JPH06140668A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH06140668A JPH06140668A JP28777092A JP28777092A JPH06140668A JP H06140668 A JPH06140668 A JP H06140668A JP 28777092 A JP28777092 A JP 28777092A JP 28777092 A JP28777092 A JP 28777092A JP H06140668 A JPH06140668 A JP H06140668A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アクセプタ不純物を含有するｐ型基板を用い
た半導体装置に関し、ｐ型層から低不純物濃度活性層へ
のアクセプタ不純物拡散を抑制できる構造の半導体装置
を提供することを目的とする。 【構成】 アクセプタ不純物を含有するＩＩＩ−Ｖ族化
合物のｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成さ
れ、アクセプタ不純物の捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層と、前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層の上に形成され、低不純物濃度のＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体活性層とを含む。
た半導体装置に関し、ｐ型層から低不純物濃度活性層へ
のアクセプタ不純物拡散を抑制できる構造の半導体装置
を提供することを目的とする。 【構成】 アクセプタ不純物を含有するＩＩＩ−Ｖ族化
合物のｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成さ
れ、アクセプタ不純物の捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層と、前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層の上に形成され、低不純物濃度のＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体活性層とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体装置に関し、特にアクセプタ不純物を含有するｐ型
層を用いた半導体装置に関する。
導体装置に関し、特にアクセプタ不純物を含有するｐ型
層を用いた半導体装置に関する。
【０００２】近年、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた
装置は、高性能化の要求と製造技術の進歩によって寸法
の微細化や構造の複雑化が進んでいる。たとえば、半導
体レーザや超格子素子等に量子井戸構造等が用いられて
いる。
装置は、高性能化の要求と製造技術の進歩によって寸法
の微細化や構造の複雑化が進んでいる。たとえば、半導
体レーザや超格子素子等に量子井戸構造等が用いられて
いる。
【０００３】このような半導体装置においては、しばし
ば半導体層の結晶性の良好さやヘテロ界面の急峻さが要
求される。不純物拡散が生じると、結晶性を乱したり、
ヘテロ界面の急峻さを乱す原因となる。アクセプタ不純
物を多量に含有する半導体基板を用いる場合、基板から
の不純物拡散が問題となる。
ば半導体層の結晶性の良好さやヘテロ界面の急峻さが要
求される。不純物拡散が生じると、結晶性を乱したり、
ヘテロ界面の急峻さを乱す原因となる。アクセプタ不純
物を多量に含有する半導体基板を用いる場合、基板から
の不純物拡散が問題となる。
【０００４】
【従来の技術】図２は、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
基板を用いた半導体装置の例として埋め込みヘテロ（Ｂ
Ｈ）構造の半導体レーザの横断面を示す。
基板を用いた半導体装置の例として埋め込みヘテロ（Ｂ
Ｈ）構造の半導体レーザの横断面を示す。
【０００５】この半導体レーザの製造は、たとえば次の
手順による。まず、ｐ型ＩｎＰ基板２１上に、有機金属
気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等を用いてｐ型ＩｎＰクラッ
ド層２２、量子井戸活性層２３、ｎ型ＩｎＰクラッド層
２４を連続的に積層する。
手順による。まず、ｐ型ＩｎＰ基板２１上に、有機金属
気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等を用いてｐ型ＩｎＰクラッ
ド層２２、量子井戸活性層２３、ｎ型ＩｎＰクラッド層
２４を連続的に積層する。
【０００６】次に、酸化膜等でストライプ状マスクを形
成し、メサエッチングを行なってメサストライプ構造を
得る。その後、メサエッチした側壁部分をｐ型ＩｎＰ埋
め込み層２５、ｎ型ＩｎＰ狭窄層２６、ｐ型ＩｎＰ埋め
込み層２７で埋め込み成長する。
成し、メサエッチングを行なってメサストライプ構造を
得る。その後、メサエッチした側壁部分をｐ型ＩｎＰ埋
め込み層２５、ｎ型ＩｎＰ狭窄層２６、ｐ型ＩｎＰ埋め
込み層２７で埋め込み成長する。
【０００７】酸化膜ストライプ状マスクを除去後、ｎ型
ＩｎＰ埋め込み層２８を堆積し、その上に、ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層２９を成長させる。量子井戸活性
層２３は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの超格子構造
を有するが、この領域を含めて混晶層は通常全てＩｎＰ
に格子整合している。
ＩｎＰ埋め込み層２８を堆積し、その上に、ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層２９を成長させる。量子井戸活性
層２３は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓの超格子構造
を有するが、この領域を含めて混晶層は通常全てＩｎＰ
に格子整合している。
【０００８】最後に、ｎ側電極３０およびｐ側電極３１
を蒸着等により形成し、端面をへき開してファブリーペ
ロ形レーザを得る。基板としてｐ型材料を用いたのは、
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２９へのオーミックコ
ンタクトが取りやすい性質を利用したものである。長い
熱処理等の工程を必要としないで、１．５５μｍ発振用
においても１．３μｍ帯用レーザと同程度の低い閾値電
流密度が得られる。
を蒸着等により形成し、端面をへき開してファブリーペ
ロ形レーザを得る。基板としてｐ型材料を用いたのは、
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２９へのオーミックコ
ンタクトが取りやすい性質を利用したものである。長い
熱処理等の工程を必要としないで、１．５５μｍ発振用
においても１．３μｍ帯用レーザと同程度の低い閾値電
流密度が得られる。
【０００９】また、ｎ型ＩｎＰクラッド層２４の比抵抗
が小さいので、バイアス印加時のこの領域での電圧上昇
が小さく、ｎｐｎｐ構造の電流ブロック層のブレークダ
ウンも生じにくい。
が小さいので、バイアス印加時のこの領域での電圧上昇
が小さく、ｎｐｎｐ構造の電流ブロック層のブレークダ
ウンも生じにくい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、ｐ型Ｉ
ｎＰを基板に用いたとき、正孔の移動度が小さいため
に、同じドーピングレベルでは低抵抗化しないという欠
点がある。したがって、エピタキシャル層に比べて通電
距離の長いｐ型基板の抵抗値を下げるために、通常アク
セプタ不純物を高濃度にドープしなければならない。
ｎＰを基板に用いたとき、正孔の移動度が小さいため
に、同じドーピングレベルでは低抵抗化しないという欠
点がある。したがって、エピタキシャル層に比べて通電
距離の長いｐ型基板の抵抗値を下げるために、通常アク
セプタ不純物を高濃度にドープしなければならない。
【００１１】アクセプタ不純物は、基板に添加される場
合、ほとんどが亜鉛である。この他、エピタキシャル層
にはＣｄ等が用いられることもある。これらアクセプタ
不純物は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中で格子間位置を
とりうるので、拡散係数が大きいという特徴がある。
合、ほとんどが亜鉛である。この他、エピタキシャル層
にはＣｄ等が用いられることもある。これらアクセプタ
不純物は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中で格子間位置を
とりうるので、拡散係数が大きいという特徴がある。
【００１２】したがって、ｐ型基板を用いると、基板の
不純物濃度が高いために、エピタキシャル成長工程や熱
処理工程で拡散を生じ、ｐ型ＩｎＰクラッド層２２を経
て量子井戸活性層２３内にまで基板のアクセプタ不純物
原子が侵入する。この結果、以下のような問題が生じ
る。
不純物濃度が高いために、エピタキシャル成長工程や熱
処理工程で拡散を生じ、ｐ型ＩｎＰクラッド層２２を経
て量子井戸活性層２３内にまで基板のアクセプタ不純物
原子が侵入する。この結果、以下のような問題が生じ
る。
【００１３】（１）．本来、低濃度の活性層のドーピン
グ量制御が困難になる。 （２）．不純物拡散によって転位等の格子欠陥が誘起さ
れる。 （３）．不純物拡散が母体結晶格子構成原子の相互拡散
を伴い、ヘテロ接合界面の急峻性が失われる。特に、量
子井戸活性層を構成するヘテロ接合の組成的な「だれ」
は、半導体装置の特性に重大な悪影響を及ぼす。
グ量制御が困難になる。 （２）．不純物拡散によって転位等の格子欠陥が誘起さ
れる。 （３）．不純物拡散が母体結晶格子構成原子の相互拡散
を伴い、ヘテロ接合界面の急峻性が失われる。特に、量
子井戸活性層を構成するヘテロ接合の組成的な「だれ」
は、半導体装置の特性に重大な悪影響を及ぼす。
【００１４】本発明の目的は、ｐ型層から低不純物濃度
活性層へのアクセプタ不純物拡散を抑制できる構造の半
導体装置を提供することである。
活性層へのアクセプタ不純物拡散を抑制できる構造の半
導体装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
アクセプタ不純物を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物のｐ型
半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成され、アクセプ
タ不純物の捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層と、前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層の上に形成され、低不純物濃度のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体活性層とを含む。
アクセプタ不純物を含有するＩＩＩ−Ｖ族化合物のｐ型
半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成され、アクセプ
タ不純物の捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層と、前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層の上に形成され、低不純物濃度のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体活性層とを含む。
【００１６】
【作用】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のアクセプタ不純
物捕獲作用により、基板から活性層への不純物拡散が抑
制される。拡散制御作用は格子欠陥とアクセプタ不純物
との相互作用によって生じる。
物捕獲作用により、基板から活性層への不純物拡散が抑
制される。拡散制御作用は格子欠陥とアクセプタ不純物
との相互作用によって生じる。
【００１７】周知のように、半導体中の転位や局所的歪
はマイグレーションする原子や点欠陥に応力を及ぼし、
これを捕獲する。しかし、転位や積層欠陥等の１次元、
２次元格子欠陥を導入すると、その上に積層する半導体
層の結晶性が劣化し、結局半導体装置を劣化させる。
はマイグレーションする原子や点欠陥に応力を及ぼし、
これを捕獲する。しかし、転位や積層欠陥等の１次元、
２次元格子欠陥を導入すると、その上に積層する半導体
層の結晶性が劣化し、結局半導体装置を劣化させる。
【００１８】しかし、０次元格子欠陥である空格子点に
も同様の原子捕獲作用があると考えられる。空格子点
は、濃度を閾値以下に抑制すれば、上層の結晶性に重大
な影響を及ぼさずに済む。捕獲作用のある空格子点を導
入するには、たとえばヘテロ接合や局所的に空格子点濃
度の高い領域を捕獲層中に形成すればよい。
も同様の原子捕獲作用があると考えられる。空格子点
は、濃度を閾値以下に抑制すれば、上層の結晶性に重大
な影響を及ぼさずに済む。捕獲作用のある空格子点を導
入するには、たとえばヘテロ接合や局所的に空格子点濃
度の高い領域を捕獲層中に形成すればよい。
【００１９】このような捕獲領域を捕獲層中に複数箇所
設ければ、より効果的に活性層への拡散の影響を抑制す
ることができる。以下、本発明を実施例に基づきより詳
しく述べる。
設ければ、より効果的に活性層への拡散の影響を抑制す
ることができる。以下、本発明を実施例に基づきより詳
しく述べる。
【００２０】
【実施例】図１は、実施例によるダブルヘテロＢＨ（埋
め込み）レーザの横断面図である。この半導体装置は、
従来例と対比するために、図２に示したＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＧａＡｓ量子井戸構造活性層を有する半導体レー
ザと同じ手法で製造するものとする。
め込み）レーザの横断面図である。この半導体装置は、
従来例と対比するために、図２に示したＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＧａＡｓ量子井戸構造活性層を有する半導体レー
ザと同じ手法で製造するものとする。
【００２１】すなわち、ＭＯＶＰＥ法を利用して、まず
ｐ型ＩｎＰ（１００）基板１０上にＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰヘテロ接合層１１からなるアクセプタ不純物捕獲層
を堆積する。
ｐ型ＩｎＰ（１００）基板１０上にＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰヘテロ接合層１１からなるアクセプタ不純物捕獲層
を堆積する。
【００２２】このヘテロ接合層１１は、厚さ５００Å、
キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープＩｎ0.86Ｇ
ａ0.14Ａｓ0.33Ｐ0.67と、厚さ５００Å、キャリア濃度
５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープＩｎＰとの組合せを３周
期積層、合計厚み３０００Åで形成されている。ＩｎＧ
ａＡｓＰ混晶は、ＩｎＰに格子整合しているが、勿論厚
みは自由に変えられる。また、周期数を増加させればよ
り有効である。ヘテロ界面は少なくとも３面、好ましく
は５面以上形成することが好ましい。
キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープＩｎ0.86Ｇ
ａ0.14Ａｓ0.33Ｐ0.67と、厚さ５００Å、キャリア濃度
５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープＩｎＰとの組合せを３周
期積層、合計厚み３０００Åで形成されている。ＩｎＧ
ａＡｓＰ混晶は、ＩｎＰに格子整合しているが、勿論厚
みは自由に変えられる。また、周期数を増加させればよ
り有効である。ヘテロ界面は少なくとも３面、好ましく
は５面以上形成することが好ましい。
【００２３】次に、この上に、たとえば厚さ３μｍ、キ
ャリア濃度５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープｐ型ＩｎＰク
ラッド層１２、厚さ２７５０ÅのアンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３、厚さ１μｍ、
キャリア濃度７×１０17ｃｍ -3のＳｉドープ、ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層１４を連続的にヘテロエピタキシャル成長
させる。
ャリア濃度５×１０17ｃｍ-3のＺｎドープｐ型ＩｎＰク
ラッド層１２、厚さ２７５０ÅのアンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３、厚さ１μｍ、
キャリア濃度７×１０17ｃｍ -3のＳｉドープ、ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層１４を連続的にヘテロエピタキシャル成長
させる。
【００２４】なお、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子
井戸活性層１３は、いずれもＩｎＰに格子整合した以下
の多層膜からなる。 厚さ１０００ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（井戸層） 厚さ１５０ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45（障壁
層） 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ 厚さ１５０ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ 厚さ１５０ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ 厚さ１０００ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 この量子井戸構造活性層からは、量子サイズ効果によっ
てバンドギャップ組成により短波長化した１．５５μｍ
のレーザ光が輻射される。
井戸活性層１３は、いずれもＩｎＰに格子整合した以下
の多層膜からなる。 厚さ１０００ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（井戸層） 厚さ１５０ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45（障壁
層） 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ 厚さ１５０ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ 厚さ１５０ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 厚さ７５ÅのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ 厚さ１０００ÅのＩｎ0.76Ｇａ0.24Ａｓ0.55Ｐ0.45 この量子井戸構造活性層からは、量子サイズ効果によっ
てバンドギャップ組成により短波長化した１．５５μｍ
のレーザ光が輻射される。
【００２５】次に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１４の所定位
置に＜０１１＞方向のストライプ状酸化膜を堆積してエ
ッチングマスクとする。マスク幅は約１μｍである。こ
の酸化膜マスクを用いたメサエッチングにより、メサス
トライプ形状を作る。
置に＜０１１＞方向のストライプ状酸化膜を堆積してエ
ッチングマスクとする。マスク幅は約１μｍである。こ
の酸化膜マスクを用いたメサエッチングにより、メサス
トライプ形状を作る。
【００２６】その後、液相エピタキシ（ＬＰＥ）法、ま
たはＭＯＶＰＥ法を用いてメサの側面を埋め込むように
ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１５、ｎ型ＩｎＰ狭窄層１６、ｐ
型ＩｎＰ埋め込み層１７を成長し、マスクを除去してさ
らにｎ型ＩｎＰ埋め込み層１８、ｎ型Ｉｎ0.86Ｇａ0.14
Ａｓ0.33Ｐ0.67コンタクト層１９（ＳｉまたはＴｅドー
プ、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3）をエピタキシャル
成長させる。
たはＭＯＶＰＥ法を用いてメサの側面を埋め込むように
ｐ型ＩｎＰ埋め込み層１５、ｎ型ＩｎＰ狭窄層１６、ｐ
型ＩｎＰ埋め込み層１７を成長し、マスクを除去してさ
らにｎ型ＩｎＰ埋め込み層１８、ｎ型Ｉｎ0.86Ｇａ0.14
Ａｓ0.33Ｐ0.67コンタクト層１９（ＳｉまたはＴｅドー
プ、キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3）をエピタキシャル
成長させる。
【００２７】次いで、ｎ側電極２０としてＡｕ／Ｇｅ／
Ｎｉを、またｐ側電極４０としてＡｕ／Ｚｎを蒸着熱処
理する。最後に、共振器長２５０μｍに端面のへき開を
行なえば、図１の半導体レーザができる。
Ｎｉを、またｐ側電極４０としてＡｕ／Ｚｎを蒸着熱処
理する。最後に、共振器長２５０μｍに端面のへき開を
行なえば、図１の半導体レーザができる。
【００２８】半導体レーザの上記製造工程においては、
たとえばＭＯＶＰＥ法による半導体層の堆積は６００〜
６５０℃で行なわれるが、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰヘテ
ロ接合層１１からなるＺｎアクセプタ捕獲層の作用によ
ってＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３
には測定しうる濃度のＺｎは侵入していない。
たとえばＭＯＶＰＥ法による半導体層の堆積は６００〜
６５０℃で行なわれるが、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰヘテ
ロ接合層１１からなるＺｎアクセプタ捕獲層の作用によ
ってＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層１３
には測定しうる濃度のＺｎは侵入していない。
【００２９】実際、このＺｎアクセプタ捕獲層の作用を
確かめるために、ｐ型ＩｎＰ基板上にｐ型ＩｎＰ／アン
ドープＩｎＧａＡｓＰ／ｎ型ＩｎＰのヘテロ接合層をエ
ピタキシャル成長させ、Ｚｎ濃度をＳＩＭＳで分析し
た。その結果を、図３に示す。エピタキシャル成長は、
基板温度６００℃とし、ＭＯＶＰＥ法により行なった。
確かめるために、ｐ型ＩｎＰ基板上にｐ型ＩｎＰ／アン
ドープＩｎＧａＡｓＰ／ｎ型ＩｎＰのヘテロ接合層をエ
ピタキシャル成長させ、Ｚｎ濃度をＳＩＭＳで分析し
た。その結果を、図３に示す。エピタキシャル成長は、
基板温度６００℃とし、ＭＯＶＰＥ法により行なった。
【００３０】図３に示すように、エピタキシャル成長過
程でｐ型ＩｎＰ基板に含有されたＺｎが、成長層側に拡
散するのが認められる。しかし、図中Ａで示したよう
に、Ｚｎはｉ型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ界面でのＺｎ濃
度のピークが示すように、効果的に捕獲される。ｎ型Ｉ
ｎＰ層内でＺｎ濃度が１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 の桁で
飽和しているのは、検出限界のためである。
程でｐ型ＩｎＰ基板に含有されたＺｎが、成長層側に拡
散するのが認められる。しかし、図中Ａで示したよう
に、Ｚｎはｉ型ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ界面でのＺｎ濃
度のピークが示すように、効果的に捕獲される。ｎ型Ｉ
ｎＰ層内でＺｎ濃度が１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 の桁で
飽和しているのは、検出限界のためである。
【００３１】図示したように、ヘテロ接合界面でＺｎ濃
度がピークを示し、この箇所にＺｎが捕獲されているこ
とが判る。このようなＺｎアクセプタ捕獲のメカニズム
は、次のように解釈できる。
度がピークを示し、この箇所にＺｎが捕獲されているこ
とが判る。このようなＺｎアクセプタ捕獲のメカニズム
は、次のように解釈できる。
【００３２】ヘテロ接合界面は、異種結合手によって形
成されているが、同種結合手間の結合に比べて結合エネ
ルギが小さくなるため、界面には高濃度のＩｎ空格子点
ＶInやＧａ空格子点ＶGa、Ｐ空格子点ＶP 、Ａｓ空格子
点ＶAsが分布していると考えられる。
成されているが、同種結合手間の結合に比べて結合エネ
ルギが小さくなるため、界面には高濃度のＩｎ空格子点
ＶInやＧａ空格子点ＶGa、Ｐ空格子点ＶP 、Ａｓ空格子
点ＶAsが分布していると考えられる。
【００３３】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中では、第ＩＩ
族元素であるアクセプタ不純物は格子間原子および置換
型原子となって存在している。正孔を放出するのは、第
ＩＩＩ族元素位置を置換したアクセプタである。
族元素であるアクセプタ不純物は格子間原子および置換
型原子となって存在している。正孔を放出するのは、第
ＩＩＩ族元素位置を置換したアクセプタである。
【００３４】本実施例の場合、格子間亜鉛をＺｎ
i m+（ｍはゼロまた正の整数で帯電荷数を示す）、置換
亜鉛をＺｎS - とおけば、 Ｚｎi m+＋ＶIn＝ＺｎS - ＋（ｍ＋１）ｈ Ｚｎi m+＋ＶGa＝ＺｎS - ＋（ｍ＋１）ｈ Ｚｎi m+＋２ＶP ＋ＶIn＝ＶP ＺｎS ＶP ＋ｍｈ 等の平衡関係が成り立つ。
i m+（ｍはゼロまた正の整数で帯電荷数を示す）、置換
亜鉛をＺｎS - とおけば、 Ｚｎi m+＋ＶIn＝ＺｎS - ＋（ｍ＋１）ｈ Ｚｎi m+＋ＶGa＝ＺｎS - ＋（ｍ＋１）ｈ Ｚｎi m+＋２ＶP ＋ＶIn＝ＶP ＺｎS ＶP ＋ｍｈ 等の平衡関係が成り立つ。
【００３５】したがって、空格子点濃度〔ＶIn〕、〔Ｖ
Ga〕、〔ＶP 〕が増加すれば、拡散係数の極めて大きな
Ｚｎi m+はこれら空格子点と相互作用して、拡散係数の
極めて小さなＺｎS - やＶP Ｚｎi ＶP 複合体等に転換
され、これがヘテロ接合界面領域に蓄積したものと考え
ることができる。
Ga〕、〔ＶP 〕が増加すれば、拡散係数の極めて大きな
Ｚｎi m+はこれら空格子点と相互作用して、拡散係数の
極めて小さなＺｎS - やＶP Ｚｎi ＶP 複合体等に転換
され、これがヘテロ接合界面領域に蓄積したものと考え
ることができる。
【００３６】このような空格子点との相互作用による置
換型アクセプタや複合体濃度の増加は、他のアクセプタ
不純物、たとえばＣｄの場合においても同様である。以
上の実施例では、空格子点密度の高い領域として多重ヘ
テロ接合を挙げた。繰り返し周期をさらに短く、数十Å
程度の超格子構造とすることもできる。たとえば、１．
３μｍ組成、厚さ５０ÅのＩｎＧａＡｓＰ（ｐ≒５×１
０17ｃｍ-3）と厚さ５０ÅのＩｎＰ（ｐ≒５×１０17ｃ
ｍ-3）の２０周期積層超格子を用いることができる。
換型アクセプタや複合体濃度の増加は、他のアクセプタ
不純物、たとえばＣｄの場合においても同様である。以
上の実施例では、空格子点密度の高い領域として多重ヘ
テロ接合を挙げた。繰り返し周期をさらに短く、数十Å
程度の超格子構造とすることもできる。たとえば、１．
３μｍ組成、厚さ５０ÅのＩｎＧａＡｓＰ（ｐ≒５×１
０17ｃｍ-3）と厚さ５０ÅのＩｎＰ（ｐ≒５×１０17ｃ
ｍ-3）の２０周期積層超格子を用いることができる。
【００３７】超格子構造は、格子整合した周期構造だけ
でなく、歪超格子を用いることもできる。たとえば、ｐ
型ＩｎＰ基板上にアクセプタ捕獲層を形成する場合、 厚さ３０ÅのＩｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ（ｐ≒５×１０17ｃｍ
-3） 厚さ５０ÅのＩｎＰ（ｐ≒５×１０17ｃｍ-3） の繰り返し構造（たとえば１０周期）を用いることがで
きる。
でなく、歪超格子を用いることもできる。たとえば、ｐ
型ＩｎＰ基板上にアクセプタ捕獲層を形成する場合、 厚さ３０ÅのＩｎ0.71Ｇａ0.29Ｐ（ｐ≒５×１０17ｃｍ
-3） 厚さ５０ÅのＩｎＰ（ｐ≒５×１０17ｃｍ-3） の繰り返し構造（たとえば１０周期）を用いることがで
きる。
【００３８】Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ｐは、ＩｎＰ（１００）
面上にヘテロエピタキシャル成長した時、格子不整のた
め約１．２％の圧縮歪を受ける。厚さが３０Å程度では
転位発生による格子緩和は生じないので、生じた内部歪
応力がアクセプタ不純物を引きつける作用をする。
面上にヘテロエピタキシャル成長した時、格子不整のた
め約１．２％の圧縮歪を受ける。厚さが３０Å程度では
転位発生による格子緩和は生じないので、生じた内部歪
応力がアクセプタ不純物を引きつける作用をする。
【００３９】別のタイプのアクセプタ不純物捕獲層とし
て、同一組成のエピタキシャル層中に人為的に空格子点
密度の高い層状領域を設けたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を挙げることができる。
て、同一組成のエピタキシャル層中に人為的に空格子点
密度の高い層状領域を設けたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
層を挙げることができる。
【００４０】このような空格子点密度の高い層状領域
は、成長条件を一時的に最適領域から外して成長させる
ことによって得られる。たとえば、Ｖ族元素分圧を低下
させたり、成長温度を低下させたり、あるいはＩｎＰ成
長過程で供給するＶ族元素ガスをＰＨ3 からＡｓＨ3 に
切替えたりする。
は、成長条件を一時的に最適領域から外して成長させる
ことによって得られる。たとえば、Ｖ族元素分圧を低下
させたり、成長温度を低下させたり、あるいはＩｎＰ成
長過程で供給するＶ族元素ガスをＰＨ3 からＡｓＨ3 に
切替えたりする。
【００４１】最適条件から外した状態の保持時間によっ
て高空格子点密度領域の幅を調整することができる。通
常は、数〜１０原子層程度にとどめることが望ましい。
勿論、アクセプタ不純物捕獲層中に複数の高空格子点密
度領域を形成する方が高い捕獲効果が得られる。
て高空格子点密度領域の幅を調整することができる。通
常は、数〜１０原子層程度にとどめることが望ましい。
勿論、アクセプタ不純物捕獲層中に複数の高空格子点密
度領域を形成する方が高い捕獲効果が得られる。
【００４２】なお、以上に述べたアクセプタ不純物捕獲
層と低不純物濃度の活性層との距離は、捕獲層の結晶性
の乱れの影響が活性層に及ぶを避けるため、０．５μｍ
以上とすることが好ましい。
層と低不純物濃度の活性層との距離は、捕獲層の結晶性
の乱れの影響が活性層に及ぶを避けるため、０．５μｍ
以上とすることが好ましい。
【００４３】以上実施例を用いて本発明を説明したが、
本発明はこれらにとどまるものではない。たとえば、種
々の変更、改良、組合せ等が可能である。一例を挙げれ
ば、ｐ型基板をＩｎＰからＧａＡｓやその他の半導体材
料に代えることができる。また、本発明の適用半導体装
置も半導体レーザ以外に、たとえば、ＨＥＴ（ホットエ
レクトロントランジスタ）や非線型光学素子等にも及ぶ
ことも明らかである。
本発明はこれらにとどまるものではない。たとえば、種
々の変更、改良、組合せ等が可能である。一例を挙げれ
ば、ｐ型基板をＩｎＰからＧａＡｓやその他の半導体材
料に代えることができる。また、本発明の適用半導体装
置も半導体レーザ以外に、たとえば、ＨＥＴ（ホットエ
レクトロントランジスタ）や非線型光学素子等にも及ぶ
ことも明らかである。
【００４４】また、本発明は上記した量子井戸層活性領
域を持つ半導体装置以外にも、量子細線や量子箱等、よ
り高次なキャリア閉じ込め型活性層を有する半導体装置
にも適用できる。
域を持つ半導体装置以外にも、量子細線や量子箱等、よ
り高次なキャリア閉じ込め型活性層を有する半導体装置
にも適用できる。
【００４５】本発明は、これら原子オーダでシャープな
微細構造を有する活性層の場合、特に有効である。
微細構造を有する活性層の場合、特に有効である。
【００４６】
【発明の効果】半導体装置の製造工程で、ｐ型層から熱
拡散によって低不純物濃度の活性層へ侵入するアクセプ
タ不純物を阻止することができる。
拡散によって低不純物濃度の活性層へ侵入するアクセプ
タ不純物を阻止することができる。
【００４７】この結果、活性層の結晶性低下、ヘテロ接
合界面の組成だれ等、半導体装置の特性劣化につながる
要因を抑制することが可能である。
合界面の組成だれ等、半導体装置の特性劣化につながる
要因を抑制することが可能である。
【図１】実施例によるダブルヘテロＢＨ構造半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
ザの構成を示す断面図である。
【図２】従来例によるダブルヘテロＢＨ構造半導体レー
ザの構成を示す断面図である。
ザの構成を示す断面図である。
【図３】アクセプタ不純物捕獲層におけるＺｎトラップ
状態を示すＳＩＭＳデータのグラフである。
状態を示すＳＩＭＳデータのグラフである。
１ ｐ型ＩｎＰ（１００）基板 １１ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰヘテロ接合層 １２、２２ ｐ型ＩｎＰクラッド層 １３ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層 １４、２４ ｎ型ＩｎＰクラッド層 １５、２５ ｐ型ＩｎＰ埋め込み層 １６、２６ ｎ型ＩｎＰ狭窄層 １７、２７ ｐ型ＩｎＰ埋め込み層 １８、２８ ｎ型ＩｎＰ埋め込み層 １９、２９ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ２０、３０ ｎ側電極 ２１ ｐ型ＩｎＰ基板 ２３ 量子井戸活性層 ３１、４０ ｐ側電極
Claims (4)
- 【請求項１】 アクセプタ不純物を含有するＩＩＩ−Ｖ
族化合物のｐ型半導体層と、 前記ｐ型半導体層上に形成され、アクセプタ不純物の捕
獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、 前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上
に形成され、低不純物濃度のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
活性層とを含む半導体装置。 - 【請求項２】 前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層が、異種材料間の超格子構造を含む請求項１
記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層が、意図的に空格子点密度を増大させた層を
含む請求項１または２記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記捕獲作用を有するＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層が、歪を有している請求項１〜３のいずれか
に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28777092A JPH06140668A (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28777092A JPH06140668A (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06140668A true JPH06140668A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=17721530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28777092A Withdrawn JPH06140668A (ja) | 1992-10-26 | 1992-10-26 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06140668A (ja) |
-
1992
- 1992-10-26 JP JP28777092A patent/JPH06140668A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |