JP3497752B2 - 個々の光学および電流ガイドを持つ垂直空胴表面発光レーザ - Google Patents
個々の光学および電流ガイドを持つ垂直空胴表面発光レーザInfo
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
- H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【０００１】
【関連出願】本出願は、「硫化亜鉛／カルシウム−マグ
ネシウム・フッ化物多層ミラー(Optical Devices Havin
g ZnS/Ca-Mg-fluoride Multi-layered Mirrors)」とい
う名称の米国特許出願第08/997,710号、および「横方向
注入ＶＣＳＥＬ(Lateral Injection VCSEL)」という名
称の米国特許出願第08/997712と同時に出願されたもの
である。
ネシウム・フッ化物多層ミラー(Optical Devices Havin
g ZnS/Ca-Mg-fluoride Multi-layered Mirrors)」とい
う名称の米国特許出願第08/997,710号、および「横方向
注入ＶＣＳＥＬ(Lateral Injection VCSEL)」という名
称の米国特許出願第08/997712と同時に出願されたもの
である。
【０００２】
【発明の分野】本発明は、概して、垂直空胴表面発光レ
ーザ（Ｖertical Ｃavity Ｓurface-Ｅmitting Ｌaser
s：ＶＣＳＥＬ）に関し、特に駆動電流閉じ込めおよび
光学的モード閉じ込めの両用を行うレーザに関する。
ーザ（Ｖertical Ｃavity Ｓurface-Ｅmitting Ｌaser
s：ＶＣＳＥＬ）に関し、特に駆動電流閉じ込めおよび
光学的モード閉じ込めの両用を行うレーザに関する。
【０００３】
【発明の背景】従来のエッジ発光半導体レーザと比較す
ると、ＶＣＳＥＬは、多くの必要な特性が実現できる可
能性を持つ。例えば、ＶＣＳＥＬの空胴共振器の長さが
短ければ短いほど、縦方向のモード選択性はますます鋭
敏になり、そのため、ライン幅がますます狭くなる。複
数の層に垂直な空胴共振器を形成するための多層ＤＢＲ
を使用すれば、複数のエッジ放射レーザに共通の分裂動
作の必要がなくなる。前記共振器の向きにより、またレ
ーザ・アレイの製造および個々のレーザのウェハ・レベ
ルでの試験が容易になる。
ると、ＶＣＳＥＬは、多くの必要な特性が実現できる可
能性を持つ。例えば、ＶＣＳＥＬの空胴共振器の長さが
短ければ短いほど、縦方向のモード選択性はますます鋭
敏になり、そのため、ライン幅がますます狭くなる。複
数の層に垂直な空胴共振器を形成するための多層ＤＢＲ
を使用すれば、複数のエッジ放射レーザに共通の分裂動
作の必要がなくなる。前記共振器の向きにより、またレ
ーザ・アレイの製造および個々のレーザのウェハ・レベ
ルでの試験が容易になる。
【０００４】 従来技術は、二つの基本的なＶＣＳＥＬ
設計を提案してきた。すなわち、一方の設計は、開口部
を持つ、抵抗率の高いイオン注入領域により、ｐドーピ
ング半導体ＤＢＲミラーで、電流閉じ込め領域を形成す
る方法であり（例えば、両方とも引用によって本明細書
の記載に援用した、Ｙ．Ｈ．リー(Y.H.Lee) 他の、「エ
レクトロン・レター(Electr.Lett.)」（１９９０）、第
２６巻、第１１号、第７１０乃至第７１１頁、および
Ｔ．Ｅ．セール(T.E.Sale)の「垂直空胴表面発光レーザ
(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers)」（リサ
ーチ・プレス(Research Press Ltd) 社発行（１９９
５））の第１１７頁乃至第１２７頁参照）、他方の設計
は、開口部を持つ、抵抗率の高い酸化物層により電流閉
じ込め領域を形成する方法である（例えば、両方とも引
用によって本明細書の記載に援用した、Ｄ．Ｌ．ハファ
カ(D.L. Huffaker)他の「応用物理レター(Appl Phys.Le
tt)」、（1994年）第６５巻、第１号、第９７頁乃至第
９９頁、およびＫ．Ｄ．チョケット(K.D.Choquette)他
の「エレクトロン・レター(Electr.Lett.)」（1994年）
第３０巻、第２４号、第２０４３頁乃至第２０４４頁参
照）。イオン注入（Ｉ−Ｉ）法の場合には、光イオン
（例えば、プロトン）は、比較的深いところ（例えば、
約３マイクロメータ）に注入される。しかし、イオン・
ストラグル(ion straggle)および深層注入に関連する他
の問題により、この電流ガイドは比較的大型（例えば、
１０マイクロメータ以上）のものでなければならない。
前記二つの要因により、装置を小型化することができな
い。さらに、Ｉ−ＩＶＣＳＥＬは、有意の光学的ガイド
を行うことができない。すなわち、種々のモードの案内
は幾分利得は得られるかもしれないが、横方向のレーザ
放射モード屈折率ガイドを行うことができない。その結
果、前記レーザは、通常、１ミリアンペア以上のしきい
電流および３ミリアンペア以上の動作電流を持つ。それ
故、レーザ当たりの電力消費は、少なくとも数ミリワッ
トになる。逆に、酸化物（ＯＸ）閉じ込め方法は、大き
さを遥かに小さくする（例えば、電流開口部を３マイク
ロメータまで小さくする）ことができることが分かって
いて、それにより、前記しきい値および前記動作電流を
１桁少なくすることができる。さらに、開口部を持つ酸
化物層は、また横方向モード閉じ込めを行う屈折率ガイ
ドを形成し、その結果、前記電流の二つの中の少なくと
も他の要因は低減する。それ故、装置当たりの電力消費
は、Ｉ−Ｉ設計と比較すると、少なくとも１／２０だけ
低減し（ミリワットの何分の１）になる。しかし、ＯＸ
ＶＣＳＥＬは、Ｉ−ＩＶＣＳＥＬほど信頼できること
が証明されていないし、固有ストレス問題が起こる場合
がある。（Ｋ．Ｄ．チョケット(K.D.Choquette) 他の
「量子エレクトロニクスの選択トピックスのＩＥＥＥジ
ャーナル(IEEE journal of Selected Topics in Quantu
m Electronics)」（１９９７年６月）の第３巻、第３
号、第９１６頁乃至第９２５頁の第９１９頁ページの図
５参照。）さらに、前記酸化プロセスは、再現性がそれ
ほど高いものではなく、高い歩留まりで行うことができ
ない（同上９２１および９２４ページ）。より詳しく説
明すると、このプロセスは、必然的に、他の層で覆われ
た後で、アルミニウムの含有量が高いIII-Ｖグループの
酸化を伴う。すなわち、アルミニウムの含有量が高い層
の外縁部が水蒸気に曝され、その結果、中心部に向かっ
て、（例えば、10マイクロメータのオーダのような）比
較的長い距離にわたって、酸化が内側に向かって（すな
わち、横方向に）進行し、直径が非常に短い（例えば、
３マイクロメータ）電流ガイドを腐食から保護するため
に、前記酸化を正確に阻止しなければならない。このプ
ロセスは、必然的に、酸化時間の制御の問題を伴い、酸
化速度の知識が必要になる。しかし、この酸化速度は、
このプロセスのパラメータ、および酸化を受ける材料の
特性を含む多数の要因により異なる。これらすべての要
因を制御することは非常に難しい。
設計を提案してきた。すなわち、一方の設計は、開口部
を持つ、抵抗率の高いイオン注入領域により、ｐドーピ
ング半導体ＤＢＲミラーで、電流閉じ込め領域を形成す
る方法であり（例えば、両方とも引用によって本明細書
の記載に援用した、Ｙ．Ｈ．リー(Y.H.Lee) 他の、「エ
レクトロン・レター(Electr.Lett.)」（１９９０）、第
２６巻、第１１号、第７１０乃至第７１１頁、および
Ｔ．Ｅ．セール(T.E.Sale)の「垂直空胴表面発光レーザ
(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers)」（リサ
ーチ・プレス(Research Press Ltd) 社発行（１９９
５））の第１１７頁乃至第１２７頁参照）、他方の設計
は、開口部を持つ、抵抗率の高い酸化物層により電流閉
じ込め領域を形成する方法である（例えば、両方とも引
用によって本明細書の記載に援用した、Ｄ．Ｌ．ハファ
カ(D.L. Huffaker)他の「応用物理レター(Appl Phys.Le
tt)」、（1994年）第６５巻、第１号、第９７頁乃至第
９９頁、およびＫ．Ｄ．チョケット(K.D.Choquette)他
の「エレクトロン・レター(Electr.Lett.)」（1994年）
第３０巻、第２４号、第２０４３頁乃至第２０４４頁参
照）。イオン注入（Ｉ−Ｉ）法の場合には、光イオン
（例えば、プロトン）は、比較的深いところ（例えば、
約３マイクロメータ）に注入される。しかし、イオン・
ストラグル(ion straggle)および深層注入に関連する他
の問題により、この電流ガイドは比較的大型（例えば、
１０マイクロメータ以上）のものでなければならない。
前記二つの要因により、装置を小型化することができな
い。さらに、Ｉ−ＩＶＣＳＥＬは、有意の光学的ガイド
を行うことができない。すなわち、種々のモードの案内
は幾分利得は得られるかもしれないが、横方向のレーザ
放射モード屈折率ガイドを行うことができない。その結
果、前記レーザは、通常、１ミリアンペア以上のしきい
電流および３ミリアンペア以上の動作電流を持つ。それ
故、レーザ当たりの電力消費は、少なくとも数ミリワッ
トになる。逆に、酸化物（ＯＸ）閉じ込め方法は、大き
さを遥かに小さくする（例えば、電流開口部を３マイク
ロメータまで小さくする）ことができることが分かって
いて、それにより、前記しきい値および前記動作電流を
１桁少なくすることができる。さらに、開口部を持つ酸
化物層は、また横方向モード閉じ込めを行う屈折率ガイ
ドを形成し、その結果、前記電流の二つの中の少なくと
も他の要因は低減する。それ故、装置当たりの電力消費
は、Ｉ−Ｉ設計と比較すると、少なくとも１／２０だけ
低減し（ミリワットの何分の１）になる。しかし、ＯＸ
ＶＣＳＥＬは、Ｉ−ＩＶＣＳＥＬほど信頼できること
が証明されていないし、固有ストレス問題が起こる場合
がある。（Ｋ．Ｄ．チョケット(K.D.Choquette) 他の
「量子エレクトロニクスの選択トピックスのＩＥＥＥジ
ャーナル(IEEE journal of Selected Topics in Quantu
m Electronics)」（１９９７年６月）の第３巻、第３
号、第９１６頁乃至第９２５頁の第９１９頁ページの図
５参照。）さらに、前記酸化プロセスは、再現性がそれ
ほど高いものではなく、高い歩留まりで行うことができ
ない（同上９２１および９２４ページ）。より詳しく説
明すると、このプロセスは、必然的に、他の層で覆われ
た後で、アルミニウムの含有量が高いIII-Ｖグループの
酸化を伴う。すなわち、アルミニウムの含有量が高い層
の外縁部が水蒸気に曝され、その結果、中心部に向かっ
て、（例えば、10マイクロメータのオーダのような）比
較的長い距離にわたって、酸化が内側に向かって（すな
わち、横方向に）進行し、直径が非常に短い（例えば、
３マイクロメータ）電流ガイドを腐食から保護するため
に、前記酸化を正確に阻止しなければならない。このプ
ロセスは、必然的に、酸化時間の制御の問題を伴い、酸
化速度の知識が必要になる。しかし、この酸化速度は、
このプロセスのパラメータ、および酸化を受ける材料の
特性を含む多数の要因により異なる。これらすべての要
因を制御することは非常に難しい。
【０００５】それ故、ＶＣＳＥＬの技術分野において
は、電流閉じ込めおよび光学的閉じ込めの両方を行い、
さらにアレイ用に小型にすることができ、再現すること
ができ、修正することができる技術が、依然として必要
である。
は、電流閉じ込めおよび光学的閉じ込めの両方を行い、
さらにアレイ用に小型にすることができ、再現すること
ができ、修正することができる技術が、依然として必要
である。
【０００６】
【発明の概要】ある観点から見た場合、本発明は、それ
ぞれ、独自の形の駆動電流および横方向モード閉じ込め
を行う、独立の電流および光学的ガイドを備えるＶＣＳ
ＥＬである。一実施形態の場合、前記光学的ガイドは、
空胴共振器の軸を横切って配置されている、空胴内の屈
折率の高いメサ、および前記ミラーを覆う多層誘電（す
なわち、非エピタキシャル）ミラーを備える。他の実施
形態の場合には、電流ガイドは、横方向にメサを取り巻
いていて、イオン注入形成電流開口部の内径より大きい
内径を持つ環状第１電極を備える。前記電流ガイドによ
り、電流は前記第１の電極から、共振器の軸にほぼ垂直
な第１の通路セグメントに沿って流れ、その後、第１の
セグメントから、前記軸にほぼ平行な第２の通路セグメ
ントに沿って垂直に流れ、最後に、前記電流開口部およ
び前記能動的な領域を通って第２の電極に流れる。
ぞれ、独自の形の駆動電流および横方向モード閉じ込め
を行う、独立の電流および光学的ガイドを備えるＶＣＳ
ＥＬである。一実施形態の場合、前記光学的ガイドは、
空胴共振器の軸を横切って配置されている、空胴内の屈
折率の高いメサ、および前記ミラーを覆う多層誘電（す
なわち、非エピタキシャル）ミラーを備える。他の実施
形態の場合には、電流ガイドは、横方向にメサを取り巻
いていて、イオン注入形成電流開口部の内径より大きい
内径を持つ環状第１電極を備える。前記電流ガイドによ
り、電流は前記第１の電極から、共振器の軸にほぼ垂直
な第１の通路セグメントに沿って流れ、その後、第１の
セグメントから、前記軸にほぼ平行な第２の通路セグメ
ントに沿って垂直に流れ、最後に、前記電流開口部およ
び前記能動的な領域を通って第２の電極に流れる。
【０００７】他の観点から見ると、本発明は、第１の多
層ミラーを形成する段階と、電流戻り層を形成する段階
と、能動領域を形成する段階と、電流開口部を通して、
前記能動領域に電流を流すための電流ガイドを形成する
段階と、高い屈折率のメサの形をした光学的ガイドを形
成する段階と、前記メサを側面から囲んでいる第１の電
極を形成する段階と、前記電流戻り層に第２の電極を形
成する段階と、その内部に前記メサの少なくとも一部を
埋設するように、第２の多層ミラーを形成する段階とを
含むＶＣＳＥＬの製造方法である。前記ガイドの製造
は、前記ガイド製造後に蒸着される誘電（すなわち、非
エピタキシャル）第２ミラーを使用することにより容易
に行うことができる。
層ミラーを形成する段階と、電流戻り層を形成する段階
と、能動領域を形成する段階と、電流開口部を通して、
前記能動領域に電流を流すための電流ガイドを形成する
段階と、高い屈折率のメサの形をした光学的ガイドを形
成する段階と、前記メサを側面から囲んでいる第１の電
極を形成する段階と、前記電流戻り層に第２の電極を形
成する段階と、その内部に前記メサの少なくとも一部を
埋設するように、第２の多層ミラーを形成する段階とを
含むＶＣＳＥＬの製造方法である。前記ガイドの製造
は、前記ガイド製造後に蒸着される誘電（すなわち、非
エピタキシャル）第２ミラーを使用することにより容易
に行うことができる。
【０００８】本発明の方法の一つの実施形態の場合に
は、前記第１のミラーは、半導体層のエピタキシャル成
長により形成され、前記第２のミラーは、誘電層の電子
ビーム蒸着により形成される。他の実施形態の場合に
は、両方のミラーは、蒸着した誘電層である。
は、前記第１のミラーは、半導体層のエピタキシャル成
長により形成され、前記第２のミラーは、誘電層の電子
ビーム蒸着により形成される。他の実施形態の場合に
は、両方のミラーは、蒸着した誘電層である。
【０００９】
【発明の詳細な記述】図について説明すると、本発明の
一実施形態のＶＣＳＥＬ１０は、層に垂直な軸を持つ光
学的空胴共振器を形成している、第１および第２の多層
ミラー１２および１４を備える。前記共振器には、能動
領域１６および光学的ガイド２０が、その軸に垂直な方
向に設置されている。適当にホンプ作業を行うと、前記
能動領域は、（中心波長λのところに）放射の誘導放出
を生じ、この誘導放出は前記共振器軸に沿って伝播し、
前記ミラーの一方（例えば、第２のミラー１４）を通し
て、出力信号４０として、前記共振器から出力される。
本発明の一つの特徴によれば、比較的高い屈折率を持つ
メサの形をしている前記光学的ガイド２０は、レーザ発
光の横方向モードを形成する働きをする。すなわち、別
の見方をすれば、前記発光のビームのくびれた部分を形
成する。本発明の他の特徴によれば、前記能動領域は、
電流閉じ込め回路１８．６を含むガイド１８によりポン
ピングされる。
一実施形態のＶＣＳＥＬ１０は、層に垂直な軸を持つ光
学的空胴共振器を形成している、第１および第２の多層
ミラー１２および１４を備える。前記共振器には、能動
領域１６および光学的ガイド２０が、その軸に垂直な方
向に設置されている。適当にホンプ作業を行うと、前記
能動領域は、（中心波長λのところに）放射の誘導放出
を生じ、この誘導放出は前記共振器軸に沿って伝播し、
前記ミラーの一方（例えば、第２のミラー１４）を通し
て、出力信号４０として、前記共振器から出力される。
本発明の一つの特徴によれば、比較的高い屈折率を持つ
メサの形をしている前記光学的ガイド２０は、レーザ発
光の横方向モードを形成する働きをする。すなわち、別
の見方をすれば、前記発光のビームのくびれた部分を形
成する。本発明の他の特徴によれば、前記能動領域は、
電流閉じ込め回路１８．６を含むガイド１８によりポン
ピングされる。
【００１０】前記電流ガイド１８は、比較的高い導電率
の容易に接触することができる層１８．１、前記層１
８．１上に形成された第１の環状電極１８．４、前記層
１８．１の下の低い導電率の層１８．２、および前記層
１８．２の下に形成された、高い導電率のイオン注入領
域またはゾーン１８．３を備える。前記領域１８．３
は、通常、環状をしていて、その中央の開口部は電流閉
じ込め開口部１８．６を形成する。第１の電極１８．４
の内径は、前記開口部１８．６の内径より大きいので、
前記ガイド１８の全体的な効果は、次のようになる。す
なわち、前記第１の電極１８．４からの電流は、最初、
前記層１８．１を貫通する第１の通路セグメントに沿っ
てほぼ水平に（すなわち、前記共振器の軸に垂直に）流
れる。その後、前記イオン注入領域により、電流の向き
が変わり、層１８．２の上部を前記開口部１８．６へ貫
通する第２の通路セグメントに沿って、ほぼ垂直に（す
なわち、共振器の軸に平行に）流れる。この点で、電流
は前記能動領域１６を貫通してほぼ垂直に流れ、前記能
動領域１６および前記第１のミラー１２の間に設置され
た、高い導電率の電流戻り層２２通り、目的地の第２の
環状電極２６に到着する。
の容易に接触することができる層１８．１、前記層１
８．１上に形成された第１の環状電極１８．４、前記層
１８．１の下の低い導電率の層１８．２、および前記層
１８．２の下に形成された、高い導電率のイオン注入領
域またはゾーン１８．３を備える。前記領域１８．３
は、通常、環状をしていて、その中央の開口部は電流閉
じ込め開口部１８．６を形成する。第１の電極１８．４
の内径は、前記開口部１８．６の内径より大きいので、
前記ガイド１８の全体的な効果は、次のようになる。す
なわち、前記第１の電極１８．４からの電流は、最初、
前記層１８．１を貫通する第１の通路セグメントに沿っ
てほぼ水平に（すなわち、前記共振器の軸に垂直に）流
れる。その後、前記イオン注入領域により、電流の向き
が変わり、層１８．２の上部を前記開口部１８．６へ貫
通する第２の通路セグメントに沿って、ほぼ垂直に（す
なわち、共振器の軸に平行に）流れる。この点で、電流
は前記能動領域１６を貫通してほぼ垂直に流れ、前記能
動領域１６および前記第１のミラー１２の間に設置され
た、高い導電率の電流戻り層２２通り、目的地の第２の
環状電極２６に到着する。
【００１１】注入の深さを正確に制御するために、好ま
しくは、高い導電率層１８．１の頂部の下の比較的浅い
深さ（例えば、０．１乃至０．２マイクロメータ）に、
比較的重いイオン（例えば、酸素、フッ素）を、領域１
８．３に注入することが好ましい。イオン注入を行った
後で、層１８．１および１８．２の浅い部分に注入され
たイオンを除去し、領域１８．３に高い抵抗をもたせ
る、深い部分に注入されたイオンを保持するために、前
記構造体は適度に焼鈍される。（Ｓ．Ｊ．ピアトン(S.
J.Pearton) 他の「材質研究協会シンポジウム議事録(Ma
terials researchSociety Symposium Proceedings)」(1
991)、第２１６巻、第４５１乃至第４５７頁参照。前記
文献は引用によって本明細書の記載に援用する。）
しくは、高い導電率層１８．１の頂部の下の比較的浅い
深さ（例えば、０．１乃至０．２マイクロメータ）に、
比較的重いイオン（例えば、酸素、フッ素）を、領域１
８．３に注入することが好ましい。イオン注入を行った
後で、層１８．１および１８．２の浅い部分に注入され
たイオンを除去し、領域１８．３に高い抵抗をもたせ
る、深い部分に注入されたイオンを保持するために、前
記構造体は適度に焼鈍される。（Ｓ．Ｊ．ピアトン(S.
J.Pearton) 他の「材質研究協会シンポジウム議事録(Ma
terials researchSociety Symposium Proceedings)」(1
991)、第２１６巻、第４５１乃至第４５７頁参照。前記
文献は引用によって本明細書の記載に援用する。）
【００１２】さらに、通常比較的薄い（例えば、数百
Å）高い導電率層１８．１上に、第１の電極１８．４が
容易に形成されるように、層１８．１の代わりに、３つ
のサブ層（図示せず）、すなわち、底のサブ層が比較的
深い部分（例えば、１５００Å）に位置し、上のサブ層
が電極が形成される部分に位置している、一組のより高
い導電率の間にサンドイッチ状に挟まれた比較的導電率
の低い層からなる合成層を使用することができる。それ
故、層１８．３は、層１８．１の頂部の２０００Å乃至
３０００Åのところに位置する。前記３つの層の厚さお
よび位置は、共振器空胴の定常波のパターンにより決ま
る。すなわち、通常は数百Åの厚さの各導電率の高い層
は、（自由キャリヤ吸収を少なくするために）ノードを
跨いで設置されていて、導電率の低い層の厚さは、各ノ
ードの間隔がＮλ／２ｎになるように選択される。この
場合、Ｎは正の整数、ｎは能動領域の実効屈折率であ
る。
Å）高い導電率層１８．１上に、第１の電極１８．４が
容易に形成されるように、層１８．１の代わりに、３つ
のサブ層（図示せず）、すなわち、底のサブ層が比較的
深い部分（例えば、１５００Å）に位置し、上のサブ層
が電極が形成される部分に位置している、一組のより高
い導電率の間にサンドイッチ状に挟まれた比較的導電率
の低い層からなる合成層を使用することができる。それ
故、層１８．３は、層１８．１の頂部の２０００Å乃至
３０００Åのところに位置する。前記３つの層の厚さお
よび位置は、共振器空胴の定常波のパターンにより決ま
る。すなわち、通常は数百Åの厚さの各導電率の高い層
は、（自由キャリヤ吸収を少なくするために）ノードを
跨いで設置されていて、導電率の低い層の厚さは、各ノ
ードの間隔がＮλ／２ｎになるように選択される。この
場合、Ｎは正の整数、ｎは能動領域の実効屈折率であ
る。
【００１３】例示としての前記ミラーは、異なる屈折率
の層が交互に配置されている多層ＤＢＲ反射器である。
図に示すように、ミラー１２は、グループIII−Ｖの化
合物半導体材料の交互に配置されたエピタキシャル層を
備える。各層の厚さは約λ／４ｎs である。この場合、
ｎs は半導体ミラー１２の対応する層の屈折率である。
通常、一方の組はAlxGa1-xAsの複数の層を備え、他方の
組はAlyGa1-yAsの複数の層を備える。この場合、ｘおよ
びｙは相互に異なる数である。反対に、ミラー１４は、
誘電（すなわち、非エピタキシャル）材料の交互に配置
された複数の層を備える。各層の厚さは約λ／４ｎD で
ある。この場合、ｎD は誘電ミラー１４の対応する層の
屈折率である。通常、一方の組はMgＦ2 −CaＦ2 合成物
の複数の層を備え、他方の組はZnＳの複数の層を備え
る。（相互間の）層の接着力および光学的散乱から見
て、好ましくは、層中のモル分率が、約９５％MgＦ2お
よび約５％CaＦ2 である合成材が好ましい。好ましく
は、前記組成を持つフッ化物の複数の層を、約４７重量
％のMgＦ2 および５３％重量のCaＦ2 、または等価に、
モル分率で約５３％のMgＦ2 および約４７％のCaＦ2 か
らなる共融物から、電子ビーム蒸着により製造すること
が好ましい。
の層が交互に配置されている多層ＤＢＲ反射器である。
図に示すように、ミラー１２は、グループIII−Ｖの化
合物半導体材料の交互に配置されたエピタキシャル層を
備える。各層の厚さは約λ／４ｎs である。この場合、
ｎs は半導体ミラー１２の対応する層の屈折率である。
通常、一方の組はAlxGa1-xAsの複数の層を備え、他方の
組はAlyGa1-yAsの複数の層を備える。この場合、ｘおよ
びｙは相互に異なる数である。反対に、ミラー１４は、
誘電（すなわち、非エピタキシャル）材料の交互に配置
された複数の層を備える。各層の厚さは約λ／４ｎD で
ある。この場合、ｎD は誘電ミラー１４の対応する層の
屈折率である。通常、一方の組はMgＦ2 −CaＦ2 合成物
の複数の層を備え、他方の組はZnＳの複数の層を備え
る。（相互間の）層の接着力および光学的散乱から見
て、好ましくは、層中のモル分率が、約９５％MgＦ2お
よび約５％CaＦ2 である合成材が好ましい。好ましく
は、前記組成を持つフッ化物の複数の層を、約４７重量
％のMgＦ2 および５３％重量のCaＦ2 、または等価に、
モル分率で約５３％のMgＦ2 および約４７％のCaＦ2 か
らなる共融物から、電子ビーム蒸着により製造すること
が好ましい。
【００１４】別の方法としては、レーザの他のセクショ
ンを製造した後で、基板２４を除去する場合には、前記
ミラー１２は、ミラー１４のところで説明したタイプの
複数の誘電層を含むことができる。この場合、両方のミ
ラーから出力信号を取り出すことができる。または、誘
電ミラーの一方の一つまたはそれ以上の組を高い反射率
の金属（例えば、金または銀）コーティングで置き換え
ることもできる。前記金属コーティングは、また前記装
置の位相プロファイルを小さくする働きをする。本明細
書においては、基板という用語は、その上にレーザの他
の層が形成される、任意のサポート部材を意味する。例
えば、その上でエピタキシャル層の成長が行われる単一
の結晶であってもよいし、または前記基板とエピタキシ
ャル・バッファ層の組み合わせであってもよい。
ンを製造した後で、基板２４を除去する場合には、前記
ミラー１２は、ミラー１４のところで説明したタイプの
複数の誘電層を含むことができる。この場合、両方のミ
ラーから出力信号を取り出すことができる。または、誘
電ミラーの一方の一つまたはそれ以上の組を高い反射率
の金属（例えば、金または銀）コーティングで置き換え
ることもできる。前記金属コーティングは、また前記装
置の位相プロファイルを小さくする働きをする。本明細
書においては、基板という用語は、その上にレーザの他
の層が形成される、任意のサポート部材を意味する。例
えば、その上でエピタキシャル層の成長が行われる単一
の結晶であってもよいし、または前記基板とエピタキシ
ャル・バッファ層の組み合わせであってもよい。
【００１５】前記光学的ガイド２０の少なくとも一部
は、前記ミラー１４に埋設されている。すなわち、ミラ
ー１４は、前記ガイド２０を覆い、直接接触している。
それ故、前記ミラー１４の直径は、前記ガイド２０の直
径より大きく、それにより、前記ガイド２０により形成
されるビームのくびれた部分の外側の任意の発光の、少
なくとも一部を反射する働きをし、図に示すように、電
極１８．４の内径より大きくすることができる。図に示
すように、ガイド２０は、比較的高い屈折率の層２０．
１（例えば、GaAs）により形成されていて、その下のエ
ッチング停止層２０．２（例えば、InGaＰ層）と、その
上の保護層２０．３（例えば、ガラス層）を含むことが
できる。前記メサの断面は、図に示すように、長方形で
あってもよいし、湾曲（例えば、中央が厚く、縁部がテ
ーパ状に薄くなっているメサを持つ凸状のように）して
いてもよい。好ましくは、ミラー１４の屈折率のより低
い複数の層の一つは、メサの屈折率の高い層２０．１
（または、設置されている場合には、前記保護層２０．
３）に直接隣接していることが好ましい。また層２０．
１の屈折率は、前記ミラーの前記直接隣接する層の屈折
率より大きくなければならない。
は、前記ミラー１４に埋設されている。すなわち、ミラ
ー１４は、前記ガイド２０を覆い、直接接触している。
それ故、前記ミラー１４の直径は、前記ガイド２０の直
径より大きく、それにより、前記ガイド２０により形成
されるビームのくびれた部分の外側の任意の発光の、少
なくとも一部を反射する働きをし、図に示すように、電
極１８．４の内径より大きくすることができる。図に示
すように、ガイド２０は、比較的高い屈折率の層２０．
１（例えば、GaAs）により形成されていて、その下のエ
ッチング停止層２０．２（例えば、InGaＰ層）と、その
上の保護層２０．３（例えば、ガラス層）を含むことが
できる。前記メサの断面は、図に示すように、長方形で
あってもよいし、湾曲（例えば、中央が厚く、縁部がテ
ーパ状に薄くなっているメサを持つ凸状のように）して
いてもよい。好ましくは、ミラー１４の屈折率のより低
い複数の層の一つは、メサの屈折率の高い層２０．１
（または、設置されている場合には、前記保護層２０．
３）に直接隣接していることが好ましい。また層２０．
１の屈折率は、前記ミラーの前記直接隣接する層の屈折
率より大きくなければならない。
【００１６】前記エッチング停止層２０．２により、そ
の上に電極１８．４が形成される、接触を容易にする層
１８．１のいくつかの部分を露出するために、エッチン
グを制御することができる。一方、前記保護層２０．３
は、確実に、屈折率の高い層２０．１の頂面が、種々の
処理ステップ中光学的に平滑に維持され、その内部の前
記Ｎλ／２ｎの厚さが維持する。上記目的のために、前
記保護層２０．３は、後続の種々の処理ステップ（例え
ば、剥離プロセスに際に使用する現像薬品またはクリー
ニング・ステップの際に使用する化学薬品）で使用す
る、すべての化学薬品に侵されないものでなければなら
ない。さらに、前記保護層は、ミラー１４の隣接する屈
折率の低い層の屈折率に類似の屈折率を持つものでなけ
ればならない。厚さ約５０乃至１５０Åのアルミニウム
・ホウケイ酸ガラス（Ｎ＝１．４７）のようなガラスの
複数の薄い層は、この目的のために特に適している。後
者のガラスは、ＶＹＣＯＲの商品名で、ニューヨーク
州、コーニングのコーニング・ガラス社が市販している
ソース材（例えば、約１重量％のAl2 Ｏ3 、約３重量％
のＢ2 Ｏ3 、および約９６重量％のSiＯ2）から電子ビ
ームで蒸着することができる。
の上に電極１８．４が形成される、接触を容易にする層
１８．１のいくつかの部分を露出するために、エッチン
グを制御することができる。一方、前記保護層２０．３
は、確実に、屈折率の高い層２０．１の頂面が、種々の
処理ステップ中光学的に平滑に維持され、その内部の前
記Ｎλ／２ｎの厚さが維持する。上記目的のために、前
記保護層２０．３は、後続の種々の処理ステップ（例え
ば、剥離プロセスに際に使用する現像薬品またはクリー
ニング・ステップの際に使用する化学薬品）で使用す
る、すべての化学薬品に侵されないものでなければなら
ない。さらに、前記保護層は、ミラー１４の隣接する屈
折率の低い層の屈折率に類似の屈折率を持つものでなけ
ればならない。厚さ約５０乃至１５０Åのアルミニウム
・ホウケイ酸ガラス（Ｎ＝１．４７）のようなガラスの
複数の薄い層は、この目的のために特に適している。後
者のガラスは、ＶＹＣＯＲの商品名で、ニューヨーク
州、コーニングのコーニング・ガラス社が市販している
ソース材（例えば、約１重量％のAl2 Ｏ3 、約３重量％
のＢ2 Ｏ3 、および約９６重量％のSiＯ2）から電子ビ
ームで蒸着することができる。
【００１７】前記能動領域１６は、前記電流ガイド１８
と、前記電流戻り層２２の間に配置することができる。
前記能動領域は、単一の層であってもよいが、好ましく
は、異なる禁止帯の幅を持つ交互に配置された複数の層
を含む周知の多重量子井戸（ＭＱＷ）領域であることが
好ましい。例えば、約０．８５マイクロメータの中心波
長で動作するための、AlGaAsの複数のバリヤ層でインタ
ーリーブされたGaAs量子井戸層がある。一方、層２２
は、通常、ｎタイプのGaAsを含む。同様に、電流ガイド
１８の複数の半導体層は、GaAsを含むことができるが、
層１８．１は、ｐ++タイプであり、層１８．２はｐ- タ
イプである（またπタイプとも呼ばれる）。好ましく
は、層２２、能動領域１６、層１８．１および１８．
２、および光学的ガイド２０の全体の厚さは、Ｎ＞１の
場合を除いて、上記のように、Ｎλ／２ｎでなければな
らない。自由キャリヤ吸収を少なくするために、導電率
が高い層１８．１は、好ましくは、空胴共振器のレーザ
発光の定常波のほぼノードのところに位置することが好
ましい。一方、前記発光の光学的フィールドと、注入少
数キャリヤの間の相互作用を増大するために、好ましく
は、能動領域は定常波のほぼアンチノードのところに位
置することが好ましい。
と、前記電流戻り層２２の間に配置することができる。
前記能動領域は、単一の層であってもよいが、好ましく
は、異なる禁止帯の幅を持つ交互に配置された複数の層
を含む周知の多重量子井戸（ＭＱＷ）領域であることが
好ましい。例えば、約０．８５マイクロメータの中心波
長で動作するための、AlGaAsの複数のバリヤ層でインタ
ーリーブされたGaAs量子井戸層がある。一方、層２２
は、通常、ｎタイプのGaAsを含む。同様に、電流ガイド
１８の複数の半導体層は、GaAsを含むことができるが、
層１８．１は、ｐ++タイプであり、層１８．２はｐ- タ
イプである（またπタイプとも呼ばれる）。好ましく
は、層２２、能動領域１６、層１８．１および１８．
２、および光学的ガイド２０の全体の厚さは、Ｎ＞１の
場合を除いて、上記のように、Ｎλ／２ｎでなければな
らない。自由キャリヤ吸収を少なくするために、導電率
が高い層１８．１は、好ましくは、空胴共振器のレーザ
発光の定常波のほぼノードのところに位置することが好
ましい。一方、前記発光の光学的フィールドと、注入少
数キャリヤの間の相互作用を増大するために、好ましく
は、能動領域は定常波のほぼアンチノードのところに位
置することが好ましい。
【００１８】他の中心波長のところでの動作のために、
ＭＱＷ能動領域は、（例えば、１．３または１．５マイ
クロメータでの動作のために）ＩｎＰおよびInGaAsＰの
ような異なる半導体材料から作られる。同様に、０．９
８マイクロメータでの動作のために、ＭＱＷ能動領域
を、InGaAsおよびGaAsまたはInGaAsおよびGaAsＰから作
ることができる。
ＭＱＷ能動領域は、（例えば、１．３または１．５マイ
クロメータでの動作のために）ＩｎＰおよびInGaAsＰの
ような異なる半導体材料から作られる。同様に、０．９
８マイクロメータでの動作のために、ＭＱＷ能動領域
を、InGaAsおよびGaAsまたはInGaAsおよびGaAsＰから作
ることができる。
【００１９】ＶＣＳＥＬ上の電極２６および１８．４
は、好ましくは、他のチップまたは回路盤への、レーザ
のフリップ・チップ・ボンディングのような、アプリケ
ーションを容易にするために、図に示すように、レーザ
の同じ側に位置する環状接点であることが好ましい。し
かし、他のアプリケーションのために、ミラー１２およ
び基板２４が抵抗の低い通路を形成するように適当にド
ーピングされている場合には、接点２６の代わりに、基
板２４の底部上に位置する広い面積を持つ接点を使用す
ることができる。
は、好ましくは、他のチップまたは回路盤への、レーザ
のフリップ・チップ・ボンディングのような、アプリケ
ーションを容易にするために、図に示すように、レーザ
の同じ側に位置する環状接点であることが好ましい。し
かし、他のアプリケーションのために、ミラー１２およ
び基板２４が抵抗の低い通路を形成するように適当にド
ーピングされている場合には、接点２６の代わりに、基
板２４の底部上に位置する広い面積を持つ接点を使用す
ることができる。
【００２０】本発明の他の実施形態の場合には、前記タ
イプのＶＣＳＥＬは、従来技術のものよりサイズの小さ
いものにつくり直すことができる、横方向の構造的特徴
を形成し、ミラー１４が形成される前に光学的ガイド２
０を形成することができる、プロセス・ステップにより
作ることができる。図に示すように、全体的なプロセス
・シーケンスは、単一の結晶基板２４を供給するステッ
プと、前記基板２４上にミラー１２を形成するステップ
と、電流戻り層２２を形成するステップと、ＭＱＷ能動
領域１６を形成するステップと、前記能動領域上にガイ
ド８を形成するステップと、前記ガイド８上に光学的ガ
イド２０を形成するステップと、レーザへの電極２６お
よび１８．４を形成するステップと、前記光学的ガイド
２０の頂面上にミラー１４を形成するステップとを含
む。本発明の方法の一実施形態の場合には、ミラー１２
は、エピタキシャル法により成長し、ミラー１４は電子
ビーム蒸着される。他の実施形態の場合には、両方のミ
ラーが電子ビーム蒸着により形成される。さらに他の実
施形態の場合には、ミラー１４は環状電極１８．４の上
に形成される。
イプのＶＣＳＥＬは、従来技術のものよりサイズの小さ
いものにつくり直すことができる、横方向の構造的特徴
を形成し、ミラー１４が形成される前に光学的ガイド２
０を形成することができる、プロセス・ステップにより
作ることができる。図に示すように、全体的なプロセス
・シーケンスは、単一の結晶基板２４を供給するステッ
プと、前記基板２４上にミラー１２を形成するステップ
と、電流戻り層２２を形成するステップと、ＭＱＷ能動
領域１６を形成するステップと、前記能動領域上にガイ
ド８を形成するステップと、前記ガイド８上に光学的ガ
イド２０を形成するステップと、レーザへの電極２６お
よび１８．４を形成するステップと、前記光学的ガイド
２０の頂面上にミラー１４を形成するステップとを含
む。本発明の方法の一実施形態の場合には、ミラー１２
は、エピタキシャル法により成長し、ミラー１４は電子
ビーム蒸着される。他の実施形態の場合には、両方のミ
ラーが電子ビーム蒸着により形成される。さらに他の実
施形態の場合には、ミラー１４は環状電極１８．４の上
に形成される。
【００２１】ＶＣＳＥＬの種々の半導体層を形成するに
は、多くのエピタキシャル成長技術を使用することがで
きるが、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）および有機金属Ｃ
ＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）の両方が、例えば、ミラー１２お
よびＭＱＷ能動領域１６の層のような、極度に薄い多く
の層に必要な厚さ制御によく適している。一方、ミラー
１４の誘電（非エピタキシャル）層は、通常、結晶性失
透を避ける条件の下での、単一の結晶源から、電子ビー
ム蒸着により形成される。引用によって本明細書の記載
に援用する、１９９３年４月２７日付のＤ．Ｇ．デッペ
(D.G. Deppe)他の米国特許第5,206,871 号を参照された
い。スパッタリングまたはプラズマ蒸着法のような他の
技術も適している。
は、多くのエピタキシャル成長技術を使用することがで
きるが、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）および有機金属Ｃ
ＶＤ法（ＭＯＣＶＤ）の両方が、例えば、ミラー１２お
よびＭＱＷ能動領域１６の層のような、極度に薄い多く
の層に必要な厚さ制御によく適している。一方、ミラー
１４の誘電（非エピタキシャル）層は、通常、結晶性失
透を避ける条件の下での、単一の結晶源から、電子ビー
ム蒸着により形成される。引用によって本明細書の記載
に援用する、１９９３年４月２７日付のＤ．Ｇ．デッペ
(D.G. Deppe)他の米国特許第5,206,871 号を参照された
い。スパッタリングまたはプラズマ蒸着法のような他の
技術も適している。
【００２２】自動整合構造物としての、前記電流開口部
１８．６およびガイド２０を形成するために、マスキン
グ・プロセスを使用することができる。すなわち、イオ
ン注入から前記開口部１８．６を遮断するために使用し
たのと同じホトレジスト・マスクを、上の屈折率の高い
層２０．１のエッチングを容易にするための、下のエッ
チング停止層２０．２を使用して、メサの形にエッチン
グするために使用することができる。しかし、ある場合
には、直径の異なる開口部１８．６およびガイド２０
（すなわち、自動整合しない構造物）を形成するほうが
有利な場合もある。
１８．６およびガイド２０を形成するために、マスキン
グ・プロセスを使用することができる。すなわち、イオ
ン注入から前記開口部１８．６を遮断するために使用し
たのと同じホトレジスト・マスクを、上の屈折率の高い
層２０．１のエッチングを容易にするための、下のエッ
チング停止層２０．２を使用して、メサの形にエッチン
グするために使用することができる。しかし、ある場合
には、直径の異なる開口部１８．６およびガイド２０
（すなわち、自動整合しない構造物）を形成するほうが
有利な場合もある。
【００２３】一方、誘電ミラー１４のパターン形成を行
うためには、異なるマスキング・プロセスが使用され
る。より詳しく説明すると、前記接点が形成された後
で、ウェハの頂部上にホトレジスト（ＰhotoＲesist:Ｐ
Ｒ）層が形成される。前記ＰＲ層の厚さは、ミラー１４
の必要な高さより厚くなければならない。ＰＲには、再
入力可能な開口部が形成される。図に示すように、前記
再入力可能な開口部が、ひし形の断面を持ち、前記ひし
形の頂部は、前記開口部の頂部に対応する。その後、誘
電ミラーが前記開口部およびＰＲの頂部に蒸着される。
最後に、ＰＲが適当なエッチングにより剥離され、ＶＣ
ＳＥＬの頂部上に必要な誘電ミラーが残る。
うためには、異なるマスキング・プロセスが使用され
る。より詳しく説明すると、前記接点が形成された後
で、ウェハの頂部上にホトレジスト（ＰhotoＲesist:Ｐ
Ｒ）層が形成される。前記ＰＲ層の厚さは、ミラー１４
の必要な高さより厚くなければならない。ＰＲには、再
入力可能な開口部が形成される。図に示すように、前記
再入力可能な開口部が、ひし形の断面を持ち、前記ひし
形の頂部は、前記開口部の頂部に対応する。その後、誘
電ミラーが前記開口部およびＰＲの頂部に蒸着される。
最後に、ＰＲが適当なエッチングにより剥離され、ＶＣ
ＳＥＬの頂部上に必要な誘電ミラーが残る。
【００２４】
【例】図に示すタイプのＶＣＳＥＬの製造法を下記の例
により説明する。単一の装置の製造法を説明するが、も
ちろん、通常、装置のアレイは単一のウェハ上に形成さ
れることを理解されたい。種々の材料、寸法および他の
パラメータを示したが、これらは例示としてのものに過
ぎず、明示していない限り、それにより本発明の範囲は
制限されない。すべての半導体層を成長させるために、
ＭＢＥおよびＭＯＣＶＤを使用した。本明細書において
は、ドーピングしていないエピタキシャル層という用語
は、一般的に、ある意図でドーピングされていない層を
意味するが、成長室内の背景からの低いレベルのドーピ
ングを受けていることがある。
により説明する。単一の装置の製造法を説明するが、も
ちろん、通常、装置のアレイは単一のウェハ上に形成さ
れることを理解されたい。種々の材料、寸法および他の
パラメータを示したが、これらは例示としてのものに過
ぎず、明示していない限り、それにより本発明の範囲は
制限されない。すべての半導体層を成長させるために、
ＭＢＥおよびＭＯＣＶＤを使用した。本明細書において
は、ドーピングしていないエピタキシャル層という用語
は、一般的に、ある意図でドーピングされていない層を
意味するが、成長室内の背景からの低いレベルのドーピ
ングを受けていることがある。
【００２５】ＶＣＳＥＬ１０は、自由空間中心波長が約
０．９８マイクロメータ、しきい電流が約１ミリアンペ
ア、動作電流が約３乃至５ミリアンペア、消費電力が約
５乃至１０ミリワットでの動作用に設計された。この目
的のために、市販のｎ+ でドーピングされた単一の結晶
GaAs基板；それぞれが、シリコンにより３×１０18ｃｍ
-3および約６９６Å／８２９Åの厚さにドーピングされ
た、２８組のｎ+ でドーピングされたGaAs／AlAs層から
なるＤＲＢミラー１２；シリコンにより約１×１０18ｃ
ｍ-3にドーピングされたｎタイプのGaAs電流戻り層２
２；各層の厚さが約８０Åである、ドーピングされてい
ない３組のIn0.2Ga0.8As／GaAs層からなる、ＭＱＷ能動
領域１６、厚さ約３０００Åで、Beにより約５×１０17
ｃｍ-3にドーピングされたπタイプのGaAs層１８．２、
層１８．１の頂部から約０．１乃至０．２マイクロメー
タの深さまで（１００Ｋｅボルトで４×１０12ｃｍ-2の
用量(dose)で）フッ素イオンを注入され、直径約６マイ
クロメータまたは約１０マイクロメータの丸い電流開口
部１８．６を形成している領域１８．３、厚さ約３００
Åで、約１０20ｃｍ-3にドーピングされた、ｐ++タイプ
のGaAs層１８．１、厚さ約２００Åのドーピングされて
いない、In0.5Ga0.5Ｐ層２０．２、厚さ約３００Åのド
ーピングされていないGaAs層２０．１、および厚さ約８
０Åのアルミニウム・ホウケイ酸ガラス保護層２０．３
からなるレーザが使用された。
０．９８マイクロメータ、しきい電流が約１ミリアンペ
ア、動作電流が約３乃至５ミリアンペア、消費電力が約
５乃至１０ミリワットでの動作用に設計された。この目
的のために、市販のｎ+ でドーピングされた単一の結晶
GaAs基板；それぞれが、シリコンにより３×１０18ｃｍ
-3および約６９６Å／８２９Åの厚さにドーピングされ
た、２８組のｎ+ でドーピングされたGaAs／AlAs層から
なるＤＲＢミラー１２；シリコンにより約１×１０18ｃ
ｍ-3にドーピングされたｎタイプのGaAs電流戻り層２
２；各層の厚さが約８０Åである、ドーピングされてい
ない３組のIn0.2Ga0.8As／GaAs層からなる、ＭＱＷ能動
領域１６、厚さ約３０００Åで、Beにより約５×１０17
ｃｍ-3にドーピングされたπタイプのGaAs層１８．２、
層１８．１の頂部から約０．１乃至０．２マイクロメー
タの深さまで（１００Ｋｅボルトで４×１０12ｃｍ-2の
用量(dose)で）フッ素イオンを注入され、直径約６マイ
クロメータまたは約１０マイクロメータの丸い電流開口
部１８．６を形成している領域１８．３、厚さ約３００
Åで、約１０20ｃｍ-3にドーピングされた、ｐ++タイプ
のGaAs層１８．１、厚さ約２００Åのドーピングされて
いない、In0.5Ga0.5Ｐ層２０．２、厚さ約３００Åのド
ーピングされていないGaAs層２０．１、および厚さ約８
０Åのアルミニウム・ホウケイ酸ガラス保護層２０．３
からなるレーザが使用された。
【００２６】層１８．１および１８．２の浅い部分のイ
オンを除去するために、前記構造体は、約２０分間、約
５００℃で焼鈍した。
オンを除去するために、前記構造体は、約２０分間、約
５００℃で焼鈍した。
【００２７】ｐタイプのオーム接点として電極１８．４
を形成し、ｎタイプのオーム接点として電極２６を形成
するために、従来の電子ビーム蒸着技術により、両方と
も環状の二つの電極を蒸着した。
を形成し、ｎタイプのオーム接点として電極２６を形成
するために、従来の電子ビーム蒸着技術により、両方と
も環状の二つの電極を蒸着した。
【００２８】前記電極を蒸着した後、アルミニウム・ホ
ウケイ酸ガラス保護層１５を、その上に表面を前記ＰＲ
現像薬剤から保護するために、その後誘電ミラー１４を
形成した半導体の表面上に蒸着した。厚さ約８０Åで、
約１．４７の屈折率を持つ前記保護層１５を、約１％Al
2 Ｏ3 、３％Ｂ2 Ｏ3 および９６％SiＯ2 からなるソー
スから電子ビーム蒸着した。その後、誘電ミラー１４
を、電子ビーム蒸着法により蒸着し、剥離技術により下
記のようにパターン形成した。
ウケイ酸ガラス保護層１５を、その上に表面を前記ＰＲ
現像薬剤から保護するために、その後誘電ミラー１４を
形成した半導体の表面上に蒸着した。厚さ約８０Åで、
約１．４７の屈折率を持つ前記保護層１５を、約１％Al
2 Ｏ3 、３％Ｂ2 Ｏ3 および９６％SiＯ2 からなるソー
スから電子ビーム蒸着した。その後、誘電ミラー１４
を、電子ビーム蒸着法により蒸着し、剥離技術により下
記のようにパターン形成した。
【００２９】負のトーンＰＲ（すなわち、ニュージャー
ジー州、フランクリンのフューチャーレックス社から入
手したＮＲ８−３０００ＰＲ）を、ウェハの頂部上で３
０００ｒｐｍで回転させた。その後、ＰＲをホット・プ
レート上で、約１分間、１３０℃の低温で加熱した。適
当なシャドー・マスクを通して、ＰＲに３８５ナノメー
トルの光および１５０ミリジュールのエネルギーを照射
した。標準写真製版の場合と同じように、開口部が形成
され（ミラーが蒸着される）領域だけが露出された。そ
の後、ＰＲは水性アルカリ性ＲＤ２現像液に１０分間浸
した。その結果、約１マイクロメータのアンダーカット
を持つ頂部の幅が約６マイクロメータ（他の場合には、
１０マイクロメータ）の再入力可能なひし形の開口部が
ＰＲに形成された。前記開口部は、２５０ミリトルおよ
び５０ワットで２分間酸素プラズマで清掃された。その
後、誘電ミラー１４が、下記のように蒸着された。
ジー州、フランクリンのフューチャーレックス社から入
手したＮＲ８−３０００ＰＲ）を、ウェハの頂部上で３
０００ｒｐｍで回転させた。その後、ＰＲをホット・プ
レート上で、約１分間、１３０℃の低温で加熱した。適
当なシャドー・マスクを通して、ＰＲに３８５ナノメー
トルの光および１５０ミリジュールのエネルギーを照射
した。標準写真製版の場合と同じように、開口部が形成
され（ミラーが蒸着される）領域だけが露出された。そ
の後、ＰＲは水性アルカリ性ＲＤ２現像液に１０分間浸
した。その結果、約１マイクロメータのアンダーカット
を持つ頂部の幅が約６マイクロメータ（他の場合には、
１０マイクロメータ）の再入力可能なひし形の開口部が
ＰＲに形成された。前記開口部は、２５０ミリトルおよ
び５０ワットで２分間酸素プラズマで清掃された。その
後、誘電ミラー１４が、下記のように蒸着された。
【００３０】前記ミラー１４は、各組が、１．３８の屈
折率を持ち、厚さ約１７７５ÅのMgＦ2 −CaＦ2 層と、
２．３０の屈折率と厚さ約１０６５ÅのZnＳ層を含む、
６組の層からなる。結晶性失透を避けるために、前者の
層を、５０乃至８０℃の基盤温度、１×１０-6から５×
１０-6tollの圧力で、真空室内で電子ビームで蒸着させ
た。蒸着は、４７重量％のMgＦ2 および３５重量％のCa
Ｆ2 、または等価のモル分率で５３％のMgＦ2 および４
７％のCaＦ2 からなる単一結晶共融ソース（すなわち、
融解物）から行われた。前記真空室および基板のすべて
の表面から水分を除去するために、蒸着温度（例えば、
６２℃）まで温度を下げる前に、１５分間１００℃（例
えば、１０８℃）以上の温度で基板を加熱した。
折率を持ち、厚さ約１７７５ÅのMgＦ2 −CaＦ2 層と、
２．３０の屈折率と厚さ約１０６５ÅのZnＳ層を含む、
６組の層からなる。結晶性失透を避けるために、前者の
層を、５０乃至８０℃の基盤温度、１×１０-6から５×
１０-6tollの圧力で、真空室内で電子ビームで蒸着させ
た。蒸着は、４７重量％のMgＦ2 および３５重量％のCa
Ｆ2 、または等価のモル分率で５３％のMgＦ2 および４
７％のCaＦ2 からなる単一結晶共融ソース（すなわち、
融解物）から行われた。前記真空室および基板のすべて
の表面から水分を除去するために、蒸着温度（例えば、
６２℃）まで温度を下げる前に、１５分間１００℃（例
えば、１０８℃）以上の温度で基板を加熱した。
【００３１】ミラーを蒸着した後で、２分間の間沸騰し
ているアセトンに浸してＰＲを剥離した。アセトンを吹
き付けてＰＲの残りの薄片を除去した。
ているアセトンに浸してＰＲを剥離した。アセトンを吹
き付けてＰＲの残りの薄片を除去した。
【００３２】前記装置は、本発明の原理を適用を示すた
めに考案することができる、多くの可能な特定の実施形
態の単なる例示としてのものに過ぎないことを理解され
たい。当業者なら、本発明の精神および範囲から逸脱す
ることなく、本発明の原理に基づいて、多くのまた種々
の装置を考案することができる。
めに考案することができる、多くの可能な特定の実施形
態の単なる例示としてのものに過ぎないことを理解され
たい。当業者なら、本発明の精神および範囲から逸脱す
ることなく、本発明の原理に基づいて、多くのまた種々
の装置を考案することができる。
【００３３】特に、ミラー１２および１４の両方を、誘
電層から作ることができる。この設計の場合には、すべ
ての半導体層（例えば、電流戻り層２２、能動領域１
６、電流ガイド層１８．１および１８．２、および光学
的開口部２０）を、最初、基板の上で成長させ、ガイド
を形成し、接点を作り、ミラー１４を前記方法で蒸着さ
せる。その後、（例えば、適当なエッチング技術によ
り）前記基板を除去し、再び、ミラー１２を、前記プロ
セスにより露出した層２２の上に蒸着させる。基板全体
を除去する代わりに、前記電流戻り層２２の一部を露出
して、その内部に開口部を形成することができる。その
後、ミラー１２が前記開口部に蒸着される。
電層から作ることができる。この設計の場合には、すべ
ての半導体層（例えば、電流戻り層２２、能動領域１
６、電流ガイド層１８．１および１８．２、および光学
的開口部２０）を、最初、基板の上で成長させ、ガイド
を形成し、接点を作り、ミラー１４を前記方法で蒸着さ
せる。その後、（例えば、適当なエッチング技術によ
り）前記基板を除去し、再び、ミラー１２を、前記プロ
セスにより露出した層２２の上に蒸着させる。基板全体
を除去する代わりに、前記電流戻り層２２の一部を露出
して、その内部に開口部を形成することができる。その
後、ミラー１２が前記開口部に蒸着される。
【００３４】さらに、任意の半導体層、特に、高いレベ
ルのキャリヤ濃度（例えば、層１８．１および２２）を
持つ半導体層をドーピングするために、周知のデルタ・
ドーピング法を使用することができる。さらに、種々の
導電率のタイプを反転することができる。例えば、電流
ガイド１８をｐタイプではなく、ｎタイプにすることが
でき、電流戻り層２２をｎタイプではなく、ｐタイプに
することができる。
ルのキャリヤ濃度（例えば、層１８．１および２２）を
持つ半導体層をドーピングするために、周知のデルタ・
ドーピング法を使用することができる。さらに、種々の
導電率のタイプを反転することができる。例えば、電流
ガイド１８をｐタイプではなく、ｎタイプにすることが
でき、電流戻り層２２をｎタイプではなく、ｐタイプに
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のＶＣＳＥＬの簡単な断面
図である。図面を見やすくし、簡単にするために、この
図は正確な縮尺図ではない。この点に関して、前記ＶＣ
ＳＥＬは、実際には、図に示すより遙かにほとんど平面
に近く、そのため、例えば、他のチップまたは回路盤に
フリップ・チップ・ボンディングするのに適している。
図である。図面を見やすくし、簡単にするために、この
図は正確な縮尺図ではない。この点に関して、前記ＶＣ
ＳＥＬは、実際には、図に示すより遙かにほとんど平面
に近く、そのため、例えば、他のチップまたは回路盤に
フリップ・チップ・ボンディングするのに適している。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ルシアン アーサー デーアサロ
アメリカ合衆国 07940 ニュージャー
シィ，マディソン，ウッドクリフ ドラ
イヴ ７
(72)発明者 ウィリアム スコット ホブソン
アメリカ合衆国 07901 ニュージャー
シィ，サミット，カレン ウェイ 51
(72)発明者 サングー パーク フイ
アメリカ合衆国 07974 ニュージャー
シィ，ニュープロヴィデンス，ストーン
リッジ ロード 152
(72)発明者 ロナルド ユージェン リーベングス
アメリカ合衆国 18071 ペンシルヴァ
ニア，パルマートン，フランクリン ア
ヴェニュー 149
(72)発明者 ベティ ジュエ ツェン
アメリカ合衆国 07922 ニュージャー
シィ，バークレイ ハイツ，シャディ
グローヴ レーン 30
(72)発明者 ジェームス デニス ウィン
アメリカ合衆国 07060 ニュージャー
シィ，プレインフィールド，ジャーマン
ストリート 1415
(72)発明者 ジョージ ジョン ヅィドヅィック
アメリカ合衆国 07832 ニュージャー
シィ，コロンビア，パイン ツリー レ
ーン 17
(56)参考文献 特開 平５−190979（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−27941（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−18084（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−144183（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−251819（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−129962（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−14276（ＪＰ，Ａ)
特許773614（ＪＰ，Ｂ２)
ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ
Ｓ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，Ｖ
ｏｌ．Ｅ80−Ｃ，Ｎｏ．５ ，ｐ．
664−674
ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥ
ＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ ,
Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．８ ，ｐ．974−976
ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥ
ＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ ,
Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．３ ，ｐ．277−279
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
Claims (9)
- 【請求項１】 ＶＣＳＥＬであって、 複数の層に垂直な共振器の軸を有する空胴共振器を形成
する一組の多層ミラーと、 該共振器内に配置された能動領域と、 該軸に沿って伝播する放射の誘導放出を生じさせるため
に、電流開口部を通して該能動領域に電流を流すための
電流ガイド手段とからなり、その放射の一部は該共振器
から出力される出力信号を形成し、 該レーザは、該軸を横切り、該ミラーの一方と該能動領
域との間に位置する、比較的高い屈折率のメサの形をし
た光学的ガイドを含み、 該メサの少なくとも一部は該一方のミラー内に埋設さ
れ、該メサの屈折率は該メサに直接隣接する該一方のミ
ラーの一部の屈折率より大きいことを特徴とするＶＣＳ
ＥＬ。 - 【請求項２】 該一方のミラーの直径は該メサの直径よ
り大きいことを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥ
Ｌ。 - 【請求項３】 該メサは該電流開口部と整合しているこ
とを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。 - 【請求項４】 該電流ガイド手段は該電流開口部を形成
する、その内部に開口部を持つイオン注入ゾーンを含
み、 該電流ガイド手段はさらに、該メサの側面を囲み、該電
流開口部の直径より大きい内径を持つ環状の第１電極を
含み、 さらに、該一方のミラーは該第１の電極を覆っているこ
とを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。 - 【請求項５】 該電流ガイド手段は該第１の電極と該電
流開口部との間に設置された多層スタックを含み、該ス
タックは、比較的高い導電率の第１の層とそれより低い
導電率の第２の層とからなり、該イオン注入ゾーンは該
第２の層に位置することを特徴とする請求項４に記載の
ＶＣＳＥＬ。 - 【請求項６】 該第１の層は該共振器内の該放射の定常
波のほぼノードのところに位置していることを特徴とす
る請求項５に記載のＶＣＳＥＬ。 - 【請求項７】 該第１の層は一対の比較的高い導電率の
サブ層とその間に位置するそれより低い導電率のサブ層
とを含む、少なくとも３つのサブ層からなることを特徴
とする請求項５に記載のＶＣＳＥＬ。 - 【請求項８】 該一方のミラーは異なる屈折率を持つイ
ンターリーブされた複数の組の誘電層からなり、 一方の組の該各誘電層はMgＦ２およびCaＦ２の合成物質
からなり、他方の組の該各誘電層はZnＳからなることを
特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。 - 【請求項９】 該一方の組の該各層はモル分率で約９５
％のMgＦ２ および約５％のCaＦ２ からなることを特徴
とする請求項８に記載のＶＣＳＥＬ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/997710 | 1997-12-23 | ||
| US08/997,710 US6169756B1 (en) | 1997-12-23 | 1997-12-23 | Vertical cavity surface-emitting laser with optical guide and current aperture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11243257A JPH11243257A (ja) | 1999-09-07 |
| JP3497752B2 true JP3497752B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=25544302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36362298A Expired - Lifetime JP3497752B2 (ja) | 1997-12-23 | 1998-12-22 | 個々の光学および電流ガイドを持つ垂直空胴表面発光レーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6169756B1 (ja) |
| EP (1) | EP0926786B1 (ja) |
| JP (1) | JP3497752B2 (ja) |
| DE (1) | DE69830463T2 (ja) |
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