JPS6327804A - 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より構成された半
導体装置に関するものである。

従来の技術 可視光帯、特に４００　ｎｍ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１１−Ｗ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がえている。

この問題を解決するためこれらの材料を用いたＳＨＧ　
（Ｓｅｃｏｎｄ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｉ
ｏｎ）素子が注目を集めている。一般にｆｆ−Ｗ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ｕ　−ｖｒ族化合物半導体を用いたＳＨ
Ｇ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
　ｅ　ｏ　、　ｓ単結晶薄膜である。光導波層３の膜厚
は０．５μｍ、クラッド層２および！の膜厚は２μｍで
ある。また光導波路長は１５璽である。レーザー光源と
してはＧ　ａ　Ａ　ｓ　／Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　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　Ｓｏ　、ｓ　Ｓ　Ｉａｏ　、ｓの非線形光学効果に
より２倍高調波今発生し、反対側の片端面より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Ｉｆ−Ｖｌ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こり、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
。

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。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するための本発明の技術的手段は、半
導体基板上に例えば有機金属気相成長法によりＩ［−■
族化合物半導体のクラッド層を形成した後、その上に歪
超格子層を形成し、しかる後に光導波層を形成した積層
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
格子不整合により上述の様な悪影響を受ける。しかし本
発明の様にクラッド層と光導波層間に歪超格子層をバッ
ファー層として介在させることにより、格子不整合が緩
和され、ミスフィツト転位等の欠陥の発生が抑制できる
。また光導波層をエピタキシャル成長した時の表面モホ
ロジーは極めて良好なものとなる。

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およびプ
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Ｚｎ５ｏ　、ｓ　Ｓ　ｅｏ　、ｓ単
結晶薄膜、４および４′はＺｎＳとＺ　ｎ　Ｓ　ｏ　、
　ｓ　Ｓ　ｅｏ　、ｓの歪超格子層である。光導波層３
の膜厚は０．６μｍ、クラッド層２および乞の膜厚は２
μｍである。歪超格子層４および４′はＺｎＳ　　Ｏ膜
厚が１００人。

Ｚ　ｎ　Ｓ　ｏ　、ｓＳ　ｅｏ　、ｓ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。ま
た光導波路長は１５態である。

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）を用いだが本限りとせず、分子線エピタキシー法
（ＭＢＥ）、またはホットウォール法等を用いてもよい
。まず基板の前処理は、ＧａＡｓ　（１００）基板をＨ
２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２０＝５：１：１の硫酸系エッ
チャントにより１分３０秒間エツチングを施す。その後
結晶成長反応炉内において６３０℃で２ｏ分間、Ｈ２雰
囲気中（２１／７ＨＲ）で、ベーキングを行う。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ｖ　ｙ　（ＤＭＳ　ｅ　）
、ジメチル硫黄（ＤＭＳ）を用いたが、■族原料として
セレン化水素（Ｈ２Ｓ　ｅ　）、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ＺｎＳ単結晶薄膜成長の場合、基板温度４ｏｏ、
ｃ　、ＤＭＺＯＨ２Ｏ流量（０℃）＝２．５ｃｃ／ｍｉ
ｎ　、　Ｄ　Ｍ　ＳのＨ２の流量（ｏｔ：）　＝　９ｃ
Ｃ／ｍ１ｔｔ　、　Ｈ２の総流量＝１．４１／ｍｍ、減
圧１００　Ｔｏ　ｒ　ｒでＧａＡｓ（１００）基板上に
エピタキシャル成長し、クラッド層を形成する。次にＺ
ｎ　Ｓｏ　、　ｓ　Ｓ　ｅｏ　、　ｓ単結晶薄膜の場合
、ＤＭＺのＨ２の流量（０℃）＝２．ｓｃｃ／ｉ　。

ＤＭＳｅのＨ２のＨ２の流量（１５℃）＝　３　ｃｃ／
ｍ＋１＋＋　。

ＤＭＳのＨ２の流量（０℃）＝９ｃｃ／ｉでエピタキシ
ャル成長し、ＺｎＳとＺ　ｎ　Ｓｏ　、ｓ　Ｓ　ｅｏ　
、ｓの歪超格子層をクラッド層（ＺｎＳ）上に形成する
。次に順次上述の成長条件でＺ　ｎ　Ｓ　ｏ　、ｓ　Ｓ
　＠　ｏ　、ｓ単結晶薄膜の光導波層、ＺｎＳとＺ　ｎ
　Ｓｏ　、ｓ　Ｓ　ｅｏ　、ｓ　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ととができ、光伝搬ロスも
ａ　＜０．５ｄＢ／ｃｍ（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光導波層及びクラッド層として
Ｚ　ｎ　Ｓ　ｏ　、　ｓＳ　ｅｏ　、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等で
あってもよお、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く
、Ｚｎ５ｅとＺｎＳ、Ｚｎ５ｅとＺｎＳＳｅ混晶。

ＺｎＴｅとＺｎ５ｅ、ＺｎＴｅとＺｎ５ｅＴｅ混、晶あ
ルイハこれらの混晶半導体同志の組み合せ等の歪超格子
であってもよいし、各層の膜厚や層周期も最適なものを
選ぶことができる。

又基板として本実施例ではＧ　ａ　Ａ　ｓ基板を用いた
が、他の、例えばＳｉ、ＩｎＰなどの基板を用いてもよ
い。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）間の例えば格子不整合が大きいこと
によシフ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
。

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先導波路を形成
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

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
）。

Claims (3)

【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エピタキシャ
   ル成長層上に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）エピタキシャル成長層がクラッド層であり、前記
   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。
3. （３）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。