JPH0745813A

JPH0745813A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0745813A
Application number: JP20470093A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Miyazawa; 誠一宮沢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-14
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JP3382309B2

Abstract

(57)【要約】【目的】量子細線を持ったレーザ、電流狭窄効果を有す
るレーザなどの半導体装置を再現性良く、歩止まり良く
提供することである。【構成】半導体装置は、所定の指数の面方位を持つ半導
体基板２と、半導体基板２上に形成された半導体膜９、
１０と、基板２上に形成された、半導体膜が成長し易い
面１３と半導体膜が成長しにくい面１２を持つ凹凸構造
１１を有する。半導体膜９、１０は、凹凸構造１１の半
導体膜が成長し易い面１３に主として形成されて量子細
線構造を成す。また、基板２上に、半導体膜が形成され
る時に一方の導電型の領域とする面と他方の導電型の領
域とする面を有する凹凸構造７を有する場合もある。こ
の場合、凹凸構造７上に形成される半導体膜８は、凹凸
構造７の面方位によって導電型の異なる領域より形成さ
れて電流狭窄層を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低しきい電流密度の半
導体レーザや高速動作のトランジスター等を実現する２
次元量子井戸構造を含んだ半導体装置の構造及びその製
法、並びに工程数の少ない波長安定半導体レーザなどの
半導体装置の構造及びその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超格子構造を用いた半導体装置
は、従来のものに比較して低しきい電流の半導体レーザ
や高速動作のトランジスターの実現が可能となる。現在
検討されている超格子構造としては、１次元量子井戸構
造（量子薄膜）が主流であり、これを利用した半導体レ
ーザについては下記の文献に記されている。Ｔｓａｕ
ｇ．Ｗ．Ｔ．：“ＥｘｔｒｅｍｅｌｙｌｏｗＴｈｒ
ｅｓｈｏｌｄ（ＡｌＧａ）ＡｓＭｏｄｉｆｉｅｄ
Ｍｕｌｔｉ−ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌＨｅｔｅｒｏ
ｓｔｒｕｃｔｌａｓｅｒｓＧｒｏｗｎｂｙＭｏ
ｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ”．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，３９，ｐ７８６−７
８８（１９８１）。

【０００３】１次元量子井戸構造に対し、２次元量子井
戸構造（量子細線）、３次元量子井戸構造（量子箱）と
高次元化してゆくと、更にすぐれた特徴を有するデバイ
スの作製が可能となることが予想されている。

【０００４】図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ
１次元、２次元、３次元量子井戸構造の概念図であり、
図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれは、図１９
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したものの電子の状態密度
とエネルギーの関係を示す図である。

【０００５】バルク結晶の状態においては図２０（ａ）
の中の破線に示す様な放物線形をしていた状態密度が、
１次元、２次元、３次元量子井戸構造においてはそれぞ
れ階段状、鋸歯状及びパルス列状に変化している。この
様な状態密度の変化に伴って、光吸収や発光状態も順次
変化してゆくことが予想されるため、極めて低いしきい
値の半導体レーザが期待される。更に、２次元量子井戸
構造では散乱機構の単純化により電子移動度が高まるこ
とも予想されており、この構造は電子デバイスの面から
も重要となる。

【０００６】２次元量子井戸構造を用いた量子細線レー
ザや３次元量子井戸構造を用いた量子箱レーザでは、上
記の様な特徴から、以下の様な効果が期待されている。（１）低しきい値レーザの実現。（２）しきい値電流の温度依存性が小さい。（３）緩和振動共振周波数の増大による高速度変調の向
上。（４）発振スペクトル線幅が狭まる。

【０００７】以上の様に量子化の次元を上げることは様
々な長所を有するものであるが、その作製方法はいまだ
開発段階である。現在検討されている作製方法として
は、特開昭６３−９４６１５号公報に記載されている図
２１（ａ）〜（ｄ）に示す方法が主流となっている。図
２１及び図２２を参照して、その作製法の原理を説明す
る。

【０００８】図２１（ａ）において、（１００）面を表
面に持つ基板を［０１１］方向に数度傾ける。この様に
傾いた面は（１００）面と（０１１）面の組み合わせと
して考えられる。３３１は（１００）面で、３３３は
（０１１）面である。いま、ＡｌＡｓ分子３３２が結晶
表面の（１００）面３３１上に飛来したとする。する
と、このＡｌＡｓ分子３３２は（１００）表面上では不
安定であるため、再蒸発するか、または（１００）表面
を移動する。ところが（０１１）面３３３が存在するス
テップに分子が来ると、ＡｌＡｓ分子３３２はこのステ
ップに吸着され、結晶を形成する。図２１（ｂ）に示す
様に、ＡｌＡｓ分子３３２は次々にこのステップに吸収
されて結晶となる。ここで供給する分子を変える。ま
ず、図２１（ｃ）に示す様にＡｌＡｓ分子３３２の供給
を止めて（１００）面３３１の半分までＡｌＡｓ層を形
成させる。次に、供給分子をＧａＡｓ分子３３４に変え
て供給すると同様な原理による成長が行われ、図２１
（ｄ）に示す様に横方向にＧａＡｓとＡｌＡｓ領域が作
製される。この、各層の膜厚３３５は一原子層単位で形
成される。図２１（ｃ）、（ｄ）に示した成長をくり返
し行うことにより、図２２に示す様にＧａＡｓ層３３８
とＡｌＡｓ層３３９とが縦方向に伸びた結晶構造とする
ことができる。

【０００９】この様に傾けた基板を用い、供給する分子
を変えることで、量子細線を作製することができる。し
かし、この方法では、再現性良く量子井戸構造を作製す
ることが困難である。

【００１０】また、波長安定レーザは光通信の主要構成
部品として精力的に検討されている。この構造の代表的
なものとしてはＤＦＢレーザが挙げられる。図１８をも
って説明する。図１８中、３４０は基板であるところの
ｎ−ＧａＡｓである。この上に、３４１のＳｉドープ
ＧａＡｓを０．５μｍ積層し、続いて３４２の下部クラ
ッド層であるＳｉドープＡｌＧａＡｓを１．５μｍ積
層し、３４３のＧＲＩＮ層を０．２μｍ積層している。
３４４は活性層であるアンドープＧａＡｓで、６μｍ
の厚みを持つ。この上に、上部ＧＲＩＮ層３４５を０．
２μｍ積んだところで成長を一旦中断する（図１８
（ａ））。

【００１１】成長中断後、上部ＧＲＩＮ層３４５にグレ
ーティング３４６を形成する（図１８（ｂ））。このピ
ッチは２４０ｎｍである。作製法はＨｅ−Ｃｄを利用し
た干渉露光法である（図６参照）。この様に形成したグ
レーティング３４６上に上部層を積層する。図１８
（ｃ）において、３４７はＢｅドープＡｌＧａＡｓ
を０．３μｍ形成した光ガイド層であり、３４８はＢｅ
ドープＡｌＧａＡｓを１．２μｍ成長させたクラッ
ド層であり、３４９はＢｅドープＧａＡｓを０．５
μｍ形成してなるキャップ層である。

【００１２】この様に形成した膜に、更に、電流狭窄を
図るために、３５０に示したリッジをエッチングにより
形成する（図１８（ｄ））。この結果、電流は、リッジ
３５０下部の矢３５１で示す様に集中する。この様にし
て、光・電流の閉じ込めが形成され波長安定レーザが作
られる。

【００１３】しかしながら、本工程を見ても、大きな工
程が４工程入っていることが分かる。特に、電流の閉じ
込めと光の閉じ込めを成長後に行っており、工程が複雑
になっている。

【００１４】

【発明が解決しようとしている課題】以上説明した様
に、従来、２次元の量子細線を持ったレーザや波長安定
レーザなどの電流狭窄構造と量子細線構造の少なくとも
一方を持った半導体装置を、少ない工程数で再現性良く
製造することは困難であった。

【００１５】即ち、２次元の量子細線を持ったレーザを
再現性良くしかも電流狭窄効果をも有する様に作製する
ことは難しく、また波長安定レーザの工程は複雑で、そ
の為、歩止まり、特に図１８のリッジ３５０の加工時の
歩止まりが悪くなっている。

【００１６】従って、本発明の第１の目的は、２次元の
量子細線を持ったレーザ及びそれに加えて電流狭窄効果
をも有する構成のレーザなどの半導体装置を再現性良く
提供することである。

【００１７】また、本発明の第２の目的は、電流狭窄効
果を有する構成のレーザなどの半導体装置を、電流狭窄
と光閉じ込めの工程を成長中に行い、工程数を減らして
歩止まり良く提供することである。

【００１８】また、本発明の第３の目的は、上記の如き
半導体装置の製造方法を提供することである。

【００１９】

【課題を解決する手段】本発明の半導体装置は、半導体
基板上に形成された適当な構造の凹凸構造上に適当な半
導体膜を成長させて、量子細線構造と電流狭窄層とのう
ち少なくとも１つを形成して成る。

【００２０】より詳細には、上記第１の目的を達成する
半導体装置では、所定の指数の面方位を少なくとも部分
的に持つ半導体基板と、半導体基板上に形成された半導
体膜と、基板上の少なくとも一部に形成された、半導体
膜が成長し易い面と半導体膜が成長しにくい面を持つ凹
凸構造とを有し、半導体膜は、凹凸構造の半導体膜が成
長し易い面に主として形成されて量子細線構造を成して
いる。

【００２１】また、上記第１の目的を達成する半導体装
置では、所定の指数の面方位を少なくとも部分的に持つ
半導体基板と、半導体基板上に形成された第１の半導体
膜と、半導体基板上に形成されｎ型領域とｐ型領域を含
む第２の半導体膜と、基板上の少なくとも一部に形成さ
れた、第１の半導体膜が成長し易い面と第１の半導体膜
が成長しにくい面を持つ第１の凹凸構造と、基板上の少
なくとも一部に形成された、第２の半導体膜が形成され
る時に一方の導電型の領域とする面と他方の導電型の領
域とする面とを有する第２の凹凸構造とを有し、第１の
半導体膜は、第１の凹凸構造の第１の半導体膜が成長し
易い面に主として形成されて量子細線構造を成し、第２
の半導体膜は、第２の凹凸構造の面方位によって導電型
の異なる領域より形成されて電流狭窄層を構成してい
る。

【００２２】また、上記第２の目的を達成する半導体装
置では、所定の指数の面方位を少なくとも部分的に持つ
半導体基板と、半導体基板上に形成されｎ型領域とｐ型
領域を含む半導体膜と、基板上の少なくとも一部に形成
された、半導体膜が形成される時に一方の導電型の領域
とする面と他方の導電型の領域とする面とを有する凹凸
構造とを有し、半導体膜は、凹凸構造の面方位によって
導電型の異なる領域より形成されて電流狭窄層を構成し
ている。

【００２３】また、上記第３の目的を達成する半導体装
置の製造方法では、所定の指数の面方位を少なくとも部
分的に持つ半導体基板を形成し、半導体膜が成長し易い
面と半導体膜が成長しにくい面を持つ凹凸構造を基板上
の少なくとも一部に形成し、凹凸構造の半導体膜が成長
し易い面に主として半導体膜を成長して量子細線構造を
形成する。

【００２４】また、上記第３の目的を達成する半導体装
置の製造方法では、所定の指数の面方位を少なくとも部
分的に持つ半導体基板を形成し、半導体膜が形成される
時に一方の導電型の領域とする面と他方の導電型の領域
とする面とを有する凹凸構造を基板上の少なくとも一部
に形成し、凹凸構造上に、凹凸構造の面方位によって導
電型の異なるｎ型領域とｐ型領域を含む半導体膜を成長
して電流狭窄層を形成する。

【００２５】より具体的には、閃亜鉛鉱型結晶構造を有
した半導体基板で、｛１１１｝面または｛１１０｝面か
ら０〜１５度の範囲で傾いた面方位を少なくとも部分的
に持つ半導体基板と、基板面の少なくとも一部に形成さ
れた｛１１１｝面または｛１１０｝面とその他の指数を
持つ１つ以上の面から構成される鋸歯状の周期構造と、
その周期構造の上に面方位によって成長速度の異なる結
晶成長法を用いて、半導体基板の法線とは一致しない方
向へ成長面を進行させて形成された量子細線構造とを有
する半導体装置である。

【００２６】また、閃亜鉛鉱型結晶構造を有した半導体
基板で、ＩＩＩ族面とＶ族面の一方を主面とした基板
と、基板の少なくとも一部に形成されたＩＩＩ族面とＶ
族面の他方の族面を持つ鋸歯状の周期構造と、その周期
構造の上で面方位によって導電型の異なる半導体結晶層
が成長できる半導体結晶成長法を用いて形成された電流
狭窄層とを有する半導体装置である。

【００２７】以下、具体例に沿って、量子細線及び電流
狭窄層が形成される原理を説明する。

【００２８】先ず、電流狭窄層が形成される原理を説明
する。ＧａＡｓを代表とする閃亜鉛鉱型結晶構造（ジン
クブレンド構造）を有する半導体基板で、且つ｛１０
０｝面に対して０度〜２０度の範囲で傾いた表面方位を
持つ領域とＧａ面が形成されやすい面を少なくとも一部
に共有した周期的凹凸を持つ基板上に、両性不純物を有
するＩＩＩ−Ｖ膜をエピタキシャル成長させることによ
り、成長後に加工することなく電流狭窄層を持った半導
体レーザとなる。ここで、｛１００｝面は、（１００）
面、（０１０）面、（００１）面等の等価な面を含むも
のとする。

【００２９】この様な面を有する部分にＳｉドープＧａ
ＡｓないしＡｌＧａＡｓを積層すると、成長膜に極性
（導電型）の異なる領域が部分的に形成できる。Ｓｉは
ＩＩＩ−Ｖ化合物にとって両性不純物として働く。Ｇａ
サイトに入れ替わればｎ型に、Ａｓサイトと入れ替われ
ばｐ型に極性を変化させる。Ｇａと入れ変えやすくする
ためには、成長表面がＡｓで覆われており、且つＡｓの
ダングリングボンドが出ている必要がある。この状況
は、Ｂ面と呼ばれる面で実現でき、且つ（５１１）Ａ、
（６１１）Ａ面等でも得られる。これに対して、Ａｓサ
イトとＳｉを入れ替える為には、Ｇａ面を安定に表面に
形成する必要がある。この条件を実現する面は、（３１
１）Ａ、（２１１）Ａ、（１１１）Ａ面などが挙げられ
る。

【００３０】また、ＧａＡｓを代表とするジンクブレン
ド構造を有する半導体基板上で、且つ｛１１１｝面或は
｛１１０｝面に対して０度〜１５度の範囲で傾いた表面
方位を持つ領域を少なくとも一部に有した半導体基板上
に、周期的凹凸を形成し、該凹凸及び他の平坦な面に両
性不純物を有するＩＩＩ−Ｖ膜をエピタキシャル成長さ
せることにより、電流狭窄層を作製できる。

【００３１】ここで、｛１１１｝面は（−１１１）面、
（１−１１）面、（−１−１１）面等の等価な面を含
み、｛１１０｝面は（−１１０）面、（１−１０）面等
を含むものである。

【００３２】次に、量子細線が形成される原理を説明す
る。

【００３３】半導体の結晶成長速度はその結晶面により
異なる。例えば、（−１１１）面は（１００）面に比較
し成長速度は遅く、更に（−１１０）は（１１１）面よ
りも遅い（詳しくは、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌ
ｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．６４，３５２２（１
９８８）の文献を参照）。これを利用すると容易に量子
細線を作製することができる。

【００３４】より具体的には以下の様になる。図１乃至
図３を用いて説明する。

【００３５】まず第１のステップとして、ジンクブレン
ド構造を有した半導体で｛１１１｝面或は｛１１０｝面
から０〜１５度の範囲で傾いた表面方位を持つ基板２上
に、ピッチΛ₁のグレーティングを形成する。作製法と
しては、干渉露光法を利用する。その作製法に関しては
実施例中で記述する。図１中、７は干渉露光にて作製さ
れたピッチ２４０ｎｍの周期構造である。

【００３６】第２のステップとして、その周期構造７上
に、固体ソースのＭＢＥ法、或は一部の分子線源をガス
化したＧＳＭＢＥ法、或は分子線源に有機金属を用いる
ＭＯＭＢＥ法、或は全ての分子線源をガス化したＣＢＥ
法によって半導体結晶を成長する。こうして周期構造７
上に半導体膜８を成長する。この時の成長条件として、
斜面部分の面（例えば、｛１００｝面付近、例えば｛１
１４｝、｛１１３｝面など）より平面（例えば、｛１１
１｝面）での成長速度が遅くなる様な条件を選ぶこと
で、例えば、｛１１１｝面からなるテラス部１２と｛１
００｝面の段差（ステップ）部１３からなる鋸歯形状１
１を形成することができる。

【００３７】この上に、同様の条件で半導体膜８とは異
なる材質の半導体膜９を成長する。この際、同様に、例
えば、｛１１１｝面１２での成長が遅くなる様な条件を
選ぶ。この結果、図１に示す様に、半導体膜９はステッ
プ部１３に集中する様な形となる。同様に、半導体膜９
とは異なる半導体膜１０を堆積する。この時の条件も、
例えば、｛１１１｝面の成長速度が遅い条件を選ぶ。こ
の繰り返しにより組成の異なる領域９、１０が部分的に
形成できる。本発明の一つのポイントは、成長速度の異
なる面を形成することにある。

【００３８】重要な点は、成長しにくい面と、成長速度
の速い面を形成すること、成長しやすい面の一片の長さ
が容易に制御できること、及び成長速度の速い面に比較
し成長速度の遅い面の幅が長いことである。これらを満
たせば容易に半導体領域９、１０を部分的に閉じ込める
ことができる。半導体結晶の成長法としては、上記した
様な、固体ソースのＭＢＥ法、一部の分子線源をガス化
したＧＳＭＢＥ法、分子線源に有機金属を用いるＭＯＭ
ＢＥ法、或は全ての分子線源をガス化したＣＢＥ法があ
る。

【００３９】以上述べた様にして、傾斜領域を持つ基板
２上に特定の周期をもつ半導体膜を作り込むことができ
る。この様に形成された周期構造のステップ部ないし段
差部１３の大きさを３０ｎｍ以下にすることにより、量
子効果を持たせることができる。そして、図１の一部分
を拡大した図２に示す様に、この部分１３の大きさ２４
は、グレーティング７のピッチΛ₁と（１１１）面、
（１１０）面１２等の傾斜角で決定される。

【００４０】具体的な一例を述べる。干渉露光にて作製
したグレーティング７のピッチΛ₁は２４０ｎｍであ
る。この上にエピタキシャル法によって膜８を積層する
と、ステップ部（１００）面１３の幅２４（Ｂ）は次の
様な式で決定される。Ｂ＝Λ₁ｓｉｎθ／ｓｉｎθ′ ここで、θは｛１１１｝面、｛１１０｝面１２等の基板
面からの傾斜角度（基板面の上記傾斜角度でもある）２
２であり、上述した０から１５度の値のうちのいずれか
である。θ′は、ここでは｛１１１｝面１２とステップ
部を形成している（１００）面１３が成す角２３であ
り、５４．７度である。基板面の傾斜角２２を５度程度
とすると、ステップ部に形成される（１００）面１３の
幅２４は２６ｎｍとなる。この上にエピタキシャル成長
により、結晶を成長する。例えば、ＭＢＥ法を用いたＧ
ａＡｓ上のＧａＡｓ膜の成長であれば、（１１１）面１
２と（１００）面１３との成長速度の比は１：３程度と
なり、（１００）面１３の方が３倍程度速くなる。

【００４１】こうして、図１及び図３に示した様に、ス
テップ部１３に対応したところに量子細線が形成され
る。供給する材料を変えることにより図１の様に容易に
積層可能である。

【００４２】この際、層８としてＳｉドープＧａＡｓ或
はＡｌＧａＡｓを積層すると、成長膜８に極性の異なる
領域が部分的に形成できる。図３をもって説明する。前
述した様に、ＳｉはＩＩＩ−Ｖ化合物にとって両性不純
物として働く。Ｇａサイトに入れ替わればｎ型に、Ａｓ
サイトと入れ替わればｐ型に極性を変化させる。一般的
に、｛１１１｝Ａ面上にＳｉドープＧａＡｓを成長させ
るとｐ型ＧａＡｓが成長できる。これに対して、｛１０
０｝面上に成長させるとｎ型ＧａＡｓが形成できる。こ
の特性を利用して電流狭窄を実現する。

【００４３】

【実施例１】図５は電流狭窄層を備えた２次元量子井戸
（量子細線）レーザを示す（共振方向は図面の垂直方向
である）。図５において、基板５１はＳｉドープＧａＡ
ｓ基板である。この基板５１は、（１１１）面から５度
傾いた面を持っている。この上に、ＳｉドープＡｌＧａ
Ａｓ（Ａｌ組成０．５）５２を１．５μｍ成長してい
る。更に、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．１）
５３を０．４μｍ成長し、ここで成長を一旦中断する。
このウェハを成長装置から取り出し、干渉露光によりグ
レーティング６０を形成する。

【００４４】図６に露光手順を示している。干渉露光を
行う前に通常の露光により周期の大きな凹凸は前もって
形成しておく。その上に干渉露光を行う。まず図６
（ａ）の様に成長膜５３上にフォトレジスト５４を塗布
し、ここに十分に平行光線とされた２つのレーザビーム
５５、５６を２方向から照射して干渉縞を作る。こうし
てフォトレジスト５４を周期的に露光し、これを現像す
ることで、図６（ｂ）に示す様な格子状のフォトレジス
トマスク５７を作製する。次に、上記フォトレジストマ
スク５７をエッチングマスクとして図６（ｃ）の様にエ
ッチングし、その後エッチングマスク５７を剥離するこ
とにより、図６（ｄ）の様に成長膜５３に周期的構造５
８を転写する。

【００４５】フォトグラフィックな干渉露光法において
は、２つのレーザビーム５５、５６の入射角度θ、レー
ザビーム５５、５６の波長をλとすると、作製できる格
子間隔ΛはΛ＝λ／２ｓｉｎθと表される。露光用レー
ザとしては、Ａｒレーザ（λ＝３５１ｎｍ）またはＨｅ
−Ｃｄレーザ（３５２ｎｍ）が適している。Λ≦２５０
ｎｍ程度のマスクを作製するにはＨｅ−Ｃｄレーザを用
い、所望の格子間隔Λをθを変化させながら決定する。
この様に、回折格子をピッチ２４０ｎｍで形成した。こ
の様に形成した回折格子を持った成長膜５３を、再度、
成長室の中に入れる。

【００４６】これが、図５に示した様に部分的に形成さ
れた回折格子ないしグレーティング６０である。この回
折格子６０上に、バッファ効果を持たせるために、Ｓｉ
ドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．３）６１を５０ｎｍ
形成する。この結果、前で説明した様に（１１１）面と
（１００）面のステップが形成され、傾斜面である（１
００）面の幅は約１０ｎｍとなる。そして、Ｓｉドープ
ＡｌＧａＡｓ６１において、回折格子６０の斜面上にｎ
型領域、回折格子６０の上部にｐ型領域が形成される。

【００４７】電流狭窄層としてのＳｉドープＡｌＧａＡ
ｓ６１上に、ＳｎドープＧａＡｓ６２を成長する。これ
はｎ層になる。この結果、基板面に平行方向ではｎｐｎ
接合が形成される。ここで層６２は、（１００）面上で
１０ｎｍ程度に成長する。この時（１１１）面上でのＧ
ａＡｓ６２の膜厚は３ｎｍ以下となる。

【００４８】続いて、ＳｎドープＧａＡｓ層６２の上
に、バリアとなるＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．３）６３
を１０ｎｍ形成する。更に、活性層となるＧａＡｓ６４
を（１００）面上で１０ｎｍ形成する。

【００４９】この上に、光ガイド層であるＢｅドープＡ
ｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．３）６５を１００ｎｍ形成す
る。更に、クラッド層となるＢｅドープＡｌＧａＡｓ
（Ａｌ組成０．５）６６を１．５μｍ成長する。最後
に、キャップ層となるＢｅドープＧａＡｓ６７を０．５
μｍ成長してレーザを作製する。電流６８は回折格子６
０の作製されている部分を流れ、回折格子６０を切って
いない部分のＳｉドープＡｌＧａＡｓ６１はｐ型となり
電流は流れない。作製したレーザでは良好な電流狭窄を
示した。

【００５０】

【実施例２】図７は本発明を多重量子井戸レーザに応用
した第２の実施例である（共振方向は図面の垂直方向で
ある）。本実施例の特徴は、キャリアブロック層７５を
設けたことにある。先程説明した様に、回折格子８６の
斜面に対応した部分にのみ電流が流れ電流を狭窄する。
図７をもって説明する。

【００５１】図７において、７１は基板であるところの
ＳｉドープＧａＡｓである。この基板７１は（１１１）
面から１０度傾いた面を持っている。この基板７１上
に、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．５）７２を
１．５ｎｍ成長させる。更に、光ガイド層であるＳｉド
ープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．１）７３を２００ｎｍ
成長し、ここで一旦成長を中断する。ここで第１実施例
で説明した様に、通常の露光法による緩やかな周期２０
０ｍｍの凹凸構造と、干渉露光法によるグレーティング
形成法によってピッチ２５０ｎｍの回折格子８６を形成
する。

【００５２】再度、ウェハを成長装置内に入れ再成長を
行う。光ガイド層であるＳｎドープＡｌＧａＡｓ（ｎ
型、Ａｌ組成０．１）７４を（１００）面上で１００ｎ
ｍ形成する。更に、その上にキャリアブロック層である
ＳｉドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．３）７５を５０
ｎｍ形成する。この結果、先にも説明した様に、斜面に
電流のチャンネルが形成される。

【００５３】続いて、この上に活性領域を積層する。バ
リアであるＳｎドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．３）
７６を（１００）面上で１０ｎｍ成長する。これらの層
７４、７５、７６の組み合わせによりｎｐｎ接合が形成
され電流をブロックする。

【００５４】続いて、ウェルとしてノンドープＡｌＧａ
Ａｓ（Ａｌ組成０．１）７７を（１００）面上で６０ｎ
ｍになるように積層する。この繰り返しを７８（バリ
ア）、７９（ウエル）、８０（バリア）、８１（ウエ
ル）と続ける。層８２もバリアであるが幾分厚くし、且
つ（１１１）面と（１００）面の成長の選択比を低減さ
せている。その方法として、基板温度を下げる。層８２
の構成はノンドープＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．３、厚
さ５０ｎｍ）となっている。

【００５５】この後、光ガイド層８３を１００ｎｍ積層
する。構成はＢｅドープＡｌＧａＡｓでＡｌの組成を
０．３から０．５に上げている。その上に、クラッドで
あるＢｅドープＡｌＧａＡｓ８４を１．５ｎｍ積層して
いる。最後に、ＢｅドープＧａＡｓ８５を０．５ｎｍ積
層してレーザ構成ができる。

【００５６】本実施例では、一次成長も再成長もＭＯＣ
ＶＤ法を用いた。ガス系の成長の場合は、ＭＢＥ法の様
な固体ソース成長に比較し、（１１１）面と（１００）
面上の成長の選択比は大きく取れ、より安定した量子細
線が作製できる。電流は、回折格子部分８６に閉じ込め
られる。

【００５７】第１、第２実施例では、電流狭窄層構造も
作製したが、これを省いて別の従来からの電流狭窄構造
を作製し量子細線構造のみを形成することもできる。

【００５８】

【実施例３】電流狭窄層構造を持つ実施例を以下に説明
する。｛１１１｝Ａ面上にＳｉドープＧａＡｓを成長さ
せるとｐ型ＧａＡｓが成長できる。これに対して｛１０
０｝面上に成長させるとｎ型が形成できる。この特性を
利用して電流狭窄を実現する。

【００５９】先ず、図３で説明する。基板２上にグレー
ティング７を形成する。この層はｎ型ＧａＡｓ層として
おく。ここで、グレーティング７の斜面には、｛１０
０｝面３２となす角が２０度以下の面が出ている様にす
る。この上にＳｉドープＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを
成長すると、グレーティング斜面にはｎ層３４が成長
し、グレーティング７の頂上付近にはｐ層が形成され
る。その結果、層８はｐ／ｎ両領域が部分的に形成され
る。下層７と同一極性を持つｎ型層３４は、グレーティ
ング斜面に形成される。

【００６０】同様に、その上に積層した層３８（Ｓｉド
ープＡｌＧａＡｓ）にも横方向にｎ領域３４が点在す
る。図３中、３９は、ｎ型を一様に作製できるＳｎドー
プＡｌＧａＡｓ層である。この結果、電流はグレーティ
ング領域７から、太い斜線３６で示した様に、領域３４
を通って上部に抜ける。

【００６１】これに対して、｛１１１｝Ａ面３３に対応
した部分に成長した膜はＳｉがＡｓサイトに入りｐ型と
なる。よって、グレーティング（ｎ型）７と層３８の界
面でｐ／ｎ接合をつくると共に、層（ｎ型）３９と層３
８の界面おいても、ｎ／ｐ接合が形成され、電流３７は
ブロックされ層３９には到達しない。ここで、層３９は
上述した様に、ｎ型ＧａＡｓないしＡｌＧａＡｓ領域で
ある。電流のブロックは、｛１１１｝Ａ面３１に対応し
た領域つまり図４で示す平坦な領域でも発生し、電流４
２は流れない。よって、グレーティング７のある部分４
０付近のみ電流４１が通電できる現象が観測される。本
発明は、このＳｉドープＡｌＧａＡｓ膜によるｐ／ｎの
変化とＳｎドープ（ｎ型）またはＢｅドープ（ｐ型）層
による組み合わせにより電流を狭窄しようとすることも
１つのポイントとする。

【００６２】この様な工程より形成される電流狭窄効果
を用いた半導体レーザを図８をもって説明する。図８に
おいて、１２１は（１００）の結晶面を持つ基板である
ところのｎ−ＧａＡｓ、１２２はクラッド層であるＳｉ
ドープＡｌＧａＡｓ層（約１．５μｍ積層）、１２３は
活性層であるアンドープＧａＡｓである。１２４は光閉
じ込め層であるＢｅドープＡｌＧａＡｓ（ｐ型、０．４
μｍ積層）である。

【００６３】この上に、グレーティング１２８を５００
ｎｍのピッチで形成する。グレーティング１２８の形成
はアンモニア系のウエットエッチングを用い形成する。
形成された斜面は（２１１）面である。傾斜面は、深さ
ガ約１５０ｎｍ程度となっている。この様に形成した層
１２４上に、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ１２５を０．２μ
ｍ形成する。更に干渉層としてＢｅドープＧａＡｓ１２
６（ｐ型）を０．１μｍ、そして更にＢｅドープＡｌＧ
ａＡｓ、ＧａＡｓ１２７を１．８μｍ形成している。グ
レーティング１２８の斜面１２９に対応した部分は１３
０で示す様にｐ型になる。なお、平坦な面はｎ型を示
す。この様にｐ／ｎ接合を横方向に形成した膜上に、Ｂ
ｅドープＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ１２７を１．８μｍ形
成している。この結果、電流はグレーティング１２８に
対応した領域を通り上部に抜ける。平坦な部分は、層１
２４、１２５、１２６の組み合わせによりｐｎｐ接合が
形成され、電流はブロックされる。この結果、成長後ウ
ェハを加工することがなくなり工程数が低減した。

【００６４】Ｓｉを用いてｐ／ｎ接合を効率良く形成す
るＭＢＥ成長の条件としては、ＡｓとＩＩＩ族のＧａ、
Ａｌの比をなるべく小さくすることが望ましい。たとえ
ば、Ｖ／ＩＩＩ比を２以下とする。

【００６５】

【実施例４】第３実施例は、グレーティングを共振器に
平行に形成し、電流狭窄効果を持たせることにより、横
方向の光の閉じ込めも可能にしたものである。これに対
して、以下に示すものがグレーティングを共振器に直角
に形成した半導体レーザ構造である。

【００６６】本発明の第４実施例を示す図９をもって説
明する。図９において、１５１は基板であるところのｎ
−ＧａＡｓである。基板１５１の結晶面は（１００）
で、その上にクラッド層であるＳｉドープＡｌＧａＡｓ
層１５２を約１．８μｍ積層している。１５３は活性層
であるアンドープＧａＡｓ、１５４は光閉じ込め層であ
るＢｅドープＡｌＧａＡｓ（ｐ型、厚さ０．４μｍ）で
ある。この上に、グレーティング１５６を２４０ｎｍの
ピッチで形成する。これは、本レーザを波長安定化レー
ザとして使用する為に、回折格子として形成したもので
あり、本レーザはＤＦＢ型のレーザとして動作する。

【００６７】この様に形成した上に、ＳｉドープＡｌＧ
ａＡｓ１５５を０．１μｍ形成する。更に、干渉層とし
てＢｅドープＧａＡｓ１５８（ｐ型）を０．１μｍ積層
し、そして更にＢｅドープＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ１６
０を１．８μｍ形成している。グレーティング１５６の
斜面１５７に対応したＳｉドープＡｌＧａＡｓ１５５の
一部は、１５９で示す様にｐ型になる。なお、平坦な面
はｎ型を示す。

【００６８】この様にｐ／ｎ接合を横方向に形成した膜
上に、ＢｅドープＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ１６０を１．
８μｍ形成している。この結果、電流は斜面１５７に対
応した領域を通り上部に抜ける。平坦な部分は、層１５
４、１５５、１５８の組み合わせによりｐｎｐ接合が形
成され電流はブロックされる。この結果、成長後ウェハ
を加工することがなくなり工程数が低減した。

【００６９】

【実施例５】図１０は本発明の第５の実施例である。本
実施例の特徴は、横方向に屈折率ｎの変化をつける為に
活性領域を台形にしたものである。図１０中、１６１は
（１００）面を持つｎ−ＧａＡｓ基板である。この上
に、ＳｉドープＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ１６２を１．８
μｍ成長し、更に活性層であるアンドープＧａＡｓ１６
３を０．０８μｍ成長している。更にＢｅドープＡｌＧ
ａＡｓ１６７（ｐ型）を０．４μｍ形成し、形成後、電
流狭窄領域に対応したところにリッジを形成する。この
リッジ上にグレーティング１６６を２２０ｎｍのピッチ
で形成する。形成された斜面１６８は、（３１１）Ａ面
である。そして、この上にＳｉドープＡｌＧａＡｓ１６
４を１．０μｍ成長している。グレーティング１６６の
斜面部１６８に対応した層１６４の領域ではｐ型領域が
形成される。これに対して平坦な領域では、ｎ型が形成
される。よって、１７０で示すリッジ部はｐ型となる。

【００７０】この上にＢｅドープＡｌＧａＡｓ１６５
（ｐ型）を０．４μｍ形成し、更に、ＢｅドープＧａＡ
ｓ１６９を０．５μｍ形成している。この様に形成する
ことにより活性領域に光を閉じ込めることもできる。層
１６７、１６４、１６５の組み合わせによりｐｎｐ接合
が形成され、電流がブロックされるメカニズムは上記実
施例と同じである。

【００７１】尚、図１０において、１７１は面方位で
［０１１］または［０−１−１］方位を示す。本実施例
では、グレーティング１６６を作製する際、光閉じ込め
領域も形成できることから、成長後ウェハを加工するこ
とが必要なくなった。

【００７２】

【実施例６】図１１は本発明の第６の実施例で、横方向
の光閉じ込めを更に強くした例である。図１１におい
て、１７２は（１００）面方位を持つｎ−ＧａＡｓ基板
である。この上にＳｉドープＧａＡｓ１７３を０．８μ
ｍ積層し、積層後、リッジ１７４を形成する。この幅は
リッジ１７４上部で３μｍ程度としている。高さは１μ
ｍである。この上に、グレーティング１７６を形成す
る。ピッチは２６０ｎｍとする。

【００７３】ここで、１７９は面方位で［０１−１］方
位を示す。１７８は［０１１］方位を示し、１７５は
［１００］方位を示す。このリッジ１７４上にＳｉドー
プＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓを積層すると、グレーティン
グ１７６の斜面に対応した部分はｐ型となり、１７７で
示す斜面に対した部分はｎ型となる。この現象は、表面
にＧａ、Ａｓのどちらが安定に存在しているかにより生
ずる現象で、グレーティング１７６の斜面ではＧａが安
定に存在するためにＳｉがＡｓサイトに入りｐ型が成長
する。これに対し、斜面１７７ではＡｓが安定なためＳ
ｉがＧａサイトに入りｎ型となる。この現象を利用する
ことにより電流及び光を一回の成長で閉じ込めることが
できる。

【００７４】図１２はこの構成を利用した例である。図
１２中、１８１は（１００）面方位を持つｐ−ＧａＡｓ
である。この上に、ＢｅドープＧａＡｓ１８２を０．８
μｍ成長し、成長後、リッジ１８５をエッチングにより
形成する。この時リッジ１８５は［０１１］方向に延び
ており、リッジの傾斜面には（１１１）Ｂ面を代表とし
てＡｓ安定化面が出ている。リッジ１８５の高さは１μ
ｍ、幅はリッジ上部で４μｍとする。この上にＢｅドー
プＡｌＧａＡｓ１８３を１．５μｍ成長する。

【００７５】ここで、ＢｅドープＡｌＧａＡｓ１８３の
リッジ上部にピッチ２００ｎｍのグレーティングを形成
する。この上に、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ１８４を０．
１μｍ形成し、更にＢｅドープＡｌＧａＡｓ１８８を
０．１μｍ形成する。更に、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ１
８９を０．２μｍ形成する。

【００７６】この結果、リッジ上部１８７付近の層は、
グレーティングの斜面にＡ面が形成されるため、Ｓｉを
ドーピングしてもｐ型となる。よって、この部分では層
１８４、１８８、１８９が全てｐ型になり、容易に電流
が流れる。これに対し、平坦部では層１８４、１８８、
１８９がｎｐｎを形成して電流をブロックする。

【００７７】また、図１２で、１９０は活性層であるア
ンドープＧａＡｓ（厚さ０．１μｍ）である。１９３は
活性領域であり、電流は効率よく活性領域１９３に集中
する。更に、光も形状の変化により閉じこめられる。ま
た、１９１は上部クラッドであるＳｎドープＡｌＧａ
Ａｓ（ｎ型、厚さ１．５μｍ）であり、１９２はキャッ
プ層であるＳｎドープＧａＡｓ（ｎ型、厚さ０．５μ
ｍ）である。

【００７８】

【実施例７】図１３は、ＧＲＩＮ領域をもったレーザの
例である。図１３において、２０１は基板であるところ
の（１００）面を持つｎ−ＧａＡｓである。この上に、
ＳｉドープＧａＡｓ２０２を０．５μｍ、ＳｉドープＡ
ｌＧａＡｓ２０３を１．５μｍ、組成を徐々に変えたＧ
ＲＩＮ領域２０４を０．２μｍ積層する。更に、２０５
は量子井戸（厚さ６ｎｍ）であり、２０６は上部ＧＲＩ
Ｎ領域である。ここでは、ドーピングはしていないがド
ーピングも可能である。

【００７９】また、２０７はｐ型ＡｌＧａＡｓである。
この上にグレーティング２０８を形成し、ＳｉドープＡ
ｌＧａＡｓ層２０９を積層する。この結果、２１０で示
す様に斜面に対応した面はｐ型となる。更に、Ｂｅドー
プＡｌＧａＡｓ２１１（ｐ型）を１．５μｍ、Ｂｅドー
プＧａＡｓ２１２を０．５μｍを形成する。層２０７、
２０９、２１１の組み合わせによりｐｎｐ接合が形成さ
れ、電流がブロックされるメカニズムは上記実施例と同
じである。この様に量子井戸構造のレーザにも電流狭窄
構造が適用できることが示された。

【００８０】

【実施例８】図１４は本発明をＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系
のＤＦＢレーザに応用した例である。図１４において、
２２１は基板であるところのｎ−ＩｎＰ基板である。こ
の上にＳｉドープのｎ型ＩｎＰ２２２を２μｍ成長す
る。更に、活性層であるアンドープＧａ_0.47Ｉｎ_0.53Ａ
ｓ２２３を成長し、Ｂｅドープのｐ型ＩｎＰ２２４を
０．１μｍ成長する。

【００８１】そして、ピッチ２４０ｎｍの一次グレーテ
ィング２２６を形成する。斜面２２７は（１００）面か
ら２０度以上傾いた面として形成されている。例えば、
（１１１）Ａ面を形成するには、エッチャントとしてＢ
ｒメタノールを用いてエッチングをおこなう。この上に
ＳｉドープＩｎＰ２２５を成長すると、（１１１）Ａ
面２２７上に成長した膜はｐ型に、（１００）面上に成
長した膜はｎ型となる。

【００８２】次に、Ｂｅドープのｐ型ＩｎＰ２２８を
０．２μｍ成長し、（１００）面の平坦部では、層２２
４、２２５、２２８でｐｎｐを形成し電流をブロックす
る。グレーティング２２６上では、層２２５は、２２９
で示した様に全てｐ型となる。また、２３０はＢｅドー
プＩｎＰでｐ型の導電型を示す。グレーティング２２
６上のみをｐ型としたい場合には、ＺｎとＳｅを同時に
供給する方法もある。このように、（１００）面上では
ｎ型となり、（１００）面から２０度以上傾いた面上で
はｐ型となる結果、グレーティング２２６を切ってある
部分上に成長した膜はｐ型となる。

【００８３】

【実施例９】図１５（ａ）は、電流狭窄部分を工夫した
例である。膜構成は図９と一致している。即ち、１５１
は基板であるところのｎ−ＧａＡｓである。基板１５１
の結晶面は（１００）面で、その上にクラッド層である
ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層１５２を約１．８μｍ積層し
ている。また、１５３は活性層であるアンドープＧａＡ
ｓ、１５４は光閉じ込め層であるＢｅドープＡｌＧａＡ
ｓ（厚さ０．４μｍ）である。この上に、グレーティン
グ１５６を２４０ｎｍピッチで形成する。深さは１５０
ｎｍとする。これも、図９と同様、本レーザを波長安定
化レーザとして使用する為に回折格子として形成したも
のである。

【００８４】この様に形成した構造の上に、Ｓｉドープ
ＡｌＧａＡｓ１５５を０．１μｍ形成する。更に干渉層
としてＢｅドープＧａＡｓ１５８を０．１μｍ、そして
ＢｅドープＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ１６０を１．８μｍ
形成している。グレーティング１５６の斜面に対応した
一部１５７は、１５９で示す様にｐ型になる。平坦な面
はｎ型を示す。

【００８５】この様にｐ／ｎ接合を横方向に形成した膜
上にＢｅドープＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ１６０を１．８
μｍ形成している。この結果、電流は、ｐ型部１５９に
対応した領域を通り上部に抜ける。平坦な部分は、層１
５４、１５５、１５８の組み合わせによりｐｎｐ接合が
形成され電流はブロックされる。

【００８６】図９の実施例と異なる点は、端面付近にグ
レーティング１５６を形成していないことにある。図１
５（ｂ）の平面図に示した様に、グレーティング１５６
を形成した面２３１に対して、グレーティングを形成し
ていない面２３２が設けられている。端面付近に電流を
流さない様にして、端面での再結合を減らし端面ダメー
ジを低減した構成となっている。なお、端面には低反射
膜をコーティングしている。

【００８７】一方、図１６は、端面付近にグレーティン
グを形成し（２３３、２３４で示す）、中央付近（２３
５で示す）にはない。中央付近は位相調整領域として使
用した構成である。

【００８８】

【実施例１０】第３実施例から第９実施例では（１０
０）面基板を中心に実施例を示してきたが、重要なポイ
ントはグレーティングの斜面とそれ以外の部分がＩＩＩ
族面とＶ族面の組み合わせになっていること、そして、
不純物の添加により、このグレーティングの斜面と他の
面で極性が変化することである。よって（１００）面及
び（１００）面からわずかに傾いた面のみを用いるだけ
でなく、たとえば、（１１１）Ａ面、または（２１１）
Ａ面、（３１１）Ａ面等を基板とし、グレーティングの
斜面をＡｓ安定化面として使用し、電流狭窄をする方法
も可能である。

【００８９】図１７をもって説明する。図１７におい
て、２６１は基板であるところのｐ−ＧａＡｓである。
基板２６１の結晶面は（１１１）Ａ面で、その上にクラ
ッド層であるＢｅドープＡｌＧａＡｓ層２５２を約１．
８μｍ積層している。２５３は活性層であるアンドープ
ＧａＡｓ、２５４は光閉じ込め層であるＳｎドープＡｌ
ＧａＡｓ（ｎ型、厚さ０．４μｍ）である。この上にグ
レーティング２５６を１０００ｎｍのピッチで形成す
る。この時、グレーティング２５６の斜面２５７に形成
された面は、（０１０）Ｂ面と（１１０）面である。こ
の様に形成した面上に、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ２５５
を０．１μｍ形成する。

【００９０】更に、干渉層としてＳｎドープＧａＡｓ２
５８（ｎ型）を０．１μｍ、そしてＳｎドープＡｌＧａ
Ａｓ、ＧａＡｓ２６０を１．８μｍ形成している。グレ
ーティング２５６の斜面２５７に対応した部分は、２５
９で示す様にｎ型になる。層２５５の平坦な面はｐ型を
示す。この様にｐ／ｎ接合を横方向に形成した膜上に、
ＳｎドープＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ２６０を１．８μｍ
形成している。この結果、電流は、領域２５９に対応し
た領域を通り上部に抜ける。平坦な部分は、層２５４、
２５５、２５８の組み合わせによりｎｐｎ接合が形成さ
れ、電流はブロックされる。この結果、成長後ウェハを
加工することがなくなり、工程数が低減した。

【００９１】尚、電流狭窄層構造を備える半導体装置の
実施例においては、成長することにより同時にｐ／ｎが
横方向に形成できる手段であれば容易にこれらの実施例
に適用できる。例えば、加工基板上にＳｅ、Ｚｎをドー
ピングしても同様の効果が得られる。また、成長法とし
ては、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＣＢＥ法、ハライド系ＶＰ
Ｅ、クロライド系ＶＰＥ等で実施可能である。また、化
合物材料として、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ、Ｉｎ
ＡｌＧａＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体でも使用出来
る。

【００９２】

【発明の効果】以上説明した様に、傾斜した基板等の適
当な基板を用いる事により再現性良く量子細線を作製す
ることが出来、また加えて電流狭窄も図れる。また、両
性不純物を利用することにより、グレーティングなどの
凹凸構造上に成長するのみで容易に電流狭窄層構造が作
製できる。また、ドーパントの取り込まれ方の異なる凹
凸構造の面を用いることにより容易に電流狭窄層構造を
実現できる。よって、従来例に比較し歩止まりの向上が
図れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図。

【図２】図１の一部の拡大図。

【図３】本発明の原理と第３実施例の基本を説明する
図。

【図４】本発明の原理を説明する図。

【図５】本発明の第１実施例を示す横断面図。

【図６】グレーティングの作製工程を説明する図。

【図７】本発明の第２実施例を示す横断面図。

【図８】本発明の第３実施例を示す斜視図。

【図９】本発明の第４実施例を示す斜視図。

【図１０】本発明の第５実施例を示す斜視図。

【図１１】本発明の第６実施例の基本を説明する斜視
図。

【図１２】本発明の第６実施例を示す横断面図。

【図１３】本発明の第７実施例を示す斜視図。

【図１４】本発明の第８実施例を示す斜視図。

【図１５】（ａ）は本発明の第９実施例を示す斜視図、
（ｂ）は第９実施例のグレーティング部の平面図。

【図１６】本発明の第９実施例の変形例を示すグレーテ
ィング部の平面図。

【図１７】本発明の第１０実施例を示す斜視図。

【図１８】従来の電流狭窄構造の作製工程を説明する斜
視図。

【図１９】各種の量子井戸構造を示す斜視図。

【図２０】図１９の各種の量子井戸構造の状態密度とエ
ネルギーとの関係を示すグラフ。

【図２１】従来の量子細線構造の作製工程を説明する
図。

【図２２】従来の量子細線構造を説明する図。

【符号の説明】

２、５１、７１、１２１、１５１、１６１、１７２、１
８１、２０１、２２１、２６１基板７、６０、８６、１２８、１５６、１６６、１７６、２
０８、２２６、２５６グレーティング（周期構
造）８、９、１０、３８半導体膜１２、３１テラス部（（１１１）面等）１３、３２段差（ステップ）部（（１１０）面
等）３４ｎ領域３９、６２、７４、１９１、２５４、２５８、２６０
Ｓｎドープ層４０グレーティング部５２、５３、６１、７２、７３、７５、１２５、１５
５、１６２、１６４、１７３、１８４、１８９、２０
２、２０３、２０９、２２２、２２５、２５５Ｓｉドー
プ層５４フォトレジスト５７フォトレジストマスク５８周期的構造６３、７６、８２バリア層６４、１２３、１５３、１６３、１９０、２２３、２５
３活性層６５、７３、７４、８３光ガイド層６６、８４、１２２、１５２、１９１、２５２ク
ラッド層６７、８５、１９２、２１２キャップ層７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２多重
量子井戸構造１２４、１２６、１２７、１５４、１５８、１６０、１
６５、１６７、１６９、１８２、１８３、１８８、２０
７、２１１、２２４、２２８、２３０Ｂｅドープ層１７０、１７４、１８５リッジ部１９３活性領域２０４、２０６ＧＲＩＮ領域２０５量子井戸層２３１、２３３、２３４グレーティング形成面２３２、２３５グレーティング非形成面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閃亜鉛鉱型結晶構造を有した半導体基板
で、｛１１１｝面から０〜１５度の範囲で傾いた面方位
を少なくとも部分的に持つ半導体基板と、該基板面の少
なくとも一部に形成された｛１１１｝面とその他の指数
を持つ１つ以上の面から構成される鋸歯状の周期構造
と、その周期構造の上に面方位によって成長速度の異な
る結晶成長法を用いて該半導体基板の法線とは一致しな
い方向へ成長面を進行させて形成された量子細線構造と
を有する半導体装置。
【請求項２】閃亜鉛鉱型結晶構造を有する半導体基板
で、｛１１０｝面から０〜１５度の範囲で傾いた面方位
を少なくとも部分的に持つ半導体基板と、該基板の少な
くとも一部にに形成された｛１１０｝面とその他の指数
を持つ１つ以上の面から構成される鋸歯状の周期構造
と、その周期構造の上に面方位によって成長速度の異な
る半導体結晶成長法を用いて該半導体基板の法線とは一
致しない方向へ成長面を進行させて形成された量子細線
構造とを有する半導体装置。
【請求項３】前記半導体結晶成長法がＭＢＥ法である
請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】前記半導体結晶成長法の一部または全部
が、ガス状の供給原料により半導体結晶を形成するもの
である請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項５】閃亜鉛鉱型結晶構造を有した半導体基板
で、ＩＩＩ族面とＶ族面の一方を主面とした基板と、該
基板の少なくとも一部に形成されたＩＩＩ族面とＶ族面
の他方の族面を持つ鋸歯状の周期構造と、その周期構造
の上で面方位によって導電型の異なる半導体結晶層が成
長できる半導体結晶成長法を用いて形成された電流狭窄
層とを有する半導体装置。
【請求項６】前記半導体結晶層は少なくともＡｓまた
はＰ（リン）を含んでなる請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】前記導電型の異なる層が両性不純物によ
り構成されている請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】前記半導体結晶成長法ががＭＢＥ法であ
る請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】前記半導体結晶成長法の一部または全部
が、ガス状の供給原料により半導体結晶を形成するもの
である請求項７記載の半導体装置。
【請求項１０】前記半導体結晶成長法において、Ｚ
ｎ、Ｓｅの不純物を同時に供給して前記電流狭窄層を形
成した請求項６記載の半導体装置。
【請求項１１】前記鋸歯状の周期構造がストライプ上に
形成されている請求項５記載の半導体装置。
【請求項１２】前記基板面が（１００）面から０度か
ら２０度傾いた面である請求項５記載の半導体装置。
【請求項１３】前記基板面が（１１１）Ａ面から０度
から２０度傾いた面である請求項５記載の半導体装置。
【請求項１４】所定の指数の面方位を少なくとも部分
的に持つ半導体基板と、該半導体基板上に形成された半
導体膜と、該基板上の少なくとも一部に形成された、該
半導体膜が成長し易い面と該半導体膜が成長しにくい面
を持つ凹凸構造とを有し、該半導体膜は、該凹凸構造の
該半導体膜が成長し易い面に主として形成されて量子細
線構造を成している半導体装置。
【請求項１５】所定の指数の面方位を少なくとも部分
的に持つ半導体基板と、該半導体基板上に形成されｎ型
領域とｐ型領域を含む半導体膜と、該基板上の少なくと
も一部に形成された、該半導体膜が形成される時に一方
の導電型の領域とする面と他方の導電型の領域とする面
とを有する凹凸構造とを有し、該半導体膜は、該凹凸構
造の面方位によって導電型の異なる領域より形成されて
電流狭窄層を構成している半導体装置。
【請求項１６】前記導電型の異なる領域が両性不純物
により形成されている請求項１５記載の半導体装置。
【請求項１７】所定の指数の面方位を少なくとも部分
的に持つ半導体基板と、該半導体基板上に形成された第
１の半導体膜と、該半導体基板上に形成されｎ型領域と
ｐ型領域を含む第２の半導体膜と、該基板上の少なくと
も一部に形成された、該第１の半導体膜が成長し易い面
と該第１の半導体膜が成長しにくい面を持つ第１の凹凸
構造と、該基板上の少なくとも一部に形成された、該第
２の半導体膜が形成される時に一方の導電型の領域とす
る面と他方の導電型の領域とする面とを有する第２の凹
凸構造とを有し、該第１の半導体膜は、該第１の凹凸構
造の該第１の半導体膜が成長し易い面に主として形成さ
れて量子細線構造を成し、該第２の半導体膜は、該第２
の凹凸構造の面方位によって導電型の異なる領域より形
成されて電流狭窄層を構成している半導体装置。
【請求項１８】所定の指数の面方位を少なくとも部分
的に持つ半導体基板を形成し、半導体膜が成長し易い面
と該半導体膜が成長しにくい面を持つ凹凸構造を該基板
上の少なくとも一部に形成し、該凹凸構造の該半導体膜
が成長し易い面に主として該半導体膜を成長して量子細
線構造を形成する半導体装置の製造方法。
【請求項１９】所定の指数の面方位を少なくとも部分
的に持つ半導体基板を形成し、半導体膜が形成される時
に一方の導電型の領域とする面と他方の導電型の領域と
する面とを有する凹凸構造を該基板上の少なくとも一部
に形成し、該凹凸構造上に、該凹凸構造の面方位によっ
て導電型の異なるｎ型領域とｐ型領域を含む該半導体膜
を成長して電流狭窄層を形成する半導体装置の製造方
法。