JPH0614576B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JPH0614576B2 JPH0614576B2 JP11603789A JP11603789A JPH0614576B2 JP H0614576 B2 JPH0614576 B2 JP H0614576B2 JP 11603789 A JP11603789 A JP 11603789A JP 11603789 A JP11603789 A JP 11603789A JP H0614576 B2 JPH0614576 B2 JP H0614576B2
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- 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
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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- H01S5/24—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、Si基板上に発光素子構造を形成する半導体
素子の製造方法に関するものである。
素子の製造方法に関するものである。
（従来の技術） 従来、半導体レーザをはじめとする発光素子は、GaAs，
AlGaAsなどの化合物半導体材料を用いて形成されてい
た。また、発光素子と受光素子および駆動回路などとの
集積化に関しても、同じ化合物半導体材料による電子回
路との集積化が行われていた。しかるに、発光素子と電
子素子との集積化を図る場合には、化合物半導体電子素
子の集積度がSiＬＳＩに比べて充分でなく、実システム
に適用する場合には不便なことが多い。したがって、Si
基板上に電子素子を形成し、同Si基板上に発光素子を形
成する必要が生じる。
AlGaAsなどの化合物半導体材料を用いて形成されてい
た。また、発光素子と受光素子および駆動回路などとの
集積化に関しても、同じ化合物半導体材料による電子回
路との集積化が行われていた。しかるに、発光素子と電
子素子との集積化を図る場合には、化合物半導体電子素
子の集積度がSiＬＳＩに比べて充分でなく、実システム
に適用する場合には不便なことが多い。したがって、Si
基板上に電子素子を形成し、同Si基板上に発光素子を形
成する必要が生じる。
そこで、近年、発光素子形成材料であるGaAs結晶層をSi
基板上に成長する技術の研究開発が急速に進みつつあ
り、最近、文献「イクステンデッド・アブストラクツ・
オブ・ザ・２０ス・コンフェレンス・オン・ソリッド・
ステイツ・デバイシス・アンド・マテリアルズ，トーキ
ョー(Extended Abstracts of the 20th Conference on
Solid State Devices and Materials,TOKYO)１９８８，
PP６２１〜６２２」に開示されるように、 (100)Si基板
上に (111)側面を有するＶ溝を形成した凹凸Si基板上の
GaAs成長では、 (111)面上にはGaAsは成長せず、 (100)
面上のみに成長することが本発明者により確認されてい
る。
基板上に成長する技術の研究開発が急速に進みつつあ
り、最近、文献「イクステンデッド・アブストラクツ・
オブ・ザ・２０ス・コンフェレンス・オン・ソリッド・
ステイツ・デバイシス・アンド・マテリアルズ，トーキ
ョー(Extended Abstracts of the 20th Conference on
Solid State Devices and Materials,TOKYO)１９８８，
PP６２１〜６２２」に開示されるように、 (100)Si基板
上に (111)側面を有するＶ溝を形成した凹凸Si基板上の
GaAs成長では、 (111)面上にはGaAsは成長せず、 (100)
面上のみに成長することが本発明者により確認されてい
る。
ところで、従来、化合物半導体基板を用いた発光素子の
作製にあたっては、基板にＶ溝を設けるなどすることに
より、水平方向に屈折率分布をつけたり、あるいはまた
電流を狭窄させる機能をもたせたりしていた。
作製にあたっては、基板にＶ溝を設けるなどすることに
より、水平方向に屈折率分布をつけたり、あるいはまた
電流を狭窄させる機能をもたせたりしていた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、Si基板上の素子の作製においては、従
来、Ｖ溝を形成したSi基板上のGaAs層などの成長の様子
が明確でなかったため、上記のような構造を有する発光
素子は考えられていなかった。従来は、平坦なSi基板上
に、通常の方法で水平方向に屈折率分布をつけて、かつ
内部電流狭窄機能をもたせて発光素子形成を行っている
が、非常に面倒であった。
来、Ｖ溝を形成したSi基板上のGaAs層などの成長の様子
が明確でなかったため、上記のような構造を有する発光
素子は考えられていなかった。従来は、平坦なSi基板上
に、通常の方法で水平方向に屈折率分布をつけて、かつ
内部電流狭窄機能をもたせて発光素子形成を行っている
が、非常に面倒であった。
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、Si基板上
に、水平方向に屈折率分布を有し、かつ内部電流狭窄構
造を有する発光素子構造を容易に形成することができる
半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
に、水平方向に屈折率分布を有し、かつ内部電流狭窄構
造を有する発光素子構造を容易に形成することができる
半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） この発明では、一導電型Si基板の表面に、反対導電型Si
層と一導電型Si層を順次形成して電流狭窄層を形成し、
この電流狭窄層の一部に、底面が (100)面、側面が (11
1)面の溝を前記基板に到達するように形成した後、その
溝部を含む前記電流狭窄層上に有機金属気相成長法によ
って化合物半導体の結晶成長を行うことにより、前記溝
内に発光層を位置させて、かつその発光層に水平方向に
屈折率分布を設けて、発光素子構造を溝部および電流狭
窄層上に形成する。
層と一導電型Si層を順次形成して電流狭窄層を形成し、
この電流狭窄層の一部に、底面が (100)面、側面が (11
1)面の溝を前記基板に到達するように形成した後、その
溝部を含む前記電流狭窄層上に有機金属気相成長法によ
って化合物半導体の結晶成長を行うことにより、前記溝
内に発光層を位置させて、かつその発光層に水平方向に
屈折率分布を設けて、発光素子構造を溝部および電流狭
窄層上に形成する。
（作 用） 上記方法においては、Si基板部に電流狭窄層が形成さ
れ、Si基板部に電流狭窄機能をもつことになる。
れ、Si基板部に電流狭窄機能をもつことになる。
また、底面が (100)面、側面が (111)面の溝を前記電流
狭窄層を貫通して設けた後、化合物半導体の結晶成長を
行うと、溝の側面では結晶が成長せず、溝の底面上での
み結晶が成長するので、溝内において発光層は例えば第
１図(d)の符号９で示すように、中央部が平坦面、両端
が斜面となって形成される。このような形状で発光層が
形成されれば、該発光層は、平坦面の両端部で水平方向
に屈折率分布をもつことになる。また、この発光層は、
周囲のシリコン内に埋め込まれて形成されることにな
る。換言すれば、発光層の周囲は熱伝導性に優れたシリ
コンとなる。
狭窄層を貫通して設けた後、化合物半導体の結晶成長を
行うと、溝の側面では結晶が成長せず、溝の底面上での
み結晶が成長するので、溝内において発光層は例えば第
１図(d)の符号９で示すように、中央部が平坦面、両端
が斜面となって形成される。このような形状で発光層が
形成されれば、該発光層は、平坦面の両端部で水平方向
に屈折率分布をもつことになる。また、この発光層は、
周囲のシリコン内に埋め込まれて形成されることにな
る。換言すれば、発光層の周囲は熱伝導性に優れたシリ
コンとなる。
（実施例） 以下この発明の一実施例を第１図(a)〜(d)を参照して説
明する。
明する。
まず第１図(a)に示すように、 (100)ｎ型Si基板１の表
面に、熱拡散あるいはSiエピタキシャル法により、電流
狭窄層としてＰ型Si層２およびｎ型Si層３を順次形成す
る。この時、各層の不純物濃度は５×１０17cm-3〜１０
18cm-3程度であり、厚みはＰ型Si層２は１〜２μｍ，ｎ
型Si層３は０．５〜１μｍ程度でよい。
面に、熱拡散あるいはSiエピタキシャル法により、電流
狭窄層としてＰ型Si層２およびｎ型Si層３を順次形成す
る。この時、各層の不純物濃度は５×１０17cm-3〜１０
18cm-3程度であり、厚みはＰ型Si層２は１〜２μｍ，ｎ
型Si層３は０．５〜１μｍ程度でよい。
次に、第１図(b)に示すように、ｎ型Si層３上にエッチ
ングマスクとしてSiO2膜またはSi3N4膜（ここではSiO2
膜とする）４を気相化学成膜法などにより形成し、その
上にホトレジストパターン５を形成した後、該ホトレジ
ストパターン５をマスクとして前記SiO2膜４をエッチン
グすることにより、このSiO2膜４に、溝形成用の幅４μ
ｍ程度のストライプ状の開口部６を＜０１＞方向に形
成する。
ングマスクとしてSiO2膜またはSi3N4膜（ここではSiO2
膜とする）４を気相化学成膜法などにより形成し、その
上にホトレジストパターン５を形成した後、該ホトレジ
ストパターン５をマスクとして前記SiO2膜４をエッチン
グすることにより、このSiO2膜４に、溝形成用の幅４μ
ｍ程度のストライプ状の開口部６を＜０１＞方向に形
成する。
その後、SiO2膜４をマスクとして、開口部６を通して、
KOHなどのエッチング液によりｎ型Si層３とＰ型Si層２
をエッチングすることにより、これらのSi層３，２に第
１図(c)に示すように、底面が平坦なＶ字状の溝７を＜
０１＞方向にストライプ状に形成する。この時、基板
１の一部もエッチングして、溝７の深さはｎ型Si基板１
に達する程度、すなわち１．５μｍ〜３μｍ程度とす
る。また、この溝７は＜０１＞方向に形成することに
より側面（斜面）は (111)面となる。平坦な底面は (10
0)面である。
KOHなどのエッチング液によりｎ型Si層３とＰ型Si層２
をエッチングすることにより、これらのSi層３，２に第
１図(c)に示すように、底面が平坦なＶ字状の溝７を＜
０１＞方向にストライプ状に形成する。この時、基板
１の一部もエッチングして、溝７の深さはｎ型Si基板１
に達する程度、すなわち１．５μｍ〜３μｍ程度とす
る。また、この溝７は＜０１＞方向に形成することに
より側面（斜面）は (111)面となる。平坦な底面は (10
0)面である。
次に、ホトレジストパターン５およびSiO2膜４を除去し
た後、溝７部分を含むｎ型Si層３上の全面に有機金属気
相成長法（ OMVPE法）により第１図(d)に示すようにｎ
型AlxGa1-xAs層８GaAs活性層９を順次成長させる。この
時、これらの層８，９は溝部とｎ型Si層３上に分かれて
成長し、ｎ型AlxGa1-xAs層８は溝７内の部分がクラッド
層、ｎ型Si層３上の部分が電流ブロック層となる。ま
た、GaAs活性層９は溝７内の部分が発光層となる。この
溝７内のGaAs活性層９の厚みの中心が、Ｐ型Si層２とｎ
型Si層３の界面に位置するように前記結晶成長を行う。
また、この結晶成長を行った時、溝７内においては、
(111)面の側面では結晶成長せず、 (100)面の底面での
み成長するようになるので、溝７内のGaAs活性層９は前
記第１図(d)で明確であるように中央部が平坦面、両端
部が斜面となる。そして、このような形状に溝７内でGa
As活性層９が成長することにより、該GaAs活性層９（発
光層）に、その平坦部の両端で水平方向に屈折率分布が
つくことになる。
た後、溝７部分を含むｎ型Si層３上の全面に有機金属気
相成長法（ OMVPE法）により第１図(d)に示すようにｎ
型AlxGa1-xAs層８GaAs活性層９を順次成長させる。この
時、これらの層８，９は溝部とｎ型Si層３上に分かれて
成長し、ｎ型AlxGa1-xAs層８は溝７内の部分がクラッド
層、ｎ型Si層３上の部分が電流ブロック層となる。ま
た、GaAs活性層９は溝７内の部分が発光層となる。この
溝７内のGaAs活性層９の厚みの中心が、Ｐ型Si層２とｎ
型Si層３の界面に位置するように前記結晶成長を行う。
また、この結晶成長を行った時、溝７内においては、
(111)面の側面では結晶成長せず、 (100)面の底面での
み成長するようになるので、溝７内のGaAs活性層９は前
記第１図(d)で明確であるように中央部が平坦面、両端
部が斜面となる。そして、このような形状に溝７内でGa
As活性層９が成長することにより、該GaAs活性層９（発
光層）に、その平坦部の両端で水平方向に屈折率分布が
つくことになる。
次に、GaAs活性層９上にＰ型AlxGa1-xAsクラッド層１０
を約１μｍ成長させ、さらにその上にＰ+型GaAsコンタ
クト層11を数千Å成長させる。そして、そのコンタクト
層１１上には、電流をより効果的に閉じ込めるために絶
縁膜層１２を形成し、前記溝７上で窓を開け、その窓部
で前記コンタクト層11に接続されるようにＰ側電極13を
形成する。一方、ｎ型Si基板１の裏面にはｎ側電極１４
を形成する。
を約１μｍ成長させ、さらにその上にＰ+型GaAsコンタ
クト層11を数千Å成長させる。そして、そのコンタクト
層１１上には、電流をより効果的に閉じ込めるために絶
縁膜層１２を形成し、前記溝７上で窓を開け、その窓部
で前記コンタクト層11に接続されるようにＰ側電極13を
形成する。一方、ｎ型Si基板１の裏面にはｎ側電極１４
を形成する。
なお、前記コンタクト層１１の不純物濃度は３×１０18
cm-3以上であることが望ましい。一方、活性層９には不
純物を入れない。この活性層９には、ｎ型AlxGa1-xAs層
８とＰ型AlxGa1-xAsクラッド層１０のAl混晶比を適当に
変えることにより、AlyGa1-yAs層または量子井戸層を用
いることもできる。また、ｎ型AlxGa1-xAs層８とＰ型Al
xGa1-xAsクラッド層１０の不純物濃度は５×１０17cm-3
程度が適当である。
cm-3以上であることが望ましい。一方、活性層９には不
純物を入れない。この活性層９には、ｎ型AlxGa1-xAs層
８とＰ型AlxGa1-xAsクラッド層１０のAl混晶比を適当に
変えることにより、AlyGa1-yAs層または量子井戸層を用
いることもできる。また、ｎ型AlxGa1-xAs層８とＰ型Al
xGa1-xAsクラッド層１０の不純物濃度は５×１０17cm-3
程度が適当である。
また、以上はｎ型Si基板を出発点として導電型を決めて
素子を形成した場合であるが、導電型をすべて逆にして
同様の素子を形成することは原理的に可能である。ま
た、化合物半導体材料もGaAs，AlGaAsだけでなく、他の
材料を用いることもできる。同様に結晶成長法に関して
も、ＯＭＶＰＥに留まらず、同様の他の方法を利用する
ことができる。
素子を形成した場合であるが、導電型をすべて逆にして
同様の素子を形成することは原理的に可能である。ま
た、化合物半導体材料もGaAs，AlGaAsだけでなく、他の
材料を用いることもできる。同様に結晶成長法に関して
も、ＯＭＶＰＥに留まらず、同様の他の方法を利用する
ことができる。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、この発明の製造方法によれ
ば、Si基板部に直接電流狭窄層を形成することと、溝内
における結晶成長の選択性を利用して、内部電流狭窄層
を有する、かつ水平方向に屈折率分布を有する発光素子
構造をSi基板上に容易に形成することができ、発光素子
とSi電子素子との集積化技術を大いに発展させることが
できる。また、この発明の製造方法によれば、発光層の
周囲が熱伝導率に優れたSiで囲まれた構造となるため、
放熱性にも優れている。
ば、Si基板部に直接電流狭窄層を形成することと、溝内
における結晶成長の選択性を利用して、内部電流狭窄層
を有する、かつ水平方向に屈折率分布を有する発光素子
構造をSi基板上に容易に形成することができ、発光素子
とSi電子素子との集積化技術を大いに発展させることが
できる。また、この発明の製造方法によれば、発光層の
周囲が熱伝導率に優れたSiで囲まれた構造となるため、
放熱性にも優れている。
第１図はこの発明の半導体素子の製造方法の一実施例を
示す工程断面図である。 １…… (100)ｎ型Si基板、２……Ｐ型Si層、３……ｎ型
Si層、７……溝、８……ｎ型AlxGa1-xAs層、９……GaAs
活性層、１０……Ｐ型AlxGa1-xAsクラッド層。
示す工程断面図である。 １…… (100)ｎ型Si基板、２……Ｐ型Si層、３……ｎ型
Si層、７……溝、８……ｎ型AlxGa1-xAs層、９……GaAs
活性層、１０……Ｐ型AlxGa1-xAsクラッド層。
Claims (1)
- 【請求項１】(a)一導電型Si基板の表面に、反対導電型S
i層と一導電型Si層を順次形成して電流狭窄層を形成す
る工程と、 (b)その電流狭窄層の一部に、底面が（１００）面、側
面が（１１１）面の溝を前記基板に到達するように形成
する工程と、 (c)その溝部を含む前記電流狭窄層上に有機金属気相成
長法によって化合物半導体の結晶成長を行うことによ
り、前記溝内に発光層を位置させて、かつその発光層に
水平方向に屈折率分布を設けて、発光素子構造を溝部お
よび電流狭窄層上に形成する工程とを具備してなる半導
体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11603789A JPH0614576B2 (ja) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | 半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11603789A JPH0614576B2 (ja) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | 半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02296385A JPH02296385A (ja) | 1990-12-06 |
| JPH0614576B2 true JPH0614576B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=14677171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11603789A Expired - Lifetime JPH0614576B2 (ja) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | 半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0614576B2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-11 JP JP11603789A patent/JPH0614576B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02296385A (ja) | 1990-12-06 |
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