JPH057253Y2

JPH057253Y2 -

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Publication number: JPH057253Y2
Application number: JP4441588U
Authority: JP
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1993-02-24
Anticipated expiration: 2003-02-24
Also published as: JPH01147273U

Description

【考案の詳細な説明】【産業上の利用分野】

この考案は、分子線エピタキシー装置に関し、
詳しくは、蒸発源から照射される元素蒸気密度の
計測をより正確に行なえるように構成したものに
関する。

【従来の技術】

−族化合物半導体の製造過程において単結
晶基板上に−族元素をエピタキシヤル成長さ
せる手法として、分子線エピタキシー法が注目さ
れている。これは、真空蒸着法の一種であり、ガ
リウムGa、アルミニウムAl、インジウムInなど
の族元素、およびヒ素As、燐Ｐなどの族元
素を成長材料として、10^-11torrの超高真空の中
でこれらを原子または分子線の形で照射してGa
AsあるいはIn Ｐなどの単結晶基板上にGa As，
Al Ga As，In ＰあるいはIn Ga As Ｐなどの
−族化合物半導体結晶をエピタキシヤル成長
させる方法である。このような分子線エピタキシ
ー法によると、超高真空中での蒸着であるた
め、残留ガスからの不純物の混入が非常に少な
く、基板表面を清浄に保つことができる、大面
積にわたり、均一でかつ原子レベルで平坦な膜を
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Åと
いう単原子層のオーダで高精度に制御することが
できる、多成分系の混晶薄膜も蒸発源を増やす
だけで容易に得られる、結晶成長中にも成長層
表面、あるいは分子線から成長条件についてのさ
まざまな情報を得ることができ、それを直ちに成
長制御にフイードバツクすることができる、など
の利点を享受することができる。後述する本願考案の理解を容易にするため、上
記のような分子線エピタキシー法を行う分子線エ
ピタキシー装置の概要、および、従来行われてき
た原子吸光式成膜モニタによる元素蒸気密度モニ
タリングの手法について第２図および第３図に基
づいて説明する。超高真空ポンプ１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
を中心として回転制御される基板ホルダ３が水平
状に配置されている。このように基板ホルダ３が
回転制御しうるようにするのは、基板上の結晶成
長を一様なものとするためである。また、この基
板ホルダ３に保持される基板を所望の温度に昇温
するためのヒータ（図示略）が付設されている。
上記基板ホルダ３の基板保持而と対向する成長室
２の一側には、各軸線ａ，ｂ，ｃ…が上記基板ホ
ルダ３の中央に向かつて集中するようにそれぞれ
成長室の軸線ｌに対して傾斜させられた蒸発源５
ａ，５ｂ，５ｃ…が成長室２の軸線ｌを中心とす
る環状に、かつ、基板ホルダ３からの距離がほぼ
等しくなるように配置されている。各蒸発源５
ａ，５ｂ，５ｃ…は、上記基板ホルダ３の中央に
向けて開口するルツボ４…に各成長材料を充填し
て構成され、図示しない温度センサにる検出温度
に基づいて制御されるヒータにより、所望の温度
に昇温されるようになつている。また、各蒸発源
５ａ，５ｂ，５ｃ…は、互いに他の蒸発源による
熱影響や汚染の影響を受けないように、液体窒素
シユラウド６で囲まれている。結晶成長の開始お
よび停止は、各ルツボ４の開口の前面に配置され
たシヤツタ７を開閉制御することにより行われ
る。たとえば、Ga As単結晶基板上にGa As層を
成長させるには、Gaが充填された蒸発源および
Asが充填された蒸発源を所定の温度に加熱する
とともに、基板ホルダ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ヤツタ７を所定時
間開状態とするように制御する。なお、このと
き、Alを一緒に蒸発させるとGa_x Al_1-xAs層が
成長する。このときのGaとAlは蒸発量の比を制
御すれば、組成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、上述のような基板上の結晶成長を制
御するためのフイードバツク情報として、原子吸
光式成膜モニタによつ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
あつて、第２図および第３図に示すように、特定
元素に固有の波長をもつホローカソードランプを
光源としてこれを成長室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イルタ
を通したのち光電子増倍管に導き、蒸気中の目的
元素の密度の単調関数としてあらわれる吸光度を
計測するものである。

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、分子線エピタキシー装置におけ
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、とくにその光パ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
した分子線エピタキシー装置の多くのものにおい
ては、第２図に示すように、複数の蒸発源５ａ，
５ｂ，５ｃ…が成長室の軸線ｌ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ｌと直交するように基板ホルダ上の
基板Ｂの至近において成長室２を横切る単一のパ
スに設定されており、このことから、次の問題が
生じる。その第一は、光パスＰが単一であるため、目的
元素に応じて光源を変更する必要があり、成長材
料が異なる各蒸発源の元素蒸気密度を同時にモニ
タリングすることができないということである。その第二は、光パ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せ
ず、煩雑な補正をする必要があるということであ
る。これは、第２図に示すように、各蒸発源５
ａ，５ｂ，５ｃの軸線ａ，ｂ，ｃが成長室の軸線
ｌに対して傾斜しているために基板ホルダ近傍で
の各元素の蒸気の断面は平面視において上記軸線
ａ，ｂ，ｃを長軸とする楕円となるが、この楕円
とパスＰとの位置関係により、パスＰが上記各楕
円を横切る長さがまちまちとなるからである。ち
なみに、原子吸光においては、光パスが横切るす
べての原子量を測定するのである。その第三は、光パスが基板ホルダ上の基板Ｂの
至近において成長室２を横切るように設定されて
いるが、この部位では蒸発源５ａ，５ｂ，５ｃか
ら照射される分子線束が大きく拡がつており、そ
のために原子吸光方式による目的元素の蒸気密度
の計測精度が低下せざるをえないということであ
る。この考案は、以上の事情のもとで考え出された
ものであつて、簡単な構成により、上記の従来の
問題を解消し、複数の蒸発源に対する蒸気密度モ
ニタリングを原子吸光式モニタによつて同時に、
しかも正確に行なえるようにすることをその目的
とする。

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、この考案では、次
の技術的手段を講じている。すなわち、本願考案は、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
の内部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くように配
置された複数個の蒸発源と、これら各蒸発源から
照射される分子線束を遮蔽または開放するように
設けられたシヤツタ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モニタを設けるととも
に、上記各原子吸光式モニタの光パスを、上記シ
ヤツタの基板ホルダ側至近において各蒸発源から
の分子線束を横切るように配置したことを特徴と
する。

【作用および効果】

本願考案においては、複数の原子吸光式モニタ
に各光パスを、各蒸発源のシヤツタの基板ホルダ
側至近において各蒸発源からの分子線束を横切る
ように配置している。したがつて、原子吸光式モ
ニタによる蒸気密度計測に分子線束の拡がりに起
因する誤差がほとんどなくなり、それだけ感度が
向上して正確な計測を行うことができる。また、本願考案では、各蒸発源の成長材料を目
的元素とする複数の原子吸光式モニタを各蒸発源
ごとに設けているので、成長材料が異なる各蒸発
源の元素蒸気密度を同時モニタリングすることが
できる。したがつてこれを各蒸発源のシヤツタの
開閉あるいは温度の制御にフイードバツクするこ
とにより、複雑な構造をもつ化合物半導体であつ
ても、再現性よくこれを製造することが可能とな
る。しかも、光パスの各分子線束の横切り方はすべ
てにおいて等価となるため、原子吸光度に対する
複雑な補正を経るまでもなく、計測が簡単かつ正
確に行なえる。

【実施例の説明】

以下、本願考案の実施例を第１図を参照して具
体的に説明する。第１図に示す分子線エピタキシー装置は、第３
図に示す従来のものと基本的構造は同等である。
そして、同様の部材については第２図と同じ符号
に付してある。本例においては、族元素およびドーパントを
成長材料とする蒸発源５ａ，５ｂ…を、成長室２
の一側において、その軸線ａ，ｂ…が基板ホルダ
３の中心を向いて集中するようにして、かつ、成
長室２の軸線ｌを中心として環状に配置するとと
もに、Ｖ族元素であるヒ素を成長材料とする蒸発
源５′を、成長室の中央に配置してその容量の増
大を図つている。上記各蒸発源５ａ，５ｂ…は、
上端が成長室２の底壁に固定された有底円筒状の
ハウジング８…内に各成長材料を充填したルツボ
４…を装填して構成される。また、各蒸発源５
ａ，５ｂ…に対応して、分子線束を遮蔽し、かつ
開放するシヤツタ７…が設けられるのであるが、
本例では、上記円筒状ハウジング８における軸方
向中間部において、ルツボ４…の開口を開閉でき
るように回転式シヤツタを配設している。すなわ
ち、円筒状ハウジング８のルツボ４の上端に対応
した軸方向位置の側面にシヤツタ退避空間８ａを
設け、その適部にシヤツタの軸７ａを軸支すると
ともに、この軸の先端にシヤツタ板７ｂを固定し
ている。軸７ａを回転させると、シヤツタ板７ｂ
は、第１図に実線で示すようにルツボ４の開口を
覆う閉位置と、仮想線で示すように上記退避空間
８ａ内に退避する開位置とを選択できるようにな
つている。一方、本願考案装置において、各異なる元素を
成長材料とする上述の環状配置された蒸発源５
ａ，５ｂ…に対応した数の原子吸光式モニタ９
ａ，９ｂ…が、その光パスPa、Pb…が上記シヤ
ツタ７の基板ホルダ側至近において各蒸発源から
の分子線束を横切るように配置される。本例で
は、上記蒸発源ハウジング８における上記シヤツ
タ７よりやや上の部位に蒸発源ハウジング８の直
径方向に対向する一対の窓１０，１０を受け、こ
れらの窓１０，１０を挟むようにして検出目的元
素に応じたホローカソードランプからなる光源１
１と、この光源９からの光を受ける受光器１２と
を対向配置して構成している。これにより、光パ
スPaは、蒸発源ハウジング８の直径方向にシヤ
ツタの至近において通過することとなる。受光器
１２では、上記の光を分光器ないしフイルタを通
した後、光電子増倍管に導き、蒸気中の目的元素
の密度の単調関数としてあらわれる吸光度を計測
するようになつている。そして、この吸光度は、
蒸気密度ないしは基板Ｂに対するその元素の蒸着
速度情報として、各シヤツタ７あるいは各部温度
を制御する制御装置１３はフイードバツクされる
ようになつている。なお、その他の構成は第２図の従来例の基本構
成と同様である。以上の構成において、各蒸発源５ａ，５ｂ…
は、それぞれ専用の原子吸光式モニタ９ａ，９ｂ
…を備えているので、異なる蒸発源からの分子線
束の密度を同時計測することができ、これを即座
に制御装置１３にフイードバツクすることができ
る。また、各原子吸光式モニタの光パスPa，Pb
…は、きわめて蒸発源に近い位置を通るように配
置しているので、分子線束の拡散による誤差が少
なく正確な計測ができる。また、同様の理由か
ら、モニタの感度も向上する。さらに、各蒸発源
に対して光パスの通り方が等価であるので、吸光
度の修正をするまでもなくそのまま各蒸発源から
の元素密度を正確に計測することができるのであ
る。もちろん、この考案の範囲は上述の実施例に限
定されることはない。たとえば、実施例では、各
原子吸光式モニタの光パスを、蒸発源ハウジング
内においてその直径方向に通過するように設定し
ているが、第２図に示す従来の一般的な蒸発源な
いしシヤツタの構成をもつ装置において、シヤツ
タに近い部位に光パスPaが通るようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願考案の一実施例の断面図、第２図
は従来例の説明図、第３図は従来例の作用説明図
である。２……成長室、３……基板ホルダ、５ａ，５ｂ
……蒸発源、７……シヤツタ、９ａ，９ｂ……原
子吸光式モニタ、Pa，Pb，……光パス、ｌ……
（成長室の）軸線、ａ，ｂ，ｃ……（蒸発源の）
軸線。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】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内部に配置した基板ホ
ルダと、成長室の一側において、各軸線が上記基
板ホルダを向くように配置された複数個の蒸発源
と、これら各蒸発源から照射される分子線束を遮
蔽または開放するように設けられたシヤツタとを
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モニタを設けるととも
に、上記各原子吸光式モニタの光パスを、上記シ
ヤツタの基板ホルダ側至近において各蒸発源から
の分子線束を横切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。