JPH0685317A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH0685317A JPH0685317A JP23686092A JP23686092A JPH0685317A JP H0685317 A JPH0685317 A JP H0685317A JP 23686092 A JP23686092 A JP 23686092A JP 23686092 A JP23686092 A JP 23686092A JP H0685317 A JPH0685317 A JP H0685317A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は４族半導体のＳｉＧｅを用い
た量子細線構造を有する発光素子を提供することにあ
る。 【構成】 ｎ型Ｓｉ基板（１１）上に太さが直径で１０
０Å以下の細線状の１００Åのｎ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層
（１３）、５０ÅのＳｉ0.7Ｇｅ0.3層（１４）、５０Å
のＳｉ0.3Ｇｅ0.7層（１５）、５０ÅのＳｉ0.7Ｇｅ0.3
層（１４）、５０ÅのＳｉ0.3Ｇｅ0.7層（１５）、・・
・、１００Åのｐ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層（１６）という多
層構造を形成し、細線構造とヘテロ構造により量子箱を
形成し、４族半導体を用いて発光素子を可能にする。 【効果】 従来発光素子を形成することが不可能であっ
た４族半導体のＳｉＧｅを用いて発光素子を可能とする
素子構造を提供する。
た量子細線構造を有する発光素子を提供することにあ
る。 【構成】 ｎ型Ｓｉ基板（１１）上に太さが直径で１０
０Å以下の細線状の１００Åのｎ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層
（１３）、５０ÅのＳｉ0.7Ｇｅ0.3層（１４）、５０Å
のＳｉ0.3Ｇｅ0.7層（１５）、５０ÅのＳｉ0.7Ｇｅ0.3
層（１４）、５０ÅのＳｉ0.3Ｇｅ0.7層（１５）、・・
・、１００Åのｐ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層（１６）という多
層構造を形成し、細線構造とヘテロ構造により量子箱を
形成し、４族半導体を用いて発光素子を可能にする。 【効果】 従来発光素子を形成することが不可能であっ
た４族半導体のＳｉＧｅを用いて発光素子を可能とする
素子構造を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は４族半導体のＳｉＧｅに
よる発光素子およびその形成法に関する。
よる発光素子およびその形成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉやＧｅの４族半導体は間接遷移型の
半導体であるため発光効率が極めて低く発光素子として
の応用には不向きであった。最近ポーラスＳｉが強く発
光する現象が見出されてアプライド・フィジックス・レ
ターズ １９９０年５７巻１０４６頁から１０４８頁
（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ
ｖｏｌｕｍｅ ５７， ｐ１０４６−ｐ１０４８）に発
表されて以来Ｓｉ，Ｇｅによる発光素子の研究が盛んと
なっている。
半導体であるため発光効率が極めて低く発光素子として
の応用には不向きであった。最近ポーラスＳｉが強く発
光する現象が見出されてアプライド・フィジックス・レ
ターズ １９９０年５７巻１０４６頁から１０４８頁
（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ
ｖｏｌｕｍｅ ５７， ｐ１０４６−ｐ１０４８）に発
表されて以来Ｓｉ，Ｇｅによる発光素子の研究が盛んと
なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではポー
ラスＳｉの構造が量子細線がくびれている構造となって
おり、そのため量子細線というよりも量子箱に近いもの
で、細線の２次元的なキャリアの閉じ込めでは期待でき
なかった発光が可能となったものである。しかしながら
陽極化成法という形状を制御できない方法で作製してお
り、また、くびれた構造自体極めて制御が困難なもので
ある。この構造のために発光スペクトルは極めて広いも
ので、そのために単一波長の強度は弱いものとなってい
た。
ラスＳｉの構造が量子細線がくびれている構造となって
おり、そのため量子細線というよりも量子箱に近いもの
で、細線の２次元的なキャリアの閉じ込めでは期待でき
なかった発光が可能となったものである。しかしながら
陽極化成法という形状を制御できない方法で作製してお
り、また、くびれた構造自体極めて制御が困難なもので
ある。この構造のために発光スペクトルは極めて広いも
ので、そのために単一波長の強度は弱いものとなってい
た。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å以
下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å
以下）／・・・・と、多層構造を有することを特徴とす
る量子細線を、Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚
１００Å以下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層
厚１００Å以下）／・・・・という超格子構造からエッ
チングして形成するか、または、基板上の狭い領域に選
択的にＳｉ1-YＧｅY層とＳｉ1-ZＧｅZ層とを交互に成長
させて形成し、本構造のＳｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å
以下）にキャリアを閉じ込めて単色の強度の強い発光素
子を可能としたものである。
に、Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å以
下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å
以下）／・・・・と、多層構造を有することを特徴とす
る量子細線を、Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚
１００Å以下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層
厚１００Å以下）／・・・・という超格子構造からエッ
チングして形成するか、または、基板上の狭い領域に選
択的にＳｉ1-YＧｅY層とＳｉ1-ZＧｅZ層とを交互に成長
させて形成し、本構造のＳｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å
以下）にキャリアを閉じ込めて単色の強度の強い発光素
子を可能としたものである。
【０００５】
【作用】Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００
Å以下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１０
０Å以下）／・・・・の多層構造を有する量子細線のＳ
ｉ1-ZＧｅZ層が量子井戸層として働き、Ｓｉ1-YＧｅY層
が量子井戸層を形成するための障壁層として働くもの
で、この多層構造による層内へのキャリアの閉じ込めと
細線構造による線内への閉じ込めにより量子箱構造を可
能としたものである。このような量子箱構造では電子準
位はいわゆるバルクの半導体のバンド構造とは異なり孤
立原子の電子準位とバルク準位の中間的な性質を有する
ようになる。このため、バルクではＳｉ、Ｇｅ共に間接
遷移型で発光効率が極めて小さかったものが、本構造で
は効率の高い発光素子が可能となる。本発明を用いるこ
とで従来の陽極化成によるポーラスＳｉの場合とは異な
り量子箱構造を再現性よく形成でき、そのため、単色の
強度の強い発光素子が可能となった。
Å以下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１０
０Å以下）／・・・・の多層構造を有する量子細線のＳ
ｉ1-ZＧｅZ層が量子井戸層として働き、Ｓｉ1-YＧｅY層
が量子井戸層を形成するための障壁層として働くもの
で、この多層構造による層内へのキャリアの閉じ込めと
細線構造による線内への閉じ込めにより量子箱構造を可
能としたものである。このような量子箱構造では電子準
位はいわゆるバルクの半導体のバンド構造とは異なり孤
立原子の電子準位とバルク準位の中間的な性質を有する
ようになる。このため、バルクではＳｉ、Ｇｅ共に間接
遷移型で発光効率が極めて小さかったものが、本構造で
は効率の高い発光素子が可能となる。本発明を用いるこ
とで従来の陽極化成によるポーラスＳｉの場合とは異な
り量子箱構造を再現性よく形成でき、そのため、単色の
強度の強い発光素子が可能となった。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
る。
【０００７】〈実施例１〉図１（ａ）に示すように、ｎ
型のＳｉ基板１１の清浄化を行った後にＳｉ表面に酸素
を超高真空中で吹き付け、１原子層程度の酸化層１２を
形成する。その後、５０Åの円形の領域の酸化層を電子
線で脱離させる。その後モノシランガスおよびゲルマン
ガスを成長室に導入し、基板温度６００度程度で成長さ
せる。この場合、酸化物に覆われているＳｉ基板にはＳ
ｉＧｅ結晶は成長しないが酸化物を取り除いた領域に選
択的に成長する。この方法を用いて、図１（ｂ）に示す
ように、ｎ型Ｓｉ基板１１／ｎ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層（１
００Å）１３／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０Å）１４／Ｓｉ
0.3Ｇｅ0.7層（５０Å）１５／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０
Å）／Ｓｉ0.3Ｇｅ0.7層（５０Å）／・・・／ｐ型Ｓｉ
0.5Ｇｅ0.5層（１００Å）１６という多層構造を有する
量子細線を形成した。その後、ガラス板に極薄く金属を
蒸着して形成した透明電極１７を量子細線状にのせて１
つの電極とし、基板を他方の電極とする発光波長が１０
００ｎｍで、発光スペクトルの半値幅０．１ｅＶの発光
素子を形成した。
型のＳｉ基板１１の清浄化を行った後にＳｉ表面に酸素
を超高真空中で吹き付け、１原子層程度の酸化層１２を
形成する。その後、５０Åの円形の領域の酸化層を電子
線で脱離させる。その後モノシランガスおよびゲルマン
ガスを成長室に導入し、基板温度６００度程度で成長さ
せる。この場合、酸化物に覆われているＳｉ基板にはＳ
ｉＧｅ結晶は成長しないが酸化物を取り除いた領域に選
択的に成長する。この方法を用いて、図１（ｂ）に示す
ように、ｎ型Ｓｉ基板１１／ｎ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層（１
００Å）１３／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０Å）１４／Ｓｉ
0.3Ｇｅ0.7層（５０Å）１５／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０
Å）／Ｓｉ0.3Ｇｅ0.7層（５０Å）／・・・／ｐ型Ｓｉ
0.5Ｇｅ0.5層（１００Å）１６という多層構造を有する
量子細線を形成した。その後、ガラス板に極薄く金属を
蒸着して形成した透明電極１７を量子細線状にのせて１
つの電極とし、基板を他方の電極とする発光波長が１０
００ｎｍで、発光スペクトルの半値幅０．１ｅＶの発光
素子を形成した。
【０００８】〈実施例２〉図２（ａ）に示すように、ｎ
型のＳｉ基板２１の表面清浄化を行った後に分子線成長
法またはＣＶＤ法を用いてｎ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層２２を
２０００Å程度成長し、その上にＳｉとＧｅの比率を変
えてＳｉ0.7Ｇｅ0.3層２３を５０Å成長し、さらにＳｉ
0.3Ｇｅ0.7層２４を５０Å成長という手続きを繰返し用
いることによりてＳｉ基板／Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層（２００
０Å）／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０Å）／Ｓｉ0.3Ｇｅ0.7
層（５０Å）／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０Å）／Ｓｉ0.3
Ｇｅ0.7層（５０Å）／・・・／ｐ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層
（１００Å）２５という多層構造を形成する。その後電
子線描画法を用いてレジストのパターンニングを行い、
ドライエッチング法により太さが直径で５００Åの量子
細線とした。このサイズは太すぎるため、図２（ｂ）に
示すように、ウェット熱酸化法を用いて７００度で表面
に酸化膜２６を形成し、太さが直径で５０Åの量子細線
を形成した。その後、図２（ｃ）に示すように、異方性
ドライエッチング法を用いて基板面に平行な面上の酸化
膜を取り除いた上に、ガラス板に極薄く金属を蒸着して
形成した透明電極２７をのせて１つの電極とし、基板を
他方の電極とする発光波長が１０００ｎｍで、発光スペ
クトルの半値幅０．１ｅＶの発光素子を形成した。
型のＳｉ基板２１の表面清浄化を行った後に分子線成長
法またはＣＶＤ法を用いてｎ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層２２を
２０００Å程度成長し、その上にＳｉとＧｅの比率を変
えてＳｉ0.7Ｇｅ0.3層２３を５０Å成長し、さらにＳｉ
0.3Ｇｅ0.7層２４を５０Å成長という手続きを繰返し用
いることによりてＳｉ基板／Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層（２００
０Å）／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０Å）／Ｓｉ0.3Ｇｅ0.7
層（５０Å）／Ｓｉ0.7Ｇｅ0.3層（５０Å）／Ｓｉ0.3
Ｇｅ0.7層（５０Å）／・・・／ｐ型Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5層
（１００Å）２５という多層構造を形成する。その後電
子線描画法を用いてレジストのパターンニングを行い、
ドライエッチング法により太さが直径で５００Åの量子
細線とした。このサイズは太すぎるため、図２（ｂ）に
示すように、ウェット熱酸化法を用いて７００度で表面
に酸化膜２６を形成し、太さが直径で５０Åの量子細線
を形成した。その後、図２（ｃ）に示すように、異方性
ドライエッチング法を用いて基板面に平行な面上の酸化
膜を取り除いた上に、ガラス板に極薄く金属を蒸着して
形成した透明電極２７をのせて１つの電極とし、基板を
他方の電極とする発光波長が１０００ｎｍで、発光スペ
クトルの半値幅０．１ｅＶの発光素子を形成した。
【０００９】
【発明の効果】本発明は４族半導体のＳｉＧｅを用いる
発光素子に関するもので、従来技術の項に記載したポー
ラスＳｉでは発光効率の点から電流注入による発光素子
の形成は困難であったが、本発明の構造により４族半導
体による量子効率１％以上の発光素子が可能である。ま
たこの素子は４族半導体のＳｉＧｅを用いているもので
あるために、Ｓｉ電子素子のプロセスを用いることが可
能である。従来電子デバイスはＳｉで光デバイスは３族
と５族からなる化合物半導体で形成しており、一つのＳ
ｉチップ上に電子、光デバイスを形成することが困難で
あった。本発明によればこの問題を解決することができ
る。
発光素子に関するもので、従来技術の項に記載したポー
ラスＳｉでは発光効率の点から電流注入による発光素子
の形成は困難であったが、本発明の構造により４族半導
体による量子効率１％以上の発光素子が可能である。ま
たこの素子は４族半導体のＳｉＧｅを用いているもので
あるために、Ｓｉ電子素子のプロセスを用いることが可
能である。従来電子デバイスはＳｉで光デバイスは３族
と５族からなる化合物半導体で形成しており、一つのＳ
ｉチップ上に電子、光デバイスを形成することが困難で
あった。本発明によればこの問題を解決することができ
る。
【００１０】また本発明ではＳｉＧｅ混晶を用いている
が、ＳｉとＧｅまたはＳｉとＣによる二元混晶か、また
はＳｉＧｅＣという三元混晶を用いても同様の効果が得
られる。
が、ＳｉとＧｅまたはＳｉとＣによる二元混晶か、また
はＳｉＧｅＣという三元混晶を用いても同様の効果が得
られる。
【図１】本発明の方法の実施例１の工程図である。
【図２】本発明の方法の実施例２の工程図である。
１１ ｎ型Ｓｉ基板；１２ 酸化層；１３ ｎ型Ｓｉ
1-XＧｅX層；１４ Ｓｉ1-YＧｅY層；１５ Ｓｉ1-ZＧ
ｅZ層；１６ ｐ型Ｓｉ1-XＧｅX層；１７ 透明電極；
２１ ｎ型Ｓｉ基板；２２ ｎ型Ｓｉ1-XＧｅX層；２３
Ｓｉ1-YＧｅY層；２４ Ｓｉ1-ZＧｅZ層；２５ ｐ型
Ｓｉ1-XＧｅX層；２６ 酸化膜；２７ 透明電極
1-XＧｅX層；１４ Ｓｉ1-YＧｅY層；１５ Ｓｉ1-ZＧ
ｅZ層；１６ ｐ型Ｓｉ1-XＧｅX層；１７ 透明電極；
２１ ｎ型Ｓｉ基板；２２ ｎ型Ｓｉ1-XＧｅX層；２３
Ｓｉ1-YＧｅY層；２４ Ｓｉ1-ZＧｅZ層；２５ ｐ型
Ｓｉ1-XＧｅX層；２６ 酸化膜；２７ 透明電極
フロントページの続き (72)発明者 嶋田 寿一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】ＳｉとＧｅからなる発光素子構造におい
て、太さの直径が１００Å以下の量子細線からなってお
り、上記量子細線がＳｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層
（層厚１００Å以下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ
層（層厚１００Å以下）／・・・・（ただしｘ，ｙ，ｚ
とも０以上１以下で、ｙはｚよりも小さい）という多層
構造を有し、上記Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å以下）
が発光領域であることを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】請求項１における量子細線構造を、半導体
基板上の直径が１００Å以下の円形の領域に選択的にＳ
ｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å以下）／
Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００Å以下）
／・・・・（ただしｘ，ｙ，ｚとも０以上１以下で、ｙ
はｚよりも小さい）を成長することで形成したことを特
徴とする半導体素子。 - 【請求項３】請求項１における量子細線構造を、半導体
基板上にＳｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１００
Å以下）／Ｓｉ1-YＧｅY層／Ｓｉ1-ZＧｅZ層（層厚１０
０Å以下）／・・・・（ただしｘ，ｙ，ｚとも０以上１
以下で、ｙはｚよりも小さい）という多層構造を成長
し、その後リソグラフィ−法を用いて量子細線状に加工
して形成したことを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23686092A JPH0685317A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23686092A JPH0685317A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0685317A true JPH0685317A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=17006876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23686092A Pending JPH0685317A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685317A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299598A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| US6678296B1 (en) | 1999-11-05 | 2004-01-13 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device using a SiGeC random mixed crystal |
| WO2011037574A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Silicon-germanium, quantum-well, light-emitting diode |
-
1992
- 1992-09-04 JP JP23686092A patent/JPH0685317A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6678296B1 (en) | 1999-11-05 | 2004-01-13 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device using a SiGeC random mixed crystal |
| JP2002299598A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| WO2011037574A1 (en) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Silicon-germanium, quantum-well, light-emitting diode |
| CN102484174A (zh) * | 2009-09-25 | 2012-05-30 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 硅锗量子阱发光二极管 |
| US8476647B2 (en) | 2009-09-25 | 2013-07-02 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Silicon-germanium, quantum-well, light-emitting diode |
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