JPH01501991A - Ｔｉドープ３―５族エピタキシャル層を用いた半導体デバイス - Google Patents

Ｔｉドープ３―５族エピタキシャル層を用いた半導体デバイス

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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 Ｔｉドープ■−Ｖ族エピタキシャル層を用いた半導体デバイス 韮」がし匣 本発明は半導体デバイス構造、より具体的には半絶縁性材料の層を用いたデバイ ス構造に係る。
主ｉ見立ｉ見 ｍ−■族半導体材料は各種受光、発光及び電子デバイスの製作に使用するため選 択が続けられている。それらのデバイスの最終的な動作及び特性は、存在する漏 れ電流の大きさに依存している。漏れ電流はデバイス中の活性領域のような所望 の電流路をバイパスするものである。
たとえば埋込みへテロ構造（ＢＨ）半導体レーザのようなデバイスにおいて、漏 れ電流はレーザ発振閾値を高くし、微分量子効率を下げ、閾値電流に対する温度 依存性を異常にし、光−電流（Ｌ−Ｉ）特性を波状にする。８ｉれ電流から生じ るこれらの要因のすべては、光通信システム中の送信機としてレーザを用いる上 での重大な負の影響をもっている。
望ましくない経路を通っての漏れ電流の流れを阻止する効果的な方法は、半導体 構造中に高抵抗材料の層を導入することである。従来高抵抗液相エピタキシャル （ＬＰ　Ｅ）　Ａ　Ｑｅ、ｓｓＧ　ａａ、＊ｉＡ　Ｓ　（低濃度Ｇｅドープ）材 料がＡ　（Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ埋込みへテロ構造（ＢＨ） レーザ中の電流閉じ込めに使われてきたが、ＩｎＧａＡｓＰ中にこの目的のため 高抵抗ＬＰＥ　ＩｎＰ材料を生成しようとするその後の類似の試みは、成功して いない０重陽子照射もｐ形ＩｎＰから高抵抗材料を生成することが示されている が、この材料はその後のプロセス中高抵抗を保つと期待できない、特に、高抵抗 であることは重陽子注入損傷と関連しているため、低効率はその後のＬＰＥ成長 に必要な高温（たとえば約６００”Ｃ以上）で、熱により消えてしまう。
加えて、逆バイアスしたｐ”ｎ接合もＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰレーザの活性領域を 貫いて流れる電流を閉じ込めるために使用することが報告されている。これらの 阻止接合はｎ−ＩｎＰ基板中へのＢｅの注入、ｎ−ＩｎＰ基板中へのｃｄの拡散 及びｎ−ＩｎＰ基板上へのｐ−ＩｎＰ層のエピタキシャル成長により製作されて きた。しかし、これらデバイスのすべてが、漏れ電流により、ある程度そこなわ れている。なぜならば、逆バイアス接合の阻止特性が不完全だからである。
より最近、紅躬圭鎮乃Ｐ山遥Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レタ ーズ）、第４４巻、第３号、２９０頁に。
比較的低い漏れ電流と低いレーザ閾値を有するＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ　Ｃ３Ｂ Ｈレーザが、ポンピング電流を活性領域に流れるよう閉じ込める高抵抗Ｆｅ−イ オン注入層を、構造中に導入することによって製作できると報告があった。高抵 抗層はｎ−形ＩｎＰ基板中にＦｅ−イオン注入を行い、続いてＬＰＥ成長前に７ ニール処理をすることにより生成する。Ｆｅ−イオン注入層はＬＰＥ成長の高温 条件下に置いた後でも安定であるが、Ｆｅ注入層が薄い（約０．４μｍ）ため、 薄い活性層（約０．１−０．２μｍの厚さ）をその近くに再現性よく置くことは 困難になっている。活性層がそのように配置されないと、並列路が生じ、それに よって活性層周囲を漏れ電流が流れることになる。従って、高動作特性（低閾値 、高効率）のデバイスを再現性よく製作することは困難である。
より最近、低漏れ電流、低レーザ閾値、優れた高周波応答及び良好な信頼性を有 する再現性のよいＢＨレーザが、フェロセン又は鉄ペンタカルボニルを基礎とし たドーパントプリカーサのいずれかを用いた有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ ）により成長させた。比較的厚い高抵抗Ｆｅ−ドープＩｎＰを基礎とした層を、 構造中に導入することにより製作されることがわかった０重要なことは、比較的 厚く（たとえば１−４μｍ）、比較的抵抗の高い（たとえば１０”−１０’Ω− ３）ＩｎＰ：Ｆｅ層がこのプロセスにより実現され、漏れ電流を減し各種のデバ イスの歩留りを上げる特性を得られることである。
インジウムの鉄ドーピングは高抵抗半絶縁性材料を生成するのに有用であるが、 得られる材料は熱的安定性が悪い、更に、鉄はインジウムリン中で深いアクセプ タで。
半絶縁性材料はｐ−ｎ接合と接触して成長させるため、半絶縁性材料は亜鈴、カ ドミウム、マグネシウム及びベリリウムのようなｐ形不純物が急速に拡散するこ とから。
ｐ湿材料の近くの伝導は、正味のキャリヤ密度は過剰の浅いドナから過剰の浅い アクセプタの方向に変る可能性がある。これは半絶縁性インジウムリンを形成す るために他のドーパントを探し続ける原因となった。多数の別の遷移金属ドーパ ント（Ｃｏ、Ｃｒ及びＭ　ｎ　）が、インジウムリンとともに用いるために研究 されたが、良好な半絶縁性の振舞い及び熱的安定性とを合せて得られるまでには 成功していない。
最近、バルクインジウムリンにチタンをドーピングすると、良好な熱的安定性も 示す高抵抗半導体材料を生じることが報告された。半絶縁性バルク結晶はパイロ 窒化ホウ素るつぼを用いた液体封止チョクラルスキ技術により、成長させた−　 鉦吐−匣、　Ｌｅｔｔ、（アプライド・フィジックス・レターズ）、第４８巻、 第１７号、１１６２−４頁参照のこと、液体封止チョクラルスキ成長に用いられ た高純度チタン源は、気相又は分子線エピタキシャル成長技術には適さない、更 に、結果はチタン源がそのようなエピタキシャル成長には適することを示すこと ができず、そのようなエピタキシャル成長は鉄ドーピングに伴う深いアクセプタ レベルとは反対に、チタンドーピングから生じる深いドナレベルを示す半絶縁性 インジウムリンを生成することができる。報告された結果はチタンドーピングは 半絶縁性インジウムリンを形成するのに鉄ドーピングより望ましいことを示して いるが、用いたチタン源及び成長技術はデバイス製作に必要な半絶縁性インジウ ムリンエピタキシャル層を生成あるいは成長させることはできない。
溢ノ１児９Ｊ１１ チタンを基礎とした有機金属ドーパントプリカーサとともに、チタンドープイン ジウムリンのエピタキシャル層が、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）により 生成された０本発明の原理に従って形成されたインジウムリン層は、半絶縁性で 熱的安定性を示し、他の材料を上に成長させることができる。また、チタンドー プ半絶縁性インジウムリン層は、チタンからの深いドナの密度がインジウムリン 中の浅いアクセプタの正味の密度を越える限り、ｐ湿材料と接触して成長させた 時でも、半絶縁特性（高抵抗）を維持する。有機金属アクセプタによりインジウ ムリン層に同時ドーピングするか補償ドーピングすることは、半絶縁性材料を確 実にするため、すなわちＮＴ、　＞　Ｎ、　−ＮＤとするために必要な条件を得 るのに有効であることが確認されている。ここで−ＮＴｌはチタンからの深いド ナ密度で、ＮＤ　は浅いドナ密度、ＮＡ　は背景としてのアクセプタ密度、拡散 によるアクセプタ密度及び同時ドーピングによるアクセプタ密度を含む全ての浅 いアクセプタ密度である。
本発明の原理は、また、二元組成のインジウムリン又はガリウムアンチモン及び それらの四元化合物のような他の■−■族化合物のＭＯＣＶＤによるエピタキシ ャル成長にも拡張できる。加えて、チタンドーピングと鉄ドーピングを組合せる と、正味の背景のキャリア伝導形にかかわらず、背景の過剰キャリヤを捕獲でき る半絶縁性エピタキシャルｍ−■族層を生じることがわかっている。
■−■族Ｔｉエピタキシャル成長層は、Ｃ３ＤＨレーザ又はダブルチャネルプレ ーナ埋込みへテロ構造レーザ（ＤＣ−ＰＢＨ）の電流阻止層として用いてもよい 、加えて、Ｔｉドープ半絶縁性エピタキシャル層は、電流がデバイスの選択され た領域を貫くチャネル中を流れるよう制約されるＬＥＤ、フォトダイオード及び 他のｍ−■族デバイス中で用いるのに適している。
埋Ｗｔ　＋７１ｔ＠　＊　ｆｔ凱３− 第１図は本発明の原理に従うＣ３ＢＨ発光デバイスの等角図フ 第２図は本発明の原理に従うＣ３ＢＨデバイスのもう一つの実施例の端面図； 第３図は本発明の原理に従うＤＣ−ＰＢＨデバイスの端面図である。
量Ｊじｄｌ述 以下の説明は２つの部分、すなわち半絶縁性材料の成長技術についての説明と、 チタンドープ半絶縁性材料の層を用いたデバイスの例についての説明に分けられ る。
ここで述べるデバイスは発光デバイスであるが、これは制限するものではないこ とに注意されたい０本発明を用いることは、ｍ−ｖ族半導体材料を用いた他の光 及び電子デバイスにも拡張されることを理解すべきである。
半　縁　料の　についての説日 成長技術には半絶縁性インジウムリンを基礎とした材料を成長させ、最終的には 半導体デバイスを生成するため、インジウムを基礎とした有機材料とともに、チ タンを基礎とした有機金属ドーパントプリカーサと、場合によってはｐ形量時ド ーパントの使用が含まれる。゛′半絶縁性”という用語が１０３Ω−αより大き いか等しい抵抗を意味するということは、当業者には理解されよう。
インジウムリンの有機金属堆積については、”ＧａＡｓ及び関連化合物”、　Ｊ 、　Ｐ、　Ｄｕｃｈｅ■ｉｎ　（ジエイ・ビー・デュ’７シユマン）ら＋　Ｉ　 ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ｂｎ士郵ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓ　（イン スチチュート・オブ・フィジックス・コンファレンス・シリーズ）４５，１９７ ９，４５頁“エピタキシャル成長条件と半導体エピタキシャル層の特性との相関 に関する国際会議”Ａ、　Ｌ　Ｃｈａｔｔｅｒｊｅａ　（エイ・ケィ・チャチル ジー）ら、ペービナン、フランス、１９８２゜のような論文中に多く書かれてい る。チタンを基礎とした有機金属ドーパントブレカーサとともに、インジウムリ ンを基礎とした材料の堆積に用いられる具体的なインジウムを基礎とした有機材 料は、厳密でなくてよい、典型的な場合、トリメチルインジウム及びトリエチル インジウムのようなアルキルが１ないし５の炭素原子を有するインジウムアルキ ンは、満足できる品質のインジウムリンを生成する。
好ましい実施例において、トリメチルインジウムがそれを含むバブラの中を、水 素又は窒素、ヘリウムといった不活性ガスのキャリアガスを流すことにより、ガ ス流中に導入される。ガスは比較的純度が高く、不純物が堆積するインジウムリ ン中に導入されないことが望ましい。
たとえば、パラジウム拡散により更に純化した高純度水素を用いると有利である が本質的ではない０次にキャリアガスとガスを基礎としたプリカーサの飽和した 組合せを生成させるため、バブラを通して十分なキャリヤガスを流す、ガス流の 飽和は必要な条件ではないが、制御は飽和したガス流を用いることにより行える ことに注意すべきである。飽和したガス流は三元及び四元のインジウムリンな基 礎とした材料を成長させる時、特に重要である。典型的な場合、５０ないし２０ ００ｓｅｃｍの範囲のガス流が、−２０ないし＋２０℃の範囲の温度のバブラと ともに用いられ、飽和したガス流を生じる。実験の際には、与えられたインジウ ムを基礎とした有機組成に対し、飽和させるための適切な条件を決めるため、試 料が用いられる。
ホスフィンのようなリン源もガス流中に導入される。
一般に少くとも５０：１．好ましくは少くとも７５：１と有機のインジウムを基 礎とした化合物に対してリン源が過剰のモル濃度をもつことが望ましい、典型的 な場合１００：１より大きい比は、除外されないが、不経済であるため望ましく ない、 ドーパントプリカーサ、すなわち有機金属チタンを基礎とした組成が、１０−” ないし１ｏ−５の範囲のインジウムに対するチタンのガス流中のモル比を生じる よう導入される。１ｏ１より著しく大きいモル比では堆積物中に第２の組成相が 含まれ、一方１０−６より小さいモル比では堆積したインジウムリンを基礎とし た層は、約ＮＡ−ＮＤ　〜２　Ｘ　１０　Ｘ　Ｋ　、、−２のキャリヤ密度を有 し、抵抗率は不十分になる。
いくつかの有機金属チタンを基礎としたドーパントプリカーサ組成が使用できる 。たとえば、チタンアミン類。
チタンアレン類及びチタンアルキル及びアレン類からの有機チタンを基礎とした 化合物が使用できる。具体的にプリカーサとして推められる有機金属チタンを基 礎とした化合物は、以下のものである。
プリカーサとして有用であるためには、チタンを含む物質は２００℃より低い温 度において、かなりの（Ｉ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ以上）蒸気圧をもつ必要があ る。更に、選択された物質が熱的に、触媒的にあるいは８５０℃以下の温度で他 の方法により分解し、成長位置にチタンを堆積させながら後に揮発性の副生成物 を残すことが望ましい、上であげたプリカーサ化合物は多数のアレン置換物質及 び同様の揮発性物質を含む範囲まで拡張できる。
ドーパントプリカーサを導入するために１通常の技術が使用できる。たとえば、 室温で液体であるテトラキス（ジエチルアミノ）チタンの場合、窒素ガス流のよ うなガス流を、テトラキス（ジエチルアミノ）チタンを通してバブルさせる。ガ ス流中のチタンに対する望ましいインジウムの比を生じさせるためには、０ない し５０℃の範囲の温度において、典型的なガス流は１０ないし７Ｑｓｃｅｍの範 囲である。噴出源の使用を必要とする有機金属チタンを基礎としたドーパントプ リカーサの場合、キャリヤガス流は所望のインジウム対チタン比を生ずるよう調 整された電子マスクローコントローラ又はニードルバルブのようなガス流制御手 段中に最初導入され１次にプリカーサを含む噴出理工を通過する。たとえば、明 るい青の固体であるシクロペンタジェニル、シクロペンタジェニル・チタンプリ カーサを含む噴出源の場合、噴出源はヘリウム又はアルゴン流を１０　１０１０ ００ｓｅの流速で源中を通しながら、５０−２００℃に加熱される。
上で述べたように、アクセプタを基礎としたドーパントプリカーサとの同時ドー ピングは、インジウムリン成長中ドナ不純物を補償し、半絶縁性インジウムリン 層の低効率を保つ、正味の背景のドナ密度（ＮＤ−ＮＡ）がゼ口より大きい時、 同時ドーピングは本質的である。チタンはインジウムを基礎とした化合物中で深 いドナであるから、それは過剰のアクセプタのみを捕獲し、過剰のドナは捕獲し ない、後者の点を説明するため、実験中チタンドープ・インジウムリンエピタキ シャル層のＭＯＣＶＤ成長から、同時ドーピングを省いた。ＭＯＣＶＤ成長装置 及び成長パラメータは、正味の背景のキャリヤ密度がアクセプタ不純物よりドナ 不純物が過剰となるインジウムリンのエピタキシャル層を生成する傾向がある。
その結果、この具体的なＭＯＣＶＤ装置で成長させたチタンドープインジウムリ ン層は、１０Ω−Ｃより小さい低効率であった。カドミウムを基礎とした同時ド ーパントを導入した時、チタンドープ・インジウムリンエピタキシャル層の低効 率は、１０’Ω−口を越えた、やはり。
同時ドーピングの必要性に関して上で述べた結果は、実際のＭ　ＯＣＶ　Ｄ成長 装置とこの実験で用いた成長パラメータに特定のものであることを理解すること が重要である。
アクセプタを基礎としたドーパントプリカーサには。
有機金属カドミウムを基礎としたプリカーサ、有機金属マグネシウムを基礎とし たプリカーサ、有機金属亜鉛を基礎としたプリカーサ、有機金属ベリリウムを基 礎としたプリカーサ、及び有機金属ゲルマニウムを基礎としたプリカーサが含ま 九る。特に、アクセプタを基礎とじたドーパントプリカーサ化合物には、ジメチ ルカドミウム。
ジエチル、亜鉛、ジメチル亜鉛、ビス（シクロペンタジェニル）マグネシウム、 ビス（メチルシクロペンタジェニル）マグネシウム、ジエチルベリリウム及びテ トラメチルゲルマニウムが含まれる。アクセプタを基礎としたドーパントプリカ ーサ化合物は先に述べた標準的な技術により、ガス流中に導入される。
同時ドーピングは先に述べた材料のみの使用に限られないことに注意すべきであ る。半絶縁性半導体材料を作成するのに有用な他の材料も許容され、同時ドーパ ントとして望ましいものすらある。たとえば、チタン１とともに鉄を同時ドーパ ントとして用いると、電子及び正孔両方に対し深いトラップをもつ半絶縁性材料 が生じる。
鉄を基礎としたドーパントプリカーサ組成は、フェロセン又はフェロセンを基礎 とした組成又は鉄カルボニルを基礎とした組成を含む、フェロセンを基礎とした 組成はジメチルフェロセン、ビニルフェロセン、及びプチルフニロセンを含む、 鉄ペンタカルボニルを基礎とした組成には、ブタジェン鉄トリカルボニル、シク ロオクタテトラエン鉄トリカルボニル、１，３−ペンタジェン鉄トリカルボニル 、シクロヘキサジエン鉄トリカルボニル、シクロへブタ鉄トリカルボニル、シク ロへブタトリエン鉄トリカルボニル、シクロペンタジェニル鉄ジカルボニルシマ 、及びメチルシクロペンタジニル鉄ジカルボニルシマが含まれる。上にあげたプ リカーサ化合物は、多くのアレン置換誘導体及び類似及び関連した化合物に拡張 できることを、当業者は理解すべきである。
堆積プロセスをインジウムリンに関して述べたが１本発明の原理はまたインジウ ムリンを基礎とした材料、すなわち一般的には、インジウムリンとインジウム及 びリンの両方を含む三元及び四元の誘導体にも拡張される。
これらのインジウムリンを基礎とした材料はＩｎ、Ｇａ、−。
ＡｓｙＰｘ−ｙ及びＩｎ、Ｇａ、−、−ｙＡＱ、Ｐと表わされ、ｏくＸ＜１及び Ｏ＜Ｙ＜１である６本発明の原理はまた。ガリウムアンチモンを基礎とした材料 、すなわち一般にはガリウムアンチモンとガリウム及びアンチモンの両方を含む 三元及び四元の誘導体にも拡張される。これらのガリウムアンチモンを基礎とし た材料は、Ｉｎ、Ｇａ、−、ＡｓｙＳｂ、−ｙ及びＡ　Ｑ　ｗ　Ｇ　ａ　ｚ　− ｙ　Ａ　８　ｙ　Ｓ　ｂ　１−　ｙと表わされ、０　＜　ｘ　＜　１及びＯ＜　 ｙ　＜　１である。拡張した系では、ひ素又はガリウム又はアルミニウム又はア ンチモン又はひ素、ガリウム、アンチモン及びアルミニウムの組合わせがそれぞ れ、Ａ　ｓ　ＨＢの混合物のような適切なもののガス流中に導入され、アルキル ガリウム又はアルキルアルミニウム化合物を含むバブラの使用によって導入され る。
Ｊ　、　Ｐ　、　Ｄｕｅｈｍｉｎ　（ジェイ・ビー・デュッシュマン）らにより 、　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　（ジャーナル・オ ブ・クリスタル・グロウスＬ　５５，６４　（１９８１）に述べられているよう に行なう、デバイス活性領域の形成及び半導体デバイスの完成が１次に通常の技 術により達成される。
第１図に示された半導体発光デバイスは、レーザ又は端面発光ＬＥＤとして用い てもよい、　いずれの場合も、デバイス（１０）は活性領域（１２）を含み、そ の中の電子及び正孔の再結合により、活性領域の半導体材料の禁制帯幅に特有の 波長（たとえば混晶の具体的な組成に依存して、Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓの場合 約１．０〜１．６５μｒｎ）で発光する。光は一般に軸（１４）に沿って向けら れ。
レーザの場合基本的に誘導放射で、ＬＥＤの場合は基本的に自然放射である。
この再結合放射は活性領域中に少数キャリヤを注入させる順方向バイアスｐ−ｎ 接合により発生する。源（１６）はたとえば電流制限抵抗と直列になった電池と して描かれ、順方向バイアス電圧が供給され、加えて所望の光出力パワーに対応 した水準でボンピング電流を供給する。
レーザにおいて、ポンピング電流は、レーザ電流閾値を超える。
一般に、デバイスは電流を活性領域（１２）の比較的狭いチャネル中に閉じ込め 番手段を含む、示されているように、この制限手段は二つに別れた高抵抗Ｔｉ− ドーブＭ　ＯＣＶ　Ｄ　Ｉ　ｎ　Ｐ層（２０）を含み、活性領域（１２）は二つ に別れた層（２ｏ）の長方形の関口中にある帯状の形をもつ０表面発光ＬＥＤの 場合１層（２ｏ）は二つに別れるのではなく５円形又はメサ状活性領域を囲む環 状の形をもつ。
第１図に示された構造はチャネル基板埋込みへテロ構造（ＣＳ　Ｂ　）Ｉ）レー ザとして知られ、それはｎ−ＩｎＰ基板（２２）、Ｔｉ−ドープＭＯＣＶＤ、溝 （２４）Ｌ：より二つに別けられた高抵抗ＩｎＰ層（２０）を含む、溝がエッチ され、そうでなければ層（２０）を貫いて基板（２２）中に形成される。■の形 に溝を制御よくエツチングするための好ましい技術は、米国特許第４，５９５， ４５４号に述べられている。
簡単に言うと、このエツチング技術は（１００）方向のＩｎＰ面上に形成された 薄い（たとえば１８−２２人）それ自身の酸化物層とそれ自身の酸化物上にプラ ズマ堆積させたＳｉｎ、層から成る合成エッチマスクを用いることを必要とする 。それ自身の酸化物層はプラズマ促進又は熱的方法を用いて成長させてよい、マ スクは標準的なフォトリソグラフィ及びプラズマエツチングを用いて、マスク開 口（＜２．２μｍ幅）が［０１１１方向に平行になるようにパターン形成される 。（１１１）Ｂ方向の側壁のみを有する３、０μｍの深さの溝が、３　：　ＩＨ Ｃｆｌ：Ｈ，ＰＯ，のようなＨＣＱ過剰のエッチャント中における室温エツチン グによって形成される。
以下の本質的に格子接合したエピタキシャル層を、エッチされたウェハ上に、Ｌ ＰＨにより成長させる。ｎ−ＩｎＰの第１のクラッド層（２６）（その中央部分 は少くとも溝（２４）の底部部分を満たす）；　意図せずドープされたＩｎＧａ ＡｓＰ層（１８）、ｎ−ＩｎＰの第２のクラッド層（３０）及びＰ−ＩｎＧａＡ ｓ　（又はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ）の電極補助層（３２）、層（２８）は三日月状 の活性領域（１２）を含み、それはエピタキシャル成長が溝（２４）の最上端部 に沿っては起らないため、残りの層（２８）から分離されている。高抵抗層（２ ｏ）との界面における非発光再結合が著しくない限り、活性層は漏れ電流を減ら すため、高抵抗層（２０）の厚さ内で、垂直に配置されるのが好ましい、しかし 、もし活性層が層（２ｏ）の下で、しかしそれに十分近ければ（ｉｓく１μｍ離 れている）、漏れ電流はやはり著しく低下し。
層（２０）界面における非発光再結合は、問題としてははるかに小さくなる。
高抵抗ＩｎＰ：Ｔｉ層（２０）が基板（２２）上に直接形成されるなら、それは また基板上に成長させたエビタキシャルバソファ層（図示されていない）上に形 成してもよい、いずれの場合も、層（２０）の高抵抗率は上で述べた審査中の特 許にＡ、Ｇ、　Ｄｅｎｔａｉ　（エイ・ジー・デンタイ）らにより述べられてい るＭＯＣＶＤプロセスにより得るのが最善であることを見出した。
抵抗率がＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ’Ω−Ｃｍより大きい比較的厚い（たとえば１−４μｍ ）のＩｎＰ：Ｔｉ層が、このプロセスにより得られ、それは他のＩｎＰを基礎と した組成（たとえばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡＩＰ ）とＧａＳｂを基礎とした組成（たとえばＩｎＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、Ａ ＲＧａＳｂ、ＡｎＧ　ａ　Ａ　ｓ　Ｓ　ｂ　）にも適用できる。しかしＣ３ＢＨ ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰレーザの場合、約Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ’Ω−ｅｍを超える抵 抗率が望ましい。
そのように作られた高抵抗層は、その後の結晶成長工程の高温にさらされた後で も高抵抗を維持する。
それぞれ層（３２）及び基板（２２）上の金属電極（３４）及び（３６）を通し て電気的接触が作られる。源（１６）が電極（３４）及び（３６）間に接続され る。広い面積の接触が第１図中では層（３２）及び電極（３４）により描かれて いるが、第２図中に示されるように帯状の接触にすることも可能である。第２図 中でダッシュをつけた要素は、第１図中の同じ参照番号のそれらに対応する。従 って、接触補助層（３７’）は帯を形成するためエッチされ、Ｓｉｎ、層（３３ ）の帯状開口と位置合せされる。帯状の金属接触（３５）がＳｉｎ、層（３３） の開口中の層（３２’）上に形成され、次にデバイスの最上部上に広い面積の電 極（３４’　）が形成される。この型の接触形態は、デバイスの容量を減らし、 従って高速動作を増す。
Ｃ３ＢＨレーザはまた誘導放射の光帰還を起すための手段も含み、それは典型的 な場合、一対の分離され平行にへき関されたファセット（３８）及び（４ｏ）で あり。
第１図に示されるように、光空胴共振器を形成する。共振器の光学軸と帯状活性 領域（１２）の長い方向は、一般に相互に平行である。しかし、たとえば周知の 分布帰還回折格子を含む他の帰還技術も適当である。
例 以下の例では本発明の一実施例に従うＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ　Ｃ３ＢＨレーザ の製作について述べる。特にことわらない限り、各種の材料１寸法、密度、操作 ノ（ラメータ等は説明のためにのみ示したもので１本発明の視野を限定するため のものではない。
第２図中に示された型のＣ３ＢＨレーザは、以下のように作ってよい、ＭＯＣＶ Ｄエピタキシャル反応容器を用いて、名目上（１００）面（意図的に面のずれを 導入してはない）のｎ形ＩｎＰ基板（２２）（Ｓ−ドープＬＥＣ材料）上に、Ｔ ｉドープＩｎＰの単一層（２０）を成長させた。
Ｔｉ−ドープ層は１ないし４μｍの厚さで、少なくともＩ　Ｘ　１０”Ω−ｅｍ の抵抗率を有する０次に、それ自身の酸化物／　Ｓ　ｉＯｚの合成エツチングマ スクを、先に述べた米国特許第４，５９５，４５４号に述べられているように堆 積させる。マスクは２．０μｍ幅の窓にパターン形成され、その後のＬＰＥ成長 のためのＶ溝（２４）が３：　１　ＨＣＱ　：　Ｈ，ＰＯ，の混合液中でエッチ される０次に、マスクがＨＦ中で除去され、ウェハはＬＰＥ容器中にセットされ る。ＬＰＥ成長前はウェハは米国特許第４．４８２，４２３号中に述べられてい るように、飽和した５ｎ−Ｉｎ−Ｐ溶液を含む外部容器中で保護した１次に、Ｄ Ｈ［層（２６）、（２８）及び（３０）コを約６３０℃でＬＰＥ成長させた。こ れらの層はｎ形ＩｎＰ（Ｓｎ−ドープ）層（２６）、名目上アンドープのＩｎＧ ａＡｓＰ（λｇ二１．３．ｕｍ）　房（２８）及びＰ形ＩｎＰ（Ｚｎ−ドープ） 層（３０）を含んだ、ＤＨ上に接触補助ｐ形ＩｎＧａＡｓＰ　（λｇ二１．２μ ｍ、Ｚｎ−ドープ）を成長させ、その後以下で述べるようにエッチした。三日月 形の活性領域の幅及び厚さは、それぞれ典型的な場合２．５μｍ及び０．２μｍ であった。漏れ電流と並列容器を減らすため、チャネル中と高抵抗層（２０）の 厚さ内に、活性領域を成長させるのに注意が必要である。しかし、活性層が層（ ２ｏ）の下、しかしそれから約１μｍ以内にあるときですら、レーザの動作は従 来の設計によるもの（すなわちＣｄ拡散ベース構造又はＦｅ−イオン注入ベース 構造をもつもの）より優れたいた。
ＬＰＥ成長が完了した後、ｉＲ準的なチャネルを形成した基板埋込みへテロ構造 レーザ加工を行なう、最初にＳ　ｉ　Ｏ，をウェハの表面上に堆積させ、埋込み 活性領域上で直接帯状にパターン形成する。埋込み構造を明らかにするため、ウ ェハ端のエツチングにより位置合せを行なう、構造の接触補助層が１０：１：１ 　（Ｈ，ＳＯ，：Ｈ，Ｏ，：Ｈ，Ｏ）中でエッチされ、第２図に示されるように ＩｎＧａＡｓＰ帯（３２’）を残し、Ｓｉｎ、エッチマスクがＨＦ中で除去され る。もう一つのＳｉｎ、層（３３）を次に堆積し、層（３２’）の布上に窓を形 成するためパターン形成した。Ｓｉｏ、層（３３）のパターン形成に用いたフォ トレジストは次に、蒸着したＡ　ｕ　Ｚ　ｎ　Ａ　ｕ接触（３５）のための　リ フトオフマスクとして使われる。
Ａ　ｕ　Ｚ　ｎ　Ａ　ｕ接触（３５）の合金を形成した後、ウェハ（基板）を研 磨し、ＡｕＧｅの裏面（ｎ側）接触バンドを堆積させ、同様のリフトオフ技術を 用いて合金化した。
前面（ｐ側）ＴｉＰｔ上部金属部（図示されていない）を堆積し、シンターし、 ウェハの前面及び裏面にＡｕ層（３４’　）及び（３６）をメッキし、接触及び ポンディングパッドとして働かせる。最後に、ウェハはけかかれ。
長さ２５０μｍ９幅５００μｍの個々のチップにへき関された。
上で述べた構成及び技術は１本発明の原理の応用を示すために考えられる多くの 可能な具体例の単なる例を示すためのものであることを理解すべきである０本発 明の精神及び視野を離れることなく、当業者にはこれらの原理に従い、多くの他 の構成が考えられる。特に、本発明についてレーザ及びＬＥＤを基礎に述べたが 、それは電流が活性領域を貫くチャネル中を流れるよう制約される他の半導体デ バイス（たとえばフォトダイオード、多量子井戸デバイス及びＦＥＴ）に適用で きることが認識されよう。
本発明のもう一つのレーザの実施例には、ダブルチャネルプレーナ埋込みへテロ 構造（ＤＣＰＢＨ）が含まれる０通常のＤＣＰＢＨレーザについては、　Ｊ　ｏ ｕｒｎａｌ　ｏ　ｆ旦抹肛■■」１吐匣胆旺（ジャーナル・オブ・ライトウェー ブ・テクノロジー）、第ＬＴ−ＩＩＭ、第１号、１９５頁（１９８３）に一般的 に述べられている。それは活性層を含む細長いメサを通して電流が流れるよう限 定した逆バイアス阻止接合を形成するための、チャネル中へのＬＰＥ再成長を用 いる。しかし、第３図に示された本発明のＤＣＰＢＨ実施例に従うと、阻止接合 のＬＰＥ再成長は、メサの各側へのＩ　ｎＰ　：　Ｔｉ領域（４０）のＭＯＣＶ Ｄ成長で置き換えられている。制限された（たとえば帯状）電極（４２）はパタ ーン形成誘電体層（４４）（たとえばＳｉＯｘ）によりメサの最上部に描かれ、 電極（４６）はデバイスの最上部全体にある。この方式では、電流はＩ　ｎ　Ｐ 　：　Ｔ　ｉ領域（４０）と誘電体層（４４）により１本質的にメサのみを貫き 活性層（５０）を貫いて流れるよう制約される。
最後に、上で述べたデバイスの活性領域は、単−活性層又はいくつかの層の合成 を含み、少なくともその一つは（発光という意味において）活性である。従って 、１．５５ａｍ　ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰレーザにおいて、活性領域はＩｎＧａ ＡｓＰ層を含み、それはＬＰＥ成長中メルトバック防止機能の役割をするもう一 つのＩｎＧａＡｓＰ層（λ＝１．３μｍ）に隣接し、１．５５μｍで発光するＩ ｎＧａＡｓＰ層を含んでもよい、更に、具なる波長で発光するいくつかの活性層 も活性領域の定義内に含められる。
ＦＩＧ、　／ Ｆ／（、２ ＦＩＧ、　ｊ 国際調査報告 ＋１ｎ囮ｈ＠ＲＭＩ＾ＩＩ＋ｕ＋ＩＨ會Ｎ＋ｎコ；（：、”’ｅε７１０３２７ ｍ国際調査報告

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　電流を流す活性領域及び前記電流を本質的に前記活性領域中に流れるよう 閉じ込めるための手段を含む半導体デバイスにおいて、 前記閉じ込め手段は、前記活性領域の少くとも第１のあらかじめ決められた部分 と接触したエピタキシャル成長Ｔｉ−ドープのＩＩＩ−Ｖ族を基礎とした層を含 み、前記層は１０２Ω−ｃｍを越える抵抗率を示すことを特徴とする半導体デバ イス。
  2. ２．　請求の範囲第１項に記載された半導体デバイスにおいて、前記エピタキシ ャル成長させた層は、鉄、カドミウム、ベリリウム、マグネシウム、亜鉛及びゲ ルマニウムから成る類から選択されたドーピング組成を含むことを特徴とする半 導体デバイス。
  3. ３．　請求の範囲第２項に記載された半導体デバイスにおいて、エピタキシャル 成長させた層はＩｎＰを含むことを特徴とする半導体デバイス。
  4. ４．　ＩｎＰ基体 ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰ層を含むヘテロ接合構造と、光放射を発生するためポ ンピング電流に応答するその限られた領域中の活性領域、 前記デバイスに前記ポンピング電流を供給するための手段及び 前記ポンピング電流が前記活性領域を貫いてチャネル中を流れるよう制限するた めの手段を含む発光デバイスにおいて、 前記制限手段は前記基体上に形成された高抵抗ＴｉドープのＩｎＰを基礎とした エピタキシャル成長層を含むことを特徴とするデバイス。
  5. ５．　請求の範囲第４項に記載されたレーザとして使用するデバイスにおいて、 前記活性領域は細長い帯の形をもち、光学軸が前記帯の長い方の方向と本質的に 平行である光空胴共振器を形成する手段が含まれることを特徴とするデバイス。
  6. ６．　請求の範囲第５項に記載されたデバイスにおいて、長さ方向に対して直角 方向の前記活性領域の断面は、三日月の形をもつことを特徴とするデバイス。
  7. ７．　請求の範囲第６項に記載されたデバイスにおいて、前記Ｔｉ−ドープのＩ ｎＰを基礎としたエピタキシャル成長層は、前記帯状活性領域がある本質的に長 方形の開口により、二またに分かれていることを特徴とするデバイス。
  8. ８．　請求の範囲第７項に記載されたデバイスにおいて、前記開口はＴｉ−ドー プエピタキシャル成長層を貫いて前記基体中まで延びる溝により形成され、前記 ヘテロ構造の一部は前記溝を満たし、前記帯状の活性領域は前記溝中に配置され 、前記Ｔｉ−ドープ層の下約１μｍ以内にあることを特徴とするデバイス。
  9. ９．　請求の範囲第８項に記載連れたデバイスにおいて、前記活性領域は前記Ｔ ｉ−ドープ層の厚さ内にあることを特徴とするデバイス。
  10. １０．請求の範囲第９項に記載された半導体デバイスにおいて、前記エピタキシ ャル成長層は、鉄、カドミウム、ベリリウム、マグネシウム、亜鉛及びゲルマニ ウムから成る類から選択されたドーピング組成を含むことを特徴とする半導体デ バイス。
  11. １１．請求の範囲第１０項に記載されたデバイスにおて、前記Ｔｉ−ドープ層は ＩｎＰを含み、その抵抗率は約１０２Ω−ｃｍを越えないことを特徴とするデバ イス。
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