JPH04237135A - 半導体積層構造体 - Google Patents

半導体積層構造体

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Publication number
JPH04237135A
JPH04237135A JP3019263A JP1926391A JPH04237135A JP H04237135 A JPH04237135 A JP H04237135A JP 3019263 A JP3019263 A JP 3019263A JP 1926391 A JP1926391 A JP 1926391A JP H04237135 A JPH04237135 A JP H04237135A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor
type
type semiconductor
energy gap
Prior art date
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Pending
Application number
JP3019263A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideki Fukano
秀樹 深野
Yuji Hasumi
蓮見 裕二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子としてもトラ
ンジスタとしても動作し得る半導体素子に適用される半
導体積層構造体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体積層構造体の代表
的な構造として次の2つが挙げられる。その1つは、図
7(a)に断面図で示すようにn形AlGaAsエミッ
タ71とp形GaAsベース72とn形AlGaAsコ
レクタ73とからなるnpnダブルヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの層構造において、図7(b)に示すよ
うに上部n形AlGaAsエミッタ71の一部にBeを
イオン注入してp形AlGaAsクラッド層74に変化
させ、pnダイオード化してp形GaAsベース72を
発光層として用いるものである(J.Katz et 
al.,Appl.Phys.Lett.,37,pp
211,1980) 。2つ目は、前記同様に図8に断
面図で示すようにn形AlGaAsエミッタ81とp形
GaAsベース82とn形AlGaAsコレクタ83と
からなるnpnダブルヘテロ接合バイポーラトランジス
タの層構造において、Znを拡散し、p形AlGaAs
グラフトベース領域84を形成し、このグラフトベース
領域84より電流を注入し、ナロウギャップベース層で
あるp形GaAsベース82を発光層として用いるとい
うものである(Y.Hasumi et al.,El
ectron Device Lett.,vol.8
, pp10, 1987)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体積層構造体においては、いずれの場合も高不純物
濃度のp形ベース層を発光層として用いるため、量子効
率が低く、また、イオン注入や拡散によって不純物が活
性層まで導入されるため、レーザ化したとき、発振しき
い値は、極めて高くなるという問題があった。
【0004】したがって本発明は、1回の結晶成長でヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)として動作
し、また、発光ダイオード(LED)やレーザ・ダイオ
ード(LD)としての動作も可能な半導体素子を製作す
ることを可能とした半導体積層構造体を提供することを
目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による半導体積層構造体は、コレクタの
ベース端では、P− 形であり、しかもコレクタ内に発
光,受光素子として動作し得る活性層を有している。
【0006】
【作用】本発明においては、不純物ドープ層を1回の成
長でコレクタ内に形成し、素子化プロセスで活性層への
不純物の導入がなく、また、2回以上の再成長が不要と
なる。
【0007】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。
【0008】(第1の実施例)図1は本発明による半導
体積層構造体を用いた半導体素子の一実施例による構成
を示す断面図である。同図において、1はワイドギャッ
プn形InPエミッタ、2はエネルギーギャップ(Eg
)が1.15eVのp+ 形InGaAsPベース、3
はEgが1.15eVのp− 形InGaAsPコレク
タ第1層、4はEgが0.8eVノンドープInGaA
sP活性層、5はn形InPコレクタ第2層、6はAu
Geエミッタ電極、7はTi/Auベース電極、8はA
uGeコレクタ電極である。
【0009】図2は図1に示した半導体素子のエネルギ
ーバンド構造を示したものである。
【0010】このような構成において、エミッタ電極6
,ベース電極7およびコレクタ電極8にバイアス電圧を
印加することにより、良好なトランジスタ特性が得られ
、HBTとしての動作が可能であった。また、ベース層
のEgよりエネルギーの大きな光を入射することにより
、ヘテロ接合フォトトランジスタ(HPT)としての動
作も可能であった。さらにベース電極7をアノード電極
とし、コレクタ電極8をカソード電極としてこの間を順
方向にバイアスすることにより、ノンドープInGaA
sP活性層4より発光が見られ、LED動作を観測した
【0011】図3(a),(b)は本発明による半導体
積層構造体を用いた半導体素子の他の構成を示す断面図
であり、前述の図と同一部分には同一符号を付してある
。同図において、図1と異なる点は、ベース電極7の形
成において、表面からZnの拡散を行い、グラフトベー
ス層9が形成されている。
【0012】このような構成においても、前述と同様な
HTB,HPHおよびLEDとしても動作した。なお、
Znの拡散の代わりにBeのイオン注入とその活性化に
よっても同様の動作が得られた。Zn拡散またはBeの
イオン注入による不純物導入の先端は、p+ 形InG
aAsPベース2まで到達していれば良いため、ノンド
ープInGaAsP活性層4に不純物の導入はなく、へ
き開による共振器構造を形成したところ、しきい値電流
30mA以下の極めて低い値でレーザ発振した。さらに
図4に断面図に示すようにリッジ形レーザを形成し、へ
き開による共振器を形成しても、しきい値電流40mA
以下で発振した。なお、41はZn拡散によるp形反転
層、42はp電極、43はn電極である。
【0013】(第2の実施例)図5は本発明の第2の実
施例における半導体素子のエネルギーバンド構造を示し
たものである。同図において、51はワイドギャップn
形InPエミッタ、52はEgが1.15eVのp+ 
形InGaAsPベース、53はベース端でEgが1.
15eVでそこから徐々にEgが小さくなりノンドープ
InGaAsP活性層(Eg=0.8eV)54端でE
gが0.95eVになるグレーテッドInGaAsPコ
レクタ第1層、55はノンドープInGaAsP活性層
54との界面でのEg0.95でありそこから徐々にE
g=1.35のInPまでEgが大きくなっているグレ
ーテッドInGaAsPコレクタ第2層、56はn形I
nPコレクタ第3層である。これも前述した図1,図3
または図4のように素子化を行い、HBTやHPTとし
てもLEDもしくはLDとしての動作が可能であった。 Zn拡散による拡散フロントは活性層まで到達しないた
め、活性層への不純物導入がなされず、LDのしきい値
は20mA以下の低い値であった。
【0014】(第3の実施例)図6は本発明の第3の実
施例における半導体素子のエネルギーバンド構造を示し
たものである。同図において、61はワイドギャップn
形InPエミッタ、62はInPが100Å,InGa
Asが20Åの超格子よりなるp+ ベース、63はI
nPが100Å,InGaAsが20Åの超格子よりな
るp形コレクタ第1層、64はEgが0.8eVのノン
ドープInGaAsP活性層、65はInPコレクタ第
2層である。p+ ベース62およびp形コレクタ第1
層63の超格子はミニバンドMを形成しており、電子の
それは井戸の上とほぼ同じ位の所に位置しており、電子
はほぼスムーズにp+ ベース62およびp形コレクタ
第1層63の層を通過できる。これに対して正孔のそれ
は正孔質量が重いため、井戸の底に近い所に位置してお
り、エミッタ−ベース間順バイアス状態で正孔はエミッ
タへ入りにくくなっている。これも前述した図1,図3
または図4のように素子化を行い、HBTやHPTとし
てもLEDもしくはLDとしての動作が可能であった。 なお、LDのしきい値は40mA以下であった。
【0015】(第4の実施例)図2の層構造において、
活性層4とn形InPコレクタ第2層5との間にEgが
0.95eVで回折格子の形成された光導波路層が入っ
ている基板を用いて前述した第1の実施例と同様の半導
体素子を形成したところ、HBTやHPTおよびLED
やLDとして動作した。また、共振器を形成したもので
は、100mA以上まで単一波長でレーザ発振した。
【0016】なお、前述した実施例においては、半導体
材料としてInP系材料を用いた場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、AlGa
As系やInGaAlAs系のような他の材料系であっ
ても良い。また、InGaAs/GaAsのような格子
歪を伴う材料系であっても良い。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明による半導体
積層構造よれば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタや
ヘテロ接合フォトトランジスタとして動作し、さらに発
光ダイオードや低しきい値のレーザ・ダイオードとして
の動作も可能になるため、従来のような2回以上の再成
長を行うことなく、高速,高性能の光電子集積回路を製
作することができるという極めて優れた効果が得られる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体積層構造体を半導体素子に
適用した一実施例による構成を示す断面図である。
【図2】図1における半導体素子のエネルギーバンド構
造を示す図である。
【図3】(a),(b)は本発明による半導体積層構造
体を半導体素子に適用した他の実施例による構成を示す
断面図である。
【図4】本発明による半導体積層構造体をリッジ形レー
ザに適用した構成を示す断面図である。
【図5】本発明による半導体積層構造体を半導体素子に
適用したさらに他の実施例による半導体素子のエネルギ
ーバンド構造を示す図である。
【図6】本発明による半導体積層構造体を半導体素子に
適用した他の実施例による半導体素子のエネルギーバン
ド構造を示す図である。
【図7】(a),(b)は従来のnpnダブルヘテロ接
合バイポーラトランジスタの層構造を示す断面図である
【図8】従来のnpnダブルヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1    n形InPエミッタ 2    p+ 形InGaAsPベース3    p
形InGaAsPコレクタ第1層4    ノンドープ
InGaAsP活性層5    n形コレクタ第2層 6    AuGeエミッタ電極 7    Ti/Auベース電極 8    AuGeコレクタ電極 9    グラフトベース層 41    p形反転層 42    p電極 43    n電極 51    n形InPエミッタ 52    p+ 形InGaAsPベース53   
 グレーテッドInGaAsPコレクタ第1層54  
  ノンドープInGaAsP活性層55    グレ
ーテッドInGaAsPコレクタ第2層56    n
形InPコレクタ第3層61    n形InPエミッ
タ 62    p+ 形ベース 63    p形コレクタ第1層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  n形ワイドギャップ半導体第1層と、
    前記半導体第1層よりエネルギーギャップの小さい高濃
    度p形半導体第2層と、前記高濃度p形半導体第2層の
    エネルギーギャップと同じかそれより小さい値を有する
    低濃度p形半導体第3層と、前記低濃度半導体第3層よ
    りエネルギーギャップの小さい半導体活性層または前記
    低濃度p形半導体第3層より電子遷移エネルギーの小さ
    い多重量子井戸層よりなる半導体活性層としての半導体
    第4層と、前記半導体第4層のエネルギーギャップまた
    は電子遷移エネルギーよりエネルギーギャップの大きな
    n形半導体第5層との積層構造よりなることを特徴とし
    た半導体積層構造体。
  2. 【請求項2】  n形ワイドギャップ半導体第1層と、
    前記半導体第1層よりエネルギーギャップの小さい高濃
    度p形半導体第2層と、前記高濃度p形半導体第2層と
    の界面で前記高濃度p形半導体第2層のエネルギーギャ
    ップと同じかそれより小さい値を有しかつ徐々にエネル
    ギーギャップの小さくなる低濃度p形半導体第3層と、
    前記低濃度p形半導体第3層の終端のエネルギーギャッ
    プより小さいそれを有する半導体活性層または前記低濃
    度p形半導体第3層より電子遷移エネルギーの小さい多
    重量子井戸層よりなる半導体活性層としての半導体第4
    層と、前記半導体第4層との界面で前記半導体活性層の
    エネルギーギャップまたは電子遷移エネルギーより大き
    なエネルギーギャップを有し徐々にさらにエネルギーギ
    ャップの大きくなるn形半導体第5層と、前記n形半導
    体第5層との界面で前記n形半導体第5層のエネルギー
    ギャップと同じかそれより大きな値を有するn形半導体
    第6層との積層構造よりなることを特徴とした半導体積
    層構造体。
  3. 【請求項3】  n形ワイドギャップ半導体第1層と、
    半導体超格子よりなる高濃度p形半導体第2層と、前記
    高濃度p形半導体第2層と同等の半導体超格子よりなる
    低濃度p形半導体第3層と、半導体活性層である半導体
    第4層または前記低濃度p形半導体第3層より電子遷移
    エネルギーの小さい多重量子井戸層よりなる半導体活性
    層としての半導体第4層と、前記半導体第4層のエネル
    ギーギャップまたは電子遷移エネルギーよりエネルギー
    ギャップの大きなn形半導体第5層もしくは前記低濃度
    p形半導体第3層と同等の半導体超格子よりなるn形半
    導体第5層との積層構造よりなることを特徴とした半導
    体積層構造体。
  4. 【請求項4】  請求項1,請求項2または請求項3に
    おいて、前記低濃度p形半導体第3層と半導体第4層ま
    たは前記半導体第4層と第n形半導体5層との間に回折
    格子の形成された光導波路層を有することを特徴とした
    半導体積層構造体。
JP3019263A 1991-01-21 1991-01-21 半導体積層構造体 Pending JPH04237135A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814843A (en) * 1994-12-01 1998-09-29 The Furukawa Electric Co., Ltd. Heterojunction bipolar transistor having a graded-composition base region
JP2007503710A (ja) * 2003-08-22 2007-02-22 ザ ボード オブ トラスティース オブ ザ ユニバーシティ オブ イリノイ 半導体素子及び方法
JP2007329466A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Samsung Electro Mech Co Ltd 半導体発光トランジスタ
JP2009124010A (ja) * 2007-11-16 2009-06-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光検出器
US7998807B2 (en) 2003-08-22 2011-08-16 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Method for increasing the speed of a light emitting biopolar transistor device

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