族材料の分子線を間欠的に放射するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の分子線エピタキシャル成長装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の分子線エピタキシャル成長装置において、前記間欠的に放射する分子線の間欠周期を８秒以下に制御することを特徴とする分子線エピタキシャル成長装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子線エピタキシャル成長（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子線エピタキシャル成長装置（ＭＢＥ装置）の代表的な構成を図９に示す。
【０００３】
図９に示す分子線エピタキシャル成長装置は、超高真空に排気される真空チャンバ１０１と、この真空チャンバ１０１内の所定位置に基板Ｓを保持しながら基板Ｓを過熱・回転する基板マニピュレータ１０２と、基板Ｓの表面に向けて分子線を放射する複数の分子線源セル１０３，１０４，１０５，１０６と、各セルの放出口の前方にそれぞれ設置されたセルシャッタ１０７を備え、分子線源セル１０３・・１０６から、例えば金属ガリウム（Ｇａ）と砒素（Ａｓ）を加熱蒸発させ、分子線の状態で基板Ｓの表面に放射することにより、基板Ｓ表面上に結晶をエピタキシャル成長させる装置である。このようなＭＢＥ法による結晶成長では、原料を素早く放射／遮断することにより原子層レベルでの急峻なヘテロ界面を得ることができるという利点がある。
【０００４】
例えば、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の結晶を成長させる場合、分子線源セルにて加熱蒸発させた砒素を基板Ｓの表面に向けて充分な量を供給しておき、その状態で、分子線源セルにて加熱蒸発させた金属ガリウムを、各分子線源セルの前に設置したセルシャッタを開閉することで原子層レベルでの成長を制御することができる。
【０００５】
また、他の結晶成長法として、ＭＯＶＰＥ装置を用いてＧａＩｎＡｓＰ系半導体光導波路構造を直接形成する手法がある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１記載の技術は、ＭＯＶＰＥ装置を用いてＧａＩｎＡｓＰ系結晶を成長させるにあたり、ＩＩＩ族原料を間欠供給することにより、供給された原料の基板上でのマイグレーションを、原料供給待機中に促進させる手法である。なお、特許文献１記載の技術では、ＧａＩｎＡｓＰ光導波路を形成するために選択的ＭＯＶＰＥ法を用いている。
【０００６】
ここで、ＧａＩｎＡｓＰ結晶は、このような光導波路としての用途に留まらず、素子の劣化を起こしやすいＡｌを含まない結晶として、赤外レーザの発光層にも有用である。赤外レーザをはじめとする化合物半導体レーザ素子のように、良好な半導体結晶は、ＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法を用いたエピタキシャル成長によって得ているが、一般的にＭＢＥ法を用いた方が、欠陥が少なくて良好な結晶が得られ、急峻なヘテロ界面が得られるのでレーザ素子として良質な結晶が得られる。素子中のレーザ活性層を形成する結晶を成長させる場合、レーザを一定の波長で発振させるためには結晶中の各元素の混晶比を制御することが重要な課題となる。
【特許文献１】特開２０００−１８７１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＢＥ法でＩＩＩ−Ｖ族結晶をエピタキシャル成長する場合、基板温度を上昇させＶ族材料単体では基板上に堆積しない状態にし、Ｖ族材料の分子線を充分量で連続的に供給してＩＩＩ族材料の分子線量を制御する。例えば、ＧａＩｎＰ結晶を成長させる場合、Ｐの分子線を充分量で連続供給した状態で、Ｇａ、Ｉｎの分子線源セルの温度を制御し、結晶中のＧａとＩｎとの比率を調節するという方法が採られている。しかしながら、ＧａＩｎＡｓＰのようなＶ族材料を複数含む結晶の場合、ＡｓとＰの分子線を互いに充分量供給するために結晶中のＡｓとＰとの比率の制御が困難となる。
【０００８】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、分子線エピタキシャル法でＩＩ−ＶＩ族化合物半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるにあたり、結晶中の混晶比を効率的かつ容易に制御することが可能な分子線エピタキシャル成長装置及びその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の分子線源セルからの分子線を基板表面に放射することにより、基板表面上に結晶を成長させる分子線エピタキシャル成長装置において、複数の分子線源セルからの分子線が間欠的に放射されるように分子線の放射／遮断を制御するとともに、前記複数の分子線源セルからの分子線の放射／遮断を、それら分子線源セル間において相互に同期または同一周期で制御する制御機構を備えていることによって特徴づけられる。
【００１０】
本発明の分子線エピタキシャル成長装置において、前記制御機構が、分子線の放射を間欠的に行う回転羽を持つビームチョッパを有する機構であることが好ましい。
【００１１】
本発明の分子線エピタキシャル成長装置において、前記ビームチョッパの回転羽が、円板に抜き穴を開口した形状であり、その回転羽の回転により、前記抜き穴が分子線源セルからの分子線の進行路上に所定の周期で配置されるように構成されていてもよい。また、ビームチョッパとして、円板に抜き穴を開口した形状の回転羽を少なくとも２枚備え、それら回転羽を同軸（回転シャフト）に配置した構造のものを用いてもよい。
【００１２】
本発明の分子線エピタキシャル成長装置において、前記回転羽を回転する駆動力伝達機構として磁気結合式の回転導入機を設け、その回転導入機内の磁石の配置周期と前記回転羽の抜き穴の配置周期とを一致させるという構成を採用してもよい。
【００１３】
本発明の分子線エピタキシャル成長装置は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させるのに適しており、このようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体またはＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる場合、分子線源セルからＩＩ族材料またはＩＩＩ族材料の分子線を連続的に放射し、ＶＩ族材料またはＶ族材料の分子線を間欠的に放射するように構成すればよい。
【００１４】
本発明の分子線エピタキシャル成長装置において、前記間欠的に放射する分子線の間欠周期が８秒以下となるように制御することが好ましい。
【００１５】
本発明を詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明は、複数の分子線源セルからの分子線が間欠的に放射されるように分子線の放射／遮断を制御するとともに、前記複数の分子線源セルから分子線の放射／遮断を、それら分子線源セル間において相互に同期または同一周期で制御することを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、分子線を間欠制御して基板表面に対し交互に供給することにより、分子線源セルから充分量の分子線材料を供給しながらも、結晶中での材料原子の混晶比を効果的かつ容易に制御することができる。また、複数の分子線の間欠制御を同期または同一周期で制御することにより、基板表面上において材料が欠乏状態になることがなく、いずれかの材料が常に存在することになり、あたかも連続的な材料供給がなされているかの状態を作り出すことができる。
【００１８】
本発明において、分子線を間欠制御する場合、分子線源セルの前に設置したセルシャッタや、分子線源セル内部に有るバルブを用いる方法があるが、回転羽を回転させる方式のビームチョッパを分子線源セルの前に設置することが好ましい。回転式のビームチョッパを用いると、高速かつ安定した信頼性の高い間欠制御で分子線を供給することができる。
【００１９】
回転式のビームチョッパを使用する場合、ビームチョッパの形状は、回転部分の重心と回転中心が一致することが好ましい。例えば、図４に示すような形状は回転と回転羽の重心が一致しているため、ブレによる回転力のロスや振動を防ぐことができる。
【００２０】
回転式のビームチョッパの駆動力伝達機構としては、例えば磁気結合式の回転導入機が挙げられる。磁気結合式の回転導入機を使用する場合、回転導入機内の磁石の回転方向における配置周期とビームチョッパの回転羽の周期（抜き穴の配置周期）とを一致させることにより、大気側（真空チャンバの外側）に設置の磁気結合機を取り外しても再現性良く取り付けることができる。
【００２１】
回転式ビームチョッパを使用して間欠制御される分子線の放射と遮断のバランスは、回転羽の抜き穴と遮蔽部との角度バランス（面積バランス）によって制御される。例えば図５及び図６に示すような形状の回転羽５８１，５８２を同軸（回転シャフト）に２枚以上設置することによって、分子線の放射と遮断の時間的なバランスを無段階的に変化させることができる。
【００２２】
以上のような分子線の制御機構を備えた分子線エピタキシャル成長装置を使用することにより、例えばＧａＩｎＡｓＰのような層を持つ結晶を急峻なヘテロ界面で作製することができる。
【００２３】
本発明は、原子レベルでの急峻なヘテロ界面が要求されるレーザ素子をはじめとするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料もしくはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料を使用する系に特に有効である。
【００２４】
化合物半導体材料を用いた系でのエピタキシャル成長でＩＩＩ−Ｖ族結晶を成長させる場合は、Ｖ族材料の分子線を充分量供給しながら、ＩＩＩ族材料の分子線の供給量を調整することにより結晶成長を制御する。ＩＩ−ＶＩ族結晶を成長させる場合は、ＶＩ族材料の分子線を充分量供給しながら、ＩＩ族材料の分子線の供給量を調整することにより結晶成長を制御する。これらの場合も、Ｖ族もしくはＶＩ族の昇華性非金属元素の分子線制御に間欠制御を用いることで、充分量の分子線供給をしつつ、結晶内の混晶比を効果的に調整することができる。
【００２５】
分子線エピタキシャル成長装置で結晶を成長させる場合、一般的には、０．５〜４μｍ／ｈの成膜速度で成長させる。４μｍ／ｈの成長速度でエピタキシャル成長させる場合、約０．５秒で１原子層を成長させる。また、０．５μｍ／ｈの成長速度でエピタキシャル成長させる場合、４秒で１原子層を成長させる。
【００２６】
本発明において、間欠制御により分子線をパルス化する場合、均一な結晶を得るためには、少なくとも２原子層を１サイクルで成長させることが好ましい。従って、成膜速度が０．５μｍ／ｈである場合、８秒以下の周期で制御することにより均一な結晶を得ることができ、成膜速度が１μｍ／ｈである場合は４秒以下の制御、４μｍ／ｈの場合は１秒以下の制御で同様の効果を得ることができる。
【００２７】
また、１原子層を成長させる間に１サイクル以上の間欠周期を持たせると、さらに均一な結晶を成長させることができる。さらに、１原子層を形成する時間に対し充分早い速度で切り替える制御も効果的であるが、基板表面付近に残留する分子を排気する能力が充分でない場合は混晶比の効率的な制御ができない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、分子線エピタキシャル法でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体もしくはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長させるにあたり、Ｖ族、ＶＩ族といった分子線を充分量供給した状態で成長させる昇華性非金属材料を複数使用する系での混晶比を効率的に制御することができる。これにより良質なＧａＩｎＡｓＰ結晶やＧａＩｎＰ結晶を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
＜実施形態１＞
−分子線エピタキシャル成長装置の概要−
図１は本発明の分子線エピタキシャル成長装置の一例を模式的に示す図である。
【００３１】
この例の分子線エピタキシャル成長装置は、真空チャンバ１、基板マニピュレータ２、Ｇａセル（ＩＩＩ族分子線源セル）３、Ｉｎセル（ＩＩＩ族分子線源セル）４、Ａｓセル（Ｖ族分子線源セル）５、及び、Ｐセル（Ｖ族分子線源セル）６などを備えている。
【００３２】
真空チャンバ１は、各ヒータ（図示せず）をＯＦＦにした状態で２×１０-9Ｐａまで排気される。基板マニピュレータ２は真空チャンバ１の上部中央に設置されている。
【００３３】
基板マニピュレータ２には基板加熱機構及び基板回転機構（いずれも図示せず）が内蔵されており、この基板マニピュレータ２に保持した基板Ｓを一定温度に保つとともに、一定速度で回転させることができる。
【００３４】
Ｇａセル３、Ｉｎセル４、Ａｓセル５及びＰセル６の各セルは、真空チャンバ１の所定位置に設置されており、それらの各セル３，４，５，６から放出された分子線が基板マニピュレータ２に保持された同一の基板Ｓ表面に向けて均一な分布で飛散するように、各セルの配置位置・向きが設定されている。
【００３５】
ＩＩＩ族分子線源セルであるＧａセル３及びＩｎセル４の各放出口の前方（セルと基板表面との間）にはそれぞれセルシャッタ７が設置されており、その各セルシャッタ７の開閉により各セル３、４からの分子線の基板Ｓ表面への放射と遮断を行うことができる。通常の待機状態では、各セルシャッタ７は各セル３，４からの分子線の基板Ｓへの放射を遮る状態にある。なお、セルシャッタ７は、一般的なＭＢＥ装置に使用されているものと同様な構造のシャッタである。
【００３６】
Ｖ族分子線源セルであるＡｓセル５及びＰセル６の各放出口の前方（セルと基板表面との間）には、それぞれ、各セル５，６から出射する分子線の基板Ｓへの放射と遮断を制御するビームチョッパ８が設置されている。
【００３７】
ビームチョッパ８は、図２及び図３に示すように、回転羽８１と回転シャフト８２からなり、磁気結合式の回転導入機９を通して真空チャンバ１内に導入される。
【００３８】
磁気結合式の回転導入機９は、モータ１０の回転力をビームチョッパ８の回転シャフト８２に伝達する駆動力伝達機構である。回転導入機９内の結合用の磁石（図示せず）は、回転方向に１２０°の角度ピッチで配置されている。
【００３９】
ビームチョッパ８の回転羽８１は、円板に扇形の３つの抜き穴８１ａを回転中心に対して回転対称に設けた形状で、各抜き穴８１ａ間の部分が分子線を遮る遮蔽部８１ｂとなっている。回転羽８１はモータ１０の駆動によって回転し、１回転あたり分子線を３パルス放出するように構成されている。
【００４０】
回転導入機９には、回転検出センサ１１が取り付けられており、ビームチョッパ８（回転羽８１）の回転による分子線のパルスを電気信号として測定することができる。また、モータ１０の回転を同期させて回転パルスを測定することにより、パルス同士に遅延をかけることが可能であり、分子線のパルスの再現性が精度良く得られる。
【００４１】
なお、ビームチョッパ８の回転羽８１は、モータ１０の制御により、所定角度ずつ回転させることが可能であり、連続回転の際の回転速度も制御することも可能である。また、ビームチョッパ８は、通常の待機状態では、Ａｓセル５及びＰセル６の各セルからの分子線の基板Ｓへの放射を遮る状態（回転羽８１の遮蔽部８１ｂが各セル５，６の放出口を覆う位置にある状態）にあり、その待機位置から、回転羽８１を１／６回転させることにより、回転羽８１の抜き穴８１ａが各セル５，６の放出口の前方に位置して、各セル５，６からの分子線が基板Ｓ表面に到達できる状態になる。
【００４２】
ここで、この例においては、磁気結合式の回転導入機９の回転方向における磁石が１２０°ごとの配置で設けられており、これに合わせて、１回転につき３パルスの回転羽８１を使用して、回転導入機９内の磁石配置と回転羽８１の抜き穴８１ａの回転周期とを一致させているので、磁気結合式の回転導入機９の磁石（磁気結合機）を取り外しても再現性良く取り付けることができる。
【００４３】
−結晶成長−
［ＧａＩｎＰ結晶の成長］
図１に示す構造の分子線エピタキシャル成長装置を用いて、基板表面上にＧａＩｎＰ結晶をエピタキシャル成長させる場合は、まず、通常のＭＢＥ装置と同様に、基板マニピュレータ２に保持した基板Ｓの温度を５００℃まで加熱し、基板Ｓを毎分３０回転の速度で回転させた状態で、Ｐセル６のビームチョッパ８を１／６回転だけ動かし、Ｐセル６からの分子線が基板Ｓに到達する状態にする。
【００４４】
次に、Ｐセル６から分子線を放出させ、エピタキシャル成長に必要な充分量のＰを基板Ｓ表面に放射する。Ｐセル６の分子線の放出量は真空チャンバ１に設置された真空計（図示せず）の真空度により管理する。この例では真空度が１．５×１０-6ＰａになるまでＰの分子線を放出し、この状態で、あらかじめ９００℃まで加熱したＧａセル３と、８００℃まで加熱したＩｎセル４の各セルシャッタ７，７を同時に開閉して、基板Ｓ表面にＧａ及びＩｎの各分子線を放射することにより、基板Ｓ表面上にＧａＩｎＰ結晶をエピタキシャル成長させる。このときの成長速度は１μｍ／ｈである。
【００４５】
なお、結晶の成長速度や結晶中のＧａとＩｎとの混晶比の制御は、Ｇａセル３及びＩｎセル４の各材料温度を制御することによって行う。また、結晶の成長速度や混晶比が材料の充填量等にも左右されることから、それらを含めて制御するようにしてもよい。
【００４６】
［ＧａＩｎＡｓＰ結晶の成長］
図１に示す構造の分子線エピタキシャル成長装置を用いて、基板表面上にＧａＩｎＡｓＰ結晶をエピタキシャル成長させる場合は、まず、前記と同様にして、基板Ｓを加熱・回転させた状態で、Ｐセル６からエピタキシャル成長に充分な量の分子線を放出させる。この状態で真空計により分子線量の測定を行い１．５×１０-6Ｐａに調節する。この後、Ｐセル６からの分子線の放出をセル内部にあるバルブにて一度停止させる。
【００４７】
次に、同様にして、Ａｓセル５からの分子線量を真空計により５×１０-6Ｐａになるように調節し確認した後、Ａｓセル５及びＰセル６の両セルから分子線を放出させ、各ビームチョッパ８を用いて互いにパルス化させる。この例では、各ビームチョッパ８，８の回転速度（モータ１０の回転速度）を共に毎分２０回転とし、間欠周期を１秒とするともに、Ａｓセル５側の回転検出センサ１１の信号を、Ｐセル６側の回転検出センサ１１の信号よりも０．５秒だけ遅延（１／２の位相ずれ）するように設定して、基板Ｓ表面にＡｓ分子線とＰ分子線とが交互に供給されるようにする。
【００４８】
そして、この状態で、前記したＧａＩｎＰの場合と同様に、Ｇａセル３及びＩｎセル４の各セルシャッタ７，７を同時に開閉して、基板Ｓ表面にＧａ及びＩｎの各分子線を放射することによりＧａＩｎＡｓＰ結晶をエピタキシャル成長させる。このときの成長速度は１μｍ／ｈであった。
【００４９】
なお、この例の場合も、結晶の成長速度や結晶中のＧａとＩｎとの混晶比の制御については、Ｇａセル３及びＩｎセル４の各材料温度を制御することによって行う。また、結晶の成長速度や混晶比が材料の充填量等にも左右されることから、それらを含めて制御するようにしてもよい。
【００５０】
ここで、エピタキシャル成長において、装置の構成やセルの形状、使用温度、分子線の速さ、排気の速度、セルの配置などに起因して、完全に同期させた交互パルスを使用すると、正常にエピタキシャル成長されない場合がある。また、結晶中の混晶比に関しても、ＡｓとＰの比が１：１にならない場合がある。このような場合、Ｐセル６から放射される分子線に対しＡｓセル５から放射される分子線に遅延をかける手段が有効である。
【００５１】
例えば、前記した例では、０．５秒の遅延としているが、これを０．４５秒とすることによりＡｓとＰとの混晶比を調節できる。ただし、分子線が基板Ｓの表面で漂う時間を超えるとエピタキシャル成長できなくなる。
【００５２】
−ビームチョッパの別の例−
ビームチョッパの回転羽の別の例を図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。
【００５３】
図４（Ａ）の回転羽１８１は、円板に扇形の４つの抜き穴１８１ａを回転中心に対し回転対称に設けた形状であり、ビームチョッパ１回転あたり分子線を４パルス放出するように構成されている点に特徴がある。この例の場合、磁石の配置周期が９０°となっているので磁気結合式回転導入機を使用する際に有効である。また、ベローズ式回転導入機との組み合わせで使用した場合などにおいては、回転数と回転速度によりその寿命が決まるので、４パルス放出の回転羽１８１を用いると長寿命化が期待できる。
【００５４】
図４（Ｂ）の回転羽２８１は、円板に扇形の２つの抜き穴２８１ａを回転中心に対し回転対称に設けた形状であり、ビームチョッパ１回転あたり分子線を２パルス放出するように構成されている点に特徴がある。この例の場合、回転羽２８１の直径を小さくすることができるので、真空チャンバ内での物理的な干渉など、空間的な制約や回転部分の軽量化にも対応できる。
【００５５】
図４（Ｃ）の回転羽３８１は、円板に扇形の２つの抜き穴３８１ａを回転中心に対し回転対称に設けた形状であり、その２つの抜き穴３８１ａ間の遮蔽部３８２ｂの面積を多くして、間欠周期中の分子線の放出と遮蔽の割合が約１：２になるように構成した点に特徴がある。この例の場合、図１に示したＡｓセル５とＰセル６の各セルからの分子線の基板表面への供給する際に、Ａｓ分子線の供給とＰ分子線の供給との間に若干の空白（間隔）を与えることができるので、装置の排気速度が遅くて基板表面に分子線が長く漂う場合に有効に利用できる。
【００５６】
図４（Ｄ）の回転羽４８１は、円板に扇形の２つの抜き穴４８１ａを回転中心に対し回転対称に設けた形状であり、その２つの抜き穴４８１ａ間の遮蔽部４８２ｂの面積を小さくして、間欠周期中の分子線の放出と遮蔽の割合が約２：１になるように構成した点に特徴がある。この例の回転羽４８１と、前記した図４（Ｃ）の回転羽３８１とを用い、図１に示したＡｓセル５に図４（Ｄ）の回転羽４８１を適用し、Ｐセル６に図４（Ｃ）の回転羽３８１を適用するという構成を採用すれば、基板表面に向けて放射するＡｓとＰとの分子線パルスの長さを２：１にすることができる。これにより、充分に速い排気能力を保有している場合、結晶中のＡｓとＰの混晶比を２：１にすることも期待できる。
【００５７】
図５はビームチョッパの別の例を示す斜視図であり、図６はそのビームチョッパに用いる回転羽の正面図である。
【００５８】
この例のビームチョッパ５０８は、上回転羽５８１と下回転羽５８２とを有し、これら２枚の回転羽５８１，５８２を互いに間隔を空けて重ね合わせた状態で同軸の回転シャフト５８３に取り付けた点に特徴がある。
【００５９】
上回転羽５８１と下回転羽５８２は、ともに前記した図４（Ｄ）と同じ形状である。また、上回転羽５８１に対し下回転羽５８２を動かす（回転スライド）ことが可能なっており、その下回転羽５８２を上回転羽５８１に対して動かすことにより、見た目上の抜き穴５０８ａの大きさを、回転羽の全体面積の約１／３から２／３の範囲で無段階的に変化させることができる。従って、この例のビームチョッパ５０８を用いることにより、ＡｓとＰの混晶比の割合を、前記した範囲で制御することができる。また、このようなビームチョッパ５０８に前記した遅延パルスによる手法を組み合わせることにより、Ｖ族材料全体に対するＡｓの比率を２５％から７５％の範囲内で調節することが可能になる。
【００６０】
＜実施形態２＞
図７及び図８はそれぞれ本発明の分子線エピタキシャル成長装置の他の構成例を模式的に示す正面図及び平面図である。
【００６１】
この例の分子線エピタキシャル成長装置は、真空チャンバ１、基板マニピュレータ２、Ｇａセル（ＩＩＩ族分子線源セル）３、Ｉｎセル（ＩＩＩ族分子線源セル）４、Ａｓセル（Ｖ族分子線源セル）５、及び、Ｐセル（Ｖ族分子線源セル）６などを備えている。
【００６２】
真空チャンバ１は、各ヒータ（図示せず）をＯＦＦにした状態で２×１０-9Ｐａまで排気される。基板マニピュレータ２は真空チャンバ１の上部中央に設置されている。
【００６３】
基板マニピュレータ２には基板加熱機構及び基板回転機構（いずれも図示せず）が内蔵されており、この基板マニピュレータ２に保持した基板Ｓを一定温度に保つとともに、一定速度で回転させることができる。
【００６４】
Ｖ族分子線源セルであるＡｓセル５及びＰセル６は、真空チャンバ１の下部中央部で基板Ｓの正面となる位置（基板Ｓ表面と向かい合う位置）に略垂直姿勢で配置されている。また、Ａｓセル５とＰセル６とは真空チャンバ１の中心に対して対称（１８０°対称）となる位置関係で配置されている。
【００６５】
ＩＩＩ族分子線源セルであるＧａセル３及びＩｎセル４は、Ａｓセル５及びＰセル６の周囲に配置されており、これらＧａセル３及びＩｎセル４と、前記したＡｓセル５及びＰセル６の各セルから放出される分子線は基板マニピュレータ２に保持された同一の基板Ｓ表面に向けて均一な分布で飛散するようになっている。
【００６６】
Ｇａセル３及びＩｎセル４の各放出口の前方（セルと基板表面との間）にはそれぞれセルシャッタ７が設置されており、その各セルシャッタ７の開閉により各セル３，４からの分子線の基板Ｓ表面への放射と遮断を行う。通常の待機状態では、各セルシャッタ７は各セル３，４からの分子線の基板Ｓへの放射を遮る状態にある。
【００６７】
Ａｓセル５及びＰセル６の各放出口の前方（セルと基板表面との間）には、各セル５，６から放出される分子線の基板Ｓへの放射と遮断を制御するビームチョッパ８が設置されている。ビームチョッパ８は、前記した図２のものと同じ構造であり、真空チャンバ１の中央に対称に配置されたＡｓセル５とＰセル６から放出される分子線を交互に遮断することができる。
【００６８】
そして、この例では、ビームチョッパ８の回転により、基板Ｓ表面にＡｓ分子線とＰ分子線とを交互に供給した状態で、Ｇａセル３及びＩｎセル４の各セルシャッタ７，７を同時に開閉して、基板Ｓ表面にＧａ及びＩｎの各分子線を放射することにより、基板Ｓ表面上にＧａＩｎＡｓＰ結晶をエピタキシャル成長させる。
【００６９】
以上のように、この例の分子線エピタキシャル成長装置によれば、ビームチョッパ８を用いて分子線をパルス化（間欠制御）するＡｓセル５とＰセル６とを基板Ｓのほぼ正面位置に設置しているので、間欠分子線の分布の均一化を図ることができる。また、１台のビームチョッパ８でＡｓセル５とＰセル６の２つの分子線源セルを制御しているので、外部的な同期を必要とすることなく、高い精度で内部的に間欠分子線を同期制御することができる。ただし、この例の構造の場合、Ａｓセル５とＰセル６からの分子線を同時に遮蔽することができないので、Ａｓセル５またはＰセル６のいずれか一方もしくは両方に別途セルシャッタを設置することが必要であり、図７及び図８の構成では、Ａｓセル５にセルシャッタ７を設置している。なお、内部にバルブ等閉鎖機構を有する分子線源セルを使用する場合は、そのようなセルシャッタの設置は不要である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、ＧａＩｎＰ結晶及びＧａＩｎＡｓＰ結晶などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶や、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を得るのに有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の分子線エピタキシャル成長装置の一例の構成を模式的に示す正面図である。
【図２】図１の分子線エピタキシャル成長装置に用いるビームチョッパ及び回転導入機の斜視図である。
【図３】ビームチョッパの回転羽のみを抽出して示す正面図である。
【図４】ビームチョッパの回転羽の別の例を示す正面図である。
【図５】ビームチョッパの別の例を示す斜視図である。
【図６】図５のビームチョッパの回転羽のみを示す正面図である。
【図７】本発明の分子線エピタキシャル成長装置の別の例の構成を模式的に示す正面図である。
【図８】本発明の分子線エピタキシャル成長装置の別の例の構成を模式的に示す平面図である。
【図９】一般的に使用されている分子線エピタキシャル成長装置の代表的な構成を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  真空チャンバ
２  基板マニピュレータ
３  Ｇａセル（ＩＩＩ族分子線源セル）
４  Ｉｎセル（ＩＩＩ族分子線源セル）
５  Ａｓセル（Ｖ族分子線源セル）
６  Ｐセル（Ｖ族分子線源セル）
７  セルシャッタ
８  ビームチョッパ
８１  回転羽
８１ａ  抜き穴
８１ｂ  遮蔽部
９  回転導入機（磁気結合式）
１０  モータ
１１  回転検出センサ
【図１】
2005072254.tif 000003
【図２】
2005072254.tif 000004
【図３】
2005072254.tif 000005
【図４】
2005072254.tif 000006
【図５】
2005072254.tif 000007
【図６】
2005072254.tif 000008
【図７】
2005072254.tif 000009
【図８】
2005072254.tif 000010
【図９】
2005072254.tif 000011