JPH0459699A - 縦型半導体超格子の製造方法 - Google Patents
縦型半導体超格子の製造方法Info
- Publication number
- JPH0459699A JPH0459699A JP17115490A JP17115490A JPH0459699A JP H0459699 A JPH0459699 A JP H0459699A JP 17115490 A JP17115490 A JP 17115490A JP 17115490 A JP17115490 A JP 17115490A JP H0459699 A JPH0459699 A JP H0459699A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- growth
- superlattice
- gaas
- terrace
- longitudinal
- 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.)
- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は１次元トランジスタ、あるいは量子井戸細線構
造を有する低発振しきい値レーザに用いられる縦型半導
体超格子の製造方法に関する。
造を有する低発振しきい値レーザに用いられる縦型半導
体超格子の製造方法に関する。
（従来の技術）
従来の超格子（２次元超格子）のもつ成長方向のポテン
シャルＶ（Ｚ）に加え、面内方向にも人工的なポテンシ
ャルＶ （ｘ ＋ ｙ ）を加えることによって、量子
細線のような構造が形成されれば、従来の超格子では得
られなかった新たな物性や、超高速トランジスタや、超
低しきい値レーザを実現できる可能性が指摘されている
（例えばＨ，５ａｋａｋｉ他、Ｊｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐ
ｌ、 Ｐｈｙｓ、 ２８ Ｌ、３１．４ （１９８９）
）。
シャルＶ（Ｚ）に加え、面内方向にも人工的なポテンシ
ャルＶ （ｘ ＋ ｙ ）を加えることによって、量子
細線のような構造が形成されれば、従来の超格子では得
られなかった新たな物性や、超高速トランジスタや、超
低しきい値レーザを実現できる可能性が指摘されている
（例えばＨ，５ａｋａｋｉ他、Ｊｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐ
ｌ、 Ｐｈｙｓ、 ２８ Ｌ、３１．４ （１９８９）
）。
成長面内に微細な同期構造を作り込むための最とも有力
な方法は、ミスオリエンテーションのあるオフ基板表面
の周期的な原子ステップ上にＧａＡｓトＡＱＡｓを交互
に堆積する方法である（Ｐ、Ｍ。
な方法は、ミスオリエンテーションのあるオフ基板表面
の周期的な原子ステップ上にＧａＡｓトＡＱＡｓを交互
に堆積する方法である（Ｐ、Ｍ。
Ｐｅｔｒｏｆｆ他、Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ
、 ４５６２０ （＋９８４））、この方法では、面内
方向の周期Ｌｘは平均テラス長ａＸｃｏｔα （ただし
ａは半導体１分子層厚２．８３人、αはオフアングル）
で与えられる。最近この方法によって１００人オーダの
周期構造を有するプレーナ超格子構造が、ＭＢＥ （分
子線エピタキシャル法）（Ｊ、 Ｍ、 Ｇａ１ｎｅｓ他
、Ｊ、 Ｖａｃ、 Ｓｃｉ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌ、 ８
６゜１３７８ （＋９８８））およびＭＯＣＶＤ （有
機金属気相成長法）（Ｔ、 Ｆｕｋｕｉ、 Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ ５０． 、！１２４ （１９
８７））によって作製された。ただし、従来のＭＢＥま
たはＭＯＣＶＤで縦型超格子を成長させる際は、成長速
度を低くし、かつ超格子を形成する複数の半導体層を交
互に成長した時の成長量を正確に１分子層相当量に制御
する必要がある。。成長量が１分子層相当量よりわずか
にずれても、縦型超格子は大きく傾くことが言われてい
る。例えばｉＡｓとＧａＡｓからなる縦型超格子を例に
とると、第３図に示す様に縦型超格子の傾き角をβとし
、基板の傾き角をθとすると、ｔａｎβ＝（１−（ｍ
＋ ｎ ））／ｌａｎ ｆｊが成立する。ここでｍとｎ
は、（ＡＱＡｓ）ｍ（６ａＡｓ）ｎの指数ｍ、ｎである
。よってｍ＋ｎ＝１のとき、すなわち隣のテラスにはみ
出すことなくテラス上全面に正確に１分子層のＡＱ、Ａ
ｓとＧａＡｓを成長させた場合はβ＝Ｏ度となる。しか
し例えばθ＝２°てｍ＋ｎ＝】、０５であるとβ＃５５
°にもなってしまう。ｍ＋ｎ＝１．０５は５例えばＧａ
Ａｓ １分子が次のテラス上へ堆積した場合に相当する
。
、 ４５６２０ （＋９８４））、この方法では、面内
方向の周期Ｌｘは平均テラス長ａＸｃｏｔα （ただし
ａは半導体１分子層厚２．８３人、αはオフアングル）
で与えられる。最近この方法によって１００人オーダの
周期構造を有するプレーナ超格子構造が、ＭＢＥ （分
子線エピタキシャル法）（Ｊ、 Ｍ、 Ｇａ１ｎｅｓ他
、Ｊ、 Ｖａｃ、 Ｓｃｉ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌ、 ８
６゜１３７８ （＋９８８））およびＭＯＣＶＤ （有
機金属気相成長法）（Ｔ、 Ｆｕｋｕｉ、 Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ ５０． 、！１２４ （１９
８７））によって作製された。ただし、従来のＭＢＥま
たはＭＯＣＶＤで縦型超格子を成長させる際は、成長速
度を低くし、かつ超格子を形成する複数の半導体層を交
互に成長した時の成長量を正確に１分子層相当量に制御
する必要がある。。成長量が１分子層相当量よりわずか
にずれても、縦型超格子は大きく傾くことが言われてい
る。例えばｉＡｓとＧａＡｓからなる縦型超格子を例に
とると、第３図に示す様に縦型超格子の傾き角をβとし
、基板の傾き角をθとすると、ｔａｎβ＝（１−（ｍ
＋ ｎ ））／ｌａｎ ｆｊが成立する。ここでｍとｎ
は、（ＡＱＡｓ）ｍ（６ａＡｓ）ｎの指数ｍ、ｎである
。よってｍ＋ｎ＝１のとき、すなわち隣のテラスにはみ
出すことなくテラス上全面に正確に１分子層のＡＱ、Ａ
ｓとＧａＡｓを成長させた場合はβ＝Ｏ度となる。しか
し例えばθ＝２°てｍ＋ｎ＝】、０５であるとβ＃５５
°にもなってしまう。ｍ＋ｎ＝１．０５は５例えばＧａ
Ａｓ １分子が次のテラス上へ堆積した場合に相当する
。
従来のＭＢＥあるいはＭＯＣＶＤにより縦型超格子の構
造を制御するためには、成長時間および原料供給量を精
度良く制御する必要がある。しかし、次のテラスへの析
出を抑制しかつテラス全面に異なる半導体層を１分子層
順次成長させるためには、ＭＢＥにおいては、ソース充
填されているクヌードセンセルの温度制御が、またＭＯ
ＣＶＤにおいては、原料流量制御に難がある。このよう
に、従来の技術では不可能ではないが、再現性良く、縦
型超格子を作製することが難しいという問題があった。
造を制御するためには、成長時間および原料供給量を精
度良く制御する必要がある。しかし、次のテラスへの析
出を抑制しかつテラス全面に異なる半導体層を１分子層
順次成長させるためには、ＭＢＥにおいては、ソース充
填されているクヌードセンセルの温度制御が、またＭＯ
ＣＶＤにおいては、原料流量制御に難がある。このよう
に、従来の技術では不可能ではないが、再現性良く、縦
型超格子を作製することが難しいという問題があった。
（発明が解決しようとする課題）
上記従来のＭＢＥ法およびＭＯＣＶＤ法を用いて縦型超
格子を形成するためには、原料の供給量を高精度に制御
しなければならず、再現性良く、しかも、例えば２イン
チウェハ全面に均一に縦型超格子を成長させることが困
難であるという問題があった。
格子を形成するためには、原料の供給量を高精度に制御
しなければならず、再現性良く、しかも、例えば２イン
チウェハ全面に均一に縦型超格子を成長させることが困
難であるという問題があった。
この発明は上記従来の成長法の問題点に鑑みて改良され
た縦型超格子の作成方法を提供することを目的とするも
のである。
た縦型超格子の作成方法を提供することを目的とするも
のである。
（課題を解決するための手段）
本発明に係る縦型半導体超格子の製造方法は、成長容器
内に結晶の指数面が（１００）、（Ｉ ］、 Ｉ ）、
または（１１０）等から所定の方位に傾いた基板を配置
し、その結晶面上に二種類以上の半導体結晶層を順次単
分子層成長させて縦型半導体超格子を形成するに際し、
単導体結晶層の構成元素を含む原料カスを交互に成長容
器に導入し前記基板の結晶面上に単原子層成長法により
半導体超格子を形成することを特徴とする。
内に結晶の指数面が（１００）、（Ｉ ］、 Ｉ ）、
または（１１０）等から所定の方位に傾いた基板を配置
し、その結晶面上に二種類以上の半導体結晶層を順次単
分子層成長させて縦型半導体超格子を形成するに際し、
単導体結晶層の構成元素を含む原料カスを交互に成長容
器に導入し前記基板の結晶面上に単原子層成長法により
半導体超格子を形成することを特徴とする。
（作 用）
本発明によれば、原料ガスを交互に被成長基板上に供給
することにより、この被成長基板上に再現性良く、しか
も均一に縦型半導体超格子を作製することができる。
することにより、この被成長基板上に再現性良く、しか
も均一に縦型半導体超格子を作製することができる。
本発明の作用につきＧａＡｓ／ＡＱＡｓの縦型超格子を
例に第１図を参照して説明する。
例に第１図を参照して説明する。
まず、ＧａＡｓ （１００） ２°ｏｆｆ基板（ｏｆｆ
方向（１１０））１１上に一定量のトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を順次
交互に供給し、基板結晶表面のテラス部上１１ａ上にス
テップより横方向にＡＱおよびＧａ原子面を成長させる
（第１図（ａ））。
方向（１１０））１１上に一定量のトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を順次
交互に供給し、基板結晶表面のテラス部上１１ａ上にス
テップより横方向にＡＱおよびＧａ原子面を成長させる
（第１図（ａ））。
次に、アルシン（ＡＳＨＪ）を供給し、ＧａＡｓ１５お
よびＡＱＡｓ１４を成長させる（第１図（ｂ））。部上
の如くして順次＾ρＡｓとＧａＡｓを成長させ、第１図
（ｂ）に示す様な縦型超格子を作成させる。原料を交互
に供給する単原子層成長法（Ａｔｏｍｊ、ｃ Ｌａｙｅ
ｒ Ｅｐｉｔａｘｙ） ％用いるため、例えば第１図（
ｂ）に示すようにＧａＡｓを残りのテラス部に成長させ
る際、ＴＭＧの供給量、成長圧力、成長温度等の成長条
件を正確に制御しなくても、次のテラス上へのＡＱの堆
積は全く生ぜず、第１図（ｂ）に示す様に理想化された
縦型超格子を作成することが可能となる。この様に、従
来の成長法では作成することが困難であった理想的な縦
型超格子を作成することが可能となる。
よびＡＱＡｓ１４を成長させる（第１図（ｂ））。部上
の如くして順次＾ρＡｓとＧａＡｓを成長させ、第１図
（ｂ）に示す様な縦型超格子を作成させる。原料を交互
に供給する単原子層成長法（Ａｔｏｍｊ、ｃ Ｌａｙｅ
ｒ Ｅｐｉｔａｘｙ） ％用いるため、例えば第１図（
ｂ）に示すようにＧａＡｓを残りのテラス部に成長させ
る際、ＴＭＧの供給量、成長圧力、成長温度等の成長条
件を正確に制御しなくても、次のテラス上へのＡＱの堆
積は全く生ぜず、第１図（ｂ）に示す様に理想化された
縦型超格子を作成することが可能となる。この様に、従
来の成長法では作成することが困難であった理想的な縦
型超格子を作成することが可能となる。
（実施例）
以下この発明の一実施例として、傾斜基板上へのＧａＡ
ｓ／ＡＱＡｓ縦型超格子の作製について第１図および第
２図を参照して説明する。基板にはＧａＡｓ（１００）
２°オフ基板１１を用いた。オフの方向は（（１１１）
である。ＧａＫ料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を
、ＡＱ原料にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を、
Ａｓ原料にはアルシン（ＡｓＨ，）を用いた。成長容器
］０２に基板１１をサセプタ１０３上に載置して内装し
、加熱コイル１０５によって高周波加熱を施し、表面の
熱処理ならびにバッファ層のＧａＡｓを成長温度６５０
℃で成長させた後、成長温度を５００°Ｃに設定し、ガ
ス導入口１０４より水素をキャリアカスとしてＴＭＡを
１．２μｍｏｌ導入する。その後Ｈ２置換を行なった後
、ガス導入口１０４よりＴＭＧを０．３μｍｏｌμｍ型
る。次にＨ２置換を行なった後、カス導入口１０４より
ＡｓＨ，をＨ２をキャリアガスとして１５０μｍｏｌ導
入する、その後Ｈ２置換を行う。この成長プロセスを１
サイクルとし、１８００サイクルの成長を行なった。１
サイクルとはすなわち、丁ＮＡ導入／Ｈ２置換／ ＴＭ
Ｇ導入／Ｈ２置換／ＡｓＨ３導入／Ｈ２置換、六つのカ
ス導入プロセスに相当している。なお、成長圧力は３
Ｔｏｒｒに設定した。なお、成長容器１０２内は、ガス
排出口１０６から排気を施し上記設定条件とした。
ｓ／ＡＱＡｓ縦型超格子の作製について第１図および第
２図を参照して説明する。基板にはＧａＡｓ（１００）
２°オフ基板１１を用いた。オフの方向は（（１１１）
である。ＧａＫ料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を
、ＡＱ原料にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を、
Ａｓ原料にはアルシン（ＡｓＨ，）を用いた。成長容器
］０２に基板１１をサセプタ１０３上に載置して内装し
、加熱コイル１０５によって高周波加熱を施し、表面の
熱処理ならびにバッファ層のＧａＡｓを成長温度６５０
℃で成長させた後、成長温度を５００°Ｃに設定し、ガ
ス導入口１０４より水素をキャリアカスとしてＴＭＡを
１．２μｍｏｌ導入する。その後Ｈ２置換を行なった後
、ガス導入口１０４よりＴＭＧを０．３μｍｏｌμｍ型
る。次にＨ２置換を行なった後、カス導入口１０４より
ＡｓＨ，をＨ２をキャリアガスとして１５０μｍｏｌ導
入する、その後Ｈ２置換を行う。この成長プロセスを１
サイクルとし、１８００サイクルの成長を行なった。１
サイクルとはすなわち、丁ＮＡ導入／Ｈ２置換／ ＴＭ
Ｇ導入／Ｈ２置換／ＡｓＨ３導入／Ｈ２置換、六つのカ
ス導入プロセスに相当している。なお、成長圧力は３
Ｔｏｒｒに設定した。なお、成長容器１０２内は、ガス
排出口１０６から排気を施し上記設定条件とした。
この様にして成長した薄膜結晶の膜厚は約５１００人で
あり、１サイクル当りの成長膜厚は１分子層に相当して
いた。またＸ線回折から得られる超格子の回折角より、
超格子周期が原子ステップの間隔に一致していた。さら
にＴＥＭ［ｌからも傾斜のない理想化された縦型超格子
が作成されていることが確認された。なお本実施例にお
いては、ＧａＡｓ０．５分子、−４ＱＡｓ０．５分子層
の縦型超格子の作成例を示したか、例えば導入するＴＭ
Ａの供給量を変化させることにより、ＧａＡｓ ｍ分子
層、ＡＱＡｓ ｎ分子層（ｍ＋ｎ＝１）の縦型超格子を
作成することかできる。また本実施例では１分子層を形
成する間に２種の半導体層を交互に成長させたが、単原
子層成長法により３種類以上の半導体を順次成長させ、
３種類以上の半導体から成る縦型超格子を形成すること
も可能である。
あり、１サイクル当りの成長膜厚は１分子層に相当して
いた。またＸ線回折から得られる超格子の回折角より、
超格子周期が原子ステップの間隔に一致していた。さら
にＴＥＭ［ｌからも傾斜のない理想化された縦型超格子
が作成されていることが確認された。なお本実施例にお
いては、ＧａＡｓ０．５分子、−４ＱＡｓ０．５分子層
の縦型超格子の作成例を示したか、例えば導入するＴＭ
Ａの供給量を変化させることにより、ＧａＡｓ ｍ分子
層、ＡＱＡｓ ｎ分子層（ｍ＋ｎ＝１）の縦型超格子を
作成することかできる。また本実施例では１分子層を形
成する間に２種の半導体層を交互に成長させたが、単原
子層成長法により３種類以上の半導体を順次成長させ、
３種類以上の半導体から成る縦型超格子を形成すること
も可能である。
本発明に係る縦型半導体超格子の作製方法は、結晶の指
数面が（１，００）、（１１１）または（］ １０）等
から所定の方位に傾いた基板結晶表面上に２種類以上の
半導体結晶層を順次単分子層成長させ、雄型半導体超格
子を作成する際、前記半導体層の構成元素を含む原料ガ
スを交互に被成長基板上に供給することにより、この基
板上に再現性良く、均一に縦型半導体超格子を製造する
ことができる顕著な効果がある。
数面が（１，００）、（１１１）または（］ １０）等
から所定の方位に傾いた基板結晶表面上に２種類以上の
半導体結晶層を順次単分子層成長させ、雄型半導体超格
子を作成する際、前記半導体層の構成元素を含む原料ガ
スを交互に被成長基板上に供給することにより、この基
板上に再現性良く、均一に縦型半導体超格子を製造する
ことができる顕著な効果がある。
第１図（ａ）、（ｂ）はいずれも本発明の詳細な説明す
るための図、第２図は本発明の一実施例に用いられる気
相成長装置の要部を示す図、第３図は、縦型超格子の傾
き角βの説明するための図である。 １１・ＧａＡｓ基板、ｌｌａ・・・基板のテラス、１２
−ＧａＡｓ、１３−ＡＱＡｓｏ （ｂ） 代理人 弁理士 大 胡 典 夫 ７４ ： ＡＱＡＳ １５：ＧａＡｓ 第 １ 図
るための図、第２図は本発明の一実施例に用いられる気
相成長装置の要部を示す図、第３図は、縦型超格子の傾
き角βの説明するための図である。 １１・ＧａＡｓ基板、ｌｌａ・・・基板のテラス、１２
−ＧａＡｓ、１３−ＡＱＡｓｏ （ｂ） 代理人 弁理士 大 胡 典 夫 ７４ ： ＡＱＡＳ １５：ＧａＡｓ 第 １ 図
Claims (1)
- 成長容器内に結晶の指数面が（１００）、（１１１）、
または（１１０）から所定の方位に傾いた基板を配置し
、その結晶面上に二種類以上の半導体結晶層を順次単分
子層成長させて縦型半導体超格子を形成するに際し、半
導体結晶層の構成元素を含む原料ガスを交互に成長容器
に導入し前記基板の結晶面上に単原子層成長法により半
導体超格子を形成することを特徴とする縦型半導体超格
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17115490A JPH0459699A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 縦型半導体超格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17115490A JPH0459699A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 縦型半導体超格子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0459699A true JPH0459699A (ja) | 1992-02-26 |
Family
ID=15917993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17115490A Pending JPH0459699A (ja) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | 縦型半導体超格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0459699A (ja) |
-
1990
- 1990-06-28 JP JP17115490A patent/JPH0459699A/ja active Pending
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