JPH04216616A - 分子線エピタキシャル成長薄膜結晶の伝導型制御方法及び当該制御方法を使用する分子線エピタキシャル装置 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長薄膜結晶の伝導型制御方法及び当該制御方法を使用する分子線エピタキシャル装置Info
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- JPH04216616A JPH04216616A JP41155490A JP41155490A JPH04216616A JP H04216616 A JPH04216616 A JP H04216616A JP 41155490 A JP41155490 A JP 41155490A JP 41155490 A JP41155490 A JP 41155490A JP H04216616 A JPH04216616 A JP H04216616A
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＳｉを不純物とするＧａ
Ａｓ薄膜結晶製造方法における伝導型制御方法に関し、
成長中に電子線照射により任意の領域だけ他と異なる伝
導型をもつ薄膜結晶を得る伝導型制御方法に関する。
Ａｓ薄膜結晶製造方法における伝導型制御方法に関し、
成長中に電子線照射により任意の領域だけ他と異なる伝
導型をもつ薄膜結晶を得る伝導型制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＡｓ等の化合物半導体におい
て、例えばｐ−ｎ接合のように、ひとつの結晶内に伝導
型の異なる領域をもつ化合物半導体を作製する際には、
２種類の不純物が用いらていた。ＧａＡｓの場合、ｎ型
にはＳｉ、ｐ型にはＢｅあるいはＺｎ等の元素が不純物
として最もよく用いられており、例えばｐ−ｎ接合を製
作する場合には、まずＳｉを用いてｎ型の層を、又はＢ
ｅあるいはＺｎを不純物としてｐ型の層を所定の膜厚ま
で成長し、続いてはじめの層と逆の伝導型を示す不純物
を用いてそれぞれｐ型またはｎ型の層を所定の膜厚まで
成長する方法や、まずｐ型又はｎ型の結晶を成長させそ
の後で成長層とは逆の伝導型を示す不純物をイオン注入
により打ち込む方法等がある。
て、例えばｐ−ｎ接合のように、ひとつの結晶内に伝導
型の異なる領域をもつ化合物半導体を作製する際には、
２種類の不純物が用いらていた。ＧａＡｓの場合、ｎ型
にはＳｉ、ｐ型にはＢｅあるいはＺｎ等の元素が不純物
として最もよく用いられており、例えばｐ−ｎ接合を製
作する場合には、まずＳｉを用いてｎ型の層を、又はＢ
ｅあるいはＺｎを不純物としてｐ型の層を所定の膜厚ま
で成長し、続いてはじめの層と逆の伝導型を示す不純物
を用いてそれぞれｐ型またはｎ型の層を所定の膜厚まで
成長する方法や、まずｐ型又はｎ型の結晶を成長させそ
の後で成長層とは逆の伝導型を示す不純物をイオン注入
により打ち込む方法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法はいずれ
も不純物原料が２種類以上必要であり、さらに前者の方
法では、成長方向である膜厚方向のｐ−ｎ接合は製作可
能であるが面内でのｐ−ｎ接合の製作は不可能であり、
また後者の方法では接合界面の急峻性が悪い上に結晶成
長作業に加えてイオン注入、アニール等の作業が必要で
ある。以上の状況からわかるように、不純物として１種
類の元素を用いるだけで結晶内に他とは逆の伝導型を示
す領域を任意に作製することが可能な方法の開発が望ま
れていた。分子線エピタキシャル（以下ＭＢＥという）
法によるＧａＡｓの成長ではＳｉ、Ｇｅ等のＩＶ族元素
はＧａＡｓに対して両性不純物であることが知られてい
る。しかしながらこれまでは外部から伝導型の制御を行
う方法は知られていない。更に量子細線や量子箱の作製
の際には、〜１０ｍｍ程度の微少領域にドーピングする
必要があり、これまではリソグラフや集束イオンビーム
が用いられてきた。これらの方法では微細加工に困難が
伴う上、集束イオンビームの場合は上述のように界面で
の損傷が問題となる。このため従前の方法では微細な領
域に制御性よく量子細線や量子箱構造を作製することが
困難である。本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、結晶の成長時にその成長方向あるい
は成長面内に任意にｐ型の領域とｎ型の領域とを作製す
ることができる伝導型の制御方法を提供することを第１
の目的とし、更に本発明は、量子細線や量子箱の構造を
容易に作製することができる伝導型の制御方法を提供す
ることを第２の目的とする。
も不純物原料が２種類以上必要であり、さらに前者の方
法では、成長方向である膜厚方向のｐ−ｎ接合は製作可
能であるが面内でのｐ−ｎ接合の製作は不可能であり、
また後者の方法では接合界面の急峻性が悪い上に結晶成
長作業に加えてイオン注入、アニール等の作業が必要で
ある。以上の状況からわかるように、不純物として１種
類の元素を用いるだけで結晶内に他とは逆の伝導型を示
す領域を任意に作製することが可能な方法の開発が望ま
れていた。分子線エピタキシャル（以下ＭＢＥという）
法によるＧａＡｓの成長ではＳｉ、Ｇｅ等のＩＶ族元素
はＧａＡｓに対して両性不純物であることが知られてい
る。しかしながらこれまでは外部から伝導型の制御を行
う方法は知られていない。更に量子細線や量子箱の作製
の際には、〜１０ｍｍ程度の微少領域にドーピングする
必要があり、これまではリソグラフや集束イオンビーム
が用いられてきた。これらの方法では微細加工に困難が
伴う上、集束イオンビームの場合は上述のように界面で
の損傷が問題となる。このため従前の方法では微細な領
域に制御性よく量子細線や量子箱構造を作製することが
困難である。本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、結晶の成長時にその成長方向あるい
は成長面内に任意にｐ型の領域とｎ型の領域とを作製す
ることができる伝導型の制御方法を提供することを第１
の目的とし、更に本発明は、量子細線や量子箱の構造を
容易に作製することができる伝導型の制御方法を提供す
ることを第２の目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段及びその作用】本発明は、
ＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板上に分子線エピタキシャル
法によりＳｉドープのＧａＡｓ薄膜結晶を成長する際に
上記薄膜結晶に電子線を照射することにより上記薄膜結
晶の伝導型を制御することを特徴とする。このように薄
膜結晶の成長時に当該結晶に電子線を照射することで上
記結晶の伝導型を所望の伝導型とすることができるよう
に作用する。又、本発明は電子線の照射範囲を限定する
ことで、電子線が照射された範囲のみを所望の伝導型と
することが可能となり、量子細線や量子箱の構造を容易
に作製することができるように作用する。
ＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板上に分子線エピタキシャル
法によりＳｉドープのＧａＡｓ薄膜結晶を成長する際に
上記薄膜結晶に電子線を照射することにより上記薄膜結
晶の伝導型を制御することを特徴とする。このように薄
膜結晶の成長時に当該結晶に電子線を照射することで上
記結晶の伝導型を所望の伝導型とすることができるよう
に作用する。又、本発明は電子線の照射範囲を限定する
ことで、電子線が照射された範囲のみを所望の伝導型と
することが可能となり、量子細線や量子箱の構造を容易
に作製することができるように作用する。
【０００５】さらに、本発明は分子線エピタキシャル法
によって薄膜結晶に不純物をドーピングする分子線エピ
タキシャル装置において、装置内に設けられる基板に蒸
着させるための原料が装填される原料セルと、上記基板
に成長する薄膜結晶の所定範囲を走査しながら電子線を
照射する第１の電子線照射装置と、上記第１の電子線照
射装置の出射する電子線の方向とは異なる方向より上記
薄膜結晶に電子線を照射する第２の電子線照射装置と、
を備えたことを特徴とする。
によって薄膜結晶に不純物をドーピングする分子線エピ
タキシャル装置において、装置内に設けられる基板に蒸
着させるための原料が装填される原料セルと、上記基板
に成長する薄膜結晶の所定範囲を走査しながら電子線を
照射する第１の電子線照射装置と、上記第１の電子線照
射装置の出射する電子線の方向とは異なる方向より上記
薄膜結晶に電子線を照射する第２の電子線照射装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】このように構成することで、上述した量子
細線や量子箱の構造を容易に作製することができる分子
線エピタキシャル装置を提供することができる。
細線や量子箱の構造を容易に作製することができる分子
線エピタキシャル装置を提供することができる。
【０００７】
【実施例】第１の実施例
本発明の伝導型制御方法は、１種類の不純物を用いるだ
けでｐ型の層もｎ型の層も得られ、更に成長方向だけで
なく面内にもｐ−ｎ接合を容易に作製することが可能な
点で従来の技術とは大きく異なる。ＳｉはＧａＡｓに対
する両性不純物である為、基板に成長する薄膜結晶の成
長条件を変化させることで当該結晶の伝導型を制御する
ことができる。ＭＢＥでは基板表面に付着するＳｉがＧ
ａサイトにはいるかＡｓサイトに入るかで伝導型が決定
される。 即ち、ＳｉがＡｓサイトに入ればｐ型となり、Ｇａサイ
トに入ればｎ型となる。
けでｐ型の層もｎ型の層も得られ、更に成長方向だけで
なく面内にもｐ−ｎ接合を容易に作製することが可能な
点で従来の技術とは大きく異なる。ＳｉはＧａＡｓに対
する両性不純物である為、基板に成長する薄膜結晶の成
長条件を変化させることで当該結晶の伝導型を制御する
ことができる。ＭＢＥでは基板表面に付着するＳｉがＧ
ａサイトにはいるかＡｓサイトに入るかで伝導型が決定
される。 即ち、ＳｉがＡｓサイトに入ればｐ型となり、Ｇａサイ
トに入ればｎ型となる。
【０００８】ＧａＡｓ（１１１）Ａ面を基板として用い
ると、表面はＧａ原子からの電子が多い状態であるので
アクセプター様の電子状態を形成していると考えられる
。 したがって通常の成長条件でＳｉをドーピングすると表
面の電子状態を引き継いで成長するためｐ型のＧａＡｓ
が得られる。しかしながら、電子線を照射すると表面の
電子状態は著しく変化し電子状態はむしろドナー様つま
り、Ａｓ原子からの電子が多い状態になると考えられる
。そのため電子線を照射しながらＳｉをドーピングする
と基板表面ではＡｓ分子とＳｉ原子の付着確率がｐ形の
場合と異なりｎ型のものへと変化しその結果ＧａＡｓは
ｎ型になる。
ると、表面はＧａ原子からの電子が多い状態であるので
アクセプター様の電子状態を形成していると考えられる
。 したがって通常の成長条件でＳｉをドーピングすると表
面の電子状態を引き継いで成長するためｐ型のＧａＡｓ
が得られる。しかしながら、電子線を照射すると表面の
電子状態は著しく変化し電子状態はむしろドナー様つま
り、Ａｓ原子からの電子が多い状態になると考えられる
。そのため電子線を照射しながらＳｉをドーピングする
と基板表面ではＡｓ分子とＳｉ原子の付着確率がｐ形の
場合と異なりｎ型のものへと変化しその結果ＧａＡｓは
ｎ型になる。
【０００９】以下に、本発明の伝導型制御方法の一実施
例について説明する。本実施例では成長用基板としてＧ
ａＡｓ（１１１）Ａ面を（１００）方向へ０度、１度、
３度、５度、１９．５度、２９．５度傾斜した基板を用
いた。 又、上記基板は成長前に硫酸系の液でエッチングを行な
った。次に、上記基板をＭＢＥ装置に導入後、７００℃
で５分間加熱し表面を清浄化した。その後、上記基板温
度を５５０〜６５０℃に下げ、又、反射電子回折装置を
使用しその加速電圧を１０ＫＶとし電子線を基板に照射
しながら、Ｓｉをドーピングしながら結晶の成長を行な
った。尚、結晶成長時のＧａセル温度は７９０〜７９５
℃、Ａｓセル温度は２５０〜２７０℃の範囲であった。 これに対応してＡｓとＧａの原料供給比（Ｊ Ａｓ４／
Ｊ Ｇａ）は１．４ないし２０に変化する。成長速度は
０．７〜１μｍ／ｈｒであった。尚、Ｓｉセル温度は１
２５０〜１３５０℃の範囲で変化させた。これによりＳ
ｉ密度は１０１６〜１０１９／ｃｍ３に変化させる事が
出来る。
例について説明する。本実施例では成長用基板としてＧ
ａＡｓ（１１１）Ａ面を（１００）方向へ０度、１度、
３度、５度、１９．５度、２９．５度傾斜した基板を用
いた。 又、上記基板は成長前に硫酸系の液でエッチングを行な
った。次に、上記基板をＭＢＥ装置に導入後、７００℃
で５分間加熱し表面を清浄化した。その後、上記基板温
度を５５０〜６５０℃に下げ、又、反射電子回折装置を
使用しその加速電圧を１０ＫＶとし電子線を基板に照射
しながら、Ｓｉをドーピングしながら結晶の成長を行な
った。尚、結晶成長時のＧａセル温度は７９０〜７９５
℃、Ａｓセル温度は２５０〜２７０℃の範囲であった。 これに対応してＡｓとＧａの原料供給比（Ｊ Ａｓ４／
Ｊ Ｇａ）は１．４ないし２０に変化する。成長速度は
０．７〜１μｍ／ｈｒであった。尚、Ｓｉセル温度は１
２５０〜１３５０℃の範囲で変化させた。これによりＳ
ｉ密度は１０１６〜１０１９／ｃｍ３に変化させる事が
出来る。
【００１０】成長後フォトルミネッセンス及びホール測
定により伝導型を評価したところｎ型になっていること
が分かった。
定により伝導型を評価したところｎ型になっていること
が分かった。
【００１１】第２の実施例
上記第１の実施例では結晶が成長している基板の全体に
対して電子線照射を行ったが、本実施例では成長用基板
の１０ｍｍ×１０ｍｍの限られた領域について電子線を
走査させながら照射を行った。尚、成長前における基板
の処理や成長方法は実施例１に示した方法と同一である
。
対して電子線照射を行ったが、本実施例では成長用基板
の１０ｍｍ×１０ｍｍの限られた領域について電子線を
走査させながら照射を行った。尚、成長前における基板
の処理や成長方法は実施例１に示した方法と同一である
。
【００１２】本実施例における方法を実行するためのＭ
ＢＥ装置と電子線照射装置との一例について以下に説明
する。図１において、外形がだ円形状のＭＢＥ装置７の
円弧部７ａには、この円弧部７ａより放射状に突出する
原料セル１ないし３が設けられる、この原料セル１ない
し３には例えばＧａ、Ａｓ、Ａｌ等の原料が入っている
。ＭＢＥ装置７の内部には電子線が照射される例えばＧ
ａＡｓの基板４が設置される。又、上記円弧部７ａであ
ってＭＢＥ装置７の中心線上には、基板の所定領域に電
子線を走査させながら当該領域に電子線を照射する走査
形電子線照射装置６が設けられ、さらに、上記円弧部７
ａ以外の部分であって所定の箇所には上記照射装置６と
は異なる方向より基板４に電子線を照射する反射電子線
回折装置５が設けられる。
ＢＥ装置と電子線照射装置との一例について以下に説明
する。図１において、外形がだ円形状のＭＢＥ装置７の
円弧部７ａには、この円弧部７ａより放射状に突出する
原料セル１ないし３が設けられる、この原料セル１ない
し３には例えばＧａ、Ａｓ、Ａｌ等の原料が入っている
。ＭＢＥ装置７の内部には電子線が照射される例えばＧ
ａＡｓの基板４が設置される。又、上記円弧部７ａであ
ってＭＢＥ装置７の中心線上には、基板の所定領域に電
子線を走査させながら当該領域に電子線を照射する走査
形電子線照射装置６が設けられ、さらに、上記円弧部７
ａ以外の部分であって所定の箇所には上記照射装置６と
は異なる方向より基板４に電子線を照射する反射電子線
回折装置５が設けられる。
【００１３】このようなＭＢＥ装置において走査型電子
線照射装置６及び反射電子線回析装置５を使用し基板４
上の上述した範囲に電子線を照射した。照射した電子線
の加速電圧は５０Ｖから１０ＫＶまで変化させた。
線照射装置６及び反射電子線回析装置５を使用し基板４
上の上述した範囲に電子線を照射した。照射した電子線
の加速電圧は５０Ｖから１０ＫＶまで変化させた。
【００１４】電子線の照射された薄膜結晶について成長
後フォトルミネッセンス及びホール測定により伝導型を
評価したところ電子線を走査しながら照射した領域はｎ
型になっていることが分かった。この方法で電子線を照
射する領域を狭くしたりあるいは任意の形のパターンを
書いてその領域のみｎ型にする事ができることは明らか
である。よって、表面ドーピング超格子やさらに量子細
線構造の実現も可能となり、しいては光デバイスとして
光変調器等への応用も可能となる。
後フォトルミネッセンス及びホール測定により伝導型を
評価したところ電子線を走査しながら照射した領域はｎ
型になっていることが分かった。この方法で電子線を照
射する領域を狭くしたりあるいは任意の形のパターンを
書いてその領域のみｎ型にする事ができることは明らか
である。よって、表面ドーピング超格子やさらに量子細
線構造の実現も可能となり、しいては光デバイスとして
光変調器等への応用も可能となる。
【００１５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、薄
膜結晶が成長する際に電子線を照射することにより、こ
れまで困難とされていた表面の任意の領域の伝導形を制
御できるばかりでなく、表面ドーピング超格子やさらに
量子細線構造の実現することができる。
膜結晶が成長する際に電子線を照射することにより、こ
れまで困難とされていた表面の任意の領域の伝導形を制
御できるばかりでなく、表面ドーピング超格子やさらに
量子細線構造の実現することができる。
【図１】 本発明の伝導型制御方法を実行するための
ＭＢＥ装置と電子線照射装置の一例を示す図である。
ＭＢＥ装置と電子線照射装置の一例を示す図である。
１ないし３…原料セル、４…基板、５…反射電子線回折
装置、６…走査形電子線照射装置。
装置、６…走査形電子線照射装置。
Claims (4)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板上に分子
線エピタキシャル法によりＳｉドープのＧａＡｓ薄膜結
晶を成長する際に上記薄膜結晶に電子線を照射すること
により上記薄膜結晶の伝導型を制御することを特徴とす
る分子線エキタキシャル成長薄膜結晶の伝導型制御方法
。 - 【請求項２】 面方位が（１１１）Ａ面あるいは（１
１１）Ａ面から（１００）面方向への傾きが３１°以下
の基板結晶、ＡｓとＧａとの原料供給比（Ｊ Ａｓ４／
Ｊ Ｇａ）は１．４〜２０とし、電子線の加速を用い電
圧が５０〜１００００Ｖとする薄膜結晶の伝導型制御法
。 - 【請求項３】 上記薄膜結晶への電子線の照射範囲を
限定した、請求項１記載の分子線エピタキシャル成長薄
膜結晶の伝導型制御方法。 - 【請求項４】 分子線エピタキシャル法によって薄膜
結晶に不純物をドーピングする分子線エピタキシャル装
置において、装置内に設けられる基板に蒸着させるため
の原料が装填される原料セルと、上記基板に成長する薄
膜結晶の所定範囲を走査しながら電子線を照射する第１
の電子線照射装置と、上記第１の電子線照射装置の出射
する電子線の方向とは異なる方向より上記薄膜結晶に電
子線を照射する第２の電子線照射装置と、を備えたこと
を特徴とする分子線エピタキシャル成長薄膜結晶の伝導
型を制御するための装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41155490A JPH04216616A (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 分子線エピタキシャル成長薄膜結晶の伝導型制御方法及び当該制御方法を使用する分子線エピタキシャル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41155490A JPH04216616A (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 分子線エピタキシャル成長薄膜結晶の伝導型制御方法及び当該制御方法を使用する分子線エピタキシャル装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04216616A true JPH04216616A (ja) | 1992-08-06 |
Family
ID=18520541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41155490A Pending JPH04216616A (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 分子線エピタキシャル成長薄膜結晶の伝導型制御方法及び当該制御方法を使用する分子線エピタキシャル装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04216616A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005083161A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Japan Science And Technology Agency | 遷移金属又は稀土類金属などの磁性不純物を含まず、不完全な殻を持つ元素を固溶した透明強磁性化合物及びその強磁性特性の調整方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50151064A (ja) * | 1974-05-23 | 1975-12-04 | ||
| JPS51132977A (en) * | 1975-05-14 | 1976-11-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Junction-type field effect transistor process |
-
1990
- 1990-12-17 JP JP41155490A patent/JPH04216616A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50151064A (ja) * | 1974-05-23 | 1975-12-04 | ||
| JPS51132977A (en) * | 1975-05-14 | 1976-11-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Junction-type field effect transistor process |
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