JPH0775267B2 - 半導体装置及びその製造プロセス - Google Patents

半導体装置及びその製造プロセス

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
プロセスに関し、特に隣接する傾斜側壁面をもつ水平表
面領域を有する加工構造基板上に成長した層構造を含む
レーザダイオードのような半導体装置について、化合物
半導体（第３／第５族又は他のもの）から構成される活
性層をもつ可視波長レーザダイオードに適用して好適な
ものである。活性層は一段と広い禁止帯をもつ材料によ
りラテラル方向に「終端され」得、これによつて強固な
封じ込め及び非吸収ミラー構造を与える埋設された装置
を得ることができる。
【０００２】
【従来の技術】本発明が主に適用される分野の１つは半
導体レーザダイオードの分野であり、半導体レーザダイ
オードはそれらがコンパクトなサイズでありかつそれら
の技術が関連した電子回路の技術と協調的であるので現
在幅広い種々の情報処理システムにおいて使用されてい
る。このレーザダイオードはデータ通信、光記憶装置及
びレーザビームプリントのような領域において使用さ
れ、特にその波長、光出力、高速変調能力及びビームの
質等に関して適用する際に最適化されてきた。
【０００３】本発明は異なる装置のかなり広いスペクト
ルに適用できるが、例えば高い光出力をもつ細いビーム
を必要とするレーザプリンタ及び光デイスクシステムに
おいて用いられる短波長レーザに対して特に関連してい
る。このように適用するには0.6 〔μm 〕波長の範囲で
動作する（Ａｌ）ＧａＩｎＰレーザダイオードが非常に
望ましい。しかしながら、この短波長の材料は多角的に
調査され使用された（Ａｌ）ＧａＡｓ材料システムの特
性とは異なる特性及び新たな問題を導く特性を有する。
（Ａｌ）ＧａＡｓ装置に適切なコンセプト及び設計は一
般的に可視光レーザには適していない。
【０００４】本発明は解決策として２つの条件、すなわ
ち（Ａ１）低限界、高効率のレーザダイオードを得るた
めの強電流及びキヤリヤ封じ込めと、（Ａ２）高出力の
動作を長時間維持するためにミラー面に発生する熱によ
り生ずる多大な光ミラー損失（ＣＯＭＤ）に対する保護
とを与える。
【０００５】キヤリヤ及び電流封じ込めについての実質
的な改善はレーザの活性層がレーザのキヤビテイを形成
する導波路に平行な方向の一段と広い禁止帯をもつ材料
に埋め込まれるいわゆる埋込み構造によつて達成され
る。しかしながら、従来の構造物はかなり複雑な製造工
程を必要とする。最も一般的に使用されるプロセスはエ
ツチングステツプから開始してＧａＩｎＰ活性層を含む
メサを得るプロセスである。メサは連続するエピタキシ
ヤル再成長ステツプを用いて埋設される。この技術は装
置歩留りにおける多大な損失によつて達成されるばかり
でなく、装置の信頼性という困難な問題をも引き起こ
す。
【０００６】埋設された構造物及びその製造工程の他の
例は欧州特許出願第０３４８５４０号「ＧａＡｓの選択
的成長のプロセス」に開示されている。当該明細書にお
いては、異なる結晶方位の水平表面の断面及び傾斜した
表面の断面をもつパターン化された基板は水平表面上の
活性層の選択的成長を与えるために用いられるが、埋め
込まれる一段と広い禁止帯をもつ被覆層は水平表面及び
傾斜表面の両表面上に成長する。成長しない又は成長を
抑制する効果による結晶方位に依存するような他の方法
のように、このプロセスはエピタキシプロセス中、成長
しない保護されていない面又は成長を抑制された保護さ
れてない面が汚染され、その結果結晶構造が影響を受け
るという点において問題となる。
【０００７】非放射キヤリヤがミラー面の近くで再結合
するために生ずる余分な熱の発生を回避するための非吸
収ミラー（ＮＡＭ）を有するレーザ構造の設計には多大
な努力が払われてきた。一般的な対処法は一段と広い禁
止帯をもつ透明な材料から構成されるいわゆるウインド
ウ構造により活性層を終端し、これによつてミラー面の
そばのいくつかのキヤリヤ対を実質的に削減する。この
非吸収ミラーＮＡＭレーザ構造は以下の文書に開示され
ている。
【０００８】（Ｂ１）「ＩＢＭ技術公開報告」として、
１９８８年７月発行第３１巻、第２号「非吸収レーザミ
ラー」２４０頁には被覆層間に埋め込まれたＧａＡｓ量
子ウエル活性層を含む層構造により構成される（Ａｌ）
ＧａＡｓレーザが開示されている。当該層はＧａＡｓ基
板の層構造表面上すなわち面方位（100)平面の中央部
分、面方位（411)平面の両ミラー領域に成長される。Ｇ
ａＡｓの成長速度は面方位（411)表面においては極めて
遅いので、量子ウエル活性層の幅はミラー領域の近くま
で削減される。これにより効果的な禁止帯が増加する。
【０００９】（Ｂ２）欧州特許第０３３２７２３号「高
出力半導体ダイオードレーザ」には溝部分間に傾斜遷移
帯域をもつ平面状のメサ部分及び溝部分を有するパター
ン化された基板上に形成されたレーザ構造が示されてい
る。層構造は活性導波路及び非活性導波路を含み、活性
導波路の利得部分は非活性導波路の非吸収部分と調整さ
れている。利得部分に生成した光は傾斜被覆層を介して
ミラー面に向かつて伝播する際に光が十分に誘導される
非吸収部分内に結合される。
【００１０】（Ｂ３）「ＩＢＭ技術公開報告」として、
１９８９年８月発行第３２巻、第３Ｂ号「統合ＮＡＭ偏
光器をもつ垂直エミツタレーザ」４９８〜４９９頁は他
の形態の非吸収ミラー又は偏光器構造を提案している。
１つの例として、量子ウエルからできている活性層はイ
オン注入又は拡散によつて不均一にされる。この局部的
な不均一が活性層の禁止帯のエネルギーを上昇させる。
他の実施例においては、活性層は偏光器の前に折り曲げ
られる。光ビームは一段と広い禁止帯をもつ被覆層によ
つて形成された非吸収部分内の偏光器に衝突する。
【００１１】（Ｂ４）「ＩＥＥＥ国際半導体レーザ会
議」ダイジエスト版として、１９９０年９月発行、第１
２号「ＧａＩｎＰ活性層の自然規則格子を不規則にする
ことによつて形成された非吸収面をもつ新ウインドウ型
構造ＡｌＧａＩｎＰ可視ＬＤ」３０〜３１頁がある。可
視光ＡｌＧａＩｎＰレーザダイオードは、ミラー面にお
いて統合された一段と高いエネルギーの禁止帯（Ｅg ）
結晶を有すると記述されている。これはミラー面近くの
拡散された不純物（Ｚｎ）をもつＧａＩｎＰ活性層を選
択的に不規則にすることにより達成され、これによつて
Ｅg は増加する。最大光出力の著しい増加が証明され
る。
【００１２】（Ｂ５）同一のダイジエスト版に「自己選
択拡散誘導不規則化によるウインドウ型構造ＩｎＧａＡ
ｌＰ可視光レーザダイオード」（３６〜３７頁）があ
る。Ｚｎ拡散誘導不規則化はＩｎＧａＡｌＰレーザ構造
に対して一段と広い禁止帯ウインドウ領域を生成するた
めに用いられる。拡散はミラー領域の左側のｎ形キヤツ
プ層下に得られる。
【００１３】この従来の非吸収ミラーＮＡＭコンセプト
はかなり複雑な構造及び製造工程を必要とし一段と高い
歩留り、「製作容易型」ＮＡＭレーザダイオードに対す
る要求がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明により非吸収ミ
ラーＮＡＭ導波路と同様に強電流及びキヤリヤ封じ込め
が単一のエピタキシヤルステツプにより実現され得るよ
うなレーザ装置の設計をすることができる。これは局所
的な禁止帯の変化を介して加工構造基板上の第３族の規
則相及び不規則相半導体材料を同時にその位置において
成長させることによつて達成される。
【００１５】本発明は可視光レーザを適用する際に非常
に重要であるいくつかの半導体材料、特に（Ａｌ）Ｇａ
ＩｎＰが、
【００１６】（Ｃ１）いくつかの相に存在する。すなわ
ち規則相及び不規則相、それらは第３族の原子配列とは
異なること、
【００１７】（Ｃ２）規則相から不規則相に変化する時
増加する禁止帯エネルギーＥg を有すること、
【００１８】（Ｃ３）標準的な金属有機気相エピタキシ
ヤル（ＭＯＶＰＥ）成長条件の下で標準的な基板方位
（又はわずかにずれた方位に向けられた表面）上の規則
相に成長するが、一段と大きくずれた方位に向けられた
基板の場合、不規則相が得られることが分かる現象に基
づいている。
【００１９】この材料の特徴は以下の文書において調査
され報告される。
【００２０】（Ｄ１）１９８７年３月１６日発行、応用
物理学50(11)「金属有機気相エピタキシヤル及び禁止帯
エネルギーへの関係によつて成長したＧａＩｎＰ内の規
則状態の存在の証拠」６７３〜６７５頁に記述されてい
る。ＭＯＶＰＥエピタキシヤル層は第３／第５族の比率
及び成長温度次第でカラム３の規則格子上に規則的な分
配かつランダム（Ｇａ、Ｉｎ）な分配に応じて異なる禁
止帯エネルギー（Ｅg）の状態を呈する。
【００２１】（Ｄ２）１９８９年６月８日発行、電気学
第２５巻、第１２号「基板方位上にＭＯＶＰＥ成長Ａｌ
ＧａＩｎＰのホトルミネセンスのピークエネルギーの依
存性」７５８〜７５９頁に記述されている。これは金属
有機気相エピタキシヤルＭＯＶＰＥによつて成長したＧ
ａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰ材料の測定に関する報告で
ある。禁止帯は面方位（100)の平面についてずれた方位
に向けられる基板が増加するにつれて増大し、禁止帯は
ランダムな合金に完全に遷移するために高傾斜角に飽和
されることが分かつた。
【００２２】この文書は本発明が基礎に置く材料特性に
ついて述べているが、異なる禁止帯の領域を選択的に得
るために加工構造基板の使用を示唆するものでもなけれ
ば、ダイオードレーザ技術において埋設されたヘテロ構
造及び又は非吸収ミラー面を達成するために調査された
現象の適用を提案するものでもない。
【００２３】本発明の主要な目的は従来の容易な制御プ
ロセスを用いて製造し得る電流及びキヤリヤ封じ込め特
性を改善した半導体装置を提供することである。
【００２４】本発明の他の目的は１ステツプのエピタキ
シプロセスを用いて製造し得る非吸収ミラー部分を本質
的にもつ活性導波路を有するレーザダイオードのような
半導体装置を提供することである。
【００２５】本発明のさらに他の目的はキヤリヤ封じ込
めを改善し非吸収ミラーを得るために両ラテラル方向に
広い禁止帯をもつ材料部分を有する活性導波路を含む半
導体装置を提供することである。
【００２６】本発明のさらに他の目的はレーザダイオー
ドのような半導体装置及びその製造方法を提案するもの
であり、当該半導体装置は異なるエネルギーをもつ禁止
帯の部分を含む活性層を有し、当該活性層は単一の処理
ステツプにより元の位置に製造され得る。
【００２７】本発明はこの目的を整合し従来の半導体装
置、特にレーザダイオードの欠陥を改善するようにす
る。これは当該装置を形成する層構造が加工構造基板上
に成長されることにより達成される。活性層は少なくと
も基板表面の方位又はずれた方位の機能として規則状態
又は不規則状態を呈する半導体材料からなり、この状態
は異なるエネルギーＥg をもつ禁止帯を有する。活性層
の終端部分を折り曲げ、ずれた方位に方位付けられた基
板表面部分上に成長したことにより、中央部分の禁止帯
エネルギーより高いエネルギーを与え、かくしてレーザ
ダイオードを適用する際には、広い禁止帯部分で終端す
る埋設されたレーザ及び又は活性層の製造により非吸収
ミラーを与えることができる。
【００２８】高エネルギー及び低エネルギー禁止帯領域
を含む活性層はその位置において、すなわち単一エピタ
キシ処理ステツプにより製造し得る。
【００２９】本発明による主要な有利点の概要を以下に
述べる。
【００３０】（Ｅ１）レーザを適用する際埋設されたヘ
テロ構造装置は改善した封じ込め及び又は多大な光ミラ
ーダメージから保護する非吸収ミラーを与え、従来の非
臨界エピタキシ処理を用いて製造し得る。
【００３１】（Ｅ２）限界電流値、効率性、信頼性及び
光出力についてのレーザ性能を改善することができる。
【００３２】（Ｅ３）依存効果は基板表面に小傾斜角だ
けを要求し元の位置のエピタキシヤル堆積処理は臨界配
列条件を最小限に削減するのでプレナ技術を用いること
ができる。
【００３３】（Ｅ４）浅く、傾斜した面を用いることに
より材料の再分配及び反応率の相違を回避し、他の方法
により構成の局所的な変更を生じさせると歪み又は欠陥
が形成される。
【００３４】
【課題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
め本発明においては、少なくとも１つの化合物半導体層
３４を含む層構造を具え、化合物半導体層３４は隣接し
た傾斜側壁面３２ｍをもつた水平領域３２ｏをもつ表面
を有する加工構造基板上に堆積されている半導体装置３
０において、化合物半導体層３４は、当該化合物半導体
層３４が堆積されている基板表面の方位及びずれた方位
に依存する材料により構成され、規則状態又は不規則状
態のいずれかの状態を呈し、この状態は異なる禁止帯エ
ネルギーを示し、化合物半導体層３４は加工構造基板の
水平領域３２ｏを覆うように堆積された中央部分３４ａ
及び傾斜側面３２ｍを覆うように堆積された終端部分３
４ｂを具え、中央部分３４ａから少なくとも１つのラテ
ラル方向に拡張し、側壁面３２ｍの結晶方位又はずれた
方位は、終端部分３４ｂが中央部分３４ａの禁止帯エネ
ルギーと異なる禁止帯エネルギーを有するような方位に
する。
【００３５】
【作用】水平領域は面方位（100)のような標準的方位で
あるか又は傾斜表面はわずかにはずれてずれた方向に向
けられる。当該装置を形成する層は加工構造表面上に成
長され、活性層は少なくとも方位又はずれた方位に依存
する規則状態又は不規則状態を呈する半導体材料であ
る。活性層の中央部分は水平な基板領域上に成長した終
端断面より一段と低い禁止帯エネルギーを有し、従つて
一段と幅広い禁止材料、強力なキヤリヤの封じ込め及び
又は非吸収ミラーによりいずれかのラテラル方位に終端
され、高い光出力動作を実現することができる。
【００３６】
【実施例】以下図面について本発明の一実施例を詳述す
る。
【００３７】本発明による実施例を詳細に説明する前
に、図１及び図２Ａ、２Ｂについて本発明の原理の概要
を述べる。
【００３８】第３／第５族化合物半導体材料、特に（Ａ
Ｌ）ＧａＩｎＰは第３種の群の原子配列とは相違する異
なる相に存在し得る。例えば金属有機気相エピタキシヤ
ル（ＭＯＶＰＥ）プロセスのような成長期間の間、条件
次第によつては、ランダムな不規則相が得られたり、又
はＧａ及びＩｎが例えば＜１１１＞方向に規則的に配列
されるような規則相が得られたりする。当該２つの相の
最も興味ある差異は、同一材料の禁止帯エネルギーＥg
が規則相より不規則相の方が70〜150 〔meV 〕程度高い
ことである。半導体材料が規則相又は不規則相のいずれ
の相において成長するかは半導体材料が成長する基板の
結晶方位によつて決定され得る。一般的な金属有機気相
エピタキシヤルＭＯＶＰＥ成長条件下において、屈伸性
がありかつ高い光特性をもつている材料、ＧａＩｎＰは
面方位（100)のような標準的な基板結晶方位又はわずか
にはずれた方位（例えば２°）に成長するが、ＧａＩｎ
Ｐは、一段と強く結晶方向がずれた基板例えば十分に７
°はずれているかなり低角度の基板上では、不規則でラ
ンダムな合金相の状態で成長する。
【００３９】図１は（100)２°はずれ→(110) 、及び７
°はずれ→＜111 ＞ＡのＧａＡｓ基板上に同時に並んで
生成した２つのレーザの発光スペクトル（ＧａＩｎＰ
ＭＱＷ ＧＲＩＮＳＣＨ型の）を示す。２つのレーザの
放射波長は２°はずれた基板方位及び７°はずれた基板
方位に対してそれぞれ673 〔nm〕及び654 〔nm〕であ
り、その波長の差異は禁止帯のエネルギー差によつて生
ずる。２つの基板上に堆積した合金の構成は１％以下の
変化として計測されかつ確認され、かくして傾斜角の差
が小さいにもかかわらず結晶構造の結合が得られている
ことが証明されている。
【００４０】また、局所的な禁止帯の変化が、結晶方位
のずれが異なる表面領域を有する単一構造基板上に成長
する層又は層構造において得られることが分つた。
【００４１】このことを図２（Ａ）において、（Ａｌ）
ＧａＩｎＰ層が成長されている層構造の基板を含む簡単
な構造を概略的に示す。基板１１は面方位（100)のＧａ
Ａｓから構成される。図示するように、当該基板は一段
と大きくずれた方位に向けられた傾斜遷移領域１２ｃと
共に面方位（100)又はほんのわずかずれた結晶方位に向
けられた水平メサ領域ａ及び溝領域ｂを与える浅いリツ
ジを形成すると共に、強く方向がずれた傾斜遷移部を形
成するような表面加工構造に作られている。この表面構
造上には（Ａｌ）ＧａＩｎＰの層１２すなわち規則相又
は不規則相のいずれかに存在し得る第３／第５族の化合
物半導体材料が形成される。結晶方向の方位（又はわず
かにずれた方位に向けられた）水平表面領域（ａ、ｂ）
上において、（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層が約670 〔nm〕の放
射波長に対応する禁止帯をもつ規則相状態にあり、これ
に対して一段と強くずれた方位に向けられた傾斜領域
（ｃ）に当該材料が約650 〔nm〕の放射波長に対応する
禁止帯をもつ不規則相の状態に形成されている。このこ
とは図２において、結晶方位の基板表面ａ及びｂ上に成
長した（Ａｌ）ＧａＩｎＰ層１２の部分１２ａ及び１２
ｂは規則材料により構成されているのに対してずれた方
位に向けられた基板表面ｃ上に成長した部分１２ｃ（傾
斜がついた部分）は不規則な形式の材料により構成され
ていることを表している。
【００４２】規則材料及び不規則材料のインタフエース
において生ずる禁止帯エネルギーＥg の変化は表面構造
に示されている伝導帯エネルギー（ＥC ）及び価電子帯
エネルギー（ＥV ）についてのエネルギー図Ｅとして示
す。エネルギーギヤツプＥｇdis （不規則材料に対す
る）及びＥｇord （規則材料に対する）間の差は70〜15
0 〔meV 〕の範囲にあることが分かる。
【００４３】図２（Ｂ）は図２（Ａ）と同じ効果を示す
溝構造を示すものであり、基板１１の加工構造の表面上
に成長した層１２は図２（Ａ）のリツジ構造におけるよ
うな規則領域及び不規則領域を含み、その結果同じエネ
ルギー図となる。
【００４４】図３は本発明に従つて設計されかつ製造さ
れた半導体装置の第１実施例を示し、当該第１実施例に
おいてはラテラル電流及びキヤリヤ封じ込めを改善した
レーザダイオード構造３０を提示している。
【００４５】基本的にはレーザダイオード３０は加工構
造の表面を有するｎ形ドープＧａＡｓ基板３１上に成長
された溝型構造をもつ。基板表面は水平領域３２ｏ間に
傾斜した遷移領域すなわち側壁面３２ｍをもつ。基板表
面に形成された浅い溝はレーザ構造の光放射導波路の方
向（図３のｚ軸に平行な方向）に形成される。層構造の
表面上には半導体層のスタツクが成長されている。この
実施例の場合、この半導体層のスタツクは、ｎ形ドープ
ＡｌＧａＩｎＰ下部被覆層３３、キヤリヤ再結合及び光
導波路用非ドープＧａＩｎＰ活性層３４、ｐ形ドープＡ
ｌＧａＩｎＰ上部被覆層３５及び高度にドープされた低
抵抗ｐ形ＧａＡｓコンタクト層３６より構成されてい
る。オーミツクコンタクト３７及び３８はそれぞれコン
タクト層３６の頂部及び基板３１の底部に示すように配
列される。ミラー面（ｘｙ平面）は層構造の両端に形成
され、それらの距離はレーザキヤビテイの長さを決定す
る。
【００４６】スレシヨルド電流を越える電流を当該装置
を通じて引き出すのに十分なレベルの適性な極性の電圧
をオーミツクコンタクトに与えたとき、活性層３４の平
面に平行なレーザビームが光モード領域から放射され
る。
【００４７】本発明によれば、水平表面領域３２ｏは使
用された基板例えば標準的な面方位（100)のＧａＡｓ基
板によつて決定される方位に「方位付け」される。これ
に対して傾斜領域３２ｍは７°の傾斜角だけ方向がずれ
ている。上述のような現象のために、ずれた方位に向け
られた表面上に不規則相な材料を成長させると、傾斜し
た側壁面３２ｍを覆う（Ａｌ）ＧａＩｎＰ部分（図の陰
影部分）は結晶方向に向けられた基板表面領域３２ｏ上
を覆うように成長した部分の禁止帯より一段と高いエネ
ルギーをもつ禁止帯を有する材料から構成される。
【００４８】その結果、再結合が進行しかつレーザビー
ムが生成される活性層の部分３４ａは過剰電流及びキヤ
リア封じ込めを与える一段と高いエネルギーをもつ禁止
帯材料の終端部分３４ｂによつて側面に埋設される。さ
らに、当該層の折れ曲がりは良好なラテラル方向の光学
的な封じ込めを与える。必要ならば、活性層をさらに折
れ曲げることによつて一段と強固な封じ込めが得られ
る。
【００４９】次に、図３のレーザ構造３０の製造プロセ
スの概要を述べる。
【００５０】出発点は2 ×1018〔cm-3〕のＳｉドーピン
グ濃度を有する標準的な面方位（100)のｎ形ドープＧａ
Ａｓ基板である。次に、浅い溝が標準的なリソグラフイ
技術及びエツチング技術を用いて基板表面上に用意され
る。最初、ｚ軸に平行なホトレジストストライプが形成
されることにより溝を定義し、当該溝は例えば、Ｈ2Ｓ
Ｏ4 、Ｈ2 Ｏ2 及び水の混合物を用いる湿式化学エツチ
ングプロセスにより形成される。エツチングが不完全で
も所望の傾斜側壁面を形成する。第１実施例において
は、加工構造表面の溝は深さ約0.5 〔μm 〕で底部（水
平領域３２ｏ）の幅は６〔μm 〕である。領域３２ｍは
長さ約４〔μm 〕で傾斜は角約７〔°〕である。
【００５１】ホトレジストストライプを除去した後、基
板は金属有機気相エピタキシヤルＭＯＶＰＥシステム内
にロードされ、そこで次の層が単一の内部配置プロセス
によりエピタキシヤル成長する。
【００５２】（Ｆ１）Ａｌ濃度ｘ＝0.8 をもつ（Ａｌx
Ｇａ(1-X) ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐのｎ形ドープ下部被覆層３
３は厚さ１〔μm 〕で１×1018〔cm-3〕のＳｉドーピン
グを有する。
【００５３】（Ｆ２）Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの非ドープ活
性層３４は約100 〔nm〕の厚さである。
【００５４】（Ｆ３）Ａｌ濃度ｘ＝0.8 をもつ（Ａｌx
Ｇａ(1-X) ）0.5 Ｉｎ0.5 ＰのＰ形ドープ上部被覆層３
５は厚さ１〔μm 〕で１×1018〔cm-3〕のＺｎ形ドーピ
ングを有する。
【００５５】（Ｆ４）ＧａＡｓのＰ形ドープコンタクト
層３６は厚さ200 〔nm〕で１×1019〔cm-3〕のＺｎ形ド
ーピングを有する。
【００５６】次のステツプにおいて、オーミツクコンタ
クトストライプ３７がＧａＡｓコンタクト層３６の頂部
に用いられる。当該コンタクトのストライプ形状はチタ
ニユウム及びプラチナ及び金のサンドウイツチにより構
成されるコンタクト金属の蒸発に対してリソグラフイに
パターン化されたホトレジストマスクを用いて決定され
かつ形成され、これは続いてリフトオフ処理される。ｎ
形ドープ基板３１の底側のオーミツクコンタクト３８は
ゲルマニユウム、金及びニツケルを合金することによつ
て得られる。最後に、当該基板はミラー面を形成しかつ
装置を分離するように、分割される。
【００５７】図４は本発明の第２実施例を示す。高出力
動作をなし得る非吸収ミラー（ＮＡＭ）部分をもつレー
ザダイオード４０が示されている。非常に簡単な利得誘
導レーザ構造が選ばれたのは本発明の説明に最も適切だ
からである。
【００５８】基本的にはレーザ４０は図３のレーザ構造
と同様の構造を有し、図３のレーザ構造との主な差異は
溝がｘ軸方向に形成されていること、すなわち当該装置
の放射導波路と垂直に形成されていることである。
【００５９】レーザ４０は水平領域４２ｏの両端に傾斜
した終端領域４２ｍをもつ加工構造の表面を有するｎ形
ドープＧａＡｓ基板４１上に成長されている。ここで浅
い溝がレーザ構造の導波路に垂直に形成されている。当
該基板上には半導体層のスタツクが成長され、この半導
体層のスタツクはｎ形ドープＡｌＧａＩｎＰ下部被覆層
４３、非ドープＧａＩｎＰ活性層４４、上部のｐ形ドー
プＡｌＧａＩｎＰ被覆層４５及びｐ形ドープコンタクト
層４６を含む。オーミツクコンタクト４７及び４８がコ
ンタクト層４６の頂部及び基板４１の底部に用いられ
る。ｘｙ平面のミラー面が層構造の両端に形成されてい
る。
【００６０】本発明によれば、水平面領域４２ｏは結晶
方向例えば（100)に「結晶方向に方向付け」されている
のに対して、傾斜領域４２ｍは例えば７°ずれた方向に
向けられる。その結果、結晶方向に方向付けられた基板
面領域４２ｏ上に成長した半導体層部分は規則相にな
る。（Ａｌ）ＧａＩｎＰ半導体材料は不規則に成長する
ので、ずれた方向に向けられた表面上の一段と高いエネ
ルギーをもつ禁止帯相、傾斜した側壁面４２ｍ（図４の
陰影部分）の半導体部分は結晶方向に方向付けられた基
板表面４２ｏに成長した部分より一段と高いエネルギー
の禁止帯を有する材料により構成されることになる。
【００６１】その結果、レーザビームが発生する活性層
の利得部分４４ａはレーザ光が通つて放射されるウイン
ドウ又は非吸収ミラーＮＡＭ部分を与える一段と高いエ
ネルギーの禁止帯をもつ両方のミラー面の端で終端す
る。活性層が高エネルギー禁止帯の終端をもつているの
で、ミラー部分においてキヤリア対の数が大きく削減さ
れ、これによつて非放射キヤリアが再結合することによ
る熱の発生が回避される。光ビームは折れ曲つた活性層
を「通り」、光モード領域４８から装置を放れて行く。
【００６２】図３のレーザを製造する際に用いられるプ
ロセスは図４の装置を製造する際に使用されるものと実
質的に同一の材料、同一の大きさ、同一のドーピング濃
度等が用いらる。もちろん、活性導波路に対する溝の大
きさ及びその向きは調整される必要がある。ずれた方向
の傾斜面領域の傾斜角及び長さは同一の傾斜角及び長さ
に維持されるが、溝の幅は所望のレーザのキヤビテイ長
を得るために拡大され（例えば250 から300 〔μm 〕
に）かつ調整されなければならない。
【００６３】図５は本発明の第３の実施例を示す。図５
にはレーザダイオード５０を示し、レーザダイオード５
０は方向両端に活性層を終端する高エネルギーの禁止帯
部分を有し、これにより高出力を得るために非吸収ミラ
ーをもつ良好な封じ込めＡＮＤを有する装置を得ること
ができる。
【００６４】基本的にレーザ５０は図３及び図４の装置
と同様に基板５１の加工構造表面上に成長された層のス
タツクにより構成される。当該スタツクは下部被覆層５
４、活性層５５及び上部被覆層５６を含む。簡単な理由
により、被覆層５６の頂部に堆積したコンタクト層、並
びにコンタクト層及び基板に付着したオーミツクコンタ
クトは示されていない。
【００６５】基板表面及び同じようにエピタキシヤル成
長された半導体層は上述の実施例のように１方向（ｚ軸
方向又はｘ軸方向）だけではなく２方向、すなわちｚ軸
方向の活性導波路に平行及びｘ軸方向の活性導波路に垂
直に溝を形成するという点において図３及び図４の溝と
は異なる。
【００６６】このことは基板表面を一段と複雑な構造に
加工することによつて達成される。ｚ軸方向において、
当該表面は結晶方向に方向付けされた水平な表面領域５
２ｏ間にずれた方位に向けられた傾斜領域５２ｍを有す
るが、ｘ軸方向においては、当該表面は水平領域５２ｏ
と「一直線」に方位付けされた水平領域５３ｏ及びずれ
た方向に向けられた傾斜領域５３ｍを有する。図５にお
いて、傾斜した基板表面つまり一段と高いエネルギーの
禁止帯上に成長した異なる半導体層の部分は図の陰影部
分により強調されている。
【００６７】図５の完成した装置５０は上述の２つの実
施例について上述したプロセスに従つて製造されたと
き、強固なキヤリア封じ込め及び非吸収ミラーＮＡＭ構
造を与える点において、達成された特徴及び効果を上述
の装置と組み合わせる。
【００６８】上述の実施例については、溝及びミラー面
の適性な配列を選択することによつて、ラテラル方向の
電流封じ込めをもつレーザと共に非吸収ミラーをもつレ
ーザ及びその両方を組み合わせたレーザを得ることがで
きるということが示されている。
【００６９】上述の実施例は溝型装置についてである
が、注意すべきはリツジ型装置の設計が同一の概念に基
づいてしかも上述のプロセスをそのまま用いて製造され
たとき、リツジ型装置のような他の装置を用いても同一
の結果を得ることができるということである。
【００７０】本発明はレーザダイオードにだけ適用でき
るだけではなく、また禁止帯制御キヤリア封じ込めを与
えるような構造をもつ他の半導体装置を改善するもので
ある。本発明はバイポーラ装置についても特に関係があ
る。一般に本発明は上述の実施例の際に用いられた特定
の材料、大きさ、ドーピング濃度又はプロセスパラメー
タを用いる装置及びプロセスに決して制限されるもので
はない。２、３の変形例を述べる。
【００７１】（Ｇ１）本発明は（Ａｌ）ＧａＩｎＰ以外
の複合システムに適用できる。第３／第５族又は第２／
第６族化合物、三元、四元化合物等は材料が２つの別個
の相に存在するという条件のとき、すなわち原子配列及
び帯域エネルギーが異なるという条件のときその候補と
なる。
【００７２】（Ｇ２）上述の実施例においては、用いら
れた基板は面方位（100)のような標準的な結晶方向をも
つており、これにより、通常のエピタキシヤル成長がで
きる。また異なる方位の基板は、それらが用いられたエ
ピタキシプロセスにより適性に成長することができると
いう条件のとき用いられる。
【００７３】（Ｇ３）（100)のように「正確に結晶方向
に方向付けされた」基板を用いる代わりに、僅かに「ず
れて」方位付けされた基板表面を用いることもできる。
これは結晶成長の際に基礎として有用な明確な結晶核を
与えるという点において有利になることがある。高品質
の装置は僅かにずれた方位に向けられた例えば２°はず
れた表面上に成長され得る。例えば面方位（110)及び(1
11) のように他の結晶方向に向けられた場合でも実行で
きる。
【００７４】（Ｇ４）不規則材料が成長すべきずれた方
向を要求される基板表面は上述の７°以外の傾斜角によ
り得ることができる。実際、約25°の傾斜角をもつ構造
は作りやすく、実験結果も良好であつた。一段と大きい
傾斜角をもつ構造については限界が予測される。それら
は上述のような材料構成を変更するか又は導波路機能を
低下させる。さらに、この場合は有利なプレナ技術はも
う適用できなくなる。
【００７５】（Ｇ５）本発明の装置を製造するための好
適なプロセスは金属有機気相エピタキシヤルＭＯＶＰＥ
であるが、本発明が基礎におく原子配列効果を条件とし
たときさらに適切な他のエピタキシプロセスを達成する
ことができる。
【００７６】（Ｇ６）本発明の構造を製造する際には、
ミラー面を形成し基板上に成長した装置を分離するため
の分割処理は上述のように用いられ得る。エツチング処
理、特にリアクテイブイオンエツチ（ＲＩＥ）技術のよ
うな他の方法がミラー面を形成するために同じように適
用される。
【００７７】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、局所的な
禁止帯の変化を介して構造化加工された基板上の第３族
の規則相及び不規則相の半導体材料を同時にその位置に
おいて成長させることによつて、非吸収ミラーＮＡＭ導
波路と同様に強い電流かつキヤリヤの封じ込めが単一の
エピタキシヤルステツプにより実現され得るようなレー
ザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は同一の成長中に異なる表面のずれた方位
に向けられた基板上以外に堆積された２つのレーザダイ
オードに対して禁止帯のエネルギー従つて放射波長がい
かに影響を与えるかを示すグラフである。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は本発明が基礎におく現
象を示すために用いられる層をなしたリツジ構造（Ａ）
及び溝構造（Ｂ）を示す斜視図である。
【図３】図３は効果的な封じ込めを得るために埋設され
た活性層を有する溝型レーザダイオードを示す本発明の
第１実施例の斜視図である。
【図４】図４は多大な光学的損失を回避するために非吸
収ミラー部分を有する溝型のレーザダイオードを示す本
発明の第２実施例の斜視図である。
【図５】図５は埋設された活性層及び非吸収ミラー部分
の両方を有する溝型レーザダイオードであり、これによ
つてミラーにおいて発生する熱によつて生ずる多大な光
学的損失を回避することにより効果的な封じ込め及び高
出力を与える本発明の第３実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１１……基板、１２……（Ａｌ）ＧａＬｎＰ層、１２
ａ、１２ｂ、１２ｃ……（Ａｌ）ＧａＬｎＰ層の部分、
３０、４０、５０……レーザダイオード構造、３１、４
１、５１……ｎ形ドープＧａＡｓ基板、３２ｍ、４２
ｍ、５２ｍ……傾斜遷移領域、３２ｏ、４２ｏ、５２ｏ
……水平領域、３３、４３、５４……ｎ形ドープＡｌＧ
ａＬｎＰ下部被覆層、３４、４４……ＧａＬｎＰ層、３
４ａ、４４ａ……活性層の部分、３５、４５、５６……
ｐ形のＡｌＧａＬｎＰ上部被覆層、３６、４６……光抵
抗ｐ形ＧａＡｓコンタクト層、３７、３８、４７、４８
……オーミツクコンタクト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウンガー・ペーター スイス国ツエーハー8800、タルビル、ゾナ ンベルクストラーサ、40番地 (72)発明者 ボナ・ギアン−ルーカ スイス国ツエーハー8910、アホルテルン・ アム・アルビス、ゲルビベーク、９番地

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの化合物半導体層を含む層
    構造を具え、上記化合物半導体層は隣接した傾斜側壁面
    をもつた水平領域をもつ表面を有する加工構造基板上に
    堆積されている半導体装置において、 上記化合物半導体層は、当該化合物半導体層が堆積され
    ている基板表面の方位及びずれた方位に依存する材料に
    より構成され、規則状態又は不規則状態のいずれかの状
    態を呈し、この状態は異なる禁止帯エネルギーを示し、 上記化合物半導体層は上記加工構造基板の水平領域を覆
    うように堆積された中央部分及び上記傾斜側面を覆うよ
    うに堆積された終端部分を具え、上記中央部分から少な
    くとも１つのラテラル方向に拡張し、 上記側壁面の結晶方位又はずれた方位は、上記終端部分
    が上記中央部分の禁止帯エネルギーと異なる禁止帯エネ
    ルギーを有するような方位であることを特徴とする半導
    体装置。
  2. 【請求項２】上記半導体装置はレーザダイオードであ
    り、上記化合物半導体層はダイオードレーザの活性層で
    あることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】上記中央部分及び上記終端部分を具える上
    記活性層は被覆層間にサンドウイツチされることにより
    活性導波路を形成し、上記終端部分は上記活性導波路の
    縦軸に平行であり、これによりラテラル方向の封じ込め
    を与えることを特徴とする請求項２に記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項４】上記中央部分及び上記終端部分を具える活
    性層は被覆層間にサンドウイツチされることにより活性
    導波路を形成し、上記終端部分は上記導波路の水平軸に
    垂直であり、これにより非吸収ミラー構造を与えること
    を特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】上記中央部分及び上記終端部分を具える上
    記活性層は被覆層間にサンドウイツチされることにより
    活性導波路を形成し、終端部分は上記導波路の水平軸に
    平行かつ垂直に配列され、かくしてラテラル方向の封じ
    込めかつ非吸収ミラー終端を共に与えることを特徴とす
    る請求項２に記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】上記半導体装置は（Ａｌ）ＧａＩｎＰシス
    テム半導体材料により構成されることを特徴とする請求
    項１に記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】上記半導体装置は禁止帯制御型キヤリヤ封
    じ込めを与える構造をもつバイポーラ装置であることを
    特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】上記基板は面方位（100)のような標準的な
    結晶方位か又は約２°方位がそれているかのいずれかで
    あることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  9. 【請求項９】上記側壁面の傾斜角は６°から30°の範囲
    にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  10. 【請求項１０】隣接した傾斜側壁面をもつ水平領域を有
    する表面に加工構造基板上に堆積された少なくとも１つ
    の化合物半導体層を含む層構造を具える半導体装置を製
    造するプロセスにおいて、 上記層構造を成長させる上記基板の表面を加工構造に
    し、上記水平領域の表面方位は標準的な結晶方位（方位
    面（100)、２°それた方位面（100)）に実質的に対応す
    るが、傾斜側面は結晶方位についてずれた方位に向けら
    れるステツプと、 上記層を順次堆積することにより上記加工構造基板表面
    上に上記層構造を形成し、少なくとも上記化合物半導体
    層は上記層が堆積される上記基板表面の方位及びずれた
    方位に依存する材料により構成され、規則状態か又は不
    規則状態のいずれかを呈し、この状態は異なる禁止帯を
    示し、 層構造において、上記化合物半導体層の上記中央部分は
    上記層構造表面の水平領域を覆うように堆積し、上記側
    壁面を覆うように堆積し中央部分の禁止帯エネルギーと
    異なる禁止帯エネルギーを有する終端部分によつて少な
    くとも１つのラテラル方向に終端されるステツプとを具
    えることを特徴とする半導体装置製造プロセス。
  11. 【請求項１１】上記層構造を形成する上記層は単一のエ
    ピタキシ処理によりその位置に堆積されることを特徴と
    する請求項１０に記載の半導体装置製造プロセス。
  12. 【請求項１２】上記層構造を形成する層の堆積の際に金
    属有機気相エピタキシヤル（ＭＯＶＰＥ）プロセスが用
    いられることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装
    置製造プロセス。
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