JPH07183218A - 化合物半導体組成物の製造法 - Google Patents

化合物半導体組成物の製造法

Info

Publication number
JPH07183218A
JPH07183218A JP6240850A JP24085094A JPH07183218A JP H07183218 A JPH07183218 A JP H07183218A JP 6240850 A JP6240850 A JP 6240850A JP 24085094 A JP24085094 A JP 24085094A JP H07183218 A JPH07183218 A JP H07183218A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composition
compound
growth
input flux
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6240850A
Other languages
English (en)
Inventor
John Edward Cunningham
エドワード カンニンガム ジョン
Keith Wayne Goossen
ウエイン グーセン ケイス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by American Telephone and Telegraph Co Inc, AT&T Corp filed Critical American Telephone and Telegraph Co Inc
Publication of JPH07183218A publication Critical patent/JPH07183218A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非線形合金系で精密な合金組成物を有効に製
造する方法を提供する。 【構成】 変数Ａの合金組成ｃA を入力フラックスのｆ
A とｆB に式ｃA ＝ｆA 2 ／（ｆA 2 ＋βｆB 2 ）で関
係付ける新規二次適合関数を実施する。βはＶ族入力変
数Ｂの組み込みを修正するために用いるパラメタであ
る。この修正はＶ族ダイマー種の種々の表面数のために
必要となる。本新規適合関数は、例えば、ＧａＡｓ1-y
Ｐy 系で、ここでｙをｃA に等しく置き、非線形合金系
で合金組成を精密に予測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体分野に係り、特
に非線形構成率での成長条件下で構成元素から精密な化
合物組成物を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】２元または３元化合物組成物を製造する
ためには、製造者は冶金テーブルを用いてその成分元素
の比率を求める。通常冶金テーブルは所望の化合物組成
物を製造するのに要する構成成分元素のモル数を示す。
各構成元素の５０％の２元化合物組成物に対して、冶金
テーブルは各構成成分元素のモル数が等しいことを示
す。この仕込み時の構成元素量の百分率とその得られた
化合物組成物の構成元素量の百分率とが等しく変わらぬ
プロセスを「線形構成率での成長プロセス」と呼ぶ。こ
れに対し、「非線形構成率での成長プロセス」とは、最
初にある比率で複数の元素を混合し、これを処理して個
体を得た場合、この形成された個体の組成が最初の原料
の組成とは異なっているものを言う。この線形構成率で
の成長は、長年ベガードの法則と呼ばれる理論で特性付
けられ用いられてきた。
【０００３】ベガードの法則は、固溶体組成物を表す関
係式として周知である。２元化合物ＡＢで、元素Ａの組
成をｃA 、元素Ｂの組成をｃB とすると、ベガードの法
則は構成元素Ａの組成を単純な関係式ｃA ＝ｆA ／（ｆ
A ＋ｆB ）で示す。ここで、ｆA とｆB はこの元素のＡ
とＢの入力フラックス（例えば、この構成成分元素のＡ
とＢのモル数）を示す。したがって、構成元素Ｂの組成
はｃB ＝１−ｃA である。入力フラックスｆA またはｆ
B 対その化合物組成をグラフでプロットすると線形関係
が得られる。ところが、この線形関係にすべての化合物
が当てはまるものではない。いくつかのＩＩＩ−Ｖ化合
物系、特に、例えば、ＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ
Ｓｂ、は非線形の関係を有することが周知である。
【０００４】現在に至るまで、非線形構成率での成長に
よる（ベガードの法則に従わない）化合物の組成は予測
不可能であった。構成元素量に基づくその化合物組成の
概略予測さえまたは化合物組成に基づくその構成元素量
の予測でも不可能であった。そのために、実用的でない
繰り返しプロセスによりＩＩ−Ｖ族の化合物を製造する
のが通常である。このような方法は収量が低く、従って
コストも有利とはいえない。所望する電気的特性または
光学的特性（例えば、バンドギャップ）を有するデバイ
スを製造するのに製造や試験のサイクルを多数繰り返す
必要がある。そのために、ウエハまたはその類似品の形
では前記繰り返しのため原材料の多くが浪費される。
【０００５】このような材料は、例えば、ＩＩＩ族サブ
ラティスＳｉまたはＧｅに基づく化合物のようなより一
般的な半導体材料よりも非常に高価であることから厄介
で不都合な問題である。開発中の多数の光電子のエミッ
タやディテクタの利用の場合には、そのバンドギャップ
を変える必要があり、そしてその化合物組成を調節して
そのデバイスの動作波長を変える必要があるので、非線
形性は問題である。このような化合物組成の固有の非線
形性のために、狭い動作波長を必要とする利用の場合に
いくつかの化合物の利用が妨げられているが、それは高
収率で製造できないためである。以上から次ぎのことが
求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】非線形構成率での成長
条件下で構成元素から精密な化合物組成物を製造できる
精密化合物組成物製造方法が求められている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以下に説明するように本
発明は、ベガードの法則を置き換える新規適合関数を初
めて用いて、非線形化合物系の精密な化合物組成物製造
方法を提供し、この分野の技術的進歩を遂げる。本発明
の新規適合関数は二次の関数である。この新規適合関数
は、構成元素Ａの化合物組成ｃA をその入力フラックス
のｆA とｆB に、式ｃA ＝ｆA 2 ／（ｆA 2 ＋βｆB 2
）で関係付けるが、ただし式中のβはＶ族の構成元素
Ｂの構成率での成長を修正するために用いるパラメタで
ある。この修正は、Ｖ族のダイマー種の表面数が様々で
あることから必要とするものである。この新規適合関数
は、非線形系の化合物組成を精密に予測するものであ
り、例えば、ＧａＡｓ1-y Ｐy において、ｙを組成ｃA
に等しく置き、ｆA をＰフラックスとし、ｆB をＡｓフ
ラックスとすることができる。
【０００８】本発明により、その構成元素の二次の組み
合わせを用いて化合物系の非線形構成率での成長プロセ
スを修正することができる。製造しようとするデバイス
の所望の動作特性をまず識別する必要がある。この識別
プロセスには通常化合物からデバイスを製造しようとす
るその化合物のバンドギャップを求めるバンドギャップ
選択ステップがある。この化合物の所望のバンドギャッ
プを用いて、この化合物の対応する組成を既知の方法に
より求めることができる。いったんこの化合物組成が分
かると、本新規適合関数を用いて所望の化合物組成を製
造するための構成元素の二次の組み合わせを求める。こ
のようにして製造した化合物組成物は所望のバンドギャ
ップを有するものである。前記非線形性のために従来の
バンドギャップの方法ではこの結果を得ることはできな
かった。
【０００９】また、この非線形性を、ただし程度はより
小さいが、含む他の化合物組成物も多い。ＩＩＩ−Ｖ化
合物のＩＩＩ族化合物やＩＶ族化合物は、この非線形性
の小さい場合の化合物例である。そこで、本発明の新規
適合関数をベガードの法則と併用することにより、ベガ
ードの法則のみを用いて得られるよりもさらに精密な線
形化合物組成物を製造することも可能である。
【００１０】
【実施例】以下に本発明を好ましい実施例でさらに詳し
く説明する。特定のステップと構成と配置で説明する
が、これは説明のための一例であって、当業者であれ
ば、その他のステップと構成と配置を本発明の精神と範
囲に反することなく利用することも可能である。さら
に、半導体固体物理に関する基礎材料については、ここ
に引例とする下記の二冊の単行本を含め参照可能な多数
の文献が知られている。エス・エム・ゼィ（Ｓ．Ｍ．Ｓ
ｚｅ）、題名“Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ”ジョン・ウイリー・ア
ンド・サン社、ニューヨーク（１９８１年）および題名
“Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、ジョン
・ウイリー・アンド・サン社、ニューヨーク（１９８５
年）である。また、図面を参照して好ましい実施例で本
発明を説明するが、図面で同じまたは機能の類似の特性
のものには同じ参照番号を用い、さらに、各参照番号の
最左端の数字はその参照番号を最初に用いた図番号に対
応する。
【００１１】新規適合関数 本発明の好ましい実施例としてＧａＡｓ1-y Ｐy 化合物
へのＰの構成率での成長例を用いて説明する。具体的に
は、歪みの有るこのような化合物の場合にベガードの法
則からの偏りが大きく厳しいことを本発明者らは見出だ
していたが、本発明の新規適合関数を用いることにより
現在精密に予測できるようになった。本新規適合関数
は、構成元素Ａの化合物組成を入力フラックスのｆA と
ｆB に、式ｃA ＝ｆA 2 ／（ｆA 2 ＋βｆB 2 ）で関係
付けるものである。このような歪みの有る化合物は、多
重量子井戸（ＭＱＷ）の作成に技術的に非常に重要であ
る。ＭＱＷは広いバンドギャップ材料と狭いバンドギャ
ップ材料の材料層の周期的シーケンスを持つ。例えば、
特定の動作波長のようなある種の特性を得るためにこの
ＭＱＷの材料の中の一材料はその基盤と異なる格子定数
を持つ。
【００１２】歪みの違いをバランスさせてこのＭＱＷに
欠陥が無いようにするのが可能であることを本発明者ら
は追求した（ジェイ・イー・カニングハム（J.E.Cunnin
gham）、ケイ・ダブルュ・グーセン（K.W.Goossen）、
エム・ウイリアムス（M.Williams）およびダブリュ・ワ
イ・ヤン（W.Y.Jan）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．、第６０巻、７２７頁、１９９２年、を参照のこ
と）。これは、その他のＭＱＷ材料をその基板の格子定
数と異なる格子定数としたりまた第一の材料として歪み
の種類を反対に（すなわち、圧縮ではなくて引っ張り、
逆もまた同様に）したりして行われる。このような処置
の無い場合には、このＭＱＷは欠陥ができて性能を低下
させる。
【００１３】また当然のことであるが、本発明は多数の
他の化合物組成物を製造するのに利用可能であり、記載
例に限るものでは無い。本発明により、化合物系の非線
形構成率での成長プロセスの修正が可能であるが、これ
には本発明の新規適合関数によるそのフラックス変数の
二次の組み合わせを用いて行う。この新規適合関数は、
次のように実施する。まず、製造しようとするデバイス
の所望の動作特性を識別する必要がある。この識別プロ
セスには、化合物からデバイスを製造しようとするその
化合物のバンドギャップを求めるバンドギャップ選択ス
テップがある。この化合物の所望のバンドギャップを用
いて、この化合物の対応する組成を既知の方法で求める
ことができる。
【００１４】いったんこの化合物組成が分かると、本発
明の新規適合関数を用いてこの所望の化合物組成物を製
造するためのその構成元素の二次の組み合わせを求め
る。このようにして製造した化合物組成物は所望のバン
ドギャップを有する。これに対して、前述の非線形性の
ために従来のバンドギャップの設計処理法を用いてはこ
の結果は得ることができない。本発明で化合物組成物を
製造するために利用できるプロセスには、液相エピタキ
シャル成長法（ＬＰＥ）、気相エピタキシャル成長法
（ＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）、
ガス・ソースＭＢＥ、化学ビーム・エピタキシャル成長
法（ＣＢＥ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、有機金属Ｃ
ＶＤなどがある。
【００１５】付記点としては、本説明はその反応器の中
で原子フラックスを用いているが、この化合物原子をキ
ャリア分子で送ることも可能で、このキャリア分子がそ
の成長面上にこの化合物原子を堆積する。例えば、Ｐの
成長で、このＰを反応器内にＰＨ3 の分子で送り、この
分子がその成長面上に衝突して既知のようにそのＰを放
出する。この場合にはキャリア分子当たりに１化合物原
子があるので、その原子フラックスと分子フラックスは
等しい。しかし、キャリア分子当たり２化合物原子があ
る場合にはその当該原子フラックスはその分子フラック
スの２倍となる。図１は、ＧａＡｓ1-y Ｐy 化合物に対
する反応器中のＰの相対的原子フラックスの関数として
Ｐの原子濃度（ｃp ）を示す図である。
【００１６】この濃度は、当業者には周知の光ルミネッ
センス散乱（ＰＬ、黒菱形データ点で示す）と二次イオ
ン・ミリング散乱（ＳＩＭＳ、黒逆三角データ点で示
す）の測定の組み合わせで求めた。直線１０２はベガー
ドの法則（すなわち、ｃp ＝ｆp ／（ｆAs＋ｆp ））に
より予測される濃度を示す。曲線１０４は本発明の新規
適合関数、すなわち、ｃp ＝ｆp 2 ／（ｆp 2 ＋βｆAs
2 ）、により得られた濃度を示し、これは良好な一致を
示す。さらに、ｃAsは１−ｃp に等しいことを付記す
る。また、βは単に調整可能パラメタで、これは用いる
製造プロセスにより大きく変わり得るパラメタである。
【００１７】ある与えられた製造プロセスについてβは
次のようにして求めることができる。それは統計的最小
自乗解析法（カイの自乗（Ｘ2 ）を最小にして）を用い
て初期の散乱測定で得られた若干のデータ点にその曲線
を適合させて求めることができる。前記化合物例の場合
に求めたβは＝０．８５が得られた。さらに、本発明者
らは前記のような歪みの有る材料の場合にβ＝Γｕ、た
だしΓは調整可能パラメタおよびｕ＝ｆp ／（ｆAs＋ｆ
p ）である、と定めるのが便利であることを確信してい
る。最後に、ベガードの法則も本新規適合関数もそれだ
けでは良好な適合を与えない場合も有り得る。この場合
には、ベガードの法則と本発明の新規適合関数の重み付
け成分を含む式を用いることも可能である。
【００１８】本発明により化合物における材料の所望濃
度をいったん選択すると、その所要の原子フラックスを
前もって求めることが可能であるが、これは本発明につ
いて前述した。この濃度制御は、下記例のような光デバ
イスにおいてますます重要な問題となっている。例え
ば、ＭＱＷ光変調器であるが、これはそのＭＱＷの有効
バンドギャップの狭い範囲の波長で機能する光デバイス
である。この波長の範囲は精密に制御する必要があるた
めその濃度も精密に制御する必要がある。実際に、これ
らのデバイスにおいて好ましいレベルの性能を得るため
には、その濃度を千分の一部内に制御する必要がある。
本発明で適切な濃度を求めることはこのような制御の重
要な証明である。
【００１９】本発明の固体の基礎 次に、本新規適合関数の発見に至った本発明者らの研究
について説明する。本発明者らは、ＧａＡｓ上のＧａＡ
ｓＰの非線形アニオン構成率での成長測定で研究を始め
た。この非線形アニオン構成率での成長は、ＭＱＷ構造
で緩和された緩和型レイヤから弾性的な歪みの有る歪み
型レイヤに変わるにしたがってその化合物格子定数とと
もに系統的に変わることが観測された。そこで本発明者
らは、アニオン二量化機能でこれらの特性を精密にモデ
ル化したが、このアニオン二量化機能はこのダイマーと
格子間の結合距離の整合が生ずる場合にこの化合物への
Ａｓの構成率での成長確率を向上させるものである。本
発明者らの研究は、Ｖ族化合物の組成制御が従来の方法
ではできなかった結果から始まった。
【００２０】ＧａＡｓＰ材料の光学的利用がエミッタや
ディテクタのデバイスに広がるにつれて、Ｖ族の組成制
御がますます重要問題となっている。例を挙げると、例
えば、ＭＱＷ変調器のような光スイッチングの利用の場
合に、ＧａＡｓ1-y Ｐy は引っ張り歪み型のバリヤでこ
れがＧａＡｓ上の圧縮歪み型のＩｎx Ｇａ1-x Ａｓレイ
ヤをバランスさせる。このようなＭＱＷが約０．８６な
いし１．０６μｍの技術的に重要な波長範囲内で動作す
る（ジェイ・イー・カニングハム、ケイ・ダブルュ・グ
ーセン、エム・ウイリアムスおよびダブルュ・ワン・ヤ
ン、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｓ．、第６０巻、７
２７頁、１９９２年、を参照のこと）。
【００２１】格子転位（すなわち、レイヤ界面の格子不
整合）の形成とＭＱＷ機能の破局的損失を回避するため
に、このＶ族の組成をそのＩＩＩ族のそれと同じ精密さ
で制御する必要がある。これらのデバイスで正常に形成
されたエキシトンは０．００１より小さいδｘを必要と
する。しかし、Ｖ族系サブラティスにおけるこのｙの制
御を前述のように立証しなければならない（周知のよう
に、この変数ｙとｘを変えてその化合物の組成を変え
る）。下記の二点を考慮するとｙの入力フラックス変数
から絶対的ｙをその０ないし１の範囲（すなわち、ｙ＝
０→１）で前もって予測する能力が必要である。
【００２２】その第一はこのＶ族化合物系のレイヤ間の
２Ｄ−３Ｄ歪み誘導成長遷移が複雑であること、またそ
の第二は隣接レイヤ間のバリヤの高さと幅を変える必要
が技術的にあること（ジェイ・イー・カニングハム、ケ
イ・ダブリュ・グーセンおよびダブリュ・ワイ・ヤン、
J.Crystal Growth、第１２７巻、１８４頁、１９９３年
を参照のこと）。前節の制約は熱力学的基礎からは問題
にはならないようである。この理由はＡｓ・Ｐ２元化合
物は完全に近い正規溶液特性を示し、またＧａＡｓＰは
ＩＩＩ−Ｖ３元化合物の中で最低温度の混和性の化合物
のためである（ジェイ・シー・フィリップス（J.C.Phil
lips）、“Bonds and Bands in Semiconductors”、ア
カデミック・プレス、ニューヨーク、１９７３年、を参
照のこと）。
【００２３】不都合なことに、ＧａＡｓＰについての文
献はすべてベガードの法則により予測される線形関係か
ら大きく逸れるＶ族構成率での成長特性を示す（エル・
サムエルソン（L.Samuelson）、ピー・オムリング（P.O
mling）、エッチ・タイズ（H.Tize）およびエッチ・ア
ール・グリメス（H.R.Grimmeiss）、Ｊ．Ｐｈｙｓｉｑ
ｕｅ、第４３巻、Ｃ５−ＣＣ３２３、１９８２年および
ティー・ノムラ（T.Nomura）、エッチ・オガサワラ（H.
Ogasawara）、エム・ミヤオ（M.Miyao）およびハギノ
（Hagino）、Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，第１
１１巻、６１頁、１９９１年、を参照のこと）。さら
に、所望の化合物組成を前述の精密さで得るために、Ｖ
族系サブラティス組成物についてはデータ間の相関関係
を求めることはほとんどできない。
【００２４】前述の歪みをバランスさせたＭＱＷはＧａ
ＡｓＰの新しい歪み状態を示すもので、そのためにアニ
オン構成率での成長研究に新規格子を提供する。ここで
本発明者らは、高分解能Ｘ線回折（ＨＲＸＲＤ）、二次
イオン質量分析（ＳＩＭＳ）および低温光ルミネッセン
スを用いて行ったＧａＡｓＰへのＶ族の固体構成率での
成長測定について説明する。本発明者らは、摂氏約４７
０度の低基板温度でＡｓＨ3 とＰＨ3 の熱分解とＧａＡ
ｓＰの堆積を用いるガス・ソース分子線エピタキシャル
成長法（“ガス・ソースＭＢＥ”とも呼ばれる）により
３元レイヤを成長させた。用いた水素化物熱分解装置は
モノマー出力種を主として生成するので、ＧａＡｓＰへ
のＶ族元素の構成率での成長は例えば、以下の報告例の
ような非モノマーの場合よりも単純である。
【００２５】それは、ジェイ・アール・アーサ（J.R・Ar
ther）およびジェイ・エル・ルポア（J.L.Lepore）、
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、６５４５頁
（１９６９）ならびにシー・エッチ・チェン（C.H.Che
n）、ディー・エス・カオ（Ｄ．Ｓ．Ｃａｏ）およびシ
ー・ティー・フォクソン（C.T.Foxon）、ビー・エイ・
ジョイス（B.A.Joyce）およびエム・ティー・ノリス
（M.T.Norris）、Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、
第４９巻、１３２頁（１９８１年）であり、これらを参
照のこと。さらに本発明者らは、ｙ＝０とｙ＝１．０に
近い領域の化合物にＶ族元素の構成率での成長を注意ぶ
かく調べたが、この化合物の二領域は従来無視されてき
た領域である。
【００２６】その結果得られたデータを別個の構成率で
の成長領域に系統付けることが可能で、これはばらばら
に緩和した緩和型格子かまたは弾性的に歪みの有る歪み
型格子かのいずれかの格子に対応する。さらに重要なこ
とであるが、本発明者らは下記の新規な二点から構成率
での成長を取り上げて構成元素の既知量からｙ組成を精
密に予測する方法を発明した。それは、１）その表面上
でアニオン種が二量化すること、および２）ダイマーと
化合物間の結合距離の整合が生じその格子への取り込み
を容易にすることである。具体的に説明すると、本発明
者らは、約２対１のＶ族対ＩＩＩ族の比率でＧａＡｓ上
にＧａＡｓ1-y Ｐy の３元レイヤを成長させた。
【００２７】変動入力ガス流量条件下ｆp ／（ｆAs＋ｆ
p ）のその正規化流量比でデータを収集した。ミラー指
数（４００）を持つその反射線にセットしたＧｅ結晶で
ＣｕＫα 線を単色化するような複結晶散乱の幾何配置
でＨＲＸＲＤを用いてｙを求めた。図２は、この（４０
０）反射線に関するＨＲＸＲＤ走査を示すが、図２のト
レース（ａ），（ｂ）および（ｄ）はＡｓＨ3 の流量を
２．５ｓｃｃｍに固定してＰＨ3 の流量を０．１３、
０．３４および０．５２ｓｃｃｍにそれぞれした場合の
結果である。図２の各トレース（ａ）、（ｂ）および
（ｄ）は、そのＧａＡｓ基板からの２０２で示す（左
側）鋭い反射と右側にシフトした２０４で示すより弱い
３元化合物の反射からできている。
【００２８】この反射間の回折角の分離は、正規化Ｐフ
ラックス比率がより小さい格子定数のＧａＡｓ1-y Ｐy
によるｙの増加するほど増加する。ＰＨ3 流量の増加に
対しこの３元化合物の（４００）回折幅は増加し、一方
振動子開放端の振幅（その加えられた周期変調）を減少
させる。その臨界的な厚みの限度を回避するのに要する
連続的に薄くなる３元レイヤが両方の効果を起こさせる
（前記ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈを参照のこと）。実
際に、動的散乱に基づくモデル・シミュレーションはト
レース（ｄ）に対し１００ａｒｃｓｅｃの３元の半値全
幅を与えるが、これは１２０ａｒｃｓｅｃの実測幅に対
比するものである。この測定に対し市販シミュレーショ
ン・パッケージが利用可能である。
【００２９】本発明者らは、この厚みの薄いレイヤの動
的散乱のためにブラッグの法則の修正を行った（ピー・
エフ・ヒュースタ（P.F.Fewster）およびシー・ジェイ
・カーリング（C.J.Curling）、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．、第６２巻、４１５４頁、１９８７年、を参照のこ
と）。図２のトレース（ｃ）は、トレース（ｂ）の場合
に対するモデル動的散乱シミュレーションの結果であ
る。シミュレーションをしたトレース（ｃ）の結果はブ
ラッグの法則に対する修正が小さい（例えば、約１％）
ことを示す。しかしそれでも、動的散乱によるトレース
（ｂ）の詳しい再現はアニオン化合物の組成制御は非線
形構成率での成長にも拘らずそのカチオンの組成制御に
等しいという始めての証拠を提供した。
【００３０】高Ｐ含量化合物の測定を行うために、本発
明者らは二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による化学プ
ロフィールを用いた。本発明者らはレイヤ構造の研究を
ＧａＡｓ1-y Ｐy レイヤで、各レイヤは５００Ａ（以下
オングストロームの略称とする）の厚みで、ｙを５種類
変動させたレイヤを用いて行った。前記ＧａＡｓ1-yＰy
へのＰの構成率での成長の場合の成長条件と同様の成
長条件を用いてＧａＡｓマトリックスにこの５種類のＧ
ａＡｓ1-y Ｐy レイヤを埋め込んだ。ＳＩＭＳはＯ2 -
ビームを４ｋｅＶに加速して行った。１価にイオン化し
たＡｓＯとＰＯを検出し、図３のトレース（ａ）と
（ｂ）にこれらの出力信号を深さに対してそれぞれプロ
ットした。対応するＶ族ガス流量を図３の底部に表示し
た。
【００３１】図３のトレース（ｂ）から明らかなよう
に、このＰＯ信号つまり３元レイヤのＰ含量はＰＨ3 流
量に比例して増加する。しかし、ＳＩＮＳから絶対的な
ｙを求めることは、実施したスパッタリング当たりのＰ
ＯとＡｓＯの収量の確率が様々であるために問題があ
る。そこで本例では、この種々の収量を変数σとして本
発明者らは取り扱った。図３のトレース（ｃ）は関数ｙ
s ＝ＰＯ／（ＰＯ＋σＡｓＯ）のプロットを示した。こ
こで、ＡｓＯとＰＯはトレースの（ａ）と（ｂ）の縦軸
である。ＨＲＸＲＤのデータを得た場合の流量と同一流
量下で得た組成をｙs が持つようにさせて本発明者らは
σは２．９であることを求めた。図３で、最低のＰ流量
条件を除き、この３元レイヤはその臨界レイヤ厚みをか
なり超過する。したがって、このＳＩＭＳのデータは緩
和型ＧａＡｓＰの構成率での成長の場合に相当した。
【００３２】図４にＧａＡｓ1-y Ｐy へのＰの構成率で
の成長を限定した正規化ガス流量比対Ｐのプロットを示
した。データ点の３つの集まりは、緩和型の曲線１０２
と歪み型の曲線４０８の良く合致した化合物組成を示
す。図４において、このＨＲＸＲＤのデータ点４０２を
丸印で、このＳＩＭＳのデータ点４０４を黒逆三角印
で、およびこのＰＬデータ点４０６を黒菱形印でそれぞ
れ示した。本発明者により始めて入力流量変数（横軸）
の広い範囲にわたり構成率での成長の測定が行われ、ま
たその原点における挙動も完全に認識された。このデー
タは、ＰＨ3 の流量の低い場合にはＰ含量は原点から二
次に増加してＰよりＡｓが優先されるが、ＰＨ3 の流量
の高い場合にはより線形に従いＡｓとＰの構成率での成
長はほぼ同等になる。
【００３３】入射アニオン種はモノマーであり、また脱
着は熱的に抑制されてはいるが、このＶ族の構成率での
成長特性はＩＩＩ族に見られる線形関係（ベガードの法
則）からはまだ離反している。また、この初期の二次依
存性は有機金属化学気相成長法（ＭＣＶＤ）時に見られ
る放物線依存性とは異なる。このＭＣＶＤの結果は、こ
の気相境界レイヤにおけるＡｓ2 とＰ2 の形成が固体構
成率での成長と競合していることを示す（ジー・ビー・
ストリングフェロー（G.B.Stringfellow）、Ｊ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ．Ｍａｔｅｒ．、第１７巻、６７頁、１９８
３年、を参照のこと）。Ｖ族の構成率での成長プロセス
は、ＭＱＷ変調器の作成のためにＧａＡｓ上のＩｎＧａ
Ａｓの歪みをバランスさせるようにＧａＡｓ1-y Ｐy を
用いる場合には変わる。実際に、この相違は大きく予測
不可能で、それは精密な歪みのバランスを前もって得る
ことができない程である。
【００３４】図５は、ｘの０．１１を含む歪みをバラン
スさせたＭＱＷからのＨＲＸＲＤを示す図である。種々
のｙでバランスさせる幾つかの試みの後に、形態的なク
ロス・ハッチング（歪みの逃げ）と２Ｄ−３Ｄの成長モ
ードの変化の両方が生じない条件を求めることが可能で
ある。それにもかかわらず、ＨＲＸＲＤがバランスは不
完全であることを示し、その理由はその超格子の基本衛
星が３００ａｒｃｓｅｃだけこのＧａＡｓ基板反射の左
側に存在するためである。ところが、その正確な位置が
Ｖ族の構成率での成長の正確な尺度ｙを提供する。ま
た、歪みをバランスさせたＭＱＷにより、ＨＲＸＲＤで
測定する場合に、この構成率での成長特性の傾斜の測定
が可能となる。
【００３５】この測定は固定したｘでＶ族の小さい摂動
（δ）を含むＧａＡｓ1-y±δ Ｐy±δ バリヤを用いて
行う。図５の挿入図はこの例を示す。歪みをバランスさ
せたＭＱＷのＰ構成率での成長は緩和型表面に比較し抑
制される。また、歪みはこの構成率での成長特性にさら
に非線形性を誘導した。歪みをバランスさせた超格子に
対する本発明者らの観察したこの構成率での成長特性
は、予想しなかったことであるが、本発明者らのとは異
なる成長条件を用いたＧａＡｓ上の非仮像超格子に対す
る報告結果に類似するものであった（エッチ・キュー・
ホウ（H.Q.Hou）、ビー・ダブリュ・ライング（B.W.Lai
ng）、ティー・ピー・チン（T.P.Chin）およびシー・ダ
ブリュ・ツー（C.W.Tu）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．、第５９巻、２９２頁、１９９１年を参照のこ
と）。
【００３６】実際に、これは偶然の結果であり、という
のは本発明者らの見出だしたのはＧａＡｓ上の非仮像超
格子が本発明者らの条件で成長させた場合に緩和型と歪
みバランス型の表面状態の２限界の間にある構成率での
成長特性を持つものであった。また、本発明者らは、Ｖ
族種の表面二量化が果たす役割をＶ族構成率での成長モ
デルへの物理的基礎として考慮した。この二量化のプロ
セスはＩＩＩ族とＶ族の異なる構成率での成長挙動の直
接的な説明を提供するものである。通常の成長条件下で
アニオンはその表面上で二量化するのに対しカチオンは
二量化しない。ＩＩＩ族種の二量化の不存在により、ベ
ガードの法則の予測するような構成元素に線形に従うカ
チオンの構成率での成長が生ずる。
【００３７】これに対して、Ｖ族の構成率での成長の場
合には、あるＶ族の種がその表面上で二量化する確率は
最も近くに隣接するペアの生ずる頻度に比例する。この
ペアーの確率（ダイマー数）が、これが入射するフラッ
クスの自乗に比例して増加する。結論として、本発明者
らは、緩和型から弾性的な歪み型に変わるにしたがって
その格子とともに変わるようなＧａＡｓＰへのアニオン
構成率での成長を見出だした。また、本発明者らは、そ
のダイマーと格子間の結合距離が合致した場合にＡｓの
構成率での成長確率を向上させるアニオン二量化でその
特性を正確にモデル化した。以上の説明は、本発明の一
実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれ
ば、本発明の種々の変形例が考え得るが、それらはいず
れも本発明の技術範囲に包含される。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたごとく、従来は非線形性のた
めに得ることができなかった所望の化合物組成物を本発
明の方法により精密に製造することができ、製造しよう
とするデバイスの所望の特性、例えば、化合物組成物の
バンドギャップを精密に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＡｓ1-y Ｐy 化合物に対しＰの相対的原子
フラックスの関数としてＰの原子濃度のプロットを示す
図である。
【図２】ＧａＡｓ上のＧａＡｓＰからの高分解能Ｘ線回
折（ＨＲＸＲＤ）を示す図である。
【図３】ＧａＡｓ上のＧａＡｓＰからの二次イオン質量
分析（ＳＩＭＳ）を示す図である。
【図４】ＧａＡｓＰへのアニオンの成長の依存性を示す
図である。
【図５】歪みをバランスさせたマルチ量子井戸（ＭＱ
Ｗ）変調器からのＨＲＸＲＤを示し、さらに挿入図はそ
のｎ＝＋１衛星のブロウアップを示す図である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非線形構成率での成長条件下で構成元素
    ＡとＢから歪の無い半導体化合物組成物（ｃA ）を製造
    する方法において、 （Ａ）この化合物の所望バンドギャップを選択するバン
    ドギャップ選択ステップと、 （Ｂ）前記所望のバンドギャップに基づきこの化合物の
    組成を求める組成決定ステップと、 （Ｃ）構成元素Ａの入力フラックスｆA と構成元素Ｂの
    入力フラックスｆB をそれぞれ求める入力フラックス決
    定ステップと、 （Ｄ）前記入力フラックスを用いて前記組成を得るよう
    にこの化合物を成長させる化合物成長ステップとを有
    し、前記入力フラックスを、式ｃA ＝ｆA2／（ｆA2 ＋
    βｆB 2 ）、で示される前記組成を入力フラックスに関
    係付ける関係式により求めるただし式中のβは、構成元
    素Ｂの周期族のダイマー種の表面数によりｆB の構成率
    での成長を修正する調整パラメタを表す、で示される前
    記組成を入力フラックスに関係付ける関係式により求め
    ることを特徴とする歪の無い化合物半導体組成物の製造
    法。
  2. 【請求項２】 前記選択ステップは、この化合物が特定
    の波長で動作できるように前記所望のバンドギャップを
    選択するステップであることを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記入力フラックスを前記関係式とベガ
    ードの法則の組み合わせにより求めることを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 非線形構成率での成長条件下で歪の無い
    ＧａＡｓ1-y Ｐy 化合物組成物を製造する方法におい
    て、 （Ａ）この化合物の所望バンドギャップを選択するバン
    ドギャップ選択ステップと、 （Ｂ）前記所望バンドギャップに基づきこの化合物の組
    成を求める組成決定ステップと、 （Ｃ）構成元素Ｐの入力フラックスｆP と構成元素Ａｓ
    の入力フラックスｆAsをそれぞれ求める入力フラックス
    決定ステップと、 （Ｄ）前記入力フラックスを用いて前記組成を得るよう
    にこの化合物を成長させる化合物成長ステップと、を有
    し、前記入力フラックスを、式ｙ＝ｆP2／（ｆP2＋βｆ
    As2 ）、ただし式中のβはＶ族半導体のダイマー種の表
    面数によりＡｓの構成率での成長を修正する調整パラメ
    タを表す、で示される前記組成を入力フラックスに関係
    付ける関係式により求めることを特徴とする歪の無いＧ
    ａＡｓ1-y Ｐy 化合物半導体組成物の製造法。
  5. 【請求項５】 前記ステップで、β＝０．８５を設定す
    ることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記化合物成長ステップは、液相エピタ
    キシャル成長法、気相エピタキシャル成長法、分子線エ
    ピタキシャル成長法、ガス・ソース分子線エピタキシャ
    ル成長法、化学ビーム・エピタキシャル成長法、化学気
    相成長法、または有機金属化学気相成長法のいずれかの
    プロセスを用いるステップであることを特徴とする請求
    項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記入力フラックスを前記関係式とベガ
    ードの法則の組み合わせにより求めることを特徴とする
    請求項４に記載の方法。
  8. 【請求項８】 非線形構成率での成長条件下で構成元素
    のＡとＢから歪の有る半導体化合物組成（ｃA ）物を製
    造する方法において、 （Ａ）この化合物の所望バンドギャップを選択するバン
    ドギャップ選択ステップと、 （Ｂ）前記所望バンドギャップに基づきこの化合物の組
    成を求める組成決定ステップと、 （Ｃ）構成元素Ａの入力フラックスｆA と構成元素Ｂの
    入力フラックスｆB をそれぞれ求める入力フラックス決
    定ステップと、 （Ｅ）前記入力フラックスを用いて前記組成を得るよう
    にこの化合物を成長させる化合物成長ステップを有し、 そして、前記入力フラックスを、式ｃA ＝ｆA2／（ｆA2
    ＋ΓｕｆB2）、ただし式中のΓは歪み依存性構成率での
    成長によりｆB の構成率での成長を修正する調整パラメ
    タを表し、ｕは、ｆA ／（ｆA ＋ｆB ）を表す、で示さ
    れる前記組成を入力フラックスに関係付ける関係式によ
    り求めることを特徴とする歪の有る化合物半導体組成物
    の製造法。
JP6240850A 1993-09-13 1994-09-09 化合物半導体組成物の製造法 Pending JPH07183218A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US119685 1980-02-08
US11968593A 1993-09-13 1993-09-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07183218A true JPH07183218A (ja) 1995-07-21

Family

ID=22385750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6240850A Pending JPH07183218A (ja) 1993-09-13 1994-09-09 化合物半導体組成物の製造法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5735950A (ja)
EP (1) EP0643426A3 (ja)
JP (1) JPH07183218A (ja)
CA (1) CA2125212A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3301371B2 (ja) * 1997-05-27 2002-07-15 信越半導体株式会社 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4032951A (en) * 1976-04-13 1977-06-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Growth of iii-v layers containing arsenic, antimony and phosphorus, and device uses
JPS5696884A (en) * 1980-12-12 1981-08-05 Semiconductor Res Found Hetero-junction of 3-5 compound semiconductor
JP2750935B2 (ja) * 1990-03-20 1998-05-18 富士通株式会社 分子線制御方法及び分子線結晶成長装置
US5171399A (en) * 1990-08-15 1992-12-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Reflection mass spectrometry technique for monitoring and controlling composition during molecular beam epitaxy
JPH04192586A (ja) * 1990-11-27 1992-07-10 Pioneer Electron Corp 半導体発光素子
US5231298A (en) * 1991-01-24 1993-07-27 Spire Corporation GaAs device having a strain-free c-doped layer

Also Published As

Publication number Publication date
EP0643426A3 (en) 1997-08-20
EP0643426A2 (en) 1995-03-15
US5735950A (en) 1998-04-07
CA2125212A1 (en) 1995-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7589003B2 (en) GeSn alloys and ordered phases with direct tunable bandgaps grown directly on silicon
WO2005001902A2 (en) Gesn alloys and ordered phases with direct tunable bandgaps grown directly on silicon
WO2004022820A1 (en) Method for achieving device-quality, lattice- mismatched, heteroepitaxial active layers
Wang et al. Characterization of Si/SiGe strained‐layer superlattices grown by ultrahigh vacuum/chemical vapor deposition technique
US5254496A (en) Semiconductor mixed crystal quantum well device manufacture
JPH07183218A (ja) 化合物半導体組成物の製造法
Landgren et al. Influence of the gas switching sequence on the optical properties of ultrathin InGaAs/InP quantum wells
Liu et al. High-quality Ge/Si0. 4Ge0. 6 multiple quantum wells for photonic applications: growth by reduced pressure chemical vapour deposition and structural characteristics
Zaied et al. Atmospheric-pressure metal–organic vapor-phase epitaxy of GaAsBi alloys on high-index GaAs substrates
Juska et al. A study of nitrogen incorporation in pyramidal site-controlled quantum dots
Glowatzki et al. Ga (N, P) Growth on Si and Decomposition Studies of the N–P Precursor Di-tert-butylaminophosphane (DTBAP)
Tran et al. Growth of highly strained InAs/InP heterostructures by metalorganic chemical vapor deposition using tertiarybutylarsine
Joyce Molecular beam epitaxy of semiconductor films—atomic dimension control and the evaluation of crystal growth dynamics
Tsang Modelling of chemical beam epitaxy
Streubel et al. Interface optimization of GaInAs/GaInAsP (λ= 1.3 mm) superlattices by the use of growth interruptions
Hernández-Calderón Layer-by-Layer Growth of Thin Films of Ternary Alloys of II–VI Semiconductors by Submonolayer Pulsed Beam Epitaxy (SPBE)
Li et al. Step-graded InAsP buffer layers with gradient interface grown via metal organic chemical vapor deposition
Takeda et al. Layer structure analysis of Er δ-doped InP by x-ray crystal truncation rod scattering
Chang et al. Nanometer thick Si/SiGe strained‐layer superlattices grown by an ultrahigh vacuum/chemical vapor deposition technique
CA1090480A (en) Method of making a semiconductor device
Strupiński et al. MOVPE strain layers–growth and application
KR920007344B1 (ko) 화합물반도체의 제조방법
Wildt et al. Phosphorus and arsenic incorporation during chemical beam epitaxial growth of strained GaAs 1− x P x layers on GaAs (100) substrates
JPS5984417A (ja) ３−５族混晶半導体装置
An et al. Characterization of InxGa1− xAsInP epilayers by X-ray double crystal rocking curve peak profile analysis