JPS639162A - 超格子を含む半導体デバイス及びその制御法 - Google Patents
超格子を含む半導体デバイス及びその制御法Info
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- JPS639162A JPS639162A JP61149822A JP14982286A JPS639162A JP S639162 A JPS639162 A JP S639162A JP 61149822 A JP61149822 A JP 61149822A JP 14982286 A JP14982286 A JP 14982286A JP S639162 A JPS639162 A JP S639162A
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Landscapes
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- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
1揉公災
本発明は、一般に秩序だった合金を用いた゛ 半導体デ
バイスおよびそのような合金における秩序−無秩序状態
の制御方法に係る。
バイスおよびそのような合金における秩序−無秩序状態
の制御方法に係る。
発明の背景
今日最も商業的に用いられている半導体はシリコンであ
るが、G a A sおよびInPのような他の半導体
もあり、それらは現在商業的にも技術的にも関心がもた
れている。伝導形を決めるために典型的な場合存在する
夕景の元素と好ましくない不純物を除いて、シリコンは
元素半導体であるが、これらの他の半導体はしばしば合
金である。すなわち、少量のドーパントと不純物ととも
に、それらは2またはそれ以上の原子成分をもつ、先に
述べたGaAsとInPに加え、現在商業的な関心がも
たれる他の合金はGeSi、AlGaAs。
るが、G a A sおよびInPのような他の半導体
もあり、それらは現在商業的にも技術的にも関心がもた
れている。伝導形を決めるために典型的な場合存在する
夕景の元素と好ましくない不純物を除いて、シリコンは
元素半導体であるが、これらの他の半導体はしばしば合
金である。すなわち、少量のドーパントと不純物ととも
に、それらは2またはそれ以上の原子成分をもつ、先に
述べたGaAsとInPに加え、現在商業的な関心がも
たれる他の合金はGeSi、AlGaAs。
AlInAsおよびI n G a A s P であ
る。簡単にするため、精密な組成を示すために典型的に
用いられる添字は省略しである。
る。簡単にするため、精密な組成を示すために典型的に
用いられる添字は省略しである。
半導体合金は、同じまたは異なる組成をもつ基板または
他のエピタキシャル層上に、典型的な場合エピタキシャ
ル成長させる6たとえば、AlGaAsおよびGeSi
は、それぞれGaAsおよびSi上に成長させてもよい
、もし、組成が異なるなら、格子定数はほとんどの場合
具なり、エピタキシャル層中に歪が存在する。
他のエピタキシャル層上に、典型的な場合エピタキシャ
ル成長させる6たとえば、AlGaAsおよびGeSi
は、それぞれGaAsおよびSi上に成長させてもよい
、もし、組成が異なるなら、格子定数はほとんどの場合
具なり、エピタキシャル層中に歪が存在する。
これらの半導体合金において1等電予成分原子は格子中
の無秩序な位置を占める0等電子というのは、同じ価電
子をもつ原子成分を意味する。そのような構造は、特定
の等電子要素の位置間に長距離的な相関がなく、無秩序
とみてもよい。しかし、秩序だった合金は知られており
、秩序だった半導体合金がa測されている。たとえばデ
ィンゲル(Dingle) +ゴザート(Gossar
d)yペトロフ(Petroff)およびヴイーグマン
(Wiegn+ann) (ゴザードら)に1980年
5月27日に承認された米国特許第4,205,329
号は、(GaAs)n(AIAs)mの周期的構造から
成る超格子について述べている。ここでnおよびmはそ
れぞれG a A sおよびAlAsの単原子層の隣接
した層の数である。
の無秩序な位置を占める0等電子というのは、同じ価電
子をもつ原子成分を意味する。そのような構造は、特定
の等電子要素の位置間に長距離的な相関がなく、無秩序
とみてもよい。しかし、秩序だった合金は知られており
、秩序だった半導体合金がa測されている。たとえばデ
ィンゲル(Dingle) +ゴザート(Gossar
d)yペトロフ(Petroff)およびヴイーグマン
(Wiegn+ann) (ゴザードら)に1980年
5月27日に承認された米国特許第4,205,329
号は、(GaAs)n(AIAs)mの周期的構造から
成る超格子について述べている。ここでnおよびmはそ
れぞれG a A sおよびAlAsの単原子層の隣接
した層の数である。
無秩序構造および秩序構造間の転移は、金属合金では、
比較的一般的で、よく研究されている。そのような系は
、臨界温度以下の温度の適当なアニールで、特定の格子
位置を占める異なる原子構成になり、それにより得られ
た構造中に、長距離秩序が生じる。転移は2つの型の1
つである。第1に、同一構造型で、格子の型は転移でも
変えない、第2は。
比較的一般的で、よく研究されている。そのような系は
、臨界温度以下の温度の適当なアニールで、特定の格子
位置を占める異なる原子構成になり、それにより得られ
た構造中に、長距離秩序が生じる。転移は2つの型の1
つである。第1に、同一構造型で、格子の型は転移でも
変えない、第2は。
新構造型で、格子型は転移により変る。転移は電子陰性
度、価電子数または秩序原子間の大きさの差といった各
種の物理的機構により起こされる。転移の熱力学につい
ては、たとえば、 K (7) P jJ 主、(T
hermodynamics ofSolids) 、
リチャード・エイ・スワリン(Ri−chard A
、 Swalin)、 ジョーンウイリー・アンド・
サンズ(John Villy a、nd 5ons)
、 153−159に述べられている。スワリンによ
り議論されている具体的な秩序−無秩序転移にはCu
−A u合金に存在する転移が含まれる。
度、価電子数または秩序原子間の大きさの差といった各
種の物理的機構により起こされる。転移の熱力学につい
ては、たとえば、 K (7) P jJ 主、(T
hermodynamics ofSolids) 、
リチャード・エイ・スワリン(Ri−chard A
、 Swalin)、 ジョーンウイリー・アンド・
サンズ(John Villy a、nd 5ons)
、 153−159に述べられている。スワリンによ
り議論されている具体的な秩序−無秩序転移にはCu
−A u合金に存在する転移が含まれる。
しかし、そのような秩序−無秩序転移は半導体では知ら
れていない、たとえば、バルクGeSiはモデル的な無
秩序合金である。各種の温度におけるバルクGeSiに
対する長時間アニーリングの実験にもかかわらず、その
ようなアニーリングでは異なる原子種が特定の格子位置
を占め、合金が理想溶液理論に従うようにすることは出
来ない、たとえば1、二元遣]Iυ又分、(Const
itution of BinaryAlloys)
tマグロ−ヒル社、1958.774−775頁を参照
のこと。そのような転移はゴザート(Gossard)
らによっても述べられていない。
れていない、たとえば、バルクGeSiはモデル的な無
秩序合金である。各種の温度におけるバルクGeSiに
対する長時間アニーリングの実験にもかかわらず、その
ようなアニーリングでは異なる原子種が特定の格子位置
を占め、合金が理想溶液理論に従うようにすることは出
来ない、たとえば1、二元遣]Iυ又分、(Const
itution of BinaryAlloys)
tマグロ−ヒル社、1958.774−775頁を参照
のこと。そのような転移はゴザート(Gossard)
らによっても述べられていない。
2明の要約
本発明の発明者は、歪超格子半導体系に存在する歪は、
G e S i/ S iを含む半導体合金中の秩序−
無秩序相転移を駆動するために使えることを見出した。
G e S i/ S iを含む半導体合金中の秩序−
無秩序相転移を駆動するために使えることを見出した。
合金は少なくとも二種の等電子原子をもつことが望まし
い。秩序−無秩序相転移は可逆性の新構造で、転移温度
付近ではあるがそれ以下の温度からのゆっくりした冷却
により生じ、無秩序は転移温度以上の温度からのクエン
チングにより生じる。
い。秩序−無秩序相転移は可逆性の新構造で、転移温度
付近ではあるがそれ以下の温度からのゆっくりした冷却
により生じ、無秩序は転移温度以上の温度からのクエン
チングにより生じる。
GeXSi+−Xの転移温度は約450°Cで、約2度
/分の冷却速度でXが約0.5 の値の高度の長距離秩
序を生じる。秩序構造は一般的ではなく、5iSiGe
GeSiSiGeGe・・・・の順序[1111原子層
から成る。秩序というのは、異なる構成原子が格子の特
定の位置を占め、得られた構造に長距離秩序が存在する
ことを意味する。無秩序というのは、これらの効果が存
在しないことを意味する。無秩序配置を示す歪5iGe
超格子を含むデバイスについても考えられ、議論されて
いる。
/分の冷却速度でXが約0.5 の値の高度の長距離秩
序を生じる。秩序構造は一般的ではなく、5iSiGe
GeSiSiGeGe・・・・の順序[1111原子層
から成る。秩序というのは、異なる構成原子が格子の特
定の位置を占め、得られた構造に長距離秩序が存在する
ことを意味する。無秩序というのは、これらの効果が存
在しないことを意味する。無秩序配置を示す歪5iGe
超格子を含むデバイスについても考えられ、議論されて
いる。
叉亙五五■匪
第1図は秩序−無秩序転移を起こしうる本発明に従うデ
バイスの例の側面図である。基板(1)、第1層(3)
、型格子(5)および第2層(7)が描かれている。第
1店は典型的な場合、超格子の成長のために、高品質の
エピタキシャル層が生じるよう存在する。
バイスの例の側面図である。基板(1)、第1層(3)
、型格子(5)および第2層(7)が描かれている。第
1店は典型的な場合、超格子の成長のために、高品質の
エピタキシャル層が生じるよう存在する。
歪超格子は(51,53,55,57)と示された複数
の半導体層から成る。典型的な場合、それ以上の層が存
在するであろうが、明確にするため省略する。大多数は
、それぞれ第1および第2の組成をもつ相互にはさまれ
た半導体層を含む。これらの層の少なくとも一つは、半
導体合金を含み1層の少なくとも一つは基板または他の
層と格子定数の異なる格子定数を有する。合金は少なく
とも二種類の等電子原子をもつことが望ましい。不整は
ミスフィツト転移より、歪により調整される。
の半導体層から成る。典型的な場合、それ以上の層が存
在するであろうが、明確にするため省略する。大多数は
、それぞれ第1および第2の組成をもつ相互にはさまれ
た半導体層を含む。これらの層の少なくとも一つは、半
導体合金を含み1層の少なくとも一つは基板または他の
層と格子定数の異なる格子定数を有する。合金は少なく
とも二種類の等電子原子をもつことが望ましい。不整は
ミスフィツト転移より、歪により調整される。
ミスフィツト転移の数は少なくすべきで、典型的な場合
10’/Ql”である、また、それぞれ基板(1)およ
び第2の層(7)への電極(9)および(11)が描か
れている。矢印は光線を表わす。
10’/Ql”である、また、それぞれ基板(1)およ
び第2の層(7)への電極(9)および(11)が描か
れている。矢印は光線を表わす。
一実施例において、基板は第1および第2の層と同様S
iから成り、歪超格子はSiとGaSiの交互の層から
成る。基板は[100FSiであった。GeSi層の組
成は広い範囲で変えてもよい。即ち、もし組成をG a
xS i、−〇と表わすならば、X=O,0以上1.0
以下の任意の値をもってよい。理想的に秩序だった配列
が、第2図に描かれている。この図はX=0.5の値に
対する理想的なGexSi、−。
iから成り、歪超格子はSiとGaSiの交互の層から
成る。基板は[100FSiであった。GeSi層の組
成は広い範囲で変えてもよい。即ち、もし組成をG a
xS i、−〇と表わすならば、X=O,0以上1.0
以下の任意の値をもってよい。理想的に秩序だった配列
が、第2図に描かれている。この図はX=0.5の値に
対する理想的なGexSi、−。
単位胞を示す。図かられかるように、中空の円で示され
るSi原子の二つの平面があり。
るSi原子の二つの平面があり。
中をぬった円で示されたGe原子の二つの面がそれに続
くといった具合である。もしXが0.5 より大きいな
らば、通常能の種類の物質で占められた他の平面上に、
過剰の物質、すなわちGeの秩序だった置換が存在する
。
くといった具合である。もしXが0.5 より大きいな
らば、通常能の種類の物質で占められた他の平面上に、
過剰の物質、すなわちGeの秩序だった置換が存在する
。
もしXが0.5 より小さいならば、秩序は不完全で
ある。
ある。
層の具体的な数とそれらの厚さは、歪が超格子中に保た
れるという条件により決まる。
れるという条件により決まる。
以下の議論で明らかなように、二つの半導体の格子定数
の著しい違いにより、薄い層で秩序状態を作ることが容
易になる。格子定数差が小さいと、厚さが必要になる。
の著しい違いにより、薄い層で秩序状態を作ることが容
易になる。格子定数差が小さいと、厚さが必要になる。
他の実施例も考えられることもVl威すべきである。た
とえば、基板はSiでなくGeでもよい。加えて、他の
合金半導体を用いてもよい、たとえば、超格子はG a
A s基板上に成長させたA Q G a A s
/ G a A sでよい。
とえば、基板はSiでなくGeでもよい。加えて、他の
合金半導体を用いてもよい、たとえば、超格子はG a
A s基板上に成長させたA Q G a A s
/ G a A sでよい。
この系はG e S i / S i系よりは好ましく
ない。なぜならば、GaAsとAEtGaAsの格子定
数差が小さいため、薄い層中に大きな歪エネルギーを作
ることが難しくなるからである。しかし、大きな格子不
整が得られる多くの半導体合金系があることは、当業者
には容易に認識されよう。
ない。なぜならば、GaAsとAEtGaAsの格子定
数差が小さいため、薄い層中に大きな歪エネルギーを作
ることが難しくなるからである。しかし、大きな格子不
整が得られる多くの半導体合金系があることは、当業者
には容易に認識されよう。
描かれたG e S i / S i歪超格子は1文献
に詳細に述べられ、かつ現在では当業者には周知のよう
に、[1001シリコン上に1分子線エピタキシーによ
り成長させた。たとえば、ジャーナル・1lr−f・バ
キアム・サイエン丞1アンド0テクノロジー(Jour
nal of VacuumScience and
Technology) A 2 t 43 G
−440頁、1984を参照のこと。分子線二ピタキシ
ーは、現在ではG e S i / S i歪超格子の
好ましい成長技術のようにみえる。なぜならば、最小の
ミスフィツト転移を最小の層間拡散で、歪超格子が成長
できる可能性があるためである。そのように成長させた
構造は、欠陥の拡大が避けられ、望まれるようにつりあ
いのとれたG e S i / S i界面をもつ。
に詳細に述べられ、かつ現在では当業者には周知のよう
に、[1001シリコン上に1分子線エピタキシーによ
り成長させた。たとえば、ジャーナル・1lr−f・バ
キアム・サイエン丞1アンド0テクノロジー(Jour
nal of VacuumScience and
Technology) A 2 t 43 G
−440頁、1984を参照のこと。分子線二ピタキシ
ーは、現在ではG e S i / S i歪超格子の
好ましい成長技術のようにみえる。なぜならば、最小の
ミスフィツト転移を最小の層間拡散で、歪超格子が成長
できる可能性があるためである。そのように成長させた
構造は、欠陥の拡大が避けられ、望まれるようにつりあ
いのとれたG e S i / S i界面をもつ。
しかし、他の成長技術も可能である。
秩序−無秩序転移に対して厳密さを要するパラメータを
決定するに至る具体的な結果について、550℃で成長
させ、各周期が75nmのG e 、4S i 、、の
層とSiの22.5nmの層から成る20周期GeSi
超格子に関して述べる。超格子中の歪はほとんど合金層
、すなわちGeSi層中の全体にあり、単位胞の五角形
へのゆがみを起こす。構造は350−550’Cの範囲
内のいくつかの温度で、アルゴン雰囲気内において、ア
ニールし、異なる速度で冷却するか、あるいは拡散ポン
プオイル中で急冷した。[0111および[001F断
面試料を研磨し、イオンビームで削り、最終的には2
kaVのアルゴンイオンを照射することにより生じた損
傷を除去した。この処理により、バルク試料を試験した
ところ、残留表面損傷とは最小の干渉であったため、望
ましいと考えられる。
決定するに至る具体的な結果について、550℃で成長
させ、各周期が75nmのG e 、4S i 、、の
層とSiの22.5nmの層から成る20周期GeSi
超格子に関して述べる。超格子中の歪はほとんど合金層
、すなわちGeSi層中の全体にあり、単位胞の五角形
へのゆがみを起こす。構造は350−550’Cの範囲
内のいくつかの温度で、アルゴン雰囲気内において、ア
ニールし、異なる速度で冷却するか、あるいは拡散ポン
プオイル中で急冷した。[0111および[001F断
面試料を研磨し、イオンビームで削り、最終的には2
kaVのアルゴンイオンを照射することにより生じた損
傷を除去した。この処理により、バルク試料を試験した
ところ、残留表面損傷とは最小の干渉であったため、望
ましいと考えられる。
電子線回折パターンによると、いくつかの予期しない特
徴が明らかになった。具体的に、非回折ビームを含むス
ポットを貫く本質的なトリークがあり、いくつかの位置
で余分な反射が起こる。反射の強度は試料に対して行な
った精密なアニール処理に依存した。従って。
徴が明らかになった。具体的に、非回折ビームを含むス
ポットを貫く本質的なトリークがあり、いくつかの位置
で余分な反射が起こる。反射の強度は試料に対して行な
った精密なアニール処理に依存した。従って。
適切なアニール処理でこれらの反射の有無が決まること
が明らかになった。すなわち、それは強度の著しい変化
を生む。反射は試料。
が明らかになった。すなわち、それは強度の著しい変化
を生む。反射は試料。
すなわちx=0.4 が約450℃でアニールされ、
毎分約2℃で冷却された時、最も強く生じた。それらは
試料をその後、450℃以上の温度でアニール、続いて
急冷すると消滅した。しかし、450’Cで更にアニー
ルし。
毎分約2℃で冷却された時、最も強く生じた。それらは
試料をその後、450℃以上の温度でアニール、続いて
急冷すると消滅した。しかし、450’Cで更にアニー
ルし。
続いてゆっくり冷却すると、それらは再び現われた。
[100]成長方向に平行なストリークはすべての試料
に存在し、ストリークの長さは回折ベクトルとともには
増加せず、非回折ビームもストリークを示したから、歪
は原因から除かれる。従って、ストリークは試料中のシ
ート状の不均一によるに違いない、上の結果から推論さ
れた観測された構造は、擬ダイアモンド構造を有するド
メインの超位置と記述してもよい゛。その場合、単一の
<111>方向の積み重ねは第2図に示されるように。
に存在し、ストリークの長さは回折ベクトルとともには
増加せず、非回折ビームもストリークを示したから、歪
は原因から除かれる。従って、ストリークは試料中のシ
ート状の不均一によるに違いない、上の結果から推論さ
れた観測された構造は、擬ダイアモンド構造を有するド
メインの超位置と記述してもよい゛。その場合、単一の
<111>方向の積み重ねは第2図に示されるように。
5iSiGeGeSiSi”の順序の全体が1原子から
成る(111)面から成る。秩序だっと単位胞がわずか
に三角状の歪を生じると予想されるが、この歪は電子線
回折では測定されない。成長面および秩序面が第3図に
描かれている。第3図は秩序構造の<110>投影であ
る。この構造は非常にめずらしく、面心立方格子をもつ
CuPtの秩序型に関連させることができる。たとえば
、アナレン・デア・フィジク (Annalsn de
r Physik ) v 30 *151−16
4頁、1937を参照のこと。
成る(111)面から成る。秩序だっと単位胞がわずか
に三角状の歪を生じると予想されるが、この歪は電子線
回折では測定されない。成長面および秩序面が第3図に
描かれている。第3図は秩序構造の<110>投影であ
る。この構造は非常にめずらしく、面心立方格子をもつ
CuPtの秩序型に関連させることができる。たとえば
、アナレン・デア・フィジク (Annalsn de
r Physik ) v 30 *151−16
4頁、1937を参照のこと。
構造はGeの二つの単原子層を成長させ。
続いてSiの二つの単原子層を成長させることにより、
秩序状態に製作してもよい。しかし、GeとSiは全体
が混和し、単原子層は相互に混合し、構造は不安定であ
ると予想される。秩序−無秩序転移は秩序構造が生じ安
定であることを示す、それは秩序状態に成長でき、秩序
は適当なアニール工程で破壊できるが、質は低くない。
秩序状態に製作してもよい。しかし、GeとSiは全体
が混和し、単原子層は相互に混合し、構造は不安定であ
ると予想される。秩序−無秩序転移は秩序構造が生じ安
定であることを示す、それは秩序状態に成長でき、秩序
は適当なアニール工程で破壊できるが、質は低くない。
秩序は長いアニールの後減少し、電子・透明構造の最も
薄い領域では観察されない。長いアニール、すなわち4
50℃における30時間以上のアニールで1合金層がら
のGeの外方拡散により応力が減少し、そのため秩序の
程度が減少することがR察された。応力は薄い層中でも
緩和でき、秩序だった薄い層は薄くする工程中、加熱さ
れそれにより入射イオンビームから入るエネルギーによ
り、無秩序化する。このように、長距離秩序は破壊され
る。従って、秩序転移は歪により促進かつ安定化され、
A Q G a A s / G a A sのような
他の半導体合金系でも起こると信じられる。
薄い領域では観察されない。長いアニール、すなわち4
50℃における30時間以上のアニールで1合金層がら
のGeの外方拡散により応力が減少し、そのため秩序の
程度が減少することがR察された。応力は薄い層中でも
緩和でき、秩序だった薄い層は薄くする工程中、加熱さ
れそれにより入射イオンビームから入るエネルギーによ
り、無秩序化する。このように、長距離秩序は破壊され
る。従って、秩序転移は歪により促進かつ安定化され、
A Q G a A s / G a A sのような
他の半導体合金系でも起こると信じられる。
臨界温度は組成の関数で、Geの量が増すにつれ増加す
ることは容易に認識されよう。
ることは容易に認識されよう。
より一般的には、臨界温度は超格子中の歪が増すにつれ
増加する。転移が起こるためには。
増加する。転移が起こるためには。
臨界温度は十分高く、秩序が起こるための十分な熱エネ
ルギーは存在するが、格子を均一化するほど高くてはな
らない。歪が増すにつれ、秩序化した部分の大きさは、
より大きくなる。なぜならば、歪は秩序状態がより効率
的に伴うからである。もし臨界温度が増すならば、得ら
れる熱エネルギーは秩序化によるエネルギーの減少を打
消すのに十分で、秩序構造は破壊される。言いかえると
、秩序化により得られるエネルギーの利得がkTより大
きくないならば、秩序構造は安定でない。
ルギーは存在するが、格子を均一化するほど高くてはな
らない。歪が増すにつれ、秩序化した部分の大きさは、
より大きくなる。なぜならば、歪は秩序状態がより効率
的に伴うからである。もし臨界温度が増すならば、得ら
れる熱エネルギーは秩序化によるエネルギーの減少を打
消すのに十分で、秩序構造は破壊される。言いかえると
、秩序化により得られるエネルギーの利得がkTより大
きくないならば、秩序構造は安定でない。
アニール時間は秩序化または無秩序化するのに十分長く
なくてはならないが、より動きやすい物質が合金層に残
るほど長くてはならない。急冷は秩序化が起こらないほ
ど十分急速にすべきである。
なくてはならないが、より動きやすい物質が合金層に残
るほど長くてはならない。急冷は秩序化が起こらないほ
ど十分急速にすべきである。
歪は基本、的にはGe層に付随し、Si層には歪はない
。より具体的には、GeSi結合角は歪をもつよう変化
し、各物質の二つの層は構造を秩序化するのに最も効率
的である。超格子は<111>を含む任意の基板方向上
に成長させてよいが、構造は常に[111F方向にある
。
。より具体的には、GeSi結合角は歪をもつよう変化
し、各物質の二つの層は構造を秩序化するのに最も効率
的である。超格子は<111>を含む任意の基板方向上
に成長させてよいが、構造は常に[111F方向にある
。
上で示した構造について多くの興味あるデバイス応用が
、当業者には容易に考えられる。
、当業者には容易に考えられる。
この構造の単位胞はダイヤモンド構造の通常の単位胞の
[1111周期の2倍で1周期は元素GeおよびSiの
それらとは異なることが、容易に理解されよう。この結
果はプリルアンゾーンを[1111方向に折り曲げるこ
とになり、Ge濃度の高い合金、すなわち0.7より大
きなXをもつ合金の場合、直接禁制帯を生じる。単位胞
それ自身はもはや中心対称ではなく、第2高調波の発生
といったある種の光現象、光電子効果およびピエゾ電気
効果が構造的に許されるようになる6第1図の構造はこ
れらの用途に有用である。
[1111周期の2倍で1周期は元素GeおよびSiの
それらとは異なることが、容易に理解されよう。この結
果はプリルアンゾーンを[1111方向に折り曲げるこ
とになり、Ge濃度の高い合金、すなわち0.7より大
きなXをもつ合金の場合、直接禁制帯を生じる。単位胞
それ自身はもはや中心対称ではなく、第2高調波の発生
といったある種の光現象、光電子効果およびピエゾ電気
効果が構造的に許されるようになる6第1図の構造はこ
れらの用途に有用である。
GeSi系に直接禁制帯材料が生じることにより、ダイ
オードおよびレーザのような光源とともに、光検出器の
ようなGeSiを用いた光デバイスの製作ができるよう
になる。この材料系、1ミクロンまたはそれ以上の禁制
帯は、そのようなデバイスを現在考えている通信系に対
し理想的なものとする。やはり第1図の構造は有用で、
第1および第2の層は相対する伝導形をもつことが、当
業者には容易に認識されよう。
オードおよびレーザのような光源とともに、光検出器の
ようなGeSiを用いた光デバイスの製作ができるよう
になる。この材料系、1ミクロンまたはそれ以上の禁制
帯は、そのようなデバイスを現在考えている通信系に対
し理想的なものとする。やはり第1図の構造は有用で、
第1および第2の層は相対する伝導形をもつことが、当
業者には容易に認識されよう。
先導波路、変調器および光スィッチを含む電子−光応用
に、秩序GeSiは有用である。
に、秩序GeSiは有用である。
後者の二つの型のデバイスは、ピエゾ電気効果を用いて
もよい。入射光ビームは第1図の矢印で示されている。
もよい。入射光ビームは第1図の矢印で示されている。
これらの用途は集積電子および光プロセス、信号および
データ通信とともに組合わせることに関心がもたれる。
データ通信とともに組合わせることに関心がもたれる。
光部品はシリコン基板上で電子部品と、集積化させても
よい。後者の部品は光部品に電気的に接続される。
よい。後者の部品は光部品に電気的に接続される。
秩序合金はまた減少した荷電キャリヤ散乱を示し、電界
効果トランジスタ中のチャネルとして有用である。第4
図の構造はこれらの用途に有用である。第1図中のもの
と同じ数字は同一の要素を表わす。しかし、ソース、ゲ
ートおよびドレイン電極が加すっている。
効果トランジスタ中のチャネルとして有用である。第4
図の構造はこれらの用途に有用である。第1図中のもの
と同じ数字は同一の要素を表わす。しかし、ソース、ゲ
ートおよびドレイン電極が加すっている。
それは、それぞれS、GおよびDと示されている。容易
に認識されるように、周知の技術が、これら電極の形成
に用いられる。
に認識されるように、周知の技術が、これら電極の形成
に用いられる。
秩序−無秩序転移は、消去可能な光データ蓄積媒体の製
作に使用してもよい。材料はアニールとゆっくりとした
冷却により秩序化してもよく、レーザビームのような焦
点のあった光ビームにより、臨界温度以上の温度に加熱
し、ビームのスイッチを切ったとき材料を急冷すること
によって、局部的に合金を無秩序化することができる。
作に使用してもよい。材料はアニールとゆっくりとした
冷却により秩序化してもよく、レーザビームのような焦
点のあった光ビームにより、臨界温度以上の温度に加熱
し、ビームのスイッチを切ったとき材料を急冷すること
によって、局部的に合金を無秩序化することができる。
適当な構造が第5図に描かれている。描かれているのは
、たとえばシリコンのような材料層(500)で、その
上に秩序−無秩序転移を起こす複数の蓄積セル(501
)がある。たとえば、レーザ(510)のような光源も
示されている。異なる蓄積セルに光を走査するために、
周知の手段が使われる。反射光の強度を測定するために
、光検出器(520)が用いられる。無秩序材料はその
異なるバンド構造と単位胞の対称性のため、異なる反射
率をもつ。蓄積されたデータは、光ビームが表面を走査
するにつれ、光検出器(520)を用いて単に反射率の
変化を検出することにより、読んでもよい。蓄積された
材料は臨界温度以上に加熱し、ゆっくり冷却することに
より消してもよい。
、たとえばシリコンのような材料層(500)で、その
上に秩序−無秩序転移を起こす複数の蓄積セル(501
)がある。たとえば、レーザ(510)のような光源も
示されている。異なる蓄積セルに光を走査するために、
周知の手段が使われる。反射光の強度を測定するために
、光検出器(520)が用いられる。無秩序材料はその
異なるバンド構造と単位胞の対称性のため、異なる反射
率をもつ。蓄積されたデータは、光ビームが表面を走査
するにつれ、光検出器(520)を用いて単に反射率の
変化を検出することにより、読んでもよい。蓄積された
材料は臨界温度以上に加熱し、ゆっくり冷却することに
より消してもよい。
存在するシリコンの量は x=0.1ないしX=0.9
の範囲で変えてもよいことが、容易に認識されよう
。0.1 以上の値は秩序が非常に小さく、有用ではな
いため望ましくない。より大きな値も同じ理由により望
ましくない。容易に認識されるように、選択される正確
な値は、考えられるデバイスの用途に依存するであろう
。
の範囲で変えてもよいことが、容易に認識されよう
。0.1 以上の値は秩序が非常に小さく、有用ではな
いため望ましくない。より大きな値も同じ理由により望
ましくない。容易に認識されるように、選択される正確
な値は、考えられるデバイスの用途に依存するであろう
。
上で述べた指針により、熟練した技術者には秩序、無秩
序いずれの状態の超格子を製作・することも可能である
ことが、容易に認識されるであろう。
序いずれの状態の超格子を製作・することも可能である
ことが、容易に認識されるであろう。
第1図は本発明の一実施例の断面図。
第2図は秩序だったGeSi単位胞を表わす図。
第3図は5iGe合金の成長および秩序面を表わす図。
第4図は本発明に従うトランジスタを示す図、
第5図は本発明に従う光記録デバイスを示す図である。
[主要部分の符号の説明]
超格子・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・5半導体層・・・・・・・・・
・・・・・・・・・51.53.55.57クラツド半
導体層・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3,
7図面の浄8(内容に変更な− FIG、 2 Si ・Cre FIG、 3 手 綾角1j TTE t!j C方式)昭和61
年 9月 2日 特許崖長官 黒 ロ1 明 雄 殿1、事件の表示 昭和61年特許願第149822号 2.51明の名称 超格子を含む半導体デバイス及びその制御法3、補iE
をする者 4¥件との関係 特許出願人 4、代理人 氏 名 (84川弁理士 岡 部 正
英 −。 1、・二・ 6、補正の対象 「図 而」7、補正の
内容 別紙の通り別紙の通り適正な図面を1
通提出致します。
・・・・・・・・・・・5半導体層・・・・・・・・・
・・・・・・・・・51.53.55.57クラツド半
導体層・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3,
7図面の浄8(内容に変更な− FIG、 2 Si ・Cre FIG、 3 手 綾角1j TTE t!j C方式)昭和61
年 9月 2日 特許崖長官 黒 ロ1 明 雄 殿1、事件の表示 昭和61年特許願第149822号 2.51明の名称 超格子を含む半導体デバイス及びその制御法3、補iE
をする者 4¥件との関係 特許出願人 4、代理人 氏 名 (84川弁理士 岡 部 正
英 −。 1、・二・ 6、補正の対象 「図 而」7、補正の
内容 別紙の通り別紙の通り適正な図面を1
通提出致します。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1および第2の交互にはさまれた 半導体層の超格子を含み、前記交互にはさまれた層は第
1および第2の組成をもち、超格子の特性を制御するた
めの手段が含まれる半導体デバイスにおいて、 第1の組成は秩序だったGe_xSi_1_−_xから
成ることを特徴とする超格子を含む半導体デバイス。 2、特許請求の範囲第1項に記載された デバイスにおいて、 xは0.1以上0.9以下であることを特徴とする超格
子を含む半導体デバイス。 3、特許請求の範囲第1項または第2項 に記載されたデバイスにおいて、 前記超格子の相対する表面上の第1および 第2のクラッド半導体層が更に含まれることを特徴とす
る超格子を含む半導体デバイス。 4、特許請求の範囲第3項に記載された デバイスにおいて、 前記制御手段は前記第1および第2のクラ ッド層への電極を含むことを特徴とする超格子を含む半
導体デバイス。 5、特許請求の範囲第1項、第2項また は第3項に記載されたデバイスにおいて、 前記制御手段は前記相互にはさまれた層へ のソース及びドレイン電極を含むことを特徴とする超格
子を含む半導体デバイス。 6、特許請求の範囲第5項に記載された デバイスにおいて、 ゲート電極が更に含まれることを特徴とす る超格子を含む半導体デバイス。 7、特許請求の範囲第1−6項のいずれ かに記載されたデバイスにおいて、 前記第1及び第2の相互にはさまれた層は 相対する伝導形を有することを特徴とする超格子を含む
半導体デバイス。 8、特許請求の範囲第1−4項のいずれ かに記載されたデバイスにおいて、 前記制御手段は更に光源を含み、前記光源 は前記超格子を照射することを特徴とする超格子を含む
半導体デバイス。 9、特許請求の範囲第8項に記載された デバイスにおいて、 前記光源からのビームは前記相互にはさま れた層に平行であるか、前記相互にはさまれた層に垂直
であることを特徴とする超格子を含む半導体デバイス。 10、特許請求の範囲第9項に記載された デバイスにおいて、 前記超格子上で前記光ビームを走査する手 段を特徴とする超格子を含む半導体デバイス。 11、特許請求の範囲第10項に記載され たデバイスにおいて、 前記超格子から反射された光を検出する手 段を特徴とする超格子を含む半導体デバイス12、特許
請求の範囲第1−11項のいず れかに記載されたデバイスにおいて、 基板が含まれ、前記超格子及び前記第1及 び第2のクラッド層は、前記基板上に配置されることを
特徴とする超格子を含む半導体デバイス。 13、特許請求の範囲第12項に記載され たデバイスにおいて、 前記基板上に、前記超格子に電気的に接続 された電子デバイスを含むことを特徴とする超格子を含
む半導体デバイス。 14、少なくとも1つの歪半導体合金層の 秩序−無秩序状態を制御する方法において、前記合金層
を所望の状態を生じる温度まで 加熱し、前記状態を保つ速度で冷却する工程が含まれ、
前記状態は前記温度が臨界温度以下のとき秩序だった状
態で、前記温度が臨界温度以下のとき、無秩序状態であ
ることを特徴とする歪半導体合金層の秩序−無秩序状態
を制御する方法。 15、特許請求の範囲第14項に記載され た方法において、 前記加熱は、光源によることを特徴とする 歪半導体合金層の秩序−無秩序状態を制御する方法。 16、特許請求の範囲第15項に記載され た方法において、 前記光源を走査することを特徴とする歪半 導体合金層の秩序−無秩序状態を制御する方法。 17、特許請求の範囲第16項に記載され た方法において、 前記合金からの反射光を検出することを特 徴とする歪半導体合金層の秩序−無秩序状態を制御する
方法。 18、特許請求の範囲第14−17項に記 載された方法において、 前記合金はGe_xSi_1_−_xから成るることを
特徴とする歪半導体合金層の秩序−無秩序状態を制御す
る方法。 19、特許請求の範囲第18項に記載され た方法において、 xは0.1より大きく、0.9より小さいことを特徴と
する歪半導体合金層の秩序−無秩序状態を制御する方法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61149822A JPS639162A (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 超格子を含む半導体デバイス及びその制御法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61149822A JPS639162A (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 超格子を含む半導体デバイス及びその制御法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS639162A true JPS639162A (ja) | 1988-01-14 |
Family
ID=15483454
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61149822A Pending JPS639162A (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 超格子を含む半導体デバイス及びその制御法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS639162A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03155172A (ja) * | 1989-11-14 | 1991-07-03 | Canon Inc | Fet型光検出器 |
JPH03173482A (ja) * | 1989-12-03 | 1991-07-26 | Canon Inc | Fet構造光検出器 |
JPH07231113A (ja) * | 1993-12-20 | 1995-08-29 | Nec Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6049681A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-18 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
JPS60247979A (ja) * | 1984-05-24 | 1985-12-07 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体光素子 |
JPS61226973A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Hitachi Ltd | アバランシエホトダイオ−ド |
JPS6211219A (ja) * | 1985-05-17 | 1987-01-20 | ダイムラー―ベンツ アクチエンゲゼルシヤフト | 立体的に周期的な半導体層構造の製造方法 |
JPS6262564A (ja) * | 1985-09-12 | 1987-03-19 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
-
1986
- 1986-06-27 JP JP61149822A patent/JPS639162A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6049681A (ja) * | 1983-08-29 | 1985-03-18 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
JPS60247979A (ja) * | 1984-05-24 | 1985-12-07 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体光素子 |
JPS61226973A (ja) * | 1985-04-01 | 1986-10-08 | Hitachi Ltd | アバランシエホトダイオ−ド |
JPS6211219A (ja) * | 1985-05-17 | 1987-01-20 | ダイムラー―ベンツ アクチエンゲゼルシヤフト | 立体的に周期的な半導体層構造の製造方法 |
JPS6262564A (ja) * | 1985-09-12 | 1987-03-19 | Fujitsu Ltd | 半導体受光素子 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03155172A (ja) * | 1989-11-14 | 1991-07-03 | Canon Inc | Fet型光検出器 |
JPH03173482A (ja) * | 1989-12-03 | 1991-07-26 | Canon Inc | Fet構造光検出器 |
JPH07231113A (ja) * | 1993-12-20 | 1995-08-29 | Nec Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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