JPH11171692A - 結晶成長観察装置 - Google Patents
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- JPH11171692A JPH11171692A JP9340413A JP34041397A JPH11171692A JP H11171692 A JPH11171692 A JP H11171692A JP 9340413 A JP9340413 A JP 9340413A JP 34041397 A JP34041397 A JP 34041397A JP H11171692 A JPH11171692 A JP H11171692A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子レベルでの結晶成長実空間観察を可能と
する。 【解決手段】 分子線エピタキシィ（ＭＢＥ）装置
（１）内に走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）（２）を一
体化させた装置であって、ＭＢＥ装置内のＳＴＭ本体を
真空状態で移動させるＳＴＭ移動機構（３）、ＭＢＥ装
置内の基板加熱機構との間に広いクリアランスを持つ基
板ホルダー（１１）を備え、ＳＴＭ本体（２）は防熱保
護シールド（２１）により高蒸気圧雰囲気や基板加熱に
伴う放射熱から守られている。
する。 【解決手段】 分子線エピタキシィ（ＭＢＥ）装置
（１）内に走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）（２）を一
体化させた装置であって、ＭＢＥ装置内のＳＴＭ本体を
真空状態で移動させるＳＴＭ移動機構（３）、ＭＢＥ装
置内の基板加熱機構との間に広いクリアランスを持つ基
板ホルダー（１１）を備え、ＳＴＭ本体（２）は防熱保
護シールド（２１）により高蒸気圧雰囲気や基板加熱に
伴う放射熱から守られている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、結晶成長
観察装置と観察方法に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、結晶成長をその場観察すること
のできる結晶成長観察装置と観察方法に関するものであ
る。
観察装置と観察方法に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、結晶成長をその場観察すること
のできる結晶成長観察装置と観察方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、結晶成長において
は成長過程の観察が重要な課題になっており、特に近年
注目されている量子ナノ構造では、原子レベルでの成長
の均一性が要求されるから、結晶成長のその場観察のた
めの方法が欠かせないものとなっている。このような結
晶成長のその場観察の方法としては、例えば分子線エピ
タキシィ（ＭＢＥ）による結晶成長では、反射高速電子
線回折法や、反射率差分分光法などがすでに実用化さ
れ、結晶成長がリアルタイムで観察できるようになって
いる。
は成長過程の観察が重要な課題になっており、特に近年
注目されている量子ナノ構造では、原子レベルでの成長
の均一性が要求されるから、結晶成長のその場観察のた
めの方法が欠かせないものとなっている。このような結
晶成長のその場観察の方法としては、例えば分子線エピ
タキシィ（ＭＢＥ）による結晶成長では、反射高速電子
線回折法や、反射率差分分光法などがすでに実用化さ
れ、結晶成長がリアルタイムで観察できるようになって
いる。
【０００３】しかしながら、反射高速電子線回折法や、
反射率差分分光法などの従来の結晶成長の観察方法で
は、あくまでも実空間をミクロレベル以上で平均的評価
するものであって、原子レベルで個々に評価することは
不可能であった。そこで、最近になって、量子ナノ構造
に対応する結晶成長のその場観察の方法として、原子レ
ベルでの空間分解能を持つ走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）を評価手段として用いることが注目され、そのため
の方法が検討されている。
反射率差分分光法などの従来の結晶成長の観察方法で
は、あくまでも実空間をミクロレベル以上で平均的評価
するものであって、原子レベルで個々に評価することは
不可能であった。そこで、最近になって、量子ナノ構造
に対応する結晶成長のその場観察の方法として、原子レ
ベルでの空間分解能を持つ走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）を評価手段として用いることが注目され、そのため
の方法が検討されている。
【０００４】しかしながら、実際にはＭＢＥ成長におけ
る原料の高蒸気圧雰囲気や、液体窒素シュラウドやポン
プ等による音響ノイズ、振動などにより、ＭＢＥ成長装
置内でのＳＴＭ観察は極めて困難である。例えば図６に
例示したように、これまでにも、ＭＢＥ装置とＳＴＭ装
置とを別々の真空容器において構成し、超高真空対応の
ゲートバルブを用いて双方の真空容器を接続し、ＭＢＥ
成長させた試料をゲートバルブを開いてＳＴＭ装置内に
搬送して観察する方法と、この方法を用いた研究の成長
が報告されている。この方法は、ＳＴＭ観察に対するＭ
ＢＥ結晶成長における原料の高蒸気圧雰囲気や、音響ノ
ズル、振動などの好ましくない問題を回避するために、
ＭＢＥ結晶成長とＳＴＭ観察とを物理的領域として明確
に区分し、真空ゲートバルブにより真空雰囲気条件とし
ても、ＭＢＥ結晶成長とＳＴＭ観察とを遮断するように
している。しかしながら、この方法では、図６からも明
らかなように、ＭＢＥ成長を一時中断して基板温度を下
げ、試料をゲートバルプを開いてＳＴＭ装置に搬送して
観察するという手順を取らなくてはならず、結晶成長の
様子をその場で観察するということからは程遠いのが実
情であった。
る原料の高蒸気圧雰囲気や、液体窒素シュラウドやポン
プ等による音響ノイズ、振動などにより、ＭＢＥ成長装
置内でのＳＴＭ観察は極めて困難である。例えば図６に
例示したように、これまでにも、ＭＢＥ装置とＳＴＭ装
置とを別々の真空容器において構成し、超高真空対応の
ゲートバルブを用いて双方の真空容器を接続し、ＭＢＥ
成長させた試料をゲートバルブを開いてＳＴＭ装置内に
搬送して観察する方法と、この方法を用いた研究の成長
が報告されている。この方法は、ＳＴＭ観察に対するＭ
ＢＥ結晶成長における原料の高蒸気圧雰囲気や、音響ノ
ズル、振動などの好ましくない問題を回避するために、
ＭＢＥ結晶成長とＳＴＭ観察とを物理的領域として明確
に区分し、真空ゲートバルブにより真空雰囲気条件とし
ても、ＭＢＥ結晶成長とＳＴＭ観察とを遮断するように
している。しかしながら、この方法では、図６からも明
らかなように、ＭＢＥ成長を一時中断して基板温度を下
げ、試料をゲートバルプを開いてＳＴＭ装置に搬送して
観察するという手順を取らなくてはならず、結晶成長の
様子をその場で観察するということからは程遠いのが実
情であった。
【０００５】このため、結晶成長のその場観察の必要性
が強く認識されながらも、これまでのところ、「その場
観察」としての本来の意義に沿ったものとして、ＳＴＭ
手段をもっての原子レベルでの結晶成長の過程を観察す
ることは現実されてない状況にある。そこで、この出願
の発明は、以上の通りの従来技術の限界を克服し、ＭＢ
Ｅ結晶成長を一時中断して物理的空間として区別された
ＳＴＭ域に成長試料を移行させることなしに、同一の空
間域内において、結晶成長を原子レベルでその場観察す
ることを可能とする、新しい結晶成長観察装置と観察方
法を提供することを目的とする。
が強く認識されながらも、これまでのところ、「その場
観察」としての本来の意義に沿ったものとして、ＳＴＭ
手段をもっての原子レベルでの結晶成長の過程を観察す
ることは現実されてない状況にある。そこで、この出願
の発明は、以上の通りの従来技術の限界を克服し、ＭＢ
Ｅ結晶成長を一時中断して物理的空間として区別された
ＳＴＭ域に成長試料を移行させることなしに、同一の空
間域内において、結晶成長を原子レベルでその場観察す
ることを可能とする、新しい結晶成長観察装置と観察方
法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は上記の
課題を解決するものとして、基板加熱機構を持つ基板ホ
ルダーが配置された分子線エピタキシィ装置に走査型ト
ンネル顕微鏡が一体化された装置であって、分子線エピ
タキシィ装置の真空容器内において、探針を持つ走査型
トンネル顕微鏡本体を前記基板ホルダーに対して対向さ
せて前後動させる移動機構を備えているとともに、前記
走査型トンネル顕微鏡本体は、前記真空容器内の蒸気圧
雰囲気や放射熱に対して防熱保護シールドされており、
かつ、前記基板ホルダーは、走査型トンネル顕微鏡によ
る観察時にはその本体の当接によってのみ支持されるこ
とを特徴とする結晶成長観察装置を提供する。
課題を解決するものとして、基板加熱機構を持つ基板ホ
ルダーが配置された分子線エピタキシィ装置に走査型ト
ンネル顕微鏡が一体化された装置であって、分子線エピ
タキシィ装置の真空容器内において、探針を持つ走査型
トンネル顕微鏡本体を前記基板ホルダーに対して対向さ
せて前後動させる移動機構を備えているとともに、前記
走査型トンネル顕微鏡本体は、前記真空容器内の蒸気圧
雰囲気や放射熱に対して防熱保護シールドされており、
かつ、前記基板ホルダーは、走査型トンネル顕微鏡によ
る観察時にはその本体の当接によってのみ支持されるこ
とを特徴とする結晶成長観察装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】この出願の発明においては、前記
のとおり、分子線エピタキシィ（ＭＢＥ）装置と走査型
トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）とを一体化し、ＭＢＥ結晶成
長に同一の空間内においてＳＴＭによりその場同時観察
を行うことを特徴としている。つまり、この発明では、
「その場観察」は、ＭＢＥ結晶成長と同じ空間領域空間
内において結晶成長の様子を原子レベルでＳＴＭ観察で
きるようにしてことを意味している。
のとおり、分子線エピタキシィ（ＭＢＥ）装置と走査型
トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）とを一体化し、ＭＢＥ結晶成
長に同一の空間内においてＳＴＭによりその場同時観察
を行うことを特徴としている。つまり、この発明では、
「その場観察」は、ＭＢＥ結晶成長と同じ空間領域空間
内において結晶成長の様子を原子レベルでＳＴＭ観察で
きるようにしてことを意味している。
【０００８】このようなその場観察のための具体的な装
置手段として、この発明では、基板加熱機構に対してク
リアランスを持つ基板ホルダー、ＳＴＭ本体全体を覆う
防熱保護シールド、および、真空中ＳＴＭ移動機構を備
えている。基板ホルダーは、ＭＢＥの基板加熱機構との
間に通常のホルダーより広いクリアランスを持ち、ＳＴ
ＭとＭＢＥとの合体時、ＭＢＥ側より影響する振動を遮
断することができる。
置手段として、この発明では、基板加熱機構に対してク
リアランスを持つ基板ホルダー、ＳＴＭ本体全体を覆う
防熱保護シールド、および、真空中ＳＴＭ移動機構を備
えている。基板ホルダーは、ＭＢＥの基板加熱機構との
間に通常のホルダーより広いクリアランスを持ち、ＳＴ
ＭとＭＢＥとの合体時、ＭＢＥ側より影響する振動を遮
断することができる。
【０００９】また、ＳＴＭ本体は、防熱保護シールドさ
れていることから、真空容器内のＭＢＥのための高蒸気
圧雰囲気や基板の加熱にともなう放射熱による影響、特
に、ＳＴＭ探針の微小駆動機構への悪影響が抑えられ
る。例えば図１は、この発明の結晶成長観察装置を例示
した構成図であるが、この図１に例示したように、結晶
成長観察装置は、まず、分子線エピタキシィ装置：ＭＢ
Ｅ（１）として、例えば、真空容器内に、加熱機構を持
つ基板ホルダー（１１）と、分子線セル（１２）と、液
体窒素シュラウド（１３）を備えたものとすることがで
きる。そして、この装置では、走査型トンネル顕微鏡：
ＳＴＭ（２）と、ＳＴＭ上下機構（３）を備えたものと
する。
れていることから、真空容器内のＭＢＥのための高蒸気
圧雰囲気や基板の加熱にともなう放射熱による影響、特
に、ＳＴＭ探針の微小駆動機構への悪影響が抑えられ
る。例えば図１は、この発明の結晶成長観察装置を例示
した構成図であるが、この図１に例示したように、結晶
成長観察装置は、まず、分子線エピタキシィ装置：ＭＢ
Ｅ（１）として、例えば、真空容器内に、加熱機構を持
つ基板ホルダー（１１）と、分子線セル（１２）と、液
体窒素シュラウド（１３）を備えたものとすることがで
きる。そして、この装置では、走査型トンネル顕微鏡：
ＳＴＭ（２）と、ＳＴＭ上下機構（３）を備えたものと
する。
【００１０】ＳＴＭ（２）は、図２にも例示したよう
に、観察には、ＳＴＭ上下機構（３）により上昇されて
基板ホルダー（１１）と合体される。これによって、基
板ホルダー（１１）に支持されたＭＢＥ結晶成長の過程
にある基板試料の表面の結晶成長の様子がＳＴＭ（２）
で観察されることになる。図３は、前記の合体と観察に
ついてのプロセスと、そのための構造を例示した図であ
るが、分子線エピタキシィ装置：ＭＢＥ（１）を構成す
る基板ホルダー（１１）は、この図３にも示したように
基板（４）を保持し、基板加熱機構（１４）を備えてい
る。そして、図３に例示したように、例えば、試料ホル
ダー（１１）は、基板加熱機構（１４）のケーシングか
らその周面において水平方向に突出した３本のピン（１
５）により切欠部（１６）で上下移動自在に保持され
る。また、試料ホルダー（１１）は、基板加熱機構（１
４）のケーシングの側面および底面との間にクリアラン
ス（１７）を持つようにしている。
に、観察には、ＳＴＭ上下機構（３）により上昇されて
基板ホルダー（１１）と合体される。これによって、基
板ホルダー（１１）に支持されたＭＢＥ結晶成長の過程
にある基板試料の表面の結晶成長の様子がＳＴＭ（２）
で観察されることになる。図３は、前記の合体と観察に
ついてのプロセスと、そのための構造を例示した図であ
るが、分子線エピタキシィ装置：ＭＢＥ（１）を構成す
る基板ホルダー（１１）は、この図３にも示したように
基板（４）を保持し、基板加熱機構（１４）を備えてい
る。そして、図３に例示したように、例えば、試料ホル
ダー（１１）は、基板加熱機構（１４）のケーシングか
らその周面において水平方向に突出した３本のピン（１
５）により切欠部（１６）で上下移動自在に保持され
る。また、試料ホルダー（１１）は、基板加熱機構（１
４）のケーシングの側面および底面との間にクリアラン
ス（１７）を持つようにしている。
【００１１】一方、ＳＴＭ（２）では防熱保護シールド
（２１）を用いてＳＴＭスキャナー（２４）を覆い、Ｍ
ＢＥ高蒸気圧雰囲気からＳＴＭスキャナー（２４）を保
護すると同時に、基板加熱に伴う放射熱からＳＴＭスキ
ャナー（２４）を守る。防熱保護シールド（２１）の上
部には、突起（２３）を設ける。微細なＳＴＭスキャナ
ー（２４）については、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向に微小移
動できるようにしている。このＳＴＭスキャナー（２
４）上部にＳＴＭ探針（２２）が固定されている。この
ＳＴＭ探針（２２）は、ＳＴＭ観察時に、防熱保護シー
ルド（２１）内から突出されて、基板（４）の表面に対
向して結晶成長を観察することを可能としている。
（２１）を用いてＳＴＭスキャナー（２４）を覆い、Ｍ
ＢＥ高蒸気圧雰囲気からＳＴＭスキャナー（２４）を保
護すると同時に、基板加熱に伴う放射熱からＳＴＭスキ
ャナー（２４）を守る。防熱保護シールド（２１）の上
部には、突起（２３）を設ける。微細なＳＴＭスキャナ
ー（２４）については、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向に微小移
動できるようにしている。このＳＴＭスキャナー（２
４）上部にＳＴＭ探針（２２）が固定されている。この
ＳＴＭ探針（２２）は、ＳＴＭ観察時に、防熱保護シー
ルド（２１）内から突出されて、基板（４）の表面に対
向して結晶成長を観察することを可能としている。
【００１２】突起（２３）については、その形状、個数
や配置については、特に定めるものではないが、形状に
ついては例えば円錐や角錐などの形状は望ましく、また
この突起（２３）は、好ましくは、対向する基板ホルダ
ー（１１）の表面を３点当接するように、３個の突起
（２３）として配置される。３個の突起（２３）のうち
の１個は、電流端子も兼ねており、このものは、防熱保
護シールド（２１）に対しては絶縁され、試料ホルダー
（１１）に対しては電気的にトンネル電流が導通される
ようにしている。
や配置については、特に定めるものではないが、形状に
ついては例えば円錐や角錐などの形状は望ましく、また
この突起（２３）は、好ましくは、対向する基板ホルダ
ー（１１）の表面を３点当接するように、３個の突起
（２３）として配置される。３個の突起（２３）のうち
の１個は、電流端子も兼ねており、このものは、防熱保
護シールド（２１）に対しては絶縁され、試料ホルダー
（１１）に対しては電気的にトンネル電流が導通される
ようにしている。
【００１３】図４は、例示的に突起（２３）と基板
（４）との位置関係を平面として示したものであるが、
３個の突起（２３）は、ほぼ三角形の位置で基板ホルダ
ー（１１）表面に３点当接され、このうちの１個の突起
（２３Ａ）が電流端子を兼ねるようにする。前記のＳＴ
Ｍ上下機構（３）は、ＭＢＥ装置内の真空中において、
必要な時にＳＴＭ（２）を上昇させ、図３のように、前
記突起（２３）を、対向する基板ホルダー（１１）の表
面に３点当接させ、次いでＳＴＭ探針（２２）を基板
（４）の表面に接近させてトンネル電流により基板
（４）表面の結晶の成長状態をその場観察できるように
する。
（４）との位置関係を平面として示したものであるが、
３個の突起（２３）は、ほぼ三角形の位置で基板ホルダ
ー（１１）表面に３点当接され、このうちの１個の突起
（２３Ａ）が電流端子を兼ねるようにする。前記のＳＴ
Ｍ上下機構（３）は、ＭＢＥ装置内の真空中において、
必要な時にＳＴＭ（２）を上昇させ、図３のように、前
記突起（２３）を、対向する基板ホルダー（１１）の表
面に３点当接させ、次いでＳＴＭ探針（２２）を基板
（４）の表面に接近させてトンネル電流により基板
（４）表面の結晶の成長状態をその場観察できるように
する。
【００１４】ＳＴＭ（２）によるその場観察が不要な長
時間のバッファ成長時などにおいては、ＳＴＭ上下機構
（３）によりＳＴＭ（２）を下降させ、前記の液体窒素
シュラウド（１３）内にてＳＴＭ（２）を保護すること
も可能としている。ＳＴＭ上下機構（３）の支柱の中に
細いシールドパイプを組み込み、ＳＴＭ（２）の配線を
このシールドパイプ内に通し、各配線をＭＢＥ（１）装
置の外部の制御装置と接続してもよい。
時間のバッファ成長時などにおいては、ＳＴＭ上下機構
（３）によりＳＴＭ（２）を下降させ、前記の液体窒素
シュラウド（１３）内にてＳＴＭ（２）を保護すること
も可能としている。ＳＴＭ上下機構（３）の支柱の中に
細いシールドパイプを組み込み、ＳＴＭ（２）の配線を
このシールドパイプ内に通し、各配線をＭＢＥ（１）装
置の外部の制御装置と接続してもよい。
【００１５】さらに、この細かいシールドパイプは、Ｓ
ＴＭ（２）の配線を通すことだけではなく、前記の分子
線セル（１２）等から発生する電磁ノイズからＳＴＭ
（２）の配線を保護するようにしてもよい。例えば以上
のとおりのこの発明の結晶成長観察装置を用いた結晶成
長の観察のための方法は、次のように説明される。
ＴＭ（２）の配線を通すことだけではなく、前記の分子
線セル（１２）等から発生する電磁ノイズからＳＴＭ
（２）の配線を保護するようにしてもよい。例えば以上
のとおりのこの発明の結晶成長観察装置を用いた結晶成
長の観察のための方法は、次のように説明される。
【００１６】すなわち、まずはじめに、図１に示したＳ
ＴＭ上下機構（３）により、ＳＴＭ（２）をＭＢＥ装置
（１）の下部に格納し、通常のＭＢＥ成長方法により、
基板ホルダー（１１）に支持した基板（４）表面をクリ
ーニングしてバッファを成長させる。その後、試料の温
度を維持したままＳＴＭ（２）を上昇させ、図３のよう
に試料ホルダー（１１）に合体させる。その結果、試料
ホルダー（１１）はＭＢＥの基板加熱機構（１１）から
分離され、試料ホルダー（１１）と基板加熱機構（１
４）との間に設けた広いクリアランス（１７）内で、試
料ホルダー（１１）はＳＴＭ（２）と単独で合体する。
この状態において、ＳＴＭ探針（２２）を試料基板
（４）に接近させて、ＳＴＭの観察モードに入る。
ＴＭ上下機構（３）により、ＳＴＭ（２）をＭＢＥ装置
（１）の下部に格納し、通常のＭＢＥ成長方法により、
基板ホルダー（１１）に支持した基板（４）表面をクリ
ーニングしてバッファを成長させる。その後、試料の温
度を維持したままＳＴＭ（２）を上昇させ、図３のよう
に試料ホルダー（１１）に合体させる。その結果、試料
ホルダー（１１）はＭＢＥの基板加熱機構（１１）から
分離され、試料ホルダー（１１）と基板加熱機構（１
４）との間に設けた広いクリアランス（１７）内で、試
料ホルダー（１１）はＳＴＭ（２）と単独で合体する。
この状態において、ＳＴＭ探針（２２）を試料基板
（４）に接近させて、ＳＴＭの観察モードに入る。
【００１７】次に、分子線セルのシャッターを開閉し
て、原料をＭＢＥ内に供給し、ＳＴＭ観察を行う。以上
のとおりのこの発明の結晶成長観察装置と観察方法で
は、ＭＢＥ成長時においてＳＴＭ観察をその場で行うこ
とだけでなく、ＳＴＭ（２）の探針（２２）の走査に伴
う成長同時パターンニング等の全く新しいナノ描画の方
法も可能とする。
て、原料をＭＢＥ内に供給し、ＳＴＭ観察を行う。以上
のとおりのこの発明の結晶成長観察装置と観察方法で
は、ＭＢＥ成長時においてＳＴＭ観察をその場で行うこ
とだけでなく、ＳＴＭ（２）の探針（２２）の走査に伴
う成長同時パターンニング等の全く新しいナノ描画の方
法も可能とする。
【００１８】さらに、この発明においては、トンネル現
象に伴う、探針−基板試料間の高電界効果により、非常
に新しい成長機構を生み出す可能性をも含んでいる。こ
の発明によって、量子ナノ構造作製のための条件探索が
容易となり、サイズの整った品質の良い量子ナノ構造を
作製することが可能となる。そしてこの発明は、結晶成
長メカニズム等の根本的な原理の解明に大きく貢献す
る。
象に伴う、探針−基板試料間の高電界効果により、非常
に新しい成長機構を生み出す可能性をも含んでいる。こ
の発明によって、量子ナノ構造作製のための条件探索が
容易となり、サイズの整った品質の良い量子ナノ構造を
作製することが可能となる。そしてこの発明は、結晶成
長メカニズム等の根本的な原理の解明に大きく貢献す
る。
【００１９】以上のことから、従来困難とされてきた量
子ナノ構造の品質の改善、サイズ制御を容易とし、量子
ナノ構造デバイスの実用化に大きく貢献する。もちろ
ん、この発明は、以上の例に限られることなく、各種の
ＭＢＥ成長を行いながら、原子レベル空間分解能での結
晶成長のその場観察を可能とする。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明について説明する。
子ナノ構造の品質の改善、サイズ制御を容易とし、量子
ナノ構造デバイスの実用化に大きく貢献する。もちろ
ん、この発明は、以上の例に限られることなく、各種の
ＭＢＥ成長を行いながら、原子レベル空間分解能での結
晶成長のその場観察を可能とする。以下、実施例を示
し、さらに詳しくこの発明について説明する。
【００２０】
【実施例】前記のとおりの構成の結晶成長観察装置を用
いて、ＧａＡｓ（００１）基板上へ、Ｇａの結晶を成長
させた。まずはじめに、ＳＴＭ上下機構（３）により、
ＳＴＭ（２）をＭＢＥ装置（１）の下部に格納し、ＭＢ
Ｅ成長方法により、ＧａＡｓ基板表面をクリーニングし
てＧａＡｓバッファを成長させた。
いて、ＧａＡｓ（００１）基板上へ、Ｇａの結晶を成長
させた。まずはじめに、ＳＴＭ上下機構（３）により、
ＳＴＭ（２）をＭＢＥ装置（１）の下部に格納し、ＭＢ
Ｅ成長方法により、ＧａＡｓ基板表面をクリーニングし
てＧａＡｓバッファを成長させた。
【００２１】その後、試料の基板（４）の温度を維持し
たままＳＴＭを上昇させ、基板ホルダー（１１）の下方
から、基板ホルダー（１１）の対向面において突起（２
３）により３点で捕らえて基板ホルダー（１１）を持ち
上げた。その結果、基板ホルダー（１１）は基板加熱機
構（１４）から分離され、基板ホルダー（１１）と基板
加熱機構（１４）との間に存在する広いクリアランス
（１７）を介して基板ホルダー（１１）はＳＴＭ（２）
と単独で合体した。
たままＳＴＭを上昇させ、基板ホルダー（１１）の下方
から、基板ホルダー（１１）の対向面において突起（２
３）により３点で捕らえて基板ホルダー（１１）を持ち
上げた。その結果、基板ホルダー（１１）は基板加熱機
構（１４）から分離され、基板ホルダー（１１）と基板
加熱機構（１４）との間に存在する広いクリアランス
（１７）を介して基板ホルダー（１１）はＳＴＭ（２）
と単独で合体した。
【００２２】この状態において、ＳＴＭ探針（２２）を
基板（４）表面に接近させ、ＳＴＭ観察モードとした。
次に、Ｇａ分子線セルのシャッターを開閉して、原料を
１原子層分供給し、ＳＴＭ観察を行った。そして、５０
ｎｍ×５０ｎｍの観察範囲に、約１ｎｍのＧａクラスタ
ーが多数発生していることを確認した。この結果により
Ｇａ初期成長過程を明らかにすることができた。
基板（４）表面に接近させ、ＳＴＭ観察モードとした。
次に、Ｇａ分子線セルのシャッターを開閉して、原料を
１原子層分供給し、ＳＴＭ観察を行った。そして、５０
ｎｍ×５０ｎｍの観察範囲に、約１ｎｍのＧａクラスタ
ーが多数発生していることを確認した。この結果により
Ｇａ初期成長過程を明らかにすることができた。
【００２３】図５は、温度２００℃でのＭＢＥ結晶成長
において、ＧａＡｓ（００１）基板上にＧａ分子線約１
原子層分供給直後のＳＴＭ像を示したものである。もち
ろん、この発明においては、Ｇａ分子線量を自由に変え
ることができ、また、ＧａとＡｓ分子線の同時供給や、
Ｉｎなどの別の原料の供給も可能である。また、導電性
であればＧａＡｓ基板以外での観察も可能である。
において、ＧａＡｓ（００１）基板上にＧａ分子線約１
原子層分供給直後のＳＴＭ像を示したものである。もち
ろん、この発明においては、Ｇａ分子線量を自由に変え
ることができ、また、ＧａとＡｓ分子線の同時供給や、
Ｉｎなどの別の原料の供給も可能である。また、導電性
であればＧａＡｓ基板以外での観察も可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上、詳しく述べたように、この出願の
発明により、ＭＢＥ装置とＳＴＭを完全一体させること
により、従来困難とされてきた原子レベルでの結晶成長
実空間観察が可能となり、量子ナノ構造の品質管理の向
上のみならず、結晶成長のメカニズム等の解明に大きく
貢献することが可能となる。
発明により、ＭＢＥ装置とＳＴＭを完全一体させること
により、従来困難とされてきた原子レベルでの結晶成長
実空間観察が可能となり、量子ナノ構造の品質管理の向
上のみならず、結晶成長のメカニズム等の解明に大きく
貢献することが可能となる。
【図１】この発明の装置構成の全体概要を例示した概略
図である。
図である。
【図２】基板ホルダーとＳＴＭとの合体を例示した概略
図である。
図である。
【図３】合体のための構造を例示した拡大概要図であ
る。
る。
【図４】基板ホルダー上の基板とＳＴＭの突起との位置
関係を例示した平面概要図である。
関係を例示した平面概要図である。
【図５】実施例としてのＧａ層のＳＴＭ像を例示した図
面に代わる写真である。
面に代わる写真である。
【図６】従来の装置を示した概略図である。
１ 分子線エピタキシィ装置：ＭＢＥ ２ 走査型トンネル顕微鏡：ＳＴＭ ３ ＳＴＭ上下機構 ４ 基板 １１ 基板ホルダー １２ 分子線セル １３ 液体窒素シュラウド １４ 基板加熱機構 １５ ピン １６ 切欠き １７ クリアランス ２１ 防熱保護シールド ２２ ＳＴＭ探針 ２３ 突起 ２４ ＳＴＭスキャナー
Claims (3)
- 【請求項１】 基板加熱機構を持つ基板ホルダーが配置
された分子線エピタキシィ装置に走査型トンネル顕微鏡
が一体化された装置であって、分子線エピタキシィ装置
の真空容器内において、探針を持つ走査型トンネル顕微
鏡本体を前記基板ホルダーに対して対向させて前後動さ
せる移動機構を備えているとともに、前記走査型トンネ
ル顕微鏡本体は、前記真空容器内の蒸気圧雰囲気や放射
熱に対して防熱保護シールドされており、かつ、前記基
板ホルダーは、走査型トンネル顕微鏡による観察時には
その本体の当接によってのみ支持されることを特徴とす
る結晶成長観察装置。 - 【請求項２】 基板ホルダーは、クリアランスを介して
基板加熱機構ケーシングに連結され、走査型トンネル顕
微鏡による観察時には、連結状態が解決されて基板ホル
ダーが走査型トンネル顕微鏡本体によってのみ支持され
る請求項１の結晶成長観察装置。 - 【請求項３】 基板加熱機構ケーシングに設けたピンに
より、基板ホルダーは切欠係止部において連結されてい
る請求項２の結晶成長観察装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34041397A JP3188913B2 (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 結晶成長観察装置 |
| US09/206,976 US6074485A (en) | 1997-12-10 | 1998-12-08 | Crystal growth observing apparatus using a scanning tunneling microscope |
| DK98310092T DK0936291T3 (da) | 1997-12-10 | 1998-12-09 | Krystalvækstobservationsapparat |
| DE69829641T DE69829641T2 (de) | 1997-12-10 | 1998-12-09 | Vorrichtung zur Beobachtung der Züchtung eines Kristalles |
| EP98310092A EP0936291B1 (en) | 1997-12-10 | 1998-12-09 | Crystal growth observing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34041397A JP3188913B2 (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 結晶成長観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11171692A true JPH11171692A (ja) | 1999-06-29 |
| JP3188913B2 JP3188913B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=18336716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34041397A Expired - Lifetime JP3188913B2 (ja) | 1997-12-10 | 1997-12-10 | 結晶成長観察装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6074485A (ja) |
| EP (1) | EP0936291B1 (ja) |
| JP (1) | JP3188913B2 (ja) |
| DE (1) | DE69829641T2 (ja) |
| DK (1) | DK0936291T3 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1241246C (zh) * | 2001-09-10 | 2006-02-08 | 松下电器产业株式会社 | 膜评价方法、温度测定方法及半导体装置的制造方法 |
| CN104749325B (zh) * | 2015-04-13 | 2016-09-21 | 清华大学 | 原位输运性质测量方法 |
| CN111876729B (zh) * | 2020-07-02 | 2021-08-13 | 中国科学技术大学 | 一种stm-mbe联用系统 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62174699A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-31 | 富士写真フイルム株式会社 | 記録用フイルム |
| US4732108A (en) * | 1986-08-26 | 1988-03-22 | The Perkin-Elmer Corporation | Apparatus for monitoring epitaxial growth |
| US5323003A (en) * | 1991-09-03 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Scanning probe microscope and method of observing sample by using such a microscope |
| JPH05203406A (ja) * | 1992-01-24 | 1993-08-10 | Sony Corp | Ｓｔｍ、ｆｉｍ及びｍｂｅ複合装置 |
| US5582646A (en) * | 1994-10-21 | 1996-12-10 | J.A. Woollam Co. Inc. | Ellipsometer/polarimeter based process monitor and control system suitable for simultaneous retrofit on molecular beam epitaxy system RHEED/LEED interface system, and method of use |
| US5455420A (en) * | 1994-07-12 | 1995-10-03 | Topometrix | Scanning probe microscope apparatus for use in a scanning electron |
| JP2912842B2 (ja) * | 1995-01-17 | 1999-06-28 | 株式会社エイコー・エンジニアリング | 薄膜形成装置 |
-
1997
- 1997-12-10 JP JP34041397A patent/JP3188913B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-12-08 US US09/206,976 patent/US6074485A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-12-09 DK DK98310092T patent/DK0936291T3/da active
- 1998-12-09 DE DE69829641T patent/DE69829641T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1998-12-09 EP EP98310092A patent/EP0936291B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69829641D1 (de) | 2005-05-12 |
| EP0936291A1 (en) | 1999-08-18 |
| DE69829641T2 (de) | 2005-09-08 |
| JP3188913B2 (ja) | 2001-07-16 |
| US6074485A (en) | 2000-06-13 |
| EP0936291B1 (en) | 2005-04-06 |
| DK0936291T3 (da) | 2005-04-25 |
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