JPH01125818A - ヘテロ界面形成方法 - Google Patents
ヘテロ界面形成方法Info
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- JPH01125818A JPH01125818A JP62282215A JP28221587A JPH01125818A JP H01125818 A JPH01125818 A JP H01125818A JP 62282215 A JP62282215 A JP 62282215A JP 28221587 A JP28221587 A JP 28221587A JP H01125818 A JPH01125818 A JP H01125818A
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- Japan
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- semiconductor
- mixed crystal
- crystal
- interface
- molecular layer
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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、ヘテロ界面の形成方法に関し、特に分子線エ
ピタキシ法によって化合物半導体の高品質ヘテロ界面を
形成する方法に関する。
ピタキシ法によって化合物半導体の高品質ヘテロ界面を
形成する方法に関する。
[従来の技術]
2次元電子ガストランジスタや量子井戸レーザのような
化合物半導体のデバイスは、その多くが異種の半導体結
晶を接合したベテロ接合を利用するものである。ペテロ
接合界面(以下、ヘテロ界面と称する)の性質はキャリ
アの散乱や、発光、吸収等に影響し、デバイス特性を大
きく左右する。
化合物半導体のデバイスは、その多くが異種の半導体結
晶を接合したベテロ接合を利用するものである。ペテロ
接合界面(以下、ヘテロ界面と称する)の性質はキャリ
アの散乱や、発光、吸収等に影響し、デバイス特性を大
きく左右する。
従って、平坦かつ急峻で、不純物や欠陥のない高品質の
界面を形成することが重要である。このような急峻なヘ
テロ界面を形成する手段として分子線エピタキシ(Mo
lecular Beam Epitaxy、以下MB
Eと称する)法が広く行われている。
界面を形成することが重要である。このような急峻なヘ
テロ界面を形成する手段として分子線エピタキシ(Mo
lecular Beam Epitaxy、以下MB
Eと称する)法が広く行われている。
第2図は、このMBE法を行うために一般的に用いられ
るMBE装置の概略断面図を示したもので、イオンポン
プ等の真空ポンプ9によって超高真空に保たれた成長室
1中に、所望の結晶を構成する元素を含む原料を加熱し
、分子線状に各元素を噴出させる分子線源20,21,
22.23と、この分子線源20.21.22.23と
は独立に温度制御可能に基板4を加熱・保持する基板ホ
ルダ3とを設け、各分子線源20,21,22.23か
ら基板4に向けて原料元素の分子線を噴出させてエピタ
キシャル成長を行うものである。MBE法では、各分子
線源の前方に配設されたシャッタ5a〜5dの開閉によ
り個々の分子線の断続を行うと共に、各原料の蒸発源の
温度設定により分子線強度の変調制御を行うことができ
る。
るMBE装置の概略断面図を示したもので、イオンポン
プ等の真空ポンプ9によって超高真空に保たれた成長室
1中に、所望の結晶を構成する元素を含む原料を加熱し
、分子線状に各元素を噴出させる分子線源20,21,
22.23と、この分子線源20.21.22.23と
は独立に温度制御可能に基板4を加熱・保持する基板ホ
ルダ3とを設け、各分子線源20,21,22.23か
ら基板4に向けて原料元素の分子線を噴出させてエピタ
キシャル成長を行うものである。MBE法では、各分子
線源の前方に配設されたシャッタ5a〜5dの開閉によ
り個々の分子線の断続を行うと共に、各原料の蒸発源の
温度設定により分子線強度の変調制御を行うことができ
る。
従来、MBE法において原子のオーダーで平坦かつ急峻
なペテロ界面を形成する方法としては、各分子線源20
〜23のシャッタ58〜5dを閉じることで成長を界面
で中断し、数十秒ないし数分間待機することにより、界
面の平坦性を増す方法がGaAs/ #GaASヘテロ
系について報告されている(ジャパニーズ・ジャーナル
・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn、J、Ap
pl、Phys、 )、24. (1985)。
なペテロ界面を形成する方法としては、各分子線源20
〜23のシャッタ58〜5dを閉じることで成長を界面
で中断し、数十秒ないし数分間待機することにより、界
面の平坦性を増す方法がGaAs/ #GaASヘテロ
系について報告されている(ジャパニーズ・ジャーナル
・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn、J、Ap
pl、Phys、 )、24. (1985)。
シ417頁)。ここではこの方法を、界面待IXIMB
E法と呼ぶ。
E法と呼ぶ。
第3図は従来の界面待BIMBE法によるペテロ界面形
成方法を工程順に模式的に説明した説明図である。ここ
ではAxCl−xD3元混晶上にA、B1.D3元混晶
を界面待機MBE法により積層゛する場合を説明する。
成方法を工程順に模式的に説明した説明図である。ここ
ではAxCl−xD3元混晶上にA、B1.D3元混晶
を界面待機MBE法により積層゛する場合を説明する。
なお、A、B、Cは陽イオン性、Dは陰イオン性元素を
表す。また図中、D元素については省略した。
表す。また図中、D元素については省略した。
第2図において、分子線源20.21.22および23
にそれぞれA、C,BおよびDの各元素の原料を入れ、
分子線源20.21および23の前方のシャッタ5a。
にそれぞれA、C,BおよびDの各元素の原料を入れ、
分子線源20.21および23の前方のシャッタ5a。
5bおよび5dを開き、下地のAxCl−xDの成長を
行った後、AおよびC元素の分子線源20および21の
前方のシャッタ5aおよび5bを閉じてD元素のみを照
射する状態とする。中断した瞬間には、第3図(a)に
示すように表面に高さ2分子層におよぶ凹凸が存在して
いる。しかし、そのまま90〜180秒待期を続けると
表面上のAおよびC原子あるいは分子が表面を拡散し、
表面のステップやキンクに捉えられて第3図(b)に示
すように高さが1分子層の平坦な島を形成する。次に、
AおよびB元素の分子線源20および22の前方のシャ
ッタ5aおよび5Cを開いて、平坦化された表面の上に
A、B1.D3元混晶を成長させれば、第3図(C)に
示すように所望のヘテロ界面が得られる。
行った後、AおよびC元素の分子線源20および21の
前方のシャッタ5aおよび5bを閉じてD元素のみを照
射する状態とする。中断した瞬間には、第3図(a)に
示すように表面に高さ2分子層におよぶ凹凸が存在して
いる。しかし、そのまま90〜180秒待期を続けると
表面上のAおよびC原子あるいは分子が表面を拡散し、
表面のステップやキンクに捉えられて第3図(b)に示
すように高さが1分子層の平坦な島を形成する。次に、
AおよびB元素の分子線源20および22の前方のシャ
ッタ5aおよび5Cを開いて、平坦化された表面の上に
A、B1.D3元混晶を成長させれば、第3図(C)に
示すように所望のヘテロ界面が得られる。
こうして得られた界面の遷移領域の幅は、1分子層分で
あり、極めて急峻かつ平坦なものである。
あり、極めて急峻かつ平坦なものである。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、この1分子層分の遷移領域を詳細に検討
すると、この部分は陽イオン性元素としてA、B、03
種類の元素が共存した4元混晶になっている。このこと
は次のような不利益をもたらす。即ち、4元混晶は3元
混晶よりもキャリアを散乱させやすい。また界面に望ま
しくないエネルギーポテンシャルの乱れが生じ、界面に
沿う方向へのキャリアの輸送を妨げる。この問題は、遷
移領域の4元混晶組成が界面に平行な面内で均一でない
ので、ことに重大である。界面にあけるポテンシャルの
乱れは、このような界面を持つ吊子井戸からの励起子発
光のスペクトル幅を拡げる動きをする。従って量子井戸
を光素子に応用する際には大きな問題である。
すると、この部分は陽イオン性元素としてA、B、03
種類の元素が共存した4元混晶になっている。このこと
は次のような不利益をもたらす。即ち、4元混晶は3元
混晶よりもキャリアを散乱させやすい。また界面に望ま
しくないエネルギーポテンシャルの乱れが生じ、界面に
沿う方向へのキャリアの輸送を妨げる。この問題は、遷
移領域の4元混晶組成が界面に平行な面内で均一でない
ので、ことに重大である。界面にあけるポテンシャルの
乱れは、このような界面を持つ吊子井戸からの励起子発
光のスペクトル幅を拡げる動きをする。従って量子井戸
を光素子に応用する際には大きな問題である。
本発明の目的は、以上述べたような従来の問題点を解決
するためになされたもので、界面での望ましくない混晶
の形成を防止して高品質のヘテロ界面を形成する方法を
提供することにある。
するためになされたもので、界面での望ましくない混晶
の形成を防止して高品質のヘテロ界面を形成する方法を
提供することにある。
[問題点を解決するための手段]
本発明は、第1.の半導体N元混晶(Nは3以上の自然
数を表す)の上に該第1の半導体N元混晶と共通の陽イ
オン性元素と陰イオン性元素を少なくとも1個ずつ含む
第2の半導体M元混晶(Mは3以上の自然数を表す)を
積層してなる半導体ヘテロ界面の形成方法において、第
1の半導体N元混晶をエピタキシャル成長させる第1の
成長工程と、成長した第1の半導体N元混晶表面の段差
が1分子層となるように平坦化する表面平坦化工程と、
前記第1の半導体N元混晶と第2の半導体M元混晶に共
通の陽イオン性元素および陰イオン性元素からなる第3
の半導体0元結晶または混晶(Qは2≦Q≦Nの自然数
を表す)を1分子層だけ成長させる第2の成長工程と、
前記第2の半導体M元混晶をエピタキシャル成長させる
第3の成長工程とを有してなることを特徴とするヘテロ
界面形成方法である。
数を表す)の上に該第1の半導体N元混晶と共通の陽イ
オン性元素と陰イオン性元素を少なくとも1個ずつ含む
第2の半導体M元混晶(Mは3以上の自然数を表す)を
積層してなる半導体ヘテロ界面の形成方法において、第
1の半導体N元混晶をエピタキシャル成長させる第1の
成長工程と、成長した第1の半導体N元混晶表面の段差
が1分子層となるように平坦化する表面平坦化工程と、
前記第1の半導体N元混晶と第2の半導体M元混晶に共
通の陽イオン性元素および陰イオン性元素からなる第3
の半導体0元結晶または混晶(Qは2≦Q≦Nの自然数
を表す)を1分子層だけ成長させる第2の成長工程と、
前記第2の半導体M元混晶をエピタキシャル成長させる
第3の成長工程とを有してなることを特徴とするヘテロ
界面形成方法である。
[作用]
第1図は本発明によるヘテロ界面形成方法を工程順に模
式的に説明した説明図である。ここではAxCl−xD
3元混晶上にA、B1−VD3元混晶を積層する場合を
説明する。なお、A、B、Cは陽イオン性、Dは陰イオ
ン性元素を表す。また図中、D元素については省略した
。
式的に説明した説明図である。ここではAxCl−xD
3元混晶上にA、B1−VD3元混晶を積層する場合を
説明する。なお、A、B、Cは陽イオン性、Dは陰イオ
ン性元素を表す。また図中、D元素については省略した
。
第1図(a)は下地のAxCl−xDの成長を行った後
、成長を中断した時の下地の半導体3元混晶の表面を示
したものである。次に、平坦化を行って、第1図(b)
に示すような表面状態とした後、第1および第2の半導
体混晶に共通の元素からなる結晶を1分子層分成長させ
ると第1図(C)に示す如くなり、界面の遷移領域には
、高々N元の混晶しか形成されない。次いで第1図(d
)に示すように、第2の半導体混晶であるA、B1.D
を積層してヘテロ構造を形成する。この方法によれば、
従来の方法のように下地の混晶より次数の高い、即ちキ
ャリアを散乱しゃすい混晶が形成されることがなく、キ
ャリアの輸送効率の高い界面が得られる。
、成長を中断した時の下地の半導体3元混晶の表面を示
したものである。次に、平坦化を行って、第1図(b)
に示すような表面状態とした後、第1および第2の半導
体混晶に共通の元素からなる結晶を1分子層分成長させ
ると第1図(C)に示す如くなり、界面の遷移領域には
、高々N元の混晶しか形成されない。次いで第1図(d
)に示すように、第2の半導体混晶であるA、B1.D
を積層してヘテロ構造を形成する。この方法によれば、
従来の方法のように下地の混晶より次数の高い、即ちキ
ャリアを散乱しゃすい混晶が形成されることがなく、キ
ャリアの輸送効率の高い界面が得られる。
[実施例]
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する
。
。
本発明の方法に用いられるMBE装置としては例えば前
記の第2図に示すような装置を用いることができる。以
下、例として第1図の説明図におけるAをIn、 3を
Ga、 C@All、 DをASとし、InP(001
)基板上に第1の半導体N元混晶として、In、 M、
−xAs (x=0.52)を、第2のM元竿導体混晶
としてIn、 Ga1−、 AS (V=0.53)を
積層してヘテロ構造を形成する場合について述べる。
記の第2図に示すような装置を用いることができる。以
下、例として第1図の説明図におけるAをIn、 3を
Ga、 C@All、 DをASとし、InP(001
)基板上に第1の半導体N元混晶として、In、 M、
−xAs (x=0.52)を、第2のM元竿導体混晶
としてIn、 Ga1−、 AS (V=0.53)を
積層してヘテロ構造を形成する場合について述べる。
第2図に示すMBE装置の各分子線源は、それぞれ20
にIn、 21にGa、 22にM、23にAsが原料
として充填されている。
にIn、 21にGa、 22にM、23にAsが原料
として充填されている。
まず、通常の方法によりInP(001)基板4を有機
洗浄し、化学的にエツチングして清浄化した復、io”
Torr台の超高真空に排気された成長室1中。
洗浄し、化学的にエツチングして清浄化した復、io”
Torr台の超高真空に排気された成長室1中。
の基板ホルダ3に装着する。
成長開始に先立ち、In、 Ga、 #の各分子線源2
0゜21.22は所望の組成、即らInxAJ!1−x
As (x=0.52>とIn、 Ga1−vAS (
V=0.53)が得られるように温度制御される。また
、As分子線源23も、InP基板4表面において2
X 10−”Torrの強度が得られるように温度を制
御する。As分子線源23の前方のシャッタ5dを開け
、As分子線をInP基板4に照射しつつ、基板ホルダ
3に取付けられた抵抗ヒータの温度を上げ、As圧下で
InP基板4の表面を熱クリーニングする。通常、54
0℃で表面の酸化膜や汚れが脱離し、表面が清浄となる
。次に基板温度を550℃に安定させ、InとMの分子
線源20.22の前方のシャッタ5a、 5cを開けて
、In0.52M0.48ASを0.5pm成長さげる
(第1の成長工程)。典型的な成長。
0゜21.22は所望の組成、即らInxAJ!1−x
As (x=0.52>とIn、 Ga1−vAS (
V=0.53)が得られるように温度制御される。また
、As分子線源23も、InP基板4表面において2
X 10−”Torrの強度が得られるように温度を制
御する。As分子線源23の前方のシャッタ5dを開け
、As分子線をInP基板4に照射しつつ、基板ホルダ
3に取付けられた抵抗ヒータの温度を上げ、As圧下で
InP基板4の表面を熱クリーニングする。通常、54
0℃で表面の酸化膜や汚れが脱離し、表面が清浄となる
。次に基板温度を550℃に安定させ、InとMの分子
線源20.22の前方のシャッタ5a、 5cを開けて
、In0.52M0.48ASを0.5pm成長さげる
(第1の成長工程)。典型的な成長。
速度は0.81Jfn/hでil>ッた。
次に、InとNの分子線源20.22のシャッタ5a。
5Cを閉じて成長を中断する。ここで成長の中断の瞬間
は前記の第1図(a)に対応する。
は前記の第1図(a)に対応する。
次いで、そのままASを照射しながら120秒待機を行
って平坦化を行う(平坦化工程)。この状態は前記の第
1図(b)に対応する。
って平坦化を行う(平坦化工程)。この状態は前記の第
1図(b)に対応する。
次に、Inの分子線源20の前方のシャッタ5aを1分
子層の厚さ、即ち、約2.93人に相当する2、5秒だ
け開ける。この第2の成長工程により表面がInAsに
より覆われる(第1図(C)に対応)。
子層の厚さ、即ち、約2.93人に相当する2、5秒だ
け開ける。この第2の成長工程により表面がInAsに
より覆われる(第1図(C)に対応)。
続いて、Gaの分子線源21の前方のシャッタ5bを開
け、In(、53Ga0.47ASを成長させ、第3の
成長工程を行う。
け、In(、53Ga0.47ASを成長させ、第3の
成長工程を行う。
以上の工程により前記第1図(d)に対応するヘテロ界
面が形成される。このヘテロ界面では、界面に平行な方
向には4元混晶は存在せず、界面は3元混晶であるIn
x、#1−x、AsからIny、Ga1−y、ASへ急
峻に切替っている。従って、従来の界面待BIMBE法
では避けられない、4元混晶よりなる界面遷移領域が生
じず、高品質な界面が得られる。界面にできるIn、
・M 1−、 tAsとIny・Ga1−y−Asは、
必ずしもInP基板4に格子整合しないが、1分子層し
かないのでその影響はほとんど無視できる。
面が形成される。このヘテロ界面では、界面に平行な方
向には4元混晶は存在せず、界面は3元混晶であるIn
x、#1−x、AsからIny、Ga1−y、ASへ急
峻に切替っている。従って、従来の界面待BIMBE法
では避けられない、4元混晶よりなる界面遷移領域が生
じず、高品質な界面が得られる。界面にできるIn、
・M 1−、 tAsとIny・Ga1−y−Asは、
必ずしもInP基板4に格子整合しないが、1分子層し
かないのでその影響はほとんど無視できる。
[発明の効果]
以上述べたように、本発明のヘテロ界面形成方法によれ
ば、界面が1分子層の高ざの平坦な島から形成され、極
めて急峻であるだけでなく、キャリアを散乱したり、エ
ネルギーポテンシャルを乱す望ましくない混晶層を生じ
ない。この結果、ペテロ界面に沿ったキャリアの輸送現
象を利用した電子デバイスの作製や、界面での混晶(合
金)散乱が発光スペクトル幅に影響する量子井戸を用い
た光素子の作製に適する。
ば、界面が1分子層の高ざの平坦な島から形成され、極
めて急峻であるだけでなく、キャリアを散乱したり、エ
ネルギーポテンシャルを乱す望ましくない混晶層を生じ
ない。この結果、ペテロ界面に沿ったキャリアの輸送現
象を利用した電子デバイスの作製や、界面での混晶(合
金)散乱が発光スペクトル幅に影響する量子井戸を用い
た光素子の作製に適する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のヘテロ界面形成方法を模式的に説明し
た工程図、第2図は本発明の方法に用いられるMBE装
置の一例を示す概略断面図、第3図は従来の界面時IM
BE法によるペテロ界面の形成方法を模式的に説明した
工程図である。 1・・・成長室 3・・・基板ホルダ4・・・
基板 5a〜5d・・・シャッタ9・・・真
空ポンプ 20〜23・・・分子線源A、B、C・
・・陽イオン性元素 D・・・陰イオン性元素
た工程図、第2図は本発明の方法に用いられるMBE装
置の一例を示す概略断面図、第3図は従来の界面時IM
BE法によるペテロ界面の形成方法を模式的に説明した
工程図である。 1・・・成長室 3・・・基板ホルダ4・・・
基板 5a〜5d・・・シャッタ9・・・真
空ポンプ 20〜23・・・分子線源A、B、C・
・・陽イオン性元素 D・・・陰イオン性元素
Claims (1)
- (1)第1の半導体N元混晶(Nは3以上の自然数を表
す)の上に該第1の半導体N元混晶と共通の陽イオン性
元素と陰イオン性元素を少なくとも1個ずつ含む第2の
半導体M元混晶(Mは3以上の自然数を表す)を積層し
てなる半導体ヘテロ界面の形成方法において、第1の半
導体N元混晶をエピタキシャル成長させる第1の成長工
程と、成長した第1の半導体N元混晶表面の段差が1分
子層となるように平坦化する表面平坦化工程と、前記第
1の半導体N元混晶と第2の半導体M元混晶に共通の陽
イオン性元素および陰イオン性元素からなる第3の半導
体Q元結晶または混晶(Qは2≦Q≦Nの自然数を表す
)を1分子層だけ成長させる第2の成長工程と、前記第
2の半導体M元混晶をエピタキシャル成長させる第3の
成長工程とを有してなることを特徴とするヘテロ界面形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282215A JPH0727865B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | ヘテロ界面形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282215A JPH0727865B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | ヘテロ界面形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01125818A true JPH01125818A (ja) | 1989-05-18 |
| JPH0727865B2 JPH0727865B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=17649557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62282215A Expired - Fee Related JPH0727865B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | ヘテロ界面形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727865B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH041427A (ja) * | 1990-04-13 | 1992-01-06 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | 防音型作業装置 |
| JP2002240790A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-28 | Honda Motor Co Ltd | 船外機の冷却通路構造 |
-
1987
- 1987-11-10 JP JP62282215A patent/JPH0727865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH041427A (ja) * | 1990-04-13 | 1992-01-06 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | 防音型作業装置 |
| JP2002240790A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-28 | Honda Motor Co Ltd | 船外機の冷却通路構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0727865B2 (ja) | 1995-03-29 |
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