JPS63200586A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS63200586A JPS63200586A JP62033805A JP3380587A JPS63200586A JP S63200586 A JPS63200586 A JP S63200586A JP 62033805 A JP62033805 A JP 62033805A JP 3380587 A JP3380587 A JP 3380587A JP S63200586 A JPS63200586 A JP S63200586A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 18
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
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】
産業上の利用分野
本発明は、異種材料を積層することにより構成された半
導体装置に関するものである。
導体装置に関するものである。
従来の技術
可視光帯、特に０．４μｍ帯のＬＤもしくはＬＥＤの開
発が望まれている現在、２．６ ｅＶ以上の禁止帯幅を
有するＺｎ５ｅ、ＺｎＳ等のｎ−ｖｔ族半導体が注目を
集めている。しかしこれらの材料はダイオードを作製す
るために必要なｐ−ｎ接合の形成が極めて困難であると
いう大きな問題をかかえている。
発が望まれている現在、２．６ ｅＶ以上の禁止帯幅を
有するＺｎ５ｅ、ＺｎＳ等のｎ−ｖｔ族半導体が注目を
集めている。しかしこれらの材料はダイオードを作製す
るために必要なｐ−ｎ接合の形成が極めて困難であると
いう大きな問題をかかえている。
この問題を解決するためこれらの材料を用いたＳ ＨＧ
（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔ
ｏｒ）素子が特に注目を集めている。一般に■−■族半
導体は非線形光学効果が強く、また吸収端も短波長領域
にあるため、青色もしくはそれより短波のレーザー光を
発するＳＨＧ素子用材料として極めて有望である。さら
にこのＳＨＧ素子は従来ＬＤ等の作製に必要とされたｐ
−ｎ接合が不要であるというメリットをもっている。
（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔ
ｏｒ）素子が特に注目を集めている。一般に■−■族半
導体は非線形光学効果が強く、また吸収端も短波長領域
にあるため、青色もしくはそれより短波のレーザー光を
発するＳＨＧ素子用材料として極めて有望である。さら
にこのＳＨＧ素子は従来ＬＤ等の作製に必要とされたｐ
−ｎ接合が不要であるというメリットをもっている。
第５図に我々がすでに通産省未踏革新プロジェクトにお
いて提案している従来の■−■族半導体を用いたＳＨＧ
素子の構造断面図を示す。１はＧ ａ Ａ ｓ基板、２
および２′は光閉じ込め用クラ・ノド層であるＺｎＳ
単結晶薄膜、３は光導波層であるＺｎ５ｅ Ｓ
単結晶薄膜である。光導波層３０．５ ０．５ の膜厚は０．５μｍ、クラッド層２および２′の膜厚は
２μｍである。捷た光導波路長は１６顧である。
いて提案している従来の■−■族半導体を用いたＳＨＧ
素子の構造断面図を示す。１はＧ ａ Ａ ｓ基板、２
および２′は光閉じ込め用クラ・ノド層であるＺｎＳ
単結晶薄膜、３は光導波層であるＺｎ５ｅ Ｓ
単結晶薄膜である。光導波層３０．５ ０．５ の膜厚は０．５μｍ、クラッド層２および２′の膜厚は
２μｍである。捷た光導波路長は１６顧である。
レーザー光源としてはＧａＡｓ／Ａ７ＧａＡｓＤＨレー
ザーを用い、波長λ−０，８７μｍのレーザー光を光導
波層３の片端面より入射し、光導波路中を伝搬させる。
ザーを用い、波長λ−０，８７μｍのレーザー光を光導
波層３の片端面より入射し、光導波路中を伝搬させる。
レーザー光が光導波層３を伝搬すると共に、Ｚ ｎ Ｓ
ｏ、 ｓ Ｓ ｆ３ ｏ 、 ｓの非線形光学効果に
より２倍高調波を発生し、反対側の片端面よりλ−０，
４３μｍのレーザー光が出射する。
ｏ、 ｓ Ｓ ｆ３ ｏ 、 ｓの非線形光学効果に
より２倍高調波を発生し、反対側の片端面よりλ−０，
４３μｍのレーザー光が出射する。
発明が解決しようとする問題点
一般に半導体はその材料固有の格子定数をもち、異種材
料を積層するヘテロ接合では、格子不整合が大きな問題
となる。特に上記従来例等のＩｔ−Ｖｌ族半導体のへテ
ロ接合では格子不整合が数チにまでおよぶものもあり、
それを用いたデバイスの特性に大きな影響をおよぼす。
料を積層するヘテロ接合では、格子不整合が大きな問題
となる。特に上記従来例等のＩｔ−Ｖｌ族半導体のへテ
ロ接合では格子不整合が数チにまでおよぶものもあり、
それを用いたデバイスの特性に大きな影響をおよぼす。
格子定数の異なる異種材料を積層すると、その格子不整
合によりミスフィツト転位等の欠陥が発生し結晶性の低
下をひきおこす。さらにそれらの欠陥によって結晶中−
・の不純物の拡散が促進され高純度の結晶が得られなく
なる。そのため導波する光の吸収が起こり、光伝搬ロス
が増加する。さらに表面モホロジーも悪化するため、光
導波層の散乱ロスも増加する。
合によりミスフィツト転位等の欠陥が発生し結晶性の低
下をひきおこす。さらにそれらの欠陥によって結晶中−
・の不純物の拡散が促進され高純度の結晶が得られなく
なる。そのため導波する光の吸収が起こり、光伝搬ロス
が増加する。さらに表面モホロジーも悪化するため、光
導波層の散乱ロスも増加する。
従って実用化に足る高出力ＳＨＧ素子の開発が非常に困
難であった。
難であった。
問題点を解決するだめの手段
上記問題点を解決するだめの本発明の技術的手段は、半
導体基板上またはその上に形成したエピタキシャル成長
層上に例えば有機金属気相成長法により２種以上の■−
■族半導体から成る歪超格子層を形成し、その歪超格子
層が例えばその周期が基板側より徐々に変化する寸たけ
その周期が一定でそれを構成する各材料の層厚が徐々に
変化しており、その上にエピタキシャル成長層を形成し
た積層構造にするものである。
導体基板上またはその上に形成したエピタキシャル成長
層上に例えば有機金属気相成長法により２種以上の■−
■族半導体から成る歪超格子層を形成し、その歪超格子
層が例えばその周期が基板側より徐々に変化する寸たけ
その周期が一定でそれを構成する各材料の層厚が徐々に
変化しており、その上にエピタキシャル成長層を形成し
た積層構造にするものである。
作 用
本発明の作用は次のとおりである。
■−■族半導体のクラッド層用材料と光導波層用材料と
では一般に格子定数が異なり、順次積層する場合格子不
整合により上述の様な悪影響を受ける。しかし本発明の
様に格子不整合を有するエピタキシャル成長層間にその
層厚が徐々に変化する歪超格子層をバッファ層として介
在させることにより、実効的な格子定数を徐々に変化さ
せて、ミスフィツト転位等の発生を抑制できる。
では一般に格子定数が異なり、順次積層する場合格子不
整合により上述の様な悪影響を受ける。しかし本発明の
様に格子不整合を有するエピタキシャル成長層間にその
層厚が徐々に変化する歪超格子層をバッファ層として介
在させることにより、実効的な格子定数を徐々に変化さ
せて、ミスフィツト転位等の発生を抑制できる。
実施例
以下本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。第
１図において、１はＧ ａ Ａ ｓ基板、２および！は
光閉じ込め用クラッド層であるＺｎＳ 単結晶薄膜、
３は光導波層であるＺ ｎ Ｓｏ 、ｓ Ｓ ｅｏ、
５単結晶薄膜、４および４′はＺｎＳとＺ ｎＳｏ 、
ｓＳ ｅｏ 、 ５の歪超格子層である。歪超格子層
４は第２図に示すように周期は１００人一定として、Ｚ
ｎＳ 側からＺｎ５（８０人）−ＺｎＳＳｅ（２０人
）歪超格子１ｏペアー、次にＺｎ５（５０人）−ＺｎＳ
Ｓｅ（５０人）歪超格子１ｏペアー、さらにＺｎ５（２
０人）−ＺｎＳＳｅ（８０人）歪超格子１ｏペアーを順
次積層したものである。
１図において、１はＧ ａ Ａ ｓ基板、２および！は
光閉じ込め用クラッド層であるＺｎＳ 単結晶薄膜、
３は光導波層であるＺ ｎ Ｓｏ 、ｓ Ｓ ｅｏ、
５単結晶薄膜、４および４′はＺｎＳとＺ ｎＳｏ 、
ｓＳ ｅｏ 、 ５の歪超格子層である。歪超格子層
４は第２図に示すように周期は１００人一定として、Ｚ
ｎＳ 側からＺｎ５（８０人）−ＺｎＳＳｅ（２０人
）歪超格子１ｏペアー、次にＺｎ５（５０人）−ＺｎＳ
Ｓｅ（５０人）歪超格子１ｏペアー、さらにＺｎ５（２
０人）−ＺｎＳＳｅ（８０人）歪超格子１ｏペアーを順
次積層したものである。
歪超格子４′は上記の構成を上下逆転したものである。
また光導波路長は１５朋である。
次に本装置の製造方法について説明する。本発明ではエ
ピタキシャル成長法として有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）を用いたが本限りとせず、分子線エピタキシー法
（ＭＢＥ）、捷だはホ・ノドウオール法等を用いてもよ
い。捷ず硫酸系エッチャントにより、Ｇ ａ Ａ ｓ基
板に表面エッチを施す。
ピタキシャル成長法として有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ）を用いたが本限りとせず、分子線エピタキシー法
（ＭＢＥ）、捷だはホ・ノドウオール法等を用いてもよ
い。捷ず硫酸系エッチャントにより、Ｇ ａ Ａ ｓ基
板に表面エッチを施す。
そしてさらに結晶成長反応炉内において、６３０°Ｃｌ
２Ｏ分間、Ｈ２雰囲気中（２ｌ／ｗｉｎ ）でサーマル
エッチを施す。しかる後、ＭＯＶＰＥにより基板上に順
次エピタキシャル成長を行う。成長条件は装置にかなり
依存するが、本実施例ではＺｎＳ単結晶薄膜の場合、ジ
メチル亜鉛（ＤＭＺ）のＨ２流量（０’Ｃ） −２，５
Ｃｃ／ｇｉｎ 、ジメチル硫黄（ＤＭＳ）のＨ２流量（
０°Ｃ） −９ｃｃ ／ ｙＨ、Ｚｎ５ｏ 、 ５ｓｅ
ｏ 、 ｓ単結晶薄膜の場合、ＤＭＺのＨ２流量（０’
Ｃ）−２，５ｃｃ／ ｓｉｎ 、 Ｄ Ｍ ＳのＨ２流
量（０’Ｃ） ＝９ ＣＣ／ｇｉｎ、ジメチルセレｙ
（ＤＭＳ ｅ ）のＨ２流量＝ ３ ＣＣ／ Ｈｉｄヲ
用イ、基板温度４ｏｏ′Ｃ，Ｈ２総流量−１，６１／ｇ
ｉｎ、減圧１００Ｔｏｒｒ下において成長を行った。成
長膜厚は成長時間を制御することにより所望の膜厚を得
た。
２Ｏ分間、Ｈ２雰囲気中（２ｌ／ｗｉｎ ）でサーマル
エッチを施す。しかる後、ＭＯＶＰＥにより基板上に順
次エピタキシャル成長を行う。成長条件は装置にかなり
依存するが、本実施例ではＺｎＳ単結晶薄膜の場合、ジ
メチル亜鉛（ＤＭＺ）のＨ２流量（０’Ｃ） −２，５
Ｃｃ／ｇｉｎ 、ジメチル硫黄（ＤＭＳ）のＨ２流量（
０°Ｃ） −９ｃｃ ／ ｙＨ、Ｚｎ５ｏ 、 ５ｓｅ
ｏ 、 ｓ単結晶薄膜の場合、ＤＭＺのＨ２流量（０’
Ｃ）−２，５ｃｃ／ ｓｉｎ 、 Ｄ Ｍ ＳのＨ２流
量（０’Ｃ） ＝９ ＣＣ／ｇｉｎ、ジメチルセレｙ
（ＤＭＳ ｅ ）のＨ２流量＝ ３ ＣＣ／ Ｈｉｄヲ
用イ、基板温度４ｏｏ′Ｃ，Ｈ２総流量−１，６１／ｇ
ｉｎ、減圧１００Ｔｏｒｒ下において成長を行った。成
長膜厚は成長時間を制御することにより所望の膜厚を得
た。
これにより極めて良好な表面モホロジーを有する単結晶
薄膜積層構造を形成することができ、光伝搬ロスもａ
（０，５ｒｉＢ／ｃｍ （λ＝４４０ｎｍ）と極めて良
好な特性が得られた。
薄膜積層構造を形成することができ、光伝搬ロスもａ
（０，５ｒｉＢ／ｃｍ （λ＝４４０ｎｍ）と極めて良
好な特性が得られた。
歪超格子層は上記の構成と同一でなくてもよく、第３図
に示すように周期は一定で基板側より１ペアごとに各構
成材料の層厚が徐々に変化するものや、第４図に示すよ
うに基板側より周期が徐々に・変化するものでもよい。
に示すように周期は一定で基板側より１ペアごとに各構
成材料の層厚が徐々に変化するものや、第４図に示すよ
うに基板側より周期が徐々に・変化するものでもよい。
尚、以上の説明において光導波層およびクラッド層とし
てＺ ｎ Ｓｏ 、 ｓ Ｓ ＠ ｏ、 ５およびＺｎ
Ｓ を用いたが、それぞれＺｎ５ｅとＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ
とＺｎＳＳｅ。
てＺ ｎ Ｓｏ 、 ｓ Ｓ ＠ ｏ、 ５およびＺｎ
Ｓ を用いたが、それぞれＺｎ５ｅとＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ
とＺｎＳＳｅ。
ＺｎＴｅとＺｎ５ｅ、ＺｎＴｅとＺｎ５ｅＴｅ等であっ
てもよく、混晶の組成もＸ ＝ ０．５と異なるもので
もよい。歪超格子層の構成材料は上述の材料に準じて適
宜決定する。
てもよく、混晶の組成もＸ ＝ ０．５と異なるもので
もよい。歪超格子層の構成材料は上述の材料に準じて適
宜決定する。
又基板として本実施例ではＧ ａ Ａ ｓ基板を用いた
か、他の例えばＳｔ、ＩｎＰなどの基板を用いてもヨイ
。又半導体基板とその上のエピタキシャル層（本実施例
ではクラッド層）間の格子不整合が大きいことによりク
ラッド層の結晶性が悪い場合は、この層間にも歪超格子
を適用することも必要となるのは言うまでもない。
か、他の例えばＳｔ、ＩｎＰなどの基板を用いてもヨイ
。又半導体基板とその上のエピタキシャル層（本実施例
ではクラッド層）間の格子不整合が大きいことによりク
ラッド層の結晶性が悪い場合は、この層間にも歪超格子
を適用することも必要となるのは言うまでもない。
又半導体レーザーや電気素子等がすでに一部構成されて
いる基板を用いてもよい。これにより集積化青色半導体
レーザーが実現できる。
いる基板を用いてもよい。これにより集積化青色半導体
レーザーが実現できる。
発明の効果
以上述べてきたように、本発明によれば積層構造を有す
る素子の問題点の−っであった格子不整合の悪影響を抑
制でき、例えば極めて光伝搬ロスの低い光導波路を形成
できるようになり、さらには高効率なＬＥＤやＬＤ、そ
して高性能な電気デバイスも形成できるようになる。
る素子の問題点の−っであった格子不整合の悪影響を抑
制でき、例えば極めて光伝搬ロスの低い光導波路を形成
できるようになり、さらには高効率なＬＥＤやＬＤ、そ
して高性能な電気デバイスも形成できるようになる。
９ ・
第１図は本発明の一実施例の半導体装置の構造断面図、
第２図、第３−１第４図は本発明の一実施例の歪超格子
層の構造断面図、第５図は従来の半導体装置の構造断面
図である。 １・・・・・・基板、２，２′・・・・・・クラッド層
（ＺｎＳ）、３・・・・・・光導波層（ＺｎＳＳｅ）、
４，４′・・・・・・歪超格子層（ＺｎＳ／Ｚｎ５Ｓｅ
）、５ ・−＝−ＺｎＳ層、６・・・・・・ＺｎＳＳｅ
層。
第２図、第３−１第４図は本発明の一実施例の歪超格子
層の構造断面図、第５図は従来の半導体装置の構造断面
図である。 １・・・・・・基板、２，２′・・・・・・クラッド層
（ＺｎＳ）、３・・・・・・光導波層（ＺｎＳＳｅ）、
４，４′・・・・・・歪超格子層（ＺｎＳ／Ｚｎ５Ｓｅ
）、５ ・−＝−ＺｎＳ層、６・・・・・・ＺｎＳＳｅ
層。
Claims (4)
- （１）半導体基板の一主面上に形成されたエピタキシャ
ル成長層上または上記一主面上に２種以上のII−VI族半
導体からなる歪超格子層が積層されており、上記歪超格
子層を構成する各材料の層厚が、基板側より徐々に変化
することを特徴とする半導体装置。 - （２）歪超格子層を構成する１周期の層厚が、一定であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
装置。 - （３）歪超格子層の１周期を構成する各材料の層厚比が
一定であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体装置。 - （４）半導体基板の一部にすでに半導体レーザが構成さ
れている半導体基板を用いることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62033805A JPS63200586A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62033805A JPS63200586A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63200586A true JPS63200586A (ja) | 1988-08-18 |
Family
ID=12396694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62033805A Pending JPS63200586A (ja) | 1987-02-17 | 1987-02-17 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63200586A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0342881A (ja) * | 1989-07-10 | 1991-02-25 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
| CN103515497A (zh) * | 2013-10-09 | 2014-01-15 | 华南师范大学 | 一种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用 |
| JP2016526281A (ja) * | 2013-05-01 | 2016-09-01 | センサー エレクトロニック テクノロジー インコーポレイテッド | 応力を解放する半導体層 |
| US9653313B2 (en) | 2013-05-01 | 2017-05-16 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Stress relieving semiconductor layer |
| US10032956B2 (en) | 2011-09-06 | 2018-07-24 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Patterned substrate design for layer growth |
| US10460952B2 (en) | 2013-05-01 | 2019-10-29 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Stress relieving semiconductor layer |
-
1987
- 1987-02-17 JP JP62033805A patent/JPS63200586A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0342881A (ja) * | 1989-07-10 | 1991-02-25 | Sharp Corp | 化合物半導体発光素子 |
| US10032956B2 (en) | 2011-09-06 | 2018-07-24 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Patterned substrate design for layer growth |
| JP2016526281A (ja) * | 2013-05-01 | 2016-09-01 | センサー エレクトロニック テクノロジー インコーポレイテッド | 応力を解放する半導体層 |
| US9653313B2 (en) | 2013-05-01 | 2017-05-16 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Stress relieving semiconductor layer |
| US10297460B2 (en) | 2013-05-01 | 2019-05-21 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Stress relieving semiconductor layer |
| US10460952B2 (en) | 2013-05-01 | 2019-10-29 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Stress relieving semiconductor layer |
| CN103515497A (zh) * | 2013-10-09 | 2014-01-15 | 华南师范大学 | 一种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用 |
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