JPH04247637A - 半導体結晶膜の表面状態測定方法 - Google Patents
半導体結晶膜の表面状態測定方法Info
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- JPH04247637A JPH04247637A JP3546091A JP3546091A JPH04247637A JP H04247637 A JPH04247637 A JP H04247637A JP 3546091 A JP3546091 A JP 3546091A JP 3546091 A JP3546091 A JP 3546091A JP H04247637 A JPH04247637 A JP H04247637A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主として、窒素化合
物の半導体結晶膜の表面状態を測定する方法に関し、と
くに、成長過程にあるエピタキシャル結晶膜の表面状態
、詳しくは表面の凹凸、および膜厚のばらつきをリアル
タイムに測定できる半導体結晶膜の表面状態測定方法に
関する。
物の半導体結晶膜の表面状態を測定する方法に関し、と
くに、成長過程にあるエピタキシャル結晶膜の表面状態
、詳しくは表面の凹凸、および膜厚のばらつきをリアル
タイムに測定できる半導体結晶膜の表面状態測定方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】基板の表面にエピタキシャル結晶膜を成
長させるＭＯＣＶＤ法は、リアルタイムで結晶成長の状
態を示す情報を得ることができない。一方、ＭＢＥ装置
は、高速反射電子回析法（ＲＨＥＥＤ法）が開発されて
、結晶成長をリアルタイムで観測できるようになり、飛
躍的に成長技術が進歩した。ＲＨＥＥＤ法は、ＲＨＥＥ
Ｄ振動を観測することによって、エピタキシャル結晶膜
のある程度の表面平坦度と、膜厚とを測定できる。
長させるＭＯＣＶＤ法は、リアルタイムで結晶成長の状
態を示す情報を得ることができない。一方、ＭＢＥ装置
は、高速反射電子回析法（ＲＨＥＥＤ法）が開発されて
、結晶成長をリアルタイムで観測できるようになり、飛
躍的に成長技術が進歩した。ＲＨＥＥＤ法は、ＲＨＥＥ
Ｄ振動を観測することによって、エピタキシャル結晶膜
のある程度の表面平坦度と、膜厚とを測定できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＲＨＥ
ＥＤ法は、測定する信号強度が弱いために、測定される
膜厚が数百オングストロームに制限される。それ以上の
膜厚になると、測定する信号が消えて観測できなくなる
。
ＥＤ法は、測定する信号強度が弱いために、測定される
膜厚が数百オングストロームに制限される。それ以上の
膜厚になると、測定する信号が消えて観測できなくなる
。
【０００４】実際にエピタキシャル結晶膜を使用したデ
ィバイスを製造する場合、たとえば、ＧａＡｓ系の半導
体レーザーやＬＥＤのエピタキシャル結晶膜を、ＭＢＥ
法や、ＭＯＣＶＤ法等で成長させる場合、膜厚は数ミク
ロン程度とする必要がある。このため、ＲＨＥＥＤ法で
は実用的レベルのエピタキシャル結晶膜を測定できない
欠点があった。
ィバイスを製造する場合、たとえば、ＧａＡｓ系の半導
体レーザーやＬＥＤのエピタキシャル結晶膜を、ＭＢＥ
法や、ＭＯＣＶＤ法等で成長させる場合、膜厚は数ミク
ロン程度とする必要がある。このため、ＲＨＥＥＤ法で
は実用的レベルのエピタキシャル結晶膜を測定できない
欠点があった。
【０００５】さらにまた、ＲＨＥＥＤ法は、真空中でエ
ピタキシャル結晶膜に電子線を照射して、結晶状態を測
定する。このため、１×１０−５トール以上の高真空に
して測定する必要がある。したがって、ケーシング内を
高真空にできないＭＯＣＶＤ法においては、ＲＨＥＥＤ
法でエピタキシャル結晶膜の状態を観測することはでき
ない。
ピタキシャル結晶膜に電子線を照射して、結晶状態を測
定する。このため、１×１０−５トール以上の高真空に
して測定する必要がある。したがって、ケーシング内を
高真空にできないＭＯＣＶＤ法においては、ＲＨＥＥＤ
法でエピタキシャル結晶膜の状態を観測することはでき
ない。
【０００６】このようにこれまでの技術では、ＭＢＥ法
とＭＯＣＶＤ法の両エピタキシャル結晶成長方法におい
て、実用レベルで、リアルタイムに結晶膜の状態を観測
できる方法はなかった。
とＭＯＣＶＤ法の両エピタキシャル結晶成長方法におい
て、実用レベルで、リアルタイムに結晶膜の状態を観測
できる方法はなかった。
【０００７】この発明は、エピタキシャル結晶膜の成長
方法を問わず、リアルタイムに膜の表面状態を測定する
ことを目的に開発されたもので、この発明の重要な目的
は、簡単な方法で、エピタキシャル結晶膜の表面状態を
測定することができる半導体結晶膜の成長方法とその装
置とを提供するにある。
方法を問わず、リアルタイムに膜の表面状態を測定する
ことを目的に開発されたもので、この発明の重要な目的
は、簡単な方法で、エピタキシャル結晶膜の表面状態を
測定することができる半導体結晶膜の成長方法とその装
置とを提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体結晶膜
の表面状態測定方法は、エピタキシャル結晶膜から放射
される特定波長の光の強度を観測し、その光強度の振動
減衰状態から結晶膜の表面状態を測定する。
の表面状態測定方法は、エピタキシャル結晶膜から放射
される特定波長の光の強度を観測し、その光強度の振動
減衰状態から結晶膜の表面状態を測定する。
【０００９】エピタキシャル結晶膜から放射される光は
、エピタキシャル結晶膜の下面にあって、加熱されたサ
セプターから放射される赤外線である。この赤外線は、
サファイア等の基板を透過し、さらに、エピタキシャル
結晶膜を透過して観測される。エピタキシャル結晶膜を
透過した赤外線強度の測定には、特定の波長の赤外線を
観測できる全ての測定機を使用できる。
、エピタキシャル結晶膜の下面にあって、加熱されたサ
セプターから放射される赤外線である。この赤外線は、
サファイア等の基板を透過し、さらに、エピタキシャル
結晶膜を透過して観測される。エピタキシャル結晶膜を
透過した赤外線強度の測定には、特定の波長の赤外線を
観測できる全ての測定機を使用できる。
【００１０】また、エピタキシャル結晶膜に特定波長の
観測光線を照射し、特定波長の観測光線の反射光強度を
測定することもできる。観測光線には、レーザーが最適
である。それは、レーザーが単一波長の光線であること
が理由である。ただ、レーザー以外の光線も使用できる
。観測光線が多数の波長を含む場合、単一波長の観測光
線を選択してその強度を測定する。
観測光線を照射し、特定波長の観測光線の反射光強度を
測定することもできる。観測光線には、レーザーが最適
である。それは、レーザーが単一波長の光線であること
が理由である。ただ、レーザー以外の光線も使用できる
。観測光線が多数の波長を含む場合、単一波長の観測光
線を選択してその強度を測定する。
【００１１】この発明の半導体結晶膜１の表面状態測定
方法は、光強度を測定して結晶膜１の表面状態を測定す
る。測定原理を、図１と図２とに基づいて説明する。図
１は、エピタキシャル結晶膜１を透過して放射される光
の状態を示している。図２は、結晶膜から放射される光
線をパイロメーターで測定した結果を示している。パイ
ロメーターは、光線強度を測定して温度を表示する。こ
の図は、０．９６μｍの赤外線をパイロメーターで測定
して温度を検出している。パイロメーターの測定面積は
、基板上の１０ｍｍφの面積に特定した。エピタキシャ
ル結晶膜を成長させるサファイヤ基板の大きさは、２イ
ンチφとした。さらに、このグラフの作成において、サ
セプターの温度は１０００℃に保持した。また、エピタ
キシャル結晶膜には窒化ガリウムを成長させた。
方法は、光強度を測定して結晶膜１の表面状態を測定す
る。測定原理を、図１と図２とに基づいて説明する。図
１は、エピタキシャル結晶膜１を透過して放射される光
の状態を示している。図２は、結晶膜から放射される光
線をパイロメーターで測定した結果を示している。パイ
ロメーターは、光線強度を測定して温度を表示する。こ
の図は、０．９６μｍの赤外線をパイロメーターで測定
して温度を検出している。パイロメーターの測定面積は
、基板上の１０ｍｍφの面積に特定した。エピタキシャ
ル結晶膜を成長させるサファイヤ基板の大きさは、２イ
ンチφとした。さらに、このグラフの作成において、サ
セプターの温度は１０００℃に保持した。また、エピタ
キシャル結晶膜には窒化ガリウムを成長させた。
【００１２】図２において、温度は光線強度を表示する
。赤外線強度が強くなると、測定温度が高く表示される
。この図に示すように、エピタキシャル結晶膜から放射
される光強度は、時間的に振動する。振動は結晶膜が成
長するにしたがって次第に減衰する。
。赤外線強度が強くなると、測定温度が高く表示される
。この図に示すように、エピタキシャル結晶膜から放射
される光強度は、時間的に振動する。振動は結晶膜が成
長するにしたがって次第に減衰する。
【００１３】エピタキシャル結晶膜１から放射される光
線を、図１のＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・・で示している。こ
の図に示すように、エピタキシャル結晶膜１の表面から
放射される光は、界面で何回か反射された後外部に放出
される。光線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・が同位相のとき、
光の強度は強くなり、逆位相の時には光強度が弱くなる
。光線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の位相は、エピタキシャル結晶
膜１の膜厚に影響を受ける。膜厚がλ／４ｎの（２ｍ＋
１）（但しｍは整数）倍であるエピタキシャル結晶膜１
の膜厚は、光線Ｔ１とＴ２およびＴ３とが逆位相となる
ため、光の強度が弱くなる。ただし、λは測定光の波長
、ｎは屈折率である。
線を、図１のＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・・で示している。こ
の図に示すように、エピタキシャル結晶膜１の表面から
放射される光は、界面で何回か反射された後外部に放出
される。光線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・が同位相のとき、
光の強度は強くなり、逆位相の時には光強度が弱くなる
。光線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の位相は、エピタキシャル結晶
膜１の膜厚に影響を受ける。膜厚がλ／４ｎの（２ｍ＋
１）（但しｍは整数）倍であるエピタキシャル結晶膜１
の膜厚は、光線Ｔ１とＴ２およびＴ３とが逆位相となる
ため、光の強度が弱くなる。ただし、λは測定光の波長
、ｎは屈折率である。
【００１４】エピタキシャル結晶膜１の膜厚が、λ／２
ｎの整数倍のときに、赤外線強度は強いピークとなる。 それは、光線Ｔ１とＴ２とＴ３とが同位相となるからで
ある。また、エピタキシャル結晶膜１の膜厚がλ／４ｎ
の（２ｍ＋１）倍（但しｍは整数）の時には、エピタキ
シャル結晶膜１から直接放射される赤外線Ｔ１と、エピ
タキシャル結晶膜１の表面で反射された後に表面から放
射される赤外線Ｔ２およびＴ３とが逆位相となるので、
赤外線強度が極小となる。
ｎの整数倍のときに、赤外線強度は強いピークとなる。 それは、光線Ｔ１とＴ２とＴ３とが同位相となるからで
ある。また、エピタキシャル結晶膜１の膜厚がλ／４ｎ
の（２ｍ＋１）倍（但しｍは整数）の時には、エピタキ
シャル結晶膜１から直接放射される赤外線Ｔ１と、エピ
タキシャル結晶膜１の表面で反射された後に表面から放
射される赤外線Ｔ２およびＴ３とが逆位相となるので、
赤外線強度が極小となる。
【００１５】したがって、図２に示すように、結晶膜か
ら放射される光強度は、結晶膜の膜厚がλ／４ｎ成長す
るごとに、極大から極小に、またその反対となる。結晶
膜が全く同じ厚さで成長されると、図２に示す温度曲線
は減衰しないで振動する。しかしながら、実際に結晶膜
を成長させると表面に凹凸ができて膜厚は不均一となる
。部分的に膜厚が変化すると、表面から放射される光の
位相が変化する。表面の凹凸がλ／４ｎとなると、エピ
タキシャル結晶膜の表面で反射された後に表面から出て
くる光（Ｔ２、Ｔ３、・・・・・・・）の厚い膜厚の領
域部分と、薄い膜厚の領域部分との間で、位相差が１８
０゜となる。このため干渉が観測されなくなる。いいか
えると振動しなくなる。したがって、図２において振動
が減衰してなくなると、表面の凹凸はλ／４ｎとなった
ことになる。
ら放射される光強度は、結晶膜の膜厚がλ／４ｎ成長す
るごとに、極大から極小に、またその反対となる。結晶
膜が全く同じ厚さで成長されると、図２に示す温度曲線
は減衰しないで振動する。しかしながら、実際に結晶膜
を成長させると表面に凹凸ができて膜厚は不均一となる
。部分的に膜厚が変化すると、表面から放射される光の
位相が変化する。表面の凹凸がλ／４ｎとなると、エピ
タキシャル結晶膜の表面で反射された後に表面から出て
くる光（Ｔ２、Ｔ３、・・・・・・・）の厚い膜厚の領
域部分と、薄い膜厚の領域部分との間で、位相差が１８
０゜となる。このため干渉が観測されなくなる。いいか
えると振動しなくなる。したがって、図２において振動
が減衰してなくなると、表面の凹凸はλ／４ｎとなった
ことになる。
【００１６】図２は、サセプター２から放射される赤外
線の放射強度を示している。図示しないが、結晶膜に上
面からレーザー等の観測光線を照射しても、同じ状態で
干渉が起こり、結晶膜から放射される光線強度が変化す
る。したがって、観測光線を結晶膜に照射して、結晶膜
の表面状態を測定することも可能である。
線の放射強度を示している。図示しないが、結晶膜に上
面からレーザー等の観測光線を照射しても、同じ状態で
干渉が起こり、結晶膜から放射される光線強度が変化す
る。したがって、観測光線を結晶膜に照射して、結晶膜
の表面状態を測定することも可能である。
【００１７】この発明の半導体結晶膜の表面状態測定方
法に使用できる装置の一例を図３に示す。この図に示す
装置を使用して、サファイヤ基板３にエピタキシャル結
晶膜１を成長するには、反応ガス噴射管４からＮＨ３と
、Ｈ２に加えて、ＴＭＧガスやＴＭＡガス等を混合した
反応ガスを基板３と平行方向に流す。さらに、基板３の
上部より、円錐形の副噴射管５でもって、不活性なガス
としてＮ２＋Ｈ２の混合ガスを基板３に向けて垂直に流
す。
法に使用できる装置の一例を図３に示す。この図に示す
装置を使用して、サファイヤ基板３にエピタキシャル結
晶膜１を成長するには、反応ガス噴射管４からＮＨ３と
、Ｈ２に加えて、ＴＭＧガスやＴＭＡガス等を混合した
反応ガスを基板３と平行方向に流す。さらに、基板３の
上部より、円錐形の副噴射管５でもって、不活性なガス
としてＮ２＋Ｈ２の混合ガスを基板３に向けて垂直に流
す。
【００１８】サファイア基板３は、１０００〜１０５０
℃に加熱されたサセプター２に載せられて水平面で回転
される。サセプター２は、下面の中心に垂直に固定され
たシャフト６で回転される。閉鎖チャンバー７内の成長
圧力は大気圧に調整する。
℃に加熱されたサセプター２に載せられて水平面で回転
される。サセプター２は、下面の中心に垂直に固定され
たシャフト６で回転される。閉鎖チャンバー７内の成長
圧力は大気圧に調整する。
【００１９】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。但し、以下に示す実施例は、この発明の技術思
想を具体化する為の方法を例示すものであって、この発
明の方法は、使用機器、測定条件、エピタキシャル結晶
膜の種類、成長条件等を下記のものに特定するものでな
い。この発明の半導体結晶膜の表面状態測定方法は、特
許請求の範囲において種々の変更を加えることができる
。
明する。但し、以下に示す実施例は、この発明の技術思
想を具体化する為の方法を例示すものであって、この発
明の方法は、使用機器、測定条件、エピタキシャル結晶
膜の種類、成長条件等を下記のものに特定するものでな
い。この発明の半導体結晶膜の表面状態測定方法は、特
許請求の範囲において種々の変更を加えることができる
。
【００２０】半導体結晶膜１の成長方法を説明するに先
だって、その方法に使用する装置の具体例を説明する。 図３に示す半導体結晶膜の成長装置は、ＧａＮ、ＡｌＮ
、ＩｎＮあるいはこれ等の混晶のエピタキシャル膜を、
ＭＯＣＶＤ法で成長させる装置である。この装置は、閉
鎖チャンバー７と、サセプター２と、ヒータ８と、反応
ガス噴射管４と、副噴射管５と、光線センサー９とを備
えている。
だって、その方法に使用する装置の具体例を説明する。 図３に示す半導体結晶膜の成長装置は、ＧａＮ、ＡｌＮ
、ＩｎＮあるいはこれ等の混晶のエピタキシャル膜を、
ＭＯＣＶＤ法で成長させる装置である。この装置は、閉
鎖チャンバー７と、サセプター２と、ヒータ８と、反応
ガス噴射管４と、副噴射管５と、光線センサー９とを備
えている。
【００２１】閉鎖チャンバー７は、ステンレスでもって
、外気から遮断できる閉鎖された形状に作られている。 閉鎖チャンバー７は、図示しないが、サファイヤ基板を
出し入れする出入口が設けられている。出入口は、気密
に閉塞できる蓋が取り付けられている。さらに、閉鎖チ
ャンバー７には、内部のガスを排気する排気口が開口さ
れている。排気口は、排気ポンプ１０に連結されておっ
て、排気ポンプ１０でガスを強制的に排気する構造とな
っている。
、外気から遮断できる閉鎖された形状に作られている。 閉鎖チャンバー７は、図示しないが、サファイヤ基板を
出し入れする出入口が設けられている。出入口は、気密
に閉塞できる蓋が取り付けられている。さらに、閉鎖チ
ャンバー７には、内部のガスを排気する排気口が開口さ
れている。排気口は、排気ポンプ１０に連結されておっ
て、排気ポンプ１０でガスを強制的に排気する構造とな
っている。
【００２２】サセプター２は、上面が水平で、それ自体
が水平面内で回転が自在にできるようになっており、閉
鎖チャンバー７内に配設されている。したがって、サセ
プター２は、例えば半径が３０〜１００ｍｍφ、高さが
３０〜５０ｍｍの円柱状で、下面の中心に垂直のシャフ
ト６を固定している。
が水平面内で回転が自在にできるようになっており、閉
鎖チャンバー７内に配設されている。したがって、サセ
プター２は、例えば半径が３０〜１００ｍｍφ、高さが
３０〜５０ｍｍの円柱状で、下面の中心に垂直のシャフ
ト６を固定している。
【００２３】サセプター２は、ヒータ８によって１００
０℃以上に加熱される。したがって、サセプター２は耐
熱性があり、しかも、加熱状態において閉鎖チャンバー
７内のガスを汚染しない物質、例えば、炭素の表面を炭
化硅素でコーティングした材質で作られる。
０℃以上に加熱される。したがって、サセプター２は耐
熱性があり、しかも、加熱状態において閉鎖チャンバー
７内のガスを汚染しない物質、例えば、炭素の表面を炭
化硅素でコーティングした材質で作られる。
【００２４】ヒータ８は、サセプター２の下側に、接近
するが接触しないように配設されており、下からサセプ
ター２を過熱する構造となっている。ヒータ８は、オン
オフ、あるいは、通電電流が制御されて、サセプター２
を設定温度に加熱する。ヒータ８は、サセプターに内蔵
された温度センサー（図示せず）によって制御される。
するが接触しないように配設されており、下からサセプ
ター２を過熱する構造となっている。ヒータ８は、オン
オフ、あるいは、通電電流が制御されて、サセプター２
を設定温度に加熱する。ヒータ８は、サセプターに内蔵
された温度センサー（図示せず）によって制御される。
【００２５】温度センサーは、サセプター２が設定温度
よりも低くなると、ヒータを通電し、あるいは通電電量
を増加し、反対にサセプターが設定温度よりも高くなる
と、通電を停止し、あるいは、通電電流を少なくする。
よりも低くなると、ヒータを通電し、あるいは通電電量
を増加し、反対にサセプターが設定温度よりも高くなる
と、通電を停止し、あるいは、通電電流を少なくする。
【００２６】ヒータは、サセプターを加熱できる全ての
位置に配設することができる。さらに、図示しないが、
ヒータをサセプター内に設けて、サセプターと一体構造
とすることも可能である。
位置に配設することができる。さらに、図示しないが、
ヒータをサセプター内に設けて、サセプターと一体構造
とすることも可能である。
【００２７】反応ガス噴射管４は、サセプター２の上に
載せられた基板３の上面に、反応ガスを噴射する。した
がって、反応ガス噴射管４は、閉鎖チャンバー７を、水
平ないしは多少傾斜して気密に貫通して固定されている
。反応ガス噴射管４は、先端を基板３の近傍まで延長し
ている。
載せられた基板３の上面に、反応ガスを噴射する。した
がって、反応ガス噴射管４は、閉鎖チャンバー７を、水
平ないしは多少傾斜して気密に貫通して固定されている
。反応ガス噴射管４は、先端を基板３の近傍まで延長し
ている。
【００２８】反応ガス噴射管４は、水素と、アンモニア
ガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスまたはトリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを、基板３の表面に向
かって噴射する。
ガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスまたはトリメ
チルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを、基板３の表面に向
かって噴射する。
【００２９】副噴射管５は、上端を閉鎖チャンバー７の
外に突出させて、閉鎖チャンバー７の上面を気密に貫通
して固定されている。副噴射管５は、上から下に向かっ
て、水素や窒素等の不活性なガスを基板３に向けて噴射
する。副噴射管５は、不活性なガスを基板３の上面に均
一に吹き付けることができるように、下方に向かって開
口面積が大きくなるテーパー状をしている。副噴射管５
の下端開口部は、基板３の大きさにほぼ等しく設計され
ている。さらに、副噴射管５の下端は、基板３の上面に
接近して開口される。
外に突出させて、閉鎖チャンバー７の上面を気密に貫通
して固定されている。副噴射管５は、上から下に向かっ
て、水素や窒素等の不活性なガスを基板３に向けて噴射
する。副噴射管５は、不活性なガスを基板３の上面に均
一に吹き付けることができるように、下方に向かって開
口面積が大きくなるテーパー状をしている。副噴射管５
の下端開口部は、基板３の大きさにほぼ等しく設計され
ている。さらに、副噴射管５の下端は、基板３の上面に
接近して開口される。
【００３０】光線センサー９は、閉鎖チャンバー外に設
けられている。光線センサー９には、エピタキシャル結
晶膜から放射される特定波長の光線の強度を測定できる
全てのセンサーを使用できる。特定波長の光線強度を測
定する光線センサーには、単色形狭波長帯域の放射温度
計が使用できる。この放射温度計は、狭い波長領域の赤
外線強度を測定して、温度を検出するものである。放射
温度計が測定する赤外線の波長は、０．７５〜３μｍの
範囲にある特定波長の光線に設計される。
けられている。光線センサー９には、エピタキシャル結
晶膜から放射される特定波長の光線の強度を測定できる
全てのセンサーを使用できる。特定波長の光線強度を測
定する光線センサーには、単色形狭波長帯域の放射温度
計が使用できる。この放射温度計は、狭い波長領域の赤
外線強度を測定して、温度を検出するものである。放射
温度計が測定する赤外線の波長は、０．７５〜３μｍの
範囲にある特定波長の光線に設計される。
【００３１】また、光線センサーには、赤外線強度を測
定するものでなく、特定波長の可視光線の強度を測定す
るものも使用できる。さらにまた、光線センサーは、過
熱されたエピタキシャル結晶膜から放射される赤外線等
の光線を検出するのに代わって、光源１１からエピタキ
シャル結晶膜１にレーザー等の特定波長の光線を照射し
、その反射光線を受光することも可能である。この場合
、エピタキシャル結晶膜１に照射する光線は、レーザー
のように波長の特定されたもの、あるいは、光線フィル
ターで特定波長の光を選別した光を使用できる。
定するものでなく、特定波長の可視光線の強度を測定す
るものも使用できる。さらにまた、光線センサーは、過
熱されたエピタキシャル結晶膜から放射される赤外線等
の光線を検出するのに代わって、光源１１からエピタキ
シャル結晶膜１にレーザー等の特定波長の光線を照射し
、その反射光線を受光することも可能である。この場合
、エピタキシャル結晶膜１に照射する光線は、レーザー
のように波長の特定されたもの、あるいは、光線フィル
ターで特定波長の光を選別した光を使用できる。
【００３２】光線センサー９は、エピタキシャル結晶膜
１から放射される光線を検出する。光線センサー９とエ
ピタキシャル結晶膜１とを連結する直線の間に副噴射管
５が位置する。すなわち、図３に示すように、基板３の
表面に成長されるエピタキシャル結晶膜１から放射され
る光線は、透光性を有する副噴射管５を透過して光線セ
ンサー９に到達する。
１から放射される光線を検出する。光線センサー９とエ
ピタキシャル結晶膜１とを連結する直線の間に副噴射管
５が位置する。すなわち、図３に示すように、基板３の
表面に成長されるエピタキシャル結晶膜１から放射され
る光線は、透光性を有する副噴射管５を透過して光線セ
ンサー９に到達する。
【００３３】以上の装置を使用して、下記のようにして
半導体結晶膜１を成長できる。 ［実施例１］下記の工程で、サファイヤ基板の表面に窒
化アルミニウムを成長させる。■ 洗浄してきれいな
２インチφのサファイア基板３（Ｃ面）を、サセプター
２の上にのせる。■ ステンレス製の閉鎖チャンバー
７を排気ポンプ１０で排気して、内部をＨ２で置換する
。■ その後、Ｈ２ガスを、反応ガス噴射管４と副噴
射管５から閉鎖チャンバー７に供給しながら、サセプタ
ー２を１０５０℃まで上昇する。■ その後、この状
態を１０分間保持し、サファイア表面の酸化膜を除去し
てクリーニングする。■ 次に、基板３の反応温度を
６００℃まで下げて安定するまで静置する。■ 続い
て、閉鎖チャンバー７の上部に設けられた副噴射管５か
ら水素と窒素とを供給し、水平の反応ガス噴射管４から
は、アンモニアガスと水素ガスとを供給する。副噴射管
５から閉鎖チャンバー７に供給する水素ガスの流量は、
５リットル／分、窒素の流量は５リットル／分とする。 反応ガス噴射管４から噴射するアンモニアガスの流量は
５リットル／分、水素ガスの流量は１リットル／分に調
整し、この状態で、温度が安定するまで待つ。
半導体結晶膜１を成長できる。 ［実施例１］下記の工程で、サファイヤ基板の表面に窒
化アルミニウムを成長させる。■ 洗浄してきれいな
２インチφのサファイア基板３（Ｃ面）を、サセプター
２の上にのせる。■ ステンレス製の閉鎖チャンバー
７を排気ポンプ１０で排気して、内部をＨ２で置換する
。■ その後、Ｈ２ガスを、反応ガス噴射管４と副噴
射管５から閉鎖チャンバー７に供給しながら、サセプタ
ー２を１０５０℃まで上昇する。■ その後、この状
態を１０分間保持し、サファイア表面の酸化膜を除去し
てクリーニングする。■ 次に、基板３の反応温度を
６００℃まで下げて安定するまで静置する。■ 続い
て、閉鎖チャンバー７の上部に設けられた副噴射管５か
ら水素と窒素とを供給し、水平の反応ガス噴射管４から
は、アンモニアガスと水素ガスとを供給する。副噴射管
５から閉鎖チャンバー７に供給する水素ガスの流量は、
５リットル／分、窒素の流量は５リットル／分とする。 反応ガス噴射管４から噴射するアンモニアガスの流量は
５リットル／分、水素ガスの流量は１リットル／分に調
整し、この状態で、温度が安定するまで待つ。
【００３４】■ その後、反応ガス噴射管４から、ア
ンモニアと水素ガスに加えて、ＴＭＡガスを噴射し始め
る。ＴＭＡガスの流量は、３．１８×１０−５モル／分
とする。この状態で、成長が開始され、６０分間成長さ
せる。この成長過程において、サセプター２を５ｒｐｍ
で回転させる。
ンモニアと水素ガスに加えて、ＴＭＡガスを噴射し始め
る。ＴＭＡガスの流量は、３．１８×１０−５モル／分
とする。この状態で、成長が開始され、６０分間成長さ
せる。この成長過程において、サセプター２を５ｒｐｍ
で回転させる。
【００３５】この工程で、基板３にエピタキシャル結晶
膜１を成長させるときに、結晶膜１から放射される赤外
線を、光線センサーであるパイロメーターで測定する。 パイロメーターは、０．９６μｍの赤外線強度を測定す
る。パイロメーターが検出した、赤外線強度に相当する
温度を図４に示している。この図に示すように、エピタ
キシャル結晶膜が成長して膜厚が増加するに従って、赤
外線強度は脈動する。
膜１を成長させるときに、結晶膜１から放射される赤外
線を、光線センサーであるパイロメーターで測定する。 パイロメーターは、０．９６μｍの赤外線強度を測定す
る。パイロメーターが検出した、赤外線強度に相当する
温度を図４に示している。この図に示すように、エピタ
キシャル結晶膜が成長して膜厚が増加するに従って、赤
外線強度は脈動する。
【００３６】以上の工程と同じ成長条件に調整して、成
長時間を、１０分、２０分、３５分として３種類のサン
プルを試作し、各サンプルの表面粗さを、ステッププロ
ファイラーで測定した。その結果を図５〜図７に示して
いる。図５は１０分間成長させた結晶膜の表面粗さを示
し、図６は２０分、図７は３５分間成長させた結晶膜の
表面粗さを示している。
長時間を、１０分、２０分、３５分として３種類のサン
プルを試作し、各サンプルの表面粗さを、ステッププロ
ファイラーで測定した。その結果を図５〜図７に示して
いる。図５は１０分間成長させた結晶膜の表面粗さを示
し、図６は２０分、図７は３５分間成長させた結晶膜の
表面粗さを示している。
【００３７】図４は、エピタキシャル結晶膜を３５分間
成長させると、振動しなくなることを示している。いい
かえると、３５分成長させると、結晶膜１の凹凸がλ／
４ｎとなることを明示している。この式において、波長
λは０．９６μｍ、結晶膜１の屈折率ｎは２．２である
から、λ／４ｎは０．１１μｍとなる。
成長させると、振動しなくなることを示している。いい
かえると、３５分成長させると、結晶膜１の凹凸がλ／
４ｎとなることを明示している。この式において、波長
λは０．９６μｍ、結晶膜１の屈折率ｎは２．２である
から、λ／４ｎは０．１１μｍとなる。
【００３８】一方、図７は、結晶膜１の凹凸が約０．１
μｍ程度であることを示し、前記の測定結果と一致して
いる。図４は１０分、図５は２０分成長させた結晶膜の
表面粗さを示しているが、これ等の図は、結晶膜の凹凸
がλ／４ｎ以下であることを示している。すなわち、図
４において、脈動が減衰して振動しなくなるときの表面
の凹凸はλ／４ｎとなることが判る。
μｍ程度であることを示し、前記の測定結果と一致して
いる。図４は１０分、図５は２０分成長させた結晶膜の
表面粗さを示しているが、これ等の図は、結晶膜の凹凸
がλ／４ｎ以下であることを示している。すなわち、図
４において、脈動が減衰して振動しなくなるときの表面
の凹凸はλ／４ｎとなることが判る。
【００３９】
【発明の効果】この発明の半導体結晶膜の表面状態測定
方法は、簡単な方法で、リアルタイムに結晶膜の表面粗
さを測定することができる。また、結晶膜の表面状態を
測定するために真空にする必要がないので、成長方法を
問わず、例えば、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法において、リ
アルタイムに結晶膜の凹凸および膜厚を測定することが
できる。このため、この発明は、エピタキシャル結晶膜
を製造する工程で非常に有意義な情報を得ることができ
、生産工程におけるメリットは極め大きい。例えば、ダ
ブルヘテロ構造のレーザーやＬＥＤを、エピタキシャル
成長によって製造する場合、各層の厚みを希望の値に調
整すると共に、各層の表面粗さを知ることができ、産業
上のメリットは極めて大きい。
方法は、簡単な方法で、リアルタイムに結晶膜の表面粗
さを測定することができる。また、結晶膜の表面状態を
測定するために真空にする必要がないので、成長方法を
問わず、例えば、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法において、リ
アルタイムに結晶膜の凹凸および膜厚を測定することが
できる。このため、この発明は、エピタキシャル結晶膜
を製造する工程で非常に有意義な情報を得ることができ
、生産工程におけるメリットは極め大きい。例えば、ダ
ブルヘテロ構造のレーザーやＬＥＤを、エピタキシャル
成長によって製造する場合、各層の厚みを希望の値に調
整すると共に、各層の表面粗さを知ることができ、産業
上のメリットは極めて大きい。
【図１】結晶膜１から放射される光の経路を示す断面図
【図２】成長する結晶膜から放射される赤外線強度を測
定して温度を表示するグラフ
定して温度を表示するグラフ
【図３】エピタキシャル成長に使用する装置の一例を示
す概略断面図
す概略断面図
【図４】結晶膜から放射される赤外線強度を測定して温
度を表示するグラフ
度を表示するグラフ
【図５】１０分間成長させた結晶膜の表面粗さを示すグ
ラフ
ラフ
【図６】２０分間成長させた結晶膜の表面粗さを示すグ
ラフ
ラフ
【図７】３５分間成長させた結晶膜の表面粗さを示すグ
ラフ
ラフ
１…結晶膜 ２…サセプター
３…基板 ４…反応ガス噴射管 ５…副噴射管
６…シャフト ７…閉鎖チャンバー ８…ヒータ
９…光線センサー
３…基板 ４…反応ガス噴射管 ５…副噴射管
６…シャフト ７…閉鎖チャンバー ８…ヒータ
９…光線センサー
Claims (3)
- 【請求項１】成長工程にあるエピタキシャル結晶膜から
放射される特定波長の光の強度を測定し、光の干渉現象
による光強度の振動減衰状態を観測してエピタキシャル
結晶膜の表面状態を測定することを特徴とする半導体結
晶膜の表面状態測定方法。 - 【請求項２】 エピタキシャル結晶膜の下面に設けた
サセプターから放射される特定波長の赤外線強度を測定
して、エピタキシャル結晶膜の表面状態を測定する請求
項１に記載の半導体結晶膜の表面状態測定方法。 - 【請求項３】 エピタキシャル結晶膜に観測光線を照
射し、特定波長の観測光線の強度を測定して、エピタキ
シャル結晶膜の表面状態を測定する請求項１記載の半導
体結晶膜の表面状態測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3035460A JP2687742B2 (ja) | 1991-02-04 | 1991-02-04 | 半導体結晶膜の表面状態測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3035460A JP2687742B2 (ja) | 1991-02-04 | 1991-02-04 | 半導体結晶膜の表面状態測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04247637A true JPH04247637A (ja) | 1992-09-03 |
| JP2687742B2 JP2687742B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=12442399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3035460A Expired - Fee Related JP2687742B2 (ja) | 1991-02-04 | 1991-02-04 | 半導体結晶膜の表面状態測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687742B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010073358A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 有限会社ワイ・システムズ | 半導体成膜時の温度測定方法および温度測定装置 |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS507785A (ja) * | 1973-05-25 | 1975-01-27 | ||
| JPS52124859A (en) * | 1976-04-14 | 1977-10-20 | Hitachi Ltd | Continuous vapor phase growth apparatus |
| JPS5618440A (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-21 | Nec Corp | Measuring method for precision film thickness of silicon thin film grown on sapphire substrate |
| JPS5992998A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 分子線結晶成長方法 |
| JPS62189723A (ja) * | 1986-02-15 | 1987-08-19 | Sony Corp | 気相成長装置 |
| JPH02153893A (ja) * | 1988-12-06 | 1990-06-13 | Nec Corp | Ｍｂｅ装置 |
| JPH02260416A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-23 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1991
- 1991-02-04 JP JP3035460A patent/JP2687742B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| WO2010073358A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 有限会社ワイ・システムズ | 半導体成膜時の温度測定方法および温度測定装置 |
| CN102318038A (zh) * | 2008-12-26 | 2012-01-11 | 瓦伊系统有限公司 | 半导体成膜时的温度测定方法及温度测定装置 |
| US8673656B2 (en) | 2008-12-26 | 2014-03-18 | Ysystems, Ltd. | Method and device for measuring temperature during deposition of semiconductor |
| KR101532468B1 (ko) * | 2008-12-26 | 2015-06-29 | 유우겐가이샤 와이시스템즈 | 반도체 성막시의 온도 측정 방법 및 온도 측정 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2687742B2 (ja) | 1997-12-08 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |