JPH0697097A - ヘテロ界面形成方法 - Google Patents
ヘテロ界面形成方法Info
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- JPH0697097A JPH0697097A JP18784893A JP18784893A JPH0697097A JP H0697097 A JPH0697097 A JP H0697097A JP 18784893 A JP18784893 A JP 18784893A JP 18784893 A JP18784893 A JP 18784893A JP H0697097 A JPH0697097 A JP H0697097A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ３−５族化合物半導体の５族元素組成切り替
えを必要とするヘテロ界面において、ある特性を有する
３族原子層を挿入することによりヘテロ界面の品質の向
上を図る。 【構成】 ３族元素３Ａ、３Ｂ及び異なる５族元素５
Ａ、５Ｂを含んだ３−５族化合物半導体である３Ａ５Ａ
層１１と３Ｂ５Ｂ層１３とのヘテロ界面を形成する際
に、５Ａ５Ｂとの化学結合強度３Ｃ−５Ａ及び３Ｃ−５
Ｂがほぼ等しいかあるいは３Ｃ−５Ａ＞３Ｃ−５Ｂを満
足するような３Ｃ原子からなる３Ｃメタル層１２をヘテ
ロ界面に挿入させる。これにより５Ｂ原子と３Ａ５Ａ層
１１中の５Ａ原子との置換反応が抑制され高品質なヘテ
ロ界面を得ることができる。
えを必要とするヘテロ界面において、ある特性を有する
３族原子層を挿入することによりヘテロ界面の品質の向
上を図る。 【構成】 ３族元素３Ａ、３Ｂ及び異なる５族元素５
Ａ、５Ｂを含んだ３−５族化合物半導体である３Ａ５Ａ
層１１と３Ｂ５Ｂ層１３とのヘテロ界面を形成する際
に、５Ａ５Ｂとの化学結合強度３Ｃ−５Ａ及び３Ｃ−５
Ｂがほぼ等しいかあるいは３Ｃ−５Ａ＞３Ｃ−５Ｂを満
足するような３Ｃ原子からなる３Ｃメタル層１２をヘテ
ロ界面に挿入させる。これにより５Ｂ原子と３Ａ５Ａ層
１１中の５Ａ原子との置換反応が抑制され高品質なヘテ
ロ界面を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ界面の形成方法
に関し、特に５族元素の組成変化を有する３−５族化合
物半導体の高品質ヘテロ界面を形成する方法に関する。
に関し、特に５族元素の組成変化を有する３−５族化合
物半導体の高品質ヘテロ界面を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】３−５族化合物半導体のヘテロ界面の品
質は、二次元電子ガストランジスタや量子井戸レーザの
ようなデバイス特性を大きく左右するため、平坦かつ急
峻で、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ界面を形成
することが重要である。特にヘテロ界面において、５族
元素や種類や組成が変化するような場合は、ヘテロ界面
で５族原料を切り替える必要がり、良好なヘテロ界面を
得るのは困難である。従来この種のヘテロ界面は、膜厚
制御性に優れた結晶成長方法である分子線エピタキシー
法や有機金属気相法を用い、一般に図２に示すような切
り替えシーケンスにより形成されていた。例えばジャー
ナル オブ クリスタル グロウス（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａ
ｌ．Ｇｒｏｗｔｈ）１０５巻 ２４４ページ １９９０
年参照。図２はそのガス切り替え工程の説明図である。
その特徴は、３元素を３Ａ、３Ｂ，５族元素を５Ａ、５
Ｂで記述すると、３Ａ５Ａ層２１、２３と３Ｂ５Ｂ層２
２のヘテロ界面において、３族原料の供給を止めて、５
族原料を切り替える工程が入っていることにある。５族
切り替えに必要な時間間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４等は
それぞれの成長装置の特性に合わせて最適化されてい
た。それぞれの時間間隔の役割は、Ｔ１、Ｔ３は主に界
面を平坦化するのに必要な時間であり、Ｔ２、Ｔ４は５
族原料の混合を抑制するのに必要な時間である。
質は、二次元電子ガストランジスタや量子井戸レーザの
ようなデバイス特性を大きく左右するため、平坦かつ急
峻で、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ界面を形成
することが重要である。特にヘテロ界面において、５族
元素や種類や組成が変化するような場合は、ヘテロ界面
で５族原料を切り替える必要がり、良好なヘテロ界面を
得るのは困難である。従来この種のヘテロ界面は、膜厚
制御性に優れた結晶成長方法である分子線エピタキシー
法や有機金属気相法を用い、一般に図２に示すような切
り替えシーケンスにより形成されていた。例えばジャー
ナル オブ クリスタル グロウス（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａ
ｌ．Ｇｒｏｗｔｈ）１０５巻 ２４４ページ １９９０
年参照。図２はそのガス切り替え工程の説明図である。
その特徴は、３元素を３Ａ、３Ｂ，５族元素を５Ａ、５
Ｂで記述すると、３Ａ５Ａ層２１、２３と３Ｂ５Ｂ層２
２のヘテロ界面において、３族原料の供給を止めて、５
族原料を切り替える工程が入っていることにある。５族
切り替えに必要な時間間隔Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４等は
それぞれの成長装置の特性に合わせて最適化されてい
た。それぞれの時間間隔の役割は、Ｔ１、Ｔ３は主に界
面を平坦化するのに必要な時間であり、Ｔ２、Ｔ４は５
族原料の混合を抑制するのに必要な時間である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この従来のヘテロ界面
形成方法では、以下のような問題点が発生する。まず第
一に、時間Ｔ２やＴ４を長くすると、いずれかのヘテロ
界面で劣化が生じる。例えばＩｎＧａＡｓとＩｎＰの場
合、ＩｎＰ面にＡｓ照射し続けても界面は劣化しない
が、ＩｎＧａＡｓ面に照射し続けると界面は劣化する。
例えばアプライドフィジクス レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．）４９巻１３０２ページ１９８６年参
照。これはＩｎＧａＡｓ中のＡｓとＰが置換しＰ組成の
大きなＩｎＧａＡｓＰが界面に形成されるためである。
ＡｓとＰが置換するのは、ＰがＡｓに比べてＧａとの化
学結合が強いためと考えられる。同様なことはＧａＡｓ
とＩｎＧａＰの場合でも起こり、ＧａＡｓ面をＰ照射す
る際には劣化する。例えばジャーナル オブ エレクト
ロニックス マテリアルズ（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）２１巻 １２９ページ １９
９１年参照。
形成方法では、以下のような問題点が発生する。まず第
一に、時間Ｔ２やＴ４を長くすると、いずれかのヘテロ
界面で劣化が生じる。例えばＩｎＧａＡｓとＩｎＰの場
合、ＩｎＰ面にＡｓ照射し続けても界面は劣化しない
が、ＩｎＧａＡｓ面に照射し続けると界面は劣化する。
例えばアプライドフィジクス レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．）４９巻１３０２ページ１９８６年参
照。これはＩｎＧａＡｓ中のＡｓとＰが置換しＰ組成の
大きなＩｎＧａＡｓＰが界面に形成されるためである。
ＡｓとＰが置換するのは、ＰがＡｓに比べてＧａとの化
学結合が強いためと考えられる。同様なことはＧａＡｓ
とＩｎＧａＰの場合でも起こり、ＧａＡｓ面をＰ照射す
る際には劣化する。例えばジャーナル オブ エレクト
ロニックス マテリアルズ（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）２１巻 １２９ページ １９
９１年参照。
【０００４】このように５族切り替えにおけるいずれか
一方の界面の劣化は、異なる５族元素の３族に対する化
学結合強度の違いに起因しているため本質的な問題であ
る。またこのヘテロ界面での５族置換を最小限にとどめ
るため、待機時間を出来るだけ短くすることにより界面
劣化を抑制した例もあるが、この場合は、供給される５
族原料自身の切り替えが十分でないため引き続き成長す
る半導体層が目的とは異なった５族組成になるという新
たな問題点がある。例えばジャーナル オブクリスタル
グロウス（Ｊ．Ｇｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ）１１１巻
５２１ページ １９９１年参照。このように従来の技
術では本質的に、高品質なヘテロ界面を形成することは
困難であった。
一方の界面の劣化は、異なる５族元素の３族に対する化
学結合強度の違いに起因しているため本質的な問題であ
る。またこのヘテロ界面での５族置換を最小限にとどめ
るため、待機時間を出来るだけ短くすることにより界面
劣化を抑制した例もあるが、この場合は、供給される５
族原料自身の切り替えが十分でないため引き続き成長す
る半導体層が目的とは異なった５族組成になるという新
たな問題点がある。例えばジャーナル オブクリスタル
グロウス（Ｊ．Ｇｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ）１１１巻
５２１ページ １９９１年参照。このように従来の技
術では本質的に、高品質なヘテロ界面を形成することは
困難であった。
【０００５】本発明の目的は、このような問題点を解決
できる高品質ヘテロ界面形成方法を提供することにあ
る。
できる高品質ヘテロ界面形成方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によるヘテロ界面
形成方法は、３−５族化合物半導体の５族元素組成切り
替えを有するヘテロ界面において、切り替え前後の各５
族元素との化学結合強度が切り替えがほぼ等しい３族原
か、或は切り替え前の５族元素との化学結合強度が切り
替え後の５族元素との化学結合強度よりも大きい３族原
子を、一原子層以上ヘテロ界面に積層することに特徴が
ある。
形成方法は、３−５族化合物半導体の５族元素組成切り
替えを有するヘテロ界面において、切り替え前後の各５
族元素との化学結合強度が切り替えがほぼ等しい３族原
か、或は切り替え前の５族元素との化学結合強度が切り
替え後の５族元素との化学結合強度よりも大きい３族原
子を、一原子層以上ヘテロ界面に積層することに特徴が
ある。
【０００７】
【作用】発明が解決しよとする課題の項でも説明したよ
うに、ヘテロ界面において十分な原料切り替え時間が取
れないのは、待機中に５族元素の置換が内部にまで生
じ、その結果、界面が破壊され劣化るからである。本発
明では、この５族原子の界面での置換を抑制するため
に、ある特定の３族原子層を界面に積層することに特徴
がある。その場合の３族原子は何でもよい訳ではなく、
特異の物性が要求される。それは、その３族原子のヘテ
ロ界面の前後で変わるそれぞれの５族に対する化学結合
強度がほぼ等しいか、或は、下地の５族との化学結合強
度が上に積層する半導体中の５族との化学結合強度より
弱いことが必要である。このような特異な３族原子を界
面に積層すると、長い待機時間後でも照射５族原子の下
地半導体層内部への侵入は制御され、高品質なヘテロ界
面形成を形成することができる。
うに、ヘテロ界面において十分な原料切り替え時間が取
れないのは、待機中に５族元素の置換が内部にまで生
じ、その結果、界面が破壊され劣化るからである。本発
明では、この５族原子の界面での置換を抑制するため
に、ある特定の３族原子層を界面に積層することに特徴
がある。その場合の３族原子は何でもよい訳ではなく、
特異の物性が要求される。それは、その３族原子のヘテ
ロ界面の前後で変わるそれぞれの５族に対する化学結合
強度がほぼ等しいか、或は、下地の５族との化学結合強
度が上に積層する半導体中の５族との化学結合強度より
弱いことが必要である。このような特異な３族原子を界
面に積層すると、長い待機時間後でも照射５族原子の下
地半導体層内部への侵入は制御され、高品質なヘテロ界
面形成を形成することができる。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
具体的に説明する。図１は本発明第一の実施例を説明す
る原料の切り替えシーケンスの工程説明図である。
具体的に説明する。図１は本発明第一の実施例を説明す
る原料の切り替えシーケンスの工程説明図である。
【０００９】まず３族原料である３Ａと５族原料である
３Ａの原料が供給され下地の３Ａ５Ａ層１１が積層され
ている。下界面１４では３Ａの供給を止め、その後時間
Ｔ１だけ５Ａを照射する。このＴ１時間で３Ａ５Ｂ層１
１界面は平坦化される。引き続き、３族原料である３Ｃ
原料をＴ２時間だけ照射することにより３Ｃメタル層１
２を積層する。更に切り替えにより５族原料５Ｂの照射
を始め、上側界面１５においてＴ３時間待機する。この
Ｔ３時間の間に、もし３Ｃメタル層がなければ、５Ｂ原
子は３Ａ５Ａｐ型層１１の中の５Ａ原子と置換し界面を
劣化するが、本発明では３Ｃ原子層１２の存在により５
Ｂ原子は３Ａ５Ａ層１１中に入り混まない為界面の劣化
はなく、かつ十分な５族切り替え工程が可能である。
３Ａの原料が供給され下地の３Ａ５Ａ層１１が積層され
ている。下界面１４では３Ａの供給を止め、その後時間
Ｔ１だけ５Ａを照射する。このＴ１時間で３Ａ５Ｂ層１
１界面は平坦化される。引き続き、３族原料である３Ｃ
原料をＴ２時間だけ照射することにより３Ｃメタル層１
２を積層する。更に切り替えにより５族原料５Ｂの照射
を始め、上側界面１５においてＴ３時間待機する。この
Ｔ３時間の間に、もし３Ｃメタル層がなければ、５Ｂ原
子は３Ａ５Ａｐ型層１１の中の５Ａ原子と置換し界面を
劣化するが、本発明では３Ｃ原子層１２の存在により５
Ｂ原子は３Ａ５Ａ層１１中に入り混まない為界面の劣化
はなく、かつ十分な５族切り替え工程が可能である。
【００１０】そこで後で３族原料３Ｂ照射し３Ｂ５Ｂ層
１３を形成する。ここで３Ｃ原子は以下のような特性を
持つ３族原料を選ぶ。即ち、化学結合３Ｃ−５と３Ｃ−
５Ｂの結合強度がほぼ等しいかもしくは、３Ｃ−５Ａ＞
３Ｃ−５を満たすことが必要である。このシーケンスに
より殆ど劣化のない高品質なヘテロ界面が形成される。
１３を形成する。ここで３Ｃ原子は以下のような特性を
持つ３族原料を選ぶ。即ち、化学結合３Ｃ−５と３Ｃ−
５Ｂの結合強度がほぼ等しいかもしくは、３Ｃ−５Ａ＞
３Ｃ−５を満たすことが必要である。このシーケンスに
より殆ど劣化のない高品質なヘテロ界面が形成される。
【００１１】次に具体的な元素を当てはめて実施例を説
明する。化合物半導体によく用いられる５族元素には、
燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）がるが、
３族元素との結合の強さは、一部の例外を除き Ｓｂ＜Ａｓ＜Ｐ の順で大きい。従ってヘテロ界面を形成する際に問題と
なる切り替えは、弱い結合から強い結合への切り替えで
あり、次の三種類で代表される。 （１）ＡｓからＰへの切り替え （２）ＳｂからＰへの切り替え （３）ＳｂからＡｓへの切り替え まずＡｓからＰへの切り替えの例では、ＩｎＧａＡｓ上
のＩｎＰやＧａＡｓ上のＩｎＧａＰ等がある。ここで
は、ＩｎＧａＡｓ上のＩｎＰに例ととり、本発明の第二
の実施例により請求項２の発明を説明する。
明する。化合物半導体によく用いられる５族元素には、
燐（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）がるが、
３族元素との結合の強さは、一部の例外を除き Ｓｂ＜Ａｓ＜Ｐ の順で大きい。従ってヘテロ界面を形成する際に問題と
なる切り替えは、弱い結合から強い結合への切り替えで
あり、次の三種類で代表される。 （１）ＡｓからＰへの切り替え （２）ＳｂからＰへの切り替え （３）ＳｂからＡｓへの切り替え まずＡｓからＰへの切り替えの例では、ＩｎＧａＡｓ上
のＩｎＰやＧａＡｓ上のＩｎＧａＰ等がある。ここで
は、ＩｎＧａＡｓ上のＩｎＰに例ととり、本発明の第二
の実施例により請求項２の発明を説明する。
【００１２】図３は、この材料系における切り替えシー
ケンスの工程説明図である。成長は膜厚制御性及び原料
切り替え特性に優れたガスソース分子線エピタキシー法
を用いた。３族原料は固体金属を用い、５族原料のＰと
Ａｓに対してそれぞれＰＨ3とＡｓＨ3 ガスを９５０℃
でクラッキングして基板に照射した。基板温度は５２０
℃、ＰＨ3 流量ＡｓＨ3 流量はそれぞれ１３ＳＣＣＭと
６ＳＣＣＭとした。
ケンスの工程説明図である。成長は膜厚制御性及び原料
切り替え特性に優れたガスソース分子線エピタキシー法
を用いた。３族原料は固体金属を用い、５族原料のＰと
Ａｓに対してそれぞれＰＨ3とＡｓＨ3 ガスを９５０℃
でクラッキングして基板に照射した。基板温度は５２０
℃、ＰＨ3 流量ＡｓＨ3 流量はそれぞれ１３ＳＣＣＭと
６ＳＣＣＭとした。
【００１３】発明が解決しようとする課題の項でも説明
したようにＩｎＧａＡｓ層にＰを照射すると、Ｐが内部
のＡｓと置換してヘテロ界面は劣化する。第二の実施例
では、ＩｎＧａＡｓ層３１を成長後にＩｎメタル層３２
を一原子層分だけ制御性良く積層し、しかる後にＰを照
射し、十分５族切り替えが終わってからＩｎＰ層３３の
成長を開始する。このシーケンスの際に、成長中の表面
再配列構造を反射型高速電子回析法（ＲＨＥＥＤ法）で
観測した。まずＩｎＧａＡｓ層３１では（２×４）のＡ
ｓ安定化面を示し、続くＩｎメタル層３２では（４×
２）のＩｎ安定化面を示し、続くＰ待機工程ですぐに表
面は明瞭な（２×４）Ｐ安定化面に変化し、かつそのパ
ターンはシャープに維持されたままでありヘテロ界面の
劣化は見られなかった。
したようにＩｎＧａＡｓ層にＰを照射すると、Ｐが内部
のＡｓと置換してヘテロ界面は劣化する。第二の実施例
では、ＩｎＧａＡｓ層３１を成長後にＩｎメタル層３２
を一原子層分だけ制御性良く積層し、しかる後にＰを照
射し、十分５族切り替えが終わってからＩｎＰ層３３の
成長を開始する。このシーケンスの際に、成長中の表面
再配列構造を反射型高速電子回析法（ＲＨＥＥＤ法）で
観測した。まずＩｎＧａＡｓ層３１では（２×４）のＡ
ｓ安定化面を示し、続くＩｎメタル層３２では（４×
２）のＩｎ安定化面を示し、続くＰ待機工程ですぐに表
面は明瞭な（２×４）Ｐ安定化面に変化し、かつそのパ
ターンはシャープに維持されたままでありヘテロ界面の
劣化は見られなかった。
【００１４】Ｉｎ−ＰとＩｎ−Ａｓの室温における化学
結合強度はそれぞれ４７．３Ｋｃａｌ／ｍｏｌと４８Ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌであり、ほとんど等しい。このＩｎ原子
の特異な物性のため、Ｐ原子を選択的に結晶内部に取り
込む反応は起こらず、表面に安定なＰ−Ａｓ界面が形成
できた。一方従来のヘテロ界面形成方法では、３族Ｇａ
原子切り替え界面に存在しており、Ｇａ−ＰとＧａ−Ａ
ｓの化学結合強度はそれぞれ５４．９Ｋｃａｌ／ｍｏｌ
と５０Ｋｃａｌ／ｍｏｌのように大きく異なるため、ｐ
はこのＧａ原子との結合の強さによりＩｎＧａＡｓ層内
部へのＰの置換が信号し、ヘテロ界面が劣化する。
結合強度はそれぞれ４７．３Ｋｃａｌ／ｍｏｌと４８Ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌであり、ほとんど等しい。このＩｎ原子
の特異な物性のため、Ｐ原子を選択的に結晶内部に取り
込む反応は起こらず、表面に安定なＰ−Ａｓ界面が形成
できた。一方従来のヘテロ界面形成方法では、３族Ｇａ
原子切り替え界面に存在しており、Ｇａ−ＰとＧａ−Ａ
ｓの化学結合強度はそれぞれ５４．９Ｋｃａｌ／ｍｏｌ
と５０Ｋｃａｌ／ｍｏｌのように大きく異なるため、ｐ
はこのＧａ原子との結合の強さによりＩｎＧａＡｓ層内
部へのＰの置換が信号し、ヘテロ界面が劣化する。
【００１５】本発明第二の実施例によるヘテロ界面の高
品質性を実証するため、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子を
成長した。ＩｎＰ面方位（１００）基板上にＩｎＧａＡ
ｓ層厚２ｎｍ、ＩｎＰ層厚Ｉｎｍの超格子を３３周期交
互に積層した。図４は各界面ガス切り替え時に２秒づつ
待機する通常の切り替えシーケンスを用いて成長した試
料と、本発明第二の実施例による切り替えシーケンスを
用いて成長した試料の室温フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）スペクトルを比較したものである。本発明によるヘ
テロ界面を有する試料のＰＬ発光強度は従来のものに比
べて２桁近く強く、良好なヘテロ界面が形成されている
ことがわかる。特に本実施例の様に、切り替え界面の多
い超格子では、ヘテロ界面の劣化の少ない本発明による
界面形成方法が極めて有効である。
品質性を実証するため、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子を
成長した。ＩｎＰ面方位（１００）基板上にＩｎＧａＡ
ｓ層厚２ｎｍ、ＩｎＰ層厚Ｉｎｍの超格子を３３周期交
互に積層した。図４は各界面ガス切り替え時に２秒づつ
待機する通常の切り替えシーケンスを用いて成長した試
料と、本発明第二の実施例による切り替えシーケンスを
用いて成長した試料の室温フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）スペクトルを比較したものである。本発明によるヘ
テロ界面を有する試料のＰＬ発光強度は従来のものに比
べて２桁近く強く、良好なヘテロ界面が形成されている
ことがわかる。特に本実施例の様に、切り替え界面の多
い超格子では、ヘテロ界面の劣化の少ない本発明による
界面形成方法が極めて有効である。
【００１６】次に第三の実施例について説明する。第二
の実施例の切り替えシーケンスではＡｓＨ3 ガスはＧａ
原子と一緒に遮断したが、これは５族切り替えの時間を
短くするためである。即ち、ＡｓＨ3 ガスが遮断され、
Ｉｎ分子線が再び照射されるまでの時間にＡｓＨ3 の残
留成分基板まわりから消失していると、より組成の急峻
なヘテロ界面を形成することができるからである。しか
し原理的には、切り替え界面にＩｎ原子のみが存在すれ
ば、Ｐ原子の内部への置換はある程度抑制される。
の実施例の切り替えシーケンスではＡｓＨ3 ガスはＧａ
原子と一緒に遮断したが、これは５族切り替えの時間を
短くするためである。即ち、ＡｓＨ3 ガスが遮断され、
Ｉｎ分子線が再び照射されるまでの時間にＡｓＨ3 の残
留成分基板まわりから消失していると、より組成の急峻
なヘテロ界面を形成することができるからである。しか
し原理的には、切り替え界面にＩｎ原子のみが存在すれ
ば、Ｐ原子の内部への置換はある程度抑制される。
【００１７】図５は、ＩｎＧａＡｓ層５１とＩｎＰ層５
３の間にＩｎＡＳ層５２を一原子層積層する第三の実施
例の原料切り替えシーケンスの工程図である。本実施例
では、ＩｎＡｓ層５２の表面がＡｓで覆われており、引
き続くＰ照射工程に於て表面のＡｓがＰと置換してゆ
く。この場合、表面でのＡｓとＰとの置換及びＡｓＨ3
ガスの残留の点からもＰ照射工程を長くする必要があ
為、界面特性は、第二の実施例のシーケンスによるもの
に比べ若干劣るが、ＩｎＧａＡｓ層５１内部のＡｓと照
射するＰとの置換はＩｎ層の存在によりある程度抑制さ
れるので、良好なヘテロ界面が形成される。
３の間にＩｎＡＳ層５２を一原子層積層する第三の実施
例の原料切り替えシーケンスの工程図である。本実施例
では、ＩｎＡｓ層５２の表面がＡｓで覆われており、引
き続くＰ照射工程に於て表面のＡｓがＰと置換してゆ
く。この場合、表面でのＡｓとＰとの置換及びＡｓＨ3
ガスの残留の点からもＰ照射工程を長くする必要があ
為、界面特性は、第二の実施例のシーケンスによるもの
に比べ若干劣るが、ＩｎＧａＡｓ層５１内部のＡｓと照
射するＰとの置換はＩｎ層の存在によりある程度抑制さ
れるので、良好なヘテロ界面が形成される。
【００１８】これまで第二、第三の実施例ではＩｎメタ
ル層３２やＩｎＡｓ層５２を一原子層としたが、これは
Ｐ置換抑制のための最小限の層厚であり、界面特性が劣
化しなければそれ以上積層しても構わない。
ル層３２やＩｎＡｓ層５２を一原子層としたが、これは
Ｐ置換抑制のための最小限の層厚であり、界面特性が劣
化しなければそれ以上積層しても構わない。
【００１９】次に第四の実施例について説明する。図６
（ａ）は第二、第三の実施例におけるヘテロ界面近傍の
原子の配列図である。原子配列は積層順にＩｎ，Ｇａ層
６１、Ａｓ層６２、Ｉｎ層６３、Ｐ層６４のような構成
になっている。このためＩｎＡｓの一原子層の存在に起
因した圧縮性の応力がヘテロ界面に生じている。このＩ
ｎＡｓ歪層の存在は、界面の数が少ない場合は問題にな
らないが、界面の数が多くなると全体として臨界膜厚を
越えるようになるため、結晶上問題となる。
（ａ）は第二、第三の実施例におけるヘテロ界面近傍の
原子の配列図である。原子配列は積層順にＩｎ，Ｇａ層
６１、Ａｓ層６２、Ｉｎ層６３、Ｐ層６４のような構成
になっている。このためＩｎＡｓの一原子層の存在に起
因した圧縮性の応力がヘテロ界面に生じている。このＩ
ｎＡｓ歪層の存在は、界面の数が少ない場合は問題にな
らないが、界面の数が多くなると全体として臨界膜厚を
越えるようになるため、結晶上問題となる。
【００２０】図６（ｂ）は第四の実施例による原子列の
説明図である。ここではＩｎ層６７を積層する前に、Ｇ
ａＡｓ層６６を一原子層分だけ積層しておくと、このＧ
ａＡｓ層６６とＩｎＡｓ層６７とが応力的に打ち消し合
い、界面での歪を全体とて緩和できる。ＩｎＡｓの格子
定数はＩｎＰに対して約３．２％大きく、ＧａＡｓの格
子定数はＩｎＰに対して約３．７％程小さいため、この
二層を近接させるとほぼ全体たおしてＩｎＰに整合で
き、応力構造的に安定である。
説明図である。ここではＩｎ層６７を積層する前に、Ｇ
ａＡｓ層６６を一原子層分だけ積層しておくと、このＧ
ａＡｓ層６６とＩｎＡｓ層６７とが応力的に打ち消し合
い、界面での歪を全体とて緩和できる。ＩｎＡｓの格子
定数はＩｎＰに対して約３．２％大きく、ＧａＡｓの格
子定数はＩｎＰに対して約３．７％程小さいため、この
二層を近接させるとほぼ全体たおしてＩｎＰに整合で
き、応力構造的に安定である。
【００２１】次に第五、第六、第七の実施例を用いて請
求項３と請求項４の発明をそれぞれ説明する。まずＳｂ
からＰやＡｓへの切り替えに対してはＡｌの原子層が有
効である。Ａｌ−Ｓｂ、Ａｌ−Ｐの化学結合強度はそれ
ぞれ５１．７Ｋｃａｌ／ｍｏｌと５１．８Ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌであり、ほぼ等しい。従ってＡｌ原子層を界面に挿
入するとＰ照射時に内部のＳｂとの置換が抑制される。
またＡｌ−ＳｂとＡｌ−Ａｓの化学結合強度はそれぞれ
５１．７Ｋｃａｌ／ｍｏｌと４８．５Ｋｃａｌ／ｍｏｌ
であり、Ａｌ−Ａｓの方が小さい。従ってこの場合はよ
り内部Ｓｂと照射Ａｓとの置換は起こり難い。
求項３と請求項４の発明をそれぞれ説明する。まずＳｂ
からＰやＡｓへの切り替えに対してはＡｌの原子層が有
効である。Ａｌ−Ｓｂ、Ａｌ−Ｐの化学結合強度はそれ
ぞれ５１．７Ｋｃａｌ／ｍｏｌと５１．８Ｋｃａｌ／ｍ
ｏｌであり、ほぼ等しい。従ってＡｌ原子層を界面に挿
入するとＰ照射時に内部のＳｂとの置換が抑制される。
またＡｌ−ＳｂとＡｌ−Ａｓの化学結合強度はそれぞれ
５１．７Ｋｃａｌ／ｍｏｌと４８．５Ｋｃａｌ／ｍｏｌ
であり、Ａｌ−Ａｓの方が小さい。従ってこの場合はよ
り内部Ｓｂと照射Ａｓとの置換は起こり難い。
【００２２】まず第五の実施例について説明する。図７
はＧａＳｂからＩｎＰへのヘテロ界面における切り替え
のシーケンスの工程説明図である。図においてＧａの供
給を止めることによりＧａＳｂ層７１の成長を中断す
る。成長表面が平坦化した後、Ｓｂ照射を止めると同時
にＡｌ一原子層７２を積層し引続きＰ照射を開始する。
成長表面をＰで終端し、十分に基板まわりがＰ雰囲気に
なったあとでＩｎ照射を開始しＩｎＰ層７３を積層す
る。このガス切り替えシーケンスを用いることによりＧ
ａＳｂ層８１中のＳｂとＡｓ原子との置換反応が抑制さ
れ、平坦性の高い、急峻なヘテロ界面を形成できる。
はＧａＳｂからＩｎＰへのヘテロ界面における切り替え
のシーケンスの工程説明図である。図においてＧａの供
給を止めることによりＧａＳｂ層７１の成長を中断す
る。成長表面が平坦化した後、Ｓｂ照射を止めると同時
にＡｌ一原子層７２を積層し引続きＰ照射を開始する。
成長表面をＰで終端し、十分に基板まわりがＰ雰囲気に
なったあとでＩｎ照射を開始しＩｎＰ層７３を積層す
る。このガス切り替えシーケンスを用いることによりＧ
ａＳｂ層８１中のＳｂとＡｓ原子との置換反応が抑制さ
れ、平坦性の高い、急峻なヘテロ界面を形成できる。
【００２３】図６（ｂ）は第四の実施例による原子配列
の説明図である。ここではＩｎ層６７を積層する前に、
ＧａＡｓ層６６を一原子層分だけ積層しておく、このＧ
ａＡｓ層６６とＩｎＡｓ層６７とが応力的に打ち消し合
い、界面での歪を全体として緩和できる。ＩｎＡｓの格
子定数はＩｎＰに対して約３．２％程大きく、ＧａＡｓ
の格子定数はＩｎＰに対して約３．７％程小さいため、
この二層を近接させるとほぼ全体としてＩｎＰに整合で
き、応力構造的に安定である。
の説明図である。ここではＩｎ層６７を積層する前に、
ＧａＡｓ層６６を一原子層分だけ積層しておく、このＧ
ａＡｓ層６６とＩｎＡｓ層６７とが応力的に打ち消し合
い、界面での歪を全体として緩和できる。ＩｎＡｓの格
子定数はＩｎＰに対して約３．２％程大きく、ＧａＡｓ
の格子定数はＩｎＰに対して約３．７％程小さいため、
この二層を近接させるとほぼ全体としてＩｎＰに整合で
き、応力構造的に安定である。
【００２４】次に第七の実施例について説明する。図９
はＩｎＰに格子整合したＧａＡｓＳｂからＩｎＰへの切
り替えシーケンスの工程説明図である。本実施例では、
界面を形成する下地半導体層の５族元素がＡｓとＳｂの
二種類あるため切り替えシーケンスはやや複雑である。
先ずＧａＡｓＳｂ層９１を成長中に、まずＡｓ照射を止
め、ＧａＳｂ層９２を一原子層積層し、更に、Ｇａ照射
を止めることにより成長を止めて、表面層をＳｂ照射状
態で平坦化する。
はＩｎＰに格子整合したＧａＡｓＳｂからＩｎＰへの切
り替えシーケンスの工程説明図である。本実施例では、
界面を形成する下地半導体層の５族元素がＡｓとＳｂの
二種類あるため切り替えシーケンスはやや複雑である。
先ずＧａＡｓＳｂ層９１を成長中に、まずＡｓ照射を止
め、ＧａＳｂ層９２を一原子層積層し、更に、Ｇａ照射
を止めることにより成長を止めて、表面層をＳｂ照射状
態で平坦化する。
【００２５】続いてＳｂ照射を止めると同時に、Ａｌメ
タル層９３を一原子層積層し、引続いてＰ照射を開始す
る。十分に５族切り替えが行われた後でＩｎ照射を開始
しＩｎＰ層９４を積層する。本切り替えシーケンスでは
Ａｓ照射をまず止めることにより表面をＧａＳｂ層に
し、しかる後に第五の実施例と同じシーケンスでＰへの
５族切り替えを実現している。
タル層９３を一原子層積層し、引続いてＰ照射を開始す
る。十分に５族切り替えが行われた後でＩｎ照射を開始
しＩｎＰ層９４を積層する。本切り替えシーケンスでは
Ａｓ照射をまず止めることにより表面をＧａＳｂ層に
し、しかる後に第五の実施例と同じシーケンスでＰへの
５族切り替えを実現している。
【００２６】本シーケンスによる界面での歪は、まずＧ
ａ−Ｓｂ結合はＩｎＰに対して約−３．８％歪んでおり
続くＡｌ−Ｓｂ結合でもほぼ−４．５％歪んでいる。し
かしその上のＡｌ−Ｐ結合では、ＩｎＰに対して約＋
８．０歪んでいるため全体としてほぼ歪はキャンセルさ
れ応力的にも安定である。このガス切り替えシ−ケンス
を用いることによりＧａＡｓＳｂ層９１中のＳｂ、Ａｓ
原子とＰとの置換反応が抑制され、平坦性の高い、急峻
なヘテロ界面を形成できる。
ａ−Ｓｂ結合はＩｎＰに対して約−３．８％歪んでおり
続くＡｌ−Ｓｂ結合でもほぼ−４．５％歪んでいる。し
かしその上のＡｌ−Ｐ結合では、ＩｎＰに対して約＋
８．０歪んでいるため全体としてほぼ歪はキャンセルさ
れ応力的にも安定である。このガス切り替えシ−ケンス
を用いることによりＧａＡｓＳｂ層９１中のＳｂ、Ａｓ
原子とＰとの置換反応が抑制され、平坦性の高い、急峻
なヘテロ界面を形成できる。
【００２７】次に、第八の実施例として有機金属気相成
長法を用いた例について説明する。図１０は有機金属気
相成長法によるＩｎＧａＡｓからＩｎＰへのヘテロ界面
における切り替えシーケンスの工程説明図である。３族
原料のＩｎとＧａに対してはそれぞれトリメチルインジ
ウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ：ＴＭＩｎ）、
トリエチルガリウム（Ｔｒｉｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕ
ｍ：ＴＥＧａ）を用い、Ｖ族原料のＰとＡｓに対しては
それぞれＰＨ3 、ＡｓＨ3 ガスを用いた。基板温度は６
００度とした。有機金属気相成長法の場合、特にＡｓＨ
3 の残留成分が基板回りから完全に消失するまでの時間
が長い。このためＡｓＨ3 からＰＨ3 への切り替えを十
分行う必要がある。
長法を用いた例について説明する。図１０は有機金属気
相成長法によるＩｎＧａＡｓからＩｎＰへのヘテロ界面
における切り替えシーケンスの工程説明図である。３族
原料のＩｎとＧａに対してはそれぞれトリメチルインジ
ウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ：ＴＭＩｎ）、
トリエチルガリウム（Ｔｒｉｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕ
ｍ：ＴＥＧａ）を用い、Ｖ族原料のＰとＡｓに対しては
それぞれＰＨ3 、ＡｓＨ3 ガスを用いた。基板温度は６
００度とした。有機金属気相成長法の場合、特にＡｓＨ
3 の残留成分が基板回りから完全に消失するまでの時間
が長い。このためＡｓＨ3 からＰＨ3 への切り替えを十
分行う必要がある。
【００２８】図１０において、ＴＭＩｎとＴＥＧａの供
給を止めることによりＩｎＧａＡｓ層１０１の成長を中
断する。成長層表面が平坦化した後、ＡｓＨ3 を止める
と同時にＴＭＩｎを供給しＩｎメタル層１０２を１原子
層分だけ積層する。この１原子層分のＩｎメタル層１０
２の表面はＡｓＨ3 の残留成分の影響で、すぐにＡｓで
終端される。次にＰＨ3 の供給を開始すると、表面のＡ
ｓはすべてＰと置き替わるが、１原子層分のＩｎのおか
げでＰはそれより下層と置き替わらずヘテロ界面は劣化
しない。ＡｓＨ3 の残留成分が完全に消失するまで十分
にＰＨ3 で待機したあと、ＴＭＩｎを供給し始めＩｎＰ
層１０３の成長を開始する。このガス切り替えシーケン
スを用いれば、ＩｎＰ層１０３中へのＡｓの混入は十分
なＰＨ3待機により抑制され、またＩｎＧａＡｓ層１０
１中のＡｓとＰの置換はＩｎメタル層１０２の存在によ
り抑制されるので、平坦性の高い、急峻なヘテロ界面を
形成できる。
給を止めることによりＩｎＧａＡｓ層１０１の成長を中
断する。成長層表面が平坦化した後、ＡｓＨ3 を止める
と同時にＴＭＩｎを供給しＩｎメタル層１０２を１原子
層分だけ積層する。この１原子層分のＩｎメタル層１０
２の表面はＡｓＨ3 の残留成分の影響で、すぐにＡｓで
終端される。次にＰＨ3 の供給を開始すると、表面のＡ
ｓはすべてＰと置き替わるが、１原子層分のＩｎのおか
げでＰはそれより下層と置き替わらずヘテロ界面は劣化
しない。ＡｓＨ3 の残留成分が完全に消失するまで十分
にＰＨ3 で待機したあと、ＴＭＩｎを供給し始めＩｎＰ
層１０３の成長を開始する。このガス切り替えシーケン
スを用いれば、ＩｎＰ層１０３中へのＡｓの混入は十分
なＰＨ3待機により抑制され、またＩｎＧａＡｓ層１０
１中のＡｓとＰの置換はＩｎメタル層１０２の存在によ
り抑制されるので、平坦性の高い、急峻なヘテロ界面を
形成できる。
【００２９】本発明では、成長方法としてガスソース分
子線エピタキシー法と有機金属気相成長法を例にとって
説明したが、これは他の気相成長法であってもよい。ま
た本実施例では、混晶系として基板に格子整合したもの
を例にとったがこれが格子不整合系であっても構わな
い。
子線エピタキシー法と有機金属気相成長法を例にとって
説明したが、これは他の気相成長法であってもよい。ま
た本実施例では、混晶系として基板に格子整合したもの
を例にとったがこれが格子不整合系であっても構わな
い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、５族切り
替え界面において、その切り替え５族に合わせて界面劣
化を抑制する３族原子を挟んだので、平坦性、急峻に優
れたヘテロ界面を形成できる。
替え界面において、その切り替え５族に合わせて界面劣
化を抑制する３族原子を挟んだので、平坦性、急峻に優
れたヘテロ界面を形成できる。
【図１】本発明の第一の実施例による原料の切り替えシ
ーケンスの工程説明図。
ーケンスの工程説明図。
【図２】従来方法の原料切り替えシーケンスの工程説明
図。
図。
【図３】本発明の第二の実施例の切り替えシーケンスの
工程説明図。
工程説明図。
【図４】本発明の第二の実施例の切り替えシケーケンス
を用いて成長した試料の室温フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）スペクトル図。
を用いて成長した試料の室温フォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）スペクトル図。
【図５】本発明第三の実施例の原料切り替えシ−ケンス
の工程説明図。
の工程説明図。
【図６】図６（ａ）は第二、第三の実施例によるヘテロ
界面近傍の原子の配列図であり、図６（ｂ）は第四の実
施例によるヘテロ界面近傍の原子の配列図。
界面近傍の原子の配列図であり、図６（ｂ）は第四の実
施例によるヘテロ界面近傍の原子の配列図。
【図７】本発明の第五の実施例の切り替えシーケンスの
工程説明図。
工程説明図。
【図８】本発明の第六の実施例の切り替えシーケンスの
工程説明図。
工程説明図。
【図９】本発明の第七の実施例の切り替えシーケンスの
工程説明図。
工程説明図。
【図１０】本発明の第八実施例の切り替えシーケンスの
工程説明図。
工程説明図。
１１ ３Ａ５Ａ層 １２ ３Ｃメタル層 １３ ３Ｂ５Ｂ層 １４ 下側界面 １５ 上側界面 ２１ ３Ａ５Ａ層 ２２ ３Ｂ５Ｂ層 ２３ ３Ａ５Ａ層 ３１ ＩｎＧａＡｓ層 ３２ Ｉｎメタル層 ３３ ＩｎＰ層 ５１ ＩｎＧａＡｓ層 ５２ ＩｎＡｓ層 ５３ ＩｎＰ層 ６１ Ｉｎ，Ｇａ層 ６２ Ａｓ層 ６３ Ｉｎ層 ６４ Ｐ層 ６５ Ｉｎ，Ｇａ層 ６６ ＧａＡｓ層 ６７ ＩｎＡｓ層 ７１ ＧａＳｂ層 ７２ Ａｌ一原子層 ７３ ＩｎＰ層 ８１ ＧａＳｂ層 ８２ Ａｌ一原子層 ８３ ＩｎＡｓ層 ９１ ＧａＡｓＳｂ層 ９２ ＧａＳｂ層 ９３ Ａｌメタル層 ９４ ＩｎＰ層 １０１ ＩｎＧａＡｓ層 １０２ Ｉｎメタル層 １０３ ＩｎＰ層
Claims (4)
- 【請求項１】 ３−５族化合物半導体のＶ族元素組成切
り替えを有するヘテロ界面において、切り替え前後の各
５族元素との化学結合強度がほぼ等しい３族原子、或は
切り替え前の５族元素との化学結合強度が切り替え後の
５族元素との化学結合強度よりも大きい３族原子を、一
原子層以上ヘテロ界面に積層することを特徴とするヘテ
ロ界面形成方法。 - 【請求項２】 請求項１の形成方法であって、前記切り
替え前の５族元素が砒素を含み、前記切り替え後の５族
元素が燐を含み、前記３族原子がインジウムである請求
項１記載のヘテロ界面形成方法。 - 【請求項３】 請求項１の形成方法であって、前記切り
替え前の５族元素がアンチモンを含み、前記切り替え後
の５族元素が燐を含み、前記３族原子がアルミニウムで
ある請求項１記載のヘテロ界面形成方法。 - 【請求項４】 請求項１の形成方法であって、前記切り
替え前の５族元素がアンチモンを含み、前記切り替え後
の５族元素が砒素を含み、前記３族原子がアルミニウム
である請求項１記載のヘテロ界面形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18784893A JP2790006B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-07-29 | ヘテロ界面形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20366692 | 1992-07-30 | ||
| JP4-203666 | 1992-07-30 | ||
| JP18784893A JP2790006B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-07-29 | ヘテロ界面形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697097A true JPH0697097A (ja) | 1994-04-08 |
| JP2790006B2 JP2790006B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=26504602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18784893A Expired - Fee Related JP2790006B2 (ja) | 1992-07-30 | 1993-07-29 | ヘテロ界面形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2790006B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005006421A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | Nikko Materials Co., Ltd. | エピタキシャル成長方法 |
| JP4528413B2 (ja) * | 2000-04-25 | 2010-08-18 | 日鉱金属株式会社 | 気相成長方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0371620A (ja) * | 1989-08-10 | 1991-03-27 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置の製造方法 |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP18784893A patent/JP2790006B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0371620A (ja) * | 1989-08-10 | 1991-03-27 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置の製造方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4528413B2 (ja) * | 2000-04-25 | 2010-08-18 | 日鉱金属株式会社 | 気相成長方法 |
| WO2005006421A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | Nikko Materials Co., Ltd. | エピタキシャル成長方法 |
| JPWO2005006421A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2006-08-24 | 日鉱金属株式会社 | エピタキシャル成長方法 |
| JP2010278469A (ja) * | 2003-07-15 | 2010-12-09 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 高電子移動度トランジスタの製造方法 |
| JP4714583B2 (ja) * | 2003-07-15 | 2011-06-29 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | エピタキシャル成長方法 |
| US8231728B2 (en) | 2003-07-15 | 2012-07-31 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Epitaxial growth process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2790006B2 (ja) | 1998-08-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |