JP2534444B2 - 集積化短キャビティ・レ―ザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、電気的にポンプ
される半導体レーザに関する。特に、本発明はエッジ発
光型の電気的にポンプされる半導体レーザに関する。更
に詳しくは、本発明は短キャビティ・エッジ発光型半導
体レーザに関する。
される半導体レーザに関する。特に、本発明はエッジ発
光型の電気的にポンプされる半導体レーザに関する。更
に詳しくは、本発明は短キャビティ・エッジ発光型半導
体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ・デバイスは、光ファイバ
に沿って情報を光パルス或いは強度変調光の形式で伝達
するために、特に有用である。光により情報を伝達する
利点は、大きな帯域幅に直接起因する。すなわち、大量
のデータを電気信号を使用する場合に比較して、高速
（真空中のスピードよりも多少小さい）に伝達できる。
電気信号は、元来、電気負荷、主に容量性効果により周
波数及びスピードに制限があり、更にパワーを節約する
必要から、デバイス・ドライバの設計が制限される。光
伝送システムにより提供される性能改善を利用するため
に、光を確実に且つ安価に伝達可能な小型で効率的なレ
ーザ構造が開発されなければならない。
に沿って情報を光パルス或いは強度変調光の形式で伝達
するために、特に有用である。光により情報を伝達する
利点は、大きな帯域幅に直接起因する。すなわち、大量
のデータを電気信号を使用する場合に比較して、高速
（真空中のスピードよりも多少小さい）に伝達できる。
電気信号は、元来、電気負荷、主に容量性効果により周
波数及びスピードに制限があり、更にパワーを節約する
必要から、デバイス・ドライバの設計が制限される。光
伝送システムにより提供される性能改善を利用するため
に、光を確実に且つ安価に伝達可能な小型で効率的なレ
ーザ構造が開発されなければならない。
【０００３】上述の目的を達成するために従来技術によ
り製作されるレーザ構造は、２つのカテゴリに類別でき
る。１つのカテゴリのレーザは、半導体ウエハの表面に
垂直に光を放射する。これらの面発光型構造から放射さ
れる光は、光ファイバにフォーカスされる。光ファイバ
は半導体ウエハ表面に垂直に位置決めされるか、或いは
光が所望の方向に反射されなければならない。面発光レ
ーザに対する光ファイバの機械的配置は、安価に且つ確
実に実施するのに困難な作業である。更に、ほとんどの
面発光レーザでは、光が放射される時と同じ材料層を通
じて、デバイスの光キャビティに電流が注入される。こ
うした面発光レーザは高反射率ミラーを必要とするレー
ザ構造を有し、こうしたミラーは、周期的に変化する異
なる屈折率を有する４分の１波長材料層であることが必
要である。こうした層間の界面は一般に断裂状であり、
キャリアの移動にとって高抵抗を有する。これはまた、
光キャビティへの電流の注入にとっても高抵抗となり、
従って高パワー消失となる。パワーの増大は、これらの
レーザのユーティリティにおいて多くの制限を招き、例
えば、他の低パワー電子デバイスとの相互作用を減じ
る。しかしながら、面発光レーザは多くの技術的問題を
有しているが、その反面いくつかの重要な利点も有して
おり、例えば、光キャビティの小さな能動利得ボリュー
ム及び高反射率且つ低光損失ミラーの使用による低閾値
電流、広いディメンジョンの使用による低発散角の発
光、更に広いモード間空間及びモード波長間の反射率の
大きな変化による単一モード・オペレーションなどが挙
げられる。更に、面発光レーザは、周知であり安価なデ
バイスの基本となる従来の半導体技術を使用して製作さ
れる。
り製作されるレーザ構造は、２つのカテゴリに類別でき
る。１つのカテゴリのレーザは、半導体ウエハの表面に
垂直に光を放射する。これらの面発光型構造から放射さ
れる光は、光ファイバにフォーカスされる。光ファイバ
は半導体ウエハ表面に垂直に位置決めされるか、或いは
光が所望の方向に反射されなければならない。面発光レ
ーザに対する光ファイバの機械的配置は、安価に且つ確
実に実施するのに困難な作業である。更に、ほとんどの
面発光レーザでは、光が放射される時と同じ材料層を通
じて、デバイスの光キャビティに電流が注入される。こ
うした面発光レーザは高反射率ミラーを必要とするレー
ザ構造を有し、こうしたミラーは、周期的に変化する異
なる屈折率を有する４分の１波長材料層であることが必
要である。こうした層間の界面は一般に断裂状であり、
キャリアの移動にとって高抵抗を有する。これはまた、
光キャビティへの電流の注入にとっても高抵抗となり、
従って高パワー消失となる。パワーの増大は、これらの
レーザのユーティリティにおいて多くの制限を招き、例
えば、他の低パワー電子デバイスとの相互作用を減じ
る。しかしながら、面発光レーザは多くの技術的問題を
有しているが、その反面いくつかの重要な利点も有して
おり、例えば、光キャビティの小さな能動利得ボリュー
ム及び高反射率且つ低光損失ミラーの使用による低閾値
電流、広いディメンジョンの使用による低発散角の発
光、更に広いモード間空間及びモード波長間の反射率の
大きな変化による単一モード・オペレーションなどが挙
げられる。更に、面発光レーザは、周知であり安価なデ
バイスの基本となる従来の半導体技術を使用して製作さ
れる。
【０００４】半導体レーザの別のカテゴリは、エッジ発
光半導体レーザである。このタイプのデバイスは、多層
の材料層が基板上に成長され、これが後にレーザ・デバ
イスを形成する。最も一般的な形式では、レーザ・デバ
イスは、基板から光キャビティを切取ることにより実際
に形成される。光キャビティの切取られたエッジは、一
般に、レーザ作用が発生するのに十分な反射率を有す
る。切取られた面の反射率は、切取られた面上に、ミラ
ー或いは複雑なブラッグ（Bragg ）リフレクタを付着す
ることにより改良される。このエッジ発光デバイスの問
題は、大きな光キャビティの使用によりモード空間が狭
く、そのため多重モード・オペレーションとなり、また
光キャビティ内の大きな能動利得ボリュームの使用によ
り閾値電流が大きくなる。更に、光キャビティが基板か
ら切取られると、レーザ・デバイスの続くプロセスが非
常に労働集中型となり、従って高価となる。長い光キャ
ビティを有するエッジ発光デバイスは、典型的には、そ
の長いキャビティのために、より大きなパワー消失を伴
う。また、面発光デバイスの場合と同様、大きなパワー
消失はデバイスにとっての重大な欠点となる。更に、安
価な情報処理システムを製造するために、切取られたレ
ーザを他のマイクロエレクトロニック構造と一緒に集積
化することは困難である。一般に、今日製作される面発
光レーザ或いはエッジ発光レーザのいずれの共通形態に
おいても、最適な電子通信に必要な光学的及び電気的特
性、並びにレーザ技術をデジタル通信に集積化するため
に必要な安価な製造コストを達成していない。
光半導体レーザである。このタイプのデバイスは、多層
の材料層が基板上に成長され、これが後にレーザ・デバ
イスを形成する。最も一般的な形式では、レーザ・デバ
イスは、基板から光キャビティを切取ることにより実際
に形成される。光キャビティの切取られたエッジは、一
般に、レーザ作用が発生するのに十分な反射率を有す
る。切取られた面の反射率は、切取られた面上に、ミラ
ー或いは複雑なブラッグ（Bragg ）リフレクタを付着す
ることにより改良される。このエッジ発光デバイスの問
題は、大きな光キャビティの使用によりモード空間が狭
く、そのため多重モード・オペレーションとなり、また
光キャビティ内の大きな能動利得ボリュームの使用によ
り閾値電流が大きくなる。更に、光キャビティが基板か
ら切取られると、レーザ・デバイスの続くプロセスが非
常に労働集中型となり、従って高価となる。長い光キャ
ビティを有するエッジ発光デバイスは、典型的には、そ
の長いキャビティのために、より大きなパワー消失を伴
う。また、面発光デバイスの場合と同様、大きなパワー
消失はデバイスにとっての重大な欠点となる。更に、安
価な情報処理システムを製造するために、切取られたレ
ーザを他のマイクロエレクトロニック構造と一緒に集積
化することは困難である。一般に、今日製作される面発
光レーザ或いはエッジ発光レーザのいずれの共通形態に
おいても、最適な電子通信に必要な光学的及び電気的特
性、並びにレーザ技術をデジタル通信に集積化するため
に必要な安価な製造コストを達成していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光通
信システムに使用される改良されたレーザ構造を製作す
ることである。
信システムに使用される改良されたレーザ構造を製作す
ることである。
【０００６】本発明の別の目的は、光通信システムに使
用される安価なレーザ構造を製作することである。
用される安価なレーザ構造を製作することである。
【０００７】更に本発明の目的は、光通信システムに使
用されるマイクロエレクトロニック構造により集積され
る半導体レーザ構造を製作することである。
用されるマイクロエレクトロニック構造により集積され
る半導体レーザ構造を製作することである。
【０００８】更に本発明の別の目的は、光通信システム
に使用される、光ファイバに安価に且つ確実に位置整合
されるレーザ構造を製作することである。
に使用される、光ファイバに安価に且つ確実に位置整合
されるレーザ構造を製作することである。
【０００９】更に本発明の別の目的は、低パワー消失及
び単一モード・オペレーションによる高性能を有する半
導体レーザ構造を製作することである。
び単一モード・オペレーションによる高性能を有する半
導体レーザ構造を製作することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、面発光及びエ
ッジ発光レーザ構造の共通形態の数多くの好適な属性
と、それらの欠点の除去とを組合わせたエッジ発光レー
ザに関する。本発明によるデバイスのレーザ・キャビテ
ィは短く（キャビティ媒体内の光の波長のオーダ）、電
流が放射光プレーンに実質的に垂直に、且つ反射ミラー
・プレーンに平行に光キャビティに注入される。短い光
キャビティの使用は、広いモード間空間及び波長間の反
射率の大きな変化のために、単一モード・レーザ・オペ
レーションを可能とする。光放射方向に垂直なキャビテ
ィへの電流の注入は、注入電流に関連する抵抗が低いた
めに、低パワー・オペレーションを提供する。これは電
流が反射ミラーを形成する異なる材料層間の境界及び光
キャビティを横断しないために、抵抗が低くなる。特に
本発明のレーザは、基板上に従来の半導体プロセス手段
により形成されるｐ−ｉ−ｎ構造である。真性半導体層
は、基板上の高ドープｐ層と高ドープｎ層との間に水平
に挟まれる。光放射面のエッジは、ｐ−ｉ−ｎ構造内に
垂直にエッチングされる。面エッジは（水平な真性半導
体層に対して）反対側に面する垂直構造であり、放射光
の波長のおおよそ１０倍以下の距離により分離される。
面エッジを形成する垂直エッチング・プロセスは、上部
導電層（高ドープｎ層など）及びｐ−ｉ−ｎ構造の真性
層を通じて、エッチングする。垂直エッチングは、下方
の導電層（高ドープｐ層など）を完全に通じてはエッチ
ングしない。垂直エッチング・プロセスは、光キャビテ
ィの垂直側壁を形成する。ここで光キャビティは、導電
層を底部に有し、真性層及び上部導電層をペデスタル部
分として有するメーサ（mesa）構造を取る。レーザ構造
の垂直面は、ブラッグ・リフレクタによりコートされ
る。ブラッグ・リフレクタはレーザ・キャビティの垂直
面上に、従来の化学蒸着或いは蒸発、スパッタリング、
或いはイオン・ビーム支援付着などの他の手段により付
着される。ｐ−ｉ−ｎ構造の導電性ｎタイプ及びｐタイ
プ・エリアへの接触部が追加され、電流がｐ−ｉ−ｎ構
造を通じて流れる。電流はレーザ構造から放射される光
の方向に実質的に垂直に、ｐ−ｉ−ｎ構造の真性部分を
通過する。半導体構造内の溝がエッチングされ、これは
光ファイバをレーザ・デバイスの一方のエッジに位置整
合する。このレーザ構造は、従来のプレーナ半導体製作
技術に依存するため、安価に製作される。このレーザ構
造は相当量のパワーを消費しない。なぜなら、キャビテ
ィが短く、キャビティ内に注入される電流が、放射光の
方向に垂直な高導電性のｐ及びｎタイプ・エリアを通じ
て注入されるからである。更に、光ファイバのレーザに
対する光学的位置整合が、レーザ・デバイスの近傍の溝
により規定されるため、レーザ・デバイスを組込む光学
構造が安価に製作される。
ッジ発光レーザ構造の共通形態の数多くの好適な属性
と、それらの欠点の除去とを組合わせたエッジ発光レー
ザに関する。本発明によるデバイスのレーザ・キャビテ
ィは短く（キャビティ媒体内の光の波長のオーダ）、電
流が放射光プレーンに実質的に垂直に、且つ反射ミラー
・プレーンに平行に光キャビティに注入される。短い光
キャビティの使用は、広いモード間空間及び波長間の反
射率の大きな変化のために、単一モード・レーザ・オペ
レーションを可能とする。光放射方向に垂直なキャビテ
ィへの電流の注入は、注入電流に関連する抵抗が低いた
めに、低パワー・オペレーションを提供する。これは電
流が反射ミラーを形成する異なる材料層間の境界及び光
キャビティを横断しないために、抵抗が低くなる。特に
本発明のレーザは、基板上に従来の半導体プロセス手段
により形成されるｐ−ｉ−ｎ構造である。真性半導体層
は、基板上の高ドープｐ層と高ドープｎ層との間に水平
に挟まれる。光放射面のエッジは、ｐ−ｉ−ｎ構造内に
垂直にエッチングされる。面エッジは（水平な真性半導
体層に対して）反対側に面する垂直構造であり、放射光
の波長のおおよそ１０倍以下の距離により分離される。
面エッジを形成する垂直エッチング・プロセスは、上部
導電層（高ドープｎ層など）及びｐ−ｉ−ｎ構造の真性
層を通じて、エッチングする。垂直エッチングは、下方
の導電層（高ドープｐ層など）を完全に通じてはエッチ
ングしない。垂直エッチング・プロセスは、光キャビテ
ィの垂直側壁を形成する。ここで光キャビティは、導電
層を底部に有し、真性層及び上部導電層をペデスタル部
分として有するメーサ（mesa）構造を取る。レーザ構造
の垂直面は、ブラッグ・リフレクタによりコートされ
る。ブラッグ・リフレクタはレーザ・キャビティの垂直
面上に、従来の化学蒸着或いは蒸発、スパッタリング、
或いはイオン・ビーム支援付着などの他の手段により付
着される。ｐ−ｉ−ｎ構造の導電性ｎタイプ及びｐタイ
プ・エリアへの接触部が追加され、電流がｐ−ｉ−ｎ構
造を通じて流れる。電流はレーザ構造から放射される光
の方向に実質的に垂直に、ｐ−ｉ−ｎ構造の真性部分を
通過する。半導体構造内の溝がエッチングされ、これは
光ファイバをレーザ・デバイスの一方のエッジに位置整
合する。このレーザ構造は、従来のプレーナ半導体製作
技術に依存するため、安価に製作される。このレーザ構
造は相当量のパワーを消費しない。なぜなら、キャビテ
ィが短く、キャビティ内に注入される電流が、放射光の
方向に垂直な高導電性のｐ及びｎタイプ・エリアを通じ
て注入されるからである。更に、光ファイバのレーザに
対する光学的位置整合が、レーザ・デバイスの近傍の溝
により規定されるため、レーザ・デバイスを組込む光学
構造が安価に製作される。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例の上面図を表
す。特に、光ファイバ１２０が、本発明による半導体レ
ーザに位置整合される溝１２２内に配置される。半導体
レーザは基板１００内に形成されるデバイス・エリア１
０３内に、メーサ１０５を含む。半導体レーザは、ブラ
ッグ・リフレクタ１０７及び１０９、ｎ接触１１３（メ
ーサ１０５に自己位置整合される）及びｐ接触１１１を
有する。光１２５はブラッグ・リフレクタ１０７を通じ
て放射され、光ファイバ１２０に投射される。光ファイ
バ１２０はリソグラフィによりメーサ構造に密接して位
置整合される。光１２５はブラッグ・リフレクタ１０７
の表面に垂直に放射される。半導体レーザ構造及び溝１
２２が、基板１００内に形成される。光ファイバ１２０
及び半導体レーザ構造は、少なくとも部分的には基板１
００の表面の下方に位置し、光ファイバはレーザ構造よ
りも更に下方の基板表面下に位置する。本発明のこの実
施例の基板１００は、ＩｎＰベースの化合物から形成さ
れる。こうした材料にもとづくレーザは、その波長が例
えば１．３ミクロン乃至１．６ミクロンのオーダの長波
長の光を放射する。本発明の別の実施例では、ＧａＡｓ
などの他のタイプの基板材料上に形成される。これらの
実施例では、例えばＧａＡｓの場合には、０．８ミクロ
ン乃至０．９ミクロンの範囲の異なる波長を有する光を
放射する。
す。特に、光ファイバ１２０が、本発明による半導体レ
ーザに位置整合される溝１２２内に配置される。半導体
レーザは基板１００内に形成されるデバイス・エリア１
０３内に、メーサ１０５を含む。半導体レーザは、ブラ
ッグ・リフレクタ１０７及び１０９、ｎ接触１１３（メ
ーサ１０５に自己位置整合される）及びｐ接触１１１を
有する。光１２５はブラッグ・リフレクタ１０７を通じ
て放射され、光ファイバ１２０に投射される。光ファイ
バ１２０はリソグラフィによりメーサ構造に密接して位
置整合される。光１２５はブラッグ・リフレクタ１０７
の表面に垂直に放射される。半導体レーザ構造及び溝１
２２が、基板１００内に形成される。光ファイバ１２０
及び半導体レーザ構造は、少なくとも部分的には基板１
００の表面の下方に位置し、光ファイバはレーザ構造よ
りも更に下方の基板表面下に位置する。本発明のこの実
施例の基板１００は、ＩｎＰベースの化合物から形成さ
れる。こうした材料にもとづくレーザは、その波長が例
えば１．３ミクロン乃至１．６ミクロンのオーダの長波
長の光を放射する。本発明の別の実施例では、ＧａＡｓ
などの他のタイプの基板材料上に形成される。これらの
実施例では、例えばＧａＡｓの場合には、０．８ミクロ
ン乃至０．９ミクロンの範囲の異なる波長を有する光を
放射する。
【００１２】図２は本発明による半導体レーザの断面図
であり、図１のＡ−Ａに沿った断面を表す。図２の半導
体レーザは、リン化インジウム基板２００上に形成され
る。層２０５は層２００上に形成される。層２０５は、
リン化インジウム或いはアルミニウム・インジウム・ヒ
素化合物（Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ）から形成される高ド
ープｐ＋領域であり、基板層２００はＩｎＰである。基
板材料がＧａＡｓの時、ガリウム・アルミニウム・ヒ素
化合物（ＧａＡｌＡｓ）が層２０５として好適である。
層２０５の材料としては、基板材料に密接する格子構造
を有し、光学的封じ込めを提供するものが選択される。
ＩｎＰ基板では、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓから成る材料層
が、適合する格子構造を有する。ＧａＡｓでは、ＧａＡ
ｌＡｓ（全Ａｌ−Ａｓモル分率）から成る材料層が、適
合する格子構造を有する。層２０５はまた大きなバンド
ギャップ、及び層２０５上に形成される能動真性領域２
０７よりも低い屈折率を有する。層２０５内のｐタイプ
のドーピング濃度は、おおよそ５×１０18／ｃｍ3 より
も大きい。基板２００はおおよそ１０ミルの厚みを有
し、層２０５は０．５ミクロン程度かそれ以上の厚みを
有する。
であり、図１のＡ−Ａに沿った断面を表す。図２の半導
体レーザは、リン化インジウム基板２００上に形成され
る。層２０５は層２００上に形成される。層２０５は、
リン化インジウム或いはアルミニウム・インジウム・ヒ
素化合物（Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ）から形成される高ド
ープｐ＋領域であり、基板層２００はＩｎＰである。基
板材料がＧａＡｓの時、ガリウム・アルミニウム・ヒ素
化合物（ＧａＡｌＡｓ）が層２０５として好適である。
層２０５の材料としては、基板材料に密接する格子構造
を有し、光学的封じ込めを提供するものが選択される。
ＩｎＰ基板では、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓから成る材料層
が、適合する格子構造を有する。ＧａＡｓでは、ＧａＡ
ｌＡｓ（全Ａｌ−Ａｓモル分率）から成る材料層が、適
合する格子構造を有する。層２０５はまた大きなバンド
ギャップ、及び層２０５上に形成される能動真性領域２
０７よりも低い屈折率を有する。層２０５内のｐタイプ
のドーピング濃度は、おおよそ５×１０18／ｃｍ3 より
も大きい。基板２００はおおよそ１０ミルの厚みを有
し、層２０５は０．５ミクロン程度かそれ以上の厚みを
有する。
【００１３】層２０７は半導体レーザ・デバイスの光キ
ャビティを形成する。層２０７は層２０５上に成長され
る。層２０７はガリウム・インジウム・ヒ素リン化合物
から成り、希薄なｐタイプ或いは希薄なｎタイプがドー
プされるか、或いは真性のままである。ガリウム・イン
ジウム・ヒ素リン化合物のモル分率は、図５に示される
格子成長に相応する波長に適合するように選択される。
希薄にドープされる光キャビティは低バイアス状態にお
いて低抵抗を示し、閾値状態の近傍で、より効率的なオ
ペレーションに導かれる。また、低パワー消失におい
て、透過性が提供される。更に希薄なｐタイプのドーピ
ングは、価電子帯における直接再結合状態の可用性から
生じる高い差動利得により、より効率的なオペレーショ
ンを提供する。層２０７はおおよそ１００ 乃至５ミク
ロンの好適な厚みを有する。他の実施例では、量子井戸
及び等級化インデックス領域が、層２０７内に組込まれ
る。光キャビティ層２０７が形成されると、最終層２０
９が光キャビティ領域２０７上に形成される。層２０９
は濃厚にドープされるｎタイプ領域であり、アルミニウ
ム・インジウム・ヒ素化合物（Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ）
或いはリン化インジウムから形成される。層２０９はお
およそ５×１０18／ｃｍ3 程度かそれ以上のドープ濃度
を有し、おおよそ５ミクロン厚である。また層２０９は
その上部に、特有のオーミック接触層が成長される。こ
のタイプの接触層構造の一例として、構成比が変化する
（従って緊張状態の）ガリウム・インジウム・ヒ素化合
物層があり、これは濃厚にドープされ、表面におけるヒ
化インジウムのモル分率が高い。基板がＧａＡｓの場
合、層２０７及び２０９は、典型的には、ＡｌＡｓモル
分率が０．３或いはそれ以上のＧａＡｌＡｓＰ層であ
る。
ャビティを形成する。層２０７は層２０５上に成長され
る。層２０７はガリウム・インジウム・ヒ素リン化合物
から成り、希薄なｐタイプ或いは希薄なｎタイプがドー
プされるか、或いは真性のままである。ガリウム・イン
ジウム・ヒ素リン化合物のモル分率は、図５に示される
格子成長に相応する波長に適合するように選択される。
希薄にドープされる光キャビティは低バイアス状態にお
いて低抵抗を示し、閾値状態の近傍で、より効率的なオ
ペレーションに導かれる。また、低パワー消失におい
て、透過性が提供される。更に希薄なｐタイプのドーピ
ングは、価電子帯における直接再結合状態の可用性から
生じる高い差動利得により、より効率的なオペレーショ
ンを提供する。層２０７はおおよそ１００ 乃至５ミク
ロンの好適な厚みを有する。他の実施例では、量子井戸
及び等級化インデックス領域が、層２０７内に組込まれ
る。光キャビティ層２０７が形成されると、最終層２０
９が光キャビティ領域２０７上に形成される。層２０９
は濃厚にドープされるｎタイプ領域であり、アルミニウ
ム・インジウム・ヒ素化合物（Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ）
或いはリン化インジウムから形成される。層２０９はお
およそ５×１０18／ｃｍ3 程度かそれ以上のドープ濃度
を有し、おおよそ５ミクロン厚である。また層２０９は
その上部に、特有のオーミック接触層が成長される。こ
のタイプの接触層構造の一例として、構成比が変化する
（従って緊張状態の）ガリウム・インジウム・ヒ素化合
物層があり、これは濃厚にドープされ、表面におけるヒ
化インジウムのモル分率が高い。基板がＧａＡｓの場
合、層２０７及び２０９は、典型的には、ＡｌＡｓモル
分率が０．３或いはそれ以上のＧａＡｌＡｓＰ層であ
る。
【００１４】層２００、２０５、２０７及び２０９が付
着された後、半導体レーザ構造の面エッジが定義され
る。面エッジ２１５及び２１７は、化学的支援イオン・
ビーム・エッチング或いは電子サイクロトロン・エッチ
ングにより、層２０７及び２０９を含む材料スタック内
にエッチングされる。これらのエッチングは、表面の損
傷を最小化するために、小バイアス・レベルにおいて使
用される。いくつかの可能な気体及び異なる材料の組合
わせとして、（ａ）ＧａＡｓ−Ｈ２、Ｃｌ２内希薄ＣＨ
４、Ａｒ内希薄ＣＣｌ２Ｆ２、或いはＢＣｌ３、（ｂ）
ＩｎＰ−Ｈ２、Ｃｌ２、ＢＣｌ３或いはＨＣｌ内希薄Ｃ
Ｈ４、（ｃ）ＧａＩｎＡｓ−Ｈ２或いはＣｌ２内希薄Ｃ
Ｈ４、及び（ｄ）ＡｌＩｎＡｓ−Ｈ２或いはＣｌ２内希
薄ＣＨ４が挙げられる。層２０５は孤立化を保証するた
めに、部分的にエッチングされることが必要であり、層
２００はエッチングされない。層２０５上のエッチング
の停止は、この材料に対するエッチング選択性、或いは
エッチングのタイミングにより達成される。面エッジ２
１５及び２１７が定義されると、ブラッグ・リフレクタ
１０７及び１０９が面エッジ上に形成される。ブラッグ
・リフレクタ１０７及び１０９は、エッジ２１５及び２
１７において高反射率を提供する絶縁材料層の組合わせ
である。リフレクタは典型的には、いくつかの４分の１
波長周期の材料層から形成され、これらは一緒に４分の
１波長スタックを形成する。４分の１波長スタックとし
て半導体タイプの材料が選択されるとき、これは例え
ば、金属有機物を使用する化学蒸着などの付着技術によ
り付着される。絶縁タイプ材料が選択される場合、いく
つかのイオン支援技術の１つを使用して、蒸着、スパッ
タリング、或いは付着される。ＧａＡｓ基板を使用する
実施例の場合、半導体ミラーは、異なるアルミニウム・
モル分率のガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物の交互
の周期的４分の１波長スタックを含み、これらは大きな
屈折率不連続性及び最小吸収を提供するために選択され
る。
着された後、半導体レーザ構造の面エッジが定義され
る。面エッジ２１５及び２１７は、化学的支援イオン・
ビーム・エッチング或いは電子サイクロトロン・エッチ
ングにより、層２０７及び２０９を含む材料スタック内
にエッチングされる。これらのエッチングは、表面の損
傷を最小化するために、小バイアス・レベルにおいて使
用される。いくつかの可能な気体及び異なる材料の組合
わせとして、（ａ）ＧａＡｓ−Ｈ２、Ｃｌ２内希薄ＣＨ
４、Ａｒ内希薄ＣＣｌ２Ｆ２、或いはＢＣｌ３、（ｂ）
ＩｎＰ−Ｈ２、Ｃｌ２、ＢＣｌ３或いはＨＣｌ内希薄Ｃ
Ｈ４、（ｃ）ＧａＩｎＡｓ−Ｈ２或いはＣｌ２内希薄Ｃ
Ｈ４、及び（ｄ）ＡｌＩｎＡｓ−Ｈ２或いはＣｌ２内希
薄ＣＨ４が挙げられる。層２０５は孤立化を保証するた
めに、部分的にエッチングされることが必要であり、層
２００はエッチングされない。層２０５上のエッチング
の停止は、この材料に対するエッチング選択性、或いは
エッチングのタイミングにより達成される。面エッジ２
１５及び２１７が定義されると、ブラッグ・リフレクタ
１０７及び１０９が面エッジ上に形成される。ブラッグ
・リフレクタ１０７及び１０９は、エッジ２１５及び２
１７において高反射率を提供する絶縁材料層の組合わせ
である。リフレクタは典型的には、いくつかの４分の１
波長周期の材料層から形成され、これらは一緒に４分の
１波長スタックを形成する。４分の１波長スタックとし
て半導体タイプの材料が選択されるとき、これは例え
ば、金属有機物を使用する化学蒸着などの付着技術によ
り付着される。絶縁タイプ材料が選択される場合、いく
つかのイオン支援技術の１つを使用して、蒸着、スパッ
タリング、或いは付着される。ＧａＡｓ基板を使用する
実施例の場合、半導体ミラーは、異なるアルミニウム・
モル分率のガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物の交互
の周期的４分の１波長スタックを含み、これらは大きな
屈折率不連続性及び最小吸収を提供するために選択され
る。
【００１５】ＩｎＰ基板を使用する実施例では、反射ミ
ラーはアルミニウム・インジウム・ヒ素化合物及びＩｎ
Ｐの周期的な４分の１波長スタックである。ＩｎＰ基板
上に成長される表面再結合速度の低い材料などでは、付
着される絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ケイ
素、アモルファス・シリコン、酸化タンタル、或いは酸
化ハフニウムなどが好適である。こうした材料は大きな
屈折率の変化を提供し、その厚みを良好に制御可能な非
常に直接的な付着技術により付着される。４分の１波長
スタック内の材料層の周期の数は、典型的には１０周期
乃至２０周期であり、これはおおよそ５ミクロンの典型
的な合計リフレクタ厚となる。ブラッグ・リフレクタ
は、特定の付着技術による材料のフローに関して、基板
を特定の角度で方向付けることにより、面２１５及び２
１７上に付着される。例えば、酸化タンタルが面２１５
上にスパッタリングされるとき、基板は、酸化タンタル
のスパッタリングのフローが、基板の表面に対し０．５
度乃至２０度、好適には１．５度の角度で接するように
方向付けられ、面２１５はスパッタリングされる材料フ
ローに面する。同じタイプの方向付けが、面２１７上に
材料を付着するためにも使用される。ただし、基板は、
面２１７がスパッタリングされる材料フローに面するよ
うに方向付けされる。
ラーはアルミニウム・インジウム・ヒ素化合物及びＩｎ
Ｐの周期的な４分の１波長スタックである。ＩｎＰ基板
上に成長される表面再結合速度の低い材料などでは、付
着される絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ケイ
素、アモルファス・シリコン、酸化タンタル、或いは酸
化ハフニウムなどが好適である。こうした材料は大きな
屈折率の変化を提供し、その厚みを良好に制御可能な非
常に直接的な付着技術により付着される。４分の１波長
スタック内の材料層の周期の数は、典型的には１０周期
乃至２０周期であり、これはおおよそ５ミクロンの典型
的な合計リフレクタ厚となる。ブラッグ・リフレクタ
は、特定の付着技術による材料のフローに関して、基板
を特定の角度で方向付けることにより、面２１５及び２
１７上に付着される。例えば、酸化タンタルが面２１５
上にスパッタリングされるとき、基板は、酸化タンタル
のスパッタリングのフローが、基板の表面に対し０．５
度乃至２０度、好適には１．５度の角度で接するように
方向付けられ、面２１５はスパッタリングされる材料フ
ローに面する。同じタイプの方向付けが、面２１７上に
材料を付着するためにも使用される。ただし、基板は、
面２１７がスパッタリングされる材料フローに面するよ
うに方向付けされる。
【００１６】ｐタイプ接触が、層２０５上のブラッグ・
リフレクタ１０９から離れたところに形成される。ｎタ
イプ接触１１３もまた層２０９上に形成される。このプ
ロセスにおけるｎタイプ接触に好適な冶金のいくつかの
例には、ＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕ、或いはＡｕＧｅ、Ａ
ｇ及びＡｕ、或いはＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕのコン
ポシット層があり、３６０℃乃至５００℃の間で合金さ
れる。またＷとＩｎの合成物、ＮｉとＩｎの合成物、或
いは７００℃以上で焼結されるＭｏＧｅ２、或いは耐熱
性の冶金を使用してエピタキシャル成長されるＩｎＡｓ
或いはＧａＩｎＡｓベースのオーミック接触なども好適
である。このプロセスに好適なｐタイプの接触として
は、例えばＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、ＡｇＺｎ、ＡｇＢｅな
どがあり、これらは３００℃乃至５００℃において蒸発
され、合金化される。Ｚｎのオープンの或いは閉ざされ
たチューブ拡散が、接触金属によりフォローされる。６
００℃乃至８００℃の拡散を使用するＷ（Ｚｎ）接触を
形成することも可能である。更に、ｐタイプの材料とＴ
ｉ、Ｔｉ−Ｐｔ、Ｐｔとの注入、或いは他の耐熱性の冶
金、或いはｐタイプ成長領域上へのＰｔ、Ｔｉ−Ｐｔ、
Ｔｉの直接的付着が、このプロセスにおいて好適な別の
ｐ接触形成プロセスとして存在する。
リフレクタ１０９から離れたところに形成される。ｎタ
イプ接触１１３もまた層２０９上に形成される。このプ
ロセスにおけるｎタイプ接触に好適な冶金のいくつかの
例には、ＡｕＧｅ、Ｎｉ及びＡｕ、或いはＡｕＧｅ、Ａ
ｇ及びＡｕ、或いはＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕのコン
ポシット層があり、３６０℃乃至５００℃の間で合金さ
れる。またＷとＩｎの合成物、ＮｉとＩｎの合成物、或
いは７００℃以上で焼結されるＭｏＧｅ２、或いは耐熱
性の冶金を使用してエピタキシャル成長されるＩｎＡｓ
或いはＧａＩｎＡｓベースのオーミック接触なども好適
である。このプロセスに好適なｐタイプの接触として
は、例えばＡｕＺｎ、ＡｕＢｅ、ＡｇＺｎ、ＡｇＢｅな
どがあり、これらは３００℃乃至５００℃において蒸発
され、合金化される。Ｚｎのオープンの或いは閉ざされ
たチューブ拡散が、接触金属によりフォローされる。６
００℃乃至８００℃の拡散を使用するＷ（Ｚｎ）接触を
形成することも可能である。更に、ｐタイプの材料とＴ
ｉ、Ｔｉ−Ｐｔ、Ｐｔとの注入、或いは他の耐熱性の冶
金、或いはｐタイプ成長領域上へのＰｔ、Ｔｉ−Ｐｔ、
Ｔｉの直接的付着が、このプロセスにおいて好適な別の
ｐ接触形成プロセスとして存在する。
【００１７】最後に、接触層が形成された後、光ファイ
バ１２０が溝１２２内に配置され、ここで光ファイバの
受信終端表面１２３はブラッグ・リフレクタ１０７に平
行に面し、またブラッグ・リフレクタ１０７から受信さ
れる光の方向に垂直である。溝１２２は、面エッジ２１
５及び２１７とは別々にエッチングされる。光ファイバ
１２０は典型的にはレーザ構造よりも十分大きく、溝１
２２は一般に面エッジよりも深く且つ広いため、レーザ
構造は、一般に光を光ファイバの中央に放射する。溝は
典型的には、異方性エッチングによるリソグラフィック
位置整合を使用して形成される。これらの溝に対し、基
板１００上において、溝の好適な配向は、＜０１１＞配
向に沿う。ＨＣｌ及び過酸化水素、或いは水酸化アンモ
ニウム及び過酸化水素にもとづく異方性エッチング処理
が、好適なエッチング処理と言える。光ファイバ受信終
端１２３に接する溝のエッジ１２７は、典型的には、ブ
ラッグ・リフレクタ１０７の外側のエッジのおおよそ１
ミクロン乃至５ミクロン内に形成される。溝のエッジ１
２７は、ブラッグ・リフレクタ１０７から５ミクロン以
上離れて形成されるが、この距離が大きくなると光ファ
イバに結合される光が減少するため、溝１２７は一般に
は、ブラッグ・リフレクタ１０７からおおよそ２５ミク
ロン以内に形成される。
バ１２０が溝１２２内に配置され、ここで光ファイバの
受信終端表面１２３はブラッグ・リフレクタ１０７に平
行に面し、またブラッグ・リフレクタ１０７から受信さ
れる光の方向に垂直である。溝１２２は、面エッジ２１
５及び２１７とは別々にエッチングされる。光ファイバ
１２０は典型的にはレーザ構造よりも十分大きく、溝１
２２は一般に面エッジよりも深く且つ広いため、レーザ
構造は、一般に光を光ファイバの中央に放射する。溝は
典型的には、異方性エッチングによるリソグラフィック
位置整合を使用して形成される。これらの溝に対し、基
板１００上において、溝の好適な配向は、＜０１１＞配
向に沿う。ＨＣｌ及び過酸化水素、或いは水酸化アンモ
ニウム及び過酸化水素にもとづく異方性エッチング処理
が、好適なエッチング処理と言える。光ファイバ受信終
端１２３に接する溝のエッジ１２７は、典型的には、ブ
ラッグ・リフレクタ１０７の外側のエッジのおおよそ１
ミクロン乃至５ミクロン内に形成される。溝のエッジ１
２７は、ブラッグ・リフレクタ１０７から５ミクロン以
上離れて形成されるが、この距離が大きくなると光ファ
イバに結合される光が減少するため、溝１２７は一般に
は、ブラッグ・リフレクタ１０７からおおよそ２５ミク
ロン以内に形成される。
【００１８】ｐ＋領域２０５は真性領域２０７及びｎ＋
領域２０９と組合わされて、ｐ−ｉ−ｎ構造を形成す
る。ここでは電流は、接触１１１及び１１３を通じて制
御される。特にｐ−ｉ−ｎ接合は、接触１１３に対して
接触１１１に正電圧を印加することにより順バイアスさ
れ、これにより電流は層２０５、２０７及び２０９をそ
れぞれ通じて流れる。ｐ−ｉ−ｎ接合を通じて流れる電
流は、レーザ構造を電気的にポンプする。ｐ−ｉ−ｎ接
合を通じて流れる電流により、直接再結合が層２０７内
で発生し、面２１５及び２１７上の低損失ミラー、及び
層２０９及び２０５の屈折率の変化による光の封じ込め
により、光が光キャビティの面エッジ２１５及び２１７
から放射される。エッジ２１５及び２１７から放射され
る光は、層２０５のプレーンに平行に、且つ面エッジ２
１５及び２１７のプレーンには垂直に放射される。光キ
ャビティから放射される光は、ブラッグ・リフレクタ１
０７及び１０９に衝突し、相当の量が高反射率ミラーに
より反射される。能動領域における高利得とミラーの低
損失によりレーザが発生し、コヒーレント光１２５がブ
ラッグ・リフレクタ１０７及び１０９から放射される。
一方の面を横断して放出される強度を、他の面の反射率
を増加することにより、優先的に強調することが可能で
ある。これは例えば、一方の面上の４分の１波長スタッ
クにおいて、他方よりも多くの数の周期を使用すること
により達成される。キャビティは効率的なオペレーショ
ンを維持するために、キャビティ内の光の波長の倍数或
いは半分となるように設計されなければならない。特
に、単一波長の放射を生成するために、光キャビティの
長さは、キャビティ内の光の波長の１０倍を越えてはな
らない。好適にはキャビティの長さ（面２１５乃至面２
１７までの距離）は、おおよそ１ミクロン乃至５ミクロ
ンである。キャビティの幅は一般に２ミクロン乃至２５
ミクロンのオーダである。
領域２０９と組合わされて、ｐ−ｉ−ｎ構造を形成す
る。ここでは電流は、接触１１１及び１１３を通じて制
御される。特にｐ−ｉ−ｎ接合は、接触１１３に対して
接触１１１に正電圧を印加することにより順バイアスさ
れ、これにより電流は層２０５、２０７及び２０９をそ
れぞれ通じて流れる。ｐ−ｉ−ｎ接合を通じて流れる電
流は、レーザ構造を電気的にポンプする。ｐ−ｉ−ｎ接
合を通じて流れる電流により、直接再結合が層２０７内
で発生し、面２１５及び２１７上の低損失ミラー、及び
層２０９及び２０５の屈折率の変化による光の封じ込め
により、光が光キャビティの面エッジ２１５及び２１７
から放射される。エッジ２１５及び２１７から放射され
る光は、層２０５のプレーンに平行に、且つ面エッジ２
１５及び２１７のプレーンには垂直に放射される。光キ
ャビティから放射される光は、ブラッグ・リフレクタ１
０７及び１０９に衝突し、相当の量が高反射率ミラーに
より反射される。能動領域における高利得とミラーの低
損失によりレーザが発生し、コヒーレント光１２５がブ
ラッグ・リフレクタ１０７及び１０９から放射される。
一方の面を横断して放出される強度を、他の面の反射率
を増加することにより、優先的に強調することが可能で
ある。これは例えば、一方の面上の４分の１波長スタッ
クにおいて、他方よりも多くの数の周期を使用すること
により達成される。キャビティは効率的なオペレーショ
ンを維持するために、キャビティ内の光の波長の倍数或
いは半分となるように設計されなければならない。特
に、単一波長の放射を生成するために、光キャビティの
長さは、キャビティ内の光の波長の１０倍を越えてはな
らない。好適にはキャビティの長さ（面２１５乃至面２
１７までの距離）は、おおよそ１ミクロン乃至５ミクロ
ンである。キャビティの幅は一般に２ミクロン乃至２５
ミクロンのオーダである。
【００１９】従来の裂開技術により、こうした短い長さ
の光キャビティを生成することは、裂開プロセスに関連
する機械的制限のために不可能であるか、そうでなけれ
ば非常に困難である。更に本発明のキャビティは、周波
数の非常に離れた光モードを有する。これはレーザの単
一モード・オペレーションとなる。更に上述のように、
ブラッグ・リフレクタ１０７のエッジと光ファイバ１２
３の受信終端間の距離は、好適には１ミクロン乃至５ミ
クロンの範囲と小さく、リソグラフィにより決定され
る。その結果、光ビーム１２５の発散は小さく、放射光
と光ファイバとの結合が非常に効率的となり、これは単
一モードの光ファイバにおいても当てはまる。光ファイ
バと単一モード・レーザ構造との効率的な結合は、光フ
ァイバを通じて信号を伝達するために必要なレーザによ
り生成されなければならない光エネルギ量を減少させ
る。信号を伝達するために必要な光エネルギ量の減少
は、レーザにより要求されるパワーを減少させる。
の光キャビティを生成することは、裂開プロセスに関連
する機械的制限のために不可能であるか、そうでなけれ
ば非常に困難である。更に本発明のキャビティは、周波
数の非常に離れた光モードを有する。これはレーザの単
一モード・オペレーションとなる。更に上述のように、
ブラッグ・リフレクタ１０７のエッジと光ファイバ１２
３の受信終端間の距離は、好適には１ミクロン乃至５ミ
クロンの範囲と小さく、リソグラフィにより決定され
る。その結果、光ビーム１２５の発散は小さく、放射光
と光ファイバとの結合が非常に効率的となり、これは単
一モードの光ファイバにおいても当てはまる。光ファイ
バと単一モード・レーザ構造との効率的な結合は、光フ
ァイバを通じて信号を伝達するために必要なレーザによ
り生成されなければならない光エネルギ量を減少させ
る。信号を伝達するために必要な光エネルギ量の減少
は、レーザにより要求されるパワーを減少させる。
【００２０】従来のデバイスのようにブラッグ・リフレ
クタを横断してキャリアを移送する必要なく、ｐ＋領域
及びｎ＋領域を通じて真性領域へキャリアを効率的に注
入することにより、レーザが低電流及び低バイアス電圧
により動作可能となり、低パワーのレーザ・オペレーシ
ョンが達成される。ｐ＋層２０５及びｎ＋層２０９の濃
厚なドーピングにより、ｐ−ｉ−ｎ接合を流れる電流の
抵抗が減少するため、レーザから要求されるパワーは減
少する。ｐ−ｉ−ｎ接合の低抵抗化は、本発明の実施例
において可能である。なぜなら、電流が光キャビティ
に、光の方向に垂直に注入されるからである。光はブラ
ッグ・リフレクタのプレーンに平行に放射される。ブラ
ッグ・リフレクタに平行に電流キャリアを注入すること
は、電流キャリアが４分の１波長スタックを形成する異
なる材料間の境界層を横断しないことを意味する。これ
は従来の垂直エピタキシ短キャビティ・レーザ構造に比
較して、著しく低抵抗となる。従来構造では、電流は放
射光に平行なプレーンを通じて、光キャビティに注入さ
れる。本デバイスの低パワー動作は、本デバイスを、同
一基板上に製作される他の低パワー電子デバイスと一緒
に動作させることを可能とする。更に低パワー動作は、
光通信デバイス内に多くのレーザ・デバイスを集積化す
ることを促進する。
クタを横断してキャリアを移送する必要なく、ｐ＋領域
及びｎ＋領域を通じて真性領域へキャリアを効率的に注
入することにより、レーザが低電流及び低バイアス電圧
により動作可能となり、低パワーのレーザ・オペレーシ
ョンが達成される。ｐ＋層２０５及びｎ＋層２０９の濃
厚なドーピングにより、ｐ−ｉ−ｎ接合を流れる電流の
抵抗が減少するため、レーザから要求されるパワーは減
少する。ｐ−ｉ−ｎ接合の低抵抗化は、本発明の実施例
において可能である。なぜなら、電流が光キャビティ
に、光の方向に垂直に注入されるからである。光はブラ
ッグ・リフレクタのプレーンに平行に放射される。ブラ
ッグ・リフレクタに平行に電流キャリアを注入すること
は、電流キャリアが４分の１波長スタックを形成する異
なる材料間の境界層を横断しないことを意味する。これ
は従来の垂直エピタキシ短キャビティ・レーザ構造に比
較して、著しく低抵抗となる。従来構造では、電流は放
射光に平行なプレーンを通じて、光キャビティに注入さ
れる。本デバイスの低パワー動作は、本デバイスを、同
一基板上に製作される他の低パワー電子デバイスと一緒
に動作させることを可能とする。更に低パワー動作は、
光通信デバイス内に多くのレーザ・デバイスを集積化す
ることを促進する。
【００２１】図３は、図１のデバイスが基板１００内に
おいて、一連のデバイスとして置換され、一連の光ファ
イバを有する状態を表す。１本の光ファイバが各半導体
レーザ・デバイスに対応する。こうした一連の光デバイ
スの形成は安価である。なぜなら、レーザ構造がプレー
ナ半導体デバイス製作方法を使用して、形成されるから
である。図３の半導体レーザ・デバイスは、エレクトロ
・オプティック・デバイスを形成するために、他の電子
デバイスに接続される。例えば、図３に表されるレーザ
・デバイスが電子論理マルチプレクサに結合されて、複
数のレーザ・デバイスのオペレーションを制御し、従っ
て図４に示される複数の光ファイバへの光の伝送を制御
するエレクトロ・オプティック・デバイスを形成する。
図４は２対４のマルチプレクサ４００を表し、入力ライ
ン４０５及び４０７上のデジタル・データを表す電気信
号が、出力ライン４１０、４１５、４２０及び４２５上
の電圧レベルに変換される。出力ライン４１０、４１
５、４２０及び４２５は、レーザ・ダイオード４３０、
４３５、４４０及び４４５にそれぞれ接続される。レー
ザ構造４３０、４３５、４４０及び４４５は、それぞれ
接地に接続される共通電極を有する。マルチプレクサへ
の入力としての電気信号は、マルチプレクサの出力に電
圧を生成し、これが個々のレーザ構造を通じて流れる電
流を制御する。出力電圧は、指数的ダイオード・タイプ
の電流−電圧関係に従い、レーザ・デバイスを流れる電
流を制御する。電流が個々のレーザ構造を流れるとき、
レーザ構造からの光が、そのレーザ構造に関連する光フ
ァイバ（４５０、４５５、４６０及び４６５）に結合さ
れる。このようにして、電気信号が光信号に変換され、
基板上のそれぞれのレーザ・デバイスの光キャビティに
位置整合される光ファイバを通じて伝送される。
おいて、一連のデバイスとして置換され、一連の光ファ
イバを有する状態を表す。１本の光ファイバが各半導体
レーザ・デバイスに対応する。こうした一連の光デバイ
スの形成は安価である。なぜなら、レーザ構造がプレー
ナ半導体デバイス製作方法を使用して、形成されるから
である。図３の半導体レーザ・デバイスは、エレクトロ
・オプティック・デバイスを形成するために、他の電子
デバイスに接続される。例えば、図３に表されるレーザ
・デバイスが電子論理マルチプレクサに結合されて、複
数のレーザ・デバイスのオペレーションを制御し、従っ
て図４に示される複数の光ファイバへの光の伝送を制御
するエレクトロ・オプティック・デバイスを形成する。
図４は２対４のマルチプレクサ４００を表し、入力ライ
ン４０５及び４０７上のデジタル・データを表す電気信
号が、出力ライン４１０、４１５、４２０及び４２５上
の電圧レベルに変換される。出力ライン４１０、４１
５、４２０及び４２５は、レーザ・ダイオード４３０、
４３５、４４０及び４４５にそれぞれ接続される。レー
ザ構造４３０、４３５、４４０及び４４５は、それぞれ
接地に接続される共通電極を有する。マルチプレクサへ
の入力としての電気信号は、マルチプレクサの出力に電
圧を生成し、これが個々のレーザ構造を通じて流れる電
流を制御する。出力電圧は、指数的ダイオード・タイプ
の電流−電圧関係に従い、レーザ・デバイスを流れる電
流を制御する。電流が個々のレーザ構造を流れるとき、
レーザ構造からの光が、そのレーザ構造に関連する光フ
ァイバ（４５０、４５５、４６０及び４６５）に結合さ
れる。このようにして、電気信号が光信号に変換され、
基板上のそれぞれのレーザ・デバイスの光キャビティに
位置整合される光ファイバを通じて伝送される。
【００２２】図１に示される半導体レーザ・デバイスの
形成は、リン化インジウム（或いはアルミニウム・イン
ジウム・ヒ素化合物）の濃厚にドープされるｐ＋層を、
リン化インジウム基板上に成長させることから開始され
るプロセスにより達成される。これは金属有機気相成長
或いは分子ビーム・エピタクシなどの従来の半導体技術
により実施される。このステップの次には、半波長以下
（おおよそ数ミクロン）の厚みを有するガリウム・イン
ジウム・ヒ素化合物或いはガリウム・インジウム・ヒ素
リン化合物の層が成長される。この層は好適には真性で
あるが、希薄にドープされるｎタイプ、或いは希薄にド
ープされるｐタイプであっても良い。希薄なドープと
は、おおよそ１０16／ｃｍ3乃至１０17／ｃｍ3の範囲で
ある。真性領域或いは光キャビティが付着されると、濃
厚にドープされるアルミニウム・インジウム・ヒ素化合
物層或いはリン化インジウム層が付着される。この層の
ドーピング濃度は高く、シリコンを添加剤として使用す
ることにより、ｎタイプのドーピングが達成される。ｐ
＋層におけるドーピング濃度は、おおよそ５×１０18／
ｃｍ3 乃至１０20／ｃｍ3 である。ｐ＋層、真性層及び
ｎ＋層が付着されると、半導体レーザの面が形成され
る。半導体レーザの面は異方性エッチングにより形成さ
れ、これはリソグラフィにより決定されるプレーンに沿
って、層を選択的にエッチングする。こうしたエッチン
グは再結合の程度が低い低損傷領域を生成する。選択的
エッチングとして、化学支援イオン・ビーム・エッチン
グ或いは電子サイクロトロン共鳴エッチングを使用す
る。
形成は、リン化インジウム（或いはアルミニウム・イン
ジウム・ヒ素化合物）の濃厚にドープされるｐ＋層を、
リン化インジウム基板上に成長させることから開始され
るプロセスにより達成される。これは金属有機気相成長
或いは分子ビーム・エピタクシなどの従来の半導体技術
により実施される。このステップの次には、半波長以下
（おおよそ数ミクロン）の厚みを有するガリウム・イン
ジウム・ヒ素化合物或いはガリウム・インジウム・ヒ素
リン化合物の層が成長される。この層は好適には真性で
あるが、希薄にドープされるｎタイプ、或いは希薄にド
ープされるｐタイプであっても良い。希薄なドープと
は、おおよそ１０16／ｃｍ3乃至１０17／ｃｍ3の範囲で
ある。真性領域或いは光キャビティが付着されると、濃
厚にドープされるアルミニウム・インジウム・ヒ素化合
物層或いはリン化インジウム層が付着される。この層の
ドーピング濃度は高く、シリコンを添加剤として使用す
ることにより、ｎタイプのドーピングが達成される。ｐ
＋層におけるドーピング濃度は、おおよそ５×１０18／
ｃｍ3 乃至１０20／ｃｍ3 である。ｐ＋層、真性層及び
ｎ＋層が付着されると、半導体レーザの面が形成され
る。半導体レーザの面は異方性エッチングにより形成さ
れ、これはリソグラフィにより決定されるプレーンに沿
って、層を選択的にエッチングする。こうしたエッチン
グは再結合の程度が低い低損傷領域を生成する。選択的
エッチングとして、化学支援イオン・ビーム・エッチン
グ或いは電子サイクロトロン共鳴エッチングを使用す
る。
【００２３】レーザ面がエッチングされるとブラッグ・
リフレクタが付着される。ＧａＡｓ能動領域では、ブラ
ッグ・リフレクタが２つの異なるモル分率のアルミニウ
ム・ガリウム・ヒ素化合物として一連に付着される。特
に、低モル分率ヒ化アルミニウムのガリウム・アルミニ
ウム・ヒ素化合物の第１の４分の１波長層が、レーザ構
造の表面上に付着され、次に高モル分率ヒ化アルミニウ
ムのガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物の４分の１波
長層が、第１の４分の１波長層上に付着される。このプ
ロセスは２０周期の周期構造を提供するために、おおよ
そ２０回程度繰返される。ブラッグ・リフレクタが形成
されると、溝１２２が基板内にエッチングされる。溝１
２２は光ファイバの直径を収容できるように、十分に広
くまた深く形成される。典型的な光ファイバは、おおよ
そ１００ミクロンの直径を有する。溝１２２は光ファイ
バ１２３の受信終端がブラッグ・リフレクタ１０７と平
行になるようにエッチングされる。溝１２２は光ファイ
バをレーザ構造に位置整合する。溝が形成された後、接
触１１１及び１１３が付着される。その後、光ファイバ
が溝１２２内に配置され、レーザ構造の製作が完了す
る。
リフレクタが付着される。ＧａＡｓ能動領域では、ブラ
ッグ・リフレクタが２つの異なるモル分率のアルミニウ
ム・ガリウム・ヒ素化合物として一連に付着される。特
に、低モル分率ヒ化アルミニウムのガリウム・アルミニ
ウム・ヒ素化合物の第１の４分の１波長層が、レーザ構
造の表面上に付着され、次に高モル分率ヒ化アルミニウ
ムのガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物の４分の１波
長層が、第１の４分の１波長層上に付着される。このプ
ロセスは２０周期の周期構造を提供するために、おおよ
そ２０回程度繰返される。ブラッグ・リフレクタが形成
されると、溝１２２が基板内にエッチングされる。溝１
２２は光ファイバの直径を収容できるように、十分に広
くまた深く形成される。典型的な光ファイバは、おおよ
そ１００ミクロンの直径を有する。溝１２２は光ファイ
バ１２３の受信終端がブラッグ・リフレクタ１０７と平
行になるようにエッチングされる。溝１２２は光ファイ
バをレーザ構造に位置整合する。溝が形成された後、接
触１１１及び１１３が付着される。その後、光ファイバ
が溝１２２内に配置され、レーザ構造の製作が完了す
る。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
通信システムに使用される改良されたレーザ構造を製作
することが可能となり、多くの個々のレーザ構造が、従
来の電子基板内に集積化され、電気的或いは光学的に信
号を処理するデバイスが形成される。こうした集積化
は、光デバイスが従来のプレーナ半導体製作方法により
形成されるために安価である。
通信システムに使用される改良されたレーザ構造を製作
することが可能となり、多くの個々のレーザ構造が、従
来の電子基板内に集積化され、電気的或いは光学的に信
号を処理するデバイスが形成される。こうした集積化
は、光デバイスが従来のプレーナ半導体製作方法により
形成されるために安価である。
【図１】本発明によるレーザ構造の上面図である。
【図２】本発明によるレーザ構造の断面図である。
【図３】本発明の別の実施例の上面図である。
【図４】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図５】ガリウム・インジウム・ヒ素リン化合物におけ
る光波長のモル分率への成分依存度を表す図である。
る光波長のモル分率への成分依存度を表す図である。
１００ 基板 １０３ デバイス・エリア １０５ メーサ １０７、１０９ ブラッグ・リフレクタ １１１ ｐ接触 １１３ ｎ接触 １２０ 光ファイバ １２２ 溝 １２３ 受信終端表面 １２７ 溝のエッジ ２００ リン化インジウム基板 ２０５ ｐ＋領域 ２０７ 能動真性領域 ２０９ ｎ＋領域 ２１５、２１７ 面エッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サンディップ・ティワリ アメリカ合衆国10562、ニューヨーク州 オシニング、パインズブリッジ・ロード 791 (56)参考文献 特開 平３−93285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−193083（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5490（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に形成されるｎ型導電層とｐ型導電
層との間に設けられ、２つの平行な面を有する光キャビ
ティと、 上記２つの面の各々の上に設けられたブラッグ・リフレ
クタとを有し、 上記ｐ型導電層、光キャビティおよびｎ型導電層がｐ−
ｉ−ｎデバイスを構成し、上記ｐ−ｉ−ｎデバイスを上
記２つの面と平行な方向に流れる電流によって上記光キ
ャビティ内で発生する光が上記２つのリフレクタ間で反
射され単一モ−ド光として上記リフレクタの一方から放
射され、 上記２つの面間の上記光キャビティの長さが上記放射さ
れる単一モ−ド光の波長の１０倍以下である、短キャビ
ティ・レーザ・デバイス。 - 【請求項２】さらに、上記放射される単一モ−ド光を受
け取るための光ファイバの端面を上記単一モ−ド光が放
射される一方のリフレクタと位置整合させるために、上
記光キャビティに近接した上記基板内に設けられた溝を
有する、請求項１記載の短キャビティ・レーザ・デバイ
ス。 - 【請求項３】上記溝が上記一方のリフレクタから２５ミ
クロン以内の位置に設けられている、請求項２記載の短
キャビティ・レーザ・デバイス。 - 【請求項４】さらに、上記基板上に、電気信号を受け取
り上記電気信号に応じて上記ｐ−ｉ−ｎデバイスを流れ
る電流を制御して上記放射される単一モ−ド光を可変す
るための回路を有する、請求項１記載の短キャビティ・
レーザ・デバイス。 - 【請求項５】上記リフレクタの各々が屈折率が異なる２
つの絶縁層を交互に積層した構造を有し、上記２つの絶
縁層の各々の厚さが上記単一モ−ド光の波長の４分の１
に等しい、請求項１記載の短キャビティ・レーザ・デバ
イス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/968,109 US5363397A (en) | 1992-10-29 | 1992-10-29 | Integrated short cavity laser with bragg mirrors |
| US968109 | 1992-10-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224521A JPH06224521A (ja) | 1994-08-12 |
| JP2534444B2 true JP2534444B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=25513748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26219293A Expired - Fee Related JP2534444B2 (ja) | 1992-10-29 | 1993-10-20 | 集積化短キャビティ・レ―ザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5363397A (ja) |
| JP (1) | JP2534444B2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5978401A (en) * | 1995-10-25 | 1999-11-02 | Honeywell Inc. | Monolithic vertical cavity surface emitting laser and resonant cavity photodetector transceiver |
| US5774487A (en) * | 1996-10-16 | 1998-06-30 | Honeywell Inc. | Filamented multi-wavelength vertical-cavity surface emitting laser |
| FR2812769B1 (fr) * | 2000-08-04 | 2003-08-29 | Cit Alcatel | Laser accordable en semi-conducteur a emission par la tranche |
| US6990135B2 (en) * | 2002-10-28 | 2006-01-24 | Finisar Corporation | Distributed bragg reflector for optoelectronic device |
| US7065124B2 (en) | 2000-11-28 | 2006-06-20 | Finlsar Corporation | Electron affinity engineered VCSELs |
| US6905900B1 (en) | 2000-11-28 | 2005-06-14 | Finisar Corporation | Versatile method and system for single mode VCSELs |
| TWI227799B (en) * | 2000-12-29 | 2005-02-11 | Honeywell Int Inc | Resonant reflector for increased wavelength and polarization control |
| US6782027B2 (en) | 2000-12-29 | 2004-08-24 | Finisar Corporation | Resonant reflector for use with optoelectronic devices |
| US6836501B2 (en) * | 2000-12-29 | 2004-12-28 | Finisar Corporation | Resonant reflector for increased wavelength and polarization control |
| US6727520B2 (en) | 2000-12-29 | 2004-04-27 | Honeywell International Inc. | Spatially modulated reflector for an optoelectronic device |
| EP1405379A1 (en) * | 2001-07-12 | 2004-04-07 | Textron Systems Corporation | Semiconductor zigzag laser and optical amplifier |
| US6606199B2 (en) | 2001-10-10 | 2003-08-12 | Honeywell International Inc. | Graded thickness optical element and method of manufacture therefor |
| US6965626B2 (en) | 2002-09-03 | 2005-11-15 | Finisar Corporation | Single mode VCSEL |
| US6813293B2 (en) | 2002-11-21 | 2004-11-02 | Finisar Corporation | Long wavelength VCSEL with tunnel junction, and implant |
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| US7298942B2 (en) | 2003-06-06 | 2007-11-20 | Finisar Corporation | Pluggable optical optic system having a lens fiber stop |
| US7433381B2 (en) | 2003-06-25 | 2008-10-07 | Finisar Corporation | InP based long wavelength VCSEL |
| US7054345B2 (en) | 2003-06-27 | 2006-05-30 | Finisar Corporation | Enhanced lateral oxidation |
| US7075962B2 (en) | 2003-06-27 | 2006-07-11 | Finisar Corporation | VCSEL having thermal management |
| US7277461B2 (en) | 2003-06-27 | 2007-10-02 | Finisar Corporation | Dielectric VCSEL gain guide |
| US6961489B2 (en) | 2003-06-30 | 2005-11-01 | Finisar Corporation | High speed optical system |
| US7149383B2 (en) | 2003-06-30 | 2006-12-12 | Finisar Corporation | Optical system with reduced back reflection |
| US7210857B2 (en) | 2003-07-16 | 2007-05-01 | Finisar Corporation | Optical coupling system |
| US6887801B2 (en) | 2003-07-18 | 2005-05-03 | Finisar Corporation | Edge bead control method and apparatus |
| US7031363B2 (en) | 2003-10-29 | 2006-04-18 | Finisar Corporation | Long wavelength VCSEL device processing |
| US7920612B2 (en) | 2004-08-31 | 2011-04-05 | Finisar Corporation | Light emitting semiconductor device having an electrical confinement barrier near the active region |
| US7829912B2 (en) | 2006-07-31 | 2010-11-09 | Finisar Corporation | Efficient carrier injection in a semiconductor device |
| US7596165B2 (en) | 2004-08-31 | 2009-09-29 | Finisar Corporation | Distributed Bragg Reflector for optoelectronic device |
| US7433376B1 (en) | 2006-08-07 | 2008-10-07 | Textron Systems Corporation | Zig-zag laser with improved liquid cooling |
| US8031752B1 (en) | 2007-04-16 | 2011-10-04 | Finisar Corporation | VCSEL optimized for high speed data |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS5967677A (ja) * | 1982-07-01 | 1984-04-17 | Semiconductor Res Found | 光集積回路 |
| JPS59193083A (ja) * | 1983-04-15 | 1984-11-01 | Hitachi Ltd | フアイバ装着用半導体レ−ザ装置 |
| JPS6042890A (ja) * | 1983-08-18 | 1985-03-07 | Mitsubishi Electric Corp | 面発光形半導体レ−ザ及びその製造方法 |
| JPS61207091A (ja) * | 1985-03-11 | 1986-09-13 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS63318195A (ja) * | 1987-06-19 | 1988-12-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 横方向埋め込み型面発光レ−ザ |
| JP2863773B2 (ja) * | 1988-12-28 | 1999-03-03 | 科学技術振興事業団 | 面発光型半導体レーザ装置 |
| JPH0393285A (ja) * | 1989-09-06 | 1991-04-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| US4999843A (en) * | 1990-01-09 | 1991-03-12 | At&T Bell Laboratories | Vertical semiconductor laser with lateral electrode contact |
| US5034958A (en) * | 1990-04-19 | 1991-07-23 | Bell Communications Research, Inc. | Front-surface emitting diode laser |
| US5063569A (en) * | 1990-12-19 | 1991-11-05 | At&T Bell Laboratories | Vertical-cavity surface-emitting laser with non-epitaxial multilayered dielectric reflectors located on both surfaces |
| US5285468A (en) * | 1992-07-17 | 1994-02-08 | At&T Bell Laboratories | Analog optical fiber communication system, and laser adapted for use in such a system |
-
1992
- 1992-10-29 US US07/968,109 patent/US5363397A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-10-20 JP JP26219293A patent/JP2534444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06224521A (ja) | 1994-08-12 |
| US5363397A (en) | 1994-11-08 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |