JPS6394230A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6394230A
JPS6394230A JP61240335A JP24033586A JPS6394230A JP S6394230 A JPS6394230 A JP S6394230A JP 61240335 A JP61240335 A JP 61240335A JP 24033586 A JP24033586 A JP 24033586A JP S6394230 A JPS6394230 A JP S6394230A
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strain superlattice
semiconductor
lattice mismatch
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Toshiya Yokogawa
俊哉 横川
Mototsugu Ogura
基次 小倉
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 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４００ｎｍ帯のＬＤもしくはＬＥＤの開
発が望まれている現在、２．６６Ｖ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ｎ−Ｖｌ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、青色もしくはそれエフ短波のレー
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接合全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ｎ−Ｖｌ族化合物半導体を用いたＳＨＧ
素子の構造断面図を示す。１は髄ム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、
４は光導波層で配Ｚｎ５ｏ、５Ｓｓｏ、５単結晶薄膜で
ある。光導波層４の膜厚は０．５μｍ、クラッド層２お
工び２′の膜厚は２μｍである。また光導波路長は１５
１ｕｌＬである。レーザー光源としてはＧａＡｓ／Ａ７
ＪＧａＡｓ　Ｄ　Ｈｖ−ザー全用い、波長λ＝０．８５
μｍのレーザー光を光導波層４の片端面、Ｊ：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４を
伝搬すると共に、Ｚ　ｎ　Ｓ　ａ、ｓ　Ｓ　ｅ　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
の片端面よジ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、元
を溝状路中に閉じ込める必要がｂる。しかし■−■族化
合物半導体を用いた光導波路、特に４００ｎｍ帯の元を
通す光導波路を形成するとなると、その材料に限りがあ
り、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
物半導体ヘ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
金およぼす。
格子定数の異なる異種材料を積層すると、その格子不整
合にニジミスフイツト転位等の欠陥が発生し結晶性の低
下全ひきおこす。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。そのだめ導波する元の吸収が起こり、光伝搬ロスが
増加する。さらに格子不整合により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Ｚｎ
ＳＳｅとＺｎＣｄ５があるが、ＺｎＣ４５ｕ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。
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ＩＩ−Ｖ
ｌ族化合物半導体のクラッド層を形成した後、その上に
歪超格子を形成して、その歪超格子全光導波路とし、し
かる後にクラッド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うりである。
■−■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
格子不整合にニジ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間に歪超格子層を介在させ、その
歪超格子層金元導及層として用いることにより、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。
さらに光高調波発生において、光導波層全歪超格子構造
にすることにニジその構造的ストレスから非線形光学定
数がバルクエりも高くなり、高効率なＳＨＧ素子の実現
が期待できる。また歪超格子構造における井戸層厚全変
化させることにより実効的バンドギャップ金制御でき、
光吸収端を所望のものに容易に制御できる。
実施例 以下本発明の一実施例全図面にもとづいて説明する。第
１図において、１はＧａＡｓ基板、２および２′は元閉
じ込め用クラッド層であるＺｎＳ単結晶薄膜、３は光導
波層でめるＺｎ５ｏ、５Ｓθ。、５とＺｎＳの歪超格子
層である。クラッド層２お工び２′の膜厚は２μｍであ
る。歪超格子層３はＺｎ５ｏ、５Ｓｅｏ、５の膜厚が１
００人、ＺｎＳの膜厚が１００人で、順次交互に積層し
てその周期は１ｏ周期とする。また光導波路長は１５１
３にである。
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
ＰＫ）’ｉ用いたが本成ジとせず、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ｆ
　Ｈ２ＳＯ４：　Ｈ２Ｏ。二Ｈ２０＝　ｓ　：１：１の
硫酸系エッチャントにＪ：！＋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６ｏＯ°Ｃ程
度で２０分間、Ｈ２雰囲気中＜２１７ｗ１ｎ　）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（１）ＭＺ）
、ジメチルセレン（Ｉ）Ｍ２Ｏ）、ジメチル硫黄（ＤＭ
Ｓ　）ｉ用いたが、■族原料としてジエチルセレン（Ｄ
ＥＳｅ）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジエチル硫黄（
ＤＫＳ）、硫化水素（Ｈ２Ｓ　）等を用いてもよい。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４００°Ｃ，ＤＭＺのＨ２
の流量（０°Ｃ）　＝　２．ｓｃｃ／ｍｉｎ　、　Ｄ　
Ｍ　ＳのＨ２の流量の（Ｏ″Ｇ　）　＝　９　ｃｃ７４
ｉｎ。
Ｈ２ノ総流量＝　１．４　ｌ／Ｗｉｎ　、減圧１００　
Ｔｏｒｒ下テＧ２ＬＡＳ（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Ｚｎ５ｏ、５Ｓ
ｅｏ５単結晶薄膜の場合、ＤＭＺノＨ２（７）流量（０
″Ｇ　）　＝　２．５ｃｃ／ｍｉｎ、ＤＭＳｅのＨ２の
流量（１５°Ｃ）　＝　３　ｃ　ｃ／ｗｉｎ。
ＤＭＳのＨ２の流量（０”Ｃ）　＝　９ｃｃ／ｗｉｎで
エピタキシャル成長し、ＺｎＳとＺｎ５ｏ、５Ｓｓｏ、
５の歪超格子層？クラッド層（ＺｎＳ　）上に形成する
。次に順次上述の成長条件で歪超格子層上に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、光伝搬ロスモ
（Ｘ　（Ｏｊ５　ｄＢ　７０ｍ　（λ＝４２ｏｎｍ）と
極めて良好な特性が得られた。さらに歪超格子のストレ
スにエク電気分極の異方性が高まるため、光導波路の実
効的非線形光学定数は１．ＯＸｌｏ−１０ｍ／マと非常
に高い値を示した。
尚、以上の説明において歪超格子材料としてＺｎ５ｏ、
、Ｓｅｏ、５とＺｎＳ　ｆ用いたが、それぞれＺｎ５ｅ
とＺｎＳ、　Ｚｎ５ｅとＺｎＳＳｅ　、　ＺｎＴｅとＺ
ｎ５ｅ％ＺｎＴｅとＺｎ５ｅＴｅ等であっても工く、混
晶の組成もＸ＝０．５と異なるものでもよい。またクラ
ッド層も本構成と同一でなくてもよく、光導波層より屈
折率の小さいものを選べば、Ｚｎ５ｅ　、　ＺｎＳＳｅ
　、　Ｚｎ５ｅＴｅ等であってもよい。各層の膜厚や歪
超格子層の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ｅａＡｓ基板を用いたが、他
の例えばＳｉ　、　ＩｎＰなと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
りクラッド層の結晶性が悪い場合はこの眉間にも歪超格
子全適用することも必要となるのは言うまでもない。
さらに非線形光学素子と半導体レーザー等との一体化素
子として、あらかじめ半導体レーザー等の素子が形成さ
れている５ａＡＳ基板等に非線形光学素子を形成するこ
とも可能である。■−■族半導体のＭＯＶＰＫまたはＭ
Ｂ”Ｋ等による成長は一般に成長温度が低いため、半導
体レーザー等が形成されている基板上に成長全行っても
熱変成等の問題は全くない。
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？有す
るペテロ接合デバイスの問題点の一つであった格子不整
合の悪影響を抑制して、例えば極めて光伝搬ロスの低い
光導波路全形成し、さらに非線形光学効果を高めて高効
率な非線形光学素子を実現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ノ・・・・・・クラ、ド層
（ＺｎＳ）、３・・・・・・歪超格子光導波層（ＺｎＳ
Ｓｅ／ＺｎＳ　）。

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エピタキシャ
    ル積層構造において、前記積層構造のヘテロ接合部に２
    種以上のII−VI族半導体からなる歪超格子層が介在して
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. （２）歪超格子層を光導波層として用いることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
  3. （３）歪超格子層を非線形光導波路として用いることを
    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。
JP61240335A 1986-07-22 1986-10-09 半導体装置 Pending JPS6394230A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61240335A JPS6394230A (ja) 1986-10-09 1986-10-09 半導体装置
US07/076,549 US4866489A (en) 1986-07-22 1987-07-22 Semiconductor device

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61240335A JPS6394230A (ja) 1986-10-09 1986-10-09 半導体装置

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JP61240335A Pending JPS6394230A (ja) 1986-07-22 1986-10-09 半導体装置

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