[go: up one dir, main page]

JPS63208296A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPS63208296A
JPS63208296A JP62042258A JP4225887A JPS63208296A JP S63208296 A JPS63208296 A JP S63208296A JP 62042258 A JP62042258 A JP 62042258A JP 4225887 A JP4225887 A JP 4225887A JP S63208296 A JPS63208296 A JP S63208296A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
substrate
gaas
quantum well
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP62042258A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Masafumi Kondo
雅文 近藤
Kousei Takahashi
向星 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP62042258A priority Critical patent/JPS63208296A/ja
Priority to EP88301563A priority patent/EP0281310B1/en
Priority to US07/159,797 priority patent/US4894836A/en
Publication of JPS63208296A publication Critical patent/JPS63208296A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/40—Crystalline structures
    • H10D62/405—Orientations of crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/81—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation
    • H10D62/815—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW]
    • H10D62/8161—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices
    • H10D62/8162—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation
    • H10D62/8164—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation comprising only semiconductor materials 
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/82—Heterojunctions
    • H10D62/824—Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Led Devices (AREA)

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】 く技術分野〉 本発明は一次元の量子効果を用いた高性能な発光ダイオ
ード、半導体レーザ、電界効果トランジスタ等の半導体
装置に関するものである。
〈従来技術〉 近年、半導体のエピタキシャル成長技術の進歩は著しく
、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法やＭＯ−ＣＶＤ（有
機金属気相成長）法を用いて、１０Ａ以下の単分子層オ
ーダーまでの極めて薄いエピタキシャル成長層の制御が
可能となっている。
このようなエピタキシャル成長技術の進歩は各種半導体
装置の分野においても、従来の液相エピタキシャル成長
（ＬＰＥ）法などでは困難であった極めて薄い層を有す
る素子構造に基づく量子効果を利用した半導体レーザが
その他の半導体装置の実現を可能とした。これらの半導
体装置は従来（１００）面方位の基板上に素子構造が形
成され、薄膜層を＜１００）方向に積層することにより
生ずる〈１００〉方向の一次元的な量子効果を利用した
ものであった。その代表的なものとして、ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ量子井戸（Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ　；略
してＱＷ）レーザがある。このＱ　Ｗレーザは従来の二
重へテロ接合（ＤＨ）レーザでは、数百＾以上あった活
性層厚を１００Ａ程度あるいはその以下とすることによ
って、活性層中に量子化準位が形成されることを利用し
ており、従来のＤＨレーザに比べて閾値電流が下がる、
温度特性が良い、あるいは過渡特性に優れている等の数
々の利点を有している。これに関する参考文献としては
次のようなものがある。
ｆｌｌ　　Ｗ、Ｔ、Ｔｓａｎｇ＋Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ。
ｖｏｌ、３９．ＮＯ，１０ｐＩ）、７８６（１９８１）
。
ｔ２１　　Ｎ、に、Ｄｕｔｔａ＋Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ、　５３　、
Ｎｏ、　１１　、ｐｐ、７２１１（１９８２）。
ｆ３１　　Ｈ，Ｉｗａｍｕｒａ＋Ｔ、５ａｋｕ＋Ｔ、ｌ
５ｈｉｂａｓｈｉ。
Ｋ、０ｔｓｕｋａ　、Ｙ、Ｈｏｒｉｋｏｓｈｉ　、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ＋　１９　
、Ｎｏ、　５　＋ｐｐ、１８０　（１９８３）。
また、基板面方位方向の一次元量子化を用いたもう一つ
の代表的な半導体装置として、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓ
界面に形成される２次元電子ガスの高移動度特性を利用
した電界効果トランジスタ（ＦＥＴ”）がある（Ｔ、Ｍ
ｉｍｕｒａ他、Ｊａｐａｎ−Ｊ−Ａｐｐｌ−Ｐｈｙｓ、
ｖｏｌ、１９．１９８０．ｐ、Ｌ２２５）。
更に、他の例として多重量子井戸中のエキシトンの電界
効果を用いた各種デバイスも開発されている。代表的な
ものに光変調器や光論理素子があり、これらの素子は厚
さ２００Ａ程度以下の量子井戸層に電子と正孔を一次元
的に閉じ込めることによって、室温においてもエキシト
ンが存在できるように改良し、このエキシトンの非線形
性を利用して動作特性を得るように構成されている（Ｄ
。
Ａ、Ｂ、Ｍｉ　Ｉ　Ｉｅｒ他：　ＩＥＥＥ、Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、
ｖｏｌ、ＱＥ−２１＋　ｐｐ、１４６２（１９８５）。
Ｓ、Ｔａｒｕｃｈａ他、　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、ｖｏｌ
、２４＋Ｎｏ、６＋ｐｐ、Ｌ４４２（１９８５）　、に
、Ｗａｋｉｔａ他＋　５ｕｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃｅ
ｖｏ１．１７４．ｐＩ）、２３３（１９８６））。
以上の半導体装置以外にも数分子層程度の異なる半導体
薄膜を交互に積層することにより形成される超格子の層
厚方向への一次元的な周期性に基づく量子効果を利用し
た各種デバイスの研究が進められている。
従来、これらの半導体装置は（１００）面方位を有する
基板上に形成されてきたため、用いる量子効果も＜１０
０＞方向へのキャリアの閉じ込めや量子化あるいは周期
性を用いてきた。一方、半導体の電子的なエネルギー構
造は結晶方位により大きく異なることはよく知られてお
り、一次元的な量子効果もその方向によって異なること
が考えられる。
〈発明の概要〉 本発明は、以上のような事情に鑑み、従来の（１００）
方向に比べてより大きな量子効果を実現することにより
特性を向上した半導体装置を提供することを目的とする
。
本発明者は従来の（１００）方向に比べて（１１１＞方
向においてより大きな量子効果が得られることを見出し
た。この量子効果の増大により、本発明の半導体装置は
（１１１）基板面上に素子構造を構成し、く１１１）方
向の量子効果を用いて（１００）面上の素子構造より特
性の優れた半導体装置を実現した。
〈実施例〉 第１図は本発明の第１の実施例を示す量子井戸構造のＧ
ＲＩＮ−３ＣＨ（Ｇｒｄｄｅｄ　−Ｉｎｄｅｘ　Ｓｅｐ
ａｒａｔｅＣｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ　）型半導体レーザの断面模式図である
。（１００）方向へ０．５度傾けた（１１１）Ｂ面方位
を有するｎ−ＧａＡｓ基板１（ドーパント：５ｉ−２Ｘ
１０１８α−３）上にｎ　　ＧａＡｓバッファ層２　（
Ｓ　ｉ　＝１０１８．ｔｙｐｔ　”、厚さ：０．５＃ｍ
）。ｎ　　Ａ　ｌ　ｖ　Ｇ　ａ　＋１Ａ　ｓグレーデッ
ドバッファ層３（混晶比Ｖは０．１から０．７迄厚さ方
向に連続して２乗分布で変化している）（ｓＩ＝１０　
　ｃｍ　　、０．２μｍ）、ｎ　　Ａ１１ｏ７Ｇａｏ３
Ａｓクラッド層４（Ｓ　１−１０　３　．１．４μｍ　
　）、アンドープＡ　ｌｘＧ　ａ　Ｈ，ｃＡ　ｓ　　Ｇ
ＲＩ　Ｎ層５（ｘは０．７から０．２迄２乗分布で変化
）（０，１５μｍ）、レーザ発振用活性層となるアンド
ープＧ　ａ　Ａ　ｓ量子井戸層６、アンドープＡ１！ｘ
Ｇａｌ、Ａｓ　　ＧＲＩＮ層７（ｘは０．２から０．７
迄２乗分布で変化）　（０，１５ｐｍ）、ｐ　　Ａ　７
１’０．７　Ｇ　ａ　Ｏ，３Ａ　ｓクラッド層８（Ｂ　
ｅ　＝　５　Ｘ１０１７備−３、ｌｐｍ）、ｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層９（Ｂｅ＝２×１０　　ａｘ　　、０．５
μｍ　）をＭＢＥ法により連続的に成長させる。成長温
度は７２０℃、Ｖ／■族フラックス比は２である。成長
速度はＡｌｏ、７Ｇａｏ、３Ａｓクラッド層４．８にお
いて１．４ｐｍ／ｈとした。基板１側にＡ　ｕ　Ｇ　ｅ
　／Ｎ　ｉ　／Ａ　ｕ　　から成るｎ側電極１０、キャ
ップ層９側にＡｕＺｎ／Ａｕから成るｎ側電極１１を蒸
着法等で形成した後壁間して共振器長４９０μｍの素子
に分割することにより全面電極半導体レーザ素子が作製
される。基板面方位を０．５度傾けた理由は成長層の結
晶性を最も良好なものとするためである。以上により量
子井戸層６のエネルギー障壁はｘ　＝　０．２に対応し
て充容な値となりかつ液晶比差０．７−０．２　＝　０
．５に対応した大きな屈折率変化により量子井戸層６へ
の光の集束も大きくなって低閾値化が図られる。
尚、比較の為、ＭＢＥ成長時に通常の（１００）面方位
を有するｎ　　ＧａＡｓ基板（Ｓｉ＝２Ｘ１０１８ｔＭ
　”　）　’４’Ｍ　ｏ　７’　ｏ　ツクｆｃ貼す付ケ
、（１１１）基板と同時に同様の半導体レーザ素子を成
長させた。
このようにして異なる量子井戸幅Ｌｚを有するし一ザ素
子がＭＢＥ法で得られる。第２図にこれらのレーザ発振
閾値電流密度ＪｔｈとそのＬｚ依存性を示す。（１１１
）面上の素子（○印）は（１００）面上の素子（・印）
と比べて全てのＬｚにおいてＪｔｈが低いばかりでなく
、Ｌｚ依存性が極めて小さくなっている。これは＜１１
１＞方向の量子井戸層６が＜１００＞方向のものに比べ
て１桁以上発光効率が高いことに起因している。（１１
１）面上のＪｔｈのＬｚ依存性は量子井戸層６内で直接
遷移のＦ点の発光再結合が間接遷移のム点の再結合に比
べて極めて効率の高い場合の計算結果と良く一致してい
る。尚、理論計算値については、Ａ。
Ｓｕｇｉｍｕｒａ、Ｆｉｇ、４＋ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　
ｖｏｌ、ＱＥ　２０　、Ｎｏ、４．ｐｐ、３３９（１９
８４）　にその解説がある。
次に本発明の第２の実施例として上記実施例と同様の構
造を有するＧＲＩＮ　ＳＣＨ型量子井戸レーザなＭＯ−
ＣＶＤ法により成長形成した場合について説明する。（
１１１）Ｂ面（面方位誤差±０．１度以内）、と（１０
０）方向に２度傾けた（１１１）Ｂ面を有するｎ−Ｇａ
Ａｓ基板（ｓｉ＝２×１０１８ｎ−８ドープ）上にＭＯ
−ＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓバッファ層（Ｓｅ−１０
Ｉ８ｃＩＲ−３，０，５μｍ）、ｎ−Ａ　１ｏ７Ｇ　ａ
Ｏ，３Ａ　ｓクラッド層（Ｓｅ：１０１８　ａｘ刊、１
．５ｐｍ）、アンドープＡ　ｌｘ　Ｇ　ａ　１１Ａ　ｓ
　　Ｇ　ＲＩ　Ｎ層（Ｘは０．７から０．２迄２乗分布
で変化）（０，１５μｍ）、レーザ発振用活性層となる
アンドープＧａＡｓ量子井戸層、アンドープＡｌｘＧａ
１１ＡｓＧＲＩＮ層（Ｘは０．２から０．７迄２乗分布
で変化）（０，１５ｐｍ）、ｐＡｌＯｙＧａｏ、ＢＡｓ
クラッド層（Ｚｎ＝５Ｘ１０１７ｃＩＩＩ−８％ｌ／Ａ
ｍ　）、ｐ−ＧａＡｓキｆｆ？／プ層（Ｚｎ＝２×１０
１１０１８ｃ、０．５ｐｍ）大順次連続成長する。成長
条件は基板温度７８０℃で常圧下に設定した。量子井戸
幅Ｌｚの異なる素子の成長させ、共振器長４９０μｍの
全面電極素子としてそのＪｔｈを測定したところ（１１
１）Ｂ面と２度オフの（１１１）Ｂ面でＪｔｈは変わら
なかった。第２図に（×）印で本実施例のＪｔｈのＬｚ
依存性を示す。第１の実施例と同様にＬｚ依存性は小さ
く、＜１１１）方向の量子効果が現われている。なお、
ＭＯ−ＣＶＤ法では種々の条件で検討した結果ＭＢＥ法
に比べてより広い面の傾きの範囲で高品質のＡ　Ｉ　Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ　膜が得られることが判明した。
第３図は本発明の第３の実施例を示す量子井戸型電界効
果光変調器の断面模式図である。（１１１）Ｂ面方位を
有するｎ−ＧａＡｓ基板２１上に、ｎ−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
バッファ層２２（Ｓｅ＝１０”’ｎ−３，０，５ｐｍ　
）、”　　Ａ　１０．７Ｇ　ａｏ、ＢＡ　Ｓクラッド層
２３（Ｓｅ＝　１０１８　ｃＩｌｌ−１１，１μｍ）、
ノンドープ多重量子井戸層２４（１００Ａ厚ＧａＡｓ量
子井戸層を１Ｇ層と１０ＯＡ厚Ａ　Ｉ。、７Ｇ　ａｏ、
３Ａ　ｓバリア層を９層それぞれ交互に積層したもの）
、ｐ　　Ａ　ｊ？ｏ、７　Ｇ　ａＯ，３Ａ　ｓクラッド
層２５（Ｚｎ＝５Ｘ１０　　ＣＭ　　、ｌｕｍ　）、ｐ
−ＧａＡｓキャップ層２６　（Ｚｎ＝２Ｘ１０１８ａ−
３，０，２μｍ）を常圧ＭＯ−ＣＶＤ法により成長させ
る。成長温度は７゛８０℃とした。基板２１とキャッフ
゛層２６の中央部を円形にエツチング除去して基板２１
側にＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　／Ｎ　ｉ　／Ａ　ｕ　　のｎ側電
極２７、キャップ層２６側にＡ　ｕ　Ｚ　ｎ　／Ａ　ｕ
のｎ側電極２８を蒸着形成し電界効果素子とする。尚、
ＭＯ−ＣＶＤ成長時に（１００）面方位のｎ−ＧａＡｓ
基板（Ｓｉ＝２Ｘ１０１８３−８）を同一サセプター上
に置いて同一素子構造を同時に作製しその特性を比較し
た。
第４図はこれらの素子の無バイアス時とＩＯＶ逆バイア
ス印加時の透過スペクトルを比較したものである。実線
で示す（１１１）面上の本実施例に係る素子は破線で示
す従来の（１００）面上の素子と比較してエトキシによ
る吸収ピークが強く現われており、逆バイアス印加時の
幅が拡がりが小さく、電界をかけてもエキシトンがこわ
れにくいことを示している。これは＜１１１）方向の量
子井戸内のエキシトンの束縛エネルギーが＜１００＞方
向のものに比べて大きいことを示している。この変調器
をλｏ＝８６０ｎｍの動作波長を用いて使用する場合、
本実施例では従来の（１００）面上のものに比べて、１
０％以上大きな変調度が得られる。この素子における動
作特性の向上は電界印加時のエトキシ吸収の増大による
ものであるから、同種の動作原理を用いた種々の素子例
えばり、。
Ａ、Ｂ、Ｍｉｌｌｅｒ、５ｕｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃ
ｅ、ｖｏｌ、１７４＋ｐｐ−２２１（１９８６）に示さ
れているものに本実施例を適用することにより特性は大
幅に改善される。
本発明の第４の実施例として変調ドープ構造半導体素子
の断面模式図を第５図に示す。（１００）方位へ０．５
度傾けた（１１１）Ｂ面方位を有する半絶縁性Ｇａ　Ａ
ｓ基板３１上にアンドープＧａＡｓ層３２（１μｍ）、
アンドープＡ　ｌＯ，３Ｇ　ａｏ、７Ａ　Ｓ、スペーサ
層３３（２００Ａ）、ｎ　　Ａ　ｌ０ＢＧ　ａＯ，７Ａ
　ｓキャリア供給層３４　（Ｓ　ｉ　＝１０１８　ｒａ
、０、ｌＰｍ）、ｎ−ＧａＡｓキ’ｒｙプ層３５　（Ｓ
　ｉ　＝１０１８ｔｙｘ−１０，１μｍ）をＭＢＥ法に
より連続的に成長させ、本実施例の素子構造を形成する
。成長温度は６９０℃、Ｖ／ｆｆｌ族フラッタフラック
ス比る。成長速度はＡ　ｌｏ、３Ｇ　”０．７Ａｓ層で
１．４μｍ／ｈである。尚、成長時に（１００）方位を
有する半絶縁性ＧａＡｓ基板をＭｏブロック上に並置し
て同時に同一素子構造を成長させ、本実施例との比較を
行なった。３００にと７７Ｋにおいてホール測定により
電子移動度の測定を行なった結果、本実施例の（１１１
）面の場合には３００．０００ｉ／Ｖ−５（７７Ｋ）、
１１．０００ｃ１４／ｖＩＩＳ（３００Ｋ）が得られた
が、従来の（１００）面上の場合は２００，０００ｉ／
Ｖ＠５（７７Ｋ）、６．５００ｃｎ／Ｖ＠５（３００Ｋ
）　　で低移動度であった。
以上の実施例においては、半導体装置として量子井戸レ
ーザ、光変調部、変調ドープ構造についてのみ詳説した
が、本発明はこれらの装置にのみ限定されるものではな
く、少なくとも１次元的な量子効果を用いたあらゆる半
導体装置に適用することが可能である。例えば上記以外
に本発明が適用される半導体装置としては２つの異なる
半導体薄膜を交互に積層することによって成長層厚方向
に周期性を付与し、エネルギーバンド構造を変化　。
させた超格子構造を用いる半導体レーザ等の各種の半導
体装置がある（　Ｌ、Ｅｓａｋｉ、ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒ
ｎａｌｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
、ｖｏｌ＋ＱＥ　　２２＋Ｎｏ。
９、ｐｐ、１６１１（１９８６））。
また基板の方位も８面に限らず、Ａ面を用いても＜１１
１）方向の量子化は可能である。更に成長方法によって
（１１１）面に対して方位ずれの無い面や数度ずれた面
を用いて、その成長法に最適な面を用いれば良く、数度
ずらしても基本的には＜１１１＞方向の量子化を得るこ
とができる。
基板の種類もＧ　ａ　Ａ　ｓに限らず、積層する半導体
に合わせてＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＳｂ、Ｇａ
Ｓｂ等の各種の基板を用いることが可能である。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明によれば、一次元的な量子効
果を従来に比べて著しく増大させることにより、この量
子効果を用いた半導体装置の特性を向上させることがで
き、極めて有用な技術となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例である量子井戸型半導体
レーザの断面模式図である。 第２図は第１図に示す半導体レーザの閾値電流密度の量
子井戸幅依存性を従来の半導体レーザと比較した特性図
である。 第３図は本発明の第３の実施例である多重量子井戸型光
変調器の断面模式図である。 第４図は第３図に示す光度変調器の透過スペクトルの印
加電圧依存性を従来の光変調器と比較した特性図である
。 第５図は本発明の第４の実施例である変調ビー１構造半
導体素子の断面模式図である。 １　＋　２１　：　ｎ−ＧａＡｓ基板、２，２２：ｎ−
バッファ層、３：ｎ−グレーデッドバッファ層、４．２
３：ｎ−クラッド層、５：ＧＲＩＮ層、６：量子井戸層
、７：ＧＲＩＮ層、８，２５：ｐ−クラッド層、９，２
６：ｐ−キャップ層、１０．２７：ｎ側電極、１１，２
８：ｐ側電極、２４：多重量子井戸層、３１：半絶縁性
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ・基板、３２　：　ＧａＡｓ層、３３ニ
スペ一サ層、３４：ｎ−キャリア供給層、３５：ｎ−キ
ャップ層。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）童子共ｆ’
＠　：Ｌｚ　（〆） 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、素子構造が積層された基板の面方位の方向の一次元
    量子効果を用いた半導体装置において、前記基板の面方
    位が基本的に（１１１）であることを特徴とする半導体
    装置。 ２、前記基板がＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ
    、ＧａＰまたはＩｎＳｂより成る特許請求の範囲第１項
    記載の半導体装置。 ３、前記一次元量子効果が量子井戸構造あるいは超格子
    構造によるものである特許請求の範囲第１項記載の半導
    体装置。 ４、前記一次元量子効果が変調ドーピングを用いたヘテ
    ロ接合によるものである特許請求の範囲第１項記載の半
    導体装置。
JP62042258A 1987-02-24 1987-02-24 半導体装置 Pending JPS63208296A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62042258A JPS63208296A (ja) 1987-02-24 1987-02-24 半導体装置
EP88301563A EP0281310B1 (en) 1987-02-24 1988-02-24 Heterostructure semiconductor devices
US07/159,797 US4894836A (en) 1987-02-24 1988-02-24 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62042258A JPS63208296A (ja) 1987-02-24 1987-02-24 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63208296A true JPS63208296A (ja) 1988-08-29

Family

ID=12631006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62042258A Pending JPS63208296A (ja) 1987-02-24 1987-02-24 半導体装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4894836A (ja)
EP (1) EP0281310B1 (ja)
JP (1) JPS63208296A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02302718A (ja) * 1989-05-18 1990-12-14 Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk 量子井戸構造を有する半導体光素子
US5001522A (en) * 1987-11-20 1991-03-19 Sharp Kabushiki Kaisha Optical semiconductor device
JPH04247670A (ja) * 1990-10-04 1992-09-03 Telefunken Electronic Gmbh 半導体装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5204284A (en) * 1989-01-19 1993-04-20 Hewlett-Packard Company Method of making a high band-gap opto-electronic device
US5060028A (en) * 1989-01-19 1991-10-22 Hewlett-Packard Company High band-gap opto-electronic device
JPH039515A (ja) * 1989-06-07 1991-01-17 Sharp Corp 半導体装置
JPH0327578A (ja) * 1989-06-23 1991-02-05 Eastman Kodatsuku Japan Kk 発光ダイオ―ドアレイ
EP0528439B1 (en) * 1991-08-21 1995-01-25 Nec Corporation Semiconductor laser
JPH05160515A (ja) * 1991-12-04 1993-06-25 Eastman Kodak Japan Kk 量子井戸型レーザダイオード
JP2002009401A (ja) * 2000-06-16 2002-01-11 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ素子
US20020114366A1 (en) * 2000-12-26 2002-08-22 Junji Yoshida Semiconductor laser device
US7593447B2 (en) * 2004-07-12 2009-09-22 Santanu Basu Rotary disk laser module
JP4780993B2 (ja) * 2005-03-31 2011-09-28 三洋電機株式会社 半導体レーザ素子およびその製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167297A (ja) * 1986-01-16 1987-07-23 Nec Corp エピタキシヤル結晶

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1378128A (en) * 1973-06-26 1974-12-18 Alferov Z I Semiconductor laser
JPS5826834B2 (ja) * 1979-09-28 1983-06-06 株式会社日立製作所 半導体レ−ザ−装置
JPS5710992A (en) * 1980-06-24 1982-01-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device and manufacture therefor
JPS5726487A (en) * 1980-07-23 1982-02-12 Hitachi Ltd Semiconductor laser device
US4481631A (en) * 1981-06-12 1984-11-06 At&T Bell Laboratories Loss stabilized buried heterostructure laser
GB2105099B (en) * 1981-07-02 1985-06-12 Standard Telephones Cables Ltd Injection laser
US4416012A (en) * 1981-11-19 1983-11-15 Rca Corporation W-Guide buried heterostructure laser
JPS59104189A (ja) * 1982-12-07 1984-06-15 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 半導体レ−ザ
US4512022A (en) * 1982-07-13 1985-04-16 At&T Bell Laboratories Semiconductor laser having graded index waveguide
JPS5948976A (ja) * 1982-09-14 1984-03-21 Nec Corp 半導体レ−ザ
NL8301745A (nl) * 1983-05-17 1984-12-17 Philips Nv Halfgeleiderinrichting.
JPS6014482A (ja) * 1983-07-04 1985-01-25 Toshiba Corp 半導体レ−ザ装置
US4777517A (en) * 1984-11-29 1988-10-11 Fujitsu Limited Compound semiconductor integrated circuit device
JPS61207090A (ja) * 1985-03-12 1986-09-13 Fujitsu Ltd 半導体発光装置
US4706255A (en) * 1985-05-20 1987-11-10 Xerox Corporation Phased array semiconductor laser with preferred emission in the fundamental supermode
JPS6218082A (ja) * 1985-07-16 1987-01-27 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
CA1279394C (en) * 1985-07-26 1991-01-22 Naoki Chinone Multiple quantum well type semiconductor laser
JPS6267890A (ja) * 1985-09-20 1987-03-27 Hitachi Ltd 半導体レ−ザ
JPS6273687A (ja) * 1985-09-26 1987-04-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体レ−ザ装置
JPS62193192A (ja) * 1986-02-19 1987-08-25 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167297A (ja) * 1986-01-16 1987-07-23 Nec Corp エピタキシヤル結晶

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5001522A (en) * 1987-11-20 1991-03-19 Sharp Kabushiki Kaisha Optical semiconductor device
JPH02302718A (ja) * 1989-05-18 1990-12-14 Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk 量子井戸構造を有する半導体光素子
JPH04247670A (ja) * 1990-10-04 1992-09-03 Telefunken Electronic Gmbh 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0281310B1 (en) 1997-05-02
EP0281310A3 (en) 1990-07-25
US4894836A (en) 1990-01-16
EP0281310A2 (en) 1988-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shoji et al. Room temperature CW operation at the ground state of self-formed quantum dot lasers with multi-stacked dot layer
US7015498B2 (en) Quantum optical semiconductor device
EP0661782B1 (en) A semiconductor laser
Shoji et al. Lasing characteristics of self-formed quantum-dot lasers with multistacked dot layer
JP3189791B2 (ja) 半導体レーザ
JPS62193192A (ja) 半導体レ−ザ素子
JPH0418476B2 (ja)
US5619518A (en) Semiconductor laser diode
JPS63208296A (ja) 半導体装置
US7683392B2 (en) Semiconductor device with anisotropy-relaxed quantum dots
JPH05283791A (ja) 面発光型半導体レーザ
JPH09298341A (ja) 半導体レーザ素子
US5027169A (en) Semiconductor device with substrate misorientation
JPS62188295A (ja) 半導体レ−ザ素子
JPH0774431A (ja) 半導体光素子
JPS6298690A (ja) 半導体レ−ザ素子及びその製造方法
JP3829153B2 (ja) 光半導体装置
JP3768790B2 (ja) 量子ドット構造体及びそれを有する半導体デバイス装置
JP2002368342A (ja) 多重量子井戸半導体素子
JPH0473610B2 (ja)
JPH0794822A (ja) 半導体発光素子
JP2682474B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP3033333B2 (ja) 半導体レーザ素子
JP4100817B2 (ja) 半導体発光素子
JPH04263483A (ja) 歪量子井戸半導体構造