分子線源セル
【課題】極めて安価な部材を追加するだけで低コストに、基板上に形成する薄膜の膜厚の均一性を向上させることができ、しかも有機材料の蒸着のためだけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用できる分子線源セルを提供する。
【解決手段】被蒸着基板に対向する開口部１ａを有する坩堝１と、坩堝１内に充填される分子線材料を加熱し蒸発させて開口部１ａから分子線を放出させるためのヒータとを備えており、坩堝１の開口部１ａにはキャップ２が配置されており、キャップ２は、その全体が開口部１ａの中心軸Ａ方向に約６ｍｍ以上の厚みを有するように形成されており、且つ、その内部には、キャップの底部２ｃの略中心から坩堝１の開口部１ａの外周又はその近傍へ延びる複数の絞り穴２ａであって、開口部１ａの中心軸Ａに対して約１５〜６０度の範囲内で傾斜する複数の絞り穴２ａが、略放射状に形成されている。
【解決手段】被蒸着基板に対向する開口部１ａを有する坩堝１と、坩堝１内に充填される分子線材料を加熱し蒸発させて開口部１ａから分子線を放出させるためのヒータとを備えており、坩堝１の開口部１ａにはキャップ２が配置されており、キャップ２は、その全体が開口部１ａの中心軸Ａ方向に約６ｍｍ以上の厚みを有するように形成されており、且つ、その内部には、キャップの底部２ｃの略中心から坩堝１の開口部１ａの外周又はその近傍へ延びる複数の絞り穴２ａであって、開口部１ａの中心軸Ａに対して約１５〜６０度の範囲内で傾斜する複数の絞り穴２ａが、略放射状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中で所望の蒸着物質（分子線材料）を加熱、蒸発させることにより分子線を発生、放出し、これを基板上に衝突、堆積させて薄膜を形成するために使用される分子線源セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
分子線エピキタシー装置（ＭＢＥ装置）は、超高真空中に基板を置いて加熱すると共に、原料となる堆積したい物質をそれぞれ異なる坩堝に入れてヒータで加熱、蒸発させて分子線として基板上に照射して結晶成長させる装置である。
【０００３】
図１４はこのようなＭＢＥ装置の従来例を示す図である（特許文献１参照）。この図１４に示す従来のＭＢＥ装置では、真空容器（図示せず）中に坩堝１０，２０と基板３３が配置されている。各坩堝１０，２０には各蒸発材料ａ，ｂがそれぞれ充填されている。各坩堝１０，２０をヒータ１５，１６，２５，２６で加熱して各蒸発材料を蒸発させ、蒸発分子を各坩堝１０，２０の各開口部１４，２４から分子線として基板３３方向に放出させることにより、基板３３上に薄膜が形成される。この図１４の従来例では、図示左側に配置された坩堝１０には主成分の蒸着材料ａが充填され、それが加熱されると蒸発して坩堝１０の開口部１４から分子線が基板３３方向に放出される。他方、図示右側に配置された坩堝２０には副成分の蒸着材料ｂが充填され、それが加熱されると蒸発して坩堝２０の開口部２４から分子線が基板３３方向に放出されるが、その際、前記坩堝２０の開口部に複数の絞り穴３２が形成されたキャップ（前記開口部を閉止する閉止部材）３１が嵌め込まれているため、前記蒸発分子はその量が所定量に絞り込まれて分子線として放出されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−３４５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述のような従来のＭＢＥ装置においては、前記各坩堝１０，２０の開口部は基板３３の中心に向くように配置されており、且つ、前記各坩堝１０，２０内で蒸着材料が加熱、蒸発して発生した蒸発分子は、そのまま又は前記絞り穴３２により所定量に制限されて前記坩堝１０，２０の開口部１４，２４から分子線として放出されるだけなので、基板３３上に形成される薄膜の膜厚は基板３３の中心部分だけが大きく基板中心から離れた周辺部分では小さくなってしまうというように、基板上に形成される薄膜の膜厚が不均一となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、極めて安価な部材を追加するだけで低コストに、基板上に形成する薄膜の膜厚の均一性を向上させることができ、しかも有機材料の蒸着のためだけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用することができる分子線源セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上のような課題を解決するための本発明による分子線源セルは、被蒸着基板に対向する開口部を有する坩堝と、前記坩堝内に充填される分子線材料を加熱し蒸発させ、発生した蒸発分子を前記開口部から分子線として放出させるためのヒータとを備えた分子線源セルであって、前記坩堝の開口部にはキャップが配置されており、前記キャップは、その全体が前記開口部の中心軸方向に沿って約６ｍｍ以上の厚みを有するように形成されており、且つ、その内部には、前記キャップの底部の略中心から前記坩堝の開口部の外周又はその近傍へ延びる複数の絞り穴であって、前記開口部の中心軸方向に対して約１５〜６０度の範囲内で傾斜する複数の絞り穴が、略放射状に形成されている、ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による分子線源セルにおいては、前記キャップの絞り穴は、その内径が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことが望ましい。
【０００８】
また、本発明による分子線源セルにおいては、前記キャップは、その外形が、前記開口部の中心軸に対して垂直な断面の面積が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことが望ましい。
【０００９】
さらに、本発明による分子線源セルにおいては、前記キャップは、公知のセラミック材料により一体に成形されている、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、前記坩堝の開口部に、その全体が前記開口部の中心軸方向に約６ｍｍ以上の厚みを有するキャップを配置し、このキャップの内部に、前記坩堝の開口部の中心軸方向に対して約１５〜６０度だけ傾斜する複数の絞り穴を、前記キャップの底部の略中心から坩堝の開口部の外周又はその近傍へ向かう方向に（例えば被蒸着基板（特にその周辺部）に向かう方向に）、略放射状に形成するようにしている。したがって、本発明によれば、蒸発分子は前記キャップの各絞り穴から基板方向に分子線として放出されるが、前記各絞り穴はそれぞれ前記坩堝の開口部（被蒸着基板に対向している）の中心軸に対して約１５〜６０度だけ傾斜するように形成されているので、前記分子線は前記基板の中心部から外れた周辺部の方向に（基板表面に対して約１５〜６０度だけ傾斜した方向に）照射されるようになる。実際には、前記分子線は拡散しながら進行するので、前記基板の周辺部だけでなく中心部にもほぼ均等に照射される。よって、本発明によるときは、基板上に堆積される薄膜の膜厚が基板の中心部のみが大きくなってその周辺部が小さくなってしまうという不都合が防止され、基板上に形成される薄膜全体の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００１１】
また、特に、本発明において、前記キャップの絞り穴の内径を蒸発分子の進行方向に沿って徐々に拡大するように形成したときは、前記絞り穴から放出される分子線は前記絞り穴の内径形状に沿って拡がりながら進行するので、基板上に形成される薄膜の膜厚の均一性をより一層向上させることができる。
【００１２】
また、本発明において、前記キャップは、その外形が、前記開口部の中心軸に対して垂直な断面の面積が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されているので、前記坩堝の開口部の下方近傍部分を基板方向に向かって徐々に内径が拡大するテーパ状に形成した場合でも、前記キャップの取り付けを容易に行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明において、前記キャップを耐熱性を有する公知のセラミック材料により一体に成形するようにしたときは、前記キャップの製造を極めて安価に行うことができると共に、有機材料の蒸着のためだけでなく坩堝を高温に加熱する必要がある無機材料の蒸着のためにも使用できる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１について述べるような形態である。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）は本発明の実施例１に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の坩堝に後述のキャップ２を装着した状態を示す側断面図、図２（ａ）は図１の坩堝の開口部に配置されるキャップ２を示す平面図、図２（ｂ）は前記キャップ２の側断面図、図２（ｃ）は前記キャップ２の底面を示す図、図３（ａ）は前記キャップ２を斜め上方から示す斜視図、図３（ｂ）は前記キャップ２を斜め下方から示す斜視図である。
【００１６】
図１（ａ）（ｂ）において、１は有底で略円筒状の坩堝、１ａは坩堝１の開口部、１ｂは坩堝１の開口部１ａの近傍の内径が他の部分より小さく形成された括れ部、である。本実施例１においては、真空容器（図示せず）内に、前記坩堝１が、その開口部１ａが被蒸着基板（図示せず）に対向するように配置されている。また、本実施例１では、前記坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分１ｃは、その内径が図示上方に向かって徐々に拡大するテーパ状に形成されている。
【００１７】
また、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）において、２は前記坩堝１の開口部１ａに配置する例えばセラミック材料で一体成形されて成るキャップ、２ａは前記キャップ２の内部に略放射状に形成された複数の絞り穴、２ｂは前記キャップ２の底部２ｃに形成され前記各絞り穴２ａの図示下方部分と連続するように形成された共通穴、である。本実施例１においては、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発することにより発生する蒸発分子は、前記キャップ２の共通穴２ｂ及びそれに連続する各絞り穴２ａを通過して、分子線として前記基板方向へ放出される。
【００１８】
本実施例１では、前記キッャプ２は、その図示上下方向の厚さ（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向の厚さ）が、例えば８．６ｍｍとなるように形成されている。よって、本実施例１では、前記キャップ２内に形成された絞り穴２ａは、それぞれ前記基板に照射される分子線に指向性を与えるのに十分な長さを有している。
【００１９】
また、本実施例１において、前記キッャプ２の絞り穴２ａは、キャップ２の図示上下方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜するように、形成されている。また、本実施例１では、計１２個の絞り穴２ａが、前記坩堝１の開口部１ａの近傍の括れ部１ｂの略中心から開口部１ａの外周又はその近傍へ向かう方向（被蒸着基板の周辺部へ向かう方向）に、略放射状に形成されている。すなわち、本実施例１では、前記各絞り穴２ａは、前記キャップ２の共通穴３ｂから斜め上方向（徐々に外周に近づく方向）に向かって延びて行き、前記キャップ２の上面の一部（外周に近い側）に開口している。
【００２０】
以上より、本実施例１では、前記坩堝１で発生した蒸発分子は、前記絞り穴２ａを通過するとき、基板の中心部にではなく基板の周辺部に向かうように、指向性を付与されて分子線として放出される。なお、本実施例１では、前記各絞り穴２ａの内径は全て略同一に形成されている。また、本実施例１において、前記キャップ２は、前記坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分１ｃのテーパ状に形成された内壁面に対応するように、その外径が図示上方向（基板の方向）に沿って徐々に拡大するテーパ状に形成されている（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
以上のように、本実施例１においては、前記坩堝１の開口部１ａに例えば８．６ｍｍの厚さを有するキャップ２が配置され、且つ、前記キャップ２には基板に向かう方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜する複数の絞り穴２ａが形成されている。したがって、本実施例１では、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発して発生した蒸発分子は、前記キャップ２内の各絞り穴２ａの中を所定の長さ（指向性を与えるのに十分な長さ）だけ通過することにより、基板の中心部だけでなく基板の周辺部に向かうように指向性を与えられて、分子線として放出される（これに対して、例えば特許文献１の閉止部材３１に形成された絞り穴３２は、前記絞り穴３２の長さが極めて短いため、分子線に指向性を与えることはできない）。したがって、本実施例１によれば、基板の周辺部と中心部とに渡ってほぼ均一に蒸着分子（分子線）を衝突、堆積させることができ、基板表面にほぼ均一の膜厚を有する薄膜を形成することができる。また、本実施例１においては、前記キャップ２は公知のセラミック材料で一体成形するようにしているので、極めて安価に製造することができると共に、例えば１，７００℃などの高温でも耐えられるので有機材料の蒸着だけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用することができる。
【００２２】
なお、本発明者は、前記坩堝１に前記キャップ２を装着して基板にＡｇなどの金属薄膜を形成した場合と前記キャップ２を装着しないで基板に金属薄膜を形成した場合（いずれも分子線の基板への付着速度は０．５Å／ｓ）とにおける膜厚分布形状を測定して比較する実験を行った。図４はこの結果を示すグラフである。図４においては、前記キャップ２を使用した場合と、前記キャップ２を使用しない場合との膜厚分布形状を示している。図４に示すように、前記キャップ２を使用しない場合はセル中心（坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａと基板とが交差する位置）からの距離が大きくなるに従って膜厚が比較的急激に小さくなっているが、前記キャップ２を使用した場合はセル中心からの距離が大きくなっても膜厚分布が比較的緩やかに下降している（膜厚分布形状がＮ＝３よりも向上している）。よって、本実施例１のキャップ２を使用することにより、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の均一性を向上させることができることが確認できた。
【実施例２】
【００２３】
次に、図５（ａ）は本発明の実施例２に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の坩堝に後述のキャップを装着した状態を示す側断面図、図６（ａ）は図５の坩堝の開口部に配置されるキャップを示す平面図、図６（ｂ）はその側断面図、図６（ｃ）はその底面を示す図、図６（ｄ）はその側面図（内部の絞り穴を破線及び一点鎖線で示す）、図７（ａ）は本実施例２に使用されるキャップを斜め上方から示す斜視図、図７（ｂ）はそのキャップを斜め下方から示す斜視図である。
【００２４】
図５〜７において、図１〜３と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図５〜７において、３は前記坩堝１の開口部１ａに配置する例えばセラミック材料で一体成形されて成るキャップ、３ａは前記キャップ３の内部に形成された複数の絞り穴、３ｂは前記キャップ３の底部３ｃの中央に形成され前記各絞り穴３ａの図示下方部分と連続する共通穴、である。本実施例２においては、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発して発生する蒸発分子が、前記キャップ３の共通穴３ｂ及びそれに連続する各絞り穴３ａを通過することにより、分子線となって前記基板方向へ放出される。
【００２５】
本実施例２では、前記キッャプ３は、その図示上下方向の厚さ（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向の厚さ）が、例えば１２．６ｍｍとなるように形成されている。よって、本実施例２では、前記キャップ３内に形成された各絞り穴３ａは、それぞれ所定の長さ（前記坩堝１の開口部１ａから放出される分子線に指向性を与えるのに十分な長さ）が確保されている。また、本実施例２において、前記キッャプ３の各絞り穴３ａは、キャップ３の図示上下方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａの方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜するように、形成されている（図６（ｂ）参照）。また、本実施例２では、計１２個の絞り穴３ａが、前記坩堝１の括れ部１ｃの中心から被蒸着基板へ向かう方向に、略放射状に形成されている。すなわち、本実施例２では、前記各絞り穴３ａは、前記キャップ３の共通穴３ｂから斜め上方向（徐々に外周に近づく方向）に向かって延びて行き、前記キャップ３の図示上方部分の側面３ｄと上面３ｅの一部に開口している。
【００２６】
以上より、本実施例２では、前記坩堝１内で発生した蒸発分子は、前記絞り穴３ａにより、基板の中心部にではなく基板の周辺部に向かうように指向性を付与された分子線として放出される。なお、本実施例２では、前記各絞り穴３ａの内径は全て同一に形成されている。また、前記キャップ３の図示下方部分は、図６（ｂ）に示すように、前記坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分１ｃのテーパ状の内壁面に対応するように、その外径が図示上方向（基板の方向）に沿って徐々に拡大するテーパ状に形成されている。
【００２７】
以上のように、本実施例２においては、前記坩堝１の開口部１ａに例えば１２．６ｍｍの厚さを有するキャップ３が配置され、且つ、前記キャップ３には基板方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜する複数の絞り穴３ａが略放射状に形成されている。したがって、本実施例２では、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発することにより発生した蒸発分子が、前記キャップ３内の各絞り穴３ａの中を所定の長さ（指向性を与えるのに十分な長さ）だけ通過することにより、基板の中心部にではなく基板の周辺部に向かうように指向性を与えられ、分子線として放出される。このように分子線が基板の周辺部の方向への指向性を与えられた場合でも、実際には、分子線は基板に向かう途中で徐々に拡散するので、分子線は基板の周辺部だけでなくその中心部にもほぼ均等に衝突し、堆積する。したがって、本実施例２によれば、基板の周辺部と中心部とにほぼ均一に、分子線を衝突させ蒸着分子を堆積させることができるので、基板表面にほぼ均一な膜厚の薄膜を形成することができる。また、本実施例２においては、前記キャップ３は公知のセラミック材料で一体成形できるので、極めて安価に製造することができると共に、例えば１，７００℃などの高温でも耐えられるので有機材料の蒸着だけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用することができる。
【実施例３】
【００２８】
次に、図８は本発明の実施例３に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例３においては、図８に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ４の構造が前記実施例１と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例１と同様である。本実施例３で使用されるキャップ４は、その底部４ｃの中央に形成されている共通穴４ｂから図８の斜め上方に（且つ放射状に）延びる複数の絞り穴４ａの内部形状（内壁面）が、前記実施例１の絞り穴２ａのようなストレートの形状（図２（ｂ）参照）ではなく蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大するテーパ状に形成されている点に特徴がある。
【００２９】
本実施例３においては、前述のように前記各絞り穴４ａがテーパ状に形成されているため、前記各絞り穴４ａを通過する蒸発分子は、前記各絞り穴４ａを通過する過程で指向性を付与されながら同時にテーパ状の内壁面に沿って拡散しながら分子線として基板方向に放出される。よって、本実施例３によれば、基板表面に分子線が均等に衝突することになり、基板上の薄膜の膜厚の均一性をより向上させることが可能になる。
【実施例４】
【００３０】
次に、図９は本発明の実施例４に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例４においては、図９に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ５の構成が前記実施例２と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例２と同様である。本実施例４で使用されるキャップ５は、その底部５ｃの中央に形成されている共通穴５ｂから図９の斜め上方に（且つ放射状に）延びる複数の絞り穴５ａの内部形状（内壁面）が、前記実施例２の絞り穴３ａのようなストレートの形状（図６（ｂ）参照）ではなく蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大するテーパ状に形成されている点に特徴がある。
【００３１】
本実施例４においては、前述のように前記各絞り穴５ａがテーパ状に形成されているため、前記各絞り穴５ａを通過する蒸発分子は、前記各絞り穴５ａを通過する過程で指向性を付与されながら同時にテーパ状の内壁面に沿って拡散しながら分子線として基板方向に放出される。よって、本実施例４によれば、基板表面に分子線が均等に衝突することになり、基板上の薄膜の膜厚の均一性をより向上させることが可能になる。
【実施例５】
【００３２】
次に、図１０は本発明の実施例５に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例５においては、図１０に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ６の外形が前記実施例１と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例１と同様である。本実施例５においては、前記キャップ６の外形が円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ６が装着される坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分（図１の１ｃ参照）の形状が図１などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ６の外形を形成したものである。なお、前記キャップ６にはその底部６ｃの中央に形成されている共通穴６ｂから図１０の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように複数の絞り穴６ａが形成されているが、この点は前記実施例１と同様である。よって、本実施例５によっても前記実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例６】
【００３３】
次に、図１１は本発明の実施例６に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例６においては、図１１に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ７の外形が前記実施例２と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例２と同様である。本実施例６においては、前記キャップ７の外形は円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ７が装着される坩堝１の開口部１ａの下方の近傍部分（図５の１ｃ参照）の形状が図５などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ７の外形を形成したものである。なお、前記キャップ７にはその底部７ｃの中央に形成されている共通穴７ｂから図１１の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように複数の絞り穴７ａが形成されているが、この点は前記実施例２と同様である。よって、本実施例６によっても前記実施例２と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例７】
【００３４】
次に、図１２は本発明の実施例７に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例７においては、図１２に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ８の外形が前記実施例３と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例３と同様である。本実施例７においては、前記キャップ８の外形は円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ８が装着される坩堝１の開口部１ａの下方の近傍部分（図１の１ｃ参照）の形状が図１などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ８の外形を形成したものである。なお、前記キャップ８には、その底部８ｃの中央に形成されている共通穴８ｂから図１２の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように、蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大する絞り穴８ａが複数、形成されているが、この点は前記実施例３と同様である。よって、本実施例７によっても前記実施例３と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例８】
【００３５】
次に、図１３は本発明の実施例８に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例８においては、図１３に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ９の外形が前記実施例４と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例４と同様である。本実施例８においては、前記キャップ９の外形は円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ９が装着される坩堝１の開口部１ａの下方の近傍部分（図５の１ｃ参照）の形状が図５などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ９の外形を形成したものである。なお、前記キャップ９にはその底部９ｃの中央に形成されている共通穴９ｂから図１３の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように、蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大する絞り穴９ａが複数、形成されているが、この点は前記実施例４と同様である。よって、本実施例８によっても前記実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明及び本発明を構成する各構成要件は、それぞれ、前記の各実施例及び前記の各実施例を構成する各要素として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施例１においては、前記キャップ２を公知のセラミック材料により製造した例を示したが、本実施例１ではこれに限られるものではなく、例えば公知の金属材料により製造するようにしてもよいことは勿論である。
【００３７】
また、前記実施例１〜８においては、坩堝１の開口部１ａに配置するキャップ２，３，４，５，６，７，８，９の前記開口部１ａの中心軸Ａ方向の厚さを８．６ｍｍ（実施例１など）又は１２．６ｍｍ（実施例２など）としたが、本発明では、これらに限られるものではない。すなわち、本発明においては、前記キャップは、前記絞り穴２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａにその中を通過する蒸発分子に十分な指向性を与えることができるような長さを確保できるだけの厚さを有していればよいので、結局、前記キャップの厚さは約６ｍｍ以上の厚みを有するものであればよい。また、そもそもキャップとは開口部を閉止するためのものであるからその厚さ寸法は常識的な範囲に止まるべきことや製造コストなどの観点から、本発明におけるキャップについても過大な必要以上の厚さ寸法は採用すべきではない（その中を通過する蒸発分子に十分な指向性を付与できる長さを前記絞り穴に確保できるような厚さであれば必要十分である）ので、結局、本発明におけるキャップの厚さは約６〜１５ｍｍ程度の厚みを有するように形成すればよいし、それが望ましい。
【００３８】
また、前記実施例１〜８においては、前記キャップ２，３，４，５，６，７，８，９の内部に形成する各絞り穴２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａを、前記坩堝１の括れ部１ｃの略中心から開口部１ａの外周方向に向かって、前記開口部１ａの中心軸Ａ方向に対して約４５度だけ傾斜するように形成するようにしているが、本発明では、これに限られるものではなく、分子線の放出方向を基板の中心ではなく基板の周辺部とすることができれば良いので、結局、前記キャップの内部に形成する各絞り穴は前記開口部１ａの中心軸Ａ方向に対して約１５〜６０度の範囲内（より望ましくは約３０〜５０度の範囲内）で傾斜するように形成すればよいし、それが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝にキャップを装着した状態を示す側断面図。
【図２】（ａ）は本実施例１に使用されるキャップを示す平面図、（ｂ）はその側断面図、（ｃ）はその底面を示す図。
【図３】（ａ）は本実施例１に使用されるキャップを斜め上方から示す斜視図、（ｂ）はそのキャップを斜め下方から示す斜視図。
【図４】本実施例１の作用効果を説明するためのグラフ。
【図５】（ａ）は本発明の実施例２に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝にキャップを装着した状態を示す側断面図。
【図６】（ａ）は本実施例２に使用されるキャップを示す平面図、（ｂ）はその側断面図、（ｃ）はその底面を示す図、（ｄ）はその側面図（内部の絞り穴を破線及び一点鎖線で示す）。
【図７】（ａ）は本実施例２に使用されるキャップを斜め上方から示す斜視図、（ｂ）はそのキャップを斜め下方から示す斜視図。
【図８】本発明の実施例３に使用されるキャップを示す側断面図。
【図９】本発明の実施例４に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１０】本発明の実施例５に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１１】本発明の実施例６に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１２】本発明の実施例７に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１３】本発明の実施例８に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１４】従来の分子線源セルを説明するための図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 坩堝
１ａ 開口部
１ｂ 括れ部
１ｃ 開口部の下方近傍部分（括れ部・テーパ状部分）
２，３，４，５，６，７，８，９ キャップ
２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａ 絞り穴
２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ 共通穴
２ｃ，３ｃ，４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃ，８ｃ，９ｃ キャップの底部
３ｄ キャップの側面
３ｅ キャップの上面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空中で所望の蒸着物質（分子線材料）を加熱、蒸発させることにより分子線を発生、放出し、これを基板上に衝突、堆積させて薄膜を形成するために使用される分子線源セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
分子線エピキタシー装置（ＭＢＥ装置）は、超高真空中に基板を置いて加熱すると共に、原料となる堆積したい物質をそれぞれ異なる坩堝に入れてヒータで加熱、蒸発させて分子線として基板上に照射して結晶成長させる装置である。
【０００３】
図１４はこのようなＭＢＥ装置の従来例を示す図である（特許文献１参照）。この図１４に示す従来のＭＢＥ装置では、真空容器（図示せず）中に坩堝１０，２０と基板３３が配置されている。各坩堝１０，２０には各蒸発材料ａ，ｂがそれぞれ充填されている。各坩堝１０，２０をヒータ１５，１６，２５，２６で加熱して各蒸発材料を蒸発させ、蒸発分子を各坩堝１０，２０の各開口部１４，２４から分子線として基板３３方向に放出させることにより、基板３３上に薄膜が形成される。この図１４の従来例では、図示左側に配置された坩堝１０には主成分の蒸着材料ａが充填され、それが加熱されると蒸発して坩堝１０の開口部１４から分子線が基板３３方向に放出される。他方、図示右側に配置された坩堝２０には副成分の蒸着材料ｂが充填され、それが加熱されると蒸発して坩堝２０の開口部２４から分子線が基板３３方向に放出されるが、その際、前記坩堝２０の開口部に複数の絞り穴３２が形成されたキャップ（前記開口部を閉止する閉止部材）３１が嵌め込まれているため、前記蒸発分子はその量が所定量に絞り込まれて分子線として放出されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−３４５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述のような従来のＭＢＥ装置においては、前記各坩堝１０，２０の開口部は基板３３の中心に向くように配置されており、且つ、前記各坩堝１０，２０内で蒸着材料が加熱、蒸発して発生した蒸発分子は、そのまま又は前記絞り穴３２により所定量に制限されて前記坩堝１０，２０の開口部１４，２４から分子線として放出されるだけなので、基板３３上に形成される薄膜の膜厚は基板３３の中心部分だけが大きく基板中心から離れた周辺部分では小さくなってしまうというように、基板上に形成される薄膜の膜厚が不均一となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、極めて安価な部材を追加するだけで低コストに、基板上に形成する薄膜の膜厚の均一性を向上させることができ、しかも有機材料の蒸着のためだけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用することができる分子線源セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上のような課題を解決するための本発明による分子線源セルは、被蒸着基板に対向する開口部を有する坩堝と、前記坩堝内に充填される分子線材料を加熱し蒸発させ、発生した蒸発分子を前記開口部から分子線として放出させるためのヒータとを備えた分子線源セルであって、前記坩堝の開口部にはキャップが配置されており、前記キャップは、その全体が前記開口部の中心軸方向に沿って約６ｍｍ以上の厚みを有するように形成されており、且つ、その内部には、前記キャップの底部の略中心から前記坩堝の開口部の外周又はその近傍へ延びる複数の絞り穴であって、前記開口部の中心軸方向に対して約１５〜６０度の範囲内で傾斜する複数の絞り穴が、略放射状に形成されている、ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明による分子線源セルにおいては、前記キャップの絞り穴は、その内径が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことが望ましい。
【０００８】
また、本発明による分子線源セルにおいては、前記キャップは、その外形が、前記開口部の中心軸に対して垂直な断面の面積が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことが望ましい。
【０００９】
さらに、本発明による分子線源セルにおいては、前記キャップは、公知のセラミック材料により一体に成形されている、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、前記坩堝の開口部に、その全体が前記開口部の中心軸方向に約６ｍｍ以上の厚みを有するキャップを配置し、このキャップの内部に、前記坩堝の開口部の中心軸方向に対して約１５〜６０度だけ傾斜する複数の絞り穴を、前記キャップの底部の略中心から坩堝の開口部の外周又はその近傍へ向かう方向に（例えば被蒸着基板（特にその周辺部）に向かう方向に）、略放射状に形成するようにしている。したがって、本発明によれば、蒸発分子は前記キャップの各絞り穴から基板方向に分子線として放出されるが、前記各絞り穴はそれぞれ前記坩堝の開口部（被蒸着基板に対向している）の中心軸に対して約１５〜６０度だけ傾斜するように形成されているので、前記分子線は前記基板の中心部から外れた周辺部の方向に（基板表面に対して約１５〜６０度だけ傾斜した方向に）照射されるようになる。実際には、前記分子線は拡散しながら進行するので、前記基板の周辺部だけでなく中心部にもほぼ均等に照射される。よって、本発明によるときは、基板上に堆積される薄膜の膜厚が基板の中心部のみが大きくなってその周辺部が小さくなってしまうという不都合が防止され、基板上に形成される薄膜全体の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００１１】
また、特に、本発明において、前記キャップの絞り穴の内径を蒸発分子の進行方向に沿って徐々に拡大するように形成したときは、前記絞り穴から放出される分子線は前記絞り穴の内径形状に沿って拡がりながら進行するので、基板上に形成される薄膜の膜厚の均一性をより一層向上させることができる。
【００１２】
また、本発明において、前記キャップは、その外形が、前記開口部の中心軸に対して垂直な断面の面積が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されているので、前記坩堝の開口部の下方近傍部分を基板方向に向かって徐々に内径が拡大するテーパ状に形成した場合でも、前記キャップの取り付けを容易に行うことができる。
【００１３】
さらに、本発明において、前記キャップを耐熱性を有する公知のセラミック材料により一体に成形するようにしたときは、前記キャップの製造を極めて安価に行うことができると共に、有機材料の蒸着のためだけでなく坩堝を高温に加熱する必要がある無機材料の蒸着のためにも使用できる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１について述べるような形態である。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）は本発明の実施例１に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の坩堝に後述のキャップ２を装着した状態を示す側断面図、図２（ａ）は図１の坩堝の開口部に配置されるキャップ２を示す平面図、図２（ｂ）は前記キャップ２の側断面図、図２（ｃ）は前記キャップ２の底面を示す図、図３（ａ）は前記キャップ２を斜め上方から示す斜視図、図３（ｂ）は前記キャップ２を斜め下方から示す斜視図である。
【００１６】
図１（ａ）（ｂ）において、１は有底で略円筒状の坩堝、１ａは坩堝１の開口部、１ｂは坩堝１の開口部１ａの近傍の内径が他の部分より小さく形成された括れ部、である。本実施例１においては、真空容器（図示せず）内に、前記坩堝１が、その開口部１ａが被蒸着基板（図示せず）に対向するように配置されている。また、本実施例１では、前記坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分１ｃは、その内径が図示上方に向かって徐々に拡大するテーパ状に形成されている。
【００１７】
また、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）において、２は前記坩堝１の開口部１ａに配置する例えばセラミック材料で一体成形されて成るキャップ、２ａは前記キャップ２の内部に略放射状に形成された複数の絞り穴、２ｂは前記キャップ２の底部２ｃに形成され前記各絞り穴２ａの図示下方部分と連続するように形成された共通穴、である。本実施例１においては、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発することにより発生する蒸発分子は、前記キャップ２の共通穴２ｂ及びそれに連続する各絞り穴２ａを通過して、分子線として前記基板方向へ放出される。
【００１８】
本実施例１では、前記キッャプ２は、その図示上下方向の厚さ（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向の厚さ）が、例えば８．６ｍｍとなるように形成されている。よって、本実施例１では、前記キャップ２内に形成された絞り穴２ａは、それぞれ前記基板に照射される分子線に指向性を与えるのに十分な長さを有している。
【００１９】
また、本実施例１において、前記キッャプ２の絞り穴２ａは、キャップ２の図示上下方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜するように、形成されている。また、本実施例１では、計１２個の絞り穴２ａが、前記坩堝１の開口部１ａの近傍の括れ部１ｂの略中心から開口部１ａの外周又はその近傍へ向かう方向（被蒸着基板の周辺部へ向かう方向）に、略放射状に形成されている。すなわち、本実施例１では、前記各絞り穴２ａは、前記キャップ２の共通穴３ｂから斜め上方向（徐々に外周に近づく方向）に向かって延びて行き、前記キャップ２の上面の一部（外周に近い側）に開口している。
【００２０】
以上より、本実施例１では、前記坩堝１で発生した蒸発分子は、前記絞り穴２ａを通過するとき、基板の中心部にではなく基板の周辺部に向かうように、指向性を付与されて分子線として放出される。なお、本実施例１では、前記各絞り穴２ａの内径は全て略同一に形成されている。また、本実施例１において、前記キャップ２は、前記坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分１ｃのテーパ状に形成された内壁面に対応するように、その外径が図示上方向（基板の方向）に沿って徐々に拡大するテーパ状に形成されている（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
以上のように、本実施例１においては、前記坩堝１の開口部１ａに例えば８．６ｍｍの厚さを有するキャップ２が配置され、且つ、前記キャップ２には基板に向かう方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜する複数の絞り穴２ａが形成されている。したがって、本実施例１では、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発して発生した蒸発分子は、前記キャップ２内の各絞り穴２ａの中を所定の長さ（指向性を与えるのに十分な長さ）だけ通過することにより、基板の中心部だけでなく基板の周辺部に向かうように指向性を与えられて、分子線として放出される（これに対して、例えば特許文献１の閉止部材３１に形成された絞り穴３２は、前記絞り穴３２の長さが極めて短いため、分子線に指向性を与えることはできない）。したがって、本実施例１によれば、基板の周辺部と中心部とに渡ってほぼ均一に蒸着分子（分子線）を衝突、堆積させることができ、基板表面にほぼ均一の膜厚を有する薄膜を形成することができる。また、本実施例１においては、前記キャップ２は公知のセラミック材料で一体成形するようにしているので、極めて安価に製造することができると共に、例えば１，７００℃などの高温でも耐えられるので有機材料の蒸着だけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用することができる。
【００２２】
なお、本発明者は、前記坩堝１に前記キャップ２を装着して基板にＡｇなどの金属薄膜を形成した場合と前記キャップ２を装着しないで基板に金属薄膜を形成した場合（いずれも分子線の基板への付着速度は０．５Å／ｓ）とにおける膜厚分布形状を測定して比較する実験を行った。図４はこの結果を示すグラフである。図４においては、前記キャップ２を使用した場合と、前記キャップ２を使用しない場合との膜厚分布形状を示している。図４に示すように、前記キャップ２を使用しない場合はセル中心（坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａと基板とが交差する位置）からの距離が大きくなるに従って膜厚が比較的急激に小さくなっているが、前記キャップ２を使用した場合はセル中心からの距離が大きくなっても膜厚分布が比較的緩やかに下降している（膜厚分布形状がＮ＝３よりも向上している）。よって、本実施例１のキャップ２を使用することにより、基板上に形成される薄膜の膜厚分布の均一性を向上させることができることが確認できた。
【実施例２】
【００２３】
次に、図５（ａ）は本発明の実施例２に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の坩堝に後述のキャップを装着した状態を示す側断面図、図６（ａ）は図５の坩堝の開口部に配置されるキャップを示す平面図、図６（ｂ）はその側断面図、図６（ｃ）はその底面を示す図、図６（ｄ）はその側面図（内部の絞り穴を破線及び一点鎖線で示す）、図７（ａ）は本実施例２に使用されるキャップを斜め上方から示す斜視図、図７（ｂ）はそのキャップを斜め下方から示す斜視図である。
【００２４】
図５〜７において、図１〜３と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図５〜７において、３は前記坩堝１の開口部１ａに配置する例えばセラミック材料で一体成形されて成るキャップ、３ａは前記キャップ３の内部に形成された複数の絞り穴、３ｂは前記キャップ３の底部３ｃの中央に形成され前記各絞り穴３ａの図示下方部分と連続する共通穴、である。本実施例２においては、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発して発生する蒸発分子が、前記キャップ３の共通穴３ｂ及びそれに連続する各絞り穴３ａを通過することにより、分子線となって前記基板方向へ放出される。
【００２５】
本実施例２では、前記キッャプ３は、その図示上下方向の厚さ（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向の厚さ）が、例えば１２．６ｍｍとなるように形成されている。よって、本実施例２では、前記キャップ３内に形成された各絞り穴３ａは、それぞれ所定の長さ（前記坩堝１の開口部１ａから放出される分子線に指向性を与えるのに十分な長さ）が確保されている。また、本実施例２において、前記キッャプ３の各絞り穴３ａは、キャップ３の図示上下方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａの方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜するように、形成されている（図６（ｂ）参照）。また、本実施例２では、計１２個の絞り穴３ａが、前記坩堝１の括れ部１ｃの中心から被蒸着基板へ向かう方向に、略放射状に形成されている。すなわち、本実施例２では、前記各絞り穴３ａは、前記キャップ３の共通穴３ｂから斜め上方向（徐々に外周に近づく方向）に向かって延びて行き、前記キャップ３の図示上方部分の側面３ｄと上面３ｅの一部に開口している。
【００２６】
以上より、本実施例２では、前記坩堝１内で発生した蒸発分子は、前記絞り穴３ａにより、基板の中心部にではなく基板の周辺部に向かうように指向性を付与された分子線として放出される。なお、本実施例２では、前記各絞り穴３ａの内径は全て同一に形成されている。また、前記キャップ３の図示下方部分は、図６（ｂ）に示すように、前記坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分１ｃのテーパ状の内壁面に対応するように、その外径が図示上方向（基板の方向）に沿って徐々に拡大するテーパ状に形成されている。
【００２７】
以上のように、本実施例２においては、前記坩堝１の開口部１ａに例えば１２．６ｍｍの厚さを有するキャップ３が配置され、且つ、前記キャップ３には基板方向（前記坩堝１の開口部１ａの中心軸Ａ方向）に対して例えば約４５度だけ傾斜する複数の絞り穴３ａが略放射状に形成されている。したがって、本実施例２では、前記坩堝１内で分子線材料が加熱、蒸発することにより発生した蒸発分子が、前記キャップ３内の各絞り穴３ａの中を所定の長さ（指向性を与えるのに十分な長さ）だけ通過することにより、基板の中心部にではなく基板の周辺部に向かうように指向性を与えられ、分子線として放出される。このように分子線が基板の周辺部の方向への指向性を与えられた場合でも、実際には、分子線は基板に向かう途中で徐々に拡散するので、分子線は基板の周辺部だけでなくその中心部にもほぼ均等に衝突し、堆積する。したがって、本実施例２によれば、基板の周辺部と中心部とにほぼ均一に、分子線を衝突させ蒸着分子を堆積させることができるので、基板表面にほぼ均一な膜厚の薄膜を形成することができる。また、本実施例２においては、前記キャップ３は公知のセラミック材料で一体成形できるので、極めて安価に製造することができると共に、例えば１，７００℃などの高温でも耐えられるので有機材料の蒸着だけでなく高温工程が必要な無機材料の蒸着のためにも使用することができる。
【実施例３】
【００２８】
次に、図８は本発明の実施例３に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例３においては、図８に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ４の構造が前記実施例１と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例１と同様である。本実施例３で使用されるキャップ４は、その底部４ｃの中央に形成されている共通穴４ｂから図８の斜め上方に（且つ放射状に）延びる複数の絞り穴４ａの内部形状（内壁面）が、前記実施例１の絞り穴２ａのようなストレートの形状（図２（ｂ）参照）ではなく蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大するテーパ状に形成されている点に特徴がある。
【００２９】
本実施例３においては、前述のように前記各絞り穴４ａがテーパ状に形成されているため、前記各絞り穴４ａを通過する蒸発分子は、前記各絞り穴４ａを通過する過程で指向性を付与されながら同時にテーパ状の内壁面に沿って拡散しながら分子線として基板方向に放出される。よって、本実施例３によれば、基板表面に分子線が均等に衝突することになり、基板上の薄膜の膜厚の均一性をより向上させることが可能になる。
【実施例４】
【００３０】
次に、図９は本発明の実施例４に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例４においては、図９に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ５の構成が前記実施例２と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例２と同様である。本実施例４で使用されるキャップ５は、その底部５ｃの中央に形成されている共通穴５ｂから図９の斜め上方に（且つ放射状に）延びる複数の絞り穴５ａの内部形状（内壁面）が、前記実施例２の絞り穴３ａのようなストレートの形状（図６（ｂ）参照）ではなく蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大するテーパ状に形成されている点に特徴がある。
【００３１】
本実施例４においては、前述のように前記各絞り穴５ａがテーパ状に形成されているため、前記各絞り穴５ａを通過する蒸発分子は、前記各絞り穴５ａを通過する過程で指向性を付与されながら同時にテーパ状の内壁面に沿って拡散しながら分子線として基板方向に放出される。よって、本実施例４によれば、基板表面に分子線が均等に衝突することになり、基板上の薄膜の膜厚の均一性をより向上させることが可能になる。
【実施例５】
【００３２】
次に、図１０は本発明の実施例５に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例５においては、図１０に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ６の外形が前記実施例１と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例１と同様である。本実施例５においては、前記キャップ６の外形が円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ６が装着される坩堝１の開口部１ａの下方近傍部分（図１の１ｃ参照）の形状が図１などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ６の外形を形成したものである。なお、前記キャップ６にはその底部６ｃの中央に形成されている共通穴６ｂから図１０の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように複数の絞り穴６ａが形成されているが、この点は前記実施例１と同様である。よって、本実施例５によっても前記実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例６】
【００３３】
次に、図１１は本発明の実施例６に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例６においては、図１１に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ７の外形が前記実施例２と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例２と同様である。本実施例６においては、前記キャップ７の外形は円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ７が装着される坩堝１の開口部１ａの下方の近傍部分（図５の１ｃ参照）の形状が図５などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ７の外形を形成したものである。なお、前記キャップ７にはその底部７ｃの中央に形成されている共通穴７ｂから図１１の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように複数の絞り穴７ａが形成されているが、この点は前記実施例２と同様である。よって、本実施例６によっても前記実施例２と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例７】
【００３４】
次に、図１２は本発明の実施例７に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例７においては、図１２に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ８の外形が前記実施例３と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例３と同様である。本実施例７においては、前記キャップ８の外形は円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ８が装着される坩堝１の開口部１ａの下方の近傍部分（図１の１ｃ参照）の形状が図１などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ８の外形を形成したものである。なお、前記キャップ８には、その底部８ｃの中央に形成されている共通穴８ｂから図１２の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように、蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大する絞り穴８ａが複数、形成されているが、この点は前記実施例３と同様である。よって、本実施例７によっても前記実施例３と同様の作用効果を奏することができる。
【実施例８】
【００３５】
次に、図１３は本発明の実施例８に係る分子線源セルに使用されるキャップを示す側断面図である。本実施例８においては、図１３に示すように、坩堝１の開口部１ａに配置されるキャップ９の外形が前記実施例４と異なっているだけで、それ以外の基本構成は前記実施例４と同様である。本実施例８においては、前記キャップ９の外形は円筒形状に形成されている。これは、前記キャップ９が装着される坩堝１の開口部１ａの下方の近傍部分（図５の１ｃ参照）の形状が図５などに示すようなテーパ状でなくストレートの円筒状に形成されている場合を想定して、それに適合するようにキャップ９の外形を形成したものである。なお、前記キャップ９にはその底部９ｃの中央に形成されている共通穴９ｂから図１３の斜め上方に（且つ放射状に）向かうように、蒸発分子の進行方向に沿って徐々に内径が拡大する絞り穴９ａが複数、形成されているが、この点は前記実施例４と同様である。よって、本実施例８によっても前記実施例４と同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
以上、本発明の各実施例について説明したが、本発明及び本発明を構成する各構成要件は、それぞれ、前記の各実施例及び前記の各実施例を構成する各要素として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施例１においては、前記キャップ２を公知のセラミック材料により製造した例を示したが、本実施例１ではこれに限られるものではなく、例えば公知の金属材料により製造するようにしてもよいことは勿論である。
【００３７】
また、前記実施例１〜８においては、坩堝１の開口部１ａに配置するキャップ２，３，４，５，６，７，８，９の前記開口部１ａの中心軸Ａ方向の厚さを８．６ｍｍ（実施例１など）又は１２．６ｍｍ（実施例２など）としたが、本発明では、これらに限られるものではない。すなわち、本発明においては、前記キャップは、前記絞り穴２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａにその中を通過する蒸発分子に十分な指向性を与えることができるような長さを確保できるだけの厚さを有していればよいので、結局、前記キャップの厚さは約６ｍｍ以上の厚みを有するものであればよい。また、そもそもキャップとは開口部を閉止するためのものであるからその厚さ寸法は常識的な範囲に止まるべきことや製造コストなどの観点から、本発明におけるキャップについても過大な必要以上の厚さ寸法は採用すべきではない（その中を通過する蒸発分子に十分な指向性を付与できる長さを前記絞り穴に確保できるような厚さであれば必要十分である）ので、結局、本発明におけるキャップの厚さは約６〜１５ｍｍ程度の厚みを有するように形成すればよいし、それが望ましい。
【００３８】
また、前記実施例１〜８においては、前記キャップ２，３，４，５，６，７，８，９の内部に形成する各絞り穴２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａを、前記坩堝１の括れ部１ｃの略中心から開口部１ａの外周方向に向かって、前記開口部１ａの中心軸Ａ方向に対して約４５度だけ傾斜するように形成するようにしているが、本発明では、これに限られるものではなく、分子線の放出方向を基板の中心ではなく基板の周辺部とすることができれば良いので、結局、前記キャップの内部に形成する各絞り穴は前記開口部１ａの中心軸Ａ方向に対して約１５〜６０度の範囲内（より望ましくは約３０〜５０度の範囲内）で傾斜するように形成すればよいし、それが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は本発明の実施例１に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝にキャップを装着した状態を示す側断面図。
【図２】（ａ）は本実施例１に使用されるキャップを示す平面図、（ｂ）はその側断面図、（ｃ）はその底面を示す図。
【図３】（ａ）は本実施例１に使用されるキャップを斜め上方から示す斜視図、（ｂ）はそのキャップを斜め下方から示す斜視図。
【図４】本実施例１の作用効果を説明するためのグラフ。
【図５】（ａ）は本発明の実施例２に係る分子線源セルに使用される坩堝を示す側断面図、（ｂ）は（ａ）の坩堝にキャップを装着した状態を示す側断面図。
【図６】（ａ）は本実施例２に使用されるキャップを示す平面図、（ｂ）はその側断面図、（ｃ）はその底面を示す図、（ｄ）はその側面図（内部の絞り穴を破線及び一点鎖線で示す）。
【図７】（ａ）は本実施例２に使用されるキャップを斜め上方から示す斜視図、（ｂ）はそのキャップを斜め下方から示す斜視図。
【図８】本発明の実施例３に使用されるキャップを示す側断面図。
【図９】本発明の実施例４に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１０】本発明の実施例５に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１１】本発明の実施例６に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１２】本発明の実施例７に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１３】本発明の実施例８に使用されるキャップを示す側断面図。
【図１４】従来の分子線源セルを説明するための図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 坩堝
１ａ 開口部
１ｂ 括れ部
１ｃ 開口部の下方近傍部分（括れ部・テーパ状部分）
２，３，４，５，６，７，８，９ キャップ
２ａ，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａ 絞り穴
２ｂ，３ｂ，４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂ，８ｂ，９ｂ 共通穴
２ｃ，３ｃ，４ｃ，５ｃ，６ｃ，７ｃ，８ｃ，９ｃ キャップの底部
３ｄ キャップの側面
３ｅ キャップの上面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被蒸着基板に対向する開口部を有する坩堝と、前記坩堝内に充填される分子線材料を加熱し蒸発させ、発生した蒸発分子を前記開口部から分子線として放出させるためのヒータとを備えた分子線源セルであって、
前記坩堝の開口部にはキャップが配置されており、
前記キャップは、その全体が前記開口部の中心軸方向に沿って約６ｍｍ以上の厚みを有するように形成されており、且つ、その内部には、前記キャップの底部の略中心から前記坩堝の開口部の外周又はその近傍へ延びる複数の絞り穴であって、前記開口部の中心軸方向に対して約１５〜６０度の範囲内で傾斜する複数の絞り穴が、略放射状に形成されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項２】
請求項１において、
前記キャップの絞り穴は、その内径が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項３】
請求項１において、
前記キャップは、その外形が、前記開口部の中心軸に対して垂直な断面の面積が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項４】
請求項１において、
前記キャップは、セラミック材料により一体に成形されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項１】
被蒸着基板に対向する開口部を有する坩堝と、前記坩堝内に充填される分子線材料を加熱し蒸発させ、発生した蒸発分子を前記開口部から分子線として放出させるためのヒータとを備えた分子線源セルであって、
前記坩堝の開口部にはキャップが配置されており、
前記キャップは、その全体が前記開口部の中心軸方向に沿って約６ｍｍ以上の厚みを有するように形成されており、且つ、その内部には、前記キャップの底部の略中心から前記坩堝の開口部の外周又はその近傍へ延びる複数の絞り穴であって、前記開口部の中心軸方向に対して約１５〜６０度の範囲内で傾斜する複数の絞り穴が、略放射状に形成されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項２】
請求項１において、
前記キャップの絞り穴は、その内径が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項３】
請求項１において、
前記キャップは、その外形が、前記開口部の中心軸に対して垂直な断面の面積が蒸発分子の進行方向に沿って徐々に増大するように形成されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【請求項４】
請求項１において、
前記キャップは、セラミック材料により一体に成形されている、ことを特徴とする分子線源セル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−４０６１５（Ｐ２００９−４０６１５Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０４２３５（Ｐ２００７−２０４２３５）
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【出願人】（５９１０９７６３２）長州産業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月６日（２００７．８．６）
【出願人】（５９１０９７６３２）長州産業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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