(57)【要約】      （修正有）【課題】異種の半導体等を積層して接合させたヘテロ構造を有する多層薄膜の製造においてクロスコンタミネーションの発生を防止し、ヘテロ接合界面の組成変化を従来よりも更に急峻にする事を可能にする多層薄膜製造装置を提供する。【解決手段】a)周壁に囲まれた反応室２０と、b)反応室２０の略中央に配置された回転可能な、基板載置部８０を有する回転体５０と、c)上記回転体５０に固定され、上記回転体５０と反応室２０の周壁とを横断するように設けられた２以上の隔壁７１，７２，７３，７４と、d)反応室２０の周壁、回転体５０および隔壁７１，７２，７３，７４により形成される複数の反応部にそれぞれ異なる反応ガスを導入するためのガス導入手段３５とを有する多層薄膜製造装置とする。【選択図】図１
2006261409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)周壁に囲まれた反応室と、
b)反応室の略中央に配置された回転可能な、基板載置部を有する回転体と、
c)上記回転体に固定され、上記回転体と反応室の周壁とを横断するように設けられた２以上の隔壁と、
d)反応室の周壁、回転体及び隔壁により形成される複数の反応部にそれぞれ異なる反応ガスを導入するためのガス導入手段と、
を有することを特徴とする多層薄膜製造装置。
【請求項２】
上記隔壁が、ガス導入手段により導入されるガスの流れに関して上記基板載置部よりも上流側では反応部を分離し、下流側では反応部を連通させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の多層薄膜製造装置。
【請求項３】
上記基板載置部が、ガスの流れに対して斜め方向となるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多層薄膜製造装置。
【請求項４】
上記ガス導入手段が、隣接しない反応部に互いに異なる反応ガスを導入するとともに、該反応部の間の反応部にパージガスを導入するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多層薄膜製造装置。
【請求項５】
上記ガス導入手段が、更に、基板に対して略垂直方向にガスを導入するための垂直方向ガス導入手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多層薄膜製造装置。
【請求項６】
a)周壁に囲まれた反応室の略中央に、基板載置部を有する回転体を配置し、
b)回転体と反応室の周壁とを横断する、回転体に固定された２以上の隔壁で隔てることにより複数の反応部を形成し、
c)各反応部にそれぞれ異なる反応ガスを導入し、
d)基板載置部に基板を載置した状態で回転体を回転させることにより、基板上に多層薄膜を形成する、
ことを特徴とする多層薄膜製造方法。
【請求項７】
隣接しない反応部に互いに異なる反応ガスを導入するとともに、該反応部の間に位置する反応部にパージガスを導入することを特徴とする請求項６に記載の多層薄膜製造方法。
【請求項８】
上記回転体を連続回転させることを特徴とする請求項６又は７に記載の多層薄膜製造方法。
【請求項９】
上記回転体を間欠回転させることを特徴とする請求項６又は７に記載の多層薄膜製造方法。
【請求項１０】
上記回転体を所定のガス導入手段の位置内において揺動回転させることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の多層薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種の半導体を積層して接合させたヘテロ構造を有するデバイスを作製するための多層薄膜製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電発光デバイスや高速デバイスなどにおいては、ヘテロ構造、即ち、異種の半導体を積層して接合させた構造を有するデバイスが用いられている。このようなデバイスは、有機金属気相成長法（OMVPE＝Organometallic Vapor Phase Epitaxy、MOVPE＝Metal-organic Vapor Phase Epitaxy、あるいは、MOCVD=Metal Organic Chemical Vapor Deposition）のような精密ヘテロ結晶成長技術を用いて製造することができる。
【０００３】
多重量子井戸（MQW)を有する素子（LED、Laser）、高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：HEMT）、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor：HBT）等を用いて作製された受発光素子、高周波素子は、III-V族化合物半導体材料のヘテロ接合により構成されることがよく知られている。ヘテロ接合の例としてはAlGaAs/GaAs、InGaAs/InP等があり、用途に応じてバンドギャップの異なる材料を選択し、積層する。この際、格子定数が整合するように三元系(InGaAs等）ではIII族元素の組成比を、四元系(InGaAsP等）ではIII族元素およびV族元素の組成比を変える。
【０００４】
半導体デバイスにおいてその性能を向上させるためには、品質の高い単結晶が得られること、および、p,n制御のための不純物がドーピングできることが必要である。更にヘテロ構造を有する半導体の場合は、ヘテロ接合界面の急峻な組成変化が実現される必要がある。
例えばHEMTにおいては、n+−Al0.3Ga0.7As/n-−GaAs接合の界面に二次元電子ガスを形成させる。このためにはヘテロ界面の組成変化が急峻である必要があり、GaAs→Al0.3Ga0.7Asへ徐々に組成が変わったのでは二次元電子ガスが形成されない。
【０００５】
しかし、有機金属気相成長法を用いてヘテロ構造を有するIII-V族化合物半導体を成膜する場合、ヘテロ接合界面において急峻な組成変化を達成することは難しい。例えばMQWを成膜する場合、各層界面での相互拡散、および、反応室からの脱ガスによるコンタミネーションに起因すると考えられる界面での組成比のずれが生じる。これらは界面の急峻性を悪化させ、また、格子不整合(歪超格子を目的とした場合は除く）を招く場合もある。各層界面での相互拡散は、低温成膜、結晶性を高めることで緩和できることがわかっている。しかし、反応室からの脱ガスは、特に蒸気圧の高いV族元素の異なる結晶を多層にする場合に問題になっている。例えばInGaP/GaAs-MQWの場合、GaAs成膜後完全に反応室からAsを除外しないとInGaP成膜中に反応室からAsの脱ガスが発生し、InGaP成膜層に混入する。また、InGaP成膜後Pを反応室から完全に除外しないとGaAs成膜層にPの混入が生じる。反応室からのAs,Pの脱ガスが著しい場合、界面での組成がInGaAsP/GaAsPとなり、目的のInGaP/GaAsの急峻なヘテロ接合が得られない。また、格子不整合が生じる場合もあり、これが界面でのトラップレベルを形成し、デバイス特性を悪化させる。以上においては蒸気圧の高いV族元素に注目したが、その他の場合も、使用するガスによっては蒸気圧の高い熱分解生成物が生じる。この場合も、上記同様、反応室からの脱ガスによるコンタミネーションが生じることとなり、界面での組成比のずれ、格子不整合を招く。
【０００６】
このような多層薄膜における、界面での組成比のずれ、および格子不整合を解決するために、異なる反応ガスの流路を別系統にし、ガスの予熱状態に差異が生じるようにすることによって結晶組成の均一性を確保し、かつ、成長層におけるキャリア濃度の均一性を確保する方法が特許文献１に開示されている。
【０００７】
その他に、薄膜層の成長中断直後にV族反応ガスとIII族反応ガスを同時に成長室に導入し、成長層表面からのV族元素の離脱および置換を抑えることにより、急峻なヘテロ接合界面を作製する方法が特許文献２に開示されている。
【０００８】
また、反応ガスとキャリアガスの流量制御を簡易に行えるようにすると同時に、反応ガスが十分反応管に行き渡るようにして、急峻なヘテロ接合界面を作製する方法が特許文献３に開示されている。
【０００９】
有機金属気相成長法を用いてヘテロ構造を有する薄膜を製造する場合、成長層の種類に応じて異なる反応ガスを使用して、複数の成長層を堆積させる。この際、上述の特許文献１〜３に記載の方法等が使用できる。
【００１０】
しかし、特許文献１に記載の方法においては、異なる反応ガスを使用する場合であっても、成長層の堆積を行う反応場が同一であるため、該反応場の内壁への各反応ガスの吸着が避けられない。内壁に吸着した反応ガスが各層の堆積中に脱離し、反応ガスによるクロスコンタミネーションを引き起こす。また、中間パージ領域がない等の理由から、良好な界面急峻性を得るのは困難である。
【００１１】
特許文献２に記載の方法による、後工程の反応ガスによる前工程ガスのパージおよびガスの単なる切り替えのみでは、前後のガス組成は指数関数的にしか変化しない。このため良好な界面急峻性を得ることは期待できない。
【００１２】
特許文献３に記載の方法は、単にガスの切り替え時に圧力変動を最小限に抑えるように工夫したのみで、異なる反応ガスによるクロスコンタミネーションは避けられない。このため、特許文献３に記載の方法によっても、良好な界面急峻性を得るのは困難である。
【００１３】
上記のような従来存在していた問題を解決することを目的として、本願発明者らは、本発明に先立ち、特許文献４において、周壁に囲まれた反応室と、反応室の略中央に配置された回転可能な、基板載置部を有する回転体と、回転体および隔壁により構成される複数の反応部にそれぞれ異なる反応ガスを導入するガス導入手段とから構成される多層薄膜製造装置を開示した。
【００１４】
【特許文献１】特開平11-329980号公報
【特許文献２】特開平9-213641号公報
【特許文献３】特開平10-223539号公報
【特許文献４】特開2004-273839号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献４に記載の発明によれば、基板が異なる反応ガスによって汚染されることが防止され、ヘテロ接合界面で急峻な組成変化を有するヘテロ構造化合物半導体を作成することが可能である。ところが、この構成では、基板が載置された回転体が回転した際に、反応部同士が連通して、反応ガスが隣接する反応部に流入してしまうことがあった。このようなクロスコンタミネーションの発生は、たとえ僅かであったとしても、ヘテロ接合界面での組成変化に影響を与えてしまうため、将来的に要求される更に高性能なデバイスを製造する上では障害となる。
【００１６】
本発明の目的とするところは、異種の半導体等を積層して接合させたヘテロ構造を有する多層薄膜の製造においてクロスコンタミネーションの発生を防止し、ヘテロ接合界面の組成変化を従来よりも更に急峻にすることを可能にする多層薄膜製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために成された本発明に係る多層薄膜製造装置は、a)周壁に囲まれた反応室と、b)反応室の略中央に配置された回転可能な、基板載置部を有する回転体と、c)上記回転体に固定され、上記回転体と反応室の周壁とを横断するように設けられた２以上の隔壁と、d)反応室の周壁、回転体および隔壁により形成される複数の反応部にそれぞれ異なる反応ガスを導入するためのガス導入手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る多層薄膜製造装置は、隔壁が回転体に固定されて設けられているため、隣接する反応空間同士の気密性が常に保持される。従って、クロスコンタミネーションによって基板が汚染されることがなくなり、ヘテロ接合界面で急峻な組成変化を有するヘテロ構造化合物半導体を作製することができる。これにより、高速電子移動が可能となり、高速性能が要求される次世代の高速光通信デバイスや光電発光デバイスに応用することができる。
また、複数のガス導入手段を設けることにより容易に多層薄膜を形成させることができ、高性能デバイス作製の生産性を向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
発明者らは、ヘテロ接合界面の急峻な組成変化が反応室壁からの原子汚染により妨げられているとの考え、即ち、例えば第一層形成工程で反応室壁に付着した第一反応ガスが、異なる反応ガス（第二反応ガス）を使用する第二層形成工程中に反応室壁から脱離して反応室中に拡散し、成長中の薄膜に混入することにより、ヘテロ接合界面の急峻な組成変化が妨げられているとの考えに基づき、本発明に係る多層薄膜製造装置においては、反応室内を複数の回転可能な反応部に分離し、反応部が回転移動することにより、各反応部に順次異なる反応ガスが導入されるようにした。
【００２０】
反応部は、回転体、隔壁および反応室周壁によって形成される空間である。反応室内において、回転体と反応室周壁とを横断する方向に複数の隔壁を設けることにより、反応室内が複数の反応部に分離される。反応部（隔壁）の数は、想定されるヘテロ構造や、同時に処理を行う基板の数などに応じて適宜設定する。ここにおいて回転体と隔壁とが一体的に形成されていることにより、回転体の回転に伴って隔壁も回転する。即ち、本発明では反応部が反応室内を回転移動する。隔壁は反応室周壁に対して所定の圧力で接触するように形成し、回転移動した際にも、隣接する反応部間で気密性が保持されるようにする。なお、隔壁は反応室周壁に対して接触することなく、ごく僅かに離れていてもよい。この場合でも、隣接する反応部に同程度の圧力のパージガスを導入することにより、各反応部に導入されたガスが隣接する反応部に流出することはなく、反応部間での気密性は保持される。
【００２１】
ガス導入手段（ガス吹き出し口）は反応室に対して固定的に設置されており、一つのガス導入手段は一種類のガスのみを導入する。このように設けられた各ガス導入手段に対して反応部が相対的に移動することにより、反応部には、個々のガス導入手段に応じた反応ガスが順次導入され、成膜が行われる。
【００２２】
ガス導入手段は、通常は基板に対して略水平方向にガスが導入される位置に設置する。また、反応室の外周側に、基板に対して略垂直方向に、各ガス導入手段と同一又は異種のガスを導入する垂直方向ガス導入手段を設けることもできる。垂直方向ガス導入手段の概念図を図２に示す。図２は、本発明に係る装置を上方から見た図である。垂直方向ガス導入手段を設ける場合、その開口形状は、回転体の軸方向に平行なスリット状であることが望ましい。このような、ガスが二方向から導入される構成とすることにより、反応ガスが回転体に取り付けられた基板全面を均一に横切るように流れるように制御することが可能となる。この結果、均一な成膜が可能となる。導入されるガスがパージガスである場合には、次層を積層する前に基板の全表面を均一に洗浄することができるため、ヘテロ接合界面のより急峻な組成変化が実現可能となる。
【００２３】
回転体側面上には基板載置部を設け、更に、回転体が、反応室中心に設けた軸を中心として回転できるようにする。このようにすると、一の成膜が終了した後、反応室を開放せずとも、反応部とともに基板を次のガス導入手段の位置に移動させ、次の反応ガスを用いて成膜することが可能となる。なお、回転体は、成膜が行われている間静止させ、次の工程に移る際に、次のガス導入手段の位置まで回転させてもよいし（間欠回転）、所定の速度で連続回転させてもよい。また、所定のガス導入手段の位置内において、基板に対する反応ガスの相対的な流れを制御することを目的として、回転体を順方向および逆方向に揺動させてもよい（揺動回転）。
【００２４】
一の反応ガスによって成膜を行った後、反応部を回転させて次の異なるガス導入手段から導入される反応ガスによって成膜を行おうとすると、直前の反応ガスが反応部内に残留しているため、急峻なヘテロ接合界面の組成変化が達成されない。そこで、隣接するガス導入手段によって導入されるガスが、反応ガスと洗浄パージガスとが交互となる構成とし、反応ガスによって成膜を行った後には、パージガスによって反応部の洗浄が行われるようにする。
【００２５】
回転体は、その径方向の大きさがなるべく大きくなるように形成し、反応部の空間体積が小さくなることが望ましい。反応部の体積によって反応ガスの導入量が決定されるため、反応部の体積が小さいことによってコスト的に有利となる。ただし、反応室の大きさや形状が反応ガスの流れに影響を及ぼす点に留意する必要がある。また、回転体においては、基板載置部がガスの流れに対して斜め方向となるように設けられていることが望ましい。このように回転体に傾斜をもたせることにより、基板もガスの流れに対して所定の角度を有することとなり、傾斜がない場合に比べて、基板上に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【００２６】
隔壁は、各反応部が完全に分離されるように設けてもよいが、ガス導入手段により導入されるガスの流れに関して、上記基板載置部よりも上流側では反応部を分離し、下流側では反応部を連通させるようになっていることが望ましい。これにより、使用された反応ガスが素早く反応室外に排出されることとなる。なお、このように反応室下部で各反応部が連通した構造となっていても、ポンプによる反応部下流側からの吸引により、反応部上流側に各反応部の反応ガスが拡散することはなく、異なる反応ガスにより基板が汚染されることはない。
【００２７】
以上のような装置構成とすることにより、反応部が異なる反応ガスで汚染されることが防止され、接合界面の組成変化が急峻なヘテロ構造化合物半導体等の多層薄膜を形成することが可能となる。
【実施例】
【００２８】
以下に、本発明の一実施例である多層薄膜製造装置を図１に従って具体的に説明する。
【００２９】
図１に、本発明に係る多層薄膜製造装置の概略構成を示す。多層薄膜製造装置１０は、反応室２０、回転移動する第１〜４反応部２１〜２４、反応部に必要な反応ガスを導入するための第１〜４ガス導入手段３１〜３４および共通ガス導入手段３５、基板載置部８０を有するサセプタ（回転体）５０、サセプタ５０に固定された、各反応部を分離する４枚の隔壁７１〜７４、反応室の周壁６０を外部から冷却する冷却装置（図示せず）、サセプタ５０を所望の温度まで加熱する高周波加熱装置（図示せず）、反応室２０内を１×10-6 Torr以下まで真空引き可能なターボ分子ポンプ等の真空装置（図示せず）等を有する。円筒状の壁を有する多層薄膜製造装置は、基板４０およびサセプタ５０を除く部分は石英で作製し、サセプタ５０は黒鉛（グラファイト）を炭化珪素で被覆することによって作製した。
なお、成膜中、装置は気密に保たれ、成膜時に導入された反応ガスは底部の排出口（図示せず）より外部に排出される。
【００３０】
第１〜４ガス導入手段３１〜３４および共通ガス導入手段３５はそれぞれ独立したガス供給源とガス供給管等（図示せず）を備える。これにより、異なる反応ガスを回転移動する各反応部２１〜２４内に個別に供給することが可能となる。なお、共通ガス導入手段３５は、各反応部に共通のガスを導入するための手段である。
【００３１】
サセプタ５０は、基板載置部をガスの流れに対して斜め方向に設けるため、反応部上部を小径とし、反応部下部を大径とする切頭円錐形状とした。これにより、導入した各反応ガスを基板上に均一に分布させる。また、各反応部２１〜２４に対応させて、円錐側面を切断することにより得られる、上向き放物線で囲まれた面上に基板載置部８０を設けた。
【００３２】
反応室２０の中心にある軸は、ガスの流れに対してサセプタ５０よりも下流側にある軸をサセプタ５０よりも上流側にある軸に比べ小径とした。これにより、反応部の下流側からの反応ガスの排出が容易になる。
【００３３】
図１では、サセプタ５０とキャップとの間に間隔を設けているが、キャップの下辺部にサセプタ５０の上辺部を直接つなぐようにしてもよい。
【００３４】
図１に示した本発明に係る多層薄膜製造装置を用いて、Ga0.47In0.53As/InP多層薄膜を作製した。基板温度、反応ガスの種類およびその流量の経時変化を図３に示す。なお、基板としては(001)面で切断されたFeドープ半絶縁性InP基板を使用した。代わりにSドープn型基板を用いてもよい。
【００３５】
第１〜４ガス導入手段３１〜３４および共通ガス導入手段３５により以下の反応ガスを供給した。
第１ガス導入手段３１：原料ガスであるTBP（tertiarybutylphosphine）と、キャリアガスである水素ガスとの混合ガス。
第２，第４ガス導入手段３２，３４：キャリアガスである水素ガス。
第３ガス導入手段３３：原料ガスであるTBAs（tertiarybutylarsine）と、キャリアガスである水素ガスとの混合ガス。
共通ガス導入手段３５：原料ガスであるTEGa（triethylgallium）/TMIn（trimethylindium）と、キャリアガスである水素ガスとの混合ガス。
【００３６】
第１反応部２１の基板載置部８０にInP基板を載置後、真空ポンプにより反応室２０内を1×10-6Torrまで減圧した。
Ga0.47In0.53Asの成長の前に、第１ガス導入手段３１により、TBPを第１反応部２１に供給し、基板温度580℃で30分基板の熱洗浄を行った。その後サセプタ５０を180度回転させ、第１反応部２１を基板と共に第３ガス導入手段の位置へ移動させた。その間、基板は水素が供給される第２ガス導入手段３２を通過した。これにより、基板に対して1秒間水素が吹き付けられ、第１ガス導入手段３１によって導入されたガスが基板から完全にパージされるようにした。
第３ガス導入手段３３からはTBAsを、共通ガス導入手段３５からTEGa+TMInの混合ガスを供給し、1秒間のアニール後、60分間で、Ga0.47In0.53As層を成長させた。それにより、膜厚0.8μm、V族元素/III族元素=1.0（原子数比）の膜が得られた。
なお、薄膜形成中の反応室２０内の圧力は76Torrであった。
【００３７】
図１に示した本発明に係る多層薄膜製造装置を用いて、GaAs/Ga0.51In0.49P/GaAs多層薄膜を作製した。基板温度、反応ガスの種類およびその流量の経時変化を図４に示す。なお、使用したGaAs基板は(001)面で切断されたシリコンドーピング基板である。
【００３８】
第３反応部２３の基板載置部８０にGaAs基板を載置後、真空ポンプにより反応室２０内を1×10-6Torrまで減圧した。
基板温度を610℃として、共通ガス導入手段３５からTEGaを、第３ガス導入手段３３からTBAsを第３反応部２３に10分間供給した。それにより、150nmのGaAsバッファ層が得られた。その後TBAsを供給しながら、5分間で580℃まで基板温度を降下させた。
その後サセプタ５０を回転させ、第３反応部２３を基板と共に第１ガス導入手段３１の位置に移動させた。その間、基板は第４反応部２４を通過し、1秒間水素パージが行われた。
第１反応部２１には第１ガス導入手段３１によってTBPを供給した。まず、1秒間TBPのみ供給し、その後TEGa+TMInの混合ガスも併せて10分間供給することにより、Ga0.51In0.49Pを成長させ、膜厚100nmのGa0.51In0.49P層を得た。なお、TEGa+TMInの混合ガスは、ガス導入手段３５により供給した。また、成長の間、基板温度は580℃に保持した。
続いて、TBPを供給しながら、5分間で540℃まで基板温度を降下させた。
その後、サセプタ５０を回転させ、第１反応部２１を第３ガス導入手段３３の位置に移動させた。その間、基板は第２ガス導入手段２２を通過し、1秒間水素パージが行われた。第３ガス供給手段３３からはTBAsのみを1秒間供給し、その後TEGaも併せて10分間供給することにより、100nmのGaAsキャップ層を得た。その後、TBAsを供給しながら基板温度を室温まで降下させた。
なお、薄膜形成中の反応室２０内の圧力は76Torrであった。
【００３９】
上記のGa0.47In0.53As/InP多層薄膜およびGaAs/Ga0.51In0.49P/GaAs多層薄膜の作製の際、異なるV族元素を含む反応ガスが、互いに隣り合ったガス導入手段からは供給されないようにした。即ち、TBAsと水素ガスとの混合ガス、およびTBPと水素ガスとの混合ガスは、反応室２０の中心にある軸を挟んで互いに対向する位置にある第１ガス導入手段３１と第３ガス導入手段３３からそれぞれ供給されるようにした。このように隣り合う反応部で異なるV族元素を含む反応ガスが使用されないようにすることにより、基板への不純物混入が避けられる。
また、これらの反応部の間にある第２ガス導入手段３２および第４ガス導入手段３４からは、水素ガスが供給されるようにし、第１ガス導入手段３１から第３ガス導入手段３３（又は第３ガス導入手段３３から第１ガス導入手段３１）へ基板が移動する際は、必ず第２ガス導入手段３２（又は第４ガス導入手段３４）を通過して、基板に対して水素パージが行われるようにした。これは、基板に付着している前の成膜工程で使用された反応ガスを水素パージすることにより、それを行わない場合と比較して、基板４０上でより急峻な組成変化を有する多層薄膜を得ることができるようにしたものである。
【００４０】
また、上記Ga0.47In0.53As/InP多層薄膜およびGaAs/Ga0.51In0.49P/GaAs多層薄膜ヘテロ構造の成長の際は、基板とエピ層の熱分解を避けるため、300℃よりも基板温度が高い時には、TBPおよびTBAsを供給した。
【００４１】
次に、このようにして得られたGa0.47In0.53As/InP多層薄膜、およびGaAs/Ga0.51In0.49P/GaAs多層薄膜の各ヘテロ界面特性を調べるため、２次イオン質量スペクトル（Secondary Ion Mass Spectroscopy、以下「SIMS」という）測定を行った。
本実施例の前半で得られたGa0.47In0.53As/InP多層薄膜ヘテロ構造におけるGa、As、InおよびPのSIMSプロフィールを図５に示す。
一方、図６は、従来の隔壁を用いない単一反応室からなる装置により得られたGa0.47In0.53As/InP多層薄膜のSIMSプロフィールである。
【００４２】
図５および図６を比較すると明らかなように、本発明に係る多層薄膜製造装置を用いた場合は、Ga0.47In0.53AsとInPのヘテロ接合界面において、P原子の分布が極めて急峻になっている。
また、本発明に係る多層薄膜製造装置を用いた場合は、Ga0.47In0.53As層におけるPの汚染は無視できる程度でしかない。しかし、従来の単一反応室からなる装置から得られたものにおいては、Pの分布が長いテールを引いており、Pによる汚染を無視することができない。
この結果から、急峻なヘテロ接合界面を得られなかった原因は、膜成長面での原子交換、あるいはヘテロ接合界面を横切る原子相互拡散ではなく、反応部の壁からのP原子残留効果（メモリ効果）によるものが大きいと考えられる。
【００４３】
次に、本実施例の後半で得られたGaAs/Ga0.51In0.49P/GaAs多層薄膜ダブルヘテロ構造におけるGa、As、InおよびPのSIMSプロフィールを図７に示す。
なお、図７の横軸スケールは図５および図６と比較して、ほぼ３倍に拡大されている。
【００４４】
図７の横軸0.1μm付近、および0.2μm付近のSIMSプロフィールから明らかなように、GaAsとGa0.51In0.49Pとのヘテロ接合界面、およびGa0.51In0.49PとGaAsとのヘテロ接合界面において、それぞれAs分布とP分布が極めて急峻に変化している。
また、GaAs層およびGa0.51In0.49P層において、AsおよびPによる汚染が無視できる程度に抑えられていることがわかる。
【００４５】
本実施例のSIMSプロフィールにおける深さ方向の分解能は、Ga0.47In0.53As/InPヘテロ構造に対して10nm、GaAs/Ga0.51In0.49P/GaAsへテロ構造に対しては2.6nmであるのでいずれも非常に急峻に組成変化が起こっていることがよくわかる。
【００４６】
なお、本実施例では、第１〜４ガス導入手段３１〜３４に加えて、各反応部に共通のガスを導入するための共通ガス導入手段３５を更に設けている。しかし、各反応部に異なる複数のガスを導入する場合は、第１〜４ガス導入手段３１〜３４に加えて、各反応部に対して別個独立したガス導入手段を更に設けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の１実施例よりなる多層薄膜製造装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】垂直方向ガス導入手段の概念図。
【図３】図１の多層薄膜製造装置を用いて作製されたGa0.47In0.53As/InPヘテロ構造基板の基板温度、反応ガスの種類およびその流量の経時変化を示すタイムチャート。
【図４】図１の多層薄膜製造装置を用いて作製されたGaAs/Ga0.51In0.49P/GaAsヘテロ構造基板の基板温度、反応ガスの種類およびその流量の経時変化を示すタイムチャート。
【図５】図１の多層薄膜製造装置を用いて得られた、Ga0.47In0.53As/InPヘテロ構造基板におけるSIMSプロフィールを示すグラフ。
【図６】従来の単一反応部からなる装置を使って得られた、Ga0.47In0.53As/InPヘテロ構造基板におけるSIMSプロフィールを示すグラフ。
【図７】図１の多層薄膜製造装置を用いて得られた、GaAs/Ga0.51In0.49P/GaAsヘテロ構造基板におけるSIMSプロフィールを示すグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１０…多層薄膜製造装置
２０…反応室
２１〜２４…第１〜４反応部
３１〜３４…第１〜４ガス導入手段
３５…共通ガス導入手段
４０…基板
５０…サセプタ
６０…反応室周壁
７１〜７４…隔壁
８０…基板載置部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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