JP4575013B2 - Method for manufacturing optoelectronic integrated device - Google Patents
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Description
本発明は光電子集積装置の製造方法に関し、より具体的には、集積回路が形成されたシリコン基板に、その集積回路に電気的に接続された化合物半導体の発光素子を一体に組み込んだ光電子集積装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a manufacturing method of the opto-electronic integrated equipment, and more particularly, to a silicon substrate on which an integrated circuit is formed, an optoelectronic integrated incorporating the compound semiconductor light emitting device electrically connected to the integrated circuit together and to provide a method for manufacturing equipment.
シリコン基板に集積回路を形成する技術は、その集積度を大きく高めながら発展し、今日のIT社会を支えてきた。しかしシリコンは可視光域の発光素子としては適切な半導体ではなく、可視光の発光素子にはGaNなどの化合物半導体が広く用いられている。上記集積回路が形成されたシリコン基板に、発光部分として用いられる化合物半導体を組み込み一体化する素子は、これまでにも多く提案されてきた。 The technology for forming an integrated circuit on a silicon substrate has been developed while greatly increasing the degree of integration, and has supported today's IT society. However, silicon is not a suitable semiconductor as a light-emitting element in the visible light region, and compound semiconductors such as GaN are widely used for visible light-emitting elements. Many devices have been proposed so far in which a compound semiconductor used as a light-emitting portion is integrated and integrated into a silicon substrate on which the integrated circuit is formed.
たとえば、化合物半導体基板上にエピタキシャル膜からなるレーザ発振部を形成し、その化合物半導体基板を部分的に除いたあとの残りの部分をシリコン基板に貼り付ける方法が開示されている(特許文献1)。この方法では、レーザ発振の共振部形成に不可欠な互いに平行な端面の形成にへき開面を用いる方法と、へき開面を用いない方法とが示されている。 For example, a method is disclosed in which a laser oscillation portion made of an epitaxial film is formed on a compound semiconductor substrate, and the remaining portion after the compound semiconductor substrate is partially removed is attached to a silicon substrate (Patent Document 1). . In this method, a method using a cleavage plane for forming end faces parallel to each other, which is indispensable for forming a resonance part of laser oscillation, and a method not using a cleavage plane are shown.
また、シリコン基板にV字状トレンチを形成し、このV字状トレンチに沿って細長い上記V字断面を有するバー状化合物半導体を嵌め込んで固定する方法が開示されている。このバー状化合物半導体はレーザ発振をするために、相対向する平行な端面はエッチングにより鏡面仕上げされる(特許文献2)
また、シリコン基板に凹部を設け、この凹部に発光ダイオードLEDを含む化合物半導体を嵌め込んで固定する構成が開示されている(特許文献3)。
Also disclosed is a method in which a V-shaped trench is formed in a silicon substrate, and a bar-shaped compound semiconductor having the elongated V-shaped cross section is fitted and fixed along the V-shaped trench. Since this bar-shaped compound semiconductor oscillates, opposite parallel end faces are mirror-finished by etching (Patent Document 2).
Moreover, the structure which provides a recessed part in a silicon substrate, and fits and fixes the compound semiconductor containing light emitting diode LED in this recessed part is disclosed (patent document 3).
上記の発光素子によれば、集積回路が形成されたシリコン基板と、活性層を含む化合物半導体とは一体化され、たとえば集積回路の電気信号からなる信号を光信号として出力することが可能となる。なお、以後の説明において集積回路が形成されたシリコン基板と、活性層を含む化合物半導体とが一体化された装置を光電子集積装置と記す。
しかしながら、上記の光電子集積装置は、処理工程が複雑であり高信頼性の製品を大量に効率よく提供することが困難である。とくにレーザ発振素子の場合、上記の構造の素子では連続して大量生産するのに向いていない。 However, the above-described optoelectronic integrated device has a complicated processing process, and it is difficult to efficiently provide a large amount of highly reliable products. In particular, in the case of a laser oscillation element, the element having the above structure is not suitable for mass production continuously.
本発明は、集積回路が形成されたシリコン基板と、活性層を含む化合物半導体層とを一体化した光電子集積装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims at providing a silicon substrate on which an integrated circuit is formed, a manufacturing method of the opto-electronic integrated equipment that integrates the compound semiconductor layers including an active layer.
本発明の光電子集積装置の製造方法は、シリコン基板上に成長支持層を形成する工程と、成長支持層をパターニングして、島状の成長支持層を取り囲む溝である取り囲み窓部、および島状の成長支持層から外側に離れるように延びる線状窓部を形成する工程とを有する。そして、窓部を埋め込み、成長支持層上に化合物半導体層をエピタキシャル横方向成長させる工程とを備える。化合物半導体をエピタキシャル横方向成長させ、活性層を含む積層エピタキシャル成長膜を形成した後に、降温し、平面的に見て取り囲み窓部と線状窓部との境界部分にへき開破壊を生じさせる。 The method for manufacturing an optoelectronic integrated device according to the present invention includes a step of forming a growth support layer on a silicon substrate, a patterning of the growth support layer, and a surrounding window portion that is a groove surrounding the island-shaped growth support layer, and an island shape Forming a linear window extending outwardly from the growth support layer. And a step of filling the window and epitaxially growing the compound semiconductor layer on the growth support layer in the lateral direction. After the compound semiconductor is epitaxially grown in the lateral direction to form a laminated epitaxial growth film including an active layer, the temperature is lowered, and cleavage fracture occurs at the boundary between the surrounding window portion and the linear window portion in plan view.
この方法により、中央部に所定値以上の差し渡し径を有する島状の化合物半導体のエピタキシャル膜を積層させることができる。この結果、島状部分における、シリコン基板に集積回路を、またその上のエピタキシャル積層膜に発光部を形成することができる。さらに、その島状部分から外側に延びる細い帯状のエピタキシャル膜の積層構造を形成することができるので、島状部分と細い帯状部分との境目に応力集中を生じさせて、互いに平行な相対向する2つのへき開面を生じさせることにより共振部分を形成することができる。 By this method, an epitaxial film of an island-shaped compound semiconductor having a passing diameter of a predetermined value or more can be laminated at the center. As a result, in the island portion, an integrated circuit can be formed on the silicon substrate and a light emitting portion can be formed on the epitaxial laminated film thereon. Furthermore, since a laminated structure of thin strip-like epitaxial films extending outward from the island-like portion can be formed, stress concentration is generated at the boundary between the island-like portion and the thin strip-like portion, and the parallel opposing surfaces are formed. A resonant portion can be formed by creating two cleavage planes.
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態における光電子集積装置10を示す平面図である。図1において、光電子集積装置は、平面的に見て6角形状であるが、6角形状に限定される必要はなく、周囲を連続した曲線または直線の組み合わせで取り囲むことができる形状であれば何でもよい。また、島状の形は、所定値以上の差し渡し径があれば好ましい。なお、上記形状は厳密には8角形というべきであるが、8角形の8辺のうちの対向する辺21は後に説明するように他の辺に比べて小さいので、図1に示す光電子集積装置10の平面形状は6角形状という。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an optoelectronic integrated
この光電子集積装置10は、シリコン基板上に、レーザ発振する活性層が含まれるように化合物半導体のAlGaAs多層構造が形成されている。レーザ発振するために互いに平行な対向する端面21は、へき開面により形成されている。平面的に見てこの端面の長さは他の辺に比べて短い。
In the optoelectronic
本発明の実施の形態において特徴的なことは、図示していない成長支持層の窓部2aの外周をELO層が取り囲んでいることである。この特徴は、本実施の形態における光電子集積装置の製造方法に由来するものであり、このあとなぜ成長支持層の側端縁を覆うようにELO層が位置するのか説明する。
What is characteristic in the embodiment of the present invention is that the ELO layer surrounds the outer periphery of the
図2は、図1のII-II線に沿う断面図である。図2において、シリコン基板1の上にGaAsバッファ層12が設けられ、その上にSiO2からなる成長支持層2が、窓部2aを有するように配置されている。その成長支持層2の側端縁を取り囲み、かつ成長支持層2を覆うようにn型AlGaAsからなるELO層3が位置している。そのELO層3の上にn型AlGaAsクラッド層13、活性層4およびp型AlGaAsクラッド層5がエピタキシャル成長されている。この光電子集積装置の端面21はへき開面によって構成されている。
2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. In FIG. 2, a
活性層4は、図3に示すように、n型AlGaAs層4a、その上のi型AlGaAs層4b、およびその上のp型AlGaAs層4cによって形成されるダブルヘテロ構造を有している。ただし、活性層はダブルヘテロ構造に限定されない。活性層では端面21において部分反射される光により励起されてレーザ発振が生じる。
As shown in FIG. 3, the
次に、上記の光電子集積装置の作製方法について説明する。図4は、光電子集積装置の作製において、シリコン基板1の上に堆積したSiO2の成長支持層2に窓部2aを設けた状態の斜視図である。窓部2aは、所定の幅をもったトレンチとして6角形状の島状の成長支持層2を取り囲む部分と、直線状に島状の成長支持層から離れるように外側に向かう部分とから形成されている。上記シリコン基板は(100)面を主面とする基板である。
Next, a method for manufacturing the optoelectronic integrated device will be described. FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a
まず、上記シリコン基板1上に、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法によりGaAsバッファ層12を厚さ0.1〜1μm成長させる。そのGaAsバッファ層12の上に、厚さ0.1〜0.5μmのSiO2膜2をスパッタ法により形成する。そのSiO2膜2にフォトリソグラフィの方法を用いて、上述のように、[011]方向と平行な直線状部分と、島状の成長支持層2を取り囲む部分とからなるトレンチ状に開口された窓部2aを形成する。
First, a
上述したように、本実施の形態では島状の成長支持層は6角形状である。その6角形状の成長支持層を取り囲む部分は、直線状トレンチの組み合わせから形成されている。この組み合わされた直線状トレンチのなかには、[011]方向に平行な直線状トレンチが含まれる。 As described above, in this embodiment, the island-like growth support layer has a hexagonal shape. The portion surrounding the hexagonal growth support layer is formed from a combination of straight trenches. Among the combined linear trenches, linear trenches parallel to the [011] direction are included.
島状の成長支持層を取り囲む窓部およびそこから離れる直線状窓部におけるトレンチ幅は5μmであり、また6角形状の中央平行辺の間の間隔は、外側に位置する上記窓部(トレンチ)を含んで300μmである。島状の成長支持層の[011]方向の長さは200μmとした。このような形状の窓部は1枚の基板上の任意の位置に複数形成することが可能である。 The trench width in the window portion surrounding the island-like growth support layer and the straight window portion away from the window portion is 5 μm, and the interval between the hexagonal central parallel sides is the above-described window portion (trench) located outside. And 300 μm. The length of the island-shaped growth support layer in the [011] direction was 200 μm. A plurality of window portions having such shapes can be formed at arbitrary positions on a single substrate.
このように窓部を形成したシリコン基板を用いてLPE法を用いて、下記の条件にて成長を行なった。シリコン基板にはあらかじめバッファ層および窓部をパターニングしたSiO2層の成長支持層を形成しておく。成長用の装置はよく知られているスライドボート法のものである。図5を参照して、シリコン基板はスライド台51に設けられた凹部51aに収納され、ボート52のスライドが円滑に行えるようにする。これらシリコン基板が載置されたスライド台51およびボート52は、十分な精度で温度制御が可能な炉内に配置される。まず、スライドボート52の溶液溜めに、次の5種類の成長用溶液を作製する。
Growth was performed under the following conditions using the LPE method using the silicon substrate in which the window was formed in this way. A growth support layer of an SiO 2 layer in which a buffer layer and a window portion are patterned in advance is formed on the silicon substrate. The growth apparatus is of the well-known slide boat method. Referring to FIG. 5, the silicon substrate is accommodated in a
溶液S1:Ga中にGaAsおよびn型不純物としてSiを溶解させたもの
溶液S2:Ga中にGaAsおよびAlおよびn型不純物としてTeを溶解させたもの
溶液S3:Ga中にGaAsおよびAlを溶解させたもの
溶液S4:Ga中にGaAsおよびAlおよびp型不純物としてZnを溶解させたもの
溶液S5:Ga中にGaAsおよびp型不純物としてZnを溶解させたもの
炉内温度を500℃に昇温し、溶液S1と接触させる。接触後少しずつ温度を低下させると窓部からの横方向成長により、窓部の周辺および窓部内にはGaAsエピタキシャル膜(ELO層)が成長する。SiO2により保護されている領域では成長は起こらない。
Solution S1: GaAs and Si dissolved in Ga as an n-type impurity Solution S2: GaAs and Al dissolved in Ga and Te as an n-type impurity Solution S3: GaAs and Al dissolved in Ga Solution S4: GaAs and Al dissolved in Ga and Zn as p-type impurities Solution S5: GaAs and Zn dissolved as p-type impurities in Ga Raised the furnace temperature to 500 ° C Contact with solution S1. When the temperature is gradually lowered after the contact, a GaAs epitaxial film (ELO layer) grows in the periphery of the window part and in the window part by lateral growth from the window part. No growth occurs in the region protected by SiO 2 .
490℃まで0.1℃/分で冷却した後、溶液S1をシリコン基板から分離し、次いで溶液S2と接触させる。その状態で485℃まで1℃/分で冷却する。溶液S2を分離するとともにそのままの速度でボートを動かし、溶液S3の接触、次いでその分離を行う。
After cooling to 490 ° C. at 0.1 ° C./min,
このあと溶液S4とシリコン基板とを接触させ、480℃まで1℃/分で成長を行なう。次いで溶液S4を分離したあと溶液S5とシリコン基板とを接触させる。その状態で487℃まで冷却し、溶液S5をシリコン基板から分離した。 Thereafter, the solution S4 and the silicon substrate are brought into contact with each other, and growth is performed at 1 ° C./min up to 480 ° C. Next, after separating the solution S4, the solution S5 is brought into contact with the silicon substrate. In this state, the solution was cooled to 487 ° C., and the solution S5 was separated from the silicon substrate.
その後、そのままの状態で室温まで冷却し、成長炉より取出した。 Then, it cooled to room temperature in the state as it was, and took out from the growth furnace.
室温まで冷却した炉内から取出した上記エピタキシャル積層膜を顕微鏡観察したところ、直線状の窓部と、島状成長支持層を取り囲む窓部との境界付近で(0-1-1)面と平行な自然へき開面が形成されていた。 When the above-mentioned epitaxial laminated film taken out from the furnace cooled to room temperature was observed with a microscope, it was parallel to the (0-1-1) plane in the vicinity of the boundary between the straight window and the window surrounding the island-like growth support layer. A natural cleavage plane was formed.
上記の取り出したエピタキシャル膜をKOHエッチング液でエッチングしたところ、窓部およびその上方には多数の転位が認められたが、その他の部分にはほとんど転位が認められなかった。 When the extracted epitaxial film was etched with a KOH etching solution, many dislocations were observed in the window and above, but almost no dislocations were observed in the other portions.
上記の処理工程で成長させたエピタキシャル膜は次のエピタキシャル膜を活性層とする端面発光レーザ構造を有している。各エピタキシャル層の厚みおよびAl組成は下記のとおりである。各エピタキシャル膜の符号は、図2に示す符号に対応する。 The epitaxial film grown in the above process has an edge-emitting laser structure with the next epitaxial film as an active layer. The thickness and Al composition of each epitaxial layer are as follows. The code | symbol of each epitaxial film respond | corresponds to the code | symbol shown in FIG.
エピタキシャル膜3:Al組成0、厚み3μm
エピタキシャル膜13(4a):Al組成0.3、厚み2μm
エピタキシャル膜4b:Al組成0、厚み0.1μm
エピタキシャル膜4c:Al組成0.3、厚み2μm
エピタキシャル膜5:Al組成0、厚み0.5μm
上記の作製工程は、図6〜図8のようにまとめられる。図6は、シリコン基板の上に窓部2aをパターニングした成長支持層2を形成した状態を示す図である。図7は、このあと各エピタキシャル層に対応する溶液S1〜S6を順次シリコン基板に接触させて(図5参照)、エピタキシャル積層構造を形成した状態を示す図である。図8は、このあと炉内温度を室温まで下げる過程で直線状の窓部と、島状成長層を取り囲む窓部との境界部35に応力集中が生じ、へき開面21が形成された状態を示す図である。応力集中は熱膨張率の差に起因して発生する応力Fによる。
Epitaxial film 3:
Epitaxial film 13 (4a): Al composition 0.3,
Epitaxial film 5:
The above manufacturing steps are summarized as shown in FIGS. FIG. 6 is a view showing a state in which the
このあと、島状のエピタキシャル積層膜のみを残して他の部分のエピタキシャル膜を除去した。次いで、図9に示すように島状エピタキシャル積層膜の上に長方形の電極17を、また図示しない下部電極を形成し、両電極間に電流を流したところ、レーザ発振を得ることができた。これら電極はシリコン基板に形成された集積回路と電気的に接続する。
Thereafter, the other portion of the epitaxial film was removed leaving only the island-like epitaxial multilayer film. Next, as shown in FIG. 9, a
次に、上記の処理工程においてへき開面が発生するメカニズムについて説明する。図10に示すように、スライドボート法によりエピタキシャル積層膜を成長させたあと、成長温度から室温へ温度を降下させる。この温度降下のため、シリコン基板とエピタキシャル成長層との熱膨張係数差により応力が発生する(図11参照)。すなわち、たとえばシリコン基板上のGaAsエピタキシャル成長層の場合、エピタキシャル膜成長層の熱収縮が大きいためエピタキシャル成長層中に引張応力Fが発生する。エピタキシャル成長層の形状効果のため、上述のように、位置35に応力集中が生じ、この位置にクラックが発生する(図11)。
Next, the mechanism by which cleavage planes occur in the above treatment process will be described. As shown in FIG. 10, after the epitaxial laminated film is grown by the slide boat method, the temperature is lowered from the growth temperature to room temperature. Due to this temperature drop, stress is generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate and the epitaxial growth layer (see FIG. 11). That is, for example, in the case of a GaAs epitaxial growth layer on a silicon substrate, tensile stress F is generated in the epitaxial growth layer because the thermal contraction of the epitaxial film growth layer is large. Due to the shape effect of the epitaxial growth layer, stress concentration occurs at the
直線状窓部をエピタキシャル成長層のへき開面に垂直方向に延びるように作製しておけば、中央に島状の成長支持層を残して、直線状窓部を含む端は除かれる。その結果、互いに平行な対向する2つのへき開面21の間で共振するレーザ発振部を形成することができる。
If the straight window portion is formed so as to extend in the direction perpendicular to the cleavage plane of the epitaxial growth layer, the end including the straight window portion is removed, leaving an island-shaped growth support layer in the center. As a result, it is possible to form a laser oscillation portion that resonates between two
上記のプロセスによれば、へき開という非常に熟練度を要する処理を作業者が手作業で個々のレーザ素子ごとに行なうことなく、温度制御をするだけで自動的に光電子集積装置を作製することができる。上記の光電子集積装置は、成長支持層の窓部パターンを適切に設計すれば複数個の光電子集積装置を並行的に製造することができる。この結果、自動的に多数の光電子集積装置を精度よく作製することが可能となる。 According to the above process, an optoelectronic integrated device can be automatically manufactured only by controlling the temperature without manually performing each process of each laser element, which requires a very skillful process of cleaving. it can. In the above optoelectronic integrated device, a plurality of optoelectronic integrated devices can be manufactured in parallel if the window pattern of the growth support layer is appropriately designed. As a result, a large number of optoelectronic integrated devices can be automatically manufactured with high accuracy.
レーザ発振部の横電流閉じ込め構造は、電極によるものの他に、イオン注入により周りの領域を高抵抗化するもの、埋め込み成長により閉じ込め構造を作製するものなど、通常のレーザプロセスで使用されるもののすべてが適用できる。ただし、埋め込み成長によるものなど、2回以上の結晶成長を伴うプロセスによるものの場合は、成長層の形状を適切に設計することにより、何回目の成長後の降温過程でへき開を生じさせるか制御することができる。たとえば、最後の成長後の降温過程でへき開が生じるように設定すれば、フレッシュなへき開面を最終的に得ることが可能となる。また、成長温度からの降温過程ではへき開が生じず、その後の熱処理、たとえば成長温度より高温に昇温し降温するという過程でへき開が生じるようにすれば、へき開プロセスを結晶成長と分離することができ、プロセスの自由度が向上する。 The lateral current confinement structure of the laser oscillation part is not limited to electrodes, but all of those used in ordinary laser processes, such as those that increase the resistance of the surrounding region by ion implantation, and those that produce the confinement structure by buried growth Is applicable. However, in the case of a process that involves two or more crystal growths, such as by embedding growth, it is possible to control how many times the temperature is lowered after the growth by appropriately designing the shape of the growth layer. be able to. For example, if it is set so that cleavage occurs in the temperature lowering process after the last growth, a fresh cleavage plane can be finally obtained. In addition, the cleavage process is separated from the crystal growth if the cleavage process does not occur in the temperature lowering process from the growth temperature but the subsequent heat treatment, for example, the cleavage occurs in the process of raising the temperature higher than the growth temperature and lowering the temperature. And the degree of freedom of the process is improved.
図12〜図14は、図6〜図8の変形例である。図12に示す窓部パターン2aを用いることによっても、上記と同様の光電子集積装置を製造することができる。図12における窓部パターンと、図6に示すそれとの相違は島状の成長支持層を取り囲む窓部パターンが、図6では完全に閉じて連続しているのに対して図12ではそうではなく、部分的に途切れている。ELO成長の際に、部分的に途切れている箇所を補って、図7と同じ形状にELO膜が横方向成長するので、同様のプロセスを経て同様の光電子集積装置を得ることが可能となる。
12 to 14 are modified examples of FIGS. 6 to 8. An optoelectronic integrated device similar to the above can also be manufactured by using the
図15に、上記実施の形態における光電子集積装置の各積層部におけるAlGaAsのAlの組成xを示す。活性層は上記実施の形態ではダブルヘテロ構造をとる装置について説明したが、図15に示すようにMQW(Multi-Quantum Well:多重量子井戸)構造により活性層を形成してもよいことはいうまでもない。 FIG. 15 shows the Al composition x of AlGaAs in each stacked portion of the optoelectronic integrated device in the above embodiment. In the above embodiment, the active layer has been described as an apparatus having a double hetero structure. However, it goes without saying that the active layer may be formed with an MQW (Multi-Quantum Well) structure as shown in FIG. Nor.
つぎに上記の実施の形態を含めて、本発明の他の実施の形態の変形例を羅列的に紹介する。 Next, modifications of the other embodiments of the present invention including the above-described embodiment will be introduced in a list.
上記の光電子集積装置の相対向する端面が互いに平行なへき開面によって形成されてもよい。 The opposed end faces of the optoelectronic integrated device may be formed by cleavage planes parallel to each other.
この構成により、発光部としてレーザ発振部を形成することが可能になる。 With this configuration, a laser oscillation unit can be formed as the light emitting unit.
また、平面的に見て、へき開面は、そのへき開面に沿う方向のELO層の幅が外側へと減少している端に位置することができる。 Further, when viewed in a plan view, the cleavage plane can be located at an end where the width of the ELO layer in the direction along the cleavage plane decreases outward.
また、平面的に見て、へき開面は、そのへき開面に沿う方向のELO層の幅が部分的に狭くなっている部分に位置することができる(図16および図17参照)。 Further, as viewed in a plan view, the cleavage plane can be located in a portion where the width of the ELO layer in the direction along the cleavage plane is partially narrowed (see FIGS. 16 and 17).
この構成により、たとえば温度を下げることにより、シリコン基板と化合物半導体層との熱膨張係数の差に起因する応力によりへき開面を形成し、レーザ発振の共振部分を形成することができる。 With this configuration, for example, by lowering the temperature, a cleavage plane can be formed by stress resulting from a difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate and the compound semiconductor layer, and a resonance part of laser oscillation can be formed.
上記のELO層は、InGaAsP層、InAsP層、InGaAs層、GaAs層、AlGaAs層、InP層、AlInGaP層、InGaP層、GaAsP層、GaP層、AlP層、AlGaP層、GaN層、GaInNAs層、GaPN層、InPN層、AlPN層、InGaN層およびAlInGaN層のいずれかであってもよい。 The ELO layer is an InGaAsP layer, InAsP layer, InGaAs layer, GaAs layer, AlGaAs layer, InP layer, AlInGaP layer, InGaP layer, GaAsP layer, GaP layer, AlP layer, AlGaP layer, GaN layer, GaInNAs layer, GaPN layer Any of an InPN layer, an AlPN layer, an InGaN layer, and an AlInGaN layer may be used.
この構成により、発光に適した化合物半導体層をシリコン基板上に形成することが可能になる。 With this configuration, a compound semiconductor layer suitable for light emission can be formed on the silicon substrate.
また、上記の成長支持層が、絶縁体、導電体および誘電多層体のいずれかであってもよい。 The growth support layer may be an insulator, a conductor, or a dielectric multilayer body.
上記の構成により、SiO2だけでなく、他の窒化膜、金属膜、誘電体膜を成長支持層として用いることができ、製造の自由度を高めることが可能になる。上記材料としては次のものが挙げられる。
(1) 絶縁性素材:SiN、TiO2、P2O3、Al2O3などの金属酸化物または窒化物
(2) 導電性素材:Ti,Fe,Pt,Niなどの金属、さらに特殊な金属としてCo,W,Ta,Moなどの高融点金属(高温での成長にも対応可能)
(3) 誘電多層体:MgO2/SiO2多層膜,ZrO2/SiO2多層膜など
また、上記の化合物半導体をエピタキシャル横方向成長させる工程では、LPE法において、スライドボート法を用いることができる。
With the above configuration, not only SiO 2 but also other nitride films, metal films, and dielectric films can be used as the growth support layer, and the manufacturing flexibility can be increased. Examples of the material include the following.
(1) Insulating material: Metal oxide or nitride such as SiN, TiO 2 , P 2 O 3 , Al 2 O 3 (2) Conductive material: Metal such as Ti, Fe, Pt, Ni, and more special Refractory metals such as Co, W, Ta, and Mo as metals (also capable of growing at high temperatures)
(3) Dielectric multilayer: MgO 2 / SiO 2 multilayer, ZrO 2 / SiO 2 multilayer, etc. In the step of epitaxially growing the above compound semiconductor, the slide boat method can be used in the LPE method. .
この方法により、結晶性に優れたエピタキシャル膜を容易に低コストで形成することが可能になる。 This method makes it possible to easily form an epitaxial film having excellent crystallinity at a low cost.
また、化合物半導体をエピタキシャル横方向成長させ、活性層を含む積層エピタキシャル成長膜を形成した後に、所定の冷却速度以上で降温し、平面的に見て取り囲み窓部と線状窓部との境界部分にへき開破壊を生じさせることができる。 Also, after epitaxially growing the compound semiconductor in the lateral direction and forming a laminated epitaxial growth film including the active layer, the temperature is lowered at a predetermined cooling rate or more, and the boundary portion between the surrounding window portion and the linear window portion is seen in plan view. Cleavage can occur.
この方法により、レーザ発振に必要な共振部分を2つのへき開面の間に形成することができる。なお、上記の線状窓部の延びる方向(長手方向)をへき開面に垂直な方向、たとえば[011]にとればへき開を発生させやすい。 By this method, a resonance portion necessary for laser oscillation can be formed between two cleaved surfaces. In addition, if the extending direction (longitudinal direction) of the linear window portion is set to a direction perpendicular to the cleavage plane, for example, [011], cleavage is likely to occur.
また、上記実施の形態ではレーザ発振部を有する光電子集積装置を説明したが、レーザ発振部はLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)であってもよい。 In the above embodiment, an optoelectronic integrated device having a laser oscillation unit has been described. However, the laser oscillation unit may be an LED (Light Emitting Diode).
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことを意図するものである。 While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の光電子集積装置およびその製造方法は、集積回路を有するシリコン基板上に発光に適した任意の化合物半導体のエピタキシャル膜を非常に容易に低コストで積層することができ、またレーザ発振の共振部分を温度制御だけで自動的に2つのへき開面の間に形成することができるので、広範に用いられることが期待される。 According to the optoelectronic integrated device and the manufacturing method thereof of the present invention, an epitaxial film of an arbitrary compound semiconductor suitable for light emission can be stacked on a silicon substrate having an integrated circuit very easily and at low cost. Since the portion can be automatically formed between two cleavage planes only by temperature control, it is expected to be widely used.
1 シリコン基板、2 成長支持層、2a 窓部、3 ELO膜、4 活性層4a n型AlGaAs層、4b i型AlGaAs層、4c p型AlGaAs層、5 p型AlGaAsクラッド層、10 光電子集積装置、12 GaAsバッファ層、13 n型AlGaAsクラッド層、17 上部電極、21 へき開面、35 応力集中部、51 スライド台、51a 凹部、52 ボート。
1 silicon substrate, 2 growth support layer, 2a window, 3 ELO film, 4
Claims (8)
前記成長支持層をパターニングして、島状の成長支持層を取り囲む溝である取り囲み窓部、および前記島状の成長支持層から外側に離れるように延びる線状窓部を形成する工程と、
前記窓部を埋め込み、前記成長支持層上に化合物半導体層をエピタキシャル横方向成長させる工程とを備え、
前記化合物半導体をエピタキシャル横方向成長させ、活性層を含む積層エピタキシャル成長膜を形成した後に、降温し、平面的に見て前記取り囲み窓部と線状窓部との境界部分にへき開破壊を生じさせる、光電子集積装置の製造方法。 Forming a growth support layer on the silicon substrate;
Patterning the growth support layer to form an enclosing window that is a groove surrounding the island-shaped growth support layer, and a linear window extending outwardly from the island-shaped growth support layer; and
Embedding the window portion and epitaxially growing a compound semiconductor layer on the growth support layer .
Said compound semiconductor is epitaxially laterally grown, after forming a laminated epitaxial growth film including an active layer, the temperature was lowered, that cause cleavage fracture in the boundary portion between the surrounding window in plan view and the linear window A method of manufacturing an optoelectronic integrated device.
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