JP2970103B2 - 半導体超格子構造 - Google Patents
半導体超格子構造Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、異種元素の半導体薄膜
層を積層した超格子構造に関する。
層を積層した超格子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓある
いは、ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなどの超格子構造が作ら
れ、各種デバイスに応用されてきた。超格子構造は、物
性の異なる２種類以上の半導体薄膜層を交互に積み重ね
た構造をしている。このとき、電子あるいは正孔などの
キャリアはエネルギー準位の低い層に量子力学的に閉じ
込められる。量子力学的に閉じ込められたキャリアは、
通常の半導体層とは異なる特異な特性を示し、これが、
種々のデバイスの性能を向上させるのに役立つ。なお、
超格子構造の特性に関しては、江崎・榊らによる下記の
文献、「超格子ヘテロ構造デバイス」などに詳しく述べ
られている。
いは、ＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰなどの超格子構造が作ら
れ、各種デバイスに応用されてきた。超格子構造は、物
性の異なる２種類以上の半導体薄膜層を交互に積み重ね
た構造をしている。このとき、電子あるいは正孔などの
キャリアはエネルギー準位の低い層に量子力学的に閉じ
込められる。量子力学的に閉じ込められたキャリアは、
通常の半導体層とは異なる特異な特性を示し、これが、
種々のデバイスの性能を向上させるのに役立つ。なお、
超格子構造の特性に関しては、江崎・榊らによる下記の
文献、「超格子ヘテロ構造デバイス」などに詳しく述べ
られている。
【０００３】超格子構造を作製する場合、通常は、超格
子構造を構成するそれぞれの層の格子定数が基板と等し
くなるように設定する。このように各層の格子定数が基
板と等しい時には、超格子構造を任意の厚さに成長する
ことができる。例えば、Ｇａ(1-X) ＩｎX Ａｓの場合に
は、ｘ＝０．５３のときにＩｎＰと格子定数が等しくな
るため、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰ超格子はＩｎＰ
基板の上に任意の厚みで成長することができる。
子構造を構成するそれぞれの層の格子定数が基板と等し
くなるように設定する。このように各層の格子定数が基
板と等しい時には、超格子構造を任意の厚さに成長する
ことができる。例えば、Ｇａ(1-X) ＩｎX Ａｓの場合に
は、ｘ＝０．５３のときにＩｎＰと格子定数が等しくな
るため、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ／ＩｎＰ超格子はＩｎＰ
基板の上に任意の厚みで成長することができる。
【０００４】超格子の特性をさらに向上させるために、
故意に基板と異なる格子定数を持つ層を超格子構造の一
部として用いることがある。この場合には、転位のない
結晶を作製するために特別な配慮が必要になる。
故意に基板と異なる格子定数を持つ層を超格子構造の一
部として用いることがある。この場合には、転位のない
結晶を作製するために特別な配慮が必要になる。
【０００５】基板と異なる格子定数を持つ層を成長する
際に、その厚みを臨界膜厚以下にすると、基板に平行な
方向の格子定数が基板の格子定数と同じになる様に、格
子が歪んだ状態になる。この場合には、結晶内に転位は
発生していない。これに対して厚みが臨界膜厚を越える
と、結晶内に転位が入ることにより歪が緩和される。結
晶内に転位が入ると結晶の電気的特性、光学的特性が著
しく劣化する。したがって、基板と異なる格子定数を持
つ層の厚みは臨界膜厚以下に設定されることが多い。そ
れぞれの材料に対する臨界膜厚は、下記の文献、“Defe
ct in epitaxial multilayer”（J.W.Matthews and A.
E.Blakeslee,Jo-urnal of Crystal Growth 27 (1974) p
p.118-125)などに示されている方法で見積もることがで
きる。
際に、その厚みを臨界膜厚以下にすると、基板に平行な
方向の格子定数が基板の格子定数と同じになる様に、格
子が歪んだ状態になる。この場合には、結晶内に転位は
発生していない。これに対して厚みが臨界膜厚を越える
と、結晶内に転位が入ることにより歪が緩和される。結
晶内に転位が入ると結晶の電気的特性、光学的特性が著
しく劣化する。したがって、基板と異なる格子定数を持
つ層の厚みは臨界膜厚以下に設定されることが多い。そ
れぞれの材料に対する臨界膜厚は、下記の文献、“Defe
ct in epitaxial multilayer”（J.W.Matthews and A.
E.Blakeslee,Jo-urnal of Crystal Growth 27 (1974) p
p.118-125)などに示されている方法で見積もることがで
きる。
【０００６】基板と異なる格子定数を多層積層する際、
その基板と異なる格子定数を持つ層が１層あるいは複数
でも数が少ない場合は上述の方法によって転位の発生を
防ぐことができる。このことを利用したものに、歪量子
井戸構造レーザなどがある。例えば、下記の文献、“Lo
w Threshold and Low Internal Loss 1.55μm Strained
Layer Single Q-uantum Well Lasers”(C.E.Zah et a
l,International ElectronDevice Meetin-g 1990,p.12
9)では、厚さ２．５ｎｍのＧａ0.2 Ｉｎ0.8 Ａｓの１層
の井戸層を活性層として低しきい値電流のレーザーを実
現したことが報告されている。レーザー、あるいは電子
素子の場合には、この例のように１層ないし数層の歪層
によってデバイスを構成することができる。
その基板と異なる格子定数を持つ層が１層あるいは複数
でも数が少ない場合は上述の方法によって転位の発生を
防ぐことができる。このことを利用したものに、歪量子
井戸構造レーザなどがある。例えば、下記の文献、“Lo
w Threshold and Low Internal Loss 1.55μm Strained
Layer Single Q-uantum Well Lasers”(C.E.Zah et a
l,International ElectronDevice Meetin-g 1990,p.12
9)では、厚さ２．５ｎｍのＧａ0.2 Ｉｎ0.8 Ａｓの１層
の井戸層を活性層として低しきい値電流のレーザーを実
現したことが報告されている。レーザー、あるいは電子
素子の場合には、この例のように１層ないし数層の歪層
によってデバイスを構成することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、受光素子や光
変調器のように結晶層の光の吸収を利用する素子の場合
には、十分な吸収を得るために多層の超格子構造が必要
となり、超格子構造全体の厚さが１μｍ以上となる場合
が多い。このように、多数の層を積層した超格子構造を
作製する場合には、各層の厚みが臨界膜厚以下になって
いても全体の歪量が大きくなって、転位が発生してしま
うという問題があった。
変調器のように結晶層の光の吸収を利用する素子の場合
には、十分な吸収を得るために多層の超格子構造が必要
となり、超格子構造全体の厚さが１μｍ以上となる場合
が多い。このように、多数の層を積層した超格子構造を
作製する場合には、各層の厚みが臨界膜厚以下になって
いても全体の歪量が大きくなって、転位が発生してしま
うという問題があった。
【０００８】本発明では、この問題を解決した半導体超
格子構造を提供することを目的とする。
格子構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超格子構造
はＩｎＰ基板上に、そのＩｎＰ基板よりも格子定数の大
きいＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層と、ＩｎＰ基板よりも格子
定数の小さい（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層と
が交互に積層され、それらＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層およ
び（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層全体を平均し
て得られる積層面と平行な格子定数とＩｎＰ基板の格子
定数との差が０．１％以下であることを特徴とする。
はＩｎＰ基板上に、そのＩｎＰ基板よりも格子定数の大
きいＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層と、ＩｎＰ基板よりも格子
定数の小さい（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層と
が交互に積層され、それらＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層およ
び（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層全体を平均し
て得られる積層面と平行な格子定数とＩｎＰ基板の格子
定数との差が０．１％以下であることを特徴とする。
【００１０】前述のＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層および（Ａ
ｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y)Ｐ層の厚さは、それぞれ
の臨界膜厚以下に設定されており、さらに、Ｇａ(1-X)
ＩｎX Ａｓ層および（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y)
Ｐ層は、有機金属気相成長法を用いて形成されているこ
とが望ましい。
ｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y)Ｐ層の厚さは、それぞれ
の臨界膜厚以下に設定されており、さらに、Ｇａ(1-X)
ＩｎX Ａｓ層および（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y)
Ｐ層は、有機金属気相成長法を用いて形成されているこ
とが望ましい。
【００１１】
【作用】本発明によれば、正の歪みを持つＧａ(1-X) Ｉ
ｎXＡｓ層と負の歪みを持つ（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉ
ｎ(1-Y) Ｐ層とが交互に積層されるので、各層間の歪み
が積算するのを防ぐことができる。また、それらの積層
された層全体を平均した格子定数とＩｎＰ基板の格子定
数との差が０．１％以下となっているため、ＩｎＰ基板
上に多層積層され、かつＩｎＰ基板よりも格子定数の大
きなＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層（ｘ＞０．５３）を、転位
のない良好な状態で得ることができる。この状態は、積
層された各層の厚さを臨界膜厚以下に設定することでさ
らに確実に得ることができる。
ｎXＡｓ層と負の歪みを持つ（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉ
ｎ(1-Y) Ｐ層とが交互に積層されるので、各層間の歪み
が積算するのを防ぐことができる。また、それらの積層
された層全体を平均した格子定数とＩｎＰ基板の格子定
数との差が０．１％以下となっているため、ＩｎＰ基板
上に多層積層され、かつＩｎＰ基板よりも格子定数の大
きなＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層（ｘ＞０．５３）を、転位
のない良好な状態で得ることができる。この状態は、積
層された各層の厚さを臨界膜厚以下に設定することでさ
らに確実に得ることができる。
【００１２】なお、上述の各層を有機金属気相法で形成
することによって、各層の組成比を十分に制御すること
ができる。
することによって、各層の組成比を十分に制御すること
ができる。
【００１３】
【実施例】ここで、添付図面を参照して本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
【００１４】図１は、本発明に係る超格子構造の断面概
略図である。ＩｎＰ基板１上には、井戸（ウェル）層と
してのＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層２１と、障壁（バリア）
層としての（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層２２
とが交互に積層されている。ここで、Ｇａ(1-X) ＩｎX
Ａｓ層２１の格子定数をａW 、（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y
Ｉｎ(1-Y) Ｐ層２２の格子定数をａb とすると、ａW 及
びａb は次式で与えられる。
略図である。ＩｎＰ基板１上には、井戸（ウェル）層と
してのＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層２１と、障壁（バリア）
層としての（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層２２
とが交互に積層されている。ここで、Ｇａ(1-X) ＩｎX
Ａｓ層２１の格子定数をａW 、（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y
Ｉｎ(1-Y) Ｐ層２２の格子定数をａb とすると、ａW 及
びａb は次式で与えられる。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】ＩｎＰ基板１上に上記のＧａ(1-X) ＩｎX
Ａｓ層２１、（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層２
２を交互に積層した超格子構造の積層面に沿った方向の
格子定数ａSlは、それぞれの結晶層の厚みをｔW 、ｔb
とし、両者の弾性率の違いを無視すると次式で表すこと
ができる。
Ａｓ層２１、（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層２
２を交互に積層した超格子構造の積層面に沿った方向の
格子定数ａSlは、それぞれの結晶層の厚みをｔW 、ｔb
とし、両者の弾性率の違いを無視すると次式で表すこと
ができる。
【００１８】
【数３】
【００１９】本発明では、この超格子構造の格子定数ａ
Slが、下記の式
Slが、下記の式
【００２０】
【数４】
【００２１】を満たすことが必要である。即ち、ＩｎＰ
基板１の格子定数５．８６９オングストロームと０．１
％以内の誤差で一致するように、ｘ、ｙ、ｚ、ｔW 、ｔ
b の値を設定する。
基板１の格子定数５．８６９オングストロームと０．１
％以内の誤差で一致するように、ｘ、ｙ、ｚ、ｔW 、ｔ
b の値を設定する。
【００２２】ここで、前述の数式３では、超格子構造を
形成する各層が一定の厚さｔW 、ｔb の繰返しで形成さ
れている場合を考えているが、ｔW 、ｔb が変化する場
合についても、超格子構造全体を平均して得られる格子
定数がＩｎＰ基板１の格子定数と０．１％以内の誤差で
一致すればよい。
形成する各層が一定の厚さｔW 、ｔb の繰返しで形成さ
れている場合を考えているが、ｔW 、ｔb が変化する場
合についても、超格子構造全体を平均して得られる格子
定数がＩｎＰ基板１の格子定数と０．１％以内の誤差で
一致すればよい。
【００２３】なお、これら超格子構造は有機金属気相成
長法によって成長されるので、積層された結晶層の組成
は、十分制御されたものとなる。
長法によって成長されるので、積層された結晶層の組成
は、十分制御されたものとなる。
【００２４】次に、本発明の実施例について、図２に基
づいて具体的に説明する。
づいて具体的に説明する。
【００２５】図示されるように基板には、（１００）の
面方位を持ったＩｎＰを用い、このＩｎＰ基板１上に
は、ＩｎＰバッファ層１１が２００ｎｍの厚さで設けら
れている。さらにその上には、厚さ１０ｎｍのＧａ0.14
Ｉｎ0.86Ｐ層２２´、及びＧａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２２´
とは反対の歪みを持つ厚さ１０ｎｍのＧａ0.32Ｉｎ0.68
Ａｓ層２１´が交互にそれぞれ５０層ずつ積層されてい
る。この積層された層の最上面にはＩｎＰを用いた表面
層１２が１００ｎｍの厚さで形成されている。
面方位を持ったＩｎＰを用い、このＩｎＰ基板１上に
は、ＩｎＰバッファ層１１が２００ｎｍの厚さで設けら
れている。さらにその上には、厚さ１０ｎｍのＧａ0.14
Ｉｎ0.86Ｐ層２２´、及びＧａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２２´
とは反対の歪みを持つ厚さ１０ｎｍのＧａ0.32Ｉｎ0.68
Ａｓ層２１´が交互にそれぞれ５０層ずつ積層されてい
る。この積層された層の最上面にはＩｎＰを用いた表面
層１２が１００ｎｍの厚さで形成されている。
【００２６】上述のＧａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´の正
の歪を打ち消す負の歪を持ったＧａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２
２´を、Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´と交互に成長さ
せることによって形成された超格子構造は、前述の数式
４を満たしている。したがってＩｎＰ基板１との格子定
数の差が０．１％になっており、多層に積層した場合に
も歪が積算することを防ぐことができる。
の歪を打ち消す負の歪を持ったＧａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２
２´を、Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´と交互に成長さ
せることによって形成された超格子構造は、前述の数式
４を満たしている。したがってＩｎＰ基板１との格子定
数の差が０．１％になっており、多層に積層した場合に
も歪が積算することを防ぐことができる。
【００２７】なお、本実施例におけるＧａ0.32Ｉｎ0.68
Ａｓ層２１´中のＩｎの組成比は０．６８であり、Ｉｎ
Ｐ基板１と格子定数が等しくなるＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ
層のＩｎの組成比、すなわち０．５３より大きい。この
Ｉｎの組成比が大きくなるほど電子の有効質量が小さく
なり、電子移動度が大きくなる。例えば、Ｇａ0.47Ｉｎ
0.53Ａｓで１３，０００ｃｍ2 ／Ｖｓ程度の移動度が、
ＩｎＡｓでは３３，０００ｃｍ2 ／Ｖｓに達する。さら
に、Ｉｎの組成比が大きくなるほどバンドギャップエネ
ルギーが小さくなり、より長波長の光を吸収できるよう
になる。
Ａｓ層２１´中のＩｎの組成比は０．６８であり、Ｉｎ
Ｐ基板１と格子定数が等しくなるＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ
層のＩｎの組成比、すなわち０．５３より大きい。この
Ｉｎの組成比が大きくなるほど電子の有効質量が小さく
なり、電子移動度が大きくなる。例えば、Ｇａ0.47Ｉｎ
0.53Ａｓで１３，０００ｃｍ2 ／Ｖｓ程度の移動度が、
ＩｎＡｓでは３３，０００ｃｍ2 ／Ｖｓに達する。さら
に、Ｉｎの組成比が大きくなるほどバンドギャップエネ
ルギーが小さくなり、より長波長の光を吸収できるよう
になる。
【００２８】次に、上述の超格子構造を、有機金属気相
成長法を用いて作製する方法について述べる。まず、超
格子構造を成長させるのに先立ち、ＩｎＰを用いたバッ
ファ層１１を２００ｎｍ成長させる。次に、ＩｎＰバッ
ファ層１１の上にＧａ0.14Ｉｎ0.86層２２´、及びＧａ
0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´をそれぞれ１０ｎｍの厚さで
５０層ずつ成長させる。Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´
を成長させる際の原料として、トリメチルインジウム、
トリエチルガリウム、アルシンを用いる。一方、Ｇａ
0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２２´の原料としては、トリメチルイ
ンジウム、トリエチルガリウム、ホスフィンを用いる。
これらの原料ガスをＩｎＰ基板１が設置された反応炉内
に送る場合、それぞれの結晶層の成長に応じて原料ガス
をオン・オフすることにより超格子構造を形成する。最
後に、表面保護層としてＩｎＰを用い、表面層１２を１
００ｎｍ成長させる。
成長法を用いて作製する方法について述べる。まず、超
格子構造を成長させるのに先立ち、ＩｎＰを用いたバッ
ファ層１１を２００ｎｍ成長させる。次に、ＩｎＰバッ
ファ層１１の上にＧａ0.14Ｉｎ0.86層２２´、及びＧａ
0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´をそれぞれ１０ｎｍの厚さで
５０層ずつ成長させる。Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´
を成長させる際の原料として、トリメチルインジウム、
トリエチルガリウム、アルシンを用いる。一方、Ｇａ
0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２２´の原料としては、トリメチルイ
ンジウム、トリエチルガリウム、ホスフィンを用いる。
これらの原料ガスをＩｎＰ基板１が設置された反応炉内
に送る場合、それぞれの結晶層の成長に応じて原料ガス
をオン・オフすることにより超格子構造を形成する。最
後に、表面保護層としてＩｎＰを用い、表面層１２を１
００ｎｍ成長させる。
【００２９】成長するＧａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´の
Ｉｎの組成比は０．６８であり、この層の緩和した状態
での格子定数はＩｎＰに比べて１．０％大きい。またＧ
ａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２２´のＧａの組成比は０．１４で
あり、この層の緩和した状態での格子定数はＩｎＰに比
べて１．０％小さい。この条件において、Ｇａ0.32Ｉｎ
0.68Ａｓ層２１´は圧縮歪を受け、またＧａ0.14Ｉｎ
0.86Ｐ層２２´は引っ張り歪を受けることにより、超格
子構造を形成する各層と平行方向の格子定数が、ＩｎＰ
基板１の格子定数と一致する。各層の厚みは臨界膜厚以
下に設定されているため、転位が発生することはない。
また、Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´とＧａ0.14Ｉｎ
0.86Ｐ層２２´を組み合わせることによって正と負の歪
が相殺されているので、歪が積算されることなく、５０
層ずつ積層した超格子層を厚さ１μｍに成長しても良好
な結晶が得られる。
Ｉｎの組成比は０．６８であり、この層の緩和した状態
での格子定数はＩｎＰに比べて１．０％大きい。またＧ
ａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層２２´のＧａの組成比は０．１４で
あり、この層の緩和した状態での格子定数はＩｎＰに比
べて１．０％小さい。この条件において、Ｇａ0.32Ｉｎ
0.68Ａｓ層２１´は圧縮歪を受け、またＧａ0.14Ｉｎ
0.86Ｐ層２２´は引っ張り歪を受けることにより、超格
子構造を形成する各層と平行方向の格子定数が、ＩｎＰ
基板１の格子定数と一致する。各層の厚みは臨界膜厚以
下に設定されているため、転位が発生することはない。
また、Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層２１´とＧａ0.14Ｉｎ
0.86Ｐ層２２´を組み合わせることによって正と負の歪
が相殺されているので、歪が積算されることなく、５０
層ずつ積層した超格子層を厚さ１μｍに成長しても良好
な結晶が得られる。
【００３０】一般に有機金属気相成長法などの結晶成長
においては、Ｖ族元素の組成を制御することは、III 族
元素の組成を制御することよりも難しい。この発明の超
格子構造を構成する２種類の結晶層は、どちらも単独の
III族元素、すなわちＩｎの組成比の調整により構成さ
れているため組成を十分に制御することができる。
においては、Ｖ族元素の組成を制御することは、III 族
元素の組成を制御することよりも難しい。この発明の超
格子構造を構成する２種類の結晶層は、どちらも単独の
III族元素、すなわちＩｎの組成比の調整により構成さ
れているため組成を十分に制御することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、ＩｎＰに格子整合する
Ｇａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓよりもＩｎＡｓ組成の大きなＧａ
(1-X) ＩｎX Ａｓ層を、多数含む超格子構造を得ること
ができる。このため超格子構造には電子移動度の高い結
晶層が含まれ、高速動作が必要な素子を作製するうえで
非常に有利である。
Ｇａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓよりもＩｎＡｓ組成の大きなＧａ
(1-X) ＩｎX Ａｓ層を、多数含む超格子構造を得ること
ができる。このため超格子構造には電子移動度の高い結
晶層が含まれ、高速動作が必要な素子を作製するうえで
非常に有利である。
【００３２】また、ＩｎＡｓ組成の大きなＧａ(1-X) Ｉ
ｎXＡｓ層はバンドギャップエネルギーが小さいために
より長波長の光を吸収できるようになり、光通信に使わ
れる１．３μｍあるいは１．５５μｍなどの波長に対す
る吸収率も大きくなり、薄い結晶層で高い吸収率を得る
ことができる。このため、光デバイスとしての応用分野
を拡大することができる。
ｎXＡｓ層はバンドギャップエネルギーが小さいために
より長波長の光を吸収できるようになり、光通信に使わ
れる１．３μｍあるいは１．５５μｍなどの波長に対す
る吸収率も大きくなり、薄い結晶層で高い吸収率を得る
ことができる。このため、光デバイスとしての応用分野
を拡大することができる。
【００３３】なお、本発明は超格子構造の特徴である量
子効果の面でも大きな効果がある。上述したように、Ｇ
ａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層はｘの値が大きくなるほどバンド
ギャップエネルギーが小さくなり、これに対して（Ａｌ
Z Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層は、ｙおよびｚの値が
大きくなるにつれてバンドギャップエネルギーが大きく
なる。したがって、ｘを大きくするのにしたがって、ｙ
を大きくしていけば、両者のバンドギャップ差が大きく
なるため、転位を発生させずに大きな量子シフト量を得
ることができる。
子効果の面でも大きな効果がある。上述したように、Ｇ
ａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層はｘの値が大きくなるほどバンド
ギャップエネルギーが小さくなり、これに対して（Ａｌ
Z Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層は、ｙおよびｚの値が
大きくなるにつれてバンドギャップエネルギーが大きく
なる。したがって、ｘを大きくするのにしたがって、ｙ
を大きくしていけば、両者のバンドギャップ差が大きく
なるため、転位を発生させずに大きな量子シフト量を得
ることができる。
【００３４】一方、超格子構造は有機金属気相成長法に
よって形成されており、本発明では特に、比較的組成制
御しやすい単独のIII 族元素により結晶層が構成されて
いるため、組成が十分に制御された結晶層を容易に作製
することができる。
よって形成されており、本発明では特に、比較的組成制
御しやすい単独のIII 族元素により結晶層が構成されて
いるため、組成が十分に制御された結晶層を容易に作製
することができる。
【図１】本発明の実施例に係る半導体超格子構造を示す
図である。
図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体超格子構造の具体
例を示す図である。
例を示す図である。
１…ＩｎＰ基板 １１…ＩｎＰバッファ層 １２…ＩｎＰ表面層 ２１…Ｇａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層 ２１´…Ｇａ0.32Ｉｎ0.68Ａｓ層 ２２…（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ層 ２２´…Ｇａ0.14Ｉｎ0.86Ｐ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 677 H01L 31/10 G01F 1/015 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上に、該ＩｎＰ基板よりも格
子定数の大きいＧａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層と、該ＩｎＰ基
板よりも格子定数の小さい（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ
(1-Y) Ｐ層とが交互に積層され、前記Ｇａ(1-X) ＩｎX
Ａｓ層および前記（ＡｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y) Ｐ
層全体を平均して得られる積層面と平行な格子定数と前
記ＩｎＰ基板の格子定数との差が０．１％以下であるこ
とを特徴とする半導体超格子構造。 - 【請求項２】 前記Ｇａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層および（Ａ
ｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y)Ｐ層の厚さは、それぞれ
の臨界膜厚以下であることを特徴とする請求項１記載の
半導体超格子構造。 - 【請求項３】 前記Ｇａ(1-X) ＩｎX Ａｓ層および（Ａ
ｌZ Ｇａ(1-Z) ）Y Ｉｎ(1-Y)Ｐ層は、有機金属気相成
長法を用いて形成されたことを特徴とする請求項１また
は２記載の半導体超格子構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21717191A JP2970103B2 (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | 半導体超格子構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21717191A JP2970103B2 (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | 半導体超格子構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555707A JPH0555707A (ja) | 1993-03-05 |
| JP2970103B2 true JP2970103B2 (ja) | 1999-11-02 |
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ID=16699974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21717191A Expired - Fee Related JP2970103B2 (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | 半導体超格子構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2970103B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4867137B2 (ja) | 2004-05-31 | 2012-02-01 | 住友化学株式会社 | 化合物半導体エピタキシャル基板 |
-
1991
- 1991-08-28 JP JP21717191A patent/JP2970103B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0555707A (ja) | 1993-03-05 |
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