JPH07221409A - Ｐ型及びｎ型の不純物誘起層無秩序化材料を組み込んだ半導体デバイス - Google Patents

Ｐ型及びｎ型の不純物誘起層無秩序化材料を組み込んだ半導体デバイス

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JPH07221409A
JPH07221409A JP6317425A JP31742594A JPH07221409A JP H07221409 A JPH07221409 A JP H07221409A JP 6317425 A JP6317425 A JP 6317425A JP 31742594 A JP31742594 A JP 31742594A JP H07221409 A JPH07221409 A JP H07221409A
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エル パオリー トーマス
John E Northrup
イー ノースラップ ジョン
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    • H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ヘテロ構造のバイポーラトランジスタをヘテ
ロ構造のレーザとモノリシックに一体化したデバイスで
あって、全ての動作点がその一方の面に設けられたデバ
イスを提供。 【構成】 このデバイスは、多数の半導体層の選択され
た領域を不純物誘起層無秩序化することにより作られた
ｐ型及びｎ型の広バンドギャップ材料で形成される。こ
れらデバイスは、無秩序化材料から成長直後の材料へ充
分に急激に遷移するようにｎ型及びｐ型の層無秩序領域
を同時に形成することにより作られる。このデバイス
は、ヘテロ構造のバイポーラトランジスタがヘテロ構造
レーザまたは表面放射レーザとモノリシックに一体化さ
れたデバイス、表面放射レーザ、能動的分散型フィード
バックを有する表面放射レーザ、ｐ−ｎ接合表面放射レ
ーザのように個々に接触される多数の埋設層を含むデバ
イス、キャリアチャンネルデバイス等、及び光学検出器
やインターディジタル型構造体を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の半導体層を不純
物誘起層無秩序化することによって形成されたｐ型及び
ｎ型の広バンドギャップ材料を組み込んだ新規な半導体
デバイス及び構造体に係る。
【０００２】特に、本発明は、５つの重畳するクラスの
新規なデバイス、即ち一体化されたトランジスタ及びエ
ッジ放射レーザダイオード；一体化されたトランジスタ
及び表面放射ダイオード；横方向注入型表面放射レーザ
ダイオード；キャリアチャンネル即ち「ｎｉｐｉ」デバ
イス；及びインターデジタル（櫛形）半導体デバイスに
関する。更に、横方向注入型表面放射レーザダイオード
は、レーザ発振を達成するために能動的分散型光学フィ
ードバックを有するデバイスを含んでいる。これらの能
動的分散型デバイスは、ｎ型及びｐ型ＩＩＬＤ材料の一
方のみ又はその両方を組み込むことができる。
【０００３】
【従来の技術】ＩＩＩＶ族化合物半導体の多数の層を不
純物誘起層無秩序化することは、レーザ、トランジスタ
及びホトダイオードのようなオプトエレクトロニックデ
バイスを製造する場合に重要な工程である。Ｖ族に富ん
だ条件のもとでＩＩＩＶ族半導体の多数の層にシリコン
等を拡散することは、層無秩序化材料を形成する上で良
く知られている。不都合なことに、このようにシリコン
で不純物誘起層無秩序化することは、ｎ型材料の形成に
限定される。更に、ＩＩＩＶ族半導体の多数の層に亜鉛
を拡散して、ｐ型ドープされた層無秩序化材料を形成す
ることは知られているが、亜鉛拡散材料は秩序化材料か
ら無秩序化材料への急激で且つ再現性の良い遷移に欠け
るので、このようなｐ型半導体材料は多くのデバイスに
使用するのが適当でない。
【０００４】従って、不純物誘起層無秩序化によって形
成されたｐ型及びｎ型ドープ材料の両方を必要とする殆
どの公知装置は、有用に製造することができなかった。
【０００５】特に、表面放射ダイオードレーザは、光学
ディスクシステム、レーザ印刷及び走査、光学的相互接
続、及び光ファイバ通信のような多数の用途のための重
要な光源である。このようなレーザに伴う１つの問題
は、表面放射器の能動的体積が小さいために、得られる
光学利得がエッジ放射ダイオードよりも本来非常に低い
ことである。従って、有用な性能レベルを得るには、得
られる光学利得を効率的に使用すると共に、表面放射構
造体に生じる光学的なロス及び熱を最小にすることが必
要である。
【０００６】利得の問題に対する部分的な解決策が、１
９８９年６月のＩＥＥＥジャーナル・オブ・クオンタム
・エレクトロニックス、第２５（６）巻、第１５１３−
１５２４頁に掲載されたＳＷコージン氏等の「周期利得
構造をもつファブリ・ペロー表面放射レーザの設計(Des
ign of Fabry-Perot Surface-Emitting Lasers witha P
eriodic Gain Structure)」に開示されている。コージ
ン氏は、表面放射レーザ空洞のミラー間で能動層を周期
的に離間することを教示している。その最適な間隔は、
空洞ミラーにより設定される光学フィールドの定在波パ
ターンにおける最大値に能動層が一致するように選択さ
れる。この間隔は、半導体におけるレーザ波長のほぼ半
分である。
【０００７】このような周期的利得は、均一に励起され
る能動層よりも光学利得を効率的に使用できるようにす
るが、この解決策には多数の制約がある。例えば、能動
層の対間の受動層のバンドギャップが増加されるのでス
レッシュホールド電流が増加し、これにより、高温度で
の動作に必要な能動層内の荷電キャリアの最大の閉じ込
めが妨げられる。更に、コージン氏は、２つの分布した
ブラッグ反射器により形成されたレーザ空洞内に周期的
利得領域を配置することを教示しており、２つの反射器
は、所要の反射レベルを得るために少なくとも１８ない
し２５層を必要とする。これら層の導電率を最大にする
ことは、それらの光吸収性を最小にすることと相反す
る。結局、コージン氏は、能動層を電気的に励起する手
段を提供するものではない。
【０００８】表面放射レーザに対する別の問題は、有用
な性能レベルを得るのに、表面放射構造における光学的
なロスを最小にしなければならないことである。従っ
て、自由キャリアによる光学的吸収を回避するために
は、レーザ構造全体にわたって非ドープの能動層及び受
動層を用いることが要望される。しかしながら、非ドー
プ層は、導電率が悪く、これは、注入型ダイオードレー
ザの発熱を最小にするために必要な低電気抵抗に相反す
る。これは、利得領域の２０、３０又はそれ以上の層に
そして空洞ミラー各々の別の２０ないし３０の層に電流
を通流しなければならないときに特に問題となる。表面
放射器の過熱は、スレッシュホールド電流を増加するだ
けでなく、最も重大なことには、空洞ミラーの最適波長
から離れるようにレーザ波長をシフトする。
【０００９】光学的なロス／導電率の問題に対する部分
的な解決策が、１９９２年６月のエレクトロニックス・
レターズ、第２８（１３）巻、第１２２４−１２２６頁
に掲載されたＡシュアラ氏等の「低スレッシュホールド
電圧のマイクロレーザの製造(Fablication of Low Thre
shold Voltage Microlasers)」に開示されている。シュ
アラ氏の解決策では、空洞の出力ミラーの下に成長され
た強くドープされた薄い接触層を通して電流が注入さ
れ、１つの非ドープのミラーに電流を通さなければなら
ないことが回避される。しかしながら、他の空洞ミラー
にも電流を通さなければならず、これは、導電率のため
に強くドープされており、従って、著しい光学的ロスを
介入する。能動層にも電流を通流しなければならない
が、これは、非ドープであって電気抵抗がある。それ
故、シュアラ氏の接触解決策をコージン氏の周期利得技
術と組み合わせることは不可能である。更に、シュアラ
氏の接触を実施するには、出力ミラーをエッチングし
て、その下の接触層を露出させることが必要であるため
に、不所望な製造コスト及び複雑さを招くと共に、ミラ
ーへのダメージにより潜在的に収率が低下する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】そこで、表面放射ダイ
オードレーザを低電流、低電圧及び高温度で動作できる
ようにする設計及び製造技術が要望される。これらの設
計及び製造技術は、至近離間されて独立してアドレスで
きる表面放射レーザのアレーを構成するのに有利に適用
できねばならない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタをヘテロ構造レーザとモノリシッ
クに一体化したものより成るオプトエレクトロニックデ
バイスであって、全ての動作接点が有利にもデバイスの
１つの表面上にあるような新規なオプトエレクトロニッ
クデバイスを提供する。
【００１２】又、本発明は、チップの基体面にベース接
点を有するヘテロ接合のバイポーラトランジスタにモノ
リシックに一体化されたヘテロ構造レーザより成る新規
なオプトエレクトロニックデバイスを提供する。
【００１３】更に、本発明は、広バンドギャップのコレ
クタ又はエミッタのいずれかと個々に接触する多数の埋
設層を含んだ新規な半導体デバイスを提供する。これら
のデバイスは、ｐ型、ｎ型、或いはｐ型及びｎ型の接触
を必要とする。この形式の構造は、ｐ−ｎ接合表面放射
レーザ、キャリアチャンネルデバイス、及び「ｎ−ｉ−
ｐ−ｉ」又はヘテロ「ｎ−ｉ−ｐ−ｉ」デバイスであ
る。
【００１４】更に、本発明は、新規なインターデジタル
（櫛形）構造体を提供する。この形式の構造体は、例え
ば、高速光学検出器又は分散型フィードバックレーザを
形成するのに使用できる。
【００１５】又、本発明は、チップの放射面にレーザア
ノード及びカソードを有する新規な横方向注入型の表面
放射レーザを提供することである。
【００１６】更に、本発明は、チップの放射面にレーザ
カソードを有しそしてチップの反対面にレーザアノード
を有する新規な横方向注入型の能動的分散型フィードバ
ック表面放射レーザを提供することである。
【００１７】更に、本発明は、チップの放射面にレーザ
アノードを有しそしてチップの反対面にレーザカソード
を有する新規な横方向注入型の能動的分散型フィードバ
ック表面放射レーザを提供することである。
【００１８】本発明の主たる目的は、多層半導体構造体
内に不純物誘起層無秩序化によって形成されたｎ型及び
ｐ型の広バンドギャップ材料の選択された領域をもつ新
規な半導体デバイスを製造することである。
【００１９】本発明の更に別の目的は、上記ｎ型及びｐ
型の層無秩序化領域を同時に形成することにより上記の
新規な半導体デバイスを製造することである。
【００２０】本発明の別の主たる目的は、光学的利得を
与える能動層の構造体からレーザ発振を持続するに必要
な光学フィードバックを得ることにより表面放射レーザ
構造体に必要とされる層の枚数を最小にすることであ
る。
【００２１】本発明の更に別の目的は、電荷キャリアを
能動層に直接注入して、構造体の受動層に通流する電流
を排除することにより、電気的に作動される表面放射レ
ーザ構造体の動作電圧を最小にすることである。
【００２２】本発明の更に別の目的は、このような表面
放射レーザの高密度アレーを単一の基体上に形成するこ
とである。
【００２３】本発明によれば、秩序化された層からｐ型
ドープされた無秩序化された層への遷移が充分に急激で
且つ再現性のある遷移となるようにｎ型及び／又はｐ型
の広バンドギャップ材料を選択的に形成する不純物誘起
層無秩序化によって多層半導体構造体内に新規なデバイ
スが形成される。
【００２４】本発明によれば、ｎ型及び／又はｐ型の材
料を形成するための不純物誘起層無秩序化により光学的
に活性な分散型フィードバック多層構造体内に新規な表
面放射レーザ及びアレーが形成される。
【００２５】
【実施例】砒素に富んだＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓにお
けるドープ剤不純物としてのシリコンは、ガリウムの場
所を優先的に占有し、従って、ドナーとして働く。シリ
コンは、ガリウム空格子点との移動錯体を形成すること
により拡散すると考えられている。従って、砒素に富ん
だ状態のもとでシリコンが拡散することによりＧａＡｓ
及びＡｌＧａＡｓの多数の層を不純物誘起層無秩序化
（ＩＩＬＤ）することは、ｎ型の広バンドギャップ材料
のみを形成するために知られている。他方、ガリウムに
富んだ状態におけるドープ剤不純物としてのシリコン
は、砒素の場所を優先的に占有し、従って、アクセプタ
として働く。シリコンは、ガリウムに富んだ状態のもと
でガリウムの間隙と錯体を形成することにより拡散する
ので、シリコンをガリウムに富んだアニール状態又はガ
リウムに富んだソース層に関連して使用し、ＧａＡｓ及
びＡｌＧａＡｓの多数の層のｐ型の不純物誘起層無秩序
化を得ることができる。
【００２６】ｐ型及びｎ型のＩＩＬＤ領域をシリコンで
形成できることは、秩序化領域と無秩序化領域との間の
急激な遷移がシリコン拡散の前線によって形成されるた
めに特に有益である。本発明によれば、この遷移の急激
さは、多層半導体構造体内で不純物誘起層無秩序化によ
り形成されたｎ型及びｐ型広バンドギャップ材料の選択
された領域から新規な半導体構造体を形成できるように
する。更に、本発明によれば、このようなデバイス構造
は、ｎ型及びｐ型のＩＩＬＤ領域を同時に形成すること
により有利に作られる。ｎ型及びｐ型のＩＩＬＤ領域の
同時形成は非常に効果的である。というのは、第１のア
ニールにより形成された無秩序化領域の深さ及び形状を
変更させてしまう第２のアニールが排除されるからであ
る。ｎ型及びｐ型のＩＩＬＤ領域の同時形成は、シリコ
ン層におけるドープ剤不純物を制御し及び／又はアニー
ル中の周囲環境を制御することにより達成される。これ
については、本発明と同時に出願された別の米国特許出
願に開示されている。
【００２７】ｎ型及びｐ型のＩＩＬＤ領域の同時形成
は、多数の形式の新規なデバイスを形成できるようにす
る。１つのこのようなクラスのデバイスは、個別のオプ
トエレクトロニックデバイスのモノリシック集積された
組み合わせである。
【００２８】例えば、図１は、Ｎ−Ｐ−Ｎヘテロ接合バ
イポーラトランジスタが横方向注入型のエッジ放射ダイ
オードレーザとモノリシックに集積されたものより成る
一体化された装置１００を示している。この一体化され
たトランジスタ／レーザ１００は、ＧａＡｓの半絶縁基
体１１０を備えている。この基体１１０にはｐ−Ｇａ
1-x Ａｌx Ａｓのクラッド層１１４がエピタキシャル付
着される。レーザ区分では能動的な導波部１２１として
働きそしてトランジスタ区分ではベースチャンネル１２
３として働く能動的なｐ型多層１１６がクラッド層１１
４の上に形成される。この多層１１６の上には、ｐ−Ｇ
ａ1-x Ａｌx Ａｓのクラッド層１２０が形成される。ｐ
型多層１１６は、ｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y Ａｌy
Ａｓの比較的薄い従来の二重ヘテロ構造の能動層；或い
はｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓの単一の量
子井戸；或いはｐ−Ｇａ1-z Ａｌz Ａｓのキャリア閉じ
込め層間にサンドイッチされたｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇ
ａ1-y Ａｌy Ａｓの単一の量子井戸（但し、ｘ＞ｚ＞
ｙ）；或いはｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ
の交互の井戸層及びＡｌＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y'Ａｌy'Ａ
ｓの対応バリア層がＧａ 1-z Ａｌz Ａｓのキャリア閉じ
込め層間にサンドイッチされたものより成る多量子井戸
構造（但し、ｘ＞ｚ≧ｙ’＞ｙ）を備えている。これら
の層は全て金属有機蒸着又は分子ビームエピタキシーの
公知技術で付着することができる。
【００２９】エピタキシャル付着された層内に、参考と
してここに取り上げるソーントン氏の米国特許第４，９
８７，４６８号に開示されたＮ−Ｐ−Ｎトランジスタ
と、個別のエッジ放射レーザとが形成されて、モノリシ
ックなレーザ／トランジスタ１００が作られる。この構
造のトランジスタは、トランジスタのエミッタとして働
くｎ型の無秩序化領域１３０と、トランジスタのコレク
タとして働くｎ型の無秩序化領域１３２と、これらの無
秩序化領域１３０と１３２との間のｐ型多層１１６に形
成されたベースチャンネル１２３とを備えている。この
構造のレーザは、ｐ型の無秩序化領域１４０と、ｎ型の
無秩序化領域１３２との間に形成される。従って、領域
１３２は、レーザのカソードであると同時にトランジス
タのコレクタである。
【００３０】第１レーザ領域と、第１及び第２のトラン
ジスタ領域とを形成するときには、これら領域の１つ以
上は、能動的な多層の層構造(stratum) を形成する材料
の少なくとも最小のエネルギーバンドギャップよりも大
きなエネルギーバンドギャップを有していなければなら
ない。即ち、能動的な多層の層構造の最低バンドギャッ
プ材料のバンドギャップは、第１レーザ領域と、第１及
び第２のトランジスタ領域の１つ以上のバンドギャップ
よりも小さくなければならない。これは、半導体レーザ
の以下の全ての実施例において、それが単独であるか又
は半導体トランジスタと一体化されるかどうか、レーザ
が表面放射レーザであるかエッジ放射レーザであるかど
うか、そして領域が一体的なトランジスタ／レーザ実施
例についてはレーザ領域と第１及び第２のトランジスタ
領域の１つであるか又は半導体レーザ実施例については
レーザアノード領域及びカソード領域の１つであるかど
うかに係わりなく、言えることである。
【００３１】一体化構造体１００に対し、レーザアノー
ドに接続された第１の金属接点層１２４と、トランジス
タのエミッタに接続された第２の金属接点層１２２と、
ベースチャンネル１２３に遠隔アクセスする第３の金属
接点層１２８とを介して電気的接続が形成される。ベー
ス接点１２８とトランジスタのエミッタ１３０との間の
電気的な分離は、プロトン衝撃領域１２９によって与え
られる。又、プロトン衝撃領域１２６は、デバイス１０
０をチップの他部分から分離する。無秩序化領域１３２
の重要な特徴は、実質的に全てのエピタキシャル付着層
を経て半絶縁基体１１０へと延び、トランジスタをレー
ザから電気的に分離することである。
【００３２】層１１４ないし１２０が形成された後に、
第２のクラッド層１２０において無秩序化領域１３２が
形成される場所に浅いグルーブ１３４がエッチングされ
る。次いで、ｎ型拡散／無秩序化領域１３０及び１３２
が形成されるエリアにおいて第２のクラッド層１２０上
に砒素に富んだシリコン層が付着される。同様に、ｐ型
拡散／無秩序化領域１４０が形成されるエリアにおいて
第２のクラッド層１２０上にガリウムに富んだシリコン
層が付着される。次いで、砒素に富んだシリコン層及び
ガリウムに富んだシリコン層は、窒化シリコンのキャッ
プ層でキャップが被せられる。キャップ層が付着された
後に、そのキャップが被せられたヘテロ構造体が高温度
でアニールされる。
【００３３】キャップが被せられたヘテロ構造のデバイ
ス１００をアニールした後に、砒素に富んだシリコン層
及びガリウムに富んだシリコン層のシリコン原子がヘテ
ロ構造の多層１１４ないし１２０へと拡散し、シリコン
不純物誘起無秩序化領域１３０、１３２及び１４０が形
成される。ガリウムに富んだ層であるために、シリコン
は、ガリウムに富んだ環境において効率的にヘテロ構造
の多層１１４ないし１２０へと拡散し、この拡散により
その後に形成される層の相互混合が、ｐ型層の無秩序化
領域１４０を形成する。砒素に富んだ層であるために、
シリコンは、砒素に富んだ環境において効率的に拡散
し、この拡散によりその後に形成される層の相互混合
が、ｎ型層の無秩序化領域１３０及び１３２を形成す
る。シリコンの拡散は、無秩序化領域１３２が基体１０
に達した後であって無秩序化領域１３０及び１４０が基
体１１０に到達する前に停止される。グルーブ１３４が
あるために、無秩序化領域１３２は、領域１３０及び１
４０よりも多層構造体へと深く延びる。従って、無秩序
化領域１３２は、ベース接点１２８を能動的な導波部１
２１から分離する。或いは又、この分離は、領域１３０
及び１４０の上のシリコンよりも長時間にわたって領域
１３２上にシリコンを拡散することにより、グルーブ１
３４なしに達成することもできる。これは、最初に領域
１３２上のみにシリコンを付着しそして短時間アニール
してシリコンをこの領域の多層へと途中まで駆動するこ
とによって達成される。この予めの拡散の後に、シリコ
ンが領域１３０及び１４０上に付着され、そしてアニー
ルを続けて完成する。
【００３４】一体化装置１００を形成するための別の方
法では、無秩序化領域１３０及び１３２が形成される場
所に配置された砒素に富んだシリコン層が非ドープのシ
リコン層に置き換えられる。従って、最終的な窒化シリ
コンのキャップ層はガリウムに富んだシリコン層の上の
みに形成され、非ドープのシリコン層を露出したままに
する。次いで、ヘテロ構造体全体を砒素に富んだ環境に
おいて高温度でアニールする。或いは又、砒素に富んだ
シリコン層ではなくてガリウムに富んだシリコン層が非
ドープのシリコンに置き換えられる場合には、ヘテロ構
造体の層はガリウムに富んだ環境においてアニールされ
る。
【００３５】非ドープのシリコン層を露出した状態でガ
リウム又は砒素に富んだ環境においてヘテロ構造層をア
ニールすることにより、露出されたシリコンがヘテロ構
造層へと拡散してｎ型領域１３０及び１３２又はｐ型領
域１４０を形成する一方、キャップが被せられたシリコ
ンの拡散は、ｎ型領域１３０及び１３２又はｐ型領域１
４０の他方を形成する。
【００３６】或いは又、Ｐ−Ｎ−Ｐトランジスタと、横
方向に注入されたエッジ放射レーザとの組み合わせによ
って一体化されたトランジスタ／レーザを形成すること
ができる。この一体化構造体の形状は、図１に示したも
のと同じであるが、本発明の方法によれば、全てのエピ
タキシャル層はｐ型ではなくてｎ型でドープされ、無秩
序化領域１３０及び１３２はｐ型拡散で作られ、そして
無秩序化領域１４０はｎ型拡散で作られる。ＩＩＬＤ領
域１３０はトランジスタのエミッタを保持し、ＩＩＬＤ
領域１３２はコレクタを保持する。しかしながら、ＩＩ
ＬＤ領域１４０はレーザのカソードとなる。接点層１２
８は、ベースチャンネル１２３への遠隔アクセスを与え
続ける。
【００３７】ヘテロ接合のバイポーラトランジスタを横
方向注入型のエッジ放射ダイオードレーザと一体化した
第２の実施例が図２に示されている。この一体化された
トランジスタ／レーザ２００は、ｎ型ＧａＡｓの基体２
１０を備え、その上に非ドープのＧａＡｓ又はＡｌＧａ
Ａｓの阻止層２１２が成長される。付加的な層を成長す
る前に、阻止層２１２の一部分が除去されて、その下の
基体２１０が露出される。次いで、ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx
Ａｓのクラッド層２１４が基体２１０の露出部分及び阻
止層２１２の残り部分上にエピタキシャル成長される。
レーザ区分では能動的な導波部２２１として働きそして
トランジスタ区分ではベースチャンネル２２３として働
く能動的なｎ型多層２１６がクラッド層２１４上に形成
される。この多層２１６の上には、ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx
Ａｓの第２のクラッド層２２０が形成される。ｎ型多層
２１６は、ｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓの
比較的薄い従来の二重ヘテロ構造の能動層；或いはｐ−
ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ1-yＡｌy Ａｓの単一の量子井
戸；或いはｐ−Ｇａ1-z Ａｌz Ａｓのキャリア閉じ込め
層間にサンドイッチされたｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ
1-y Ａｌy Ａｓの単一の量子井戸（但し、ｘ＞ｚ＞
ｙ）；或いはｐ−ＧａＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓ
の交互の井戸層及びＡｌＡｓ又はｐ−Ｇａ1-y'Ａｌy'Ａ
ｓの対応バリア層がＧａ1-z Ａｌz Ａｓのキャリア閉じ
込め層間にサンドイッチされた多量子井戸構造（但し、
ｘ＞ｚ≧ｙ’＞ｙ）を備えている。これらの層は、全
て、金属有機蒸着又は分子ビームエピタキシーの公知技
術で付着することができる。
【００３８】エピタキシャル付着された層内に、Ｐ−Ｎ
−Ｐトランジスタと、個別のエッジ放射レーザとが形成
され、モノリシックなレーザ／トランジスタ２００を作
るように組み合わされる。この構造のトランジスタは、
トランジスタのエミッタとして働くｐ型の無秩序化領域
２３０と、トランジスタのコレクタとして働くｐ型の無
秩序化領域２３２と、これらの無秩序化領域２３０と２
３２との間のｎ型多層２１６に形成されたベースチャン
ネル２２３とを備えている。この構造のレーザは、ｎ型
の無秩序化領域２４０と、ｐ型の無秩序化領域２３２と
の間に形成される。従って、ＩＩＬＤ領域２３２は、レ
ーザのアノードであると同時にトランジスタのコレクタ
である。無秩序化領域２３２の重要な特徴は、これが実
質的に全てのエピタキシャル付着層を通して阻止層２１
２へと延びることである。この特徴は、トランジスタの
ベースチャンネル２２３をアクセスするのにｎ型基体２
１０を使用できるようにする。
【００３９】一体化構造体２００に対し、レーザカソー
ドに接続された第１の金属接点層２２４と、トランジス
タのエミッタに接続された第２の金属接点層２２２と、
基体２１０を経てベースチャンネル２２３に接続された
第３の金属接点層２２８とを介して電気的接続が形成さ
れる。プロトン衝撃領域２２６は、一体化されたトラン
ジスタ／レーザ２００をチップの他部分から分離する。
【００４０】一体化されたトランジスタ／レーザ２００
は、上記のように、ｎ型の無秩序化領域２４０が形成さ
れるエリアにおいて第２のクラッド層２２０上に砒素に
富んだシリコン層が付着されそしてｐ型の無秩序化領域
２３０及び２３２が形成されるエリアにおいて第２のク
ラッド層２２０上にガリウムに富んだシリコン層が付着
された状態で多層２１２ないし２２０及び基体をアニー
ルすることによりｎ型及びｐ型の無秩序化領域を同時に
形成することによって作られる。
【００４１】無秩序化領域２３２の重要な特徴は、実質
的に全てのエピタキシャル付着層を経て非ドープの阻止
層２１２へと延び、トランジスタをレーザから電気的に
分離することである。従って、アニールプロセスは、領
域２３２及び２４０が阻止層２１２を貫通したときであ
って、ＩＩＬＤ領域２３０が基体２１０に到達する前に
停止される。或いは又、領域２３２におけるより深い拡
散は、シリコン層を付着する前に第２のクラッド層２２
０において領域２３２が形成される場所にグルーブをエ
ッチングする（図１に示すように）か、或いは領域２３
０及び２４０上のシリコンよりも長時間にわたり領域２
３２上にシリコンを拡散することにより達成することが
できる。この後者の解決策は、最初に領域２３２の上の
みにシリコンを付着し、次いで、短時間アニールして、
この領域における多層へ向かってシリコンを途中まで駆
動することによって行われる。この予めの拡散の後に、
シリコンが領域２３０及び２４０上に付着され、そして
アニールが続けられて完成する。
【００４２】或いは又、一体化されたトランジスタ／レ
ーザ２００は、無秩序化領域２４０が形成される場所の
砒素に富んだシリコンを非ドープのシリコン層に置き換
え、そして上記のように砒素に富んだ環境において多層
及び基体を高い温度でアニールすることによって作られ
る。或いは、砒素に富んだシリコン層ではなくてガリウ
ムに富んだシリコン層が非ドープのシリコンと置き換え
られる場合には、上記のようにガリウムに富んだ環境に
おいて多層及び基体が高い温度でアニールされる。
【００４３】或いは又、一体化されたトランジスタ／レ
ーザは、Ｎ−Ｐ−Ｎトランジスタと横方向注入型のレー
ザとの組み合わせによって形成することができる。この
一体化構造体の形状は、図２に示したものと同じである
が、本発明の方法によれば、基体及び全てのエピタキシ
ャル層は、ｎ型ではなくてｐ型にドープされ、無秩序化
領域２３０及び２３２はｎ型拡散で作られそして無秩序
化領域２４０はｐ型拡散で作られる。ＩＩＬＤ領域２３
０はトランジスタのエミッタを保持し、そして領域２３
２はコレクタを保持する。しかしながら、領域２４０
は、レーザのアノードとなる。接点２２８は、ｐ型基体
２１０を経てベースチャンネル２２３へのアクセスを与
え続ける。
【００４４】図３及び４は、本発明の原理により作られ
た横方向注入型の表面放射レーザとモノリシックに一体
化されたＮ−Ｐ−Ｎヘテロ接合バイポーラトランジスタ
を示している。この一体化デバイスは、図１の一体化デ
バイスと幾つかの点で同様であるが、図１のエッジ放射
レーザに代わって表面放射レーザが使用されている。こ
の一体化デバイス３００は、ＧａＡｓの半絶縁基体１１
０を備え、その上に、多層反射器３１２、ｐドープのＧ
ａ1-y Ａｌy Ａｓのスペーサ層３１４、ｐドープの能動
層３１６、及び非ドープのＧａ1-y Ａｌy Ａｓの第２の
スペーサ層３２０がエピタキシャル付着される。能動的
多層３１６は、ＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌw Ａｓの薄い
非ドープ層か；ＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌw Ａｓの非ド
ープの量子井戸層か；或いはＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌ
w Ａｓの非ドープの量子井戸層がＡｌＡｓ又はＧａ1-v
Ａｌv Ａｓの対応非ドープバリア層と交番する多量子井
戸構造（但し、ｖ≧ｙ＞ｗ）を含むことができる。多層
反射器３１２は、非ドープのＧａ1-z Ａｌz Ａｓ及びＧ
ａ1-z'Ａｌz'Ａｓの交番するスタックを含み（但しｚ≠
ｚ’）、これは、当業者に明らかなようにレーザ波長に
おいて高い光学反射性を与えるように設計される。
【００４５】エピタキシャル付着された層内に、Ｎ−Ｐ
−Ｎトランジスタと、個別のレーザとが形成されて、モ
ノリシックなレーザ／トランジスタ３００が作られる。
この構造のトランジスタは、トランジスタのエミッタと
して働くｎ型の無秩序化領域３３０と、トランジスタの
コレクタとして働くｎ型の無秩序化領域３３２と、これ
らの無秩序化領域３３０と３３２との間のｐ型多層３１
６に形成されたベースチャンネル３２３とを備えてい
る。この構造の表面放射レーザは、ｐ型の無秩序化領域
３４０と、ｎ型の無秩序化領域３３２との間に形成され
る。従って、ＩＩＬＤ領域３３２は、レーザのカソード
であると同時にトランジスタのコレクタであり、一方、
ＩＩＬＤ領域３４０はレーザのアノードである。
【００４６】無秩序化領域３３２の重要な特徴は、これ
が実質的に全てのエピタキシャル付着層を通して多層反
射器３１２へと延びて、表面放射レーザのための円筒状
光学導波部を形成することである。この特徴は、又、ト
ランジスタのベース３２８をレーザから分離する。
【００４７】領域１２７におけるプロトンの衝撃は、ヘ
テロ構造の層内でカソード／コレクタ３３２とアノード
３４０との間に電気的な分離を与える。或いは又、ｐ型
及びｎ型の拡散をプロトン衝撃領域１２７において重畳
させて、広バンドギャップの材料にｐ−ｎ接合を形成す
ることもできる。レーザ空洞の光学ミラーが多層反射器
３１２と誘電体又は半導体多層スタック３６２とによっ
て形成され、このスタックは、第２のスペーサ層３２０
の表面上に形成される。
【００４８】集積構造体３００に対し、レーザアノード
３４０に接続された第１の金属接点層３２４と、トラン
ジスタのエミッタ３３０に接続された第２の金属接点層
３２２と、スペーサ層３２０を経てベース３２３に接続
された第３の金属接点層３２８とを介して電気的接触が
形成される。領域１２９におけるプロトンの衝撃は、ヘ
テロ構造の層内でトランジスタのベースをトランジスタ
のエミッタから分離する。プロトン衝撃領域１２６は、
一体化トランジスタ／レーザ３００をチップの他部分か
ら分離する。
【００４９】層３１２ないし３２０が形成された後、無
秩序化領域３３２がその後のアニール中に多層反射器３
１２へ貫通することを保証するためのステップがとられ
る。この貫通は、図４に示すように、カソード／コレク
タ３３２が形成される場所に浅いグルーブ１３４を形成
するか、或いはカソード／コレクタ３３２及びアノード
３４０が形成される場所のみにおいて第２のスペーサ層
３２０の一部分を除去することによって行うことができ
る。次いで、一体化されたトランジスタ／レーザ３００
は、上記したように、ｎ型エミッタ３３０及びｎ型カソ
ード／コレクタ３３２が形成されるエリアにおいて砒素
に富んだシリコン層が第２のスペーサ層３２０上に付着
されそしてｐ型アノード３４０が形成されるエリアにお
いてガリウムに富んだシリコン層が層３２０上に付着さ
れるようにして多層３１２ないし３２０及び基体１１０
をアニールすることによりｎ型及びｐ型の無秩序化領域
３３０、３３２及び３４０を同時に形成することによっ
て作られる。
【００５０】或いは又、一体化されたトランジスタ／レ
ーザ３００は、ｎ型エミッタ３３０及びｎ型カソード／
コレクタ３３２が形成される場所の砒素に富んだシリコ
ンを非ドープのシリコン層に置き換え、そして上記のよ
うに砒素に富んだ環境において多数の層及び基体を高い
温度でアニールすることにより作られる。或いは又、砒
素に富んだシリコン層ではなくてガリウムに富んだシリ
コン層が非ドープのシリコンに置き換えられる場合に
は、上記のように、ガリウムに富んだ環境において多数
の層及び基体が高い温度でアニールされる。
【００５１】或いは又、一体化されたトランジスタ／レ
ーザは、Ｐ−Ｎ−Ｐトランジスタと横方向注入型の表面
放射レーザとの組み合わせによって形成できる。この一
体化構造体の形状は、図３及び４に示したものと同じで
あるが、本発明の方法によれば、全てのエピタキシャル
層は、ｐ型ではなくてｎ型にドープされ、無秩序化領域
３３０及び３３２はｐ型拡散で作られそして無秩序化領
域３４０はｎ型拡散で作られる。ＩＩＬＤ領域３３０は
トランジスタのエミッタを保持し、そして領域３３２は
コレクタを保持する。しかしながら、領域３４０はレー
ザのカソードとなる。接点３２８はベースチャンネル３
２３への遠隔アクセスを与え続ける。
【００５２】横方向注入型の表面放射ダイオードレーザ
と一体化されたヘテロ接合のバイポーラトランジスタの
第２の実施例が図５及び６に示されている。この一体化
されたトランジスタ／レーザ４００は、ｎ型ＧａＡｓの
基体２１０を備え、その上に多層反射器４１２が成長さ
れる。付加的な層を成長する前に、多層４１２の一部分
が除去されて、その下の基体が露出される。次いで、基
体２１０の露出部分と多層４１２の残り部分の上にｎ−
Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓのスペーサ層４１４がエピタキシャ
ル成長される。このスペーサ層４１４の上には能動的な
ｎ型多層４１６が形成される。この多層４１６の上に、
非ドープのＧａ1-x Ａｌx Ａｓの第２のスペーサ層４２
０が形成される。ｎ型の多層４１６は、ｎ−ＧａＡｓ又
はｎ−Ｇａ1-y Ａｌy Ａｓの比較的薄い従来の二重ヘテ
ロ構造の能動層；或いはｎ−ＧａＡｓ又はｎ−Ｇａ1-y
Ａｌy Ａｓの単一の量子井戸；或いはｎ−Ｇａ1-z Ａｌ
zＡｓのキャリア閉込め層間にサンドイッチされたｎ−
ＧａＡｓ又はｎ−Ｇａ1-yＡｌy Ａｓの単一の量子井戸
（但し、ｘ＞ｚ＞ｙ）；或いはｎ−ＧａＡｓ又はｎ−Ｇ
ａ1-y Ａｌy Ａｓの交互の井戸層及びＡｌＡｓ又はｎ−
Ｇａ1-y'Ａｌy'Ａｓの対応バリア層がＧａ1-z Ａｌz Ａ
ｓのキャリア閉じ込め層間にサンドイッチされた多量子
井戸構造（但し、ｘ＞ｚ≧ｙ’＞ｙ）を備えている。こ
れらの層は、全て、金属有機蒸着又は分子ビームエピタ
キシーの公知技術で付着することができる。
【００５３】エピタキシャル付着された層内に、Ｐ−Ｎ
−Ｐトランジスタと、個別の表面放射レーザとが形成さ
れて、モノリシックなレーザ／トランジスタ４００が作
られる。この構造のトランジスタは、トランジスタのエ
ミッタとして働くｐ型の無秩序化領域４３０と、トラン
ジスタのコレクタとして働くｐ型の無秩序化領域４３２
と、これらの無秩序化領域４３０と４３２との間のｎ型
多層４１６に形成されたベースチャンネル４２３とを備
えている。この構造の表面放射レーザは、ｎ型の無秩序
化領域４４０と、ｐ型の無秩序化領域４３２との間に形
成される。従って、ｎ型領域４４０はレーザカソードで
あり、そしてｐ型領域４３２は、レーザのアノードであ
ると同時にトランジスタのコレクタである。アノード／
コレクタ４３２の重要な特徴は、これが実質的に全ての
エピタキシャル付着層を経て多層反射器４１２へと延び
て、表面放射レーザのための円筒状光学導波部を形成す
ることである。
【００５４】領域１２７におけるプロトンの衝撃は、ヘ
テロ構造の層内でアノード／コレクタ４３２とカソード
４４０との間に電気的な分離を与える。或いは又、ｐ型
及びｎ型の拡散を領域１２７において重畳させて、広バ
ンドギャップの材料にｐ−ｎ接合を形成することもでき
る。レーザ空洞の光学ミラーが多層反射器４１２及び誘
電体又は半導体多層スタック４６２によって形成され、
このスタックは、スペーサ層４２０の表面上に形成され
る。
【００５５】集積構造体４００に対し、レーザカソード
４４０に接続された第１の金属接点層１２４と、トラン
ジスタのエミッタ４３０に接続された第２の金属接点層
１２２と、基体２１０を経てベース４２３に接続された
第３の金属接点層１２８とを介して電気的接触が形成さ
れる。プロトン衝撃領域１２６は、一体化トランジスタ
／レーザ４００をチップの他部分から分離する。
【００５６】一体化されたトランジスタ／レーザ４００
は、上記したように、ｎ型カソード４４０が形成される
エリアにおいて砒素に富んだシリコン層が第２のスペー
サ層４２０上に付着されそしてｐ型エミッタ４３０及び
ｐ型アノード／コレクタ４３２が形成されるエリアにお
いてガリウムに富んだシリコン層が第２のスペーサ層４
２０上に付着されるようにして多数の層４１２ないし４
２０及び基体１１０をアニールすることによりｎ型及び
ｐ型の無秩序化領域を同時に形成することによって作ら
れる。或いは又、一体化されたトランジスタ／レーザ４
００は、カソード４４０を形成すべき場所の上の点にお
いて砒素に富んだシリコンを非ドープのシリコン層に置
き換え、そして上記のように砒素に富んだ環境において
多数の層及び基体を高い温度でアニールすることにより
作られる。或いは又、砒素に富んだシリコン層ではなく
てガリウムに富んだシリコン層が非ドープのシリコンに
置き換えられる場合には、上記のように、ガリウムに富
んだ環境において多数の層及び基体が高い温度でアニー
ルされる。
【００５７】或いは又、一体化されたトランジスタ／レ
ーザは、Ｎ−Ｐ−Ｎトランジスタと横方向注入型の表面
放射レーザとの組み合わせによって形成できる。この一
体化構造体の形状は、図５及び６に示したものと同じで
あるが、本発明の方法によれば、基体及び全てのエピタ
キシャル層は、ｎ型ではなくてｐ型にドープされ、無秩
序化領域４３０及び４３２はｎ型拡散で作られそして無
秩序化領域４４０はｐ型拡散で作られる。領域４３０は
トランジスタのエミッタを保持し、そして領域４３２は
コレクタを保持する。しかしながら、領域４４０はレー
ザのアノードとなる。接点１２８は、ｐ型基体２１０を
経てベースチャンネル４２３へのアクセスを与え続け
る。
【００５８】本発明によりｎ型及びｐ型のＩＩＬＤ領域
を同時形成することにより可能となる第３の種類のデバ
イスは、広バンドギャップエミッタ又はコレクタに個々
に接触されるべき埋設層を含んでいる。これらの個々の
層は、ｐ型、ｎ型、又はｐ型及びｎ型の接触を必要とす
る。この形式の構造は、例えば、キャリアチャンネル構
造、「ｎ−ｉ−ｐ−ｉ」又はヘテロ「ｎ−ｉ−ｐ−ｉ」
デバイス、或いはｐ−ｎ接合表面放射レーザを形成する
のに使用できる。
【００５９】図７及び８は、本発明の原理に基づいて作
られた表面放射レーザ５００を示している。この表面放
射レーザ５００は、ＧａＡｓの半絶縁基体１１０を備
え、この上には、非ドープのＧａ1-x Ａｌx Ａｓの広バ
ンドギャップ緩衝層５１８と、多層反射器５１２と、非
ドープのＧａ1-y Ａｌy Ａｓのスペーサ層５１４（但し
ｘ≧ｙ）と、非ドープの能動的な多層５１６と、非ドー
プのＧａ1-y Ａｌy Ａｓの第２のスペーサ層５２０と、
該第２スペーサ層５２０の表面上に付着される誘電体又
は半導体多層スタック５６２とがエピタキシャル付着さ
れる。多層５１６は、ＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌw Ａｓ
の薄い非ドープ層；ＧａＡｓ又はＧａ1-wＡｌw Ａｓの
非ドープの量子井戸層；或いはＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａ
ｌw Ａｓの非ドープの量子井戸層がＡｌＡｓ又はＧａ
1-v Ａｌv Ａｓの対応非ドープバリア層と交番するよう
な多量子井戸構造（但し、ｖ≧ｙ＞ｗ）を備えている。
多層反射器５１２は、非ドープのＧａ1-z Ａｌz Ａｓ及
びＧａ1-z'Ａｌz'Ａｓの交番するスタックを含み（但
し、ｚ≠ｚ’）、これは、当業者に明らかなように、レ
ーザ波長において高い光学反射性を与えるように設計さ
れる。同様に、多層５６２も、レーザ波長において高い
光学反射性を与えるように設計された半導体層又は絶縁
層の交番するスタックを備えている。
【００６０】表面放射レーザ５００は、半環状のカソー
ド５３０及び半環状のアノード５４０により、エピタキ
シャル付着された層内に画成される。カソード５３０
は、成長直後(as-grown)の多数の層を不純物誘起層無秩
序化することにより形成されたｎ型の広バンドギャップ
材料より成り、非ドープの能動層５１６に対する電子源
として働く。アノード５４０は、成長直後の多数の層を
不純物誘起層無秩序化することにより形成されたｐ型の
広バンドギャップ材料より成り、非ドープの能動層５１
６に対するホール源として働く。カソード５３０及びア
ノード５４０は、有利にも反射器５１２を経て広バンド
ギャップ層５１８へ延び、表面放射レーザ５００の円筒
状光学導波部を形成する。領域１２７におけるプロトン
の衝撃は、ヘテロ構造の層内でカソード５３０とアノー
ド５４０との間に電気的な分離を与える。或いは又、ｐ
型及びｎ型の拡散を領域１２７において重畳させて、広
バンドギャップ材料にｐ−ｎ接合を形成することもでき
る。レーザ空洞の光学ミラーが多層反射器５１２と誘電
体又は半導体多層スタック５６２とによって形成され
る。
【００６１】レーザ５００に対し、カソード５３０に接
続されたカソード金属接点層５２２と、アノード５４０
に接続されたアノード金属接点層５２４とを経て電気的
接続が形成される。領域１２６におけるプロトンの衝撃
は、レーザ５００をチップの他部分から分離する。更
に、多層の誘電体反射器５６２が、カソード接点５２２
及びアノード接点５２４を形成する環状金属層の中央に
形成される。
【００６２】表面放射レーザ５００においては、アノー
ド５４０からホールが注入されそしてカソード５３０か
ら電子が注入される。表面放射レーザ５００では、電子
及びホールは、両方とも、分散型ブラッグ反射器５１２
又はレーザ空洞を形成するのに使用される誘電体スタッ
ク５６２のいずれも通過することなく、能動層へ注入さ
れる。従って、表面放射レーザ５００は、キャリアが多
数の高バンドギャップ層を通過しなければならない従来
の表面放射レーザに比して、本来、直列抵抗が低い。
【００６３】表面放射レーザ５００は、上記のように、
カソード５３０が形成されるエリアにおいて砒素に富ん
だシリコン層が第２のスペーサ層５２０上に付着されそ
してアノード５４０が形成されるエリアにおいてガリウ
ムに富んだシリコン層が第２のスペーサ層５２０上に付
着されるようにして多数の層５１２ないし５２０及び基
体１１０をアニールすることによりｎ型及びｐ型の無秩
序化領域を同時に形成することによって作られる。或い
は又、表面放射レーザ５００は、カソード５３０を形成
すべき場所の上において砒素に富んだシリコンを非ドー
プのシリコン層に置き換え、そして上記のように砒素に
富んだ環境において多数の層及び基体を高い温度でアニ
ールすることにより作られる。或いは又、砒素に富んだ
シリコン層ではなくてガリウムに富んだシリコン層が非
ドープのシリコンに置き換えられる場合には、上記のよ
うに、ガリウムに富んだ環境において多数の層及び基体
が高い温度でアニールされる。
【００６４】図９及び１０は、本発明の原理によって作
られたキャリアチャンネルデバイス６００を示してい
る。このチャンネル構造体６００は、ＧａＡｓの半絶縁
基体１１０を備え、その上には、非ドープのＧａ1-x Ａ
ｌx Ａｓの非ドープ広バンドギャップ緩衝層６１８と、
非ドープの能動的な多層６１６と、非ドープのＧａ1-x
Ａｌx Ａｓの広バンドギャップクラッド層６２０がエピ
タキシャル付着される。多層６１６は、ｐ型ドープのＧ
ａＡｓ又はＧａ1-y Ａｌy Ａｓの薄層６１６ａ、ｃ、ｅ
等がｎ型ドープのＧａＡｓ又はＧａ1-z Ａｌz Ａｓの薄
層６１６ｂ、ｄ、ｆ等と交番するものより成る（但し、
ｘ≧ｙ≧ｚ）。
【００６５】このチャンネルデバイス６００は、カソー
ド６３０及びアノード６４０によりエピタキシャル付着
層内に画成される。カソード６３０は、ｎ型ドープ層６
１６ａ、ｃ、ｅ等に対して広バンドギャップ接点として
働くｎ型無秩序化領域より成る。カソード６３０と各ｎ
ドープ層との間の上部から見た界面６２７は、所望の形
状にすることができ、例えば、円、楕円、直線等にする
ことができる。アノード６４０は、ｐドープ層６１６
ｂ、ｄ、ｆ等に対して広バンドギャップ接点として働く
ｐ型無秩序化領域より成る。アノード６４０と各ｐドー
プ層との間の上部から見た界面６２５は、所望の形状に
することができ、例えば、円、楕円、直線等にすること
ができる。キャリアチャンネルデバイス６００に対し、
カソード６３０に接続されたカソード金属層接点６２２
と、アノード６４０に接続されたアノード金属層接点６
２４とを経て電気的接続が行われる。表面領域６４２
は、光学的アクセスのために接点間に開放されたままで
ある。領域１２６におけるプロトン衝撃は、デバイス６
００をチップの他部分から分離する。
【００６６】キャリアチャンネルデバイス６００は、上
記のようにｎ型及びｐ型の無秩序化領域を同時に形成す
ることにより作られる。このチャンネルデバイス６００
は、表面６４２を検出されるべき光に露出することによ
り、例えば、１９８２年１１月１５日のＡｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ、第４１（１０）巻、第９４４−
９４６頁にＦカパショ氏により説明されたチャンネルホ
トダイオードとして使用することができる。しかしなが
ら、カパショ氏は、イオンインプランテションか又はエ
ッチング及びエピタキシャル再成長のいずれかの技術に
よってｐ及びｎドープの接点領域が画成されることを教
示している。イオンインプランテーションは層を適切に
ドープできるが、それらのバンドギャップを増加しな
い。エッチング及び再成長は、適切にドープされた広バ
ンドギャップ接点を形成できるが、プロセスの収率が悪
く、高価で且つ信頼性が低い。本発明の原理によるｎ型
及びｐ型の広バンドギャップ接点の同時形成は、低コス
トで、収率が高く、製造の信頼性が高いという設計上の
顕著な改善をもたらす。
【００６７】図１１は、本発明の原理により作られた
「ｎｉｐｉ」デバイスのための能動層７１６を示す拡大
図である。多層の能動層７１６は、非ドープのＧａＡｓ
又はＧａ1-u Ａｌu Ａｓの薄い層６５２ａ、ｂ、ｃ等を
備え、これら層は、ｎドープのＧａＡｓ又はＧａ1-v Ａ
ｌv Ａｓの薄い層６５４ａ、ｂ、ｃ等と、ｐドープのＧ
ａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌw Ａｓの薄い層６５６ａ、ｂ、
ｃ等との間に交互にサンドイッチされる（但し、ｖ≧ｕ
及びｗ≧ｕ）。「ｎｉｐｉ」デバイスの幾何学的な構造
は、図９及び１０に示したキャリアチャンネルデバイス
と同じであるが、図１１の能動的多層７１６がキャリア
チャンネルデバイス６００の標準的な能動層６１６に置
き代わっている。
【００６８】このような「ｎｉｐｉ」デバイスは、アカ
デミック・プレス、１９８５年、ニューヨーク、第１６
３−２１４頁に掲載されたＬＬチャン及びＢＣグレシン
編集の「合成変調構想(Synthetic Modulated Structure
s)」においてＧＨドーラ及びＫプルーにより説明された
ように、調整可能な導電率、調整可能な吸収率又は同調
可能なルミネセンスをもつ種々様々なデバイスを形成す
るのに使用できる。しかしながら、ドーラ氏は、Ｓｎ及
びＺｎのようなｐ型及びｎ型元素を多数の層へと合金化
することによりｐ及びｎドープの接点領域が定められる
ことを教示している。このような合金化は層を適切にド
ープできるが、ドープされた層のバンドギャップを増加
することはできない。エッチングの後に再成長すること
は、適切にドープされた広バンドギャップの接点を形成
できるが、収率が低く、高価で、しかもプロセスの信頼
性が低い。本発明の原理によりｎ型及びｐ型の広バンド
ギャップ接点を同時に形成することは、「ｎｉｐｉ」デ
バイスを低いコストで、高い収率で且つ高信頼性で製造
できるようにする設計上の著しい改善を与える。広バン
ドギャップの接点は、互いに逆極性の接点と層との間の
キャリアの漏れを抑制する一方、同じ極性の接点と層と
の間のキャリアの注入を促進するので、特に効果的であ
る。
【００６９】本発明の原理によりｎ型及びｐ型のＩＩＬ
Ｄ領域を同時に形成することにより製造できる第４のク
ラスのデバイスは、図１２及び１３に示すような新規な
インターデジタル（櫛形）構造のものである。この形式
の構造体は、例えば、高速光検出器又はエッジ放射の分
散型フィードバックレーザを形成するのに使用できるも
のである。本発明により形成されたインターデジタル構
造の１つの実施例が図１２及び１３に示されている。図
１３に示すように、インターデジタル型構造体８００
は、ＧａＡｓの半絶縁基体１１０を備え、その上に、非
ドープのＧａ1-xＡｌx Ａｓの広バンドギャップ層８１
２と、非ドープの能動的多層８１６と、非ドープのＧａ
1-y Ａｌy Ａｓの第２の広バンドギャップ層８２０とが
エピタキシャル付着される。能動的な多層８１６に含ま
れる層は、インターデジタル構造の意図された機能に基
づく。例えば、インターデジタル型構造体がピンホトダ
イオードである場合には、多層８１６は、ＧａＡｓの単
一非ドープ層を含むか、或いはＧａＡｓの非ドープ量子
井戸層がＡｌＡｓ又はＧａ1-v Ａｌv Ａｓの対応非ドー
プバリア層と交番するものより成る多量子井戸構造を含
むことができる。入射光波は、いずれかの多層のＧａＡ
ｓ層で吸収される。或いは、インターデジタル型構造体
が分散型フィードバックレーザである場合には、多層８
１６は、レーザ動作に適した能動的な層構成を含み、例
えば、ＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌw Ａｓの非ドープ量子
井戸層か、或いはＧａＡｓ又はＧａ1-w Ａｌw Ａｓの非
ドープ量子井戸層がＡｌＡｓ又はＧａ1-v Ａｌv Ａｓの
対応非ドープバリア層と交番するものより成る多量子井
戸構造を含むことができる（但し、ｖ≧ｙ＞ｗ）。
【００７０】インターデジタル型構造体は、ｐ型拡散／
無秩序化領域８４０と交番するｎ型拡散／無秩序化領域
８３０によりエピタキシャル付着の層内に画成される。
互いに逆極性の無秩序化領域は接触も重畳もしないの
で、これら無秩序化領域８３０と８４０との間の能動層
８１６に低バンドギャップの領域８５０が形成される。
全てのｎ型拡散／無秩序化領域８３０には単一の電気接
点８２２が作られ、そして全てのｐ型拡散／無秩序化領
域８４０には単一の電気接点８２４が作られる。これら
接点８２２及び８２４は、ｎ型及びｐ型領域８３０及び
８４０の各々の上に部分的に延びることもできるし全体
に延びることもできる。同様に、横方向に延びる領域８
３０及び８４０は、図１２に示すように、一部分のみ重
畳してもよいし、実質的に全長にわたって重畳してもよ
い。
【００７１】インターデジタル型構造体８００は、前記
のように、ｎ型及びｐ型の無秩序化領域８３０及び８４
０を同時に形成することにより作られる。
【００７２】適当な能動層８１６をもつインターデジタ
ル型構造体８００は、接点８２４に対して接点８２２に
正の電圧を印加することによりｐ−ｉ−ｎ光検出器とし
て動作する。このバイアス状態は、非ドープ領域８５０
を効果的に逆バイアスし、これにより、領域８５０内に
電界を確立して、電子をｎドープ領域８３０へそしてホ
ールをｐドープ領域８４０へスイープさせる。検出され
るべき光は、接点８２２及び８２４のインターデジタル
型フィンガ間で能動的多層８１６に直角の方向に検出器
８００に導入されるか、或いは広バンドギャップ８１２
と８２０との間に形成された導波部に導入される。非ド
ープ領域８５０に光子が吸収されると、電子／ホール対
が形成され、これらは、接点８２２及び８２４のバイア
ス電圧により確立された電界により領域８５０から領域
８３０及び８４０へとスイープされる。
【００７３】或いは又、接点８２２に対して接点８２４
に正の電圧を印加することにより、同様の構造体を利得
結合分散型フィードバックレーザとして使用することが
できる。この電圧極性は、アノード領域８４０及びカソ
ード領域８３０を順方向バイアスし、これにより、低バ
ンドギャップ領域８５０にキャリアを注入する。領域８
５０に注入されたキャリアは、レーザ動作に必要な光学
利得を与える。分散型光学フィードバックは、領域８５
０の中心対中心間隔と、領域８３０とその隣接領域８４
０との中心対中心間隔を、半導体媒体における所望のレ
ーザ波長の半波長の整数倍に等しくするよう選択するこ
とにより得られる。これらの間隔において、領域８５０
における利得からの光波の反射と、領域８３０と８４０
との間の界面における屈折率の変化とにより、公知のブ
ラッグ状態が確立され、能動層８１６に分散光学フィー
ドバックが生じる。例えば、領域の中心対中心間隔は、
７８０ｎｍの放射波長に対し、約０．１１μｍ又は０．
２２μｍ又は０．３３μｍ等々である。
【００７４】図１４及び１５は、本発明の原理により作
られた横方向注入型の能動的分散型フィードバック表面
放射レーザ９００の第１の実施例を示す。このレーザ９
００は、ｎドープのＧａＡｓの導電性基体２１０と、ｎ
−Ｇａ1-x Ａｌx Ａｓの広バンドギャップ緩衝層９２０
と、能動的な非ドープの多層９１６と、非ドープのＧａ
1-y Ａｌy Ａｓの広バンドギャップ窓層９１２とを含む
（但し、ｙ≧ｘ）。非ドープの多層９１６は、非ドープ
のＧａＡｓ又は非ドープのＧａ1-z Ａｌz Ａｓの能動的
量子井戸層が非ドープのＧａ1-z'Ａｌz'Ａｓのバリア層
と交番する周期的シーケンスより成る（但し、ｚ’＞
ｚ）。典型的に、交番する層シーケンスにおける全周期
数は２５より大きい（即ち、５０層より大きい）。
【００７５】交番層の周期は、半導体材料における所望
のレーザ波長の約１／２に選択される。例えば、７８０
ｎｍの放射波長の場合には、量子井戸の中心対中心間隔
が約１１００ｎｍである。層構造体の周期性は、表面放
射レーザを所望の波長で効果的に動作するための重要な
パラメータである。各量子井戸の厚み及び組成は、放射
波長における利得を最大にするように選択される。７８
０ｎｍの場合には、各量子井戸は、１５０ｎｍ厚みのＧ
ａ0.88Ａｌ0.12Ａｓより成る。
【００７６】多層９１６（及び多層１０１６）の量子井
戸層の各々は、次の材料、即ち砒化ガリウム、砒化ガリ
ウムアルミニウム、燐化ガリウムインジウム、及び燐酸
アルミニウムガリウムインジウム、の１つから形成され
るのが好ましい。多層９１６（及び多層１０１６）にお
いて、これら材料は非ドープである。同様に、多層９１
６（及び多層１０１６）のバリア層の各々は、次の材
料、即ち砒化ガリウムアルミニウム、砒化アルミニウ
ム、燐化アルミニウムインジウム、及び燐化アルミニウ
ムガリウムインジウム、の１つから形成される。多層９
１６（及び多層１０１６）において、これら材料は非ド
ープである。
【００７７】各バリア層の組成は、レーザ波長において
透過性になると共に、量子井戸にキャリアを充分に閉じ
込めるように選択される。７８０ｎｍの場合には、各バ
リア層は、Ｇａ1-z'Ａｌz'Ａｓより成り（ｚ’＜０．
４）そして９５０ｎｍの厚みを有する。ｚ’の値は、非
ドープのバリア層に電流を通す際に生じる熱により低い
値に制限される。量子井戸とバリア層との間の界面は、
電圧を下げるように段階付けされる。量子井戸に対する
組成及び厚みの他の組み合わせと共に、バリア層に対す
る組成及び厚みの他の組み合わせを用いて、７８０ｎｍ
の波長で動作するように構造体を最適化することができ
る。この技術で良く知られているように、これら層のエ
ピタキシャル成長は、分子ビームエピタキシー（ＭＢ
Ｅ）又は金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって行う
ことができる。
【００７８】表面放射レーザ９００は、ｐ型の無秩序化
領域９４０により、エピタキシャル付着層内に画成され
る。ｐ型の無秩序化領域９４０は、環状に形成され、こ
れは有利にも能動的多層９１６を経て広バンドギャップ
層９２０へと延び、表面放射レーザ９００のための円筒
状光学導波管を形成する。ｐ型の無秩序化領域９４０
は、多層９１６において能動的量子井戸のためのホール
源として働く。環は、図１４に示すように円でもよい
し、楕円、方形又は他の所望の形状でもよい。
【００７９】表面放射レーザ９００に対し、ｐ型の無秩
序化領域９４０に接続されたアノード金属接点層９３６
と、基体２１０に接続されたカソード金属接点層９３８
とを経て、電気的接触がなされる。カソード金属接点層
９３６は、多層９１６の非無秩序化部分を中心とする開
口９３７を有し、レーザ９００から光線を放射できるよ
うになっている。領域１２６におけるプロトン衝撃は、
レーザ９００をチップの他部分から分離する。最終的
に、アノード金属接点層９３６の環状部分の中心に反射
防止被膜９６２が形成される。
【００８０】表面放射レーザ９００は、多数の半導体層
９１２ないし９２０内にｐ型の無秩序化領域９４０を形
成することによって作られる。この無秩序化領域９４０
は、該領域が形成されるエリアにおいてガリウムに富ん
だシリコン層を層９１２上に付着した状態で多数の層９
１２ないし９２０と基体２１０をアニールすることによ
って形成される。或いは又、表面放射レーザ９００は、
無秩序化領域９４０が形成される場所の上のガリウムに
富んだシリコンを非ドープのシリコン層に置き換え、そ
してガリウムに富んだ環境において多数の層及び基体を
高い温度でアニールすることにより形成される。
【００８１】表面放射レーザ９００において、ｐ型の無
秩序化領域９４０から多層９１６の量子井戸にホールが
注入される一方、基体２１０から緩衝層９２０及び多層
９１６のバリア層を経て量子井戸へ電子が注入される。
従って、電流は、電流源（図１４及び１５には示さず）
から、アノード金属接点層９３６へ流れ、無秩序化領域
９４０を経、多層９１６の量子井戸層を経、多層９１６
のバリア層を経、緩衝層９２０を経、基体２１０を経
て、カソード金属接点層９３８へと流れ、そして電流源
へと戻る。多層９１６の量子井戸における電子とホール
の再結合により、レーザ作用を生じるに必要な光学利得
が与えられる。多層９１６の多数の交番層により生じる
周期的利得及び周期的屈折率によって前方及び後方に進
行する光波が結合されると、レーザ発振を持続するに必
要な分散型光学フィードバックが与えられる。光は、レ
ーザ９００から反射防止被膜９６２を経て放射される。
この被膜９６２は、分散型光学フィードバックを妨げる
ことのある空気／半導体界面の屈折率変化による光学的
な反射を実質上排除する。
【００８２】或いは又、表面放射レーザ９００は、上記
のｐ型の無秩序化プロセスに代わってｎ型の不純物誘起
層無秩序化を用いて形成することもできる。表面放射レ
ーザの幾何学形状は、図１４及び１５に示すものと同じ
ままであるが、基体２１０と緩衝層９２０は、ｎ型では
なくｐ型にドープされる。このとき、金属接点層９３６
はレーザカソードであり、そして金属接点層９３８はレ
ーザアノードである。ｎ型層無秩序化は、当業者に良く
知られており、米国特許第４，８２４，７９８号に開示
されている。
【００８３】図１６及び１７は、本発明の原理により作
られた横方向注入型の能動的分散型フィードバック表面
放射レーザ１０００の第２の実施例を示している。この
レーザ１０００は、ＧａＡｓの半絶縁基体１１０を備
え、その上には、ｎ−Ｇａ1-xＡｌx Ａｓの広バンドギ
ャップ緩衝層１０２０と、能動的な非ドープの多層１０
１６と、非ドープのＧａ1-y Ａｌy Ａｓの広バンドギャ
ップ窓層１０１２とがエピタキシャル付着される（但
し、ｙ≧ｘ）。非ドープの多層１０１６は、非ドープの
ＧａＡｓ又は非ドープのＧａ1-z Ａｌz Ａｓの能動的量
子井戸層が非ドープのＧａ1-z'Ａｌz'Ａｓのバリア層と
交番する周期的シーケンスより成り、これは図１４及び
１５に関連して述べたのと同様である。しかしながら、
この実施例では、バリア層のＡｌ含有量を図１４及び１
５の実施例よりも相当に大きくすることができる。例え
ば、ｚ’を０．８より大きくすることができ、これによ
り、多層１０１６の量子井戸内に最大のキャリア閉じ込
めを与えることができる。
【００８４】交番層の周期は、この場合も、分散型光学
フィードバックを与えるために半導体材料における所望
のレーザ波長の約１／２に選択され、そして各量子井戸
の厚み及び組成は、放射波長における利得を最大にする
ように選択される。良く知られたように、これら層のエ
ピタキシャル成長は、分子ビームエピタキシー（ＭＢ
Ｅ）又は金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって行う
ことができる。
【００８５】表面放射レーザ１０００は、半環状の領域
１０３０及び半環状の領域１０４０により、エピタキシ
ャル付着された層内に画成される。領域１０３０は、成
長直後の多数の層を不純物誘起層無秩序化することによ
り形成されたｎ型の広バンドギャップ材料より成る。こ
のｎ型の無秩序化領域１０３０は、多層１０１６におけ
る非ドープの量子井戸に対する電子源として働く。領域
１０４０は、成長直後の多数の層を不純物誘起層無秩序
化することにより形成されたｐ型の広バンドギャップ材
料より成る。このｐ型の無秩序化領域１０４０は、多層
１０１６における非ドープの量子井戸に対するホール源
として働く。無秩序化領域１０３０及び１０４０は、有
利にも能動的多層１０１６を経て広バンドギャップ層１
０２０へ延び、表面放射レーザ１０００の円筒状光学導
波管を形成する。領域１２７におけるプロトンの衝撃
は、ヘテロ構造の層内で無秩序化領域１０３０と無秩序
化領域１０４０との間に電気的な分離を与える。或いは
又、ｐ型及びｎ型の拡散を領域１０２７において重畳さ
せて、広バンドギャップ材料にｐ−ｎ接合を形成するこ
ともできる。
【００８６】レーザ１０００に対し、無秩序化領域１０
３０に接続されたカソード金属接点層１０３６と、無秩
序化領域１０４０に接続されたアノード金属接点層１０
３８とを経て電気的接続が形成される。カソード及びア
ノード接点１０３６及び１０３８に対する半環状金属接
点層は、光放射のために多層１０１６の非無秩序化部分
の周りに開口を形成する。領域１２６におけるプロトン
の衝撃は、レーザ１０００をチップの他部分から分離す
る。更に、多層の誘電体反射器５６２が、カソード接点
１０３６及びアノード接点１０３８を形成する半環状金
属接点層の中央に形成される。
【００８７】表面放射レーザ１０００は、多数の半導体
層１０１２ないし１０２０内にｎ型及びｐ型の無秩序化
領域を同時に形成することにより作られる。無秩序化領
域１０３０及び１０４０は、ｎ型の無秩序化領域１０３
０が形成されるエリアにおいて層１０１２の上に砒素に
富んだシリコン層を付着しそしてｐ型の無秩序化領域１
０４０が形成されるエリアにおいて層１０１２の上にガ
リウムに富んだシリコン層を付着した状態で多数の層１
０１２ないし１０２０及び基体１１０をアニールするこ
とにより形成される。或いは又、表面放射レーザ１００
０は、無秩序化領域１０３０が形成される場所の上の砒
素に富んだシリコンを非ドープのシリコン層に置き換
え、そして砒素に富んだ環境において多数の層及び基体
を高い温度でアニールすることにより作られる。或いは
又、砒素に富んだシリコン層ではなくてガリウムに富ん
だシリコン層が非ドープのシリコンに置き換えられる場
合には、ガリウムに富んだ環境において多数の層及び基
体が高い温度でアニールされる。
【００８８】表面放射レーザ１０００においては、ｐ型
の無秩序化領域１０４０から多層１０１６の量子井戸へ
ホールが注入され、一方、ｎ型の無秩序化領域１０３０
から電子が注入される。従って、電流は、電流源（図１
６及び１７には示さず）からアノード接点１０３８へ流
れ、無秩序化領域１０４０を経、多層１０１６の能動的
量子井戸を経、無秩序化領域１０３０を経て、カソード
接点１０３６へと流れそして電流源へと戻る。表面放射
レーザ１０００においては、電流は、バリア層を通るこ
となく能動層１０１６に流れる。従って、表面放射レー
ザ１０００は、キャリアが多数の高バンドギャップバリ
ア層を通過しなければならない図１４及び１５の実施例
の表面放射レーザに比して、本来、直列抵抗が低い。従
って、当業者がしばしば行っていたように量子井戸とバ
リア層との間の界面を段階付けする必要はない。かく
て、レーザ１０００は、本発明のこの実施例の好ましい
形態である。
【００８９】多層１０１６の量子井戸における電子とホ
ールの再結合により、レーザ作用を生じるに必要な光学
利得が与えられる。多層１０１６の多数の交番層により
生じる周期的利得及び周期的屈折率によって前方及び後
方に進行する光波が結合されると、レーザ発振を持続す
るに必要な分散型光学フィードバックが与えられる。光
は、レーザ１０００から反射防止被膜１０６２を経て放
射される。この被膜１０６２は、分散型光学フィードバ
ックに影響を及ぼすことのある空気／半導体界面の屈折
率変化による光学的な反射を実質上排除する。
【００９０】図１８及び１９は、本発明の原理により形
成された独立アドレス式の表面放射レーザの高密度アレ
ー１１００を示している。このアレー１１００における
各レーザ素子１１４２は、図１６及び１７に示したレー
ザ１０００と同様に形成される。図示されたように、各
レーザ素子１１４２の接点１１３６及び１１３８は、別
々に形成され、そして他のレーザ素子１１４２の接点か
ら分離される。或いは又、全てのアノード１１３８又は
全てのカソード１１３６が共通接地点に接続される場合
には、それらが共通の金属接点層を有する。いずれの場
合にも、各レーザ素子１１４２に対する少なくともカソ
ード接点１１３６又はアノード接点１１３８は、他のレ
ーザ素子１１４２に対する他の接点（１１３６又は１１
３８）から分離されたままであり、各レーザ素子１１４
２は、他のレーザ素子１１４２とは独立して変調するこ
とができる。
【００９１】或いは又、アレー１１００は、図１４及び
１５に示したレーザ９００と同様に形成された表面放射
レーザ素子１１４２を備えることもできる。この場合に
は、各レーザは、それ自身のアドレス可能な接点１１３
６又は１１３８をその上面に有する。このとき、基体上
の他方の接点１１３８又は１１３６は、全てのレーザ素
子１１４２に対して共通である。最終的に、各レーザ素
子１１４２は、ｐ型の無秩序化又はｎ型の無秩序化のい
ずれかによって作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動作接点を一方の面にもつように形成されたモ
ノリシックなＮ−Ｐ−Ｎトランジスタ及びエッジ放射レ
ーザの断面図である。
【図２】ベース接点をチップの基体面にもつように形成
されたモノリシックなエッジ放射レーザ及びＰ−Ｎ−Ｐ
トランジスタの断面図である。
【図３】動作接点を一方の面にもつように形成されたモ
ノリシックなＮ−Ｐ−Ｎトランジスタ及び表面放射レー
ザの上面図である。
【図４】図３の一体的なトランジスタ／レーザの４−４
線断面図である。
【図５】ベース接点をチップの基体面にもつように形成
されたモノリシックな表面放射レーザ及びＰ−Ｎ−Ｐト
ランジスタの上面図である。
【図６】図５の一体的なトランジスタ／レーザの６−６
線断面図である。
【図７】アノード及びカソードを放射面に有する横方向
注入型表面放射レーザの上面図である。
【図８】図７の横方向注入型表面放射レーザの８−８線
断面図である。
【図９】本発明の原理により形成された横方向接触キャ
リアチャンネルデバイス、即ち「ｎｉｐｉ」デバイスの
上面図である。
【図１０】図９の横方向接触キャリアチャンネル即ちｎ
ｉｐｉデバイスの１０−１０線断面図である。
【図１１】「ｎｉｐｉ」デバイスに用いられる層構造の
概略図である。
【図１２】本発明の原理により形成されたインターデジ
タル型半導体デバイスの上面図である。
【図１３】図１２の半導体デバイスの１３−１３線断面
図である。
【図１４】１つの接点のみを放射面に有する横方向注入
型の能動的分散型フィードバックの表面放射レーザの上
面図である。
【図１５】図１４の横方向注入型の能動的分散型フィー
ドバックの表面放射レーザの１５−１５線断面図であ
る。
【図１６】アノード及びカソードを放射面に有する横方
向注入型表面放射レーザの上面図である。
【図１７】図１６の横方向注入型表面放射レーザの１７
−１７線断面図である。
【図１８】本発明の原理により作られた個々にアドレス
可能な表面放射ダイオードレーザのアレーの上面図であ
る。
【図１９】図１８の表面放射レーザアレーの１９−１９
線断面図である。
【符号の説明】
１００ 一体化レーザ／トランジスタデバイス １１０ 半絶縁基体 １１４、１２０ クラッド層 １１６ 能動的な多層 １２１ 能動的な導波部 １２２、１２４、１２８ 金属接点層 １２３ ベースチャンネル １２６、１２９ プロトン衝撃領域 １３０、１３２、１４０ 無秩序化領域 ２００ 一体化トランジスタ／レーザ ３００ モノリシックなレーザ／トランジスタ ４００ 一体化トランジスタ／レーザ ５００ 表面放射レーザ ６００ キャリアチャンネルデバイス ８００ インターデジタル型構造体 ９００ 横方向注入型能動的分散型フィードバック表面
放射レーザ １０００ 横方向注入型能動的分散型フィードバック表
面放射レーザ １１００ 独立アドレス式表面放射レーザの高密度アレ
ー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73 (72)発明者 ジョン イー ノースラップ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94304 パロ アルト オーク クリーク ドライヴ 1380 アパートメント 401

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 広バンドギャップ材料のｐ型及びｎ型領
    域をもつ半導体デバイスにおいて、上記ｐ型及びｎ型領
    域が不純物誘起層無秩序化によって形成されたことを特
    徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項２】 基体と、 上記基体上に形成された第１のドープ型を有する第１の
    クラッド層と、 上記第１のクラッド層上に形成された上記第１のドープ
    型を有する能動的な多層の層構造と、 上記能動的な多層の層構造の上に形成された第２のクラ
    ッド層と、 上記第２のクラッド層に形成され、上記能動的な多層の
    層構造及び第１のクラッド層へと延びている第１及び第
    ２のトランジスタ領域であって、上記第１のドープ型と
    は異なる第２のドープ型を有している第１及び第２のト
    ランジスタ領域と、 上記第２のクラッド層に形成され、上記能動的な多層の
    層構造及び第１のクラッド層へと延びている第１のレー
    ザ領域であって、上記第１のドープ型を有する第１のレ
    ーザ領域と、 上記第１のトランジスタ領域上に形成された第１の接点
    層と、 上記第１のレーザ領域上に形成された第２の接点層と、 上記基体及び第２のクラッド層の一方に形成された第３
    の接点層とを備え、 上記第２のトランジスタ領域は、上記トランジスタの一
    部分と上記レーザの一部分とを同時に形成することを特
    徴とするモノリシック集積されたトランジスタ及びレー
    ザデバイス。
  3. 【請求項３】 第１のドープ型を有する基体と、 上記基体上に部分的に形成された非ドープの多層光学反
    射の層構造と、 第１のドープ型を有し、上記基体及び上記多層光学反射
    の層構造との上に形成された第１のスペーサ層と、 第１のドープ型を有し、第１のクラッド層上に形成され
    た能動的な光放射層構造と、 上記能動的な光放射層構造の上に形成された第２のスペ
    ーサ層と、 上記第２のスペーサ層上に形成され、上記能動的な光放
    射層構造を通して上記第１のスペーサ層へと延びる第１
    のドープされた領域であって、第２のドープ型を有して
    いる領域と、 上記第２のスペーサ層上に形成され、上記能動的な光放
    射層構造及び第１のスペーサ層を通して上記多層光学反
    射の層構造へと延びる第２のドープされた領域であっ
    て、第２のドープ型を有している領域と、 上記第２のドープされた領域に隣接して上記第２のスペ
    ーサ層に形成されて、上記能動的な光放射層構造を通し
    て第１のスペーサ層へと延びる第３のドープされた領域
    であって、第１のドープ型を有している領域と、 誘電体材料及び半導体材料の一方から形成され、上記第
    ２のドープされた領域と上記第３のドープされた領域と
    の間で上記第２のスペーサ層上に形成された１組の多数
    の層と、 上記第１のドープされた領域上に形成されたトランジス
    タ接点と、 上記第３のドープされた領域上に形成されたレーザ接点
    と、 上記第１のスペーサ層とは反対の基体の側に形成された
    ベース接点とを備え、 上記第１のドープされた領域は、トランジスタのエミッ
    タとして働き、 上記第２のドープされた領域は、コレクタとして働くと
    共に、レーザアノード及びレーザカソードの一方として
    働き、そして上記第３のドープされた領域は、レーザカ
    ソード及びレーザアノードの他方として働くことを特徴
    とするモノリシック集積されたトランジスタ及び表面放
    射レーザ。
  4. 【請求項４】 基体と、 上記基体上に形成された多層光学反射の層構造と、 上記多層反射の層構造上に形成された第１の広バンドギ
    ャップスペーサ層と、 上記第１のスペーサ層上に形成された光放射多層層構造
    と、 上記光放射層構造上に形成された第２の広バンドギャッ
    プスペーサ層と、 上記第２のスペーサ層上に形成された環状接点領域と、 誘電体材料及び半導体材料の一方から形成され、上記環
    状接点領域の中心部分において上記第２のスペーサ層上
    に形成された１組の多数の層と、 上記環状接点領域の第１の半環状部分の下で上記第２の
    スペーサ層に形成されそして上記能動的な光放射層構
    造、第１のスペーサ層を通して、上記多層の反射層構造
    へと延びる第１の半環状レーザ領域と、 上記環状接点領域の第２の半環状部分の下で上記第２の
    スペーサ層に形成されそして上記能動的な光放射層構
    造、第１のスペーサ層を通して、上記多層の反射層構造
    へと延びる第２の半環状レーザ領域を備え、 上記第１及び第２のレーザ領域は、レーザカソード及び
    レーザアノードとして働くように互いに逆にドープされ
    た材料で形成されることを特徴とする表面放射レーザ。
  5. 【請求項５】 半絶縁基体と、 上記基体上に形成された第１の広バンドギャップ層と、 上記第１の広バンドギャップ層上に形成された能動的な
    多層の層構造と、 上記能動的な多層の層構造上に形成された第２の広バン
    ドギャップ層と、 上記第２の広バンドギャップ層に形成され、上記能動的
    な多層の層構造を経て上記第１の広バンドギャップ層へ
    と延びるアノード領域と、 上記第２の広バンドギャップ層に形成され、上記能動的
    な多層の層構造を経て上記第１の広バンドギャップ層へ
    と延びるカソード領域と、 上記アノード領域に形成された第１の接点層と、 上記カソード領域に形成された第２の接点層とを備えた
    ことを特徴とするキャリアチャンネル装置。
  6. 【請求項６】 半絶縁基体と、 上記基体上に形成された第１の広バンドギャップ層と、 上記第１の広バンドギャップ層上に形成された非ドープ
    の能動的な多層の層構造と、 上記能動的な多層の層構造上に形成された第２の広バン
    ドギャップ層と、 上記第２の広バンドギャップ層に形成され、上記能動的
    な多層の層構造を通して上記第１の広バンドギャップ層
    へと延びている複数のｎ型ドープ領域と、 上記第２の広バンドギャップ層に形成され、上記能動的
    な多層の層構造を通して上記第１の広バンドギャップ層
    へと延びている複数のｐ型ドープ領域と、 上記第２のクラッド層と、上記複数のｎ型ドープ領域の
    各々の少なくとも第１部分との上に形成された第１接点
    層と、 上記第２のクラッド層と、上記複数のｐ型ドープ領域の
    各々の少なくとも第１部分との上に形成された第２接点
    層とを備え、 上記ｎ型及びｐ型ドープ領域は、各ｎ型ドープ領域の少
    なくとも第２部分が少なくとも１つのｐ型ドープ領域の
    少なくとも第２部分に隣接する状態で直線アレーにおい
    て交互に整列され、隣接するｐ型及びｎ型ドープ領域の
    各対の間に上記能動的な多層の層構造の低バンドギャッ
    プ領域が形成されることを特徴とするインターデジタル
    型半導体デバイス。
  7. 【請求項７】 第１のドープ型を有する基体と、 上記基体の上に形成された第１のドープ型を有する広バ
    ンドギャップの緩衝層と、 上記広バンドギャップの緩衝層の上に形成された能動的
    な非ドープの多層の層構造と、 上記能動的な多層の層構造の上に形成された広バンドギ
    ャップの窓層と、 上記広バンドギャップの窓層に形成され、上記能動的な
    多層の層構造を通して上記広バンドギャップの緩衝層へ
    と延びた環状広バンドギャップ領域であって、第２のド
    ープ型を有している領域と、 少なくとも上記環状広バンドギャップ領域の上に形成さ
    れた第１の金属接点層と、 上記広バンドギャップ緩衝層とは反対の基体の面に形成
    された第２の金属接点層とを備え、 上記能動的な非ドープの多層の層構造は、複数の光放射
    低バンドギャップ量子井戸層と複数の広バンドギャップ
    層とが交番するものより成る交番周期層構造体であり、
    この交番周期層構造体は、レーザ動作のための光学利得
    及び光学フィードバックを与えることを特徴とする表面
    放射半導体レーザ。
  8. 【請求項８】 半絶縁基体と、 上記基体上に形成された非ドープの広バンドギャップ緩
    衝層と、 上記広バンドギャップ緩衝層の上に形成された能動的な
    非ドープの多層の層構造と、 上記能動的な非ドープの多層の層構造の上に形成された
    広バンドギャップの窓層と、 上記広バンドギャップの窓層に形成され、上記能動的な
    非ドープの多層の層構造を通して上記広バンドギャップ
    緩衝層へと延びる環状の広バンドギャップ領域であっ
    て、該領域の第１の半環状部分は第１のドープ型を有
    し、そしてその第２の半環状部分は第２のドープ型を有
    するような環状の広バンドギャップ領域と、 上記広バンドギャップの窓層上に形成され、上記第１の
    半環状部分に接触する第１の金属接点層と、 上記広バンドギャップの窓層上に形成され、上記第２の
    半環状部分に接触する第２の金属接点層とを備え、 上記能動的な非ドープの多層の層構造は、複数の光放射
    低バンドギャップ量子井戸層各々と複数の広バンドギャ
    ップ層の１つが交番するものより成る交番周期層構造体
    であり、この交番周期層構造体は、レーザ動作のための
    光学利得及び光学フィードバックを与えることを特徴と
    する表面放射半導体レーザ。
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