JPS61186284A - 分子線エピタキシ−装置 - Google Patents

分子線エピタキシ−装置

Info

Publication number
JPS61186284A
JPS61186284A JP60025467A JP2546785A JPS61186284A JP S61186284 A JPS61186284 A JP S61186284A JP 60025467 A JP60025467 A JP 60025467A JP 2546785 A JP2546785 A JP 2546785A JP S61186284 A JPS61186284 A JP S61186284A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
growth
molecular beam
holder
monitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60025467A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Ide
雄一 井手
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP60025467A priority Critical patent/JPS61186284A/ja
Publication of JPS61186284A publication Critical patent/JPS61186284A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は成長中に膜厚および組成のモニターが可能な分
子線エピタキシー(Molecular BeamEp
 i taxy r以下MBEという)装置に関する。
〔従来の技術〕
半導体基板上に薄層エピタキシャル結晶成長を行う方法
としてMBE法がある。
第2図に従来のMBE装置の概略断面図を示す。
MBE法はイオンポンプ等によって超高真空とする成長
室l中に成長させたい結晶を構成する元素を含む蒸発原
料を加熱し分子線状に噴出させる分子線源2と、この分
子線源2より切離して制御可能な基板ホルダー3とを設
け、分子線源2から基板4に向けて原料元素の分子線2
1を噴出させてエピタキシャル成長を行うものである。
MBE法ではシャッター5の開閉によ)、個々の分子線
21の断続並びに蒸発源の温度設定により分子線強度の
変調制御を行うことができる。
従来のMBE装置ではこの分子線強度をモニターするた
めにイオンゲージ6あるいは質量分析計7を用いていた
。即ち、結晶成長後に真空中から基板4を取υ出し、成
長した膜厚を顕微鏡等で測定し、更に組成をホトルミネ
ッセンス法や、X線回折法により測定し、その結果から
以後の成長に必要な分子線強度を求めて設定していた。
この方法ではイオンゲージや質量分析計の感度が成長毎
に異なるため必ずしも再現性が良く無く、所望の膜厚、
組成を得る上で問題があった。また、成長中、膜厚や組
成をその場で知ることは困難であった。
一方、従来のMBE装置には基板4表面の清浄度や平坦
性をその場観察するために反射型高速電子線回折(Re
flection Hlgh Energy Elec
tronDiffraction 、 RHEED )
装置が設けられている。
RHEED装置は、図に示されるように、電子銃81か
ら基板4表面に10〜4 Q KeVの高速電子線83
を約1度の仰角で当て、反射された電子が蛍光スクリー
ン82に当るように設置されている。
最近、成長中の基板4表面のRHEED像を観察するこ
とによりその場で膜厚や、成長速度、更に結晶が混晶で
あればその組成が知れることが明らかになった(第16
回 固体素子・材料コンファレンス講演予稿集 LD−
6−7、44ページ)。これは、適当な成長条件の下で
は反射した電子線の強度、即ちスクリーン82上の蛍光
の輝度が1原子または1分子層成長する毎に振動するこ
とを利用するものである。
第3図はこの振動の原理を説明する図である。
基板4表面に到達した分子または原子の表面被覆率が1
.0の時、(a)のように表面が原子オーダーで平坦に
なり、反射電子線の強度は最大値をとり、被覆率が0.
5の時、(b)のように電子線の散乱が最大となって反
射電子線の強度は最小値をとる。このため輝度が振動し
て視えるのである。従って、螢光スクリーン82上の反
射スポットの輝度の振動の1周期は一原子層分の成長に
対応しており、振動を観測すれば、成長された膜厚や、
成長速度を直接側ることができる。また、この方法によ
れば、成長中の混晶の組成を知ることも同時にできる。
第4図は、GaAs基板上にAJxGa 1−必S混晶
を成長させた時の<ioo>方向のRHEED振動の様
子を示した図である。GaAsの成長中とAllAmの
成長中の振動の周波数fca*B + fhlhaの違
いは、そのまま成長速度の差を表している。AgGaA
s混晶が成長されているときはGaのAlの両刃の原子
を蒸発させているので周波数fh□GaABはfaa人
、とfAJ人、の和となっている。このとき、混晶のA
AAs組成比XはX= fhlhs/f、J、GaムB
 = fh)−hB/ft4hB  ” f人JASに
より計算される。
従って、あらかじめGaAtrとAtAfiとを成長さ
せてfG * A *とfA、A、を求めておき、得ら
れるA’xGa 1−xAsの混晶比Xを予測すること
により所望のXが得られるように分子線強度を調整する
ことができる。また、/GaAsかfA I A aが
わかっていればAI−xGa 1− xAsの成長中に
、そのとき得られているXが直ちに求められる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述したように、RHEEDの振動現象を用いれば、成
長中に成長速度、膜厚、組成がわかるが、この方法には
以下に述べるような問題点がある。即ち、第4図にも示
されているようにRHEED振動の振幅は成長条件に敏
感で、減衰しやすく、成長中の分子線強度の調整や、シ
ャッター5の開閉制御に充分なほど長時間観測できない
ことである。これは基板温度が約550℃でA8の分子
線強度とGaおよびAtの分子線強度の比が2以下の時
であった。減衰の理由は以下のように説明されている。
基板温度が低く500℃以下のときにはGaやUの表面
拡散速度が小さいために成長表面の凹凸を埋切る前に次
の分子層が成長し、結果的に原子オーダでの平坦性が得
られないため振動の振幅が減衰する。逆に基板温度かた
かく、600℃以上とすると、平坦な表面がすばやくで
きてしまうのでRI’IEEDで視ている範囲内に原子
オーダの凹凸がなく振動がおこらない。このように従来
の技術では基板温度の選択の幅が狭く、特に600℃以
上の高温成長が出来ないため高品質なAAGmAg結晶
を得ることができなかった。また、MBE法では膜面内
の膜厚と組成の均一性を高めるために通常基板を回転し
ながら成長を行うが、基板を回転するとRHEED像も
変ってしまうのでRHEKD振動を利用するときは結晶
の均一性を高められなかった。
本発明の目的は、上述の問題点に鑑みR1(EED振動
を利用して成長速度、膜厚、組成をその場でモニターし
ながら、600℃以上の基板温度で高品質、高均一性の
結晶を成長できる分子線エビヒタキシー装置を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、分子線の照射される空間内に、所望の結晶成
長用の基板を装着する成長用基板ホルダーと、モニター
用の基板を装着する前記成長用基板ホルダーとは別に加
熱可能なモニター用基板ホルダーとを有し、前記モニタ
ー用の基板の表面を反射高速電子線回折により分析可能
な如く電子銃と回折像観察用のスクリーンとを具備した
分子線エピタキシー装置である。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
第1図は本発明の一実施例によるMBE装置の概略断面
図である。尚、図において従来と同一の構成部分は第2
図と同一の番号をもって示した。成長に必要な分子線が
分子線源2から照射される範囲内に、成長用の基板4の
ための基板ホルダー3とモニター用基板9のための基板
ホルダー10とを設置する。更にモニター用基板9の表
面のRHEED振動が観察できるような位置に、 RH
EED装置の電子銃81と螢光スクリーン82とを配置
する。成長用基板ホルダー3は結晶の膜面内均−性を高
められるよ5回転できるようにし、ヒータによ)基板温
度を制御できるようになっている。一方のモニター用基
板ホルダー9は、前記基板ホルダー3とは別に温度制御
できるものである。以上説明した本発明の構成によれば
、モニター用基板9の温度をBREED振動が最適な状
態で観測できる温度し、膜厚、成長速度、組成のモニタ
ーを行いながら同時に成長用基板4の温度範囲に選んで
成長できる。
更に、回転もできるので均一性も優れた高品質な結晶を
得ることができる。
なお、成長用基板ホルダー3とモニター用基板ホルダー
10はなるべく互いに近すけて設置し、両者に装着した
基板の表面に達する分子線強度が大きく違わないように
した。成長用基板ホルダー1は均一性向上のため成長用
基板4を少なくとも毎分5回転できるような機構を設け
た。モニター用基板9はRHEED振動を観測しやすい
ように回転できるようになっているが高速で回転できる
必要はない。最適な状態でRI(EED振動を視るため
に電子線の入射角が変化できるのが望ましい。このため
にモニター用基板9と電子銃81の両方または一方は取
シ付は角度が変化できるような機構を設けた。
入射仰角が約1°で、電子線の加速エネルギーが10乃
し40keVが適当である。
GaA1基板上にGILA!I、ktAs、またはA、
IaAs混晶を成長する場合、モニター用GaAs基板
9の温度を550℃に設定し、成長用GaAg基板4の
温度は良質のん処aAsが得られる630℃とした。成
長用GaAs基板4の温度は500℃以下でも600℃
以上でも良いが、650℃以上ではGa原子の再蒸発が
顕著となシモニター用GaAs基板9上への成長速度や
組成とは異なってしまうので補正が必要である・〔発明
の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば成長中に
その場で成長速度、膜厚、及び混晶の組成をモニターし
つつ高品質、高均一性の結晶を成長することが可能にな
る。上述した本発明の一実施例を用いてGaAs、AJ
lAs 、およびAt(100m(1BAIを成長した
とき、RHEED振動は数回で減衰することなく充分長
い間観測され、成長中に成長速度やそのときまでに成長
した膜厚を知ることができる。また確実にAA!、、、
Gm8ABが成長できるように分子線強度を調整しなが
ら成長することができる。尚、上述の実施例では、Ga
As基板4上に成長する場合について記したが、工np
+Ga5bといった他の化合物半導体基板上へのエピタ
キシー成長にも本発明は有効である。また、組成のモニ
ターについては意味がないが、St、Geといった単元
素半導体等の結晶についても同様である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の分子線エピタキシー装置の一実施例の
概略断面図、第2図は従来の分子線エピタキシー装置の
概略断面図、第3図(a) 、 (b)はRHEED振
動の理由を示した説明図、第4図はGaAs +AA!
As + AlGmAgを成長中のRHEED振動を示
した説明図である。 l・・・成長室、2・・・分子線源、3・・・成長用基
板ホルダー、4・・・成長用基板、5・・・シャター、
6・・・イオンゲージ、7・・・質量分析計、9・・・
モニター用基板、10・・・モニター用基板ホルダー、
21・・・分子線、81・・・電子銃% 82・・・螢
光スクリーン、83・・・高速電子線 10七ニタ一用屋4反ホルタゝ 第2図 二統 第3図 ゛ 第4図 時間 (分)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)分子線の照射される空間内に、所望の結晶成長用
    の基板を装着する成長用基板ホルダーと、モニター用の
    基板を装着する前記成長用基板ホルダーとは別に加熱可
    能なモニター用基板ホルダーとを有し、前記モニター用
    の基板の表面を反射高速電子線回折により分析可能な如
    く電子銃と回折像観察用のスクリーンとを具備したこと
    を特徴とする分子線エピタキシー装置。
JP60025467A 1985-02-13 1985-02-13 分子線エピタキシ−装置 Pending JPS61186284A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60025467A JPS61186284A (ja) 1985-02-13 1985-02-13 分子線エピタキシ−装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60025467A JPS61186284A (ja) 1985-02-13 1985-02-13 分子線エピタキシ−装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61186284A true JPS61186284A (ja) 1986-08-19

Family

ID=12166829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60025467A Pending JPS61186284A (ja) 1985-02-13 1985-02-13 分子線エピタキシ−装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61186284A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0363569U (ja) * 1989-10-20 1991-06-20
US5171399A (en) * 1990-08-15 1992-12-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Reflection mass spectrometry technique for monitoring and controlling composition during molecular beam epitaxy
JP2006253414A (ja) * 2005-03-10 2006-09-21 National Institute Of Information & Communication Technology Si基板上への半導体薄膜形成方法及びその構造物

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0363569U (ja) * 1989-10-20 1991-06-20
JPH0523572Y2 (ja) * 1989-10-20 1993-06-16
US5171399A (en) * 1990-08-15 1992-12-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Reflection mass spectrometry technique for monitoring and controlling composition during molecular beam epitaxy
JP2006253414A (ja) * 2005-03-10 2006-09-21 National Institute Of Information & Communication Technology Si基板上への半導体薄膜形成方法及びその構造物

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5588995A (en) System for monitoring the growth of crystalline films on stationary substrates
Darby et al. Nucleation and growth of gold films on graphite: I. Effects of substrate condition and evaporation rate
JPS61186284A (ja) 分子線エピタキシ−装置
Chevrier et al. Influence of kinetic roughening on the epitaxial growth of silicon
DE102021200213A1 (de) Verwölbungsmessvorrichtung, Gasphasenabscheidungsvorrichtung und Verwölbungsmessverfahren
Burland et al. Pseudomorphic behaviour and interdiffusion between palladium films and silver and gold
Matsubara et al. Growth of LiNbO3 epitaxial films by oxygen radical-assisted laser molecular beam epitaxy
JPH01294594A (ja) 分子線エピタキシャル成長装置
Braunstein et al. Microstructural evolution and epitaxial alignment of thin films of lithium niobate deposited onto sapphire by metallo-organic decomposition
JPS61190920A (ja) 分子線結晶成長装置
JPS61127695A (ja) 分子線結晶成長装置
Wilkinson Probing local strain fields using electron diffraction in the scanning electron microscope
JPS63215591A (ja) 分子線エピタキシ−装置における電子線回折による結晶表面評価装置
JP2643328B2 (ja) 分子線結晶成長装置
JPH01278496A (ja) 薄膜製造方法
Juza et al. Observation of RHEED intensity variations during ALE-Growth of CdTe-Epilayers
JPS6215407A (ja) 結晶膜厚測定法
Dixit et al. Kikuchi rings from polycrystalline platinum films with a< 111> fiber axis
Bader et al. Real-time in situ x-ray diffraction as a method to control epitaxial growth
JPH02218946A (ja) 反射高速電子線回折装置
JPH0789792A (ja) 分子線エピタキシャル装置
JPH06280014A (ja) 薄膜成長表面その場評価法及び薄膜形成装置
JPH0350183A (ja) 結晶成長方法および結晶成長装置
Olekhnovich et al. Dynamical Oscillations of X‐Ray Integrated Intensity in Laue Diffraction and Their Temperature Dependences for Si Dislocation Crystals
JPH0439918A (ja) 硫化鉛系単結晶薄膜の成長方法