JPH0810671B2 - Compound semiconductor layer - Google Patents
Compound semiconductor layerInfo
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- JPH0810671B2 JPH0810671B2 JP11900687A JP11900687A JPH0810671B2 JP H0810671 B2 JPH0810671 B2 JP H0810671B2 JP 11900687 A JP11900687 A JP 11900687A JP 11900687 A JP11900687 A JP 11900687A JP H0810671 B2 JPH0810671 B2 JP H0810671B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、結晶性基板の上に化合物半導体をエピタキ
シャル成長させ、そのエピタキシャル成長層を電子素子
あるいは光学素子として用いる化合物半導体層に関し、
特に転位等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体層
に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compound semiconductor layer in which a compound semiconductor is epitaxially grown on a crystalline substrate and the epitaxial growth layer is used as an electronic element or an optical element,
In particular, the present invention relates to a high quality compound semiconductor layer having few crystal defects such as dislocations.
従来、エピタキシャル成長技術は、主に半導体素子製
造において実用化されてきたことは周知の事実である。
化合物半導体結晶はその特性を活かし、超高周波発振素
子、高速論理演算素子あるいは半導体レーザ等の素子用
材料として広く用いられようとしている。しかし、結晶
の完全性という観点から見ると、ほとんど無転位化が達
成されているSiにはるかに及ばないのが現状である。最
も代表的な化合物半導体であるGaAs結晶を例にとると、
比較的転位の少ない結晶が得られる水平型ブリッジマン
法によっても103/cm2台の転移位密度が一般的であり、
引上げ法では104〜106/cm2の高密度となる。It is a well known fact that the epitaxial growth technique has been put to practical use mainly in the manufacture of semiconductor devices.
Compound semiconductor crystals are being widely used as a material for devices such as ultra-high-frequency oscillators, high-speed logical operation devices, and semiconductor lasers by taking advantage of their characteristics. However, from the viewpoint of crystal perfection, the present situation is far below that of Si, which has achieved almost no dislocation. Taking GaAs crystal, which is the most representative compound semiconductor, as an example,
Even with the horizontal Bridgman method, which can obtain crystals with relatively few dislocations, a dislocation density of the order of 10 3 / cm 2 is common,
The pulling method gives a high density of 10 4 to 10 6 / cm 2 .
ところで、近年、分子線エピタキシャル法や有機金属
を用いた気相成長法は、極薄層のエピタキシャル成長や
多成分化合物の成長が可能なことから、前記エピタキシ
ャル成長層を利用した素子実現に不可欠な手段とされて
いる。これらの方法により基板結晶上にホモエピタキシ
ャル成長させた場合、基板転位のほとんどがエピタキシ
ャル成長層中に貫通する。By the way, in recent years, since the molecular beam epitaxial method and the vapor phase growth method using an organic metal enable the epitaxial growth of an ultrathin layer and the growth of a multi-component compound, they are essential means for realizing an element using the epitaxial growth layer. Has been done. When homoepitaxial growth is performed on a substrate crystal by these methods, most of the substrate dislocations penetrate into the epitaxial growth layer.
例えば文献(篠原他,応用物理誌58(1985)3449、M.
Shinohara,T.Ito,Y.Imamura:J.Appl.Phys.58(1985)34
49)に記載れているように、分子線エピタキシャル法に
よりGaAs基板上にホモエピタキシャル成長した場合、基
板転位の90%がエピタキシャル成長層中に伝播する結果
が示されている。したがって、エピタキシャル成長層中
には基板結晶と同様に高密度の転位が存在する。For example, reference (Shinohara et al., Applied Physics 58 (1985) 3449, M.
Shinohara, T.Ito, Y.Imamura: J.Appl.Phys.58 (1985) 34
As shown in 49), when homoepitaxial growth is carried out on a GaAs substrate by molecular beam epitaxy, 90% of substrate dislocations are propagated in the epitaxial growth layer. Therefore, high-density dislocations are present in the epitaxial growth layer as in the substrate crystal.
基板からエピタキシャル成長層への転位の伝播を抑制
する従来の方法においては、第8図に示すように、基板
結晶1上に格子定数が互いに大きく違う異種材料2と3
を積層した超格子スペーサ層4を成長した後、所望の結
晶5を成長した構造としていた。これは、格子定数差の
大きいことから、異種材料の格子定数の小さい側の結晶
に引張応力が働き、格子定数の大きい側の結晶に圧縮応
力が働くことを利用するものであり、両結晶境界面に作
用する力学的作用により基板転位6を界面で成長方向と
直角方向に曲げて試料端面に抜けさせる効果を用いたも
のであり、マシューズ(Matthews)等の理論(マシュー
ズ他,結晶成長誌,27(1974)118、J.W.Matthews and
A.E.Blakeslee,J.Crystal Growth,27(1974)118)に基
づいていた。そして、この場合、基板転位が結晶2と3
の界面で曲げられる条件は、結晶2と3の膜厚,格子定
数差等に依存していた。In the conventional method of suppressing the propagation of dislocations from the substrate to the epitaxial growth layer, as shown in FIG. 8, different materials 2 and 3 having greatly different lattice constants are formed on the substrate crystal 1.
After the superlattice spacer layer 4 in which the layers are laminated is grown, a desired crystal 5 is grown. This utilizes the fact that tensile stress acts on the crystal of the different material having the smaller lattice constant and the compressive stress acts on the crystal of the larger lattice constant due to the large difference in the lattice constant. This is based on the theory that Matthews et al. (Crystal Growth Journal, Crystal Growth Journal, 27 (1974) 118, JW Matthews and
AEBlakeslee, J. Crystal Growth, 27 (1974) 118). And in this case, the substrate dislocations are crystals 2 and 3
The condition of bending at the interface of was dependent on the film thickness of the crystals 2 and 3, the lattice constant difference, and the like.
上記マシューズ(Matthews)等の理論によれば、基板
転位が界面で曲げられる条件と第8図に示すように界面
にミスフィット転位7が入る条件とはほぼ等しくなる。
つまり、基板転位の貫通を防ぐ条件下では、高密度のミ
スフィット転位の発生は避けられない状況となってい
た。この場合、ミスフィット転位の中に再びエピタキシ
ャル成長層5中に貫通する転位が存在する問題があり、
ミスフィット転位の密度如何によってはエピタキシャル
成長層5中の転位密度が基板の転位密度よりも増加する
こともある。これは例えば文献(篠原他,日本応用物理
誌,24(1985)L818、M.Shinohara,T.Ito,K.Yamada,Y.Im
amura:Jpn.J.Appl.Phys.24(1985)L818)に記載されて
いる。また、結晶2,3の材料組成および膜厚制御が困難
であり、エピタキシャル成長層5と超格子スペーサ層4
との界面に高密度のミスフィット転位が発生することも
容易に起こり、エピタキシャル成長層5の品質劣化を招
く問題がある。According to the theory of Matthews et al., The condition that the substrate dislocation is bent at the interface is almost equal to the condition that the misfit dislocation 7 enters the interface as shown in FIG.
That is, under the condition that the penetration of substrate dislocations is prevented, the occurrence of high density misfit dislocations cannot be avoided. In this case, there is a problem that a misfit dislocation has a dislocation penetrating into the epitaxial growth layer 5 again,
Depending on the density of misfit dislocations, the dislocation density in the epitaxial growth layer 5 may increase more than the dislocation density of the substrate. This can be found, for example, in the literature (Shinohara et al., Japan Applied Physics, 24 (1985) L818, M. Shinohara, T. Ito, K. Yamada, Y. Im.
amura: Jpn.J.Appl.Phys.24 (1985) L818). Further, it is difficult to control the material composition and film thickness of the crystals 2 and 3, and the epitaxial growth layer 5 and the superlattice spacer layer 4 are
High-density misfit dislocations easily occur at the interface with and, which causes a problem that the quality of the epitaxial growth layer 5 deteriorates.
この他、第8図と同様の構造において基板結晶と格子
定数差の小さい材料を用いることにより(具体的には基
板結晶1と結晶3がGaAs、2がAlAs)、ミスフィット転
位を発生させずに基板からの転位の伝播を制御する方法
が報告されている。しかし、超格子スペーサ層4内の歪
が小さいために基板転位の伝播を完全には阻止できな
い。In addition, by using a material with a small lattice constant difference from the substrate crystal in the same structure as in FIG. 8 (specifically, substrate crystal 1 and crystal 3 are GaAs, 2 is AlAs), misfit dislocations do not occur. A method of controlling the propagation of dislocations from a substrate has been reported in. However, since the strain in the superlattice spacer layer 4 is small, the propagation of substrate dislocation cannot be completely blocked.
なお、第8図においては、エピタキシャル成長層5と
結晶3とが接合するとしたが、エピタキシャル成長層5
と結晶2とが接合しても同様の結果となる。In FIG. 8, although it is assumed that the epitaxial growth layer 5 and the crystal 3 are joined,
The same result is obtained even when the crystal and the crystal 2 are joined.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、ミスフィット転位を発生させ
ることなく、基板に含まれる転位がエピタキシャル成長
層中に伝播するのを完全に抑止しできる化合物半導体層
を得ることにある。The present invention has been made in view of such a point,
The purpose thereof is to obtain a compound semiconductor layer that can completely prevent dislocations contained in a substrate from propagating into an epitaxial growth layer without generating misfit dislocations.
このような目的を達成するために本発明は、第1の結
晶からなる薄層と第2の結晶からなる薄層とを順次交互
に積層せしめた積層構造の超格子スペーサ層を有する化
合物半導体層において、第1の結晶と第2の結晶の相対
関係における伝導帯エネルギー下端と価電子帯エネルギ
ー上端との少なくともいずれか一方が不連続であり、伝
導帯エネルギー下端が相対的に高い結晶からなる薄層に
n型の伝導を示す不純物をドーピングしたものか又は価
電子帯エネルギー上端が相対的に低い結晶からなる薄層
にp型の伝導を示す不純物をドーピングしたものである
ようにしたものである。In order to achieve such an object, the present invention provides a compound semiconductor layer having a superlattice spacer layer having a laminated structure in which a thin layer made of a first crystal and a thin layer made of a second crystal are sequentially laminated alternately. In the above, a thin crystal composed of a crystal in which at least one of the lower end of the conduction band energy and the upper end of the valence band energy in the relative relationship between the first crystal and the second crystal is discontinuous and the lower end of the conduction band energy is relatively high. The layer is doped with an impurity exhibiting n-type conductivity, or a thin layer made of a crystal having a relatively low valence band energy upper end is doped with an impurity exhibiting p-type conductivity. .
本発明による化合物半導体層においては、ミスフィッ
ト転位を発生させることなく基板転位の伝播が抑止され
る。In the compound semiconductor layer according to the present invention, propagation of substrate dislocations is suppressed without causing misfit dislocations.
本発明による化合物半導体層は次のような特徴を有す
る。The compound semiconductor layer according to the present invention has the following features.
分子線エピタキシャル成長法または有機金属を用い
た気相成長法において、基板結晶の転位がエピタキシャ
ル成長層に伝播するのを抑制するために、基板結晶とエ
ピタキシャル成長層との間にいずれの界面にもミスフィ
ット転位を発生させずに挿入されたスペーサ層を有す
る。In the molecular beam epitaxial growth method or the vapor phase growth method using an organic metal, in order to prevent the dislocation of the substrate crystal from propagating to the epitaxial growth layer, a misfit dislocation is formed at any interface between the substrate crystal and the epitaxial growth layer. With the spacer layer inserted without generating.
スペーサ層は互いに不連続な伝導帯エネルギーある
いは価電子帯エネルギーを有する2種の結晶を堆積した
超格子層から成る。The spacer layer is composed of a superlattice layer in which two kinds of crystals having conduction band energy or valence band energy discontinuous with each other are deposited.
伝導帯エネルギー下端の高い側の結晶にn型の不純
物をドーピングするか、または価電子帯エネルギー上端
の低い側の結晶にp型の不純物をドーピングした。Crystals on the high side of the conduction band energy lower end were doped with n-type impurities, or crystals on the lower side of the valence band energy upper end were doped with p-type impurities.
従来の基板転位の伝播を抑制する技術は、ヘテロエピ
タキシャル層内に蓄えられた応力により基板転位を成長
方向と直角方向に曲げることを利用したものであり、転
位に働く力学的作用に基づいたものである。一方、本発
明による化合物半導体層においては、転位の電気的性質
に着目し、ヘテロエピタキシャル層内に変調ドーピング
することにより、正と負の電荷をヘテロエピタキシャル
層界面を境にして空間的に分離し、それによって引き起
こされる電気的作用により転位をヘテロエピタキシャル
層界面で曲げることを利用した点で従来技術と異なる。The conventional technique for suppressing the propagation of substrate dislocations utilizes bending of substrate dislocations in the direction perpendicular to the growth direction due to the stress stored in the heteroepitaxial layer, and is based on the mechanical action acting on the dislocations. Is. On the other hand, in the compound semiconductor layer according to the present invention, paying attention to the electrical properties of dislocations, modulation doping is performed in the heteroepitaxial layer to spatially separate positive and negative charges at the heteroepitaxial layer interface. , It is different from the prior art in that the dislocation is bent at the interface of the heteroepitaxial layer due to the electrical action caused by it.
第1図は本発明に係わる化合物半導体層の一実施例を
示す構成図であり、代表的な化合物半導体であるGaAsを
エピタキシャル成長した場合を示す。1は引上げ法で成
長させたGaAs単結晶より作製された基板、8は100Å厚
のアンドープGaAs層、9はn型の導電性を示す不純物と
してSiを5×1017/cm3ドーピングした100Å厚のAlAs
層、4aは層8,9の繰返し成長によって形成した超格子ス
ペーサ層、5は超格子スペーサ層4の上に成長させた2
μm厚のGaAsエピタキシャル成長層である。この例にお
ける基板の転位密度は105/cm2以下である。FIG. 1 is a constitutional view showing one embodiment of the compound semiconductor layer according to the present invention, showing a case where GaAs which is a typical compound semiconductor is epitaxially grown. 1 is a substrate made of GaAs single crystal grown by the pulling method, 8 is an undoped GaAs layer of 100 Å thickness, 9 is 100 Å thickness of 5 × 10 17 / cm 3 doped with Si as an impurity showing n-type conductivity AlAs
Layers, 4a is a superlattice spacer layer formed by repeated growth of layers 8 and 9, and 5 is a superlattice spacer layer grown on superlattice spacer layer 2
This is a GaAs epitaxial growth layer with a thickness of μm. The dislocation density of the substrate in this example is 10 5 / cm 2 or less.
第2図は、第1図の超格子スペーサ層4のGaAsとSiド
ープのAlAs2周期分を取り出し、そのエネルギーバンド
を表わしたものであり、基板転位がGaAsとAlAsの界面で
折れ曲がり、エピタキシャル成長方向に伝播しない機構
を理論的に推定して説明するための図である。第2図に
おいて、1a,1bはGaAs層、2a,2bはAlAs層、10は伝導帯エ
ネルギー下端、11は価電子帯エネルギー上端である。Fig. 2 shows the energy band of the GaAs and Si-doped AlAs2 periods of the superlattice spacer layer 4 of Fig. 1, and shows the energy band. Substrate dislocations bend at the interface between GaAs and AlAs, It is a figure for estimating and explaining the mechanism which does not propagate theoretically. In FIG. 2, 1a and 1b are GaAs layers, 2a and 2b are AlAs layers, 10 is a conduction band energy lower end, and 11 is a valence band energy upper end.
上記のような構造において、AlAsにドーピングしたSi
は活性化し、電子は伝導帯エネルギーの低いGaAs側にた
まる。その結果、AlAs側には正の電荷を有する活性化し
たドナー不純物が残り、GaAs側には負の電荷を有する電
子がたまるため、第2図に示すように、AlAs−GaAs界面
を境にして正と負の電荷が分離して存在する構造とな
る。In the above structure, AlAs-doped Si
Is activated and electrons accumulate on the GaAs side, which has a low conduction band energy. As a result, activated donor impurities having a positive charge remain on the AlAs side, and electrons having a negative charge accumulate on the GaAs side. Therefore, as shown in FIG. The structure is such that positive and negative charges exist separately.
III−V族化合物半導体であるGaAs結晶に存在する転
位には、余分な原子面の端にIII族のGa原子が1列に並
ぶα転位と呼ばれるものと、V族のAs原子が並ぶβ転位
と呼ばれるものとの2種類の60度転位がある。α転位は
電気的にドナーとして、一方のβ転位はアクセプタとし
て働く。そして、転位の電子状態はダングリングボンド
との関係から説明でき、ドナーは電子を有した状態で中
性、電子を放出した状態で正(+)の電荷をもつ。ま
た、アクセプタは正孔を有した状態で中性、正孔を放出
した状態で負(−)の電荷をもつことがしられている
(例えば、応用物理46巻6月号,1977年,631頁,中田他
「GaAs中の転位の電気的性質」)。なお、通常の650℃
〜800℃の成長温度領域では、フェルミレベルが伝導帯
と価電子帯の中心に近づくため、転位は電気的に活性化
している。Dislocations existing in GaAs crystals, which are III-V group compound semiconductors, are called α-dislocations in which group III Ga atoms are arranged in a line at the ends of extra atomic planes, and β dislocations in which group V As atoms are arranged. There are two types of 60-degree dislocations, called what is called. The α-dislocation acts electrically as a donor and the β-dislocation acts as an acceptor. The electronic state of the dislocation can be explained from the relationship with the dangling bond, and the donor has a neutral charge when it has an electron and a positive (+) charge when it has emitted an electron. Further, it is known that the acceptor has a neutral charge in the state of having holes and a negative (-) charge in the state of releasing holes (for example, Applied Physics Vol. 46, June issue, 1977, 631). Page, Nakata et al. "Electrical properties of dislocations in GaAs"). In addition, normal 650 ℃
In the growth temperature region of ~ 800 ℃, the Fermi level is close to the center of the conduction band and the valence band, so the dislocations are electrically activated.
このことを考えると、第1図の実施例の機構を説明す
るための第2図においては、転位が図面の左側(これを
基板側とする)から右側(これをエピタキシャル成長層
側とする)に伝播する場合を考えると、α転位はGaAs層
1a,1bから引力、AlAs層2a,2bから反発力を受けることが
導出される。一方、ヘテロ界面は電気的観点から見ても
電界集中が生じており、応力集中と同様に転位の伝播方
向を界面に沿った方向に変更することが可能である。Considering this, in FIG. 2 for explaining the mechanism of the embodiment of FIG. 1, dislocations move from the left side (this is the substrate side) of the drawing to the right side (this is the epitaxial growth layer side). Considering the case of propagation, α-dislocations are GaAs layers
It is derived that it receives attractive force from 1a and 1b and repulsive force from AlAs layers 2a and 2b. On the other hand, the electric field concentration occurs at the hetero interface from an electrical point of view, and it is possible to change the dislocation propagation direction to the direction along the interface like the stress concentration.
したがって、α転位はGaAs層からAlAs層に伝播する
時、例えばGaAs層1aからAlAs層2bに伝播する時、GaAs層
laとAlAs層2bの界面で成長方向と直角方向に曲げられ、
エピタキシャル成長層へは伝播しない。同様にβ転位は
AlAs層から引力、GaAs層から反発力を受けるため、AlAs
2bからGaAs層1bに伝播する時、AlAs層2bとGaAs層1bの界
面で成長方向と直角方向に曲げられ、エピタキシャル成
長層中へは伝播しない。Therefore, when α dislocations propagate from the GaAs layer to the AlAs layer, for example, from the GaAs layer 1a to the AlAs layer 2b,
Bent in the direction perpendicular to the growth direction at the interface between la and AlAs layer 2b,
It does not propagate to the epitaxial growth layer. Similarly, β translocation
Since it receives attractive force from the AlAs layer and repulsive force from the GaAs layer,
When propagating from 2b to GaAs layer 1b, it is bent at the interface between AlAs layer 2b and GaAs layer 1b in the direction perpendicular to the growth direction, and does not propagate into the epitaxial growth layer.
以上の結果、GaAs結晶に存在する転位はGaAs−AlAs界
面で曲げられ、エピタキシャル成長層へは伝播しない。As a result, dislocations existing in the GaAs crystal are bent at the GaAs-AlAs interface and do not propagate to the epitaxial growth layer.
第3図,第4図は本発明による化合物半導体層の効果
を示す結晶欠陥の写真である。第3図は、第1図で示し
た構造のエピタキシャル成長層5の表面にチタニウムの
ショットキー障壁を形成させた後、走査型電子顕微鏡を
用いた電子線誘起電流法によりエピタキシャル成長層中
の転位を観察したものであり、第4図は第3図と同じ場
所での基板転位を溶融KOHエッチング法により観察した
ものである。第4図に示す基板転位密度は約1.5×105/
cm2であるのに対し、第3図に示すエピタキシャル成長
層中の転位密度はゼロである。つまり、基板からエピタ
キシャル成長層に伝播する転位を完全に防止でき、無転
位のエピタキシャル層の成長が可能であることがこの例
によって示される。3 and 4 are photographs of crystal defects showing the effect of the compound semiconductor layer according to the present invention. FIG. 3 shows dislocations in the epitaxial growth layer observed by electron beam induced current method using a scanning electron microscope after forming a titanium Schottky barrier on the surface of the epitaxial growth layer 5 having the structure shown in FIG. FIG. 4 shows the dislocation of the substrate at the same place as in FIG. 3 observed by the molten KOH etching method. The substrate dislocation density shown in Fig. 4 is approximately 1.5 × 10 5 /
While it is cm 2 , the dislocation density in the epitaxial growth layer shown in FIG. 3 is zero. That is, this example shows that dislocation propagating from the substrate to the epitaxial growth layer can be completely prevented, and a dislocation-free epitaxial layer can be grown.
本願発明者等は、超格子スペーサ層中の転位方向を透
過型電子顕微鏡により直接観察し、前述したような構造
により転位がヘテロ界面と平行に走っていることを実測
した。具体的には、第1図に示すように、基板上に2000
Å〜3000Åの超格子スペーサ層4を第2図に示すエネル
ギーバンド構造を満足するように形成した上にGaAs膜を
2μmエピタキシャル成長させた。次に、このようにし
た得た試料をエピタキシャルGaAs膜と基板のGaAsをエッ
チングにより除去し、透過型電子顕微鏡により主面斜め
上方より観察した。第7図はその観察結果を示す結晶欠
陥の写真である。第7図中の黒い線が転位線を示し、ヘ
テロ界面と平行な面内に転位線が走っていることがわか
る。同図中の矢印12は結晶方向〈110〉の方向を示す。
一方、前述のように、エピタキシャルGaAs膜中に転位が
存在(貫通)していないことは電子線誘起電流法により
観察し明らかとなっているので、転位線は超格子スペー
サ層のヘテロ界面で折れ曲がり、この結果、上層のエピ
タキシャル成長層に達していないことが予測される。The inventors of the present application directly observed the dislocation direction in the superlattice spacer layer with a transmission electron microscope, and actually measured that the dislocation was running parallel to the hetero interface due to the structure as described above. Specifically, as shown in FIG.
A superlattice spacer layer 4 of Å to 3000Å was formed so as to satisfy the energy band structure shown in FIG. 2, and then a GaAs film was epitaxially grown to a thickness of 2 μm. Next, in the thus obtained sample, the epitaxial GaAs film and the GaAs of the substrate were removed by etching, and the sample was observed from above the main surface obliquely by a transmission electron microscope. FIG. 7 is a photograph of crystal defects showing the observation result. The black line in FIG. 7 indicates a dislocation line, and it can be seen that the dislocation line runs in a plane parallel to the hetero interface. The arrow 12 in the figure indicates the direction of the <110> crystal direction.
On the other hand, as described above, it is clear by observation by electron beam induced current method that dislocations do not exist (penetrate) in the epitaxial GaAs film, so dislocation lines bend at the hetero interface of the superlattice spacer layer. As a result, it is predicted that the upper epitaxial growth layer has not been reached.
第5図,第6図は、第1図において不純物をドーピン
グしない場合、すなわち電荷による電気的効果のない場
合での基板転位のエピタキシャル成長層への伝播状況を
調べた例である。これは従来行なわれた技術に相当す
る。第5図はエピタキシャル成長層中の転位を第3図と
同様の方法で観察した結果を示す結晶欠陥の写真、第6
図は基板転位を第4図と同様の方法で観察した結果を示
す結晶欠陥の写真である。第5図において見える黒い点
が1本の転位に相当する。この場合、基板の転位の約40
%がエピタキシャル成長層中へ伝播していることが分か
る。FIG. 5 and FIG. 6 are examples in which the state of propagation of substrate dislocations into the epitaxial growth layer was examined in the case where no impurities were doped in FIG. 1, that is, when there was no electrical effect due to electric charges. This corresponds to the technique performed conventionally. FIG. 5 is a photograph of crystal defects showing the results of observing dislocations in the epitaxial growth layer in the same manner as in FIG.
The figure is a photograph of crystal defects showing the results of observing the substrate dislocation in the same manner as in FIG. The black dot visible in FIG. 5 corresponds to one dislocation. In this case, about 40 of substrate dislocations
It can be seen that% is propagated into the epitaxial growth layer.
このように本発明による化合物半導体層は従来の化合
物半導体層よりはるかに優れていること、すなわち効果
に顕著性があることが立証された。従来、エピタキシャ
ル成長層中に存在する転位はレーザ寿命の劣化の原因と
なることが分かっている。また、電界効果トランジスタ
(FET)を転位の存在する基板を用いて作ると、転位近
傍のFETの動作電圧(しきい値電圧)は転位のない個所
の特性と異なることが報告されている。従って、本発明
による化合物半導体層を用いれば、レーザ長寿命化ある
いはFET素子特性の均一化に有効である。特に、FET素子
特性の均一化は素子を集積回路として用いるためには必
須の要件であるため、本発明の特徴が活かされる。As described above, it has been proved that the compound semiconductor layer according to the present invention is far superior to the conventional compound semiconductor layer, that is, the effect is remarkable. Conventionally, it has been known that dislocations existing in the epitaxial growth layer cause deterioration of laser lifetime. In addition, it is reported that when a field effect transistor (FET) is made using a substrate with dislocations, the operating voltage (threshold voltage) of the FET near the dislocations is different from the characteristic at the location without dislocations. Therefore, the use of the compound semiconductor layer according to the present invention is effective in extending the life of the laser or making the FET device characteristics uniform. In particular, the uniformization of the FET element characteristics is an essential requirement for using the element as an integrated circuit, so that the characteristics of the present invention are utilized.
本実施例では、第1図のAlAs層にSiをドーピングした
例を示したが、AlAs層にp型のBeをドーピングした場合
でも全く同様の効果が実験的に得られた。ただし、この
場合、第2図においてAlAs層2a,2b側にイオン化したア
クセプタ(負の電荷)が存在し、GaAs層1a,1b側に正の
電荷がたまる。従って、α転位,β電位の折れ曲がる界
面が、前述したn型ドーピングを用いた場合と逆になる
が、電気的に転位を界面で曲げる効果には差はない。In this embodiment, an example in which the AlAs layer is doped with Si is shown in FIG. 1, but the same effect was experimentally obtained even when the AlAs layer was doped with p-type Be. However, in this case, ionized acceptors (negative charges) exist on the AlAs layers 2a, 2b side in FIG. 2, and positive charges accumulate on the GaAs layers 1a, 1b side. Therefore, the interface where the α-dislocation and β-potential are bent is opposite to the case where the n-type doping described above is used, but there is no difference in the effect of electrically bending the dislocation at the interface.
また本実施例では、GaAsを基板にGaAs−n型AlAs超格
子を超格子スペーサ層に用いた例を示したが、他の材料
系においても、第2図に示すように、不連続な伝播帯エ
ネルギー下端あるいは価電子エネルギー上端を有する組
合せを用い、n型あるいはp型ドーパントをドーピング
することにより、同様の効果が期待されることは言うま
でもない。Further, in this embodiment, an example in which GaAs is used as a substrate and a GaAs-n-type AlAs superlattice is used as a superlattice spacer layer is shown, but discontinuous propagation also occurs in other material systems as shown in FIG. It goes without saying that the same effect can be expected by doping a n-type or p-type dopant using a combination having a lower band energy or a higher valence electron energy.
さらに本実施例では、エピタキシャル成長層5とGaAs
層8が接合する構成としたが、エピタキシャル成長層5
とAlAs層9とが接合する構成としてもその効果に変わり
はない。Furthermore, in this embodiment, the epitaxial growth layer 5 and GaAs are
Although the structure in which the layers 8 are joined is adopted, the epitaxial growth layer 5
Even if the AlAs layer 9 is bonded to the AlAs layer 9, the effect is the same.
以上説明したように本発明は、第1の結晶からなる薄
層と第2の結晶からなる薄層とを順次交互に積層せしめ
た積層構造の超格子スペーサ層の第1の結晶と第2の結
晶の相対関係における伝導帯エネルギー下端と価電子帯
エネルギー上端との少なくともいずれか一方を不連続と
し、伝導帯エネルギー下端を相対的に高い結晶からなる
薄層にn型の伝導を示す不純物をドーピングしたものと
するか又は価電子帯エネルギー上端を相対的に低い結晶
からなる薄層にp型の伝導を示す不純物をドーピングし
たものとすることにより、高転位密度の基板を用いてエ
ピタキシャル成長を行なった場合でもミスフィット転位
を発生させることなしに基板転位の伝播を抑止できるた
め、超格子スペーサ層の上層に転位の存在しないエピタ
キシャル成長層を得ることができる効果がある。As described above, according to the present invention, the first crystal and the second crystal of the superlattice spacer layer having a laminated structure in which the thin layers made of the first crystal and the thin layers made of the second crystal are alternately laminated in sequence. At least one of a conduction band energy lower end and a valence band energy upper end in a crystal relative relationship is made discontinuous, and a thin layer made of a crystal having a relatively high conduction band energy lower end is doped with an impurity exhibiting n-type conduction. Or a thin layer made of a crystal having a relatively low valence band energy upper end doped with an impurity exhibiting p-type conduction, and epitaxial growth was performed using a substrate with a high dislocation density. Even when dislocations do not occur, the propagation of substrate dislocations can be suppressed, so that an epitaxial growth layer without dislocations can be obtained above the superlattice spacer layer. There is an effect that can be.
第1図は本発明に係わる化合物半導体層の一実施例を示
す構成図、第2図は第1図の化合物半導体層を構成する
超格子スペーサ層の機構を示す機構図、第3図および第
4図は第1図の化合物半導体層におけるエピタキシャル
成長層および基板の転位密度を示す結晶欠陥の写真、第
5図および第6図は不純物のドーピング無しの場合に基
板転位がエピタキシャル成長層へ伝播する状況を示す結
晶欠陥の写真、第7図は第1図の化合物半導体層におけ
る転位線の折れ曲がりを示す結晶欠陥の写真、第8図は
従来の化合物半導体層を示す構成図である。 1……GaAs基板、4a……超格子スペーサ層、5……エピ
タキシャル成長層、6a,6b……基板転位、8……GaAs
層、9……SiドーピングAlAs層。FIG. 1 is a structural view showing an embodiment of a compound semiconductor layer according to the present invention, FIG. 2 is a structural view showing a mechanism of a superlattice spacer layer forming the compound semiconductor layer of FIG. 1, FIG. 3 and FIG. FIG. 4 is a photograph of crystal defects showing dislocation densities of the epitaxially grown layer and the substrate in the compound semiconductor layer of FIG. FIG. 7 is a photograph of a crystal defect shown in FIG. 7, FIG. 7 is a photograph of a crystal defect showing bending of a dislocation line in the compound semiconductor layer of FIG. 1, and FIG. 8 is a constitutional view showing a conventional compound semiconductor layer. 1 ... GaAs substrate, 4a ... Superlattice spacer layer, 5 ... Epitaxial growth layer, 6a, 6b ... Substrate dislocation, 8 ... GaAs
Layer, 9 ... Si-doped AlAs layer.
Claims (1)
と超格子スペーサ層とから成り、前記超格子スペーサ層
を前記化合物半導体基板とエピタキシャル成長層との間
に介在させ、前記超格子スペーサ層は第1の結晶からな
る薄層と第2の結晶からなる薄層とを順次交互に積層せ
しめた積層構造から成る化合物半導体層において、第1
の結晶と第2の結晶の相対関係における伝導帯エネルギ
ー下端と価電子帯エネルギー上端との少なくともいずれ
か一方が不連続であり、伝導帯エネルギー下端が相対的
に高い結晶からなる薄層にn型の伝導を示す不純物をド
ーピングしたものか又は価電子帯エネルギー上端が相対
的に低い結晶からなる薄層にp型の伝導を示す不純物を
ドーピングしたものであることを特徴とする化合物半導
体層。1. A compound semiconductor substrate, an epitaxial growth layer, and a superlattice spacer layer, wherein the superlattice spacer layer is interposed between the compound semiconductor substrate and the epitaxial growth layer, and the superlattice spacer layer is a first crystal. A compound semiconductor layer having a laminated structure in which a thin layer made of s and a thin layer made of a second crystal are sequentially laminated alternately.
N-type in a thin layer made of a crystal in which at least one of the lower end of the conduction band energy and the upper end of the valence band energy is discontinuous and the lower end of the conduction band energy is relatively high. 2. A compound semiconductor layer characterized by being doped with an impurity exhibiting p-type conductivity or by doping a thin layer made of a crystal having a relatively low valence band energy upper end with an impurity exhibiting p-type conductivity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11900687A JPH0810671B2 (en) | 1987-05-18 | 1987-05-18 | Compound semiconductor layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11900687A JPH0810671B2 (en) | 1987-05-18 | 1987-05-18 | Compound semiconductor layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63284808A JPS63284808A (en) | 1988-11-22 |
| JPH0810671B2 true JPH0810671B2 (en) | 1996-01-31 |
Family
ID=14750661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11900687A Expired - Fee Related JPH0810671B2 (en) | 1987-05-18 | 1987-05-18 | Compound semiconductor layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810671B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03201508A (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-03 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | Manufacture of resin-bonded magnet |
-
1987
- 1987-05-18 JP JP11900687A patent/JPH0810671B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63284808A (en) | 1988-11-22 |
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