JPS5821320A - 半導体装置とその製法 - Google Patents
半導体装置とその製法Info
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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】
本発明は半導体装置に関し、とりわけへテロ接合を有す
る半導体レーザに効有るものである。
る半導体レーザに効有るものである。
従来、半導体レーザｄＧａＡＩなどの化合物子導体基板
上に、ＧａＡＪＡｊ層、ＧａＡＳさらにＧＩＡＪＡＩ層
などの化合物半導体層を順次積み重ねて形成されていた
。この化合物半導体層は、液相成長法法）、分子線エピ
タキシー法（一般ＫＭＢＥ法）などの方法により、Ｇａ
ＡＪＡ８などの混晶化合物半導体層を多層成長させる仁
とにより作製され得る。
上に、ＧａＡＪＡｊ層、ＧａＡＳさらにＧＩＡＪＡＩ層
などの化合物半導体層を順次積み重ねて形成されていた
。この化合物半導体層は、液相成長法法）、分子線エピ
タキシー法（一般ＫＭＢＥ法）などの方法により、Ｇａ
ＡＪＡ８などの混晶化合物半導体層を多層成長させる仁
とにより作製され得る。
しかし、半導体レーザはこれらの製法で半導体層を形成
されるものの結晶成長の母体となる半導体基板を著しく
制約するものであつ九。例えｄ１上記、溶液を用いた液
相成長法では、溶液が基板をメルトバックしてしまうた
め、成長層と同類同系統の材料を基板にすることしかで
きなかった。
されるものの結晶成長の母体となる半導体基板を著しく
制約するものであつ九。例えｄ１上記、溶液を用いた液
相成長法では、溶液が基板をメルトバックしてしまうた
め、成長層と同類同系統の材料を基板にすることしかで
きなかった。
また、気相成長法では、雰囲気温度が７５０〜８００Ｃ
という高温を要するため、化合物半導体結晶基板の一部
の元素が他の層の一部構成元素と相互拡散、あるいはク
ロスドーピングを起してしまい信頼性のある半導体装置
を供し得ない欠点が存した。
という高温を要するため、化合物半導体結晶基板の一部
の元素が他の層の一部構成元素と相互拡散、あるいはク
ロスドーピングを起してしまい信頼性のある半導体装置
を供し得ない欠点が存した。
本発明の目的は、上記欠点のない、信頼性のある、且つ
、電気的特性の良好な半導体装置を提供することにある
。
、電気的特性の良好な半導体装置を提供することにある
。
上記目的を達成するための本発明の構成は、結晶成長さ
せる化合物半導体と格子定数及び熱膨張係数の等しい単
体半導体結晶を基板となし、この基板上に分子線蒸着で
形成された化合物半導体層を設けることにある。
せる化合物半導体と格子定数及び熱膨張係数の等しい単
体半導体結晶を基板となし、この基板上に分子線蒸着で
形成された化合物半導体層を設けることにある。
上記単体半導体結晶としてはＱｅが好ましい。
Ｑｅは、（）ａＡａ、 ＡｎＡ’ｑ Ｇａに−ｘＡＪｘ
Ａ１１等の混晶と格子定数及び熱膨張係数が実用性の範
囲内で等しいので、界面準位密度が小さく良質なヘテロ
接合が得られる。第１図に、これらの格子定数蟲の温度
Ｔに対する依存性を示す。図から明らかな様に、常温〜
６００ＣでＱｅの格子定数特性１１はＧａＡｓの特性１
２とＡＪＡ８の特性１３との間にありＧａＡ４Ａ１１の
１例として示した。ａｔ、４． Ａｓ、ｓｙ Ａａの特
性１４とは実用上の差はなく、はぼ等しいと云える。と
くに、ＱｅとＧａｍ−４ｓ ｋ−１ｈ、ｓｔ Ａｓとの
格子定数は温度傾向においても極めて酷似しており良好
な素子が得られる基となる。
Ａ１１等の混晶と格子定数及び熱膨張係数が実用性の範
囲内で等しいので、界面準位密度が小さく良質なヘテロ
接合が得られる。第１図に、これらの格子定数蟲の温度
Ｔに対する依存性を示す。図から明らかな様に、常温〜
６００ＣでＱｅの格子定数特性１１はＧａＡｓの特性１
２とＡＪＡ８の特性１３との間にありＧａＡ４Ａ１１の
１例として示した。ａｔ、４． Ａｓ、ｓｙ Ａａの特
性１４とは実用上の差はなく、はぼ等しいと云える。と
くに、ＱｅとＧａｍ−４ｓ ｋ−１ｈ、ｓｔ Ａｓとの
格子定数は温度傾向においても極めて酷似しており良好
な素子が得られる基となる。
本発明では、上記格子定数の等しい範囲で形成する要が
あるため基板温度は常温〜６５０Ｃで半導体層を形成さ
せることが必要である。その為には、上記基板上に形成
される混晶半導体層がＭＢＥ法により形成されたもので
あることが肝要である。
あるため基板温度は常温〜６５０Ｃで半導体層を形成さ
せることが必要である。その為には、上記基板上に形成
される混晶半導体層がＭＢＥ法により形成されたもので
あることが肝要である。
これは、ＭＢＥ法による半導体層は、普通、基板温度が
６００〜６５０Ｃと低く、Ａｓの拡散速度が１桁以上小
さい為に、実質、組成元素の相互拡散が生じず設定通り
の値の半導体層が得られるからである。とくに、Ｇｅ基
板とＧａ５−ｘ ＡＪＸ Ａ８半導体層との組合せは以
下の利点を持ち、より信頼度の高い半導体レーザが得ら
れる。
６００〜６５０Ｃと低く、Ａｓの拡散速度が１桁以上小
さい為に、実質、組成元素の相互拡散が生じず設定通り
の値の半導体層が得られるからである。とくに、Ｇｅ基
板とＧａ５−ｘ ＡＪＸ Ａ８半導体層との組合せは以
下の利点を持ち、より信頼度の高い半導体レーザが得ら
れる。
（１） 熱伝導率がＱｅでは０．６５ （ＷＺｔＷｌ
・Ｋ ）であり、ＱａＡｉの０．５（Ｗ／（７）・Ｋ）
より大きいため素子等に発生した熱は蓄積されることな
く基板側に放散されるので放熱効果がより良い。
・Ｋ ）であり、ＱａＡｉの０．５（Ｗ／（７）・Ｋ）
より大きいため素子等に発生した熱は蓄積されることな
く基板側に放散されるので放熱効果がより良い。
（２）Ｇｅは、安価であり、かつ、ゾーンメルティング
法などにより大型で良質の無転位結晶が入理を行なって
も熱分解が起らないので、恋人すな前処理工程が行ない
得、良好な成長層が得られる。
法などにより大型で良質の無転位結晶が入理を行なって
も熱分解が起らないので、恋人すな前処理工程が行ない
得、良好な成長層が得られる。
（４）前述の様にＧｅ基板とＧａＡ４Ａ１１層との格子
定数差が極めて小さいので、レーザの活性層に内部応力
の影響を及ぼすことはない。従って、高品質のレーザ光
が得られる。
定数差が極めて小さいので、レーザの活性層に内部応力
の影響を及ぼすことはない。従って、高品質のレーザ光
が得られる。
（５） 半導体レーザ以外のホトダイオード、ホトト
ランジスタ、太陽電池、電界効果型素子（一般にＰＥＴ
）等の構造的、機能的にレーザと類似もしくは関係の深
いデバイスへの適応も極めて容易である。これは、ｎ−
ＱａＡ８の移動度が８０００（ｉ／ｖ＊ｓｅｃと大きく
、また、Ｉ）−Ｇｅの移動度が１８００ｃｄ／ Ｖ＠８
６Ｃと大きいことに依る。以下、本発明では上述のデバ
イスも総括して半導体レーザで代表させて用いるが、上
記側々のデバイスをも包含するものであることは云うま
でもない。尚業者間では、基板は、通常基板上に形成さ
れる素子等の動作機能から一応独立しているものとして
考えられているからである。以下、実施例を用いて詳細
に説明する。
ランジスタ、太陽電池、電界効果型素子（一般にＰＥＴ
）等の構造的、機能的にレーザと類似もしくは関係の深
いデバイスへの適応も極めて容易である。これは、ｎ−
ＱａＡ８の移動度が８０００（ｉ／ｖ＊ｓｅｃと大きく
、また、Ｉ）−Ｇｅの移動度が１８００ｃｄ／ Ｖ＠８
６Ｃと大きいことに依る。以下、本発明では上述のデバ
イスも総括して半導体レーザで代表させて用いるが、上
記側々のデバイスをも包含するものであることは云うま
でもない。尚業者間では、基板は、通常基板上に形成さ
れる素子等の動作機能から一応独立しているものとして
考えられているからである。以下、実施例を用いて詳細
に説明する。
第２図は本発明の一実施例としての半導体レーザの概略
断面図である。
断面図である。
図において、まず、（１０Ｇ）面のｎ−Ｇｅ単結晶基板
１（無転位結晶、ｎ−Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍ−＠）を基
板として用意する。このＧｅ基板１は、鏡面仕上げのの
ち、ＣＰ４エツチング液で１μｍエツチングして加工歪
層を除去したものを、水洗、スピンナー乾燥後直ちに装
置内にセットした。また、とのＧｅ基板は、真空度がＩ
Ｘ １０−” ’ｆｏｒｒに下がつた状態で、基板を
６５０ｔｌ’で５分保持し、表面に吸着していた酸化物
や、カーボンを除去したものである。
１（無転位結晶、ｎ−Ｉ Ｘ １０ ”ｃｍ−＠）を基
板として用意する。このＧｅ基板１は、鏡面仕上げのの
ち、ＣＰ４エツチング液で１μｍエツチングして加工歪
層を除去したものを、水洗、スピンナー乾燥後直ちに装
置内にセットした。また、とのＧｅ基板は、真空度がＩ
Ｘ １０−” ’ｆｏｒｒに下がつた状態で、基板を
６５０ｔｌ’で５分保持し、表面に吸着していた酸化物
や、カーボンを除去したものである。
次いで、上記基板１上にＭＢＥ法によ１膜厚２〜５μｍ
のｆｌ−Ｇａｅ、４Ａ＆Ｊ Ａｇ （Ｓｎドーグ、ｎ−
、Ｉ Ｘ １０”ｃｍ−” ）クラッド層２、膜厚０．
０１〜ＩＡｍのアンドーグＧａ・、己扁、茸Ａｓ活性層
３、膜厚２〜５μｍのｐＧａｍ、ａＡ−６゜、５ＡＳ（
Ｂｅドープ、ｐ−ｌＸｌ０”ｔｍ−”ンクラツド層４、
膜厚１〜２ Ａｍｆ）ｎ−ＧａＡｓキャップ層５（Ｓｎ
ドーグ、ｎ−１ｘ １０”ｃｍ−” ）を多層成長する
。この多層成長は、上記基板ｌを６２０Ｃの成長温度に
保ちながら、Ｇａ−リｓＡ”＋８”＋ＢＣの蒸発セルの
シャッターを開閉して、上記の４層の成長を行なった。
のｆｌ−Ｇａｅ、４Ａ＆Ｊ Ａｇ （Ｓｎドーグ、ｎ−
、Ｉ Ｘ １０”ｃｍ−” ）クラッド層２、膜厚０．
０１〜ＩＡｍのアンドーグＧａ・、己扁、茸Ａｓ活性層
３、膜厚２〜５μｍのｐＧａｍ、ａＡ−６゜、５ＡＳ（
Ｂｅドープ、ｐ−ｌＸｌ０”ｔｍ−”ンクラツド層４、
膜厚１〜２ Ａｍｆ）ｎ−ＧａＡｓキャップ層５（Ｓｎ
ドーグ、ｎ−１ｘ １０”ｃｍ−” ）を多層成長する
。この多層成長は、上記基板ｌを６２０Ｃの成長温度に
保ちながら、Ｇａ−リｓＡ”＋８”＋ＢＣの蒸発セルの
シャッターを開閉して、上記の４層の成長を行なった。
成長速度は約１μｍ／時とした。
上記半導体層２〜５は公知のＭＢＥ法であれば差違なく
適用出来るものであるが、通常１０′″＃Ｔｏｒｒ以下
の超高真空度を保った雰囲気中で、上記側々の蒸発源Ｇ
ａ、Ａ４などをクヌードセンセル等に入れて、加熱して
用いられる。化合物半導体の組成は、上記セルの温度を
変えることにより容易に調整される。また、蒸発源を予
じめＱａＡＩなどの化合物半導体を用いても全く同様に
形成される。これらは、目的に応じ適宜選択されて用い
られる。
適用出来るものであるが、通常１０′″＃Ｔｏｒｒ以下
の超高真空度を保った雰囲気中で、上記側々の蒸発源Ｇ
ａ、Ａ４などをクヌードセンセル等に入れて、加熱して
用いられる。化合物半導体の組成は、上記セルの温度を
変えることにより容易に調整される。また、蒸発源を予
じめＱａＡＩなどの化合物半導体を用いても全く同様に
形成される。これらは、目的に応じ適宜選択されて用い
られる。
成畏後、上記ｎ−ＧａＡ＆キャップ層５上に膜厚ストラ
イプを形成した。この状態でＡ、、ｅｌ〇−膜をマスク
として、図の６に示したよりなＺｎ拡散部分６を通常の
熱拡散法により形成した。これはＢｅイオン打込みによ
っても形成できる。このイオン打込みは、Ｐ導電型領域
をつくるものであればよ＜、Ｂｅに限定するものでない
。通常１００ｅｖ、で打込み深さが０．５〜３μｍ程度
でよい。ただし上記活性層３あるいはクラッド層４の深
部に到達しない範囲で調整して用いられる。これは、Ｐ
導電型領域を作るものであればよい。次いで、これを公
知の半導体製造技術を用いて素子に組立てて、電気的、
光学的特性をしらぺた。波長７５０■、しきい電流３０
ｍＡで、基本モーノド光出力５ｍＷ以上が得られた。こ
れは、従来のＧＪＩＡ８基板上に液相成長で作成したレ
ーザを上まわる良好な性能である。この素子を５０Ｃで
寿命試験を行なった。
イプを形成した。この状態でＡ、、ｅｌ〇−膜をマスク
として、図の６に示したよりなＺｎ拡散部分６を通常の
熱拡散法により形成した。これはＢｅイオン打込みによ
っても形成できる。このイオン打込みは、Ｐ導電型領域
をつくるものであればよ＜、Ｂｅに限定するものでない
。通常１００ｅｖ、で打込み深さが０．５〜３μｍ程度
でよい。ただし上記活性層３あるいはクラッド層４の深
部に到達しない範囲で調整して用いられる。これは、Ｐ
導電型領域を作るものであればよい。次いで、これを公
知の半導体製造技術を用いて素子に組立てて、電気的、
光学的特性をしらぺた。波長７５０■、しきい電流３０
ｍＡで、基本モーノド光出力５ｍＷ以上が得られた。こ
れは、従来のＧＪＩＡ８基板上に液相成長で作成したレ
ーザを上まわる良好な性能である。この素子を５０Ｃで
寿命試験を行なった。
従来の２倍の、５０００時間の平均寿命が得られた。
これｔｉ、Ｇｅ基板の転位密度が□ａＡｓ基板の１００
分の１程度と少ないために、転位の増殖する確率が下が
り、信頼性が向上したことによる。
分の１程度と少ないために、転位の増殖する確率が下が
り、信頼性が向上したことによる。
素子をＣｕのヒートシンクに、Ｐ側を上にしてポンディ
ングしたときの熱抵抗は、従来のＱａ Ａ ８基板を用
いたものではａｏｃ／Ｗであったのに対し、Ｇｅ基板で
は５０Ｃ／Ｗに低減できた。
ングしたときの熱抵抗は、従来のＱａ Ａ ８基板を用
いたものではａｏｃ／Ｗであったのに対し、Ｇｅ基板で
は５０Ｃ／Ｗに低減できた。
以上述べ友ように、本発明はＱｅ単結晶を基板とし、そ
のｊに分子線エピタキシー法でＧａＡＪ３ＡＩ系半導体
レーザを成長することにより、低価格で、長寿命の素子
が生産性よく製造できる点工業的利益大なるものである
。
のｊに分子線エピタキシー法でＧａＡＪ３ＡＩ系半導体
レーザを成長することにより、低価格で、長寿命の素子
が生産性よく製造できる点工業的利益大なるものである
。
第１図は本発明を説明するための特性図、第２図は本発
明の一実施例としての半導体装置の概略断面図である。 １−−・ｎ−Ｇｅ基板、２ ”’ ” Ｇ”＠、４
ＡＡ＊、ｓ Ａ’り２ラド層、３・・・アンドープＱａ
ＩＪ Ａｆｉ ＊、ｓ Ａ ８活性層、４・”Ｐ
ＧＪｉｅ、ａＡＡ＊、−Ａｌｌクラッド層、５ ・・・
ｎ ＧａＡｌキャップ層、６・・・ｚｎ拡散部。 代理人 弁理士 薄田利幸 第 １ 図 ￥Ｊ Ｚ 図
明の一実施例としての半導体装置の概略断面図である。 １−−・ｎ−Ｇｅ基板、２ ”’ ” Ｇ”＠、４
ＡＡ＊、ｓ Ａ’り２ラド層、３・・・アンドープＱａ
ＩＪ Ａｆｉ ＊、ｓ Ａ ８活性層、４・”Ｐ
ＧＪｉｅ、ａＡＡ＊、−Ａｌｌクラッド層、５ ・・・
ｎ ＧａＡｌキャップ層、６・・・ｚｎ拡散部。 代理人 弁理士 薄田利幸 第 １ 図 ￥Ｊ Ｚ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と、該基板上に形成されえ少く共１層の
化合物半導体層とを有する半導体装置において、上記基
板は単体半導体結晶であって、かつ、上記化合物半導体
層は上記単体半導体結晶上に分子線蒸着により形成され
たものであることを特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記単体半導体結
晶の格子定数が５．６５〜５．６７人で且つ熱膨張係数
が＆７〜４．５Ｘ１０−＠Ｕ″１であることを特徴とす
る半導体装置。 ４、半導体基板上に分子線蒸着装置により第１の化合物
半導体層を形成する工程と、次いで、該層上に該層より
もエネルギーバンドギャップが小窩く且つ屈折率の大き
い第２の化合物半導体層を形成する工程と、次いで、線
層上に上記第１の化合物半導体層と異導電型の第３の化
合物半導体層を形成する工程とを有する半導体装置の製
法において、上記半導体基板は単体半導体結晶であって
、かつ、常温〜６５０Ｃで熱処理されてなることを特徴
とする半導体装置の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11777281A JPS5821320A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 半導体装置とその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11777281A JPS5821320A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 半導体装置とその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821320A true JPS5821320A (ja) | 1983-02-08 |
Family
ID=14719938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11777281A Pending JPS5821320A (ja) | 1981-07-29 | 1981-07-29 | 半導体装置とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821320A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164950A (en) * | 1990-06-05 | 1992-11-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device comprising a sige single crystal substrate |
-
1981
- 1981-07-29 JP JP11777281A patent/JPS5821320A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5164950A (en) * | 1990-06-05 | 1992-11-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device comprising a sige single crystal substrate |
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