JPH08236860A - 複数レイヤ構造半導体デバイスの形成方法 - Google Patents
複数レイヤ構造半導体デバイスの形成方法Info
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- JPH08236860A JPH08236860A JP7353383A JP35338395A JPH08236860A JP H08236860 A JPH08236860 A JP H08236860A JP 7353383 A JP7353383 A JP 7353383A JP 35338395 A JP35338395 A JP 35338395A JP H08236860 A JPH08236860 A JP H08236860A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数レイヤ構造半導体デバイスの製造で生じ
る望ましくないレイヤを選択的に除去する。 【解決手段】望ましくないレイヤの成長中に該レイヤを
不純物でドープして不純物誘導レイヤをインターミック
スすることによって、望ましくないレイヤはアニーリン
グによって後に効果的に除去可能である。不純物濃度の
減少に従ってインターミックスはより低速で発生するた
め、アニール期間中のより大きな体積への不純物の拡散
に起因して不純物濃度が減少することからインターミッ
クスの成長は自己抑制される。初期レイヤ（複数）に適
切な濃度の不純物を含有させることによって、境界面に
垂直方向のインターミックスの範囲はレイヤ内の非常に
小さな距離に制限され、従って他の近傍レイヤは損傷を
受けない。望ましくないレイヤは、現実には当該構造か
ら物理的に除去されず、隣接レイヤとインターミックス
されてバンドギャップを増加されることによって除去さ
れ、従って当該構造の隣接部分の所望動作を阻害するこ
とが回避される。
る望ましくないレイヤを選択的に除去する。 【解決手段】望ましくないレイヤの成長中に該レイヤを
不純物でドープして不純物誘導レイヤをインターミック
スすることによって、望ましくないレイヤはアニーリン
グによって後に効果的に除去可能である。不純物濃度の
減少に従ってインターミックスはより低速で発生するた
め、アニール期間中のより大きな体積への不純物の拡散
に起因して不純物濃度が減少することからインターミッ
クスの成長は自己抑制される。初期レイヤ（複数）に適
切な濃度の不純物を含有させることによって、境界面に
垂直方向のインターミックスの範囲はレイヤ内の非常に
小さな距離に制限され、従って他の近傍レイヤは損傷を
受けない。望ましくないレイヤは、現実には当該構造か
ら物理的に除去されず、隣接レイヤとインターミックス
されてバンドギャップを増加されることによって除去さ
れ、従って当該構造の隣接部分の所望動作を阻害するこ
とが回避される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスに関
し、特に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体レーザデバイス、及びレ
イヤインターミックス（異なる組成の２以上のレイヤに
対して該レイヤの構成要素を部分的にもしくは全体的に
ミックスすること）によってそのようなデバイスを形成
する方法に関する。
し、特に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体レーザデバイス、及びレ
イヤインターミックス（異なる組成の２以上のレイヤに
対して該レイヤの構成要素を部分的にもしくは全体的に
ミックスすること）によってそのようなデバイスを形成
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザデバイスの製造中におい
て、特定のレイヤ（単数又は複数）を該レイヤの上部及
び下部構造を保持しつつ構造から除去することが所望さ
れる場合がある。例えば、デバイスの製造時に図１
（ａ）に示すようなＡｌX Ｇａ1-X Ａｓレイヤ上の再成
長を必要とする場合がある。このレイヤのＡｌフラクシ
ョン（Ａｌ含有率）が増加する場合、露出したＡｌX Ｇ
ａ1-X Ａｓ表面の酸化に起因して再成長は問題を多く含
むこととなる。従って、低いＡｌフラクションを有する
レイヤ、理想的には図１（ｂ）に示すようにＧａＡｓレ
イヤ上に再成長を行うことが望ましい。しかし、結果と
して得られるレイヤ構造は望ましくないＧａＡｓ埋め込
みレイヤを含むこととなり、このレイヤはレーザ動作を
劣化させたり阻害する可能性がある。なんらかの方法に
よってこの埋め込まれたＧａＡｓレイヤを除去すること
によって望ましい構造が得られる。このような除去を達
成する有効な方法は現在知られていない。
て、特定のレイヤ（単数又は複数）を該レイヤの上部及
び下部構造を保持しつつ構造から除去することが所望さ
れる場合がある。例えば、デバイスの製造時に図１
（ａ）に示すようなＡｌX Ｇａ1-X Ａｓレイヤ上の再成
長を必要とする場合がある。このレイヤのＡｌフラクシ
ョン（Ａｌ含有率）が増加する場合、露出したＡｌX Ｇ
ａ1-X Ａｓ表面の酸化に起因して再成長は問題を多く含
むこととなる。従って、低いＡｌフラクションを有する
レイヤ、理想的には図１（ｂ）に示すようにＧａＡｓレ
イヤ上に再成長を行うことが望ましい。しかし、結果と
して得られるレイヤ構造は望ましくないＧａＡｓ埋め込
みレイヤを含むこととなり、このレイヤはレーザ動作を
劣化させたり阻害する可能性がある。なんらかの方法に
よってこの埋め込まれたＧａＡｓレイヤを除去すること
によって望ましい構造が得られる。このような除去を達
成する有効な方法は現在知られていない。
【０００３】他の局面において、マルチ波長半導体レー
ザアレイはマルチカラープリンティングのようなアプリ
ケーションにおいて重要である。例えば、Ｕ．Ｓ．特許
第5319655 号、並びに、本出願人と同一の出願人に譲渡
されるＵ．Ｓ．特許出願08/146752 号(11/2/93付け出
願) 及びＵ．Ｓ．特許出願08/146651 号(11/2/93付け出
願) を参照。これらの内容は参照により本明細書中に組
み込まれる。
ザアレイはマルチカラープリンティングのようなアプリ
ケーションにおいて重要である。例えば、Ｕ．Ｓ．特許
第5319655 号、並びに、本出願人と同一の出願人に譲渡
されるＵ．Ｓ．特許出願08/146752 号(11/2/93付け出
願) 及びＵ．Ｓ．特許出願08/146651 号(11/2/93付け出
願) を参照。これらの内容は参照により本明細書中に組
み込まれる。
【０００４】前記参照文献に記載されたスタックされた
活性領域構造は有用であり、ほぼ横方向に近接しかつス
ポット間で広いスペクトラム間隔を有する複数の半導体
レーザスポットを提供する。これはマルチカラープリン
ティングのためのより進化した技術を可能にする点で特
に有用である。スタックされた活性領域構造は、Ｕ．
Ｓ．特許第5319655 号においては（横方向電流注入を伴
う）表面スキミング変化を有するレーザに対して記載さ
れ、前記Ｕ．Ｓ．特許出願においては（垂直方向電流注
入を伴う）埋め込みヘテロ構造デバイスに対して記載さ
れる。後者の幾何学形態は、成熟した製造技術に依存す
ること、及び発散がより少ないより対称なビームを可能
とすることからより有用である。
活性領域構造は有用であり、ほぼ横方向に近接しかつス
ポット間で広いスペクトラム間隔を有する複数の半導体
レーザスポットを提供する。これはマルチカラープリン
ティングのためのより進化した技術を可能にする点で特
に有用である。スタックされた活性領域構造は、Ｕ．
Ｓ．特許第5319655 号においては（横方向電流注入を伴
う）表面スキミング変化を有するレーザに対して記載さ
れ、前記Ｕ．Ｓ．特許出願においては（垂直方向電流注
入を伴う）埋め込みヘテロ構造デバイスに対して記載さ
れる。後者の幾何学形態は、成熟した製造技術に依存す
ること、及び発散がより少ないより対称なビームを可能
とすることからより有用である。
【０００５】スタックされた活性領域のデザインは、キ
ャリアが構造内の最低エネルギーの活性領域を優先的に
占有するという自然な傾向を利用し、この結果最低エネ
ルギーの活性領域がレーザ動作を行う。従って、スタッ
クされた活性領域のデザインを使用してマルチ波長レー
ザアレイを形成するために、より短波長の放射波長が望
まれる領域においてはより長波長の活性領域（単数又は
複数）はスタックから除去されなければならない。この
ことが当該デバイスの製造における主要な問題となる。
垂直方向注入を伴う活性領域スタックレーザアレイの製
造は、前記Ｕ．Ｓ．特許出願08/146752 号に記載され、
選択された望ましくない活性領域を除去するためにエッ
チングを使用し、これに続いて再成長を行ってレイヤを
完成する。結果としてほぼ平坦な表面が提供され、この
方法を使用してＡｌＧａＡｓ物質系においてデュアル波
長インデックスガイド型デバイスが形成される。しか
し、このアプローチは量子ウェル活性領域のエッジにお
ける再成長を必要とし、従ってＡｌＧａＩｎＰ（赤色波
長）物質系のパフォーマンスの高いレーザ動作には適合
しない。更に、活性領域近傍の再成長はデバイスの信頼
性に対してマイナス要因となることが想定される。
ャリアが構造内の最低エネルギーの活性領域を優先的に
占有するという自然な傾向を利用し、この結果最低エネ
ルギーの活性領域がレーザ動作を行う。従って、スタッ
クされた活性領域のデザインを使用してマルチ波長レー
ザアレイを形成するために、より短波長の放射波長が望
まれる領域においてはより長波長の活性領域（単数又は
複数）はスタックから除去されなければならない。この
ことが当該デバイスの製造における主要な問題となる。
垂直方向注入を伴う活性領域スタックレーザアレイの製
造は、前記Ｕ．Ｓ．特許出願08/146752 号に記載され、
選択された望ましくない活性領域を除去するためにエッ
チングを使用し、これに続いて再成長を行ってレイヤを
完成する。結果としてほぼ平坦な表面が提供され、この
方法を使用してＡｌＧａＡｓ物質系においてデュアル波
長インデックスガイド型デバイスが形成される。しか
し、このアプローチは量子ウェル活性領域のエッジにお
ける再成長を必要とし、従ってＡｌＧａＩｎＰ（赤色波
長）物質系のパフォーマンスの高いレーザ動作には適合
しない。更に、活性領域近傍の再成長はデバイスの信頼
性に対してマイナス要因となることが想定される。
【０００６】他の異なる局面において、ＡｌＧａＡｓ物
質系においてインデックスガイド型レーザダイオードを
形成するための不純物誘導レイヤ不規則化（Ｉmpurity-
Ｉnduced Ｌayer Ｄisordering；ＩＩＬＤ）の使用が
知られている。当該構造を形成するために、適切なレイ
ヤが平面形態で最初に成長される。次に、表面上に形成
されたソースレイヤから不純物（通常はシリコン）が物
質内へ拡散される。マスクレイヤ（通常はシリコンニト
ライド）が使用され、選択された領域内での内部拡散を
ブロックする。次に、マスク及びシリコンソースレイヤ
の除去に続いて、寄生のシャントジャンクションをより
高いバンドギャップ物質内へ向けるため、及び構造頂部
へのコンタクトを改善するために、従来どうりにｚｉｎ
ｃ拡散が行われる。ＡｌＧａＡｓにおいては、このよう
な方法でパフォーマンスの高いインデックスガイド型レ
ーザを形成することは充分に開発されている。ＡｌＧａ
ＩｎＰ物質系において、該物質系内でのシリコンの低拡
散速度と、活性領域の側面に位置するシリコン拡散ｎ型
物質領域によって形成されるシャントジャンクションを
回避するこが困難であることが特に問題となる。
質系においてインデックスガイド型レーザダイオードを
形成するための不純物誘導レイヤ不規則化（Ｉmpurity-
Ｉnduced Ｌayer Ｄisordering；ＩＩＬＤ）の使用が
知られている。当該構造を形成するために、適切なレイ
ヤが平面形態で最初に成長される。次に、表面上に形成
されたソースレイヤから不純物（通常はシリコン）が物
質内へ拡散される。マスクレイヤ（通常はシリコンニト
ライド）が使用され、選択された領域内での内部拡散を
ブロックする。次に、マスク及びシリコンソースレイヤ
の除去に続いて、寄生のシャントジャンクションをより
高いバンドギャップ物質内へ向けるため、及び構造頂部
へのコンタクトを改善するために、従来どうりにｚｉｎ
ｃ拡散が行われる。ＡｌＧａＡｓにおいては、このよう
な方法でパフォーマンスの高いインデックスガイド型レ
ーザを形成することは充分に開発されている。ＡｌＧａ
ＩｎＰ物質系において、該物質系内でのシリコンの低拡
散速度と、活性領域の側面に位置するシリコン拡散ｎ型
物質領域によって形成されるシャントジャンクションを
回避するこが困難であることが特に問題となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特定
の種類の半導体レーザデバイスの製造で生じる望ましく
ない埋め込みレイヤを効果的に除去する方法である。
の種類の半導体レーザデバイスの製造で生じる望ましく
ない埋め込みレイヤを効果的に除去する方法である。
【０００８】本発明の他の目的は、望ましくない埋め込
みレイヤが製造中に効果的に除去された活性領域がスタ
ックされた半導体レーザデバイスである。
みレイヤが製造中に効果的に除去された活性領域がスタ
ックされた半導体レーザデバイスである。
【０００９】本発明の他の目的は、ほぼ横方向に近接し
かつスポット間で広いスペクトラム間隔を有する複数の
半導体レーザスポットを提供する半導体レーザである。
かつスポット間で広いスペクトラム間隔を有する複数の
半導体レーザスポットを提供する半導体レーザである。
【００１０】本発明の他の目的は、より低い温度で、よ
り短い拡散時間で、及び、側面に位置するインターミッ
クス領域によって形成されるシャントジャンクションを
除去することなくＩＩＬＤによってインデックスガイド
型レーザダイオードを製造することである。
り短い拡散時間で、及び、側面に位置するインターミッ
クス領域によって形成されるシャントジャンクションを
除去することなくＩＩＬＤによってインデックスガイド
型レーザダイオードを製造することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様に従い、
望ましくないレイヤの成長中に該レイヤを不純物でドー
プして不純物誘導レイヤをインターミックスすることに
よって、望ましくないレイヤはアニーリングによって後
に効果的に除去可能である。本明細書中において、イン
ターミックスとは、異なる組成の２以上のレイヤに対し
て該レイヤの構成要素を部分的にもしくは全体的にミッ
クスすることを表す。極端な場合、前記望ましくないレ
イヤは、組成が（インターミックス前の）初期レイヤの
平均（初期レイヤ厚で重み付けされた平均）であるレイ
ヤによって置換される。不純物濃度の減少に従ってイン
ターミックスはより低速で発生するため、アニール期間
中のより大きな体積への不純物の拡散に起因して不純物
濃度が減少することからインターミックスの成長は自己
抑制される。初期レイヤ（複数）に適切な濃度の不純物
を含有させることによって、境界面に垂直方向のインタ
ーミックスの範囲はレイヤ内の非常に小さな距離に制限
され、従って他の近傍レイヤは損傷を受けない。先に述
べた問題に対する他のアプローチとは異なり、活性領域
スタックレーザアレイ内の望ましくないレイヤは、現実
には当該構造から物理的に除去されず、隣接レイヤとイ
ンターミックスされてバンドギャップを増加されること
によって除去され、従って当該構造の隣接部分の所望動
作を阻害することが回避される。
望ましくないレイヤの成長中に該レイヤを不純物でドー
プして不純物誘導レイヤをインターミックスすることに
よって、望ましくないレイヤはアニーリングによって後
に効果的に除去可能である。本明細書中において、イン
ターミックスとは、異なる組成の２以上のレイヤに対し
て該レイヤの構成要素を部分的にもしくは全体的にミッ
クスすることを表す。極端な場合、前記望ましくないレ
イヤは、組成が（インターミックス前の）初期レイヤの
平均（初期レイヤ厚で重み付けされた平均）であるレイ
ヤによって置換される。不純物濃度の減少に従ってイン
ターミックスはより低速で発生するため、アニール期間
中のより大きな体積への不純物の拡散に起因して不純物
濃度が減少することからインターミックスの成長は自己
抑制される。初期レイヤ（複数）に適切な濃度の不純物
を含有させることによって、境界面に垂直方向のインタ
ーミックスの範囲はレイヤ内の非常に小さな距離に制限
され、従って他の近傍レイヤは損傷を受けない。先に述
べた問題に対する他のアプローチとは異なり、活性領域
スタックレーザアレイ内の望ましくないレイヤは、現実
には当該構造から物理的に除去されず、隣接レイヤとイ
ンターミックスされてバンドギャップを増加されること
によって除去され、従って当該構造の隣接部分の所望動
作を阻害することが回避される。
【００１２】本発明の他の態様に従い、本発明に従って
形成されるデバイスは活性領域近傍の再成長を必要とせ
ず、従って活性領域近傍の再成長に付随する不利益を被
らない。
形成されるデバイスは活性領域近傍の再成長を必要とせ
ず、従って活性領域近傍の再成長に付随する不利益を被
らない。
【００１３】本発明の他の態様に従い、望ましくない長
波長活性領域を活性領域スタック構造から（上部クラッ
ドレイヤの再成長に続いて）エッチングによって除去す
る代わりに、長波長量子ウェルを周囲の障壁レイヤとイ
ンターミックスし、より短波長の活性領域（単数又は複
数）のバンドギャップを上回るよう当該バンドギャップ
を増加させることによって長波長量子ウェルは除去され
る。有限な不純物ソースが量子ウェル内及び／又は量子
ウェル近傍に配置されてインターミックスされる。不純
物ソースは有限であるため、インターミックスは初期ド
ープレイヤ内で局所化され、より短波長の放射のための
他の近傍の量子ウェルは損傷を受けない。好ましくは特
定のキャップ条件が使用されて当該デバイスの特定の部
分の長波長量子ウェルに不純物がインターミックスする
ことが可能となり、この一方で他のキャップ条件によっ
て他の部分におけるインターミックスが回避される。
波長活性領域を活性領域スタック構造から（上部クラッ
ドレイヤの再成長に続いて）エッチングによって除去す
る代わりに、長波長量子ウェルを周囲の障壁レイヤとイ
ンターミックスし、より短波長の活性領域（単数又は複
数）のバンドギャップを上回るよう当該バンドギャップ
を増加させることによって長波長量子ウェルは除去され
る。有限な不純物ソースが量子ウェル内及び／又は量子
ウェル近傍に配置されてインターミックスされる。不純
物ソースは有限であるため、インターミックスは初期ド
ープレイヤ内で局所化され、より短波長の放射のための
他の近傍の量子ウェルは損傷を受けない。好ましくは特
定のキャップ条件が使用されて当該デバイスの特定の部
分の長波長量子ウェルに不純物がインターミックスする
ことが可能となり、この一方で他のキャップ条件によっ
て他の部分におけるインターミックスが回避される。
【００１４】本発明の他の態様に従い、レーザアレイの
望ましくない量子ウェルの選択的除去は、望ましくない
量子ウェルの隣接領域に空格子点を増加させることによ
って該隣接領域における空格子点増加インターミックス
により達成される。短波長の量子ウェル及び障壁に比較
して非常に大きな空格子点増加インターミックス速度を
長波長量子ウェル及び障壁に対して有する物質を選択す
ることによって、長波長量子ウェルは選択的にインター
ミックスされる。好ましい方法は、熱アニーリング期間
中において、ＳｉＯ2 のような物質によって望ましくな
い量子ウェルについて構造を選択的にキャップすること
であり、そのような物質は背後の半導体アロイの成分を
吸収し、従って空格子点のソースとして作用する。
望ましくない量子ウェルの選択的除去は、望ましくない
量子ウェルの隣接領域に空格子点を増加させることによ
って該隣接領域における空格子点増加インターミックス
により達成される。短波長の量子ウェル及び障壁に比較
して非常に大きな空格子点増加インターミックス速度を
長波長量子ウェル及び障壁に対して有する物質を選択す
ることによって、長波長量子ウェルは選択的にインター
ミックスされる。好ましい方法は、熱アニーリング期間
中において、ＳｉＯ2 のような物質によって望ましくな
い量子ウェルについて構造を選択的にキャップすること
であり、そのような物質は背後の半導体アロイの成分を
吸収し、従って空格子点のソースとして作用する。
【００１５】前記他の態様は、拡散を増加させるために
不純物を必要としない点、及び内部拡散される領域内な
らびにその隣接領域に空格子点を選択的に形成すること
によって所望の内部拡散が増加される点で先に述べたア
プローチとは異なる。即ち、第１のアプローチは、拡散
を増加させる選択的キャッピングを伴う不純物の導入で
あり、一方第２のアプローチは、拡散を増加させる空格
子点の選択的導入である。両アプローチは単一プロセス
に結合可能であり、例えば、活性レイヤが除去される領
域のみにおいて拡散増加不純物としてＳｉの導入をパタ
ーン化し、活性レイヤが除去される領域についてのみ空
格子点増加物質としてＳｉＯ2 のキャップレイヤをパタ
ーン化するプロセスである。不純物誘導及び空格子点増
加インターミックスの現象について多くの文献が報告を
行っており、使用された物質、アニーリング条件を記載
している。これら文献が表１に示されており、これら文
献の内容は参照により本明細書中に組み込まれる。しか
し、我々の知る限り、これら文献の全ては、文献に記載
された技術がレーザアレイの１つの微細領域をその近接
微細領域に悪影響を及ぼすことなく選択的に不活性化す
ることに対して適用可能であることを示しておらず、ま
たそのような提案もない。また、これら文献の全ては、
文献に記載された技術が複数の半導体レーザスポットを
異なる波長で発生させるための活性埋め込み領域スタッ
クレーザアレイ構造内の活性領域を選択的に無効にする
ことに対して適用可能であることを示しておらず、また
そのような提案もない。
不純物を必要としない点、及び内部拡散される領域内な
らびにその隣接領域に空格子点を選択的に形成すること
によって所望の内部拡散が増加される点で先に述べたア
プローチとは異なる。即ち、第１のアプローチは、拡散
を増加させる選択的キャッピングを伴う不純物の導入で
あり、一方第２のアプローチは、拡散を増加させる空格
子点の選択的導入である。両アプローチは単一プロセス
に結合可能であり、例えば、活性レイヤが除去される領
域のみにおいて拡散増加不純物としてＳｉの導入をパタ
ーン化し、活性レイヤが除去される領域についてのみ空
格子点増加物質としてＳｉＯ2 のキャップレイヤをパタ
ーン化するプロセスである。不純物誘導及び空格子点増
加インターミックスの現象について多くの文献が報告を
行っており、使用された物質、アニーリング条件を記載
している。これら文献が表１に示されており、これら文
献の内容は参照により本明細書中に組み込まれる。しか
し、我々の知る限り、これら文献の全ては、文献に記載
された技術がレーザアレイの１つの微細領域をその近接
微細領域に悪影響を及ぼすことなく選択的に不活性化す
ることに対して適用可能であることを示しておらず、ま
たそのような提案もない。また、これら文献の全ては、
文献に記載された技術が複数の半導体レーザスポットを
異なる波長で発生させるための活性埋め込み領域スタッ
クレーザアレイ構造内の活性領域を選択的に無効にする
ことに対して適用可能であることを示しておらず、また
そのような提案もない。
【００１６】
【表１】
【００１７】本発明の他の態様に従い、初期レイヤに埋
め込まれた不純物ソースは、望ましくないレイヤを除去
する目的ではなく、デバイスの活性領域の側面に位置す
るインデックスガイド領域を好ましくはＩＩＬＤによっ
て形成する目的に適用される。不純物ソースは、インタ
ーミックスが所望される導波レイヤに非常に近接して配
置されるため、必要とされる不純物拡散距離、従ってア
ニール時間及び温度は表面ソースからの拡散の場合に比
較して低減される。更に、拡散に続く寄生ジャンクショ
ンは高バンドギャップ物質内に配置される。従って、拡
散後の物質をｐ型へ再変換する必要がない。これらの利
点は、赤色波長を放射するＡｌＧａＩｎＰレーザに対し
てより重要であるが、これら技術はＡｌＧａＡｓレーザ
にも適用可能である。
め込まれた不純物ソースは、望ましくないレイヤを除去
する目的ではなく、デバイスの活性領域の側面に位置す
るインデックスガイド領域を好ましくはＩＩＬＤによっ
て形成する目的に適用される。不純物ソースは、インタ
ーミックスが所望される導波レイヤに非常に近接して配
置されるため、必要とされる不純物拡散距離、従ってア
ニール時間及び温度は表面ソースからの拡散の場合に比
較して低減される。更に、拡散に続く寄生ジャンクショ
ンは高バンドギャップ物質内に配置される。従って、拡
散後の物質をｐ型へ再変換する必要がない。これらの利
点は、赤色波長を放射するＡｌＧａＩｎＰレーザに対し
てより重要であるが、これら技術はＡｌＧａＡｓレーザ
にも適用可能である。
【００１８】本発明の前述及びその他の目的、見識、並
びにより全体的理解は、添付図と共に以下の記載内容及
び請求項を参照することによって明らかとなる。図は例
示のみを目的としており本発明の好ましい実施例を制限
するものではない。図においては、同様の参照符号は同
様もしくは同等の部分を表す。
びにより全体的理解は、添付図と共に以下の記載内容及
び請求項を参照することによって明らかとなる。図は例
示のみを目的としており本発明の好ましい実施例を制限
するものではない。図においては、同様の参照符号は同
様もしくは同等の部分を表す。
【００１９】
【発明の実施の形態】図２は、有限ソース不純物誘導レ
イヤインターミックスの概念を示す。先に述べたよう
に、特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体レーザデバイスの製造に
おいて、ＡｌＧａＡｓのようなＡｌ含有レイヤの頂部上
にレイヤを再成長させて図１（ａ）の構造を生成するこ
とが望ましい。しかし、成長対象レイヤの酸化に付随す
る問題を回避するために、ＧａＡｓレイヤ２が初期構造
に付加されて良好な再成長表面が与えられる。このＧａ
Ａｓレイヤは、再成長完了後の最終構造において望まし
くなく、図１（ｂ）に示されるように再成長レイヤ３の
下部に延在する。例えば、図において、シリコンのよう
な不純物の有限量が使用され、近傍の薄い量子ウェル
（ＱＷ）レイヤ４を損傷せずにＡｌＧａＡｓ構造からＧ
ａＡｓレイヤ２が除去される。図２（ａ）に示すよう
に、Ｓｉは最初は全てＧａＡｓレイヤ２にあり、レイヤ
インターミックスのスレショルドを充分上回る濃度にあ
る。不純物インターミックス及びレイヤインターミック
スのスレショルドに関するより詳細な内容は、J.Appl.P
hys.64(12),15Dec.1988,pp.R93-R113 及びAppl.Phys.Le
tt.50(25),22June,1987,pp.1823-1825を参照。ＡｌＧａ
Ａｓに対して、８５０°Ｃのアニール温度において、Ｓ
ｉについてのこのスレショルド値は３×１０18ｃｍ-3の
オーダーである。構造表面はＳｉ3 Ｎ4 （図示なし）又
はこの他の適切な障壁物質でキャップされ、アニール中
における該表面からのＩＩＩ族又はＶ族元素の損失が回
避される。当該サンプルは、次に、スレショルドレベル
を上回る不純物濃度に対して不純物誘導レイヤインター
ミックスを結果として生じるような充分高い温度でアニ
ールされる。この例において、該温度は８５０°Ｃのオ
ーダーである。
イヤインターミックスの概念を示す。先に述べたよう
に、特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体レーザデバイスの製造に
おいて、ＡｌＧａＡｓのようなＡｌ含有レイヤの頂部上
にレイヤを再成長させて図１（ａ）の構造を生成するこ
とが望ましい。しかし、成長対象レイヤの酸化に付随す
る問題を回避するために、ＧａＡｓレイヤ２が初期構造
に付加されて良好な再成長表面が与えられる。このＧａ
Ａｓレイヤは、再成長完了後の最終構造において望まし
くなく、図１（ｂ）に示されるように再成長レイヤ３の
下部に延在する。例えば、図において、シリコンのよう
な不純物の有限量が使用され、近傍の薄い量子ウェル
（ＱＷ）レイヤ４を損傷せずにＡｌＧａＡｓ構造からＧ
ａＡｓレイヤ２が除去される。図２（ａ）に示すよう
に、Ｓｉは最初は全てＧａＡｓレイヤ２にあり、レイヤ
インターミックスのスレショルドを充分上回る濃度にあ
る。不純物インターミックス及びレイヤインターミック
スのスレショルドに関するより詳細な内容は、J.Appl.P
hys.64(12),15Dec.1988,pp.R93-R113 及びAppl.Phys.Le
tt.50(25),22June,1987,pp.1823-1825を参照。ＡｌＧａ
Ａｓに対して、８５０°Ｃのアニール温度において、Ｓ
ｉについてのこのスレショルド値は３×１０18ｃｍ-3の
オーダーである。構造表面はＳｉ3 Ｎ4 （図示なし）又
はこの他の適切な障壁物質でキャップされ、アニール中
における該表面からのＩＩＩ族又はＶ族元素の損失が回
避される。当該サンプルは、次に、スレショルドレベル
を上回る不純物濃度に対して不純物誘導レイヤインター
ミックスを結果として生じるような充分高い温度でアニ
ールされる。この例において、該温度は８５０°Ｃのオ
ーダーである。
【００２０】アニールが進行すると、ＳｉはＧａＡｓレ
イヤからより大きな体積内へ拡散を開始し、濃度が減少
する。図２（ｂ）に示されるように、両サイドの境界の
Ｓｉ濃度はインターミックスのスレショルドを上回って
いるため、ＧａＡｓレイヤと周囲レイヤとの境界はイン
ターミックスを開始する。特定の時間経過の後、Ｓｉは
充分大きな体積内へ拡散を完了し、当該領域の任意地点
の濃度はインターミックスのスレショルドを下回る（図
２（ｃ））。この時点において、インターミックスは急
激に弱まり又は停止する。近傍ＱＷの境界におけるＳｉ
濃度はスレショルドを越えておらず、該ＱＷは影響及び
損傷を受けない。
イヤからより大きな体積内へ拡散を開始し、濃度が減少
する。図２（ｂ）に示されるように、両サイドの境界の
Ｓｉ濃度はインターミックスのスレショルドを上回って
いるため、ＧａＡｓレイヤと周囲レイヤとの境界はイン
ターミックスを開始する。特定の時間経過の後、Ｓｉは
充分大きな体積内へ拡散を完了し、当該領域の任意地点
の濃度はインターミックスのスレショルドを下回る（図
２（ｃ））。この時点において、インターミックスは急
激に弱まり又は停止する。近傍ＱＷの境界におけるＳｉ
濃度はスレショルドを越えておらず、該ＱＷは影響及び
損傷を受けない。
【００２１】前記の技術は、除去される埋め込みレイヤ
内又はその近傍に内在された有限不純物ソースの使用を
介して境界に垂直な方向（図１の垂直方向及び図２の水
平方向）において限られた範囲にわたるインターミック
ス埋め込みＩＩＩ−Ｖ族半導体レイヤを提供する。イン
ターミックス距離は、アニーリング前のレイヤ内の不純
物総量によって自己抑制される。図１（ｂ）及び２に示
された例では、インターミックス不純物は望ましくない
ＧａＡｓレイヤに最初に内在される。後続のアニールサ
イクル中、ＧａＡｓレイヤ内の特定のＧａはＡｌ及びＧ
ａ原子の内部拡散によってＡｌと置換され、これはシリ
コンによって増加される。代替的に、Ｓｉ又は他のイン
ターミックス増加不純物が、望ましくないレイヤ２に隣
接するＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ中間レイヤ１の部分（図１
（ｂ））に内在され、（Ａｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓ領域１内
への対応するＧａ拡散を伴って）望ましくないＧａＡｓ
領域２内へのＡｌ拡散を増加させる。この結果、レイヤ
２の組成が変更され、該レイヤは効果的に中間レイヤ１
の延長部となる（図１（ａ））。前記の両ケースにおい
て、不純物誘導レイヤインターミックスを介して、薄い
埋め込みレイヤは該レイヤの上部及び下部構造を保持し
つつ除去される。不純物含有量及びその配置の適正な選
択によって、インターミックスは不純物の近傍領域に制
限され、インターミックスが生じる距離はインターミッ
クスの前にレイヤ内にある不純物総量によって自己抑制
される。有限ソースという用語はこのことを意味する。
アニール期間中において不純物含有量全体は固定された
ままであるため、インターミックス距離が制御され、図
２のＱＷ及び図１（ｂ）のＱＷレイヤ４のような隣接す
る所望レイヤへの望ましくない影響が回避される。スタ
ート時の不純物含有量は所望の局所的インターミックス
を得るのに充分な量だけスレショルドを越えなければな
らないが、アニールが続いてその濃度がやがてスレショ
ルドを下回り不純物拡散前線が所望レイヤへの接近を開
始する場合に以降のインターミックスが生じないことを
保証するためにスタート時の不純物含有量は多すぎては
ならない。一般に、Ｓｉ濃度は、７００°Ｃから１００
０°Ｃのアニール温度範囲に対して１×１０18ｃｍ-3か
ら１×１０19ｃｍ-3の範囲内となるよう選択される。こ
れら条件下において、レイヤインターミックスはＳｉド
ープ領域のオリジナル位置からほぼ２０から２０００ｎ
ｍの距離にわたり有効となる。実際の距離は特定された
濃度及び温度に依存し、高い濃度及び／又は高い温度は
結果としてより大きい距離を生じる。
内又はその近傍に内在された有限不純物ソースの使用を
介して境界に垂直な方向（図１の垂直方向及び図２の水
平方向）において限られた範囲にわたるインターミック
ス埋め込みＩＩＩ−Ｖ族半導体レイヤを提供する。イン
ターミックス距離は、アニーリング前のレイヤ内の不純
物総量によって自己抑制される。図１（ｂ）及び２に示
された例では、インターミックス不純物は望ましくない
ＧａＡｓレイヤに最初に内在される。後続のアニールサ
イクル中、ＧａＡｓレイヤ内の特定のＧａはＡｌ及びＧ
ａ原子の内部拡散によってＡｌと置換され、これはシリ
コンによって増加される。代替的に、Ｓｉ又は他のイン
ターミックス増加不純物が、望ましくないレイヤ２に隣
接するＡｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓ中間レイヤ１の部分（図１
（ｂ））に内在され、（Ａｌ0.4Ｇａ0.6 Ａｓ領域１内
への対応するＧａ拡散を伴って）望ましくないＧａＡｓ
領域２内へのＡｌ拡散を増加させる。この結果、レイヤ
２の組成が変更され、該レイヤは効果的に中間レイヤ１
の延長部となる（図１（ａ））。前記の両ケースにおい
て、不純物誘導レイヤインターミックスを介して、薄い
埋め込みレイヤは該レイヤの上部及び下部構造を保持し
つつ除去される。不純物含有量及びその配置の適正な選
択によって、インターミックスは不純物の近傍領域に制
限され、インターミックスが生じる距離はインターミッ
クスの前にレイヤ内にある不純物総量によって自己抑制
される。有限ソースという用語はこのことを意味する。
アニール期間中において不純物含有量全体は固定された
ままであるため、インターミックス距離が制御され、図
２のＱＷ及び図１（ｂ）のＱＷレイヤ４のような隣接す
る所望レイヤへの望ましくない影響が回避される。スタ
ート時の不純物含有量は所望の局所的インターミックス
を得るのに充分な量だけスレショルドを越えなければな
らないが、アニールが続いてその濃度がやがてスレショ
ルドを下回り不純物拡散前線が所望レイヤへの接近を開
始する場合に以降のインターミックスが生じないことを
保証するためにスタート時の不純物含有量は多すぎては
ならない。一般に、Ｓｉ濃度は、７００°Ｃから１００
０°Ｃのアニール温度範囲に対して１×１０18ｃｍ-3か
ら１×１０19ｃｍ-3の範囲内となるよう選択される。こ
れら条件下において、レイヤインターミックスはＳｉド
ープ領域のオリジナル位置からほぼ２０から２０００ｎ
ｍの距離にわたり有効となる。実際の距離は特定された
濃度及び温度に依存し、高い濃度及び／又は高い温度は
結果としてより大きい距離を生じる。
【００２２】本発明は、レイヤインターミックスを誘導
するための不純物としてＳｉの使用に限定されない。先
に引用したＵ．Ｓ．特許及び文献から明らかなように、
Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＳｅのような他の不純物はレイ
ヤインターミックスを増加させる同様の作用を有する。
先に引用した文献はレイヤインターミックスを得るため
のこれら他の不純物の含有量の例を与える。
するための不純物としてＳｉの使用に限定されない。先
に引用したＵ．Ｓ．特許及び文献から明らかなように、
Ｇｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＳｅのような他の不純物はレイ
ヤインターミックスを増加させる同様の作用を有する。
先に引用した文献はレイヤインターミックスを得るため
のこれら他の不純物の含有量の例を与える。
【００２３】本発明のプロセスは、先に引用した２つの
Ｕ．Ｓ．特許出願に記載されたようなＡｌＧａＡｓ物質
系におけるスタック活性領域マルチ波長レーザの製造に
非常に有用である。この場合、低Ａｌフラクションの薄
いＡｌＧａＡｓレイヤがエッチストップレイヤ及び再成
長表面として使用される。該表面上で再成長が完了する
と、エッチストップレイヤはもはや有用な機能を提供し
ない。むしろエッチストップレイヤはレーザのパフォー
マンスを劣化させる。近傍の量子ウェルに損傷を与えず
にこのエッチストップレイヤを隣接レイヤとインターミ
ックスする本発明に従う有限ソース不純物誘導レイヤイ
ンターミックスは、再成長が完了したスタック活性領域
マルチ波長波長デバイスのパフォーマンスを改善する。
Ｕ．Ｓ．特許出願に記載されたようなＡｌＧａＡｓ物質
系におけるスタック活性領域マルチ波長レーザの製造に
非常に有用である。この場合、低Ａｌフラクションの薄
いＡｌＧａＡｓレイヤがエッチストップレイヤ及び再成
長表面として使用される。該表面上で再成長が完了する
と、エッチストップレイヤはもはや有用な機能を提供し
ない。むしろエッチストップレイヤはレーザのパフォー
マンスを劣化させる。近傍の量子ウェルに損傷を与えず
にこのエッチストップレイヤを隣接レイヤとインターミ
ックスする本発明に従う有限ソース不純物誘導レイヤイ
ンターミックスは、再成長が完了したスタック活性領域
マルチ波長波長デバイスのパフォーマンスを改善する。
【００２４】図３は、本発明に従って形成されたマルチ
波長スタック活性領域レーザの概略断面を示す。垂直及
び横方向の寸法は当該構造を明確にするために実形状に
相似しておらず、典型的な実寸法は先に引用したＵ．
Ｓ．特許、Ｕ．Ｓ．特許出願、及び文献に見いだされ
る。マルチ波長レーザは構造１０を有し、該構造は、下
部クラッドレイヤ１２、第１活性レイヤ１３、分離障壁
レイヤ１４、第２活性マルチレイヤ１５、及び上部クラ
ッドレイヤ１６を基体１１上に公知の方法によってエピ
タキシャル成長することによって形成される。第１活性
レイヤ１３は、第２活性マルチレイヤ１５内のＱＷのバ
ンドギャップより高いバンドギャップを有する物質から
構成される。マルチレイヤ１５は、少なくとも１つの量
子ウェルを有し、量子ウェルより高いバンドギャップを
有する障壁レイヤを量子ウェルの両サイドに有する。活
性レイヤ１３は好ましくは量子ウェルを有するが、必ず
しもそうある必要はない。インターミックスが所望され
る領域は、通常、マルチレイヤ１５のＱＷレイヤと障壁
レイヤとの間であり、マルチレイヤ１５は非常に薄いた
め短い距離のみにわたるインターミックスが必要とな
る。活性レイヤ１３に対してインターミックスは所望さ
れないため、該レイヤは薄いレイヤを有する必要はな
く、従ってバルク物質から構成可能である。共通基板電
極１７が底部に与えられ、離間された電極１８及び１９
が頂部に与えられる。左電極１８と基板電極１７との
間、又は右電極１９と基板電極１７との間に電圧を印加
することによって、所望に応じて構造の左又は右又は左
右両方を介して電流を独立に生成可能である。第２レー
ザとしてラベル付けされた右の構造は、潜在的に活性で
ある２つの活性レイヤを有し、電流が発生する際、第２
活性マルチレイヤに対応する相対的に長い波長でレーザ
動作する。これは、第２活性マルチレイヤがより小さい
バンドギャップを有しており注入キャリアが構造内の最
低エネルギーの活性レイヤを優先的に占有するためであ
る。しかし、本発明を適用しない場合、第１レーザとし
てラベル付けされた左の構造もまた第２活性レイヤに対
応する相対的に長い波長でレーザ動作する。左の第１レ
ーザを第１活性レイヤの相対的に高いバンドギャップに
対応する相対的に短い波長（より高いエネルギー）でレ
ーザ動作させるために、第２活性レイヤの領域２０が構
造内で無効にされなければならない。このことは、第１
活性レイヤのバンドギャップよりもバンドギャップが高
くなるように領域２０の組成を変更することによって達
成可能である。この場合、左の構造において、優先的に
占有される相対的に低いエネルギーの活性レイヤは第１
活性レイヤとなり、第２活性レイヤとはならない。しか
し、下部の第１活性レイヤ部分の組成又は右サイドの第
２活性レイヤ部分の組成を変化させずにどのようにして
埋め込み領域２０の組成を変更するかが問題となる。第
１及び第２レーザの通常の横方向間隔は１０から５００
ミクロンであること、並びに、第１及び第２の活性レイ
ヤの通常の垂直方向間隔は２０から５００ｎｍであるこ
とが組成変更の際に考慮されなければならない。
波長スタック活性領域レーザの概略断面を示す。垂直及
び横方向の寸法は当該構造を明確にするために実形状に
相似しておらず、典型的な実寸法は先に引用したＵ．
Ｓ．特許、Ｕ．Ｓ．特許出願、及び文献に見いだされ
る。マルチ波長レーザは構造１０を有し、該構造は、下
部クラッドレイヤ１２、第１活性レイヤ１３、分離障壁
レイヤ１４、第２活性マルチレイヤ１５、及び上部クラ
ッドレイヤ１６を基体１１上に公知の方法によってエピ
タキシャル成長することによって形成される。第１活性
レイヤ１３は、第２活性マルチレイヤ１５内のＱＷのバ
ンドギャップより高いバンドギャップを有する物質から
構成される。マルチレイヤ１５は、少なくとも１つの量
子ウェルを有し、量子ウェルより高いバンドギャップを
有する障壁レイヤを量子ウェルの両サイドに有する。活
性レイヤ１３は好ましくは量子ウェルを有するが、必ず
しもそうある必要はない。インターミックスが所望され
る領域は、通常、マルチレイヤ１５のＱＷレイヤと障壁
レイヤとの間であり、マルチレイヤ１５は非常に薄いた
め短い距離のみにわたるインターミックスが必要とな
る。活性レイヤ１３に対してインターミックスは所望さ
れないため、該レイヤは薄いレイヤを有する必要はな
く、従ってバルク物質から構成可能である。共通基板電
極１７が底部に与えられ、離間された電極１８及び１９
が頂部に与えられる。左電極１８と基板電極１７との
間、又は右電極１９と基板電極１７との間に電圧を印加
することによって、所望に応じて構造の左又は右又は左
右両方を介して電流を独立に生成可能である。第２レー
ザとしてラベル付けされた右の構造は、潜在的に活性で
ある２つの活性レイヤを有し、電流が発生する際、第２
活性マルチレイヤに対応する相対的に長い波長でレーザ
動作する。これは、第２活性マルチレイヤがより小さい
バンドギャップを有しており注入キャリアが構造内の最
低エネルギーの活性レイヤを優先的に占有するためであ
る。しかし、本発明を適用しない場合、第１レーザとし
てラベル付けされた左の構造もまた第２活性レイヤに対
応する相対的に長い波長でレーザ動作する。左の第１レ
ーザを第１活性レイヤの相対的に高いバンドギャップに
対応する相対的に短い波長（より高いエネルギー）でレ
ーザ動作させるために、第２活性レイヤの領域２０が構
造内で無効にされなければならない。このことは、第１
活性レイヤのバンドギャップよりもバンドギャップが高
くなるように領域２０の組成を変更することによって達
成可能である。この場合、左の構造において、優先的に
占有される相対的に低いエネルギーの活性レイヤは第１
活性レイヤとなり、第２活性レイヤとはならない。しか
し、下部の第１活性レイヤ部分の組成又は右サイドの第
２活性レイヤ部分の組成を変化させずにどのようにして
埋め込み領域２０の組成を変更するかが問題となる。第
１及び第２レーザの通常の横方向間隔は１０から５００
ミクロンであること、並びに、第１及び第２の活性レイ
ヤの通常の垂直方向間隔は２０から５００ｎｍであるこ
とが組成変更の際に考慮されなければならない。
【００２５】図に示されたスタックレーザ構造において
左の第１レーザ内の望ましくない領域２０を除去するこ
とに対する本発明の解決策は、領域２０のみにおいて第
２活性マルチレイヤ１５のインターミックスを選択的に
行うことである。これを実行するための本発明に従うい
くつかの方法がある。第１の方法では、活性マルチレイ
ヤ１５は不純物、例えばＳｉを有しており、該不純物は
該レイヤが成長する際に組み込まれる。選択的キャップ
条件が使用されて不純物が活性マルチレイヤ１５内のＱ
Ｗのどこをインターミックスするかかが制御され、その
領域のバンドギャップはレイヤ１３のバンドギャップよ
り高くなる。ＳｉＯ2 のキャップレイヤが上部クラッド
１６含む成長構造の上へ横方向にパターン化され、イン
ターミックスが所望される領域、即ち領域２０上へＳｉ
Ｏ2 キャップが与えられることが可能である。
左の第１レーザ内の望ましくない領域２０を除去するこ
とに対する本発明の解決策は、領域２０のみにおいて第
２活性マルチレイヤ１５のインターミックスを選択的に
行うことである。これを実行するための本発明に従うい
くつかの方法がある。第１の方法では、活性マルチレイ
ヤ１５は不純物、例えばＳｉを有しており、該不純物は
該レイヤが成長する際に組み込まれる。選択的キャップ
条件が使用されて不純物が活性マルチレイヤ１５内のＱ
Ｗのどこをインターミックスするかかが制御され、その
領域のバンドギャップはレイヤ１３のバンドギャップよ
り高くなる。ＳｉＯ2 のキャップレイヤが上部クラッド
１６含む成長構造の上へ横方向にパターン化され、イン
ターミックスが所望される領域、即ち領域２０上へＳｉ
Ｏ2 キャップが与えられることが可能である。
【００２６】代替的に、第２の方法（以下により詳細に
説明される）は、レイヤ１５が不純物を組み込まれて成
長された後に選択的キャッピングを行い、熱アニールに
よって選択的インターミックスを行い、キャップパータ
ーンを除去し、残りのレイヤを成長させる。
説明される）は、レイヤ１５が不純物を組み込まれて成
長された後に選択的キャッピングを行い、熱アニールに
よって選択的インターミックスを行い、キャップパータ
ーンを除去し、残りのレイヤを成長させる。
【００２７】第３の方法（以下により詳細に説明され
る）は、活性レイヤ１５以降の成長を停止することによ
ってインターミックス所望領域へ不純物を選択的に組み
込み、（例えばＳｉ3 Ｎ4 で）表面をマスクし、インタ
ーミックスが所望されるウィンドウ内でレイヤ１５と接
触するようＳｉを付着する。次にアニーリングが実行さ
れてインターミックスが行われ、Ｓｉ及びＳｉ3 Ｎ4 が
表面から除去され、レイヤ１５上に残りのレイヤが成長
される。
る）は、活性レイヤ１５以降の成長を停止することによ
ってインターミックス所望領域へ不純物を選択的に組み
込み、（例えばＳｉ3 Ｎ4 で）表面をマスクし、インタ
ーミックスが所望されるウィンドウ内でレイヤ１５と接
触するようＳｉを付着する。次にアニーリングが実行さ
れてインターミックスが行われ、Ｓｉ及びＳｉ3 Ｎ4 が
表面から除去され、レイヤ１５上に残りのレイヤが成長
される。
【００２８】図４は、ＡｌＧａＡｓ物質系のデュアル波
長（例えば、７８０及び８５０ｎｍ）スタック活性領域
レーザにおける複数のレイヤのバンド図を示す。シェー
ド部分は不純物ドープ領域である。上部及び下部の図
は、それぞれアニール前及びアニール後のバンド図を示
す。結果として得られる領域２０のバンドギャップ（下
部の図）は、ＱＷ１３のバンドギャップより小さい。図
４（ａ）及び（ｂ）において、Ｓｉドープレイヤがアニ
ール中にインターミックスする。有限なＳｉは拡散して
その濃度が減少するため、近傍のレイヤは影響を受けな
い。図４（ｂ）において、付加的な薄いレイヤ１５’が
含まれ、アニール後の領域２０’内のよりフラットな組
成プロファイルを生じる。この例において、波長８５０
ｎｍを有するインターミックス前のＡｌＧａＡｓＱＷ１
５はインターミックスされ、相対的に大きなバンドギャ
ップのＱＷ１３に関連する７８０ｎｍの波長で動作され
る。第２活性レイヤ部分１５は周囲の構造部分とインタ
ーミックスし、相対的に大きなバンドギャップを有する
インターミックス領域２０を形成する。この相対的に大
きなバンドギャップは、最低エネルギーの活性レイヤに
対して領域２０を相対的に不活性とすることによって該
領域を構造から効果的に除去する。
長（例えば、７８０及び８５０ｎｍ）スタック活性領域
レーザにおける複数のレイヤのバンド図を示す。シェー
ド部分は不純物ドープ領域である。上部及び下部の図
は、それぞれアニール前及びアニール後のバンド図を示
す。結果として得られる領域２０のバンドギャップ（下
部の図）は、ＱＷ１３のバンドギャップより小さい。図
４（ａ）及び（ｂ）において、Ｓｉドープレイヤがアニ
ール中にインターミックスする。有限なＳｉは拡散して
その濃度が減少するため、近傍のレイヤは影響を受けな
い。図４（ｂ）において、付加的な薄いレイヤ１５’が
含まれ、アニール後の領域２０’内のよりフラットな組
成プロファイルを生じる。この例において、波長８５０
ｎｍを有するインターミックス前のＡｌＧａＡｓＱＷ１
５はインターミックスされ、相対的に大きなバンドギャ
ップのＱＷ１３に関連する７８０ｎｍの波長で動作され
る。第２活性レイヤ部分１５は周囲の構造部分とインタ
ーミックスし、相対的に大きなバンドギャップを有する
インターミックス領域２０を形成する。この相対的に大
きなバンドギャップは、最低エネルギーの活性レイヤに
対して領域２０を相対的に不活性とすることによって該
領域を構造から効果的に除去する。
【００２９】従って、スタック活性領域レーザアレイに
適用される本発明の基礎的コンセプトは、相対的に短波
長の量子ウェル１３を保存しつつ相対的に長波長の量子
ウェル１５をその周囲レイヤとインターミックスするこ
とを含む。以下に説明される好ましい方法は、Ｇａ空格
子点ソースによって空格子点増加インターミックスが実
行されている期間中の、ＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎ
Ｐ物質系に対するＡｌ−Ｇａ内部拡散定数の大きな差を
利用する。図５は、ＳｉＯ2 でキャップされたＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ／Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（図５のカーブ
（ａ））及びＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ（図５の
カーブ（ｂ））超格子における高速熱アニール中のＡｌ
−Ｇａ内部拡散に対する拡散定数の測定結果のプロット
を示す（文献１及び６）。熱アニールという用語は、７
００から１０００℃の範囲にある温度で加熱を行い、該
温度範囲内で１から１００時間の範囲で保持することを
意味する。高速熱アニールという用語は、前記温度を１
分又はそれ以下で立ち上げ、１０分又はそれ以下でクー
ルダウンすることを意味する。相対的に非常に低いＡｌ
ＧａＩｎＰの活性化エネルギー（ＡｌＧａＡｓのそれが
３．６ｅＶであるのに対して０．４ｅＶである）によっ
て、９００℃より上の温度に対して、ＡｌＧａＡｓのＡ
ｌ−Ｇａ内部拡散定数は相対的に非常に大きくなる。こ
のことは図の点線の延長により示される。異なる内部拡
散速度を再現するために我々が行った実験では、同一の
アニール条件下で、ＡｌＧａＡｓＱＷ構造のレーザ動作
波長はインターミックスに起因して８４０ｎｍから７８
８ｎｍへシフトし、一方ＡｌＧａＩｎＰＱＷ構造のレー
ザ動作波長は６７５＋／−１ｎｍのままであった。後者
はインターミックスが実際には生じなかったことを示し
ている。内部拡散速度のこの大きな差は、所望のＡｌＧ
ａＩｎＰ又はＧａＩｎＰのＱＷ及び周囲のＡｌＧａＩｎ
Ｐ障壁を損傷せずに望ましくないＡｌＧａＡｓ又はＧａ
ＡｓのＱＷを周囲のＡｌＧａＡｓ障壁とインターミック
スすることを可能とする。従って、インターミックスが
ない場合に赤外波長でレーザ動作し、赤外放射のための
１つのＡｌＧａＡｓ量子ウェル及び赤色放射のための１
つのＡｌＧａＩｎＰ量子ウェルを有するスタック活性領
域構造は、ＡｌＧａＡｓ（赤外）レイヤをインターミッ
クスすることによって赤色波長動作するよう変換され
る。このことは６８０ｎｍ及び８５０ｎｍの波長に対し
て図６に示されており、この図は図４に類似するが、ア
ニール前の８５０ｎｍに対する組成（ａ）及びアニール
後の６８０ｎｍに対する組成（ｂ）が示されている。
（ａ）においてレーザ動作は８５０ｎｍであり、一方
（ｂ）においてレーザ動作は６８０ｎｍである。
適用される本発明の基礎的コンセプトは、相対的に短波
長の量子ウェル１３を保存しつつ相対的に長波長の量子
ウェル１５をその周囲レイヤとインターミックスするこ
とを含む。以下に説明される好ましい方法は、Ｇａ空格
子点ソースによって空格子点増加インターミックスが実
行されている期間中の、ＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎ
Ｐ物質系に対するＡｌ−Ｇａ内部拡散定数の大きな差を
利用する。図５は、ＳｉＯ2 でキャップされたＧａ0.5
Ｉｎ0.5 Ｐ／Ａｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（図５のカーブ
（ａ））及びＧａＡｓ／Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ（図５の
カーブ（ｂ））超格子における高速熱アニール中のＡｌ
−Ｇａ内部拡散に対する拡散定数の測定結果のプロット
を示す（文献１及び６）。熱アニールという用語は、７
００から１０００℃の範囲にある温度で加熱を行い、該
温度範囲内で１から１００時間の範囲で保持することを
意味する。高速熱アニールという用語は、前記温度を１
分又はそれ以下で立ち上げ、１０分又はそれ以下でクー
ルダウンすることを意味する。相対的に非常に低いＡｌ
ＧａＩｎＰの活性化エネルギー（ＡｌＧａＡｓのそれが
３．６ｅＶであるのに対して０．４ｅＶである）によっ
て、９００℃より上の温度に対して、ＡｌＧａＡｓのＡ
ｌ−Ｇａ内部拡散定数は相対的に非常に大きくなる。こ
のことは図の点線の延長により示される。異なる内部拡
散速度を再現するために我々が行った実験では、同一の
アニール条件下で、ＡｌＧａＡｓＱＷ構造のレーザ動作
波長はインターミックスに起因して８４０ｎｍから７８
８ｎｍへシフトし、一方ＡｌＧａＩｎＰＱＷ構造のレー
ザ動作波長は６７５＋／−１ｎｍのままであった。後者
はインターミックスが実際には生じなかったことを示し
ている。内部拡散速度のこの大きな差は、所望のＡｌＧ
ａＩｎＰ又はＧａＩｎＰのＱＷ及び周囲のＡｌＧａＩｎ
Ｐ障壁を損傷せずに望ましくないＡｌＧａＡｓ又はＧａ
ＡｓのＱＷを周囲のＡｌＧａＡｓ障壁とインターミック
スすることを可能とする。従って、インターミックスが
ない場合に赤外波長でレーザ動作し、赤外放射のための
１つのＡｌＧａＡｓ量子ウェル及び赤色放射のための１
つのＡｌＧａＩｎＰ量子ウェルを有するスタック活性領
域構造は、ＡｌＧａＡｓ（赤外）レイヤをインターミッ
クスすることによって赤色波長動作するよう変換され
る。このことは６８０ｎｍ及び８５０ｎｍの波長に対し
て図６に示されており、この図は図４に類似するが、ア
ニール前の８５０ｎｍに対する組成（ａ）及びアニール
後の６８０ｎｍに対する組成（ｂ）が示されている。
（ａ）においてレーザ動作は８５０ｎｍであり、一方
（ｂ）においてレーザ動作は６８０ｎｍである。
【００３０】一般に、本明細書において、特に他の指定
がない限り、活性領域という用語は１又はそれより多く
の薄いレイヤを意味し、該薄いレイヤは、１又はそれよ
り多くの通常２０ｎｍ又は（１より多くのレイヤが薄い
障壁レイヤによって離間される場合は）それ以下の厚さ
のＱＷレイヤを含み、（もし存在する場合には）ＱＷレ
イヤよりも高いバンドギャップを通常有する側面配置さ
れる閉じ込めレイヤを含む。例えば、ＡｌＧａＡｓのＱ
Ｗレイヤに対して、閉じ込めレイヤは同じ３つの構成物
質を有することが可能であるが、Ａｌ含有量は相対的に
高く、これによりバンドギャップが増加する。従って、
ＡｌＧａＡｓのＱＷレイヤは、該レイヤを高いＡｌ含有
量を有する側面の閉じ込めレイヤとインターミックスす
ることによってバンドギャップを増加可能であり、この
結果該ＱＷレイヤのＡｌ含有量が増加する。
がない限り、活性領域という用語は１又はそれより多く
の薄いレイヤを意味し、該薄いレイヤは、１又はそれよ
り多くの通常２０ｎｍ又は（１より多くのレイヤが薄い
障壁レイヤによって離間される場合は）それ以下の厚さ
のＱＷレイヤを含み、（もし存在する場合には）ＱＷレ
イヤよりも高いバンドギャップを通常有する側面配置さ
れる閉じ込めレイヤを含む。例えば、ＡｌＧａＡｓのＱ
Ｗレイヤに対して、閉じ込めレイヤは同じ３つの構成物
質を有することが可能であるが、Ａｌ含有量は相対的に
高く、これによりバンドギャップが増加する。従って、
ＡｌＧａＡｓのＱＷレイヤは、該レイヤを高いＡｌ含有
量を有する側面の閉じ込めレイヤとインターミックスす
ることによってバンドギャップを増加可能であり、この
結果該ＱＷレイヤのＡｌ含有量が増加する。
【００３１】この実施例において、ＳｉＯ2 で構造をキ
ャップしてアニールすることによってインターミックス
が達成される。ＡｌＧａＡｓのＱＷをインターミックス
するアニール期間中、ＡｌＧａＩｎＰのＱＷは部分的に
インターミックスされて小さい波長シフトを生じる可能
性がある。このシフトは、Ａｌ−Ｇａ内部拡散定数の大
きな差のために最小化され、適切なウェル幅の選択によ
って更に最小化可能である。量子ウェルの部分的インタ
ーミックスに関連する波長シフトはウェルが狭くなるに
従って増大し、この結果、赤外及び赤色量子ウェルの波
長シフトの区別が可能となる。これは、非常に大きなシ
フトが所望される場合には赤外に対して（ほぼ１００オ
ングストロームより小さい）狭いウェルを使用し、最小
シフトが所望される場合には赤色に対して（ほぼ１００
オングストロームより大きい）広いウェルを使用するこ
とによって達成される。この極端なケースは、赤色部分
が充分広く量子ウェルとしてよりもむしろバルクとして
作用する場合であり、アニール期間中において赤色波長
のシフトが除去される。本発明の１つの可能な変形は、
ＡｌＧａＩｎＰのＱＷ活性領域を、バルク物質として作
用する（ほぼ２００オングストロームより大きい）広い
（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐレイヤで置換するこ
とである。代替的に、又は付加的に、相対的に高いＡｌ
組成の薄いレイヤ（図４（ｂ）の１５’）を付加してイ
ンターミックスの際のバンドギャップ増加を増大させる
ことによってＡｌＧａＡｓ活性領域が最適化可能であ
る。
ャップしてアニールすることによってインターミックス
が達成される。ＡｌＧａＡｓのＱＷをインターミックス
するアニール期間中、ＡｌＧａＩｎＰのＱＷは部分的に
インターミックスされて小さい波長シフトを生じる可能
性がある。このシフトは、Ａｌ−Ｇａ内部拡散定数の大
きな差のために最小化され、適切なウェル幅の選択によ
って更に最小化可能である。量子ウェルの部分的インタ
ーミックスに関連する波長シフトはウェルが狭くなるに
従って増大し、この結果、赤外及び赤色量子ウェルの波
長シフトの区別が可能となる。これは、非常に大きなシ
フトが所望される場合には赤外に対して（ほぼ１００オ
ングストロームより小さい）狭いウェルを使用し、最小
シフトが所望される場合には赤色に対して（ほぼ１００
オングストロームより大きい）広いウェルを使用するこ
とによって達成される。この極端なケースは、赤色部分
が充分広く量子ウェルとしてよりもむしろバルクとして
作用する場合であり、アニール期間中において赤色波長
のシフトが除去される。本発明の１つの可能な変形は、
ＡｌＧａＩｎＰのＱＷ活性領域を、バルク物質として作
用する（ほぼ２００オングストロームより大きい）広い
（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐレイヤで置換するこ
とである。代替的に、又は付加的に、相対的に高いＡｌ
組成の薄いレイヤ（図４（ｂ）の１５’）を付加してイ
ンターミックスの際のバンドギャップ増加を増大させる
ことによってＡｌＧａＡｓ活性領域が最適化可能であ
る。
【００３２】図７は、本発明のプロセスを使用してデュ
アル波長（赤色及び赤外）レーザアレイを形成する様子
を示す。スタック活性領域レイヤ構造３０は、赤外放射
に対するＡｌＧａＡｓのＱＷ活性領域３１及び赤色放射
に対するＡｌＧａＩｎＰのＱＷ活性領域３２を含むよう
成長される。次に、表面部分がＳｉＯ2 ３３で選択的に
カバーされ、残りの部分がＳｉ3 Ｎ4 キャップ３４でカ
バーされる。次に、当該ウェハーはほぼ８時間（ほぼ８
００から１０００℃の範囲内の）高温アニール処理され
る。アニールは、表面をＧａＡｓウェハーに接触させて
実行可能であり、又は、Ａｓ圧が制御されたシールドア
ンプル内で実行可能である。アニール期間中、ＳｉＯ2
キャップ３３は外部拡散Ｇａを吸収することによってＧ
ａ空格子点ソースとして作用し、ＳｉＯ2 下のＡｌＧａ
Ａｓレイヤは空格子点増加インターミックスによってイ
ンターミックス３６となる。一方、Ｓｉ3 Ｎ4 でキャッ
プされた領域は本質的に変化しないままとなる（文献
２）。
アル波長（赤色及び赤外）レーザアレイを形成する様子
を示す。スタック活性領域レイヤ構造３０は、赤外放射
に対するＡｌＧａＡｓのＱＷ活性領域３１及び赤色放射
に対するＡｌＧａＩｎＰのＱＷ活性領域３２を含むよう
成長される。次に、表面部分がＳｉＯ2 ３３で選択的に
カバーされ、残りの部分がＳｉ3 Ｎ4 キャップ３４でカ
バーされる。次に、当該ウェハーはほぼ８時間（ほぼ８
００から１０００℃の範囲内の）高温アニール処理され
る。アニールは、表面をＧａＡｓウェハーに接触させて
実行可能であり、又は、Ａｓ圧が制御されたシールドア
ンプル内で実行可能である。アニール期間中、ＳｉＯ2
キャップ３３は外部拡散Ｇａを吸収することによってＧ
ａ空格子点ソースとして作用し、ＳｉＯ2 下のＡｌＧａ
Ａｓレイヤは空格子点増加インターミックスによってイ
ンターミックス３６となる。一方、Ｓｉ3 Ｎ4 でキャッ
プされた領域は本質的に変化しないままとなる（文献
２）。
【００３３】本発明の範囲内で表面をパターン化する多
くの代替的手段が存在する。例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 でキャ
ップされた領域は露出したままにしておくことが可能で
あり（文献７）、又は、Ｓｉ3 Ｎ4 はＳｉＯ2 に先立ち
付着及びパターン化可能である。後者の場合表面全体に
ＳｉＯ2 が付加される。横方向にパターン化された空格
子点増加インターミックスを実行するために他の物質の
組み合わせ及びアニール環境が使用可能である。
くの代替的手段が存在する。例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 でキャ
ップされた領域は露出したままにしておくことが可能で
あり（文献７）、又は、Ｓｉ3 Ｎ4 はＳｉＯ2 に先立ち
付着及びパターン化可能である。後者の場合表面全体に
ＳｉＯ2 が付加される。横方向にパターン化された空格
子点増加インターミックスを実行するために他の物質の
組み合わせ及びアニール環境が使用可能である。
【００３４】ＡｌＧａＡｓ活性領域のパーターン化され
たインターミックスに続き、ストライプレーザが公知の
方法によって形成される。一例として図８を参照。図８
に示されるように、１つのストライプは、インターミッ
クスされておらずＡｌＧａＡｓ活性領域から赤外ビーム
４０を放射する右部分を介して電流を通過させ、もう一
方のストライプは、ＡｌＧａＩｎＰ活性領域から赤色ビ
ーム４１を放射するインターミックスされた左部分を介
して電流を通過させる。
たインターミックスに続き、ストライプレーザが公知の
方法によって形成される。一例として図８を参照。図８
に示されるように、１つのストライプは、インターミッ
クスされておらずＡｌＧａＡｓ活性領域から赤外ビーム
４０を放射する右部分を介して電流を通過させ、もう一
方のストライプは、ＡｌＧａＩｎＰ活性領域から赤色ビ
ーム４１を放射するインターミックスされた左部分を介
して電流を通過させる。
【００３５】赤外活性領域を全体的にインターミックス
する代わりに部分的にインターミックスすることによっ
て２波長より多くの波長を有するアレイが形成可能であ
る。例えば、図７に示された最初のインターミックスの
後、アニール中にＳｉ3 Ｎ4でカバーされて活性領域３
１が組成変化していないデバイス右部分において、該部
分の表面がＳｉＯ2 で部分的にキャップされ（他の部分
はＳｉ3 Ｎ4 でカバーしたまま）、活性領域３１の部分
的インターミックスを生じる時間アニールされることが
可能である。例えば、このバンドギャップは８５０ｎｍ
放射から８００ｎｍ放射へシフトされることが可能であ
る。従って、結果として得られる構造は、以前と同様に
６８０ｎｍの放射要素を左に有し、構造の右は２つの横
に並列な放射要素を有することとなり、この並列要素
は、８５０ｎｍを放射する領域３１のインターミックス
が生じなかった領域、及び８００ｎｍを放射する領域３
１のインターミックスが生じた領域にそれぞれ対応す
る。更に、赤外活性領域はより長波長の放射を可能とす
るＩｎＧａＡｌＡｓを含むことが可能である。後者の例
は、８９０ｎｍから１１００ｎｍの範囲内の波長を初期
形態として放射するＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ障壁を有
するＩｎＧａＡｓのＱＷを有する活性領域３１である。
する代わりに部分的にインターミックスすることによっ
て２波長より多くの波長を有するアレイが形成可能であ
る。例えば、図７に示された最初のインターミックスの
後、アニール中にＳｉ3 Ｎ4でカバーされて活性領域３
１が組成変化していないデバイス右部分において、該部
分の表面がＳｉＯ2 で部分的にキャップされ（他の部分
はＳｉ3 Ｎ4 でカバーしたまま）、活性領域３１の部分
的インターミックスを生じる時間アニールされることが
可能である。例えば、このバンドギャップは８５０ｎｍ
放射から８００ｎｍ放射へシフトされることが可能であ
る。従って、結果として得られる構造は、以前と同様に
６８０ｎｍの放射要素を左に有し、構造の右は２つの横
に並列な放射要素を有することとなり、この並列要素
は、８５０ｎｍを放射する領域３１のインターミックス
が生じなかった領域、及び８００ｎｍを放射する領域３
１のインターミックスが生じた領域にそれぞれ対応す
る。更に、赤外活性領域はより長波長の放射を可能とす
るＩｎＧａＡｌＡｓを含むことが可能である。後者の例
は、８９０ｎｍから１１００ｎｍの範囲内の波長を初期
形態として放射するＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ障壁を有
するＩｎＧａＡｓのＱＷを有する活性領域３１である。
【００３６】前記記述はＡｌＧａＡｓ及びＡｌＧａＩｎ
Ｐ物質系に限定されず、インターミックス定数の差を利
用可能な他の物質系に対して同様に適用可能である。そ
のような他の物質系の例は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧ
ａＡｓ、又はＧａＩｎＰの活性領域、及び、ＡｌＩｎＰ
又はＡｌＧａＩｎＰクラッドのような他のＩＩＩ−Ｖ族
物質と共にＩＩ−ＶＩ族物質を含む。
Ｐ物質系に限定されず、インターミックス定数の差を利
用可能な他の物質系に対して同様に適用可能である。そ
のような他の物質系の例は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧ
ａＡｓ、又はＧａＩｎＰの活性領域、及び、ＡｌＩｎＰ
又はＡｌＧａＩｎＰクラッドのような他のＩＩＩ−Ｖ族
物質と共にＩＩ−ＶＩ族物質を含む。
【００３７】エッチング及び再成長プロセスに比較し
て、本発明の方法によってスタック活性領域マルチ波長
レーザアレイを形成する利点は以下のように要約され
る。
て、本発明の方法によってスタック活性領域マルチ波長
レーザアレイを形成する利点は以下のように要約され
る。
【００３８】１．活性領域近傍の再成長が必要とされな
い。このことは、初期のデバイス特性及び信頼性に関し
て非常に大きな利点である。
い。このことは、初期のデバイス特性及び信頼性に関し
て非常に大きな利点である。
【００３９】２．結果として得られるレーザアレイの頂
部表面は平坦である。 ３．異なる波長のデバイスの各々は本質的に同一の導波
路となり、従ってより類似したビーム特性となる。（エ
ッチング及び再成長プロセスのケースにおいては、導波
路部分はエチングによる各活性領域の除去を伴って除去
され、この結果、相対的に短波長の放射要素に対する導
波路は非常に薄くなる。） 更に、特定の実施例に対しては活性領域内でドーパント
が必要とされない。このことはデバイス動作に対して特
定の利点をもたらす。
部表面は平坦である。 ３．異なる波長のデバイスの各々は本質的に同一の導波
路となり、従ってより類似したビーム特性となる。（エ
ッチング及び再成長プロセスのケースにおいては、導波
路部分はエチングによる各活性領域の除去を伴って除去
され、この結果、相対的に短波長の放射要素に対する導
波路は非常に薄くなる。） 更に、特定の実施例に対しては活性領域内でドーパント
が必要とされない。このことはデバイス動作に対して特
定の利点をもたらす。
【００４０】ＳｉＯ2 キャップはＧａ空格子点を与える
ことによってＡｌＧａＡｓ量子ウェルのインターミック
スを増加させ、一方図７に示されるようにＳｉ3 Ｎ4 キ
ャップ下の物質は本質的に変化しないままであるため、
インターミックスが所望される領域上にＳｉＯ2 キャッ
プを与えることが望ましい。ＳｉＯ2 キャップ下のＡｌ
ＧａＩｎＰ量子ウェルは、ＡｌＧａＡｓ量子ウェルに比
較してほとんどインターミックスを行わない。これはＡ
ｌＧａＩｎＰ内のＡｌ−Ｇａ内部拡散定数が相対的に非
常に小さいためである。しかし、本発明はＳｉＯ2 キャ
ップにはされず、他の空格子点誘導物質が適用可能であ
る。
ことによってＡｌＧａＡｓ量子ウェルのインターミック
スを増加させ、一方図７に示されるようにＳｉ3 Ｎ4 キ
ャップ下の物質は本質的に変化しないままであるため、
インターミックスが所望される領域上にＳｉＯ2 キャッ
プを与えることが望ましい。ＳｉＯ2 キャップ下のＡｌ
ＧａＩｎＰ量子ウェルは、ＡｌＧａＡｓ量子ウェルに比
較してほとんどインターミックスを行わない。これはＡ
ｌＧａＩｎＰ内のＡｌ−Ｇａ内部拡散定数が相対的に非
常に小さいためである。しかし、本発明はＳｉＯ2 キャ
ップにはされず、他の空格子点誘導物質が適用可能であ
る。
【００４１】前述の説明は、所望レイヤのインターミッ
クス前に構造内の全てのレイヤの成長を含むものであっ
た。本発明に従った変形は、活性レイヤの成長後の任意
点でインタラプトし、所望レイヤをインターミックス
し、成長を完了する。これは先にのべた第２及び第３の
方法である。
クス前に構造内の全てのレイヤの成長を含むものであっ
た。本発明に従った変形は、活性レイヤの成長後の任意
点でインタラプトし、所望レイヤをインターミックス
し、成長を完了する。これは先にのべた第２及び第３の
方法である。
【００４２】この変形は図９から図１１に示される。こ
の方法は、第１成長ステップにおいて下部クラッドレイ
ヤ４５及び第１活性領域４６を成長させることを含む
（図９）。次に活性領域４６の部分４７が横方向パター
ン化形式でインターミックスされる（図１０）。このイ
ンターミックスは、埋め込みドープレイヤをインターミ
ックスするための前述の方法によって達成されるか、又
は、表面ソースからの不純物誘導レイヤ不規則化もしく
は空格子点インターミックスのより従来方法に近い方法
によって達成される。インターミックスに続いて、構造
の残りの部分が成長される。この残り部分は、（第１活
性領域より短波長の放射波長を有する）第２活性領域４
８、上部クラッド４９、及びキャップレイヤ５０を含
む。この方法では所望される場合には２より多くの活性
領域を含めることが可能である。（当該領域下よりも相
対的に短波長となる）新たな活性領域の各々の後に成長
がインタラプトされ、これら活性領域はパターン化形式
でインターミックスされ、この結果、アレイの異なる部
分は異なる数の非損傷（非インターミックス）活性領域
を有し、従って異なる波長を有する。しかし、個々にア
ドレス可能なレーザソースとして意図される共通部分５
２の各横方向領域において、当該領域内の１つの所望放
射のバンドギャップより小さいバンドギャップの全ての
活性ＱＷレイヤは、相対的に大きなバンドギャップを形
成する隣接レイヤとインターミックスされ、この結果、
動作中においては、インターミックスされていない相対
的に小さいバンドギャップのレイヤが優先的に所望の放
射を行う。図１２は、ヒートソース６０としてパルス紫
外レーザを用いる埋め込みドープレイヤのインターミッ
クスの他の変形を示す。多くのレイヤの組成が図１２に
示されており、赤外λ1 に対するＳｉドープＡｌＧａＡ
ｓのＱＷ1 及び赤色λ2 に対するＡｌＧａＩｎＰのＱＷ
2 を含む。高反射率領域６１及び高透過率領域６２に表
面をパターン化してパルスレーザ光線６０を照射するこ
とによって横方向パターン化が達成される。透過性領域
６２において、活性領域は透過放射６０によって加熱さ
れて結果としてドープ赤外量子ウェルＱＷ1 のインター
ミックスを生じ、赤色放射に対する非ドープ量子ウェル
ＱＷ2 は損傷されない。反射レイヤ６１はレーザ光６０
が活性領域に到達すること及び加熱することを回避す
る。活性領域上のレイヤが透過性である必要はない。そ
れらが吸収性である場合、熱が活性領域へ伝達されて温
度が上昇してインターミックスが開始する。構造の特定
レイヤにおいてレーザ光が多く吸収されることが必要で
ある。即ち、レーザ光は構造の特定レイヤのバンドギャ
ップより高いフォトンエネルギーでなければならない。
６００ｎｍより短い波長のレーザ光が図１２に示した物
質に対して適切である。代替的に、焦点合わせされ変調
されたレーザビームを走査することによってパターン化
が可能であり、この照射はインターミックスが所望され
る横方向領域内に主に吸収される。
の方法は、第１成長ステップにおいて下部クラッドレイ
ヤ４５及び第１活性領域４６を成長させることを含む
（図９）。次に活性領域４６の部分４７が横方向パター
ン化形式でインターミックスされる（図１０）。このイ
ンターミックスは、埋め込みドープレイヤをインターミ
ックスするための前述の方法によって達成されるか、又
は、表面ソースからの不純物誘導レイヤ不規則化もしく
は空格子点インターミックスのより従来方法に近い方法
によって達成される。インターミックスに続いて、構造
の残りの部分が成長される。この残り部分は、（第１活
性領域より短波長の放射波長を有する）第２活性領域４
８、上部クラッド４９、及びキャップレイヤ５０を含
む。この方法では所望される場合には２より多くの活性
領域を含めることが可能である。（当該領域下よりも相
対的に短波長となる）新たな活性領域の各々の後に成長
がインタラプトされ、これら活性領域はパターン化形式
でインターミックスされ、この結果、アレイの異なる部
分は異なる数の非損傷（非インターミックス）活性領域
を有し、従って異なる波長を有する。しかし、個々にア
ドレス可能なレーザソースとして意図される共通部分５
２の各横方向領域において、当該領域内の１つの所望放
射のバンドギャップより小さいバンドギャップの全ての
活性ＱＷレイヤは、相対的に大きなバンドギャップを形
成する隣接レイヤとインターミックスされ、この結果、
動作中においては、インターミックスされていない相対
的に小さいバンドギャップのレイヤが優先的に所望の放
射を行う。図１２は、ヒートソース６０としてパルス紫
外レーザを用いる埋め込みドープレイヤのインターミッ
クスの他の変形を示す。多くのレイヤの組成が図１２に
示されており、赤外λ1 に対するＳｉドープＡｌＧａＡ
ｓのＱＷ1 及び赤色λ2 に対するＡｌＧａＩｎＰのＱＷ
2 を含む。高反射率領域６１及び高透過率領域６２に表
面をパターン化してパルスレーザ光線６０を照射するこ
とによって横方向パターン化が達成される。透過性領域
６２において、活性領域は透過放射６０によって加熱さ
れて結果としてドープ赤外量子ウェルＱＷ1 のインター
ミックスを生じ、赤色放射に対する非ドープ量子ウェル
ＱＷ2 は損傷されない。反射レイヤ６１はレーザ光６０
が活性領域に到達すること及び加熱することを回避す
る。活性領域上のレイヤが透過性である必要はない。そ
れらが吸収性である場合、熱が活性領域へ伝達されて温
度が上昇してインターミックスが開始する。構造の特定
レイヤにおいてレーザ光が多く吸収されることが必要で
ある。即ち、レーザ光は構造の特定レイヤのバンドギャ
ップより高いフォトンエネルギーでなければならない。
６００ｎｍより短い波長のレーザ光が図１２に示した物
質に対して適切である。代替的に、焦点合わせされ変調
されたレーザビームを走査することによってパターン化
が可能であり、この照射はインターミックスが所望され
る横方向領域内に主に吸収される。
【００４３】図３において、第２活性レイヤ、即ち領域
１５がＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ量子ウェルを有する活性領域
である場合、好ましくはＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ障壁レイヤ
が両サイドに提供される（但し１≧Ｙ≧Ｘ≧０）。代替
的に、一方のサイドの障壁はＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓの組成
（Ｚ＞Ｘ）を有することが可能である。次に、（適切な
キャップを用いた）アニール下において、Ａｌ及びＧａ
がインターミックスし、この場合Ａｌは障壁から量子ウ
ェルへ移動し、Ｇａは逆に移動する。このことは所望の
量子ウェルのバンドギャップを増加させる。
１５がＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ量子ウェルを有する活性領域
である場合、好ましくはＡｌY Ｇａ1-Y Ａｓ障壁レイヤ
が両サイドに提供される（但し１≧Ｙ≧Ｘ≧０）。代替
的に、一方のサイドの障壁はＡｌZ Ｇａ1-Z Ａｓの組成
（Ｚ＞Ｘ）を有することが可能である。次に、（適切な
キャップを用いた）アニール下において、Ａｌ及びＧａ
がインターミックスし、この場合Ａｌは障壁から量子ウ
ェルへ移動し、Ｇａは逆に移動する。このことは所望の
量子ウェルのバンドギャップを増加させる。
【００４４】このケースにおいて、図４に関して説明し
たように、ＱＷ及び障壁領域の選択的インターミックス
は、第１ＱＷ活性領域よりもはるかに高い第２ＱＷ活性
領域の内部拡散定数（即ち内部拡散速度）によってもた
らされる。この場合、第１活性領域は、例えばＡｌX Ｇ
ａY Ｉｎ1-X-Y ＰのＱＷ及びＡｌX1ＧａY1Ｉｎ1-X1-Y1
Ｐ（Ｘ１＞Ｘ）の障壁のようなＡｌＧａＩｎＰの量子ウ
ェル及び障壁を有し、好ましくは第２活性領域は、例え
ばＡｌZ Ｇａ1-Z ＡｓのＱＷ及びＡｌZ1Ｇａ1-Z1Ａｓ
（Ｚ１＞Ｚ）の障壁のようなＡｌＧａＡｓの量子ウェル
及び障壁を有し、Ｇａ及びＡｌの内部拡散定数はＡｌＧ
ａＡｓ第２活性領域に対して相対的に非常に高い。
たように、ＱＷ及び障壁領域の選択的インターミックス
は、第１ＱＷ活性領域よりもはるかに高い第２ＱＷ活性
領域の内部拡散定数（即ち内部拡散速度）によってもた
らされる。この場合、第１活性領域は、例えばＡｌX Ｇ
ａY Ｉｎ1-X-Y ＰのＱＷ及びＡｌX1ＧａY1Ｉｎ1-X1-Y1
Ｐ（Ｘ１＞Ｘ）の障壁のようなＡｌＧａＩｎＰの量子ウ
ェル及び障壁を有し、好ましくは第２活性領域は、例え
ばＡｌZ Ｇａ1-Z ＡｓのＱＷ及びＡｌZ1Ｇａ1-Z1Ａｓ
（Ｚ１＞Ｚ）の障壁のようなＡｌＧａＡｓの量子ウェル
及び障壁を有し、Ｇａ及びＡｌの内部拡散定数はＡｌＧ
ａＡｓ第２活性領域に対して相対的に非常に高い。
【００４５】図には示されていないが、周知のように、
溝によって実現されるようなアイソレーションを図３及
び図８の横方向並列レーザ間に組み込むことが望ましい
場合がある。
溝によって実現されるようなアイソレーションを図３及
び図８の横方向並列レーザ間に組み込むことが望ましい
場合がある。
【００４６】前述の例は赤外波長の組み合わせ又は１つ
の赤外波長と１つの赤色波長の組み合わせを示したが、
２つの赤外波長を有する他のＩＩＩ−Ｖ族混成体構造、
２つの赤色波長を有する構造、これらの組み合わせ及び
複数のこれら波長、又は一般的には充分なスペクトラム
間隔の放射波長から成る任意のセットを形成するために
前述の方法は利用可能である。
の赤外波長と１つの赤色波長の組み合わせを示したが、
２つの赤外波長を有する他のＩＩＩ−Ｖ族混成体構造、
２つの赤色波長を有する構造、これらの組み合わせ及び
複数のこれら波長、又は一般的には充分なスペクトラム
間隔の放射波長から成る任意のセットを形成するために
前述の方法は利用可能である。
【００４７】図３のスタックアレイに関連する前述の説
明において、望ましくない領域２０を除去する１つの方
法は、レイヤ１５の成長時に該レイヤにＳｉを組み込
み、選択的キャップ条件を使用してインターミックスを
生じる位置を制御し、領域２０のバンドギャップを増大
させる。本発明の他の実施例について次に説明する。こ
れら実施例においては、埋め込み不純物ソースが使用さ
れてレーザダイオードの活性領域に対する側面インデッ
クスガイド領域が形成される。本発明のこの態様は、図
１３及び図１４のＡｌＧａＡｓレーザ構造において簡潔
に示されており、図１３及び図１４はそれぞれアニール
前及びアニール後の構造を示す。当該構造は基体７０を
含み、該基体上に下部クラッドレイヤ７１、ＱＷ活性領
域７２、上部クラッドレイヤ７３、及びキャップレイヤ
７４が成長される。この構造と従来のレーザ構造との違
いは、ｎ型クラッドレイヤのドーピングである。このケ
ースにおいて、該レイヤは通常よりもはるかに高いレベ
ルでＳｉドープされる。このことは導波路のＩＩＬＤに
対する不純物ソースを提供する。リーズナブルな時間及
び温度での導波路７２へのＳｉ拡散に対応する濃度を提
供するためにドーピングレベルは５×１０18ｃｍ-3より
高いことが必要される。アニール期間中、導波路を介し
たＳｉ拡散によってＩＩＬＤが生じる。表面条件の適切
なパターン化によって、ＩＩＬＤはストライプ７６の外
部領域内へ進行可能となると共にストライプ下において
停止するか又は著しく低速となり得る。この結果導波路
及びＱＷはストライプ下においてほとんど影響を受けな
い。これを達成するための多くの可能なキャップ条件が
以下に説明される。アニール期間中、ＩＩＬＤはストラ
イプ７６外部のインターミックス領域７７を結果として
生じ、該領域はストライプ領域よりも高いバンドギャッ
プ及び低い屈折率を有し、このことは従来のＩＩＬＤイ
ンデックスガイド型レーザにおけるような横方向の電気
的及び光学的閉じ込めを与える。
明において、望ましくない領域２０を除去する１つの方
法は、レイヤ１５の成長時に該レイヤにＳｉを組み込
み、選択的キャップ条件を使用してインターミックスを
生じる位置を制御し、領域２０のバンドギャップを増大
させる。本発明の他の実施例について次に説明する。こ
れら実施例においては、埋め込み不純物ソースが使用さ
れてレーザダイオードの活性領域に対する側面インデッ
クスガイド領域が形成される。本発明のこの態様は、図
１３及び図１４のＡｌＧａＡｓレーザ構造において簡潔
に示されており、図１３及び図１４はそれぞれアニール
前及びアニール後の構造を示す。当該構造は基体７０を
含み、該基体上に下部クラッドレイヤ７１、ＱＷ活性領
域７２、上部クラッドレイヤ７３、及びキャップレイヤ
７４が成長される。この構造と従来のレーザ構造との違
いは、ｎ型クラッドレイヤのドーピングである。このケ
ースにおいて、該レイヤは通常よりもはるかに高いレベ
ルでＳｉドープされる。このことは導波路のＩＩＬＤに
対する不純物ソースを提供する。リーズナブルな時間及
び温度での導波路７２へのＳｉ拡散に対応する濃度を提
供するためにドーピングレベルは５×１０18ｃｍ-3より
高いことが必要される。アニール期間中、導波路を介し
たＳｉ拡散によってＩＩＬＤが生じる。表面条件の適切
なパターン化によって、ＩＩＬＤはストライプ７６の外
部領域内へ進行可能となると共にストライプ下において
停止するか又は著しく低速となり得る。この結果導波路
及びＱＷはストライプ下においてほとんど影響を受けな
い。これを達成するための多くの可能なキャップ条件が
以下に説明される。アニール期間中、ＩＩＬＤはストラ
イプ７６外部のインターミックス領域７７を結果として
生じ、該領域はストライプ領域よりも高いバンドギャッ
プ及び低い屈折率を有し、このことは従来のＩＩＬＤイ
ンデックスガイド型レーザにおけるような横方向の電気
的及び光学的閉じ込めを与える。
【００４８】この方法の１つの欠点の可能性は、クラッ
ドレイヤ７１内の高いドーピングレベルがデバイスの自
由キャリア吸収損失を増加させることである。このこと
はスレショルド電流の増加及び効率の低下につながる。
ストライプ領域内の自由キャリア吸収を緩和するため
に、図１５及び図１６に示すように、Ｓｉのない分離レ
イヤ７８を付加することによって、アニールの前後で不
純物ソースが導波路から若干遠ざけられることが可能で
ある。これによって若干の光学モードが高ドープ領域７
１にオーバーラップして自由キャリア損失が減少する。
導波路に隣接するより低濃度にドープされた分離レイヤ
７８を付加することもまたストライプ領域内の高いＩＩ
ＬＤを回避する能力を増加させる。先に述べた例におけ
るように、アニール期間中において導波路を介してクラ
ッドレイヤ７１から限られた距離までＳｉが拡散し、表
面パターン化によって制御された領域内のＩＩＬＤを開
始する。
ドレイヤ７１内の高いドーピングレベルがデバイスの自
由キャリア吸収損失を増加させることである。このこと
はスレショルド電流の増加及び効率の低下につながる。
ストライプ領域内の自由キャリア吸収を緩和するため
に、図１５及び図１６に示すように、Ｓｉのない分離レ
イヤ７８を付加することによって、アニールの前後で不
純物ソースが導波路から若干遠ざけられることが可能で
ある。これによって若干の光学モードが高ドープ領域７
１にオーバーラップして自由キャリア損失が減少する。
導波路に隣接するより低濃度にドープされた分離レイヤ
７８を付加することもまたストライプ領域内の高いＩＩ
ＬＤを回避する能力を増加させる。先に述べた例におけ
るように、アニール期間中において導波路を介してクラ
ッドレイヤ７１から限られた距離までＳｉが拡散し、表
面パターン化によって制御された領域内のＩＩＬＤを開
始する。
【００４９】図１７及び図１８は、埋め込み不純物ソー
スの配置に関する他の代替実施例を示す。下部クラッド
レイヤ内に不純物ソースを配置するよりもむしろ、図に
示されるように不純物は導波路領域８０内に含有され
る。このケースにおいて、Ｓｉは外部へ拡散し、表面パ
ターン化によって選択された領域７７内のＩＩＬＤを開
始する。この代替例において、下部クラッドレイヤ７９
は従来のドーピングを有する。
スの配置に関する他の代替実施例を示す。下部クラッド
レイヤ内に不純物ソースを配置するよりもむしろ、図に
示されるように不純物は導波路領域８０内に含有され
る。このケースにおいて、Ｓｉは外部へ拡散し、表面パ
ターン化によって選択された領域７７内のＩＩＬＤを開
始する。この代替例において、下部クラッドレイヤ７９
は従来のドーピングを有する。
【００５０】初期不純物配置の内のいづれの１つ又はい
づれの組み合わせが使用されても、アニール後の構造は
同様となる。図１３の構造に対して前記処理を行った構
造が図１９に示されており、シリコンニトライドの除去
の後に金属接点８１が付加されてデバイスを介して電流
の通過が可能となる。ｐ−ｎジャンクションが点線８２
で示される。ストライプ７６外部のｐ−ｎジャンクショ
ンは高バンドギャップクラッドレイヤ物質内にあるた
め、該ｐ−ｎジャンクションはレーザーストライプ内の
相対的に低いバンドギャップの活性領域内のｐ−ｎジャ
ンクションよりも高いターンオン電圧を有する。結果と
して、ストライプ外部へのリーク電流は非常に小さくな
る。しかし、図２０の８３に示すように、プロトン又は
他のイオンのインプランテーションによってストライプ
外部のデバイス上部領域を高抵抗性物質に変換すること
によって、リーク電流が更に低減可能である。このこと
はまた同一チップ上のデバイス間の電気的アイソレーシ
ョンを増加させる。頂部の接触抵抗を低減するために、
図２１のようなｚｉｎｃ拡散を実行することが有効であ
り、又は、好ましくは図２２に示すようなｚｉｎｃ拡散
とイオンインプランテーションの両者を実行することが
有効である。
づれの組み合わせが使用されても、アニール後の構造は
同様となる。図１３の構造に対して前記処理を行った構
造が図１９に示されており、シリコンニトライドの除去
の後に金属接点８１が付加されてデバイスを介して電流
の通過が可能となる。ｐ−ｎジャンクションが点線８２
で示される。ストライプ７６外部のｐ−ｎジャンクショ
ンは高バンドギャップクラッドレイヤ物質内にあるた
め、該ｐ−ｎジャンクションはレーザーストライプ内の
相対的に低いバンドギャップの活性領域内のｐ−ｎジャ
ンクションよりも高いターンオン電圧を有する。結果と
して、ストライプ外部へのリーク電流は非常に小さくな
る。しかし、図２０の８３に示すように、プロトン又は
他のイオンのインプランテーションによってストライプ
外部のデバイス上部領域を高抵抗性物質に変換すること
によって、リーク電流が更に低減可能である。このこと
はまた同一チップ上のデバイス間の電気的アイソレーシ
ョンを増加させる。頂部の接触抵抗を低減するために、
図２１のようなｚｉｎｃ拡散を実行することが有効であ
り、又は、好ましくは図２２に示すようなｚｉｎｃ拡散
とイオンインプランテーションの両者を実行することが
有効である。
【００５１】図には示されていないが、一般的にはへき
開によってデバイスの対向両端にリフレクタが形成され
て通常の光学キャビティが形成される。
開によってデバイスの対向両端にリフレクタが形成され
て通常の光学キャビティが形成される。
【００５２】以上の説明で示された例はＡｌＧａＡｓ物
質系のデバイスに関するものであった。ＡｌＧａＩｎＰ
／ＧａＡｓ物質系の赤色放射レーザに対しては、Ｐ含有
レイヤとＡｓ含有レイヤとのインターミックスに関する
付加的問題が存在する。そのようなレイヤがインターミ
ックスする場合、格子不整合と歪みが生じる可能性があ
り、デバイス動作に対して有害で潜在的な致命傷となり
得る欠点を最終的にもたらす。従って、構造内の不純物
配置の選択において付加的な考慮がされなければならな
い。図２３は、図１５及び図１６のＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ構造に類似のＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓレーザ構造
を示す。（物質の変更以外の）重要な相違は、高ドープ
Ｓｉソースレイヤ８６と基体７０との間の付加的分離レ
イヤ８５の追加である。この分離レイヤ８５は、ソース
レイヤ８６から拡散するＳｉがＡｌＧａＩｎＰクラッド
レイヤ８５とＧａＡｓ基体７０との境界へ到達しないよ
うな充分な厚さであることが必要である。このレイヤが
ない場合、クラッドレイヤは基体とインターミックス
し、特定の欠点を生じる。部分的クラッドレイヤ７８’
がＳｉソース８６と活性領域８７間に与えられる。
質系のデバイスに関するものであった。ＡｌＧａＩｎＰ
／ＧａＡｓ物質系の赤色放射レーザに対しては、Ｐ含有
レイヤとＡｓ含有レイヤとのインターミックスに関する
付加的問題が存在する。そのようなレイヤがインターミ
ックスする場合、格子不整合と歪みが生じる可能性があ
り、デバイス動作に対して有害で潜在的な致命傷となり
得る欠点を最終的にもたらす。従って、構造内の不純物
配置の選択において付加的な考慮がされなければならな
い。図２３は、図１５及び図１６のＡｌＧａＡｓ／Ｇａ
Ａｓ構造に類似のＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓレーザ構造
を示す。（物質の変更以外の）重要な相違は、高ドープ
Ｓｉソースレイヤ８６と基体７０との間の付加的分離レ
イヤ８５の追加である。この分離レイヤ８５は、ソース
レイヤ８６から拡散するＳｉがＡｌＧａＩｎＰクラッド
レイヤ８５とＧａＡｓ基体７０との境界へ到達しないよ
うな充分な厚さであることが必要である。このレイヤが
ない場合、クラッドレイヤは基体とインターミックス
し、特定の欠点を生じる。部分的クラッドレイヤ７８’
がＳｉソース８６と活性領域８７間に与えられる。
【００５３】この方法の重要な態様は、表面条件を使用
して構造の特定領域内でＩＩＬＤを発生させるかさせな
いかを制御することである。そのような制御を可能とす
る多くの可能な表面条件がＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ構造
に対して図２４（ａ）及び（ｂ）に示される。レーザ構
造の頂部レイヤのみが示される。図２４（ａ）におい
て、ＩＩＬＤが行われる領域はシリコンニトライド８９
でカバーされ、シリコンニトライド８９はＡｓを含んで
も含まなくてもよく、ＩＩＬＤが行われない領域は露出
したままである。Ａｓオーバープレッシャーのないアニ
ール期間中、露出表面はＡｓを失い、Ａｓ欠乏状態とな
る。先に述べたように、Ａｓ欠乏雰囲気はｎ型物質内の
ＩＩＬＤを抑圧し、一方、Ａｓ過剰雰囲気はｎ型物質内
のＩＩＬＤを増加させる。図２４（ａ）に示されるＡｌ
ＧａＡｓ構造のパターン化は、シリコンニトライド下の
ドープレイヤよりも露出表面下のドープレイヤのほうが
ＩＩＬＤが非常に低速になることを我々は確認した。図
２４（ｂ）において、ＳｉＯ2 ９０が使用されてＩＩＩ
族空格子点ソースが提供され、ＩＩＩ族サブ格子上のＳ
ｉ拡散及びインターミックスを増加させる。
して構造の特定領域内でＩＩＬＤを発生させるかさせな
いかを制御することである。そのような制御を可能とす
る多くの可能な表面条件がＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ構造
に対して図２４（ａ）及び（ｂ）に示される。レーザ構
造の頂部レイヤのみが示される。図２４（ａ）におい
て、ＩＩＬＤが行われる領域はシリコンニトライド８９
でカバーされ、シリコンニトライド８９はＡｓを含んで
も含まなくてもよく、ＩＩＬＤが行われない領域は露出
したままである。Ａｓオーバープレッシャーのないアニ
ール期間中、露出表面はＡｓを失い、Ａｓ欠乏状態とな
る。先に述べたように、Ａｓ欠乏雰囲気はｎ型物質内の
ＩＩＬＤを抑圧し、一方、Ａｓ過剰雰囲気はｎ型物質内
のＩＩＬＤを増加させる。図２４（ａ）に示されるＡｌ
ＧａＡｓ構造のパターン化は、シリコンニトライド下の
ドープレイヤよりも露出表面下のドープレイヤのほうが
ＩＩＬＤが非常に低速になることを我々は確認した。図
２４（ｂ）において、ＳｉＯ2 ９０が使用されてＩＩＩ
族空格子点ソースが提供され、ＩＩＩ族サブ格子上のＳ
ｉ拡散及びインターミックスを増加させる。
【００５４】ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓの赤色放射レー
ザのケースにおいて、同じ表面条件が使用可能である。
代替的に、ＧａＡｓキャップがエッチオフされ、Ａｓを
Ｐで置き換えた類似の表面条件が利用可能である。Ａｌ
ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓにおける付加的代替例として、ス
トライプ領域外の領域のみにおいてＧａＡｓキャップが
除去され、図２５（ａ）に示すキャップ条件が適用可能
である。この場合、ニトライド９４内の過剰Ｐによって
ストライプ外でＩＩＬＤが発生し、Ａｓ欠乏状態によっ
てストライプ下ではＩＩＬＤが回避される。図２５
（ｂ）において、ＳｉＯ2 ９５はＩＩＩ族の空格子点ソ
ースを提供し、ＩＩＩ族サブ格子上のＳｉ拡散及びイン
ターミックスを増加させる。
ザのケースにおいて、同じ表面条件が使用可能である。
代替的に、ＧａＡｓキャップがエッチオフされ、Ａｓを
Ｐで置き換えた類似の表面条件が利用可能である。Ａｌ
ＧａＩｎＰ／ＧａＡｓにおける付加的代替例として、ス
トライプ領域外の領域のみにおいてＧａＡｓキャップが
除去され、図２５（ａ）に示すキャップ条件が適用可能
である。この場合、ニトライド９４内の過剰Ｐによって
ストライプ外でＩＩＬＤが発生し、Ａｓ欠乏状態によっ
てストライプ下ではＩＩＬＤが回避される。図２５
（ｂ）において、ＳｉＯ2 ９５はＩＩＩ族の空格子点ソ
ースを提供し、ＩＩＩ族サブ格子上のＳｉ拡散及びイン
ターミックスを増加させる。
【００５５】図１７及び１８の実施例の製造において、
他の実施例では通常非ドープである活性領域８０は、Ｓ
ｉドーピングの存在に起因して、実際にはｎ型導電性を
示すドープ活性領域となる。この活性領域上の非キャッ
プ表面と、ＩＩＩ−Ｖ族混成体のＶ族要素（ＧａＡｓの
Ａｓ、又はＧａＩｎＰのＰ）のオーバープレッシャーを
なくすることとによってインターミックスが回避され
る。結果として、アニール期間中にＡｓの外部拡散が発
生して非キャップ表面からＡｓが失われ、望ましくない
インターミックスが回避される。文献４は異なるアプロ
ーチを使用する。この文献において、（Ｓｉ2 ）Y （Ｇ
ａＡｓ）1-Y アロイが活性レイヤ内に形成される。外側
の活性レイヤ部分はドープされないままである。側面の
インデックスガイド領域を形成するために、ストライプ
領域外にＳｉＯ2 キャップが付加され、Ａｓオーバープ
レッシャーを伴うアニールステップが実行されてＧａ空
格子点を発生し、アロイの組成が変化してインターミッ
クスのためのＳｉ拡散が促進される。Ａｓオーバープレ
ッシャーにより、外部拡散中にＡｓは失われず、従っ
て、この文献は本発明の前述の態様で実行されるような
インターミックスを回避するための表面からのＶ族要素
の損失に依存していない。更に、本発明のこの態様はイ
ンターミックスを発生させるための付加的Ｇａ空格子点
ソースを必要としない。
他の実施例では通常非ドープである活性領域８０は、Ｓ
ｉドーピングの存在に起因して、実際にはｎ型導電性を
示すドープ活性領域となる。この活性領域上の非キャッ
プ表面と、ＩＩＩ−Ｖ族混成体のＶ族要素（ＧａＡｓの
Ａｓ、又はＧａＩｎＰのＰ）のオーバープレッシャーを
なくすることとによってインターミックスが回避され
る。結果として、アニール期間中にＡｓの外部拡散が発
生して非キャップ表面からＡｓが失われ、望ましくない
インターミックスが回避される。文献４は異なるアプロ
ーチを使用する。この文献において、（Ｓｉ2 ）Y （Ｇ
ａＡｓ）1-Y アロイが活性レイヤ内に形成される。外側
の活性レイヤ部分はドープされないままである。側面の
インデックスガイド領域を形成するために、ストライプ
領域外にＳｉＯ2 キャップが付加され、Ａｓオーバープ
レッシャーを伴うアニールステップが実行されてＧａ空
格子点を発生し、アロイの組成が変化してインターミッ
クスのためのＳｉ拡散が促進される。Ａｓオーバープレ
ッシャーにより、外部拡散中にＡｓは失われず、従っ
て、この文献は本発明の前述の態様で実行されるような
インターミックスを回避するための表面からのＶ族要素
の損失に依存していない。更に、本発明のこの態様はイ
ンターミックスを発生させるための付加的Ｇａ空格子点
ソースを必要としない。
【００５６】ストライプ表面がＡｓ欠乏アニール状態に
おかれるケースにおいて、表面からのＡｓの損失は、完
成デバイスにおいてより高いダイオードターンオン電圧
及び並列抵抗をもたらす。図２１及び図２２に関して説
明したｚｉｎｃ拡散は、ダイオードの電気的特性を改善
する補助となる。代替的に、又は付加的に、構造頂部に
犠牲的レイヤが付加可能である。これら犠牲的レイヤは
アニール中に劣化するがこの下部のレイヤの劣化を低減
する。アニール及び誘電体表面レイヤの除去に続いて、
これら犠牲的レイヤはエッチングにより除去可能であ
る。適切なレイヤデザインの使用によって、選択的なエ
ッチング手段により前記除去は容易に実行可能である。
犠牲的レイヤの除去に続いて、図２２のように、デバイ
スはｚｉｎｃ拡散、イオンインプラント、及び金属接点
が施されることが可能である。
おかれるケースにおいて、表面からのＡｓの損失は、完
成デバイスにおいてより高いダイオードターンオン電圧
及び並列抵抗をもたらす。図２１及び図２２に関して説
明したｚｉｎｃ拡散は、ダイオードの電気的特性を改善
する補助となる。代替的に、又は付加的に、構造頂部に
犠牲的レイヤが付加可能である。これら犠牲的レイヤは
アニール中に劣化するがこの下部のレイヤの劣化を低減
する。アニール及び誘電体表面レイヤの除去に続いて、
これら犠牲的レイヤはエッチングにより除去可能であ
る。適切なレイヤデザインの使用によって、選択的なエ
ッチング手段により前記除去は容易に実行可能である。
犠牲的レイヤの除去に続いて、図２２のように、デバイ
スはｚｉｎｃ拡散、イオンインプラント、及び金属接点
が施されることが可能である。
【００５７】前述のように、本発明の方法は、ＩＩＬＤ
によるＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ物質系のインデックス
ガイド型レーザの形成に対して表面ソースからの拡散を
使用する従来技術により近い方法と比較してＩＩＬＤに
対して相対的に低い温度及び相対的に短い時間を可能と
する。
によるＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ物質系のインデックス
ガイド型レーザの形成に対して表面ソースからの拡散を
使用する従来技術により近い方法と比較してＩＩＬＤに
対して相対的に低い温度及び相対的に短い時間を可能と
する。
【００５８】本発明は特定の実施例と共に説明された
が、多くの代替、修正、及び変形が可能であることは等
業者には明らかである。従って、本発明は、請求の範囲
に含まれる全てのそのような代替、修正、及び変形を含
むことが意図される。
が、多くの代替、修正、及び変形が可能であることは等
業者には明らかである。従って、本発明は、請求の範囲
に含まれる全てのそのような代替、修正、及び変形を含
むことが意図される。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、マ
ルチレイヤ構造半導体デバイスの製造で生じる望ましく
ないレイヤが選択的に除去可能となる。
ルチレイヤ構造半導体デバイスの製造で生じる望ましく
ないレイヤが選択的に除去可能となる。
【図１】（ａ）は、再成長後の望ましい半導体構造の多
くのレイヤに対するＡｌ含有量の概略図であり、（ｂ）
は、望ましくないＧａＡｓ埋め込みレイヤを生成する成
長後の実際の半導体構造の概略図である。
くのレイヤに対するＡｌ含有量の概略図であり、（ｂ）
は、望ましくないＧａＡｓ埋め込みレイヤを生成する成
長後の実際の半導体構造の概略図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、本発明に従う
一デバイス形態の製造におけるアニール期間中のＡｌ含
有量及びＳｉ不純物濃度の変化を示す図である。
一デバイス形態の製造におけるアニール期間中のＡｌ含
有量及びＳｉ不純物濃度の変化を示す図である。
【図３】本発明に従うスタック活性領域レーザの一形態
の断面図である。
の断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に従うドープレイ
ヤインターミックスの効果を示すエネルギーバンド図の
シーケンスである。
ヤインターミックスの効果を示すエネルギーバンド図の
シーケンスである。
【図５】２つの物質系のＡｌ−Ｇａ内部拡散定数のプロ
ット図である。
ット図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、特定のＩＩＩ−Ｖ族構造
におけるレイヤインターミックスの効果を示す図であ
る。
におけるレイヤインターミックスの効果を示す図であ
る。
【図７】本発明に従う他の形態のデバイスの製造中の概
略断面図である。
略断面図である。
【図８】本発明に従う半導体レーザの他の形態の概略図
である。
である。
【図９】本発明に従う半導体デバイスを形成する他の方
法を示す図である。
法を示す図である。
【図１０】本発明に従う半導体デバイスを形成する他の
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図１１】本発明に従う半導体デバイスを形成する他の
方法を示す図である。
方法を示す図である。
【図１２】本発明に従う半導体デバイスの概略断面図で
ある。
ある。
【図１３】本発明に従う特定のＩＩＩ−Ｖ族構造の断面
図である。
図である。
【図１４】本発明に従う特定のＩＩＩ−Ｖ族構造の断面
図である。
図である。
【図１５】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図１６】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図１７】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図１８】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図１９】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図２０】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図２１】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図２２】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図２３】本発明に従う特定の半導体構造の断面図であ
る。
る。
【図２４】（ａ）及び（ｂ）は、ＩＩＬＤステップ中に
表面条件を制御して活性ストライプ領域外に不純物拡散
を発生させ、活性ストライプ領域内への不純物拡散を回
避するための方法を示す図である。
表面条件を制御して活性ストライプ領域外に不純物拡散
を発生させ、活性ストライプ領域内への不純物拡散を回
避するための方法を示す図である。
【図２５】（ａ）及び（ｂ）は、ＩＩＬＤステップ中に
表面条件を制御して活性ストライプ領域外に不純物拡散
を発生させ、活性ストライプ領域内への不純物拡散を回
避するための方法を示す図である。
表面条件を制御して活性ストライプ領域外に不純物拡散
を発生させ、活性ストライプ領域内への不純物拡散を回
避するための方法を示す図である。
１０ マルチ波長スタック活性領域レーザ ２０ インターミックス領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エル．ソーントン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94303 イースト パロ アルト ミッシ ョン ドライヴ 123 (72)発明者 デービッド ピー．ボアー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95014 クペルティノ ベル エアー コ ート 11092 (72)発明者 トーマス エル．パオリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス シプレス ドラ イヴ 420 (72)発明者 ジャック ウォーカー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087 サニーヴェイル フロイド アヴ ェニュー 1401
Claims (1)
- 【請求項１】 複数のレイヤを有する半導体デバイスを
形成する方法であって、 （ａ）半導体基体を提供するステップを備え、 （ｂ）前記基体上に複数のレイヤを形成するステップを
備え、前記レイヤの内の少なくとも１つはドープされ、
限られた物質量の不純物誘導レイヤ不規則化のための不
純物原子タイプ及び不純物濃度を有し、 （ｃ）前記不純物を選択された領域内のみに拡散させる
ことによって、前記ドープレイヤ、及び、前記複数レイ
ヤ構造の選択された横方向領域内の前記ドープレイヤの
隣接レイヤをインターミックスするステップを備える、 複数レイヤ構造半導体デバイスの形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US367554 | 1995-01-03 | ||
| US08/367,554 US5708674A (en) | 1995-01-03 | 1995-01-03 | Semiconductor laser or array formed by layer intermixing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236860A true JPH08236860A (ja) | 1996-09-13 |
| JP3845138B2 JP3845138B2 (ja) | 2006-11-15 |
Family
ID=23447659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35338395A Expired - Lifetime JP3845138B2 (ja) | 1995-01-03 | 1995-12-29 | スタック活性領域レーザの形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5708674A (ja) |
| JP (1) | JP3845138B2 (ja) |
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| WO2014126164A1 (ja) * | 2013-02-13 | 2014-08-21 | 古河電気工業株式会社 | 半導体光素子、半導体レーザ素子、及びその製造方法、並びに半導体レーザモジュール及び半導体素子の製造方法 |
| US10033154B2 (en) | 2010-03-03 | 2018-07-24 | Furukawa Electronic Co., Ltd. | Semiconductor optical element, semiconductor laser element, and method for manufacturing semiconductor optical element and semiconductor laser element, and method for manufacturing semiconductor laser module and semiconductor element |
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