JPH0334594A - 量子井戸構造の製造方法 - Google Patents
量子井戸構造の製造方法Info
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- JPH0334594A JPH0334594A JP17006589A JP17006589A JPH0334594A JP H0334594 A JPH0334594 A JP H0334594A JP 17006589 A JP17006589 A JP 17006589A JP 17006589 A JP17006589 A JP 17006589A JP H0334594 A JPH0334594 A JP H0334594A
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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、半導体デバイスに用いられる量子井戸構造に
関する。
関する。
（従来の技術）
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となる事に
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大値を持つ様
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。
キャリア状態密度のエネルギー分布が階段状となる事に
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大値を持つ様
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。
そこでこの量子細線の一形成方法として、文献（第５回
ＭＢＥ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１００〜２００Ａ毎に単原子層ステップがある。
ＭＢＥ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１００〜２００Ａ毎に単原子層ステップがある。
この上にＧａＡｓとＡＩ□、２Ｇａ□、８Ａｓ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。この傾斜超
格子２３をＡｌＧａＡｓ２２とＡｌＧａＡｓ２４ではさ
む事によって量子細線構造が実現する。
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。この傾斜超
格子２３をＡｌＧａＡｓ２２とＡｌＧａＡｓ２４ではさ
む事によって量子細線構造が実現する。
（発明が解決しようとする課題）
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
発光特性を得ることが困難であった。
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
発光特性を得ることが困難であった。
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。
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。
（課題を解決するための手段）
以上の課題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ＩＩＬＶ族化合物半導体を主材料とする量子
井戸構造を製造する方法において、（ｈｋｌ）面から０
（ｒａｄ）オフしたＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体基板上
に、第１のバリア層を形成する工程と、この第１のバリ
ア層上に量子井戸層を形成する工程と、この量子井戸層
の上に第２のバリア層を形成する工程とを備え、前記量
子井戸層形成中にＩｎを含むＩＩＩ ｅ Ｖ族化合物半
導体を１原子層未満形戒する工程を含み、前記量子井戸
層はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体から構成され、かつ上
記のり、に、 １はｈ≦１、ｋ≦１、ｌ≦１，１≦１を
満たす整数で、０は前記ＧａＡｓ基板の格子定数ａ（Ａ
）に対してａ／６００≦θ≦ａ／４０なる不等式を満た
ず事を特徴とする。
造方法ではＩＩＬＶ族化合物半導体を主材料とする量子
井戸構造を製造する方法において、（ｈｋｌ）面から０
（ｒａｄ）オフしたＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体基板上
に、第１のバリア層を形成する工程と、この第１のバリ
ア層上に量子井戸層を形成する工程と、この量子井戸層
の上に第２のバリア層を形成する工程とを備え、前記量
子井戸層形成中にＩｎを含むＩＩＩ ｅ Ｖ族化合物半
導体を１原子層未満形戒する工程を含み、前記量子井戸
層はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体から構成され、かつ上
記のり、に、 １はｈ≦１、ｋ≦１、ｌ≦１，１≦１を
満たす整数で、０は前記ＧａＡｓ基板の格子定数ａ（Ａ
）に対してａ／６００≦θ≦ａ／４０なる不等式を満た
ず事を特徴とする。
（作用）
従来の量子井戸構造では、オフ基板上にＡ１０，２Ｇａ
□、５ＡｓとＧａＡｓを交互に成長し、ＡｌＧａＡｓの
１／２原子層とＧａＡｓの１７２原子層を合わせてほぼ
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が形成できる。傾斜超格子の横方向の周期の均一性
は成長層のステップ間隔の均一性で決まってわり、これ
は成長原子のＧａ及びＡｌの表面拡散距離の大きさに依
存する。すなわち、表面拡散距離がステップ間隔よりも
充分大きい場合には、成長層の原子ステップ間隔は均一
となる。
□、５ＡｓとＧａＡｓを交互に成長し、ＡｌＧａＡｓの
１／２原子層とＧａＡｓの１７２原子層を合わせてほぼ
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が形成できる。傾斜超格子の横方向の周期の均一性
は成長層のステップ間隔の均一性で決まってわり、これ
は成長原子のＧａ及びＡｌの表面拡散距離の大きさに依
存する。すなわち、表面拡散距離がステップ間隔よりも
充分大きい場合には、成長層の原子ステップ間隔は均一
となる。
ところが表面拡散距離がステップ間隔よりも小さい場合
には充分なステップがらの成長が実現しないためにステ
ップ間隔は不均一となる。従来がら用いられているＧａ
Ａｓ及びＡｌＧａＡｓの材料ではＧａ及びＡＩの表面拡
散距離がステップ間隔の均一性を決める事となるが、Ａ
Ｉの表面拡散距離は通常〜６０Ａであり、通常の単原子
ステップ間隔（２０〜３００人）に比べてあまり大きく
無い。このため従来の量子井戸構造では、均一な量子細
線構造が実現されなかった。そこで本発明では量子井戸
をＧａＡｓとＩｎＡｓで構成した。この場合にはＧａ原
子とＩｎ原子の表面拡散距離でステップ間隔の均一性が
決まるが、Ｇａ原子及びＩｎ原子の表面拡散距離は、成
長温度６００°Ｃで２０ＯＡ以上とＡｌ原子に比べて３
倍以上大きいため、均一な単原子ステップの成長層が得
られ良好な量子細線が形成できる。またＩｎＡｓはＧａ
Ａｓの格子定数に比べ７％程度大きいため通常は格子整
合した成長は不可能である。しかしながら、ＧａＡｓと
ＩｎＡｓを１／２原子層づつ形成する方法では、数原子
層のＧａＡｓ／ＩｎＡｓの傾斜超格子を、転位を発生さ
せる事なく形成する事ができる。そこで本発明の量子井
戸構造ではＧａＡｓ量子井戸の中にＧａＡｓ／ＩｎＡｓ
の傾斜超格子を数原子層はさむ事によって横方向の間隔
が均一な量子細線が実現できるため、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。
には充分なステップがらの成長が実現しないためにステ
ップ間隔は不均一となる。従来がら用いられているＧａ
Ａｓ及びＡｌＧａＡｓの材料ではＧａ及びＡＩの表面拡
散距離がステップ間隔の均一性を決める事となるが、Ａ
Ｉの表面拡散距離は通常〜６０Ａであり、通常の単原子
ステップ間隔（２０〜３００人）に比べてあまり大きく
無い。このため従来の量子井戸構造では、均一な量子細
線構造が実現されなかった。そこで本発明では量子井戸
をＧａＡｓとＩｎＡｓで構成した。この場合にはＧａ原
子とＩｎ原子の表面拡散距離でステップ間隔の均一性が
決まるが、Ｇａ原子及びＩｎ原子の表面拡散距離は、成
長温度６００°Ｃで２０ＯＡ以上とＡｌ原子に比べて３
倍以上大きいため、均一な単原子ステップの成長層が得
られ良好な量子細線が形成できる。またＩｎＡｓはＧａ
Ａｓの格子定数に比べ７％程度大きいため通常は格子整
合した成長は不可能である。しかしながら、ＧａＡｓと
ＩｎＡｓを１／２原子層づつ形成する方法では、数原子
層のＧａＡｓ／ＩｎＡｓの傾斜超格子を、転位を発生さ
せる事なく形成する事ができる。そこで本発明の量子井
戸構造ではＧａＡｓ量子井戸の中にＧａＡｓ／ＩｎＡｓ
の傾斜超格子を数原子層はさむ事によって横方向の間隔
が均一な量子細線が実現できるため、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、以上の効果を、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 ｅ Ｖ族生導体（ＧａＡｓ、 Ｉ
ｎＰ等）では２Ｏ−３０ＯＡ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。
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 ｅ Ｖ族生導体（ＧａＡｓ、 Ｉ
ｎＰ等）では２Ｏ−３０ＯＡ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、 ｋ、 １は
整数ｈ≦１゜ｋ≦１．１≦１．）からのオフ角ｅ（ｒａ
ｄ）は２０人≦ａ／２１Ｏ≦３０ＯＡ
（１）の関係を満たす必要がある。ここでａ［
Ａ］は半導体の格子定数である。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
える事ができるからである。
整数ｈ≦１゜ｋ≦１．１≦１．）からのオフ角ｅ（ｒａ
ｄ）は２０人≦ａ／２１Ｏ≦３０ＯＡ
（１）の関係を満たす必要がある。ここでａ［
Ａ］は半導体の格子定数である。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
える事ができるからである。
（１）式からｅ（ｒａｄ）の範囲としては、ａ／６００
≦θ≦ａ／４０ （２）（ａ［
入］は格子定数） となる。
≦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。
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（１１１）Ａ面方向に１°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１０の場合に
は単原子ステップ間隔は１６０Ａとなる。次に分子線エ
ピタクシ−法を用いてＡｌＧａＡｓ２を成長する。成長
する温度は高い方がＡｌＧａＡｓ２の結晶性が改善され
るが後で成長するＩｎの付着係数が６５０°Ｃ以上では
極端に低下する。このため成長温度は６００°Ｃとした
。
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１０の場合に
は単原子ステップ間隔は１６０Ａとなる。次に分子線エ
ピタクシ−法を用いてＡｌＧａＡｓ２を成長する。成長
する温度は高い方がＡｌＧａＡｓ２の結晶性が改善され
るが後で成長するＩｎの付着係数が６５０°Ｃ以上では
極端に低下する。このため成長温度は６００°Ｃとした
。
ＡｌＧａＡｓの厚みは任意に設定できるが、キャリアを
有効に閉じ込めるには４０Å以上が必要と考えられる。
有効に閉じ込めるには４０Å以上が必要と考えられる。
我々の実験では３０００Ａとした。次にＧａＡｓ３を５
０Ａ形威した後に成長中断を１分間行なった。成長中断
とは、Ａｓ脱離を防ぐためＡｓビームのみを照射してい
るがＧａビーム等のＩＩＩ族ビームを照射せずに実質的
な成長は行なわれない工程である。この成長中断は、行
なわなくても差しつかえないが、これを行なう事によっ
てより界面のステ、ツブ間隔の均一性平坦性が向上する
。次にＩｎＡｓ４を１／２原子層形威した。この時には
単原子ステップがら成長が行なわれるため単原子ステッ
プ間隔（１６０Ａ）の約半分の８０Ａ幅のＩｎＡｓ４か
らなる単原子層細線が形成される。次にＧａＡｓ５を５
０Ａ形威して量子井戸６が形成出来る。最後にバリア層
としてＡｌＧａＡｓ７を３０００Ａ形威した。以上述べ
た様に本実施例ではＧａＡｓ３とＧａＡｓ５の間にＩｎ
Ａｓ４が１／２原子層はさまれた構造となっており、キ
ャリアはＩｎＡｓ４近傍に閉じ込められる。又、ＩｎＡ
ｓの横方向の均一性が良好なため狭いスペクトル幅の良
好な発光が得られる。
０Ａ形威した後に成長中断を１分間行なった。成長中断
とは、Ａｓ脱離を防ぐためＡｓビームのみを照射してい
るがＧａビーム等のＩＩＩ族ビームを照射せずに実質的
な成長は行なわれない工程である。この成長中断は、行
なわなくても差しつかえないが、これを行なう事によっ
てより界面のステ、ツブ間隔の均一性平坦性が向上する
。次にＩｎＡｓ４を１／２原子層形威した。この時には
単原子ステップがら成長が行なわれるため単原子ステッ
プ間隔（１６０Ａ）の約半分の８０Ａ幅のＩｎＡｓ４か
らなる単原子層細線が形成される。次にＧａＡｓ５を５
０Ａ形威して量子井戸６が形成出来る。最後にバリア層
としてＡｌＧａＡｓ７を３０００Ａ形威した。以上述べ
た様に本実施例ではＧａＡｓ３とＧａＡｓ５の間にＩｎ
Ａｓ４が１／２原子層はさまれた構造となっており、キ
ャリアはＩｎＡｓ４近傍に閉じ込められる。又、ＩｎＡ
ｓの横方向の均一性が良好なため狭いスペクトル幅の良
好な発光が得られる。
以上述べた実施例では、成長方法として分子線エビタク
シ−法を用いたが、この一種の変形であるマイグレーシ
ョンエンハンストエピタクシ−（ＭＥＥ）法やケミカル
ビームエピタクシ−（ＣＢＥ）法等の他の方法を用いて
も本実施例と同様な効果が得られる。
シ−法を用いたが、この一種の変形であるマイグレーシ
ョンエンハンストエピタクシ−（ＭＥＥ）法やケミカル
ビームエピタクシ−（ＣＢＥ）法等の他の方法を用いて
も本実施例と同様な効果が得られる。
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図は従来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Ｇ
ａＡｓ、 ４はＩｎＡｓ、５はＧａＡｓ、 ６は量子井
戸、７はＡｌＧａＡｓ、 ２１はＧａＡｓ基板、２２は
ＡｌＧａＡｓ、２３は傾斜超格子、２４はＡｌＧａＡｓ
、２５はＡｌＧａＡｓ、２６はＧａＡｓである。
造の断面図である。第２図は従来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Ｇ
ａＡｓ、 ４はＩｎＡｓ、５はＧａＡｓ、 ６は量子井
戸、７はＡｌＧａＡｓ、 ２１はＧａＡｓ基板、２２は
ＡｌＧａＡｓ、２３は傾斜超格子、２４はＡｌＧａＡｓ
、２５はＡｌＧａＡｓ、２６はＧａＡｓである。
Claims (1)
- III−Ｖ族化合物半導体を主材料とする量子井戸構造を
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、第１のバリ
ア層を形成する工程と、この第１のバリア層上に量子井
戸層を形成する工程と、この量子井戸層の上に第２のバ
リア層を形成する工程とを備え、前記量子井戸層形成中
にＩｎを含むIII−Ｖ族化合物半導体を一原子層未満形
成する工程を含み、前記量子井戸層はIII−Ｖ族化合物
半導体から構成され、かつ上記のｈ、ｋ、ｌはｈ≦１、
ｋ≦１、ｌ≦１を満たす整数で、θは前記ＧａＡｓ基板
の格子定数ａ（Å）に対してａ／６００≦θ≦ａ／４０
なる不等式を満たす事を特徴とする量子井戸構造の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17006589A JPH0334594A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 量子井戸構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17006589A JPH0334594A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 量子井戸構造の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334594A true JPH0334594A (ja) | 1991-02-14 |
Family
ID=15897982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17006589A Pending JPH0334594A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 量子井戸構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0334594A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0427905A2 (en) * | 1989-11-13 | 1991-05-22 | Research Development Corporation Of Japan | Grid-inserted quantum structure |
| EP0582986A2 (en) * | 1992-08-10 | 1994-02-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JPH07273032A (ja) * | 1994-03-29 | 1995-10-20 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体結晶成長方法 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP17006589A patent/JPH0334594A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0427905A2 (en) * | 1989-11-13 | 1991-05-22 | Research Development Corporation Of Japan | Grid-inserted quantum structure |
| EP0582986A2 (en) * | 1992-08-10 | 1994-02-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| EP0582986A3 (en) * | 1992-08-10 | 1994-03-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| JPH07273032A (ja) * | 1994-03-29 | 1995-10-20 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体結晶成長方法 |
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