JP3175148B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JP3175148B2 JP3175148B2 JP13372697A JP13372697A JP3175148B2 JP 3175148 B2 JP3175148 B2 JP 3175148B2 JP 13372697 A JP13372697 A JP 13372697A JP 13372697 A JP13372697 A JP 13372697A JP 3175148 B2 JP3175148 B2 JP 3175148B2
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- JP
- Japan
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- mask
- width
- quantum well
- well structure
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一層もしくは多層
の量子井戸構造を有する半導体素子を基板上に有する半
導体装置に関する。
の量子井戸構造を有する半導体素子を基板上に有する半
導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】井戸幅の異なる量子井戸構造をレーザダ
イオードに用いると、発振波長の異なるレーザ装置を実
現できる。また、井戸幅の異なる量子井戸構造を受光素
子に用いると、受光感度の波長依存性が異なる受光装置
を実現できる。さらに、部分的に井戸幅が異なる量子井
戸構造を利用すれば、光導波路なども容易に実現でき
る。
イオードに用いると、発振波長の異なるレーザ装置を実
現できる。また、井戸幅の異なる量子井戸構造を受光素
子に用いると、受光感度の波長依存性が異なる受光装置
を実現できる。さらに、部分的に井戸幅が異なる量子井
戸構造を利用すれば、光導波路なども容易に実現でき
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、単一の基板上に
井戸幅の異なる複数の量子井戸構造を実現するために
は、一度の気相成長工程では単一の井戸幅のものしか得
られないため、二度の気相成長をしなければならなかっ
た。また、同一の量子構造において、井戸幅を部分的に
異ならせることは、容易ではなかった。
井戸幅の異なる複数の量子井戸構造を実現するために
は、一度の気相成長工程では単一の井戸幅のものしか得
られないため、二度の気相成長をしなければならなかっ
た。また、同一の量子構造において、井戸幅を部分的に
異ならせることは、容易ではなかった。
【０００４】このため、量子井戸構造からなる単一基板
上の各素子は特性が安定せず、高コストになりがちであ
った。
上の各素子は特性が安定せず、高コストになりがちであ
った。
【０００５】そこで、本発明は、このような課題を解決
した半導体装置を提供することを課題とする。
した半導体装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
同一基板上に空間的に異なる量子井戸構造を有する半導
体素子を形成した半導体装置において、一つあるいは複
数の半導体素子形成領域と、これに隣接する周辺領域と
を有する基板と、基板表面の周辺領域に形成された結晶
成長を阻止するためのマスクと、このマスクで被覆され
た周辺領域に隣接する半導体素子領域の表面上に、気相
成長により障壁層と井戸層を交互に積層させて形成した
一層または多層の量子井戸構造からなる一つあるいは複
数の半導体素子と、を備え、半導体素子の少なくとも一
つは、膜厚を連続的に変化させて井戸幅あるいは障壁幅
を空間的に変化させた量子井戸構造を有しており、マス
クは該量子井戸構造に隣接する領域における被覆幅を該
量子井戸構造の井戸幅あるいは障壁幅に応じて連続的に
変化させていることを特徴とする。
同一基板上に空間的に異なる量子井戸構造を有する半導
体素子を形成した半導体装置において、一つあるいは複
数の半導体素子形成領域と、これに隣接する周辺領域と
を有する基板と、基板表面の周辺領域に形成された結晶
成長を阻止するためのマスクと、このマスクで被覆され
た周辺領域に隣接する半導体素子領域の表面上に、気相
成長により障壁層と井戸層を交互に積層させて形成した
一層または多層の量子井戸構造からなる一つあるいは複
数の半導体素子と、を備え、半導体素子の少なくとも一
つは、膜厚を連続的に変化させて井戸幅あるいは障壁幅
を空間的に変化させた量子井戸構造を有しており、マス
クは該量子井戸構造に隣接する領域における被覆幅を該
量子井戸構造の井戸幅あるいは障壁幅に応じて連続的に
変化させていることを特徴とする。
【０００７】これによれば、気相成長により、マスク近
傍の基板表面では障壁幅及び井戸幅が広く形成され、マ
スクから離れた基板表面では障壁幅及び井戸幅は狭く形
成される。また、マスクによる基板表面の被覆率が大き
い部分に隣接した部分では障壁幅及び井戸幅が広く形成
され、被覆率が小さい部分に隣接した部分では狭く形成
される。したがって、マスクの被覆幅を制御することに
より、障壁層及び井戸層の幅が制御され、連続的に変化
させた量子井戸特性を有する量子井戸構造が得られる。
傍の基板表面では障壁幅及び井戸幅が広く形成され、マ
スクから離れた基板表面では障壁幅及び井戸幅は狭く形
成される。また、マスクによる基板表面の被覆率が大き
い部分に隣接した部分では障壁幅及び井戸幅が広く形成
され、被覆率が小さい部分に隣接した部分では狭く形成
される。したがって、マスクの被覆幅を制御することに
より、障壁層及び井戸層の幅が制御され、連続的に変化
させた量子井戸特性を有する量子井戸構造が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。
の実施形態を説明する。
【０００９】図１は、本発明の一実施形態を示してお
り、同図（ａ）が平面図、同図（ｂ）がＣ−Ｃ線断面図
である。
り、同図（ａ）が平面図、同図（ｂ）がＣ−Ｃ線断面図
である。
【００１０】同図（ａ）に示されるようにこの半導体素
子は、ＩｎＰからなる基板１の表面をＣ−Ｃ線に沿った
方向に９つの領域に分割して図中左側から数えて偶数番
目の領域の基板１表面を被覆してＳｉＮxのマスク２1〜
２4が形成されている。マスク２1、２2は領域Ｓ３の両
側を３０μｍの幅で覆い、マスク２3、２4は領域Ｓ４の
両側を１０μｍの幅で覆っている。そして、基板１表面
上のマスク２1〜２4が形成されていない領域には、Ｉｎ
Ｐからなる障壁層３とＧａＩｎＡｓからなる井戸層４が
気相成長により交互に４層積層されて、量子井戸構造を
形成している。この量子井戸構造の井戸幅は、領域Ｓ３
で約１５ｎｍ、領域Ｓ４で約５ｎｍである。また、他の
領域では、マスク近傍で井戸幅が極大値をとり、マスク
から離れた部分で井戸幅が極小値をとるよう連続的に変
化している（同図（ｂ）参照）。
子は、ＩｎＰからなる基板１の表面をＣ−Ｃ線に沿った
方向に９つの領域に分割して図中左側から数えて偶数番
目の領域の基板１表面を被覆してＳｉＮxのマスク２1〜
２4が形成されている。マスク２1、２2は領域Ｓ３の両
側を３０μｍの幅で覆い、マスク２3、２4は領域Ｓ４の
両側を１０μｍの幅で覆っている。そして、基板１表面
上のマスク２1〜２4が形成されていない領域には、Ｉｎ
Ｐからなる障壁層３とＧａＩｎＡｓからなる井戸層４が
気相成長により交互に４層積層されて、量子井戸構造を
形成している。この量子井戸構造の井戸幅は、領域Ｓ３
で約１５ｎｍ、領域Ｓ４で約５ｎｍである。また、他の
領域では、マスク近傍で井戸幅が極大値をとり、マスク
から離れた部分で井戸幅が極小値をとるよう連続的に変
化している（同図（ｂ）参照）。
【００１１】このような半導体素子は、量子井戸構造を
レーザダイオード、受光素子、光導波路などに利用する
ことができる。
レーザダイオード、受光素子、光導波路などに利用する
ことができる。
【００１２】次に、図２を参照して本発明の実施形態の
製造工程を説明する。説明を簡単にするため、半導体素
子のうちマスクと量子井戸構造を有する領域の１領域ず
つを含む領域部分を例示して説明する。領域が複数存在
する場合も工程は同一である。図２は本発明の半導体素
子を製造する基本工程を示す素子断面図である。
製造工程を説明する。説明を簡単にするため、半導体素
子のうちマスクと量子井戸構造を有する領域の１領域ず
つを含む領域部分を例示して説明する。領域が複数存在
する場合も工程は同一である。図２は本発明の半導体素
子を製造する基本工程を示す素子断面図である。
【００１３】まず、同図（ａ）に示すように、基板１の
表面の一部をＳｉ3Ｎ4などのマスク２により被覆する。
マスクはＳｉＯ2でもよい。このような部分的な被覆
は、フォトレジストのパターニング等により容易に実現
できる。
表面の一部をＳｉ3Ｎ4などのマスク２により被覆する。
マスクはＳｉＯ2でもよい。このような部分的な被覆
は、フォトレジストのパターニング等により容易に実現
できる。
【００１４】次に、この基板１を気相成長装置（図示せ
ず）にセットして、原料Ａを含むガスを供給すると、マ
スク２に覆われていない基板１の表面に障壁層３1をな
す半導体が結晶成長される。このとき、マスク上に供給
された原料がマスクがない領域に移動してその領域の原
料濃度が高くなるために、成長速度が増加することが知
られている（「第３４回応用物理学関係連合講演会予稿
集」ｐ．１５０，１９８７、「第３５回応用物理学関係
連合講演会予稿集」ｐ．２７９，１９８８）。原料ガス
はマスク２の直上でよどむ境界層を形成し、この境界層
の中で、原料は原料濃度の高い場所から低い場所へ拡散
により移動している。マスク２の近傍では原料が基板に
吸収されて原料濃度が小さくなっている。これに対し
て、マスクにより覆われている領域では、原料が吸収さ
れることがないため、原料濃度は高くなっている。した
がって、原料はマスクのある領域からマスクのない領域
に向かって、拡散により移動する。これにより、マスク
の近傍の領域では、成長速度が増加する。障壁層３1は
厚く形成されることになる（同図（ｂ）参照）。
ず）にセットして、原料Ａを含むガスを供給すると、マ
スク２に覆われていない基板１の表面に障壁層３1をな
す半導体が結晶成長される。このとき、マスク上に供給
された原料がマスクがない領域に移動してその領域の原
料濃度が高くなるために、成長速度が増加することが知
られている（「第３４回応用物理学関係連合講演会予稿
集」ｐ．１５０，１９８７、「第３５回応用物理学関係
連合講演会予稿集」ｐ．２７９，１９８８）。原料ガス
はマスク２の直上でよどむ境界層を形成し、この境界層
の中で、原料は原料濃度の高い場所から低い場所へ拡散
により移動している。マスク２の近傍では原料が基板に
吸収されて原料濃度が小さくなっている。これに対し
て、マスクにより覆われている領域では、原料が吸収さ
れることがないため、原料濃度は高くなっている。した
がって、原料はマスクのある領域からマスクのない領域
に向かって、拡散により移動する。これにより、マスク
の近傍の領域では、成長速度が増加する。障壁層３1は
厚く形成されることになる（同図（ｂ）参照）。
【００１５】次に、別の原料Ｂを含むガスを供給する
と、障壁層３1の上にのみ井戸層４1をなす別の半導体が
結晶成長される。この場合、マスク２の近傍で井戸層４
1が厚く形成されるのは、障壁層３1の場合と同様である
（同図（ｃ）参照）。以下、供給するガスを原料Ａ、Ｂ
を含むものに交互に切り替えると、障壁層３2、井戸層
４2および障壁層３3の順に順次形成されていく（同図
（ｄ）参照）。
と、障壁層３1の上にのみ井戸層４1をなす別の半導体が
結晶成長される。この場合、マスク２の近傍で井戸層４
1が厚く形成されるのは、障壁層３1の場合と同様である
（同図（ｃ）参照）。以下、供給するガスを原料Ａ、Ｂ
を含むものに交互に切り替えると、障壁層３2、井戸層
４2および障壁層３3の順に順次形成されていく（同図
（ｄ）参照）。
【００１６】上記の工程において、障壁層３1〜３3の半
導体のバンドギャップが、井戸層４1〜４2の半導体のバ
ンドギャップより大きくなるようにしておけば、部分的
に井戸幅が異なる量子井戸構造を一度の気相成長工程で
実現できる。また、例えば同図（ｄ）に示される領域Ｓ
１、Ｓ２以外の部分の障壁層３1〜３3及び井戸層４1〜
４2をエッチングで除去すれば、互いに井戸幅の異なる
２つの量子井戸構造を有する半導体素子が得られる。
導体のバンドギャップが、井戸層４1〜４2の半導体のバ
ンドギャップより大きくなるようにしておけば、部分的
に井戸幅が異なる量子井戸構造を一度の気相成長工程で
実現できる。また、例えば同図（ｄ）に示される領域Ｓ
１、Ｓ２以外の部分の障壁層３1〜３3及び井戸層４1〜
４2をエッチングで除去すれば、互いに井戸幅の異なる
２つの量子井戸構造を有する半導体素子が得られる。
【００１７】続いて、図３を参照して、本発明の第２の
実施形態について説明する。同図（ａ）が平面図、同図
（ｂ）がＣ−Ｃ線断面図である。この実施形態では、Ｉ
ｎＰからなる基板１の表面のＣ−Ｃ線に沿った中央の幅
の狭い領域Ｓ５をはさんで、基板１表面上にＳｉＮxか
らなる対象形状のマスク２が形成されている。これらの
マスクは、中央部の幅の広い領域２5と、両側部の幅の
狭い領域２6からなる。領域Ｓ５には、ＩｎＰからなる
障壁層３とＧａＩｎＡｓからなる井戸層４が気相成長に
より交互に積層されて量子井戸構造が形成されている。
この量子井戸構造の井戸幅は、幅の広いマスク２5の近
傍では大きく、幅の狭いマスク２6の近傍では小さくな
る。このように井戸幅を異ならせることにより、光の屈
折率が場所に応じて異なるので、光導波路として用いる
ことができる。
実施形態について説明する。同図（ａ）が平面図、同図
（ｂ）がＣ−Ｃ線断面図である。この実施形態では、Ｉ
ｎＰからなる基板１の表面のＣ−Ｃ線に沿った中央の幅
の狭い領域Ｓ５をはさんで、基板１表面上にＳｉＮxか
らなる対象形状のマスク２が形成されている。これらの
マスクは、中央部の幅の広い領域２5と、両側部の幅の
狭い領域２6からなる。領域Ｓ５には、ＩｎＰからなる
障壁層３とＧａＩｎＡｓからなる井戸層４が気相成長に
より交互に積層されて量子井戸構造が形成されている。
この量子井戸構造の井戸幅は、幅の広いマスク２5の近
傍では大きく、幅の狭いマスク２6の近傍では小さくな
る。このように井戸幅を異ならせることにより、光の屈
折率が場所に応じて異なるので、光導波路として用いる
ことができる。
【００１８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明では、マ
スク近傍の基板表面では障壁層及び井戸層が厚く形成さ
れ、マスクから離れた基板表面では薄く形成されてい
る。また、マスクによる基板表面の被覆率が大きい部分
では障壁層及び井戸層が厚く形成され、被覆率が小さい
部分では薄く形成されている。したがって、マスク形状
や被覆率により障壁層及び井戸層の厚さを自在に設定し
た量子井戸構造の半導体素子が得られる。
スク近傍の基板表面では障壁層及び井戸層が厚く形成さ
れ、マスクから離れた基板表面では薄く形成されてい
る。また、マスクによる基板表面の被覆率が大きい部分
では障壁層及び井戸層が厚く形成され、被覆率が小さい
部分では薄く形成されている。したがって、マスク形状
や被覆率により障壁層及び井戸層の厚さを自在に設定し
た量子井戸構造の半導体素子が得られる。
【図１】本発明の第１の実施形態の平面図及び断面図で
ある。
ある。
【図２】図１の装置の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の平面図及び断面図で
ある。
ある。
１…基板、２…マスク、３…障壁層、４…井戸層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (1)
- 【請求項１】 同一基板上に空間的に異なる量子井戸構
造を有する半導体素子を形成した半導体装置において、 一つあるいは複数の半導体素子形成領域と、これに隣接
する周辺領域とを有する基板と、 前記基板表面の前記周辺領域に形成された結晶成長を阻
止するためのマスクと、 前記マスクで被覆された前記周辺領域に隣接する前記半
導体素子領域の表面上に、気相成長により障壁層と井戸
層を交互に積層させて形成した一層または多層の量子井
戸構造からなる一つあるいは複数の半導体素子と、を備
え、 前記半導体素子の少なくとも一つは、膜厚を連続的に変
化させて井戸幅あるいは障壁幅を空間的に変化させた量
子井戸構造を有しており、前記マスクは該量子井戸構造
に隣接する領域における被覆幅を該量子井戸構造の井戸
幅あるいは障壁幅に応じて連続的に変化させていること
を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13372697A JP3175148B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13372697A JP3175148B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63310920A Division JPH02156586A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 量子井戸構造の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1051079A JPH1051079A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3175148B2 true JP3175148B2 (ja) | 2001-06-11 |
Family
ID=15111483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13372697A Expired - Lifetime JP3175148B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3175148B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6302080B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-10-16 | Denso Corporation | Fuel injection system having pre-injection and main injection |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2836822B2 (ja) * | 1988-06-23 | 1998-12-14 | 日本電信電話株式会社 | 導波路型半導体光素子の製造方法 |
| JPH0262090A (ja) * | 1988-08-29 | 1990-03-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP13372697A patent/JP3175148B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6302080B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-10-16 | Denso Corporation | Fuel injection system having pre-injection and main injection |
| US6644269B2 (en) | 1998-07-31 | 2003-11-11 | Denso Corporation | Fuel injection system having pre-injection and main injection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1051079A (ja) | 1998-02-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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