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JP2846576B2 - Method for producing III-V compound semiconductor epitaxial layer - Google Patents

Method for producing III-V compound semiconductor epitaxial layer

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JP2846576B2
JP2846576B2 JP11431994A JP11431994A JP2846576B2 JP 2846576 B2 JP2846576 B2 JP 2846576B2 JP 11431994 A JP11431994 A JP 11431994A JP 11431994 A JP11431994 A JP 11431994A JP 2846576 B2 JP2846576 B2 JP 2846576B2
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Japan
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substrate
epitaxial layer
semiconductor
heat treatment
layer
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宏辰 石井
正清 池田
秀一 田中
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はストライプ状の微細表面
構造を有する III−V族化合物半導体エピタキシャル層
の作製方法を提供する。この III−V族化合物半導体エ
ピタキシャル層は III−V族化合物半導体による量子細
線を利用した各種半導体装置の作製に使用される。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a method for producing a group III-V compound semiconductor epitaxial layer having a stripe-shaped fine surface structure. The III-V compound semiconductor epitaxial layer is used for manufacturing various semiconductor devices using quantum wires made of a III-V compound semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで III−V族化合物半導体を加工
して量子細線(量子井戸細線)や量子ドット(量子井戸
箱)等の構造を形成するには、化合物半導体の積層方向
の加工として分子線エピタキシー(MBE)法や有機金
属気相成長(MOCVD)法等のエピタキシャル成長技
術が使用され、他方平面方向の加工は干渉露光法や電子
ビーム描画法などのリソグラフィ技術と反応性イオンエ
ッチングなどのドライエッチング技術が使用されてき
た。これらの手法においては、形成される構造の大きさ
を加工可能な寸法の範囲内において自由に設計できるこ
とに優れているが、次に挙げるいくつかの欠点を有して
いる。
2. Description of the Related Art Heretofore, in order to form a structure such as a quantum wire (quantum well wire) or a quantum dot (quantum well box) by processing a group III-V compound semiconductor, it is necessary to process the compound semiconductor in the stacking direction. Epitaxial growth techniques such as linear epitaxy (MBE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are used, while planar processing involves lithography techniques such as interference exposure and electron beam lithography and dry etching such as reactive ion etching. Etching techniques have been used. These techniques are excellent in that the size of the structure to be formed can be freely designed within a range of dimensions that can be processed, but have several disadvantages described below.

【0003】即ち、平面方向の最小加工形状がリソグラ
フィ技術の性能に制限されること、及びリソグラフィ加
工工程とエピタキシャル成長工程の組合わせが必要であ
るため工程が複雑で製造の効率が悪いことなどの他、リ
ソグラフィあるいはエッチングによる基板の汚染やダメ
ージが量子細線や量子ドットの性能に重大な影響を及ぼ
す半導体界面の物性を悪化させるという重大な問題が含
まれていることが知られている。
In other words, the minimum processing shape in the planar direction is limited by the performance of the lithography technique, and the combination of the lithography processing step and the epitaxial growth step requires a complicated process, resulting in poor manufacturing efficiency. It is known that contamination or damage of a substrate due to lithography or etching seriously affects physical properties of a semiconductor interface, which seriously affects the performance of quantum wires and quantum dots.

【0004】上記リソグラフィ加工工程とエピタキシャ
ル成長工程を組合せた手法の一例を図8により説明す
る。半導体基板(1)、あるいは、あらかじめエピタキ
シャル層が形成されたエピタキシャル基板上にリソグラ
フィによりストライプ状のレジストパタン(2)を形成
し(図8(a))、これをマスクにしてエッチングを施
すことにより、このストライプ状パタンを半導体基板上
にストライプ状凹凸(3)として転写する(図8
(b))。このストライプ状凹凸構造を有する半導体基
板(1)上に異なる性質の半導体層のエピタキシャル成
長を行うことにより図8(c)に示されるような、埋め
込み型量子細線(4)が形成される。ところがこの場
合、半導体基板(1)の界面は、もともとリソグラフィ
とエッチングにより形成された半導体表面であるため、
この界面にはリソグラフィ工程やエッチング工程の最
中、あるいは工程後に大気中に曝されたことによって導
入される汚染物質やダメージが存在することが重大な問
題となっている。
An example of a method combining the lithography process and the epitaxial growth process will be described with reference to FIG. A stripe-shaped resist pattern (2) is formed by lithography on a semiconductor substrate (1) or an epitaxial substrate on which an epitaxial layer has been previously formed (FIG. 8A), and etching is performed using this as a mask. This stripe pattern is transferred onto the semiconductor substrate as stripe-shaped irregularities (3) (FIG. 8).
(B)). By performing epitaxial growth of semiconductor layers having different properties on the semiconductor substrate (1) having the striped concavo-convex structure, a buried quantum wire (4) as shown in FIG. 8C is formed. However, in this case, since the interface of the semiconductor substrate (1) is a semiconductor surface originally formed by lithography and etching,
It is a serious problem that this interface has contaminants and damage introduced by being exposed to the air during or after the lithography process or the etching process.

【0005】このうち汚染をさけるために、半導体結晶
成長装置と描画装置とドライエッチング装置を超高真空
ウエハ搬送装置で接続し、すべてのプロセスを超高真空
中で一貫して行う方法も試みられている。しかしたとえ
超高真空中としても表面汚染のすべてを取り除くことは
不可能であり、また、この場合、ドライエッチングプロ
セスにおいて導入されるダメージが大きな問題となる。
いずれにしても、工程は複雑であり、特殊な加工装置が
必要で、また生産性は低いものである。
In order to avoid contamination, a method of connecting a semiconductor crystal growing apparatus, a drawing apparatus and a dry etching apparatus with an ultra-high vacuum wafer transfer apparatus and performing all processes in an ultra-high vacuum consistently has been attempted. ing. However, even in an ultra-high vacuum, it is impossible to remove all the surface contamination, and in this case, the damage introduced in the dry etching process becomes a serious problem.
In any case, the process is complicated, special processing equipment is required, and productivity is low.

【0006】これを打開するため、表面の面方位を(1
00)より僅かに傾斜した基板を使用して結晶成長を行
うことにより、エピタキシャル成長技術のみを用い、し
かもエピタキシャル層のほぼ全面に量子細線等の量子構
造を形成する技術に関していくつかの試みが公知文献に
報告されている。例えば、海外では、P.M.Petroff 他
著、Journal of Crystal Growth 誌、第95巻(1989年)
260〜265 頁、また、国内ではT.Fukui and H.Saito
著、Journal of Crystal Growth 誌、第 115巻(1991
年)61〜63頁などの報告がある。これらの手法は傾斜基
板を用いることにより結晶表面に形成される原子ステッ
プを利用しているため、原子レベルの大きさで特徴づけ
られる極微細構造を基板結晶表面の全面に一挙に形成す
ることが原理的に可能である。
In order to overcome this, the plane orientation of the surface is changed to (1).
[0099] Several attempts have been made in the known literature regarding a technique for forming a quantum structure such as a quantum wire on almost the entire surface of an epitaxial layer using only an epitaxial growth technique by performing crystal growth using a substrate that is slightly inclined. Has been reported to. For example, overseas, PMPetroff et al., Journal of Crystal Growth, Vol. 95 (1989)
260-265 pages, and in Japan, T.Fukui and H.Saito
Author, Journal of Crystal Growth, Volume 115 (1991
Year) 61-63 pages. Since these methods use the atomic steps formed on the crystal surface by using a tilted substrate, it is possible to simultaneously form an ultrafine structure characterized by the size of the atoms on the entire surface of the substrate crystal. It is possible in principle.

【0007】図9(a)〜(c)を用いてこの手法の原
理を説明する。図9中の(1)は基板結晶を表してい
る。表面の面方位が(100)である III−V族化合物
半導体基板(1)は、 III族元素とV族元素が周期的に
層状に繰り返す構造となっているため、表面面方位が
(100)方向より僅かに傾斜した基板(傾斜基板)の
表面には、平均すると傾斜角度に依存する密度の表面原
子層ステップが存在する。
The principle of this method will be described with reference to FIGS. (1) in FIG. 9 represents a substrate crystal. The group III-V compound semiconductor substrate (1) having a surface plane orientation of (100) has a structure in which a group III element and a group V element are periodically repeated in a layered manner, so that the surface plane orientation is (100). On the surface of a substrate that is slightly tilted from the direction (tilted substrate), there are surface atomic layer steps with a density that depends on the tilt angle on average.

【0008】例えば(001)表面から<10>方向
に2度傾斜した基板の<110>方向断面には、図中の
基板(1)の表面(5)に図9(a)に示すような原子
層ステップ(6)が存在する。一般に切断・研磨・エッ
チングなどの工程により得られる成長用基板の表面加工
精度には限界があるため、成長用基板の表面(5)の原
子層ステップ(6)には粗密がある。いいかえれば、ス
テップ間隔(ステップ幅)の大きさは均一ではない。他
方この基板(1)上にある条件で半導体層(7)を結晶
成長すると、成長半導体層の表面(8)には均一なステ
ップ幅をもち格子定数の1/2の高さの分子層ステップ
(9)がストライプ状に形成される(特開平5-326922号
公報)。例えば、傾斜角度2度のGaAs基板を用いた
場合、ステップ(9)の間隔であるテラス幅は8nmとな
る。この表面上に半導体層(7)とは異なる性質の半導
体細線部(10)をステップ部分に付着する条件で成長し
た後、半導体閉じ込め層(7′)の成長を行う。このよ
うに半導体細線(10)として、半導体層(7)と
(7′)の半導体に比べ小さな禁制帯幅を有する半導体
を選べば、該半導体細線(10)はいわゆる量子細線とな
る。
For example, a cross section of a substrate inclined in the <10> direction by two degrees from the (001) surface in the <110> direction has a surface (5) of the substrate (1) shown in FIG. There is an atomic layer step (6). Generally, there is a limit in the surface processing accuracy of the growth substrate obtained by processes such as cutting, polishing, and etching, so that the atomic layer steps (6) on the surface (5) of the growth substrate have roughness. In other words, the size of the step interval (step width) is not uniform. On the other hand, when the semiconductor layer (7) is crystal-grown on the substrate (1) under a certain condition, the surface (8) of the grown semiconductor layer has a uniform step width and a molecular layer step having a height of half the lattice constant. (9) is formed in a stripe shape (JP-A-5-326922). For example, when a GaAs substrate having a tilt angle of 2 degrees is used, the terrace width, which is the interval of step (9), is 8 nm. After growing a semiconductor thin line portion (10) having a property different from that of the semiconductor layer (7) on the surface under the condition of adhering to the step portion, the semiconductor confinement layer (7 ') is grown. If a semiconductor having a smaller band gap than the semiconductors of the semiconductor layers (7) and (7 ') is selected as the semiconductor wire (10), the semiconductor wire (10) becomes a so-called quantum wire.

【0009】この手法は、傾斜基板に本質的に存在する
原子層ステップを利用し、結晶成長条件をステップ端成
長の条件で行うことにより量子細線構造を形成すること
が特徴である。従って、形成可能な構造(即ちステップ
幅やステップ高さ等)の大きさには制限があって、原子
レベルの大きさで特徴づけられる構造に対しては有効で
あるが、その構造の大きさを広い範囲で制御可能とする
技術ではない。
This method is characterized in that a quantum wire structure is formed by utilizing an atomic layer step inherently present in a tilted substrate and performing crystal growth conditions under step edge growth conditions. Therefore, the size of a structure that can be formed (that is, a step width, a step height, and the like) is limited, and is effective for a structure characterized by an atomic level size. It is not a technology that enables control over a wide range.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図10は量子細線中に閉
じ込められた電子に対するエネルギーバンドの模式図で
ある。量子細線は、図10に示したようなポテンシャル井
戸が細線の方向に連続するいわゆる1次元のポテンシャ
ル井戸を有する構造であるといえる。従って、このポテ
ンシャルの井戸の特性が量子細線の性質を決定する。ポ
テンシャル井戸の基本的特性は、半導体材料の組み合わ
せに依存するポテンシャル井戸の深さ(11)と、構造の
大きさに依存するポテンシャル井戸の幅(12)によって
決定される。
FIG. 10 is a schematic diagram of an energy band for electrons confined in a quantum wire. It can be said that the quantum wire has a structure in which a potential well as shown in FIG. 10 has a so-called one-dimensional potential well which is continuous in the direction of the wire. Therefore, the properties of this potential well determine the properties of the quantum wire. The basic properties of a potential well are determined by the depth of the potential well (11), which depends on the combination of semiconductor materials, and the width (12) of the potential well, which depends on the size of the structure.

【0011】一般に使用できる半導体材料の組み合わせ
の自由度には限界があるため、ポテンシャル井戸の特性
制御のためにはポテンシャル井戸を構成する半導体構造
の大きさを自由に製作する技術が不可欠である。また、
このようなポテンシャル井戸は、異なる性質を有する半
導体同士の界面構造(半導体ヘテロ界面)により形成さ
れており、この界面部のポテンシャル形状が図10におけ
る(13)(13′)に相当するが、この界面に汚染やダメ
ージによる欠陥などに起因する局在準位(14)が存在す
ると井戸中の電子はその影響を受けてしまうので、これ
を取り除く必要がある。なお上記問題点、即ち構造の大
きさにより特性が制御されること、界面の局在準位を取
り除く必要があること、の2点は量子細線ばかりではな
く微細な構造を有する半導体装置のほとんどすべてに共
通している事項である。
Since there is a limit in the degree of freedom of combinations of semiconductor materials that can be generally used, a technique for freely manufacturing the size of a semiconductor structure forming a potential well is indispensable for controlling the characteristics of the potential well. Also,
Such a potential well is formed by an interface structure between semiconductors having different properties (semiconductor heterointerface), and the potential shape at the interface corresponds to (13) and (13 ') in FIG. If there is a localized level (14) at the interface due to a defect due to contamination or damage, electrons in the well are affected by the level, and it is necessary to remove this. The above-mentioned problems, namely, that the characteristics are controlled by the size of the structure and that it is necessary to remove the localized level at the interface, are the two points that almost all semiconductor devices having a fine structure as well as quantum wires. This is a common matter.

【0012】ところが従来技術のうち、リソグラフィ技
術とエピタキシャル成長技術との組み合せ手段を用いる
と半導体構造の大きさをある範囲で自由に設計すること
ができたが、界面の汚染やダメージを取り除くことが不
可能であった。また、傾斜基板を用いた技術では、界面
の汚染やダメージの問題は生じないが、半導体構造の大
きさを自由に設計することは不可能であった。
However, of the conventional techniques, the use of a combination of the lithography technique and the epitaxial growth technique allows the size of the semiconductor structure to be freely designed within a certain range. However, it is impossible to remove contamination and damage at the interface. It was possible. Further, in the technology using the inclined substrate, problems of interface contamination and damage do not occur, but it is impossible to freely design the size of the semiconductor structure.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は量子細線等の半
導体微細構造を形成する技術において、界面の汚染やダ
メージの問題が発生せず、且つ、構造の大きさを制御す
る技術を提供するものであり、本発明により、図1に示
すように量子細線などの微細構造半導体装置の形成に供
される5nm以上の任意の高さ(h)をもち底辺(w)が
300nm以上の断面三角形状の凸条を多数並べて設けたス
トライプ状微細表面を有する構造がエピタキシャル層表
面の全面に形成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a technique for forming a semiconductor fine structure such as a quantum wire, which does not cause the problem of interface contamination or damage and controls the size of the structure. According to the present invention, as shown in FIG. 1, an arbitrary height (h) of 5 nm or more, which is used for forming a microstructure semiconductor device such as a quantum wire, and a base (w) is
A structure having a stripe-shaped fine surface in which a number of ridges having a triangular cross section of 300 nm or more are arranged is formed on the entire surface of the epitaxial layer.

【0014】即ち本発明は界面に汚染とダメージが生じ
ず、且つ、広い範囲で構造の大きさの制御性を有する半
導体微細構造形成技術を提供するもので、(001)面
から0.5 〜10度傾いた面方位を有する半導体基板上に、
炭素濃度が1×1019cm-3以上、厚さ 100nm以上の III−
V族化合物半導体エピタキシャル層を成長させる第1の
工程と、雰囲気中にV族元素を供給しながら前記エピタ
キシャル層成長後の基板を 750℃以上の温度で熱処理す
る第2の工程とを具備することを特徴とするものであ
り、さらに上記熱処理により前記エピタキシャル層表面
に高さ5nm以上で底辺 300nm以上の断面三角形状の凸条
を複数並設することを特徴とするものである。
That is, the present invention provides a technique for forming a semiconductor fine structure which does not cause contamination and damage to the interface and has controllability of the size of the structure in a wide range, and is 0.5 to 10 degrees from the (001) plane. On a semiconductor substrate having an inclined plane orientation,
III- with a carbon concentration of 1 × 10 19 cm -3 or more and a thickness of 100 nm or more
A first step of growing a group V compound semiconductor epitaxial layer, and a second step of heat-treating the substrate after the epitaxial layer growth at a temperature of 750 ° C. or more while supplying a group V element to the atmosphere. Further, a plurality of ridges having a triangular cross section with a height of 5 nm or more and a base of 300 nm or more are juxtaposed on the surface of the epitaxial layer by the heat treatment.

【0015】[0015]

【作用】本発明は、前記目的を達成するために、上記の
3つの構成要素を同時に利用することに特徴を有し、こ
れら要素の3つが同時に利用されてはじめてストライプ
状の微細表面構造を有するエピタキシャル層が形成され
る。即ち第1の要素として面方位が(001)面より傾
斜した半導体基板を使用する。第2の要素として該半導
体基板に高濃度(1×1019cm-3以上)の炭素不純物を含
有し、好ましくは十分な厚さを有する半導体エピタキシ
ャル層をエピタキシャル成長させる(第1工程)。第3
の要素として成長させた半導体エピタキシャル成長層か
らV族元素が脱離しないようV族原料を供給しながら比
較的高温の熱処理を施す(第2工程)。なお本発明にお
いて半導体基板とは該基板自身の他、その上にさらに他
のエピタキシャル層を成長させた構造であってもよい。
The present invention is characterized in that in order to achieve the above object, the above-mentioned three components are used at the same time, and a stripe-shaped fine surface structure is obtained only when these three components are used simultaneously. An epitaxial layer is formed. That is, a semiconductor substrate whose plane orientation is inclined from the (001) plane is used as the first element. As a second element, a semiconductor epitaxial layer containing a high concentration (1 × 10 19 cm −3 or more) of carbon impurities and preferably having a sufficient thickness is epitaxially grown on the semiconductor substrate (first step). Third
A relatively high-temperature heat treatment is performed while supplying a group V material so that the group V element is not desorbed from the semiconductor epitaxial growth layer grown as the element (2) (second step). In the present invention, the semiconductor substrate is not limited to the substrate itself, and may have a structure in which another epitaxial layer is grown thereon.

【0016】第1の要素における半導体基板の傾斜角度
と、第2の要素における炭素不純物の添加量を制御する
ことによりエピタキシャル層表面の微細表面構造の単位
となる断面三角形状の大きさ(幅wと高さh)が制御で
きる。また、第3の要素の熱処理工程は後述するように
エピタキシャル層表面に断面三角形状の凸条を発現させ
るのに必要である。そして第2の要素と第3の要素の2
つは、従来からあるMOCVD装置やMBE装置を利用
して実現可能であり、また、第2工程に引きつづき、量
子細線部や閉じ込め層の結晶成長を連続的に行うことが
可能である。従って表面の汚染やダメージが極めて少な
い。
By controlling the inclination angle of the semiconductor substrate in the first element and the amount of carbon impurity added in the second element, a triangular section (width w) serving as a unit of the fine surface structure on the surface of the epitaxial layer is controlled. And height h) can be controlled. In addition, the heat treatment step of the third element is necessary for developing a triangular-shaped ridge on the surface of the epitaxial layer as described later. And 2 of the second element and the third element
First, it can be realized by using a conventional MOCVD apparatus or MBE apparatus, and it is possible to continuously perform the crystal growth of the quantum wire portion and the confinement layer following the second step. Therefore, surface contamination and damage are extremely small.

【0017】さて、上記の要素を個々に検討すると、そ
れぞれは、従来より使用されてきた技術である。即ち傾
斜基板を利用する手法は、上記従来技術で説明したもの
の他、古くから、結晶成長技術において基板表面の荒れ
の防止などの目的で利用されている。また、高濃度炭素
不純物添加技術は、高い正孔濃度を有する III−V族半
導体エピタキシャル層の形成に利用されている。また、
結晶成長後の熱処理は、結晶成長後に内部歪みを緩和さ
せるなどの目的で利用されている。
Now, considering the above elements individually, each is a technique that has been used conventionally. That is, the method using the inclined substrate has been used for a long time in the crystal growth technology for the purpose of preventing the surface of the substrate from being roughened, in addition to the method described in the related art. Further, the high-concentration carbon impurity addition technique is used for forming a III-V semiconductor epitaxial layer having a high hole concentration. Also,
Heat treatment after crystal growth is used for the purpose of relaxing internal strain after crystal growth.

【0018】しかしながら発明者らは、これら3つの技
術を組み合わせることにより、新たにエピタキシャル層
表面の構造を大きく制御できることを見い出して本発明
を完成したものである。
However, the present inventors have found that by combining these three techniques, it is possible to newly control the structure of the surface of the epitaxial layer to complete the present invention.

【0019】次に本発明を図2を用いてさらに詳しく説
明する。図2(a)は傾斜のない基板(15)を使用して
高濃度に炭素をドーピングしたエピタキシャル層(1
6′)を形成した場合の第1工程後、図2(b)は傾斜
基板(17)を使用して同じく高濃度に炭素をドーピング
したエピタキシャル層(16)を形成した場合の第1工程
後のそれぞれ断面を示す。また図2(c)は傾斜のない
基板(15)を使用した場合の第2工程後、図2(d)は
傾斜基板(17)を使用した場合の第2工程後に得られる
エピタキシャル層の断面を表している。即ち、本発明で
得られるエピタキシャル層の表面部(18)の断面構造は
図2(d)のように断面三角形状が周期的に繰り返す形
状を有している。これに対して図2(c)のように傾斜
のない基板(15)を用いた場合にはエピタキシャル層の
表面部(18′)は不規則な形状である。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 (a) shows an epitaxial layer (1) doped with high concentration of carbon using a substrate (15) having no inclination.
After the first step in the case where 6 ′) is formed, FIG. 2B shows the state after the first step in the case where an epitaxial layer (16) also doped with carbon at a high concentration is formed using the inclined substrate (17). Shows respective cross sections. FIG. 2C shows the cross section of the epitaxial layer obtained after the second step when the substrate (15) having no inclination is used, and FIG. 2D shows the cross section of the epitaxial layer obtained after the second step when the inclined substrate (17) is used. Is represented. That is, the cross-sectional structure of the surface portion (18) of the epitaxial layer obtained by the present invention has a shape in which a triangular cross-section is periodically repeated as shown in FIG. On the other hand, when a substrate (15) having no inclination is used as shown in FIG. 2 (c), the surface portion (18 ') of the epitaxial layer has an irregular shape.

【0020】本発明の第1工程において高濃度炭素添加
のエピタキシャル層を成長することは、炭素原子が一般
の III−V族半導体構成原子よりも共有結合半径が小さ
いため、エピタキシャル層に格子歪による引張り応力を
意図的に導入することにつながる。図2のエピタキシャ
ル層(16)(16′)の内部では、結晶を構成する各原子
の間の結合手(ボンド)がわずかに伸びることによっ
て、この歪みが緩和されている。従って、歪のない場合
に比べ内部のエネルギーは高い状態となっている。
In the first step of the present invention, the growth of the epitaxial layer with high concentration of carbon is performed because the covalent bond radius of carbon atoms is smaller than that of general group III-V semiconductor constituent atoms. This leads to intentional introduction of tensile stress. In the epitaxial layers (16) and (16 ') of FIG. 2, the strain is alleviated by a slight extension of bonds between atoms constituting the crystal. Therefore, the internal energy is higher than in the case where there is no distortion.

【0021】その後第2工程の熱処理が施されると、こ
れらエピタキシャル層の表面(18)(18′)では、エピ
タキシャル層内部に比べ自由度が大きいため、表面構造
を変化することで歪も含めた系全体のエネルギーの低下
が可能となる。即ち、表面に第1工程において導入され
た歪みの量によって大きさが決る凹凸が形成されること
により全体としてエネルギーの低い状態が実現される。
この現象は成長させたエピタキシャル層の内包歪みの大
きさで、最も表面エネルギーの小さい表面の凹凸構造が
熱力学的に一義的に決定されることによる。
After that, when the heat treatment in the second step is performed, the surface (18) (18 ') of these epitaxial layers has a greater degree of freedom than the inside of the epitaxial layers, so that the surface structure is changed to include distortion. The energy of the entire system can be reduced. That is, by forming unevenness whose size is determined by the amount of strain introduced in the first step on the surface, a low energy state is realized as a whole.
This phenomenon is based on the magnitude of the intrinsic strain of the grown epitaxial layer, and the surface irregularity structure having the smallest surface energy is uniquely determined thermodynamically.

【0022】従って、第1工程において形成された内包
歪を含むエピタキシャル層の表面構造は、該層の成長を
停止した後に第2工程において施される熱処理によっ
て、十分に活性化されることにより、最も安定な凹凸を
有する構造へと変化することになる。第2工程の熱処理
により十分な活性化を得るためには、熱処理の温度を 7
50℃以上とすることが必要である。 750℃より低い温度
では、活性化が不十分であるため熱処理工程の熱処理時
間として望ましい時間内では、本発明の凹凸構造が十分
に形成されるには至らない。一方、熱処理温度の上限は
熱処理時に供給するV族元素の供給圧力によって制限さ
れる。熱処理温度の上昇に伴いエピタキシャル層のV族
元素の解離圧力が熱処理時のV族元素供給圧力に比べ大
きくなるとエピタキシャル層がV族元素の脱離により破
壊されてしまう。 III−V族化合物半導体としてGaA
sを選び、通常のMOCVD装置で熱処理を行う場合は
900℃程度がその上限となる。第2工程の熱処理時間は
熱処理温度が高い程、短い時間で熱処理を完了すること
が可能となる。例えば 800℃60分の熱処理と 850℃30分
の熱処理はほぼ同様な熱処理効果を示す。
Therefore, the surface structure of the epitaxial layer including the intrinsic strain formed in the first step is sufficiently activated by the heat treatment performed in the second step after the growth of the layer is stopped, whereby It will change to a structure having the most stable unevenness. In order to obtain sufficient activation by the heat treatment of the second step, the temperature of the heat treatment must be 7
The temperature must be 50 ° C or higher. At a temperature lower than 750 ° C., activation is insufficient, so that the uneven structure of the present invention cannot be sufficiently formed within a desirable time as the heat treatment time of the heat treatment step. On the other hand, the upper limit of the heat treatment temperature is limited by the supply pressure of the group V element supplied during the heat treatment. If the dissociation pressure of the group V element in the epitaxial layer becomes higher than the supply pressure of the group V element at the time of the heat treatment with an increase in the heat treatment temperature, the epitaxial layer will be broken by the desorption of the group V element. GaAs as III-V compound semiconductor
If you select s and perform heat treatment with a normal MOCVD device,
The upper limit is about 900 ° C. The heat treatment time of the second step can be completed in a shorter time as the heat treatment temperature is higher. For example, heat treatment at 800 ° C for 60 minutes and heat treatment at 850 ° C for 30 minutes show almost the same heat treatment effect.

【0023】傾斜のない基板上に成長させたエピタキシ
ャル層の場合、図2(c)に示したように表面の凹凸は
一般に不規則となり、多くの場合は表面欠陥等が形成さ
れることにより安定化されるが、エピタキシャル層成長
用基板に傾斜基板を使用すると、これらの凹凸に図2
(d)のように断面三角形状が周期的に繰り返す規則性
を生じせしめることが可能となる。この現象は、Kasuら
がApplied PhysicsLetter誌、第62巻(1993年)1262〜1
264頁において報告しているように、凹凸の形状がより
エネルギーの低い低指数面のファセットで構成された方
がエネルギー的により低い状態が実現されることに起因
する。
In the case of an epitaxial layer grown on a substrate having no inclination, the irregularities on the surface are generally irregular as shown in FIG. 2C, and in many cases, the surface is irregular due to the formation of surface defects and the like. However, when an inclined substrate is used as a substrate for growing an epitaxial layer, these irregularities appear in FIG.
As shown in (d), a regularity in which the triangular cross section periodically repeats can be generated. This phenomenon has been described by Kasu et al. In Applied Physics Letter, Vol. 62 (1993) 1262-1.
As reported on page 264, this is due to the fact that when the shape of the unevenness is made up of facets of a low index surface having lower energy, a lower energy state is realized.

【0024】ところで、一般に炭素は III−V族半導体
エピタキシャル層中にドーパントとして最も高濃度に添
加できる元素の一つであり、且つ、添加された後にエピ
タキシャル層中において拡散が最も少ない元素の一つで
あることが知られている。従って安定な表面構造状態へ
の変化によるエピタキシャル層の安定化を実現するため
には、高い温度の熱処理による活性化が必要であるが、
他の元素を添加し使用する場合は、本発明の表面構造状
態への変化が起こる前にこれらの添加元素の基板方向へ
の拡散や部分的な拡散が発生して内部歪の分布が不均一
となり本発明のような効果が発現しない。
In general, carbon is one of the elements that can be added at the highest concentration as a dopant to a group III-V semiconductor epitaxial layer, and one of the elements that diffuses the least in the epitaxial layer after being added. It is known that Therefore, in order to realize the stabilization of the epitaxial layer by changing to a stable surface structure state, activation by heat treatment at a high temperature is necessary,
When other elements are added and used, the diffusion of these added elements toward the substrate or partial diffusion occurs before the change to the surface structure state of the present invention, resulting in uneven distribution of internal strain. Therefore, the effect of the present invention is not exhibited.

【0025】本発明において用いられる成長用の半導体
基板としては基板表面の面方位が(001)面より任意
の方向に 0.5〜10度傾いたものを用いればよいが、望ま
しくは図3に示されるように<100>方向の他、<1
10>もしくは<10>方向など対称性の高い方向が
有効である。また傾斜角度θの範囲としては、下限は、
現在、現実的に高い精度で製作可能な 0.5度から、上限
は、本発明において利用されるファセット面と等価な面
となる約10度までが考えられ、さらに、1度から5度の
範囲が良好である。この角度を変更することにより、得
られるエピタキシャル層が有する表面構造の面内密度
(周期の幅:w)を変更することが可能である。
As the growth semiconductor substrate used in the present invention, a substrate whose plane orientation is inclined by 0.5 to 10 degrees in an arbitrary direction from the (001) plane may be used, and is preferably shown in FIG. <100> direction, <1
A highly symmetric direction such as the 10> or <10> direction is effective. As the range of the inclination angle θ, the lower limit is
At present, from 0.5 degrees that can be manufactured with high accuracy in reality, the upper limit is considered to be about 10 degrees which is a plane equivalent to the facet plane used in the present invention, and furthermore, the range of 1 to 5 degrees is considered. Good. By changing this angle, it is possible to change the in-plane density (period width: w) of the surface structure of the obtained epitaxial layer.

【0026】エピタキシャル層に添加する不純物原子は
高濃度に添加しても拡散の小さい炭素が最も望ましい
が、添加することにより成長層に引張り歪を導入し、且
つ、炭素と同程度に拡散の小さい添加物が存在すれば利
用できる。この意味で基板に対して格子整合する組成か
ら僅かに組成の異なる混晶半導体を利用することも考え
られるが、拡散をおさえる工夫が必要となる。
The most preferable impurity atom to be added to the epitaxial layer is carbon having a small diffusion even if it is added at a high concentration. However, by adding the impurity atom, tensile strain is introduced into the growth layer and diffusion is as small as carbon. Available if additives are present. In this sense, it is conceivable to use a mixed crystal semiconductor whose composition is slightly different from the composition lattice-matched to the substrate, but a device for suppressing diffusion is required.

【0027】また成長させるエピタキシャル層の厚さは
厚いほどその表面に形成されるストライプ状微細表面構
造である断面三角形状の複数の凸条の表面内での均一性
が良好であり、 100nm以上が望ましい。しかしてこれが
薄すぎると半導体基板表面の形状がエピタキシャル層表
面のストライプ状微細構造に影響を及ぼして均一な構造
が得られないおそれがある。
The greater the thickness of the epitaxial layer to be grown, the better the uniformity in the surface of a plurality of ridges having a triangular cross section, which is a stripe-shaped fine surface structure formed on the surface, is good. desirable. If the thickness is too thin, the shape of the surface of the semiconductor substrate may affect the fine stripe structure on the surface of the epitaxial layer, and a uniform structure may not be obtained.

【0028】以上の説明のように本発明の作用は、Kasu
らが報告しているエピタキシャル層界面・表面における
低指数面の発生現象を利用しているものであるが、本発
明における現象がエピタキシャル層に含まれている内包
歪みの表面構造状態変化による緩和過程であることは、
発明者らが初めて見いだしたことである。即ち、傾斜基
板角度のみを制御するKasuからの手法では、表面構造の
制御範囲は著しく狭いものであった。また、内包歪の導
入にその後の熱過程に有利な炭素添加を利用すること
は、 III−V族化合物半導体への炭素添加技術のこれま
でにない新しい利用方法である。発明者らはエピタキシ
ャル技術による半導体表面の微細構造制御を実現するた
め、いくつかの要素技術の個々を深く検討した結果、本
発明に示した要素技術の組み合わせに到達したものであ
り、その結果、これまでにない広い範囲の表面構造の大
きさの制御が可能となった。
As described above, the operation of the present invention is based on the Kasu
Utilizes the phenomenon of low index plane generation at the interface and surface of the epitaxial layer reported by the authors, but the phenomenon in the present invention is the relaxation process due to the change in the surface structure state of the intrinsic strain contained in the epitaxial layer. Is that
That is what the inventors have found for the first time. That is, in the method from Kasu which controls only the angle of the inclined substrate, the control range of the surface structure was extremely narrow. Utilizing the addition of carbon, which is advantageous for the subsequent thermal process, to introduce the intrinsic strain is an unprecedented new use of the technique of adding carbon to III-V compound semiconductors. The present inventors have studied in depth each of several element technologies in order to realize the control of the fine structure of the semiconductor surface by the epitaxial technology, and have reached the combination of the element technologies shown in the present invention. It is possible to control the size of the surface structure in a wider range than ever before.

【0029】[0029]

【実施例】本発明の実施例として、MOCVD法を利用
したストライプ状微細表面構造を有するエピタキシャル
層の作製について図面を参照して説明する。半導体基板
として基板表面の面方位が(001)面より<100>
方向に2度傾斜したGaAs基板2枚を使用した。これ
らの基板の傾斜状態は、図3においてθが2度であるこ
とに相当する。それぞれの基板上に第1工程として炭素
を3×1019cm-3添加したGaAsエピタキシャル層(試
料A)と5×1019cm-3添加したGaAsエピタキシャル
層(試料B)を基板温度 500℃で1μmの厚さ成長し
た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As an embodiment of the present invention, the production of an epitaxial layer having a stripe-shaped fine surface structure by using the MOCVD method will be described with reference to the drawings. As a semiconductor substrate, the surface orientation of the substrate surface is <100> from the (001) plane.
Two GaAs substrates inclined two degrees in the direction were used. The inclined state of these substrates corresponds to θ being 2 degrees in FIG. As a first step, a GaAs epitaxial layer doped with 3 × 10 19 cm −3 of carbon (Sample A) and a GaAs epitaxial layer doped with 5 × 10 19 cm −3 (Sample B) on each substrate at a substrate temperature of 500 ° C. It grew to a thickness of 1 μm.

【0030】これらGaAsエピタキシャル層にはAs
より原子半径の小さい炭素原子が高濃度に添加されてい
るため、基板GaAs結晶に比べ格子定数が試料Aでは
約0.03%、試料Bでは約0.05%小さく、引張り歪が内包
されている。歪の大きさとしては、この系では転位が発
生しない 0.3%以下であることが望ましい。また、0.01
%以上で従来にない本発明の効果が顕著に観測される。
従って、この場合炭素不純物添加量は1×1019cm-3以上
3×1020cm-3以下の範囲が望ましい。さらに両試料とも
に同一炉内で連続的に第2工程として 800℃の温度で60
分間、アルシンガス雰囲気中で熱処理を行った。
The GaAs epitaxial layers include As
Since carbon atoms having a smaller atomic radius are added at a high concentration, the lattice constant of sample A is smaller than that of the substrate GaAs crystal by about 0.03% and that of sample B is smaller by about 0.05%, and tensile strain is included. The magnitude of the strain is desirably 0.3% or less at which dislocation does not occur in this system. Also, 0.01
% Or more, the effect of the present invention, which has not existed before, is remarkably observed.
Therefore, in this case, it is desirable that the carbon impurity addition amount is in the range of 1 × 10 19 cm −3 to 3 × 10 20 cm −3 . Further, both samples were continuously processed in the same furnace at a temperature of 800 ° C as a second step.
Heat treatment was performed in an arsine gas atmosphere for minutes.

【0031】得られたエピタキシャル層表面(18)の構
造は上記図1に示すものであった。実施例の試料Aと試
料Bについて、このストライプ状表面構造の大きさを表
す周期幅wと高さhを、横軸を炭素添加量として図4に
示す。図4に示されるように、従来技術では得られない
高さhが25nmに達する表面構造が得られている。また、
試料Aと試料Bの表面構造は相似形であり、図4より、
この高さhは不純物添加量により広い範囲で制御可能で
あることがわかる。例えば、1×1020cm-3の炭素不純物
を添加する場合はhが50nmに達することが予想され、他
方添加不純物濃度を減少することにより歪量を低下すれ
ばストライプ状表面構造の高さも低下し従来より報告さ
れている単分子層ステップに近づいていく。なお、これ
ら実施例の構造の観察には、走査電子顕微鏡に加え、さ
らに分解能に優れる原子間力顕微鏡を使用した。
The structure of the surface (18) of the obtained epitaxial layer was as shown in FIG. FIG. 4 shows the periodic width w and the height h representing the size of the striped surface structure for the samples A and B of the examples, with the horizontal axis representing the carbon addition amount. As shown in FIG. 4, a surface structure whose height h reaches 25 nm, which cannot be obtained by the conventional technique, is obtained. Also,
The surface structures of Sample A and Sample B are similar, and from FIG.
It can be seen that this height h can be controlled in a wide range by the amount of impurity added. For example, when carbon impurity of 1 × 10 20 cm −3 is added, h is expected to reach 50 nm. On the other hand, if the amount of strain is reduced by reducing the concentration of the added impurity, the height of the stripe-shaped surface structure is also reduced. Then, it approaches the monolayer step reported conventionally. In addition, in order to observe the structures of these examples, an atomic force microscope having further excellent resolution was used in addition to the scanning electron microscope.

【0032】一方、表面構造の周期幅wと構造高さhの
関係は、使用する傾斜基板の角度によって決定される。
従って、炭素添加量と基板傾斜角度の組み合わせで、様
々なwとhの組み合わせを実現できる。例えばGaAs
基板表面の面方位が(001)面より<100>方向に
1〜7度傾斜した基板を用いて実施例1と同じ条件で成
長させたエピタキシャル層への炭素添加量を0〜1×10
20cm-3の範囲で変化させ同じ条件の熱処理を施したとき
の得られるストライプ状表面構造の周期wと高さhとの
関係を図5に示す。またGaAs基板表面の面方位が
(001)面より<110>もしくは<10>方向に
1〜10度傾斜した基板を用いた場合のwとhとの関係を
図6に示す。図5と図6で斜線を施した領域が本発明の
手法により形成可能な構造と予想される。
On the other hand, the relationship between the periodic width w of the surface structure and the structure height h is determined by the angle of the inclined substrate used.
Therefore, various combinations of w and h can be realized by the combination of the amount of added carbon and the substrate inclination angle. For example, GaAs
The amount of carbon added to the epitaxial layer grown under the same conditions as in Example 1 was set to 0 to 1 × 10 3 using a substrate in which the plane orientation of the substrate surface was inclined by 1 to 7 degrees in the <100> direction from the (001) plane.
FIG. 5 shows the relationship between the period w and the height h of the stripe-shaped surface structure obtained when the heat treatment was performed under the same conditions while changing the range in the range of 20 cm −3 . FIG. 6 shows the relationship between w and h when using a substrate in which the plane orientation of the GaAs substrate surface is inclined by 1 to 10 degrees in the <110> or <10> direction from the (001) plane. The shaded region in FIGS. 5 and 6 is expected to be a structure that can be formed by the method of the present invention.

【0033】上記実施例ではGaAs基板を用いて高濃
度炭素添加のGaAsエピタキシャル層を成長させる場
合であるが、この基板とエピタキシャル層との組み合せ
はこれに限るものではなく、表1に示すような種々のも
のが可能である。
In the above embodiment, a GaAs epitaxial layer doped with high-concentration carbon is grown using a GaAs substrate. However, the combination of this substrate and the epitaxial layer is not limited to this. Various things are possible.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】さらに、本発明の第1工程および第2工程
は通常の結晶成長工程に影響を与えることなく結晶成長
装置内で連続的に行うことができる。このため、本発明
を利用すると結晶成長装置だけを利用して、しかも、結
晶成長装置から途中で大気中など外に一度も出すことな
く、様々な構造を形成することが可能となる。
Further, the first step and the second step of the present invention can be continuously performed in a crystal growth apparatus without affecting a normal crystal growth step. Therefore, when the present invention is used, it is possible to form various structures using only the crystal growing apparatus and without having to go out of the crystal growing apparatus to the outside such as in the air.

【0036】図7にはこれらの応用例のいくつかを示し
た。図7(a)は第1工程の前に層状の半導体層(20)
を形成した例である。図7(b)は第2工程のあとに第
2工程までの結晶表面構造の形状をとどめるように異な
る性質の半導体層(21)を形成した例である。図7
(c)は第2工程までの結晶表面構造を埋め込み、結晶
表面構造が平坦となるように半導体層(22)を形成した
例である。図7(d)は第2工程までの結晶表面構造の
うち谷部(ステップ端)にのみ異なる性質の半導体層
(23)を形成した例である。またここで挙げた実施例及
び応用例は様々に組み合わせることにより、多岐にわた
る構造形成が可能となるものである。例えば図7(e)
はこれらを組み合わせることにより埋め込み型の量子細
線構造を形成した例である。
FIG. 7 shows some of these applications. FIG. 7A shows a layered semiconductor layer (20) before the first step.
This is an example in which is formed. FIG. 7B shows an example in which a semiconductor layer (21) having different properties is formed after the second step so as to keep the shape of the crystal surface structure up to the second step. FIG.
(C) shows an example in which the semiconductor layer (22) is formed so that the crystal surface structure up to the second step is embedded and the crystal surface structure becomes flat. FIG. 7D shows an example in which a semiconductor layer (23) having a different property only at a valley (step end) in the crystal surface structure up to the second step. Further, by combining the embodiments and the application examples described above in various ways, it is possible to form a wide variety of structures. For example, FIG.
Is an example in which an embedded quantum wire structure is formed by combining these.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
量子細線の作製に利用できる任意の高さのストライプ状
微細表面構造を有する半導体エピタキシャル層を提供で
きる。さらに既存の半導体結晶成長装置を用いて同一装
置内で一貫した作製ができるため、従来に比べて工程が
短縮でき、しかも表面の汚染やダメージが極めて少ない
ので優れた性能をもつ半導体構造が得られる。そのため
優れた特性の量子細線などの種々の構造が効率良く作製
できる。また、この構造を利用した新規なデバイス構造
への応用が可能である等の効果を有する。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a semiconductor epitaxial layer having a stripe-shaped fine surface structure having an arbitrary height that can be used for manufacturing a quantum wire. Furthermore, since it is possible to perform consistent production in the same apparatus using an existing semiconductor crystal growth apparatus, the process can be shortened as compared with the conventional one, and furthermore, a semiconductor structure having excellent performance can be obtained because there is very little surface contamination and damage. . Therefore, various structures such as quantum wires having excellent characteristics can be efficiently manufactured. In addition, there is an effect that application to a new device structure using this structure is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明により得られるストライプ状表面構造を
示す斜視説明図である。
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing a stripe-shaped surface structure obtained by the present invention.

【図2】(a)は傾斜のない基板を用いた場合の第1工
程後の断面説明図、(b)は本発明による、傾斜基板を
用いた場合の第1工程後の断面説明図、(c)は傾斜の
ない基板を用いた場合の第2工程後の断面説明図、
(d)は本発明による、傾斜基板を用いた場合の第2工
程後の断面説明図である。
FIG. 2A is a cross-sectional explanatory view after a first step when a substrate having no inclination is used, FIG. 2B is a cross-sectional explanatory view after the first step when an inclined substrate is used according to the present invention, (C) is an explanatory cross-sectional view after the second step in the case of using a substrate having no inclination,
(D) is a cross-sectional explanatory view after the second step in the case where an inclined substrate is used according to the present invention.

【図3】(001)面から<100>方向にθ度の基板
傾斜状態を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a substrate tilt state of θ degrees from a (001) plane in a <100> direction.

【図4】本発明により得られるストライプ状表面構造の
周期wと高さhの炭素添加濃度との関係の実験結果を示
す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing an experimental result of a relationship between a period w of a stripe-shaped surface structure obtained according to the present invention and a carbon addition concentration at a height h.

【図5】半導体基板表面の面方位が(001)面から<
100>方向に1〜7度傾斜した基板を用いたときのス
トライプ状表面構造の周期wと高さhの炭素添加濃度と
の関係を示す線図である。
FIG. 5 shows that the plane orientation of the semiconductor substrate surface is from (001) plane to <
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the period w of the stripe-shaped surface structure and the carbon concentration at the height h when a substrate inclined by 1 to 7 degrees in the 100> direction is used.

【図6】半導体基板表面の面方位が(001)面から<
110>もしくは<10>方向に1〜10度傾いた基板
を用いたときのストライプ状表面構造の周期wと高さh
の炭素添加濃度との関係を示す線図である。
FIG. 6 shows that the plane orientation of the surface of the semiconductor substrate is changed from (001) plane to <
Period w and height h of the stripe-shaped surface structure when using a substrate inclined by 1 to 10 degrees in the <110> or <10> direction.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the carbon content and the concentration of carbon.

【図7】本発明を利用して成長させた種々の半導体エピ
タキシャル層の構造を示すもので、(a)〜(e)はそ
れぞれ断面説明図である。
FIG. 7 shows the structures of various semiconductor epitaxial layers grown by using the present invention, and (a) to (e) are cross-sectional explanatory views.

【図8】従来技術のリソグラフィとエピタキシを利用し
た量子細線作製方法を示すもので、(a)はリソグラフ
ィによるレジストマスクの形成を示す斜視説明図、
(b)はエッチングによるレジストマスクの半導体基板
への転写を示す斜視説明図、(c)はエピタキシによる
基板上への量子細線構造の成長を示す斜視説明図であ
る。
8A and 8B show a conventional method for producing a quantum wire using lithography and epitaxy, in which FIG. 8A is a perspective explanatory view showing the formation of a resist mask by lithography,
(B) is a perspective explanatory view showing transfer of a resist mask to a semiconductor substrate by etching, and (c) is a perspective explanatory view showing growth of a quantum wire structure on the substrate by epitaxy.

【図9】従来技術による量子細線の作製方法を示すもの
で、(a)は(001)面から<10>方向にθ度傾
斜した基板の<110>断面の説明図、(b)は成長さ
せた半導体層の表面分子層ステップを示す断面説明図、
(c)は閉じ込め層の成長による量子細線の形成を示す
断面説明図である。
9A and 9B show a method of manufacturing a quantum wire according to a conventional technique, in which FIG. 9A is an explanatory view of a <110> cross section of a substrate inclined by θ degrees in a <10> direction from a (001) plane, and FIG. Cross-sectional explanatory view showing the surface molecular layer step of the semiconductor layer,
(C) is an explanatory sectional view showing the formation of quantum wires by the growth of the confinement layer.

【図10】量子細線中に閉じ込められた電子に対するエ
ネルギーバンドを示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an energy band for electrons confined in a quantum wire.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 レジストパタン 3 ストライプ状凹凸 4 半導体細線部 5 基板表面 6 原子層ステップ 7 半導体層 8 半導体層表面 9 分子層ステップ 10 半導体細線部 11 ポテンシャル井戸の深さ 12 ポテンシャル井戸の幅 13 半導体ヘテロ界面部のポテンシャル形状 14 局在準位 15 傾斜のない半導体基板 16 高濃度炭素添加エピタキシャル層 17 傾斜基板 18 熱処理後のエピタキシャル層の表面部 20〜23 半導体層 REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor substrate 2 resist pattern 3 stripe-shaped unevenness 4 semiconductor thin wire portion 5 substrate surface 6 atomic layer step 7 semiconductor layer 8 semiconductor layer surface 9 molecular layer step 10 semiconductor thin wire portion 11 potential well depth 12 potential well width 13 semiconductor hetero Potential shape at interface 14 Localized level 15 Semiconductor substrate without inclination 16 High-concentration carbon-doped epitaxial layer 17 Inclined substrate 18 Surface portion of epitaxial layer after heat treatment 20-23 Semiconductor layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−160098(JP,A) 特開 平5−175202(JP,A) 特開 平3−188619(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/205 C30B 25/18 C30B 29/40 502 C30B 33/02────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-160098 (JP, A) JP-A-5-175202 (JP, A) JP-A-3-188619 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/205 C30B 25/18 C30B 29/40 502 C30B 33/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (001)面から 0.5〜10度傾いた面方
位を有する半導体基板上に、炭素濃度が1×1019cm-3
上、厚さ 100nm以上の III−V族化合物半導体エピタキ
シャル層を成長させる第1の工程と、雰囲気中にV族元
素を供給しながら前記エピタキシャル層成長後の基板を
750℃以上の温度で熱処理する第2の工程とを具備する
ことを特徴とする III−V族化合物半導体エピタキシャ
ル層の製造方法。
1. A group III-V compound semiconductor epitaxial layer having a carbon concentration of 1 × 10 19 cm -3 or more and a thickness of 100 nm or more on a semiconductor substrate having a plane orientation inclined by 0.5 to 10 degrees from the (001) plane. The substrate after the epitaxial layer growth while supplying a group V element to the atmosphere.
And a second step of performing a heat treatment at a temperature of 750 ° C. or higher.
【請求項2】 熱処理により前記エピタキシャル層表面
に高さ5nm以上で底辺 300nm以上の断面三角形状の凸条
を複数並設することを特徴とする請求項1記載の III−
V族化合物半導体エピタキシャル層の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein a plurality of ridges having a triangular cross section having a height of 5 nm or more and a base of 300 nm or more are arranged on the surface of the epitaxial layer by heat treatment.
A method for producing a group V compound semiconductor epitaxial layer.
JP11431994A 1994-04-28 1994-04-28 Method for producing III-V compound semiconductor epitaxial layer Expired - Fee Related JP2846576B2 (en)

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