(57)【要約】本明細書に説明される実施形態は、第１の多孔度の第１の多孔性多重層を含む基板と、第１の多孔性多重層の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層と、活性量子井戸キャッピング層の上の第１の多孔度の第２の多孔性多重層とを備えている層状構造を提供し、第２の多孔性多重層は、第１の多孔性多重層と整列している。一実施形態において、第２の多孔性多重層は、第１の多孔度を有し、第１の多孔性多重層、少なくとも活性量子井戸キャッピング層の第１の多孔性多重層と整列している第１の部分、および第２の多孔性多重層のスタックは、第１の波長における第１の光波がスタックを通過することを可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状構造であって、前記層状構造は、
第１の多孔度を有する第１の多孔性多重層を含む基板と、
前記第１の多孔性多重層の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層と、
前記活性量子井戸キャッピング層の上の前記第１の多孔度を有する第２の多孔性多重層と
を備え、
前記第２の多孔性多重層は、前記第１の多孔性多重層と整列している、層状構造。
【請求項２】
前記基板は、ゲルマニウムまたはヒ化ガリウムから構成されている、請求項１に記載の層状構造。
【請求項３】
前記第２の多孔性多重層は、前記第１の多孔度を有し、
前記第１の多孔性多重層、少なくとも前記活性量子井戸キャッピング層の前記第１の多孔性多重層と整列している第１の部分、および前記第２の多孔性多重層のスタックは、第１の波長における第１の光波が前記スタックを通過することを可能にする、請求項１に記載の層状構造。
【請求項４】
前記第１の多孔性多重層と前記活性量子井戸キャッピング層との間で前記基板の上に成長させられた第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層をさらに備え、
前記第２の多孔性多重層は、前記活性量子井戸キャッピング層の上の第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層を含み、
前記第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第１の反射率は、前記第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第２の反射率と異なり、それによって、前記第１の多孔性多重層、前記第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層、および前記第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層のスタックに、第１の波長における第１の光波が前記スタックを通過することを可能にさせる、請求項１に記載の層状構造。
【請求項５】
前記第１の多孔性多重層および前記第２の多孔性多重層は、前記活性量子井戸キャッピング層における第１の領域と整列し、前記基板は、第３の多孔性多重層を含み、
前記層状構造は、前記活性量子井戸キャッピング層の上の前記第２の多孔度を有する第４の多孔性多重層をさらに備え、
前記第２の多孔性多重層および前記第４の多孔性多重層は、前記活性量子井戸キャッピング層の上に成長させられたバルク層の多孔性部分であり、
前記第３の多孔性多重層および前記第４の多孔性多重層は、前記活性量子井戸キャッピング層における第２の領域と整列している、請求項１に記載の層状構造。
【請求項６】
前記第１の多孔性多重層と前記第３の多孔性多重層とは、異なる寸法または異なる多孔度を有し、
前記第２の多孔性多重層と前記第４の多孔性多重層とは、異なる寸法または異なる多孔度を有する、請求項５に記載の層状構造。
【請求項７】
前記第１の多孔性多重層、少なくとも前記活性量子井戸キャッピング層の前記第１の領域、および前記第２の多孔性多重層は、第１の波長における第１の光波が通過することを可能にする第１のＶＣＳＥＬを形成し、前記第３の多孔性多重層、少なくとも前記活性量子井戸キャッピング層の前記第２の領域、および前記第４の多孔性多重層は、第２の波長における第２の光波が通過することを可能にする第２のＶＣＳＥＬを形成している、請求項５に記載の層状構造。
【請求項８】
前記第２の多孔性多重層は、前記活性量子井戸キャッピング層の上に成長させられたバルク層の多孔性部分であり、
前記バルク層は、複数の空間的に分散させられた多孔性多重層を有し、前記複数のものからの各多孔性多重層は、特定の波長における光波が通過することを可能にする前記各多孔性多重層の特定の反射率をもたらすように選択された多孔度を有する、請求項１に記載の層状構造。
【請求項９】
前記第２の多孔性多重層と前記第４の多孔性多重層との間のスペースにおいてバルクウエハの中に統合されたシュードモルフィック高電子移動度トランジスタまたはヘテロ接合バイポーラトランジスタをさらに備えている、請求項５に記載の層状構造。
【請求項１０】
前記第２の多孔性多重層および前記第４の多孔性多重層は、同じ多孔度を有し、前記バルクウエハにおける連続した多孔性多重層として互いに接続されている、請求項５に記載の層状構造。
【請求項１１】
前記第１の多孔性多重層と前記第３の多孔性多重層との間のスペースにおいて前記基板の中に統合されたピンダイオードをさらに備えている、請求項９に記載の層状構造。
【請求項１２】
前記連続した多孔性多重層は、前記ピンダイオードと整列している第５の多孔性多重層を含み、前記第５の多孔性多重層は、第３の多孔度を有し、前記第３の多孔度は、前記活性量子井戸キャッピング層から放出される前記第１の波長における前記第１の光波を前記第５の多孔性多重層が前記ピンダイオードの方向に反射することを可能にする、請求項１０に記載の層状構造。
【請求項１３】
前記基板は、前記ピンダイオードに近接して第６の多孔性多重層を含み、前記第６の多孔性多重層は、前記第１の波長における前記第１の光波が通過し、前記ピンダイオードに到達することを可能にするように構成されている、請求項１１に記載の層状構造。
【請求項１４】
１つ以上の垂直の多孔性多重層をさらに備え、前記１つ以上の垂直の多孔性多重層は、前記第１の多孔性多重層、前記活性量子井戸キャッピング層、および前記第２の多孔性多重層に対して垂直であり、かつそれらを横断し、
前記１つ以上の多孔性多重層は、前記第１の多孔性多重層、前記活性量子井戸キャッピング層、および前記第２の多孔性多重層のスタックを分割し、複数のＶＣＳＥＬを形成している、請求項１に記載の層状構造。
【請求項１５】
少なくとも１つの垂直の多孔性多重層の厚さおよび多孔度が、多孔性フィルタを形成するために選択され、前記多孔性フィルタは、第３の波長における第３の光波が前記複数のＶＣＳＥＬからの２つの隣接するＶＣＳＥＬ間を通ることを可能にする、請求項１３に記載の層状構造。
【請求項１６】
少なくとも１つの垂直の多孔性多重層の厚さおよび多孔度が、多孔性隔離部を形成するために選択され、前記多孔性隔離部は、前記複数のＶＣＳＥＬからの２つの隣接するＶＣＳＥＬ間のどんな光波の通過も可能にしない、請求項１３に記載の層状構造。
【請求項１７】
層状構造であって、前記層状構造は、
基板と、
前記基板の上に成長させられた第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層と、
前記第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層と、
前記基板と同じ材料から構成された多孔性多重層と
を備え、
前記多孔性多重層は、前記活性量子井戸キャッピング層の上にある、層状構造。
【請求項１８】
前記活性量子井戸の上、かつ前記活性量子井戸と前記多孔性多重層との間に成長させられた第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層をさらに備え、
前記第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第１の反射率は、前記第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第２の反射率と異なり、それによって、前記多孔性多重層、前記第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層、および前記第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層のスタックに、第１の波長における第１の波長が前記スタックを通過することを可能にさせる、請求項１６に記載の層状構造。
【請求項１９】
円形の層状構造であって、前記円形の層状構造は、
円形基板と、
前記円形基板の半径方向に下の第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層と、
前記第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層の半径方向に下の円形の活性量子井戸キャッピング層と、
前記円形の活性量子井戸キャッピング層の半径方向に下の第２の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層と
を備えている、円形の層状構造。
【請求項２０】
前記第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層は、前記第２の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層と同じ半径方向多孔度を有する、請求項１８に記載の円形の層状構造。
【請求項２１】
前記第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層、前記円形の活性量子井戸キャッピング層、および前記第２の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層は、第１の波長における第１の光波が通過することを可能にする集束ＶＳＣＥＬを形成する、請求項１８に記載の円形の層状構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年１月１８日に出願された米国仮出願第６２／６１８，９８５号の３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  Ｓｅｃｔｉｏｎ  １１９（ｅ）（米国特許法第１１９条（ｅ））下の優先権および利益を主張する。前述の先に出願された出願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（使用の分野）
本願は、半導体デバイスにおけるベース基板上に分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を形成することに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、層の周期的に変動する屈折率に起因してレーザ光を通過させるためのＤＢＲとしての機能を果たすために、ＩＩＩ−Ｖ族多重層（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｘ、ｙ≦１であり、それは、ｘ＝０、ｙ＝１のとき、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓである））を利用する。
【０００４】
しかしながら、エピタキシャルＧａＡｓ  ＤＢＲは、多くの場合、生産するために高価であり、それらが、大量総数のエピタキシャル層を要求するので、最終的なエピタキシャルスタック内に不要な歪み効果を誘発し得る。誘発された欠陥は、デバイスの寿命を限定し、デバイスの収率損失をもたらし得る。加えて、従来のエピタキシャルＤＢＲは、通常、同じ波長が、基板全体にわたって通過することを可能にすることに限定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に説明される実施形態は、第１の多孔度の第１の多孔性多重層を含む基板と、第１の多孔性多重層の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層と、活性量子井戸キャッピング層の上の第１の多孔度の第２の多孔性多重層とを備えている層状構造を提供し、第２の多孔性多重層は、第１の多孔性多重層と整列している。
【０００６】
一実施形態において、基板は、ゲルマニウムまたはヒ化ガリウムから構成される。
【０００７】
一実施形態において、第１の多孔性多重層、少なくとも第１の多孔性多重層と整列している、活性量子井戸キャッピング層の第１の部分、および第２の多孔性多重層のスタックは、第１の波長における第１の光波がスタックを通過することを可能にする。
【０００８】
一事例において、層状構造は、第１の多孔性多重層と活性量子井戸キャッピング層との間で基板の上に成長させられた第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層をさらに備えている。この事例において、第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第１の反射率は、第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第２の反射率と異なる。このように、第１の多孔性多重層、第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層、および第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層は、第１の波長における第１の光波がスタックを通過することを可能にする。
【０００９】
一実施形態において、層状構造の第１の多孔性多重層および第２の多孔性多重層は、活性量子井戸キャッピング層における第１の領域とさらに整列しており、基板は、第３の多孔性多重層を含む。本実施形態において、層状構造は、活性量子井戸キャッピング層の上の第２の多孔度を有する第４の多孔性多重層をさらに備え、第２の多孔性多重層および第４の多孔性多重層は、活性量子井戸キャッピング層の上に成長させられたバルク層の多孔性部分であり、第３の多孔性多重層および第４の多孔性多重層は、活性量子井戸キャッピング層における第２の領域と整列している。
【００１０】
さらに、本実施形態において、第１の多孔性多重層と第３の多孔性多重層とは、異なる寸法または異なる多孔度を有し得る。第２の多孔性多重層と第４の多孔性多重層とも、異なる寸法または異なる多孔度を有し得る。
【００１１】
なおもさらに、本実施形態において、第１の多孔性多重層、少なくとも活性量子井戸キャッピング層の第１の領域、および第２の多孔性多重層は、第１の波長における第１の光波が通過することを可能にする第１のＶＣＳＥＬを形成する。加えて、第３の多孔性多重層、少なくとも活性量子井戸キャッピング層の第２の領域、および第４の多孔性多重層は、第２の波長における第２の光波が通過することを可能にする第２のＶＣＳＥＬを形成し得る。
【００１２】
なおもさらに、本実施形態において、層状構造は、第２の多孔性多重層と第４の多孔性多重層との間のスペースにおいてバルクウエハの中に統合されたシュードモルフィック高電子移動度トランジスタまたはヘテロ接合バイポーラトランジスタをさらに備え得る。
【００１３】
なおもさらに、本実施形態において、第２の多孔性多重層と第４の多孔性多重層とは、同じ多孔度を有し得、バルクウエハにおける連続した多孔性多重層として互いに接続され得る。
【００１４】
第２の多孔性多重層と第４の多孔性多重層とが同じ多孔度を有し、互いに接続される上記の実施形態において、層状構造は、第１の多孔性多重層と第３の多孔性多重層との間のスペースにおいて基板の中に統合されたピンダイオードをさらに備え得る。
【００１５】
層状構造が、ピンダイオードをさらに備えている上記の実施形態において、連続した多孔性多重層は、ピンダイオードと整列している第５の多孔性多重層を含み得、第５の多孔性多重層は、第５の多孔性多重層が活性量子井戸キャッピング層から放出される第１の波長における第１の光波をピンダイオードの方向に反射することを可能にする第３の多孔度を有し得る。
【００１６】
層状構造が、第５の多孔性多重層をさらに備えている上記の実施形態において、層状構造は、ピンダイオードに近接して第６の多孔性多重層をさらに含み得る。第６の多孔性多重層は、第１の波長における第１の光波が通過し、ピンダイオードに到達することを可能にするように構成され得る。
【００１７】
さらに、本実施形態において、少なくとも１つの垂直の多孔性多重層の厚さおよび多孔度は、第３の波長における第３の光波が複数のＶＣＳＥＬからの２つの隣接するＶＣＳＥＬ間を通過することを可能にする多孔性フィルタを形成するために選択され得る。
【００１８】
なおもさらに、本実施形態において、少なくとも１つの垂直の多孔性多重層の厚さおよび多孔度は、複数のＶＣＳＥＬからの２つの隣接するＶＣＳＥＬ間のどんな光波の通過も可能にしない多孔性隔離部を形成するために選択される。
【００１９】
一事例において、層状構造の第２の多孔性多重層は、活性量子井戸キャッピング層の上に成長させられたバルク層の多孔性部分である。この事例において、バルク層は、複数の空間的に分散させられた多孔性多重層を有し得、複数のものからの各多孔性多重層は、それぞれの多孔性多重層の特定の反射率をもたらすように選択される、多孔度を有し、特定の波長における光波が通過することを可能にする。
【００２０】
一実施形態において、層状構造は、第１の多孔性多重層、活性量子井戸キャッピング層、および第２の多孔性多重層に対して垂直であり、かつそれらを横断する１つ以上の垂直の多孔性多重層をさらに備えている。本実施形態において、１つ以上の多孔性多重層は、第１の多孔性多重層、活性量子井戸キャッピング層、および第２の多孔性多重層のスタックを分割し、複数のＶＣＳＥＬを形成し得る。
【００２１】
別の実施形態において、層状構造は、基板と、基板の上に成長させられた第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層と、第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層と、基板と同じ材料から構成された多孔性多重層とを備えている。多孔性多重層は、活性量子井戸キャッピング層の上にあり得る。
【００２２】
一実施形態において、第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層を備えている上記の層状構造は、活性量子井戸の上、かつ活性量子井戸と多孔性多重層との間に成長させられた第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層を備えている。本実施形態において、第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第１の反射率は、第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層の第２の反射率と異なる。このように、多孔性多重層、第１のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層、および第２のエピタキシャル分散ブラッグ反射器多重層のスタックは、第１の波長における第１の波長がスタックを通過することを可能にされる。
【００２３】
別の実施形態において、円形の層状構造は、円形基板と、円形基板の半径方向に下の第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層と、第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層の半径方向に下の円形の活性量子井戸キャッピング層と、円形の活性量子井戸キャッピング層の半径方向に下の第２の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層とを備えている。
【００２４】
円形の層状構造の一実施形態実施形態において、第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層は、第２の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層と同じ半径方向多孔度を有する。
【００２５】
円形の層状構造の一実施形態において、第１の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層、円形の活性量子井戸キャッピング層、および第２の半径方向の多孔性分散ブラッグ反射器多重層は、第１の波長における第１の光波が通過することを可能にする集束ＶＳＣＥＬを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本開示のさらなる特徴、その性質、および種々の利点が、付随の図面と併せた以下の発明を実施するための形態の考察の結果、明白となるであろう。
【００２７】
【図１】図１は、例証的実施形態による、ＤＢＲのための多孔性多重層処理を用いて層状構造を成長させるためのプロセスを図示する例示的略図を示す。
【００２８】
【図２】図２は、例証的実施形態による、ＤＢＲのための多孔性多重層処理の上にエピタキシャル層を伴う層状構造を成長させるためのプロセスを図示する例示的略図を示す。
【００２９】
【図３】図３は、例証的実施形態による、ＤＢＲのためにエピタキシャル層の上に多孔性多重層処理を用いて層状構造を成長させるためのプロセスを図示する例示的略図を示す。
【００３０】
【図４】図４は、例証的実施形態による、単一基板上に２つの空間的に分離されたＶＣＳＥＬを含む層状構造を図示する例示的略図を示す。
【００３１】
【図５】図５は、例証的実施形態による、２次元アレイを形成するために単一基板上に２つのＶＣＳＥＬを含む層状構造を図示する例示的略図を示す。
【００３２】
【図６】図６は、例証的実施形態による、図２に説明される層状構造の中に統合されたヘテロ接合バイポーラトランジスタを図示する例示的略図を示す。
【００３３】
【図７Ａ】図７ａは、例証的実施形態による、単一基板上に２つのＶＣＳＥＬを含む層状構造に統合されたピンダイオードを図示する例示的略図を示す。
【００３４】
【図７Ｂ】図７ｂは、例証的実施形態による、単一基板上に２つのＶＣＳＥＬを含む層状構造に統合されたピンダイオードを図示する例示的略図を示す。
【００３５】
【図８Ａ】図８ａは、例証的実施形態による、ＤＢＲのための多孔性多重層処理を用いて層状構造の上に垂直ＤＢＲを作成するためのプロセスを図示する例示的略図を示す。
【００３６】
【図８Ｂ】図８ｂは、例証的実施形態による、ＤＢＲのための多孔性多重層処理を用いて垂直ＤＢＲを作成するためのプロセスを図示する例示的略図を示す。
【００３７】
【図９】図９は、例証的実施形態による、半径方向の多孔性ＤＢＲを含む集束ＶＣＳＥＬを図示する例示的略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本明細書に説明される構造および方法は、多孔性構造によって形成されるＤＢＲを基板に提供する。例えば、本明細書に説明される構造は、ベースのＧｅ、ＧａＡｓ、またはＩｎＰ基板内に、それぞれ、多孔性のゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、またはリン化インジウム（ＩｎＰ）多重層を成長させ、ＤＢＲを形成する。従来、エピタキシャルＤＢＲは、通常、エピタキシャルＤＢＲが、大量総数のエピタキシャル層を要求するので、厚いエピタキシャルスタックをもたらす。多孔性多重層を使用し、基板上にＤＢＲを形成することによって、最終的なエピタキシャルスタックの厚さは、基板内に歪みを誘発する、大量総数のエピタキシャルＤＢＲ層と比較されると、著しく低減させられることができる。具体的に、多孔性構造は、同じ基板内に異なる多孔度を伴う異なる空間的に分離された部分として選択的に成長させられることができる。このように、多孔性構造の異なる部分は、同じ基板上に異なる空間的に分離されたＤＢＲを形成することができ、したがって、異なる波長のレーザ光が通過することを可能にすることができる。
【００３９】
図１−９は、例証的目的のためのみにＧｅまたはＧａＡｓ基板を示すことは注目に値する。図１−７に説明される多孔性層を含む構造は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ／ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｘ、ｙ≦１であり、それは、ｘ＝０、ｙ＝１のとき、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓであり、０≦ｘ≦１のとき、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓである））等のエピタキシャル基板に適用されることができる。
【００４０】
図１は、例証的実施形態による、ＤＢＲのための多孔性多重層処理を用いて層状構造を成長させるためのプロセスを図示する例示的略図を示す。プロセス１００は、１０２において、基板１０４を選択することによって開始する。１０６において、基板の一部が、第１の多孔度を伴う多孔性部分１０８として、基板１０４内で修正される。例えば、多孔性部分１０８は、基板１０４のエリアが、エッチングされ、多孔性部分１０８を形成するように、基板１０４のあるエリアを酸の流れにさらすことによって生成される。第１の多孔度は、酸の流れの濃度および／または流体速度を制御することによって構成され得る。１１０において、１つ以上のエピタキシャル層１１２が、多孔性多重層１０８の上にエピタキシャルに成長させられ、エピタキシャル層１１２は、活性量子井戸キャップを閉じ込めることができる。１１４において、多孔性多重層１０８と同じ多孔度を有する別の多孔性多重層１１６が、支持層１１２の上に作成される。第２の多孔性多重層１１６は、多孔性多重層１０８と整列させられ、ＶＣＳＥＬを作成する。
【００４１】
図１で説明されるこのプロセス１００は、図４に示されるように、基板１０４の異なる空間的に分離された部分において繰り返され、同じ基板１０４上の異なる領域において、異なる多孔度を伴う異なるＤＢＲスタックを形成し得る。異なる多孔度は、基板が、同時に、複数の波長のための波長鏡として機能することを可能にする。形成された異なるＤＢＲスタック／ＶＣＳＥＬは、図６−７にさらに示されるように、異なるデバイスの空間的に分離されたＤＢＲ間の単一基板１０４上への統合も可能にする。
【００４２】
図２は、例証的実施形態による、ＤＢＲのために多孔性多重層処理の上にエピタキシャルＤＢＲ層を伴う層状構造を成長させるためのプロセスを図示する例示的略図を示す。図２のプロセス２００は、１０６まで図１のプロセス１００に類似し得、基板は、基板１０４の一部に多孔性多重層１０８を有する。１２０において、第１のエピタキシャルＤＢＲ２０４が、多孔性多重層１０８の上に成長させられ、量子層１１２のために必要とされる活性量子井戸キャップおよび包囲層が、第１のエピタキシャルＤＢＲ２０４の上にエピタキシャルに成長させられ、第２のエピタキシャル多重層ＤＢＲ２０２が、活性量子井戸および包囲層１１２の上に成長させられる。いくつかの実施形態において、多孔性多重層ＤＢＲ１０８の多孔反射率は、第１のエピタキシャルＤＢＲ２０４のエピタキシャル反射率と組み合わせられ、チャープエピタキシャル鏡を形成し、反射率を設計し得る。例えば、いくつかの実施形態において、多孔性多重層１０８、および形成されたＶＣＳＥＬのエピタキシャル多重層２０４、２０２は、同じ波長において動作し、波長の第１の組に対応する光波の第１の組が１２０において形成されたＶＣＳＥＬを通過し、波長の第２の組の光波の第２の組を反射することを可能にする。いくつかの実施形態において、多孔性多重層１０８、および形成されたＶＣＳＥＬのエピタキシャル多重層２０４、２０２は、異なる波長において動作し得る。
【００４３】
図３は、例証的実施形態による、ＤＢＲのためのエピタキシャル層の上に多孔性多重層処理を伴う層状構造を成長させるためのプロセスを図示する例示的略図を示す。図３のプロセス３００は、１０２において、同じ基板１０４から開始する。３０２において、エピタキシャル多重層ＤＢＲ３０４が、基板１０４の上に成長させられ、量子層１１２のために必要とされる活性量子井戸キャップおよび包囲層は、エピタキシャル多重層ＤＢＲ３０４の上にエピタキシャルに成長させられる。３０６において、多孔性多重層１１６が、活性量子井戸支持層１１２の上に形成される。いくつかの実施形態において、ステップ３０２の後、エピタキシャル多重層ＤＢＲの第２の組が、活性量子井戸キャッピング層１１２の上に成長させられ、３０６において、層状構造の上側部分において、エピタキシャル鏡を作成し得、それは、図２のステップ１２０において形成されるチャープエピタキシャル鏡に類似するが、量子井戸キャップの下方または上方にエピタキシャルＤＢＲまたは多孔性ＤＢＲの異なる組成物を伴い得る。
【００４４】
図４は、例証的実施形態による、層状構造４００を図示する例示的略図を示す。図４の層状構造４００は、基板４０２上に構築される。基板４０２は、図１−３に説明される基板１０２に類似し得る。図１に説明されるプロセス１００は、基板４０２の異なる領域においてＤＢＲスタック／ＶＳＣＥＬを形成するために使用されることができ、例えば、異なる多孔度を有する多孔性多重層の異なる空間的に分離された部分（例えば、４０４、４１０参照）が、同じ基板４０２上に形成され、多孔性ＧａＡｓ／Ｇｅ多重層４０４および４１０の全ての異なる部分の上に成長させられた単一の活性量子井戸キャッピング層および量子層４０６のために必要とされる閉込層が、後に続くことができる。活性量子井戸キャッピング層４０６の上に、多孔性多重層４０８および４１２の追加の部分が、形成される。具体的に、多孔性多重層４０８および４１２の追加の部分は、それぞれ、多孔性部分４０４および４１０と整列し、同じそれぞれの多孔度有するように形成される。その結果、図４に示されるように、複数のＶＣＳＥＬ、例えば、ＶＣＳＥＬ１およびＶＣＳＥＬ２が、同じ基板４０２上に形成されることができる。２つのＶＣＳＥＬのみが、例証的目的のためのみに、図４に示されていることに留意されたい。複数の（３つ以上の）空間的に分離されたＶＣＳＥＬが、上で説明されるような類似の方法で、同じ基板４０２上に形成されることができる。
【００４５】
ＶＣＳＥＬ１は、基板４０２の上に第１の多孔度を有する第１の多孔性ＧａＡｓ多重層４０４と、第１の多孔性ＧａＡｓ多重層１０４の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層４０６と、多孔性ＧａＡｓ多重層４０４と整列させられた活性量子井戸キャッピング層４０６の上に同じ第１の多孔度を有する第２の多孔性ＧａＡｓ多重層４０８とを含む基板４０２上の第１の層状構造を図示する。
【００４６】
ＶＣＳＥＬ２は、基板１０２の上に第２の多孔度を有する第３の多孔性ＧａＡｓ多重層４１０と、第３の多孔性ＧａＡｓ多重層４１０の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層４０６と、第２の多孔性ＧａＡｓ多重層４１０と整列させられた活性量子井戸キャッピング層１０６の上に同じ第２の多孔度を有する第４の多孔性ＧａＡｓ多重層１１２とを図示する。
【００４７】
同じ基板４０２上に異なる第１および第２の多孔度を有する多孔性多重層を作成することによって、異なる波長において動作するように構成されたＶＣＳＥＬが、単一基板上に統合されることができる。したがって、同じ基板上に統合されたＶＣＳＥＬは、広い光学阻止帯域をもたらし、同じ基板４０２上に複数の波長鏡を提供することができる。
【００４８】
図５は、例証的実施形態による、１次元および／または２次元アレイを形成するために単一基板上に複数のＶＣＳＥＬを含む層状構造を図示するある実施形態を示す。層状構造５００は、基板およびエピタキシャルＶＣＳＥＬ５０２を示し、エピタキシャルＤＢＲ、および活性量子井戸キャップおよび閉込層が、エピタキシャルに成長させられている。５０２の上方に、多孔性ＤＢＲを形成するための単一バルクウエハ５０４が、成長させられ、異なる多孔度の空間的に分離された多孔性ＤＢＲが、例えば、部分５０６、５０８、５１０、５１２、および５１４において形成されることができる。例えば、多孔性領域５０６は、第１の多孔度を有し、多孔性領域５０８は、第２の多孔度を有し、多孔性領域５１０は、第３の多孔度を有し、多孔性領域５１２は、第４の多孔度を有し、多孔性領域５１４は、第５の多孔度を有する。いくつかの実施形態において、単一ウエハ５０４にわたって異なる量の多孔度を生産するプロセスは、１次元または２次元アレイを効果的に作成する。いくつかの実施形態において、基板５０２におけるエピタキシャルＶＣＳＥＬは、図３−４に説明されるように、エピタキシャルな構成要素を伴うＤＢＲを含み得る。いくつかの実施形態において、多孔性領域５０６、５０８、５１０、５１２、または５１４によって形成される多孔性ＤＢＲは、基板５０２内のエピタキシャルＤＢＲと同じ位相であることによってＶＣＳＥＬを形成し、異なる位相である部分であることによって、ＶＣＳＥＬを抑制し得る。
【００４９】
図６は、例証的実施形態による、図４に説明される層状構造４００のトランジスタを介した半導体デバイスとの統合を図示する例示的略図を示す。層状構造６０２は、同じ基板４０２上に形成された２つのＶＣＳＥＬ、すなわち、ＶＣＳＥＬ１と、ＶＣＳＥＬ２とを含み、それは、図４の層状構造４００に類似する。加えて、図６は、構造６０２内に統合されたシュードモルフィック高電子移動度トランジスタ（ｐＨＥＭＴ）またはヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）３０４を示す。いくつかの実施形態において、活性量子井戸４０６の上方の層は、空間的に分離された多孔性ＤＢＲ４０８および４１２を形成する目的のために成長させられた単一バルクウエハであることができ、ｐＨＥＭＴ／ＨＢＴは、空間的に分離されたＤＢＲ４０８および４１２間の利用可能なスペースにおいて、単一バルクウエハ上に統合され得る。このように、ｐＨＥＭＴ／ＨＢＴデバイスは、外部デバイスとして追加される代わりに、直接、ＶＣＳＥＬの層状構造の中に統合されることができる。例示的回路６０４が、統合されたｐＨＥＭＴまたはＨＢＴデバイスを伴う構造６０２を使用して形成されることができる。例えば、ＨＢＴのドレイン端子は、回路６０４において示されるようなコネクタ６０６を介して、ＶＣＳＥＬ１およびＶＣＳＥＬ２と接続される。
【００５０】
図７ａは、例証的実施形態による、単一基板上に形成される２つのＶＣＳＥＬを伴う層状構造に統合されたピンダイオードを図示する例示的略図を示す。層状構造７００は、同じ基板上に形成された２つのＶＣＳＥＬ、すなわち、ＶＣＳＥＬ１と、ＶＣＳＥＬ２とを含む。具体的に、２つのＶＣＳＥＬは、同じ多孔度を有する多孔性多重層を用いて形成され、したがって、同じ波長において動作するように構成される。ＶＣＳＥＬ１およびＶＣＳＥＬ２の多孔度は、位相アレイを作成することに役立つ。例えば、ＶＣＳＥＬ１が、基板４０２上に、基板４０２の上に第１の多孔度を有する第１の多孔性多重層７０２と、第１の多孔性多重層７０２の上にエピタキシャルに成長させられた活性量子井戸キャッピング層７０６の第１の部分と、活性量子井戸キャッピング層７０６の上に成長させられたエピタキシャルＤＢＲ７０４の第１の部分とを含む第１の層状構造によって形成される。ＶＣＳＥＬ２が、基板４０２の上に第２の多孔度を有する第２の多孔性多重層７０８と、第２の多孔性多重層７０８の上にエピタキシャルに成長させられた同じ活性量子井戸キャッピング層７０６の第２の部分と、活性量子井戸キャッピング層７０６の上に成長させられたエピタキシャルＤＢＲ７０４の第２の部分とによって形成される。別個の例において、同じ多孔度を伴う多孔性多重層または部分７０２、７０８、および７０４が、選択されるので、形成されたＶＣＳＥＬは、同じ波長において動作する。いくつかの実施形態において、多孔性多重層または部分７０２および７０８は、異なる多孔度を有し得、形成されたＶＣＳＥＬは、異なる波長において動作し得る。
【００５１】
加えて、図７ａは、構造７００に統合されたピンダイオード７１０を示す。例えば、ピンダイオード７１０は、空間的に分離された多孔性部分７０２および７０８間の利用可能なスペースにおいて、基板４０２の中に統合される。ピンダイオード７１０は、ＶＣＳＥＬの電力制御のために使用されることができる。
【００５２】
図７ｂは、例示的実施形態による、図７ａに類似しているが、基板内にダイオードの光反射率を制御するための追加の多孔性構造を伴う層状構造に統合されたピンダイオードを図示する例示的略図を示す。層状構造７０１は、活性量子キャップ７０６の下方の多孔性ＤＢＲ７０２および７０８と、活性量子キャップ７０６の上方のエピタキシャルＤＢＲとを伴う層状構造７００に類似する。いくつかの実施形態において、活性量子井戸キャッピング層７０６の上のエピタキシャルＤＢＲ７０４が、連続的であるので、活性量子井戸７０６によって放出される光が、このＤＢＲ７０４から反射し、次いで、基板４０２の中に統合されたダイオード７１０に影響を及ぼすであろう。いくつかの実施形態において、追加の多孔性部分７１２が、ダイオード７１０に近接して形成され、ダイオード７１０のための透過フィルタとしての機能を果たし得、例えば、多孔性部分７１２は、多孔性部分７１２の多孔度のレベルに基づいて、ある波長のみがダイオード７１０を通過することを可能にし得る。図７ａに示されるそれぞれの例において、多孔性部分７１２は、同じ波長λ１を通過するような多孔度を伴って構成され得、したがって、波長λ１におけるゼロ反射率のデバイスが、達成されることができる。いくつかの実施形態において、エピタキシャルＤＢＲ７０４の一部が、上で説明される多孔性プロセスを使用して修正され、多孔性部分７１３を形成し得、それは、多孔性部分７１３が、量子井戸キャップ７０６から放出される光波をピンダイオード７１０に反射するような位置に設置されるように、ピンダイオード７１０が統合された場所と実質的に整列させられることができる。具体的に、多孔性部分７１３の多孔度は、ピンダイオード７１０の反射率特性に合致するような反射率特性をもたらすように制御され得る。このように、多孔性部分７１３は、活性量子井戸７０６から放出される波長λ１における光波に対してより応答性であり得、反射された光波は、次いで、多孔性構造７１２を通過し、ピンダイオード７１０に到達することができる。
【００５３】
図６−７に示されるように、空間的に分離されたＤＢＲが形成されると、ＨＢＴまたはダイオード等の追加のデバイスが、追加のデバイスを外部デバイスとしてＶＣＳＥＬに追加する代わりに、直接、ＶＣＳＥＬの基板の中に統合されることができる。このように、回路面積が、より効果的に消費され得る。
【００５４】
図８Ａは、例証的実施形態による、多孔性多重層処理を介して断面ＤＢＲを作成するためのプロセスを図示する例示的略図を示す。図８Ａのプロセス８００ａは、図１に図示されるような、類似するプロセス１００を介して作成される層状構造１１４から開始する。層状構造１１４は、基板１０４の上の第１の多孔性部分１０８と、第１の多孔性部分１０８の上に成長させられたエピタキシャル活性量子井戸層１１２の上の第２の多孔性部分１１６とを備えているＶＣＳＥＬである。８０２において、ＶＣＳＥＬ１１４の第１の垂直部分（例えば、垂直エピタキシャルＤＢＲ）８０４および第２の垂直部分（例えば、垂直エピタキシャルＤＢＲ）８０６が、多孔性ＤＢＲ１０８および１１６を横断するように形成される。このように、元々連続的な多孔性ＤＢＲ１０８および１１６は、垂直ＤＢＲ８０４および８０６によって中断および分割され、それぞれ、異なる多孔度の異なる多孔性部分を形成する。いくつかの実施形態において、垂直多孔性処理、例えば、第１の垂直部分８０４および第２の垂直部分８０６は、基板１０４の上の第１の多孔性部分１０８と、第１の多孔性部分１０８の上に成長させられたエピタキシャル活性量子井戸層１１２の上の第２の多孔性部分１１６との存在に依存しない。
【００５５】
図８Ｂは、例証的実施形態による、多孔性多重層処理を介して断面ＤＢＲを作成するためのプロセスを図示する例示的略図を示す。プロセス８００ｂは、８０８において、基板およびＶＣＳＥＬ８１０から開始し、例えば、ＶＣＳＥＬは、図１−７Ｂの全体を通して説明されるものに類似し得る。いくつかの実施形態において、基板８０８は、ＶＣＳＥＬを含まないこともある。８１２において、基板８１０の種々の部分が、修正され、垂直多孔性部分（例えば、８１０ａ−ｈ参照）を形成し、それらは、基板８０８上のエリアを分離し、それぞれ、明確に画定されるＶＣＳＥＬ  Ｖ１−Ｖ７を生産する。具体的に、８１０におけるバーの種々の例示的幅および分布によって図示されるように、多孔性部分８１０ａ−ｈの多孔度は、異なる機能を達成するために選定されることができる。例えば、多孔性部分の多孔度は、それぞれの多孔性領域の異なる側のＶＣＳＥＬを隔離するように１つ以上の波長を遮断するために選定されることができる（例えば、８１０ｄ−８１０ｈ参照）。別の例に関して、基板８０８の垂直多孔性部分の多孔度は、多孔性フィルタ、例えば、８１０ａ−ｃを形成するために選定され得る。多孔性フィルタは、異なる厚さと、異なる多孔度とから構成され、組成物８０８と多孔性フィルタの組み合わせとに基づいて、光のある波長を通過させ得る異なる多孔性フィルタを作成し得る。いくつかの実施形態において、多孔性フィルタ（例えば、８１０ａ−ｃ）と多孔性隔離領域（例えば、８１０ｄ−ｈ）とのある組み合わせが、隣接するＶＣＳＥＬ間で一緒に使用され、あるレベルの光混合を可能にし得る。
【００５６】
図９は、例証的実施形態による半径方向の多孔性ＤＢＲを含む集束ＶＣＳＥＬを図示する例示的略図を示す。円形構造９００は、円形基板９０２を描写する。円形構造９００は、円形基板９０２内に半径方向の多孔性ＤＢＲ９０４と、半径方向の量子井戸キャップと、（例えば、図２−３に説明されるような、多孔性、またはエピタキシャル、もしくは両方の組み合わせであるが、半径方向形態にある）追加の半径方向ＤＢＲとを含み、集束ＶＣＳＥＬを形成する。
【００５７】
図１−９に示される多孔性ＤＢＲが、同じ厚さおよび多孔度の多孔性層を含み得ることは注目に値する。いくつかの実施形態において、多孔性層の厚さおよび多孔度の両方は、ＤＢＲ領域を通して変動させられ、それによって、より複雑な反射率スペクトルを作成し得ることが可能である。
【００５８】
本明細書に説明される成長および／または堆積は、化学蒸着（ＣＶＤ）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、有機金属気相エピタキシ（ＯＭＶＰＥ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）、および／または物理蒸着（ＰＶＤ）のうちの１つ以上のものを使用して実施され得る。
【００５９】
本明細書に説明されるように、「層」は、表面を覆う実質的に均一な材料の厚さを意味する。層は、連続的または不連続的（すなわち、材料の領域間に間隙を有する）のいずれかであることができる。例えば、層は、表面を完全または部分的に覆うか、または、集合的に層を画定する別々の領域（すなわち、選択領域エピタキシを使用して形成される領域）に分割されることができる。
【００６０】
「モノリシックに統合される」は、典型的に、表面上に配置される層を堆積させることによって、基板の表面上に形成されることを意味する。
【００６１】
「〜上に配置される」は、下におる材料または層の「上に存在する」ことを意味する。この層は、好適な表面を確保するために必要である転位層等の中間層を含み得る。例えば、材料が、「基板上に配置される」ように説明される場合、それは、（１）材料が、基板と密着していること、または、（２）材料が、基板上に常駐する１つ以上の転位層と接触していることのいずれかを意味し得る。
【００６２】
「単結晶」は、単位胞の実質的に１つのタイプのみを備えている結晶構造を意味する。しかしながら、単結晶層は、積層欠陥、転位、または他の一般的に発生する結晶欠陥等のいくつかの結晶欠陥を示し得る。
【００６３】
「単一ドメイン」は、単位胞の実質的に１つの構造のみと、その単位胞の実質的に１つの配向のみとを備えている結晶構造を意味する。言い換えると、単一ドメイン結晶は、双ドメインまたは反位相ドメインを示さない。
【００６４】
「単相」は、単結晶および単一ドメインの両方である結晶構造を意味する。
【００６５】
「基板」は、その上に堆積層が形成される材料を意味する。例示的な基板は、限定ではないが、ウエハが均質な厚さの単結晶シリコンを備えているバルクシリコンウエハ；バルクシリコンハンドルウエハ上に配置される二酸化ケイ素の層上に配置されるシリコンの層を備えているシリコン・オン・インシュレータウエハ等の複合ウエハ；または、その上もしくはその中に素子が形成される基部層としての役割を果たす任意の他の材料を含む。基板層およびバルク基板としての使用のための用途の機能として好適であるそのような他の材料の例は、限定ではないが、ゲルマニウム、アルミナ、ガリウム砒素、リン化インジウム、シリカ、二酸化ケイ素、硼珪酸ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、およびサファイアを含む。基板は、単一のバルクウエハまたは複数の副層を有し得る。具体的に、基板は、複数の非連続的な多孔性部分を含み得る。複数の非連続的な多孔性部分は、異なる密度を有し得、水平に分散または垂直に層状にされ得る。
【００６６】
「ミスカット基板」は、基板の結晶構造に関連付けられるものに対してある角度で配向された表面結晶構造を含む基板を意味する。例えば、６°のミスカットされた＜１００＞シリコンウエハは、＜１１０＞等の別の主結晶配向に向かって６°だけ＜１００＞の結晶配向に対して角度付けて切断されている＜１００＞シリコンウエハを含む。典型的に、必ずしも全てではないが、ミスカットは、最大約２０°であるだろう。具体的に記載されない限り、語句「ミスカット基板」は、任意の主結晶配向を有するミスカットウエハを含む。すなわち、＜１１１＞ウエハは、＜０１１＞方向に向かってミスカットされ、＜１００＞ウエハは、＜１１０＞方向に向かってミスカットされ、＜０１１＞ウエハは、＜００１＞方向に向かってミスカットされる。
【００６７】
「半導体」は、絶縁体の伝導性と大部分の金属の伝導性との間の伝導性を有する任意の固体物質を指す。例示的半導体層は、シリコンから構成される。半導体層は、単一のバルクウエハまたは複数の副層を含み得る。具体的に、シリコン半導体層は、複数の非連続的な多孔性部分を含み得る。複数の非連続的な多孔性部分は、異なる密度を有し得、水平に分散または垂直に層状にされ得る。
【００６８】
「セミコンダクタ・オン・インシュレータ」は、単結晶半導体層と、単相誘電層と、基板とを備えている組成物を意味し、誘電層は、半導体層と基板との間に挿入される。この構造は、典型的に、単結晶シリコン基板と、非単相誘電層（例えば、アモルファス二酸化ケイ素等）と、単結晶シリコン半導体層とを含む従来技術によるシリコン・オン・インシュレータ（「ＳＯＩ」）組成物を連想させる。従来技術によるＳＯＩウエハと本発明のセミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物との間のいくつかの重要な差異は、以下である：
【００６９】
セミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物は、単相形態を有する誘電層を含む一方、ＳＯＩウエハは、含まない。事実、典型的なＳＯＩウエハの絶縁体層は、均一な単結晶ではない。
【００７０】
セミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物は、シリコン、ゲルマニウム、またはシリコンゲルマニウムの「活性」層を含む一方、従来技術によるＳＯＩウエハは、シリコン活性層を使用する。言い換えると、例示的セミコンダクタ・オン・インシュレータ組成物は、限定ではないが、シリコン・オン・インシュレータ、ゲルマニウム・オン・インシュレータ、およびシリコンゲルマニウム・オン・インシュレータを含む。
【００７１】
本明細書において第２の層「上に」またはそれ「の上に」構成されるとして説明および／または描写される第１の層は、第２の層に直接隣接することができるか、または、１つ以上の介在層が第１の層と第２の層との間に存在することができる。本明細書において、第２の層または基板「の直接上に」またはそれ「を直接おおって」として説明および／または描写される第１の層は、可能性として第１の層の、第２の層もしくは基板との混合に起因して形成し得る介在合金層以外の存在する介在層を伴わない第２の層または基板に直接隣接する。加えて、本明細書において第２の層または基板「の上に」、それ「より上に」、「直接的にその上に」、または「直接的にそれより上に」存在するとして説明および／または描写される第１の層は、第２の層または基板全体、または、第２の層または基板の一部を覆い得る。
【００７２】
基板は、層成長中、基板ホルダ上に設置され、従って、上面または上側表面は、基板ホルダから最も遠い基板もしくは層の表面である一方、底部表面または下側表面は、基板ホルダに最も近い基板もしくは層の表面である。本明細書に描写および説明される構造のうちのいずれかは、描写されるものの上方および／または下方に追加の層を伴うより大きな構造の一部であることができる。明確化のために、本明細書における図は、これらの追加の層を省略し得るが、これらの追加の層は、開示された構造の一部であることができる。加えて、描写される構造は、繰り返しが図内に描写されていない場合でも、その単位で繰り返されることができる。
【００７３】
上記の説明から、種々の手法が、本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に説明される概念の実装のために使用され得ることが明白である。説明される実施形態は、全ての点で、例証的であり、かつ制限的ではないと見なされるべきである。本明細書に説明される技法および構造は、本明細書に説明される特定の例に限定されるものではないが、本開示の範囲から逸脱することなく、他の例において実装され得ることも、理解されたい。同様に、動作は、図面内に特定の順序に描写されるが、それは、望ましい結果を達成するために、そのような動作が示される特定の順序または順次順序で実施されること、もしくは図示される動作の全てが実施されることを要求するものではないことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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