JPS60100422A - 単結晶薄膜周期構造を形成するためのｍｂｅ成長方法 - Google Patents
単結晶薄膜周期構造を形成するためのｍｂｅ成長方法Info
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- JPS60100422A JPS60100422A JP20744783A JP20744783A JPS60100422A JP S60100422 A JPS60100422 A JP S60100422A JP 20744783 A JP20744783 A JP 20744783A JP 20744783 A JP20744783 A JP 20744783A JP S60100422 A JPS60100422 A JP S60100422A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、マイクロ波素子あるいは発光・受光素子とし
て使用する単結晶薄膜周期構造を形成するためのＭＢＥ
成長方法に関する。例えば、第１図に示すような量子井
戸型レーザーにおいては、発光部に数ｌｏＸ〜数１ｏｏ
Ｘ厚の種類の異なる層を交互に、周期的に形成する必要
があり、本発明は、このような構造を形成するためのＭ
ＢＥ成長方法に関する。
て使用する単結晶薄膜周期構造を形成するためのＭＢＥ
成長方法に関する。例えば、第１図に示すような量子井
戸型レーザーにおいては、発光部に数ｌｏＸ〜数１ｏｏ
Ｘ厚の種類の異なる層を交互に、周期的に形成する必要
があり、本発明は、このような構造を形成するためのＭ
ＢＥ成長方法に関する。
（従来技術とその１１旧値点）
第２図は、従来のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体薄膜周期構
造形成のためのＭＢＥ成長方法を説明するための図で、
ＭＢＥ装置の成長室を上から見た概略図で浸る。同様の
概略図は、例えば、特許公報昭５７−１４・７１６０
にも示されており、また、公開特許公報、ＤＥ５ｑ−１
１８９９には、以下に述べる従来技術の問題ン点である
セルシャッターの開閉操作に関する記述が成されている
。さらに、ＭＢＥ成長方法ならびに薄膜周期構造を利用
したデバイスに関する詳細な説明は、日経エレクトロニ
クスｉｃ ３０８ （１９，，８３）（ｂｙ ｗＴ、
Ｔｓａｎｇ ）などに掲載されている。
造形成のためのＭＢＥ成長方法を説明するための図で、
ＭＢＥ装置の成長室を上から見た概略図で浸る。同様の
概略図は、例えば、特許公報昭５７−１４・７１６０
にも示されており、また、公開特許公報、ＤＥ５ｑ−１
１８９９には、以下に述べる従来技術の問題ン点である
セルシャッターの開閉操作に関する記述が成されている
。さらに、ＭＢＥ成長方法ならびに薄膜周期構造を利用
したデバイスに関する詳細な説明は、日経エレクトロニ
クスｉｃ ３０８ （１９，，８３）（ｂｙ ｗＴ、
Ｔｓａｎｇ ）などに掲載されている。
第２図において、■は基板ホルダー、■は基板、■はセ
ルシャッター、■はｍ族原料Ａ（例えハＧａ）■はセル
、■はセルシャッター、■はＡとは種類の異なる■族原
料Ｂ（例えばＡｌ）、■Ｑよセルである。従来のＭＢＥ
成長によるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜周期構造形成にふ
・いては、基板ホルダー■上に保持された基板■は、成
長室内におり）て、セル■ならびにセル■の中心軸の交
わる位置に設置されて成長が行なわれる。そして、セル
■より蒸発した■族原料Ａ■の分子線ならびに、セル■
より蒸発した■族原料Ｂ■の分子線を、それぞれセルシ
ャッター■ならびにセルシャッター■を、交互に所定の
周期で開閉することによって、基板■上に、ｍ族原料Ａ
ならびにＢから成る種類の異なるｍ−ｖ族化合物半導体
薄膜を交互に周期的に形成する。
ルシャッター、■はｍ族原料Ａ（例えハＧａ）■はセル
、■はセルシャッター、■はＡとは種類の異なる■族原
料Ｂ（例えばＡｌ）、■Ｑよセルである。従来のＭＢＥ
成長によるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜周期構造形成にふ
・いては、基板ホルダー■上に保持された基板■は、成
長室内におり）て、セル■ならびにセル■の中心軸の交
わる位置に設置されて成長が行なわれる。そして、セル
■より蒸発した■族原料Ａ■の分子線ならびに、セル■
より蒸発した■族原料Ｂ■の分子線を、それぞれセルシ
ャッター■ならびにセルシャッター■を、交互に所定の
周期で開閉することによって、基板■上に、ｍ族原料Ａ
ならびにＢから成る種類の異なるｍ−ｖ族化合物半導体
薄膜を交互に周期的に形成する。
以上の工程によると、たとえばセルシャッター■＃ｌ開
イている間は、セルシャック−■は閉じられ匹１いるこ
とになる。ところで、一般に［−Ｖ族化ｙ物半導体をＭ
ＢＥ成長する場合、■族原料のセル温度は、通常７００
〜１０００ ’Ｃの高温に加熱されてイル。このため、
セルシャッター■を開Ｖ）でｂ１ル間、セルシャッター
■を閉じることによって、セルシャッター■が加熱され
、またセル温度そのものも、セルシャッターによる外乱
を受ける。セルシャッターが加熱されることにより、セ
ルシャッターから不純物分子が蒸発し、成長している薄
膜内に取り込まれる結果、薄膜の電気特性の劣化を引き
起こす。第３図、第４・図は、上記の内容に関する測定
結果を示したものである。第３原書よ、四電極質量分析
装置を用いて、セルシャッターを閉じた後の、不純ガス
量の変化を調べた結果であり、セルシャッタを閉じた直
後にＨ３Ｏ＋やＣＯ＋の質ｌＪ（ピーク強度が瞬間的で
はあるが増大しており、不純ガス量が増大していること
が分かる。また、第４図は、例えばＩ ｎＧａＡｓ 単
結晶薄膜において得られた結果であるが、薄膜内の残留
不純物ギヤリア濃度が増大するほど電子移動度が減少し
ており、電気特性が劣化していることが分かる。
イている間は、セルシャック−■は閉じられ匹１いるこ
とになる。ところで、一般に［−Ｖ族化ｙ物半導体をＭ
ＢＥ成長する場合、■族原料のセル温度は、通常７００
〜１０００ ’Ｃの高温に加熱されてイル。このため、
セルシャッター■を開Ｖ）でｂ１ル間、セルシャッター
■を閉じることによって、セルシャッター■が加熱され
、またセル温度そのものも、セルシャッターによる外乱
を受ける。セルシャッターが加熱されることにより、セ
ルシャッターから不純物分子が蒸発し、成長している薄
膜内に取り込まれる結果、薄膜の電気特性の劣化を引き
起こす。第３図、第４・図は、上記の内容に関する測定
結果を示したものである。第３原書よ、四電極質量分析
装置を用いて、セルシャッターを閉じた後の、不純ガス
量の変化を調べた結果であり、セルシャッタを閉じた直
後にＨ３Ｏ＋やＣＯ＋の質ｌＪ（ピーク強度が瞬間的で
はあるが増大しており、不純ガス量が増大していること
が分かる。また、第４図は、例えばＩ ｎＧａＡｓ 単
結晶薄膜において得られた結果であるが、薄膜内の残留
不純物ギヤリア濃度が増大するほど電子移動度が減少し
ており、電気特性が劣化していることが分かる。
以上のような、セルシャッターからの不純ガス発生とい
った問題とは別に、セルシャッターを閉じたことに上っ
て、セル温度そのものが揺乱を受ける結果、再度セルシ
ャッター■を開いたときに、ｍ族原料Ｂ■の分子線強度
にオーバーシュートを引き起こす。このことは、凹成原
料Ｂ■から成るｍ−ｖ族化合物半導体薄膜の膜厚ならび
に混晶のφ合には組成制御性を悪くする。第５図、第６
図、一部７図は上記の内容に関する測定結果を■族元素
上してＩｎ＋Ｇａ を有する混晶の場合について示し炎
ものである。第５図は、真空ゲージを用いて、セルシャ
ッターを例えば約３分開閉じた後、再び開いたときのＧ
ａ分子線強度（Ｔｏｒｒ）変化を測定しり結果である。
った問題とは別に、セルシャッターを閉じたことに上っ
て、セル温度そのものが揺乱を受ける結果、再度セルシ
ャッター■を開いたときに、ｍ族原料Ｂ■の分子線強度
にオーバーシュートを引き起こす。このことは、凹成原
料Ｂ■から成るｍ−ｖ族化合物半導体薄膜の膜厚ならび
に混晶のφ合には組成制御性を悪くする。第５図、第６
図、一部７図は上記の内容に関する測定結果を■族元素
上してＩｎ＋Ｇａ を有する混晶の場合について示し炎
ものである。第５図は、真空ゲージを用いて、セルシャ
ッターを例えば約３分開閉じた後、再び開いたときのＧ
ａ分子線強度（Ｔｏｒｒ）変化を測定しり結果である。
セルシャッターを開いた直後に、分子線強度（Ｔｏｒｒ
）がオーバーシュートし、その後本来の分子線強度（Ｔ
ｏｒｒ、） Ｉｔζ安定するまで１〜２分を要すること
が分かる。オーバーシュートの大きさは異なるが、同様
の現象は、Ｉｎ 分子線強度でも観察された。また第６
図は例えば、ＩｎＰ基板上にＩ ｎｘＧａ ］ −ＸＡ
Ｓ 成長したときのＩ ｎＧａＡｓとＩｎＰ基板のし／
ａＩｎＰ巨Δ””ＩｎＧａＡｓ −ａＩｎＰ＋αＩｒ１
ＧａＡｓ はＩ ｎＧａＡｓの格子定数、αＩｎＰはＩ
ｎＰの格子定数）に対するＩｎとＧａの７ラツクス強度
比の影響を示したものである。第５図のＧａ 分子線強
度（Ｔｏｒｒ。）のオーバーシュートは、そのまま第６
図の７ラツクス強度比の制御性の低下につながり、１Δ
ａ／ａＩ−ｒなわちＩｎＧａＡｓｘＡｓ単結晶薄膜の組
成制御性も低下する。現に第５図で示したようなオーバ
シュートの存在する状態でＭＢＥ成艮したＩｎｘＧａ□
−ｘＡｓ層の厚み方向の組成分布をオージェ電子分光（
ＡＥＳ） 分析した結果、第７図に示すように、セルシ
ャッター開放直後、すなわちＩｎｘａａｌ−Ｘ Ａｓ
／ Ｉ ｎＰ基板界面近傍でＩｎとＧａの組成比…勾配
が見られ、組成制御性が悪いことが分かる。
）がオーバーシュートし、その後本来の分子線強度（Ｔ
ｏｒｒ、） Ｉｔζ安定するまで１〜２分を要すること
が分かる。オーバーシュートの大きさは異なるが、同様
の現象は、Ｉｎ 分子線強度でも観察された。また第６
図は例えば、ＩｎＰ基板上にＩ ｎｘＧａ ］ −ＸＡ
Ｓ 成長したときのＩ ｎＧａＡｓとＩｎＰ基板のし／
ａＩｎＰ巨Δ””ＩｎＧａＡｓ −ａＩｎＰ＋αＩｒ１
ＧａＡｓ はＩ ｎＧａＡｓの格子定数、αＩｎＰはＩ
ｎＰの格子定数）に対するＩｎとＧａの７ラツクス強度
比の影響を示したものである。第５図のＧａ 分子線強
度（Ｔｏｒｒ。）のオーバーシュートは、そのまま第６
図の７ラツクス強度比の制御性の低下につながり、１Δ
ａ／ａＩ−ｒなわちＩｎＧａＡｓｘＡｓ単結晶薄膜の組
成制御性も低下する。現に第５図で示したようなオーバ
シュートの存在する状態でＭＢＥ成艮したＩｎｘＧａ□
−ｘＡｓ層の厚み方向の組成分布をオージェ電子分光（
ＡＥＳ） 分析した結果、第７図に示すように、セルシ
ャッター開放直後、すなわちＩｎｘａａｌ−Ｘ Ａｓ
／ Ｉ ｎＰ基板界面近傍でＩｎとＧａの組成比…勾配
が見られ、組成制御性が悪いことが分かる。
また、第７図は同じ（ＩｎＰ基板」二に’ ｎＱ、５３
Ｇａｏ、ａ ｔ Ａ ５−成長したときの■族（Ｇａ
、Ｉｎ）分子線強度（Ｔｏｒｒ、）と成長速度（μｍ／
ｈｒ、）との相関性について、得られた実験結果を示し
たものである。第５図の場合では、オーバーシュートに
より、Ｇａ分子線強度（Ｔｏｒｒ、）は、本来の強度の
約１．２〜１．４・倍にまで」１昇しており、また、Ｉ
ｎ 分子線強度（Ｔｏｒｒ、）においてもオーバーシュ
ートが観測されていることから、第８図のＧａ＋Ｉｎ
ビーム強度も、］、、２− ］、、４．倍以上０値とな
り、成長速度も１．２〜１．４倍以上になる。このよう
に、セルシャッターを開いた直後においては、成長速度
が設計値よりも大きくなっており、このことは、薄膜の
厚み制御性を劣化させる。このように第１図に示すよう
な従来のＩ−Ｖ族化合物半導体薄膜周期構造形成のため
のＭＢＥ成長方法においては、セルシャッターの開閉ニ
よって■成分子線の切り換えを行なうことにより、不純
ガスの発生、分子線強度の揺乱を引き起こすことになり
、このため薄膜の電気的特性を劣化させ、また膜厚や、
あるいは混晶の場合には組成制御性に悪影響を及ぼし、
薄膜周期構造を形成した際の奨ト発明の目的は、前述の
セルシャッターノ開閉入拝なって生じるトｖ族化合物半
導体薄膜周期構造の電気特性劣化ならびに周期性劣化を
低減するＭＢＥ成長方法を提供することである。
Ｇａｏ、ａ ｔ Ａ ５−成長したときの■族（Ｇａ
、Ｉｎ）分子線強度（Ｔｏｒｒ、）と成長速度（μｍ／
ｈｒ、）との相関性について、得られた実験結果を示し
たものである。第５図の場合では、オーバーシュートに
より、Ｇａ分子線強度（Ｔｏｒｒ、）は、本来の強度の
約１．２〜１．４・倍にまで」１昇しており、また、Ｉ
ｎ 分子線強度（Ｔｏｒｒ、）においてもオーバーシュ
ートが観測されていることから、第８図のＧａ＋Ｉｎ
ビーム強度も、］、、２− ］、、４．倍以上０値とな
り、成長速度も１．２〜１．４倍以上になる。このよう
に、セルシャッターを開いた直後においては、成長速度
が設計値よりも大きくなっており、このことは、薄膜の
厚み制御性を劣化させる。このように第１図に示すよう
な従来のＩ−Ｖ族化合物半導体薄膜周期構造形成のため
のＭＢＥ成長方法においては、セルシャッターの開閉ニ
よって■成分子線の切り換えを行なうことにより、不純
ガスの発生、分子線強度の揺乱を引き起こすことになり
、このため薄膜の電気的特性を劣化させ、また膜厚や、
あるいは混晶の場合には組成制御性に悪影響を及ぼし、
薄膜周期構造を形成した際の奨ト発明の目的は、前述の
セルシャッターノ開閉入拝なって生じるトｖ族化合物半
導体薄膜周期構造の電気特性劣化ならびに周期性劣化を
低減するＭＢＥ成長方法を提供することである。
以下に図面を参照して、本発明について詳細に説明する
。
。
第９図、第１０図、第１１図は、本発明のＭＢＥ成長方
法の実施例を説明するための図で、成長室を上から見た
図である。第９図〜第１１図にＪ、−いては、成長室内
のｍ成分子線相互の混合を防ぐために、仕切り板を設け
ており、第９図では、回転軸■を中心にして、基板ホル
ダー■を公転きせることによって、セル０ならびにセル
［相］側の間を交互に一基板［相］を移動させる。この
際、基板ホルダーの公転軌道が仕切り板■と交わる部分
には、ちょうど基板ホルダーが通過できるだけの切れ込
みが入っている。また第１０図では、仕切り板０と基板
［相］との間隙を５胆以内にして、基板ホルダー〇をセ
ル＠ならびにセルの側の間で往復運動させる。
法の実施例を説明するための図で、成長室を上から見た
図である。第９図〜第１１図にＪ、−いては、成長室内
のｍ成分子線相互の混合を防ぐために、仕切り板を設け
ており、第９図では、回転軸■を中心にして、基板ホル
ダー■を公転きせることによって、セル０ならびにセル
［相］側の間を交互に一基板［相］を移動させる。この
際、基板ホルダーの公転軌道が仕切り板■と交わる部分
には、ちょうど基板ホルダーが通過できるだけの切れ込
みが入っている。また第１０図では、仕切り板０と基板
［相］との間隙を５胆以内にして、基板ホルダー〇をセ
ル＠ならびにセルの側の間で往復運動させる。
この場合にも基板ホルダーが通過できるだけの切れ込み
が仕切り板０に入っている。第９図、第１０図に示すよ
うに、仕切り板によって■成分子線相互の基板位置での
混合を防ぐことができ、また基板をすみやかに仕切り板
の左右に移動させることコ士できる。また第１１図では
仕切り板Ｏと基板＠」の間隙を２ ｍｘ以内にして、仕
切り板＠が基板ホＪゝＪ−ｙ−＠の中央に配置されてお
り、この状態で１、引叫板ホルダーのを、回転軸のを中
心にして自転運：暑させることによって、基板＠上に■
族原料Ａ［株］ム−らなるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜と
、■族原料Ｂ＠からなるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜が、
交互に周期的に形成される。第９図〜第１１図において
、■−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造の周期は、
それぞれ公転運動周期、往復運動周期、自転運動周期を
変えることによって、簡単に変更することができる。ま
た、■族原料Ａからなる■−Ｖ族化合物半導体薄膜と、
■族原料Ｂからなるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜の膜厚の
比は、あらかじめ各々のセル温度を調整して、■族原料
Ａと■族原料Ｂの分子線強度比を変えることによって、
簡単に変更することができる。
が仕切り板０に入っている。第９図、第１０図に示すよ
うに、仕切り板によって■成分子線相互の基板位置での
混合を防ぐことができ、また基板をすみやかに仕切り板
の左右に移動させることコ士できる。また第１１図では
仕切り板Ｏと基板＠」の間隙を２ ｍｘ以内にして、仕
切り板＠が基板ホＪゝＪ−ｙ−＠の中央に配置されてお
り、この状態で１、引叫板ホルダーのを、回転軸のを中
心にして自転運：暑させることによって、基板＠上に■
族原料Ａ［株］ム−らなるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜と
、■族原料Ｂ＠からなるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜が、
交互に周期的に形成される。第９図〜第１１図において
、■−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造の周期は、
それぞれ公転運動周期、往復運動周期、自転運動周期を
変えることによって、簡単に変更することができる。ま
た、■族原料Ａからなる■−Ｖ族化合物半導体薄膜と、
■族原料Ｂからなるｍ−ｖ族化合物半導体薄膜の膜厚の
比は、あらかじめ各々のセル温度を調整して、■族原料
Ａと■族原料Ｂの分子線強度比を変えることによって、
簡単に変更することができる。
第９図〜第１１図に示すような本発明による薄膜周期構
造の成長方法では、セルシャッターは常に開放状態にあ
り、成長を終了するときのみ、セルシャッターを閉じれ
ば良い。この結果、セルシャッター・の開閉を周期的に
行なう従来のＭＢＥ成長方法で問題になる、不純ガスの
発生や分子線強度の揺乱が成長途中において全く起こら
なくなり、含有不純物量の少ない、かつ周期性の良い、
［１−ｖ族化合物半導体薄膜周期構造を形成することが
できる。
造の成長方法では、セルシャッターは常に開放状態にあ
り、成長を終了するときのみ、セルシャッターを閉じれ
ば良い。この結果、セルシャッター・の開閉を周期的に
行なう従来のＭＢＥ成長方法で問題になる、不純ガスの
発生や分子線強度の揺乱が成長途中において全く起こら
なくなり、含有不純物量の少ない、かつ周期性の良い、
［１−ｖ族化合物半導体薄膜周期構造を形成することが
できる。
法におけるガス流の方向性よりも著しく良いと考えられ
、ゆえに第９図〜第１１図に示すように、同一平面上で
連続的に基板を公転あるいは自転運動させるという機構
は、ＶＰＥ成長方法ではとり得ない。すなわち、ＶＰＥ
成長方法ではガスの横方向への拡散が、ＭＢＥ成長にお
ける分子の場合に比べて太きいために、仕切り板と基板
との間隙でのガス流相互の混合も大きくなる。現に現在
のＶＰＥ成長にふ・ける二成長室法では、１つの成長室
内での成長が終われば、一旦その成長室から基板を引き
抜いた後、基板を公転させて、次の成長室内に挿入する
という操作を行なっており、真に成長室出目部分での成
長ではない。このような操作に比べて、本発明のＭＢＥ
成長方法においては、基板の引き抜きや挿入といったこ
とが不要となり、操作性が著しく簡単化し、このことは
成長層の良好な連続性、周期性を得ることを容易にする
。
、ゆえに第９図〜第１１図に示すように、同一平面上で
連続的に基板を公転あるいは自転運動させるという機構
は、ＶＰＥ成長方法ではとり得ない。すなわち、ＶＰＥ
成長方法ではガスの横方向への拡散が、ＭＢＥ成長にお
ける分子の場合に比べて太きいために、仕切り板と基板
との間隙でのガス流相互の混合も大きくなる。現に現在
のＶＰＥ成長にふ・ける二成長室法では、１つの成長室
内での成長が終われば、一旦その成長室から基板を引き
抜いた後、基板を公転させて、次の成長室内に挿入する
という操作を行なっており、真に成長室出目部分での成
長ではない。このような操作に比べて、本発明のＭＢＥ
成長方法においては、基板の引き抜きや挿入といったこ
とが不要となり、操作性が著しく簡単化し、このことは
成長層の良好な連続性、周期性を得ることを容易にする
。
次に、本発明のＭＢＥ成長方法の内、第１１図に示す方
法を用いて作製したｍ−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周
期構造に関する、成長実験条件の詳細を示す。第１１図
と同様の方法において、仕切り板＠で隔てられた両側で
、それぞれ２本（ＩｎとＧａ）−゛旧つセルを設け、組
成の異なるＩｎ）（Ｇａｌ−ＸＡｓ （Ｉｎｏｚ。
法を用いて作製したｍ−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周
期構造に関する、成長実験条件の詳細を示す。第１１図
と同様の方法において、仕切り板＠で隔てられた両側で
、それぞれ２本（ＩｎとＧａ）−゛旧つセルを設け、組
成の異なるＩｎ）（Ｇａｌ−ＸＡｓ （Ｉｎｏｚ。
”：’Ｇ’Ｊ’ｊ、５ｏ ＡｓとＩ ｎ Ｏ，５ａ Ｇ
ａ Ｏ，４４Ａｓ ）が交互に形成できるよ−（ｑ：ｊ
に、各セル温度を調整した。そして、基板■としてＩｎ
Ｐ基板を用い、自転運動の周期は、３．５ ｒｐｍとし
た。この条件で、６０ｍ１ｎ の成長を行ない、成長後
、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎｏ、５ｏＧａｏ５ｏＡ
ｓとＩ ｎ Ｏ，５６Ｇａ Ｑ、４４ Ａｓによる単結
晶薄膜周期構造全体の厚みを精密測定した結果、１．９
０μｍであった。このことから、基板の自転運動の１回
転（１周期）に対応した厚みは、約９ＯＡ であること
が算出される。一方、第１２図は、このようにして作製
した周期構造について、Ｘ線回折測定したときのスペク
トルを示したものである。２θ＝６２．８５２らひに２
θ＝６２．９５付近に見られる各ビークは、ＩｎＰ基板
のＣｕＫα１．ＣｕＫα２ ビークとその上に形成した
ｌｎＯ，ｓ。
ａ Ｏ，４４Ａｓ ）が交互に形成できるよ−（ｑ：ｊ
に、各セル温度を調整した。そして、基板■としてＩｎ
Ｐ基板を用い、自転運動の周期は、３．５ ｒｐｍとし
た。この条件で、６０ｍ１ｎ の成長を行ない、成長後
、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎｏ、５ｏＧａｏ５ｏＡ
ｓとＩ ｎ Ｏ，５６Ｇａ Ｑ、４４ Ａｓによる単結
晶薄膜周期構造全体の厚みを精密測定した結果、１．９
０μｍであった。このことから、基板の自転運動の１回
転（１周期）に対応した厚みは、約９ＯＡ であること
が算出される。一方、第１２図は、このようにして作製
した周期構造について、Ｘ線回折測定したときのスペク
トルを示したものである。２θ＝６２．８５２らひに２
θ＝６２．９５付近に見られる各ビークは、ＩｎＰ基板
のＣｕＫα１．ＣｕＫα２ ビークとその上に形成した
ｌｎＯ，ｓ。
Ｇａｏ５ｏＡｓ＋Ｉｎｏ、５ａＧａｏ、１４Ａｓによる
単結晶薄膜周期構造の０次ピークのＣｕＫα１．ＣｕＫ
α２ ビークがそれぞれ重なったものである。さらＶζ
、２θ＝６１．７ ならびに２θ二６４ｄ 付近に見ら
れるそれぞれ２本のビークは、周期構造が規則正しく形
成されている場合にのみ現れるサイドバンドビーク（±
１次）の、それぞれＣｕＩｋ １ｒ ＣｕＫα２ ビー
クに対応する。このサイドバンドピークと、０次ピーク
の角度差から、周期構造の実際の周期が測定でき、第」
２図の場合、約８７Ａ である。この値は、先に算出し
た自転周期に対応する値９ＯＡ と、測定誤差範囲内で
自ズ一致している。
単結晶薄膜周期構造の０次ピークのＣｕＫα１．ＣｕＫ
α２ ビークがそれぞれ重なったものである。さらＶζ
、２θ＝６１．７ ならびに２θ二６４ｄ 付近に見ら
れるそれぞれ２本のビークは、周期構造が規則正しく形
成されている場合にのみ現れるサイドバンドビーク（±
１次）の、それぞれＣｕＩｋ １ｒ ＣｕＫα２ ビー
クに対応する。このサイドバンドピークと、０次ピーク
の角度差から、周期構造の実際の周期が測定でき、第」
２図の場合、約８７Ａ である。この値は、先に算出し
た自転周期に対応する値９ＯＡ と、測定誤差範囲内で
自ズ一致している。
”以ＩＬのことから、１周期９０久 という極めて微細
−を―期構造が、極めて規則正しく形成されているｔＦ
とが分かる。第１１図の成長方法においては、調板の自
転速度をさらに大きくすることは極めて障易をことであ
り、このことは、さらに微細な単結晶薄膜周期構造を形
成する−ことが容易であ”ることを意味する。また、上
記の成長条件において、仕切り板Ｏで隔てられた片側の
みのセルを用いて、あえてＩｎｘＧａ１−ｘＡｓの一層
成長を行なった試料について厚み方向の組成分布をＡＥ
Ｓ分析した結果、第１８図に示すように、 ＩｎｘＧａ
１−ｘＡｓ／ＩｎＰ 基板界面近傍での組成比の勾配が
゛第７図に比べて著しく改善され、組成分布が均一にな
っている。このことから、本発明の成長方法を用いると
、セルシャッターの開閉に伴なう分子線強度の揺乱を解
消でき、組成制御性を著しく向上できることが分かる。
−を―期構造が、極めて規則正しく形成されているｔＦ
とが分かる。第１１図の成長方法においては、調板の自
転速度をさらに大きくすることは極めて障易をことであ
り、このことは、さらに微細な単結晶薄膜周期構造を形
成する−ことが容易であ”ることを意味する。また、上
記の成長条件において、仕切り板Ｏで隔てられた片側の
みのセルを用いて、あえてＩｎｘＧａ１−ｘＡｓの一層
成長を行なった試料について厚み方向の組成分布をＡＥ
Ｓ分析した結果、第１８図に示すように、 ＩｎｘＧａ
１−ｘＡｓ／ＩｎＰ 基板界面近傍での組成比の勾配が
゛第７図に比べて著しく改善され、組成分布が均一にな
っている。このことから、本発明の成長方法を用いると
、セルシャッターの開閉に伴なう分子線強度の揺乱を解
消でき、組成制御性を著しく向上できることが分かる。
本発明では、不純ガス発生ならびに分子線強度揺乱の問
題を解消できることがその主たる効果であるが、第８図
と類似の方法を用いて、例えば第１４１図に示す様に、
回転軸Ｏに対して、複数個の基板ホルダー（第１２図で
は、［相］と■）を取りつけ、同一方向に基板ホルダー
を公転運動させれば、同一周期の単結晶薄膜周期構造を
有した基板ウェハーを、１回の成長で複数枚得ることが
できるようになり、量産性も向上できるという効果も期
待できる。
題を解消できることがその主たる効果であるが、第８図
と類似の方法を用いて、例えば第１４１図に示す様に、
回転軸Ｏに対して、複数個の基板ホルダー（第１２図で
は、［相］と■）を取りつけ、同一方向に基板ホルダー
を公転運動させれば、同一周期の単結晶薄膜周期構造を
有した基板ウェハーを、１回の成長で複数枚得ることが
できるようになり、量産性も向上できるという効果も期
待できる。
（発明の効果）
本発明の効果は、分子線相互間に仕切り板を設けること
により、分子線相互の混合を防ぎ、各セルシャッターを
常に開放した状態で、基板に対して、公転、往復、自転
の各運動をさせることによ肩１、セルシャッターからの
不純ガス発生ならびにく１分子線強度の揺乱を解消する
ことができ、そ偶！ｉ果、著しく周期性が良く、かつ微
細な単結晶薄膜周期構造を簡単に形成することができる
ことである。
により、分子線相互の混合を防ぎ、各セルシャッターを
常に開放した状態で、基板に対して、公転、往復、自転
の各運動をさせることによ肩１、セルシャッターからの
不純ガス発生ならびにく１分子線強度の揺乱を解消する
ことができ、そ偶！ｉ果、著しく周期性が良く、かつ微
細な単結晶薄膜周期構造を簡単に形成することができる
ことである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、量子井戸型レーザーの概略図、第２図は、ｍ
−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造を形成するため
の従来のＭＢＥ成長方法を説明するための図、第８図は
、セルシャッターからの不純ガス発生に関する測定結果
、第４・図は、Ｉｎｏ５ｓＧａＯ，４７Ａｓ単結晶薄膜
の残留不純物キャリア濃度と電子移動度との関係につい
ての測定結果、第５図は、セルシャッター開放直後にお
ける分子線強度オーバーシュートに関する測定結果、第
６図は、Ｉ”ｎｘＧａｌ−）ｃＡｓ組成と、ｍ族（Ｉｎ
とＧａ）分子線強度比との関係についての測定結果、第
７図は、ＩｎＸＧａ１．、−ｘＡｓ 層の厚み方向にお
けるＡＥＳ分析結果、第８図は、Ｉｎｏ、５ｓＧａｏ、
４７Ａｓ単結晶薄膜の成長速度と、ｍ族（Ｇａ＋Ｉｎ）
分子線強度との関係についての測定結果、第９図〜第１
１図は、本発明のＭＢＥ成長方法を説明するための図、
第１２図は、本発明のＭＢＥ成長方法によって作製した
単結晶薄膜周期構造に関するＸ線回折測定結果、第１３
図は、ＩｎｘＧａｒｘＡｓ 層の、厚み方向におけるＡ
ＥＳ分析結果、第１４図は、第９図の成長方法の応用例
をそれぞれ説明する図である。 ■Ｐ型ＧａＡｓ ■Ｐ型Ｇａｘ ＡＡ’ ｌ −Ｘ Ａｓ−〇ノンドープ
Ｇａ、Ａｓ ウェル １陸ノンドープＧａｘ ｋｌ ｌ−Ｘ Ａｓバリヤ、＃
ｇ）ｎ型、Ｇａｘ ＡＡ’ １−ｘＡｓｃｌｎ型Ｇａ
Ａｓ ■、■、■、■、■、［相］：基板ホルダ■、■、［相
］、［相］、■、［相］：基 板■、■二七ルセルッタ
ー ■、Ｏ１［相］、［相］、［相］：原料Ａ■、■、■ｌ
＠１１＠ｌ＠ｌ［相］、■、［相］、■、セル ■、■、Ｏ２［相］、［相］：原料Ｂ ■、［相］、［相］二回転軸 ＠、［相］、ｏ、［相］：仕切り板 特許出願人 工業技術院長 用田裕部 第１図 第２図 竿３図 キャリア紐 （ｃｍ−３〕 第４図 芹５図 Ｆ／ＩＪＸ Ｒａｆｉｏ ： Ｆｔｎ／Ｆｅａ第６＠ −ＪＦ［１ ０ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｃｍ２ｎ）ＣＴＱ２
Ｏｓ力０００Ａ／ｍｉｎ、１等７固 Ｇａ＋Ｉｎビーム’ｊ＆ｌｌ （ＸＩＯ７ｏｒｒ、）弗
８図 ２（） 第１２ 図 ＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＴｉｍｅ（ｍｔ’ｎ）（Ｔａ２０
ｓ／ｌ００ｏＡ／ｒｎｉｎ、）第１３図 第１４図
−ｖ族化合物半導体単結晶薄膜周期構造を形成するため
の従来のＭＢＥ成長方法を説明するための図、第８図は
、セルシャッターからの不純ガス発生に関する測定結果
、第４・図は、Ｉｎｏ５ｓＧａＯ，４７Ａｓ単結晶薄膜
の残留不純物キャリア濃度と電子移動度との関係につい
ての測定結果、第５図は、セルシャッター開放直後にお
ける分子線強度オーバーシュートに関する測定結果、第
６図は、Ｉ”ｎｘＧａｌ−）ｃＡｓ組成と、ｍ族（Ｉｎ
とＧａ）分子線強度比との関係についての測定結果、第
７図は、ＩｎＸＧａ１．、−ｘＡｓ 層の厚み方向にお
けるＡＥＳ分析結果、第８図は、Ｉｎｏ、５ｓＧａｏ、
４７Ａｓ単結晶薄膜の成長速度と、ｍ族（Ｇａ＋Ｉｎ）
分子線強度との関係についての測定結果、第９図〜第１
１図は、本発明のＭＢＥ成長方法を説明するための図、
第１２図は、本発明のＭＢＥ成長方法によって作製した
単結晶薄膜周期構造に関するＸ線回折測定結果、第１３
図は、ＩｎｘＧａｒｘＡｓ 層の、厚み方向におけるＡ
ＥＳ分析結果、第１４図は、第９図の成長方法の応用例
をそれぞれ説明する図である。 ■Ｐ型ＧａＡｓ ■Ｐ型Ｇａｘ ＡＡ’ ｌ −Ｘ Ａｓ−〇ノンドープ
Ｇａ、Ａｓ ウェル １陸ノンドープＧａｘ ｋｌ ｌ−Ｘ Ａｓバリヤ、＃
ｇ）ｎ型、Ｇａｘ ＡＡ’ １−ｘＡｓｃｌｎ型Ｇａ
Ａｓ ■、■、■、■、■、［相］：基板ホルダ■、■、［相
］、［相］、■、［相］：基 板■、■二七ルセルッタ
ー ■、Ｏ１［相］、［相］、［相］：原料Ａ■、■、■ｌ
＠１１＠ｌ＠ｌ［相］、■、［相］、■、セル ■、■、Ｏ２［相］、［相］：原料Ｂ ■、［相］、［相］二回転軸 ＠、［相］、ｏ、［相］：仕切り板 特許出願人 工業技術院長 用田裕部 第１図 第２図 竿３図 キャリア紐 （ｃｍ−３〕 第４図 芹５図 Ｆ／ＩＪＸ Ｒａｆｉｏ ： Ｆｔｎ／Ｆｅａ第６＠ −ＪＦ［１ ０ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｃｍ２ｎ）ＣＴＱ２
Ｏｓ力０００Ａ／ｍｉｎ、１等７固 Ｇａ＋Ｉｎビーム’ｊ＆ｌｌ （ＸＩＯ７ｏｒｒ、）弗
８図 ２（） 第１２ 図 ＳｐｕｔｔｅｒｉｎｇＴｉｍｅ（ｍｔ’ｎ）（Ｔａ２０
ｓ／ｌ００ｏＡ／ｒｎｉｎ、）第１３図 第１４図
Claims (1)
- ’３’ｌ”：’ｅｔＩ（１）ＭＢＥ成長によるｍ−ｖ族
化合物半導体単結晶ｉμ冊膜周期構造の形成方法におい
て、■成分子線相（１間に仕切り板を設けることによっ
て、■成分子線相互の混合を防ぎ、かつ、基板ホルダー
全体を公転または往復運動させることによって、仕仕り
板で隔てられた■成分子線相互間を移動させるか、また
は、基板ホルダーの中央部に仕切り板が配置されている
ような状態において基板ホルダーを自転運動させること
によって連続的に成長させることを特徴とする、単結晶
薄膜周期構造を形成するためのＭＢＥ成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20744783A JPS60100422A (ja) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | 単結晶薄膜周期構造を形成するためのｍｂｅ成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20744783A JPS60100422A (ja) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | 単結晶薄膜周期構造を形成するためのｍｂｅ成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60100422A true JPS60100422A (ja) | 1985-06-04 |
Family
ID=16539919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20744783A Pending JPS60100422A (ja) | 1983-11-07 | 1983-11-07 | 単結晶薄膜周期構造を形成するためのｍｂｅ成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60100422A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6261315A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-18 | Sharp Corp | 分子線エピタキシ−装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56107550A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-26 | Fujitsu Ltd | Molecular beam crystal growing process |
| JPS5844776A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-15 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池の製造装置 |
| JPS58197272A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-16 | Toshiba Corp | スパツタリング装置 |
-
1983
- 1983-11-07 JP JP20744783A patent/JPS60100422A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56107550A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-26 | Fujitsu Ltd | Molecular beam crystal growing process |
| JPS5844776A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-15 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | アモルフアスシリコン太陽電池の製造装置 |
| JPS58197272A (ja) * | 1982-05-12 | 1983-11-16 | Toshiba Corp | スパツタリング装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6261315A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-18 | Sharp Corp | 分子線エピタキシ−装置 |
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