JPH0330286B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0330286B2 JPH0330286B2 JP62224158A JP22415887A JPH0330286B2 JP H0330286 B2 JPH0330286 B2 JP H0330286B2 JP 62224158 A JP62224158 A JP 62224158A JP 22415887 A JP22415887 A JP 22415887A JP H0330286 B2 JPH0330286 B2 JP H0330286B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- molecular beam
- monoatomic
- layer
- shutter
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
MBEを用いた単原子層成長法であつて、測定
された反射高速電子線回折像の振動波形が極大と
なつたとき、シヤツタを閉じて分子線源セルから
放射される分子線ビームを遮断し、そして、シヤ
ツタが閉じられた後、所定時間だけ分子線ビーム
の遮断を継続して基板上に成長した単原子層を平
滑すると共に、単原子層を平滑する所定時間にお
いて基板を180度回転させることによつて、基板
に対する分子線ビームの照射の偏りを減少させ、
偏りがなく平滑な単原子層を正確な層数だけ成長
させることを可能とする。
された反射高速電子線回折像の振動波形が極大と
なつたとき、シヤツタを閉じて分子線源セルから
放射される分子線ビームを遮断し、そして、シヤ
ツタが閉じられた後、所定時間だけ分子線ビーム
の遮断を継続して基板上に成長した単原子層を平
滑すると共に、単原子層を平滑する所定時間にお
いて基板を180度回転させることによつて、基板
に対する分子線ビームの照射の偏りを減少させ、
偏りがなく平滑な単原子層を正確な層数だけ成長
させることを可能とする。
本発明は、単原子層成長法に関し、特に、分子
線エピタキシー法（MBE）を用いて単原子層を
複数層成長させる単原子層成長法に関する。
線エピタキシー法（MBE）を用いて単原子層を
複数層成長させる単原子層成長法に関する。
近年、HEMT等の超高速動作が可能な−
族の化合物半導体が盛んに研究開発されている。
しかし、このような超高速化合物半導体を製造す
るためには、例えば、数nmの微細寸法で結晶構
造を制御できる結晶成長法が必要とされる。この
ような高精度の結晶成長技術として、例えば、結
晶成長の層数を制御することができる単原子層成
長法が注目されている。
族の化合物半導体が盛んに研究開発されている。
しかし、このような超高速化合物半導体を製造す
るためには、例えば、数nmの微細寸法で結晶構
造を制御できる結晶成長法が必要とされる。この
ような高精度の結晶成長技術として、例えば、結
晶成長の層数を制御することができる単原子層成
長法が注目されている。
ところで、従来、有機金属化学気相堆積法
（MOCVD）により一層ごと単原子層を成長させ
ることが提案されている。例えば、ガリウム砒素
（GaAs）層を一層ごとに成長させる場合、トリ
メチルガリウム（Ga（CH3）3）とアルシン
（AsH3）とを使用して一層のGaAs層を形成する
ことができる。これは、トリメチルガリウムのメ
チル基はアルシンの水素に吸着し、同じトリメチ
ルガリウムのメチル基と凝縮することはないの
で、トリメチルガリウムのメチル基とアルシンの
水素が結合してメタンが発生するときに一層の
GaAs層が形成されるからである。このようにし
て必要な層数の単原子層を成長させることができ
る。
（MOCVD）により一層ごと単原子層を成長させ
ることが提案されている。例えば、ガリウム砒素
（GaAs）層を一層ごとに成長させる場合、トリ
メチルガリウム（Ga（CH3）3）とアルシン
（AsH3）とを使用して一層のGaAs層を形成する
ことができる。これは、トリメチルガリウムのメ
チル基はアルシンの水素に吸着し、同じトリメチ
ルガリウムのメチル基と凝縮することはないの
で、トリメチルガリウムのメチル基とアルシンの
水素が結合してメタンが発生するときに一層の
GaAs層が形成されるからである。このようにし
て必要な層数の単原子層を成長させることができ
る。
しかし、上記したMOCVDは、例えば、トリ
メチルガリウムのメチル基に含まれる炭素原子に
よる汚染の問題や、原料の高純度化等の問題があ
る。
メチルガリウムのメチル基に含まれる炭素原子に
よる汚染の問題や、原料の高純度化等の問題があ
る。
一方、MBEによる単原子層成長法は実用化さ
れてはいないが、ただ、反射高速電子線回折像
（RHEED像）を利用して、原子層（分子層）の
界面を平滑するものが提案されている。このよう
なMBEは、基板表面の状態を検出するRHEED
像の振動波形を測定して分子線源セルの直前に配
設されたシヤツタを制御するようになされてい
る。このRHEED像の振動波形は基板表面の光反
射率に依存しており、基板上に原子（分子）が平
坦に成長すると、基板表面が鏡面状となり反射率
が高くなつて、RHEED像の振動波形が極大とな
る。また、RHEED像の振動波形が極小となるの
は基板上に一層分の原子の約半分が成長したとき
である。
れてはいないが、ただ、反射高速電子線回折像
（RHEED像）を利用して、原子層（分子層）の
界面を平滑するものが提案されている。このよう
なMBEは、基板表面の状態を検出するRHEED
像の振動波形を測定して分子線源セルの直前に配
設されたシヤツタを制御するようになされてい
る。このRHEED像の振動波形は基板表面の光反
射率に依存しており、基板上に原子（分子）が平
坦に成長すると、基板表面が鏡面状となり反射率
が高くなつて、RHEED像の振動波形が極大とな
る。また、RHEED像の振動波形が極小となるの
は基板上に一層分の原子の約半分が成長したとき
である。
第５図は分子線ビームを連続照射した場合にお
けるRHEED像の振動波形の一例を示す図であ
り、AlxGa1-xAs（ｘ＝0.61）のRHEED像の振動
波形を示している。
けるRHEED像の振動波形の一例を示す図であ
り、AlxGa1-xAs（ｘ＝0.61）のRHEED像の振動
波形を示している。
まず、分子線源セルの直前に配設されたシヤツ
タを開くと基板上に分子線ビームが照射され、例
えば、AlxGa1-xAs（ｘ＝0.61）層が成長すること
になる。このとき、分子線ビームを連続照射して
分子層を連続的に成長させると、第５図に示され
るように、RHEED像の波形は減衰振動を開始す
る。これは、分子層の成長が層数の増加に伴つて
順序よく成長しなくなるからである。すなわち、
第ｌ層目が完全に成長する前に、基板上の一部に
第ｌ＋１層目や第ｌ＋２層目が成長して基板表面
の平坦性が低下する。その結果、基板表面の光反
射率が低下してRHEED像の振動波形が減衰特性
を示すことになる。
タを開くと基板上に分子線ビームが照射され、例
えば、AlxGa1-xAs（ｘ＝0.61）層が成長すること
になる。このとき、分子線ビームを連続照射して
分子層を連続的に成長させると、第５図に示され
るように、RHEED像の波形は減衰振動を開始す
る。これは、分子層の成長が層数の増加に伴つて
順序よく成長しなくなるからである。すなわち、
第ｌ層目が完全に成長する前に、基板上の一部に
第ｌ＋１層目や第ｌ＋２層目が成長して基板表面
の平坦性が低下する。その結果、基板表面の光反
射率が低下してRHEED像の振動波形が減衰特性
を示すことになる。
これに対して、従来、所定の層数だけ原子層を
成長させた後、一定時間だけ分子線ビームの照射
を停止して基板の熱振動で基板上の分子層を平滑
する方法が提案されている。
成長させた後、一定時間だけ分子線ビームの照射
を停止して基板の熱振動で基板上の分子層を平滑
する方法が提案されている。
第６図はRHEED像の振動波形を利用した
IDEALS法の従来例を説明するための波形図であ
る。
IDEALS法の従来例を説明するための波形図であ
る。
まず、Gaのシヤツタを開いて基板上にGa分子
線ビームを照射してGaの分子層を成長させると、
RHEED像の強度は次第に減少してRHEED像の
波形は減衰振動を開始する。次に、RHEED像の
振動がｌ回連続した後、すなわち、Gaの分子層
をｌ層だけ成長させた後、RHEED像の振動波形
が極大となつた時（第６図中、極線ａで示され
る）またはRHEED像の振動波形が極小となつた
時（第６図中、極線ｂで示される）にGaのシヤ
ツタを閉じてGa分子線ビームの基板上への照射
を停止する。そして、一定時間（例えば、〜90
秒）だけGaの分子線ビームの基板上への照射を
停止する。これにより、基板上の小区域における
分子層表面の乱れは、基板の熱振動で平滑される
ことになる このようにして、RHEED像の強度を或る程度
回復させてから、Alのシヤツタを開いて基板上
にAl分子線ビームを照射してAlの原子層を成長
させ、Gaの分子層の成長と同様にRHEED像の
振動がｍ回連続した後、Al分子線ビームの基板
上への照射を停止する。以後は、上記したGaの
場合と同様である。そして、例えば、（GaAs）o−
（AlAs）nMQW構造を形成する。このような方法
は、一般に、IDEALS（Interruption of
Deposition during Epitaxy for Atomic Layer
Smoothing）法と呼ばれている。
線ビームを照射してGaの分子層を成長させると、
RHEED像の強度は次第に減少してRHEED像の
波形は減衰振動を開始する。次に、RHEED像の
振動がｌ回連続した後、すなわち、Gaの分子層
をｌ層だけ成長させた後、RHEED像の振動波形
が極大となつた時（第６図中、極線ａで示され
る）またはRHEED像の振動波形が極小となつた
時（第６図中、極線ｂで示される）にGaのシヤ
ツタを閉じてGa分子線ビームの基板上への照射
を停止する。そして、一定時間（例えば、〜90
秒）だけGaの分子線ビームの基板上への照射を
停止する。これにより、基板上の小区域における
分子層表面の乱れは、基板の熱振動で平滑される
ことになる このようにして、RHEED像の強度を或る程度
回復させてから、Alのシヤツタを開いて基板上
にAl分子線ビームを照射してAlの原子層を成長
させ、Gaの分子層の成長と同様にRHEED像の
振動がｍ回連続した後、Al分子線ビームの基板
上への照射を停止する。以後は、上記したGaの
場合と同様である。そして、例えば、（GaAs）o−
（AlAs）nMQW構造を形成する。このような方法
は、一般に、IDEALS（Interruption of
Deposition during Epitaxy for Atomic Layer
Smoothing）法と呼ばれている。
上述したように、MOCVDにより一層ごとに
原子子層を成長させることが可能であるが、
MOCVDには炭素原子による汚染の問題や原料
の高純度化等の問題がある。
原子子層を成長させることが可能であるが、
MOCVDには炭素原子による汚染の問題や原料
の高純度化等の問題がある。
また、MBEによる単原子層成長法は、実用化
されていない。しかし、類似した技術として、
RHEED像の振動波形を利用したIDEALS法が知
られている。このRHEED像の振動波形の測定
は、基板を固定した状態で行わなければならず、
基板と分子線源セルとの相対関係による分子層の
乱れは、基板の熱振動で平滑することができな
い。すなわち、基板の熱振動で平滑できる分子層
の乱れの範囲は、熱振動により移動できる分子の
拡散長（例えば、数μｍ〜数百μｍ）に依存し、
例えば、数mm〜数cmの基板と分子線源セルとの相
対関係による分子層の乱れを平滑することができ
ない。
されていない。しかし、類似した技術として、
RHEED像の振動波形を利用したIDEALS法が知
られている。このRHEED像の振動波形の測定
は、基板を固定した状態で行わなければならず、
基板と分子線源セルとの相対関係による分子層の
乱れは、基板の熱振動で平滑することができな
い。すなわち、基板の熱振動で平滑できる分子層
の乱れの範囲は、熱振動により移動できる分子の
拡散長（例えば、数μｍ〜数百μｍ）に依存し、
例えば、数mm〜数cmの基板と分子線源セルとの相
対関係による分子層の乱れを平滑することができ
ない。
本発明は、上述した問題点に鑑み、MBEを用
いて単原子層を成長せんとするものであり、測定
された反射高速電子回折像の振動波形が極大とな
つたとき、シヤツタを閉じて分子線源セルから放
射される分子線ビームを遮断し、そして、シヤツ
タが閉じられた後、所定時間だけ分子線ビームの
遮断を継続して基板上に成長した単原子層を平滑
すると共に、この単原子層を平滑する所定時間に
おいて基板を180度回転させることによつて、基
板に対する分子線ビームの照射の偏りを減少し、
偏りがなく平坦な単原子層を正確な層数だけ成長
させることを目的とする。
いて単原子層を成長せんとするものであり、測定
された反射高速電子回折像の振動波形が極大とな
つたとき、シヤツタを閉じて分子線源セルから放
射される分子線ビームを遮断し、そして、シヤツ
タが閉じられた後、所定時間だけ分子線ビームの
遮断を継続して基板上に成長した単原子層を平滑
すると共に、この単原子層を平滑する所定時間に
おいて基板を180度回転させることによつて、基
板に対する分子線ビームの照射の偏りを減少し、
偏りがなく平坦な単原子層を正確な層数だけ成長
させることを目的とする。
第１図は本発明に係る単原子層成長法の原理を
示す流れ図である。
示す流れ図である。
本発明によれば、停止した基板の反射高速素子
線回折像の振動波形に従つて分子線源セルの直前
に配設されたシヤツタを開閉し、前記分子線源セ
ルから放射される分子線ビーム量を制御して前記
基板上に単原子層を複数層成長する単原子層成長
法であつて、前記分子線ビームを前記停止した基
板に照射し、該基板の反射高速電子線回折像の振
動波形を測定しながら該基板上に単原子層を成長
する分子線ビーム照射段階１、前記測定された反
射高速電子線回折像の振動波形が極大となつたと
き、前記シヤツタを閉じて前記分子線源セルから
放射される分子線ビームを遮断する分子線ビーム
遮断段階２、および、前記シヤツタが閉じられた
後、所定時間だけ分子線ビームの遮断を継続して
前記基板上に堆積した単原子層を平滑すると共
に、該単原子層を平滑する所定時間において前記
基板を180度回転させ、該基板に対する分子線ビ
ームの照射の偏りを減少させる単原子層平滑およ
び偏り減少段階３、を備えてなり、前記分子線ビ
ーム照射段階１、前記分子線ビーム遮断段階２な
らびに前記単原子層平滑および偏り減少段階３を
順に繰り返して単原子層を複数層成長することを
特徴とする単原子層成長法が提供される。
線回折像の振動波形に従つて分子線源セルの直前
に配設されたシヤツタを開閉し、前記分子線源セ
ルから放射される分子線ビーム量を制御して前記
基板上に単原子層を複数層成長する単原子層成長
法であつて、前記分子線ビームを前記停止した基
板に照射し、該基板の反射高速電子線回折像の振
動波形を測定しながら該基板上に単原子層を成長
する分子線ビーム照射段階１、前記測定された反
射高速電子線回折像の振動波形が極大となつたと
き、前記シヤツタを閉じて前記分子線源セルから
放射される分子線ビームを遮断する分子線ビーム
遮断段階２、および、前記シヤツタが閉じられた
後、所定時間だけ分子線ビームの遮断を継続して
前記基板上に堆積した単原子層を平滑すると共
に、該単原子層を平滑する所定時間において前記
基板を180度回転させ、該基板に対する分子線ビ
ームの照射の偏りを減少させる単原子層平滑およ
び偏り減少段階３、を備えてなり、前記分子線ビ
ーム照射段階１、前記分子線ビーム遮断段階２な
らびに前記単原子層平滑および偏り減少段階３を
順に繰り返して単原子層を複数層成長することを
特徴とする単原子層成長法が提供される。
上述した構成を有する本発明の単原子層成長法
によれば、測定された反射高電子線回折像の振動
波形が極大となつたとき、シヤツタが閉じられ分
子線源セルから放射される分子線ビームが遮断さ
れる。そして、シヤツタが閉じられた後、所定時
間だけ分子線ビームの遮断が継続され、その間、
基板上に堆積した単原子層が平滑される。この単
原子層を平滑する所定時間において、同時に基板
が180度回転されるので、反射高速電子線回折像
の測定が可能な状態で基板に対する分子線ビーム
の照射の偏りを減少させることができる。
によれば、測定された反射高電子線回折像の振動
波形が極大となつたとき、シヤツタが閉じられ分
子線源セルから放射される分子線ビームが遮断さ
れる。そして、シヤツタが閉じられた後、所定時
間だけ分子線ビームの遮断が継続され、その間、
基板上に堆積した単原子層が平滑される。この単
原子層を平滑する所定時間において、同時に基板
が180度回転されるので、反射高速電子線回折像
の測定が可能な状態で基板に対する分子線ビーム
の照射の偏りを減少させることができる。
これにより、偏りがなく平坦な単原子層を正確
な層数だけ成長させることができる。
な層数だけ成長させることができる。
以下、図面を参照して本発明に係る単原子層成
長法の実施例を説明する。
長法の実施例を説明する。
第２図は本発明の単原子層成長法を適用する装
置の一例を模式的に示す図である。
置の一例を模式的に示す図である。
第２図に示される単原子層成長法を適用する装
置は、隔壁４によつて内部が高真空となるように
構成されている。この装置内には、Al、Gaおよ
びAsの３つの分子線源セル５１，５２，５３が
設けられている。各分子線源セル５１，５２，５
３の放射口の直前には、それぞれ円板状のシヤツ
タ５１ａ，５２ａ，５３ａが配設され、このシヤ
ツタを開閉して放射口から送出される分子線ビー
ムを制御するようになされている。分子線源セル
５１，５２，５３から放射される分子ビームは、
基板ホルダ７１に取付けられた基板７を照射する
ようになされており、また、基板ホルダ７１は回
転機構７２により正確に180度回転するようにな
されている。基板７の一側にはRHEED銃６１が
設けられ、このRHEED銃６１から照射される電
子線が斜めに基板７を照射するようになされてい
る。また、基板７に対してRHEED銃６１と対称
な位置にはRHEED像を観察するための蛍光スク
リーン６２が設けられていて、基板７による回折
電子線を検出するようになされている。
置は、隔壁４によつて内部が高真空となるように
構成されている。この装置内には、Al、Gaおよ
びAsの３つの分子線源セル５１，５２，５３が
設けられている。各分子線源セル５１，５２，５
３の放射口の直前には、それぞれ円板状のシヤツ
タ５１ａ，５２ａ，５３ａが配設され、このシヤ
ツタを開閉して放射口から送出される分子線ビー
ムを制御するようになされている。分子線源セル
５１，５２，５３から放射される分子ビームは、
基板ホルダ７１に取付けられた基板７を照射する
ようになされており、また、基板ホルダ７１は回
転機構７２により正確に180度回転するようにな
されている。基板７の一側にはRHEED銃６１が
設けられ、このRHEED銃６１から照射される電
子線が斜めに基板７を照射するようになされてい
る。また、基板７に対してRHEED銃６１と対称
な位置にはRHEED像を観察するための蛍光スク
リーン６２が設けられていて、基板７による回折
電子線を検出するようになされている。
蛍光スクリーン６２に写し出されたRHEED像
はレンズ８１で集光され、光フアイバ８２を介し
て光検出器８３に送られる。光検出器８３により
検出されたRHEED像の強度信号は、レコーダ８
４で記録されると共に、デイジタル電圧計８５に
供給される。そして、デイジタル電圧計８５の出
力信号はコンピユータ８６に供給され、このコン
ピユータ８６でシヤツタ駆動装置８７を制御する
ようになされている。このシヤツタ駆動装置８７
は、各分子線源セルのシヤツタ５１ａ，５２ａ，
５３ａの開閉を制御するためのものである。
はレンズ８１で集光され、光フアイバ８２を介し
て光検出器８３に送られる。光検出器８３により
検出されたRHEED像の強度信号は、レコーダ８
４で記録されると共に、デイジタル電圧計８５に
供給される。そして、デイジタル電圧計８５の出
力信号はコンピユータ８６に供給され、このコン
ピユータ８６でシヤツタ駆動装置８７を制御する
ようになされている。このシヤツタ駆動装置８７
は、各分子線源セルのシヤツタ５１ａ，５２ａ，
５３ａの開閉を制御するためのものである。
第３図は本発明の単原子層成長法を一実施例に
よるRHEED像の振動波形を示す図である。
よるRHEED像の振動波形を示す図である。
第２図および第３図を参照して本発明の単原子
層成長法の一実施例を説明する。
層成長法の一実施例を説明する。
最初に、例えば、基板７上にGaの単原子層を
成長させるとき、まず、Gaの分子線源セル５１
のシヤツタ５１ａを開き、分子線源セル５１から
Gaの分子線ビームを基板７上に照射する。この
とき、基板ホルダ７１に取付けられた基板７は停
止状態とされていて、RHEED像の振動波形が測
定されている。このRHEED像の振動波形は、シ
ヤツタ５１ａが開かれて分子線ビームの照射が開
始する時間αから減少を開始し、ほぼ一層分の原
子の約半分が成長したときの時間βにおいて極小
となる。そして、RHEED像の振動波形が最初に
極大となつた時間γにおいてシヤツタ５１ａを閉
じてGaの分子線源セル５１から放射される分子
線ビームを遮断する。これにより基板７上には丁
度一層分のGaの単原子層が成長（堆積）される
ことになる。ここで、シヤツタ５１ａはRHEED
像の振動波形が最初に極大となつた時間γにおい
て閉じられるが、この極大となる時間γは、実際
にはRHEED像の強度が増加から減少に変化する
のを確認して時間γを決定することになる。
成長させるとき、まず、Gaの分子線源セル５１
のシヤツタ５１ａを開き、分子線源セル５１から
Gaの分子線ビームを基板７上に照射する。この
とき、基板ホルダ７１に取付けられた基板７は停
止状態とされていて、RHEED像の振動波形が測
定されている。このRHEED像の振動波形は、シ
ヤツタ５１ａが開かれて分子線ビームの照射が開
始する時間αから減少を開始し、ほぼ一層分の原
子の約半分が成長したときの時間βにおいて極小
となる。そして、RHEED像の振動波形が最初に
極大となつた時間γにおいてシヤツタ５１ａを閉
じてGaの分子線源セル５１から放射される分子
線ビームを遮断する。これにより基板７上には丁
度一層分のGaの単原子層が成長（堆積）される
ことになる。ここで、シヤツタ５１ａはRHEED
像の振動波形が最初に極大となつた時間γにおい
て閉じられるが、この極大となる時間γは、実際
にはRHEED像の強度が増加から減少に変化する
のを確認して時間γを決定することになる。
次にシヤツタ５１ａが閉じられてGaの分子線
源セル５１から放射される分子線ビームが遮断さ
れた後、例えば、60秒程度の時間だけ、さらにシ
ヤツタ５１ａを閉じたままの状態として分子線ビ
ームの遮断を継続する。これにより、基板７上の
小区域における単原子層表面の乱れは、基板７の
熱振動で平滑され、平坦化されることになる。こ
のシヤツタ５１ａが閉じられている60秒程度の時
間において、回転機構７２で基板７を180度回転
させる。これにより、基板７とGa分子線源セル
５１との相対関係が180度変化するのでGaの単原
子層表面の乱れを減少させることができる。ま
た、基板７は丁度180度だけ回転されることにな
るので、基板７に対するRHEED銃６１と蛍光ス
クリーン６２との関係も180度だけ変化すること
になる。しかし、基板７とRHEED銃６１および
蛍光スクリーン６２との関係について、基板７に
対して電子線を照射する側と回折電子線が送出さ
れる側との関係が逆転するだけで、蛍光スクリー
ン６２に写し出されるRHEED像は基板７を180
度回転する前のRHEED像と同じ状態のものが観
測されるので、この基板７を180度回転した後の
RHEED像に従つてシヤツタ５１ａの制御を行う
ことができる。
源セル５１から放射される分子線ビームが遮断さ
れた後、例えば、60秒程度の時間だけ、さらにシ
ヤツタ５１ａを閉じたままの状態として分子線ビ
ームの遮断を継続する。これにより、基板７上の
小区域における単原子層表面の乱れは、基板７の
熱振動で平滑され、平坦化されることになる。こ
のシヤツタ５１ａが閉じられている60秒程度の時
間において、回転機構７２で基板７を180度回転
させる。これにより、基板７とGa分子線源セル
５１との相対関係が180度変化するのでGaの単原
子層表面の乱れを減少させることができる。ま
た、基板７は丁度180度だけ回転されることにな
るので、基板７に対するRHEED銃６１と蛍光ス
クリーン６２との関係も180度だけ変化すること
になる。しかし、基板７とRHEED銃６１および
蛍光スクリーン６２との関係について、基板７に
対して電子線を照射する側と回折電子線が送出さ
れる側との関係が逆転するだけで、蛍光スクリー
ン６２に写し出されるRHEED像は基板７を180
度回転する前のRHEED像と同じ状態のものが観
測されるので、この基板７を180度回転した後の
RHEED像に従つてシヤツタ５１ａの制御を行う
ことができる。
このように、MBEを用いて一層だけの偏りが
なく平坦なGa単原子層を基板７上に成長させる
ことができる。そして、第２層以降の単原子層も
同様にして成長させることができる。これによ
り、偏りがなく平坦な単原子層を正確な層数だけ
成長させることができる。
なく平坦なGa単原子層を基板７上に成長させる
ことができる。そして、第２層以降の単原子層も
同様にして成長させることができる。これによ
り、偏りがなく平坦な単原子層を正確な層数だけ
成長させることができる。
第４図は本発明の単原子層成長法により製造さ
れた化合物半導体結晶の断面図である。
れた化合物半導体結晶の断面図である。
第４図の化合物半導体結晶は、AlGaAs／
GaAsヘテロ接合部有している。すなわち、基板
４１上にｊ層のGaAs４２およびｉ層のAlAs４３
を成長させ、（GaAs）u（AlAs）v４４を100層成長
させる。また、RHEED像の振動波形からAlx
Ga1-xAsのＸ値をＸ＝0.3となるように調整する。
その後、GaAs４５を40層程度成長させる。以上
の各層42〜45の成長は、従来の技術により行うこ
とができるものである。
GaAsヘテロ接合部有している。すなわち、基板
４１上にｊ層のGaAs４２およびｉ層のAlAs４３
を成長させ、（GaAs）u（AlAs）v４４を100層成長
させる。また、RHEED像の振動波形からAlx
Ga1-xAsのＸ値をＸ＝0.3となるように調整する。
その後、GaAs４５を40層程度成長させる。以上
の各層42〜45の成長は、従来の技術により行うこ
とができるものである。
次に、単原子層の成長に移る。まず、Alx
Ga1-xAs４６を単原子層ずつ30回成長し、また、
SiドープしたＮ−AlxGa1-xAs４７を単原子層ず
つ124層成長させ、さらに、Ｎ−GaAs４８を40
層程度成長させる。この化合物半導体では、Alx
Ga1-xAs４６およびＮ−AlxGa1-xAs４７が単原
子層ずつ成長させることができるので、面内にお
ける膜厚分布が単原子層で制御される。
Ga1-xAs４６を単原子層ずつ30回成長し、また、
SiドープしたＮ−AlxGa1-xAs４７を単原子層ず
つ124層成長させ、さらに、Ｎ−GaAs４８を40
層程度成長させる。この化合物半導体では、Alx
Ga1-xAs４６およびＮ−AlxGa1-xAs４７が単原
子層ずつ成長させることができるので、面内にお
ける膜厚分布が単原子層で制御される。
以上のように本実施例の単原子層成長法は、面
内における膜厚分布が単原子層で制御されている
ので、例えば、HEMT等のデバイスにおける閾
値面内のばらつきを低減することができる。
内における膜厚分布が単原子層で制御されている
ので、例えば、HEMT等のデバイスにおける閾
値面内のばらつきを低減することができる。
以上、詳述したように、本発明に係る単原子層
成長法は、測定された反射高速電子線回折像の振
動波形が極大となつたとき、シヤツタを閉じて分
子線源セルから放射される分子線ビームを遮断
し、そして、シヤツタが閉じられた後、所定時間
だけ分子線ビームの遮断を継続して基板上に成長
した単原子層を平滑すると共に、単原子層を平滑
する所定時間において基板を180度回転させるこ
とによつて、基板に対する分子線ビームの照射の
偏りを減少させ、偏りがなく平滑な単原子層を正
確な層数だけ成長させることができる。
成長法は、測定された反射高速電子線回折像の振
動波形が極大となつたとき、シヤツタを閉じて分
子線源セルから放射される分子線ビームを遮断
し、そして、シヤツタが閉じられた後、所定時間
だけ分子線ビームの遮断を継続して基板上に成長
した単原子層を平滑すると共に、単原子層を平滑
する所定時間において基板を180度回転させるこ
とによつて、基板に対する分子線ビームの照射の
偏りを減少させ、偏りがなく平滑な単原子層を正
確な層数だけ成長させることができる。
第１図は本発明に係る単原子層成長法の原理を
示す流れ図、第２図は本発明の単原子層成長法を
適用する装置の一例を模式的に示す図、第３図は
本発明の単原子層成長法の一実施例による
RHEED像の振動波形を示す図、第４図は本発明
の単原子層成長法により製造された化合物半導体
結晶の断面図、第５図は分子線ビームを連続照射
した場合におけるRHEED像の振動波形の一例を
示す図、第６図はRHEED像の振動波形を利用し
たIDEALS法の従来例を説明するための波形図で
ある。 （符号の説明）、１……分子線ビーム照射段階、
２……分子線ビーム遮断段階、３……単原子層平
滑および偏り減少段階、４……隔壁、７……基
板、５１，５２，５３……分子線源セル、５１
ａ，５２ａ，５３ａ……シヤツタ、６１……
RHEED銃、６２……蛍光スクリーン、７１……
基板ホルダ、７２……回転機構。
示す流れ図、第２図は本発明の単原子層成長法を
適用する装置の一例を模式的に示す図、第３図は
本発明の単原子層成長法の一実施例による
RHEED像の振動波形を示す図、第４図は本発明
の単原子層成長法により製造された化合物半導体
結晶の断面図、第５図は分子線ビームを連続照射
した場合におけるRHEED像の振動波形の一例を
示す図、第６図はRHEED像の振動波形を利用し
たIDEALS法の従来例を説明するための波形図で
ある。 （符号の説明）、１……分子線ビーム照射段階、
２……分子線ビーム遮断段階、３……単原子層平
滑および偏り減少段階、４……隔壁、７……基
板、５１，５２，５３……分子線源セル、５１
ａ，５２ａ，５３ａ……シヤツタ、６１……
RHEED銃、６２……蛍光スクリーン、７１……
基板ホルダ、７２……回転機構。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 停止した基板の反射高速電子線回折像の振動
波形に従つて分子線源セルの直前に配設されたシ
ヤツタを開閉し、前記分子線源セルから放射され
る分子線ビーム量を制御して前記基板上に単原子
層を複数層成長する単原子層成長法であつて、 前記分子線ビームを前記停止した基板に照射
し、該基板の反射高速電子線回折像の振動波形を
測定しながら該基板上に単原子層を成長する分子
線ビーム照射段階１、 前記測定された反射高速電子線回折像の振動波
形が極大となつたとき、前記シヤツタを閉じて前
記分子線源セルから放射される分子線ビームを遮
断する分子線ビーム遮断段階２、および、 前記シヤツタが閉じられた後、所定時間だけ分
子線ビームの遮断を継続して前記基板上に堆積し
た単原子層を平滑すると共に、該単原子層を平滑
する所定時間において前記基板を180度回転させ、
該基板に対する分子線ビームの照射の偏りを減少
させる単原子層平滑および偏り減少段階３、 を備えてなり、前記分子線ビーム照射段階１、前
記分子線ビーム遮断段階２ならびに前記単原子層
平滑および偏り減少段階３を順に繰り返して単原
子層を複数層成長することを特徴とする単原子層
成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22415887A JPS6468917A (en) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | Single atomic layer growth method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22415887A JPS6468917A (en) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | Single atomic layer growth method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6468917A JPS6468917A (en) | 1989-03-15 |
| JPH0330286B2 true JPH0330286B2 (ja) | 1991-04-26 |
Family
ID=16809442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22415887A Granted JPS6468917A (en) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | Single atomic layer growth method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6468917A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61190920A (ja) * | 1985-02-19 | 1986-08-25 | Fujitsu Ltd | 分子線結晶成長装置 |
| JPS61256624A (ja) * | 1985-05-09 | 1986-11-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS6245107A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜形成法 |
-
1987
- 1987-09-09 JP JP22415887A patent/JPS6468917A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61190920A (ja) * | 1985-02-19 | 1986-08-25 | Fujitsu Ltd | 分子線結晶成長装置 |
| JPS61256624A (ja) * | 1985-05-09 | 1986-11-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS6245107A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜形成法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6468917A (en) | 1989-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |