JPS6236886A - 半導体構造体とその製造方法 - Google Patents
半導体構造体とその製造方法Info
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- JPS6236886A JPS6236886A JP17581485A JP17581485A JPS6236886A JP S6236886 A JPS6236886 A JP S6236886A JP 17581485 A JP17581485 A JP 17581485A JP 17581485 A JP17581485 A JP 17581485A JP S6236886 A JPS6236886 A JP S6236886A
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- Japan
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- quantum
- semiconductor structure
- layer
- quantum well
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体微細構造中に生じる量子サイズ効果を
利用した光デバイス及び電気デバイスと、それらの微細
構造およびその製造方法に関する。
利用した光デバイス及び電気デバイスと、それらの微細
構造およびその製造方法に関する。
多次元量子井戸構造による量子閉じこめを用いた半導体
レーザは、これまで理論的な解析が行われている（荒用
他、応用物理河２ 、８５２ （１９８２）参照。）の
みで実験実証はまだ行われていない。
レーザは、これまで理論的な解析が行われている（荒用
他、応用物理河２ 、８５２ （１９８２）参照。）の
みで実験実証はまだ行われていない。
これは、１００人程度山量子閉じこめに必要な構造上の
加工技術がこれまで存在しなかったことによる。
加工技術がこれまで存在しなかったことによる。
本発明の目的は、１． ＯＯ度山度の量子井戸構造によ
る電子および／または正孔の波動函数の閉じこめを２次
元方向及び、３次元方向に実現する手段を与え、半導体
レーザの性能を大幅に改善することにある。
る電子および／または正孔の波動函数の閉じこめを２次
元方向及び、３次元方向に実現する手段を与え、半導体
レーザの性能を大幅に改善することにある。
電子又は正孔を空間的に閉じこめ、量子サイズ効果を生
じさせるには、ヘテロ界面による量子井戸を実現する方
法が、最も適している。しかしながら、ＭＢＥ法や、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用いて多次元のへテロ界面を形成すること
は極めて難しく、いまだ実現していない。本発明では、
■−■族化合物半導体の超格子における不純物誘起相互
拡散による混晶化を量子井戸用へテロ界面に利用するこ
とで、多次元量子井戸構造を得るものである。
じさせるには、ヘテロ界面による量子井戸を実現する方
法が、最も適している。しかしながら、ＭＢＥ法や、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用いて多次元のへテロ界面を形成すること
は極めて難しく、いまだ実現していない。本発明では、
■−■族化合物半導体の超格子における不純物誘起相互
拡散による混晶化を量子井戸用へテロ界面に利用するこ
とで、多次元量子井戸構造を得るものである。
以下実施例を用いて説明する。
実施例１
第１図において、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−Ｇａｏ
、４Ａ Ｑ １１．１ｌＡｓクラッド層（１，５μｍ）
２．アンドープＡ Ｑ Ａｓバリア層（２０人）３．ア
ンドープＧａＡｓ層（５０人）４．アンドープＧａｏ１
．Ａｆｌｏ、１Ａｓ（３０人）５を順次ＭＢＥ法で成長
後、試料を１、 Ｘ １０−”ｔｏｒｒ以下の超高真空
に保持したまま、集束イオンビーム型イオン打込装置へ
移送する。
、４Ａ Ｑ １１．１ｌＡｓクラッド層（１，５μｍ）
２．アンドープＡ Ｑ Ａｓバリア層（２０人）３．ア
ンドープＧａＡｓ層（５０人）４．アンドープＧａｏ１
．Ａｆｌｏ、１Ａｓ（３０人）５を順次ＭＢＥ法で成長
後、試料を１、 Ｘ １０−”ｔｏｒｒ以下の超高真空
に保持したまま、集束イオンビーム型イオン打込装置へ
移送する。
同程度の真空度を保ちながら、Ｇａイオン６を。
ビーム径１００人に絞って、上記試料に加速電圧５ ｋ
ｅ Ｖ 、電流密度２０ ｍ Ａ ／ ｃｄで打込む
。打込まれた領域で、Ｇａの濃度が５Ｘ１０１＆の部分
を７で示す。再びＭＢＥ室に戻した後、Ａｓソースを照
射しながら７００℃で３０分アニールした後、試料を外
部へとり出し、透過型電子顕微鏡で、試料の断面を観察
した。超薄膜へテロ構造３，４゜５がＧａイオンを打込
んだ領域で消失し、混晶化領域８が生じていた。非混晶
化領域では、量子井戸構造が残っており、井戸の部分９
の幅は５０人で、その両側は、ヘテロ構造が消えなから
混晶化していく遷移領域が５０人づつ存在していた。
ｅ Ｖ 、電流密度２０ ｍ Ａ ／ ｃｄで打込む
。打込まれた領域で、Ｇａの濃度が５Ｘ１０１＆の部分
を７で示す。再びＭＢＥ室に戻した後、Ａｓソースを照
射しながら７００℃で３０分アニールした後、試料を外
部へとり出し、透過型電子顕微鏡で、試料の断面を観察
した。超薄膜へテロ構造３，４゜５がＧａイオンを打込
んだ領域で消失し、混晶化領域８が生じていた。非混晶
化領域では、量子井戸構造が残っており、井戸の部分９
の幅は５０人で、その両側は、ヘテロ構造が消えなから
混晶化していく遷移領域が５０人づつ存在していた。
実施例２
第３図を用いて説明する。
実施例１で述べた方法を用いて、量子細線レーザを試作
した。ＭＢＥ法を用いて、ｎ −ＧａＡｓ基板１１上に
、ｎ ＧａＡｓバッファ層を２μｍ成長し、さらにｎ
−Ｇａｏ、４Ａ Ｑ ｏ 、１ｌＡｓクラッド層１２
を１．５μｍ、 ｎ−Ｇａ（１，７ＡＱｏ、ａＡｓ光ガ
イド層１３（０，３μｍ）、アンドープＧａＡｓ８９フ
層（２０人）。
した。ＭＢＥ法を用いて、ｎ −ＧａＡｓ基板１１上に
、ｎ ＧａＡｓバッファ層を２μｍ成長し、さらにｎ
−Ｇａｏ、４Ａ Ｑ ｏ 、１ｌＡｓクラッド層１２
を１．５μｍ、 ｎ−Ｇａ（１，７ＡＱｏ、ａＡｓ光ガ
イド層１３（０，３μｍ）、アンドープＧａＡｓ８９フ
層（２０人）。
アンドープＧａＡｓ量子井戸層（５０人）、アンドープ
Ａ Ｑ Ａｓバリア層（２０人） Ｈｐ Ｇａ１）、
７ＡＩｌｏ、ｉＡ８光ガイド層１４ （０，３μｍ）を
成長後、実施例１と同じ方法を用いてＧａイオンをスト
ライプ状に打込んだ後、ｐ −Ｇａｏ、、Ａ Ｑ ｌ］
、ＧＡ８Ａｓクラッド層１ （１，，５μｍ＞ ｒ
ｐ ＧａＡｓキャップ層１−６（０，３μｍ）を成長
した。
Ａ Ｑ Ａｓバリア層（２０人） Ｈｐ Ｇａ１）、
７ＡＩｌｏ、ｉＡ８光ガイド層１４ （０，３μｍ）を
成長後、実施例１と同じ方法を用いてＧａイオンをスト
ライプ状に打込んだ後、ｐ −Ｇａｏ、、Ａ Ｑ ｌ］
、ＧＡ８Ａｓクラッド層１ （１，，５μｍ＞ ｒ
ｐ ＧａＡｓキャップ層１−６（０，３μｍ）を成長
した。
通常のダブルへテロ型半導体レーザを作製する方法を用
いて、ｐ側、ｎ側の電極形成と、壁間による共振器の作
製を行った。第３図に、量子細線が見えるカッｌ−モデ
ルを図示した。この実施例では、打込後のアニールは、
ＭＢＥの成長を行うことで代行している。遷移領域も含
めて幅１００人。
いて、ｐ側、ｎ側の電極形成と、壁間による共振器の作
製を行った。第３図に、量子細線が見えるカッｌ−モデ
ルを図示した。この実施例では、打込後のアニールは、
ＭＢＥの成長を行うことで代行している。遷移領域も含
めて幅１００人。
厚さ５０人の量子細線が得られた。レーザ発振のしきい
値は、２ｍＡ、微分量子効率９０％のレーザが得られた
。
値は、２ｍＡ、微分量子効率９０％のレーザが得られた
。
実施例３
第４図を用いて説明する。
Ｉｎｏ、１＋＋Ｇａｏ 、８２Ａｓ／ ＧａＡｓ超格子
で実施例１に示した積層構造を作製し、ＡΩをイオンソ
ースとした直径１００人のイオンビームで、互に直交し
たＸ方向及びＸ方向の格子状の打込を行い、Ａｓ雰囲気
中で７５０℃でアニールを行った。Ａ、 Ｑイオンを打
込まなかった領域９は、１００Ｘ１００人の正方形状に
、ヘテロ構造が残っており、打込んだ領域８では、ヘテ
ロ界面が混晶化により、消失していることが透過電子線
顕微鏡による観率で明らかになった。
で実施例１に示した積層構造を作製し、ＡΩをイオンソ
ースとした直径１００人のイオンビームで、互に直交し
たＸ方向及びＸ方向の格子状の打込を行い、Ａｓ雰囲気
中で７５０℃でアニールを行った。Ａ、 Ｑイオンを打
込まなかった領域９は、１００Ｘ１００人の正方形状に
、ヘテロ構造が残っており、打込んだ領域８では、ヘテ
ロ界面が混晶化により、消失していることが透過電子線
顕微鏡による観率で明らかになった。
この方法により、第４図に示す様な５０Ｘ１００ｘｌＯ
Ｏ人の量子箱が実現できた。
Ｏ人の量子箱が実現できた。
実施例４
第５図を用いて説明する。
量子細線アレイの多層化を行った。ｎ−ＧａＡｓ基板上
にｎ Ｇａｎ 、４Ａ Ｉｔ ｏ １．、Ａｓクラッ
ド層、ｎ＝Ｇａｏ、、Ａ Ｑ 。、３Ａｓ光ガイド層２
．アンドープＡ（ＩＡｓバリア層（２０人）１８．アン
ドープＧａＡｓ層（５０人）１９．アンドープＧａｏ
、４Ａ ｎ ｎ 、ｌ＋Ａ８ （ｓ 。
にｎ Ｇａｎ 、４Ａ Ｉｔ ｏ １．、Ａｓクラッ
ド層、ｎ＝Ｇａｏ、、Ａ Ｑ 。、３Ａｓ光ガイド層２
．アンドープＡ（ＩＡｓバリア層（２０人）１８．アン
ドープＧａＡｓ層（５０人）１９．アンドープＧａｏ
、４Ａ ｎ ｎ 、ｌ＋Ａ８ （ｓ 。
人）２０をＭＢＥ法で成長後、超高真空に保持したまま
、イオン打込室でＧａ集東イオンビームを実施例１と同
様のパターンに打込み、ＭＢＥ室でさらにアンドープＧ
ａｏ 、６Ａ Ｑ ａ −４Ａ” （２０人）２１゜ア
ンドープＧａｏ、４Ａ Ｄ ｏ 、３Ａｓバリア層２０
人２２゜アンドープＧａＡｓ （５０人・）２３．アン
ドープＧａ、０．Ａ Ｑ ｏ、６Ａｓ （３０人）２４
を成長後、Ｇａイオンを前回と同様に打込み、ｐ−Ｇａ
ｏ、７Ａ ｆｌ Ｄ 、、Ａｓ光ガイド層層２５ 、
ｐ−Ｇａｏ、４ＡＱｏ、ｌｌＡｓクラッド層２６ｒ Ｐ
ＧａＡｓキャップ層を成長し、層１９゜２３におけ
る量子井戸構造を量子細線部９を多層的に残した。以下
通常のプロセスを用いて、半導体レーザを作り、電流注
入を行ってレーザ発振させた。レーザ発振のしきい値は
５ ｍ Ａ、 、レーザ出力４ｍＷが得られた。３ｍＷ
出力時の微少変調の周波数特性は、３ｄＢ領域で、１０
Ｇ Ｈｚであり、極めて高速変調が可能であることが
わかった。
、イオン打込室でＧａ集東イオンビームを実施例１と同
様のパターンに打込み、ＭＢＥ室でさらにアンドープＧ
ａｏ 、６Ａ Ｑ ａ −４Ａ” （２０人）２１゜ア
ンドープＧａｏ、４Ａ Ｄ ｏ 、３Ａｓバリア層２０
人２２゜アンドープＧａＡｓ （５０人・）２３．アン
ドープＧａ、０．Ａ Ｑ ｏ、６Ａｓ （３０人）２４
を成長後、Ｇａイオンを前回と同様に打込み、ｐ−Ｇａ
ｏ、７Ａ ｆｌ Ｄ 、、Ａｓ光ガイド層層２５ 、
ｐ−Ｇａｏ、４ＡＱｏ、ｌｌＡｓクラッド層２６ｒ Ｐ
ＧａＡｓキャップ層を成長し、層１９゜２３におけ
る量子井戸構造を量子細線部９を多層的に残した。以下
通常のプロセスを用いて、半導体レーザを作り、電流注
入を行ってレーザ発振させた。レーザ発振のしきい値は
５ ｍ Ａ、 、レーザ出力４ｍＷが得られた。３ｍＷ
出力時の微少変調の周波数特性は、３ｄＢ領域で、１０
Ｇ Ｈｚであり、極めて高速変調が可能であることが
わかった。
実施例５
第６〜８図を用いて説明する。
ｎ ＧａＡｓ基板１上に、Ｓｊを５ Ｘ １０１７Ｃ
Ｘｎ−３ドーピングした３層すなわちｎ Ｇａ６，４
Ａ Ｑ ６ 、ＧＡ８（３０人） ４３ 、 ｎ −Ｇ
ａＡｓ （１００人）４４゜ｎ Ｇａｌ＋、４Ａ Ｑ
ａ 、６Ａｓ （２０人）４５を成長し、直径５０
０人のＢｅ集束イオンビーム３４を打込み、領域３５を
作る。さらに、Ｓｉイオンを全面に打込み、領域３７の
Ｓｉイオンの濃度が、Ｉ×１０１１′（２）−３となる
様にする。Ａｓ圧下で８００℃でアニールを行い、領域
３８を混晶化する。Ｂｅイオン打込領域は、Ｂｅの濃度
が２ Ｘ １０１８ｃｎ−”以上の中心部の高濃度領域
のみ、混晶化が生じず、直径２００人の細い量子細線が
得られる。
Ｘｎ−３ドーピングした３層すなわちｎ Ｇａ６，４
Ａ Ｑ ６ 、ＧＡ８（３０人） ４３ 、 ｎ −Ｇ
ａＡｓ （１００人）４４゜ｎ Ｇａｌ＋、４Ａ Ｑ
ａ 、６Ａｓ （２０人）４５を成長し、直径５０
０人のＢｅ集束イオンビーム３４を打込み、領域３５を
作る。さらに、Ｓｉイオンを全面に打込み、領域３７の
Ｓｉイオンの濃度が、Ｉ×１０１１′（２）−３となる
様にする。Ａｓ圧下で８００℃でアニールを行い、領域
３８を混晶化する。Ｂｅイオン打込領域は、Ｂｅの濃度
が２ Ｘ １０１８ｃｎ−”以上の中心部の高濃度領域
のみ、混晶化が生じず、直径２００人の細い量子細線が
得られる。
実施例６
実施例４で述べた量子細線の多層化と、実施例３で述べ
た量子箱の作製法を組合せ、活性層部に多重量子箱を多
数有する量子箱レーザを作製した。
た量子箱の作製法を組合せ、活性層部に多重量子箱を多
数有する量子箱レーザを作製した。
レーザの共振器方向をｙ、結晶の成長方向を２゜両者に
重なる方向をＸとすると、量子箱の個数は、Ｘ方向に５
０個、Ｘ方向に１０，０００個、２方向に５個積層した
。多重量子箱を有する活性層以外は、実施例２と同様で
ある。
重なる方向をＸとすると、量子箱の個数は、Ｘ方向に５
０個、Ｘ方向に１０，０００個、２方向に５個積層した
。多重量子箱を有する活性層以外は、実施例２と同様で
ある。
レーザ発振のしきい値は、１１ ｍ Ａ 、微分量子効
率は９５％であった。しきい値の温度特性Ｔ。
率は９５％であった。しきい値の温度特性Ｔ。
は、５００にという優れた値を示し、高温の悪環境下で
も使用できることがわかった。
も使用できることがわかった。
実施例で述べたごとく、Ｇａ、Ｉｎ等を用いた超格子の
混晶化を利用した量子細線及び、量子箱の製造法は、一
次元量子閉じこめ祭行うのみである従来の畦子井戸型レ
ーザと比べ、発振しきい電流値で、】１５２発据発振い
値の温度特性で２〜３倍以」二の改善をもたらし、半導
体レーザの性能を大幅に改善した。
混晶化を利用した量子細線及び、量子箱の製造法は、一
次元量子閉じこめ祭行うのみである従来の畦子井戸型レ
ーザと比べ、発振しきい電流値で、】１５２発据発振い
値の温度特性で２〜３倍以」二の改善をもたらし、半導
体レーザの性能を大幅に改善した。
図面の＃ ＩＩな説明
第１図及び第２図は、Ｇａイオン打込による超格子の混
晶化を利用した量子細線作製法の概念を示した結晶断面
図、第３図は、量子細線レーザの構造図、第４図は、量
子箱の概念図、第５図は、多層量子細線の製法を示す結
晶の断面図、第６〜８図は、ＢｅとＳｉイオンによる歌
子細線製造法を示す結晶の断面図。
晶化を利用した量子細線作製法の概念を示した結晶断面
図、第３図は、量子細線レーザの構造図、第４図は、量
子箱の概念図、第５図は、多層量子細線の製法を示す結
晶の断面図、第６〜８図は、ＢｅとＳｉイオンによる歌
子細線製造法を示す結晶の断面図。
１．１１・・・基板、２，１．２．１５・・・クラッド
層、３・・・バリア層、４・・・ＧａＡ層、５・・・Ｇ
ａＡ Ｑ Ａｓ層、６．３４・・・イオンビーム、８・
・・混晶化領域、９・・・量子井戸層、１３．１４・・
・光ガイド層、３５゜３７．３８・・・領域。
層、３・・・バリア層、４・・・ＧａＡ層、５・・・Ｇ
ａＡ Ｑ Ａｓ層、６．３４・・・イオンビーム、８・
・・混晶化領域、９・・・量子井戸層、１３．１４・・
・光ガイド層、３５゜３７．３８・・・領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電子又は／及び正孔の波動函数に対し、２次元又は
、３次元的閉じこめを行つた多次元量子井戸構造の半導
体構造体に、少なくとも一方向の次元に対し、II族、I
II族、IV族に属する少なくとも一つの元素の混入により
誘起されたIII−Ｖ族超格子の構成原子の相互拡散によ
る混晶化領域を用いたことを特徴とする半導体構造体。 ２、電子又は／及び正孔の波動函数に対し、２次元又は
、３次元的閉じこめを行つた多次元量子井戸構造の半導
体構造体の製造方法において、Ｇａ又は／及びＩｎの集
束イオンビームを用いて混晶化領域を形成する工程を含
むことを特徴とした半導体構造体の製造方法。 ３、特許請求の範囲第２項において、選択的に上記混晶
化領域を形成する工程として、Ｂｅを相互拡散を生じさ
せない領域に選択的に打込み、残りの領域又は、全領域
にＳｉを打込むか、又はあらかじめＳｉを１×１０＾１
＾８ｃｍ＾−＾３以上ドーピングして成長しておきアニ
ール処理を行う工程を含むことを特徴とした半導体構造
体の製造方法。 ４、上記多次元量子井戸構造の一方向の閉じ込めが、I
II−Ｖ族超格子による量子井戸構造体に、それと直交す
る方向で、かつ一次元格子状に、集束イオンビームを走
査し、熱処理により、線状の超格子の相互拡散混晶化領
域を形成し、非混晶化領域が、格子状の量子細線アレイ
となる工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の半導体構造の製造方法。 ５、特許請求の範囲第４項において、集束イオンビーム
によるイオン打込の走査方向を少なくとも２個の異なる
方向に対し選ぶことで、非混晶化領域が、島状の量子箱
アレイとならしめる工程を含むことを特徴とする半導体
構造体の製造方法。 ６、特許請求の範囲第４もしくは５項において、上記量
子細線又は、上記量子箱を形成する工程が集束イオンビ
ームによる打込を行つた後、ＭＢＥ法又は、ＭＯＣＶＤ
法等で、さらに成長方向に対する量子井戸層を形成した
後、量子細線又は、量子箱を形成するためのイオン打込
の過程を繰返し、最後にアニール処理を一括して行い混
晶化する工程であることを特徴とする半導体構造体の製
造方法。 ７、上記半導体構造体を、これらの半導体の平均的屈折
率よりも小さい屈折率を持ち、かつ、多重量子井戸のエ
ネルギー・バンドギャップより大きいバンドギャップを
持つ半導体で、かつ、互に相異なる導電型を持つ２種の
半導体でサンドイッチ状にはさんで多重量子井戸層をレ
ーザ活性層として電流を注入する手段を付加させた半導
体レーザとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60175814A JPH07118560B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 半導体構造体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60175814A JPH07118560B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 半導体構造体とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6236886A true JPS6236886A (ja) | 1987-02-17 |
| JPH07118560B2 JPH07118560B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=16002695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60175814A Expired - Lifetime JPH07118560B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | 半導体構造体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07118560B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63136591A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-08 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60217690A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-10-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置およびその製造方法 |
| JPS60250684A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-11 | Nec Corp | ３次元量子井戸半導体レ−ザの作製方法 |
| JPS61236184A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ素子の製造方法 |
-
1985
- 1985-08-12 JP JP60175814A patent/JPH07118560B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60217690A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-10-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光半導体装置およびその製造方法 |
| JPS60250684A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-11 | Nec Corp | ３次元量子井戸半導体レ−ザの作製方法 |
| JPS61236184A (ja) * | 1985-04-12 | 1986-10-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ素子の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63136591A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-08 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07118560B2 (ja) | 1995-12-18 |
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