JPH0226890A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents
分子線結晶成長装置Info
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- JPH0226890A JPH0226890A JP17476088A JP17476088A JPH0226890A JP H0226890 A JPH0226890 A JP H0226890A JP 17476088 A JP17476088 A JP 17476088A JP 17476088 A JP17476088 A JP 17476088A JP H0226890 A JPH0226890 A JP H0226890A
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- Japan
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- incident
- growth rate
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- 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〕
反射高エネルギ電子線回折（ＲＨＥＥＤ）振動の観察に
より、結晶成長速度をモニタする分子線結晶成長（ＭＢ
Ｅ）装置に関し ＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制して、成長速度の正確な測
定を可能とし、 ＭＢＥ成長の精度向上に寄与すること
を目的とし。
より、結晶成長速度をモニタする分子線結晶成長（ＭＢ
Ｅ）装置に関し ＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制して、成長速度の正確な測
定を可能とし、 ＭＢＥ成長の精度向上に寄与すること
を目的とし。
ＲＨＥＥＤ振動の観察により結晶成長速度をモニタする
装置を有し、被成長基板に入射させる該装置の測定用電
子線の入射面が、成長速度を決定する元素の分子線の入
射面にほぼ垂直になるように構成する。
装置を有し、被成長基板に入射させる該装置の測定用電
子線の入射面が、成長速度を決定する元素の分子線の入
射面にほぼ垂直になるように構成する。
本発明は反射高エネルギ電子線回折（ＲＨＥＥＤ）振動
の観察により３結晶成長速度をモニタする分子線結晶成
長（ＭＢＥ）装置に関する。
の観察により３結晶成長速度をモニタする分子線結晶成
長（ＭＢＥ）装置に関する。
ＭＢＥ装置は、超格子を利用する半導体素子のように原
子層単位で厚さが制御される素子の形成に広く利用され
ている。分子線を発生させる分子線源は、成長させよう
とする物質に応じ単数または複数の元素を用意し、必要
分子線源を選択使用して所望の物質層を成長させる。
子層単位で厚さが制御される素子の形成に広く利用され
ている。分子線を発生させる分子線源は、成長させよう
とする物質に応じ単数または複数の元素を用意し、必要
分子線源を選択使用して所望の物質層を成長させる。
このようなＭＢＨにおいては、結晶の成長速度は非常に
重要な因子である。従来、この成長速度の測定は、モニ
タ用のエビを成長し、その膜厚と成長時間から算出する
方法をとっていたが、モニタ用の基板が必要であること
及びモニタ成長と膜厚の評価に時間がかかることのため
、近年、超格子構造の形成等で所定数の原子層を正確に
成長させるために、 ＲＨＥＥＤ振動による成長速度測
定が行われるようになってきた。
重要な因子である。従来、この成長速度の測定は、モニ
タ用のエビを成長し、その膜厚と成長時間から算出する
方法をとっていたが、モニタ用の基板が必要であること
及びモニタ成長と膜厚の評価に時間がかかることのため
、近年、超格子構造の形成等で所定数の原子層を正確に
成長させるために、 ＲＨＥＥＤ振動による成長速度測
定が行われるようになってきた。
第６図は従来のＭＢＥ装置の模式断面図である。
図において、１は被成長基板、２はｌ’１）ＩＥＩＥＤ
用入射電子線、４は成長速度を決定する元素の分子線。
用入射電子線、４は成長速度を決定する元素の分子線。
５は分子線源（加熱手段を持ったるつぼ）、６は分子線
を遮断するシャッタ、７はＲＨＥＥＤ用電子銃。
を遮断するシャッタ、７はＲＨＥＥＤ用電子銃。
８は螢光スクリーン、９は超高真空チャンバ、１０は基
板ホルダ、 １１はヒータである。
板ホルダ、 １１はヒータである。
この装置を用いて基板ｌ上にエビ成長を行う場合、所望
の半導体を成長するためのソースを蓄えたるつぼ５を加
熱し分子線を放射させる。例えばソースとしてＧａとＡ
ｓを用いればＧａＡｓ結晶を＋Ｓｔを用いればＳｉ結晶
を成長できる。
の半導体を成長するためのソースを蓄えたるつぼ５を加
熱し分子線を放射させる。例えばソースとしてＧａとＡ
ｓを用いればＧａＡｓ結晶を＋Ｓｔを用いればＳｉ結晶
を成長できる。
ＲＨＥＥＤは電子銃７より出た電子線を基板面に対し１
〜２°の浅い角度で基板ｌに入射させ、その反射電子線
による回折パターンを螢光スクリーン８上に写し出す方
法で、この成長中にＲＨＥＥＤパターンの回折点の強度
を測定すると、成長速度に対応した振動が見られ、これ
を利用して成長速度をモニタすることができる。
〜２°の浅い角度で基板ｌに入射させ、その反射電子線
による回折パターンを螢光スクリーン８上に写し出す方
法で、この成長中にＲＨＥＥＤパターンの回折点の強度
を測定すると、成長速度に対応した振動が見られ、これ
を利用して成長速度をモニタすることができる。
ＲＨＥＥＤ振動は、結晶が層状成長をしているときに生
ずるもので２表面で平坦に原子が堆積しているときはＲ
）ＩＥＥＤの強度は極大となり、さらにその上に原子が
堆積し始めると乱反射により強度が落ちる。１層の成長
が終わり平坦な面が再び現れたとき２強度は再び極大と
なる。このようにして１原子層の成長に対応した周期で
強度の振動が得られる。
ずるもので２表面で平坦に原子が堆積しているときはＲ
）ＩＥＥＤの強度は極大となり、さらにその上に原子が
堆積し始めると乱反射により強度が落ちる。１層の成長
が終わり平坦な面が再び現れたとき２強度は再び極大と
なる。このようにして１原子層の成長に対応した周期で
強度の振動が得られる。
第７図（１）〜（３）は従来例によるＲＨＥＥＤ振動を
説明する図である。
説明する図である。
第７図（１）のように、成長速度を決定する元素である
Ｇａ分子線４が入射電子線２と１５°の角をなして基板
中心に入射していた。このとき、第７図（２）に示され
るように、 ＧａＡｓの成長速度は基板上で入射電子線
２の方向に１１につき１％の傾き、即ち照射領域３（第
１図参照）の全長（約１０ｍｍ）で１０％の１頃きを持
っていた。
Ｇａ分子線４が入射電子線２と１５°の角をなして基板
中心に入射していた。このとき、第７図（２）に示され
るように、 ＧａＡｓの成長速度は基板上で入射電子線
２の方向に１１につき１％の傾き、即ち照射領域３（第
１図参照）の全長（約１０ｍｍ）で１０％の１頃きを持
っていた。
測定中、成長速度０．６μｍ／時間で成長したところ、
第７図（３）のようにＲＨＥＥＤ振動は１層回程度しか
続かなかった。
第７図（３）のようにＲＨＥＥＤ振動は１層回程度しか
続かなかった。
従来例のようなＲＨＥＥＤ振動による成長速度のモニタ
を行う際、 ＲＨＥＥＤ振動が減衰して正確な測定がで
きないという欠点があった。
を行う際、 ＲＨＥＥＤ振動が減衰して正確な測定がで
きないという欠点があった。
ＲＨＥＥＤ振動の減衰の原因はいくつかあるが、大きな
原因の１つとして次のことがある。
原因の１つとして次のことがある。
一般に電子線は入射角（この場合は入射線の基板に対す
る角をいう）が１〜２°と浅いため、基板上で入射方向
に数ｍｍあるいはそれ以上の範囲にわたって照射される
ことになる。この範囲において成長速度に傾きがある場
合振動は急激に減衰してしまうことになる。
る角をいう）が１〜２°と浅いため、基板上で入射方向
に数ｍｍあるいはそれ以上の範囲にわたって照射される
ことになる。この範囲において成長速度に傾きがある場
合振動は急激に減衰してしまうことになる。
例えば、電子線が照射されている範囲の両端において成
長速度が５％異なっていたとする（通常のＭＢＥでは基
板を回転させるので基板全面で±１％程度の膜厚の均一
性が得られるが、 ＲＨＥＥＤ観察は基板を停止して行
うため、この程度の成長速度の傾きは起こり得る）と、
一端でちょうど５原子層成長したとき（Ｒ）ＩＥＥＤ強
度極大）、他端では４．５原子層成長している（Ｒ）Ｉ
ＥＥＤ強度極小）ことになり、 ＲＨＥＥＤ強度は打ち
消し合ってしまう。実際には電子線照射領域での積分に
なり、振動はうねりを生じて急激に減衰する。このため
正確な成長速度の測定は困難であった。
長速度が５％異なっていたとする（通常のＭＢＥでは基
板を回転させるので基板全面で±１％程度の膜厚の均一
性が得られるが、 ＲＨＥＥＤ観察は基板を停止して行
うため、この程度の成長速度の傾きは起こり得る）と、
一端でちょうど５原子層成長したとき（Ｒ）ＩＥＥＤ強
度極大）、他端では４．５原子層成長している（Ｒ）Ｉ
ＥＥＤ強度極小）ことになり、 ＲＨＥＥＤ強度は打ち
消し合ってしまう。実際には電子線照射領域での積分に
なり、振動はうねりを生じて急激に減衰する。このため
正確な成長速度の測定は困難であった。
本発明はＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制して、成長速度を
正確に測定できるようにすることを目的とする。
正確に測定できるようにすることを目的とする。
上記課題の解決は、 ＲＩＩＥＥＤ振動の観察により結
晶成長速度をモニタする装置を有し、被成長基板に入射
させる該装置の測定用電子線の入射面が成長速度を決定
する元素の分子線の入射面にほぼ垂直になるように構成
されている分子線結晶成長装置により達成される。
晶成長速度をモニタする装置を有し、被成長基板に入射
させる該装置の測定用電子線の入射面が成長速度を決定
する元素の分子線の入射面にほぼ垂直になるように構成
されている分子線結晶成長装置により達成される。
第１図は本発明の詳細な説明する平面図である。
図において、基板１に前記の浅い入射角で電子線２が入
射される。この場合基板上の照射領域３は入射方向に細
長い領域となる。
射される。この場合基板上の照射領域３は入射方向に細
長い領域となる。
本発明は、成長速度を決定する元素の分子線４の入射方
向を、照射領域３内で成長速度が最も均一になるように
決めることによりＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制するもの
である。
向を、照射領域３内で成長速度が最も均一になるように
決めることによりＲＨＥＥＤ振動の減衰を抑制するもの
である。
そのためには、装置を次のように構成する。
（１）成長速度を決定する元素の分子線源の出射方向（
分子′！ａ４の方向）とＲ）ＩＥＥＤ用の電子銃の出射
方向（入射電子線２の方向）を基板中心に向けて配置し
、それぞれの方向のなす角をほぼ９０°とする。
分子′！ａ４の方向）とＲ）ＩＥＥＤ用の電子銃の出射
方向（入射電子線２の方向）を基板中心に向けて配置し
、それぞれの方向のなす角をほぼ９０°とする。
これは、基板上で２分子線に対し９０″の方向が最も膜
厚の均一性がよく１分子線に沿った方向では最も均一性
が悪いからである。
厚の均一性がよく１分子線に沿った方向では最も均一性
が悪いからである。
成長速度をモニタする元素の分子線源が複数個の場合は
１次の（２）〜（４）のようにする。
１次の（２）〜（４）のようにする。
（２）上記（１）の条件を満足する平面内に成長速度を
モニタする元素のすべての分子線源を配置する。
モニタする元素のすべての分子線源を配置する。
（３）上記（１）の条件を満足するよう電子銃と螢光ス
クリーンを複数個設ける。
クリーンを複数個設ける。
（４） ＭＢＥチャンバ内で電子線を所望の方向に曲
げる偏向手段を設けて、上記（１）の条件を満足するよ
うに入射させる。
げる偏向手段を設けて、上記（１）の条件を満足するよ
うに入射させる。
上記（１）〜（４）のようにすることにより、電子線照
射領域３内において成長速度は均一となるため。
射領域３内において成長速度は均一となるため。
ＲＨＥＥＤ振動の減衰は抑制され、 Ｉ［［／Ｖ比（
■族元素／■族元素）や基板温度等の成長条件によって
決まる限度まで振動を持続させることができる。
■族元素／■族元素）や基板温度等の成長条件によって
決まる限度まで振動を持続させることができる。
以下の実施例においては、基板上の電子線の照射領域３
は約０．１ ｍｍ ｘｔｏ ｍｍである。
は約０．１ ｍｍ ｘｔｏ ｍｍである。
実施例の測定は次のように行った。
■ 正確な測定をするため、 ＲＨＥＥＤ振動の最低２
０周期を測定する。
０周期を測定する。
■ シャッタを開けてから、成長速度が安定するのに１
〜２分かかるので、上記２０周期の測定は成長開始後最
低２分経過後行う。
〜２分かかるので、上記２０周期の測定は成長開始後最
低２分経過後行う。
実施例１：
ＧａＡｓの成長において、 Ｇａの分子線源と電子銃及
び螢光スクリーンを、第１図のようにＧａの分子線４と
入射電子線２のなす角を９０°に配置したところ、電子
線照射領域３内の成長速度のばらつきは０．５％以下と
なり、 Ｒ）ＩＥＥＤ振動の第２図のように１００回以
上も続いた。
び螢光スクリーンを、第１図のようにＧａの分子線４と
入射電子線２のなす角を９０°に配置したところ、電子
線照射領域３内の成長速度のばらつきは０．５％以下と
なり、 Ｒ）ＩＥＥＤ振動の第２図のように１００回以
上も続いた。
実施例２：
ＡｌＧａＡｓ、 ＩｎＡｌＧａＡｓのように成長速度を
決定する元素が複数あるときは１分子線源５−１〜５−
４と電子銃及び螢光スクリーンを第３図のように配置す
る。
決定する元素が複数あるときは１分子線源５−１〜５−
４と電子銃及び螢光スクリーンを第３図のように配置す
る。
図は、基１反の中心を通り、基板と電子線の入射面とに
垂直な平面上の装置の断面図を示し、この平面内に出射
分子線３−１〜３−４が存在するように各分子線源５−
１〜５−４を配置すれば、各分子線の照射領域３内の成
長速度は均一となる。
垂直な平面上の装置の断面図を示し、この平面内に出射
分子線３−１〜３−４が存在するように各分子線源５−
１〜５−４を配置すれば、各分子線の照射領域３内の成
長速度は均一となる。
なお、電子銃及び螢光スクリーンは紙面にほぼ垂直な方
向に配置されるため１図には示されていない。
向に配置されるため１図には示されていない。
実施例３：
成長速度を決定する元素が複数あるときの他の実施例は
次のとおりである。
次のとおりである。
第４図に示されるようにＲＨＥＥＤ用の電子銃７−１〜
７−３と螢光スクリーン８−１〜８−３を複数個設け。
７−３と螢光スクリーン８−１〜８−３を複数個設け。
任意の分子線源５−１〜５−６について照射領域３内の
成長速度が最も均一になるように電子銃７と螢光スクリ
ーン８の組を選ぶようにする。
成長速度が最も均一になるように電子銃７と螢光スクリ
ーン８の組を選ぶようにする。
即ち１次のように選ぶ。
分子線源５−１．５−４に対しては、電子銃７−１と螢
光スクリーン８−１の組を選ぶ。
光スクリーン８−１の組を選ぶ。
分子線１ｆｆｌ ５−２．５−５に対しては、電子銃７
−２と螢光スクリーン８−２の組を選ぶ。
−２と螢光スクリーン８−２の組を選ぶ。
分子線源５−３．５−６に対しては、電子銃７−３と螢
光スクリーン８−３の組を選ぶ。
光スクリーン８−３の組を選ぶ。
され、照射領域内における測定中の成長速度は均一とな
る。
る。
実施例４：
成長速度をモニタする元素が複数あるときの別の実施例
は次のとおりである。
は次のとおりである。
第５図に示されるように、 ＲＨＥＥＤ用の電子銃７と
螢光スクリーン８は１組しか設けられていないが、チャ
ンバ内に設けられた電子線の偏向コイル１２−１〜１２
−６により電子線の入射方向を変えて、モニタしようと
する分子線に垂直に入射するようにする。
螢光スクリーン８は１組しか設けられていないが、チャ
ンバ内に設けられた電子線の偏向コイル１２−１〜１２
−６により電子線の入射方向を変えて、モニタしようと
する分子線に垂直に入射するようにする。
例えば９分子線ａ５−１より出る分子線をモニタする場
合は、電子銃７より出射する電子線を偏向コイル１２−
１．１２−２により偏向して基板上に且つ前記の分子線
に垂直に入射させ２反射光を偏向コイル１２−５．１２
−４により偏向して螢光スクリーン８に受ける。
合は、電子銃７より出射する電子線を偏向コイル１２−
１．１２−２により偏向して基板上に且つ前記の分子線
に垂直に入射させ２反射光を偏向コイル１２−５．１２
−４により偏向して螢光スクリーン８に受ける。
以上いずれの実施例においても、測定しようとする分子
線と入射電子線は垂直になるように構成〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、 ＲＨＥＲＤ振動
の減衰を抑制して、成長速度の正確な測定が可能となり
、 ＭＢＥ成長の精度向上に寄与することができる。
線と入射電子線は垂直になるように構成〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、 ＲＨＥＲＤ振動
の減衰を抑制して、成長速度の正確な測定が可能となり
、 ＭＢＥ成長の精度向上に寄与することができる。
第１図は本発明の詳細な説明する平面図。
第２図は実施例のＲ１（ＥＥＤ振動を示す図。
第３図は実施例２を説明する装置の断面図。
第４図は実施例３を説明する装置の平面図。
第５図は実施例４を説明する装置の平面図。
第６図は従来のＭＢＥ装置の模式断面図。
第７図ｆｌｌ〜（３）は従来例によるＲＨＥＥＤ振動を
説明する図である。 図において。 １は被成長基板。 ２はＲＨＥＥＤ用入射電子線。 ３は電子線照射領域。 ４は成長速度を決定する元素の分子線。 ５は分子線源。 ６はシャッタ。 ７はＲ）ＩＨＥＤ用電子銃、・ ８は螢光スクリーン。 ９は超高真空チャンバ。 １０は基板ホルダ。 １１はヒータ 不登明めＲ２埋図 嘉 １ 霞 実耗１列ｇＨＥ畦Ｔ灰卸 ＄２霞 第 図 第 囚 第５図 イ芝末の分子縁紹晶へ交衷Ｊの肱式胡」■囚第す図
説明する図である。 図において。 １は被成長基板。 ２はＲＨＥＥＤ用入射電子線。 ３は電子線照射領域。 ４は成長速度を決定する元素の分子線。 ５は分子線源。 ６はシャッタ。 ７はＲ）ＩＨＥＤ用電子銃、・ ８は螢光スクリーン。 ９は超高真空チャンバ。 １０は基板ホルダ。 １１はヒータ 不登明めＲ２埋図 嘉 １ 霞 実耗１列ｇＨＥ畦Ｔ灰卸 ＄２霞 第 図 第 囚 第５図 イ芝末の分子縁紹晶へ交衷Ｊの肱式胡」■囚第す図
Claims (1)
- 反射高エネルギ電子線回折（ＲＨＥＥＤ）振動の観察に
より結晶成長速度をモニタする装置を有し、被成長基板
に入射させる該装置の測定用電子線の入射面（入射点に
立てた基板の法線と入射線を含む面）が、成長速度を決
定する元素の分子線の入射面にほぼ垂直になるように構
成されていることを特徴とする分子線結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17476088A JP2643328B2 (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 分子線結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17476088A JP2643328B2 (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 分子線結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0226890A true JPH0226890A (ja) | 1990-01-29 |
| JP2643328B2 JP2643328B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=15984194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17476088A Expired - Lifetime JP2643328B2 (ja) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | 分子線結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643328B2 (ja) |
-
1988
- 1988-07-13 JP JP17476088A patent/JP2643328B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2643328B2 (ja) | 1997-08-20 |
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