JPH0384982A - 量子細線構造の製造方法 - Google Patents
量子細線構造の製造方法Info
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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。
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〕
本発明は高発光効率を有する量子細線構造の製造方法に
関し、特に選択的に無秩序化された量子細線構造の製造
方法に関する。
関し、特に選択的に無秩序化された量子細線構造の製造
方法に関する。
従来から不純物を導入することにより量子井戸構造が無
秩序化して混晶となることが知られているが、これを利
用した量子細線構造の製造方法の一例がフィジカルレビ
ａ−（Ｐｈｙｓ、ＲｅＶ、）誌の１９８８年、３３７巻
、２７７４頁に報告されている。この製造方法において
はｓ Ａ Ａ’ Ｇ ａ Ａ ｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓ量
子井戸構造に集束イオンビームを用いてＧａイオンを幅
約１１００ｎのストライプ状に注入し、その後熱処理を
処こすことによりＧａイオン注入領域の量子井戸構造の
みを選択的に無秩序化する製造方法となっている。
秩序化して混晶となることが知られているが、これを利
用した量子細線構造の製造方法の一例がフィジカルレビ
ａ−（Ｐｈｙｓ、ＲｅＶ、）誌の１９８８年、３３７巻
、２７７４頁に報告されている。この製造方法において
はｓ Ａ Ａ’ Ｇ ａ Ａ ｓ／ Ｇ ａ Ａ ｓ量
子井戸構造に集束イオンビームを用いてＧａイオンを幅
約１１００ｎのストライプ状に注入し、その後熱処理を
処こすことによりＧａイオン注入領域の量子井戸構造の
みを選択的に無秩序化する製造方法となっている。
しかしながら上述した量子細線構造の製造方法において
は、イオン注入による損傷が大きいため半導体レーザ等
に利用すると発光効率が低いという問題点があった。ま
た、イオン注入後の熱処理により注入Ｇａ原子が拡散し
、不純物導入領域の幅が広がるが、この幅の制御性が悪
いという問題点があった。
は、イオン注入による損傷が大きいため半導体レーザ等
に利用すると発光効率が低いという問題点があった。ま
た、イオン注入後の熱処理により注入Ｇａ原子が拡散し
、不純物導入領域の幅が広がるが、この幅の制御性が悪
いという問題点があった。
本発明の目的は、量子井戸構造を無秩序化する時の損傷
が小さく、しかも不純物導入領域の幅の制御性がよい良
質の量子細線構造の製造方法を提供することにある。
が小さく、しかも不純物導入領域の幅の制御性がよい良
質の量子細線構造の製造方法を提供することにある。
本発明は、量子井戸構造と量子井戸構造が無秩序化され
てある構造とを持つ量子細線構造の製造方法において、
半導体基板上に第１の半導体層を形成する工程と、この
第１の半導体層の上に少くとも１つの量子井戸を含む量
子井戸構造を形成する工程と、この量子井戸構造の上に
拡散制御層を形成する工程と、該拡散制御層をストライ
プ状に加工する工程と、該拡散制御層の上に少くとも第
２の半導体層を形成する工程と、該第２の半導体層を介
して不純物を前記量子井戸構造中まで導入する工程とを
少くとも含み、前記拡散制御層が前記第２の半導体層に
おける不純物拡散速度よりも小さい不純物拡散速度を有
する結晶材料からなることを特徴とする量子細線構造の
製造方法である。
てある構造とを持つ量子細線構造の製造方法において、
半導体基板上に第１の半導体層を形成する工程と、この
第１の半導体層の上に少くとも１つの量子井戸を含む量
子井戸構造を形成する工程と、この量子井戸構造の上に
拡散制御層を形成する工程と、該拡散制御層をストライ
プ状に加工する工程と、該拡散制御層の上に少くとも第
２の半導体層を形成する工程と、該第２の半導体層を介
して不純物を前記量子井戸構造中まで導入する工程とを
少くとも含み、前記拡散制御層が前記第２の半導体層に
おける不純物拡散速度よりも小さい不純物拡散速度を有
する結晶材料からなることを特徴とする量子細線構造の
製造方法である。
一般に拡散速度は結晶材料に依存する。例えば、Ａｎｚ
Ｇａ＋−ｘＡｓ混晶にＺｎを拡散する場合に混晶比ｘ＝
０とｘ ＝ ０．７とでは７倍の拡散速度の違いがある
。従って組成を選択することによって拡散を抑制する拡
散制御層を実現出来る。従ってこの拡散制御層を幅１１
００ｎ以下のストライプ状に加工することにより量子細
線構造を形成することが出来る。この方法により面内方
向の拡散量は量子移動閉じ込め層の厚さで制御すること
が出来るので量子細線構造を制御性よく形成することが
出来る。
Ｇａ＋−ｘＡｓ混晶にＺｎを拡散する場合に混晶比ｘ＝
０とｘ ＝ ０．７とでは７倍の拡散速度の違いがある
。従って組成を選択することによって拡散を抑制する拡
散制御層を実現出来る。従ってこの拡散制御層を幅１１
００ｎ以下のストライプ状に加工することにより量子細
線構造を形成することが出来る。この方法により面内方
向の拡散量は量子移動閉じ込め層の厚さで制御すること
が出来るので量子細線構造を制御性よく形成することが
出来る。
また、不純物拡散は上側閉じ込め層を通して行えばよい
ので、量子井戸構造における不純物濃度は成長表面での
不純物濃度に比べ２〜３桁小さく出来るので量子井戸層
の結晶性の劣化をまねかずに量子細線構造を形成するこ
とが出来る。
ので、量子井戸構造における不純物濃度は成長表面での
不純物濃度に比べ２〜３桁小さく出来るので量子井戸層
の結晶性の劣化をまねかずに量子細線構造を形成するこ
とが出来る。
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。第１図は本発明の一実施例を説明するための量
子細線構造を有する半導体レーザの断面図である。
明する。第１図は本発明の一実施例を説明するための量
子細線構造を有する半導体レーザの断面図である。
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に第１のクラッド層として
ＡＡ組成比ｘ１が約０．５〜０．８である。
ＡＡ組成比ｘ１が約０．５〜０．８である。
Ａ［□Ｇ ａ 、−、、Ａ ｓからなるｎ型クラッド層
２を約１〜３μｍ形成する０次にこのｎ型クラッド層２
の上に厚さが約１０〜１０００人でＡｎ組成比ｙ１が約
０．１〜０．４であるｎ型のＡＩ２．＋Ｇａ、−，、Ａ
ｓ閉じ込め層１０と、厚さ約１００人のＧａＡｓで成る
量子井戸１１と、厚さが約１０〜１０００人でＡｉ組成
比ｙ２が約０．１〜０．４であるｐ型のＡ ｆ ７２
Ｇ ａ ＋−ｙｔ Ａ ｓ閉じ込め層１２とからなる量
子井戸構造３を形成する。この量子井戸構造３の上にＡ
Ｉ！組成比２が約０．０５〜０．２であるｐ型のＡｃＧ
ａ＋−１Ａｓ層を厚さ約５０〜１０００人形成する。こ
れまでの工程は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の結
晶成長法を用いて行う。次に、前記ｐ型Ａ ｊ！ Ｋ
Ｇ ＆ １−＊ Ａ ８層を幅約１００〜１０００人の
ストライプ状に加工し、拡散制御層４を形成する（第１
図（ａ））。これは例えば塩素ガス雰囲気中でビーム径
を約１００人に集束させた電子ビームを照射すること（
電子ビームアシストエツチング法）により形成出来る。
２を約１〜３μｍ形成する０次にこのｎ型クラッド層２
の上に厚さが約１０〜１０００人でＡｎ組成比ｙ１が約
０．１〜０．４であるｎ型のＡＩ２．＋Ｇａ、−，、Ａ
ｓ閉じ込め層１０と、厚さ約１００人のＧａＡｓで成る
量子井戸１１と、厚さが約１０〜１０００人でＡｉ組成
比ｙ２が約０．１〜０．４であるｐ型のＡ ｆ ７２
Ｇ ａ ＋−ｙｔ Ａ ｓ閉じ込め層１２とからなる量
子井戸構造３を形成する。この量子井戸構造３の上にＡ
Ｉ！組成比２が約０．０５〜０．２であるｐ型のＡｃＧ
ａ＋−１Ａｓ層を厚さ約５０〜１０００人形成する。こ
れまでの工程は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の結
晶成長法を用いて行う。次に、前記ｐ型Ａ ｊ！ Ｋ
Ｇ ＆ １−＊ Ａ ８層を幅約１００〜１０００人の
ストライプ状に加工し、拡散制御層４を形成する（第１
図（ａ））。これは例えば塩素ガス雰囲気中でビーム径
を約１００人に集束させた電子ビームを照射すること（
電子ビームアシストエツチング法）により形成出来る。
その後、再びＭＢＥ法等を用いてＡｆ組成比ｘ２が約０
．５〜０．８であるｐ型のＡＡ、□Ｇ ＆ Ｉ−ｘ２
Ａ ｓ層からなるｐ型りラッド層５を約１〜３μｍ形成
する。このｐ型りラッド層５の上にｐ型のＧ ａ Ａ
ｓキャップ層６を約１０００〜５０００人形成する。
．５〜０．８であるｐ型のＡＡ、□Ｇ ＆ Ｉ−ｘ２
Ａ ｓ層からなるｐ型りラッド層５を約１〜３μｍ形成
する。このｐ型りラッド層５の上にｐ型のＧ ａ Ａ
ｓキャップ層６を約１０００〜５０００人形成する。
次に、成長基板を成長室から取り出し、その後不純物と
してＺｎを量子井戸構造３に達するまで拡散する。この
時拡散制御層４のＡｉ７組成比２がｐ型りラッド層５の
Ａｉ組成比ｘ２より小さいため、拡散制御層４中でのＺ
ｎの拡散速度はｐ型クラッド層５中でのＺｎの拡散速度
に比べて遅くなる（Ｚ＝０．０５． ｘ ２＝０．７の
場合約１／７となる）。従って拡散制御層４は、Ｚｎ拡
散をマスクとして作用し、拡散制御層４の直下に位置す
る量子井戸構造３にはＺｎが達し得す、無秩序化しない
ため量子細線構造７が形成される（第１図（ｂ））。こ
の時成長層表面に水平方向の拡散量は、ｐ型閉じ込め層
１２の厚さ、すなわち拡散制御層４と量子井戸間の層厚
で決まる。従ってｐ型閉じ込め層１２の厚さを１００Ｏ
Ａ以下に設定する事によって、拡散の水平床がりをそれ
以下に抑える事が出来るため、量子細線構造を制御性良
く形成することが出来る。また、この時の拡散はｐ型ク
ラッド層５を通して行うので活性層となる量子井戸構造
３における不純物濃度は成長層表面における不純物濃度
よりも２〜３桁小さくなる。従って量子井戸構造３０発
光部の結晶性の劣化をまねくことなく量子細線構造７を
形成することが出来る。
してＺｎを量子井戸構造３に達するまで拡散する。この
時拡散制御層４のＡｉ７組成比２がｐ型りラッド層５の
Ａｉ組成比ｘ２より小さいため、拡散制御層４中でのＺ
ｎの拡散速度はｐ型クラッド層５中でのＺｎの拡散速度
に比べて遅くなる（Ｚ＝０．０５． ｘ ２＝０．７の
場合約１／７となる）。従って拡散制御層４は、Ｚｎ拡
散をマスクとして作用し、拡散制御層４の直下に位置す
る量子井戸構造３にはＺｎが達し得す、無秩序化しない
ため量子細線構造７が形成される（第１図（ｂ））。こ
の時成長層表面に水平方向の拡散量は、ｐ型閉じ込め層
１２の厚さ、すなわち拡散制御層４と量子井戸間の層厚
で決まる。従ってｐ型閉じ込め層１２の厚さを１００Ｏ
Ａ以下に設定する事によって、拡散の水平床がりをそれ
以下に抑える事が出来るため、量子細線構造を制御性良
く形成することが出来る。また、この時の拡散はｐ型ク
ラッド層５を通して行うので活性層となる量子井戸構造
３における不純物濃度は成長層表面における不純物濃度
よりも２〜３桁小さくなる。従って量子井戸構造３０発
光部の結晶性の劣化をまねくことなく量子細線構造７を
形成することが出来る。
また、拡散制御層４のＡＩ！組成比を約０．０５以上と
することにより拡散制御層４のバンドギャップを量子井
戸構造３を構成する量子井戸１１の最低準位間エネルギ
ーよりも大きくすることが出来る。
することにより拡散制御層４のバンドギャップを量子井
戸構造３を構成する量子井戸１１の最低準位間エネルギ
ーよりも大きくすることが出来る。
従って量子井戸構造３で発光した光は拡散制御層４で吸
収される。そのため導波損失の増大等によるレーザ特性
の劣化は生じ得ない。最後にｐ型電極８としてＣｒ／Ａ
ｕをｎ型電極９としてＡｕＧｅＮｉ／ＡｕＮｉを形成し
た後、へき開により共振器端面を形成することにより第
１図（ｂ）に示す半導体レーザが完成する。
収される。そのため導波損失の増大等によるレーザ特性
の劣化は生じ得ない。最後にｐ型電極８としてＣｒ／Ａ
ｕをｎ型電極９としてＡｕＧｅＮｉ／ＡｕＮｉを形成し
た後、へき開により共振器端面を形成することにより第
１図（ｂ）に示す半導体レーザが完成する。
上記実施例において量子細線構造を有する半導体素子は
半導体レーザとしたが、これにかぎらず他の半導体素子
、例えば光スィッチ、光導波路であ、、ても本発明は適
用出来る。また、上記実施例にδいて不純物種はＺｎと
したが、これにかぎらず例えばＳｉなどの不純物でも本
発明は適用できる。また、上記実施例においては、量子
井戸構造は単一量子井戸としたが、これにかぎらず多重
量子井戸であっても本発明は適用できる。半導体材料も
Ａ １２ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ以外の
もの、例えばＩｎＰ系等でもよい。
半導体レーザとしたが、これにかぎらず他の半導体素子
、例えば光スィッチ、光導波路であ、、ても本発明は適
用出来る。また、上記実施例にδいて不純物種はＺｎと
したが、これにかぎらず例えばＳｉなどの不純物でも本
発明は適用できる。また、上記実施例においては、量子
井戸構造は単一量子井戸としたが、これにかぎらず多重
量子井戸であっても本発明は適用できる。半導体材料も
Ａ １２ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ以外の
もの、例えばＩｎＰ系等でもよい。
以上説明したように本発明によれば、不純物導入領域の
幅の制御性がよく、しかも損傷が小さいため質の良い量
子細線構造が得られる。
幅の制御性がよく、しかも損傷が小さいため質の良い量
子細線構造が得られる。
第１図は本発明の一実施例を説明するための量子細線構
造を有する半導体レーザの製造工程概略図である。 図中、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型クラッド層、３
は量子井戸構造、４は拡散制御層、５はｐ型クラッド層
、６はＧ ａ Ａ ｓキャップ層、７は量子細線構造、
８はｐ型電極、９はｎ型電極、１０はｎ型閉じ込め層、
１１は量子井戸、１２はｐ型閉じ込め層である。
造を有する半導体レーザの製造工程概略図である。 図中、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型クラッド層、３
は量子井戸構造、４は拡散制御層、５はｐ型クラッド層
、６はＧ ａ Ａ ｓキャップ層、７は量子細線構造、
８はｐ型電極、９はｎ型電極、１０はｎ型閉じ込め層、
１１は量子井戸、１２はｐ型閉じ込め層である。
Claims (1)
- 量子井戸構造と量子井戸構造が無秩序化されてある構造
とを持つ量子細線構造の製造方法において、半導体基板
上に第１の半導体層を形成する工程と、この第１の半導
体層の上に閉じ込め層で挟まれた少くとも１つの量子井
戸を含む量子井戸構造を形成する工程と、この量子井戸
構造の上に拡散制御層を形成する工程と、該拡散制御層
をストライプ状に加工する工程と、該拡散制御層の上に
少くとも第２の半導体層を形成する工程と、該第２の半
導体層を介して不純物を前記量子井戸構造まで導入する
工程とを少くとも含み、前記拡散制御層が前記第２の半
導体層における不純物拡散速度よりも小さい不純物拡散
速度を有する結晶材料からなることを特徴とする量子細
線構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22204389A JPH0384982A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 量子細線構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22204389A JPH0384982A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 量子細線構造の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0384982A true JPH0384982A (ja) | 1991-04-10 |
Family
ID=16776196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22204389A Pending JPH0384982A (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 量子細線構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0384982A (ja) |
-
1989
- 1989-08-28 JP JP22204389A patent/JPH0384982A/ja active Pending
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