JPH02240915A - ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents
ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法Info
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- JPH02240915A JPH02240915A JP6080889A JP6080889A JPH02240915A JP H02240915 A JPH02240915 A JP H02240915A JP 6080889 A JP6080889 A JP 6080889A JP 6080889 A JP6080889 A JP 6080889A JP H02240915 A JPH02240915 A JP H02240915A
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- Japan
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- molecular beam
- compound semiconductor
- group
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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】
(概 要)
本発明は、ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法に関
し、 V族分子線強度を制御して高品質の結晶を成長させるこ
とができるヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法を提
供することを目的とし、分子線エピタキシャル成長法に
より、同一のV族元素を含む異種の■−v族化合物半導
体の層を基板上に順次積層してヘテロ構造を形成する際
に、各ヘテロ界面と同期させて上記V族元素について、
上記各m−v族化合物半導体の種類に応じた最適分子線
強度に設定した複数の分子線源を用い、上記各分子線源
と基板との間でシャンク−を開閉することによって、上
記各層を形成する■−v族化合物半導体の種類に応じて
上記■族元素の最適分子線強度を選択する ように構成する。
し、 V族分子線強度を制御して高品質の結晶を成長させるこ
とができるヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法を提
供することを目的とし、分子線エピタキシャル成長法に
より、同一のV族元素を含む異種の■−v族化合物半導
体の層を基板上に順次積層してヘテロ構造を形成する際
に、各ヘテロ界面と同期させて上記V族元素について、
上記各m−v族化合物半導体の種類に応じた最適分子線
強度に設定した複数の分子線源を用い、上記各分子線源
と基板との間でシャンク−を開閉することによって、上
記各層を形成する■−v族化合物半導体の種類に応じて
上記■族元素の最適分子線強度を選択する ように構成する。
(産業上の利用分野〕
本発明は、ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法に関
する。
する。
従来m−v族化合物半導体のへテロ接合構造は、HEl
’l↑や半導体レーザなどの半導体デバイスに広く応用
されている。GaAs/A I GaAs 、 InG
aAs/InA j! Asはよく知られているヘテロ
接合構造である0分子線エピタキシャル成長法は、この
ようなヘテロ構造の形成に最も適した方法として一般的
に用いられている。
’l↑や半導体レーザなどの半導体デバイスに広く応用
されている。GaAs/A I GaAs 、 InG
aAs/InA j! Asはよく知られているヘテロ
接合構造である0分子線エピタキシャル成長法は、この
ようなヘテロ構造の形成に最も適した方法として一般的
に用いられている。
デバイスへの応用に適した高品質なヘテロ接合構造を得
るには、それを構成する個々の半導体の品質が強く影響
する。また、個々の半導体の品質はその成長条件に強く
依存する0分子線エピタキシャル成長法では、■族分子
線強度は、半導体の品質、特性を左右する重要な成長パ
ラメータである。
るには、それを構成する個々の半導体の品質が強く影響
する。また、個々の半導体の品質はその成長条件に強く
依存する0分子線エピタキシャル成長法では、■族分子
線強度は、半導体の品質、特性を左右する重要な成長パ
ラメータである。
従来広く用いられているGaAs/A I GaAsや
InGaAs/InA i’ Asでは、GaAsと^
I GaAsを、あるいはInGaAsとInA I
Asを交互に積層させて成長するときに■族であるAs
の分子線強度は各層について一定に保ったままでも、デ
バイスへの応用に適した品質のものが得られていた。す
なわち、これらm−v族化合物半導体のへテロ構造を形
成する際に第1図(a)、(b)のような操作を行なっ
ていた。各層を形成する各元素の分子線源を、それぞれ
の元素について一定分子線強度に設定しておき、各分子
線源と基板との間でシャッターを開閉することによって
、各層に必要な元素の分子線源を選択して用いる0図中
rOJおよびrCJは、それぞれシャッターの開・閉を
表わす。具体的には、各へテロ界面でシャッターを開閉
して各層に必要な■族元素(ここではA II * G
a + In)の分子線源を選択することは行なってい
たが、V族元素(ここではAs)の分子線源については
シャッターは常に開放状態のままにして、一定の分子線
強度で成長を行なっていた。
InGaAs/InA i’ Asでは、GaAsと^
I GaAsを、あるいはInGaAsとInA I
Asを交互に積層させて成長するときに■族であるAs
の分子線強度は各層について一定に保ったままでも、デ
バイスへの応用に適した品質のものが得られていた。す
なわち、これらm−v族化合物半導体のへテロ構造を形
成する際に第1図(a)、(b)のような操作を行なっ
ていた。各層を形成する各元素の分子線源を、それぞれ
の元素について一定分子線強度に設定しておき、各分子
線源と基板との間でシャッターを開閉することによって
、各層に必要な元素の分子線源を選択して用いる0図中
rOJおよびrCJは、それぞれシャッターの開・閉を
表わす。具体的には、各へテロ界面でシャッターを開閉
して各層に必要な■族元素(ここではA II * G
a + In)の分子線源を選択することは行なってい
たが、V族元素(ここではAs)の分子線源については
シャッターは常に開放状態のままにして、一定の分子線
強度で成長を行なっていた。
最近、InPに格子整合したGaAsSbと同じく、I
nPに格子整合したInA I AsやInGaAsと
を組み合わせることにより、スタガード型と称されるエ
ネルギ帯構造となるなど多様なエネルギー帯を形成する
ことから、物性上の興味とともに素子応用面(高速素子
や受光素子)で注目を集めている。
nPに格子整合したInA I AsやInGaAsと
を組み合わせることにより、スタガード型と称されるエ
ネルギ帯構造となるなど多様なエネルギー帯を形成する
ことから、物性上の興味とともに素子応用面(高速素子
や受光素子)で注目を集めている。
ところが、本発明者が研究を進めた結果、このようなm
−v族化合物半導体を分子線エピタキシャル成長法でヘ
テロ構造に形成する際に、従来のようにV族分子線強度
を一定として成長したのではデバイス用途に適した高品
質の結晶が得られないという問題点が明らかになった。
−v族化合物半導体を分子線エピタキシャル成長法でヘ
テロ構造に形成する際に、従来のようにV族分子線強度
を一定として成長したのではデバイス用途に適した高品
質の結晶が得られないという問題点が明らかになった。
。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、V族分子線強度を制御して高品質の結晶を成
長させることができるヘテロ構造化合物半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
長させることができるヘテロ構造化合物半導体装置の製
造方法を提供することを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば、分子線エピタキシャル
成長法により、同一の■族元素を含む異種のm−v族化
合物半導体の層を基板上に順次積層してヘテロ構造を形
成する際に、上記■族元素について、上記各m−v族化
合物半導体の種類に応じた最適分子線強度に設定した複
数の分子線源を用い、各ヘテロ界面と同期させて上記各
分子線源と基板との間でシャッターを開閉することによ
って、上記各層を形成するm−v族化合物半導体の種類
に応じて上記V族元素の最適分子線強度を選択すること
を特徴とするヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法に
よって達成される。
成長法により、同一の■族元素を含む異種のm−v族化
合物半導体の層を基板上に順次積層してヘテロ構造を形
成する際に、上記■族元素について、上記各m−v族化
合物半導体の種類に応じた最適分子線強度に設定した複
数の分子線源を用い、各ヘテロ界面と同期させて上記各
分子線源と基板との間でシャッターを開閉することによ
って、上記各層を形成するm−v族化合物半導体の種類
に応じて上記V族元素の最適分子線強度を選択すること
を特徴とするヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法に
よって達成される。
m−v族化合物半導体を分子線エピタキシャル成長法で
形成するためには、各化合物の構成元素によって最適の
分子線強度を選択する必要がある。
形成するためには、各化合物の構成元素によって最適の
分子線強度を選択する必要がある。
「最適」とは、形成された化合物結晶がデバイス用途に
適した特性を有するという意味である。この特性は通常
、光学特性としてフォトルミネッセンス(PL)発光強
度が大きくかつ半値幅(FWI(M)が小さいほど良好
になる。
適した特性を有するという意味である。この特性は通常
、光学特性としてフォトルミネッセンス(PL)発光強
度が大きくかつ半値幅(FWI(M)が小さいほど良好
になる。
従来、m−v族化合物結晶の特性は■族元素の分子線強
度にはほとんど影響されないと考えられていた。
度にはほとんど影響されないと考えられていた。
本発明者は、このような従来の認識に反して、第2図に
典型例を示すように、■族分子線強度が光学特性に強い
影響を及ぼす場合が島ることを見出した。同図から分か
るように、GaAsSb化合物半導体結晶において、A
s分子線強度(Ga分子線に対するAs、分子線の強度
比)が小さいほど、発光強度は大きくかつ半値幅が小さ
くなり、光学特性が向上する。ここで、As分子線強度
4.2以下についてはプロットしていないが、それより
小さいAs分子線強度では白濁してしまい、正常な結晶
は得られなかった。従って最適As分子線強度(^Sa
/Ga)は4程度であり、それよりも大きくても小さ
くても結晶品質は低下する。
典型例を示すように、■族分子線強度が光学特性に強い
影響を及ぼす場合が島ることを見出した。同図から分か
るように、GaAsSb化合物半導体結晶において、A
s分子線強度(Ga分子線に対するAs、分子線の強度
比)が小さいほど、発光強度は大きくかつ半値幅が小さ
くなり、光学特性が向上する。ここで、As分子線強度
4.2以下についてはプロットしていないが、それより
小さいAs分子線強度では白濁してしまい、正常な結晶
は得られなかった。従って最適As分子線強度(^Sa
/Ga)は4程度であり、それよりも大きくても小さ
くても結晶品質は低下する。
このような最適分子線強度がm−v族化合物半導体の種
類によって大きく異なる。
類によって大きく異なる。
たとえば第3図に示すように、InGaAsとGaAs
Sbのへテロ接合構造を作製する(連続的に成長する)
場合、InGaAsを成長するためにはGaAsSbに
比べ多くのA3が必要であり、InGaAsとGaAs
Sbでは、最適となるAs分子線強度が大きく異なる。
Sbのへテロ接合構造を作製する(連続的に成長する)
場合、InGaAsを成長するためにはGaAsSbに
比べ多くのA3が必要であり、InGaAsとGaAs
Sbでは、最適となるAs分子線強度が大きく異なる。
これを従来法により成長しようとすると、従来法では、
急峻にAs分子線強度を変えることができず一定のAs
分子線強度(第3図中の水平な点線)で成長することに
なるので高品質は結晶を成長することができなかった。
急峻にAs分子線強度を変えることができず一定のAs
分子線強度(第3図中の水平な点線)で成長することに
なるので高品質は結晶を成長することができなかった。
上記のように高品質なヘテロ接合構造結晶を得るために
はへテロ接合界面においてAs分子線強度を急峻に変え
る必要がある。本発明は、ヘテロ界面と同期させてA3
分子線強度をシャッター開閉により急峻に変えることに
より、ヘテロ接合構造を構成する個々の半導体の最適A
s分子線強度で成長できる。
はへテロ接合界面においてAs分子線強度を急峻に変え
る必要がある。本発明は、ヘテロ界面と同期させてA3
分子線強度をシャッター開閉により急峻に変えることに
より、ヘテロ接合構造を構成する個々の半導体の最適A
s分子線強度で成長できる。
本発明では上記のように2つのAs分子線強度を各へテ
ロ界面で急峻に切り換えることができるので、ヘテロ接
合構造を構成する個々の半導体で最適となるAs分子線
強度で成長することができるため、高品質なヘテロ構造
結晶を得ることができる。
ロ界面で急峻に切り換えることができるので、ヘテロ接
合構造を構成する個々の半導体で最適となるAs分子線
強度で成長することができるため、高品質なヘテロ構造
結晶を得ることができる。
本発明の方法にしたがって、InGaAsとGaAsS
bのへテロ構造化合物半導体を製造する例を説明する。
bのへテロ構造化合物半導体を製造する例を説明する。
第4図に、本発明の方法を行なうための装置の一例を示
す。第5図に本発明の方法による分子線強度の変化を示
す。第5図中「0」はシャッター「開」、「C」はシャ
ッター「閉」を表わす。
す。第5図に本発明の方法による分子線強度の変化を示
す。第5図中「0」はシャッター「開」、「C」はシャ
ッター「閉」を表わす。
第4図に示すようにInGaAsで最適となるAs分子
線強度(As 2 )とGaAsSbで最適となるAs
分子線強度(^sl)にセットした2つのAs分子線源
を備え、第5図に示すように各ヘテロ界面でAs 1
。
線強度(As 2 )とGaAsSbで最適となるAs
分子線強度(^sl)にセットした2つのAs分子線源
を備え、第5図に示すように各ヘテロ界面でAs 1
。
As2の切り換えをシャッタの開閉操作により行う。
第4図の装置を用い、第5図のように操作して作製した
1nGaAs/GaAsSb/InGaAs単一バリア
構造の電流−電圧特性を第6図に示す(破線で表示)。
1nGaAs/GaAsSb/InGaAs単一バリア
構造の電流−電圧特性を第6図に示す(破線で表示)。
第6図には、比較のために、従来法すなわちAs分子線
の切り換えを行わずに、第3図に示した高い方のAs分
子線強度(InGaAsを成長するときのAsビーム強
度、1. OX 10−’Torr)で作製した1nG
aAs/GaAsSb/ InGaAs単一バリア構造
の特性(−点鎖線で表示)も併わせて示した。
の切り換えを行わずに、第3図に示した高い方のAs分
子線強度(InGaAsを成長するときのAsビーム強
度、1. OX 10−’Torr)で作製した1nG
aAs/GaAsSb/ InGaAs単一バリア構造
の特性(−点鎖線で表示)も併わせて示した。
第1表にそれぞれの成長条件を示す。
第1表
第6図から明らかなように、本発明の方法を用いて作製
した構造の電流−電圧特性は計算値(実線)ともよく一
致しておりほぼ理想的なヘテロ接合構造が得られている
ことがわかる。これに対して従来法によって作製したも
のの特性は、計算値からも太き(ずれたリーキーな特性
であり、高品質な結晶が得られないことがわかる。
した構造の電流−電圧特性は計算値(実線)ともよく一
致しておりほぼ理想的なヘテロ接合構造が得られている
ことがわかる。これに対して従来法によって作製したも
のの特性は、計算値からも太き(ずれたリーキーな特性
であり、高品質な結晶が得られないことがわかる。
本実施例においては、GaAsSbとInGaAaのへ
テロ接合構造を作製する場合を例に説明したが、本発明
はこれに限らすPを含む化合物半導体や4元、5元混晶
など広く適用できる。
テロ接合構造を作製する場合を例に説明したが、本発明
はこれに限らすPを含む化合物半導体や4元、5元混晶
など広く適用できる。
以上説明したように、本発明によれば最適V族分子線強
度が大きく異なるm−v族化合物半導体結晶から構成さ
れるヘテロ構造でも、個々の半導体を最適成長条件下で
成長することができ、高品質なペテロ構造結晶を提供す
ることができる。
度が大きく異なるm−v族化合物半導体結晶から構成さ
れるヘテロ構造でも、個々の半導体を最適成長条件下で
成長することができ、高品質なペテロ構造結晶を提供す
ることができる。
第1図は、従来の方法において分子線強度を変化させる
状態を示すグラフ、 第2図は、GaAsSb結晶の光学特性に及ぼすAs分
子線強度の影響を示すグラフ、 第3図は、m−v族化合物半導体の種類による最適As
分子線強度を示すグラフ、 第4図は、本発明の方法を行なうための装置の一例を示
す配置図、 第5図は、本発明の方法において分子線強度を変化させ
る状態を示すグラフ、および 第6図は、InGaAs/GaAsSb/InGaAs
単一バリア構造の電流−電圧特性を本発明および従来例
について示すグラフである。
状態を示すグラフ、 第2図は、GaAsSb結晶の光学特性に及ぼすAs分
子線強度の影響を示すグラフ、 第3図は、m−v族化合物半導体の種類による最適As
分子線強度を示すグラフ、 第4図は、本発明の方法を行なうための装置の一例を示
す配置図、 第5図は、本発明の方法において分子線強度を変化させ
る状態を示すグラフ、および 第6図は、InGaAs/GaAsSb/InGaAs
単一バリア構造の電流−電圧特性を本発明および従来例
について示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、分子線エピタキシャル成長法により、同一のV族元
素を含む異種のIII−V族化合物半導体の層を基板上に
順次積層してヘテロ構造を形成する際に、 上記V族元素について、上記各III−V族化合物半導体
の種類に応じた最適分子線強度に設定した複数の分子線
源を用い、 各ヘテロ界面と同期させて上記各分子線源と基板との間
でシャッターを開閉することによって、上記各層を形成
するIII−V族化合物半導体の種類に応じて上記V族元
素の最適分子線強度を選択する ことを特徴とするヘテロ構造化合物半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060808A JP2528179B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060808A JP2528179B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02240915A true JPH02240915A (ja) | 1990-09-25 |
| JP2528179B2 JP2528179B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=13153017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1060808A Expired - Lifetime JP2528179B2 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 | ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2528179B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62196817A (ja) * | 1986-02-24 | 1987-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 結晶成長装置 |
| JPS6356199A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-10 | Omron Tateisi Electronics Co | パルスモ−タ制御装置 |
-
1989
- 1989-03-15 JP JP1060808A patent/JP2528179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62196817A (ja) * | 1986-02-24 | 1987-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 結晶成長装置 |
| JPS6356199A (ja) * | 1986-08-25 | 1988-03-10 | Omron Tateisi Electronics Co | パルスモ−タ制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2528179B2 (ja) | 1996-08-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090614 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090614 Year of fee payment: 13 |