(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱されたセル上へのフレークの落下付着を防止する分子線結晶成長（ＭＢＥ）装置のシャッタ機構を提供する。【解決手段】動作時に、セル２の中心軸上で該セル２と対向する位置において蒸発原料を通過させる開口部１１を備え、非動作時には、該開口部１１以外の部分でセル２上面を覆うシャッタ板１と、シャッタ板１の側面に一体的に取り付けられ、セル２の側面の一部または全体を覆うスカート部４と、シャッタ板１を回転または移動させる駆動軸３と、を有し、シャッタ開の状態でも、セル２の分子線照射開口以外を覆うことを特徴とする分子線結晶成長装置のシャッタ機構。【選択図】図１
2012131660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作時に、セルの中心軸上で該セルと対向する位置において蒸発原料を通過させる開口部を備え、非動作時には、該開口部以外の部分でセル上面を覆うシャッタ板と、
前記シャッタ板の側面に一体的に取り付けられ、前記セルの側面の一部または全体を覆うスカート部と、
前記シャッタ板を回転または移動させる駆動軸と、
を有することを特徴とする分子線結晶成長装置のシャッタ機構。
【請求項２】
前記シャッタ板は、結晶成長基板側の上面において、前記開口部の周辺部に形成された逆円錐台状またはホーン状の突起部を有することを特徴とする請求項１に記載の分子線結晶成長装置のシャッタ機構。
【請求項３】
前記突起部は、多段構造を有し、前記突起部と前記シャッタ板との角度が上面になる程大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載の分子線結晶成長装置のシャッタ機構。
【請求項４】
前記シャッタ板の駆動軸がセル中心軸の真上に配置され、かつ、前記シャッタ板の駆動軸と前記シャッタ板の側面のスカート部とが一体に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の分子線結晶成長装置のシャッタ機構。
【請求項５】
前記シャッタ板は、絶縁して埋設されたヒータと熱伝対を備え、前記駆動軸を介して電源を供給することで所定温度に加熱可能としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の分子線結晶成長装置のシャッタ機構。
【請求項６】
動作時に、セルの中心軸上で該セルと対向する位置において蒸発原料を通過させる開口部を備え、非動作時には、該開口部以外の部分でセル上面を覆うシャッタ板と、
前記シャッタ板の側面に一体的に取り付けられ、前記セルの側面の一部または全体を覆うスカート部と、
前記シャッタ板を回転または移動させる駆動軸と、
を有することを特徴とする分子線結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子線結晶成長装置およびシャッタ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子線結晶成長（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）装置は、高品質な結晶を製造できるため、半導体レーザやＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor ：高電子移動度トランジスタ）などの用途として、ＧａＡｓ等III−Ｖ族半導体結晶の製造によく用いられている。
【０００３】
ＭＢＥ装置は、図５に示すように、真空排気装置１０１に接続された真空容器１００内において、高真空下で、分子線源セル（以降、単にセルという）１０２のルツボ１０５に充填された原料を内蔵されたヒータ１０６で加熱することにより発生する蒸気を分子線としてヒータ１０８で加熱された基板１０７に照射し、基板１０７上に薄膜を形成する。
【０００４】
基板１０７を上部に、セル１０２とシャッタ板１０３を下部に配置し、シャッタ板１０３を開閉して基板１０７上にセル１０２からの原料（分子線）を供給することで結晶を成長させている。
【０００５】
図６に示すように、シャッタ板１０３の開閉方法は、回転方式とスライド方式がある。どちらの方式も、シャッタ構造としては、シャッタ板１０３とシャッタ支持棒１０４からなる構造を有する。回転方式は、シャッタ支持棒１０４を軸として回転させてシャッタ板１０３を開閉することによって、ルツボ１０５からの原料の供給を制御するものである。また、スライド方式は、シャッタ支持棒１０４を移動軸としてシャッタ板１０３を一体にルツボ１０５上を水平にスライドして開閉することによって、ルツボ１０５からの原料の供給を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−９１４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＢＥ装置では、真空容器内壁に基板以外に照射された原料が堆積し、厚くなると剥落する現象がある。従来のシャッタ板の構造では、この剥落した原料（フレークと呼ぶ）が加熱したセルに落下してガスが発生し、成長中の結晶内に不純物として取り込まれて結晶品質を低下させる問題があった。
【０００８】
そこで、本発明では、加熱されたセル上へのフレークの落下付着を防止するＭＢＥ装置のシャッタ機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、動作時に、セルの中心軸上で該セルと対向する位置において蒸発原料を通過させる開口部を備え、非動作時には、該開口部以外の部分でセル上面を覆うシャッタ板と、前記シャッタ板の側面に一体的に取り付けられ、前記セルの側面の一部または全体を覆うスカート部と、前記シャッタ板を回転または移動させる駆動軸と、を有することを特徴とする分子線結晶成長装置のシャッタ機構に関する。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明の一態様によれば、加熱されたセル上へのフレークの落下付着を防止することができ、成長室内の真空度を良い状態で保持できるので不純物の少ない高品質な結晶を製造できる。したがって、この高品質な結晶により、良質なデバイスの製造ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態になるＭＢＥ成長装置における回転式シャッタ機構の構造例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態になるＭＢＥ成長装置におけるスライド式シャッタ機構の構造例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態になるシャッタ板の開口部の周辺に設けた突起部の基本構造例（逆円錐台形状）を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態になるシャッタ開口部周辺に設けた突起部の変形構造例（多段構造及びホーン形状）を示す図である。
【図５】一般的な分子線結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図６】従来のシャッタ部の構造例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明のＭＢＥ成長装置における回転式シャッタ機構の構造例を示す。図１（ａ）は、分子線が成長基板に向けて照射されるようにシャッタが開かれた状態を上面図及び側面図にて示し、図１（ｂ）は、分子線が成長基板に照射されるのを遮断するようにシャッタが閉じられた状態を上面図及び側面図にて示している。図１（ｂ）のシャッタ閉状態からシャッタ板１の駆動軸３を９０度反時計方向に回転させたものが、図１（ａ）のシャッタ開状態となる。
【００１４】
本発明のシャッタ機構は、分子線照射（原料供給）時に、セル２のルツボ２１の開口位置に合わせて蒸発原料を通過させる開口部１１が設けられ、開口部１１以外のセル２の上面を遮蔽するシャッタ板１と、シャッタ板１の側面に取り付けられ、セル２の側面を覆うスカート部４とを有する構造となっている。なお、ＭＢＥ成長装置における結晶成長は、セル２に備わるルツボ２１に充填された原料が、セル２中に内蔵するヒータ２２でルツボ２１が加熱されることによって蒸発し、成長基板上に分子線として供給されることによってなされる。
【００１５】
内蔵するヒータ２２によって加熱されたセル２上にフレークが落下しないように、シャッタ板１を単純な板から、シャッタ板１側面にセル２を覆うスカート部４を付加し、シャッタ閉の状態でセル２全体を被覆し、シャッタ開の状態でも、セル２の分子線が照射される開口部以外を覆うシャッタ構造としている。
【００１６】
シャッタ板１は、駆動軸３と結合孔１２にて接合され、駆動軸３を回転することによってシャッタ開または閉の状態が実現される。
【００１７】
スカート部４は、必ずしもシャッタ板１側面全てを覆う必要はなく、上側（例えば、真空容器壁面）からの落下物に対し、セル２が遮蔽できる構造であれば良い。必要最小限のサイズにスカート部４を加工することで、シャッタ板１を軽くでき、高速なシャッタ動作に対応できるようにしている。
【００１８】
また、シャッタ板１の成長基板側（図面矢印側）の開口部１１の周辺部に突起部（後述）を設け、シャッタ板１の面にフレークが付着しても開閉動作でセル２内にフレークが落下することを防止できる構造としている。
【００１９】
以下、シャッタ機構の具体的な構造例を説明する。
【００２０】
セル２の外径をΦ４０ｍｍ, 長さ８０ｍｍとし、セル２開口径をΦ１０ｍｍとし、シャッタ板１の開閉角度（駆動軸を中心として）を９０度とした。また、シャッタ板１とセル２の開口端との距離を５ｍｍ、シャッタ板１の開状態および閉状態におけるセル２とスカート部４の距離を５ｍｍ以上、回転軸とセル開口中心までの距離を３０ｍｍとした。
【００２１】
シャッタ板１の形状は、図１（ｂ）の上面図（シャッタ閉）のように、駆動軸３から下に３０ｍｍの位置を中心としてΦ５０ｍｍの円を描き、同様に、駆動軸３から左横（９０度）に３０ｍｍの位置を中心としてΦ５０ｍｍの円を描き、さらに、同一中心で内径Φ２０ｍｍの開口部を設ける。また、駆動軸３を中心としてΦ１５０ｍｍの円を上記二つのΦ５０ｍｍの円とを結ぶように下から左９０度まで描き（シャッタ板左下側）、さらに、駆動軸３の右上と上記二つの円Φ５０ｍｍとにそれぞれ接線を描き（シャッタ板右上側）、接続した形状が本発明のシャッタ板部の形状となる。さらに、このシャッタ板１の外形の側面に長さ８５ｍｍのスカート部を接続している。
【００２２】
上述したように、図１（ｂ）のシャッタ閉状態から９０度反時計方向にシャッタ板１の駆動軸３を回転させたものが、図１（ａ）のシャッタ開状態となる。ここでは、シャッタ板１の開閉角度（駆動軸３を中心として）を９０度としているが、９０度に限定されない。シャッタ板１の駆動によってセル２に対向する開口部１１の位置合わせができれば良く、駆動軸３とセル２の開口中心までの距離等と組み合わせて、適宜設定すれば良い。
【００２３】
なお、図１では、スカート部４がシャッタ板１の外形側面の一部を覆った構造例を示したが、全側面を覆ったものでも良い。また、シャッタ板１および駆動軸３の材質としては、実施例では、タンタルの板を加工して用いたが、ＰＢＮ（Pyrolytic Boron Nitride ）、またはタンタルとＰＢＮを組み合わせたものでも良い。
【００２４】
ここで、シャッタ板１の駆動軸３は、セル２の中心軸の真上に配置され、駆動軸３とシャッタ板１の側面のスカート部４とが一体となるように配置した（図中「上側」と「矢印↑」で表示したように配置）。
【００２５】
好適には、駆動軸３とスカート部４は、例えば、溶接などによって接合し一体化した構成とするのが良い。シャッタ板１の駆動軸３がセル２の中心軸の真上にあると、スカート部４と駆動軸３の一体化が容易となる。このように、一体化することによって、シャッタ全体の機械的強度を高くすることができる。
【００２６】
図２は、本発明のＭＢＥ成長装置におけるスライド式シャッタ機構の構造例を示す。図２（ａ）は、分子線が成長基板に向けて照射されるようにシャッタが開かれた状態を上面図及び側面図にて示し、図２（ｂ）は、分子線が成長基板に照射されるのを遮断するようにシャッタが閉じられた状態を上面図及び側面図にて示している。図２（ｂ）のシャッタ閉状態からシャッタ板１の駆動軸３を上側の方向にスライドさせた状態が、図１（ａ）のシャッタ開状態である。
【００２７】
ヒータ２２が内蔵されたセル２の寸法及び形状は、上述した図１の回転式シャッタ機構の場合と同一のものを用いた。シャッタ板１の形状は、セル２の中心軸でΦ５０ｍｍの円を描き、開閉時のスライド距離分ずらしてΦ５０ｍｍの円を描き、二つの円の外側を接線で結んでいる。さらに、シャッタ開側に、同一中心で内径Φ２０ｍｍの開口部１１を設け、このシャッタ板１の外形の側面に長さ８５ｍｍのスカート部４を接続している。
【００２８】
なお、シャッタ板１は、駆動軸３と結合孔１２にて接合され、駆動軸３を回転することによってシャッタ開または閉の状態が実現される。
【００２９】
シャッタ板１のスライド距離は４０ｍｍとし、シャッタ板１とセル開口端との距離を５ｍｍ、シャッタ板１の開時および閉時のセル２とスカート部４の距離を５ｍｍ以上とした。図２（ａ）のシャッタ閉状態から上方向にシャッタを４０ｍｍスライドした状態が、図２（ｂ）のシャッタ開状態となる。ここでは、シャッタのスライド距離を４０ｍｍとしたが、シャッタ板１の駆動でセル開口を開閉できれば良く、適宜設定すれば良い。
【００３０】
なお、図２では、シャッタ板１の開口部１１が下側に設けてあるが、シャッタ板１の上側に設けても良い。この場合、シャッタの開閉動作も上下逆になる。また、本実施形態では、シャッタ板１が平行にスライドしているが、図６の従来例に示すような、てこ型のスライドでも良い。ここでは、図１の回転式シャッタ機構と同様に、シャッタ板１および駆動軸３の材質として、タンタルの板を加工して用いたが、ＰＢＮ、あるいはタンタルとＰＢＮを組み合わせたものでも良い。
【００３１】
図３は、本発明のシャッタ板の開口部の周辺に設けた突起部の基本構造例（逆円錐台形状）を示す。図３は、シャッタ板１の面にフレークが付着しても開閉動作でセル２内にフレークが落下することを防止するために、シャッタ板１の成長基板側の開口部１１に逆円錐台形状の突起部１３を設けた構造例を示している。図３（ａ）は突起部の上面図を示し、図３（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’断面図を示している。
【００３２】
本実施例の突起部１３は、シャッタ板１の内径Φ２０ｍｍの開口部１１に、成長基板側に向かって逆円錐台形状の突起を設けた構造とした。さらに、突起部１３の高さを５ｍｍ、突起部１３とシャッタ板１との角度αを６０度とした。なお、突起部１１とシャッタ板１との角度αは、６０度に限定されるものではなく、αが９０度以下（０°＜α≦９０°）であれば良い。
【００３３】
図４は、本発明のシャッタ開口部周辺に設けた突起部の変形構造例（多段構造及びホーン構造）を示す図である。図４（ａ）は、逆円錐台形状の突起部１３を２段構造にした例を示し、図４（ｂ）は、ホーン形状の突起部１３の構造例を示している。
【００３４】
図４（ａ）の突起部１３は、図３に示した逆円錐台形状の突起部１３が、突起部１３ａ（シャッタ板１と接する側の突起）、１３ｂ（上側に重ねた突起）の２段構造を有している。
【００３５】
突起部１３は、シャッタ板１の内径Φ２０ｍｍの開口部１１の周辺に、成長基板側に向かって２段構造の突起部（１３ａ、１３ｂ）が設けられている。突起部１３ａとシャッタ板１との角度αが９０度以下とし、かつ、突起部１３ｂとシャッタ板１との角度βが９０度以下であり、０°＜β＜α≦９０°であることを特徴としている。
【００３６】
また、図４（ｂ）の突起部１３は、シャッタ板１の内径Φ２０ｍｍの開口部１１の周辺に、成長基板側に向かってホーン形状の曲面構造を有している。シャッタ板１と接する突起は、シャッタ板１との角度γが９０度以下であり、かつ、上部の突起とシャッタ板１との角度δが９０度以下であり、０°＜δ＜γ≦９０°であることを特徴としている。実施例では、突起部下とシャッタ板１との角度γを６０度、かつ、突起部上とシャッタ板との角度δを３０度とした。
【００３７】
以上、図３及び図４に示した突起部１３は、上述してきた回転方式またはスライド方式のシャッタ機構のいずれにも適用されるものである。
【００３８】
ここで、シャッタ板１、スカート部４、および突起部１３の一体化は、例えば、同一のタンタル材を用い、溶接などの手法によって実現される。
【００３９】
さらに、好適には、シャッタ板１と、スカート部４および突起部１３を加熱できるヒータ構造および温度制御機能を付加する（とくに図示していない）と良い。例えば、シャッタ板１にヒータと熱伝対を絶縁して埋設させ、駆動軸３を介して、ヒータに電源を供給する構造とする。この加熱機構によって、シャッタ板１とシャッタ板１に一体化された突起部１３及びスカート部４を、成長時以外の時間に、所定温度に加熱し、これらの部品に付着したフレークを除去することが可能となり、シャッタ機構は毎回クリーンな状態が維持されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、分子線結晶成長装置のシャッタ機構技術の分野に適用される。
【符号の説明】
【００４１】
１  シャッタ板
２  セル
３  駆動軸
４  スカート部
１１  開口部
１２  結合孔
１３、１３ａ、１３ｂ  突起部
２１  ルツボ
２２  ヒータ
【図１】
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【図２】
2012131660.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012131660.tif 000007
【図６】
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