JP3257034B2 - 化合物半導体装置とその製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置、特に
リン（Ｐ）を有する化合物半導体により構成された化合
物半導体装置及びその製造方法に係わる。
リン（Ｐ）を有する化合物半導体により構成された化合
物半導体装置及びその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体装置、例えば化合物半導体
レーザ装置において、その閾値電流の低減化をはかるた
めには、厚さ方向と横方向（面内方向）との二方向に屈
折率差を設け、且つ電流狭窄をも行ってキャリアを発光
領域近傍に閉じ込めるいわゆるＢＨ（ベリッドヘテロ）
型構成が必要とされる。このようなＢＨ型半導体レーザ
を作製するには、第１のクラッド層、活性層及び第２の
クラッド層を順次結晶成長した後、第１のクラッド層に
達する深さにエッチングを行っていわゆるリッジ構造を
形成し、この後再び結晶成長を行って活性層に比しバン
ドギャップの大なる層で埋込み、これにより横方向の閉
じ込めを行う方法や、或いは各層を形成した後不純物の
イオン注入を行う等の方法が採られている。しかしなが
らこれらの方法は、エッチングの際に表面が大気に触れ
て結晶表面が汚損する等して、特性の劣化を招くという
不都合を有する。
レーザ装置において、その閾値電流の低減化をはかるた
めには、厚さ方向と横方向（面内方向）との二方向に屈
折率差を設け、且つ電流狭窄をも行ってキャリアを発光
領域近傍に閉じ込めるいわゆるＢＨ（ベリッドヘテロ）
型構成が必要とされる。このようなＢＨ型半導体レーザ
を作製するには、第１のクラッド層、活性層及び第２の
クラッド層を順次結晶成長した後、第１のクラッド層に
達する深さにエッチングを行っていわゆるリッジ構造を
形成し、この後再び結晶成長を行って活性層に比しバン
ドギャップの大なる層で埋込み、これにより横方向の閉
じ込めを行う方法や、或いは各層を形成した後不純物の
イオン注入を行う等の方法が採られている。しかしなが
らこれらの方法は、エッチングの際に表面が大気に触れ
て結晶表面が汚損する等して、特性の劣化を招くという
不都合を有する。
【０００３】これに対して基板上に段部即ちリッジもし
くは溝を設けると共に、その結晶面及び段部の延長方向
等を選定することによって、この上に１回の結晶成長に
よって厚さ方向と横方向とに異種接合界面を有するＢＨ
型構成の半導体レーザを得る構成が例えば本出願人の出
願に係る特開平２−６５２８８号公開公報や、または
“H.Narui,T.Ohata,and Y.Mori:Electronic Letters,24
(1988)1249”において提案されている。この場合、Ａｌ
ＧａＡｓ系の化合物半導体基板を用い、その｛１００｝
結晶面より成る主面上に順次ＭＯＣＶＤ（有機金属によ
る化学的気相成長）法によって各層を結晶成長すること
によって、結晶面方位による成長速度の違いを利用して
半導体層の横方向に不連続な断層を形成し、上述したよ
うなＢＨ型構造を得ているものである。
くは溝を設けると共に、その結晶面及び段部の延長方向
等を選定することによって、この上に１回の結晶成長に
よって厚さ方向と横方向とに異種接合界面を有するＢＨ
型構成の半導体レーザを得る構成が例えば本出願人の出
願に係る特開平２−６５２８８号公開公報や、または
“H.Narui,T.Ohata,and Y.Mori:Electronic Letters,24
(1988)1249”において提案されている。この場合、Ａｌ
ＧａＡｓ系の化合物半導体基板を用い、その｛１００｝
結晶面より成る主面上に順次ＭＯＣＶＤ（有機金属によ
る化学的気相成長）法によって各層を結晶成長すること
によって、結晶面方位による成長速度の違いを利用して
半導体層の横方向に不連続な断層を形成し、上述したよ
うなＢＨ型構造を得ているものである。
【０００４】しかしながら化合物半導体の特にリンを含
む例えばＡｌＧａＩｎＰ系等の材料より成る半導体レー
ザにおいては、その結晶面方位による成長速度がＡｌＧ
ａＡｓ系化合物半導体とは異なるために、上述の不連続
な断層による構成を利用することが難しい。
む例えばＡｌＧａＩｎＰ系等の材料より成る半導体レー
ザにおいては、その結晶面方位による成長速度がＡｌＧ
ａＡｓ系化合物半導体とは異なるために、上述の不連続
な断層による構成を利用することが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うなリンを含む化合物半導体装置において、１回の結晶
成長によってキャリアの閉じ込めを行い得る構成及びそ
の製造方法を提供する。
うなリンを含む化合物半導体装置において、１回の結晶
成長によってキャリアの閉じ込めを行い得る構成及びそ
の製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による化合物半導
体装置は、化合物半導体基板の｛００１｝結晶面より成
る主面上に、〈１１０〉結晶軸方向から、０°＜α≦８
°なる角度αずれた方向に延長するリッジもしくは溝を
設け、化合物半導体基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料より成る第１のクラッド層と、ＧａＩｎＰより
成る活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料より成る第２のク
ラッド層とを含む化合物半導体層をエピタキシャル成長
して、この化合物半導体層に少なくとも｛１１１｝Ｂ結
晶面から角度αオフした面を有する機能層を設ける構成
とする。
体装置は、化合物半導体基板の｛００１｝結晶面より成
る主面上に、〈１１０〉結晶軸方向から、０°＜α≦８
°なる角度αずれた方向に延長するリッジもしくは溝を
設け、化合物半導体基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎ
Ｐ系材料より成る第１のクラッド層と、ＧａＩｎＰより
成る活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料より成る第２のク
ラッド層とを含む化合物半導体層をエピタキシャル成長
して、この化合物半導体層に少なくとも｛１１１｝Ｂ結
晶面から角度αオフした面を有する機能層を設ける構成
とする。
【０００７】また本発明による化合物半導体装置の製造
方法は、化合物半導体基板の｛００１｝結晶面より成る
主面上に、〈１１０〉結晶軸方向から、０°＜α≦８°
なる角度αずれた方向に延長するリッジもしくは溝を設
け、この化合物半導体基板上に、少なくともＡｌＧａＩ
ｎＰ系材料より成る第１のクラッド層と、ＧａＩｎＰよ
り成る活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料より成る第２の
クラッド層とを含む化合物半導体層をエピタキシャル成
長する。
方法は、化合物半導体基板の｛００１｝結晶面より成る
主面上に、〈１１０〉結晶軸方向から、０°＜α≦８°
なる角度αずれた方向に延長するリッジもしくは溝を設
け、この化合物半導体基板上に、少なくともＡｌＧａＩ
ｎＰ系材料より成る第１のクラッド層と、ＧａＩｎＰよ
り成る活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料より成る第２の
クラッド層とを含む化合物半導体層をエピタキシャル成
長する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【作用】本発明者等の研究によれば、化合物半導体基板
の｛００１｝結晶面より成る主面上に〈１１０〉結晶軸
方向に延長する段部を形成して、この上にＡｌＧａＩｎ
Ｐ系等のＰを含む化合物半導体層をエピタキシャル成長
する場合、そのＡｌＧａＩｎＰ結晶の構造を透過電子顕
微鏡によって解析したところ、成長膜の表面は凸凹にな
っており、膜質の良い結晶面を形成することができない
ことがわかった。更に、成長したＡｌＧａＩｎＰ結晶中
には多数の双晶が形成されており、単結晶でもないこと
が明らかになった。
の｛００１｝結晶面より成る主面上に〈１１０〉結晶軸
方向に延長する段部を形成して、この上にＡｌＧａＩｎ
Ｐ系等のＰを含む化合物半導体層をエピタキシャル成長
する場合、そのＡｌＧａＩｎＰ結晶の構造を透過電子顕
微鏡によって解析したところ、成長膜の表面は凸凹にな
っており、膜質の良い結晶面を形成することができない
ことがわかった。更に、成長したＡｌＧａＩｎＰ結晶中
には多数の双晶が形成されており、単結晶でもないこと
が明らかになった。
【００１５】これは、以下の理由によるものと思われ
る。正確な｛００１｝結晶面を有する基板を用いる場
合、段部の上の斜面に形成される化合物半導体層の表面
は正確な｛１１１｝Ｂ結晶面となる。一方、本発明者等
の研究結果によれば、このような正確な｛１１１｝Ｂ結
晶面の表面では双晶が形成されるために、結晶性ばかり
でなく膜面状態も悪くなることが分かっている（E.Mori
ta,M.Ikeda,M.Inoue andK.Kaneko:Journal of Crystal
Growth,106(1990)197.) 。従って、段部を有する基板表
面での成長膜の表面形状が凸凹になるのは、主に正確な
｛１１１｝Ｂ結晶面が段部の上に形成されるためである
と考えられる。
る。正確な｛００１｝結晶面を有する基板を用いる場
合、段部の上の斜面に形成される化合物半導体層の表面
は正確な｛１１１｝Ｂ結晶面となる。一方、本発明者等
の研究結果によれば、このような正確な｛１１１｝Ｂ結
晶面の表面では双晶が形成されるために、結晶性ばかり
でなく膜面状態も悪くなることが分かっている（E.Mori
ta,M.Ikeda,M.Inoue andK.Kaneko:Journal of Crystal
Growth,106(1990)197.) 。従って、段部を有する基板表
面での成長膜の表面形状が凸凹になるのは、主に正確な
｛１１１｝Ｂ結晶面が段部の上に形成されるためである
と考えられる。
【００１６】そこで、段部即ちリッジもしくは溝の上部
に正確な｛１１１｝Ｂ結晶面が形成されないように基板
として｛００１｝結晶面から〔１１０〕結晶軸方向に向
かって数度傾斜したいわゆるオフ基板、またはそれと結
晶学的に等価な例えば〔−１−１−１〕結晶軸方向に向
かって数度傾斜したオフ基板を用いて、この上に〈１１
０〉結晶軸方向に沿う方向に延長する段部（リッジもし
くは溝）を設けて化合物半導体層をエピタキシャル成長
することによって、形成される斜面が｛１１１｝Ｂ結晶
面から僅かにオフさせる。このように｛１１１｝Ｂ結晶
面から傾いた結晶面（オフ｛１１１｝Ｂ結晶面）上にお
いては双晶が形成されないことが上述の文献において明
らかにされており、この場合化合物半導体層の一部をリ
ンを含む半導体材料より構成しても、そのエピタキシャ
ル成長層に双晶が形成されることがなく、膜表面のきれ
いな層として形成されることとなる。
に正確な｛１１１｝Ｂ結晶面が形成されないように基板
として｛００１｝結晶面から〔１１０〕結晶軸方向に向
かって数度傾斜したいわゆるオフ基板、またはそれと結
晶学的に等価な例えば〔−１−１−１〕結晶軸方向に向
かって数度傾斜したオフ基板を用いて、この上に〈１１
０〉結晶軸方向に沿う方向に延長する段部（リッジもし
くは溝）を設けて化合物半導体層をエピタキシャル成長
することによって、形成される斜面が｛１１１｝Ｂ結晶
面から僅かにオフさせる。このように｛１１１｝Ｂ結晶
面から傾いた結晶面（オフ｛１１１｝Ｂ結晶面）上にお
いては双晶が形成されないことが上述の文献において明
らかにされており、この場合化合物半導体層の一部をリ
ンを含む半導体材料より構成しても、そのエピタキシャ
ル成長層に双晶が形成されることがなく、膜表面のきれ
いな層として形成されることとなる。
【００１７】そして本発明においては、正確な｛００
１｝結晶面より成る主面を有する化合物半導体基板を用
いて、段部の延長する方向を〈１１０〉結晶軸方向から
０°を越え８°以下傾いた方向に選定して形成し、この
上に化合物半導体層をエピタキシャル成長する構成とす
ることによって、形成される斜面が｛１１１｝Ｂ結晶面
から僅かにオフされるようにしている。従って、この場
合においても化合物半導体層の一部をリンを含むＡｌＧ
ａＩｎＰ系材料により構成しても、双晶が形成されるこ
となく良好な膜質をもって形成されることとなる。
１｝結晶面より成る主面を有する化合物半導体基板を用
いて、段部の延長する方向を〈１１０〉結晶軸方向から
０°を越え８°以下傾いた方向に選定して形成し、この
上に化合物半導体層をエピタキシャル成長する構成とす
ることによって、形成される斜面が｛１１１｝Ｂ結晶面
から僅かにオフされるようにしている。従って、この場
合においても化合物半導体層の一部をリンを含むＡｌＧ
ａＩｎＰ系材料により構成しても、双晶が形成されるこ
となく良好な膜質をもって形成されることとなる。
【００１８】また、ＡｌＧａＩｎＰ結晶を、｛００１｝
ＧａＡｓ結晶基板上にＭＯＣＶＤ法によって成長させる
と秩序構造を形成することが知られている。この構造
は、２種の｛１１１｝結晶面にＧａ（又はＡｌ）とＩｎ
原子が交互に積み重なった超格子構造をしており、ま
た、｛１１１｝Ｂ結晶面より成るＧａＡｓ結晶基板上で
はこのような秩序構造は形成されないとされている。
ＧａＡｓ結晶基板上にＭＯＣＶＤ法によって成長させる
と秩序構造を形成することが知られている。この構造
は、２種の｛１１１｝結晶面にＧａ（又はＡｌ）とＩｎ
原子が交互に積み重なった超格子構造をしており、ま
た、｛１１１｝Ｂ結晶面より成るＧａＡｓ結晶基板上で
はこのような秩序構造は形成されないとされている。
【００１９】ところが本発明者等の研究によれば、｛０
０１｝結晶面から〈１１０〉結晶軸方向に傾いた主面を
有する化合物半導体基板上に段部を設けてこの上にＡｌ
ＧａＩｎＰ結晶を成長すると、段部上に分断して秩序構
造が形成されることが明らかになった。即ち図５に示す
ように、ＧａＡｓより成る化合物半導体基板１上に〈１
１０〉結晶軸方向に延長するリッジ２を設け、この上に
ＧａＡｓ層２４及びＡｌＧａＩｎＰ層２５をエピタキシ
ャル成長させて透過電子顕微鏡法によって構造解析を行
ったところ、ＡｌＧａＩｎＰ層２５はリッジ２の上部
と、リッジ２の両側の溝２２内との領域２６Ａ、２６Ｂ
に分断して秩序構造が形成され、他の領域２７は混晶と
なっていることが分かった。
０１｝結晶面から〈１１０〉結晶軸方向に傾いた主面を
有する化合物半導体基板上に段部を設けてこの上にＡｌ
ＧａＩｎＰ結晶を成長すると、段部上に分断して秩序構
造が形成されることが明らかになった。即ち図５に示す
ように、ＧａＡｓより成る化合物半導体基板１上に〈１
１０〉結晶軸方向に延長するリッジ２を設け、この上に
ＧａＡｓ層２４及びＡｌＧａＩｎＰ層２５をエピタキシ
ャル成長させて透過電子顕微鏡法によって構造解析を行
ったところ、ＡｌＧａＩｎＰ層２５はリッジ２の上部
と、リッジ２の両側の溝２２内との領域２６Ａ、２６Ｂ
に分断して秩序構造が形成され、他の領域２７は混晶と
なっていることが分かった。
【００２０】秩序構造を有するＡｌＧａＩｎＰ結晶は混
晶領域に比しバンドギャップが狭いことが知られてい
る。このためリッジの上部又は溝内にバンドギャップの
異なる領域を形成することができる。このバンドギャッ
プの差は５０ｍｅＶ程度であり、この差を利用してリッ
ジ上又は溝内にキャリアを閉じ込める構造とすることが
できる。
晶領域に比しバンドギャップが狭いことが知られてい
る。このためリッジの上部又は溝内にバンドギャップの
異なる領域を形成することができる。このバンドギャッ
プの差は５０ｍｅＶ程度であり、この差を利用してリッ
ジ上又は溝内にキャリアを閉じ込める構造とすることが
できる。
【００２１】尚、｛００１｝結晶面及び〈１１０〉結晶
軸方向は、これと結晶学的に等価の面及び方位であれば
同様の効果を得ることができる。
軸方向は、これと結晶学的に等価の面及び方位であれば
同様の効果を得ることができる。
【００２２】また、本明細書において結晶方位とは、 I
II族Ｇａ原子を０００、Ｖ族Ａｓ原子を1/41/41/4 に置
いたときに得られる座標系で表している。
II族Ｇａ原子を０００、Ｖ族Ａｓ原子を1/41/41/4 に置
いたときに得られる座標系で表している。
【００２３】
【実施例】以下本発明化合物半導体装置及びその製造方
法の各例を図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発
明実施例に先立って、｛００１｝結晶面から〈１１０〉
結晶軸方向に傾けられたいわゆるオフ基板を用いる場合
を参考例として説明する。
法の各例を図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発
明実施例に先立って、｛００１｝結晶面から〈１１０〉
結晶軸方向に傾けられたいわゆるオフ基板を用いる場合
を参考例として説明する。
【００２４】図１の参考例においては、例えばｎ型のＧ
ａＡｓより成る化合物半導体基板１を用意する。この基
板１は、その主面１Ｓが｛００１｝結晶面から〈１１
０〉結晶軸方向に傾けられた面より成る。即ちこの場合
その一製造工程図を図２に示すように、矢印Ａは〈１１
０〉結晶軸方向、矢印Ｃは｛００１｝結晶面に直交する
〈００１〉結晶軸方向、矢印Ｂはこの〈００１〉結晶軸
方向から数度傾いたいわゆるオフ方向で、この例におい
てはこの矢印Ｂで示すオフ方向が〈００１〉結晶軸方向
と２°の角度を成すように選定し、即ち主面１Ｓが｛０
０１｝結晶面から〈１１０〉結晶軸方向に２°傾けられ
た基板１を用意する。そしてこの主面１Ｓ上に、〈１１
０〉結晶軸方向に沿う方向に延長するリッジもしくは
溝、この場合リッジ２を設ける。このリッジ２のパター
ニングはＲＩＥ等の垂直異方性エッチングにより形成す
ることができる。
ａＡｓより成る化合物半導体基板１を用意する。この基
板１は、その主面１Ｓが｛００１｝結晶面から〈１１
０〉結晶軸方向に傾けられた面より成る。即ちこの場合
その一製造工程図を図２に示すように、矢印Ａは〈１１
０〉結晶軸方向、矢印Ｃは｛００１｝結晶面に直交する
〈００１〉結晶軸方向、矢印Ｂはこの〈００１〉結晶軸
方向から数度傾いたいわゆるオフ方向で、この例におい
てはこの矢印Ｂで示すオフ方向が〈００１〉結晶軸方向
と２°の角度を成すように選定し、即ち主面１Ｓが｛０
０１｝結晶面から〈１１０〉結晶軸方向に２°傾けられ
た基板１を用意する。そしてこの主面１Ｓ上に、〈１１
０〉結晶軸方向に沿う方向に延長するリッジもしくは
溝、この場合リッジ２を設ける。このリッジ２のパター
ニングはＲＩＥ等の垂直異方性エッチングにより形成す
ることができる。
【００２５】そして図１に示すようにこの化合物半導体
基板１上に化合物半導体層１０を順次ＭＯＣＶＤ法等に
よりエピタキシャル成長し、その一部をリンを含む半導
体材料、この場合ＡｌＧａＩｎＰにより構成する。この
場合、先ず基板１上にｎ型のＧａＡｓ等より成るバッフ
ァ層３をＭＯＣＶＤ法により形成する。前述したように
リッジ２上においてはほぼ｛１１１｝Ｂ結晶面を成す斜
面９Ａ及び９Ｂを構成しながら断面台形状にエピタキシ
ャル成長し、リッジ２上と溝２Ａ内とにおいて互いに他
と分断されて形成される。前述したようにこの参考例に
おいては、オフ基板を用いているためにこの斜面９Ａ及
び９Ｂは｛１１１｝Ｂ結晶面から数度この場合２°オフ
した結晶面となるため、双晶が形成されることなく膜表
面がきれいな成長面となる。
基板１上に化合物半導体層１０を順次ＭＯＣＶＤ法等に
よりエピタキシャル成長し、その一部をリンを含む半導
体材料、この場合ＡｌＧａＩｎＰにより構成する。この
場合、先ず基板１上にｎ型のＧａＡｓ等より成るバッフ
ァ層３をＭＯＣＶＤ法により形成する。前述したように
リッジ２上においてはほぼ｛１１１｝Ｂ結晶面を成す斜
面９Ａ及び９Ｂを構成しながら断面台形状にエピタキシ
ャル成長し、リッジ２上と溝２Ａ内とにおいて互いに他
と分断されて形成される。前述したようにこの参考例に
おいては、オフ基板を用いているためにこの斜面９Ａ及
び９Ｂは｛１１１｝Ｂ結晶面から数度この場合２°オフ
した結晶面となるため、双晶が形成されることなく膜表
面がきれいな成長面となる。
【００２６】そしてこの上に引き続き例えばｎ型のＡｌ
ＧａＩｎＰより成る第１のクラッド層４、真性のＧａＩ
ｎＰ等より成る活性層５、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ等より
成る第２のクラッド層６を順次エピタキシャル成長す
る。このとき、これら半導体層４、５及び６より成る化
合物半導体層１０及びキャップ層７はそれぞれ、上述の
リッジ２上の斜面９Ａ及び９Ｂに追随してほぼ｛１１
１｝Ｂ結晶面を成す斜面９Ａ及び９Ｂを構成しながら成
長する。即ちこの参考例においては、｛１１１｝Ｂ結晶
面を有する機能層として活性層５を設けて構成する。そ
して、図示しないがキャップ層７上と基板１の裏面とに
Ａｌ等より成る電極を被着して、化合物半導体装置、こ
の場合半導体レーザ装置を得ることができる。
ＧａＩｎＰより成る第１のクラッド層４、真性のＧａＩ
ｎＰ等より成る活性層５、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰ等より
成る第２のクラッド層６を順次エピタキシャル成長す
る。このとき、これら半導体層４、５及び６より成る化
合物半導体層１０及びキャップ層７はそれぞれ、上述の
リッジ２上の斜面９Ａ及び９Ｂに追随してほぼ｛１１
１｝Ｂ結晶面を成す斜面９Ａ及び９Ｂを構成しながら成
長する。即ちこの参考例においては、｛１１１｝Ｂ結晶
面を有する機能層として活性層５を設けて構成する。そ
して、図示しないがキャップ層７上と基板１の裏面とに
Ａｌ等より成る電極を被着して、化合物半導体装置、こ
の場合半導体レーザ装置を得ることができる。
【００２７】この参考例においては上述したように活性
層５の上下にこれに比しバンドギャップの狭いクラッド
層４及び６を設けることによって、上下方向（厚さ方
向）に関して光の閉じ込めがなされた構成とすることが
できる。
層５の上下にこれに比しバンドギャップの狭いクラッド
層４及び６を設けることによって、上下方向（厚さ方
向）に関して光の閉じ込めがなされた構成とすることが
できる。
【００２８】また前述したように、ＡｌＧａＩｎＰ結晶
を｛００１｝ＧａＡｓ結晶基板上にＭＯＣＶＤ法によっ
て成長させると、リッジ２上と溝内において秩序構造が
分断して形成されることが本発明者等の研究の結果明ら
かとなった。従って、この場合リッジ２上の活性層５は
その左右がこれに比しバンドギャップの小さい混晶領域
に左右を挟まれた構造とすることができる。この参考例
においてはバンドギャップの差は５０ｍｅＶ程度とな
る。このため活性層５の横方向にキャリアを閉じ込める
構造とすることができ、低閾値化がなされた化合物半導
体レーザ装置とすることができる。
を｛００１｝ＧａＡｓ結晶基板上にＭＯＣＶＤ法によっ
て成長させると、リッジ２上と溝内において秩序構造が
分断して形成されることが本発明者等の研究の結果明ら
かとなった。従って、この場合リッジ２上の活性層５は
その左右がこれに比しバンドギャップの小さい混晶領域
に左右を挟まれた構造とすることができる。この参考例
においてはバンドギャップの差は５０ｍｅＶ程度とな
る。このため活性層５の横方向にキャリアを閉じ込める
構造とすることができ、低閾値化がなされた化合物半導
体レーザ装置とすることができる。
【００２９】次に、本発明による化合物半導体装置の一
例を図３の略線的拡大断面図を参照して、その製造方法
の一工程図を示す図４と共に詳細に説明する。この場合
図４に示すように、ｎ型のＧａＡｓ等より成り、正確に
｛００１｝結晶面より成る主面１Ｓを有する化合物半導
体基板１を用意する。そしてこの主面１Ｓ上に、〈１１
０〉結晶軸方向から０°＜α≦８°なる角度α傾いた方
向に延長するリッジもしくは溝、この場合リッジ２を設
けて構成する。図４においてαはこのリッジの延長方向
と〈１１０〉結晶軸方向とのなす角度を示し、この場合
αを２°として構成した。
例を図３の略線的拡大断面図を参照して、その製造方法
の一工程図を示す図４と共に詳細に説明する。この場合
図４に示すように、ｎ型のＧａＡｓ等より成り、正確に
｛００１｝結晶面より成る主面１Ｓを有する化合物半導
体基板１を用意する。そしてこの主面１Ｓ上に、〈１１
０〉結晶軸方向から０°＜α≦８°なる角度α傾いた方
向に延長するリッジもしくは溝、この場合リッジ２を設
けて構成する。図４においてαはこのリッジの延長方向
と〈１１０〉結晶軸方向とのなす角度を示し、この場合
αを２°として構成した。
【００３０】そしてこの上に、図３に示すように、リン
を含む化合物半導体層４〜７をエピタキシャル成長す
る。この場合においても、ｎ型ＧａＡｓ等より成るバッ
ファ層３と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等より成る第１のクラ
ッド層４、真性のＧａＩｎＰ等より成る活性層５、ｐ型
のＡｌＧａＩｎＰ等より成る第２のクラッド層６、ｐ型
のＧａＡｓ等より成るキャップ層７を順次ＭＯＣＶＤ法
によりエピタキシャル成長して形成する。８はＡｌ等よ
り成る電極を示す。また図示しないが基板１の裏面にも
同様の電極を被着して化合物半導体装置を構成する。
を含む化合物半導体層４〜７をエピタキシャル成長す
る。この場合においても、ｎ型ＧａＡｓ等より成るバッ
ファ層３と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ等より成る第１のクラ
ッド層４、真性のＧａＩｎＰ等より成る活性層５、ｐ型
のＡｌＧａＩｎＰ等より成る第２のクラッド層６、ｐ型
のＧａＡｓ等より成るキャップ層７を順次ＭＯＣＶＤ法
によりエピタキシャル成長して形成する。８はＡｌ等よ
り成る電極を示す。また図示しないが基板１の裏面にも
同様の電極を被着して化合物半導体装置を構成する。
【００３１】この場合においても図１に示す例と同様
に、リッジ２上においてはバッファ層３の側面が、正確
な｛１１１｝Ｂ結晶面からこの場合２°傾いたオフ結晶
面となるため、良好な膜質をもって斜面９Ａ及び９Ｂが
形成される。そしてこれに続いて第１のクラッド層４、
活性層５、第２のクラッド層６及びキャップ層７も同様
に｛１１１｝Ｂ結晶面からこの場合２°傾いたオフ結晶
面より成る斜面９Ａ及び９Ｂを構成しながら成長する。
に、リッジ２上においてはバッファ層３の側面が、正確
な｛１１１｝Ｂ結晶面からこの場合２°傾いたオフ結晶
面となるため、良好な膜質をもって斜面９Ａ及び９Ｂが
形成される。そしてこれに続いて第１のクラッド層４、
活性層５、第２のクラッド層６及びキャップ層７も同様
に｛１１１｝Ｂ結晶面からこの場合２°傾いたオフ結晶
面より成る斜面９Ａ及び９Ｂを構成しながら成長する。
【００３２】このような構成とすることにより、図５に
示すように、リッジ２上の活性層５が上下にクラッド層
３及び５に挟まれて光の閉じ込めがなされると共に、リ
ッジ２上の活性層５が秩序構造とされ、その両側の領域
が混晶となるために、横方向においてもバンドギャップ
の大なる層に挟まれ、即ち横方向にキャリアの閉じ込め
がなされた構成とすることができ、低閾値の半導体レー
ザ装置を得ることができる。
示すように、リッジ２上の活性層５が上下にクラッド層
３及び５に挟まれて光の閉じ込めがなされると共に、リ
ッジ２上の活性層５が秩序構造とされ、その両側の領域
が混晶となるために、横方向においてもバンドギャップ
の大なる層に挟まれ、即ち横方向にキャリアの閉じ込め
がなされた構成とすることができ、低閾値の半導体レー
ザ装置を得ることができる。
【００３３】図６に本発明化合物半導体装置の他の例の
略線的拡大断面図を示す。図６において、図３に対応す
る部分には同一符号を付して示す。この場合、図４に示
すように、正確な｛００１｝結晶面より成る主面を有す
る基板１を用意して、この上に〈１１０〉結晶軸方向か
ら０°＜α≦８°の例えば２°傾いた方向に延長する溝
２２を設けて構成する。基板材料としては例えばｎ型の
ＧａＡｓを用いることができる。
略線的拡大断面図を示す。図６において、図３に対応す
る部分には同一符号を付して示す。この場合、図４に示
すように、正確な｛００１｝結晶面より成る主面を有す
る基板１を用意して、この上に〈１１０〉結晶軸方向か
ら０°＜α≦８°の例えば２°傾いた方向に延長する溝
２２を設けて構成する。基板材料としては例えばｎ型の
ＧａＡｓを用いることができる。
【００３４】このとき、溝２２の形状は、この上に成長
するエピタキシャル層に自然発生的に｛１１１｝Ｂ結晶
面から数度傾いた結晶面が生じるように、この側面２３
と主面１Ｓとの成す角度βが５４．７°以下の角度とな
るように、ウェットエッチング等により形成する。
するエピタキシャル層に自然発生的に｛１１１｝Ｂ結晶
面から数度傾いた結晶面が生じるように、この側面２３
と主面１Ｓとの成す角度βが５４．７°以下の角度とな
るように、ウェットエッチング等により形成する。
【００３５】そしてこの上に、図６に示すように各化合
物半導体層、この場合ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ等より成る
第１のクラッド層４、ＧａＩｎＰ等より成る活性層５即
ち機能層、更にｐ型のＡｌＧａＩｎＰ等より成る第２の
活性層６、ｐ型のＧａＡｓ等より成るキャップ層７を順
次ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。８はＡ
ｌ等より成る電極を示す。
物半導体層、この場合ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ等より成る
第１のクラッド層４、ＧａＩｎＰ等より成る活性層５即
ち機能層、更にｐ型のＡｌＧａＩｎＰ等より成る第２の
活性層６、ｐ型のＧａＡｓ等より成るキャップ層７を順
次ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。８はＡ
ｌ等より成る電極を示す。
【００３６】この例においても溝２２内に生じる各層４
〜７の斜面９Ａ及び９Ｂが、正確な｛１１１｝Ｂ結晶面
から０°＜α≦８°のこの場合２°傾いたオフ結晶面と
なるため、良好な膜質をもって形成される。また溝２２
上の活性層５が上下にクラッド層４及び６に挟まれて光
の閉じ込めがなされると共に、溝２２上の活性層５が秩
序構造とされ、溝２２の両側の側面２３上の領域が混晶
となるために、横方向においてもバンドギャップの大な
る層に挟み込まれ、即ち横方向にキャリアの閉じ込めが
なされた構成とすることができ、低閾値の半導体レーザ
装置を得ることができる。
〜７の斜面９Ａ及び９Ｂが、正確な｛１１１｝Ｂ結晶面
から０°＜α≦８°のこの場合２°傾いたオフ結晶面と
なるため、良好な膜質をもって形成される。また溝２２
上の活性層５が上下にクラッド層４及び６に挟まれて光
の閉じ込めがなされると共に、溝２２上の活性層５が秩
序構造とされ、溝２２の両側の側面２３上の領域が混晶
となるために、横方向においてもバンドギャップの大な
る層に挟み込まれ、即ち横方向にキャリアの閉じ込めが
なされた構成とすることができ、低閾値の半導体レーザ
装置を得ることができる。
【００３７】尚、これらの例においては、リッジ２及び
溝２２の延長方向を〈１１０〉結晶軸方向から２°傾い
た方向に選定して半導体レーザ装置を構成したが、この
ようにレーザを構成する場合は、光がその共振器方向に
進行するにあたって活性層内において光が横方向に反射
することを回避するため、傾斜角度αを８°以下程度と
することが望ましい。すなわち、０°＜α≦８°とす
る。
溝２２の延長方向を〈１１０〉結晶軸方向から２°傾い
た方向に選定して半導体レーザ装置を構成したが、この
ようにレーザを構成する場合は、光がその共振器方向に
進行するにあたって活性層内において光が横方向に反射
することを回避するため、傾斜角度αを８°以下程度と
することが望ましい。すなわち、０°＜α≦８°とす
る。
【００３８】次に、本発明を１次元チャネル構成の化合
物半導体トランジスタに応用した例を図７の略線的拡大
断面図及び図８の略線的拡大斜視図を参照して説明す
る。この場合においても、図２に示すように、｛００
１｝結晶面から〈１１０〉結晶軸方向に数度傾いたオフ
基板を用いてこの基板上に〈１１０〉結晶軸方向に沿う
方向に延長するリッジ２を設ける。或いは図４に示すよ
うに、正確な｛００１｝結晶面より成る主面を有する基
板１を用意して、この上に〈１１０〉結晶軸方向から数
度傾いた方向にリッジ２を設けて構成する。基板材料と
しては例えば半絶縁性のＧａＡｓを用いることができ
る。
物半導体トランジスタに応用した例を図７の略線的拡大
断面図及び図８の略線的拡大斜視図を参照して説明す
る。この場合においても、図２に示すように、｛００
１｝結晶面から〈１１０〉結晶軸方向に数度傾いたオフ
基板を用いてこの基板上に〈１１０〉結晶軸方向に沿う
方向に延長するリッジ２を設ける。或いは図４に示すよ
うに、正確な｛００１｝結晶面より成る主面を有する基
板１を用意して、この上に〈１１０〉結晶軸方向から数
度傾いた方向にリッジ２を設けて構成する。基板材料と
しては例えば半絶縁性のＧａＡｓを用いることができ
る。
【００３９】そしてこの上に、図７に示すように、半絶
縁性のＧａＡｓ等より成るバッファ層１３、真性のＡｌ
ＧａＩｎＰ等より成る化合物半導体層１４、厚さ１００
Å以下程度の真性のＧａＩｎＰより成る機能層１５、厚
さ５００Å程度のＡｌＧａＩｎＰ等より成る化合物半導
体層１６を順次ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成
長する。
縁性のＧａＡｓ等より成るバッファ層１３、真性のＡｌ
ＧａＩｎＰ等より成る化合物半導体層１４、厚さ１００
Å以下程度の真性のＧａＩｎＰより成る機能層１５、厚
さ５００Å程度のＡｌＧａＩｎＰ等より成る化合物半導
体層１６を順次ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャル成
長する。
【００４０】この場合においても、各層の斜面９Ａ及び
９Ｂは、オフ基板或いはオフ方向に延長するリッジ上に
エピタキシャル成長されて成るため、｛１１１｝Ｂ結晶
面から数度傾いた面により構成されて良好な膜質をもっ
て形成される。
９Ｂは、オフ基板或いはオフ方向に延長するリッジ上に
エピタキシャル成長されて成るため、｛１１１｝Ｂ結晶
面から数度傾いた面により構成されて良好な膜質をもっ
て形成される。
【００４１】そして化合物半導体層１６のリッジ２上の
領域のみにｎ型不純物を拡散して不純物注入領域１７を
形成し、更にこの上にＡｌ等より成る電極１８を蒸着等
により被着形成する。この場合、図８に示すように、こ
の場合リッジ２の延長方向を横切る方向にそれぞれソー
ス電極３１、ゲート電極３２及びドレイン電極３３をパ
ターニング形成して構成する。
領域のみにｎ型不純物を拡散して不純物注入領域１７を
形成し、更にこの上にＡｌ等より成る電極１８を蒸着等
により被着形成する。この場合、図８に示すように、こ
の場合リッジ２の延長方向を横切る方向にそれぞれソー
ス電極３１、ゲート電極３２及びドレイン電極３３をパ
ターニング形成して構成する。
【００４２】この例においては、機能層１５を厚さ１０
０Å程度以下として量子効果を有する結晶層として構成
するもので、このとき機能層の上層のｎ型化合物半導体
層１６から供給される電子が、機能層１５のリッジ２上
の屈曲部にたまり、１次元電子ガスによるチャネル領域
１５Ｃが形成され、１次元チャネルを有する高電子移動
度化合物半導体トランジスタを得ることができる。
０Å程度以下として量子効果を有する結晶層として構成
するもので、このとき機能層の上層のｎ型化合物半導体
層１６から供給される電子が、機能層１５のリッジ２上
の屈曲部にたまり、１次元電子ガスによるチャネル領域
１５Ｃが形成され、１次元チャネルを有する高電子移動
度化合物半導体トランジスタを得ることができる。
【００４３】尚、上述の各実施例においては、リッジ２
上全域に秩序構造を形成する場合を示したが、この秩序
構造は高濃度不純物ドープによってその形成を抑制する
ことができるため、厚さ方向にも秩序構造を部分的に形
成するようになすこともできる。
上全域に秩序構造を形成する場合を示したが、この秩序
構造は高濃度不純物ドープによってその形成を抑制する
ことができるため、厚さ方向にも秩序構造を部分的に形
成するようになすこともできる。
【００４４】また、本発明は上述の実施例に限ることな
くその他種々の材料構成とすることができ、例えば図
１，３及び６において図示とは逆の導電型とする等、種
々の態様を採り得ることはいうまでもない。
くその他種々の材料構成とすることができ、例えば図
１，３及び６において図示とは逆の導電型とする等、種
々の態様を採り得ることはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】上述したように、本発明構成及び製造方
法によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系等のＰを含む化合物半導
体層を、リッジもしくは溝を有する化合物半導体基板上
に良質な結晶性をもって被着形成することができること
から、活性層等の機能層を横方向にも屈折率差（または
バンドギャップ差）をもって構成することができて、低
閾値の半導体レーザを得ることができ、例えば携帯用Ｃ
Ｄ（コンパクト・ディスク）プレーヤー等に適用するこ
とができる。また、この場合リアル・インデックスガイ
ド構成となるので、単峰性のスペクトルのレーザ光を得
ることができ、非点収差の低減化をはかることができ
る。
法によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系等のＰを含む化合物半導
体層を、リッジもしくは溝を有する化合物半導体基板上
に良質な結晶性をもって被着形成することができること
から、活性層等の機能層を横方向にも屈折率差（または
バンドギャップ差）をもって構成することができて、低
閾値の半導体レーザを得ることができ、例えば携帯用Ｃ
Ｄ（コンパクト・ディスク）プレーヤー等に適用するこ
とができる。また、この場合リアル・インデックスガイ
ド構成となるので、単峰性のスペクトルのレーザ光を得
ることができ、非点収差の低減化をはかることができ
る。
【００４６】またリッジもしくは溝上に良好な結晶を形
成できるために、ＡｌＧａＩｎＰ系材料に特有の構造で
ある秩序構造を１回の結晶成長で特定領域に形成するこ
とが可能となる。本発明製造方法によればリッジ上部と
溝内部とにのみ選択的に秩序構造を形成することがで
き、その他の同材料より成る混晶領域に比べてバンドギ
ャップの小さいこの秩序領域をリッジ又は溝に沿ってス
トライプ状に形成することができる。そしてこの５０ｍ
ｅＶ程度のバンドギャップ差を利用してキャリアの閉じ
込めを行うことができる。
成できるために、ＡｌＧａＩｎＰ系材料に特有の構造で
ある秩序構造を１回の結晶成長で特定領域に形成するこ
とが可能となる。本発明製造方法によればリッジ上部と
溝内部とにのみ選択的に秩序構造を形成することがで
き、その他の同材料より成る混晶領域に比べてバンドギ
ャップの小さいこの秩序領域をリッジ又は溝に沿ってス
トライプ状に形成することができる。そしてこの５０ｍ
ｅＶ程度のバンドギャップ差を利用してキャリアの閉じ
込めを行うことができる。
【００４７】従って、機能層の上下方向にクラッド層を
設けるとか、或いは不純物を高濃度にドープする等して
秩序構造を厚さ方向に関して部分的に形成する等、上下
方向及び横方向にキャリアの閉じ込めがなされた閾値電
流の小さい半導体レーザ装置、又は高電子移動度トラン
ジスタ等の複合デバイスの実現が可能となる。
設けるとか、或いは不純物を高濃度にドープする等して
秩序構造を厚さ方向に関して部分的に形成する等、上下
方向及び横方向にキャリアの閉じ込めがなされた閾値電
流の小さい半導体レーザ装置、又は高電子移動度トラン
ジスタ等の複合デバイスの実現が可能となる。
【図１】化合物半導体装置の参考例の略線的拡大斜視図
である。
である。
【図２】化合物半導体装置の製造方法の参考例の一製造
工程図である。
工程図である。
【図３】本発明化合物半導体装置の他の例の略線的拡大
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明化合物半導体装置の製造方法の一例の一
製造工程図である。
製造工程図である。
【図５】化合物半導体装置の結晶成長態様の説明図であ
る。
る。
【図６】本発明化合物半導体装置の他の例の略線的拡大
断面図である。
断面図である。
【図７】本発明化合物半導体装置の他の例の略線的拡大
断面図である。
断面図である。
【図８】本発明化合物半導体装置の他の例の略線的拡大
斜視図である。
斜視図である。
１ 化合物半導体基板 ２ リッジ ３ バッファ層 ４ 第１のクラッド層 ５ 活性層 ６ 第２のクラッド層 ７ キャップ層 ８ 電極 ９Ａ 斜面 ９Ｂ 斜面 １０ 化合物半導体層 ２１ 秩序構造 ２２ 混晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 晃 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−94686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−16590（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168690（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315184（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79312（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−91485（ＪＰ，Ａ) 第51回応用物理学会学術講演予稿集, 27ａ−ＳＸ−14 第53回応用物理学会学術講演予稿集, 18ｐ−ＺＥ−15 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａ ｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．106 Ｎｏ ｓ．２／３，ｐ．197−207 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 29/80 H01S 5/00 - 5/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 化合物半導体基板の｛００１｝結晶面よ
り成る主面上に、〈１１０〉結晶軸方向から、０°＜α
≦８°なる角度αずれた方向に延長するリッジもしくは
溝が設けられ、 上記化合物半導体基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ
系材料より成る第１のクラッド層と、ＧａＩｎＰより成
る活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料より成る第２のクラ
ッド層とを含む化合物半導体層がエピタキシャル成長さ
れ、 上記化合物半導体層に少なくとも｛１１１｝Ｂ結晶面か
ら、上記角度αオフした面を有する機能層が設けられて
成ることを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項２】 化合物半導体基板の｛００１｝結晶面よ
り成る主面上に、〈１１０〉結晶軸方向から、０°＜α
≦８°なる角度αずれた方向に延長するリッジもしくは
溝を設け、 上記化合物半導体基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ
系材料より成る第１のクラッド層と、ＧａＩｎＰより成
る活性層と、ＡｌＧａＩｎＰ系材料より成る第２のクラ
ッド層とを含む化合物半導体層をエピタキシャル成長す
ることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP14284292A JP3257034B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | 化合物半導体装置とその製造方法 |
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| JP14284292A JP3257034B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | 化合物半導体装置とその製造方法 |
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-
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-
1993
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