JPS6272590A - 粒子線エピキシヤル装置における粒子線強度検出装置 - 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） 本発明は基板上に■−■族なとの化合物半導体をエピタ
キシャル成長させる装置において、その混晶比を制御す
るために粒子線源の粒子線発生強度を検出する装置に関
するものである。

ここで、「粒子線」の語は、分子、原子、イオン又はラ
ジカルなどを含む意味で使用されており、したがって、
本発明における「粒子線エピタキシャル装置」の語は、
従来の所謂分子線エピタキシャル装置（ＭＢＥ）や、後
述の所謂粒子線エピタキシャル装［（特願昭５９−３７
６６０号参照）の他、上記の意味の粒子線を基板上に照
射してエピタキシャル成長させるその他の装置をも含む
意味で使用されている。

本発明はそのような広い意味の粒子線エピタキシャル装
置に利用されるものである。

（従来の技術） 粒子線エピタキシャル装置の一例を第３図に示す。

この粒子線エピタキシャル装置では、真空チェインバ２
が、傾斜して設けられた液体窒素シュラウド４により線
源室６と成長室８に分離されている。

液体窒素シュラウド４は内部が中空で液体窒素のような
冷媒を充填することができ、冷媒導入口（図示略）と気
化した冷媒のガス排気口（図示略）を備えている。液体
窒素シュラウド４には線源室６から成長室８へ粒子線３
０ａ、３０ｂ、・・・・・・を通すための穴部１０ａ、
１０ｂ、・・・・・・や必要に応じてシャッタ操作用の
穴などが貫通して開けられている。

線源室６には複数の粒子線源１２，１６．・・・・・・
、粒子線源からの粒子線２２ａ、２２ｂ、・・・・・・
を選択するシャッタ１８及び高真空ポンプにつながる排
気口２０とが設けられており、その排気口２０は各粒子
線源１２，１６．・・・・・・からの粒子線２２ａ、２
２ｂ、・・・・・・の不用部分が液体窒素シュラウド４
又はシャッタ１８で反射されてできる不用な反射粒子線
２４．・・・・・・を有効に排出できるように。

液体窒素シュラウド４に傾斜して対向する位置に設けら
れている。

成長室８には基板支持台（図示！！８）に固着された基
板２６と、線源室６の真空排気系とは独立した高真空ポ
ンプにつながる排気口２８が設けられている。基板２６
の表面には、液体窒素シュラウド４の穴部１０ａ、１０
ｂ、　　・・・・・を経て粒子線源１２．１６．・・・
・・・から有用な粒子線３０ａ、３０ｂ、・・・・・・
が入射されるが、基板２６の表面で反射されてできる不
用な粒子線３２．・・・・・・が排気口２８の方向に反
射されて有効に排出されるように基板２６の固着角度が
設定されている。

粒子線源１２，１６．・・・・・・は発生する粒子線強
度が制御できる形成のものである。そのような粒子線源
としては、例えば、粒子線発生絞りでビーム状になった
粒子線がイオン化室を通るときにイオン化され、電極で
加速され収束され、磁場で不用なイオンが分離されて有
用なイオンのみが粒子線となって出射される電子イオン
化線源、光イオン化室でイオン化又はラジカル化された
粒子線のうち不用なイオンが四重極マスフィルタで分に
され、有用なイオン及びラジカルの粒子線のみが粒子線
となって出射される光イオン化線源、原料ガスを加熱分
解させる形成のもののようなガス状原料を使用するもの
、又はクヌードセンセルや固体原料をルツボに入れて加
熱する形式のもののような固体原料を使用するもの他、
従来の分子線エピタキシャル装置で使用されている粒子
線源であってもその粒子線の出射強度が制御できるタイ
プであれば使用することができる。これらの粒子線源は
、ヒータの通′ｆ／１量又はフローコントローラの流量
を制御することにより粒子線発生量を制御することがで
きる。

このような粒子線エピタキシャル装置に設けられる粒子
線源の種類と数は、成長させる結晶の種類に応じて任意
に選ぶことができる。

ガス状原料を用いる場合、高真空ポンプとして連続運転
可能なターボ分子ポンプが最も好ましい。

この粒子線エピタキシャル装置の動作中は、線源室６で
は、液体窒素シュラウド４の食酢１０ａ。

ｔｏｂ、・・・・・・を通過しない不用な粒子線はシャ
ッタ１８又は液体窒素シュラウド４で反射されて排気口
２０へ排出されるか、液体窒素その他の冷媒温度に冷却
されている液体窒素シュラウド４に吸着されることによ
り線源室６の高真空が維持される。成長室８では食酢１
０ａ、１０ｂ、・・・・・・を通過してきた有用な粒子
線３０ａ、３０ｂ、・・・・・・により基板２６上でエ
ピタキシャル成長が行なわれるが１粒子線３０ａ、３０
ｂ、・・・・・・のうちエピタキシャル成長に使用され
なかった不用な粒子線は反射粒子線３２．・・・・・・
となって排気口２８へ排出されるか、液体窒素シュラウ
ド４に吸着されることにより、成長室８の高真空が維持
される。そして、成長室８では穴部１０ａ、ｊｏｂ、・
・・・・を経て入射される粒子線３０ａ、３０ｂ、・・
・・・の量が線源室６へ入射される粒子線２２ａ、２２
ｂ、・・・・・・の量よりも少なく、また、成長室８と
線源室６とは食酢１０ａ、ｌＯｂ、・・・・・・でつな
がっているが、この穴部１０ａ、１０ｂ、・・・・・・
の径が液体窒素シュラウド４の全面積に比べると極めて
小さいので成長室８と線源室６の間で差動排気が行なわ
れて、成長室６の方が高真空となり、基板２６の周辺が
例えば１０−１０１’ｏｒｒというような高真空に保た
れる。

高真空下で分子、原子、イオン又はラジカルなどの粒子
線を基板に照射してエピタキシャル成長させるこのよう
な粒子線エピタキシャル装置で化合物を成長させようと
すれば、その混晶比を精度よく制御するために成分元素
ごとの粒子線強度を精度よく制御しなくてはならない。

多元化合物の混晶比、例えばＡＱｘＧａ＋−ｘＡｓでの
混晶比Ｘは、粒子線強度比を変えることにより決められ
る。

従来の原子吸光式の粒子線強度検出では、測定のための
光束３４は基板２６に到達する直前の粒子線３０ａ、３
０ｂ、・・・・・・を通過するように照射されるのが普
通である。図の場合、光束３４は紙面に垂直な方向に通
される。粒子線３０ａ、３０ｂ、・・・・・・を通過し
た光束３４は分光器３６により各粒子線の元素に対応し
た波長に分光され、各波長ごとに検出器３８で検出され
る。その検出器３８の出力により指示調節器４０を介し
て粒子線源１２．１６．　　・・・・・からの粒子線強
度が設定値になるように制御される。

（発明が解決しようとする問題点） 基板に到達する直前の粒子線強度を検出する原子吸光式
粒子線検出器では、成膜速度が小さくなると検出感度が
不足し、所要の混晶比制御を行なうことが難しくなる。

本発明は、検出感度を向上させ、混晶比制御を精度よく
行なうことができるようにする粒子線強度検出装置を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 実施例を示す図を参照して説明すると、本発明の粒子線
強度検出装置では、複数の粒子線（２２ａ〜２２ｄ）の
元素に対応した複数のホロカソードランプ（４４ａ〜４
４ｄ）の光を１本の光束に合成する合成手段（４６ａ、
４６ｂ、６２）が設けられ、この合成手段（４６ａ、４
６ｂ、６２）からの光束は対応する複数の粒子線源の出
口近傍の粒子線（２２ａ〜２２ｄ）を通過する如く設定
されており、粒子線を通過した光束の受光側にはその光
束を分光する分光器（５６ａ、５６ｂ、６８）と、各粒
子線（２２ａ〜２２ｄ）の元素に対応した波長の分光器
出力光を検出する検出器群（５８ａ〜５８ｄ）が設けら
れている。

（作用） 複数のホロカソードランプ（４４ａ〜４４ｄ）から放射
される輝線は合成手段（４６ａ、４６ｂ。

６２）で合成され、覗き窓（４８ａ、４８ｂ）から線源
室（６）に導かれ、粒子線（２２ａ〜２２ｄ）に照射さ
れると、それぞれの粒子線強度に比例した吸収を受ける
。粒子線の強度は粒子−線源からの距踵の２乗に逆比例
して減少する。そのため、粒子線源の出口近傍で粒子線
強度を検出すると基板（２６）の直前で検出するよりも
検出感度が高くなる。

（実施例１） 第１図は本発明の一実施例を表わす。

本実施例は、例えば第３図の如き粒子線エピタキシャル
装置においては測定用の光束が記号４２で示されるよう
な位置を通過するように設定される。その場合、第１図
は第３図の装置に本発明を装備し、Ａ−Ｂ線位置で切断
した状態を表わす。

２２ａ〜２２ｄは粒子線源から出射する粒子線であり、
４４ａ〜４４ｄはそれぞれの粒子ｆｉ２２ａ〜２２ｄの
元素に対応したホロカソードランプである。ｊ６ａはホ
ロカソードランプ４４ａからの光とホロカソードランプ
４４ｂからの光を合成して１本の光束４２ａにする合成
手段としてのハーフミラ−であり、４６ｂはホロカソー
ドランプ４４ｃからの光とホロカソードランプ４４ｄか
らの光を合成して１本の光束４２ｂにする合成手段とし
てのハーフミラ−である。

４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂは粒子線エピタキシャ
ル装置の線源室６に設けられた覗き窓である。ハーフミ
ラ−４６ａ−で合成された光束４２ａが覗き窓４８ａか
ら線源室６に入射し１粒子線２２ａ、２２ｂを通過した
後、覗き窓５０ａから出射するように、覗き窓４８ａ、
５０ａと粒子線２２ａ、２２ｂの位置が設定されている
。、また、覗き窓４８ｂ、５０ｂと粒子線２２ｃ、２２
ｄの位置も同様に、ハーフミラ−４６ｂで合成された光
束４２ｂが覗き窓４８ｂから線源室６に入射し、粒子線
２２ｃ、２２ｄを通過した後、覗き窓５０ｂから出射す
るように設定されている。

覗き窓４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂにはそれぞれ覗
き窓汚れ防止部５２ａ、５２ｂ、５４ａ。

５４ｂが設けられている。覗き窓汚れ防止部５２ａ、５
２ｂ、５４ａ、５４ｂにはそれぞれ光束４２ａ、４２ｂ
が通る小孔が開けられており、アルゴンガスのような不
活性ガスが導入されるとともに°、線源室６の排気系と
は別の排気系により排気され、線源室６よりは高圧にさ
れている。

５６ａは粒子線２２ａ、２２ｂを通過した光束４２ａを
ホロカソードランプ４４ａ、４４ｂから放射される輝線
の波長に分光する分光器であり、分光された光はそれぞ
れ光電子増倍管５８ａ、５８ｂにより検出されて増幅さ
れる。光電子増倍管５８ａ、５８ｂの出力信号はそれぞ
れ指示調節計ｊ、Ｏａ、４０ｂに送出される。５６ｂは
粒子線２２ｃ、２２ｄを通過した光束４２ｂをホロカソ
ードランプ４４ｃ、４４ｄから放射される輝線の波長に
分光する分光器であり、分光された光はそれぞれ光電子
増倍管５８ｃ、５８ｄにより検出されて増幅されろ。光
電子増倍管５８ｃ、５８ｄの出力信号はそれぞれ指示調
節計４０ｃ、４０ｄに送出される。

本実施例において、例えば粒子線２２ａ、２２ｂがそれ
ぞれガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（ＡＱ）とすると
、ホロカソードランプ４４ａ。

４４ｂにはそれぞれガリウム、アルミニウムのホロカソ
ードランプを使用する。ホロカソードランプ４４ａ、４
４ｂから放射されるガリウム、アルミニウムの輝線はハ
ーフミラ−４６ａで合成され、覗き窓４８ａから線源室
６に導かれ、粒子線２２ａ、２２ｂに照射されると、ガ
リウム、アルミニウムの粒子線強度に比例した吸収を受
ける。指示調節計４０ａ、４０ｂはそれぞれ光電子増倍
管５８ａ、５８ｂの出力から吸収の度合を測定する。

これらの指示調節計４０ａ、４０ｂの出力により粒子線
２２ａ、２２ｂの粒子線源を制御すれば粒子線強度゛を
制御することができる。

本実施例では、覗き窓汚れ防止部５２ａ、５２ｂ、５４
ａ、５４ｂが設けられているので、散乱した粒子線が堆
積して覗き窓４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂが汚れる
のが防止され、ホロカソードランプ４４ａ〜４４ｄから
の光が覗き窓の汚れによって減衰して測定誤差になるの
が防止される。

これにより、長時間安定した制御を行なうことができる
。

（実施例２） 第２図は他の実施例を表わす。

粒子線２２ａ〜２２ｄのためのホロカソードランプ４４
ａ〜４４ｄと、粒子線２２ａ〜２２ｄに吸収されない波
長の基準ランプ６０が合成手段としての光ファイバ束６
２により一括されている。

光ファイバ束６２から覗き窓４８ａを経て入射した光が
粒子線２２ａ〜２２ｄを通過して覗き窓４８ｂから出射
するように、線源室６内にミラー６４．６６が設置され
ている。６８は粒子線２２ａ〜２２ｄを通過して覗き窓
４８ｂから出射してきた光を各ホロカソードランプ４４
ａ〜４４ｄと基準ランプ６０の波長に分光する分光器で
ある。７０は基準ランプ用の光電子増倍管、７２は光電
子増倍管７０の出力を入力とする指示調節計である。

この指示調節計７２の出力は粒子線源用の指示調節計４
０ａ〜４０ｄの出力を調整している。

本実施例によれば、例えば覗き窓４８ａ、４８ｂの汚れ
による光強度の減衰など、光源の強度変化は基準ランプ
６０の光強度を測定する指示調節計７２の出力により補
正されるので、長時間安定した制御を行なうことができ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、測定用の光が粒子線源の出口近傍の粒
子線を通過する如く設定されているので、粒子線強度の
検出感度が高くなる。

また、複数の粒子線の元素に対応した複数のホロカソー
ドランプの光を１本の光束に合成して対応する複数の粒
子線を通過させているので、覗き窓の汚れなどにより光
強度が変化してもその１本の光束により検出される粒子
線の強度比は変化しない。

このように１本発明によれば、成膜速度が小さくても混
晶比の制御を精度よく行なうことができ。

生成する結晶の品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面断面図、第２図は
他の実施例を示す平面断面図、第３図は粒子線エピタキ
シャル装置の一例を示す概略断面図である。なお、第１
図及び第２図は第３図をＡ−Ｂ線位置で切断した状態で
示している。 ２２ａ〜２２ｄ、３０ａ、３０ｂ・＝・・・粒子線、２
６・・・・・・基板。 ４０ａ〜４０ｄ・・・・・・指示調節計、４４ａ〜４４
ｄ・・・・・・ホロカソードランプ、４６　ａ　、　　
４６　ｂ−・＝ミラー、５６　ａ　、　５６　ｂ　、　
６８−−分光器。 ５８ａ〜５８ｄ・・・・・・光電子増倍管、６２・・・
・・・光ファイバ束。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高真空下で粒子線を基板に照射してエピタキシャ
   ル成長させる粒子線エピタキシャル装置の粒子線強度を
   検出する装置において、 複数の粒子線の元素に対応した複数のホロカソードラン
   プの光を１本の光束に合成する合成手段が設けられ、こ
   の合成手段からの光束は対応する複数の粒子線源の出口
   近傍の粒子線を通過する如く設定されており、 粒子線を通過した光束の受光側にはその光束を分光する
   分光器と、各粒子線の元素に対応した波長の分光器出力
   光を検出する検出器群が設けられていることを特徴とす
   る粒子線強度検出装置。