JPS60145998A - Mbe成長方法 - Google Patents

Mbe成長方法

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JPS60145998A
JPS60145998A JP52484A JP52484A JPS60145998A JP S60145998 A JPS60145998 A JP S60145998A JP 52484 A JP52484 A JP 52484A JP 52484 A JP52484 A JP 52484A JP S60145998 A JPS60145998 A JP S60145998A
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thin film
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substrate
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Hideki Hayashi
秀樹 林
Yuichi Matsui
松居 祐一
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B23/00Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02Epitaxial-layer growth

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 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10人〜数100
人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。
(従来技術とその問題点) 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ある。同様の
概略図は、例えば、特許公報昭57−47160にも示
されており、また、公開特許公報昭57−11899に
は、以下に述べる従来技術の問題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、M
BE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/% 3
08.(1983)(by W、 T、 Tsang)
 2どに掲載されている。
、讐2図において、1は基板ホルダー、2は基板、(r
l!Ii別セルシキセルシャフタ−■族原料A(例えば
Ga)従来のMBE成長にょる■−v族化合物半導体薄
膜周期構造形成においては、基板ホルダーl上に保持さ
れた基板2は、成長室内において、セル5ならびにセル
8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5より蒸発したnI族原料A4の分子線
ならびに、セル8より蒸発した■族原料B7の分子線を
、それぞれセルシャック−3ならびにセルシャンク−6
を、交互に所定の周期で開閉することによって、基板2
上に、III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ク−3を開い
ている間は、セルシャンク−6は閉じられていることに
なる。ところで、一般にH−v族化合物半導体をMBE
成長する場合、■族原料のセル温度は、通常700〜1
000℃ の高温に加熱されている。このため、セルシ
ャック−3を開いている間、セルシャック−6を閉じる
ことによって、セルシャック−6が加熱され、またセル
温度そのものも、セルシャンク−による外乱を受ける。
セルシャック−が加熱されることにより、セルシャ1i
tlツタ−から不純物分子が蒸発し、成長している薄っ
膜内に取り込まれる結果、薄膜の電気特性の劣化′番引
き起こす。第8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図は、四重極質量分析装
置を用いて、セルシャック−を閉じた後の、不純ガス量
の変化を調べた結果であり、セルシャック−を閉じた直
後にH3O+やCO+の質量ピーク強度が瞬間的ではあ
るが増大してふ・す、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
物キャリア濃度が増大するほど電子移動度が減少してお
り、電気時牲亦劣化していることが分かる。
以上のような、セルシャック−からの不純ガス発生とい
った問題とは別に、セルシャック−を閉じたことによっ
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6を開いたときに、■族原料B7の分子線強度
にオーバーシーートを引き起こす。このことは、■族原
料B7がら成るnI −V族化合物半導体薄膜の膜厚な
らびに混晶の場合には組成制御性を悪くする。第5図、
第6図、第7図は上記の内容に関する測定結果4m族元
素としてIn・Gaを有する混晶の場合について示した
ものである。第5図は、真空ゲージを用いて、セールシ
ャック−を例えば約3分開閉じた後、再び開゛k(たと
きGa分子線強度(Torr)変化を測定した結果1で
ある。セルシャッターを開いた直後に、分子線強度’(
Torr)がオーバーシーートし、その後本来の分子線
強度(Torr−)に安定するまで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1nxGa1−xAs成長
したときのInGaA″SとInP基板の1△a/al
nP巨Δ”=InGaAs ’InP+ ’InGaA
sはI nGaAsの格子定数、’InPはInP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(Tor
r)のオーバーシュートは、そのまま第6図のフランク
ス強度比の制御性の低下につながり、1Δa/alすな
わちInxGa、−xAs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ーートの存
在する状態でMBE成長したI n)HGa 、−xA
s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、セルシャック−
開放直後、すなわちInxGa1−xAs/InP基板
界面近傍でInとGaの組成比に勾配が見られ、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Ino、is GaG、47 As 成長し
たときのIII族(Ga、 In )分子線強度(To
rr、)と成長速度(μm/h r、 )との相関性、
烏ついて、得られた実験結果を示したものである。
/+F’5図の場合では、オーバーシーートにより、G
a璽子線強度(Torr、)は、本来の強度の約12〜
14倍渠まで上昇しており、また、In分子線強度(T
orr、)においてもオーバーシーートが観測されてい
ることから、第8図のGa 十Inビーム強度も、1.
2〜144倍以上の値となり、成長速度も1.2〜14
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Ill −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によって■族分子線の切り
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
際の周期性劣化を引き起こすという欠点を有する。
(発明の構成) 本発明の目的は、前述のセルシャンク−の開閉に伴なっ
て生じるl1l−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
軸17 の回りに回転しておりちょうどJ4・、15の
位置を通るようになっている。従って基板】8]−には
14の位置でTJI族分子AよりなるHI −v族半導
体薄膜が、15の位置では■族分子BよりなるIII 
−V族半導体薄膜が成長することになり、基板ホルダー
が回転しているためこれらの半導体薄膜が交互に積層成
長することになる。例えば■族元素にAs。
■族元素A、BにそれぞれIn、Gaを用いればInA
s−GaAsの積層多層構造が形成できる。
第9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、基板ホルダーの回転速度を変えることに
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m−v族化合物半導体薄膜と、■族原料Bから
なるtn−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、セルシャッターの聞手導体薄膜周期構造を形成
することができる。
本発明では、不純ガス発生ならびに分子線強度比乱の問
題を解消できることがその主たる効果であるが、例えば
、第9図において複数個の基板ホルダーを取りつけ、同
一方向に基板ホルダーを回転運動させるか、または領域
14.15を含む大きな基板ホルダーを設け、これに複
数枚の基板をはりつけ基板ホルダーを自転させれば、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、成長室内に穴のあいたマスクを設ける
ことにエリ、各セルシャンク−を常に開放した状態で、
基板ホルダーを回転運動をさせることによって、セルシ
ャンク−からの不純ガス発生ならびに、分子線強度の揺
乱を解消することができ、その結果、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】
−あための図、第3図は、セルシャンク−からの不純ガ
ス発生に関する測定結果、第4図は、In0.53Ga
O,4? As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、InxGa1−xA
s組成と、■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、”XGa1−XAs層の
厚み方向におけるAES分析結果、第8図は、In0.
511Gao、4?AS単結晶薄膜の成長速度と、■族
(Ga+In)分子線強度との関係についての測定結果
、第9図は、本発明のMBE成長方法を説明するための
図である。 AP型GaAs BP型Gax kll 1−xAs CノンドープGaAsウェル D ノンドープGaxA11−)(AsバリヤEn型G
axA4.、、cAs Fn型GaAs 1116 基板ホルダー 2.18 基板 3、6 セルシャッタ 4.9 原料A 5’); 8,11.12 セル フ、10 原料B 17 回転軸 13 穴のあいたマスク ■4 原料分子Aが到達する領域 15 原料分子Bが到達する領域 特許出願人 工業技術院長 用田裕部 第1図 棒2図 第3図 キャリア詞艷オ■ (cm−3) 茅4図 ↑ セルシャッター間 第5図 フラックス比:Fm/FCya 等6図 スパッタリング時間(mtn) CTa20s/100
’A /rrnn、1笹7図 第8図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. MBE成長による]’I[−V族化合物半導体単結晶薄
    膜周期構造の形成方法において、成長室中ニ一つの穴の
    あいたマスクを設け、A8等のV族分子は成長室に充た
    し、複数の■族分子セルから出た分子ビームが中央のマ
    スクの穴を通り基板ホルダー上の半導体基板に当たるよ
    うに基板ホルダーを特定の軸のまわりに回転させること
    によって異な13InI−v族半導体薄膜を周期的に連
    続成長させるニqとを特徴とするMBE成長方法。
JP52484A 1984-01-07 1984-01-07 Mbe成長方法 Granted JPS60145998A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP52484A JPS60145998A (ja) 1984-01-07 1984-01-07 Mbe成長方法

Applications Claiming Priority (1)

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JP52484A JPS60145998A (ja) 1984-01-07 1984-01-07 Mbe成長方法

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JPS60145998A true JPS60145998A (ja) 1985-08-01
JPH0144680B2 JPH0144680B2 (ja) 1989-09-28

Family

ID=11476152

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JP52484A Granted JPS60145998A (ja) 1984-01-07 1984-01-07 Mbe成長方法

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JP (1) JPS60145998A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2587040A1 (fr) * 1985-09-11 1987-03-13 Sharp Kk Appareil de croissance epitaxiale par faisceaux moleculaires
US5415128A (en) * 1991-04-12 1995-05-16 Texas Instruments Incorporated Rotation induced superlattice

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2587040A1 (fr) * 1985-09-11 1987-03-13 Sharp Kk Appareil de croissance epitaxiale par faisceaux moleculaires
US5415128A (en) * 1991-04-12 1995-05-16 Texas Instruments Incorporated Rotation induced superlattice

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JPH0144680B2 (ja) 1989-09-28

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