JP2005311310A - 電磁波発生・検出用構造体、光半導体装置及び電磁波発生・検出用構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁波を発生させる又は検出するために用いる電磁波発生・検出用構造体が、基板温度が300℃程度以下で、基板1上に化合物半導体を含む層2を形成する工程と、砒素を含む雰囲気中で層2を有する基板1を加熱する第1の加熱工程と、基板温度が600℃程度以上で、化合物半導体と化学反応をしないガス雰囲気中で層2を有する基板1を加熱する第2の加熱工程を含む方法で製造される。
【選択図】図1
Description
M.Tani, et.al., "Emission characteristics of photoconductiveantennas based on low-temperature-grown GaAs and semi-insulating GaAs", Appl.Opt.vol36, p.7853, 1997
nmであるため、キャリアが散乱される前に砒素凝集にトラップされると考えられる。こうして、上記実施形態を含む本発明では、化合物半導体を含む層中のキャリアを捕獲するための粒子が上記の如き特有の分布構造を有することなどに起因して、従来の光伝導素子よりも光-電磁波変換効率が向上した素子を実現できることになる。
実施例1の素子及び製造方法は上記実施形態のそれらと基本的に同じである。本実施例の効果を比較・評価するため、前記第2の加熱工程以外の工程は同一条件で行い、第2の加熱工程のみ条件を変えた五つの素子を製造した。
(A))の温度を250℃に保持し、該半絶縁性GaAs基板1の(100)面上に分子ビームエピタキシー法を用いてGaAs膜2を厚さ1.5μm成長させた(図1
(B))。このGaAs膜2の成長終了後に、エピタキシャル成長装置3内で半絶縁性GaAs基板1の温度を600℃に上昇させ、砒素雰囲気中で10分間加熱した(図1
(C))。
(D))。このとき、LT-GaAs膜から砒素が熱によって解離することを防止する目的で、異なるGaAs基板を該LT-GaAs膜上に載せても良い。この第2の加熱工程が含まれることが、従来の製造方法と最も異なる点である。ここで、図1
(C)の前工程までを終えた半絶縁性GaAs基板1を五つに分割し(図示せず。図1には基板を分割したことは反映されていない)、それぞれ異なる条件で第2の加熱工程を行った。第2の加熱工程の加熱温度は、それぞれ500℃、600℃、700℃、750℃、800℃とした。
次に、前記光伝導素子を用いたテラヘルツ電磁波検出の構成の実施例を示す。この構成は、図4に示す様に、テラヘルツ電磁波検出素子である前記光伝導素子8と、照射装置系9と、電流検出部としての回路12とを備えている。照射装置系9は、図2及び図4に示す様に、テラヘルツ電磁波検出素子8の間隔gに相当する領域Rに、フェムト秒パルスレーザ光等の超短パルスレーザなどを、励起パルス光として照射する。照射装置系9は、例えば、レーザ光源と、必要に応じて照射領域の大きさを調整するレンズ等とから構成される。電流検出回路12は、その2つの出力端子にそれぞれ接続された電線11a、11bを介して、導電部5a、b間に流れる電流を検出する。
次に、実施例3を説明する。本実施例は以下の如く作製された。
本実験例において、上記実施例に記載した方法と同様の方法でGaAs膜を作成した。この製造方法によって作成されたGaAs膜には、図8に示した様に、母材であるGaAs膜15中に砒素凝集16が多数存在する。凝集の観察は、以下に述べる方法で行う。
本実験例においても、上記実施例に記載した方法と同様の方法でGaAs膜を作成した。観察実験例2における凝集の観察は、次に述べる方法で行う。この観察方法では、GaAs膜母材の結晶性をX線回折によって求めた。入射X線をGe(440)4結晶モノクロメータを用いて単色化し、GaAs(400)面からの反射光をGe(220)アナライザー結晶を用いて受光し、逆格子マッピング測定を行なった。そこから、GaAs膜のスポットに関するロッキングカーブの半値全幅を測定した。この測定では、砒素凝集以外の領域の結晶性が測定でき、砒素凝集の分布構造は云わば間接的に観察できる。
2 GaAs膜(化合物半導体を含む層)
2a 第1の加熱工程によるアニール済みLT-GaAs膜
2b、13 第2の加熱工程によるアニール済みLT-GaAs膜
3 GaAs膜のエピタキシャル成長装置
3a GaAs膜のエピタキシャル成長装置内部の別領域
4 加熱炉
5a、5b、14a、14b 導電部
8 光伝導素子
9 照射装置系
12 電流検出回路
Claims (12)
- 電磁波を発生させる又は検出するために用いる電磁波発生・検出用構造体の製造方法であって、
基板温度が300℃程度以下で、前記基板上に化合物半導体を含む層を形成する工程と、
砒素を含む雰囲気中で前記層を有する基板を加熱する第1の加熱工程と、
基板温度が600℃程度以上で、前記化合物半導体と化学反応をしないガス雰囲気中で前記層を有する基板を加熱する第2の加熱工程を含むことを特徴とする電磁波発生・検出用構造体の製造方法。 - 前記第2の加熱工程が、水素雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生・検出用構造体の製造方法。
- 前記基板上に化合物半導体を含む層を形成する工程が、エピタキシャル成長により層を形成することを特徴とする請求項1記載の電磁波発生・検出用構造体の製造方法。
- 前記層をエピタキシャル成長させる工程が、分子ビームエピタキシー法を用いていることを特徴とする請求項3記載の電磁波発生・検出用構造体の製造方法。
- 前記第2の加熱工程の全圧が大気圧近傍であることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生・検出用構造体の製造方法。
- 前記化合物半導体が、III-V族化合物半導体であることを特徴とする請求項1記載の電磁波発生・検出用構造体の製造方法。
- 電磁波を発生または検出するために用いる電磁波発生・検出用構造体であって、
基板と、
基板上に配された化合物半導体を含む層と、
前記層上にギャップを隔てて配された複数の導電部を備え、
前記層中にキャリアを捕獲するための粒子があり、前記層中の粒子の中心間の平均間隔が、基板温度が300℃程度以下で基板上に形成された後に砒素を含む雰囲気中で加熱されて形成された化合物半導体を含む層中のキャリアを捕獲するための粒子の中心間の平均間隔より大きく、前記層中の粒子の中心間の平均間隔から前記層中の粒子の平均粒子径を引いた値が、前記基板上に配された化合物半導体のキャリアの平均自由行程距離程度以下であることを特徴とする構造体。 - 前記層中の粒子の中心間の平均間隔が、ほぼ42nm以上であることを特徴とする請求項7記載の電磁波発生・検出用構造体。
- 電磁波を発生または検出するために用いる電磁波発生・検出用構造体であって、
基板と、
基板上に配された化合物半導体を含む層と、
前記層上にギャップを隔てて配された複数の導電部を備え、
前記層中にキャリアを捕獲するための粒子があり、前記層中の粒子の平均粒子径が、基板温度が300℃程度以下で基板上に形成された後に砒素を含む雰囲気中で加熱されて形成された化合物半導体を含む層中の粒子の平均粒子径より大きく、前記層中の粒子の中心間の平均間隔から前記層中の粒子の平均粒子径を引いた値が、前記基板上に配された化合物半導体のキャリアの平均自由行程距離程度以下であることを特徴とする構造体。 - 前記層中の粒子の平均粒子径が、ほぼ9.3nm以上であることを特徴とする請求項9記載の電磁波発生・検出用構造体。
- 請求項7乃至10のいずれか1項に記載の電磁波発生・検出用構造体と、
前記構造体上の前記導電部間のギャップに向けて電磁波を照射するための照射部を備えることを特徴とする光半導体装置。 - 前記電磁波がパルスレーザ光であることを特徴とする請求項8記載の光半導体装置。
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