JP2003121391A - 半導体単結晶の構造解析方法 - Google Patents
半導体単結晶の構造解析方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 第１の半導体層および第２の半導体層が交互
に積層されてなる多重量子井戸層を有する半導体単結晶
について、各半導体層の層厚に関する情報およびそれぞ
れの格子定数に関する情報を容易に求めることができる
半導体単結晶の構造解析方法を提供する。 【解決手段】 基板の組成と異なる組成を有する第１の
半導体層と、基板の組成および前記第１の半導体層の組
成と異なる組成を有する第２の半導体層とが、交互に積
層されてなる多重量子井戸層を有する半導体単結晶にお
いて、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の少な
くとも一方の成長時間を変更して２以上の半導体単結晶
を作製し、作製した２以上の半導体単結晶についてＸ線
回折による測定を行い、前記Ｘ線回折の測定結果に基づ
いて、前記第１の半導体層および第２の半導体層の層厚
に関する情報および格子定数に関する情報を算出するよ
うにした。
に積層されてなる多重量子井戸層を有する半導体単結晶
について、各半導体層の層厚に関する情報およびそれぞ
れの格子定数に関する情報を容易に求めることができる
半導体単結晶の構造解析方法を提供する。 【解決手段】 基板の組成と異なる組成を有する第１の
半導体層と、基板の組成および前記第１の半導体層の組
成と異なる組成を有する第２の半導体層とが、交互に積
層されてなる多重量子井戸層を有する半導体単結晶にお
いて、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の少な
くとも一方の成長時間を変更して２以上の半導体単結晶
を作製し、作製した２以上の半導体単結晶についてＸ線
回折による測定を行い、前記Ｘ線回折の測定結果に基づ
いて、前記第１の半導体層および第２の半導体層の層厚
に関する情報および格子定数に関する情報を算出するよ
うにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多重量子井戸層
（MQW:Multi-Quantum Well）を有する半導体単結晶の構
造解析方法に関し、特に、多重量子井戸層を構成する２
つの半導体層の成長速度および格子定数を、Ｘ線回折に
よる測定結果を利用して求める方法に関する。
（MQW:Multi-Quantum Well）を有する半導体単結晶の構
造解析方法に関し、特に、多重量子井戸層を構成する２
つの半導体層の成長速度および格子定数を、Ｘ線回折に
よる測定結果を利用して求める方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光通信用の発光デバイスまたは受
光デバイスとして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を
用いた光半導体素子が開発されている。この光半導体素
子は、一般に基板上にバッファ層や活性層、コンタクト
層等が積層して構成され、所望の発光特性や電気的特性
が得られるように各層の層厚や格子定数等が設計されて
いる。
光デバイスとして、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶を
用いた光半導体素子が開発されている。この光半導体素
子は、一般に基板上にバッファ層や活性層、コンタクト
層等が積層して構成され、所望の発光特性や電気的特性
が得られるように各層の層厚や格子定数等が設計されて
いる。
【０００３】ところで、従来は、作製された光半導体素
子について、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ：X-ray diffractom
etry）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Ele
ctron Microscopy）を用いて構造解析をすることによ
り、設計通りに各層が形成されているかを検査してい
た。
子について、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ：X-ray diffractom
etry）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Ele
ctron Microscopy）を用いて構造解析をすることによ
り、設計通りに各層が形成されているかを検査してい
た。
【０００４】ここで、Ｘ線回折およびＴＥＭについて簡
単に説明する。
単に説明する。
【０００５】Ｘ線回折は、結晶などの原子配列に関する
情報を得る基本的な分析法であり、有機、無機、金属材
料の合成、物性、結晶構造などの分野で利用されてい
る。
情報を得る基本的な分析法であり、有機、無機、金属材
料の合成、物性、結晶構造などの分野で利用されてい
る。
【０００６】例えば、原子が規則的に配置されている結
晶に単色（波長λ）の細いＸ線束をあてると、結晶中の
電子によって入射Ｘ線が散乱され、散乱したＸ線が干渉
することにより特定方向の強度が強くなり、Ｘ線回折像
が得られる。このＸ線回折像は結晶中の原子配置の規則
性を反映しているので、これをもとに結晶構造を知るこ
とができる。
晶に単色（波長λ）の細いＸ線束をあてると、結晶中の
電子によって入射Ｘ線が散乱され、散乱したＸ線が干渉
することにより特定方向の強度が強くなり、Ｘ線回折像
が得られる。このＸ線回折像は結晶中の原子配置の規則
性を反映しているので、これをもとに結晶構造を知るこ
とができる。
【０００７】また、結晶中の原子配置によって決まる結
晶格子面の間隔をｄ、Ｘ線の波長をλ、格子面への入射
角度をθとすると、「λ＝２ｄ・ｓｉｎθ」という関係
が成り立つ場合に、格子面でＸ線がブラッグ反射してＸ
線回折がおきることが知られている。
晶格子面の間隔をｄ、Ｘ線の波長をλ、格子面への入射
角度をθとすると、「λ＝２ｄ・ｓｉｎθ」という関係
が成り立つ場合に、格子面でＸ線がブラッグ反射してＸ
線回折がおきることが知られている。
【０００８】これより、波長λと回折角２θを測定する
と、上述した関係から格子面の間隔ｄがわかる。さら
に、結晶中の多くの格子面とそれらからの回折強度、お
よびそれらの間の角度を測定すると、結晶内の各原子の
配置を決めることができるのでその物質を同定すること
ができる。また、現在利用されている一般的なＸ線測定
装置では、上述した演算がソフトウェア処理により容易
に得ることができるようになっている。
と、上述した関係から格子面の間隔ｄがわかる。さら
に、結晶中の多くの格子面とそれらからの回折強度、お
よびそれらの間の角度を測定すると、結晶内の各原子の
配置を決めることができるのでその物質を同定すること
ができる。また、現在利用されている一般的なＸ線測定
装置では、上述した演算がソフトウェア処理により容易
に得ることができるようになっている。
【０００９】このように、Ｘ線回折法は、積層構造をし
た半導体層のそれぞれの層について格子定数と層厚の両
方の情報を得ることができるうえに、非破壊でかつ比較
的短い時間で結晶構造を解析できるという長所があるの
で、この方法により日常的に光半導体素子の検査が行わ
れていた。一方、ＴＥＭは、試料に大きな電圧を印加す
ることにより電子を注入して、試料の内部を素通りして
きた電子の投影像をみて、試料内部の構造を調べる装置
であり、1ｎｍの大きさまでが見える高分解能を一般に
有している。したがって、試料内部の原子１つ１つの並
び方を観察することが可能であり、結晶中の原子構造を
直接視覚的に観察できるという長所を有する。
た半導体層のそれぞれの層について格子定数と層厚の両
方の情報を得ることができるうえに、非破壊でかつ比較
的短い時間で結晶構造を解析できるという長所があるの
で、この方法により日常的に光半導体素子の検査が行わ
れていた。一方、ＴＥＭは、試料に大きな電圧を印加す
ることにより電子を注入して、試料の内部を素通りして
きた電子の投影像をみて、試料内部の構造を調べる装置
であり、1ｎｍの大きさまでが見える高分解能を一般に
有している。したがって、試料内部の原子１つ１つの並
び方を観察することが可能であり、結晶中の原子構造を
直接視覚的に観察できるという長所を有する。
【００１０】従来は、これらの方法により光半導体素子
の構造解析を行って、各層が設計通りに形成されている
かを検査するようにしていた。
の構造解析を行って、各層が設計通りに形成されている
かを検査するようにしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では固
体中における電子の波長と同じ程度の厚さ（１０〜１０
０ｎｍ）の中に二次元的に電子を閉じこめた単一量子井
戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum Well）が開発され、
さらに、この単一量子井戸構造を多数重ね合わせて層中
の電子や正孔および光の閉じこめ効率を向上させた多重
量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）を利用し
た光半導体素子が開発されている。
体中における電子の波長と同じ程度の厚さ（１０〜１０
０ｎｍ）の中に二次元的に電子を閉じこめた単一量子井
戸構造（ＳＱＷ：Single-Quantum Well）が開発され、
さらに、この単一量子井戸構造を多数重ね合わせて層中
の電子や正孔および光の閉じこめ効率を向上させた多重
量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）を利用し
た光半導体素子が開発されている。
【００１２】具体的には、光半導体素子の活性層を多重
量子井戸構造として、活性層中の電子等の振る舞いを制
御することにより半導体の持つ光学的な性質や電子的な
性質を向上させている。例えば、多重量子井戸層の中で
は電子や正孔の厚さ方向の運動が制限され、各々のエネ
ルギーがそろいやすくなるという性質を利用して、少な
い電流値で半導体レーザの発振を実現している。しか
し、多重量子井戸層は、構成する各半導体層の厚さや格
子定数によって層中での電子や正孔の厚さ方向の運動が
変化しやすいという欠点を有する。このため、多重量子
井戸層からなる活性層を有する光半導体素子は、多重量
子井戸層を構成する各半導体層の厚さや格子定数が変わ
ると一定の発光特性を得ることはできない。
量子井戸構造として、活性層中の電子等の振る舞いを制
御することにより半導体の持つ光学的な性質や電子的な
性質を向上させている。例えば、多重量子井戸層の中で
は電子や正孔の厚さ方向の運動が制限され、各々のエネ
ルギーがそろいやすくなるという性質を利用して、少な
い電流値で半導体レーザの発振を実現している。しか
し、多重量子井戸層は、構成する各半導体層の厚さや格
子定数によって層中での電子や正孔の厚さ方向の運動が
変化しやすいという欠点を有する。このため、多重量子
井戸層からなる活性層を有する光半導体素子は、多重量
子井戸層を構成する各半導体層の厚さや格子定数が変わ
ると一定の発光特性を得ることはできない。
【００１３】そこで、所望の発光特性を有する光半導体
素子を安定して製造するために、多重量子井戸層の各層
の厚さや格子定数の設計を行い、製造された光半導体素
子の多重量子井戸構造が設計通りに形成されているかの
検査が重要となる。
素子を安定して製造するために、多重量子井戸層の各層
の厚さや格子定数の設計を行い、製造された光半導体素
子の多重量子井戸構造が設計通りに形成されているかの
検査が重要となる。
【００１４】しかしながら、上述したＸ線回折およびＴ
ＥＭを用いた構造解析方法では、多重量子井戸層を各層
ごとに詳細に解析することは困難であった。
ＥＭを用いた構造解析方法では、多重量子井戸層を各層
ごとに詳細に解析することは困難であった。
【００１５】すなわち、Ｘ線回折法で格子定数の異なる
薄層が周期的に積層された構造をした多重量子井戸層を
測定すると、１周期の厚さ（周期層厚）が擬似的に１単
位格子と見なされてしまうために、多重量子井戸層を構
成するそれぞれの半導体層に分離して層厚や格子定数を
得ることは困難であった。
薄層が周期的に積層された構造をした多重量子井戸層を
測定すると、１周期の厚さ（周期層厚）が擬似的に１単
位格子と見なされてしまうために、多重量子井戸層を構
成するそれぞれの半導体層に分離して層厚や格子定数を
得ることは困難であった。
【００１６】例えば、多重量子井戸層の第１層および第
２層の厚さをｔ１、ｔ２、成長時間をＴ１、Ｔ２、成長
速度をｖ１、ｖ２とすると、Ｘ線回折結果からは、
２層の厚さをｔ１、ｔ２、成長時間をＴ１、Ｔ２、成長
速度をｖ１、ｖ２とすると、Ｘ線回折結果からは、
【数１】
で表される周期層厚ｔしか算出できなかった。
【００１７】また、第１層の基板との格子定数差をΔａ
１、第２層の基板との格子定数差をΔａ２とすると、Ｘ
線回折結果からは、
１、第２層の基板との格子定数差をΔａ２とすると、Ｘ
線回折結果からは、
【数２】
で表される平均格子定数差Δａ／ａしか算出できなかっ
た。
た。
【００１８】一方、ＴＥＭによる構造解析は、破壊検査
であるうえに測定に長時間を要するため、製品としての
光半導体素子を日常的に検査することは困難であるとい
う問題があった。また、ＴＥＭによる格子定数差の測定
は困難であった。
であるうえに測定に長時間を要するため、製品としての
光半導体素子を日常的に検査することは困難であるとい
う問題があった。また、ＴＥＭによる格子定数差の測定
は困難であった。
【００１９】本発明は、第１の半導体層および第２の半
導体層が交互に積層されてなる多重量子井戸層を有する
半導体単結晶について、各半導体層の層厚に関する情報
およびそれぞれの格子定数に関する情報を容易に求める
ことができる半導体単結晶の構造解析方法を提供するこ
とを目的とする。
導体層が交互に積層されてなる多重量子井戸層を有する
半導体単結晶について、各半導体層の層厚に関する情報
およびそれぞれの格子定数に関する情報を容易に求める
ことができる半導体単結晶の構造解析方法を提供するこ
とを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板の組成と
異なる組成を有する第１の半導体層と、基板の組成およ
び前記第１の半導体層の組成と異なる組成を有する第２
の半導体層とが、交互に積層されてなる多重量子井戸層
を有する半導体単結晶において、前記第１の半導体層と
前記第２の半導体層の少なくとも一方の成長時間を変更
して２以上の半導体単結晶を作製し、作製した２以上の
半導体単結晶についてＸ線回折による測定を行い、前記
Ｘ線回折の測定結果に基づいて、前記第１の半導体層お
よび第２の半導体層の層厚に関する情報および格子定数
に関する情報を算出するようにした半導体単結晶の構造
解析方法である。
異なる組成を有する第１の半導体層と、基板の組成およ
び前記第１の半導体層の組成と異なる組成を有する第２
の半導体層とが、交互に積層されてなる多重量子井戸層
を有する半導体単結晶において、前記第１の半導体層と
前記第２の半導体層の少なくとも一方の成長時間を変更
して２以上の半導体単結晶を作製し、作製した２以上の
半導体単結晶についてＸ線回折による測定を行い、前記
Ｘ線回折の測定結果に基づいて、前記第１の半導体層お
よび第２の半導体層の層厚に関する情報および格子定数
に関する情報を算出するようにした半導体単結晶の構造
解析方法である。
【００２１】具体的には、前記２以上の半導体単結晶に
ついて行ったＸ線回折測定により得られる前記多重量子
井戸層の周期層厚ｔと、前記第１および第２の半導体層
の成長時間に基づいて、前記第１および第２の半導体層
の成長速度を算出し、前記Ｘ線回折測定により得られる
前記多重量子井戸層の基板との格子定数差と、前記成長
時間と前記成長速度により求まる前記第１および第２の
半導体層の層厚に基づいて、前記第１および第２の半導
体層の基板との格子定数差を算出するようにした。
ついて行ったＸ線回折測定により得られる前記多重量子
井戸層の周期層厚ｔと、前記第１および第２の半導体層
の成長時間に基づいて、前記第１および第２の半導体層
の成長速度を算出し、前記Ｘ線回折測定により得られる
前記多重量子井戸層の基板との格子定数差と、前記成長
時間と前記成長速度により求まる前記第１および第２の
半導体層の層厚に基づいて、前記第１および第２の半導
体層の基板との格子定数差を算出するようにした。
【００２２】より具体的には、前記第１および第２の半
導体層の成長速度ｖ１、ｖ２は、異なる２つの半導体単
結晶についてＸ線回折測定により得られる前記多重量子
井戸層の周期層厚ｔと、前記第１および第２の半導体層
の成長時間Ｔ１、Ｔ２を、式に代入して連立方程式を
解くことにより算出できる。
導体層の成長速度ｖ１、ｖ２は、異なる２つの半導体単
結晶についてＸ線回折測定により得られる前記多重量子
井戸層の周期層厚ｔと、前記第１および第２の半導体層
の成長時間Ｔ１、Ｔ２を、式に代入して連立方程式を
解くことにより算出できる。
【００２３】また、前記第１および第２の半導体層の基
板との格子定数差Δａ１／ａ、Δａ ２／ａは、異なる２
つの半導体単結晶についてＸ線回折測定により得られる
前記多重量子井戸層の基板との平均格子定数差Δａ／ａ
と、前記成長時間Ｔ１、Ｔ２と前記成長速度ｖ１、ｖ２
により求まる前記第１および第２の半導体層の層厚ｔ １
（＝ｖ１Ｔ１）、ｔ２（＝ｖ２Ｔ２）を、式に代入し
て連立方程式を解くことにより算出できる。
板との格子定数差Δａ１／ａ、Δａ ２／ａは、異なる２
つの半導体単結晶についてＸ線回折測定により得られる
前記多重量子井戸層の基板との平均格子定数差Δａ／ａ
と、前記成長時間Ｔ１、Ｔ２と前記成長速度ｖ１、ｖ２
により求まる前記第１および第２の半導体層の層厚ｔ １
（＝ｖ１Ｔ１）、ｔ２（＝ｖ２Ｔ２）を、式に代入し
て連立方程式を解くことにより算出できる。
【００２４】なお、市販のＸ線測定装置が備えた演算処
理機能により、Ｘ線回折結果から前記多重量子井戸層の
周期層厚および基板との格子定数差は容易に求めること
ができる。
理機能により、Ｘ線回折結果から前記多重量子井戸層の
周期層厚および基板との格子定数差は容易に求めること
ができる。
【００２５】これより、多重量子井戸層を構成する各半
導体層の層厚および基板との格子定数差が設計通りにな
っているか調査できる。また、設計通りの層厚で各半導
体層を形成するための成長時間に関する最適条件を容易
に求めることができる。また、算出された基板との格子
定数差が設計値と乖離していた場合には、原料元素の供
給量を調整することにより組成を変更し、格子定数を調
整すればよい。したがって、所望の構造（設計）をした
多重量子井戸層を比較的容易に形成することができる。
導体層の層厚および基板との格子定数差が設計通りにな
っているか調査できる。また、設計通りの層厚で各半導
体層を形成するための成長時間に関する最適条件を容易
に求めることができる。また、算出された基板との格子
定数差が設計値と乖離していた場合には、原料元素の供
給量を調整することにより組成を変更し、格子定数を調
整すればよい。したがって、所望の構造（設計）をした
多重量子井戸層を比較的容易に形成することができる。
【００２６】なお、本発明の構造解析方法は、多重量子
井戸層を形成するにあたり成長条件（例えば成長時間）
を決定する際に利用することもできるし、半導体単結晶
の生産工程における日常的な検査に利用することもでき
る。
井戸層を形成するにあたり成長条件（例えば成長時間）
を決定する際に利用することもできるし、半導体単結晶
の生産工程における日常的な検査に利用することもでき
る。
【００２７】また、多重量子井戸層を構成する半導体の
種類は特に制限されず、一般的な半導体層が交互に積層
されて構成された多重量子井戸層の構造解析に適用する
ことができる。
種類は特に制限されず、一般的な半導体層が交互に積層
されて構成された多重量子井戸層の構造解析に適用する
ことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
として、多重量子井戸構造をした活性層有する半導体単
結晶について、前記活性層の各半導体層の成長速度およ
び格子定数を算出する方法について説明する。
として、多重量子井戸構造をした活性層有する半導体単
結晶について、前記活性層の各半導体層の成長速度およ
び格子定数を算出する方法について説明する。
【００２９】図１は、本実施形態の構造解析に使用した
半導体レーザ用の半導体単結晶の構造を示す概略図であ
る。半導体単結晶１００は、ＩｎＰ基板１０上に、Ｉｎ
Ｐバッファ層２０、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３０、多
重量子井戸（ＭＱＷ）層４０、ＩｎＧａＡｓＰクラッド
層５０、ＩｎＰコンタクト層６０が順次積層された構成
となっている。この半導体単結晶１００は、例えば分子
線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等により作製するこ
とができる。
半導体レーザ用の半導体単結晶の構造を示す概略図であ
る。半導体単結晶１００は、ＩｎＰ基板１０上に、Ｉｎ
Ｐバッファ層２０、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層３０、多
重量子井戸（ＭＱＷ）層４０、ＩｎＧａＡｓＰクラッド
層５０、ＩｎＰコンタクト層６０が順次積層された構成
となっている。この半導体単結晶１００は、例えば分子
線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等により作製するこ
とができる。
【００３０】また、多重量子井戸層４０は、組成の異な
る第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１と、第２のＩｎＧａＡｓ
Ｐ層４２が交互に計１１層積み重なって構成されてい
る。なお、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１およびＩｎＧａ
ＡｓＰ層４２と、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２０、５０
との組成も異なる。
る第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１と、第２のＩｎＧａＡｓ
Ｐ層４２が交互に計１１層積み重なって構成されてい
る。なお、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１およびＩｎＧａ
ＡｓＰ層４２と、ＩｎＧａＡｓＰクラッド層２０、５０
との組成も異なる。
【００３１】ここで、図１に示した半導体単結晶１００
の多重量子井戸層４０の設計値を表１に示す。表１よ
り、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１は、層厚が１０ｎｍ
で、基板との格子定数差（Δａ１／ａ）が−０．３％、
第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２は、層厚が６ｎｍで、基板
との格子定数差Δａ２／ａが＋１．０％と設計されてい
る。ここで、格子定数に関しては、各層の格子定数を直
接用いて表すこともできる。
の多重量子井戸層４０の設計値を表１に示す。表１よ
り、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１は、層厚が１０ｎｍ
で、基板との格子定数差（Δａ１／ａ）が−０．３％、
第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２は、層厚が６ｎｍで、基板
との格子定数差Δａ２／ａが＋１．０％と設計されてい
る。ここで、格子定数に関しては、各層の格子定数を直
接用いて表すこともできる。
【００３２】
【表１】
【００３３】従来のＸ線回折による解析方法では、各層
毎に層厚および基板との格子定数差を算出することはで
きないので、作製された半導体単結晶１００の多重量子
井戸層４０が設計通りに形成されているか検査すること
はできなかった。これに対して、本発明では、異なる成
長時間で第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１および第２のＩｎ
ＧａＡｓＰ層４２を成長させた２つの半導体単結晶につ
いてＸ線回折による構造解析を行うことにより、各半導
体層毎に層厚および基板との格子定数差を算出可能とし
ている。
毎に層厚および基板との格子定数差を算出することはで
きないので、作製された半導体単結晶１００の多重量子
井戸層４０が設計通りに形成されているか検査すること
はできなかった。これに対して、本発明では、異なる成
長時間で第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１および第２のＩｎ
ＧａＡｓＰ層４２を成長させた２つの半導体単結晶につ
いてＸ線回折による構造解析を行うことにより、各半導
体層毎に層厚および基板との格子定数差を算出可能とし
ている。
【００３４】以下に、表２に示す成長時間で多重量子井
戸層４０の各半導体層４１、４２を成長させて２つの試
料１、２を作製し、この試料１、２についてＸ線回折を
行うことにより各半導体層４１、４２の層厚および基板
との格子定数差を求める方法について説明する。
戸層４０の各半導体層４１、４２を成長させて２つの試
料１、２を作製し、この試料１、２についてＸ線回折を
行うことにより各半導体層４１、４２の層厚および基板
との格子定数差を求める方法について説明する。
【００３５】まず、設計による各半導体層の層厚（表
１）とＩｎＧａＡｓＰの概ね成長速度（１０００ｎｍ／
ｈｒ（０．２７８ｎｍ／ｓｅｃ））から試料１の各半導
体層４１、４２の成長時間を決定した。そして、試料２
の各半導体層４１、４２の成長時間は試料１のそれより
も６秒長くした。このように各半導体層４１、４２の成
長時間のみを変えて、他の条件はすべて同一として図１
に示す構造をした半導体単結晶の試料１、２を作製し
た。
１）とＩｎＧａＡｓＰの概ね成長速度（１０００ｎｍ／
ｈｒ（０．２７８ｎｍ／ｓｅｃ））から試料１の各半導
体層４１、４２の成長時間を決定した。そして、試料２
の各半導体層４１、４２の成長時間は試料１のそれより
も６秒長くした。このように各半導体層４１、４２の成
長時間のみを変えて、他の条件はすべて同一として図１
に示す構造をした半導体単結晶の試料１、２を作製し
た。
【００３６】
【表２】
【００３７】次に、作製した試料１、２について、Ｘ線
回折法により多重量子井戸層４０の周期層厚ｔおよび基
板との平均格子定数差Δａ／ａを測定した。ここで、周
期層厚ｔおよび基板との平均格子定数差Δａ／ａは、一
般的なＸ線測定装置を用いてＸ線回折結果をソフトウェ
ア処理することにより容易に算出することができる。
回折法により多重量子井戸層４０の周期層厚ｔおよび基
板との平均格子定数差Δａ／ａを測定した。ここで、周
期層厚ｔおよび基板との平均格子定数差Δａ／ａは、一
般的なＸ線測定装置を用いてＸ線回折結果をソフトウェ
ア処理することにより容易に算出することができる。
【００３８】Ｘ線測定装置による演算結果を表３に示
す。試料１については、周期層厚ｔが１５．１ｎｍ、基
板との格子定数差Δａ／ａが０．０９２％であり、試料
２については、周期層厚ｔが１８．１ｎｍ、基板との格
子定数差Δａ／ａが０．１１７％であった。
す。試料１については、周期層厚ｔが１５．１ｎｍ、基
板との格子定数差Δａ／ａが０．０９２％であり、試料
２については、周期層厚ｔが１８．１ｎｍ、基板との格
子定数差Δａ／ａが０．１１７％であった。
【００３９】
【表３】
【００４０】第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１の成長速度を
ｖ１、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２の成長速度をｖ２と
して、表３に示した周期層厚ｔの測定結果および成長時
間を式に代入すると、
ｖ１、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２の成長速度をｖ２と
して、表３に示した周期層厚ｔの測定結果および成長時
間を式に代入すると、
【数３】
が成り立つ。そして、、式よりｖ１は０．２９３ｎ
ｍ／ｓｅｃ（＝１．０５４ｎｍ／ｈｒ）、ｖ２は０．２
０７ｎｍ／ｓｅｃ（＝７４６ｎｍ／ｈｒ）となり、各半
導体層４１、４２の実際の成長速度が求まる。これよ
り、試料１、２の多重量子井戸層４０の各層４１、４２
の層厚を求めると表４のようになる。表４から、試料１
の第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１は設計値よりも０．５４
８ｎｍ厚く、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２は設計値より
も０．４４６ｎｍ薄く形成されていることが分かる。ま
た、試料２の第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１は設計値より
も２．３０６ｎｍ厚く、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２は
設計値よりも０．２０４ｎｍ薄く形成されていることが
分かる。
ｍ／ｓｅｃ（＝１．０５４ｎｍ／ｈｒ）、ｖ２は０．２
０７ｎｍ／ｓｅｃ（＝７４６ｎｍ／ｈｒ）となり、各半
導体層４１、４２の実際の成長速度が求まる。これよ
り、試料１、２の多重量子井戸層４０の各層４１、４２
の層厚を求めると表４のようになる。表４から、試料１
の第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１は設計値よりも０．５４
８ｎｍ厚く、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２は設計値より
も０．４４６ｎｍ薄く形成されていることが分かる。ま
た、試料２の第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１は設計値より
も２．３０６ｎｍ厚く、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２は
設計値よりも０．２０４ｎｍ薄く形成されていることが
分かる。
【００４１】このように、試料１および試料２は、設計
値の層厚よりも若干ずれているが、表５のように各半導
体層の設計層厚と算出された成長速度から成長時間の最
適値を算出することにより、理想の多重量子井戸層４０
を形成することができる。すなわち、本実施形態の多重
量子井戸層４０の場合、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１の
成長時間を３４．１秒とし、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４
２の成長時間を２９．０秒とすることにより設計通りの
層厚で各半導体層を形成することができる。
値の層厚よりも若干ずれているが、表５のように各半導
体層の設計層厚と算出された成長速度から成長時間の最
適値を算出することにより、理想の多重量子井戸層４０
を形成することができる。すなわち、本実施形態の多重
量子井戸層４０の場合、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１の
成長時間を３４．１秒とし、第２のＩｎＧａＡｓＰ層４
２の成長時間を２９．０秒とすることにより設計通りの
層厚で各半導体層を形成することができる。
【００４２】
【表４】
【００４３】
【表５】
【００４４】また、表３に示した基板との平均格子定数
差Δａ／ａの測定結果、および各半導体層４１、４２の
層厚を上記式に代入すると
差Δａ／ａの測定結果、および各半導体層４１、４２の
層厚を上記式に代入すると
【数４】
が成り立つ。そして、、式よりΔａ１／ａは−０．
３１３％、Δａ２／ａは＋１．０２９％となり、各半導
体層４１、４２の基板との格子定数差が求まる。
３１３％、Δａ２／ａは＋１．０２９％となり、各半導
体層４１、４２の基板との格子定数差が求まる。
【００４５】これより、本実施形態の多重量子井戸層４
０の場合、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１および第２のＩ
ｎＧａＡｓＰ層４２の格子定数は、ほぼ設計通りである
と判断することができる。なお、算出された基板との格
子定数差が設計値と乖離していた場合には、原料元素の
供給量を調整することにより組成を変更し、各半導体層
の格子定数を調整すればよい。
０の場合、第１のＩｎＧａＡｓＰ層４１および第２のＩ
ｎＧａＡｓＰ層４２の格子定数は、ほぼ設計通りである
と判断することができる。なお、算出された基板との格
子定数差が設計値と乖離していた場合には、原料元素の
供給量を調整することにより組成を変更し、各半導体層
の格子定数を調整すればよい。
【００４６】本実施形態で説明したようにして多重量子
井戸層の構造解析を行えば、多重量子井戸層４０の各半
導体層４１、４２が設計通りに形成されているか調査で
きるとともに、設計通りに形成するための成長時間に関
する最適条件を求めることができるので、所望の構造を
した多重量子井戸層を比較的容易に形成することができ
る。
井戸層の構造解析を行えば、多重量子井戸層４０の各半
導体層４１、４２が設計通りに形成されているか調査で
きるとともに、設計通りに形成するための成長時間に関
する最適条件を求めることができるので、所望の構造を
した多重量子井戸層を比較的容易に形成することができ
る。
【００４７】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではない。
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではない。
【００４８】例えば、上記実施形態ではわかりやすくす
るために、試料１と試料２において、第１のＩｎＧａＡ
ｓＰ層４１の成長時間と第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２の
成長時間の両方とも異なるようにしたが、少なくともど
ちらか一方の成長時間が異なるようにすれば成長速度お
よび基板との格子定数差を算出することができる。
るために、試料１と試料２において、第１のＩｎＧａＡ
ｓＰ層４１の成長時間と第２のＩｎＧａＡｓＰ層４２の
成長時間の両方とも異なるようにしたが、少なくともど
ちらか一方の成長時間が異なるようにすれば成長速度お
よび基板との格子定数差を算出することができる。
【００４９】また、多重量子井戸層を構成する半導体の
種類はＩｎＧａＡｓＰに制限されず、一般的な半導体層
が交互に積層されて構成された多重量子井戸層の構造解
析に適用することができる。
種類はＩｎＧａＡｓＰに制限されず、一般的な半導体層
が交互に積層されて構成された多重量子井戸層の構造解
析に適用することができる。
【００５０】また、本発明の構造解析方法は、多重量子
井戸層を形成するにあたり成長条件を決定する際に利用
することもできるし、半導体単結晶の生産工程における
日常的な検査に利用することもできる。
井戸層を形成するにあたり成長条件を決定する際に利用
することもできるし、半導体単結晶の生産工程における
日常的な検査に利用することもできる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、基板の組成と異なる組
成を有する第１の半導体層と、基板の組成および前記第
１の半導体層の組成と異なる組成を有する第２の半導体
層とが、交互に積層されてなる多重量子井戸層を有する
半導体単結晶において、前記第１の半導体層と前記第２
の半導体層の少なくとも一方の成長時間を変更して２以
上の半導体単結晶を作製し、作製した２以上の半導体単
結晶についてＸ線回折による測定を行い、前記Ｘ線回折
の測定結果に基づいて、前記第１の半導体層および第２
の半導体層の層厚に関する情報および格子定数に関する
情報を算出するようにしたので、多重量子井戸層を構成
する各半導体層の各層厚および各層の基板との格子定数
差が設計通りになっているか調査できるとともに、設計
通りの層厚で各半導体層を形成するための成長時間に関
する最適条件を求めることができる。したがって、所望
の構造（設計）をした多重量子井戸層を比較的容易に形
成することができるという効果を奏する。
成を有する第１の半導体層と、基板の組成および前記第
１の半導体層の組成と異なる組成を有する第２の半導体
層とが、交互に積層されてなる多重量子井戸層を有する
半導体単結晶において、前記第１の半導体層と前記第２
の半導体層の少なくとも一方の成長時間を変更して２以
上の半導体単結晶を作製し、作製した２以上の半導体単
結晶についてＸ線回折による測定を行い、前記Ｘ線回折
の測定結果に基づいて、前記第１の半導体層および第２
の半導体層の層厚に関する情報および格子定数に関する
情報を算出するようにしたので、多重量子井戸層を構成
する各半導体層の各層厚および各層の基板との格子定数
差が設計通りになっているか調査できるとともに、設計
通りの層厚で各半導体層を形成するための成長時間に関
する最適条件を求めることができる。したがって、所望
の構造（設計）をした多重量子井戸層を比較的容易に形
成することができるという効果を奏する。
【図１】 本実施形態の構造解析に使用した半導体レー
ザ用の半導体単結晶の構造を示す概略図である。
ザ用の半導体単結晶の構造を示す概略図である。
１００ 半導体単結晶
１０ ＩｎＰ基板
２０ ＩｎＰバッファ層
３０ ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
４０ 多重量子井戸（ＭＱＷ）層
４１ 第１のＩｎＧａＡｓＰ層
４２ 第２のＩｎＧａＡｓＰ層
５０ ＩｎＧａＡｓＰクラッド層
６０ ＩｎＰコンタクト層６０
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2G001 AA01 BA18 CA01 GA01 HA01
JA11 KA08 LA11 MA05
4M106 AA01 AA10 BA20 CB30
5F073 AA74 CA12 HA10 HA11
Claims (2)
- 【請求項１】 基板の組成と異なる組成を有する第１の
半導体層と、 基板の組成および前記第１の半導体層の組成と異なる組
成を有する第２の半導体層とが、交互に積層されてなる
多重量子井戸層を有する半導体単結晶において、 前記第１の半導体層と前記第２の半導体層の少なくとも
一方の成長時間を変更して２以上の半導体単結晶を作製
し、 作製した２以上の半導体単結晶についてＸ線回折による
測定を行い、 前記Ｘ線回折の測定結果に基づいて、前記第１の半導体
層および第２の半導体層の層厚に関する情報および格子
定数に関する情報を算出することを特徴とする半導体単
結晶の構造解析方法。 - 【請求項２】 前記２以上の半導体単結晶について行っ
たＸ線回折測定により得られる前記多重量子井戸層の周
期層厚と、前記第１および第２の半導体層の成長時間に
基づいて、前記第１および第２の半導体層の成長速度を
算出し、 前記Ｘ線回折測定により得られる前記多重量子井戸層の
基板との格子定数差と、前記成長時間と前記成長速度に
より求まる前記第１および第２の半導体層の層厚に基づ
いて、前記第１および第２の半導体層の基板との格子定
数差を算出することを特徴とする請求項１に記載の半導
体単結晶の構造解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317897A JP3834748B2 (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体単結晶の構造解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317897A JP3834748B2 (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体単結晶の構造解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121391A true JP2003121391A (ja) | 2003-04-23 |
| JP3834748B2 JP3834748B2 (ja) | 2006-10-18 |
Family
ID=19135694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001317897A Expired - Fee Related JP3834748B2 (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体単結晶の構造解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3834748B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005091311A (ja) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Sharp Corp | 格子定数の測定方法 |
| RU2498277C1 (ru) * | 2012-05-14 | 2013-11-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар"" (ОАО "НПП "Пульсар") | Способ диагностики полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур |
| RU2559799C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" | Способ экспонирования кристаллографических плоскостей монокристаллических пластин и гетероструктур |
| JPWO2019188318A1 (ja) * | 2018-03-26 | 2021-04-08 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子 |
| US11114821B2 (en) | 2019-02-27 | 2021-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser wafer and semiconductor laser |
-
2001
- 2001-10-16 JP JP2001317897A patent/JP3834748B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US11114821B2 (en) | 2019-02-27 | 2021-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser wafer and semiconductor laser |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3834748B2 (ja) | 2006-10-18 |
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