JP6591377B2 - 気相成長速度測定装置、気相成長装置および成長速度検出方法 - Google Patents
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薄膜と基板の界面での反射率r1は、基板の吸収係数ksと、基板の屈折率nsを用いると、以下の(2)式で表される。
なお、式(2)中、iは虚数単位である。
+(−r1r0)2exp(i4φ)+…}
=E0r0+E0(1−r0 2)r1・exp(i2φ)/{1+r1r0・exp(i2φ)}
=E0{r0+r1・exp(i2φ)}/{1+r1r0・exp(i2φ)} …(3)
(3)式におけるE0は、薄膜に照射される光の電界である。よって、薄膜の電界反射率rは、以下の(4)式で表される。
ここで、薄膜の内部を光が1往復する際に生じる位相差(以下、位相という)φは、薄膜の屈折率n、薄膜の膜厚d、光の波長λを用いると、以下の(5)式で表される。
(5)式に示すように、位相φは、膜厚dに比例し、膜厚dが増えるにつれて線形に増加する。観測される光の反射率(エネルギー反射率)は電場の反射率の振幅の2乗に比例する。つまり、電場の反射率およびエネルギー反射率は膜厚の周期関数になる。逆に、薄膜の膜厚が成長時間に比例すると仮定すると、反射率の時間変化から(1)、(2)式を通して(4)式に使われるn、ns、ks、成長速度(d/時間)を求めることができる。
前記各薄膜の成長時間と、設定された前記各薄膜の前記成長速度と、に基づいて、前記各薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、
前記温度依存性を有するパラメータとして、成長温度に応じた値を選択するパラメータ選択部と、
前記各薄膜が形成された基板の反射率を測定する反射率計と、
前記フィッティングパラメータの値を用いて前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出する反射率算出部と、
前記各薄膜の成膜開始後の複数の時刻において、前記反射率算出部で算出された反射率と、対応する薄膜の前記反射率計で測定された反射率の実測値と、の誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差が所定値以上の場合は、前記フィッティングパラメータの少なくとも一部の値を変更するパラメータ変更部と、
前記誤差が前記所定値未満のときの前記フィッティングパラメータの値に基づく各薄膜の成長速度を出力する成長速度出力部と、
を備える気相成長速度測定装置が提供される。
前記反応室にガスを供給するガス供給部と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記薄膜が形成された基板の反射率を測定する反射率計と、
前記基板の複素屈折率と、前記基板上に形成される各薄膜の屈折率と、各薄膜の成長速度と、少なくとも一つの温度依存性を有するパラメータと、を含むフィッティングパラメータについて、それぞれ初期値を設定する初期パラメータ設定部と、
前記各薄膜の成長時間と、前記各薄膜の成長速度と、に基づいて、前記各薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、
前記温度依存性を有するパラメータについて、成長温度に応じた値を選択するパラメータ選択部と、
前記フィッティングパラメータの値を用いて前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出する反射率算出部と、
前記各薄膜の成膜開始後の複数の時刻において、前記反射率算出部で算出された反射率と、対応する薄膜が形成された基板の前記反射率計で測定された反射率の実測値と、の誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差が所定値以上の場合は、前記フィッティングパラメータの少なくとも一部の値を変更するパラメータ変更部と、
前記誤差が前記所定値未満のときの前記フィッティングパラメータの値に基づく各薄膜の成長速度を出力する成長速度出力部と、を備える気相成長装置が提供される。
成長時間を測定し、前記成長時間と前記各薄膜の成長速度の設定値とから、前記各薄膜の膜厚を算出し、
前記温度依存性を有するパラメータについて、成長温度に応じた値を選択し、
前記フィッティングパラメータの値を用いて前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出し、
前記各薄膜の成膜開始後の複数の時刻において、算出された前記反射率と、対応する薄膜が形成された基板の反射率の実測値と、の誤差を算出し、
前記誤差が所定値以上の場合は、前記フィッティングパラメータの少なくとも一部の値を変更して、再度前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出し、前記実測値との誤差を算出し、
前記誤差が所定値未満となったときの前記フィッティングパラメータの値に基づく前記各薄膜の成長速度を出力する、
気相成長速度測定方法が提供される。
図3中、n−GaNの成長時間はn−GaNの記号で示している。井戸層は6層あり、図3中では各々の成長時間を成長した順にW−1からW−6までの記号で示している。障壁層は7層あり、図3中では各々の成長時間を成長した順にB−1からB−6までとCapの記号で示している。障壁層は810℃、井戸層は760℃で成長している。各層の成長の間には成長温度を変化させるため、何も成長しない(成長中断)期間を設けてある。図3中、記号が付与されていない期間がこれにあたる。反射率を測定する光の波長は660nmである。このグラフからわかるように、反射率Rmesは、MQW層を構成するバリア層と井戸層が切り替わるたびに、不連続になっている。反射率Rmesが不連続になる理由は、バリア層と井戸層の成膜温度が異なっており、基板および基板上に成長した積層膜の屈折率、厚みや吸収係数などが成膜温度に応じて変化するためであると考えられる。
(7)式での和は成長中断中を除く計測された各時刻について行う。
Claims (10)
- 基板の複素屈折率と、前記基板上に形成される各薄膜の屈折率と、各薄膜の成長速度と、少なくとも一つの温度依存性を有するパラメータと、を含むフィッティングパラメータのそれぞれについて初期値を設定する初期パラメータ設定部と、
前記各薄膜の成長時間と、設定された前記各薄膜の前記成長速度と、に基づいて、前記各薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、
前記温度依存性を有するパラメータとして、成長温度に応じた値を選択するパラメータ選択部と、
前記各薄膜が形成された基板の反射率を測定する反射率計と、
前記フィッティングパラメータの値を用いて前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出する反射率算出部と、
前記各薄膜の成膜開始後の複数の時刻において、前記反射率算出部で算出された反射率と、対応する薄膜の前記反射率計で測定された反射率の実測値と、の誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差が所定値以上の場合は、前記フィッティングパラメータの少なくとも一部の値を変更するパラメータ変更部と、
前記誤差が前記所定値未満のときの前記フィッティングパラメータの値に基づく各薄膜の成長速度を出力する成長速度出力部と、
を備える気相成長速度測定装置。 - 前記温度依存性を有するパラメータは、前記基板上の最表面の薄膜の成長温度に応じて変化する前記基板の複素屈折率を含む請求項1に記載の気相成長速度測定装置。
- 前記温度依存性を有するパラメータは、前記基板の温度依存性のない複素屈折率に乗じる係数を含む請求項1又は請求項2に記載の気相成長速度測定装置。
- 前記温度依存性を有するパラメータは、前記基板と、前記基板上の最下段の薄膜との間に配置された仮想的な中間層の膜厚および屈折率の少なくともいずれかを含む請求項1に記載の気相成長速度測定装置。
- 前記温度依存性を有するパラメータは、前記基板上の最表面の薄膜の位相オフセットを含む請求項1乃至4のいずれか1項に記載の気相成長速度測定装置。
- 前記膜厚算出部、前記パラメータ選択部、前記反射率算出部、前記誤差算出部および前記パラメータ変更部の各処理は、前記誤差が所定値未満になるまで繰り返し行われる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の気相成長速度測定装置。
- 基板に気相成長反応により薄膜を形成する反応室と、
前記反応室にガスを供給するガス供給部と、
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記薄膜が形成される基板の反射率を測定する反射率計と、
前記基板の複素屈折率と、前記基板上に形成される各薄膜の屈折率と、各薄膜の成長速度と、少なくとも一つの温度依存性を有するパラメータと、を含むフィッティングパラメータのそれぞれについて初期値を設定する初期パラメータ設定部と、
前記各薄膜の成長時間と、前記各薄膜の成長速度と、に基づいて、前記各薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部と、
前記温度依存性を有するパラメータとして、成長温度に応じた値を選択するパラメータ選択部と、
前記フィッティングパラメータの値を用いて前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出する反射率算出部と、
前記各薄膜の成膜開始後の複数の時刻において、前記反射率算出部で算出された反射率と、対応する薄膜が形成された基板の前記反射率計で測定された反射率の実測値と、の誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差が所定値以上の場合は、前記フィッティングパラメータの少なくとも一部の値を変更するパラメータ変更部と、
前記誤差が前記所定値未満のときの前記フィッティングパラメータの値に基づく各薄膜の成長速度を出力する成長速度出力部と、を備える気相成長装置。 - 基板の複素屈折率と、前記基板上に形成される各薄膜の屈折率と、各薄膜の成長速度と、少なくとも一つの温度依存性を有するパラメータと、を含むフィッティングパラメータのそれぞれについて初期値を設定し、
成長時間を測定し、前記成長時間と前記各薄膜の成長速度の設定値とから、前記各薄膜の膜厚を算出し、
前記温度依存性を有するパラメータとして、成長温度に応じた値を選択し、
前記フィッティングパラメータの値を用いて前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出し、
前記各薄膜の成膜開始後の複数の時刻において、算出された前記反射率と、対応する薄膜の反射率の実測値と、の誤差を算出し、
前記誤差が所定値以上の場合は、前記フィッティングパラメータの少なくとも一部の値を変更して、再度前記各薄膜が形成された基板の反射率を算出し、前記実測値との誤差を算出し、
前記誤差が所定値未満となったときの前記フィッティングパラメータの値に基づく前記各薄膜の成長速度を出力する、
気相成長速度測定方法。 - 前記誤差が前記所定値未満になるまで繰り返し前記温度依存性を有するパラメータの少なくとも一部を変更する請求項8に記載の気相成長速度測定方法。
- 前記各薄膜が形成された基板の反射率は、転送行列法又は前記薄膜の反射率を用いて次に積層される前記薄膜の反射率を逐次計算することにより求められる請求項8又は9に記載の気相成長速度測定方法。
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