JPH03159997A - 超格子構造素子 - Google Patents
超格子構造素子Info
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- JPH03159997A JPH03159997A JP30051489A JP30051489A JPH03159997A JP H03159997 A JPH03159997 A JP H03159997A JP 30051489 A JP30051489 A JP 30051489A JP 30051489 A JP30051489 A JP 30051489A JP H03159997 A JPH03159997 A JP H03159997A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は、各種の電子素子，オプトエレクトロニクス素
子など、高品質の結晶性を必要とする超格子構造を利用
した超格子構造素子に関する。
子など、高品質の結晶性を必要とする超格子構造を利用
した超格子構造素子に関する。
従来の技術
超格子は自然界には存在しない原子，分子配列をもつ物
質を人工的に作製し、在来物質による機能の向上を図っ
たり、新たな機能の創造をめざす試みとしてその研究開
発は近年益々盛んになってきている。とくにＧａＡｓ／
ＡｅＡｓ系などの■Ｖ族化合物半導体超格子を利用した
ものは既にデバイス化されているものもある。これらを
はじめとして実用化されているヘテロ積層構造あるいは
超格子構造においては、基板と超格子、あるいは超格子
を構威している物質同士の結晶格子定数はきわめて近い
値を有しており、結晶欠陥を生ずることなく良質のへテ
ロエビタキシャル成長が可能な組合せが比較的容易に得
られている。
質を人工的に作製し、在来物質による機能の向上を図っ
たり、新たな機能の創造をめざす試みとしてその研究開
発は近年益々盛んになってきている。とくにＧａＡｓ／
ＡｅＡｓ系などの■Ｖ族化合物半導体超格子を利用した
ものは既にデバイス化されているものもある。これらを
はじめとして実用化されているヘテロ積層構造あるいは
超格子構造においては、基板と超格子、あるいは超格子
を構威している物質同士の結晶格子定数はきわめて近い
値を有しており、結晶欠陥を生ずることなく良質のへテ
ロエビタキシャル成長が可能な組合せが比較的容易に得
られている。
一方、格子定′数に数％あるいはそれ以上の差があり、
結晶威長にとっては無視し得ない影響があるが、他の物
質では代用が困難であるなどの理由から、これらの歪を
取り込んだ形でのいわゆる歪超格子も各種試みられてい
る。これは格子が若干の歪を有した状態で、かつ格子緩
和を起こしてしまわないようにエビタキシャル成長させ
ようとするものである。
結晶威長にとっては無視し得ない影響があるが、他の物
質では代用が困難であるなどの理由から、これらの歪を
取り込んだ形でのいわゆる歪超格子も各種試みられてい
る。これは格子が若干の歪を有した状態で、かつ格子緩
和を起こしてしまわないようにエビタキシャル成長させ
ようとするものである。
発明が解決しようとする課題
超格子の作製には各種の威膜方法が用いられているが、
制御性の良さからみてＭＢ．Ｅ法やＭＯＣＶＤ法が主流
となっている。超格子の構造は、その目的にもよるが周
期がきわめて短いもの、たとえば１０ないし２０Ａ程度
のものを作製する必要が生ずる場合もある。このような
短周期構造の正確な制御には、結晶威長速度の安定化，
均一化が不可欠である。基板温度を一定に保ち、ＭＢＥ
法であれば原料の入ったセルの温度を精密に制御し分子
線強度を一定にするなどの対策は当然なされている。ま
た、結晶性向上のためにバッファー層を用いることはよ
く行なわれている。しかしながら、本発明者らは結晶成
長速度がこれらの成長条件のみならず作製しようとする
解格子の構填自体、とくにバッファー層の物質に依存し
てしまうという問題を見いだした。たとえば、物質Ａと
物質Ｂとで超格子を組む場合、同一条件であってもＡの
戒長速度がバッファー層をＡで形成するか、いずれでも
ない第３の物質を用いるかによって異なってくる。例と
して第１図にＭＢＥ法によりＺｎＴｅ−ＺｎＳ超格子を
ＧａＡｓ基板上に直接成長させた場合Ａと、異なる物質
によるバッファー層の上に成長させた場合Ｂ，Ｃとで、
この超格子を構戒しているＺｎＴｅ層の成長速度が異な
る様子を示している。横軸にシャッタ開時間（任意単位
〉をとり、縦軸にＺｎＴｅ堆積速度（任意単位〉をとっ
ている。成長時の条件はすべて統一してある。したがっ
てＺｎＴｅ層厚が異なるということは成長速度の相違を
意味している。
制御性の良さからみてＭＢ．Ｅ法やＭＯＣＶＤ法が主流
となっている。超格子の構造は、その目的にもよるが周
期がきわめて短いもの、たとえば１０ないし２０Ａ程度
のものを作製する必要が生ずる場合もある。このような
短周期構造の正確な制御には、結晶威長速度の安定化，
均一化が不可欠である。基板温度を一定に保ち、ＭＢＥ
法であれば原料の入ったセルの温度を精密に制御し分子
線強度を一定にするなどの対策は当然なされている。ま
た、結晶性向上のためにバッファー層を用いることはよ
く行なわれている。しかしながら、本発明者らは結晶成
長速度がこれらの成長条件のみならず作製しようとする
解格子の構填自体、とくにバッファー層の物質に依存し
てしまうという問題を見いだした。たとえば、物質Ａと
物質Ｂとで超格子を組む場合、同一条件であってもＡの
戒長速度がバッファー層をＡで形成するか、いずれでも
ない第３の物質を用いるかによって異なってくる。例と
して第１図にＭＢＥ法によりＺｎＴｅ−ＺｎＳ超格子を
ＧａＡｓ基板上に直接成長させた場合Ａと、異なる物質
によるバッファー層の上に成長させた場合Ｂ，Ｃとで、
この超格子を構戒しているＺｎＴｅ層の成長速度が異な
る様子を示している。横軸にシャッタ開時間（任意単位
〉をとり、縦軸にＺｎＴｅ堆積速度（任意単位〉をとっ
ている。成長時の条件はすべて統一してある。したがっ
てＺｎＴｅ層厚が異なるということは成長速度の相違を
意味している。
一方、バッファー層は何でも良いというわけにはいかず
、その利用目的に応じて選択の範囲は当然限られ、基板
と異なる物質を必要とする場合もある。さらにデバイス
構戒において下地としてパターンが形成されており、異
なる物質上に同一構造の超格子を威長させる必要がある
場合、超格子を構成する各層の戒長速度が場所によって
異なるようでは意図するデバイス作製が困難となる。
、その利用目的に応じて選択の範囲は当然限られ、基板
と異なる物質を必要とする場合もある。さらにデバイス
構戒において下地としてパターンが形成されており、異
なる物質上に同一構造の超格子を威長させる必要がある
場合、超格子を構成する各層の戒長速度が場所によって
異なるようでは意図するデバイス作製が困難となる。
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、
異なる物質上に形戒する超格子の各層の戒長速度を均一
にし、同一構造，同＝膜厚の超格子構造素子を提供する
ことを目的とするものである。
異なる物質上に形戒する超格子の各層の戒長速度を均一
にし、同一構造，同＝膜厚の超格子構造素子を提供する
ことを目的とするものである。
課題を解決するための手段
そこで本発明においては、基板と異なる物質によるバッ
ファー層を形威する際に基板の格子定数とほぼ等しい物
質を用いることにより、基板上に直接およびバッファー
層上に超格子を成長させる部分が同一工程に存在する場
合にも成長速度が均一になるようにするものである。
ファー層を形威する際に基板の格子定数とほぼ等しい物
質を用いることにより、基板上に直接およびバッファー
層上に超格子を成長させる部分が同一工程に存在する場
合にも成長速度が均一になるようにするものである。
５
作用
格子定数がほぼ等しければ超格子成長中の各層の成長速
度が等しくなるメカニズムは必ずしも明らかではないが
、格子定数の相違に起因する歪が影響してい・るものと
考えられる。圧縮応力が働くときは飛来する分子あるい
は原子の付着を妨げる傾向にあり、引張応力の時は逆に
付着を助ける傾向にある。したがって、格子定数が近い
ものであれば基板上もバッファー層上も等しい戒長速度
が得られる。
度が等しくなるメカニズムは必ずしも明らかではないが
、格子定数の相違に起因する歪が影響してい・るものと
考えられる。圧縮応力が働くときは飛来する分子あるい
は原子の付着を妨げる傾向にあり、引張応力の時は逆に
付着を助ける傾向にある。したがって、格子定数が近い
ものであれば基板上もバッファー層上も等しい戒長速度
が得られる。
実施例
本発明は格子定数の異なる物質の組合せによる超格子の
作製に広く利用できるものであるが、ここでは実施例と
してＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体による超格子を■一Ｖ族
化合物半導体基板上に形戒する場合について説明する。
作製に広く利用できるものであるが、ここでは実施例と
してＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体による超格子を■一Ｖ族
化合物半導体基板上に形戒する場合について説明する。
ＧａＡｓ （ａａａＡｓ＝５．６５３３Ａ．）基板上に
ＺｎＴｅ （ａｚｎｒｅ＝ ６ ． ．１ ０ ３ ７
Ａ ）およびＺ ｎ Ｓ （ ａｚｏｓ＝ ５．４
０ ９ ３．Ａ）からなる超格子の形成を次のように行
なう。Ｚ ｎ Ｔ ｅ − Ｚ ｎ． Ｓ系６ 超格子結晶成長は、超高真空下での高純度、非平衡状態
での低温成長、分子線のシャッター操作による瞬時の切
り替えによる急峻な界面などの利点を考え、分子線エビ
タキシー装置（ＭＢＥ装置）を用いる。第２図にＭＢＥ
装置の概略構成図を示す。成長室部分のみを示し、ロー
ドロック室，基板移動機構などは省略してある。基板ホ
ルダー５にセットされたＧａＡｓ基板４は加熱機構３に
よって必要な温度に加熱される。成長室１内の真空度は
電離真空計７で、また残留ガスは四重極型質量分析装置
６によってモニターされる。薄膜結晶成長中の様子は反
射高速電子線回折（ Ｒ Ｉ−｛ Ｅ Ｅ Ｄ ）９に
よって観察し、そのパターンはスクリーン８に映し出さ
れる。
ＺｎＴｅ （ａｚｎｒｅ＝ ６ ． ．１ ０ ３ ７
Ａ ）およびＺ ｎ Ｓ （ ａｚｏｓ＝ ５．４
０ ９ ３．Ａ）からなる超格子の形成を次のように行
なう。Ｚ ｎ Ｔ ｅ − Ｚ ｎ． Ｓ系６ 超格子結晶成長は、超高真空下での高純度、非平衡状態
での低温成長、分子線のシャッター操作による瞬時の切
り替えによる急峻な界面などの利点を考え、分子線エビ
タキシー装置（ＭＢＥ装置）を用いる。第２図にＭＢＥ
装置の概略構成図を示す。成長室部分のみを示し、ロー
ドロック室，基板移動機構などは省略してある。基板ホ
ルダー５にセットされたＧａＡｓ基板４は加熱機構３に
よって必要な温度に加熱される。成長室１内の真空度は
電離真空計７で、また残留ガスは四重極型質量分析装置
６によってモニターされる。薄膜結晶成長中の様子は反
射高速電子線回折（ Ｒ Ｉ−｛ Ｅ Ｅ Ｄ ）９に
よって観察し、そのパターンはスクリーン８に映し出さ
れる。
排気系２で成長室１内を１ ０＝ＯＴ ｏ ｒ ｒ台ま
で排気し、また原料の入ったセルｌｌａ〜１１ｄをそれ
ぞれ所定の分子線強度が得られる温度にして安定した後
、ＧａＡｓ基板４の温度を６ ０ ０ ０Ｃに」二げ、
表面酸化膜を離脱させる。このときＲＨＥＥＤパターン
のシャープなス１・リークを観察することによりこのサ
ーマルエッチングが完了したことを確認する。次に基板
温度を目的に応じておよそ２００〜３５０℃に下げ、超
格子形成を開始する。
で排気し、また原料の入ったセルｌｌａ〜１１ｄをそれ
ぞれ所定の分子線強度が得られる温度にして安定した後
、ＧａＡｓ基板４の温度を６ ０ ０ ０Ｃに」二げ、
表面酸化膜を離脱させる。このときＲＨＥＥＤパターン
のシャープなス１・リークを観察することによりこのサ
ーマルエッチングが完了したことを確認する。次に基板
温度を目的に応じておよそ２００〜３５０℃に下げ、超
格子形成を開始する。
まず、ＺｎＳｅバッファー層
（ａｚｏｓｅ＝５．６６８７人）を形戒する。その際に
はＡＬＥ法でもＭＢＥ法でもかまわないが、時間的には
ＭＢＥ法の方が速いので、後者を例にとる。Ｚｎおよび
Ｓｅそれぞれ単体の原料の入ったセルｌｌａおよびｌｉ
ｄのシャ’／夕−１０ａと１０ｄを同時に開け、所定の
時間の後に閉しる。基板温度が３３０℃、ＺｎおよびＳ
ｅの分子線強度がそれぞれ２Ｘ １ ０−７． ８Ｘ
１ ０−７Ｔｏ ｒ ｒ （電離真空計によるフラック
スモニター値）において１時間でおよそ５００人堆積し
た。この時の基板温度はＡＬＥ法で用いるには高すぎる
ので、２４０℃に下げたのちに超格子成長に移った。分
子線強度は一定のままである。堆積する物質の切り替え
はシャッター１０ａ〜１０ｄの開閉により行う。すなわ
ち、ＺｎＳ堆積中にはＺｎＳ原料の入ったセル１ １
ｃのシャッター１０ｃをあけ、他のものは閉じておき、
一定時間の後にＺｎＳのシャッター１０ｃを閉じる。Ｚ
ｎＴｅおよびＺｎＳの分子線強度はＩ Ｘ １ ０−６
、７Ｘ１０−７Ｔｏｒｒである。
はＡＬＥ法でもＭＢＥ法でもかまわないが、時間的には
ＭＢＥ法の方が速いので、後者を例にとる。Ｚｎおよび
Ｓｅそれぞれ単体の原料の入ったセルｌｌａおよびｌｉ
ｄのシャ’／夕−１０ａと１０ｄを同時に開け、所定の
時間の後に閉しる。基板温度が３３０℃、ＺｎおよびＳ
ｅの分子線強度がそれぞれ２Ｘ １ ０−７． ８Ｘ
１ ０−７Ｔｏ ｒ ｒ （電離真空計によるフラック
スモニター値）において１時間でおよそ５００人堆積し
た。この時の基板温度はＡＬＥ法で用いるには高すぎる
ので、２４０℃に下げたのちに超格子成長に移った。分
子線強度は一定のままである。堆積する物質の切り替え
はシャッター１０ａ〜１０ｄの開閉により行う。すなわ
ち、ＺｎＳ堆積中にはＺｎＳ原料の入ったセル１ １
ｃのシャッター１０ｃをあけ、他のものは閉じておき、
一定時間の後にＺｎＳのシャッター１０ｃを閉じる。Ｚ
ｎＴｅおよびＺｎＳの分子線強度はＩ Ｘ １ ０−６
、７Ｘ１０−７Ｔｏｒｒである。
ここでは超高真空中での扱いを考え、ＺｎＳ化合物原料
を用いたが、ＺｎおよびＳそれぞれの単体原料あるいは
ＳをＨ ２ Ｓガスのクラッキングにより供給してもか
まわない。次に適当なインターバル（１〜数秒）の後に
ＺｎおよびＴｅ原料の入ったセルｌｌａおよびｌｌｂの
シャッター１ ．０ ａと１０ｂを開｛Ｊ、一定時間の
後に閉じる。この操作を繰り返し、ＺｎＳとＺｎＴｅと
を交互に積層する。
を用いたが、ＺｎおよびＳそれぞれの単体原料あるいは
ＳをＨ ２ Ｓガスのクラッキングにより供給してもか
まわない。次に適当なインターバル（１〜数秒）の後に
ＺｎおよびＴｅ原料の入ったセルｌｌａおよびｌｌｂの
シャッター１ ．０ ａと１０ｂを開｛Ｊ、一定時間の
後に閉じる。この操作を繰り返し、ＺｎＳとＺｎＴｅと
を交互に積層する。
以上のようにＺｎＳｅバッファー層を形威したのちにそ
の上にＺｎＴｅ−ＺｎＳ超格子を形成した場合の超格子
を構成するＺｎＴｅ層の積層数とＺｎおよびＴｅのシャ
ッターを開けている時間との関係を第３図に示す。比較
のためにＺｎＳｅバッファー層のない場合も示してある
。ハッファ一層のないものは、ＧａＡｓ基板のサーマル
エツ９ チングののちに基板温度を直接２４０℃に下げ、まった
く同様の条件で超格子を戒長させた試料である。この図
から明らかなように、ＺｎＴｅ−ＺｎＳ超格子をＧａＡ
ｓ基板上に直接成長させた場合とＺｎＳｅバッファー層
を用いた場合とでＺｎＴｅ層形成速度がともに等しく、
ＺｎＴｅの付着係数の均一化が図られていることがわか
る。
の上にＺｎＴｅ−ＺｎＳ超格子を形成した場合の超格子
を構成するＺｎＴｅ層の積層数とＺｎおよびＴｅのシャ
ッターを開けている時間との関係を第３図に示す。比較
のためにＺｎＳｅバッファー層のない場合も示してある
。ハッファ一層のないものは、ＧａＡｓ基板のサーマル
エツ９ チングののちに基板温度を直接２４０℃に下げ、まった
く同様の条件で超格子を戒長させた試料である。この図
から明らかなように、ＺｎＴｅ−ＺｎＳ超格子をＧａＡ
ｓ基板上に直接成長させた場合とＺｎＳｅバッファー層
を用いた場合とでＺｎＴｅ層形成速度がともに等しく、
ＺｎＴｅの付着係数の均一化が図られていることがわか
る。
以上は■−ｖ族化合物半導体基板（物質Ｓ）としてＧａ
Ａｓを用い、超格子としての■一■族化合物半導体とし
てＺｎＴｅ （物質Ａ〉とＺｎＳ（物質Ｂ），バッファ
ー層としてＺｎＳｅ （物質Ｃ）を用いた場合について
説明したが、格子定数から考えて以下のような組合せも
可能である。
Ａｓを用い、超格子としての■一■族化合物半導体とし
てＺｎＴｅ （物質Ａ〉とＺｎＳ（物質Ｂ），バッファ
ー層としてＺｎＳｅ （物質Ｃ）を用いた場合について
説明したが、格子定数から考えて以下のような組合せも
可能である。
（ 以 下 余 白 ）
１
Ｏ
１
１
発明の効果
本発明によれば、基板上およびバッファー層上ともに超
格子成長速度を均一にできるため、超格子構造の制御性
を向上させ、また下地のパターンなどにより同時に異な
る物質上に成長させる際にも同一構造を形戒できる。
格子成長速度を均一にできるため、超格子構造の制御性
を向上させ、また下地のパターンなどにより同時に異な
る物質上に成長させる際にも同一構造を形戒できる。
第１図は超格子を成長させたときに、バッファー層あり
（Ａ）、なし（Ｂ）および物質の相違が格子定数が大き
な方の物質の実際の暦数に影響を与えている様子を示す
図、第２図は実施例における超格子作製に用いる分子線
エビタキシー装置の概略構成図、第３図は本発明による
バッファー層の効果を示す図である。 ４・・・・・・基板。
（Ａ）、なし（Ｂ）および物質の相違が格子定数が大き
な方の物質の実際の暦数に影響を与えている様子を示す
図、第２図は実施例における超格子作製に用いる分子線
エビタキシー装置の概略構成図、第３図は本発明による
バッファー層の効果を示す図である。 ４・・・・・・基板。
Claims (4)
- （１）格子定数ａ＿Ｓなる物質Ｓよりなる基板上に、前
記格子定数ａ＿Ｓとほぼ等しい格子定数を有する物質Ｃ
よりなるバッファー層を形成し、その上に格子定数ａ＿
Ａがａ＿Ａ＞ａ＿Ｓなる関係にある物質Ａよりなる層お
よび格子定数ａ＿Ｂがａ＿Ｓ＞ａ＿Ｂなる関係にある物
質Ｂよりなる層を交互に積層したことを特徴とする超格
子構造素子。 - （２）物質ＳとしてＧａＡｓ、物質ＡとしてＺｎＴｅ、
ＣｄＳ、ＣｄＳｅまたはＣｄＴｅ、物質ＢとしてＺｎＳ
、物質ＣとしてＺｎＳｅを用いた請求項１記載の超格子
構造素子。 - （３）物質ＳとしてＩｎＰ、物質ＡしてＺｎＴｅ、Ｃｄ
ＳｅまたはＣｄＴｅ、物質ＢとしてＺｎＳまたはＺｎＳ
ｅ、物質ＣとしてＣｄＳを用いた請求項１記載の超格子
構造素子。 - （４）物質ＳとしてＩｎＡｓまたはＧａＳｂ、物質Ａと
してＣｄＴｅ、物質ＢとしてＣｄＳ、ＺｎＳｅまたはＺ
ｎｓ、物質ＣとしてＺｎＴｅを用いた請求項１記載の超
格子構造素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30051489A JP2870061B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 超格子構造素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30051489A JP2870061B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 超格子構造素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03159997A true JPH03159997A (ja) | 1991-07-09 |
| JP2870061B2 JP2870061B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=17885737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114197055A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-03-18 | 武汉高芯科技有限公司 | InAs/InSb应变超晶格材料及其制备方法 |
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1989
- 1989-11-17 JP JP30051489A patent/JP2870061B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114197055A (zh) * | 2022-02-18 | 2022-03-18 | 武汉高芯科技有限公司 | InAs/InSb应变超晶格材料及其制备方法 |
| CN114197055B (zh) * | 2022-02-18 | 2022-07-22 | 武汉高芯科技有限公司 | InAs/InSb应变超晶格材料及其制备方法 |
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| JP2870061B2 (ja) | 1999-03-10 |
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