JP2003273395A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003273395A
JP2003273395A JP2002069876A JP2002069876A JP2003273395A JP 2003273395 A JP2003273395 A JP 2003273395A JP 2002069876 A JP2002069876 A JP 2002069876A JP 2002069876 A JP2002069876 A JP 2002069876A JP 2003273395 A JP2003273395 A JP 2003273395A
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Japan
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layer
silicon
semiconductor device
semiconductor
silicon germanium
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JP2002069876A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Abe
雄次 阿部
Toshiyuki Oishi
敏之 大石
Shigemitsu Maruno
茂光 丸野
Yasuki Tokuda
安紀 徳田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufactured using semiconductor capable of forming a film on silicon or silicon substrate and emitting or modulating light at a room temperature efficiently. <P>SOLUTION: The semiconductor device is provided with an n-type silicon substrate 1, an n-type silicon layer 2, a silicon/germanium superlattice layer 5 where Be doped silicon germanium layers 3 and i-type silicon layers 4 are laminated, a p-type silicon layer 6, a p-side electrode 7, and an n-side electrode 8. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、シリコン系超格子構造にアイソエレクトロト
ラップとなる不純物を導入した発光効率の高い、あるい
は光変調特性の優れた半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, it relates to a semiconductor device having high luminous efficiency or excellent light modulation characteristics by introducing an impurity serving as an isoelectrotrap into a silicon-based superlattice structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンは間接遷移型半導体であるた
め、発光効率が低く、通常半導体レーザやLED(li
ght emitting diode)などの発光素
子を作製することができない。シリコンあるいはシリコ
ン基板上に成膜できる半導体で発光素子を作製できれ
ば、シリコンLSI技術と融合して新たな光電子集積回
路技術が広がると思われそのインパクトは計り知れな
い。そのため、シリコンあるいはシリコン基板上に成膜
できるシリコンゲルマニウムなどの発光素子の研究が広
く行われているが、まだ実用に供するようなものは得ら
れていない。
2. Description of the Related Art Since silicon is an indirect transition semiconductor, it has a low luminous efficiency and is usually used for semiconductor lasers and LEDs (li).
It is not possible to fabricate a light emitting device such as a glow emitting diode). If a light-emitting element can be fabricated from silicon or a semiconductor that can be formed on a silicon substrate, new optoelectronic integrated circuit technology will be spread by fusing with silicon LSI technology, and its impact is immeasurable. Therefore, researches on light-emitting elements such as silicon germanium which can be formed on silicon or a silicon substrate have been widely researched, but none for practical use has been obtained yet.

【0003】図9は、例えば、P.L.Bradfield et.Al.,A
ppl.Phys.Lett.vol.55,no.2,p.100(1989)に示された従
来のシリコン発光素子の断面構造を模式的に示したもの
である。
FIG. 9 shows, for example, PL Bradfield et. Al., A.
1 schematically shows a sectional structure of a conventional silicon light emitting device shown in ppl.Phys.Lett.vol.55, no.2, p.100 (1989).

【0004】図9に示すように、n型シリコン基板1上
にn型シリコン層2を介してイオウと酸素がドープされ
たS,Oドープシリコン層16と、p型シリコン層6と
が形成され、さらにこれらの上下にそれぞれp側電極
7、n側電極8が形成されている。S,Oドープシリコ
ン層16では、シリコンの格子位置にイオウ、格子間に
酸素が配置され、それらが複合体を形成し、電気的には
中性なアイソエレクトロニックトラップを形成してい
る。
As shown in FIG. 9, an S, O-doped silicon layer 16 doped with sulfur and oxygen and a p-type silicon layer 6 are formed on an n-type silicon substrate 1 through an n-type silicon layer 2. Further, a p-side electrode 7 and an n-side electrode 8 are formed above and below these, respectively. In the S, O-doped silicon layer 16, sulfur and oxygen are arranged at the lattice positions of silicon, and they form a complex to form an electrically neutral isoelectronic trap.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のシリコン発光素
子は以上のように構成されており、p側電極7、n側電
極8に順方向電圧(p側電極7が正、n側電極8が負)
を印加すると、p側電極7から正孔が、n側電極8から
電子がそれぞれS,Oドープシリコン層16に注入され
る。ここで、アイソエレクトロニックトラップは電子を
捕まえやすい性質を持っており、電子はトラップの近傍
に局在する。このように電子が空間的に局在していると
いうことは、波数空間では広がっていることを意味し、
Γ点近傍で正孔と直接遷移型の励起子が再結合し発光す
る。このような現象は、同じく間接遷移型半導体である
ガリウムリンでも見られ、LEDの実用化がなされてい
る。
The conventional silicon light emitting device is configured as described above, and forward voltage (p-side electrode 7 is positive, n-side electrode 8 is positive) is applied to the p-side electrode 7 and the n-side electrode 8. negative)
Is applied, holes are injected from the p-side electrode 7 and electrons are injected into the S, O-doped silicon layer 16 from the n-side electrode 8, respectively. Here, the isoelectronic trap has a property of easily catching an electron, and the electron is localized near the trap. The spatial localization of electrons in this way means that they are spread in wavenumber space,
Near the Γ point, holes and direct transition excitons recombine and emit light. Such a phenomenon is also observed in gallium phosphide, which is also an indirect transition semiconductor, and LEDs have been put to practical use.

【0006】しかし、シリコンの場合、励起子の束縛エ
ネルギーが小さいため、このような励起子再結合は低温
でしか観測されず、室温での発光は成されていない。ま
た、アイソエレクトロニックトラップを利用して光吸収
量を変化させることも、室温では困難である。
However, in the case of silicon, since the binding energy of excitons is small, such exciton recombination is observed only at low temperature, and light emission is not performed at room temperature. It is also difficult to change the amount of light absorption using an isoelectronic trap at room temperature.

【0007】そこで、本発明は、シリコンあるいはシリ
コン基板上に成膜可能な半導体で作製することができ、
室温で効率よく発光あるいは光を変調させることができ
る半導体装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can be made of silicon or a semiconductor capable of forming a film on a silicon substrate,
An object of the present invention is to provide a semiconductor device which can efficiently emit light or modulate light at room temperature.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装
置、第1導電型の第1半導体層と、該第1半導体層上に
形成されシリコン層とシリコンゲルマニウム層とを含み
アイソエレクトロニックトラップを形成する不純物を含
む超格子層と、該超格子層上に形成された第2導電型の
第2半導体層と、第1半導体層側の第1電極と、第2半
導体層側の第2電極とを備える。ここで、上記「半導体
層」は、単層であっても複数層であってもよく、上記
「半導体層」には半導体基板も含むものと定義する。
A semiconductor device according to the present invention, a first semiconductor layer of a first conductivity type, and an isoelectronic trap including a silicon layer and a silicon germanium layer formed on the first semiconductor layer are formed. A superlattice layer containing impurities, a second conductivity type second semiconductor layer formed on the superlattice layer, a first electrode on the first semiconductor layer side, and a second electrode on the second semiconductor layer side. Equipped with. Here, the “semiconductor layer” may be a single layer or a plurality of layers, and the “semiconductor layer” is defined to include a semiconductor substrate.

【0009】上記シリコン層とシリコンゲルマニウム層
とは格子整合し、一方が他方に対し歪んでおり、シリコ
ン層とシリコンゲルマニウム層の一方に、アイソエレク
トロニックトラップを形成する不純物をドープすること
が好ましい。
It is preferable that one of the silicon layer and the silicon germanium layer is lattice-matched and one is strained with respect to the other, and that one of the silicon layer and the silicon germanium layer is doped with an impurity forming an isoelectronic trap.

【0010】上記半導体装置は、第1と第2電極間に電
圧を印加することで発光する発光装置であってもよく、
第1と第2電極間に電圧を印加することで光吸収量を変
調する光変調器であってもよい。
The semiconductor device may be a light emitting device which emits light by applying a voltage between the first and second electrodes,
It may be an optical modulator that modulates the amount of light absorption by applying a voltage between the first and second electrodes.

【0011】上記アイソエレクトロニックトラップを形
成する不純物が含まれる層の厚みを2nm以上10nm
以下とすることが好ましい。
The thickness of the layer containing impurities forming the isoelectronic trap is set to 2 nm to 10 nm.
The following is preferable.

【0012】上記アイソエレクトロニックトラップを形
成する不純物として、イオウ、ベリリウム、セレン、亜
鉛、炭素、錫から選ばれた少なくとも1種の材質を用い
ることが好ましい。
It is preferable to use at least one material selected from sulfur, beryllium, selenium, zinc, carbon and tin as the impurities forming the isoelectronic trap.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図8用いて、本発明
の実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0014】(実施の形態1)図1は、本発明の実施の
形態1によるシリコン発光素子(半導体装置)の断面構
造を模式的に表したものである。
(First Embodiment) FIG. 1 schematically shows a sectional structure of a silicon light emitting element (semiconductor device) according to a first embodiment of the present invention.

【0015】図1に示すように、n型シリコン基板(半
導体基板)1上に、n型シリコン層(半導体層)2、電
気的にイントリンシック(n型にもp型にも意図的にド
ーピングされていない)なシリコン/シリコンゲルマニ
ウム超格子層5、p型シリコン層6が形成され、さらに
これらの上下にそれぞれp側電極7、n側電極8が形成
されている。
As shown in FIG. 1, on an n-type silicon substrate (semiconductor substrate) 1, an n-type silicon layer (semiconductor layer) 2 is electrically intrinsic (n-type or p-type is intentionally doped). A silicon / silicon germanium superlattice layer 5 and a p-type silicon layer 6 which are not formed), and a p-side electrode 7 and an n-side electrode 8 are formed respectively above and below them.

【0016】シリコン/シリコンゲルマニウム超格子層
5は、半導体層の積層構造を有し、図1の例では、Be
ドープシリコンゲルマニウム層3と、i型シリコン層4
との積層構造を有する。シリコンゲルマニウム層3は、
シリコンより格子定数が大きいため圧縮歪みが加わって
おり、さらにアイソエレクトロニックトラップを形成す
る不純物であるベリリウム(Be)がドーピングされて
いる。
The silicon / silicon germanium superlattice layer 5 has a laminated structure of semiconductor layers, and in the example of FIG.
Doped silicon germanium layer 3 and i-type silicon layer 4
It has a laminated structure with. The silicon germanium layer 3 is
Since the lattice constant is larger than that of silicon, compressive strain is applied, and beryllium (Be) that is an impurity forming an isoelectronic trap is doped.

【0017】アイソエレクトロニックトラップを形成す
る不純物であるベリリウムが含まれるシリコンゲルマニ
ウム層(半導体層)3の厚みは、好ましくは、2nm以
上10nm以下である。それにより、正孔あるいは電子
が閉じ込められる領域が狭くなるため励起子の束縛エネ
ルギの増大が大きくなり、室温で励起子の効果が十分発
揮される。なお、ベリリウムのドープ量は、たとえば1
×1017〜1×1019cm-3程度である。またベリリウ
ムは、シリコンゲルマニウム層3に均一にドープされて
いる必要はなく、層の中心部が高濃度になるなどの分布
を持っていても、本発明の効果を損なうものではない。
さらに、ベリリウムが熱拡散などによりシリコン層4に
拡散していても、シリコンゲルマニウム層3のベリリウ
ムの方が高濃度であれば、本発明の効果を得ることは可
能である。
The thickness of the silicon germanium layer (semiconductor layer) 3 containing beryllium, which is an impurity forming the isoelectronic trap, is preferably 2 nm or more and 10 nm or less. As a result, the region in which holes or electrons are confined is narrowed, so that the binding energy of excitons increases greatly, and the effect of excitons is sufficiently exhibited at room temperature. The beryllium doping amount is, for example, 1
It is about × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 . Further, beryllium does not need to be uniformly doped in the silicon germanium layer 3, and even if the center portion of the layer has a high concentration distribution, the effect of the present invention is not impaired.
Further, even if beryllium is diffused into the silicon layer 4 by thermal diffusion or the like, the effect of the present invention can be obtained as long as beryllium in the silicon germanium layer 3 has a higher concentration.

【0018】シリコン/シリコンゲルマニウム超格子層
5のエネルギーバンド図は図2に示すようになってお
り、正孔がシリコンゲルマニウム層に強く閉じ込められ
るようになっている。
The energy band diagram of the silicon / silicon germanium superlattice layer 5 is shown in FIG. 2, and holes are strongly confined in the silicon germanium layer.

【0019】上記のような構造は、分子線エピタキシャ
ル成長装置、減圧あるいは超高真空の化学的気相成長装
置等による半導体層の成膜と、通常の電極形成方法で作
製することができる。
The structure as described above can be produced by forming a semiconductor layer using a molecular beam epitaxial growth apparatus, a chemical vapor deposition apparatus under reduced pressure or ultra-high vacuum, and an ordinary electrode forming method.

【0020】以上のように構成されたシリコン発光素子
は、従来例と同様にp側電極7、n側電極8に順方向電
圧を印加すると、p側電極7から正孔が、n側電極8か
ら電子がそれぞれ超格子領域に注入される。シリコンゲ
ルマニウム層3に注入された電子は従来例と同様にアイ
ソエレクトロニックトラップに束縛され、さらに正孔と
クーロン力により結合し、束縛励起子を形成する。
In the silicon light emitting device having the above-described structure, when a forward voltage is applied to the p-side electrode 7 and the n-side electrode 8 as in the conventional example, holes are emitted from the p-side electrode 7 and n-side electrode 8 is generated. Electrons are injected into the superlattice region, respectively. The electrons injected into the silicon germanium layer 3 are bound to the isoelectronic trap as in the conventional example, and are further bound to holes by Coulomb force to form bound excitons.

【0021】このとき、本発明においては、正孔がシリ
コンゲルマニウム層3中に強く閉じ込められるようにな
っているため、電子との結合が強まり励起子の束縛エネ
ルギーが大きくなる。そのため、室温でも励起子が安定
して存在し、励起子再結合による発光が得られる。
At this time, in the present invention, holes are strongly confined in the silicon germanium layer 3, so that the bond with the electron is strengthened and the binding energy of excitons is increased. Therefore, excitons are stably present even at room temperature, and light emission is obtained by exciton recombination.

【0022】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2について図3と図4を用いて説明する。図3は、本
実施の形態2におけるシリコン発光素子の断面構造を模
式的に表したものである。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 schematically shows a cross-sectional structure of the silicon light emitting element according to the second embodiment.

【0023】図3に示すように、n型シリコン基板1上
に上層膜の転位低減のためのn型バッファ層9、格子緩
和したn型シリコンゲルマニウム層10、電気的にイン
トリンシックなシリコンゲルマニウム/シリコン超格子
層17、格子緩和したp型シリコンゲルマニウム層13
が形成され、さらにその上下にそれぞれp側電極7、n
側電極8が形成されている。
As shown in FIG. 3, on the n-type silicon substrate 1, an n-type buffer layer 9 for reducing dislocations in the upper layer film, a lattice-relaxed n-type silicon germanium layer 10, and an electrically intrinsic silicon germanium / Silicon superlattice layer 17, lattice-relaxed p-type silicon germanium layer 13
Are formed, and the p-side electrodes 7 and n are formed above and below, respectively.
The side electrode 8 is formed.

【0024】シリコンゲルマニウム/シリコン超格子層
17は、i型シリコンゲルマニウム層11と、Beドー
プシリコン層12の積層構造を有する。該シリコンゲル
マニウム/シリコン超格子層17は、シリコンゲルマニ
ウムの格子定数に整合しているので、シリコン層の方に
引っ張り歪みが加わっている。さらにアイソエレクトロ
ニックトラップを形成する不純物であるベリリウムをシ
リコン層の方にドーピングしている。
The silicon germanium / silicon superlattice layer 17 has a laminated structure of an i-type silicon germanium layer 11 and a Be-doped silicon layer 12. Since the silicon germanium / silicon superlattice layer 17 matches the lattice constant of silicon germanium, tensile strain is applied to the silicon layer. Further, the silicon layer is doped with beryllium, which is an impurity forming an isoelectronic trap.

【0025】この場合、シリコンゲルマニウム/シリコ
ン超格子層17のエネルギーバンド図は図4に示すよう
になっており、図2の場合と異なり電子がシリコン層に
強く閉じ込められるようになっている。なお、本実施の
形態のような構造も、実施の形態1と同様の方法で作製
することができる。
In this case, the energy band diagram of the silicon germanium / silicon superlattice layer 17 is as shown in FIG. 4, and unlike the case of FIG. 2, electrons are strongly confined in the silicon layer. Note that the structure of this embodiment mode can also be manufactured by a method similar to that of Embodiment Mode 1.

【0026】以上のように構成されたシリコン発光素子
は、実施の形態1の場合と同様にp側電極7、n側電極
8に順方向電圧を印加すると、p側電極7から正孔が、
n側電極8から電子がそれぞれ超格子領域に注入され
る。アイソエレクトロニックトラップがあるシリコン層
に注入された電子は従来例と同様にアイソエレクトロニ
ックトラップに束縛され、さらに正孔とクーロン力によ
り結合し、束縛励起子を形成する。
In the silicon light emitting device having the above-described structure, when a forward voltage is applied to the p-side electrode 7 and the n-side electrode 8 as in the first embodiment, holes are emitted from the p-side electrode 7.
Electrons are injected into the superlattice region from the n-side electrode 8. The electrons injected into the silicon layer having the isoelectronic trap are bound to the isoelectronic trap as in the conventional example, and are further bound to holes by Coulomb force to form bound excitons.

【0027】このとき、本発明においては、電子がシリ
コン層中に強く閉じ込められるようになっているため、
アイソエレクトロニックトラップへの束縛が強まる。そ
のため、励起子の束縛エネルギーが大きくなり、室温で
も励起子が安定して存在し、励起子再結合による発光が
得られる。
At this time, in the present invention, since electrons are strongly confined in the silicon layer,
The bond to the isoelectronic trap becomes stronger. Therefore, the binding energy of excitons becomes large, the excitons exist stably even at room temperature, and light emission by exciton recombination can be obtained.

【0028】(実施の形態3)次に、本発明の実施の形
態3について説明する。以上の実施の形態ではシリコン
発光素子について述べてきたが、同様な構造を用いて光
変調器を構成することが可能である。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. Although the silicon light emitting element has been described in the above embodiments, an optical modulator can be configured using a similar structure.

【0029】図5は、シリコン基板1上に形成した光変
調器の断面構造を模式的に表したものである。
FIG. 5 schematically shows a sectional structure of the optical modulator formed on the silicon substrate 1.

【0030】図5に示すように、n型シリコン基板1上
に、n型シリコン層2、電気的にイントリンシック(n
型にもp型にも意図的にドーピングされていない)なシ
リコン/シリコンゲルマニウム超格子層5、p型シリコ
ン層6が形成され、さらにその上下にそれぞれp側電極
7、n側電極8が形成されている。
As shown in FIG. 5, an n-type silicon layer 2 and an electrically intrinsic (n
A silicon / silicon germanium superlattice layer 5 and a p-type silicon layer 6 which are not intentionally doped into a p-type or a p-type), and a p-side electrode 7 and an n-side electrode 8 are formed respectively above and below them. Has been done.

【0031】シリコンゲルマニウム層は、シリコンより
格子定数が大きいため圧縮歪みが加わっており、さらに
アイソエレクトロニックトラップを形成する不純物であ
るベリリウムがドーピングされている。また、上記構造
の両端面(側面)には反射防止膜14が形成されてい
る。反射防止膜14としては、TiO2/SiO2などの
誘電体多層膜を使用可能である。
Since the silicon germanium layer has a lattice constant larger than that of silicon, a compressive strain is applied thereto, and beryllium which is an impurity forming an isoelectronic trap is further doped. An antireflection film 14 is formed on both end faces (side faces) of the above structure. As the antireflection film 14, a dielectric multilayer film such as TiO 2 / SiO 2 can be used.

【0032】以上のように構成されたシリコン光変調器
では、p側電極7、n側電極8に電圧を印加していない
ときの光吸収特性は、図6に示すように束縛励起子によ
り室温でも励起子が安定して存在するため鋭い吸収ピー
クを持った特性を示す。p側電極7、n側電極8に逆方
向電圧(逆バイアス)を印加すると、超格子層5のエネ
ルギーバンド構造の変形により吸収ピークが長波長側に
シフトする。
In the silicon optical modulator configured as described above, the light absorption characteristics when no voltage is applied to the p-side electrode 7 and the n-side electrode 8 are as shown in FIG. However, since excitons are stably present, it exhibits a characteristic with a sharp absorption peak. When a reverse voltage (reverse bias) is applied to the p-side electrode 7 and the n-side electrode 8, the absorption peak shifts to the long wavelength side due to the deformation of the energy band structure of the superlattice layer 5.

【0033】このとき、入力光の波長を図6に示すよう
に設定しておくと、電圧を印加していないときは吸収量
が少なく、逆方向電圧を印加すると吸収量が増加するた
め、透過光の強度を変調することができる。
At this time, if the wavelength of the input light is set as shown in FIG. 6, the amount of absorption is small when no voltage is applied, and the amount of absorption increases when a reverse voltage is applied. The intensity of light can be modulated.

【0034】(実施の形態4)次に、本発明の実施の形
態4について、図7を用いて説明する。図7は、本実施
の形態4における半導体装置の断面図である。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view of the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【0035】図7に示すように、本実施の形態4では、
図3に示す構造のデバイス両側面には反射防止膜14を
形成している。反射防止膜14としては実施の形態3と
同様のものを使用可能である。それ以外の構成は図3に
示す場合と同様であるので説明は省略する。
As shown in FIG. 7, in the fourth embodiment,
An antireflection film 14 is formed on both side surfaces of the device having the structure shown in FIG. As the antireflection film 14, the same film as that of the third embodiment can be used. The other configuration is the same as that shown in FIG. 3, and therefore its explanation is omitted.

【0036】本実施の形態4の場合も、シリコン光変調
器の光吸収特性は、図6に示す場合と同様に逆バイアス
印加の有無によりシフトする。したがって、実施の形態
3で説明したのと同様に、図7に示すシリコン基板1上
の光変調器についても、電圧の印加による透過光強度の
変調が可能である。
Also in the case of the fourth embodiment, the light absorption characteristic of the silicon optical modulator shifts depending on the presence / absence of reverse bias application as in the case shown in FIG. Therefore, similarly to the third embodiment, the optical modulator on the silicon substrate 1 shown in FIG. 7 can also modulate the transmitted light intensity by applying a voltage.

【0037】(実施の形態5)次に、本発明の実施の形
態5について説明する。図8は、本実施の形態5におけ
る半導体装置を示す斜視図である。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a perspective view showing a semiconductor device according to the fifth embodiment.

【0038】以上の各実施の形態では、各装置の断面構
造について説明したが、図8に示すようにリッジ導波路
構造にすることで横方向(図8の左右方向)の光閉じ込
めを行うことができ、発光や光変調特性を向上させるこ
とが可能である。
In each of the above-described embodiments, the cross-sectional structure of each device has been described. However, a ridge waveguide structure as shown in FIG. 8 is used to confine light in the lateral direction (left-right direction in FIG. 8). Therefore, it is possible to improve light emission and light modulation characteristics.

【0039】本実施の形態5の半導体装置では、図8に
示すように、n型シリコン層2上に、シリコン/シリコ
ンゲルマニウム超格子層5、p型シリコン層6を形成
し、これらの上下にそれぞれp側電極7、n側電極8を
形成している。
In the semiconductor device according to the fifth embodiment, as shown in FIG. 8, a silicon / silicon germanium superlattice layer 5 and a p-type silicon layer 6 are formed on an n-type silicon layer 2, and they are formed above and below them. A p-side electrode 7 and an n-side electrode 8 are formed, respectively.

【0040】p型シリコン層6は中央に凸部を有し、該
凸部はデバイスの長手方向(縦方向)に延在する。この
凸部上に開口を有するようにp型シリコン層6上に絶縁
膜15を形成する。該絶縁膜15上に、p型シリコン層
6の凸部を覆うようにp側電極7を形成する。かかる構
造を有するので、本実施の形態のデバイスによって横方
向の光の閉じ込めを行うことができる。
The p-type silicon layer 6 has a convex portion at the center, and the convex portion extends in the longitudinal direction (longitudinal direction) of the device. The insulating film 15 is formed on the p-type silicon layer 6 so as to have an opening on this convex portion. A p-side electrode 7 is formed on the insulating film 15 so as to cover the convex portion of the p-type silicon layer 6. With such a structure, lateral light can be confined by the device of this embodiment.

【0041】(実施の形態6)以上の実施の形態では、
アイソエレクトロニックトラップを形成する不純物とし
てベリリウムを用いた場合について説明してきたが、イ
オウ、ベリリウム、セレン、亜鉛、炭素、錫あるいはこ
れらと同様な機能を有する等価な不純物から選ばれる少
なくとも1種の材質を用いても同様の効果が得られる。
(Embodiment 6) In the above embodiments,
Although the case where beryllium is used as an impurity forming the isoelectronic trap has been described, at least one material selected from sulfur, beryllium, selenium, zinc, carbon, tin, or an equivalent impurity having a function similar to these is used. Even if it is used, the same effect can be obtained.

【0042】以上のように本発明の実施の形態について
説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組合せて
もよい。また、今回開示した実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、
特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての
変更が含まれる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the features of the respective embodiments may be combined as appropriate. Further, it should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the claims,
All modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、シリコン層とシリコン
ゲルマニウム層とを含みアイソエレクトロニックトラッ
プを形成する不純物を含む超格子層を備えることで、シ
リコン層あるいはシリコンゲルマニウム層中に、電子あ
るいは正孔を閉じ込めることができる。たとえば、シリ
コンゲルマニウム層中に上記不純物を導入することで、
シリコンゲルマニウム層中に正孔を閉じ込めることがで
き、アイソエレクトロニックトラップに束縛された励起
子の束縛エネルギが増大し室温で効率よく発光させるこ
とができる。また、シリコン層中に上記不純物を導入す
ることで、シリコン層中に電子を閉じ込めることがで
き、アイソエレクトロニックトラップに束縛された励起
子の束縛エネルギが増大し室温で効率よく発光させるこ
とができる。
According to the present invention, by providing a superlattice layer containing an impurity forming an isoelectronic trap, which includes a silicon layer and a silicon germanium layer, electrons or holes are contained in the silicon layer or the silicon germanium layer. Can be confined. For example, by introducing the above impurities into the silicon germanium layer,
Holes can be confined in the silicon germanium layer, the binding energy of excitons bound to the isoelectronic trap is increased, and light can be efficiently emitted at room temperature. Further, by introducing the above impurities into the silicon layer, electrons can be confined in the silicon layer, the binding energy of excitons bound to the isoelectronic trap is increased, and light can be efficiently emitted at room temperature.

【0044】なお、シリコン層とシリコンゲルマニウム
層とが格子整合し、一方が他方に対し歪んでおり、シリ
コン層とシリコンゲルマニウム層の一方に、アイソエレ
クトロニックトラップを形成する不純物をドープするこ
とにより、上述の効果が顕著となり、室温で効率よく発
光させることができる。
It should be noted that the silicon layer and the silicon germanium layer are lattice-matched and one is distorted with respect to the other, and one of the silicon layer and the silicon germanium layer is doped with an impurity that forms an isoelectronic trap. The effect of is remarkable, and it is possible to efficiently emit light at room temperature.

【0045】本発明の半導体装置は、上述のように第1
と第2電極間に電圧を印加することで発光する発光装置
として有用であるが、第1と第2電極間に電圧を印加す
ることで光吸収量を変調する光変調器としても有用であ
る。たとえばシリコンゲルマニウム層中に上記不純物を
導入してシリコンゲルマニウム層中に正孔を閉じ込めた
場合には、アイソエレクトロニックトラップに束縛され
た励起子の束縛エネルギが増大するため、電圧を印加し
たときの光吸収量変化を大きくすることができる。ま
た、シリコン層中に上記不純物を導入してシリコン層中
に電子が閉じ込めた場合にも、アイソエレクトロニック
トラップに束縛された励起子の束縛エネルギが増大する
ため、電圧を印加したときの光吸収量変化を大きくする
ことができる。
The semiconductor device of the present invention has the first structure as described above.
It is useful as a light emitting device that emits light by applying a voltage between the first and second electrodes, but is also useful as an optical modulator that modulates the amount of light absorption by applying a voltage between the first and second electrodes. . For example, when the impurities are introduced into the silicon germanium layer to confine holes in the silicon germanium layer, the binding energy of excitons bound to the isoelectronic trap increases, so that the light generated when a voltage is applied is increased. The absorption amount change can be increased. Also, when the impurities are introduced into the silicon layer and electrons are confined in the silicon layer, the binding energy of excitons bound to the isoelectronic trap increases, so the amount of light absorbed when a voltage is applied. The change can be large.

【0046】上記アイソエレクトロニックトラップを形
成する不純物が含まれる層の厚みを2nm以上10nm
以下とした場合には、正孔あるいは電子が閉じ込められ
る領域が狭くなるため励起子の束縛エネルギの増大が大
きくなり、室温で励起子の効果が十分発揮される。
The thickness of the layer containing impurities forming the isoelectronic trap is set to 2 nm or more and 10 nm.
In the following cases, the region in which holes or electrons are confined is narrowed, so that the binding energy of excitons increases greatly, and the effect of excitons is sufficiently exhibited at room temperature.

【0047】上記アイソエレクトロニックトラップを形
成する不純物として、イオウ、ベリリウム、セレン、亜
鉛、炭素、錫から選ばれた少なくとも1種の材質を用い
た場合には、アイソエレクトロニックトラップを効率よ
く形成できる。
When at least one material selected from sulfur, beryllium, selenium, zinc, carbon and tin is used as the impurity forming the isoelectronic trap, the isoelectronic trap can be efficiently formed.

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

【図1】 本発明の実施の形態1による半導体装置の断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1のシリコン/シリコンゲルマニウム超格
子層のエネルギーバンド図である。
FIG. 2 is an energy band diagram of the silicon / silicon germanium superlattice layer of FIG.

【図3】 本発明の実施の形態2による半導体装置の断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 図3のシリコンゲルマニウム/シリコン超格
子層のエネルギーバンド図である。
FIG. 4 is an energy band diagram of the silicon germanium / silicon superlattice layer of FIG.

【図5】 本発明の実施の形態3による半導体装置の断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の半導体装置の光吸収特性を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing light absorption characteristics of the semiconductor device of the present invention.

【図7】 本発明の実施の形態4による半導体装置の断
面図である。
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施の形態5による半導体装置の斜
視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】 従来の半導体装置の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型シリコン基板、2 n型シリコン層、3 Be
ドープシリコンゲルマニウム層、4 i型シリコン層、
5 シリコン/シリコンゲルマニウム超格子層、6 p
型シリコン層、7 p側電極、8 n側電極、9 n型
バッファ層、10 n型シリコンゲルマニウム層、11
i型シリコンゲルマニウム層、12Beドープシリコ
ン層、13 p型シリコンゲルマニウム層、14 反射
防止膜、15 絶縁膜、16 S,Oドープシリコン
層、17 シリコンゲルマニウム/シリコン超格子層。
1 n-type silicon substrate, 2 n-type silicon layer, 3 Be
Doped silicon germanium layer, 4 i-type silicon layer,
5 silicon / silicon germanium superlattice layer, 6 p
Type silicon layer, 7 p-side electrode, 8 n-side electrode, 9 n-type buffer layer, 10 n-type silicon germanium layer, 11
i-type silicon germanium layer, 12Be-doped silicon layer, 13 p-type silicon germanium layer, 14 antireflection film, 15 insulating film, 16 S, O-doped silicon layer, 17 silicon germanium / silicon superlattice layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸野 茂光 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 徳田 安紀 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA13 BA01 CA05 DA16 EA03 5F041 CA05 CA33 CA50 CA53 CA56 CA57 CA66 5F073 AA74 CA24 CB04 CB18 DA06   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shigemitsu Maruno             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akinori Tokuda             2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Ryo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2H079 AA02 AA13 BA01 CA05 DA16                       EA03                 5F041 CA05 CA33 CA50 CA53 CA56                       CA57 CA66                 5F073 AA74 CA24 CB04 CB18 DA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の第1半導体層と、 前記第1半導体層上に形成され、シリコン層と、シリコ
ンゲルマニウム層とを含み、アイソエレクトロニックト
ラップを形成する不純物を含む超格子層と、 前記超格子層上に形成された第2導電型の第2半導体層
と、 前記第1半導体層側の第1電極と、 前記第2半導体層側の第2電極と、を備えた半導体装
置。
1. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a superlattice layer formed on the first semiconductor layer, containing a silicon layer and a silicon germanium layer, and containing impurities forming an isoelectronic trap. A semiconductor device comprising a second conductive type second semiconductor layer formed on the superlattice layer, a first electrode on the side of the first semiconductor layer, and a second electrode on the side of the second semiconductor layer. .
【請求項2】 前記シリコン層とシリコンゲルマニウム
層とは格子整合し、一方が他方に対し歪んでおり、 前記シリコン層とシリコンゲルマニウム層の一方に、前
記アイソエレクトロニックトラップを形成する不純物を
ドープした、請求項1に記載の半導体装置。
2. The silicon layer and the silicon germanium layer are lattice-matched and one is strained with respect to the other, and one of the silicon layer and the silicon germanium layer is doped with an impurity forming the isoelectronic trap, The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】 前記半導体装置は、前記第1と第2電極
間に電圧を印加することで発光する、請求項1または請
求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device emits light when a voltage is applied between the first and second electrodes.
【請求項4】 前記半導体装置は、前記第1と第2電極
間に電圧を印加することで光吸収量を変調する、請求項
1または請求項2に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device modulates the amount of light absorption by applying a voltage between the first and second electrodes.
【請求項5】 前記アイソエレクトロニックトラップを
形成する不純物が含まれる層の厚みを2nm以上10n
m以下とする、請求項1から請求項4のいずれかに記載
の半導体装置。
5. The thickness of the layer containing impurities forming the isoelectronic trap is 2 nm or more and 10 n or less.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, which has a thickness of m or less.
【請求項6】 前記アイソエレクトロニックトラップを
形成する不純物として、イオウ、ベリリウム、セレン、
亜鉛、炭素、錫から選ばれた少なくとも1種の材質を用
いる、請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体
装置。
6. The impurities forming the isoelectronic trap include sulfur, beryllium, selenium,
The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one material selected from zinc, carbon, and tin is used.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100495748C (en) * 2006-09-18 2009-06-03 中国科学院半导体研究所 Silicon base efficient equalized electron adulterated lighting part and its making method
JP2012190881A (en) * 2011-03-09 2012-10-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light-emitting element
JPWO2011111436A1 (en) * 2010-03-08 2013-06-27 株式会社日立製作所 Germanium light emitting device
CN105518864A (en) * 2013-09-04 2016-04-20 独立行政法人产业技术综合研究所 Semiconductor element, method for manufacturing same, and semiconductor integrated circuit
JP2017092403A (en) * 2015-11-17 2017-05-25 株式会社ソディック Light-emitting device
JP2017092075A (en) * 2015-11-02 2017-05-25 株式会社ソディック Light emitting element
CN109188729A (en) * 2018-09-25 2019-01-11 湖南理工学院 A kind of semiconductor Meta Materials wave plate and preparation method thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100495748C (en) * 2006-09-18 2009-06-03 中国科学院半导体研究所 Silicon base efficient equalized electron adulterated lighting part and its making method
JPWO2011111436A1 (en) * 2010-03-08 2013-06-27 株式会社日立製作所 Germanium light emitting device
JP2012190881A (en) * 2011-03-09 2012-10-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light-emitting element
CN105518864A (en) * 2013-09-04 2016-04-20 独立行政法人产业技术综合研究所 Semiconductor element, method for manufacturing same, and semiconductor integrated circuit
JPWO2015033706A1 (en) * 2013-09-04 2017-03-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Semiconductor device, manufacturing method thereof, and semiconductor integrated circuit
US9711597B2 (en) 2013-09-04 2017-07-18 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Semiconductor element, method for manufacturing same, and semiconductor integrated circuit
KR101824048B1 (en) * 2013-09-04 2018-01-31 내셔날 인스티튜트 오브 어드밴스드 인더스트리얼 사이언스 앤드 테크놀로지 Semiconductor element, method for manufacturing same, and semiconductor integrated circuit
JP2017092075A (en) * 2015-11-02 2017-05-25 株式会社ソディック Light emitting element
JP2017092403A (en) * 2015-11-17 2017-05-25 株式会社ソディック Light-emitting device
CN109188729A (en) * 2018-09-25 2019-01-11 湖南理工学院 A kind of semiconductor Meta Materials wave plate and preparation method thereof
CN109188729B (en) * 2018-09-25 2022-06-07 湖南理工学院 Semiconductor metamaterial wave plate and preparation method thereof

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