JP2733725B2 - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超高速の低次元
電子トランジスタ，低発振閾値を持つ量子井戸あるいは
量子井戸細線構造レーザなどの形成に適用される半導体
結晶成長法に係わり、特に基板結晶表面上の面内での平
坦制御方法に関するものである。
電子トランジスタ，低発振閾値を持つ量子井戸あるいは
量子井戸細線構造レーザなどの形成に適用される半導体
結晶成長法に係わり、特に基板結晶表面上の面内での平
坦制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】加熱炉内に複数の有機金属化合物ガス等
の原料を順次切り替えて導き、この原料に応じた基板結
晶表面上に析出する結晶成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用
い、ＧａＡｓ（００１）面から［バー１１０］方向へ傾
いた基板結晶表面上の［１１０］方向の沿ってできる原
子ステップを利用してそのステップから優先的に横方向
成長を行い、図４に示すような縦型半導体超格子構造４
や量子細線構造を形成しようとする場合、ＧａＡｓ傾斜
基板１の基板結晶表面のステップ（段差）２が一原子層
あるいはテラス３の幅（ステップとステップとの間隔）
が等間隔でなければならない。
の原料を順次切り替えて導き、この原料に応じた基板結
晶表面上に析出する結晶成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用
い、ＧａＡｓ（００１）面から［バー１１０］方向へ傾
いた基板結晶表面上の［１１０］方向の沿ってできる原
子ステップを利用してそのステップから優先的に横方向
成長を行い、図４に示すような縦型半導体超格子構造４
や量子細線構造を形成しようとする場合、ＧａＡｓ傾斜
基板１の基板結晶表面のステップ（段差）２が一原子層
あるいはテラス３の幅（ステップとステップとの間隔）
が等間隔でなければならない。
【０００３】しかしながら、結晶成長に用いるＧａＡｓ
傾斜基板１の基板表面は、加工ダメージや数十原子層の
段差を有するステップが多く存在し、また、テラス間隔
も不均一である。このため、基板結晶上にバッファ層と
してＧａＡｓを数百Å以上形成したり、あるいはＧａＡ
ｓとＡｌＡｓとを交互に４０〜１００Åを一周期として
２０から１００周期形成した超格子を基板結晶と縦型半
導体超格子との間に挿入して単原子ステップやテラス幅
を制御する試みが行われていた。
傾斜基板１の基板表面は、加工ダメージや数十原子層の
段差を有するステップが多く存在し、また、テラス間隔
も不均一である。このため、基板結晶上にバッファ層と
してＧａＡｓを数百Å以上形成したり、あるいはＧａＡ
ｓとＡｌＡｓとを交互に４０〜１００Åを一周期として
２０から１００周期形成した超格子を基板結晶と縦型半
導体超格子との間に挿入して単原子ステップやテラス幅
を制御する試みが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の半導体結晶成長方法においても、成長結晶表面
上の平坦性が制御されないため、図５に示すようにＧａ
Ａｓ傾斜基板１上に形成したＧａＡｓバッファ層５の成
長表面にはステップ６の高さが数原子層以上の凹凸が存
在し、しかもテラス７の幅も等間隔ではなく、幅の広い
（数百Å）テラス７ａと幅の狭い（４０〜５０Å以下）
テラス７ｂとが混在する。このため、縦型半導体超格子
４を形成した場合、周期の不均一や超格子界面の混晶化
が起こるという問題があった。また、量子細線構造にお
ける細線幅の面内寸法が均一でなく、特性のばらつきが
多くなるという問題があった。
た従来の半導体結晶成長方法においても、成長結晶表面
上の平坦性が制御されないため、図５に示すようにＧａ
Ａｓ傾斜基板１上に形成したＧａＡｓバッファ層５の成
長表面にはステップ６の高さが数原子層以上の凹凸が存
在し、しかもテラス７の幅も等間隔ではなく、幅の広い
（数百Å）テラス７ａと幅の狭い（４０〜５０Å以下）
テラス７ｂとが混在する。このため、縦型半導体超格子
４を形成した場合、周期の不均一や超格子界面の混晶化
が起こるという問題があった。また、量子細線構造にお
ける細線幅の面内寸法が均一でなく、特性のばらつきが
多くなるという問題があった。
【０００５】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、成
長結晶表面上のステップの高さを一原子層およびテラス
幅を等間隔に制御し、基板結晶表面上の面内での平坦性
を向上させることができる半導体結晶成長方法を提供す
ることにある。
を解決するためになされたものであり、その目的は、成
長結晶表面上のステップの高さを一原子層およびテラス
幅を等間隔に制御し、基板結晶表面上の面内での平坦性
を向上させることができる半導体結晶成長方法を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、複数の有機金属化合物等の原料を順
次切り替えて導き、この原料に応じた半導体を基板結晶
表面上に析出する結晶成長法を用い、ＧａＡｓ（００
１）面から［バー１１０］方向へ傾いた基板結晶表面上
に２種類の半導体として例えばＧａＡｓとＡｌＡｓとを
一原子層ないし６原子層覆うごとに交互に供給し、一原
子層づつないし６原子層を一周期とする超格子を２０〜
６０周期形成するものである。
るために本発明は、複数の有機金属化合物等の原料を順
次切り替えて導き、この原料に応じた半導体を基板結晶
表面上に析出する結晶成長法を用い、ＧａＡｓ（００
１）面から［バー１１０］方向へ傾いた基板結晶表面上
に２種類の半導体として例えばＧａＡｓとＡｌＡｓとを
一原子層ないし６原子層覆うごとに交互に供給し、一原
子層づつないし６原子層を一周期とする超格子を２０〜
６０周期形成するものである。
【０００７】
【作用】本発明においては、ＧａＡｓ（００１）面から
［バー１１０］方向へ傾いた基板結晶表面上が多くのス
テップ（段差）や不均一なテラスを有した場合であって
も、成長表面上は一原子層のステップを有し、かつ等間
隔のテラス幅か形成される。
［バー１１０］方向へ傾いた基板結晶表面上が多くのス
テップ（段差）や不均一なテラスを有した場合であって
も、成長表面上は一原子層のステップを有し、かつ等間
隔のテラス幅か形成される。
【０００８】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明による半導体結晶成長方法の
一実施例を説明するための模式図であり、前述の図と同
一部分には同一符号を付してある。同図において、８は
ステップを示し、９はテラスを示す。ここでは、ＧａＡ
ｓ（００１）面の［バー１１０］方位に対して角度θ＝
２度、さらに面内の垂直方位の［１１０］に対して角度
θ＝０．１度傾いた結晶表面を有するＧａＡｓ傾斜基板
１を用いた。まず、第１の工程として、ＧａＡｓ傾斜基
板１の基板結晶上に有機金属気相成長法によりＧａＡｓ
バッファ層５を約６００Å成長し、基板表面の加工ダメ
ージの影響をなくした。次に第２の工程として、ＡｌＡ
ｓ結晶層１０を三原子層と、ＧａＡｓ結晶層１１を三原
子層とを成長させ、これを一周期とする超格子を２０周
期成長させた。その後、第３の工程として、図４に示す
ようなＡｌＡｓを０．５原子層，次にＧａＡｓを０．５
原子層を一周期とする半導体超格子を９００周期成長し
て縦型半導体超格子４を形成した。
説明する。図１は、本発明による半導体結晶成長方法の
一実施例を説明するための模式図であり、前述の図と同
一部分には同一符号を付してある。同図において、８は
ステップを示し、９はテラスを示す。ここでは、ＧａＡ
ｓ（００１）面の［バー１１０］方位に対して角度θ＝
２度、さらに面内の垂直方位の［１１０］に対して角度
θ＝０．１度傾いた結晶表面を有するＧａＡｓ傾斜基板
１を用いた。まず、第１の工程として、ＧａＡｓ傾斜基
板１の基板結晶上に有機金属気相成長法によりＧａＡｓ
バッファ層５を約６００Å成長し、基板表面の加工ダメ
ージの影響をなくした。次に第２の工程として、ＡｌＡ
ｓ結晶層１０を三原子層と、ＧａＡｓ結晶層１１を三原
子層とを成長させ、これを一周期とする超格子を２０周
期成長させた。その後、第３の工程として、図４に示す
ようなＡｌＡｓを０．５原子層，次にＧａＡｓを０．５
原子層を一周期とする半導体超格子を９００周期成長し
て縦型半導体超格子４を形成した。
【０００９】このような方法において、第２の工程で成
長した超格子表面のステップ８の高さおよびテラス９の
幅をＴＥＭにより観察した結果、ステップが一原子層で
かつ幅の広いテラスと狭いテラスのテラス幅の差は１０
Å以下（約３原子層）であり、成長表面上が完全に制御
されていることを確認した。また、図１中のＡｌＡｓ結
晶層１０とＧａＡｓ結晶層１１とを一原子層づつあるい
は二原子層を一周期として６０周期程度成長させた場合
でも、同様な効果が得られた。
長した超格子表面のステップ８の高さおよびテラス９の
幅をＴＥＭにより観察した結果、ステップが一原子層で
かつ幅の広いテラスと狭いテラスのテラス幅の差は１０
Å以下（約３原子層）であり、成長表面上が完全に制御
されていることを確認した。また、図１中のＡｌＡｓ結
晶層１０とＧａＡｓ結晶層１１とを一原子層づつあるい
は二原子層を一周期として６０周期程度成長させた場合
でも、同様な効果が得られた。
【００１０】図２は本発明に係わる超格子周期と表面上
のテラス幅との関係を示したものである。同図におい
て、横軸はＡｌＡｓ結晶層とＧａＡｓ結晶層の一周期の
原子層の厚さ（ＭＬ：モノレーヤ）を示し、縦軸は幅の
広いテラス（Ｔｗ）と狭いテラス（Ｔｎ）とのテラス幅
の差（Å）を示している。同図から明かなように超格子
周期が２６原子層では、１５０Å以上のテラス幅のばら
つきがあるのに対し、６原子層では１０Å以下である。
このように本実施例によれば、成長表面上のテラス幅の
均一性が約１５倍改善されたことが解る。
のテラス幅との関係を示したものである。同図におい
て、横軸はＡｌＡｓ結晶層とＧａＡｓ結晶層の一周期の
原子層の厚さ（ＭＬ：モノレーヤ）を示し、縦軸は幅の
広いテラス（Ｔｗ）と狭いテラス（Ｔｎ）とのテラス幅
の差（Å）を示している。同図から明かなように超格子
周期が２６原子層では、１５０Å以上のテラス幅のばら
つきがあるのに対し、６原子層では１０Å以下である。
このように本実施例によれば、成長表面上のテラス幅の
均一性が約１５倍改善されたことが解る。
【００１１】次に前述した結晶成長条件の詳細について
説明する。高周波加熱の横型炉を用い、約７６ｔｏｒｒ
の減圧下で結晶成長を行った。原料としてトリエチルア
ルミ（ＴＥＡｌ），トリエチルガリウム（ＴＥＧａ），
アルシン（ＡｓＨ3 ）を用いた。反応管内の分圧は、そ
れぞれ５．９×１０-4ｔｏｒｒ，５．８×１０-4ｔｏｒ
ｒ，５．３×１０-1ｔｏｒｒであり、水素キャリアガス
も含め、全ガス流量は４リッタ／分である。また、成長
温度は約６００℃である。この条件での成長速度は、
０．４７Å／秒であり、約６秒間でテラス（平坦部）９
の前面が覆われ、丁度一原子層の厚さに相当する。
説明する。高周波加熱の横型炉を用い、約７６ｔｏｒｒ
の減圧下で結晶成長を行った。原料としてトリエチルア
ルミ（ＴＥＡｌ），トリエチルガリウム（ＴＥＧａ），
アルシン（ＡｓＨ3 ）を用いた。反応管内の分圧は、そ
れぞれ５．９×１０-4ｔｏｒｒ，５．８×１０-4ｔｏｒ
ｒ，５．３×１０-1ｔｏｒｒであり、水素キャリアガス
も含め、全ガス流量は４リッタ／分である。また、成長
温度は約６００℃である。この条件での成長速度は、
０．４７Å／秒であり、約６秒間でテラス（平坦部）９
の前面が覆われ、丁度一原子層の厚さに相当する。
【００１２】図３は本発明による半導体結晶成長方法に
より形成された半導体超格子を光素子への応用として活
性層をＩｎＡｓとした量子細線構造レーザに適用した場
合を示す模式図である。同図において、２１は前述した
ＧａＡｓ傾斜基板１に相当するｎ-ＧａＡｓ基板、２２
はｎ-（ＡｌＡｓ）3（ＧａＡｓ）3 超格子、２３はＧａ
Ａｓ層、２４はＩｎＡｓ活性層、２５はｐ-ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、２６はｐ-ＧａＡｓキャップ層、２７電
極、２８は電極である。
より形成された半導体超格子を光素子への応用として活
性層をＩｎＡｓとした量子細線構造レーザに適用した場
合を示す模式図である。同図において、２１は前述した
ＧａＡｓ傾斜基板１に相当するｎ-ＧａＡｓ基板、２２
はｎ-（ＡｌＡｓ）3（ＧａＡｓ）3 超格子、２３はＧａ
Ａｓ層、２４はＩｎＡｓ活性層、２５はｐ-ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、２６はｐ-ＧａＡｓキャップ層、２７電
極、２８は電極である。
【００１３】このような構成によれば、電極２７に正，
電極２８に負の電圧を加えることにより、ｐ-ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層２５から正孔，ｎ-（ＡｌＡｓ）3（Ｇａ
Ａｓ）3 超格子２２から電子が細線構造であるＩｎＡｓ
活性層２４中に供給され、その電子および正孔の状態密
度が一次元化することにより、不連続となり、発振閾値
が低下し、かつ温度に対して安定化する。
電極２８に負の電圧を加えることにより、ｐ-ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層２５から正孔，ｎ-（ＡｌＡｓ）3（Ｇａ
Ａｓ）3 超格子２２から電子が細線構造であるＩｎＡｓ
活性層２４中に供給され、その電子および正孔の状態密
度が一次元化することにより、不連続となり、発振閾値
が低下し、かつ温度に対して安定化する。
【００１４】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ＧａＡｓ（００１）面から［バー１１０］方位に傾いた
基板結晶表面上に多数のステップ（段差）を有し、かつ
不均一なテラス幅が存在する場合においても、ステップ
の高さ（段差）を一原子層にかつテラス幅を等間隔に制
御することができる。したがって縦型半導体超格子の周
期の均一性や界面が改善され、かつ超高速の低次元電子
トランジスタあるいは低発振閾値を持つ量子井戸または
量子細線構造レーザなどの製作および特性の向上に優れ
た効果がある。
ＧａＡｓ（００１）面から［バー１１０］方位に傾いた
基板結晶表面上に多数のステップ（段差）を有し、かつ
不均一なテラス幅が存在する場合においても、ステップ
の高さ（段差）を一原子層にかつテラス幅を等間隔に制
御することができる。したがって縦型半導体超格子の周
期の均一性や界面が改善され、かつ超高速の低次元電子
トランジスタあるいは低発振閾値を持つ量子井戸または
量子細線構造レーザなどの製作および特性の向上に優れ
た効果がある。
【図１】本発明の一実施例を説明するための模式図であ
る。
る。
【図２】超格子周期とテラス幅との関係を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の応用例を示す量子細線構造レーザの模
式図である。
式図である。
【図４】従来の（ＡｌＡｓ）1/2（ＧａＡｓ）1/2縦型半
導体超格子の構成を示す模式図である。
導体超格子の構成を示す模式図である。
【図５】従来の縦型半導体超格子におけるステップの高
さおよびテラス幅が制御されていない場合のＧａＡｓバ
ッファ層表面を示す模式図である。
さおよびテラス幅が制御されていない場合のＧａＡｓバ
ッファ層表面を示す模式図である。
１ ＧａＡｓ傾斜基板 ２ ステップ ３ テラス ４ 縦型半導体超格子 ５ ＧａＡｓバッファ層 ６ ステップ ７ テラス ７ａ 幅の広いテラス ７ｂ 幅の狭いテラス７ ８ ステップ ９ テラス １０ ＡｌＡｓ結晶層 １１ ＧａＡｓ結晶層 ２１ ｎ-ＧａＡｓ傾斜基板 ２２ ｎ-（ＡｌＡｓ）3（ＧａＡｓ）3 超格子 ２３ ＧａＡｓ層 ２４ ＩｎＡｓ活性層 ２５ ｐ-ＡｌＧａＡｓクラッド層 ２６ ｐ-ＧａＡｓキャップ層 ２７ 電極 ２８ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の原料原子または原料化合物を順次
切り替えてＧａＡｓ（００１）面から［バー１１０］方
向へ傾いた基板結晶表面上に前記原料に応じた少なくと
も２種類の半導体を析出する結晶成長法を用いて縦型半
導体超格子を形成する半導体結晶成長方法において、前
記縦型半導体超格子を形成するに先だって前記基板結晶
表面上に２種類の半導体を一原子層づつないし６原子層
を一周期とする超格子を２０〜６０周期形成することを
特徴とした半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14901492A JP2733725B2 (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14901492A JP2733725B2 (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326922A JPH05326922A (ja) | 1993-12-10 |
| JP2733725B2 true JP2733725B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=15465791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14901492A Expired - Fee Related JP2733725B2 (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2733725B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3929008B2 (ja) | 2000-01-14 | 2007-06-13 | シャープ株式会社 | 窒化物系化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| KR100580623B1 (ko) * | 2003-08-04 | 2006-05-16 | 삼성전자주식회사 | 초격자 구조의 반도체층을 갖는 반도체 소자 및 그 제조방법 |
| JP2006229253A (ja) * | 2006-05-19 | 2006-08-31 | Sharp Corp | 窒化物系化合物半導体発光およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-05-18 JP JP14901492A patent/JP2733725B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05326922A (ja) | 1993-12-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |