JP2007524253A - 半導体デバイスの酸化物に起因する欠陥を低減するための歪み補償構造 - Google Patents
半導体デバイスの酸化物に起因する欠陥を低減するための歪み補償構造 Download PDFInfo
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Abstract
歪み補償構造（１１２）は、酸化物形成層（１０６）に隣接する歪み補償層（１０４）を含む。歪み補償層（１０４）は、酸化物形成層（１０６）の少なくとも一部の酸化による格子パラメーラの変化を補正するものである。
【選択図】 図２
【選択図】 図２
Description
特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）やトランジスタといった半導体ベースのデバイス、及びレーザー等の発光デバイスの多くは、その構造の一部に酸化材料層が使用されている。例えば、垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、光及び／又は電流の閉じ込めを実現するために酸化させた半導体層を含む場合がある。ＡＳＩＣは、デバイス中に電気絶縁を実施するために酸化膜を含む場合がある。
ＶＣＳＥＬのような半導体ベースの発光デバイスは、基板上に半導体材料層をエピタキシャル成長させることにより形成される。ＶＣＳＥＬにおいては、容易に酸化する元素をかなりの量含有する半導体材料層を酸化させることにより酸化膜を形成することができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）は半導体材料層へとしばしば加えられる元素で、これによりアルミニウムを含有した層の酸化が促進される。一般に、酸化アルミニウム層を形成するためには、アルミニウム含有半導体層が成膜され、その後水蒸気の含有量が高い雰囲気等の酸化雰囲気中で加熱される。酸化雰囲気は相当量のアルミニウムを含有するあらゆる材料の露出領域を酸化するものである。
アルミニウム含有層が始めに半導体材料層として成膜される場合、これは一般に、その層が形成される基板に対して、格子整合するように、又は擬似格子整合するように成膜される。半導体材料層のエピタキシャル成長という状況においては、擬似格子整合成長とは、圧縮又は引張力による歪みを持つ半導体材料層に関連するものであり、従ってその格子パラメータは基板材料の格子パラメータに準じる。アルミニウム含有層が基板と格子整合するように形成されたのか、擬似格子整合するように形成されたのかには関わりなく、層の酸化後にはアルミニウム含有層の格子パラメータは変化する。残念なことに、アルミニウム含有層の酸化後の格子パラメータ変化により、この層が基板及び隣接層に対してひずむことになってしまうのである。歪みは半導体層間の格子パラメータの違いのせいで生じる。この歪みにより、酸化膜中に点欠陥及び他の格子変形が生じるのである。これらの欠陥は結晶構造中へも進行する可能性がある。例えば、ＶＣＳＥＬの場合、歪みにより酸化膜中に生じたこれらの欠陥が、ＶＣＳＥＬの活性領域を形成する材料層へも進行し、これによってＶＣＳＥＬの光学性能が劣化してしまう場合がある。更に、ＶＣＳＥＬの場合、発光デバイスに電気バイアスがかけられている状態においては、これらの欠陥の進行が加速するのである。
従って、半導体層を酸化させた場合に生じる欠陥を低減することが望ましいのである。
本発明は、酸化半導体層に歪み補償構造を提供するものである。歪み補償構造は、酸化物形成層に隣接する歪み補償層を含む。歪み補償層は、酸化物形成層の少なくとも一部の酸化による格子パラメータの変化を補正するものである。
本発明は、更に、電荷注入に呼応して光を生じるように構成された活性領域及び活性領域へと電荷を送るように配置された電流閉じ込め構造を含む発光デバイスをも提供するものである。電流閉じ込め構造は酸化物形成層に隣接する歪み補償層を含んでいる。
本発明は、更に、歪み補償構造を製作する方法を提供するものであり、方法は基板を設けるステップと、基板上に第一の半導体材料の歪み補償層を形成するステップと、基板上に第二の半導体材料の酸化物形成層を歪み補償層と近接させて形成するステップと、酸化物形成層の少なくとも一部を酸化させるステップとを含んでいる。
本発明は、添付図を参照することにより、より深く理解することができる。図中の要素は必ずしも一定の縮尺で描かれたものではなく、本発明の原理をより明らかに説明することに重点を置いたものである。更に、図中、複数の図を通じて対応する要素には同様の符号が付けられている。
図１は、歪み補償構造１１２を組み込んだ半導体デバイス１００の一例を示す側面図である。歪み補償構造１１２は、歪み補償層１０４及び歪み補償層１０４に隣接して基板上に形成された酸化物形成層１０６を含む。歪み補償構造１１２は、随意選択として酸化物形成層１０６に隣接する追加歪み補償層１０８を含んでいても良い。歪み補償層１０４及び酸化物形成層１０６の形成には、多数の異なる半導体材料を利用することができる。図１に描かれた半導体デバイス１００においては、基板１０２の半導体材料はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）であり、歪み補償層１０４の半導体材料はガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）であり、酸化物形成層１０６の半導体材料はアルミニウム含有率の高いアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）である。層１０４及び１０６の厚さは臨界厚を超えないように十分に薄くなければならない。臨界厚とは、材料の格子パラメータの不整合により結晶欠陥が生じ始める厚さのことである。
歪み補償層１０４は格子不整合を持つように形成されているもので、例えば、基板１０２及び酸化物形成層１０６に対して圧縮又は引張する形で歪んでいる。歪み補償層１０４における格子不整合は、酸化物形成層１０６の少なくとも一部が酸化した場合に生じる格子パラメータ変化により誘引されるであろう歪みを補償するものである。歪み補償層１０４の材料の組成を慎重に選択することにより、完成した半導体デバイス１００中の最終的な歪みが、酸化物形成層１０６の少なくとも一部の酸化により生じる欠陥を最少化するものとなるように設計することが可能である。例えば、歪み補償層１０４は、酸化物形成層１０６の少なくとも一部の酸化によりデバイス１００中に生じた歪みを補償するために、圧縮状態又は引張状態に形成することができる。
ＩＩＩ族副格子上のインジウム４８％及びガリウム５２％のＧａＩｎＰから形成された歪み補償層１０４は、ＧａＡｓ基板１０２と格子整合する。歪み補償層１０４中のインジウム量を例えば約５０％に増加し、ガリウム量を例えば約５０％へと低減した場合、ＧａＩｎＰの格子定数はＧａＡｓ基板のそれよりも大きくなる。この組成とした場合、インジウム５０％の歪み補償層１０４には圧縮性の歪み応力がかかる。同様に、ＧａＡｓ基板上に成膜した、ガリウム比率が例えば約５２％よりも大きく、インジウム比率が例えば約４８％よりも小さい歪み補償層１０４には、引張性の歪み応力がかかる。ＧａＩｎＰ歪み補償層１０４を形成するインジウムとガリウムの相対量を制御することにより、歪みの種類と度合いを制御することができるのである。このように、酸化物形成層１０６の少なくとも一部の酸化により生じる歪みを補償することができる。
歪んだ層は一般に、点欠陥の進行を阻止する。従って、歪み補償層１０４は更に、酸化物形成層１０６の少なくとも一部の酸化により生じ得る点欠陥が、半導体デバイス１００中の他の層に進行していかないように阻止することもできる。このように、点欠陥を歪み補償層１０４に閉じ込め、半導体デバイス１００の活性の発光部分（図示せず）への進行を阻止することができるものである。
完成デバイス１００中の歪み制御を更に行うために、追加歪み補償層１０８を形成することができる。更に、図１に示した歪み補償層１０４は酸化物形成層１０６の形成前に成膜されているが、層１０４及び１０６は、逆の順序で成膜することもできる。成膜順序は完成デバイスに望まれる特性による。歪み補償層１０４及び１０８、そして酸化物形成層１０６を成膜する材料によっては、歪み補償層１０４及び酸化物形成層１０６間の界面１１０の特性が酸化物形成層１０６及び歪み補償層１０８間の界面１１４の特性とは異なることになる。酸化物形成層１０６の形成前に歪み補償層１０４を形成すると、酸化物形成層１０６を形成した後に歪み補償層１０４を形成した場合とは異なる効果が完成デバイス１００に得られる。それは、歪み補償層１０４及び酸化物形成層１０６間の界面１１０が、酸化物形成層１０６及び歪み補償層１０８間の界面１１４と異なっているためである。
例えば、ヒ素ベースの半導体層をリン化物ベースの半導体層に隣接させて成膜する場合、それらの間の界面は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて成膜すると、一般にある程度のヒ素及びリン化物ベース材料の混合物を含むことになる。この異なる材料の混合は、界面における４元材料の形成に繋がる。この４元界面層の組成及び厚さは、ヒ素及びリン化物ベース半導体層の成膜及び切換順序による。例えば、わずかに歪んだＧａ1-xＩｎxＰ（ｘ〜０．５）をＡｌxＧａ1-xＡｓ（ｘ＞０．８）酸化物層の歪み補償に用いる場合、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓ界面にはＡｌＩｎＧａＡｓＰ中間層ができる可能性がある。ＡｌＧａＡｓ層が２つのＧａＩｎＰ層で挟まれている構造においては、下側ＧａＩｎＰ（ＡｌＧａＡｓ層よりも先に成膜されたもの）及びＡｌＧａＡｓ層間の界面は、ＡｌＧａＡｓ及び上側ＧａＩｎＰ（ＡｌＧａＡｓ層よりも後に成膜されたもの）間の界面よりも厚いＡｌＩｎＧａＡｓＰ層を含んでいる。その理由は、代表的なＭＯＣＶＤ成長温度においてはＧａＩｎＰがＡｌＧａＡｓよりも高い解離速度を持っているという点である。この結果、上から数層の単分子層中のリン原子の一部が、Ｉｎ及びＧａ原子とより安定的で強固な結合を作る傾向を持つヒ素原子（上にあるＡｌＧａＡｓ層からのもの）によって置き換えられるのである。
次に図２を参照しつつ本発明の歪み補償構造を採用した発光デバイス例について説明する。図２に示した発光デバイスは、ＶＣＳＥＬである。しかしながら、この歪み補償構造を他の発光デバイス又は非発光デバイスに導入することは可能である。ＶＣＳＥＬは、一般に分布型ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）又はブラグミラーとして公知の、垂直積層されたミラー間に挟まれた活性領域を含んでいる。活性領域は一般に、光を発生する量子井戸を含む。量子井戸はバンドギャップエネルギーの異なる半導体材料の薄膜から構成されている。必要とされる反射率を得るために、各ＤＢＲを構成する半導体又は誘電体層の数は非常に多くなる場合がある。ＶＣＳＥＬは活性領域で生成された光を、他方のミラーよりも低い反射率を持つミラーを通じて放射する。光はＶＣＳＥＬの半導体表面の比較的に小さな領域から、活性領域の直接上又は下に向かって出力される。
図２は、基板２２０上に、基板側分布型ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）２３０、活性層２１２及び遠隔側ＤＢＲ２３２を順番にエピタキシャル成長したものからなるＶＣＳＥＬ２００の側面概略図である。一実施例においては、遠隔側ＤＢＲ２３２は歪み補償構造１１２を含んでおり、基板の半導体材料は単結晶ガリウムヒ素である。図２に示した構造体は、代わりにインジウムリン（ＩｎＰ）基板上に幾つかの層の材料を変えて形成することもできる。更に、歪み補償構造１１２は代わりに、又は加えて遠隔側ＤＢＲ２３２中に設けても良い。
ＤＢＲ２３０及び２３２の各々は、複数の層対から構成されている。各層対は屈折率の高い材料の層と屈折率の低い層からなる。層の材料は活性領域２１２において発生する光の波長に対して光学的に透明である。基板側ＤＢＲ２３０の層対の例として、高屈折率材料層２３４及び低屈折率材料層２３６を示した。各層は、層の材料中の活性領域２１２において生成される光の波長の４分の１に等しい厚さ（例えばｔb＝λ／４ｎb、ここでｔbは層の厚さ、λは活性領域で生じる光の真空波長、そしてｎbは層材料の屈折率）を有する。
図示した例においては、ＤＢＲ２３０及び２３２はいずれもドーピングされた半導体材料から作られており、従ってこれらは導電性である。非導電性ＤＢＲを採用した実施例においては、そのようなＤＢＲは誘電体材料から作られる。更に図示した例においては、層２３６の低屈折率半導体材料はアルミニウム含有率の高いアルミニウムガリウムヒ素であり、層２３４の高屈折率半導体材料はアルミニウム含有率の低いアルミニウムガリウムヒ素である。図２に示した層対の数は、図を明確に示すために数を著しく減らして図示したものである。実際のＶＣＳＥＬにおいては、層対の数は、活性領域２１２中で生成される光の波長において、基板側ＤＢＲ２３０及び遠隔側ＤＢＲ２３２の反射率を、それぞれ約９９％及び約９５％よりも大きくするに十分な数である。また、ＤＢＲの各々は層対に加え、低屈折率材料の追加層からなる。
活性層２１２は基板側クラッド層２１６及び遠隔側クラッド層２１８間に挟まれた量子井戸構造２１４からなる。量子井戸構造２１４は、量子井戸層とは異なる材料のそれぞれの障壁層（図示せず）の間に挟まれた少なくとも１つの量子井戸層（図示せず）からなる。差動利得を高めるために活性層材料にドーパントを添加することもできる。
基板側クラッド層２１６及び遠隔側クラッド層２１８は、アルミニウムの比率が約０．２〜約０．８（例えば、ＡｌxＧａ1-xＡｓにおいて、Ｘが０．２以上で０．８以下である。）であるアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）の層である。ｘの代表的な値は０．４である。クラッド層及び活性領域層の総厚は、クラッド層材料中の量子井戸構造２１４において生成される光の約１波長分、例えばｔc＝λ／ｎcであり、ここでｔcは空洞（クラッド層及び活性層）の厚さ、λは量子井戸構造中で生成される光の波長、そしてｎcは空洞層を含むＡｌＧａＡｓの有効屈折率である。これらのクラッド層は逆の導電型を持つようにドーピングされている。
一般に、ｎ型にドーピングされたクラッド層に隣接するＤＢＲの半導体材料はｎ型にドーピングされ、ｐ型にドーピングされたクラッド層に隣接するＤＢＲの半導体材料はｐ型にドーピングされており、これは即ち、ＤＢＲの材料は隣接するクラッド層と同じ導電型を持っているということである。ある対象波長においては、ｐ型材料からなるＤＢＲの自由キャリヤ損失特性は、ｎ型材料からなるＤＢＲと比べて劣っている。このような構造においては、両方のＤＢＲ２３０及び２３２の半導体材料に、相互に同じ導電型（例えばｎ型）を持たせることができるようにトンネル接合構造（図示せず）を採用することで、両方のＤＢＲに卓越した光学及び電気特性を持たせることができる。代わりにｎ型自由キャリヤ損失の方がｐ型自由キャリヤ損失に劣っている場合には、逆にすれば良い。
基板側ＤＢＲ２３０、活性領域２１２、及び遠隔側ＤＢＲ２３２は集合的に、活性層２１２において生成される光の波長で共鳴する光空洞２５０を構成している。
遠隔側ＤＢＲ２３２は、この例においてはアルミニウム含有量の高い酸化物形成層１０６を含んでいる。酸化物形成層１０６は歪み補償層１０４及び１０８の間に挟まれ、歪み補償構造体１１２を構成している。この例においては、２つの歪み補償層が描かれている。しかしながら、デバイスの特性によってはより多数の、又はより少数の歪み補償層が形成されていても良い。この例においては、歪み補償層１０４及び１０８の各々は、ガリウムインジウムリン（Ｇａ1-xＩｎxＰ、ここでｘ〜０．５）、そして酸化物形成層１０６はアルミニウム含有量の高いアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）を含む。一般に、ｘ〜０．９６としたＡｌxＧａ1-xＡｓが酸化物形成層１０６に利用されるが、しかしながらこの組成は異なっていても良い。例えば、歪み補償層１０４及び１０８中のインジウム含有量は約０．４５から０．５５とすることができ、酸化物形成層１０６中のアルミニウム含有量は約０．９０から０．９８とすることができる。更に、歪み補償層１０４及び１０８はデバイス設計パラメータに応じて引張又は圧縮させて成膜することができる。歪み補償層１０４及び１０８は、酸化物形成層１０６が電流閉じ込め構造を形成するために酸化された場合に生じる歪みの効果に対して反対の作用の歪み補償を提供するものである。
基板２２０、基板側ＤＢＲ２３０、活性層２１２、及び遠隔側ＤＢＲ２３２からなる層構造体が製作された後、遠隔側ＤＢＲ２３２の一部分と歪み補償構造１１２の一部分がエッチング除去されてメサ２３８が作られる。注入により、又は上にある層の１つをアンダーカットすることにより、このメサ２３８中に更なる電流閉じ込め構造を形成することができる。例えば、イオンをメサ２３８中へと選択的に注入し、メサの導電性を実質的な中心にあるほとんどわずかな導電性領域において低下させることができる。メサ２３８の導電性は、導電性領域内においては実質的に変わることなく残される。
メサ２３８が形成された後、ＶＣＳＥＬは酸化雰囲気（例えば、水蒸気含有量の高い雰囲気）中で加熱される。酸化雰囲気は全ＡｌＧａＡｓ層の露出領域を酸化するもので、この酸化はメサ側面から中に向かって放射状に進行する。しかしながら、酸化は他のＡｌＧａＡｓ層よりも酸化物形成層１０６中で実質的により高速に進行する。酸化処理の終わりにおいては、酸化物形成層１０６の大部分が酸化され、導電性領域２４８を取り囲む酸化アルミニウムの幅広の環状領域が形成されている。酸化アルミニウムは、ドーピングされたＡｌＧａＡｓよりも大幅に低い導電性を持つ。導電性領域２４８における高アルミニウムＡｌＧａＡｓは酸化されずに残されるため、この導電性領域の光学及び電気特性には実質的に変化が無い。残りのＡｌＧａＡｓ層は、それらの外周の狭い環状領域のみが酸化されている。
酸化物形成層の酸化により画定される導電性領域（例えば２４８）の面積は、メサ２３８の面積よりも小さい。ＶＣＳＥＬ２００の作動中、レーザー電流はこの導電性領域２４８へと閉じ込められる。レーザー電流は導電性領域から活性領域２１２へと入る。電流拡散は相対的に小さいため、活性領域における電流密度は高い。非常に高い電流密度はＶＣＳＥＬの閾値電流を低下させる。
ＶＣＳＥＬ２００の全ての層は、熱力学的に安定した条件下において相互に格子整合した状態で成膜される。この状態を熱力学的平衡と言う。しかしながら、酸化物形成層１０６が上述のように酸化されると、その酸化ステップにより層１０６の酸化材料の結晶特性が変化することで、層１０６が熱力学的平衡状態から外れてしまい、更には隣接層に対する層１０６の酸化材料の格子パラメータが変化してしまう。層１０６の酸化部分の格子パラメータの変化に起因して点欠陥及び格子変形が形成され、ＶＣＳＥＬ構造全体へと進行してしまう。点欠陥密度はＶＣＳＥＬ２００の結晶構造を構成する異なる層の組成及び化学的性質に応じて異なる平衡値を持つ。歪み補償層１０４及び１０８の組成が、歪んだ酸化膜と共に、酸化物形成層１０６酸化後の完成デバイスの最終的な歪みの状態を決定する。歪み補償層１０４及び１０８は、酸化後の最終的な歪みを低減することにより、酸化に起因して生じる点欠陥の数を低減する。歪み補償層１０４及び１０６は、酸化物形成層１０６を歪みにさらししておくことにより、酸化膜が形成された後の歪みが、歪み補償層１０４及び１０８が無い場合と比べて少なくなるようにしている。この結果、歪み補償層１０４及び１０８は、酸化に起因する点欠陥数を低減し、更にできてしまった点欠陥の進行を制約するのである。
上部発光デバイスを作るために、少なくとも１つの金属層からなる基板側接触層２４０が基板２２０の表面、又はメサをエッチングすることにより基板側ＤＢＲ２３０の上部へと設けられる。遠隔側接触層２４２が、遠隔側ＤＢＲ２３２の露出面上に設けられ、光出射ポート２４４を画定するようにエッチングされる。光射出ポート２４４は導電性領域２４８に対して半径方向にアライメントされている。遠隔側接触層２４２は少なくとも１つの金属層からなるもので、金属層と遠隔側ＤＢＲ２３２との接触抵抗を低減するために、高濃度にドーピングされたｐ型半導体材料からなる少なくとも１つの層を更に含んでいても良い。先にも述べたように、ＶＣＳＥＬは上部をｎ型、底部をｐ型に作ることも可能である。更には、底部発光デバイスを作るために光出射ポートを底部接触２４０中に作ることも可能である。代わりに、光の開口ポートを不要とするためにメサのエッチング後に金属を下側ＤＢＲ２３０の上部に形成しても良い（このような構成とした場合、光経路中に金属が無くなる）。
ここで以下に歪み補償構造を製作する、及び光の生成を実施するための本発明に基づく方法の一例を、図３及び図４に基づいて説明する。方法の説明においては、そのプロセスにおける特定の段階を説明するが、他の実施例も可能であることは言うまでも無い。更には、一部のプロセスは示したものとは異なる順序で実行することができるものである。例えば、それらのプロセスをほぼ同時に、又は逆の順序で実施することが可能である。
図３は歪み補償構造を製作するための本発明に基づく方法を説明するものである。ブロック３０２において、基板が形成される。ブロック３０４においては、基板上に第一の半導体材料からなる歪み補償層が形成される。これは第一の半導体材料の層を基板の上方又は上に設けることにより実施することができる。
ブロック３０６においては、第二の半導体材料からなる酸化物形成層が歪み補償層に近接して形成される。これらの歪み補償層及び酸化物形成層が、集合的に歪み補償構造を形成するのである。歪み補償層の第一の半導体材料は、例えば、ガリウムインジウムリンとすることができ、酸化物形成層の第二の半導体材料は、例えば、アルミニウム含有比が約０．９０〜０．９８と高いアルミニウムガリウムヒ素とすることができる。
歪み補償層は、酸化物形成層の少なくとも一部の酸化により生じる格子パラメータ変化を補償するために、圧縮又は引張状態で形成することができる。
ブロック３０８においては、更なる歪み補償層が随意選択により酸化物形成層上に形成される。この更なる歪み補償層は、第一の歪み補償層を形成した第一の半導体材料から形成することができる。更なる歪み補償層は、第一の歪み補償層と同じ、又は異なる組成を用いて形成することができる。
ブロック３１０においては、酸化物形成層の少なくとも一部が酸化され、これにより酸化物形成層の格子パラメータが変化する。１つ又は複数の歪み補償層は、引張力又は圧縮力を提供することにより、酸化物形成層の酸化後に、酸化物形成層の格子パラメータにおける変化を補償すると共に、点欠陥の障壁層として作用するものである。
図４は、光を発生させるための本発明に基づく方法４００を説明するものである。ブロック４０２においては、光空洞が形成される。ブロック４０４においては、活性領域が光空洞中に設けられ、ブロック４０６において歪み補償構造が形成される。ブロック４０６はブロック４０８、４１０、４１２及び４１４を含んでいる。ブロック４０８においては、第一の半導体材料からなる歪み補償層が形成される。
ブロック４１０においては、酸化物形成層が歪み補償層上に形成される。ブロック４１２においては、追加歪み補償層が酸化物形成層上に形成される。ブロック４１４においては、酸化物形成層の少なくとも一部が酸化されることにより電流閉じ込め構造が形成される。
ブロック４１６においては、電流が電流閉じ込め構造を通じて活性領域へと注入され、活性領域が光を発生させる。
本開示内容は本発明を説明目的の実施例を用いて詳細に説明したものである。しかしながら、本発明は添付の請求項により定義されるものであり、開示した特定の実施例に限定されるものではないことは明らかである。
１０２ 基板
１０４、１０８ 歪み補償層
１０６ 酸化物形成層
１１２ 歪み補償構造
２００ 発光デバイス
２１２ 活性領域
２４８ 電流閉じ込め構造
１０４、１０８ 歪み補償層
１０６ 酸化物形成層
１１２ 歪み補償構造
２００ 発光デバイス
２１２ 活性領域
２４８ 電流閉じ込め構造
Claims (10)
- 注入された電荷に呼応して光を生成するように構成された活性領域と、
電荷を前記活性領域へと向けるように配置され、酸化物形成層に隣接する歪み補償層を含む電流閉じ込め構造と
を具備した発光デバイス。 - 前記電流閉じ込め構造が、前記酸化物形成層に隣接する更なる歪み補償層を具備し、前記酸化物形成層が前記歪み補償層の間に挟まれている請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記歪み補正層が、ガリウム、インジウム，及びリンを含むものである請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記酸化物形成層が、アルミニウム、ガリウム、及びヒ素を含むものである請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記歪み補償層が実質的にＧａ1-xＩｎxＰからなり、ここで、ｘが０．５以下である請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記酸化物形成層が実質的にＡｌxＧａ1-xＡｓからなり、ここで、ｘが０．９６以上である請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記歪み補償層が、実質的に、ガリウムインジウムリン（ＧａＩｎＰ）からなり、前記酸化物形成層が、実質的に、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）からなる請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記歪み補償層が実質的にガリウムインジウムリンＧａ1-xＩｎxＰからなり、ここで、ｘが０．５以下であり、前記酸化物形成層が実質的にアルミニウムガリウムヒ素ＡｌxＧａ1-xＡｓからなり、ここで、ｘが０．９６以上である請求項７に記載の発光デバイス。
- ６２０ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長を持つ光を生成するように構成された請求項１に記載の発光デバイス。
- 基板を設けるステップと、
第一の半導体材料からなる歪み補償層を前記基板上に設けるステップと、
歪み補償構造を構成するために第二の半導体材料からなる酸化物形成層を前記歪み補償層と近接して設けるステップと、
前記酸化物形成層の少なくとも一部を酸化するステップと
を含む、歪み補償構造を作るための方法。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190043445A (ko) * | 2017-10-18 | 2019-04-26 | 루멘텀 오퍼레이션즈 엘엘씨 | 수직 공동 면 발광 레이저 박형 웨이퍼 휨 제어 |
| JP2019075529A (ja) * | 2017-10-18 | 2019-05-16 | ルーメンタム オペレーションズ エルエルシーＬｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ | 垂直共振器面発光レーザ薄型ウエハの反り制御 |
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