Semiconductor device with rugged alas clad layer
专利汇可以提供Semiconductor device with rugged alas clad layer专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To obtain good mechanical and chemical stability by composing the device of a GaAs substrate, a GaAs buffer layer, a GaAs/AlGaAs quantum-well region, and an AlAs/GaAs clad region. CONSTITUTION: A quantum-well region 5 is formed between a clad region 7 and a grating 9 at a top part, which couples radiation with the quantum-well region 5. The clad region 7 is in contact with the quantum-well region 5 and formed between the quantum well region 5 and a substrate 1. The quantum-well region 5 includes alternate layers 51 and 53 of GaAs and AlGaAs and the clad region 7 includes superlattices 71 and 73 of at least 2 μm in thickness, formed of alternate layers of AlAs and GaAs. Further, the substrate 1 and a buffer layer 3 are formed of GaAs. Consequently, good mechanical and chemical stability is obtained.，下面是Semiconductor device with rugged alas clad layer专利的具体信息内容。
族化合物半導体よりなり；及び該少なくとも一つの領域（５）に接触するクラッド領域（７）であって、該クラッド領域（７）が、第一及び第二の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるインターリーブ第一及び第二の層（７
１、７３）を有する超格子よりなり、該第一及び第二の組成物の内の少なくとも一つがＡよりなる；で構成されることを特徴とするデバイス。
及び該少なくとも一つの領域（５）の間にある、請求項１記載のデバイス。
ｓよりなる、請求項２記載のデバイス。
請求項３記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、一般的には、Ａｌ含有クラッド層を有する半導体デバイス、具体的には、光検出器として有用な該デバイスに関する。
【０００２】
【従来技術】第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いて作成される、光検出器、レーザー及び電界効果トランジスターを含む多くのタイプのデバイスがある。 これらのデバイスの内の多くは、ヘテロ構造、即ち少なくとも二つの異なる化合物半導体を有する構造をもつ。 そういった構造は、キャリア限界用として多く有用なヘテロインターフェースでのバンドギャップ相違を有する。 更に、放射限界として多く有用な屈折率相違もある。
【０００３】長波長光検出器として有用なデバイスが、
ＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ化合物半導体を用いて開発されている。 量子井戸赤外線光検出器と称せられるデバイスは、一般にはその頭文字をとってＱＷＩＰと呼ばれている。 この名前から推測できるように、このデバイスは、
バリヤ層に取り囲まれる量子井戸層(quantum well)を有する。 量子井戸及びバリヤ層は、それぞれ、例えば、Ｇ
ａＡｓ及びＡｌＧａＡｓであり得る。 反応は、量子井戸層に吸収される。 量子機械的選択基準によれば、量子井戸層に垂直に投射される光は、量子井戸層に吸収されない。 量子井戸層に効率的に光を連結させるために、量子井戸の一方の側上に低屈折率層により規定されるウエーブガイド及び他の側上に格子を用いる。 量子井戸への放射の有効な連結のためには、低屈折率層を比較的厚く設ける。 クラッド層のための半導体としては、他の多くのデバイスのタイプにおいても用いられているＡｌＡｓが通常選択される。 ＡｌＡｓは、ＧａＡｓの３．３よりも低い２．８６の屈折率を有し、これにより、吸収率を増大させるために、量子井戸内に放射を限定させる。
【０００４】クラッド層に用いられる半導体は、時間にともないその能力を維持すべきであり、即ち、時間の経過とともにその特性が低下されるべきでない。 そういった時間に関連した安定性は、Ａｌの高い反応性ゆえに、
Ａｌ含有化合物半導体を用いて達成することは通常困難である。 湿潤な環境下では、Ａｌが加水分解されやすい性質を有するがゆえに、困難性は増大する。 例えば、アプライド フィジクスレターズ(Applied Physics Lette
rs),56, １９９０年６月１１日, 2436-2438頁 及び
ジャーナル オブ アプライド フィジクス(Journal o
f Applied Physics),68,１９９０年９月１日,2235-2238
頁に、湿気に対するＡｌＡｓの反応性について考察されている。 より最近の報告は、高温酸化により構造を安定化させる天然の酸化物を、ＡｌＡｓ上に形成せしめる旨を指摘する。 酸化層は、厚さ０．１μｍと比較的薄い。
この点、アプライド フィジクス レターズ、５８、
１，９９１年３月１８日、1199-1201 参照。
【０００５】ＱＷＩＰへ光を結合させるために、格子状の、クラッド層として用いられる厚いＡｌＡｓクラッド層の使用に関する報告が近年存在する。 例えば、アプライドフィジクス レターズ、５８、１９９１年５月２０
日、2264-2266 頁 及び５９、１９９１年８月１２日、
857-859 頁参照。 これらの報告におけるクラッド層の厚さは、３μｍである。
【０００６】従って、時間の経過とともにその特性を維持する厚いＡｌ含有クラッド層を有する構造が、記載されている。
【０００７】
【発明の概要】本発明の典型的態様によれば、デバイスは、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる基板；少なくとも一つの第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなり、該基板上の少なくとも一つの領域；及び、該少なくとも一つの領域に接触するクラッド領域を含む。 クラッド領域は、第一及び第二の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のインターリーブ化された第一及び第二の層を有する超格子により形成され、該第一及び第二の化合物半導体の内の少なくとも一つが、Ａｌで構成される。 具体的な態様において、第一及び第二の組成物は、ＡｌＧａＡｓである。
更に他の具体的態様において、第二の組成物は、ＡｌＡ
ｓである。 超格子は、望ましくは、少なくとも２μｍの厚さを有する。 更に他の態様において、該領域は、少なくとも一つの量子井戸を有する。 第三の層が量子井戸であるインターリーブ化された第三及び第四の層がある。
吸収のために量子井戸に放射を結合させる格子も存在しうる。
【０００８】
【詳細な説明】我々は、前に記載したＡｌＡｓクラッド層が、時間の経過とともに薄層に裂ける傾向があることを発見した。 そういった薄層に裂ける原因は正確には知られていない。 しかしながら以下によるものと考えられる。 よく知られているように、歪みを生じるＧａＡｓ及びＡｌＡｓ間の小格子ミスマッチがある。 この歪みは、
薄層亀裂を生じ、これにより水分の侵入及びＡｌ含有半導体との反応をもたらす。 薄層亀裂の問題は、歪みの量が層の厚さが増すに従って増大することからすれば、薄い層の場合には見られないものと考えられる。 例えば、
０．１μｍのような薄い層の場合は、薄層亀裂を生じるための圧力を生じないと考えられる。
【０００９】本発明は、ＱＷＩＰを形成する具体的態様を参照して述べられる。 図面によれば、基板１、バッファー層３、量子井戸領域５及びクラッド領域７が示される。 量子井戸領域５は、クラッド領域７と量子井戸領域５へ放射を結合させる頂部上の格子９の間に挟まれて形成される。 クラッド領域７は、量子井戸領域５と接触し、示された態様において、井戸領域５と基板の間に形成される。 量子井戸領域５の頂部及び底部へそれぞれ接触する電気的接点１０１及び１０３もまた形成される。
格子材料のエッチングを停止するために有用なエッチング停止層１０５もまた形成される。 量子井戸領域及びクラッド領域は、それぞれ、５１及び５３、及び、７１及び７３で表される複数の層を有する。 典型的には、層いった多くの層が存在しうる。 基板は、バッファー層及びコンタクト層と同様にＧａＡｓで構成される。 量子井戸領域は、５１及び５３で示されるＧａＡｓ及びＡｌＧａ
Ａｓの交互する層を含む。 クラッド領域は、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓの交互する層により形成される超格子を含む。 格子９は、ウエーブガイド領域の必須部位として示される。 格子の機能は、効率的に吸収させるための量子井戸領域への光の結合にある。 クラッド領域７の全厚は、量子井戸領域への光の吸収が効率的に行われるように選択される。 典型的な厚さは、約１０μｍの波長の光の吸収に対して、２乃至３μｍの間である。 独立した層７１及び７３の厚さは、ビルトイン弾性歪みを最小にするように選択される。 これは、微少割れの発生を最小にし、これにより水分が構造物へ浸透する可能性減少させる。 周期数は、全厚を考慮して決定される。
【００１０】示される構造物は、既知の結晶成長技術を用いて、当業者により作成できる。 例えば、分子ビームエピタキシーは、結晶層の成長のために使用可能である。 この技術は、現在当業者により開発され理解されている。 他の技術もまた使用できる。 格子もまた既知の技術により作成される。
【００１１】デバイスの動作については、容易に理解され、詳細に説明するとは要しない。 光は、基板側から入射され、格子領域９から反射される。 反射光は、量子井戸領域を横切る際に吸収される。 伝導された光は、適切に設定された格子のための、クラッド層７に接する１０
３インターフェースで、全体的に内部反射される。 この光は、再び量子井戸領域に吸収され、最後に格子から反射されて基板を離れる。
【００１２】構造体の改善された安定性は、透過型電子顕微鏡を用いて確認できる。 これらの研究によれば、良好な機械的安定性、即ち薄層亀裂がなく、化学的安定性、即ちＡｌが水分と反応するわずかな事実も示さなかった。 作成されたＱＷＩＰの放射分析試験では、安定性を示した。 時間に対するこの安定性は、強壮なクラッド層の形成を裏付ける。
【００１３】記載されるべき種々の態様は、当業者にとって明らかであろう。 例えば、クラッド構造が、ＡｌＡ
ｓ／ＧａＡｓとして記載されるとしても、他のＡｌ含有化合物半導体もまた使用可能である。 加えて、Ａｌ構造は、ＱＷＩＰ以外のデバイスで使用することも可能である。 即ち、領域５は、量子井戸を有することを要しない。 更に、バッファー層は、省略可能である。
【図１】図１は、本発明のデバイスの一態様を示す部分断面図である。 明確化のためデバイス中のエレメントは同一スケールで示していない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス ジェラルド グロゴヴスキー アメリカ合衆国 19529 ペンシルヴァニ ア，ケンプトン，ボックス 149ジェー, アールデーナンバー １ (72)発明者 ロナルド ユージェン リーバーグス アメリカ合衆国 18071 ペンシルヴァニ ア，パルマートン，フランクリン アヴェ ニュー 149 (72)発明者 ジョン ウィリアム ステイト，ジュニヤ アメリカ合衆国 18078 ペンシルヴァニ ア，シュネックスヴィル，ボックス 2436，アールアールナンバー １ (72)発明者 ヴェンカタラマン スワミナザン アメリカ合衆国 18062 ペンシルヴァニ ア，マッカンジー，フレッシュ メドウ ドライヴ 5753 (72)発明者 キンバーリー ダウン チェニー トラッ プ アメリカ合衆国 18049 ペンシルヴァニ ア，エマウス，カンターベリー ドライヴ 4729
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