JPS63196084A - ｐｎｐｎ光サイリスタ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像処理や光コンピュータ等に必要とされる半
導体光メモリとして使用されるｐｎｐｎ光サイリスタに
関する。

〔従来の技術〕

光双安定機能を有する半導体光メモリは、これからの光
交換や並列情報処理システムを構成する際に不可欠なキ
ー・デバイスである。この様な機能を備えたデバイスと
して、第３図に示した様な構造を持ったｐｎｐｎ光サイ
リスタが知られている。このｐｎｐｎ光サイリスタはジ
ャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌、
第５９巻、第５９６ページ〜第６００ページ、１９８６
年に報告されており、サイリスタの非線形電流−電圧特
性を利用して順方向の導通状態時に発光を生じさせるも
ので光メモリ機能を実現できる。ｐ形アノード層１７と
ｎ形カソード層１１の禁制帯幅はｎ形ベース層３３の禁
制帯幅よりも大きくなるようにしであるので、サイリス
タの順方向導通時にキャリアはｎ形ベース層３３中に閉
じ込められ、この部分で発光が生じる。従って、非導通
状態にバイアスしておいて、トリガ光をあてて導通状態
にすることにより、トリガ光照射を止めても発光状態を
保つことができ、光メモリとして使用できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のｐｎｐｎ光サイリスタの発光領域はメ
サエッチングによって限定される構造となっているが、
光メモリの並列情報処理への応用上、素子サイズを微細
化していくと信頼性上の問題が発生する。メサ側壁にポ
リイミドや誘電体からなるパッシベーション膜をつけて
保護しても長期的な信頼性を確保することは期待できな
い。

本発明の目的は微細化しても信頼性の損われないｐｎｐ
ｎ光サイリスタを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のｐｎｐｎ光サイリスタは、所定の禁制帯幅のｐ
形ベース層とｎ形ベース層の複合層をこれらより禁制帯
幅の広いｎ形カソード層及びｐ形アノード層で挟んでな
る複合構造体を含んでなるｐｎｐｎ光サイリスタにおい
て、前記ｎ型ベース層は、発光領域を区画する無秩序化
領域を設けられた多重量子井戸層を含んでいるという構
成を有している。

〔作用〕 多重量子井戸層は不純物拡散やイオン注入により無秩序
化されて禁制帯幅も増大する。

ｐｎｐｎ光サイリスタの導通時にｎ型ベース層に注入さ
れたキャリアは無秩序化されていない量子井戸中に効率
良く緩和し発光が生じる８発光部は、メサエッチング方
式の場合のように、製造工程中に外気にさらされること
がないので信頼性が向上する。結晶成長は一回で済む、
無秩序化領域の屈折率が発光部である多重量子井戸層の
屈折率よりも低くなるような材料を用いれば光を発光部
に閉じ込めることもできる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例の主要部を示す半導体チ
ップの断面図である。

この実施例は所定の禁制帯幅のＡ　ｅ　Ｏ−２０ａｏ−
ｓＡｓからなるｐ型ベース層１２とｎ型ベース１１（ｎ
型入　２　□、２　Ｇａｏ、ａ　Ａｓ層１３−１．１３
−２を含む）の複合層をこれらより禁制帯幅の広いｎ型
カソード層１１及びｐ型アノード層１７で挟んでなる複
合構造帯を含んでなるｐｎｐｎ光サイリスタにおいて、
前述のｎ型ベース層は、発光領域を区画する無秩序化領
域を設けられた多重量子井戸層１６を含んでいるという
ものであり、この無秩序化領域は多重量子井戸層１６と
Ｚｎ拡散領域１９の重なった部分である。

次に、この実施例の製造方法について説明する。

ＧａＡｓ　（不純物濃度Ｎ＝２Ｘ１０　　ｋｍ　　）か
らなるｎ型半導体基板１０上にＳｉドープの入１υＧａ
１−υ＾ｓ　（ｖ　・０．４．厚さｄ＝２　μｍ、Ｎ□
２　ＸＩＯｃｍ　　）をエピタキシャル成長させてｎ型
カソード層１１を形成し、次にＢｅドープの入１　ｘＧ
ａｌ−ｘＡｓ　（ｘ＝０．２゜ｄ＝５ｎｎ＋、Ｎ：ｌ　
Ｘ　１０　　ａｉ　　）をエピタキシャル成長させてｐ
型ベース層１２を形成する。

次に、ｎ型ベース層を形成する。このｎ型ベース層はｎ
型入　ｌ　Ｏ，２ａａｏ、８　Ａｓ層１３−１．多重量
子井戸層１６．ｎ型入！！ｏ−２Ｇａ０４人５Ｊ１１３
−２よりなっている。まず厚さ０．６μ瓜、不純物濃度
を成長させ、次に、ｎ型ＧａＡｓ層１４　（ｄ＝５ｎｍ
。

層して多重量子井戸１１６を形成し、最後にｎ型入　　
１２　０．２　　Ｇａｏ、ａ　　Ａｓ　層　３　−　２
　　　（ｄ＝ｏ、１　　　ｉｔ　　ｍ、Ｎ＝１　　　ｘ
次にＡ　ｌ　ｘＧａｌ−ｘＡｓ　（ｘ＝０．４．ｄ＝０
．５　μｓ、Ｎ＝２　ｘ形成し、次にｐ型Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ　（ｄ＝０．４　μｍ、Ｎ＝２　Ｘ形成し、次にｐ型
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　（ｄ□０．２　μｍ　、Ｎ＝２Ｘ１８
を形成する。

次にＺｎを選択的に多重量子井戸層１６より深く拡散さ
せＺｎ拡散領域１９を形成する。（Ｚｎ拡散処理を受け
ない多重量子井戸層１６の表面の面積は１０μｍφの円
形であり、第１図の破線で示した矢印の方向から発光出
力が得られる。）最後にアノード電極２０．カソード電
極２１を形成する。

拡散処理を受け、量子井戸構造が消失した無秩序化領域
では、Ａｅの平均組成はＸ・０．１となる。

ｎ型ＧａＡｓ層１４から゛横方向（層方向）に見た場合
、Ｚｎ拡散領域１９のところでｘ＝ｏ、ｉに相当するＡ
ｆＧａＡｓのへテロ障壁が存在することになる。

Ｘ＝０．１のＡｅＧａＡｓの禁制帯幅より約１２５ｍｅ
Ｖ大きい、サイリスタ導通後の順方向導通状態ではキャ
リアはｎ型ＧａＡｓ層１４の量子井戸内に緩和し、又、
横方向にも閉じ込められることになる。

発光出力としては１００ｍＡで数１００μＷの出力が得
られた。

第２図は本発明の第２の実施例の主要部を示す半導体チ
ップの斜視図である。

この実施例は端面方向に光を取り出す構造となっている
０層構造は第１の実施例と殆んど同じである。この例で
はメサ幅は１２μｍ、長手方向の長さ１００μｍである
０選択拡散を行なった後、メサ加工を施す、拡散処理を
しない多重量子井戸層１６の幅は約２μｍである。

なお、Ｚｎ拡散領域１９の端面に便宜上平行斜線を施し
である。

この実施例はメサストライプ構造になついるが、発光領
域は、Ｚｎ拡散領域１９によって区画されていて、メサ
エッチング工程で影響を受は難いようになっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は無秩序化領域で多重量子井
戸層が区画された発光領域を有していて、この発光領域
が露出していないので、製造工程上も外気にされされる
こらなく、信頼性の高い微細なｐｎｐｎ光サイリスタが
得られるという効果がある。

特にＡ　Ｉ　ＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のような酸化され易
い半導体材料を使用したｐｎｐｎ光サイリスタ又は半導
体光メモリにおいてこの効果は著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の主要部を示す半導体チ
ップの断面図、第２図は本発明の第２の実施例の主要部
を示す半導体チップの斜視図、第３図は主要部を示す半
導体チップの断面図である。 １０・−・ｎ型半導体基板、１１・・・ｎ型カソード層
、１２・・・ｎ型ベース層、１３−１．１３−２・・・
ｎ型Ａ　ｌ　Ｏ，２ＧａＯ，８Ａｓ層、１４　・−ｎ型
ＧａＡｓ層、１５・・・ｎ型Ａ　ｅ　ｗＧａｌ−ｗＡｓ
層、１６・・・多重量子井戸層、１７・・・ｐ型カソー
ド層、１８・・・アノードコンタクト層、１９・・・Ｚ
ｎ拡散領域、２ｏ・・・アノード電極、２１・・・カソ
ード電極、２２・・・酸化シリコン膜、３１・・・ｐ型
半導体基板、３２・・・ｐ型バッファ４七、、、−，７
゜ 牢２　回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定の禁制帯幅のｐ形ベース層とｎ形ベース層の複合層
   をこれらより禁制帯幅の広いｎ形カソード層及びｐ形ア
   ノード層で挟んでなる複合構造体を含んでなるｐｎｐｎ
   光サイリスタにおいて、前記ｎ型ベース層は、発光領域
   を区画する無秩序化領域を設けられた多重量子井戸層を
   含んでいることを特徴とするｐｎｐｎ光サイリスタ。