JPS636829A - 共晶系半導体規則構造の製造方法 - Google Patents
共晶系半導体規則構造の製造方法Info
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- JPS636829A JPS636829A JP14950886A JP14950886A JPS636829A JP S636829 A JPS636829 A JP S636829A JP 14950886 A JP14950886 A JP 14950886A JP 14950886 A JP14950886 A JP 14950886A JP S636829 A JPS636829 A JP S636829A
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Landscapes
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はへテロ接合を有する層状または柱状の規則構造
の半導体の製造方法に関する。
の半導体の製造方法に関する。
Ag Ge、At−Cuなどの金属共晶合金テはAt
’Fcuを層状あるいは柱状に析出させ材料の強化に利
用しているが半導体ではかかる規則形状を構成する試み
は行なわnでいない(ジエー・クリスタル・グロース第
50巻第720〜728頁、1980年(J、 (::
rystal ()rowth 、 Vow、 50(
1980)720〜728)参照)。本発明では明記し
なかったが超薄膜半導体の層状構造は超格子として半導
体デバイスにおける非線形伝導や共鳴現象など種々の量
子効果が期待され、MBEやMOCVDの薄膜形成技術
を利用して実験が進められている(ジェー・クリスタル
・グロース、第46巻、第172〜178頁、 197
9年(J、CrystalGrowth 、Vot、4
6 (1979)172〜178)およびジエー・クリ
スタル・グロース、骨中←←第65巻、第439〜44
3頁、 1983年(J 、Crys tal()ro
wth、 Vol、 65 (1983) 439〜4
43 )参照)。
’Fcuを層状あるいは柱状に析出させ材料の強化に利
用しているが半導体ではかかる規則形状を構成する試み
は行なわnでいない(ジエー・クリスタル・グロース第
50巻第720〜728頁、1980年(J、 (::
rystal ()rowth 、 Vow、 50(
1980)720〜728)参照)。本発明では明記し
なかったが超薄膜半導体の層状構造は超格子として半導
体デバイスにおける非線形伝導や共鳴現象など種々の量
子効果が期待され、MBEやMOCVDの薄膜形成技術
を利用して実験が進められている(ジェー・クリスタル
・グロース、第46巻、第172〜178頁、 197
9年(J、CrystalGrowth 、Vot、4
6 (1979)172〜178)およびジエー・クリ
スタル・グロース、骨中←←第65巻、第439〜44
3頁、 1983年(J 、Crys tal()ro
wth、 Vol、 65 (1983) 439〜4
43 )参照)。
第5図はQaAs−Qe共晶系の相図を表わす。
第6図に示ルたように共晶体(GaAs15モルLs)
とQe種結晶を接合し共晶体の溶融温度(860C)以
上に保った後、Ge種結晶側から矢印60の方向に冷却
してゆくとGe種結晶上にGe結晶が析出する。さらに
冷却を続けると約8600のGe結晶析出界面(固液界
面)での液相組成は共晶点(GaAS約15モル%)よ
シGaA3が多量に含まれGaA3tm晶の創成により
GaAs6るいはGaASにQeが混ざった共晶体が析
出し始める。
とQe種結晶を接合し共晶体の溶融温度(860C)以
上に保った後、Ge種結晶側から矢印60の方向に冷却
してゆくとGe種結晶上にGe結晶が析出する。さらに
冷却を続けると約8600のGe結晶析出界面(固液界
面)での液相組成は共晶点(GaAS約15モル%)よ
シGaA3が多量に含まれGaA3tm晶の創成により
GaAs6るいはGaASにQeが混ざった共晶体が析
出し始める。
このQ a A SあるいはQaAs−()eの一共晶
組成の析出は析出のための核となる微結晶が系の玉めて
小さなゆらぎによってランダムに創成されることにより
場所的にも不規則な結晶析出となる。すなわちGei種
結晶とじ共晶体を一方向凝固させると第1層に()e結
晶が析出しその後はGaA31種種のQa人3−Qe共
晶組成、Ge結晶が場所的にランダムに析出する。また
、冷却の方向によっては柱状の規則構造を析出すること
ができる。
組成の析出は析出のための核となる微結晶が系の玉めて
小さなゆらぎによってランダムに創成されることにより
場所的にも不規則な結晶析出となる。すなわちGei種
結晶とじ共晶体を一方向凝固させると第1層に()e結
晶が析出しその後はGaA31種種のQa人3−Qe共
晶組成、Ge結晶が場所的にランダムに析出する。また
、冷却の方向によっては柱状の規則構造を析出すること
ができる。
本発明は結晶析出のための核形成を外的に制御し規則形
状をした結晶析出を実現するものである。
状をした結晶析出を実現するものである。
上記目的は、原料溶融物(融液)に種結晶を接触させ、
その少なくとも界面を冷却して結晶を析出させる際に、
結晶析出面(またはその垂直面)に沿って熱的1弾性的
変動を外的に加えることにより達成される。これは自然
発生的2部分的に生ずる結晶核形成を防止するとともに
、結晶析出面に沿って同時に結晶核の形成さらに結晶析
出を促進することによって達成される。この熱的2弾性
的な変動を必要時にパルスとして加えてもその効果は得
られるが、通常結晶核創成の時期は観測し得ないため規
則的な変動として周期的に邸加しておくのが実用的であ
る。
その少なくとも界面を冷却して結晶を析出させる際に、
結晶析出面(またはその垂直面)に沿って熱的1弾性的
変動を外的に加えることにより達成される。これは自然
発生的2部分的に生ずる結晶核形成を防止するとともに
、結晶析出面に沿って同時に結晶核の形成さらに結晶析
出を促進することによって達成される。この熱的2弾性
的な変動を必要時にパルスとして加えてもその効果は得
られるが、通常結晶核創成の時期は観測し得ないため規
則的な変動として周期的に邸加しておくのが実用的であ
る。
本発明に用いられる変動としては超音波による弾性振動
や、また熱的にはフラッシュランプの点滅による熱振動
などが有効である。
や、また熱的にはフラッシュランプの点滅による熱振動
などが有効である。
また1種結晶を、析出結晶の規則形状に対応し友凹凸を
有するものによって、上記目的は達成され、その際、上
述の熱的2弾性的変動を加えてその効果を増大すること
もできる。
有するものによって、上記目的は達成され、その際、上
述の熱的2弾性的変動を加えてその効果を増大すること
もできる。
上記熱的振動と弾性的振動では結晶核形成に及ぼす物理
作用は異なるが基本概念と得られる効果は同様なので以
下熱的振動について本発明が提示する技術の作用内容を
明らかKする。
作用は異なるが基本概念と得られる効果は同様なので以
下熱的振動について本発明が提示する技術の作用内容を
明らかKする。
第6図において通常のとと〈Ge種結晶側から冷却した
ときのようすはすでに述べた通りである。
ときのようすはすでに述べた通りである。
このとき熱的周期パルスを種結晶側から加えると結晶析
出部分では温度の高低の変動に応じて、微視的には結晶
の溶融・析出が周期的にくり返される。これは−定温度
の場合でめる。いく分速く方向性凝固を行ないながら温
度の高低変動を与えると、結晶析出面は凝固方向に速く
なったシ遅くなったシしながら移動する。ここで結晶析
出部分と液相の境界にある液相の共晶組成はGe結晶が
析出したため() a A S濃度が高くなる。Q a
A S濃度が臨界点に達し、かつ温度の高低振動によ
り急速に低温になったとき、直ちに結晶析出面全体KG
aAS結晶あるいはQaAslCQeが混在した共晶体
の析出が始まる。同様に次いでGe結晶あるいはQe−
G aA g共晶体が析出し層状構造が形成される。
出部分では温度の高低の変動に応じて、微視的には結晶
の溶融・析出が周期的にくり返される。これは−定温度
の場合でめる。いく分速く方向性凝固を行ないながら温
度の高低変動を与えると、結晶析出面は凝固方向に速く
なったシ遅くなったシしながら移動する。ここで結晶析
出部分と液相の境界にある液相の共晶組成はGe結晶が
析出したため() a A S濃度が高くなる。Q a
A S濃度が臨界点に達し、かつ温度の高低振動によ
り急速に低温になったとき、直ちに結晶析出面全体KG
aAS結晶あるいはQaAslCQeが混在した共晶体
の析出が始まる。同様に次いでGe結晶あるいはQe−
G aA g共晶体が析出し層状構造が形成される。
以上のように温度の高低振動は結晶析出のための臨界状
態を強制的に作)出し、ランダムな結晶析出を抑止する
作用をする。
態を強制的に作)出し、ランダムな結晶析出を抑止する
作用をする。
以上の原理かられかるように熱的2弾性的振動の印加方
向は得られる規則構造と無関係ではなく、層状の場合は
層に垂直な方向にまた柱状の場合は柱状方向に垂直な方
向から印加するのを基本とする。
向は得られる規則構造と無関係ではなく、層状の場合は
層に垂直な方向にまた柱状の場合は柱状方向に垂直な方
向から印加するのを基本とする。
以下本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
実施例1
第1図は石英製真空アンプル37内に封入したQaAs
種結晶32とGaAs−Ge共晶体33(GaAs15
モルチ)の接合試料を温度勾配を有する電気炉31(種
結晶から共晶合金の方へ温度が高くなる)で接合部分が
860C以上になるように加熱し、共晶体33を溶融す
る。溶融10分後に130C/crnの温度勾配を保ち
なから370C/分の速度で種結晶32側から冷却する
と同時に500Wのアークランプ34からの光を600
回転/分で回転する光チョッパ35でパルス化し集光レ
ンズ36を通して種結晶側から投入した。得られた析出
結晶は接合面に平行なきれいな層状構造をしておりGe
結結晶層約10工 でめった。
種結晶32とGaAs−Ge共晶体33(GaAs15
モルチ)の接合試料を温度勾配を有する電気炉31(種
結晶から共晶合金の方へ温度が高くなる)で接合部分が
860C以上になるように加熱し、共晶体33を溶融す
る。溶融10分後に130C/crnの温度勾配を保ち
なから370C/分の速度で種結晶32側から冷却する
と同時に500Wのアークランプ34からの光を600
回転/分で回転する光チョッパ35でパルス化し集光レ
ンズ36を通して種結晶側から投入した。得られた析出
結晶は接合面に平行なきれいな層状構造をしておりGe
結結晶層約10工 でめった。
つぎにさらに薄い層状構造を得るため温度勾配とチョッ
パの回転数をそのままにして冷却速度を小さくしたとこ
ろ冷却速度に比例して厚さの薄い周期性の曳い層状構造
がQee晶層2000人、Q a A s結晶層400
人まで得られた。この条件でチョッパからの熱的周期振
動のない試料を作製したところ,数十〜数百μmの不規
則な構造となった。これは以下のように説明される。冷
却速度を小さくすると(その極限では平衡状態が出現す
ることから分るように)結晶析出界面での現象が平衡状
態に近づくため1例えばQ a A 3結晶が析出して
いる場合においても液相におる共晶合金の組成はQeの
拡散散いつによって極端なQelJツチ領域を形成せず
.明確なGe析出の臨界状態が出現しない。そのため外
的じよう乱の影響に結晶析出現象が支配され易くなるた
めと考えられる。−方熱的周期振動を加えるとこの臨界
状態が強制的に実現されるため規則構造ができ易くなる
。すなわち本発明は通常の手法では実現困難な超格子状
の層状構造を安定に製造することを可能にしていること
がわかる。
パの回転数をそのままにして冷却速度を小さくしたとこ
ろ冷却速度に比例して厚さの薄い周期性の曳い層状構造
がQee晶層2000人、Q a A s結晶層400
人まで得られた。この条件でチョッパからの熱的周期振
動のない試料を作製したところ,数十〜数百μmの不規
則な構造となった。これは以下のように説明される。冷
却速度を小さくすると(その極限では平衡状態が出現す
ることから分るように)結晶析出界面での現象が平衡状
態に近づくため1例えばQ a A 3結晶が析出して
いる場合においても液相におる共晶合金の組成はQeの
拡散散いつによって極端なQelJツチ領域を形成せず
.明確なGe析出の臨界状態が出現しない。そのため外
的じよう乱の影響に結晶析出現象が支配され易くなるた
めと考えられる。−方熱的周期振動を加えるとこの臨界
状態が強制的に実現されるため規則構造ができ易くなる
。すなわち本発明は通常の手法では実現困難な超格子状
の層状構造を安定に製造することを可能にしていること
がわかる。
なお1本実施例は、温度勾配が10〜450t:’/c
m、冷却速度が10〜aoooC/分においても適用で
きた。
m、冷却速度が10〜aoooC/分においても適用で
きた。
実施例2
第2図は種結晶と共晶体を実施例1とは異なシ凝固方向
に平行に配置し之場合の例でるる。
に平行に配置し之場合の例でるる。
石英製真空アンプル47内に封入したQee結晶42と
GaAS −G e共晶体43(GaAs15モルチ)
の接合試料を温度勾配を有する電気炉41で加熱溶融し
,−端から冷却する。このとき側面から光チョッパ45
を通して光パルスを照射し共晶体43に周期的な温度変
動を加えると種結晶43に平行な層状結晶が得られる。
GaAS −G e共晶体43(GaAs15モルチ)
の接合試料を温度勾配を有する電気炉41で加熱溶融し
,−端から冷却する。このとき側面から光チョッパ45
を通して光パルスを照射し共晶体43に周期的な温度変
動を加えると種結晶43に平行な層状結晶が得られる。
このようにして層状構造が形成された後は冷却とともに
層状の端部を種として第3図のように結晶層が成長する
。
層状の端部を種として第3図のように結晶層が成長する
。
実施例1の場合と異なりこの場合の結晶成長ではGeと
GaAsの結晶成長方位や成長速度の違いにもよるが急
温度勾配、小さな冷却速度で(言い換えると平衡に近い
状態で)形成するのが規則構造形成には望ましい。また
温度周期振動は初期に形成された層周期に温度高低の周
期が合うように印加するのが良い。このように本実施例
の場合には初期に形成された層構造が重要であるため、
これを規定する方法の1つとして第4図に示したような
,規則構造に対応した凹凸パターンを形成した種結晶を
第3図のQee結晶とは垂直配置し並用したものでは大
きな効果が得られた。
GaAsの結晶成長方位や成長速度の違いにもよるが急
温度勾配、小さな冷却速度で(言い換えると平衡に近い
状態で)形成するのが規則構造形成には望ましい。また
温度周期振動は初期に形成された層周期に温度高低の周
期が合うように印加するのが良い。このように本実施例
の場合には初期に形成された層構造が重要であるため、
これを規定する方法の1つとして第4図に示したような
,規則構造に対応した凹凸パターンを形成した種結晶を
第3図のQee結晶とは垂直配置し並用したものでは大
きな効果が得られた。
この場合1周期的変動を加えなくても層状結晶が得られ
た。
た。
なお、本実施例は、温度勾配が5〜450C/d、冷却
速度が5〜3 000 C/分においても適用でき念。
速度が5〜3 000 C/分においても適用でき念。
以上GaAs−Ge系を例に本発明を開示したが。
本発明の効果はこの系に限定されず+ S i −Ga
As 。
As 。
8i−GaP,GaAs−Zn5e,Ge−AlAs等
格子定数の近’/)IV、 III−V、 n−M半
導体相互の共晶系材料に適用できることを確認した。
格子定数の近’/)IV、 III−V、 n−M半
導体相互の共晶系材料に適用できることを確認した。
本発明に含まれる半導体規則形状構造は従来のエピタキ
シャル成長層を一層ずつ多層に重畳した層状構造と比べ (1)多層を一度の操作で積層できるため生産性が高い
。
シャル成長層を一層ずつ多層に重畳した層状構造と比べ (1)多層を一度の操作で積層できるため生産性が高い
。
(2)液相からの結晶成長であるため結晶性が良い。
などの特徴を有し、本発明は上記効果を有する規則構造
を制御性良く高精度に作製するための主要技術である。
を制御性良く高精度に作製するための主要技術である。
第1図、!2図は本発明による規則構造半導体の作製方
法の説明図、第3図は第2図の方法で形成される規則構
造の模式図、第4図(a)は第2図に示した規則構造半
導体の製造方法に適用したGe種結晶の構造図、同図(
b)は同様にGaASfII結晶の場合の構造図、第5
図はGaAs−Ge系の平衡状態図、i6図は規則構造
半導体の従来の作製方法の1例を示した図である。 21・・・Ge種結晶、22・・・析出Ge結晶、23
・・・Ge賭晶、24−GaAs −G e共晶体、3
1゜41・・・温度勾配炉、32,42・・・QaAs
櫨結晶。 33 、43−GaA5−G e共晶体、34,44−
・・アークランプ、35,45・・・光fヨツバ、36
・・・集光レンズ、37.47・・・アンプル、46・
・・ミラー、51−G e結晶層、52 ・ GaAS
結晶層、60・・・冷却方向。 代理人 弁理士 小川勝男と1〉 別。 署/ 記 ◇:二F−3O 票 Z 口 ぐ1ゝqQ 第3図 第4凹 第夕図 Qe neo/ ”/a Cra−As
(rtAs′86 図
法の説明図、第3図は第2図の方法で形成される規則構
造の模式図、第4図(a)は第2図に示した規則構造半
導体の製造方法に適用したGe種結晶の構造図、同図(
b)は同様にGaASfII結晶の場合の構造図、第5
図はGaAs−Ge系の平衡状態図、i6図は規則構造
半導体の従来の作製方法の1例を示した図である。 21・・・Ge種結晶、22・・・析出Ge結晶、23
・・・Ge賭晶、24−GaAs −G e共晶体、3
1゜41・・・温度勾配炉、32,42・・・QaAs
櫨結晶。 33 、43−GaA5−G e共晶体、34,44−
・・アークランプ、35,45・・・光fヨツバ、36
・・・集光レンズ、37.47・・・アンプル、46・
・・ミラー、51−G e結晶層、52 ・ GaAS
結晶層、60・・・冷却方向。 代理人 弁理士 小川勝男と1〉 別。 署/ 記 ◇:二F−3O 票 Z 口 ぐ1ゝqQ 第3図 第4凹 第夕図 Qe neo/ ”/a Cra−As
(rtAs′86 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、種結晶と原料溶融物との接触工程および冷却工程を
少なくとも含む、互いに全率固溶し合わない少なくとも
2種以上の半導体物質が該各半導体物質1種または2種
以上の共晶組成で層状または柱状に規則配列した共晶系
半導体規則構造の製造方法において該共晶系半導体の均
一溶融物の温度を徐々に下げて方向性凝固をさせるとと
もに、機械的周期振動および熱的周期変動の両者もしく
はいずれかを加えることを特徴とする共晶系半導体規則
構造の製造方法。 2、前記機械的周期振動を超音波弾性振動で、また前記
熱的周期変動をフラッシュランプの光エネルギーで加え
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の共晶系
半導体規則構造の製造方法。 3、種結晶と原料溶融物との接触工程および冷却工程を
少なくとも含む、互いに全率固溶し合わない少なくとも
2種以上の半導体物質1種または2種以上の共晶組成で
層状または柱状に規則配列した共晶系半導体規則構造の
製造方法において、前記種結晶が前記規則構造に対応す
る凹凸を有するものか、もしくは当該凹凸を有する種結
晶を含むものであることを特徴とする共晶系半導体規則
構造の製造方法。 4、前記冷却工程において、前記原料溶融物の温度を徐
々に下げて方向性凝固をさせるとともに、機械的振動お
よび熱的振動の両者もしくはいずれかを加えることを特
徴とする特許請求の範囲第3項記載の共晶系半導体規則
構造の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14950886A JP2507329B2 (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 共晶系半導体規則構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14950886A JP2507329B2 (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 共晶系半導体規則構造の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS636829A true JPS636829A (ja) | 1988-01-12 |
JP2507329B2 JP2507329B2 (ja) | 1996-06-12 |
Family
ID=15476673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14950886A Expired - Lifetime JP2507329B2 (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 共晶系半導体規則構造の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2507329B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04355347A (ja) * | 1991-05-31 | 1992-12-09 | Shimadzu Corp | 原子吸光分光光度計 |
US10318032B2 (en) | 2015-02-04 | 2019-06-11 | Quickstep Technologies Llc | Multilayer capacitive detection device, and apparatus comprising the device |
-
1986
- 1986-06-27 JP JP14950886A patent/JP2507329B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04355347A (ja) * | 1991-05-31 | 1992-12-09 | Shimadzu Corp | 原子吸光分光光度計 |
US10318032B2 (en) | 2015-02-04 | 2019-06-11 | Quickstep Technologies Llc | Multilayer capacitive detection device, and apparatus comprising the device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2507329B2 (ja) | 1996-06-12 |
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