JP3122526B2 - 三−五族化合物半導体気相成長方法および半導体装置 - Google Patents
三−五族化合物半導体気相成長方法および半導体装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三−五族化合物半導体
の気相法による結晶成長に関し、特に微小な島状結晶を
成長させるための形成方法、および、この微小結晶を含
む量子箱半導体装置に関する。
の気相法による結晶成長に関し、特に微小な島状結晶を
成長させるための形成方法、および、この微小結晶を含
む量子箱半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板結晶上への三−五族化合物半
導体の成長は、単結晶基板上にエピタキシーした極薄膜
を成長させるための技術として発達し、電子デバイスや
光デバイス用に応用されている。ところで、これらの半
導体素子の高性能化を目指す一つの方法として、デバイ
ス構造の微細化、薄膜化があり、この極限構造として、
電子をその波長程度の領域に閉じ込める量子箱構造が注
目されている。そこでは電子の波としての性質が現れ、
これを利用することで、従来の動作速度をはるかに上回
る超高速素子や、低しきい値レーザーなどが実現でき
る。
導体の成長は、単結晶基板上にエピタキシーした極薄膜
を成長させるための技術として発達し、電子デバイスや
光デバイス用に応用されている。ところで、これらの半
導体素子の高性能化を目指す一つの方法として、デバイ
ス構造の微細化、薄膜化があり、この極限構造として、
電子をその波長程度の領域に閉じ込める量子箱構造が注
目されている。そこでは電子の波としての性質が現れ、
これを利用することで、従来の動作速度をはるかに上回
る超高速素子や、低しきい値レーザーなどが実現でき
る。
【０００３】従来、結晶成長を主体としてこの量子箱構
造を形成するためには、結晶成長とともにＬＳＩ加工等
に利用されているリソグラフィー技術を組み合わせるこ
とが不可欠であった。たとえば、「１９９２年２月 応
用物理 第６１巻 第２号１４１〜１４８頁」には、砒
化ガリウム基板結晶上に形成した二酸化珪素膜に、フォ
トリソグラフィー、または電子ビームリソグラフィー
と、ドライエッチング技術を用いて１００ｎｍ程度の窓
を形成して、ＭＯＣＶＤ（Ｍetalorganic Ｃhemical Ｖ
apor Ｄeposition 有機金属熱分解）法により四面体構
造の量子箱構造を作製する技術が記載されている。
造を形成するためには、結晶成長とともにＬＳＩ加工等
に利用されているリソグラフィー技術を組み合わせるこ
とが不可欠であった。たとえば、「１９９２年２月 応
用物理 第６１巻 第２号１４１〜１４８頁」には、砒
化ガリウム基板結晶上に形成した二酸化珪素膜に、フォ
トリソグラフィー、または電子ビームリソグラフィー
と、ドライエッチング技術を用いて１００ｎｍ程度の窓
を形成して、ＭＯＣＶＤ（Ｍetalorganic Ｃhemical Ｖ
apor Ｄeposition 有機金属熱分解）法により四面体構
造の量子箱構造を作製する技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この従来の量子箱作製
方法は、リソグラフィーとドライエッチングに大きく依
存しているが、量子効果を高めるために必要な１００ｎ
ｍ以下のパターニングは、現状の技術では非常に困難で
ある。さらに、この窓に量子構造を作製するためには、
異なる半導体材料を用いて複雑な電子閉じ込め構造を実
現しなければならず、成長温度や、原料ガス流量などの
結晶成長条件の精密な制御が必要であった。また、二酸
化珪素膜の上に成長させずに、窓の中だけに成長させる
選択成長を実現しなければならない、といった条件も加
わり、成長プロセスをさらに複雑なものとした。
方法は、リソグラフィーとドライエッチングに大きく依
存しているが、量子効果を高めるために必要な１００ｎ
ｍ以下のパターニングは、現状の技術では非常に困難で
ある。さらに、この窓に量子構造を作製するためには、
異なる半導体材料を用いて複雑な電子閉じ込め構造を実
現しなければならず、成長温度や、原料ガス流量などの
結晶成長条件の精密な制御が必要であった。また、二酸
化珪素膜の上に成長させずに、窓の中だけに成長させる
選択成長を実現しなければならない、といった条件も加
わり、成長プロセスをさらに複雑なものとした。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、リソグラフィーとドライエッチングを用いなくて
も微小構造を形成できる三−五族化合物半導体気相成長
方法および半導体装置を提供することを目的とするもの
である。
って、リソグラフィーとドライエッチングを用いなくて
も微小構造を形成できる三−五族化合物半導体気相成長
方法および半導体装置を提供することを目的とするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の三−五族化合物半導体気相成長方法は、三
−五族化合物半導体の結晶成長において、低指数面から
２°以上の傾斜角度の面方位を有する第１の結晶上に、
成長温度を５５０℃から７００℃、かつ、三族原料ガス
の分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条件で、第１の結晶
と少なくとも一つ以上の構成元素が異なる第２の三−五
族化合物半導体の島状結晶を形成することを特徴とし、
半導体装置は、前記の第１の三−五族化合物半導体、お
よび、この第１の半導体と少なくとも一つ以上の構成元
素が異なる第２の三−五族化合物半導体の島状結晶から
なる構造を、両者よりもバンドギャップの大きな第３の
三−五族化合物半導体層の間に形成したことを特徴とす
る。
め、本発明の三−五族化合物半導体気相成長方法は、三
−五族化合物半導体の結晶成長において、低指数面から
２°以上の傾斜角度の面方位を有する第１の結晶上に、
成長温度を５５０℃から７００℃、かつ、三族原料ガス
の分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条件で、第１の結晶
と少なくとも一つ以上の構成元素が異なる第２の三−五
族化合物半導体の島状結晶を形成することを特徴とし、
半導体装置は、前記の第１の三−五族化合物半導体、お
よび、この第１の半導体と少なくとも一つ以上の構成元
素が異なる第２の三−五族化合物半導体の島状結晶から
なる構造を、両者よりもバンドギャップの大きな第３の
三−五族化合物半導体層の間に形成したことを特徴とす
る。
【０００７】
【作用】本発明による形成方法では、低指数面から２°
以上の傾斜角度の面方位を有する第１の三−五族化合物
半導体結晶上に、成長温度を５５０℃から７００℃、か
つ、三族原料ガスの分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条
件での気相成長法により、第１の結晶と少なくとも一つ
以上の構成元素が異なる第２の三−五族化合物半導体の
微小な島状結晶を形成するので、直接下地結晶上に形成
できる。
以上の傾斜角度の面方位を有する第１の三−五族化合物
半導体結晶上に、成長温度を５５０℃から７００℃、か
つ、三族原料ガスの分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条
件での気相成長法により、第１の結晶と少なくとも一つ
以上の構成元素が異なる第２の三−五族化合物半導体の
微小な島状結晶を形成するので、直接下地結晶上に形成
できる。
【０００８】さらに量子箱装置として用いるために、こ
の第１の三−五族化合物半導体、および、この第１の半
導体と少なくとも一つ以上の構成元素が異なる第２の三
−五族化合物半導体の微小な島状結晶からなる構造を、
両者よりもバンドギャップの大きな第３の三−五族化合
物半導体層の間に形成することで半導体装置を形成し、
大きな電子閉じ込め効果を得る。
の第１の三−五族化合物半導体、および、この第１の半
導体と少なくとも一つ以上の構成元素が異なる第２の三
−五族化合物半導体の微小な島状結晶からなる構造を、
両者よりもバンドギャップの大きな第３の三−五族化合
物半導体層の間に形成することで半導体装置を形成し、
大きな電子閉じ込め効果を得る。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の手法により砒化ガリウムの
（１００）面から２°以上傾斜した面方位を有する基板
結晶１上に形成した燐化インジウムの微小結晶２を模式
的に示す図である。また、図２はこの図１の結晶をＡ−
Ａ線で切断した時の断面を示す図である。燐化インジウ
ム微小結晶の断面は三角形を有しており、側壁は低指数
からなる結晶面が現れている。
て説明する。図１は本発明の手法により砒化ガリウムの
（１００）面から２°以上傾斜した面方位を有する基板
結晶１上に形成した燐化インジウムの微小結晶２を模式
的に示す図である。また、図２はこの図１の結晶をＡ−
Ａ線で切断した時の断面を示す図である。燐化インジウ
ム微小結晶の断面は三角形を有しており、側壁は低指数
からなる結晶面が現れている。
【００１０】実施例１ 図１及び図２に示した構造の成長法について次に詳述す
る。図３はこの構造を成長させるためのハイドライド気
相成長反応管の概略図である。基板結晶１は、基板ホル
ダー３に固定され図３に示す反応管内に導入される。こ
こでは、基板結晶１として（１００）面から所定の角度
に傾斜した面方位を有する砒化ガリウムを用いた。
る。図３はこの構造を成長させるためのハイドライド気
相成長反応管の概略図である。基板結晶１は、基板ホル
ダー３に固定され図３に示す反応管内に導入される。こ
こでは、基板結晶１として（１００）面から所定の角度
に傾斜した面方位を有する砒化ガリウムを用いた。
【００１１】まず、パイプ４に水素キャリアガスととも
に、アルシンガス（ＡｓＨ3 ）を導入しながら、所定の
温度まで基板結晶温度を抵抗加熱炉５を用いて昇温し
た。温度が一定になったところでインジウムソース６上
にパイプ７より水素キャリアガスとともに塩酸ガス（Ｈ
Ｃ１）を導入して、塩化インジウムを発生させた。同時
に、パイプ４より、ホスフィンガス（ＰＨ3 ）を送り、
基板結晶１付近で混合し、燐化インジウムが析出できる
条件とした。
に、アルシンガス（ＡｓＨ3 ）を導入しながら、所定の
温度まで基板結晶温度を抵抗加熱炉５を用いて昇温し
た。温度が一定になったところでインジウムソース６上
にパイプ７より水素キャリアガスとともに塩酸ガス（Ｈ
Ｃ１）を導入して、塩化インジウムを発生させた。同時
に、パイプ４より、ホスフィンガス（ＰＨ3 ）を送り、
基板結晶１付近で混合し、燐化インジウムが析出できる
条件とした。
【００１２】ここで、砒化ガリウム基板結晶方位の（１
００）面からのズレと、塩化インジウムの濃度、基板結
晶温度を変えることで基板結晶上に析出する微小結晶２
の密度、大きさを調べた結果、砒化ガリウム基板結晶の
面方位の（１００）面からのズレを２°以上に大きくす
ること、成長温度が５５０℃から７００℃で、かつ、イ
ンジウム原料ガスの分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条
件で成長させることで、量子効果が得られる１００ｎｍ
以下の微結晶を５ｘ１０9 ｃｍ-2の高密度に成長するこ
とができた。
００）面からのズレと、塩化インジウムの濃度、基板結
晶温度を変えることで基板結晶上に析出する微小結晶２
の密度、大きさを調べた結果、砒化ガリウム基板結晶の
面方位の（１００）面からのズレを２°以上に大きくす
ること、成長温度が５５０℃から７００℃で、かつ、イ
ンジウム原料ガスの分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条
件で成長させることで、量子効果が得られる１００ｎｍ
以下の微結晶を５ｘ１０9 ｃｍ-2の高密度に成長するこ
とができた。
【００１３】実施例２ 図４を用いて量子箱半導体装置の実施例について説明す
る。この半導体装置では、基板結晶８として（１００）
面から１０°傾いた面方位を有する砒化ガリウムを用
い、この基板結晶８上に燐化インジウムガリウム（Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐ）膜を形成した。この半導体のバンドギ
ャップは、１．９ｅＶと、砒化ガリウム（１．４２ｅ
Ｖ）、燐化インジウム（１．３５ｅＶ）に比較して大き
く、電子が燐化インジウムの微結晶中に閉じ込められる
効果が強くなる。また、上記の組成で砒化ガリウムに格
子整合するため、結晶性がよく、特性の優れた半導体装
置が得られる。この上に薄い砒化ガリウム層１０と、引
き続いて燐化インジウム微結晶２の成長を行い、最後
に、再び燐化インジウムガリウム（Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐ）膜１１の成長を行って量子箱半導体装置を作成
した。この構造のホトルミネッセンスを調べた結果、短
波長側にずれた燐化インジウムの発光スペクトルが観測
され、明らかな量子閉じ込め効果が得られた。
る。この半導体装置では、基板結晶８として（１００）
面から１０°傾いた面方位を有する砒化ガリウムを用
い、この基板結晶８上に燐化インジウムガリウム（Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｐ）膜を形成した。この半導体のバンドギ
ャップは、１．９ｅＶと、砒化ガリウム（１．４２ｅ
Ｖ）、燐化インジウム（１．３５ｅＶ）に比較して大き
く、電子が燐化インジウムの微結晶中に閉じ込められる
効果が強くなる。また、上記の組成で砒化ガリウムに格
子整合するため、結晶性がよく、特性の優れた半導体装
置が得られる。この上に薄い砒化ガリウム層１０と、引
き続いて燐化インジウム微結晶２の成長を行い、最後
に、再び燐化インジウムガリウム（Ｉｎ0.5 Ｇａ
0.5 Ｐ）膜１１の成長を行って量子箱半導体装置を作成
した。この構造のホトルミネッセンスを調べた結果、短
波長側にずれた燐化インジウムの発光スペクトルが観測
され、明らかな量子閉じ込め効果が得られた。
【００１４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明による三
−五族化合物半導体の微小結晶成長を用いる量子箱形成
方法は、量子箱となる微結晶成長を下地とは異なる種類
の三−五族化合物半導体を成長させることで、直接下地
結晶上に形成できる。すなわち、従来のように極めて微
細な制御が要求されるリソグラフィーとドライエッチン
グを用いなくとも、１００ｎｍ以下の微小構造を自動的
に形成できるという効果を有する。
−五族化合物半導体の微小結晶成長を用いる量子箱形成
方法は、量子箱となる微結晶成長を下地とは異なる種類
の三−五族化合物半導体を成長させることで、直接下地
結晶上に形成できる。すなわち、従来のように極めて微
細な制御が要求されるリソグラフィーとドライエッチン
グを用いなくとも、１００ｎｍ以下の微小構造を自動的
に形成できるという効果を有する。
【００１５】また、この構造を、バンドギャップの大き
な別な三−五族化合物半導体層の間に連続的に形成する
ことで、大きな電子閉じ込め効果が得られ、量子箱半導
体装置を容易に実現できるという効果を有する。
な別な三−五族化合物半導体層の間に連続的に形成する
ことで、大きな電子閉じ込め効果が得られ、量子箱半導
体装置を容易に実現できるという効果を有する。
【図１】 本発明による微結晶成長を模式的に示す斜視
図である。
図である。
【図２】 図１をＡーＡ線で切断したときの断面図であ
る。
る。
【図３】 本発明を実施するためのハイドライド気相成
長反応管の模式図である。
長反応管の模式図である。
【図４】 本発明による量子箱半導体装置を示す模式図
である。
である。
１、８…砒化ガリウム基板結晶、２…燐化インジウム微
結晶、３…基板ホルダー、４…五族原料ガス導入用パイ
プ、５…抵抗加熱炉、６…インジウムソース、７…塩酸
ガス導入用パイプ、１０…砒化ガリウム層、９、１１…
燐化インジウムガリウム層
結晶、３…基板ホルダー、４…五族原料ガス導入用パイ
プ、５…抵抗加熱炉、６…インジウムソース、７…塩酸
ガス導入用パイプ、１０…砒化ガリウム層、９、１１…
燐化インジウムガリウム層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205
Claims (2)
- 【請求項１】 三ー五族化合物半導体の結晶成長におい
て、低指数面から２°以上の傾斜角度の面方位を有する
第１の結晶上に、成長温度を５５０℃から７００℃、か
つ、三族原料ガスの分圧を１０-4から１０-2ａｔｍの条
件で、第１の結晶と少なくとも一つ以上の構成元素が異
なる第２の三ー五族化合物半導体の島状結晶を形成する
ことを特徴とする三ー五族化合物半導体気相成長方法。 - 【請求項２】 低指数面から２°以上の傾斜角度の面方
位を有する第１の三ー五族化合物半導体結晶、および、
この第１の半導体と少なくとも一つ以上の構成元素が異
なる第２の三ー五族化合物半導体の島状結晶からなる構
造を、両者よりもバンドギャップの大きな第３の三ー五
族化合物半導体層の間に形成したことを特徴とする半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04153767A JP3122526B2 (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 三−五族化合物半導体気相成長方法および半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04153767A JP3122526B2 (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 三−五族化合物半導体気相成長方法および半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05347251A JPH05347251A (ja) | 1993-12-27 |
| JP3122526B2 true JP3122526B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=15569691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04153767A Expired - Fee Related JP3122526B2 (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 三−五族化合物半導体気相成長方法および半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3122526B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638301U (ja) * | 1992-10-22 | 1994-05-20 | 富士電気化学株式会社 | 誘電体フィルタ |
| JPH06196903A (ja) * | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 誘電体フィルタ |
| KR101535581B1 (ko) * | 2015-03-05 | 2015-07-24 | (주)진성전자 | 다목적 자가발전 스틱 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970003750B1 (en) * | 1993-12-14 | 1997-03-21 | Korea Electronics Telecomm | Manufacture for quantum wire semiconductor laser diode |
-
1992
- 1992-06-12 JP JP04153767A patent/JP3122526B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638301U (ja) * | 1992-10-22 | 1994-05-20 | 富士電気化学株式会社 | 誘電体フィルタ |
| JPH06196903A (ja) * | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 誘電体フィルタ |
| KR101535581B1 (ko) * | 2015-03-05 | 2015-07-24 | (주)진성전자 | 다목적 자가발전 스틱 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05347251A (ja) | 1993-12-27 |
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