JPS61222986A - 結晶成長膜厚制御法 - Google Patents
結晶成長膜厚制御法Info
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- JPS61222986A JPS61222986A JP16912584A JP16912584A JPS61222986A JP S61222986 A JPS61222986 A JP S61222986A JP 16912584 A JP16912584 A JP 16912584A JP 16912584 A JP16912584 A JP 16912584A JP S61222986 A JPS61222986 A JP S61222986A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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】
〔技術分野〕
本発明は、真空中で結晶成長を行なうにあたり、成長膜
厚の制御として単原子層を単位として、一層ごと数えな
がら任意所望の暦数まで成長を行う結晶成長膜厚制御法
、および混晶結晶の混晶組成比を正確に決定し、以て正
確な混晶組成比を持つ標準結晶を成長させることのでき
る方法に関する。
厚の制御として単原子層を単位として、一層ごと数えな
がら任意所望の暦数まで成長を行う結晶成長膜厚制御法
、および混晶結晶の混晶組成比を正確に決定し、以て正
確な混晶組成比を持つ標準結晶を成長させることのでき
る方法に関する。
従来、真空中での結晶成長(以下結晶成長と呼ぶ)にお
いては、成長膜厚の制御は結晶成長装置のシャッタの開
いている時間で行なっていた。さらに、混晶結晶の混晶
組成比(以下組成比と呼ぶ)は、結晶を成長させた後に
X線や組成分析装置等により決定していた。以下、これ
らを図面を参照して説明する。
いては、成長膜厚の制御は結晶成長装置のシャッタの開
いている時間で行なっていた。さらに、混晶結晶の混晶
組成比(以下組成比と呼ぶ)は、結晶を成長させた後に
X線や組成分析装置等により決定していた。以下、これ
らを図面を参照して説明する。
第1図は結晶成長装置の概略構成図であり、ここで、1
は結晶基板(以下基板と呼ぶ)、2は基板1を加熱する
ヒータ、3は結晶成長に必要な材料(以下ソースと呼ぶ
)であり、GaAsの場合にはGaやAs、あるいはド
ーパントのSiやBeである。
は結晶基板(以下基板と呼ぶ)、2は基板1を加熱する
ヒータ、3は結晶成長に必要な材料(以下ソースと呼ぶ
)であり、GaAsの場合にはGaやAs、あるいはド
ーパントのSiやBeである。
ソースをイオンとして得たい場合にはイオンガン4を設
ける必要がある。さらに、ソースが高融点材料である場
合には電子銃やスパッタリング装置5が必要である。ま
た、ソースがガス状態である場合には、ポンベ6及び流
量コントローラ7が必要である。それぞれのソースには
、ソースの蒸気(以下フラックスという)を開閉するセ
ルシャッタ(以下シャッタと呼ぶ)8を設けである。
ける必要がある。さらに、ソースが高融点材料である場
合には電子銃やスパッタリング装置5が必要である。ま
た、ソースがガス状態である場合には、ポンベ6及び流
量コントローラ7が必要である。それぞれのソースには
、ソースの蒸気(以下フラックスという)を開閉するセ
ルシャッタ(以下シャッタと呼ぶ)8を設けである。
9は全てのソースのフラックスを基板1に対して開閉す
るメインシャッタである。いずれのシャッタにもそれを
駆動するシャッタ駆動装置10が備えである。 11は
各々のソースのフラックスの量を知るための真空計、す
なわちフラックスモニタである。
るメインシャッタである。いずれのシャッタにもそれを
駆動するシャッタ駆動装置10が備えである。 11は
各々のソースのフラックスの量を知るための真空計、す
なわちフラックスモニタである。
12は反射電子線回折装置(以下R)IEEDという)
のガン(銃)の部分であり、このガン12から出た電子
13は基板lの表面を通りRHEEDの蛍光スクリーン
(以下スクリーンという)14に達する。このとき、電
子13は基板1によって回折を受は回折ス3やその他の
ソースのシャッタ8及びメインシャッタ9を開き、他方
、成長を止めるためにはこれらシャッタ8および9を閉
じる* GaAs、 AJljGaAsのような結晶
を成長させるには、通常Asのフラックスは常に開けて
おき、GaやAfLのシャッタのみを開閉して成長の開
始及び停止を行なう、混晶の場合は、GaとAiのシャ
ッタを同時に開閉して成長の開始及び停止を行なう、以
後、結晶としてはGaAs、 A I As、混晶と
してA、Q[aAsを例にして説明を行なう。
のガン(銃)の部分であり、このガン12から出た電子
13は基板lの表面を通りRHEEDの蛍光スクリーン
(以下スクリーンという)14に達する。このとき、電
子13は基板1によって回折を受は回折ス3やその他の
ソースのシャッタ8及びメインシャッタ9を開き、他方
、成長を止めるためにはこれらシャッタ8および9を閉
じる* GaAs、 AJljGaAsのような結晶
を成長させるには、通常Asのフラックスは常に開けて
おき、GaやAfLのシャッタのみを開閉して成長の開
始及び停止を行なう、混晶の場合は、GaとAiのシャ
ッタを同時に開閉して成長の開始及び停止を行なう、以
後、結晶としてはGaAs、 A I As、混晶と
してA、Q[aAsを例にして説明を行なう。
従来、成長した結晶の膜厚を知るためには、先ず、成長
前にフラックスモニタ11でGa、AJIL及びAsの
フラックスをあらかじめ測定し、その後そのフラックス
で長時間(約1時間)成長した膜厚(約!;00(IA
〜271m程度)を光学干渉顕微鏡や薄膜厚計にて計測
し、膜厚の成長速度とフラックスとの関係を示す成長速
度の較正表を作り、2度目からはフラックスの値と成長
時間のみで成長速度から膜厚を推定する方法がとられて
いた。短時間成長で得られる単原子層に近い数人から数
100人の場合にもこの長時間成長で得た成長速度の較
正表を基にして全く同様にフラックスの値と成長時間か
ら推定していた。しかし、この方法ではシャッタを開ス
の時間変化の実測例を示す。
前にフラックスモニタ11でGa、AJIL及びAsの
フラックスをあらかじめ測定し、その後そのフラックス
で長時間(約1時間)成長した膜厚(約!;00(IA
〜271m程度)を光学干渉顕微鏡や薄膜厚計にて計測
し、膜厚の成長速度とフラックスとの関係を示す成長速
度の較正表を作り、2度目からはフラックスの値と成長
時間のみで成長速度から膜厚を推定する方法がとられて
いた。短時間成長で得られる単原子層に近い数人から数
100人の場合にもこの長時間成長で得た成長速度の較
正表を基にして全く同様にフラックスの値と成長時間か
ら推定していた。しかし、この方法ではシャッタを開ス
の時間変化の実測例を示す。
シャッタを開いてから数分間にわたりフラックスが変化
し、この間は成長速度は一定ではない。
し、この間は成長速度は一定ではない。
従って、従来行なわれてきた成長速度の較正表を用いる
方法は、成長速度が一定とならない時間帯では適用でき
ない、特に超格子のようなデバイスを作る場合には、斂
秒聞から数分間にシャッタの開閉を必要とするため、成
長速度が一定となっていない時間帯にシャッタの開閉を
行なうことになり膜厚が定まらないことになる。
方法は、成長速度が一定とならない時間帯では適用でき
ない、特に超格子のようなデバイスを作る場合には、斂
秒聞から数分間にシャッタの開閉を必要とするため、成
長速度が一定となっていない時間帯にシャッタの開閉を
行なうことになり膜厚が定まらないことになる。
第3図(a)および(b)にA、Hの2種類の結晶を遂
次成長した場合の単原子層の並びの2つの例を膜式的に
示す。
次成長した場合の単原子層の並びの2つの例を膜式的に
示す。
第3図(a)は、上述のように従来の方法で成長した場
合の例であり、単原子層単位では界面がゆらいでいる。
合の例であり、単原子層単位では界面がゆらいでいる。
さらにまた、A1.X Ga1−)(Asのような混晶
結晶を作った場合には混晶組成比Xを決定する必要があ
る。このXを決定するには、従来1次の方法がとられて
いる。即ち、成長前にGa、 An、Asのフラック
スを第1図のフラックスモニタitで測定しておき、そ
れぞれのフラックスでのGaAs及びMAsの再結晶の
成長速度を出しそれぞれの較正表を作る。 GaAsと
A立Asの成長速度から同時成長した場合の成長速度と
組成比Xを求め、成長後にX線による格子定数の測定1
組成分析による分析などを行ない、どのデータも矛盾な
く説明できる個を組成比Xの値と決定する。従来性われ
ているこの組成比の決定においても、長時間成長におけ
る成長速度を基にしているため、フラックスが一定値と
ならない時間帯では組成比を決定できない。
結晶を作った場合には混晶組成比Xを決定する必要があ
る。このXを決定するには、従来1次の方法がとられて
いる。即ち、成長前にGa、 An、Asのフラック
スを第1図のフラックスモニタitで測定しておき、そ
れぞれのフラックスでのGaAs及びMAsの再結晶の
成長速度を出しそれぞれの較正表を作る。 GaAsと
A立Asの成長速度から同時成長した場合の成長速度と
組成比Xを求め、成長後にX線による格子定数の測定1
組成分析による分析などを行ない、どのデータも矛盾な
く説明できる個を組成比Xの値と決定する。従来性われ
ているこの組成比の決定においても、長時間成長におけ
る成長速度を基にしているため、フラックスが一定値と
ならない時間帯では組成比を決定できない。
ず、有効数字にして1桁から2桁の精度である。
従って、従来の方法による膜厚の精度や組成比の精度も
高々2桁である。しかも、短時間成長の場合は、これよ
りさらに精度が低い0組成比を原理的に高精度に求める
ことができれば、組成比の定まった標準結晶ができるこ
とになる。
高々2桁である。しかも、短時間成長の場合は、これよ
りさらに精度が低い0組成比を原理的に高精度に求める
ことができれば、組成比の定まった標準結晶ができるこ
とになる。
従来の膜厚の制御方法では、上述のように膜厚が定まら
ず、ヘテロ接合の界面が不確定になる。
ず、ヘテロ接合の界面が不確定になる。
しかもまた、混晶の組成比が定まらないため、実際には
デバイスの設計通りには製作できないことになる。
デバイスの設計通りには製作できないことになる。
従って量子井戸レーザや多量子井戸レーザのレーザ波長
が広がったり、数本に分裂したり、レーザ波長自身が設
計値通りには実現されなかったりする。 LEDにおい
ては、発光波長が設計値からずれたり、効率が悪くなっ
たりする。また、などを生じ、高速動作の妨げとなる。
が広がったり、数本に分裂したり、レーザ波長自身が設
計値通りには実現されなかったりする。 LEDにおい
ては、発光波長が設計値からずれたり、効率が悪くなっ
たりする。また、などを生じ、高速動作の妨げとなる。
さらに、lバリアダイオード、2バリアダイオード、チ
ャープ超格子のように、縦形の超格子デバイスや超格子
ゲートFETなどにおいては、界面の不確定性や設計値
からのずれにより、特性が大きくばらつくことになる。
ャープ超格子のように、縦形の超格子デバイスや超格子
ゲートFETなどにおいては、界面の不確定性や設計値
からのずれにより、特性が大きくばらつくことになる。
このように、各素子を作成するにあたりいずれも上述の
問題点の解決、改善が強く期待される。
問題点の解決、改善が強く期待される。
そこで、本発明の目的は、上述のような欠点を取り除き
、量子井戸レーザや多量子井戸レーザやLEDにおいて
は、その波長の狭帯化、波長安定化高効率化、さらに、
HENTや2次元電子デバイスでは、高速化、高信頼
化、超格子デバイスでは特性の安定化、高精度化、高信
頼化が行なえるように、定まった界面と、非常に良く制
御された膜厚や組成比をもった結晶が成長できる結晶成
長膜厚制御法および混晶組成比決定法を提供することに
ある。
、量子井戸レーザや多量子井戸レーザやLEDにおいて
は、その波長の狭帯化、波長安定化高効率化、さらに、
HENTや2次元電子デバイスでは、高速化、高信頼
化、超格子デバイスでは特性の安定化、高精度化、高信
頼化が行なえるように、定まった界面と、非常に良く制
御された膜厚や組成比をもった結晶が成長できる結晶成
長膜厚制御法および混晶組成比決定法を提供することに
ある。
かかる目的を達成するために、本発明は、真空中におけ
る結晶成長にあたり、反射電子線回折装置により反射電
子線回折像を形成し、その回折像の強度の時間変化に同
期して結晶成長の開始及び停止を制御することを特徴と
する。
る結晶成長にあたり、反射電子線回折装置により反射電
子線回折像を形成し、その回折像の強度の時間変化に同
期して結晶成長の開始及び停止を制御することを特徴と
する。
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第4図は本発明に適用される結晶成長装置の概略構成図
を示す、ここで、第1図と同様の部分については同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
を示す、ここで、第1図と同様の部分については同一符
号を付してその詳細な説明は省略する。
図において、IBはカメラレンズ、 17は光ファイバ
、18は光ファイバを縦横に移動させるX−Yステージ
、19は受光器、20はレコーダ、2IはA−D変換器
、22はコンピュータ、23はシャツタ開閉駆動制御装
置である。
、18は光ファイバを縦横に移動させるX−Yステージ
、19は受光器、20はレコーダ、2IはA−D変換器
、22はコンピュータ、23はシャツタ開閉駆動制御装
置である。
いま、スクリーン14上に映出されたRHEE[+像を
カメラレンズ16でx−Yステージ16の上に結像させ
、その像の適当な一点の光をファイバ17で受光器19
に導き、その出力信号をA−D変換器21を通してコン
ピュータ22に供給する。一方、受光器18の出力信号
をレコーダ20にも出力してモニタする。コンピュータ
22の指令に基づきシャー2夕開閉駆動制御装置23が
働き、それぞれのソースのシャッタ8、メインシャッタ
9、イオン銃4の引き出し電圧、ガスの流量制御、電子
銃5の電子電流等が開閉、半開、ON、OFF等の制御
ができるようにすることができる。
カメラレンズ16でx−Yステージ16の上に結像させ
、その像の適当な一点の光をファイバ17で受光器19
に導き、その出力信号をA−D変換器21を通してコン
ピュータ22に供給する。一方、受光器18の出力信号
をレコーダ20にも出力してモニタする。コンピュータ
22の指令に基づきシャー2夕開閉駆動制御装置23が
働き、それぞれのソースのシャッタ8、メインシャッタ
9、イオン銃4の引き出し電圧、ガスの流量制御、電子
銃5の電子電流等が開閉、半開、ON、OFF等の制御
ができるようにすることができる。
RHEED像の中でも特に強度の強い、鏡面反射の電子
線の像(以後スペキュラという)の強度を結結晶の成長
は開始し1時間とともに、このスペキュラの強度は■、
■、■、■、−m−−■と振動する。スペキュラ以外の
点でも振動は生じている。
線の像(以後スペキュラという)の強度を結結晶の成長
は開始し1時間とともに、このスペキュラの強度は■、
■、■、■、−m−−■と振動する。スペキュラ以外の
点でも振動は生じている。
現在このRHEED像に振動が出る理由としては、結晶
の成長メカニズムが第5図(b)に示すように力ゝ:+
竹(θ= 0.5)のときに最も凹凸のはげしい表面と
なる。さらに成長が進み、■の時に一層の成長が終り、
その、はとんどが新しい成長層で覆われ、再びきれない
平面状態を示すようになる。以下これを繰り返すため、
RHEED像の強度が振動する。さらにこの振動数が成
長速度に比例することが知らはl単原子層に相当すると
して説明する。従って、第5図(a)の■から■の間に
1単原子層、■から■までに1単原子層が成長したこと
になる。
の成長メカニズムが第5図(b)に示すように力ゝ:+
竹(θ= 0.5)のときに最も凹凸のはげしい表面と
なる。さらに成長が進み、■の時に一層の成長が終り、
その、はとんどが新しい成長層で覆われ、再びきれない
平面状態を示すようになる。以下これを繰り返すため、
RHEED像の強度が振動する。さらにこの振動数が成
長速度に比例することが知らはl単原子層に相当すると
して説明する。従って、第5図(a)の■から■の間に
1単原子層、■から■までに1単原子層が成長したこと
になる。
そこで、成長開始と同時にこの振動の数を計数すること
により、何層目の成長をしているかを知ることができる
。 GaAs、 AlAs結晶の単原子層は、 Ga
とAsの対層、 AiとAsの対層がそれぞれ単原子層
である。 An X Ga1−X Asのように混
晶の場合は、 (All As)父と(GaAs) +
−xとの両方で1単原子層を形成する。
により、何層目の成長をしているかを知ることができる
。 GaAs、 AlAs結晶の単原子層は、 Ga
とAsの対層、 AiとAsの対層がそれぞれ単原子層
である。 An X Ga1−X Asのように混
晶の場合は、 (All As)父と(GaAs) +
−xとの両方で1単原子層を形成する。
る。
初期位相が変わった場合の実測例を第6図(a)〜(e
)に示す。
)に示す。
第6図(a)〜(e)における番号■〜■のうち、どの
初期位相で振動が開始したとしても■〜■がl単原子層
であり、■〜■が次の1単原子層に相当する。従って、
第4図において、受光器18の出力信号をA−D変換器
21を通してコンピュータ22に入力し、コンピュータ
22にて、成長開始の時点からこのRHEED像の振動
の様子を測定し、成長中には第何層目のどの位相点で成
長中かをコンピュータ22に判断させることができる。
初期位相で振動が開始したとしても■〜■がl単原子層
であり、■〜■が次の1単原子層に相当する。従って、
第4図において、受光器18の出力信号をA−D変換器
21を通してコンピュータ22に入力し、コンピュータ
22にて、成長開始の時点からこのRHEED像の振動
の様子を測定し、成長中には第何層目のどの位相点で成
長中かをコンピュータ22に判断させることができる。
従って、第6図(a)〜(e)において丁度成長を開始
した初期位相■に整合のとれた■や■と同等の位相に同
期して、成長をとめることができるようにコンピュータ
22からシャツタ開閉駆動制御装置23に信号を送るこ
とができる。シャッタ開閉駆動制御装M23はコンピュ
ータの信号によってシャッタ駆動装置10を起動する。
した初期位相■に整合のとれた■や■と同等の位相に同
期して、成長をとめることができるようにコンピュータ
22からシャツタ開閉駆動制御装置23に信号を送るこ
とができる。シャッタ開閉駆動制御装M23はコンピュ
ータの信号によってシャッタ駆動装置10を起動する。
さらに、この制御装置23はガスの流量コントローラ7
、イオン銃4の引き出し電圧、電子銃5の電子電流を制
御して結晶成長を停止することができる0以上のように
して、任意の単原子層数のところで成長を止めることが
できる。
、イオン銃4の引き出し電圧、電子銃5の電子電流を制
御して結晶成長を停止することができる0以上のように
して、任意の単原子層数のところで成長を止めることが
できる。
R)IEED像の振動は第5図、第6図に示すように減
衰振動を示しており、長時間経ると振動は見られなくな
り、単原子暦数が数えられなくなる。しかし、種々の初
期位相を持ったRHEED像の振動が、シャッタを開い
て成長を開始した後に、減衰したとしても、第7図(a
)〜(e)に示すように、シャッタを閉じて成長を一時
中断し、回復時間をおいて、再びシャッタを開いて成長
を開始すると、再び振動が現われる。このとき、回復時
間が短いと、生じる振動の振幅も小さく1回復時間が十
分に長いと全く同じ振幅で振動が再開される。
衰振動を示しており、長時間経ると振動は見られなくな
り、単原子暦数が数えられなくなる。しかし、種々の初
期位相を持ったRHEED像の振動が、シャッタを開い
て成長を開始した後に、減衰したとしても、第7図(a
)〜(e)に示すように、シャッタを閉じて成長を一時
中断し、回復時間をおいて、再びシャッタを開いて成長
を開始すると、再び振動が現われる。このとき、回復時
間が短いと、生じる振動の振幅も小さく1回復時間が十
分に長いと全く同じ振幅で振動が再開される。
第7図(a)〜(e)において黒くなっているところを
、37層積層し、その上に同じく30層さらにその上に
18層を成長させ、計85層、膜厚にして24(L55
人(1単原子層をGaAsの格子定数 aO=5.85人の半分−=2.83人として計算)積
層したことになる。振動の減衰がはげしく振動の山谷が
ノイズレベルになる場合には、コンピュータによってこ
れを判断し、上述の回復期間を入れて成長を再開するこ
とにより、はぼ無限に近い、すなわちソースが無くなる
まで、成長層数をデジタル計数しながら成長させること
ができる。従って、成長膜厚も単原子層に換算して何層
まで成長したかに応じて、 (M数)×(単原子層の厚
み)で計算することができる。
、37層積層し、その上に同じく30層さらにその上に
18層を成長させ、計85層、膜厚にして24(L55
人(1単原子層をGaAsの格子定数 aO=5.85人の半分−=2.83人として計算)積
層したことになる。振動の減衰がはげしく振動の山谷が
ノイズレベルになる場合には、コンピュータによってこ
れを判断し、上述の回復期間を入れて成長を再開するこ
とにより、はぼ無限に近い、すなわちソースが無くなる
まで、成長層数をデジタル計数しながら成長させること
ができる。従って、成長膜厚も単原子層に換算して何層
まで成長したかに応じて、 (M数)×(単原子層の厚
み)で計算することができる。
第9図の実施例は、異なる結晶のへテロ接合及び混晶を
成長させたときのRHEED像の振動の例である。
成長させたときのRHEED像の振動の例である。
この例では、先ずGaシャッタを開いてGaAsを10
層成長し、次にGaは開いたままAsLのジッタを開き
AJILGaAsを10層成長させ、その上にGaシ
ャッタを閉じてAlAsのみを10層成長させ、ざらに
Gaシャッタを開いてA1GaAsを10層成長させ、
最後にGaAsのみを10層成長させたものである0以
上により合計50層(約142.5人)成長した。
層成長し、次にGaは開いたままAsLのジッタを開き
AJILGaAsを10層成長させ、その上にGaシ
ャッタを閉じてAlAsのみを10層成長させ、ざらに
Gaシャッタを開いてA1GaAsを10層成長させ、
最後にGaAsのみを10層成長させたものである0以
上により合計50層(約142.5人)成長した。
第9図から明らかなように、RHEED像の強度の1振
動が1単原子層に相当しているため、この振動数から混
晶A見X Ga1−y Asの組成比Xを直接知ること
ができる。即ち、 GaAsの振動数をf (GaAs
)AlAsの振動数をf(AすA+)とするならば1組
成比Xは、 で与えられる。一方、A見XGa 1−xAsの振動数
をf(AfJ、GaAs)とするならば、組成比Xは1
’X ’F 全 白ン で与えられる0式(1)と(2)で与えられるXの値は
本来一致すべきである0式(1)はAJLAs%GaA
sの各々の振動数が知れていて、これら両方を同時に成
長させたとき成長する混晶AnxGa 、、 Asの組
成比Xを与えるものである0式(2)は、A1GaAs
、 GaAsの各々の振動数が知れていて、これから成
長しているAMの濃度を知る方法である。Gaのセル温
度、即ち出てくるGaのフラックスを一定にしておき、
lのセル温度、即ちAnのフラックスを変えながら式(
1)と(2)の一致の仕方を見たのが次の第1表である
。i1表かられかるように、両式(りと(2)との一致
は非常に良い。
動が1単原子層に相当しているため、この振動数から混
晶A見X Ga1−y Asの組成比Xを直接知ること
ができる。即ち、 GaAsの振動数をf (GaAs
)AlAsの振動数をf(AすA+)とするならば1組
成比Xは、 で与えられる。一方、A見XGa 1−xAsの振動数
をf(AfJ、GaAs)とするならば、組成比Xは1
’X ’F 全 白ン で与えられる0式(1)と(2)で与えられるXの値は
本来一致すべきである0式(1)はAJLAs%GaA
sの各々の振動数が知れていて、これら両方を同時に成
長させたとき成長する混晶AnxGa 、、 Asの組
成比Xを与えるものである0式(2)は、A1GaAs
、 GaAsの各々の振動数が知れていて、これから成
長しているAMの濃度を知る方法である。Gaのセル温
度、即ち出てくるGaのフラックスを一定にしておき、
lのセル温度、即ちAnのフラックスを変えながら式(
1)と(2)の一致の仕方を見たのが次の第1表である
。i1表かられかるように、両式(りと(2)との一致
は非常に良い。
(以 下 余 白)
第1表において、式(1)の方法で決めたXの値の方が
式(2)の方法で決めた値よりほんの少し高く出ている
ものが多い、これは、 AfLAs、 GaAsを各
々単独に成長する場合、AfLAs、 GaAsともに
それほど振動が長く持続せず、第2図において述べた成
長開始初期に生じるフラックスの時間変化に起因してい
る。すなわち、成長開始初期はフラックスが大きく成長
速度も速く、かつ、振動数も高くなる。ところが、Au
GaAsは振動がGaAsの単独の成長の場合よりも非
常に長く持続し、成長開始の初期状態のフラックスの変
化が収った後まで振動しており、AlGaAsの振動数
を算出するのに成長初期状態を除くことができる。さら
に、GaAsの振動数を算出する場合にも、A I G
aAsの振動状態からAIのシャッタを閉じるとその後
にGaAsだけで振動するときの振動数から算出できる
ため、この場合もGaAsの振動の中には成長初期状態
で生じるようなフラックスの変化による高振動数の部分
が混入してこない、従って、式(2)の方法で与えられ
る組成比Xは非常に正確な値となる。従って、本発明方
法で決定した組成比Xは、成長中に決定できる利点をも
ち、かつ、これまでの従来方法によるX値より正確であ
る。従って1本発明方法で組成比を決めて成長した混晶
は標準混晶結晶とすることができる。
式(2)の方法で決めた値よりほんの少し高く出ている
ものが多い、これは、 AfLAs、 GaAsを各
々単独に成長する場合、AfLAs、 GaAsともに
それほど振動が長く持続せず、第2図において述べた成
長開始初期に生じるフラックスの時間変化に起因してい
る。すなわち、成長開始初期はフラックスが大きく成長
速度も速く、かつ、振動数も高くなる。ところが、Au
GaAsは振動がGaAsの単独の成長の場合よりも非
常に長く持続し、成長開始の初期状態のフラックスの変
化が収った後まで振動しており、AlGaAsの振動数
を算出するのに成長初期状態を除くことができる。さら
に、GaAsの振動数を算出する場合にも、A I G
aAsの振動状態からAIのシャッタを閉じるとその後
にGaAsだけで振動するときの振動数から算出できる
ため、この場合もGaAsの振動の中には成長初期状態
で生じるようなフラックスの変化による高振動数の部分
が混入してこない、従って、式(2)の方法で与えられ
る組成比Xは非常に正確な値となる。従って、本発明方
法で決定した組成比Xは、成長中に決定できる利点をも
ち、かつ、これまでの従来方法によるX値より正確であ
る。従って1本発明方法で組成比を決めて成長した混晶
は標準混晶結晶とすることができる。
第10図の左側部分にはGaAs結晶の中にAfLAs
100層(1個所)、50層(3個所)、20層(3個
所) 10層(3個所)、5層(3個所)、2層(3個
所)、1層(3個所) 、 130層(1個所)ヲソれ
ぞれ100層のGaAs層によって分離じて配置した結
晶(全暦数2.394暦)の構造を示し、第1o図の右
側部分にはその結晶についてのエッチした壁間断面の走
査形電子顕微鏡(SEW)写真を示す、この結晶におけ
る暦数はR)IEED像の振動の数で決めたものである
。ここで2層のAfLAs層によるストライプを明瞭に
判別できる。この写真は、 101000倍で撮影した
ものであり(写真中に白線で98nrtrが示されてい
る)、この倍率が正しいとすれば、 (全体の暦数)X
(一層の厚さ)×(倍率)と写真上の全体の幅とは非常
に良い一致を示し、逆に一層の厚さを出すと2.83X
と従来知られている値と一致する。従って、RHEED
像の1周期は、1単原子層に相当する。
100層(1個所)、50層(3個所)、20層(3個
所) 10層(3個所)、5層(3個所)、2層(3個
所)、1層(3個所) 、 130層(1個所)ヲソれ
ぞれ100層のGaAs層によって分離じて配置した結
晶(全暦数2.394暦)の構造を示し、第1o図の右
側部分にはその結晶についてのエッチした壁間断面の走
査形電子顕微鏡(SEW)写真を示す、この結晶におけ
る暦数はR)IEED像の振動の数で決めたものである
。ここで2層のAfLAs層によるストライプを明瞭に
判別できる。この写真は、 101000倍で撮影した
ものであり(写真中に白線で98nrtrが示されてい
る)、この倍率が正しいとすれば、 (全体の暦数)X
(一層の厚さ)×(倍率)と写真上の全体の幅とは非常
に良い一致を示し、逆に一層の厚さを出すと2.83X
と従来知られている値と一致する。従って、RHEED
像の1周期は、1単原子層に相当する。
本発明を利用して、GaAsを3層、およびAfLAs
を3層、交互に成長してCGaAg)3(AfLAs)
j超格子を形成した時のRHEED像の振動波形を第1
1図に示す。
を3層、交互に成長してCGaAg)3(AfLAs)
j超格子を形成した時のRHEED像の振動波形を第1
1図に示す。
その成長にあたって、先ず、lのシャッタを開き、3層
のAlAs層を成長させた。初期位相を山になるように
選んだので、A文Asの成長停止を中の所で行ない、5
秒間の回復時間を取り、GaAsρ初期位相が山の所に
なるように選び3層成長させ、やはり山の所で成長を停
止させ、さらにまた5秒間回復時間を取った。この過程
を次々とコンピュータにより制御して、繰り返し成長を
行なった。
のAlAs層を成長させた。初期位相を山になるように
選んだので、A文Asの成長停止を中の所で行ない、5
秒間の回復時間を取り、GaAsρ初期位相が山の所に
なるように選び3層成長させ、やはり山の所で成長を停
止させ、さらにまた5秒間回復時間を取った。この過程
を次々とコンピュータにより制御して、繰り返し成長を
行なった。
第4図の装置において、ファイバ17と受光器18及び
A−D変換器21を一組のみ用いたが二組以上用いる場
合を次に示す、 RHEED像は、そのほとんど全ての
明線、明点が、わずかながらでも成長開始とともに振動
を示す、従って、 RHEED像を2点以上にわたって
観測して正確な初期位相の情報を得て、振動の形を予測
し、成長の停止、再開を行なわせることは、コンピュー
タにかなりの負担をかけることになるにもかかわらず、
重要なことであり、より高精度に成長結晶の膜厚制御が
可能となるばかりでなく、高精度に混晶の組成比も決定
できる。このような場合の装置の構成を第12図に示す
。
A−D変換器21を一組のみ用いたが二組以上用いる場
合を次に示す、 RHEED像は、そのほとんど全ての
明線、明点が、わずかながらでも成長開始とともに振動
を示す、従って、 RHEED像を2点以上にわたって
観測して正確な初期位相の情報を得て、振動の形を予測
し、成長の停止、再開を行なわせることは、コンピュー
タにかなりの負担をかけることになるにもかかわらず、
重要なことであり、より高精度に成長結晶の膜厚制御が
可能となるばかりでなく、高精度に混晶の組成比も決定
できる。このような場合の装置の構成を第12図に示す
。
第12図、第4図の例において、RHEEDスクリーン
14の近く又は基板lとスクリーン14との間に交流磁
界を発生するコイル24を設け1回折された電子線にR
HEED像の振動数より約10倍以上高い周波数の変調
をかけてRHEED像の振動を観測する。受光器18の
出力を位相検波することにより、一層の高S/N比でR
HEED像の振動を測定でき、これによりコンピュータ
に質の高い情報を久方することができる。
14の近く又は基板lとスクリーン14との間に交流磁
界を発生するコイル24を設け1回折された電子線にR
HEED像の振動数より約10倍以上高い周波数の変調
をかけてRHEED像の振動を観測する。受光器18の
出力を位相検波することにより、一層の高S/N比でR
HEED像の振動を測定でき、これによりコンピュータ
に質の高い情報を久方することができる。
さらに、第4図の装置において、カメラレンズ18〜A
−D変換器21の系統に代えて、第13図に示すように
、テレビカメラ25、テレビカメラ駆動装置26、モニ
ターテレビ27、レコーダ2oを設け、テレビカメラ2
5で撮像したRHEED像をモニターテレビ27に映出
すると同時に、モニターテレビ27上の任意に選択でき
る特定の何点かにおいてRHEED像の強度の信号を、
レコーダ20とコンピュータ22に入力することができ
るようにすることもできる。
−D変換器21の系統に代えて、第13図に示すように
、テレビカメラ25、テレビカメラ駆動装置26、モニ
ターテレビ27、レコーダ2oを設け、テレビカメラ2
5で撮像したRHEED像をモニターテレビ27に映出
すると同時に、モニターテレビ27上の任意に選択でき
る特定の何点かにおいてRHEED像の強度の信号を、
レコーダ20とコンピュータ22に入力することができ
るようにすることもできる。
この場合には、第4図に示したx−Yステージ18を移
動させてRHEED像上の観測点を探す代りに。
動させてRHEED像上の観測点を探す代りに。
テレビカメラ25の駆動装置により、電気的にモニター
テレビ27上のR)IEEIl像上で任意所望の観測点
を探すことができ、非常に簡便である。なお、コンピュ
ータ22以後の結晶成長の開始及び停止の制御は上述し
た通りである。
テレビ27上のR)IEEIl像上で任意所望の観測点
を探すことができ、非常に簡便である。なお、コンピュ
ータ22以後の結晶成長の開始及び停止の制御は上述し
た通りである。
さらにまた、本発明においては、説明の都合上、GaA
s、 AfLAs、 An GaAsの結晶成長に
ついてのみ扱かってきたが、本発明は、結晶成長中に、
RHEED像が振動を示す全ての物質に適用して成長膜
厚を制御することができると共に、混晶の場合にはその
組成比を決定することができる。たとえば、上記物質の
他、Ge、 Si、GaXIn、、PにおいてもRHE
ED像の振動が確認されており、本発明を適用できる。
s、 AfLAs、 An GaAsの結晶成長に
ついてのみ扱かってきたが、本発明は、結晶成長中に、
RHEED像が振動を示す全ての物質に適用して成長膜
厚を制御することができると共に、混晶の場合にはその
組成比を決定することができる。たとえば、上記物質の
他、Ge、 Si、GaXIn、、PにおいてもRHE
ED像の振動が確認されており、本発明を適用できる。
以上から明らかなように、本発明によれば、RHEED
像の強度変化に同期して成長をオン・オフすることによ
り、単原子層の膜厚単位で成長を行うことができ、膜厚
制御の精度が大幅に向上する。従って、成長した膜厚を
正確に測定すること高信頼化ができ、HEMTでは高速
化、超格子デバイスでは特性の安定化がはかられる。
像の強度変化に同期して成長をオン・オフすることによ
り、単原子層の膜厚単位で成長を行うことができ、膜厚
制御の精度が大幅に向上する。従って、成長した膜厚を
正確に測定すること高信頼化ができ、HEMTでは高速
化、超格子デバイスでは特性の安定化がはかられる。
第1図は従来の結晶成長装置の概略構成図。
第2図はシャッタを開けた直後のGaのフラックスの時
間変化の実測例を示す線図、 第4図は本発明の適用される結晶成長装置の一例を示す
概略構成図、 第5図(a)回折線像の鏡面反射点の強度の振動を示す
波形図、 第5図(b)は第5(a)の振動に対応する成長結晶表
面の状態を示す線図、 第6図(a)〜(e)はそれぞれ初期位相が異なるとき
の回折線像の鏡面反射点の強度の振動を示す2
波形図。 第7図(a)〜(e)はそれぞれ結晶成長過程における
RHEED像の振動とその回復時間の関係の一例を示す
波形図、 第8図は結晶成長過程におけるRHEED像の振動の一
例を示す波形図、 第9図は結晶のへテロ接合および混晶を成長したときの
RHEE D像の振動の一例を示す波形図、第10図は
GaAs結晶中に所定層のAMAsを配した結晶の断面
の一例を、その結晶構造を示す写真と共に示す模式図。 第11図はGaAs5層、A文Asを3層交互に成長し
テ(GaAs)3(AfLAs)3超格子を形成したと
きのRHEED像の振動波形の一例を示す波形図、第1
2図および第13図それぞれ本発明を実施するのに適用
される結晶成長装置の他の構成の2例を示す概略構成図
である。 1・・・結晶基板(基板)、 2・・・ヒータ、 3・・・結晶成長に必要な材料(ソース)、4・・・イ
オンガン、 5・・・スパッタリング装置又は電子銃、6・・・ボン
ベ、 7・・・流量コントローラ、 8・・・セルシャッタ・ 9・・・メインシャッタ、 lO・・・シャッタ駆動装置。 11・・・真空計(フラックスモニタ)、12・・・反
射電子線回折装置の銃、 13・・・電子、 14・・・蛍光スクリーン5 15・・・真空槽、 16・・・カメラレンズ、 17・・・光ファイバ、 18・・・X−Yステージ、 18・・・受光器、 20・・・レコーダ、 21・・・A−D変換器、 22・・・コンピュータ、 ?4・・・欠曵胆檗化生コイ11 第2図 第6図 省5′1 ■ (1(”)σ
O l工工璽
73 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 4 指定代理人 (発送日) 補正の対象 願書の7.前記以外の発明者の欄、明細書(図面の簡単
な説明の欄)、図面 補正の内容 願書を別紙のとおり訂正する。 明細書中、第24頁第18行の1第1図は概略構成図、
」を次のとおり訂正する。 1図(a)は従来の結晶成長装置の概略構成図、1図(
b)は第1図(a)の装置のスクリーン上映るRHEE
D像の模写図、」 図面、第1図を別紙のとおり訂正する。 Cb) 第1図
間変化の実測例を示す線図、 第4図は本発明の適用される結晶成長装置の一例を示す
概略構成図、 第5図(a)回折線像の鏡面反射点の強度の振動を示す
波形図、 第5図(b)は第5(a)の振動に対応する成長結晶表
面の状態を示す線図、 第6図(a)〜(e)はそれぞれ初期位相が異なるとき
の回折線像の鏡面反射点の強度の振動を示す2
波形図。 第7図(a)〜(e)はそれぞれ結晶成長過程における
RHEED像の振動とその回復時間の関係の一例を示す
波形図、 第8図は結晶成長過程におけるRHEED像の振動の一
例を示す波形図、 第9図は結晶のへテロ接合および混晶を成長したときの
RHEE D像の振動の一例を示す波形図、第10図は
GaAs結晶中に所定層のAMAsを配した結晶の断面
の一例を、その結晶構造を示す写真と共に示す模式図。 第11図はGaAs5層、A文Asを3層交互に成長し
テ(GaAs)3(AfLAs)3超格子を形成したと
きのRHEED像の振動波形の一例を示す波形図、第1
2図および第13図それぞれ本発明を実施するのに適用
される結晶成長装置の他の構成の2例を示す概略構成図
である。 1・・・結晶基板(基板)、 2・・・ヒータ、 3・・・結晶成長に必要な材料(ソース)、4・・・イ
オンガン、 5・・・スパッタリング装置又は電子銃、6・・・ボン
ベ、 7・・・流量コントローラ、 8・・・セルシャッタ・ 9・・・メインシャッタ、 lO・・・シャッタ駆動装置。 11・・・真空計(フラックスモニタ)、12・・・反
射電子線回折装置の銃、 13・・・電子、 14・・・蛍光スクリーン5 15・・・真空槽、 16・・・カメラレンズ、 17・・・光ファイバ、 18・・・X−Yステージ、 18・・・受光器、 20・・・レコーダ、 21・・・A−D変換器、 22・・・コンピュータ、 ?4・・・欠曵胆檗化生コイ11 第2図 第6図 省5′1 ■ (1(”)σ
O l工工璽
73 補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 4 指定代理人 (発送日) 補正の対象 願書の7.前記以外の発明者の欄、明細書(図面の簡単
な説明の欄)、図面 補正の内容 願書を別紙のとおり訂正する。 明細書中、第24頁第18行の1第1図は概略構成図、
」を次のとおり訂正する。 1図(a)は従来の結晶成長装置の概略構成図、1図(
b)は第1図(a)の装置のスクリーン上映るRHEE
D像の模写図、」 図面、第1図を別紙のとおり訂正する。 Cb) 第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)真空中における結晶成長にあたり、反射電子線回折
装置により反射電子線回折像を形成し、その回折像の強
度の時間変化に同期して結晶成長の開始及び停止を制御
することを特徴とする結晶成長膜厚制御法。 2)真空中における結晶成長にあたり、反射電子線回折
装置により反射電子線回折像を形成し、その回折像の強
度の時間変化により混晶結晶の混晶組成比を決めること
を特徴とする混晶組成比決定法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16912584A JPS61222986A (ja) | 1984-08-13 | 1984-08-13 | 結晶成長膜厚制御法 |
| US07/092,348 US4855013A (en) | 1984-08-13 | 1987-09-02 | Method for controlling the thickness of a thin crystal film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16912584A JPS61222986A (ja) | 1984-08-13 | 1984-08-13 | 結晶成長膜厚制御法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24511090A Division JPH03115190A (ja) | 1990-09-14 | 1990-09-14 | 混晶組成比決定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222986A true JPS61222986A (ja) | 1986-10-03 |
| JPH0331677B2 JPH0331677B2 (ja) | 1991-05-08 |
Family
ID=15880743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16912584A Granted JPS61222986A (ja) | 1984-08-13 | 1984-08-13 | 結晶成長膜厚制御法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61222986A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4874484A (ja) * | 1972-01-12 | 1973-10-06 | ||
| JPS6356199A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-10 | Omron Tateisi Electronics Co | パルスモ−タ制御装置 |
-
1984
- 1984-08-13 JP JP16912584A patent/JPS61222986A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4874484A (ja) * | 1972-01-12 | 1973-10-06 | ||
| JPS6356199A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-10 | Omron Tateisi Electronics Co | パルスモ−タ制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0331677B2 (ja) | 1991-05-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |