JPH01123412A - 半導体結晶気相成長装置 - Google Patents
半導体結晶気相成長装置Info
- Publication number
- JPH01123412A JPH01123412A JP28165787A JP28165787A JPH01123412A JP H01123412 A JPH01123412 A JP H01123412A JP 28165787 A JP28165787 A JP 28165787A JP 28165787 A JP28165787 A JP 28165787A JP H01123412 A JPH01123412 A JP H01123412A
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- Japan
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- semiconductor substrate
- growth
- semiconductor
- intensity
- substrate
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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
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体基板上にエピタキシャル成長を行う気相成長装置
において、 −Ｍ毎にエピタキシャル成長していく過程を“その場”
観察を可能にすることを目的とし、半導体レーザに所望
の組成比をもつ半導体結晶をエピタキシャル成長させる
気相成長装置において、結晶成長が行われている半導体
基板にレーザ照射を行う照射系と、該半導体基板より反
射するレーリー散乱光の強度変化を測定する測定系と、
を備ることにより、各分子層ごとの成長の“その場”観
察を可能とするように半導体結晶気相成長装置を構成す
る。
において、 −Ｍ毎にエピタキシャル成長していく過程を“その場”
観察を可能にすることを目的とし、半導体レーザに所望
の組成比をもつ半導体結晶をエピタキシャル成長させる
気相成長装置において、結晶成長が行われている半導体
基板にレーザ照射を行う照射系と、該半導体基板より反
射するレーリー散乱光の強度変化を測定する測定系と、
を備ることにより、各分子層ごとの成長の“その場”観
察を可能とするように半導体結晶気相成長装置を構成す
る。
本発明は結晶成長の過程を観察できる機能を備えた半導
体結晶気相成長装置に関する。
体結晶気相成長装置に関する。
半導体ｒＣや半導体レーザなど半導体デバイスの形成に
エピタキシャル成長或いはへテロエピタキシャル成長技
術は多用されており、その多くは化学気相成長法（Ｃｈ
ｅｏ＋１ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ略
してＣＶＤ法）を用いて行われている。
エピタキシャル成長或いはへテロエピタキシャル成長技
術は多用されており、その多くは化学気相成長法（Ｃｈ
ｅｏ＋１ｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ略
してＣＶＤ法）を用いて行われている。
この方法は化学反応を用いて気相から結晶を成長させる
方法であり、反応ガスの供給量を外部から制御し易いの
で二元系以外に三元系の半導体、例えばガリウム・砒素
・燐（Ｇａ ＡＳＩ−Ｘ Ｐ ｘ Ｌインジウム・ガリ
ウム・燐（Ｉｎ Ｇａ１−、ＩＰ Ｘ）などの結晶も成
長させることができる。
方法であり、反応ガスの供給量を外部から制御し易いの
で二元系以外に三元系の半導体、例えばガリウム・砒素
・燐（Ｇａ ＡＳＩ−Ｘ Ｐ ｘ Ｌインジウム・ガリ
ウム・燐（Ｉｎ Ｇａ１−、ＩＰ Ｘ）などの結晶も成
長させることができる。
そして、半導体基板の格子定数と成長層の格子定数とを
一致させるため、混合比Ｘを徐々に変化させて成長させ
ることができる。
一致させるため、混合比Ｘを徐々に変化させて成長させ
ることができる。
また、半導体基板を反応管の中に複数個配置することも
できる。゛ 然し、反応ガスの供給量をバルブ操作で行い、バルブ位
置から反応ガスが半導体基板に到達するのに時間を要す
ることがら膜厚の精密な制御は困難である。
できる。゛ 然し、反応ガスの供給量をバルブ操作で行い、バルブ位
置から反応ガスが半導体基板に到達するのに時間を要す
ることがら膜厚の精密な制御は困難である。
一方、最近盛んに研究が進められている量子井戸レーザ
、高電子移動度トランジスタ（略称ＨＥＭＴ）、ホット
エレクトロントランジスタなどの半導体デバイスでは急
峻なヘテロ界面の形成が不可欠であり、か＼るヘテロエ
ピタキシャル成長には分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｙｔａｘｙ略称ＭＢＥ）が
適している。
、高電子移動度トランジスタ（略称ＨＥＭＴ）、ホット
エレクトロントランジスタなどの半導体デバイスでは急
峻なヘテロ界面の形成が不可欠であり、か＼るヘテロエ
ピタキシャル成長には分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｙｔａｘｙ略称ＭＢＥ）が
適している。
本発明は有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎ
ｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｙｔａｘｙ略称Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いて成長層を一分子層ごとに成長を“
その場”観察できる半導体結晶気相成長装置に関するも
のである。
ｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｙｔａｘｙ略称Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いて成長層を一分子層ごとに成長を“
その場”観察できる半導体結晶気相成長装置に関するも
のである。
先に記した分子線エピタキシー法（以下略してＭＢｔＥ
法）は真空蒸着法を改良して高度化した方法であって、
結晶成長材料を方向のほぼ揃った分子の流れ、すなわち
分子線を高真空状態で半導体基板に供給してエピタキシ
ャル成長を行わしめるものである。
法）は真空蒸着法を改良して高度化した方法であって、
結晶成長材料を方向のほぼ揃った分子の流れ、すなわち
分子線を高真空状態で半導体基板に供給してエピタキシ
ャル成長を行わしめるものである。
具体的には、１Ｏ−１０ｔｏｒｒ程度の超高真空中に被
処理半導体基板を置き、これに三成分系の半導体を成長
させる場合には、それぞれの成分元素を入れた三個の分
子線源を対向させて配置し、各分子線源の加熱温度を調
節して所望の量比で成分元素を噴出させ、半導体基板に
衝突させて結晶成長を行うものである。
処理半導体基板を置き、これに三成分系の半導体を成長
させる場合には、それぞれの成分元素を入れた三個の分
子線源を対向させて配置し、各分子線源の加熱温度を調
節して所望の量比で成分元素を噴出させ、半導体基板に
衝突させて結晶成長を行うものである。
か＼るＭＢＥを行うＭＢＩＥ装置には一般に高エネルギ
ー電子回折（旧ｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｉｆｆｒａｃｔｉ。
ー電子回折（旧ｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｉｆｆｒａｃｔｉ。
ｎ略してＩＩＥＨＤ）装置の電子銃が備えられており、
この電子銃から電子を結晶成長が行われている半導体基
板に出射し、反射してくるアールヒート信号（以後ＲＨ
ＥＥＤ信号、Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅ
ｒｇｙ Ｂｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎの
略）の強度変化を測定することにより成長過程の“その
場”観察が行われている。
この電子銃から電子を結晶成長が行われている半導体基
板に出射し、反射してくるアールヒート信号（以後ＲＨ
ＥＥＤ信号、Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅ
ｒｇｙ Ｂｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎの
略）の強度変化を測定することにより成長過程の“その
場”観察が行われている。
一方、ＭＯＶＰＥ装置は反応ガスとして有機金属化合物
を用い、また水素（Ｈｚ）などのキャリアガスを用いる
ことから、ＭＢＥ装置のように高エネルギー電子回折装
置を設け、エピタキシャル層の成長過程をＲＨＥＥＤ信
号を用いるような“その場”観察はできず、別な観察技
術を用いることが必要であり、ＨＥＥＤに類似した観察
装置を備えたＭＯＶＰＥ装置の実現が望まれていた。
を用い、また水素（Ｈｚ）などのキャリアガスを用いる
ことから、ＭＢＥ装置のように高エネルギー電子回折装
置を設け、エピタキシャル層の成長過程をＲＨＥＥＤ信
号を用いるような“その場”観察はできず、別な観察技
術を用いることが必要であり、ＨＥＥＤに類似した観察
装置を備えたＭＯＶＰＥ装置の実現が望まれていた。
以上記したように急峻なヘテロ界面の形成が不可欠な半
導体デバイスの需要が増加するに従って、量産に適した
ｌｌ０ｖＰＥ法を用い、ＲＨＥ Ｅ Ｄ信号のように“
その場”観察できる装置を備えた半導体結晶気相成長装
置を実用化することが課題である。
導体デバイスの需要が増加するに従って、量産に適した
ｌｌ０ｖＰＥ法を用い、ＲＨＥ Ｅ Ｄ信号のように“
その場”観察できる装置を備えた半導体結晶気相成長装
置を実用化することが課題である。
上記の課題は半導体基板上に所望の組成比をもつ半導体
結晶をエピタキシャル成長させる気相成長装置において
、結晶成長が行われている半導体基板にレーザ照射を行
う照射系と、該半導体基板より反射するレーリー散乱光
の強度変化を測定する測定系とを備ることにより、各分
子層ごとの成長の“その場”観察を可能にした半導体結
晶気相成長装置の使用により解決することができる。
結晶をエピタキシャル成長させる気相成長装置において
、結晶成長が行われている半導体基板にレーザ照射を行
う照射系と、該半導体基板より反射するレーリー散乱光
の強度変化を測定する測定系とを備ることにより、各分
子層ごとの成長の“その場”観察を可能にした半導体結
晶気相成長装置の使用により解決することができる。
本発明は電子線の代わりにレーザ光を照射してエピタキ
シャル成長が行われている半導体結晶面で反射させ、そ
の際に生ずるレーリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）散乱光の強
度を“その場”観察できる装置をＭＯＶＰＥ装置に具備
するものである。
シャル成長が行われている半導体結晶面で反射させ、そ
の際に生ずるレーリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）散乱光の強
度を“その場”観察できる装置をＭＯＶＰＥ装置に具備
するものである。
こ−で、レーリー散乱とは光の散乱の内、波長に較べて
充分に小さい微粒子により起こるもので、波長変化を伴
わない散乱を云い、Ｅのエネルギーをもつレーザ光を基
板に対し、斜めより投射角αで照射した場合に、大部分
の光は同じ反射角αで反射するが、同じＥのエネルギー
をもって基板面の垂直方向に一定の角度分布で散乱する
光がレリー散乱光である。
充分に小さい微粒子により起こるもので、波長変化を伴
わない散乱を云い、Ｅのエネルギーをもつレーザ光を基
板に対し、斜めより投射角αで照射した場合に、大部分
の光は同じ反射角αで反射するが、同じＥのエネルギー
をもって基板面の垂直方向に一定の角度分布で散乱する
光がレリー散乱光である。
本発明は、基板面にレーザ光を照射する場合にレーリー
散乱光の強度が基板面の状態により異なることを利用す
るものである。
散乱光の強度が基板面の状態により異なることを利用す
るものである。
第１図は本発明の原理図であって、横軸にはエピタキシ
ャル成長時間を、また縦軸にはレーリー散乱光強度を示
している。
ャル成長時間を、また縦軸にはレーリー散乱光強度を示
している。
なお、同図のＡ図はエピタキシャル成長が進んで半導体
結晶面１の半分程度までエピタキシャル成長層２で覆わ
れた状態を示しており、この状態ではレーリー散乱光の
強度は強い。
結晶面１の半分程度までエピタキシャル成長層２で覆わ
れた状態を示しており、この状態ではレーリー散乱光の
強度は強い。
一方、同図のＢ図は半導体結晶面１の全域がエピタキシ
ャル成長Ｎ２により覆われた状態を示し、この場合はレ
リー散乱光の強度は弱い。
ャル成長Ｎ２により覆われた状態を示し、この場合はレ
リー散乱光の強度は弱い。
さて、半導体結晶面１上でのエピタキシャル成長は格子
エネルギーの計算から結晶基板の面よりも縁の部分が原
子が落ち着く際に発生するエネルギーが大きいことから
、このできかけ（キンク位置）を起点としてＸＹの二方
向に急速に結晶成長が進んで−Ｎ （Ｏｎｅ−１ａｙｅ
ｒ）の成長が終わり、またキンク位置から層成長が進ん
で層毎に（Ｌａｙｅｒ−ｂｙ−１ａｙｅｒ）にエピタキ
シャル成長が進んで行くことが知られている。
エネルギーの計算から結晶基板の面よりも縁の部分が原
子が落ち着く際に発生するエネルギーが大きいことから
、このできかけ（キンク位置）を起点としてＸＹの二方
向に急速に結晶成長が進んで−Ｎ （Ｏｎｅ−１ａｙｅ
ｒ）の成長が終わり、またキンク位置から層成長が進ん
で層毎に（Ｌａｙｅｒ−ｂｙ−１ａｙｅｒ）にエピタキ
シャル成長が進んで行くことが知られている。
そのため、レーリー散乱光の強度は第１図に示すように
サイン状の繰り返しカーブ３を描いて変化してゆき、同
図においてＡ位置はＡ図の状態に対応し、またＢ位置は
Ｂ図の状態に対応する。
サイン状の繰り返しカーブ３を描いて変化してゆき、同
図においてＡ位置はＡ図の状態に対応し、またＢ位置は
Ｂ図の状態に対応する。
そこで、本発明は間νＰＥ装置にレーザ光を照射する投
射系とレーリー散乱光の強度変化を測定する測定系とを
備え、レーリー散乱光の強度変化を観察しながらレーリ
ー散乱強度が極小となる状態でエピタキシャル成長を止
めることにより急峻なヘテロ界面を実現するものである
。
射系とレーリー散乱光の強度変化を測定する測定系とを
備え、レーリー散乱光の強度変化を観察しながらレーリ
ー散乱強度が極小となる状態でエピタキシャル成長を止
めることにより急峻なヘテロ界面を実現するものである
。
なお、使用するレーザ光はエピタキシャル成長を行う半
導体の帯域幅よりも大きな格子エネルギーをもっている
ことが必要で３・５族化合物半導体に対してはアルゴン
（Ａｒ）レーザの使用が適当である。
導体の帯域幅よりも大きな格子エネルギーをもっている
ことが必要で３・５族化合物半導体に対してはアルゴン
（Ａｒ）レーザの使用が適当である。
第３図は本発明に係る半導体気相成長装置の構成図であ
って、透明石英よりなる従来の反応管５の中に半導体基
板６を置き、これにレーザ光源７よりレーザ光８を照射
しながら従来と同様にＭＯＶＰＥを行い、エピタキシャ
ル成長過程を通じてレーリー散乱光９をミラー１０とレ
ンズ１１により分光器１２に集光した後、光電子増倍管
Ｉ３で電流変化に変換して広帯域増幅器１４で増幅し、
フォトンカウンタ１５で計数してレコーダ１６に記録す
る。
って、透明石英よりなる従来の反応管５の中に半導体基
板６を置き、これにレーザ光源７よりレーザ光８を照射
しながら従来と同様にＭＯＶＰＥを行い、エピタキシャ
ル成長過程を通じてレーリー散乱光９をミラー１０とレ
ンズ１１により分光器１２に集光した後、光電子増倍管
Ｉ３で電流変化に変換して広帯域増幅器１４で増幅し、
フォトンカウンタ１５で計数してレコーダ１６に記録す
る。
このような装置を用いることによりエピタキシャル成長
の“その場”観察を行うことができる。
の“その場”観察を行うことができる。
半導体基板６としてＧａＡｓを用いて、第３図に示すよ
うに反応管５の中に位置決めし、反応ガスとしてトリメ
チルガリウム（（Ｃｌｌｉ）３Ｇａ ）とアルシン（Ａ
ｓ）Ｉｚ）を用い、キャリアガスとしては水素（Ｈ２）
を使用し、不純物ガスの添加は行わず、半導体基板６の
温度を６５０℃に保ちながら従来と同様にしてＧａＡｓ
のエピタキシャル成長を行った。
うに反応管５の中に位置決めし、反応ガスとしてトリメ
チルガリウム（（Ｃｌｌｉ）３Ｇａ ）とアルシン（Ａ
ｓ）Ｉｚ）を用い、キャリアガスとしては水素（Ｈ２）
を使用し、不純物ガスの添加は行わず、半導体基板６の
温度を６５０℃に保ちながら従来と同様にしてＧａＡｓ
のエピタキシャル成長を行った。
なお、レーザ光８としては計レーザの波長４８８ｎｍの
光を使用し、第３図に示す光学系を用いてレーリー散乱
光９の強度変化を測定した。
光を使用し、第３図に示す光学系を用いてレーリー散乱
光９の強度変化を測定した。
第２図はＧａＡｓ０層成長を示すレーリー散乱光強度と
時間との関係図であって、第１図に示したと同様に散乱
光強度の繰り返し変化が観察された。
時間との関係図であって、第１図に示したと同様に散乱
光強度の繰り返し変化が観察された。
こ＼で、時間の経過と共に散乱光強度は増加すると共に
変化幅が減少するが、その理由は層成長が進むに従って
成長面の平滑性が損なわれて表面荒れが目立ってくるた
めである。
変化幅が減少するが、その理由は層成長が進むに従って
成長面の平滑性が損なわれて表面荒れが目立ってくるた
めである。
ＭＯＶＰＥ装置にレーザ光の照射装置とレーリー散乱光
の強度変化の測定系とを備えた本発明に係る半導体結晶
気相成長装置を使用すればエピタキシャル成長の“その
場”観察が可能であり、この使用により急峻なペテロ界
面の形成が可能となる。
の強度変化の測定系とを備えた本発明に係る半導体結晶
気相成長装置を使用すればエピタキシャル成長の“その
場”観察が可能であり、この使用により急峻なペテロ界
面の形成が可能となる。
第１図は本発明の原理図、
第２図はＧａＡｓ層の層成長を示すレーリー散乱光強度
と時間との関係図、 第３図は本発明に係る半導体結晶気相成長装置の光学系
構成図、 である。 図において、 １は半導体結晶面、 ２はエピタキシャル成長層、 ６は半導体基板、 ７はレーザ光源、８はレーザ
光、 ９はレーリー散乱光、１６はレコーダ
、 である。 第１ 図 ｑａＡヌ１ト乃２ｔ〃（長？示ｙｂ−ンー散名しオシ剋
り麺とひ１閉りルｉ子ｒ月灯第 ２ ｚ
と時間との関係図、 第３図は本発明に係る半導体結晶気相成長装置の光学系
構成図、 である。 図において、 １は半導体結晶面、 ２はエピタキシャル成長層、 ６は半導体基板、 ７はレーザ光源、８はレーザ
光、 ９はレーリー散乱光、１６はレコーダ
、 である。 第１ 図 ｑａＡヌ１ト乃２ｔ〃（長？示ｙｂ−ンー散名しオシ剋
り麺とひ１閉りルｉ子ｒ月灯第 ２ ｚ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 石英よりなる反応管内に位置決めしてある半導体基板
に有機金属化合物からなる反応ガスを結晶成長組成の量
比を保ちつゝ、キャリアガスと共に供給し、加熱してあ
る半導体基板上で前記反応ガスを分解せしめ、半導体基
板上に所望の組成比をもつ半導体結晶をエピタキシャル
成長させる気相成長装置において、 結晶成長が行われている半導体基板にレーザ照射を行う
照射系と、 該半導体基板より反射するレーリー散乱光の強度変化を
測定する測定系と、 を備ることを特徴とする半導体結晶気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28165787A JPH01123412A (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 半導体結晶気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28165787A JPH01123412A (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 半導体結晶気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123412A true JPH01123412A (ja) | 1989-05-16 |
Family
ID=17642158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28165787A Pending JPH01123412A (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 半導体結晶気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01123412A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013207802A1 (de) * | 2013-04-29 | 2014-10-30 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Windkanal |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP28165787A patent/JPH01123412A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013207802A1 (de) * | 2013-04-29 | 2014-10-30 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Windkanal |
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