JPS5826821B2 - Molecular beam epitaxial growth equipment - Google Patents
Molecular beam epitaxial growth equipmentInfo
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- JPS5826821B2 JPS5826821B2 JP14026777A JP14026777A JPS5826821B2 JP S5826821 B2 JPS5826821 B2 JP S5826821B2 JP 14026777 A JP14026777 A JP 14026777A JP 14026777 A JP14026777 A JP 14026777A JP S5826821 B2 JPS5826821 B2 JP S5826821B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は分子線エピタキシャル成長装置の改良に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in molecular beam epitaxial growth equipment.
第1図に従来の分子線エピタキシャル成長装置の・一例
の模式図を示す。FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a conventional molecular beam epitaxial growth apparatus.
図において、1は超高真空チェンバー、2および3は成
長膜を構成する元素からなる蒸発源材料を収容しこの元
素を噴出させる噴出セル、4は噴出セル2,3を取り囲
み配置され液体窒素で冷却される容器、5および6はそ
れぞれ噴出セル2および3から射出された分子線、7は
その上に成長膜が形成される基板、8は基板7を加熱す
るためのヒータ、9はイオン化されてドーピングされる
元素からなる分子線の噴出セル、10は電子放射のため
のフィラメント、11は電子コレクタ、12はイオン加
速用電極、13゜14.15および16は各部に電圧を
印加するための電源である。In the figure, 1 is an ultra-high vacuum chamber, 2 and 3 are ejection cells that contain the evaporation source material consisting of the elements constituting the grown film and eject these elements, and 4 is a liquid nitrogen gas chamber surrounding the ejection cells 2 and 3. A container to be cooled; 5 and 6 are molecular beams ejected from the ejection cells 2 and 3, respectively; 7 is a substrate on which a grown film is formed; 8 is a heater for heating the substrate 7; 9 is an ionized beam; 10 is a filament for electron emission, 11 is an electron collector, 12 is an electrode for ion acceleration, 13, 14, 15 and 16 are for applying voltage to each part. It is a power source.
次に、上記の従来の装置の動作について説明する。Next, the operation of the above conventional device will be explained.
超高真空チェンバー1を超高真空に排気した後、噴出セ
ル2,3を加熱して発生させた分子線5.6をヒータ8
により加熱された基板7に照射し1、分子線5,6を構
成する元素を基板7に堆積させて、分子線エピタキシャ
ル成長を行う。After evacuating the ultra-high vacuum chamber 1 to an ultra-high vacuum, the molecular beams 5 and 6 generated by heating the ejection cells 2 and 3 are transferred to the heater 8.
The heated substrate 7 is irradiated with irradiation 1, and the elements constituting the molecular beams 5 and 6 are deposited on the substrate 7, thereby performing molecular beam epitaxial growth.
■−■族化合物半導体であるヒ化ガリウム(GaAs)
の場合には、噴出セル2には金属ガリウム(Ga)、噴
出セル3には金属ヒ素(As)を入れておき、それぞれ
GaおよびAsを構成元素とする分子線5および6を、
GaAsからなる基板7に照射して、基板7上にGaA
sのエピタキシャル成長を行う。Gallium arsenide (GaAs), a ■-■ group compound semiconductor
In this case, the ejection cell 2 contains metal gallium (Ga) and the ejection cell 3 contains metal arsenic (As), and the molecular beams 5 and 6 containing Ga and As as constituent elements, respectively, are
By irradiating the substrate 7 made of GaAs, GaAs is deposited on the substrate 7.
s is epitaxially grown.
分子線エピタキシャル成長においては、ドーパントとな
る物質の中には、分子線として基板7に照射しても基板
7に付着することなく、すぐに反射されてしまい結晶中
に組み込まれないものがある。In molecular beam epitaxial growth, some dopant substances do not adhere to the substrate 7 even if they are irradiated as molecular beams to the substrate 7, but are immediately reflected and are not incorporated into the crystal.
たとえば、GaAsの分子線エピタキシャル成長におい
て、n形ドーパントであるスズ(Sn)、ケイ素(Si
)、ゲルマニウム(Ge)などは結晶中に組み込まれる
が、イオウ(S)は反射されてしまい結晶中に組み込ま
れない。For example, in molecular beam epitaxial growth of GaAs, tin (Sn), which is an n-type dopant, and silicon (Si)
), germanium (Ge), etc. are incorporated into the crystal, but sulfur (S) is reflected and is not incorporated into the crystal.
また、P形ドーパントである亜鉛(Zn)、カドミウム
(Cd)は同様の理由で中性の分子線の形でドーピング
を行うことは不可能である。Further, for the same reason, it is impossible to dope zinc (Zn) and cadmium (Cd), which are P-type dopants, in the form of a neutral molecular beam.
そこで上記のS 、Zn、Cdなどはイオン化して結晶
成長中に浅く打ち込むことによりドーピングを行う方法
が提案されている。Therefore, a method has been proposed in which the above-mentioned S, Zn, Cd, etc. are ionized and doped by shallowly implanting them during crystal growth.
そこで、噴出セル9には、たとえばZnを入れておき、
これを加熱することによりZnの分子線を発生させる。Therefore, for example, Zn is put in the ejection cell 9,
By heating this, a Zn molecular beam is generated.
電源14により通電加熱されたフィラメント10より放
射される電子は電源13により電子コレクタ11の方向
へ加速される。Electrons emitted from the filament 10 heated by the power source 14 are accelerated toward the electron collector 11 by the power source 13 .
この加速された電子は、Zn分子に衝突しZnイオンを
生成する。These accelerated electrons collide with Zn molecules to generate Zn ions.
このZnイオンはイオン加速用電極12の方向に向いこ
れを通過して基板7を衝撃し、基板7上に成長する結晶
中にP形不純物として混入される。These Zn ions are directed toward the ion accelerating electrode 12, pass through it, impact the substrate 7, and are mixed into the crystal growing on the substrate 7 as a P-type impurity.
従来のイオンドーピングの分子線エピタキシャル成長装
置は以上のように構成されており、イオンはフィラメン
ト10から電子コレクタ11に向う電子の走行方向に沿
って発生し、イオン加速用電極12を通過後のイオンの
空間分布は電子の走行方向と平行な方向に長くのびた分
布をとるため、基板7上の結晶全面にわたって均一なド
ーピングを行うのは困難である。A conventional molecular beam epitaxial growth apparatus for ion doping is configured as described above, in which ions are generated along the traveling direction of electrons from the filament 10 toward the electron collector 11, and the ions are generated after passing through the ion acceleration electrode 12. Since the spatial distribution takes a long distribution in a direction parallel to the traveling direction of electrons, it is difficult to uniformly dope the entire surface of the crystal on the substrate 7.
また、イオン収率が低いため、噴出セル9から多量の分
子を蒸発させてイオンドーピングを行う結果、中性の分
子も多量に基板7に到達し液滴が形成されやすく、平担
な結晶表面が得にくい欠点を生ずる。In addition, since the ion yield is low, as a result of ion doping by evaporating a large amount of molecules from the ejection cell 9, a large amount of neutral molecules also reach the substrate 7 and droplets are likely to be formed, resulting in a flat crystal surface. This results in disadvantages that are difficult to obtain.
この発明は、上記のような従来の装置の欠点を除去する
ためになされたもので、液体窒素で冷却された容器の中
に噴出セルとイオン生成部とを収納することによって余
分な中性分子が基板に到達しないようにし、同時に、フ
ィラメントを分子線の周囲に配置すると共に電子反射電
極を設けることによってイオンの空間分布を均一にしか
つイオン収量を増加した分子線エピタキシャル成長装置
を提供することを目的としたものである。This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional device as described above, and by housing the ejection cell and the ion generating section in a container cooled with liquid nitrogen, excess neutral molecules can be removed. The purpose of the present invention is to provide a molecular beam epitaxial growth apparatus that prevents ions from reaching a substrate, and at the same time makes the spatial distribution of ions uniform and increases the ion yield by arranging a filament around the molecular beam and providing an electron reflecting electrode. That is.
以下、実施例にもとづいてこの発明を説明する。The present invention will be explained below based on examples.
第2図はこの発明による分子線エピタキシャル成長装置
の一実施例の模式図、第3図は第2図に示す装置のイオ
ン発生装置の拡大説明図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment of the molecular beam epitaxial growth apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is an enlarged explanatory diagram of the ion generator of the apparatus shown in FIG.
第2図および第3図において、1〜8は第1図で示した
ものと同様のものを表わしている。In FIGS. 2 and 3, numerals 1 to 8 represent the same components as shown in FIG. 1.
17はこの発明によるイオン発生装置であり、イオンド
ーピン乃目的とL’Th−る。Reference numeral 17 denotes an ion generator according to the present invention, which is used for ion doping.
18は分子線の蒸発源材料の噴出セル、19は噴出セル
18を加熱するためDヒータ、20は噴出セル18から
射出された分子線、21は電子線放射のためのフィラメ
ント、22は円筒状のグリッド、23は円筒状の電子反
射電極、24〜27は各部に電圧を印加するための電源
、28はフィラメント21、グリッド22および電子反
射電極23を収納し液体窒素で冷却される金属製の容器
、29はイオン線である。18 is an ejection cell for molecular beam evaporation source material, 19 is a D heater for heating the ejection cell 18, 20 is a molecular beam ejected from the ejection cell 18, 21 is a filament for electron beam emission, and 22 is a cylindrical , 23 is a cylindrical electron reflecting electrode, 24 to 27 are power sources for applying voltage to each part, and 28 is a metal structure that houses the filament 21, the grid 22, and the electron reflecting electrode 23, and is cooled with liquid nitrogen. The container 29 is an ion beam.
ここで、フィラメント21は円筒状のグリッド22と円
筒状の電子反射電極23との間の空間に、グリッド22
を取り囲んで配置されている。Here, the filament 21 is placed in the space between the cylindrical grid 22 and the cylindrical electron reflecting electrode 23.
are arranged around.
次に、上記の実施例装置の動作を説明する。Next, the operation of the above embodiment device will be explained.
分子線エピタキシャル成長による母体結晶成長の動作は
、従来の装置と同様にであるので改めて説明はせず、実
施例装置のイオン発生装置によりドーピングを行う動作
について、Znをドーピングする場合を例に取って説明
する。The operation of growing the host crystal by molecular beam epitaxial growth is the same as that of the conventional apparatus, so we will not explain it again. explain.
第3図に示す噴出セル18の中に蒸発源材料としてZn
を入れておき、加熱用のヒータ19により噴出セル18
を加熱する。Zn is used as an evaporation source material in the ejection cell 18 shown in FIG.
The ejection cell 18 is heated by the heater 19.
heat up.
加熱された噴出セル18からZnからなる分子線20が
発生する。A molecular beam 20 made of Zn is generated from the heated ejection cell 18 .
電子反射電極23に対して電源25.26によりフィラ
メント21を約+50V、グリッド22を約+200V
の電位にすれば、電源24により通電加熱されたフィラ
メント21から放射された電子は、電子反射電極23の
中を往復運動を繰り返しなかZnからなる分子線20に
衝突しZnをイオン化する。With respect to the electron reflecting electrode 23, the filament 21 is set to about +50V and the grid 22 is set to about +200V by the power supply 25.26.
When the electric potential is set to , electrons emitted from the filament 21 heated by the power supply 24 collide with the molecular beam 20 made of Zn while repeating reciprocating motion in the electron reflecting electrode 23 and ionize the Zn.
イオン化されたZnは容器28の電位(アース電位)に
引っばり出されてイオン線29となりイオン加速用電極
12により加速されて基体7に照射され、母体結晶中に
組み込まれてP形不純物としてドープされる。The ionized Zn is pulled out by the potential of the container 28 (earth potential), becomes an ion beam 29, is accelerated by the ion acceleration electrode 12, and is irradiated onto the base 7, where it is incorporated into the host crystal and doped as a P-type impurity. be done.
上記の動作において、フィラメント21からの電子は電
子反射電極23の中を往復運動しているので、電子の走
行距離が長くなり、イオン収量が増加する。In the above operation, since the electrons from the filament 21 are reciprocating within the electron reflecting electrode 23, the traveling distance of the electrons becomes longer and the ion yield increases.
また、フィラメント21は円筒状のグリッド22を取り
囲んで配置されているので、グリッド22で囲まれた空
間内で一様にイオン化されるため、イオン発生装置17
から引っばり出されたイオン線29の空間分布はイオン
線の周りに軸対称で一様になり、基板7上の母体結晶に
一様にドープされる。Moreover, since the filament 21 is arranged surrounding the cylindrical grid 22, it is uniformly ionized within the space surrounded by the grid 22, so that the ion generator 17
The spatial distribution of the ion beam 29 pulled out from the ion beam becomes axially symmetrical and uniform around the ion beam, and the host crystal on the substrate 7 is uniformly doped.
上記に実施例においては、イオン発生装置より引っばり
出されたイオン線により基板上の母体結晶へのドーピン
グを行う場合について説明したが、イオン線による母体
結晶の作成にも、この発明によるイオン発生装置を使用
できることはいうまでもない。In the above embodiment, the case where the host crystal on the substrate is doped with the ion beam pulled out from the ion generator is explained, but the ion generator according to the present invention can also be used to create the host crystal with the ion beam. Needless to say, the device can be used.
以上詳述したように、この発明による分子線エピタキシ
ャル成長装置においては、噴出セル、フィラメント、グ
リッドおよび電子反射電極を液体窒素で冷却された容器
の中に収容することにより、余分な中性の分子線がエピ
タキシャル成長用の基板に到達しないようにすることが
できるので、鏡面である分子線エピタキシャル成長層の
作成が可能になる。As detailed above, in the molecular beam epitaxial growth apparatus according to the present invention, by housing the ejection cell, filament, grid, and electron reflecting electrode in a container cooled with liquid nitrogen, excess neutral molecular beams can be removed. Since it is possible to prevent the molecular beam from reaching the epitaxial growth substrate, it is possible to create a molecular beam epitaxial growth layer with a mirror surface.
また、フィラメントが共に筒状であるグリッドと電子反
射電極との間にグリッドを取り囲むように配置されてい
るので、イオンの収量が増加し、イオン線におけるイオ
ンの空間分布は一様になる。Furthermore, since the filament is placed between the grid and the electron reflecting electrode, both of which are cylindrical, so as to surround the grid, the yield of ions is increased and the spatial distribution of ions in the ion beam is uniform.
第1図は従来の分子線エピタキシャル成長装置の一例の
模式図、第2図はこの発明による分子線エピタキシャル
成長装置の一実施例の模式図、第3図は実施例装置のイ
オン発生装置の拡大説明図である。
図において、18は噴出セル、20は分子線、21はフ
ィラメント、22はグリッド、23は電子反射電極、2
8は容器、29はイオン線である。
なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。Fig. 1 is a schematic diagram of an example of a conventional molecular beam epitaxial growth apparatus, Fig. 2 is a schematic diagram of an embodiment of a molecular beam epitaxial growth apparatus according to the present invention, and Fig. 3 is an enlarged explanatory diagram of an ion generator of the embodiment apparatus. It is. In the figure, 18 is an ejection cell, 20 is a molecular beam, 21 is a filament, 22 is a grid, 23 is an electron reflecting electrode, 2
8 is a container, and 29 is an ion beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
を噴出する噴出セルと、上記分子線を取り囲むように配
設された筒状のグリッドと、上記グリッドを取り囲み配
置された電子放射用のフィラメントと、上記フィラメン
トを取り囲み配設された筒状の電子反射電極と、上記噴
出セル、上記グリッド、上記フィラメントおよび上記電
子反射電極を収容しかつ上記分子線の構成元素がイオン
化して形成されたイオン線の射出口を有し液体窒素にて
冷却される容器とを備えたイオン発生装置を有すること
を特徴とする分子線エピタキシャル成長装置。1. An ejection cell that accommodates an element of the evaporation source material and ejects a molecular beam made of this element, a cylindrical grid arranged so as to surround the molecular beam, and an electron emitting cell arranged surrounding the grid. A filament, a cylindrical electron reflecting electrode surrounding the filament, the ejection cell, the grid, the filament, and the electron reflecting electrode, and is formed by ionizing constituent elements of the molecular beam. A molecular beam epitaxial growth apparatus comprising an ion generating apparatus including a container having an ion beam injection port and cooled with liquid nitrogen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14026777A JPS5826821B2 (en) | 1977-11-22 | 1977-11-22 | Molecular beam epitaxial growth equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14026777A JPS5826821B2 (en) | 1977-11-22 | 1977-11-22 | Molecular beam epitaxial growth equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5472671A JPS5472671A (en) | 1979-06-11 |
| JPS5826821B2 true JPS5826821B2 (en) | 1983-06-06 |
Family
ID=15264789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14026777A Expired JPS5826821B2 (en) | 1977-11-22 | 1977-11-22 | Molecular beam epitaxial growth equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5826821B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57128036A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1977
- 1977-11-22 JP JP14026777A patent/JPS5826821B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5472671A (en) | 1979-06-11 |
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