JPS61253880A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要］ レーザ用のエピタキシャル層を利用してＦＥＴ機能を持
たせ、レーザ・ダイオードとＦＩＴとを一つにした複合
デバイスで、光の高速変調を可能にする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は光デバイスと電子デバイスなモノリシックに集
積化した半導体装置に係り、特に半導体レーザ素子と電
界効果型半導体装置（ＦＥＴ）とを複合化した複合デバ
イスに関する。

〔従来の技術〕

従来、光デバイスと電子デバイスをモノリシックに集積
化する一つの方法として、各デバイスを単独に作製する
のではなく、例えば半導体レーザのエピタキシャル層の
構造を利用して、光デバイスと複合し°Ｃトランジスタ
等を作製した複合デバイスがある。しかし、これは今だ
新しい分野であって、解決すべき問題が多い。

これまでに提案されたこの種半導体装置としては、レー
ザ素子とバイポーラ型のトランジスタを集積化した複合
デバイスがある。これは複合化されたトランジスタによ
り、レーザ素子の動作の制御を効率良く行なおうと図ら
れたものである。

この種の光デバイスと電子デバイスを複合化して集積化
するに際し、問題になることの一つに、電極の取出しの
問題がある。それは、はとんどのレーザ素子は縦方向に
電流路を有し、基板の上・下両面にコンタクトをとる必
要があり、したがって、基板として低抵抗な半導体を用
いなければならない。しかし、このように、低抵抗な基
板を用いることはデバイス間の分離を行う上で不都合が
生じることが多く、集積化の上で不利であり、また素子
の配線や実装などに関して不都合が生ずる。

そこで、基板の表面側にすぺ°Ｃの電極を採り出すこと
が考えられているが、特に半導体レーザの構造上非常に
困難性を併う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来にお（する上述の光デバイスと電子デバ
イスを複合・集積化するための問題を解決し、特に基板
に絶縁性の基板を採用して集積化を容易にし、複合デバ
イスを得る上での問題を解決しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、上記問題点を解決するために、次の
ような構造の複合デバイスを提供する。

すなわち、 半絶縁性化合物半導体基板上に、下部クラッド層、レー
ザ活性層及び上部クラッド層の各化合物半導体層を含む
エピタキシャル層を有し、該エピタキシャル層の表面よ
り少なくとも前記活性層を貫ぬく深さに形成されたｐ型
不純物領域とｎ型不純物領域を有し、該ｐａｎ不純物領
域間に前記レーザ活性層を流れる電流を制御するゲート
構造（ショットキ・ゲート又はｐ型拡散ゲート等）を設
けた複合デバイスである。

〔作用〕

上記の半導体装置にどいて、ｐ型不純物領域をドレイン
とし、ｎ型不純物領域をソースとし、両者の間のレーザ
活性層を流れる電流をゲートに加える電圧で制御するこ
とができる。そして、この制御された電流がレーザ・ダ
イオード部の注入電流となり、そのレーザ発光が制御さ
れる。

本発明の半導体装置においては、各電極は通常のＦＥＴ
のごとく、すべて基板の表面から採ることができ、素子
の集積化も容易である。

本発明のデバイスは、以上のようにレーザ・ダイオード
とＦＥＴとの機能を一つに複合でき、光の高速変調を可
能くするものである。

〔実施例１〕 第１図に本発明の第１の実施−例の要部断面を表わす。

各半導体層は次のごとく構成されている。

１：ＳＩ（半絶縁性）　−Ｑ＆ＡＩ！基板２：ＨＲ（高
抵抗）　−ＡＬＧａ　Ａｓ　、膜厚ｔ５μｍ程度又は、
ｎ−ＡｔＧａＡｓ　（ｎ＃　５　Ｘ　１０　　ｃｍ　　
）３：ｎ−ＧａＡｓ活性層　膜厚は例えばａ、１〜０５
μｍ。

キャリア濃度ｎ〜４×１０　副 ４　：　ｎ　−ＡｔＧａＡｓ 例えばキャリア濃度ｎｋｌＯｃｍ　　膜厚ｔ５μｍこれ
ら２〜４の各層はＭＯ−ＣＶＤ　（有機金属を原料とす
る気相成長）法等の気相成長でエピタキシャルに形成す
る。

５はｐ型拡散領域であり、Ｚｎ等の不純物を選択的に拡
散せしめた高濃度な拡散領域である。

６はｎ型拡散領域であり、Ｓ（イオタ）等のｎ型不純物
を高濃度に拡散゛した領域である。

その後、ｐ型拡散領域５にオーミック接触するドレイン
電極７．ｎ型拡散領域６にオーミック接触するソース電
極８及び両者の間のｎ−−ＡｔＧａＡｇ＋４の表面にゲ
ート電極９を形成する。ゲート電極９は、例えばＡＡも
しくはＡｔ／Ｔ　Ｉ／　Ｐ　ｔ／　Ａｕ　（Ａｎが上層
）からなるショットキ金属ゲートとする。例えば、ゲー
ト電極９０幅を１μｍ、ｐ、ｎ拡散領域５，６の間隔を
３μｍ〜５μｍとする。

レーザ・ダイオードの発光部は３人と指示する部分であ
り、実際には、高濃度なＺｎの拡散の後にＺａソースを
断ってドライブイン拡散を行なってレーザの活性領域が
形成されている。

動作時において、ドレイン電極７にプラス、ソース電極
８にマイカスの電圧をかけると、ｐ型拡散領域５を通っ
て電流が結晶に流入する。その際、ＡＡＧａＡｓ−Ａｔ
ＧａＡｓ　ｐ−ｎ接合とＧａＡｍ−ＧａＡｓ　ｐ−ｎ接
合のそれぞれの電流Ｉ−電電圧時特性は順方向電流の立
上り電圧に違いがあって、ＧａＡａ−ＧａＡｓｐ−ｎ接
合の方が低い電圧で立上る。このビルトイン電圧（ｂｕ
ｔムー１ｎ　ｖｏｙａｇｅ）の違いのために、電流は矢
印で示したようにｎ−ＧａＡｓ５に集中して流れる。こ
のように電流が挟挿して流れるｎ−ＧａＡｓ３は、先に
示したごとく、充分薄く形成されているので接合部（！
ＬＡと指示）の電流密度は非常に高くなり、通常のスト
ライプ型ダブルへテロ構造レーザと同程度の駆動電流で
発光する。３人が発行部である。

第２図は、′ｓ１図のドレイン電４５の下のｐ型拡散領
域５からの電流通路に沿ったエネルギ・バンド図であっ
て、電流はｐ型に転換されたＱａＡａ層３Ｂから拡散領
域外のｎ−ＧａＡａ５へ流れ、その後電流は上方のｎ″
″−ＡＡＧａＡｓ４にや為広がりを示しながら（下層は
高抵抗なＨＲ−、ＬＬＧａＡｓ　２として電流の１広が
♂向げる）、ｎ全波ｉｌｃ領域６さらにソース電極８に
達する。

このように、本実施例のレーザは本来ホモ接合レーザで
あるが、ヘテロ構造エビタキシャルヮエハを使用するこ
とによって、通常のホモ接合レーザでは実現できないよ
うな幅の狭いホモ接合レーザな作上げている。前述のよ
うに活性層のｎ−ＧａＡｍ３の厚さが薄く、３Ａの発光
部のホモ接合部分での電流密度が非常に大きくとれるの
で低駆動電流でレーザ発光が可能になる。光の閉じ込め
に関しては、上・下方向については活性層の上・下のＡ
ｔＧａＡｓ（４，２）の屈折率が活性層のＱａ　Ａｍよ
り低屈折率であることにより生ずる屈折率分布により行
なわれ、横方向については、前述のｐ型拡散領域形成後
のドライブイン拡散条件により規定される屈折率分布に
より行なわれる。

次に、ゲート電極９に逆バイアスをかけると空乏層１０
が広がり、その結果ｎ−ＧａＡｓ３の活性層を流れドレ
イン電極７からソース電極８に到る電流を制御すること
ができる。

すなわち、本実施例ではｎ型拡散領域６をソース、ｐ型
拡散領域５をドレイン、ゲート電極９をショットキ型ゲ
ートとするＦＥＴと、ドレインのｐ型拡散領域５とｎ−
ＱａＡｇ活性層３との間の接合部を発光部３人とするレ
ーザ・ダイオードを複合して構成し・Ｃ１ゲートに加え
る電圧を制御することによって活性層を流れる電流を制
御し、レーザ・ダイオードの注入電流を制御し、その発
光を制御する。

第３図に本実施例を立体的に表わしてあり、各部の符号
は第１図と同一部分には同一符号で指示しである。なお
、第３図においてはｎ″″−ＡｔＧａＡｇ層４の上に、
コンタクト層のｎ＝ＧａＡｌ４１が付加して示しである
がこれは本質的に係りない。５１は先に示したドライブ
インによるＺｎの引延し拡散領域（レーザの活性領域）
であり、Ａ、ＢＫ臂開によるレーザ端面が形成され、フ
ァプリベロー共振器が構成されて、レーザ出力２０が矢
印のように得られる。

本実施例によれば、レーザ・ダイオードとＦＥＴが複合
される結果、光の高速変調に適している。

また、基板に半絶縁性基板を用いることができ、電極を
すべて主面側に設けたプレーナ構造にすることが可能と
なり、集積化や配線が容易になる。

〔実施例２〕 第４図に本発明の第２の実施例を糸してあり、第１図と
同一部分には同一番号で指示しである。

本実施例はゲートに接合ゲートを用いた点に特徴があり
、ｎ−一ムｔＧａＡｓ　４にｐ全拡散ゲート領域１０を
Ｚｎ拡散等によって設けてあり、その上に該領域にオー
ミックに接触するゲート電極１１　を設けである。

ｐ全拡散ゲート領域１０とｎ−ＡＬＧａＡａ　４のｐ−
ｎ接合から延びる空乏層１２の厚さをゲート電圧によっ
て制御することにより、先の実施例１と同様な動作が行
なわれる。

本実施例では、ｐ型拡散ゲート領域１０を活性層のｎ−
ＧａＡ１３に近ずけることができ、低い電圧をゲート電
極に印加することによつ°〔活性層を流れる電流を変調
することができる。

以上、本発明について実施例を示したが本発明は種々変
形可能なこともちろんである。例えば、ｐ型拡散領域５
の拡散に先たち、あらかじめ溝部を拡散予定形状に形成
しておき（化学エツテング等で）、その後Ｚｎを溝表面
１〔拡散することにより所望の拡散領域形状を得るよう
にし′（も良い。

この場合、拡散は凹部形状に得られ、第１図のように表
面から拡散するより横方同区がりが少なく行なわれる利
点がある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によればレーザ
・ダイオードとＦＩＴとを１体に複合化することができ
、光の高速変調が可能となる。また、本発明によれば基
板に半絶縁性基板を用い、電極なすべ゛Ｃ同一面からと
ることができるため、集積化及び配線が容易となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例の要部断面図、第２図は
そのエネルギ・バンド図、 第３図は、第１の実施例の斜視図、 第４図は第２の実施例の要部断面図。 １・”８Ｉ−ＧａＡｓ基板 ２　・・・ＨＲ−ＡｔＧａＡｓ ５−−−　ｎ−ＧａＡｓ ４　−　　ｎ−−ＡＡＧｍＡｍ ５・・・ｐｉｌｌ拡散領域 ６・”ｎ型拡散領域 ７・・・ドレイン電極 ８・・・ソース電極 ９・・・ゲート電極 実施例１の断面図 第　１　図 実施例１のエネルギ・バ〉ド図 第２図 実施例１の斜視口 第３８２１ 実施例２の断面図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半絶縁性化合物半導体基板上に、結晶学的に適合する
   第１の禁制帯幅が広い高抵抗な又はｎ型の化合物半導体
   、これより禁制帯幅が狭い活性層のｎ型化合物半導体及
   び第２の禁制帯幅が広い低濃度なｎ型の化合物半導体を
   順に備えるエピタキシヤル成長層が形成され、 該成長層の表面側より少なくとも前記活性層のｎ型化合
   物半導体を貫ぬく深さに形成されたｐ型不純物領域及び
   ｎ型不純物領域と、該両領域の間の第２の禁制帯幅が広
   い化合物半導体層に形成され前記活性層を流れる電流を
   制御するゲート領域とが形成され、 且つ、前記ｐ型不純物領域とｎ型の活性層との間に形成
   されるｐ−ｎ接合近傍がレーザの発光部となされている
   ことを特徴とする半導体装置。