JPS6134922A - 超格子半導体装置の製造方法 - Google Patents
超格子半導体装置の製造方法Info
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- JPS6134922A JPS6134922A JP15396884A JP15396884A JPS6134922A JP S6134922 A JPS6134922 A JP S6134922A JP 15396884 A JP15396884 A JP 15396884A JP 15396884 A JP15396884 A JP 15396884A JP S6134922 A JPS6134922 A JP S6134922A
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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
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術・分野］
本発明は超格子を有する半導体装置の製造方法に関する
。
。
［先行技術と問題点コ
半導体単体では得られない特性の実現のために。
異なる半導体を周期的に形成したものとして超格子構造
の半導体装置が知られている。しかし、この超格子構造
の半導体装置は、結晶の一次元方向に、母結晶の格子定
数に比べて十分長く、電子の平均自由行程よりは短かい
周期的ポテンシャルを設けた構造としなければならない
ことから、製造が難かしく、現在までのところ製造は実
験室段階に止り工業化に至っていない。というのは、半
導体の製造法として従来より分子線エピタキシャル法（
以下、 ＭＢＥ法と略す）、有機全屈による結晶成長法
（以下、ＭＯ−ＣＶＤ法と略す）等が知られているが、
いずれも結晶性が悪く超格子構造とするのは容易ではな
いからである。即ち、ＭＢＥ法の場合は、分子源ソース
を基板に当てて成長を行なうために化学量論的組成（ス
トイキオメトリ−）を完全には満しにくいこと、基板に
吸着した原子が液相成長のようには結晶表面を自由に動
きまわらないことから良好な結晶構造が得られない。一
方。
の半導体装置が知られている。しかし、この超格子構造
の半導体装置は、結晶の一次元方向に、母結晶の格子定
数に比べて十分長く、電子の平均自由行程よりは短かい
周期的ポテンシャルを設けた構造としなければならない
ことから、製造が難かしく、現在までのところ製造は実
験室段階に止り工業化に至っていない。というのは、半
導体の製造法として従来より分子線エピタキシャル法（
以下、 ＭＢＥ法と略す）、有機全屈による結晶成長法
（以下、ＭＯ−ＣＶＤ法と略す）等が知られているが、
いずれも結晶性が悪く超格子構造とするのは容易ではな
いからである。即ち、ＭＢＥ法の場合は、分子源ソース
を基板に当てて成長を行なうために化学量論的組成（ス
トイキオメトリ−）を完全には満しにくいこと、基板に
吸着した原子が液相成長のようには結晶表面を自由に動
きまわらないことから良好な結晶構造が得られない。一
方。
ＭＯ−ＣＶＤ法では、分子層単位の精度での成長膜厚の
制御が困難なこと、熱分解反応によることからもともと
結晶性が悪いという欠点があり、いずれの方法も良好な
超格子構造の半導体装置を工業的に製造することができ
なかった。
制御が困難なこと、熱分解反応によることからもともと
結晶性が悪いという欠点があり、いずれの方法も良好な
超格子構造の半導体装置を工業的に製造することができ
なかった。
［発明の目的］
本発明は上記の点に鑑み、新規な方法により超格子構造
の半導体装置を工業的に製造できる方法を提供すること
を目的とする。
の半導体装置を工業的に製造できる方法を提供すること
を目的とする。
［発明の概要］
本発明は真空に排気する成長槽内に外部より結晶成分元
素を含むガスを所定の条件で交互に導入することにより
、成長膜厚を分子層単位の精度で制御し、化学量論的組
成を満たす結晶を成長させることにより、超格子半導体
装置が得られるようにしたことを特徴としている。
素を含むガスを所定の条件で交互に導入することにより
、成長膜厚を分子層単位の精度で制御し、化学量論的組
成を満たす結晶を成長させることにより、超格子半導体
装置が得られるようにしたことを特徴としている。
［発明の実施例］
以下、本発明の実施例をＧａＡｓ−Ｇａ ｓ −ｘＡ
Ｑ ｘＡｓｌ−ｙＰｙの超格子半導体装置を製造する場
合を例にとり説明する。
Ｑ ｘＡｓｌ−ｙＰｙの超格子半導体装置を製造する場
合を例にとり説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る結晶成長装置の構成図
を示したものである。図において、１は成長槽で材質は
ステンレス等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１
を超高真空に排気するための排気装置、４はＧａＣＱ３
またはＴＭＧ（１−リメチルガリウム）等のＧａを含む
ガスを導入するノズル、５はＡｓＨ３を導入するノズル
、６はＴＭＡ（１−リメチルアルミニウム）等のＡ［を
含むガスを導入するノズル、７はＰＨ’３ 、 ＰＣΩ
３等のＰを含むガスを導入するノズル、８，９，１０．
１１は前記ノズルを開閉するバルブで、ガス源１２（Ｇ
ａＣｕ ｓ等）、１３（ＡｓＨｓ ）、１４（ＴＭＡ等
）、１５（ＰＨ３等）との間に設けられたもの、１６は
基板加熱用のヒーターで石英ガラスに封入したタングス
テン（Ｗ）線で配線は図示省略しているもの、１７は測
温用の熱電対、１８はＧａＡｓ基板、１９は成長槽内の
圧力を測定するための圧力計である。
を示したものである。図において、１は成長槽で材質は
ステンレス等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１
を超高真空に排気するための排気装置、４はＧａＣＱ３
またはＴＭＧ（１−リメチルガリウム）等のＧａを含む
ガスを導入するノズル、５はＡｓＨ３を導入するノズル
、６はＴＭＡ（１−リメチルアルミニウム）等のＡ［を
含むガスを導入するノズル、７はＰＨ’３ 、 ＰＣΩ
３等のＰを含むガスを導入するノズル、８，９，１０．
１１は前記ノズルを開閉するバルブで、ガス源１２（Ｇ
ａＣｕ ｓ等）、１３（ＡｓＨｓ ）、１４（ＴＭＡ等
）、１５（ＰＨ３等）との間に設けられたもの、１６は
基板加熱用のヒーターで石英ガラスに封入したタングス
テン（Ｗ）線で配線は図示省略しているもの、１７は測
温用の熱電対、１８はＧａＡｓ基板、１９は成長槽内の
圧力を測定するための圧力計である。
この構成で、ＧａＡｓ基板１８上にＧａＡｓをエピタキ
シキル成長させる場合は、先ず、ゲートバルブ２を開け
、超高真空排気装置３により成長槽１内を１０−７−１
０−’ ｐａｓｃａｌ（以下、Ｐａと略す）程度に排気
する。
シキル成長させる場合は、先ず、ゲートバルブ２を開け
、超高真空排気装置３により成長槽１内を１０−７−１
０−’ ｐａｓｃａｌ（以下、Ｐａと略す）程度に排気
する。
次に、ＧａＡｓ基板１８を３００〜８００℃にヒーター
１６により加熱した後に、７ＭＧ１２を成長槽１内の圧
力が１０−１〜１０−’ Ｐａとなる範囲テ０．５〜１
０秒間バルブ８を開けて導入する。次に、そのＴＭＧを
成長槽１内より排気後、Ａｓｔ（３，１３を成長槽１内
の圧力が１Ｏ−１−１０−７Ｐａとなる範１１ｆｔ’２
−２００秒間バルブ５を開けて導入する。これにより１
分子層が成長できる。
１６により加熱した後に、７ＭＧ１２を成長槽１内の圧
力が１０−１〜１０−’ Ｐａとなる範囲テ０．５〜１
０秒間バルブ８を開けて導入する。次に、そのＴＭＧを
成長槽１内より排気後、Ａｓｔ（３，１３を成長槽１内
の圧力が１Ｏ−１−１０−７Ｐａとなる範１１ｆｔ’２
−２００秒間バルブ５を開けて導入する。これにより１
分子層が成長できる。
続いて、このようにして成長させたＧａＡｓ分子層の上
にＧａ １−ｘＡｌｘＡｓ １−ｙＰｙをヘテロエピタ
キシャル成長させる場合は、ＧａＡｓの成長と同じよう
に■族のＧａとＡ［を導入した後に、■族のＡｓとＰを
導入することによって１分子層が成長できる。
にＧａ １−ｘＡｌｘＡｓ １−ｙＰｙをヘテロエピタ
キシャル成長させる場合は、ＧａＡｓの成長と同じよう
に■族のＧａとＡ［を導入した後に、■族のＡｓとＰを
導入することによって１分子層が成長できる。
第２図は、上記分子層エピタキシャル成長乃至ヘテロエ
ピタキシャル成長によるＧａｐ−ｘＡｆｌｘＡｓｈ−ｙ
Ｐｙ超格子半導体装置の製造過程を示したもので、先ず
、同図（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２０上にＧａ
Ａｓ層２１を分子層単位の精度で所定の厚さにエピタキ
シャル成長させる。続いて、同図（ｂ）に示すように、
そのＧａＡｓ層２１上にＧａｐ−ｘＡｌｘＡｓｔ−ｙＰ
ｙ層２２をやはり分子層単位の精度で厚みを制御してヘ
テロエピタキシャル成長させる。更に、以上の操作を繰
り返すことにより、同図（ｃ）に示すようにＧａＡｓ層
２１とＧａ １−ｘＡｌｘＡｓ １−ｙＰｙ層２層上２
交互に成長させる。このとき、ＧａＡｓに格子整合させ
るためのＧａｓ −ｘＡｌｘＡｓｓ −ｙＰｙの混晶の
組成はｘ＝０．３、ｙ＝ｏ、ｏｌとする。このようにし
て形成した超格子構造に、同図（ｄ）に示すように、Ａ
ｕ−Ｇｅ合金を数１００人真空蒸着して電極２３．２４
を形成する。これは、例えば４５０℃、Ｈ２気流中で１
分間熱処理して形成する。これにより、超格子ダイオー
ド２５が製造できる。
ピタキシャル成長によるＧａｐ−ｘＡｆｌｘＡｓｈ−ｙ
Ｐｙ超格子半導体装置の製造過程を示したもので、先ず
、同図（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板２０上にＧａ
Ａｓ層２１を分子層単位の精度で所定の厚さにエピタキ
シャル成長させる。続いて、同図（ｂ）に示すように、
そのＧａＡｓ層２１上にＧａｐ−ｘＡｌｘＡｓｔ−ｙＰ
ｙ層２２をやはり分子層単位の精度で厚みを制御してヘ
テロエピタキシャル成長させる。更に、以上の操作を繰
り返すことにより、同図（ｃ）に示すようにＧａＡｓ層
２１とＧａ １−ｘＡｌｘＡｓ １−ｙＰｙ層２層上２
交互に成長させる。このとき、ＧａＡｓに格子整合させ
るためのＧａｓ −ｘＡｌｘＡｓｓ −ｙＰｙの混晶の
組成はｘ＝０．３、ｙ＝ｏ、ｏｌとする。このようにし
て形成した超格子構造に、同図（ｄ）に示すように、Ａ
ｕ−Ｇｅ合金を数１００人真空蒸着して電極２３．２４
を形成する。これは、例えば４５０℃、Ｈ２気流中で１
分間熱処理して形成する。これにより、超格子ダイオー
ド２５が製造できる。
ところで、上述のようにして超格子半導体を製造する際
、成長中に基板へ紫外線を照射することによって、成長
温度を低下させることができ、結晶品質を良くすること
ができる。この紫外線源としては、水銀ランプ、Ｘｅラ
ンプ、エキシマレーザ。
、成長中に基板へ紫外線を照射することによって、成長
温度を低下させることができ、結晶品質を良くすること
ができる。この紫外線源としては、水銀ランプ、Ｘｅラ
ンプ、エキシマレーザ。
アルゴンイオンレーザ等を用いることができ、成長槽１
に窓を設は外部より基板１８上に照射するようにすれば
良い。
に窓を設は外部より基板１８上に照射するようにすれば
良い。
尚、以上の実施例においては、 ＧａＡｓ−Ｇａ １−
’ｘＡ Ｑ ｘＡｓ １’ −ｙｐｙの超格子半導体装
置について説明してきたが、成長層へ更に不純物を含む
ガスを導入することによって、ＧａＡｓ、 Ｇ’ａ Ｉ
−ｘＡ ｆｆ、 ｘＡｓ １− ｙｐｙへ不純物添加で
きることは言う迄もない。この場合、ＧａＡｓ基板ａ
１− ｘＡ Ｉｔ ｘＡｓ １− ｙＰｙ共に、ｎ形の
不純物を含むガスとして、Ｈ２Ｓ等の■族のＴｅ、Ｓｅ
等の水素化物、フッ化物を用いることができる。
’ｘＡ Ｑ ｘＡｓ １’ −ｙｐｙの超格子半導体装
置について説明してきたが、成長層へ更に不純物を含む
ガスを導入することによって、ＧａＡｓ、 Ｇ’ａ Ｉ
−ｘＡ ｆｆ、 ｘＡｓ １− ｙｐｙへ不純物添加で
きることは言う迄もない。この場合、ＧａＡｓ基板ａ
１− ｘＡ Ｉｔ ｘＡｓ １− ｙＰｙ共に、ｎ形の
不純物を含むガスとして、Ｈ２Ｓ等の■族のＴｅ、Ｓｅ
等の水素化物、フッ化物を用いることができる。
また、Ｐ形の不純物としてはＺｎＣＯ３、ディメチル亜
鉛等のガスを■族乃至は■族のガスと一諸に導入すれば
良い。
鉛等のガスを■族乃至は■族のガスと一諸に導入すれば
良い。
また、超格子となる半導体の組合せは、上記の実施例の
ほかに、ＩｎＡｓ −ＧａＳｂ、 ＧａＳｂ −Ａ Ｑ
Ｓｂ、ＩｎＡｓ −Ａ ｆｌ Ｓｂ、ＩｎＰ−Ｉｎ
１−ｘＧａｘＰ １−ｚＡｓｚ、ＩｎＰ−Ｉｎ Ｉ−ｘ
ＧａｘＡｓ、 ＧａＡｓ−ＧａＡｓ １−ｘＰｘ。
ほかに、ＩｎＡｓ −ＧａＳｂ、 ＧａＳｂ −Ａ Ｑ
Ｓｂ、ＩｎＡｓ −Ａ ｆｌ Ｓｂ、ＩｎＰ−Ｉｎ
１−ｘＧａｘＰ １−ｚＡｓｚ、ＩｎＰ−Ｉｎ Ｉ−ｘ
ＧａｘＡｓ、 ＧａＡｓ−ＧａＡｓ １−ｘＰｘ。
ＧａＰ−ＧａＰ １− ｘＡｓｘ、 ＧａＡｓ−Ｇａ
ｔ −ｘＩｎｘＡｓ。
ｔ −ｘＩｎｘＡｓ。
ＧａＰ−ＡＱＰ、 Ｇａｒｂ−ＩｎＳｂ、 Ｇｅ−Ｇａ
Ａｓ、 ５ｉ−ＧａＰ、５ｉ−５ｉ １− ｘＧｅｘ、
ＣｄＴｅ−ＨｇＴｅ、 ＰｂＴｅ−Ｐｂ −ｘＳｎｘ
Ｔｅ、ＰｂＴｅ−Ｐｂ Ｉ−ｘＧｅｘＴｅ等の組合せ、
Ｐ形とｎ形半導体の組合せ、３つの半導体の組合せ、例
えばＩｎＡｓ −ＧａＳｂ −Ａ Ｑ Ｓｂ等に適用で
きる。
Ａｓ、 ５ｉ−ＧａＰ、５ｉ−５ｉ １− ｘＧｅｘ、
ＣｄＴｅ−ＨｇＴｅ、 ＰｂＴｅ−Ｐｂ −ｘＳｎｘ
Ｔｅ、ＰｂＴｅ−Ｐｂ Ｉ−ｘＧｅｘＴｅ等の組合せ、
Ｐ形とｎ形半導体の組合せ、３つの半導体の組合せ、例
えばＩｎＡｓ −ＧａＳｂ −Ａ Ｑ Ｓｂ等に適用で
きる。
［発明の効果］
以上のように本発明によｈば、半導体の結晶膜を分子層
単位の精度で結晶性良く成長させることができることか
ら、超格子半導体装置を工業的に生産できるようになる
。
単位の精度で結晶性良く成長させることができることか
ら、超格子半導体装置を工業的に生産できるようになる
。
第１図は本発明の一実施例に係る結晶成長装置の構成図
、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図の装置により製造され
る超格子半導体装置の製造過程説明図である。 １・・・金属、２・・ ゲートバルブ、３・・・排気装
置、４〜７・・・ノズル、８〜１１・・・バルブ、１２
〜１５・・・ガス源、１６・・・ ヒーター、１７・・
・熱電対、１８゜２０− ＧａＡｓ基板、１９・・
圧力！１．２１− ＧａＡｓ層、２２ ・−Ｇａｓ −
ｘＡｌｘＡｓｔ−ｙＰｙ層、２３，２４．−電極、２５
・・・超格子ダイオード。 第１図 第２図 （ａ） （ｂ） （ｃ） 第２図
、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図の装置により製造され
る超格子半導体装置の製造過程説明図である。 １・・・金属、２・・ ゲートバルブ、３・・・排気装
置、４〜７・・・ノズル、８〜１１・・・バルブ、１２
〜１５・・・ガス源、１６・・・ ヒーター、１７・・
・熱電対、１８゜２０− ＧａＡｓ基板、１９・・
圧力！１．２１− ＧａＡｓ層、２２ ・−Ｇａｓ −
ｘＡｌｘＡｓｔ−ｙＰｙ層、２３，２４．−電極、２５
・・・超格子ダイオード。 第１図 第２図 （ａ） （ｂ） （ｃ） 第２図
Claims (5)
- （１）真空に排気する成長槽内に外部より結晶成分元素
を含むガスを導入し、基板上に半導体の結晶を成長させ
る方法において、前記成長槽内を超高真空に排気すると
共に、前記基板を加熱し、結晶成長させたい成分元素を
含むガスを所定量導入して第１の半導体の分子層を成長
させ、次にその分子層上に上記と同様にして第２の半導
体の分子層を成長させる操作を繰り返すことにより、超
格子半導体装置を形成させることを特徴とする超格子半
導体装置の製造方法。 - （２）特許請求の範囲第１項記載において、前記成長槽
内を１０＾−＾７パスカル以下の圧力に排気すると共に
、前記基板を３００〜８００℃に加熱し、結晶成長させ
たい半導体の成分元素を含むガスを前記成長槽内の圧力
が１０＾−＾１〜１０＾−＾７パスカルになる範囲で０
．５〜２００秒間前記基板上に導入する手法を用いて前
記第１および第２の半導体の分子層を交互に成長させる
超格子半導体装置の製造方法。 - （３）特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載におい
て、前記第１の半導体がＧａＡｓ、前記第２の半導体が
Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓである超格子半導体装置
の製造方法。 - （４）特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載におい
て、前記第１の半導体がＧａＡｓ、前記第２の半導体が
Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ＿１＿−＿ｙＰ＿ｙであ
る超格子半導体装置の製造方法。 - （５）特許請求の範囲第１項記載において、前記基板に
紫外光を同時に照射する手法を用いて前記第１および第
２の半導体の分子層を交互に成長させる超格子半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153968A JPH0787179B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 超格子半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153968A JPH0787179B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 超格子半導体装置の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4322679A Division JPH0817161B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 超格子半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134922A true JPS6134922A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH0787179B2 JPH0787179B2 (ja) | 1995-09-20 |
Family
ID=15574004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59153968A Expired - Lifetime JPH0787179B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 超格子半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0787179B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6317293A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体薄膜形成法 |
| US5270247A (en) * | 1991-07-12 | 1993-12-14 | Fujitsu Limited | Atomic layer epitaxy of compound semiconductor |
| JPH0697096A (ja) * | 1992-11-06 | 1994-04-08 | Res Dev Corp Of Japan | 化合物半導体単結晶薄膜の成長法 |
| JPH06112142A (ja) * | 1992-11-06 | 1994-04-22 | Res Dev Corp Of Japan | 超格子半導体装置の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55130896A (en) * | 1979-02-28 | 1980-10-11 | Lohja Ab Oy | Method and device for growing compound thin membrane |
| JPS5898917A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-13 | Seiko Epson Corp | 原子層エビタキシヤル装置 |
-
1984
- 1984-07-26 JP JP59153968A patent/JPH0787179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55130896A (en) * | 1979-02-28 | 1980-10-11 | Lohja Ab Oy | Method and device for growing compound thin membrane |
| JPS5898917A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-13 | Seiko Epson Corp | 原子層エビタキシヤル装置 |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6317293A (ja) * | 1986-07-04 | 1988-01-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体薄膜形成法 |
| JPH078756B2 (ja) * | 1986-07-04 | 1995-02-01 | 日本電信電話株式会社 | 化合物半導体薄膜形成法 |
| US5270247A (en) * | 1991-07-12 | 1993-12-14 | Fujitsu Limited | Atomic layer epitaxy of compound semiconductor |
| JPH0697096A (ja) * | 1992-11-06 | 1994-04-08 | Res Dev Corp Of Japan | 化合物半導体単結晶薄膜の成長法 |
| JPH06112142A (ja) * | 1992-11-06 | 1994-04-22 | Res Dev Corp Of Japan | 超格子半導体装置の製造方法 |
| JP2567331B2 (ja) * | 1992-11-06 | 1996-12-25 | 新技術事業団 | 化合物半導体単結晶薄膜の成長法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0787179B2 (ja) | 1995-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |