JPH01249693A - 分子線エピタキシー装置 - 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］ この発明は、分′７−線エピクー１−ンー装置に関し、
詳しくは、基板１−の成膜モニタリングを、■、り正６
′６゜に行なえるように構成したものに関する。 【従来の技術】 ■Ｉ−■族化合物十勇休の製体過程において’ｆＩ４１
’４品基板上にＩＩＩ−■族元素をエピクー１−シャル
成長させる手法として、分７−線：Ｊ−ビクー１−シー
法が注［１されている。これは、真空ｚｋ前着法・種で
あり、ガリウＪ−Ｇ＋＋、アルミニウＪ１八１、インジ
ウムＩｎなと゛のＩｌｌ族元素、およびヒ素へｓ、燐［
゛などの■族元素を成長材料として、ＩＱ　　Ｌｏｒｒ
の超高真空の中でこれらを原子または分子線の形で照η
・１し”（Ｇ１」＾Ｓあるいは［ｎＰなどの１１１結晶
基板１−にＧａ　ＡＳ　、　ＡＩ　Ｇａ　Ａｓ、ｌｎｒ
’あるいはＩｎ　Ｇｅｌ　ＡＳ　ＰなどのＩＩＩ−Ｖ族
化合物上導体結晶をエピター１−シャル成ｌ（さ−ロる
方法である。この、［、うな分子線エピクー１−シーン
去に、１、ると、■超高真空中での蒸着であえ、ため、
残留ガスからの不純物の混入が非常に少なく　、ｊ、ｌ
ｉ板表面を清浄に保つことができる、■人面稍にわたり
、均一・でかつ原子レヘルで平坦な膜を得ることができ
る、■蒸着速度を非常に遅くでき、しかも正確に制御で
きるため、膜厚を数Ａという昨原子層のオーダで高精度
に制御することができる、■多成分系の混晶ｎＶ膜も蒸
発源を増やすだけで容易にゼｊ°られる、■結晶成長中
に成長層表ｍ１、あるいは分子４４１！から成長条件に
ついてのさまざまな情報を得ることかでき、それを直ち
に成長制御にフィードバックすることができる、などの
利点をｙｙ受することができる。 後述する本願発明の理解を容易にするため、」−記のよ
うな分子線エピタキシー法を行・）分子線エビクキシー
装置す′の概要、および、従来行われてきた原子吸光式
成膜モニタによる基板成膜ＳＥユタリングの手法につい
て第３図および第４１ｄに２．（づい゛ζ説明する。 超高Ｊ′を空ボ゛／プｌにつながる成長室２は、略円筒
形をしており、その中央には、成長室の軸線ｌを中心と
し、て回１匠制御されるシ、（板ボルダ３が水平状に配
置されている。この、Ｌうに基（反ホルダ３が回転制御
しうるようにするのは、基板１−の結晶成長を−様なも
のとするためである。また、この基板ボルダ３に保（）
される基板を所望の温度にシ：ｌｉ！するためのヒータ
（図示略）が付設されている。 −１記基板ボルダ３の基板保１、冒酊と対向−ｊる成Ｉ
Ｑ室２の一側には、各軸線；〕、ｂ、（・・・が」−記
基板ホルダ３の中央に向かって集中゛ｊるようにくれぞ
れ成Ｆ室の軸線βに対して傾斜さ−１られた蒸発源５ａ
、５ｂ、５ｃ・・・が成長室２の軸線ｅを中心とする環
状に、かつ、基板ボルダ３からのｉＩ′［１離がほぼ等
しくなるように配；１ｔされている。各ｌｋ発源５．」
。 ５ｂ、５ｃ・・・は、１．副基板、ｊ；ルダ３の中央に
向りて開Ｉ−］するルツボ４・・・に各成長月オ′−１
をＪＱ　Ｉｉ４し′（構成され、図示しない温度センサ
による検出／ｘｋ度に基づいて制御されるヒータにより
、所望の温度に５７温されるようになっている。また、
各赤光諒５ａ、５ｂ、５ｃ・・・は、互いに他のブに発
源による熱影響や１７；染の影響を受り１１′い１１、
うに、液体窒素シ３、ラウドご囲まれ′（いる。結晶成
長の開始お、１、び停止は、各ルツボ４の開「１の前面
Ｇこ配置されたツヤツタ７を開閉するごとにより行われ
る。 たとえば、ＧａΔＳ単結晶基板■−にＧａ　Ａ！＋層を
成長さ・已るには、Ｇｔｒが充填された蒸発源および八
ｓが充填された蒸発源を所定の温度に加熱するとともに
、基板ボルダ３の温度を適当な温度に設定しつつ、上記
の各蒸発源のシャッタ７を所定時間開状！虚とするよう
に制御卸する。なお、このとき、Δ１を一緒に蒸発させ
るとＧａ工Ａｌ、−エＡｓ層が成長する。このときのＧ
ａと八１の蒸発■の比を制御すれば、Ｋ１■成Ｘが制御
できる。また、成長層をｎ形にするには、Ｓｉ、　Ｓｎ
などを同時に蒸発させ、ｐ形にするには、Ｂｅ、　Ｍｇ
などを同時に蒸発させる。 ところで、−１−Ｊのような基板」−の結晶成長を制御
するためのフィー１ハツク情報として、原子吸光式成膜
モニタに、［、って蒸着速度を検出することがある。こ
れは、原子吸光分析を応用したものであって、第３図お
よび第４図に示すように、特定元素に固有の波長をもつ
ボローカソードーシンプを光源としてこれを成Ｊ（室２
の一方の窓から入射し、他方の窓から出た光を分光器な
いしフィルタを通したのち光電子増倍管に導き、蒸気中
の「ｊ的元素の密度の短調関数としてあられれる吸光度
を、＋　＋４１１１するものである。

【発明が解決しようとする課題］ しかしながら、分子線エピター１−シー類：ｌ’、にお
ける原子吸光式成膜モニタの利用はいまだ端緒の段階で
あり、とくにその光バスと各蒸発源との配置関係に配慮
がなされていないため、種々の解決すべき課題がある。 たとえば、現在、原子吸光式成膜モニタを利用した分子
線エビタ：１−シー装置の多くのものにおいては、第３
図に示すように、複数の蒸発源５８゜！’＋ｂ、５ｃ・
・・が成長室の軸線βまわりに環状に配置される一方、
原子吸光式成膜モニタの光パスＰは、蒸気軸線βと直交
するように成長室２を横切る？１１−のパスに設定され
てよンリ、ごのことから、次の問題が生じる。 その第一・ば、光バス１）が１ｉｔ−であるため、目的
元素に応じて光源を変更する必要があり、成長］Ａ料が
異なる各蒸発源の元素蒸気密度を同時モニタリング°４
ることかできないということ（ある。 その第二ＬＪ、光バスが一定であるため、このパスと各
蒸発源との平面的な位置関係がそれぞれ異なり、吸光度
がそのまま元素蒸気密度と対応−Ｖす、炉外な補正をす
る必要があるということである。 これは、第４図に示すように、各茎発σＱ５ａ、５１）
、５Ｃの軸線ａ、ｂ、ｃが成長室の軸線βに対して傾斜
しているために基板ホルダ近傍での各元素の茶気の１す
１面は平面視において上記軸線＋」、＋〕。 Ｃをに軸とする楕円となるが１、二の楕円とパス１）と
の位置関係により、パスＰが十記各楕円を横切るＩＱさ
がまらまちとなるからである。ちなｙノに、原子吸光に
おいては、光バスか４；Ｉｉ切るずべての原子りを辺、
す定するのである。 この発明シ、■、１ソトの事情のもとで考え出されたも
のであって、節↑ＩＩな構成により、上記の従来の問題
を解消し、複数の蒸発源に対する成膜モニタリングを原
子吸光成膜モニタによって同時に、しかも正ｈイ「に行
なえるようにすることをそのＩ−１的とする。 【課題を解決するだめの手段】 −１−記の課題を解決するため、この発明では、次の技
術的手段を錨している。 すなわち、本願発明は、超高真空ポンプに一つながる成
長室と、この成長室の内部において成長室の軸線１弓こ
配置した基板ホルダと、成長室の一側において、各軸線
が」二記基板ホルダを向き、かつ成長室の軸線まわりに
環状に配置された複数（＋１１１のｚ／Ｃ発源とを（Ｉ
ｉｉｉえる分７−線エビター１−シー装置において、 各蒸発源の一部または全部の成ＪＸ−利ネ゛ｌを１弓的
元素とする複数の原子吸光式成膜モｊ−夕を設番」ると
ともに、十記各原子吸光人成１１り七−夕の光バスを、
成長室の軸線方向視におい′ζ各１’ｌ的元オ、を成１
こ月料とづ°る蒸発源の軸線と略一定の角度で交；イし
、かつ成１ミ室の軸線に対する直交面内を通るように配
置したごとを４：ｊ　ｉＳ５！と−づる。なお、上記［
一定の角度で交差−１の概念には、［一致１も含むもの
とする。

【作用］ 本願発明においては、複数の原子吸光式成膜モニタの各
光パスを、成長室の軸線方向視において各１’ｌ的元素
を成長材料とする蓄光源の軸３；ｉ）に対して一定の角
１度で交差さ・すている。したかって、たとえば、−１
−記名光パスをその目的元素を成長材料とする各仄発源
の軸線と成長室の軸線方向視において一致させた場合、
すべての光バス番Ｊ、これと対応する蒸発源からの元素
ブ５気の楕円断面の長軸を通過゛Ｊるごととなる。各蒸
発源からの元素蒸気の基板ホルダ近イジ１での断面のｔ
イ１円形状はほぼ相似しているから、ず・＼ての光パス
の対応する元素ｙ４気中の通過の仕方は等価となり、各
原子吸光式成膜モニタによろ原子吸光度は、そのまま補
正をずろごとなく、各元素プに気の密度と対応すること
となる。 【発明の効果】 以トのように、本願発明によれば、各蒸発源の成長材１
１４を「１的元素とする複数の原子−吸光式成膜モニタ
を１没けているので、各蒸発源から発／４ｉするノ°に
気密度、場なわら、ム（板に対するブに着速度を、回腸
モニタリングすることができ、これをツヤ。 夕開閉あるいはプ／ζ発源温度などの制御対象にフィー
トハックして、複竹な構造をもつ化合物半導体であって
も再現性よくこれをヅＪ造することが可能となる。しか
も、各−［ニタの光バスを各］］的元素の蒸気に対して
鮎−価に通過さ・Ｕているので、原子吸光度に対する？
ｉ？　夕１（な補正を経るまでもなく、ｉｔ＋測が簡単
かつ正ＴＹｆに行なえる。 【実施例の説明］ 以下、本願発明の実施例を第１図お、１、び第２図を参
照して置体的に説明する。 第１図に示す分７−線エビター１−ンー装置口、第３図
に示す従来のものと２．（木的）１（１造は同等である
。 そして、同様の部ＨについＣは第３図と同し符号を右］
しである。 各蒸発源、とくに、Ｉ’ｌｌ族元素および１−バントを
成長材料と−づる蒸発源５８＋、５ｂ、５ｃ・・・は、
成長室２の−・側において、その軸線；１．ｂ、ｃが基
＋反ボルダ３の中心を向いて年中するようにして、かつ
、成長室２の軸ｒＱ１を中心として環状に配置されてい
る。なお、■族元素であるヒ素を成長材料とＪる蒸発源
５“は、分子の状態で蒸発し、原子吸光によっては濃度
測定できないの゛（、成長室２の中央に配置されている
。 一方、本願発明装置において、各界なる元素を成長材料
とする上述の環状配置されたＦ発源Ｊ　ａ＋５ｂ、５ｃ
・・・に対応した数の原子吸光式成膜モニタ８ａ、８ｂ
、８ｃ・・・がＷ（ｔｉＩ７される。各原子吸光式成膜
モニタ８ａ、８ｂ、８ｃ、・・・は、検出「１的元素に
応したボ１１−カソードランプからなる光源９と、この
光源９からの光を受ける受光器１０とをそれぞれ０１１
１え、受光器１０では、１−記の光を分光器ないしフィ
ルタを通した後、光電子増倍管にληき、蒸気中の「１
的元素の密度の１１ｒ調関数表し７てあられれる吸光瓜
を１１測するようになついる。そして、この吸光度は、
蒸気密度ないしｉ；Ｉ基板Ｂに対するその元素の茎着速
度情報として、各ツヤツタ７あるい番よ各部温度を制御
する制御装置１１にフィー１°ハツクされるＪ−うにな
っている。 さらに本願発明では、上記各原子吸光式成膜モニタｌｉ
　ａ、　　８ｂ、　　８ｃ・・の光パスＰ　ａ、　　Ｐ
　ｂ、　　ｒ’Ｃ・・・を、成長室２の軸線（β）方向
視（第２図）において各１］的元素を成長月寧−１とす
る蒸発源５ａ。 ５ｂ、’５ｃの軸線；＞、ｂ、ｃと略一定の角度で交差
させるのであるが、本例では、第２図に示ず、Ｌうに、
各光パスＰ　ａ　、　　Ｐ　ｂ、　　Ｐ　ｃ　・−・を
上記各軸ｋＪ！＋Ｊ、ｂ、ｃに一致させ−Ｃいる。また
、各バス１）ｄ。 Ｔ’ｂ、Ｐｃ・・・の成長室の軸線（７り方向の位置は
、第１図に表れているように、２□（板ボルダ３．１−
の基板Ｂの至近において、Ｌ記軸線βと直交する・Ｉ；
面内を通過するように設定され゛（いる。 なお、その他の（１４成番、ｊ第３図の従来例のノ、（
、本４，７．Ｈ成と同様である。 以１−．０）　ｌ’ｉｌｉ成にＡｔいて、各蒸発ｄ≦ｆ
５　；ｌ、　　５１３．　５Ｃ・・・の軸線＋ｉ、ｂ、
ｃ・・がノ、（板ボルダ３の中央に集中するように成長
室２の軸！ｌ’ｊｌ！　１２に対し”Ｃはぼ−・定の角
度で傾斜していることから、各蒸発源５ａ。 ５ｂ、５ｃ・・・から基板Ｉ３にむりて照射される元素
プに気の成長室の軸直角面についての断面は第２図に示
すように１イＪ円形となるが、各モニタ８ａ、８ｂ・・
・の光パスＰａ、Ｐｂ、ｐｃ・・・を上述のように設定
したことから、すべての光パスＰａ、Ｐｂ。 Ｐｃ・・・は、上記各楕円形の長軸を通過することとな
る。この状況を第４図の従来例と比較ずればあきらかな
ように、本願発明においては、各蒸発源から照射される
元素茶気の密度を、これに対して等価な形で通過さ−け
た光パスにより、吸光度の補正を行うことなくそのまま
計測することができるのである。 もちろん、この発明の範囲は上述の実施例に限定される
こと番、１ない。たとえば、実施例では、成長室の軸線
方向視において各光パスを対応゛３る各蒸発源の軸線に
対して一致させたが、これらが−定の角度で交差ずろよ
うにしても、各光パスが等価の状態で各元素ブゑ気中を
通過するととなる。 ４、図面）ｎＴｉ　’ｆ”ｔ　説明 第１図番：１本願発明の−・実施例の基本＋ノη成の説
明図、第２図はその要部構成図、第３図は従来例の説明
図、第４図し：１従来例の作用説明図である。 ２・・・成長室、３・・・裁板ボルダ、５”＋　　５ｂ
、　　５Ｃ・・・蒸発源、８ａ、８１１．８Ｃ・・・原
子吸光式成膜モニタ、Ｐ　ｔｈ　＋　　Ｐ　Ｌ）　、　
　Ｐ　ｃ・・・光パス、ｌ・・・（成ＪＱ室の）軸線、
ａ、ｂ、ｃ・・・（蒸発源の）軸線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超高真空ポンプにつながる成長室と、この成長室
   の内部において成長室の軸線上に配置した基板ホルダと
   、成長室の一側において、各軸線が上記基板ホルダを向
   き、かつ成長室の軸線まわりに環状に配置された複数個
   の蒸発源とを備える分子線エピタキシー装置において、 各蒸発源の一部または全部の成長材料を目 的元素とする複数の原子吸光式成膜モニタを設けるとと
   もに、上記各原子吸光式成膜モニタの光パスを、成長室
   の軸線方向視において各目的元素を成長材料とする蒸発
   源の軸線と略一定の角度で交差し、かつ成長室の軸線に
   対する直交面内を通るように配置したことを特徴とする
   、分子線エピタキシー装置。