JP5024923B2 - Thin film manufacturing apparatus, thin film manufacturing method, and film thickness control method - Google Patents
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Description
この発明は、薄膜製造装置、薄膜製造方法および膜厚制御方法に関し、特に、目標膜厚を有する薄膜を成長可能な薄膜製造装置、薄膜製造方法および膜厚制御方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus, a thin film manufacturing method, and a film thickness control method, and more particularly to a thin film manufacturing apparatus, a thin film manufacturing method, and a film thickness control method capable of growing a thin film having a target film thickness.
近年、LAN(Local Area Network)および光インターコネクション用の光源として、またはコピー機用の光源として垂直共振器型の面発光レーザ素子が使用されるようになってきている。 In recent years, vertical cavity surface emitting laser elements have come to be used as light sources for LAN (Local Area Network) and optical interconnection, or as light sources for copiers.
面発光レーザ素子は、従来の端面発光型半導体レーザに比べて、低消費電力であり、また製造工程で劈開が不要でウェハ状態で素子の検査が可能であるため低コスト化に優れた特徴を有している。 Surface-emitting laser elements have lower power consumption than conventional edge-emitting semiconductor lasers, and are excellent in cost reduction because they can be inspected in the wafer state without the need for cleavage in the manufacturing process. Have.
そして、面発光レーザ素子は、半導体基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長によって積層して製造される。 The surface emitting laser element is manufactured by laminating a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate by epitaxial growth.
従来、面発光レーザ素子用の複数の半導体層を結晶成長させる場合、予め別のサンプルを基板上に結晶成長しておき、これを、一旦、装置の外へ取り出して反射スペクトルを測定することにより、半導体層の光学厚さの計測を行ない、半導体層の成長速度を予め求め、その求めた成長速度を用いて面発光レーザ素子用の複数の半導体層を結晶成長する。 Conventionally, when a plurality of semiconductor layers for a surface emitting laser element are crystal-grown, another sample is crystal-grown on a substrate in advance, and this is once taken out of the apparatus and the reflection spectrum is measured. Then, the optical thickness of the semiconductor layer is measured, the growth rate of the semiconductor layer is obtained in advance, and a plurality of semiconductor layers for the surface emitting laser element are crystal-grown using the obtained growth rate.
しかし、このような方法では、結晶成長ごとに各半導体層の成長速度がばらついた場合、そのばらつきがそのまま作製した面発光レーザ素子のばらつきになってしまう。特に、面発光レーザ素子は、活性層の両側に配置された多層膜反射鏡、共振器構造および各部の膜厚が正確に一致することによって、設計どおりの特性を得ることができるため、面発光レーザ素子を構成する複数の半導体層を正確に設計どおりに結晶成長させることは非常に重要である。 However, in such a method, when the growth rate of each semiconductor layer varies for each crystal growth, the variation becomes the variation of the surface emitting laser element manufactured as it is. In particular, the surface emitting laser element can obtain the characteristics as designed by accurately matching the multilayer mirrors disposed on both sides of the active layer, the resonator structure, and the thickness of each part. It is very important to grow a plurality of semiconductor layers constituting a laser element precisely as designed.
このような理由から、従来、結晶成長の際に、結晶成長途中で結晶の膜厚を評価するシステムが提案されている(特許文献1)。特許文献1においては、2波長のモニタ光を用い、その波長における反射光をモニターし、光学膜厚に依存したファブリペロ振動を計測することによって半導体層の成長時に膜厚をモニターする方法が提案されている。 For these reasons, a system for evaluating the film thickness of a crystal during crystal growth has been proposed (Patent Document 1). Patent Document 1 proposes a method of monitoring film thickness during growth of a semiconductor layer by using two wavelengths of monitor light, monitoring reflected light at that wavelength, and measuring Fabry-Perot vibration depending on the optical film thickness. ing.
また、特定波長におけるファブリペロ振動を計測することによって半導体層の成長時に膜厚をほぼリアルタイムでモニターするための装置が提案されている(特許文献2)。
しかし、従来のリアルタイムの光学モニターを通常の有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)によって結晶成長を行なうMOCVD装置に適用した場合、成長開始のバルブ開のタイミングで膜厚の計測を開始し、光学モニターで膜厚を計測しつつ、その計測した膜厚が目標膜厚に到達するタイミングで成長停止のバルブ閉を行なう。 However, when the conventional real-time optical monitor is applied to an MOCVD apparatus for crystal growth by a normal metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, the film thickness is measured at the timing of opening the valve at the start of growth. Then, while measuring the film thickness with an optical monitor, the growth stop valve is closed when the measured film thickness reaches the target film thickness.
その結果、バルブを閉じるタイミングと、原料が完全に停止されるタイミングとの間に、ずれが生じ、実際に結晶成長された半導体層の膜厚が目標膜厚からずれるという問題がある。 As a result, there is a problem that a deviation occurs between the timing at which the valve is closed and the timing at which the raw material is completely stopped, and the film thickness of the semiconductor layer in which crystal is actually grown deviates from the target film thickness.
通常、この膜厚のずれ量は、小さいが、面発光レーザ素子に用いられる分布ブラッグ反射器は、数十nmの薄膜の積層構造からなるため、一層当たりに生じる膜厚のずれ量が分布ブラッグ反射器全体では大きなずれ量になるため、一層当たりに生じる膜厚のずれ量が無視できないという問題がある。 Normally, the amount of film thickness deviation is small, but the distributed Bragg reflector used in the surface emitting laser element has a laminated structure of thin films of several tens of nanometers. Since there is a large amount of deviation in the entire reflector, there is a problem that the amount of film thickness deviation per layer cannot be ignored.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、目標膜厚を有する薄膜を製造可能な薄膜製造装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a thin film manufacturing apparatus capable of manufacturing a thin film having a target film thickness.
また、この発明の別の目的は、目標膜厚を有する薄膜を製造可能な薄膜製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a thin film manufacturing method capable of manufacturing a thin film having a target film thickness.
さらに、この発明の別の目的は、薄膜の膜厚を目標膜厚に制御可能な膜厚制御方法を提供することである。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a film thickness control method capable of controlling the film thickness of a thin film to a target film thickness.
この発明によれば、薄膜製造装置は、反応容器と、供給手段と、検出手段と、制御手段と、停止手段とを備える。反応容器は、薄膜を成長させる。供給手段は、薄膜を成長させるための原料を反応容器に供給する。検出手段は、反応容器内で成長した薄膜の膜厚をファブリペロ振動を用いて検出する。制御手段は、検出手段によって検出された膜厚が目標膜厚から過剰膜厚だけ薄い制御上の目標膜厚に達すると、原料の反応容器への供給を停止するための停止信号を生成する。停止手段は、制御手段からの停止信号に応じて、原料の反応容器への供給を停止する。そして、過剰膜厚は、原料の反応容器への供給が停止された第1のタイミングから薄膜の成長が反応容器内において実際に停止される第2のタイミングまでの間に成長する薄膜の膜厚である。また、供給手段による原料の供給、検出手段による膜厚の検出、制御手段による停止信号の生成、及び停止手段による原料の供給停止から成るサイクルは、複数回行われ、制御手段は、1回目の停止信号を生成する際の基準となる制御上の目標膜厚を、予め実測された過剰膜厚を用いて演算し、2回目以降の停止信号を生成する際の基準となる制御上の目標膜厚を、検出手段によって検出された膜厚を用いて補正された過剰膜厚である補正過剰膜厚を用いて演算する。 According to this invention, the thin film manufacturing apparatus includes a reaction vessel, a supply unit, a detection unit, a control unit, and a stop unit. The reaction vessel grows a thin film. A supply means supplies the raw material for growing a thin film to a reaction container. The detecting means detects the film thickness of the thin film grown in the reaction vessel using Fabry-Perot vibration . The control means generates a stop signal for stopping the supply of the raw material to the reaction vessel when the film thickness detected by the detection means reaches a control target film thickness that is thinner than the target film thickness by an excess film thickness. The stop means stops the supply of the raw material to the reaction vessel in response to a stop signal from the control means. The excess film thickness is the film thickness of the thin film that grows from the first timing when the supply of the raw material to the reaction vessel is stopped to the second timing when the growth of the thin film is actually stopped in the reaction vessel. It is. In addition, a cycle consisting of the supply of the raw material by the supply means, the detection of the film thickness by the detection means, the generation of the stop signal by the control means, and the stop of the supply of the raw material by the stop means is performed a plurality of times. The target film thickness for control used as a reference when generating the stop signal is calculated using the excessive film thickness measured in advance, and the target film for control used as the reference when generating the second and subsequent stop signals is calculated. The thickness is calculated using the corrected excessive film thickness, which is the excessive film thickness corrected using the film thickness detected by the detecting means .
好ましくは、薄膜は、材料および/または組成が異なる複数の層を積層した積層膜からなる。検出手段は、複数の層のうちの1つの層が成長する毎に1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出する。制御手段は、検出手段によって1つの層の膜厚が検出される毎に、1つの層の過剰膜厚を補正する。 Preferably, the thin film is a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are laminated. The detecting means detects the film thickness of one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows. The control unit corrects the excessive film thickness of one layer each time the film thickness of one layer is detected by the detection unit.
好ましくは、薄膜は、材料および/または組成が異なる複数の層を交互に目標積層数だけ積層した積層膜からなる。検出手段は、複数の層のうちの1つの層が成長する毎に1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出する。制御手段は、積層膜が目標積層数よりも少ない所定積層数だけ積層されたとき複数の層の各層における過剰膜厚の平均値を検出手段によって検出された各層の膜厚を用いて演算し、その演算した平均値を用いて各層の過剰膜厚を補正する。 Preferably, the thin film is a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are alternately laminated by a target number of layers. The detecting means detects the film thickness of one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows. The control means calculates the average value of the excess film thickness in each layer of the plurality of layers using the film thickness of each layer detected by the detection means when the laminated film is laminated by a predetermined number of laminations less than the target lamination number, The excess film thickness of each layer is corrected using the calculated average value.
好ましくは、検出手段は、任意の波長における薄膜の反射率の変化を計測して薄膜の膜厚を検出する。 Preferably, the detection means detects the film thickness of the thin film by measuring a change in the reflectance of the thin film at an arbitrary wavelength.
好ましくは、供給手段は、バルブを開けることによって原料を反応容器へ供給する。停止手段は、バルブを閉じることによって原料の反応容器への供給を停止する。 Preferably, the supply means supplies the raw material to the reaction vessel by opening a valve. The stop means stops the supply of the raw material to the reaction vessel by closing the valve.
好ましくは、薄膜は、第1の屈折率を有する第1の結晶半導体層と、第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の結晶半導体層とを交互に目標周期数だけ積層した多層膜からなる。制御手段は、検出手段によって検出された第1の結晶半導体層の膜厚である第1の膜厚が第1の結晶半導体層の目標膜厚である第1の目標膜厚から第1の結晶半導体層の過剰膜厚である第1の過剰膜厚だけ薄い制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成し、検出手段によって検出された第2の結晶半導体層の膜厚である第2の膜厚が第2の結晶半導体層の目標膜厚である第2の目標膜厚から第2の結晶半導体層の過剰膜厚である第2の過剰膜厚だけ薄い制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成するとともに、多層膜の周期数が目標周期数に達すると第3の停止信号を生成する。停止手段は、制御手段からの第1の停止信号に応じて第1の原料の反応容器への供給を停止し、制御手段からの第2の停止信号に応じて第2の原料の反応容器への供給を停止するとともに、制御手段からの第3の停止信号に応じて第1および第2の原料の反応容器への供給を停止する。供給手段は、制御手段からの第1の停止信号に応じて第2の原料を反応容器へ供給し、制御手段からの第2の停止信号に応じて第1の原料を反応容器へ供給する。 Preferably, the thin film is formed by alternately stacking a first crystalline semiconductor layer having a first refractive index and a second crystalline semiconductor layer having a second refractive index different from the first refractive index for a target period. It consists of a multilayer film. The control unit is configured to control the first crystal from the first target film thickness in which the first film thickness that is the film thickness of the first crystal semiconductor layer detected by the detection unit is the target film thickness of the first crystal semiconductor layer. A first stop signal is generated when the first target film thickness on control which is thin by the first excessive film thickness which is the excessive film thickness of the semiconductor layer is reached, and the second crystal semiconductor layer detected by the detecting means is detected. Control in which the second film thickness, which is the film thickness, is thinner than the second target film thickness, which is the target film thickness of the second crystal semiconductor layer, by a second excess film thickness, which is the excessive film thickness of the second crystal semiconductor layer. A second stop signal is generated when the second target film thickness is reached, and a third stop signal is generated when the number of periods of the multilayer film reaches the target number of periods. The stop means stops the supply of the first raw material to the reaction vessel in response to the first stop signal from the control means, and transfers to the second raw material reaction vessel in response to the second stop signal from the control means. And the supply of the first and second raw materials to the reaction vessel is stopped in response to a third stop signal from the control means. The supply means supplies the second raw material to the reaction vessel in response to the first stop signal from the control means, and supplies the first raw material to the reaction vessel in response to the second stop signal from the control means.
好ましくは、制御手段は、多層膜が目標周期数よりも少ない所定周期数だけ積層されたときに検出手段によって検出された第1および第2の膜厚を用いて第1および第2の過剰膜厚を補正してそれぞれ第1および第2の補正過剰膜厚を演算し、その演算した第1および第2の補正過剰膜厚を用いてそれぞれ制御上の第1および第2の目標膜厚を演算するとともに、多層膜が所定周期数よりも多く積層されたときに検出手段によって検出された第1の膜厚が演算した制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成し、検出手段によって検出された第2の膜厚が演算した制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する。 Preferably, the control means uses the first and second excess films detected by the detection means when the multilayer film is laminated by a predetermined number of cycles less than the target number of cycles. The first and second corrected excess film thicknesses are calculated by correcting the thicknesses, respectively, and the first and second target film thicknesses for control are calculated using the calculated first and second corrected excess film thicknesses, respectively. When the first film thickness detected by the detection means reaches the calculated first target film thickness when the multilayer film is laminated more than the predetermined number of cycles, a first stop signal is generated. When the second film thickness generated and detected by the detection means reaches the calculated second target film thickness on control, a second stop signal is generated.
好ましくは、検出手段は、多層膜が目標周期数よりも少ない所定周期数だけ積層されると、所定周期分の多層膜の膜厚である途中膜厚を検出する。制御手段は、多層膜が所定周期数だけ積層されると、検出手段によって検出された途中膜厚に基づいて多層膜が所定周期数だけ積層されたときの第1の膜厚の第1の平均値と第2の膜厚の第2の平均値とを演算し、その演算した第1および第2の平均値を用いて第1および第2の過剰膜厚を補正してそれぞれ第1および第2の補正過剰膜厚を演算し、その演算した第1および第2の補正過剰膜厚を用いてそれぞれ制御上の第1および第2の目標膜厚を演算するとともに、多層膜が所定周期数よりも多く積層されたときに検出手段によって検出された第1の膜厚が演算した制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成し、検出手段によって検出された第2の膜厚が演算した制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する。 Preferably, when the multilayer film is laminated by a predetermined number of cycles less than the target number of cycles, the detection unit detects an intermediate film thickness that is the thickness of the multilayer film for a predetermined cycle. When the multilayer film is laminated by a predetermined number of cycles, the control unit is configured to provide a first average of the first film thicknesses when the multilayer film is laminated by the predetermined number of cycles based on the intermediate film thickness detected by the detection unit. And the second average value of the second film thickness are calculated, and the first and second excess film thicknesses are corrected using the calculated first and second average values, respectively. 2 is calculated, and the first and second target film thicknesses for control are calculated using the calculated first and second corrected excessive film thicknesses, respectively, and the multilayer film has a predetermined number of cycles. When the first film thickness detected by the detection means reaches a first target film thickness calculated by the detection means when more layers are stacked, a first stop signal is generated, and the first stop signal detected by the detection means is generated. Generates a second stop signal when the film thickness of 2 reaches the calculated second target film thickness on control. That.
好ましくは、制御手段は、多層膜が目標周期数だけ積層されたときの多層膜の反射率のピーク波長が目標波長になるように第1および第2の補正過剰膜厚を演算する。 Preferably, the control unit calculates the first and second corrected excess film thicknesses so that the peak wavelength of the reflectance of the multilayer film when the multilayer film is stacked by the target number of cycles becomes the target wavelength.
好ましくは、第1および第2の結晶半導体層の各々は、化合物半導体からなる。 Preferably, each of the first and second crystalline semiconductor layers is made of a compound semiconductor.
好ましくは、多層膜は、面発光レーザ素子の活性層の両側に配置される分布ブラッグ反射鏡を構成する。 Preferably, the multilayer film constitutes a distributed Bragg reflector disposed on both sides of the active layer of the surface emitting laser element.
好ましくは、薄膜は、検出手段による膜厚の検出限界以上の膜厚を有する第1の薄膜と、検出手段による膜厚の検出限界よりも薄い膜厚を有する第2の薄膜とを含む。検出手段は、薄膜に任意の波長を有する光を照射するとともに、照射した光の薄膜からの反射光を検出する。制御手段は、検出手段からの反射光の位相変化量が薄膜全体の目標膜厚に対応する目標位相変化量になると、停止信号を生成する。 Preferably, the thin film includes a first thin film having a thickness equal to or greater than a detection limit of the film thickness by the detection means, and a second thin film having a thickness smaller than the detection limit of the film thickness by the detection means. The detection means irradiates the thin film with light having an arbitrary wavelength and detects reflected light from the thin film of the irradiated light. The control means generates a stop signal when the phase change amount of the reflected light from the detection means reaches the target phase change amount corresponding to the target film thickness of the entire thin film.
好ましくは、第1の薄膜は、面発光レーザ素子の活性層の一方側に配置された第1の結晶半導体層と、活性層を中心にして第1の結晶半導体層の反対側に配置された第2の結晶半導体層とを含む。第2の薄膜は、各々が活性層に含まれる量子井戸層を構成する複数の第3の結晶半導体層と、各々が活性層に含まれる障壁層を構成する複数の第4の結晶半導体層とを含む。複数の第3の結晶半導体層は、複数の第4の結晶半導体層と交互に積層される。複数の第3および第4の結晶半導体層は、第1および第2の結晶半導体層間に配置される。 Preferably, the first thin film is disposed on one side of the active layer of the surface emitting laser element and on the opposite side of the first crystal semiconductor layer with the active layer as a center. A second crystalline semiconductor layer. The second thin film includes a plurality of third crystal semiconductor layers each forming a quantum well layer included in the active layer, and a plurality of fourth crystal semiconductor layers each forming a barrier layer included in the active layer, including. The plurality of third crystal semiconductor layers are alternately stacked with the plurality of fourth crystal semiconductor layers. The plurality of third and fourth crystal semiconductor layers are arranged between the first and second crystal semiconductor layers.
好ましくは、第1の結晶半導体層、第2の結晶半導体層、複数の第3の結晶半導体層および複数の第4の結晶半導体層の各々は、化合物半導体からなる。 Preferably, each of the first crystal semiconductor layer, the second crystal semiconductor layer, the plurality of third crystal semiconductor layers, and the plurality of fourth crystal semiconductor layers is made of a compound semiconductor.
好ましくは、反応容器は、原料供給部を有する。検出手段は、原料供給部の略中央部に設けられた光学ポートを介して薄膜の膜厚を検出する。供給手段は、光学ポートの周囲から原料を反応容器へ供給する。 Preferably, the reaction vessel has a raw material supply unit. The detection means detects the film thickness of the thin film via an optical port provided at a substantially central portion of the raw material supply unit. The supply means supplies the raw material to the reaction vessel from around the optical port.
また、この発明によれば、薄膜製造方法は、供給手段が薄膜を成長させるための原料を反応容器に供給する第1のステップと、検出手段が反応容器内で成長した薄膜の膜厚をファブリペロ振動を用いて検出する第2のステップと、停止手段が検出された膜厚が目標膜厚から過剰膜厚だけ薄い制御上の目標膜厚に達すると、原料の反応容器への供給を停止する第3のステップとを備える。そして、過剰膜厚は、原料の反応容器への供給が停止された後に反応容器内において実際に成長した薄膜の膜厚である。また、第3のステップは、演算手段が目標膜厚から過剰膜厚を減算して制御上の目標膜厚を演算する第1のサブステップと、生成手段が、検出された膜厚が演算された制御上の目標膜厚に達すると停止信号を生成する第2のサブステップと、停止手段が生成された停止信号に応じて原料の反応容器への供給を停止する第3のサブステップと、補正手段が検出手段によって検出された膜厚を用いて過剰膜厚を補正し、その補正後の過剰膜厚である補正過剰膜厚を生成する第4のサブステップとを含む。そして、前記第1、第2及び第3のステップから成るサイクルは、複数回行われ、演算手段は、1回目の第1のサブステップにおいて、予め実測された過剰膜厚を用いて制御上の目標膜厚を演算し、2回目以降の第1のサブステップにおいて、補正過剰膜厚を用いて制御上の目標膜厚を演算する。 Further, the Fabry-Perot according to the present invention, thin film manufacturing method includes a first step raw materials supplied to the reaction vessel for supplying means to grow the thin film, the thickness of the thin film detecting means is grown in the reaction vessel The second step of detecting using vibration, and the supply of the raw material to the reaction vessel is stopped when the detected film thickness reaches the control target film thickness that is thinner than the target film thickness by an excess film thickness. A third step. The excess film thickness is the film thickness of the thin film actually grown in the reaction container after the supply of the raw material to the reaction container is stopped. The third step is a first sub-step in which the calculating means subtracts the excess film thickness from the target film thickness to calculate the target film thickness for control, and the generating means calculates the detected film thickness. A second sub-step for generating a stop signal when the control target film thickness is reached, and a third sub-step for stopping the supply of the raw material to the reaction vessel in response to the stop signal generated by the stop means, And a correction unit that corrects the excess film thickness using the film thickness detected by the detection unit, and generates a corrected excess film thickness that is the corrected excess film thickness. The cycle including the first, second, and third steps is performed a plurality of times, and the calculation means performs control in the first sub-step using the excessive film thickness that is measured in advance. The target film thickness is calculated, and the control target film thickness is calculated using the corrected excess film thickness in the first sub-step after the second time.
好ましくは、第3のステップは、演算手段が目標膜厚から過剰膜厚を減算して制御上の目標膜厚を演算する第1のサブステップと、生成手段が、検出された膜厚が演算された制御上の目標膜厚に達すると停止信号を生成する第2のサブステップと、停止手段が生成された停止信号に応じて原料の反応容器への供給を停止する第3のサブステップとを含む。 Preferably, the third step includes a first sub-step in which the calculating means subtracts the excess film thickness from the target film thickness to calculate the target film thickness for control, and the generating means calculates the detected film thickness. A second sub-step for generating a stop signal when the controlled target film thickness is reached, and a third sub-step for stopping the supply of the raw material to the reaction vessel in response to the stop signal generated by the stop means; including.
好ましくは、演算手段は、第1のサブステップにおいて、予め実測された過剰膜厚を用いて制御上の目標膜厚を演算する。 Preferably, in the first sub-step, the calculating means calculates a control target film thickness using an excessive film thickness actually measured in advance.
好ましくは、第3のステップは、補正手段が検出手段によって検出された膜厚を用いて過剰膜厚を補正し、その補正後の過剰膜厚である補正過剰膜厚を生成する第4のサブステップをさらに含む。そして、演算手段は、第1のサブステップにおいて、補正過剰膜厚を用いて制御上の目標膜厚を演算する。 Preferably, in the third step, the correction unit corrects the excess film thickness using the film thickness detected by the detection unit, and generates a corrected excess film thickness that is the corrected excess film thickness. The method further includes a step. Then, in the first sub-step, the calculating means calculates a control target film thickness using the corrected excessive film thickness.
好ましくは、薄膜は、材料および/または組成が異なる複数の層を積層した積層膜からなる。検出手段は、第2のステップにおいて、複数の層のうちの1つの層が成長する毎に1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出する。補正手段は、第4のサブステップにおいて、検出手段によって1つの層の膜厚が検出される毎に、1つの層の過剰膜厚を補正する。 Preferably, the thin film is a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are laminated. In the second step, the detecting means detects the film thickness of one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows. The correction means corrects the excess film thickness of one layer every time the film thickness of one layer is detected by the detection means in the fourth sub-step.
好ましくは、薄膜は、材料および/または組成が異なる複数の層を交互に目標積層数だけ積層した積層膜からなる。検出手段は、第2のステップにおいて、複数の層のうちの1つの層が成長する毎に1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出する。補正手段は、第4のサブステップにおいて、積層膜が目標積層数よりも少ない所定積層数だけ積層されたときの複数の層の各層における過剰膜厚の平均値を検出手段によって検出された各層の膜厚を用いて演算し、その演算した平均値を用いて各層の過剰膜厚を補正する。 Preferably, the thin film is a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are alternately laminated by a target number of layers. In the second step, the detecting means detects the film thickness of one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows. In the fourth sub-step, the correcting unit is configured to detect an average value of excess film thicknesses in each layer of the plurality of layers when the stacked film is stacked by a predetermined number of layers less than the target number of layers. Calculation is performed using the film thickness, and the excessive film thickness of each layer is corrected using the calculated average value.
好ましくは、検出手段は、第2のステップにおいて、任意の波長における薄膜の反射率の変化を計測して薄膜の膜厚を検出する。 Preferably, in the second step, the detection means measures a change in the reflectance of the thin film at an arbitrary wavelength and detects the film thickness of the thin film.
好ましくは、供給手段は、第1のステップにおいて、バルブを開けることによって原料を反応容器へ供給する。停止手段は、第3のステップにおいて、バルブを閉じることによって原料の反応容器への供給を停止する。 Preferably, the supply means supplies the raw material to the reaction vessel by opening a valve in the first step. The stop means stops the supply of the raw material to the reaction vessel by closing the valve in the third step.
好ましくは、薄膜は、第1の屈折率を有する第1の結晶半導体層と、第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の結晶半導体層とを交互に目標周期数だけ積層した多層膜からなる。第1のステップは、供給手段が第1の結晶半導体層を結晶成長するための第1の原料を反応容器へ供給する第1のサブステップと、供給手段が第2の結晶半導体層を結晶成長するための第2の原料を反応容器へ供給する第2のサブステップと、供給手段が、第1の原料の反応容器への供給が停止されると第2の原料を反応容器へ供給する第3のサブステップと、供給手段が、第2の原料の反応容器への供給が停止されると第1の原料を反応容器へ供給する第4のサブステップとを含む。第2のステップは、検出手段が多層膜の結晶成長中の任意のタイミングで1つの第1の結晶半導体層の第1の膜厚を検出する第5のサブステップと、検出手段が任意のタイミングで1つの第2の結晶半導体層の第2の膜厚を検出する第6のサブステップとを含む。第3のステップは、演算手段が第1の結晶半導体層の目標膜厚である第1の目標膜厚から第1の結晶半導体層の過剰膜厚である第1の過剰膜厚を減算して制御上の第1の目標膜厚を演算する第7のサブステップと、演算手段が第2の結晶半導体層の目標膜厚である第2の目標膜厚から第2の結晶半導体層の過剰膜厚である第2の過剰膜厚を減算して制御上の第2の目標膜厚を演算する第8のサブステップと、生成手段が、検出された第1の膜厚が演算された制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成する第9のサブステップと、生成手段が、検出された第2の膜厚が演算された制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する第10のサブステップと、生成手段が、多層膜の周期数が目標周期数に達すると第3の停止信号を生成する第11のサブステップと、停止手段が生成された第1の停止信号に応じて第1の原料の反応容器への供給を停止する第12のサブステップと、停止手段が生成された第2の停止信号に応じて第2の原料の反応容器への供給を停止する第13のサブステップと、停止手段が生成された第3の停止信号に応じて第1および第2の原料の反応容器への供給を停止する第14のサブステップとを含む。 Preferably, the thin film is formed by alternately stacking a first crystalline semiconductor layer having a first refractive index and a second crystalline semiconductor layer having a second refractive index different from the first refractive index for a target period. It consists of a multilayer film. The first step is a first sub-step in which the supply means supplies a first raw material for crystal growth of the first crystal semiconductor layer to the reaction vessel, and the supply means performs crystal growth of the second crystal semiconductor layer. A second sub-step for supplying the second raw material to the reaction vessel and a supply means for supplying the second raw material to the reaction vessel when the supply of the first raw material to the reaction vessel is stopped. 3 sub-steps, and the supply means includes a fourth sub-step for supplying the first raw material to the reaction vessel when the supply of the second raw material to the reaction vessel is stopped. The second step includes a fifth sub-step in which the detection means detects the first film thickness of one first crystalline semiconductor layer at an arbitrary timing during the crystal growth of the multilayer film, and the detection means at an arbitrary timing. And a sixth sub-step for detecting the second film thickness of one second crystal semiconductor layer. In the third step, the calculating means subtracts the first excess film thickness that is the excess film thickness of the first crystal semiconductor layer from the first target film thickness that is the target film thickness of the first crystal semiconductor layer. A seventh sub-step for calculating a first target film thickness for control; and an excess film for the second crystal semiconductor layer from the second target film thickness, which is a target film thickness for the second crystal semiconductor layer by the calculation means An eighth sub-step for calculating the second target film thickness for control by subtracting the second excess film thickness, which is the thickness, and the control means for generating the detected first film thickness; A ninth sub-step for generating a first stop signal when the first target film thickness is reached, and a second target film thickness for control in which the generating means calculates the detected second film thickness. The tenth sub-step for generating the second stop signal when the number reaches, and the generation means generates a third stop signal when the number of periods of the multilayer film reaches the target number of periods. An eleventh substep for generating a stop signal, a twelfth substep for stopping the supply of the first raw material to the reaction vessel in response to the first stop signal generated by the stop means, and the stop means A thirteenth sub-step for stopping the supply of the second raw material to the reaction vessel in response to the second stop signal, and a first and a second in response to the third stop signal generated by the stop means And a fourteenth sub-step for stopping the supply of the raw material to the reaction vessel.
好ましくは、第7のサブステップは、補正手段が、検出された第1の膜厚を用いて任意のタイミングで第1の過剰膜厚を補正して第1の補正過剰膜厚を生成するステップと、演算手段が第1の目標膜厚から第1の補正過剰膜厚を減算して制御上の第1の目標膜厚を演算するステップとを含む。第8のサブステップは、補正手段が、検出された第2の膜厚を用いて任意のタイミングで第2の過剰膜厚を補正して第2の補正過剰膜厚を生成するステップと、演算手段が第2の目標膜厚から第2の補正過剰膜厚を減算して制御上の第2の目標膜厚を演算するステップとを含む。生成手段は、第9のサブステップにおいて、多層膜が所定周期数よりも多く積層されたときに検出された第1の膜厚が演算された制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成する。生成手段は、第10のサブステップにおいて、多層膜が所定周期数よりも多く積層されたときに検出された第2の膜厚が演算された制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する。 Preferably, in the seventh sub-step, the correcting unit corrects the first excessive film thickness at an arbitrary timing using the detected first film thickness to generate a first corrected excessive film thickness. And calculating a first target film thickness for control by subtracting the first corrected excess film thickness from the first target film thickness. The eighth sub-step includes a step in which the correction means corrects the second excessive film thickness at an arbitrary timing using the detected second film thickness to generate a second corrected excessive film thickness, And means for subtracting the second corrected excess film thickness from the second target film thickness to calculate a control second target film thickness. In the ninth sub-step, when the first film thickness detected when the multilayer film is stacked more than the predetermined number of cycles reaches the calculated first target film thickness, 1 stop signal is generated. In the tenth sub-step, the generating means reaches the second target film thickness on the calculated control when the second film thickness detected when the multilayer film is laminated more than the predetermined number of cycles. 2 stop signals are generated.
好ましくは、補正手段は、第1の補正過剰膜厚を生成するステップにおいて、多層膜が目標周期数だけ積層されたときの多層膜の反射率のピーク波長が目標波長になるように第1の補正過剰膜厚を生成するとともに、第2の補正過剰膜厚を生成するステップにおいて、多層膜が目標周期数だけ積層されたときの多層膜の反射率のピーク波長が目標波長になるように第2の補正過剰膜厚を生成する。 Preferably, in the step of generating the first corrected excess film thickness, the correcting means sets the first wavelength so that the peak wavelength of the reflectance of the multilayer film when the multilayer film is stacked by the target number of cycles becomes the target wavelength. In the step of generating the corrected excessive film thickness and in the step of generating the second corrected excessive film thickness, the peak wavelength of the reflectance of the multilayer film when the multilayer film is stacked by the target number of cycles is set to the target wavelength. A corrected excess film thickness of 2 is generated.
好ましくは、薄膜は、第1の屈折率を有する第1の結晶半導体層と、第1の屈折率と異なる第2の屈折率を有する第2の結晶半導体層とを交互に目標周期数だけ積層した多層膜からなる。第1のステップは、供給手段が第1の結晶半導体層を結晶成長するための第1の原料を反応容器へ供給する第1のサブステップと、供給手段が第2の結晶半導体層を結晶成長するための第2の原料を反応容器へ供給する第2のサブステップと、供給手段が、第1の原料の反応容器への供給が停止されると第2の原料を反応容器へ供給する第3のサブステップと、供給手段が、第2の原料の反応容器への供給が停止されると第1の原料を反応容器へ供給する第4のサブステップとを含む。検出手段は、第2のステップにおいて、多層膜が目標周期数よりも少ない所定周期数分だけ結晶成長したときの前記多層膜の途中膜厚を検出する。第3のステップは、演算手段が検出された途中膜厚に基づいて、多層膜が所定周期数分だけ結晶成長したときの第1の結晶半導体層の第1の膜厚の第1の平均値と第2の結晶半導体層の第2の膜厚の第2の平均値とを演算する第5のサブステップと、補正手段が、演算された第1の平均値を用いて第1の結晶半導体層の過剰膜厚である第1の過剰膜厚を補正して第1の補正過剰膜厚を演算する第6のサブステップと、補正手段が、演算された第2の平均値を用いて第2の結晶半導体層の過剰膜厚である第2の過剰膜厚を補正して第2の補正過剰膜厚を演算する第7のサブステップと、演算手段が第1の目標膜厚から第1の補正過剰膜厚を減算して制御上の第1の目標膜厚を演算する第8のサブステップと、演算手段が第2の目標膜厚から第2の補正過剰膜厚を減算して制御上の第2の目標膜厚を演算する第9のサブステップと、生成手段が、多層膜が所定周期数よりも多く結晶成長されたときに検出手段によって検出された第1の膜厚が演算された制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成する第10のサブステップと、生成手段が、多層膜が所定周期数よりも多く結晶成長されたときに検出された第2の膜厚が演算された制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する第11のサブステップと、生成手段が、多層膜の周期数が目標周期数に達すると第3の停止信号を生成する第12のサブステップと、停止手段が生成された第1の停止信号に応じて第1の原料の反応容器への供給を停止する第13のサブステップと、停止手段が生成された第2の停止信号に応じて第2の原料の反応容器への供給を停止する第14のサブステップと、停止手段が生成された第3の停止信号に応じて第1および第2の原料の反応容器への供給を停止する第15のサブステップとを含む。 Preferably, the thin film is formed by alternately stacking a first crystalline semiconductor layer having a first refractive index and a second crystalline semiconductor layer having a second refractive index different from the first refractive index for a target period. It consists of a multilayer film. The first step is a first sub-step in which the supply means supplies a first raw material for crystal growth of the first crystal semiconductor layer to the reaction vessel, and the supply means performs crystal growth of the second crystal semiconductor layer. A second sub-step for supplying the second raw material to the reaction vessel and a supply means for supplying the second raw material to the reaction vessel when the supply of the first raw material to the reaction vessel is stopped. 3 sub-steps, and the supply means includes a fourth sub-step for supplying the first raw material to the reaction vessel when the supply of the second raw material to the reaction vessel is stopped. In the second step, the detecting means detects an intermediate film thickness of the multilayer film when the multilayer film has grown by a predetermined number of cycles less than the target number of cycles. In the third step, the first average value of the first film thicknesses of the first crystal semiconductor layers when the multilayer film is grown by a predetermined number of cycles based on the intermediate film thickness detected by the computing means. And a fifth sub-step for calculating the second average value of the second film thickness of the second crystal semiconductor layer, and the correction means uses the calculated first average value to calculate the first crystal semiconductor A sixth sub-step for calculating the first corrected excess film thickness by correcting the first excess film thickness, which is the excess film thickness of the layer, and the correction means, using the calculated second average value, A seventh sub-step for calculating the second corrected excess film thickness by correcting the second excess film thickness, which is the excess film thickness of the second crystalline semiconductor layer, and the calculating means from the first target film thickness to the first An eighth sub-step for calculating the first target film thickness for control by subtracting the corrected excess film thickness of A ninth sub-step for calculating a second target film thickness for control by subtracting the corrected excess film thickness, and the generating means detect when the multilayer film is grown more than a predetermined number of cycles by the detecting means A tenth sub-step for generating a first stop signal when the calculated first film thickness reaches the calculated control target first film thickness, and the generation means includes a multilayer film having a predetermined number of cycles. An eleventh sub-step for generating a second stop signal when the second film thickness detected when a large number of crystals are grown reaches the calculated second target film thickness for control; When the cycle number of the multilayer film reaches the target cycle number, the twelfth sub-step for generating the third stop signal and the first raw material to the reaction vessel according to the first stop signal generated by the stop means A thirteenth sub-step for stopping the supply and a second stop for which the stop means is generated; A fourteenth sub-step for stopping the supply of the second raw material to the reaction vessel in response to the signal, and a first and second raw material to the reaction vessel in response to the third stop signal generated by the stop means And a fifteenth sub-step for stopping the supply.
好ましくは、補正手段は、第6のサブステップにおいて、多層膜が目標周期数だけ積層されたときの多層膜の反射率のピーク波長が目標波長になるように第1の補正過剰膜厚を演算するとともに、第7のサブステップにおいて、多層膜が目標周期数だけ積層されたときの多層膜の反射率のピーク波長が目標波長になるように第2の補正過剰膜厚を演算する。 Preferably, in the sixth sub-step, the correcting unit calculates the first corrected excess film thickness so that the peak wavelength of the reflectance of the multilayer film becomes the target wavelength when the multilayer film is stacked by the target number of cycles. In addition, in the seventh sub-step, the second corrected excess film thickness is calculated so that the peak wavelength of the reflectance of the multilayer film when the multilayer film is laminated by the target number of cycles becomes the target wavelength.
好ましくは、第1および第2の結晶半導体層の各々は、化合物半導体からなる。 Preferably, each of the first and second crystalline semiconductor layers is made of a compound semiconductor.
好ましくは、多層膜は、面発光レーザ素子の活性層の両側に配置される分布ブラッグ反射鏡を構成する。 Preferably, the multilayer film constitutes a distributed Bragg reflector disposed on both sides of the active layer of the surface emitting laser element.
好ましくは、薄膜は、検出手段による膜厚の検出限界以上の膜厚を有する第1の薄膜と、検出手段による膜厚の検出限界よりも薄い膜厚を有する第2の薄膜とを含む。検出手段は、第2のステップにおいて、薄膜に任意の波長を有する光を照射するとともに、照射した光の前記薄膜からの反射光を検出する。停止手段は、第3のステップにおいて、検出手段からの反射光の位相変化量が薄膜全体の目標膜厚に対応する目標位相変化量になると、停止信号を生成する。 Preferably, the thin film includes a first thin film having a thickness equal to or greater than a detection limit of the film thickness by the detection means, and a second thin film having a thickness smaller than the detection limit of the film thickness by the detection means. In the second step, the detection means irradiates the thin film with light having an arbitrary wavelength, and detects reflected light from the thin film of the irradiated light. The stop means generates a stop signal when the phase change amount of the reflected light from the detection means becomes the target phase change amount corresponding to the target film thickness of the entire thin film in the third step.
好ましくは、第1の薄膜は、面発光レーザ素子の活性層の一方側に配置された第1の結晶半導体層と、活性層を中心にして第1の結晶半導体層の反対側に配置された第2の結晶半導体層とを含む。第2の薄膜は、各々が活性層に含まれる量子井戸層を構成する複数の第3の結晶半導体層と、各々が活性層に含まれる障壁層を構成する複数の第4の結晶半導体層とを含む。複数の第3の結晶半導体層は、複数の第4の結晶半導体層と交互に積層される。複数の第3および第4の結晶半導体層は、第1および第2の結晶半導体層間に配置される。 Preferably, the first thin film is disposed on one side of the active layer of the surface emitting laser element and on the opposite side of the first crystal semiconductor layer with the active layer as a center. A second crystalline semiconductor layer. The second thin film includes a plurality of third crystal semiconductor layers each forming a quantum well layer included in the active layer, and a plurality of fourth crystal semiconductor layers each forming a barrier layer included in the active layer, including. The plurality of third crystal semiconductor layers are alternately stacked with the plurality of fourth crystal semiconductor layers. The plurality of third and fourth crystal semiconductor layers are arranged between the first and second crystal semiconductor layers.
好ましくは、第1の結晶半導体層、第2の結晶半導体層、複数の第3の結晶半導体層および複数の第4の結晶半導体層の各々は、化合物半導体からなる。 Preferably, each of the first crystal semiconductor layer, the second crystal semiconductor layer, the plurality of third crystal semiconductor layers, and the plurality of fourth crystal semiconductor layers is made of a compound semiconductor.
さらに、この発明によれば、薄膜制御方法は、請求項18から請求項35のいずれか1項に記載の薄膜製造方法を用いて薄膜の膜厚を制御する薄膜制御方法である。 Furthermore, according to this invention, the thin film control method is a thin film control method for controlling the film thickness of the thin film using the thin film manufacturing method according to any one of claims 18 to 35.
この発明によれば、目標膜厚を有する薄膜を製造できる。 According to this invention, a thin film having a target film thickness can be manufactured.
この発明によれば、成長する薄膜の膜厚を目標膜厚に制御できる。 According to the present invention, the thickness of the growing thin film can be controlled to the target thickness.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図1を参照して、実施の形態1による薄膜製造装置100は、反応容器10と、サセプター20と、光源30と、ハーフミラー40と、検出器50と、制御装置60と、ガス供給源71〜74と、マスフローコントローラ(MFC:Mass Flow Controller)81〜84と、バルブ91〜94とを備える。
[Embodiment 1]
1 is a schematic diagram showing the configuration of a thin film manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a thin film manufacturing apparatus 100 according to Embodiment 1 includes a reaction vessel 10, a susceptor 20, a light source 30, a half mirror 40, a detector 50, a control device 60, and a gas supply source 71. -74, mass flow controllers (MFC) 81-84, and valves 91-94.
反応容器10は、ガス供給口11と、排気口12と、光学ポート13とを有する。反応容器10は、横型の反応炉からなる。そして、ガス供給口11は、反応容器10の一方端側(紙面上左側)に配置され、排気口12は、反応容器10の他方端側(紙面上右側)に配置され、光学ポート13は、反応容器10の上部に配置される。 The reaction vessel 10 has a gas supply port 11, an exhaust port 12, and an optical port 13. The reaction vessel 10 is composed of a horizontal reaction furnace. The gas supply port 11 is arranged on one end side (left side on the paper surface) of the reaction vessel 10, the exhaust port 12 is arranged on the other end side (right side on the paper surface) of the reaction vessel 10, and the optical port 13 is Arranged at the top of the reaction vessel 10.
サセプター20は、断面形状が直角三角形からなり、反応容器10内に配置される。より具体的には、サセプター20は、光源30から出射された光がサセプター20の斜面20Aに配置された基板90に照射されるように配置される。 The susceptor 20 has a cross-sectional shape of a right triangle and is disposed in the reaction vessel 10. More specifically, the susceptor 20 is arranged such that the light emitted from the light source 30 is irradiated to the substrate 90 arranged on the inclined surface 20A of the susceptor 20.
光源30は、反応容器10の外側に設けられる。ハーフミラー40は、光源30と光学ポート13との間に設けられる。検出器50は、反応容器10の外側に設けられる。MFC81〜84は、それぞれ、ガス供給源71〜74に対応して設けられる。バルブ91〜94は、それぞれ、MFC81〜84に対応して設けられる。 The light source 30 is provided outside the reaction vessel 10. The half mirror 40 is provided between the light source 30 and the optical port 13. The detector 50 is provided outside the reaction vessel 10. The MFCs 81 to 84 are provided corresponding to the gas supply sources 71 to 74, respectively. The valves 91 to 94 are provided corresponding to the MFCs 81 to 84, respectively.
ガス供給口11は、MFC81〜84の少なくとも1つから供給された原料を反応容器10内に供給する。排気口12は、反応容器10内のガスを反応容器10外へ排気する。光学ポート13は、光源30からの光を基板90へ透過させるとともに、基板90から反射された反射光をハーフミラー40へ透過させる。 The gas supply port 11 supplies the raw material supplied from at least one of the MFCs 81 to 84 into the reaction vessel 10. The exhaust port 12 exhausts the gas in the reaction vessel 10 to the outside of the reaction vessel 10. The optical port 13 transmits light from the light source 30 to the substrate 90 and transmits reflected light reflected from the substrate 90 to the half mirror 40.
サセプター20は、基板90を支持する。光源30は、制御装置60から半導体層の結晶成長の開始を知らせる信号STを受けると、所定の波長を有する光を出射する。ハーフミラー40は、光源30からの光を基板90へ透過するとともに、基板90で反射された反射光を光学ポート13を介して受け、その受けた反射光を検出器50へ導く。 The susceptor 20 supports the substrate 90. When the light source 30 receives a signal ST informing the start of crystal growth of the semiconductor layer from the control device 60, the light source 30 emits light having a predetermined wavelength. The half mirror 40 transmits light from the light source 30 to the substrate 90, receives reflected light reflected by the substrate 90 via the optical port 13, and guides the received reflected light to the detector 50.
検出器50は、反応容器10内で結晶成長させる半導体層の組成、反応容器10内の温度、反応容器10内の圧力、および半導体層の目標膜厚からなるパラメータを制御装置60から予め受け取って保持している。 The detector 50 receives in advance from the control device 60 parameters including the composition of the semiconductor layer for crystal growth in the reaction vessel 10, the temperature in the reaction vessel 10, the pressure in the reaction vessel 10, and the target film thickness of the semiconductor layer. keeping.
また、検出器50は、光源30から所定の波長を有する光が基板90に照射され、基板90で反射されたときの反射光の強度変化と基板90上に結晶成長された半導体層の膜厚との関係(=ファブリペロ振動)を予め計算して保持している。 In addition, the detector 50 irradiates the substrate 90 with light having a predetermined wavelength from the light source 30, and changes the intensity of the reflected light when reflected by the substrate 90 and the film thickness of the semiconductor layer grown on the substrate 90. (= Fabry-Perot vibration) is calculated and held in advance.
さらに、検出器50は、原料ガスの反応容器10内への供給が停止された後に反応容器10内で実際に結晶成長される過剰膜厚Δdを保持している。 Further, the detector 50 holds an excessive film thickness Δd that allows actual crystal growth in the reaction vessel 10 after the supply of the source gas into the reaction vessel 10 is stopped.
さらに、検出器50は、制御装置60から信号STを受けると、ハーフミラー40から受けた反射光の強度変化に基づいて、後述する方法によって、基板90に結晶成長された半導体層の膜厚を検出する。そして、検出器50は、反応容器10内で結晶成長される半導体層の目標膜厚から過剰膜厚Δdを減算して制御上の目標膜厚を演算し、検出した半導体層の膜厚が制御上の目標膜厚に到達すると、原料ガスを停止するための停止信号STPを生成して制御装置60へ出力する。 Further, when the detector 50 receives the signal ST from the control device 60, the detector 50 determines the film thickness of the semiconductor layer grown on the substrate 90 by a method described later based on the intensity change of the reflected light received from the half mirror 40. To detect. Then, the detector 50 calculates the control target film thickness by subtracting the excess film thickness Δd from the target film thickness of the semiconductor layer to be crystal-grown in the reaction vessel 10, and controls the detected film thickness of the semiconductor layer. When the upper target film thickness is reached, a stop signal STP for stopping the source gas is generated and output to the control device 60.
制御装置60は、上述したパラメータを保持しており、その保持したパラメータを検出器50へ転送する。 The control device 60 holds the parameters described above, and transfers the held parameters to the detector 50.
また、制御装置60は、反応容器10内で半導体層の結晶成長を開始するときMFC81〜84およびバルブ91〜94を制御する。より具体的には、制御装置60は、信号FL1〜FL4を生成してそれぞれMFC81〜84へ出力し、MFC81〜84によって流す原料ガスの流量を制御する。また、制御装置60は、信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力し、バルブ91〜94を開閉する。この場合、制御装置60は、バルブ91を開けるためのH(論理ハイ)レベルの信号SE1を生成してバルブ91へ出力し、バルブ91を閉じるためのL(論理ロー)レベルの信号SE1を生成してバルブ91へ出力する。制御装置60は、バルブ92〜94を開閉するとき、同様にしてHレベルまたはLレベルの信号SE2〜SE4を生成してそれぞれバルブ92〜94へ出力する。そして、制御装置60は、検出器50から停止信号STPを受けると、Lレベルの信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力する。 In addition, the control device 60 controls the MFCs 81 to 84 and the valves 91 to 94 when starting crystal growth of the semiconductor layer in the reaction vessel 10. More specifically, the control device 60 generates signals FL1 to FL4 and outputs them to the MFCs 81 to 84, respectively, and controls the flow rate of the raw material gas that flows through the MFCs 81 to 84. Further, the control device 60 generates signals SE1 to SE4 and outputs the signals SE1 to SE4 to the valves 91 to 94, respectively, to open and close the valves 91 to 94. In this case, the control device 60 generates an H (logic high) level signal SE1 for opening the valve 91, outputs the signal SE1 to the valve 91, and generates an L (logic low) level signal SE1 for closing the valve 91. And output to the valve 91. When opening and closing the valves 92 to 94, the control device 60 generates H level or L level signals SE2 to SE4 and outputs them to the valves 92 to 94, respectively. When receiving the stop signal STP from the detector 50, the control device 60 generates L level signals SE1 to SE4 and outputs them to the valves 91 to 94, respectively.
さらに、制御装置60は、反応容器10内で半導体層の結晶成長を開始するとき、信号STを生成して光源30および検出器50へ出力する。 Furthermore, when starting the crystal growth of the semiconductor layer in the reaction vessel 10, the control device 60 generates a signal ST and outputs it to the light source 30 and the detector 50.
なお、図1においては、図示されていないが、制御装置60は、基板90の温度および反応容器10内の圧力を制御可能になっている。 Although not shown in FIG. 1, the control device 60 can control the temperature of the substrate 90 and the pressure in the reaction vessel 10.
ガス供給源71は、窒素ガス等のキャリアガスを保持する。ガス供給源72は、トリメチルアルミニウム(TMA)を保持する。ガス供給源73は、トリメチルガリウム(TMG)を保持する。ガス供給源73は、アルシン(AsH3)を保持する。 The gas supply source 71 holds a carrier gas such as nitrogen gas. The gas supply source 72 holds trimethylaluminum (TMA). The gas supply source 73 holds trimethyl gallium (TMG). The gas supply source 73 holds arsine (AsH 3 ).
MFC81は、制御装置60からの信号FL1によって指定された流量を有するキャリアガスをバルブ91を介してガス供給口11へ供給する。MFC82は、制御装置60からの信号FL2によって指定された流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)をバルブ92を介してガス供給口11へ供給する。MFC83は、制御装置60からの信号FL3によって指定された流量を有するトリメチルガリウム(TMG)をバルブ93を介してガス供給口11へ供給する。MFC84は、制御装置60からの信号FL4によって指定された流量を有するアルシン(AsH3)をバルブ94を介してガス供給口11へ供給する。 The MFC 81 supplies a carrier gas having a flow rate specified by the signal FL <b> 1 from the control device 60 to the gas supply port 11 via the valve 91. The MFC 82 supplies trimethylaluminum (TMA) having a flow rate specified by the signal FL <b> 2 from the control device 60 to the gas supply port 11 via the valve 92. The MFC 83 supplies trimethyl gallium (TMG) having a flow rate specified by the signal FL 3 from the control device 60 to the gas supply port 11 through the valve 93. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a flow rate specified by the signal FL 4 from the control device 60 to the gas supply port 11 through the valve 94.
バルブ91〜94は、それぞれ、制御装置60からのHレベルの信号SE1〜SE4に応じて開き、制御装置60からのLレベルの信号SE1〜SE4に応じて閉じる。 The valves 91 to 94 open in response to H level signals SE1 to SE4 from the control device 60, respectively, and close in response to L level signals SE1 to SE4 from the control device 60.
図2は、信号および半導体層の膜厚のタイミングチャートである。図2を参照して、AlAsを目標膜厚だけ結晶成長するときの過剰膜厚Δdについて説明する。タイミングt1でトリガー信号TG1が生成されると、バルブ91,92,94が開かれ、キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)が反応容器10内へ供給される。 FIG. 2 is a timing chart of signal and semiconductor layer thicknesses. With reference to FIG. 2, the excess film thickness Δd when AlAs is grown by the target film thickness will be described. When the trigger signal TG1 is generated at the timing t1, the valves 91, 92, and 94 are opened, and the carrier gas, trimethylaluminum (TMA), and arsine (AsH 3 ) are supplied into the reaction vessel 10.
そして、AlAsの結晶成長がタイミング2で開始され、タイミングt2以降、AlAsの膜厚が結晶成長したい膜厚になるタイミングt3になると、タイミングt3で原料ガスを停止するためのトリガー信号TG2が生成され、バルブ91,92,94が閉じられる。その後、キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)の反応容器10内への供給は、タイミングt4で停止される。 Then, crystal growth of AlAs is started at timing 2, and after timing t2, a trigger signal TG2 for stopping the source gas is generated at timing t3 when the thickness of AlAs reaches the thickness at which the crystal growth is desired. The valves 91, 92, 94 are closed. Thereafter, the supply of the carrier gas, trimethylaluminum (TMA), and arsine (AsH 3 ) into the reaction vessel 10 is stopped at timing t4.
そうすると、バルブ91,92,94が閉じられたタイミングt3から、時間Δtが経過するタイミングt4までの間、AlAsが実際に結晶成長する。この時間Δtの間に結晶成長するAlAsの膜厚が過剰膜厚Δdである。そして、この過剰膜厚Δdは、予め実測され、検出器50に保持される。 Then, AlAs actually grows from the timing t3 when the valves 91, 92 and 94 are closed to the timing t4 when the time Δt elapses. The film thickness of the AlAs crystal that grows during this time Δt is the excess film thickness Δd. This excess film thickness Δd is measured in advance and held in the detector 50.
図3は、ファブリペロ振動の概念図である。図3において、縦軸は、反射光の反射率を表し、横軸は、半導体層の膜厚を表す。図3を参照して、基板90からの反射光の反射率は、基板90上に結晶成長された半導体層の膜厚に対して周期的に変化する。検出器50は、半導体層の膜厚に対して周期的に変化する反射率Rを予め計算して保持している。 FIG. 3 is a conceptual diagram of Fabry-Perot vibration. In FIG. 3, the vertical axis represents the reflectance of the reflected light, and the horizontal axis represents the thickness of the semiconductor layer. Referring to FIG. 3, the reflectance of the reflected light from the substrate 90 periodically changes with respect to the thickness of the semiconductor layer crystal-grown on the substrate 90. The detector 50 calculates and holds in advance a reflectance R that periodically changes with respect to the thickness of the semiconductor layer.
検出器50は、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出する。そして、検出器50は、この反射光の強度の検出を所定のサンプリングタイミングで行ない、反射光の強度の変化を検出する。 When receiving the reflected light from the half mirror 40, the detector 50 detects the intensity of the received reflected light. Then, the detector 50 detects the intensity of the reflected light at a predetermined sampling timing, and detects a change in the intensity of the reflected light.
そうすると、検出器50は、その検出した反射光の強度の変化と図3に示す周期的に変化する反射率R(=予め計算された反射率)とを比較し、反応容器10内で結晶成長された半導体層の膜厚を検出する。 Then, the detector 50 compares the detected change in the intensity of the reflected light with the periodically changing reflectivity R (= reflectance calculated in advance) shown in FIG. The film thickness of the formed semiconductor layer is detected.
そして、検出器50は、上述した方法によって検出した半導体層の膜厚が本来の目標膜厚よりも過剰膜厚Δdだけ薄い制御上の目標膜厚に達すると、停止信号STPを生成して制御装置60へ出力する。 Then, when the film thickness of the semiconductor layer detected by the above-described method reaches a control target film thickness that is thinner than the original target film thickness by an excess film thickness Δd, the detector 50 generates a stop signal STP and performs control. Output to the device 60.
図4は、制御上の目標膜厚を決定する方法を説明するための概念図である。図4において、縦軸は、反射光の反射率を表し、横軸は、半導体層の膜厚を表す。また、図4において、白丸は、実測値であり、実線は、計算値である。 FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a method of determining a target film thickness for control. In FIG. 4, the vertical axis represents the reflectance of the reflected light, and the horizontal axis represents the thickness of the semiconductor layer. In FIG. 4, white circles are actually measured values, and solid lines are calculated values.
図4を参照して、実測値は、所定のサンプリングタイミングで検出される。実測値dn−1は、サンプリングタイミングtn−1で検出され、実測値dnは、サンプリングタイミングtnで検出され、実測値dn+1は、サンプリングタイミングtn+1で検出される。 Referring to FIG. 4, the actual measurement value is detected at a predetermined sampling timing. Found d n-1 is detected by the sampling timing t n-1, measured value d n is detected by the sampling timing t n, Found d n + 1 is detected at the sampling time t n + 1.
そして、制御上の目標膜厚が実測値dnと実測値dn+1との間に存在する場合、検出器50は、半導体層の成長速度DをD=(dn−dn−1)/(tn−tn−1)によって演算し、その演算した成長速度Dを用いて、t=tn+(制御上の目標膜厚−dn)/Dを演算することにより、検出した半導体層の膜厚が制御上の目標膜厚に達するタイミングtを検出する。 Then, when the target film thickness on control exists between the actually measured value d n + 1 and the actually measured value d n, the detector 50, the growth rate D of the semiconductor layer D = (d n -d n- 1) / The detected semiconductor is calculated by calculating (t n −t n−1 ) and calculating t = t n + (target film thickness for control −d n ) / D using the calculated growth rate D. The timing t at which the film thickness of the layer reaches the control target film thickness is detected.
図5は、図1に示す薄膜製造装置100における薄膜の製造方法を説明するためのフローチャートである。なお、図5においては、目標膜厚が100nmであり、過剰膜厚ΔdAlAsが0.5nmであるAlAsの製造方法を説明する。 FIG. 5 is a flowchart for explaining a thin film manufacturing method in the thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG. In addition, in FIG. 5, the manufacturing method of AlAs with a target film thickness of 100 nm and an excessive film thickness Δd AlAs of 0.5 nm will be described.
図5を参照して、一連の動作が開始されると、AlAsの成長条件(AlAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)が作成され、その作成された成長条件および過剰膜厚Δd(=ΔdAlAs)が制御装置60へ入力される(ステップS1)。 Referring to FIG. 5, when a series of operations is started, AlAs growth conditions (AlAs composition, target film thickness, pressure in reaction vessel 10, temperature in reaction vessel 10, etc.) are created and created. The growth conditions and the excessive film thickness Δd (= Δd AlAs ) are input to the control device 60 (step S1).
その後、制御装置60は、成長条件および過剰膜厚Δdを検出器50へ転送する(ステップS2)。これによって、検出器50は、目標膜厚が100nmであり、過剰膜厚ΔdAlAsが0.5nmであるAlAsを反応容器10内で結晶成長させることを認識し、予め保持しているAlAsの反射率の強度変化とAlAsの膜厚との関係を抽出する。そして、薄膜製造装置100において、成長の準備が完了する(ステップS3)。 Thereafter, the control device 60 transfers the growth conditions and the excess film thickness Δd to the detector 50 (step S2). Accordingly, the detector 50 recognizes that AlAs having a target film thickness of 100 nm and an excess film thickness Δd AlAs of 0.5 nm is crystal-grown in the reaction vessel 10, and reflects the reflection of AlAs held in advance. The relationship between the intensity change of the rate and the film thickness of AlAs is extracted. Then, preparation for growth is completed in the thin film manufacturing apparatus 100 (step S3).
成長の準備が完了すると、制御装置60は、Hレベルの信号SE1,SE2,SE4を生成し、その生成した信号SE1,SE2,SE4をそれぞれバルブ91,92,94へ出力する。また、制御装置60は、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)を流すための信号FL2、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL2,FL4をそれぞれMFC81,82,84へ出力する。 When preparation for growth is completed, control device 60 generates H-level signals SE1, SE2, and SE4 and outputs the generated signals SE1, SE2, and SE4 to valves 91, 92, and 94, respectively. Further, the control device 60 outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL2 for flowing trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL2, FL4 are output to the MFCs 81, 82, 84, respectively.
そして、バルブ91,92,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE2,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC82は、信号FL2に応じて所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 92, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE2, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 82 supplies trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL2. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、AlAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でAlAsの結晶成長が開始される。さらに、制御装置60は、信号SE1,SE2,SE4,FL1,FL2,FL4の出力に伴って信号STを生成して光源30および検出器50へ出力する(ステップS4)。 Trimethylaluminum (TMA) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and AlAs grows on the substrate 90. Begin to. As a result, crystal growth of AlAs is started in the reaction vessel 10. Further, control device 60 generates signal ST in accordance with the output of signals SE1, SE2, SE4, FL1, FL2, and FL4, and outputs the signal ST to light source 30 and detector 50 (step S4).
光源30は、制御装置60からの信号STに応じて所定の波長を有する光を生成して出射する。そして、ハーフミラー40は、光源30からの光をそのまま透過し、光学ポート13を介して基板90に照射するとともに、基板90からの反射光を検出して検出器50へ導く。 The light source 30 generates and emits light having a predetermined wavelength in accordance with the signal ST from the control device 60. The half mirror 40 transmits the light from the light source 30 as it is, irradiates the substrate 90 via the optical port 13, detects reflected light from the substrate 90, and guides it to the detector 50.
検出器50は、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、上述した方法によって、AlAsの膜厚を検出する(ステップS5)。 When the detector 50 receives the reflected light from the half mirror 40, the detector 50 detects the intensity of the received reflected light, and detects the AlAs film thickness by the above-described method based on the detected intensity of the reflected light ( Step S5).
また、検出器50は、制御装置60から受けたAlAsの目標膜厚(=100nm)および過剰膜厚ΔdAlAs(=0.5nm)に基づいて、制御上の目標膜厚(=100−0.5=99.5nm)を演算する。 Further, the detector 50, the target thickness of the AlAs received from the control unit 60 (= 100 nm) and an excess thickness [Delta] d AlAs (= 0.5 nm) on the basis, control over the target film thickness (= 100-0. 5 = 99.5 nm).
そして、検出器50は、反射光の強度変化に基づいて検出したAlAsの膜厚が制御上の目標膜厚(=99.5nm)に到達すると、停止信号STPを生成して制御装置60へ出力する(ステップS6)。 The detector 50 generates a stop signal STP and outputs it to the control device 60 when the AlAs film thickness detected based on the intensity change of the reflected light reaches the control target film thickness (= 99.5 nm). (Step S6).
そうすると、制御装置60は、検出器50からの停止信号STPに応じて、Lレベルの信号SE1,SE2,SE4を生成してそれぞれバルブ91,92,94へ出力し、バルブ91,92,94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1,SE2,SE4に応じて閉じる。これによって、キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止される(ステップS7)。キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止れた後、反応容器10内では、過剰膜厚ΔdAlAs(=0.5nm)を有するAlAsが結晶成長し、目標膜厚(=100nm)を有するAlAsが製造される。これによって、一連の動作は終了する。 Then, the control device 60 generates L level signals SE1, SE2, SE4 in response to the stop signal STP from the detector 50 and outputs them to the valves 91, 92, 94, respectively. Are closed in response to the signals SE1, SE2 and SE4 of L level. Thereby, the supply of the carrier gas, trimethylaluminum (TMA), and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped (step S7). After the supply of the carrier gas, trimethylaluminum (TMA) and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped, AlAs having an excessive film thickness Δd AlAs (= 0.5 nm) grows in the reaction vessel 10. Thus, AlAs having a target film thickness (= 100 nm) is manufactured. Thus, a series of operations is completed.
上記においては、単層のAlAsを目標膜厚(=100nm)まで結晶成長させる場合について説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、薄膜製造装置100は、2層の半導体層を積層させる場合についても適用される。 In the above description, the case where a single layer of AlAs is crystal-grown to a target film thickness (= 100 nm) has been described. However, in the first embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100 includes two semiconductor layers. This also applies to the case of stacking.
面発光レーザ素子においては、屈折率が異なる2つの半導体層を交互に積層した分布ブラッグ反射器が用いられるが、薄膜製造装置100は、この分布ブラッグ反射器を製造する場合にも用いられる。 In the surface emitting laser element, a distributed Bragg reflector in which two semiconductor layers having different refractive indexes are alternately stacked is used, but the thin film manufacturing apparatus 100 is also used when manufacturing this distributed Bragg reflector.
分布ブラッグ反射器は、たとえば、AlAs/GaAsを一対として35周期の[AlAs/GaAs]からなる。この場合、AlAsの目標膜厚は、111nmであり、GaAsの目標膜厚は、95nmである。また、AlAsは、2.909の屈折率を有し、GaAsは、3.414の屈折率を有する。 The distributed Bragg reflector is made of [AlAs / GaAs] with 35 periods, for example, with a pair of AlAs / GaAs. In this case, the target film thickness of AlAs is 111 nm, and the target film thickness of GaAs is 95 nm. AlAs has a refractive index of 2.909, and GaAs has a refractive index of 3.414.
薄膜製造装置100を用いて35周期の[AlAs/GaAs]を形成する場合、1層のAlAsを形成し、次に、1層のGaAsを形成する。これを35回繰り返すことによって35周期の[AlAs/GaAs]を形成する。 In the case of forming [AlAs / GaAs] with 35 periods using the thin film manufacturing apparatus 100, one layer of AlAs is formed, and then one layer of GaAs is formed. By repeating this 35 times, [AlAs / GaAs] with 35 periods is formed.
この場合、制御装置60は、AlAsの成長条件(AlAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)および過剰膜厚Δd(=ΔdAlAs)と、GaAsの成長条件(GaAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)および過剰膜厚Δd(=ΔdGaAs)と、目標周期数(=35周期)とを検出器50へ転送する。 In this case, the controller 60 determines the growth conditions of AlAs (the composition of AlAs, the target film thickness, the pressure in the reaction vessel 10 and the temperature in the reaction vessel 10), the excess film thickness Δd (= Δd AlAs ), Detector of growth conditions (GaAs composition, target film thickness, pressure in reaction vessel 10 and temperature in reaction vessel 10), excess film thickness Δd (= Δd GaAs ), and target cycle number (= 35 cycles) Forward to 50.
また、検出器50は、1層のAlAsの形成が終了すると停止信号STP1(停止信号STPの一種)を生成して制御装置60へ出力し、1層のGaAsの形成が終了すると停止信号STP2(停止信号STPの一種)を生成して制御装置60へ出力し、周期数が目標周期数に到達すると、停止信号STP3(停止信号STPの一種)を生成して制御装置60へ出力する。 The detector 50 generates a stop signal STP1 (a kind of stop signal STP) when the formation of one layer of AlAs is completed and outputs the stop signal STP1 to the control device 60. When the formation of one layer of GaAs is completed, the detector 50 A kind of stop signal STP) is generated and output to the controller 60. When the number of periods reaches the target number of periods, a stop signal STP3 (a kind of stop signal STP) is generated and output to the controller 60.
図6は、図1に示す薄膜製造装置100における分布ブラッグ反射器の製造方法を説明するためのフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a distributed Bragg reflector in the thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG.
図6を参照して、一連の動作が開始されると、AlAsの成長条件(AlAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)およびGaAsの成長条件(GaAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)が作成され、その作成された成長条件、過剰膜厚Δd(=ΔdAlAs),Δd(=ΔdGaAs)および目標周期数(=35周期)が制御装置60へ入力される(ステップS11)。 Referring to FIG. 6, when a series of operations is started, AlAs growth conditions (AlAs composition, target film thickness, pressure in reaction vessel 10 and temperature in reaction vessel 10 and the like) and GaAs growth conditions ( The composition of GaAs, the target film thickness, the pressure in the reaction vessel 10 and the temperature in the reaction vessel 10 are created, and the created growth conditions, excess film thickness Δd (= Δd AlAs ), Δd (= Δd GaAs ) The target number of cycles (= 35 cycles) is input to the control device 60 (step S11).
その後、制御装置60は、AlAsの成長条件、GaAsの成長条件、過剰膜厚Δd(=ΔdAlAs),Δd(=ΔdGaAs)および目標周期数を検出器50へ転送する(ステップS12)。これによって、検出器50は、目標膜厚(=111nm)および過剰膜厚ΔdAlAsを有するAlAsと、目標膜厚(=95nm)および過剰膜厚ΔdGaAsを有するGaAsとを一対として35周期の[AlAs/GaAs]を反応容器10内で結晶成長させることを認識し、予め保持している35周期の[AlAs/GaAs]の反射率の強度変化と35周期の[AlAs/GaAs]の膜厚との関係を抽出する。そして、薄膜製造装置100において、成長の準備が完了する(ステップS13)。 Thereafter, the control device 60 transfers the AlAs growth conditions, the GaAs growth conditions, the excess film thickness Δd (= Δd AlAs ), Δd (= Δd GaAs ), and the target period number to the detector 50 (step S12). As a result, the detector 50 has a 35-period [35 nm] pair of AlAs having a target film thickness (= 111 nm) and excess film thickness Δd AlAs and GaAs having a target film thickness (= 95 nm) and excess film thickness Δd GaAs . Recognizing that AlAs / GaAs] grows in the reaction vessel 10, the intensity change of the reflectance of 35 cycles of [AlAs / GaAs] and the thickness of 35 cycles of [AlAs / GaAs] Extract the relationship. Then, preparation for growth is completed in the thin film manufacturing apparatus 100 (step S13).
成長の準備が完了すると、制御装置60は、Hレベルの信号SE1,SE2,SE4を生成し、その生成した信号SE1,SE2,SE4をそれぞれバルブ91,92,94へ出力する。また、制御装置60は、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)を流すための信号FL2、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL2,FL4をそれぞれMFC81,82,84へ出力する。 When preparation for growth is completed, control device 60 generates H-level signals SE1, SE2, and SE4 and outputs the generated signals SE1, SE2, and SE4 to valves 91, 92, and 94, respectively. Further, the control device 60 outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL2 for flowing trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL2, FL4 are output to the MFCs 81, 82, 84, respectively.
そして、バルブ91,92,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE2,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC82は、信号FL2に応じて所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 92, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE2, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 82 supplies trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL2. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、AlAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でAlAsの結晶成長が開始される。さらに、制御装置60は、信号SE1,SE2,SE4,FL1,FL2,FL4の出力に伴って信号ST1(信号STの一種)を生成して光源30および検出器50へ出力する(ステップS14)。 Trimethylaluminum (TMA) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and AlAs grows on the substrate 90. Begin to. As a result, crystal growth of AlAs is started in the reaction vessel 10. Further, control device 60 generates signal ST1 (a kind of signal ST) in accordance with the output of signals SE1, SE2, SE4, FL1, FL2, and FL4, and outputs the signal ST1 to light source 30 and detector 50 (step S14).
光源30は、制御装置60からの信号ST1に応じて所定の波長を有する光を生成して出射する。そして、ハーフミラー40は、光源30からの光をそのまま透過し、光学ポート13を介して基板90に照射するとともに、基板90からの反射光を検出して検出器50へ導く。 The light source 30 generates and emits light having a predetermined wavelength in accordance with the signal ST1 from the control device 60. The half mirror 40 transmits the light from the light source 30 as it is, irradiates the substrate 90 via the optical port 13, detects reflected light from the substrate 90, and guides it to the detector 50.
検出器50は、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、上述した方法によって、AlAsの膜厚を検出する(ステップS15)。 When the detector 50 receives the reflected light from the half mirror 40, the detector 50 detects the intensity of the received reflected light, and detects the AlAs film thickness by the above-described method based on the detected intensity of the reflected light ( Step S15).
また、検出器50は、制御装置60から受けたAlAsの目標膜厚(=111nm)および過剰膜厚ΔdAlAsに基づいて、制御上の目標膜厚(=111nm−ΔdAlAs)を演算する。 Further, the detector 50 on the basis of the target film thickness (= 111 nm) and an excess thickness [Delta] d AlAs of AlAs received from the control unit 60 calculates the control on the target film thickness (= 111nm-Δd AlAs).
そして、検出器50は、反射光の強度変化に基づいて検出したAlAsの膜厚が制御上の目標膜厚(=111nm−ΔdAlAs)に到達すると、停止信号STP1を生成して制御装置60へ出力する(ステップS16)。 When the thickness of the AlAs detected based on the change in the intensity of the reflected light reaches the control target thickness (= 111 nm−Δd AlAs ), the detector 50 generates a stop signal STP1 and sends it to the control device 60. Output (step S16).
そうすると、制御装置60は、検出器50からの停止信号STP1に応じて、Lレベルの信号SE1,SE2,SE4を生成してそれぞれバルブ91,92,94へ出力し、バルブ91,92,94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1,SE2,SE4に応じて閉じる。これによって、キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止される(ステップS17)。キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止れた後、反応容器10内では、過剰膜厚ΔdAlAsを有するAlAsが結晶成長し、目標膜厚(=111nm)を有する1層のAlAsが製造される。 Then, control device 60 generates L level signals SE1, SE2, SE4 in response to stop signal STP1 from detector 50 and outputs them to valves 91, 92, 94, respectively. Are closed in response to the signals SE1, SE2 and SE4 of L level. Thereby, the supply of the carrier gas, trimethylaluminum (TMA), and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped (step S17). After the supply of the carrier gas, trimethylaluminum (TMA) and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped, in the reaction vessel 10, AlAs having an excess film thickness Δd AlAs grows, and the target film thickness ( = 1 1 nm) is produced.
その後、制御装置60は、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成し、その生成したHレベルの信号SE1,SE3,SE4をそれぞれバルブ91,93,94へ出力する。また、制御装置60は、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)を流すための信号FL3、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL3,FL4をそれぞれMFC81,83,84へ出力する。 Thereafter, control device 60 generates H-level signals SE1, SE3, and SE4, and outputs the generated H-level signals SE1, SE3, and SE4 to valves 91, 93, and 94, respectively. Further, the control device 60 outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL3 for flowing trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL3, FL4 are output to the MFCs 81, 83, 84, respectively.
そして、バルブ91,93,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC83は、信号FL3に応じて所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 93, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE3, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 83 supplies trimethyl gallium (TMG) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL3. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、GaAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でGaAsの結晶成長が開始される。さらに、制御装置60は、信号SE1,SE3,SE4,FL1,FL3,FL4の出力に伴って信号ST2(信号STの一種)を生成して光源30および検出器50へ出力する(ステップS18)。 Trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and GaAs grows on the substrate 90. Begin to. Thereby, crystal growth of GaAs is started in the reaction vessel 10. Further, control device 60 generates signal ST2 (a kind of signal ST) in accordance with the output of signals SE1, SE3, SE4, FL1, FL3, and FL4, and outputs the signal ST2 to light source 30 and detector 50 (step S18).
光源30は、制御装置60からの信号ST2に応じて所定の波長を有する光を生成して出射する。そして、ハーフミラー40は、光源30からの光をそのまま透過し、光学ポート13を介して基板90に照射するとともに、基板90からの反射光を検出して検出器50へ導く。 The light source 30 generates and emits light having a predetermined wavelength in accordance with the signal ST2 from the control device 60. The half mirror 40 transmits the light from the light source 30 as it is, irradiates the substrate 90 via the optical port 13, detects reflected light from the substrate 90, and guides it to the detector 50.
検出器50は、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、上述した方法によって、GaAsの膜厚を検出する(ステップS19)。 When receiving the reflected light from the half mirror 40, the detector 50 detects the intensity of the received reflected light, and detects the film thickness of GaAs by the above-described method based on the detected intensity of the reflected light ( Step S19).
また、検出器50は、制御装置60から受けたGaAsの目標膜厚(=95nm)および過剰膜厚ΔdGaAs)に基づいて、制御上の目標膜厚(=95nm−ΔdGaAs)を演算する。 The detector 50 calculates the target film thickness (= 95 nm−Δd GaAs ) on the basis of the GaAs target film thickness (= 95 nm) and the excess film thickness Δd GaAs received from the control device 60.
そして、検出器50は、反射光の強度変化に基づいて検出したGaAsの膜厚が制御上の目標膜厚(=95nm−ΔdAlAs)に到達すると、停止信号STP2を生成して制御装置60へ出力する(ステップS20)。 When the thickness of the GaAs film detected based on the change in the intensity of the reflected light reaches the control target film thickness (= 95 nm−Δd AlAs ), the detector 50 generates a stop signal STP2 and sends it to the control device 60. Output (step S20).
そうすると、制御装置60は、検出器50からの停止信号STP2に応じて、Lレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成してそれぞれバルブ91,93,94へ出力し、バルブ91,93,94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて閉じる。これによって、キャリアガス、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止される(ステップS21)。キャリアガス、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止れた後、反応容器10内では、過剰膜厚ΔdGaAsを有するGaAsが結晶成長し、目標膜厚(=95nm)を有する1層のGaAsが製造される。 Then, control device 60 generates L level signals SE1, SE3, SE4 in response to stop signal STP2 from detector 50 and outputs them to valves 91, 93, 94, respectively. , Respectively, in response to the L level signals SE1, SE3, SE4. Thereby, the supply of the carrier gas, trimethylgallium (TMG), and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped (step S21). After the supply of the carrier gas, trimethyl gallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped, GaAs having an excess film thickness Δd GaAs grows in the reaction vessel 10 and the target film thickness ( A layer of GaAs with = 95 nm) is produced.
その後、検出器50は、周期数が目標周期数(=35周期)に到達したか否かを判定する(ステップS22)。そして、周期数が目標周期数に到達していないと判定されたとき、一連の動作は、ステップS14へ戻り、ステップS22において、周期数が目標周期数に到達したと判定されるまで、上述したステップS14〜S22が繰り返し実行される。 Thereafter, the detector 50 determines whether or not the number of cycles has reached the target number of cycles (= 35 cycles) (step S22). When it is determined that the number of cycles has not reached the target number of cycles, the series of operations returns to step S14 until the number of cycles reaches the target number of cycles in step S22. Steps S14 to S22 are repeatedly executed.
そして、ステップS22において、周期数が目標周期数に到達したと判定されると、検出器50は、全ての原料ガスを停止するための停止信号STP3(停止信号STPの一種)を生成して制御装置60へ出力する(ステップS23)。 When it is determined in step S22 that the number of cycles has reached the target number of cycles, the detector 50 generates and controls a stop signal STP3 (a kind of stop signal STP) for stopping all source gases. The data is output to the device 60 (step S23).
制御装置60は、検出器50からの停止信号STP3に応じて、Lレベルの信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力する。そして、バルブ91〜94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1〜SE4に応じて閉じる。これによって、全ての原料ガスが停止される(ステップS24)。そして、一連の動作は終了する。 In response to stop signal STP3 from detector 50, control device 60 generates L-level signals SE1 to SE4 and outputs them to valves 91 to 94, respectively. The valves 91 to 94 are closed according to the L level signals SE1 to SE4, respectively. Thereby, all the source gases are stopped (step S24). And a series of operation | movement is complete | finished.
このように、薄膜製造装置100は、2つの半導体層を交互に積層して分布ブラッグ反射器を製造する場合にも、分布ブラッグ反射器を構成するAlAsおよびGaAsの膜厚を目標膜厚に設定して分布ブラッグ反射器を製造できる。 Thus, the thin film manufacturing apparatus 100 sets the film thickness of AlAs and GaAs constituting the distributed Bragg reflector as the target film thickness even when the distributed Bragg reflector is manufactured by alternately stacking two semiconductor layers. Thus, a distributed Bragg reflector can be manufactured.
1層のAlAsを形成する場合の過剰膜厚ΔdAlAsが0.5nmであっても、分布ブラッグ反射器を形成する場合、35周期の[AlAs/GaAs]を積層するので、分布ブラッグ反射器の全体では大きな誤差になり、1300nm帯の面発光レーザ素子の発振波長では、その誤差が約6.5nmとなってしまう。 Even when the excess film thickness Δd AlAs when forming one layer of AlAs is 0.5 nm, when forming a distributed Bragg reflector, 35 cycles of [AlAs / GaAs] are stacked. As a whole, a large error occurs, and the error is about 6.5 nm at the oscillation wavelength of the surface emitting laser element in the 1300 nm band.
このように、面発光レーザ素子においては、このようなわずかな膜厚の誤差が無視できなくない特性の差となって現れ易い。 As described above, in the surface emitting laser element, such a slight film thickness error is likely to appear as a characteristic difference that cannot be ignored.
上述した実施の形態1のように、目標膜厚から過剰膜厚Δdを差し引いた膜厚を制御上の目標膜厚とし、反応容器10内で結晶成長された半導体層の実測膜厚が制御上の目標膜厚に到達すると、原料ガスを停止するようにして各半導体層を結晶成長することによって、誤差の少ない分布ブラッグ反射器等の積層構造を製造できる。 As in the first embodiment described above, the film thickness obtained by subtracting the excess film thickness Δd from the target film thickness is set as the control target film thickness, and the actually measured film thickness of the semiconductor layer grown in the reaction vessel 10 is controlled. When the target film thickness is reached, each semiconductor layer is crystal-grown so as to stop the source gas, whereby a laminated structure such as a distributed Bragg reflector with few errors can be manufactured.
なお、実施の形態1においては、薄膜製造装置100は、3種以上の半導体を積層してもよい。 In the first embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100 may stack three or more kinds of semiconductors.
また、上記においては、化合物半導体層の結晶成長について説明したが、この発明においては、これに限らず、薄膜製造装置100は、シリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)等の単一の元素からなる結晶半導体の製造にも適用され得る。 In the above description, the crystal growth of the compound semiconductor layer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the thin film manufacturing apparatus 100 is made of a single element such as silicon (Si) and germanium (Ge). It can also be applied to the manufacture of crystalline semiconductors.
さらに、上記においては、MOCVD法による半導体層の結晶成長について説明したが、この発明においては、薄膜製造装置100は、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法および蒸着法等の成膜方法にも適用され得る。 Further, in the above description, the crystal growth of the semiconductor layer by the MOCVD method has been described. However, in the present invention, the thin film manufacturing apparatus 100 can also be applied to a film forming method such as an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method and a vapor deposition method. .
さらに、成長する膜も、半導体に限らず、たとえば、誘電体等の膜であってもよい。 Further, the growing film is not limited to a semiconductor, and may be a film of a dielectric, for example.
[実施の形態2]
図7は、実施の形態2による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図7を参照して、実施の形態2による薄膜製造装置100Aは、図1に示す薄膜製造装置100の検出器50および制御装置60をそれぞれ検出器50Aおよび制御装置60Aに代えたものであり、その他は、薄膜製造装置100と同じである。
[Embodiment 2]
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the thin film manufacturing apparatus according to the second embodiment. Referring to FIG. 7, thin film manufacturing apparatus 100A according to the second embodiment is obtained by replacing detector 50 and control apparatus 60 of thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 with detector 50A and control apparatus 60A, respectively. Others are the same as the thin film manufacturing apparatus 100.
検出器50Aは、上述した方法によって、反応容器10内で結晶成長された半導体層の膜厚を検出すると、その検出した膜厚を制御装置60Aへ出力する。また、検出器50Aは、過剰膜厚Δdを補正した補正過剰膜厚Δd_hを制御装置60Aから受けると、その受けた補正過剰膜厚Δd_hに基づいて制御上の目標膜厚を演算し、上述した方法によって検出した半導体層の膜厚が制御上の目標膜厚(補正過剰膜厚Δd_hを用いて演算された制御上の目標膜厚)に到達すると、停止信号STPを生成して制御装置60Aへ出力する。検出器50Aは、その他、検出器50と同じ機能を果たす。 When the detector 50A detects the film thickness of the semiconductor layer crystal-grown in the reaction vessel 10 by the above-described method, the detector 50A outputs the detected film thickness to the control device 60A. Further, when the detector 50A receives the corrected excessive film thickness Δd_h obtained by correcting the excessive film thickness Δd from the control device 60A, the detector 50A calculates the control target film thickness based on the received corrected excessive film thickness Δd_h. When the film thickness of the semiconductor layer detected by the method reaches the target film thickness for control (the target film thickness for control calculated using the corrected excess film thickness Δd_h), a stop signal STP is generated to the control device 60A. Output. Other than that, the detector 50A performs the same function as the detector 50.
制御装置60Aは、検出器50Aから半導体層の膜厚を受けると、その受けた膜厚に基づいて、半導体層の過剰膜厚Δdを補正し、その補正後の補正過剰膜厚Δd_hを検出器50Aへ出力する。制御装置60Aは、その他、制御装置60と同じ機能を果たす。 When the thickness of the semiconductor layer is received from the detector 50A, the control device 60A corrects the excessive film thickness Δd of the semiconductor layer based on the received film thickness, and the corrected excessive film thickness Δd_h after the correction is detected by the detector. Output to 50A. The control device 60A performs the same functions as the control device 60 in other respects.
このように、実施の形態2による薄膜製造装置100Aは、実際に結晶成長した半導体層の膜厚を用いて過剰膜厚Δdを補正し、その補正した補正過剰膜厚Δd_hを用いて制御上の目標膜厚を決定する構成を有する。 As described above, the thin film manufacturing apparatus 100A according to the second embodiment corrects the excessive film thickness Δd by using the film thickness of the semiconductor layer that is actually crystal-grown, and uses the corrected corrected excessive film thickness Δd_h for control. It has the structure which determines a target film thickness.
このような構成を採用することにしたのは、次の理由による。一般に、薄膜の成長方法においては、成長条件は、同一でも、毎回の成長速度が完全に一致するとは限らないため、予め測定した過剰膜厚Δdが誤差を含む場合がある。そのため、膜厚制御のための補正用のパラメータである過剰膜厚Δdを結晶成長中に補正することにしたものである。 The reason for adopting such a configuration is as follows. In general, in a thin film growth method, even if the growth conditions are the same, the growth rate of each time does not always coincide completely, and thus the excessive film thickness Δd measured in advance may include an error. Therefore, the excess film thickness Δd, which is a correction parameter for controlling the film thickness, is corrected during crystal growth.
以下、35周期の[AlAs/GaAs]を結晶成長させる場合を例として過剰膜厚Δdを補正しながら目標膜厚を有する半導体層を結晶成長する場合について説明する。この場合、AlAsの目標膜厚は、111nmであり、GaAsの目標膜厚は、95nmである。 Hereinafter, the case of crystal growth of a semiconductor layer having a target film thickness while correcting the excess film thickness Δd will be described by taking as an example the case of crystal growth of [AlAs / GaAs] with 35 periods. In this case, the target film thickness of AlAs is 111 nm, and the target film thickness of GaAs is 95 nm.
図8は、図7に示す薄膜製造装置100Aにおける分布ブラッグ反射器の製造方法を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、AlAsの成長条件(AlAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)およびGaAsの成長条件(GaAsの組成、目標膜厚、反応容器10内の圧力および反応容器10内の温度等)が作成され、その作成された成長条件、過剰膜厚Δd(=ΔdAlAs),Δd(=ΔdGaAs)および目標周期数(=35周期)が制御装置60Aへ入力される(ステップS31)。 FIG. 8 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the distributed Bragg reflector in the thin film manufacturing apparatus 100A shown in FIG. When a series of operations is started, AlAs growth conditions (AlAs composition, target film thickness, pressure in reaction vessel 10 and temperature in reaction vessel 10 etc.) and GaAs growth conditions (GaAs composition, target film thickness). , The pressure in the reaction vessel 10 and the temperature in the reaction vessel 10) are created, and the created growth conditions, excess film thickness Δd (= Δd AlAs ), Δd (= Δd GaAs ), and target period number (= 35) (Period) is input to the control device 60A (step S31).
その後、制御装置60Aは、AlAsの成長条件、GaAsの成長条件、過剰膜厚Δd(=ΔdAlAs),Δd(=ΔdGaAs)および目標周期数を検出器50Aへ転送する(ステップS32)。これによって、検出器50Aは、目標膜厚(=111nm)および過剰膜厚ΔdAlAsを有するAlAsと、目標膜厚(=95nm)および過剰膜厚ΔdGaAsを有するGaAsとを一対として35周期の[AlAs/GaAs]を反応容器10内で結晶成長させることを認識し、予め保持している35周期の[AlAs/GaAs]の反射率の強度変化と35周期の[AlAs/GaAs]の膜厚との関係を抽出する。そして、薄膜製造装置100Aにおいて、成長の準備が完了する(ステップS33)。 Thereafter, the control device 60A transfers the AlAs growth conditions, the GaAs growth conditions, the excess film thickness Δd (= Δd AlAs ), Δd (= Δd GaAs ), and the target period number to the detector 50A (step S32). As a result, the detector 50A has a 35-period [35] pair of AlAs having a target film thickness (= 111 nm) and excess film thickness Δd AlAs and GaAs having a target film thickness (= 95 nm) and excess film thickness Δd GaAs . Recognizing that AlAs / GaAs] grows in the reaction vessel 10, the intensity change of the reflectance of 35 cycles of [AlAs / GaAs] and the thickness of 35 cycles of [AlAs / GaAs] Extract the relationship. Then, preparation for growth is completed in the thin film manufacturing apparatus 100A (step S33).
成長の準備が完了すると、制御装置60Aは、Hレベルの信号SE1,SE2,SE4を生成し、その生成した信号SE1,SE2,SE4をそれぞれバルブ91,92,94へ出力する。また、制御装置60Aは、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)を流すための信号FL2、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL2,FL4をそれぞれMFC81,82,84へ出力する。 When preparation for growth is completed, control device 60A generates H-level signals SE1, SE2, and SE4, and outputs the generated signals SE1, SE2, and SE4 to valves 91, 92, and 94, respectively. The control device 60A also outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL2 for flowing trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL2, FL4 are output to the MFCs 81, 82, 84, respectively.
そして、バルブ91,92,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE2,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC82は、信号FL2に応じて所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 92, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE2, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 82 supplies trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL2. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、AlAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でAlAsの結晶成長が開始される。さらに、制御装置60Aは、信号SE1,SE2,SE4,FL1,FL2,FL4の出力に伴って信号ST1(信号STの一種)を生成して光源30および検出器50Aへ出力する(ステップS34)。 Trimethylaluminum (TMA) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and AlAs grows on the substrate 90. Begin to. As a result, crystal growth of AlAs is started in the reaction vessel 10. Further, control device 60A generates signal ST1 (a type of signal ST) in accordance with the output of signals SE1, SE2, SE4, FL1, FL2, and FL4, and outputs the signal ST1 to light source 30 and detector 50A (step S34).
光源30は、制御装置60Aからの信号ST1に応じて所定の波長を有する光を生成して出射する。そして、ハーフミラー40は、光源30からの光をそのまま透過し、光学ポート13を介して基板90に照射するとともに、基板90からの反射光を検出して検出器50Aへ導く。 The light source 30 generates and emits light having a predetermined wavelength according to the signal ST1 from the control device 60A. The half mirror 40 transmits the light from the light source 30 as it is, irradiates the substrate 90 via the optical port 13, and detects the reflected light from the substrate 90 and guides it to the detector 50A.
検出器50Aは、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、上述した方法によって、AlAsの膜厚を検出する(ステップS35)。 When the detector 50A receives the reflected light from the half mirror 40, the detector 50A detects the intensity of the received reflected light, and detects the thickness of the AlAs by the above-described method based on the detected intensity of the reflected light ( Step S35).
また、検出器50Aは、制御装置60Aから受けたAlAsの目標膜厚(=111nm)および過剰膜厚ΔdAlAsに基づいて、制御上の目標膜厚(=111nm−ΔdAlAs)を演算する。この場合に用いられる過剰膜厚ΔdAlAsは、予め実測された膜厚である。 Further, the detector 50A on the basis of the target film thickness (= 111 nm) and an excess thickness [Delta] d AlAs of AlAs received from the control unit 60A, to the operation control on the target film thickness (= 111nm-Δd AlAs). The excessive film thickness Δd AlAs used in this case is a film thickness measured in advance.
そして、検出器50Aは、反射光の強度変化に基づいて検出したAlAsの膜厚が制御上の目標膜厚(=111nm−ΔdAlAs)に到達すると、停止信号STP1を生成して制御装置60Aへ出力する(ステップS36)。 When the thickness of the AlAs detected based on the change in the intensity of the reflected light reaches the control target thickness (= 111 nm−Δd AlAs ), the detector 50A generates a stop signal STP1 and sends it to the control device 60A. Output (step S36).
そうすると、制御装置60Aは、検出器50Aからの停止信号STP1に応じて、Lレベルの信号SE1,SE2,SE4を生成してそれぞれバルブ91,92,94へ出力し、バルブ91,92,94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1,SE2,SE4に応じて閉じる。これによって、キャリアガス、トリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止される(ステップS37)。 Then, control device 60A generates L level signals SE1, SE2, SE4 in response to stop signal STP1 from detector 50A and outputs them to valves 91, 92, 94, respectively. Are closed in response to the signals SE1, SE2 and SE4 of L level. Thereby, the supply of the carrier gas, trimethylaluminum (TMA), and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped (step S37).
その後、検出器50Aは、上述した方法によって、AlAsの膜厚d1を検出し、その検出した膜厚d1を保持する。 Thereafter, the detector 50A is the method described above, to detect the thickness d 1 of AlAs, to hold the film thickness d 1 that its detection.
そして、検出器50Aは、結晶成長を中断するか否かを判定する(ステップS38)。ステップS38において、結晶成長を中断しないと判定されたとき、一連の動作は、ステップS34へ戻り、上述したステップS34〜ステップS38が繰り返し実行される。 Then, the detector 50A determines whether or not to stop the crystal growth (step S38). When it is determined in step S38 that the crystal growth is not interrupted, the series of operations returns to step S34, and the above-described steps S34 to S38 are repeatedly executed.
そして、AlAsの結晶成長が終了した後に、ステップS34〜ステップS38が実行される場合、ステップS34〜ステップS36において、GaAsの結晶成長が行なわれ、GaAsの結晶成長が終了した後に、ステップS34〜ステップS38が実行される場合、ステップS34〜ステップS36において、AlAsの結晶成長が行なわれる。 When Steps S34 to S38 are executed after the AlAs crystal growth is completed, GaAs crystal growth is performed in Steps S34 to S36, and after the GaAs crystal growth is completed, Steps S34 to S38 are performed. When S38 is executed, crystal growth of AlAs is performed in steps S34 to S36.
AlAsの結晶成長が終了した後に、ステップS34〜ステップS38が実行される場合の詳細な動作について説明する。 A detailed operation when Steps S34 to S38 are performed after the crystal growth of AlAs is completed will be described.
ステップS38の“NO”の後、制御装置60Aは、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成し、その生成したHレベルの信号SE1,SE3,SE4をそれぞれバルブ91,93,94へ出力する。また、制御装置60Aは、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)を流すための信号FL3、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL3,FL4をそれぞれMFC81,83,84へ出力する。 After “NO” in step S38, control device 60A generates H-level signals SE1, SE3, and SE4 and outputs the generated H-level signals SE1, SE3, and SE4 to valves 91, 93, and 94, respectively. . The control device 60A also outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL3 for flowing trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL3, FL4 are output to the MFCs 81, 83, 84, respectively.
そして、バルブ91,93,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC83は、信号FL3に応じて所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 93, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE3, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 83 supplies trimethyl gallium (TMG) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL3. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、GaAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でGaAsの結晶成長が開始される。さらに、制御装置60Aは、信号SE1,SE3,SE4,FL1,FL3,FL4の出力に伴って信号ST2(信号STの一種)を生成して光源30および検出器50Aへ出力する(ステップS34)。 Trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and GaAs grows on the substrate 90. Begin to. Thereby, crystal growth of GaAs is started in the reaction vessel 10. Further, control device 60A generates signal ST2 (a kind of signal ST) in accordance with the output of signals SE1, SE3, SE4, FL1, FL3, and FL4, and outputs the signal ST2 to light source 30 and detector 50A (step S34).
光源30は、制御装置60Aからの信号ST2に応じて所定の波長を有する光を生成して出射する。そして、ハーフミラー40は、光源30からの光をそのまま透過し、光学ポート13を介して基板90に照射するとともに、基板90からの反射光を検出して検出器50Aへ導く。 The light source 30 generates and emits light having a predetermined wavelength according to the signal ST2 from the control device 60A. The half mirror 40 transmits the light from the light source 30 as it is, irradiates the substrate 90 via the optical port 13, and detects the reflected light from the substrate 90 and guides it to the detector 50A.
検出器50Aは、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、上述した方法によって、GaAsの膜厚を検出する(ステップS35)。 When the detector 50A receives the reflected light from the half mirror 40, the detector 50A detects the intensity of the received reflected light, and detects the film thickness of GaAs by the above-described method based on the detected intensity of the reflected light ( Step S35).
また、検出器50Aは、制御装置60Aから受けたGaAsの目標膜厚(=95nm)および過剰膜厚ΔdGaAsに基づいて、制御上の目標膜厚(=95nm−ΔdGaAs)を演算する。この場合に用いられる過剰膜厚ΔdGaAsも、予め実測された膜厚である。 The detector 50A calculates a control target film thickness (= 95 nm−Δd GaAs ) based on the GaAs target film thickness (= 95 nm) and the excess film thickness Δd GaAs received from the control device 60A. The excessive film thickness Δd GaAs used in this case is also a film thickness actually measured in advance.
そして、検出器50Aは、反射光の強度変化に基づいて検出したGaAsの膜厚が制御上の目標膜厚(=95nm−ΔdAlAs)に到達すると、停止信号STP2を生成して制御装置60Aへ出力する(ステップS36)。 When the film thickness of GaAs detected based on the intensity change of the reflected light reaches the control target film thickness (= 95 nm−Δd AlAs ), the detector 50A generates a stop signal STP2 and sends it to the control device 60A. Output (step S36).
そうすると、制御装置60Aは、検出器50Aからの停止信号STP2に応じて、Lレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成してそれぞれバルブ91,93,94へ出力し、バルブ91,93,94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて閉じる。これによって、キャリアガス、トリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)の反応容器10への供給が停止される(ステップS37)。 Then, control device 60A generates L level signals SE1, SE3, SE4 in response to stop signal STP2 from detector 50A and outputs them to valves 91, 93, 94, respectively. , Respectively, in response to the L level signals SE1, SE3, SE4. Thereby, the supply of the carrier gas, trimethyl gallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) to the reaction vessel 10 is stopped (step S37).
その後、検出器50Aは、上述した方法によって、GaAsの膜厚d2を検出し、その検出した膜厚d2を保持する。 Thereafter, the detector 50A is the method described above, to detect the GaAs of thickness d 2, to hold the film thickness d 2 that its detection.
一方、ステップS38において、結晶成長を中断すると判定された場合、制御装置60Aは、Lレベルの信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力し、全ての原料ガスを停止する。そして、検出器50Aは、前回の結晶成長の中断から今回の結晶成長の中断までの間に成長した各層(AlAs層およびGaAs層の各々)の膜厚、組成および成長温度を解析する。そして、検出器50Aは、その解析した各層(AlAs層およびGaAs層の各々)の膜厚、組成および成長温度からなるデータを制御装置60Aへ転送する(ステップS39)。なお、検出器50Aは、1層のAlAsの結晶成長が終了する毎にAlAsの膜厚d1を検出して保持し、1層のGaAsの結晶成長が終了する毎にGaAsの膜厚d2を検出して保持しているので、前回の結晶成長の中断から今回の結晶成長の中断までの間に成長した各層(AlAs層およびGaAs層の各々)の膜厚を容易に解析できる。 On the other hand, when it is determined in step S38 that the crystal growth is interrupted, the control device 60A generates L level signals SE1 to SE4 and outputs them to the valves 91 to 94, respectively, and stops all the source gases. Then, the detector 50A analyzes the film thickness, composition, and growth temperature of each layer (each of the AlAs layer and the GaAs layer) grown from the previous crystal growth interruption to the current crystal growth interruption. Then, the detector 50A transfers data including the film thickness, composition, and growth temperature of each analyzed layer (each of the AlAs layer and the GaAs layer) to the control device 60A (step S39). Incidentally, the detector 50A holds and detects the film thickness d 1 of the AlAs every crystal growth of AlAs one layer is completed, GaAs of thickness d 2 each time GaAs crystal growth of one layer is completed Therefore, it is possible to easily analyze the film thickness of each layer (each of the AlAs layer and the GaAs layer) grown between the interruption of the previous crystal growth and the interruption of the current crystal growth.
その後、制御装置60Aは、検出器50Aから受けたデータ(=各層(AlAs層およびGaAs層の各々)の膜厚、組成および成長温度)に基づいて、各層の膜厚の目標膜厚からのずれ量を計算する(ステップS40)。より具体的には、検出器50Aは、1層のAlAsの結晶成長後に実測したAlAsの膜厚d1が111.5nmであるとき、AlAsの膜厚の目標膜厚からのずれ量を111−111.5=−0.5nmと計算する。また、検出器50Aは、1層のGaAsの結晶成長後に実測したGaAsの膜厚d2が95.6nmであるとき、GaAsの膜厚の目標膜厚からのずれ量を95−95.6=−0.6nmと計算する。 Thereafter, the control device 60A determines the deviation of the film thickness of each layer from the target film thickness based on the data received from the detector 50A (= film thickness, composition and growth temperature of each layer (AlAs layer and GaAs layer)). The amount is calculated (step S40). More specifically, the detector 50A sets the deviation amount of the AlAs film thickness from the target film thickness 111− when the AlAs film thickness d 1 measured after crystal growth of one layer of AlAs is 111.5 nm. Calculate 111.5 = −0.5 nm. Further, the detector 50A, when GaAs having a thickness d 2 which is measured after the GaAs crystal growth of one layer is 95.6Nm, the amount of deviation from a target film thickness of the film thickness of the GaAs 95-95.6 = Calculate as -0.6 nm.
そして、制御装置60Aは、膜厚のずれ量を計算すると、過剰膜厚Δdの補正を行なうか否かを判定する(ステップS41)。この場合、制御装置60Aは、各層の膜厚が目標膜厚からずれている場合、過剰膜厚Δdの補正を行なうと判定し、各層の膜厚が目標膜厚に略一致している場合、過剰膜厚Δdの補正を行なわないと判定する。 Then, after calculating the film thickness deviation amount, control device 60A determines whether or not to correct excess film thickness Δd (step S41). In this case, when the film thickness of each layer is deviated from the target film thickness, the control device 60A determines to correct the excess film thickness Δd, and when the film thickness of each layer substantially matches the target film thickness, It is determined that the excessive film thickness Δd is not corrected.
ステップS41において、過剰膜厚Δdの補正を行なわないと判定されたとき、一連の動作は、ステップS34へ戻る。 When it is determined in step S41 that the excess film thickness Δd is not corrected, the series of operations returns to step S34.
一方、ステップS41において、過剰膜厚Δdの補正を行なうと判定されたとき、制御装置60Aは、制御上の目標膜厚を再度計算する。より具体的には、制御装置60Aは、AlAsの膜厚の目標膜厚からのずれ量が−0.5nmであったので、現在の制御上の目標膜厚(=111−ΔdAlAs)にずれ量(=−0.5nm)を加算して、新しい制御上の目標膜厚(=111−ΔdAlAs−0.5nm)を計算する。また、制御装置60Aは、GaAsの膜厚の目標膜厚からのずれ量が−0.6nmであったので、現在の制御上の目標膜厚(=95−ΔdGaAs)にずれ量(=−0.6nm)を加算して、新しい制御上の目標膜厚(=95−ΔdGaAs−0.6nm)を計算する。 On the other hand, when it is determined in step S41 that the excess film thickness Δd is to be corrected, the control device 60A calculates the control target film thickness again. More specifically, control device 60A, since the amount of deviation from a target film thickness of the film thickness of the AlAs was -0.5 nm, the deviation to the target thickness on the current control (= 111-Δd AlAs) The amount (= −0.5 nm) is added to calculate a new target film thickness (= 111−Δd AlAs −0.5 nm). Further, since the deviation amount of the GaAs film thickness from the target film thickness is −0.6 nm, the control device 60A has a deviation amount (= −−) to the current control target film thickness (= 95−Δd GaAs ). 0.6 nm) is added to calculate a new control target film thickness (= 95−Δd GaAs −0.6 nm).
なお、新しい制御上の目標膜厚(=111−ΔdAlAs−0.5nm)を計算することは、AlAsの過剰膜厚ΔdAlAsをΔdAlAsからΔdAlAs+0.5nmに補正することに相当し、新しい制御上の目標膜厚(=95−ΔdGaAs−0.6nm)を計算することは、GaAsの過剰膜厚ΔdGaAsをΔdGaAsからΔdGaAs+0.6nmに補正することに相当する。 Note that calculating the new control target film thickness (= 111−Δd AlAs −0.5 nm) corresponds to correcting the excess film thickness Δd AlAs of AlAs from Δd AlAs to Δd AlAs +0.5 nm. Calculating the new control target film thickness (= 95−Δd GaAs −0.6 nm) corresponds to correcting the GaAs excess film thickness Δd GaAs from Δd GaAs to Δd GaAs +0.6 nm.
そして、制御装置60Aは、新しい制御上の目標膜厚を計算すると、その計算した制御上の目標膜厚を検出器50Aへ転送する(ステップS42)。 Then, after calculating the new control target film thickness, the control device 60A transfers the calculated control target film thickness to the detector 50A (step S42).
その後、検出器50Aは、新しい制御上の目標膜厚を制御装置60Aから受けると、周期数が目標周期数(=35周期)に到達したか否かを判定する(ステップS43)。そして、周期数が目標周期数に到達していないと判定されたとき、一連の動作は、ステップS34へ戻り、ステップS43において、周期数が目標周期数に到達したと判定されるまで、上述したステップS34〜S43が繰り返し実行される。 Thereafter, when the detector 50A receives a new control target film thickness from the control device 60A, the detector 50A determines whether or not the number of cycles has reached the target number of cycles (= 35 cycles) (step S43). When it is determined that the number of cycles has not reached the target number of cycles, the series of operations returns to step S34, and the above-described operation is performed until it is determined in step S43 that the number of cycles has reached the target number of cycles. Steps S34 to S43 are repeatedly executed.
そして、ステップS43において、周期数が目標周期数に到達したと判定されると、検出器50Aは、全ての原料ガスを停止するための停止信号STP3(停止信号STPの一種)を生成して制御装置60Aへ出力し、制御装置60Aは、検出器50Aからの停止信号STP3に応じて、Lレベルの信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力する。そして、バルブ91〜94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1〜SE4に応じて閉じる。これによって、全ての原料ガスが停止される(ステップS44)。そして、一連の動作は終了する。 When it is determined in step S43 that the number of cycles has reached the target number of cycles, the detector 50A generates and controls a stop signal STP3 (a kind of stop signal STP) for stopping all source gases. In response to the stop signal STP3 from the detector 50A, the control device 60A generates L level signals SE1 to SE4 and outputs them to the valves 91 to 94, respectively. The valves 91 to 94 are closed according to the L level signals SE1 to SE4, respectively. Thereby, all the source gases are stopped (step S44). And a series of operation | movement is complete | finished.
なお、一連の動作がステップS42を経由してステップS34へ戻った場合、ステップS34〜ステップS37においては、補正後の制御上の目標膜厚(=補正後の過剰膜厚)を用いて、AlAsまたはGaAsが目標膜厚を有するようにAlAsまたはGaAsの結晶成長が行なわれる。 When the series of operations returns to step S34 via step S42, in steps S34 to S37, the corrected target film thickness (= excessive film thickness after correction) is used to obtain AlAs. Alternatively, crystal growth of AlAs or GaAs is performed so that GaAs has a target film thickness.
また、ステップS38において、結晶成長を中断するとの判定は、任意のタイミングで行なわれる。たとえば、結晶成長を中断するとの判定は、1層のAlAsまたは1層のGaAsの結晶成長が終了したとき、またはAlAs/GaAsの対が数周期積層されたときである。 In step S38, the determination that the crystal growth is interrupted is performed at an arbitrary timing. For example, it is determined that the crystal growth is interrupted when the crystal growth of one layer of AlAs or one layer of GaAs is completed, or when a pair of AlAs / GaAs is stacked for several cycles.
1層のAlAsまたは1層のGaAsの結晶成長が終了したときに結晶成長が中断された場合、制御上の目標膜厚の補正(過剰膜厚Δdの補正)は、1層のAlAsまたは1層のGaAsの結晶成長が終了するごとに行なわれることになる。 When the crystal growth is interrupted when the crystal growth of one layer of AlAs or one layer of GaAs is completed, the correction of the target film thickness for control (correction of the excess film thickness Δd) is performed by one layer of AlAs or one layer. This is performed every time GaAs crystal growth is completed.
また、AlAs/GaAsの対が数周期積層されたときに結晶成長が中断された場合、制御上の目標膜厚の補正(過剰膜厚Δdの補正)は、数周期の[AlAs/GaAs]が積層されるごとに行なわれることになる。この場合、各層の膜厚の目標膜厚からのずれ量は、数層分の膜厚の平均値を計算し、その計算した平均値と目標膜厚とを用いて求めるようにしてもよい。 When crystal growth is interrupted when AlAs / GaAs pairs are stacked for several cycles, correction of the target film thickness for control (correction of excess film thickness Δd) is performed by [AlAs / GaAs] of several cycles. This is done every time it is stacked. In this case, the amount of deviation of the film thickness of each layer from the target film thickness may be obtained by calculating the average value of the film thickness for several layers and using the calculated average value and the target film thickness.
上述したように、実施の形態2においては、実測した半導体層の膜厚に基づいて過剰膜厚を補正し、その補正後の補正過剰膜厚を用いて各層が目標膜厚を有するように結晶成長を行なうので、目標膜厚からのすれ量をさらに小さくして半導体層を結晶成長できる。 As described above, in the second embodiment, the excess film thickness is corrected based on the measured film thickness of the semiconductor layer, and the corrected crystal thickness is corrected so that each layer has the target film thickness. Since the growth is performed, the semiconductor layer can be crystal-grown by further reducing the slip amount from the target film thickness.
なお、上記においては、2層の半導体層を結晶成長させる場合について説明したが、実施の形態2においては、これに限らず、この発明は、1層の半導体層および3層の半導体層を結晶成長させる場合にも適用される。 In the above description, the case where the two semiconductor layers are crystal-grown has been described. However, the present invention is not limited to this in the second embodiment, and the present invention is not limited to this. It is also applied when growing.
その他は、実施の形態1と同じである。 Others are the same as in the first embodiment.
[実施の形態3]
図9は、実施の形態3による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図9を参照して、実施の形態3による薄膜製造装置100Bは、図7に示す薄膜製造装置100Aの制御装置60Aを制御装置60Bに代えたものであり、その他は、薄膜製造装置100Aと同じである。
[Embodiment 3]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the thin film manufacturing apparatus according to the third embodiment. Referring to FIG. 9, thin film manufacturing apparatus 100B according to Embodiment 3 is the same as thin film manufacturing apparatus 100A except that control device 60A of thin film manufacturing apparatus 100A shown in FIG. 7 is replaced with control device 60B. It is.
制御装置60Bは、検出器50Aが検出した半導体層の膜厚を用いて、反応容器10内で結晶成長された半導体層の反射帯域を演算する。そして、制御装置60Bは、その演算した反射帯域の中心値が本来の目標値になるように制御上の目標膜厚の補正(=過剰膜厚Δdの補正)を行なう。制御装置60Bは、その他、制御装置60Aと同じ機能を果たす。 The control device 60B calculates the reflection band of the semiconductor layer crystal-grown in the reaction vessel 10 using the film thickness of the semiconductor layer detected by the detector 50A. Then, control device 60B corrects the control target film thickness (= corrects excessive film thickness Δd) so that the calculated center value of the reflection band becomes the original target value. In addition, the control device 60B performs the same function as the control device 60A.
このように、実施の形態3による薄膜製造装置100Bは、実際に結晶成長した半導体層の反射帯域の中心値が本来の目標値になるように過剰膜厚Δdを補正し、その補正した補正過剰膜厚Δd_hを用いて制御上の目標膜厚を決定する構成を有する。 As described above, the thin film manufacturing apparatus 100B according to the third embodiment corrects the excess film thickness Δd so that the center value of the reflection band of the semiconductor layer actually grown has the original target value, and the corrected overcorrection is corrected. The control target film thickness is determined using the film thickness Δd_h.
このような構成を採用することにしたのは、次の理由による。分布ブラッグ反射器を構成するAlAs/GaAsの一層当たりの膜厚は、数十nm程度と薄いため、検出器50AによってリアルタイムにAlAsまたはGaAsの膜厚を検出しようとした場合、サンプリング回数が少なくなりやすく、膜厚を正確に検出することが困難である場合もある。そのため、実測した膜厚に基づいて過剰膜厚Δdを補正しながらAlAsまたはGaAsを結晶成長したとしても、各層の成長後の膜厚が目標膜厚に完全に一致しない可能性がある。そこで、実際に結晶成長した半導体層の反射帯域の中心値が本来の目標値になるように過剰膜厚Δdを補正し、その補正した補正過剰膜厚Δd_hを用いて制御上の目標膜厚を決定する構成を採用することにしたものである。 The reason for adopting such a configuration is as follows. Since the film thickness per layer of AlAs / GaAs constituting the distributed Bragg reflector is as thin as several tens of nanometers, if the detector 50A is used to detect the film thickness of AlAs or GaAs in real time, the number of samplings is reduced. It is easy and it may be difficult to accurately detect the film thickness. For this reason, even if AlAs or GaAs is crystal-grown while correcting the excess film thickness Δd based on the actually measured film thickness, the film thickness after growth of each layer may not completely match the target film thickness. Therefore, the excess film thickness Δd is corrected so that the center value of the reflection band of the semiconductor layer actually grown has the original target value, and the corrected target film thickness Δd_h is used to set the target film thickness for control. The structure to be decided is adopted.
以下、35周期の[AlAs/GaAs]を結晶成長させる場合を例として過剰膜厚Δdを補正しながら目標膜厚を有する半導体層を結晶成長する場合について説明する。この場合、AlAsの目標膜厚は、111.7nmであり、GaAsの目標膜厚は、95.2nmである。そして、この35周期の[AlAs/GaAs]の反射帯域の中心波長は、1300nmである。 Hereinafter, the case of crystal growth of a semiconductor layer having a target film thickness while correcting the excess film thickness Δd will be described by taking as an example the case of crystal growth of [AlAs / GaAs] with 35 periods. In this case, the target film thickness of AlAs is 111.7 nm, and the target film thickness of GaAs is 95.2 nm. The central wavelength of the reflection band of [AlAs / GaAs] of this 35 period is 1300 nm.
図10は、反射率スペクトルを示す図である。図10において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線k1は、反射帯域の中心波長が1290nmである場合の反射率スペクトルを示し、曲線k2は、反射帯域の中心波長が1300nmである場合の反射率スペクトルを示す。 FIG. 10 is a diagram showing a reflectance spectrum. In FIG. 10, the vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents the wavelength. Curve k1 represents the reflectance spectrum when the center wavelength of the reflection band is 1290 nm, and curve k2 represents the reflectance spectrum when the center wavelength of the reflection band is 1300 nm.
制御装置60Bは、たとえば、15周期の[AlAs/GaAs]が反応容器10内で結晶成長されたときのAlAs(またはGaAs)の膜厚に基づいて、反射率スペクトルを計算する。その結果、計算した反射率スペクトルが曲線k1で示される反射率スペクトルになったとする。 For example, the control device 60B calculates the reflectance spectrum based on the film thickness of AlAs (or GaAs) when 15 cycles of [AlAs / GaAs] are crystal-grown in the reaction vessel 10. As a result, it is assumed that the calculated reflectance spectrum becomes the reflectance spectrum indicated by the curve k1.
反射帯域の中心波長は、反射率が最も高いときの波長であり、[AlAs/GaAs]の積層構造からなる分布ブラッグ反射器において、反射率が最も高くなるときの1層当たりのAlAsまたはGaAsの膜厚dは、λMAX=4ndとなる。なお、nは、AlAsまたはGaAsの屈折率である。 The central wavelength of the reflection band is the wavelength when the reflectance is the highest, and in a distributed Bragg reflector having a laminated structure of [AlAs / GaAs], the AlAs or GaAs per layer when the reflectance is the highest. The film thickness d is λ MAX = 4nd. Note that n is the refractive index of AlAs or GaAs.
制御装置60Bは、計算した反射率スペクトルにおいて、反射率が最も高くなるときの波長が本来の波長(=1300nm)からずれている場合、λMAX=4ndを用いて、反射率が最も高くなるときの波長が本来の波長(=1300nm)になるときのAlAsまたはGaAsの膜厚dを計算する。 In the calculated reflectance spectrum, the control device 60B uses λ MAX = 4nd when the wavelength at which the reflectance is highest is shifted from the original wavelength (= 1300 nm), and the reflectance is highest. The film thickness d of AlAs or GaAs when the wavelength becomes the original wavelength (= 1300 nm) is calculated.
そして、制御装置60Bは、その計算した膜厚dを有するAlAsまたはGaAsが結晶成長されるように過剰膜厚Δdを補正する。すなわち、制御装置60Bは、35周期の[AlAs/GaAs]の反射帯域の中心波長が本来の中心波長(=1300nm)になるように過剰膜厚Δdを補正する。 Then, the control device 60B corrects the excess film thickness Δd so that AlAs or GaAs having the calculated film thickness d is crystal-grown. That is, the control device 60B corrects the excess film thickness Δd so that the center wavelength of the [AlAs / GaAs] reflection band of 35 periods becomes the original center wavelength (= 1300 nm).
図11は、図9に示す薄膜製造装置100Bにおける分布ブラッグ反射器の製造方法を説明するためのフローチャートである。図11に示すフローチャートは、図8に示すフローチャートのステップS41とステップS42との間にステップS41A,S42Aを挿入したものであり、その他は、図8に示すフローチャートと同じである。 FIG. 11 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a distributed Bragg reflector in the thin film manufacturing apparatus 100B shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 11 is the same as the flowchart shown in FIG. 8 except that steps S41A and S42A are inserted between step S41 and step S42 in the flowchart shown in FIG.
なお、図11に示すフローチャートが実行される場合、15周期の[AlAs/GaAs]が積層されると、ステップS38において結晶成長を中止すると判定される。 When the flowchart shown in FIG. 11 is executed, if [AlAs / GaAs] of 15 cycles is stacked, it is determined in step S38 that the crystal growth is stopped.
図11を参照して、ステップS41において、過剰膜厚Δdの補正を行なうと判定されたとき、制御装置60Bは、分布ブラッグ反射器(DBR)の反射率を補償するための残りの分布ブラッグ反射器(DBR)を形成するためのAlAsおよびGaAsの膜厚を計算する(ステップS41A)。 Referring to FIG. 11, when it is determined in step S41 that correction of excess film thickness Δd is to be performed, control device 60B performs the remaining distributed Bragg reflection for compensating the reflectance of the distributed Bragg reflector (DBR). The film thickness of AlAs and GaAs for forming the vessel (DBR) is calculated (step S41A).
すなわち、ステップS38においては、15周期の[AlAs/GaAs]が積層されたときに結晶成長が中断されているので、制御装置60Bは、残りの20周期分の[AlAs/GaAs]を積層するときのAlAsおよびGaAsの膜厚を計算する。 That is, in step S38, crystal growth is interrupted when 15 cycles of [AlAs / GaAs] are stacked, so that the control device 60B stacks [AlAs / GaAs] for the remaining 20 cycles. The film thickness of AlAs and GaAs is calculated.
15周期の[AlAs/GaAs]が積層されたときのAlAsの15周期分の平均膜厚は、110.8nmであり、GaAsの15周期分の平均膜厚は、94.4nmであったとする。 It is assumed that the average film thickness for 15 cycles of AlAs when 15 [AlAs / GaAs] layers are stacked is 110.8 nm, and the average film thickness for 15 cycles of GaAs is 94.4 nm.
制御装置60Bは、ステップS39において検出器50Aから受けたデータ(各層(AlAs層およびGaAs層の各々)の膜厚、組成および成長温度)に含まれるAlAsおよびGaAsの15周期分の膜厚を検出して、AlAsの15周期分の平均膜厚(=110.8nm)と、GaAsの15周期分の平均膜厚(=94.4nm)とを演算する。 Control device 60B detects the film thickness of 15 cycles of AlAs and GaAs included in the data (the film thickness, composition and growth temperature of each layer (each of the AlAs layer and GaAs layer)) received from detector 50A in step S39. Then, the average film thickness (= 110.8 nm) of 15 cycles of AlAs and the average film thickness (= 94.4 nm) of 15 cycles of GaAs are calculated.
そして、制御装置60Bは、その演算したAlAsの平均膜厚(=110.8nm)と、GaAsの平均膜厚(=94.4nm)とを用いて反射率スペクトル(図10の曲線k1参照)を計算し、分布ブラッグ反射器(DBR)の反射帯域の中心波長が1290nmであることを検出する。 Then, the control device 60B uses the calculated average thickness of AlAs (= 110.8 nm) and the average thickness of GaAs (= 94.4 nm) to calculate a reflectance spectrum (see curve k1 in FIG. 10). Calculate and detect that the center wavelength of the reflection band of the distributed Bragg reflector (DBR) is 1290 nm.
この1290nmの中心波長は、本来の中心波長である1300nmとずれているので、制御装置60Bは、残りの20周期分の[AlAs/GaAs]を積層し、35周期の[AlAs/GaAs]を形成した場合の分布ブラッグ反射器(DBR)の反射帯域の中心波長が1300nmになるようにAlAsおよびGaAsの各層の膜厚を計算する。 Since the center wavelength of 1290 nm is deviated from the original center wavelength of 1300 nm, the control device 60B stacks the remaining 20 cycles of [AlAs / GaAs] to form 35 cycles of [AlAs / GaAs]. In this case, the film thicknesses of the AlAs and GaAs layers are calculated so that the center wavelength of the reflection band of the distributed Bragg reflector (DBR) is 1300 nm.
より具体的には、既に結晶成長した15周期の膜厚に対して残り20周期のAlAsおよびGaAsの膜厚(光学長)をパラメータにして35周期の[AlAs/GaAs]を結晶成長したときの反射率スペクトルを計算する。材料、組成および膜厚が決まれば、この反射率スペクトルを一意に計算可能である。そして、計算した反射率スペクトルに基づいて中心波長を求め、その求めた中心波長が1300nmからずれていれば、そのずれ方向に応じて、AlAsおよびGaAsの膜厚(光学長)をそれぞれがある特定波長において同じλ/4の光学長を保つように、少しづつずらせ、中心波長が1300nmになるようにAlAsおよびGaAsの膜厚を決定する。つまり、中心波長が1300nmよりも短い波長にずれていれば、AlAsおよびGaAsの膜厚を厚くしていき、中心波長が1300nmよりも長い波長にずれていれば、AlAsおよびGaAsの膜厚を薄くしていき、中心波長が1300nmになるようにAlAsおよびGaAsの膜厚を決定する。 More specifically, when [AlAs / GaAs] of 35 cycles is grown with the remaining 20 cycles of AlAs and GaAs film thickness (optical length) as a parameter with respect to 15 cycles of already grown crystals. Calculate the reflectance spectrum. Once the material, composition and film thickness are determined, this reflectance spectrum can be uniquely calculated. Then, the center wavelength is obtained based on the calculated reflectance spectrum, and if the obtained center wavelength is deviated from 1300 nm, the film thicknesses (optical lengths) of AlAs and GaAs are respectively specified according to the deviation direction. The film thicknesses of AlAs and GaAs are determined so that the center wavelength is 1300 nm while keeping the optical length of the same λ / 4 at the wavelength. That is, if the center wavelength is shifted to a wavelength shorter than 1300 nm, the film thickness of AlAs and GaAs is increased, and if the center wavelength is shifted to a wavelength longer than 1300 nm, the film thickness of AlAs and GaAs is decreased. Then, the film thicknesses of AlAs and GaAs are determined so that the center wavelength becomes 1300 nm.
このような方法によって求めたAlAsの膜厚x1(=残りの20周期分の[AlAs/GaAs]を積層するときのAlAsの膜厚)は、112.3nmであり、GaAsの膜厚x2(=残りの20周期分の[AlAs/GaAs]を積層するときのGaAsの膜厚)は、95.8nmである。 The AlAs film thickness x 1 (= the AlAs film thickness when the [AlAs / GaAs] for the remaining 20 cycles is laminated) determined by such a method is 112.3 nm, and the GaAs film thickness x 2. (= Film thickness of GaAs when stacking [AlAs / GaAs] for the remaining 20 cycles) is 95.8 nm.
このようにして、制御装置60Bは、分布ブラッグ反射器(DBR)の反射率を補償するための残りの分布ブラッグ反射器(DBR)を形成するためのAlAsおよびGaAsの膜厚を計算する(ステップS41A)。 In this way, the controller 60B calculates the film thicknesses of AlAs and GaAs for forming the remaining distributed Bragg reflector (DBR) for compensating the reflectance of the distributed Bragg reflector (DBR) (step). S41A).
その後、制御装置60Bは、制御上の目標膜厚を変更するか否かを判定する(ステップS42A)。この場合、制御装置60Bは、AlAsおよびGaAsの15周期分の平均膜厚を用いて計算した反射率スペクトルの反射帯域の中心波長が本来の中心波長(=1300nm)からずれていれば、制御上の目標膜厚を変更すると判定し、AlAsおよびGaAsの15周期分の平均膜厚を用いて計算した反射率スペクトルの反射帯域の中心波長が本来の中心波長(=1300nm)に略一致していれば、制御上の目標膜厚を変更しないと判定する。 Thereafter, the control device 60B determines whether or not to change the control target film thickness (step S42A). In this case, if the central wavelength of the reflection band of the reflectance spectrum calculated using the average film thickness of 15 periods of AlAs and GaAs is deviated from the original central wavelength (= 1300 nm), the control device 60B controls the control. The center wavelength of the reflection band of the reflectance spectrum calculated using the average film thickness for 15 periods of AlAs and GaAs is substantially the same as the original center wavelength (= 1300 nm). For example, it is determined that the target film thickness for control is not changed.
ステップS42Aにおいて、制御上の目標膜厚を変更しないと判定されたとき、一連の動作は、ステップS34へ戻る。 When it is determined in step S42A that the target film thickness for control is not changed, the series of operations returns to step S34.
一方、ステップS42Aにおいて、制御上の目標膜厚を変更すると判定されたとき、一連の動作は、上述したステップS42へ移行する。 On the other hand, when it is determined in step S42A that the control target film thickness is to be changed, the series of operations proceeds to step S42 described above.
この場合、ステップS42において、制御装置60Bは、ステップS41Aにおいて計算したAlAsの膜厚(=112.3nm)およびGaAsの膜厚(=95.8nm)を用いて、AlAsの新たな制御上の目標膜厚を112.3nm−ΔdAlAsと計算し、GaAsの新たな制御上の目標膜厚を95.8nm−ΔdGaAsと計算する。 In this case, in step S42, the control device 60B uses the AlAs film thickness (= 112.3 nm) and the GaAs film thickness (= 95.8 nm) calculated in step S41A to establish a new control target for AlAs. The film thickness is calculated as 112.3 nm−Δd AlAs, and the new target film thickness for control of GaAs is calculated as 95.8 nm−Δd GaAs .
したがって、一連の動作がステップS42を経由してステップS34へ戻った場合、新たな制御上の目標膜厚を用いてAlAsまたはGaAsの結晶成長が行なわれる。 Therefore, when the series of operations returns to step S34 via step S42, crystal growth of AlAs or GaAs is performed using the new target film thickness for control.
なお、AlAsの新たな制御上の目標膜厚を112.3nm−ΔdAlAsと計算することは、AlAsの過剰膜厚ΔdAlAsをΔdAlAsからΔdAlAs−1.5nmに補正することに相当し、GaAsの新たな制御上の目標膜厚を95.8nm−ΔdGaAsと計算することは、GaAsの過剰膜厚ΔdGaAsをΔdGaAsからΔdGaAs−0.8nmに補正することに相当する。 Note that calculating the new control target film thickness of AlAs as 112.3 nm−Δd AlAs corresponds to correcting the excess film thickness Δd AlAs of AlAs from Δd AlAs to Δd AlAs −1.5 nm, The calculation of the new control target film thickness of GaAs as 95.8 nm−Δd GaAs corresponds to the correction of the excess film thickness Δd GaAs of GaAs from Δd GaAs to Δd GaAs −0.8 nm.
上述したように、実施の形態3によれば、薄膜製造装置100Bは、実際に結晶成長した半導体層の反射帯域の中心値が本来の目標値になるように過剰膜厚Δdを補正し、その補正した補正過剰膜厚Δd_hを用いて制御上の目標膜厚を決定するので、実測した1層当たりの膜厚を用いて過剰膜厚Δdを補正する場合よりも、誤差を少なくして過剰膜厚Δdを補正でき、最終的に所望の特性を有する積層構造体(分布ブラッグ反射器)を製造できる。 As described above, according to the third embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100B corrects the excess film thickness Δd so that the center value of the reflection band of the semiconductor layer that has actually grown crystal becomes the original target value. Since the target film thickness for control is determined using the corrected corrected excess film thickness Δd_h, the excess film can be reduced with less error than in the case of correcting the excess film thickness Δd using the actually measured film thickness per layer. The thickness Δd can be corrected, and finally a laminated structure (distributed Bragg reflector) having desired characteristics can be manufactured.
なお、上記においては、15周期分の[AlAs/GaAs]を積層した時点で結晶成長を中断すると説明したが、この発明においては、これに限らず、これ以外の周期数分の[AlAs/GaAs]を積層した時点で結晶成長を中断するようにしてもよい。 In the above description, it has been described that the crystal growth is interrupted at the time when [AlAs / GaAs] for 15 cycles is stacked. However, the present invention is not limited to this, and [AlAs / GaAs for the other number of cycles. ] May be interrupted at the time of stacking.
また、実施の形態3においては、薄膜製造装置100Bは、3種以上の半導体層を積層する場合に、上述した方法によって3種以上の半導体層を積層してもよく、1種の半導体層を結晶成長する場合に、上述した方法によって1種の半導体層を結晶成長してもよい。 In the third embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100B may stack three or more types of semiconductor layers by the method described above when stacking three or more types of semiconductor layers. In the case of crystal growth, one kind of semiconductor layer may be crystal grown by the above-described method.
[実施の形態4]
図12は、実施の形態4による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図12を参照して、実施の形態4による薄膜製造装置100Cは、図9に示す薄膜製造装置100Bの光源30を光源30Aに代え、検出器50Aを検出器50Bに代え、制御装置60Bを制御装置60Cに代えたものであり、その他は、薄膜製造装置100Bと同じである。
[Embodiment 4]
FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the thin film manufacturing apparatus according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 12, thin film manufacturing apparatus 100C according to the fourth embodiment controls light source 30 of thin film manufacturing apparatus 100B shown in FIG. 9 with light source 30A, detector 50A with detector 50B, and control device 60B. The apparatus is replaced with the apparatus 60C, and the others are the same as those of the thin film manufacturing apparatus 100B.
光源30Aは、検出器50Bからの中断信号BRKに応じて、所定の波長範囲において波長を順次変えた光を出射する。 The light source 30A emits light whose wavelengths are sequentially changed in a predetermined wavelength range in response to the interruption signal BRK from the detector 50B.
検出器50Bは、反応容器10内における結晶成長時間が結晶成長を中断する時間に到達すると、中断信号BRKを生成して光源30Aおよび制御装置60Cへ出力する。また、検出器50Bは、光源30Aから出射され、基板90によって反射された反射光をハーフミラー40から受け、その受けた反射光の強度を検出して反応容器10内で結晶成長された半導体層の反射率スペクトルを検出する。そして、検出器50Bは、その検出した反射率スペクトルを制御装置60Cへ出力する。 When the crystal growth time in the reaction vessel 10 reaches the time during which the crystal growth is interrupted, the detector 50B generates an interruption signal BRK and outputs it to the light source 30A and the control device 60C. In addition, the detector 50B receives the reflected light emitted from the light source 30A and reflected by the substrate 90 from the half mirror 40, detects the intensity of the received reflected light, and grows a crystal in the reaction vessel 10 The reflectance spectrum of is detected. Then, detector 50B outputs the detected reflectance spectrum to control device 60C.
検出器50Bは、その他、検出器50Aと同じ機能を果たす。 The detector 50B otherwise performs the same function as the detector 50A.
制御装置60Cは、検出器50Bから受けた反射率スペクトルに基づいて、反応容器10内で結晶成長された半導体層の膜厚を計算する。この場合、制御装置60Cは、半導体層の膜厚をパラメータとして用いて計算した反射率スペクトルと、検出器50Bによって実測された反射率スペクトルとの誤差が最小二乗法で最小となるように半導体層の膜厚を演算する。そして、制御装置60Cは、その演算した半導体層の膜厚を用いて反射帯域の中心波長を演算し、その演算した中心波長が本来の中心波長からずれている場合、実施の形態3と同じ方法によって、中断後の結晶成長における制御上の目標膜厚を決定する。 The control device 60C calculates the film thickness of the semiconductor layer crystal-grown in the reaction vessel 10 based on the reflectance spectrum received from the detector 50B. In this case, the control device 60C determines that the error between the reflectance spectrum calculated using the thickness of the semiconductor layer as a parameter and the reflectance spectrum actually measured by the detector 50B is minimized by the least square method. The film thickness is calculated. Then, control device 60C calculates the center wavelength of the reflection band using the calculated thickness of the semiconductor layer, and when the calculated center wavelength deviates from the original center wavelength, the same method as in the third embodiment Thus, the target film thickness for control in the crystal growth after the interruption is determined.
さらに、制御装置60Cは、中断信号BRKに応じて、Lレベルの信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力し、全ての原料ガスを停止する。 Further, in response to the interruption signal BRK, the control device 60C generates L level signals SE1 to SE4 and outputs them to the valves 91 to 94, respectively, and stops all the source gases.
制御装置60Cは、その他、制御装置60Bと同じ機能を果たす。 The control device 60C otherwise performs the same function as the control device 60B.
実施の形態3においては、反応容器10内で結晶成長された[AlAs/GaAs]の膜厚が15周期分の[AlAs/GaAs]の膜厚に到達すると、結晶成長を中断したが、この実施の形態4においては、反応容器10内における[AlAs/GaAs]の結晶成長時間が15周期分の[AlAs/GaAs]が結晶成長する時間に到達すると、結晶成長を中断する。 In the third embodiment, when the thickness of [AlAs / GaAs] grown in the reaction vessel 10 reaches the thickness of [AlAs / GaAs] for 15 cycles, the crystal growth is interrupted. In form 4, the crystal growth is interrupted when the [AlAs / GaAs] crystal growth time in the reaction vessel 10 reaches the time for [AlAs / GaAs] crystal growth for 15 cycles.
したがって、検出器50Bは、AlAsの成長速度およびGaAsの成長速度に基づいて、15周期分の[AlAs/GaAs]の結晶成長時間を計算する。そして、検出器50Bは、タイマーを内蔵しており、結晶成長の開始とともに、時間を計測し、その計測した時間が計算した結晶成長時間に達すると、中断信号BRKを生成して制御装置60Cへ出力する。 Therefore, the detector 50B calculates the [AlAs / GaAs] crystal growth time for 15 periods based on the growth rate of AlAs and the growth rate of GaAs. The detector 50B has a built-in timer, and measures the time with the start of crystal growth. When the measured time reaches the calculated crystal growth time, the detector 50B generates a break signal BRK and supplies it to the control device 60C. Output.
このように、15周期分の[AlAs/GaAs]が結晶成長する時間に達すると、結晶成長を中断するのは、次の理由による。 As described above, when the time for crystal growth of [AlAs / GaAs] for 15 cycles is reached, the crystal growth is interrupted for the following reason.
反応容器10内で結晶成長された半導体層の膜厚を検出して膜厚を制御すると、反応容器10内で結晶成長される半導体層の膜厚が非常に薄い層を間に含んでいる場合、全ての層の膜厚を正確に検出できず、実測した膜厚に基づく膜厚の制御を行なうことが困難な場合もある。そこで、15周期分の[AlAs/GaAs]の結晶成長時間を予め求め、反応容器10内における結晶成長時間が15周期分の[AlAs/GaAs]の結晶成長時間に到達すると、結晶成長を中断することにしたものである。 When the film thickness of the semiconductor layer grown in the reaction vessel 10 is detected and controlled, the semiconductor layer grown in the reaction vessel 10 includes a very thin layer. In some cases, it is difficult to accurately detect the film thickness of all the layers, and it is difficult to control the film thickness based on the actually measured film thickness. Therefore, the [AlAs / GaAs] crystal growth time for 15 cycles is obtained in advance, and when the crystal growth time in the reaction vessel 10 reaches the [AlAs / GaAs] crystal growth time for 15 cycles, the crystal growth is interrupted. It was decided.
図13は、図12に示す薄膜製造装置100Cにおける分布ブラッグ反射器の製造方法を説明するためのフローチャートである。図13に示すフローチャートは、図11に示すフローチャートのステップS35をステップS35Aに代え、ステップS36をステップS36Aに代え、ステップS41AをステップS41Bに代えたものであり、その他は、図11に示すフローチャートと同じである。 FIG. 13 is a flowchart for explaining a manufacturing method of the distributed Bragg reflector in the thin film manufacturing apparatus 100C shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 13 is obtained by replacing step S35 of the flowchart shown in FIG. 11 with step S35A, replacing step S36 with step S36A, and replacing step S41A with step S41B. The same.
図13を参照して、上述したステップS34の後、検出器50Bは、反応容器10内における結晶成長時間が15周期分の[AlAs/GaAs]の結晶成長時間に到達したことを検出する(ステップS35A)。そして、検出器50Bは、中断信号BRKを生成して光源30Aおよび制御装置60Cへ出力する。 Referring to FIG. 13, after step S34 described above, detector 50B detects that the crystal growth time in reaction vessel 10 has reached the [AlAs / GaAs] crystal growth time of 15 periods (step). S35A). Then, the detector 50B generates an interruption signal BRK and outputs it to the light source 30A and the control device 60C.
制御装置60Cは、中断信号BRKに応じて、Lレベルの信号SE1〜SE4を生成してそれぞれバルブ91〜94へ出力し、原料ガスを停止する。これによって、反応容器10内における結晶成長が中断される。 In response to the interruption signal BRK, the control device 60C generates L level signals SE1 to SE4 and outputs them to the valves 91 to 94, respectively, to stop the source gas. Thereby, crystal growth in the reaction vessel 10 is interrupted.
一方、光源30Aは、中断信号BRKに応じて、1000nm〜1600nmの範囲で波長が連続的に変化する光をハーフミラー40を介して基板90に照射する。そして、検出器50Bは、基板90によって反射された反射光の強度を検出して15周期分の[AlAs/GaAs]の反射率スペクトルを検出する。これによって、光学モニター計測が行なわれる(ステップS36A)。そして、検出器50Bは、その検出した反射率スペクトルを制御装置60Cへ出力する。 On the other hand, the light source 30 </ b> A irradiates the substrate 90 with light whose wavelength continuously changes in the range of 1000 nm to 1600 nm through the half mirror 40 in response to the interruption signal BRK. The detector 50B detects the intensity of the reflected light reflected by the substrate 90 and detects the reflectance spectrum of [AlAs / GaAs] for 15 periods. Thereby, optical monitor measurement is performed (step S36A). Then, detector 50B outputs the detected reflectance spectrum to control device 60C.
その後、上述したステップS37〜ステップS41が順次実行され、ステップS41において、過剰膜厚Δdの補正を行なうと判定されると、制御装置60Cは、検出器50Bから受けた15周期分の[AlAs/GaAs]の反射率スペクトルに基づいて、AlAsの膜厚およびGaAsの膜厚をパラメータとして計算した15周期分の[AlAs/GaAs]の反射率スペクトルと、検出器50Bによって検出された15周期分の[AlAs/GaAs]の反射率スペクトルとの誤差が最小二乗法で最小となるように、15周期分のAlAsの膜厚の平均値(=110.8nm)および15周期分のAlAsの膜厚の平均値(=94.4nm)を求める。 Thereafter, the above-described steps S37 to S41 are sequentially executed. When it is determined in step S41 that the excess film thickness Δd is to be corrected, the control device 60C receives [AlAs / 15 cycles for 15 cycles received from the detector 50B. Based on the reflectance spectrum of GaAs], the reflectance spectrum of [AlAs / GaAs] for 15 cycles calculated using the film thickness of AlAs and the thickness of GaAs as parameters, and 15 cycles detected by the detector 50B. The average value of the AlAs film thickness for 15 cycles (= 110.8 nm) and the thickness of the AlAs film for 15 cycles so that the error from the reflectance spectrum of [AlAs / GaAs] is minimized by the least square method. An average value (= 94.4 nm) is obtained.
そして、制御装置60Cは、その演算したAlAsの平均膜厚(=110.8nm)と、GaAsの平均膜厚(=94.4nm)とを用いて15周期分の[AlAs/GaAs]の反射帯域の中心波長λMAXをλMAX=4ndによって計算し、15周期分の[AlAs/GaAs]の反射帯域の中心波長が1290nmであることを検出する。すなわち、制御装置60Cは、n=2.909およびd=110.8nmまたはn=3.414およびd=94.4nmをλMAX=4ndに代入してλMAX=1290nmを求める。 Then, the control device 60C uses the calculated average AlAs film thickness (= 110.8 nm) and the average film thickness of GaAs (= 94.4 nm) to reflect the [AlAs / GaAs] reflection band for 15 cycles. the central wavelength lambda MAX calculated by lambda MAX = 4nd of the center wavelength of the reflection band of [AlAs / GaAs] of 15 periods is detected that the 1290 nm. That is, the control unit 60C includes the n = 2.909 and d = 110.8nm or n = 3.414 and d = 94.4nm by substituting the lambda MAX = 4nd seek λ MAX = 1290nm.
この1290nmの中心波長は、本来の中心波長である1300nmとずれているので、制御装置60Cは、残りの20周期分の[AlAs/GaAs]を積層するときのAlAsおよびGaAsの膜厚を実施の形態3における方法と同じ方法によって演算する。 Since the center wavelength of 1290 nm is deviated from the original center wavelength of 1300 nm, the control device 60C determines the film thickness of AlAs and GaAs when stacking [AlAs / GaAs] for the remaining 20 cycles. Calculation is performed by the same method as in the third embodiment.
このようにして、制御装置60Cは、分布ブラッグ反射器(DBR)の反射率を補償するための残りの分布ブラッグ反射器(DBR)を形成するためのAlAsおよびGaAsの膜厚を計算する(ステップS41B)。 In this way, the controller 60C calculates the film thicknesses of AlAs and GaAs for forming the remaining distributed Bragg reflector (DBR) for compensating the reflectance of the distributed Bragg reflector (DBR) (step). S41B).
その後、上述したステップS42A,S42〜S44が順次実行される。 Thereafter, steps S42A and S42 to S44 described above are sequentially executed.
このように、実施の形態4によれば、薄膜製造装置100Cは、反応容器10内における結晶成長時間によって結晶成長を中断し、その中断した時点において実測した反射率スペクトルに基づいて、残りの半導体層を結晶成長するときの制御上の目標膜厚を決定するので、反応容器10内において結晶成長された半導体層が膜厚の検出が困難である半導体層を含む場合でも、目標膜厚を有する半導体層を製造できる。 As described above, according to the fourth embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100 </ b> C interrupts the crystal growth according to the crystal growth time in the reaction vessel 10, and based on the reflectance spectrum measured at the time of the interruption, the remaining semiconductors Since the target film thickness for control when the layer is crystal-grown is determined, even when the semiconductor layer crystal-grown in the reaction vessel 10 includes a semiconductor layer whose film thickness is difficult to detect, it has the target film thickness. A semiconductor layer can be manufactured.
なお、上記においては、35周期の[AlAs/GaAs]を積層する場合において、15周期の[AlAs/GaAs]が積層された時点で結晶成長を1回中断して制御上の目標膜厚の補正(=過剰膜厚Δdの補正)を行なったが、この発明においては、これに限らず、35周期の[AlAs/GaAs]を積層する場合において、結晶成長を2回以上中断して制御上の目標膜厚の補正(=過剰膜厚Δdの補正)を行なうようにしてもよい。 In the above description, when 35 cycles of [AlAs / GaAs] are stacked, the crystal growth is interrupted once when 15 cycles of [AlAs / GaAs] are stacked, and the target film thickness for control is corrected. (= Correction of excess film thickness Δd) In the present invention, however, the present invention is not limited to this. When 35 [AlAs / GaAs] layers are stacked, the crystal growth is interrupted twice or more to control You may make it perform correction | amendment of a target film thickness (= correction | amendment of excess film thickness (DELTA) d).
その他は、実施の形態1,3と同じである。 The rest is the same as in the first and third embodiments.
[実施の形態5]
図14は、実施の形態5による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図14を参照して、実施の形態5による薄膜製造装置100Dは、図1に示す薄膜製造装置100の検出器50を検出器50Cに代え、制御装置60を制御装置60Dに代え、ガス供給源75,76、MFC85,86およびバルブ95,96を追加したものであり、その他は、薄膜製造装置100と同じである。
[Embodiment 5]
FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of the thin film manufacturing apparatus according to the fifth embodiment. Referring to FIG. 14, thin film manufacturing apparatus 100D according to Embodiment 5 replaces detector 50 of thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 with detector 50C, replaces control device 60 with control device 60D, and supplies a gas supply source. 75, 76, MFC 85, 86, and valves 95, 96 are added, and the rest is the same as the thin film manufacturing apparatus 100.
ガス供給源75は、トリメチルインジウム(TMI)を保持する。ガス供給源76は、ジメチルヒドラジン(DMHy)を保持する。MFC85は、ガス供給75に対応して設けられ、MFC86は、ガス供給源76に対応して設けられる。バルブ95は、MFC85に対応して設けられ、バルブ96は、MFC86に対応して設けられる。 The gas supply source 75 holds trimethylindium (TMI). The gas supply source 76 holds dimethylhydrazine (DMHy). The MFC 85 is provided corresponding to the gas supply 75, and the MFC 86 is provided corresponding to the gas supply source 76. The valve 95 is provided corresponding to the MFC 85, and the valve 96 is provided corresponding to the MFC 86.
検出器50Cは、制御装置60Dから受けた半導体層の膜厚および組成に基づいて、所望の膜厚を有する半導体層が反応容器10内で結晶成長されたときのファブリペロ振動の位相変化を計算し、その計算した位相変化を目標位相変化として保持する。 The detector 50C calculates the phase change of the Fabry-Perot vibration when a semiconductor layer having a desired film thickness is grown in the reaction vessel 10 based on the film thickness and composition of the semiconductor layer received from the control device 60D. The calculated phase change is held as the target phase change.
また、検出器50Cは、反応容器10内で半導体層の結晶成長が開始されると、基板90からの反射光をハーフミラー40を介して受け、その受けた反射光の強度を検出して図3に示すようなファブリペロ振動を検出する。そして、検出器50Cは、ファブリペロ振動の検出を開始した以降のファブリペロ振動の位相変化を順次検出し、その検出した位相変化が目標位相変化に達すると、停止信号STP3を生成して制御装置60Dへ出力する。検出器50Cは、その他、検出器50と同じ機能を果たす。 The detector 50C receives the reflected light from the substrate 90 via the half mirror 40 when the crystal growth of the semiconductor layer is started in the reaction vessel 10, and detects the intensity of the received reflected light. The Fabry-Perot vibration as shown in 3 is detected. Then, the detector 50C sequentially detects the phase change of the Fabry-Perot vibration after the start of the detection of the Fabry-Perot vibration. When the detected phase change reaches the target phase change, the detector 50C generates the stop signal STP3 and supplies it to the control device 60D. Output. The detector 50C otherwise performs the same function as the detector 50.
制御装置60Dは、信号FL5,FL6を生成してそれぞれMFC85,86へ出力する。また、制御装置60Dは、HレベルまたはLレベルからなる信号SE5,SE6を生成してそれぞれバルブ95,96へ出力する。 Control device 60D generates signals FL5 and FL6 and outputs them to MFCs 85 and 86, respectively. Control device 60D generates signals SE5 and SE6 each having an H level or an L level and outputs the signals to valves 95 and 96, respectively.
MFC85は、制御装置60Dから信号FL5を受けると、その受けた信号FL5によって指定された流量からなるトリメチルインジウム(TMI)をバルブ95を介してガス供給口11へ供給する。MFC86は、制御装置60Dから信号FL6を受けると、その受けた信号FL6によって指定された流量からなるジメチルヒドラジン(DMHy)をバルブ96を介してガス供給口11へ供給する。 Upon receiving the signal FL5 from the control device 60D, the MFC 85 supplies trimethylindium (TMI) having a flow rate specified by the received signal FL5 to the gas supply port 11 via the valve 95. Upon receiving the signal FL6 from the control device 60D, the MFC 86 supplies dimethylhydrazine (DMHy) having a flow rate specified by the received signal FL6 to the gas supply port 11 via the valve 96.
バルブ95は、制御装置60DからのLレベルの信号SE5に応じて閉じ、Hレベルの信号SE5に応じて開く。バルブ96は、制御装置60DからのLレベルの信号SE6に応じて閉じ、Hレベルの信号SE6に応じて開く。 The valve 95 is closed in response to the L level signal SE5 from the control device 60D, and is opened in response to the H level signal SE5. The valve 96 is closed in response to an L level signal SE6 from the control device 60D, and is opened in response to an H level signal SE6.
図15は、図14に示す薄膜製造装置100Dにおいて製造される共振器の構成を示す概略図である。図15を参照して、面発光レーザ素子150は、分布ブラッグ反射器102,106と、共振器スペーサー層103,105と、活性層104とを備える。 FIG. 15 is a schematic diagram showing a configuration of a resonator manufactured in the thin film manufacturing apparatus 100D shown in FIG. Referring to FIG. 15, the surface emitting laser element 150 includes distributed Bragg reflectors 102 and 106, resonator spacer layers 103 and 105, and an active layer 104.
共振器スペーサー層103,105は、活性層104の両側に活性層104に接して形成される。分布ブラッグ反射器102は、共振器スペーサー層103に接して形成され、分布ブラッグ反射器102は、共振器スペーサー層105に接して形成される。 The resonator spacer layers 103 and 105 are formed on both sides of the active layer 104 in contact with the active layer 104. The distributed Bragg reflector 102 is formed in contact with the resonator spacer layer 103, and the distributed Bragg reflector 102 is formed in contact with the resonator spacer layer 105.
分布ブラッグ反射器102は、n−Al0.9Ga0.1As/GaAsを一対したとき、35周期の[n−Al0.9Ga0.1As/GaAs]からなる。共振器スペーサー層103,105の各々は、GaAsからなる。活性層104は、GaInNAsからなる井戸層1041と、GaAsからなる障壁層1042とを含む。井戸層1041の膜厚は、8nmであり、障壁層1042の膜厚は、18nmである。そして、活性層104は、3層の井戸層1041と、3層の障壁層1042とを交互に積層した量子井戸構造からなる。分布ブラッグ反射器106は、p−Al0.9Ga0.1As/GaAsを一対したとき、24周期の[p−Al0.9Ga0.1As/GaAs]からなる。 The distributed Bragg reflector 102 is composed of [n-Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs] with 35 periods when a pair of n-Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs is paired. Each of the resonator spacer layers 103 and 105 is made of GaAs. The active layer 104 includes a well layer 1041 made of GaInNAs and a barrier layer 1042 made of GaAs. The thickness of the well layer 1041 is 8 nm, and the thickness of the barrier layer 1042 is 18 nm. The active layer 104 has a quantum well structure in which three well layers 1041 and three barrier layers 1042 are alternately stacked. The distributed Bragg reflector 106 is composed of [p-Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs] having 24 periods when a pair of p-Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs is paired.
面発光レーザ素子150においては、共振器スペーサー層103,105および活性層104は、共振器130を構成する。そして、共振器130は、面発光レーザ素子150の発振波長λの1波長(λ)分の膜厚を有する。 In the surface emitting laser element 150, the resonator spacer layers 103 and 105 and the active layer 104 constitute a resonator 130. The resonator 130 has a film thickness corresponding to one wavelength (λ) of the oscillation wavelength λ of the surface emitting laser element 150.
薄膜製造装置100Dは、共振器130を製造する。この場合、共振器スペーサー103,105は、検出器50Cによって検出可能な膜厚を有し、活性層104を構成する井戸層1041および障壁層1042の各々は、検出器50Cによる検出限界よりも薄い膜厚を有する。 The thin film manufacturing apparatus 100D manufactures the resonator 130. In this case, the resonator spacers 103 and 105 have a film thickness that can be detected by the detector 50C, and each of the well layer 1041 and the barrier layer 1042 constituting the active layer 104 is thinner than the detection limit by the detector 50C. It has a film thickness.
そこで、実施の形態5においては、共振器スペーサー層103,105を結晶成長する場合、実施の形態1と同じように、検出器50Cは、結晶成長された共振器スペーサー層103,105の膜厚を上述した方法によって検出しながら、その検出した膜厚が制御上の目標膜厚に到達すると、停止信号STP1を生成して制御装置60Dへ出力する。 Therefore, in the fifth embodiment, when the resonator spacer layers 103 and 105 are crystal-grown, as in the first embodiment, the detector 50C has the film thickness of the crystal-grown resonator spacer layers 103 and 105. When the detected film thickness reaches the control target film thickness, the stop signal STP1 is generated and output to the control device 60D.
そして、検出器50Cは、検出限界よりも薄い膜厚を有する井戸層1041および障壁層1042から構成される活性層104が反応容器10内で結晶成長されるとき、実施の形態4と同じように、反応容器10内における結晶成長の時間が活性層104の結晶成長時間に達すると、逓信信号STP2を生成して制御装置60Dへ出力する。 Then, when the active layer 104 composed of the well layer 1041 and the barrier layer 1042 having a film thickness thinner than the detection limit is crystal-grown in the reaction vessel 10, the detector 50C is the same as in the fourth embodiment. When the crystal growth time in the reaction vessel 10 reaches the crystal growth time of the active layer 104, the control signal 60 is generated and output to the control device 60D.
また、検出器50Cは、共振器スペーサー層103、活性層104および共振器スペーサー層105が順次結晶成長される間、基板90からの反射光に基づいて、上述したファブリペロ振動を検出し続け、ファブリペロ振動を検出し始めてからの位相変化が目標位相変化(=1波長に相当する位相変化)に達すると、停止信号STP3を生成して制御装置60Dへ出力する。 The detector 50C continues to detect the above-described Fabry-Perot vibration based on the reflected light from the substrate 90 while the resonator spacer layer 103, the active layer 104, and the resonator spacer layer 105 are sequentially crystal-grown. When the phase change after the start of vibration detection reaches the target phase change (= phase change corresponding to one wavelength), the stop signal STP3 is generated and output to the control device 60D.
図16は、図14に示す薄膜製造装置100Dにおける共振器の製造方法を説明するためのフローチャートである。なお、図16に示すフローチャートの説明においては、制御装置60Dは、共振器スペーサー層103、活性層104および共振器スペーサー層105の各層の目標膜厚、組成および過剰膜厚Δd等からなるデータを検出器50Cへ転送しており、検出器50Cは、目標位相変化(=1波長に相当する位相変化)を予め計算して保持しているものとする。また、検出器50Cは、8nmの膜厚を有するGaInNAsが結晶成長する時間と、18nmの膜厚を有するGaAsが結晶成長する時間とを保持しているものとする。 FIG. 16 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a resonator in thin film manufacturing apparatus 100D shown in FIG. In the description of the flowchart shown in FIG. 16, the control device 60D obtains data including the target film thickness, composition, excess film thickness Δd, and the like of each layer of the resonator spacer layer 103, the active layer 104, and the resonator spacer layer 105. The data is transferred to the detector 50C, and the detector 50C calculates and holds a target phase change (= phase change corresponding to one wavelength) in advance. The detector 50C holds a time for crystal growth of GaInNAs having a thickness of 8 nm and a time for crystal growth of GaAs having a thickness of 18 nm.
図16を参照して、一連の動作が開始されると、制御装置60Dは、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成し、その生成した信号SE1,SE3,SE4をそれぞれバルブ91,93,94へ出力する。また、制御装置60Dは、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)を流すための信号FL3、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL3,FL4をそれぞれMFC81,83,84へ出力する。 Referring to FIG. 16, when a series of operations is started, control device 60D generates H-level signals SE1, SE3, and SE4, and generates generated signals SE1, SE3, and SE4 as valves 91, 93, and 4, respectively. Output to 94. Further, the control device 60D outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL3 for flowing trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL3, FL4 are output to the MFCs 81, 83, 84, respectively.
そして、バルブ91,93,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC83は、信号FL3に応じて所定の流量を有するトリメチルアルミニウム(TMA)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 93, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE3, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 83 supplies trimethylaluminum (TMA) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL3. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルガリウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、GaAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でGaAsからなる共振器スペーサー層103の結晶成長が開始される。そして、制御装置60は、信号SE1,SE3,SE4,FL1,FL3,FL4の出力に伴って信号ST1を生成して光源30および検出器50Cへ出力する(ステップS51)。 Trimethylgallium (TMA) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and GaAs grows on the substrate 90. Begin to. As a result, crystal growth of the resonator spacer layer 103 made of GaAs is started in the reaction vessel 10. Controller 60 generates signal ST1 in accordance with the output of signals SE1, SE3, SE4, FL1, FL3, and FL4, and outputs the signal ST1 to light source 30 and detector 50C (step S51).
光源30は、制御装置60からの信号ST1に応じて所定の波長を有する光を生成して出射する。そして、ハーフミラー40は、光源30からの光をそのまま透過し、光学ポート13を介して基板90に照射するとともに、基板90からの反射光を検出器50Cへ導く。 The light source 30 generates and emits light having a predetermined wavelength in accordance with the signal ST1 from the control device 60. The half mirror 40 transmits the light from the light source 30 as it is, irradiates the substrate 90 via the optical port 13, and guides the reflected light from the substrate 90 to the detector 50C.
検出器50Cは、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、上述した方法によって、共振器スペーサー層103の膜厚を検出する。これによって、ファブリペロ振動の計測が開始される。そして、検出器50Cは、検出した共振器スペーサー層103の膜厚が制御上の目標膜厚(=目標膜厚−過剰膜厚Δd)に達すると、停止信号STP1を生成して制御装置60Dへ出力し、制御装置60Dは、停止信号STP1に応じてLレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成してそれぞれバルブ91,93,94へ出力し、バルブ91,93,94は、それぞれ、Lレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて閉じる(ステップS52)。 When the detector 50C receives the reflected light from the half mirror 40, the detector 50C detects the intensity of the received reflected light, and based on the detected intensity of the reflected light, the film thickness of the resonator spacer layer 103 is determined by the method described above. Is detected. Thereby, measurement of Fabry-Perot vibration is started. When the thickness of the detected resonator spacer layer 103 reaches the control target film thickness (= target film thickness−excess film thickness Δd), the detector 50C generates a stop signal STP1 and sends it to the control device 60D. The control device 60D generates L level signals SE1, SE3, and SE4 in response to the stop signal STP1 and outputs them to the valves 91, 93, and 94, respectively. The valves 91, 93, and 94 are respectively set to the L level. Are closed in response to the signals SE1, SE3, SE4 (step S52).
その後、制御装置60Dは、Hレベルの信号SE1,SE3〜SE6を生成してそれぞれバルブ91,93〜96へ出力する。また、制御装置60Dは、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)を流すための信号FL3、所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4、所定の流量を有するトリメチルインジウム(TMI)を流すための信号FL5および所定の流量を有するジメチルヒドラジン(DMHy)を流すための信号FL6を生成し、その生成した信号FL1,FL3〜FL6をそれぞれMFC81,83〜86へ出力する。 Thereafter, control device 60D generates H-level signals SE1, SE3 to SE6 and outputs them to valves 91 and 93 to 96, respectively. The control device 60D also sends a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL3 for flowing trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. Signal FL4, a signal FL5 for flowing trimethylindium (TMI) having a predetermined flow rate, and a signal FL6 for flowing dimethylhydrazine (DMHy) having a predetermined flow rate are generated, and the generated signals FL1, FL3 FL6 is output to MFC 81 and 83 to 86, respectively.
バルブ91,93〜96は、それぞれ、制御装置60DからのHレベルの信号SE1,SE3〜SE6に応じて開く。また、MFC81は、制御装置60Dからの信号FL1に応じて、所定の流量を有するキャリアガスをバルブ91を介してガス供給口11へ供給する。MFC83は、制御装置60Dからの信号FL3に応じて、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)をバルブ93を介してガス供給口11へ供給する。MFC84は、制御装置60Dからの信号FL4に応じて、所定の流量を有するアルシン(AsH3)をバルブ94を介してガス供給口11へ供給する。MFC85は、制御装置60Dからの信号FL5に応じて、所定の流量を有するトリメチルインジウム(TMI)をバルブ95を介してガス供給口11へ供給する。MFC86は、制御装置60Dからの信号FL6に応じて、所定の流量を有するジメチルヒドラジン(DMHy)をバルブ96を介してガス供給口11へ供給する。 Valves 91 and 93 to 96 are opened in response to H level signals SE1, SE3 to SE6 from control device 60D, respectively. Further, the MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 through the valve 91 in response to the signal FL1 from the control device 60D. The MFC 83 supplies trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 through the valve 93 in response to the signal FL3 from the control device 60D. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 via the valve 94 in response to the signal FL4 from the control device 60D. The MFC 85 supplies trimethylindium (TMI) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 via the valve 95 in response to the signal FL5 from the control device 60D. The MFC 86 supplies dimethylhydrazine (DMHy) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 through the valve 96 in response to the signal FL6 from the control device 60D.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルガリウム(TMA)、アルシン(AsH3)、トリメチルインジウム(TMI)およびジメチルヒドラジン(DMHy)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、GaInNAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でGaInNAsからなる井戸層1041の結晶成長が開始される。 Trimethylgallium (TMA), arsine (AsH 3 ), trimethylindium (TMI), and dimethylhydrazine (DMHy) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are surfaces of the substrate 90 that have been heated to a predetermined temperature. And GaInNAs begins to grow on the substrate 90. Thereby, crystal growth of the well layer 1041 made of GaInNAs is started in the reaction vessel 10.
検出器50Cは、内蔵するタイマーによって計測した時間が、8nmの膜厚を有するGaInNAsが結晶成長する時間に達すると、停止信号STP1を生成して制御装置60Dへ出力する。制御装置60Dは、検出器50Cからの停止信号STP1に応じて、Lレベルの信号SE1,SE3〜SE6を生成してそれぞれバルブ91,93〜96へ出力し、原料ガスを停止する。 When the time measured by the built-in timer reaches the time for crystal growth of GaInNAs having a film thickness of 8 nm, the detector 50C generates a stop signal STP1 and outputs it to the control device 60D. In response to the stop signal STP1 from the detector 50C, the control device 60D generates L level signals SE1, SE3 to SE6 and outputs them to the valves 91 and 93 to 96, respectively, to stop the source gas.
その後、制御装置60Dは、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成してそれぞれバルブ91,93,94へ出力する。また、制御装置60Dは、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)を流すための信号FL3および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL3,FL4をそれぞれMFC81,83,84へ出力する。 Thereafter, control device 60D generates H-level signals SE1, SE3, and SE4 and outputs them to valves 91, 93, and 94, respectively. Further, the control device 60D allows a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL3 for flowing trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. Signal FL4 is generated, and the generated signals FL1, FL3, FL4 are output to MFCs 81, 83, 84, respectively.
バルブ91,93,94は、それぞれ、制御装置60DからのHレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて開く。また、MFC81は、制御装置60Dからの信号FL1に応じて、所定の流量を有するキャリアガスをバルブ91を介してガス供給口11へ供給する。MFC83は、制御装置60Dからの信号FL3に応じて、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)をバルブ93を介してガス供給口11へ供給する。MFC84は、制御装置60Dからの信号FL4に応じて、所定の流量を有するアルシン(AsH3)をバルブ94を介してガス供給口11へ供給する。 Valves 91, 93, and 94 are opened in response to H level signals SE1, SE3, and SE4 from control device 60D, respectively. Further, the MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 through the valve 91 in response to the signal FL1 from the control device 60D. The MFC 83 supplies trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 through the valve 93 in response to the signal FL3 from the control device 60D. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 via the valve 94 in response to the signal FL4 from the control device 60D.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルガリウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、GaAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でGaAsからなる障壁層1042の結晶成長が開始される。 Trimethylgallium (TMA) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and GaAs grows on the substrate 90. Begin to. As a result, crystal growth of the barrier layer 1042 made of GaAs is started in the reaction vessel 10.
検出器50Cは、内蔵するタイマーによって計測した時間が、18nmの膜厚を有するGaAsが結晶成長する時間に達すると、停止信号STP1を生成して制御装置60Dへ出力する。制御装置60Dは、検出器50Cからの停止信号STP1に応じて、Lレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成してそれぞれバルブ91,93,94へ出力し、原料ガスを停止する。 The detector 50C generates a stop signal STP1 and outputs it to the control device 60D when the time measured by the built-in timer reaches the time for crystal growth of GaAs having a film thickness of 18 nm. The control device 60D generates L level signals SE1, SE3, SE4 in response to the stop signal STP1 from the detector 50C, outputs them to the valves 91, 93, 94, respectively, and stops the source gas.
上述した交互に繰り返されて、活性層104が結晶成長される(ステップS53)。 The active layer 104 is crystal-grown by repeating the above-described alternately (step S53).
そして、検出器50Cは、内蔵するタイマーによって計測した時間が活性層104の結晶成長時間に達すると、停止信号STP2を生成して制御装置60Dへ出力する。 When the time measured by the built-in timer reaches the crystal growth time of the active layer 104, the detector 50C generates a stop signal STP2 and outputs it to the control device 60D.
制御装置60Dは、停止信号STP2に応じて、活性層104を結晶成長させるための原料ガスを停止し、その後、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4を生成し、その生成した信号SE1,SE3,SE4をそれぞれバルブ91,93,94へ出力する。また、制御装置60Dは、所定の流量を有するキャリアガスを流すための信号FL1、所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)を流すための信号FL3、および所定の流量を有するアルシン(AsH3)を流すための信号FL4を生成し、その生成した信号FL1,FL3,FL4をそれぞれMFC81,83,84へ出力する。 The control device 60D stops the source gas for crystal growth of the active layer 104 in response to the stop signal STP2, then generates H level signals SE1, SE3, SE4, and the generated signals SE1, SE3, SE3. SE4 is output to valves 91, 93 and 94, respectively. The control device 60D also outputs a signal FL1 for flowing a carrier gas having a predetermined flow rate, a signal FL3 for flowing trimethylgallium (TMG) having a predetermined flow rate, and arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate. A signal FL4 for flowing is generated, and the generated signals FL1, FL3, FL4 are output to the MFCs 81, 83, 84, respectively.
そして、バルブ91,93,94は、それぞれ、Hレベルの信号SE1,SE3,SE4に応じて開く。また、MFC81は、信号FL1に応じて所定の流量を有するキャリアガスをガス供給口11へ供給し、MFC83は、信号FL3に応じて所定の流量を有するトリメチルガリウム(TMG)をガス供給口11へ供給し、MFC84は、信号FL4に応じて所定の流量を有するアルシン(AsH3)をガス供給口11へ供給する。 The valves 91, 93, and 94 are opened in response to the H level signals SE1, SE3, and SE4, respectively. The MFC 81 supplies a carrier gas having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL1, and the MFC 83 supplies trimethyl gallium (TMG) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 according to the signal FL3. The MFC 84 supplies arsine (AsH 3 ) having a predetermined flow rate to the gas supply port 11 in response to the signal FL4.
ガス供給口11から反応容器10内に供給されたトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)は、所定の温度に昇温された基板90の表面で熱分解され、GaAsが基板90上で成長し始める。これによって、反応容器10内でGaAsからなる共振器スペーサー層105の結晶成長が開始される(ステップS54)。 Trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) supplied from the gas supply port 11 into the reaction vessel 10 are thermally decomposed on the surface of the substrate 90 heated to a predetermined temperature, and GaAs grows on the substrate 90. Begin to. Thereby, crystal growth of the resonator spacer layer 105 made of GaAs is started in the reaction vessel 10 (step S54).
検出器50Cは、ハーフミラー40から反射光を受けると、その受けた反射光の強度を検出し、その検出した反射光の強度に基づいて、ファブリペロ振動を検出する。そして、検出器50Cは、ファブリペロ振動の検出を開始してからのファブリペロ振動の位相変化が目標位相変化(=1波長分の位相変化)に達することを検出する(ステップS55)。 When receiving the reflected light from the half mirror 40, the detector 50C detects the intensity of the received reflected light, and detects Fabry-Perot vibration based on the detected intensity of the reflected light. Then, the detector 50C detects that the phase change of the Fabry-Perot vibration after the start of the detection of the Fabry-Perot vibration reaches the target phase change (= 1 phase change for one wavelength) (Step S55).
そうすると、検出器50Cは、停止信号STP3を生成して制御装置60Dへ出力し、制御装置60Dは、停止信号STP3に応じてLレベルの信号SE1〜SE6を生成してそれぞれバルブ91〜96へ出力し、バルブ91〜96は、それぞれ、Lレベルの信号SE1〜SE6応じて閉じる。これによって、共振器スペーサー層105の結晶成長が終了する(ステップS56)。そして、一連の動作が終了する。なお、検出器50Cは、ステップS52〜ステップS55までの間、ファブリペロ振動を検出し続ける。 Then, detector 50C generates stop signal STP3 and outputs it to control device 60D, and control device 60D generates L-level signals SE1 to SE6 according to stop signal STP3 and outputs them to valves 91 to 96, respectively. The valves 91 to 96 are closed in response to the L level signals SE1 to SE6, respectively. Thereby, the crystal growth of the resonator spacer layer 105 is completed (step S56). And a series of operation | movement is complete | finished. Note that the detector 50C continues to detect Fabry-Perot vibration from step S52 to step S55.
このように、実施の形態5によれば、薄膜製造装置100Dは、反応容器10内における結晶成長を実測した膜厚および時間によって管理するので、反応容器10内において結晶成長された半導体層が、膜厚の実測が困難である半導体層を含む場合でも、目標膜厚を有する積層構造体を製造できる。 As described above, according to the fifth embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100D manages the crystal growth in the reaction vessel 10 based on the actually measured film thickness and time, so that the semiconductor layer in which the crystal is grown in the reaction vessel 10 is Even when a semiconductor layer in which actual measurement of film thickness is difficult is included, a laminated structure having a target film thickness can be manufactured.
その他は、実施の形態1と同じである。 Others are the same as in the first embodiment.
[実施の形態6]
図17は、実施の形態6による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図17を参照して、実施の形態6による薄膜製造装置100Eは、図1に示す薄膜製造装置100の反応容器10を反応容器10Aに代え、サセプター20をサセプター21に代え、ハーフミラー40を削除したものであり、その他は、薄膜製造装置100と同じである。
[Embodiment 6]
FIG. 17 is a schematic diagram showing a configuration of a thin film manufacturing apparatus according to the sixth embodiment. Referring to FIG. 17, thin film manufacturing apparatus 100E according to Embodiment 6 replaces reaction container 10 of thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 with reaction container 10A, replaces susceptor 20 with susceptor 21, and deletes half mirror 40. Others are the same as those of the thin film manufacturing apparatus 100.
反応容器10Aは、縦型の反応炉からなり、ガス供給口11Aと、排気口12Aと、2つの光学ポート13A,13Bを有する。ガス供給口11Aは、反応容器10Aの上部に配置され、排気口12Aは、反応容器10Aの側面の下部に設けられ、光学ポート13Aは、ガス供給口11Aの一方側に配置され、光学ポート13Bは、ガス供給口11Aの他方側に配置される。 The reaction vessel 10A is composed of a vertical reactor and has a gas supply port 11A, an exhaust port 12A, and two optical ports 13A and 13B. The gas supply port 11A is arranged at the upper part of the reaction vessel 10A, the exhaust port 12A is provided at the lower part of the side surface of the reaction vessel 10A, the optical port 13A is arranged at one side of the gas supply port 11A, and the optical port 13B. Is disposed on the other side of the gas supply port 11A.
サセプター21は、その中心がガス供給口11Aの中心に略一致するように反応容器10A内に配置される。 The susceptor 21 is disposed in the reaction vessel 10A so that the center thereof substantially coincides with the center of the gas supply port 11A.
サセプター21は、その一主面21Aに基板90を支持する。光学ポート13Aは、光源30から出射された光を透過して斜めから基板90に照射する。光学ポート13Bは、基板90で反射された反射光を透過して検出器50に導く。 The susceptor 21 supports the substrate 90 on its one main surface 21A. The optical port 13A transmits light emitted from the light source 30 and irradiates the substrate 90 obliquely. The optical port 13 </ b> B transmits the reflected light reflected by the substrate 90 and guides it to the detector 50.
薄膜製造装置100Eは、原料ガスを基板90の上側から基板90に供給し、実施の形態1と同じように制御上の目標膜厚を用いて各種の薄膜を成長させる。 The thin film manufacturing apparatus 100E supplies the source gas from the upper side of the substrate 90 to the substrate 90, and grows various thin films using the control target film thickness as in the first embodiment.
薄膜製造装置100Eは、検出器50に代えて検出器50A,50B,50Cのいずれかを備えていてもよく、制御装置60に代えて制御装置60A,60B,60C,60Dのいずれかを備えていてもよく、光源30に代えて光源30Aを備えていてもよい。 The thin film manufacturing apparatus 100E may include any one of the detectors 50A, 50B, and 50C instead of the detector 50, and may include any one of the control apparatuses 60A, 60B, 60C, and 60D instead of the control apparatus 60. Alternatively, the light source 30A may be provided instead of the light source 30.
そして、薄膜製造装置100Eは、実施の形態2〜実施の形態5のいずれかと同じ方法によって各種の薄膜を成長してもよい。 And thin film manufacturing apparatus 100E may grow various thin films by the same method as any one of Embodiments 2 to 5.
また、実施の形態6においては、反応容器10Aは、どのような形状であってもよく、光を入射する光学ポートと、基板90で反射した反射光を検出器50に導く光学ポートとを備え、反応容器10A内で結晶成長される半導体層の膜厚をその場観察できるものであればよい。 In the sixth embodiment, the reaction vessel 10A may have any shape, and includes an optical port for entering light and an optical port for guiding reflected light reflected by the substrate 90 to the detector 50. Any film can be used as long as the film thickness of the semiconductor layer grown in the reaction vessel 10A can be observed in situ.
その他は、実施の形態1から実施の形態5と同じである。 Others are the same as those in the first to fifth embodiments.
[実施の形態7]
図18は、実施の形態7による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図18を参照して、実施の形態7による薄膜製造装置100Fは、図17に示す薄膜製造装置100Eの光学ポート13A,13Bを光学ポート13Cに代え、ガス供給口11Aをガス供給口11B,11Cに代え、ハーフミラー40を追加したものであり、その他は、薄膜製造装置100Eと同じである。
[Embodiment 7]
FIG. 18 is a schematic diagram showing a configuration of a thin film manufacturing apparatus according to the seventh embodiment. Referring to FIG. 18, in thin film manufacturing apparatus 100F according to Embodiment 7, optical ports 13A and 13B of thin film manufacturing apparatus 100E shown in FIG. 17 are replaced with optical ports 13C, and gas supply port 11A is replaced with gas supply ports 11B and 11C. Instead of this, a half mirror 40 is added, and the rest is the same as the thin film manufacturing apparatus 100E.
ガス供給口11B,11Cおよび光学ポート13Cは、サセプター21の上側に配置される。そして、光学ポート13Cは、その中心がサセプター21の中心に略一致するように配置される。ガス供給口11Bは、光学ポート13Cの外側に配置され、ガス供給口11Cは、ガス供給口11Bの外側に配置される。 The gas supply ports 11B and 11C and the optical port 13C are disposed on the upper side of the susceptor 21. The optical port 13 </ b> C is arranged so that the center thereof substantially coincides with the center of the susceptor 21. The gas supply port 11B is disposed outside the optical port 13C, and the gas supply port 11C is disposed outside the gas supply port 11B.
光源30およびハーフミラー40は、供給口11B,11Cおよび光学ポート13Cの上側に配置される。 The light source 30 and the half mirror 40 are disposed above the supply ports 11B and 11C and the optical port 13C.
図19は、図18に示す光源30側から見たガス供給口11B,11Cおよび光学ポート13Cの平面図である。図19を参照して、ガス供給口11Bは、8個の孔1からなり、ガス供給口11Cは、8個の孔2からなる。8個の孔1は、略八角形に配置され、8個の孔2も、略八角形に配置される。 FIG. 19 is a plan view of the gas supply ports 11B and 11C and the optical port 13C viewed from the light source 30 side shown in FIG. Referring to FIG. 19, the gas supply port 11 </ b> B includes eight holes 1, and the gas supply port 11 </ b> C includes eight holes 2. The eight holes 1 are arranged in a substantially octagon, and the eight holes 2 are also arranged in a substantially octagon.
図18および図19を参照して、キャリアガスは、光学ポート13Cを介して反応容器10A内へ供給され、III族金属の原料ガスであるトリメチルガリウム(TMG)は、ガス供給口11Bを介して反応容器10A内へ供給され、V族金属の原料ガスであるトリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、ガス供給口11Cを介して反応容器10A内へ供給される。 Referring to FIGS. 18 and 19, the carrier gas is supplied into the reaction vessel 10A through the optical port 13C, and trimethylgallium (TMG), which is a group III metal source gas, is supplied through the gas supply port 11B. Trimethylaluminum (TMA) and arsine (AsH 3 ), which are supplied into the reaction vessel 10A and are Group V metal source gases, are supplied into the reaction vessel 10A through the gas supply port 11C.
このように、薄膜製造装置100Fにおいては、V族金属の原料ガスは、III族金属の原料ガスよりも外側から反応容器10A内へ供給される。これによって、基板90の表面におけるIII族金属の原料の濃度分布およびV族金属の原料の濃度分布をほぼフラットにできる。 Thus, in the thin film manufacturing apparatus 100F, the group V metal source gas is supplied into the reaction vessel 10A from the outside of the group III metal source gas. Accordingly, the concentration distribution of the Group III metal material and the concentration distribution of the Group V metal material on the surface of the substrate 90 can be made substantially flat.
また、薄膜製造装置100Fにおいては、III族金属の原料ガスであるトリメチルガリウム(TMG)は、ガス供給口11Cを介して反応容器10A内へ供給され、V族金属の原料ガスであるトリメチルアルミニウム(TMA)およびアルシン(AsH3)は、ガス供給口11Bを介して反応容器10A内へ供給されるようにしてもよい。 In the thin film manufacturing apparatus 100F, trimethylgallium (TMG), which is a group III metal source gas, is supplied into the reaction vessel 10A via the gas supply port 11C, and trimethylaluminum (group V metal source gas) TMA) and arsine (AsH 3 ) may be supplied into the reaction vessel 10A via the gas supply port 11B.
なお、薄膜製造装置100Fは、検出器50に代えて検出器50A,50B,50Cのいずれかを備えていてもよく、制御装置60に代えて制御装置60A,60B,60C,60Dのいずれかを備えていてもよく、光源30に代えて光源30Aを備えていてもよい。 The thin film manufacturing apparatus 100F may include any one of the detectors 50A, 50B, and 50C instead of the detector 50, and replaces the control apparatus 60 with any one of the control apparatuses 60A, 60B, 60C, and 60D. The light source 30 </ b> A may be provided instead of the light source 30.
そして、薄膜製造装置100Fは、実施の形態2〜実施の形態5のいずれかと同じ方法によって各種の薄膜を成長してもよい。 And the thin film manufacturing apparatus 100F may grow various thin films by the same method as any one of Embodiment 2-5.
その他は、実施の形態1から実施の形態5と同じである。 Others are the same as those in the first to fifth embodiments.
[実施の形態8]
図20は、実施の形態8による薄膜製造装置の構成を示す概略図である。図20を参照して、実施の形態8による薄膜製造装置100Gは、図1に示す薄膜製造装置100の光源30、検出器50および制御装置60をそれぞれ光源30B、検出器50Dおよび制御装置60Eに代えたものであり、その他は、薄膜製造装置100と同じである。
[Embodiment 8]
FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration of a thin film manufacturing apparatus according to the eighth embodiment. Referring to FIG. 20, thin film manufacturing apparatus 100G according to the eighth embodiment uses light source 30, detector 50 and control device 60 of thin film manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 as light source 30B, detector 50D and control apparatus 60E, respectively. The other parts are the same as those of the thin film manufacturing apparatus 100.
光源30Bは、上述した2つの光源30,30Aを含み、選択的に光源30または光源30Aとして機能する。検出器50Dは、上述した4個の検出器50,50A,50B,50Cを含み、4個の検出器50,50A,50B,50Cから選択した1つの検出器として機能する。制御装置60Eは、上述した5個の制御装置60,60A,60B,60C,60Dを含み、5個の制御装置60,60A,60B,60C,60Dから選択した1つの制御装置として機能する。 The light source 30B includes the two light sources 30 and 30A described above, and selectively functions as the light source 30 or the light source 30A. The detector 50D includes the four detectors 50, 50A, 50B, and 50C described above, and functions as one detector selected from the four detectors 50, 50A, 50B, and 50C. The control device 60E includes the five control devices 60, 60A, 60B, 60C, and 60D described above, and functions as one control device selected from the five control devices 60, 60A, 60B, 60C, and 60D.
この場合、検出器50Dが検出器50として機能するとき、制御装置60Eは、制御装置60として機能し、光源30Bは、光源30として機能する。すなわち、薄膜製造装置100Gは、薄膜製造装置100(図1参照)として機能する。 In this case, when the detector 50D functions as the detector 50, the control device 60E functions as the control device 60, and the light source 30B functions as the light source 30. That is, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100 (see FIG. 1).
また、検出器50Dが検出器50Aとして機能するとき、制御装置60Eは、制御装置60Aまたは制御装置60Bとして機能し、光源30Bは、光源30として機能する。すなわち、薄膜製造装置100Gは、薄膜製造装置100A(図7参照)または薄膜製造装置100B(図9参照)として機能する。 When the detector 50D functions as the detector 50A, the control device 60E functions as the control device 60A or the control device 60B, and the light source 30B functions as the light source 30. That is, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100A (see FIG. 7) or the thin film manufacturing apparatus 100B (see FIG. 9).
さらに、検出器50Dが検出器50Bとして機能するとき、制御装置60Eは、制御装置60Cとして機能し、光源30Bは、光源30Aとして機能する。すなわち、薄膜製造装置100Gは、薄膜製造装置100C(図12参照)として機能する。 Further, when the detector 50D functions as the detector 50B, the control device 60E functions as the control device 60C, and the light source 30B functions as the light source 30A. That is, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100C (see FIG. 12).
さらに、検出器50Dが検出器50Cとして機能するとき、制御装置60Dは、制御装置60Dとして機能し、光源30Bは、光源30として機能する。すなわち、薄膜製造装置100Gは、薄膜製造装置100D(図14参照)として機能する。 Furthermore, when the detector 50D functions as the detector 50C, the control device 60D functions as the control device 60D, and the light source 30B functions as the light source 30. That is, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100D (see FIG. 14).
このように、薄膜製造装置100Gは、上述した実施の形態1から実施の形態5による薄膜製造装置100,100A,100B,100C,100Dの全ての機能を有し、反応容器10内で結晶成長される半導体層の種類に応じて、薄膜製造装置100,100A,100B,100C,100Dのいずれか1つの薄膜製造装置として機能する。 Thus, the thin film manufacturing apparatus 100G has all the functions of the thin film manufacturing apparatuses 100, 100A, 100B, 100C, and 100D according to the first to fifth embodiments described above, and is crystal-grown in the reaction vessel 10. Depending on the type of the semiconductor layer, the thin film manufacturing apparatus 100, 100A, 100B, 100C, or 100D functions as one thin film manufacturing apparatus.
以下、薄膜製造装置100Gが面発光レーザ素子を製造する場合について説明する。図21は、図20に示す薄膜製造装置100Gが製造する面発光レーザ素子の構成を示す断面図である。図21を参照して、面発光レーザ素子150は、基板101と、分布ブラッグ反射器102,106と、共振器スペーサー層103,105と、活性層104と、選択酸化層107と、コンタクト層108と、SiO2層109と、絶縁樹脂層111と、p側電極112と、n側電極113とを備える。 Hereinafter, a case where the thin film manufacturing apparatus 100G manufactures a surface emitting laser element will be described. FIG. 21 is a cross-sectional view showing a configuration of a surface emitting laser element manufactured by the thin film manufacturing apparatus 100G shown in FIG. Referring to FIG. 21, a surface emitting laser element 150 includes a substrate 101, distributed Bragg reflectors 102 and 106, resonator spacer layers 103 and 105, an active layer 104, a selective oxidation layer 107, and a contact layer 108. A SiO 2 layer 109, an insulating resin layer 111, a p-side electrode 112, and an n-side electrode 113.
基板101は、n−GaAsからなる。分布ブラッグ反射器102は、n−Al0.9Ga0.1As/n−GaAsの対を一周期とした場合、35周期の[n−Al0.9Ga0.1As/n−GaAs]からなり、基板101の一主面に形成される。そして、n−Al0.9Ga0.1As/n−GaAsの各々の膜厚は、面発光レーザ素子150の発振波長をλとした場合、λ/4n(nは各半導体層の屈折率)である。 The substrate 101 is made of n-GaAs. The distributed Bragg reflector 102 has 35 cycles of [n-Al 0.9 Ga 0.1 As / n-GaAs when the n-Al 0.9 Ga 0.1 As / n-GaAs pair is taken as one cycle. And is formed on one main surface of the substrate 101. The thickness of each of the n-Al 0.9 Ga 0.1 As / n-GaAs is λ / 4n (n is the refractive index of each semiconductor layer when the oscillation wavelength of the surface emitting laser element 150 is λ). ).
共振器スペーサー層103は、ノンドープGaAsからなり、分布ブラッグ反射器102上に形成される。活性層104は、GaInNAsからなる井戸層と、GaAsからなる障壁層とを含む量子井戸構造を有し、共振器スペーサー層103上に形成される。 The resonator spacer layer 103 is made of non-doped GaAs and is formed on the distributed Bragg reflector 102. The active layer 104 has a quantum well structure including a well layer made of GaInNAs and a barrier layer made of GaAs, and is formed on the resonator spacer layer 103.
共振器スペーサー層105は、ノンドープGaAsからなり、活性層104上に形成される。分布ブラッグ反射器106は、p−Al0.9Ga0.1As/p−GaAsの対を一周期とした場合、24周期の[p−Al0.9Ga0.1As/p−GaAs]からなり、共振器スペーサー層105上に形成される。そして、p−Al0.9Ga0.1As/p−GaAsの各々の膜厚は、λ/4n(nは各半導体層の屈折率)である。 The resonator spacer layer 105 is made of non-doped GaAs and is formed on the active layer 104. The distributed Bragg reflector 106 has a period of 24 [p-Al 0.9 Ga 0.1 As / p-GaAs when a pair of p-Al 0.9 Ga 0.1 As / p-GaAs is taken as one period. And is formed on the resonator spacer layer 105. The thickness of each of p-Al 0.9 Ga 0.1 As / p-GaAs is λ / 4n (n is the refractive index of each semiconductor layer).
選択酸化層107は、p−AlAsからなり、分布ブラッグ反射器106中に設けられる。そして、選択酸化層107は、非酸化領域107aと酸化領域107bとからなり、20nmの膜厚を有する。 The selective oxidation layer 107 is made of p-AlAs and is provided in the distributed Bragg reflector 106. The selective oxidation layer 107 includes a non-oxidized region 107a and an oxidized region 107b, and has a thickness of 20 nm.
コンタクト層108は、p−GaAsからなり、分布ブラッグ反射器106上に形成される。SiO2層109は、分布ブラッグ反射器102の一部の一主面と、共振器スペーサー層103、活性層104、共振器スペーサー層105、分布ブラッグ反射器106、選択酸化層107およびコンタクト層108の端面とを覆うように形成される。 The contact layer 108 is made of p-GaAs and is formed on the distributed Bragg reflector 106. The SiO 2 layer 109 includes one main surface of a part of the distributed Bragg reflector 102, the resonator spacer layer 103, the active layer 104, the resonator spacer layer 105, the distributed Bragg reflector 106, the selective oxidation layer 107, and the contact layer 108. It is formed so as to cover the end surface of.
絶縁性樹脂110は、SiO2層109に接して形成される。p側電極111は、コンタクト層108の一部および絶縁性樹脂110上に形成される。n側電極112は、基板101の裏面に形成される。 The insulating resin 110 is formed in contact with the SiO 2 layer 109. The p-side electrode 111 is formed on part of the contact layer 108 and the insulating resin 110. The n-side electrode 112 is formed on the back surface of the substrate 101.
分布ブラッグ反射器102,106の各々は、活性層104で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層104に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。 Each of the distributed Bragg reflectors 102 and 106 constitutes a semiconductor distributed Bragg reflector that reflects the oscillation light oscillated in the active layer 104 by Bragg multiple reflection and confines it in the active layer 104.
また、酸化領域107bは、非酸化領域107aよりも小さい屈折率を有する。そして、酸化領域107bは、p側電極111から注入された電流が活性層104へ流れる経路を非酸化領域107aに制限する電流狭窄部を構成するとともに、活性層104で発振した発振光を非酸化領域107aに閉じ込める。これによって、面発光レーザ素子150は、低閾値電流での発振が可能となる。 The oxidized region 107b has a smaller refractive index than the non-oxidized region 107a. The oxidized region 107b constitutes a current confinement part that restricts the path through which the current injected from the p-side electrode 111 flows to the active layer 104 to the non-oxidized region 107a, and also oscillates the oscillation light oscillated in the active layer 104. Confine in the region 107a. Thus, the surface emitting laser element 150 can oscillate with a low threshold current.
図22は、図21に示す面発光レーザ素子150の活性層104の近傍を示す断面図である。図22を参照して、分布ブラッグ反射器102は、低屈折率層1021と、高屈折率層1022と、組成傾斜層1023とを含む。低屈折率層1021は、n−Al0.9Ga0.1Asからなり、高屈折率層1022は、n−GaAsからなる。組成傾斜層1023は、低屈折率層1021および高屈折率層1022のいずれか一方から他方へ向かってAl組成が徐々に変化するn−AlGaAsからなる。そして、低屈折率層1021が共振器スペーサー層103に接する。 FIG. 22 is a sectional view showing the vicinity of the active layer 104 of the surface emitting laser element 150 shown in FIG. Referring to FIG. 22, distributed Bragg reflector 102 includes a low refractive index layer 1021, a high refractive index layer 1022, and a composition gradient layer 1023. The low refractive index layer 1021 is made of n-Al 0.9 Ga 0.1 As, and the high refractive index layer 1022 is made of n-GaAs. The composition gradient layer 1023 is made of n-AlGaAs in which the Al composition gradually changes from one of the low refractive index layer 1021 and the high refractive index layer 1022 to the other. The low refractive index layer 1021 is in contact with the resonator spacer layer 103.
分布ブラッグ反射器106は、低屈折率層1061と、高屈折率層1062と、組成傾斜層1063とを含む。低屈折率層1061は、p−Al0.9Ga0.1Asからなり、高屈折率層1062は、p−GaAsからなる。組成傾斜層1063は、低屈折率層1061および高屈折率層1062のいずれか一方から他方へ向かってAl組成が徐々に変化するp−AlGaAsからなる。そして、低屈折率層1061が共振器スペーサー層105に接する。 The distributed Bragg reflector 106 includes a low refractive index layer 1061, a high refractive index layer 1062, and a composition gradient layer 1063. The low refractive index layer 1061 is made of p-Al 0.9 Ga 0.1 As, and the high refractive index layer 1062 is made of p-GaAs. The composition gradient layer 1063 is made of p-AlGaAs in which the Al composition gradually changes from one of the low refractive index layer 1061 and the high refractive index layer 1062 to the other. The low refractive index layer 1061 is in contact with the resonator spacer layer 105.
活性層104は、各々がGaInNAsからなる3層の井戸層1041と、各々がGaAsからなる4層の障壁層1042とが交互に積層された量子井戸構造からなる。そして、障壁層1042が共振器スペーサー層103,105に接する。 The active layer 104 has a quantum well structure in which three well layers 1041 each made of GaInNAs and four barrier layers 1042 each made of GaAs are alternately stacked. The barrier layer 1042 is in contact with the resonator spacer layers 103 and 105.
面発光レーザ素子150においては、共振器スペーサー層103,105および活性層104は、共振器を構成し、基板101に垂直な方向における共振器の厚さは、面発光レーザ素子1の1波長(=λ)に設定される。すなわち、共振器スペーサー層103,105および活性層104は、1波長共振器を構成する。 In the surface emitting laser element 150, the resonator spacer layers 103 and 105 and the active layer 104 constitute a resonator, and the thickness of the resonator in the direction perpendicular to the substrate 101 is one wavelength of the surface emitting laser element 1 ( = Λ). That is, the resonator spacer layers 103 and 105 and the active layer 104 constitute a one-wavelength resonator.
図23、図24および図25は、それぞれ、図21に示す面発光レーザ素子150の作製方法を示す第1から第3の工程図である。図23を参照して、一連の動作が開始されると、MOCVD法を用いて、反射層102、共振器スペーサー層103、活性層104、共振器スペーサー層105、反射層106、選択酸化層107、およびコンタクト層108を基板101上に順次積層する(図23の工程(a)参照)。 23, 24, and 25 are first to third process diagrams showing a method for manufacturing the surface-emitting laser element 150 shown in FIG. 21, respectively. Referring to FIG. 23, when a series of operations is started, the reflective layer 102, the resonator spacer layer 103, the active layer 104, the resonator spacer layer 105, the reflective layer 106, and the selective oxidation layer 107 are used using the MOCVD method. , And the contact layer 108 are sequentially stacked on the substrate 101 (see step (a) in FIG. 23).
この場合、反射層102のn−Al0.9Ga0.1Asおよびn−GaAsをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH3)およびセレン化水素(H2Se)を原料として形成する。 In this case, n-Al 0.9 Ga 0.1 As and n-GaAs of the reflective layer 102 are replaced with trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ), and hydrogen selenide (H 2 Se). Form as a raw material.
また、共振器スペーサー層103のノンドープGaAsをトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)を原料として形成し、活性層104のGaInNAsをトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルヒドラジン(DMHy)およびアルシン(AsH3)を原料として形成し、活性層104のGaAsをトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)を原料として形成する。 Further, non-doped GaAs of the resonator spacer layer 103 is formed using trimethyl gallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as raw materials, and GaInNAs of the active layer 104 is formed of trimethyl gallium (TMG), trimethyl indium (TMI), trimethyl hydrazine (DMHy). ) And arsine (AsH 3 ) as raw materials, and GaAs of the active layer 104 is formed using trimethyl gallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as raw materials.
さらに、共振器スペーサー層105のノンドープGaAsをトリメチルガリウム(TMG)およびアルシン(AsH3)を原料として形成し、反射層106のp−Al0.9Ga0.1As/GaAsをトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH3)および四臭化炭素(CBr4)を原料として形成する。 Further, non-doped GaAs of the resonator spacer layer 105 is formed using trimethyl gallium (TMG) and arsine (AsH 3 ) as raw materials, and p-Al 0.9 Ga 0.1 As / GaAs of the reflective layer 106 is formed of trimethylaluminum (TMA). ), Trimethylgallium (TMG), arsine (AsH 3 ) and carbon tetrabromide (CBr 4 ).
さらに、選択酸化層107のp−AlAsをトリメチルアルミニウム(TMA)、アルシン(AsH3)および四臭化炭素(CBr4)を原料として形成し、コンタクト層108のp−GaAsをトリメチルガリウム(TMG)、アルシン(AsH3)および四臭化炭素(CBr4)を原料として形成する。 Further, p-AlAs for the selective oxidation layer 107 is formed using trimethylaluminum (TMA), arsine (AsH 3 ), and carbon tetrabromide (CBr 4 ) as raw materials, and p-GaAs for the contact layer 108 is trimethylgallium (TMG). , Arsine (AsH 3 ) and carbon tetrabromide (CBr 4 ).
その後、コンタクト層108の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層108上にレジストパターン120を形成する(図23の工程(b)参照)。この場合、レジストパターン120は、1辺が20μmである正方形の形状を有する。 Thereafter, a resist is applied on the contact layer 108, and a resist pattern 120 is formed on the contact layer 108 using a photoengraving technique (see step (b) in FIG. 23). In this case, the resist pattern 120 has a square shape with one side of 20 μm.
レジストパターン120を形成すると、その形成したレジストパターン120をマスクとして用いて、分布ブラッグ反射器102の一部と、共振器スペーサー層103、活性層104、共振器スペーサー層105、反射層106、選択酸化層107およびコンタクト層108の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン120を除去する(図23の工程(c)参照)。 When the resist pattern 120 is formed, a part of the distributed Bragg reflector 102, the resonator spacer layer 103, the active layer 104, the resonator spacer layer 105, the reflective layer 106, and the selection are selected using the formed resist pattern 120 as a mask. The peripheral portions of the oxide layer 107 and the contact layer 108 are removed by dry etching, and the resist pattern 120 is further removed (see step (c) in FIG. 23).
次に、図24を参照して、図23に示す工程(c)の後、85℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を425℃に加熱して、選択酸化層107の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層107中に非酸化領域107aと酸化領域107bとを形成する(図24の工程(d)参照)。この場合、非酸化領域107aは、1辺が4μmである正方形からなる。 Next, referring to FIG. 24, after step (c) shown in FIG. 23, the sample is heated to 425 ° C. in an atmosphere in which water heated to 85 ° C. is bubbled with nitrogen gas, and the selective oxidation layer 107. Is oxidized from the outer peripheral portion toward the central portion to form a non-oxidized region 107a and an oxidized region 107b in the selective oxidation layer 107 (see step (d) in FIG. 24). In this case, the non-oxidized region 107a is formed of a square having a side of 4 μm.
その後、気相化学堆積法(CVD:Chemical Vapour Deposition)を用いて、試料の全面にSiO2層109を形成し、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のSiO2層109を除去する(図24の工程(e)参照)。 Thereafter, a SiO 2 layer 109 is formed on the entire surface of the sample by using a chemical vapor deposition (CVD) method, and a region serving as a light emitting portion and a surrounding SiO 2 layer using a photoengraving technique. 109 is removed (see step (e) in FIG. 24).
次に、試料の全体に絶縁性樹脂110をスピンコートにより塗布し、光出射部となる領域上の絶縁性樹脂110を除去する(図24の工程(f)参照)。 Next, the insulating resin 110 is applied to the entire sample by spin coating, and the insulating resin 110 on the region to be the light emitting portion is removed (see step (f) in FIG. 24).
図25を参照して、絶縁性樹脂110を形成した後、光出射部となる領域上に1辺が8μmであるレジストパターンを形成し、試料の全面にp側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のp側電極材料をリフトオフにより除去してp側電極111を形成する(図25の工程(g)参照)。そして、基板101の裏面を研磨し、基板101の裏面にn側電極112を形成し、さらに、アニールしてp側電極111およびn側電極112のオーミック導通を取る(図25の工程(h)参照)。これによって、面発光レーザ素子150が作製される。 Referring to FIG. 25, after forming insulating resin 110, a resist pattern having a side of 8 μm is formed on a region to be a light emitting portion, and a p-side electrode material is formed by vapor deposition on the entire surface of the sample. The p-side electrode material on the resist pattern is removed by lift-off to form the p-side electrode 111 (see step (g) in FIG. 25). Then, the back surface of the substrate 101 is polished, the n-side electrode 112 is formed on the back surface of the substrate 101, and further annealed to obtain ohmic conduction between the p-side electrode 111 and the n-side electrode 112 (step (h) in FIG. 25). reference). Thus, the surface emitting laser element 150 is manufactured.
面発光レーザ素子150が作製される場合、薄膜製造装置100Gは、図23の工程(a)において、分布ブラッグ反射器102、共振器スペーサー層103、活性層104、共振器スペーサー層105、分布ブラッグ反射器106、選択酸化層107およびコンタクト層108を順次積層する。 When the surface emitting laser element 150 is manufactured, the thin film manufacturing apparatus 100G uses the distributed Bragg reflector 102, the resonator spacer layer 103, the active layer 104, the resonator spacer layer 105, and the distributed Bragg in step (a) of FIG. A reflector 106, a selective oxidation layer 107, and a contact layer 108 are sequentially stacked.
そして、薄膜製造装置100Gは、分布ブラッグ反射器102,106を結晶成長するとき、実施の形態2による薄膜製造装置100A、実施の形態3による薄膜製造装置100Bおよび実施の形態4による薄膜製造装置100Cのいずれかとして機能して分布ブラッグ反射器102を結晶成長する。 When the thin film manufacturing apparatus 100G grows the crystals of the distributed Bragg reflectors 102 and 106, the thin film manufacturing apparatus 100A according to the second embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100B according to the third embodiment, and the thin film manufacturing apparatus 100C according to the fourth embodiment. The distributed Bragg reflector 102 is grown as a crystal.
また、薄膜製造装置100Gは、共振器スペーサー層103,105を結晶成長するとき、実施の形態1による薄膜製造装置100として機能して共振器スペーサー層103,105を結晶成長する。 Further, when the thin film manufacturing apparatus 100G grows the crystal of the resonator spacer layers 103 and 105, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment to grow the crystal of the resonator spacer layers 103 and 105.
さらに、薄膜製造装置100Gは、活性層104を結晶成長するとき、実施の形態5による薄膜製造装置100Dとして機能して活性層104を結晶成長する。 Furthermore, when the active layer 104 is crystal-grown, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100D according to the fifth embodiment to grow the active layer 104.
さらに、薄膜製造装置100Gは、選択酸化層107およびコンタクト層108を結晶成長するとき、実施の形態1による薄膜製造装置100として機能して選択酸化層107およびコンタクト層108を結晶成長する。 Further, when the selective oxidation layer 107 and the contact layer 108 are crystal-grown, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment, and the selective oxidation layer 107 and the contact layer 108 are crystal-grown.
この場合、薄膜製造装置100Gは、実施の形態2による薄膜製造装置100A、実施の形態3による薄膜製造装置100Bおよび実施の形態4による薄膜製造装置100Cのいずれかとして機能して分布ブラッグ反射器102,106を結晶成長するとき、図8に示すフローチャート、図11に示すフローチャートおよび図13に示すフローチャートのいずれかに従って布ブラッグ反射器102,106を結晶成長する。 In this case, the thin film manufacturing apparatus 100G functions as one of the thin film manufacturing apparatus 100A according to the second embodiment, the thin film manufacturing apparatus 100B according to the third embodiment, and the thin film manufacturing apparatus 100C according to the fourth embodiment, and the distributed Bragg reflector 102. , 106 are crystal grown according to any one of the flowchart shown in FIG. 8, the flowchart shown in FIG. 11, and the flowchart shown in FIG.
また、薄膜製造装置100Gは、実施の形態1による薄膜製造装置100として機能して共振器スペーサー層103,105を結晶成長するとき、図5に示すフローチャートに従って共振器スペーサー層103,105を結晶成長する。 Further, when the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment to grow the crystal of the resonator spacer layers 103 and 105, the thin film manufacturing apparatus 100G grows the resonator spacer layers 103 and 105 according to the flowchart shown in FIG. To do.
さらに、薄膜製造装置100Gは、実施の形態5による薄膜製造装置100Dとして機能して活性層104を結晶成長するとき、図16に示すフローチャートに従って活性層104を結晶成長する。 Furthermore, when the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100D according to the fifth embodiment to grow the active layer 104, the active layer 104 is grown according to the flowchart shown in FIG.
さらに、薄膜製造装置100Gは、実施の形態1による薄膜製造装置100として機能して選択酸化層107およびコンタクト層108を結晶成長するとき、図5に示すフローチャートに従って選択酸化層107およびコンタクト層108を結晶成長する。 Furthermore, when the thin film manufacturing apparatus 100G functions as the thin film manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment to grow crystals of the selective oxide layer 107 and the contact layer 108, the thin film manufacturing apparatus 100G displays the selective oxide layer 107 and the contact layer 108 according to the flowchart shown in FIG. Crystal grows.
実施の形態8によれば、反応容器10内で結晶成長した半導体層の実測した膜厚または半導体層の結晶成長時間に基づいて、所望の膜厚を有する半導体層を結晶成長するので、膜厚の実測が困難である薄い半導体層を含む場合でも、所望の膜厚を有する半導体層を作製できる。 According to the eighth embodiment, a semiconductor layer having a desired film thickness is grown based on the actually measured film thickness of the semiconductor layer grown in the reaction vessel 10 or the crystal growth time of the semiconductor layer. Even when a thin semiconductor layer that is difficult to measure is included, a semiconductor layer having a desired film thickness can be manufactured.
なお、上記においては、薄膜製造装置100Gを用いて面発光レーザ素子150を作製する場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、薄膜製造装置100Gを用いて各種のデバイスおよび各種の半導体薄膜を製造してもよく、半導体薄膜に限らず、半導体薄膜以外の各種の薄膜を製造してもよい。 In the above description, the surface emitting laser element 150 is manufactured by using the thin film manufacturing apparatus 100G. However, the present invention is not limited to this, and various devices and various types are manufactured by using the thin film manufacturing apparatus 100G. A semiconductor thin film may be manufactured and not only a semiconductor thin film but various thin films other than a semiconductor thin film may be manufactured.
また、薄膜製造装置100Gは、反応容器10に代えて反応容器10Aを備えていてもよい。 Further, the thin film manufacturing apparatus 100G may include a reaction vessel 10A instead of the reaction vessel 10.
さらに、上記においては、ファブリペロ振動を検出して結晶成長された半導体層の膜厚を検出すると説明したが、この発明においては、半導体層の膜厚の検出方法は、どのような方法であってもよい。 Further, in the above description, it has been described that the film thickness of the semiconductor layer grown by detecting Fabry-Perot vibration is detected. However, in the present invention, what is the method for detecting the film thickness of the semiconductor layer? Also good.
さらに、図5、図6、図8、図11、図13および図16に示すフローチャートの各々は、この発明による「膜厚制御方法」を構成する。 Further, each of the flowcharts shown in FIGS. 5, 6, 8, 11, 13, and 16 constitutes a “film thickness control method” according to the present invention.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、目標膜厚を有する薄膜を製造可能な薄膜製造装置に適用される。また、この発明は、目標膜厚を有する薄膜を製造可能な薄膜製造方法に適用される。さらに、この発明は、薄膜の膜厚を目標膜厚に制御可能な膜厚制御方法に適用される。 The present invention is applied to a thin film manufacturing apparatus capable of manufacturing a thin film having a target film thickness. Moreover, this invention is applied to the thin film manufacturing method which can manufacture the thin film which has target film thickness. Furthermore, the present invention is applied to a film thickness control method capable of controlling the film thickness of a thin film to a target film thickness.
1,2 孔、10,10A 反応容器、11,11A,11B,11C ガス供給口、12,12A 排気口、13,13A,13B,13C 光学ポート、20,21 サセプター、20A 斜面、21A 一主面、30 光源、40 ハーフミラー、50,50A,50B,50C,50D 検出器、60,60A,60B,60C,60D,60E 制御装置、71〜76 ガス供給源、81〜86 マスフローコントローラ、90,101 基板、91〜96 バルブ、100,100A,100B,100C,100D,100E,100F,100G 薄膜製造装置、102,106 分布ブラッグ反射器、103,105 共振器スペーサー層、107 選択酸化層、107a 非酸化領域、107b 酸化領域、108 コンタクト層、109 SiO2層、110 絶縁性樹脂、111 p側電極、112 n側電極、120 レジストパターン、130 共振器、150 面発光レーザ素子、1021,1061 低屈折率層、1022,1062 高屈折率層、1033,1063 組成傾斜層、1041 井戸層、1042 障壁層。 1, 2 holes, 10, 10A reaction vessel, 11, 11A, 11B, 11C gas supply port, 12, 12A exhaust port, 13, 13A, 13B, 13C optical port, 20, 21 susceptor, 20A slope, 21A one main surface , 30 light source, 40 half mirror, 50, 50A, 50B, 50C, 50D detector, 60, 60A, 60B, 60C, 60D, 60E control device, 71-76 gas supply source, 81-86 mass flow controller, 90, 101 Substrate, 91-96 valve, 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G Thin film manufacturing equipment, 102, 106 Distributed Bragg reflector, 103, 105 Resonator spacer layer, 107 Selective oxidation layer, 107a Non-oxidation Region, 107b oxidation region, 108 contact layer, 109 SiO 2 layer, 110 insulating resin, 111 p-side electrode, 112 n-side electrode, 120 resist pattern, 130 resonator, 150 surface emitting laser element, 1021, 1061 low refractive index layer, 1022, 1062 high refractive index layer, 1033, 1063 composition gradient Layer, 1041 well layer, 1042 barrier layer.
Claims (31)
前記薄膜を成長させるための原料を前記反応容器に供給する供給手段と、
前記反応容器内で成長した薄膜の膜厚をファブリペロ振動を用いて検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された膜厚が目標膜厚から過剰膜厚だけ薄い制御上の目標膜厚に達すると、前記原料の前記反応容器への供給を停止するための停止信号を生成する制御手段と、
前記制御手段からの前記停止信号に応じて、前記原料の前記反応容器への供給を停止する停止手段とを備え、
前記過剰膜厚は、前記原料の前記反応容器への供給が停止された第1のタイミングから前記薄膜の成長が前記反応容器内において実際に停止される第2のタイミングまでの間に成長する前記薄膜の膜厚であり、
前記供給手段による前記原料の供給、前記検出手段による前記膜厚の検出、前記制御手段による前記停止信号の生成、及び前記停止手段による前記原料の供給停止から成るサイクルは、複数回行われ、
前記制御手段は、1回目の前記停止信号を生成する際の基準となる前記制御上の目標膜厚を、予め実測された前記過剰膜厚を用いて演算し、2回目以降の前記停止信号を生成する際の基準となる前記制御上の目標膜厚を、前記検出手段によって検出された膜厚を用いて補正された前記過剰膜厚である補正過剰膜厚を用いて演算する、薄膜製造装置。 A reaction vessel for growing a thin film;
Supply means for supplying a raw material for growing the thin film to the reaction vessel;
Detection means for detecting the film thickness of the thin film grown in the reaction vessel using Fabry-Perot vibration ;
Control means for generating a stop signal for stopping the supply of the raw material to the reaction vessel when the film thickness detected by the detection means reaches a control target film thickness that is thinner than the target film thickness by an excess film thickness When,
In response to the stop signal from the control means, the stop means for stopping the supply of the raw material to the reaction vessel,
The excess film thickness grows from the first timing when the supply of the raw material to the reaction vessel is stopped to the second timing when the growth of the thin film is actually stopped in the reaction vessel. Ri film thickness der of the thin film,
A cycle comprising the supply of the raw material by the supply means, the detection of the film thickness by the detection means, the generation of the stop signal by the control means, and the supply stop of the raw material by the stop means is performed a plurality of times,
The control means calculates the control target film thickness that is a reference for generating the first stop signal by using the excessive film thickness measured in advance, and calculates the stop signal for the second and subsequent times. A thin film manufacturing apparatus that calculates the control target film thickness that is a reference for generation using the corrected excessive film thickness that is the excessive film thickness corrected using the film thickness detected by the detecting unit .
前記検出手段は、前記複数の層のうちの1つの層が成長する毎に前記1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出し、
前記制御手段は、前記検出手段によって前記1つの層の膜厚が検出される毎に、前記1つの層の過剰膜厚を補正する、請求項1に記載の薄膜製造装置。 The thin film comprises a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are laminated,
The detection means detects the film thickness of the one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows,
2. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the control unit corrects an excessive film thickness of the one layer each time the film thickness of the one layer is detected by the detection unit.
前記検出手段は、前記複数の層のうちの1つの層が成長する毎に前記1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出し、
前記制御手段は、前記積層膜が前記目標積層数よりも少ない所定積層数だけ積層されたときの前記複数の層の各層における過剰膜厚の平均値を前記検出手段によって検出された各層の膜厚を用いて演算し、その演算した平均値を用いて各層の過剰膜厚を補正する、請求項1に記載の薄膜製造装置。 The thin film comprises a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are alternately laminated in a target number of layers,
The detection means detects the film thickness of the one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows,
The control means has a film thickness of each layer detected by the detection means as an average value of excess film thicknesses in each layer of the plurality of layers when the laminated film is laminated by a predetermined number less than the target number of laminated layers. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the excess film thickness of each layer is corrected using the calculated average value.
前記停止手段は、バルブを閉じることによって前記原料の前記反応容器への供給を停止する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の薄膜製造装置。 The supply means supplies the raw material to the reaction vessel by opening a valve,
It said stop means stops the supply to the reaction vessel of the raw material by closing the valve, a thin film production apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記制御手段は、前記検出手段によって検出された前記第1の結晶半導体層の膜厚である第1の膜厚が前記第1の結晶半導体層の目標膜厚である第1の目標膜厚から前記第1の結晶半導体層の過剰膜厚である第1の過剰膜厚だけ薄い制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成し、前記検出手段によって検出された前記第2の結晶半導体層の膜厚である第2の膜厚が前記第2の結晶半導体層の目標膜厚である第2の目標膜厚から前記第2の結晶半導体層の過剰膜厚である第2の過剰膜厚だけ薄い制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成するとともに、前記多層膜の周期数が前記目標周期数に達すると第3の停止信号を生成し、
前記停止手段は、前記制御手段からの前記第1の停止信号に応じて前記第1の原料の前記反応容器への供給を停止し、前記制御手段からの前記第2の停止信号に応じて前記第2の原料の前記反応容器への供給を停止するとともに、前記制御手段からの前記第3の停止信号に応じて前記第1および第2の原料の前記反応容器への供給を停止し、
前記供給手段は、前記制御手段からの前記第1の停止信号に応じて前記第2の原料を前記反応容器へ供給し、前記制御手段からの前記第2の停止信号に応じて前記第1の原料を前記反応容器へ供給する、請求項1に記載の薄膜製造装置。 The thin film is formed by alternately stacking a first crystal semiconductor layer having a first refractive index and a second crystal semiconductor layer having a second refractive index different from the first refractive index by a target period. It consists of a multilayer film,
From the first target film thickness, the first film thickness, which is the film thickness of the first crystal semiconductor layer detected by the detection means, is a target film thickness of the first crystal semiconductor layer. A first stop signal is generated when the first target film thickness on the control is reduced by a first excess film thickness that is an excess film thickness of the first crystal semiconductor layer, and the detection means detects the first stop signal. The second film thickness, which is the film thickness of the second crystal semiconductor layer, is an excess film thickness of the second crystal semiconductor layer from the second target film thickness, which is the target film thickness of the second crystal semiconductor layer. A second stop signal is generated when the second target film thickness on the control thin by the second excess film thickness is reached, and a third stop signal is generated when the cycle number of the multilayer film reaches the target cycle number. Generate
The stop means stops the supply of the first raw material to the reaction vessel in response to the first stop signal from the control means, and the stop means in response to the second stop signal from the control means Stopping the supply of the second raw material to the reaction vessel, and stopping the supply of the first and second raw materials to the reaction vessel in response to the third stop signal from the control means,
The supply means supplies the second raw material to the reaction vessel in response to the first stop signal from the control means, and the first raw material in response to the second stop signal from the control means. The thin film manufacturing apparatus of Claim 1 which supplies a raw material to the said reaction container.
前記制御手段は、前記多層膜が前記所定周期数だけ積層されると、前記検出手段によって検出された前記途中膜厚に基づいて前記多層膜が前記所定周期数だけ積層されたときの前記第1の膜厚の第1の平均値と第2の膜厚の第2の平均値とを演算し、その演算した第1および第2の平均値を用いて前記第1および第2の過剰膜厚を補正してそれぞれ第1および第2の補正過剰膜厚を演算し、その演算した第1および第2の補正過剰膜厚を用いてそれぞれ前記制御上の第1および第2の目標膜厚を演算するとともに、前記多層膜が前記所定周期数よりも多く積層されたときに前記検出手段によって検出された第1の膜厚が前記演算した制御上の第1の目標膜厚に達すると前記第1の停止信号を生成し、前記検出手段によって検出された第2の膜厚が前記演算した制御上の第2の目標膜厚に達すると前記第2の停止信号を生成する、請求項6に記載の薄膜製造装置。 When the multilayer film is laminated by a predetermined number of cycles less than the target number of cycles, the detecting means detects an intermediate film thickness that is the thickness of the multilayer film for the predetermined cycle,
When the multilayer film is stacked for the predetermined number of cycles, the control unit is configured to perform the first operation when the multilayer film is stacked for the predetermined number of cycles based on the intermediate film thickness detected by the detection unit. The first average value and the second average value of the second film thickness are calculated, and the first and second excess film thicknesses are calculated using the calculated first and second average values. And the first and second corrected excess film thicknesses are calculated, respectively, and the first and second target film thicknesses on the control are respectively calculated using the calculated first and second corrected excess film thicknesses. When the first film thickness detected by the detection means reaches the calculated first target film thickness on the control when the multilayer film is laminated more than the predetermined number of cycles, The second film that generates the stop signal of 1 and is detected by the detection means There generating the second stop signal to reach the second target film thickness on control mentioned above calculation, a thin film manufacturing apparatus according to claim 6.
前記検出手段による膜厚の検出限界以上の膜厚を有する第1の薄膜と、
前記検出手段による膜厚の検出限界よりも薄い膜厚を有する第2の薄膜とを含み、
前記検出手段は、前記薄膜に任意の波長を有する光を照射するとともに、前記照射した光の前記薄膜からの反射光を検出し、
前記制御手段は、前記検出手段からの反射光の位相変化量が前記薄膜全体の目標膜厚に対応する目標位相変化量になると、前記停止信号を生成する、請求項1に記載の薄膜製造装置。 The thin film is
A first thin film having a film thickness equal to or greater than a detection limit of the film thickness by the detection means;
Including a second thin film having a film thickness thinner than a detection limit of the film thickness by the detection means,
The detection means irradiates the thin film with light having an arbitrary wavelength, detects reflected light from the thin film of the irradiated light,
2. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the control unit generates the stop signal when a phase change amount of reflected light from the detection unit reaches a target phase change amount corresponding to a target film thickness of the entire thin film. .
面発光レーザ素子の活性層の一方側に配置された第1の結晶半導体層と、
前記活性層を中心にして前記第1の結晶半導体層の反対側に配置された第2の結晶半導体層とを含み、
前記第2の薄膜は、
各々が前記活性層に含まれる量子井戸層を構成する複数の第3の結晶半導体層と、
各々が前記活性層に含まれる障壁層を構成する複数の第4の結晶半導体層とを含み、
前記複数の第3の結晶半導体層は、前記複数の第4の結晶半導体層と交互に積層され、
前記複数の第3および第4の結晶半導体層は、前記第1および第2の結晶半導体層間に配置される、請求項12に記載の薄膜製造装置。 The first thin film is
A first crystalline semiconductor layer disposed on one side of the active layer of the surface emitting laser element;
A second crystalline semiconductor layer disposed on the opposite side of the first crystalline semiconductor layer around the active layer,
The second thin film is
A plurality of third crystal semiconductor layers each constituting a quantum well layer included in the active layer;
A plurality of fourth crystal semiconductor layers each constituting a barrier layer included in the active layer,
The plurality of third crystal semiconductor layers are alternately stacked with the plurality of fourth crystal semiconductor layers,
The thin film manufacturing apparatus according to claim 12 , wherein the plurality of third and fourth crystal semiconductor layers are disposed between the first and second crystal semiconductor layers.
前記検出手段は、前記原料供給部の略中央部に設けられた光学ポートを介して前記薄膜の膜厚を検出し、
前記供給手段は、前記光学ポートの周囲から前記原料を前記反応容器へ供給する、請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の薄膜製造装置。 The reaction vessel has a raw material supply unit,
The detection means detects the film thickness of the thin film through an optical port provided at a substantially central part of the raw material supply unit,
Said supply means, said supply from the periphery of the optical port said feedstock into said reaction vessel, a thin film manufacturing apparatus according to any one of claims 14 claim 1.
検出手段が前記反応容器内で成長した薄膜の膜厚をファブリペロ振動を用いて検出する第2のステップと、
停止手段が前記検出された膜厚が目標膜厚から過剰膜厚だけ薄い制御上の目標膜厚に達すると、前記原料の前記反応容器への供給を停止する第3のステップとを備え、
前記過剰膜厚は、前記原料の前記反応容器への供給が停止された後に前記反応容器内において実際に成長した前記薄膜の膜厚であり、
前記第3のステップは、演算手段が前記目標膜厚から前記過剰膜厚を減算して前記制御上の目標膜厚を演算する第1のサブステップと、生成手段が、前記検出された膜厚が前記演算された制御上の目標膜厚に達すると停止信号を生成する第2のサブステップと、前記停止手段が前記生成された停止信号に応じて前記原料の前記反応容器への供給を停止する第3のサブステップと、補正手段が前記検出手段によって検出された膜厚を用いて前記過剰膜厚を補正し、その補正後の過剰膜厚である補正過剰膜厚を生成する第4のサブステップとを含み、
前記第1、第2及び第3のステップから成るサイクルは、複数回行われ、
前記演算手段は、1回目の前記第1のサブステップにおいて、予め実測された前記過剰膜厚を用いて前記制御上の目標膜厚を演算し、2回目以降の前記第1のサブステップにおいて、前記補正過剰膜厚を用いて前記制御上の目標膜厚を演算する、薄膜製造方法。 A first step in which a supply means supplies a raw material for growing a thin film to the reaction vessel;
A second step in which the detecting means detects the film thickness of the thin film grown in the reaction vessel using Fabry-Perot vibration ;
A third step of stopping supply of the raw material to the reaction vessel when the detected film thickness reaches the control target film thickness that is thinner than the target film thickness by an excess film thickness;
The excess thickness, Ri thickness der of the thin films actually grown in the reaction vessel after the supply to the reaction vessel of the material is stopped,
The third step includes a first sub-step in which the calculation means subtracts the excess film thickness from the target film thickness to calculate the control target film thickness, and the generation means includes the detected film thickness. A second sub-step for generating a stop signal when the calculated target film thickness for control is reached, and the stop means stops the supply of the raw material to the reaction vessel according to the generated stop signal A third sub-step for correcting the excess film thickness using the film thickness detected by the detection means, and generating a corrected excess film thickness that is an excess film thickness after the correction. Including sub-steps,
The cycle consisting of the first, second and third steps is performed a plurality of times,
In the first sub-step of the first time, the calculating means calculates the target film thickness in the control using the excessive film thickness actually measured in advance, and in the first sub-step after the second time, It calculates a target thickness on the control using the correction excess thickness, the thin film manufacturing method.
前記検出手段は、前記第2のステップにおいて、前記複数の層のうちの1つの層が成長する毎に前記1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出し、
前記補正手段は、前記第4のサブステップにおいて、前記検出手段によって前記1つの層の膜厚が検出される毎に、前記1つの層の過剰膜厚を補正する、請求項16に記載の薄膜製造方法。 The thin film comprises a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are laminated,
The detecting means detects the film thickness of the one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows in the second step,
17. The thin film according to claim 16 , wherein the correction unit corrects an excess film thickness of the one layer each time the film thickness of the one layer is detected by the detection unit in the fourth sub-step. Production method.
前記検出手段は、前記第2のステップにおいて、前記複数の層のうちの1つの層が成長する毎に前記1つの層の膜厚を光学的な計測によって検出し、
前記補正手段は、前記第4のサブステップにおいて、前記積層膜が前記目標積層数よりも少ない所定積層数だけ積層されたときの前記複数の層の各層における過剰膜厚の平均値を前記検出手段によって検出された各層の膜厚を用いて演算し、その演算した平均値を用いて各層の過剰膜厚を補正する、請求項16に記載の薄膜製造方法。 The thin film comprises a laminated film in which a plurality of layers having different materials and / or compositions are alternately laminated in a target number of layers,
The detecting means detects the film thickness of the one layer by optical measurement every time one of the plurality of layers grows in the second step,
In the fourth sub-step, the correcting means detects an average value of excess film thicknesses in each layer of the plurality of layers when the laminated film is laminated by a predetermined number of laminated layers smaller than the target number of laminated layers. The thin film manufacturing method according to claim 16 , wherein the film thickness is calculated using the film thickness of each layer detected by the step, and the excessive thickness of each layer is corrected using the calculated average value.
前記停止手段は、前記第3のステップにおいて、バルブを閉じることによって前記原料の前記反応容器への供給を停止する、請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の薄膜製造方法。 The supply means supplies the raw material to the reaction vessel by opening a valve in the first step,
Said stop means is in the third step, to stop the supply to the reaction vessel of the raw material by closing the valve, thin film manufacturing method according to any one of claims 19 claim 16.
前記第1のステップは、
前記供給手段が前記第1の結晶半導体層を結晶成長するための第1の原料を前記反応容器へ供給する第1のサブステップと、
前記供給手段が前記第2の結晶半導体層を結晶成長するための第2の原料を前記反応容器へ供給する第2のサブステップと、
前記供給手段が、前記第1の原料の前記反応容器への供給が停止されると前記第2の原料を前記反応容器へ供給する第3のサブステップと、
前記供給手段が、前記第2の原料の前記反応容器への供給が停止されると前記第1の原料を前記反応容器へ供給する第4のサブステップとを含み、
前記第2のステップは、
前記検出手段が前記多層膜の結晶成長中の任意のタイミングで前記1つの第1の結晶半導体層の第1の膜厚を検出する第5のサブステップと、
前記検出手段が前記任意のタイミングで前記1つの第2の結晶半導体層の第2の膜厚を検出する第6のサブステップとを含み、
前記第3のステップは、
演算手段が前記第1の結晶半導体層の目標膜厚である第1の目標膜厚から前記第1の結晶半導体層の過剰膜厚である第1の過剰膜厚を減算して前記制御上の第1の目標膜厚を演算する第7のサブステップと、
前記演算手段が前記第2の結晶半導体層の目標膜厚である第2の目標膜厚から前記第2の結晶半導体層の過剰膜厚である第2の過剰膜厚を減算して前記制御上の第2の目標膜厚を演算する第8のサブステップと、
生成手段が、前記検出された第1の膜厚が前記演算された制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成する第9のサブステップと、
前記生成手段が、前記検出された第2の膜厚が前記演算された制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する第10のサブステップと、
前記生成手段が、前記多層膜の周期数が前記目標周期数に達すると第3の停止信号を生成する第11のサブステップと、
前記停止手段が前記生成された第1の停止信号に応じて前記第1の原料の前記反応容器への供給を停止する第12のサブステップと、
前記停止手段が前記生成された第2の停止信号に応じて前記第2の原料の前記反応容器への供給を停止する第13のサブステップと、
前記停止手段が前記生成された第3の停止信号に応じて前記第1および第2の原料の前記反応容器への供給を停止する第14のサブステップとを含む、請求項16に記載の薄膜製造方法。 The thin film is formed by alternately stacking a first crystal semiconductor layer having a first refractive index and a second crystal semiconductor layer having a second refractive index different from the first refractive index by a target period. It consists of a multilayer film,
The first step includes
A first sub-step in which the supply means supplies a first raw material for crystal growth of the first crystalline semiconductor layer to the reaction vessel;
A second sub-step in which the supply means supplies a second raw material for crystal growth of the second crystalline semiconductor layer to the reaction vessel;
A third sub-step in which the supply means supplies the second raw material to the reaction vessel when the supply of the first raw material to the reaction vessel is stopped;
The supply means includes a fourth sub-step of supplying the first raw material to the reaction vessel when the supply of the second raw material to the reaction vessel is stopped;
The second step includes
A fifth sub-step in which the detection means detects a first film thickness of the one first crystal semiconductor layer at an arbitrary timing during crystal growth of the multilayer film;
A sixth sub-step in which the detecting means detects a second film thickness of the one second crystal semiconductor layer at the arbitrary timing;
The third step includes
The calculating means subtracts a first excess film thickness that is an excess film thickness of the first crystal semiconductor layer from a first target film thickness that is a target film thickness of the first crystal semiconductor layer, and performs the above control. A seventh sub-step for calculating a first target film thickness;
The calculation means subtracts a second excess film thickness that is an excess film thickness of the second crystal semiconductor layer from a second target film thickness that is a target film thickness of the second crystal semiconductor layer. An eighth sub-step for calculating the second target film thickness of
A ninth sub-step for generating a first stop signal when the generated first film thickness reaches the calculated first target film thickness on the control;
A tenth sub-step in which the generating means generates a second stop signal when the detected second film thickness reaches the calculated control second target film thickness;
An eleventh substep in which the generating means generates a third stop signal when the number of periods of the multilayer film reaches the target number of periods;
A twelfth sub-step in which the stopping means stops the supply of the first raw material to the reaction vessel in response to the generated first stop signal;
A thirteenth sub-step in which the stopping means stops the supply of the second raw material to the reaction vessel in response to the generated second stop signal;
17. The thin film according to claim 16 , wherein the stopping means includes a fourteenth sub-step of stopping supply of the first and second raw materials to the reaction vessel in response to the generated third stop signal. Production method.
補正手段が、前記検出された第1の膜厚を用いて前記任意のタイミングで前記第1の過剰膜厚を補正して第1の補正過剰膜厚を生成するステップと、
前記演算手段が前記第1の目標膜厚から前記第1の補正過剰膜厚を減算して前記制御上の第1の目標膜厚を演算するステップとを含み、
前記第8のサブステップは、
補正手段が、前記検出された第2の膜厚を用いて前記任意のタイミングで前記第2の過剰膜厚を補正して第2の補正過剰膜厚を生成するステップと、
前記演算手段が前記第2の目標膜厚から前記第2の補正過剰膜厚を減算して前記制御上の第2の目標膜厚を演算するステップとを含み、
前記生成手段は、前記第9のサブステップにおいて、前記多層膜が前記所定周期数よりも多く積層されたときに前記検出された第1の膜厚が前記演算された制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成し、
前記生成手段は、前記第10のサブステップにおいて、前記多層膜が前記所定周期数よりも多く積層されたときに前記検出された第2の膜厚が前記演算された制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する、請求項21に記載の薄膜製造方法。 The seventh sub-step includes
A correcting unit correcting the first excessive film thickness at the arbitrary timing using the detected first film thickness to generate a first corrected excessive film thickness; and
Calculating the first target film thickness on the control by subtracting the first corrected excess film thickness from the first target film thickness,
The eighth sub-step includes
A correcting unit correcting the second excessive film thickness at the arbitrary timing using the detected second film thickness to generate a second corrected excessive film thickness;
The calculating means subtracting the second corrected excess film thickness from the second target film thickness to calculate a second target film thickness on the control,
In the ninth sub-step, the generating means sets the detected first film thickness when the multilayer film is laminated more than the predetermined number of cycles to the first control target calculated. When the film thickness is reached, a first stop signal is generated,
In the tenth sub-step, the generation means generates a second control target that the second film thickness detected when the multilayer film is stacked more than the predetermined number of cycles is calculated. The thin film manufacturing method according to claim 21 , wherein a second stop signal is generated when the film thickness is reached.
前記第1のステップは、
前記供給手段が前記第1の結晶半導体層を結晶成長するための第1の原料を前記反応容器へ供給する第1のサブステップと、
前記供給手段が前記第2の結晶半導体層を結晶成長するための第2の原料を前記反応容器へ供給する第2のサブステップと、
前記供給手段が、前記第1の原料の前記反応容器への供給が停止されると前記第2の原料を前記反応容器へ供給する第3のサブステップと、
前記供給手段が、前記第2の原料の前記反応容器への供給が停止されると前記第1の原料を前記反応容器へ供給する第4のサブステップとを含み、
前記検出手段は、前記第2のステップにおいて、前記多層膜が前記目標周期数よりも少ない所定周期数分だけ結晶成長したときの前記多層膜の途中膜厚を検出し、
前記第3のステップは、
演算手段が前記検出された途中膜厚に基づいて、前記多層膜が前記所定周期数分だけ結晶成長したときの前記第1の結晶半導体層の第1の膜厚の第1の平均値と前記第2の結晶半導体層の第2の膜厚の第2の平均値とを演算する第5のサブステップと、
補正手段が、前記演算された第1の平均値を用いて前記第1の結晶半導体層の過剰膜厚である第1の過剰膜厚を補正して第1の補正過剰膜厚を演算する第6のサブステップと、
前記補正手段が、前記演算された第2の平均値を用いて前記第2の結晶半導体層の過剰膜厚である第2の過剰膜厚を補正して第2の補正過剰膜厚を演算する第7のサブステップと、
前記演算手段が前記第1の目標膜厚から前記第1の補正過剰膜厚を減算して前記制御上の第1の目標膜厚を演算する第8のサブステップと、
前記演算手段が前記第2の目標膜厚から前記第2の補正過剰膜厚を減算して前記制御上の第2の目標膜厚を演算する第9のサブステップと、
生成手段が、前記多層膜が前記所定周期数よりも多く結晶成長されたときに前記検出手段によって検出された第1の膜厚が前記演算された制御上の第1の目標膜厚に達すると第1の停止信号を生成する第10のサブステップと、
前記生成手段が、前記多層膜が前記所定周期数よりも多く結晶成長されたときに前記検出された第2の膜厚が前記演算された制御上の第2の目標膜厚に達すると第2の停止信号を生成する第11のサブステップと、
前記生成手段が、前記多層膜の周期数が前記目標周期数に達すると第3の停止信号を生成する第12のサブステップと、
前記停止手段が前記生成された第1の停止信号に応じて前記第1の原料の前記反応容器への供給を停止する第13のサブステップと、
前記停止手段が前記生成された第2の停止信号に応じて前記第2の原料の前記反応容器への供給を停止する第14のサブステップと、
前記停止手段が前記生成された第3の停止信号に応じて前記第1および第2の原料の前記反応容器への供給を停止する第15のサブステップとを含む、請求項16に記載の薄膜製造方法。 The thin film is formed by alternately stacking a first crystal semiconductor layer having a first refractive index and a second crystal semiconductor layer having a second refractive index different from the first refractive index by a target period. It consists of a multilayer film,
The first step includes
A first sub-step in which the supply means supplies a first raw material for crystal growth of the first crystalline semiconductor layer to the reaction vessel;
A second sub-step in which the supply means supplies a second raw material for crystal growth of the second crystalline semiconductor layer to the reaction vessel;
A third sub-step in which the supply means supplies the second raw material to the reaction vessel when the supply of the first raw material to the reaction vessel is stopped;
The supply means includes a fourth sub-step of supplying the first raw material to the reaction vessel when the supply of the second raw material to the reaction vessel is stopped;
In the second step, the detecting means detects the intermediate film thickness of the multilayer film when the multilayer film grows by a predetermined number of cycles less than the target number of cycles,
The third step includes
Based on the intermediate film thickness detected by the computing means, the first average value of the first film thickness of the first crystalline semiconductor layer when the multilayer film has grown by the predetermined number of cycles and the first film thickness A fifth substep for calculating a second average value of the second film thickness of the second crystalline semiconductor layer;
The correcting means corrects the first excessive film thickness that is the excessive film thickness of the first crystalline semiconductor layer by using the calculated first average value, and calculates the first corrected excessive film thickness. 6 sub-steps;
The correction means calculates a second corrected excessive film thickness by correcting a second excessive film thickness that is an excessive film thickness of the second crystalline semiconductor layer using the calculated second average value. A seventh sub-step;
An eighth sub-step in which the calculating means calculates the first target film thickness on the control by subtracting the first corrected excess film thickness from the first target film thickness;
A ninth sub-step in which the calculating means calculates the second target film thickness on the control by subtracting the second corrected excess film thickness from the second target film thickness;
When the generation means reaches the first target film thickness on the calculated control when the first film thickness detected by the detection means when the multilayer film has grown more than the predetermined number of cycles. A tenth sub-step for generating a first stop signal;
When the generation means reaches the calculated second target film thickness on the control when the multilayer film is grown more than the predetermined number of cycles, the generation means 2nd An eleventh sub-step for generating a stop signal of
A twelfth sub-step in which the generating means generates a third stop signal when the number of periods of the multilayer film reaches the target number of periods;
A thirteenth sub-step in which the stopping means stops the supply of the first raw material to the reaction vessel in response to the generated first stop signal;
A fourteenth sub-step in which the stopping means stops the supply of the second raw material to the reaction vessel in response to the generated second stop signal;
17. The thin film according to claim 16 , wherein the stop means includes a fifteenth sub-step of stopping supply of the first and second raw materials to the reaction vessel in response to the generated third stop signal. Production method.
前記検出手段による膜厚の検出限界以上の膜厚を有する第1の薄膜と、
前記検出手段による膜厚の検出限界よりも薄い膜厚を有する第2の薄膜とを含み、
前記検出手段は、前記第2のステップにおいて、前記薄膜に任意の波長を有する光を照射するとともに、前記照射した光の前記薄膜からの反射光を検出し、
前記停止手段は、前記第3のステップにおいて、前記検出手段からの反射光の位相変化量が前記薄膜全体の目標膜厚に対応する目標位相変化量になると、前記停止信号を生成する、請求項16に記載の薄膜製造方法。 The thin film is
A first thin film having a film thickness equal to or greater than a detection limit of the film thickness by the detection means;
Including a second thin film having a film thickness thinner than a detection limit of the film thickness by the detection means,
In the second step, the detection means irradiates the thin film with light having an arbitrary wavelength, and detects reflected light from the thin film of the irradiated light,
The stop means generates the stop signal when the phase change amount of reflected light from the detection means reaches a target phase change amount corresponding to a target film thickness of the entire thin film in the third step. The thin film manufacturing method according to 16 .
面発光レーザ素子の活性層の一方側に配置された第1の結晶半導体層と、
前記活性層を中心にして前記第1の結晶半導体層の反対側に配置された第2の結晶半導体層とを含み、
前記第2の薄膜は、
各々が前記活性層に含まれる量子井戸層を構成する複数の第3の結晶半導体層と、
各々が前記活性層に含まれる障壁層を構成する複数の第4の結晶半導体層とを含み、
前記複数の第3の結晶半導体層は、前記複数の第4の結晶半導体層と交互に積層され、
前記複数の第3および第4の結晶半導体層は、前記第1および第2の結晶半導体層間に配置される、請求項28に記載の薄膜製造方法。 The first thin film is
A first crystalline semiconductor layer disposed on one side of the active layer of the surface emitting laser element;
A second crystalline semiconductor layer disposed on the opposite side of the first crystalline semiconductor layer around the active layer,
The second thin film is
A plurality of third crystal semiconductor layers each constituting a quantum well layer included in the active layer;
A plurality of fourth crystal semiconductor layers each constituting a barrier layer included in the active layer,
The plurality of third crystal semiconductor layers are alternately stacked with the plurality of fourth crystal semiconductor layers,
29. The thin film manufacturing method according to claim 28 , wherein the plurality of third and fourth crystal semiconductor layers are disposed between the first and second crystal semiconductor layers.
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