JPH0654806B2 - 光・電子集積回路とその製造方法 - Google Patents
光・電子集積回路とその製造方法Info
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- JPH0654806B2 JPH0654806B2 JP10776186A JP10776186A JPH0654806B2 JP H0654806 B2 JPH0654806 B2 JP H0654806B2 JP 10776186 A JP10776186 A JP 10776186A JP 10776186 A JP10776186 A JP 10776186A JP H0654806 B2 JPH0654806 B2 JP H0654806B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光通信用送信器に使用される高速かつ高信頼
な光・電子集積回路とその製造方法に関するものであ
る。
な光・電子集積回路とその製造方法に関するものであ
る。
（従来技術及び発明が解決しようとする問題点） 従来の光送信器は、光源となる半導体レーザ（以下ＬＤ
と記す）とそれを駆動・変調する電子回路の各々を個別
の部品として製作し、しかる後、それらを接続する形態
をとつていた。しかしながら、このような方式では、部
品間の配線に伴う伝搬遅延や浮遊容量のため、動作が遅
くなるほか、接続部分に起因する信頼性の低下も問題と
なる。したがって、高速かつ高信頼の光送信器を構成す
るには、光素子と電子素子を一体化した光・電子集積回
路が必要である。
と記す）とそれを駆動・変調する電子回路の各々を個別
の部品として製作し、しかる後、それらを接続する形態
をとつていた。しかしながら、このような方式では、部
品間の配線に伴う伝搬遅延や浮遊容量のため、動作が遅
くなるほか、接続部分に起因する信頼性の低下も問題と
なる。したがって、高速かつ高信頼の光送信器を構成す
るには、光素子と電子素子を一体化した光・電子集積回
路が必要である。
このような光・電子集積回路としては、ＬＤを駆動する
トランジスタとして、電界効果型トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）を使用するものと、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（以下ＨＢＴと記す）を使用するものとが考えられ
るが、この内、ＨＢＴは高い電流駆動能力と高速動作性
を有することから、ＬＤの駆動・変調に適している。
トランジスタとして、電界効果型トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）を使用するものと、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（以下ＨＢＴと記す）を使用するものとが考えられ
るが、この内、ＨＢＴは高い電流駆動能力と高速動作性
を有することから、ＬＤの駆動・変調に適している。
ＨＢＴとＬＤを用い集積回路を構成する試みとしては、
ジエ・カアツ（Ｊ．Katz）らの報告（Appl．Phys．Let
t．，37(2)，1980）がある。第３図は上記の構造を示
す。この素子はｎ+-GaAs基板20上に、基板側より第１層
ｎ−AlGaAs21，第２層ｐ−GaAs22，第３層ｎ−AlGaAs23
エピタキシヤル膜を成長し、ｎｐｎ構造より成るＨＢＴ
を製作すると共に、Beイオンを第３層23からｐ−GaAs22
まで注入することで、第３層23のｎ−AlGaAsの一部をｐ
型24に変え、ｎｐｐ構造より成るＬＤとしても動作させ
られるよう工夫されている。しかしながら、このような
構造には次のような欠点がある。
ジエ・カアツ（Ｊ．Katz）らの報告（Appl．Phys．Let
t．，37(2)，1980）がある。第３図は上記の構造を示
す。この素子はｎ+-GaAs基板20上に、基板側より第１層
ｎ−AlGaAs21，第２層ｐ−GaAs22，第３層ｎ−AlGaAs23
エピタキシヤル膜を成長し、ｎｐｎ構造より成るＨＢＴ
を製作すると共に、Beイオンを第３層23からｐ−GaAs22
まで注入することで、第３層23のｎ−AlGaAsの一部をｐ
型24に変え、ｎｐｐ構造より成るＬＤとしても動作させ
られるよう工夫されている。しかしながら、このような
構造には次のような欠点がある。
すなわち、ＬＤの活性層として使用する第２層22のｐ−
GaAsは、自由キヤリアによる光吸収で、レーザ発振閾値
が上昇するのを避ける必要から、ドーピング濃度を高く
する（５×1017cm-3）ことは望ましくない。一方、こ
のｐ−GaAs層は、ＨＢＴのベース部分としても使用され
るが、ＨＢＴにおいては、動作速度の目安となるカット
オフ周波数cが （R6：ベース抵抗，Cc：コレクタ容量）で与えられるこ
とから分るように、素子の高速化のためには、ベース抵
抗を低減する必要がある。したがつて、ベース層を高濃
度にドーピングし、この層のシート抵抗を下げることが
動作上有利である。以上のことから分かるように、Ｌ
Ｄ，ＨＢＴ各々の素子を同時に高性能化するためには、
各々に適した組成・膜厚・ドーピング濃度を選ぶ必要が
あり、カアツらのような、単なるｎｐｎ構造からなるエ
ピタキシヤル膜のみを用いる方法では不十分である。
GaAsは、自由キヤリアによる光吸収で、レーザ発振閾値
が上昇するのを避ける必要から、ドーピング濃度を高く
する（５×1017cm-3）ことは望ましくない。一方、こ
のｐ−GaAs層は、ＨＢＴのベース部分としても使用され
るが、ＨＢＴにおいては、動作速度の目安となるカット
オフ周波数cが （R6：ベース抵抗，Cc：コレクタ容量）で与えられるこ
とから分るように、素子の高速化のためには、ベース抵
抗を低減する必要がある。したがつて、ベース層を高濃
度にドーピングし、この層のシート抵抗を下げることが
動作上有利である。以上のことから分かるように、Ｌ
Ｄ，ＨＢＴ各々の素子を同時に高性能化するためには、
各々に適した組成・膜厚・ドーピング濃度を選ぶ必要が
あり、カアツらのような、単なるｎｐｎ構造からなるエ
ピタキシヤル膜のみを用いる方法では不十分である。
この問題を解決するためには、ＬＤに適したｎｎｐ（も
しくはｎｐｐ）構造と、ＨＢＴに適したｎｐｎ構造をも
つエピタキシヤル多層膜を連続的に形成し、各々のエピ
タキシヤル膜に対し、ＬＤ，ＨＢＴを別個に製作すれば
良いが、このようなエピタキシヤル多層膜を連続的に形
成するには、組成やドーピング条件の異なる成長を繰返
すことになり、結晶成長工程が複雑となる。さらに、こ
のような多層構造では、ＬＤもしくはＨＢＴの下部電極
を取り出す際、深いエツチングをする必要があるため、
表面の段差が大きくなり、集積化には適さない構造とな
ることも問題である。
しくはｎｐｐ）構造と、ＨＢＴに適したｎｐｎ構造をも
つエピタキシヤル多層膜を連続的に形成し、各々のエピ
タキシヤル膜に対し、ＬＤ，ＨＢＴを別個に製作すれば
良いが、このようなエピタキシヤル多層膜を連続的に形
成するには、組成やドーピング条件の異なる成長を繰返
すことになり、結晶成長工程が複雑となる。さらに、こ
のような多層構造では、ＬＤもしくはＨＢＴの下部電極
を取り出す際、深いエツチングをする必要があるため、
表面の段差が大きくなり、集積化には適さない構造とな
ることも問題である。
（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、ＨＢＴ，ＬＤ各々に対し、その素子特
性上有利なエピタキシヤル膜の成長を可能にすると共
に、そのために生じる結晶成長の複雑さや段差越えの問
題等を回避し、高性能かつ集積化の容易な光・電子集積
回路を実現するための素子構造と製法を提供することに
ある。
性上有利なエピタキシヤル膜の成長を可能にすると共
に、そのために生じる結晶成長の複雑さや段差越えの問
題等を回避し、高性能かつ集積化の容易な光・電子集積
回路を実現するための素子構造と製法を提供することに
ある。
上記の目的を達成するため、本発明は半絶縁性基板上
に、第１導電型の第１の半導体層、第１の半導体層に比
してナロウギヤツプである第１導電型の第２の半導体
層、第２の半導体層に比してワイドギヤツプである第１
導電型の第３の半導体層が順次積層された第１の多層エ
ピタキシヤル膜に、第２の半導体層を活性層、第１及び
第３の半導体層をクラツド層とする横型接合ストライプ
レーザが構成され、第１の多層エピタキシヤル膜上に第
１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導体層、第１
導電型の第５の半導体層、第５の半導体層に比してナロ
ウギヤツプである第２導電型の第６の半導体層が順次積
層された第２の多層エピタキシヤル膜に、第５の半導体
層をエミツタ、第６の半導体層内に形成された第１導電
型の不純物領域をコレクタ、第６の半導体層内のエミツ
タとコレクタに挾まれた領域をベースとするヘテロ接合
バイポーラトランジスタが構成されることを特徴とする
光・電子集積回路を発明の要旨とするものである。
に、第１導電型の第１の半導体層、第１の半導体層に比
してナロウギヤツプである第１導電型の第２の半導体
層、第２の半導体層に比してワイドギヤツプである第１
導電型の第３の半導体層が順次積層された第１の多層エ
ピタキシヤル膜に、第２の半導体層を活性層、第１及び
第３の半導体層をクラツド層とする横型接合ストライプ
レーザが構成され、第１の多層エピタキシヤル膜上に第
１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導体層、第１
導電型の第５の半導体層、第５の半導体層に比してナロ
ウギヤツプである第２導電型の第６の半導体層が順次積
層された第２の多層エピタキシヤル膜に、第５の半導体
層をエミツタ、第６の半導体層内に形成された第１導電
型の不純物領域をコレクタ、第６の半導体層内のエミツ
タとコレクタに挾まれた領域をベースとするヘテロ接合
バイポーラトランジスタが構成されることを特徴とする
光・電子集積回路を発明の要旨とするものである。
さらに本発明は半絶縁性基板上に、第１導電型の第１の
半導体層、第１の半導体層に比してナロウギヤツプであ
る第１導電型の第２の半導体層、第２の半導体層に比し
てワイドギヤツプである第１導電型の第３の半導体層を
順次積層して第１の多層エピタキシヤル膜を形成し、第
１の多層エピタキシヤル膜内に、第２の半導体層を活性
層、第１及び第３の半導体層をクラツド層とする横型接
合ストライプレーザを構成し、第１の多層エピタキシヤ
ル膜上に第１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導
体層、及び第１導電型の第５の半導体層、第５の半導体
層に比してナロウギヤツプである第２導電型の第６の半
導体層を順次積層して第２の多層エピタキシヤル膜を形
成し、第６の半導体層内にイオン注入或いは気相拡散法
を用いて第１導電型の不純物領域を選択的に形成し、第
５の半導体層をエミツタ、第１導電型の不純物領域をコ
レクタ、第６の半導体層内のエミツタとコレクタに挾ま
れた領域をベースとするヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを構成することを特徴とする光・電子集積回路の製
造方法を発明の要旨とするものである。
半導体層、第１の半導体層に比してナロウギヤツプであ
る第１導電型の第２の半導体層、第２の半導体層に比し
てワイドギヤツプである第１導電型の第３の半導体層を
順次積層して第１の多層エピタキシヤル膜を形成し、第
１の多層エピタキシヤル膜内に、第２の半導体層を活性
層、第１及び第３の半導体層をクラツド層とする横型接
合ストライプレーザを構成し、第１の多層エピタキシヤ
ル膜上に第１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導
体層、及び第１導電型の第５の半導体層、第５の半導体
層に比してナロウギヤツプである第２導電型の第６の半
導体層を順次積層して第２の多層エピタキシヤル膜を形
成し、第６の半導体層内にイオン注入或いは気相拡散法
を用いて第１導電型の不純物領域を選択的に形成し、第
５の半導体層をエミツタ、第１導電型の不純物領域をコ
レクタ、第６の半導体層内のエミツタとコレクタに挾ま
れた領域をベースとするヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを構成することを特徴とする光・電子集積回路の製
造方法を発明の要旨とするものである。
しかして本発明の特徴は次の点にある。
まず、ＨＢＴおよびＬＤに適した膜厚，組成，不純物濃
度を実現するため、各々の素子構造に対応するエピタキ
シヤル構造として、基板側より順にnnnn+ｎｐよりなる
多層膜を連続的に成長する。この時の成長方法は、ＭＯ
ＶＰＥ，ＭＢＥ，ＬＰＥなどいずれの方法でもかまわな
い。多層膜の構成においては、ドーピング制御を容易に
することを目的に、大部分の層はｎ型とし、ＨＢＴのベ
ース領域となる最上部の層のみｐ型とする。ＨＢＴのコ
レクタ領域は、多層膜成長後、イオン注入もしくは気相
拡散法によつて最上部のｐ層の一部をｎ型に反転させて
形成する。コレクタの機能は、主にベース層へ注入され
たキヤリアを引き抜くことにあるため、良好な逆耐圧特
性を持てば素子動作上十分であり、しかがつて、イオン
注入等で形成したｐｎ接合を用いても特に問題とはなら
ない。
度を実現するため、各々の素子構造に対応するエピタキ
シヤル構造として、基板側より順にnnnn+ｎｐよりなる
多層膜を連続的に成長する。この時の成長方法は、ＭＯ
ＶＰＥ，ＭＢＥ，ＬＰＥなどいずれの方法でもかまわな
い。多層膜の構成においては、ドーピング制御を容易に
することを目的に、大部分の層はｎ型とし、ＨＢＴのベ
ース領域となる最上部の層のみｐ型とする。ＨＢＴのコ
レクタ領域は、多層膜成長後、イオン注入もしくは気相
拡散法によつて最上部のｐ層の一部をｎ型に反転させて
形成する。コレクタの機能は、主にベース層へ注入され
たキヤリアを引き抜くことにあるため、良好な逆耐圧特
性を持てば素子動作上十分であり、しかがつて、イオン
注入等で形成したｐｎ接合を用いても特に問題とはなら
ない。
一方、ＬＤについては、ｎ型多層エピタキシヤル膜中に
ｐｎ接合を作る必要があるため、イオン注入もしくは気
相拡散法で下側のnnnn+層の一部にp+領域を形成し、該p
+層の再拡散によりｐｎ接合を形成する。これは、一般
にＴＪＳレーザといわれる構造である。このＴＪＳ構造
を用いることで、ｐ型領域の電極はこの領域の最上部か
ら取れば良く、したがつて、深いエツチングにより多層
膜下部から電極を取り出す必要が無くなるため、比較的
平坦な表面構造が実現可能となる。
ｐｎ接合を作る必要があるため、イオン注入もしくは気
相拡散法で下側のnnnn+層の一部にp+領域を形成し、該p
+層の再拡散によりｐｎ接合を形成する。これは、一般
にＴＪＳレーザといわれる構造である。このＴＪＳ構造
を用いることで、ｐ型領域の電極はこの領域の最上部か
ら取れば良く、したがつて、深いエツチングにより多層
膜下部から電極を取り出す必要が無くなるため、比較的
平坦な表面構造が実現可能となる。
次に本発明の実施例を添付図面について説明する。
なお実施例は一つの例示であつて、本発明の精神を逸脱
しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうることは
言うまでもない。
しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうることは
言うまでもない。
第１図は本発明の実施例を示すもので、その構成は次の
とおりである。図において１はGaAsよりなる半絶縁性基
板で、この半絶縁性基板上に、第１導電型の第１の半導
体層２のｎ−AlxGa1-xAs，第１の半導体層２に比べナロ
ウギヤツプである第１導電型の第２の半導体層３のｎ−
GaAs（又はAlyGa1-yAs）（ｘ＞ｙ），第２の半導体層３
に比してワイドギヤツプである第１導電型の第３の半導
体層４のｎ−AlxGa1-xAsが順次積層され、半導体層２，
３，４により第１の多層エピタキシヤル膜を形成し、こ
の多層エピタキシヤル膜に半導体層３を活性層、半導体
層２及び４をクラツド層とする横型接合ストライプレー
ザを構成する。ついで第１の多層エピタキシヤル膜上に
第１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導体層５の
n+−GaAs，ついで第１導電型の第５の半導体層６のｎ−
AlzGa1-zAsを形成し、ついで半導体層６に比してナロウ
ギヤツプである第２導電型の第６の半導体層７のｐ−Ga
Asを形成し、ついでこの半導体層７の一部にイオン注入
法もしくは気相拡散法でｎ型として、ｎ型領域８を形成
し、半導体層６をエミツタ、半導体層７をベース、半導
体層８をコレクタとしてＨＢＴを構成する。Ｅ，Ｂ，Ｃ
は夫々エミツタ，ベース，コレクタ電極を示す。
とおりである。図において１はGaAsよりなる半絶縁性基
板で、この半絶縁性基板上に、第１導電型の第１の半導
体層２のｎ−AlxGa1-xAs，第１の半導体層２に比べナロ
ウギヤツプである第１導電型の第２の半導体層３のｎ−
GaAs（又はAlyGa1-yAs）（ｘ＞ｙ），第２の半導体層３
に比してワイドギヤツプである第１導電型の第３の半導
体層４のｎ−AlxGa1-xAsが順次積層され、半導体層２，
３，４により第１の多層エピタキシヤル膜を形成し、こ
の多層エピタキシヤル膜に半導体層３を活性層、半導体
層２及び４をクラツド層とする横型接合ストライプレー
ザを構成する。ついで第１の多層エピタキシヤル膜上に
第１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導体層５の
n+−GaAs，ついで第１導電型の第５の半導体層６のｎ−
AlzGa1-zAsを形成し、ついで半導体層６に比してナロウ
ギヤツプである第２導電型の第６の半導体層７のｐ−Ga
Asを形成し、ついでこの半導体層７の一部にイオン注入
法もしくは気相拡散法でｎ型として、ｎ型領域８を形成
し、半導体層６をエミツタ、半導体層７をベース、半導
体層８をコレクタとしてＨＢＴを構成する。Ｅ，Ｂ，Ｃ
は夫々エミツタ，ベース，コレクタ電極を示す。
半導体層９はｐ領域で、半導体層10とによりｐｎ接合が
形成され、レーザを構成する。Ｐ，Ｎは夫々電極を示
す。11は絶縁分離領域を示す。
形成され、レーザを構成する。Ｐ，Ｎは夫々電極を示
す。11は絶縁分離領域を示す。
ついで、さらに説明を追加すると、半絶縁性GaAs基板１
の直上にある２はｎ−AlxGa1-xAs（０＜ｘ＜１）であ
り、ここはＬＤのクラツド層となる。３はＬＤの活性層
となる部分でｎ−GaAsもしくはｎ−AlyGa1-yAs（但し、
ｘ＞ｙ）よりなる。適切な不純物（Si）濃度は５×1017
／cm3である。４はｎ−AlxGa1-xAsでＬＤのクラツド層
となる。Al組成をｘ＞ｙとしているので、半導体層３の
屈折率は半導体層２および４より大きく、光閉じ込め効
果が働いてレーザの閾値低減がはかられている。５はコ
ンタクト層として設けたn+−GaAsであり、ＬＤのｎ型電
極をとる他、ＨＢＴのエミツタ電極もこの層へ接続す
る。６はｎ−AlzGa1-zAs（０＜ｚ＜１）であり、ＨＢＴ
のエミツタ部分となる。７はｐ−GaAsでＨＢＴのベース
層である。適切な不純物（Be）濃度は５×1018／cm3で
ある。又、この半導体層７の一部をイオン注入法もしく
は気相拡散法でｎ型領域８にし、ＨＢＴのコレクタとし
て使用する。
の直上にある２はｎ−AlxGa1-xAs（０＜ｘ＜１）であ
り、ここはＬＤのクラツド層となる。３はＬＤの活性層
となる部分でｎ−GaAsもしくはｎ−AlyGa1-yAs（但し、
ｘ＞ｙ）よりなる。適切な不純物（Si）濃度は５×1017
／cm3である。４はｎ−AlxGa1-xAsでＬＤのクラツド層
となる。Al組成をｘ＞ｙとしているので、半導体層３の
屈折率は半導体層２および４より大きく、光閉じ込め効
果が働いてレーザの閾値低減がはかられている。５はコ
ンタクト層として設けたn+−GaAsであり、ＬＤのｎ型電
極をとる他、ＨＢＴのエミツタ電極もこの層へ接続す
る。６はｎ−AlzGa1-zAs（０＜ｚ＜１）であり、ＨＢＴ
のエミツタ部分となる。７はｐ−GaAsでＨＢＴのベース
層である。適切な不純物（Be）濃度は５×1018／cm3で
ある。又、この半導体層７の一部をイオン注入法もしく
は気相拡散法でｎ型領域８にし、ＨＢＴのコレクタとし
て使用する。
次に製造順序について説明する。
(イ)半絶縁性GaAs基板１上に第１の半導体層２のｎ−Alx
Ga1-xAsを形成し、ついで第１の半導体層に比べてナロ
ウギヤツプである第２の半導体層３のｎ−GaAs又はｎ−
AlyGa1-yAs（ここにｘ＞ｙ）を形成し、ついで半導体層
３に比してワイドギヤツプである第３の半導体層４のｎ
−AlxGa1-xAsを形成して、第１の多層エピタキシヤル膜
を形成し、この第１の多層エピタキシヤル膜内に、半導
体層３を活性層、半導体層２及び４をクラツド層とする
横型接合ストライプレーザを構成する。
Ga1-xAsを形成し、ついで第１の半導体層に比べてナロ
ウギヤツプである第２の半導体層３のｎ−GaAs又はｎ−
AlyGa1-yAs（ここにｘ＞ｙ）を形成し、ついで半導体層
３に比してワイドギヤツプである第３の半導体層４のｎ
−AlxGa1-xAsを形成して、第１の多層エピタキシヤル膜
を形成し、この第１の多層エピタキシヤル膜内に、半導
体層３を活性層、半導体層２及び４をクラツド層とする
横型接合ストライプレーザを構成する。
(ロ)ついで第１の多層エピタキシヤル膜上に、高濃度不
純物を有する第４の半導体層５のn+−GaAsを形成し、つ
いで第５の半導体層６のｎ−AlzGa1-zAsを形成し、半導
体層６に比してナロウギヤツプである第６の半導体層７
のｐ−GaAsを形成して、第２の多層エピタキシヤル膜を
形成し、ついでこの半導体層７の一部にSi，Ｓ等のｎ型
不純物をイオン注入もしくは気相拡散し、ＨＢＴのコレ
クタ部分を形成する。次に、ＨＢＴのコレクタおよびベ
ース部分を残し、残りの半導体層６，７をエツチングで
除去し、コンタクト層５を表に出しエミツタ電極を形成
する。
純物を有する第４の半導体層５のn+−GaAsを形成し、つ
いで第５の半導体層６のｎ−AlzGa1-zAsを形成し、半導
体層６に比してナロウギヤツプである第６の半導体層７
のｐ−GaAsを形成して、第２の多層エピタキシヤル膜を
形成し、ついでこの半導体層７の一部にSi，Ｓ等のｎ型
不純物をイオン注入もしくは気相拡散し、ＨＢＴのコレ
クタ部分を形成する。次に、ＨＢＴのコレクタおよびベ
ース部分を残し、残りの半導体層６，７をエツチングで
除去し、コンタクト層５を表に出しエミツタ電極を形成
する。
(ハ)ＬＤは半導体層６，７をエツチングで取り除いた
後、コンタクト層５より半絶縁性基板１までZn，Be等の
ｐ型不純物をイオン注入もしくは気相拡散してp+領域を
作り、しかる後、熱処理によつてｐ型不純物を再拡散し
ｐｎ接合を形成する。電極はコンタクト層５のn+領域と
p+領域９に形成する。ＬＤとＨＢＴの素子間分離は、両
素子の間にＢ，Ｈ等のイオンを注入し、絶縁分離領域11
を形成して確保する。ｐｎ接合に通電すると、電流は半
導体層２，３，４内部のｐｎ接合を流れることになる。
ただし、この場合、半導体層３にできるｐｎ接合と２お
よび４にできるｐｎ接合では、キヤリアに対する内蔵障
壁が半導体層３の方が低いため、電流は主に半導体層３
のｐｎ接合を流れ、この部分が発光領域となる。
後、コンタクト層５より半絶縁性基板１までZn，Be等の
ｐ型不純物をイオン注入もしくは気相拡散してp+領域を
作り、しかる後、熱処理によつてｐ型不純物を再拡散し
ｐｎ接合を形成する。電極はコンタクト層５のn+領域と
p+領域９に形成する。ＬＤとＨＢＴの素子間分離は、両
素子の間にＢ，Ｈ等のイオンを注入し、絶縁分離領域11
を形成して確保する。ｐｎ接合に通電すると、電流は半
導体層２，３，４内部のｐｎ接合を流れることになる。
ただし、この場合、半導体層３にできるｐｎ接合と２お
よび４にできるｐｎ接合では、キヤリアに対する内蔵障
壁が半導体層３の方が低いため、電流は主に半導体層３
のｐｎ接合を流れ、この部分が発光領域となる。
なお上記のような傾斜バンド構造は、結晶成長中にその
原料となる物質の比率を変化させてゆくことで実現でき
る。例えばAlGaAsの傾斜バンド構造を有機金属気相エピ
タキシヤル法（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）で
製作する場合には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を含
む水素ガスとアルシン（AsH3）ガスの流量を一定にしな
がら、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む水素ガ
スの流量を連続的に変化させる方法をとるものである。
原料となる物質の比率を変化させてゆくことで実現でき
る。例えばAlGaAsの傾斜バンド構造を有機金属気相エピ
タキシヤル法（Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）で
製作する場合には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を含
む水素ガスとアルシン（AsH3）ガスの流量を一定にしな
がら、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含む水素ガ
スの流量を連続的に変化させる方法をとるものである。
上記の実施例においてワイドギヤツプ半導体としてAlGa
As、ナロウギヤツプ半導体としてGaAsの組合せについて
説明したが、他に第１，第３，第５の半導体層がInP、
第２，第４の半導体層がInGaAsあるいはInGaAsP、第６
の半導体層がInPあるいはInGaAsあるいはInGaAsPとする
こともできる。この場合は、半絶縁性基板としてInPを
使用することもできる。またp+領域９より再拡散を行
い、再拡散領域９′を形成すると、レーザの発振特性を
改善することができる。
As、ナロウギヤツプ半導体としてGaAsの組合せについて
説明したが、他に第１，第３，第５の半導体層がInP、
第２，第４の半導体層がInGaAsあるいはInGaAsP、第６
の半導体層がInPあるいはInGaAsあるいはInGaAsPとする
こともできる。この場合は、半絶縁性基板としてInPを
使用することもできる。またp+領域９より再拡散を行
い、再拡散領域９′を形成すると、レーザの発振特性を
改善することができる。
さらにＨＢＴのベースとしてｐ−GaAsの代りに傾斜バン
ドギヤツプベースとして、第６の半導体層としてｐ−Al
z′Ga1-z′Asを用い、ｚ′の値を連続的に変化せしめ、
コレクタとの接続部分でのAlの組成ｚ′＝０で、第５の
半導体層６ｎ−AlzGa1-zAsの接続部分でのAlの組成が第
５の半導体層のAlの組成と等しくなるようにすることも
できる。この場合のそのバンド構造は第２図(b)のよう
になる。したがつて、ベース領域へ注入された電子は、
内部電界で加速され、従来のベース領域で電子が拡散す
る場合（第２図ａ参照）より速いドリフト速度で走行す
ることになる。この効果はベース走行時間τについて、
拡散の場合と比較すると、 （Ｋ：ボルソマン定数，Ｔ：絶対温度，ｑ：電子の電荷
量）となるので、ベース両端でのバンドギヤツプ差ΔEg
を0.2eVとすると走行時間は約1/4に短縮されることにな
る。この結果、電流利得βの増大がはかれるほか、電子
と正孔の再結合が減る等、ＨＢＴの特性向上が期待でき
る。
ドギヤツプベースとして、第６の半導体層としてｐ−Al
z′Ga1-z′Asを用い、ｚ′の値を連続的に変化せしめ、
コレクタとの接続部分でのAlの組成ｚ′＝０で、第５の
半導体層６ｎ−AlzGa1-zAsの接続部分でのAlの組成が第
５の半導体層のAlの組成と等しくなるようにすることも
できる。この場合のそのバンド構造は第２図(b)のよう
になる。したがつて、ベース領域へ注入された電子は、
内部電界で加速され、従来のベース領域で電子が拡散す
る場合（第２図ａ参照）より速いドリフト速度で走行す
ることになる。この効果はベース走行時間τについて、
拡散の場合と比較すると、 （Ｋ：ボルソマン定数，Ｔ：絶対温度，ｑ：電子の電荷
量）となるので、ベース両端でのバンドギヤツプ差ΔEg
を0.2eVとすると走行時間は約1/4に短縮されることにな
る。この結果、電流利得βの増大がはかれるほか、電子
と正孔の再結合が減る等、ＨＢＴの特性向上が期待でき
る。
なお上記の説明においてｐ型をｎ型とし、ｎ型をｐ型に
することもできる。
することもできる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によればＬＤとＨＢＴを両
者の特性を損ねることなく同一基板上に集積するもので
あり、この結果、高速かつ高信頼な光・電子集積回路の
製作が可能となる。このような光・電子集積回路は、光
通信の大容量化に適した光送信器として利用できる利点
がある。
者の特性を損ねることなく同一基板上に集積するもので
あり、この結果、高速かつ高信頼な光・電子集積回路の
製作が可能となる。このような光・電子集積回路は、光
通信の大容量化に適した光送信器として利用できる利点
がある。
さらにまた本発明においては、横型接合ストライプレー
ザの活性層濃度と、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
のベース濃度とを別に設定することができるので、レー
ザのしきい値電流が低く（10mA程度）、横型接合ストラ
イプレーザとカツトオフ周波数が高い（１GHz以上）ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタとを同一基板上に形成
することができる。
ザの活性層濃度と、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
のベース濃度とを別に設定することができるので、レー
ザのしきい値電流が低く（10mA程度）、横型接合ストラ
イプレーザとカツトオフ周波数が高い（１GHz以上）ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタとを同一基板上に形成
することができる。
また横注入型の接合ストライプレーザを用いているた
め、従来例のようにレーザの下側から電極を取り出すた
めの深いエツチング溝を形成する必要がなく、表面段差
を小にすることができる。
め、従来例のようにレーザの下側から電極を取り出すた
めの深いエツチング溝を形成する必要がなく、表面段差
を小にすることができる。
さらにエミツタ・ベース接合層はイオン注入のダメージ
を受けない構造であるため、注入効果が効率的に行うこ
とができる。
を受けない構造であるため、注入効果が効率的に行うこ
とができる。
またトランジスタにおいて傾斜バンドギヤツプベース構
造としたために、電流増幅率を高くすることができる。
造としたために、電流増幅率を高くすることができる。
第１図は本発明の光・電子集積回路の構成を示し、第２
図はバンドギヤツプの説明図、第３図は従来例を示す。 １……半絶縁性基板GaAs ２……第１の半導体層ｎ−AlxGa1-xAs ３……第２の半導体層ｎ−GaAs又はAlyGa1-yAs（ｘ＞
ｙ） ４……第３の半導体層ｎ−AlxGa1-xAs ５……第４の半導体層n+−GaAs ６……第５の半導体層ｎ−AlzGa1-zAs ７……第６の半導体層ｐ−GaAs ８……ｐ領域 ９……ｐ領域 10……ｎ領域 11……絶縁分離領域
図はバンドギヤツプの説明図、第３図は従来例を示す。 １……半絶縁性基板GaAs ２……第１の半導体層ｎ−AlxGa1-xAs ３……第２の半導体層ｎ−GaAs又はAlyGa1-yAs（ｘ＞
ｙ） ４……第３の半導体層ｎ−AlxGa1-xAs ５……第４の半導体層n+−GaAs ６……第５の半導体層ｎ−AlzGa1-zAs ７……第６の半導体層ｐ−GaAs ８……ｐ領域 ９……ｐ領域 10……ｎ領域 11……絶縁分離領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幸前 篤郎 神奈川県厚木市森の里若宮３番１号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−147793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165387（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏ ｌ．45，Ｎｏ．３（1984−８−１）Ｐ. 191−193 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏ ｌ．37，Ｎｏ．２（1980−７−15）Ｐ. 211−213
Claims (12)
- 【請求項１】半絶縁性基板上に、第１導電型の第１の半
導体層、第１の半導体層に比してナロウギヤツプである
第１導電型の第２の半導体層、第２の半導体層に比して
ワイドギヤツプである第１導電型の第３の半導体層が順
次積層された第１の多層エピタキシヤル膜に、第２の半
導体層を活性層、第１及び第３の半導体層をクラツド層
とする横型接合ストライプレーザが構成され、第１の多
層エピタキシヤル膜上に第１導電型の高濃度不純物を有
する第４の半導体層、第１導電型の第５の半導体層、第
５の半導体層に比してナロウギヤツプである第２導電型
の第６の半導体層が順次積層された第２の多層エピタキ
シヤル膜に、第５の半導体層をエミツタ、第６の半導体
層内に形成された第１導電型の不純物領域をコレクタ、
第６の半導体層内のエミツタとコレクタに挾まれた領域
をベースとするヘテロ接合バイポーラトランジスタが構
成されることを特徴とする光・電子集積回路。 - 【請求項２】第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光・電
子集積回路。 - 【請求項３】第１，第３，第５の半導体層がAlGaAs、第
２，第４の半導体層がGaAs、第６の半導体層がGaAs或い
はAlGaAsであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の光・電子集積回路。 - 【請求項４】第１，第３，第５の半導体層がInP、第
２，第４の半導体層がInGaAs或いはInGaAsP、第６の半
導体層がInP或いはInGaAs或いはInGaAsPであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の光・電子集積回
路。 - 【請求項５】第６の半導体層のベース領域で、コレクタ
との接続部分でのAl組成が０、第５の半導体層との接続
部分でのAl組成が第５の半導体層のAl組成に等しくなる
ように、Al組成が順次変化するAlGaAsであることを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の光・電子集積回路。 - 【請求項６】半絶縁性基板がGaAs或いはInPであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光・電子集積
回路。 - 【請求項７】半絶縁性基板上に、第１導電型の第１の半
導体層、第１の半導体層に比してナロウギヤツプである
第１導電型の第２の半導体層、第２の半導体層に比して
ワイドギヤツプである第１導電型の第３の半導体層を順
次積層して第１の多層エピタキシヤル膜を形成し、第１
の多層エピタキシヤル膜内に、第２の半導体層を活性
層、第１及び第３の半導体層をクラツド層とする横型接
合ストライプレーザを構成し、第１の多層エピタキシヤ
ル膜上に第１導電型の高濃度不純物を有する第４の半導
体層、及び第１導電型の第５の半導体層、第５の半導体
層に比してナロウギヤツプである第２導電型の第６の半
導体層を順次積層して第２の多層エピタキシヤル膜を形
成し、第６の半導体層内にイオン注入或いは気相拡散法
を用いて第１導電型の不純物領域を選択的に形成し、第
５の半導体層をエミツタ、第１導電型の不純物領域をコ
レクタ、第６の半導体層内のエミツタとコレクタに挾ま
れた領域をベースとするヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを構成することを特徴とする光・電子集積回路の製
造方法。 - 【請求項８】第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の光・電
子集積回路の製造方法。 - 【請求項９】第１，第３，第５の半導体層がAlGaAs、第
２，第４の半導体層がGaAs、第６の半導体層がGaAs或い
はAlGaAsであることを特徴とする特許請求の範囲第７項
記載の光・電子集積回路の製造方法。 - 【請求項１０】第１，第３，第５の半導体層がInP、第
２，第４の半導体層がInGaAs或いはInGaAsP、第６の半
導体層がInP或いはInGaAs又はInGaAsPであることを特徴
とする特許請求の範囲第７項記載の光・電子集積回路の
製造方法。 - 【請求項１１】第６の半導体層のベース領域で、コレク
タとの接続部分でのAl組成が０、第５の半導体層との接
続部分でのAl組成が第５の半導体層のAl組成に等しくな
るように、Al組成が順次変化するAlGaAsであることを特
徴とする特許請求の範囲第９項記載の光・電子集積回路
の製造方法。 - 【請求項１２】半絶縁性基板がGaAs或いはInPであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の光・電子集
積回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10776186A JPH0654806B2 (ja) | 1986-05-13 | 1986-05-13 | 光・電子集積回路とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10776186A JPH0654806B2 (ja) | 1986-05-13 | 1986-05-13 | 光・電子集積回路とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62264660A JPS62264660A (ja) | 1987-11-17 |
| JPH0654806B2 true JPH0654806B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=14467322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10776186A Expired - Lifetime JPH0654806B2 (ja) | 1986-05-13 | 1986-05-13 | 光・電子集積回路とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0654806B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004005269B4 (de) * | 2003-11-28 | 2005-09-29 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Schutzdiode |
-
1986
- 1986-05-13 JP JP10776186A patent/JPH0654806B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．２（１９８０−７−１５）Ｐ．２１１−２１３ |
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．３（１９８４−８−１）Ｐ．１９１−１９３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62264660A (ja) | 1987-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |