JPS6140082A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6140082A
JPS6140082A JP16321384A JP16321384A JPS6140082A JP S6140082 A JPS6140082 A JP S6140082A JP 16321384 A JP16321384 A JP 16321384A JP 16321384 A JP16321384 A JP 16321384A JP S6140082 A JPS6140082 A JP S6140082A
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JP
Japan
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layer
superlattice
substrate
semiconductor device
gaas
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Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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Original Assignee
Sharp 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】 く技術分野〉 本発明は、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法等の高精度
薄膜生成技術を利用して作製したＧａＡノＡ１系の半導
体装置に関するもので、特に素子構造部゛良導電性の半
導体局番用い不必要のある半導体レーザあるいは光集積
回路において、段差部上の半□導体層の結晶性を改善し
た半導体装置に関するものである。　　　　　□ 〈従来技術〉 近年、光情報処理あるいは光通信等の技術分野め□発展
には目を見張るものがあり、これに伴なって半導体レー
ザ等の光半導体素子や光半導体素子□と電気回路とを同
一基板上に作製した光電気集積回路（ＯＥＩＣ）等も著
しい一歩を遂げている。これらのデバイスの成長プロセ
スとして、層厚の制・御碓や均一性の点で良好な結果が
得られるＭＢＥ法が用いられるようになってきた。しか
し、結晶構造部内に段差部を含む半導体上の成長層を用
いるデバイスにおいては、従来のＬＰＥ　Ｃ液相エピ□
タキシャル成長）法やＭＯ−ＣＶＤ　（有機金属気相成
長）′法で製作した場合には問題とならなかっシ　　た
点がＭＢＥ法で作製した場合には以下に述べる如く問題
となる。
一−撹１１．−−−−１「−一：−８Ｉム＋、Ｊ＋、−
１ルー　　　、−１，Ｌ、ｐムされた屈折率導波型のＧ
ａＡｆｆｌＡｓ系半導体レーザの断面構造図であ−る。
第１回目の成長でｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ｇａ０．
７Ａノ０．３Ａｓクラッド層２′（厚さ１．’５μｍ）
、ノンドープＧａＡｓ活性層３、（０，１ｐｒｎ）　、
　ｐｆｆｉＧａｏ、７ＡＪ２０．３Ａｓクラッド層４（
０，１５μｍ）、ｎ型ＧａＡｓ電流狭窄層５（０，８μ
Ｉ＋１）をＭＢＥ法により連続的に成長した後、レーザ
発振部に対応してストライプ状の溝を電流狭窄層５に化
学エツチングで形成する。このようにしてできたストラ
イプ状の貫通溝付電流狭嘩層５上に第２回目の成長でｐ
型Ｇ　ａ　Ｏ，，７ＡＪ２０．３Ａｓの上部クラッド層
６　（’　０．８　ｐｍ　）　、　ｐｆｉＧａＡｓキア
ップ層７’（０，３μｍ）゛を成長し、電流狭窄層５の
溝を介してｐ型りラッド層４５上部クラッド層６を重畳
する。次に基板１にｎ側電極８．キャップ層７上にｐ側
電極９を形、成して半導体レーザ素子が作製される。
上記製造工程において２回目の成長をＭＢＥ法により行
なうと、段差の折れ曲り部から成長した上部クラッド層
６とキャップ層７の傾斜部１０で結晶が連続性を喪失し
、双晶になることが知られている。このように均一な単
結晶が成長しないと電流分布が不均一となり、半導体レ
ーザの横モードの安定性に悪影響を及ぼすことになる。
第３図はＭＢＥ法で製作したＦＥＴ（電界効果トランジ
スタ）と半導体レーザから成る０ＥＩＣの断面構造図で
ある。段差部の半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上にＦＥＴと
半導体レーザの電気的配線となるｎ型ＧａＡｓ配線層１
２を成長した後、ＦＥＴとなる上段面の配線層１２をエ
ツチング除去する。その後にイオン注入法によりソース
領域１９、チャネル領域２０、ドレイン領域２１を有す
るＦＥＴとエピタキシャル成長法によりノンドープＧａ
Ａｓ活性層１４を有するダブルへテロ接合型の半導体レ
ーザを同一基板１１上に製作する。
このように段差付基板上にＦＥＴと半導体レーザを製作
するとＦＥＴと半導体レーザの高さを最終的にほぼ同一
にできるため、フォトリングラフィ工程が容易になると
１／−１１だ利点がある。しかし、ｎ型ＧａＡｓ配線層
１２をＭＢＥ法により成長すると、第２図同様基板の段
差折れ曲り部上咳成長し冬部分で結晶がつながらず暴晶
となり、特にｎ型不純物としてＳｉを用いた場合、横方
向に電流を流すと整流性を示す等の悪影響が表われる。
尚第３図中１３はｎ型Ｇａ０．７Ａノ０．３Ａｓクラッ
ド層、１５はｐｕＧａｏ、７Ａノ０．３Ａｓクラッド層
、１６はｐ型ＧａＡｓキャ、ツブ層、１７はストライプ
構造を形成するためのＳｉＯ□膜、１８はｐ側電極、２
２はソース電極、２３はゲート電極、２４はドレイン電
極である。
〈発明の目的〉 本発明は、以上のような問題に鑑み、超格子構造を利用
してＭＢＥ法により段差付基板上に良質の導電性半導体
層を形成した動作特性及び信頼性の良好な光半導体素子
を得るための基板を提供することを目的とする。また本
発明の他の目的は超格子構造を用いた新規な。光半導体
装置を提供することにある。
〈実施例〉 ＩｔＥＩ　　ｌｆｆ１け＋χに日日θ）−中愉〃丸丈Ｊ
名日日千ｚ＊」首Ｉト害子用基板の断面構成図である。
段差状に工・ンチング成形された半絶縁性ＧａＡｓ基板
１１上１Ｃ５ｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ層４０（”５
０Ａ”）とｎ型Ｇａ０．５Ａノ０．５Ａ、ｓ層４１　（
５０Ａ’）を交互にそれぞれ１０１層及び１００層成長
した超格子層３１をＭＢＥ法で成長させた。次にこの超
格子層３１の特性を調べるため段差部の上段面及び下段
面にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉをマスク蒸着した後合金化して電
極３２．３３を形成する。電極３２と電極３３との間の
電流・電圧特性には整流性がみられず超格子層３１を用
いることにより良好な導電特性の得られることが確かめ
られた。この超格子構造付基板を第３図に示し７ｔ’Ｏ
Ｅ’ＩＣの配線層１２の代わりに用いることにより整流
性の問題が解消され半導体レーザ装置としての特性が改
善される。
また第２図に示した半導体レーザ素子の上部クラッド層
６の代わりとしてＢｅドープのｐ型ＧａＡｓ（５０Ａ”
）とｐ全Ｇａ　０．４Ａ７！０．６　Ａｓ　（５０に）
を交互にそれぞれ８０層積層した超格子層を用いろこと
により、等測的にＡＪ混晶比が０．３のｐ型ＧａＯ，７
Ａノ０．３Ａｓ層となり、折れ曲り部に生ずる双晶等の
問題が解消される。従って、クラッド層として良好な電
気的特性を得ることができる。
Ｇａ１−ＸＡノ）（Ａｓ層において、Ｘの量を増大する
とドナー準位は漸次深くなり、Ｘが０．３６程度で最も
深く伝導帯の底力・ら測って１６０ｍｅＶ前後となる。
ドナー準位が深くなると電子密度が上がらず、電気的特
性が鈍くなる。一方ＧａＡｓ層とＧ　ａ　１−　Ｘ　Ａ
）ＸＡＳ層を各々数十へ〇程度に薄く設定して交互に繰
り返して１０〜ｌｏｏ層前後積層し、ＧａＡｓ−ＧａＡ
ノＡｓ超格子層とすればドナー準位は超格子層全体であ
まり深くならず等測的に電子密度の向上したＧ　ａ　１
　　”ｔ　Ａ！Ｘ　Ａｓ層とみなすことができる。尚、
ＧａＡｓにドナー不純物としてＳｉをドープしてもドナ
ー準位は５　ｍｅＶ程度で深くならない。従っ、て超格
子層を構成するＧａＡｓ層のみにＳｉをドープし、Ｓｉ
原子とＡノ原子が離されたＳｉ　ドープＧａＡｓとノン
ドープＧ　ａ　ＡＡＡ　ｓの周期的積層構造とすればＧ
ａＡ１Ａｓと等価な超格子層としての電子密度の向上は
より一層顕著となる。
超格子層の形成ｔ／′ｉＭＢＥ法によって行なわれ、液
晶比ＸがＯ１３〜０．５程度のＧａ１−ＬｘＡｆｆｌｘ
Ａｓ単層に比較して高い電子密度が得られるため電気的
特性の向上が期待される。超格子層は各層が非常に薄く
この薄い層が繰り返して積層されるため下地層が凹凸面
を有していてもこの折れ曲り部より成長される層に単層
成長の場合のような双晶の生成が起こらず各部とも均一
な層が得られる。またドナー不純物としてＳｉを用いた
場合であっても横方向の整流性は現われず、各層の長さ
が電子の波長よりも短いためＧａＡｓ内の電子は量子化
され伝導帯よりも高いエネルギーをもってトンネリング
により超格子層全体に広がり、鋭敏な電気的特性を示す
。
段差を有するＧａＡｓ基板１１上に上記超格子層を積層
し、段差の上段面にＦＥＴを形成してＦＥＴのドレイン
電極に超格子層の一端を連結するとともに下段面の超格
子層上にはダブルへテロ接合型の半導体レーザ素子を構
成することによりＧａＡｓ基板１１で一体化された変調
機能を具備する半導体レーザ装置が得られる。また半導
体レーザ素子の代わりに発光ダイオードを用いることも
当然に可能である。このような光半導体装置に於いて超
格子層は光半導体素子に対してキャリア注入源として作
用するとともに光半導体素子とＦＥＴを連結する配線層
としての機能も有する。
ＦＥＴは光半導体素子の出力光のオン、オフ制御あるい
は出力強度の変調制御を行なう。
超格子層を第２図に示す如きダブルへテロ接合型の半導
体レーザ素子や多層結晶構造の光半導体素子において素
子を構成する各層のうち屈曲された層に適用した場合に
も層の各部において均一な電気的特性を有する構成層と
することができ、動作特性の安定な光半導体装置が得ら
れる。この場合、超格子層を構成する各層の厚さを制御
することにより超格子層のバンドギャップを変えること
ができる。バンドギャップｔｉｔ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓポテ
ンシャル井戸に量子化された電子の準位と、重い正孔の
量子化準位の差で決定され、この量子化準位を定めるの
が超格子層の各層の厚さである。
以上、本発明の実施例をＧａＡｓとＧａＡノＡｓより成
る超格子構造を用いたＯ′ＥＩＣ及び半導体レーザにつ
いて示したが、超格子構造としては、ＧａＡｓとＡ、／
！Ａ　ｓあるい（ｒｉ　Ｇ　ａ　Ａ）ＡｓとＡノＡｓの
組み合わせを用いることもでき、また、ＧａＡｓ、Ｇａ
ＡノＡｓ、ＡＡＡ５を全て含む超格子構造を用いること
も可能である。半導体素子としては上述した光半導体に
限らず、段差上にＭＢＥ法により成長した半導体層を有
する半導体装置に広く適用できる。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く本発明によれば、ＭＢＥ法の層厚制御
性の良さを生かした半導体素子を、段差上の成長に伴な
う結晶性の劣化の影響を受けずに製作することができる
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を説明する超格子構造の断面
模式図である。第２図はＭＢＥ法により□作コ舞した従
来の半導体レーザの断面構成図である。 第３図はＭＢＥ法により作製した従来の０ＥＩＣの断面
構成図である。 １．１１−ＧａＡｓ基板、　　３−４．活性層、６・・
・上部クラッド層、　１２・・・配線層、３１・・・超
格子層、　３２．３３・・・電極、４Ｏ−ＧａＡｓ層、
　４ｌ−ＧａＡＡＡｓ層代理人　弁理士　福　士　愛　
彦（他２名）第１図 第２図 第３図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に多層結晶構造を積層して成る半導体装置に
    おいて、前記多層結晶構造のうち段差を有する下地面上
    に積層される結晶層を組成の異なる複数の薄層が交互に
    多数積層された分子線エピタキシャル成長層から成る超
    格子層で構成したことを特徴とする半導体装置。 ２、段差を有する基板の下段面と上段面の各々に形成さ
    れた光半導体素子部と電気回路素子部を結ぶ配線層とし
    て超格子層を前記基板上に介設した特許請求の範囲第１
    項記載の半導体装置。
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