JPH0315334B2 - - Google Patents
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高いキヤリア濃度を実現できる超格子
の構造に関する。
の構造に関する。
従来の化合物半導体への不純物のドーピングの
方法は、SiやGeの単元素からなる元素半導体へ
のドーピングと同様に、一様に化合物半導体中に
不純物を含有させるものである。したがつて、不
純物をドーピングした化合物半導体の従来の構造
は、ドーピングした不純物と化合物半導体を構成
する原子の一部とが置換して（格子間に不純物が
入る場合もある）、化合物半導体中にほぼ一様に
不純物が分布したものとなつている。GaAs、
InPのような化合物半導体では、このような不純
物を一様に分布させた構造によつても容易に高い
電子濃度および正孔濃度を得ることができるが、
化合物半導体の中にはAlxGa1-xAs（ｘ＝0.2〜0.6）
中へのｎ型不純物（例えばSi）のドーピングのよ
うに、このような従来構造では高いキヤリア濃度
が容易には得られないものもある。
方法は、SiやGeの単元素からなる元素半導体へ
のドーピングと同様に、一様に化合物半導体中に
不純物を含有させるものである。したがつて、不
純物をドーピングした化合物半導体の従来の構造
は、ドーピングした不純物と化合物半導体を構成
する原子の一部とが置換して（格子間に不純物が
入る場合もある）、化合物半導体中にほぼ一様に
不純物が分布したものとなつている。GaAs、
InPのような化合物半導体では、このような不純
物を一様に分布させた構造によつても容易に高い
電子濃度および正孔濃度を得ることができるが、
化合物半導体の中にはAlxGa1-xAs（ｘ＝0.2〜0.6）
中へのｎ型不純物（例えばSi）のドーピングのよ
うに、このような従来構造では高いキヤリア濃度
が容易には得られないものもある。
従来の不純物をドーピングした化合物半導体の
構造について図面を用いて説明する。
構造について図面を用いて説明する。
第１図は従来の不純物をドーピングした化合物
半導体の概略断面図である。１は半導体基板、２
は不純物、３は不純物２を均一に含有し半導体基
板１の上に形成した化合物半導体層である。
半導体の概略断面図である。１は半導体基板、２
は不純物、３は不純物２を均一に含有し半導体基
板１の上に形成した化合物半導体層である。
従来構造では容易に高いキヤリア濃度が得られ
ないものの例として、Al0.3Ga0.7As中のSiのドー
ピングを説明すると次のようになる。分子線エピ
タキシ（MBE）法により基板温度を580℃として
Siを１×1018cm-3を含有するAl0.3Ga0.7Asを成長
させると、室温での電子濃度（ｎ）が１×1017cm
-3程度で、さらに液体窒素温度（77k）ではｎ＜
１×1016cm-3となるものが得られる。この場合、
結晶成長時の基板温度を高めるとある程度の改善
が見られ、基板温度730℃で成長すると室温でｎ
３×1017cm-3、77kでｎ２×1016cm-3とドーピ
ングの効率が改善されたものも得られるが、根本
的な解決にはならない。GaAsへのSiのドーピン
グではSiの量とほぼ同量の電子濃度が得られるこ
とから、Al0.3Ga0.7Asにおいて含有したSiの量に
対応した電子濃度が得られないのは、Alを含む
半導体層にSiが存在することに原因があると考え
られる。したがつて、この系ではSiとAlとを空
間的に分離することが必要と考えられるが、Al
とSiが同一半導体中でランダムに分布する従来の
構造ではこれを実現させるのは不可能である。
ないものの例として、Al0.3Ga0.7As中のSiのドー
ピングを説明すると次のようになる。分子線エピ
タキシ（MBE）法により基板温度を580℃として
Siを１×1018cm-3を含有するAl0.3Ga0.7Asを成長
させると、室温での電子濃度（ｎ）が１×1017cm
-3程度で、さらに液体窒素温度（77k）ではｎ＜
１×1016cm-3となるものが得られる。この場合、
結晶成長時の基板温度を高めるとある程度の改善
が見られ、基板温度730℃で成長すると室温でｎ
３×1017cm-3、77kでｎ２×1016cm-3とドーピ
ングの効率が改善されたものも得られるが、根本
的な解決にはならない。GaAsへのSiのドーピン
グではSiの量とほぼ同量の電子濃度が得られるこ
とから、Al0.3Ga0.7Asにおいて含有したSiの量に
対応した電子濃度が得られないのは、Alを含む
半導体層にSiが存在することに原因があると考え
られる。したがつて、この系ではSiとAlとを空
間的に分離することが必要と考えられるが、Al
とSiが同一半導体中でランダムに分布する従来の
構造ではこれを実現させるのは不可能である。
したがつて、この解決手段として従来構造とは
異なり、不純物と化合物半導体を構成するある種
の元素とを空間的に分離する新しい構造が必要で
ある。
異なり、不純物と化合物半導体を構成するある種
の元素とを空間的に分離する新しい構造が必要で
ある。
本発明の目的は、かかる従来構造の持つ欠点を
除去し、容易に高いキヤリア濃度を実現できる超
格子の構造を提供することにある。
除去し、容易に高いキヤリア濃度を実現できる超
格子の構造を提供することにある。
本発明の超格子の構造は、電子波長以下の厚さ
を有する第１の固体層と、該第１の固体層より電
子親和力が小さく、第１の固体層中の電子がトン
ネル可能な厚さを有する第２の固体層とを交互に
積層した積層構造を持ち、ｎ型不純物をｎ型不純
物の活性化が容易な領域だけに部分的に含有して
いることを特徴とする。
を有する第１の固体層と、該第１の固体層より電
子親和力が小さく、第１の固体層中の電子がトン
ネル可能な厚さを有する第２の固体層とを交互に
積層した積層構造を持ち、ｎ型不純物をｎ型不純
物の活性化が容易な領域だけに部分的に含有して
いることを特徴とする。
まず本発明の原理について説明する。一般に電
子親和力の異なる半導体の積層構造において、電
子親和力の大きな半導体の厚さが電子波長以下に
なると量子効果が顕著になり、この電子親和力の
大きな半導体内には新たなエネルギ準位（量子化
準位）が形成される。さらに、電子親和力の小さ
な半導体の厚さがこの半導体中を量子化準位の電
子がトンネルできるほど薄いと、電子は量子化準
位において積層構造の膜中を自由に運動できるよ
うになる。本発明の構造はこの条件を満たしてい
るため、第１の固体層から発生する電子および第
２の固体層から発生する電子も量子化準位におい
て積層構造全体に広がる。したがつて、第１の固
体層内部、第２の固体層内部または第１の固体層
と第２の固体層との界面に不純物の活性化が容易
な領域が少なくとも１ケ所有れば、そこに不純物
をドーピングすることにより容易に積層構造全体
のキヤリア濃度を高くすることができる。
子親和力の異なる半導体の積層構造において、電
子親和力の大きな半導体の厚さが電子波長以下に
なると量子効果が顕著になり、この電子親和力の
大きな半導体内には新たなエネルギ準位（量子化
準位）が形成される。さらに、電子親和力の小さ
な半導体の厚さがこの半導体中を量子化準位の電
子がトンネルできるほど薄いと、電子は量子化準
位において積層構造の膜中を自由に運動できるよ
うになる。本発明の構造はこの条件を満たしてい
るため、第１の固体層から発生する電子および第
２の固体層から発生する電子も量子化準位におい
て積層構造全体に広がる。したがつて、第１の固
体層内部、第２の固体層内部または第１の固体層
と第２の固体層との界面に不純物の活性化が容易
な領域が少なくとも１ケ所有れば、そこに不純物
をドーピングすることにより容易に積層構造全体
のキヤリア濃度を高くすることができる。
以下本発明について実施例を示す図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
第２図は本発明の第１の実施例を示した断面模
式図である。第２図において第１図と同じ番号の
ものは第１図と同等物で同一機能を果すものであ
り、４は不純物２を含有し電子波長以下の厚さを
有する第１の半導体層、５は該第１の半導体層４
より電子親和力が小さく、第１の半導体層４中の
電子がトンネル可能な厚さを有する第２の半導体
層である。第１の半導体層４と第２の半導体層５
とが交互に積層し、積層構造を形成している。
式図である。第２図において第１図と同じ番号の
ものは第１図と同等物で同一機能を果すものであ
り、４は不純物２を含有し電子波長以下の厚さを
有する第１の半導体層、５は該第１の半導体層４
より電子親和力が小さく、第１の半導体層４中の
電子がトンネル可能な厚さを有する第２の半導体
層である。第１の半導体層４と第２の半導体層５
とが交互に積層し、積層構造を形成している。
本実施例の構造は、第１の半導体層４中での不
純物２の活性化が容易な場合に有効である。
純物２の活性化が容易な場合に有効である。
本実施例では不純物２としてSi、第１の半導体
層４として厚さ13ÅのGaAs、第２の半導体層５
として厚さ39ÅのAlAsを用いた。本実施例を用
いて本発明を説明すると次のようになる。
層４として厚さ13ÅのGaAs、第２の半導体層５
として厚さ39ÅのAlAsを用いた。本実施例を用
いて本発明を説明すると次のようになる。
GaAs中での室温におけるSiの活性化率はほぼ
100％であるので、厚さ13ÅのGaAs中にドーピ
ングしたSiのほとんど全部が活性化して、Si量と
ほぼ同量の電子が発生し、この電子はGaAsと
AlAsの積層構造によつて形成されたGaAsの伝導
体より約0.5eV高い量子化準位において積層構造
をもつたこの膜全体に広がる。
100％であるので、厚さ13ÅのGaAs中にドーピ
ングしたSiのほとんど全部が活性化して、Si量と
ほぼ同量の電子が発生し、この電子はGaAsと
AlAsの積層構造によつて形成されたGaAsの伝導
体より約0.5eV高い量子化準位において積層構造
をもつたこの膜全体に広がる。
結晶成長方法としてMBEを用い、膜全体の平
均的なSi濃度として2.5×1018cm-3をドーピングし
た結果、室温での電子濃度として2.0×1018cm-3が
得られた。これはドーピングしたSiの80％が活性
化したことを示しており、容易に高い電子濃度が
得られることがわかる。
均的なSi濃度として2.5×1018cm-3をドーピングし
た結果、室温での電子濃度として2.0×1018cm-3が
得られた。これはドーピングしたSiの80％が活性
化したことを示しており、容易に高い電子濃度が
得られることがわかる。
第３図は本発明の第２の実施例を示した断面模
式図である。この第２の実施例は第３図で示すよ
うに、第１の半導体層４のうち第２の半導体層５
との界面近傍では不純物２を含有しない第１の半
導体層４１とし、不純物２を完全に第１の半導体
層５の内部だけに含有することだけが第１の実施
例と異なるだけで、それ以外は第２図で説明した
第１の実施例と同じである。この構造では、不純
物２は第２の半導体層５と全く接しなくなり、不
純物２の活性化において第２の半導体層５の影響
をほぼ完全に除去することができる。
式図である。この第２の実施例は第３図で示すよ
うに、第１の半導体層４のうち第２の半導体層５
との界面近傍では不純物２を含有しない第１の半
導体層４１とし、不純物２を完全に第１の半導体
層５の内部だけに含有することだけが第１の実施
例と異なるだけで、それ以外は第２図で説明した
第１の実施例と同じである。この構造では、不純
物２は第２の半導体層５と全く接しなくなり、不
純物２の活性化において第２の半導体層５の影響
をほぼ完全に除去することができる。
不純物２としてSi、第１の半導体層４として厚
さ23ÅのGaAs、不純物２を含有しない第１の半
導体層４１として厚さ６ÅのGaAs、第２の半導
体層５として厚さ15ÅのAlAsを用いた本実施例
の構造において、次の結果を得た。
さ23ÅのGaAs、不純物２を含有しない第１の半
導体層４１として厚さ６ÅのGaAs、第２の半導
体層５として厚さ15ÅのAlAsを用いた本実施例
の構造において、次の結果を得た。
結晶成長法としてはMBE法を用い、基板温度
を比較的低温の580℃とし、膜全体のSiの平均濃
度が１×1018cm-3となるようにした。その結果、
室温においてドープしたSiの90％が活性化し、膜
全体の電子濃度として９×1017cm-3が得られ、
77kにおいても電子温度として５×1017cm-3が得
られた。この構造により生じる最低次の量子化準
位は、従来の構造を持つ均一組成のAl0.3Ga0.7As
の伝導帯とほぼ等しいエネルギ位置にあるが、こ
の従来のAl0.3Ga0.7Asよりも本発明の構造の方が
３倍以上大きなドーピング効率が得られ、容易に
高い電子濃度が得られた。さらに室温における
Arレーザー光によるフオト・ルミネツセンスの
測定においても、従来構造のAl0.3Ga0.7Asに比べ
数倍の明るさが得られ、本発明により得られる膜
は光学的にも優れていることがわかつた。
を比較的低温の580℃とし、膜全体のSiの平均濃
度が１×1018cm-3となるようにした。その結果、
室温においてドープしたSiの90％が活性化し、膜
全体の電子濃度として９×1017cm-3が得られ、
77kにおいても電子温度として５×1017cm-3が得
られた。この構造により生じる最低次の量子化準
位は、従来の構造を持つ均一組成のAl0.3Ga0.7As
の伝導帯とほぼ等しいエネルギ位置にあるが、こ
の従来のAl0.3Ga0.7Asよりも本発明の構造の方が
３倍以上大きなドーピング効率が得られ、容易に
高い電子濃度が得られた。さらに室温における
Arレーザー光によるフオト・ルミネツセンスの
測定においても、従来構造のAl0.3Ga0.7Asに比べ
数倍の明るさが得られ、本発明により得られる膜
は光学的にも優れていることがわかつた。
また、本発明の第１および第２の実施例の説明
で使用したAlAs（第２の半導体層）の替りに、
Al組成比の高いAlGaAsを用いても、同様に高い
電子濃度および優れた光学的特性が得られた。
で使用したAlAs（第２の半導体層）の替りに、
Al組成比の高いAlGaAsを用いても、同様に高い
電子濃度および優れた光学的特性が得られた。
第４図は本発明の第３の実施例を示した断面模
式図である。第４図において第１図〜第３図と同
じ番号のものは第１図〜第３図と同等物で同一機
能を果すものである。本実施例では第１の半導体
層４と不純物２を含有した第２の半導体層５との
積層構造となつている。この構造は、電子親和力
の小さな第２の半導体層５から発生した電子が第
１の半導体層４および第２の半導体層５全体に広
がる点だけが本発明の第１の実施例と異なるだけ
で、第１の実施例と同様の光学特性および電気特
性を示す。この構造では、第２の半導体層５の中
にドーピングされた不純物２のほとんど全部が活
性化すれば、積層構造全体の電子濃度を高めるこ
とが容易となる。本実施例では不純物２として
Si、第１の半導体層４として厚さ23ÅのAl0.5In0.
5As、第２の半導体層５として厚さ15ÅのGaAs
を用いた。本実施例を用いて本発明を説明すると
次のようになる。
式図である。第４図において第１図〜第３図と同
じ番号のものは第１図〜第３図と同等物で同一機
能を果すものである。本実施例では第１の半導体
層４と不純物２を含有した第２の半導体層５との
積層構造となつている。この構造は、電子親和力
の小さな第２の半導体層５から発生した電子が第
１の半導体層４および第２の半導体層５全体に広
がる点だけが本発明の第１の実施例と異なるだけ
で、第１の実施例と同様の光学特性および電気特
性を示す。この構造では、第２の半導体層５の中
にドーピングされた不純物２のほとんど全部が活
性化すれば、積層構造全体の電子濃度を高めるこ
とが容易となる。本実施例では不純物２として
Si、第１の半導体層４として厚さ23ÅのAl0.5In0.
5As、第２の半導体層５として厚さ15ÅのGaAs
を用いた。本実施例を用いて本発明を説明すると
次のようになる。
Al0.5In0.5AsとGaAsとは格子定数が４％程度異
なるので、この積層構造意識的に歪を入れた、い
わゆるstrained super latticeとなる。GaAs中の
Siから発生した電子は、GaAsの伝導体より
0.2eV低いところにAl0.5In0.5AsとGaAsの積層構
造によつて形成された量子化準位によつて膜全体
に広がる。結晶成長方法としてMBEを用い、膜
全体の平均的なSi濃度として１×1018cm-3をドー
ピングした結果、室温での電子濃度として８×
1017cm-3が得られた。これはドーピングしたSiの
80％が活性化したことを示しており、容易に高い
電子濃度が得られることがわかる。
なるので、この積層構造意識的に歪を入れた、い
わゆるstrained super latticeとなる。GaAs中の
Siから発生した電子は、GaAsの伝導体より
0.2eV低いところにAl0.5In0.5AsとGaAsの積層構
造によつて形成された量子化準位によつて膜全体
に広がる。結晶成長方法としてMBEを用い、膜
全体の平均的なSi濃度として１×1018cm-3をドー
ピングした結果、室温での電子濃度として８×
1017cm-3が得られた。これはドーピングしたSiの
80％が活性化したことを示しており、容易に高い
電子濃度が得られることがわかる。
第５図は本発明の第４の実施例を示した断面模
式図である。この第４の実施例は第５図で示すよ
うに、第２の半導体層５のうち第１の半導体層４
との界面近傍では不純物２を含有しない第２の半
導体層５１とし、不純物２を完全に第２の半導体
層５の内部だけに含有することだけが第３の実施
例と異なるだけで、それ以外は第４図で説明した
第３の実施例と同じである。この構造では不純物
２は全く第１の半導体層４と接しなくなり、不純
物２の活性化において第１の半導体層４の影響を
ほぼ完全に除去することができる。
式図である。この第４の実施例は第５図で示すよ
うに、第２の半導体層５のうち第１の半導体層４
との界面近傍では不純物２を含有しない第２の半
導体層５１とし、不純物２を完全に第２の半導体
層５の内部だけに含有することだけが第３の実施
例と異なるだけで、それ以外は第４図で説明した
第３の実施例と同じである。この構造では不純物
２は全く第１の半導体層４と接しなくなり、不純
物２の活性化において第１の半導体層４の影響を
ほぼ完全に除去することができる。
不純物２としてSi、第１の半導体層４として厚
さ23ÅのGaAs、不純物２を含有しない第１の半
導体層４１として厚さ６ÅのGaAs、第２の半導
体層５として厚さ15ÅのAl0.5In0.5Asを用い、第
３の実施例と同じ方法で平均のSi濃度が１×1018
cm-3の積層構造を形成した結果、室温での電子濃
度が９×1017cm-3と高い値が得られた。
さ23ÅのGaAs、不純物２を含有しない第１の半
導体層４１として厚さ６ÅのGaAs、第２の半導
体層５として厚さ15ÅのAl0.5In0.5Asを用い、第
３の実施例と同じ方法で平均のSi濃度が１×1018
cm-3の積層構造を形成した結果、室温での電子濃
度が９×1017cm-3と高い値が得られた。
第６図は本発明の第５の実施例を示した断面模
式図である。第６図において第１図〜第５図と同
じ番号のものは第１図〜第３図と同等物で同一機
能を果すものである。不純物２を含有した第１の
半導体層４と不純物２を含有した第２の半導体層
５との積層構造であるが、第１の半導体層４と第
２の半導体層５との界面近傍は、不純物２を含有
しない第１の半導体層４１および不純物２を含有
しない第２の半導体層５１となつている。この構
造は、第１の半導体層４と第２の半導体層５との
界面近傍以外の部分より発生した電子が全体に広
がり、第１〜第４の実施例と同様の特性を示す。
この構造では、第１の半導体層４と第２の半導体
層５との混合領域では不純物２の活性化が低くと
も、第１の半導体層４内部および第２の半導体層
５内部では不純物２がほとんど活性化すれば、積
層構造全体の電子濃度を高めることが容易とな
る。
式図である。第６図において第１図〜第５図と同
じ番号のものは第１図〜第３図と同等物で同一機
能を果すものである。不純物２を含有した第１の
半導体層４と不純物２を含有した第２の半導体層
５との積層構造であるが、第１の半導体層４と第
２の半導体層５との界面近傍は、不純物２を含有
しない第１の半導体層４１および不純物２を含有
しない第２の半導体層５１となつている。この構
造は、第１の半導体層４と第２の半導体層５との
界面近傍以外の部分より発生した電子が全体に広
がり、第１〜第４の実施例と同様の特性を示す。
この構造では、第１の半導体層４と第２の半導体
層５との混合領域では不純物２の活性化が低くと
も、第１の半導体層４内部および第２の半導体層
５内部では不純物２がほとんど活性化すれば、積
層構造全体の電子濃度を高めることが容易とな
る。
不純物２としてSi、第１の半導体層４として厚
さ23ÅのIn0.5Ga0.5As，純物２を含有しない第１
の半導体層４１として厚さ６ÅのIn0.5Ga0.5As，
第２の半導体層５として厚さ15ÅのGaAs、不純
物２を含有しない第２の半導体層５１として厚さ
６ÅのGaAsを用い、MBE法によりこの構造を
形成した。In0.5Ga0.5AsとGaAsでは格子定数が
４％程度異なり、格子定数の違いにより発生する
応力は主にIn0.5Ga0.5AsとGaAsとの界面に集中
する。そのため、界面にSiをドーピングしても高
い活性化率は得難い。したがつて、本実施例の構
造が有効となる。
さ23ÅのIn0.5Ga0.5As，純物２を含有しない第１
の半導体層４１として厚さ６ÅのIn0.5Ga0.5As，
第２の半導体層５として厚さ15ÅのGaAs、不純
物２を含有しない第２の半導体層５１として厚さ
６ÅのGaAsを用い、MBE法によりこの構造を
形成した。In0.5Ga0.5AsとGaAsでは格子定数が
４％程度異なり、格子定数の違いにより発生する
応力は主にIn0.5Ga0.5AsとGaAsとの界面に集中
する。そのため、界面にSiをドーピングしても高
い活性化率は得難い。したがつて、本実施例の構
造が有効となる。
膜全体の平均のSi濃度として１×1018cm-3をド
ーピングした結果、室温での電子濃度として１×
1018cm-3と高い電子濃度が得られた。
ーピングした結果、室温での電子濃度として１×
1018cm-3と高い電子濃度が得られた。
第７図は本発明の第６の実施例を示した断面模
式図である。第７図において第１〜第６図と同じ
番号のものは第１〜第６図と同等物で同一機能を
果すものであり、６は不純物２を含有し電子波長
以下の厚さを有する半導体層、７は該半導体層６
より電子親和力が小さく、半導体層６中の電子が
トンネル可能な厚さを有する絶縁体層である。本
実施例では、新しい量子化準位を半導体層６の伝
導帯より1eV以上も高くすることも可能であるた
め、高い電子濃度を有し禁止帯が大きな半導体を
実現することができる。
式図である。第７図において第１〜第６図と同じ
番号のものは第１〜第６図と同等物で同一機能を
果すものであり、６は不純物２を含有し電子波長
以下の厚さを有する半導体層、７は該半導体層６
より電子親和力が小さく、半導体層６中の電子が
トンネル可能な厚さを有する絶縁体層である。本
実施例では、新しい量子化準位を半導体層６の伝
導帯より1eV以上も高くすることも可能であるた
め、高い電子濃度を有し禁止帯が大きな半導体を
実現することができる。
不純物２としてＰ、半導体層６として厚さ14Å
のSi、絶縁体層７として厚さ15ÅのCaF2を用い、
MBE法により本構造を構成した結果、新しい量
子化準位はSiの伝導帯より0.2eV高くなり、膜全
体の平均のSi濃度として１×1018cm-3ドーピング
したのに対し電子濃度９×1017cm-3が得られた。
のSi、絶縁体層７として厚さ15ÅのCaF2を用い、
MBE法により本構造を構成した結果、新しい量
子化準位はSiの伝導帯より0.2eV高くなり、膜全
体の平均のSi濃度として１×1018cm-3ドーピング
したのに対し電子濃度９×1017cm-3が得られた。
第８図は本発明の第７の実施例を示した断面模
式図である。この第７の実施例は第８図で示すよ
うに、半導体層６のうち絶縁体層７との界面近傍
では不純物２を含有しない半導体層６１とし、不
純物２を完全に半導体層６の内部だけに含有する
ことだけが第６の実施例と異なるだけで、それ以
外は第７図で説明した第６の実施例と同じであ
る。この構造では不純物２は全く絶縁体層７と接
しなくなり、不純物２の活性化において絶縁体層
７の影響をほぼ完全に除去することができる。
式図である。この第７の実施例は第８図で示すよ
うに、半導体層６のうち絶縁体層７との界面近傍
では不純物２を含有しない半導体層６１とし、不
純物２を完全に半導体層６の内部だけに含有する
ことだけが第６の実施例と異なるだけで、それ以
外は第７図で説明した第６の実施例と同じであ
る。この構造では不純物２は全く絶縁体層７と接
しなくなり、不純物２の活性化において絶縁体層
７の影響をほぼ完全に除去することができる。
不純物２を含有しない半導体層６１として厚さ
５ÅのSiとし、他は第６の実施例と同じにして膜
を形成した結果、１×1018cm-3の電子濃度が得ら
れた。
５ÅのSiとし、他は第６の実施例と同じにして膜
を形成した結果、１×1018cm-3の電子濃度が得ら
れた。
上記の本発明の７つの実施例においては、積層
構造として２種類の固体層を交互に積層したもの
だけしか示さなかつたが、３種類以上の固体層を
積層したものであつても、電子が形成される量子
化単位で膜全体に広がる構造であれば、容易に高
い電子濃度が得られることは明らかである。また
本発明のｎ型不純物の種類としてはどんなもので
も良く、例えばGaAsに含有するｎ型不純物とし
てTe，Se，Sn，Ｓでも良いことは明らである。
構造として２種類の固体層を交互に積層したもの
だけしか示さなかつたが、３種類以上の固体層を
積層したものであつても、電子が形成される量子
化単位で膜全体に広がる構造であれば、容易に高
い電子濃度が得られることは明らかである。また
本発明のｎ型不純物の種類としてはどんなもので
も良く、例えばGaAsに含有するｎ型不純物とし
てTe，Se，Sn，Ｓでも良いことは明らである。
本発明の構造を得る方法としては、原理的には
どんな結晶成長方法であつても良いが、数Åの膜
厚制御性が必要となるため、MBE法やMOCVD
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）
法が適している。中でもMBE法は原料の入つた
炉から出る分子線をシヤツタの開閉だけで制御で
きるため、遷移層が数Åの急峻な界面を容易に実
現することができ、さらにコンピユータによる自
動制御が容易であるため最も適した方法である。
どんな結晶成長方法であつても良いが、数Åの膜
厚制御性が必要となるため、MBE法やMOCVD
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）
法が適している。中でもMBE法は原料の入つた
炉から出る分子線をシヤツタの開閉だけで制御で
きるため、遷移層が数Åの急峻な界面を容易に実
現することができ、さらにコンピユータによる自
動制御が容易であるため最も適した方法である。
本発明の構造はあらゆる半導体の組あわせに対
し適用可能である。上述の実施例ではAlAs／
GaAs、AlGaAs／GaAs、AlInAs／GaAs、
InGaAs／GaAs，Si／CaF2に対して述べたが、
他の−化合物半導体間の組あわせ、たとえば
InAlAs／InGaAs、InAs／AlAs、GaP／AlP、
InP／AlAsSb、GaAs／InGaP、GaAs／GaPSb、
GaSb／InAs、InAs／AlSb、GaSb／AlSb、
GaAs／GaP、GaAsP／GaP、AlN／GaN、
InGaAlP／GaAs、InP／InGaAs、InP／
GaAsSb等に対しても適用できる。−化合物
半導体と族半導体の組あわせとしては、Si／
GaP、Ge／GaAs、Ge／AlAs、Ge／GaAlAs等
に適用可能であり、族半導体間の組あわせとし
ては、Si／Ge、Si／Ｃ等に適用可能である。と
くにSi／Ｃ、Si／SiCの超格子ではSiにのみｎ型
不純物をドープすることにより良好なSiC特性を
示す材料が提供できる。さらに−化合物間の
組あわせでは、ZnSe／ZnS、ZnTe／ZnS、
CdSe／ZnTe、CdTe／HgTe等に適用可能であ
り、−化合物半導体と−化合物半導体間
の組あわせとしてはGaAs／ZnSe、GaAs／ZnS
等が可能である。さらにカルコパライト半導体を
含む系にも適用可能である。
し適用可能である。上述の実施例ではAlAs／
GaAs、AlGaAs／GaAs、AlInAs／GaAs、
InGaAs／GaAs，Si／CaF2に対して述べたが、
他の−化合物半導体間の組あわせ、たとえば
InAlAs／InGaAs、InAs／AlAs、GaP／AlP、
InP／AlAsSb、GaAs／InGaP、GaAs／GaPSb、
GaSb／InAs、InAs／AlSb、GaSb／AlSb、
GaAs／GaP、GaAsP／GaP、AlN／GaN、
InGaAlP／GaAs、InP／InGaAs、InP／
GaAsSb等に対しても適用できる。−化合物
半導体と族半導体の組あわせとしては、Si／
GaP、Ge／GaAs、Ge／AlAs、Ge／GaAlAs等
に適用可能であり、族半導体間の組あわせとし
ては、Si／Ge、Si／Ｃ等に適用可能である。と
くにSi／Ｃ、Si／SiCの超格子ではSiにのみｎ型
不純物をドープすることにより良好なSiC特性を
示す材料が提供できる。さらに−化合物間の
組あわせでは、ZnSe／ZnS、ZnTe／ZnS、
CdSe／ZnTe、CdTe／HgTe等に適用可能であ
り、−化合物半導体と−化合物半導体間
の組あわせとしてはGaAs／ZnSe、GaAs／ZnS
等が可能である。さらにカルコパライト半導体を
含む系にも適用可能である。
本発明の構造は一方がｎ型不純物のドープされ
た半導体であれば、他方は絶縁物であつてもよ
い。このような絶縁物としては、半導体の格子定
数と整数比を示す格子常数をもつMgO−Al2O3ス
ピネル化合物やその他BaF2、CaF2等のフツ化物
あるいはBaxCa1−xF2等のフツ化物混晶があげ
られる。この場合の半導体としては上述の例にあ
らわれた半導体を含むあらゆる半導体が含まれ
る。とくにGaP／CaF2系では青色発光が可能で
あり、GaAs／CaF2、CdSe／CaF2等の組あわせ
では、直接遷移型の青色発光が可能であり、した
がつて青色レーザの重要なｎ型半導体材料とな
る。
た半導体であれば、他方は絶縁物であつてもよ
い。このような絶縁物としては、半導体の格子定
数と整数比を示す格子常数をもつMgO−Al2O3ス
ピネル化合物やその他BaF2、CaF2等のフツ化物
あるいはBaxCa1−xF2等のフツ化物混晶があげ
られる。この場合の半導体としては上述の例にあ
らわれた半導体を含むあらゆる半導体が含まれ
る。とくにGaP／CaF2系では青色発光が可能で
あり、GaAs／CaF2、CdSe／CaF2等の組あわせ
では、直接遷移型の青色発光が可能であり、した
がつて青色レーザの重要なｎ型半導体材料とな
る。
本願が上述のような多くの系に適用されうるの
は、「電子波長以下」あるいは「トンネル可能な」
という条件下では、各層の格子定数が正しく整合
されていなくても互いの格子緩和によりすべり転
位の発生しない超格子が形成できるからである。
は、「電子波長以下」あるいは「トンネル可能な」
という条件下では、各層の格子定数が正しく整合
されていなくても互いの格子緩和によりすべり転
位の発生しない超格子が形成できるからである。
以上は格子整合のとれた半導体または絶縁体に
ついて述べたが、一般に積層構造においては各層
の界面において膜中のひずみを吸収するため、格
子整合のとれてない半導体または絶縁体の積層構
造でも本発明を実現することは可能である。さら
に、Misciblity Gapに相当する組成
（InGaAsSb、InAsPSb等）で予想される光学的
および電気的特性を有し高いキヤリア濃度を持つ
半導体も本発明により実現することができる。
ついて述べたが、一般に積層構造においては各層
の界面において膜中のひずみを吸収するため、格
子整合のとれてない半導体または絶縁体の積層構
造でも本発明を実現することは可能である。さら
に、Misciblity Gapに相当する組成
（InGaAsSb、InAsPSb等）で予想される光学的
および電気的特性を有し高いキヤリア濃度を持つ
半導体も本発明により実現することができる。
また、前記実施例は全てｎ型不純物を周期的に
ドープしたが、これに限る必要はなく、ｎ型不純
物を全くドープしない層を中に含んで、周期性を
失つていてもかまわない。
ドープしたが、これに限る必要はなく、ｎ型不純
物を全くドープしない層を中に含んで、周期性を
失つていてもかまわない。
第１図は従来構造の不純物をドーピングした化
合物半導体の概略断面図、第２図〜第８図はそれ
ぞれ本発明の第１の実施例〜第７の実施例を説明
するための概略断面図である。 １……半導体基板、２……不純物、３……化合
物半導体層、４……第１の半導体層、５……第２
の半導体層、４１……不純物を含有しない第１の
半導体層、５１……不純物を含有しない第２の半
導体層、６……半導体層、６１……不純物を含有
しない半導体層、７……絶縁体層。
合物半導体の概略断面図、第２図〜第８図はそれ
ぞれ本発明の第１の実施例〜第７の実施例を説明
するための概略断面図である。 １……半導体基板、２……不純物、３……化合
物半導体層、４……第１の半導体層、５……第２
の半導体層、４１……不純物を含有しない第１の
半導体層、５１……不純物を含有しない第２の半
導体層、６……半導体層、６１……不純物を含有
しない半導体層、７……絶縁体層。
Claims (1)
- １ 電子波長以下の厚さを有する第１の固体層
と、該第１の固体層より電子親和力が小さく、第
１の固体層中の電子がトンネル可能な厚さを有す
る第２の固体層とを交互に積層した積層構造を持
ち、不純物が第１，第２の固体層の界面近傍にお
いてｎ型不純物が含有されていない層を備えてい
ることを特徴とする超格子の構造。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11380183A JPS607121A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 超格子の構造 |
| EP84304300A EP0133342B1 (en) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | A superlattice type semiconductor structure having a high carrier density |
| DE8484304300T DE3480631D1 (de) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | Halbleiterstruktur mit uebergitter hoher traegerdichte. |
| US06/624,333 US4695857A (en) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | Superlattice semiconductor having high carrier density |
| US07/043,046 US4792832A (en) | 1983-06-24 | 1987-04-24 | Superlattice semiconductor having high carrier density |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11380183A JPS607121A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 超格子の構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS607121A JPS607121A (ja) | 1985-01-14 |
| JPH0315334B2 true JPH0315334B2 (ja) | 1991-02-28 |
Family
ID=14621414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11380183A Granted JPS607121A (ja) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | 超格子の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS607121A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS61210677A (ja) * | 1985-03-15 | 1986-09-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体装置 |
| JPS61278168A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体装置 |
| JPS61263282A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
| JPS61289673A (ja) * | 1985-06-18 | 1986-12-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体装置 |
| JPS621277A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 化合物半導体装置 |
| JPH0821748B2 (ja) * | 1985-09-04 | 1996-03-04 | 株式会社日立製作所 | 半導体レ−ザ装置 |
| JP2545785B2 (ja) * | 1986-02-04 | 1996-10-23 | ソニー株式会社 | 化合物半導体 |
| JP2612572B2 (ja) * | 1987-04-14 | 1997-05-21 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子 |
| US4903101A (en) * | 1988-03-28 | 1990-02-20 | California Institute Of Technology | Tunable quantum well infrared detector |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5395571A (en) * | 1977-02-02 | 1978-08-21 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| JPS5742116A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor superlattice crystal |
| JPS57164573A (en) * | 1982-02-26 | 1982-10-09 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
-
1983
- 1983-06-24 JP JP11380183A patent/JPS607121A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5395571A (en) * | 1977-02-02 | 1978-08-21 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| JPS5742116A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor superlattice crystal |
| JPS57164573A (en) * | 1982-02-26 | 1982-10-09 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS607121A (ja) | 1985-01-14 |
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