JPH0845841A - 半導体素子製造方法及び光変調器 - Google Patents
半導体素子製造方法及び光変調器Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 相異なった材料の正確な格子整合を実現する
ためのＲＨＥＥＤ（反射高エネルギーエレクトロンダイ
ナミクス）に基づいた正確なインサイチュ（ｉｎ−ｓｉ
ｔｕ）成長技法及びそれに従った光変調器を提供するこ
と。 【構成】 本発明は、第一の半導体材料からなる基板を
準備する段階及びその上に第二の半導体材料の成長を開
始する段階を有している。波形サイクルの強度Ｉの発振
振幅がＲＨＥＥＤを利用してモニタされる。所定の数の
波形サイクルに亘って最大強度Ｉ+と最小強度Ｉーとが決
定される。最初の反射率から波形サイクルの最小反射率
への強度の低下分ΔＩが決定されて正規化された性能指
数ＦＭが所定の関係式を用いて所定の数の波形サイクル
に関して計算される。その後、第二の半導体材料のフラ
ックスが、ＦＭを最大化して格子整合を最適化するよう
に調節される。本発明に係る光変調器は、２×１０-4未
満の格子不整合によって特徴付けられる。
ためのＲＨＥＥＤ（反射高エネルギーエレクトロンダイ
ナミクス）に基づいた正確なインサイチュ（ｉｎ−ｓｉ
ｔｕ）成長技法及びそれに従った光変調器を提供するこ
と。 【構成】 本発明は、第一の半導体材料からなる基板を
準備する段階及びその上に第二の半導体材料の成長を開
始する段階を有している。波形サイクルの強度Ｉの発振
振幅がＲＨＥＥＤを利用してモニタされる。所定の数の
波形サイクルに亘って最大強度Ｉ+と最小強度Ｉーとが決
定される。最初の反射率から波形サイクルの最小反射率
への強度の低下分ΔＩが決定されて正規化された性能指
数ＦＭが所定の関係式を用いて所定の数の波形サイクル
に関して計算される。その後、第二の半導体材料のフラ
ックスが、ＦＭを最大化して格子整合を最適化するよう
に調節される。本発明に係る光変調器は、２×１０-4未
満の格子不整合によって特徴付けられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、相異なった材料の正確
な格子整合を実現するためのＲＨＥＥＤ（反射高エネル
ギーエレクトロンダイナミクス）に基づいた正確なイン
サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）成長技法に関する。
な格子整合を実現するためのＲＨＥＥＤ（反射高エネル
ギーエレクトロンダイナミクス）に基づいた正確なイン
サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）成長技法に関する。
【０００２】
【従来の技術】実際の光伝送媒体として利用できる低損
失光ファイバの発明により、光通信に関連しているその
他の領域における莫大な成長が引き起こされてきてい
る。本明細書において用いられている”光学的（光）”
という用語は、可視光のみならず誘電体ファイバ内を伝
播しうるあらゆる電磁放射を指し示している。この用語
は、通常０．１から５０ミクロンの範囲内の波長を有す
る電磁放射を指し示す。最近、下流の光を上流のデータ
に変換する表面垂直電気吸収変調器を利用した、家庭内
システムへのファイバの利用が提案されてきている。こ
の種のシステムの一つにおいては、２つのロケーション
を接続し、単一のレーザーを用いて相方向データ伝送を
実現するために単一のファイバが用いられている。例え
ば、T.Wood et al., Elec. Lett., Vol.22, pages345-3
52(1986)及びT. Wood et al., J. Light Tech., Vol.6,
pages 527-528(1988)を参照。この論文は本発明の参照
文献である。このシステムにおいては、データを戻りフ
ァイバ上に書き込む光変調器が用いられており、そのこ
とによって加入者ロケーションにおける第二のレーザー
が不要になっている。変調用途にとりわけ有用なのが、
吸収あるいは屈折率などの光学的性質が適切な電気信号
を印加することによって変化させられるようなエレクト
ロオプティック（電気光学）デバイスである。この種の
電気光学デバイスの一例が、多重量子井戸（ＭＱＷ）デ
バイスである。ＭＱＷは、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）及
びアルミニウムガリウムひ素（ＡｌＧａＡｓ）などの相
異なった半導体材料からなる複数個のレイヤーを含んで
いる。他の適した材料には、例えばＩｎＡｓ／ＧａＡ
ｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａ
ｓ／ＩｎＰ及び（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ／（Ｉｎ，Ａｌ）Ａ
ｓなどのＩＩＩ−Ｖ系が含まれている。バンドギャップ
が広い材料とバンドギャップが狭い材料とからなる層が
交互に積層されている。材料、組成及び層厚を適切に選
択することにより、独特の電気光学デバイスの作成が可
能になる。
失光ファイバの発明により、光通信に関連しているその
他の領域における莫大な成長が引き起こされてきてい
る。本明細書において用いられている”光学的（光）”
という用語は、可視光のみならず誘電体ファイバ内を伝
播しうるあらゆる電磁放射を指し示している。この用語
は、通常０．１から５０ミクロンの範囲内の波長を有す
る電磁放射を指し示す。最近、下流の光を上流のデータ
に変換する表面垂直電気吸収変調器を利用した、家庭内
システムへのファイバの利用が提案されてきている。こ
の種のシステムの一つにおいては、２つのロケーション
を接続し、単一のレーザーを用いて相方向データ伝送を
実現するために単一のファイバが用いられている。例え
ば、T.Wood et al., Elec. Lett., Vol.22, pages345-3
52(1986)及びT. Wood et al., J. Light Tech., Vol.6,
pages 527-528(1988)を参照。この論文は本発明の参照
文献である。このシステムにおいては、データを戻りフ
ァイバ上に書き込む光変調器が用いられており、そのこ
とによって加入者ロケーションにおける第二のレーザー
が不要になっている。変調用途にとりわけ有用なのが、
吸収あるいは屈折率などの光学的性質が適切な電気信号
を印加することによって変化させられるようなエレクト
ロオプティック（電気光学）デバイスである。この種の
電気光学デバイスの一例が、多重量子井戸（ＭＱＷ）デ
バイスである。ＭＱＷは、ガリウムひ素（ＧａＡｓ）及
びアルミニウムガリウムひ素（ＡｌＧａＡｓ）などの相
異なった半導体材料からなる複数個のレイヤーを含んで
いる。他の適した材料には、例えばＩｎＡｓ／ＧａＡ
ｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ／ＧａＡｓ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ａ
ｓ／ＩｎＰ及び（Ｉｎ，Ｇａ）Ａｓ／（Ｉｎ，Ａｌ）Ａ
ｓなどのＩＩＩ−Ｖ系が含まれている。バンドギャップ
が広い材料とバンドギャップが狭い材料とからなる層が
交互に積層されている。材料、組成及び層厚を適切に選
択することにより、独特の電気光学デバイスの作成が可
能になる。
【０００３】変調器として用いられた場合には、ＭＱＷ
は、印加された電界とそれによって引き起こされる量子
井戸の歪みに係る閉じ込めエネルギーの変化による、吸
収端の著しいシフトを示す。この吸収シフトはＭＱＷの
変調器としての基本である。印加される電界が適切にバ
イアスされたＭＱＷの光吸収特性を著しく変化させうる
ため、ＭＱＷを通過する光が変調され得る。
は、印加された電界とそれによって引き起こされる量子
井戸の歪みに係る閉じ込めエネルギーの変化による、吸
収端の著しいシフトを示す。この吸収シフトはＭＱＷの
変調器としての基本である。印加される電界が適切にバ
イアスされたＭＱＷの光吸収特性を著しく変化させうる
ため、ＭＱＷを通過する光が変調され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＭＱＷの作製において
は、半導体材料薄膜が、種々のリアクタ内で、基板材料
上に成長あるいは堆積される。この種のリアクタの一例
は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）リアクタである。例
えば、Choによる米国特許第３，７５１，３１０号を参
照。１９８３年以来、成長開始時点でＲＨＥＥＤの強度
に観測される発振波形が成長レートに直接関連している
ことが明らかになっている。例えば、J.H.Neaveらによ
るAppl. Phep. A31,1(1983)及びJ.M.VanHoveらによるJ.
Vac. Sci.and Technol., B1,741(1983)を参照。これら
の文献は本発明の参照文献である。実際、ＲＨＥＥＤ強
度の発振をモニタすることは、ビームフラックスのイン
サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）較正及び格子整合ヘテロス
トラクチャの成長における組成制御に関する確立された
技法となっている。ＲＨＥＥＤ発振データの解析の正確
さは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ材料系に関してはおよそ
１％である。例えば、TurnerらによるJ. Vac. Sci. Tec
hnol., B8,283(1990)を参照。従って、例えば変調器、
レーザー及びデテクタ等の種々の半導体光学デバイスを
実現するための、正確な格子整合条件が達成されること
をすばやくかつ再現性を有して可能にする技法に対する
要求が存在する。
は、半導体材料薄膜が、種々のリアクタ内で、基板材料
上に成長あるいは堆積される。この種のリアクタの一例
は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）リアクタである。例
えば、Choによる米国特許第３，７５１，３１０号を参
照。１９８３年以来、成長開始時点でＲＨＥＥＤの強度
に観測される発振波形が成長レートに直接関連している
ことが明らかになっている。例えば、J.H.Neaveらによ
るAppl. Phep. A31,1(1983)及びJ.M.VanHoveらによるJ.
Vac. Sci.and Technol., B1,741(1983)を参照。これら
の文献は本発明の参照文献である。実際、ＲＨＥＥＤ強
度の発振をモニタすることは、ビームフラックスのイン
サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）較正及び格子整合ヘテロス
トラクチャの成長における組成制御に関する確立された
技法となっている。ＲＨＥＥＤ発振データの解析の正確
さは、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ材料系に関してはおよそ
１％である。例えば、TurnerらによるJ. Vac. Sci. Tec
hnol., B8,283(1990)を参照。従って、例えば変調器、
レーザー及びデテクタ等の種々の半導体光学デバイスを
実現するための、正確な格子整合条件が達成されること
をすばやくかつ再現性を有して可能にする技法に対する
要求が存在する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】反射高エネルギー電子回
折ダイナミクス（ＲＨＥＥＤ）を用いた非常に高精度な
格子整合を実現するインサイチュ技法が記載されてい
る。本発明は、第一の半導体材料からなる基板を準備す
る段階とその上に第二の半導体材料を成長する段階を有
している。波形サイクルの強度Ｉの発振振幅がＲＨＥＥ
Ｄを用いてモニタされる。所定の波形サイクルに亘っ
て、最大強度Ｉ+と最小強度Ｉーとが決定される。最初の
反射率から波形サイクルの最小反射率への強度の低下分
ΔＩが決定されて正規化された性能指数ＦＭが以下の関
係式を用いて所定の波形サイクルに関して計算される：
折ダイナミクス（ＲＨＥＥＤ）を用いた非常に高精度な
格子整合を実現するインサイチュ技法が記載されてい
る。本発明は、第一の半導体材料からなる基板を準備す
る段階とその上に第二の半導体材料を成長する段階を有
している。波形サイクルの強度Ｉの発振振幅がＲＨＥＥ
Ｄを用いてモニタされる。所定の波形サイクルに亘っ
て、最大強度Ｉ+と最小強度Ｉーとが決定される。最初の
反射率から波形サイクルの最小反射率への強度の低下分
ΔＩが決定されて正規化された性能指数ＦＭが以下の関
係式を用いて所定の波形サイクルに関して計算される：
【数１】
【０００６】その後、第二の半導体材料のフラックス
が、ＦＭを最大化して格子整合を最適化するように調節
される。
が、ＦＭを最大化して格子整合を最適化するように調節
される。
【０００７】多重量子井戸光変調器が、ＩｎＰ半導体基
板、ＩｎＰ半導体基板上に形成され、ＩｎＧａＡｓより
なるおよそ４μｍの厚さを有する多重量子井戸領域、に
よって実現される。この変調器は、２×１０-4未満の格
子不整合によって特徴付けられる。
板、ＩｎＰ半導体基板上に形成され、ＩｎＧａＡｓより
なるおよそ４μｍの厚さを有する多重量子井戸領域、に
よって実現される。この変調器は、２×１０-4未満の格
子不整合によって特徴付けられる。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の望ましい実施例に係る測定
装置の模式図である。ここにおいては、本発明は変調器
に対して適用されている。表面垂直入射型変調器は、光
ファイバの家庭におけるアプリケーションに関する魅力
的な候補である。この表面垂直入射型変調器の有する、
巨大な２次元アレイとして処理を行なうことが原理的に
可能である、という特長は、ユニットコストの低減に役
に立つ。しかしながら、実際に有用であるためには、コ
ントラスト及び吸収値が、光ファイバの低損失低分散ウ
ィンドウに対応する１．３から１．５５μｍ領域におい
て受容されうるレベルになければならない。
装置の模式図である。ここにおいては、本発明は変調器
に対して適用されている。表面垂直入射型変調器は、光
ファイバの家庭におけるアプリケーションに関する魅力
的な候補である。この表面垂直入射型変調器の有する、
巨大な２次元アレイとして処理を行なうことが原理的に
可能である、という特長は、ユニットコストの低減に役
に立つ。しかしながら、実際に有用であるためには、コ
ントラスト及び吸収値が、光ファイバの低損失低分散ウ
ィンドウに対応する１．３から１．５５μｍ領域におい
て受容されうるレベルになければならない。
【０００９】１．５５μｍにおいて動作するＩｎ0.53Ｇ
ａ0.47Ａｓ／ＩｎＰ ＭＱＷ変調器は、このようなアプ
リケーションに対して特に魅力的である。この種のシス
テムは、１．５５μｍにおいて８：１から１０：１のオ
ン−オフ比を有する変調器を必要とする。しかしなが
ら、この材料系によって示される吸収係数は、ＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ材料系によって示される値のわずか約４
０％でしかない。この欠点を克服するためには、４μｍ
以上の層厚を有する真性ＭＱＷ領域が用いられなければ
ならない。この層厚においては、１０-4のオーダーの格
子不整合が歪みの開放を引き起こし、その結果、励起子
吸収に不均一広がりをもたらしてコントラスト比を低下
させる。よって、非常に高精度な格子整合が非常に重要
になる。
ａ0.47Ａｓ／ＩｎＰ ＭＱＷ変調器は、このようなアプ
リケーションに対して特に魅力的である。この種のシス
テムは、１．５５μｍにおいて８：１から１０：１のオ
ン−オフ比を有する変調器を必要とする。しかしなが
ら、この材料系によって示される吸収係数は、ＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ材料系によって示される値のわずか約４
０％でしかない。この欠点を克服するためには、４μｍ
以上の層厚を有する真性ＭＱＷ領域が用いられなければ
ならない。この層厚においては、１０-4のオーダーの格
子不整合が歪みの開放を引き起こし、その結果、励起子
吸収に不均一広がりをもたらしてコントラスト比を低下
させる。よって、非常に高精度な格子整合が非常に重要
になる。
【００１０】この目的を高効率で達成するために、本発
明に従うＲＨＥＥＤダイナミクスに基づくインサイチュ
成長方法が以下に記載される。本発明に係る方法に従っ
て、ＩｎＧａＡｓがＩｎＰ基板に対して正確に格子整合
され得る。本発明に係る方法は、発振周波数の解析によ
って成長レートが決定される従来技術に係る方法とは異
なって、強度発振振幅の解析に基づいている。
明に従うＲＨＥＥＤダイナミクスに基づくインサイチュ
成長方法が以下に記載される。本発明に係る方法に従っ
て、ＩｎＧａＡｓがＩｎＰ基板に対して正確に格子整合
され得る。本発明に係る方法は、発振周波数の解析によ
って成長レートが決定される従来技術に係る方法とは異
なって、強度発振振幅の解析に基づいている。
【００１１】図１に示された測定システム２０におい
て、０．２５Ｓｐｅｘ分光器２３からの入射光２２は、
金属鏡として機能する上部金属コンタクト２６上に集光
させられている。この金属コンタクトは、Ａｕよりな
る。反射光２８はビームスプリッタ３０を介してデテク
タ３２に達する。
て、０．２５Ｓｐｅｘ分光器２３からの入射光２２は、
金属鏡として機能する上部金属コンタクト２６上に集光
させられている。この金属コンタクトは、Ａｕよりな
る。反射光２８はビームスプリッタ３０を介してデテク
タ３２に達する。
【００１２】図２は、格子整合条件の、Ｉｎ及びＧａフ
ラックス比を制御して変化させた場合の変化に伴うＲＨ
ＥＥＤ強度発振波形を時間と共にプロットした図であ
る。正確な格子整合条件は、図２において明らかに定義
された発振として示されている。しかしながら、わずか
な格子不整合が存在する場合には、ＲＨＥＥＤ発振振幅
は、Ｇａが過剰な場合及びＩｎが過剰な場合の双方の格
子不整合の場合において減衰してゆく。（格子不整合の
ために）強度発振振幅が著しく変化しているにもかかわ
らず、発振周波数は再現性のあるような変化を示してい
ない。実際、１％以上の信頼性を有して発振周波数の変
化を検出することは不可能である。図３は、格子不整合
を系統的に変化させた場合の発振振幅の変化を示した図
である。完全な格子整合条件に対して明らかなピークが
存在する。図中に示されているスケールから、１０-4台
の格子不整合が容易に見い出されうることが理解され
る。この方法は、例えばＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ、ＧａＡ
ｓＳｂ／ＩｎＰあるいは格子整合条件下の３元系、４元
系などの多くのＩＩＩ−Ｖ族系に適応され得る。
ラックス比を制御して変化させた場合の変化に伴うＲＨ
ＥＥＤ強度発振波形を時間と共にプロットした図であ
る。正確な格子整合条件は、図２において明らかに定義
された発振として示されている。しかしながら、わずか
な格子不整合が存在する場合には、ＲＨＥＥＤ発振振幅
は、Ｇａが過剰な場合及びＩｎが過剰な場合の双方の格
子不整合の場合において減衰してゆく。（格子不整合の
ために）強度発振振幅が著しく変化しているにもかかわ
らず、発振周波数は再現性のあるような変化を示してい
ない。実際、１％以上の信頼性を有して発振周波数の変
化を検出することは不可能である。図３は、格子不整合
を系統的に変化させた場合の発振振幅の変化を示した図
である。完全な格子整合条件に対して明らかなピークが
存在する。図中に示されているスケールから、１０-4台
の格子不整合が容易に見い出されうることが理解され
る。この方法は、例えばＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ、ＧａＡ
ｓＳｂ／ＩｎＰあるいは格子整合条件下の３元系、４元
系などの多くのＩＩＩ−Ｖ族系に適応され得る。
【００１３】例１ 本方法の有効性を例示する目的で、本発明に係るプロセ
スが高精度な格子整合条件を実現するために用いられ
た、厚い真性領域を有するｐ−Ｉ（ＭＱＷ）−ｎ表面垂
直入射型変調器に関して測定がなされた。このデータ
は、１０ー4台のわずかな格子不整合でさえも励起子共鳴
に不均一広がりをもたらしてしまい、その結果性能を劣
化させる、ということを示している。表１を参照。
スが高精度な格子整合条件を実現するために用いられ
た、厚い真性領域を有するｐ−Ｉ（ＭＱＷ）−ｎ表面垂
直入射型変調器に関して測定がなされた。このデータ
は、１０ー4台のわずかな格子不整合でさえも励起子共鳴
に不均一広がりをもたらしてしまい、その結果性能を劣
化させる、ということを示している。表１を参照。
【００１４】この変調器の構造は、ガスフローを制御す
る目的で改造されたＶＧ−８０ＨＭＢＥシステム中でガ
スソースのＭＢＥによって成長させられた。純粋なＡｓ
Ｈ3及びＰＨ3がＶ族のフラックスを構成し、Ｇａ及びＩ
ｎ元素がＩＩＩ族の分子線源として用いられた。フィラ
メント電流２．２５Ａ、電圧１５ｋＶで動作させられた
スタンダードなＶＧ電子銃がＲＨＥＥＤパターンを生成
するために用いられた。蛍光体スクリーン上に生成され
た画像がＣＣＤカメラによってキャプチャされてＴＶモ
ニタ宛に送出され、さらに４８６デスクトップＰＣ内に
設置された２５６ビット分解能を有するフレームグラバ
ーカード宛に送出されてビデオモニタ上に表示された。
このカードは、毎秒３０フレームの画像をサンプリング
することができるものである。このカード用に書かれた
ソフトウエアにより、ユーザは相異なったピクセルサイ
ズを有する、検出器として機能する四角形を規定するこ
とが可能である。この四角形を回折パターン形状に重ね
合わせることにより、ＲＨＥＥＤ強度発振が記録され得
る。さらに、この四角形の位置はひとたび規定されると
そのまま固定されるため、回折ジオメトリにおける水平
方向のドリフトを修正することが可能になる。代表的な
較正方法には、ＲＨＥＥＤ発振を記録する段階、及びデ
ータファイルを取得したデータセットの時間ドメイン及
び周波数ドメイン解析の双方の実行を可能にするような
プログラムに対して供給する段階、が含まれている。こ
のセットアップを用いることにより、一連の実験におけ
る１％のオーダーの成長レートの変動が実現され得る。
る目的で改造されたＶＧ−８０ＨＭＢＥシステム中でガ
スソースのＭＢＥによって成長させられた。純粋なＡｓ
Ｈ3及びＰＨ3がＶ族のフラックスを構成し、Ｇａ及びＩ
ｎ元素がＩＩＩ族の分子線源として用いられた。フィラ
メント電流２．２５Ａ、電圧１５ｋＶで動作させられた
スタンダードなＶＧ電子銃がＲＨＥＥＤパターンを生成
するために用いられた。蛍光体スクリーン上に生成され
た画像がＣＣＤカメラによってキャプチャされてＴＶモ
ニタ宛に送出され、さらに４８６デスクトップＰＣ内に
設置された２５６ビット分解能を有するフレームグラバ
ーカード宛に送出されてビデオモニタ上に表示された。
このカードは、毎秒３０フレームの画像をサンプリング
することができるものである。このカード用に書かれた
ソフトウエアにより、ユーザは相異なったピクセルサイ
ズを有する、検出器として機能する四角形を規定するこ
とが可能である。この四角形を回折パターン形状に重ね
合わせることにより、ＲＨＥＥＤ強度発振が記録され得
る。さらに、この四角形の位置はひとたび規定されると
そのまま固定されるため、回折ジオメトリにおける水平
方向のドリフトを修正することが可能になる。代表的な
較正方法には、ＲＨＥＥＤ発振を記録する段階、及びデ
ータファイルを取得したデータセットの時間ドメイン及
び周波数ドメイン解析の双方の実行を可能にするような
プログラムに対して供給する段階、が含まれている。こ
のセットアップを用いることにより、一連の実験におけ
る１％のオーダーの成長レートの変動が実現され得る。
【００１５】ＲＨＥＥＤ強度測定が、インジウムを有す
るモリブデンブロックの中心にマウントされた小さな
（〜０．５ｃｍ-2）ｎ+ＩｎＰウエハに関して実行され
た。小さなＲＨＥＥＤサンプルを用いることにより、電
子線の水平方向ドリフトによって生じうる誤差が最小化
される。さらに、このような小さなウエハへのフラック
ス分布は一様であると仮定することが可能である。Ｐフ
ラックス下での酸化物の熱脱離の後、Ｉｎセルが熱平衡
に達することを可能にする目的で、ＩｎＰの層がまず１
時間成長させられた。同時に、Ｇａセルも昇温されてシ
ャッターが閉じられた状態に保たれた。全ての測定は、
［１１０］方向に沿ったＶ族の安定化された×２再構成
に関して５００℃の成長温度でなされた。Ｖ族とＩＩＩ
族とのフラックス比は、ほぼ２．５：１に保たれた。
るモリブデンブロックの中心にマウントされた小さな
（〜０．５ｃｍ-2）ｎ+ＩｎＰウエハに関して実行され
た。小さなＲＨＥＥＤサンプルを用いることにより、電
子線の水平方向ドリフトによって生じうる誤差が最小化
される。さらに、このような小さなウエハへのフラック
ス分布は一様であると仮定することが可能である。Ｐフ
ラックス下での酸化物の熱脱離の後、Ｉｎセルが熱平衡
に達することを可能にする目的で、ＩｎＰの層がまず１
時間成長させられた。同時に、Ｇａセルも昇温されてシ
ャッターが閉じられた状態に保たれた。全ての測定は、
［１１０］方向に沿ったＶ族の安定化された×２再構成
に関して５００℃の成長温度でなされた。Ｖ族とＩＩＩ
族とのフラックス比は、ほぼ２．５：１に保たれた。
【００１６】全ての測定は、新しい、完全に回復された
ＩｎＰ表面に関してなされた。ＩｎＧａＡｓの成長を開
始する前に、Ｖ族のガスがスイッチされてＡｓＨ3がチ
ャンバー内に３０秒間フローさせられた。その後、ＲＨ
ＥＥＤ強度データが、回折パターンのスポットから５×
５個のピクセルよりなる四角形によって７５秒間（実際
の強度発振は３０秒間で４５秒は回復特性を記録）、３
０Ｈｚのサンプリングレートで取得された。測定が終了
した後、Ｖ族のガスが再びスイッチされ、ＩｎＰが測定
を反復する前に３分間成長させられた。Ｉｎセルの設定
点は実験のシーケンスを通して一定に保たれたが、Ｇａ
セルの温度はより低い値にステップダウンさせられた。
Ｇａの設定点を変化させる度に５分間分のＩｎＰ層が挿
入された。
ＩｎＰ表面に関してなされた。ＩｎＧａＡｓの成長を開
始する前に、Ｖ族のガスがスイッチされてＡｓＨ3がチ
ャンバー内に３０秒間フローさせられた。その後、ＲＨ
ＥＥＤ強度データが、回折パターンのスポットから５×
５個のピクセルよりなる四角形によって７５秒間（実際
の強度発振は３０秒間で４５秒は回復特性を記録）、３
０Ｈｚのサンプリングレートで取得された。測定が終了
した後、Ｖ族のガスが再びスイッチされ、ＩｎＰが測定
を反復する前に３分間成長させられた。Ｉｎセルの設定
点は実験のシーケンスを通して一定に保たれたが、Ｇａ
セルの温度はより低い値にステップダウンさせられた。
Ｇａの設定点を変化させる度に５分間分のＩｎＰ層が挿
入された。
【００１７】図４より明らかなように、その発振周波数
の変化が再現性よく検出され得ないようなわずかの量だ
け変化した場合においても、Ｇａ過剰、Ｉｎ過剰あるい
は格子整合条件の各々の状況に対応する３つの異なった
発振波形が取得された。
の変化が再現性よく検出され得ないようなわずかの量だ
け変化した場合においても、Ｇａ過剰、Ｉｎ過剰あるい
は格子整合条件の各々の状況に対応する３つの異なった
発振波形が取得された。
【００１８】高分解能Ｘ線回折（ＨＲＸＲＤ）測定から
得られた格子不整合と厚いＭＱＷ真性層を有するｐ−ｉ
（ＭＱＷ）−ｎデバイスの７７ＫにおけるＰＬ測定から
得られた線幅の測定値とを相関付けることにより、わず
かの格子不整合が歪みを開放して励起子共鳴の不均一広
がりをもたらすことが示される。従来技術に係る成長処
理にはメサエッチ及びｐ及びｎ型コンタクト金属配線が
含まれていた。さらに、ＳｉＯからなる反射防止コーテ
ィングがウエハの裏側に適用された。ＩｎＰ基板は考察
している波長においては透明であるため、基板を薄膜化
する必要はない。
得られた格子不整合と厚いＭＱＷ真性層を有するｐ−ｉ
（ＭＱＷ）−ｎデバイスの７７ＫにおけるＰＬ測定から
得られた線幅の測定値とを相関付けることにより、わず
かの格子不整合が歪みを開放して励起子共鳴の不均一広
がりをもたらすことが示される。従来技術に係る成長処
理にはメサエッチ及びｐ及びｎ型コンタクト金属配線が
含まれていた。さらに、ＳｉＯからなる反射防止コーテ
ィングがウエハの裏側に適用された。ＩｎＰ基板は考察
している波長においては透明であるため、基板を薄膜化
する必要はない。
【００１９】結果 図４は、格子整合条件に非常に近い場合のＲＨＥＥＤ強
度発振を示している。プロットＢに示されている、Ｉｎ
Ｐ上に成長させられたＩｎＰに対して観測された発振
は、２元系ＩＩＩ−Ｖ族成長に関して期待される通常の
タイプのものである。ここで、ＩｎＰは、単層の成長レ
ートの周期での正弦波的な発振を示している。強度発振
の初期のサイクルは、時間が熱平衡表面ラフネスの最終
的なコンフィグレーションに近づくにつれて、最大及び
最小表面ディスオーダーに関して対象的に急速に減衰す
る。発振は、表面段差密度（すなわち成長による自発的
な核形成）の生成レートが、２−Ｄレッジ運動（すなわ
ちテラス上の段差が段差レッジと融合してしまう）のレ
ートと同程度になると、事実上消滅してしまう。この状
況が発生すると、表面ラフネスの状態は時間と共に変化
しなくなる（最終ラフネス）。Ｉｎの堆積がなされない
場合に測定される回復ダイナミクスも、単一段階である
段差融合ダイナミクスによって証明されているような典
型的な振る舞いを示している。これは、時間と共に成長
するアイランドの大きさに対応している。完全に回復し
た後の最終的なＲＨＥＥＤ強度は、堆積前の最初の強度
に等しい。
度発振を示している。プロットＢに示されている、Ｉｎ
Ｐ上に成長させられたＩｎＰに対して観測された発振
は、２元系ＩＩＩ−Ｖ族成長に関して期待される通常の
タイプのものである。ここで、ＩｎＰは、単層の成長レ
ートの周期での正弦波的な発振を示している。強度発振
の初期のサイクルは、時間が熱平衡表面ラフネスの最終
的なコンフィグレーションに近づくにつれて、最大及び
最小表面ディスオーダーに関して対象的に急速に減衰す
る。発振は、表面段差密度（すなわち成長による自発的
な核形成）の生成レートが、２−Ｄレッジ運動（すなわ
ちテラス上の段差が段差レッジと融合してしまう）のレ
ートと同程度になると、事実上消滅してしまう。この状
況が発生すると、表面ラフネスの状態は時間と共に変化
しなくなる（最終ラフネス）。Ｉｎの堆積がなされない
場合に測定される回復ダイナミクスも、単一段階である
段差融合ダイナミクスによって証明されているような典
型的な振る舞いを示している。これは、時間と共に成長
するアイランドの大きさに対応している。完全に回復し
た後の最終的なＲＨＥＥＤ強度は、堆積前の最初の強度
に等しい。
【００２０】発振が必ず減衰するという事実は、従来技
術に係る成長レートのＲＨＥＥＤ周波数解析に基づく場
合に格子整合を制限する重要なファクタである。ＩｎＰ
上のＩｎＰに関するＲＨＥＥＤ発振の高速フーリエ変換
が図５に示されている。成長レートはフーリエ変換限界
の０．７５６ＭＬ／ｓ（分布中心）であり、半値全幅は
０．１７ＭＬ／ｓである。すなわち、実効的な時間とし
て６．０秒の間に成長レートをサンプリングすることに
より、成長レートの不確定性Δω／ωが、格子整合条件
を見い出すための手段としては実用的ではないほど大き
くなってしまう。それに対して、図４のプロットＡに示
されているように、ＩｎＰ上のＩｎＧａＡｓ成長に対し
て観測されているＲＨＥＥＤ強度発振は、高速格子整合
条件に対する新しい、かつ利用可能な方策を提供するよ
うな相異なった特性を示している。この差異は３つの視
点からまとめることができ、図４に示されているＩｎＧ
ａＡｓ成長がＩｎＰに対してわずかに格子不整合を有し
ているだけである（５×１０-4）という事実を考慮する
と非常にドラマチックである。
術に係る成長レートのＲＨＥＥＤ周波数解析に基づく場
合に格子整合を制限する重要なファクタである。ＩｎＰ
上のＩｎＰに関するＲＨＥＥＤ発振の高速フーリエ変換
が図５に示されている。成長レートはフーリエ変換限界
の０．７５６ＭＬ／ｓ（分布中心）であり、半値全幅は
０．１７ＭＬ／ｓである。すなわち、実効的な時間とし
て６．０秒の間に成長レートをサンプリングすることに
より、成長レートの不確定性Δω／ωが、格子整合条件
を見い出すための手段としては実用的ではないほど大き
くなってしまう。それに対して、図４のプロットＡに示
されているように、ＩｎＰ上のＩｎＧａＡｓ成長に対し
て観測されているＲＨＥＥＤ強度発振は、高速格子整合
条件に対する新しい、かつ利用可能な方策を提供するよ
うな相異なった特性を示している。この差異は３つの視
点からまとめることができ、図４に示されているＩｎＧ
ａＡｓ成長がＩｎＰに対してわずかに格子不整合を有し
ているだけである（５×１０-4）という事実を考慮する
と非常にドラマチックである。
【００２１】第一に、ＩｎＰ上へのＩｎＧａＡｓ成長発
振の非対称な減衰特性を示す初期状態。これは、最大及
び最小ディスオーダーのコンフィグレーションからの成
長発振の初期の減衰を表しており、ＩｎＰ成長の場合に
観測された対称的なものとは明らかに異なっている。加
えて、ＩｎＰ上のＩｎＧａＡｓの回復ダイナミクスは、
ＩｎＰの回復とは２つの点で明らかに異なっている。ま
ず、回復ダイナミクスの時間発展は複数個の成分が存在
するような複雑なものである。次に、回復後の終末強度
は、初期のＩｎＰ強度よりも著しく低い。これら３つの
差異の全ては、不整合成長に関連している表面段差ディ
スオーダーの増大に関連しているように見える。実際、
基板に関する不整合フラックスの実際の単層密度におけ
る差異のために、総表面積を保つために付加的な表面段
差が生成される。不整合成長による表面段差は、成長の
間の自発的な核形成によって通常生成されるものに付加
される。非対称減衰の最初の数サイクルは、不整合起因
の表面段差が第一の四つの単層が堆積される間に急速に
生成されたことを表している。さらに、多重成分回復特
性及びより低い総表面反射率は、ＩｎＰの表面段差の新
たなコンフィグレーションへの、不整合成長ゆえのアイ
ランドの統合に対応している。
振の非対称な減衰特性を示す初期状態。これは、最大及
び最小ディスオーダーのコンフィグレーションからの成
長発振の初期の減衰を表しており、ＩｎＰ成長の場合に
観測された対称的なものとは明らかに異なっている。加
えて、ＩｎＰ上のＩｎＧａＡｓの回復ダイナミクスは、
ＩｎＰの回復とは２つの点で明らかに異なっている。ま
ず、回復ダイナミクスの時間発展は複数個の成分が存在
するような複雑なものである。次に、回復後の終末強度
は、初期のＩｎＰ強度よりも著しく低い。これら３つの
差異の全ては、不整合成長に関連している表面段差ディ
スオーダーの増大に関連しているように見える。実際、
基板に関する不整合フラックスの実際の単層密度におけ
る差異のために、総表面積を保つために付加的な表面段
差が生成される。不整合成長による表面段差は、成長の
間の自発的な核形成によって通常生成されるものに付加
される。非対称減衰の最初の数サイクルは、不整合起因
の表面段差が第一の四つの単層が堆積される間に急速に
生成されたことを表している。さらに、多重成分回復特
性及びより低い総表面反射率は、ＩｎＰの表面段差の新
たなコンフィグレーションへの、不整合成長ゆえのアイ
ランドの統合に対応している。
【００２２】正確なインサイチュ格子整合へ至るルート
としてのこの方法の有効性を定量化する目的で、正規化
された性能指数、ＦＭ、が、初期の発振品質が最初の連
続したＭＬサイクルに関して（Ｉ+−Ｉ-）／ΔＩの総和
であるように生成された。Ｉ+（Ｉ-）は各々の波形サイ
クルの最大（最小）強度に対応し、ΔＩは初期のＩｎＰ
反射率から発振波形の最小反射率への強度変化の値であ
る。種々の成長に対応するＦＭが図４に図示されてい
る。ＦＭは、ＩｎＰ上のＩｎＰ成長の場合からＩｎＰ上
のＩｎＧａＡｓ成長の場合へファクタ４だけ低下してい
る。ＩｎＧａＡｓ上のＩｎＧａＡｓに対するＦＭはＩｎ
Ｐ上のＩｎＧａＡｓに対するものよりも２０％大きい。
なぜなら、ＩｎＰ上へのＩｎＧａＡｓ堆積の最初のシー
ケンスにおいては不整合表面段差が残存しているからで
ある。後者の場合に関しては、発振減衰における非対称
性が改善させられており、ＩｎＰの強度が最初のＩｎＧ
ａＡｓ堆積の後の回復強度よりも２５％大きい。二番目
のＩｎＧａＡｓ堆積の後の回復強度は最初のＩｎＧａＡ
ｓ堆積の後の回復強度と等しい。
としてのこの方法の有効性を定量化する目的で、正規化
された性能指数、ＦＭ、が、初期の発振品質が最初の連
続したＭＬサイクルに関して（Ｉ+−Ｉ-）／ΔＩの総和
であるように生成された。Ｉ+（Ｉ-）は各々の波形サイ
クルの最大（最小）強度に対応し、ΔＩは初期のＩｎＰ
反射率から発振波形の最小反射率への強度変化の値であ
る。種々の成長に対応するＦＭが図４に図示されてい
る。ＦＭは、ＩｎＰ上のＩｎＰ成長の場合からＩｎＰ上
のＩｎＧａＡｓ成長の場合へファクタ４だけ低下してい
る。ＩｎＧａＡｓ上のＩｎＧａＡｓに対するＦＭはＩｎ
Ｐ上のＩｎＧａＡｓに対するものよりも２０％大きい。
なぜなら、ＩｎＰ上へのＩｎＧａＡｓ堆積の最初のシー
ケンスにおいては不整合表面段差が残存しているからで
ある。後者の場合に関しては、発振減衰における非対称
性が改善させられており、ＩｎＰの強度が最初のＩｎＧ
ａＡｓ堆積の後の回復強度よりも２５％大きい。二番目
のＩｎＧａＡｓ堆積の後の回復強度は最初のＩｎＧａＡ
ｓ堆積の後の回復強度と等しい。
【００２３】プロットＡは、ＩｎＰ上の相異なったＩｎ
ＧａＡｓ不整合に関して観測されたＲＨＥＥＤ発振を示
している。このシーケンスは、Ｉｎの堆積レートを固定
し、Ｇａの成長レートをＧａ過剰条件からＩｎ過剰条件
へと変化させることによって得られた。Ｇａ温度の変化
は、１／１０３という値の格子不整合の範囲に入ってい
る。明らかに、ＩｎＧａＡｓ堆積中のＲＨＥＥＤ強度
は、発振品質、回復特性及び強度応答に関して系統的な
差異を示している。図から、９１０．０℃というＧａセ
ル温度は格子整合条件に非常に近いことが理解される。
ＧａＡｓ不整合に関して観測されたＲＨＥＥＤ発振を示
している。このシーケンスは、Ｉｎの堆積レートを固定
し、Ｇａの成長レートをＧａ過剰条件からＩｎ過剰条件
へと変化させることによって得られた。Ｇａ温度の変化
は、１／１０３という値の格子不整合の範囲に入ってい
る。明らかに、ＩｎＧａＡｓ堆積中のＲＨＥＥＤ強度
は、発振品質、回復特性及び強度応答に関して系統的な
差異を示している。図から、９１０．０℃というＧａセ
ル温度は格子整合条件に非常に近いことが理解される。
【００２４】プロットＢには、ＦＭが同一の不整合範囲
に関してプロットＡの粗い表示よりもより細かい段差サ
イズで図示されている。ＦＭは不整合に非常に敏感であ
り、格子整合条件において鋭いピークを有している。Ｆ
Ｍの格子不整合に対する劣化の様子はＧａ過剰及びＩｎ
過剰条件に関して対称的であり、ＰＬあるいはＸ線回折
測定によって得られた品質特性を暗示するような形状を
有している。これらのシーケンス上への厚いＩｎＧａＡ
ｓ層の堆積に関しては、Ｘ線回折に基づく格子整合が矢
印によって示された位置になければならない。
に関してプロットＡの粗い表示よりもより細かい段差サ
イズで図示されている。ＦＭは不整合に非常に敏感であ
り、格子整合条件において鋭いピークを有している。Ｆ
Ｍの格子不整合に対する劣化の様子はＧａ過剰及びＩｎ
過剰条件に関して対称的であり、ＰＬあるいはＸ線回折
測定によって得られた品質特性を暗示するような形状を
有している。これらのシーケンス上への厚いＩｎＧａＡ
ｓ層の堆積に関しては、Ｘ線回折に基づく格子整合が矢
印によって示された位置になければならない。
【００２５】真性領域に２２５層のＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＰからなるＭＱＷを利用したｐ−ｉ−ｎ変調器に係る代
表的なＨＲＸＤスキャンが図５に示されている。格子不
整合の平均は、（超格子層の平均的な格子パラメータを
有する層からの反射に対応している）０次のピークと基
板ピークからの反射との間の角度の違いを決定すること
によって得られる。表１には、７７ＫでのＰＬ測定から
決定された線幅の値が、ＨＲＸＤ測定によって決定され
た格子不整合の値と共に示されている。この表からも明
らかなように、格子不整合がわずかに増大するだけで、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルの線幅の著し
い広がり（１０-5台から１０-4台へ変化するとほぼファ
クタ２だけ増大する）が生ずる。デバイスの観点から
は、この励起子共鳴の広がりは、励起子を電界ゼロの条
件でのＥ１−ＨＨ１ピークから赤方偏移させるためには
より高い電界が必要となることを意味しており、電子−
正孔対の関連した偏光によって励起子ピークがさらに広
げられて、結果として性能が劣化する。
ＰからなるＭＱＷを利用したｐ−ｉ−ｎ変調器に係る代
表的なＨＲＸＤスキャンが図５に示されている。格子不
整合の平均は、（超格子層の平均的な格子パラメータを
有する層からの反射に対応している）０次のピークと基
板ピークからの反射との間の角度の違いを決定すること
によって得られる。表１には、７７ＫでのＰＬ測定から
決定された線幅の値が、ＨＲＸＤ測定によって決定され
た格子不整合の値と共に示されている。この表からも明
らかなように、格子不整合がわずかに増大するだけで、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルの線幅の著し
い広がり（１０-5台から１０-4台へ変化するとほぼファ
クタ２だけ増大する）が生ずる。デバイスの観点から
は、この励起子共鳴の広がりは、励起子を電界ゼロの条
件でのＥ１−ＨＨ１ピークから赤方偏移させるためには
より高い電界が必要となることを意味しており、電子−
正孔対の関連した偏光によって励起子ピークがさらに広
げられて、結果として性能が劣化する。
【表１】
【００２６】図７は、逆方向バイアス電圧を０から５０
Ｖまで変化させた場合の反射スペクトルを示した図であ
る。ゼロバイアス電圧の場合の励起子ピークの半値半幅
（ＨＷＨＭ）は６．２ｍｅＶであり、スペクトル全体は
良好な量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）を示し
ており、印加されたバイアス電圧の範囲で最大５０ｎｍ
以上のピークシフトが、著しいブロードニングを示すこ
と無く起こっていることがわかる。
Ｖまで変化させた場合の反射スペクトルを示した図であ
る。ゼロバイアス電圧の場合の励起子ピークの半値半幅
（ＨＷＨＭ）は６．２ｍｅＶであり、スペクトル全体は
良好な量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）を示し
ており、印加されたバイアス電圧の範囲で最大５０ｎｍ
以上のピークシフトが、著しいブロードニングを示すこ
と無く起こっていることがわかる。
【００２７】図８及び図９には、反射スペクトルから計
算されたノーマリオン状態及びノーマリオフ状態に関す
るコントラスト比が示されている。５０Ｖの逆方向バイ
アス電圧を印加した状態で励起子共鳴を利用することに
よって、８：１より大きいコントラスト比が実現され
る。さらに、３：１より大きいコントラスト比を有する
帯域が、λ0及びλ1の双方の動作モードに関して２０ｎ
ｍに亘っている。
算されたノーマリオン状態及びノーマリオフ状態に関す
るコントラスト比が示されている。５０Ｖの逆方向バイ
アス電圧を印加した状態で励起子共鳴を利用することに
よって、８：１より大きいコントラスト比が実現され
る。さらに、３：１より大きいコントラスト比を有する
帯域が、λ0及びλ1の双方の動作モードに関して２０ｎ
ｍに亘っている。
【００２８】以上、ＲＨＥＥＤダイナミクスを利用した
正確なインサイチュ格子整合が記述されている。この方
法の利用は、１．５μｍにおいて動作する、高コントラ
スト表面垂直入射型多重量子井戸光変調器の成長に適用
される。
正確なインサイチュ格子整合が記述されている。この方
法の利用は、１．５μｍにおいて動作する、高コントラ
スト表面垂直入射型多重量子井戸光変調器の成長に適用
される。
【００２９】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、反
射高エネルギー電子回折ダイナミクス（ＲＨＥＥＤ）を
用いた非常に高精度な格子整合を実現するインサイチュ
技法が提供される。
射高エネルギー電子回折ダイナミクス（ＲＨＥＥＤ）を
用いた非常に高精度な格子整合を実現するインサイチュ
技法が提供される。
【図１】 反射率測定装置を模式的に示した図。
【図２】 格子整合条件の、Ｉｎ及びＧａフラックス比
を制御して変化させた場合の変化に伴うＲＨＥＥＤ強度
発振波形を時間と共にプロットした図。
を制御して変化させた場合の変化に伴うＲＨＥＥＤ強度
発振波形を時間と共にプロットした図。
【図３】 格子整合をシステマティックに変化させた場
合の発振振幅の変化をプロットした図。
合の発振振幅の変化をプロットした図。
【図４】 ＩｎＰ上に成長させたＩｎＰに対するＲＨＥ
ＥＤ強度発振を示すプロットＡ、ＩｎＰ上に成長させた
ＩｎＧａＡｓに対するＲＨＥＥＤ強度発振を示すプロッ
トＢ、及びＩｎＧａＡｓ上に成長させたＩｎＧａＡｓに
対するＲＨＥＥＤ強度発振を示すプロットＣとからなる
複合図。
ＥＤ強度発振を示すプロットＡ、ＩｎＰ上に成長させた
ＩｎＧａＡｓに対するＲＨＥＥＤ強度発振を示すプロッ
トＢ、及びＩｎＧａＡｓ上に成長させたＩｎＧａＡｓに
対するＲＨＥＥＤ強度発振を示すプロットＣとからなる
複合図。
【図５】 ＩｎＰ上に成長させたＩｎＰに対するＲＨＥ
ＥＤ発振波形の高速フーリエ変換を示す図。
ＥＤ発振波形の高速フーリエ変換を示す図。
【図６】 真性領域に２２５個のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ
よりなるＭＱＷを有するｐ−ｉ−ｎ変調器の高分解能Ｘ
線回折スキャンを示す図。
よりなるＭＱＷを有するｐ−ｉ−ｎ変調器の高分解能Ｘ
線回折スキャンを示す図。
【図７】 ３００ＫにおけるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ Ｍ
ＱＷに対する反射率スペクトルを示す図。
ＱＷに対する反射率スペクトルを示す図。
【図８】 ３００ＫにおけるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ Ｍ
ＱＷに対する励起子エネルギーでのコントラスト比を示
す図。
ＱＷに対する励起子エネルギーでのコントラスト比を示
す図。
【図９】 ３００ＫにおけるＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ Ｍ
ＱＷに対するバンドエッジより低いエネルギーでのコン
トラスト比を示す図。
ＱＷに対するバンドエッジより低いエネルギーでのコン
トラスト比を示す図。
【符号の説明】 ２０ 測定システム ２２ 入射光 ２３ 分光器 ２４ 光変調器 ２６ 金属コンタクト ２８ 反射光 ３０ ビームスプリッタ ３２ デテクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キース ワイン グーセン アメリカ合衆国，07747 ニュージャージ ー， アバーディーン，デボラ レイン 18 (72)発明者 ラジフ ナス パタク アメリカ合衆国，07744 ニュージャージ ー， マタワン，マタワン アヴェニュー 221
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体層のインサイチュ格子整合を実現
するための方法において、 （ａ）第一の半導体材料よりなる基板を準備する段階
と、 （ｂ）前記基板半導体材料上への第二の半導体材料の成
長を開始する段階と、 （ｃ）反射光エネルギー電子回折（ＲＨＥＥＤ）による
波形サイクルの強度Ｉの発振振幅をモニタする段階と、 （ｄ）所定の数の波形サイクルに亘る最大強度Ｉ+及び
最小強度Ｉ-を決定する段階と、 （ｅ）初期反射率から前記波形サイクルの最小反射率へ
の強度低下分ΔＩを決定する段階と、 （ｆ）以下の式に従って所定の数の波形サイクルに関す
る規格化された性能指数ＦＭを計算する段階と、ここ
で、ＦＭは、各々の波形サイクルに関して、 【数１】 で与えられる； （ｇ）ＦＭを最大化して格子整合を最適化する目的で前
記第二の半導体材料のフラックスを調節する段階と、 （ｈ）前記第二の半導体材料からなる複数個の層を形成
する目的で前記段階（ｃ）から（ｇ）を必要に応じて反
復する段階と、を有することを特徴とする半導体素子製
造方法。 - 【請求項２】 前記基板半導体材料が、ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体とＩＶ族元素半導体とからなるグループから
選択されていることを特徴とする請求項第１項に記載の
半導体素子製造方法。 - 【請求項３】 前記基板がＩｎＰであり、前記第二の半
導体材料がＩｎＧａＡｓであることを特徴とする請求項
第１項に記載の半導体素子製造方法。 - 【請求項４】 前記第二の半導体材料の前記成長が分子
線エピタキシーによるものであることを特徴とする請求
項第１項に記載の半導体素子製造方法。 - 【請求項５】 前記Ｉ+、Ｉ-及びΔＩの決定が最初の連
続する４サイクルの間になされることを特徴とする請求
項第１項に記載の半導体素子製造方法。 - 【請求項６】 前記ＦＭが０から１の間であることを特
徴とする請求項第１項に記載の半導体素子製造方法。 - 【請求項７】 波長およそ１．５μｍにおいて動作する
表面垂直入射型多重量子井戸変調器を形成する目的でＩ
ｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓよりなる格子整合がなされた
薄膜を分子線エピタキシー法により成長する方法におい
て、 （ａ）前記ＩｎＰ基板上への前記ＩｎＧａＡｓの成長を
開始する段階と、 （ｂ）反射高エネルギー電子回折によって波形サイクル
の強度の発振振幅をインサイチュモニタリングする段階
と、 （ｃ）所定の数の波形サイクルに亘る最大強度Ｉ+及び
最小強度Ｉ-を決定する段階と、 （ｄ）初期反射率から前記波形サイクルの各々の最小反
射率への強度低下分ΔＩを決定する段階と、 （ｅ）以下の式に従って所定の数の波形サイクルに関す
る規格化された性能指数ＦＭを計算する段階と、ここ
で、ＦＭは、各々の波形サイクルに関して、 【数１】で与えられ、 （ｆ）ＦＭを最大化して格子整合を最適化する目的でＩ
ｎ及びＧａのフラックスを調節する段階と、 （ｇ）複数個のＩｎＧａＡｓ層を形成する目的で段階
（ｂ）から（ｆ）を必要に応じて反復する段階と、を有
することを特徴とする半導体素子製造方法。 - 【請求項８】 前記最大強度、最小強度及び強度低下分
の決定が前記ＩｎＧａＡｓ膜の初期成長に引き続く最初
の連続する４サイクルの間になされることを特徴とする
請求項第７項に記載の半導体素子製造方法。 - 【請求項９】 多重量子井戸光変調器において、当該素
子が、入射光に対して透明なＩｎＰによって形成された
半導体基板と、前記ＩｎＰ基板上に堆積されたＩｎＧａ
Ａｓよりなる多重量子井戸領域と、を有しており、前記
基板及び前記多重量子井戸領域がおよそ４μｍの厚さを
有しかつ２×１０-4より小さい値の格子不整合を有する
ことを特徴とする光変調器。 - 【請求項１０】 反射モードで動作させられた場合に波
長１．５μｍにおいて約８：１よりも大きいコントラス
ト比を有する請求項第９項に記載の光変調器。
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