TW415112B - Buried heterostructure - Google Patents

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TW415112B
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Ulf Oehlander
Bjoern Stoltz
Michael Rask
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Ericsson Telefon Ab L M
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Description

415112 經濟部中央搮準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（i ) 技術範圍 ' 本發明乃關於載體包圍之一結構，特別是供應用於以InP 爲基材之雷射及其它光電裝置中之包圍載體之結構。 發明背景 以InP爲基材之1.3微米波長雷射其於高溫之操作下並將 企圖使之應用於低的臨界及/或低的偏壓電流操作，相信 其於未來之存取（access)網路發射器上扮演著重要的角色， 見S. Yamashita等人所發表之"吟卩型基材上之底臨界（3.2毫 安培/元素）1.3微米InGaAsP MQW雷射陣列"，IEEE光電技 術信函，第4卷，第9期，954-957頁，1992年及H, Nobuhara 等人發表之"p型基材上之L3微米波長低臨界應變量子井 雷射"，電子信函，第30卷，第16期，1292-1293頁，1994 年· 因爲面臨預期之高溫所以改善它們較差的溫度依賴將是 關键性的，其相信部份是由較差的縱軸成長方向上載體包 圍或載體漏電所導致，見ρ·Α. Andrekson等人所發表之"1.3 微米操作時由主動區所發射之熱離子電子對InGaAsP雷射 之内部量子效率之效應"IEEE量子電子電子學期刊，第30 卷’第2期’第2H-221頁’ 1994年及H. Ishikawa等人所發表 之"考慮SCH層中之載體時與溫度相關之受應變量予井光 學增益之分析_'，IEEE光電技術信函，第6卷，第3期，第 344-347 頁，1994 年。 因此具有高於InP導電帶之材料是需要的，例如-一種能於 InP上磊晶成長之阻隔。已經證實具此特性之材料可含 本紙張尺度適用中國國^^ ( CNS) A4規格（21Qx297公楚 (诗λ·閲讀絷面之注項再填窝本頁) 415112 A7 B7 五、發明説明（ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 銘，其它亦經證實者乃是利用雷射中含紹<A1)之合金爲載 體，見C. E. Zah等人發表於••用於用户迴路應用中高性能未 冷卻之1.3微米AlxGayliM+yAs/InP應變層量子井雷射”，IEEE 量子電子期刊，第30卷，第2期，第511-523頁，I994年及 美國專利US-A 5,381,434中，其於本文中亦併入參考。 然而，應用於電荷載體及光子包圍且具有含A1層（阻隔） 之雷射於室溫之臨界電流並未低於其它報告中所提出用於 未含鋁雷射之最低者。於較高溫時最終操作電流與所提' 出之最佳無A1雷射報告作比較時顯示出並無改善：對刻面 覆蓋之法布立-拍若雷射而言其於85°C時於6毫瓦特之輸出 功率之下乃介於30及45毫安培之間，見於H.P. Mayer等人所 發表之"對FITL/FTTH之低成本高效能雷射"中之例表1，第 21次歐洲光學通訊年會，ECOC _95，布魯塞爾，1995年9 月，會議記錄第2卷，常態性論文及受邀論文，第529-536 頁，1995年。含A1雷射與不含A1雷射比較時，雷射之可靠 度或生命週期爲一關鍵性的問題，因爲於製造諸此雷射時 於蝕刻及再成長過程期間當曝露於製程室之外以進行磊晶 成長可能會因氧化而引起反應。 C.E. Zah等人所獲得之實驗結果發表於："用於用户迴路 應用中高性能未冷卻之1.3微米AlxGayInNx.yAs/InP應變層量 子井雷射"，IEEE量子電子期刊，第30卷，第2期，第511-523頁，1994年及揭示於美國專利1；8-八5,381，434中者，然而 並無伴隨可靠度而增加的問題。此況狀能加以解釋，因爲 對他們所測量的結果而言，與傳統之埋藏異形結構相反的 請 先. 閱. 讀 t 面 之 注- 意 事 項 再 填 寫 本 頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210'乂297公釐） 經濟部中央棋準局貝工消費合作社印製 415112 at 一 —___ B7___ 五、發明説明（3 ) 是他們使用一種脊樑式（ridgetype)雷射結構，該等鲒構並不 要求含A1層之曝露。然而，埋藏之異形結構所具有之優點 爲其能提供精確的電流包圍寬度之控制，其於室溫時所造 成之臨界電流較低。 領先技術 設計用於包圍異形結構雷射中所產生光子之結構已有許 多的方法被提出β 諸此雷射描述於美國專利US-A 4,955,031中，其描述了 — 種具有η型栖化鋅或ί®化鋅短包園層之半導體異形結構雷 射°再者’於美國專利US-A 5,349,596中揭示出一種具有光 學包園及光導區域之半導體雷射腔。 美國專利US-A 5,331，655中描述了含有inGaAsP而具有獨立 电予及光學包園之雷射二極體。於歐洲專利申請案Ep_Ai 〇 078 177中揭示出一種雙異形結構型之半導體發光裝置。該 揭不之裝置具有改良溫度特性之阻隔及緩衝層。 再者’於歐洲專利申請案EP-A2 0 202 089中所描述之雷 射包含了數個平面半導體層，其中至少有_半導體層於— 包園光學腔中形成一主動區以產生出光波。 日本專利申請案JP-A 60-136 388中揭示出了 一種包含半導 體雷射之發光電子裝置，其中該裝置具有異形結構多層埋 藏阻隔層及電流防漏控制膜。 然而，以上所述之揭示皆未能提供出具備足夠良好與溫 度關聯之結構。 發明之概述 關家辟（----- {請先閲讀背面之a意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 415112 A7 B7 r*-------------- ---- 五、發明説明（4 ) 本發明之目的乃爲能提供於半導體結構，特別是於雷射 中之使用，其同時具有小的溫度敏感性、低的臨界電流及 可靠性^ 根據本發明之結構而此目的得以達成，此結構之特性及 特徵乃家義於所附帶之申請專利範園中β 因此，於本文中往後所描述之結構所結合之優點有丨能 防止Α1加強障礙層之曝露，但其能2.保持埋藏區橫向包園 之精確控制，此Θ的乃藉由利用無A1埋藏區及外部亭的能 帶隙（band gap)障礙而達成，其中後者可含A1。 雷射結構因此同時實現了 I，Π及III三種所有要求，也就 是： I.其具有一供以強化縱向載體包園之主動區，該區賦予一 小的溫度敏感性。此強化縱向載體包園係利用一具有大體 而言與基材相比有較大導電帶及/或較大能帶隙（ban(J总ap) 及/或關聯光波長較小之折射率包圍材料而獲得，且因此 產生出相對於主動區之導電帶及/或能帶隙及/或關聯光波 長折射率高之導電帶差及/或較大能帶隙差及/或較小關聯 光波長折射率差。一具有比基材高導電帶及/或較大能帶 隙及/或關聨光波長較小折射率之層於下文中稱爲強化縱 向包圍層。 Π.其具有以一大體上爲橫向載體包圍所供應之主動區而導 致低的臨界電流。此可利用蝕刻及凸起之再成長而獲得， 其中該凸起包括主動區。 III.於雷射結構製造處理時，強化縱向包園層之曝露可於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210x297公釐） {請先®'讀背面之ii.1^項再填寫本頁) -訂 415112 A7 B7 五、發明説明（5 ) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 主動區之最臨近區域及蟲晶成長室之—外加以避免，因而可 獲得一高的可靠度β此於其中強化縱向包圍層含鋁之情形 時是重要的。 雷射結構中之内層區並無Α1並且可利用一或數層的隔離 層使其與強化縱向包圍層隔離β於處理期間時可獲得内層 區之橫向包園而不使強化縱向包圍層曝露於磊晶成長室之 外。 .. - 強化縱向包園層可： 1-1.包括鋁 1-2.爲能降低電阻係數（resistivity)則以組合物來加以分級因 而以例如能帶偏位（band offset)加以分級 Ι·3.爲使能帶邊緣變形以進行載體傳輸控制則施以局部強 化的摻雜 1-4.爲能分別的控制電子，重電洞及光洞能帶邊緣則施以 應變 I·5·爲能機械式的強化量子、載體阻隔則併入多重障礙層 I-6·爲將結構中之淨應變降低，施以與其它層相較之下相 反之應變 1-7·爲能使光子包圍，採行一較低之折射率 I·8·包含1-1至1-7之結合使用。 主動區之橫向包圍可利用下列而加以達成： ΙΙ-1.蝕刻凸起、電流阻隔之再成長及帽層之成長 ΙΙ-2.爲能降低漏電，如同ΙΜ，但其包括大-部份電流阻隔區 之離子佈植 請 先_ 面 之 注. 意 事 項 再 f 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 415112 A7 ____B7___ 五、發明説明（6 ) II-3‘爲能降低漏電及分路電容（shunt capacitance)，如同Π-1，但其包括利用蝕刻法以將電流阻隔區之大部份移去 II-4.如II-3，但其包括第二蚀刻區之再成長 II-5.爲能降低與Π-1相較下之磊晶步驟之次數，則進行凸起 蝕刻、平坦化再成長及離子佈植 II-6.如Π-5，但利用蝕刻法以代替離子佈植而使之移去 II- 7.如II-6，但包-括第二蚀刻區之再成長 避免強化縱向包圍層曝露可利用下列加以達成： III- 1.主動層凸起以下進行一縱向取代 III-2.主動層凸起以上進行一縱向取代 III-3. III-1 及 ΙΠ-2之結合。 經濟部中央標率局負工消費合作社印製 因此’通常一多層半導體結構是建構於例如InP或GaAs之 基材上。此結構具有一内部區其大體上是以光學和/或電 性加以包圍’也就是説内部區之橫向被包圍。此結構亦包 括至少一層之強化縱向包圍層，該結構於一較佳具體實 施例中具有一大體上比基材高之能帶隙。將至少一隔離 層置於大體上被橫向包園之内部區及至少一強化縱向包 園層之間。再者，至少有一層強化縱向包園層並未以如 同對内部區相同之方法加以橫向包圍。例如，其可能並 無區部之橫向包圍且一般能以連續之方法行橫向延伸。 於其中強化縱向包園層經選出以獲得與基材相較之下 具有較高導電帶電子帶隙之實例中，至少有一強化縱向 包圍層可具有一分級之組合物。則其能帶隙將亦具有分 級値’其爲逐漸或連續改變的値，該等値由比基材能 本紙張尺度適用中關家轉（CNS )八4絲（训/别公着） 415112 A7 B7 五、發明説明（7 ) 隙大的第一個値經由變化而降至一比第一個値低之第二 個値。 亦可選用強化縱向包圍層材料以獲得一比基材大之導 電帶電子之能帶邊緣及/或獲得對適當波長的光言而較 低之折射率。於此實0中亦至少有一層強化縱向包圍層 可具有一分級之組合物（graded composition)。 於一較佳具體實施例中，至少有—強化縱向包固層之材 料含鋁且結構之内郜區並未含任何大量的鋁。 於結構之製造時，爲能協助進一步的成長及降低機械應 力’至少一層之緩衝層可立即於至少一層之強化縱向包圍 層之前或之下成長。同樣的’爲阻止能使用於製造橫向包 園之蝕刻過程，可將至少一蝕刻終止層於至少一層強化縱 向包圍層之後或之上進行成長。爲減輕機械應力而於至少 一對的蚀刻終止層與強化縱向包圍層之間成長至少—層的 蝕刻緩衝層是有益的。 於製造此結構時，較佳者爲將至少一層的強化縱向包圍 層於内部區成長之前或之下進行成長。 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 <請讀背面之系意事項再填寫本頁) 結構之内部區於製造雷射振盪（laser 〇scillati〇n)時可當成 一主動區，其波長可約爲例如丨3微米。其可爲包含至少一 個井之應變層量子井結構。 於一較佳實例中内部區的橫向包圍是利用蚀刻以製造蝕 刻第一區及含有内部區之凸起，則蝕刻區之再成長得以達 成。隨後可於再成長區之大部份上施以離子佈植。可隨後 利用第二次蚀刻將再成長區之大部份移去以製造出第二蝕 本+A張尺度適用宁11®家標準（CNS )八4規格（2獻297公幻 415112 A7 _一' B7 五、發明説明（8 ) 刻區，該區亦可行再成長。 - 將結構使用於雷射之情況中，諸如適當電極等的某些裝 置需供應出以能連接至電源裝置。該裝置可隨後當成一邊 緣發射雷射（edge-emitting laser)使用，所發射之雷射光大體 —上與成長方向垂直，或可當成一表面發射雷射，其中所發 射出之雷射其大體上與成長方向平行。： 附圖之簡單説明 本發明將於以下參考附圖而加以詳細説日月，該附圖大致 上爲π意圖，成長或往上之方向之維度被加以誇張以使其 能清楚表達，並且其中： -圖1爲一橫截面示意圖其描述一特定埋藏之異形結構， -圖2爲一 tf意圖其描述圖1结構中能帶隙及/或折射率及/ 或導電帶邊緣並且其乃沿著延伸通過一内部區之長線， -圖3爲一併入與圖〗類似異形結構之邊緣發射雷射之示 意透視圖， - -囷4爲一併入與圖丨類似異形結構之垂直腔表面發射雷 射之示意透視圖， 經濟部中央標隼局負Η消費合作社印製 請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -圖5爲一根據第一具體實施例所描述之基本結構成長之 橫截面示意圖， ·». -圖6爲一相當於圖5之橫截面示意圖，其中該結構亦包 括再成長之橫向包圍結構， -圖7爲一相當於圖6之橫截面示意圖，其中該結構包括 一成長之頂層結構， —圖8爲一相當於圖7之橫截面示意圖，該結構亦包括電 本紙張尺度適用巾關家標準（。奶）八4規格（210父297公羞)' ------ 415112 λτ _____Β7 五、發明説明（9 ) 流阻隔區’ - -圖9爲一根據第二具體實施例所描述之基本結構成長之 橫截面示意圖， -圖10爲一相當於圖9之橫截面示意圖，其中該結構亦包 括一含有橫向包圍之成長頂層結構，及 -圖11爲一相當於圖10之橫截面示意圖’其中該結構亦包 括電流阻隔區，及 - -圖12爲一具有兩個量子井結構之能帶圖之橫截面示意 較佳具體實例説明 圖1顯示出一埋藏異形結構之示意圖且其乃以Inp爲基所 形成之基材並其與以上引述專利中之US-A 5 381 434之圖2 及圖3所圖示出者類似。此結構可利用以下處理步驟之執 行而製造出： 經濟部中央標隼局員工消費合作社印繁 (請4¾讀背面之注意事項再填寫本頁) 於某些基材1之上’例如InP基材，磊晶成長一 η型接雜 之InP層2。於此η型摻雜之Inp層2之上磊晶成長—諸如 InAlAs層之η型摻雜含鋁層3並於此層之上成長一 η型摻雜 InGaAsP層。於此InGaAsP層4之上爲能將光子及電子包圍之 企圓得以達成，故成長内部區5。故於此内部區5之上層成 長一 p型摻雜InGaAsP層6。 可提供給内部區5之不同結構有：其可爲一被動波導， 也就是具有一比訊號光子高之能帶隙能量，其企圖置於調 協區内且其隨後亦可含一光柵層，其可爲一種用於雷射或 雷射放大器處理之主動波導。這些波導功能可利用一種單 ______-_12^___：____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） ~~~ 415112 A7 B7 五、發明説明（10 ) 二、相當厚或是許多受應變或未受應變量子井層之方式* 獲得》對於所有這些設計情況而言，當應用於重要的應用 上時，其中在光子及電子縱軸方向上之包圍改良是需要 的。縱抽方向大趙上與圖示於圖1中之層互相垂直，因而 其與成長方向類似，與箭頭10作比較，橫軸方向是定義成 與縱向垂直且圖1中示出其位於紙面上，見箭頭11。 經濟部中央樣率局貝工消費合作社印裂 {請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 於此之後，將一適當成型之遮蔽置於所獲異結構之表面 上並施以蝕刻以獲得一平台或凸起結構，如見於水平方向 者，比較US-A 5,381，434中之圖2結構，以在此方向上能界 定出内部區延伸。蝕刻實施之方法爲不將含A1層3曝露 出。此方法可藉由在η型InGaAsP層2内部某處使含A1層3之 上的蝕刻終止而成爲可行。亦可將一特殊的蝕刻終止層於 敏感層3之上某處進行成長，其將描述於下列中。隨後使 例如半絕緣之InP (SI-ΙηΡ)電流阻隔層9於内部區凸起之側壁 處再成長。將遮蔽材料移去且於其後可利用少量多出之p 型InGaAsP材料的成長而使層6得以延伸，且随後將另—種 諸如InAlAs之p型摻雜含A1障礙層7磊晶成長於p型摻雜之 InGaAsP層6之上及在户型摻雜之inAlAs層7之頂層成長出一 層p型摻雜之InP層8。 以此方法所獲得之埋藏異形結構之某些方面將以類似於 上述所引用專利中揭示裝置之方法來進行操作，而該裝置 at*利用含A1層3及7而提供出障礙效應’此效應於縱向生效 因而產生出光子及電子兩者之縱向包圍。於橫向是利用電 流阻隔層9來達成包圍。後者包括此含A1材料還低之障 ___ 13· 本紙張尺度適用中國®家樣準（CNS )八4胁（2ΐ〇χ297公袭)
41blU A7 ___B7 五、發明説明（u ) 礙，但於此時載體摻漏及光學包圍乃因爲於該方向上内部 區較大寬度之緣故而成爲較不具關鍵性。 以上述方法達成之結構將於成長方向或縱向上具有含A1 層3及7以使在此方向上之電子及光子被包圍住。再者， 這些含.A1層犄不會曝露於成長室之外進行磊晶成長，因而 可避免含A1層之氧化。 i 圖2示意的顯示出材料之能帶隙側面圖及折射率，其圖 示出含Al^及内部區高折射率所產生出之電子及光學包園 障礙層12，其指示於13。 以上所描述之結構能降低光電主動及被動波導中電子與 光子之載體摻漏然而並保持住良好之材料品質。此結構特 別對高溫下低的臨界電流作業時非常適合InP基材之1.3微 米雷射。 可觀察到圖1之結構中以η及p型摻雜交換後能同樣的進 行良好的建構，因此摻雜結構於成長方向上被倒置。 經濟部中央橾準局員工消費合作社印装 圖1結構之基本元件是以兩種雷射裝置實例來加以描 述，其分別於圖3及4中者爲邊緣發射雷射（EEL)及垂直腔 表面發射雷射（VCSEL)。對邊緣發射雷射而言，光線是發 射通過垂直縱向及橫向之縱向（longitudinal direction)刻面、 對於垂直腔表面發射雷射而言，橫向與徑向重合，且光線 由縱向發射出。對VCSEL而言，於雷射作用所需之光線反 饋可利用例如上及下布拉格鏡面介電質堆疊而強化。 圖3示意圖顯示出一邊緣發射雷射之透視圖，除了較低 之前緩衝層2之外，所有的層及區域皆被示出，含A1層或 _________________- 14-____ 一 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 415112 A7 ----- -B7_ 五、發明説明（12 ) 強化縱向包圍層3及7及特別低的層由一具備-些許厚度的 材科層與包圍區9加以隔離。亦顯示於此圖者爲用於外却 的電性接觸層、於基材1底部之下接觸層15及在整個結構 之上的上接觸層17。 於囫4中顯示出一垂直腔表面發射雷射之實例，其由本 文之建議而加以建構出。基材1'、下及上強化縱向包圍層 3及7、内部區5及電流阻隔區9亦顯示出。於此橫向爲一 徑向。光線由縱向、成長方向考行發射。圖4亦示意的顯 示出布拉格鏡面介電質堆疊以改良光線之反饋。 如同圖1之實例及上述之結構，現在將特別參考圖5_8而 更爲一般性的描述爲第--般性結構A。隨後參考圖8-1〇 以對修正後之一般性結構B進行描述。 結構A (三磊晶步驟結構）之形態與製造如下： 首先’ A之基本結構是成長於基材A〇之上，圖5。由底 部至頂層於成長方向上，此結構包含基材A〇，與圖1之層 1相比較，接著成長至少三層的磊晶層，其中於此等層中 至少有一層爲主動層A6。將有兩種基本結構的情況會發 生：包含或不包含一層或數層以下強化縱向包圍層a2。對 於至少有一下強化縱向包圍層A2之情況中，主動層或八6層 及置於下強化縱向包園層或A2層之上，並利用至少一下隔 離層A5與這些層進行隔離。可於主動層或八6層之上於此第 一磊晶步驟中即行成長一或數層之上隔離層A7,但其亦可 於稍後再行成長。磊晶成長之品質可利用一至數層之下前 緩衝層A1來進行強化。於下一處理步騍中可能需要一或數 --------- _ 15 - 本紙張尺度剌帽{ CNS ) A4*mT7r〇x297^Fl —~ 人*先¾¾背面之ii'意事項再填寫本頁} ..-ST- 4151ί2 經濟部中央揉準局負工消費合作社印裝 Α7 五、發明説明（13 層t蝕刻終止層入4 (例如描述於囷具體實例中以ία所 製造者）。冑後可冑亦需要-一或數層下層的後緩衝層… (此亦可爲顯示於圖1實例中所使用之Ιηρ層）以確保蝕刻不 使底層之強化縱向包園層或Α2層曝露出。底層α〇α5可爲η 型摻雜或ρ型摻雜《基材Α〇亦可爲半絕緣，其中，於此實 例必需形成非傳統式之接觸。上隔離層或Α7層可爲未經摻 雜、或以相反的極性摻雜以形成一ρη接合。主動層或从層 可爲η型掺雜、未摻雜或ρ型摻雜 '可包含塊狀材料或，包 含一或數層受應變或未受應變層之量子井結構，而於使量 子井隔離之障礙可包含或不包含應變補償。 其次，形成包含橫向包園之再成長結構A，其如示意描 述於圖6者。因此，基本結構單元由成長室移去並於其上 進^于橫向選擇性的蚀刻，可利用例如反應離子银刻 (reactive ion etching)或濕蝕刻來進行。可利用對結構之上層 施以一遮蔽以能提供橫向選擇《蝕刻延伸通過主動層或A6 層而於該等側邊形成具有壁播之凸起21。因此經蚀刻後之 凸起21以内於此等侧邊之層邊緣乃曝露於成長室之外。然 而，蝕刻是終止於或是利用A5-A3層之任一層加以終止。 可能含A1之下強化縱向包圍層或A2層因而未曝露於成長室 之外。蝕刻終止精確之控制可利用下強化縱向包園層或A2 層上之一層至數層之蝕刻終止層提供《隨後使蝕刻表面再 成長以形成至少一層之再成長層A12而能形成一埋藏之異 形結構以使之亦能&供一主動區的橫向包圍。再成長層或 Α12層可爲半絕緣（SI)、或ηρ阻隔、或某些其它的電流阻 _______- 16 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格(210X 297公釐 {請'先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 五、發明説明（14 ) 隔、載體包圍結構。 第三’形成頂層結構A，其描述於圖7中。一頂層結構 於再成長結構之頂層成長。頂層結構含括至少一層。頂層 結構有兩種情況會發生：包含或不包含一至數層之上強化 縱向包圍層49，所以完整之結構包括至少一層強化縱向包 - -- 圍A2或/及49。於至少含一層上強化縱向包園層A9之情況 中’主動層或Μ層乃位於上強化縱向包園層或A9層之下。 可用一至數層之上隔雜層A7,及一至數層之上前緩衝層A8將 上強化縱向包圍層或A9層和主動層或A6層以及再成長電流 阻隔層或A12層隔離以得到強化之成長品質。可將一至數 層之覆蓋層A10緊接著一至數層之接觸層All當於金屬化接 觸形成後使該等成長於頂層結構之最上層以產生低的歐姆 電阻係數。上層A7-A11可摻雜至與主動層或A6層以下之摻 雜層相反的極性以形成適合電流射出之pn接合的完整結 構。 鲤濟部中央橾準局β:工消費作社印笨 <請_先*4讀?面之注意事項再填寫本頁) 主動層或A6層之總厚度其可能限制電流阻隔、再成長層 或A12層之厚度以至於橫向太寬的材料區A12產生了太低的 電阻或太高的電容。隨後A12區之橫向寬度可利用進一步 的處理而減小’可利用對包括了第二蚀刻區可能之再成長 進行選擇性的第二次蚀刻 '或利用選擇性的離子佈植以形 成改良的電流阻隔區A13，其示意説明於圖8中。利用一比 凸起21寬之阻隔遮蔽能讓該凸起所包含之主動層或A6層受 到保護而免於由A13區而來或於該等製造過程進行中所產 生之邊界效應、氧化或離子佈植。 ---17-本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS > Μ規格（210x297公釐） 415112 A7 B7 五、發明説明（ 15 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 修正結構（施以兩磊晶步驟之結構）B之形態與製造如 下： 首先，將一基本結構B成長於基材之上，圖9。由下 而上於成長之方向，此結構包含基材B〇及接著至少一層之 磊畢成長層，其中此層或此等層中至少有一層爲主動層 B6。基本結構有兩種情況發生：可包含或不包含一至數層 之下強化縱向包團層B2。對至少具有一下強化縱向包圍層 B2之情況而言，主動層或B6層乃位於下強化縱今包圍層或 B2層之上並且該處以至少一層之下隔離層仍進行隔離。於 主動層B6之上可將一至數層之上隔離層B7於此第一磊晶步 驟中即行成長但該等亦可於稍後再行成長。磊晶成長之品 質可利用一至數層下前緩衝層B1來施以強化。於下一處理 步騍中可能需要一至數層蝕刻終止層B4。隨後亦需要一至 數層之下後緩衝層B3以確保蝕刻不會使下強化縱向包圍層 或B2層曝露出。下層B0-B5可爲η型摻雜或p型掺雜。基材 Β0亦可爲半絕緣且於後者之情況中必需形成非傳統之接 觸。上隔離層Β7可爲不摻雜或摻雜成相反的極性以形成一 ρη接合。主動層或Β6層可爲η型摻雜、不摻雜或ρ型摻雜、 包含塊狀材料或量子井之結構可包含一至數層受應變或未 受應變層，隔離量子井之障礙可包含或不包含應變補償。 次其，形成包含一橫向包圍及上層結構之再成長結構 Β，如示意於圖10中者。因此，基本結構由成長室移去並 以例如反應離子蝕刻或濕蝕刻法由其上進行橫向性選擇蝕 刻。可利用加諸於結構頂層之蝕刻來提供橫向性選擇。蝕 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 請 先· S3 面 之 注- 意 事 項 再 訂 415112 Α7 Β7 五、發明説明（) 刻L伸通過主動層或B6層而形成二於側邊Μ，具有壁牆乏凸 起21’。對B結構而言，因側邊23·被蝕刻所以丰坦化之再成 長得以進行。於蝕刻凸起内之邊緣傾斜層之此等側邊23，乃 曝露於成長室之外。 然而，蝕刻乃終止於B5-B3之任一層或藉由其來終止。 下強化縱向包圍層或B2層其可含…，因而未曝露於成長室 之外。蝕刻終止之精確控制可由下強化縱向包圍層或旧層 以上至數層之額外蚀刻終止層B4進行提供。隨後利用至 少一層之再成長層B8對蝕刻表面進行再成長，形成一平坦 化之埋藏結構以提供給主動區光學橫向包固，後續以相同 的成長步驟形成一頂層結構。此別層並非具有電流阻隔作 用。頂層結棟有兩種情況會發生：可包含或不包含一至數 層之上強化縱向包圍層Β10，所以完整之結構包含至少一 層之強化縱向包圍層82或/及丑10。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 於至少具有一層上強化縱向包園層Bio的情況中，主動 層或Β6層乃位於上強化縱向包圍層或bio層之下。一至數 層之上隔離層Β7、一至數層之再成長層Β8、以及一至數層 之上前緩衝層Β9可將上強化縱向包固層或Β10層與主動層 或Β6層分離。上前緩衝層或Β9層其可將上强化縱向包園層 或Β10層與再成長層或Β8層進行隔離，其可改良羞晶成長 之品質。當金屬化接觸形成後可將一至數層之覆蓋層 Β11，及接著將一至數層之接觸層Β12成長於頂層結構之最 上層以產生較低之歐姆電阻係數。上層Β7-Β12可摻雜成與 主動廣或Β6層以下之摻雜層相反的極性以形成適合電流射 _ -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（2)〇Χ29"7公釐） 經濟^,t·*樣隼局W：工消費合作社印裝 415112 .. A7 _________87 五、發明説明（17 ) 出之pn接合之完整結構。 爲減小漏電’ B8區之橫向寬度必需作進一步的處理以使 之變小，可利用第二蝕刻區可能的再成長加以選擇性的蝕 刻’或利用選擇性的離子佈植而形成改良之電流阻隔區 B13，如示意説明於圖11中_者。利用一比凸起21，稍寬之阻 隔遮蔽，該遮蔽包含主動層或Β6層，此層或此等層於m3 區進行製造時能有效的被保護住而免於受邊界效應或氧化 或離子佈植。 · 圖12a之能帶圖顯示出兩個量子井之雷射結構，第一個結 構具有一 In〇,53Al〇.47As之偏位強化層（〇ff_set enhancing layer)並 其於此能帶圖中是以實線劃出而第二個結構並不具備諸如 此層並以虛線劃出其能帶圖。於圖中之上部份中顯示出導 電Ec能帶圖及下部份中顯示出價位Ev能帶圖。於第一結構 中乃於ρ區域中利用一400次微米厚之In〇,53Al0 47As層使其介 於0.46-0.86次微米（接近p)區間而大體上其與InP之晶格互 相整合’其中於完全的ρ區域中之第二結構是使用傳統的 InP。對兩種結構而言，ρ區域由左手邊開始其具有摻雜濃 度爲2.1018公分3之ρ型摻雜InP (ρ型ιηρ)。於接近ρ型區域中 者，ρ型摻雜線性的由2·1018公分3級數降落至0。未摻雜之 主動區（於圖中的指定符號爲i)含有5層1%之InGaAsP -其 爲壓縮之應變量子井，每層具有6次微米厚，其具有相當 於1.3微米雷射波長的组合物。量子井是利用具有8次微米 厚之障礙層加以隔離，將量子井血障礙層嵌入於具有75次 微米厚的隔離包圍層之間。隔離的包圍及障礙層皆爲 _____-20-__ 本紙張又度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） ·(請先閲绩背面之注意事項再填寫本頁) -訂 415112 A7 B7 五、發明説明（18 )
InGaAsP的组合物’其具有！ 〇微米之能帶隙波長並與InP之 晶格互相整合。η型InP區均勻的摻雜成i.i〇18公分3 ^位置 軸沿著位於埋藏凸起之内的縱向對齊。可於此圖中觀察到 位置轴由p側朝向η側。 由圖12a中可明顯的_出導電帶之偏位大體上被強化，其 超過100微電子伏特’其原因爲接近p型層時是使用 1»0,53八10.47八3以取代111?。 圖12b顯示出第一'與第二結構之示意圖且其圖示出再成 長後的結構’如見於邊緣發射裝置之前刻面示出者。i區 而非P型接近區已被加以凸起蚀刻處理並已再成長。 .(免先盹讀賞面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 -21· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐）

Claims (1)

  1. Α8 S8 CS D8 補充 415112 第86102817號專利_請案 中文申請專利範圍修正本(89年8月） 六、申請專利範圍 1. 一種建構於—基材上之多層半導體結構，且該結構包 括一内部區其大體上於橫向被光學及電性包圍，且亦 包括至少一層之強化縱向包圍層，其特徵為至少有一 隔離層是介於大體上被包圍之内部區和至少—層強化 縱向包園層之間，該具備至少一強化縱向包圍層並非 是以與内部區相同的方式來進行橫向包圍。 2. 根據申請專利範圍第丨項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層中至少有一層之材料其選定乃是為導電帶電子 獲得一較高的能帶隙。 3. 根據申請專利範圍第2項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層令至少有一屠是以组合物來分級也因而是以其 能帶隙來分級，由一較基材能帶隙大之第一值降至較 第一值低的第二值》 4. 根據申請專利範圍第〖項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層中至少有一層之材料其選定乃為導電帶電子獲 得一較向之能帶邊緣α 5. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層中至少有一層之材料其選定乃為一適當波長的 光獲得一較低的折射率= 6. 根據申請專利範圍第4或5項之結構，其特徵為強化縱 向包圍層中至少有一層是以組合物來分級。 7. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為強化縱向包 圍層中至少有一層之材料包含鋁，内部區大體上而言 為不含鋁。 (请先閲讀Irla之注翥事項再4寫本英〕 裝------訂 球 經濟部中央樣丰局貝工消费合作杜印轚 本紙伕尺度逍用中國國家#準（0奶）人4規《格（2丨0父297公#) Α8 S8 CS D8 補充 415112 第86102817號專利_請案 中文申請專利範圍修正本(89年8月） 六、申請專利範圍 1. 一種建構於—基材上之多層半導體結構，且該結構包 括一内部區其大體上於橫向被光學及電性包圍，且亦 包括至少一層之強化縱向包圍層，其特徵為至少有一 隔離層是介於大體上被包圍之内部區和至少—層強化 縱向包園層之間，該具備至少一強化縱向包圍層並非 是以與内部區相同的方式來進行橫向包圍。 2. 根據申請專利範圍第丨項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層中至少有一層之材料其選定乃是為導電帶電子 獲得一較高的能帶隙。 3. 根據申請專利範圍第2項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層令至少有一屠是以组合物來分級也因而是以其 能帶隙來分級，由一較基材能帶隙大之第一值降至較 第一值低的第二值》 4. 根據申請專利範圍第〖項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層中至少有一層之材料其選定乃為導電帶電子獲 得一較向之能帶邊緣α 5. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為強化縱向 包圍層中至少有一層之材料其選定乃為一適當波長的 光獲得一較低的折射率= 6. 根據申請專利範圍第4或5項之結構，其特徵為強化縱 向包圍層中至少有一層是以組合物來分級。 7. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為強化縱向包 圍層中至少有一層之材料包含鋁，内部區大體上而言 為不含鋁。 (请先閲讀Irla之注翥事項再4寫本英〕 裝------訂 球 經濟部中央樣丰局貝工消费合作杜印轚 本紙伕尺度逍用中國國家#準（0奶）人4規《格（2丨0父297公#) 415112 六 趣濟部中央揉率局負工消费合作社印製 Α8 θβ C8 D8 、申請專利範圍 8. 根據中請專利範圍第1項之結構，其特徵為基材包含 InP。 9. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為至少有一層 的緩衝層於具備至少一層強化縱向包圍層進行成長之 前即成長出及/或是其位於該包圍層之下. 10. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為至少有一廣 蝕刻終止層於具備至少一層強化縱向包圍層進行成長 之後成長出及/或其位於該包圍層之上。 11. 根據申請專利範圍第10項之結構，其特徵為使至少一 層之敍刻緩衝層成長出及/或使其位於至少一對姓刻終 止層和強化縱向包圍層之間。 12. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為至少有一層 強化縱向包圍層於内部區成長之前即成長出及/或其位 於該區之下》 Π.根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為至少有—層 強化縱向包圍層於内部區成長之後即行成長及/或其位 於該區之上。 14. 根據申請專利範圍第之結構，其特徵為内部區包含 一主動區其能製造大體上波長為i.3微米之雷射振盪。 15. 根據申請專利範圍第1項之結構，其特徵為内部區為— 包括至少一個量子井之應變層量子井結構。 16. 根據申請專利範園第1項之結構，其特徵為内部區之橫 向界定之獲得係利用對凸起的蝕刻以產生第一蝕刻區 並令其再成長以產生第一再成長區。 本纸*尺度逋用r國国家揉率（CNS ) A4洗格（210X297公釐） --------装------訂------.冰 <请先Η讀背*之注意事項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 經濟部中央樣準局夷工消費合作社印策 申請專利範圍 Π-根據申請車利範圍第16項之結構，其特徵為使大部份 的第一再成長區施以離子佈植。 18. 根據申請專利範圍第〖6項之結構，其特徵為大部价之 第一再成長區係利用第二次的蝕刻移去以產生第二蝕 刻區。 19. 根據申請專利範圍第18項之結構，其特徵為使第二蝕 刻區進行再成長以產生第二再成長區。 20- 根據申請專利範圍第i項之結構，被連接至電源裝置以 做為雷射使用，其特徵為雷射光發射時大體上是與成 長方向垂直，也就是說此結構是做為一種邊緣發射雷 射使用。 21- 根據申請專利範園第}項之結構’被連接至電源裝置以 做為雷射使用’其特徵為雷射光發射時大體上是與成 長方向平行，也就是說此結構是做為—種表面發射雷 射使用》 22. —種製造多層半導體結構之方法，該方法能使内部區 之橫向及縱向進行電子及光學包圍，其包含之步辑 為： —於縱向產生可行包圍之下層結構，此結構包含一廣 含A1層， —於下層結構之上方產生一内部區層狀結構， —將獲得之結構加以處理以使材料移去並產生一凸起 形態其如於橫向所見者，此凸起形態由下層結構内於 縱向凸起並使其上部包含内部區， ----：------'裝------訂------級 (請讀背面之注意事項再4寫本頁) A8 Bg C8 D8 六、申請專利範圍 —將一種電子流阻隔材料加 謂'於凸起之兩橫側，其中 孩等侧之材料已被移去， —產生亦用於縱向包圍之上麻 上潛結構，此結構包含一含 A1層， 其特徵為於產生下層結構之书&丄 <步驟中在含A1層上形成一 無A1層。 23.根據申請專利範圍第22項之 ^ ^ , ^ Λ n 〜不去，其特徵為產生凸起 之處理步騾中，材料被深移入下層結構中含⑷層之上 的無銘層内，所以含_之上方乃留存一層無财 料。 ------------裝------訂------t (請先Η請背面之注意Ϋ項再眷窝本頁) 鍾濟部中央揉率局貝工消費合作社印*. ，紙 本 芈 樑 家 國 國 i中 :用 一逋 ¥ 29 X 10
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