JPH0249007B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0249007B2
JPH0249007B2 JP61288050A JP28805086A JPH0249007B2 JP H0249007 B2 JPH0249007 B2 JP H0249007B2 JP 61288050 A JP61288050 A JP 61288050A JP 28805086 A JP28805086 A JP 28805086A JP H0249007 B2 JPH0249007 B2 JP H0249007B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mixed crystal
molecular beam
growth
growing
mbe
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 - Lifetime
Application number
JP61288050A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS62229821A (ja
Inventor
Toshio Fujii
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of JPS62229821A publication Critical patent/JPS62229821A/ja
Publication of JPH0249007B2 publication Critical patent/JPH0249007B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/22—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using physical deposition, e.g. vacuum deposition or sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-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
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3414—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/065—Gp III-V generic compounds-processing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/097—Lattice strain and defects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/16—Superlattice
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/169—Vacuum deposition, e.g. including molecular beam epitaxy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 −族化合物半導体は光素子、あるいは高速
トランジスタ素子として用途は広いが、本発明は
−族化合物半導体の多元特に４元、あるいは
５元混晶の成長を分子ビームエプタキシー
（Molecular Beam Epitaxy、MBEと略す）成
長法により基板と格子整合を図りつつ、且つ光素
子及び高速素子の場合に重要なるパラメータであ
るエネルギー・バンドギヤツプ値（バンドギヤツ
プと略す）を所望の値に容易に一致せしめる成長
方法を述べる。
〔産業上の利用分野〕
族元素Al、Ga、In、及びＶ族元素Ｐ、As、
Sbをそれぞれ含む２元化合物半導体、InP、
GaAs、InAs、GaSb等を基板に用い、同じく
−族よりなるAlGaAs、InGaAs、InAlAs等の
３元混晶半導体あるいはInGaAlAs、InGaAlP等
の４元混晶半導体、場合によつては５元混晶半導
体をエピタキシヤル成長させた構造が要求され
る。
このようなエピタキシヤル層の成長に当たつて
は、結晶欠陥を少なくするためには、成長層の格
子定数を基板のそれと一致させることが必要であ
る。３元混晶の場合はその混晶比率の調整により
格子定数を基板のそれと合致させる方法が採られ
が、その結果エピタキシヤル層のバンドギヤツプ
値はその混晶比率により一義的に決定される。
格子定数を基板と一致させ、且つ所望のバンド
ギヤツプ値をもつたエピタキシヤル層を成長させ
るには、４元混晶、あるいは格子定数、バンドギ
ヤツプ値以外に、更に物理定数の変更を必要とす
る場合には、５元混晶層のエピタキシヤル成長を
必要とする。
本発明はMBE装置に設置すべき分子線源の数
を最少限とし、且つ上記格子整合、バンドギヤツ
プ値等の条件を満足させつつ、高品質のエピタキ
シヤル層を成長させる方法について述べる。
〔従来の技術〕
−族化合物半導体のエピタキシヤル層を基
板と格子整合をとりつつ、且つ所望のバンドギヤ
ツプ値で成長させる従来の方法を、３元混晶
AlGaAs、及び４元混晶InGaAlAsの成長を例と
して以下説明する。
AlGaAsのエピタキシヤル層の成長にはGaAs
基板が使用される。混晶比率ｘを用い３元混晶
AlGaAsをAlXGa1-XAsとして表すと、この場合
０≦ｘ≦１の全領域で格子整合がとれる。
基板の格子定数ａとし、ａと３元成長層の格子
定数a′との差をΔaとすると、Δa／ａは成長層の
格子定数のずれの程度を表す。AlGaAsの場合ｘ
の全領域でΔa／ａ≦0.13％となり、GaAs基板と
は整合性が極めて良好なことを示している。
他方、AlGaAsのバンドギヤツプ値はGaAsと
AlAsの中間値をとりｘの選定により約1.4〜
2.2eV間の任意の値をとることが可能となる。従
つてAlGaAsは直接遷移領域に相当する波長約
0.65〜0.9μｍを動作範囲とする光素子の活性層と
して好都合である。
次に、４元混晶InGaAlAsはIn1-(Y+Z)GayAlZAs
と表され、ｙ及びｚの値によつてその格子定数と
バンドギヤツプ値はそれぞれ変化する。InP基板
を使用した場合InGaAlAs層のｙ及びｚ値による
格子定数のずれΔa／ａは、最大3.5％ともなるの
で成長に当たつての４元混晶の組成比を格子整合
の条件に合致する如く、正確に制御することが必
要である。
このようなInGaAlAsを含むヘテロ構造、例え
ば３元層InGaAs上に４元層InGaAlAsをMBE法
により成長を行う場合を説明する。第７図におい
て各分子線源の強度は縦軸に、横軸には時間を示
している。第７図はAsのデータは示されていな
いが、Asは常に過剰なる分子線強度を供給して
いるので省略している。図において一点鎖線Ａは
３元より４元成長に切り換えた時点を示してい
る。
InGaAs成長時にはInP基板に格子整合するIn
とGaの分子線強度が必要であり、この時のGaの
強度をGa1とする。このGa1と図に示す強度のIn
と、上記過剰の強度をもつAsの３分子線源を用
いてInGaAsの成長が行われる。次ぎに４元混晶
InGaAlAsの成長に移行する時点ＡでGa1の分子
線源のシヤツタを一旦閉じ、上記InP基板にこ格
子整合がとれ、且つ所望のバンドギヤツプ値のが
得られる強度を持つAlと、別に設定されたGa2の
分子線源が開かれて４元成長に移行する。
以上の如く同じ元素Gaに対してGa1とGa2の強
度をもつ２個の分子線源を必要とし、更に組成の
異なる４元を上記の層上に積層するには更に別の
分子線源を準備することが必要とする。
然し、このように分子線源を、必要となる強度
の数だけ、限られたMBE装置の真空チヤンバー
内に設けることは幾何学的な配置上からも困難な
る問題である。
別の手段として、３元の成長を終了した時点で
一旦成長を中断し、分子線強度、この場合Ga強
度をGa1よりGa2に再調整する方法が考えられる。
分子線強度の調整は分子線源を加熱する炉の温度
の調整、あるいは分子線源のシヤツタの開口面積
の調整により行われるが、正確なる制御が困難で
あり、このため成長層は格子整合条件、バンドギ
ヤツプ値が所期の値よりずれ易い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明では、上記で述べた同一の構成元素に対
して複数個の分子線源を必要とする問題、あるい
は別の手段としての複雑なる分子線源を成長の途
中で、複雑なる制御を行う問題を解決して最少の
分子線源数により、且つ格子整合条件、及びバン
ドギヤツプ値を所期値に容易に合致せしめる、精
度の高い多元、特に４元あるいは５元化合物半導
体の成長方法を提案するものである。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
本発明の原理を説明するため、−族化合物
半導体の格子定数とバンドギヤツプ値との関係を
図示せる第１図を用いる。
第１図において基板として多く使用される２元
化合物は、それぞれ図中に２元化合物の名称を記
載せる点で表示されている。また、これらの２種
類の２元化合物の混晶よりなる３元化合物半導体
の特性は、２元化合物の２点を結ぶ線により表示
される。
前に説明せるAlGaAs3元混晶は、第１図で
GaAsとAlAsの示す２点を結ぶ直線Ｂにより表示
され、直線Ｂは横軸にほぼ垂直であるので、格子
定数はｘ値の如何にかかわらず殆ど一定であり、
良くGaAs基板と格子整合がとれている。
InGaAlAs4元結晶をInP基板上にInGaAs3元混
晶を挟んで、ヘテロ構造として成長させる場合、
InPと格子整合するInGaAsは、第１図曲線Ａ上
のＭ点にて示され、その時のInGaAsの組成は、
In0.53Ga0.47Asで示される。更に、これに格子整
合する４元化合物InGaAlAsはＭ点を通る一点鎖
線MNで示され、要求されるバンドギヤツプ値が
決まれば、必要なる４元化合物の組成も決まる。
先に述べた如く、従来の技術では３元、４元の
組成に適合せる強度をもつ分子線源を用いて、
MBE成長を行うの方法が適用された。
本発明においては、InPと格子整合する分子線
源を、InGaAsの他に３元化合物半導体InAlAsを
成長せしめる分子線源も準備する。InPと格子整
合のとれるInAlAsは、第１図では直線Ｃ上のＮ
点で示され、その組成はIn0.52Al0.48Asであり、一
方InGaAsは、Ｍで表されるIn0.53Ga0.47Asであ
る。両者の３元化合物に共通のIn、Asを分子線
源の強度を一定に保持して、それぞれ上記組成の
二つの３元化合物を成長せしめるに必要なる度に
Ga、Alの分子線を調整する。
４元化合物半導体の成長のときには、上記２種
類の３元化合物を成長せしめる２組の分子線源の
シヤツタを交互に開閉する。この場合はInとAs
のシヤツタは開放のままで、GaとAlのシヤツタ
を交互に開閉することになる。開閉の周期はいず
れの３元化合物の成長時間とも、３原子層成長の
時間以下とする。この操作により基板上には二つ
の３元混晶からなる超格子の性質をもつ多層構造
が成長することなく、２種類の３元化合物の合金
化合物の性質を示し、基板の格子整合せる４元化
合物InGaAlAsが成長する。
３原子層以下の成長時間は、必ずしも厳密なも
のではないが、成長時間が長くなると、それぞれ
の３元化合物として成長する可能性が増大する。
１原子層程度、あるいはそれ以下の成長時間が望
ましい。また、それぞれの３元化合物の成長時間
の比を変えることにより、In1-(y+z)GayAlzAsでの
ｙとｚ値が変化し、バンドギヤツプ値を所望の値
で設定出来る。
同様に５元化合物の成長も可能となる。５元の
場合、格子整合する２種類の４元化合物を成長す
る分子線源を用意する。別の表現をとれば、５種
類の分子線源を用い、GaとAlの分子線源の強度
のみ、それぞれ個別に調整し、その他の３種類の
分子線源の強度は、Ga、あるいはAlが加わつた
４元化合物として、基板と格子整合がとれる如く
一定の強度で設定される。
上記の説明のごとく、本発明の成長方法を纒め
ると、４元、または５元化合物の成長に当たつ
て、その組成化合物の元素数分だけの分子線源を
準備し、成長層よりも１次元低位の、それぞれ
GaあるいはAlを含まない２種類の格子整合せる
化合物半導体を成長せしめる条件に分子線源を調
整する。これら２種類の分子線源をそれぞれ交互
にパラス的に動作させる。パルス幅は３原子層成
長の時間以下とする。２種類のパルス幅の比を変
えることにより成長層の組成が変化し、バンドギ
ヤツプ値の制御可能となる。
〔実施例〕
本発明の実施例を、４元混晶化合物半導体とし
てInGaAlAsの成長を例として説明する。InP基
板に格子整合せるInGaAlAsは、３元化合物In0.53
Ga0.47Asと、In0.52Al0.48Asを交互に成長させるこ
とにより得られる。バンドギヤツプ値としては、
4.2KでPL（フオトルミネツセンス）測定波長デー
タより、前者は0.75eV、後者は1.47eVであり、
InGaAlAsとしてはその中間のバンドギヤツプ値
が得られる。
第２図はこれに用いるMBE装置の模式断面図
を示す。高真空チヤンバ１には分子線源として、
最少の分子線源が４個、１０〜１３が準備され
る。それぞれ１０はIn、１１はGa、１２はAl、
１３はAsの分子線源を示す。これらの分子線源
はチヤンバの外部よりの温度制御可能なる炉を備
えている。各分子線源には、それぞれシヤツタ２
０〜２３を備え、開閉可能となつている。InP基
板４は基板ホルダー５に搭載され、基板４はヒー
タ６により加熱される。７は四重極質量分析器で
成長のモニタとして使用される。
Asの分子線源は、余剰をもつて充分なる分子
線量が供給可能なる状態に調整されている。InP
基板に格子整合する組成、In0.53Ga0.47Asが成長
可能で且つ一例として、成長速度が0.264μｍ／ｈ
となる如くInとGaのビーム強度を決定する。上
記のIn強度をそのまま維持して、In0.52Al0.48Asが
成長可能なる如く、Alの分子線強度を決定する。
成長速度はほぼ同じであり、この成長速度は１原
子層／４秒に相当する。即ち、１原子層が４秒で
成長することになる。またAsの蒸気圧は２×
10-5Torr、更に基板の温度は500℃に維持され
る。
第３図は４元化合物InGaAlAsを成長ささる場
合の分子線源のシヤツタの開閉状態を示す。T0
で成長を開始し、t1時間内はIn、Ga、Asの３分
子線源のシヤツタが開放される。t1時間経過後、
Gaシヤツタのみ閉じ、Alのシヤツタが開かれ
InAlAsの成長をt2時間鎖施する。これらの開閉
動作は、必要なる成長層の厚さが得られる迄続け
られる。例えば、t1とt2を共に２秒とすると、本
実施例ではInGaAsとInAlAsが半原子層分ずつ交
互に成長させることになるが、基板上では２種の
３元化合物が合金状態で成長し、４元化合物
InGaAlAsが成長する。
この場合の成長層は（In0.53Ga0.47As）1/2・
（In0.52Al0.48As）1/2と表示した方が理解し易い。
第４図の断面図に、FeをドープせるInP基板４
１上にIn0.53Ga0.47As層４２を0.6μｍ、In0.52Al0.48
As層４３を0.2μｍ、順次積層した後、上記に述
べた４元化合物InGaAlAs層４４を200Å、更に
In0.52Al0.48As層４５を0.2μｍ積層してダブル・ヘ
テロ構造として形成せる例を示す。４元成長層４
４は３元混晶層に挟まれた単一量子井戸構造を形
成している。In0.53Ga0.47As層４２、及びIn0.52
Al0.48As層４３と４５の成長は、第３図のt1、あ
るいはt2を、必要なる厚みが得られるまで、シヤ
ツタをそのまま維持することによつて可能であ
る。また、In0.52Al0.48As層４５の上に更に４元混
晶の成長、３元混晶の成長と繰り返すことにより
多重量子井戸構造を形成することも可能となる。
この量子井戸の形成方法は、実施例で述べる他の
化合物半導体材料についても適用可能なことは勿
論である。
第４図構造の半導体層のバンドギヤツプ図を第
５図に示す。
また第６図に上記半導体層の4.2KでのPL強度
の測定結果を示す。第６図より明らかに、In0.53
Ga0.47AsとIn0.52Al0.48Asのほぼ中間に（In0.53
Ga0.47As）1/2・（In0.52Al0.48As）1/2が形成されてい
ることが判る。
更に、t1とt2との比を変えることにより、InP
基板との格子整合を維持しつつ、４元化合物の
GaとAlの組成比を変更することが出来るので、
所望のバンドギヤツプ値をもつた４元混晶化合物
半導体を得ることが出来る。例えば、t1を１秒、
t2を３秒とすると、次の４元層が得られる。
（In0.53Ga0.47As）1/4・（In0.52Al0.48As）3/4 またt1を３秒、t2を１秒とすると、下記の４元
層が得られる。
（In0.53Ga0.47As）3/4・（In0.52Al0.48As）1/4 −族化合物半導体としては、族のAl、
Ga、Inと、Ｖ族のＰ、Sb、Asとの多くの組合せ
が考えられる。然し第１図からも明らかな如く、
GaとAlだけが置換された２種類の化合物は、殆
ど等しい格子定数をもつているので重要なる役割
を異たす。これはAlとGaの原子半径が極めて近
いことに起因する。
例えば、AlAsとGaAs、AlPとGaP、AlSbと
GaSbはそれぞれ極めて近い格子定数をもつてい
る。本発明は、この特性を利用して多元化合物半
導体を格子整合を乱すことなく成長させるもので
ある。InGaAlAs以外にも下記の４元化合物の成
長が同様の方法で可能である。
GaAs基板と格子整合せるInGaAlPを、InGaP
とInAlPを用いて成長可能である。
InP基板と格子整合せるAlGaAsSbを、
AlAsSbとGaAsSbを用いて成長可能である。
GaAsまたはInPと格子整合せるAlGaPSbを、
AlPSbとGaPSbを用いて成長可能である。
以上の他にも、現時点では適当なる基板を入手
することが出来ないが、３元化合物半導体基板と
して入手可能となれば、適用可能なるものとして
下記の４元化合物の成長方法が考えられる。
InGaAlSbを、InGaSbとInAlSbを用いて成長
可能である。
AlGaPAsを、GaPAsとAlPAsを用いて成長可
能である。
以上の説明は全て４元化合物半導体の成長に関
するものであつたが、同村の成長方法は５元化合
物半導体の成長にも適用可能である。５元化合物
半導体成長の必要性は、格子定数、バンドギヤツ
プ値以外の、例えば誘電率、屈折率等の物理定数
を所望値に近づけたいときに有効である。
５元化合物半導体の成長では、MBE装置に５
種類の分子線源を準備する。AlとGaをそれぞれ
含む、基板と格子整合する４元化合物の成長を、
交互にパルス的に切り換えて成長させる。このと
きの各パルス幅は、４元成長の場合と同様に３原
子層以下の成長時間とする。
一例としてIn、Ga、Al、As、Sbの分子線源を
用い、InGaAsSbとInAlAsSbを交互に成長させ
ることによりInP、INAs、GaSbのいずれかに格
子整合せるInGaAlAsSbが成長可能である。同様
に下記の５元化合物半導体も成長させることが出
来る。
GaAs、またはInP基板に格子整合せる
InGaAlPAsを、InGaPAsとInAlPAsを用いて成
長可能である。
GaAs、InP、InAs、GaSbのいずれかの基板に
格子整合せるInGaAlPSbを、InGaPSbと
InAlPSbを用いて成長可能である。
GaAs、InP、InAsのいずれかの基板に格子整
合せるGaAlPAsSbを、GaPAsSbとAlPAsSbを
用いて成長可能である。
〔発明の効果〕
以上説明せる如く本発明によれば、MBE装置
に準備する分子線源の数を最少限の条件にて、基
板と格子整合せる−族化合物半導体の多元成
長層を、所望のエネルギー・バンドギヤツプ値で
積層することが可能であり、これを利用せる素子
の構造の最適化に効果的である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理を説明するための−
族化合物半導体の格子定数とエネルギー・バンド
ギヤツプ値（波長）との関係図、第２図は本発明
の実施例に用いるMBE装置の模式断面図、第３
図は本発明の実施例のInGaAlAsを成長させる時
の、分子線源のシヤツタの開閉を示す図、第４図
は本発明の実施例としてInGaAlAsのヘテロ構造
を形成せる断面図、第５図は第４図構造のエネル
ギー・バンドギヤツプ図、第６図は第４図構造の
PLデータの測定結果、第７図は従来法による４
元化合物半導体を成長させるときのMBEの分子
線源の強度の調整を説明する図。 図面において、１はMBE装置の高真空チヤン
バ、４は基板、５は基板ホルダー、６はヒータ、
７は四重極質量分析器、１０，１１，１２，１３
は分子線源、２０，２１，２２，２３はシヤツ
タ、４１はFeをドープせるInP基板、４２，４
３，４４，４５は各成長層、をそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 分子線エピタキシー（MBE）法により、Al
    とGaの両元素を含む−族多元（Ｎ元）混晶
    半導体層を、−族基板と格子整合をとりつつ
    成長させるにあたり、該多元混晶半導体層を構成
    する各元素数分（Ｎ個）の分子線源を用い、該分
    子線源の内Alの分子線源を閉じ、（Ｎ−１）個の
    分子線源を用いて成長する第１工程と、該分子線
    源の内Gaの分子線源を閉じ、（Ｎ−１）個の分子
    線源を用いて成長する第２工程とに分け、該第１
    工程と第２工程での（Ｎ−１）個の分子線源はそ
    れぞれ基板と格子整合せる（Ｎ−１）元混晶を成
    長可能なる如く分子線源強度を調整し、該第１工
    程と第２工程の成長を交互に、３原子層以下の成
    長時間よりなるパルス成長を繰り返してＮ元混晶
    半導体層を成長させることを特徴とするMBE法
    による多元混晶の成長方法。 ２ 前記、第１工程のパルス成長時間と、第２工
    程のパルス成長時間の比を変化させることによ
    り、前記二つの（Ｎ−１）元混晶のもつエネルギ
    ー・バンドギヤツプ値の中間のバンドギヤツプ値
    をとる二元混晶半導体層を成長させることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載のMBE法によ
    る多元混晶の成長方法。 ３ 前記、特許請求の範囲第１項記載の工程前、
    あるいは工程後に、該第１工程、あるいは第２工
    程の単独成長の工程を加えて、Ｎ元／（Ｎ−１）
    元のヘテロ構造を形成することを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載のMBE法による多元混晶
    の成長方法。 ４ 前記、特許請求の範囲第１項記載の工程前、
    及び工程後に、該第１工程、あるいは第２工程の
    単独成長の工程を加え、（Ｎ−１）元混晶に挟ま
    れたＮ元混晶の単一量子井戸構造を形成すること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のMBE
    法による多元混晶の成長方法。 ５ 前記、特許請求の範囲第４項記載の単一量子
    井戸形成工程を複数回繰り返すことによりＮ元混
    晶に挟まれた（Ｎ−１）元混晶の単一量子井戸構
    造、あるいはＮ元混晶と（Ｎ−１）元混晶よりな
    る多重量子井戸構造を形成することを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載のMBE法による多元
    混晶の成長方法。
JP61288050A 1985-12-16 1986-12-02 Ｍｂｅ法による多元混晶の成長方法 Granted JPS62229821A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60-282492 1985-12-16
JP28249285 1985-12-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62229821A JPS62229821A (ja) 1987-10-08
JPH0249007B2 true JPH0249007B2 (ja) 1990-10-26

Family

ID=17653146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61288050A Granted JPS62229821A (ja) 1985-12-16 1986-12-02 Ｍｂｅ法による多元混晶の成長方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4833101A (ja)
EP (1) EP0229263B1 (ja)
JP (1) JPS62229821A (ja)
KR (1) KR900002687B1 (ja)
DE (1) DE3684581D1 (ja)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2959767B2 (ja) * 1987-11-11 1999-10-06 ソニー株式会社 半導体基板並びに半導体装置及びその製造方法
US5221367A (en) * 1988-08-03 1993-06-22 International Business Machines, Corp. Strained defect-free epitaxial mismatched heterostructures and method of fabrication
JP2630445B2 (ja) * 1988-10-08 1997-07-16 富士通株式会社 半導体装置
JPH06101588B2 (ja) * 1989-08-22 1994-12-12 京都大学長 半導体材料
US5094974A (en) * 1990-02-28 1992-03-10 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Growth of III-V films by control of MBE growth front stoichiometry
US5091335A (en) * 1990-03-30 1992-02-25 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration MBE growth technology for high quality strained III-V layers
US5164359A (en) * 1990-04-20 1992-11-17 Eaton Corporation Monolithic integrated circuit having compound semiconductor layer epitaxially grown on ceramic substrate
JPH04125977A (ja) * 1990-09-17 1992-04-27 Nec Corp ヘテロ多重構造アバランシ・フォトダイオード
DE69220600T2 (de) * 1991-04-12 1998-01-02 Texas Instruments Inc Verfahren zum Herstellen einer rotationsinduzierten Übergitterstruktur
JP2560562B2 (ja) * 1991-04-30 1996-12-04 住友化学工業株式会社 エピタキシャル成長化合物半導体結晶
FR2678647A1 (fr) * 1991-07-05 1993-01-08 Centre Nat Rech Scient Procede de fabrication d'un cristal a gradient de maille.
JP3086748B2 (ja) * 1991-07-26 2000-09-11 株式会社東芝 高電子移動度トランジスタ
US5268570A (en) * 1991-12-20 1993-12-07 Litton Systems, Inc. Transmission mode InGaAs photocathode for night vision system
JP3254823B2 (ja) * 1993-06-28 2002-02-12 住友化学工業株式会社 半導体エピタキシャル基板およびその製造方法
US5398641A (en) * 1993-07-27 1995-03-21 Texas Instruments Incorporated Method for p-type doping of semiconductor structures formed of group II and group VI elements
US5883564A (en) * 1994-04-18 1999-03-16 General Motors Corporation Magnetic field sensor having high mobility thin indium antimonide active layer on thin aluminum indium antimonide buffer layer
US5610086A (en) * 1995-06-06 1997-03-11 Hughes Aircraft Company Method of making an AlPSb/InP single heterojunction bipolar transistor on InP substrate for high-speed, high-power applications
US5770868A (en) * 1995-11-08 1998-06-23 Martin Marietta Corporation GaAs substrate with compositionally graded AlGaAsSb buffer for fabrication of high-indium fets
US6888175B1 (en) 1998-05-29 2005-05-03 Massachusetts Institute Of Technology Compound semiconductor structure with lattice and polarity matched heteroepitaxial layers
US7622322B2 (en) * 2001-03-23 2009-11-24 Cornell Research Foundation, Inc. Method of forming an AlN coated heterojunction field effect transistor
US7224041B1 (en) 2003-09-30 2007-05-29 The Regents Of The University Of California Design and fabrication of 6.1-Å family semiconductor devices using semi-insulating A1Sb substrate
US8944002B2 (en) * 2004-01-14 2015-02-03 Honda Motor Co., Ltd. High throughput physical vapor deposition system for material combinatorial studies
US7767480B1 (en) * 2004-02-26 2010-08-03 Opticomp Corporation Method for semiconductor compositional grading to realize low-resistance, distributed Bragg reflectors
US20050243889A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-03 Honeywell International Inc. Digital alloy oxidation layers
JP2007128989A (ja) * 2005-11-01 2007-05-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
US7541105B2 (en) * 2006-09-25 2009-06-02 Seagate Technology Llc Epitaxial ferroelectric and magnetic recording structures including graded lattice matching layers
US7687799B2 (en) * 2008-06-19 2010-03-30 Intel Corporation Methods of forming buffer layer architecture on silicon and structures formed thereby
US9065000B2 (en) 2011-03-02 2015-06-23 Gregory Belenky Compound semiconductor device on virtual substrate
US8884265B2 (en) * 2013-03-13 2014-11-11 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Strained InGaAs quantum wells for complementary transistors
US11251270B2 (en) * 2017-08-02 2022-02-15 Faquir Chand Jain Quantum dot channel (QDC) quantum dot gate transistors, memories and other devices
CN113646906B (zh) * 2019-04-09 2024-06-04 杜鹏 用于探测器的超晶格吸收体
WO2021005026A1 (en) * 2019-07-09 2021-01-14 Integrated Solar A method of controlled n-doping of group iii-v materials grown on (111) si
US11545563B2 (en) 2019-09-04 2023-01-03 The Board Of Trustees Of Western Michigan University Band gap engineered materials
KR102807528B1 (ko) 2020-03-13 2025-05-14 삼성디스플레이 주식회사 양자점, 복합체, 그리고 이를 포함하는 소자
CN112233966A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 中国电子科技集团公司第四十四研究所 InGaAs到InP界面生长的气流切换方法
US12320949B2 (en) 2021-05-03 2025-06-03 Board Of Trustees Of Western Michigan University Advanced warning for solar flares from photosphere image analysis
US12491457B2 (en) 2021-05-03 2025-12-09 The Board Of Trustees Of Western Michigan University Quantitative disorder analysis and particle removal efficiency of fiber-based filter media
US12207935B2 (en) 2021-07-02 2025-01-28 The Board Of Trustees Of Western Michigan University Quantitative image-based disorder analysis for early detection of melanoma type features
US12518559B2 (en) 2022-06-02 2026-01-06 Board Of Trustees Of Western Michigan University Detection of face manipulation by quantified disorder measurements

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4159919A (en) * 1978-01-16 1979-07-03 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Molecular beam epitaxy using premixing
US4261771A (en) * 1979-10-31 1981-04-14 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of fabricating periodic monolayer semiconductor structures by molecular beam epitaxy
US4476477A (en) * 1982-02-23 1984-10-09 At&T Bell Laboratories Graded bandgap multilayer avalanche photodetector with energy step backs
US4675709A (en) * 1982-06-21 1987-06-23 Xerox Corporation Quantized layered structures with adjusted indirect bandgap transitions
GB8324531D0 (en) * 1983-09-13 1983-10-12 Secr Defence Cadmium mercury telluride
JPH0728080B2 (ja) * 1984-09-25 1995-03-29 日本電気株式会社 半導体超格子構造体
US4654090A (en) * 1985-09-13 1987-03-31 Xerox Corporation Selective disordering of well structures by laser annealing

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62229821A (ja) 1987-10-08
DE3684581D1 (de) 1992-04-30
KR900002687B1 (ko) 1990-04-23
EP0229263A3 (en) 1988-12-14
EP0229263A2 (en) 1987-07-22
US4833101A (en) 1989-05-23
EP0229263B1 (en) 1992-03-25
KR870006633A (ko) 1987-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0249007B2 (ja)
US5608229A (en) Quantum box semiconductor device
US4250515A (en) Heterojunction superlattice with potential well depth greater than half the bandgap
CN113939964B (zh) 多元合金及其制备方法、超晶格及其制备方法和应用、激光器、光电探测器、太阳能电池
JP2661563B2 (ja) 半導体レーザ
US4603340A (en) Semiconductor device having superlattice structure
CN101811659B (zh) 基于数字合金的非矩形量子结构及其实现方法
US20060048700A1 (en) Method for achieving device-quality, lattice-mismatched, heteroepitaxial active layers
JPS61189621A (ja) 化合物半導体装置
JP2001237413A (ja) 量子ドットの作製方法
JP2563530B2 (ja) 超格子構造素子
Celii et al. Real‐time thickness control of resonant‐tunneling diode growth based on reflection mass spectrometry
JP2528179B2 (ja) ヘテロ構造化合物半導体装置の製造方法
JP2790006B2 (ja) ヘテロ界面形成方法
JPH0476202B2 (ja)
JPH0410527A (ja) 半導体超格子
JPH02289499A (ja) 超格子構造素子
JPS6288317A (ja) 化合物半導体基板
JPH02285630A (ja) 超格子構造素子
JP2000307198A (ja) 半導体素子の製造方法、及び半導体素子
RU2064541C1 (ru) Способ получения гетероструктур на основе полупроводниковых соединений
JPH0727865B2 (ja) ヘテロ界面形成方法
JPS61232606A (ja) エピタキシヤル結晶
JPH02263798A (ja) 超格子構造素子
JPH05251345A (ja) 半導体の結晶成長方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees