JPH02156521A - 量子井戸構造の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体デバイスに用いられる量子井戸構造に
関する。

（従来技術の問題点） 量子井戸は、電子が２次元的に閉じ込められるために、
キャリア状態密度のエネルギー分布が階段状に特徴があ
る。このため量子井戸を活性層とする量子井戸レーザは
低閾値電流密度で発振する利点を有する。この量子井戸
をさらに発展させた形態の量子細線においてはキャリア
状態密度のエネルギー分布が極太値を持つ様になるため
、これを量子井戸レーザ等の活性層に形成した場合には
さらに一層の低閾値電流密度が期待されている。

そこでこの量子ＭＵ線の一形成方法として、文献（第５
図Ｍ１国際会議ワークブックｐ３８２〜ｐ３８８）に示
されている様にオフ基板を用いるものがある。これは、
（１００）面から１〜２°オフしたＧａＡｓ基板上に量
子細線を形成するものである。第２図に示す様にオフ基
板では１００〜２００人毎に単原子層ステップがある。

この上にＧａＡｓとＡｌｏ、２Ｇａｏ、ｓＡｓを交互に
積層するとこのステップより成長が始まるため横方向に
周期性のある傾斜超格子２３が形成される。これをＡｌ
ＧａＡｓ２２とＡｌＧａＡｓ２４ではさむ事によって量
子細線構造が実現する。しかしながらこの様な形成方法
で量子細線構造を形成する場合に量子細線幅を均一性良
く形成する事が非常に困難である欠点があった。すなわ
ち、オフ基板の単原子層ステップ間隔が量子細線の周期
を決定するが、この単原子層ステップ間隔の均一性が現
状の技術では良くない事に起因する。このためこの様な
方法で形成された量子細線の発光スペクトルは拡がって
しまい良好な量子細線の発光特性を得る事が困難であっ
た。

そこで、本発明の目的は、上述した様な量子細線幅の不
均一の問題が無く良好な量子細線の発光特性が得られる
製造方法を提供する事にある。

（問題を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明の量子井戸構造の
製造方法では（ｈｋｌ）面（ｈ、に、１は整数ｈ≦１、
ｋ≦１、ｌ≦１）からθ（ｒｅｄ）（ａ／６００≦θ≦
ａ／４０．ａ［入］は格子定数）オフした■旧■族化合
物半導体基板上に第１閉じ込め層を形成する工程と、こ
の第１閉じ込め層の上に量子井戸を形成する工程と、こ
の量子井戸の上に第２閉じ込め層を形成する工程とから
なり、前記第１閉じ込め層及び前記第２閉じ込め層の少
なくとも一方の形成工程が１原子層以下の半導体Ａと１
原子層以下の半導体Ｂとを交互に積層する工程とを含み
、第１及び第２閉じ込め層と量子井戸層はＩＩＩ　＋　
Ｖ族化合物半導体である事を特徴とする。

（作用） 従来の量子井戸構造では、オフ基板上にＡｌｏ、２Ｇａ
ｏ、ａＡｓとＧａＡｓを交互に成長し、ＡｌＧａＡｓの
１成長層とＧａＡｓの１成長層を合わせてほぼ一原子層
となる様にすると第２図に示す様な傾斜超格子２３が形
成出来る。しかしながら、傾斜超格子の横方向の周期の
大きさは、オフ基板の単原子層ステップ間隔に依存して
いる。従ってこの不均一が量子細線の幅を不均一とする
ため、量子細線の発光スペクトルが拡がってしまい良好
な特性が得られなかった。

以上の従来の製造方法に比べて本発明の製造方法では第
１図に示す様に傾斜超格子４を閉じ込め層として用いて
、主なる量子井戸は２次元的に均一なＧａＡｓ量子井戸
３としている。このためＧａＡｓ量子井戸の発光スペク
トルは、傾斜超格子４の影響をあまり受けないため、良
好な狭いスペクトルが得られる。一方ＧａＡｓ量子井戸
３の波動関数のしみだしは傾斜超格子４のために横方向
に周期的に変化する事となるため傾斜超格子４ｋＧａＡ
ｓ６近傍により選択的に電子が閉じ込められる。この様
にして量子細線的な特性がＧａＡｓ量子井戸３に見られ
る様になり、従来の量子井戸に比べて、より狭い良好な
発光スペクトルが得られる。

又、以上効果を、得るためには、単原子層ステップを有
する基板上に超格子からなる閉じ込め層と量子井戸を形
成する必要がある。この単原子層ステップの間隔は、横
方向の量子井戸構造の一周期の長さを決定するものであ
る。通常のＩＩＩ−Ｖ族生導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ等）
では２０−３００人であるため単原子層ステップの間隔
もこの程度となる必要がある。

従ってオフ基板の低指数面（ｈｋｌＸｈ、に、１は整数
ｈ≦１．に≦１，１≦１）からのオフ角θ（ｒａｄ）は
２０人≦ａ／２／θ≦３００人　　　　　　　　　　　
　　（１）の関係を満たす必要がある。ここでａ［入］
は半導体の格子定数がある。ここで基板の面方位として
（５１１）等の高指数面を取り入れていないのは、これ
らの面は低指数面（１１１）からのオフした面と考えれ
る事が出来るからである。

（１）式からθ（ｒａｄ）の範囲としては、ａ／６００
≦θ≦ａ／４０　　　　　　　　　　　　（２）（ａ［
入］は格子定数） となる。

（実施例） 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。第１図は本発明の一実施例の製造方法で形成され
た量子井戸構造の断面図である。

まず（１００）面から４°オフしたＧａＡｓ基板１を用
意する。オフ角と単原子ステップ間隔とは一対一の関係
がある。このオフ角４°の場合には単原子ステップ間隔
は約４０人となる。次に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）
法を用いてＡｌＧａＡｓを成長する。このＡ１組成とし
ては０．１〜１が選べるが、Ａ１組成の小さい方が表面
が均一になりやすいため好ましい。次にＧａＡｓ量子井
戸３を形成する。この厚さは２０−３００人である。

この厚みはあまり厚い（〜３００んと傾斜超格子４の影
響があまり無くなるため量子細線の効果が小さくなる。

又、厚みを非常に薄い時には傾斜超格子４の影響を非常
に強く受ける事となるので量子細線の効果は大きいが単
原子ステップの間隔の不均一の影響も受けやすい。この
ため中程度の量子井戸幅（５０ＪＯＯ人）が好ましいと
考えられる。次に傾斜超格子４を形成する。この方法と
しては例えばＧａＡｓ６０．７５原子層、ＡｌＧａＡｓ
５を０．２５原子層づつ交互につける。そうするとＧａ
Ａｓ６とＡｌＧａＡｓ５を合わせて１原子層となるため
、図１に示す様な傾斜超格子４が形成される。この場合
に、ＧａＡｓ６とＡｌＧａＡｓ５を合わせて１原子層よ
りも大きくしたり小さくすると横方向の周期構造が基板
に対して垂直でなく斜めになる。ここでＡＩＧＡｓ５の
Ａ１組成を１とすると横方向にＧａＡｓ３０Ａ７ＡＩＡ
ｓｌＯＡの超格子が形成される。

ＡｌＧａＡｓ５のＡ１組成に関してはＡ１組成が大きい
程量子細線の効果が大きく表われて好ましい。しかしな
がら成長中のＡＩ原子の横方向拡散距離がＧａ原子に比
べて短いためにＡ１組成の大きなＡｌＧａＡｓを用いる
と均一な成長にするａがやや困難となる。この両方を考
慮してＡｌＧａＡｓ５のＡ１組成を決定する必要がある
。

以上述べた実施例においては、成長ｆＭＢＥ法で行なっ
たが有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の他の成長
方法によっても良い。又傾斜超格子を量子井戸の上に形
成したがこれに限らず、下に形成したり上下両方に形成
しても良い事は明らかである。

又、本実施例では、材料としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系を用いたが、これに限らず他の材料例えばＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ系でも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造方法による量子井戸構
造の断面図である。第２図は従未の量子井戸構造の断面
図である。 図中、１はＧａＡｓ基板、２はＡｌＧａＡｓ、３はＧａ
Ａｓ量子井戸、４は傾斜超格子、５はＡｌＧａＡｓ、６
はＧａＡｓ、２１はＧａＡｓ基板、２２はＡｌＧａＡｓ
、２３は傾斜超格子、２４はＡｌＧａＡｓ、　２５はＡ
ｌＧａＡｓ、　２６はＧａＡｓである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. III−Ｖ族化合物半導体から成る量子井戸構造を製造す
   る方法において、（ｈｋｌ）面からθ（ｒａｄ）オフし
   たIII−Ｖ族化合物半導体基板上にキャリアの第１閉じ
   込め層を形成する工程と、この第１閉じ込め層の上に量
   子井戸層を形成する工程と、この量子井戸層の上にキャ
   リアの第２閉じ込め層を形成する工程とからなり、前記
   第１閉じ込め層及び前記第２閉じ込め層の少なくとも一
   方の形成工程が１原子層以下の半導体Ａと１原子層以下
   の半導体Ｂとを交互に積層する工程とを含み、第１及び
   第２閉じ込め層と量子井戸層はIII−Ｖ族化合物半導体
   であり、かつ上記したｈ、ｋ、ｌはｈ≦１、ｋ≦１、ｌ
   ≦１を満たす整数で、θは該III−Ｖ族化合物半導体基
   板の格子定数ａ（Å）に対してａ／６００≦θ≦ａ／４
   ０なる不等式を満たすことを特徴とする量子井戸構造の
   製造方法。