JPH01222430A - 歪超格子バッファ - Google Patents
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- JPH01222430A JPH01222430A JP63045819A JP4581988A JPH01222430A JP H01222430 A JPH01222430 A JP H01222430A JP 63045819 A JP63045819 A JP 63045819A JP 4581988 A JP4581988 A JP 4581988A JP H01222430 A JPH01222430 A JP H01222430A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体基板とその上にエピタキシャル成長させる半導体
層との間に介在させるのに好適な歪超格子バッファに関
し、 高温の熱処理を施し、転位のアニール・アウトを行って
も、構造変化を起こさない歪超格子バッファを提供する
ことを目的とし、 アニールを実施する温度に於ける組成が溶解度ギャップ
の両端の点である固溶限或いはその近傍に対応する一組
の半導体材料で構成する。
層との間に介在させるのに好適な歪超格子バッファに関
し、 高温の熱処理を施し、転位のアニール・アウトを行って
も、構造変化を起こさない歪超格子バッファを提供する
ことを目的とし、 アニールを実施する温度に於ける組成が溶解度ギャップ
の両端の点である固溶限或いはその近傍に対応する一組
の半導体材料で構成する。
本発明は、半導体基板とその上にエピタキシャル成長さ
せる半導体層との間に介在させるのに好適な歪超格子バ
ッファに関する。
せる半導体層との間に介在させるのに好適な歪超格子バ
ッファに関する。
近年、歪超格子(strained−1ayer 5
uperlattice:5LS)をバッファとして半
導体基板と半導体層との間に介挿することが行われてい
る。
uperlattice:5LS)をバッファとして半
導体基板と半導体層との間に介挿することが行われてい
る。
その理由は、基板からの転位が半導体層の成長方向に伝
達されるのを防止し、また、半導体基板とは格子定数を
異にする半導体層をエピタキシャル成長させ得るように
する為である。
達されるのを防止し、また、半導体基板とは格子定数を
異にする半導体層をエピタキシャル成長させ得るように
する為である。
(発明が解決しようとする課題〕
現在、前記SLSバッファについては、過大に評価して
いる傾向が見られる。即ち、実際には、大きなミスフィ
ツトを有する一組の材料を用いてSLSバッファを設計
しても、その層自体、或いは、その上下に在るグレーデ
ツド層には、歪場の為、半導体基板に比較して5〜6桁
程度も高い密度の転位が発生してしまい、SLSバッフ
ァを用いたことに依る転位密度低減の効果が殆ど現れな
い。
いる傾向が見られる。即ち、実際には、大きなミスフィ
ツトを有する一組の材料を用いてSLSバッファを設計
しても、その層自体、或いは、その上下に在るグレーデ
ツド層には、歪場の為、半導体基板に比較して5〜6桁
程度も高い密度の転位が発生してしまい、SLSバッフ
ァを用いたことに依る転位密度低減の効果が殆ど現れな
い。
この転位密度低減の効果を充分に発揮する為には、SL
Sの層厚を最適設定することの外に、成長させたSLS
を、短時間で良いのであるが、高温に維持することで過
剰の転位をアニール・アウトすることが有効である。
Sの層厚を最適設定することの外に、成長させたSLS
を、短時間で良いのであるが、高温に維持することで過
剰の転位をアニール・アウトすることが有効である。
然しなから、通常のSLSでは、短時間であっても高温
での熱処理に耐えることができず、転位の消滅と共に相
互拡散でSLS構造が崩れ、特性が変化してしまうこと
が知られている。
での熱処理に耐えることができず、転位の消滅と共に相
互拡散でSLS構造が崩れ、特性が変化してしまうこと
が知られている。
この高温に於けるSLSの構造変化は、バッファに用い
るSLSに限らず、全般的な問題になっている。
るSLSに限らず、全般的な問題になっている。
本発明は、高温の熱処理を施し、転位のアニール・アウ
トを行っても、構造変化を起こさないSLSバッファを
提供しようとする。
トを行っても、構造変化を起こさないSLSバッファを
提供しようとする。
本発明では、格子定数を異にする化合物半導体間にみら
れる溶解度ギャップを利用し、SLS構造を熱的に安定
化することが基本になっている。
れる溶解度ギャップを利用し、SLS構造を熱的に安定
化することが基本になっている。
第1図はAC(成る合金) −BC(成る合金)擬二元
状態図を表し、横軸にはA(前記合金の構成要素である
成る物質)の組成C^を、縦軸には温度Tをそれぞれ採
っである。
状態図を表し、横軸にはA(前記合金の構成要素である
成る物質)の組成C^を、縦軸には温度Tをそれぞれ採
っである。
図に於いて、P及びQは成る温度T1に於ける固溶限を
示す点であり、その点P及び0間が溶解度ギャップであ
る。
示す点であり、その点P及び0間が溶解度ギャップであ
る。
第2図は温度T1に於ける物質Aの化学ポテンシャルμ
、に関する特性を表す線図であり、第1図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つ
もので、横軸は第1図と同様に物質Aの組成CA、縦軸
には化学ポテンシャルμ、をそれぞれ採っである。
、に関する特性を表す線図であり、第1図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つ
もので、横軸は第1図と同様に物質Aの組成CA、縦軸
には化学ポテンシャルμ、をそれぞれ採っである。
ところで、高温の熱処理に依ってSLSの構造が崩れる
のは、SLSを構成している各層の物質が拡散して当初
の層以外の層に入り込むことに起因し、そして、そのよ
うな拡散は、化学ポテンシャルμ、に関する特性線に勾
配があれば、それが駆動力となって発生するものである
。従って、第2図に於ける点P及びQの間、即ち、溶解
度ギャップに於いては、 であり、拡散の為の駆動力は存在しない。
のは、SLSを構成している各層の物質が拡散して当初
の層以外の層に入り込むことに起因し、そして、そのよ
うな拡散は、化学ポテンシャルμ、に関する特性線に勾
配があれば、それが駆動力となって発生するものである
。従って、第2図に於ける点P及びQの間、即ち、溶解
度ギャップに於いては、 であり、拡散の為の駆動力は存在しない。
従って、組成が点P(或いはその近傍)及び点Q(或い
はその近傍)であるように設定されたSLSは、温度T
1を加えて実施される熱処理に対しては、熱力学的に極
めて安定であり、その構造が破壊されることはない。
はその近傍)であるように設定されたSLSは、温度T
1を加えて実施される熱処理に対しては、熱力学的に極
めて安定であり、その構造が破壊されることはない。
このようなことから、本発明のSLSバッファに於いて
は、転位のアニール・アウト或いは超格子を安定化する
為などのアニールを実施する温度に於ける組成が溶解度
ギャップの両端の点である固溶限(例えば点P及びQ)
及びその近傍に対応する一組の半導体材料(例えばI
no、+ Gaa、tP並びにI no、2 Gao、
s P)で構成される。
は、転位のアニール・アウト或いは超格子を安定化する
為などのアニールを実施する温度に於ける組成が溶解度
ギャップの両端の点である固溶限(例えば点P及びQ)
及びその近傍に対応する一組の半導体材料(例えばI
no、+ Gaa、tP並びにI no、2 Gao、
s P)で構成される。
前記手段を採ることに依り、歪超格子バッファに於ける
超格子界面は、成る温度を維持する限り、熱力学的に安
定であって超格子構成物質の熱拡散に依る劣化は殆ど発
生しないから、前記酸る温度に依る熱処理を行って、転
位をアニール・アウトしたり、或いは、超格子構造を安
定化することが可能である。
超格子界面は、成る温度を維持する限り、熱力学的に安
定であって超格子構成物質の熱拡散に依る劣化は殆ど発
生しないから、前記酸る温度に依る熱処理を行って、転
位をアニール・アウトしたり、或いは、超格子構造を安
定化することが可能である。
、 〔実施例〕
第3図は本発明一実施例を表す要部切断側面図であり、
また、第4図は第3図に見られる実施例の格子定数を表
す線図である。
また、第4図は第3図に見られる実施例の格子定数を表
す線図である。
第3図に於いて、1はQa71.s基板、2はSLSバ
ッファ、2AはI n6.y G a o、3 P層、
2BはIno、s Ga(,8,I P層、3はエピタ
キシャル成長のI nGa P層をそれぞれ示している
。
ッファ、2AはI n6.y G a o、3 P層、
2BはIno、s Ga(,8,I P層、3はエピタ
キシャル成長のI nGa P層をそれぞれ示している
。
本実施例に於ける層2A並びに層2Bに於ける組成、即
ち、X値は温度500(’C)の場合に於けるそれであ
り、従って、転位のアニール・アウト或いはSLS構造
を安定化する為の熱処理は約500(’C〕程度で実施
されることは云うまでもない。
ち、X値は温度500(’C)の場合に於けるそれであ
り、従って、転位のアニール・アウト或いはSLS構造
を安定化する為の熱処理は約500(’C〕程度で実施
されることは云うまでもない。
前記の場合に於ける層2A及び層2Bに関するミスフィ
ツト量fは約3〔%〕程度であり、SLSとして充分に
機能する程度の値である。
ツト量fは約3〔%〕程度であり、SLSとして充分に
機能する程度の値である。
SLSに於いては、基板面に平行な面内格子定数a//
は、 aAGAhA+a、G11hl ai :i層(i=AまたはB)の無歪格子定数 Jsi層の層厚 G、:i層の剛性率 で決まる。
は、 aAGAhA+a、G11hl ai :i層(i=AまたはB)の無歪格子定数 Jsi層の層厚 G、:i層の剛性率 で決まる。
本発明に於けるSLS、即ち、溶解度ギャップを利用し
たSLSに於いては、組成を連続的に変化させることは
できない。従って、層2A並びに層2Bの層厚の比、即
ち、ha/haを制御することに依って格子定数を適切
に選択する。
たSLSに於いては、組成を連続的に変化させることは
できない。従って、層2A並びに層2Bの層厚の比、即
ち、ha/haを制御することに依って格子定数を適切
に選択する。
図示例の場合は、面内格子定数a//が基板1に於ける
格子定数(=層3の格子定数)に一致するようにda
/da (da :層2Aの厚さ、dll:層2Bの
厚さ)を所定値に設定する。
格子定数(=層3の格子定数)に一致するようにda
/da (da :層2Aの厚さ、dll:層2Bの
厚さ)を所定値に設定する。
具体例を挙げると、例えばl flo、3 G a o
、t PとIno、、Ga、、、、、PとのSLSでG
aAs基板と格子定数を合わせるには、da/dsは約
21/19となる。
、t PとIno、、Ga、、、、、PとのSLSでG
aAs基板と格子定数を合わせるには、da/dsは約
21/19となる。
第5図は他の実施例を表す要部切断側面図であり、また
、第6図は第5図に見られる実施例の格子定数を表す線
図であり、第3図及び第4図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
、第6図は第5図に見られる実施例の格子定数を表す線
図であり、第3図及び第4図に於いて用いた記号と同記
号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
本実施例では、5LS2を構成する各半導体層は、その
格子定数を基板l側から層3側に向かって次第に変化さ
せるようにしているので、各層を2A1.2B1.2A
1.2Bt−・−−・・・2A、、2B、%で指示して
あり、また、それ等の層厚もdA、、d□+ dAR
+ (img・・・・・・・・dAR,d□で表しで
ある。
格子定数を基板l側から層3側に向かって次第に変化さ
せるようにしているので、各層を2A1.2B1.2A
1.2Bt−・−−・・・2A、、2B、%で指示して
あり、また、それ等の層厚もdA、、d□+ dAR
+ (img・・・・・・・・dAR,d□で表しで
ある。
この場合、層厚の比da/daを
d、I d、1 dl dl、1
となるように変化させることで面内格子定数a//を基
板1に近い側から次第に変化するようにしている。
となるように変化させることで面内格子定数a//を基
板1に近い側から次第に変化するようにしている。
具体的には、例えばエピタキシャル成長のInGaP層
3としてIno、m Gao、Pを構成材料として選択
した場合には、 da+/d□=21/l 9 d an/ d afi= 3 / 1となる。
3としてIno、m Gao、Pを構成材料として選択
した場合には、 da+/d□=21/l 9 d an/ d afi= 3 / 1となる。
本発明に依る歪超格子バッファに於いては、転位のアニ
ール・アウト或いは超格子を安定化する為などのアニー
ルを実施する温度に於ける組成が溶解度ギャップの両端
の点或いはその近傍に対応する一組の半導体薄膜を有し
ている。
ール・アウト或いは超格子を安定化する為などのアニー
ルを実施する温度に於ける組成が溶解度ギャップの両端
の点或いはその近傍に対応する一組の半導体薄膜を有し
ている。
前記構成を採ることに依り、歪超格子バッファに於ける
超格子界面は、成る温度を維持する限り、熱力学的に安
定であって超格子構成物質の熱拡散に依る劣化は殆ど発
生しないから、前記酸る温度に依る熱処理を行って、転
位をアニール・アウトしたり、或いは、超格子構造を安
定化することが可能である。
超格子界面は、成る温度を維持する限り、熱力学的に安
定であって超格子構成物質の熱拡散に依る劣化は殆ど発
生しないから、前記酸る温度に依る熱処理を行って、転
位をアニール・アウトしたり、或いは、超格子構造を安
定化することが可能である。
第1図はAC(成る合金) −BC(成る合金)擬二元
状態図、第2図は温度T1に於ける物質Aの化学ポテン
シャルμ、に関する特性線図、第3図は本発明一実施例
の要部切断側面図、第4図は第3図に見られる実施例の
格子定数を表す線図、第5図は他の実施例の要部切断側
面図、第6図は第5図に見られる実施例の格子定数を表
す線図である。 図に於いて、P及びQは成る温度T1に於ける固溶限を
示す点、1はGafi、s基板、2はSLSバッファ、
2AはI no、y Gao、s P層、2BはI n
6.s Gao、y P層、3はエピタキシャル成長の
I nGa P層をそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − BCAC C組成C 間Q’4る合金) −BC(成る合金)擬二元状態図
BCP Q ACC組成C 間 へ Cす N N
状態図、第2図は温度T1に於ける物質Aの化学ポテン
シャルμ、に関する特性線図、第3図は本発明一実施例
の要部切断側面図、第4図は第3図に見られる実施例の
格子定数を表す線図、第5図は他の実施例の要部切断側
面図、第6図は第5図に見られる実施例の格子定数を表
す線図である。 図に於いて、P及びQは成る温度T1に於ける固溶限を
示す点、1はGafi、s基板、2はSLSバッファ、
2AはI no、y Gao、s P層、2BはI n
6.s Gao、y P層、3はエピタキシャル成長の
I nGa P層をそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − BCAC C組成C 間Q’4る合金) −BC(成る合金)擬二元状態図
BCP Q ACC組成C 間 へ Cす N N
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 アニールを実施する温度に於ける組成が溶解度ギャッ
プの両端の点である固溶限或いはその近傍に対応する一
組の半導体材料で構成されてなること を特徴とする歪超格子バッファ。
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
JP63045819A JPH01222430A (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | 歪超格子バッファ |
US07/316,735 US5001521A (en) | 1988-03-01 | 1989-02-28 | Semiconductor substrate including strained layer superlattice structure layer |
EP89301982A EP0332329B1 (en) | 1988-03-01 | 1989-02-28 | Method for making a semiconductor substrate including a strained layer superlattice structure |
DE8989301982T DE68906433T2 (de) | 1988-03-01 | 1989-02-28 | Verfahren zur herstellung eines halbleitersubstrats mit einer schicht mit uebergitterstruktur mit spannungsschicht. |
KR1019890002570A KR930004240B1 (ko) | 1988-03-01 | 1989-03-02 | 변형 초격자 구조층을 포함하는 반도체 기판 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63045819A JPH01222430A (ja) | 1988-03-01 | 1988-03-01 | 歪超格子バッファ |
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS62291018A (ja) * | 1986-06-11 | 1987-12-17 | Hitachi Ltd | Mbe法による傾斜組成化合物半導体の作成法 |
WO1988001792A1 (en) * | 1986-09-04 | 1988-03-10 | Varian Associates, Inc. | Superlattice for a semiconductor device |
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1988
- 1988-03-01 JP JP63045819A patent/JPH01222430A/ja active Pending
-
1989
- 1989-02-28 US US07/316,735 patent/US5001521A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-28 EP EP89301982A patent/EP0332329B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-28 DE DE8989301982T patent/DE68906433T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-03-02 KR KR1019890002570A patent/KR930004240B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017112198A (ja) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | 日本電信電話株式会社 | 半導体積層構造 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0332329B1 (en) | 1993-05-12 |
DE68906433T2 (de) | 1993-09-23 |
KR890015347A (ko) | 1989-10-30 |
EP0332329A2 (en) | 1989-09-13 |
EP0332329A3 (en) | 1990-06-13 |
US5001521A (en) | 1991-03-19 |
DE68906433D1 (de) | 1993-06-17 |
KR930004240B1 (ko) | 1993-05-22 |
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