JPS62229892A - 半導体装置およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は同一構造で半導体レーザ及びダブルへテロ接合
バイポーラトランジスタの両機能を可能とする半導体装
置及びその製法に関する。

（従来技術） 従来、同一素子構造でレーザおよびバイポーラ・トラン
ジスタ動作する素子としては、ＩｎＰ基板上に形成した
レーザ・トランジスタに関する森らの報告がある。（Ｙ
ｏＭｏｒＬ　ｅｔａｔ、　ｉ　Ｔｈｅ　／ＡｔｈＣｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　８ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｄｅ
ｖｉｃｅｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｐ。

ｌｒ）しかしながら、この素子は結晶成長法として液相
エピタキシャル法を用いているため、活性層のストライ
プ形成には埋込み成長を採用していた。このため、いわ
ゆるメルトバック等の理由により、レーザとして動作さ
せる場合の電流注入領域及びその垂直方向に形成された
光閉じ込め領域の幅を高精度に微細化することが困難と
なシ、集積化の観点から、又、注入電流密度を高めるこ
とができないため、レーザ発振閾値を低下せしめること
ができないという欠点があった。これは、又半導体装置
をバイポーラトランジスタとして動作させる場合には、
高周波特性が劣ることに等しい。

また、大量主意に適するＭＯＯＶＤ法等による結晶成長
法のみでは、埋込み成長は難しいため、埋込み型構造で
は量産による経済性の向上は期待できない。

（発明の目的） 本発明は上記の問題点を解決し、簡便かつ高精度の狭ス
トライプ構造を実現するととＫよシ、半導体レーザとし
て機能させる場合には、発振閾値が低下でき、一方、バ
イポーラトランジスタとして機能させる場合には高周波
特性が向上できる半導体装置を実現するととＫある。ま
た、これらの特性を利用して光源と駆動回路要素を同一
構造で実現するモノリシック化した半導体装置を実現す
ることにある。

（発明の構成） 本発明の構造上の特徴は、ヘテロエピタキシャル成長さ
せた複数層に狭ストライブリッジガイド構造を形成し、
かつ、このようにして形成された各部分相互のビルトイ
ンポテンシャルの差を利用して、実効的ｐｎ接合を、上
記ストライプリッジガイド構造における縦方向にのみ形
成し、この場合の接合断面寸法が、極めて微細にかつ高
精度に形成できる点を利用して半導体装置の光学的特性
、及び電気的特性を向上させるものである。

又、本発明の製法上の特徴は、ヘテロエピタキシャル成
長させた後Ｋ、イオン注入により狭ストライブリッジガ
イド構造をセル７アラインにょシ形成すること、及び、
狭ストライブ電極形成をもセルフ了ラインによル形成す
る点にある。

これらの構成とそれに基く効果は、以下に示す実施例に
より、より明らかになるであろう、。

（実施例） 図１は本発明の第１の実施例である。■は半絶縁ＧａＡ
ｓ基板、■は下部ｎ　−ＡＺＧＢ　ＡＢクラッド層、■
はＰ−ＧａＡｓ活性層であシ、■は上部ｎ１すＧａＡｓ
クラッド層であシ、これらがリッジ型光導波路となる、
■はｎ−ＧＢｋｓキャップ層である。■は電流注入領域
の狭窄化のため設けたイオン注入Ｐ領域である。また■
は８ｉ０１絶縁層、■、■、＠は各々電極である。電極
としては人ｎ／Ｇｅ　／Ｎ　ｔ　ｓ　　又はＡｎ／Ｇｅ
等が利用できる。

このような構成において、電極０部０間に電流経路を形
成する場合ｐｎ接合は、０部と■の界面にできる可能性
と、■と■の界面にできる可能性がある。しかしながら
、材料によるビルトインボランシャルの差を考慮すると
、■と■の界面部の方が小さな値となシ、との部分が実
効的なｐｎ接合として作用することになる。従って、電
極■。

０間にバイアスをかけると、０→Ｑ−１−（ｊ）→■→
■→■→■の１！流経路が形成され、■が活性層として
作用し、電子とホールの結合による光放出が起こシ、レ
ーザ発振が生じる。この場合の活性層の電流密度を決定
し、レーザ発振閾値に影響を与えるのは、０．０間のｐ
ｎ接合面の断面寸法であシ、これは後述の製法により極
めて微細かつ高精度に実現できるものであるから、発振
閾値を容易に低下できるのである。

又、本構造においては、０，０間にバイアスをかければ
、０→＠→＠→■→■→■の形路が成立し、同様にレー
ザ発振が起こる。即ち、両方向のｐｎ接合を利用できる
。

また、この半導体装置をバイポーラトランジスタとして
動作させるには、■、■、■からなる狭ストライブリッ
ジガイド部に、縦方向にｎｐｎ接合が形成され、これが
実効的にトランジスタとして機能する。従って電極０を
ベース、■をエミッタ■をコレクタどすれば、■をｎ領
域、■をｐ領域、■をｎ領域とする縦Ｗｎｐロトランジ
スタとして動作する。この場合もｐｎ接合断面寸法を極
めて小さくできるので高周波特性を容易に向上できる。

次Ｋ、本発明の半導体装置の製法について、第２図を用
いて説明する。

まず、ＭＯＯＶＤ法等で積層したエピタキシャル結晶の
上にＳｉ、Ｎ、膜をプラズマＯＶＤ法などによ多形成し
、この上にホトレジストを塗布した後、ホトリング２フ
イーでエミッタ領域のレジスト層ａ？）を残す。（図−
，２（ａ）　）次に、ＯＦ、によるドライエッチ等でＳ
ｉ３Ｎ、Ｉｉを上記レジストαＤをマスクとしてエツチ
ングし、エミッタ領域の部分のみ８ｉ＠Ｎ４層αＱを残
す。（図−ｊ（ｂ））次に塩素系ガスを用いたドライエ
ツチングにより　ｎ”−ＧａＡ３１ｉ１α９、ｎ　　Ａ
ｌ、ＧＢ　Ａ＠　＠　（１４をエツチングし、リッジス
トライプを形成する。（図−Ｊ　（Ｃ）　）この後、ｓ
；、ＮｔｌｕＨをマスクとしてＢｅ　＋　’Ｍｇ等のイ
オン注入を行い、電流注入領域の狭窄を行うＰ型領域（
Ｉ８１ヲ形成スル。Ｃ図−Ｊ（ｄ））次Ｋ、”　ｓ　Ｎ
４　ｄｌ　オよびその上のレジスト９面を残したまま、
これらの上に８ｉ０．層翰をスパッタ法などにより積層
する。（図−，２（ｅ）　） その後、アセトン中の超音波処理で、レジスト層を溶解
しリフトオフ法によりエミッタ領域の８１０を層−′を
抜く。この状態では表面はＳ　ｉ　Ｏ！（１９又は８ｉ
、Ｎ、膜四がおおっておシ、これを保護膜として熱処理
を行ない、イオン注入領域を活性化する０次に、エミッ
タ電極のレジスト９面／を形成し、８１ｓＮ＊ｌ１（Ｌ
＊ヲＲＩＥ　　ｘッｆ７りＦｃヨッテ８ｉ０を側壁層を
残したまま除去することにより、ｎ＋−ＧＢＡ４キャッ
プ１ｉａＳを露出させ、エミッタ電極翰を蒸着する。（
図−コ（ｆ）） 次にベース領域、コレクタ領域は、メサエッチにより露
出させた後、電極の形成を行う。これらの工程は公知で
あるので、図示を省略する。このように、本発明ではり
ッジストライプ領域、電流狭窄領域およびエミッタ電極
をセル７アライン技術によ多形成するため、微細なスト
ライプ構造を容易に実現でき、この結果、狭ストライプ
化に基〈低閾値のレーザ及び高速バイボー２を高集積化
して形成することが可能となる。

次に第３図により、本発明の第２の実施例について説明
する。第１図の第１の実施例とはＰ−ＧａＡａからなる
活性層に接するｎ−ＡｚＧｌｌ　ＡＢ　１１の構成が異
なる。即ち、第３図に示す第２の実施例ではｎ型ｋｔＧ
ａｋ、　＠　（半導体レーザの場合はクラッド層）のａ
とＧａの組成比を連続的に変化させた傾斜接合を用いる
点に特徴がある。例えばｎ型のＡｊ）（Ｇｌ　　ＡＩＢ
で示される組成を、ｘ　＝　０、ｌからυ！−Ｘ の範囲でｐ−ｏ、Ａ、鳴（８）と接する層から順次連続
的に増加させるものである。このようＫした場合のバン
ド構造は第μ図（ｂ）のようになる。

一方、第１図のバンド構造は第μ図（、）のようになる
。両者を比較すれば次のようになる。即ち、第Ｖ（ａ）
図の場合はペース部ｃ３のとエミツタＣ３η間の伝導帯
のスパイクが存在し、これはバイポーラトランジスタと
して使用する場合の高周波特性を低下させる。

一方、第２の実施例である第弘（ｂ）の場合はペース、
エミッタ間に伝導帯のスパイクがなく、さらにバンドギ
ャップが傾斜しているため、電子のペース中の走行がさ
またげられないので移動時間が短縮できる。この結果、
トランジスタの電流利得しゃ断層波数のよシ一層の向上
がはかれる。

また、第３図と第１図を比較すれば明らかなようＫＧａ
Ａｓ活性層■を薄層化することにもなり、この結果量子
井戸効果が生じるため、このようなエピタキシャル結晶
構造ではレーザとして動作させる場合にレーザ発振閾値
の低減も可能である。

（効果） 以上説明したように、本発明により構造及び製造方法を
開示した素子は低閾値のレーザ・ダイオードとしても動
作できるし、又高周波特性に優れたバイポーラトランジ
スタとしても動作し得る。

即ち同一プロセスで高性能半導体レーザと高性能トラン
ジスタが形成可能となる。とれら半導体レーザと駆動回
路素子をモノリシック化することにより、高信頼の光源
装置を経済的に生産することができるため、光データリ
ング等の構成に有効である・

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の半導体装置の断面図、
第２９図は本発明にかかる半導体装置の製造工程説明図
、第３図は本発明の第２の実施例の半導体装置の断面図
、＠φ図（ａ）は本発明の第１の実施例のバンド構造図
、第≠図（ｂ）は本発明の第コの実施例のバンド構造図
、 ／、／／・・・半絶縁性ＧａＡ３基板、２．ｌＡ、／２
゜／　ＩＡ　−ｎ型ＡＪ！、ＧａＡｓｌ１ｌｉ、２′、
μ′・・・ｎ型ａＧ１人１層であってＵとＧａの組成比
を連続的に変えた複合１、Ｊ−Ｔ’型ＧａＡｓ１ｌ、ｊ
、／ｊ−・・高濃度ｎ十型ＧａＡｓ層、ｇ、ｉｔ・・・
イオン注入により形成したＰ型層、７　、／　９−８ｉ
０．絶縁１、！、り、　１０．−〇・・・電極、ＩＡ・
・・ｓｉ、Ｎ、層、１７・・・レジスト層、３１・・・
エミッタ部、３コ・・・ペース部、３３・・・コレクタ
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性ＧａＡｓ基板（１）上に設けられた断面凸
   状の第１のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（２）と、当該第１のｎ
   型ＡｌＧａＡｓ層（２）の上部平担面上に設けられたＰ
   型ＧａＡｓ層（３）と、当該Ｐ型ＧａＡｓ層（３）上に
   設けられた断面凸状の第２のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（４）
   と、当該第２のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（４）の上部平担面
   上に設けられた高濃度ｎ＾＋型ＧａＡｓ層（５）と、上
   記第２のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（４）の下部平面を平面形
   状となし、かつ上記第１のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（２）に
   及ぶイオン注入により形成されたＰ型狭窄層（６）と、
   上記第２のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（４）と高濃度ｎ＾＋型
   ＧａＡｓ層（５）に接して設けられた断面Ｌ字状の絶縁
   層（７）と、上記高濃度ｎ＾＋型ＧａＡｓ層（５）の上
   面に連接した第１の電極（９）と、上記第２のｎ型Ａｌ
   ＧａＡｓ層（４）の上記狭窄層（６）部分に連接した第
   ２の電極（１０）と、上記第１のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（
   ２）の下部平担面に連接した第３の電極（８）を有する
   ことを特徴とする半導体装置。 ２、第１のｎ型ＡｌＧａＡｓ層（２）及び第２のｎ型Ａ
   ｌＧａＡｓ層（４）が、それぞれＰ型ＧａＡｓ層（８）
   に近づくにつれて、ＡｌとＧａの組成比におけるＡｌの
   比率を連続的に減少せしめた構成でなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、半絶縁性ＧａＡｓ基板（１１）上に気相化学成長法
   （ＭＯＣＶＤ法）によりｎ型ＡｌＧａＡｓ層（１２）、
   Ｐ型ＧａＡｓ層（１３）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（１４）
   及び高濃度ｎ型ＧａＡｓ層（１５）をエピタキシャル成
   長させる工程と、 上記高濃度ｎ型ＧａＡｓ層（１５）の上に窒化シリコン
   （Ｓｉ＿３Ｎ＿４）膜（１６）を形成する工程と、 上記窒化シリコン膜上にホトレジスト膜（１７）を形成
   後、所定の領域のみ残存せしめる工程と、 上記残存レジストをマスクとして上記窒化シリコン膜を
   ＣＦ＿４ガスを用いてドライエッチングする工程と、 高濃度ｎ型ＧａＡｓ層及び上部ｎ型ＡｌＧａＡｓ層の一
   部を塩素ガスを用いてドライエッチングし、リッジスト
   ライプ構造化せしめる工程と、 上記リッジストライプ構造の周辺部に、下部ｎ型ＡｌＧ
   ａＡｓ層に至る深さのＰ型領域（１８）をイオン注入に
   より形成する工程と、 二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）層（１９）をリッジスト
   ライプ構造の側壁部をも含めて形成する工程と、 上記残存したレジストを溶解せしめて、リッジストライ
   プ構造上面部の二酸化シリコン層をリフトオフにより除
   去せしめる工程と、 熱処理により上記イオン注入により形成したＰ型領域（
   １８）、を活性化する工程と、 上記窒化シリコン膜（１６）をＲＩＥエッチングにより
   、上記二酸化シリコン膜（１９）の側壁を残したまま除
   去せしめて、上記高濃度ｎ型ＧａＡｓ層（１５）を露出
   せしめた後に、ホトレジストを用いたパターニングによ
   り、当該高濃度ｎ型ＧａＡｓ層（１５）に連接して電極
   を形成する工程と、 メサエッチングにより、上記上部ｎ型ＡｌＧａＡｓ層（
   １４）のイオン注入部分の表面及び上記下部ｎ型ＡｌＧ
   ａＡｓ層（１２）のリッジストライプ構造部以外の表面
   を露出させた後にこれらに連接して電極を形成する工程 とを有することを特徴とする半導体装置の製法。