JP3417581B2 - エピタキシャル再成長が後続する酸素イオン注入による表面放出レーザ - Google Patents
エピタキシャル再成長が後続する酸素イオン注入による表面放出レーザInfo
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- JP3417581B2 JP3417581B2 JP26356192A JP26356192A JP3417581B2 JP 3417581 B2 JP3417581 B2 JP 3417581B2 JP 26356192 A JP26356192 A JP 26356192A JP 26356192 A JP26356192 A JP 26356192A JP 3417581 B2 JP3417581 B2 JP 3417581B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体レーザ
に関するものであり、とりわけ、表面放出半導体レーザ
に関するものである。
に関するものであり、とりわけ、表面放出半導体レーザ
に関するものである。
【0002】表面放出半導体レーザは、いくつかの理由
から他のタイプの半導体レーザに比べて有利である。表
面放出半導体レーザ・ダイオード装置の場合、放射は、
レーザ・ダイオード装置の金属接点における1つ以上の
穴を介して放出されるのが普通である。これは、レーザ
から放出される光を単一モードの光ファイバに結合しな
ければならない場合には、特に有利である。光を光ファ
イバに結合する穴の形状及びサイズは、光ファイバの形
状及びサイズに一致するようにして、光の回折を減少さ
せることが可能である。一方、エッジ・レーザの場合、
光は、細長い領域(例えば、1ミクロン×0.1ミクロ
ン)から放出されるのが普通である。こうした細長い領
域から放出される光を単一モードの光ファイバに結合す
ると、放出される光の大部分が、回折によって、失われ
ることになる。表面放出レーザ・ダイオード装置によっ
て、送り出される放射の質は、エッジ・レーザ・ダイオ
ード装置によって放出される光よりも良好である。さら
に、表面放出レーザ装置は、半導体ウェーハの製造時に
テストすることができるので、エッジ・レーザ装置に比
べて製造が容易であり、レーザ・ダイオード装置のテス
トが可能になる前に、ウェーハを個々のダイオード装置
に切り分ける必要がない。一方、エッジ・レーザの場
合、ウェーハから個別の各レーザ・ダイオード装置が切
り分けられるまで、レーザ・ダイオード装置のテストを
実施することができない。
から他のタイプの半導体レーザに比べて有利である。表
面放出半導体レーザ・ダイオード装置の場合、放射は、
レーザ・ダイオード装置の金属接点における1つ以上の
穴を介して放出されるのが普通である。これは、レーザ
から放出される光を単一モードの光ファイバに結合しな
ければならない場合には、特に有利である。光を光ファ
イバに結合する穴の形状及びサイズは、光ファイバの形
状及びサイズに一致するようにして、光の回折を減少さ
せることが可能である。一方、エッジ・レーザの場合、
光は、細長い領域(例えば、1ミクロン×0.1ミクロ
ン)から放出されるのが普通である。こうした細長い領
域から放出される光を単一モードの光ファイバに結合す
ると、放出される光の大部分が、回折によって、失われ
ることになる。表面放出レーザ・ダイオード装置によっ
て、送り出される放射の質は、エッジ・レーザ・ダイオ
ード装置によって放出される光よりも良好である。さら
に、表面放出レーザ装置は、半導体ウェーハの製造時に
テストすることができるので、エッジ・レーザ装置に比
べて製造が容易であり、レーザ・ダイオード装置のテス
トが可能になる前に、ウェーハを個々のダイオード装置
に切り分ける必要がない。一方、エッジ・レーザの場
合、ウェーハから個別の各レーザ・ダイオード装置が切
り分けられるまで、レーザ・ダイオード装置のテストを
実施することができない。
【0003】1990年の光ファイバ通信会議(Optical
Fiber Communication Conference)の論文TUC3(Pap
er TUC3)におけるタイ(Tai)等による「室温連続波縦空
胴表面放出GaAs注入レーザ(Room Temperature Cont
inuous Wave Vertical Cavity Surface Emitting GaAs
Injection Lasers)」と題する論文には、あるタイプの
表面放出レーザについて記載がある。タイによって開示
された表面放出半導体レーザ装置の場合、活性発光層
が、該活性層に反射光を送り返して、いっそうの発光を
誘導する2群をなす鏡層の間に、挟まれている。活性層
によって発生する光の一部は、一方の群の鏡層を透過
し、基板の穴、及び、基板に取り付けられた金属接点の
穴を通って漏出する。
Fiber Communication Conference)の論文TUC3(Pap
er TUC3)におけるタイ(Tai)等による「室温連続波縦空
胴表面放出GaAs注入レーザ(Room Temperature Cont
inuous Wave Vertical Cavity Surface Emitting GaAs
Injection Lasers)」と題する論文には、あるタイプの
表面放出レーザについて記載がある。タイによって開示
された表面放出半導体レーザ装置の場合、活性発光層
が、該活性層に反射光を送り返して、いっそうの発光を
誘導する2群をなす鏡層の間に、挟まれている。活性層
によって発生する光の一部は、一方の群の鏡層を透過
し、基板の穴、及び、基板に取り付けられた金属接点の
穴を通って漏出する。
【0004】活性層からの発光は、タイ等の論文におけ
る図1の2つの金属接点間において活性層に電流が流れ
ることによって発生する。電流が活性層に流れると、該
活性層中の電荷キャリヤが再結合することにより、光が
発生する。レーザ効率を改善するため、あるいは、環境
によってはレーザ動作を全体で引き起こすために、2つ
の金属接点間に流れる電流を活性層の小領域内に閉じ込
める必要がある。タイ等は、2群をなす鏡層の一方の小
領域を除いて、活性層から金属接点の一方を絶縁するた
め、2群をなす鏡層の一方に絶縁リング領域を利用し、
小領域をリング領域によって囲み、該小領域と基板の穴
及びレーザ装置のもう一方の側における金属接点の穴と
のアライメントがとれるようにすることを提案してい
る。これによって、電流が、絶縁リングによって囲まれ
た鏡層の小領域とアライメントのとれた、活性層の小領
域に閉じ込められることになる。しかし、タイ等の構造
には、活性層に電流を制限するための構造が備わってい
ない。
る図1の2つの金属接点間において活性層に電流が流れ
ることによって発生する。電流が活性層に流れると、該
活性層中の電荷キャリヤが再結合することにより、光が
発生する。レーザ効率を改善するため、あるいは、環境
によってはレーザ動作を全体で引き起こすために、2つ
の金属接点間に流れる電流を活性層の小領域内に閉じ込
める必要がある。タイ等は、2群をなす鏡層の一方の小
領域を除いて、活性層から金属接点の一方を絶縁するた
め、2群をなす鏡層の一方に絶縁リング領域を利用し、
小領域をリング領域によって囲み、該小領域と基板の穴
及びレーザ装置のもう一方の側における金属接点の穴と
のアライメントがとれるようにすることを提案してい
る。これによって、電流が、絶縁リングによって囲まれ
た鏡層の小領域とアライメントのとれた、活性層の小領
域に閉じ込められることになる。しかし、タイ等の構造
には、活性層に電流を制限するための構造が備わってい
ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上から明らかなよう
に、タイ等の装置は、完全に満足のゆくものではない。
従って、上述の欠点のない、改良された表面放出半導体
装置を提供することが望ましい。
に、タイ等の装置は、完全に満足のゆくものではない。
従って、上述の欠点のない、改良された表面放出半導体
装置を提供することが望ましい。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、活性層に酸素
イオンを注入することによって、該活性層の活性領域に
なる、イオン注入を受けない小領域を囲む絶縁分離領域
を該活性層に形成して、電流を活性層の小領域に閉じ込
めることができるという観測に基づくものである。酸素
イオン注入に続いて、半導体構造のエピタキシャル再成
長を行うことによって、表面放出レーザ装置の製造が完
了する。
イオンを注入することによって、該活性層の活性領域に
なる、イオン注入を受けない小領域を囲む絶縁分離領域
を該活性層に形成して、電流を活性層の小領域に閉じ込
めることができるという観測に基づくものである。酸素
イオン注入に続いて、半導体構造のエピタキシャル再成
長を行うことによって、表面放出レーザ装置の製造が完
了する。
【0007】本発明の装置は、分離領域によって囲まれ
た活性領域を備える第1の半導体層から構成された、表
面放出半導体レーザ装置を目的とするものである。活性
領域は、該活性領域を流れる電流に応答して、ほぼ単色
で、コヒーレントな放射を発生する。分離領域には、そ
こに電流が流れるのを阻止するため、酸素イオンが注入
される。該装置には、さらに、活性領域に発生した放射
の少なくとも一部を反射して、該活性領域に送り返すた
め、前記第1の層のそれぞれの側に1つずつ、少なくと
も2つの鏡半導体層が設けられている。第1の層と鏡層
は、半導体の本体の一部を形成する。該装置には、さら
に、本体の両側に、前記鏡層と電気的に接続された接触
層が備わっており、接触層を介して、電流が活性領域に
流れると、該活性領域からほぼ単色で、コヒーレントな
放射が発生するようになっている。接触層の少なくとも
一方には、穴が形成されており、少なくともその一部
は、活性領域とアライメントがとれていて、鏡層を透過
した、活性領域において発生した放射の透過を可能にし
ている。
た活性領域を備える第1の半導体層から構成された、表
面放出半導体レーザ装置を目的とするものである。活性
領域は、該活性領域を流れる電流に応答して、ほぼ単色
で、コヒーレントな放射を発生する。分離領域には、そ
こに電流が流れるのを阻止するため、酸素イオンが注入
される。該装置には、さらに、活性領域に発生した放射
の少なくとも一部を反射して、該活性領域に送り返すた
め、前記第1の層のそれぞれの側に1つずつ、少なくと
も2つの鏡半導体層が設けられている。第1の層と鏡層
は、半導体の本体の一部を形成する。該装置には、さら
に、本体の両側に、前記鏡層と電気的に接続された接触
層が備わっており、接触層を介して、電流が活性領域に
流れると、該活性領域からほぼ単色で、コヒーレントな
放射が発生するようになっている。接触層の少なくとも
一方には、穴が形成されており、少なくともその一部
は、活性領域とアライメントがとれていて、鏡層を透過
した、活性領域において発生した放射の透過を可能にし
ている。
【0008】本発明の態様の1つは、表面放出半導体レ
ーザ装置を製造する方法を目的としたものである。基板
上に、鏡層をエピタキシャル成長させる。該鏡層の上面
には、電流が流れるのに応答して、ほぼ単色で、コヒー
レントな放射を発生する活性放射発生層を成長させる。
次に、活性層の活性領域を囲む該活性層の領域に酸素イ
オンを注入し、これによって、前記活性領域を囲む電気
的絶縁分離領域を形成し、前記活性層を流れる電流を前
記活性領域に閉じ込める。該活性層に、第2の鏡半導体
層を成長させる。鏡層は、活性領域に発生した光を反射
して、該活性領域に送り返す。活性層と鏡層は、半導体
の本体を形成する。次に、接触層を本体の両側に形成す
るが、該接触層は、鏡層に電気的に接続されるので、接
触層を介して、活性領域に電流が流されると、活性領域
は、ほぼ単色で、コヒーレントな放射を発生する。接触
層を形成するステップによれば、こうして形成された接
触層の1つには、穴が設けられており、少なくともその
一部と活性領域のアライメントがとれていて、鏡層を透
過した、活性領域において発生した放射の透過を可能に
するようになっている。
ーザ装置を製造する方法を目的としたものである。基板
上に、鏡層をエピタキシャル成長させる。該鏡層の上面
には、電流が流れるのに応答して、ほぼ単色で、コヒー
レントな放射を発生する活性放射発生層を成長させる。
次に、活性層の活性領域を囲む該活性層の領域に酸素イ
オンを注入し、これによって、前記活性領域を囲む電気
的絶縁分離領域を形成し、前記活性層を流れる電流を前
記活性領域に閉じ込める。該活性層に、第2の鏡半導体
層を成長させる。鏡層は、活性領域に発生した光を反射
して、該活性領域に送り返す。活性層と鏡層は、半導体
の本体を形成する。次に、接触層を本体の両側に形成す
るが、該接触層は、鏡層に電気的に接続されるので、接
触層を介して、活性領域に電流が流されると、活性領域
は、ほぼ単色で、コヒーレントな放射を発生する。接触
層を形成するステップによれば、こうして形成された接
触層の1つには、穴が設けられており、少なくともその
一部と活性領域のアライメントがとれていて、鏡層を透
過した、活性領域において発生した放射の透過を可能に
するようになっている。
【0009】本発明のもう1つの態様は、表面放出半導
体レーザ装置を製造する代替方法を目的としたものであ
る。まず、あらかじめ設定された深さまで、基板に酸素
イオンをブランケット注入し、エッチングによって、前
記基板に、酸素イオンを注入されなかった基板の一部に
底面を有する、前記あらかじめ設定された深さより深い
穴を形成する。所定の底面に第1の鏡層を成長させる
が、この第1の鏡層の厚さは、該第1の鏡層の上端面
が、前記あらかじめ設定された深さに位置して、基板の
酸素注入部分と接触し、これによって囲まれるような厚
さである。第1の鏡層の頂部に、活性層を流れる電流に
応答して、ほぼ単色で、コヒーレントな放射を発生す
る、活性放射発生層を成長させる。該活性層は、基板の
酸素イオン注入部分によって囲まれている。酸素イオン
注入領域は、前記活性層を囲む電気的絶縁分離領域を形
成し、電流を前記活性層に閉じ込める。活性層の頂部
に、第2の鏡半導体層を成長させることにより、前記2
つの鏡層が、活性領域に発生した光を反射して、該活性
領域に送り返す。活性層及び鏡層は、半導体の本体を形
成する。該本体の両側には、前記鏡層に電気的に接続さ
れた接触層が形成され、接触層を介して、活性層に電流
が流れると、活性層からほぼ単色で、コヒーレントな放
射が発生する。接触層を形成するステップによれば、こ
うして形成された接触層の少なくとも1つには、穴が設
けられており、少なくともその一部と活性領域のアライ
メントがとれていて、鏡層を透過し、活性領域において
発生した放射の透過を可能にするようになっている。
体レーザ装置を製造する代替方法を目的としたものであ
る。まず、あらかじめ設定された深さまで、基板に酸素
イオンをブランケット注入し、エッチングによって、前
記基板に、酸素イオンを注入されなかった基板の一部に
底面を有する、前記あらかじめ設定された深さより深い
穴を形成する。所定の底面に第1の鏡層を成長させる
が、この第1の鏡層の厚さは、該第1の鏡層の上端面
が、前記あらかじめ設定された深さに位置して、基板の
酸素注入部分と接触し、これによって囲まれるような厚
さである。第1の鏡層の頂部に、活性層を流れる電流に
応答して、ほぼ単色で、コヒーレントな放射を発生す
る、活性放射発生層を成長させる。該活性層は、基板の
酸素イオン注入部分によって囲まれている。酸素イオン
注入領域は、前記活性層を囲む電気的絶縁分離領域を形
成し、電流を前記活性層に閉じ込める。活性層の頂部
に、第2の鏡半導体層を成長させることにより、前記2
つの鏡層が、活性領域に発生した光を反射して、該活性
領域に送り返す。活性層及び鏡層は、半導体の本体を形
成する。該本体の両側には、前記鏡層に電気的に接続さ
れた接触層が形成され、接触層を介して、活性層に電流
が流れると、活性層からほぼ単色で、コヒーレントな放
射が発生する。接触層を形成するステップによれば、こ
うして形成された接触層の少なくとも1つには、穴が設
けられており、少なくともその一部と活性領域のアライ
メントがとれていて、鏡層を透過し、活性領域において
発生した放射の透過を可能にするようになっている。
【0010】
【実施例】以下の各図において同一の構成要素には同一
の番号を付す。
の番号を付す。
【0011】図1は、本発明の図解に有効な半導体基板
30の一部に関する断面図である。基板30は、ガリウ
ム砒素(GaAs)のような化合物III−Vの半導体
材料から構成してよい。図2〜5は、基板30に処理ス
テップを施した結果生じる半導体構造の断面図である。
図6〜7は、各種処理ステップの結果生じる、2つの異
なる表面放出半導体レーザ・ダイオード構造の一部に関
する断面図である。
30の一部に関する断面図である。基板30は、ガリウ
ム砒素(GaAs)のような化合物III−Vの半導体
材料から構成してよい。図2〜5は、基板30に処理ス
テップを施した結果生じる半導体構造の断面図である。
図6〜7は、各種処理ステップの結果生じる、2つの異
なる表面放出半導体レーザ・ダイオード構造の一部に関
する断面図である。
【0012】図2に示すように、基板30の頂部には、
第1群の鏡層32がエピタキシャル成長させられている
が、この鏡層は、当業者にとっては周知の半導体分布ブ
ラッグ反射層とすることができる。例えば、上述のタイ
等による論文では、前記分布ブラッグ反射層は、nタイ
プの22対のAl0.1 Ga 0.9As/AlAs、または、
5対のpタイプのAl0.1 Ga 0.9As/Al0.7Ga 0.3
As半導体分布ブラッグ反射体から構成される。タイ等
の論文にも開示のように、鏡層の成長には、位相整合層
を用いることも可能である。次に、図3に示すように、
鏡層の頂部に、活性層34を成長させる。活性層は、さ
まざまな組成のアルミニウムガリウム砒素による異なる
層を交互に重ねたものから構成される。基板30がpタ
イプの材料から作られている場合、鏡層32、及び、鏡
層32に隣接した活性層における各種層は、やはり、p
タイプの半導体材料で作られる。活性層内の残りの層
は、nタイプの材料で作られており、当業者にとっては
既知のpn接合を形成している。上述のタイ等の論文で
は、活性層は、pタイプのアルミニウムガリウム砒素
層、pタイプのガリウム砒素層、及び、nタイプのアル
ミニウムガリウム砒素層から構成されている。タイ等に
よって解説された組成を本発明に利用することも可能で
あるが、もちろん、本出願の活性層は、本発明の範囲内
にある多数の他のタイプの組成によって構成することが
できる。
第1群の鏡層32がエピタキシャル成長させられている
が、この鏡層は、当業者にとっては周知の半導体分布ブ
ラッグ反射層とすることができる。例えば、上述のタイ
等による論文では、前記分布ブラッグ反射層は、nタイ
プの22対のAl0.1 Ga 0.9As/AlAs、または、
5対のpタイプのAl0.1 Ga 0.9As/Al0.7Ga 0.3
As半導体分布ブラッグ反射体から構成される。タイ等
の論文にも開示のように、鏡層の成長には、位相整合層
を用いることも可能である。次に、図3に示すように、
鏡層の頂部に、活性層34を成長させる。活性層は、さ
まざまな組成のアルミニウムガリウム砒素による異なる
層を交互に重ねたものから構成される。基板30がpタ
イプの材料から作られている場合、鏡層32、及び、鏡
層32に隣接した活性層における各種層は、やはり、p
タイプの半導体材料で作られる。活性層内の残りの層
は、nタイプの材料で作られており、当業者にとっては
既知のpn接合を形成している。上述のタイ等の論文で
は、活性層は、pタイプのアルミニウムガリウム砒素
層、pタイプのガリウム砒素層、及び、nタイプのアル
ミニウムガリウム砒素層から構成されている。タイ等に
よって解説された組成を本発明に利用することも可能で
あるが、もちろん、本出願の活性層は、本発明の範囲内
にある多数の他のタイプの組成によって構成することが
できる。
【0013】マスク36は、活性層34の一部に形成さ
れて、活性領域34´を形成する。上述のように、電流
及び発光の誘導は、活性層の小領域に制限されるのが望
ましい。マスク36のサイズは、所望の寸法の活性領域
34´を形成するように選択する。次に、活性層34の
非マスク部分に酸素イオンを注入するが、活性層のイオ
ン注入部分については、図では、ドットで陰がつけられ
ている。活性層34の一部に酸素イオンを注入すること
によって、活性領域34´を囲む絶縁分離領域34″が
形成される。マスク36を除去して、活性層34の上部
に第2群の鏡層38を成長させると、酸素イオン注入に
続くエピタキシャル再成長によって、装置の製作を完了
することができる。基板30がpタイプの材料から作ら
れている上述の例の場合、鏡層38は、nタイプの材料
から構成される。鏡層32の場合のように、鏡層38
は、上述の各種組成による分布ブラッグ反射層から構成
することも可能である。
れて、活性領域34´を形成する。上述のように、電流
及び発光の誘導は、活性層の小領域に制限されるのが望
ましい。マスク36のサイズは、所望の寸法の活性領域
34´を形成するように選択する。次に、活性層34の
非マスク部分に酸素イオンを注入するが、活性層のイオ
ン注入部分については、図では、ドットで陰がつけられ
ている。活性層34の一部に酸素イオンを注入すること
によって、活性領域34´を囲む絶縁分離領域34″が
形成される。マスク36を除去して、活性層34の上部
に第2群の鏡層38を成長させると、酸素イオン注入に
続くエピタキシャル再成長によって、装置の製作を完了
することができる。基板30がpタイプの材料から作ら
れている上述の例の場合、鏡層38は、nタイプの材料
から構成される。鏡層32の場合のように、鏡層38
は、上述の各種組成による分布ブラッグ反射層から構成
することも可能である。
【0014】次に、基板、及び、第2群の鏡層38に、
それぞれ、接点(接触層とも言う)42及び44が形成
される。次に、接触層42及び基板30にエッチングを
施して、第1群をなす鏡層32に達する通し穴を形成
し、活性領域34´に発生した放射を、単色で、コヒー
レントな放射として放出できるようにする。当業者にと
っては周知のように、2つの鏡層群32、38は、完全
な反射体ではなく、各鏡層群は、活性領域に発生した光
をわずかな割合で漏出させることになる。活性領域34
´は、一般に小さいので、2つの鏡層群は、高い反射率
を備えていることが望ましく、それにより、活性領域に
発生する光のほとんどは反射されて、小領域における誘
導発光を増すため、活性領域に戻される。レーザ装置の
各種用途には、鏡層を漏出する数パーセントの光で十分
である。接点42、44は、金属、あるいは、基板30
及び鏡層38におけるドーピング・タイプに一致する、
かなりのドーピングを施したpタイプまたはnタイプの
材料で作ることが可能である。
それぞれ、接点(接触層とも言う)42及び44が形成
される。次に、接触層42及び基板30にエッチングを
施して、第1群をなす鏡層32に達する通し穴を形成
し、活性領域34´に発生した放射を、単色で、コヒー
レントな放射として放出できるようにする。当業者にと
っては周知のように、2つの鏡層群32、38は、完全
な反射体ではなく、各鏡層群は、活性領域に発生した光
をわずかな割合で漏出させることになる。活性領域34
´は、一般に小さいので、2つの鏡層群は、高い反射率
を備えていることが望ましく、それにより、活性領域に
発生する光のほとんどは反射されて、小領域における誘
導発光を増すため、活性領域に戻される。レーザ装置の
各種用途には、鏡層を漏出する数パーセントの光で十分
である。接点42、44は、金属、あるいは、基板30
及び鏡層38におけるドーピング・タイプに一致する、
かなりのドーピングを施したpタイプまたはnタイプの
材料で作ることが可能である。
【0015】図6の構成の場合、表面放出レーザ50
は、一方向にだけ、すなわち、穴46を通る、長い矢印
52の方向にだけ光を放出する。レーザから、逆の2方
向に光を放出するのが望ましい場合、図7に示すよう
に、上部接点と底部接点の両方にエッチングして、穴を
形成することができる。図7に示すように、レーザ装置
60の接点62及び64にエッチングを施して、穴を設
け、方向66及び68に沿って、光を放出することが可
能である。図7に示すように、基板30にはエッチング
による穴形成は行われない。基板が、活性領域に発生し
た光を十分に吸収しない材料から成る場合、エッチング
によって基板30に穴を形成する必要はない。例えば、
基板30がガリウム砒素で作られており、レーザの波長
が0.9ミクロンを超える場合、基板はほぼ透明であ
り、基板にエッチングを施して、穴を形成する必要はな
い。レーザ波長によって、発生する光が基板に吸収され
る場合には、図6に示すように、基板にエッチングを施
して、穴46のような穴を形成する必要がある。
は、一方向にだけ、すなわち、穴46を通る、長い矢印
52の方向にだけ光を放出する。レーザから、逆の2方
向に光を放出するのが望ましい場合、図7に示すよう
に、上部接点と底部接点の両方にエッチングして、穴を
形成することができる。図7に示すように、レーザ装置
60の接点62及び64にエッチングを施して、穴を設
け、方向66及び68に沿って、光を放出することが可
能である。図7に示すように、基板30にはエッチング
による穴形成は行われない。基板が、活性領域に発生し
た光を十分に吸収しない材料から成る場合、エッチング
によって基板30に穴を形成する必要はない。例えば、
基板30がガリウム砒素で作られており、レーザの波長
が0.9ミクロンを超える場合、基板はほぼ透明であ
り、基板にエッチングを施して、穴を形成する必要はな
い。レーザ波長によって、発生する光が基板に吸収され
る場合には、図6に示すように、基板にエッチングを施
して、穴46のような穴を形成する必要がある。
【0016】図6〜7に示す表面放出レーザ・ダイオー
ド50及び60は、両方とも、酸素イオンを注入した分
離領域34″が電気的に絶縁しているので、該分離領域
34”が活性層34を通って流れる電流を活性領域3
4′を流れるものだけに制限している。このため、接点
42、44、または、62、64の間に電位がかかる
と、活性層の活性領域34′だけを通って、接点間に電
流が流れる。この結果、電流は、有効に、小領域内に集
中させられるので、レーザ装置に流れる単位電流毎に発
生する放射に関して測定される効率が増すことになる。
ド50及び60は、両方とも、酸素イオンを注入した分
離領域34″が電気的に絶縁しているので、該分離領域
34”が活性層34を通って流れる電流を活性領域3
4′を流れるものだけに制限している。このため、接点
42、44、または、62、64の間に電位がかかる
と、活性層の活性領域34′だけを通って、接点間に電
流が流れる。この結果、電流は、有効に、小領域内に集
中させられるので、レーザ装置に流れる単位電流毎に発
生する放射に関して測定される効率が増すことになる。
【0017】上述のように、酸素イオンを注入した分離
領域34″は、活性層34′を囲み、これを通る電流を
制限する。酸素イオンを注入した分離領域34″に加え
て、上述の論文においてタイ等が開示している鏡層内の
分離リングを組み込み、さらに電流を制限することも可
能である。例えば、タイ等の構造がなければ、電流は、
活性層34′を通った後、2つの鏡層群32、38のい
ずれかに達する時には、少なくともある程度は発散する
ことになる。レーザ装置50及び60における2つの鏡
層群の一方に、タイ等によって開示の分離リングを組み
込むことによって、電流は、活性領域内におけるさらに
小さい部分に制限することができる。こうした分離リン
グを実現するステップが、図8〜12に示されている。
領域34″は、活性層34′を囲み、これを通る電流を
制限する。酸素イオンを注入した分離領域34″に加え
て、上述の論文においてタイ等が開示している鏡層内の
分離リングを組み込み、さらに電流を制限することも可
能である。例えば、タイ等の構造がなければ、電流は、
活性層34′を通った後、2つの鏡層群32、38のい
ずれかに達する時には、少なくともある程度は発散する
ことになる。レーザ装置50及び60における2つの鏡
層群の一方に、タイ等によって開示の分離リングを組み
込むことによって、電流は、活性領域内におけるさらに
小さい部分に制限することができる。こうした分離リン
グを実現するステップが、図8〜12に示されている。
【0018】該分離リングを実現するため、図5に示す
構造から開始する。図8に示すマスク74に助けられ
て、第2群の鏡層38にエッチングを施し、環状の井戸
72を形成する。環状の井戸72は、第2群の鏡層38
の島の部分38′を囲む。次に、図9に示すように、井
戸72の表面に加え、島の部分38′の上端面及び第2
群の鏡層38の残りの部分にも、二酸化珪素の層を被着
させる。図面を簡略化するため、図10には、活性層3
4の上部、及び、その上の全ての層だけしか示されてい
ない。図10に示すように、二酸化珪素の層76の頂部
にマスク78を形成し、島の部分38′の頂部に位置す
る層76の一部だけを露出したままにしておく。二酸化
珪素のこうして露出した部分をエッチングで除去し、マ
スク78も除去されている図11に示すように、島の部
分38′の上面を露出させる。次に、図12に示すよう
に、基板30、二酸化珪素の層76の頂部、及び、第2
群の鏡層38の上端面に、接触層82、84を形成す
る。この結果、活性領域34′は、第2群の鏡層38の
領域38′と接触層84との界面を除き、二酸化珪素の
層76によって接触層84から分離されることになる。
活性領域34′に発生した光の透過を可能にするため、
接触層82には、やはり、穴が設けられる。こうして、
接触層84と活性領域34′の間において、電流が通る
ことの可能な、第2群の鏡層38における領域をさらに
限定することによって、活性領域を流れる電流がさらに
制限され、該装置の効率が向上することになる。図12
の場合、基板30には、エッチングによる穴が形成され
ていないが、もちろん、基板が、活性領域に発生した光
に対して透明でなければ、こうした穴を設けて差し支え
ない。
構造から開始する。図8に示すマスク74に助けられ
て、第2群の鏡層38にエッチングを施し、環状の井戸
72を形成する。環状の井戸72は、第2群の鏡層38
の島の部分38′を囲む。次に、図9に示すように、井
戸72の表面に加え、島の部分38′の上端面及び第2
群の鏡層38の残りの部分にも、二酸化珪素の層を被着
させる。図面を簡略化するため、図10には、活性層3
4の上部、及び、その上の全ての層だけしか示されてい
ない。図10に示すように、二酸化珪素の層76の頂部
にマスク78を形成し、島の部分38′の頂部に位置す
る層76の一部だけを露出したままにしておく。二酸化
珪素のこうして露出した部分をエッチングで除去し、マ
スク78も除去されている図11に示すように、島の部
分38′の上面を露出させる。次に、図12に示すよう
に、基板30、二酸化珪素の層76の頂部、及び、第2
群の鏡層38の上端面に、接触層82、84を形成す
る。この結果、活性領域34′は、第2群の鏡層38の
領域38′と接触層84との界面を除き、二酸化珪素の
層76によって接触層84から分離されることになる。
活性領域34′に発生した光の透過を可能にするため、
接触層82には、やはり、穴が設けられる。こうして、
接触層84と活性領域34′の間において、電流が通る
ことの可能な、第2群の鏡層38における領域をさらに
限定することによって、活性領域を流れる電流がさらに
制限され、該装置の効率が向上することになる。図12
の場合、基板30には、エッチングによる穴が形成され
ていないが、もちろん、基板が、活性領域に発生した光
に対して透明でなければ、こうした穴を設けて差し支え
ない。
【0019】図13〜16には、本発明のもう1つの実
施例が示されている。図13は、酸素イオンが、図13
に示す現在の深さdまでブランケット注入された、半導
体基板100の一部に関する断面図であり、酸素イオン
の注入された基板の一部が、100′で表示され、電気
的絶縁分離層を形成している。誘電マスク104の助け
を借りて、絶縁層100′に、図14に示すようにdよ
り深くまでエッチングを施して、井戸102を形成す
る。従って、井戸102の側壁は、分離部分100′に
よって囲まれ、井戸の底面102′は、酸素イオンが注
入されなかった基板100の部分に位置することにな
る。次に、井戸102の底面102′の上に第1群の鏡
層132をエピタキシャル成長させ、さらに、第1群の
鏡層132の上に、活性層134を成長させる。その
後、活性領域の上に、第2群の鏡層138を成長させ
る。
施例が示されている。図13は、酸素イオンが、図13
に示す現在の深さdまでブランケット注入された、半導
体基板100の一部に関する断面図であり、酸素イオン
の注入された基板の一部が、100′で表示され、電気
的絶縁分離層を形成している。誘電マスク104の助け
を借りて、絶縁層100′に、図14に示すようにdよ
り深くまでエッチングを施して、井戸102を形成す
る。従って、井戸102の側壁は、分離部分100′に
よって囲まれ、井戸の底面102′は、酸素イオンが注
入されなかった基板100の部分に位置することにな
る。次に、井戸102の底面102′の上に第1群の鏡
層132をエピタキシャル成長させ、さらに、第1群の
鏡層132の上に、活性層134を成長させる。その
後、活性領域の上に、第2群の鏡層138を成長させ
る。
【0020】次に、誘電層を除去し、さらに、前に示し
たように、また、図16に示すように、接点142、1
44を形成する。図16に示すように、両方の接点に穴
を設けて、レーザ装置150の両側から光を放出できる
ようにする。やはり、基板が、活性領域に発生する光に
対して透明でなければ、基板100にエッチングを施し
て、破線152で示すような穴を形成することが可能で
ある。
たように、また、図16に示すように、接点142、1
44を形成する。図16に示すように、両方の接点に穴
を設けて、レーザ装置150の両側から光を放出できる
ようにする。やはり、基板が、活性領域に発生する光に
対して透明でなければ、基板100にエッチングを施し
て、破線152で示すような穴を形成することが可能で
ある。
【0021】以上で、各種実施例に基づく本発明の説明
を終えるものとする。もちろん、請求項によってしか制
限すべきでない、本発明の範囲を逸脱することなく、さ
まざまな修正を加えることが可能である。
を終えるものとする。もちろん、請求項によってしか制
限すべきでない、本発明の範囲を逸脱することなく、さ
まざまな修正を加えることが可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明は、活性層に酸素イオンを注入す
ることによって、該活性層の活性領域になる、イオン注
入を受けない小領域を囲む絶縁分離領域を該活性層に形
成して、電流を活性層の小領域に閉じ込めることによっ
て、極めて効率のよい表面放出レーザ装置を製造でき
る。
ることによって、該活性層の活性領域になる、イオン注
入を受けない小領域を囲む絶縁分離領域を該活性層に形
成して、電流を活性層の小領域に閉じ込めることによっ
て、極めて効率のよい表面放出レーザ装置を製造でき
る。
【図1】 本発明を説明するのに有用な基板の一部の断
面図である。
面図である。
【図2】 1群の鏡層を基板の上に成長させた後の図1
の基板の断面図である。
の基板の断面図である。
【図3】 活性層を鏡層の上に成長させた後の図2の構
成の断面図である。
成の断面図である。
【図4】 本発明を説明する、マスクされ、活性層のマ
スクされていない領域に酸素イオンが注入された図3の
構成の断面図である。
スクされていない領域に酸素イオンが注入された図3の
構成の断面図である。
【図5】 マスクが除去され、第二群の鏡層が活性層の
頂部に成長した後の図4の構成の断面図である。
頂部に成長した後の図4の構成の断面図である。
【図6】 接触層が第二群の鏡層及び基板の上に形成さ
れ、本発明の一実施例を説明するレーザ装置から光を放
出する穴を基板にエッチングを施して形成し、接点が取
り付けられた後の図5の構成の断面図である。
れ、本発明の一実施例を説明するレーザ装置から光を放
出する穴を基板にエッチングを施して形成し、接点が取
り付けられた後の図5の構成の断面図である。
【図7】 第二群の鏡層と基板に接触層を形成し、活性
領域とアライメントをとって、両接触層に穴を設け、構
成の両側面から光を放出できるようにした後の図5の構
成を示し、基板がレーザ波長に対して透明な本発明の他
の実施例を示す図である。
領域とアライメントをとって、両接触層に穴を設け、構
成の両側面から光を放出できるようにした後の図5の構
成を示し、基板がレーザ波長に対して透明な本発明の他
の実施例を示す図である。
【図8】 マスクを用いて第二群の鏡層に環状形状の井
戸を形成し、該環状の井戸が該第二群の鏡層の島の部分
を囲むようにした後の図5の構成を示す図である。
戸を形成し、該環状の井戸が該第二群の鏡層の島の部分
を囲むようにした後の図5の構成を示す図である。
【図9】 マスクを除去し、第二群の鏡層の残りの部分
と共に井戸の中にも二酸化珪素層を形成した後の図8の
構成を示す図である。
と共に井戸の中にも二酸化珪素層を形成した後の図8の
構成を示す図である。
【図10】 第二群の鏡層の島の部分の頂部の二酸化珪
素層の部分だけを露出して二酸化珪素層の上面にマスク
を設けた図9の構成の一部を示す図である。
素層の部分だけを露出して二酸化珪素層の上面にマスク
を設けた図9の構成の一部を示す図である。
【図11】 二酸化珪素の露出した部分がエッチングに
より除去され、またマスクが除去された図10の構成を
示す図である。
より除去され、またマスクが除去された図10の構成を
示す図である。
【図12】 装置の両面に接触層が形成され、基板に接
触した接触層にそこから光が放出できる穴を設けた後の
図11の装置の断面図である。
触した接触層にそこから光が放出できる穴を設けた後の
図11の装置の断面図である。
【図13】 本発明の他の実施例を示す、酸素イオンが
あらかじめ設定された深さまで注入された基板の一部の
断面図である。
あらかじめ設定された深さまで注入された基板の一部の
断面図である。
【図14】 マスクを用いて酸素イオンが注入される予
め設定した深さよりも深い基板の深さまで井戸がエッチ
ングにより形成された後の図13の構成を示す図であ
る。
め設定した深さよりも深い基板の深さまで井戸がエッチ
ングにより形成された後の図13の構成を示す図であ
る。
【図15】 第一群の鏡層、活性層、第二群の鏡層が井
戸及び酸素イオンの注入された基板の中に形成された後
の図14の構成を示す図である。
戸及び酸素イオンの注入された基板の中に形成された後
の図14の構成を示す図である。
【図16】 構成の両面から光を放出できる穴を有す
る、構成の両面に形成された接触層を有する図15の構
成を示す図である。
る、構成の両面に形成された接触層を有する図15の構
成を示す図である。
30,100 基板
32,38,132,138 鏡層
34,134 活性層
34’ 活性領域
34” 絶縁分離領域
36,74,78,104 マスク
38’ 島の部分
42,44,62,64,142,144 接点
46 穴
50,60,150 表面放出レーザ
72 井戸
76 二酸化珪素の層
82,84 接触層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マイクル・アール・ティ・タン
アメリカ合衆国カリフォルニア州94040
マウンテン・ヴュー,テュレイン・ドラ
イヴ・920
(56)参考文献 特開 昭62−173792(JP,A)
特開 平4−14276(JP,A)
特開 平2−181985(JP,A)
特開 昭54−92191(JP,A)
Electronics Lette
rs,26[11],p.710−711
Japanese Journal
of Applied Physic
s,30[3B],L492−494
Optical Fiber Com
munication Confere
nce,TUC3,p.11
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (5)
- 【請求項1】表面放出半導体レーザ・デバイスを製造す
る方法であって、 基板上に鏡層をエピタキシャル成長させ、該鏡層の上面
に、電流が流れることに応答して、ほぼ単色でコヒーレ
ントな放射を発生する活性放射発生層をエピタキシャル
成長させるステップと、 前記活性層の活性領域を囲む該活性層の領域に酸素イオ
ンを注入するステップと、 前記エピタキシャル活性層を急速熱アニールし、これに
より前記酸素イオンを活性化し、前記活性層内に電気的
絶縁分離領域を形成し、前記活性層を流れる電流を前記
活性領域に閉じ込めるために該活性領域を囲むステップ
と、 引き続いて、前記活性層上にもう1つの鏡反射半導体層
を成長させ、それらの鏡層が前記活性領域で発生した光
を反射して該活性領域に送り返し、前記活性層と鏡層が
半導体の本体を形成するステップと、及び前記本体の両
側に、前記鏡層に電気的に接続される接触層を形成し、
それにより前記接触層を介して前記活性領域に電流が流
されると、前記活性領域がほぼ単色の放射を発生するス
テップとを含み、 こうして形成された前記接触層の少なくとも1つには、
穴が設けられており、少なくともその一部が前記活性領
域とアライメントがとられ、前記活性領域において発生
し、鏡層を透過した放射の透過を可能とする、方法。 - 【請求項2】前記基板が、前記活性領域によって発生し
た放射を吸収することができる場合、前記基板にエッチ
ングを施して穴を形成し、少なくともその一部が、前記
接触層の穴および前記活性領域とアライメントがとら
れ、前記活性領域において発生し、鏡層を透過した放射
の透過を可能とする、ステップを更に含む、請求項1の
方法。 - 【請求項3】前記活性領域を形成するために前記酸素イ
オンを注入するステップの前に、前記活性層の選択され
た領域をマスクするステップを更に含む、請求項1の方
法。 - 【請求項4】前記接触層が形成される前に、前記鏡層の
少なくとも1つに、該少なくとも1つの鏡層の電気的導
電鏡反射領域を囲む電気的絶縁リング領域を形成するス
テップを更に含み、前記電気的導電鏡反射領域の少なく
とも一部が、前記穴および前記活性領域とアライメント
がとられ、前記絶縁リング領域により、前記鏡層の前記
少なくとも1つを流れる電流が前記鏡反射領域に閉じ込
められる、請求項1の方法。 - 【請求項5】前記リング領域の形成が、 前記鏡層の前記少なくとも1つにエッチングを施して、
前記電気的導電鏡反射領域を囲んで定める、リング状の
キャビティを形成するステップと、 電気的絶縁リング領域を前記キャビティに形成するため
に前記鏡層の前記少なくとも1つに絶縁層を形成するス
テップと、及び前記キャビティの外側の前記活性領域と
接触する前記絶縁層の一部をエッチングによって除去す
るステップとを含む、請求項4の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/771,069 US5266503A (en) | 1989-04-24 | 1991-10-02 | Method of making a surface emitting laser with oxygen ion implants followed by epitaxial regrowth |
US771069 | 1991-10-02 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05218575A JPH05218575A (ja) | 1993-08-27 |
JP3417581B2 true JP3417581B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=25090601
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26356192A Expired - Fee Related JP3417581B2 (ja) | 1991-10-02 | 1992-10-01 | エピタキシャル再成長が後続する酸素イオン注入による表面放出レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3417581B2 (ja) |
-
1992
- 1992-10-01 JP JP26356192A patent/JP3417581B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Electronics Letters,26[11],p.710−711 |
Japanese Journal of Applied Physics,30[3B],L492−494 |
Optical Fiber Communication Conference,TUC3,p.11 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05218575A (ja) | 1993-08-27 |
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