JP3097863B2 - AlGaAs natural oxide - Google Patents

AlGaAs natural oxide

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一部分は米軍により与えられた契約番号が
DAAL 03 89−K−0008号、認可番号がNSF ECD 89−4316
6号、および国家科学協会により与えられたNSF DMR 89
−20538号の下の政府の支援により成された。政府はこ
の発明に関し一部権利を有する。この出願は一部が1990
年12月31日に登録された米国特許出願番号第636313号の
続きである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention is partly based on a contract number given by the U.S. military.
DAAL 03 89-K-0008, approval number NSF ECD 89-4316
Issue 6, and NSF DMR 89 awarded by the National Science Association
Made with government support under -20538. The government has certain rights in this invention. This application was partially filed in 1990
Is a continuation of U.S. Patent Application No. 636313, filed December 31, 2012.

発明の技術分野 この発明はアルミニウム−含有III−V族半導体材料
からの高品質、高安定、小型自然酸化物層を形成する方
法に関する。より詳細には、この方法はウエット熱酸化
を含む方法により自然酸化物層を形成する。重要なこと
として、この方法により形成された自然酸化物層の厚さ
は酸化物に変化させるアルミニウム−含有III−V族材
料の層の厚さと同じかこれより小さい。更に、この発明
により例えば水酸化アルミニウム酸化物、アルミニウム
亜酸化物のような他の種々の酸素の豊富な化合物の形成
を妨げる状況のもとで、自然酸化物が形成されるが、こ
の酸化物があることにより自然酸化物層の合成の厚さが
大きくなり、更に半導体の電気的および物理的な特性に
一般的な劣化が生ずる。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method of forming a high quality, high stability, small native oxide layer from an aluminum-containing III-V semiconductor material. More specifically, this method forms a native oxide layer by a method including wet thermal oxidation. Importantly, the thickness of the native oxide layer formed by this method is less than or equal to the thickness of the layer of aluminum-containing III-V material that is converted to oxide. Furthermore, the present invention forms natural oxides under conditions that prevent the formation of various other oxygen-rich compounds such as aluminum hydroxide oxides and aluminum suboxides. This increases the combined thickness of the native oxide layer and further causes general degradation in the electrical and physical properties of the semiconductor.

この発明はトランジスタ、コンデンサ、導波管、更に
特にレーザのような電気的およびオプトエレクトロニク
ス装置を含む自然酸化物層を利用した装置に向けられて
いる。
The present invention is directed to devices utilizing native oxide layers, including electrical and optoelectronic devices such as transistors, capacitors, waveguides, and more particularly lasers.

最後に、この発明はこの発明を実施することにより形
成される自然酸化物を利用した半導体のマスキングおよ
び不活性化に関する。
Finally, the invention relates to masking and passivation of semiconductors utilizing native oxides formed by practicing the invention.

従来の技術 半導体技術の重要な傾向として半導体装置の製造にII
I−V族材料を使用することがあげられる。シリコン(S
i)の利用はこの領域において普及しているが、例えばG
aAsのようなIII−V族化合物はこれらの化合物が提供す
る重要な利点により多くの研究のテーマとなっている。
例えば、III−V族化合物は一般にバンドギャップが大
きく電子移動度も大きく更に光を発生する可能性を有し
ているが、この特性は電気的および光学的特性としてユ
ニークなものである。
Conventional technology Semiconductor device manufacturing is an important trend in semiconductor technology II
The use of group IV materials can be mentioned. Silicon (S
The use of i) is widespread in this area.
III-V compounds such as aAs have been the subject of much research due to the significant advantages they provide.
For example, III-V compounds generally have large band gaps, large electron mobilities and the potential to generate more light, but this property is unique as an electrical and optical property.

これらの特性にも拘らず、III−V族半導体技術はシ
リコンをベースとした技術の速度およびレベルの開発が
成功していない。この目的に対する一次的な誘因ファク
タによりIII−V族半導体の上に所要の厚さの酸化物層
を形成することができないが、この厚さにより必要な表
面状態および実際の応用に必要な電気的特性が表され
る。これに関し、酸化物は酸化物の厚さが過大になるこ
とによる劣化および歪みを発生することなく、実際的で
矛盾のない方法で種々の機能を果たすことができる。こ
れらの機能の例には次のものがある:装置を製造する間
マスクとして働くこと、表面を不活性にすること、他の
装置から分離すること(接合分離に対立するものとして
の絶縁層分離)、種々の装置の構造を分離して動作させ
ること、更にマルチレベルメタリゼーションに電気的な
分離を与えること。従って、高品質で適当な物理的特性
および適当な厚さを有する安定した酸化物層があること
はIII−V族半導体技術の開発を成功させるのに必要不
可欠である。
Despite these properties, III-V semiconductor technology has not been successfully developed at the speed and level of silicon-based technology. Although the primary incentive factor for this purpose does not allow for the formation of the required thickness of oxide layer on the III-V semiconductor, this thickness requires the required surface conditions and the electrical requirements for the practical application. The characteristics are represented. In this regard, oxides can perform various functions in a practical and consistent manner without causing degradation and distortion due to excessive oxide thickness. Examples of these features include: acting as a mask during device fabrication, inerting the surface, isolating from other devices (insulating isolation as opposed to junction isolation). ), To operate the various device structures in isolation, and to provide electrical isolation for multilevel metallization. Therefore, having a stable oxide layer of high quality with appropriate physical properties and appropriate thickness is essential to the successful development of III-V semiconductor technology.

III−V族半導体とは異なり、シリコンをベースにし
た材料により例えばスチームの形の水蒸気でシリコンク
リスタルを反応させる方法により高品質酸化物(SiO2
が容易に形成できる。シリコンをベースにした集積回路
技術は高品質のシリコン酸化物を形成するシリコンの能
力に大いに影響している。更に、この酸化物は堆積酸化
物層に対して自然酸化物である。自然酸化物は堆積酸化
物より好ましいが、これはこれらの自然酸化物がクリス
タルを有したモノリシックであり、誘電体特性に電位不
整合と、リフテングおよびクラッキングのような酸化物
対基盤のインターフェイスボンデングと関連のある諸問
題を防ぐことができるからである。更に堆積のプロセス
は全体としてより複雑であり、商業的な使用がしやすい
自然酸化物を成長させる方法より価格が高い。
Unlike III-V semiconductors, high quality oxides (SiO 2 ) by silicon-based materials, for example by reacting silicon crystals with steam in the form of steam.
Can be easily formed. Silicon-based integrated circuit technology has greatly affected the ability of silicon to form high quality silicon oxide. Further, the oxide is a native oxide with respect to the deposited oxide layer. Although native oxides are preferred over deposited oxides, they are monolithic with crystals, potential mismatch in dielectric properties, and oxide-to-base interface bonding such as lifting and cracking. It is because various problems related to can be prevented. Furthermore, the process of deposition is more complex overall and more expensive than growing native oxides which are easy to use commercially.

シリコンに対し成功した適応法によりIII−V族半導
体の上に高品質自然酸化物層を形成する試みの結果は期
待するものではなかった。これらの結果はIII−V族材
料の振る舞いが大部分はIII−V族の個々の構成の振る
舞いに依存していることに基づいているが、この振る舞
いは所定の条件のもとでは所要の結果とコンパチブルで
ない。例えば一番簡単な技術に属すると見做され、しか
もシリコンに対しものすごく良好な熱酸化技術は、GaAs
のようなIII−V族材料に対しては良好に適応できな
い。これはガリウム(Ga)および砒素(As)が異なる酸
化速度を有するからであり、更に通常の方法で製造され
るAS2O3とAS2O5は変化しやすいからである:一旦形成さ
れると、これらは酸化物層の一部として安定させるより
基盤をボイルさせる傾向にある。
Attempts to form high quality native oxide layers on III-V semiconductors by a successful adaptation method to silicon have been unexpected. These results are based on the fact that the behavior of III-V materials largely depends on the behavior of the individual constituents of III-V, but under certain conditions this behavior is the required result. Not compatible with For example, one of the easiest thermal oxidation techniques considered to be among the easiest, and very good for silicon, is GaAs
Cannot be well adapted to group III-V materials such as This is because gallium (Ga) and arsenic (As) have different oxidation rates, and because AS 2 O 3 and AS 2 O 5 produced by conventional methods are variable: once formed These tend to boil the substrate rather than stabilize as part of the oxide layer.

例えば室温のように低い温度で変化しやすい成分が形
成するのを防ぐため、更にIII−V族半導体の表面から
直接自然酸化物層を形成するため、大部分が発生する他
のアプローチが開発されている。これらの技術にはオゾ
ン、同時O2、電子ビーム露出、電子ホールペアの写真−
励起の使用(GaAs内)、(N2Oのような)反応性酸化
剤、気相分子の写真化学励起、O2への水の印加、ホット
フィラメントによるO2の励起またはテスラ放電、O2のプ
ラズマ励起および原子酸化の高速運動ビームに対する露
出の使用が含まれる。これらの技術の欠点は、広範囲な
利用を現実的にしなくなる全体の複雑性の他に、酸化物
の1番目のいくつかの単層の形成速度が増加するにも拘
らず(プラズマ酸化と原子酸化の高速運動ビームに露出
させることを可能な限り除くことにより)数百から数千
オングストローム(Å、1万Å=1マイクロン、μm)
の範囲の厚さを有する高速成長層に対し一般的に効果が
ないということである。更にこれらの酸化反応はしばし
ば不完全で、GaとAsは見かけ上一番高い酸化状態にな
い。形成された酸化物は通常GaまたはAsが不完全であ
り、この不完全性は酸化物の品質に有害な影響を与え
る。
Other approaches have been developed to prevent the formation of volatile components at low temperatures, such as room temperature, and to form a native oxide layer directly from the surface of a III-V semiconductor, with most occurring. ing. These technologies include photos of ozone, simultaneous O 2 , electron beam exposure, and electron hole pairs.
Use of excitation (in GaAs), (such as N 2 O) reactive oxidants, photochemical excitation of the vapor molecules, the application of water to O 2, the O 2 by hot filament excitation or Tesla discharge, O 2 And the use of exposure to fast moving beams of plasma excitation and atomic oxidation. The disadvantages of these techniques are, in addition to the overall complexity that makes them impractical for widespread use, despite the increased rate of formation of the first few monolayers of oxide (plasma oxidation and atomic oxidation). Hundreds to thousands of Angstroms ({10,000} = 1 micron, μm) by eliminating as much as possible exposure to high speed motion beams
Is generally ineffective for high-speed growth layers having a thickness in the range Furthermore, these oxidation reactions are often incomplete, with Ga and As not in the apparently highest oxidation state. The oxides formed are usually imperfect Ga or As, which impairs the quality of the oxide.

これらの方法の特別な例は次のものに含まれる:米国
特許番号第3859178号で、この中で酸化物はGaAs層をpH
が6より小さい濃縮過酸化水素(H2O2)の電解水槽に浸
すことによりGaAsの表面の上に成長する。
Specific examples of these methods are included in US Pat. No. 3,859,178, in which the oxide converts the GaAs layer to pH.
Is grown on the surface of GaAs by immersion in an electrolyzed water bath of concentrated hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) less than 6.

米国特許番号第4374867号には成長チャンバを使用す
ることにより酸化物層をInGaAsの上に成長させる方法が
記載されているが、このチャンバに排出されこの中で酸
素プラズマが形成する。水蒸気はこのチャンバの中に入
り成長プロセスが容易にされる。
U.S. Pat. No. 4,347,867 describes a method of growing an oxide layer on InGaAs by using a growth chamber, which is evacuated to form an oxygen plasma therein. Water vapor enters this chamber to facilitate the growth process.

米国特許番号第3890169号は電解質としてH2O2を使用
した形でGaAsの上に酸化物を形成する方法に関してい
る。このように形成された酸化物は不純物とドーパント
に対し、より安定性と不導性があるが、これらの不純物
とドーパントは通常は250℃で2時間酸素内で乾燥さ
れ、その後600℃で30分間焼きなましによる拡散処理が
施されている。
U.S. Patent No. 3890169 concerns a method for forming an oxide on the GaAs in the form of using H 2 O 2 as the electrolyte. The oxides thus formed are more stable and less conductive to impurities and dopants, but these impurities and dopants are usually dried in oxygen at 250 ° C. for 2 hours, and then dried at 600 ° C. for 30 hours. Diffusion treatment by annealing for minutes is applied.

米国特許番号第3914465号には2重酸化技術が記載さ
れているが、これにより自然酸化物はpHが1.5−3.5の水
性H2O2溶液内に浸され、この後pHが6−8の水性H2O2
2番目の酸化によりGaAsの上に成長する。
Although double oxidation technique in U.S. Patent No. 3,914,465 are described, thereby native oxide is immersed in an aqueous H 2 O 2 solution in a pH of 1.5-3.5, the pH after this 6-8 It is grown on the GaAs by the second oxidation of the aqueous H 2 O 2.

H.Barbe他による“半導体科学と技術”、3、ページ8
53−858(1988年)には外部電圧を使用すること無く種
々の水を有するメタノール内のGaAs上に薄い酸化物層を
成長することを記載している。J.P.Contour他の“応用
物理の日本ジャーナル",Vol.27,No.pp.L167−L169(198
8年2月)には空気で250℃から350℃に基盤を加熱する
ことによりGaAsの基盤に表面酸化物を準備することにつ
いて報告している。同様に、“応用物理レター"Vol.26,
No.4,pp.180−181(1975年2月15日)には350℃、450
℃、500℃で熱酸化によりGaAs上に酸化物膜の成長が記
載されている。“応用物理レター",Vol.29,No.1,pp.56
−58(1976年1月1日)には酸素プラズマを用いたプラ
ズマ酸化によりGaAsの上に酸化物膜を形成するための1
つのドライ処理が報告されている。これらの技術の複雑
性、および物理性と厚さにより、これらは全てGaとAsに
よる動作が困難であることに関連するが、この酸化物を
形成する方法はより容易に酸化できる材料をIII−V族
の上に重ねまたは植え込むことを含んでいる。アルミニ
ウム(Al)およびアルムニウム含有化合物はこの種の材
料の例である。これらの特別な材料は特に適応性があ
り、アルミニウムがIII族エレメントであり、III−V族
に通常見られる他のエレメントよりも一層容易に酸化で
きることが知られている。
"Semiconductor Science and Technology" by H. Barbe et al., 3, page 8
53-858 (1988) describes growing a thin oxide layer on GaAs in methanol with various waters without using an external voltage. JPContour et al., “Japan Journal of Applied Physics,” Vol. 27, No. pp. L167-L169 (198
(February 8) reported the preparation of a surface oxide on a GaAs substrate by heating the substrate from 250 ° C to 350 ° C with air. Similarly, "Applied Physics Letter" Vol.26,
No.4, pp.180-181 (February 15, 1975) has a temperature of 350 ° C and 450 ° C.
The growth of an oxide film on GaAs by thermal oxidation at 500 ° C. and 500 ° C. is described. “Applied Physics Letter”, Vol.29, No.1, pp.56
At -58 (January 1, 1976), a method for forming an oxide film on GaAs by plasma oxidation using oxygen plasma was developed.
Two dry treatments have been reported. Due to the complexity of these technologies, as well as their physical properties and thickness, they are all related to difficulties in operation with Ga and As, but the method of forming this oxide requires materials that can be more easily oxidized III- Includes stacking or implanting on group V. Aluminum (Al) and aluminum-containing compounds are examples of such materials. These particular materials are particularly adaptable, and it is known that aluminum is a Group III element and can be more easily oxidized than other elements commonly found in Groups III-V.

アルミニウムまたはアルミニウム−含有化合物がある
ことを利用する酸化の方法の例には米国特許番号第4144
634号があるが、この特許は一番目にGaAsの基盤の上に
例えば蒸発によりAlの薄い層を堆積している。Alの重ね
はプラズマ酸化により酸化される。Y.Gao他は“応用物
理ジャーナル",87,(11),pp.7148−7151(1990年1月
1日)に低温技術を述べているが、これにより酸素分子
は一番目にGaAsの表面に重ねられる;Alの堆積が続く。A
lは反応し酸素が無くなるまで酸化物層を形成する。
An example of a method of oxidation utilizing the presence of aluminum or aluminum-containing compounds is U.S. Pat.
No. 634, which first deposits a thin layer of Al on a GaAs substrate, for example by evaporation. The Al layer is oxidized by plasma oxidation. Y. Gao et al. Described low temperature technology in “Journal of Applied Physics”, 87, (11), pp. 7148-7151 (January 1, 1990). ; Deposition of Al follows. A
l reacts and forms an oxide layer until oxygen disappears.

C.W.Wilmsen他の“薄い固体膜",51,pp.93−98(197
8)にはAlのような金属がIII−V族基盤に埋め込まれる
方法が報告されている。M.Hirose他は“物理状態固体”
(a)45,pp.K175−K177(1978)でGaAsに対する酸化プ
ロセスについて報告しているが、表面基盤に近い酸化ガ
スはAl分子ビームと反応しAl2O3を形成する。最後に、
米国特許番号第4216036号および4216036号、更にヨーロ
ッパ特許出願第0008898号にはAlAs層とAlGaAs層の熱酸
化により酸化物の製造について記載しているが、このAl
GaAsとAlGaAs層はGaAsの上にエピタキシイ的に成長して
いる。酸化は80%のO2と20%のNの混合ガス内で発生
し、更に低温、例えば70℃−130℃で使用するため水蒸
気があるように発生する;この方法により生ずる酸化物
は、しかしアルミニウム砒素酸化物および/または水酸
化アルミニウム酸化物であると考えられている。これら
のタイプの酸素リッチアルミニウム化合物は半導体の応
用に必要な物理特性を有していない。更に前記化合物の
存在はたとえ適当量であっても半導体構造に有害であ
る。これに加え、更に水酸化の存在とも関連して、最終
的な酸化物層の厚さが拡大し、これはもともとのAlAsの
エピ(epi)層の厚さより80%多い。実際の応用および
装置の構造について、層の広がりのこの大きさはこれが
受け入れがたいレベルに装置の構成をゆがめ歪ませ更に
相互に依存する大きさと形状が良好でないということに
より全体として非実用的である。これらの欠点は半導体
装置がレーザのようなオプトエレクトロニクス装置であ
る時に特に壊れやすく、この光出力効率および寿命は種
々の層が装置の製造の間生ずるように適当なクリスタル
の大きさおよび形状に大きく左右される。簡単には、ア
ルミニウムのような材料があることによる従来の技術の
方法では大規模な使用が複雑であり、またはかなりの水
酸化物を含みおよび/または過大になる厚さを有するこ
ろが酸化物に中に生ずる。これらの方法により生ずる酸
化物には物理的および電気的な特性があるが、例えば漏
れが大きいなど電気的な特性は弱く、物理状態の特性は
良くない。これに関して、従来の方法で形成された酸化
物は密度が不均一ではなく、連続的であり、更に安定が
欠けており、これによりリフティング、クラッキング、
アウトデヒュージョンが生ずる;これらの方法により発
生した酸化物により製造された装置は通常状態の使用で
および大気中で許容できない短い時間の間性能が下がる
傾向が強い。これらの好ましくない結果および有害な影
響により商業装置として必要な大規模応用にこれらの方
法が使用できない。このように、半導体技術はIII−V
族半導体材料を形成する種々の方法を提示しているが、
アルミニウム−含有III−V族半導体材料に上に改良さ
れた高品質自然酸化物を成長させる方法に対し要望が続
いていることが判り、特にこの自然酸化物の厚さはそれ
を形成する半導体材料の厚さと同じかこれより小さい。
更に、この方法は簡単であり価格が適正であり、自然酸
化物を製造することが制御され繰り返されることが望ま
しい。
CWWilmsen et al., "Thin Solid Films", 51, pp. 93-98 (197
8) reports a method in which a metal such as Al is embedded in a III-V group base. M. Hirose et al. “Physical solids”
(A) 45, pp. K175-K177 (1978) reports an oxidation process for GaAs. The oxidizing gas near the surface substrate reacts with the Al molecular beam to form Al 2 O 3 . Finally,
U.S. Pat.Nos. 4216036 and 4216036 and European Patent Application No. 00088898 describe the production of oxides by thermal oxidation of AlAs and AlGaAs layers.
The GaAs and AlGaAs layers are grown epitaxially on GaAs. Oxidation occurs in the mixing gas 80% O 2 and 20% N, further low temperature, for example for use in a 70 ° C. -130 ° C. occurs as there is water vapor; oxides produced by this method, however It is believed to be aluminum arsenic oxide and / or aluminum hydroxide oxide. These types of oxygen-rich aluminum compounds do not have the physical properties required for semiconductor applications. Furthermore, the presence of said compounds, even in appropriate amounts, is detrimental to semiconductor structures. In addition, in conjunction with the presence of hydroxylation, the thickness of the final oxide layer increases, which is 80% higher than the thickness of the original AlAs epi layer. For practical applications and device constructions, this magnitude of layer spread is entirely impractical due to the fact that this distorts and distorts the configuration of the device to an unacceptable level, and the poor interdependent size and shape. is there. These drawbacks are particularly fragile when the semiconductor device is an optoelectronic device such as a laser, and the light output efficiency and lifetime are increased by the proper crystal size and shape so that the various layers occur during device fabrication. It depends. Briefly, prior art methods, due to the presence of materials such as aluminum, are complicated to use on a large scale, or the rollers that contain significant hydroxide and / or have a thickness that is excessive Occurs inside. Oxides produced by these methods have physical and electrical properties, but have poor electrical properties such as high leakage and poor physical properties. In this regard, oxides formed by conventional methods are non-uniform in density, continuous, and lack stability, which results in lifting, cracking,
Out-diffusion occurs; devices made with oxides generated by these methods are prone to degraded performance under normal conditions of use and for unacceptably short periods of time in air. These undesired consequences and detrimental effects render these methods unusable for large-scale applications required as commercial equipment. Thus, semiconductor technology is III-V
Various methods of forming group semiconductor materials have been proposed,
It has been found that there is a continuing need for a method of growing an improved high quality native oxide on an aluminum-containing III-V semiconductor material, and in particular the thickness of the native oxide depends on the semiconductor material from which it is formed. Less than or equal to the thickness of
Further, it is desirable that the method be simple and cost-effective, and that the production of native oxide be controlled and repeated.

発明の要約 アルミニウム−含有III−V族半導体の上に高品質自
然酸化物を形成する新しい方法の開発について提示す
る。このように成長した自然酸化物は変化の部分の厚さ
が適当な範囲であり、更に既知の方法により形成された
酸化物と比較して物理的および電気的特性に優れてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The development of a new method for forming high quality native oxides on aluminum-containing III-V semiconductors is presented. The native oxide grown in this way has an appropriate range of thickness at the changed portion, and is further superior in physical and electrical properties as compared with an oxide formed by a known method.

とりわけ、この発明の方法により形成された自然酸化
物層の厚さはそれを形成するアルミニウム−含有族材料
の部分の厚さと同じかそれより小さい。このように形成
された自然酸化物層は例えば通常の使用および大気のも
とでは劣化を生じない。従来の技術の方法、装置により
形成される酸化物層よりも速度が遅く安定性がある。更
に、この発明により形成される自然酸化物により他のあ
らゆる現在使用されている酸化物膜より優れた操作動作
特性が示される。例えば、この発明により形成される自
然酸化物はメタリゼーションおよび誘電体特性が優れて
いる。この発明の方法により形成された自然酸化物は特
にレーザのようなオプトエレクトロニクス装置に使用さ
れており、これらは酸化物層の収縮に耐えることができ
るが、酸化物層に中では過大な膨張が激しく行なわれ
る。このように製造されたレーザは寿命が長く寿命の前
に出力が高い。
In particular, the thickness of the native oxide layer formed by the method of the present invention is less than or equal to the thickness of the portion of the aluminum-containing material forming it. The native oxide layer thus formed does not deteriorate, for example, under normal use and under atmospheric conditions. It is slower and more stable than oxide layers formed by prior art methods and devices. In addition, the native oxides formed according to the present invention exhibit superior operating characteristics over all other currently used oxide films. For example, native oxides formed according to the present invention have excellent metallization and dielectric properties. Native oxides formed by the method of the present invention have been used in optoelectronic devices, particularly lasers, which can withstand shrinkage of the oxide layer, but exhibit excessive expansion in the oxide layer. It is done violently. Lasers manufactured in this way have a long lifetime and a high output before the lifetime.

この発明によれば、自然酸化物をアルミニウム−含有
III−V族半導体材料の表面の上に形成する方法が与え
られている。この方法はアルミニウム−含有III−V族
半導体材料の一部を自然酸化物に変えるためアルミニウ
ム−含有族半導体材料を水を含んだ環境および少なくと
も約375℃の温度に置くことから成る。この自然酸化物
には前記自然酸化物の厚さが変えられた前記のアルミニ
ウム−含有III−V族半導体の該当部分の厚さとほぼ等
しいかこれより小さい特徴がある。
According to the invention, the native oxide is aluminum-containing
A method is provided for forming on a surface of a III-V semiconductor material. The method comprises subjecting the aluminum-containing group semiconductor material to a water-containing environment and a temperature of at least about 375 ° C. to convert a portion of the aluminum-containing group III-V semiconductor material to native oxide. The native oxide has the feature that the thickness of the native oxide is approximately equal to or less than the thickness of the corresponding portion of the aluminum-containing III-V semiconductor where the thickness is varied.

更にこの発明によればこのように形成された自然酸化
物を利用した半導体装置が提示されている。これに関す
る特別な適応性を有する装置にはトランジスタ、コンデ
ンサ、導波管、更にとりわけレーザのような電気的およ
びオプトエレクトロニクス的な装置が含まれる。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor device using the natural oxide thus formed. Devices with particular applicability in this regard include electrical and optoelectronic devices such as transistors, capacitors, waveguides, and more particularly lasers.

更にこの発明によれば、この方法から形成される自然
酸化物を利用した半導体のマスキングおよびパッセベー
ション(passivation)についても記載している。
Further, according to the present invention, masking and passivation of a semiconductor using a native oxide formed by the method are described.

図面の簡単な説明 図1には窒素および水蒸気の中に400℃で3時間置
き、この発明により酸化した後、イエローギャップAlxG
a1-xAs(xは約0.8)により囲まれた無秩序に定められ
たレッドギャップAlAs−GaAs超格子(SL1)盤の薄いプ
レートを示している。SL盤の上部の列(おおまかなスチ
ールの合金を示す)にはこの発明によりクリスタルエッ
ジ(小さな水平の矢で示す)を越え深さが24μmの自然
酸化物に変えられた割れ目のあるエッジを示している。
酸化物の厚さは24μmで変えられた元のSL1の該当部分
の厚さと同じである。酸化物は外見上透明である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a yellow gap Al x G after oxidizing according to the invention in nitrogen and steam at 400 ° C. for 3 hours.
Shows a thin plate of disordered red-gap AlAs-GaAs superlattice (SL1) disc surrounded by a 1-x As (x is about 0.8). The top row of the SL board (indicating a rough steel alloy) shows cracked edges that have been converted to native oxide 24 μm deep beyond the crystal edge (indicated by a small horizontal arrow) according to the invention. ing.
The thickness of the oxide is the same as the thickness of the corresponding portion of the original SL1 changed by 24 μm. The oxide is apparently transparent.

図2は窒素および水蒸気の中に400℃で1時間置き、
この発明により酸化した後のAlAs−GaAs超格子(SL1)
を示している。SL盤のエッジ領域に変えられる酸化物は
3μmである。(小さな水平の矢で示している)。3μ
m領域の酸化物の厚さは変えられたSLの該当部分の厚さ
と同じである。
FIG. 2 is placed in nitrogen and steam at 400 ° C. for 1 hour,
AlAs-GaAs superlattice (SL1) after oxidation according to the present invention
Is shown. The oxide that can be converted to the edge region of the SL board is 3 μm. (Indicated by small horizontal arrows). 3μ
The thickness of the oxide in the m region is the same as the thickness of the corresponding portion of the changed SL.

図3は窒素および水蒸気の中に400℃で4時間置き、
この発明により酸化した後のAlAs−GaAs超格子(SL2)
を示している。SL2はSL1よりスケールの細かい合金で酸
化物はSL盤のエッジで2−3μmである。2−3μm領
域の酸化物の厚さはSL2の該当部分の厚さと同じであ
る。図1および図2のSL1に対する長時間のゆっくりし
た変化速度はSL2の細かな合金のスケールによる。
FIG. 3 is placed in nitrogen and steam at 400 ° C. for 4 hours,
AlAs-GaAs superlattice (SL2) after oxidation according to the present invention
Is shown. SL2 is an alloy with a smaller scale than SL1, and the oxide is 2-3 μm at the edge of the SL board. The thickness of the oxide in the 2-3 μm region is the same as the thickness of the corresponding portion of SL2. The long-term slow rate of change for SL1 in FIGS. 1 and 2 is due to the fine alloy scale of SL2.

図4にはこの発明により酸化された図2のレッドギャ
ップSL1盤の写真ポンプによる室温(300゜Kelvin,K)レ
ーザの効果を示している。サンプルはダイアモンドウイ
ンドのもとで軟銅ヒートシンクで圧縮されている。
FIG. 4 shows the effect of a room temperature (300 ° Kelvin, K) laser with a photographic pump of the red gap SL1 disk of FIG. 2 oxidized according to the present invention. The sample is compressed on a soft copper heat sink under a diamond window.

図5(a)は量子井戸のヘテロ構造(QWH)を示す走
査電子マイクロスコープホトマイクログラフである:図
の左側はSiO2でマスクしたQWHを示す;右側にはGaAsキ
ャップのあるQWHを示す。GaAsが取り除かれ露出のクリ
スタルは窒素と水蒸気の中で400℃で3時間、この発明
により酸化されている。図5(b)には右側の酸化物が
選択的に除去された後のQWHを示している。図5(b)
の斜線をした矢印はこの層の中にあるAlxGa1-xAs(xは
約0.8)閉じ込め層の上に自然酸化物で定められた結晶
学的面を示している。
FIG. 5 (a) is a scanning electron microscope photomicrograph showing the quantum well heterostructure (QWH): the left side of the figure shows the QWH masked with SiO 2 ; the right side shows the QWH with a GaAs cap. The GaAs has been removed and the exposed crystals have been oxidized according to the invention in nitrogen and water vapor at 400 ° C. for 3 hours. FIG. 5B shows the QWH after the oxide on the right side has been selectively removed. FIG. 5 (b)
The hatched arrow indicates the crystallographic plane defined by native oxide on the Al x Ga 1-x As (x is about 0.8) confinement layer in this layer.

図6(a)には図5のQWHの左側マスキング領域(SiO
2が除去)のGaAsキャップ層の上で接触した電流対電圧
(I−V)特性を示している;図6(b)にはこの発明
により形成した自然酸化物を有する領域で右側の接触に
対するI−V特性を示している。図6(a)はp−n伝
導を、図6(b)にはオープン回路(I≒O)を示して
いる。
FIG. 6A shows the left masking region (SiO 2) of the QWH of FIG.
To the contact in the region right to have a natural oxide formed by the present invention in FIG. 6 (b); the 2 contact the current-to-voltage on the GaAs cap layer (shows I-V) characteristics of removal) This shows an IV characteristic. FIG. 6A shows pn conduction, and FIG. 6B shows an open circuit (I ≒ O).

図7は20ミリアンペア,mA,30mA,40mAでのこの発明に
より形成された自然酸化物を有するQWHレーザのスペク
トルの様子とパワー対電流(L−I)を示している。
FIG. 7 shows the spectral behavior and power versus current (LI) of a QWH laser with native oxide formed according to the invention at 20 mA, mA, 30 mA and 40 mA.

図8にはこの発明により形成された自然酸化物を取り
入れた図5のQWHレーザの高出力レーザの動作を示して
いる。100ミリワットmW/面以上まで破壊されない。
FIG. 8 shows the operation of the high power laser of the QWH laser of FIG. 5 incorporating the native oxide formed according to the present invention. Not destroyed up to 100 mW / W or more.

図9はAlXGa1-XAs−GaAs(Xは約0.8)QWHクリスタル
の上にこの発明により形成した自然酸化物を用いて作っ
たマルチプルーストライプ接触領域の表面をホトマイク
ログラフで示している。図9(a)はQWHが接触層によ
りマスクされていないAlxGa1-xAs(xは約0.8)の上側
の閉じ込め層の上に窒素と水蒸気の中で400℃、3時間
置いた自然酸化物を示している。図9(b)はチタニウ
ム−プラチナ−金(Ti−Pt−Au)でメタリゼーションし
た表面を全て示している。
9 shows an Al X Ga 1-X As- GaAs (X is about 0.8) QWH surface of multiple over striped contact area made using a native oxide formed by the present invention over the crystal in the photo micrographs I have. FIG. 9 (a) shows the natural state where the QWH was placed in nitrogen and water vapor at 400 ° C. for 3 hours on the upper confinement layer of Al x Ga 1-x As (x is about 0.8) not masked by the contact layer. The oxide is shown. FIG. 9 (b) shows all surfaces metallized with titanium-platinum-gold (Ti-Pt-Au).

図10(a)と図10(b)はそれぞれセンター間が7μ
mで幅が5ミクロン(μm)のエミッタを有する図9に
示す10個のエレメントのマルチプルーストライプQWHレ
ーザ配列の近フィールド(NF)エミッションパターンと
遠フィールド(FF)エミッションパターンである。100m
Aでパワーが半分の時角度の全てが0.6゜(図10(b))
のナローピークはストライプが2重であることを示して
いる。
FIGS. 10 (a) and 10 (b) show that the distance between centers is 7 μm.
10 is a near field (NF) emission pattern and a far field (FF) emission pattern of the 10 element multiple stripe QWH laser array shown in FIG. 100m
When the power is half at A, all angles are 0.6 ° (Fig. 10 (b))
Indicates that the stripe is double.

図11にはセンタが7μmの上に5μmの幅のストライ
プを有し図9と図10の10個のエミッタQWH2重アレーに対
する連続波(CW)の室温(300゜K)レーザの動作を示し
ている。1面当たりの出力パワーはほぼ300mWである。
挿入部分において、このダイオードのスペクトルの様子
は出力パワーが10mW(115mA)であることを示してい
る。
FIG. 11 shows the operation of a continuous wave (CW) room temperature (300 K) laser for the 10 emitter QWH double array of FIGS. 9 and 10 with the center having a 5 .mu.m wide stripe over 7 .mu.m. I have. The output power per surface is approximately 300 mW.
At the insertion, the appearance of the spectrum of this diode indicates that the output power is 10 mW (115 mA).

図12には10個のエッミタ自然−酸化物2重ストライプ
AlxGa1-xGaAsQWHレーザアレーを示している。ストライ
プの幅は図11の配列の幅と同じであるが(5μm)、挿
入部に示すように10μmのセンタの上にある。一面当た
り400mWを越える出力パワーが得られている。
FIG. 12 shows 10 Emitter natural-oxide double stripes
1 shows an Al x Ga 1-x GaAs QWH laser array. The width of the stripe is the same as the width of the array in FIG. 11 (5 μm), but above the center of 10 μm as shown in the insert. Output power exceeding 400 mW per surface is obtained.

図13には亜鉛(Zn)を拡散した後クリスタルの表面
(上部)にストライプをマスキングした1.05μmのAlxG
a1-xAs−GaAsの超格子について角度が浅く傾斜した断面
を示している。このマスキングストライプはこの発明に
より形成された自然酸化物から成る。傾斜断面の低い部
分は酸化物によりマスクされていないが超格子が不規則
になっている領域である;この不規則の領域は自然酸化
物のマスキングされた部分が交互にあり、超格子が残っ
ているのが判る。
FIG. 13 shows a 1.05 μm Al x G mask in which a stripe is masked on the surface (top) of the crystal after zinc (Zn) is diffused.
An a 1-x As-GaAs superlattice shows a cross section inclined at a small angle. This masking stripe is made of a native oxide formed according to the present invention. The lower part of the sloped section is the area that is not masked by the oxide but has an irregular superlattice; this irregular area is an alternating masked portion of native oxide, with the superlattice remaining. You can see that

図14にはAlxGa1-xAs−AlyGa1-yAs−AlzGa1-zAsQWH
(xは約0.8、yは約0.25、zは約0.06)の小プレート
サンプルの割れ目のある断面を示す。この発明のプロセ
スにより形成された自然酸化物は基盤を除去することと
全ての層を通しテイパーのあるホールをエッチングする
ことにより示される(酸化物の所で停止)。領域Aで示
すように自然物酸化層は光を伝え更に汚損を示すのに十
分な程クリアである。上側の閉じ込め層は領域Bで示し
ている。;QWH導波管および上側および下側の閉じ込め層
は領域Cで示している。QWH全体は領域Dで示してい
る。
FIG. 14 shows Al x Ga 1-x As-Al y Ga 1-y As-Al z Ga 1-z AsQWH
(X is about 0.8, y is about 0.25, z is about 0.06) shows a fractured cross section of a small plate sample. The native oxide formed by the process of the present invention is shown by removing the substrate and etching the tapered holes through all layers (stop at the oxide). As shown in region A, the natural oxide layer is clear enough to transmit light and further show fouling. The upper confinement layer is indicated by region B. The QWH waveguide and the upper and lower confinement layers are indicated by region C. The entire QWH is indicated by region D.

図15にはこの発明の方法により形成された自然酸化物
を含んだ図14の焼きなましQWHのホトポンプ型連続波(C
W)室温(300゜K)レーザの動作を示している。比較と
して図15(b)には不純物−誘導レーザ不規則(IILP)
により修正された非マスクベアサンプルのパルス性励起
レーザの動作を示している。いずれのサンプルもZn拡散
アンプルの中で575℃、1時間焼きなましが行なわれて
いる。
FIG. 15 shows a photo-pump type continuous wave (C) of the annealed QWH of FIG. 14 including a native oxide formed by the method of the present invention.
W) Operation of a room temperature (300 K) laser. For comparison, FIG. 15B shows impurity-induced laser irregularities (IILP)
3 shows the operation of a non-masked bare sample pulsed pump laser modified by R.S. Each sample was annealed at 575 ° C. for 1 hour in a Zn diffusion ampoule.

図16には850℃で6.5時間Si拡散を行い(文字“n"で示
す)左右の側には不純物−誘導レーザ不規則化を行なっ
た後の埋め込み型ヘテロ構造(BH)の(ステインを使用
した)走査電子マイクロスコープ(SEM)のイメージを
示している。この発明により窒素および水蒸気の大気の
中で400℃、3時間置いた上側の閉じ込め層に対する酸
化が行なわれている。Si拡散はGaAsキャップの端の下を
切断するが、これにより約5.5μmの接触領域および約
7μmの活性化領域が形成する(マスキングストライプ
は約6μm)。この発明の方法による自然酸化物の形成
は露出ハイギャップAlxGa1-xAs閉じ込め層の表面が行な
われ(2つの下向きの矢印で示すように)GaAsキャップ
の端まで広がる。
FIG. 16 shows the buried heterostructure (BH) (using stain) on the right and left sides after performing Si diffusion at 850 ° C. for 6.5 hours (indicated by the letter “n”) and performing impurity-induced laser disordering on the left and right sides. 2 shows an image of a scanning electron microscope (SEM). According to the present invention, oxidation of the upper confinement layer at 400 ° C. for 3 hours in the atmosphere of nitrogen and water vapor is performed. The Si diffusion cuts under the edge of the GaAs cap, which creates a contact area of about 5.5 μm and an active area of about 7 μm (about 6 μm masking stripe). The formation of native oxide by the method of the present invention takes place at the surface of the exposed high-gap Al x Ga 1-x As confinement layer and extends to the edge of the GaAs cap (as indicated by the two downward arrows).

図17には、この発明の方法により形成された自然酸化
物層を有するIILDQWHレーザダイオードに対する連続波
(CW)室温(300゜K)出力(単一面)パワー対電流(L
−I)とスペクトルを示している。レーザダイオードに
は幅が3μmに活性化領域がある(図16のレーザの場合
活性化領域の幅は7μmである)。レーザのスレショル
ド(250μmロングダイオード)は5mAで、7mAで単一モ
ードが良好に動作する(波長は約8198Å)。スペクトル
のナローイングと“リンギング”は約2mAで始まり、挿
入部分(inset)(3mA)の曲線のトップがぼやける。
FIG. 17 shows a continuous wave (CW) room temperature (300 K) output (single-plane) power versus current (L
-I) and the spectrum. The laser diode has an activation region with a width of 3 μm (the width of the activation region is 7 μm in the case of the laser of FIG. 16). The laser threshold (250 μm long diode) is 5 mA, and single mode works well at 7 mA (wavelength is about 819881). The narrowing and "ringing" of the spectrum begins at about 2 mA and the top of the curve at the inset (3 mA) is blurred.

図18には幅が3μmの活性化領域IILDQWHの近フィー
ルド(NF)および遠フィールド(FF)エミッションパタ
ーンを示すが、これは12mAの連続波(CW)励起のもとで
この発明により形成された自然酸化物により描かれてい
る。(a)に示す近フィールド(NF)パターンの幅は約
3.4μmの最大パワーの半分である。(b)に示す遠フ
ィールド(FF)の角度はハーフパワーの20.4゜で回折し
ている。
FIG. 18 shows the near-field (NF) and far-field (FF) emission patterns of an active region IILDQWH having a width of 3 μm, which were formed by the present invention under 12 mA continuous wave (CW) excitation. Painted by native oxide. The width of the near field (NF) pattern shown in (a) is approximately
It is half of the maximum power of 3.4 μm. The angle of the far field (FF) shown in (b) is diffracted at a half power of 20.4 °.

図19にはノマススキ(Nomarski)のイメージ写真であ
るが、これは図19(a)のような大気状態で酸化を行な
い、図19(b)のようにこの発明により形成された自然
酸化物層を有するAlAs−GaAsヘテロ構造を100日間置い
たものである。大気中で酸化したサンプル(a)はおお
まかには大気中での加水分解の特性であり、この発明の
方法により酸化されたサンプル(b)はスムースな
“青”酸化物で覆われており、更にエージング処理によ
り影響されない。
FIG. 19 is an image photograph of Nomarski, which is oxidized in the atmospheric state as shown in FIG. 19A, and is a natural oxide layer formed by the present invention as shown in FIG. 19B. In this example, an AlAs-GaAs heterostructure having the following structure was placed for 100 days. The sample oxidized in air (a) is largely characteristic of hydrolysis in air, and the sample (b) oxidized by the method of the invention is covered with a smooth "blue" oxide, Furthermore, it is not affected by the aging process.

図20(a)は溝がありエージング(100日後)を行な
った図19のサンプル(a)の走査電子マイクロスコープ
(SEM)イメージ(ステインのない断面)である。図20
(b)は溝がありエージング(100日後)を行なった図1
9のサンプル(b)のSEMイメージである。サンプル
(a)は深さ1μmまで化学的に侵食され(垂直の矢印
で示す)、筋がある。反対にサンプル(b)は厚さが0.
1μm未満の自然酸化物の下がスムースになっている。
この厚さは酸化物に変えられたヘテロ構造の該当部分の
厚さより少ない。
FIG. 20 (a) is a scanning electron microscope (SEM) image (cross section without stain) of the sample (a) of FIG. 19 having grooves and aged (after 100 days). Fig. 20
Fig. 1 (b) shows a groove with aging (after 100 days).
It is a SEM image of 9 samples (b). Sample (a) is chemically eroded to a depth of 1 μm (indicated by a vertical arrow) and has streaks. Conversely, sample (b) has a thickness of 0.
The area under the native oxide of less than 1 μm is smooth.
This thickness is less than the thickness of the relevant portion of the heterostructure converted to oxide.

図21には図20のサンプル(a)と(b)を80日間エー
ジングした後の二次イオンスペクトロメータ(SIMS)の
様子を示している。図20のSEGイメージによれば、Gaの
欠乏はサンプル(a)ではほぼ1μmでありこれはサン
プル(b)でははっきりしていない。更に図20によれば
図21は化学的な侵食はサンプル(a)に対しては約1μ
mの深さであることを示している;この深さでの化学的
な侵食はサンプル(b)では明らかでない。
FIG. 21 shows the state of the secondary ion spectrometer (SIMS) after aging the samples (a) and (b) of FIG. 20 for 80 days. According to the SEG image of FIG. 20, the Ga deficiency is approximately 1 μm in sample (a), which is not clear in sample (b). Further according to FIG. 20, FIG. 21 shows that the chemical erosion is about 1 μm for sample (a).
m; a chemical erosion at this depth is not apparent in sample (b).

実施例 この発明はIII−V族半導体材料から高品質自然酸化
物を形成する方法を提示しており、この自然酸化物の厚
さは自然酸化物に変えられる前記III−V族半導体材料
の該当部分の厚さと同じかこれより小さい。この発明に
より形成された自然酸化物はコンデンサ、トランジス
タ、更にはストライプガイドレーザ、表面エミッタのよ
うなレーザを含む電気的、オプトエレクトロニクス的な
活性化装置の製造に特に利用できるが、これらのレーザ
の活性化領域は通常量子井戸構造により定められるよう
に、若干不整合で放出されるエネルギィの波長が長くな
る。この種の装置の例は例えばGaAsにより形成される第
二量子井戸の代わり例えばInGaAsにより形成される第一
量子井戸を有している。この発明の方法により形成され
る自然酸化物は更にIII−V族半導体材料の表面の上に
種々の形状またはパターンを定めるのに使用され多くの
種々の配置を形成する。
Embodiments The present invention provides a method of forming a high quality native oxide from a III-V semiconductor material, wherein the thickness of the native oxide is changed to a native oxide. It is equal to or less than the thickness of the part. The native oxides formed in accordance with the present invention have particular utility in the manufacture of electrical and optoelectronic activation devices, including lasers such as capacitors, transistors, and even stripe guide lasers and surface emitters. The activation region typically has a slightly mismatched emission energy wavelength, as defined by the quantum well structure. An example of such a device has a first quantum well formed, for example, of InGaAs instead of a second quantum well formed, for example, of GaAs. The native oxide formed by the method of the present invention is further used to define various shapes or patterns on the surface of the III-V semiconductor material to form many different arrangements.

この発明の方法によりアルミニウム−含有III−V族
半導体材料から自然酸化物を形成する特別な利用法が見
いだされる。この発明の範囲は優れた結果を説明するあ
らゆる理論とは関係していないが、この発明は水和およ
び/または酸素リッチアルミニウム化合物の劣化を妨げ
る方法で自然酸化物を形成することにより理論付けられ
るが、これらの化合物はアルミニウム−含有材料の該当
部分の厚さに関して従来知られている熱酸化技術により
形成される自然酸化物層の厚さが増加すると考えられ
る。他の面では、この発明はアルミニウム酸化物および
/また水酸化アルミニウム(ここでは無水アルミニウム
化合物と言う)が無水の形態を十分取り、これによりこ
のように形成された自然酸化物の厚さが自然酸化物に変
えられるアルミニウム−含有III−V族材料の該当の部
分の厚さと同じかこれより少ないことが考えられる。
The method of the present invention finds particular use in forming native oxides from aluminum-containing III-V semiconductor materials. While the scope of this invention is not related to any theory explaining good results, the invention is theorized by forming native oxides in a manner that prevents hydration and / or degradation of oxygen-rich aluminum compounds. However, it is believed that these compounds increase the thickness of the native oxide layer formed by previously known thermal oxidation techniques with respect to the thickness of the relevant portion of the aluminum-containing material. In another aspect, the present invention provides that the aluminum oxide and / or aluminum hydroxide (referred to herein as the anhydrous aluminum compound) is fully in the anhydrous form, thereby reducing the thickness of the native oxide thus formed. It is conceivable that the thickness of the relevant portion of the aluminum-containing III-V material that is converted to oxide is less than or equal to the thickness.

既に述べた酸素リッチアルミニウム化合物に関して、
これらには例えばAl0,Al2O,Al2O2を有する化合物が含ま
れる。半導体特性および安定性に悪影響を与えるこれら
の化合物はここではアルミニウム亜酸化物と言う。
Regarding the oxygen-rich aluminum compound already mentioned,
These include compounds having e.g. Al0, Al 2 O, the Al 2 O 2. Those compounds that adversely affect semiconductor properties and stability are referred to herein as aluminum suboxides.

いままで知られているウエット熱酸化法を使用する時
好ましくないものを形成すると考えられ、更に自然酸化
物の品質を劣化させ厚さを増加させる前述の水和化合物
には以下で述べるように水酸化アルムニウムおよび酸化
アルミニウム水和物を含む。
It is believed that when using the known wet thermal oxidation method, it is considered to form an undesired one. Further, the above-mentioned hydrated compound which deteriorates the quality of the native oxide and increases the thickness thereof includes water as described below. Including aluminum oxide and aluminum oxide hydrate.

水酸化アルミニウムに関して、良く知られた結晶性の
形には一般にAl(OH)の形の3個の3水酸化物を含ん
でいるが、これらは従来はギブス石(欧州ではハイドラ
ジライト(hydragillite)として知られている)、バイ
ヤライト、ノルストランダイト(norstrandite)と呼ば
れている。半導体応用に関するこれらの水酸化アルミニ
ウムの悪影響はトリプリ(triply)水酸化状態に関して
いる。
With respect to aluminum hydroxide, a well-known crystalline form generally includes three trihydroxides in the form of Al (OH) 3 , which are conventionally known as gibbsite (hydrazirite in Europe). hydragillite), which is called bayerite, norstrandite. The adverse effect of these aluminum hydroxides on semiconductor applications relates to the triply hydroxylation state.

酸化アルミニウムに関しては、これらはアルミニウム
酸化物、Al2O3の中間の形または過渡的な形から形成さ
れる。これらの中間的な形は、それぞれは半導体の実用
上の目的には不適当であるが、一般に次の様に表され
る:η−Al2O3,χ−Al2O3,δ−Al2O3,θ−Al2O3,κ−Al
2O3,ν−Al2O3。アルミニウム酸化物のこれらの中間的
な形は純無水アルミニウム酸化物とアルミニウムの水酸
化の形の構成上の範囲の間にある。従って、これらの中
間的な形の幾つかはAl2O3・nH2O(0<n<0.6)の形の
水和物から形成できる。これらの中間的な酸化アルミニ
ウムから形成される水和物は酸化アルミニウム水和物と
呼ばれる。更に、例えば3水和物対1水和物の水和度が
大きくなれば、自然酸化物層の厚さの広がりの程度は大
きくなると考えられる。
With respect to aluminum oxides, these are formed from intermediate or transitional forms of aluminum oxide, Al 2 O 3 . These intermediate forms, each of which are unsuitable for semiconductor practical purposes, are generally represented as: η-Al 2 O 3 , χ-Al 2 O 3 , δ-Al 2 O 3 , θ-Al 2 O 3 , κ-Al
2 O 3 , ν-Al 2 O 3 . These intermediate forms of aluminum oxide fall between the structural range of pure anhydrous aluminum oxide and the form of aluminum hydroxide. Thus, some of these intermediate forms can be formed from hydrates of the form Al 2 O 3 .nH 2 O (0 <n <0.6). Hydrates formed from these intermediate aluminum oxides are called aluminum oxide hydrates. Further, it is considered that, for example, as the degree of hydration of trihydrate to monohydrate increases, the degree of spread of the thickness of the native oxide layer increases.

酸化層内の水和の大きさを決定する技術の1つは屈折
率(“n"で示す)を測定することであり、従来の技術は
誘電体定数に関連がある。一般に、屈折率が大きい程酸
化物層の水和度は大きく更に実際の半導体の応用に対し
この酸化物はより不安定になる。例えば、酸化アルミニ
ウム水和物のような水和アルミニウム化合物の屈折率は
一般に約2.0から約11.0の範囲にある。これに比較し
て、無水酸化物の屈折率は一般に約2.0より小さい範囲
である。例えば、酸化ガスプラズマにより形成されたGa
As酸化物の脱水フィルムの屈折率は従来の偏光技術を用
いて測定すると約1.78から約1.87である;脱水酸化ヒ素
(Al2O3)の屈折率は約1.93である。一般に無水酸化ア
ルミニウムおよび水酸化酸化アルミニウムの屈折率は約
2.0より小さい。
One technique for determining the magnitude of hydration in the oxide layer is to measure the index of refraction (indicated by "n"), and the prior art relates to the dielectric constant. In general, the higher the refractive index, the greater the degree of hydration of the oxide layer, and the more unstable this oxide is for practical semiconductor applications. For example, the refractive index of a hydrated aluminum compound such as aluminum oxide hydrate generally ranges from about 2.0 to about 11.0. In comparison, the refractive index of the anhydrous oxide is generally in the range of less than about 2.0. For example, Ga formed by oxidizing gas plasma
The refractive index of the dehydrated film of As oxide is about 1.78 to about 1.87 as measured using conventional polarization techniques; the refractive index of dearsenic arsenic (Al 2 O 3 ) is about 1.93. In general, anhydrous aluminum oxide and aluminum hydroxide oxide have a refractive index of about
Less than 2.0.

前述のように水和性/酸素リッチアルミニウム化合物
の形成の劣化を阻止するようにこの自然酸化物を形成す
る他に、この発明の実施により自然酸化物に変えられる
アルミニウム−含有材料の厚さとほぼ同じかそれより小
さい厚さを有し、実際の半導体の応用に必要な物理的お
よび電気的な不可欠な特性を有する自然酸化物を得るた
め、酸化アルミニウムおよび/または水和酸化アルミニ
ウムを無水の形で多量に得るようにこの発明は自然酸化
物を形成していると考えられる。
In addition to forming this native oxide to prevent degradation of the formation of hydratable / oxygen-rich aluminum compounds as described above, the thickness of the aluminum-containing material that can be converted to native oxide by the practice of this invention is approximately Aluminum oxide and / or hydrated aluminum oxide are converted to anhydrous form to obtain native oxides of the same or smaller thickness and having the physical and electrical essential properties required for practical semiconductor applications. It is considered that the present invention forms a natural oxide so that a large amount can be obtained at the same time.

この点について、厚さがアルミニウム−含有材料の厚
さとほぼ等しいかこれより小さい自然酸化物の厚さをこ
の発明の目的として、アルミニウム−含有材料の厚さに
対する自然酸化物の厚さの比により測定できる。この発
明から判るように、この比は約0.6から約1.1の範囲内に
あるが(アルミニウム−含有材料に比較して約40%の自
然酸化物層の収縮と約10%の拡大を示す)、これは自然
酸化物の物理面に悪影響を及ぼすことはない。
In this regard, the thickness of the native oxide, whose thickness is approximately equal to or less than the thickness of the aluminum-containing material, is, for the purposes of the present invention, the ratio of the native oxide thickness to the aluminum-containing material thickness. Can be measured. As can be seen from the present invention, this ratio is in the range of about 0.6 to about 1.1 (showing about 40% native oxide layer shrinkage and about 10% expansion compared to the aluminum-containing material). This does not adversely affect the physical properties of the native oxide.

アルミニウム酸化物の無水の形に関しては、α−Al2O
3およびγ−Al2O3が含まれる。化学量論的にアルミニウ
ムに1つの酸化物のみがある、すなわちAl2O3、更にこ
の酸化物は多形態であることを理解することはこの発明
を評価する上で重要である:これには種々の結晶性の形
態があり異なる構造を有するが、例えば前述の中間酸化
アルミニウムのようにこれらの大部分は有益な半導体関
連の電気的および物理的特性が関与する限りにおいて標
準以下である。一般に、半導体の実際の応用に必要なパ
ラメータの一番高い度合いを明らかにする酸化アルミニ
ウムの形態はα−Al2O3およびγ−Al2O3を含む無水の形
である。
For the anhydrous form of aluminum oxide, α-Al 2 O
3 and γ-Al 2 O 3 . Understanding that stoichiometrically there is only one oxide of aluminum, Al 2 O 3 , and that this oxide is polymorphic is important in evaluating this invention: Although there are various crystalline forms and different structures, most of these are sub-standard as far as beneficial semiconductor-related electrical and physical properties are concerned, such as the aforementioned intermediate aluminum oxides. In general, the form of aluminum oxide that defines the highest degree of parameters required for practical applications of semiconductors is the anhydrous form, including α-Al 2 O 3 and γ-Al 2 O 3 .

例えば、α−Al2O3は良く調べられたクロース密閉格
子構造を有し、更に良好な硬度、安定性、すり切れと侵
食への耐性、化学的な不活性(水の中での不溶解性、水
に対する非反応性を含む)、顕著な電気特性(誘電体特
性のような)、良好な熱ショック耐性、大きさの安定
性、機械的な強度を示している。
For example, α-Al 2 O 3 has a well-examined close-closed lattice structure, better hardness, stability, resistance to wear and erosion, chemical inertness (insoluble in water) Properties, including non-reactivity to water), outstanding electrical properties (such as dielectric properties), good thermal shock resistance, dimensional stability, and mechanical strength.

水酸化アルミニウム酸化物に関しては、一般にAlO(O
H)の形の2つの良く知られた結晶性フェイズを含んで
おり、このフェイズは従来はダイアスポアおよびベーム
石で示されている。
For aluminum hydroxide oxide, AlO (O
It contains two well-known crystalline phases of the form H), which phases are conventionally indicated by diaspores and boehms.

この発明により形成される自然酸化物は水和性および
/または酸素リッチアルミニウム化合物を劣化させるよ
りも酸化アルミニウムおよび/または水酸化アルミニウ
ム酸化物の無水の形態のように形成されると考えられ、
この状況はこの発明により形成された自然酸化物の厚さ
がアルミニウム−含有材料の厚さにほぼ等しいかこれよ
り小さいことにより明らかにされると考えられる。
It is believed that the native oxide formed according to the present invention is formed more like the anhydrous form of aluminum oxide and / or aluminum hydroxide oxide than deteriorating the hydratable and / or oxygen-rich aluminum compound,
It is believed that this situation is manifested by the thickness of the native oxide formed according to the invention being approximately equal to or less than the thickness of the aluminum-containing material.

モル体積はこれに関して指標となる。すなわち、この
発明の自然酸化物の厚さが自然酸化物に変えられるアル
ミニウム−含有材料の該当部分の厚さにほぼ等しいかこ
れより小さいと言うことはこの発明がアルミニウム−含
有III−V族半導体材料のモル体積とほぼ同じかこれよ
り小さいモル体積を有する自然酸化物の化合物から形成
されていることを示すと考えられる。
The molar volume is an indicator in this regard. That is, the fact that the thickness of the native oxide of the present invention is approximately equal to or less than the thickness of the corresponding portion of the aluminum-containing material which is converted to the native oxide means that the present invention relates to an aluminum-containing III-V semiconductor. It is believed to indicate that it is formed from a native oxide compound having a molar volume approximately equal to or less than the molar volume of the material.

モル体積は次の形で表される: モル体積=分子量÷密度 AlAs(この発明ではアルミニウム−含有III−V族材
料と考えられる)、α−Al2O3,およびγ−Al2O3(この
発明で示すように酸化アルミニウムの無水の形)、ダイ
アスポア(この発明で示すように水酸化アルミニウム酸
化物)、ギブス石(この発明で示すように水酸化アルミ
ニウム)、アルミニウム単および3水和物(この発明で
示すように水和酸化アルミニウム)を次の表1に表す: 表1に関して判るように、酸化アルミニウム、αおよ
びγ−Al2O3,水酸化アルミニウム酸化物のモル体積はAl
Asに示すモル体積と同じかこれより小さいが、これは酸
化物がこの発明を実施したAlAsから形成されていること
を示しており、自然酸化物の厚さはこれを構成するAlAs
の該当部分の厚さと同じかこれより小さく、更に一次的
には脱水アルミニウム化合物、すなわち酸化アルミニウ
ムおよび/または水酸化アルミニウム酸化物の無水の形
で構成される。反対にAlAsから形成される自然酸化物の
厚さが酸化されたAlAsの該当部分より大きい時、−この
場合米国特許番号第4216036号および第4291327号で実施
された方法のように初期の試みは自然酸化物を製造−こ
れは自然酸化物が例えば単水和アルミニウム、3水和ア
ルミニウム、ギブス石、および水酸化アルミニウムのよ
うなAlAsより大きいモル体積を有する化合物から一次的
に構成されていると考えられる。
The molar volume is expressed in the following form: molar volume = molecular weight / density AlAs (considered aluminum-containing III-V material in this invention), α-Al 2 O 3 , and γ-Al 2 O 3 ( The anhydrous form of aluminum oxide as shown in this invention), diaspore (aluminum hydroxide oxide as shown in this invention), gibbsite (aluminum hydroxide as shown in this invention), aluminum mono- and trihydrate (Hydrated aluminum oxide as shown in this invention) is represented in Table 1 below: As can be seen in Table 1, the molar volumes of aluminum oxide, α and γ-Al 2 O 3 , aluminum hydroxide oxide are Al
As small as, or less than, the molar volume shown in As, indicating that the oxide is formed from the AlAs that embody the present invention, and the thickness of the native oxide is
And less than or equal to the thickness of the relevant part, and is primarily constituted in anhydrous form of a dehydrated aluminum compound, ie aluminum oxide and / or aluminum hydroxide oxide. Conversely, when the thickness of the native oxide formed from AlAs is greater than the corresponding portion of oxidized AlAs--in this case, early attempts, such as the methods implemented in U.S. Pat. Produce native oxide-which is primarily composed of compounds having a larger molar volume than AlAs, such as aluminum monohydrate, aluminum trihydrate, gibbsite, and aluminum hydroxide. Conceivable.

アルミニウムと同様に、ガリウムも酸化物から形成さ
れ、Ga2O3には多数の結晶性の形がある;これらの結晶
性の変形はα−Ga2O3,β−Ga2O3,γ−Ga2O3,δ−Ga2O3,
ε−Ga2O3で表される。これらの中で、β−Ga2O3が最も
安定し半導体の使用に最も適している。更に、適当な条
件下ではα−Al2O3のような酸化アルミニウム、および
β−Ga2O3のような酸化ガリウムは固溶体を形成し更にG
aAlO3の化合物を形成する。この発明の実施例におい
て、自然酸化物はIII−V族の半導体材料から形成され
る;例えばAlGaAs,AlInP,AlGaP,AlGaAsP,AlGaAsSb,InAl
GaP,InAlGaAsのようなアルミニウム−含有III−V族半
導体が好ましい。
Like aluminum, gallium is also formed from oxides and Ga 2 O 3 has a number of crystalline forms; these crystalline variants are α-Ga 2 O 3 , β-Ga 2 O 3 , γ −Ga 2 O 3 , δ−Ga 2 O 3 ,
It is represented by ε-Ga 2 O 3 . Of these, β-Ga 2 O 3 is the most stable and most suitable for use in semiconductors. Furthermore, under appropriate conditions, aluminum oxide such as α-Al 2 O 3 and gallium oxide such as β-Ga 2 O 3 form a solid solution and
Forms a compound of aAlO 3 . In an embodiment of the invention, the native oxide is formed from a III-V semiconductor material; for example, AlGaAs, AlInP, AlGaP, AlGaAsP, AlGaAsSb, InAl.
Aluminum-containing III-V semiconductors such as GaP, InAlGaAs are preferred.

この発明の実施例では、アルミニウム−含有III−V
半導体材料は例えばGaAs,GaP,GaAsSb,InGaP,InGaAsのよ
うなアルミニウムを含まないIII−V半導体材料の表面
の上に重なっている。アルミニウム−含有重ね層の厚さ
がそれ程大きくなく、アルミニウム−含有層を通して所
要の酸化リアクタントの拡散を妨害する時、アルミニウ
ム−含有層の自然酸化物層への変化はアルミニウムを含
まないIII−V族のインターフェイスで実質的に終わ
り、あるいは所定の層またはインターフェイスの層のア
ルミニウムが約30%以下であれば、例えばxはAlxGa1-x
Asのような材料内では約0.3である。酸化反応を最終的
に停止する拡散効果は通常はアルミニウム−含有材料の
厚さが約10000Å以上である時のファクタになる。
In an embodiment of the invention, the aluminum-containing III-V
The semiconductor material overlies the surface of an aluminum-free III-V semiconductor material such as, for example, GaAs, GaP, GaAsSb, InGaP, InGaAs. When the thickness of the aluminum-containing layer is not so great and impedes diffusion of the required oxidant reactant through the aluminum-containing layer, the conversion of the aluminum-containing layer to a native oxide layer is reduced to the aluminum-free III-V group. Substantially terminates at the interface of, or if less than about 30% of the aluminum is in a given layer or interface layer, for example, x is Al x Ga 1-x
In materials such as As it is about 0.3. The diffusion effect that ultimately stops the oxidation reaction is usually a factor when the thickness of the aluminum-containing material is greater than about 10,000 °.

この発明の方法はアルミニウム−含有III−V族半導
体材料を水蒸気が好ましいが水を含む環境の中で露出さ
せている。この発明の実施例の良好な実施において、水
蒸気は窒素のような不活性ガスと共にある。これらの水
蒸気は水でほぼ飽和した窒素または他の不活性ガスの中
にあることが好ましい。水を含んだ不活性ガスの環境は
好ましいが、フロー(flow)の状態では必要がない。こ
のフローの時、その速度は少なくとも約1時間当たり0.
5スタンダードキュービックフィート(scfh)とする必
要があるが、約1.0−3.0scfhとすること、特に1.5とす
ることが好ましい。
The method of the present invention exposes the aluminum-containing III-V semiconductor material in an environment that preferably contains water vapor but contains water. In the preferred practice of embodiments of the present invention, the water vapor is with an inert gas such as nitrogen. These water vapors are preferably in nitrogen or other inert gas which is substantially saturated with water. While an inert gas environment containing water is preferred, it is not necessary in a flow state. During this flow, the speed is at least about 0.1 per hour.
It must be 5 standard cubic feet (scfh), but is preferably about 1.0-3.0 scfh, especially 1.5.

この発明の実施では温度を少なくとも375℃にしてい
る。先ず第一に自然酸化物を形成するため特定の時間を
オーバーする必要がないが、これに関するある種に実行
を特にxが約0.7以上のAlxGa1-xAsのようなアルミニウ
ム−含有III−V族半導体材料に応用することが好まし
い。
In the practice of the present invention, the temperature is at least 375 ° C. First of all, it is not necessary to exceed a specific time to form the native oxide, but certain implementations in this regard have been particularly implemented in aluminum-containing III such as Al x Ga 1-x As where x is greater than about 0.7. It is preferably applied to a group V semiconductor material.

このように、一番目の実施例では使用した温度は約37
5℃から約600℃の範囲、特に約390℃から約500℃の範
囲、更には約400℃から約450℃が好ましく、水を含んだ
環境に露出される時、約0.1時間から6.0時間露出するこ
とが好ましい。この一番目の実施例のより好ましい時間
は1.0時間から5.9時間である;より好ましい時間は2.0
時間から4.0時間である。一番目の実施例に対し最も好
ましい時間は3.0時間である。
Thus, in the first embodiment, the temperature used was about 37
Preferably from 5 ° C to about 600 ° C, especially from about 390 ° C to about 500 ° C, and more preferably from about 400 ° C to about 450 ° C, and when exposed to an environment containing water, exposed for about 0.1 hours to 6.0 hours. Is preferred. A more preferred time for this first embodiment is 1.0 to 5.9 hours; a more preferred time is 2.0
From time to 4.0 hours. The most preferred time for the first embodiment is 3.0 hours.

急速熱処理に関するこの発明の2番目の実施例では、
約600℃から約1000℃の範囲の温度が採用されている。
この2番目の良好な面によれば、採用された温度は約65
0℃から約1000℃の範囲であり、約700℃から約900℃が
より好ましく約800℃が最も好ましい。
In a second embodiment of the invention relating to rapid heat treatment,
Temperatures ranging from about 600 ° C to about 1000 ° C have been employed.
According to this second good aspect, the temperature employed was about 65
It ranges from 0 ° C. to about 1000 ° C., more preferably from about 700 ° C. to about 900 ° C., and most preferably about 800 ° C.

この発明の2番目の実施例の実施において、水を含ん
だ環境にさらすことは材料が使用した状態のもとでセル
フキャッピング(self−capping)であるかにより左右
される。もしそうでなければ、このさらす時間は約120
秒であることが好ましい。この2番目の実施例に対しよ
り好ましい時間は約5秒から約90秒である;更に好まし
いのは約10秒から約60秒でこの2番目の実施例に1番好
ましいのは約15秒から30秒である。
In the practice of the second embodiment of the present invention, exposure to a water-containing environment depends on whether the material is self-capping under the conditions of use. If not, this exposure time is about 120
Preferably, it is seconds. A more preferred time for this second embodiment is from about 5 seconds to about 90 seconds; even more preferred is from about 10 seconds to about 60 seconds, and most preferred for this second embodiment is from about 15 seconds to about 90 seconds. 30 seconds.

この発明の2番目の実施例の実施において好ましい時
間はヒ素のようなある種のIII−V族材料がより高い温
度では蒸発する傾向を有すると言うことを考慮して短く
される。セルフキャッピングでない材料をさらす時間が
短いことはあらゆるロスを防ぎ最小にすることに好まし
い。
The preferred time in the practice of the second embodiment of the present invention is reduced in view of the fact that certain III-V materials, such as arsenic, have a tendency to evaporate at higher temperatures. Shorter exposure times of non-self-capping material are preferred to prevent and minimize any losses.

この発明の実施において、特に前述に記載の2番目の
実施例の実施において、酸化される材料は先ず第一に前
述の温度にさらされるか、または従来の焼きなまし炉ま
たはオーブンのように約1秒以下が好ましいが約2秒以
下でこれらの温度に到達できる加熱装置で低い温度、例
えば室温(約20℃−25℃)からこれらの温度まで加熱さ
れる。
In the practice of the present invention, particularly in the practice of the second embodiment described above, the material to be oxidized is first exposed to the aforementioned temperature, or for about one second as in a conventional annealing furnace or oven. The following is preferred, but heating is performed from a low temperature, for example, room temperature (about 20 ° C. to 25 ° C.), to these temperatures in a heating device which can reach these temperatures in about 2 seconds or less.

いずれの場合も、この発明の実施においてこの温度は
一定に保たれる。このように、例えば前述の説明の範囲
にこの温度は上下に変化する。これらの温度の範囲は最
終的な酸化物およびこの半導体の目的の利用に悪影響を
与える水和アルミニウム化合物および/または亜酸化ア
ルミニウムの形成を阻止すると考えられる。同時にこれ
らの温度の範囲はα−Al2O3のような酸化アルミニウム
および/またはダイアスポアのような水酸化酸化アルミ
ニウムの無水の形の形成を阻止すると考えられる。
In each case, this temperature is kept constant in the practice of the invention. Thus, this temperature varies up and down, for example, in the range described above. It is believed that these temperature ranges prevent the formation of hydrated aluminum compounds and / or aluminum suboxides that adversely affect the final oxide and use of the semiconductor for this purpose. At the same time, it is believed that these temperature ranges prevent the formation of anhydrous forms of aluminum oxide such as α-Al 2 O 3 and / or aluminum hydroxide oxide such as diaspore.

他の処理は自然酸化物に有害な影響を与えることなく
アルミニウム−含有III−V族材料を水を含んだ環境の
中にさらした後に発生する。このように自然酸化物およ
びその構造は、酸化物を形成するのに使用された温度と
同じかそれ以上の異なる温度で連続的に加熱しながら、
水を含んだ環境で乾燥される。不活性ガスは自然酸化物
を含んだ構造に加えられこの乾燥を容易にする。例え
ば、約400℃から約450℃におけるフローイング水蒸気−
窒素(または他の不活性ガス)システムで、このシステ
ム内への水蒸気のフロー(流れ)は例えば0.25時間後に
停止する;窒素ガスのフローはしかし例えば2時間続
く。フローイング窒素システムの温度は酸化物を形成す
る間使用された温度を同じか、またはこの温度は例えば
450℃から500℃の間で上下に変化する。
Other treatments occur after exposing the aluminum-containing III-V material to a water-containing environment without deleteriously affecting native oxides. Thus, the native oxide and its structure, while continuously heating at a different temperature, equal to or higher than the temperature used to form the oxide,
Dry in a watery environment. An inert gas is added to the structure containing the native oxide to facilitate this drying. For example, flowing steam at about 400 ° C. to about 450 ° C.
In a nitrogen (or other inert gas) system, the flow of steam into the system is stopped after, for example, 0.25 hours; the flow of nitrogen gas, however, lasts for example 2 hours. The temperature of the flowing nitrogen system is the same as the temperature used during the formation of the oxide, or this temperature is for example
It changes up and down between 450 ° C and 500 ° C.

酸化物の形成の後に生じ自然酸化物の品質に悪影響を
与えない他の処理に焼きなましがある。III−V族半導
体材料に従来から行なわれているように、この焼きなま
しは“乾燥”状態すなわち水の無い状態で行なわれる。
これに関する乾燥状態は通常N2ガスの環境が使用され
る。焼きなましは更にこの焼きなましに使用された熱状
態で蒸発する傾向を有する材料を加圧することにより行
なわれる。このように自然酸化物を含んだ構造はヒ素ま
たはリンの加圧を選択的に含むアンプルの中で焼きなま
しが行なわれる;前者はヒ素を含んだIII−V族半導体
材料(AlGaAsのような)に通常使用され、後者はリンを
含んだIII−V族半導体材料(InGaPのような)に使用さ
れる。焼きなましはいずれの場合も一般に約600℃から8
50℃の温度で行なわれるが、通常は約0.25時間から約4
時間の間高い温度、例えば850℃で行なわれることが好
ましい。
Another treatment that occurs after oxide formation and that does not adversely affect the quality of the native oxide is annealing. This annealing is performed in a "dry" state, i.e., without water, as is conventionally done for III-V semiconductor materials.
The dry state in this regard usually uses an N 2 gas environment. Annealing is further performed by pressurizing the material used in the annealing that tends to evaporate in the hot state. Thus, the native oxide-containing structure is annealed in an ampoule that selectively includes arsenic or phosphorus pressurization; the former involves the use of arsenic-containing III-V semiconductor materials (such as AlGaAs). Commonly used, the latter being used for phosphorus-containing III-V semiconductor materials (such as InGaP). Annealing is generally about 600 ° C to 8 in all cases.
The reaction is carried out at a temperature of 50 ° C., usually about 0.25 hours to about 4 hours.
It is preferably carried out at a high temperature, for example 850 ° C., for a time.

次の例はこの発明の範囲を説明するため与えている。
これらの例は例証の目的でのみ与えているので、この発
明はこれにより制限されない。
The following example is provided to illustrate the scope of the present invention.
The present invention is not limited thereby, as these examples are given for illustrative purposes only.

例1 AlXGa1-XAs−AlAs−GaAs量子井戸ヘテロ構造および超格
子の酸化 AlAs−GaAs超格子(SLs)はR.D.Dupuis他により記載
されC.M.Wolfeにより編集された“GaAsおよび関連化合
物に対する国際シンポジウムの議事録”(物理協会、ロ
ンドン、1979年)P1−9に記載され、更にM.J.Ludowise
によりJ.Appl.Phys.,58R31(1985年)による金属−オル
ガニック化学蒸気堆積技術により形成される。いくつか
のSLsはそれぞれが約1ミクロン(μm)の厚さであ
る。SL1と示す超格子は約150Åの大きさのLBと約45Åの
幅LZのGaAs井戸を有するAlAs障壁がある。SL2で示す超
格子には約70ÅのLB(AlAs)と約30ÅのLB(GaAs)があ
る。超格子は特別な特性、例えばサイズ量子化を有して
いるが、この超格子は更に比較的“粗い”すなわち非確
率的であるAlxGa1-xAs合金と見なされる。この例におい
ては、SL1はSL2より2倍粗い。SL1とSL2は(100)表面
を有し、D.G.Deppe他のJ.App1.Phy.,64,R93(1988
年)、およびW.D.Laidig他のAppl.Phy.Lett.,38,776(1
981年)により記載されたように575℃で0.5時間ZnAs2
ら(Zn)の拡散による不純物−誘導層不規則法(IILD)
によりランダムにまたは細かなスケールの合金の中に与
えられる。
Example 1 Oxidation of Al X Ga 1-X As-AlAs-GaAs quantum well heterostructures and superlattices AlAs-GaAs superlattices (SLs) were described by RDDupuis et al. Minutes "(Physical Society, London, 1979), P1-9, and MJ Ludowise
By the metal-organic chemical vapor deposition technique according to J. Appl. Phys., 58R31 (1985). Some SLs are each about 1 micron (μm) thick. The superlattice, denoted SL1, has an AlAs barrier with a LB of about 150 ° in size and a GaAs well of about 45 ° in width LZ. The superlattice denoted by SL2 has LB (AlAs) of about 70 ° and LB (GaAs) of about 30 °. Although superlattices have special properties, such as size quantization, they are further regarded as Al x Ga 1-x As alloys which are relatively “coarse” or non-stochastic. In this example, SL1 is twice as coarse as SL2. SL1 and SL2 have a (100) surface and are described by DGDeppe et al. In J. Appl. Phy., 64, R93 (1988
Year), and WDLaidig et al. Appl. Phy. Lett., 38,776 (1
981) Impurity-induced layer disordering (IILD) by diffusion of (Zn) from ZnAs 2 at 575 ° C. for 0.5 hour as described by
In a random or fine scale alloy.

SLsは直径が約37μmのSiO2の円盤でマスクされてい
る。この円盤は化学的蒸気堆積により堆積され、(標準
写真製版により)センタが約76μmの四角いアレーにパ
ターン化されている。Znの拡散とマスキングSiO2を除去
した後、(機械的なラッピングおよびウエット化学的エ
ッチングの標準法による)クリスタル基板の除去と同じ
く、均一なアレーに分布し(直径が約37μmの)レッド
ギャップSL円盤を有したスムースなイエローギャップAl
xGa1-xAsの小プレート(厚さが約1μm)がN.Holonyak
他のAppl,Phys.Lett.,39,102(1981年)に記載のように
得られる。“細かい”スケール(イエロー)および“粗
い”スケール(レッド)の合金は全てが1つのサンプル
内にあるが、このサンプルはこの発明の方法により酸化
されている:サンプルは95℃に維持されたH2Oの泡を通
して(フローレイトがほぼ1.5scfhの)N2キャリアガス
を通して得られるH2O水蒸気の環境の中で3時間400℃の
炉の中で加熱される。この方法によりこのように得られ
たサンプルはスムースで光沢のある表面を有した自然酸
化物を形成するが、これらは酸化の前より光沢がある。
この表面の特性は水酸化酸化アルミナの遊離した密集
し、コンパクトな酸化物であることと、自然酸化物コン
ポーネントの大部分がα−Al2O3のような無水酸化アル
ミニウムのように形成されていることである。
SLs are masked with a SiO 2 disk with a diameter of about 37 μm. The disk was deposited by chemical vapor deposition and the center was patterned (by standard photolithography) into a square array of about 76 μm. After removing the Zn diffusion and masking SiO 2 , the red gap SL (approximately 37 μm in diameter) is distributed in a uniform array, similar to the removal of the crystal substrate (by standard methods of mechanical lapping and wet chemical etching). Smooth yellow gap Al with disk
x Ga 1-x As small plate (about 1μm thick) is N. Holonyak
Other Appl, Phys. Lett., 39, 102 (1981). The alloys of the "fine" scale (yellow) and the "coarse" scale (red) are all in one sample, but this sample has been oxidized by the method of the present invention: the sample is maintained at 95 ° C. Heated in a furnace at 400 ° C. for 3 hours in an environment of H 2 O steam obtained through N 2 carrier gas (flow rate is approximately 1.5 scfh) through a 2 O bubble. The samples thus obtained by this method form native oxides with smooth and glossy surfaces, but they are glossier than before oxidation.
The characteristics of this surface are that it is a free, compact and compact oxide of hydroxide oxide alumina, and that most of the native oxide components are formed like anhydrous aluminum oxide like α-Al 2 O 3 It is that you are.

この発明により酸化されたSL1の割れ目のある部分は
図1に示してある。直径が37μmのSL盤の上部の端は割
れており、更にSLサンプル(盤)の端をこの発明の酸化
処理にさらすように配置されている。円盤の下側の列は
割れておらず表面(前後)がこの発明の酸化処理にさら
されている。図1に示すように割れ目のあるSL盤を自然
酸化物に変えることはSLの端から測定して約24μmの深
さで行なわれる(小さな水平の矢で示す)。この酸化物
の厚さは割れ目がありさらされたSLの厚さと同じであ
る。自然酸化物層の厚さの広がりが見られない。円盤の
下側の列には、周辺の酸化を図示している。この発明の
方法による酸化のあと、円盤の上側の列は固体であり、
全体がほぼクリアに近く、IILDによるAlxGa1-xAs(xは
約0.8)材料は外見はイエローであり円盤の底の列は
(酸化表面を有するSL1)レッドである。
The cracked portion of SL1 oxidized according to the present invention is shown in FIG. The top edge of the SL board having a diameter of 37 μm is cracked, and the SL sample (board) is arranged so as to be exposed to the oxidation treatment of the present invention. The lower row of disks is unbroken and the surface (front and back) is exposed to the oxidation treatment of the present invention. Converting a cracked SL disk to native oxide as shown in FIG. 1 is performed at a depth of about 24 μm as measured from the edge of the SL (indicated by a small horizontal arrow). The thickness of this oxide is the same as the thickness of the cracked and exposed SL. No increase in the thickness of the native oxide layer is observed. The lower row of disks shows the peripheral oxidation. After oxidation according to the method of the invention, the upper row of disks is solid;
Whole is close to almost clear, Al x Ga 1-x As (x is approximately 0.8) Materials by IILD the appearance column at the bottom of and disk yellow is red (SL1 having an oxidized surface).

酸化プロセスの時間を3時間から1時間に減少するこ
とにより(他のすべてのパラメータは同じ)、SL1の円
盤の端の酸化物は図2に示すようにS1の端から測定して
約3μmの深さにある(小さな水平の矢で示す)。この
深さ(厚さ)は酸化物に変えられたSLの円盤の該当の部
分の深さ(厚さ)と同じである。元のSLの厚さに比較し
てこの酸化物には広がりすなわち増加は見られない。図
1の場合には3時間であるのに対し、図3ではSL2の(L
B+LZは約100Å)酸化の時間は3時間である。SL1より
も細かいスケールの合金であるSL2の円盤の端の酸化は
酸化時間が長く、SLの端から測定して2−3μmの深さ
で行なわれている。2−3μmの酸化の深さは酸化物に
変えられた元のSLの厚さとほぼ同じである。酸化物の深
さ(厚さ)に対する増加または広がりは見られない。イ
エローギャップのAlxGa1-xAsの材料(xは約0.7)のIIL
D合金も酸化されるが、広範囲ではない;酸化は光沢の
ある表面を除いてほとんど注目する必要がない。(AlA
s)(GaAs)1-xの合金の酸化物化の違いはランダムな
合金でより“ゆっくり”変化する構成の少ない時粗いス
ケールから細かいスケールに進む時見られる。しかし、
全ての場合、この発明の方法により形成された酸化物の
厚さは酸化物に変えられる合金の該当部分の厚さとほぼ
同じである。
By reducing the time of the oxidation process from 3 hours to 1 hour (all other parameters being the same), the oxide at the end of the disk of SL1 is about 3 μm measured from the end of S1 as shown in FIG. At depth (indicated by a small horizontal arrow). This depth (thickness) is the same as the depth (thickness) of the corresponding portion of the SL disk converted to oxide. There is no spread or increase in this oxide compared to the original SL thickness. In FIG. 1, the time is 3 hours, whereas in FIG. 3, SL2 (L
B + LZ is about 100Å) The oxidation time is 3 hours. Oxidation of the edge of the disk of SL2, which is a finer-scale alloy than SL1, takes a long oxidation time, and takes place at a depth of 2-3 μm as measured from the edge of SL. The 2-3 μm oxidation depth is about the same as the original SL thickness converted to oxide. No increase or spread to the depth (thickness) of the oxide is seen. IIL of Al x Ga 1-x As material of yellow gap (x is about 0.7)
Alloy D is also oxidized, but not extensively; oxidation requires little attention except for shiny surfaces. (AlA
The difference in oxidization of the s) x (GaAs) 1-x alloys is seen when going from a coarser scale to a finer scale with less “slow” changing composition in a random alloy. But,
In all cases, the thickness of the oxide formed by the method of the present invention is about the same as the thickness of the relevant portion of the alloy that is converted to oxide.

図1から図3には(AlAs)(GaAs)1-xSLsの上に形
成された酸化物の中の異方性が大きいことを示してい
る。層に対する酸化は層に添うよりも“ゆっくり”であ
り、アプローチが開始されまたはSlのスケールが細かい
時等しくなる。これは図3を(SL2のLB+LZはほぼ100
Å)図1(SL1のLB+LZ)と比較することにより判る。
1 to 3 show that the oxide formed on (AlAs) x (GaAs) 1-x SLs has large anisotropy. Oxidation on the layer is "slower" than following the layer, and is equal when the approach is initiated or when the Sl scale is fine. This is shown in Figure 3 (LB + LZ of SL2 is almost 100
Å) It can be found by comparing with FIG. 1 (LB + LZ of SL1).

この発明の方法により形成される酸化物の高品質性は
ホトポンプ形レーザにより示されている。図4には図2
の内側(シールされた端)のSL1の円盤の1に対するホ
トポンプ形レーザの動作を示している;このサンプルは
従来の方法によるダイアモンドウインドのもとで焼きな
ましの銅内で加熱圧縮されている。このSLサンプルのレ
ーザの動作(300゜K)はレッドギャップのSL円盤の両側
にあるいくつかの層の酸化によるロスを用いて、更にク
リスタルおよびドーピングの差(重いp型の端)により
円盤の周辺では非均一性を有している。これらの結果は
少なくとも一部は形成された自然酸化物の厚さが酸化物
に変えられるクリスタルの該当部分の厚さとほぼ同じで
あることによると考えられる。すなわち、このように形
成された自然酸化物の厚さがレーザ構造に歪みが殆どな
いSL層の該当部分と同じであるため、高性能の動作が可
能である。
The high quality of the oxide formed by the method of the present invention has been demonstrated by a photopump laser. FIG. 4 shows FIG.
Shows the operation of a photopump-type laser on one of the SL1 disks inside (sealed end) of the sample; this sample is heated and compressed in annealed copper under a diamond window according to conventional methods. The laser operation of this SL sample (300 K) uses the loss due to oxidation of several layers on both sides of the red gap SL disk, and furthermore, the difference in crystal and doping (heavy p-type edge) The periphery has non-uniformity. It is believed that these results are due, at least in part, to the fact that the thickness of the native oxide formed is about the same as the thickness of that portion of the crystal that is converted to oxide. That is, since the thickness of the thus formed native oxide is the same as that of the SL layer where the laser structure has almost no distortion, high-performance operation is possible.

例2 自然酸化物によるシングルストライプ形状のAlxGa1-xAs
−GaAs量子井戸ヘテロ構造のレーザ ゲイン−ガイド型酸化物−ストライプ量子井戸ヘテロ
構造(QWH)レーザを製造するこの発明による自然酸化
物の使用について調査した。簡単な処理により形成され
るこれらの装置は目立った動作特性を有することが判る
が、これらの特性は自然酸化物の特性および自然酸化物
の厚さがクリスタルの該当の部分と同じであることに直
接基づいている;このようにレーザの構造は酸化部の厚
さが拡大する時生ずるような歪みまたは緊張がない。
Example 2 Single stripe Al x Ga 1-x As made of native oxide
GaAs quantum well heterostructure laser Gain-guided oxide-Striped quantum well heterostructure (QWH) lasers were investigated for use of native oxides according to the invention. It can be seen that these devices formed by simple processing have outstanding operating characteristics, but these characteristics are that the native oxide properties and the native oxide thickness are the same as the corresponding parts of the crystal. It is directly based; thus, the structure of the laser is free of distortion or strain as occurs when the thickness of the oxidized portion increases.

これらのレーザのエピタキシアル層は例1で参照のDu
puis他に記載のようにメタルオーガニック化学蒸気堆積
(MOCVD)によりnタイプの(100)GaAs基板の上に形成
される。Al0.8Ga0.2Asの低い閉じ込め層は1番目のGaAs
バッファ層の後に形成されている。QWHの活性化領域は
次に形成されている;この活性化領域は厚さが約400Å
のGaAs量子井戸(QW)の両側のAl0.25Ga0.75Asの導波管
層により対称に構成されている。最後に、QWHの上部に
はp型Al0.8Ga0.2As上側の閉じ込め層が約9000Åの厚さ
まで形成されている。QWHは全体が約800Åの厚さを有す
るドーピングが十分されたp型GaAs接触層によりキャッ
プされている。
The epitaxial layers of these lasers are referred to as Du in Example 1
It is formed on an n-type (100) GaAs substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) as described by Puis et al. The low confinement layer of Al 0.8 Ga 0.2 As is the first GaAs
It is formed after the buffer layer. The activation region of the QWH is then formed; this activation region is approximately 400 mm thick.
GaAs quantum wells (QW) are symmetrically constituted by Al 0.25 Ga 0.75 As waveguide layers on both sides. Finally, a confinement layer above p-type Al 0.8 Ga 0.2 As is formed on the top of the QWH to a thickness of about 9000 °. The QWH is capped by a fully doped p-type GaAs contact layer having a total thickness of about 800 °.

ダイオードはクリスタルの表面にSiO2を約1000Å化学
蒸気堆積(CVD)することにより形成される。標準的な
写真製版およびプラズマエッチング技術を使用すること
により、幅が10μmのSiO2のストライプはマスキングの
ためのウエーハの表面に形成されている。クリスタルは
SiO2マスキングストライプにより保護されない領域でGa
As接触層を除去するためH2SO4:H2O:H2O(1:8:80)内で
エッチングされている。幅が10μmのストライプ領域を
除いて、これによりAlxGa1-xAs(xはほぼ0.8)の上側
の閉じ込め層がさらされる。自然酸化物はこの発明の方
法により上側の閉じ込め層の十分さらされたアルミニウ
ム−含有から形成されている。QWHクリスタルは、約95
℃に保たれたH2Oの泡を通してN2キャリアガス(レイト
は約1.4scfh)を通すことにより形成されたH2O蒸気の中
に3時間400℃で加熱されている。露出されたAlxGa1-xA
s(xは約0.8)は約1500Åで自然酸化物に変えられてい
る。この方法によりこのように得られた酸化物は厚さが
約1000−1500Åであるが、この厚さは露出された上側の
閉じ込め層の該当部分の厚さ以下であり、更にクリアで
透明で(光学効果により青が生じている時は)均一な青
である。酸化の後、SiO2のマスキング層は従来のプラズ
マエッチングにより除去される(CF4と4%O2)。自然
酸化物はSiO2層のプラズマ除去により安定する。
The diode is formed by chemical vapor deposition (CVD) of SiO 2 on the surface of the crystal at about 1000 °. Using standard photolithography and plasma etching techniques, a 10 μm wide stripe of SiO 2 is formed on the surface of the wafer for masking. Crystal
Ga in areas not protected by the SiO 2 masking stripes
To remove the As contact layer H 2 SO 4: H 2 O : H 2 O (1: 8: 80) is etched in. Except for the stripe region with a width of 10 μm, this exposes the confinement layer above Al x Ga 1 -x As (x is approximately 0.8). The native oxide is formed from the fully exposed aluminum-containing upper confinement layer by the method of the present invention. QWH crystal is about 95
It is heated at 400 ° C. for 3 hours in H 2 O vapor formed by passing a N 2 carrier gas (rate about 1.4 scfh) through a H 2 O bubble maintained at 0 ° C. Exposed Al x Ga 1-x A
s (x is about 0.8) is converted to native oxide at about 1500 °. The oxide thus obtained by this method has a thickness of about 1000-1500 °, which is less than the thickness of the corresponding part of the exposed upper confinement layer, and is also clear and transparent ( It is uniform blue (when blue is produced by optical effects). After oxidation, the SiO 2 masking layer is removed by conventional plasma etching (CF 4 and 4% O 2 ). The native oxide is stabilized by plasma removal of the SiO 2 layer.

図5にはSiO2のマスキング層を除去する前のクリスタ
ルの断面を示している。図5(a)の垂直な矢はSiO2
(左側)と自然酸化層(右側)の厚さを示している。図
5(b)は自然酸化物(右側)がKOH−K3Fe(CN)
合液内でエッチングにより除去されている断面を示して
いる。図5(b)の垂直の1組の矢は除去の前の酸化物
の位置を示している。図5はこの発明の酸化法がクリス
タルオリエンテーションに対し若干関係していることを
示している。例えば、図5には酸化物によりSiO2のマス
キングストライプとGaAs接触層の下部が切断されている
ことを示しており、AlxGa1-xAs(xは約0.8)閉じ込め
層の上に結晶学的なステップを形成する傾向がある。こ
れは図5(b)の中で小さな斜線の矢を示している。ク
リスタルオリエンテーションとの関連性により自然酸化
物はインターフェイスでのボンディングの問題が最小に
または除去されることを意味する基礎的な構造に適合し
ていることが示されている。
FIG. 5 shows a cross section of the crystal before removing the SiO 2 masking layer. The vertical arrows in FIG. 5A indicate the thickness of the SiO 2 layer (left) and the thickness of the native oxide layer (right). FIG. 5B shows a cross section in which the native oxide (right side) has been removed by etching in a KOH-K 3 Fe (CN) 6 mixed solution. A set of vertical arrows in FIG. 5 (b) indicate the position of the oxide before removal. FIG. 5 shows that the oxidation method of the present invention is somewhat related to crystal orientation. For example, FIG. 5 shows that the oxide has cut off the masking stripe of SiO 2 and the lower part of the GaAs contact layer, and the crystal is formed on the Al x Ga 1 -x As (x is about 0.8) confinement layer. Tend to form biological steps. This shows a small hatched arrow in FIG. In connection with crystal orientation, native oxide has been shown to be compatible with the underlying structure, which means that bonding problems at the interface are minimized or eliminated.

SiO2マスキングストライプが除去された後、このクリ
スタルはGaAsストライプ接触ドーピングを増加させるた
め浅いZn拡散(ソースがZnAs2,25分、540℃)のアンプ
ルの中にシールされている。クリスタルは露出されたGa
As接触ストライプの上でチタニウム−プラチナ−金(Ti
−Pt−Au)でメタリゼーションが行なわれている。この
メタリゼーションはメタリゼーションがしばしばはげる
従来の技術の方法による酸化物または他の誘電体の上よ
りも良好にこの自然酸化物の上で行なわれる。p型サイ
ドメタリゼーションの後、このクリスタルは基板から
(100μmまで)すずがかぶせられ更にn型サイドの上
がゲルマニウム−金−ニッケル−金(Ge−Au−Ni−Au)
でメタリゼーションが行なわれる。ウエーハがファブリ
ー−ペローバーの中の割れ目に作られソー(saw)カッ
トストライプ接触部分は常温、すなわち300゜Kで連続波
(CW)レーザとして動作するためインジウム(In)で銅
ヒートシンクに取り付けられている。接触ストライプの
ない同様のソーカットの部分が酸化物のブロキングの動
作を調べるため用意されている。
After removal of the SiO 2 masking stripe, the crystal is sealed in a shallow Zn diffusion (ZnAs 2 , 25 min, 540 ° C.) ampoule to increase GaAs stripe contact doping. Crystal is exposed Ga
Titanium-Platinum-Gold (Ti
-Pt-Au). This metallization is performed on this native oxide better than on oxides or other dielectrics according to the prior art methods, which metallization often strips. After p-type side metallization, the crystal is tin-plated (up to 100 μm) from the substrate and germanium-gold-nickel-gold (Ge-Au-Ni-Au) on the n-type side.
The metallization is performed. A wafer is created in the crevices in the Fabry-Perot bar and the saw cut stripe contact is attached to the copper heat sink with indium (In) to operate as a continuous wave (CW) laser at room temperature, ie, 300 ° K. . A similar saw cut without contact stripes is provided to examine the operation of oxide blocking.

図6(a)はGaAs接触ストライプ領域においてQWHク
リスタルの上に作られたダイオードの電流−電圧(I−
V)特性を示している;図6(b)は接触ストライプが
無い時(すなわち、クリスタルの上でソーカット部分が
自然酸化物と接触する場合)生ずるオープンカイロのダ
イオードを示している(スケールは同じ)。
FIG. 6A shows the current-voltage (I-) of a diode made on a QWH crystal in the GaAs contact stripe region.
V) Characteristic; FIG. 6 (b) shows an open-body diode (with the same scale) that results when there is no contact stripe (ie, when the saw cut contacts the native oxide on the crystal). ).

これらのレーザダイオードの高品質はそれらの動作特
性(300゜Kでの連続波)により説明される。(キャビテ
イがほぼ500μmの長さを有する)ダイオードは図7に
示すように(a)20mA,(b)30mA,(c)40mAのスペク
トラム曲線によりスレショルドを示している。パワー対
電流(L−I)曲線の対応点は図7の挿入部に示してあ
る。パワー対電流特性は角が急でありクリーブド−カッ
プルドキャビテイダオードを示している。これにより酸
化物は従来の技術の方法により形成されたものと異な
り、クリスタルオリエンテーションに対する感度(関
連)からクリスタルの表面をリップルする、すなわち
“ぎざぎざにし”、更に自然な分布型フィードバックを
いくつか与えることが提示されている。ダイオードがス
レショルドを示すように(図7)、マルチプルモード動
作(スペクトル“リンギング”)に対する若干の傾向が
示されている。図7のスペクトル曲線(b)は狭いがリ
ンギングが無く、更に高い電流の(c)40mAでは図7に
示すようにスレショルドの上でシングルモードが支配的
である。
The high quality of these laser diodes is explained by their operating characteristics (continuous wave at 300 K). The diode (having a cavity length of approximately 500 μm) shows a threshold according to the spectrum curves of (a) 20 mA, (b) 30 mA, and (c) 40 mA as shown in FIG. The corresponding points on the power versus current (LI) curve are shown in the insert in FIG. The power versus current characteristics are steep and exhibit a cleaved-coupled cavity diode. This allows the oxide to ripple (ie, jagged) the crystal surface due to its sensitivity to crystal orientation (related), unlike those formed by prior art methods, and to provide some natural distributed feedback. Is presented. As the diode exhibits a threshold (FIG. 7), there is some tendency for multiple mode operation (spectral "ringing"). The spectrum curve (b) of FIG. 7 is narrow but free of ringing, and at a higher current (c) of 40 mA, the single mode is dominant above the threshold as shown in FIG.

これらの凹のある酸化物、シングルストライプダイオ
ードの品質、および自然酸化物へのメタリゼーションの
取り付けにより、酸化物の側面の上で銅ヒートシンクに
インジウムを容易に取り付けられるが、これによりQWH
の活性化領域のごく近くでヒートシンキングが非常に効
果的になる。図8には可能なハイパワー連続波レーザの
動作を示している。面当たりのパワーは破壊前に100mW
を越えている。
The quality of these recessed oxides, the quality of single-stripe diodes, and the attachment of metallization to native oxide allows for easy indium attachment to copper heatsinks on the sides of the oxide, but this results in a QWH
Heat sinking is very effective in the immediate vicinity of the activation area. FIG. 8 shows the operation of a possible high power continuous wave laser. 100mW per surface before destruction
Is over.

この例の酸化物によるレーザダイオードで示された高
性能の他に、より顕著な特徴の1つは製造が容易である
ことである。幅が10μmのGaAs接触ストライプを得るた
めマクスにCVD SiO2が使用されているが、これは写真製
版により容易に取り除くことができ、これによりあらゆ
るCVDプロセスに対する酸化物ストライプレーザの製造
がフリーになる。
In addition to the high performance exhibited by the oxide laser diode of this example, one of the more salient features is its ease of manufacture. CVD SiO 2 is used in the mask to obtain a 10 μm wide GaAs contact stripe, which can be easily removed by photolithography, which frees the manufacture of oxide stripe lasers for any CVD process .

例3 自然酸化物によるマルチプルストライプAlxGa1-xAs−Ga
As量子井戸ヘテロ構造のレーザ 図2に示したように、この発明の方法により形成され
る自然AlxGa1-xAs(xは0.7以上)の酸化物のより顕著
な特徴はメタリゼーションが良好であることであり(こ
れは装置のヒートシンキングに利用できる)、通常の写
真製版処理を通しこの自然酸化物により異質のしかも潜
在的にミスマッチの誘電体材料(SiO2Si3N4のような)
を堆積することなく、装置の形状に対する図が与えられ
る。この例ではこの発明に基づき簡単な処理で高性能の
10個のストライプAlxGa1-xAs量子井戸ヘテロ構造(QW
H)のレーザを構成することにより自然AlxGa1-xAs(x
は前述のとおり)の特徴が増加する。酸化物の形成に関
するGaAsに比較したAlxGa1-xAs(xは約0.7以上)の酸
化状態の差異はかなり少なく、容易に電流接触のメタリ
ゼーションが容易に行なわれる。
Example 3 Multiple stripes of natural oxide Al x Ga 1-x As-Ga
As quantum well heterostructure laser As shown in FIG. 2, the more prominent feature of the native Al x Ga 1-x As (x is 0.7 or more) oxide formed by the method of the present invention is that the metallization is good. (Which can be used for heat sinking of the equipment), and through a normal photolithography process, this native oxide allows the foreign and potentially mismatched dielectric material (such as SiO 2 Si 3 N 4 ) )
A diagram for the geometry of the device is provided without depositing In this example, a simple process and a high performance
10 stripe Al x Ga 1-x As quantum well heterostructure (QW
By configuring the laser of (H), natural Al x Ga 1 -x As (x
Are as described above). The difference in the oxidation state of Al x Ga 1 -x As (x is about 0.7 or more) compared to GaAs with respect to oxide formation is fairly small, and the current contact metallization is easily performed.

これらのカップルドストライプQWHレーザに対するエ
ピタキシアル層はDupuis他が例1に参照した文献に記載
のように金属オーガニック化学水蒸気堆積(MOCVD)に
よりn型(100)GaAs基板の上に形成されている。GaAs
バッファ層が一番目に形成されたn型Al0.8Ga0.2As下側
閉じ込め層がついている。QWHの活性化層が次に形成さ
れ、更に両側にAl0.25Ga0.75As導波管層(ドーピングし
ていない、厚さは約1000Å)で400Åの厚さを有するGaA
s量子井戸(QWH)から構成されている。最後に、p型の
Al0.8Ga0.2As上側閉じ込め層が活性化領域の上部に約90
00Åの厚さまで形成されている。QWHの全体が約800Åの
厚さ、かなりドーピングされたp型GaAs接触層によりキ
ャップされている。
The epitaxial layers for these coupled stripe QWH lasers are formed on an n-type (100) GaAs substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) as described in the article referenced by Dupuis et al. In Example 1. GaAs
The buffer layer has an n-type Al 0.8 Ga 0.2 As lower confinement layer formed first. An activation layer of QWH is then formed, and on both sides an Al 0.25 Ga 0.75 As waveguide layer (undoped, about 1000 mm thick) having a thickness of 400 mm.
It consists of s quantum well (QWH). Finally, the p-type
Al 0.8 Ga 0.2 As upper confinement layer is approximately 90
It is formed up to a thickness of 00 °. The entire QWH is capped by a p-type GaAs contact layer approximately 800 ° thick and heavily doped.

GaAs接触層はこの発明の方法により取り除かれ当該層
の一部を自然酸化物に変えるため上側の閉じ込め層にア
クセスされている。GaAs接触層は容易には酸化されず、
更に自然酸化物が上側の閉じ込め層の一部から構成され
る時マスクとして(更に接触層)直接使用することがで
きる。標準的な写真製版法が2μm離れ幅が5μmの10
個のGaAsストライプをマスクするのに使用されている
(センター間の距離は7μm)。ストライプ間のGaAsと
同じく、ストライプ(幅が2μm)間のGaAsはH2SO4:H2
O:H2O(1:8:80)で取り除かれる。これによりAlxGa1-xA
s(xは約0.8)の上側の閉じ込め層がこの発明に従い酸
化にさらされる。QWHは95℃に保持されたH2Oの泡の中で
N2キャリアガス(フローレイトが約1.4scfh)を通すこ
とにより得られるH2O水蒸気の中で400℃で3時間加熱さ
れている。
The GaAs contact layer has been removed by the method of the present invention and the upper confinement layer has been accessed to convert a portion of the layer to native oxide. The GaAs contact layer is not easily oxidized,
Furthermore, when the native oxide is composed of part of the upper confinement layer, it can be used directly as a mask (and also a contact layer). The standard photoengraving method is 10 μm with a width of 2 μm and a width of 5 μm.
Used to mask GaAs stripes (distance between centers is 7 μm). Like GaAs between stripes, GaAs between stripes (2 μm in width) is H 2 SO 4 : H 2
Removed by O: H 2 O (1: 8: 80). As a result, Al x Ga 1-x A
The upper confinement layer of s (x is about 0.8) is exposed to oxidation according to the invention. QWH in a bubble of H 2 O held at 95 ° C
Heated at 400 ° C. for 3 hours in H 2 O steam obtained by passing N 2 carrier gas (flow rate is about 1.4 scfh).

酸化の後、QWHのクリスタルを図9(a)に示す。5
μmのGaAs接触ストライプは光沢(銀色に)を有し酸化
の影響を受けなくなる。GaAsストライプの間の2μmの
領域を含み、クリスタルの残留部はこの発明の方法によ
り形成された自然酸化物により覆われている。この自然
酸化物はクリアで透明で均一である;光学効果により色
はブルーに見え厚さは1000−1500Åである。自然酸化物
に変えられた上側の閉じ込められた層の一部の厚さも約
1000−1500Åである。このような自然酸化物の厚さはア
ルミニウム−含有上側閉じ込め層の対応する厚さ以下で
ある。
After oxidation, the crystals of QWH are shown in FIG. 5
The μm GaAs contact stripes are shiny (silver) and insensitive to oxidation. Including the 2 μm area between the GaAs stripes, the remainder of the crystal is covered by native oxide formed by the method of the present invention. This native oxide is clear, transparent and uniform; the color appears blue due to optical effects and the thickness is 1000-1500Å. The thickness of some of the upper confined layers converted to native oxide is also about
1000-1500−1. The thickness of such native oxide is less than the corresponding thickness of the aluminum-containing upper confinement layer.

QWHが従来の技術により表面全体にわたりチタン−プ
ラチナ−金(Ti−Pt−Au)でメタリゼーションが行なわ
れた後を図9(b)に示す。メタリゼーションが行なわ
れる前に、クリスタルは浅い所までZn拡散が行なわれ
(ZnAs2,540℃25分)、GaAsストライプの上に接触が改
善される。この手順には特別なマスキングが必要でな
い。クリスタルは約100μmまで薄くされ、ゲルマニウ
ム−金−ニッケル−金(Ge−Au−Ni−Au)の基板の上で
メタリゼーションが行なわれ、ファブリーペロー共振器
のストライプの溝に入れられるが、このストライプは10
個のストライプのダイスの中でソー(saw)カットされ
ている。これらはヒートシンキングおよび電気的な試験
のためストライプの側面にインジウム(In)を用いて銅
(Cu)に取り付けられている。ダイオードの電流対電圧
(I−V)特性は抵抗値が小さい(ほぼ2オーム、
Ω)。これはGaAs接触層がこの発明の酸化法によっても
影響を受けないことを示している。更に漏れ電流も小さ
く、これは自然酸化物が良好な電流ブロッキングを示し
ている。
FIG. 9 (b) shows the QWH after metallization with titanium-platinum-gold (Ti-Pt-Au) over the entire surface by the conventional technique. Prior to metallization, the crystal is Zn diffused to a shallow depth (ZnAs 2 , 540 ° C. for 25 minutes) to improve contact on the GaAs stripe. No special masking is required for this procedure. The crystal is thinned to about 100 μm, metallized on a germanium-gold-nickel-gold (Ge-Au-Ni-Au) substrate, and placed in the grooves of the Fabry-Perot resonator stripes. Is 10
Saw cut in individual striped dice. These are attached to copper (Cu) using indium (In) on the sides of the stripe for heat sinking and electrical testing. The current-voltage (IV) characteristic of the diode has a small resistance value (almost 2 ohms,
Ω). This indicates that the GaAs contact layer is not affected by the oxidation method of the present invention. Furthermore, the leakage current is small, indicating that the native oxide has good current blocking.

これらの装置の一つについて近フィールドおよび遠フ
ィールドの放射パターンを図10に示す。この装置は上方
が接合にマウントされ、スレショルドは約95mACWであ
る。図10(a)には電流が100mAの連続波(CW)レーザ
でSi金属酸化物半導体(MOS)カメラで撮った近フィー
ルドイメージを示している。アレーの10個のエミッタの
内8個がこの電流まで続いている。他の2つのストライ
プはよりセンチティブなスケールで見ることができる
が、8個のより強度のあるエミッタによりカメラが飽和
することなしには見られない。図10(a)に示す近フィ
ールドイメージは実効電流が自然酸化物によるストライ
プにより制限されていることを示している。
The near-field and far-field radiation patterns for one of these devices are shown in FIG. This device is mounted on the junction at the top and the threshold is about 95 mAW. FIG. 10A shows a near-field image taken with a Si metal oxide semiconductor (MOS) camera using a continuous wave (CW) laser having a current of 100 mA. Eight of the ten emitters in the array continue to this current. The other two stripes can be seen on a more centimeter scale, but not without saturating the camera with the eight stronger emitters. The near-field image shown in FIG. 10A shows that the effective current is limited by the stripe of the native oxide.

図10(b)には図10(a)に用いられた装置と同じ装
置の遠フィールドパターンを示している。放射は25mmf/
0.95のレンズで集められ、線形のチャージカップルド装
置のアレーの上に像が作られている。ツインローブのパ
ターンはエミッタの間のπ−位相シフトのカップリング
の特性である。
FIG. 10 (b) shows a far field pattern of the same device as that used in FIG. 10 (a). Radiation is 25mmf /
Collected with a 0.95 lens, an image is created on an array of linear charge-coupled devices. The twin lobe pattern is a characteristic of the π-phase shift coupling between the emitters.

図10(b)の下側のトレースは図10(a)に示す近フ
ィールドパターンに対応した100mACWでの遠フィールド
パターンを示している。左側のピークが支配的であるの
は非均一電流が注入されスレショルドの近くで非均一の
動作があるからである。6.8゜のピークの間隔は7μm
離れのエミッタに対する(波長が8470Å)計算値6.9゜
と一致している。100mAでの左側のピークの半分のパワ
ーでの全ての角(FAHP)は0.6゜であり、これはアレー
の全開口が68μmのカップリングが生じていることを示
している(7μmセンタの上に幅が5μmのストライプ
が10個ある)。電流が高くなると、キャリア注入とエミ
ッタの強度が均一になり、これにより図10(b)の145m
Aに示すツインローブ遠フィールドパターンが生ずる。
上側のトレースの両方のローブともFAHPは1.1゜であり
アレーのカップリングおよび/または約44μmの減少さ
れた開口のカップリングがより弱いことを示している
(エミッタは7個)。5.0゜離れたピークはエミッタ間
の位相シフトが若干小さいことを示している(横利得効
果)、幅が5μmのカップリングされていないエミッタ
のアレーは遠フィールドの発散角が10゜FAHPであり、大
雑把にここに示したカップルドアレーのローブの幅の10
倍大きい。
The lower trace in FIG. 10B shows a far field pattern at 100 mACW corresponding to the near field pattern shown in FIG. The left peak is dominant because non-uniform current is injected and there is non-uniform operation near the threshold. 6.8mm peak interval is 7μm
This is consistent with the calculated value of 6.9 ° for the remote emitter (wavelength 8470 °). All corners (FAHP) at half the power of the left peak at 100 mA are 0.6 °, indicating that the full aperture of the array has a 68 μm coupling (above the 7 μm center). There are 10 stripes with a width of 5 μm). When the current is increased, the carrier injection and the intensity of the emitter become uniform, and as a result, the 145 m of FIG.
The twin lobe far field pattern shown at A results.
The FAHP in both lobes of the upper trace was 1.1 °, indicating weaker coupling of the array and / or reduced aperture of about 44 μm (seven emitters). The peaks separated by 5.0 ° indicate that the phase shift between the emitters is slightly smaller (transverse gain effect), the array of uncoupled emitters with a width of 5 μm has a far field divergence of 10 ° FAHP, Roughly shown here is a couple of arrayed robe widths of 10
Twice as large.

これらのカップルドストライプの形態が容易であるこ
ととGaAs接触ストライプを凹のある自然酸化物を通して
加熱が良好に行なわれていることにより、かなりのパワ
ー出力が得られている。ダイオードの1つのパワー対電
流の状況(300゜Kでの連続波)を図11に示す。挿入部は
10mW(一面)での出力スペクトルを示しており、これは
8456Å(1.466eV)からドライブ電流がより高い8.479Å
(1.462eV)での支配的なモードまでシフトしている
が、更に100mWの出力パワー(シングル面)を示してい
る。これはバンドフィリングが大きい時約10℃の温度増
加に対応している。
The simplicity of these coupled stripe configurations and the good heating of the GaAs contact stripes through the recessed native oxide have resulted in significant power output. The power versus current situation for one of the diodes (continuous wave at 300 K) is shown in FIG. Insertion part
It shows the output spectrum at 10mW (one side), which is
Drive current is higher from 8456Å (1.466eV) 8.479Å
It shifts to the dominant mode at (1.462 eV), but shows an additional 100 mW of output power (single plane). This corresponds to a temperature increase of about 10 ° C when the band filling is large.

この例のゲインガイドレーザは長距離間連結されるの
で、エミッタの間隔は更に増加しヒートシンキングが更
に改善されている。図12には図11に使用されたものと同
様の10個のストライプレーザのパワー対電流の状況を示
しているが、ストライプの間隔は5μmまで増加してい
る(図12の挿入部を参照)。パワー供給は制限されるの
で、このレーザの動作は400mWで終わる(シングル面;2
アンペア、A)。
Since the gain guide laser of this example is connected for a long distance, the spacing between the emitters is further increased and the heat sinking is further improved. FIG. 12 shows the power versus current situation for ten stripe lasers similar to that used in FIG. 11, but the spacing between the stripes has been increased to 5 μm (see insert in FIG. 12). . Since the power supply is limited, the operation of this laser ends at 400mW (single surface; 2
Amps, A).

例4 AlxGa1-xAs量子井戸ヘテロ構造を不規則にした自然酸化
物でマスキングした不純物−誘導レーザ この例ではこの発明を用いてAlxGa1-xAs(X>0.7)
の上に形成される自然酸化物のマスキング能力について
調査している。特にこの例ではZn拡散、むきだしのAlxG
a1-xAs−GaAs超格子(SL)または量子井戸ヘテロ構造
(QWH)クリスタルの間の状況を不規則にする不純物誘
導層について焦点をあてているが、このSLまたはQWHは
この発明の方法により形成された自然酸化物によりマス
キングが行なわれている。後者の場合(マスキングされ
た自然酸化物)、量子井戸(QH)および超格子(SL)の
層は保持するように示されている。
Example 4 Impurity-Induced Laser Masked with a Natural Oxide Disordered Al x Ga 1 -x As Quantum Well Heterostructure In this example, the invention is used to make Al x Ga 1 -x As (X> 0.7).
We are investigating the masking ability of native oxides formed on silicon. Especially in this example, Zn diffusion, bare Al x G
The focus is on impurity guiding layers which make the situation between a 1-x As-GaAs superlattice (SL) or quantum well heterostructure (QWH) crystal irregular, the SL or QWH being the method of the present invention. Masking is performed by the natural oxide formed by the method described above. In the latter case (masked native oxide), the quantum well (QH) and superlattice (SL) layers are shown to be retained.

この例に使用されている超格子(SL)と量子井戸ヘテ
ロ構造(QWH)は例1で引用してDupuis他の参照文献に
記載されているように金属オーガニック化学蒸気堆積に
より(100)GaAsの基板に形成されている。SLクリスタ
ル(クリスタル#1)の場合、GaAsバッファ層が形成さ
れ、その後にドーピングされていないAl0.8Ga0.2Asの下
側の閉じ込み層(厚さがほぼ0.1μm)がある。次の40
個のGaAs井戸(約110ÅのLz)および41個のAl0.4Ga0.6A
s障壁(約150ÅのLB)から構成されている。SL全体の厚
さはほぼ1.05μmである。最後に1000ÅのAl0.8Ga0.2As
の上側の閉じ込め層がSLの上側に形成されている。この
構造は3000ÅもGaAs層でキャップされている。
The superlattice (SL) and quantum well heterostructures (QWH) used in this example were made of (100) GaAs by metal organic chemical vapor deposition as described in Dupuis et al., Cited in Example 1. Formed on the substrate. In the case of the SL crystal (Crystal # 1), a GaAs buffer layer is formed, followed by an undoped Al 0.8 Ga 0.2 As lower confinement layer (approximately 0.1 μm thick). Next 40
GaAs wells (about 110 ° Lz) and 41 Al 0.4 Ga 0.6 A
It consists of an s-barrier (about 150 mm LB). The overall thickness of the SL is approximately 1.05 μm. Finally 1000Å Al 0.8 Ga 0.2 As
The upper confinement layer is formed above SL. This structure is capped with 3,000 mm of GaAs layer.

QWHクリスタルの場合、MOCVD QWH(クリスタル#2)
の一番目の部分はn型GaAsバッファ層であり(厚さが約
0.5μm)、この後にn型Al0.25Ga0.75Asの中間層があ
る。n型Al0.8Ga0.2Asの下側の閉じ込め層が次に形成さ
れている。この後井戸活性化領域があるが、これは厚さ
が約200ÅのAl0.06Ga0.94As(QW)量子井戸であり、約1
000Åの2つのドーピングされていないAl0.25Ga0.75As
導波管(WG)層により挟まれている。最後にp型Al0.8G
a0.2As上側閉じ込め層が(厚さが約9000Å)活性化領域
の上側に形成されている。レーザダイオードの製造に有
益なQWHの全体は厚さが約800Åのかなりドーピングされ
たp型GaAs接触層によりキャップされている。
For QWH crystal, MOCVD QWH (Crystal # 2)
The first part is an n-type GaAs buffer layer (with a thickness of about
0.5 μm), followed by an intermediate layer of n-type Al 0.25 Ga 0.75 As. The lower confinement layer of n-type Al 0.8 Ga 0.2 As is then formed. After this, there is a well activation region, which is an Al 0.06 Ga 0.94 As (QW) quantum well with a thickness of about 200
Two undoped Al 0.25 Ga 0.75 As
It is sandwiched between waveguide (WG) layers. Finally, p-type Al 0.8 G
a 0.2 As Upper confinement layer (about 9000 mm thick) is formed above the activation region. The entire QWH useful for laser diode fabrication is capped by a heavily doped p-type GaAs contact layer having a thickness of about 800 °.

SLとQWHの両方にあるGaAsキャップ層は除去され上側
のAlGaAs閉じ込め層(xは約0.8)がこの発明による酸
化法にさらされている。酸化層内および自然酸化物半導
体のインターフェイスにGaがあることは自然酸化物の構
造に悪影響を与えないが、これは酸化ガリウムおよびア
ルミニウム化合物が同じ結晶性の形態から成る同一構造
を有し、更にAl2O3とGa2O3はSLおよびQWHの上側閉じ込
め層により表される構成的な全範囲において固溶体を形
成するからである。AlGa1−Asの酸化はこの発明に従い9
5℃に保持されたH2Oの泡でN2キャリアガス(フローレイ
トが約1.5scfh)を通すことにより得られるH2O水蒸気の
環境の中に400℃で3時間サンプルを加熱することによ
り行なわれる。
The GaAs cap layer in both SL and QWH has been removed and the upper AlGaAs confinement layer (x about 0.8) has been exposed to the oxidation method according to the present invention. The presence of Ga in the oxide layer and at the interface of the native oxide semiconductor does not adversely affect the structure of the native oxide, but it has the same structure in which gallium oxide and aluminum compounds have the same crystalline form, and This is because Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 form a solid solution in the entire structural range represented by the upper confinement layers of SL and QWH. Oxidation of AlGa1-As is performed according to the present invention.
By heating the sample at 400 ° C. for 3 hours in an environment of H 2 O water vapor obtained by passing a N 2 carrier gas (flow rate about 1.5 scfh) with H 2 O foam held at 5 ° C. Done.

選択的なZn拡散を行いおよびSLサンプル内(クリスタ
ル#1)で層を不規則にするため、フォトレジストスト
ライプパターン(センターが50μmの20μmストライ
プ)が自然酸化物の上側に形成されている。NH4F:HF
(7:1)バッファーHF水溶液を使用すると、自然酸化物
が図13に示すようにストライプパターン内で選択的に除
去されている。サンプルはNH4OH水溶液内でクリーンに
され、更にZn拡散のため(600℃で1時間)ZnAs2(10m
g)でアンプル内にすぐにシールされている。拡散のあ
とのSLサンプルの角度の浅いラップを図13に示してい
る。この発明の実施により形成され、図13で“酸化物”
と名称され下向きの矢で示された自然酸化物のマスクに
より、Znの拡散からおよび酸化物が除去される領域に発
生する層の混合から下にあるAl0.4Ga0.6As−GaAs SL
(全体の厚さが1.05μmを有している)は自然酸化物マ
スクの下にそのまま残っているのが判るが、その他では
混合している。
A photoresist stripe pattern (20 μm stripe with 50 μm center) is formed on top of the native oxide to provide selective Zn diffusion and irregularities in the layer within the SL sample (Crystal # 1). NH 4 F: HF
When the (7: 1) buffer HF aqueous solution is used, native oxide is selectively removed in the stripe pattern as shown in FIG. The sample was cleaned in an aqueous NH 4 OH solution and further ZnAs 2 (10 m
g) is immediately sealed in the ampoule. The shallow wrap of the SL sample after diffusion is shown in FIG. Formed by the practice of the present invention, FIG.
Al 0.4 Ga 0.6 As-GaAs SL underneath from the diffusion of Zn and from the mixing of layers that occur in the region where the oxide is removed, with a native oxide mask named
(Having an overall thickness of 1.05 μm) can be seen to remain under the native oxide mask, but otherwise mixed.

QWHウェーハの場合(クリスタル#2)、2つのサン
プルが同時にヒーティングを行い更にIILDの拡散を行な
うため(575℃で1時間)ZnAs2でアンプル内にシールさ
れている。サンプルの一方にはこの発明の方法により自
然酸化物マスキング層があり、他方のサンプルはGaAsキ
ャップを有するQWHである。図13のSLの選択的なZn−IIL
Dと同様に、QWHサンプルにはこの発明の方法により形成
された酸化物かあるが不規則ではない。これに比較して
混合層がQWH比較サンプルとして生ずるが、これには自
然酸化マスキング層がない;(ホトルミネセンスの測定
により決定される)。
In the case of a QWH wafer (Crystal # 2), the two samples are sealed in an ampoule with ZnAs 2 for simultaneous heating and further IILD diffusion (575 ° C. for 1 hour). One of the samples has a native oxide masking layer according to the method of the invention and the other sample is a QWH with a GaAs cap. Selective Zn-IIL of SL in FIG. 13
As with D, the QWH sample has an oxide formed by the method of the present invention but is not irregular. In comparison, a mixed layer occurs as a QWH comparative sample, which has no native oxide masking layer; (determined by photoluminescence measurements).

マスクされまたはマスクされないいずれの場合のQWH
サンプルは一番目には厚さがほぼ2ミル(mil)まで従
来の技術を使用してホトルミネセンスの測定に使用され
ている。次に基板の残留部およびGaAsバッファ材料はH2
SO4:H2O:H2O(4:1:1)内でウエット化学エッチングを行
い選択的なエッチングを行なうことにより除去されてい
る。QWH(クリスタル#2)の酸化物がマスクされた部
分のホトマイクログラフを図14に示している。図14のホ
トマイクログラフは酸化物層に対し“粗くエッチング”
された点において薄くされたQWHクリスタルを通して伝
送される光により取ってあるが、このグラフはQWHおよ
びこの発明の方法により形成される自然酸化物の特徴に
より表されている。
QWH, either masked or unmasked
The sample is primarily used for photoluminescence measurements using conventional techniques up to a thickness of approximately 2 mils. Next, the remaining portion of the substrate and the GaAs buffer material were H 2
It is removed by performing wet chemical etching in SO 4 : H 2 O: H 2 O (4: 1: 1) and performing selective etching. A photomicrograph of the portion where the oxide of QWH (crystal # 2) is masked is shown in FIG. The photomicrograph in Figure 14 shows "rough etching" of the oxide layer
At a given point, taken by light transmitted through the thinned QWH crystal, this graph is represented by the characteristics of the QWH and native oxides formed by the method of the present invention.

図14に関連し、ホトマイクログラフの領域Aはこの自
然酸化物の品質が良好であることを示している、すなわ
ちクリアであり透明であり更に図1のAlAs−GaAsSLクリ
スタルの酸化により形成された酸化物と同じである。実
際、酸化物は非常にクリアでありこの酸化物の表面のほ
こりのかけらが見えている。残留部によりQWH材料の種
々の層がクリスタルの深い所にあることが示されてい
る。領域Bでは、酸化物と上側のQWH閉じ込め層(Al0.8
Ga0.2As)を加えたものが見えており、光学効果により
色はイエローである。領域Cでは、上側および下側閉じ
込め層と同じく、導波管とQW活性化層を加えたものが光
学効果によりオレンジに見える。最後に、領域Dでは、
QWHの厚さの全体が赤に見える(これも光学効果によ
り)。クリスタルの端で完全には除去されていないバッ
ファー層のいくつかも(xは約0.25)領域Dに見える。
With reference to FIG. 14, region A of the photomicrograph indicates that the quality of this native oxide is good, ie, it is clear and transparent and was formed by oxidation of the AlAs-GaAsSL crystal of FIG. Same as oxide. In fact, the oxide is very clear and dust particles on the surface of this oxide are visible. Residuals indicate that various layers of QWH material are deep in the crystal. In region B, the oxide and upper QWH confinement layer (Al 0.8
Ga 0.2 As) is visible, and the color is yellow due to the optical effect. In region C, like the upper and lower confinement layers, the addition of the waveguide and the QW activation layer looks orange due to the optical effect. Finally, in region D,
The entire thickness of the QWH looks red (also due to optical effects). Some of the buffer layer that has not been completely removed at the edge of the crystal is also seen in region D (x is about 0.25).

更にこの発明によりZn−IILDからクリスタルをマスク
するため形成される自然酸化物の性能を調べるため、割
れ目のあるサンプルはホトルミネセンス(PL)により調
べられている。575℃、1時間ZnおよびAsに同時にさら
されマスクされた自然酸化物および非マスクサンプルは
Ar+レーザ(5145Å)でホトポンプするためダイヤモン
ドの下で銅内でヒートシンクされている。これにより得
られるホトルミネセンススペクトル(レーザ動作)を図
15に示している。
Further, cracked samples have been examined by photoluminescence (PL) to determine the performance of native oxides formed to mask crystals from Zn-IILD according to the present invention. Masked native oxide and unmasked samples exposed simultaneously to Zn and As at 575 ° C for 1 hour
Heatsinked in copper under diamonds for photopumping with an Ar + laser (5145Å). The resulting photoluminescence spectrum (laser operation)
See Figure 15.

図15(a)は自然酸化物マスキングサンプルに対する
レーザの波長(連続動作、300゜K)は7992Åで生じてい
る(1.565eV);図15(b)のパルス励起非マスキング
のサンプルの場合、波長は7140Å(1.736eV)にシフト
されている。図15(b)において、非マスクQWHクリス
タル(Zn−ILLD)のレーザ動作においてほぼ170meVにシ
フトすることはバルク−クリスタル導波管領域(xは約
0.25)内で混合したAlxGa1-xAs QWに対し期待されるも
のと一致している。これは図15(a)の自然酸化物マス
キングサンプルがそのままである間、非マスキングサン
プルが混合されている(エネルギィシフトは170meV)こ
とを示している。更に、図15(a)のサンプルに対して
はQWバンドフィリングがはっきりしているが、図15
(b)のIILDサンプルに対してはバルククリスタルの状
態がはっきりしている。おもしろいことに、図15(a)
の自然酸化物マスキングサンプル(a)は透明な酸化物
を通して生じ、これはこの方法により形成される自然酸
化物が高品質であることを示している。
FIG. 15 (a) shows that the laser wavelength (continuous operation, 300 ° K) for the native oxide masking sample occurs at 7992 ° (1.565 eV); for the pulse-excited non-masking sample of FIG. Has been shifted to 7140Å (1.736 eV). In FIG. 15B, in the laser operation of the unmasked QWH crystal (Zn-ILLD), the shift to approximately 170 meV corresponds to the bulk-crystal waveguide region (x is about
This is consistent with what is expected for Al x Ga 1-x As QW mixed within 0.25). This indicates that the non-masked sample is mixed (the energy shift is 170 meV) while the native oxide masked sample of FIG. Further, although the QW band filling is clear for the sample of FIG.
The state of the bulk crystal is clear for the IILD sample of (b). Interestingly, Figure 15 (a)
The native oxide masking sample (a) occurs through the transparent oxide, indicating that the native oxide formed by this method is of high quality.

例5 低スレショルド不規則性による自然酸化物の埋め込みヘ
テロ構造AlxGa1-xAs−GaAs量子井戸レーザ W.D.Laidig他によるAppl Phys.Lett.,38776(1981)
に記載の、およびD.G.Deppe他によるJ.Appl.Phys.,64,R
93,(1988)に記載の不純物誘導層不規則法(IILD)は
D.G.Depp他によるJ.Appl.Phys.,58,4515(1985)に記載
の超高性能プレータ埋め込みヘテロ構造(BH)量子井戸
ヘテロ構造(QWH)を製造するのに使用されている。種
々のドーパントおよび拡散技術が次のものを含む不規則
BHレーザを製造するのに使用されている:(1)Siソリ
ッドソース拡散、(2)Si埋め込みおよび焼きなまし、
(3)蒸気からGeの拡散、(4)蒸気からZnの拡散
(5)Al還元SiO2からSiOの拡散、(6)急速熱焼きな
ましによりAl還元Si/Si3N4からSiの拡散、(7)レーザ
溶解Si3N4からSiの拡散。これらの拡散ソースおよびク
リスタル表面にある導電性の高い層を形成することから
生ずる技術の多くは多分にドーパント−クリスタル合金
の形成に基づいている。この導電層は漏れのソースであ
り、これによりレーザのスレションルド電流が増す。実
際、ある条件では、ドーパントクリスタル合金法は非常
に難しく、かなり深い部分への埋め込みが漏れ領域を活
性化してスレショルドの動作を低くするのに必要であ
る。
Example 5 Natural oxide buried heterostructure Al x Ga 1-x As-GaAs quantum well laser with low threshold irregularity Appl Phys. Lett., 38776 (1981) by WDLaidig et al.
J. Appl. Phys., 64, R by DGDeppe et al.
93, (1988), Impurity Induced Layer Irregularity Method (IILD)
DG Depp et al., J. Appl. Phys., 58, 4515 (1985), which is used to fabricate ultra-high performance buried heterostructure (BH) quantum well heterostructure (QWH). Various dopants and diffusion techniques are irregular, including:
Used to produce BH lasers: (1) Si solid source diffusion, (2) Si embedding and annealing,
(3) Diffusion of Ge from steam, (4) Diffusion of Zn from steam (5) Diffusion of SiO from Al reduced SiO 2 , (6) Diffusion of Si from Al reduced Si / Si 3 N 4 by rapid thermal annealing, ( 7) Diffusion of Si from laser-melted Si 3 N 4 . Many of the techniques resulting from the formation of these diffusion sources and highly conductive layers on the crystal surface are presumably based on the formation of dopant-crystal alloys. This conductive layer is a source of leakage, which increases the threshold current of the laser. Indeed, under certain conditions, the dopant crystal alloy method is very difficult, and deeper burying is necessary to activate the leakage region and lower the threshold operation.

この例は“セルフアライン”プロセスを示しており、
クリスタルの表面はこの発明の方法により高品質電流ブ
ロッキング自然酸化物に変えられる。このように形成さ
れた酸化物は表面を活性化させることが分かっており、
漏れ電流を減少させ、低スレションルド不規則BH AlxG
a1-xAs−GaAs量子井戸ヘテロ構造レーザの形成を改善す
る。
This example illustrates a "self-aligned" process,
The surface of the crystal is converted to a high quality current blocking native oxide by the method of the present invention. It has been found that the oxide thus formed activates the surface,
Reduced leakage current, low threshold irregular BH Al x G
a Improve the formation of 1-x As-GaAs quantum well heterostructure lasers.

この例に使用されたQWHレーザクリスタルはnタイプ
基板の上に例1で参照したDupuis他が記載したように金
属オーガニック化学蒸気堆積(MOCVD)により形成され
ている。この形成は約0.5μmの厚さのGaAsと約1μm
の厚さのAl0.25Ga0.75Asのnタイプバッファにより行な
われている。この後には次の形成が続く:ほぼ1.1μm
の厚さのAl0.77Ga0.23As nタイプ下側閉じ込め層;ほぼ
2000Åの厚さのAl0.25Ga0.75As非ドーピング導波管領
域;ほぼ1.1μm(11000Å)の厚さのAl0.8Ga0.2As pタ
イプ上側閉じ込め層;ほぼ0.1μmの厚さのpタイプGaA
sキャップ。導波管の中央で、約200Åの厚さの非ドーピ
ングAl0.06Ga0.94As量子井戸が形成されている。
The QWH laser crystal used in this example was formed on an n-type substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) as described by Dupuis et al. The formation of GaAs having a thickness of about 0.5 μm and about 1 μm
This is performed with an n-type buffer of Al 0.25 Ga 0.75 As having a thickness of This is followed by the following formation: approximately 1.1 μm
Thickness of Al 0.77 Ga 0.23 As n type lower confinement layer; almost
2000 mm thick Al 0.25 Ga 0.75 As undoped waveguide region; Al 1.1 Ga (11000 mm) thick Al 0.8 Ga 0.2 As p-type upper confinement layer; Al 0.1 Ga thick p-type GaAs
s cap. At the center of the waveguide, an undoped Al 0.06 Ga 0.94 As quantum well about 200 ° thick is formed.

レーザダイオードの製造過程は30分540℃の空のクオ
ーツアンプル内で表面全体にわたり浅いZn拡散により始
まる。拡散により形成された浅いp+層により処理ステッ
プにおいてクリスタル表面(マスキング領域の下の)で
横のSi拡散が制御される。Zn拡散の後、クリスタルは72
0℃で従来の化学蒸気堆積法(CVD)により堆積された約
1000ÅのSi3N4でカプセルに入れられている。Si3N4はホ
トレジストでパターン化され更にCF4プラズマで2つの
ストライプの幅の中でエッチングされている。ホトレジ
ストは残留Si3N4ストライプで除去されるが、このスト
ライプはH2SO4:H2O2:H2O(1:8:80)でGaAs接触層の化学
エッチングの間マスクとして働く。このエッチングによ
りハイギャップAl0.8Ga0.2As上側閉じ込め層がさらされ
る。ストライプが書かれた後、CVD技術が使用されほぼ3
00Åの厚いSi層(500℃のCVD)とほぼ1700Åの厚いSiO2
キャップ層(400℃のCVD)が堆積されている。クリスタ
ルは空のクオーツアンプル内でシールされており、更に
850℃で6.5時間過剰なAsで焼きなましされている。高温
での焼きなましによりSi拡散が行なわれ、更にGaAs接触
ストライプの外側にIILDが行なわれている。
The laser diode manufacturing process begins with shallow Zn diffusion over the entire surface in an empty quartz ampoule at 540 ° C for 30 minutes. The shallow p + layer formed by diffusion controls lateral Si diffusion at the crystal surface (below the masking region) in the processing step. After Zn diffusion, the crystal is 72
About 0 ° C deposited by conventional chemical vapor deposition (CVD)
Encapsulated in 1000Å of Si 3 N 4 . The Si 3 N 4 has been patterned with photoresist and further etched with CF 4 plasma within the width of two stripes. The photoresist is removed with a residual Si 3 N 4 stripe which acts as a mask during the chemical etching of the GaAs contact layer with H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (1: 8: 80). This etching exposes the high gap Al 0.8 Ga 0.2 As upper confinement layer. After the stripe is written, almost 3
00Å thick Si layer (500 ℃ CVD) and almost 1700Å thick SiO 2
A cap layer (400 ° C. CVD) has been deposited. The crystal is sealed in an empty quartz ampoule,
Annealed with excess As at 850 ° C for 6.5 hours. Si diffusion is performed by annealing at high temperature, and IILD is performed outside the GaAs contact stripe.

カプセル封じはCF4プラズマでエッチングにより除去
され、更にクリスタルは次の通りこの発明により酸化さ
れている:クリスタルは3時間400℃でオープンチュー
ブ炉に置かれている(95℃でH2Oを通し泡状のN2キャリ
アガス)。これによりGaAs接触ストライプの端およびこ
れを越えて約2000Åの露出上側閉じ込め層となる。形成
された酸化層の厚さはほぼ上側の閉じ込め層の当該部分
の厚さと同じである。酸化処理の選択性によりGaAs接触
ストライプの上には酸化物は形成されていない。アルミ
ニウム混合物内の自然酸化物のみがセルフアラインされ
た接触ストライプ内に形成されている。この発明の方法
による酸化の後、ウェーハはZnAs2ソースのアンプル内
でシールされており、30分間540℃で焼きなましされ接
触領域、すなわち浅くかなりドーピングされたpタイプ
領域に形成されている。サンプルは従来通り約5ミルの
厚さまでラッピングされ、みがかれ、pタイプの側面で
はチタン−金(Ti−Au)でメタリゼーションが行なわ
れ、nタイプの側面ではゲルマニウム−ニッケル−金
(Ge−Ni−Au)でメタリゼーションが行なわれている;
このサンプルは長さがほぼ250μmのバーの中に割り込
まれている。
The encapsulation is removed by etching with CF 4 plasma and the crystals are oxidized according to the invention as follows: The crystals are placed in an open tube furnace at 400 ° C. for 3 hours (through H 2 O at 95 ° C.) foamy N 2 carrier gas). This results in an exposed upper confinement layer of approximately 2000 ° beyond the edge of the GaAs contact stripe. The thickness of the formed oxide layer is approximately the same as the thickness of that portion of the upper confinement layer. No oxide is formed on the GaAs contact stripe due to the selectivity of the oxidation process. Only the native oxide in the aluminum mixture is formed in the self-aligned contact stripe. After oxidation according to the method of the present invention, the wafer is sealed in a ZnAs 2 source ampoule and annealed at 540 ° C. for 30 minutes to form a contact region, ie, a shallow, highly doped p-type region. The sample is conventionally wrapped to a thickness of about 5 mils, stripped, metallized with titanium-gold (Ti-Au) on the p-type side, and germanium-nickel-gold (Ge- Ni-Au) has been metallized;
This sample is interrupted in a bar approximately 250 μm in length.

図16はSi−IILDおよびセルフライン接触ストライプを
形成するこの発明の酸化法の後の6−μm−ストライプ
レーザ構造の焼き付けされた断面に対する操走査電子マ
イクロスコープ(SEM)イメージを示している。図16に
は参照として不純物−誘導層が導波管領域を周囲の閉じ
込め層(GaAs接触領域の外側)で不規則に混合し電流閉
じ込めp−n接合を与えていることを示している。側面
の拡散はほぼ5.5μmの接触添すおよびほぼ幅が7μm
の活性化領域の中で生じている。同様に4μmストライ
プで処理されたダイオードに対し、接触領域は約2.5μ
mで活性化領域の幅はほぼ3μmである。この発明の方
法によりGaAs接触ストライプの外側にあるハイギャップ
AlxGa1-xAs領域の酸化はクリスタル表面で高品質電流ブ
ロッキング自然酸化物の形成によっている。酸化物は図
16でストライプの端の“ノッチ”でマークしていない垂
直の矢で示したGaAs接触ストライプの端まで形成してい
る。これはこれらの領域を自然酸化物に変えることによ
り漏れの可能性を有するセルフラインの領域内に生じて
いる。自然酸化物は図16に示す場合より実質上厚いが、
これは焼き付けられたK3Fe(CN)−KOHが酸化物をマ
ッチングしたヘテロ層を溶解するのに使用されているか
らである。
FIG. 16 shows a scanning electron microscope (SEM) image for a burned cross section of a 6-μm-stripe laser structure after the oxidation method of the present invention to form a Si-II LD and a self-line contact stripe. FIG. 16 shows, by way of reference, that the impurity-inducing layer randomly mixes the waveguide region with the surrounding confinement layer (outside the GaAs contact region) to provide a current confinement pn junction. Side diffusion is approximately 5.5μm in contact and approximately 7μm wide
In the activation region of Similarly, for a diode treated with a 4 μm stripe, the contact area is about 2.5 μm.
m, the width of the active region is approximately 3 μm. High gaps outside the GaAs contact stripe by the method of the present invention
Oxidation of the Al x Ga 1-x As region is due to the formation of high quality current blocking native oxide on the crystal surface. Oxide figure
At 16 the GaAs contact stripe has been formed up to the end of the GaAs contact stripe indicated by a vertical arrow not marked by a "notch" at the end of the stripe. This has occurred in self-line areas that have the potential for leakage by converting these areas to native oxide. The native oxide is substantially thicker than shown in FIG. 16, but
This is because K 3 Fe (CN) 6 -KOH which burned is used to dissolve the hetero layer matched the oxide.

この発明により形成される自然酸化物を使用して製造
されるレーザダイオードはプローブステーションで試験
されるように3.5mAと6mAの間(3μmストライプに対
し)および7.5mAと9.5mAの間にパルス性スレショルドが
ある。図17にはインジウムでコーテングされた(Inコー
テング)銅(Cu)ヒートシンクによりp−側面に取り付
けられた3μmストライプダイオードについての連続波
(CW)光パルス対電流(L−I)曲線を示している。室
温(300゜K)での連続波(CW)スレショルドはこの装置
に対し5mAである(コーテングされていない面)。この
ダイオードが示すストライプデータは最初スペクトルが
狭く、次に約2mAで“リング状”になるが、これはキャ
リアおよび光学コンフィネメントが良好であること、更
には端での漏れが少ないことに対応している。8198Åの
シングル縦モードで発生するレーザは7mAで良好に動作
し少なくとも20mAまで増大している。このレーザダイオ
ードは外部差動量子効率が53%(約10mWまで増大する)
であり出力パワーが破壊的ダメージを生ずる前に31mW/
面より大きくなくことを示している。パワーが10mWより
大きくなると、L−Iプロット湾曲の増加は加熱効果が
重大になることを示している。しかし、この現象はダイ
オードのかなり高い順方向抵抗(Rsは約20Ω)になるこ
とに基づいているが、この自然酸化物が消費熱を生ずる
ことには基づいていない。このようにこの発明の方法に
より形成される自然酸化物はストライプ形状レーザダイ
オード動作に対し良好な電流−ブロッキング層として働
く。これらのダイオードはシャープなターンオン特性を
示し更に酸化物を通して注目すべき漏れがない。
Laser diodes fabricated using native oxides formed according to the present invention are pulsed between 3.5 mA and 6 mA (for 3 μm stripes) and between 7.5 mA and 9.5 mA as tested at the probe station. There is a threshold. FIG. 17 shows a continuous wave (CW) light pulse versus current (LI) curve for a 3 .mu.m stripe diode mounted on the p-side by an indium-coated (In-coated) copper (Cu) heat sink. . The continuous wave (CW) threshold at room temperature (300 K) is 5 mA for this device (uncoated surface). The stripe data shown by this diode initially has a narrow spectrum and then "rings" at about 2 mA, which corresponds to good carrier and optical composition and low edge leakage. doing. The laser generated in the 8198 モ ー ド single longitudinal mode works well at 7mA and is increased to at least 20mA. This laser diode has an external differential quantum efficiency of 53% (increased to about 10mW)
31mW / before output power causes catastrophic damage
It is not larger than the surface. For powers greater than 10 mW, an increase in the LI plot curvature indicates that the heating effect becomes significant. However, this phenomenon is based on the considerably higher forward resistance of the diode (Rs is about 20Ω), but not on the fact that this native oxide produces heat dissipation. Thus, the native oxide formed by the method of the present invention acts as a good current-blocking layer for striped laser diode operation. These diodes exhibit sharp turn-on characteristics and have no noticeable leakage through the oxide.

マウントされていない図17のレーザダイオードのパル
ス性スレショルドは4.5mAである。その他のダイオード
もパルス性(マウントされていない)対連続波(マウン
トされている)レーザスレショルドが非常に僅か増加す
る(通常は0.5mA未満)。これらの増加は他の製造過程
に対し特に観測されたものよりかなり小さい。これは酸
化物熱状態が良好であるのと同じく、メタリゼーション
とこの発明により形成された酸化物との間の熱接触が良
好であることによる。更にこの発明による自然酸化物の
形成によりかなりドーピングされた表面の層が“使用”
される。このようにハイジャップシャント接合のドーピ
ングは低く容量も小さい。連続波動作と比較して、ハイ
シャント接合容量によりパルス性電流のリーディングエ
ッジが電子井戸接合とシャントIILD接合の間でかなり分
割されるが、これによりパルス性対連続波レーザスレシ
ョルドがかなり異なる。低シャント容量のダイオードは
高容量のものよりパルス性および連続波レーザスレショ
ルドが類似している。
The unmounted laser diode of FIG. 17 has a pulse threshold of 4.5 mA. Other diodes also have a very small increase in pulsed (unmounted) versus continuous wave (mounted) laser threshold (typically less than 0.5 mA). These increases are much smaller than those specifically observed for other manufacturing processes. This is due to the good thermal contact between the metallization and the oxide formed according to the invention, as well as the good thermal state of the oxide. Furthermore, the surface layer which is heavily doped by the formation of the native oxide according to the invention is "used"
Is done. Thus, the doping of the high-jap shunt junction is low and the capacity is small. Compared to continuous wave operation, the leading edge of the pulsating current is significantly split between the electron well junction and the shunt IILD junction by the high shunt junction capacitance, which results in a significantly different pulsed versus continuous wave laser threshold. Low shunt capacitance diodes are more similar in pulsed and continuous wave laser thresholds than high capacitance ones.

12mAで動作する連続波に対し3μmストライプレーザ
のフィールドパターンを図18に示している。図18(a)
の近フィールドパターンは全ての幅が約3.4μmで最大
の半分であり、SEMマイクログラフに示すように約3μ
mの幅を有する活性化領域にかなり近い。図18(b)の
遠フィールドは全ての角が20.4゜で最大の半分であり、
3μmストライプの回折制限動作に対応している。
FIG. 18 shows the field pattern of a 3 μm stripe laser for a continuous wave operating at 12 mA. FIG. 18 (a)
The near field pattern is about 3.4 μm in width and half of the maximum, and as shown in the SEM micrograph, about 3 μm
It is fairly close to an activation region with a width of m. In the far field of FIG. 18 (b), all angles are 20.4 ° and half of the maximum,
It corresponds to the diffraction limiting operation of a 3 μm stripe.

例6 AlAs−GaAsヘテロ構造の自然酸化物安定法 この例ではこの発明により形成される自然酸化物の高
品質および高安定特性とこの発明で実際に規定されるも
のより低温度で形成される酸化物の低品質および破壊特
性とを比較している。とりわけ、この例では水蒸気にさ
らされ窒素ガスに3時間400℃でさらされる自然酸化物
の品質と酸化物形成の条件が375℃である温度と大気の
水蒸気にさらされ形成される酸化物(S)とを比較して
いる。
Example 6 Natural oxide stabilization of AlAs-GaAs heterostructure In this example, the high quality and high stability characteristics of the native oxide formed according to the present invention and the oxidation formed at a lower temperature than what is actually defined in the present invention It compares the low quality and fracture properties of objects. In particular, in this example, the quality of the native oxide exposed to water vapor at 400 ° C. for 3 hours at 400 ° C. and the conditions for the oxide formation are 375 ° C. and the oxide (S ).

この実験に使用されるクリスタルは760℃でEMCOREGS
3000 DFMリアクター内で金属オーガニック化学蒸気堆積
法(MOCVD)により(100)nタイプGaAs基板の上に形成
されている。クリスタル成長圧力、V族/III族比、成長
比はそれぞれ100 Torr,60、約1000Å/minである。ほぼ
0.5μmの厚さのドーピングされていないGaAs層が1番
目に形成され、次に約0.1μmの厚さの外見上ドーピン
グされていないAlAs層がある。クリスタルは2つに割れ
ている。割れ目のあるクリスタルの半分は室温の大気状
態にさらされている(サンプルa)。他の半分は95℃に
保持されたH2O泡でN2キャリアガス(フローレイトが約
1.5scfh)を通すことにより得られるH2O蒸気環境に3時
間400℃の温度でこの発明の方法に基づき酸化されてい
る(サンプルb)。サンプル(b)はサンプル(a)と
同一の大気状態にさらされている。
The crystal used in this experiment was EMCOREGS at 760 ° C
Formed on a (100) n-type GaAs substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) in a 3000 DFM reactor. The crystal growth pressure, group V / III ratio, and growth ratio are 100 Torr, 60, and about 1000 Å / min, respectively. Almost
A 0.5 μm thick undoped GaAs layer is formed first, followed by an approximately 0.1 μm thick apparently undoped AlAs layer. The crystal is split in two. Half of the cracked crystal has been exposed to room temperature atmospheric conditions (sample a). N 2 carrier gas (flow rate of about the other half is held in 95 ° C. was H 2 O Foam
Based on the method of the present invention at a temperature of 3 hours 400 ° C. in H 2 O vapor environment obtained by passing the 1.5 scfh) is oxidized (sample b). Sample (b) has been exposed to the same atmospheric conditions as sample (a).

露出後数時間以内の、サンプル(a)のクリスタルは
黄色がかった茶色に変色し始めるが、サンプル(b)の
クリスタルは均一な青のままである(酸化物はクリアで
透明であり、青色は光学効果による)。図19はクリスタ
ルのサンプル(a)と(b)の表面のノマるスキ(Noma
rski)イメージ写真であり、いずれの場合も大気への露
出は100日である。サンプル(a)の表面はサンプル
(b)の表面より明らかに“ラフ”である。100日後数
日のエージング処理で、サンプル(a)はクリスタルの
エッジの回りに不均一な兆しが表れるが、サンプル
(b)は不変である。サンプル(b)の酸化表面はサン
プル(a)の表面よりスムースであり、サンプル(b)
の割れ目のある端は不変であるがサンプル(a)の端は
(ラフにすることにより示されるように)破壊的なアタ
ックの兆しが表れている。
Within a few hours after exposure, the crystals of sample (a) begin to turn yellowish brown, while the crystals of sample (b) remain uniform blue (the oxide is clear and transparent, the blue is Optical effect). Figure 19 shows the surface of the crystal samples (a) and (b).
rski) Image photographs, in each case 100 days of exposure to air. The surface of sample (a) is clearly "rough" than the surface of sample (b). After 100 days of aging, sample (a) shows signs of non-uniformity around the edges of the crystal, while sample (b) remains unchanged. The oxidized surface of sample (b) is smoother than the surface of sample (a), and sample (b)
The cracked end of the sample is unchanged, while the end of sample (a) shows signs of destructive attack (as indicated by the roughening).

図20はサンプル(a)および(b)のエッジに対する
走査電子マイクロスコープ(SEM)のイメージである。
エッジは焼き付けされておらず割れ目のある断面であ
り、100日間エージングされている。サンプル(a)は
クリスタル内に化学的な破損の兆しが見えるが、この深
さはAs形成クリスタルのほぼ0.1μmの厚さのAlAs上側
の層を十分越えている。反対に、サンプル(b)の断面
はAs形成クリスタルのAlAs上側の層と実質的に同じ厚さ
の自然酸化物層を示しており、この自然酸化物の厚さは
ほぼ0.1μmである;この自然酸化物には変化(劣化)
の兆しがほとんど見られない。サンプル(a)の断面に
も不均一性のエッチングが表れている。サンプルがこの
層を強調するため焼き付けられていないことは驚くべき
ことである。
FIG. 20 is a scanning electron microscope (SEM) image for the edges of samples (a) and (b).
The edges are unfired, cracked sections and have been aged for 100 days. Sample (a) shows signs of chemical damage in the crystal, but this depth is well beyond the approximately 0.1 μm thick AlAs upper layer of the As-formed crystal. Conversely, the cross section of sample (b) shows a native oxide layer of substantially the same thickness as the AlAs upper layer of the As-formed crystal, the thickness of this native oxide being approximately 0.1 μm; Changes (deterioration) to natural oxides
There are few signs of Non-uniform etching also appears in the cross section of sample (a). It is surprising that the sample was not baked to emphasize this layer.

80日後に取ったサンプル(a)と(b)に対する第二
イオン質量スペクトロメータ(SIMS)分析の結果を図21
に示している。サンプル(a)と(b)はいずれも厚さ
が0.1μmの上側の酸素および水素信号が大きい(Al−
O−Hイオン数で示している)。変わったこととしてサ
ンプル(a)はAl−O−Hイオン数がクリスタルの約0.
1μmで少なくなっていることを示している。サンプル
(b)ではAl−O−Hの信号が著しい対照をなしてお
り、Al−O−Hに対するイオン数はほぼ0.1μmの厚さ
の後で大幅に減少しているが、これは自然酸化物により
形成された層を示している。Al−Oイオン数は両方のサ
ンプルともAl−O−H信号に追従している。2つのクリ
スタルにおける他の著しい差はサンプル(a)の上側1
μmで明らかなGa空乏であり、これは化学的な反応およ
びクリスタルの変化(劣化)が生じていることを示して
いる。サンプル(a)のGa信号はAlAs−GaAsインターフ
ェイス、すなわち約0.1μmで増加しており、再び表面
で減少している;しかしGa信号内の“スパイク”はサン
プル(b)の場合観測されず、更にこのサンプル(b)
は化学的な反応または変化(劣化)の兆しを見せていな
い;これらの結果は図20のSEMイメージに従っており、
この発明の方法によりサンプル(b)のほぼ0.1μmか
ら形成される自然酸化物が特性的に安定していることを
示している。
FIG. 21 shows the results of second ion mass spectrometer (SIMS) analysis of samples (a) and (b) taken after 80 days.
Is shown in In both samples (a) and (b), the oxygen and hydrogen signals on the upper side having a thickness of 0.1 μm are large (Al-
O-H ion number). What is unusual is that the sample (a) has an Al-O-H ion number of about 0.
It is shown that it is reduced at 1 μm. In sample (b), the Al-O-H signal is in sharp contrast, and the number of ions for Al-O-H decreases significantly after a thickness of approximately 0.1 μm, which is due to the natural oxidation. 2 shows a layer formed by an object. The number of Al-O ions follows the Al-OH signal in both samples. The other significant difference between the two crystals is the upper one in sample (a).
Ga depletion was apparent at μm, indicating that a chemical reaction and a change (deterioration) of the crystal had occurred. The Ga signal of sample (a) increases at the AlAs-GaAs interface, ie, about 0.1 μm, and decreases again at the surface; however, no “spike” in the Ga signal is observed for sample (b), Furthermore, this sample (b)
Shows no signs of chemical reaction or change (deterioration); these results are in accordance with the SEM image of FIG.
This shows that the native oxide formed from approximately 0.1 μm of sample (b) by the method of the present invention is characteristically stable.

SIMS分析はAl−O−H信号におけるディップがサンプ
ル(b)の場合約0.1であることを示しているが、この
ディップはサンプル(a)にはない。同様に酸化された
ヘテロ構造の伝送エレクトロンマイクロスコープイメー
ジはAlAs上側の層の元の厚さに対し大まかに60%から70
%まで自然酸化物層の縮小が若干あることを示してい
る。この縮小はAl−H2O反応の生成物の1つであり、適
当な量がある時酸化物の品質に悪影響を与えないAlO(O
H)モル体積がAlAsのモル体積より25%少ないことによ
り説明される(無水αのモル体積およびAl2O3のフェイ
ズはAlAsの場合にほぼ等しいが、このAlAsはこの発明の
自然酸化物の主なコンポーネントとしてα−Al2O3を形
成することを示している)。約0.06μmから0.07μmま
でのAlAs層の減少は(Al−O−H信号内のディップで示
すように)AlO(OH)がこの発明の酸化物が中間物であ
るかまたは最後のものであることを示している。更に厚
さに対する減少は砒素のロスにより生じている。AlAs酸
化における反応は次の通りである: AlAs+3H2O→Al(OH)+AsH3↑ (1) AlAs+2H2O→AlO(OH)+AsH3↑ (2) 2AlAs+3H2O→Al2O3+2AsH3↑ (3) As2O3の形成の反応はサンプル(a)および(b)のい
ずれの場合もAlAs層内のAsの消耗(図21に示すように)
が増加するがあっても少ない。
SIMS analysis shows that the dip in the Al-OH signal is about 0.1 for sample (b), but this dip is absent for sample (a). Similarly, the transmission electron microscope image of the oxidized heterostructure is roughly 60% to 70% of the original thickness of the AlAs top layer.
% Indicates that there is some reduction in the native oxide layer. This reduction is one of the products of the Al-H 2 O reaction, it does not adversely affect the quality of the oxide when there is an appropriate amount AlO (O
H) Explained by the fact that the molar volume is 25% less than the molar volume of AlAs (the molar volume of anhydrous α and the phase of Al 2 O 3 are approximately equal to that of AlAs, but this AlAs is It shows that α-Al 2 O 3 is formed as a main component). AlAs layer reduction from about 0.06 μm to 0.07 μm indicates that AlO (OH) is an intermediate or last oxide of the present invention (as indicated by the dip in the Al-OH signal). It is shown that. Further reductions in thickness are caused by arsenic losses. Reaction in the AlAs oxide is as follows: AlAs + 3H 2 O → Al (OH) 3 + AsH 3 ↑ (1) AlAs + 2H 2 O → AlO (OH) + AsH 3 ↑ (2) 2AlAs + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 2AsH 3 ↑ (3) The reaction of As 2 O 3 formation is the consumption of As in the AlAs layer in both the samples (a) and (b) (as shown in FIG. 21).
There is little if any increase.

反応(1)はサンプル(a)内に生じ、形成されたダ
イオード(s)の品質に関係している;Al(OH)の形
成に対する標準的な加熱は300゜Kにおけるa−Al2O3
−Al2O3またはALO(OH)より高い。これは大気圧で300
゜Kの熱力学的に安定したフェイズを示すフェイズダイ
アグラムに対応している。参考文献に図が関連のあるE.
M.Levin他の“セラミストに対するフェイズダイヤグラ
ム”(米国セラミスト教会、コロンブス、オハイオ)、
Fig.2008,P.551(1964);Fig.1927,P.527(1964)およ
びFig.4984,P.426(1975)を参照にされたい。
Reaction (1) occurs in sample (a) and is related to the quality of the diode (s) formed; standard heating for the formation of Al (OH) 3 is a-Al 2 O at 300 ° K. 3 , γ
-Al 2 O 3 or higher than the ALO (OH). This is 300 at atmospheric pressure
It corresponds to a phase diagram showing a thermodynamically stable phase of ゜ K. E. Related figures
M. Levin et al., "Phase Diagram for Thermistes" (Cermist Church, Columbus, Ohio),
See Fig. 2008, P. 551 (1964); Fig. 1927, P. 527 (1964) and Fig. 4984, P. 426 (1975).

図21に示すようにサンプル(b)の1番目の0.1μm
に生ずるAsの消耗はサンプル(b)の場合よりも大きい
2つのオーダーである。これによりサンプル(b)のAl
As層内で2番目の反応が起きることが示されるが、この
反応は更に多くのAs(揮発物質AsH3として)を遊離さ
せ、これにより自然酸化物層の収縮は増大する。この反
応は次の通りである; AlO(OH)+AlAs+H2O→Al2O3+AsH3↑ (4) サンプル(a)と比較して、サンプル(b)のAlAs層内
への更に大きなAsの消耗はAsがこの発明の安定した自然
酸化物の形成に重要な役割を果たしており、更にAlAs内
で水酸基(OH-)の反応に触媒作用を及ぼすことを示し
ている。水酸基があることはサンプル(a)の酸化物が
不安定となり、差に従来の技術の熱酸化技術からは酸化
物が不十分であることが考えられる。
As shown in FIG. 21, the first 0.1 μm of sample (b)
As a result, the consumption of As is two orders larger than that of the sample (b). As a result, the sample (b) Al
A second reaction is shown to occur in the As layer, which liberates more As (as volatile AsH 3 ), thereby increasing the shrinkage of the native oxide layer. This reaction is as follows: AlO (OH) + AlAs + H 2 O → Al 2 O 3 + AsH 3 ↑ (4) Compared to sample (a), larger As was introduced into the AlAs layer of sample (b). The depletion indicates that As plays an important role in the formation of the stable native oxide of the present invention and furthermore catalyzes the reaction of the hydroxyl group (OH ) in AlAs. The presence of the hydroxyl group makes the oxide of the sample (a) unstable, and it is considered that the oxide is insufficient from the conventional thermal oxidation technology.

酸化ガリウム化合物として、ガリウム3水酸化物Ga
(OH)は室温および大気圧で形成されるGa−O−H化
合物に良く似ている。ガリウム酸化水酸化物GaO(OH)
は約400℃で最も安定した形を取る。Ga(OH)とGaO
(OH)はいずれも半導体の使用目的に物理的に適してお
り、更に酸化物の厚さが広がる。Ga(OH)とGaO(O
H)はこの発明の実施により定められる375℃の温度で形
成され、更に従来の技術の熱酸化技術により好ましくな
い量が形成されると考えられている。Ga(OH)はAl
(OH)より酸が強いが、このAl(OH)は酸または塩
基として作用し、更にこれら2つの水酸化物の反応によ
りこれらの材料が半導体構造の上で有する有害な効果
が、更に悪化する可能性が強い。いずれも電解質である
ので(含水の形の時)、光の存在により反応が行なわれ
る。
As a gallium oxide compound, gallium trihydroxide Ga
(OH) 3 is very similar to a Ga-OH compound formed at room temperature and atmospheric pressure. Gallium oxide hydroxide GaO (OH)
Takes the most stable form at about 400 ° C. Ga (OH) 3 and GaO
(OH) is physically suitable for the intended use of the semiconductor, and further increases the thickness of the oxide. Ga (OH) 3 and GaO (O
It is believed that H) is formed at a temperature of 375 ° C. as determined by the practice of this invention, and that undesirable amounts are formed by prior art thermal oxidation techniques. Ga (OH) 3 is Al
Although the acid is stronger than (OH) 3 , this Al (OH) 3 acts as an acid or a base, and furthermore, the reaction of these two hydroxides has a detrimental effect that these materials have on the semiconductor structure. Strongly likely to worsen. Since both are electrolytes (when they are in the form of water), the reaction takes place in the presence of light.

Ga−O−HおよびAl−O−H化合物がこの発明の自然
酸化物の中にありこの化合物がクリアであるが、サンプ
ル(a)の場合のようにサンプル(b)のクリスタルを
破損しない。この発明の自然酸化物を形成するのに使用
される高温(約375℃を越える)での特別な水酸化物が
減少することにより、Al−H2OとGa−H2Oの反応が安定し
これにより低温酸化の化学的な破損の反応が抑えられ
る。
The Ga-OH and Al-OH compounds are present in the native oxide of the present invention and are clear but do not damage the crystals of sample (b) as in sample (a). The reduction of special hydroxides at the high temperatures (above about 375 ° C.) used to form the native oxides of this invention stabilizes the reaction between Al—H 2 O and Ga—H 2 O. This suppresses the reaction of chemical damage due to low-temperature oxidation.

例7 急速熱処理による自然酸化物の形成レイト 650℃の炉が95℃−105℃のH2Oの泡でN2ガスを通して
得られる水蒸気環境を得るのに与えられている;窒素ガ
スのフローレイトはほぼ1.4scfhである。
Example 7 and furnace forming rate 650 ° C. of native oxide by rapid thermal processing is applied to obtain a steam environment obtained through the N 2 gas at 95 ° C. -105 ° C. of of H 2 O bubbles; nitrogen gas flow rate of Is almost 1.4scfh.

熱質量効果を最小にするため、この例のサンプルを載
せるのに使用されるクオーツボードはサンプルが酸化さ
れるまで炉の中に入れられている。使用されるサンプル
はxが約0.8から約0.9の間の時AlxGa1-xAs層を有したク
リスタルである。
To minimize the thermo-mass effect, the quartz board used to load the sample of this example is placed in a furnace until the sample is oxidized. The sample used is a crystal with an Al x Ga 1-x As layer when x is between about 0.8 and about 0.9.

クリスタルを酸化するため、このクオーツボードは炉
から取り除かれ、更にサンプルはこのボードの上に置か
れている。サンプルとボードはこの炉の中に置かれてい
る。約15秒から約10分の酸化期間はセパレートサンプル
に使用されている。酸化の終わりに使用されたサンプル
はこの炉からすばやく取り除かれている。
The quartz board was removed from the furnace to oxidize the crystal, and the sample was placed on the board. Samples and boards are placed in this furnace. An oxidation period of about 15 seconds to about 10 minutes has been used for separate samples. The sample used at the end of the oxidation is quickly removed from the furnace.

各サンプルに対し、自然酸化物の形成レイトは観察さ
れ、この発明による急速な熱処理を用いて15秒毎の酸化
時間に形成される約0.1μm(約1000Å)の自然酸化物
となる。
For each sample, a native oxide formation rate is observed, resulting in a native oxide of about 0.1 μm (about 1000 °) that is formed using a rapid heat treatment according to the present invention at an oxidation time of every 15 seconds.

例8 屈折率の測定 自然酸化物層はGaAsの上に重ねられたAl0.8Ga0.1Asの
4つのサンプル(それぞれの層の厚さは約0.4μm)か
ら形成されている。サンプル1から4のそれぞれにはGa
Asキャップ(厚さが約0.1μm)があるが、このキャッ
プはH2SO4:H2O2:H2O(1:8:80)の溶液で除去されてい
る;サンプルは例7で使用された手順に従い直接酸化さ
れている。サンプル1から4に対する酸化の時間はそれ
ぞれ1、2、4、10分である。
Example 8 Measurement of Refractive Index The native oxide layer is formed from four samples of Al 0.8 Ga 0.1 As (each layer is about 0.4 μm thick) overlaid on GaAs. Each of samples 1 to 4 contains Ga
There is an As cap (approximately 0.1 μm thick) which has been removed with a solution of H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (1: 8: 80); Directly oxidized according to the procedure used. The oxidation times for samples 1 to 4 are 1, 2, 4, and 10 minutes, respectively.

従来の装置およびλ=6328Åの波長を使用したエリプ
ソメータの測定によりこの発明により形成された酸化物
層の厚さと屈折率が決定される。その結果を次の表2に
示す: 表2から明らかであるように、サンプル1から3はほぼ
完全に酸化されており、これにより得られた自然酸化物
の厚さはAl0.8Ga0.1Asの厚さにほぼ等しいかそれより小
さい。このように形成された自然酸化物の屈折率は1.54
−1.57の範囲であるが、これは各サンプルを形成する自
然酸化物が基本的に脱水アルミニウム化合物から構成さ
れていることを示している。
Ellipsometer measurements using conventional equipment and a wavelength of λ = 6328 ° determine the thickness and refractive index of the oxide layer formed according to the present invention. The results are shown in Table 2 below: As is evident from Table 2, Samples 1 to 3 are almost completely oxidized, and the thickness of the resulting native oxide is approximately equal to or less than the thickness of Al 0.8 Ga 0.1 As. The refractive index of the native oxide thus formed is 1.54
The range of −1.57 indicates that the native oxide forming each sample is basically composed of a dehydrated aluminum compound.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダレサッセ ジョン エム アメリカ合衆国 イリノイ 60134 ジ ェネバ バークシャー ドライブ 2684 番地 (56)参考文献 特開 平2−91938(JP,A) 特開 昭56−71943(JP,A) 特開 昭58−141524(JP,A) 特開 昭60−142583(JP,A) 特開 昭55−138238(JP,A) 特開 昭56−83946(JP,A) 特公 昭62−14094(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/316 H01S 5/00 - 5/50 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Daresasse John M. 2684, Geneva Berkshire Drive 60134 Illinois, United States of America (56) References JP-A-2-91938 (JP, A) JP-A-56-71943 (JP, A JP-A-58-141524 (JP, A) JP-A-60-145283 (JP, A) JP-A-55-138238 (JP, A) JP-A-56-83946 (JP, A) 14094 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/316 H01S 5/00-5/50

Claims (99)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】自然酸化物をアルミニウム−含有III−V
族半導体材料から形成する方法で、前記の自然酸化物は
アルミニウム−含有III−V族半導体材料の少なくとも
一部を変換するため前記のアルミニウム−含有III−V
族半導体材料を水を含んだ環境と少なくとも約375℃の
温度に露出することを有し、前記の自然酸化物の厚さが
前記のアルミニウム−含有III−V族半導体の該当部分
の厚さとほぼ等しいか、それより小さいことを特徴とす
る方法。
1. A natural oxide containing aluminum-containing III-V
Wherein the native oxide comprises at least a portion of the aluminum-containing III-V semiconductor material to convert at least a portion of the aluminum-containing III-V semiconductor material.
Exposing the group-semiconductor material to a water-containing environment and a temperature of at least about 375 ° C., wherein the thickness of the native oxide is approximately equal to the thickness of the portion of the aluminum-containing III-V semiconductor. A method characterized by being less than or equal to.
【請求項2】前記自然酸化物の厚さが前記アルミニウム
−含有III−V族半導体材料の厚さの約0.6倍から約1.1
倍の間にある請求項1に記載の方法。
2. The thickness of said native oxide is from about 0.6 to about 1.1 times the thickness of said aluminum-containing III-V semiconductor material.
2. The method of claim 1, wherein the time is between double.
【請求項3】前記自然酸化物の厚さが前記アルミニウム
−含有III−V族半導体材料の厚さの約0.7倍から約1.0
倍である請求項2に記載の方法。
3. The thickness of said native oxide is from about 0.7 to about 1.0 times the thickness of said aluminum-containing III-V semiconductor material.
3. The method of claim 2, wherein the factor is double.
【請求項4】前記自然酸化物の厚さが前記アルミニウム
−含有III−V族半導体材料の厚さの約0.8倍から約0.95
倍である請求項3に記載の方法。
4. The thickness of the native oxide is from about 0.8 to about 0.95 times the thickness of the aluminum-containing III-V semiconductor material.
4. The method of claim 3, wherein the factor is double.
【請求項5】前記自然酸化物の厚さが前記アルミニウム
−含有III−V族半導体材料の厚さの約0.85倍から約0.9
倍である請求項4に記載の方法。
5. The method of claim 1, wherein said native oxide has a thickness from about 0.85 to about 0.9 times the thickness of said aluminum-containing III-V semiconductor material.
5. The method of claim 4, wherein the factor is double.
【請求項6】前記の水を含んだ環境が水蒸気および不活
性ガスから成る請求項1に記載の方法。
6. The method of claim 1 wherein said water-containing environment comprises water vapor and an inert gas.
【請求項7】前記の水を含んだ環境が水蒸気のほぼ飽和
した窒素ガスから成る請求項6に記載の方法。
7. The method of claim 6, wherein said water-containing environment comprises nitrogen gas substantially saturated with water vapor.
【請求項8】前記の窒素のフローレイトが少なくとも一
時間あたり約0.5標準立法フィートである請求項7に記
載の方法。
8. The method of claim 7 wherein said nitrogen flow rate is at least about 0.5 standard cubic feet per hour.
【請求項9】前記のフローレイトが一時間あたり約2.0
標準立法フィートである請求項8に記載の方法。
9. The method according to claim 1, wherein said flow rate is about 2.0 per hour.
9. The method of claim 8, which is a standard cubic foot.
【請求項10】前記の温度が約375℃から約600℃である
請求項1に記載の方法。
10. The method of claim 1, wherein said temperature is from about 375 ° C. to about 600 ° C.
【請求項11】前記の温度が約390℃から約500℃である
請求項10に記載の方法。
11. The method of claim 10, wherein said temperature is from about 390 ° C. to about 500 ° C.
【請求項12】前記の温度が約400℃から約450℃である
請求項11に記載の方法。
12. The method of claim 11, wherein said temperature is from about 400 ° C. to about 450 ° C.
【請求項13】前記アルミニウム−含有III−V族半導
体材料を前記の水を含んだ環境および前記の温度に露出
する時間が約0.1時間から約6.0時間である請求項10に記
載の方法。
13. The method of claim 10 wherein the time of exposing said aluminum-containing III-V semiconductor material to said water-containing environment and said temperature is from about 0.1 hours to about 6.0 hours.
【請求項14】前記の時間が約0.1時間から約5.0時間で
ある請求項13に記載の方法。
14. The method of claim 13, wherein said time is from about 0.1 hours to about 5.0 hours.
【請求項15】前記の時間が約2.0時間から約4.0時間で
ある請求項14に記載の方法。
15. The method of claim 14, wherein said time is from about 2.0 hours to about 4.0 hours.
【請求項16】前記の時間が約3.0時間である請求項15
に記載の方法。
16. The method of claim 15 wherein said time is about 3.0 hours.
The method described in.
【請求項17】前記の温度の範囲が約600℃から約1100
℃である請求項1に記載の方法。
17. The temperature range from about 600 ° C. to about 1100.
The method of claim 1, wherein the temperature is ° C.
【請求項18】前記の温度が約650℃から約1000℃であ
る請求項17に記載の方法。
18. The method of claim 17, wherein said temperature is from about 650 ° C. to about 1000 ° C.
【請求項19】前記の温度が約700℃から約900℃である
請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein said temperature is from about 700 ° C. to about 900 ° C.
【請求項20】前記の温度が約800℃である請求項19に
記載の方法。
20. The method according to claim 19, wherein said temperature is about 800.degree.
【請求項21】前記アルミニウム−含有III−V族半導
体材料を前記の水を含んだ環境と前記の温度に露出する
時間が約120秒までである請求項17に記載の方法。
21. The method of claim 17, wherein the time of exposing the aluminum-containing III-V semiconductor material to the water-containing environment and the temperature is up to about 120 seconds.
【請求項22】前記の時間が約5秒から約90秒である請
求項21に記載の方法。
22. The method of claim 21, wherein said time is from about 5 seconds to about 90 seconds.
【請求項23】前記の時間が約10秒から約60秒である請
求項22に記載の方法。
23. The method of claim 22, wherein said time is from about 10 seconds to about 60 seconds.
【請求項24】前記の時間が約15秒から約30秒である請
求項23に記載の方法。
24. The method of claim 23, wherein said time is from about 15 seconds to about 30 seconds.
【請求項25】自然酸化物が水和アルミニウム化合物を
含まない状態にある請求項1に記載の方法。
25. The method of claim 1, wherein the native oxide is free of hydrated aluminum compounds.
【請求項26】自然酸化物が主に脱水アルミニウム化合
物から構成される請求項1に記載の方法。
26. The method according to claim 1, wherein the native oxide is mainly composed of a dehydrated aluminum compound.
【請求項27】少なくとも1つの前記の脱水アルミニウ
ム化合物がα−A12O3である請求項26に記載の方法。
27. dehydrated aluminum compound of at least one of said method according to claim 26 which is α-A1 2 O 3.
【請求項28】少なくとも1つの前記の脱水アルミニウ
ム化合物がダイアスポアである請求項26に記載の方法。
28. The method of claim 26, wherein at least one of said dehydrated aluminum compounds is diaspore.
【請求項29】前記の自然酸化物がアルミニウム亜酸化
物を含まない状態にある請求項1に記載の方法。
29. The method of claim 1 wherein said native oxide is free of aluminum suboxide.
【請求項30】前記水和アルミニウム化合物にA12O3・3
H2OとA12O3・H2Oを有する請求項25に記載の方法。
30. The method according to claim 30, wherein the hydrated aluminum compound is A1 2 O 3 .3.
The method of claim 25 comprising of H 2 O and A1 2 O 3 · H 2 O .
【請求項31】前記のアルミニウム亜酸化物がη−A12O
3,χ−A12O3,θ−A12O3,κ−A12O3,δ−A12O3,ι−A12O
3を有する請求項29に記載の方法。
31. The aluminum suboxide according to claim 31, wherein η-A1 2 O
3 , χ−A1 2 O 3 , θ−A1 2 O 3 , κ−A1 2 O 3 , δ−A1 2 O 3 , ι−A1 2 O
30. The method according to claim 29, having 3 .
【請求項32】前記のアルミニウム−含有III−V族半
導体材料がAlGaAs,AlInP,AlGaAsP,AlGaAsSb,InAlGaP,In
AlGaAsを有する請求項1に記載の方法。
32. The aluminum-containing group III-V semiconductor material is AlGaAs, AlInP, AlGaAsP, AlGaAsSb, InAlGaP, In.
The method of claim 1 comprising AlGaAs.
【請求項33】前記の自然酸化物が汚れがなくほぼ透明
である請求項1に記載の方法。
33. The method of claim 1 wherein said native oxide is clean and substantially transparent.
【請求項34】前記のアルミニウム−含有III−V族半
導体材料がアルミニウムを含まないIII−V族半導体基
板の表面の上にある請求項1に記載の方法。
34. The method of claim 1, wherein said aluminum-containing III-V semiconductor material is on a surface of an aluminum-free III-V semiconductor substrate.
【請求項35】前記の上積みされたアルミニウム−含有
III−V族半導体材料を前記の自然酸化物に変えること
が前記のアルミニウムを含まないIII−V族半導体基板
の表面で終わる請求項34に記載の方法。
35. The overlaid aluminum-containing material of claim 35.
35. The method of claim 34, wherein converting the III-V semiconductor material to the native oxide terminates at a surface of the aluminum-free III-V semiconductor substrate.
【請求項36】前記の自然酸化物を水の無い状態で乾燥
させることから更に成る請求項1に記載の方法。
36. The method of claim 1, further comprising drying said native oxide in the absence of water.
【請求項37】前記の乾燥が乾燥不活性ガス内で行なわ
れる請求項36に記載の方法。
37. The method according to claim 36, wherein said drying is performed in a dry inert gas.
【請求項38】前記の不活性ガスが乾燥窒素である請求
項37に記載の方法。
38. The method according to claim 37, wherein said inert gas is dry nitrogen.
【請求項39】前記の乾燥の温度の範囲が約375℃から
約500℃の間である請求項37に記載の方法。
39. The method of claim 37, wherein said drying temperature ranges between about 375 ° C. to about 500 ° C.
【請求項40】前記の温度の範囲が約400℃から約450℃
の間である請求項39に記載の方法。
40. The temperature range of about 400 ° C. to about 450 ° C.
40. The method of claim 39, wherein
【請求項41】前記の乾燥が前記のアルミニウム−含有
III−V族半導体材料を前記水を含んだ環境に少なくと
も約375℃温度で約0.25時間露出した後に行なわれる請
求項36に記載の方法。
41. The method according to claim 41, wherein the drying is the aluminum-containing.
37. The method of claim 36, wherein the method is performed after exposing the III-V semiconductor material to the water-containing environment at a temperature of at least about 375C for about 0.25 hours.
【請求項42】前記の乾燥時間が約2時間である請求項
41に記載の方法。
42. The drying time is about 2 hours.
41. The method according to 41.
【請求項43】前記の自然酸化物を焼きなましすること
から更に成る請求項1に記載の方法。
43. The method of claim 1, further comprising annealing said native oxide.
【請求項44】前記の自然酸化物がアンプル内にシール
されている請求項43に記載の方法。
44. The method of claim 43, wherein said native oxide is sealed in an ampoule.
【請求項45】前記のアンプルが過圧の砒素を有してい
る請求項44に記載の方法。
45. The method of claim 44, wherein said ampoule comprises overpressurized arsenic.
【請求項46】前記のアンプルが過圧のリンを有してい
る請求項45に記載の方法。
46. The method of claim 45, wherein said ampoule has overpressured phosphorus.
【請求項47】前記の焼きなましが水の無い状態で行な
われ、更に温度範囲が約600℃から約850℃の間である請
求項43に記載の方法。
47. The method of claim 43, wherein said annealing is performed in the absence of water, and wherein the temperature range is between about 600 ° C and about 850 ° C.
【請求項48】前記の温度が約850℃である請求項47に
記載の方法。
48. The method according to claim 47, wherein said temperature is about 850 ° C.
【請求項49】前記の焼きなましの時間が約0.25時間か
ら約4時間である請求項43に記載の方法。
49. The method of claim 43, wherein said annealing time is from about 0.25 hours to about 4 hours.
【請求項50】前記の乾燥温度が約375℃から約500℃の
前記の範囲内で上昇傾向である請求項39に記載の方法。
50. The method of claim 39, wherein said drying temperature tends to increase within said range of about 375 ° C to about 500 ° C.
【請求項51】前記の乾燥温度が約375℃から約500℃の
前記の範囲内で下降傾向である請求項39に記載の方法。
51. The method of claim 39, wherein said drying temperature has a downward trend within said range of about 375 ° C. to about 500 ° C.
【請求項52】前記の焼きなましの温度が約600℃から
約850℃の範囲内で上昇傾向である請求項43に記載の方
法。
52. The method of claim 43, wherein said annealing temperature has a tendency to increase in a range from about 600 ° C. to about 850 ° C.
【請求項53】前記の焼きなましの温度が約600℃から
約850℃の範囲内で下降傾向である請求項43に記載の方
法。
53. The method of claim 43, wherein said annealing temperature has a downward trend within a range of about 600 ° C. to about 850 ° C.
【請求項54】前記のアルミニウム−含有III−V族半
導体材料を前記の水を含んだ環境に露出している間前記
の温度が少なくとも約375℃から上昇傾向である請求項
1に記載の方法。
54. The method of claim 1, wherein said temperature tends to increase from at least about 375 ° C. while exposing said aluminum-containing III-V semiconductor material to said water-containing environment. .
【請求項55】前記の温度が少なくとも375℃から上昇
傾向にあり、前記の露出時間が約2時間から約4時間で
ある請求項54に記載の方法。
55. The method of claim 54, wherein said temperature tends to increase from at least 375 ° C. and said exposure time is from about 2 hours to about 4 hours.
【請求項56】前記の温度が約600℃から約1100℃の上
昇傾向にあり、前記の露出時間が約15秒から約30秒であ
る請求項54に記載の方法。
56. The method of claim 54, wherein said temperature tends to increase from about 600 ° C. to about 1100 ° C. and said exposure time is from about 15 seconds to about 30 seconds.
【請求項57】前記のアルミニウム−含有III−V族半
導体材料を約2時間以下の加熱時間加熱することから成
る請求項17に記載の方法。
57. The method of claim 17, comprising heating the aluminum-containing III-V semiconductor material for a heating time of about 2 hours or less.
【請求項58】前記の加熱時間が約1秒以下である請求
項57に記載の方法。
58. The method of claim 57, wherein said heating time is less than about 1 second.
【請求項59】前記の加熱が約室温からスタートする請
求項57に記載の方法。
59. The method of claim 57, wherein said heating starts at about room temperature.
【請求項60】前記の自然酸化物が前記の約15秒の露出
時間毎に約0.1μmのレイトで形成される請求項17に記
載の方法。
60. The method of claim 17, wherein said native oxide is formed at a rate of about 0.1 μm for each of said about 15 second exposure times.
【請求項61】自然酸化物をxが約0.7以上の時A1xGa
1-xAsから形成する方法で、前記の自然酸化物は前記半
導体材料の少なくとも一部を前記のA1xGa1-xAs半導体材
料の該当部分の厚さ以下の厚さを有している自然酸化物
に変えるため窒素と水蒸気の環境および約400℃から約4
50℃の間の温度に露出することを有する方法。
61. When the natural oxide is x of about 0.7 or more, A1 x Ga
In a way to form a 1-x As, the natural oxide of has A1 x Ga 1-x As thickness less than or equal to that of the corresponding portion of the semiconductor material at least a portion of said of said semiconductor material Nitrogen and steam environment and about 400 ° C to about 4 to convert to natural oxide
A method comprising exposing to a temperature between 50 ° C.
【請求項62】前記の窒素が前記の水蒸気でほぼ飽和し
更にフローレイトが一時間あたり約1.0から約3.0の標準
立法フィートである請求項61に記載の方法。
62. The method of claim 61, wherein said nitrogen is substantially saturated with said water vapor and said flow rate is about 1.0 to about 3.0 standard cubic feet per hour.
【請求項63】前記の露出の時間が約3.0時間である請
求項61に記載の方法。
63. The method of claim 61, wherein said exposure time is about 3.0 hours.
【請求項64】前記の自然酸化物が主に脱水アルミニウ
ム化合物である請求項61に記載の方法。
64. The method according to claim 61, wherein said native oxide is mainly a dehydrated aluminum compound.
【請求項65】自然酸化物をxが約0.7以上の時A1xGa
1-xAsから形成する方法で、前記の自然酸化物は前記半
導体材料の少なくとも一部を前記のA1xGa1-xAs半導体材
料の該当部分の厚さ以下の厚さを有している自然酸化物
に変えるため窒素と水蒸気の環境および約600℃から約1
100℃の範囲の温度に露出することを有する方法。
65. A method wherein A1 x Ga is used when x is about 0.7 or more.
In a way to form a 1-x As, the natural oxide of has A1 x Ga 1-x As thickness less than or equal to that of the corresponding portion of the semiconductor material at least a portion of said of said semiconductor material Nitrogen and steam environment and about 600 ° C to about 1 to convert to natural oxide
A method comprising exposing to a temperature in the range of 100 ° C.
【請求項66】前記の窒素が水蒸気でほぼ飽和し更にフ
ローレイトが一時間あたり約1.0から約3.0の標準立法フ
ィートである請求項65に記載の方法。
66. The method of claim 65, wherein said nitrogen is substantially saturated with water vapor and said flow rate is from about 1.0 to about 3.0 standard cubic feet per hour.
【請求項67】前記の時間が約15秒から約30秒である請
求項65に記載の方法。
67. The method of claim 65, wherein said time is from about 15 seconds to about 30 seconds.
【請求項68】前記の自然酸化物が主に脱水アルミニウ
ム化合物から成る請求項65に記載の方法。
68. The method according to claim 65, wherein said native oxide comprises predominantly a dehydrated aluminum compound.
【請求項69】アルミニウム−含有III−V族半導体材
料から形成される自然酸化物で構成される半導体ディバ
イスで、前記の自然酸化物は前記のアルミニウム−含有
III−V族半導体材料の少なくとも一部を前記の自然酸
化物に変えるため水を含んだ環境と少なくとも約375℃
の温度に露出することを有し、前記の自然酸化物の厚さ
が前記のアルミニウム−含有III−V族半導体材料の該
当部分の厚さとほぼ等しいか、それより小さいことを特
徴とする方法。
69. A semiconductor device comprising a native oxide formed from an aluminum-containing III-V semiconductor material, wherein said native oxide is said aluminum-containing III-V semiconductor material.
A water-containing environment to convert at least a portion of the III-V semiconductor material to the native oxide, at least about
Wherein the thickness of said native oxide is about equal to or less than the thickness of said portion of said aluminum-containing III-V semiconductor material.
【請求項70】前記のディバイスが活性化ディバイスで
ある請求項69に記載の半導体ディバイス。
70. The semiconductor device according to claim 69, wherein said device is an activation device.
【請求項71】前記のディバイスがオプトエレクトロニ
クスディバイスである請求項70に記載の半導体ディバイ
ス。
71. The semiconductor device according to claim 70, wherein said device is an optoelectronic device.
【請求項72】前記のオプトエレクトロニクスディバイ
スがレーザである請求項71に記載の半導体ディバイス。
72. The semiconductor device according to claim 71, wherein said optoelectronic device is a laser.
【請求項73】前記のディバイスがコンデンサである請
求項70に記載の半導体ディバイス。
73. The semiconductor device according to claim 70, wherein said device is a capacitor.
【請求項74】前記のディバイスがトランジスタである
請求項70に記載の半導体ディバイス。
74. The semiconductor device according to claim 70, wherein said device is a transistor.
【請求項75】前記のディバイスが導波管である請求項
71に記載の半導体ディバス。
75. The device according to claim 75, wherein the device is a waveguide.
74. The semiconductor device according to 71.
【請求項76】前記のレーザがリッジ導波管を有してい
る請求項70の半導体ディバイス。
76. The semiconductor device according to claim 70, wherein said laser comprises a ridge waveguide.
【請求項77】前記のレーザがシングルストライプ構成
である請求項70に記載の半導体ディバイス。
77. The semiconductor device according to claim 70, wherein said laser has a single stripe configuration.
【請求項78】前記のレーザがマルチプルストライプ構
成である請求項72に記載の半導体ディバイス。
78. The semiconductor device according to claim 72, wherein said laser has a multiple stripe configuration.
【請求項79】前記のレーザが表面エミッタとして構成
されている請求項72に記載の半導体ディバイス。
79. The semiconductor device according to claim 72, wherein said laser is configured as a surface emitter.
【請求項80】前記の温度の範囲が約600℃から約1100
℃である請求項70に記載の半導体ディバイス。
80. The temperature range of about 600 ° C. to about 1100.
71. The semiconductor device according to claim 70, wherein the temperature is ° C.
【請求項81】前記の露出の時間が約15秒から約30秒で
ある請求項80に記載の半導体ディバイス。
81. The semiconductor device of claim 80, wherein said exposure time is between about 15 seconds and about 30 seconds.
【請求項82】前記のディバイスがトランジスタである
請求項80に記載の半導体ディバイス。
82. The semiconductor device according to claim 80, wherein said device is a transistor.
【請求項83】前記のオプトエレクトロニクスディバイ
スが二番目の量子井戸内に一番目の量子井戸を有してい
る請求項71に記載の半導体ディバイス。
83. The semiconductor device according to claim 71, wherein said optoelectronic device has a first quantum well in a second quantum well.
【請求項84】前記の一番目の量子井戸がInGaAsから成
り、前記の二番目の量子井戸がGaAsから成る請求項83に
記載の半導体ディバイス。
84. The semiconductor device according to claim 83, wherein said first quantum well comprises InGaAs and said second quantum well comprises GaAs.
【請求項85】次のものから成る半導体ディバイス: 半導体基板の層; 前記の基板の層の上の一番目の閉じ込め層; 前記一番目の閉じ込め層の上の活性化領域; 前記活性化領域の上の二番目の閉じ込め層; 前記二番目の閉じ込め層は一番目のアルミニウム−含有
III−V族半導体材料から成る;更に 前記二番目の閉じ込め層の上の電流ブロッキング層;前
記の電流ブロッキング層は前記二番目の閉じ込め層を自
然酸化物に変えるため前記二番目の閉じ込め層の表面の
少なくとも一部を十分長い時間水を含んだ環境に少なく
とも約375℃の温度で露出する方法により形成された自
然酸化物で構成されており、前記自然酸化物の厚さが前
記二番目の閉じ込め層の該当部分の厚さとほぼ等しいか
それより小さいことを特徴とする半導体ディバイス。
85. A semiconductor device comprising: a layer of a semiconductor substrate; a first confinement layer on the layer of the substrate; an activation region on the first confinement layer; The second confinement layer above; the second confinement layer is the first aluminum-containing
Further comprising a current blocking layer overlying the second confinement layer; the current blocking layer being a surface of the second confinement layer to convert the second confinement layer to native oxide. Comprises a native oxide formed by exposing at least a portion of the native oxide to a water-containing environment at a temperature of at least about 375 ° C. for a sufficiently long time, wherein the native oxide has a thickness of the second confinement. A semiconductor device characterized by having a thickness approximately equal to or less than the thickness of a corresponding part of the layer.
【請求項86】前記の基板の層がアルミニウムを含まな
いIII−V族半導体材料から成り、前記一番目の閉じ込
め層が二番目のアルミニウム−含有III−V族半導体材
料から成り、前記活性化領域が三番目のアルミニウム−
含有III−V族半導体材料の少なくとも2つの導波管層
と、前記導波管層の間に置かれた量子井戸へテロ構造と
から成り、前記の量子井戸へテロ構造が四番目のアルミ
ニウム−含有III−V族半導体材料から成る請求項85に
記載の半導体レーザ。
86. The method according to claim 86, wherein said substrate layer comprises an aluminum-free III-V semiconductor material; said first confinement layer comprises a second aluminum-containing III-V semiconductor material; Is the third aluminum
At least two waveguide layers of contained III-V semiconductor material, and a quantum well heterostructure located between the waveguide layers, wherein the quantum well heterostructure is a fourth aluminum layer. 86. The semiconductor laser according to claim 85, comprising a group III-V semiconductor material.
【請求項87】前記自然酸化物に変えられない前記二番
目閉じ込め層の領域で、前記二番目の閉じ込め層の表面
の上に断続的に置かれた接触層から更に成る請求項85に
記載の半導体レーザ。
87. The method of claim 85, further comprising a contact layer intermittently disposed on a surface of said second confinement layer in a region of said second confinement layer that cannot be converted to said native oxide. Semiconductor laser.
【請求項88】前記の接触層がシングルストライプ構成
で断続的に置かれている請求項87に記載の半導体レー
ザ。
88. The semiconductor laser according to claim 87, wherein said contact layer is intermittently arranged in a single stripe configuration.
【請求項89】前記の接触層がマルチプルストライプ構
成で断続的に置かれている請求項87に記載の半導体レー
ザ。
89. The semiconductor laser according to claim 87, wherein said contact layer is intermittently arranged in a multiple stripe configuration.
【請求項90】アルミニウム−含有III−V族半導体材
料を自然酸化物に変えるため前記のアルミニウム−含有
III−V族半導体材料を水を含んだ少なくとも375℃の温
度に露出することにより形成される自然酸化物から成
り、前記自然酸化物の厚さが前記アルミニウム−含有II
I−V族半導体材料の該当部分の厚さとほぼ等しいか、
それより小さいことを特徴としている半導体材料のため
の拡散マスク。
90. The aluminum-containing semiconductor for converting an aluminum-containing III-V semiconductor material to a native oxide.
A native oxide formed by exposing the III-V semiconductor material to a temperature of at least 375 ° C. containing water, wherein the native oxide has a thickness of the aluminum-containing II
Approximately equal to the thickness of the relevant portion of the IV semiconductor material,
Diffusion mask for semiconductor material, characterized by being smaller.
【請求項91】前記のマスクが亜鉛またはシリコンによ
り拡散を効果的に行なう請求項90に記載の拡散マスク。
91. A diffusion mask according to claim 90, wherein said mask effectively diffuses zinc or silicon.
【請求項92】自然酸化物がアルミニウム−含有III−
V族半導体材料を前記の自然酸化物に変えるため前記ア
ルミニウム−含有III−V族半導体材料を水を含んだ環
境で少なくとも375℃の温度に露出することから成る方
法により形成されており、前記自然酸化物の厚さが前記
自然酸化物に変えられる前記アルミニウム−含有III−
V族材料の該当部分の厚さとほぼ等しいか、それより小
さいことを特徴とするアルミニウム−含有III−V族半
導体材料から構成される自然酸化物。
92. The natural oxide is aluminum-containing III-
Exposing said aluminum-containing III-V semiconductor material to a temperature of at least 375 ° C. in a water-containing environment to convert said Group V semiconductor material to said native oxide, The aluminum-containing III- in which the thickness of the oxide is changed to the native oxide
A native oxide composed of an aluminum-containing III-V semiconductor material, wherein the native oxide is approximately equal to or less than the thickness of the corresponding portion of the group V material.
【請求項93】前記の自然酸化物が主に脱水アルミニウ
ム−化合物から成る請求項92に記載の自然酸化物。
93. The natural oxide according to claim 92, wherein said natural oxide mainly comprises a dehydrated aluminum compound.
【請求項94】前記の自然酸化物が脱水アルミニウム化
合物を含まない状態にある請求項93に記載の自然酸化
物。
94. The natural oxide according to claim 93, wherein said natural oxide does not contain a dehydrated aluminum compound.
【請求項95】前記の自然酸化物アルミニウム化合物が
α−A12O3およびダイアスポアを有する請求項93に記載
の自然酸化物。
95. The natural oxide according to claim 93, wherein said natural oxide aluminum compound has α-A1 2 O 3 and diaspore.
【請求項96】前記の温度の範囲が約600℃から約1100
℃である請求項93に記載の自然酸化物。
96. The temperature range is from about 600 ° C. to about 1100
94. The native oxide of claim 93 which is at ° C.
【請求項97】前記の露出時間が約15秒から約30秒であ
る請求項96に記載の自然酸化物。
97. The native oxide of claim 96, wherein said exposure time is from about 15 seconds to about 30 seconds.
【請求項98】前記の自然酸化物の屈折率がλ=6328Å
で約2.0未満である請求項92に記載の方法。
98. The natural oxide has a refractive index of λ = 6328 °.
93. The method of claim 92, wherein said is less than about 2.0.
【請求項99】前記の屈折率が約1.54から約1.57の間で
ある請求項98に記載の自然酸化物。
99. The native oxide of claim 98, wherein said refractive index is between about 1.54 and about 1.57.
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