JP2005167099A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
複数の薄膜層を積層した半導体素子において、薄膜層中の酸素濃度を低減する。
【解決手段】
酸素原子の表面偏析は、結晶(Al0.55Ga0.45As)の内側から表面へ偏析するときエネルギーバリアを超えなければならないため温度に依存する。結晶成長時に温度を上げると、酸素の偏析が増加した結果、酸素混入量が減少して、結晶中に濃度低下領域Qを形成する。その後、酸素が結晶中から排出され続けるとともに、酸素が連続的に成長表面上へ衝突するため、結晶の成長表面の酸素蓄積量が増えていくにつれて、混入速度は単調に増加する。そして、衝突速度が混入速度に釣り合った時点で成長表面の酸素数は一定の値で飽和し、結晶中の酸素濃度が一定となって定濃度領域Pを形成する。このような酸素の濃度低下領域Qと定濃度領域Pは、薄膜の成長温度を増加させる毎に形成される。
【選択図】図3
Description
(1)前記実施例で示した製造方法や製造条件は一定であり、何ら前記実施例に限定されるものではなく、同様の作用を奏するように適宜変更してよい。
(2)前記実施例で示した積層構造,膜厚も一例であり、同様の作用を奏するように設計変更可能である。また、前記実施例では、AlGaAs系の材料を用いた場合について説明したが、本発明は、他の公知の各種の薄膜材料を用いた半導体素子の形成時においても、混入酸素濃度の低減に大きな効果を発揮する。
12:GaAs基板
13:GaAsバッファ層
14:Al0.55Ga0.45As層
15:GaAsキャップ層
20:結晶
22:結晶表面(成長表面)
24:酸素
30:半導体素子
32:GaAs基板
34:GaAs層
36:Al0.55Ga0.45As層
38:AsAs層
40:Al0.55Ga0.45As層
42:GaAs層
50:半導体レーザ素子
52:GaAs基板
54:GaAs層
56:n−Al0.55Ga0.45As層(クラッド層)
57:Al0.3Ga0.7As層(ガイド層)
58:MQW層
59:Al0.3Ga0.7As層(ガイド層)
60:p−Al0.55Ga0.45As層(クラッド層)
62:p+−GaAs層
70:半導体レーザ素子
72:GaAs基板
74:n−GaAs層(バッファ層)
76:n−Al0.55Ga0.45As層(クラッド層)
78:Al0.3Ga0.7As層(ガイド層)
80:MQW層
82:Al0.3Ga0.7As層(ガイド層)
84,86:p−Al0.55Ga0.45As層(クラッド層)
88:p+−AlAs層
90:p−Al0.55Ga0.45As層
92:p+−GaAs層
Claims (15)
- 半導体基板上に複数の薄膜層が積層形成された半導体素子において、
前記複数の薄膜層のうち、少なくとも一つの薄膜層のAl元素の組成比は、隣接する薄膜層のAl元素の組成比以上であって、該隣接する薄膜層との界面または界面から離れた位置に、酸素濃度が一旦低下した後に薄膜の成長に伴って上昇する酸素濃度特性を備えたことを特徴とする半導体素子。 - 半導体基板上に複数の薄膜層が積層形成された半導体素子において、
前記複数の薄膜層のうち、少なくとも一つの薄膜層は、隣接する薄膜層との界面または界面から離れた位置に、該薄膜層を構成する組成の平衡レベルよりも酸素濃度が低下した酸素濃度低下領域と、該酸素濃度低下領域に続いて形成され前記平衡レベルよりも酸素濃度が高くなる酸素濃度上昇領域とを有することを特徴とする半導体素子。 - 前記酸素濃度上昇領域の最大酸素濃度から前記平衡レベルに達するまでの薄膜の成長距離が、0.2μm以上であることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度上昇領域および前記酸素濃度低下領域の大きさを、それぞれ前記平衡レベルにおける酸素の飽和値を超えた余分量の合計と前記飽和値に対する不足量の合計としたときに、前記酸素濃度上昇領域の大きさは、前記酸素濃度低下領域の大きさ以上であることを特徴とする請求項2又は3記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度上昇領域は、指数的に前記平衡レベルに収束することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記一つの薄膜層は、該薄膜層に比べてAl元素の組成比が同じか又は低い薄膜層上に形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体素子。
- 半導体基板上に複数の薄膜層が積層形成された半導体素子において、
前記複数の薄膜層のうち、少なくとも一つの薄膜層が、隣接する薄膜層から離れた位置に酸素濃度を選択的に低下させた酸素濃度低下領域を有することを特徴とする半導体素子。 - 前記酸素濃度低下領域を含む薄膜層は、一つの薄膜層が同一組成からなることを特徴とする請求項7記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度低下領域を含む薄膜層は、Al元素を含む材料からなることを特徴とする請求項7又は8記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度低下領域を含む薄膜層が、AlxGa1−xAs(0≦x≦1)で表される組成を有することを特徴とする請求項9記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度低下領域は、該領域を有する薄膜層中の一定の酸素濃度が続いた定濃度領域に続いて形成されることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度低下領域は、該領域を有する薄膜層の形成における平衡状態に向かって酸素濃度が収束する濃度収束領域に続いて形成されることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記酸素濃度低下領域は、該領域を有する薄膜層の成長温度を変化させることによって選択的に形成されることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の半導体素子。
- 半導体基板上に複数の薄膜層を積層形成する半導体素子の製造方法において、
前記複数の薄膜層のうち、少なくとも一つの薄膜層の成長時の温度を変化させることによって、該薄膜中に、酸素濃度が低下した酸素濃度低下領域を形成したことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記薄膜層を、分子線結晶成長法もしくは有機金属気相成長法により形成したことを特徴とする請求項14記載の半導体素子の製造方法。
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