JPH0626191B2 - ＩｎＧａＡｓＰ混晶のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
ＩｎＧａＡｓＰ混晶のエピタキシャル成長方法Info
- Publication number
- JPH0626191B2 JPH0626191B2 JP24943987A JP24943987A JPH0626191B2 JP H0626191 B2 JPH0626191 B2 JP H0626191B2 JP 24943987 A JP24943987 A JP 24943987A JP 24943987 A JP24943987 A JP 24943987A JP H0626191 B2 JPH0626191 B2 JP H0626191B2
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- crystal
- growth
- mixed crystal
- epitaxial growth
- ingaasp
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子層エピタキシャル法によるＩnＧa−ＡsＰ
の混晶エピタキシャル成長方法に関する。
の混晶エピタキシャル成長方法に関する。
〔従来の技術〕 従来のＩnＧaＡsＰのIII−Ｖ族化合物半導体混晶エピタ
キシャル成長層は、構成元素の塩化物、水素化物、ある
いは有機金属化合物のガス状原料をもちいる気相エピタ
キシャル成長法（ＶＰＥ法）、高真空中で構成元素をビ
ーム化し、基板結晶上に照射して成長を行う分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＢＥ）法、Ｖ族元素を溶かし込ん
だIII族元素融液から成長を行う液相成長法（ＬＰＥ
法）等により作られてきた。これらの方法は何れも構成
元素、あるいはその化合物を基板結晶上に同時に供給す
るものであり、III族サイトをＩn とＧaがＶ族元素サイ
トをＰとＡsが全く不規則に占めることになる。このよ
うな混晶に対して、最近規則性混晶が注目されている。
キシャル成長層は、構成元素の塩化物、水素化物、ある
いは有機金属化合物のガス状原料をもちいる気相エピタ
キシャル成長法（ＶＰＥ法）、高真空中で構成元素をビ
ーム化し、基板結晶上に照射して成長を行う分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＢＥ）法、Ｖ族元素を溶かし込ん
だIII族元素融液から成長を行う液相成長法（ＬＰＥ
法）等により作られてきた。これらの方法は何れも構成
元素、あるいはその化合物を基板結晶上に同時に供給す
るものであり、III族サイトをＩn とＧaがＶ族元素サイ
トをＰとＡsが全く不規則に占めることになる。このよ
うな混晶に対して、最近規則性混晶が注目されている。
規則性混晶とは例えばＩn0.5Ｇa0.5Ａs では、Ｉn とＧ
aが結晶の成長方向に対して交互にIII族サイトを占める
混晶のことである。このような規則性混晶では、従来の
混晶と比較して、合金散乱が無くなるために結晶中の電
子の移動度が増加する、また、ミシビリティギャップと
言われる非混和領域の混晶の成長が可能である、更にバ
ンド構造の変調により間接遷移型の物質を直接遷移型と
することが可能である、など数々の特徴があると報告さ
れている。更に今後研究が進めばこのような物質から新
しい物理現象が見出される可能性が極めて大きい。
aが結晶の成長方向に対して交互にIII族サイトを占める
混晶のことである。このような規則性混晶では、従来の
混晶と比較して、合金散乱が無くなるために結晶中の電
子の移動度が増加する、また、ミシビリティギャップと
言われる非混和領域の混晶の成長が可能である、更にバ
ンド構造の変調により間接遷移型の物質を直接遷移型と
することが可能である、など数々の特徴があると報告さ
れている。更に今後研究が進めばこのような物質から新
しい物理現象が見出される可能性が極めて大きい。
ところで、従来の規則性混晶の成長例はＩnＧaＡs等の
三元化合物に限られており、ＩnＧaＡsＰ規則性混晶成
長に関する提案はなされていないのが現状である。この
理由はどのような二元化合物の組合わせで作製すべきか
の指針が得られていなかったことと、どのような組合わ
せにしろ、成長中にＶ族元素の速やかな切り換えを行わ
なければならないため、従来の手法では規則性混晶を成
長させることは困難であった。
三元化合物に限られており、ＩnＧaＡsＰ規則性混晶成
長に関する提案はなされていないのが現状である。この
理由はどのような二元化合物の組合わせで作製すべきか
の指針が得られていなかったことと、どのような組合わ
せにしろ、成長中にＶ族元素の速やかな切り換えを行わ
なければならないため、従来の手法では規則性混晶を成
長させることは困難であった。
本発明の目的は上記従来技術のかかる欠点を除去し、原
子層エピタキシャル成長法を用いてＩn−ＧaＡsＰ規則
性混晶を規則性よく得ることのできるエピタキシャル成
長方法を提供しようとするものである。
子層エピタキシャル成長法を用いてＩn−ＧaＡsＰ規則
性混晶を規則性よく得ることのできるエピタキシャル成
長方法を提供しようとするものである。
すなわち本発明によれば、ＧaＡsおよびＩnＰに格子整
合するＩnＧaＡsＰ混晶のエピタキシャル成長におい
て、ＧaＡs基板結晶に格子整合するＩnＧaＡsＰのエピ
タキシャル成長では一層のＩnＡsと二層のＧaＰを単位
として、またＩnＰ基板結晶に格子整合するＩnＧaＡsＰ
のエピタキシャル成長では二層のＩnＡsと一層のＧaＰ
を単位として、原子層エピタキシャル法により混晶を成
長させることを特徴とするＩnＧaＡsＰ混晶のエピタキ
シャル成長方法が得られる。
合するＩnＧaＡsＰ混晶のエピタキシャル成長におい
て、ＧaＡs基板結晶に格子整合するＩnＧaＡsＰのエピ
タキシャル成長では一層のＩnＡsと二層のＧaＰを単位
として、またＩnＰ基板結晶に格子整合するＩnＧaＡsＰ
のエピタキシャル成長では二層のＩnＡsと一層のＧaＰ
を単位として、原子層エピタキシャル法により混晶を成
長させることを特徴とするＩnＧaＡsＰ混晶のエピタキ
シャル成長方法が得られる。
ＩnＧaＡsＰ規則性混晶の成長には化合物半導体の構成
元素、あるいは、その元素を含むガスを交互に基板上に
供給しながら一原子層ずつ成長を行う原子層エピタキシ
ャル成長方法（ＡＬＥ法）としては、テイ・スントラ
（Ｔ．Ｓuntola）によりエクステンデット アブストラ
クト オブザ スイックステーンス コンファレンス
オン ソリッド スティトデバイス アンド マテリア
ルズ（Ｅxtended Ａbstract of the 16th Ｃo−nf
erence on ＳolidＳtate Ｄevice and Ｍaterial
s），Ｋobe,1984,pp.647−650に報告された方法を用い
る。この方法によると、成長制御のためには、原料の吸
着のみを制御すれば良い。例えば、ＧaＣl とＡsＨ３を
原料とするＧaＡsALE法では、広い成長温度、流量範囲
においてＧa−Ｃlの単分子層吸着が可能であり、成長は
単分子層単位で進行する。このことはエイ・ウスイ
（Ａ．Ｕs−ui）他によりジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Ｊapanese Ｊour−
nal of Ａpplied Ｐhysics），vol.25，no.3,1986,p
p.L212−214に報告されている。
元素、あるいは、その元素を含むガスを交互に基板上に
供給しながら一原子層ずつ成長を行う原子層エピタキシ
ャル成長方法（ＡＬＥ法）としては、テイ・スントラ
（Ｔ．Ｓuntola）によりエクステンデット アブストラ
クト オブザ スイックステーンス コンファレンス
オン ソリッド スティトデバイス アンド マテリア
ルズ（Ｅxtended Ａbstract of the 16th Ｃo−nf
erence on ＳolidＳtate Ｄevice and Ｍaterial
s），Ｋobe,1984,pp.647−650に報告された方法を用い
る。この方法によると、成長制御のためには、原料の吸
着のみを制御すれば良い。例えば、ＧaＣl とＡsＨ３を
原料とするＧaＡsALE法では、広い成長温度、流量範囲
においてＧa−Ｃlの単分子層吸着が可能であり、成長は
単分子層単位で進行する。このことはエイ・ウスイ
（Ａ．Ｕs−ui）他によりジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Ｊapanese Ｊour−
nal of Ａpplied Ｐhysics），vol.25，no.3,1986,p
p.L212−214に報告されている。
この手法を用いて、ＧaＡs基板結晶には一層のＩnＡs
と二層のＧaＰを単位として、またＩnＰ基板結晶には二
層のＩnＡs と一層のＧaＰを単位として原子層エピタキ
シャル成長を行うことにより、三層で下地結晶の格子定
数とほぼ一致するＩn−ＧaＡsＰ規則性混晶が得られる
ことになる。
と二層のＧaＰを単位として、またＩnＰ基板結晶には二
層のＩnＡs と一層のＧaＰを単位として原子層エピタキ
シャル成長を行うことにより、三層で下地結晶の格子定
数とほぼ一致するＩn−ＧaＡsＰ規則性混晶が得られる
ことになる。
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例１ 成長には第１図のような三つの反応室１，３，７を有す
る成長装置を用いる。反応室１の上流にＧaソース２、
反応室３の上流にＩnソース４を置き、上流からＨ２キ
ャリアガスと共にHClガスを供給する。この結果、ＩnＣ
l，ＧaＣl が生成され、それぞれの反応室１，３の下流
に運ばれる。一方、反応室７にＡsＨ3若しくはPH3をＨ2
キャリアガスと共に供給する。本実施例では基板結晶８
としてはＩnＰ（100）を用いる。反応室を構成する反応
管の温度は抵抗加熱により制御し、III族金属ソース部
を８００℃、基板結晶部を５２５℃とする。ガス流量条
件は次の通りである。
る成長装置を用いる。反応室１の上流にＧaソース２、
反応室３の上流にＩnソース４を置き、上流からＨ２キ
ャリアガスと共にHClガスを供給する。この結果、ＩnＣ
l，ＧaＣl が生成され、それぞれの反応室１，３の下流
に運ばれる。一方、反応室７にＡsＨ3若しくはPH3をＨ2
キャリアガスと共に供給する。本実施例では基板結晶８
としてはＩnＰ（100）を用いる。反応室を構成する反応
管の温度は抵抗加熱により制御し、III族金属ソース部
を８００℃、基板結晶部を５２５℃とする。ガス流量条
件は次の通りである。
ＨＣl（Ｇa） １０ｍｌ／min ＨＣl（Ｉn） １０ｍｌ／min PH3 １０ｍｌ／min ＡsＨ3 １０ｍｌ／min 全流量（各反応室に対して） 5000ｍｌ／min 混晶成長に際しては、ケミカルエッチングを行なったＩ
nＰからなる基板結晶８を先ず反応室７に置き、ＰＨ3気
流中で成長温度まで昇温する。成長温度に達したところ
でIII族ソース上にＨＣlを供給し、一定時間後基板結晶
８を基板移動経路５に従って反応室３に移動する。そこ
でＩnＣlを吸着させる。その後、基板結晶８を反応室７
に移動し、ＡsＨ３を供給して表面を10秒間Ａs雰囲気に
さらす。ここで第２図に示したようにＩnＡs９が一層成
長する。続いて基板結晶８を反応室１に移動し、ＧaＣl
を吸着させた後反応室７に移動し、ＡsＨ３に換えてＰ
Ｈ3を供給し基板表面を１０秒間Ｐ雰囲気にさらす。こ
こでＧaＰ10が一層成長する。この上に再びＩnＡs９を
一層成長させる。この三層成長を１サイクルとして1000
サイクル繰り返してＩnＧa−ＡsＰの規則性混晶の成長
を行う。
nＰからなる基板結晶８を先ず反応室７に置き、ＰＨ3気
流中で成長温度まで昇温する。成長温度に達したところ
でIII族ソース上にＨＣlを供給し、一定時間後基板結晶
８を基板移動経路５に従って反応室３に移動する。そこ
でＩnＣlを吸着させる。その後、基板結晶８を反応室７
に移動し、ＡsＨ３を供給して表面を10秒間Ａs雰囲気に
さらす。ここで第２図に示したようにＩnＡs９が一層成
長する。続いて基板結晶８を反応室１に移動し、ＧaＣl
を吸着させた後反応室７に移動し、ＡsＨ３に換えてＰ
Ｈ3を供給し基板表面を１０秒間Ｐ雰囲気にさらす。こ
こでＧaＰ10が一層成長する。この上に再びＩnＡs９を
一層成長させる。この三層成長を１サイクルとして1000
サイクル繰り返してＩnＧa−ＡsＰの規則性混晶の成長
を行う。
得られた結晶をＸ線回折とホトルミネッセンスから評価
した。二結晶法Ｘ線回折から得られたエピタキシャル層
と基板結晶の格子不整合は−1.7×10−３、また、ピー
クの半値幅は２０秒と十分に狭いものであった。また、
ホトルミネッセンススペクトルのピーク波長は1.45μｍ
で、ピーク強度は従来の手法のＩnＧaＡsＰエピタキシ
ャル層に比較して、約１０倍程度強いことが確認され
た。これらの結果から、本実施例によって、良質なＩn
ＧaＡsＰ規則性混晶が成長していることが確かめられ
た。
した。二結晶法Ｘ線回折から得られたエピタキシャル層
と基板結晶の格子不整合は−1.7×10−３、また、ピー
クの半値幅は２０秒と十分に狭いものであった。また、
ホトルミネッセンススペクトルのピーク波長は1.45μｍ
で、ピーク強度は従来の手法のＩnＧaＡsＰエピタキシ
ャル層に比較して、約１０倍程度強いことが確認され
た。これらの結果から、本実施例によって、良質なＩn
ＧaＡsＰ規則性混晶が成長していることが確かめられ
た。
実施例２ 成長には同じく第１図のような三つの反応室を有する成
長装置を用いる。流量等の成長条件は実施例１と同一で
ある。
長装置を用いる。流量等の成長条件は実施例１と同一で
ある。
成長に際しては、ケミカルエッチングを行なったＧaＡs
からなる基板結晶８Ａを先ず反応室７に置き、ＡsＨ３
気流中で成長温度まで昇温する。成長温度に達したとこ
ろでIII族ソース上にＨＣｌを供給し、一定時間後基板
結晶８Ａを反応室１に移動する。そこでＧaＣlを吸着さ
せる。その後、基板結晶８Ａを反応室７に移動し、ＰＨ
３を供給して表面を１０秒間Ｐ雰囲気にさらす。ここで
第３図に示したようにＧaｐ１０が一層成長する。続い
て基板結晶８Ａを反応室３に移動し、ＩnＣlを吸着させ
た後反応室７に移動し、ＰＨ３に換えてＡsＨ3を供給し
基板表面を１０秒間Ａs雰囲気にさらす。ここでＩnＡs
９が一層成長する。この上に再びＧaＰ１０を一層成長
させる。この三層成長を１サイクルとして1000サイクル
繰り返してＩnＧaＡsＰの規則性混晶の成長を行う。
からなる基板結晶８Ａを先ず反応室７に置き、ＡsＨ３
気流中で成長温度まで昇温する。成長温度に達したとこ
ろでIII族ソース上にＨＣｌを供給し、一定時間後基板
結晶８Ａを反応室１に移動する。そこでＧaＣlを吸着さ
せる。その後、基板結晶８Ａを反応室７に移動し、ＰＨ
３を供給して表面を１０秒間Ｐ雰囲気にさらす。ここで
第３図に示したようにＧaｐ１０が一層成長する。続い
て基板結晶８Ａを反応室３に移動し、ＩnＣlを吸着させ
た後反応室７に移動し、ＰＨ３に換えてＡsＨ3を供給し
基板表面を１０秒間Ａs雰囲気にさらす。ここでＩnＡs
９が一層成長する。この上に再びＧaＰ１０を一層成長
させる。この三層成長を１サイクルとして1000サイクル
繰り返してＩnＧaＡsＰの規則性混晶の成長を行う。
得られた結晶をＸ線回折とホトルミネッセンスから評価
した。二結晶法Ｘ線回折から得られたエピタキシャル層
と基板結晶の格子不整合はほぼ０であることが分かっ
た。また、ホトルミネッセンススベクトルのピーク波長
は0.75μｍであった。従来、この領域のＩnＧaＡsＰは
非混和領域に当たるために鏡面成長が困難であったが、
本発明による手法を用いれば良質なＩnＧ−aＡsＰが成
長出来ることが明らかとなった。
した。二結晶法Ｘ線回折から得られたエピタキシャル層
と基板結晶の格子不整合はほぼ０であることが分かっ
た。また、ホトルミネッセンススベクトルのピーク波長
は0.75μｍであった。従来、この領域のＩnＧaＡsＰは
非混和領域に当たるために鏡面成長が困難であったが、
本発明による手法を用いれば良質なＩnＧ−aＡsＰが成
長出来ることが明らかとなった。
なお、上記実施例においてはＧaＣlおよびＩnＣl のIII
族元素の塩化物を原料とする規則性混晶の成長について
適用例を示したが、同様な原理で他の元素あるいは化合
物を原料とする原子層エピタキシャルＩnＧaＡsＰ規則
性混晶成長に対しても適用可能である。
族元素の塩化物を原料とする規則性混晶の成長について
適用例を示したが、同様な原理で他の元素あるいは化合
物を原料とする原子層エピタキシャルＩnＧaＡsＰ規則
性混晶成長に対しても適用可能である。
以上説明したように本発明は、ＧaＡs基板結晶に格子整
合するＩnＧaＡsＰのエピタキシャル成長では一層のＩn
Ａs と二層のＧaｐを単位として、またＩnＰ基板結晶に
格子整合するＩnＧa−ＡsＰのエピタキシャル成長では
二層のＩnＡsと一層のＧaＰを単位として原子層エピタ
キシャル法により混晶を成長させることにより、ＩnＧa
−ＡsＰ規則性混晶を制御性よく容易に得られる効果が
ある。
合するＩnＧaＡsＰのエピタキシャル成長では一層のＩn
Ａs と二層のＧaｐを単位として、またＩnＰ基板結晶に
格子整合するＩnＧa−ＡsＰのエピタキシャル成長では
二層のＩnＡsと一層のＧaＰを単位として原子層エピタ
キシャル法により混晶を成長させることにより、ＩnＧa
−ＡsＰ規則性混晶を制御性よく容易に得られる効果が
ある。
第１図は本発明による実施例を説明するための成長装置
の断面図、第２図及び第３図は本発明の実施例１及び実
施例２を説明するためのＩnＧaAsＰ混晶の断面図であ
る。 １，３，７……反応室、２……Ｇａソース、４……Ｉn
ソース、５……基板移動径路、８，８Ａ……基板結晶、
９……ＩnＡs，１０……ＧaＰ。
の断面図、第２図及び第３図は本発明の実施例１及び実
施例２を説明するためのＩnＧaAsＰ混晶の断面図であ
る。 １，３，７……反応室、２……Ｇａソース、４……Ｉn
ソース、５……基板移動径路、８，８Ａ……基板結晶、
９……ＩnＡs，１０……ＧaＰ。
Claims (1)
- 【請求項１】ＧaＡsおよびＩnＰに格子整合するＩnＧa
ＡsＰ混晶のエピタキシャル成長方法において、ＧaＡs
基板結晶に格子整合するＩnＧaＡsＰのエピタキシャル
成長では一層のＩnＡsと二層のＧaＰを単位として、ま
たＩnＰ基板結晶に格子整合するＩnＧa−ＡsＰのエピタ
キシャル成長では二層のＩnＡsと一層のＧaＰを単位と
して原子層エピタキシャル法により混晶を成長させるこ
とを特徴とするＩnＧa−ＡsＰ混晶のエピタキシャル成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24943987A JPH0626191B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | ＩｎＧａＡｓＰ混晶のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24943987A JPH0626191B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | ＩｎＧａＡｓＰ混晶のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6490523A JPS6490523A (en) | 1989-04-07 |
| JPH0626191B2 true JPH0626191B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=17192985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24943987A Expired - Lifetime JPH0626191B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | ＩｎＧａＡｓＰ混晶のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0626191B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0462834A (ja) * | 1990-06-25 | 1992-02-27 | Nec Corp | 半導体薄膜の製造方法 |
| JP4972995B2 (ja) * | 2006-05-17 | 2012-07-11 | 富士通株式会社 | 量子ドット半導体装置 |
-
1987
- 1987-10-01 JP JP24943987A patent/JPH0626191B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6490523A (en) | 1989-04-07 |
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