JPH035396A - Method for growing crystal - Google Patents

Method for growing crystal

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JPH035396A
JPH035396A JP13833689A JP13833689A JPH035396A JP H035396 A JPH035396 A JP H035396A JP 13833689 A JP13833689 A JP 13833689A JP 13833689 A JP13833689 A JP 13833689A JP H035396 A JPH035396 A JP H035396A
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electron beam
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芳郎 大石
Koji Shimamoto
島本 幸治
Kazunari Ota
一成 太田
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Abstract

PURPOSE:To eliminate noise and to control crystal growth in atomic order by regulating the irradiation of the surface of a substrate with molecular beams for crystal growth in accordance with the rate of crystal growth calculated by the Fourier transformation of the detected signal of the intensity of diffracted electron beams from the surface of the substrate. CONSTITUTION:The surface of a substrate 2 is irradiated with molecular beams from crucibles 3, 4, 5 to grow a crystal. During this crystal growth, the surface of the substrate 2 is irradiated with electron teams 10 and the oscillation of diffracted electron beams 10a from the surface is detected through a phosphor 11, a photomultiplier 13, etc., The rate of crystal growth is calculated by the Fourier transformation of the detected signal and the irradiation of the surface of the substrate 2 with electron beams from the crucibles 3-5 is regulated in accordance with the calculated rate of crystal growth.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、たとえば超格子構造を有する半導体レーザ
装置などの半導体装置の製造などにおいて好適に実施さ
れ、微細構造を有する結晶の成長のための結晶成長方法
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is suitably implemented in, for example, the manufacture of semiconductor devices such as semiconductor laser devices having a superlattice structure, and is suitable for the production of semiconductor devices such as semiconductor laser devices having a superlattice structure. It relates to a crystal growth method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

原子層単位で結晶を制御して、たとえば異なる原子層を
数10層程度ずつ交互に積層させた超格子素子は、印加
電圧による光学的禁制帯幅の変化。
A superlattice element in which the crystal is controlled on an atomic layer basis, for example, several dozen different atomic layers are alternately stacked, has an optical forbidden band width that changes depending on the applied voltage.

負性抵抗、高移動度特性などの特異な特性を有し、半導
体レーザ装置や高移動度トランジスタなどに応用されて
いる。
It has unique characteristics such as negative resistance and high mobility, and is applied to semiconductor laser devices and high mobility transistors.

このような超格子素子の作製のための半導体結晶の成長
では、従来からMBE(分子線エピタキシャル)法が用
いられ、原子層毎の結晶成長の制御が行われている。こ
の結晶成長のための構成は第3図に示されている。
Conventionally, MBE (molecular beam epitaxial) method has been used to grow semiconductor crystals for producing such superlattice elements, and crystal growth is controlled for each atomic layer. The configuration for this crystal growth is shown in FIG.

真空容器1内に図示しない構成により保持した基#H,
2に対向して、異なる物質を溶融・蒸発させる複数のる
つぼ3,4.5が配置される。るつぼ3.4.5に関連
してシャッタ6.7.8が配設されており、各シャッタ
の開閉により基板2表面に堆積させる物質の制御が行わ
れる。
Group #H held in the vacuum container 1 by a structure not shown,
A plurality of crucibles 3, 4.5 for melting and vaporizing different substances are arranged opposite to the crucibles 2. Shutters 6.7.8 are arranged in association with the crucible 3.4.5, and the substance deposited on the surface of the substrate 2 is controlled by opening and closing each shutter.

基板2のるつぼ3,4.5に対向する表面には、if銃
9からの電子線10が照射され、基板2表面からの回折
電子線10aは蛍光板11に入射して、この蛍光板11
に基板2表面の原子のならびに対応した像を形成する。
The surface of the substrate 2 facing the crucibles 3, 4.5 is irradiated with an electron beam 10 from the IF gun 9, and the diffracted electron beam 10a from the surface of the substrate 2 enters the fluorescent plate 11.
A corresponding image of the atoms on the surface of the substrate 2 is formed.

この像が、いわゆるR HE E D (Reflec
tion High Energy Electron
Diffraction  :反射高速電子線回折)像
である。
This image is the so-called R HE E D (Reflec
tion High Energy Electron
Diffraction: reflection high-speed electron beam diffraction) image.

このRHEED像においてその中央部付近の最も明るい
点の光を光ファイバ12を介して光電子倍増管13に導
いて検出し、この光電子倍増管13の出力(以下rRH
EEDRHEED像、)をレコーダ14に与えて、その
変化を記録するとともに、前記RHEED信号を図示し
ない制御手段に与えて結晶の成長レートを演算せしめ、
この成長レートに対応した前記シャッタ6.7.8の開
閉制御を行わせる。
The light at the brightest point near the center of this RHEED image is guided to the photomultiplier tube 13 via the optical fiber 12 and detected, and the output of the photomultiplier tube 13 (rRH
EEDRHEED image) to a recorder 14 to record its changes, and the RHEED signal to a control means (not shown) to calculate the crystal growth rate;
The opening/closing control of the shutter 6.7.8 is performed in accordance with this growth rate.

光電子倍増管13からのRHEED信号は、回折電子線
10aの強度に対応することになるが、このRHEED
信号は第4図に示すように変化する。すなわち、RHE
ED像の中央部付近の最も明るい点を形成する回折電子
線10aの強度は、原子層1層の形成と等しい周期を有
して振動する。
The RHEED signal from the photomultiplier tube 13 corresponds to the intensity of the diffracted electron beam 10a;
The signal changes as shown in FIG. That is, RHE
The intensity of the diffracted electron beam 10a, which forms the brightest point near the center of the ED image, oscillates with a period equal to the formation of one atomic layer.

二の振動はRHEED振動と呼ばれる。The second vibration is called RHEED vibration.

第5図は基板2表面における原子層の形成の様子を時系
列に従って示す簡略化した断面図であり、第6図はレコ
ーダ14における記録H様を時系列に従って示す説明図
である。第5図(1)〜(5)図示の状態の各時刻に対
応するレコーダ14の記録状態が第6図(1)〜(5)
にそれぞれ示されている。
FIG. 5 is a simplified cross-sectional view showing the formation of an atomic layer on the surface of the substrate 2 in chronological order, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing the recording H in the recorder 14 in chronological order. 5 (1) to (5) The recording state of the recorder 14 corresponding to each time in the illustrated state is shown in FIG. 6 (1) to (5).
are shown respectively.

結晶の成長が開始される以前の第5図(1)図示の状態
では、基板2表面は平坦であり、したがって電子銃9か
らの電子線10は蛍光板11の中央部に向けて反射され
る。したがってこの場合の回折電子線10aの強度は高
く、RHEED信号は比較的大きい。
In the state shown in FIG. 5(1) before crystal growth begins, the surface of the substrate 2 is flat, and therefore the electron beam 10 from the electron gun 9 is reflected toward the center of the fluorescent screen 11. Therefore, the intensity of the diffracted electron beam 10a in this case is high, and the RHEED signal is relatively large.

結晶の成長が開始されると、平坦な基板2表面に島状に
結晶15の成長が始まり、電子線10は基板2表面で散
乱されるようになる。この結果、結晶成長とともに蛍光
板11の中央部に向かう回折電子kiA 10 aの強
度が低くなってゆき、第5図(2)図示の状態を経て、
第5図(3)図示の基板2表面の雅の面積に結晶15が
成長した状態で最小となこの第5図(3)図示の状態か
ら、さらに結晶15の成長が進むと、基板2表面は逆に
平坦度を増してゆき、このため蛍光板11の中央部に向
がう回折電子線10aの強度が高くなる。このようにし
て第5図(4)図示の状態を経て、第5図(5)図示の
1層の原子層の成長が終了する時刻までの期間にRHE
ED信号は増加してゆき、1層の原子層の成長が終了し
た時点で極大値をとる。
When crystal growth starts, crystals 15 begin to grow in the form of islands on the flat surface of the substrate 2, and the electron beam 10 comes to be scattered on the surface of the substrate 2. As a result, as the crystal grows, the intensity of the diffracted electrons kiA 10a toward the center of the fluorescent screen 11 decreases, and after passing through the state shown in FIG. 5(2),
FIG. 5(3) When the crystal 15 grows in the area of the surface of the substrate 2 shown in the diagram, the crystal 15 reaches a minimum. If the crystal 15 grows further from the state shown in FIG. 5(3), the surface of the substrate 2 On the contrary, the flatness increases, and therefore the intensity of the diffracted electron beam 10a directed toward the center of the fluorescent screen 11 increases. In this way, after passing through the state shown in FIG. 5(4), the RHE is
The ED signal increases and reaches its maximum value when the growth of one atomic layer is completed.

このように、RHEED振動の1周期が1原子層の周期
に対応することになる。したがって、レコーダ14の記
録を監視することにより、原子層を計数して成長レート
を求めることが可能であり、またこの成長レートに対応
したシャッタ6.7゜8の開閉制御により、前述の超格
子構造の半導体結晶を得ることが可能である。
In this way, one period of RHEED vibration corresponds to the period of one atomic layer. Therefore, by monitoring the recording of the recorder 14, it is possible to count the atomic layers and determine the growth rate, and by controlling the opening and closing of the shutter 6.7°8 corresponding to this growth rate, the superlattice can be It is possible to obtain a semiconductor crystal of the structure.

〔発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述のような構成では、光電子倍増管1
3からのRHEED信号に各種の雑音が含まれるため、
蒸長レートを求める際に、前記雑音による誤差が問題と
なり、結果として結晶成長を原子オーダで制御すること
が困難となっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above configuration, the photomultiplier tube 1
Since the RHEED signal from 3 contains various noises,
When determining the evaporation rate, errors caused by the noise pose a problem, and as a result, it has become difficult to control crystal growth on the atomic order.

この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、微細構
造の結晶成長が格段に良好に行われるようにした結晶成
長方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a crystal growth method that solves the above-mentioned technical problems and allows crystal growth of a fine structure to be carried out in a much better manner.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明の結晶成長方法は、基板表面からの回折電子線
強度の検出信号をフーリエ変換して、このフーリエ変換
した信号から結晶の成長レートを求め、この成長レート
に対応して分子線の照射の制御を行うことを特徴とする
In the crystal growth method of the present invention, a detection signal of the diffracted electron beam intensity from the substrate surface is Fourier-transformed, a crystal growth rate is determined from this Fourier-transformed signal, and the molecular beam irradiation is adjusted in accordance with this growth rate. It is characterized by controlling.

〔作用] この発明の構成によれば、原子層の成長と等しい周期を
有して振動する回折電子線強度の検出信号をフーリエ変
換して周波数に変換するようにしたので、回折電子線強
度の振動の周波数を、雑音の影響を排除して求めること
ができるようになる。
[Function] According to the configuration of the present invention, the detection signal of the diffracted electron beam intensity, which oscillates with a period equal to the growth of the atomic layer, is converted into a frequency by Fourier transform. It becomes possible to determine the frequency of vibration while excluding the influence of noise.

すなわち、前記フーリエ変換した信号から結晶成長レー
トを正確に求めることができるようになり、したがって
この成長レートに対応して分子線の照射の制御を行えば
、結晶の成長を原子オーダで制御することが可能となる
In other words, it is now possible to accurately determine the crystal growth rate from the Fourier-transformed signal, and therefore, if the molecular beam irradiation is controlled in accordance with this growth rate, the crystal growth can be controlled on the atomic order. becomes possible.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例の結晶成長方法の実施のた
めの基本的な構成を示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the basic structure for implementing a crystal growth method according to an embodiment of the present invention.

この第1図において、前述の第3図に示された各部に対
応する部分には同一の参照符号を付して示す。この実施
例では、光電子倍増管13からのRHEED信号は、信
号処理用コンピュータ16に入力され、この信号処理用
コンピュータ16においてフーリエ変換される。光電子
倍増管13からのRHEED信号は、前述の第4図に示
されるように変化するのであるが、このRHEED信号
をフーリエ変換することにより、第2図に示すようにピ
ークPをとる信号に変換することができる。
In FIG. 1, parts corresponding to those shown in FIG. 3 described above are designated by the same reference numerals. In this embodiment, the RHEED signal from the photomultiplier tube 13 is input to a signal processing computer 16, where it is Fourier transformed. The RHEED signal from the photomultiplier tube 13 changes as shown in FIG. 4 above, but by Fourier transforming this RHEED signal, it is converted into a signal with a peak P as shown in FIG. can do.

このビークPにおける周波数f0は、RHEED信号の
振動の周波数であり、この第2図から明らかなように、
雑音成分がはっきりと分離されている。したがって、ビ
ークPにおける周波数r0に基づいて結晶の成長レート
を求めれば、従来の方法に比較して、1桁正確な成長レ
ートを求めることが可能である。
The frequency f0 at this peak P is the frequency of vibration of the RHEED signal, and as is clear from FIG. 2,
Noise components are clearly separated. Therefore, if the crystal growth rate is determined based on the frequency r0 at the peak P, it is possible to obtain a growth rate that is one order of magnitude more accurate than the conventional method.

なお、第1図において17はCRT (陰極線管)など
の表示装置であり、18は印刷装置であって、たとえば
表示装置17にはフーリエ変換した第2図図示の信号を
表示し、印刷装置18には光電子倍増管13からのRH
EED信号の波形を出力などさせるようにしてもよい。
In FIG. 1, 17 is a display device such as a CRT (cathode ray tube), and 18 is a printing device. For example, the display device 17 displays the Fourier-transformed signal shown in FIG. is the RH from the photomultiplier tube 13.
The waveform of the EED signal may also be output.

上述のように、RHEED信号をフーリエ変換した信号
のピークPにおける周波数f0に基づいて結晶成長レー
トを求めることにより、正確な成長レートを求めること
ができるので、こうして求めた結晶成長レートに基づい
て、シャッタ6.7゜8の開閉制御を行って、るつぼ3
,4.5からの各分子線の照射を制御することにより、
基板2表面に原子オーダの精密な制御が行われた超格子
構造などを有する半導体結晶などを形成することができ
る。
As mentioned above, by determining the crystal growth rate based on the frequency f0 at the peak P of the signal obtained by Fourier transforming the RHEED signal, an accurate growth rate can be determined. Based on the thus determined crystal growth rate, By controlling the opening and closing of the shutter 6.7°8, the crucible 3
By controlling the irradiation of each molecular beam from , 4.5,
A semiconductor crystal or the like having a superlattice structure or the like that is precisely controlled on the atomic order can be formed on the surface of the substrate 2.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明の結晶成長方法によれば、原子層
の成長と等しい周期を有して振動する回折電子線強度の
検出信号をフーリエ変換して周波数に変換するようにし
たので、回折電子線強度の振動の周波数を、雑音の影響
を排除して求めることができるようになる。すなわち、
前記フーリエ変換した信号から結晶成長レートを正確に
求めることができるようになり、したがってこの成長レ
ートに対応して分子線の照射の制御を行えば、結晶の成
長を原子オーダで制御することが可能となる。
As described above, according to the crystal growth method of the present invention, the detection signal of the intensity of the diffracted electron beam, which oscillates with a period equal to the growth of the atomic layer, is converted into a frequency by Fourier transform. It becomes possible to determine the frequency of vibration of line intensity while excluding the influence of noise. That is,
It is now possible to accurately determine the crystal growth rate from the Fourier-transformed signal, and therefore, by controlling molecular beam irradiation according to this growth rate, it is possible to control crystal growth on the atomic order. becomes.

この結果、微細構造の結晶成長を良好に行って、たとえ
ば超格子構造を有する半導体結晶などで良好な特性を得
ることができるようになる。
As a result, crystal growth of a fine structure can be performed well, and good characteristics can be obtained, for example, in a semiconductor crystal having a superlattice structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例の結晶成長方法の実施のた
めの基本的な構成を示す概念図、第2図は光電子倍増管
13からのRHEED信号をフーリエ変換した信号を示
す図、第3図は従来技術の基本的な構成を示す概念図、
第4図は光電子倍増管13からのRHEED信号を示す
図、第5図は基板2表面における結晶成長の様子を示す
簡略化した断面図、第6図はレコーダ14の記録態様を
簡略化して示す説明図である。 2・・・基板、9・・・電子銃、10・・・電子線、1
0a・・・回折電子線、11・・・蛍光板、13・・・
光電子倍増管、16・・・信号処理用コンピュータ10
a・−目槍電壬憬 16・・・信号処理用コンピュータ 第 図 第 t。 用濃攻□
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the basic configuration for carrying out a crystal growth method according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a Fourier-transformed RHEED signal from a photomultiplier tube 13, and FIG. Figure 3 is a conceptual diagram showing the basic configuration of the conventional technology.
FIG. 4 is a diagram showing the RHEED signal from the photomultiplier tube 13, FIG. 5 is a simplified cross-sectional view showing the state of crystal growth on the surface of the substrate 2, and FIG. 6 is a simplified diagram showing the recording mode of the recorder 14. It is an explanatory diagram. 2...Substrate, 9...Electron gun, 10...Electron beam, 1
0a... Diffracted electron beam, 11... Fluorescent screen, 13...
Photomultiplier tube, 16...signal processing computer 10
a.-me Yari Denjin 16...Signal processing computer Fig. t. Deep attack□

Claims (1)

【特許請求の範囲】 基板表面に分子線を照射して結晶を成長させるとともに
、前記基板表面に電子線を照射し、前記基板表面からの
回折電子線強度の振動を検出して、この検出結果に基づ
いて前記分子線の照射の制御を行う結晶成長方法におい
て、 前記回折電子線強度の検出信号をフーリエ変換して、こ
のフーリエ変換した信号から結晶の成長レートを求め、
この成長レートに対応して前記分子線の照射の制御を行
うことを特徴とする結晶成長方法。
[Claims] The substrate surface is irradiated with a molecular beam to grow a crystal, and the substrate surface is irradiated with an electron beam, and vibrations in the intensity of the diffracted electron beam from the substrate surface are detected, and the detection result is obtained. In the crystal growth method in which the molecular beam irradiation is controlled based on the above, the detection signal of the diffracted electron beam intensity is Fourier transformed, and the crystal growth rate is determined from the Fourier transformed signal,
A crystal growth method characterized in that irradiation of the molecular beam is controlled in accordance with the growth rate.
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