JPH05114768A - 超格子の形成方法 - Google Patents
超格子の形成方法Info
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- JPH05114768A JPH05114768A JP4091163A JP9116392A JPH05114768A JP H05114768 A JPH05114768 A JP H05114768A JP 4091163 A JP4091163 A JP 4091163A JP 9116392 A JP9116392 A JP 9116392A JP H05114768 A JPH05114768 A JP H05114768A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的シャッタを用いないで組成を制御する
超格子の形成方法を提供する。 【構成】 分子線エピタキシーによりＩｎＰ上に三元お
よび四元のＩｎ（ＧａＡｌ）Ａｓ合金から成る超格子１
８を形成する。ＩＩＩ族の元素２２と２４を基板２６上
に不均一に注ぎつつ、基板２６を回転する。元素源のビ
ーム束が回転基板上に不均一に分布することにより、周
期的な層が整列する。成長速度と回転速度との積で超格
子の周期が決まる。
超格子の形成方法を提供する。 【構成】 分子線エピタキシーによりＩｎＰ上に三元お
よび四元のＩｎ（ＧａＡｌ）Ａｓ合金から成る超格子１
８を形成する。ＩＩＩ族の元素２２と２４を基板２６上
に不均一に注ぎつつ、基板２６を回転する。元素源のビ
ーム束が回転基板上に不均一に分布することにより、周
期的な層が整列する。成長速度と回転速度との積で超格
子の周期が決まる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回転誘導形超格子の形成
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】分子線エピタキシー（ＭＢＥ）では、余
弦波で変化する強度プロファイルを有する元素源ビーム
が真空空間を横切って、加熱された基板結晶１０に向け
て注がれる。基板１０を加熱するのは、種を表面拡散し
て混入させるのに十分なエネルギーを供給するためであ
る。元素源ビームはしばしば噴出セル１２と呼ばれる別
々の炉から発射される。加熱された元素が蒸発して、噴
出セル１２の一端からとび出して、開放したシャッタ１
４を通過し、成長チャンバ１６の中を飛んで、基板１０
に到達する。各噴出セル１２の前に設けられたシャッタ
１４を使って、元素の通過をオン、オフさせることがで
きる。図１は従来のＭＢＥ装置の成長チャンバの略図で
ある。ビーム強度プロファイルが自然に不均一になるの
と、成長チャンバ１６内における元素源の配置が必然的
に非対称になるのとを補償するために、ビームを円形基
板１０の中心に向けるのではなく、基板の半径に沿った
中間点に注ぐ。それから基板１０を回転することによ
り、組成を均一にする。
弦波で変化する強度プロファイルを有する元素源ビーム
が真空空間を横切って、加熱された基板結晶１０に向け
て注がれる。基板１０を加熱するのは、種を表面拡散し
て混入させるのに十分なエネルギーを供給するためであ
る。元素源ビームはしばしば噴出セル１２と呼ばれる別
々の炉から発射される。加熱された元素が蒸発して、噴
出セル１２の一端からとび出して、開放したシャッタ１
４を通過し、成長チャンバ１６の中を飛んで、基板１０
に到達する。各噴出セル１２の前に設けられたシャッタ
１４を使って、元素の通過をオン、オフさせることがで
きる。図１は従来のＭＢＥ装置の成長チャンバの略図で
ある。ビーム強度プロファイルが自然に不均一になるの
と、成長チャンバ１６内における元素源の配置が必然的
に非対称になるのとを補償するために、ビームを円形基
板１０の中心に向けるのではなく、基板の半径に沿った
中間点に注ぐ。それから基板１０を回転することによ
り、組成を均一にする。
【０００３】均一性を確保するために、基板が１回転す
る間に単層が１個未満しか成長しないように、回転速度
を選ぶ。２Å／ｓの成長速度に対して、成長方向と基板
１０の半径方向の両方に関して組成を均一にするには、
６０ｒ．ｐ．ｍ．以上の回転速度が必要である。しかし
ながら、サンプルの装着、不純物の制御、成長プロセス
の低保守というような実際の条件を考慮すると、典型的
に２−１０ｒｐｍというかなり低い回転速度になってし
まう。
る間に単層が１個未満しか成長しないように、回転速度
を選ぶ。２Å／ｓの成長速度に対して、成長方向と基板
１０の半径方向の両方に関して組成を均一にするには、
６０ｒ．ｐ．ｍ．以上の回転速度が必要である。しかし
ながら、サンプルの装着、不純物の制御、成長プロセス
の低保守というような実際の条件を考慮すると、典型的
に２−１０ｒｐｍというかなり低い回転速度になってし
まう。
【０００４】超格子１８、ＳＬ、は極めて薄い層４４を
一次元に周期的に形成したものであって、その周期は電
子の平均自由工程より短い。図２に超格子１８の略図を
示す。これらの極めて薄い層４４は処方に従ってそれぞ
れエネルギーギャップが異なる。周期の寸法が電子の波
長と同程度になると、電荷キャリアの波としての性質が
重要になる。図３に、交番エネルギー障壁を有する超格
子１８のエネルギープロファイルを示す。古典物理学に
よれば、障壁エネルギーＥｂよりも低いエネルギーＥｆ
を有する電子が障壁に近づけば、はね返されるであろ
う。それは野球のボールがコンクリートの壁に当たって
跳ね返されたり、あるいはまた電磁波が伝送線路の開放
端で反射するのと類似している。しかし量子力学によれ
ば、障壁の物理的寸法が粒子の波長に向かって小さくな
るにつれて、粒子が反射されずに透過する確率が大きく
なる。すなわちある条件下では、たとえ電子のエネルギ
ーが障壁の電位より低くても、電子は障壁を通過するこ
とができる。この古典的に禁制の現象はトンネル効果と
呼ばれている。この現象があるために、超格子は移動度
が高い、電子の散乱率が低いというようないくつかの望
ましい特質が得られるのである。これらの特質はヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）やホットエレク
トロントランジスタのような縦形装置において、寄生抵
抗が小さく、電流利得が大きいといった形で活用されて
いるのである。
一次元に周期的に形成したものであって、その周期は電
子の平均自由工程より短い。図２に超格子１８の略図を
示す。これらの極めて薄い層４４は処方に従ってそれぞ
れエネルギーギャップが異なる。周期の寸法が電子の波
長と同程度になると、電荷キャリアの波としての性質が
重要になる。図３に、交番エネルギー障壁を有する超格
子１８のエネルギープロファイルを示す。古典物理学に
よれば、障壁エネルギーＥｂよりも低いエネルギーＥｆ
を有する電子が障壁に近づけば、はね返されるであろ
う。それは野球のボールがコンクリートの壁に当たって
跳ね返されたり、あるいはまた電磁波が伝送線路の開放
端で反射するのと類似している。しかし量子力学によれ
ば、障壁の物理的寸法が粒子の波長に向かって小さくな
るにつれて、粒子が反射されずに透過する確率が大きく
なる。すなわちある条件下では、たとえ電子のエネルギ
ーが障壁の電位より低くても、電子は障壁を通過するこ
とができる。この古典的に禁制の現象はトンネル効果と
呼ばれている。この現象があるために、超格子は移動度
が高い、電子の散乱率が低いというようないくつかの望
ましい特質が得られるのである。これらの特質はヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）やホットエレク
トロントランジスタのような縦形装置において、寄生抵
抗が小さく、電流利得が大きいといった形で活用されて
いるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】超格子１８はエピタキ
シャル成長中に周期的に組成を変えることによりつくら
れる。これまでこの分野では、分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）成長中に機械的シャッタを使うことにより、超格
子構造１８を形成した。周期的に組成を変えるために、
噴出セル１２を機械的に開閉することによって、基板１
０に達する元素ビームの束を変えるのである。しかしな
がら、この開閉動作のために過渡成長と「シャッタ疲
労」が起こることがある。過渡成長は閉じた噴出セル１
２内で蒸発した元素の圧力が高まるために起こる。セル
が再び開放されると、原子群が一気にとび出して基板１
０に衝突するので成長速度が速まる。このことは圧力が
安定する迄続く。「シャッタ疲労」は、シャッタ１４が
故障する、すなわち適切に開閉しなくなったとき起こ
る。シャッタ疲労は超格子１８の成長過程で特によく見
られる現象であって、極めて薄い多くの層４４をつくる
ために過度にシャッタを開閉するせいで起こるのであ
る。
シャル成長中に周期的に組成を変えることによりつくら
れる。これまでこの分野では、分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）成長中に機械的シャッタを使うことにより、超格
子構造１８を形成した。周期的に組成を変えるために、
噴出セル１２を機械的に開閉することによって、基板１
０に達する元素ビームの束を変えるのである。しかしな
がら、この開閉動作のために過渡成長と「シャッタ疲
労」が起こることがある。過渡成長は閉じた噴出セル１
２内で蒸発した元素の圧力が高まるために起こる。セル
が再び開放されると、原子群が一気にとび出して基板１
０に衝突するので成長速度が速まる。このことは圧力が
安定する迄続く。「シャッタ疲労」は、シャッタ１４が
故障する、すなわち適切に開閉しなくなったとき起こ
る。シャッタ疲労は超格子１８の成長過程で特によく見
られる現象であって、極めて薄い多くの層４４をつくる
ために過度にシャッタを開閉するせいで起こるのであ
る。
【０００６】超格子成長に関する材料は現在のところ周
知の半導体材料とそれらの合金であり、例えば、Ｇｅ，
Ｓｉ，Ｇｅ−Ｓｉ合金、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物とそれら
の合金、ＩＩ−ＶＩ族化合物とそれらの合金などであ
る。ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ−ＩｎＡｌＡｓ仮晶状
態格子整合ヘテロ接合を形成したものは特に関心が持た
れている。これは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）や共鳴トンネルトランジスタ（ＲＴＴ）のような高
性能トランジスタの構造に使われている。ＩｎＧａＡｓ
の電子輸送特性がすぐれており、かつ伝導帯のオフセッ
トが大きい（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓヘテロ接合の
場合０．５２ｅＶが得られている）からである。
知の半導体材料とそれらの合金であり、例えば、Ｇｅ，
Ｓｉ，Ｇｅ−Ｓｉ合金、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物とそれら
の合金、ＩＩ−ＶＩ族化合物とそれらの合金などであ
る。ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ−ＩｎＡｌＡｓ仮晶状
態格子整合ヘテロ接合を形成したものは特に関心が持た
れている。これは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ）や共鳴トンネルトランジスタ（ＲＴＴ）のような高
性能トランジスタの構造に使われている。ＩｎＧａＡｓ
の電子輸送特性がすぐれており、かつ伝導帯のオフセッ
トが大きい（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓヘテロ接合の
場合０．５２ｅＶが得られている）からである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、マルチ
デポジションシステムを用いて、元素源または分子源の
ビーム束を基板に向けて非対称に注ぎつつ、低速で基板
を回転することによって、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ
−Δｘ））／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））と
いう組成を有する超格子を形成する方法が提供される。
ここでΔｘは元素源または分子源のビーム束ＡとＢの集
中度の不均一性の関数である。
デポジションシステムを用いて、元素源または分子源の
ビーム束を基板に向けて非対称に注ぎつつ、低速で基板
を回転することによって、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ
−Δｘ））／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））と
いう組成を有する超格子を形成する方法が提供される。
ここでΔｘは元素源または分子源のビーム束ＡとＢの集
中度の不均一性の関数である。
【０００８】具体的に述べると、超格子１８のＭＢＥ形
成に関してはシャッタ疲労と過渡成長とが問題であっ
た。好ましい一実施例として本発明ではシャッタ１４を
使わないで超格子構造１８を形成する方法を開示する。
この方法はＩｎＰ上に三元および四元のＩｎ（ＧａＡ
ｌ）Ａｓ合金を形成する。元素ビーム２２と２４を基板
２６上に不均一に集中させることによって、Ａ（ｘ−Δ
ｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））Ａｓ／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ
（１−（ｘ＋Δｘ））Ａｓという組成を有する超格子１
８が形成される。ここでΔｘは元素ビームＡ２２とＢ２
４の集中度の不均一性の関数である。基板２６を低速で
回転することにより超格子を形成する。
成に関してはシャッタ疲労と過渡成長とが問題であっ
た。好ましい一実施例として本発明ではシャッタ１４を
使わないで超格子構造１８を形成する方法を開示する。
この方法はＩｎＰ上に三元および四元のＩｎ（ＧａＡ
ｌ）Ａｓ合金を形成する。元素ビーム２２と２４を基板
２６上に不均一に集中させることによって、Ａ（ｘ−Δ
ｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））Ａｓ／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ
（１−（ｘ＋Δｘ））Ａｓという組成を有する超格子１
８が形成される。ここでΔｘは元素ビームＡ２２とＢ２
４の集中度の不均一性の関数である。基板２６を低速で
回転することにより超格子を形成する。
【０００９】
【実施例】従来のＭＢＥシステムでは、２−５ｒｐｍと
いう低回転速度と１−３Å／ｓという典型的な成長速度
を用いて、回転誘導形超格子の成長薄膜における層構成
を容易に実現することができる。本発明では、電気的に
能動的な回転誘導形超格子（ＳＬ）を形成するのに充分
な、合金組成の変化を達成する方法を示す。例として三
元合金Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを成長させる場合
を考える。もしＧａビームとＩｎビームの強度プロファ
イルが一致しなければ、基板が不均一なビームの中で回
転するにつれて、層の組成はＩｎリッチとＧａリッチと
に交互に変わる。もし組成の変化が充分であれば、基板
の１回転ごとに成長する層の厚さに等しい周期を有する
ひずみ超格子が形成される。このようにして機械的なシ
ャッタを用いないＭＢＥを使って、回転誘導形超格子が
つくられる。更に、少なくとも２個の元素源から基板に
向けて元素を発射するという共同デポジションシステム
なら、他の方法を用いて超格子をつくることもできる。
共同デポジションシステムの他の例として、化学ビーム
エピタキシーシステムを挙げることができる。その他に
も、交番有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や、その他
の蒸気、液体または気体成長法なども、回転誘導形超格
子の形成に用いることができる。図４に示した好ましい
実施例では、成長システムとしてＭＢＥシステム（Ｒｉ
ｂｅｒ−２３００）を用いている。従来のＩＩＩ族の元
素源２２と２４およびＡｓ源４６とを用いて、ＩｎＰ基
板２６上にＩｎＧａＡｓとＡｌＡｓを成長させる。Ｉｎ
ＧａＡｓとＡｌＡｓの公称成長温度はそれぞれ４６０℃
と５１０℃であり、Ｖ／ＩＩＩのビーム束比率は典型的
に２：３である。基板の回転速度は２〜５ｒｐｍであ
る。
いう低回転速度と１−３Å／ｓという典型的な成長速度
を用いて、回転誘導形超格子の成長薄膜における層構成
を容易に実現することができる。本発明では、電気的に
能動的な回転誘導形超格子（ＳＬ）を形成するのに充分
な、合金組成の変化を達成する方法を示す。例として三
元合金Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを成長させる場合
を考える。もしＧａビームとＩｎビームの強度プロファ
イルが一致しなければ、基板が不均一なビームの中で回
転するにつれて、層の組成はＩｎリッチとＧａリッチと
に交互に変わる。もし組成の変化が充分であれば、基板
の１回転ごとに成長する層の厚さに等しい周期を有する
ひずみ超格子が形成される。このようにして機械的なシ
ャッタを用いないＭＢＥを使って、回転誘導形超格子が
つくられる。更に、少なくとも２個の元素源から基板に
向けて元素を発射するという共同デポジションシステム
なら、他の方法を用いて超格子をつくることもできる。
共同デポジションシステムの他の例として、化学ビーム
エピタキシーシステムを挙げることができる。その他に
も、交番有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や、その他
の蒸気、液体または気体成長法なども、回転誘導形超格
子の形成に用いることができる。図４に示した好ましい
実施例では、成長システムとしてＭＢＥシステム（Ｒｉ
ｂｅｒ−２３００）を用いている。従来のＩＩＩ族の元
素源２２と２４およびＡｓ源４６とを用いて、ＩｎＰ基
板２６上にＩｎＧａＡｓとＡｌＡｓを成長させる。Ｉｎ
ＧａＡｓとＡｌＡｓの公称成長温度はそれぞれ４６０℃
と５１０℃であり、Ｖ／ＩＩＩのビーム束比率は典型的
に２：３である。基板の回転速度は２〜５ｒｐｍであ
る。
【００１０】ＩｎＰ基板２６を装着したら、基板を通常
のＭＢＥ均一成長位置２８（すべての噴出セル２２と２
４の共通集中点の近く）から傾けて、すべての分子ビー
ムが基板２６から離れたある点に集中するようにする。
すべての噴出セル２２と２４を開放したままで、基板２
６をゆっくりと回転する（２−５ｒｐｍ）。回転基板２
６に注がれるビーム束の分布が不均一であるために、成
長速度と基板回転速度との積により決まる整列周期で、
成長の方向に分子が整列する。整列の効果によって産出
されるひずみ超格子１８の性質は、共鳴トンネルダイオ
ードの電流電圧特性から推定することができる。このひ
ずみ超格子１８はＩｎ（０．５３−Δｘ）Ｇａ（０．４
７＋Δｘ）Ａｓ／Ｉｎ（０．５３＋Δｘ）Ｇａ（０．４
７−Δｘ）Ａｓにより与えられる仮晶組成を有する。こ
こでΔｘは一回転中に得られる組成比の最大と最小の差
である。Ｉｎ（０．５３）Ｇａ（０．４７）ＡｓはＩｎ
Ｐと格子整合する組成である。組成の変動Δｘは基板を
均一成長位置に対してどれだけ傾けるかにより決まる。
図４には、ＭＢＥチャンバ内における基板２６と、元素
源Ａ２２とＢ２４のビーム束分布の位置関係を示してあ
り、基板２６を均一成長位置２８、θ＝０から、不均一
ビーム束分布位置３０、θ＞０に回転させる。図５に示
すように、基板２６を成長不活性中心位置２８、θ＝０
から回転させると、θ＝θ1 、位置３０で組成差が最大
になる。この地点より更に基板２６を傾けていくと、成
長速度と組成差は急速に減少し、θ＝θ2 、位置３２で
は成長しなくなる。このようにビーム束分布を変えるこ
とにより組成を制御することができるので、超格子の性
能を応用に合わせて単一に決定することができる。
のＭＢＥ均一成長位置２８（すべての噴出セル２２と２
４の共通集中点の近く）から傾けて、すべての分子ビー
ムが基板２６から離れたある点に集中するようにする。
すべての噴出セル２２と２４を開放したままで、基板２
６をゆっくりと回転する（２−５ｒｐｍ）。回転基板２
６に注がれるビーム束の分布が不均一であるために、成
長速度と基板回転速度との積により決まる整列周期で、
成長の方向に分子が整列する。整列の効果によって産出
されるひずみ超格子１８の性質は、共鳴トンネルダイオ
ードの電流電圧特性から推定することができる。このひ
ずみ超格子１８はＩｎ（０．５３−Δｘ）Ｇａ（０．４
７＋Δｘ）Ａｓ／Ｉｎ（０．５３＋Δｘ）Ｇａ（０．４
７−Δｘ）Ａｓにより与えられる仮晶組成を有する。こ
こでΔｘは一回転中に得られる組成比の最大と最小の差
である。Ｉｎ（０．５３）Ｇａ（０．４７）ＡｓはＩｎ
Ｐと格子整合する組成である。組成の変動Δｘは基板を
均一成長位置に対してどれだけ傾けるかにより決まる。
図４には、ＭＢＥチャンバ内における基板２６と、元素
源Ａ２２とＢ２４のビーム束分布の位置関係を示してあ
り、基板２６を均一成長位置２８、θ＝０から、不均一
ビーム束分布位置３０、θ＞０に回転させる。図５に示
すように、基板２６を成長不活性中心位置２８、θ＝０
から回転させると、θ＝θ1 、位置３０で組成差が最大
になる。この地点より更に基板２６を傾けていくと、成
長速度と組成差は急速に減少し、θ＝θ2 、位置３２で
は成長しなくなる。このようにビーム束分布を変えるこ
とにより組成を制御することができるので、超格子の性
能を応用に合わせて単一に決定することができる。
【００１１】ＩｎＰの基板上に三元合金および四元合金
Ｉｎ（ＧａＡｌ）Ａｓのひずみ超格子を成長させる際、
超格子の周期は基板１回転ごとに成長する層の厚さによ
り決まる。図６に２種類の超格子の透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）の画像を示す。図６ａにはＩｎＰ基板上に成
長させた公称Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓの格子整合
層を示す。ＩｎＧａＡｓ層３４が整列周期５．４ｎｍで
積層されているのがはっきりと見える。図の下の方に見
えるのは明らかに均一なＩｎＰ基板３６である。図６ｂ
に超格子周期の制御能力を示す。これは共鳴トンネルダ
イオード（ＲＴＤ）構造を成長させるにあたり、共鳴ト
ンネルダブル障壁成長の初期に回転速度を２倍にしたも
のである。ＲＴＤの層構造は公称２／１／２／１／２ｎ
ｍ ＡｌＡｓ／Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＡ
ｓ／Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＡｌＡｓであっ
て、明かるい領域は仮晶ＡｌＡｓトンネル障壁３８であ
る。回転速度を５ｒｐｍ４０から２．５ｒｐｍ４２に切
り替えたときに超格子周期が２倍になっていることがは
っきりと見える。共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）は
しばしば超格子でつくられて、装置の電気的性能を高め
るのに役立っている。回転誘導形超格子がＲＴＤの輸送
特性に与える効果は、ＲＴＤの伝達共鳴の前後の狭い電
圧範囲で装置のコンダクタンスを変えることである。こ
の現象は効果の出所が決定される以前に多くのＲＴＤで
観測されていた。
Ｉｎ（ＧａＡｌ）Ａｓのひずみ超格子を成長させる際、
超格子の周期は基板１回転ごとに成長する層の厚さによ
り決まる。図６に２種類の超格子の透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）の画像を示す。図６ａにはＩｎＰ基板上に成
長させた公称Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓの格子整合
層を示す。ＩｎＧａＡｓ層３４が整列周期５．４ｎｍで
積層されているのがはっきりと見える。図の下の方に見
えるのは明らかに均一なＩｎＰ基板３６である。図６ｂ
に超格子周期の制御能力を示す。これは共鳴トンネルダ
イオード（ＲＴＤ）構造を成長させるにあたり、共鳴ト
ンネルダブル障壁成長の初期に回転速度を２倍にしたも
のである。ＲＴＤの層構造は公称２／１／２／１／２ｎ
ｍ ＡｌＡｓ／Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＩｎＡ
ｓ／Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ／ＡｌＡｓであっ
て、明かるい領域は仮晶ＡｌＡｓトンネル障壁３８であ
る。回転速度を５ｒｐｍ４０から２．５ｒｐｍ４２に切
り替えたときに超格子周期が２倍になっていることがは
っきりと見える。共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ）は
しばしば超格子でつくられて、装置の電気的性能を高め
るのに役立っている。回転誘導形超格子がＲＴＤの輸送
特性に与える効果は、ＲＴＤの伝達共鳴の前後の狭い電
圧範囲で装置のコンダクタンスを変えることである。こ
の現象は効果の出所が決定される以前に多くのＲＴＤで
観測されていた。
【００１２】Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒのような金属を半導体の
代わりに元素源として用いて、基板の表面に非対称にビ
ーム束を注ぐという同じ方法を使うと、組成変調薄膜と
して知られている二元また三元の金属超格子が形成され
る。半導体超格子と同様に、組成変調薄膜層の厚さは回
転速度と成長速度とにより決まる。組成変調薄膜はきわ
めて精巧に分散された構造を有するので、例えば機械的
強度などの材料の特性を高めることができる。
代わりに元素源として用いて、基板の表面に非対称にビ
ーム束を注ぐという同じ方法を使うと、組成変調薄膜と
して知られている二元また三元の金属超格子が形成され
る。半導体超格子と同様に、組成変調薄膜層の厚さは回
転速度と成長速度とにより決まる。組成変調薄膜はきわ
めて精巧に分散された構造を有するので、例えば機械的
強度などの材料の特性を高めることができる。
【００１３】以上いくつかの好ましい実施例について詳
細に説明したが、本発明の範囲は請求の範囲内にある他
の実施態様をも含むものである。本発明を例示の実施例
について説明したが、限定的な意味を有するものではな
い。本発明の他の実施例や例示した実施例の各種の修正
や組合わせなどは当業者にとって容易に考えうる。した
がってこれらの修正や実施例は本発明の範囲に属するも
のである。
細に説明したが、本発明の範囲は請求の範囲内にある他
の実施態様をも含むものである。本発明を例示の実施例
について説明したが、限定的な意味を有するものではな
い。本発明の他の実施例や例示した実施例の各種の修正
や組合わせなどは当業者にとって容易に考えうる。した
がってこれらの修正や実施例は本発明の範囲に属するも
のである。
【００１４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） マルチデポジションシステム内の回転ステージ
に基板を装着するステップと、個別の成長速度を有する
個々の元素源または分子源を用意するステップと、基板
に向けて元素源または分子源のビーム束を非対称に注ぐ
ことによって、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））
／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））という組成を
有し、（ｘ＋Δｘ）＜１，＞０であり、Δｘは元素源ま
たは分子源Ａ，Ｂの集中度の不均一性の関数である、超
格子を形成するステップと、基板の回転周期と元素源ま
たは分子源の成長速度との積が超格子周期ごとの選択さ
れた層厚となるように、基板を回転させるステップと、
を含むことを特徴とする、選択された層厚を有する超格
子構造の形成方法。
る。 （１） マルチデポジションシステム内の回転ステージ
に基板を装着するステップと、個別の成長速度を有する
個々の元素源または分子源を用意するステップと、基板
に向けて元素源または分子源のビーム束を非対称に注ぐ
ことによって、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））
／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））という組成を
有し、（ｘ＋Δｘ）＜１，＞０であり、Δｘは元素源ま
たは分子源Ａ，Ｂの集中度の不均一性の関数である、超
格子を形成するステップと、基板の回転周期と元素源ま
たは分子源の成長速度との積が超格子周期ごとの選択さ
れた層厚となるように、基板を回転させるステップと、
を含むことを特徴とする、選択された層厚を有する超格
子構造の形成方法。
【００１５】（２） 第１項記載の方法において、前記
超格子は、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））Ｃ／
Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））Ｃ，という組成
を有する三元合金であって、ＣはＡｓ，Ｐ，Ｓｂから成
る群から選ばれ、その組成比は一定であることを特徴と
する、超格子構造の形成方法。
超格子は、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））Ｃ／
Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））Ｃ，という組成
を有する三元合金であって、ＣはＡｓ，Ｐ，Ｓｂから成
る群から選ばれ、その組成比は一定であることを特徴と
する、超格子構造の形成方法。
【００１６】（３） 第１項記載の方法において、前記
超格子は四元またはそれ以上の多数の組成から成り、元
素源または分子源から発射される非対称なビーム束を注
がれつつ回転するによりつくられることを特徴とする、
超格子構造の形成方法。
超格子は四元またはそれ以上の多数の組成から成り、元
素源または分子源から発射される非対称なビーム束を注
がれつつ回転するによりつくられることを特徴とする、
超格子構造の形成方法。
【００１７】（４） 第１項記載の方法において、前記
マルチデポジションシステムはＲｉｂｅｒ２３００分子
線エピタキシーシステムであることを特徴とする、超格
子構造の形成方法。
マルチデポジションシステムはＲｉｂｅｒ２３００分子
線エピタキシーシステムであることを特徴とする、超格
子構造の形成方法。
【００１８】（５） 第１項記載の方法において、更
に、噴出セルを供給するステップと、該セルの中に個々
の元素源または分子源を供給するステップと、元素源ま
たは分子源が蒸発する迄噴出セルを熱するステップと、
を含むことを特徴とする、超格子構造の形成方法。
に、噴出セルを供給するステップと、該セルの中に個々
の元素源または分子源を供給するステップと、元素源ま
たは分子源が蒸発する迄噴出セルを熱するステップと、
を含むことを特徴とする、超格子構造の形成方法。
【００１９】（６） 第１項記載の方法において、前記
マルチデポジションシステムは化学ビームエピタキシー
システムであることを特徴とする、超格子構造の形成方
法。
マルチデポジションシステムは化学ビームエピタキシー
システムであることを特徴とする、超格子構造の形成方
法。
【００２０】（７） 第１項記載の方法において、前記
マルチデポジションシステムは気体源エピタキシーシス
テムであることを特徴とする、超格子構造の形成方法。
マルチデポジションシステムは気体源エピタキシーシス
テムであることを特徴とする、超格子構造の形成方法。
【００２１】（８） 第１項記載の方法において、前記
基板はＳｉ，ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＣｄＴｅ，ＧａＳｂ，
ＡｌＳｂ，から成る群から選択することを特徴とする、
超格子構造の形成方法。
基板はＳｉ，ＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＣｄＴｅ，ＧａＳｂ，
ＡｌＳｂ，から成る群から選択することを特徴とする、
超格子構造の形成方法。
【００２２】（９） 第２項記載の方法において、前記
個々の元素源または分子源はＩＩＩ族の元素から選択す
ることを特徴とする、超格子構造の形成方法。
個々の元素源または分子源はＩＩＩ族の元素から選択す
ることを特徴とする、超格子構造の形成方法。
【００２３】（１０） 第２項記載の方法において、前
記三元合金はＡｓと、３種の元素Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌのう
ちの２種の元素とから成ることを特徴とする、超格子構
造の形成方法。
記三元合金はＡｓと、３種の元素Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌのう
ちの２種の元素とから成ることを特徴とする、超格子構
造の形成方法。
【００２４】（１１） 第１項記載の方法において、前
記低速回転速度は１−５ｒｐｍであり、成長速度は１−
２オングストローム／秒であることを特徴とする、超格
子構造の形成方法。
記低速回転速度は１−５ｒｐｍであり、成長速度は１−
２オングストローム／秒であることを特徴とする、超格
子構造の形成方法。
【００２５】（１２） 第１項記載の方法において、半
導体超格子の場合には、前記回転周期と成長速度との積
は電子の波長程度であることを特徴とする、超格子構造
の形成方法。
導体超格子の場合には、前記回転周期と成長速度との積
は電子の波長程度であることを特徴とする、超格子構造
の形成方法。
【００２６】（１３） 第１項記載の方法において、前
記個々の元素源または分子源はＩＶ族元素から選ぶこと
を特徴とする、超格子構造の形成方法。
記個々の元素源または分子源はＩＶ族元素から選ぶこと
を特徴とする、超格子構造の形成方法。
【００２７】（１４） 第１項記載の方法において、前
記個々の元素源または分子源はＩＩ族とＶＩ族とから選
ぶことを特徴とする、超格子構造の形成方法。
記個々の元素源または分子源はＩＩ族とＶＩ族とから選
ぶことを特徴とする、超格子構造の形成方法。
【００２８】（１５） 第１項記載の方法において、前
記元素源または分子源から発射するビーム束を非対称に
集中させるのに、元素源または分子源を共通集中位置か
らずらすことを特徴とする、超格子構造の形成方法。
記元素源または分子源から発射するビーム束を非対称に
集中させるのに、元素源または分子源を共通集中位置か
らずらすことを特徴とする、超格子構造の形成方法。
【００２９】（１６） 第１項記載の方法において、前
記元素源または分子源のビーム束を非対称に集中させる
のに、すべての元素源または分子源の共通集中点から離
して標本を傾けることを特徴とする、超格子構造の形成
方法。
記元素源または分子源のビーム束を非対称に集中させる
のに、すべての元素源または分子源の共通集中点から離
して標本を傾けることを特徴とする、超格子構造の形成
方法。
【００３０】（１７） 第２項記載の方法において、前
記Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））Ｃ／Ａ（ｘ＋
Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ）ＣはＩｎ（０．５３−Δ
ｘ）Ｇａ（０．４７＋Δｘ）Ａｓ／Ｉｎ（０．５３＋Δ
ｘ）Ｇａ（０．４７−Δｘ）Ａｓであることを特徴とす
る、超格子構造の形成方法。
記Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））Ｃ／Ａ（ｘ＋
Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ）ＣはＩｎ（０．５３−Δ
ｘ）Ｇａ（０．４７＋Δｘ）Ａｓ／Ｉｎ（０．５３＋Δ
ｘ）Ｇａ（０．４７−Δｘ）Ａｓであることを特徴とす
る、超格子構造の形成方法。
【００３１】（１８） 第１項記載の方法において、ｘ
は格子整合組成であることを特徴とする、超格子構造の
形成方法。
は格子整合組成であることを特徴とする、超格子構造の
形成方法。
【００３２】（１９） 本発明はマルチデポジションシ
ステムを用いて、元素源または分子源のビーム束を非対
称に基板に注ぎつつ、低速で基板を回転することにより
超格子を形成する方法を開示している。この超格子の組
成はＡ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））／Ａ（ｘ＋
Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ）であって、Δｘは元素源ま
たは分子源のビーム束Ａ，Ｂの集中度の不均一性の関数
である。具体的に述べると、機械的なシャッタを使わな
いで、分子線エピタキシーによりＩｎＰ上に三元および
四元のＩｎ（ＧａＡｌ）Ａｓ合金から成る超格子１８を
形成する。ＩＩＩ族の元素２２と２４を基板２６上に不
均一に注ぎつつ、基板２６を回転することによって、超
格子１８を形成する。基板２６を回転させることで、元
素源のビーム束が回転基板上に不均一に分布することに
より、周期的な層が整列する。成長速度と基板回転速度
とが一緒になって超格子の周期を決定する。他の装置、
システムおよび方法も開示してある。
ステムを用いて、元素源または分子源のビーム束を非対
称に基板に注ぎつつ、低速で基板を回転することにより
超格子を形成する方法を開示している。この超格子の組
成はＡ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δｘ））／Ａ（ｘ＋
Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ）であって、Δｘは元素源ま
たは分子源のビーム束Ａ，Ｂの集中度の不均一性の関数
である。具体的に述べると、機械的なシャッタを使わな
いで、分子線エピタキシーによりＩｎＰ上に三元および
四元のＩｎ（ＧａＡｌ）Ａｓ合金から成る超格子１８を
形成する。ＩＩＩ族の元素２２と２４を基板２６上に不
均一に注ぎつつ、基板２６を回転することによって、超
格子１８を形成する。基板２６を回転させることで、元
素源のビーム束が回転基板上に不均一に分布することに
より、周期的な層が整列する。成長速度と基板回転速度
とが一緒になって超格子の周期を決定する。他の装置、
システムおよび方法も開示してある。
【図１】従来技術による分子線エピタキシーシステム１
６の略図。
６の略図。
【図２】超格子構造１８の略図。
【図３】超格子の伝導帯における禁止エネルギー領域と
許容エネルギー領域のエネルギー図。
許容エネルギー領域のエネルギー図。
【図４】本発明の略図であって、ＭＢＥチャンバ内のビ
ーム束分布を制御するために、基板２６を均一成長位置
２８から回転した位置に置いてある。
ーム束分布を制御するために、基板２６を均一成長位置
２８から回転した位置に置いてある。
【図５】本発明を使った結果を示すグラフで、基板２６
を均一成長位置２８からどの位回転させたかにより超格
子１８の組成がどのように変化するかを示す。
を均一成長位置２８からどの位回転させたかにより超格
子１８の組成がどのように変化するかを示す。
【図６】本発明を用いてつくった超格子の断面図であっ
て、ａはＩｎＰ基板上に成長させた公称Ｉｎ０．５３Ｇ
ａ０．４７Ａｓ格子整合超格子であり、ｂは２．５ｒｐ
ｍの回転速度で成長させた共鳴トンネルダイオード構造
の超格子と、５ｒｐｍで成長させた超格子とを比較して
ある。特にことわらない限り、図が異なっても対応する
部品には同じ番号と符号を付してある。
て、ａはＩｎＰ基板上に成長させた公称Ｉｎ０．５３Ｇ
ａ０．４７Ａｓ格子整合超格子であり、ｂは２．５ｒｐ
ｍの回転速度で成長させた共鳴トンネルダイオード構造
の超格子と、５ｒｐｍで成長させた超格子とを比較して
ある。特にことわらない限り、図が異なっても対応する
部品には同じ番号と符号を付してある。
１０ 基板 １２ 噴出セル １４ シャッタ １６ 成長チャンバ １８ 超格子 ２２，２４ 元素源 ２６ 基板 ２８ 通常の基板位置 ３０ 最大組成差になる基板位置 ３２ 成長しない基板位置 ３４ ＩｎＧａＡｓ層 ３６ ＩｎＰ基板 ３８ 仮晶ＡｌＡｓトンネル障壁 ４０ ５ｒｐｍ時の超格子周期 ４２ ２．５ｒｐｍ時の超格子周期 ４６ Ａｓ源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン シー．シーバウグ アメリカ合衆国テキサス州リチヤードソ ン，ハニーサツクル ドライブ 2563 (72)発明者 ジエームズ エイチ．ルスコウム アメリカ合衆国テキサス州ダラス，ロウエ ル ストリート 720
Claims (1)
- 【請求項１】 マルチデポジションシステム内の回転ス
テージに基板を装着するステップと、 個別の成長速度を有する別々の元素源または分子源を用
意するステップと、 基板に向けて元素源または分子源のビーム束を非対称に
注ぐことによって、Ａ（ｘ−Δｘ）Ｂ（１−（ｘ−Δ
ｘ））／Ａ（ｘ＋Δｘ）Ｂ（１−（ｘ＋Δｘ））という
組成を有し、（ｘ＋Δｘ）＜１，＞０であり、Δｘは元
素源または分子源Ａ，Ｂの集中度の不均一性の関数であ
る、超格子を形成するステップと、 基板の回転周期と元素源または分子源の成長速度との積
が超格子周期の選択された層厚となるように、基板を回
転させるステップと、 を含むことを特徴とする、選択された層厚を有する超格
子構造の形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US68394291A | 1991-04-12 | 1991-04-12 | |
| US683942 | 1991-04-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114768A true JPH05114768A (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=24746088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4091163A Pending JPH05114768A (ja) | 1991-04-12 | 1992-04-10 | 超格子の形成方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5415128A (ja) |
| EP (1) | EP0508463B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05114768A (ja) |
| DE (1) | DE69220600T2 (ja) |
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| US5616180A (en) * | 1994-12-22 | 1997-04-01 | Northrop Grumman Corporation | Aparatus for varying the flux of a molecular beam |
| US6217937B1 (en) | 1998-07-15 | 2001-04-17 | Cornell Research Foundation, Inc. | High throughput OMVPE apparatus |
| WO2004068556A2 (en) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Amberwave Systems Corporation | Semiconductor structures with structural homogeneity |
| JP3964367B2 (ja) * | 2003-08-25 | 2007-08-22 | シャープ株式会社 | 分子線エピタキシャル成長装置及びその制御方法 |
| US9127349B2 (en) * | 2008-12-23 | 2015-09-08 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for depositing mixed layers |
Family Cites Families (10)
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| JPS60145998A (ja) * | 1984-01-07 | 1985-08-01 | Agency Of Ind Science & Technol | Ｍｂｅ成長方法 |
| GB2158843A (en) * | 1984-05-14 | 1985-11-20 | Philips Electronic Associated | Method of manufacturing a semiconductor device by molecular beam epitaxy |
| JPS61181121A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体薄膜の製造方法 |
| JPS61278130A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Fujitsu Ltd | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
| KR900002687B1 (ko) * | 1985-12-16 | 1990-04-23 | 후지쓰가부시끼가이샤 | Mbe법에 의한 기판에 격자 정합시키는 4원 또는 5원 흔정 반도체의 성장방법 |
| US4885260A (en) * | 1987-02-17 | 1989-12-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of laser enhanced vapor phase growth for compound semiconductor |
| EP0305195A3 (en) * | 1987-08-27 | 1990-11-28 | Texas Instruments Incorporated | Continuous chemical vapor deposition growth of strain layer superlattices using conventional cvd reactors |
| JP2650930B2 (ja) * | 1987-11-24 | 1997-09-10 | 株式会社日立製作所 | 超格子構作の素子製作方法 |
| JPH01278496A (ja) * | 1988-04-28 | 1989-11-08 | Shimadzu Corp | 薄膜製造方法 |
| US5091335A (en) * | 1990-03-30 | 1992-02-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | MBE growth technology for high quality strained III-V layers |
-
1992
- 1992-04-10 DE DE69220600T patent/DE69220600T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1992-04-10 EP EP92106256A patent/EP0508463B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-03-09 US US08/209,693 patent/US5415128A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5415128A (en) | 1995-05-16 |
| DE69220600T2 (de) | 1998-01-02 |
| EP0508463B1 (en) | 1997-07-02 |
| EP0508463A2 (en) | 1992-10-14 |
| EP0508463A3 (en) | 1993-02-03 |
| DE69220600D1 (de) | 1997-08-07 |
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