JPS625631A - 分子線結晶成長装置及び分子線結晶成長方法 - Google Patents
分子線結晶成長装置及び分子線結晶成長方法Info
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- JPS625631A JPS625631A JP14617485A JP14617485A JPS625631A JP S625631 A JPS625631 A JP S625631A JP 14617485 A JP14617485 A JP 14617485A JP 14617485 A JP14617485 A JP 14617485A JP S625631 A JPS625631 A JP S625631A
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- Japan
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- molecular beam
- temperature
- molecular
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- Pending
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
分子線結晶成長法、あるいはＭｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｂ
ｅａｍＥｐｉｔａｘｙ、略称ＭＢＥ法は化合物半導体を
数ｎｍという非常に薄いエピタキシアル層として高精度
に積層可能であり、化合物半導体を用いたデバイスの開
発、製造に使用されつつあるが、ＭＢＥ法の制御に重要
なる要素となる基板温度と成長速度を容易に測定可能と
した装置、及びその成長方法について説明する。
ｅａｍＥｐｉｔａｘｙ、略称ＭＢＥ法は化合物半導体を
数ｎｍという非常に薄いエピタキシアル層として高精度
に積層可能であり、化合物半導体を用いたデバイスの開
発、製造に使用されつつあるが、ＭＢＥ法の制御に重要
なる要素となる基板温度と成長速度を容易に測定可能と
した装置、及びその成長方法について説明する。
本発明は、分子線結晶成長装置と、その成長方法の改良
に関する。
に関する。
ＭＢＥ法はＧａＡｓを主体とせるＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体から始まり…−■族、ＩＶ−ＶＩ族へと、その結晶
成長には欠くことの出来ない方法となりつつあるが、そ
の主要特徴を要約すると下記のごとくなる。
導体から始まり…−■族、ＩＶ−ＶＩ族へと、その結晶
成長には欠くことの出来ない方法となりつつあるが、そ
の主要特徴を要約すると下記のごとくなる。
（１）原子層レベルの厚さで平坦なる薄膜を形成可能で
ある。
ある。
（２）成長速度のコントロールが容易。ＭＢＥは超高真
空の下で、成長速度は分子線源の温度と、基板温度によ
って決定される。従って１原子層単位の遅い成長も可能
である。
空の下で、成長速度は分子線源の温度と、基板温度によ
って決定される。従って１原子層単位の遅い成長も可能
である。
（３）多元化合物半導体の組成比、あるいは不純物濃度
を自由に制御することが可能である。
を自由に制御することが可能である。
（４）超高真空雰囲気での分子線を用いたドライプロセ
スであるので、基板上に好ましくない不純物あるいは汚
染の混入の機会は非常に少ない。
スであるので、基板上に好ましくない不純物あるいは汚
染の混入の機会は非常に少ない。
以上のごとくＭＢＥ法は多くの特徴があるが、その装置
を使用するに当たって、基板の温度を正確に且つ筒便に
測定出来ること、基板上の結晶の成長速度を正確に測定
することが基本的に重要なる要素であり、これについて
更に改善が要望されている。
を使用するに当たって、基板の温度を正確に且つ筒便に
測定出来ること、基板上の結晶の成長速度を正確に測定
することが基本的に重要なる要素であり、これについて
更に改善が要望されている。
ＭＢＥ法の結晶成長では、基板に到達する分子線量は物
理的なる成長槽の構造を別とすれば、分子線源の温度で
決まる。一方結晶成長を行うためには、基板の温度を通
常５００〜７００°Ｃ程度範囲内の一定の温度に保持す
ることが必要である。
理的なる成長槽の構造を別とすれば、分子線源の温度で
決まる。一方結晶成長を行うためには、基板の温度を通
常５００〜７００°Ｃ程度範囲内の一定の温度に保持す
ることが必要である。
基板温度が必要以上に高くなると、基板より蒸着せる結
晶層が再１発を行うので、逆に結晶の成長速度は低下す
る。
晶層が再１発を行うので、逆に結晶の成長速度は低下す
る。
以上のような理由でＭＢＥ法を適用するに当た９ては、
基板温度と結晶成長速度を絶えずモニターすることが重
要となる。
基板温度と結晶成長速度を絶えずモニターすることが重
要となる。
従来の装置では、基板温度の測定には基板搭載部に熱電
対を設置する方法、あるいは赤外線放射温度計により装
置のモニター窓より測定する方法が用いられている。
対を設置する方法、あるいは赤外線放射温度計により装
置のモニター窓より測定する方法が用いられている。
また成長速度の測定法としては、装置に設置されている
質量分析計を用いて分子線源よりの分子線を直接モニタ
ーする方法、あるいは装置に付属せる電子ビーム発生源
よりビームを基板に斜めに照射し、その回折像をモニタ
ーすることにより基板上の成長速度を測る方法（ＲＨＥ
ＥＤ法）、あるいは電離真空計を用いて発生分子線を測
定する方法等が使用されている。
質量分析計を用いて分子線源よりの分子線を直接モニタ
ーする方法、あるいは装置に付属せる電子ビーム発生源
よりビームを基板に斜めに照射し、その回折像をモニタ
ーすることにより基板上の成長速度を測る方法（ＲＨＥ
ＥＤ法）、あるいは電離真空計を用いて発生分子線を測
定する方法等が使用されている。
上記に述べた、従来の技術による方法での問題点を述べ
る。
る。
先ず基板温度の測定では、熱電対法は基板に近い基板搭
載部の温度測定となり、真の基板表面の測定とはならな
い。また赤外線放射温度計は、モニター窓を通しての測
定で窓のくもりによる経時変化の補正を必要とする。
載部の温度測定となり、真の基板表面の測定とはならな
い。また赤外線放射温度計は、モニター窓を通しての測
定で窓のくもりによる経時変化の補正を必要とする。
一方、成長速度の測定として質量分析計を用いるのは分
子線源よりの到達分子線のモニターにはなるが、基板よ
り逆に再蒸発する分子量を補正することが必要になる。
子線源よりの到達分子線のモニターにはなるが、基板よ
り逆に再蒸発する分子量を補正することが必要になる。
また、ＲＨＥＥＤ法による基板の成長層を、時間的にモ
ルレイヤー当たりでの回折像として、装置に付属せる螢
光板の窓によりモニターするのも精度的に難しいという
問題がある。
ルレイヤー当たりでの回折像として、装置に付属せる螢
光板の窓によりモニターするのも精度的に難しいという
問題がある。
また、成長速度を電離真空計で測定するには、蒸発を行
う複数の各分子線をそれぞれ分離して測定することが必
要であり困難を伴う。
う複数の各分子線をそれぞれ分離して測定することが必
要であり困難を伴う。
上記に述べたごとく基板温度、成長速度の各測定法には
それぞれ問題があり更に簡単なる方法で実施出来る方法
が望まれる。
それぞれ問題があり更に簡単なる方法で実施出来る方法
が望まれる。
上記問題点は、分子線結晶成長装置として、分子線源よ
り直接入射可能なる位置に第１の質量分析計を置き、更
に半導体基板に対向し分子線が直接入射しない位置に第
２の質量分析計を設置する装置を用いる構造によって解
決される。
り直接入射可能なる位置に第１の質量分析計を置き、更
に半導体基板に対向し分子線が直接入射しない位置に第
２の質量分析計を設置する装置を用いる構造によって解
決される。
上記分子線結晶成長装置を用いて、化合物半導体をエピ
タキシアル成長させるに当たって、第１の質量分析計に
より分子線源より直接基板に入射する分子線量を、第２
の質量分析計により基板よりの再蒸発する分子線量をモ
ニターすることにより、予め測定されている校正曲線を
用いて、半導体基板温度と基板上での結晶成長速度を計
測することが可能となる。
タキシアル成長させるに当たって、第１の質量分析計に
より分子線源より直接基板に入射する分子線量を、第２
の質量分析計により基板よりの再蒸発する分子線量をモ
ニターすることにより、予め測定されている校正曲線を
用いて、半導体基板温度と基板上での結晶成長速度を計
測することが可能となる。
第１の質量分析計は、分子線源より基板に照射する分子
線に比例した測定値を、第２の質量分析計で基板よりの
再蒸発量に比例した量が計測される。再蒸発量は基板の
温度が決まれば一定であり、初期段階で基板温度あるい
は照射分子線量をかえて、校正曲線を種々の条件で測定
しておくことにより、これと照合することで基板温度を
知ることが出来る。
線に比例した測定値を、第２の質量分析計で基板よりの
再蒸発量に比例した量が計測される。再蒸発量は基板の
温度が決まれば一定であり、初期段階で基板温度あるい
は照射分子線量をかえて、校正曲線を種々の条件で測定
しておくことにより、これと照合することで基板温度を
知ることが出来る。
また、化合物半導体の各元素の分子線源の温度を一定と
して、基板温度の変化による成長速度を予め校正曲線と
して取って置く。これを数種類の分子線源について、そ
の温度を変えた時、即ち照射量を変えた時の校正曲線を
同様に準備しておく。
して、基板温度の変化による成長速度を予め校正曲線と
して取って置く。これを数種類の分子線源について、そ
の温度を変えた時、即ち照射量を変えた時の校正曲線を
同様に準備しておく。
この特性を実際のエピタキシアル成長時に用いることに
より、基板温度が前記の方法で知れば成長速度は直ちに
求めることが出来る。
より、基板温度が前記の方法で知れば成長速度は直ちに
求めることが出来る。
本発明による一実施例を図面により詳細説明する。
第１図は本発明の分子線結晶成長装置の成長槽の部分を
概念的に断面図で示す。化合物半導体基板１は支持台２
に搭載され、支持台は加熱用のヒータ３を備えている。
概念的に断面図で示す。化合物半導体基板１は支持台２
に搭載され、支持台は加熱用のヒータ３を備えている。
４．５はそれぞれ分子線源となる部分で、例えばＧａＡ
ｓのエピタキシアル成長を行う場合は、４にはＧａ、５
にはＡｓを金属状態で分子線発生室に収容されている。
ｓのエピタキシアル成長を行う場合は、４にはＧａ、５
にはＡｓを金属状態で分子線発生室に収容されている。
結晶成長時には各分子線発生室はヒータにより加熱され
る。ＧａＡｓの場合は４は１０００℃、５は３００℃に
加熱され、これらの温度は熱電対６によりモニタされる
。
る。ＧａＡｓの場合は４は１０００℃、５は３００℃に
加熱され、これらの温度は熱電対６によりモニタされる
。
７．８はそれぞれ質量分析計であって、質量分析計には
直進して（る入射分子線のみをモニター出来るように入
射窓９が設けられている。
直進して（る入射分子線のみをモニター出来るように入
射窓９が設けられている。
第１の質量分析計７は、分子線源４，５よりの分子線の
み入射する位置に設置され、入射窓も分子線源に向かっ
て開口している。
み入射する位置に設置され、入射窓も分子線源に向かっ
て開口している。
第２の質量分析計８は、再蒸発分子のみ入射するごとく
基板に対向せる位置に設置され、基板方向にのみに窓が
設けられ、分子線源からの入射は遮蔽されている。
基板に対向せる位置に設置され、基板方向にのみに窓が
設けられ、分子線源からの入射は遮蔽されている。
いま、−例としてＧａＡｓ１板をある一定の温度に加熱
保持し、分子線源はＡｓのみ一定温度に加熱し、Ｇａの
分子線源は加熱していない状態とする。この時質量分析
計７はある一定のＡｓ分子線源からの入射量に比例した
指示値を、また質量分析計８には基板のこのときの温度
に対応した再蒸発量に比例した指示値を得る。
保持し、分子線源はＡｓのみ一定温度に加熱し、Ｇａの
分子線源は加熱していない状態とする。この時質量分析
計７はある一定のＡｓ分子線源からの入射量に比例した
指示値を、また質量分析計８には基板のこのときの温度
に対応した再蒸発量に比例した指示値を得る。
基板の温度を高くすると、質量分析計７の指示は変わら
ないが、再蒸発量は増加するので質量分析計８の指示は
上昇する。
ないが、再蒸発量は増加するので質量分析計８の指示は
上昇する。
従って、基板の温度を変えつつ再蒸発量を測定し、質量
分析計７．８の指示値の比をとると、これはＡｓの入射
分子線量に対する再蒸発量の関係を、基板の温度の関数
として表示可能となる。これを第２図の曲線へに示す。
分析計７．８の指示値の比をとると、これはＡｓの入射
分子線量に対する再蒸発量の関係を、基板の温度の関数
として表示可能となる。これを第２図の曲線へに示す。
縦軸は基板温度に対する、本成長装置での入射ΔＳ分子
線量でノルマライズされたＡｓの再蒸発量の特性を示す
。目盛は対数表示である。
線量でノルマライズされたＡｓの再蒸発量の特性を示す
。目盛は対数表示である。
この状態でＧａ分子線源をある一定の温度に加熱してＧ
ａを照射しつつ同様にＡｓの再蒸発量を測定すれば、Ａ
ｓが再蒸発量は多少減少せる同様の特性曲線Ｂを得る。
ａを照射しつつ同様にＡｓの再蒸発量を測定すれば、Ａ
ｓが再蒸発量は多少減少せる同様の特性曲線Ｂを得る。
このような特性を結晶成長を行う化合物半導体の各元素
について、最初に校正曲線として高精度に測定しておけ
ば、その後の使用時には質量分析計の計測値のみを知れ
ば、極めて簡単に基板温度を求めることが出来る。
について、最初に校正曲線として高精度に測定しておけ
ば、その後の使用時には質量分析計の計測値のみを知れ
ば、極めて簡単に基板温度を求めることが出来る。
一方、結晶の成長速度については、ＧａＡｓの結晶の成
長は、Ａｓの分子線量が充分大きいときはＧａの分子線
量によってコントロールされる。Ｇａの分子線源の温度
を変えて、何種類かの結晶成長速度について、基板温度
を変えて再蒸発のある状態での結晶成長速度を測定した
校正曲線を測定する。
長は、Ａｓの分子線量が充分大きいときはＧａの分子線
量によってコントロールされる。Ｇａの分子線源の温度
を変えて、何種類かの結晶成長速度について、基板温度
を変えて再蒸発のある状態での結晶成長速度を測定した
校正曲線を測定する。
ＧａＡｓの基板温度が６５０°Ｃ以下のときはＧａの再
蒸発は僅かであるので、ＧａＡｓの結晶成長速度は基板
よりの再蒸発の殆どない、換言すれば基板に到達せるＧ
ａは殆ど基板上にＧａＡｓとして成長する。
蒸発は僅かであるので、ＧａＡｓの結晶成長速度は基板
よりの再蒸発の殆どない、換言すれば基板に到達せるＧ
ａは殆ど基板上にＧａＡｓとして成長する。
基板温度が７００°Ｃ前後より基板からの再蒸発が急増
するので、分子線源よりの照射が変わらなくても、成長
速度は急激に低下する。
するので、分子線源よりの照射が変わらなくても、成長
速度は急激に低下する。
６５０°Ｃ以下の時の成長速度でノルマライズして、各
温度での成長速度を表示すると第３図のごとくになる。
温度での成長速度を表示すると第３図のごとくになる。
先に述べた基板温度の測定法により、基板温度が計測さ
れＧａの分子線照射量が既知のとき、第３図より成長速
度を求めることが出来る。
れＧａの分子線照射量が既知のとき、第３図より成長速
度を求めることが出来る。
〔発明０効果〕 。
以上に説明せるごとく、本発明の成長装置、及び成長方
法を用いて二つの質量分析計をモニターすることにより
、直ちに校正曲線より基板温度、及び成長速度を知るこ
とが可能となり、化合物半導体のエピタキシアル成長の
プロセスのコントロールに寄与するところ大である。
法を用いて二つの質量分析計をモニターすることにより
、直ちに校正曲線より基板温度、及び成長速度を知るこ
とが可能となり、化合物半導体のエピタキシアル成長の
プロセスのコントロールに寄与するところ大である。
第１図は本発明にかかわるう１了綿結晶成長装置の断面
図 第２図はＡｓの基板からの再蒸発特性、第３図は基板温
度と成長速度との関係、を示ず。 図面において、 １は化合物半導体基板、 ２は支持台、 ３はヒータ、 ４．５は分子線源、 ６は熱電対、 ７．８は質量分析計、 ９は入射窓、 をそれぞれ示す。
図 第２図はＡｓの基板からの再蒸発特性、第３図は基板温
度と成長速度との関係、を示ず。 図面において、 １は化合物半導体基板、 ２は支持台、 ３はヒータ、 ４．５は分子線源、 ６は熱電対、 ７．８は質量分析計、 ９は入射窓、 をそれぞれ示す。
Claims (2)
- （１）真空中で半導体元素を加熱し、該半導体の分子線
として取り出し、加熱された基板（１）上に照射して、
該基板上にエピタキシアル成長層を形成する装置におい
て、 前記分子線が入射可能なる位置に第１の質量分析計（７
）、更に前記基板（１）に対向し前記分子線が直接入射
しない位置に第２の質量分析計（８）を設置することを
特徴とする分子線結晶成長装置。 - （２）基板上に分子線を照射して、エピタキシアル成長
層を形成する際に、第１の質量分析計（７）により分子
線源（４）、（５）より基板に入射する分子線量を検出
し、第２の質量分析計（８）により基板（１）よりの再
蒸発する分子線量を検出することにより、該基板温度と
該エピタキシアル成長層の結晶成長速度を計測すること
を特徴とする分子線結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14617485A JPS625631A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 分子線結晶成長装置及び分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14617485A JPS625631A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 分子線結晶成長装置及び分子線結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625631A true JPS625631A (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=15401808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14617485A Pending JPS625631A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 分子線結晶成長装置及び分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS625631A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS546879A (en) * | 1977-06-20 | 1979-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing apparatus for thin film of ii-vi group compounds |
| JPS55160421A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and device for thin film growth |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP14617485A patent/JPS625631A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS546879A (en) * | 1977-06-20 | 1979-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing apparatus for thin film of ii-vi group compounds |
| JPS55160421A (en) * | 1979-05-31 | 1980-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and device for thin film growth |
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