JPS63119591A - 薄い固体フィルムからなる層状構造体の選択的混合方法 - Google Patents
薄い固体フィルムからなる層状構造体の選択的混合方法Info
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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】
技術分野
この発明は合成層状半導体構造と、新規な電子的、光電
子的及び光学的性質を与えるための側面並びに垂直面双
方の改質に関する。これはレーザービームあるいは電子
ビームのエネルギー源による選択的照射を通して隣接す
る層間に、そのエネルギー密度に依存する深さまで反応
を行わせ、そのような層状構造を選択的に混合させるこ
とによって達成される。
子的及び光学的性質を与えるための側面並びに垂直面双
方の改質に関する。これはレーザービームあるいは電子
ビームのエネルギー源による選択的照射を通して隣接す
る層間に、そのエネルギー密度に依存する深さまで反応
を行わせ、そのような層状構造を選択的に混合させるこ
とによって達成される。
技術の背景
非常に重要な合成層状構造の特別のクラスは。
異った電子的性質を持つ二つの半導体物質を薄い層の中
に挿入した半導体超格子であり、その方法としては次の
（１）若しくは（２）のいずれかによるものである。
に挿入した半導体超格子であり、その方法としては次の
（１）若しくは（２）のいずれかによるものである。
＋１１ 二つの半導体物質のシートを交互に積層蒸着
する方法 （２）単一の半導体物質の層の中に不純物を入れる方法 前者は複合超格子あるいはヘテロ構造超格子と呼ばれ、
後者はドーピング超格子と名付けられている。従って複
合超格子は二種類の異った半導体の交互に隣接する層か
らなる周期的な陣列からなる。各層は一原子層から数百
原子層の範囲の厚みを持っている。複合超格子において
は、二つの半導体は、それらのバンドギヤ、ブ１丁なわ
ち価電子帯と伝導帯間のエネルギー差が相当に違うよう
に選ばれる。
する方法 （２）単一の半導体物質の層の中に不純物を入れる方法 前者は複合超格子あるいはヘテロ構造超格子と呼ばれ、
後者はドーピング超格子と名付けられている。従って複
合超格子は二種類の異った半導体の交互に隣接する層か
らなる周期的な陣列からなる。各層は一原子層から数百
原子層の範囲の厚みを持っている。複合超格子において
は、二つの半導体は、それらのバンドギヤ、ブ１丁なわ
ち価電子帯と伝導帯間のエネルギー差が相当に違うよう
に選ばれる。
文献の中では、異なる半導体の二枚の薄いフィルムから
なる構造は単一ヘテロ構造と呼ばれる。
なる構造は単一ヘテロ構造と呼ばれる。
低いバンドギヤ、ブの半導体フィルムが、もっと大きな
バンドギヤ、プの二枚の半導体層の間にサントイ、チさ
れた構造は二重ヘテロ構造と呼ばれている。中間に挾ま
れた層が充分に薄い時は、その構造を単一量子井戸（Ｓ
ＱＷ）と呼ぶ。二種類の異りた半導体が交互に積層され
た多数の層からなる周期的構造は時にまた。エリ大きな
バンドギヤ、ブを持つ半導体層の厚みに応じて多重量子
井戸（ＭＱＷ）あるいは超格子と呼ばれる。この発明の
目的にとって超格子とＭＱＷ間の差別は本質的に重要な
意味を持たないので、今後簡単にするため“超格子”と
いう言葉を使うことにする。同様にまた、ここで使われ
ている”選択的混合”という言葉は合成層状構造の全領
域が相互混合される場合並びに、それの極く限られた部
分が相互混合される場合Ｚ包含するものとする。特に、
より小さなバンドギヤ、ブを待った半導体の各層は伝導
帯または価電子帯のいずれか一方あるいは双方にポテン
シャル井戸と呼ばれるものを作り出す。光学的性質と電
子的性質という言葉を用いる場合には。
バンドギヤ、プの二枚の半導体層の間にサントイ、チさ
れた構造は二重ヘテロ構造と呼ばれている。中間に挾ま
れた層が充分に薄い時は、その構造を単一量子井戸（Ｓ
ＱＷ）と呼ぶ。二種類の異りた半導体が交互に積層され
た多数の層からなる周期的構造は時にまた。エリ大きな
バンドギヤ、ブを持つ半導体層の厚みに応じて多重量子
井戸（ＭＱＷ）あるいは超格子と呼ばれる。この発明の
目的にとって超格子とＭＱＷ間の差別は本質的に重要な
意味を持たないので、今後簡単にするため“超格子”と
いう言葉を使うことにする。同様にまた、ここで使われ
ている”選択的混合”という言葉は合成層状構造の全領
域が相互混合される場合並びに、それの極く限られた部
分が相互混合される場合Ｚ包含するものとする。特に、
より小さなバンドギヤ、ブを待った半導体の各層は伝導
帯または価電子帯のいずれか一方あるいは双方にポテン
シャル井戸と呼ばれるものを作り出す。光学的性質と電
子的性質という言葉を用いる場合には。
二つの半導体における伝導帯と価電子帯の相対的な整合
の度合いに応じて、三つの異なるタイプの半導体超格子
を、普通には夫々タイプＩ、タイプ１′及びタイプ■と
呼んで厳密に区別することができろ。しかしながら、こ
の発明の目的に対して。
の度合いに応じて、三つの異なるタイプの半導体超格子
を、普通には夫々タイプＩ、タイプ１′及びタイプ■と
呼んで厳密に区別することができろ。しかしながら、こ
の発明の目的に対して。
そのような区別は重要ではない。各ポテンシャル井戸の
内側では閉ぢ込められたキャリアー（伝導帯にある電子
または価電子帯にあろ正孔）にとって極〈一部のエネル
ギー状態あるいはエネルギー準位しか利用できない。電
子に利用できろエネルギー準位の値は適当な半導体物質
とそれらの層の幅を選択することによって選択的にコン
トロールすることができる。このようなやり方でＳＱＷ
あるいは複合超格子あるいはドーピング超格子の電子的
および／または光学的性質を自在に仕立てることができ
る。
内側では閉ぢ込められたキャリアー（伝導帯にある電子
または価電子帯にあろ正孔）にとって極〈一部のエネル
ギー状態あるいはエネルギー準位しか利用できない。電
子に利用できろエネルギー準位の値は適当な半導体物質
とそれらの層の幅を選択することによって選択的にコン
トロールすることができる。このようなやり方でＳＱＷ
あるいは複合超格子あるいはドーピング超格子の電子的
および／または光学的性質を自在に仕立てることができ
る。
半導体多層構造において、比較的小さなバンドギヤ、プ
を持つ半導体は砒ｆヒガリウム（ＧａＡｓ ）のような
物質で、また比較的大きなバンドギヤ、ブを持つ半導体
は例えば砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌｘＧａ、−
ＸＡｓ）といった物質（但し、Ｘは可変のアルミニウム
モル分率７表わ丁）であり得ることは当業界で一般に良
く知られている。砒化ガリウムと砒化アルミニウム・ガ
リウムからなる複合超格子及びＳＱＷは、金属有機化合
物の化学的蒸着（ＭＯ−ＣＶＤ）、 分子ビームｘビタ
キシ−（ＭＢＥ） 。
を持つ半導体は砒ｆヒガリウム（ＧａＡｓ ）のような
物質で、また比較的大きなバンドギヤ、ブを持つ半導体
は例えば砒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌｘＧａ、−
ＸＡｓ）といった物質（但し、Ｘは可変のアルミニウム
モル分率７表わ丁）であり得ることは当業界で一般に良
く知られている。砒化ガリウムと砒化アルミニウム・ガ
リウムからなる複合超格子及びＳＱＷは、金属有機化合
物の化学的蒸着（ＭＯ−ＣＶＤ）、 分子ビームｘビタ
キシ−（ＭＢＥ） 。
液相エピタキシー（ＬＰＥ）または他の適当な蒸着技術
によって一般に成長される。好ましく用いられる技術は
一般にＭＯ−ＣＶＤ とＭＢＥプロセスであると考えら
れている。
によって一般に成長される。好ましく用いられる技術は
一般にＭＯ−ＣＶＤ とＭＢＥプロセスであると考えら
れている。
丁べての関連する光学的要素を一体的に集成するために
は、エピタキシー成長させた化合物半導体層（例えばド
ーピング超格子または複合超格子といった）のドーピン
グ、易動度、バンドギヤ。
は、エピタキシー成長させた化合物半導体層（例えばド
ーピング超格子または複合超格子といった）のドーピン
グ、易動度、バンドギヤ。
プ及び屈折率を側面方向で修正することが必要であるの
で、異なる半導体層−典型的には厚みが約５Ａ乃至約５
ミクロンで、オプトエレクトロニ。
で、異なる半導体層−典型的には厚みが約５Ａ乃至約５
ミクロンで、オプトエレクトロニ。
クス用に使われる、例えばＧａＡｓ／ＡＪ ）（Ｇａ
］ −ＸＡＳ超格子と関連のヘテロ構造体といったよう
なデバイス構造を含む−の選択的混合を実施する必要性
が生じて来た。これまでにも、先行技術として、そのよ
うな選択的混合はドナー（供与体）あるいはアクセプタ
ー（受容体）不純物を局部拡散させるか、あるいは移植
するいずれかの方法によって達成されてきた。
］ −ＸＡＳ超格子と関連のヘテロ構造体といったよう
なデバイス構造を含む−の選択的混合を実施する必要性
が生じて来た。これまでにも、先行技術として、そのよ
うな選択的混合はドナー（供与体）あるいはアクセプタ
ー（受容体）不純物を局部拡散させるか、あるいは移植
するいずれかの方法によって達成されてきた。
特に米国特許第４，３７８，２５５号には、亜鉛の拡散
という手段によって、多層の第１ＩｒＶ族元素からなる
半導体構造をエネルギーギヤ、プの中でそのエネルギー
準位を不規則にし、偏移させて単結晶型に変えることが
できろ方法が開示されている。この特許は砒化ガリウム
／砒化アルミニウムあるいは砒化ガリウム／砒ｆヒアル
ミニウム・ガリウムのいずれかからなる多層構造の丁べ
ての部分あるいは選択された部分を低温での亜鉛拡散の
方法によって、もとの構造エリも高いエネルギーギヤ、
プを持った単結晶の砒ｆヒアルミニウム・ガリウムに変
えろことができろことを教える。しかしながら、この先
行技術は超格子層の実質的な混合に、何時間というオー
ダーの拡散時間を要するという欠点がある。そのうえ更
に、この先行技術では超格子構造の物質に相当な濃度で
不純物原子を導入することなしには、そのような混合が
得られないことである。
という手段によって、多層の第１ＩｒＶ族元素からなる
半導体構造をエネルギーギヤ、プの中でそのエネルギー
準位を不規則にし、偏移させて単結晶型に変えることが
できろ方法が開示されている。この特許は砒化ガリウム
／砒化アルミニウムあるいは砒化ガリウム／砒ｆヒアル
ミニウム・ガリウムのいずれかからなる多層構造の丁べ
ての部分あるいは選択された部分を低温での亜鉛拡散の
方法によって、もとの構造エリも高いエネルギーギヤ、
プを持った単結晶の砒ｆヒアルミニウム・ガリウムに変
えろことができろことを教える。しかしながら、この先
行技術は超格子層の実質的な混合に、何時間というオー
ダーの拡散時間を要するという欠点がある。そのうえ更
に、この先行技術では超格子構造の物質に相当な濃度で
不純物原子を導入することなしには、そのような混合が
得られないことである。
他に最近報告された技術は、砒ｆヒアルミニウムと砒化
ガリウムの二層構造を、高出力の連続波（ＣＷ）のアル
ゴンレーザーで照射して半絶縁性の砒化ガリウム基体上
に！’Ｊ ｘＧａ Ｈ−ｘＡｓ合金を形成させる方法に
関するものである。この技法はＭａｔｅｒｉａｌ Ｒｅ
５ｅａｒｃｈ ５ｏｃｉｅｔｙ ＳｙｍｐｏｓｉａＰｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇ、Ｖｏ１５１− ｐｐ−１８５−１８
９（１９８６）に発表された”Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏ
ｆ Ａ−ｌＸＧａｌ−ｘＡｓＡｌｌｏｙ ｏｎ ｔｈ
ｅ ＳＳｅｍ１−１ｎｓｕｌａｔｉｎ ＧａＡｓ５ｕｂ
ｓｔｒａｔｅ ｂｙ Ｌａ５ｅｒ Ｂｅａｍ Ｉｎｔｅ
ｒａｃｔｉｏｎ″と題する論文の中でＮ、Ｖ、Ｊｏｓｈ
ｉとＪ、Ｌｅｈｍａｎ ＶＣＬって報告された。しかし
ながら、定常または準定常な連続波ビームに基づいて、
この方法によって得られた合金物質の報告された品質は
劣っていて、屡々材料破壊へ導くように思われる。この
報告の中には、高品質の混合比された物質あるいは高度
の複雑さケ持っ１こ最終複合構造物を得ろために合金ビ
成長させ、または比較的複雑な構造を相互混合させる目
的で１秒の何分の１の滞留時間でパルス型または急速走
査型のレーザービームまたは電子ビームを使用すること
に就いては何の言及もなＸ、）。
ガリウムの二層構造を、高出力の連続波（ＣＷ）のアル
ゴンレーザーで照射して半絶縁性の砒化ガリウム基体上
に！’Ｊ ｘＧａ Ｈ−ｘＡｓ合金を形成させる方法に
関するものである。この技法はＭａｔｅｒｉａｌ Ｒｅ
５ｅａｒｃｈ ５ｏｃｉｅｔｙ ＳｙｍｐｏｓｉａＰｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇ、Ｖｏ１５１− ｐｐ−１８５−１８
９（１９８６）に発表された”Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏ
ｆ Ａ−ｌＸＧａｌ−ｘＡｓＡｌｌｏｙ ｏｎ ｔｈ
ｅ ＳＳｅｍ１−１ｎｓｕｌａｔｉｎ ＧａＡｓ５ｕｂ
ｓｔｒａｔｅ ｂｙ Ｌａ５ｅｒ Ｂｅａｍ Ｉｎｔｅ
ｒａｃｔｉｏｎ″と題する論文の中でＮ、Ｖ、Ｊｏｓｈ
ｉとＪ、Ｌｅｈｍａｎ ＶＣＬって報告された。しかし
ながら、定常または準定常な連続波ビームに基づいて、
この方法によって得られた合金物質の報告された品質は
劣っていて、屡々材料破壊へ導くように思われる。この
報告の中には、高品質の混合比された物質あるいは高度
の複雑さケ持っ１こ最終複合構造物を得ろために合金ビ
成長させ、または比較的複雑な構造を相互混合させる目
的で１秒の何分の１の滞留時間でパルス型または急速走
査型のレーザービームまたは電子ビームを使用すること
に就いては何の言及もなＸ、）。
他の最近の発展は米国特許第４，６５４．０９０号の中
で報告されたもので、これは防護された環境の中で熱処
理を行うことによって半導体構造の選択された面積の原
子配列を不規則比して合金に変えるというものである。
で報告されたもので、これは防護された環境の中で熱処
理を行うことによって半導体構造の選択された面積の原
子配列を不規則比して合金に変えるというものである。
構造体を融点近くの温度まで加熱すると、こ〜で急速な
熱的不規則比が起るであろう（約７５０〜８５０℃）。
熱的不規則比が起るであろう（約７５０〜８５０℃）。
そしたら次にレーザービーム−典型的には半導体レーザ
ー発振器からの−でスキャニングするのである。防護さ
れＴこ環境は、密閉容器のように高温に基づく金属蒸気
の損失を避けろためのものでも、ま１こは同じ目的を達
成できろようなカバリングあるいは覆いでも良い。
ー発振器からの−でスキャニングするのである。防護さ
れＴこ環境は、密閉容器のように高温に基づく金属蒸気
の損失を避けろためのものでも、ま１こは同じ目的を達
成できろようなカバリングあるいは覆いでも良い。
従やて、多層半導体物質のもりと迅速で選択的な相互混
合のための改良された方法が提供され、それによって、
物質中に不純物原子Ｚ入れＴこり。
合のための改良された方法が提供され、それによって、
物質中に不純物原子Ｚ入れＴこり。
または物質全体を丸ごと非常に高い温度まで加熱したり
する必要性な１−に優れた電子的及び光学的性質が得ら
れろような方法が提供されることが望ましいであろう。
する必要性な１−に優れた電子的及び光学的性質が得ら
れろような方法が提供されることが望ましいであろう。
更には、 ＪｏｓｈｉとＬｅｍａｎ の研究と対照し
て、レーザー用のヘテロ構造と超格子といった複合多層
構造の相互混合に応用できる新しい方法Ｚ提供すること
が望ましいであろう。そのような改良は集積された光学
／光学的信号処理装置の全分野の価値や魅力を高めろで
あろう。そのような改良が１本発明において多層構造の
混合用に適して選ばれ１こレーザービームあるいは電子
ビームから得られろようなパルス型または急速走査型の
指向性エネルギー源を利用することによって達成された
。
て、レーザー用のヘテロ構造と超格子といった複合多層
構造の相互混合に応用できる新しい方法Ｚ提供すること
が望ましいであろう。そのような改良は集積された光学
／光学的信号処理装置の全分野の価値や魅力を高めろで
あろう。そのような改良が１本発明において多層構造の
混合用に適して選ばれ１こレーザービームあるいは電子
ビームから得られろようなパルス型または急速走査型の
指向性エネルギー源を利用することによって達成された
。
発明の開示
従って、層状構造の相互混合の１こめの改良された方法
であって、その方法が比較的簡単であり。
であって、その方法が比較的簡単であり。
しかも従来技術の不利な点を克服するような方法乞提供
するのが本発明の全般的な目的である。
するのが本発明の全般的な目的である。
本発明の一つの目的は、パルス型あるいは急速走査型の
レーザービームまたは電子ビームで照射することによっ
て層状構造の選択的な相互混合を行う方法を提供するこ
とである。
レーザービームまたは電子ビームで照射することによっ
て層状構造の選択的な相互混合を行う方法を提供するこ
とである。
本発明の別の目的は、適当なレーザービームまたは電子
ビームからの単一パルスで照射することによって、様々
なペテロ構造及び超格子といったような多層半導体構造
の選択的混合を行う方法を提供することである。
ビームからの単一パルスで照射することによって、様々
なペテロ構造及び超格子といったような多層半導体構造
の選択的混合を行う方法を提供することである。
混合の度合いを増加させろために適当なレーザービーム
あるいは電子ビームからの一連のパルスで照射すること
によって多層半導体構造の選択的混合を行う方法乞提供
するのが、本発明の更に別の目的である。
あるいは電子ビームからの一連のパルスで照射すること
によって多層半導体構造の選択的混合を行う方法乞提供
するのが、本発明の更に別の目的である。
本発明の更に別の目的の中で周波数倍増型Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザ−、するいはエキシマ−レーザーからの単一パル
スマタは一連のパルスのいずれかで照射することによっ
てＱａＡｓ／んｅ 、Ｇａ １− ｘＡｓ多層構造の選
択的混合を行う方法が提供される。
レーザ−、するいはエキシマ−レーザーからの単一パル
スマタは一連のパルスのいずれかで照射することによっ
てＱａＡｓ／んｅ 、Ｇａ １− ｘＡｓ多層構造の選
択的混合を行う方法が提供される。
部分的に薄い固体フィルムの層から形成され。
選択されたエネルギー源で照射することによって各層間
が選択的て相互混合され、側面および／または垂直面に
、混合されていない領域とは異なる物理的、光学的およ
び／または電子的性質を示す隔離された領域を含む新し
い集積構造を提供するのが本発明の更に別の目的である
。
が選択的て相互混合され、側面および／または垂直面に
、混合されていない領域とは異なる物理的、光学的およ
び／または電子的性質を示す隔離された領域を含む新し
い集積構造を提供するのが本発明の更に別の目的である
。
本発明のこれらの及びその他の目的並びにその有利な点
は、別添の図を参照しながら読むことによって、以下の
詳細な記述から更に一層明白となろであろう。（図の全
般を通して、相当する各部分を示す参照番号が付しであ
る） ここで、第１図と第２図は本発明に用いられる二つの超
格子のサンプルの拡大された側方から見た立面図を示す
。
は、別添の図を参照しながら読むことによって、以下の
詳細な記述から更に一層明白となろであろう。（図の全
般を通して、相当する各部分を示す参照番号が付しであ
る） ここで、第１図と第２図は本発明に用いられる二つの超
格子のサンプルの拡大された側方から見た立面図を示す
。
第６図は本発明の原理に従って組み立てられ。
エネルギー源としてエキシマ−レーザーを用いた。
超格子の選択的混合のための装置のプロ、クダイヤグラ
ムである。
ムである。
第４図は、本発明の原理に従って組み立てられ。
エネルギー源として周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザ
ー乞用い１こ超格子の選択的混合のための装置のブロッ
クダイヤグラムである。
ー乞用い１こ超格子の選択的混合のための装置のブロッ
クダイヤグラムである。
第５図と第６図は夫々、第１図のサンプルの成長させた
ままの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パル
スで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロファイル
を示す。
ままの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パル
スで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロファイル
を示す。
第７図と第８図は夫々第１図のサンプルの成長させたま
まの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パルス
で照射したサンプルの領域のスパッターオージェ（ｓｐ
ｕｔｔｅｒ−Ａｕｇｅｒ）組成−深さのプロファイルで
ある。
まの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パルス
で照射したサンプルの領域のスパッターオージェ（ｓｐ
ｕｔｔｅｒ−Ａｕｇｅｒ）組成−深さのプロファイルで
ある。
第９図と第１０図は第６図のサンプルの成長さ＋！：り
ままの領域と周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザーから
の５パルスで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロ
ファイルである。
ままの領域と周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザーから
の５パルスで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロ
ファイルである。
この発明の方法の中で多層半導体構造はアニーリング（
焼なまし）処理によって選択的に相互混合される。その
ような構造は超格子でも、あるいは複合超格子であって
も良い。そのような構造は、例えば量子井戸層と障壁層
の組合せのように僅が２層からなるものでも良い。同様
に、そのような構造はシングルのヘテロ構造あるいはダ
ブルのヘテロ構造のいずれかからなるものであっても良
い。
焼なまし）処理によって選択的に相互混合される。その
ような構造は超格子でも、あるいは複合超格子であって
も良い。そのような構造は、例えば量子井戸層と障壁層
の組合せのように僅が２層からなるものでも良い。同様
に、そのような構造はシングルのヘテロ構造あるいはダ
ブルのヘテロ構造のいずれかからなるものであっても良
い。
更に一般的には、そのような層状構造は量子井戸層と障
壁層が交互に積層された多数の層からなり。
壁層が交互に積層された多数の層からなり。
構造の各層が約５乃至約５００＾の厚みを有し、このよ
うにして数百に達する原子層を構成するような多数の層
から構成されることができろ。ドーピング超格子もまた
使うことができ、ここで特定の効果を望む場合には他の
型式のレーザーを同じように中間に点在させることがで
きろ。層状半導体構造の全厚みは、約５乃至約１０ミク
ロン、すなわち約５０．０００乃至約１００，０ＯＯＡ
という大きなものにすることができる。
うにして数百に達する原子層を構成するような多数の層
から構成されることができろ。ドーピング超格子もまた
使うことができ、ここで特定の効果を望む場合には他の
型式のレーザーを同じように中間に点在させることがで
きろ。層状半導体構造の全厚みは、約５乃至約１０ミク
ロン、すなわち約５０．０００乃至約１００，０ＯＯＡ
という大きなものにすることができる。
この発明の方法において、アニーリング処理は、主とし
て作業の便宜上から選ばれた任意の希望された温度で行
われる。一般的に好ましく用いられろ温度は室温であり
、最低０℃及びそれ以下から最高数百℃まで許容される
が、一般に受容れられる温度範囲は約Ｏ℃から約５０℃
である。圧力は臨界的な変数ではなく、周囲圧力下での
作業が一般に望ましい。
て作業の便宜上から選ばれた任意の希望された温度で行
われる。一般的に好ましく用いられろ温度は室温であり
、最低０℃及びそれ以下から最高数百℃まで許容される
が、一般に受容れられる温度範囲は約Ｏ℃から約５０℃
である。圧力は臨界的な変数ではなく、周囲圧力下での
作業が一般に望ましい。
この発明の方法では、多層半導体構造の表層は、隣接す
る各眉間で希望するような相互混合が行われるのに充分
なエネルギー密度を与えるのに適したエネルギー源で照
射される。これは、エネルギー源としてパルス型または
急速走査型のレーザービームあるいは電子ビームを用い
ることによって驚くべき容易さと効果をもって容易に達
成されることが見出された。そのようなビームを組合せ
て用いろことも可能である。一つの好ましいエネルギー
源ハパルス型のエキシマ−レーザービーム、特に２４８
ナノメートルの波長を有するＫｒＦレーザービームであ
る。
る各眉間で希望するような相互混合が行われるのに充分
なエネルギー密度を与えるのに適したエネルギー源で照
射される。これは、エネルギー源としてパルス型または
急速走査型のレーザービームあるいは電子ビームを用い
ることによって驚くべき容易さと効果をもって容易に達
成されることが見出された。そのようなビームを組合せ
て用いろことも可能である。一つの好ましいエネルギー
源ハパルス型のエキシマ−レーザービーム、特に２４８
ナノメートルの波長を有するＫｒＦレーザービームであ
る。
エネルギー密度は多層構造に有意的な損傷を与えるのを
避けるように選ぶべきである。所望の効果とは、エネル
ギー照射前のもとの半導体構造のそれとは異なる光学的
、オプトエレクトロニクおよび／または電子的性質を示
す側面および／または垂直面の選択された領域を与えろ
ような相互混合のことである。ある幾つかの例では、こ
れは複合超格子が合金構造に変ることｔ含んでいる。こ
の結果に対する一つの提案されたメカニズム（我々はこ
れに束縛されることビ望まず、単に議論の目的で言及す
るのであるが）は、構造の一部が選択的に融解され、そ
れに続いて再結晶比が起り。
避けるように選ぶべきである。所望の効果とは、エネル
ギー照射前のもとの半導体構造のそれとは異なる光学的
、オプトエレクトロニクおよび／または電子的性質を示
す側面および／または垂直面の選択された領域を与えろ
ような相互混合のことである。ある幾つかの例では、こ
れは複合超格子が合金構造に変ることｔ含んでいる。こ
の結果に対する一つの提案されたメカニズム（我々はこ
れに束縛されることビ望まず、単に議論の目的で言及す
るのであるが）は、構造の一部が選択的に融解され、そ
れに続いて再結晶比が起り。
結果として非常に高い温度が達成されていることを意味
するというものである。若しもその通りなら、そのよう
な高温は構造に対してあり得べき物理的損傷を避けろた
めに短い持続期間に限定されなければならないことは明
白である。
するというものである。若しもその通りなら、そのよう
な高温は構造に対してあり得べき物理的損傷を避けろた
めに短い持続期間に限定されなければならないことは明
白である。
この発明の実施中に、ある幾つかの例では、所望の混合
を達成するために、パルス型のレーザービームのシング
ルパルスだけで充分であることが観察された。僅か数パ
ルスが必要であることが屡々観察された。同じようなエ
ネルギー密度は急速走査の技法によっても達成される。
を達成するために、パルス型のレーザービームのシング
ルパルスだけで充分であることが観察された。僅か数パ
ルスが必要であることが屡々観察された。同じようなエ
ネルギー密度は急速走査の技法によっても達成される。
相互混合の度合は多層構造の試料の表面から深部にかけ
てエネルギー密度に依存して徐々に減少し、それから後
はもとの複合モジュレーションは手つかずのま〜残ろ。
てエネルギー密度に依存して徐々に減少し、それから後
はもとの複合モジュレーションは手つかずのま〜残ろ。
しかしながら、相互混合は累積的なプロセスであると信
ぜられる。
ぜられる。
相互混合に関して、この発明のプロセスヲ最適比するの
に、半導体構造内部の温度勾配を最小にし、それによっ
て残留する格子の損傷と残留歪みを実質的に減ら丁ため
に、加熱したサンプル受は台を使うと良いかも知れない
。
に、半導体構造内部の温度勾配を最小にし、それによっ
て残留する格子の損傷と残留歪みを実質的に減ら丁ため
に、加熱したサンプル受は台を使うと良いかも知れない
。
これまでの記述から１本発明が、レーザーからのシング
ルパルスで照射することによって超格子層の選択的混合
を行うための新規にして改良された方法を提供するもの
であることが分かる。更に。
ルパルスで照射することによって超格子層の選択的混合
を行うための新規にして改良された方法を提供するもの
であることが分かる。更に。
相互混合の度合を増丁工うに、照射を多重レーザーパル
スまたは急速走査型のレーザービームと電子ビーム源の
他の組合せで行うこともできろ。この方法はまた広い範
囲の他の層状構造−例えば１、：れだけに限定されない
が、金属超格子及び異なる結晶系からなる半導体超格子
といったものにも当然応用可能である。
スまたは急速走査型のレーザービームと電子ビーム源の
他の組合せで行うこともできろ。この方法はまた広い範
囲の他の層状構造−例えば１、：れだけに限定されない
が、金属超格子及び異なる結晶系からなる半導体超格子
といったものにも当然応用可能である。
図において、第１図は薄い固体フィルムの別個の層から
構成された超格子と呼ばれる４０周期からなる層状構造
１０”ｋ表す。各周期は量子井戸層１２と障壁層１４と
から構成される。超格子１０において、各量子井戸層１
２は、はぼ１００Ａの厚みを有し、各障壁層１４は、は
ぼ１００Ａの厚みを持っている。量子井戸層１２は比較
的小さなバンドギャップを有し１例えば砒化ガリウム（
ＧａＡｓ ）といった半導体物質から形成される。障壁
層１４は比較的大きなバンドギャップを持ち１例えばア
ルミニウムのモル分率ｘ＝０．３の砒比アルミニウム・
ガリウム（ＡＪ ｘＧａ １− ＞ＣＡｓ ）といった
半導体物質から形成される。ｘ＝０．３という値は一例
として選ばれたものであって、他の値もまた容易に用い
ろことができる。
構成された超格子と呼ばれる４０周期からなる層状構造
１０”ｋ表す。各周期は量子井戸層１２と障壁層１４と
から構成される。超格子１０において、各量子井戸層１
２は、はぼ１００Ａの厚みを有し、各障壁層１４は、は
ぼ１００Ａの厚みを持っている。量子井戸層１２は比較
的小さなバンドギャップを有し１例えば砒化ガリウム（
ＧａＡｓ ）といった半導体物質から形成される。障壁
層１４は比較的大きなバンドギャップを持ち１例えばア
ルミニウムのモル分率ｘ＝０．３の砒比アルミニウム・
ガリウム（ＡＪ ｘＧａ １− ＞ＣＡｓ ）といった
半導体物質から形成される。ｘ＝０．３という値は一例
として選ばれたものであって、他の値もまた容易に用い
ろことができる。
第２図は４０周期を有する別の超格子構造１０ａを示す
。各周期はＧａＡｓ量子井戸層１２ａとｋｌ ０．３Ｇ
ａ ０．７Ａｓ障壁層１４ａとから構成される。量子井
戸層１２ａの各々は、はぼ５０Ａの厚みを有し、そして
障壁層１４ａの各々は、はぼ１００Ａの厚みを持ってい
る。
。各周期はＧａＡｓ量子井戸層１２ａとｋｌ ０．３Ｇ
ａ ０．７Ａｓ障壁層１４ａとから構成される。量子井
戸層１２ａの各々は、はぼ５０Ａの厚みを有し、そして
障壁層１４ａの各々は、はぼ１００Ａの厚みを持ってい
る。
第３図と第４図は本発明の原理に従って超格子の選択的
相互混合を行うために用いられる装置を図でもって示し
たものである。各装置はエネルギー源あるいはレーザー
発振装置１６′！！たは１６ａを備え、出力コントロー
ラー１８のコントロール下に様々なパルス当りのエネル
ギー量を持ったパルス出力乞発生する。レーザー発振装
置１６は波長がほぼ２４８ナノメートル（ｎｍ）で、パ
ルス持続時間、約２２ナノ秒（ｎｓｅｃ）で運転される
弗化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマ−レーザーの市販品
が利用’ｔ’キる。エキシマ−レーザーは、シングルシ
ョット、あるいは多重パルスの射撃能力を備えている。
相互混合を行うために用いられる装置を図でもって示し
たものである。各装置はエネルギー源あるいはレーザー
発振装置１６′！！たは１６ａを備え、出力コントロー
ラー１８のコントロール下に様々なパルス当りのエネル
ギー量を持ったパルス出力乞発生する。レーザー発振装
置１６は波長がほぼ２４８ナノメートル（ｎｍ）で、パ
ルス持続時間、約２２ナノ秒（ｎｓｅｃ）で運転される
弗化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマ−レーザーの市販品
が利用’ｔ’キる。エキシマ−レーザーは、シングルシ
ョット、あるいは多重パルスの射撃能力を備えている。
レーザー１６ａは市販の周波数倍増型のＱ−スイッチ式
／Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオディミウムＮｄ、イ、トリウムＹ
、アルミニウムＡｌ、柘榴石Ｇａｒｎｅｔの夫々の頭文
字をとったもの）レーザーで、同じくシングルショット
あるいは多重パルスの射撃能力を備えている。Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザーは、はぼ５３２ｎｍの波長で、パルス持続
時間約１０ｎ秒で作動する。レーザー発振装置１６＋ｌ
ｙ、：は１６ａの出力は焦点レンズ２０乞通って超格子
サンプル１０′または１０ａの上に指向される。超格子
サンプル１０または１０ａの上に投射されるエネルギー
密度はレーザーのパルスエネルギーまたはサンプルの表
面に合わされた焦点のスボ、トサイズを調節することに
よって様々に変化される。
／Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオディミウムＮｄ、イ、トリウムＹ
、アルミニウムＡｌ、柘榴石Ｇａｒｎｅｔの夫々の頭文
字をとったもの）レーザーで、同じくシングルショット
あるいは多重パルスの射撃能力を備えている。Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザーは、はぼ５３２ｎｍの波長で、パルス持続
時間約１０ｎ秒で作動する。レーザー発振装置１６＋ｌ
ｙ、：は１６ａの出力は焦点レンズ２０乞通って超格子
サンプル１０′または１０ａの上に指向される。超格子
サンプル１０または１０ａの上に投射されるエネルギー
密度はレーザーのパルスエネルギーまたはサンプルの表
面に合わされた焦点のスボ、トサイズを調節することに
よって様々に変化される。
その外に利用できるエネルギー源としては急速走査型の
連続波（ＣＷ）レーザー、パルス型電子ビームまたは急
速走査型の電子ビームがある。レーザーの波長と入射パ
ワーは層状構造の吸収波長と熱拡散性に関して、充分な
パワー密度が、相互混合されるべきサンプルの所定領域
に投下されるように選ばれる。パルスエネルギー源のパ
ルス持続時間、あるいは急速走査型のＣＷエネルギー源
の局一部滞留時間（走査速度）は１層状構造中の種々の
元素や化合物の安定性に関して、混合プロセス中の構造
の化学分解、あるいは構造に対する機械的損傷を避ける
ようにして選ばれる。そのような時間は以下の実施例中
に記載された構造に対しては、１秒より遥かに少ないこ
とが決定された。
連続波（ＣＷ）レーザー、パルス型電子ビームまたは急
速走査型の電子ビームがある。レーザーの波長と入射パ
ワーは層状構造の吸収波長と熱拡散性に関して、充分な
パワー密度が、相互混合されるべきサンプルの所定領域
に投下されるように選ばれる。パルスエネルギー源のパ
ルス持続時間、あるいは急速走査型のＣＷエネルギー源
の局一部滞留時間（走査速度）は１層状構造中の種々の
元素や化合物の安定性に関して、混合プロセス中の構造
の化学分解、あるいは構造に対する機械的損傷を避ける
ようにして選ばれる。そのような時間は以下の実施例中
に記載された構造に対しては、１秒より遥かに少ないこ
とが決定された。
以下の実施例は、この発明の方法と、それによって作ら
れた新規にして改良された半導体製品に就いて、何等の
限定も行うことなく、具体的に説明するのに役立つもの
である。
れた新規にして改良された半導体製品に就いて、何等の
限定も行うことなく、具体的に説明するのに役立つもの
である。
実施例Ｉ
第１図に示されるように、１００Ｘの厚みを有する砒化
ガリウムの量子井戸層と、同じ＜１００＾の厚みを有す
る砒化アルミニウム・ガリウム（ＡＡ！ ｏ 、３Ｇａ
Ｏ，７ＡＳ ） の障壁層の４０周期から構成され
た半導体超格子構造のサンプルが選ばれた。第３図の装
置ビ使って、エネルギー密度を約１００ｍＪ／ｃｒｌか
ら約９００ｍＪ〆一に変化させながら、ＫｒＦレーザー
で、２４８ｎｍの波長、２２ｎｓの一連のパルスを与え
てサンプルの選択された面積を照射した。
ガリウムの量子井戸層と、同じ＜１００＾の厚みを有す
る砒化アルミニウム・ガリウム（ＡＡ！ ｏ 、３Ｇａ
Ｏ，７ＡＳ ） の障壁層の４０周期から構成され
た半導体超格子構造のサンプルが選ばれた。第３図の装
置ビ使って、エネルギー密度を約１００ｍＪ／ｃｒｌか
ら約９００ｍＪ〆一に変化させながら、ＫｒＦレーザー
で、２４８ｎｍの波長、２２ｎｓの一連のパルスを与え
てサンプルの選択された面積を照射した。
エネルギー密度が約４００ｍＪ７ｍｌ（２２ｎｓのシン
クルパルスニオいて）を超えると、サンプル中に肉眼で
見える損傷（多分Ｇ ａ Ａ ｓとん、、Ｇａ１−ＸＡ
Ｓ層の分解によると思われろ噴火口状の凹み）が生じた
。入射エネルギー密度が２２０ｍＪ〆一 では肉眼で見
えるような結晶の損傷は起らなかった。しかしながら、
照射された領域の光反射性が変り、クレータ−状の凹み
が出来たり１表面が粗くなったりはしなかったが、肉眼
でも僅かに違ったように見える表面を生じた。
クルパルスニオいて）を超えると、サンプル中に肉眼で
見える損傷（多分Ｇ ａ Ａ ｓとん、、Ｇａ１−ＸＡ
Ｓ層の分解によると思われろ噴火口状の凹み）が生じた
。入射エネルギー密度が２２０ｍＪ〆一 では肉眼で見
えるような結晶の損傷は起らなかった。しかしながら、
照射された領域の光反射性が変り、クレータ−状の凹み
が出来たり１表面が粗くなったりはしなかったが、肉眼
でも僅かに違ったように見える表面を生じた。
実施例［
第２図に示されるように、５０Ｘの厚みを有する砒化ガ
リウムの量子井戸層と、１０ｏＸの厚みを有する砒化ア
ルミニウム・ガリウム（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）の
障壁層の４０周期からなる半導体超格子構造のサンプル
が選ばれた。第４図の装置を使って。
リウムの量子井戸層と、１０ｏＸの厚みを有する砒化ア
ルミニウム・ガリウム（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）の
障壁層の４０周期からなる半導体超格子構造のサンプル
が選ばれた。第４図の装置を使って。
エネルギー密度を約５０ｍＪ／ｃ！ｔから約４００ｍＪ
肩の範囲内で変化させながら周波数倍増型のＮｄ二ＹＡ
Ｇレーザーで５３２ｎｍの波長、１０ｎｓの一連のパル
スを与えてサンプルの選択された面積を照射した。
肩の範囲内で変化させながら周波数倍増型のＮｄ二ＹＡ
Ｇレーザーで５３２ｎｍの波長、１０ｎｓの一連のパル
スを与えてサンプルの選択された面積を照射した。
１０ｎｓの持続時間のシングルパルスと、サンプル表面
への推定入射エネルギー密度４００ｍＪ／ｃＭｔでレー
ザー相互混合を行った時に、肉眼で見える損傷（クレー
タ−発生）がサンプルに生じた。しかしながら、エネル
ギー密度、はぼ５０ｍＪ／ｄを使用した時は、シングル
パルスの照射に由来てろ肉眼で見えるような結晶の損傷
はなかった。
への推定入射エネルギー密度４００ｍＪ／ｃＭｔでレー
ザー相互混合を行った時に、肉眼で見える損傷（クレー
タ−発生）がサンプルに生じた。しかしながら、エネル
ギー密度、はぼ５０ｍＪ／ｄを使用した時は、シングル
パルスの照射に由来てろ肉眼で見えるような結晶の損傷
はなかった。
実施例■
本発明によって作り出された相互混合の度合を評価する
ために第１図のサンプル１０（実施例Ｉ参照のこと）の
成長させたままの領域とエキシマ−Ｖ−ザーで照射した
領域のラマン散乱スペクトルを測定した。第５図は成長
させたままの（ａＳ−ｇ ｒ ｏｗｎ ）サンプル領域
のラマンスペクトルを示す。
ために第１図のサンプル１０（実施例Ｉ参照のこと）の
成長させたままの領域とエキシマ−Ｖ−ザーで照射した
領域のラマン散乱スペクトルを測定した。第５図は成長
させたままの（ａＳ−ｇ ｒ ｏｗｎ ）サンプル領域
のラマンスペクトルを示す。
この図から分かるように、波数２９２ｃｔｒｔ−’ の
点に純粋なＧ ａ Ａ ｓ層に由来する縦方向の光学的
（ＬＯ）フォノンのピークと、波数２８１ｃｒｒＬ−’
の点にＭＯ１３ＧａＯ，７Ａｓ層に由来するＧ ａ
Ａ Ｓに似たＬＯフォノンピークが現われる。Ｆｉｇ
、６ は同じサンプル乞。
点に純粋なＧ ａ Ａ ｓ層に由来する縦方向の光学的
（ＬＯ）フォノンのピークと、波数２８１ｃｒｒＬ−’
の点にＭＯ１３ＧａＯ，７Ａｓ層に由来するＧ ａ
Ａ Ｓに似たＬＯフォノンピークが現われる。Ｆｉｇ
、６ は同じサンプル乞。
エネルギー密度はぼ２００ｍＪＺＨにおいてエキシマ−
レーザーのシングルパルスで照射しり時の同じサンプル
の領域からのラマンスペクトルを示す。
レーザーのシングルパルスで照射しり時の同じサンプル
の領域からのラマンスペクトルを示す。
この図から分かるよう釦、波数２８６ｃｍ−’ の点
にただ一つだけＧａＡｓに似１こフォノンピークが観察
されるが、これはｘ＝０．１５の予想した通りの中間組
成を待ったＡｌｌ ）（Ｇａ ＋ −、Ａｓの混合され
た合金が生じたことに対応するものである。これらのデ
ータはサンプル中で、もとの超格子層に広範囲の相互混
合が起ったことを示している。
にただ一つだけＧａＡｓに似１こフォノンピークが観察
されるが、これはｘ＝０．１５の予想した通りの中間組
成を待ったＡｌｌ ）（Ｇａ ＋ −、Ａｓの混合され
た合金が生じたことに対応するものである。これらのデ
ータはサンプル中で、もとの超格子層に広範囲の相互混
合が起ったことを示している。
実施例■
ＧａＡｓ層とＭ□、３ Ｇａ ０．７Ａｓ層の相互拡散
の程度をスパッターオージェプロファイリングの手法に
よって決定した。このスパッター・オージェプロファイ
リング法というのは、物理的なスパッタリングとオージ
ェ電子分光分析法を組み合せて層状構造の組成−深さの
プロフィルを生み出丁方法である。第７図は第１図のサ
ンプル１０の成長させたままの領域の最初の２１周期（
約４２０ＯＡの深さに相当てる）を通してのＧａとＡｌ
双方の深さプロフィルを示す。レーザー照射の効果（実
施例Ｉ参照のこと）はＦｉｇ、８ に見られろ如く劇
的なものがある。最初の１１周期（約２２０ＯＡの深さ
に相当てる）では完全な相互混合が起った。それに加え
て、相互混合相から擾乱されなかった超格子構造への移
行が極めて急突であることが観察された。相互混合され
た合金のアルミニウムモル分率は予期した如＜ｘ＝０．
１５に極めて近い値である。
の程度をスパッターオージェプロファイリングの手法に
よって決定した。このスパッター・オージェプロファイ
リング法というのは、物理的なスパッタリングとオージ
ェ電子分光分析法を組み合せて層状構造の組成−深さの
プロフィルを生み出丁方法である。第７図は第１図のサ
ンプル１０の成長させたままの領域の最初の２１周期（
約４２０ＯＡの深さに相当てる）を通してのＧａとＡｌ
双方の深さプロフィルを示す。レーザー照射の効果（実
施例Ｉ参照のこと）はＦｉｇ、８ に見られろ如く劇
的なものがある。最初の１１周期（約２２０ＯＡの深さ
に相当てる）では完全な相互混合が起った。それに加え
て、相互混合相から擾乱されなかった超格子構造への移
行が極めて急突であることが観察された。相互混合され
た合金のアルミニウムモル分率は予期した如＜ｘ＝０．
１５に極めて近い値である。
上記のデータは、エキシマ−レーザー照射がＧａＡｓ層
ん？ｚＧａ＋−ｘＡｓ超格子層の完全な相互混合を生じ
させることが可能であり、そして相互混合された領域と
未混合の領域間の急突な垂直方向の遷移を伴なうことを
示している。
ん？ｚＧａ＋−ｘＡｓ超格子層の完全な相互混合を生じ
させることが可能であり、そして相互混合された領域と
未混合の領域間の急突な垂直方向の遷移を伴なうことを
示している。
実施例■
第２図の超格子サンプル１０ａに就いて、成長さぜたま
への領域とＮｄ：ＹＡＧ レーザーで照射した領域（実
施例■参照のこと）のラマン散乱スペクトルを同じく測
定した。第９図はサンプルの成長させたままの領域のラ
マンスペクトルを示している。今回も再び、波数２７８
ｃ！ｒＬ−’ と波数２９０ｙｎ−’の位置に夫々、
Ｍ□、３ＧａＯ，７ＡＳ層とＧ ａ Ａ ｓ層に対応
するＬＯフォノンピークが現われている。第１０図はＮ
ｄ：ＹＡＧ Ｌ／−ザー（第３図の１６ａ）からの５
／： ／ｌ／ ステ、 各ハルス当’）１２０ｍＪ〆一
のエネルギー密度で照射した同じサンプルの領域からの
ラマンスペクトルを示す。波数２８３ｃｍ−” の位
置に現われた単一の比較的幅の狭いＬＯフォノンピーク
は、ｘ＝０．２の中間組成を有する完全に相互混合され
たＡＪＩ ＸＧａ ＋ −ＸＡＳ合金に対応するもので
、この組成はもとの層状構造の完全な相互混合から予期
されたものと一致する。更に、波数２６６ｃｒｔｔ−’
の位置に顕著な対称−禁制の横方向の光学的（ＴＯ）
フォノンピークが観察されるが、これは顕微鏡的な格子
損傷または歪み乞示すものである。これは。
への領域とＮｄ：ＹＡＧ レーザーで照射した領域（実
施例■参照のこと）のラマン散乱スペクトルを同じく測
定した。第９図はサンプルの成長させたままの領域のラ
マンスペクトルを示している。今回も再び、波数２７８
ｃ！ｒＬ−’ と波数２９０ｙｎ−’の位置に夫々、
Ｍ□、３ＧａＯ，７ＡＳ層とＧ ａ Ａ ｓ層に対応
するＬＯフォノンピークが現われている。第１０図はＮ
ｄ：ＹＡＧ Ｌ／−ザー（第３図の１６ａ）からの５
／： ／ｌ／ ステ、 各ハルス当’）１２０ｍＪ〆一
のエネルギー密度で照射した同じサンプルの領域からの
ラマンスペクトルを示す。波数２８３ｃｍ−” の位
置に現われた単一の比較的幅の狭いＬＯフォノンピーク
は、ｘ＝０．２の中間組成を有する完全に相互混合され
たＡＪＩ ＸＧａ ＋ −ＸＡＳ合金に対応するもので
、この組成はもとの層状構造の完全な相互混合から予期
されたものと一致する。更に、波数２６６ｃｒｔｔ−’
の位置に顕著な対称−禁制の横方向の光学的（ＴＯ）
フォノンピークが観察されるが、これは顕微鏡的な格子
損傷または歪み乞示すものである。これは。
あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザーで照射されたサンプルの
体積中での熱勾配によるものかも知れない。
体積中での熱勾配によるものかも知れない。
何故かならば、このレーザー発振装置からの出力ビーム
が不均一な強度プロフィルを与えることが観測されたか
らである。顕微鏡的な格子の損傷と歪みは、確実なレー
ザービームの均一性を保証することにより最少にするこ
とができるが、更に照射中のサンプル内での熱勾配を減
ら丁ために加、熱したサンプル受は台を使用することに
よっても同じような効果が得られろだろう。
が不均一な強度プロフィルを与えることが観測されたか
らである。顕微鏡的な格子の損傷と歪みは、確実なレー
ザービームの均一性を保証することにより最少にするこ
とができるが、更に照射中のサンプル内での熱勾配を減
ら丁ために加、熱したサンプル受は台を使用することに
よっても同じような効果が得られろだろう。
実施例■
１００Ａの厚みを有する砒化ガリウム層と、同じ＜１０
ＯＡの厚みを有する砒化アルミニウム・ガリウム（’Ｊ
ｏｊＧａ０．７ＡＳ ）層の３０周期から構成され。
ＯＡの厚みを有する砒化アルミニウム・ガリウム（’Ｊ
ｏｊＧａ０．７ＡＳ ）層の３０周期から構成され。
各層にシリコンを約６×１０ｃｒＩＬ の濃度レベル
まで均一にドープした半導体超格子構造のサンプルが選
ばれた。第４図のレーザー発振装置（実施例■参照のこ
と）を用い、エネルギー密度を約５０ｍ Ｊ／ｃｒｌか
ら約４００ｍＪ〆一 の範囲で変化させながラ一連の１
０ｎｓのパルスでサンプルを照射した。
まで均一にドープした半導体超格子構造のサンプルが選
ばれた。第４図のレーザー発振装置（実施例■参照のこ
と）を用い、エネルギー密度を約５０ｍ Ｊ／ｃｒｌか
ら約４００ｍＪ〆一 の範囲で変化させながラ一連の１
０ｎｓのパルスでサンプルを照射した。
エネルギー密度が約７０ｍＪ／ｃｒｌ工り大きいと。
サンプルの表面に肉眼でも見えろような損傷が生ずるの
が観察された。
が観察された。
発明の実施の最良の態様
この発明の方法を実施工ろに当っての最良の態様は、実
質的には実施例■の中で述べた方法に従うものである。
質的には実施例■の中で述べた方法に従うものである。
選ばれた層状半導体構造は、パルス型式のエキシマ−レ
ーザービームラ使って、滞留時間、約１０ｎｓから約３
［］ｎｓで、約１００ｍＪ／Ｃｌｌ１から約４００ｍＪ
／ｃｒｌ の範囲のエネルギー密度を与えて照射される
。量子井戸層と障壁層の両方とも層の厚みは好ましくは
約３ＯＡから約１５ＯＡの範囲で変化させることができ
る。温度と圧力の因子に対しては特定の要求がないから
、周囲条件（室温、室圧）が一般に望ましい。
ーザービームラ使って、滞留時間、約１０ｎｓから約３
［］ｎｓで、約１００ｍＪ／Ｃｌｌ１から約４００ｍＪ
／ｃｒｌ の範囲のエネルギー密度を与えて照射される
。量子井戸層と障壁層の両方とも層の厚みは好ましくは
約３ＯＡから約１５ＯＡの範囲で変化させることができ
る。温度と圧力の因子に対しては特定の要求がないから
、周囲条件（室温、室圧）が一般に望ましい。
これまで、現時点において好ましい具体例と考えられる
もの１丁なわち本発明を実施するに当っての最良の態様
について１種々の例を挙げて説明し、記述してきたが、
発明の真の適用範囲からはずれることなく、様々な変法
、修正が可能であり、また発明の要素を、それと等価の
物で置き換えろことができろことを、通常の知識を有す
る当業者ならば理解できるであろう。更には１本発明の
中心的領域からはずれることなく特定の状況や特定の物
質ｔ、本発明の教えるところに従って適応させるために
多くの修正が可能である。従って、本発明の意図すると
ころは１本発明が、その実施に当って、考えられる最良
の態様として開示された特定の具体例に限定されるもの
ではなく、添付された特許請求の範囲内に入る丁べての
具体例を包含することに在る。
もの１丁なわち本発明を実施するに当っての最良の態様
について１種々の例を挙げて説明し、記述してきたが、
発明の真の適用範囲からはずれることなく、様々な変法
、修正が可能であり、また発明の要素を、それと等価の
物で置き換えろことができろことを、通常の知識を有す
る当業者ならば理解できるであろう。更には１本発明の
中心的領域からはずれることなく特定の状況や特定の物
質ｔ、本発明の教えるところに従って適応させるために
多くの修正が可能である。従って、本発明の意図すると
ころは１本発明が、その実施に当って、考えられる最良
の態様として開示された特定の具体例に限定されるもの
ではなく、添付された特許請求の範囲内に入る丁べての
具体例を包含することに在る。
産業界への応用
この発明のプロセスは、これまで得られなかっ１こ性能
を有する新規物質を提供できるように半導体の性質を改
善するための新規で直接的な仕立て法を提供するのに理
想的に適している。
を有する新規物質を提供できるように半導体の性質を改
善するための新規で直接的な仕立て法を提供するのに理
想的に適している。
層状構造の簡単で直接的な選択的混合法は、電子、オプ
トエレクトロニ、り及び光学的な構成部材において、ド
ーピング、移動度、バンドギヤ。
トエレクトロニ、り及び光学的な構成部材において、ド
ーピング、移動度、バンドギヤ。
プ、屈折率を横方向と縦方向の双方から改質あるいは修
正する方法を与えるものであっ℃、その応用範囲として
は、電界効果トランジスター、レーザー、検波器、導波
管及び双安定性のスイッチング回路素子が含まれる。
正する方法を与えるものであっ℃、その応用範囲として
は、電界効果トランジスター、レーザー、検波器、導波
管及び双安定性のスイッチング回路素子が含まれる。
ドーピングをする必要がなくなったことで、そのような
新規にして改良された構成部材Ｚ、より高い純度と、エ
リ高い再現性で提供することが可能になる。
新規にして改良された構成部材Ｚ、より高い純度と、エ
リ高い再現性で提供することが可能になる。
ここで、第１図と第２図は本発明に用いられろ二つの超
格子のサンプルの拡大された側方から見た立面図を示す
。 第６図は本発明の原理に従って組み立てられ、エネルギ
ー源としてエキシマ−レーザー７用いた、超格子の選択
的混合のための装置のブロックダイヤグラムである。 第４図は１本発明の原理に従って組み立てられ、エネル
ギー源として周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザーを用
いた超格子の選択的混合のための装置のプロ、クダイヤ
グラムである。 第５図と第６図は夫々、第１図のサンプルの成長させた
ままの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パル
スで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロファイル
を示す。 第７図と第８図は夫々第１図のサンプルの成長させたま
まの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パルス
で照射したサンプルの領域のスバ。 ターオージェ（ｓｐｕｔ ｔｅｒ−Ａｕｇｅｒ）組成−
深さのプロファイルである。 第９図と第１０図は第３図のサンプルの成長させたまま
の領域と周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザーからの５
パルスで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロファ
イルである。 ＦＩＧ、 Ｉ ＦＩＧ、 ２ 一４０１Ｋ１期 ＦＩＧ、 ５ ＦＩＧ、 ６ 濠紋 （ｃｍ−’１ ＦＩＧ、 ７ ＦＩＧ、 ８ 語ス１ｆ−，クー４７． ｔＸ＋ＦＩＧ、 ９ ８シ敬（ｃｒｒｒｌ） ＦＩＧ、 ＩＱ
格子のサンプルの拡大された側方から見た立面図を示す
。 第６図は本発明の原理に従って組み立てられ、エネルギ
ー源としてエキシマ−レーザー７用いた、超格子の選択
的混合のための装置のブロックダイヤグラムである。 第４図は１本発明の原理に従って組み立てられ、エネル
ギー源として周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザーを用
いた超格子の選択的混合のための装置のプロ、クダイヤ
グラムである。 第５図と第６図は夫々、第１図のサンプルの成長させた
ままの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パル
スで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロファイル
を示す。 第７図と第８図は夫々第１図のサンプルの成長させたま
まの領域とＫｒＦエキシマ−レーザーからの単一パルス
で照射したサンプルの領域のスバ。 ターオージェ（ｓｐｕｔ ｔｅｒ−Ａｕｇｅｒ）組成−
深さのプロファイルである。 第９図と第１０図は第３図のサンプルの成長させたまま
の領域と周波数倍増型のＮｄ：ＹＡＧレーザーからの５
パルスで照射したサンプルの領域のラマン散乱プロファ
イルである。 ＦＩＧ、 Ｉ ＦＩＧ、 ２ 一４０１Ｋ１期 ＦＩＧ、 ５ ＦＩＧ、 ６ 濠紋 （ｃｍ−’１ ＦＩＧ、 ７ ＦＩＧ、 ８ 語ス１ｆ−，クー４７． ｔＸ＋ＦＩＧ、 ９ ８シ敬（ｃｒｒｒｌ） ＦＩＧ、 ＩＱ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）多層半導体構造体の選択的混合の方法において、該
構造体は、少なくとも二つの層を持ち、交互に積層され
た量子井戸層と障壁層とからなり、次の段階： （ａ）各層が約５乃至約５００Åの範囲の厚みを有し、
少なくとも一つの露出した表層を有する多層半導体構造
体を与え、 （ｂ）露出した表層の選択された面積に、交互に積層さ
れた各層間での混合が行われるのに充分なエネルギー密
度を供給するに適したエネルギー源でもって、該多層半
導体を照射し、 （ｃ）選択的に混合された多層半導体の製品構造体を回
収し、該構造体は、もとの半導体構造とは異なる光学的
および／または電子的性質を示す選択された側面および
／または垂直面の領域を有することを特徴とする、 ことからなる多層半導体構造体の選択的混合の方法。 ２）多層半導体構造体が複合超格子からなる特許請求の
範囲第１項記載の方法。 ３）量子井戸層が本質的に砒化ガリウムから構成される
特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）障壁層が式Ａｌ＿ＸＧａ＿１＿−＿ＸＡｓを有する
本質的に砒化アルミニウム・ガリウムから構成される特
許請求の範囲第 項記載の方法。 ５）モル分率Ｘが約０．１乃至０．５の範囲内にあるよ
うに選択される特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６）量子井戸層が本質的に砒化ガリウムから構成され、
そして障壁層が本質的にＡｌ＿０＿．＿３Ｇａ＿０＿．
＿７Ａｓから構成される特許請求の範囲第４項記載の方
法。 ７）混合された半導体製品構造体の選択された領域が本
質的にＡｌ＿０＿．＿１＿５Ｇａ＿０＿．＿８＿５Ａｓ
から構成される特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８）与えられた量子井戸層が約３０乃至約１５０Åの範
囲内の厚みを有する特許請求の範囲第３項記載の方法。 ９）量子井戸層が約５０乃至１００Åの範囲内の厚みを
有する特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０）障壁層が約３０乃至約１５０Åの範囲内の厚みを
有する特許請求の範囲第４項記載の方法。 １１）障壁層の厚みが約１００Åである特許請求の範囲
第１０項記載の方法。 １２）多層半導体構造体が約０°乃至約５０℃の範囲内
の温度において与えられる特許請求の範囲第４項記載の
方法。 １３）多層半導体構造体が実質的に周囲温度と周囲圧力
において与えられる特許請求の範囲第４項記載の方法。 １４）エネルギー源がパルスレーザービーム、急速走査
レーザービーム、パルス電子ビーム、急速走査電子ビー
ム及びそれらの組合せからなるクラスから選ばれる特許
請求の範囲第１項記載の方法。 １５）エネルギー源がエキシマーレーザービームである
特許請求の範囲第１項記載の方法。 １６）エキシマーレーザービームが２４８ｎｍの波長を
有するＫｒＦレーザービームである特許請求の範囲第１
５項記載の方法。 １７）エネルギー源がパルス・レーザービームからのシ
ングルパルスからなる特許請求の範囲第１項記載の方法
。 １８）エネルギー源がパルスレーザービームからの多重
パルスからなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 １９）エネルギー源がパルスＫｒＦレーザービームから
のシングルパルスからなり、該パルスは、約１０乃至約
３０ナノ秒の範囲内の滞留時間を有し、そしてエネルギ
ー密度が約１００乃至約４００ｍＪ／ｃｍ＾２の範囲内
にある特許請求の範囲第１項記載の方法。 ２０）多層半導体構造体が２層構造からなり、該構造体
が単一ヘテロ構造である特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ２１）多層半導体構造体が３層構造からなり、該構造体
が二重ヘテロ構造である特許請求の範囲第１項記載の方
法。 ２２）多層半導体構造体が、ドーピング超格子を与える
ために交互に積層された層の一種の中に不純物原子を含
有する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ２３）変更された光学的および／または電子的性質を示
す側面および／または垂直面の選択された領域を有する
ことを特徴とする選択的に混合された多層半導体製品で
あって、次の段階： （ａ）多層半導体構造体を与え、該構造体が少なくとも
二つの層を持ち、そして交互に積層された量子井戸層と
障壁層とからなり、各層が約５乃至約５００Åの範囲内
の厚みを有し、該構造体が少なくとも一つの露出した表
層を有し、 （ｂ）露出した表層の選択された面積に、交互に積層さ
れた各層間での混合が行われるのに充分なエネルギー密
度を供給するに適したエネルギー源でもって該多層半導
体構造体を照射し、 （ｃ）選択的に混合された多層半導体製品を回収する、 上記各段階からなる方法によって調製された選択的に混
合された多層半導体製品。 ２４）方法の段階が、パルスレーザービーム、急速走査
レーザービーム、パルス電子ビーム、急速走査電子ビー
ム及びそれらの組合せからなるクラスから選ばれたエネ
ルギー源を使用する特許請求の範囲第２３項記載の製品
。 ２５）エネルギー源がエキシマーレーザービームである
特許請求の範囲第２４項記載の製品。 ２６）エネルギー源がパルスレーザービームからのシン
グルパルスからなる特許請求の範囲第２４項記載の製品
。 ２７）エネルギー源がパルスレーザービームからの多重
パルスからなる特許請求の範囲第２４項の製品。 ２８）特許請求の範囲第２０項記載の方法によって調製
された集積構造体製品。 ２９）特許請求の範囲第２１項記載の方法によって調製
された集積構造体製品。 ３０）特許請求の範囲第２２項記載の方法によって調製
された集積構造体製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/916,818 US4731338A (en) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | Method for selective intermixing of layered structures composed of thin solid films |
| US916818 | 1986-10-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63119591A true JPS63119591A (ja) | 1988-05-24 |
Family
ID=25437882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62256117A Pending JPS63119591A (ja) | 1986-10-09 | 1987-10-09 | 薄い固体フィルムからなる層状構造体の選択的混合方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4731338A (ja) |
| EP (1) | EP0264222B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63119591A (ja) |
| KR (1) | KR880005660A (ja) |
| CN (1) | CN1012405B (ja) |
| AT (1) | ATE102398T1 (ja) |
| AU (1) | AU592019B2 (ja) |
| CA (1) | CA1277439C (ja) |
| DE (1) | DE3789187T2 (ja) |
| IE (1) | IE872671L (ja) |
| IN (1) | IN171245B (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2544378B2 (ja) * | 1987-03-25 | 1996-10-16 | 株式会社日立製作所 | 光半導体装置 |
| GB2206233B (en) * | 1987-06-23 | 1990-09-05 | British Gas Plc | Miniature thermoelectric converters |
| US4817102A (en) * | 1988-04-18 | 1989-03-28 | Maurer Larry D | Acousto-electromagnetic hologistic resonant system |
| US5107316A (en) * | 1989-12-28 | 1992-04-21 | Siemens Corporate Research, Inc. | Catoptrical opto-electronic gas sensor |
| US5191784A (en) * | 1989-12-28 | 1993-03-09 | Siemens Corporate Research, Inc. | Opto-electronic gas sensor |
| US5081633A (en) * | 1990-05-31 | 1992-01-14 | Applied Solar Energy Corporation | Semiconductor laser diode |
| US6959555B2 (en) * | 2001-02-09 | 2005-11-01 | Bsst Llc | High power density thermoelectric systems |
| US7231772B2 (en) * | 2001-02-09 | 2007-06-19 | Bsst Llc. | Compact, high-efficiency thermoelectric systems |
| US6539725B2 (en) * | 2001-02-09 | 2003-04-01 | Bsst Llc | Efficiency thermoelectrics utilizing thermal isolation |
| US7942010B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-17 | Bsst, Llc | Thermoelectric power generating systems utilizing segmented thermoelectric elements |
| US7946120B2 (en) | 2001-02-09 | 2011-05-24 | Bsst, Llc | High capacity thermoelectric temperature control system |
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| US7273981B2 (en) * | 2001-02-09 | 2007-09-25 | Bsst, Llc. | Thermoelectric power generation systems |
| US7426835B2 (en) * | 2001-08-07 | 2008-09-23 | Bsst, Llc | Thermoelectric personal environment appliance |
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