JPH0642488B2 - イオン注入による結晶層界面の結晶組成制御方法 - Google Patents
イオン注入による結晶層界面の結晶組成制御方法Info
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- JPH0642488B2 JPH0642488B2 JP57078015A JP7801582A JPH0642488B2 JP H0642488 B2 JPH0642488 B2 JP H0642488B2 JP 57078015 A JP57078015 A JP 57078015A JP 7801582 A JP7801582 A JP 7801582A JP H0642488 B2 JPH0642488 B2 JP H0642488B2
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- gaalas
- layer
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- crystal composition
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P30/00—Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices
- H10P30/20—Ion implantation into wafers, substrates or parts of devices into semiconductor materials, e.g. for doping
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、結晶組成の異なる少くとも２領域からなるGa
1-xAlxAs（０≦ｘ≦１）半導体の結晶界面近傍における
結晶組成の制御方法に関するものである。ここで、Ga
1-x Alx As（０≦ｘ≦１）半導体とは、ｘ＝０の場合
はGaAsを、ｘ＝１の場合はAlAsを，そして０＜ｘ＜１の
場合はGaAlAsをそれぞれ表し、これらの物質の少なくと
も２領域から成るのであるから(1)GaAsの層とAlAsの層
の堆積，(2)GaAsの層とGaAlAsの層の堆積、(3)AlAsの層
とGaAlAsの層の堆積、そして(4)異なるｘの値を持ったG
aAlAsの２層以上の堆積からそれぞれ成る半導体を表し
ている。
1-xAlxAs（０≦ｘ≦１）半導体の結晶界面近傍における
結晶組成の制御方法に関するものである。ここで、Ga
1-x Alx As（０≦ｘ≦１）半導体とは、ｘ＝０の場合
はGaAsを、ｘ＝１の場合はAlAsを，そして０＜ｘ＜１の
場合はGaAlAsをそれぞれ表し、これらの物質の少なくと
も２領域から成るのであるから(1)GaAsの層とAlAsの層
の堆積，(2)GaAsの層とGaAlAsの層の堆積、(3)AlAsの層
とGaAlAsの層の堆積、そして(4)異なるｘの値を持ったG
aAlAsの２層以上の堆積からそれぞれ成る半導体を表し
ている。
従来、結晶組成の異なるGaAlAs界面近傍における結晶組
成の制御は、Znを結晶界面の領域に拡散することによつ
て行われていた。〔参照文献：(1)W.D.Laidig etal.,AP
L38，７７６（１９８１），(2)N,Holonyak,Jr.,etal.,A
PL39，１０２（１９８１），(3)S.W.Kirchoefer etal.,
JAP53，７６６（１９８２）〕。しかし、この方法で
は、AlAs濃度の高い領域でのZn拡散係数が大きい（参考
文献(3)）のために、所望の狭い領域を制御するのが困
難である。さらに、Zn濃度が約４×１０19／cm3と高い
（参照文献(1)）ため、結晶組成のみならず伝導型をも
変えてしまう欠点を有していた。
成の制御は、Znを結晶界面の領域に拡散することによつ
て行われていた。〔参照文献：(1)W.D.Laidig etal.,AP
L38，７７６（１９８１），(2)N,Holonyak,Jr.,etal.,A
PL39，１０２（１９８１），(3)S.W.Kirchoefer etal.,
JAP53，７６６（１９８２）〕。しかし、この方法で
は、AlAs濃度の高い領域でのZn拡散係数が大きい（参考
文献(3)）のために、所望の狭い領域を制御するのが困
難である。さらに、Zn濃度が約４×１０19／cm3と高い
（参照文献(1)）ため、結晶組成のみならず伝導型をも
変えてしまう欠点を有していた。
本発明は、上記の欠点を無くした結晶組成の異なるGaAl
As界面近傍の結晶組成の制御方法を提供することを目的
とする。
As界面近傍の結晶組成の制御方法を提供することを目的
とする。
本発明では、上記目的を達成するために、イオン注入技
術を用いて不純物イオンを、結晶組成の異なるGaAlAs界
面近傍に注入するものである。本発明によれば、不純物
イオンを所望の狭い領域に注入することができるため、
GaAlAs界面近傍の結晶組成を微細制御できる。例えば、
ZnイオンをGaAlAs界面に注入する場合は、注入イオンの
ピーク濃度を拡散法で制御するときに要する濃度（〜４
×１０19cm-3）より低くしても同等の制御をすることが
でき、結晶組成と伝導型を別々に制御することができ
る。又高輝度イオンビーム又はマスクを用いることによ
り、GaAlAs界面近傍に結晶組成の異なる２次元結晶パタ
ーンを形成することができる。
術を用いて不純物イオンを、結晶組成の異なるGaAlAs界
面近傍に注入するものである。本発明によれば、不純物
イオンを所望の狭い領域に注入することができるため、
GaAlAs界面近傍の結晶組成を微細制御できる。例えば、
ZnイオンをGaAlAs界面に注入する場合は、注入イオンの
ピーク濃度を拡散法で制御するときに要する濃度（〜４
×１０19cm-3）より低くしても同等の制御をすることが
でき、結晶組成と伝導型を別々に制御することができ
る。又高輝度イオンビーム又はマスクを用いることによ
り、GaAlAs界面近傍に結晶組成の異なる２次元結晶パタ
ーンを形成することができる。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
〔実施例１〕 第１図は、結晶構造としてGaAs／GaAlAsダブルヘテロ構
造、電極構造としてオキサイドストライプ構造をもつGa
As／GaAlAs半導体レーザーに本発明を適用してレーザー
発振用共振器を形成した素子の側面及び断面図である。
１はn-GaAs基板結晶、２はn-GaAlAs層（ｘ＝０．４、厚
さ２μｍ）、３はGaAs活性層（厚さ０．１μｍ）、４は
p-GaAlAs層（ｘ＝０．４、厚さ２μｍ）、５はGaAs電極
層である。これらのGaAs／GaAlAsダブルヘテロ構造の結
晶層を液相エピタキシヤル成長法で成長させた後、SiO2
膜をスパッタ法で被着し、ホトリングラフイー技術でSi
O2膜にストライプ状の窓を形成した。次にZn拡散を封管
法で行い、n-GaAs電極層５をぬけてp-GaAlAs層４に達す
るまでZn拡散ストライプ層を形成した。次に基板結晶１
を研磨して約１００μｍの厚さにした後、ｐ側電極６と
してCr／Au、ｎ側電極７としてAuGeを蒸着した。次に長
さ３００〜４００μｍでヘキ開してフアブリペロ共振器
を形成し、その後、本発明を適用して、フアブリペロ共
振器端面にZnイオンを１８０Kevのエネルギーで５×１
０15／cm2注入した。
造、電極構造としてオキサイドストライプ構造をもつGa
As／GaAlAs半導体レーザーに本発明を適用してレーザー
発振用共振器を形成した素子の側面及び断面図である。
１はn-GaAs基板結晶、２はn-GaAlAs層（ｘ＝０．４、厚
さ２μｍ）、３はGaAs活性層（厚さ０．１μｍ）、４は
p-GaAlAs層（ｘ＝０．４、厚さ２μｍ）、５はGaAs電極
層である。これらのGaAs／GaAlAsダブルヘテロ構造の結
晶層を液相エピタキシヤル成長法で成長させた後、SiO2
膜をスパッタ法で被着し、ホトリングラフイー技術でSi
O2膜にストライプ状の窓を形成した。次にZn拡散を封管
法で行い、n-GaAs電極層５をぬけてp-GaAlAs層４に達す
るまでZn拡散ストライプ層を形成した。次に基板結晶１
を研磨して約１００μｍの厚さにした後、ｐ側電極６と
してCr／Au、ｎ側電極７としてAuGeを蒸着した。次に長
さ３００〜４００μｍでヘキ開してフアブリペロ共振器
を形成し、その後、本発明を適用して、フアブリペロ共
振器端面にZnイオンを１８０Kevのエネルギーで５×１
０15／cm2注入した。
以上のようにして得られた半導体レーザーチツプをヒー
トシンクにマウントするときの熱処理でイオン注入領域
の欠陥も回復し、イオン注入層のうちGaAs／GaAlAs界面
近傍では、両結晶領域の中間の結晶組成をもつGaAlAs領
域８、９、１０を形成することができた。
トシンクにマウントするときの熱処理でイオン注入領域
の欠陥も回復し、イオン注入層のうちGaAs／GaAlAs界面
近傍では、両結晶領域の中間の結晶組成をもつGaAlAs領
域８、９、１０を形成することができた。
以上の工程により、GaAs活性層３の端面は、レーザー発
振波長で透明なGaAlAs層９でおゝわれているため、光出
力を増大させた時に起るフアブリペロ共振器の端面破壊
を防ぐための保護膜が形成できた。
振波長で透明なGaAlAs層９でおゝわれているため、光出
力を増大させた時に起るフアブリペロ共振器の端面破壊
を防ぐための保護膜が形成できた。
本実施例におけるイオン注入されたZn濃度のピーク値は
〜５×１０18cm-3である。拡散法と比較すれば、本発明
による方法を適用することにより、１桁程度低いZn濃度
でも、拡散法と同等な加工制御ができることが理解され
る。
〜５×１０18cm-3である。拡散法と比較すれば、本発明
による方法を適用することにより、１桁程度低いZn濃度
でも、拡散法と同等な加工制御ができることが理解され
る。
〔実施例２〕 第２図は、本発明を適用した形成したGaAs光導波路の作
製工程を示す断面図である。GaAs基板結晶２１の上にTe
ドープGaAlAs層（ｘ＝０．４、厚さ２μｍ、ｎ＝４×１
０18cm-3）２２、GaAs層（厚さ０．０８μｍ）２３を連
続的に液相成長法で形成し、その後ホトリングラフイー
技術を用いて、結晶表面に形成したSiO2スパツタ膜（厚
さ０．４μｍ）２４を幅１μｍのストライプ状にした。
次にイオン注入技術を用いてZnイオンを３×１０15cm-3
の濃度で注入した。たゞし、加速電圧は１８０KVであ
る。Znイオン注入領域２５第２図に示す通りである。
製工程を示す断面図である。GaAs基板結晶２１の上にTe
ドープGaAlAs層（ｘ＝０．４、厚さ２μｍ、ｎ＝４×１
０18cm-3）２２、GaAs層（厚さ０．０８μｍ）２３を連
続的に液相成長法で形成し、その後ホトリングラフイー
技術を用いて、結晶表面に形成したSiO2スパツタ膜（厚
さ０．４μｍ）２４を幅１μｍのストライプ状にした。
次にイオン注入技術を用いてZnイオンを３×１０15cm-3
の濃度で注入した。たゞし、加速電圧は１８０KVであ
る。Znイオン注入領域２５第２図に示す通りである。
以上のようにして得られたサンプルを４８０℃で１０分
間熱処理することにより、イオン注入で発生した欠陥を
除去すると同時に、GaAlAs層２２とGaAs２３の界面に層
２２と２３の中間の結晶組成をもつGaAlAs層２６が得ら
れた。これらによりGaAs光導波路が形成された。
間熱処理することにより、イオン注入で発生した欠陥を
除去すると同時に、GaAlAs層２２とGaAs２３の界面に層
２２と２３の中間の結晶組成をもつGaAlAs層２６が得ら
れた。これらによりGaAs光導波路が形成された。
本実施例では、低イオン濃度の注入で加工制御ができた
ために、GaAlAs層２の伝導型を変えることなく所望の構
造が得られた。本発明のもつこの特徴は光素子、電気素
子の集積化に極めて有用である。本実施例の素子構造を
拡散法で作る場合には、Znの拡散がGaAs層中よりGaAlAs
層中の方が速いこと及びZn濃度が高いこと等のため、伝
導型反転を起すのを避け難く、さらに、上記と同じ理由
により微細構造の加工制御ができないため、SiO2ストラ
イプの幅を広くする必要がある。
ために、GaAlAs層２の伝導型を変えることなく所望の構
造が得られた。本発明のもつこの特徴は光素子、電気素
子の集積化に極めて有用である。本実施例の素子構造を
拡散法で作る場合には、Znの拡散がGaAs層中よりGaAlAs
層中の方が速いこと及びZn濃度が高いこと等のため、伝
導型反転を起すのを避け難く、さらに、上記と同じ理由
により微細構造の加工制御ができないため、SiO2ストラ
イプの幅を広くする必要がある。
〔実施例３〕 GaAs基板上にモレキユラーエピタキシヤル成長法により
GaAlAs層（厚さ６００Å）を形成し、高輝度イオンビー
ム源により６０Kevに加速したZnイオンビームで幅１μ
ｍ、間隔１μｍで照射掃引することにより、結晶組成の
異なるストライプ構造の２次元パターンからなる半導体
領域を製作することができた。
GaAlAs層（厚さ６００Å）を形成し、高輝度イオンビー
ム源により６０Kevに加速したZnイオンビームで幅１μ
ｍ、間隔１μｍで照射掃引することにより、結晶組成の
異なるストライプ構造の２次元パターンからなる半導体
領域を製作することができた。
以上詳述したように、本発明は従来の拡散法による結晶
界面の結晶組成の加工制御技術の欠点を改善し、伝導型
の反転を併わずに結晶組成の加工制御を行うことがで
き、又微細構造の加工制御ができ、さらには２次元パタ
ーンの加工制御ができるなど多くの効果を有するので、
工業的に極めて有用である。
界面の結晶組成の加工制御技術の欠点を改善し、伝導型
の反転を併わずに結晶組成の加工制御を行うことがで
き、又微細構造の加工制御ができ、さらには２次元パタ
ーンの加工制御ができるなど多くの効果を有するので、
工業的に極めて有用である。
第１図は、本発明を適用したGaAs/GaAlAsダブルヘテロ
構造の半導体レーザーの側面図と断面図である。 第２図は本発明を適用したGaAs光導波素子の製作工程を
示す断面図である。 図中の符号； １…ｎ−GaAs基板結晶、２…ｎ−GaAlAs層、３…GaAs活
性層、４…ｐ−GaAlAs層、５…GaAs電極層、６…ｐ側電
極、７…ｎ側電極、８、９、１０…GaAlAs領域、２１…
GaAs基板結晶、２２…TeドープGaAlAs層、２３…GaAs
層、２４…SiO2スパツタ膜、２５…Znイオン注入領域、
２６…GaAlAs層
構造の半導体レーザーの側面図と断面図である。 第２図は本発明を適用したGaAs光導波素子の製作工程を
示す断面図である。 図中の符号； １…ｎ−GaAs基板結晶、２…ｎ−GaAlAs層、３…GaAs活
性層、４…ｐ−GaAlAs層、５…GaAs電極層、６…ｐ側電
極、７…ｎ側電極、８、９、１０…GaAlAs領域、２１…
GaAs基板結晶、２２…TeドープGaAlAs層、２３…GaAs
層、２４…SiO2スパツタ膜、２５…Znイオン注入領域、
２６…GaAlAs層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 進 東京都新宿区中落合４−８−５ (56)参考文献 特開 昭48−65882（ＪＰ，Ａ) １．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．38 ［10］，（1981），ｐｐ．776〜778
Claims (2)
- 【請求項１】AlAs濃度(x)の異なる結晶層を少なくとも
２層含むGa1-x Alx As（０≦ｘ≦１）半導体に１０16
／cm2未満の濃度のZnイオンを注入することによって前
記の結晶層の界面近傍にそれらのAlAs濃度(x)とは異な
るAlAs濃度(y)を有する第３のGa1-y Aly As（０＜ｙ
＜１）半導体領域を形成することを特徴とする結晶層界
面の結晶組成制御方法。 - 【請求項２】第３のGa1-y Aly As（０＜ｙ＜１）半導
体領域を２次元パターンとして形成する請求項１に記載
の結晶層界面の結晶組成制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57078015A JPH0642488B2 (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | イオン注入による結晶層界面の結晶組成制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57078015A JPH0642488B2 (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | イオン注入による結晶層界面の結晶組成制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58194333A JPS58194333A (ja) | 1983-11-12 |
| JPH0642488B2 true JPH0642488B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=13649962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57078015A Expired - Lifetime JPH0642488B2 (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | イオン注入による結晶層界面の結晶組成制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642488B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE791929A (fr) * | 1971-12-02 | 1973-03-16 | Western Electric Co | Procede de fabrication de regions isolantes dans un corps de semi-conducteur |
-
1982
- 1982-05-10 JP JP57078015A patent/JPH0642488B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３８［１０，（１９８１），ｐｐ．７７６〜７７８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58194333A (ja) | 1983-11-12 |
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