JPH0410527A - 半導体超格子 - Google Patents
半導体超格子Info
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- JPH0410527A JPH0410527A JP11011790A JP11011790A JPH0410527A JP H0410527 A JPH0410527 A JP H0410527A JP 11011790 A JP11011790 A JP 11011790A JP 11011790 A JP11011790 A JP 11011790A JP H0410527 A JPH0410527 A JP H0410527A
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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、光通信・光交換・光情報処理等に用いられる
光機能素子用材料として優れた特性を示すＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＰ系の半導体超格子材料に代表される元素の周期
表ｍ−Ｖ族化合物半導体において、■族元素の異なる組
み合わせからなる超格子構造に関し、さらに詳しくは、
Ｉ ｎＧａＡｓからＩｎＰの界面を成長させる場合に、
成長界面にｌ〜ＩＯ原子層のＩｎＡＱＡｓまたはＩｎＡ
ＱＧａＡｓ層を挿入することにより、上記界面における
遷移領域のバンドギャップを大きくした優れた光学特性
を有する半導体超格子構造に関する。
光機能素子用材料として優れた特性を示すＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＰ系の半導体超格子材料に代表される元素の周期
表ｍ−Ｖ族化合物半導体において、■族元素の異なる組
み合わせからなる超格子構造に関し、さらに詳しくは、
Ｉ ｎＧａＡｓからＩｎＰの界面を成長させる場合に、
成長界面にｌ〜ＩＯ原子層のＩｎＡＱＡｓまたはＩｎＡ
ＱＧａＡｓ層を挿入することにより、上記界面における
遷移領域のバンドギャップを大きくした優れた光学特性
を有する半導体超格子構造に関する。
半導体超格子は、異なる半導体超薄膜を交互に繰り返し
て積層した人為的な結晶構造のことである。半導体超薄
膜の厚さが、電子のドブロイ波長以下となると、通常の
バルク半導体には全く見られない量子サイズ効果が出現
する。半導体超格子構造として、従来からＧａＡｓ基板
上のＧａＡｓとＭＬＱ ｆｉ Ａ ｓの１０ｎｍ以下の
超格子構造が分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法または有機
金属堆積（ＭＯＶＰＥ）法などの成長法により作製され
ている。
て積層した人為的な結晶構造のことである。半導体超薄
膜の厚さが、電子のドブロイ波長以下となると、通常の
バルク半導体には全く見られない量子サイズ効果が出現
する。半導体超格子構造として、従来からＧａＡｓ基板
上のＧａＡｓとＭＬＱ ｆｉ Ａ ｓの１０ｎｍ以下の
超格子構造が分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法または有機
金属堆積（ＭＯＶＰＥ）法などの成長法により作製され
ている。
半導体超格子に特有で、三次元的な広がりを持つバルク
の半導体には全く見られない光物性として、室温励起子
の存在が重要である。超格子中の室温励起子は、非常に
急峻な吸収ピークを示すこと、および吸収ピークが外部
の印加電圧により長波長にシフトさせることかできるこ
と、等の性質を有するためである。そして、このような
超格子中の室温励起子を応用した光変調器、非線形エタ
ロン素子等のデバイスが作製されるに至っている。
の半導体には全く見られない光物性として、室温励起子
の存在が重要である。超格子中の室温励起子は、非常に
急峻な吸収ピークを示すこと、および吸収ピークが外部
の印加電圧により長波長にシフトさせることかできるこ
と、等の性質を有するためである。そして、このような
超格子中の室温励起子を応用した光変調器、非線形エタ
ロン素子等のデバイスが作製されるに至っている。
しかしながら、Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ立ＧａＡｓ系の
超格子では、バンドギャップの波長が６２０ｎｍから９
５０ｎｍの範囲の可視から近赤外の波長域たけにしか制
御できなかった。また、石英ガラスファイバが極低損失
となる１、３〜１．５５ｔＭの帯域ではＩ ｎＧａＡｓ
（Ｐ）／Ｉ ｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡａＡｓ
、ＧａＳｂ／ＡｌｌＧａＳｂ等が超格子の材料系として
有望視されている。
超格子では、バンドギャップの波長が６２０ｎｍから９
５０ｎｍの範囲の可視から近赤外の波長域たけにしか制
御できなかった。また、石英ガラスファイバが極低損失
となる１、３〜１．５５ｔＭの帯域ではＩ ｎＧａＡｓ
（Ｐ）／Ｉ ｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡａＡｓ
、ＧａＳｂ／ＡｌｌＧａＳｂ等が超格子の材料系として
有望視されている。
ところが、Ｉ ｎＧａＡｓ （Ｐ）／Ｉ ｎ Ｐ系の超
格子では、蒸気圧の高いＶ族元素であるＡｓとＰが２種
類も含まれているために、Ｖ族元素の組成が急峻に変化
する超格子構造を作製することが困難であった。例えば
、成長速度が遅く、成長温度が比較的低く、原料の切り
替え時間の短いガスソースＭＢＥ法は、超格子構造のよ
うな超薄膜半導体結晶を作製するのに有効な成長法であ
るか、このような優れた結晶成長法を用いても、成長し
た超格子構造の励起子吸収ピークはＧａＡｓ／ＡＱＧａ
Ａｓに比較して急峻性が悪く、吸収の半値幅も広いとい
う欠点かあった。
格子では、蒸気圧の高いＶ族元素であるＡｓとＰが２種
類も含まれているために、Ｖ族元素の組成が急峻に変化
する超格子構造を作製することが困難であった。例えば
、成長速度が遅く、成長温度が比較的低く、原料の切り
替え時間の短いガスソースＭＢＥ法は、超格子構造のよ
うな超薄膜半導体結晶を作製するのに有効な成長法であ
るか、このような優れた結晶成長法を用いても、成長し
た超格子構造の励起子吸収ピークはＧａＡｓ／ＡＱＧａ
Ａｓに比較して急峻性が悪く、吸収の半値幅も広いとい
う欠点かあった。
第３図はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ超格子のヘテロ界面の電
子顕微鏡による解析から求めた組成の分布を示すもので
あって、超格子の組成をＩ ｎ （−ｘ） Ｇ ａｘＡ
Ｓ ｙＰ （＋−ｙ）として表わした場合、第３図（
ａ）はＧａの組成（Ｘ）、第３図（ｂ）はＩｎの組成（
１−ｘ）、第３図（ｃ）はＰの組成（１−ｙ）、第３図
（ｄ）はＡｓの組成（ｙ）を示すものである。Ｉ ｎＧ
ａＡｓからＩｎＰに変化する界面で、Ａｓ元素のＰ元素
に対する置き替わりのためにＩｎＡ−ｓからＩｎＡｓＰ
を経てＩｎＰに至る遷移層の形成がみられる。一方、Ｉ
ｎＰからＩｎＧａＡｓ層に変化する界面では、ｌ原子層
以下の急峻性で組成が変化している。
子顕微鏡による解析から求めた組成の分布を示すもので
あって、超格子の組成をＩ ｎ （−ｘ） Ｇ ａｘＡ
Ｓ ｙＰ （＋−ｙ）として表わした場合、第３図（
ａ）はＧａの組成（Ｘ）、第３図（ｂ）はＩｎの組成（
１−ｘ）、第３図（ｃ）はＰの組成（１−ｙ）、第３図
（ｄ）はＡｓの組成（ｙ）を示すものである。Ｉ ｎＧ
ａＡｓからＩｎＰに変化する界面で、Ａｓ元素のＰ元素
に対する置き替わりのためにＩｎＡ−ｓからＩｎＡｓＰ
を経てＩｎＰに至る遷移層の形成がみられる。一方、Ｉ
ｎＰからＩｎＧａＡｓ層に変化する界面では、ｌ原子層
以下の急峻性で組成が変化している。
ＩｎＡｓ層のバンドギャップは室温でＥｇ（エネルギ）
＝０，３６ｅＶであり、ＩｎＰ基板に格子整合するＩ
ｎＧａＡｓのそれのＥｇ＝０．７３ｅＶに比較してきわ
めて小さい。
＝０，３６ｅＶであり、ＩｎＰ基板に格子整合するＩ
ｎＧａＡｓのそれのＥｇ＝０．７３ｅＶに比較してきわ
めて小さい。
第４図は、理想的に超格子を成長させることができた場
合の価電子帯〔第４図（ｂ）〕および伝導帯〔第４図（
Ｃ）］のバンド構造、および正孔・電子分布を示したも
ので、第４図（ａ）は超格子を構成するＩ ｎＧａＡｓ
量子井戸層１、ＩｎＰｎロバ９フ 第５図（ａ）に示すごとく、Ｉ ｎＧａＡｓ量子井戸層
ｌとＩｎＰｎロバ９フ の遷移層３が存在するために、価電子帯〔第５図（ｂ）
〕および伝導帯［第５図（Ｃ）］のバンド構造、および
正孔・電子分布は図に示されるようになる。すなわち、
ＩｎＡｓ層のバンドギャップが小さいために量子化準位
も下がる。また、Ｉ ｎＧａＡｓ量子井戸層１からＩｎ
Ｐｎロバ９フ例えば、基板温度、Ｖ族元素／■族元素比
、■族元素の組成比（例えばＩｎ／Ｇａ）などの超格子
成長条件によりいろいろ変化するものである。
合の価電子帯〔第４図（ｂ）〕および伝導帯〔第４図（
Ｃ）］のバンド構造、および正孔・電子分布を示したも
ので、第４図（ａ）は超格子を構成するＩ ｎＧａＡｓ
量子井戸層１、ＩｎＰｎロバ９フ 第５図（ａ）に示すごとく、Ｉ ｎＧａＡｓ量子井戸層
ｌとＩｎＰｎロバ９フ の遷移層３が存在するために、価電子帯〔第５図（ｂ）
〕および伝導帯［第５図（Ｃ）］のバンド構造、および
正孔・電子分布は図に示されるようになる。すなわち、
ＩｎＡｓ層のバンドギャップが小さいために量子化準位
も下がる。また、Ｉ ｎＧａＡｓ量子井戸層１からＩｎ
Ｐｎロバ９フ例えば、基板温度、Ｖ族元素／■族元素比
、■族元素の組成比（例えばＩｎ／Ｇａ）などの超格子
成長条件によりいろいろ変化するものである。
このように、超格子成長中の揺らぎにより、厚さや組成
が変化しゃすいＩ ｎＡｓ Ｐｉ移層が原因となり、Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系では超格子の量子準位はランダム
に揺らぐために、励起子吸収ピークはＧａＡｓ／Ａ（ｌ
ＧａＡｓに比較して急峻性が悪く、吸収の半値幅も広く
なる。このような特性は、ガスソースＭＢＥ法に特徴的
なものでなく、ＭＯＣＶＤ，ＶＰＥ法によって成長させ
た超格子において、より顕著にみられ、光変調器等のデ
バイスの作製上大きな問題となっていた。
が変化しゃすいＩ ｎＡｓ Ｐｉ移層が原因となり、Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系では超格子の量子準位はランダム
に揺らぐために、励起子吸収ピークはＧａＡｓ／Ａ（ｌ
ＧａＡｓに比較して急峻性が悪く、吸収の半値幅も広く
なる。このような特性は、ガスソースＭＢＥ法に特徴的
なものでなく、ＭＯＣＶＤ，ＶＰＥ法によって成長させ
た超格子において、より顕著にみられ、光変調器等のデ
バイスの作製上大きな問題となっていた。
一方、Ｉ ｎＧａＡｓ／Ｉ ｎＡａＡｓまたはＧａ Ｓ
ｂ／ＡＱＧａ Ｓ ｂ等の材料系では、Ｖ族元素の切
り替わりが無いために、Ｖ族元素の置き代わりによる遷
移層の存在は見られないが、ＡＱ組成の大きいバリア層
が存在するために、非発光センタの少ない高効率な超格
子構造の作製が容易でないことなどの問題があり、デバ
イスとして実用に供されるまでに至っていない。
ｂ／ＡＱＧａ Ｓ ｂ等の材料系では、Ｖ族元素の切
り替わりが無いために、Ｖ族元素の置き代わりによる遷
移層の存在は見られないが、ＡＱ組成の大きいバリア層
が存在するために、非発光センタの少ない高効率な超格
子構造の作製が容易でないことなどの問題があり、デバ
イスとして実用に供されるまでに至っていない。
〔発明が解決しようとする課題］
上述したごとく、従来の、例えば
Ｉ ｎＧａＡｓ （Ｐ）／Ｉ ｎＰ系の超格子構造にお
いて、蒸気圧の高いＶ族元素であるＡｓとＰが２種類も
含まれていることから、Ｖ族元素の組成が急峻に変化す
る超格子構造の作製が困難であり、またガスソースＭＢ
Ｅ法などの有効な成長法を用いても、成長した超格子構
造の励起子吸収ピークはＧａＡｓ／ＡＱＧａＡｓに比較
して急峻性が悪く、吸収の半値幅も広いという欠点があ
った。
いて、蒸気圧の高いＶ族元素であるＡｓとＰが２種類も
含まれていることから、Ｖ族元素の組成が急峻に変化す
る超格子構造の作製が困難であり、またガスソースＭＢ
Ｅ法などの有効な成長法を用いても、成長した超格子構
造の励起子吸収ピークはＧａＡｓ／ＡＱＧａＡｓに比較
して急峻性が悪く、吸収の半値幅も広いという欠点があ
った。
本発明の目的は、上記従来技術における欠点を解消し、
光通信、光交換、光情報処理等に用いられる光機能素子
用材料として優れた特性を示すＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系
の半導体超格子材料に代表される元素の周期表■−ｖ族
化合物半導体超格子において、量子井戸層からバリア層
の界面を成長させる場合に、その成長界面に特定の元素
を含む所定厚さの原子層からなる遷移層を設けることに
より、ヘテロ界面の急峻性を良くし、界面における遷移
領域のバンドギャップを大きくし、量子井戸の準位が遷
移領域における組成の揺らぎの影響を受けにくい、光学
的にみて均一性が良好で、励起子吸収ピークの半値幅が
広がらないｍ−ｖ族化合物半導体からなる超格子構造を
提供することにある。
光通信、光交換、光情報処理等に用いられる光機能素子
用材料として優れた特性を示すＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系
の半導体超格子材料に代表される元素の周期表■−ｖ族
化合物半導体超格子において、量子井戸層からバリア層
の界面を成長させる場合に、その成長界面に特定の元素
を含む所定厚さの原子層からなる遷移層を設けることに
より、ヘテロ界面の急峻性を良くし、界面における遷移
領域のバンドギャップを大きくし、量子井戸の準位が遷
移領域における組成の揺らぎの影響を受けにくい、光学
的にみて均一性が良好で、励起子吸収ピークの半値幅が
広がらないｍ−ｖ族化合物半導体からなる超格子構造を
提供することにある。
［課題を解決するための手段〕
上記本発明の目的は、上記半導体超格子構造において（
１）バンドギャップがより小さいＩ ｎＧａＡｓまたは
Ｉ ｎＧａＡｓＰ量子井戸層、およびバンドギャップが
より大きいＩｎＰｎラバ１フ たはＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層からＩｎＰｎラバ１フ に開けることにより、１〜３原子層厚のＩｎＡＱＡｓ（
Ｐ）またはＩｎＡ１１ＧａＡｓ （Ｐ）の遷移層を挿入
する、または（２）バンドギャップがより小さいｒ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓまたはＩ ｎＧａＡｓ Ｐ量子井戸層
および、バンドギャップがより大きいＩｎＧａＡｓＰバ
リア層からなる超格子構造において、Ｉ ｎＧａＡｓま
たはＩ ｎＧａＡｓ Ｐ量子井戸層からＩｎＧａＡｓＰ
バリア層の成長界面にＡＱの分子線セルのシャッタを同
時に開けることにより１−１０原子層厚のＩｎＡＱＡｓ
ＰまたはＩ ｎ Ｇ ａＡＱＡ ｓ Ｐの遷移層を挿入
することにより達成される。そして、上記組成の遷移層
を挿入するという点で、従来の超格子構造とは基本的に
構成を異にするものである。
１）バンドギャップがより小さいＩ ｎＧａＡｓまたは
Ｉ ｎＧａＡｓＰ量子井戸層、およびバンドギャップが
より大きいＩｎＰｎラバ１フ たはＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層からＩｎＰｎラバ１フ に開けることにより、１〜３原子層厚のＩｎＡＱＡｓ（
Ｐ）またはＩｎＡ１１ＧａＡｓ （Ｐ）の遷移層を挿入
する、または（２）バンドギャップがより小さいｒ ｎ
Ｇ ａ Ａ ｓまたはＩ ｎＧａＡｓ Ｐ量子井戸層
および、バンドギャップがより大きいＩｎＧａＡｓＰバ
リア層からなる超格子構造において、Ｉ ｎＧａＡｓま
たはＩ ｎＧａＡｓ Ｐ量子井戸層からＩｎＧａＡｓＰ
バリア層の成長界面にＡＱの分子線セルのシャッタを同
時に開けることにより１−１０原子層厚のＩｎＡＱＡｓ
ＰまたはＩ ｎ Ｇ ａＡＱＡ ｓ Ｐの遷移層を挿入
することにより達成される。そして、上記組成の遷移層
を挿入するという点で、従来の超格子構造とは基本的に
構成を異にするものである。
本発明の具体的構成は、元素の周期表■族とＶ族の元素
により構成され、かつＶ族元素が互に異なる量子井戸層
とバリア層からなる化合物半導体超格子構造において、
上記超格子構造の一つもしくは二つのヘテロ界面に、上
記超格子を構成する■族元素とは異なる他の■族元素を
含む遷移層を、１原子層ないし１０原子層の厚さに設け
た■−ｖ族化合物半導体超格子構造である。
により構成され、かつＶ族元素が互に異なる量子井戸層
とバリア層からなる化合物半導体超格子構造において、
上記超格子構造の一つもしくは二つのヘテロ界面に、上
記超格子を構成する■族元素とは異なる他の■族元素を
含む遷移層を、１原子層ないし１０原子層の厚さに設け
た■−ｖ族化合物半導体超格子構造である。
［実施例］
以下に本発明の一実施例を挙げ、図面を引用しながら、
さらに詳細に説明する。
さらに詳細に説明する。
本発明の半導体超格子構造の効果は、主にＩｎＰ基板に
格子整合した１，５，ｍ帯の Ｉ ｎ。、、、Ｇ ａｏｌ，Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｐ系
の超格子に，特に顕著であることからＩｎ。、、、Ｇａ
。、、、Ａｓの量子井戸層（量子井戸層厚Ｌｚ＝８ｎｍ
）、Ｉ ｎＰバリア層（バリア層厚ＬＢ＝８ｎｍ）から
なる超格子をガスソースＭＢＥ法で成長させる場合を例
にとって、従来技術と比較しながら本発明の実施例につ
いて説明する。従来の半導体超格子の作製方法は、例え
ば、単結晶１ｎＰよりなる半導体基板上に、バッファ層
としてＩｎＰ （ＰＨ，ガスをガスセルに導入し、Ｉｎ
セルのシャッタを開ける）を１１Ｍ成長した後にＩ ｎ
，、ｓ．Ｇａ，、、、Ａｓ量子子弁層ｌ 〔第５図（ａ
）〕を成長させるためにＩｎのセルのシャッタを閉じ、
導入ガスをＰＨ，からＡ ｓ Ｈ 、に切り替える。切
り替えてから５秒後（切り替え時の待ち時間と言う）に
、再びＩｎとＧａのセルのシャッタを開く。次に、Ｉｎ
Ｐバリア層２〔第５図（ａ）〕を成長させるためにＩｎ
とＧａのセルのシャッタを閉じ、導入ガスをＡｓＨ３か
らＰＨ．に切り替える。半導体表面には、Ａｓの原子が
吸着されていて通常の成長温度である５２０℃、切り替
え時の待ち時間（５〜３０秒）では、大部分のＡｓ原子
はＰ原子に置き替わることは無い。このままＩｎのセル
を開けてＩｎＰを成長させると、半導体表面に吸着した
ＡｓとＩｎとか反応し、ＩｎＡｓの１〜ＩＯ単原子層程
度に成長するため、ＩｎＧａＡｓ （Ｐ）量子井戸層界
面にバンドギャップの小さいＩｎＡｓからＩｎＡｓＰに
変化する数原子層の遷移層〔第５図（ａ））が形成され
るため、上述の第５図（ａ）〜（ｃ）で説明したごとく
、量子化準位は遷移層の厚さに依存し大きく低下するこ
とになる。
格子整合した１，５，ｍ帯の Ｉ ｎ。、、、Ｇ ａｏｌ，Ａ ｓ ／ Ｉ ｎ Ｐ系
の超格子に，特に顕著であることからＩｎ。、、、Ｇａ
。、、、Ａｓの量子井戸層（量子井戸層厚Ｌｚ＝８ｎｍ
）、Ｉ ｎＰバリア層（バリア層厚ＬＢ＝８ｎｍ）から
なる超格子をガスソースＭＢＥ法で成長させる場合を例
にとって、従来技術と比較しながら本発明の実施例につ
いて説明する。従来の半導体超格子の作製方法は、例え
ば、単結晶１ｎＰよりなる半導体基板上に、バッファ層
としてＩｎＰ （ＰＨ，ガスをガスセルに導入し、Ｉｎ
セルのシャッタを開ける）を１１Ｍ成長した後にＩ ｎ
，、ｓ．Ｇａ，、、、Ａｓ量子子弁層ｌ 〔第５図（ａ
）〕を成長させるためにＩｎのセルのシャッタを閉じ、
導入ガスをＰＨ，からＡ ｓ Ｈ 、に切り替える。切
り替えてから５秒後（切り替え時の待ち時間と言う）に
、再びＩｎとＧａのセルのシャッタを開く。次に、Ｉｎ
Ｐバリア層２〔第５図（ａ）〕を成長させるためにＩｎ
とＧａのセルのシャッタを閉じ、導入ガスをＡｓＨ３か
らＰＨ．に切り替える。半導体表面には、Ａｓの原子が
吸着されていて通常の成長温度である５２０℃、切り替
え時の待ち時間（５〜３０秒）では、大部分のＡｓ原子
はＰ原子に置き替わることは無い。このままＩｎのセル
を開けてＩｎＰを成長させると、半導体表面に吸着した
ＡｓとＩｎとか反応し、ＩｎＡｓの１〜ＩＯ単原子層程
度に成長するため、ＩｎＧａＡｓ （Ｐ）量子井戸層界
面にバンドギャップの小さいＩｎＡｓからＩｎＡｓＰに
変化する数原子層の遷移層〔第５図（ａ））が形成され
るため、上述の第５図（ａ）〜（ｃ）で説明したごとく
、量子化準位は遷移層の厚さに依存し大きく低下するこ
とになる。
これに対し、本発明の半導体超格子の成長方法は、上記
従来技術と同様に、例えば、単結晶ＩｎＰよりなる半導
体基板上に、バッファ層として ＩｎＰ（ＰＨ，ガスを
ガスセルに導入し、Ｉｎセルのシャッタを開ける）を１
ｐ成長した後に、Ｉ ｎ、、、３Ｇ ａｌ、４．Ａ ｓ
量子井戸層１〔第１図（ａ）］を成長させるためにＩｎ
のセルのシャッタを閉じ、導入ガスをＰＨ，からＡｓＨ
，に切り替える。切り替えてから５秒後（切り替え時の
待ち時間と言う）に、再びＩｎとＧａのセルのシャッタ
を開く。次に、ＩｎＰｎラバ９フ を成長させるためにＩｎとＧａのセルのシャッタを閉じ
、導入カスをＡｓＨ．からＰＨ３に切り替える。半導体
表面には、Ａｓの原子が吸着していて通常の成長温度で
ある５２０℃、切り替え時の待ち時間（５〜３０秒）で
は、大部分のＡｓ原子はＰ原子に置き替わることは無い
。ここまでは、従来技術と同様であるが、本発明の超格
子の成長においては、Ｉｎのセルのシャッタを開けＩｎ
Ｐを成長させる前に、Ｍのセルのシャッタを１〜３原子
層程度になる時間だけ開ける。または、舷とＩｎのセル
のシャッタを同時に１〜３原子層程度になる時間だけ開
ける。表面に吸着したＡｓとＭとが、またはＡｓとＡＱ
，Ｉｎとが反応してＡｌｌＡｓまたはＩｎＡｕＡｓの１
−１０単原子層が成長する。
従来技術と同様に、例えば、単結晶ＩｎＰよりなる半導
体基板上に、バッファ層として ＩｎＰ（ＰＨ，ガスを
ガスセルに導入し、Ｉｎセルのシャッタを開ける）を１
ｐ成長した後に、Ｉ ｎ、、、３Ｇ ａｌ、４．Ａ ｓ
量子井戸層１〔第１図（ａ）］を成長させるためにＩｎ
のセルのシャッタを閉じ、導入ガスをＰＨ，からＡｓＨ
，に切り替える。切り替えてから５秒後（切り替え時の
待ち時間と言う）に、再びＩｎとＧａのセルのシャッタ
を開く。次に、ＩｎＰｎラバ９フ を成長させるためにＩｎとＧａのセルのシャッタを閉じ
、導入カスをＡｓＨ．からＰＨ３に切り替える。半導体
表面には、Ａｓの原子が吸着していて通常の成長温度で
ある５２０℃、切り替え時の待ち時間（５〜３０秒）で
は、大部分のＡｓ原子はＰ原子に置き替わることは無い
。ここまでは、従来技術と同様であるが、本発明の超格
子の成長においては、Ｉｎのセルのシャッタを開けＩｎ
Ｐを成長させる前に、Ｍのセルのシャッタを１〜３原子
層程度になる時間だけ開ける。または、舷とＩｎのセル
のシャッタを同時に１〜３原子層程度になる時間だけ開
ける。表面に吸着したＡｓとＭとが、またはＡｓとＡＱ
，Ｉｎとが反応してＡｌｌＡｓまたはＩｎＡｕＡｓの１
−１０単原子層が成長する。
第１図（ａ）はＩｎＡｆｌＡｓを数原子層挿入した場合
の実施例を示す。Ｖ族元素の切り替えを行っているので
ＩｎＡＱＡｓからＩｎＭＡｓＰを経てＩｎＰに遷移する
領域（ＩｎＡＱＡｓからＩｎＡＱＡｓＰの遷移層）４が
存在する。なお、価電子帯および伝導帯のバンド構造お
よび正孔・電子分布を第１図（ｂ）および（ｃ）に示す
。
の実施例を示す。Ｖ族元素の切り替えを行っているので
ＩｎＡＱＡｓからＩｎＭＡｓＰを経てＩｎＰに遷移する
領域（ＩｎＡＱＡｓからＩｎＡＱＡｓＰの遷移層）４が
存在する。なお、価電子帯および伝導帯のバンド構造お
よび正孔・電子分布を第１図（ｂ）および（ｃ）に示す
。
Ｉ ｎ （、−Ｘ）ＡＱＸＡ Ｓ中のＩｎ組成Ｘの値が
０．５であるとすると、バンドギャップＥｇ＝１．５４
ｅＶであり、ヘテロ界面でのバンドギャップの低下はみ
られなかった。ただし、Ｉ ｎＧａＡｓとの間のバンド
オフセット量の関係で価電子帯・伝導帯の界面での飛び
は見られるが、量子化レベルの揺らぎ量は１／１０程度
に小さかった。
０．５であるとすると、バンドギャップＥｇ＝１．５４
ｅＶであり、ヘテロ界面でのバンドギャップの低下はみ
られなかった。ただし、Ｉ ｎＧａＡｓとの間のバンド
オフセット量の関係で価電子帯・伝導帯の界面での飛び
は見られるが、量子化レベルの揺らぎ量は１／１０程度
に小さかった。
第２図は、従来の超格子成長法と本発明の超格子成長法
によって形成した半導体超格子の量子化準位の測定結果
の一例である。従来の方法で形成した超格子（破線６）
の量子井戸の量子化準位は、本発明の方法で成長させた
超格子（実線５）に比較してエネルギのシフト量が小さ
い。特に、量子井戸幅の小さい領域に関しては顕著であ
る。このように本発明の成長法を用いれば、再現性よく
広い成長条件で励起子吸収ピークの半値幅の狭い超格子
構造を実現することができる。
によって形成した半導体超格子の量子化準位の測定結果
の一例である。従来の方法で形成した超格子（破線６）
の量子井戸の量子化準位は、本発明の方法で成長させた
超格子（実線５）に比較してエネルギのシフト量が小さ
い。特に、量子井戸幅の小さい領域に関しては顕著であ
る。このように本発明の成長法を用いれば、再現性よく
広い成長条件で励起子吸収ピークの半値幅の狭い超格子
構造を実現することができる。
上記実施例においては、主にＩ ｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系
の半導体超格子のヘテロ界面にＩｎＡｌｌＡｓからＩｎ
ＡＱＡｓＰの遷移層を形成させる場合について述べたが
、上記遷移層がＩｎＡＱＧａＡｓであってもよく、また
他のｍ−■族化合物半導体超格子、例えばＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ Ｐ ／ＩｎＰ系の超格子のヘテロ界面にＩ
ｎＡｆｌＡｓまたはＩｎｕＧａＡｓの遷移層、Ｉ ｎＧ
ａＡｓ／Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ系またはＩ ｎＧａＡｓ
Ｐ／Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ系の超格子のヘテロ界面にＩｎ
ＡＮＡｓＰまたはＩｎＡｆｌＧａＡｓＰの遷移層、Ｉｎ
Ｓｂ／ＩｎＡｓ系の超格子のヘテロ界面にＩｎＧａＳｂ
，ＩｎＡａＳｂまたはＩｎＡａＧａＳｂの遷移層、ある
いはＧ ａ Ａ ｓ ／ ＡＱ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ｐ系
の超格子のヘテロ界面にＡ１１ＧａＡｓまたはＡＪＬＡ
ｓの遷移層を設けても良く、上記実施例と同等の効果が
得られることを確認している。
の半導体超格子のヘテロ界面にＩｎＡｌｌＡｓからＩｎ
ＡＱＡｓＰの遷移層を形成させる場合について述べたが
、上記遷移層がＩｎＡＱＧａＡｓであってもよく、また
他のｍ−■族化合物半導体超格子、例えばＩ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ Ｐ ／ＩｎＰ系の超格子のヘテロ界面にＩ
ｎＡｆｌＡｓまたはＩｎｕＧａＡｓの遷移層、Ｉ ｎＧ
ａＡｓ／Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ系またはＩ ｎＧａＡｓ
Ｐ／Ｉ ｎＧａＡｓ Ｐ系の超格子のヘテロ界面にＩｎ
ＡＮＡｓＰまたはＩｎＡｆｌＧａＡｓＰの遷移層、Ｉｎ
Ｓｂ／ＩｎＡｓ系の超格子のヘテロ界面にＩｎＧａＳｂ
，ＩｎＡａＳｂまたはＩｎＡａＧａＳｂの遷移層、ある
いはＧ ａ Ａ ｓ ／ ＡＱ Ｉ ｎ Ｇ ａ Ｐ系
の超格子のヘテロ界面にＡ１１ＧａＡｓまたはＡＪＬＡ
ｓの遷移層を設けても良く、上記実施例と同等の効果が
得られることを確認している。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく、本発明による超格子構造は
、光機能素子用材料として優れた特性を示すＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ系の半導体超格子であり、光通信・光交換・
光情報処理等のデバイスに好適に用いられ、例えばＩｎ
ＧａＡｓからＩｎＰの界面を成長する場合に、成長界面
に１〜１０原子層のＩｎＡＱＡｓまたはＩｎＡＱＧａＡ
ｓ層を挿入することにより、界面における遷移領域のバ
ンドギャップを大きくすることができ、量子井戸の準位
が遷移領域における組成の揺らぎの影響を受けないので
、光学的にみて均一性が向上し、励起子吸収ピークの半
値幅が広がらないという特長がある。したがって、励起
子吸収ピークの電界効果を利用した光変調器の駆動電圧
、励起子吸収ピークの光非線形屈折率特性を利用した非
線形エタロンデバイスの飽和光強度の大幅な低減などが
実現できる。
、光機能素子用材料として優れた特性を示すＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＰ系の半導体超格子であり、光通信・光交換・
光情報処理等のデバイスに好適に用いられ、例えばＩｎ
ＧａＡｓからＩｎＰの界面を成長する場合に、成長界面
に１〜１０原子層のＩｎＡＱＡｓまたはＩｎＡＱＧａＡ
ｓ層を挿入することにより、界面における遷移領域のバ
ンドギャップを大きくすることができ、量子井戸の準位
が遷移領域における組成の揺らぎの影響を受けないので
、光学的にみて均一性が向上し、励起子吸収ピークの半
値幅が広がらないという特長がある。したがって、励起
子吸収ピークの電界効果を利用した光変調器の駆動電圧
、励起子吸収ピークの光非線形屈折率特性を利用した非
線形エタロンデバイスの飽和光強度の大幅な低減などが
実現できる。
第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施例におい
て例示した半導体超格子の価電子帯および伝導帯のバン
ド構造および正孔・電子分布を示す説明図、第２図は本
発明の実施例において例示した半導体超格子の量子化準
位のシフト量と量子井戸幅との関係を従来の超格子と比
較して示すグラフ、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（
ｄ）は従来の超格子の組成をＩ ｎ（、−ｘ）ＧａｘＡ
ＳｙＰ（、−ｙ）で表わした場合のＧａの組成（ｘ）、
Ｉｎの組成（１−ｘ）、Ｐの組成（１−ｙ）およびＡｓ
の組成（ｙ）を示すグラフ、第４図（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）は理想的な超格子の価電子帯および伝導帯のバンド
構造および正孔・電子分布を示す説明図、第５図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）は従来の超格子の価電子帯および伝導
帯のバンド構造および正孔・電子分布を示す説明図であ
る。 １・・・ＩｎＧａＡｓ量子井戸層 ２・・・ＩｎＰバリア層 ３−−− Ｉ ｎ Ａ ｓからＩｎＡｓＰの遷移層４−
Ｉ ｎＡ１１Ａ ｓからＩｎＡＱＡｓＰの遷移層５・
・・本発明の実施例で例示した超格子の量子化準位のシ
フト・量と量子井戸幅の関係 ６・・・従来の超格子の量子化準位のシフト量と量子井
戸幅の関係 特許出願人 日本電信電話株式会社
て例示した半導体超格子の価電子帯および伝導帯のバン
ド構造および正孔・電子分布を示す説明図、第２図は本
発明の実施例において例示した半導体超格子の量子化準
位のシフト量と量子井戸幅との関係を従来の超格子と比
較して示すグラフ、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（
ｄ）は従来の超格子の組成をＩ ｎ（、−ｘ）ＧａｘＡ
ＳｙＰ（、−ｙ）で表わした場合のＧａの組成（ｘ）、
Ｉｎの組成（１−ｘ）、Ｐの組成（１−ｙ）およびＡｓ
の組成（ｙ）を示すグラフ、第４図（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）は理想的な超格子の価電子帯および伝導帯のバンド
構造および正孔・電子分布を示す説明図、第５図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）は従来の超格子の価電子帯および伝導
帯のバンド構造および正孔・電子分布を示す説明図であ
る。 １・・・ＩｎＧａＡｓ量子井戸層 ２・・・ＩｎＰバリア層 ３−−− Ｉ ｎ Ａ ｓからＩｎＡｓＰの遷移層４−
Ｉ ｎＡ１１Ａ ｓからＩｎＡＱＡｓＰの遷移層５・
・・本発明の実施例で例示した超格子の量子化準位のシ
フト・量と量子井戸幅の関係 ６・・・従来の超格子の量子化準位のシフト量と量子井
戸幅の関係 特許出願人 日本電信電話株式会社
Claims (1)
- １、元素の周期表III族とＶ族の元素により構成され、
かつＶ族元素が互に異なる量子井戸層とバリア層からな
る化合物半導体超格子構造において、上記超格子構造の
一つもしくは二つのヘテロ界面に、上記超格子を構成す
るIII族元素とは異なる他のIII族元素を含む遷移層を、
１原子層ないし１０原子層の厚さに設けたことを特徴と
する半導体超格子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11011790A JPH0410527A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 半導体超格子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11011790A JPH0410527A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 半導体超格子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0410527A true JPH0410527A (ja) | 1992-01-14 |
Family
ID=14527472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11011790A Pending JPH0410527A (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 半導体超格子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0410527A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0702439A1 (en) * | 1994-09-19 | 1996-03-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser and fabricating method thereof |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP11011790A patent/JPH0410527A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5737350A (en) * | 1994-09-13 | 1998-04-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser having multi-quantum barrier including complex barrier structure and method of making the semiconductor laser |
| EP0702439A1 (en) * | 1994-09-19 | 1996-03-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser and fabricating method thereof |
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