JP2001044487A - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

Info

Publication number
JP2001044487A
JP2001044487A JP21461499A JP21461499A JP2001044487A JP 2001044487 A JP2001044487 A JP 2001044487A JP 21461499 A JP21461499 A JP 21461499A JP 21461499 A JP21461499 A JP 21461499A JP 2001044487 A JP2001044487 A JP 2001044487A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
optical semiconductor
active layer
semiconductor device
well
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP21461499A
Other languages
English (en)
Inventor
Yusuke Matsukura
祐輔 松倉
Hitoshi Tanaka
田中  均
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP21461499A priority Critical patent/JP2001044487A/ja
Publication of JP2001044487A publication Critical patent/JP2001044487A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光半導体装置に関し、単位画素面内に発光或
いは受光の波長域を異にする複数の光半導体素子を形成
できるようにして集積度の向上、及び、配線構造の簡易
化を実現しようとする。 【解決手段】 単位画素面内にpn接合或いはショット
キ接合或いは多重量子井戸からなる発光或いは受光波長
域を異にする第一の活性層12及び第二の活性層13な
ど複数の活性層が含まれ且つ各活性層のうち少なくとも
一つ、即ち、第二の活性層13は選択再成長されたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子に依っ
て光学的画像信号を表示したり、或いは、検出する光半
導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、高密度情報通信技術、即ち、マル
チメディア技術の発展に伴い、画像情報、特にカラーの
画像情報を電気信号として取り込んだり、或いは、表示
する装置の小型化及び多機能化が希求されている。
【0003】カラー画像情報を電気信号として取り込む
場合、通常、「光の三原色」の各波長に対応する分光信
号強度を取り出し、それぞれをRGB信号として処理す
ることが行なわれている。
【0004】そこで、これらのRGB信号を表示(発
光)或いは検出(受光)する場合、それぞれの波長にの
み感度を有する光半導体素子を二次元平面に配列するこ
とが必要となる。
【0005】この場合、発光或いは受光する光半導体素
子としては、それぞれの波長域に於いてのみ発光特性を
もつか或いは感度をもつ素子をRGBのそれぞれに対し
て使用しなければならないから、少なくとも三種類が必
要である。
【0006】このように、発光特性或いは感度波長域を
異にする三種類の光半導体素子を用いる場合、例えば発
光(表示)装置に於いては、白色光に対し、RGBそれ
ぞれの波長域の透過特性をもつフィルタを対応させ、そ
こを透過する光の相対強度を例えば液晶を用いて変化さ
せている。
【0007】また、受光(検出)装置に於いては、入力
光を分光し、それぞれの波長域の強度分布、即ち、コン
トラストとして検出する方法が採られている。
【0008】このような光半導体装置を実現しようとす
る場合、その装置の発光特性、或いは、感度波長域は、
使用する半導体層の禁制帯幅、即ち、材料自体に依って
決定づけられる。
【0009】ところが、通常の半導体装置では、二次元
面内に於ける材料は同一である為、それぞれの波長域に
対応する独立した光半導体素子を集合、即ち、ハイブリ
ッド集積化するか(前者)、或いは、層構造化して積層
形成するか(後者)の何れかの手段を採らざるを得な
い。
【0010】前者の場合、集積化の度合いに制限があ
り、光学原理的限界、即ち、分光装置の空間分解能にま
で集積化することは困難であり、装置全体としては肥大
化したものになってしまう。
【0011】後者の場合、集積化は比較的容易である
が、積層された半導体層のそれぞれから信号を取り出し
たり、或いは、入力する為の配線構造が複雑となり、作
製は困難である。
【0012】図6は発光或いは受光の波長域を異にする
光半導体素子を積層形成してなる光半導体装置を表す要
部切断側面図である。
【0013】図に於いて、1は第一の信号電極形成層を
兼ねた基板、2は第一の活性層、3は共通電極形成層、
4は第二の活性層、5は第二の信号電極形成層をそれぞ
れ示している。
【0014】図示の光半導体装置に於ける各半導体層を
形成する技術は、多用されつつあるHBT(heter
ojunction bipolar transis
tor)などを製造する上で実績があるので、その適用
には何らの問題もないが、図からも看取できるように電
極や配線の構造は複雑化を免れない。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、単位画素
面内に発光或いは受光の波長域を異にする複数の光半導
体素子を形成できるようにして集積度の向上、及び、配
線構造の簡易化を実現しようとする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明では、選択再成長
技術を用い、単位画素面内の同一平面上に発光或いは受
光の波長域が異なる複数の光半導体素子を形成すること
が基本になっている。
【0017】図1は本発明の原理を説明する光半導体装
置を表す要部切断側面図であり、図に於いて、11は基
板、12は第一の活性層、13は第二の活性層、14は
第一の電極形成層、15は第二の電極形成層、16は素
子間分離溝、17は共通電極をそれぞれ示している。
【0018】また、基板11、第一の活性層12、第一
の電極形成層14を含んで構成される光半導体素子を第
一の光半導体素子Q1、基板11、第二の活性層13、
第二の電極形成層15を含んで構成される光半導体素子
を第二の光半導体素子Q2として示してあり、第一の光
半導体素子Q1からは第一の波長に関する信号光或いは
電気信号を、そして、第二の光半導体素子Q2からは第
二の波長に関する信号光或いは電気信号をそれぞれ取り
出すことができる。
【0019】図示の光半導体装置に於ける光半導体素子
の集積密度は、それぞれの材料乃至構造の加工可能な寸
法まで向上させることができ、現状では、この作製可能
な寸法は、目的とする波長に依って相違するが、分光装
置の空間分解能と同程度か、或いは、大きくなる。
【0020】然しながら、例えばハイブリッド集積化に
於ける作製可能寸法、即ち、人手で直接操作できる寸法
範囲程度と比較した場合には充分に小さくすることがで
き、また、このような構成にすることで、電気的に見
て、各光半導体素子が完全に並列関係となり、図6につ
いて説明した従来の積層型構造に見られる電極や配線が
複雑化する問題は解消され、そのような構造の単純化
は、当然、信頼性の向上に結び付いてくる。
【0021】前記したところから、本発明に依る光半導
体装置に於いては、 (1)単位画素面内にpn接合或いはショットキ接合或
いは多重量子井戸からなる発光或いは受光波長域を異に
する複数の活性層(例えば第一の活性層12、第二の活
性層13:図1参照)が含まれ且つ該各活性層のうち少
なくとも一つは選択再成長されたものであることを特徴
とするか、又は、
【0022】(2)前記(1)に於いて、前記活性層が
多重量子井戸からなる場合に於いて、前記活性層は井戸
層に於ける価電子帯及び伝導帯にそれぞれ生成されるサ
ブバンド間で起こる遷移で定まる波長に対応する構造を
もつことを特徴とするか、又は、
【0023】(3)前記(1)に於いて、前記活性層が
多重量子井戸からなる場合に於いて、前記活性層は井戸
層に於ける価電子帯に生成されるサブバンド間或いは伝
導帯に生成されるサブバンド間で起こる遷移で定まる波
長に対応する構造をもつことを特徴とする。
【0024】前記手段を採ることに依り、多波長の画像
表示、或いは、多波長の光検出を行なう光半導体装置に
於ける光半導体素子の集積密度を向上させて小型化する
ことができ、また、電極や配線の構造を簡単化すること
ができるので製造は容易になって信頼性も向上する。
【0025】
【発明の実施の形態】図2乃至図5は本発明に依る光半
導体装置を製造する工程を説明する為の工程要所に於け
る光半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、こ
れ等の図を参照しつつ説明する。
【0026】図2(A)参照 2−(1) 例えば、MOCVD(metalorganic ch
emical vapour deposition)
法を適用することに依り、基板21上に緩衝層22、多
重量子井戸からなる活性層23、電極形成層24を成長
させる。
【0027】尚、多重量子井戸からなる活性層23に於
いては、その井戸層に於ける価電子帯と伝導帯とにそれ
ぞれサブバンドが生成されるので、そのサブバンド間に
於ける遷移波長が所望の波長域と一致するように構成す
るものであり、具体的には井戸層の厚さを適切に選択す
る。
【0028】ここでの各半導体に関する主要なデータを
例示すると次の通りである。 基板21について 材料:n−GaAs 緩衝層22について 材料:n−GaAs 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:100〔nm〕 活性層23について 材料:AlGaAs(バリヤ層)/GaAs(井戸層) 厚さ:30〔nm〕/5〔nm〕 周期:50 電極形成層24について 材料:n−GaAs 不純物濃度:1×1018〔cm-3〕 厚さ:100〔nm〕
【0029】図2(B)参照 2−(2) CVD(chemical vapor deposi
tion)法を適用することに依り、電極形成層24上
に厚さ100〔nm〕のSiN膜25を形成する。尚、
このSiN膜25は後に半導体層を選択再成長する際の
マスクとして作用する。
【0030】2−(3) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用す
ることに依り、波長を異にする光半導体素子の形成予定
部分に例えば40〔μm〕□の開口をもつレジスト膜
(図示せず)を形成する。
【0031】2−(4) エッチング・ガスをCF4 +O2 とするドライ・エッチ
ング法を適用することに依り、レジスト膜をマスクとし
てSiN膜25のエッチングを行なって開口25Aを形
成する。
【0032】2−(5) 工程2−(3)で形成したレジスト膜を剥離する。
【0033】図3(A)参照 3−(1) エッチング・ガスをSiCl4 とするドライ・エッチン
グ法を適用することに依り、SiN膜25をマスクとし
て電極形成層24の表面から基板21の表面に達するエ
ッチングを行なってリセス22Aを形成する。
【0034】尚、この場合、基板21と緩衝層22との
界面にInGaPからなる薄層を介挿しておけば、上記
エッチング・ガスを用いたドライ・エッチングに対する
エッチング停止層の役割を果たすので、エッチング制御
が容易になる。
【0035】図3(B)参照 3−(2) CVD法を適用することに依り、リセス22A内も含め
た全面に厚さ100〔nm〕のSiN膜26を形成す
る。
【0036】図4(A)参照 4−(1) エッチング・ガスをCF4 +CHF3 とするドライ・エ
ッチング法を適用することに依り、SiN膜26の異方
性エッチングを行なって、リセス22を画成する壁面に
サイド・ウォール26Aを形成する。尚、このサイド・
ウォール26Aも後に半導体層を選択再成長する際のマ
スクとして作用する。
【0037】このエッチングでは、SiN膜25を残す
ことになるので、当然、時間制御になり、また、エッチ
ング技術としては、前記した異方性エッチング、即ち、
エッチ・バックを適用することの他に通常のリソグラフ
ィ技術を適用してマスクを用いたエッチングを行なって
も良い。
【0038】図4(B)参照 4−(2) MOCVD法を適用することに依り、SiN膜25及び
SiNからなるサイド・ウォール26Aをマスクとして
選択再成長を行ない、リセス22A内に第二の光半導体
素子用として、緩衝層22A、多重量子井戸からなる活
性層23A、電極形成層24Aを成長させる。
【0039】ここで選択再成長させた各半導体層の材料
は、さきに成長した緩衝層22、活性層23、電極形成
層24と変わりなく、層厚は活性層23Aが僅かに相違
するのみで、他は殆ど同じである。
【0040】ところで、活性層23Aのみは、井戸層に
於ける価電子帯と伝導帯とに生成されるサブ・バンド間
に於ける遷移波長が所望の波長域と一致するように構成
しなければならないから、井戸層の厚さは活性層23に
於ける井戸層の厚さとは異なったものになる。
【0041】図5参照 5−(1) この後、通常の技法を適用することに依り、基板21に
共通電極を形成したり、第一の光半導体素子Q1及び第
二の光半導体素子Q2から光信号或いは電気信号を取り
出す為の電極や配線などを形成して完成する。
【0042】本発明では、前記実施の形態に限られず、
特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、
他に多くの改変を実現することができる。
【0043】例えば、前記実施の形態では、主として検
出装置を対象として説明したが、基板及び緩衝層の導電
型をn型とし、電極形成層の導電型をp型とすれば、p
in型の光半導体装置にすることができる。
【0044】また、光半導体素子Q1の活性層に用いた
多重量子井戸及び光半導体素子Q2の活性層に用いた多
重量子井戸のそれぞれに於ける発光或いは受光の波長域
を定める要素として、価電子帯及び伝導帯にそれぞれ生
成されるサブバンド間遷移の他に価電子帯に生成される
複数のサブバンド間或いは伝導帯に生成される複数のサ
ブバンド間での遷移、或いは、サブバンドと連続準位間
での遷移を基にした波長を利用することも可能である。
【0045】また、活性層は、発光乃至受光について機
能するものであれば、通常のpn接合に於ける少数キャ
リヤを利用するもの、或いは、ショットキ接合に於ける
少数キャリヤを利用するものなどで構成されるようにし
ても良い。
【0046】また、前記実施の形態では、リセス内に形
成されたサイド・ウォールが素子間分離の役割を果たし
ているが、諸半導体層の選択再成長を行なう為のマスク
が不要であるか、或いは、素子間分離を行なう必要がな
い場合には形成する必要がない。
【0047】
【発明の効果】本発明に依る光半導体装置に於いては、
単位画素面内にpn接合或いはショットキ接合或いは多
重量子井戸からなる発光或いは受光波長域を異にする複
数の活性層が含まれ且つ該各活性層のうち少なくとも一
つは選択再成長されたものである。
【0048】前記手段を採ることに依り、多波長の画像
表示、或いは、多波長の光検出を行なう光半導体装置に
於ける光半導体素子の集積密度を向上させて小型化する
ことができ、また、電極や配線の構造を簡単化すること
ができるので製造は容易になって信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する光半導体装置を表す要
部切断側面図である。
【図2】本発明に依る光半導体装置を製造する工程を説
明する為の工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切
断側面図である。
【図3】本発明に依る光半導体装置を製造する工程を説
明する為の工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切
断側面図である。
【図4】本発明に依る光半導体装置を製造する工程を説
明する為の工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切
断側面図である。
【図5】本発明に依る光半導体装置を製造する工程を説
明する為の工程要所に於ける光半導体装置を表す要部切
断側面図である。
【図6】発光或いは受光の波長域を異にする光半導体素
子を積層形成してなる光半導体装置を表す要部切断側面
図である。
【符号の説明】
11 基板 12 第一の活性層 13 第二の活性層 14 第一の電極形成層 15 第二の電極形成層 16 素子間分離溝 17 共通電極
フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA12 AA43 AA47 CA02 CA05 CA08 CA34 CA35 CA65 CA67 CA74 CB23 CB29 FF01 5F049 MA02 MA05 MB07 NA10 NA19 NA20 NB10 PA04 QA16 RA04 SS04 WA03 5F089 AA10 AB17 AC07 CA20

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単位画素面内にpn接合或いはショットキ
    接合或いは多重量子井戸からなる発光或いは受光波長域
    を異にする複数の活性層が含まれ且つ該各活性層のうち
    少なくとも一つは選択再成長されたものであることを特
    徴とする光半導体装置。
  2. 【請求項2】前記活性層が多重量子井戸からなる場合に
    於いて、 前記活性層は井戸層に於ける価電子帯及び伝導帯にそれ
    ぞれ生成されるサブバンド間で起こる遷移で定まる波長
    に対応する構造をもつことを特徴とする請求項1記載の
    光半導体装置。
  3. 【請求項3】前記活性層が多重量子井戸からなる場合に
    於いて、 前記活性層は井戸層に於ける価電子帯に生成されるサブ
    バンド間或いは伝導帯に生成されるサブバンド間で起こ
    る遷移で定まる波長に対応する構造をもつことを特徴と
    する請求項1記載の光半導体装置。
JP21461499A 1999-07-29 1999-07-29 光半導体装置 Withdrawn JP2001044487A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21461499A JP2001044487A (ja) 1999-07-29 1999-07-29 光半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21461499A JP2001044487A (ja) 1999-07-29 1999-07-29 光半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001044487A true JP2001044487A (ja) 2001-02-16

Family

ID=16658651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21461499A Withdrawn JP2001044487A (ja) 1999-07-29 1999-07-29 光半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001044487A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003347585A (ja) * 2002-03-19 2003-12-05 Nobuhiko Sawaki 半導体発光素子およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003347585A (ja) * 2002-03-19 2003-12-05 Nobuhiko Sawaki 半導体発光素子およびその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5243256B2 (ja) モノリシックに集積化された半導体材料およびデバイス
TW387155B (en) A manufacturing method for semiconductor light-emitting element
JP3540925B2 (ja) オプトエレクトロニクスデバイス
JPH11154774A (ja) 面発光半導体デバイスの製造方法、この方法によって製造された面発光半導体デバイス及びこのデバイスを用いた表示装置
JP5038746B2 (ja) 光半導体素子の製造方法
CN101276994B (zh) 半导体光元件的制造方法
JP7438323B2 (ja) Ledアレイ
JP4158383B2 (ja) 半導体光集積素子
US6821798B2 (en) Semiconductor optical device and method for fabricating same
JP2001044487A (ja) 光半導体装置
WO2020134429A1 (zh) 同质集成红外光子芯片及其制备方法
JP2010271667A (ja) 光半導体装置、及びその製造方法
US6468820B2 (en) Process for fabricating semiconductor laser emitting apparatus
JP4330210B2 (ja) 光半導体装置及びその製造方法
JP2000323744A (ja) フォトセンサおよびイメージセンサ
JP4090337B2 (ja) 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法
JP2001156328A (ja) 発光素子用エピタキシャルウェハおよび発光素子
JP3950590B2 (ja) 半導体レーザおよびその製法
CN112599554A (zh) 一种微型发光二极管垂直芯片结构、其制备方法及应用
TWI755009B (zh) Led陣列及形成led陣列之方法
JPH1051075A (ja) 半導体装置およびその製造方法
US20240038822A1 (en) Light emitting structure, display apparatus, and method of manufacturing the display apparatus
JPS5884483A (ja) 埋め込みヘテロ構造半導体レ−ザ
JPH0923022A (ja) 光電変換装置
JPH0677531A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20061003