JP3098371B2 - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
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Description
関し、特に半導体層の原子レベルでの規則度(自然超格
子)を形成・制御し、これにより半導体層の物性特性例
えばエネルギーギャッップ・光学異方性・電気伝導等を
従来技術に比較して大きく変化・制御させる事を可能と
する、選択結晶成長方法に関する。
て半導体基板上にSiO2 、SiNX等でストライプ状
にパターンを形成し、その露出部分へMOVPE,MB
E,VPE法等を用いて、部分的に半導体層を選択成長
する事が試みられている(図3参照)。例えば、第5回
InP国際会議(5th International
Conference on Indium Phos
phide andrelated Material
s,1993)44−47,52−55頁に記載があ
る。この場合、飛来した成長寄与原子・分子種の表面の
脱吸着・マイグレーションの違い(拡散距離の違い)に
より、選択成長部での半導体層の組成を変化させる事が
可能となる。図3には、MOVPE成長におるInGa
As半導体層のエネルギーギャップの選択マスク幅依存
性を示す。ここで飛来したIn、Ga原子において、I
n原子は拡散距離が長くGa原子よりも選択成長部への
到達確率が高い。このため選択マスク幅が狭い程、選択
成長部でのIn原子依存確率が増加しエネルギーギャッ
プが減少(In組成大)する。
次元的にエネルギーギャップの異なる領域形成を可能に
するもので、種々のデバイス応用が為されている。
エネルギーギャップ変化は、選択成長部での特定原子の
成長寄与確率増加による。従来技術において更なる応用
拡大を図るには、より大きな組成変化(エネルーギャッ
プ変化)が2次元内で形成される事が要求される。しか
しながら、特定原子が増加すると基板格子定数に対する
不整合を招き良質な単結晶エピタキシャル層が形成でき
ない。それ故、実際にはそれ程大きなエネルーギャップ
変化を得る事が出来ない。
ップ変化のみであるが、光学異方性・電気伝導等の他の
物質特性を基板平面内で2次元的に制御出来れば、光集
積回路等での大きな利用拡大がはかれる。
て、大きなエネルギーギャップ変化を制御性良く選択成
長領域に生じせしめる、更には光学異方性・電気伝導等
の他の物質特性を基板平面内で2次元的に制御する、半
導体結晶成長方法に関する。
方法は、半導体基板上の選択成長マスクを介して選択的
に自然超格子半導体層を形成する半導体結晶成長方法で
あって、選択成長部幅或いはマスク幅により前記自然超
格子半導体層の原子秩序度を制御することを特徴とす
る。
の課題を解決した。
法を示す。半導体基板1上にSiO2 ,SiNX 等でス
トライプ状にパターンを形成しマスク部2とし、マスク
が開にされた露出部分へMOVPE,MBE,VPE等
の結晶成長方法を用いて、部分的に半導体層を選択成長
させ、ここで、本発明の特徴は、半導体層成長条件によ
り原子レベルの規則度(自然超格子度)を制御する事に
ある。
吸着・マイグレーションの違いにより、選択成長部への
到達確率及び選択成長部での存在確率が変化する。ま
た、半導体結晶においてある成長条件下においては、構
成原子が特定面方位方向に秩序度を有して積層する事が
知られている(自然超格子)。これがエネルギーギャッ
プ・光学異方性・電気伝導異方性等の物性に影響を与
え、且つ秩序度の程度が物性変化量を支配している。自
然超格子は、経験的には成長温度・V/III比等の成
長条件最適化により形成可能である。その形成機構は、
基板面上のステップ端における特定原子の選択的取り込
み及びV族原子の表面配列構造(V/III比或いはV
族圧力に依存)が重要である。
体層を形成させる事により、原子秩序度が意図的に制御
可能となる。第一の理由は、選択成長の原理により選択
成長部サイズに依存して、選択成長部への成長寄与原子
の到達確率及び選択成長部での存在確率が変化する。こ
れにより、自然超格子形成におけるステップ端での特徴
原子の選択的取り込みが変化する。さらに、第二の理由
としては選択成長部の形状により、ミクロな領域でのV
族圧力或いは実効V/III比を変化させ、V族原子の
表面配列構造を意図的に制御可能とする。ここで、原子
秩序度を制御する要素は選択成長幅(マスク開口幅)W
g或いはマスク幅Wmである。
度を自在制御し、選択成長層でのエネルギーギャップ・
光学異方性・電気伝導異方性等の物質特性を制御させる
事が出来る。ここで、マスクパターンの形状により基板
平面内で2次元的制御も可能となり、光集積回路等での
大きな利用拡大が図れる。
して詳細に説明する。
InGaAs半導体層の選択成長過程を示す。MOVP
E成長においては、In・GaのIII族原子はTMI
n・TEGa等の有機金属材料により、AsのV族原子
はAsH3 ガスにより供給される。更に反応管内での熱
分解により、基板表面にはIn原子、Ga原子、As4
分子として到達する。ここで飛来したIn、Ga原子に
おいて、In原子は拡散距離が長くGa原子よりも選択
成長部への到達確率が高い。このため選択成長部3での
In原子存在確率が増加する。これは、In原子の基板
面上のステップ端における選択的取り込み助長するため
自然超格子を形成し易くする。
パターン形状により、選択成長領域でのAsH3 熱分解
によるAs4 圧力久を実効的に変化させる事が可能であ
る。これにより、As原子の表面配列構造を意図的に制
御し、自然超格子の秩序度を変える事が出来る。
に示したようなIn・Gaが特定結晶方向に秩序を有し
て配列した自然超格子を形成する。一般に、InGaA
s層においての自然超格子化はエネルギーギャップの減
少方向に作用する事が知られており、更にIn組成増大
によるエネルーギャップ減少効果と併せて大きな変化が
得られる。
As選択成長層のエネルーギャップの選択成長幅(マス
ク開口幅)依存性を示す。従来技術に比較して本実施例
により形成されたInGaAs層は、自然超格子の効果
により大きなエネルーギャップ変化を生じている。本実
施例では、エネルギーギャップ変化に注目しているが他
の物性特性例えば光学異方性・電気伝導異方性等にも選
択成長幅(マスク開口幅)依存性を生じるはずである。
のであるが、他のMBE・ガスソースMBE・VPE等
でも実施可能である。
よる自然超格子形成・制御は、半導体層のエネギルーギ
ャップ・光学異方性・電気伝導異方性等の物性特性を制
御させる事が出来る。更に、マスクパターン形状により
基板平面内で2次元的物性制御も可能となり、光集積回
路等での大きな利用拡大が図れる。
図。
選択成長層のエネルギーギャップの選択成長幅(マスク
開口幅)依存性を比較して示した図。
選択成長層のエネルギーギャップの選択成長幅(マスク
開口幅)依存性を示す図。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上の選択成長マスクを介して
選択的に自然超格子半導体層を形成する半導体結晶成長
方法であって、選択成長部幅或いはマスク幅により前記
自然超格子半導体層の原子秩序度を制御することを特徴
とする半導体結晶成長方法。 - 【請求項2】 前記選択成長マスクのパターン形状によ
り、前記自然超格子半導体層の原子秩序度を基板平面内
で2次元的に制御することを特徴とする請求項1記載の
半導体結晶成長方法。 - 【請求項3】 前記半導体層がIII-V族化合物半導体で
あり、III族元素が2種類以上の元素からなることを特
徴とする請求項1又は2記載の半導体結晶成長方法。
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- 1993-12-27 JP JP05330428A patent/JP3098371B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1994
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1997
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T.Sasaki et al,5Th INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDIUM PHOSHIDE AND RELATED MATERIALS(1993)p.44−47 |
Y.Chen,Appl.Phys.Lett.62[14](1993)p.1641−1643 |
Also Published As
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