JPH06244407A - （１１１）方位緩衝層を有する多層構造体 - Google Patents
（１１１）方位緩衝層を有する多層構造体Info
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- JPH06244407A JPH06244407A JP5312317A JP31231793A JPH06244407A JP H06244407 A JPH06244407 A JP H06244407A JP 5312317 A JP5312317 A JP 5312317A JP 31231793 A JP31231793 A JP 31231793A JP H06244407 A JPH06244407 A JP H06244407A
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/35—Non-linear optics
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
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- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
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- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/131—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using epitaxial growth
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 （１１１）方位を有する単結晶基板及びエピ
タキシャル酸化金属緩衝層よりなる多層構造体を提供す
る。 【構成】 基板１１はドープされてもドープされなくて
もよい。基板は、Ｓｉ化合物と、Ｇｅ化合物と、Ａｌ，
Ｇａ，Ｉｎよりなる群から選定された少なくとも一つの
元素及びＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂよりなる群から選定された
少なくとも一つの元素よりなる化合物とよりなる群から
選定された半導体である。基板は、基板の副格子定数の
３倍に等しい基板の超格子寸法を規定する。エピタキシ
ャル酸化金属緩衝層は基板の（１１１）方位に関して３
重回転対称を有する。緩衝層１３は、緩衝層の酸素から
酸素への格子空間の４倍に等しい緩衝層超格子寸法を規
定する。緩衝層超格子寸法は基板の超格子寸法の１５パ
ーセント以内である。
タキシャル酸化金属緩衝層よりなる多層構造体を提供す
る。 【構成】 基板１１はドープされてもドープされなくて
もよい。基板は、Ｓｉ化合物と、Ｇｅ化合物と、Ａｌ，
Ｇａ，Ｉｎよりなる群から選定された少なくとも一つの
元素及びＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂよりなる群から選定された
少なくとも一つの元素よりなる化合物とよりなる群から
選定された半導体である。基板は、基板の副格子定数の
３倍に等しい基板の超格子寸法を規定する。エピタキシ
ャル酸化金属緩衝層は基板の（１１１）方位に関して３
重回転対称を有する。緩衝層１３は、緩衝層の酸素から
酸素への格子空間の４倍に等しい緩衝層超格子寸法を規
定する。緩衝層超格子寸法は基板の超格子寸法の１５パ
ーセント以内である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子、光学又は電子光学
用途に好適な半導体基板を含む多層構造体に関する。本
発明は、特に、（１１１）方位を有する単結晶半導体基
板及び基板の（１１１）方向の回りに３重回転対称を有
するエピタキシャル緩衝層を層として有する多層構造体
に関する。
用途に好適な半導体基板を含む多層構造体に関する。本
発明は、特に、（１１１）方位を有する単結晶半導体基
板及び基板の（１１１）方向の回りに３重回転対称を有
するエピタキシャル緩衝層を層として有する多層構造体
に関する。
【０００２】
【従来の技術】異なる酸化金属は高電気抵抗性、強誘電
性、ピロ電気、電気光学及び非線形光学（ＮＬＯ）特性
を含む多種多様な有用な特性を示す。ＮＬＯ特性を示す
セラミック材料に関して可能性のある用途は、光データ
記憶装置、高速レーザプリンタ、大規模画面表示装置及
び海中通信に有用な青色又は緑色光である。一つの方法
は、２次高調波発生（ＳＨＧ）により赤外ダイオードレ
ーザの２倍の周波数で光を発生するために非線形光感受
性を有する結晶を使用することである。Ｘが０から１ま
での数として一般式ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 （以下「Ｌ
ｉＮｂX Ｔａ1-XＯ3 」とする）を有するニオブ酸塩タ
ンタル酸塩リチウムは大きな非線形感受性と３５０ｎｍ
〜４０００ｎｍでの透明性とを有し、これらの材料はバ
ルク結晶の形で青色光発生に一般的に使用される。Ｌｉ
ＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 は薄膜の形でも得られる。高周波数
を有する青色光のために、ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 ＮＬ
Ｏ膜及び隣接する材料はウェーブガイドを形成し、その
中で非線形光学的薄膜に隣接する層は膜よりも低い屈折
率を有する。ジャーナル・オブ・アプライドフィジック
ス、第６２冊（１９８７）の２９８９〜２９９３ページ
のＴ．Ｋａｎａｔａ他は、サファイヤ：Ａｌ2 Ｏ3 の基
板上に成長させたＬｉＮｂＯ3 及びＬｉＴａＯ 3 のｃ方
位エピタキシャル膜を有するウェーブガイドを教示して
いる。
性、ピロ電気、電気光学及び非線形光学（ＮＬＯ）特性
を含む多種多様な有用な特性を示す。ＮＬＯ特性を示す
セラミック材料に関して可能性のある用途は、光データ
記憶装置、高速レーザプリンタ、大規模画面表示装置及
び海中通信に有用な青色又は緑色光である。一つの方法
は、２次高調波発生（ＳＨＧ）により赤外ダイオードレ
ーザの２倍の周波数で光を発生するために非線形光感受
性を有する結晶を使用することである。Ｘが０から１ま
での数として一般式ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 （以下「Ｌ
ｉＮｂX Ｔａ1-XＯ3 」とする）を有するニオブ酸塩タ
ンタル酸塩リチウムは大きな非線形感受性と３５０ｎｍ
〜４０００ｎｍでの透明性とを有し、これらの材料はバ
ルク結晶の形で青色光発生に一般的に使用される。Ｌｉ
ＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 は薄膜の形でも得られる。高周波数
を有する青色光のために、ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 ＮＬ
Ｏ膜及び隣接する材料はウェーブガイドを形成し、その
中で非線形光学的薄膜に隣接する層は膜よりも低い屈折
率を有する。ジャーナル・オブ・アプライドフィジック
ス、第６２冊（１９８７）の２９８９〜２９９３ページ
のＴ．Ｋａｎａｔａ他は、サファイヤ：Ａｌ2 Ｏ3 の基
板上に成長させたＬｉＮｂＯ3 及びＬｉＴａＯ 3 のｃ方
位エピタキシャル膜を有するウェーブガイドを教示して
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】バルクＬＮＯが示す主
な欠点は多層構造体に一体化することが難しいことであ
る。サファイヤ基板上のＬｉＮｂＯ3 及びＬｉＴａＯ3
膜は多層構造体を提供するが、モノリシック一体構造に
好適な半導体に欠ける。モノリシック一体構造におい
て、単一チップは例えばダイオードレーザ、周波数２逓
倍器、光検出器及び必要な電子部品を含む。モノリシッ
ク一体構造はＳｉ及びＧａＡｓを含む。
な欠点は多層構造体に一体化することが難しいことであ
る。サファイヤ基板上のＬｉＮｂＯ3 及びＬｉＴａＯ3
膜は多層構造体を提供するが、モノリシック一体構造に
好適な半導体に欠ける。モノリシック一体構造におい
て、単一チップは例えばダイオードレーザ、周波数２逓
倍器、光検出器及び必要な電子部品を含む。モノリシッ
ク一体構造はＳｉ及びＧａＡｓを含む。
【０００４】従って、半導体基板を覆って設けられるエ
ピタキシャルＮＬＯ膜を含む多層構造体を得ることが望
まれている。しかし、半導体基板は２次高調波発生のた
めの多層構造体への容易な用途を限定する多くの特性を
有している。ＧａＡｓは可視範囲において非常に高い屈
折率を有するので、光緩衝器としての使用には適さな
い。ＧａＡｓは望ましくない位相を生成するように界面
においてＬｉＮｂX Ｔａ 1-X Ｏ3 と反応する。
ピタキシャルＮＬＯ膜を含む多層構造体を得ることが望
まれている。しかし、半導体基板は２次高調波発生のた
めの多層構造体への容易な用途を限定する多くの特性を
有している。ＧａＡｓは可視範囲において非常に高い屈
折率を有するので、光緩衝器としての使用には適さな
い。ＧａＡｓは望ましくない位相を生成するように界面
においてＬｉＮｂX Ｔａ 1-X Ｏ3 と反応する。
【０００５】エピタキシーの固有の限定による問題も存
在する。材料が同じ結晶構造及び方位を有する場合でさ
えも、エピタキシャル成長は、２つの層の格子定数の間
の不整合が１５パーセント以下であることを必要とす
る。ＧａＡｓは格子変数０．５６７３ｎｍの閃亜鉛鉱構
造を有し、一方ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 は三方晶系構造
を有する（ＬｉＴａＯ3 ではａ＝０．５１５３ｎｍ及び
ｃ＝１．３７５５ｎｍ）。
在する。材料が同じ結晶構造及び方位を有する場合でさ
えも、エピタキシャル成長は、２つの層の格子定数の間
の不整合が１５パーセント以下であることを必要とす
る。ＧａＡｓは格子変数０．５６７３ｎｍの閃亜鉛鉱構
造を有し、一方ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 は三方晶系構造
を有する（ＬｉＴａＯ3 ではａ＝０．５１５３ｎｍ及び
ｃ＝１．３７５５ｎｍ）。
【０００６】シン・ソリッド・フィルム、第１８７巻
（１９９０）、２３１〜２４３のＳ．Ｓｉｎｈａｒｏｙ
は、格子整合を得るためのＧａＡｓを含む半導体上の一
つ以上のエピタキシャル・アルカリ土類・フルオライド
緩衝層の使用を教示している。ジャーナル・オブ・アプ
ライドフィジックス、第７１冊（１９８７）の５０９５
〜５０９８ページのＡ．Ｎ．Ｔｉｗａｒｉ他は、高温超
電導酸化物の成長のための緩衝としてエピタキシャル・
フルオライド層の使用を教示している。エピタキシャル
・アルカリ土類・フルオライド緩衝層は、酸素中で処理
された時のある酸化物との高反応性及び損なわれた結晶
の質という欠点を有する。
（１９９０）、２３１〜２４３のＳ．Ｓｉｎｈａｒｏｙ
は、格子整合を得るためのＧａＡｓを含む半導体上の一
つ以上のエピタキシャル・アルカリ土類・フルオライド
緩衝層の使用を教示している。ジャーナル・オブ・アプ
ライドフィジックス、第７１冊（１９８７）の５０９５
〜５０９８ページのＡ．Ｎ．Ｔｉｗａｒｉ他は、高温超
電導酸化物の成長のための緩衝としてエピタキシャル・
フルオライド層の使用を教示している。エピタキシャル
・アルカリ土類・フルオライド緩衝層は、酸素中で処理
された時のある酸化物との高反応性及び損なわれた結晶
の質という欠点を有する。
【０００７】ＺｒＯ2 ，ＰｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ
3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 及びＭｇＯのような酸化金属はＳｉ
基板上にエピタキシャル成長するこが報告されている。
ＺｒＯ2 ，ＰｒＯ2 ，ＣｅＯ2 及びＭｇＡｌ2 Ｏ4 は、
ＧａＡｓとＬｉＴａＯ3 等との間の緩衝層としての使用
に好適である。ＣｅＯ2 及びＰｒＯ2 は過度の光吸収を
有する。ＺｒＯ2 は透明ではあるが大きな屈折率を有す
る。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 は無色で低屈折率を有するがＧａＡ
ｓと共に使用するには生成温度が高すぎる。幾つかの場
合はエピタキシャル酸化金属緩衝層の方向は基板の方向
と整合するが、他の場合は整合しない。アプライドフィ
ジックス・レターズ、第５９冊（１９９１）の３６０４
〜３６０６ページのＴ．Ｉｎｏｕｅは、（１１１）Ｓｉ
上のＣｅＯ2 膜のエピタキシャル成長を教示している
が、（１００）Ｓｉ上の（１１０）ＣｅＯ2 膜のエピタ
キシャル成長ではない。ジャーナル・オブ・アプライド
フィジックス、第６３冊（１９８８）の５８１〜５８２
ページのＹ．Ｏｓａｋａ他は、（１００）Ｓｉ上の（１
１０）ＺｒＯ2 膜のエピタキシャル成長を教示している
が、同じ技術による（１１１）Ｓｉ上の多結晶性膜の成
長ではない。
3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 及びＭｇＯのような酸化金属はＳｉ
基板上にエピタキシャル成長するこが報告されている。
ＺｒＯ2 ，ＰｒＯ2 ，ＣｅＯ2 及びＭｇＡｌ2 Ｏ4 は、
ＧａＡｓとＬｉＴａＯ3 等との間の緩衝層としての使用
に好適である。ＣｅＯ2 及びＰｒＯ2 は過度の光吸収を
有する。ＺｒＯ2 は透明ではあるが大きな屈折率を有す
る。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 は無色で低屈折率を有するがＧａＡ
ｓと共に使用するには生成温度が高すぎる。幾つかの場
合はエピタキシャル酸化金属緩衝層の方向は基板の方向
と整合するが、他の場合は整合しない。アプライドフィ
ジックス・レターズ、第５９冊（１９９１）の３６０４
〜３６０６ページのＴ．Ｉｎｏｕｅは、（１１１）Ｓｉ
上のＣｅＯ2 膜のエピタキシャル成長を教示している
が、（１００）Ｓｉ上の（１１０）ＣｅＯ2 膜のエピタ
キシャル成長ではない。ジャーナル・オブ・アプライド
フィジックス、第６３冊（１９８８）の５８１〜５８２
ページのＹ．Ｏｓａｋａ他は、（１００）Ｓｉ上の（１
１０）ＺｒＯ2 膜のエピタキシャル成長を教示している
が、同じ技術による（１１１）Ｓｉ上の多結晶性膜の成
長ではない。
【０００８】アプライドフィジックス・レターズ、第６
０冊（１９９２）の１６２１〜１６２３ページのＤ．
Ｋ．Ｆｏｒｋ他は、酸素雰囲気中のＭｇ金属のパルスレ
ーザアブレーションによる（１００）ＧａＡｓ上の（１
００）ＭｇＯ緩衝層のエピタキシャル成長を教示してい
る。この（１００）ＭｇＯ緩衝層は、ＧａＡｓ及びＭｇ
Ｏの（１００）面は＜１００＞に関して４重回転対称を
有する一方ＬｉＴａＯ3の（０００１）面は＜００１＞
に関して３重回転対称を有するために、ｃ軸方位（六方
晶系である（０００１）方位）ＬｉＮｂＯ2 又はＬｉＴ
ａＯ3 の成長には適していない。（１００）方位状態の
ためのＭｇＯ膜のエピタキシャル成長の選択及び（１１
１）面が荷電されている一方（１００）面は電気的に中
性であるという事実により、（１００）ＭｇＯのエピタ
キシャル成長は好適である。
０冊（１９９２）の１６２１〜１６２３ページのＤ．
Ｋ．Ｆｏｒｋ他は、酸素雰囲気中のＭｇ金属のパルスレ
ーザアブレーションによる（１００）ＧａＡｓ上の（１
００）ＭｇＯ緩衝層のエピタキシャル成長を教示してい
る。この（１００）ＭｇＯ緩衝層は、ＧａＡｓ及びＭｇ
Ｏの（１００）面は＜１００＞に関して４重回転対称を
有する一方ＬｉＴａＯ3の（０００１）面は＜００１＞
に関して３重回転対称を有するために、ｃ軸方位（六方
晶系である（０００１）方位）ＬｉＮｂＯ2 又はＬｉＴ
ａＯ3 の成長には適していない。（１００）方位状態の
ためのＭｇＯ膜のエピタキシャル成長の選択及び（１１
１）面が荷電されている一方（１００）面は電気的に中
性であるという事実により、（１００）ＭｇＯのエピタ
キシャル成長は好適である。
【０００９】アプライドフィジックス・レターズ、第６
０冊（１９９２）の３１２９〜３１３１ページのＬ．
Ｓ．Ｈｕｎｇ他は、ＭｇＯの超高真空電子ビーム蒸発を
使用した（１００）ＧａＡｓ上の（１００）ＭｇＯ緩衝
層のエピタキシャル成長を教示している。＜１００＞に
関するＭｇＯの（１００）面は２重回転対称を有し一方
ＬｉＴａＯ3 膜の＜０００１＞に関して３重回転対称を
有するため、（０００１）面は この（１００）Ｍｇ
Ｏ緩衝層はｃ軸方位（（０００１）方位）ＬｉＮｂX Ｔ
ａ1-X Ｏ3 の成長には適していない。したがって、半導
体基板を含み、ｃ軸方位非線形光学的膜を提供可能な多
層構造体を提供することが望まれている。
０冊（１９９２）の３１２９〜３１３１ページのＬ．
Ｓ．Ｈｕｎｇ他は、ＭｇＯの超高真空電子ビーム蒸発を
使用した（１００）ＧａＡｓ上の（１００）ＭｇＯ緩衝
層のエピタキシャル成長を教示している。＜１００＞に
関するＭｇＯの（１００）面は２重回転対称を有し一方
ＬｉＴａＯ3 膜の＜０００１＞に関して３重回転対称を
有するため、（０００１）面は この（１００）Ｍｇ
Ｏ緩衝層はｃ軸方位（（０００１）方位）ＬｉＮｂX Ｔ
ａ1-X Ｏ3 の成長には適していない。したがって、半導
体基板を含み、ｃ軸方位非線形光学的膜を提供可能な多
層構造体を提供することが望まれている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の広い面によれ
ば、（１１１）方位を有する単結晶基板及びエピタキシ
ャル酸化金属緩衝層よりなる多層構造体が提供される。
基板はドープされてもされなくてもよい。基板は、Ｓｉ
化合物と、Ｇｅ化合物と、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎよりなる群
から選定された少なくとも一つの元素及びＮ，Ｐ，Ａ
ｓ，Ｓｂよりなる群から選定された少なくとも一つの元
素よりなる化合物とよりなる群から選定された半導体で
ある。基板は、基板の副格子定数の３倍に等しい基板の
超格子寸法を規定する。エピタキシャル酸化金属緩衝層
は基板の（１１１）方向に関して３重回転対称を有す
る。緩衝層は、緩衝層の酸素から酸素への格子空間の４
倍に等しい緩衝層超格子寸法を規定する。緩衝層超格子
寸法は基板の超格子寸法の１５パーセント以内である。
ば、（１１１）方位を有する単結晶基板及びエピタキシ
ャル酸化金属緩衝層よりなる多層構造体が提供される。
基板はドープされてもされなくてもよい。基板は、Ｓｉ
化合物と、Ｇｅ化合物と、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎよりなる群
から選定された少なくとも一つの元素及びＮ，Ｐ，Ａ
ｓ，Ｓｂよりなる群から選定された少なくとも一つの元
素よりなる化合物とよりなる群から選定された半導体で
ある。基板は、基板の副格子定数の３倍に等しい基板の
超格子寸法を規定する。エピタキシャル酸化金属緩衝層
は基板の（１１１）方向に関して３重回転対称を有す
る。緩衝層は、緩衝層の酸素から酸素への格子空間の４
倍に等しい緩衝層超格子寸法を規定する。緩衝層超格子
寸法は基板の超格子寸法の１５パーセント以内である。
【００１１】本発明の少なくとも一つの実施例の有利な
効果は、基板（１１１）方向に関して３重回転対称を有
するエピタキシャル緩衝層が（１１１）方位を有する単
結晶半導体基板上に設けられることである。
効果は、基板（１１１）方向に関して３重回転対称を有
するエピタキシャル緩衝層が（１１１）方位を有する単
結晶半導体基板上に設けられることである。
【００１２】
【実施例】先ず図１を参照すると、本発明の多層構造体
１０は基板１１及び緩衝層１３を順に有する。図２を参
照すると、本発明の多層構造体１０の他の実施例は基板
１１及び緩衝層１３に加えて緩衝層１３上にある上層１
５を有する。基板１１は（１１１）方位を有する単結晶
半導体基板である。基板は（１１１）ＧａＡｓである
か、代わりに基板１１は第ＩＶａ群元素Ｓｉ及びＧｅの
化合物から又はＡｌ，Ｇａ及びＩｎから選定される少な
くとも一つの第ＩＩＩａ群元素及びＮ，Ｐ，Ａｓ及びＳ
ｂから選定される少なくとも一つの第Ｖａ群元素を有す
るIII ａ群−Ｖａ群化合物から選定される（１１１）方
位を有する半導体である。望ましくは、基板１１は、Ｘ
を０から１の数として、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＰ，ＩｎＡ
ｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，Ｓｉx Ｇｅ1-x ，及
びＡｌx Ｇａ1-x Ａｓからなる群から選定される半導体
である。これらの半導体はエピタキシーを補助しエピタ
キシーに重要な基準：結晶構造及び格子不整合の強い類
似性を示す。半導体結晶構造、（１１１）副基板定数及
び（１１１）方位を有するＧａＡｓへの不整合が表１に
示されている。これらの材料の各々は、エピタキシーの
目的のためのＧａＡｓに等価な構造及び１５パーセント
以下のＧａＡｓへの不整合を有する。
１０は基板１１及び緩衝層１３を順に有する。図２を参
照すると、本発明の多層構造体１０の他の実施例は基板
１１及び緩衝層１３に加えて緩衝層１３上にある上層１
５を有する。基板１１は（１１１）方位を有する単結晶
半導体基板である。基板は（１１１）ＧａＡｓである
か、代わりに基板１１は第ＩＶａ群元素Ｓｉ及びＧｅの
化合物から又はＡｌ，Ｇａ及びＩｎから選定される少な
くとも一つの第ＩＩＩａ群元素及びＮ，Ｐ，Ａｓ及びＳ
ｂから選定される少なくとも一つの第Ｖａ群元素を有す
るIII ａ群−Ｖａ群化合物から選定される（１１１）方
位を有する半導体である。望ましくは、基板１１は、Ｘ
を０から１の数として、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＰ，ＩｎＡ
ｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＳｂ，ＩｎＰ，Ｓｉx Ｇｅ1-x ，及
びＡｌx Ｇａ1-x Ａｓからなる群から選定される半導体
である。これらの半導体はエピタキシーを補助しエピタ
キシーに重要な基準：結晶構造及び格子不整合の強い類
似性を示す。半導体結晶構造、（１１１）副基板定数及
び（１１１）方位を有するＧａＡｓへの不整合が表１に
示されている。これらの材料の各々は、エピタキシーの
目的のためのＧａＡｓに等価な構造及び１５パーセント
以下のＧａＡｓへの不整合を有する。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１に挙げられた半導体の各々は、エピタ
キシー、ＺｎＳ（閃亜鉛鉱又はダイヤモンド）及び８パ
ーセント以下のＧａＡｓのへ小さな格子定数不整合に関
してＧａＡｓへの等価な結晶構造を有する。ジャーナル
・オブ・マテリアルズリサーチ、第５冊（１９９０年４
月）、８５３ページ（８５４ページ）のＰ．Ｓ．Ｐｅｅ
ｒｃｙ（チェアー）他の「ヘテロエピタキシーにおける
基本的な課題−−エネルギー省材料科学会パネル報告」
には、同じ結晶構造と方位の２つの材料に対して、「エ
ピタキシャル成長は約１５パーセント以下の不整合ε
（ε＝｜ｂ−ａ｜／ａ；ａ及びｂは基板及び過成長の面
内格子定数）を必要とすることがエピタキシーへの長い
間の認識であることが記され、又はより一般的に述べら
れおり：「基板の方位及び過成長がランダムな配列に関
して低い界面エネルギーを有する高度に一致する原子構
造との界面を生成する時はいつでもエピタキシャル関係
が可能である」。同じ原理が、第３の材料の被覆層のエ
ピタキシャル成長の２つの材料の支持の比較に適用され
る。
キシー、ＺｎＳ（閃亜鉛鉱又はダイヤモンド）及び８パ
ーセント以下のＧａＡｓのへ小さな格子定数不整合に関
してＧａＡｓへの等価な結晶構造を有する。ジャーナル
・オブ・マテリアルズリサーチ、第５冊（１９９０年４
月）、８５３ページ（８５４ページ）のＰ．Ｓ．Ｐｅｅ
ｒｃｙ（チェアー）他の「ヘテロエピタキシーにおける
基本的な課題−−エネルギー省材料科学会パネル報告」
には、同じ結晶構造と方位の２つの材料に対して、「エ
ピタキシャル成長は約１５パーセント以下の不整合ε
（ε＝｜ｂ−ａ｜／ａ；ａ及びｂは基板及び過成長の面
内格子定数）を必要とすることがエピタキシーへの長い
間の認識であることが記され、又はより一般的に述べら
れおり：「基板の方位及び過成長がランダムな配列に関
して低い界面エネルギーを有する高度に一致する原子構
造との界面を生成する時はいつでもエピタキシャル関係
が可能である」。同じ原理が、第３の材料の被覆層のエ
ピタキシャル成長の２つの材料の支持の比較に適用され
る。
【００１５】基板１１はドープされないか軽度にドープ
されるか強度にドープされた半導体であってもよい。あ
る環境においては、電極を緩衝層の下に設けることがで
きるため、ドープされた半導体がより望ましい。そのよ
うな電極は、電界が基板表面に垂直に印加された場合の
電子光学装置の必要電圧を下げるであろう。好適なドー
プ剤は、第ＩＶａ群の化合物のための：Ａｓ，Ｐ，Ｂ，
Ｓｂ及びＢｉ、及び第ＩＩＩａ群と第Ｖａ群の化合物の
ための：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｎ及びＭｇを含む。基板１１は
基板表面の全て又は選定された領域のみドープされても
よい。幾つかの用途において、半導体の一部は多層構造
体１０のための基板１１として使用され、一方半導体ウ
ェハーの残りの部分はレーザダイオード又は他の電子装
置を形成するために処理されてもよい。
されるか強度にドープされた半導体であってもよい。あ
る環境においては、電極を緩衝層の下に設けることがで
きるため、ドープされた半導体がより望ましい。そのよ
うな電極は、電界が基板表面に垂直に印加された場合の
電子光学装置の必要電圧を下げるであろう。好適なドー
プ剤は、第ＩＶａ群の化合物のための：Ａｓ，Ｐ，Ｂ，
Ｓｂ及びＢｉ、及び第ＩＩＩａ群と第Ｖａ群の化合物の
ための：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｎ及びＭｇを含む。基板１１は
基板表面の全て又は選定された領域のみドープされても
よい。幾つかの用途において、半導体の一部は多層構造
体１０のための基板１１として使用され、一方半導体ウ
ェハーの残りの部分はレーザダイオード又は他の電子装
置を形成するために処理されてもよい。
【００１６】エピタキシャル酸化金属緩衝層１３は、基
板＜１１１＞方向に関して３重回転対称、又は３重及び
６重回転対称を有する、即ち緩衝層１３は基板１１に垂
直な表面に関して基板１１と同じ回転対称を有する。好
適な酸化金属は（１１１）ＭｇＯ，（０００１）Ａｌ2
Ｏ3 ，（０００１）Ｇａ2 Ｏ3 ，及び（１１１）ＳｒＴ
ｉＯ3 を含む。緩衝層１３は高温に好適であり、例えば
非線形光学的（ＮＬＯ）上層１５のような基板と被覆膜
との間の拡散緩衝として作用する。緩衝層１３の厚さ
は、この機能を提供するのに十分なように選定される。
緩衝層１３の材料は、特定な目的に適合するように選定
される。ＳｒＴｉＯ3 は、その高反射率のためにウェー
ブガイドを支持するには適していないが、種々の非光学
的材料の成長のためには有用である。上層１５が非線形
光ウェーブガイドとされる時は拡散緩衝１３もまた非光
学膜よりも低い反射率を有することに加えて波長の広い
範囲にわたって透明でなければならない。ＭｇＯ，Ｇａ
2 Ｏ3 及びＡｌ2 Ｏ3 は、この目的に好適である。もし
緩衝層１３がウェーブガイドの一部を形成するのなら、
案内される波の損失を防止し、その厚みはウェーブガイ
ド内を伝播する波のモードの消失端の強度が基板１１と
緩衝層１３との界面において無視できるものとされる。
十分な厚さは３０〜３０００ｎｍの範囲であり、好まし
くは２００〜２０００ｎｍの範囲であり；最も好ましく
は約５００〜１５００ｎｍである。緩衝層１３は、レー
ザアブレーション、電子ビーム及び化学的蒸着のような
多くの従来の手段によってエピタキシャルに成長させる
ことが可能である。
板＜１１１＞方向に関して３重回転対称、又は３重及び
６重回転対称を有する、即ち緩衝層１３は基板１１に垂
直な表面に関して基板１１と同じ回転対称を有する。好
適な酸化金属は（１１１）ＭｇＯ，（０００１）Ａｌ2
Ｏ3 ，（０００１）Ｇａ2 Ｏ3 ，及び（１１１）ＳｒＴ
ｉＯ3 を含む。緩衝層１３は高温に好適であり、例えば
非線形光学的（ＮＬＯ）上層１５のような基板と被覆膜
との間の拡散緩衝として作用する。緩衝層１３の厚さ
は、この機能を提供するのに十分なように選定される。
緩衝層１３の材料は、特定な目的に適合するように選定
される。ＳｒＴｉＯ3 は、その高反射率のためにウェー
ブガイドを支持するには適していないが、種々の非光学
的材料の成長のためには有用である。上層１５が非線形
光ウェーブガイドとされる時は拡散緩衝１３もまた非光
学膜よりも低い反射率を有することに加えて波長の広い
範囲にわたって透明でなければならない。ＭｇＯ，Ｇａ
2 Ｏ3 及びＡｌ2 Ｏ3 は、この目的に好適である。もし
緩衝層１３がウェーブガイドの一部を形成するのなら、
案内される波の損失を防止し、その厚みはウェーブガイ
ド内を伝播する波のモードの消失端の強度が基板１１と
緩衝層１３との界面において無視できるものとされる。
十分な厚さは３０〜３０００ｎｍの範囲であり、好まし
くは２００〜２０００ｎｍの範囲であり；最も好ましく
は約５００〜１５００ｎｍである。緩衝層１３は、レー
ザアブレーション、電子ビーム及び化学的蒸着のような
多くの従来の手段によってエピタキシャルに成長させる
ことが可能である。
【００１７】緩衝層と基板との間の構造的関係は、２つ
の材料によって規定された一対の超格子に関して説明さ
れる。これらの超格子の存在は、エピタキシーにとって
類似しない結晶構造でなければ何が考慮されるであろう
かを可能にする。基板の超格子セルは基板格子の３つの
セルより構成される。基板の超格子寸法は基板の副格子
定数の３倍に等しいように規定される。（１１１）Ｇａ
Ａｓに対しての副格子はＧａ及びＡｓであり、副格子定
数は４．００オングストロームである。よってＧａＡｓ
の超格子寸法は１２．００オングストロームである。緩
衝層１３は、酸化金属緩衝層格子の４つのセルより構成
される超格子を有する。緩衝層の超格子の寸法は緩衝層
１３の酸素同士の格子間隔の４倍に等しい。（１１１）
ＭｇＯにとってＯ−Ｏ間隔は２．９８オングストローム
であり、超格子寸法は１１．９２である。基板と緩衝層
の格子との間のパーセント差はここに超格子不整合とし
て参照される。例えば、（１１１）ＭｇＯは（１１１）
ＧａＡｓに対して−０．６７パーセントの超格子不整合
を有する。種々の酸化金属の対称、Ｏ−Ｏ間隔及び不整
合が表２に示されている。
の材料によって規定された一対の超格子に関して説明さ
れる。これらの超格子の存在は、エピタキシーにとって
類似しない結晶構造でなければ何が考慮されるであろう
かを可能にする。基板の超格子セルは基板格子の３つの
セルより構成される。基板の超格子寸法は基板の副格子
定数の３倍に等しいように規定される。（１１１）Ｇａ
Ａｓに対しての副格子はＧａ及びＡｓであり、副格子定
数は４．００オングストロームである。よってＧａＡｓ
の超格子寸法は１２．００オングストロームである。緩
衝層１３は、酸化金属緩衝層格子の４つのセルより構成
される超格子を有する。緩衝層の超格子の寸法は緩衝層
１３の酸素同士の格子間隔の４倍に等しい。（１１１）
ＭｇＯにとってＯ−Ｏ間隔は２．９８オングストローム
であり、超格子寸法は１１．９２である。基板と緩衝層
の格子との間のパーセント差はここに超格子不整合とし
て参照される。例えば、（１１１）ＭｇＯは（１１１）
ＧａＡｓに対して−０．６７パーセントの超格子不整合
を有する。種々の酸化金属の対称、Ｏ−Ｏ間隔及び不整
合が表２に示されている。
【００１８】
【表２】
【００１９】緩衝層１３は上層１５のエピタキシャル成
長の種として作用する。酸化上層１５は、ｒｆスパッタ
リング、電子ビーム蒸着、レーザアブレーション及び有
機金属化学蒸着のような従来の方法によって成長させる
ことができる。上層１５に好適な酸化金属は、基板の＜
１１１＞方向に関して３重又は６重回転対称を有する。
好適な上層酸化物は、ＢａＦｅ12Ｏ18及びＬｉＮｂX Ｔ
ａ1-X Ｏ3 （０＜ｘ＜１）を含む。ＬｉＮｂＯ3 及びＬ
ｉＴａＯ3 を含むＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 は実質的な非
線形光学効果を示す。ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 結晶は代
わりにｃ軸と呼ばれる＜０００１＞方向に関する３重対
称を有し、よって３方晶系に属し；加えてＬｉＮｂX Ｔ
ａ1-X Ｏ3 の結晶は６０°離れた３つの面に関して鏡対
称を示す。これらの２つの対称動作は、ＬｉＮｂＯ3 及
びＬｉＴａＯ3 及び他のＬｉＮｂ X Ｔａ1-X Ｏ3 化合物
を３ｍ点群の要素として分類し、従来の６方晶ユニット
セルとして参照される。ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 の非線
形感受性は、光がニオブ酸塩タンタル酸塩リチウム膜中
を伝播する時には等方性ではないため、高調波の発生の
効率は膜の方位及び入力光の偏光に強く依存する。効率
は、ｄ33非線形光係数及び疑似位相整合の利用を可能に
するので、ｃ軸が膜表面に垂直な時に実質的に増大す
る。
長の種として作用する。酸化上層１５は、ｒｆスパッタ
リング、電子ビーム蒸着、レーザアブレーション及び有
機金属化学蒸着のような従来の方法によって成長させる
ことができる。上層１５に好適な酸化金属は、基板の＜
１１１＞方向に関して３重又は６重回転対称を有する。
好適な上層酸化物は、ＢａＦｅ12Ｏ18及びＬｉＮｂX Ｔ
ａ1-X Ｏ3 （０＜ｘ＜１）を含む。ＬｉＮｂＯ3 及びＬ
ｉＴａＯ3 を含むＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 は実質的な非
線形光学効果を示す。ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 結晶は代
わりにｃ軸と呼ばれる＜０００１＞方向に関する３重対
称を有し、よって３方晶系に属し；加えてＬｉＮｂX Ｔ
ａ1-X Ｏ3 の結晶は６０°離れた３つの面に関して鏡対
称を示す。これらの２つの対称動作は、ＬｉＮｂＯ3 及
びＬｉＴａＯ3 及び他のＬｉＮｂ X Ｔａ1-X Ｏ3 化合物
を３ｍ点群の要素として分類し、従来の６方晶ユニット
セルとして参照される。ＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ3 の非線
形感受性は、光がニオブ酸塩タンタル酸塩リチウム膜中
を伝播する時には等方性ではないため、高調波の発生の
効率は膜の方位及び入力光の偏光に強く依存する。効率
は、ｄ33非線形光係数及び疑似位相整合の利用を可能に
するので、ｃ軸が膜表面に垂直な時に実質的に増大す
る。
【００２０】表２にＬｉＴａＯ3 で示されるように、上
層１５の酸化物は、１５パーセント以下好ましくは１０
パーセント以下の緩衝層１３の酸素から酸素への副格子
への整合を有する酸素から酸素への副格子を示す。上層
１５及び緩衝層１３は同じ構造を示す必要はない。例え
ば、基板１１はダイヤモンド又は閃亜鉛鉱の構造を有し
てもよく、緩衝層１３は簡単な立方晶でよく、上層は３
方晶又は６方晶でもよい。ＬｉＴａＯ3 はａ＝０．５１
５３ｎｍ及びｃ＝１．３７５５の３方晶構造を有し、一
方ＭｇＯはａ＝０．４２１ｎｍのＮａＣｌ型立方晶構造
を有する。
層１５の酸化物は、１５パーセント以下好ましくは１０
パーセント以下の緩衝層１３の酸素から酸素への副格子
への整合を有する酸素から酸素への副格子を示す。上層
１５及び緩衝層１３は同じ構造を示す必要はない。例え
ば、基板１１はダイヤモンド又は閃亜鉛鉱の構造を有し
てもよく、緩衝層１３は簡単な立方晶でよく、上層は３
方晶又は６方晶でもよい。ＬｉＴａＯ3 はａ＝０．５１
５３ｎｍ及びｃ＝１．３７５５の３方晶構造を有し、一
方ＭｇＯはａ＝０．４２１ｎｍのＮａＣｌ型立方晶構造
を有する。
【００２１】本発明の多層構造体１０は基板１１上で緩
衝層１３をエピタキシャル成長させ次いで緩衝層１３上
に上層１５をエピタキシャル成長させることにより生成
される。本発明の特定の実施例において、多層構造体１
０は電子ビーム蒸着によって（ＮＨ4 ）2 Ｓｘ処理Ｇａ
Ａｓ基板上に（１１１）ＭｇＯ緩衝層を成長させること
により生成される。それからＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ
3 （０＜ｘ＜１）の上層は、ＭｇＯ緩衝層上へのパルス
レーザ蒸着によってエピタキシャル成長される。上層の
成長に好適な基板加熱温度は５２５°Ｃから７５０°Ｃ
である。
衝層１３をエピタキシャル成長させ次いで緩衝層１３上
に上層１５をエピタキシャル成長させることにより生成
される。本発明の特定の実施例において、多層構造体１
０は電子ビーム蒸着によって（ＮＨ4 ）2 Ｓｘ処理Ｇａ
Ａｓ基板上に（１１１）ＭｇＯ緩衝層を成長させること
により生成される。それからＬｉＮｂX Ｔａ1-X Ｏ
3 （０＜ｘ＜１）の上層は、ＭｇＯ緩衝層上へのパルス
レーザ蒸着によってエピタキシャル成長される。上層の
成長に好適な基板加熱温度は５２５°Ｃから７５０°Ｃ
である。
【００２２】以下の例は本発明を更に良く理解するため
に提示される。例 （１１１）ＧａＡｓウェハーは先ず基板として使用する
ためにエッチングされた。有機溶媒中で従来の洗浄が行
われた後ウェハーは、１部分のＨ2 ＳＯ4 ，８部分のＨ
2 Ｏ2 及び５００部分のＨ2 Ｏの溶液で３０秒間エッチ
ングされ、次いで脱イオン水洗浄された。蒸発器に載せ
られる前にサンプルは飽和（ＮＨ4 ）2Ｓx 溶液内に３
乃至５分間置かれた。この浸漬に次いで、硫化アンモニ
ア溶液が脱イオン水によって希釈され、サンプルは窒素
の流れの下で乾燥される前に希釈溶液内に３乃至５分間
浸漬された。このエッチング方法は、ｓｉｔｕ熱エッチ
ング又はスパッタクリーニング無しでエピタキシャル膜
の成長を可能にする。
に提示される。例 （１１１）ＧａＡｓウェハーは先ず基板として使用する
ためにエッチングされた。有機溶媒中で従来の洗浄が行
われた後ウェハーは、１部分のＨ2 ＳＯ4 ，８部分のＨ
2 Ｏ2 及び５００部分のＨ2 Ｏの溶液で３０秒間エッチ
ングされ、次いで脱イオン水洗浄された。蒸発器に載せ
られる前にサンプルは飽和（ＮＨ4 ）2Ｓx 溶液内に３
乃至５分間置かれた。この浸漬に次いで、硫化アンモニ
ア溶液が脱イオン水によって希釈され、サンプルは窒素
の流れの下で乾燥される前に希釈溶液内に３乃至５分間
浸漬された。このエッチング方法は、ｓｉｔｕ熱エッチ
ング又はスパッタクリーニング無しでエピタキシャル膜
の成長を可能にする。
【００２３】１００ｎｍの厚さのＭｇＯの緩衝層が電子
ビーム蒸着によって５５０°Ｃで（ＮＨ4 ）2 Ｓｘ処理
ＧａＡｓ基板上に蒸着された。蒸着処理は、エピタキシ
ャルＭｇＯ膜の成長に先立って荒らされていないＧａＡ
ｓ表面が保証されるように、系内に付加的な酸素を加え
ずに３ｘ１０-8Ｔｏｒｒで行われた。基板はタンタルワ
イヤで構成される輻射加熱器により加熱された。成長温
度は４００°Ｃ乃至５５０°Ｃであり、公表された放射
率値を使用した赤外線高温計によって監視された。蒸着
速度は０．０５〜０．１５ｎｍ／ｓで、ＭｇＯ緩衝層の
厚みは１００から５００ｎｍの間であった。
ビーム蒸着によって５５０°Ｃで（ＮＨ4 ）2 Ｓｘ処理
ＧａＡｓ基板上に蒸着された。蒸着処理は、エピタキシ
ャルＭｇＯ膜の成長に先立って荒らされていないＧａＡ
ｓ表面が保証されるように、系内に付加的な酸素を加え
ずに３ｘ１０-8Ｔｏｒｒで行われた。基板はタンタルワ
イヤで構成される輻射加熱器により加熱された。成長温
度は４００°Ｃ乃至５５０°Ｃであり、公表された放射
率値を使用した赤外線高温計によって監視された。蒸着
速度は０．０５〜０．１５ｎｍ／ｓで、ＭｇＯ緩衝層の
厚みは１００から５００ｎｍの間であった。
【００２４】ＬｉＴａＯ3 の上層はパルスレーザアブレ
ーションによって成長された。３０ｎｓでパルスレート
が４Ｈｚの３６０ｍＪのレーザパルスエネルギーがＫｒ
Ｆエキシマレーザによって発生された。ビームは多結晶
ＬｉＴａＯ3 のターゲット上に５ｍｍ2 のスポットに合
焦された。多層構造体（ＭｇＯ緩衝層／ＧａＡｓ基板）
はターゲットから６ｃｍの位置に置かれ、抵抗加熱器に
より５６０°Ｃに加熱された。温度は加熱器ブロックの
内壁に取付けられた熱電対によって監視された。蒸着
は、４００ｎｍの厚みを有するＬｉＴａＯ3 の上層を有
する本発明の多層構造体を得るために、９２ｍＴｏｒｒ
の酸素圧力の下で０．１ｎｍ／パルスの速さで行われ
た。そしてサンプルは１５０Ｔｏｒｒの圧力での酸素の
流れで室温まで冷却された。
ーションによって成長された。３０ｎｓでパルスレート
が４Ｈｚの３６０ｍＪのレーザパルスエネルギーがＫｒ
Ｆエキシマレーザによって発生された。ビームは多結晶
ＬｉＴａＯ3 のターゲット上に５ｍｍ2 のスポットに合
焦された。多層構造体（ＭｇＯ緩衝層／ＧａＡｓ基板）
はターゲットから６ｃｍの位置に置かれ、抵抗加熱器に
より５６０°Ｃに加熱された。温度は加熱器ブロックの
内壁に取付けられた熱電対によって監視された。蒸着
は、４００ｎｍの厚みを有するＬｉＴａＯ3 の上層を有
する本発明の多層構造体を得るために、９２ｍＴｏｒｒ
の酸素圧力の下で０．１ｎｍ／パルスの速さで行われ
た。そしてサンプルは１５０Ｔｏｒｒの圧力での酸素の
流れで室温まで冷却された。
【００２５】Ｘ線回折の要素（Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓ
ｌｅｙ，Ｒｅａｄｉｎｇ，ＭＡ）のＢ．Ｄ．Ｃｕｌｌｉ
ｔｙにより説明された衆知のＸ線回折技術が多層構造体
の生成の間用いられた。シータ−２−シータ回折が、基
板の表面の垂線に関して結晶方向の分布を決定するため
に行われた。シータ−２−シータ回折において、基板表
面に平行な格子面だけが検出され；これは単結晶性膜に
とって主な結晶学的組織の方向が基板表面に整列した場
合にのみ強い線が検出されるということを意味する。揺
動する曲線は、サンプルを適当な角度範囲内で傾斜させ
ることによって適当な回折角２シータに配置された固定
検出器で検出された。
ｌｅｙ，Ｒｅａｄｉｎｇ，ＭＡ）のＢ．Ｄ．Ｃｕｌｌｉ
ｔｙにより説明された衆知のＸ線回折技術が多層構造体
の生成の間用いられた。シータ−２−シータ回折が、基
板の表面の垂線に関して結晶方向の分布を決定するため
に行われた。シータ−２−シータ回折において、基板表
面に平行な格子面だけが検出され；これは単結晶性膜に
とって主な結晶学的組織の方向が基板表面に整列した場
合にのみ強い線が検出されるということを意味する。揺
動する曲線は、サンプルを適当な角度範囲内で傾斜させ
ることによって適当な回折角２シータに配置された固定
検出器で検出された。
【００２６】Ｘ線極形状計測が面内方向を調べるために
行われた。Ｘ線極形状分析において、単色のＸ線放射の
ビームは薄膜により回折され、サンプルは、選定された
セットの平行な結晶学的組織の面がブラッグの条件に適
合するように傾斜される。それから膜は基板に垂直な軸
に関して回転される。回転角の広い範囲にわたって検出
された回折（アジマス角として参照される）は、面内方
向の分布を示す。（１１１）方位を有する単結晶ＭｇＯ
又はｃ方位を有する単結晶ＬｉＴａＯ3 に対し、理想的
な整列は互いに１２０°回転角ずつ離れた３点反射とし
て見られる。不十分な面内整列は、高角度粒間境界によ
り隔離された多数の個々の微細結晶膜のセグメント（結
晶粒と称する）に対応し、それは超電導材において臨界
電流密度を低下させ或いは光学材料の光散乱を増大させ
る。
行われた。Ｘ線極形状分析において、単色のＸ線放射の
ビームは薄膜により回折され、サンプルは、選定された
セットの平行な結晶学的組織の面がブラッグの条件に適
合するように傾斜される。それから膜は基板に垂直な軸
に関して回転される。回転角の広い範囲にわたって検出
された回折（アジマス角として参照される）は、面内方
向の分布を示す。（１１１）方位を有する単結晶ＭｇＯ
又はｃ方位を有する単結晶ＬｉＴａＯ3 に対し、理想的
な整列は互いに１２０°回転角ずつ離れた３点反射とし
て見られる。不十分な面内整列は、高角度粒間境界によ
り隔離された多数の個々の微細結晶膜のセグメント（結
晶粒と称する）に対応し、それは超電導材において臨界
電流密度を低下させ或いは光学材料の光散乱を増大させ
る。
【００２７】図３はＸ線回折パターンであり、図４及び
５はＮＬＯ上層１５の蒸着に先立ってとられた極パター
ンである。ＭｇＯの（１１１）面に対応するピークだけ
が観察された。Ｘ線揺動曲線分析は、高度の（１１１）
方位を有する膜を示す、（１１１）線の最大の半分にお
ける全幅（ＦＷＨＭ）が約２．２°であったことを示し
た。（１１１）面における結晶の方向は極形状計測によ
って調査された。図４はＭｇＯ（２００）面の極形状図
である。良好な面内整列を示す点状極密度が１２０°毎
に見られた。図５は下に横たわるＧａＡｓ基板の（２０
０）面の極形状図である。図は、高品質単結晶ＧａＡｓ
ウェハーが期待される良好な面内整列を示している。図
４及び５に示されている結果を比較すると、（１１１）
方位を有する単結晶ＭｇＯ緩衝層は（１１１）ＧａＡｓ
基板上に成長していたもので、ＭｇＯ格子はＧａＡｓ基
板に関して垂直な（１１１）面に関して１８０°回転さ
れたことがわかる。
５はＮＬＯ上層１５の蒸着に先立ってとられた極パター
ンである。ＭｇＯの（１１１）面に対応するピークだけ
が観察された。Ｘ線揺動曲線分析は、高度の（１１１）
方位を有する膜を示す、（１１１）線の最大の半分にお
ける全幅（ＦＷＨＭ）が約２．２°であったことを示し
た。（１１１）面における結晶の方向は極形状計測によ
って調査された。図４はＭｇＯ（２００）面の極形状図
である。良好な面内整列を示す点状極密度が１２０°毎
に見られた。図５は下に横たわるＧａＡｓ基板の（２０
０）面の極形状図である。図は、高品質単結晶ＧａＡｓ
ウェハーが期待される良好な面内整列を示している。図
４及び５に示されている結果を比較すると、（１１１）
方位を有する単結晶ＭｇＯ緩衝層は（１１１）ＧａＡｓ
基板上に成長していたもので、ＭｇＯ格子はＧａＡｓ基
板に関して垂直な（１１１）面に関して１８０°回転さ
れたことがわかる。
【００２８】図６はＸ線回折パターンで、図７及び８は
ＬｉＴａＯ3 上層が蒸着された後にとられた極パターン
である。図６はＭｇＯ緩衝層の（１１１）方向とＬｉＴ
ａＯ 3 膜の（０００６）方向との両方を明瞭に示してい
る。ＬｉＴａＯ3 の（０００６）揺動曲線のＦＷＨＭは
２．１°と計測された。このＬｉＴａＯ3 のｃ軸方位、
電子光学又は非線形光学的用途にとって強く望まれる。
ＬｉＴａＯ3 膜の面内方位は、図７の極形状図と共に決
定された。分析はＬｉＴａＯ3 の（０１−１２）面に対
して行われたもので、面内方向を明瞭に示している。Ｌ
ｉＴａＯ3 は３ｍ結晶クラスに属し、極形状図において
３点となるｃ軸に関する３重回転対称を示す。図７は膜
が双晶面内であることを示す６点を示している。しか
し、この双晶構造は、屈折率、非線形感受性及び光散乱
には影響しないであろう。図８は下に横たわるＧａＡｓ
基板の（２００）面の極形状図である。ＬｉＴａＯ3 か
ら得られた結果と図８における下に横たわるＧａＡｓか
ら得られた結果との比較は、ｃ方位を有するＬｉＴａＯ
3 膜がＧａＡｓ〔１１０〕に平行なＬｉＴａＯ3 〔１１
００〕の面内整列と共に（１１１）ＧａＡｓ上にエピタ
キシャル成長したことを示した。これは、（１１１）Ｇ
ａＡｓ上に成長したＭｇＯ膜の屈折率の楕円偏光計計測
値及びＡｌ2 Ｏ3 上に成長したＬｉＴａＯ3 の屈折率の
ｍ線スペクトル計計測値が１．７３３及び２．１８を示
すことから実用的なウェーブガイドを提供する。
ＬｉＴａＯ3 上層が蒸着された後にとられた極パターン
である。図６はＭｇＯ緩衝層の（１１１）方向とＬｉＴ
ａＯ 3 膜の（０００６）方向との両方を明瞭に示してい
る。ＬｉＴａＯ3 の（０００６）揺動曲線のＦＷＨＭは
２．１°と計測された。このＬｉＴａＯ3 のｃ軸方位、
電子光学又は非線形光学的用途にとって強く望まれる。
ＬｉＴａＯ3 膜の面内方位は、図７の極形状図と共に決
定された。分析はＬｉＴａＯ3 の（０１−１２）面に対
して行われたもので、面内方向を明瞭に示している。Ｌ
ｉＴａＯ3 は３ｍ結晶クラスに属し、極形状図において
３点となるｃ軸に関する３重回転対称を示す。図７は膜
が双晶面内であることを示す６点を示している。しか
し、この双晶構造は、屈折率、非線形感受性及び光散乱
には影響しないであろう。図８は下に横たわるＧａＡｓ
基板の（２００）面の極形状図である。ＬｉＴａＯ3 か
ら得られた結果と図８における下に横たわるＧａＡｓか
ら得られた結果との比較は、ｃ方位を有するＬｉＴａＯ
3 膜がＧａＡｓ〔１１０〕に平行なＬｉＴａＯ3 〔１１
００〕の面内整列と共に（１１１）ＧａＡｓ上にエピタ
キシャル成長したことを示した。これは、（１１１）Ｇ
ａＡｓ上に成長したＭｇＯ膜の屈折率の楕円偏光計計測
値及びＡｌ2 Ｏ3 上に成長したＬｉＴａＯ3 の屈折率の
ｍ線スペクトル計計測値が１．７３３及び２．１８を示
すことから実用的なウェーブガイドを提供する。
【００２９】ＬｉＴａＯ3 の結晶品質は成長温度を６０
０乃至６５０°Ｃに上げることで改善可能であると思わ
れる。ラザフォード背景散乱スペクトル法（ＲＢＳ）が
多層構造体に対して行われ、図９に示されるスペクトル
が得られた。１．７６ＭｅＶを中心とするピークは表面
層内のＴａに対応する。０．８６ＭｅＶに現れたピーク
はＭｇとＧａＡｓとの信号の重なり合いによるものであ
る。０．７１ＭｅＶ以下のエネルギーにおいて観察され
る段は酸素によって散乱されたヘリウムイオンに起因す
るものである。スペクトルは、１．０Ｍｇ対１．０酸
素、及び１．１５Ｌｉ対０．９７Ｔａ対３酸素の化学量
比と共に２重層構造のシミュレーションによって最良に
適合可能である。Ｔａの輪郭の後端及びＧａＡｓの輪郭
の前端は急であり、制限された界面反応を示す。
０乃至６５０°Ｃに上げることで改善可能であると思わ
れる。ラザフォード背景散乱スペクトル法（ＲＢＳ）が
多層構造体に対して行われ、図９に示されるスペクトル
が得られた。１．７６ＭｅＶを中心とするピークは表面
層内のＴａに対応する。０．８６ＭｅＶに現れたピーク
はＭｇとＧａＡｓとの信号の重なり合いによるものであ
る。０．７１ＭｅＶ以下のエネルギーにおいて観察され
る段は酸素によって散乱されたヘリウムイオンに起因す
るものである。スペクトルは、１．０Ｍｇ対１．０酸
素、及び１．１５Ｌｉ対０．９７Ｔａ対３酸素の化学量
比と共に２重層構造のシミュレーションによって最良に
適合可能である。Ｔａの輪郭の後端及びＧａＡｓの輪郭
の前端は急であり、制限された界面反応を示す。
【００３０】以下の比較実験は本発明重要性を明らかに
する。比較実験１ 本実験において、我々は適当な拡散緩衝を有することの
重要性を示す。約２００ｎｍの厚みを有するＣａＦ2 及
びＢａＦ2 層は、６００°Ｃにおける超高真空において
ｅ−ビーム蒸着によって（１１１）上にエピタキシャル
成長された。それからＬｉＴａＯ3 層は、例１で説明さ
れたように、レーザアブレーションを使用してフルオラ
イド上に蒸着された。Ｘ線分析は、ＬｉＴａＯ3 の位相
に対応する反射線は無く、エピタキシャルフルオライド
による線は成長したままのフルオライド膜に比較すると
減少したことを示し、フルオライドとＬｉＴａＯ3 の相
互反応を示した。フルオライドが酸素の存在下でＳｉと
反応し、よってフルオライドの結晶の品質を損ない、結
果としてエピタキシャルＬｉＴａＯ3 膜の成長に影響を
与えることがわかった。
する。比較実験１ 本実験において、我々は適当な拡散緩衝を有することの
重要性を示す。約２００ｎｍの厚みを有するＣａＦ2 及
びＢａＦ2 層は、６００°Ｃにおける超高真空において
ｅ−ビーム蒸着によって（１１１）上にエピタキシャル
成長された。それからＬｉＴａＯ3 層は、例１で説明さ
れたように、レーザアブレーションを使用してフルオラ
イド上に蒸着された。Ｘ線分析は、ＬｉＴａＯ3 の位相
に対応する反射線は無く、エピタキシャルフルオライド
による線は成長したままのフルオライド膜に比較すると
減少したことを示し、フルオライドとＬｉＴａＯ3 の相
互反応を示した。フルオライドが酸素の存在下でＳｉと
反応し、よってフルオライドの結晶の品質を損ない、結
果としてエピタキシャルＬｉＴａＯ3 膜の成長に影響を
与えることがわかった。
【００３１】比較実験２ 本実験は、半導体基板上に配向され得る拡散緩衝の選定
の必要性を示す。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 の薄膜が、１００ワッ
トのパワーでのｒｆマグネトロンスパッタリングによっ
て単一セラミックターゲットからＳｉ上に蒸着された。
ガス圧力は７５％アルゴン及び２５％酸素で２０ｍＴｏ
ｒｒであり、基板温度は５５０乃至６５０°Ｃの範囲で
あった。蒸着後、サンプルは３０Ｔｏｒｒの純粋酸素内
で１００°Ｃまで冷却された。Ｘ線分析は、成長したま
まの膜に存在する結晶位相が無いことを明らかにし、エ
ピタキシャルＭｇＡｌ2 Ｏ3 膜の成長にはＭｇＯよりも
高い温度が必要であることを示す。しかし、ＧａＡｓの
解離のため、温度はＧａＡｓに対して設定した限界を越
えてしまう。
の必要性を示す。ＭｇＡｌ2 Ｏ4 の薄膜が、１００ワッ
トのパワーでのｒｆマグネトロンスパッタリングによっ
て単一セラミックターゲットからＳｉ上に蒸着された。
ガス圧力は７５％アルゴン及び２５％酸素で２０ｍＴｏ
ｒｒであり、基板温度は５５０乃至６５０°Ｃの範囲で
あった。蒸着後、サンプルは３０Ｔｏｒｒの純粋酸素内
で１００°Ｃまで冷却された。Ｘ線分析は、成長したま
まの膜に存在する結晶位相が無いことを明らかにし、エ
ピタキシャルＭｇＡｌ2 Ｏ3 膜の成長にはＭｇＯよりも
高い温度が必要であることを示す。しかし、ＧａＡｓの
解離のため、温度はＧａＡｓに対して設定した限界を越
えてしまう。
【００３２】本発明は好適な実施例を特に参照すること
により詳細に説明されたが、本発明の精神及び範囲内に
おいて変形例及び改良例が有効であり得ると解釈される
であろう。
により詳細に説明されたが、本発明の精神及び範囲内に
おいて変形例及び改良例が有効であり得ると解釈される
であろう。
【図１】本発明の多層構造体の一実施例の簡略図であ
る。
る。
【図２】本発明の多層構造体の他の実施例の簡略図であ
る。
る。
【図３】非線形光学的（ＮＬＯ）膜無しでの例１のＸ線
回折パターンである。
回折パターンである。
【図４】ＮＬＯ膜無しでの例１の多層構造体の（２０
０）ＭｇＯ反射のＸ線極形状図である。
０）ＭｇＯ反射のＸ線極形状図である。
【図５】ＮＬＯ膜無しでの例１の（２００）ＧａＡｓ反
射構造のＸ線極形状図である。
射構造のＸ線極形状図である。
【図６】例１の多層構造体のＸ線回折パターンである。
【図７】例１の多層構造体のＬｉＴａＯ3 （０１−１
２）反射のＸ線極形状図である。
２）反射のＸ線極形状図である。
【図８】例１の多層構造体のＧａＡｓ（１１１）反射の
Ｘ線極形状図である。
Ｘ線極形状図である。
１０ 多層構造体 １１ 基板 １３ 緩衝層 １５ 上層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホセ マニュエル ミール アメリカ合衆国，ニューヨーク 14618, ロチェスター，トレイルウッド サークル ９
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｉ化合物と、Ｇｅ化合物と、Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎよりなる群から選定された少なくとも一つの元
素及びＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂよりなる群から選定された少
なくとも一つの元素よりなる化合物とよりなる群から選
定された半導体であり、基板の副格子定数の３倍に等し
い基板超格子寸法を規定する、ドープされた或いはドー
プされていない（１１１）方位を有する単結晶基板と、 緩衝層の酸素から酸素への格子間隔の４倍に等しい緩衝
層超格子寸法を規定し、前記緩衝層超格子寸法は前記基
板超格子寸法の１５パーセント以内であり、基板の＜１
１１＞方向に関して３重回転対称を有するエピタキシャ
ル酸化金属緩衝層とよりなる多層構造体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/992,213 US5347157A (en) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | Multilayer structure having a (111)-oriented buffer layer |
| US992213 | 1992-12-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244407A true JPH06244407A (ja) | 1994-09-02 |
Family
ID=25538050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5312317A Pending JPH06244407A (ja) | 1992-12-17 | 1993-12-13 | （１１１）方位緩衝層を有する多層構造体 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5347157A (ja) |
| EP (1) | EP0602568A3 (ja) |
| JP (1) | JPH06244407A (ja) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59309018D1 (de) * | 1992-07-02 | 1998-11-05 | Balzers Hochvakuum | Verfahren zur Herstellung einer Metalloxidschicht, Vakuumbehandlungsanlage hierfür sowie mit mindestens einer Metalloxidschicht beschichteter Teil |
| JP2924574B2 (ja) * | 1993-05-31 | 1999-07-26 | 富士ゼロックス株式会社 | 配向性強誘電体薄膜素子 |
| DE69431333T2 (de) * | 1993-10-08 | 2003-07-31 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | GaN-Einkristall |
| US6576906B1 (en) * | 1999-10-08 | 2003-06-10 | Symyx Technologies, Inc. | Method and apparatus for screening combinatorial libraries for semiconducting properties |
| US6214712B1 (en) * | 1999-09-16 | 2001-04-10 | Ut-Battelle, Llc | Method of physical vapor deposition of metal oxides on semiconductors |
| US6392257B1 (en) | 2000-02-10 | 2002-05-21 | Motorola Inc. | Semiconductor structure, semiconductor device, communicating device, integrated circuit, and process for fabricating the same |
| US6693033B2 (en) | 2000-02-10 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Method of removing an amorphous oxide from a monocrystalline surface |
| US6501973B1 (en) | 2000-06-30 | 2002-12-31 | Motorola, Inc. | Apparatus and method for measuring selected physical condition of an animate subject |
| US6427066B1 (en) | 2000-06-30 | 2002-07-30 | Motorola, Inc. | Apparatus and method for effecting communications among a plurality of remote stations |
| US6410941B1 (en) | 2000-06-30 | 2002-06-25 | Motorola, Inc. | Reconfigurable systems using hybrid integrated circuits with optical ports |
| US6477285B1 (en) | 2000-06-30 | 2002-11-05 | Motorola, Inc. | Integrated circuits with optical signal propagation |
| AU2001282899A1 (en) * | 2000-07-21 | 2002-02-05 | Motorola, Inc. | Monolithic optical system |
| US6555946B1 (en) | 2000-07-24 | 2003-04-29 | Motorola, Inc. | Acoustic wave device and process for forming the same |
| JP4354100B2 (ja) * | 2000-07-27 | 2009-10-28 | 日本碍子株式会社 | 光導波路素子 |
| AU2001279044A1 (en) * | 2000-07-31 | 2002-02-13 | Motorola, Inc. | Widely tunable laser structure |
| US6638838B1 (en) | 2000-10-02 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure including a partially annealed layer and method of forming the same |
| US6583034B2 (en) | 2000-11-22 | 2003-06-24 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure including a compliant substrate having a graded monocrystalline layer and methods for fabricating the structure and semiconductor devices including the structure |
| US6563118B2 (en) | 2000-12-08 | 2003-05-13 | Motorola, Inc. | Pyroelectric device on a monocrystalline semiconductor substrate and process for fabricating same |
| US6673646B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Growth of compound semiconductor structures on patterned oxide films and process for fabricating same |
| US7046719B2 (en) | 2001-03-08 | 2006-05-16 | Motorola, Inc. | Soft handoff between cellular systems employing different encoding rates |
| US6709989B2 (en) | 2001-06-21 | 2004-03-23 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a semiconductor structure including a metal oxide interface with silicon |
| US6646293B2 (en) | 2001-07-18 | 2003-11-11 | Motorola, Inc. | Structure for fabricating high electron mobility transistors utilizing the formation of complaint substrates |
| US6693298B2 (en) | 2001-07-20 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating epitaxial semiconductor on insulator (SOI) structures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form same |
| US6472694B1 (en) | 2001-07-23 | 2002-10-29 | Motorola, Inc. | Microprocessor structure having a compound semiconductor layer |
| US6667196B2 (en) | 2001-07-25 | 2003-12-23 | Motorola, Inc. | Method for real-time monitoring and controlling perovskite oxide film growth and semiconductor structure formed using the method |
| US6594414B2 (en) | 2001-07-25 | 2003-07-15 | Motorola, Inc. | Structure and method of fabrication for an optical switch |
| US6585424B2 (en) | 2001-07-25 | 2003-07-01 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating an electro-rheological lens |
| US6462360B1 (en) | 2001-08-06 | 2002-10-08 | Motorola, Inc. | Integrated gallium arsenide communications systems |
| US6639249B2 (en) | 2001-08-06 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabrication for a solid-state lighting device |
| US6589856B2 (en) | 2001-08-06 | 2003-07-08 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for controlling anti-phase domains in semiconductor structures and devices |
| US6673667B2 (en) | 2001-08-15 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Method for manufacturing a substantially integral monolithic apparatus including a plurality of semiconductor materials |
| US7541105B2 (en) * | 2006-09-25 | 2009-06-02 | Seagate Technology Llc | Epitaxial ferroelectric and magnetic recording structures including graded lattice matching layers |
| US8257491B2 (en) * | 2007-10-18 | 2012-09-04 | The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Rhombohedral cubic semiconductor materials on trigonal substrate with single crystal properties and devices based on such materials |
| US9614026B2 (en) | 2013-03-13 | 2017-04-04 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | High mobility transport layer structures for rhombohedral Si/Ge/SiGe devices |
| US11277128B1 (en) * | 2020-11-04 | 2022-03-15 | Switch Gear Automotive LLC | High current solid-state bidirectional relay |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2710973B2 (ja) * | 1989-01-09 | 1998-02-10 | シャープ株式会社 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
| US5227011A (en) * | 1990-06-22 | 1993-07-13 | Ibiden Co., Ltd. | Method for producing a second harmonic wave generating device |
| US5323023A (en) * | 1992-12-02 | 1994-06-21 | Xerox Corporation | Epitaxial magnesium oxide as a buffer layer on (111) tetrahedral semiconductors |
-
1992
- 1992-12-17 US US07/992,213 patent/US5347157A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-10 EP EP93119988A patent/EP0602568A3/en not_active Withdrawn
- 1993-12-13 JP JP5312317A patent/JPH06244407A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5347157A (en) | 1994-09-13 |
| EP0602568A2 (en) | 1994-06-22 |
| EP0602568A3 (en) | 1994-12-28 |
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