DE3605130A1 - Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur

Info

Publication number
DE3605130A1
DE3605130A1 DE19863605130 DE3605130A DE3605130A1 DE 3605130 A1 DE3605130 A1 DE 3605130A1 DE 19863605130 DE19863605130 DE 19863605130 DE 3605130 A DE3605130 A DE 3605130A DE 3605130 A1 DE3605130 A1 DE 3605130A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
semiconductor device
layers
superlattice
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19863605130
Other languages
English (en)
Other versions
DE3605130C2 (de
Inventor
Isao Yokohama Kanagawa Hakamada
Toshitami Tokio/Tokyo Hara
Seiichi Miyazawa
Hidetoshi Matsudo Chiba Nojiri
Yoshinobu Kawasaki Kanagawa Sekiguchi
Akira Shimizu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of DE3605130A1 publication Critical patent/DE3605130A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3605130C2 publication Critical patent/DE3605130C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/15Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
    • H01L29/151Compositional structures
    • H01L29/152Compositional structures with quantum effects only in vertical direction, i.e. layered structures with quantum effects solely resulting from vertical potential variation
    • H01L29/155Comprising only semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/737Hetero-junction transistors
    • H01L29/7371Vertical transistors
    • H01L29/7376Resonant tunnelling transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
    • H01L29/8122Vertical transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H01S5/3432Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

ϋιρι.-lng. R ürupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-5396 53 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89 - 537377 cable: Germaniapatent München 18. Februar 1986
DE 5584
CANON KABUSHIKI KAISHA TOKIO, JAPAN
Halbleitervorrichtung mit Übergitterstruktur.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Übergitterstruktur.
Um eine Halbleitervorrichtung mit hervorragenden Eigenschaften herstellen zu können werden bei einer durch Laminieren bzw. Ubereinanderschichten von Halbleiterschichten gebildeten Halbleitervorrichtung Übergitter- bzw. Überstrukturgitter-Pufferschichten zwischen den oder in die Schichten mit dem Ziel eingefügt, die Qualität der Heteroübergangs-Grenzschichten der Schichten zu verbessern.
Fig.l zeigt die Schicht struktur einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung, bei der Überstrukturgitter-Pufferschichten 7 und 8 in einem Heteroübergangs-Bipolartransistor ausgebildet sind. In dieser Halbleitervorrichtung sind ein Substrat 1, eine eine Elekrode bildende Schicht 2, eine Kollektorschicht 3, eine Basisschicht 4, eine Emitterschicht 5, eine eine Elektrode bildende Schicht 6 und die Übergitter-Pufferschichten 7 und 8 vorgesehen, um die Qua-
■non Kh ?fifi
, lität der Heteroübergangs-Grenzschichten zu verbessern. Bei dieser Schichtenstruktur wird eine Potentialperiode der Gitterstruktur der Übergitter-Pufferschichten 7 und 8 mit abnehmendem Abstand zur Basisschicht 4 verkleinert, um einen allmählichen bzw. stetigen Übergangseffekt zu schaffen, durch den sich das Potential in einem stetigen Kurvenverlauf bzw. kontinuierlich ändert, so daß eine Verschlechterung der Stromverstärkung verhindert werden kann, die auf das Einfangen von Elektronen in einem Einschnitt
_ eines Energiebands zurückzuführen sind, der bei einem Stufenübergang, bei dem sich das Potential schrittweise ändert, auftritt.
Bei einer in Fig.2 gezeigten herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung ist auf einem Substrat 21 eine eine Elektrode 15
bildende n-GaAs-Schicht 22 geformt. Auf dieser sind eine n-
23, eine GaAs-Aktivierungsschicht 24, eine p-A^Ga-j^xAs-Verbundschicht 25 und eine eine Elektrode bildende p-CaAs-Schicht 26 ausgebildet. Wie in Fig.l ist zur Verbesserung der Qualität der Aktivierungsschicht 24 und zur Erzielung eines geringen Stromverbrauchs zwischen der Aktivierungsschicht 24 und der Verbundschicht 23 eine Übergitter-Pufferschicht angeordnet.
Bei derartigen Strukturen fallen Elektronen in einen nied-25
rigen Energiepegel bzw. eine Energiesenke in den Pufferschichten 7 und 8 oder werden von den Pufferschichten 7 und 8 reflektiert, so daß in den Pufferschichten ein Spannungsabfall auftritt. Daher muß an die Halbleitervorrichtung
eine zusätzliche Spannung angelegt werden.
30
D Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung mit einer Übergitter-Pufferschicht, einer Kollektorschicht (erste Verbundschicht) und einer Emitterschicht (zweite Verbundschicht) zu schaffen, bei der ein 35
j Spannungsabfall über der Übergitter-Pufferschient reduziert ist und die eine effektive Verwendung einer außen angelegten Spannung erlaubt.
g Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Übergitter-Pufferschicht (deren Potential an einer Quantenquelle V^ und an einer Barriere bzw. Potentialschwelle VB ist) in mindestens einer Halbleiterschicht (deren Potential Vq ist) unter Erfüllung der Potentialbeziehung Vw<Vq<Vb .-. ausgebildet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bei einer Halbleitervorrichtung mit Halbleiterlaserstruktur, die Verbundschichten (deren Potential Vq ist) auf-
,,. weist, zwischen denen eine Aktivierungsschicht angeordnet
ist, eine Übergitter-Pufferschicht (deren Potential einer Quantenquelle V^ und einer Barriere VB ist) in mindestens einer der Verbundschichten unter Erfüllung der Potentialbeziehung Vw < Vq<Vb ausgebildet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig.l und 2 Schichtstrukturen herkömmlicher Halbleiter-25
Vorrichtungen,
Fig.3 eine Schichtstruktur eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig.4 ein Energieband des in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig.5 ein Energieband, wenn die Umgebung einer Basisschicht in Fig.4 eine stetige Übergangsstruktur hat,
Fig.6, 7 und 10 Schichtstrukturen weiterer Ausführungsbeispiele, und
,- Fig.8 und 9 Leitungsband-Energiebänder dieser Ausführungsbeispiele .
"/? Fig.3 zeigt eine Schichtstruktur eines Heteroübergangs-
Bipolartransistors als erstes Ausführungsbeispiel· Gemäß Fig.3 wird auf ein GaAs-Substrat 1 eine n+-GaAs-Schicht 2 in einer Dicke von ungefähr 0.5 ;um epitaktisch aufgebracht, auf die daraufhin eine n-AlxGa^_xAs-Kollektorschicht 3 in einer Dicke von ungefähr 0.2 μια aufgebracht wird. Anschließend wird eine Übergitter-Pufferschicht 7 mit N Perioden für n-GaAsCl^AVn-AlxGa^xAsiLgA) aufgebracht, auf der daraufhin in einer Dicke von ungefähr 0.2 μτη eine weitere n-Al^Ga-^xAs-Kollektorschicht 3' aufgebracht wird. Schließlich läßt man in einer Dicke von ungefähr 0.2 μχα eine p-GaAs-Basisschicht 4, in einer Dicke von ungefähr 0.4 um eine n-AlvGai ..As-Emitterschicht 5 und in einer Dicke r x 1-χ
von ungefähr 0.1 μαι eine eine Elektrode bildende bzw. η GaAs-Elektrodenschicht 6 aufwachsen. Mit χ und X sind vorstehend ein Mischungsverhältnis von Al und Ga in den Kollektorschichten 3 und 31 sowie ein Mischungsverhältnis von Al und Ga in einer Barriere bzw. Potentialschwelle der Übergitter-Pufferschicht 7 bezeichnet, während mit L™ und LB die Breite der Quantenquelle bzw. der Barriere der Kristallgitter-Überstruktur der Pufferschicht 7 bezeichnet sind.
Fig.4 zeigt ein Energieband eines Leitungsbands in Abhängigkeit von der Struktur bzw. Schichtenfolge bei dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die aus der Emitterschicht 5 injizierten Elektronen passieren die Basisschicht
4, erreichen die Kollektorschicht 3' und haben das Bestre-35
ben, über die Übergitter-Pufferschicht 7 in die Kollektorschicht 3 einzudringen. Wegen der Anwesenheit der Pufferschicht 7 bestehen die folgenden Probleme:
g (I) Elektronen fallen in der Pufferschicht 7 auf ein niedrigeres Energieniveau als das der Kollektorschicht 3'.
(II) Durch Reflexion der Elektronen an der Grenze zwischen der Kollektorschicht 31 und der Pufferschicht 7 tritt in der Übergitter-Pufferschicht 7 ein großer Spannungsabfall auf.
Zur Lösung des Problems (I) wird das Mischungsverhältnis erfindungsgemäß so gewählt, daß gilt X > x, und die Breite
Lw der Quantenquelle wird zu mehreren zehn A bzw mehreren Ib "
nm gewählt. Die Potentiale der Kollektorschichten 3 und 3f betragen ungefähr 100 χ meV und das Potential der Barriere (AlxGa^_xAs-Bereich) in der Pufferschicht 7 beträgt ungefähr 100 «x meV. Um die Bedingung X>x zu erfüllen, wird das Potential der Barriere der Pufferschicht daher so gewählt, daß es höher als die Potentiale der Kollektorschichten 3 und 3' ist. Aus diesem Grund wird verhindert, daß ein normales Energieniveau des Übergittersystems der Pufferschicht 7 niedriger wird, als das Potential der Kollektorschicht 3. Insbesondere wird eine Potentialdifferenz 100-X 25
meV - 100· χ meV so gewählt, daß sie mehrere zehn bis mehrere hundert meV beträgt, und die Breite Lw der Quantenquelle wird zu mehreren nm gewählt.
Zur Lösung des Problems (II) wird eine Bandbreite eines y ..
normalen Unterbands des Ubergitterstruktursystems der Pufferschicht 7 so gewählt, daß sie breiter bzw. größer als mehrere zehn meV ist. Zu diesem Zweck wird die Breite der Quantenquelle so gewählt, daß sie mehrere bis mehrere 10 nm beträgt. Um die Parameter x, X, Lw und LB im einzelnen zu
' ' "
·, bestimmen, kann das Kronig-Penney-Modell verwendet werden, um eine Unterbandstruktur des Übergitterstruktursystems zu berechnen. Die zur Lösung der Probleme (I) und (II) zu erfüllenden Voraussetzungen sind also: (A) das normale Energieniveau des Übergittersystems ist im wesentlichen gleich dem Potential der Kollektorschichten auf beiden Seiten und (B) die Bandbreite des normalen Unterbands des Übergittersystems wird breit genug gewählt, um den von einer der Kollektorschichten 3 eingedrungenen Elektronen ein leichtes Durchdringen der Übergitter-Pufferschicht 7 und Erreichen der gegenüberliegenden Kollektorschicht 3 zu ermöglichen.
Die Periode der tatsächlichen Übergitter-Pufferschicht 7 setzt sich zwar im Gegensatz zum Kronig-Penney-Modell nicht
unbegrenzt fort, doch sind mehrere Perioden ausreichend, um ein befriedigendes Ergebnis bei der genannten Berechnung zu erhalten.
Als ein Beispiel werden χ = 0.27, X = 0.5, Lu = 2 nm und Ln
w ü
= 5 nm gewählt. Das normale Energieniveau bzw. der normale
Energiepegel des Übergittersystems beträgt von der Unterkante des Leitungsbands von GaAs aus gerechnet +273 meV. Da dieser Wert im wesentlichen den Potentialen der Kollektorschichten 3 und 3' entspricht, ist das Problem (I) gelöst. 25
Im Übergittersystem bildet sich das normale Unterband in einem Bereich von 273 bis 301 meV. Daher ist der Reflexionsfaktor der von der Kollektorschicht 3' in diesen Energiebereich eingedrungenen Elektronen sehr gering, so daß
auch Problem (II) gelöst ist. Für die in Fig.4 gezeigte 30
Pufferschicht mit N = 4 Perioden wurde der tatsächliche Reflexionsfaktor berechnet. Sie weist einen derartigen periodischen Wechsel auf, daß der Reflexionsfaktor bei 277, 286 und 296 meV beinahe Null ist. Eine Halbleitervorrichtung, bei der die auf diese Weise festgelegten Parameter
j Verwendung finden, zeigt hervorragende Eigenschaften bezüglich eines Betriebs bei niedriger Spannung und niedrigem Strom.
Fig.5 zeigt ein teilweise vergrößertes Energieband des Leitungsbands der Struktur gemäß Fig.3. Es ist zu erkennen, daß auf beiden Seiten der Basisschicht 4 stetige Übergangszonenschichten 9 und 9' aus AlxIGa1-3^As gebildet sind (mit 0 < χ1έ χ). Auch in diesem Fall ist der nachfolgend ,Q beschriebene Aufbau der Übergitter-Pufferschicht in gleicher Weise anwenbar.
Die Bedingung (B) bezieht sich in erster Linoe auf den Fall, daß dieElektronen das normale Unterband passieren. , _ Ein ähnlicher Effekt ist erzielbar, wenn die Elektronen das andere Unterband passieren. Demzufolge ist es also erforderlich, daß mindestens ein Unterband mit einer Breite von mehreren zehn meV innerhalb mehrerer zehn meV oberhalb des Potentials der Kollektorschicht 3' eingeschlossen ist. Eine Auslegung unter derart schlechten Bedingungen ist erziel-
bar.
Selbst wenn das für die Übergitter-Pufferschicht verwendete Halbleitermaterial unterschiedlich zu denen der Verbundschicht und der Aktivierungsschicht ist, ist derselbe Auf-25
bau anwendbar, wie bezüglich des Spannungsabfalls. In diesem Fall kann das Potential der Quantenquelle geringer als das der Verbundschicht und höher als das der Aktivierungsschicht gewählt werden, um eine wirksamere Struktur zu erhalten.
Fig.6 zeigt eine Schichtstruktur eines zweiten Ausführungsbeispiels in Form eines GaAs/AlGaAs-Vertikal-Mesa-Feldeffekttransistors. Eine n-A^Ga-j^xAs-Drainschicht 13 ist in einer Dicke von ungefähr 1.5 um epitaktisch auf einem n+-
Y GaAs-Substrat 13 aufgebracht. Auf dieser ist eine AlxGa1_χ
As-Übergitter-Pufferschicht 17 aufgebracht, auf der sich
eine n-AlxGa1_xAs-Drainschicht 13' in einer Dicke von ungefähr 1.5 ^Lim befindet. Anschließend werden eine p-GaAs-Gateschicht 14 und eine n-Al-^Ga^^s-Emitterschicht 15 aufeinanderfolgend aufgebracht, eine Vertiefung mit ungefähr 2.5 Jim geätzt und schließlich Silicium zur Bildung einer Schicht 18 ionenimplantiert. Zuletzt werden eine Al-Gateelektrode 16, eine AuGe/Au-Drainelektrode 11 und eine Sourceelektrode 19 gebildet. Bei dieser Struktur wird die Übergitter-Pufferschicht 17 gebildet, um die Qualität einer HeteroÜbergangs-Grenzschicht zwischen der Drainschicht 13' und der Gateschicht 14 zu verbessern. Die Mischungsverhältnisse χ und X sowie die Parameter des Übergitters können
auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeix ο
spiel in Form des Heteroübergangs-Bipolartransistors festgelegt werden. So wurden z.B. χ = 0.27, X = 0.5, Lw = 2 nm, LB = 5 nm und N = 4 Perioden gewählt und befriedigende Ergebnisse erzielt.
Fig.7 zeigt eine Schichtenstruktur eines dritten Ausführungsbeispiels in Form einer GaAs/AlGaAs-Halbleiterlaservorrichtung. Auf einem GaAs-Substrat 21 wird eine eine Elektrode bildende n-GaAs-Schicht 22 epitaktisch aufgebracht, auf der wiederum eine ^AlxGa1-31As-Verbundschicht 23 in einer Dicke von ungefähr 0.5 ^m aufgebracht wird. Daraufhin wird eine Übergitterschicht 27 mit N Perioden für n-GaAs(LyJA)Zn-AlxGa1-JjAs(LgA) aufgebracht. Auf dieser wird eine n-AlxGa1_xAs-Verbundschicht 23' in einer Dicke von ungefähr 0.5 pm aufgebracht. Auf dieser läßt man nacheinander in einer Dicke von ungefähr 0.1 um eine GaAs-Aktivierungsschicht 24, in einer Dicke von ungefähr 1 um eine p-AljjGa-^.jjAs-Verbundschicht 25 und schließlich eine eine Elektrode bildende Schicht 26 aufwachsen. Die Parameter wurden so gewählt, daß galt χ = 0.27, X = 0.5, Lw = 2 nm,
j Lg = 5nm und N = 4 Perioden, und es wurden gute Ergebnisse erzielt.
Fig.8 ist eine Teildarstellung eines Energiebands des Leitungsbands der in Fig.7 gezeigten Struktur. Die Gründe für den Spannungsabfall an der Übergitter-Pufferschicht 27 und die Voraussetzungen zu dessen Beseitigung sind dieselben, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3.
.Q Fig.9 ist eine vergrößerte Teildarstellung des in Fig.8 gezeigten Energiebands. Die Umgebung der Aktivierungsschicht 24 kann wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 eine stetige Übergangsstruktur sein.
Fig.10 zeigt einen Querschnitt eines vierten Ausführungs-Ib
beispiels in Form einer Planarlichtaussendungs-Laservorrichtung, die Licht in einer zu Aktivierungsschichten 34 und 34' senkrechten Ebene aussendet. Auf einem GaAs-Substrat 31 werden der Reihe nach eine n-GaAs-Elektrodenschicht 32, eine ^AlxGa1_xAs-Verbundschicht 33, eine GaAs-Aktivierungsschicht 34, eine p-AlxGa1_xAs-Verbundschicht 35, eine p+-AlxGa1_xAs-Schicht 38, eine n-A^Ga^jjAs-Verbundschicht 33', eine GaAs-Aktivierungsschicht 34', eine p-AlxGa1_xAs-Verbundschicht 35' und eine p-GaAs-Elektroden-
schicht 36' epitaktisch aufgebracht. Zur qualitativen Ver-25
besserung der Aktivierungsschichten 34 und 34' kann in mindestens einer der Verbundschichten 33, 33', 35 und 35' sowie der p+-AlxGa^_xAs-Schicht 38 auf die gleiche Weise wie in Fig.7 eine Übergitter-Pufferschicht gebildet werden.
Erfindungsgemäß wird der Spannungsabfall ebenfalls vermie-30
den. Bei diesem Planarlichtlaser können eine Vielzahl von Aktivierungsschichten 34 und 34' übereinander angeordnet werden. In einem solchen Fall ist die Erfindung besonders wirksam, da die angelegte Spannung mit der Zahl der Aktivierungsschichten zunimmt.
Zahlreiche weitere Änderungen der Erfindung können vorgenommen werden.
g Bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen ist die Übergitter-Pufferschicht zwischen den n-AljjGa^^.As-Kollektorschichten gebildet, doch ist es möglich, diese in einer anderen Schicht, wie etwa der Emitterschicht zu bilden.
in Die Erfindung ist noch vorteilhafter, wenn eine Vielzahl von Übergitter-Pufferschichten vorgesehen wird. In einem solchen Fall ist der Aufbau der Übergitter-Pufferschichten genau wie vorstehend beschrieben.
Durch Änderung des Mischungsverhältnisses X, der Breite Lß der Barriere und der Breite L^ der Quantenquelle in der Übergitter-Pufferschicht ist eine wirksamere Struktur erzielbar.
Die Erfindung ist auch für solche Halbleitervorrichtungen verwendbar, die andere Materialien als GaAs/AlGaAs verwenden, wie z.B. GaAs/AlGalnP.
Vorstehend wurden ein Heteroübergangs-Bipolartransistor und ein Halbleiterlaser beschrieben, doch ist die Erfindung
darauf nicht beschränkt und ist bei all den Halbleitervorrichtungen anwendbar, die aufeinandergeschichtete Halbleiterschichten aufweisen und in denen ein Strom in Richtung zur Durchdringung dieser Schichten fließt.
Erfindungsgemäß wird eine Halbleitervorrichtung mit zufriedenstellenden Eigenschaften unter unkritischen Bedingungen dadurch erzielt, daß mindestens ein Unterband der Übergitter-Pufferschicht innerhalb mehrerer zehn meV oberhalb des
Potentials der Kollektorschicht 3' eingeschlossen ist.
35
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden, wenn die Übergitter-Pufferschicht (deren Potential für Elektronen oder Löcher an der Quantenquelle Vw und an der Barriere VB ist)
c zwischen die das Potential Vq aufweisenden Verbundschichten eingefügt ist, die Potentiale so gewählt, daß sie der Bedingung Vw<vO<yB genügen/ und die Parameter werden geeignet gewählt, um den Spannungsabfall an der Übergitter-Pufferschicht deutlich zu reduzieren.
Als Ergebnis davon kann die Übergitter-Pufferschicht ohne Spannungsabfall an einer beliebigen Stelle in der Verbundschicht gebildet werden, die Qualität der Aktivierungsschicht wird verbessert und eine bei niedrigem Strom und niedriger Spannung arbeitende Laservorrichtung kann geschaffen werden. Da die Pufferschicht an einer beliebigen Stelle gebildet werden kann, wächst die Freiheit beim Entwurf der Laservorrichtung. Dies ist besonders wirkungsvoll bei einem Planarlichtlaser.
Wenn die Übergitter-Pufferschicht in der Nähe der Aktivierungsschicht zu bilden ist, lauten die Bedingungen folgendermaßen: (A) das normale Energieniveau des Übergittersystems ist im wesentlichen gleich dem Potential der Verbundschichten auf beiden Seiten und (B) die Bandbreite des normalen Unterbands des Übergittersystems wird breit genug gewählt, um den von einer der Verbundschichten eingedrungenen Elektronen ein leichtes Durchdringen der Übergitter-Pufferschicht 7 und Erreichen der gegenüberliegenden Verbundschicht zu ermöglichen. Dadurch wird der Spannungsabfall reduziert und ein Leckstrom der Elektronen von der Aktivierungsschicht zur Pufferschicht kann unterdrückt werden.
Offenbart ist eine Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl
aufeinandergeschichteter Halbleiterschichten, bei der ein Strom senkrecht zur Beschichtungsebene fließt und bei der in mindestens einer der Schichten eine Übergitterschicht gebildet ist und ein Potential einer Quantenquelle der Übergitterschicht kleiner als ein Potential der Halbleiterschicht ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist, während ein Potential einer Barriere der Übergitterschicht höher als das Potential der Halbleiterschicht ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist.
10

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    (l. Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl aufeinandergeschichteter Halbleiterschichten, bei der ein Strom senkrecht zur Beschichtungsebene fließt, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der Halbleiterschichten eine Übergitterschicht (7; 17; 27) gebildet ist, daß ein Potential einer Quantenquelle der Übergitterschicht niedriger als ein Potential der Halbleiterschicht (3; 13; 23) ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist, und daß ein Potential einer Barriere der Übergitterschicht höher als ein Potential der Halbleiterschicht ist, in der die Übergitterschicht gebildet ist.
  2. 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Halbleiterschichten eine Aktivierungsschicht (24) und auf gegenüberliegenden Seiten derselben Verbundschichten (23, 25) aufweisen und daß die Übergitterschicht in mindestens einer der Verbundschichten gebildet ist.
  3. 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Heteroübergangs-Bipolartransistor ist.
  4. 4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Halbleiterlaser ist.
  5. 5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung ein Vertikal-Mesa-Feldeffekttransistor ist.
  6. 6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Halbleitervorrichtung bildenden Schichten aus GaAs/AsGaAs Halbleitermaterial hergestellt sind.
  7. 7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Halbleitervorrichtung bildenden Schichten aus GaAs/AsGalnP Halbleitermaterial hergestellt
    sind.
  8. 8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergitterschicht (7) in einer Kollektorschicht (3, 3') gebildet ist.
  9. 9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergitterschicht (7) in einer Emitterschicht (5) gebildet ist.
  10. 10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das normale Energieniveau der Übergitterschicht im wesentlichen gleich dem Potential in der Verbundschicht ist, in die die Übergitterschicht eingefügt
    ist, und daß die Breite des normalen Unterbands in der 35
    Übergitterschicht so ausreichend breit für ein von einer Seite der Verbundschxcht her eindringendes Elektron ist, daß es die Übergitterschicht leicht durchdringen und die andere Seite der Verbundschxcht erreichen kann.
DE19863605130 1985-02-19 1986-02-18 Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur Granted DE3605130A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60029305A JPS61190980A (ja) 1985-02-19 1985-02-19 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3605130A1 true DE3605130A1 (de) 1986-08-21
DE3605130C2 DE3605130C2 (de) 1991-09-05

Family

ID=12272507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19863605130 Granted DE3605130A1 (de) 1985-02-19 1986-02-18 Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4796067A (de)
JP (1) JPS61190980A (de)
DE (1) DE3605130A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4801993A (en) * 1986-02-04 1989-01-31 David Ankri Monolithic semiconductor structure of a heterojunction bipolar transistor and a laser
US5048049A (en) * 1988-09-22 1991-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Turnable distributed feedback-laser
US5300794A (en) * 1989-09-25 1994-04-05 Gte Laboratories Incorporated Method of fabricating highly lattice mismatched quantum well structures
EP0614227A2 (de) * 1993-03-05 1994-09-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heteroübergang-Bipolartransistor

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0666519B2 (ja) * 1986-08-14 1994-08-24 東京工業大学長 超格子構造体
JP2708744B2 (ja) * 1986-11-20 1998-02-04 三洋電機株式会社 半導体レーザ
JP2543551B2 (ja) * 1987-12-28 1996-10-16 キヤノン株式会社 半導体レ―ザ―
US4930132A (en) * 1987-12-28 1990-05-29 Canon Kabushiki Kaisha Second harmonic wave generating device having active layer and second harmonic wave generating layer on same substrate
US5146295A (en) * 1988-03-29 1992-09-08 Omron Tateisi Electronic Co. Semiconductor light emitting device having a superlattice buffer layer
JP2800299B2 (ja) * 1989-08-31 1998-09-21 横河電機株式会社 ヘテロ構造半導体装置
US5013918A (en) * 1990-04-02 1991-05-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Multicolor infrared photodetector
US5289018A (en) * 1990-08-14 1994-02-22 Canon Kabushiki Kaisha Light emitting device utilizing cavity quantum electrodynamics
FR2713788B1 (fr) * 1993-12-09 1996-03-01 France Telecom Opérateur optique à hétérostructure à puits quantiques.
US20060208265A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Hitachi Cable, Ltd. Light emitting diode and light emitting diode array
JP2008047940A (ja) * 2007-10-29 2008-02-28 Sharp Corp 化合物半導体発光素子

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4525687A (en) * 1983-02-28 1985-06-25 At&T Bell Laboratories High speed light modulator using multiple quantum well structures
US4528464A (en) * 1983-02-28 1985-07-09 At&T Bell Laboratories Degenerate four-wave mixer using multiple quantum well structures
JPS6028292A (ja) * 1983-07-26 1985-02-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体レ−ザ素子
NL8304008A (nl) * 1983-11-22 1985-06-17 Philips Nv Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling.

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Phys. Letters, Bd. 7, 1983, S. 615-617 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4801993A (en) * 1986-02-04 1989-01-31 David Ankri Monolithic semiconductor structure of a heterojunction bipolar transistor and a laser
US5048049A (en) * 1988-09-22 1991-09-10 Siemens Aktiengesellschaft Turnable distributed feedback-laser
US5300794A (en) * 1989-09-25 1994-04-05 Gte Laboratories Incorporated Method of fabricating highly lattice mismatched quantum well structures
EP0614227A2 (de) * 1993-03-05 1994-09-07 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heteroübergang-Bipolartransistor
EP0614227A3 (de) * 1993-03-05 1995-03-29 Mitsubishi Electric Corp Heteroübergang-Bipolartransistor.

Also Published As

Publication number Publication date
US4796067A (en) 1989-01-03
JPS61190980A (ja) 1986-08-25
DE3605130C2 (de) 1991-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4135813C2 (de) Oberflächenemittierende Halbleiter-Laservorrichtung
DE3787769T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung.
DE19624514C1 (de) Laserdiode-Modulator-Kombination
DE69400042T2 (de) Oberflächenemittierender Laser und dessen Herstellungsverfahren
DE19524655A1 (de) LED-Struktur
DE69132860T2 (de) Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2454733C2 (de) Halbleiterlaser
DE3605130A1 (de) Halbleitervorrichtung mit uebergitterstruktur
DE10320376B4 (de) Optische Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE2710813A1 (de) Heterostruktur-halbleiterlaser
DE19615193A1 (de) Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE2165006A1 (de) Halbleiterkörper mit aktivem Bereich
DE3007809A1 (de) Halbleiterlichtausstrahlungselement und verfahren zu seiner herstellung
DE19514392B4 (de) Halbleiterlaservorrichtung mit großem Ansteuerungsstrom
DE2903942A1 (de) Heterostruktur-halbleiterlaser
DE69304455T2 (de) Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung
DE2608562A1 (de) Halbleiteranordnung zum erzeugen inkohaerenter strahlung und verfahren zu deren herstellung
DE2701102C3 (de) Halbleiter-Injektionslaser
DE2920454A1 (de) Halbleiterlaser und verfahren zu dessen herstellung
DE2537093B2 (de) Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0423528B1 (de) Elektrisch wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser
DE3714512A1 (de) Halbleiterlaser
DE3888575T2 (de) Lichtemittierende Vorrichtung.
DE3851080T2 (de) Elektronenemittierende Vorrichtung.
DE10122063A1 (de) Oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition