JP2002118322A - 高反射率被膜を含む光デバイス - Google Patents

高反射率被膜を含む光デバイス

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JP2002118322A
JP2002118322A JP2001299082A JP2001299082A JP2002118322A JP 2002118322 A JP2002118322 A JP 2002118322A JP 2001299082 A JP2001299082 A JP 2001299082A JP 2001299082 A JP2001299082 A JP 2001299082A JP 2002118322 A JP2002118322 A JP 2002118322A
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laser
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tantalum oxide
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Wu Ping
ウー ピン
Christopher Theis
ゼイス クリストファー
Utpal Kumar Chakrabarti
クマー チャクラバーティ ウトパル
G Jacob Fox
フォックス フォース ジー.ジャコブ
Kevin J Sullivan
ジェー.サリヴァン ケヴィン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高反射率被膜を含む光デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明は高反射率材料(15)で被覆さ
れた少くとも1つのファセット(13)を有する光デバ
イス(10)、デバイスを含むパッケージ及び光デバイ
スの作製方法に関する。高反射率材料はタンタル酸化物
の少くとも1つの層及び好ましくは少くとも1つのシリ
コン層を含む

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は少くとも1つの面に
高反射被膜を含む半導体レーザのような光デバイスに関
する。
【0002】
【従来の技術】光ネットワークの情報を扱える能力が著
しく増したため、光電子技術に対する関心が、最近爆発
的に拡大した。そのようなネットワークは典型的な場
合、信号光を発生するための半導体レーザ、光を伝送す
るための光ファイバ及び光を受け電気信号に変換するた
めの光検出器を含む。ネットワークはまた、典型的な場
合、フィルタ、レンズ及び波長分割マルチプレクサを含
む。
【0003】典型的な場合、用いられる半導体レーザ
は、ファブリーペロー(FP)、分布帰還(DFB)又
は分布ブラッグ反射(DBR)レーザである。そのよう
なレーザは通常、反射防止(AR)被膜(DFB及びD
BRレーザに必要なのは典型的な場合、0.3%より小
さい反射率)で被覆された出力ファセット及び高反射
(HR)被膜(すなわち、少くとも60%の反射率)で
被覆された裏面ファセットを含む。出力ファセット用に
提案された材料は、タンタル及びアルミニウムの酸化物
及びYで安定化されたZrOが含まれる。(た
とえば、チャクラバルティ(chakrabarti)
らに承認された米国特許第4,749,255号及びチ
ャクラバルティ(chakrabarti)らに承認さ
れた米国特許第5,802,091号を参照のこと)裏
面ファセット用の材料には、シリコンとYで安定
化されたZrOの交互の層が含まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】遠距離通信に適した高
パワーレザーは、通常ハーメチックシールパッケージ内
に作製される。ハーメチックシールなしに作れれば、よ
り安定なレーザパッケージが作れるが、そのような場
合、レーザファセットは大気中の汚染による損傷を受け
やすい。従って、ファセットの反射率を変えず、しかし
不活性化機能をもつ被膜の形成が望ましい。そのような
出力ファセット上のAR被膜は提案されてきた(上で引
用した米国特許第5,802,091号)が、あるもの
はタンタルとアルミニウムの酸化物の混合物を含む裏面
ファセット上のHR被膜を形成することであった。裏面
ファセット上の被膜は通常、レーザの動作条件を満し、
機能をモニターするために、ある程度の光は裏面ファセ
ットから出るように、特定の反射率を持つ必要がある。
従ってある種のデバイスに対しては、タンタル及びアル
ミニウムの酸化物の混合物では、反射率が高すぎ、適切
な歩留りが得られない。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は一側面におい
て、高反射率被膜を有する少くとも1つのファセットを
有する光デバイスである。高反射率被膜は本質的にタン
タル酸化物から成る少くとも1つの層を含む。
【0006】別の側面に従うと、本発明は非ハーメチッ
クシールケースとその中にマウントされた光デバイスを
含む光デバイスパッケージである。
【0007】別の側面に従うと、本発明は少くとも1つ
のファセットを有する光デバイスの作製方法である。高
反射率被膜をファセット上に堆積させる。被膜は本質的
にタンタル酸化物から成る少くとも1つの層とシリコン
から成る少くとも1つの層を含む。
【0008】
【発明の実施の形態】図1はデバイス(10)を示し、
これは一実施例に従う本発明の原理を示す。説明のた
め、デバイスはDFB又はDBRレーザのような標準的
な半導体レーザと仮定する。しかし、本発明はまた、高
反射率被膜を用いる光検出器のような他のデバイスにも
適用できる。
【0009】レーザ(10)は典型的な場合、InPの
ような半導体基板(17)上に形成された複数の半導体
層、たとえば(11)及び(12)を含む。層の1つは
活性層(12)で、そこで光が発生する。この層は典型
的な場合、InGaAsPのような量子井戸材料と障壁
層材料の複数の交互の層である。具体的には示されてい
ない他の層には、別々の閉じ込め層、クラッド層及び電
流阻止層が含まれる。層は典型的な場合、有機金属化学
気相堆積(MOCVD)により形成される。電極(図示
されていない)もレーザを駆動するため、最上部及び底
部表面上に堆積される。
【0010】デバイス(10)はそれを通してデバイス
からレーザ光が出る前面ファセット(14)とそれを通
して発生した光のわずかな割合が、光をモニターするた
め外に出る裏面ファセット(13)を形成するため、半
導体ウエハから劈開される。この例では、前面ファセッ
トはAl及びTaの混合物のような誘電体
材料を用いて、反射防止膜で被覆され、この膜は前面フ
ァセットの不治性化もするので好ましい。
【0011】裏面ファセット(13)は高反射率被覆
(15)で被覆される。被膜(15)は高効率レーザ動
作を生じるような反射率を有し、一方光がモニターでき
るように、十分な光が裏面ファセットを通るようにする
のが望ましい。好ましいファセット反射率は、レーザと
それを中に入れるパッケージの設計及び特性の要件に依
存する。典型的な場合、反射率は少くとも60%、60
%ないし95%の範囲内にある。与えられた製品に対
し、裏面ファセットの反射率は典型的な場合、たとえば
85%±3%と狭い範囲にあることが要求される。異な
る半導体レーザ製品の要件にあうように、被膜反射率を
調整できる能力をもつのが望ましい。レーザ(10)は
典型的な場合、ケース(18)と概略的に示されたパッ
ケージ内にマウントされる。(光ファイバ、レンズ及び
パッケージの標準的な要素である駆動及びモニター回路
といった追加すべき要素は示されていない。)レーザを
ハーメチックシールする必要がないように、被膜(1
5)がファセットを雰囲気中の汚染から保護(すなわち
不活性化機能)すると、更に望ましい。従って、被膜は
高い化学的安定性をもつことが必要である。
【0012】出願人は、すべてのこれらの目的は、被膜
(15)が本質的にタンタル酸化物(Ta)の少
くとも1つの層及び好ましくはシリコンの少くとも1つ
の層を含むと満たされることを発見した。誘電体材料で
高反射率被膜を形成するために、典型的な場合、高屈折
率材料と低屈折率材料の交互の層を用いる。反射率は層
の数を増すか、2つの材料の屈折率差を増すことによ
り、増すことができる。たとえば、4分の1波長厚の層
を用いるとき(すなわち、1.3μmの波長で動作する
InPを基本とするデバイスの例では、Ta及び
Si層に対して、それぞれ1585Å及び929Å)、
2層被膜(レーザ/Ta/Si)は約65.3パ
ーセントの反射率を有する。Ta及びSiの交互
の層を用いた4層被膜は、約86.4パーセントの反射
率をもち、同じ材料の組合せを用いた6層被膜は、9
5.1パーセントの反射率をもつ。高/低屈折率対を形
成するために、タンタル酸化物とともにSiO及びA
のような他の誘電体層を用いてもよく、タンタ
ル酸化物は高屈折率の方でも低屈折率の方でもよいが、
シリコンの屈折率とタンタル酸化物の屈折率差が大きい
ため、シリコンは好ましい材料である。従って、任意の
高反射率条件を有する被膜を形成するために、より少数
の層が必要である。これは製造の容易さ及びデバイスの
信頼性の両方にとって、有利である。たとえば、(1.
3μmの波長における)6層4分の1波長厚被膜の場
合、レーザ/SiO/Ta/SiO/Ta
/SiO /Taは85.1パーセントの反
射率をもち、全体の厚さは1.14μmである。それに
対し、4層レーザ/Ta/Si/Ta/S
i被膜の先の例は、86.4パーセントの反射率を生
じ、全体の厚さはわずか0.50μmである。
【0013】一般に、被膜(15)の全体の厚さは、
0.2ないし1.0μmの範囲内にある。酸化物層の屈
折率は典型的な場合、1.7ないし2.25の範囲内に
あり、2.0ないし2.1が最も好ましく、一方シリコ
ン層の屈折率は典型的な場合、3.4ないし3.85の
範囲内である。
【0014】タンタル酸化物及びシリコンの層は、図2
に概略的に示されたような装置により、電子ビーム蒸着
によってファセット上に堆積させる。デバイス(20)
は裏面ファセット(21)が露出されるように、ホルダ
ー(22)中にマウントされる。ホルダーは好ましくは
3×10−6Torr以下の圧力に排気されたチャンバ
(23)内に置かれる。堆積のため、ソース材料(2
4)が標準的なるつぼ(25)中に入れられ、チャンバ
内に置かれる。フィラメントのような源(27)から電
子ビーム(26)が供給され、るつぼ(25)内のソー
ス材料(24)に入射する。電子ビームはソース材料を
蒸発させ、それは次にデバイスの露出された表面上に堆
積する。表面上への好ましくない堆積を防止するため、
裏面ファセット以外の表面上にマスク(図示されていな
い)が形成できる。
【0015】タンタル酸化物の堆積のため、るつぼをシ
ンターしたTa片で満し、排気したチャンバが好
ましくは1×10−5ないし9×10−5Torrの範
囲の圧力になるように、酸素を導入する。毎秒1−10
オングストロームの堆積速度が有利である。シリコンの
堆積のために、シリコンで満した異なるるつぼを導入
し、酸素を導入することはしない。(典型的な場合、異
なるるつぼは、e−ビームの経路内に回転して入れられ
る。)シリコンの堆積速度は、毎秒1−5オングストロ
ームが有利である。いずれの層の場合も、50ないし1
50℃が好ましい。
【0016】当業者には周知のように、高反射率層(1
5)の反射率は、温度、圧力又は堆積速度を変えること
によって、変更できる。これらのすべての条件が堆積す
る層の屈折率に影響を与え、従って、被膜全体の屈折率
に影響を与えうる。堆積を助けるため、ファセットに向
けるイオンビーム(図示されていない)を、反射率を変
えるために用いてもよい。(先に引用した米国特許第
5,802,091号を参照のこと)
【0017】多層HR被膜の反射率を調整するために用
いてよい別の方法は、4分の1波長厚以外の厚さに、層
を堆積させることである。これによって一連の同じ層を
もつ4分の1波長厚被膜より、低い反射率をもつ被膜が
生じる。この方法は上述の屈折率調節より好ましくな
い。なぜなら、非4分の1波長被膜は、4分の1波長被
膜ほど広く、平坦なスペクトル応答を持たないからであ
る。加えて、非4分の1波長被膜には、プロセス全体で
より高い変更が伴う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に従う半導体光デバイスの概
略図である。
【図2】本発明の実施例に従い、被膜を堆積させるため
に用いるとよい装置の概略図である。
【符号の説明】
10 デバイス、レーザ 11 半導体層 12 半導体層、活性層 13 裏面ファセット 14 前面ファセット 15 高反射率被膜、被膜、高反射率層 17 半導体基板 18 ケース 20 デバイス 21 裏面ファセット 22 ホルダー 23 チャンバ 24 ソース材料 25 るつぼ 26 電子ビーム 27 源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー ゼイス アメリカ合衆国 18062 ペンシルヴァニ ア,マッカンジー,ブルックフィールド サークル 505 (72)発明者 ウトパル クマー チャクラバーティ アメリカ合衆国 18104 ペンシルヴァニ ア,アレンタウン,カート ドライヴ 5523 (72)発明者 ジー.ジャコブ フォックス フォース アメリカ合衆国 18103 ペンシルヴァニ ア,アレンタウン,アルトン ストリート 30202 (72)発明者 ケヴィン ジェー.サリヴァン アメリカ合衆国 18066 ペンシルヴァニ ア,ニュートリポリ,ジェファーソン コ ート 6634 Fターム(参考) 2H042 DA08 DA12 5F073 AA64 AA65 AA74 AA83 BA02 CA12 DA05 DA33 EA28 FA30

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 本質的にタンタル酸化物から成る少くと
    も1つの層を含む高反射率被膜(15)で被覆された少
    くとも1つのファセット(13)を有する光デバイス
    (10)。
  2. 【請求項2】 非ハーメチックシールケース(18)及
    びその中にマウントされた光デバイス(10)を含み、
    デバイスは本質的にタンタル酸化物から成る少くとも1
    つの層を含む高反射率被膜(15)で被覆された少くと
    も1つのファセット(13)を有する光デバイスパッケ
    ージ。
  3. 【請求項3】 光デバイスは半導体レーザである請求項
    1又は2記載のデバイス又はパッケージ。
  4. 【請求項4】 レーザはファブリーペローレーザ、分布
    帰還レーザ及び分布ブラッグ反射レーザから選択される
    請求項3記載のデバイス又はパッケージ。
  5. 【請求項5】 半導体はInPを含む請求項3記載のデ
    バイス又はパッケージ。
  6. 【請求項6】 被膜は更にシリコンの層を含む請求項1
    又は2記載のデバイス又はパッケージ。
  7. 【請求項7】 被膜の反射率は60%ないし95%の範
    囲内にある請求項6記載のデバイス又はパッケージ。
  8. 【請求項8】 被膜の厚さは0.2μmないし1.0μ
    mの範囲にある請求項6記載のデバイス又はパッケー
    ジ。
  9. 【請求項9】 タンタル酸化物の屈折率は1.73ない
    し2.25の範囲内にあり、シリコンの屈折率は3.4
    ないし3.85の範囲内にある請求項6記載のデバイス
    又はパッケージ。
  10. 【請求項10】 材料はまた不活性化被膜として働く請
    求項1又は2記載のデバイス又はパッケージ。
  11. 【請求項11】 レーザは非ハーメチックシールケース
    内にマウントされる請求項1又は2記載のデバイス又は
    パッケージ。
  12. 【請求項12】 被膜の反射率は85±3パーセントの
    範囲内にある請求項1又は2記載のデバイス又はパッケ
    ージ。
  13. 【請求項13】 本質的にタンタル酸化物から成る少く
    とも1つの層を含む高反射率被膜(15)をファセット
    上に堆積させることを含む少くとも1つのファセットを
    有する光デバイス(10)の作製方法。
  14. 【請求項14】 被膜は電子ビーム蒸着により堆積させ
    る請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 被膜は更にシリコンの層を含む請求項
    13記載の方法。
  16. 【請求項16】 タンタル酸化物は毎秒1−10オング
    ストロームの速度で堆積させ、シリコンは毎秒1−5オ
    ングストロームの速度で堆積させる請求項15記載の方
    法。
  17. 【請求項17】 堆積は排気されたチャンバ内で行わ
    れ、タンタル酸化物は1−9×10−5Torrまで酸
    素を導入して堆積させ、シリコンは3×10 Tor
    r以下の圧力で、酸素を導入することなく堆積させる請
    求項15記載の方法。
  18. 【請求項18】 堆積は50ないし150℃の温度で行
    われる請求項15記載の方法。
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