JPH1065144A - 光電子集積回路およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光レーザとヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタからなる光電子集積回路において、高速で面発光
レーザを駆動する構造を提供する。 【解決手段】 面発光レーザ１５０とヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ１５１とから構成される光電子集積回
路において、コレクタ層１０５の周縁部に高抵抗層１１
０を設けている。これにより、ベース・コレクタ接合面
積を低減し、電流遮断周波数を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直共振器型面発
光レーザとヘテロ接合バイポーラトランジスタとを備え
た光電子集積回路およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の垂直共振器型面発光レーザとヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタからなる光電子集積回路
には、例えばフォトニック・テクノロジー・レターズ第
５巻、９号、１０３５ページから１０３８ページ（１９
９３年）（Photon. Technol. Lett. Vol. 5, No. 9, p
p. 1035-1038 (1993)）に記載されている例がある。

【０００３】この光電子集積回路について説明する。Ｇ
ａＡｓ基板上に垂直共振器型面発光レーザ（以下、ＶＣ
ＳＥＬ）およびＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴ）をこの順に結晶
成長した層構造をしている。ＶＣＳＥＬは、その上のＨ
ＢＴ層をウエットエッチングにより除去されて形成さ
れ、レーザ光はＨＢＴが除去されて開口された面から出
射する。前記ＶＣＳＥＬと隣接した位置にＨＢＴが形成
されており、これらのＶＣＳＥＬとＨＢＴは、イオン注
入による高抵抗層で分離されている。ＶＣＳＥＬのアノ
ードとＨＢＴのエミッタが配線で結ばれことで、これら
は電気的に直列につながれている。ＶＣＳＥＬの出力光
は、ＨＢＴにより変調される。またその電流増幅作用に
より、十数マイクロアンペア程度のベース電流でレーザ
発振させることも可能である。

【０００４】また、ＶＣＳＥＬとＨＢＴとを縦に積層し
た構造の光電子集積回路としては、特開平６−６１５８
０号公報、ＵＳＰ５２８３４４７号がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＶＣＳＥＬとそれを駆
動するＨＢＴとが集積されたデバイスが従来から提案さ
れてはいるが、これらを同一基板上に集積する目的の一
つは、ＶＣＳＥＬからの出力光をＨＢＴにより、高速で
変調することである。ＨＢＴ単体では100ＧＨｚ以上の
電流遮断周波数や最大発振周波数をもつものも報告され
ているが、電気的に直列にＶＣＳＥＬがＨＢＴに接続さ
れたとき、ＶＣＳＥＬ部分の抵抗のため、ＨＢＴの変調
速度が制限され、光電子集積回路としての電流遮断周波
数及び最大発振周波数はかなり低下する。

【０００６】従来の技術では、エミッタと直列にＶＣＳ
ＥＬが接続されているので光電子集積回路としての抵抗
は170Ω〜250Ωあり、エミッタ、ベース、コレクタのサ
イズから考えるとＧＨｚオーダーの高速変調は期待でき
ない。

【０００７】そこで、本発明は上記従来の課題を解決
し、ＨＢＴにＶＣＳＥＬが電気的に直列に接続されてい
る光電子集積回路において、ベース・コレクタ接合容量
を低減することにより、ＶＣＳＥＬ部分の抵抗による電
流遮断周波数の低下を防止し、高速で変調可能な光電子
集積回路を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、垂直共振器型面発光レーザとヘテロ接合バイポー
ラトランジスタが同一基板上に集積されている光電子集
積回路において、以下に述べる4つの構成により課題を
解決するものである。

【０００９】第１の構成として、コレクタ層の周縁部、
またはベース層の一部とコレクタ層の周縁部をイオン注
入法等により高抵抗化し、ベース・コレクタ接合面積を
低減する。それにより電流遮断周波数ｆＴを大きくでき
るので、ＶＣＳＥＬを高速に駆動することができる。

【００１０】第２の構成として、第１の構成に加え、コ
レクタ層の厚さを５００nm以上に設定することで、ベー
ス電極と高抵抗層の下にある層との間で生じる容量を低
減し、全体としてのベース・コレクタ接合容量を低減す
る。

【００１１】第３の構成として、コレクタ層の周縁部を
除去することでベース・コレクタ接合面積を低減し、こ
れらの間の接合容量を低減する。

【００１２】第４の構成として、コレクタ層中でベース
層との界面にＡｌＡｓ層を入れ、このＡｌＡｓ層のみを
選択的に酸化することで高抵抗化し、ベース・コレクタ
接合容量を低減する。あるいは、前記ＡｌＡｓ層を酸ま
たはアルカリで選択的に除去することでベース・コレク
タ接合容量を低減する。

【００１３】これらの手段により、いずれも光電子集積
回路の高速駆動を実現することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図８を用いて説明する。

【００１５】（実施の形態１）図１に本発明における一
実施の形態の光電子集積回路の断面図を示す。

【００１６】ｎ−ＧａＡｓ基板101上にp型ブラッグ反射
器102と、活性層103と、n型ブラッグ反射器104と、nー
ＧａＡｓからなるコレクタ層105と、ｐ−ＧａＡｓから
なるベース層106と、nーＡｌＧａＡｓからなるエミッタ
層107と、nーＧａＡs層からなるキャップ層108を分子線
エピタキシー法により結晶成長した後、アノード電極10
9、ベース電極1061、エミッタ電極1071を形成する。p型
ブラッグ反射器102、活性領域103とn型ブラッグ反射器1
04は面発光レーザ150を構成し、活性層103からの発光
は、p型ブラッグ反射器102とn型ブラッグ反射器104から
なる共振器により、閉じ込められて増幅されレーザ発振
に至る。面発光レーザ150からのレーザ光は、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板101を通りｎ−ＧａＡｓ基板101の裏面から出射
される。

【００１７】なお、前記p型ブラッグ反射器102は、図１
（ｂ）のように、pーＡｌＡｓ層1021とpーＧａＡｓ層10
22を一対としたもの２４．５対から構成される。pーＡ
ｌＡｓ層1021とpーＧａＡｓ層1022の間には疑似グレー
デッド層1023があり、組成がpーＡｌＡｓからｐ−Ａｌx
Ｇａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１でｘが１から０へ向かう。）
を経てpーＧａＡｓへＡｌ濃度が段階的に変化してい
る。

【００１８】前記n型ブラッグ反射器104は、図１（ｃ）
のように、nーＡｌＡｓ層1041とnーＧａＡｓ層1042を一
対としたもの24.5対から構成される。nーＡｌＡｓ層104
1とnーＧａＡｓ層1042には疑似グレーデッド層1043があ
り、組成がnーＡｌＡｓからｎ−ＡｌＧａＡｓ（０≦ｘ
≦１でｘが１から０へ向かう。）を経てnーＧａＡｓへ
Ａｌ濃度が段階的に変化している。

【００１９】また、活性領域１０３は、アンドープＩｎ
0.2Ｇａ0.8Ａｓ活性層（８nm）を中心とし、その両側に
アンドープＧａＡｓ（１０ｎｍ）、さらにその両側にア
ンドープＡｌ0.5ＧａＡｓ（５０ｎｍ）を形成してい
る。アンドープＡｌＧａＡｓの両側には、ｐ型ブラッグ
反射器側にはｐ−Ａｌ0.5ＧａＡｓ、ｎ型ブラッグ反射
器側にはｎ−Ａｌ０．5ＧａＡｓがそれぞれ８０ｎｍず
つ形成されている。

【００２０】ｎ−ＧａＡｓコレクタ層105、ｐ−ＧａＡ
ｓベース層106、ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓベース電極106
1、エミッタ層107とエミッタ電極1071は、ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ151を構成する。高抵抗層110は、
ベース層106とコレクタ層105の界面およびコレクタ層10
5の周縁部に形成されており、ベース・コレクタ接合容
量を低減している。この高抵抗層110は、例えば、水素
イオン注入または酸素イオン注入により形成される。

【００２１】コレクタ層105とn型ブラッグ反射器104は
それらの界面を接しており、ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ151と面発光レーザ150は、電気的に直列に接続
されている。このため、コレクタ電流が面発光レーザ15
0を駆動する電流となる。通常、面発光レーザ150のしき
い電流は、2〜3ｍＡなので、ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ151の増幅作用により、例えば電流増幅率が100
の場合、20〜30μＡのベース電流で面発光レーザ150
は、レーザ発振することになる。このように、非常に小
さな信号電流をベース層106に加えることで、電流増幅
作用により信号光としてのレーザ光が得られる。

【００２２】我々の検討によれば、ＶＣＳＥＬを高速に
駆動させるためには、ＨＢＴの接合容量を低減させるこ
とが重要であることがわかったので、この点について述
べる。まず、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ151の
電流遮断周波数fTについて説明する。

【００２３】面発光レーザ150とヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ151が電気的に直列に接続されている光電
子集積回路において、面発光レーザ150は電流駆動され
るため、高速変調を考える場合、パワー利得が1となる
最大発振周波数を考えるよりも、電流利得が1となる電
流遮断周波数について考えるほうが適当である。電流遮
断周波数fTは、（式１）で表わされ、エミッタ・ベース
接合容量Ceb及びベース・コレクタ接合容量Cbcに反比例
する。

【００２４】 （式１） fT=1/[2π{re(Cbe+Cbc)+(Re+Rc)Cbc+τb+τc}] ここで、reはエミッタ層とベース層が界面を接する部分
の真性エミッタ抵抗、Reはエミッタ電極のコンタクト抵
抗等を含んだ全エミッタ抵抗、Rcはコレクタ抵抗、τb
はキャリヤのベース走行時間、τcはキャリヤのコレク
タ走行時間であり、通常、reは5Ω以下、τbは2ps、τc
は1ps程度である。Cbe、Cbcはそれぞれ（式２）、（式
３）、（式４）、（式５）により表わされる。

【００２５】 （式２） Cbe＝Ae{εqNbe/2（Vbi-V）}1/2 （式３） Cbc＝Ab{εqNbc/2（Vbi-V）}1/2 （式４） Nbe＝Nb・Ne/（Nb+Ne） （式５） Nbc＝Nb・Nc/（Nb+Nc） ここで、εは誘電率、qは電子の電荷量、Vbiはビルトイ
ンポテンシャル、Vは接合部に加わる電圧、Neはエミッ
タ層のキャリヤ濃度、Nbはベース層のキャリヤ濃度、Nc
はコレクタ層のキャリヤ濃度、Aeはエミッタ面積、Abは
ベース面積である。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の場合、ベース層のキャリヤ濃度は、エミッタ層、コレ
クタ層のキャリヤ濃度より一桁程度大きいので、（式
４）、（式５）はそれぞれ（式６）、（式７）のように
近似される。

【００２６】（式６） Nbe≒Ne （式７） Nbe≒Nc 従って、（式２）、（式３）は、それぞれ（式８）、
（式９）のように近似される。

【００２７】（式８） Cbe＝Ae{εqNe/2（Vbi-V）}1/2 （式９） Cbc＝Ab{εqNc/2（Vbi-V）}1/2 ベース電極の下側のベース層の一部とコレクタ層を高抵
抗化あるいは除去することで空洞化する場合、ベース電
極とコレクタ層の残った部分との間に容量が発生する。
この容量は、通常のコンデンサと同じ式（式１０）で表
され、結局ベース・コレクタ接合容量は、（式９）、
（式１０）を用いて、（式１１）で表されることにな
る。

【００２８】（式１０） C=εS/ d ここで、Sはベース電極の面積、dは高抵抗層あるいは空
洞部分の厚さである。

【００２９】 （式１１）において、右辺第１項をCint、第２項をCext
と呼ぶことにする。

【００３０】Cintは、トランジスタとして動作するベー
ス部、コレクタ部の容量であり、Cextは、高抵抗化した
高抵抗層とベース部の容量である。

【００３１】以上の説明より、電流遮断周波数fTを大き
くするためには、Cbe+Cbc+(Re+Rc)Cbcを小さくしなけれ
ばならない。このうち、Reはエミッタ電極面積、エミッ
タ電極材料、およびコンタクト層材料により決まり、数
Ωから10数Ωである。Rcもヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタと面発光レーザが直列につながっている光電子集
積回路の場合、面発光レーザの直列抵抗でほぼ決めら
れ、１０Ωから数10Ωの大きさとなる。従って、fT向上
のためには、CbeとCbcを低減する必要がある。特に、係
数(Re+Rc)がかかるCbcを低減しなければならない。

【００３２】そこで、本発明は、ベース層106とコレク
タ層105の界面およびコレクタ層105の周縁部に高抵抗層
110を形成することで、ベース・コレクタ接合面積を小
さくし、Cbcを小さくしている。これは（式11）におい
てAbの低減によるCbcの低減を意味する。この高抵抗層1
10は、エミッタ層107からなるエミッタメサ形成後、レ
ジストマスクまたはAuマスクを形成し、ベース層106を
通してイオン注入法で水素イオンまたは酸素イオンをコ
レクタ層105に注入し、高抵抗化して形成される。この
とき、コレクタ層105と界面を接する部分のベース層106
も一部高抵抗化される。

【００３３】これにより、Cbcを低減することができる
ので、実施の形態１で示した光電子集積回路を高速動作
させることができる。

【００３４】（実施の形態２）図２に本発明における一
実施の形態の光電子集積回路の断面図を示す。本実施の
形態は、実施の形態１とほぼ同じ構成ではあるが、コレ
クタ層の厚みを５００ｎｍにしている点が異なってい
る。

【００３５】ｎ−ＧａＡｓ基板201上にp型ブラッグ反射
器202と、活性層203と、n型ブラッグ反射器204と、nー
ＧａＡｓからなるコレクタ層205と、ｐ−ＧａＡｓから
なるベース層206と、nーＡｌＧａＡｓからなるエミッタ
層207と、nーＧａＡs層からなるキャップ層208を分子線
エピタキシー法により結晶成長した後、アノード電極20
9、ベース電極2061、エミッタ電極2071を形成する。p型
ブラッグ反射器202、活性層203とn型ブラッグ反射器204
は面発光レーザ250を構成し、活性層203からの発光は、
p型ブラッグ反射器202とn型ブラッグ反射器204からなる
共振器により、閉じ込められて増幅されレーザ発振に至
る。面発光レーザ250からのレーザ光は、ｎ−ＧａＡｓ
基板201を通りｎ−ＧａＡｓ基板201の裏面から出射され
る。

【００３６】なお、前記p型ブラッグ反射器202は、pー
ＡｌＡｓ層2021とpーＧａＡｓ層2022を一対としたもの2
4.5対からなる。pーＡｌＡｓ層2021とpーＧａＡｓ層202
2の間には疑似グレーデッド層2023があり、組成がpーＡ
ｌＡｓからｐ−ＡｌＧａＡｓを経てpーＧａＡｓへＡｌ
濃度が段階的に変化している。前記n型ブラッグ反射器2
04は、nーＡｌＡｓ層2041とnーＧａＡｓ層2042を一対と
したもの24.5対から構成される。nーＡｌＡｓ層2041とn
ーＧａＡｓ層2042には疑似グレーデッド層2043があり、
組成がnーＡｌＡｓからｎ−ＡｌＧａＡｓを経てnーＧａ
ＡｓへＡｌ濃度が段階的に変化している。

【００３７】コレクタ層205、ベース層206、ベース電極
2061、エミッタ層207とエミッタ電極2071は、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ251を構成する。コレクタ層2
05の厚さは、５００nmの厚さである。高抵抗層210は、
ベース層206とコレクタ層205の界面およびコレクタ層20
5の周縁部に形成されており、ベース・コレクタ接合容
量を低減している。この高抵抗層210は、実施の形態１
において述べたような方法で形成される。

【００３８】通常、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
単体の場合、コレクタ層が厚いと高fT化に不利なためコ
レクタ層205は500nm以上にしない。コレクタ走行時間τ
cが大きくなるからである。（式１）において、τcはせ
いぜい2psの大きさであり、コレクタ層205を数100nm大
きくしたところで、倍の4psにもならない。ところが、
本実施の形態の場合、ヘテロ接合バイポーラトランジス
タ251に面発光レーザ250が直列に接続されているので、
係数(Re+Rc)は、数10Ωとなり、これがかかるCbcを低減
する方がより効果的である。

【００３９】（式11）において、CintとCextに分けて考
える。Cintを減らすためにはベース面積Abを減らせばよ
い。これは高抵抗層210により、ベース・コレクタ接合
面積を小さくすることで実現される。一方、Cextは、高
抵抗層210の厚さｄを大きくしなければならないことが
（式11）から判る。これは、コレクタ層205の厚さを大
きくすることを意味する。

【００４０】尚、本実施例において、コレクタ層205の
厚さは５００nmとしたが、５００nm以上であればよく、
Cbcを低減することができる。

【００４１】（実施の形態３）図３に本発明における一
実施の形態の光電子集積回路の断面図を示す。この実施
の形態は、コレクタ層を除去してCbcを低減した構成と
している。

【００４２】ｎ−ＧａＡｓ基板301上にp型ブラッグ反射
器302と、活性層233と、n型ブラッグ反射器304と、nー
ＧａＡｓからなるコレクタ層305と、ｐ−ＧａＡｓから
なるベース層306と、nーＡｌＧａＡｓからなるエミッタ
層307と、nーＧａＡs層からなるキャップ層308を分子線
エピタキシー法により結晶成長した後、アノード電極30
9、ベース電極3061、エミッタ電極3071を形成する。p型
ブラッグ反射器302、活性層303とn型ブラッグ反射器304
は面発光レーザ350を構成し、活性層303からの発光は、
p型ブラッグ反射器302とn型ブラッグ反射器304からなる
共振器により、閉じ込められて増幅されレーザ発振に至
る。面発光レーザ350からのレーザ光は、ｎ−ＧａＡｓ
基板301を通りｎ−ＧａＡｓ基板301の裏面から出射され
る。

【００４３】なお、前記p型ブラッグ反射器302は、pー
ＡｌＡｓ層3021とpーＧａＡｓ層3022を一対としたもの2
4.5対からなる。

【００４４】pーＡｌＡｓ層3021とpーＧａＡｓ層3022の
間には疑似グレーデッド層3023があり、組成がpーＡｌ
Ａｓからｐ−ＡｌＧａＡｓを経てpーＧａＡｓへＡｌ濃
度が段階的に変化している。前記n型ブラッグ反射器304
は、nーＡｌＡｓ層3041とnーＧａＡｓ層3042を一対とし
たもの24.5対から構成される。nーＡｌＡｓ層3041とnー
ＧａＡｓ層3042には疑似グレーデッド層3043があり、組
成がnーＡｌＡｓからｎ−ＡｌＧａＡｓを経てnーＧａＡ
ｓへＡｌ濃度が段階的に変化している。

【００４５】コレクタ層305、ベース層306、ベース電極
3061、エミッタ層307とエミッタ電極3071は、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ351を構成する。前記コレク
タ層305の面積は、前記ベース層306の面積および前記ｎ
型ブラッグ反射器304より小さい。つまり、前記ベース
層306の周縁部直下は空洞となっており、コレクタ層305
の面積とベース層306の面積が等しい場合に比べ、（式
１１）でのAbが小さくなり、Cbcも小さくなる。つま
り、（式１）からfTの増大が期待される。さらに、前記
コレクタ層305の厚さを５００nm以上にすれば、（式１
１）のCextの低減も実現され、Cbcの低減にはさらに効
果的である。

【００４６】なお、本実施の形態において、前記コレク
タ層305の面積は、前記ｎ型ブラッグ反射器304の面積よ
り小さいとしたが、同じ面積であっても構わない。ま
た、前記空洞部分は、空気で満たされている方が、誘電
率から考えて、Cextの低減には有利であるが、樹脂、Si
O2、SiN等で満たしても構わない。これらの材料は、コ
レクタ層305の材料である半導体材料よりも、誘電率が
小さく、実施の形態１及び２で述べた場合のように高抵
抗層とするよりもさらにCextの低減が期待される。

【００４７】本実施例における光電子集積回路の製造方
法を図４を用いて説明する。ｎ−ＧａＡｓ基板401上に
分子線エピタキシー法または有機金属気相成長法でｐ型
ブラッグ反射器402と、活性層403と、ｎ型ブラッグ反射
器404と、コレクタ層405と、ベース層406と、エミッタ
層407と、キャップ層408をこの順に成長する（図４
ａ）。ｐ型ブラッグ反射器402、活性層403とｎ型ブラッ
グ反射器404は垂直共振器型面発光レーザ450を構成す
る。コレクタ層405、ベース層406、エミッタ層407とキ
ャップ層408はヘテロ接合バイポーラトランジスタ451を
構成する。

【００４８】次にＳｉＮ膜409を500nm以上堆積し、所定
の形状に加工する。硫酸、過酸化水素水、水の混合液の
ウエットエッチングによるエミッタメサ415の形成、レ
ジスト400の基板全面への塗布に続いて、酸素プラズマ
処理を行って、ＳｉＮ膜409上のレジストのみをエッチ
バックする（図４ｂ）。フッ化水素酸でＳｉＮ膜409を
除去し、エミッタ電極410を蒸着し、リフトオフする
（図４ｃ）。

【００４９】ＳｉＯ２膜411を堆積し、所定の形状に加
工した後、ウエットエッチングによりコレクタ層405を
露出する（図４ｄ）。この工程でベースメサ412が形成
される。ＳｉＯ２膜411を除去し、再びＳｉＯ２膜413を
500nm以上堆積し、所定の形状に加工する。この時、Ｓ
ｉＯ２膜413の面積は、ベースメサ412の面積よりも大き
くする（図４ｅ）。

【００５０】硫酸、過酸化水素水、水からなる混合液に
よるウエットエッチングでｎ型ブラッグ反射器404最上
層であるAlAs層までエッチングし、コレクタメサ414を
形成する（図４ｆ）。引き続き、側面が露出したコレク
タ層405をクエン酸、過酸化水素水、水からなる混合液
でサイドエッチングを入れ、ベースメサ412の面積より
小さくする（図４ｇ）。ここまでの工程でヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ451が形成される。

【００５１】ＳｉＯ２膜413を再びマスクとして、塩素
ガスを用いたリアクティブイオンエッチングし、ｎ型ブ
ラッグ反射器404、活性層403を除去する。前記リアクテ
ィブイオンエッチングは、活性層403の直下で停止し、
ｐ型ブラッグ反射器402はエッチングしない。この工程
で垂直共振器型面発光レーザ450が形成される。最後
に、ＳｉＯ２膜413を除去後、アノード電極416を蒸着す
る（図４ｈ）。

【００５２】なお、本実施の形態における製造方法で、
ベースメサ414の形成およびコレクタ層405のエッチング
に硫酸、過酸化水素水、水の混合液によるウエットエッ
チングを用いたが、塩素ガスによるリアクティブイオン
エッチングあるいはリアクティブイオンビームエッチン
グも用いても構わない。

【００５３】（実施の形態４）図５に本発明における一
実施の形態の光電子集積回路の断面図を示す。本実施の
形態では、コレクタ層の一部にＡｌＡｓ層を用い、この
層を酸化させることでCbcを低減している。

【００５４】ｎ−ＧａＡｓ基板501上にp型ブラッグ反射
器502と、活性層503と、n型ブラッグ反射器504と、nー
ＧａＡｓからなる第1のコレクタ層505と、n-AlAsからな
る第2のコレクタ層506と、ｐ−ＧａＡｓからなるベース
層507と、nーＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層508と、n
ーＧａＡs層からなるキャップ層509を分子線エピタキシ
ー法により結晶成長した後、アノード電極510、ベース
電極5071、エミッタ電極5081を形成する。p型ブラッグ
反射器502、活性層503とn型ブラッグ反射器504は面発光
レーザ550を構成し、活性層503からの発光は、p型ブラ
ッグ反射器502とn型ブラッグ反射器504からなる共振器
により、閉じ込められて増幅されレーザ発振に至る。面
発光レーザ550からのレーザ光は、ｎ−ＧａＡｓ基板601
を通りｎ−ＧａＡｓ基板501の裏面から出射される。

【００５５】なお、前記p型ブラッグ反射器602は、pー
ＡｌＡｓ層5021とpーＧａＡｓ層5022を一対としたもの2
4.5対からなる。pーＡｌＡｓ層5021とpーＧａＡｓ層502
2の間には疑似グレーデッド層5023があり、組成がpーＡ
ｌＡｓからｐ−ＡｌＧａＡｓを経てpーＧａＡｓへＡｌ
濃度が段階的に変化している。前記n型ブラッグ反射器5
04は、nーＡｌＡｓ層5041とnーＧａＡｓ層5042を一対と
したもの24.5対から構成される。nーＡｌＡｓ層5041とn
ーＧａＡｓ層5042には疑似グレーデッド層5043があり、
組成がnーＡｌＡｓからｎ−ＡｌＧａＡｓを経てnーＧａ
ＡｓへＡｌ濃度が段階的に変化している。

【００５６】コレクタ層505および506、ベース層507、
ベース電極5061、エミッタ層508とエミッタ電極5081
は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ551を構成す
る。第2のコレクタ層506の周縁部は酸化されて、AlAsOx
層511となっている。AlAsOx層511の形成により、コレク
タ・ベース接合面積Cbcが小さくなり、（式１）からfT
が増大する。

【００５７】コレクタ層中にGaAs/AlAsのヘテロ界面に
よるコレクタ抵抗の増加が数Ω程度考えられるが、本実
施の形態では、コレクタ層605に直列に面発光レーザ550
がつながっており、この部分の抵抗が数10Ωあるため、
コレクタ抵抗の増加によるfTの減少より、Cbc低減によ
るfT増加の方が効果的である。

【００５８】ここで、本実施の形態における光電子集積
回路に製造方法について図６を用いて説明する。

【００５９】ｎ−ＧａＡｓ基板601上に分子線エピタキ
シー法または有機金属気相成長法でｐ型ブラッグ反射器
602と、活性層603と、ｎ型ブラッグ反射器604と、n-GaA
sからなるコレクタ層605と、n-AlAsからなるコレクタ層
606と、ベース層607と、エミッタ層608と、キャップ層6
09をこの順に成長する（図6ａ）。ｐ型ブラッグ反射60
2、活性層603とｎ型ブラッグ反射器604は垂直共振器型
面発光レーザ650を構成する。コレクタ層605と606、ベ
ース層607、エミッタ層608とキャップ層609はヘテロ接
合バイポーラトランジスタ651を構成する。

【００６０】硫酸、過酸化水素水、水の混合液により、
エミッタメサ652を、クエン酸、過酸化水素水、水の混
合液みよりベースメサ653をそれぞれ形成する。エミッ
タメサ652上にはエミッタ電極6521が、ベースメサ653上
にはベース電極6531がそれぞれ形成されている（図6
ｂ）。

【００６１】ＳｉＯ２膜610を500nm以上堆積し、所定の
形状に加工する。この時、ＳｉＯ２膜610の面積は、ベ
ースメサ653の面積以上にする。硫酸、過酸化水素水、
水からなる混合液によりコレクタ層605と606をエッチン
グする（図6ｃ）。この状態で、本実施の形態におけるn
-GaAs基板701を400℃の炉に入れ、85℃に保った純水中
でバブリングした窒素ガスを前記の炉に導入する。この
時、炉に導入された窒素ガスは多量の水蒸気を含んでお
り、n-AlAsからなるコレクタ層606のみを選択的に酸化
し、周縁部にAlAsOx層612を形成する（図6ｄ）。

【００６２】ＳｉＯ２膜610を再びマスクとして、塩素
ガスを用いたリアクティブイオンエッチングし、ｎ型ブ
ラッグ反射器604、活性層603を除去する。前記リアクテ
ィブイオンエッチングは、活性層703の直下で停止し、
ｐ型ブラッグ反射器602はエッチングしない（図６
ｅ）。この工程で垂直共振器型面発光レーザ650が形成
される。最後に、アノード電極611を蒸着する。

【００６３】なお、本実施の形態における製造方法で、
エミッタメサ652、ベースメサ653の形成およびコレクタ
層605、06のエッチングに硫酸、過酸化水素水、水の混
合液またはクエン酸、過酸化水素水、水の混合液による
ウエットエッチングを用いたが、塩素ガスによるリアク
ティブイオンエッチングあるいはリアクティブイオンビ
ームエッチングも用いても構わない。また、コレクタ層
606の厚さは10nm以上あれば選択酸化は内部まで進行す
る。さらに、コレクタ層606の組成をn-AlAsにかえてn-A
lGaAｓとしても構わない。

【００６４】（実施の形態５）図７に本発明における一
実施の形態の光電子集積回路の断面図を示す。

【００６５】ｎ−ＧａＡｓ基板701上にp型ブラッグ反射
器702と、活性層703と、n型ブラッグ反射器704と、nー
ＧａＡｓからなる第1のコレクタ層705と、n-AlAsからな
る第2のコレクタ層706と、ｐ−ＧａＡｓからなるベース
707と、nーＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層708と、nー
ＧａＡs層からなるキャップ層709を分子線エピタキシー
法により結晶成長した後、アノード電極710、ベース電
極7071、エミッタ電極7081を形成する。p型ブラッグ反
射器702、活性層703とn型ブラッグ反射器704は面発光レ
ーザ750を構成し、活性層703からの発光は、p型ブラッ
グ反射器702とn型ブラッグ反射器704からなる共振器に
より、閉じ込められて増幅されレーザ発振に至る。面発
光レーザ750からのレーザ光は、ｎ−ＧａＡｓ基板701を
通りｎ−ＧａＡｓ基板701の裏面から出射される。

【００６６】なお、前記p型ブラッグ反射器702は、pー
ＡｌＡｓ層7021とpーＧａＡｓ層7022を一対としたもの2
4.5対からなる。pーＡｌＡｓ7021とpーＧａＡｓ層7022
の間には疑似グレーデッド層7023があり、組成がpーＡ
ｌＡｓからｐ−ＡｌＧａＡｓを経てpーＧａＡｓへＡｌ
濃度が段階的に変化している。前記n型ブラッグ反射器6
04は、nーＡｌＡｓ層7041とnーＧａＡｓ層7042を一対と
したもの24.5対から構成される。nーＡｌＡｓ層7041とn
ーＧａＡｓ層7042には疑似グレーデッド層7043があり、
組成がnーＡｌＡｓからｎ−ＡｌＧａＡｓを経てnーＧａ
ＡｓへＡｌ濃度が段階的に変化している。

【００６７】コレクタ層705および706、ベース層707、
ベース電極7061、エミッタ層708とエミッタ電極7081
は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ751を構成す
る。第2のコレクタ層706の周縁部は除去されて、ベース
層707の面積より小さくなっている。これにより、コレ
クタ・ベース接合面積Cbcが小さくなり、（式１）からf
Tが増大する。

【００６８】第1、第２のコレクタ層中にGaAs/AlAsのヘ
テロ界面によるコレクタ抵抗の増加が数Ω程度考えられ
るが、本実施の形態では、コレクタ層705に直列に面発
光レーザ750がつながっており、この部分の抵抗が数10
Ωあるため、コレクタ抵抗の増加によるfTの減少より、
Cbc低減によるfT増加の方が効果的である。

【００６９】ここで、本実施の形態における光電子集積
回路に製造方法について図８を用いて説明する。

【００７０】ｎ−ＧａＡｓ基板801上に分子線エピタキ
シー法または有機金属気相成長法でｐ型ブラッグ反射器
802と、活性層803と、ｎ型ブラッグ反射器804と、n-GaA
sからなるコレクタ層805と、n-AlAsからなるコレクタ層
806と、ベース層807と、エミッタ層808と、キャップ層8
09をこの順に成長する（図8ａ）。ｐ型ブラッグ反射80
2、活性層803とｎ型ブラッグ反射器804は垂直共振器型
面発光レーザ850を構成する。コレクタ層805と806、ベ
ース層807、エミッタ層808とキャップ層809はヘテロ接
合バイポーラトランジスタ851を構成する。

【００７１】硫酸、過酸化水素水、水の混合液により、
エミッタメサ852を、クエン酸、過酸化水素水、水の混
合液により、ベースメサ853を形成する。エミッタメサ8
52上にはエミッタ電極8521が、ベースメサ853上にはベ
ース電極8531がそれぞれ形成されている（図8ｂ）。

【００７２】ＳｉＯ２膜810を500nm以上堆積し、所定の
形状に加工する。この時、ＳｉＯ２膜810の面積は、ベ
ースメサ853の面積以上にする。硫酸、過酸化水素水、
水からなる混合液によりコレクタ層805と806をエッチン
グする（図8ｃ）。この状態でフッ化水素酸に浸漬し、n
-AlAsからなるコレクタ層806の周縁部を除去し、ベース
層807の面積より小さくする（図8ｄ）。

【００７３】ＳｉＯ２膜810を再びマスクとして、塩素
ガスを用いたリアクティブイオンビームエッチングし、
ｎ型ブラッグ反射器804、活性層803を除去する。前記リ
アクティブイオンビームエッチングは、活性層803の直
下で停止し、ｐ型ブラッグ反射器802はエッチングしな
い（図8ｅ）。この工程で垂直共振器型面発光レーザ850
が形成される。最後に、アノード電極811を蒸着する。

【００７４】なお、本実施の形態における製造方法で、
エミッタメサ852、ベースメサ853の形成およびコレクタ
層805、806のエッチングに硫酸、過酸化水素水、水の混
合液またはクエン酸、過酸化水素水、水の混合液による
ウエットエッチングを用いたが、塩素ガスによるリアク
ティブイオンエッチングあるいはリアクティブイオンビ
ームエッチングも用いても構わない。また、コレクタ層
806の組成をn-AlAsにかえてn-AlGaAsとしても構わな
い。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コレクタ
層の一部を高抵抗化すること、あるいはコレクタ層の面
積をベース層の面積より小さくすることで、ベース・コ
レクタ接合面積を低減し、その結果、電流遮断周波数fT
を増大させることができる。それにより、面発光レーザ
とヘテロ接合バイポーラトランジスタが同一基板上で集
積された光電子集積回路の高速駆動が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の断面図

【図２】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の断面図

【図３】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の断面図

【図４】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の工程断面図

【図５】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の断面図

【図６】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の工程断面図

【図７】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の断面図

【図８】本発明の一実施の形態における光電子集積回路
の工程断面図

【符号の説明】

１０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １０２ ｐ型ブラッグ反射器 １０３ 活性層 １０４ ｎ型ブラッグ反射器 １０５ コレクタ層 １０６ ベース層 １０７ エミッタ層 １０８ キャップ層 １１０ 高抵抗層 ５０６ ｎ−ＡｌＡｓコレクタ層 ５１１ ＡｌＡｓＯｘ層 ７０６ ｎ−ＡｌＡｓコレクタ層 ８０６ ｎ−ＡｌＡｓコレクタ層

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板と、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有する垂直
   共振器型面発光レーザと、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有するヘテ
   ロ接合バイポーラトランジスタとを備えた光電子集積回
   路において、 該ヘテロ接合バイポーラトランジスタの一部であるコレ
   クタ層の周縁部が高抵抗化されている光電子集積回路。
2. 【請求項２】前記コレクタ層の厚さが500nm以上である
   請求項１に記載の光電子集積回路。
3. 【請求項３】前記高抵抗層がイオン注入法により形成さ
   れている請求項１または２に記載の光電子集積回路。
4. 【請求項４】半導体基板と、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有する垂直
   共振器型面発光レーザと、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有するヘテ
   ロ接合バイポーラトランジスタとを備えた光電子集積回
   路において、 該ヘテロ接合バイポーラトランジスタの一部であるコレ
   クタ層の面積が該ヘテロ接合バイポーラトランジスタの
   一部であるベース層の面積より小さい光電子集積回路。
5. 【請求項５】半導体基板と、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有する垂直
   共振器型面発光レーザと、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有するヘテ
   ロ接合バイポーラトランジスタとを備えた光電子集積回
   路において、 エミッタメサをエッチングにより形成する工程と、 該エミッタメサの下に該エミッタメサの面積よりも大き
   な面積を有するベースメサをエッチングにより形成する
   工程と、 該エミッタメサ及び該ベースメサを絶縁膜で被覆する工
   程と、 該絶縁膜を該ベースメサの面積よりも大きな面積に形成
   する工程と、 該絶縁膜をマスクとして、該コレクタ層の一部または全
   部、あるいは該コレクタ層と該コレクタ層の下にある層
   の一部または全部をエッチングにより除去する工程と、 露出した該コレクタ層側面から、該コレクタ層の周縁部
   をエッチングにより除去する工程と、 該絶縁膜をマスクとして該垂直共振器型面発光レーザの
   上部ブラッグ反射器をエッチングにより除去する工程と
   を備えた光電子集積回路の製造方法。
6. 【請求項６】半導体基板と、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有する垂直
   共振器型面発光レーザと、 該半導体基板上に被着されたn型導電性を持つAｌＧａＡ
   ｓからなるエミッタ層と、p型導電性を持つＧａＡｓか
   らなるベース層と、該ベース層と接合している部分がn
   型導電性を持つＡｌＡｓであり、残りの層がn型導電性
   を持つＧａＡｓであるコレクタ層とを有するヘテロ接合
   バイポーラトランジスタとを備えた光電子集積回路にお
   いて、 該コレクタ層中のＡｌＡｓの周縁部が酸化されている光
   電子集積回路。
7. 【請求項７】半導体基板と、 該半導体基板上に被着された半導体多層膜を有する垂直
   共振器型面発光レーザと、 該半導体基板上に被着されたn型導電性を持つAｌＧａAs
   からなるエミッタ層と、p型導電性を持つＧａＡｓから
   なるベース層と、該ベース層と接合している部分がn型
   導電性を持つＡｌＡｓであり、残りがn型導電性を持つ
   ＧａＡｓであるコレクタ層を有するヘテロ接合バイポー
   ラトランジスタとを備えた光電子集積回路において、 該コレクタ層中のｎ型導電性を持つＡｌＡｓの面積が該
   ベース層の面積より小さい光電子集積回路。
8. 【請求項８】コレクタ層中のＡｌＡｓにかえてＡｌＧａ
   Ａｓを用いた請求項６または７に記載の光電子集積回
   路。