JP4143324B2 - 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム - Google Patents
発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP4143324B2 JP4143324B2 JP2002123810A JP2002123810A JP4143324B2 JP 4143324 B2 JP4143324 B2 JP 4143324B2 JP 2002123810 A JP2002123810 A JP 2002123810A JP 2002123810 A JP2002123810 A JP 2002123810A JP 4143324 B2 JP4143324 B2 JP 4143324B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- iron silicide
- light
- active layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 34
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 174
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 82
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 82
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 81
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 22
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 18
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 16
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 14
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 10
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 187
- 239000010408 film Substances 0.000 description 21
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005084 FexOy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006585 β-FeSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014299 N-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N alpha-irone Chemical compound CC1CC=C(C)C(\C=C\C(C)=O)C1(C)C JZQOJFLIJNRDHK-CMDGGOBGSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021346 calcium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- CBHCDHNUZWWAPP-UHFFFAOYSA-N pecazine Chemical compound C1N(C)CCCC1CN1C2=CC=CC=C2SC2=CC=CC=C21 CBHCDHNUZWWAPP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229950007538 pecazine Drugs 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000701 toxic element Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18341—Intra-cavity contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
- H01S5/02315—Support members, e.g. bases or carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
- H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0235—Method for mounting laser chips
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
- H01S5/18313—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation by oxidizing at least one of the DBR layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
- H01S5/18322—Position of the structure
- H01S5/1833—Position of the structure with more than one structure
- H01S5/18333—Position of the structure with more than one structure only above the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
- H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するものである。また、本発明は半導体材料からなる発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光装置、あるいはｐｉｎホトダイオードなどの受光装置に関するものである。さらに、これら発光あるいは受光装置と電子デバイスを同一基板上に集積化させた光電子集積装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電流注入により高効率に発光する装置、高効率な受光装置は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系などＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を中心に成熟しつつある。特に上記赤外域の発光受光装置では、光ファイバを用いた光通信、電子機器間や機器内の高速信号配線のための光インタコネクション用のものが開発されてきている。
【０００３】
しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ族半導体には、Ｉｎなど地球上の埋蔵量の少ない元素や、Ａｓなど毒性の強い元素が含まれるので、環境対策上大量に用いることはできるだけ避けたいものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は環境上の問題が少ないと考えられる元素（例えばＦｅ）を含み構成される発光素子等を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に斯かる半導体装置は、多層膜を含み構成され、該多層膜のうち少なくとも一つの層は鉄シリサイドを含む層を有し、且つ該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は酸化処理されていることを特徴とする。
【０００６】
前記鉄シリサイドを含む層は、ベータ鉄シリサイド層であって、且つ発光装置の活性層を構成し、該活性層の少なくとも一部の領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【０００７】
また、発光装置において、前記鉄シリサイドを含む層を、活性層の上部及び／または下部に設け、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部の領域を、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【０００８】
また、本発明に斯かる発光装置は、活性層及びクラッド層を含み構成され、該活性層はベータ鉄シリサイドを含み、且つ該活性層の周囲は該ベータ鉄シリサイドが酸化されていることを特徴とする。
【０００９】
前記鉄シリサイドを含む層とはベータ鉄シリサイドであって、この層は受光装置における光吸収層を構成し、該光吸収層の一部領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００１０】
また、受光装置において、前記鉄シリサイドを含む層が、光吸収層の上部及び／または下部に設け、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部の領域を、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００１１】
前記鉄シリサイドを含む層には、カルシウム、マンガン、マグネシウム、バリウム、クロム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムのいずれかが含まれていてもよい。
【００１２】
前記鉄シリサイドを含む層は、例えばベータ鉄シリサイド層である。
【００１３】
前記鉄シリサイドを含む層が、活性層の近傍に設けられた発光装置であって、該活性層は、ベータ鉄シリサイドの微粒子がＳｉ中に埋め込まれて構成されており、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００１４】
前記多層膜の一部は、前記活性層を挟むように構成された反射ミラーとなっており、且つ該多層膜が形成された面に対して垂直方向に光を出力することも可能である。
【００１５】
前記反射ミラーが、前記鉄シリサイドを含む層により構成されていてもよい。
【００１６】
前記多層膜の一部は、前記活性層を挟むように構成され、Ｓｉを含むクラッド層となっており、且つ該多層膜が形成された面に対して垂直方向に光を出力することも可能である。
【００１７】
前記Ｓｉを含むクラッド層の一部は、前記鉄シリサイドを含む層で構成され、且つ前記酸化処理により形成される酸化鉄を含む領域を光導波路の横方向の閉じ込めのクラッド層として機能させてもよい。
【００１８】
前記鉄シリサイドを含む層とはベータ鉄シリサイドであって、この層は受光装置における光吸収層を構成し、該光吸収層の一部領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させることができる。
【００１９】
前記鉄シリサイドを含む層が、光吸収層の上部及び／または下部に設けられた受光装置であって、該鉄シリサイドとは、ベータ鉄シリサイド層であって、且つ該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部の領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００２０】
前記鉄シリサイドを含む層が、前記光吸収層の近傍に設けられた受光装置であって、該光吸収層は、ベータ鉄シリサイドの微粒子がＳｉ中に埋め込まれて構成されており、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００２１】
前記酸化処理は、前記鉄シリサイドを含む層の側面から酸化するための分子または原子を供給して、該側面から内部の方向に該鉄シリサイドを含む層を順次酸化させて行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に斯かる半導体装置は、上述の如く多層膜を含み構成され、該多層膜のうち少なくとも一つの層は鉄シリサイドを含む層を有し、且つ該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は酸化処理されていることを特徴とする。以下では、該鉄シリサイドを含む層を発光装置に用いる場合には活性層やクラッド層やミラー層として用い、そして受光装置に利用する場合には光吸収層として用いることができる。
【００２３】
（第１の実施形態）
まず、前記鉄シリサイド層を含む層を発光デバイスの活性層に用いる場合について図１を用いて説明する。同図において、１００は基板、１１０は下部クラッド層、１２０は鉄シリサイド層（活性層として機能させる場合には、ベータ鉄シリサイド層である）、１３０は鉄シリサイド層が酸化された領域である。１４０は活性領域、１５０は上部クラッド層である。上部、下部クラッド層というのは一般には端面発光デバイスの場合であり、面発光出力の場合は、キャビティを構成する為の上部、下部スペーサ層とも呼ばれている。なお、同図は、発光デバイスを模式的に示したものであり、電極等は省略してある。また、面発光型でレーザー光を出力させる場合には、上部クラッド（あるいはスペーサ）層１５０上や基板１００と下部クラッド（スペーサ）層間にミラー層を形成することになる。
【００２４】
本実施形態のように、鉄シリサイド層を含み構成される活性層の周囲が酸化処理されて絶縁領域（少なくとも酸化鉄を含むものである）となっているため、電流が活性層の中心に選択的に注入される電流狭窄構造となる。
【００２５】
なお、ベータ鉄シリサイド（β−ＦｅＳｉ２）を発光受光材料として用いることに関しては、例えば、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）１９９７年６月、第３８７巻、ｐ．６８６〜ｐ．６８８に記載されている。このベータ鉄シリサイドは直接遷移半導体であり、この層を活性層としてｐ型、ｎ型のＳｉで挟むダイオード構造とすることで、１．５μｍ帯の発光ダイオードとなる。本実施形態においては、電流狭窄構造を実現しているので、当該構造を有さない場合に比べて閾値を下げることができる。１．５μｍ波長であることは、低損失光ファイバを用いることができるので、光通信用光源としては最適である。また、光インタコネクション光源として用いる場合も動作電圧を１Ｖ程度にできる（バンドギャップ電圧が０．８５Ｖと低いため）ので低電圧Ｓｉ−ＩＣとのマッチングもよく、低消費電力化が可能となるので有望な材料である。
【００２６】
また、同じくベータ鉄シリサイド（β−ＦｅＳｉ２）を利用した半導体レーザとしては、図１０に示すような面発光レーザが開示されている（特開２０００−３１２０５５号公報）。これはベータ鉄シリサイド活性層７４が、７３や７５のクラッド層および７６と７２の反射ミラーでサンドイッチされた構造で基板から垂直に発光するようになっている。本実施形態においては、図１０に示す構造における活性層７４の外周部が酸化処理されており、活性層の側壁が空気にさらされていないので、非発光再結合によるリーク電流のためにしきい値電流が上がることはない。また、しきい値を低減するために発光領域をエッチングで小さくする必要もないので、加工精度を高めるためにエッチングに伴いコストが増大するということもない。
【００２７】
本実施形態においては、Ｆｅが酸化されやすいことを利用して鉄シリサイドを高温の水蒸気などを用いて横方向に酸化させてＦｅｘＯｙ（酸化鉄）を含む絶縁層を作製し、電流注入領域を狭窄化するとともに活性層側壁における空気との接触やエッチングによる荒れた界面の影響を避けるものである。酸化処理は、液体中や気体中で行うことができる。必要に応じてマスク等を用いてもよい。また、ＨＣｌやＣｌ２などを併用してもよい。
【００２８】
その具体例の１つが図３（下記実施例にて詳述）に示されているが、活性層となる６の領域のみベータ鉄シリサイドでキャリア注入ができ、４の領域はもともとベータ鉄シリサイドであったものが酸化されて絶縁層となったものである。
【００２９】
このような酸化を使う技術はＡｌＡｓを用いたレーザ等で、アプライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）（１９９４年７月）第６５巻ｐ．９７〜ｐ．９９などに開示されている。ＡｌＡｓは間接遷移のため発光層に用いることができないので、異なる結晶で形成した活性層の近傍にＡｌＡｓ層を形成して酸化層を作製する必要がある。そのため、活性層からＡｌＡｓ層までの距離を短くする必要があり、設計の自由度が少なかった。一方、鉄シリサイドでは上述のように発光層そのものが酸化層となり得るので、効率よく電流狭窄ができるとともに、設計の自由度も広げることができる。
【００３０】
本発明においては、発光層以外にも鉄シリサイドを含む層を酸化させて導波路を形成してもよい（図５）。この層は、鉄シリサイドの別の相（アルファ相やガンマ相）や、カルシウム、マンガン、マグネシウム、バリウム、クロム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムなどシリサイド半導体に成り得る別の元素を混入させたものでもよい。
【００３１】
このように鉄シリサイドを含む層を酸化させて、電流狭窄層や光導波路を形成することで、低しきい値、高信頼性、高効率な面発光レーザ、端面発光レーザおよび高効率な発光ダイオード、ホトダイオードを低コストで提供することができる。
【００３２】
また、このような発光受光装置はＳｉ基板上に直接形成が可能なので、同一基板上に電子集積回路と集積化させた光電子集積装置を小型、低コストで提供することもできる。この光電子集積装置を用いれば、高密度実装して高速処理が可能な光電気混載モジュールもしくはパッケージを提供することができ、これを実装した携帯に適した小型の次世代高速電子機器が提供できる。また、光伝送装置に適用して小型、低コストの光伝送システムを構築することができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては発光デバイスに関して主として説明したが、受光装置として用いる場合は、前記活性層部分が光吸収層となる。ホトダイオードに適用する場合においても上記同様に、リーク電流があると効率低下、暗電流増大などの特性劣化があるが、本実施形態においては光吸収層の側壁が酸化処理されているので斯かる問題点も軽減される。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、前記鉄シリサイド層を含む層を発光デバイスのクラッド（スペーサ）層に用いる場合について図２を用いて説明する。同図において、１００は基板、１１０は下部クラッド（スペーサ）層、１４０は活性層、１２１は鉄シリサイド層、１５０は上部クラッド（スペーサ）層である。１６０は前記鉄シリサイドを含む層が酸化処理されて絶縁領域となっている。図２においても電極等は省略している。本実施形態においてはクラッド（スペーサ）層の外周部を酸化処理することで、電流狭窄構造を実現している。図２では、クラッド層の外周部をすべて酸化処理しているが、厚さ方向に一部だけ酸化されている構成でもよい（例えば、図６である）。
【００３５】
（第３の実施形態）
本実施形態においては、Ｓｉ基板上にＬＳＩ領域と光デバイス領域を集積化する形態に関して説明する。図９において、８０はＳｉ基板、８１は鉄シリサイドそうが酸化処理されて形成される絶縁領域、８２は鉄シリサイド層領域（例えば、前述の実施形態における光デバイス等が形成されている）、８３はＬＳＩを形成したＳｉ層である。酸化された鉄シリサイド層８１を基板との絶縁に用いている。
【００３６】
一方で、この発光受光装置を駆動するためにはＳｉをベースとした電子デバイスが必要であり、小型化、低コスト化、近接配置による高速駆動化などを達成するためには、このＳｉデバイスと化合物半導体装置を集積化することが重要課題となっている。
【００３７】
２種類の半導体間では格子定数が異なるために、Ｓｉ基板上に特性のよいＩＩＩ−Ｖ族半導体を成膜することは一般に困難であるが、本実施形態で説明するようにＳｉ基板との格子不整合が小さい（約１％）鉄シリサイド層を用いることにより光デバイスと電子デバイスを同一基板上に集積化することが可能となる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明による半導体装置の具体的な実施例を説明する。実施例１から３までは発光装置単体の実施例、実施例４はこれを光インタコネクションに適用した例、実施例５は光伝送装置に適用した例である。
【００３９】
（実施例１）
図３に本発明による第１の実施例である面発光レーザの断面図（ａ）、平面図（ｂ）を示す。Ｓｉ基板１上に下部反射ミラー２、下部スペーサ層３、活性層６、活性層での電流注入領域を狭窄化する酸化層４、上部スペーサ層５、上部反射ミラー７が構成され、上部電極８および下部電極９を通じて活性層６に電流注入し、上下方向にレーザ光が出射するようになっている。図１（ｂ）に示すように上部電極８はリング状にして円形のアパーチャーとしたが、楕円、四角形あるいはその他の多角形でもよい。他のデバイスと集積するときには、電極８，９から他のデバイスへの電気配線（不図示）を表面層２の上に絶縁層を形成した上で作製すればよい。
【００４０】
さて、ここで各層の詳細について述べる。まず、Ｓｉ基板１は一般的にはアンドープのものが用いられるが、基板裏側から下部電極を取り出したい場合にはｎ型もしくはｐ型基板を用いても良い。下部反射ミラー２としては、Ｓｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉエピタキシャル多層膜を用いた。ＣａｘＦｅｙＳｉは鉄シリサイドにＣａを微量混入させたもので、カルシウムシリサイドのエネルギバンドギャップが１．９ｅＶ程度なので、鉄シリサイドよりもバンドギャップを広げて活性層からの発光波長１．５μｍ前後の光の吸収を低減することができる。Ｓｉの屈折率は約３．５に対しＣａｘＦｅｙＳｉの屈折率は５前後（Ｃａの混入量によって異なる）なので、λ／４厚の多層膜とすることで分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として機能させることができる。ここで、最上層は下部電極９とのコンタクトおよび活性層６へのキャアリ注入を行うために、不純物濃度１×１０１８ｃｍ−３のｎ−Ｓｉ層とした。
【００４１】
次に下部スペーサ層３は下部は１×１０１８ｃｍ−３のｎ−Ｓｉ層、活性層に近い部分はアンドープ層とした。その上にアンドープのベータ鉄シリサイド６、活性層に近い部分がアンドープで上部が不純物濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ−Ｓｉ層で上部スペーサ層５を形成した。絶縁層となる酸化層４はベータ鉄シリサイドを酸化した酸化鉄・酸化シリコン混合層である。酸化の方法によっては大部分が酸化鉄ＦｅｘＯｙになっている。この層は、後にも述べるがもともとベータ鉄シリサイドであった層６をメサの側壁から横方向に酸化して形成したものなので、酸化層はリング状に形成され、中央部のアパーチャーにのみ電流を流せるようになっている。このアパーチャの形状は条件や酸化の幅によっては面方位依存性がでるために四角形などの多角形になることもある。上部反射ミラー７としてはＳｉ／ＳｉＯ２の多層膜を用いた。上部電極８はｐコンタクトのためにＡｕＧａ、下部電極９はｎコンタクトのためにＡｕＳｂを用いてオーミック電極を形成した。
【００４２】
本装置では、１．５５μｍ帯のレーザ発振が得られるので、Ｓｉ基板を透過することができ、基板の上下両方向に光を出射することができる。そこで、Ｓｉ基板の裏側での反射により多重共振器が形成されてしまうので、必要に応じてＡＲ膜１０を形成する。これは光を反射させない構造であればよいので、基板裏面から光を取り出す必要のない場合は、粗面処理や光吸収体のコーティングなどでもよい。
【００４３】
また、これに関連して上下の反射ミラーは必要に応じて反射率を設定すればよい。すなわち、両側に光を取り出したい場合にはいずれも９９．９％程度の反射率で対称にすればよいし、どちらか一方でよい場合には、光取り出し側を９９．７％、反対側を９９．９９％と非対称にすれば低しきい値にしつつ光パワーの高出力化が可能となる。
【００４４】
次に図４を参照して、作成プロセスについて説明する。図４（ａ）において、Ｓｉ基板１上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などで下部ミラー２となるＳｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉ多層膜を成膜する。成長法は、分子ビーム成長（ＭＢＥ）法、熱反応堆積（ＲＤＥ）法、液相成長（ＬＰＥ）法、ハイドライド気相成長（ＣＶＤ）またはイオンビームによるＦｅ、Ｃａ打ち込みによる方法などを併用してもよい。上記で述べたように最上層はｎ型のＳｉ層としておく。
【００４５】
図４（ｂ）において、この上に連続的に下部スペーサ層となるＳｉ層３、活性層となるベータ鉄シリサイド層６、上部スペーサ層となるＳｉ層５を同様の成長法で積層する。Ｓｉ層のドーピングはｎ層にはＳｂ、ｐ層にはＢを用いた。このあとベータ鉄シリサイドの結晶性を向上させるために必要に応じて高温（９００℃程度）でアニールしてもよい。
【００４６】
図４（ｃ）において、３０μｍΦの円形状パターンにＳｉＯ２などの誘電体２０、レジストパターン２１をホトリソグラフィとエッチングによりマスク形成したあと、ドライエッチングによりｎ−Ｓｉ層を露出させてメサを形成する。
【００４７】
図４（ｄ）において、レジストを除去したあと、ＳｉＯ２をマスクとして、水蒸気雰囲気中５００℃でベータ鉄シリサイドの選択酸化を行って、時間制御により５μｍφの電流狭窄構造を形成する。水蒸気は例えば、９０℃のマントルヒータ内の水を３ｌ／ｍｉｎの窒素でバブリングして供給した。ベーパライザーを使って水を気化して供給してもよい。酸化の温度や流量は結晶の状態によって適宜条件だしを行う。電流狭窄のサイズも適宜設計して時間で制御する。必要に応じてＨＣｌガスやＣｌ２ガスを併用してもよい。このときＳｉも酸化されるが鉄シリサイドに比べてレートが遅い。
【００４８】
図４（ｅ）において、マスクとなる誘電体を除去したあとリフトオフにより電極８、９を形成したあと、ＲＦマグネトロンスパッタによりＳｉ／ＳｉＯ２多層膜７を形成した。パターンはやはりリフトオフにより形成している。
【００４９】
さて、本実施例で述べたミラーの構成では下部にＳｉ基板上に成膜した半導体のＳｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉ多層膜を用いたが、それ以外にも１．５μｍの光の吸収が小さいもので構成されればよい。また、半導体でなくても誘電体層を用いてＳｉ／ＳｉＯ２多層膜としてもよい。この場合はＳｉ表面の熱酸化によるＳｉＯ２とＳｉ薄膜の転写を繰り返すことで形成できる。より簡便にはＳｉ／ＳｉＯ２多層膜をスパッタで形成し、最後にＳｉＯ２の上にｎ−Ｓｉの単結晶層を転写する形でも良い。いずれにしても、下部ミラーの最上層は単結晶薄膜になっていることが、活性層のエピタキシャル成長の上で望ましい。
【００５０】
本実施例の面発光レーザでは、従来の構造に比べて活性層そのものが安定な酸化物で狭窄化されるため、発光効率に優れ、発振しきい値の低減が可能で長期信頼性にも優れたものが提供できる。
【００５１】
（実施例２）
本発明による第２の実施例では、図５のように上部ミラーもＳｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉ多層膜３０として、活性層の酸化工程において、ミラーのＣａｘＦｅｙＳｉ層も一部酸化させて３３としたものである。酸化により屈折率は３前後に低下するので、光導波構造も同時に形成され、しきい値のさらなる低減と同時に、発振モードの安定化も可能となる。ここでは、ｐ型にドーピングした半導体多層膜ミラー層の最上層に上部電極３１を形成した。
【００５２】
このように、すべてをエピタキシャル成長構造とすることで作製工程を減らすことができ、低コスト化が可能となる。
【００５３】
本実施例ではミラーの酸化は一部としたがすべてを酸化して酸化膜／Ｓｉの多層膜ミラーを形成してもよい。
【００５４】
さて、これまでの実施例では上下両方に反射ミラーを持つレーザ構造を示してきたが、片面のみあるいは全くミラーのない発光ダイオードとしてもよい。また、メサ型のｐｉｎホトダイオードも、ミラー付きまたはミラー無しの形態が同様な構造で提供できる。
【００５５】
（実施例３）
いままでの実施例では活性層を薄膜のベータ鉄シリサイドとしてきたが、図６に示すように立体的ドット構造４１となって微結晶や、量子ドットで構成される活性層とするものが本実施例である。
【００５６】
微結晶はたとえば、ＲＤＥ法で成膜してアニールすると自然に凝集して作製することができる。図６で４０はアンドープＳｉ層で、Ｓｉ中に凝集したベータ鉄シリサイドが埋め込まれた形になっている。図では一層のドット層となっているが、これが多層になったものでもよい。このドット層では横方向の酸化が進まないので、電流狭窄層としては酸化層４２で狭窄されたアパーチャ４３で注入キャリア制御構造を構成した。４３は実施例１や２で述べたベータ鉄シリサイドで構成しもよいが、発光層にならないＣａｘＦｅｙＳｉ層あるいはアルファ鉄シリサイドを用いてもよい。
【００５７】
さてこのように、発光層とは異なる層で選択酸化による電流狭窄構造を作ることでいままでの実施例のような面発光レーザを作製することができるが、ここでは端面発光レーザに適用した例について述べる。
【００５８】
Ｓｉ基板１上にｎ型のＳｉ下部クラッド層４８、微結晶ベータ鉄シリサイド４１がアンドープのＳｉ４０で埋め込まれた活性層、電流狭窄アパーチャ４３、絶縁用酸化層４２、ｐ型のＳｉ上部クラッド層４４が積層されている。活性層の深さまでストライプ状にエッチングされて、ストライプの上部にはｐ電極４５、ストライプ側壁にはにポリイミド４７を埋め込んで表面の平坦化をしている。ｎ電極４６はｎクラッド層とコンタクトを取った上でめっきなどで高さを合わせている。
【００５９】
このような端面発光型のストライプレーザにおいても、本発明による活性層近傍の酸化層導入によって低しきい値化、高効率発光化を達成することができる。
【００６０】
（実施例４）
本発明による第４の実施例は、これまでの実施例の発光受光装置をＳｉ集積回路とワンチップ化して、光インタコネクションとして用いるものである。模式図を図７に示す。
【００６１】
Ｓｉベアチップ５２には電子集積回路が５４の領域に形成されており、そのうちの高速信号の一部を他のチップと光配線するために光Ｉ／Ｏ部５３が形成されている。光Ｉ／Ｏ部の発光部には本発明による発光装置が同一Ｓｉ基板上に集積化されている。受光部にも同様にベータ鉄シリサイドによるｐｉｎホトダイオードを集積化させている。
【００６２】
このような光電子集積装置となるチップは光導波路５６や５１と電気配線層５０が一体化された光電気混載ボードに実装され、光入出力部５５を通して他のチップ５７と光接続されている。５８はボード内部の電気配線である。同一ボード上には電子集積回路のみの電気チップ５９が混載されていてもよい。
【００６３】
このような形態で、高度に集積化され高速処理される混載ボードあるいは混載システムＬＳＩが提供できる。このように複数のチップが搭載されて１つの機能を発現する形態の素子をマルチチップパッケージ（ＭＣＰ）、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）などと呼ばれている。
【００６４】
このような高密度実装された素子は特に小型の携帯型電子機器の高速信号処理などに好適に用いられる。
【００６５】
（実施例５）
本発明による第５の実施例は、図８に示すように光伝送装置として用いるものである。Ｓｉチップ６０上には、本発明によるベータ鉄シリサイドを活性層とした発光装置６１、その駆動回路６２が同一基板上に集積化され、発光装置と光ファイバ６３との結合は、同じＳｉ基板に形成したＶ溝によりパッシンブアライメントで固定するようになっている。受光装置も同様であるが、Ｓｉチップ上にＳｉＯ２などの導波路で形成した平面光回路を付加して、光ファイバから２つに分岐して、発光装置、受光装置に結合するようにすれば、集積受発光装置を提供することができる。
【００６６】
このような光電融合チップを図８（ｂ）のように光ファイバ通信の光伝送装置として用いることで、１．５５μｍ帯の安価で小型の光伝送システムを提供することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明は環境上の問題が少ないと考えられる元素（例えばＦｅ）を含み構成される発光素子等を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図である。
【図２】本発明を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例の発光装置の模式的断面図および平面図である。
【図４】図１の発光装置の作製プロセスを説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施例の発光装置の模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例の発光装置の模式的断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例の光電子集積装置およびこれを実装した光電気混載基板を説明する図である。
【図８】本発明の第５の実施例の光伝送装置および光伝送システムを説明する図である。
【図９】本発明を説明するための図である。
【図１０】従来例の模式的断面図である。
【符号の説明】
１、７１ Ｓｉ基板
２、７、３０、７２、７６ 反射ミラー
３，５ スペーサ層
４、３３、４２ 酸化層
６、７４ ベータ鉄シリサイド活性層
８、９、３１，３２、４５，４６、７８，７７ 電極
１０、３４ 無反射コーテイング
２０ 誘電体
２１ レジスト
４０ Ｓｉ層
４１ 半導体ドット
４３ アパーチャ
４４，４８、７３，７５ クラッド層
４７ 埋め込み層
５０ 電気配線層
５１ 光導波層
５２、５７、６０ 光電子集積装置
５３ 光Ｉ／Ｏ部
５４ 電子集積回路部
５５ 光入出射部
５６ 光導波路
５８ 電気配線
５９ 電気チップ
６１ 発光装置
６２ 駆動回路
６３ 光ファイバ
６４ Ｖ溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関するものである。また、本発明は半導体材料からなる発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光装置、あるいはｐｉｎホトダイオードなどの受光装置に関するものである。さらに、これら発光あるいは受光装置と電子デバイスを同一基板上に集積化させた光電子集積装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電流注入により高効率に発光する装置、高効率な受光装置は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系などＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体を中心に成熟しつつある。特に上記赤外域の発光受光装置では、光ファイバを用いた光通信、電子機器間や機器内の高速信号配線のための光インタコネクション用のものが開発されてきている。
【０００３】
しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ族半導体には、Ｉｎなど地球上の埋蔵量の少ない元素や、Ａｓなど毒性の強い元素が含まれるので、環境対策上大量に用いることはできるだけ避けたいものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は環境上の問題が少ないと考えられる元素（例えばＦｅ）を含み構成される発光素子等を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に斯かる半導体装置は、多層膜を含み構成され、該多層膜のうち少なくとも一つの層は鉄シリサイドを含む層を有し、且つ該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は酸化処理されていることを特徴とする。
【０００６】
前記鉄シリサイドを含む層は、ベータ鉄シリサイド層であって、且つ発光装置の活性層を構成し、該活性層の少なくとも一部の領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【０００７】
また、発光装置において、前記鉄シリサイドを含む層を、活性層の上部及び／または下部に設け、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部の領域を、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【０００８】
また、本発明に斯かる発光装置は、活性層及びクラッド層を含み構成され、該活性層はベータ鉄シリサイドを含み、且つ該活性層の周囲は該ベータ鉄シリサイドが酸化されていることを特徴とする。
【０００９】
前記鉄シリサイドを含む層とはベータ鉄シリサイドであって、この層は受光装置における光吸収層を構成し、該光吸収層の一部領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００１０】
また、受光装置において、前記鉄シリサイドを含む層が、光吸収層の上部及び／または下部に設け、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部の領域を、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００１１】
前記鉄シリサイドを含む層には、カルシウム、マンガン、マグネシウム、バリウム、クロム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムのいずれかが含まれていてもよい。
【００１２】
前記鉄シリサイドを含む層は、例えばベータ鉄シリサイド層である。
【００１３】
前記鉄シリサイドを含む層が、活性層の近傍に設けられた発光装置であって、該活性層は、ベータ鉄シリサイドの微粒子がＳｉ中に埋め込まれて構成されており、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００１４】
前記多層膜の一部は、前記活性層を挟むように構成された反射ミラーとなっており、且つ該多層膜が形成された面に対して垂直方向に光を出力することも可能である。
【００１５】
前記反射ミラーが、前記鉄シリサイドを含む層により構成されていてもよい。
【００１６】
前記多層膜の一部は、前記活性層を挟むように構成され、Ｓｉを含むクラッド層となっており、且つ該多層膜が形成された面に対して垂直方向に光を出力することも可能である。
【００１７】
前記Ｓｉを含むクラッド層の一部は、前記鉄シリサイドを含む層で構成され、且つ前記酸化処理により形成される酸化鉄を含む領域を光導波路の横方向の閉じ込めのクラッド層として機能させてもよい。
【００１８】
前記鉄シリサイドを含む層とはベータ鉄シリサイドであって、この層は受光装置における光吸収層を構成し、該光吸収層の一部領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させることができる。
【００１９】
前記鉄シリサイドを含む層が、光吸収層の上部及び／または下部に設けられた受光装置であって、該鉄シリサイドとは、ベータ鉄シリサイド層であって、且つ該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部の領域は、前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００２０】
前記鉄シリサイドを含む層が、前記光吸収層の近傍に設けられた受光装置であって、該光吸収層は、ベータ鉄シリサイドの微粒子がＳｉ中に埋め込まれて構成されており、該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は前記酸化処理により絶縁領域として機能させてもよい。
【００２１】
前記酸化処理は、前記鉄シリサイドを含む層の側面から酸化するための分子または原子を供給して、該側面から内部の方向に該鉄シリサイドを含む層を順次酸化させて行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に斯かる半導体装置は、上述の如く多層膜を含み構成され、該多層膜のうち少なくとも一つの層は鉄シリサイドを含む層を有し、且つ該鉄シリサイドを含む層の少なくとも一部は酸化処理されていることを特徴とする。以下では、該鉄シリサイドを含む層を発光装置に用いる場合には活性層やクラッド層やミラー層として用い、そして受光装置に利用する場合には光吸収層として用いることができる。
【００２３】
（第１の実施形態）
まず、前記鉄シリサイド層を含む層を発光デバイスの活性層に用いる場合について図１を用いて説明する。同図において、１００は基板、１１０は下部クラッド層、１２０は鉄シリサイド層（活性層として機能させる場合には、ベータ鉄シリサイド層である）、１３０は鉄シリサイド層が酸化された領域である。１４０は活性領域、１５０は上部クラッド層である。上部、下部クラッド層というのは一般には端面発光デバイスの場合であり、面発光出力の場合は、キャビティを構成する為の上部、下部スペーサ層とも呼ばれている。なお、同図は、発光デバイスを模式的に示したものであり、電極等は省略してある。また、面発光型でレーザー光を出力させる場合には、上部クラッド（あるいはスペーサ）層１５０上や基板１００と下部クラッド（スペーサ）層間にミラー層を形成することになる。
【００２４】
本実施形態のように、鉄シリサイド層を含み構成される活性層の周囲が酸化処理されて絶縁領域（少なくとも酸化鉄を含むものである）となっているため、電流が活性層の中心に選択的に注入される電流狭窄構造となる。
【００２５】
なお、ベータ鉄シリサイド（β−ＦｅＳｉ２）を発光受光材料として用いることに関しては、例えば、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）１９９７年６月、第３８７巻、ｐ．６８６〜ｐ．６８８に記載されている。このベータ鉄シリサイドは直接遷移半導体であり、この層を活性層としてｐ型、ｎ型のＳｉで挟むダイオード構造とすることで、１．５μｍ帯の発光ダイオードとなる。本実施形態においては、電流狭窄構造を実現しているので、当該構造を有さない場合に比べて閾値を下げることができる。１．５μｍ波長であることは、低損失光ファイバを用いることができるので、光通信用光源としては最適である。また、光インタコネクション光源として用いる場合も動作電圧を１Ｖ程度にできる（バンドギャップ電圧が０．８５Ｖと低いため）ので低電圧Ｓｉ−ＩＣとのマッチングもよく、低消費電力化が可能となるので有望な材料である。
【００２６】
また、同じくベータ鉄シリサイド（β−ＦｅＳｉ２）を利用した半導体レーザとしては、図１０に示すような面発光レーザが開示されている（特開２０００−３１２０５５号公報）。これはベータ鉄シリサイド活性層７４が、７３や７５のクラッド層および７６と７２の反射ミラーでサンドイッチされた構造で基板から垂直に発光するようになっている。本実施形態においては、図１０に示す構造における活性層７４の外周部が酸化処理されており、活性層の側壁が空気にさらされていないので、非発光再結合によるリーク電流のためにしきい値電流が上がることはない。また、しきい値を低減するために発光領域をエッチングで小さくする必要もないので、加工精度を高めるためにエッチングに伴いコストが増大するということもない。
【００２７】
本実施形態においては、Ｆｅが酸化されやすいことを利用して鉄シリサイドを高温の水蒸気などを用いて横方向に酸化させてＦｅｘＯｙ（酸化鉄）を含む絶縁層を作製し、電流注入領域を狭窄化するとともに活性層側壁における空気との接触やエッチングによる荒れた界面の影響を避けるものである。酸化処理は、液体中や気体中で行うことができる。必要に応じてマスク等を用いてもよい。また、ＨＣｌやＣｌ２などを併用してもよい。
【００２８】
その具体例の１つが図３（下記実施例にて詳述）に示されているが、活性層となる６の領域のみベータ鉄シリサイドでキャリア注入ができ、４の領域はもともとベータ鉄シリサイドであったものが酸化されて絶縁層となったものである。
【００２９】
このような酸化を使う技術はＡｌＡｓを用いたレーザ等で、アプライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）（１９９４年７月）第６５巻ｐ．９７〜ｐ．９９などに開示されている。ＡｌＡｓは間接遷移のため発光層に用いることができないので、異なる結晶で形成した活性層の近傍にＡｌＡｓ層を形成して酸化層を作製する必要がある。そのため、活性層からＡｌＡｓ層までの距離を短くする必要があり、設計の自由度が少なかった。一方、鉄シリサイドでは上述のように発光層そのものが酸化層となり得るので、効率よく電流狭窄ができるとともに、設計の自由度も広げることができる。
【００３０】
本発明においては、発光層以外にも鉄シリサイドを含む層を酸化させて導波路を形成してもよい（図５）。この層は、鉄シリサイドの別の相（アルファ相やガンマ相）や、カルシウム、マンガン、マグネシウム、バリウム、クロム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムなどシリサイド半導体に成り得る別の元素を混入させたものでもよい。
【００３１】
このように鉄シリサイドを含む層を酸化させて、電流狭窄層や光導波路を形成することで、低しきい値、高信頼性、高効率な面発光レーザ、端面発光レーザおよび高効率な発光ダイオード、ホトダイオードを低コストで提供することができる。
【００３２】
また、このような発光受光装置はＳｉ基板上に直接形成が可能なので、同一基板上に電子集積回路と集積化させた光電子集積装置を小型、低コストで提供することもできる。この光電子集積装置を用いれば、高密度実装して高速処理が可能な光電気混載モジュールもしくはパッケージを提供することができ、これを実装した携帯に適した小型の次世代高速電子機器が提供できる。また、光伝送装置に適用して小型、低コストの光伝送システムを構築することができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては発光デバイスに関して主として説明したが、受光装置として用いる場合は、前記活性層部分が光吸収層となる。ホトダイオードに適用する場合においても上記同様に、リーク電流があると効率低下、暗電流増大などの特性劣化があるが、本実施形態においては光吸収層の側壁が酸化処理されているので斯かる問題点も軽減される。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、前記鉄シリサイド層を含む層を発光デバイスのクラッド（スペーサ）層に用いる場合について図２を用いて説明する。同図において、１００は基板、１１０は下部クラッド（スペーサ）層、１４０は活性層、１２１は鉄シリサイド層、１５０は上部クラッド（スペーサ）層である。１６０は前記鉄シリサイドを含む層が酸化処理されて絶縁領域となっている。図２においても電極等は省略している。本実施形態においてはクラッド（スペーサ）層の外周部を酸化処理することで、電流狭窄構造を実現している。図２では、クラッド層の外周部をすべて酸化処理しているが、厚さ方向に一部だけ酸化されている構成でもよい（例えば、図６である）。
【００３５】
（第３の実施形態）
本実施形態においては、Ｓｉ基板上にＬＳＩ領域と光デバイス領域を集積化する形態に関して説明する。図９において、８０はＳｉ基板、８１は鉄シリサイドそうが酸化処理されて形成される絶縁領域、８２は鉄シリサイド層領域（例えば、前述の実施形態における光デバイス等が形成されている）、８３はＬＳＩを形成したＳｉ層である。酸化された鉄シリサイド層８１を基板との絶縁に用いている。
【００３６】
一方で、この発光受光装置を駆動するためにはＳｉをベースとした電子デバイスが必要であり、小型化、低コスト化、近接配置による高速駆動化などを達成するためには、このＳｉデバイスと化合物半導体装置を集積化することが重要課題となっている。
【００３７】
２種類の半導体間では格子定数が異なるために、Ｓｉ基板上に特性のよいＩＩＩ−Ｖ族半導体を成膜することは一般に困難であるが、本実施形態で説明するようにＳｉ基板との格子不整合が小さい（約１％）鉄シリサイド層を用いることにより光デバイスと電子デバイスを同一基板上に集積化することが可能となる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明による半導体装置の具体的な実施例を説明する。実施例１から３までは発光装置単体の実施例、実施例４はこれを光インタコネクションに適用した例、実施例５は光伝送装置に適用した例である。
【００３９】
（実施例１）
図３に本発明による第１の実施例である面発光レーザの断面図（ａ）、平面図（ｂ）を示す。Ｓｉ基板１上に下部反射ミラー２、下部スペーサ層３、活性層６、活性層での電流注入領域を狭窄化する酸化層４、上部スペーサ層５、上部反射ミラー７が構成され、上部電極８および下部電極９を通じて活性層６に電流注入し、上下方向にレーザ光が出射するようになっている。図１（ｂ）に示すように上部電極８はリング状にして円形のアパーチャーとしたが、楕円、四角形あるいはその他の多角形でもよい。他のデバイスと集積するときには、電極８，９から他のデバイスへの電気配線（不図示）を表面層２の上に絶縁層を形成した上で作製すればよい。
【００４０】
さて、ここで各層の詳細について述べる。まず、Ｓｉ基板１は一般的にはアンドープのものが用いられるが、基板裏側から下部電極を取り出したい場合にはｎ型もしくはｐ型基板を用いても良い。下部反射ミラー２としては、Ｓｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉエピタキシャル多層膜を用いた。ＣａｘＦｅｙＳｉは鉄シリサイドにＣａを微量混入させたもので、カルシウムシリサイドのエネルギバンドギャップが１．９ｅＶ程度なので、鉄シリサイドよりもバンドギャップを広げて活性層からの発光波長１．５μｍ前後の光の吸収を低減することができる。Ｓｉの屈折率は約３．５に対しＣａｘＦｅｙＳｉの屈折率は５前後（Ｃａの混入量によって異なる）なので、λ／４厚の多層膜とすることで分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として機能させることができる。ここで、最上層は下部電極９とのコンタクトおよび活性層６へのキャアリ注入を行うために、不純物濃度１×１０１８ｃｍ−３のｎ−Ｓｉ層とした。
【００４１】
次に下部スペーサ層３は下部は１×１０１８ｃｍ−３のｎ−Ｓｉ層、活性層に近い部分はアンドープ層とした。その上にアンドープのベータ鉄シリサイド６、活性層に近い部分がアンドープで上部が不純物濃度１×１０１８ｃｍ−３のｐ−Ｓｉ層で上部スペーサ層５を形成した。絶縁層となる酸化層４はベータ鉄シリサイドを酸化した酸化鉄・酸化シリコン混合層である。酸化の方法によっては大部分が酸化鉄ＦｅｘＯｙになっている。この層は、後にも述べるがもともとベータ鉄シリサイドであった層６をメサの側壁から横方向に酸化して形成したものなので、酸化層はリング状に形成され、中央部のアパーチャーにのみ電流を流せるようになっている。このアパーチャの形状は条件や酸化の幅によっては面方位依存性がでるために四角形などの多角形になることもある。上部反射ミラー７としてはＳｉ／ＳｉＯ２の多層膜を用いた。上部電極８はｐコンタクトのためにＡｕＧａ、下部電極９はｎコンタクトのためにＡｕＳｂを用いてオーミック電極を形成した。
【００４２】
本装置では、１．５５μｍ帯のレーザ発振が得られるので、Ｓｉ基板を透過することができ、基板の上下両方向に光を出射することができる。そこで、Ｓｉ基板の裏側での反射により多重共振器が形成されてしまうので、必要に応じてＡＲ膜１０を形成する。これは光を反射させない構造であればよいので、基板裏面から光を取り出す必要のない場合は、粗面処理や光吸収体のコーティングなどでもよい。
【００４３】
また、これに関連して上下の反射ミラーは必要に応じて反射率を設定すればよい。すなわち、両側に光を取り出したい場合にはいずれも９９．９％程度の反射率で対称にすればよいし、どちらか一方でよい場合には、光取り出し側を９９．７％、反対側を９９．９９％と非対称にすれば低しきい値にしつつ光パワーの高出力化が可能となる。
【００４４】
次に図４を参照して、作成プロセスについて説明する。図４（ａ）において、Ｓｉ基板１上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などで下部ミラー２となるＳｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉ多層膜を成膜する。成長法は、分子ビーム成長（ＭＢＥ）法、熱反応堆積（ＲＤＥ）法、液相成長（ＬＰＥ）法、ハイドライド気相成長（ＣＶＤ）またはイオンビームによるＦｅ、Ｃａ打ち込みによる方法などを併用してもよい。上記で述べたように最上層はｎ型のＳｉ層としておく。
【００４５】
図４（ｂ）において、この上に連続的に下部スペーサ層となるＳｉ層３、活性層となるベータ鉄シリサイド層６、上部スペーサ層となるＳｉ層５を同様の成長法で積層する。Ｓｉ層のドーピングはｎ層にはＳｂ、ｐ層にはＢを用いた。このあとベータ鉄シリサイドの結晶性を向上させるために必要に応じて高温（９００℃程度）でアニールしてもよい。
【００４６】
図４（ｃ）において、３０μｍΦの円形状パターンにＳｉＯ２などの誘電体２０、レジストパターン２１をホトリソグラフィとエッチングによりマスク形成したあと、ドライエッチングによりｎ−Ｓｉ層を露出させてメサを形成する。
【００４７】
図４（ｄ）において、レジストを除去したあと、ＳｉＯ２をマスクとして、水蒸気雰囲気中５００℃でベータ鉄シリサイドの選択酸化を行って、時間制御により５μｍφの電流狭窄構造を形成する。水蒸気は例えば、９０℃のマントルヒータ内の水を３ｌ／ｍｉｎの窒素でバブリングして供給した。ベーパライザーを使って水を気化して供給してもよい。酸化の温度や流量は結晶の状態によって適宜条件だしを行う。電流狭窄のサイズも適宜設計して時間で制御する。必要に応じてＨＣｌガスやＣｌ２ガスを併用してもよい。このときＳｉも酸化されるが鉄シリサイドに比べてレートが遅い。
【００４８】
図４（ｅ）において、マスクとなる誘電体を除去したあとリフトオフにより電極８、９を形成したあと、ＲＦマグネトロンスパッタによりＳｉ／ＳｉＯ２多層膜７を形成した。パターンはやはりリフトオフにより形成している。
【００４９】
さて、本実施例で述べたミラーの構成では下部にＳｉ基板上に成膜した半導体のＳｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉ多層膜を用いたが、それ以外にも１．５μｍの光の吸収が小さいもので構成されればよい。また、半導体でなくても誘電体層を用いてＳｉ／ＳｉＯ２多層膜としてもよい。この場合はＳｉ表面の熱酸化によるＳｉＯ２とＳｉ薄膜の転写を繰り返すことで形成できる。より簡便にはＳｉ／ＳｉＯ２多層膜をスパッタで形成し、最後にＳｉＯ２の上にｎ−Ｓｉの単結晶層を転写する形でも良い。いずれにしても、下部ミラーの最上層は単結晶薄膜になっていることが、活性層のエピタキシャル成長の上で望ましい。
【００５０】
本実施例の面発光レーザでは、従来の構造に比べて活性層そのものが安定な酸化物で狭窄化されるため、発光効率に優れ、発振しきい値の低減が可能で長期信頼性にも優れたものが提供できる。
【００５１】
（実施例２）
本発明による第２の実施例では、図５のように上部ミラーもＳｉ／ＣａｘＦｅｙＳｉ多層膜３０として、活性層の酸化工程において、ミラーのＣａｘＦｅｙＳｉ層も一部酸化させて３３としたものである。酸化により屈折率は３前後に低下するので、光導波構造も同時に形成され、しきい値のさらなる低減と同時に、発振モードの安定化も可能となる。ここでは、ｐ型にドーピングした半導体多層膜ミラー層の最上層に上部電極３１を形成した。
【００５２】
このように、すべてをエピタキシャル成長構造とすることで作製工程を減らすことができ、低コスト化が可能となる。
【００５３】
本実施例ではミラーの酸化は一部としたがすべてを酸化して酸化膜／Ｓｉの多層膜ミラーを形成してもよい。
【００５４】
さて、これまでの実施例では上下両方に反射ミラーを持つレーザ構造を示してきたが、片面のみあるいは全くミラーのない発光ダイオードとしてもよい。また、メサ型のｐｉｎホトダイオードも、ミラー付きまたはミラー無しの形態が同様な構造で提供できる。
【００５５】
（実施例３）
いままでの実施例では活性層を薄膜のベータ鉄シリサイドとしてきたが、図６に示すように立体的ドット構造４１となって微結晶や、量子ドットで構成される活性層とするものが本実施例である。
【００５６】
微結晶はたとえば、ＲＤＥ法で成膜してアニールすると自然に凝集して作製することができる。図６で４０はアンドープＳｉ層で、Ｓｉ中に凝集したベータ鉄シリサイドが埋め込まれた形になっている。図では一層のドット層となっているが、これが多層になったものでもよい。このドット層では横方向の酸化が進まないので、電流狭窄層としては酸化層４２で狭窄されたアパーチャ４３で注入キャリア制御構造を構成した。４３は実施例１や２で述べたベータ鉄シリサイドで構成しもよいが、発光層にならないＣａｘＦｅｙＳｉ層あるいはアルファ鉄シリサイドを用いてもよい。
【００５７】
さてこのように、発光層とは異なる層で選択酸化による電流狭窄構造を作ることでいままでの実施例のような面発光レーザを作製することができるが、ここでは端面発光レーザに適用した例について述べる。
【００５８】
Ｓｉ基板１上にｎ型のＳｉ下部クラッド層４８、微結晶ベータ鉄シリサイド４１がアンドープのＳｉ４０で埋め込まれた活性層、電流狭窄アパーチャ４３、絶縁用酸化層４２、ｐ型のＳｉ上部クラッド層４４が積層されている。活性層の深さまでストライプ状にエッチングされて、ストライプの上部にはｐ電極４５、ストライプ側壁にはにポリイミド４７を埋め込んで表面の平坦化をしている。ｎ電極４６はｎクラッド層とコンタクトを取った上でめっきなどで高さを合わせている。
【００５９】
このような端面発光型のストライプレーザにおいても、本発明による活性層近傍の酸化層導入によって低しきい値化、高効率発光化を達成することができる。
【００６０】
（実施例４）
本発明による第４の実施例は、これまでの実施例の発光受光装置をＳｉ集積回路とワンチップ化して、光インタコネクションとして用いるものである。模式図を図７に示す。
【００６１】
Ｓｉベアチップ５２には電子集積回路が５４の領域に形成されており、そのうちの高速信号の一部を他のチップと光配線するために光Ｉ／Ｏ部５３が形成されている。光Ｉ／Ｏ部の発光部には本発明による発光装置が同一Ｓｉ基板上に集積化されている。受光部にも同様にベータ鉄シリサイドによるｐｉｎホトダイオードを集積化させている。
【００６２】
このような光電子集積装置となるチップは光導波路５６や５１と電気配線層５０が一体化された光電気混載ボードに実装され、光入出力部５５を通して他のチップ５７と光接続されている。５８はボード内部の電気配線である。同一ボード上には電子集積回路のみの電気チップ５９が混載されていてもよい。
【００６３】
このような形態で、高度に集積化され高速処理される混載ボードあるいは混載システムＬＳＩが提供できる。このように複数のチップが搭載されて１つの機能を発現する形態の素子をマルチチップパッケージ（ＭＣＰ）、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）などと呼ばれている。
【００６４】
このような高密度実装された素子は特に小型の携帯型電子機器の高速信号処理などに好適に用いられる。
【００６５】
（実施例５）
本発明による第５の実施例は、図８に示すように光伝送装置として用いるものである。Ｓｉチップ６０上には、本発明によるベータ鉄シリサイドを活性層とした発光装置６１、その駆動回路６２が同一基板上に集積化され、発光装置と光ファイバ６３との結合は、同じＳｉ基板に形成したＶ溝によりパッシンブアライメントで固定するようになっている。受光装置も同様であるが、Ｓｉチップ上にＳｉＯ２などの導波路で形成した平面光回路を付加して、光ファイバから２つに分岐して、発光装置、受光装置に結合するようにすれば、集積受発光装置を提供することができる。
【００６６】
このような光電融合チップを図８（ｂ）のように光ファイバ通信の光伝送装置として用いることで、１．５５μｍ帯の安価で小型の光伝送システムを提供することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明は環境上の問題が少ないと考えられる元素（例えばＦｅ）を含み構成される発光素子等を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図である。
【図２】本発明を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例の発光装置の模式的断面図および平面図である。
【図４】図１の発光装置の作製プロセスを説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施例の発光装置の模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例の発光装置の模式的断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例の光電子集積装置およびこれを実装した光電気混載基板を説明する図である。
【図８】本発明の第５の実施例の光伝送装置および光伝送システムを説明する図である。
【図９】本発明を説明するための図である。
【図１０】従来例の模式的断面図である。
【符号の説明】
１、７１ Ｓｉ基板
２、７、３０、７２、７６ 反射ミラー
３，５ スペーサ層
４、３３、４２ 酸化層
６、７４ ベータ鉄シリサイド活性層
８、９、３１，３２、４５，４６、７８，７７ 電極
１０、３４ 無反射コーテイング
２０ 誘電体
２１ レジスト
４０ Ｓｉ層
４１ 半導体ドット
４３ アパーチャ
４４，４８、７３，７５ クラッド層
４７ 埋め込み層
５０ 電気配線層
５１ 光導波層
５２、５７、６０ 光電子集積装置
５３ 光Ｉ／Ｏ部
５４ 電子集積回路部
５５ 光入出射部
５６ 光導波路
５８ 電気配線
５９ 電気チップ
６１ 発光装置
６２ 駆動回路
６３ 光ファイバ
６４ Ｖ溝
Claims (10)
- 半導体が積層されることにより構成された発光素子であって、
基板上に形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に形成された鉄シリサイドを含む活性層と、
前記活性層の上に形成された上部クラッド層と、
前記活性層に電流を注入する電極とを有し、
前記鉄シリサイドを含む活性層の周辺部は、該鉄シリサイドを含む活性層の一部が酸化されることによって酸化鉄を有する絶縁領域となっており、該絶縁領域により前記電極からの電流が該鉄シリサイドを含む活性層の中心部に注入可能となっている電流狭窄構造が形成されていることを特徴とする発光素子。 - 前記発光素子は、垂直共振器型面発光レーザであって、
前記基板と下部クラッド層との間に設けられた第１のミラーと、
前記第１のミラーに対向して設けられ、前記上部クラッド層の上に形成されている第２のミラーを有し、
前記基板の面内に対して垂直方向に光を出力することを特徴とする請求項１記載の発光素子。 - 前記第１のミラーまたは前記第２のミラーのうち、少なくともひとつのミラーは多層膜ミラーであって、該多層膜ミラーはＳｉ層とＣａ ｘ Ｆｅ ｙ Ｓｉ層とが積層されることにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
- 前記多層膜ミラーを構成するＣａ ｘ Ｆｅ ｙ Ｓｉ層の周辺部が酸化されることによって形成された酸化層と、該Ｃａ ｘ Ｆｅ ｙ Ｓｉ層の中央部に形成されている非酸化層により光導波構造が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
- 前記鉄シリサイドを含む活性層には、カルシウム、マンガン、マグネシウム、バリウム、クロム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウムのいずれかが含まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記鉄シリサイドを含む活性層は、ベータ鉄シリサイド層であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
- 前記基板はＳｉ基板であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光素子。
- 請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子と同一基板上に受光装置と電子集積回路を集積させたことを特徴とする光電子集積装置。
- 請求項８に記載の光電子集積装置を光電気混載ボードに実装したモジュールまたはパッケージを内蔵することを特徴とする電子機器。
- 請求項８に記載の光電子集積装置を光伝送装置に内蔵して光ファイバによって情報伝達を行うことを特徴とする光伝送システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002123810A JP4143324B2 (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム |
| US10/400,658 US6835959B2 (en) | 2002-04-25 | 2003-03-28 | Semiconductor device, and method for manufacturing the same |
| US10/936,793 US7180101B2 (en) | 2002-04-25 | 2004-09-09 | Semiconductor device, and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002123810A JP4143324B2 (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003318493A JP2003318493A (ja) | 2003-11-07 |
| JP2003318493A5 JP2003318493A5 (ja) | 2007-03-08 |
| JP4143324B2 true JP4143324B2 (ja) | 2008-09-03 |
Family
ID=29243697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002123810A Expired - Fee Related JP4143324B2 (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6835959B2 (ja) |
| JP (1) | JP4143324B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4143324B2 (ja) * | 2002-04-25 | 2008-09-03 | キヤノン株式会社 | 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム |
| JP2005135993A (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 光センサ |
| JP4508761B2 (ja) * | 2004-03-18 | 2010-07-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 半導体デバイスの製造方法 |
| DE102005016592A1 (de) * | 2004-04-14 | 2005-11-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Leuchtdiodenchip |
| US7629661B2 (en) * | 2006-02-10 | 2009-12-08 | Noble Peak Vision Corp. | Semiconductor devices with photoresponsive components and metal silicide light blocking structures |
| US8058092B2 (en) * | 2007-09-28 | 2011-11-15 | Stion Corporation | Method and material for processing iron disilicide for photovoltaic application |
| US8614396B2 (en) * | 2007-09-28 | 2013-12-24 | Stion Corporation | Method and material for purifying iron disilicide for photovoltaic application |
| JP2011507268A (ja) * | 2007-12-12 | 2011-03-03 | ニューポート コーポレーション | 性能が改善された光学的に被覆された半導体デバイス及び関連した製造方法 |
| JP4586856B2 (ja) * | 2008-02-06 | 2010-11-24 | ソニー株式会社 | 半導体受光素子およびその製造方法ならびに光通信装置 |
| JP5274038B2 (ja) * | 2008-02-06 | 2013-08-28 | キヤノン株式会社 | 垂直共振器型面発光レーザの製造方法とレーザアレイの製造方法 |
| US8440903B1 (en) | 2008-02-21 | 2013-05-14 | Stion Corporation | Method and structure for forming module using a powder coating and thermal treatment process |
| US8772078B1 (en) | 2008-03-03 | 2014-07-08 | Stion Corporation | Method and system for laser separation for exclusion region of multi-junction photovoltaic materials |
| US8075723B1 (en) | 2008-03-03 | 2011-12-13 | Stion Corporation | Laser separation method for manufacture of unit cells for thin film photovoltaic materials |
| US7939454B1 (en) | 2008-05-31 | 2011-05-10 | Stion Corporation | Module and lamination process for multijunction cells |
| US8207008B1 (en) | 2008-08-01 | 2012-06-26 | Stion Corporation | Affixing method and solar decal device using a thin film photovoltaic |
| US9153644B2 (en) * | 2013-07-18 | 2015-10-06 | Freescale Semiconductor, Inc. | Backscattering for localized annealing |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262360A (en) * | 1990-12-31 | 1993-11-16 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | AlGaAs native oxide |
| JP2000133836A (ja) * | 1998-10-22 | 2000-05-12 | Japan Science & Technology Corp | 波長可変発光素子及びその製造方法 |
| JP3914350B2 (ja) | 1999-04-27 | 2007-05-16 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US6697403B2 (en) * | 2001-04-17 | 2004-02-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light-emitting device and light-emitting apparatus using the same |
| JP4143324B2 (ja) * | 2002-04-25 | 2008-09-03 | キヤノン株式会社 | 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002123810A patent/JP4143324B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-03-28 US US10/400,658 patent/US6835959B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-09-09 US US10/936,793 patent/US7180101B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20050029530A1 (en) | 2005-02-10 |
| JP2003318493A (ja) | 2003-11-07 |
| US7180101B2 (en) | 2007-02-20 |
| US20030201446A1 (en) | 2003-10-30 |
| US6835959B2 (en) | 2004-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4143324B2 (ja) | 発光素子、光電子集積装置、電気機器、及び光伝送システム | |
| US6261859B1 (en) | Method for fabricating surface-emitting semiconductor device, surface-emitting semiconductor device fabricated by the method, and display device using the device | |
| US5212706A (en) | Laser diode assembly with tunnel junctions and providing multiple beams | |
| US6548908B2 (en) | Structure and method for planar lateral oxidation in passive devices | |
| US6771680B2 (en) | Electrically-pumped, multiple active region vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) | |
| US6782027B2 (en) | Resonant reflector for use with optoelectronic devices | |
| US6570905B1 (en) | Vertical cavity surface emitting laser with reduced parasitic capacitance | |
| US20060171437A1 (en) | Vertical cavity surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission module, optical transmission device, and optical switching method | |
| JP2001237410A (ja) | オプトエレクトロニック集積回路とその製造方法 | |
| US20050063440A1 (en) | Epitaxial mode-confined vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) and method of manufacturing same | |
| US20130032825A1 (en) | Resonant Optical Cavity Semiconductor Light Emitting Device | |
| KR102518449B1 (ko) | 유전체 dbr을 갖는 인듐 인화물 vcsel | |
| JP4497859B2 (ja) | 面発光半導体レーザ装置および光伝送モジュールおよび光伝送システム | |
| JP5190038B2 (ja) | 面発光レーザ | |
| US7418014B2 (en) | Surface-emitting type semiconductor laser, and method for manufacturing the same, optical switch, and optical branching ratio variable element | |
| US10554018B2 (en) | Hybrid vertical current injection electro-optical device with refractive-index-matched current blocking layer | |
| US20040125840A1 (en) | Oxide-confined VCSEL device and the method for making the same | |
| JP2004103754A (ja) | 面発光レーザ素子および面発光レーザモジュールおよび面発光レーザアレイおよび光伝送システム | |
| KR100404043B1 (ko) | 수직으로 집적화된 고출력 면발광 반도체 레이저 장치 및그 제조 방법 | |
| US8311073B2 (en) | Semiconductor laser, semiconductor laser device, and fabrication method of semiconductor laser | |
| JP2004063634A (ja) | 半導体分布ブラッグ反射器および面発光レーザ素子および面発光レーザアレイおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム | |
| CN115102035A (zh) | 一种带微透镜的高效垂直腔面eml芯片 | |
| JP2002261400A (ja) | レーザ、レーザ装置および光通信システム | |
| JP2007299895A (ja) | 面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイ、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた電子写真システム、面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光インターコネクションシステムおよび面発光レーザ素子または面発光レーザアレイを備えた光通信システム | |
| JP2002100799A (ja) | 半導体受光素子、半導体発光受光装置、およびその作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050415 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080212 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080304 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080507 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080603 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080616 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110620 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120620 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |