JPH01176292A - 分子線エピタキシャル成長方法及び装置 - Google Patents

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） 本発明は半導体薄膜の分子線エピタキシャル成長法及び
装置に関する。

（従来の技術） 近年高速トランジスタ素子、半導体レーザー素子等への
応用を目的とした混晶半導体薄膜作成方法に関する研究
開発が盛んに行われている。予め設計したとうりの混晶
比をもつ半導体薄膜を作成する場合には分子線エピタキ
シャル成長法が有効である。従来の分子線エピタキシャ
ル法においては例えば混晶半導体を作成する場合には混
晶を構成する各分子の分子線源の強度を基板近傍におい
たビームフラックスモニターによってモニターしこれを
元に望みの混晶比を得るように分子線強度を調節してい
た。

（発明が解決しようとする問題点） ビームフラックスモニターは分子線源の強度を相対的に
指示するだけの機能しかもたず原子の種類を区別するこ
とができない。このため混晶を作成する場合には予め混
晶を構成する原子に対してそれぞれビームフラックスモ
ニターを用いて分子線強度の較正を実験的に行わなけれ
ばならない。

またビームフラックスモニターは基板からやや離れた場
所の分子線源強度をモニターするために、実際成長中に
基板に入射する分子線強度と異なった値を示す可能性が
ある。以上の要因のため予めビームフラックスモニター
で決定した値を用いても得られた混晶の混晶比が設定し
た値と異なり、設定した混晶比のものを作成するために
は何回かの試行錯誤が必要になる場合が多くこれは大き
な問題点となっている。

本発明においては従来のビームフラックスモニターを用
いた分子線強度モニター法における問題点を解決するた
めに成長時に反射電子線回折の観測を同時に行い、この
時励起される反射電子線励起Ｘ線によって基板における
混晶構成原子数をモニターすることにより混晶比などの
組成制御の容易な分子線エピタキシャル成長方法と装置
を提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 第１の発明は分子線エピタキシャル成長方法において成
長表面に電子線を照射し、前記電子線照射により成長表
面から励起された特性Ｘ線の強度を観測した結果に基い
て分子線源の分子線強度を調整しながら成長を行うこと
を特徴とする分子線エピタキシャル成長方法を提供する
ものである。

第２の発明は分子線エピタキシャル成長装置において、
成長室内に設置された基板の成長表面上に電子線を照射
させるための電子線照射機構と前記電子線照射機構によ
り電子線照射された基板上の成長表面から発生した特性
Ｘ線の強度を検出する特性Ｘ線検出装置とを具備してな
ることを特徴とする分子線エピタキシャル成長装置を提
供するものである。

（作用） 井野正三、大門寛、長谷用修司、松本裕敦が応用物理第
５６巻第７号（１９８７）ｐｐ、８４３−８５０におい
て述べているように反射電子線回折の電子線励起により
表面より放射される特性Ｘ線をその全反射の臨界角にお
いて観測すると表面原子の検出感度が極めて高くなる。

このため表面を反射電子線回折でモニターしこの時励起
される表面原子の特性Ｘ線をその臨界角においてモニタ
ーすればその強度から表面に存在する原子数を決定する
ことができる。また反射電子線回折の際に励起される特
性Ｘ線の波長は各原子それぞれ固有の値を持つ。従って
混晶を分子線エピタキシャル成長法で成長する際に成長
表面を反射線電子線回折でモニターしさらにこの時電子
線によって励起される各構成元素の特性Ｘ線強度をそれ
ぞれに固有なＸ線の波長域において観測すれば成長中の
混晶表面に存在する混晶構成原子の比を知ることができ
る。またこの場合同時に成長中の表面構造を反射電子線
回折でモニターすることも可能である。反射電子線回折
励起Ｘ線により常に混晶成長中の表面の混晶比を知りこ
れと予め設定した混晶比との差を比較してこれを少なく
する方向で混晶を構成する各原子の分子線源強度にフィ
ードバックをかければ設定値どうりの混晶比の結晶を得
ることができる。

（実施例） 以下図面を用いて本発明に使用する装置および成長方法
を詳細に説明する。第１図は、本発明の装置の実施例を
説明するための装置概要図である。

図に示した装置により本発明の分子線エピタキシャル成
長方法により成長方法の実施例としてＧａｘＡｌｌ−ｘ
Ａｓ（ｘ＝１〜０）混晶を作成できる。

成長室１内にはＧ仏Ｓ基板６としてＧａＡｓ（１００）
の３インチウェハーが置かれている。この時この上にＧ
ａｘＡｌ□−ｘＡｓ（Ｘ　＝＝　１〜０）混晶を作成す
るために成長室内にはＧａ分子線源１６、Ａ１分子線源
１７、Ａｓ分子線源１８が装備されている。また反射電
子線回折を観測するために基板表面へ電子線を照射する
ために設゛けられた電子銃３、蛍光スクリーン２がある
。成長中に電子線４を基板に照射すると反射電子線回折
励起特性Ｘ線７，８が発生する。５はこの時の反射回折
電子線である。本実施例の場合ＧａとＡＩの組成比率を
制御したいわけであり、このため今回はＧａの特性Ｘ線
７およびＡ１の特性Ｘ線８の強度をそれぞれ独立に臨界
角においてＢｅ製の窓９，１０を通して真空チェンバー
外に置かれた半導体検出器と高インビーダンスプリアン
プとデイクリメータとマルチチャンネルアナライザより
構成される特性Ｘ線検出装置１１゜１２で検出する。特
性Ｘ線検出装置においては半導体検出器に特性Ｘ線を入
射させ、これにより発生した電流を高インピーダンスプ
リアンプにより電圧に変換し、次いでデイクリメータに
より強度をカウントし、マルチチャンネルアナライザに
よってエネルギー分離する。この特性検出装置から得ら
れた強度信号はそれぞれマイクロコンピュータ１３に取
込まれここで予め設定した値と比較される。そして設定
値と実測値の差を小さくする方向でフィードバックがＧ
ａ分子線源、Ａ１分子線源のコントローラー１４．１５
にかけられる。以上の方法により設定した混晶比のＧａ
ｘＡｌ、−ＸＡｓエピタキシャル膜を得ることができる
。

本実施例では成長方法として ＧａｘＡｌｌ−ｘＡｓ（Ｘ＝　１〜０）混晶を成長した
場合について述べたが、その他の半導体混晶の場合につ
いても当然本発明は適用できる。また、本発明は、特に
半導体混晶の成長に適用するものであるが、Ｓｉのよう
な元素半導体の成長にもまたドーピング濃度の制御にも
当然用いることができる。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明を用いれば成長時に成
長表面の組成を正確にモニターできるため半導体エピタ
キシャル膜の組成を正確に制御して成長させることが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのＧａｘＡｌｘ　
−ＸＡ８（Ｘ　＝　１〜０）混晶を成長させるための分
子線エピタキシャル成長装置の装置概略図である。 図において １は成長室、２は蛍光スクリーン、３は反射電子線回折
用電子銃、４は入射電子線、５は回折電子線、６はＧａ
Ａｓ基板、７はＧａ特性Ｘ線、８はＡ１特性Ｘ線、９，
１０はＢｅ製の窓、１１．１２は特性Ｘ線検出装置、１
３はマイクロコンピュータ−１１４はＧａ分子線源のコ
ントローラー、１５はＡ１分子線源のコントローラー、
１６はＧａ分子線源、１７はＡ１分子線源、１８はＡｓ
分分線線源ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分子線エピタキシャル成長方法において成長表面
   に電子線を照射し、前記電子線照射により成長表面から
   励起された特性Ｘ線強度を観測した結果に基いて分子線
   源の分子線強度を調整しながら成長を行うことを特徴と
   する分子線エピタキシャル成長方法。
2. （２）分子線エピタキシャル成長装置において成長室内
   に設置された基板の成長表面上に電子線を照射させるた
   めの電子線照射機構と前記電子線照射機構により電子線
   照射された基板上の成長表面から発生した特性Ｘ線の強
   度を検出する特性Ｘ線検出装置とを具備してなることを
   特徴とする分子線エピタキシャル成長装置。