JPH11274645A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子及びその製造方法Info
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- JPH11274645A JPH11274645A JP7197998A JP7197998A JPH11274645A JP H11274645 A JPH11274645 A JP H11274645A JP 7197998 A JP7197998 A JP 7197998A JP 7197998 A JP7197998 A JP 7197998A JP H11274645 A JPH11274645 A JP H11274645A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
- H10D62/8503—Nitride Group III-V materials, e.g. AlN or GaN
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡｌＮ系材料を埋め込み層として用いること
ができ、かつ活性領域を形成する他の半導体側に転位や
歪みが導入されるのを抑制して良質な活性層を得ること
ができ、しきい値の低減や信頼性の向上等をはかる。 【解決手段】 ｐ型ＩｎＰ基板１０１上に、ｐ型ＩｎＰ
バッファ兼クラッド層１０２，ＭＱＷ活性層１０３，ｎ
型ＩｎＰクラッド層１０４，ｎ型ＩｎＰコンタクト層１
０５が形成され、各層１０５〜１０２がメサ状に加工さ
れた半導体レーザにおいて、メサ側面に多結晶のＡｌＧ
ａＮ層１１０を埋め込み形成した。
ができ、かつ活性領域を形成する他の半導体側に転位や
歪みが導入されるのを抑制して良質な活性層を得ること
ができ、しきい値の低減や信頼性の向上等をはかる。 【解決手段】 ｐ型ＩｎＰ基板１０１上に、ｐ型ＩｎＰ
バッファ兼クラッド層１０２，ＭＱＷ活性層１０３，ｎ
型ＩｎＰクラッド層１０４，ｎ型ＩｎＰコンタクト層１
０５が形成され、各層１０５〜１０２がメサ状に加工さ
れた半導体レーザにおいて、メサ側面に多結晶のＡｌＧ
ａＮ層１１０を埋め込み形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザや光
集積化素子等の半導体素子に係わり、特に埋め込み層又
は絶縁層として用いる半導体層の改良をはかった半導体
素子及びその製造方法に関する。
集積化素子等の半導体素子に係わり、特に埋め込み層又
は絶縁層として用いる半導体層の改良をはかった半導体
素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子で一つの活性領域を電気的に
絶縁するためには、能動領域の周辺にイオン注入して絶
縁化するか、能動領域の周辺にメサ構造を形成し、空間
的に分離することが行われる。単一の能動領域が高性能
化し微細化すると、電気的或いは光学的に素子の分離が
難しくなり、同時に放熱効率を大きくすることが必要に
なる。イオン注入による方法は結晶へのダメージが大き
く、特に高さの高い素子では使用が難しくなる。このた
め、メサ構造を形成し電気的，光学的に狭窄できる材料
で埋め込むことが行われている。この目的では、素子の
活性領域と埋め込み領域の材料の特性差が大きく、かつ
埋め込み材料として熱伝導特性の高い材料を用いること
が望ましい。
絶縁するためには、能動領域の周辺にイオン注入して絶
縁化するか、能動領域の周辺にメサ構造を形成し、空間
的に分離することが行われる。単一の能動領域が高性能
化し微細化すると、電気的或いは光学的に素子の分離が
難しくなり、同時に放熱効率を大きくすることが必要に
なる。イオン注入による方法は結晶へのダメージが大き
く、特に高さの高い素子では使用が難しくなる。このた
め、メサ構造を形成し電気的，光学的に狭窄できる材料
で埋め込むことが行われている。この目的では、素子の
活性領域と埋め込み領域の材料の特性差が大きく、かつ
埋め込み材料として熱伝導特性の高い材料を用いること
が望ましい。
【０００３】このような目的に基づいて、例えば特開平
９−４５９８５号ではＡｌＮを主成分とする層を埋め込
み層に用いた半導体レーザが作成されている。しかし、
ＡｌＮは他の半導体よりも堅くかつ他の半導体と熱膨張
率が異なる。本発明者等の研究によれば、この種の材料
を用いると転位や歪みが活性領域を形成する他の半導体
側に導入されやすく、特にその製造工程で高熱に加熱す
ると埋め込み界面に異常層が発生し、良質な活性層が得
られない問題があることが分かった。
９−４５９８５号ではＡｌＮを主成分とする層を埋め込
み層に用いた半導体レーザが作成されている。しかし、
ＡｌＮは他の半導体よりも堅くかつ他の半導体と熱膨張
率が異なる。本発明者等の研究によれば、この種の材料
を用いると転位や歪みが活性領域を形成する他の半導体
側に導入されやすく、特にその製造工程で高熱に加熱す
ると埋め込み界面に異常層が発生し、良質な活性層が得
られない問題があることが分かった。
【０００４】図９は、従来の面発光型半導体レーザの素
子構造を示す断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板９００上
に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層９０１，ｐ型ブラッグ反射
器９０２，活性層９０３，ｎ型ブラッグ反射器９０４，
キャップ層９０５が積層されており、活性層９０３，反
射器９０４，及びキャップ層９０５はメサ状に加工さ
れ、その側面はＡｌＮ層９０６により埋め込まれてい
る。電流注入のための電極は、ｎ側電極９２１がキャッ
プ層９０５上に選択的に形成され、ｐ側電極９２２は反
射器９０２上に選択的に形成されている。
子構造を示す断面図である。ｎ型ＧａＡｓ基板９００上
に、ｐ型ＧａＡｓバッファ層９０１，ｐ型ブラッグ反射
器９０２，活性層９０３，ｎ型ブラッグ反射器９０４，
キャップ層９０５が積層されており、活性層９０３，反
射器９０４，及びキャップ層９０５はメサ状に加工さ
れ、その側面はＡｌＮ層９０６により埋め込まれてい
る。電流注入のための電極は、ｎ側電極９２１がキャッ
プ層９０５上に選択的に形成され、ｐ側電極９２２は反
射器９０２上に選択的に形成されている。
【０００５】また、ｐ型反射器９０２はｐ型ＧａＡｓと
ｐ型ＡｌＡｓを交互に繰り返し積層して形成され、ｎ型
反射器９０４はｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓを交互に積
層して形成されている。活性層９０３は、ＩｎＧａＡｓ
歪み量子井戸層の両側にアンドープＧａＡｓ層、更にそ
の両側にアンドープＡｌＧａＡｓ層、そしてその更に両
側にｎ型ＡｌＧａＡｓ層とｐ型ＡｌＧａＡｓ層を設けて
形成されている。
ｐ型ＡｌＡｓを交互に繰り返し積層して形成され、ｎ型
反射器９０４はｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＡｓを交互に積
層して形成されている。活性層９０３は、ＩｎＧａＡｓ
歪み量子井戸層の両側にアンドープＧａＡｓ層、更にそ
の両側にアンドープＡｌＧａＡｓ層、そしてその更に両
側にｎ型ＡｌＧａＡｓ層とｐ型ＡｌＧａＡｓ層を設けて
形成されている。
【０００６】このような構成の面発光型レーザでは、埋
め込み層に熱伝導度の大きなＡｌＮを用いているため、
メサの側面が空気である場合や半導体埋め込み層である
場合と比べて、放熱性に優れ活性層の温度上昇が抑制さ
れるため、最高発振温度の上昇と最高光出力の上昇とい
ったことが期待される。この結果は、上記の面発光型の
半導体レーザに限らず、端面発光型の半導体レーザでも
同様に期待されるものである。
め込み層に熱伝導度の大きなＡｌＮを用いているため、
メサの側面が空気である場合や半導体埋め込み層である
場合と比べて、放熱性に優れ活性層の温度上昇が抑制さ
れるため、最高発振温度の上昇と最高光出力の上昇とい
ったことが期待される。この結果は、上記の面発光型の
半導体レーザに限らず、端面発光型の半導体レーザでも
同様に期待されるものである。
【０００７】しかしながら、メサの側面のｐｎ接合部を
直接ＡｌＮで埋め込んでいるため、表面再結合による漏
れ電流が大きく、発振しきい値が上昇してしまうため、
十分な光出力特性が得られない。また、通電と共に漏れ
電流が徐々に増大するため、素子の信頼性が低いという
問題もある。更に、メサを形成する半導体とＡｌＮの熱
膨張係数が異なるため、活性層近傍に大きなストレスが
かかることも上記の問題を助長している。
直接ＡｌＮで埋め込んでいるため、表面再結合による漏
れ電流が大きく、発振しきい値が上昇してしまうため、
十分な光出力特性が得られない。また、通電と共に漏れ
電流が徐々に増大するため、素子の信頼性が低いという
問題もある。更に、メサを形成する半導体とＡｌＮの熱
膨張係数が異なるため、活性層近傍に大きなストレスが
かかることも上記の問題を助長している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、窒化
ガリウム系半導体材料を用いた半導体レーザにおいて、
電気的，光学的狭窄を行うためにメサの側面をＡｌＮで
埋め込むことが試みられているが、この場合、転位や歪
みが活性領域を形成する他の半導体側に導入されやす
く、特にその製造工程で高熱に加熱すると埋め込み界面
に異常層が発生し、良質な活性層が得られないという問
題があった。さらに、表面再結合による漏れ電流が大き
く、発振しきい値が上昇しまうため、十分な光出力特性
が得られないという問題があった。
ガリウム系半導体材料を用いた半導体レーザにおいて、
電気的，光学的狭窄を行うためにメサの側面をＡｌＮで
埋め込むことが試みられているが、この場合、転位や歪
みが活性領域を形成する他の半導体側に導入されやす
く、特にその製造工程で高熱に加熱すると埋め込み界面
に異常層が発生し、良質な活性層が得られないという問
題があった。さらに、表面再結合による漏れ電流が大き
く、発振しきい値が上昇しまうため、十分な光出力特性
が得られないという問題があった。
【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ＡｌＮ系材料を埋め込
み層や絶縁層として用いることができ、かつ活性領域を
形成する他の半導体側に転位や歪みが導入されるのを抑
制して良質な活性層を得ることができ、しきい値の低減
や信頼性の向上等をはかり得る半導体素子及びその製造
方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、ＡｌＮ系材料を埋め込
み層や絶縁層として用いることができ、かつ活性領域を
形成する他の半導体側に転位や歪みが導入されるのを抑
制して良質な活性層を得ることができ、しきい値の低減
や信頼性の向上等をはかり得る半導体素子及びその製造
方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
即ち本発明は、窒化物系半導体材料を用いた半導体素子
において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ
＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を、埋め込み層又は絶縁層
に用いたことを特徴とする。
するために本発明は、次のような構成を採用している。
即ち本発明は、窒化物系半導体材料を用いた半導体素子
において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ
＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を、埋め込み層又は絶縁層
に用いたことを特徴とする。
【００１１】また本発明は、窒化物系半導体材料を用い
た半導体素子において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、ＨとＯ又は
ＨとＣを添加した層を、埋め込み層又は絶縁層に用いた
ことを特徴とする。
た半導体素子において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、ＨとＯ又は
ＨとＣを添加した層を、埋め込み層又は絶縁層に用いた
ことを特徴とする。
【００１２】また本発明は、窒化物系半導体素子におい
て、Ａｌ又はＧａのうちの一方が０でなく、且つカーボ
ンの濃度若しくは酸素の濃度がＧａＮ不純物飽和濃度以
上である単結晶，多結晶，又は非晶質のＡｌx Ｇａy Ｉ
ｎz Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、Ｈ
とＯ又はＨとＣを添加した層を、埋め込み層又は絶縁層
に用いたことを特徴とする。
て、Ａｌ又はＧａのうちの一方が０でなく、且つカーボ
ンの濃度若しくは酸素の濃度がＧａＮ不純物飽和濃度以
上である単結晶，多結晶，又は非晶質のＡｌx Ｇａy Ｉ
ｎz Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、Ｈ
とＯ又はＨとＣを添加した層を、埋め込み層又は絶縁層
に用いたことを特徴とする。
【００１３】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) ＡｌＧａＩｎＮ層は多結晶又は非晶質であること。 (2) 下地は、Ｎを含まない半導体層であること。 (3) 下地は、ＰとＮを同時に含む半導体層、又はＡｓと
Ｎを同時に含む半導体層であること。
は次のものがあげられる。 (1) ＡｌＧａＩｎＮ層は多結晶又は非晶質であること。 (2) 下地は、Ｎを含まない半導体層であること。 (3) 下地は、ＰとＮを同時に含む半導体層、又はＡｓと
Ｎを同時に含む半導体層であること。
【００１４】(4) 埋め込み層は、活性領域の側部に形成
された凹部内に形成され、酸素又はカーボンの濃度を、
ＡｌＮ結晶中での不純物飽和濃度（約１０20×ｃｍ-3）
以上で、且つ熱伝導係数があまり大きくならない組成
（酸素又はカーボンの組成がほぼ５０％以下）にするこ
と。
された凹部内に形成され、酸素又はカーボンの濃度を、
ＡｌＮ結晶中での不純物飽和濃度（約１０20×ｃｍ-3）
以上で、且つ熱伝導係数があまり大きくならない組成
（酸素又はカーボンの組成がほぼ５０％以下）にするこ
と。
【００１５】また本発明は、上記半導体素子の製造方法
において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ
＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体層を成長す
る際に、少なくとも窒素の原料にジメチルヒドラジン，
モノメチルヒドラジン，又はターシャリブチルヒドラジ
ンを含み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれぞれＧａ又は
Ａｌの有機金属を用いることを特徴とする。ここで、少
なくとも２〜３フッ素化合物或いはフッ素酸素化合物を
選択マスクとして埋め込み層を形成することが望まし
い。
において、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ
＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体層を成長す
る際に、少なくとも窒素の原料にジメチルヒドラジン，
モノメチルヒドラジン，又はターシャリブチルヒドラジ
ンを含み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれぞれＧａ又は
Ａｌの有機金属を用いることを特徴とする。ここで、少
なくとも２〜３フッ素化合物或いはフッ素酸素化合物を
選択マスクとして埋め込み層を形成することが望まし
い。
【００１６】また本発明は、活性層を含む多層膜の側面
がメサ状に加工され、該メサ側面がＡｌＧａＮを主成分
とする埋め込み層で埋め込まれた半導体素子であって、
前記メサ側面とＡｌＧａＮ埋め込み層の間に、活性層を
形成する半導体と同一結晶構造を有する半導体層が設け
られたことを特徴とする。
がメサ状に加工され、該メサ側面がＡｌＧａＮを主成分
とする埋め込み層で埋め込まれた半導体素子であって、
前記メサ側面とＡｌＧａＮ埋め込み層の間に、活性層を
形成する半導体と同一結晶構造を有する半導体層が設け
られたことを特徴とする。
【００１７】また本発明は、活性層を含む多層膜の側面
がメサ状に加工され、該メサ側面がＡｌＧａＮを主成分
とする埋め込み層で埋め込まれた半導体素子であって、
前記ＡｌＧａＮ埋め込み層が、組成の異なる複数の層で
形成されたことを特徴とする。
がメサ状に加工され、該メサ側面がＡｌＧａＮを主成分
とする埋め込み層で埋め込まれた半導体素子であって、
前記ＡｌＧａＮ埋め込み層が、組成の異なる複数の層で
形成されたことを特徴とする。
【００１８】（作用）本発明によれば、例えば活性領域
の近傍をメサ形成後に、メサ側部をＡｌx Ｇａy Ｉｎz
Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、
又はＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）にＨとＯ又はＨとＣを添加した層を、
埋め込み層に用いたことを特徴としている。この場合、
活性領域を形成する半導体は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎ
ＡｓＰ，ＧａＰ等の III族化合物半導体、Ｓｉ，ＳｉＧ
ｅＣ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族半導体、ＣｄＭｇＴ
ｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等の II-VI族化合物半導
体、カルコパイライト半導体、ＧａＩｎＡｓＮ，ＧａＩ
ｎＡｓＰＮ，ＡｌＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ等
が適用可能である。
の近傍をメサ形成後に、メサ側部をＡｌx Ｇａy Ｉｎz
Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、
又はＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）にＨとＯ又はＨとＣを添加した層を、
埋め込み層に用いたことを特徴としている。この場合、
活性領域を形成する半導体は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎ
ＡｓＰ，ＧａＰ等の III族化合物半導体、Ｓｉ，ＳｉＧ
ｅＣ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族半導体、ＣｄＭｇＴ
ｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等の II-VI族化合物半導
体、カルコパイライト半導体、ＧａＩｎＡｓＮ，ＧａＩ
ｎＡｓＰＮ，ＡｌＧａＩｎＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮ等
が適用可能である。
【００１９】本発明の埋め込み層は電気的抵抗率が高い
ので、埋め込み層への電流リークが小さく、活性領域を
小さくすることができる。このため、デバイスの駆動電
流を小さくすることができる。さらに、駆動電流が小さ
いので発熱量を下げることができる。また、本発明の埋
め込み層或いは絶縁層は、２Ｗ／ｃｍＫと熱伝導度が高
いので、活性層での温度上昇が小さくハイパワーデバイ
スを実現することができる。また、電気的絶縁性が高く
熱伝導度が高いことから、素子を高密度に集積化するこ
とができる。
ので、埋め込み層への電流リークが小さく、活性領域を
小さくすることができる。このため、デバイスの駆動電
流を小さくすることができる。さらに、駆動電流が小さ
いので発熱量を下げることができる。また、本発明の埋
め込み層或いは絶縁層は、２Ｗ／ｃｍＫと熱伝導度が高
いので、活性層での温度上昇が小さくハイパワーデバイ
スを実現することができる。また、電気的絶縁性が高く
熱伝導度が高いことから、素子を高密度に集積化するこ
とができる。
【００２０】特に、活性領域が上記半導体のうち、Ｇａ
Ａｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩ
ｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰ等のIII-Ｖ族化合物半
導体、Ｓｉ，ＳｉＧｅＣ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族
半導体、ＣｄＭｇＴｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等の I
I-VI族化合物半導体、カルコパイライト半導体、ＧａＩ
ｎＡｓＮ，ＧａＩｎＡｓＰＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮの
場合には、本発明の埋め込み層と活性領域と吸収端のエ
ネルギーが異なるために、光閉じ込め効果も大きく取る
ことができ、光学的素子分離も十分に行うことができ
る。
Ａｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩ
ｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰ等のIII-Ｖ族化合物半
導体、Ｓｉ，ＳｉＧｅＣ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族
半導体、ＣｄＭｇＴｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等の I
I-VI族化合物半導体、カルコパイライト半導体、ＧａＩ
ｎＡｓＮ，ＧａＩｎＡｓＰＮ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮの
場合には、本発明の埋め込み層と活性領域と吸収端のエ
ネルギーが異なるために、光閉じ込め効果も大きく取る
ことができ、光学的素子分離も十分に行うことができ
る。
【００２１】また、埋め込み又は絶縁層としてのＡｌＧ
ａＩｎＮを単結晶ではなく多結晶或いは非晶質としてい
るので、単結晶の場合と異なり、活性領域に歪みを導入
したり、それに伴う転位を誘起しにくい。さらに、埋め
込み層又は絶縁層内に巨大な転位も導入されにくい。
ａＩｎＮを単結晶ではなく多結晶或いは非晶質としてい
るので、単結晶の場合と異なり、活性領域に歪みを導入
したり、それに伴う転位を誘起しにくい。さらに、埋め
込み層又は絶縁層内に巨大な転位も導入されにくい。
【００２２】また、ＡｌＧａＩｎＮにＨとＯ又はＨとＣ
を添加することにより、低温での形成が可能であり、活
性層のＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰ，ＧａＩｎ
ＡｓＮ，ＧａＩｎＡｓＰＮ等のIII-Ｖ族化合物半導体、
Ｓｉ，ＳｉＧｅＣ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族半導
体、ＣｄＭｇＴｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等の II-VI
族化合物半導体、カルコパイライト半導体、ＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰＮと、埋め込み層の窒素源との間の反応を抑制
できるので、界面にバンドギャップの小さい層が形成さ
れるのを抑制することができる。このため、埋め込み層
又は絶縁層での電流リークを減らすことができる。
を添加することにより、低温での形成が可能であり、活
性層のＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ，ＧａＰ，ＧａＩｎ
ＡｓＮ，ＧａＩｎＡｓＰＮ等のIII-Ｖ族化合物半導体、
Ｓｉ，ＳｉＧｅＣ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族半導
体、ＣｄＭｇＴｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等の II-VI
族化合物半導体、カルコパイライト半導体、ＡｌＧａＩ
ｎＡｓＰＮと、埋め込み層の窒素源との間の反応を抑制
できるので、界面にバンドギャップの小さい層が形成さ
れるのを抑制することができる。このため、埋め込み層
又は絶縁層での電流リークを減らすことができる。
【００２３】また、ＨとＯ又はＨとＣを添加することに
より、ＡｌＧａＩｎＮの場合と比べて非晶質或いは多結
晶をより容易に形成することができ、活性層と埋め込み
層又は絶縁層との界面に導入される歪みを小さくするこ
とができる。
より、ＡｌＧａＩｎＮの場合と比べて非晶質或いは多結
晶をより容易に形成することができ、活性層と埋め込み
層又は絶縁層との界面に導入される歪みを小さくするこ
とができる。
【００２４】また、酸素又はカーボンの濃度をＡｌＮ単
結晶中での不純物飽和濃度（略１０20ｃｍ-3）以上とす
れば、単一の結晶となりにくく、容易に多結晶或いは非
晶質が得られる。また、熱伝導率がＡｌＮとあまり大き
く異ならない組成（酸素及びカーボンの濃度が略５０％
以下）であれば、ＡｌＧａＩｎＮの熱伝導率はＳｉの熱
伝導率を上まわる。ＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌＧ
ａＩｎＮは、本発明の特徴である熱伝導率の高い絶縁体
としての特性を維持することになる。
結晶中での不純物飽和濃度（略１０20ｃｍ-3）以上とす
れば、単一の結晶となりにくく、容易に多結晶或いは非
晶質が得られる。また、熱伝導率がＡｌＮとあまり大き
く異ならない組成（酸素及びカーボンの濃度が略５０％
以下）であれば、ＡｌＧａＩｎＮの熱伝導率はＳｉの熱
伝導率を上まわる。ＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌＧ
ａＩｎＮは、本発明の特徴である熱伝導率の高い絶縁体
としての特性を維持することになる。
【００２５】また、多結晶若しくは非晶質のＡｌＧａＩ
ｎＮ、又はＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌＧａＩｎＮ
を形成する際に、少なくとも窒素の原料にジメチルヒド
ラジン，モノメチルヒドラジン，又はターシャリブチル
ヒドラジンを含み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれそれ
Ｇａ又はＡｌの有機金属を用いて形成すると、３５０℃
程度の低温でこれらの窒素原料が分解するので、デバイ
スの活性層となる材料と窒素の反応を防ぐことができ
る。このため、活性層となる材料からの構成元素の蒸発
を防ぐことができ、材料の劣化を防ぐことができる。ま
た、バンドギャップの小さい窒素化砒素化物，窒素化燐
化物，又は窒素化砒素化燐化物の形成を防ぐこともでき
る。
ｎＮ、又はＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌＧａＩｎＮ
を形成する際に、少なくとも窒素の原料にジメチルヒド
ラジン，モノメチルヒドラジン，又はターシャリブチル
ヒドラジンを含み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれそれ
Ｇａ又はＡｌの有機金属を用いて形成すると、３５０℃
程度の低温でこれらの窒素原料が分解するので、デバイ
スの活性層となる材料と窒素の反応を防ぐことができ
る。このため、活性層となる材料からの構成元素の蒸発
を防ぐことができ、材料の劣化を防ぐことができる。ま
た、バンドギャップの小さい窒素化砒素化物，窒素化燐
化物，又は窒素化砒素化燐化物の形成を防ぐこともでき
る。
【００２６】上記多結晶若しくは非晶質のＡｌＧａＩｎ
Ｎ、又はＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌＧａＩｎＮを
形成する際に、少なくとも窒素の原料としてアンモニア
ガスとジメチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，タ
ーシャリブチルヒドラジンのうちの少なくとも一つを含
み、Ｇａ，Ａｌ又はＩｎの原料としてそれぞれＧａ，Ａ
ｌ又はＩｎの有機金属を用いてもよい。この場合、ＮＨ
3 も供給されているので、窒素原料の分解温度域が広が
り膜を堆積する上で適当な温度域が広がる。また、高価
なジメチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，又はタ
ーシャリブチルヒドラジンの使用量を低減することがで
きる。
Ｎ、又はＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌＧａＩｎＮを
形成する際に、少なくとも窒素の原料としてアンモニア
ガスとジメチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，タ
ーシャリブチルヒドラジンのうちの少なくとも一つを含
み、Ｇａ，Ａｌ又はＩｎの原料としてそれぞれＧａ，Ａ
ｌ又はＩｎの有機金属を用いてもよい。この場合、ＮＨ
3 も供給されているので、窒素原料の分解温度域が広が
り膜を堆積する上で適当な温度域が広がる。また、高価
なジメチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，又はタ
ーシャリブチルヒドラジンの使用量を低減することがで
きる。
【００２７】素子の活性領域の周囲を電気的或いは光学
杓に絶縁するため活性領域の周囲に凹部を形成し、この
凹部を、多結晶若しくは非晶質のＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又
はＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成
することで略平坦化する際に、活性領域の凹部以外の部
分に少なくともＭｇx Ｃａy Ｓｒz Ｂａ1-x-z Ｆ2 或い
はＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-z Ｆ3 を選択マスクとして凹部
に埋め込み層を形成した場合、これらの層は表面エネル
ギーが小さいので堆積物がこれらの層の上へ殆ど析出し
ない。
杓に絶縁するため活性領域の周囲に凹部を形成し、この
凹部を、多結晶若しくは非晶質のＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又
はＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成
することで略平坦化する際に、活性領域の凹部以外の部
分に少なくともＭｇx Ｃａy Ｓｒz Ｂａ1-x-z Ｆ2 或い
はＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-z Ｆ3 を選択マスクとして凹部
に埋め込み層を形成した場合、これらの層は表面エネル
ギーが小さいので堆積物がこれらの層の上へ殆ど析出し
ない。
【００２８】また、５００℃程度まで温度を上げて析出
させた場合には、これらのフッ素化合物の蒸発により固
層から蒸発したフッ素と堆積する材料の間で反応が起
り、蒸気圧の高いフッ素化合物となり堆積が抑制される
効果もある。また、これらのフッ素化合物は酸或いはア
ルカリで容易に除去可能であり、マスク上に多結晶若し
くは非晶質のＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨとＯ又はＨとＣ
を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）
≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を堆積しても、容易に除去す
ることができる。
させた場合には、これらのフッ素化合物の蒸発により固
層から蒸発したフッ素と堆積する材料の間で反応が起
り、蒸気圧の高いフッ素化合物となり堆積が抑制される
効果もある。また、これらのフッ素化合物は酸或いはア
ルカリで容易に除去可能であり、マスク上に多結晶若し
くは非晶質のＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨとＯ又はＨとＣ
を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）
≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を堆積しても、容易に除去す
ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わるレーザアレイの概略構成を示す断面図である。本
実施形態ではレーザの数は１素子内で１２個あるが、こ
こではその一部分を示している。
用いて説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わるレーザアレイの概略構成を示す断面図である。本
実施形態ではレーザの数は１素子内で１２個あるが、こ
こではその一部分を示している。
【００３０】ｐ−ＩｎＰ基板１０１上に、キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層１
０２、組成の異なるＧａＩｎＡｓＰとＧａＩｎＡｓＰ歪
み多重量子井戸構造（ＭＱＷ）よりなる活性層１０３、
ｎ−ＩｎＰクラッド層１０４、n −ＩｎＰコンタクト層
１０５が積層され、これら各層１０２〜１０５はメサ状
に加工されている。
１×１０18ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰバッファ兼クラッド層１
０２、組成の異なるＧａＩｎＡｓＰとＧａＩｎＡｓＰ歪
み多重量子井戸構造（ＭＱＷ）よりなる活性層１０３、
ｎ−ＩｎＰクラッド層１０４、n −ＩｎＰコンタクト層
１０５が積層され、これら各層１０２〜１０５はメサ状
に加工されている。
【００３１】ＭＱＷ活性層１０３の側面には、非晶質Ａ
ｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０＜ｘ＜１）１１０が埋め込み形成
されている。さらに、コンタクト層１０５上にｎ側電極
１２１が形成され、基板１０１の裏面にｐ側電極１２２
が形成されている。能動領域１０３の側面を非晶質Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎ層１１０で埋め込む際には、ＴＭＡＩ，Ｔ
ＭＧａ，ＮＨ3 ，ジメチルヒドラジンを用い、選択堆積
マスクとしてＭｇＣａＳｒＢａＦを用いて、３５０℃で
非晶質Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層１１０を形成した。この後、
ＭｇＣａＳｒＢａＦ2 マスクをその上への堆積物と共
に、硫酸を用いて除去した。その後、更にパターニング
を行いレジストを用いたリフトオフを用いてｎ側電極１
２１を形成した。
ｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０＜ｘ＜１）１１０が埋め込み形成
されている。さらに、コンタクト層１０５上にｎ側電極
１２１が形成され、基板１０１の裏面にｐ側電極１２２
が形成されている。能動領域１０３の側面を非晶質Ａｌ
x Ｇａ1-x Ｎ層１１０で埋め込む際には、ＴＭＡＩ，Ｔ
ＭＧａ，ＮＨ3 ，ジメチルヒドラジンを用い、選択堆積
マスクとしてＭｇＣａＳｒＢａＦを用いて、３５０℃で
非晶質Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層１１０を形成した。この後、
ＭｇＣａＳｒＢａＦ2 マスクをその上への堆積物と共
に、硫酸を用いて除去した。その後、更にパターニング
を行いレジストを用いたリフトオフを用いてｎ側電極１
２１を形成した。
【００３２】埋込み層１１０と活性層１０３の屈折率は
大きいので活性層１０３の幅は０．８μｍ以下にしても
まだしきい電流は活性層幅に応じて下がり、活性層１０
３の幅が０．５μｍ時には同じ層構造を有する１．２μ
ｍの活性層幅のＩｎＰ埋め込みレーザに比べてしきい値
は約半分に下がった。また、埋込み層１１０の抵抗が高
いので漏れ電流が少なく、活性層幅が狭いにも拘わらず
最大光出力はほぼ同様の値を示した。
大きいので活性層１０３の幅は０．８μｍ以下にしても
まだしきい電流は活性層幅に応じて下がり、活性層１０
３の幅が０．５μｍ時には同じ層構造を有する１．２μ
ｍの活性層幅のＩｎＰ埋め込みレーザに比べてしきい値
は約半分に下がった。また、埋込み層１１０の抵抗が高
いので漏れ電流が少なく、活性層幅が狭いにも拘わらず
最大光出力はほぼ同様の値を示した。
【００３３】活性層１０３の構造或いは、活性層１０３
の幅を変えて発振波長の異なる素子を集積化した。従来
のデバイスでは、活性層１０３と埋込み層１１０との間
の屈折率差が小さいので、光が活性層の周りで複雑に広
がり実効屈折率が活性層の構造に強く依存した。本実施
形態の場合、光は横方向にはほぼ完全に閉じ込められて
いるので、実効屈折率の計算がほぼ１次元で可能となっ
た。このため、活性層の幅を変えた場合の実効屈折率の
変動を考慮する必要が無くなり、グレーティングを用い
た場合の波長の制御性が上がり、活性層幅の制御不良に
伴う歩留まりの低下を防くことができた。また、グレー
ティングのピッチと活性層の構造を変えることで、容易
に異なる波長のデバイスの集積化が可能であった。
の幅を変えて発振波長の異なる素子を集積化した。従来
のデバイスでは、活性層１０３と埋込み層１１０との間
の屈折率差が小さいので、光が活性層の周りで複雑に広
がり実効屈折率が活性層の構造に強く依存した。本実施
形態の場合、光は横方向にはほぼ完全に閉じ込められて
いるので、実効屈折率の計算がほぼ１次元で可能となっ
た。このため、活性層の幅を変えた場合の実効屈折率の
変動を考慮する必要が無くなり、グレーティングを用い
た場合の波長の制御性が上がり、活性層幅の制御不良に
伴う歩留まりの低下を防くことができた。また、グレー
ティングのピッチと活性層の構造を変えることで、容易
に異なる波長のデバイスの集積化が可能であった。
【００３４】上記実施形態にとどまらず、波長が０．９
２〜１．６μｍの光を制御する機能を有することを特徴
とする半導体素子に本発明を用いた場合、Ａｌx Ｇａy
Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）、ＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz
Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、の屈
折率がこの波長域で殆ど変化しないので、設計マージン
を制御性良くとれ、設計通りのデバイスを実現できた。
また、この波長域での波長多重化も容易であった。
２〜１．６μｍの光を制御する機能を有することを特徴
とする半導体素子に本発明を用いた場合、Ａｌx Ｇａy
Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）、ＨとＯ又はＨとＣを添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz
Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、の屈
折率がこの波長域で殆ど変化しないので、設計マージン
を制御性良くとれ、設計通りのデバイスを実現できた。
また、この波長域での波長多重化も容易であった。
【００３５】また、本実施形態は特開平９−４５９８５
号と比較すると、単結晶ＡｌＮの代わりに非晶質ＡｌＧ
ａＮを用いている点が異なるが、これにより上記公知例
では得られない効果が得られる。即ち、ＡｌＮにＧａを
導入するとＡｌＮの酸化が抑制されることになり、埋め
込み層の歪みや特性変化を抑制することができる。さら
に、Ｇａを導入することにより低温成長が可能となり、
異なる結晶を埋め込み形成する際に極めて有効である。
また、単結晶でなく非晶質に形成すると、埋め込み層は
柔らかくなり変形しやすくなる。これは、活性層を含む
メサの方の変形を抑制することにつながる。
号と比較すると、単結晶ＡｌＮの代わりに非晶質ＡｌＧ
ａＮを用いている点が異なるが、これにより上記公知例
では得られない効果が得られる。即ち、ＡｌＮにＧａを
導入するとＡｌＮの酸化が抑制されることになり、埋め
込み層の歪みや特性変化を抑制することができる。さら
に、Ｇａを導入することにより低温成長が可能となり、
異なる結晶を埋め込み形成する際に極めて有効である。
また、単結晶でなく非晶質に形成すると、埋め込み層は
柔らかくなり変形しやすくなる。これは、活性層を含む
メサの方の変形を抑制することにつながる。
【００３６】（第２の実施形態）図２は、本発明の第２
の実施形態に係わる光半導体素子の概略構成を示す斜視
図である。この素子は数多くの能動領域を集積化したも
ので、図２ではその一部分を示している。
の実施形態に係わる光半導体素子の概略構成を示す斜視
図である。この素子は数多くの能動領域を集積化したも
ので、図２ではその一部分を示している。
【００３７】図中の２０１はｎ型ＩｎＰ基板、２０２は
ｎ型ＩｎＰクラッド層、２０３は導波路兼変調用吸収
層、２０４はｐ型ＩｎＰクラッド層、２０５はｐ側電極
メタル、２０８はグレーティングレーザ領域、２１０は
高抵抗ＡｌＧａＮＯＣＨ埋め込み層、２２１は変調器用
電極、２２２はｎ側電極、２２３はレーザ用電極、２２
５は電極コンタクト層分離領域を示している。
ｎ型ＩｎＰクラッド層、２０３は導波路兼変調用吸収
層、２０４はｐ型ＩｎＰクラッド層、２０５はｐ側電極
メタル、２０８はグレーティングレーザ領域、２１０は
高抵抗ＡｌＧａＮＯＣＨ埋め込み層、２２１は変調器用
電極、２２２はｎ側電極、２２３はレーザ用電極、２２
５は電極コンタクト層分離領域を示している。
【００３８】図２中にはレーザと変調器と導波路が集積
化されている。レーザと変調器は順バイアス素子と逆バ
イアス素子なので、素子間の絶縁が重要で、この場合は
二つの素子の電流狭窄層を一つの素子分離領域が兼ねて
いるので、埋め込み層としてＡｌＧａＮＯＣＨ層２１０
を形成している。この層が高抵抗なので、本実施形態で
は電極を分離することで高い素子分離が実現できてい
る。また、高速動作のためには変調器のキャパシタンス
を減らすことが必要で、これには変調器の幅を狭くする
のが望ましい。また、光の導波を考えるとレーザ部分と
大きな幅の差が無いことが望ましい。
化されている。レーザと変調器は順バイアス素子と逆バ
イアス素子なので、素子間の絶縁が重要で、この場合は
二つの素子の電流狭窄層を一つの素子分離領域が兼ねて
いるので、埋め込み層としてＡｌＧａＮＯＣＨ層２１０
を形成している。この層が高抵抗なので、本実施形態で
は電極を分離することで高い素子分離が実現できてい
る。また、高速動作のためには変調器のキャパシタンス
を減らすことが必要で、これには変調器の幅を狭くする
のが望ましい。また、光の導波を考えるとレーザ部分と
大きな幅の差が無いことが望ましい。
【００３９】ここで、埋め込み層２１０としては、Ａｌ
ＧａＮＯＣＨに限らず、更にＩｎを含むものであっても
よいし、Ｏ，Ｃ又はＨのうちの１種又は２種がないもの
であってもよい。つまり、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、Ｈ，Ｏ又は
Ｃを添加した層であればよい。また、第１の実施形態と
同様に、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋
ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることも可能である。
ＧａＮＯＣＨに限らず、更にＩｎを含むものであっても
よいし、Ｏ，Ｃ又はＨのうちの１種又は２種がないもの
であってもよい。つまり、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、Ｈ，Ｏ又は
Ｃを添加した層であればよい。また、第１の実施形態と
同様に、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋
ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることも可能である。
【００４０】本実施形態の場合には、光と電流の狭窄効
果が高く動作領域の幅を０．４μｍ程度まで狭くするこ
とができた。このため、従来の構造では高い消光比と高
速動作を両立させることは難しかったが、本実施形態の
デバイスでは消光比１８ｄＢ以上、動作速度４０ＧＨｚ
を実現することができた。
果が高く動作領域の幅を０．４μｍ程度まで狭くするこ
とができた。このため、従来の構造では高い消光比と高
速動作を両立させることは難しかったが、本実施形態の
デバイスでは消光比１８ｄＢ以上、動作速度４０ＧＨｚ
を実現することができた。
【００４１】本発明のＡｌＧａＩｎＮ又はＡｌＧａＮＯ
ＣＨの材料が素子分離領域あるいは絶縁領域に用いられ
ている構造は本実施形態に限らず、少なくともレーザと
変調器と導波路が集積化されたことを特徴とする半導体
素子において、更に、導波路型の増幅器や受光素子等あ
るいはその集積化にも用いることができる。本発明の半
導体素子では、高抵抗の埋め込み層が用いられている。
このため、いずれの場合も電極間でのリークを容易に減
らすことができた。このため、特にレーザの高出力化
と、変調器の高速領域での変調特性の改善の効果が顕著
である。
ＣＨの材料が素子分離領域あるいは絶縁領域に用いられ
ている構造は本実施形態に限らず、少なくともレーザと
変調器と導波路が集積化されたことを特徴とする半導体
素子において、更に、導波路型の増幅器や受光素子等あ
るいはその集積化にも用いることができる。本発明の半
導体素子では、高抵抗の埋め込み層が用いられている。
このため、いずれの場合も電極間でのリークを容易に減
らすことができた。このため、特にレーザの高出力化
と、変調器の高速領域での変調特性の改善の効果が顕著
である。
【００４２】（第３の実施形態）図３は、本発明の第３
の実施形態に係わる光半導体素子の概略構成を示す断面
図である。本図は多数の電界効果型トランジスタを集積
化した半導体素子の一部分を示す。
の実施形態に係わる光半導体素子の概略構成を示す断面
図である。本図は多数の電界効果型トランジスタを集積
化した半導体素子の一部分を示す。
【００４３】図中の３０１はＳＩ−ＧａＡｓ基板、３０
２はｉ型ＧａＡｌＡｓバッファ層、３０３はＩｎＧａＡ
ｓチャネル層、３０４はＡｌＧａＡｓスペーサ層、３０
５はＡｌＧａＡｓキャリア供給層、３０８はＧａＡｓ／
ＧａＩｎＡｓのｎ+ 型コンタクト層、３１０は非晶質Ａ
ｌＮs Ｏ1-s （０＜（ｓ，１−ｓ）＜１）絶縁層、３２
１はゲート電極、３２２はソース電極、３２３はコンタ
クト電極、３２７は素子分離領域を示している。
２はｉ型ＧａＡｌＡｓバッファ層、３０３はＩｎＧａＡ
ｓチャネル層、３０４はＡｌＧａＡｓスペーサ層、３０
５はＡｌＧａＡｓキャリア供給層、３０８はＧａＡｓ／
ＧａＩｎＡｓのｎ+ 型コンタクト層、３１０は非晶質Ａ
ｌＮs Ｏ1-s （０＜（ｓ，１−ｓ）＜１）絶縁層、３２
１はゲート電極、３２２はソース電極、３２３はコンタ
クト電極、３２７は素子分離領域を示している。
【００４４】本実施形態の場合、素子間の分離絶縁膜、
表面パッシベーションを兼ねた絶縁膜に本発明の非晶質
ＡｌＯs Ｃ1-s （０＜ｓ，１−ｓ＜１）を用いており、
これにより良好な素子分離と高い熱伝導が得られた。こ
のため、素子全体で１００Ｗ級の出力が従来とほぼ同様
の面積で実現でき、同時に２０ＧＨｚ級の動作速度も実
現できた。
表面パッシベーションを兼ねた絶縁膜に本発明の非晶質
ＡｌＯs Ｃ1-s （０＜ｓ，１−ｓ＜１）を用いており、
これにより良好な素子分離と高い熱伝導が得られた。こ
のため、素子全体で１００Ｗ級の出力が従来とほぼ同様
の面積で実現でき、同時に２０ＧＨｚ級の動作速度も実
現できた。
【００４５】（第４の実施形態）図４は、本発明の第４
の実施形態に係わる光半導体素子の概略構成を示す断面
図である。これは、ヘテロバイポーラトランジスタに用
いた例を示す。
の実施形態に係わる光半導体素子の概略構成を示す断面
図である。これは、ヘテロバイポーラトランジスタに用
いた例を示す。
【００４６】図中の４０１はＳＩ−ＧａＡｓ基板、４０
２はｎ+ 型ＧａＡｓ層、４０３はｎ型ＧａＡｓ層、４０
４はｎ+ 型ＧａＡｓ層、４０５はＡｌＧａＡｓ層、４０
６はｎ+ 型ＧａＡｓ層、４０７はｎ+ 型ＧａＩｎＡｓ
層、４０９はＨ+ 注入領域、４１０はＡｌＮＯＣ埋め込
み層、４２１はエミッタ電極、４２２はベース電極、４
２３はコレクタ電極を示している。
２はｎ+ 型ＧａＡｓ層、４０３はｎ型ＧａＡｓ層、４０
４はｎ+ 型ＧａＡｓ層、４０５はＡｌＧａＡｓ層、４０
６はｎ+ 型ＧａＡｓ層、４０７はｎ+ 型ＧａＩｎＡｓ
層、４０９はＨ+ 注入領域、４１０はＡｌＮＯＣ埋め込
み層、４２１はエミッタ電極、４２２はベース電極、４
２３はコレクタ電極を示している。
【００４７】本実施形態では、厚いＡｌＮp Ｏq Ｃ
1-p-q （０＜（ｐ，ｑ，１−ｐ−ｑ）＜１）を形成する
ことで、配線形成後の平坦化ができた。この構造のデバ
イス配線が多く、工程が複雑になるので本発明の効果は
絶大であった。本図も多数のトランジスタを集積化した
半導体素子の一部分を示すものであるが、能動領域の数
が増えて素子構造が複雑になるほど本発明の効果は顕著
となった。また、本実施形態の素子を用いてマイクロ波
領域の周波数での動作を試みたところ、従来よりも素子
分離が良好でサイズも従来よりも２５％程度小さいので
高速動作が可能となった。
1-p-q （０＜（ｐ，ｑ，１−ｐ−ｑ）＜１）を形成する
ことで、配線形成後の平坦化ができた。この構造のデバ
イス配線が多く、工程が複雑になるので本発明の効果は
絶大であった。本図も多数のトランジスタを集積化した
半導体素子の一部分を示すものであるが、能動領域の数
が増えて素子構造が複雑になるほど本発明の効果は顕著
となった。また、本実施形態の素子を用いてマイクロ波
領域の周波数での動作を試みたところ、従来よりも素子
分離が良好でサイズも従来よりも２５％程度小さいので
高速動作が可能となった。
【００４８】本実施形態の埋め込み層は、２Ｗ／ｃｍＫ
熱伝導度が高いので、活性層からの熱放散が大きく、面
密度当たりのトータルの発熱量を大きくできる。このた
め、集積化した場合の集積化密度を上げることができ
た。また、絶縁層としてデバイスの表面に用いた場合、
従来のＳｉＯ2 系の絶縁膜と比べて熱抵抗が小さいの
で、表面からの熱放出効果が大きく集積度を上げること
ができる。また、ＳＯＩ構造に用いた場合は、従来の熱
抵抗の問題を回避できる。このため、ＳｉＯ2 系の絶縁
膜を用いた場合と比べて、Ｓｉ基板上で約３倍、ＳＯＩ
基板上で約１０倍のパワー密度を実現することができ
た。動作速度もそれそれ、約２倍と４倍と顕著な改善が
可能であった。
熱伝導度が高いので、活性層からの熱放散が大きく、面
密度当たりのトータルの発熱量を大きくできる。このた
め、集積化した場合の集積化密度を上げることができ
た。また、絶縁層としてデバイスの表面に用いた場合、
従来のＳｉＯ2 系の絶縁膜と比べて熱抵抗が小さいの
で、表面からの熱放出効果が大きく集積度を上げること
ができる。また、ＳＯＩ構造に用いた場合は、従来の熱
抵抗の問題を回避できる。このため、ＳｉＯ2 系の絶縁
膜を用いた場合と比べて、Ｓｉ基板上で約３倍、ＳＯＩ
基板上で約１０倍のパワー密度を実現することができ
た。動作速度もそれそれ、約２倍と４倍と顕著な改善が
可能であった。
【００４９】本発明は上記実施形態に限らず、少なくと
も電子デバイスと光デバイスが集積化されたデバイスに
おいて、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋
ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｃ若しくはＯのい
ずれか１種以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層が、素子分離
領域或いは絶縁領域に用いられてもよい。この場合、電
子デバイスと光デバイスがそれぞれ集積化密度をあげら
れると共に、光の閉じ込め効果が大きいので、光デバイ
スと電子デバイスの距離を近くすることもできた。
も電子デバイスと光デバイスが集積化されたデバイスに
おいて、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋
ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｃ若しくはＯのい
ずれか１種以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層が、素子分離
領域或いは絶縁領域に用いられてもよい。この場合、電
子デバイスと光デバイスがそれぞれ集積化密度をあげら
れると共に、光の閉じ込め効果が大きいので、光デバイ
スと電子デバイスの距離を近くすることもできた。
【００５０】特に、表面に２つ以上或いは表面に２つ以
上かつ裏面に１つ以上の計３つ以上の電極を有するデバ
イスにおいて本発明を適用すると、埋め込み層の電気的
抵抗率が高く、埋め込み層への電流リークが小さく、活
性領域間の距離を小さくすることができる。更に、本発
明の埋め込み層は、２Ｗ／ｃｍＫと熱伝導度が高いの
で、活性層からの熱放散が大きく、面密度当たりのトー
タルの発熱量を大きくできる。このため、集積化した場
合に集積化密度を上げることができた。従って、本発明
はレーザと変調器の集積化デバイスに限らず、電極が３
以上或いは、デバイスの片面に２個所以上電極のある半
導体素子において、素子サイズを小さくしたり同じサイ
ズでのハイパワー化すること、機能の異なる活性領域を
集積化することが容易にできる。またこのため、素子の
高速動作も容易に実現できる。
上かつ裏面に１つ以上の計３つ以上の電極を有するデバ
イスにおいて本発明を適用すると、埋め込み層の電気的
抵抗率が高く、埋め込み層への電流リークが小さく、活
性領域間の距離を小さくすることができる。更に、本発
明の埋め込み層は、２Ｗ／ｃｍＫと熱伝導度が高いの
で、活性層からの熱放散が大きく、面密度当たりのトー
タルの発熱量を大きくできる。このため、集積化した場
合に集積化密度を上げることができた。従って、本発明
はレーザと変調器の集積化デバイスに限らず、電極が３
以上或いは、デバイスの片面に２個所以上電極のある半
導体素子において、素子サイズを小さくしたり同じサイ
ズでのハイパワー化すること、機能の異なる活性領域を
集積化することが容易にできる。またこのため、素子の
高速動作も容易に実現できる。
【００５１】本発明の製造方法は、上記実施形態の製造
方法に限るものではない。Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜
ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨと
Ｏ若しくはＨとＣを添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０
≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成する
際に窒素の原料にアンモニアガスを含み、Ｇａ又はＡｌ
の原料としてそれぞれＧａ又はＡｌの有機金属を用いて
もよい。この場合、３５０〜５５０℃の成長温度では、
ＮＨ3 が気相中で殆ど分解しないので原料ガスが未反応
のまま基板表面に到達し、均一な堆積層を形成できた。
当該層の温度が６００〜７５０℃の範囲では気相中での
反応が激しく不均一な膜が形成され、３５０℃以下では
膜は堆積しなかった。
方法に限るものではない。Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜
ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨと
Ｏ若しくはＨとＣを添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０
≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成する
際に窒素の原料にアンモニアガスを含み、Ｇａ又はＡｌ
の原料としてそれぞれＧａ又はＡｌの有機金属を用いて
もよい。この場合、３５０〜５５０℃の成長温度では、
ＮＨ3 が気相中で殆ど分解しないので原料ガスが未反応
のまま基板表面に到達し、均一な堆積層を形成できた。
当該層の温度が６００〜７５０℃の範囲では気相中での
反応が激しく不均一な膜が形成され、３５０℃以下では
膜は堆積しなかった。
【００５２】また、Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜
１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｏ若
しくはＣの１種類以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成
する際に、少なくとも窒素の原料にジメチルヒドラジ
ン，モノメチルヒドラジン，又はターシャリブチルヒド
ラジンを含み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれぞれＧａ
又はＡｌの有機金属を用いて形成してもよい。この場
合、２５０℃〜３５０℃程度の低温でこれらの窒素原料
が結晶成長に寄与するようになるので、デバイスの活性
層となる材料と窒素の反応を防ぐことができた。このた
め、活性層となる材料からの構成元素の蒸発を防ぐこと
ができ、材料の劣化を防ぐことができた。さらに、バン
ドギャップの小さい窒素化砒素化物，窒素化燐化物，或
いは窒素化砒素化燐化物の形成を防ぐこともできた。
１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｏ若
しくはＣの１種類以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ
（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成
する際に、少なくとも窒素の原料にジメチルヒドラジ
ン，モノメチルヒドラジン，又はターシャリブチルヒド
ラジンを含み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれぞれＧａ
又はＡｌの有機金属を用いて形成してもよい。この場
合、２５０℃〜３５０℃程度の低温でこれらの窒素原料
が結晶成長に寄与するようになるので、デバイスの活性
層となる材料と窒素の反応を防ぐことができた。このた
め、活性層となる材料からの構成元素の蒸発を防ぐこと
ができ、材料の劣化を防ぐことができた。さらに、バン
ドギャップの小さい窒素化砒素化物，窒素化燐化物，或
いは窒素化砒素化燐化物の形成を防ぐこともできた。
【００５３】上記Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，
０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｏ若しく
はＣの１種類以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０
≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成する
際に、少なくとも窒素の原料としてアンモニアガスとジ
メチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，又はターシ
ャリアチルヒドラジンのうちの少なくとも一つを含み、
Ｇａ，Ａｌ又はＩｎの原料としてそれぞれＧａ，Ａｌ又
はＩｎの有機金属を用いてもよい。この場合、ＮＨ3 も
供給されているので、窒素原料の分解温度域が広がり膜
を堆積する上で適当な温度域が２５０〜６００℃まで広
がった。また、高価なジメチルヒドラジン，モノメチル
ヒドラジン，又はターシャリブチルヒドラジンの使用量
を数分の一に低減することができた。
０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｏ若しく
はＣの１種類以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０
≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層を形成する
際に、少なくとも窒素の原料としてアンモニアガスとジ
メチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，又はターシ
ャリアチルヒドラジンのうちの少なくとも一つを含み、
Ｇａ，Ａｌ又はＩｎの原料としてそれぞれＧａ，Ａｌ又
はＩｎの有機金属を用いてもよい。この場合、ＮＨ3 も
供給されているので、窒素原料の分解温度域が広がり膜
を堆積する上で適当な温度域が２５０〜６００℃まで広
がった。また、高価なジメチルヒドラジン，モノメチル
ヒドラジン，又はターシャリブチルヒドラジンの使用量
を数分の一に低減することができた。
【００５４】また、上記実施形態に限らず素子の活性領
域の周囲を電気的或いは光学的に絶縁するため活性領域
の周囲に凹部を形成し、この凹部をＡｌx Ｇａy Ｉｎz
Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、
又はＨ，Ｏ若しくはＣの１種類以上を添加したＡｌx Ｇ
ａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）層を形成することで略平坦化する際に、活性領域の
凹部以外の部分に少なくともＭｇx Ｃａy Ｓｒz Ｂａ
1-x-y-z Ｆ2 或いはＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｆ3を選択
マスクとして凹部に埋め込み層を形成すればよい。これ
らの層は表面エネルギーが小さいので、堆積物がこれら
の層の上へ殆ど析出しない。ＳｉＯ2 と比べてこの差は
顕著であった。
域の周囲を電気的或いは光学的に絶縁するため活性領域
の周囲に凹部を形成し、この凹部をＡｌx Ｇａy Ｉｎz
Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、
又はＨ，Ｏ若しくはＣの１種類以上を添加したＡｌx Ｇ
ａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）層を形成することで略平坦化する際に、活性領域の
凹部以外の部分に少なくともＭｇx Ｃａy Ｓｒz Ｂａ
1-x-y-z Ｆ2 或いはＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｆ3を選択
マスクとして凹部に埋め込み層を形成すればよい。これ
らの層は表面エネルギーが小さいので、堆積物がこれら
の層の上へ殆ど析出しない。ＳｉＯ2 と比べてこの差は
顕著であった。
【００５５】また、５００℃程度まで温度を上げて析出
させた場合には、これらのフッ素化合物の蒸発により固
層から蒸発したフッ素と堆積する材料の間で反応が起
り、蒸気圧の高いフッ素化合物となり堆積が抑制される
効果もある。また、これらのフッ素化合物は酸或いはア
ルカリで容易に除去可能であり、マスク上に、多結晶又
は非晶質のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜（ｘ，１−ｘ）＜
１）、或いはＡｌx ＧａyＩｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｏ若しくＣの
１種類以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層が堆積しても
容易に除去することができる。
させた場合には、これらのフッ素化合物の蒸発により固
層から蒸発したフッ素と堆積する材料の間で反応が起
り、蒸気圧の高いフッ素化合物となり堆積が抑制される
効果もある。また、これらのフッ素化合物は酸或いはア
ルカリで容易に除去可能であり、マスク上に、多結晶又
は非晶質のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０＜（ｘ，１−ｘ）＜
１）、或いはＡｌx ＧａyＩｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＨ，Ｏ若しくＣの
１種類以上を添加したＡｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦
（ｘ，ｙ，ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）層が堆積しても
容易に除去することができる。
【００５６】ここではいくつかのデバイスの例を挙げた
が、本発明はこれらの材料，デバイス構造に限られるも
のではなく、種々の電子，光デバイスに適用可能であ
る。例えば、光デバイスと電子デバイスとの集積化にも
適用可能であり、光デバイスとしては上記レーザ，変調
器，導波路と共に、受光素子や増幅器，スイッチ，検波
器，或いはこれらを組合わせたデバイスにも適用可能で
ある。また、電子デバイスはＭＯＳ，ＦＥＴ等の横形の
デバイス、ＣＭＯＳセンサ，バイポーラトランジスタ，
ＣＣＤ，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ，サイリスタ，ＳＯＩ構造の
もの等、種々のデバイスに適用可能である。
が、本発明はこれらの材料，デバイス構造に限られるも
のではなく、種々の電子，光デバイスに適用可能であ
る。例えば、光デバイスと電子デバイスとの集積化にも
適用可能であり、光デバイスとしては上記レーザ，変調
器，導波路と共に、受光素子や増幅器，スイッチ，検波
器，或いはこれらを組合わせたデバイスにも適用可能で
ある。また、電子デバイスはＭＯＳ，ＦＥＴ等の横形の
デバイス、ＣＭＯＳセンサ，バイポーラトランジスタ，
ＣＣＤ，ＩＧＢＴ，ＧＴＯ，サイリスタ，ＳＯＩ構造の
もの等、種々のデバイスに適用可能である。
【００５７】また、本発明をＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，
ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓ
Ｐ，ＧａＰ等のIII-Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ，ＳｉＧｅ
Ｃ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族半導体、ＣｄＭｇＴ
ｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等のII-VI 族化合物半導
体、カルコパイライト半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮを
活性領域とする半導体素子に用いた場合、埋め込み層，
絶縁層との抵抗率，屈折率差が大きくなるので、良好な
電気的，光学的閉じこめを得ることができる。このた
め、種々の電気，光デバイスの集積化が可能となる。中
でも導波路からの光の散逸を小さくすることができ、レ
ーザと変調器等の光集積化、絶縁膜で熱の放散が有効な
横方向に電流の流れるパワーデバイスについて有効とな
る。
ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓ
Ｐ，ＧａＰ等のIII-Ｖ族化合物半導体、Ｓｉ，ＳｉＧｅ
Ｃ，ＳｉＧｅＳｎ，Ｇｅ等のIV族半導体、ＣｄＭｇＴ
ｅ，ＺｎＳｅ，ＺｎＣｄＴｅ等のII-VI 族化合物半導
体、カルコパイライト半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓＰＮを
活性領域とする半導体素子に用いた場合、埋め込み層，
絶縁層との抵抗率，屈折率差が大きくなるので、良好な
電気的，光学的閉じこめを得ることができる。このた
め、種々の電気，光デバイスの集積化が可能となる。中
でも導波路からの光の散逸を小さくすることができ、レ
ーザと変調器等の光集積化、絶縁膜で熱の放散が有効な
横方向に電流の流れるパワーデバイスについて有効とな
る。
【００５８】（第５の実施形態）図５は、本発明の第５
の実施形態に係わる半導体レーザの概略構成を示す断面
図である。
の実施形態に係わる半導体レーザの概略構成を示す断面
図である。
【００５９】図中の５００はｎ型ＩｎＰ基板、５０１は
ｎ型ＩｎＰバッファ層（クラッド層）、５０２は発光波
長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ多重歪み量子井戸活性
層、５０３はｐ型ＩｎＰクラッド層、５０４はｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層、５０５は半絶縁性ＩｎＰ埋め込
み層、５０６は非晶質高抵抗ＩｎＧａＮ埋め込み層、５
２１はｐ型電極、５２２はｎ型電極である。
ｎ型ＩｎＰバッファ層（クラッド層）、５０２は発光波
長が１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ多重歪み量子井戸活性
層、５０３はｐ型ＩｎＰクラッド層、５０４はｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層、５０５は半絶縁性ＩｎＰ埋め込
み層、５０６は非晶質高抵抗ＩｎＧａＮ埋め込み層、５
２１はｐ型電極、５２２はｎ型電極である。
【００６０】図６は、図５の実施形態レーザの製造工程
を示す断面図であり、以下この図を参照して作成方法を
説明する。まず、図６（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ
基板５００上に、ＭＯＣＶＤ法でＳｉドープｎ型ＩｎＰ
バッファ兼クラッド層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3，厚さ０．５μｍ）5 ０１、発光波長が１．３μｍ
のノンドープＩｎＧａＡｓＰ多重歪み量子井戸活性層５
０２、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰクラッド層（キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3，厚さ１．５μｍ）５０３、Ｚｎドー
プｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（キャリア濃度１×１
０18ｃｍ-3，厚さ０．８μｍ）５０４を順次成長する。
を示す断面図であり、以下この図を参照して作成方法を
説明する。まず、図６（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ
基板５００上に、ＭＯＣＶＤ法でＳｉドープｎ型ＩｎＰ
バッファ兼クラッド層（キャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3，厚さ０．５μｍ）5 ０１、発光波長が１．３μｍ
のノンドープＩｎＧａＡｓＰ多重歪み量子井戸活性層５
０２、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰクラッド層（キャリア濃度
１×１０18ｃｍ-3，厚さ１．５μｍ）５０３、Ｚｎドー
プｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（キャリア濃度１×１
０18ｃｍ-3，厚さ０．８μｍ）５０４を順次成長する。
【００６１】次いで、図６（ｂ）に示すように、熱ＣＶ
Ｄ法で堆積したＳｉＯ2 膜５１１をストライプ状に加工
した後、それをマスクとしてＥＣＲ−ＲＩＢＥ法により
エッチングを施し、高さが約３μｍで活性層１０２の幅
が約１．２μｍのメサストライプを作成する。
Ｄ法で堆積したＳｉＯ2 膜５１１をストライプ状に加工
した後、それをマスクとしてＥＣＲ−ＲＩＢＥ法により
エッチングを施し、高さが約３μｍで活性層１０２の幅
が約１．２μｍのメサストライプを作成する。
【００６２】次いで、図６（ｃ）に示すように、再びＭ
ＯＣＶＤ法を用いて、厚さ０．２μｍのＦｅドープ高抵
抗ＩｎＰ埋め込み層５０５と厚さ２．８μｍの非晶質の
高抵抗ＡｌＧａＮ埋め込み層５０６を積層する。
ＯＣＶＤ法を用いて、厚さ０．２μｍのＦｅドープ高抵
抗ＩｎＰ埋め込み層５０５と厚さ２．８μｍの非晶質の
高抵抗ＡｌＧａＮ埋め込み層５０６を積層する。
【００６３】次いで、ＳｉＯ2 膜５１１を除去した後、
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５０４上に選択的にｐ側
電極５２１を形成し、基板５００の裏面を塩酸でエッチ
ングして厚さ１００μｍとした後、ｎ側電極５２２を形
成することにより、前記図５に示す構造が得られる。こ
れ以降は、共振器長が３００μｍとなるように基板を劈
開することにより半導体レーザが完成する。
ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５０４上に選択的にｐ側
電極５２１を形成し、基板５００の裏面を塩酸でエッチ
ングして厚さ１００μｍとした後、ｎ側電極５２２を形
成することにより、前記図５に示す構造が得られる。こ
れ以降は、共振器長が３００μｍとなるように基板を劈
開することにより半導体レーザが完成する。
【００６４】このようにして作成された端面発光型の半
導体レーザは、活性層５０２の側面が基板５００と同一
の（活性層と実質的に同一の結晶構造を有する）半導体
の高抵抗ＩｎＰ層５０５で埋め込まれているため、リー
ク電流が極めて少なく、低しきい値で発振する。また、
メサ全体は熱伝導度の高い高抵抗ＡｌＧａＮ層５０６で
埋め込まれているため放熱性に優れ、活性層５０２の温
度上昇が抑えられ、高温・高光出力動作が可能である。
また、活性層５０２の側面のｐｎ接合が直接ＡｌＧａＮ
層５０６に接していないため、信頼性も非常に高い。加
えて、メサ側面の埋め込み層の寄生容量も極めて小さい
ので、超高速動作も可能である。
導体レーザは、活性層５０２の側面が基板５００と同一
の（活性層と実質的に同一の結晶構造を有する）半導体
の高抵抗ＩｎＰ層５０５で埋め込まれているため、リー
ク電流が極めて少なく、低しきい値で発振する。また、
メサ全体は熱伝導度の高い高抵抗ＡｌＧａＮ層５０６で
埋め込まれているため放熱性に優れ、活性層５０２の温
度上昇が抑えられ、高温・高光出力動作が可能である。
また、活性層５０２の側面のｐｎ接合が直接ＡｌＧａＮ
層５０６に接していないため、信頼性も非常に高い。加
えて、メサ側面の埋め込み層の寄生容量も極めて小さい
ので、超高速動作も可能である。
【００６５】なお、本実施形態において、メサ側面を埋
め込む薄い半導体層の半絶縁性のＩｎＰ層とメサ側面の
間に厚さ０．１μｍ程度のノンドープＩｎＧａＰ層或い
はＩｎＡｌＡｓ層などのワイドギャップの半導体層など
を挿入しても良い。
め込む薄い半導体層の半絶縁性のＩｎＰ層とメサ側面の
間に厚さ０．１μｍ程度のノンドープＩｎＧａＰ層或い
はＩｎＡｌＡｓ層などのワイドギャップの半導体層など
を挿入しても良い。
【００６６】（第６の実施形態）図７は、本発明の第６
の実施形態に係わる半導体レーザの概略構成を示す断面
図であり、面発光型の半導体レーザを示している。
の実施形態に係わる半導体レーザの概略構成を示す断面
図であり、面発光型の半導体レーザを示している。
【００６７】図中の６００は半絶縁性ＧａＡｓ基板、６
０１はｐ型ＧａＡｓバッファ層、６０２はｐ型ブラッグ
反射器、６０３は活性層、６０４はｎ型ブラッグ反射
器、６０５はキャップ層、６０６は半絶縁性ＧａＡｓ埋
め込み層、６０７はＡｌＧａＮ埋め込み層、６２１はｐ
側電極、６２２はｎ側電極を示している。
０１はｐ型ＧａＡｓバッファ層、６０２はｐ型ブラッグ
反射器、６０３は活性層、６０４はｎ型ブラッグ反射
器、６０５はキャップ層、６０６は半絶縁性ＧａＡｓ埋
め込み層、６０７はＡｌＧａＮ埋め込み層、６２１はｐ
側電極、６２２はｎ側電極を示している。
【００６８】ｐ側及びｎ側のブラッグ反射器６０１，６
０４は、ｐ型ＧａＡｓとｐ型ＡｌＡｓ及びｎ型ＧａＡｓ
とｎ型ＡｌＡｓをそれぞれ交互に積層して形成されてい
る。また、活性層６０３は、両側をノンドープＧａＡｓ
層で挟まれたＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸層からなり、そ
の両側をノンドープＡｌＧａＡｓ層で挟み、更にその外
側をｐ型ＡｌＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＧａＡｓ層で挟んだ
構造となっている。
０４は、ｐ型ＧａＡｓとｐ型ＡｌＡｓ及びｎ型ＧａＡｓ
とｎ型ＡｌＡｓをそれぞれ交互に積層して形成されてい
る。また、活性層６０３は、両側をノンドープＧａＡｓ
層で挟まれたＩｎＧａＡｓ歪み量子井戸層からなり、そ
の両側をノンドープＡｌＧａＡｓ層で挟み、更にその外
側をｐ型ＡｌＧａＡｓ層とｎ型ＡｌＧａＡｓ層で挟んだ
構造となっている。
【００６９】また、メサは円柱状加工されており、その
径は約１．５μｍである。このような構造の面発光レー
ザでは、メサの側面が熱伝導度の高いＡｌＧａＮで埋め
込まれているため、放熱性が優れており、最高発振温度
の向上と最大光出力の増大が実現される。加えて、メサ
側面のｐｎ接合は結晶構造が同じ半導体層で埋め込まれ
ているため、表面再結合によるリーク電流はなく、低し
きい値動作が可能であり信頼性も優れている。
径は約１．５μｍである。このような構造の面発光レー
ザでは、メサの側面が熱伝導度の高いＡｌＧａＮで埋め
込まれているため、放熱性が優れており、最高発振温度
の向上と最大光出力の増大が実現される。加えて、メサ
側面のｐｎ接合は結晶構造が同じ半導体層で埋め込まれ
ているため、表面再結合によるリーク電流はなく、低し
きい値動作が可能であり信頼性も優れている。
【００７０】（第７の実施形態）図８は、本発明の第７
の実施形態に係わる半導体レーザの概略構成を示す断面
図である。
の実施形態に係わる半導体レーザの概略構成を示す断面
図である。
【００７１】図中の７００はｎ型ＩｎＰ基板、７０１は
ｎ型ＩｎＰバッファ兼クラツド層、７０２はＩｎＧａＡ
ｓＰ歪みＭＱＷ活性層、７０３はｐ型ＩｎＰクラッド
層、７０４はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、７０５は
半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、７０６はＧａＮ埋め込み
層、７０７はＡｌＮ埋め込み層、７２１はｐ側電極、７
２２はｎ側電極を示している。
ｎ型ＩｎＰバッファ兼クラツド層、７０２はＩｎＧａＡ
ｓＰ歪みＭＱＷ活性層、７０３はｐ型ＩｎＰクラッド
層、７０４はｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、７０５は
半絶縁性ＩｎＰ埋め込み層、７０６はＧａＮ埋め込み
層、７０７はＡｌＮ埋め込み層、７２１はｐ側電極、７
２２はｎ側電極を示している。
【００７２】本実施形態では、ＡｌＧａＮ埋め込み層が
ＧａＮとＡｌＮの二層構造となっている点に特徴があ
る。このような二層構造とすることにより、熱膨張係数
の違いにより活性層を含むメサに加わるストレスを低減
することが可能であり、素子の信頼性を向上させること
ができる。
ＧａＮとＡｌＮの二層構造となっている点に特徴があ
る。このような二層構造とすることにより、熱膨張係数
の違いにより活性層を含むメサに加わるストレスを低減
することが可能であり、素子の信頼性を向上させること
ができる。
【００７３】第５〜第７の実施形態においては、端面発
光型と面発光型の半導体レーザについて説明したが、本
発明はその他の半導体発光素子全般に適用可能である。
即ち、面発光型或いは端面発光型の発光ダイオードや、
光変調器と半導体レーザを集積化した集積化光源などに
も適用できる。
光型と面発光型の半導体レーザについて説明したが、本
発明はその他の半導体発光素子全般に適用可能である。
即ち、面発光型或いは端面発光型の発光ダイオードや、
光変調器と半導体レーザを集積化した集積化光源などに
も適用できる。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、埋
め込み層や絶縁層として、ＡｌＧａＩｎＮ、又はＨ，Ｏ
若しくはＣのうちの１種類以上を添加したＡｌＧａＩｎ
Ｎを用いることによって、活性領域を形成する他の半導
体側に転位や歪みが導入されるのを抑制して良質な活性
層を得ることができ、しきい値の低減や信頼性の向上等
をはかることができる。また、光と電気の絶縁性の高い
領域の形成できるようになり、さらに熱伝導性も向上で
きる。このため、従来よりも効率の高い、高出力素子を
高密度に形成できると共に、従来と比べ素子設計の自由
度が増し、三次元的な素子を得ることが可能となる。
め込み層や絶縁層として、ＡｌＧａＩｎＮ、又はＨ，Ｏ
若しくはＣのうちの１種類以上を添加したＡｌＧａＩｎ
Ｎを用いることによって、活性領域を形成する他の半導
体側に転位や歪みが導入されるのを抑制して良質な活性
層を得ることができ、しきい値の低減や信頼性の向上等
をはかることができる。また、光と電気の絶縁性の高い
領域の形成できるようになり、さらに熱伝導性も向上で
きる。このため、従来よりも効率の高い、高出力素子を
高密度に形成できると共に、従来と比べ素子設計の自由
度が増し、三次元的な素子を得ることが可能となる。
【図１】第１の実施形態に係わる半導体レーザアレイの
概略構成を示す断面図。
概略構成を示す断面図。
【図２】第２の実施形態に係わる半導体素子の概略構成
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図３】第３の実施形態に係わる半導体素子の概略構成
を示す断面図。
を示す断面図。
【図４】第４の実施形態に係わる半導体素子の概略構成
を示す断面図。
を示す断面図。
【図５】第５の実施形態に係わる半導体レーザの概略構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図６】図５の実施形態レーザの製造工程を示す断面
図。
図。
【図７】第６の実施形態に係わる半導体レーザの概略構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図８】第７の実施形態に係わる半導体レーザの概略構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図９】従来の面発光型半導体レーザの素子構造を示す
断面図。
断面図。
１０１…ｐ型ＩｎＰ基板 １０２…ｐ型ＩｎＰバッファ兼クラッド層 １０３…歪み多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層 １０４…ｎ型ＩｎＰクラッド層 １０５…ｎ型ＩｎＰコンタクト層 １１０…非晶質ＡｌＧａＮ埋め込み層 １２１…ｎ側電極 １２２…ｐ側電極 ２０１…ｎ型ＩｎＰ基板 ２０２…ｎ型ＩｎＰクラッド層 ２０３…導波路兼変調用吸収層 ２０４…ｐ型ＩｎＰクラッド層 ２０５…ｐ側電極メタル ２０８…グレーティングレーザ領域 ２１０…高抵抗ＡｌＧａＮＯＣＨ埋め込み層 ２２１…変調器用電極 ２２２…ｎ側電極 ２２３…レーザ用電極 ２２５…電極 ３０１…ＳＩ−ＧａＡｓ基板 ３０２…ｉ型ＧａＡｌＡｓバッファ層 ３０３…ＩｎＧａＡｓチャネル層 ３０４…ＡｌＧａＡｓスペーサ層 ３０５…ＡｌＧａＡｓキャリア供給層 ３０８…ＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓのｎ+ 型コンタクト層 ３１０…非晶質ＡｌＮＯ絶縁層 ３２１…ゲート電極 ３２２…ソース電極 ３２３…コンタクト電極 ３２７…素子分離領域
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/778 Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｈ 21/338 29/812 33/00
Claims (5)
- 【請求項１】Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を、埋め込み層又は絶縁
層に用いたことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０≦（ｘ，ｙ，
ｚ）≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）に、ＨとＯ又はＨとＣを添
加した層を、埋め込み層又は絶縁層に用いたことを特徴
とする半導体素子。 - 【請求項３】Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
ｙ＋ｚ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる半導体層を成長
する際に、 少なくとも窒素の原料にジメチルヒドラジン，モノメチ
ルヒドラジン，又はターシャリブチルヒドラジンを含
み、Ｇａ又はＡｌの原料としてそれぞれＧａ又はＡｌの
有機金属を用いることを特徴とする半導体素子の製造方
法。 - 【請求項４】活性層を含む多層膜の側面がメサ状に加工
され、該メサ側面がＡｌＧａＮを主成分とする埋め込み
層で埋め込まれた半導体素子であって、 前記メサ側面とＡｌＧａＮ埋め込み層の間に、活性層を
形成する半導体と同一結晶構造を有する半導体層が設け
られたことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項５】活性層を含む多層膜の側面がメサ状に加工
され、該メサ側面がＡｌＧａＮを主成分とする埋め込み
層で埋め込まれた半導体素子であって、 前記ＡｌＧａＮ埋め込み層が、組成の異なる複数の層で
形成されたことを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7197998A JPH11274645A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 半導体素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7197998A JPH11274645A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 半導体素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11274645A true JPH11274645A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13476103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7197998A Pending JPH11274645A (ja) | 1998-03-20 | 1998-03-20 | 半導体素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11274645A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299598A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JP2002368339A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-20 | Oki Electric Ind Co Ltd | メサ埋め込み型半導体レーザの製造方法 |
| SG99394A1 (en) * | 2001-06-07 | 2003-10-27 | Sumitomo Chemical Co | Group 3-5 compound semiconductor and light emitting diode |
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| US7855096B2 (en) | 2007-09-28 | 2010-12-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor device |
| JP2016092080A (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-23 | 浜松ホトニクス株式会社 | 量子カスケードレーザ |
| JP2024523148A (ja) * | 2021-07-07 | 2024-06-28 | エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー | 面発光半導体レーザおよび面発光半導体レーザを製造する方法 |
-
1998
- 1998-03-20 JP JP7197998A patent/JPH11274645A/ja active Pending
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