JPH04317495A - 分子線エピタキシャル成長方法および成長装置 - Google Patents

分子線エピタキシャル成長方法および成長装置

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JPH04317495A
JPH04317495A JP8235191A JP8235191A JPH04317495A JP H04317495 A JPH04317495 A JP H04317495A JP 8235191 A JP8235191 A JP 8235191A JP 8235191 A JP8235191 A JP 8235191A JP H04317495 A JPH04317495 A JP H04317495A
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JP
Japan
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substrate
molecular beam
superlattice
molecular
growth
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Withdrawn
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JP8235191A
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English (en)
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Tetsuo Saito
哲男 齊藤
Satoshi Murakami
聡 村上
Hiroshi Nishino
弘師 西野
Yoichiro Sakachi
坂地 陽一郎
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は分子線エピタキシャル成
長方法、および装置に係り、特に水銀・カドミウム・テ
ルル(HgCdTe)等の化合物半導体の分子線エピタ
キシャル成長方法、および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】所定の面方位の基板表面を、所定角度傾
けてオフアングルを付与した基板に選択的に電子ビーム
、またはイオンビームを照射して該基板に段差部(キン
ク)を設け、該段差部を設けた基板上に縦超格子、およ
び横超格子を組み合わせて成長した三次元超格子は、半
導体素子の高速化、高集積化のために必要な技術とされ
、最近注目されている。
【0003】特に水銀・カドミウム・テルル(HgCd
Te)よりなる化合物半導体結晶は、エネルギーバンド
ギャップが狭く、光電変換効率が良い等の理由で、赤外
線検知素子材料として従来より用いられている。ところ
で、この結晶は易蒸発性で、かつ拡散し易い水銀を含ん
でいるため、低温成長が可能な分子線エピタキシャル成
長方法は、このHgCdTeの三次元超格子構造を形成
するための有利な手法であり、従来より注目されている
【0004】500 Å以下の極微細断面を有する空間
内に電子を閉じ込めたものを量子細線と称しており、ま
たこの極微細断面を組み合わせて箱型形状の空間部とな
し、この箱型形状の空間部に電子を閉じ込めたものを量
子箱と称しており、これらの量子細線、或いは量子箱を
用いて高電子移動度トランジスタや、半導体レーザ素子
を形成するとHEMTの如き高電子移動度トランジスタ
に用いられている二次元電子ガス層と同様な電子の閉じ
込め効果が期待でき、最近、このような量子細線、或い
は量子箱をHgCdTeを用いて行おうとしている。
【0005】本発明者等は以前にHgCdTe結晶をカ
ドミウム・テルル(CdTe)基板、或いはカドミウム
・亜鉛・テルル(CdZnTe)基板上に成長する場合
、低温でも基板に付着した水銀粒子のマイグレーション
(移動)が大きくなるようにすることで、結晶成長温度
に幅を持たせて多様な特性を有する半導体素子の形成が
可能と成るようにし、またこの水銀は前記基板に対して
付着率が悪い為に、成長時に多くの水銀を消費していた
が、この水銀の使用量を少なくすることができ、かつ基
板の段差部に選択的に結晶成長可能な分子線エピタキシ
ャル成長方法、および装置を提案している。
【0006】この方法、および装置は図3に示すように
、カドミウム( Cd) 分子線ビーム1、テルル(T
e)分子線ビーム2、水銀( Hg)分子線ビーム3を
基板4上に照射して、エピタキシャル成長する場合に、
前記成長する結晶を構成する少なくとも一種の組成に対
応する分子線ビーム、つまり水銀の分子線ビーム3を、
該基板4に対して平行に近い入射角θで照射し、該分子
線ビーム3の基板4からの反射ビーム5を反射板6を用
いて再度基板4に向けて照射するようにしたものである
【0007】このようにすることで、図4に示すように
本来低温(例えば160 ℃以下の温度) では、マイ
グレーションの少ないHgが、基板4に対して略水平方
向より照射されるので、マイグレーションを起こし易く
なる。更に反射板6を設けることで、段差部( キンク
)16 を有する基板4から反射した水銀の反射ビーム
を、再び基板4上に向けて照射することになり、基板4
上の水銀濃度を更に上げることが可能となるようにして
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような分子線エピ
タキシャル成長法として、従来より特開昭58−194
795 号に於いて、分子線エピタキシャル成長法で成
長する結晶層の組成を制御するのを目的として、結晶成
長中の結晶表面にX線を照射してその組成を測定し、分
子線ビームを発生する蒸発源坩堝の開口部の面積や、該
坩堝の温度を制御する方法が開示されているが、対象と
している結晶が本願発明で提案しようとするHgCdT
eと異なっており、また本願発明が対象としている基板
設置台の回転等に付いては言及されていない。
【0009】また特開昭63−142813 号に組成
の制御が確実に行い得るのを目的として、基板ホルダー
を回転することで特定の分子線源坩堝からの分子線が選
択的に基板に照射される分子線エピタキシャル成長装置
を提案している。然し、この装置に於いても対象として
いる結晶が、本願発明が提案しようとしているHgCd
Teの超格子構造と異なり、また成長方法も対象とする
蒸発源が充填される坩堝に基板が選択的に対応して、選
択成長するようにしており、本願発明が提案しようとし
ているように、総ての坩堝より分子線ビームが照射され
ている状態でエピタキシャル成長する場合と成長のメカ
ニズムを異にしている。また用いる基板の構造について
も本願発明とは異なる。
【0010】ガリウム・砒素( GaAs) のような
周期律表第三族と第五族の原子の化合物半導体結晶では
、ガリウム( Ga) 、或いは砒素( As) のソ
ースの何れかの蒸発濃度を選択的に変えることで縦超格
子、或いは横超格子の成長速度を選択的に変化すること
ができるが、HgTe( 水銀・テルル) とCdTe
( カドミウム・テルル) のような周期律表第二族と
第六族の原子の化合物半導体結晶では、水銀( Hg)
 、カドミウム( Cd) 、およびテルル(Te)の
ソースの蒸発濃度を選択的に変化させても、縦、或いは
横超格子の成長速度を選択的に変化させることは出来な
い。
【0011】本発明者等が以前に提案した従来の分子線
エピタキシャル成長方法、および装置では、基板を設置
する基板設置台が固定されており、分子線ビームを発生
するクヌーセンセル( 坩堝) と基板の角度は固定さ
れており、このような装置を用いて縦超格子と横超格子
を連続的に成長しようとすると、Hgのソース、Cdの
ソース、およびTeのソースのクヌーセンセル( 坩堝
) を更に1 組必要とし、装置が複雑となり、大型化
する。
【0012】本発明は上記した欠点を解決し、クヌーセ
ンセル( 坩堝) と基板の成す角度を自在に変化でき
るようにしてキンクの有る基板上に於いても、横超格子
と縦超格子を連続的に効率良く成長可能とする分子線エ
ピタキシャル成長方法、およびその装置の提供を目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の分子線エピタキ
シャル成長方法は、分子線ビームを基板上に照射して該
基板( 上にエピタキシャル結晶を成長する方法に於い
て、基板表面と分子線ビームの成す角度をエピタキシャ
ル結晶成長時に可変可能にして、該基板に設けた段差部
に縦超格子および横超格子を連続的にエピタキシャル成
長するようにしたことを特徴とする。
【0014】また前記分子線ビームを照射する手段に対
して、別個に電子ビーム照射手段を設け、エピタキシャ
ル結晶成長時に電子ビームを該結晶に部分的に照射し、
選択成長を行うことを特徴とする。
【0015】更に本発明の分子線エピタキシャル成長装
置は、基板を設置する基板設置台を、分子線ビーム照射
方向に対して回転および/或いは傾斜可能としたことを
特徴とする。
【0016】更に前記基板を設置する基板設置台の分子
線ビーム照射方向より見て背面側に、該分子線ビームを
反射する反射板を設け、該反射板を用いて、基板より反
射した分子線ビームを再度該基板に照射するようにした
ことを特徴とする。
【0017】
【作用】本発明の方法は段差部を設けた基板を基板設置
台上に設置し、該基板設置台に対向して水銀分子線ビー
ム、カドミウム分子線ビームおよびテルル分子線ビーム
を照射するクヌーセンセル(蒸発源坩堝)を設け、この
基板設置台を前記分子線ビームが照射される方向に対し
て傾斜、或いは回転可能として前記段差部に縦超格子お
よび横超格子が連続的に効率良く形成されるようになる
【0018】また上記基板設置台の分子線ビームが照射
される方向に対して背面側に反射板を設け、基板に当た
って反射した反射ビームを該基板に再入射するようにし
て照射効率を高めることが可能となる。
【0019】また上記分子線ビームを照射して縦超格子
、および横超格子を形成する間に電子ビームを該超格子
の所定領域に照射して電子ビームによるエッチングを行
い、このエッチングを行った箇所に組成の異なる超格子
を埋設して半導体素子を形成するようにすると、複雑な
構造の素子が形成できる。また電子ビームの強度を強く
して照射することで形成された超格子の原子配列を乱し
てアモルファス化したHgCdTeの量子細線の形成も
可能となる。
【0020】このようにすることで、基板に対して付着
効率の悪い水銀の分子ビームも低温で付着可能となり、
かつ縦超格子、横超格子を連続的に形成することで三次
元の超格子の量子箱の製造も可能となり、超高速、超集
積化された半導体装置も製造可能となる。
【0021】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳
細に説明する。図1は本発明の方法に用いる装置の説明
図である。図1に示すように、Cd分子線ビーム1を照
射するCdクヌーセンセル11、Te分子線ビーム2を
照射するTeクヌーセンセル12、Hg分子線ビーム3
を照射するHgクヌーセンセル13に対向して基板設置
台14が設置され、この基板設置台14は前記した各々
の分子線ビーム1,2,3 が照射される方向に対して
所定の角度θ傾斜するような構造を有し、更に該分子線
ビーム1,2,3 が照射される方向に対して矢印Aに
示すように回転する構造となっている。
【0022】そしてこの回転によって縦超格子、或いは
横超格子の所望の超格子を得たい場合に、所定のクヌー
センセル11,12,13より照射される分子線ビーム
に最も基板が効率良く当たるように調整可能となる。
【0023】この基板設置台14に於いて、各々の分子
線ビーム1,2,3 が照射される方向に対して背面側
に、ステンレス板等より形成された反射板6 が設けら
れている。 また図の19は、これらの各々のクヌーセンセル11,
12,13のシャッタである。
【0024】この基板設置台14にCdZnTe、或い
はCdTeの基板4 を設置し、これら基板設置台14
や、前記したクヌーセンセル11,12,13を収容し
ている容器15を10−10torr 程度の超高真空
に排気する。そして基板の温度を150 ℃に保ち、前
記したHgが3 ×10−7気圧、Cdが1 ×10−
9気圧、Teが1.2 ×10−9気圧の分圧となるよ
うに前記したクヌーセンセル11,12,13の加熱温
度を調節して該基板上にこれらの分子線ビームを照射す
る。
【0025】図2に示すように、このCdZnTe、或
いはCdTeの基板4は、所定の面方位に対して所定の
オフアングルを付した基板表面を有し、選択的に電子ビ
ームを照射して段差部( キンク)16 を形成し、そ
してHgTeの超格子を70Å、CdTeの超格子を3
0Åとなるようにしてこの超格子を周期的に成長して縦
超格子17を形成後、前記示した基板設置台14を90
度傾斜させ、前記HgTeの超格子を70Å、CdTe
の超格子を30Åとなるようにしてこの超格子を周期的
に成長して横超格子18を形成する。このようにすると
段差部(キンク)16を有する基板4 上に縦超格子1
7、横超格子18よりなる量子細線が連続的に容易に形
成できる。
【0026】また図1に示した基板4の分子線ビーム照
射側の背面側に反射板を設けているので、この基板に当
たって反射した分子線ビームを更に基板上に再入射させ
ることになり、更に一層超格子が効率良く形成されるよ
うになる。
【0027】また図2に示すように縦超格子17の一部
に矢印Bに示すように電子ビーム、或いはイオンビーム
を照射することで、上記縦超格子17の一部をエッチン
グし、この部分に更に組成の異なる超格子を埋設形成す
ることで、更に別の構造を有する半導体素子を形成する
ことも可能となる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の分子線エピ
タキシャル成長方法、および装置によれば、低温でHg
CdTeの量子細線、量子箱のような超格子構造が容易
に形成され、かつ連続的に縦超格子、横超格子が形成さ
れて三次元の超格子構造が容易に形成されるので、この
超格子構造を用いて半導体素子を形成すると超高速、超
集積度の半導体素子が容易に形成される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の方法に用いる装置の説明図である
【図2】  本発明の方法で形成する超格子の説明図で
ある。
【図3】  従来の方法の説明図である。
【図4】  従来の方法に於ける結晶成長のメカニズム
の説明図である。
【符号の説明】
1  Cd分子線ビーム 2  Te分子線ビーム 3  Hg分子線ビーム 4  基板 6  反射板 11  Cdクヌーセンセル 12  Teクヌーセンセル 13  Hgクヌーセンセル 14  基板設置台 15  容器 16  段差部( キンク) 17  縦超格子 18  横超格子 19  シャッタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  分子線ビームを基板(4) 上に照射
    して該基板(4) 上にエピタキシャル結晶を成長する
    方法に於いて、基板(4) 表面と分子線ビームの成す
    角度をエピタキシャル結晶成長時に可変可能にして、該
    基板(4) に設けた段差部(16)に縦超格子(17
    )、および横超格子(18)を連続的にエピタキシャル
    成長するようにしたことを特徴とする分子線エピタキシ
    ャル成長方法。
  2. 【請求項2】  請求項1記載の分子線ビームを照射す
    る手段に対して、別個に電子ビーム照射手段を設け、エ
    ピタキシャル結晶成長時に電子ビームを該結晶に部分的
    に照射し、選択成長を行うことを特徴とする分子線エピ
    タキシャル成長方法。
  3. 【請求項3】  請求項1記載の基板(4) を設置す
    る基板設置台(14)を、分子線ビーム照射方向に対し
    て回転および/或いは傾斜可能としたことを特徴とする
    分子線エピタキシャル成長装置。
  4. 【請求項4】  請求項1記載の基板(4) を設置す
    る基板設置台(14)の分子線ビーム照射方向より見て
    背面側に、該分子線ビームを反射する反射板(6) を
    設け、該反射板(6) を用いて、基板(4) より反
    射した分子線ビームを再度基板(4) に照射するよう
    にしたことを特徴とする分子線エピタキシャル成長装置
JP8235191A 1991-04-15 1991-04-15 分子線エピタキシャル成長方法および成長装置 Withdrawn JPH04317495A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162481A (ja) * 1994-12-01 1996-06-21 Nec Corp 結晶成長方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162481A (ja) * 1994-12-01 1996-06-21 Nec Corp 結晶成長方法

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