JPH0144680B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0144680B2
JPH0144680B2 JP52484A JP52484A JPH0144680B2 JP H0144680 B2 JPH0144680 B2 JP H0144680B2 JP 52484 A JP52484 A JP 52484A JP 52484 A JP52484 A JP 52484A JP H0144680 B2 JPH0144680 B2 JP H0144680B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
thin film
cell
molecular beam
cell shutter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP52484A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60145998A (ja
Inventor
Hideki Hayashi
Juichi Matsui
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP52484A priority Critical patent/JPS60145998A/ja
Publication of JPS60145998A publication Critical patent/JPS60145998A/ja
Publication of JPH0144680B2 publication Critical patent/JPH0144680B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • 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)

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10Å〜数100Å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MBE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−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
題点であるセルシヤツターの開閉操作に関する記
述が成されている。さらに、MBE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No.308(1983)
(by W.T.Tsang)などに掲載されている。
第2図において、1は基板ホルダー、2は基
板、3はセルシヤツター、4は族原料A(例え
ばGa)5はセル、6はセルシヤツター、7はA
とは種類の異なる族原料B(例えばAl)、8は
セルである。従来のMBE成長による−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1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
れぞれセルシヤツター3ならびにセルシヤツター
6を、交互に所定の周期で開閉することによつ
て、基板2上に、族原料AならびにBから成る
種類の異なる−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、たとえばセルシヤツター
3を開いている間は、セルシヤツター6は閉じら
れていることになる。ところで、一般に−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700〜1000℃の高温に加熱され
ている。このため、セルシヤツター3を開いてい
る間、セルシヤツター6を閉じることによつて、
セルシヤツター6が加熱され、またセル温度その
ものも、セルシヤツターによる外乱を受ける。セ
ルシヤツターが加熱されることにより、セルシヤ
ツターから不純物分子が蒸発し、成長している薄
膜内に取り込まれる結果、薄膜の電気特性の劣化
を引き起こす。第3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、セルシヤツターを
閉じた後の、不純ガス量の変化を調べた結果であ
り、セルシヤツターを閉じた直後にH2O+やCO+
の質量ピーク強度が瞬間的ではあるが増大してお
り、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InGaAs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
ヤリア濃度が増大するほど電子移動度が減少して
おり、電気特性が劣化していることが分かる。
以上のような、セルシヤツターからの不純ガス
発生といつた問題とは別に、セルシヤツターを閉
じたことによつて、セル温度そのものが揺乱を受
ける結果、再度セルシヤツター6を開いたとき
に、族原料B7の分子線強度にオーバーシユー
トを引き起こす。このことは、族原料B7から
成る−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を
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、セルシヤツターを例えば約3分間閉じた
後、再び開いたときGa分子線強度(Torr)変化
を測定した結果である。セルシヤツターを開いた
直後に、分子線強度(Torr)がオーバーシユー
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
ーシユ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InxGa1-xAs成長したときの
InGaAsとInP基板の|△a/aInP|(△α=
αInGaAs−〓InP、〓InGaAsはInGaAsの格子定数、
αInPはInPの格子定数)に対するInとGaのフラ
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(Torr)のオーバーシユート
は、そのまま第6図のフラツクス強度比の制御性
の低下につながり、|△a/a|すなわち
InxGa1-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ユートの存在
する状態でMBE成長したInxGa1-xAs層の厚み方
向の組成分布をオージエ電子分光(AES)分析
した結果、第7図に示すように、セルシヤツター
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図は同じく
InP基板上にIn0.53Ga0.47As成長したときの族
(Ga、In)分子線強度(Torr.)と成長速度(μ
m/hr.)との相関性について、得られた実験結
果を示したものである。第5図の場合では、オー
バーシユートにより、Ga分子線強度(Torr.)
は、本来の強度の約1.2〜1.4倍にまで上昇してお
り、また、In分子線強度(Torr.)においてもオ
ーバーシユートが観測されていることから、第8
図のGa+Inビーム強度も、1.2〜1.4倍以上の値と
なり、成長速度も1.2〜1.4倍以上になる。このよ
うに、セルシヤツ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つており、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−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、セルシヤツターの開閉によつて族分
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、前述のセルシヤツターの開閉
に伴なつて生じる−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。
第9図は、本発明のMBE成長方法の実施例を
説明するための図で、成長室を上から見た図であ
る。9,10はそれぞれ族原料A、B、11,
12は分子線セルである。中央のマスク13には
円形等の形状をした穴があいており、族分子1
1,12より飛び出した族分子AおよびBはそ
れぞれこの穴を通り14,15の位置に到達す
る。基板ホルダー16は軸17の回りに回転して
おりちようど14,15の位置を通るようになつ
ている。従つて基板18上には14の位置で族
分子Aよりなる−族半導体薄膜が、15の位
置では族分子Bよりなる−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InAs−GaAsの
積層多層構造が形成できる。
第9図において−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
変えることによつて、簡単に変更することができ
る。また族原料Aからなる−族化合物半導
体薄膜と、族原料Bからなる−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つて、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、セルシヤツターは常に開放状態
にあり、成長を終了するときのみ、セルシヤツタ
ーを閉じれば良い。この結果、セルシヤツターの
開閉を周期的に行なう従来のMBE成長方法で問
題になる、不純ガスの発生や分子線強度の揺乱が
成長途中において全く起こらなくなり、含有不純
物量の少ない、かつ周期性の良い、−族化合
物半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
揺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エハーを、
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
を設けることにより、各セルシヤツターを常に開
放した状態で、基板ホルダーを回転運動をさせる
ことによつて、セルシヤツターからの不純ガス発
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】
第1図は、量子井戸型レーザーの概略図、第2
図は、−族化合物半導体単結晶薄膜周期構造
を形成するための従来のMBE成長方法を説明す
るための図、第3図は、セルシヤツターからの不
純ガス発生に関する測定結果、第4図は、In0.53
Ga0.47As単結晶薄膜の残留不純物キヤリア濃度と
電子移動度との関係についての測定結果、第5図
は、セルシヤツター開放直後における分子線強度
オーバーシユートに関する測定結果、第6図は、
InxGa1-xAs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、Inx
Ga1-xAs層の厚み方向におけるAES分析結果、第
8図は、In0.53Ga0.47As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。 A……P型GaAs、B……P型GaxAl1-xAs、
C……ノンドープGaAsウエル、D……ノンドー
プGaxAl1-xAsバリヤ、E……n型GaxAl1-xAs、
F……n型GaAs、1,16……基板ホルダー、
2,18……基板、3,6……セルシヤツター、
4,9……原料A、5,8,11,12……セ
ル、7,10……原料B、17……回転軸、13
……穴のあいたマスク、14……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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 MBE成長による−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、成長室中に
    一つの穴のあいたマスクを設け、As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つて異
    なる−族半導体薄膜を周期的に連続成長させ
    ることを特徴とする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)

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

Publications (2)

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

Family

ID=11476152

Family Applications (1)

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

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60145998A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6261315A (ja) * 1985-09-11 1987-03-18 Sharp Corp 分子線エピタキシ−装置
EP0508463B1 (en) * 1991-04-12 1997-07-02 Texas Instruments Incorporated Method of forming a rotation-induced superlattice structure

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60145998A (ja) 1985-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arthur Molecular beam epitaxy
Ploog Molecular beam epitaxy of III–V compounds
US5316615A (en) Surfactant-enhanced epitaxy
Delorme et al. Molecular beam epitaxy and characterization of high Bi content GaSbBi alloys
Parker et al. Observation and control of the amphoteric behaviour of Si-doped InSb grown on GaAs by MBE
US5490880A (en) Compound semiconductors and a method for thin film growth
Feng et al. New III–V semiconductor InGaAsBi alloy grown by molecular beam epitaxy
Cheng et al. Molecular‐beam epitaxial growth of uniform Ga0. 47In0. 53As with a rotating sample holder
Tadokoro et al. Growth and characterization of CdS epilayers on (100) GaAs by atomic layer epitaxy
Yurasov et al. Structural and electrical properties of Ge-on-Si (0 0 1) layers with ultra heavy n-type doping grown by MBE
JPH0144680B2 (ja)
US4935382A (en) Method of making a semiconductor-insulator-semiconductor structure
Henini Molecular beam epitaxy: from research to manufacturing
US5628834A (en) Surfactant-enhanced epitaxy
US4870032A (en) Method of fabricating single crystal films of cubic group II fluorides on semiconductor componds by molecular beam epitaxy
Moiseev et al. Type II broken-gap InAs/GaIn0. 17As0. 22Sb heterostructures with abrupt planar interface
JPS60100422A (ja) 単結晶薄膜周期構造を形成するためのmbe成長方法
EP0062818B1 (en) Process of producing a Hall element or magnetoresistive element comprising an indium-antimony complex crystal semiconductor
JPS6247839B2 (ja)
JPS63137415A (ja) 単結晶薄膜の形成方法
JPS6247840B2 (ja)
Brunner et al. Influence of growth conditions on the photoluminescence of pseudomorphic MBE grown Si1-xGex quantum wells
Van Hove et al. Analysis of growth parameters and strain in GaInSb/InAs superlattices
JP2563530B2 (ja) 超格子構造素子
JP2612467B2 (ja) 異種構造薄膜同時成長装置

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term