JPH04504187A - 半導体発光装置 - Google Patents

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】 半導体発光装置 この発明は、放射線を発生する半導体装置に関する。

電磁波スペクトルの１．３μｍ乃至１．５μｍの波長領域で動作する半導体レー ザは光増幅媒体を構成するインジュウムガリウム砒素燐化合物（ＩｎＧａＡｓＰ ）のような活性層を備え、それは燐化インジュウム（ＩｎＰ）のようなＰ型にド ープされた半導体層とＮ型にドープされた半導体層との間に挟まれている。電圧 は一方のドープされた半導体層に供給され、電流はその層から活性層を横切って 他方のドープされた半導体層に流れる。

これらの半導体レーザ装置は、Ｐ型層またはＮ型層が装置の基体を形成し、その 表面は活性層によって覆われ、或いは場合によってはバッファ層で覆ってから活 性層によって覆われる。それから他方のドープされた半導体層が活性層の上に付 着される。上方のドープされた半導体層の一部分がそれから除去されて活性層の 上面に狭い直線状のドープされた半導体材料のりッジを残す。電気接続は通常こ のりッジの上面に形成され、それによって電圧がこの上部ドープ層に供給され、 電流を装置に注入して活性層の光増幅機構を励起して放射を発生させる。

この形式の装置の問題点は、ドープされた半導体層のリッジからの電流は活性層 を直接通過してドープされた基体へ流れる代りにドープされたりッジから離れた 活性層に広がって流れることである。これは好ましくない影響を与える。何故な らばリッジの直下の活性層を通って直接流れる電流だけが放射を発生させるため に利用されるから、電流を無駄にするためである。また別の影響として屈折率が 変化することもよく知られている。

この発明の第１の態様によれば、放射を発生する半導体装置は第１の導電型の基 体と、基体上の放射媒体を構成する低いキャリア密度を有する第１の層と、この 第１の層の基体と反対側のリッジの形態を有し、それに電圧が供給されるコンタ クト部分とを具備し、コンタクト部分は第１の導電型と反対の第２の導電型であ り、コンタクト部分に隣接する第１の層の領域は第１の導電型のイオンを注入さ れ、第１の層に注入されたイオンの濃度は電位障壁が注入された領域と注入され た領域に隣接する第１の層の領域間に生成されてそれがコンタクト部分の下の第 １の層の隣接する領域から第１の層の他の領域への漏洩電流を実質的に減少させ るように選定されている。

材料の導電型は材料中のキャリア密度に依存し、これは材料中に存在するドーパ ントの量および種類に大きく依存する。

ホスト材料の組成もこれに関しては適切である。

この発明の別の態様によれば、放射線を発生する半導体装置を構成するための方 法は、第１の導電型の結晶基体上に放射媒体を構成する低いキャリア密度を有す る第１の層を形成する工程と、この第１の層の基体と反対側に第２の導電型の第 ２の層を形成する工程と、電圧が供給される第１の層上に位置するりッジ形態の コンタクト部分を形成するために第２の層の一部を除去する工程と、第２の層の 除去によって露出された第１の層の領域に第１の導電型のイオンを注入し、第１ の層に注入されたイオンの濃度および位置を、電位障壁が注入された領域と注入 された領域に隣接する第１の層の領域間に生成されてそれがコンタクト部分の下 の第１の層の隣接する領域から第１の層の他の領域への漏洩電流を実質的に減少 させるような濃度および位置にするようにイオン注入する工程とを含んでいる。

このようにして電位障壁が生成されることによって、電流は第１の層のコンタク ト部分によって被覆された領域に限定される。

材料の導電型は一般に適当なドープによって決定される。

好ましい実施例では、放射線は刺激された放射によって発生される。しかしなが ら放射線は自然放射によって発生されてもよい。刺激された放射は入射光信号を 増幅するために使用される。

第１の層の注入された領域に隣接する基体の領域もまた第１の導電型のイオンを 注入されることが好ましい。

好ましい実施例では、基体は第１の層に隣接して基体の残部より低いキャリア密 度を有するバッファ層を備えている。

典型的にはバッファ層中のキャリア密度は第１の層の注入された領域のキャリア 密度にほぼ等しい。

典型的には、装置はスペクトルの光領域の放射を発生および、或いは増幅する。

ここで使用される用語“光“とは電磁波の可視、赤外、望外領域の放射を意味す る。多くの通信および関連する応用に対して、現在好ましい波長領域はスペクト ルの可視および赤外領域にある。

好ましい実施例では、第１の層は３つの補助的な層より構成されており、その１ つは放射発生媒体の主要部を構成する。

好ましい実施例では、第１の層および第２の層はエピタキシャル成長法により基 体上に形成される。典型的には、これは金属有機気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ） によって行われことができる。しかしながら層は液相エピタキシまたは分子ビー ムエピタキシ（ＭＢＥ）のような他の結晶成長技術によって形成することができ る。

第１の層における注入領域は直接コンタクト部分に隣接せず、そのため第１の層 の注入された領域とコンタクト部分の好ましい実施例では、コンタクト部分は第 ２の層上べのフォトレジスト層の付着およびそれに続くパターン化、およびフォ トレジスト層によって覆われていない第２の層の部分の除去のためのエツチング 液の使用によって形成される。

注入された領域と隣接しているがコンタクト部分の下ではない第１の層中の領域 は、第２の層のエツチングによる除去によって形成されることが好ましく、それ によってフォトレジスト層が結果的に得られたコンタクト部分を覆い、この覆っ ているフォトレジスト層の直接下の第１の層の領域はイオン注入から遮蔽される 。

典型的に基体および第２の層は１０１９ｃｍ−３のイオン濃度を有し、第１の層 のイオン注入された領域は１０１７ｃｍ−３のイオン濃度を有している。基体中 にバッファ層を有している好ましい実施例においては、バッファ層は典型的に１ ０１７ｃｍ＋−３のイオン濃度を有している。

通常電位障壁はｌｌｌ１ｖ乃至５０ｍＶの範囲の振幅を有し、典型的には実質上 １０　ａ＋Ｖ乃至２０ｍＶの範囲の公称値を有している。

好ましい実施例では、第２の層は正イオンでドープされ、基体は負イオンでドー プされる。しかしながら、装置は基体を正イオンでドープされ、第２の層を負イ オンでドープされることもできる。

この発明の半導体装置の１実施例を以下添付図面を参照にして説明する。

図１乃至図４は装置の製造における４つの連続する工程を示している。

図１は結晶燐化インジュウム（ＩｎＰ）基体１を示し、それは負イオン（Ｎ型） で多量にドープされている。ＭＯＶＰＥＳＭＯＣＶＤ、液相エピタキシャル、ま たは分子ビームエピタキシャルのような結晶成長技術が使用されて基体１上に活 性層２をピタキシャル成長させる。この実施例において、活性層２は燐化ガリウ ムインジュウム砒素（ＧａｌｎＡｓＰ）である。活性層は３つの補助的な層、す なわち放射発生層、バッファ層、およびエツジストップ層より構成されている。

放射発生層は装置によって発生された放射の主要源であるが、エツジストップ層 もまた少量の放射を発生する。活性層２の上部には正イオンでドープされた（ｐ 型）ＩｎＰ層３が基体を完成するためにピタキシャル成長される。

上記の構造から装置を製造するために、フォトレジスト層４がＰ型層３の上面に 付着され、続いてパターン化される。

これはフォトレジスト層で覆われていないＰ型層３の領域がエツチングされてリ ッジＩＩが形成されることを可能にする。

これは図２に示されている。露出されたＰ型層３は通常のエツチング技術を使用 して除去されて２つのエツチングされたチャンネル５，６が形成されている。そ れらのチャンネル５゜６はＰ型層３中にＰ型材料のリッジ１１を形成している。

エツチング液を注意深く選択し、および、またはエツチング液がＰ型層３と接触 する時間を変化させることによって、フォトレジストの下側のアンダーカット部 分７の量を変化させることができる。

それから図３に示すように、Ｎ型シリコンイオンがマスクとして作用するフォト レジストを利用してチャンネル５，６の底部の活性層２の領域８．９に注入され る。フォトレジスト層４の下のアンダーカット部分７のＰ型層３が除去され、シ リコンイオンは垂直に下方に注入されるため、ギャップ１０が領域８，９とリッ ジ１１との間に生成される。もし７も注入された領域８，９が直接リッジ１１と 隣接していれば、装置が高温度で焼鈍されたとき、領域８．９から注入されたイ オンかりッジ１１の下の活性層中に拡散するであろう。これは完成された装置の 寿命を減少させるので好ましいことではない。

活性層の領域８，９にシリコンイオンが注入された後、フォトレジスト層４は除 去され、絶縁酸化物層１２によって全露出面が被覆される。

電圧を装置に供給するための電気コンタクトを形成するために絶縁酸化物層１２ の一部が除去される。この実施例では、電気コンタクトはリッジ１１の上面１４ に形成され、したがってその部分の酸化物層１２が除去される。コンタクト金属 層１３が装置の全表面に被覆される。図４に示されているようにコンタクト金属 層１３は装置の全表面を被覆しているけれども、電気接触はリッジ１１の上面１ ４でのみ行われる。その他の全区域のコンタクト金属層１３は絶縁酸化物層１２ によって装置から絶縁されている。

コンタクト金属層１３はリッジ１１の上面１４と良好な接触を形成するようにリ ッジ１１の上部はＧａ　Ｉ　ｎＡｓ　（Ｉ　ｎＰレーザに対して）またはＧａＡ ｓ　（ＧａＡｓレーザに対して）にすることができる。

典型的に、基体１およびＰ型層３は約１０１９ＣＩ１１−３のイオン濃度を有し 、注入された領域８，９は約１０１７ｃｍ−３乃至１０１８、−３のイオン濃度 を有する。一般に活性層２はドープされない。しかしながら、場合によっては少 量のドープが行われてもよい。基体１はバッファ層（図示せず）を備えていても よく、それは注入された領域８，９に類似したイオン濃度を有し、活性層２に隣 接して配置される。典型的に活性層２は約０．１５μｍ乃至０．２μｍの厚さを 有する。

使用において、電圧がコンタクト金属層１３に供給される。

コンタクト金属層１３はリッジ１１の上面１４と接触しているから、電圧はりッ ジ１１のＰ型材料と基体１のＮ型材料の間に生成され、これらの層間に電流を流 通させる。電流はりッジ１１から活性層２を通って基体１に流れる。もしも注入 された領域８゜９が存在しなければ、電流は活性層２に入って水平方向に広がり リッジ１１から離れて流れる。この電流は無駄な電流であり、広がった電流によ るキャリア密度の変化の直接の結果として屈折率を変化させるから好ましくない 影響を与える。

しかしながら本発明においては注入された領域８．９の存在によってリッジ１１ の縁部に隣接する活性層２中に電位障壁が形成される。典型的にこの電位障壁は 注入された領域８゜９の注入された約１０ｃｍ　乃至１０１８ｃ、−３のイオン 濃度に対して約１０ｍＶである。このような大きさの電位障壁は拡散により広が る電流を減少させ、存在する電流のドリフト電流を小さくするのに充分である。

したがって、電流はリッジ１１の直下の活性層２の領域に限定され、それ故刺激 放射を生成する電子を励起するために最大の電流集中が得られる。

典型的にリッジ１１はその両端に臂開面を有しており、それら臂開面は反射器と して作用して低い状態に減衰する励起された電子によって放射された放射線を反 射し、それにより刺激された放射がレーザ作用を生成するのに充分な量で生じる 。

典型的にレーザ作用のしきい値電流は約２０乃至５０ｍＡである。このような形 式の装置は典型的に約４５ｍＡの電流で約５ｍＷの放射出力を生成し、電磁波ス ペクトルの１．５５μｍ領域の放射線を発生する。

以上説明した構造形式は埋設リッジ導波体等のさらに複雑な装置に適用されるこ とが可能である。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成３年１２月５日

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．基体と、その基体上の活性層である第１の層と、この活性層上のリッジコン タクト部分を形成する第２の層とを具備し、 電位障壁がイオン注入によってリッジコンタクト部分に沿って隣接した活性層中 に形成されている発光半導体装置。
2. ２．活性層が複数の補助層から構成されている請求項１記載の半導体装置。
3. ３．基体と活性層との間にバッファ層を有している請求項１または２記載の半導 体装置。
4. ４．第１の導電型の基体と、その基体上の放射線発生媒体を構成している低いキ ャリア密度を有する第１の層と、この第１の層の基体と反対側の表面上のリッジ の形態を有し電圧が供給されるコンタクト部分とを具備し、コンタクト部分は第 １の導電型と反対の第２の導電型であり、コンタクト部分に隣接する第１の層の 領域は第１の導電型のイオンを注入されており、 第１の層中へ注入されたイオンの濃度は、電位障壁が注入された領域とその注入 された領域に隣接する第１の層の領域との間に生成され、それが注入された領域 に隣接するコンタクト部分の下の第１の層の領域から第１の層の他の領域への漏 洩電流を減少させるような濃度である放射線を発生する半導体装置。
5. ５．第１の層の注入された領域は注入されない第１の層の領域によってコンタク ト部分から分離されている請求項１乃至４項のいずれか１項記載の半導体装置。
6. ６．基体が第１の層に隣接したバッファ層を具値し、それは基体の残りの部分よ りも低いキャリア密度を有している請求項１乃至５項のいずれか１項記載の半導 体装置。
7. ７．放射された放射線は刺激された放射により発生される請求項１乃至６項のい ずれか１項記載の半導体装置。
8. ８．放射された放射線は入来した光信号の増幅により生じたものである請求項７ 記載の半導体装置。
9. ９．放射された放射線は自然放射により発生される請求項１乃至７項のいずれか １項記載の半導体装置。
10. １０．放射線は光である請求項１乃至９項のいずれか１項記載の半導体装置。
11. １１．注入された領域は１０１７ｃｍ−３以上のキャリア密度を有している請求 項１乃至１０項のいずれか１項記載の半導体装置。
12. １２．注入された領域は１０１９ｃｍ−３以下のキャリア密度を有している請求 項１１記載の半導体装置。
13. １３．周期律表第ＩＩＩ族または第Ｖ族の材料の２元、３元、および、または４ 元化合物から構成されている請求項１乃至１２項のいずれか１項記載の半導体装 置。
14. １４．第１の導電型の結晶基体上に放射線発生媒体を構成している低いキャリア 密度を有する第１の層を形成し、この第１の層の基体と反対側の表面上に第２の 導電型の第２の層を形成する工程と、電圧が供給される第１の層上に位置するリ ッジ形態のコンタクト部分を形成するために第２の層の一部を除去する工程と、 第２の層の除去によって露出された第１の層の領域に第１の導電型のイオンを注 入する工程とを含み、第１の層に注入されたイオンの濃度および位置は、電位障 壁が注入された領域と注入された領域に隣接する第１の層の領域間に生成されて それが電圧がコンタクト部分に供給されたときにコンタクト部分の下の第１の層 の領域から第１の層の他の領域へ流れる漏洩電流を実質的に減少させるような濃 度および位置である半導体装置の製造方法。
15. １５．注入された領域をコンタクト部分から分離する注入された領域に隣接する 第１の層の領域を有するようにイオンが第１の層に注入される請求項１４記載の 方法。
16. １６．コンタクト部分から第１の層の注入された領域を分離する第１の層の領域 は、保護層がオーバーハング状態に形成され、イオン注入から第１の層の露出さ れた領域を遮蔽するように保護層の下の第２の層の一部分を除去することによう て形成される請求項１５記載の方法。
17. １７．保護層はフォトレジスト層であり、第２の層の一部分がエッチング処理に よって除去される請求項１６記載の方法。