JP2723906B2 - 薄膜結晶成長制御方法 - Google Patents
薄膜結晶成長制御方法Info
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- JP2723906B2 JP2723906B2 JP63127263A JP12726388A JP2723906B2 JP 2723906 B2 JP2723906 B2 JP 2723906B2 JP 63127263 A JP63127263 A JP 63127263A JP 12726388 A JP12726388 A JP 12726388A JP 2723906 B2 JP2723906 B2 JP 2723906B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、気相成長法薄膜作製装置（CVD装置）、特
に有機金属ガス化学的気相成長法装置（MOCVD法装置）
を用いた原子層エピタキシー技術に係り、GaAsやAlAsな
どによる超格子デバイス（ヘテロ接合デバイス）などの
作製に適した薄膜結晶成長制御方法に関する。
に有機金属ガス化学的気相成長法装置（MOCVD法装置）
を用いた原子層エピタキシー技術に係り、GaAsやAlAsな
どによる超格子デバイス（ヘテロ接合デバイス）などの
作製に適した薄膜結晶成長制御方法に関する。
従来技術 近年、異種の半導体を原子層オーダで積層して得たヘ
テロ接合デバイスや超格子デバイスは、電子の波動性や
量子性を利用した新規な超高速の電子デバイスや新規な
発光・受光・変調デバイスとして大きく発展しつつあ
る。
テロ接合デバイスや超格子デバイスは、電子の波動性や
量子性を利用した新規な超高速の電子デバイスや新規な
発光・受光・変調デバイスとして大きく発展しつつあ
る。
これらのデバイス特性の向上のためには、急峻なヘテ
ロ接合界面の形成や、平坦性のよい薄膜結晶面の形成が
必要である。このためには、原子層オーダで気相成長の
制御を行う必要がある。
ロ接合界面の形成や、平坦性のよい薄膜結晶面の形成が
必要である。このためには、原子層オーダで気相成長の
制御を行う必要がある。
ここに、現在、このような単原子相オーダでの薄膜結
晶成長の制御がMBE（分子ビームエピタキシー）装置で
は可能となつている。これは、MBE装置内に設置させた
基板上に結晶が成長している時に、この成長結晶面に電
子ビームを照射しその鏡面反射ビーム強度をモニター
し、その強度の振動が結晶の１原子層成長に対応するこ
とが解明されたことによるものであり、反射強度の振動
をフイードバツクして分子ビームのシヤツター開閉の制
御により実現するようにしている。また、MBE装置によ
る場合、この装置が10-11Torrという高真空空間である
ために、電子線回折をその場観察（モニター）手段とし
て採用できることからも可能となつたものである。
晶成長の制御がMBE（分子ビームエピタキシー）装置で
は可能となつている。これは、MBE装置内に設置させた
基板上に結晶が成長している時に、この成長結晶面に電
子ビームを照射しその鏡面反射ビーム強度をモニター
し、その強度の振動が結晶の１原子層成長に対応するこ
とが解明されたことによるものであり、反射強度の振動
をフイードバツクして分子ビームのシヤツター開閉の制
御により実現するようにしている。また、MBE装置によ
る場合、この装置が10-11Torrという高真空空間である
ために、電子線回折をその場観察（モニター）手段とし
て採用できることからも可能となつたものである。
より詳細には、「電総研ニユース、416号（1984
年）」などの文献において、「MBE装置による位相制御
エピタキシー法」などとして知られている。
年）」などの文献において、「MBE装置による位相制御
エピタキシー法」などとして知られている。
一方、超格子デバイスやヘテロ接合デバイスを成膜す
る有力な方法として、MOCVD法がある。第２図は従来のM
OCVD装置を概念的に示すものである。まず、純化装置１
を通したH2ガスを流量コントローラ２を介してバブラ3,
4内に所定量吹き込んで飽和蒸気を作り、トリメチルガ
リウム（TMG）やトリメチルアルミニウム（TMA）などの
有機金属ガスを反応炉５へ導入させる。これらのTMGやT
MAなどの有機金属ガスは、ボンベ６から供給されたAsH3
と反応し、支持体７により反応炉５内に支持された基板
８上にGaAsやAlAsなどの薄膜結晶が形成される。９は高
周波コイルである。ここに、AlAs結晶層及びGaAs結晶層
の厚さの制御は、予め計算されたガス量を交互に流すよ
うにバルブの開閉を行うことによる。
る有力な方法として、MOCVD法がある。第２図は従来のM
OCVD装置を概念的に示すものである。まず、純化装置１
を通したH2ガスを流量コントローラ２を介してバブラ3,
4内に所定量吹き込んで飽和蒸気を作り、トリメチルガ
リウム（TMG）やトリメチルアルミニウム（TMA）などの
有機金属ガスを反応炉５へ導入させる。これらのTMGやT
MAなどの有機金属ガスは、ボンベ６から供給されたAsH3
と反応し、支持体７により反応炉５内に支持された基板
８上にGaAsやAlAsなどの薄膜結晶が形成される。９は高
周波コイルである。ここに、AlAs結晶層及びGaAs結晶層
の厚さの制御は、予め計算されたガス量を交互に流すよ
うにバルブの開閉を行うことによる。
このようなMOCVD方式は、薄膜を形成する上で、量産
性、大面積化に特に優れており、気相成長の精密制御手
法の開発が熱望されている。しかし、このようなMOCVD
装置では、装置空間内に有機金属ガスを導入するので高
真空空間ではなく（最も一般的な圧力範囲は0.25〜100T
orr程度）、MBE装置方式のように、その場観察的手法で
電子線回折を行わせるのは不可能である。つまり、MOCV
D法による場合には、薄膜の単原子形成のモニター手段
が存在せず、成膜制御が困難な現状にある。これは、光
CVD法でも同様である。
性、大面積化に特に優れており、気相成長の精密制御手
法の開発が熱望されている。しかし、このようなMOCVD
装置では、装置空間内に有機金属ガスを導入するので高
真空空間ではなく（最も一般的な圧力範囲は0.25〜100T
orr程度）、MBE装置方式のように、その場観察的手法で
電子線回折を行わせるのは不可能である。つまり、MOCV
D法による場合には、薄膜の単原子形成のモニター手段
が存在せず、成膜制御が困難な現状にある。これは、光
CVD法でも同様である。
目的 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、MOCV
D法成膜装置等を用いて超格子薄膜を作製する際に、そ
の場観察的なモニターを可能とし、単原子層制御を可能
とし、気相成長成膜法の利点を最大限発揮させ得る薄膜
結晶成長制御方法を提供することを目的とする。
D法成膜装置等を用いて超格子薄膜を作製する際に、そ
の場観察的なモニターを可能とし、単原子層制御を可能
とし、気相成長成膜法の利点を最大限発揮させ得る薄膜
結晶成長制御方法を提供することを目的とする。
構成 本発明は、上記目的を達成するため、気相成長法薄膜
作製装置を用いて基板上に超格子薄膜を成膜形成する
際、1.0ないし40.0KeVのエネルギー範囲の白色又は単色
のＸ線を細い光束に絞つて成膜中の前記基板表面に対し
臨界角以下の入射角で入射させ、前記基板上の成長膜か
らの全反射Ｘ線を受光しＸ線の全反射強度の変動を検出
し、この検出結果をフイードバツクさせて導入ガス切換
え用弁を開閉制御することを特徴とする。
作製装置を用いて基板上に超格子薄膜を成膜形成する
際、1.0ないし40.0KeVのエネルギー範囲の白色又は単色
のＸ線を細い光束に絞つて成膜中の前記基板表面に対し
臨界角以下の入射角で入射させ、前記基板上の成長膜か
らの全反射Ｘ線を受光しＸ線の全反射強度の変動を検出
し、この検出結果をフイードバツクさせて導入ガス切換
え用弁を開閉制御することを特徴とする。
以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。基本的には、第２図に示したMOCVD装置を用いて超
格子薄膜を基板８上に作製するものであり、第２図で示
した部分と同一部分は同一符号を用いて示す。
る。基本的には、第２図に示したMOCVD装置を用いて超
格子薄膜を基板８上に作製するものであり、第２図で示
した部分と同一部分は同一符号を用いて示す。
まず、反応炉５内に配設された成膜用の基板８表面に
対してＸ線を照射させるＸ線源10が設けられている。こ
のＸ線源10が発するＸ線としては白色又は単色のＸ線、
具体的には1.0〜40.0KeV程度のエネルギー範囲内に属す
るエネルギーを持つものがよい。このＸ線源10から発せ
られたＸ線は第１スリツト11により細い光束に絞られて
から基板８表面の成長膜上に照射される。ここに、この
基板８表面に対するＸ線光束の入射角は、全反射が起こ
る臨界角以下であり、入射後に全反射するように設定さ
れている。例えば、CuKα線（8.040KeV）のＸ線を用い
た場合、基板８上の成長膜GaAsの全反射臨界角は18.9′
（＝5.5ミリラジアン）であるので、入射角がこの臨界
角より小さくなるように設定してＸ線光束を基板上成長
膜表面に照射させれば、全反射する。このような成長膜
表面からの全反射Ｘ線を第２スリツト12を通した後、受
光検出するＸ線検出器13が設けられている。このＸ線検
出器13はＸ線の全反射強度の変動をその場観察的にモニ
ターするものである。
対してＸ線を照射させるＸ線源10が設けられている。こ
のＸ線源10が発するＸ線としては白色又は単色のＸ線、
具体的には1.0〜40.0KeV程度のエネルギー範囲内に属す
るエネルギーを持つものがよい。このＸ線源10から発せ
られたＸ線は第１スリツト11により細い光束に絞られて
から基板８表面の成長膜上に照射される。ここに、この
基板８表面に対するＸ線光束の入射角は、全反射が起こ
る臨界角以下であり、入射後に全反射するように設定さ
れている。例えば、CuKα線（8.040KeV）のＸ線を用い
た場合、基板８上の成長膜GaAsの全反射臨界角は18.9′
（＝5.5ミリラジアン）であるので、入射角がこの臨界
角より小さくなるように設定してＸ線光束を基板上成長
膜表面に照射させれば、全反射する。このような成長膜
表面からの全反射Ｘ線を第２スリツト12を通した後、受
光検出するＸ線検出器13が設けられている。このＸ線検
出器13はＸ線の全反射強度の変動をその場観察的にモニ
ターするものである。
このＸ線検出器13による検出結果は、フイードバツク
制御用のエアバルブ制御回路14にフイードバツクされ、
バブラ3,4、ボンベ６等から反応炉５に対するガス配管
系15中に適宜配設された複数のガス切換え用弁としての
エアーバルブ16の開閉、即ちTMGガスとTMAガスとの切換
えがＸ線の全反射強度の変動検出結果に応じて制御され
る。17はニードルバルブである。
制御用のエアバルブ制御回路14にフイードバツクされ、
バブラ3,4、ボンベ６等から反応炉５に対するガス配管
系15中に適宜配設された複数のガス切換え用弁としての
エアーバルブ16の開閉、即ちTMGガスとTMAガスとの切換
えがＸ線の全反射強度の変動検出結果に応じて制御され
る。17はニードルバルブである。
このように、本実施例によれば、成膜中の基板８上の
薄膜結晶層表面でのＸ線の全反射強度の変動により原子
層の成長具合をその場観察的にモニターして、その結果
によるフイードバツク制御によりガス切換えタイミング
制御するようにしたので、超格子薄膜作製において量産
用として有望なMOCVD装置でも、MBE装置による場合と同
様に、単原子層の制御が可能となつたものである。これ
は、同様に反応空間内にガスを導入する光CVD装置を用
いる場合でも適用できる。
薄膜結晶層表面でのＸ線の全反射強度の変動により原子
層の成長具合をその場観察的にモニターして、その結果
によるフイードバツク制御によりガス切換えタイミング
制御するようにしたので、超格子薄膜作製において量産
用として有望なMOCVD装置でも、MBE装置による場合と同
様に、単原子層の制御が可能となつたものである。これ
は、同様に反応空間内にガスを導入する光CVD装置を用
いる場合でも適用できる。
効果 本発明は、上述したように、Ｘ線を臨界角以下の入射
角で基板上の成膜中薄膜結晶層表面に入射させ、その表
面でのＸ線の全反射強度の変動により原子層の成長具合
をその場観察的にモニターして、その結果によるフイー
ドバツク制御によりガス切換え弁の開閉タイミングを制
御するようにしたので、超格子薄膜作製において量産用
として有望なMOCVD装置等による膜作製においても、単
原子層の制御が可能となる。
角で基板上の成膜中薄膜結晶層表面に入射させ、その表
面でのＸ線の全反射強度の変動により原子層の成長具合
をその場観察的にモニターして、その結果によるフイー
ドバツク制御によりガス切換え弁の開閉タイミングを制
御するようにしたので、超格子薄膜作製において量産用
として有望なMOCVD装置等による膜作製においても、単
原子層の制御が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を概念的に示す概略正面図、
第２図はMOCVD装置の従来例を概念的に示す概略正面図
である。 ８……基板、16……導入ガス切換え用弁
第２図はMOCVD装置の従来例を概念的に示す概略正面図
である。 ８……基板、16……導入ガス切換え用弁
Claims (1)
- 【請求項１】気相成長法薄膜作製装置を用いて基板上に
超格子薄膜を成膜形成する際、1.0ないし40.0KeVのエネ
ルギー範囲の白色又は単色のＸ線を細い光束に絞つて成
膜中の前記基板表面に対し臨界角以下の入射角で入射さ
せ、前記基板上の成長膜からの全反射Ｘ線を受光しＸ線
の全反射強度の変動を検出し、この検出結果をフイード
バツクさせて導入ガス切換え用弁を開閉制御することを
特徴とする薄膜結晶成長制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63127263A JP2723906B2 (ja) | 1988-05-25 | 1988-05-25 | 薄膜結晶成長制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63127263A JP2723906B2 (ja) | 1988-05-25 | 1988-05-25 | 薄膜結晶成長制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01296614A JPH01296614A (ja) | 1989-11-30 |
| JP2723906B2 true JP2723906B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=14955703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63127263A Expired - Fee Related JP2723906B2 (ja) | 1988-05-25 | 1988-05-25 | 薄膜結晶成長制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723906B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06105682B2 (ja) * | 1992-04-07 | 1994-12-21 | 東京工業大学長 | Ｘ線露光マスクの作製法 |
| EP0875409B1 (de) * | 1997-04-28 | 2002-11-27 | Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft | Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug und Verfahren für die Bildung einer Abgasanlage |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190297A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 有機金属気相結晶成長方法 |
| JPS6364290A (ja) * | 1986-09-05 | 1988-03-22 | 株式会社日立製作所 | Ｅｌ素子製造装置 |
-
1988
- 1988-05-25 JP JP63127263A patent/JP2723906B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01296614A (ja) | 1989-11-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |