JPH0341720A - 半導体薄膜形成装置 - Google Patents

半導体薄膜形成装置

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Publication number
JPH0341720A
JPH0341720A JP17649689A JP17649689A JPH0341720A JP H0341720 A JPH0341720 A JP H0341720A JP 17649689 A JP17649689 A JP 17649689A JP 17649689 A JP17649689 A JP 17649689A JP H0341720 A JPH0341720 A JP H0341720A
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JP
Japan
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thin film
laser beam
diffraction grating
grown
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP17649689A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Yamada
武 山田
Hideo Sugiura
杉浦 英雄
Ryuzo Iga
龍三 伊賀
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体薄膜を成長させる際に基板上に光を照
射し薄膜成長反応を促進することにより、部分的に厚い
、もしくは部分的にのみ成長した半導体薄膜を形成する
半導体薄膜形成装0に関する。
(従来の技術) オプトエレクトロニクス用をはじめとした半導体素子の
高度化、高機能化に伴い、その作製プロセスは複雑化の
一途をたどっている。そのプロセスの簡易化のため、素
子構造の提案のみならず半導体薄膜製造プロセスの提案
もなされている。たとえばアブライドフィジックスレタ
ーズ(AppliedPhysics Letters
)  54巻4号(1989年)335頁にあるように
、半導体薄膜を形成する際に、有機金属分子線エピタキ
シー(MOMBB)装置内の半導体基板上に部分的に光
を照射することにより・半導体基板上の一部に選択的に
半導体′Fyi膜を形成する技術が開発されている0例
えば、この薄膜成長方法において1本のレーザビームを
ビームスプリッタを用いて2本に分け、これで基板上の
1ケ所を照射することにより照射部に縞状の光強度分布
を持ったパターンを得ることができる。このパターンを
照射しなから′a膜成長を行うことにより基板上に成長
した回折格子を得ることができる。
(発明が解決しようとする課題) この半導体薄膜形成方法を用いて部分的に成長したyi
膜の厚さを制御するためには、成長時間を計ることによ
って行っていた。すなわち、成長温度および原料の供給
量を一定としたとき単位時間に成長する薄膜の厚さは一
定となるため、あらかじめその関係を測定しておき、成
長時間を計ることにより制御していた。しかるに、選択
的な成長速度は成長温度依存性が大きく、成長温度のゆ
らぎにより大きく変化していた。また選択的な成長速度
は原料の供給量にも依存しており、供給量のゆらぎの割
合と同等の割合でゆらいでいた。そのため、従来の方法
では成長時間を一定としても、部分的に成長した薄膜の
厚さばlO%程度のゆらぎがあった。
(発明の目的) 本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的は・、半導体基板に光を照射しながら半導体
薄膜を選択的に成長させる装置において、MOMBE装
置内の基板に部分的に成長したyt膜の厚さを、成長と
同時に測定することにより正確に制御することを目的と
する。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を遠戚するため、本発明は有機金属分子線エ
ピタキシー装置と、前記有機金属分子線エピタキシー装
置内の基板を照射するための第一のレーザー光学系とを
具備した半導体薄膜形成装置において、前記装置内の基
板に第一のレーザー光照射部分を照射する手段と、反射
光を測定する手段を具備し、かつ前記装置の第一のレー
ザー光が回折される位置に窓、および前記装置の外部に
光強度を測定する手段を設置したことを特徴とする半導
体薄膜形成装置を発明の要旨とするものである。
(作用) 本発明は、半導体基板に光を照射しながら半導体薄膜を
選択的に成長させるMOMBE装置において、選択的に
成長すると同時に、選択的に成長した部分に光を照射し
ながら反射光や散乱光または回折光を測定することによ
って、薄膜の厚さを成長と同時に測定することにより、
厚さを正確に制御可能とすることができる。
(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。なお実施例は一
つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、
種々の変更があるいは改良を行いうることは言うまでも
ない。
第1図は本発明の半導体薄膜形成装置の一実施例の概略
図を示す。
図において、1は基板、2および2′は窓、3は回折光
、4は成長室、5は第一のレーザビーム、6は光パワー
メータである。成長室4中の基板l上の同一点に、窓2
.2′より各々1本の第一のレーザビーム5を照射しな
がら金属砒素、アリシンホスフィン トリエチルガリウ
ム、トリメチルインジウム等を供給し、成長を行う、こ
れにより第一のレーザビーム5を照射した部位に選択的
に回折格子が成長する。第一のレーザビーム5としては
例えばアルゴンイオンレーザ(波長514.5ns)を
用いる。第一のレーザビーム5は回折格子が成長するに
従い、成長した回折格子により回折され回折光3が得ら
れる。この回折光3を窓2゛の外部に設置した光パワー
メータ6で測定する0選択的に成長した回折格子により
回折された回折光3の強度は選択的に成長した回折格子
の高さに依存する。
第2図は成長した回折格子の高さと、第一のレーザビー
ムが回折格子により回折された回折光相対強度(全回折
光強度に対する)の関係を示す。
第2図に示した光強度で成長を終了することにより希望
の高さの回折格子を得ることが可能である。
この第1図の装置によれば、他の光源を必要とせず、デ
テクタ(光パワーメータ)のみで、目的を達成すること
ができる。
第3図は本発明の他の実施例の概略図を示す。
図において、lは基板、2および2゛は窓、4は成長室
、5は第一のレーザビーム、6は光パワーメータ、7は
第二のレーザビーム、8は0次の回折光、9はハーフミ
ラ−である。成長室4中の基板1上の同一点に、窓2.
2゛より各々1本の第一のレーザビーム5を照射しなが
ら、金属砒素、アリシン ホスフィン、トリエチルガリ
ウム、トリメチルインジウム等を供給し、成長を行う。
これにより第一のレーザビーム5を照射した部位に、選
択的に回折格子が成長する。第一のレーザビーム5とし
ては例えばアルゴンイオンレーザ(波長514.5 n
m)を用いる。この回折格子に窓2より第二のレーザビ
ーム7を照射する。第二のレーザビーム7としては例え
ばヘリウムネオンレーザを用いることができる。第二の
レーザビーム7は回折格子が成長するに従い、成長した
回折格子により回折される。そのため0次の回折光8の
強度は選択的に成長した回折格子の高さに依存する。こ
の回折光8を必要であればハーフミラ−9で反射し、窓
2の外部に設置した光パワーメータ6で測定する。
第4図は成長した回折格子の高さと、第二のレーザビー
ムが回折格子により回゛折された0次の回折光相対強度
(回折格子が成長する前に対する)の関係を示す、第4
図に示した光強度によって成長を終了することがわかる
ので、希望の高さの回折格子を得ることが可能である。
第3図の装置によれば、作製する回折格子のピンチに依
らず、反射光が同一点に得られる(第1図、第5図の装
置では回折格子のピッチが異なれば、得られる回折光の
位置も異なる)、この装置によれば、第1.第5図の装
置に比べて、約2倍の光強度変化が得られる。
第5図は本発明の他の実施例の概略図を示す。
図において、1は基板、2および2゛は窓、4は成長室
、5は第一のレーザビーム、6は光パワーメータ、7は
第二のレーザビーム、10は回折光、11はレーザ光源
である。成長室4中の基板l上の同一点に、窓2,2゛
より各々1本の第一のレーザビーム5を照射しながら金
属砒素、アリシン、ホスフィン、トリエチルガリウム、
トリメチルインジウム等を供給し、成長を行う。これに
より第一のレーザビーム5を照射した部位に、選択的に
回折格子が成長する。第一のレーザビーム5としては例
えばアルゴンイオンレーザ(波長514.5 nm)を
用いる。この回折格子に成長室4内に設置したレーザ光
源11より第二のレーザビーム7を照射する。第二のレ
ーザビーム7の光源としては例えば^lGaAs半導体
レーザを用いることができる。第二のレーザビーム7は
回折格子が成長するに従い、成長じた回折格子により回
折される。そのため回折光10の強度は選択的に成長し
た回折格子の高さに依存する。この回折光10を成長室
内に設置した光パワーメータ6で測定する。
第6図は成長した回折格子の高さと、第二のし−ザビー
ムが回折格子により回折された回折光相対強度(全回折
光強度に対する)の関係を示す。
第6図に示した光強度で成長を終了することにより希望
の高さの回折格子を得ることが可能である。
また光パワーメータ6としてフォトダイオードアレイを
用いることにより回折光の位置を測定可能であり、基板
1を成長室4から取り出すことなく回折格子のピッチを
測定可能である。
第5図の装置によれば、成長室外側に測定のための光学
系を設ける必要が無く、同一の回折格子を多数作る場合
に適当である。
第7図は本発明の他の実施例の概略図を示す。
図において、1は基板、2および2′は窓、4は成長室
、5は第一のレーザビーム、6は光パワーメータ、12
はチゴッパ、13はロックインアンプである。成長室4
中の基板l上に窓2よりチゴッパ12でチョッピングし
た第一のレーザビーム5を照射しながら金属砒素、アリ
シン、ホスフィン、トリエチルガリウム、トリメチルイ
ンジウム等を供給し、成長を行う、これにより直径40
0nの第一のレーザビーム5を照射した部位に選択的に
断面がガウス分布をした薄膜が成長する。第一のレーザ
ビーム5としては例えばアルゴンイオンレーザ(波長5
14.5 nm)を用いる。第一のレーザビーム5は薄
膜が成長するに従い、成長した薄膜により散乱される。
この散乱光を窓2゛の外部に設置した光パワーメータ6
で検出し、ロックインアンプ13で増幅し、測定する。
選択的に成長した部分で散乱された光の強度は選択的に
成長した薄1漠の厚さに依存する。第8図は成長した薄
膜の厚さと、散乱された第一のレーザビームの光強度の
関係を示す、第8図に示した光強度で成長を終了するこ
とにより希望の厚さの薄膜を得ることが可能である。
(実施例工) 第1図に示した装置を用いGaAs回折格子を成長した
。第一のレーザビーム5としてはアルゴンイオンレーザ
(波長514.5nm)を用い、入射角32.4度であ
った。29度の方向に得られる1次の回折光を測定しな
がら成長を行った。、成長前に第一のレーザビーム5の
基板1により反射されたレーザビームのパワーを測定し
、1次の回折光が、この0.223%となるところで成
長を止め、100nmの高さの回折格子を成長したとこ
ろ3%以内のばらつきであった。
(実施例2) 第3図に示した装置を用いInP回折格子を成長した。
第一のレーザビーム5としてはアルゴンイオンレーザ(
波長488nm )を用い、入射角30.5度であった
。ヘリウムネオンレーザを窓2より基板に垂直に入射し
0次の回折光8を測定しながら成長を行った。0次の反
射光8の強度が回折格子成長前の99.544%となる
ところで成長をやめ、1100nの高さの回折格子を成
長したところ2.5%以内のばらつきであった。
(実施例3) 第5図に示した装置を用いGaAs回折格子を成長した
。第一のレーザビーム5としてはアルゴンイオンレーザ
(波長514.5nm)を用い、入射角32.4度であ
った。これに成長室4内に設置したAlGaAs半導体
レーザを用いて入射角53度で第二のレーザビーム7を
入射し、54.4度の方向に得られる1次の回折光を測
定しながら成長を行った。第二のレーザビーム7の強度
にGaAsの反射率をかけた値に対し0.228%とな
るところで成長をやめ、100nmの回折格子を成長し
たところ3%以内のばらつきであった。
(実施例4) 第7図に示した装置を用いスポット状のGaAs薄膜を
成長した。第一のレーザビーム5としてはアルゴンイオ
ンレーザ(波長514.5nm)を用いた。これの散乱
光をシリコンフォトディテクタで検出しながら成長を行
った。第8図をもとに選択成長を行ったところ薄膜の厚
さは3%以内のばらつきであった。
(発明の効果) 以上説明したように、半導体基板に光を照射しながら半
導体薄膜を選択的に成長させるMOMBE装置において
、装置、内の基板にレーザー光照射部分を照射する手段
と、反射光を測定する手段を設けたことによってMOM
BE装置内で成長と同4 時にyI膜の厚さを測定することができる。特にDFB
、DBRレーザに必須のグレーティングの高さを精度良
く成長することができる。
したがって、InP系やGaAs系のホモエピタキシャ
ルに有用であるばかりでなく、シリコン上に化合物半導
体を成長するヘテロエビなどにも有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体薄膜形成装置の一実施例の概略
図、第2図は回折格子の高さと回折光強度の関係、第3
図は本発明の他の実施例の概略図、第4図は回折格子の
高さと回折光強度の関係、第5図は本発明の他の実施例
の概略図、第6図は回折格子の高さと回折光強度の関係
、第7図は本発明の他の実施例の概略図、第8図はスポ
ット状の薄膜の厚さと散乱光強度の関係を示す。 1・・・・基板 2・・・・窓 3・・・・回折光 4・・・・成長室 ・第一のレーザビーム 光パワーメータ ・第二のレーザビーム ・0次と回折光 ・ハーフミラ− ・回折光 ・レーザ光源 ・チッッパ ・ロックインアンプ 第 ] 図 第 図 回#rs−壬高□ nml 第 図 第4 図 回竹絡千高乏 (口m) 第 5 図 第6 図 回判〕1壬高さ +nml 第 図 第 8図 又ボットのl2(、μ1.PL)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)有機金属分子線エピタキシー装置と、前記有機金
    属分子線エピタキシー装置内の基板を照射するための第
    一のレーザー光学系とを具備した半導体薄膜形成装置に
    おいて、前記装置内の基板に第一のレーザー光照射部分
    を照射する手段と、反射光を測定する手段を具備し、か
    つ前記装置の第一のレーザー光が回折される位置に窓、
    および前記装置の外部に光強度を測定する手段を設置し
    たことを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  2. (2)有機金属分子線エピタキシー装置と、前記有機金
    属分子線エピタキシー装置内の基板を照射するための第
    一のレーザー光学系とを具備した半導体薄膜形成装置に
    おいて、前記装置内の基板に第一のレーザー光照射部分
    を照射する手段と、反射光を測定する手段を具備し、か
    つ第一のレーザー光照射部分を照射するために、前記装
    置に設置された窓、および前記装置の外部に設置された
    第二のレーザー光源と、前記第二のレーザー光が反射さ
    れる位置に設置された窓、および前記装置外部に前記第
    二のレーザー光の光強度を測定する手段を具備したこと
    を特徴とする半導体薄膜形成装置。
  3. (3)有機金属分子線エピタキシー装置と、前記有機金
    属分子線エピタキシー装置内の基板を照射するための第
    一のレーザー光学系とを具備した半導体薄膜形成装置に
    おいて、前記装置内の基板に第一のレーザー光照射部分
    を照射する手段と、反射光を測定する手段を具備し、か
    つ第一のレーザー光照射部分を照射するため、装置内部
    に設置された第二のレーザー光源と、前記装置内部の第
    二のレーザー光が回折される位置に設置された第二の光
    源の光強度を測定する手段を具備したことを特徴とする
    半導体薄膜形成装置。
  4. (4)有機金属分子線エピタキシー装置と、前記有機金
    属分子線エピタキシー装置内の基板を照射するための第
    一のレーザー光学系とを具備した半導体薄膜形成装置に
    おいて、前記装置内の基板に第一のレーザー光照射部分
    を照射する手段と、反射光を測定する手段を具備し、か
    つ前記装置の第一のレーザー光が散乱される位置に窓、
    および前記装置外部に光強度を測定する手段を具備した
    ことを特徴とする半導体薄膜形成装置。
JP17649689A 1989-07-07 1989-07-07 半導体薄膜形成装置 Pending JPH0341720A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05152221A (ja) * 1991-11-30 1993-06-18 Res Dev Corp Of Japan 半導体結晶のエピタキシヤル成長方法
EP0632494A3 (en) * 1993-06-07 1995-12-06 Mitsubishi Electric Corp Method for determining epitaxial layers and test structure for process characterization.
CN103972393A (zh) * 2013-02-06 2014-08-06 阮伸 一种微型天然有机膜光电转换器件

Cited By (4)

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EP0632494A3 (en) * 1993-06-07 1995-12-06 Mitsubishi Electric Corp Method for determining epitaxial layers and test structure for process characterization.
CN103972393A (zh) * 2013-02-06 2014-08-06 阮伸 一种微型天然有机膜光电转换器件
CN103972393B (zh) * 2013-02-06 2016-12-28 阮伸 一种微型天然有机膜光电转换器件

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