JPH01236670A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH01236670A JPH01236670A JP63061924A JP6192488A JPH01236670A JP H01236670 A JPH01236670 A JP H01236670A JP 63061924 A JP63061924 A JP 63061924A JP 6192488 A JP6192488 A JP 6192488A JP H01236670 A JPH01236670 A JP H01236670A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Thyristors (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高いパワーの光を出力でき、光スィッチ、光
メモリ−、光アンプあるいは波長変換素子として用いら
れる半導体素子に関する。
メモリ−、光アンプあるいは波長変換素子として用いら
れる半導体素子に関する。
光コンピュータ、光交換あるいは光・電気集積回路の分
野に用いるために光スィッチ、光メモリ−、光アンプあ
るいは波長変換等の機能を有するpnpn接合素子が注
目されている。例えば、ジー・ダブル・テーラら(G、
W、Taylor et al、)によりジャーナル・
オブ・アプライド・フィジックス(J、 Appl、
Phys、、 59(2)、 1986. pp 59
6−600) ニ「ア・ニュー・ダブル・ヘテロストラ
クチュアー・オプトエレクトロ二ック・スイッチング・
デバイス・ユージング・モルキュジー・ビーム・エピタ
キシー」(八、 new doub!、e heter
ostructureoptoelectronic
switching device usingmol
eculer beam epitaxy )と題して
発表された論文がある。このpnpn接合素子を発展さ
せた構造で、発光部をレーザ構造とした素子の概略図を
第3図に示す。
野に用いるために光スィッチ、光メモリ−、光アンプあ
るいは波長変換等の機能を有するpnpn接合素子が注
目されている。例えば、ジー・ダブル・テーラら(G、
W、Taylor et al、)によりジャーナル・
オブ・アプライド・フィジックス(J、 Appl、
Phys、、 59(2)、 1986. pp 59
6−600) ニ「ア・ニュー・ダブル・ヘテロストラ
クチュアー・オプトエレクトロ二ック・スイッチング・
デバイス・ユージング・モルキュジー・ビーム・エピタ
キシー」(八、 new doub!、e heter
ostructureoptoelectronic
switching device usingmol
eculer beam epitaxy )と題して
発表された論文がある。このpnpn接合素子を発展さ
せた構造で、発光部をレーザ構造とした素子の概略図を
第3図に示す。
第3図のレーザ構造の製造においては、n型GaΔS基
板工上にn型で不純物濃度5 XIO”cm−’のA
10. bG a 6.4A 9層2を1μm厚、p型
で不純物濃度I X1019cm−’のA I! o、
+sG a o、asA、 S層13を50人、n型
で不純物濃度I X 1(1”cm−”のA l 6.
15G a 6. ll5A 5層14を0.3 μm
、 n型テ不純物濃度I XIO”cm−’の口型Ga
As活性層6を0.1μm、、n型で不純物濃度I X
10”cm−”のAZo、+5Gao、B5AS5A
5を0.3ttm、p型で不純物濃度5 X1018c
m−’のAI。、6Gao0.As層8を1μm、p型
で不純物濃度I XIO”cm−3のGaAsキャップ
層9を0.15μm、順次にMBE成長法により連続成
長し、ウェーハを形成する。次に、エツチングにより1
0μmのストライプ状に残し、GaAs基板1に達する
まで除去しメサ型構造を形成する。その後、CVD法に
よるSiO2膜IOを3000人厚で形成し、さらにフ
ォト・リソグラフィー技術によりメサ型のトップに4μ
m幅でストライプ状にSiO□を除去した後、CrとA
uを真空蒸着し、n側電極11を形成する。またその後
、約100μmの厚さになる様にGaAs基板lを薄<
LAuGeNiによりn側電極12を形成してレーザ構
造が完成する。
板工上にn型で不純物濃度5 XIO”cm−’のA
10. bG a 6.4A 9層2を1μm厚、p型
で不純物濃度I X1019cm−’のA I! o、
+sG a o、asA、 S層13を50人、n型
で不純物濃度I X 1(1”cm−”のA l 6.
15G a 6. ll5A 5層14を0.3 μm
、 n型テ不純物濃度I XIO”cm−’の口型Ga
As活性層6を0.1μm、、n型で不純物濃度I X
10”cm−”のAZo、+5Gao、B5AS5A
5を0.3ttm、p型で不純物濃度5 X1018c
m−’のAI。、6Gao0.As層8を1μm、p型
で不純物濃度I XIO”cm−3のGaAsキャップ
層9を0.15μm、順次にMBE成長法により連続成
長し、ウェーハを形成する。次に、エツチングにより1
0μmのストライプ状に残し、GaAs基板1に達する
まで除去しメサ型構造を形成する。その後、CVD法に
よるSiO2膜IOを3000人厚で形成し、さらにフ
ォト・リソグラフィー技術によりメサ型のトップに4μ
m幅でストライプ状にSiO□を除去した後、CrとA
uを真空蒸着し、n側電極11を形成する。またその後
、約100μmの厚さになる様にGaAs基板lを薄<
LAuGeNiによりn側電極12を形成してレーザ構
造が完成する。
この様な構造においては、pnpn構造を有しているか
ら非線形電流−電圧特性を示す。
ら非線形電流−電圧特性を示す。
しかしながら、第3図に示した従来のpnpn接合素子
においては、n型A16,6Gao、aAs層2とp型
Aj!o、+5Gao、5sAs層13との界面に界面
準位が多数存在するため、この部分での界面結合電流が
大きいという問題があった。このためμAオーダーの小
電流では、pnpn接合素子を構成するnpnトランジ
スタの電流はほとんど発生再結合電流が支配的となり、
このトランジスタの利得が小さくなる。それ故、μWオ
ーダーの弱い光に対して小さな電流がnpn)ランジス
クに流れた場合には、利得が小さいためにpnpn接合
素子がターンオンせず、受光感度が悪いという欠点があ
った。
においては、n型A16,6Gao、aAs層2とp型
Aj!o、+5Gao、5sAs層13との界面に界面
準位が多数存在するため、この部分での界面結合電流が
大きいという問題があった。このためμAオーダーの小
電流では、pnpn接合素子を構成するnpnトランジ
スタの電流はほとんど発生再結合電流が支配的となり、
このトランジスタの利得が小さくなる。それ故、μWオ
ーダーの弱い光に対して小さな電流がnpn)ランジス
クに流れた場合には、利得が小さいためにpnpn接合
素子がターンオンせず、受光感度が悪いという欠点があ
った。
また、以上述べた非発光再結合単位が界面のみならず発
光領域の活性層にも含まれているため、非発光再結合す
る割合が大きく、発光効率が悪いという問題もあった。
光領域の活性層にも含まれているため、非発光再結合す
る割合が大きく、発光効率が悪いという問題もあった。
本発明の目的は、受光感度が大きく、しがも発光効率の
高いpnpn型の半導体素子を提供することにある。
高いpnpn型の半導体素子を提供することにある。
本発明は、pnpn接合を有する半導体素子において、
外側のpn接合近傍の基板側領域中に少なくとも2種類
以上の半導体が交互に積層している超格子構造を有する
ことを特徴とする。
外側のpn接合近傍の基板側領域中に少なくとも2種類
以上の半導体が交互に積層している超格子構造を有する
ことを特徴とする。
従来の半導体素子で問題点となった界面再結合準位は、
結晶を成長中の雰囲気に含まれる酸素等の不純物が原因
と考えられる。これを低減するために、本発明の半導体
素子に係るpnpn接合では、問題となる外側のpn接
合、特に外側のn層と内側のpmの界面の基板側に超格
子構造を導入することにより、pn接合界面における界
面準位を低減するものである。現在、この出願に係る発
明者は、超格子を導入することによって界面再結合速度
が1桁程度低くなることを実験的に見出している。この
界面再結合を抑制する機構については現在検討中である
が、界面再結合準位を発生する不純物が超格子内部に取
り込まれやすいためであると考えられる。
結晶を成長中の雰囲気に含まれる酸素等の不純物が原因
と考えられる。これを低減するために、本発明の半導体
素子に係るpnpn接合では、問題となる外側のpn接
合、特に外側のn層と内側のpmの界面の基板側に超格
子構造を導入することにより、pn接合界面における界
面準位を低減するものである。現在、この出願に係る発
明者は、超格子を導入することによって界面再結合速度
が1桁程度低くなることを実験的に見出している。この
界面再結合を抑制する機構については現在検討中である
が、界面再結合準位を発生する不純物が超格子内部に取
り込まれやすいためであると考えられる。
また、上述した不純物低減の効果は、当然、発光層であ
る活性層の非発光再結合単位を低減する効果もあると期
待される。
る活性層の非発光再結合単位を低減する効果もあると期
待される。
以上述べた様に、本発明のpnpn型半導体素子におい
ては、超格子構造を導入することにより、界面再結合準
位および非発光再結合単位が低減し、受光感度2発光効
率が向上する。
ては、超格子構造を導入することにより、界面再結合準
位および非発光再結合単位が低減し、受光感度2発光効
率が向上する。
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
第1図は本発明の第1の実施例を説明するための素子断
面図である。この半導体素子の構造を、その製造方法と
ともに説明する。
面図である。この半導体素子の構造を、その製造方法と
ともに説明する。
まず、n型GaAs基板1上に不純物濃度が5XIO”
cm−’のn型A 16. bG a (1,4A s
層2を厚さ1μm形成する。
cm−’のn型A 16. bG a (1,4A s
層2を厚さ1μm形成する。
次に、GaAs層が20人、Aj!AsJJが30人で
20周期からなり、不純物濃度がI X1018cm−
’のn型超格子構造3を形成する。
20周期からなり、不純物濃度がI X1018cm−
’のn型超格子構造3を形成する。
さらに、この超格子構造3の上に不純物濃度がI X1
019cm−’のp型Aβ(1,3G a (1,TA
3層4を厚さ50人形成する。ここで、不純物は超格
子構造3によりトラップされるので、超格子構造3とp
型A (! 0.3G 30.7A 3層4との界面の
結晶性が向上し、界面再結合準位は低減する。また、超
格子構造3の上に形成される各層の結晶性も改善される
。
019cm−’のp型Aβ(1,3G a (1,TA
3層4を厚さ50人形成する。ここで、不純物は超格
子構造3によりトラップされるので、超格子構造3とp
型A (! 0.3G 30.7A 3層4との界面の
結晶性が向上し、界面再結合準位は低減する。また、超
格子構造3の上に形成される各層の結晶性も改善される
。
次に、p型A j’o、zGao、tA s層4の上に
、不純物濃度がI XIO”cm−3でn型のAlo、
3Gao、qAs層5を0.3μm、不純物濃度がI
XIO”cm−3で厚さ0.1 μmのn型GaAs活
性層6を形成する。ここでGaAs活性層6中の非発光
再結合単位は、超格子構造3を遵大したことにより低減
する。
、不純物濃度がI XIO”cm−3でn型のAlo、
3Gao、qAs層5を0.3μm、不純物濃度がI
XIO”cm−3で厚さ0.1 μmのn型GaAs活
性層6を形成する。ここでGaAs活性層6中の非発光
再結合単位は、超格子構造3を遵大したことにより低減
する。
このQa、As活性層6の上に、不純物濃度がlX10
17cm−3で厚さ0.3.c+mのn型A7!a、:
+Gao、tAs層7、不純物濃度が5 xlO”cm
−’で厚さ1μmのp型A /! o、’ b G a
O,4A s層8、不純物濃度がI XIO”cm−
’で厚さ1500人のp型GaAsキーt”7プ層9を
、順次、分子線エピタキシー(MBE)法により形成す
る。
17cm−3で厚さ0.3.c+mのn型A7!a、:
+Gao、tAs層7、不純物濃度が5 xlO”cm
−’で厚さ1μmのp型A /! o、’ b G a
O,4A s層8、不純物濃度がI XIO”cm−
’で厚さ1500人のp型GaAsキーt”7プ層9を
、順次、分子線エピタキシー(MBE)法により形成す
る。
次に、エツチングによりGaAs基板1に達するまで除
去しメサ型構造を形成する。
去しメサ型構造を形成する。
その後、CVD法による5in2膜10を3000人厚
で形成し、さらにフォト・リソグラフィー技術によりメ
サ型のトップに4μm幅でストライプ状にSiO□を除
去した後、CrとAuを真空蒸着し、n側電極11を形
成する。
で形成し、さらにフォト・リソグラフィー技術によりメ
サ型のトップに4μm幅でストライプ状にSiO□を除
去した後、CrとAuを真空蒸着し、n側電極11を形
成する。
またその後、約100μm厚さになる様にGaAs基板
1を薄<LAuGeNiによりn側電極12を形成して
レーザ構造を完成した。
1を薄<LAuGeNiによりn側電極12を形成して
レーザ構造を完成した。
以上の素子作製のプロセスは、従来素子と同様な方法で
行った。
行った。
本実施例のように超格子構造3を導入すると、これとp
型A 1 o、 zG a o、 7A 5層4との界
面での界面準位が低減し、界面再結合電流が抑制され、
pnpn型半導体素子の受光感度が改善される。
型A 1 o、 zG a o、 7A 5層4との界
面での界面準位が低減し、界面再結合電流が抑制され、
pnpn型半導体素子の受光感度が改善される。
また、n型GaAs層6の結晶性も向上するので、発光
効率が高くなり、発振闇値電流も低減することができる
。
効率が高くなり、発振闇値電流も低減することができる
。
また上記実施例においては、n型ベース領域内部にダブ
ルへテロ構造を設けてレーザ素子としたが、これに限ら
ず、n型ベース領域全域を−様な組成分布を有する半導
体層とした、第2図に示す第2の実施例の構造にしても
良い。第2の実施例では、ベース領域は不純物濃度がI
X 10” cm−”で厚さが50人のp型GaAs
層30と、不純物濃度がI XIO”cm−3で厚さが
1μmのn型GaAs層31とからなっている点が、第
1の実施例と異なる。
ルへテロ構造を設けてレーザ素子としたが、これに限ら
ず、n型ベース領域全域を−様な組成分布を有する半導
体層とした、第2図に示す第2の実施例の構造にしても
良い。第2の実施例では、ベース領域は不純物濃度がI
X 10” cm−”で厚さが50人のp型GaAs
層30と、不純物濃度がI XIO”cm−3で厚さが
1μmのn型GaAs層31とからなっている点が、第
1の実施例と異なる。
その他の構成は第1の実施例と同一であり、したがって
第1図と同一の要素には同一の番号を付して示している
。
第1図と同一の要素には同一の番号を付して示している
。
第2の実施例では発光層のベース層が第1の実施例の0
.1μmに比べて1μm程度と厚いため、ターンオンし
た場合には発光ダイオードとして動作しレーザ発振は生
じない。しかし、第1の実施例と同様に界面準位および
発光層の非発光準位が低減するため、受光感度および発
光効率の高いpnpn接合素子が得られる。
.1μmに比べて1μm程度と厚いため、ターンオンし
た場合には発光ダイオードとして動作しレーザ発振は生
じない。しかし、第1の実施例と同様に界面準位および
発光層の非発光準位が低減するため、受光感度および発
光効率の高いpnpn接合素子が得られる。
以上の2つの実施例において、超格子構造は、GaAs
層が20人、Aj!As層が30人で20周期からなる
としたが、超格子構造はこれに限られるものではなく、
他の層厚1組成1周期の超格子構造でも本発明に適用で
きる。
層が20人、Aj!As層が30人で20周期からなる
としたが、超格子構造はこれに限られるものではなく、
他の層厚1組成1周期の超格子構造でも本発明に適用で
きる。
また上記実施例においては、n型基板を用いた構造とし
たが、これに限らずp型基板を用いても良い。この場合
には、p型基板の上に形成されたp型AfGaAs層と
n型ベース層の間に超格子を4人する。この構造でも同
様に、pnp )ランジスタの利得が向上する。
たが、これに限らずp型基板を用いても良い。この場合
には、p型基板の上に形成されたp型AfGaAs層と
n型ベース層の間に超格子を4人する。この構造でも同
様に、pnp )ランジスタの利得が向上する。
以上説明したように本発明によれば、受光感度が大きく
、しかも発光効率が高く、発振闇値電流が小さいpnp
n型半導体素子が得られる。
、しかも発光効率が高く、発振闇値電流が小さいpnp
n型半導体素子が得られる。
第1図は本発明の第1の実施例を説明するだめの半導体
素子の断面図、 第2図は本発明の第2の実施例を説明するための半導体
素子の断面図、 第3図は従来技術による半導体素子の断面図である。 1・・・・・n型GaAs基板 2・−−−−n型A II o、 bG a 0.4A
3層3・・・・・超格子構造 4−−=・p型A’O1+lGa0.?AS層5、’I
−−−n型A (l O,:lG 36.7A 3層6
・・・・・n型GaAs活性層 8・−・−p型A(lo、bGa6.sAs層9・・・
・・p型GaAsキャップ層 IO・・・・・Sin、膜 11・・・・・p側電極 12・・・・・n側電極 13・・・・・p型Alo、1sGao、a5As層1
4、15−− ・n型A l o、 +sG a o、
B5A 5層30・・・・・n型GaAs層 31・・・・・n型GaAs層 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 L 口
素子の断面図、 第2図は本発明の第2の実施例を説明するための半導体
素子の断面図、 第3図は従来技術による半導体素子の断面図である。 1・・・・・n型GaAs基板 2・−−−−n型A II o、 bG a 0.4A
3層3・・・・・超格子構造 4−−=・p型A’O1+lGa0.?AS層5、’I
−−−n型A (l O,:lG 36.7A 3層6
・・・・・n型GaAs活性層 8・−・−p型A(lo、bGa6.sAs層9・・・
・・p型GaAsキャップ層 IO・・・・・Sin、膜 11・・・・・p側電極 12・・・・・n側電極 13・・・・・p型Alo、1sGao、a5As層1
4、15−− ・n型A l o、 +sG a o、
B5A 5層30・・・・・n型GaAs層 31・・・・・n型GaAs層 代理人 弁理士 岩 佐 義 幸 L 口
Claims (1)
- (1)pnpn接合を有する半導体素子において、外側
のpn接合近傍の基板側領域中に少なくとも2種類以上
の半導体が交互に積層している超格子構造を有すること
を特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63061924A JPH01236670A (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63061924A JPH01236670A (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 半導体素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01236670A true JPH01236670A (ja) | 1989-09-21 |
Family
ID=13185194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63061924A Pending JPH01236670A (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 半導体素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01236670A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005503024A (ja) * | 2001-09-12 | 2005-01-27 | クリー インコーポレイテッド | 大型炭化ケイ素デバイスおよびその製造方法 |
CN107230738A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-03 | 河北工业大学 | 具有超晶格隧穿结的发光二极管外延结构及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60202981A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-14 | Fujitsu Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
JPS62189439A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-19 | Nec Corp | 光双安定素子 |
-
1988
- 1988-03-17 JP JP63061924A patent/JPH01236670A/ja active Pending
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