JPS6327803A - 半導体装置 - 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、異種材料を積層することにょシ構成された半
導体装置に関するものである。

従来の技術 可視光帯、特に４００ｎｍ帯のＬＤもしくはＬＥＤの開
発が望まれている現在、２．６ｅＶ以上の禁止帯幅を有
するＺｎ５ｅ、ＺｎＳ等の■〜■族化合物が脚光を浴び
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
　（５ｅｃｏｎｄ’Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔ
ｉｏｎ）素子が注目を集めている。

一般に■−■族化合物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
シ短波のレーザー光を発する５Ｉ（Ｇ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接合を必要としないという
メリットをもっている。

第２図に従来の■−■族化合物半導体を用いたＳＨＧ素
子の構造断面図を示す。１１はＧａＡｓ基板、５および
５′は光閉じ込め用クラッド層であるＺｎ陣結晶薄膜、
３は光導波層であるＺ　ｎＳ　ｏ、ｓ　Ｓ　ｅｏ　、ｓ
単結晶薄膜である。光導波層３の膜厚は０．５μｍ１ク
ラツド層５および５′の膜厚は２μｍである。

また光導波路長は１５咽である。レーザー光源としては
ＧａＡｓ／ｊＪＧａＡａ　Ｄ　Ｈレーザーを用い、波長
λ＝０．８５μｍのレーザー光を光導波層３の片端面よ
シ入射し、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Ｋ　、ＺｎＳ０．６Ｓｓｏ、。

の非線形光学効果によ９２倍高調波を発生し、反対側の
片端面よシλ＝０．４２μｍ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 一般に光導波路を形成する場合、光導波層とそれよりさ
らに屈折率の低いクラッド層との積層構造を形成し、光
を導波路中に閉じ込める必要がある。しかし■−■族化
合物半導体を用いた光導波路、特に４００　ｎｍ帯の光
を通す光導波路を形成するとなると、その材料に限シが
あシ、格子定数のそれぞれ異なる■−■族材料を順次積
層しなければならない。特に上記従来例等の■−■族化
合物半導体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υ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へ
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とシ、光伝搬ロスが
増加する。

さらに格子不整合によシヘテロ界面もしくは表面のモホ
ロジーが悪化するため、光導波層の散乱ロスも増加する
。

またＧａＡｓ基板と格子整合する組み合せとしてＺｎ５
ＳｓとＺｎＣｄ５があるが、ＺｎＣｄ５ばその結晶構造
がウルツ鉱型であるという問題をもっている。

さらに上記従来例ではＧａＡｓ基板を用いているが、現
在ＧａＡｓ基板は非常に高価であシ、またＧａやＡｓと
いう重金属は非常に毒性が強いという問題をもっている
。しかし安価で、毒性が弱い８１基板上に高品質の■−
■族化合物半導体をエピタキシャル成長することは現在
のところ非常に困難である。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するだめの本発明の技術的手段は、半
導体基板上に形成された絶縁膜上に例えば有機金属気相
成長法によ９２種以上のＵ−■族化合物半導体からなる
歪超格子層を形成し、しかる後その上にＩｔ−■族化合
物半導体を形成した積層構造をもつものである。

作　　用 本発明の作用は次のとおシである。

■−■族化合物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
格子不整合によシ上述の様な悪影響を受ける。しかし本
発明の様にＳｉｏ２上に歪超格子層をパ７ツファー層と
して介在させて、Ｕ−常に良好なエピタキシャル成長膜
が形成される。

またＳ　１０２は充分に屈折率差をもつクラッド層とし
て有益である。

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Ｓｉ基板、２はＳ　ｉ０２熱酸化
膜、３は光導波層であるＺｎ　Ｓｏ　、ｓ　Ｓ　ｅｏ　
、ｓ単結晶薄膜、４および４′はＺｎＳとＺｎ５ｏ　、
ｓＳ　ｅｏ　、　ｓの歪超格子層、５は光閉じ込め用ク
ラッド層であるＺｎＳ単結晶薄膜である。光導波層３の
膜厚は０．６μハクラッド層５の膜厚は２μｍである。

歪超格子層４および４′はＺｎＳの膜厚が１ｏ　ｏ　Ａ
　、　Ｚｎ５（、，５Ｓｓ、５の膜厚が１００人で、順
次交互に積層してその周期は１０．周期とする。Ｓ　五
〇２熱酸化膜の膜厚ゆμｍとする。また光導波路長は１
６間である。

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（ＭＯＶＰＥ）を用いたが本限りとせず、分子線エ
ピタキシー法（ＭＢ　Ｅ　）−！タハホットウオール法
等を用いてもよい。まず、清浄なＳｉ基板上に熱酸化法
により　５１０２膜を形成する。

しかる後、有機金属気相成長法により基板上に順次エピ
タキシャル成長を行う。本実施例では原料ガスとしてジ
メチル亜鉛（ＤＭＺ　）、ジメチルセレン（ＤＭ　Ｓｓ
　）、ジメチル硫黄（ＤＭＳ　）を用いたが、■族原料
としてセレン化水素（Ｈ２ＳＯ）硫化水素（Ｈ２Ｓ）を
用いてもよい。成長条件は装置にもかなり依存するが、
例えば２ｎＳ単結晶薄膜の場合、基板温度４００℃、Ｄ
ＭＺの町の流量（０℃）　＝　２　、　＄ｉ　ｎ　、　
Ｄ　Ｍ　Ｓの一ρ流量（０℃）−・　　　　　　　　　
　　　　夕　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　−９ｃｃｙ’ｍ　ｉ　ｎ　
、Ｈ２の総流量＝　１．４１／ｒｎｉ　ｎ　、減圧１０
０ＴＯτｒ下で良好なエピタキシャル成長が可能となる
。またＺｎ５ｏ　、ｓ　Ｓ　Ｇｏ　、ｓ単結晶薄膜の場
合、ＤＭＺ（７）Ｈ％流量（ｏ　℃）　＝　２．５１１
％’ｍｉｎ、　ＤＭＳａの−ｐ流量（１５℃）＝ｓｅｅ
／ｍｉｎ、ＤＭＳの町の流量（０℃）１ｍ　ｔ　ｎで同
じく良好なエピタキシャル成長が可能となる。上述の成
長条件でまず５１０２熱酸化膜上にＺｎＳとＺ　ｎ　Ｓ
ｏ　、ｓ　Ｓ　Ｇｏ　、ｓの歪超格子層を積層し、順次
Ｚｎ　Ｓｏ　、　ｓ　Ｓ　ｅｏ　、　ｓ単結晶薄膜の光
導波層、ＺｎＳとｚｎＳｏ、５Ｓｅ０．５の歪超格子層
、ＺｎＳ単結晶薄膜のクラッド層を積層する。

この方法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ｏスも
ａ　（０、６ｄＢＡ７Ｍ（λ＝４２０ｎｍ）　　と極め
て良好な特性が得られた。

尚、以上の説明においてＳｔ基板を用いたが、ＧａＡｓ
、　Ｉｍｐ等を用いてもよく、また絶縁膜として５ＩＮ
４等を用いることも可能である。さらに光導波層及びク
ラッド層としてＺ　ｎ　Ｓｏ　、ｓ　Ｓ　Ｇｏ　、　ｓ
及びＺｎＳを用いたが、それぞれＺｎ５ｅ及びＺｎＳ　
、　Ｚｎ５ｅ及びＺｎＳＳｅ、ＺｎＴｅ及びＺｎ５ｅ　
、　ＺｎＴｅ及びＺｎ５ｅＴｅ等の組み合せであっても
よく、混晶の組成もＸ　＝ｏ、ｓと異なるものでもよい
。また歪超格子層も本構成と同一でなくてもよ（Ｚｎ５
ｅとＺｎＳ、Ｚｎ５ｅとＺｎＳＳｅ　。

ＺｎＴｅとＺｎ５ｅ　、　ＺｎＴｅとＺｎ５ｅＴｅ等の
歪超格子であってもよい。

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
る素子の問題点の一つ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
できるようになつな。

また５ｉＶＬＳＩと■−■族化合物半導体を用いた素子
との一体化も容易にできるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明の一実施例の半導体装置の構造断面図、第
２図は従来の半導体装置の断面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・Ｓ　１０２．３・
・・・・・光導波層、４゜４′・・・・・・歪超格子層
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の一主面上に形成された絶縁膜あるい
   は絶縁膜基板上に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いることを特徴とする半導体装置
   。
2. （２）絶縁膜あるいは絶縁膜基板がＳｉＯ＿２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. （３）絶縁膜あるいは絶縁膜基板がクラッド層であり、
   歪超格子層を間に介在して前記クラッド層上に光導波層
   が積層されてい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. （４）半導体基板の一部にすでに半導体レーザーあるい
   はＶＬＳＩが構成されてい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。