JP3840276B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に発光装置、特に面発光レーザに関するものであり、とりわけ、n基板上に組み立てられるｎ駆動・ｐ共通レーザの形成に関するものである。なお本明細書ではｎ型装置をｎ装置、ｐ型装置をｐ装置と略記することがある。たとえばｎ基板はｎ型基板のことである。
【０００２】
【従来の技術】
本来、半導体レーザは、ダイオード構造であり、レーザ構造の端面から放出される光は、半導体ウェーハの表面に対して平行であった。あいにく、この端面発光レーザ構造は、レーザ・ダイオードの平面配列を安価に製造するのには向いていない。レーザ配列の製造に向いた別種のレーザ・ダイオードでは、レーザ構造が半導体ウェーハの表面に対して垂直に組み立てられるので、放出される光は表面に対して垂直になる。これらのレーザ・ダイオードは、一般に、面発光レーザ（ＳＥＬ）として知られている。
【０００３】
どちらのレーザも、半絶縁あるいはｐ、nの何れかの開始基板上に形成される 。図１Ａを参照すると、半絶縁基板１０２上に形成された従来のｎ駆動ＳＥＬ１００の断面図が示されている。面発光レーザ１００は、n反射鏡領域１０４、活 性領域１０６、及び、ｐ反射鏡領域１０８から構成されるｎ−ｉ−ｐダイオードとみなすことができる。電気接続は、n反射鏡領域１０４の上部表面に形成され た電極１１０と、ｐ反射鏡領域１０８に形成された電極１１２を介して行われる。
【０００４】
ｐ領域１０８に電気的に接触するため、n反射鏡領域１０４及び活性領域１０ ６の両方を通してｐ領域１０８に達するエッチングが施される。ｐ接触部のエッチングによって、酸化しがちなエピタキシャル層１０４、１０６、１０８が露出することになるので、これには問題がある。さらに、ｐ接触部のエッチングによって、非平面構造が形成され、装置の信頼性の問題が生じ、製造の複雑性が増すことになる。さらに、基板を絶縁性にするため付加された半絶縁基板の欠陥が半導体レーザ装置の信頼性を低下させる。
【０００５】
図１Ｂを参照すると、ｐの基板１２２上に形成される従来のｎ駆動面発光レーザ１２０の断面図が示されている。ＳＥＬは、n反射鏡領域１２４、活性領域１ ２６、及び、ｐ反射鏡領域１２８から構成される。電気相互接続は、n反射鏡領 域１２４の表面に形成された電極１３０、及び、ｐ基板１２２の表面に形成された電極１３２を介して実施される。ｎ、ｉ、及び、ｐ領域に関する望ましい形成方法は、分子線エピタキシによるものである。一般に利用可能な唯一のｐ基板は、亜鉛が導入されている。しかし、典型的なＭＢＥ成長温度では、亜鉛が、外部に拡散し、反射鏡領域１２４、１２８、及び、活性領域１２６に許容できない背景濃度が生じる。さらに、亜鉛の外部拡散によって、分子線エピタキシ室が汚染され、各亜鉛汚染後に、クリーニング・ステップが追加されることになる。
【０００６】
図１Ｃには、n基板１４２に形成される面発光レーザ１４０の断面図が示され ている。ＳＥＬは、n反射鏡領域１４４、活性領域１４６、及び、ｐ反射鏡領域 １４８から構成される。図１Ｃに示すＳＥＬ１４０は、ｐ駆動ＳＥＬである。図１Ａ及び１Ｂに示すｎ駆動電流で駆動されるＳＥＬとは異なり、ｐ駆動ＳＥＬは、一般に、電圧で駆動される。ｐ駆動ＳＥＬ用の電流ドライバは存在するが、問題がある。利用可能なシリコンｐｎｐドライバは、光通信システムの現在のデータ転送速度には不十分な速度であり、ＧａＡｓ ｐｎｐドライバは、高価である。
【０００７】
しかし、問題は、電圧駆動のｐ駆動ＳＥＬにも関連している。ＳＥＬ配列における電圧駆動ｐ駆動ＳＥＬは、配列内の各個別レーザのＶfが均一になるように 精密な制御を必要とする。Ｖfが不均一であれば、レーザ配列内の各個別レー ザに個々にプリ・バイアスをかけることが必要になり、このため、レーザ・ドライバのコストが増大することになる。もちろん、個々のレーザ間にのこ引きを施し、ｐ駆動ＳＥＬを反転することによって、図１Ｃに示す構造からｎ駆動を作り出すことも可能である。しかし、これによって、ＳＥＬ配列の可能性がなくなることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解消するために、n基板上にｎ駆動半導体レーザ配列を形成する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光装置には、通過する光に応答して光を発生する発光領域を含み第１の側面と、該第１の側面に対向する第２の側面とを備えた活性領域と、
第２の伝導型であり、第 1 の側面と該第１の側面に対向する第２の側面を備え、光を前記発光領域に向けて反射する前記活性領域の第２の側面に配置された下部反射鏡領域と、第１の側面と該第１の側面に対向する第２の側面とを備え、該第１の側面が前記反射鏡領域の第２の側面に配置された第２の伝導型であるバッファ領域と、第１と第２の側面を備え、該第１の側面が前記バッファ領域の第２の側面に配置された第１の伝導型である基板領域とが備えられ、前記バッファ領域及び前記基板領域がトンネル接合を形成する。
また、本発明によれば、活性領域、第１の伝導型である第１の反射鏡領域、逆の第２の伝導型である第２の反射鏡領域（第１及び第２の反射鏡領域は、活性領域の反対側に配置されている）、第２の伝導型であるバッファ領域、及び、第１の伝導型である基板から構成されるｎ駆動面発光レーザが得られる。望ましい実施例の場合、第１の伝導型はnである。従って、本発明によれば、ｐ反射鏡領域とn基板の間にｐバッファ領域が形成され、シリコンをドープしたｎ基板の利用が可能 になる。従って、本発明によって、n基板上にｎ駆動・ｐ共通半導体レーザを形成する方法が得られる。
【００１０】
望ましい実施例の場合、ｐ接触部は、トンネル接合を介してｐ反射鏡領域に対して形成される。トンネル接合は、基板領域とバッファ領域の互いに接している部分に縮退状態になるようにドープを施すことによって形成される。トンネル接合に逆バイアスをかけることによって、ｎ＋基板とｐ＋バッファ領域によって形成される、縮退状態になるようにドープされたｐ−ｎ接合に、電流が注入されることになる。
【００１１】
トンネル接合によってｐ接合を形成するプロセスによって、平面装置構造が得られ、レーザ装置の信頼性が増すことになる。半絶縁基板上に形成されるｎ駆動装置に比較すると、本発明では、n反射鏡領域及び活性領域にエッチングを施し ｐ反射鏡領域に接触するようにするステップが除かれている。さらに、ｐ基板上に形成されるｎ駆動装置に比較すると、ＭＢＥ層の形成時における亜鉛の外部拡散の問題が解消されている。
【００１２】
第２の代替実施例の場合、ｐ＋バッファ層は、n基板上に配置され、ｐ接触部 は、n反射鏡領域、発光領域、及び、ｐ反射鏡領域を通って、ｐバッファ領域に 達するエッチングを施すか、あるいは、代わりに、下部のn基板を通って、ｐバ ッファ領域に達するエッチングを施すことによって形成される。上部発光レーザの場合、中実のｎ接触部をリング接触部に置き換えることも可能である。下部発光レーザの場合、ｐ接触部はｎ＋基板を通してｐバッファ領域に達するエッチングを施すか、あるいは、代わりに、n反射鏡領域、活性領域、及び、ｐ反射鏡領 域を通して、ｐバッファ領域に達するエッチングを施すことによって形成される。下部発光レーザのn反射鏡に位相整合層を追加することによって、ｎ反射鏡の 終端をなす金属接触部から反射する光をその構成に追加することが可能になる。
【００１３】
明細書の残りの部分及び添付の図面を参照することによって、本発明の特徴及び利点をさらに深く理解することが可能になる。
【００１４】
【実施例】
図２Ａ，Ｂには、本発明の望ましい実施例に基づいてn基板２０２に製造され たｎ駆動ＳＥＬ２００の断面図が示されている。図２Ａには下部発光ｎ駆動ＳＥＬが示されている。図２Ｂには上部発光ｎ駆動ＳＥＬが示されている。図示のｎ駆動ＳＥＬ２００は、活性領域２０４、活性領域の両側に配置された第１及び第２の反射鏡領域２０６、２０８、バッファ領域２１０、及び、基板２０２から構成される。説明の便宜上、ＳＥＬ２００は、n反射鏡領域２０６、活性領域２０ ４、及び、ｐ反射鏡領域２０８を備えた、ｎ−ｉ−ｐダイオードとみなすことにする。
【００１５】
本発明において、基板２０２及び第１の反射鏡領域２０６は、第１の伝導型である。第２の反射鏡領域２０８及びバッファ領域２１０は、逆の第２の伝導型である。望ましい実施例の場合、第１の伝導型は、nである。従って、望ましい実 施例によれば、n基板にｎ駆動半導体レーザを形成する方法が得られる。本発明 では、第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８は、両方とも、第１と第２の側面を備えている。活性領域２０４は、第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８の間に配置されるので、第１の反射鏡領域の第１の側面が、活性領域の第１の側面に隣接し、第２の反射鏡領域の第１の側面が、活性領域の反対側の第２の側面に隣接することになる。バッファ領域２１０は、活性領域と第２の反射鏡領域の間に配置されるので、バッファ領域の第１の側面が、第２の反射鏡領域の第２の側面に隣接し、バッファ領域の第２の側面が、基板領域の第１の側面に隣接することになる。
【００１６】
第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８は、当該技術において周知の技法を利用して、屈折率の異なる交互層から構成される。各層の厚さは、放出される光の波長の１／４になるように選択される。交互層は、ブラッグ反射鏡を形成する。交互層は、一般に、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓから構成される。
【００１７】
活性領域２０４の発光領域２０９は、ｎ−ｉ−ｐダイオードに順バイアスをかけることによって発生する電子とホールの再結合を介した自然放出及び誘導放出による光を発生する。図２Ａ，Ｂに示す面発光レーザ装置２００の発光領域２０９は、一般に、クラッディング領域２１１ａ、２１１ｂによって第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８から隔てられた、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、または、ＩｎＡｌＧａＡｓの１つ以上の量子井戸から構成される。材料の選択及び厚さは、ＳＥＬ２００によって放出される光の所望の波長によって決まる。
【００１８】
ＳＥＬ２００に対する電力は、接触部２１２、２１４間に供給される。バッファ領域２１０と基板２０２の間に形成された接合２１６は、トンネル接合部を形成する。バッファ領域２１０は、一般に、第１のドーパント濃度を有する第１の層２１８と、第２のドーパント濃度を有し縮退状態になるようにドープされた第２の層２２０から構成される。トンネル・ダイオードに逆バイアスをかけると、電極接触部２１２、２１４に印加される電圧によって、縮退状態になるようにドープされたｐ−ｎ接合２１６に電流が注入される。一般に、トンネル・ダイオードは、接触部２１２に負電圧を印加し、接触部２１４をアースに結合することによって、逆バイアスがかかる。
【００１９】
留意すべきは、図２Ａ，Ｂ及び図３Ａ，Ｂに示すＳＥＬの寸法が実際の寸法に対して一定の比率で描かれていないという点である。すなわち、反射鏡領域２０６、２０８及び活性領域２０４を拡大して、図面における明瞭さを得ている。実際には、基板領域２０２の厚さは、反射鏡領域２０６、２０８、活性領域２０４、及び、バッファ領域２１０を組み合わせた厚さである約１０μｍに対して、約１５０μｍである。電極２１２、２１４は、直径が約１０μｍであり、電極２１４は、約２０〜１５０μｍの開口部を備えている。
【００２０】
ＳＥＬ配列は、基板２０２上に複数の層を堆積させることによって構成することができる。望ましい実施例の場合、該層の堆積は、分子線エピタキシによって行われる。ｐ接触部がトンネル接合２１６を介して形成される図２に示す実施例の場合、基板領域２０２は、３層から構成される。第１の層２２１は、ＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓは、n型のドーパント、できれば、シリコンがドープされ、シリコン・ドーパントの濃度は、一般に、５×１０１７〜５×１０１９原子／ｃｍ３の範囲である。第２の層２２２は、ＧａＡｓにシリコンをドープしたn層であり、一般に、ドーパント濃度は、５×１０１８〜１×１０１９原子／ｃｍ３の範囲、厚さは、１０〜３０ｎｍの範囲である。基板領域２０２の第３の層２２４は、縮退状態になるようにドープしたn層であり、一般に、１０〜１００ｎｍの範囲の厚さと、約５×１０１７〜１×１０１９原子／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度を備えている。
【００２１】
バッファ領域２１０は、一般にドーパント濃度の異なる、分子線エピタキシによって成長した２つの層２１８、２２０から構成される。第１の層２１８は、まさしく縮退状態になるようにドープされたｐーＧａＡｓ層であり、一般に、ドーパント濃度が１×１０ １９ 〜１×１０ ２１ 原子／ｃｍ ３ の範囲で、厚さが１０〜１００ｎｍの範囲になるように炭素がドープされる。望ましいドーパント濃度は、１×１０ ２０ 原子／ｃｍ ３ であり、望ましい厚さは、２０ｎｍである。バッファ領域２１０の第２の層２２０は、一般に、ドーパント濃度が５×１０ １７ 〜１×１０ ２０ 原子／ｃｍ ３ の範囲で、厚さが１００〜５００ｎｍの範囲になるように炭素がドープされたＧａＡｓである。望ましいドーパント濃度は５×１０ １９ 原子／ｃｍ ３ であり、望ましい厚さは、３００ｎｍである。
【００２２】
基板領域２０２及びバッファ領域２１０の層数及びドーパント濃度は、変更可能であるが、重要なことは、n基板領域２０２とｐバッファ領域２１０の間の接合２１６のドーパント濃度をトンネル接合を形成するのに十分な高さにし、電流が接合２１６を横切って、簡単に流れることができるようにすることである。例えば、バッファ領域の第１の層２１８のドーパント濃度は、１×１０ １９ 〜１×１０ ２１ 原子／ｃｍ ３ の範囲として示されているが、このドーパント濃度は高くともよい。１×１０ ２１ 原子／ｃｍ ３ は、トンネル接触部の形成のために必要な制限というより、現在のプロセス技術によって合理的に相応に実現できるものの関数である。
【００２３】
基板領域２０２及びバッファ領域２１０の層数及びドーパント濃度以外に、基板領域２０２及びバッファ領域２１２の形成に用いられる材料も変更可能である。例えば、ＧａＡｓを利用して、基板領域２０２及びバッファ領域２１０の全ての層を形成する代わりに、層の一部をＩｎＧａＡｓまたは他の禁止帯幅の材料から構成することも可能である。例えば、基板領域の第３の層２２４及びバッファ領域の第１の層２１８は、縮退状態になるようにドープしたＩｎＧａＡｓとすることが可能である。ＩｎＧａＡｓをトンネル接合２１６に利用することによって、トンネル電圧が低くなる。
【００２４】
ｐバッファ領域２１０の形成が済むと、当該技術において周知の技法に従って、第２の反射鏡領域２０８、活性領域２０４、及び、第１の反射鏡領域２０６が形成される。図２Ａの場合、第２の反射鏡領域２０８は、屈折率の異なる交互ｐ層から構成される。各層の厚さは、発振波長の１／４になるように選択される。レーザの発振波長が９８０ｎｍであると仮定すると、反射鏡領域における交互層の厚さは、それぞれ２４５ｎｍ／ｎになる。ここでｎは該当する交互層の屈折率である。
【００２５】
第２の反射鏡領域２０８の形成が済むと、活性領域２０４が形成される。活性領域２０４の厚さは、発振波長または発振波長の倍数が望ましい。一般に、活性領域２０４は、第１と第２の閉じ込め領域またはクラッディング領域２１１ａ、２１１ｂの間に配置された発光領域２０９から構成される。図２Ａの場合、第１のクラッディング層２１１ａは、５×１０ １７ 原子／ｃｍ ３ の望ましいドーパント濃度及び約１００ｎｍの厚さを備えた、ｐドープＡｌＧａＡｓである。発光領域２０９は、量子井戸構造を形成する、交互になったＧａＡｓバリヤ層とＩｎ2Ｇａ8Ａｓ層（不図示）から構成される。発光領域の形成が済むと
、第２のクラッディング領域２１１ｂが形成される。第２のクラッディング領域は、一般に、５×１０ １７ 原子／ｃｍ ３ のnドーパント濃度及び約１００ｎｍの厚さを備えた、ｎドープＡｌＧａＡｓである。
【００２６】
活性領域２０４の形成が済むと、第１の反射鏡領域２０６が形成される。第１の反射鏡領域２０６は、屈折率が異なり、厚さが発振波長の１／４に等しい、ｎ型の交互層から構成される。望ましい実施例の場合、１５対の交互層が存在する。例示のため、交互層は、ドーパント濃度が１×１０ １８ 原子／ｃｍ ３ になるようにシリコンをドープしたＡｌＡｓ、及び、ドーパント濃度が１×１０ １８ 原子／ｃｍ ３ になるようにシリコンをドープしたＧａＡｓとする。第１の反射鏡領域２０６の領域２３０は、注入ステップによって抵抗率の高い領域に変換することが可能である。一般に、これは、水素原子の注入によって実施される。
【００２７】
n 反射鏡領域２０６の形成が済むと、ＳＥＬに対する接触部が形成される。 図２Ａを参照すると、n基板２０２とｐバッファ領域２１０の間に形成されたト ンネル接合２１６を含む、下部発光ＳＥＬが示されている。従って、図２Ａに示す装置構造の場合、ｎ接触部２１４は、ｎ＋基板２０２の下部表面に対して形成される。ｎ接触部２１２は、n反射鏡領域２０６の上部表面に対して形成される。図２Ｂには、上部発光ＳＥＬが示されている。上部発光ＳＥＬは、図２Ａに示す下部発光レーザと同様であるが、下部発光ＳＥＬには、一般に、上部発光ＳＥＬには見受けられない位相整合層２３６が含まれている。
【００２８】
図３Ａ，Ｂには、本発明の代替実施例に基づいて、n基板上に製造されたｎ駆動ＳＥＬの断面図が示されている。図２Ａ，Ｂに示す第１の実施例と同様に、代替実施例には、発光領域３０４、発光領域３０４の両側に配置された第１と第２の反射鏡領域３０６、３０８（第２の反射鏡領域３０６は、第１の側面と第２の側面を備えている）、第２の反射鏡領域３０６の第２の側面に配置されたバッファ領域３１０、及び、基板３０２が含まれている。図３Ａ，Ｂに示す実施例には、バッファ領域３１０が含まれているが、代替実施例の場合、バッファ領域３１０と基板３０２の間に、トンネル接合が形成されていない。
【００２９】
図３Ａには、代替実施例による下部発光ＳＥＬが示されている。図３Ｂには、本発明の代替実施例による上部発光ＳＥＬが示されている。図３Ａに示す実施例の場合、ｐ接触部は、トンネル接触部を利用して形成されるのではなく、代わりに、バッファ領域３１０に対するバイアを利用して形成される。ｐ接触部３１４は、n反射鏡領域３０６、活性領域３０４、及び、ｐ反射鏡領域３０４を通って、ｐバッファ領域３１０の表面に達するエッチングを施し、金属接触部３１２を形成することによって、形成される。代替案として、図３Ｂに示すように、ｎ＋基板層３０２を通って、ｐバッファ領域３１０に達する下部エッチングを実施することによって、ｐ接触部３１４を形成することが可能である。
【００３０】
実施例３Ａ及び３Ｂの場合、接合３１６は、基板３０２とバッファ領域３１０の間に形成される。しかし、図２Ａ及び２Ｂの場合とは異なり、図３Ａ及び３Ｂに示す実施例の場合には、トンネル接触部が形成されない。従って、接合３１６におけるドーパント濃度差は、あまり重要ではない。さらに、望ましい代替実施例の場合、基板領域３０２は、nＧａＡｓ基板とバッファ領域だけから構成され、バッファ領域は、単一のｐドープＧａＡｓ層から構成される。
【００３１】
以上の説明が、例示を意図したものであって、制限を意図したものではないのは、明らかである。例えば、装置を構成する個々の層の材料、ドーパント濃度、及び、厚さは、変更可能である。さらに、基板、バッファ領域、及び、反射鏡領域を構成する層の数も変更可能である。従って、本発明の範囲は、上述の説明を基準に判定すべきではなく、代わりに、付属の請求項、並びに、こうした請求項に権利が与えられる同等物の全範囲を基準にして判定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】半絶縁基板上に形成された従来のｎ駆動面発光レーザの断面図である。
【図１Ｂ】ｐ基板上に形成された従来のｎ駆動面発光レーザの断面図である。
【図１Ｃ】 n基板上に形成された従来のｐ駆動面発光レーザの断面図である。
【図２Ａ】本発明の望ましい実施例に基づいてn基板上に製造された下部発光ｎ駆動ＳＥ Ｌの断面図である。
【図２Ｂ】本発明の望ましい実施例に基づいてn基板上に製造された上部発光ｎ駆動ＳＥ Ｌの断面図である。
【図３Ａ】本発明の代替実施例に基づいてn基板上に製造された下部発光ｎ駆動ＳＥＬの 断面図である。
【図３Ｂ】本発明の代替実施例に基づいてn基板上に製造された上部発光ｎ駆動ＳＥＬの 断面図である。
【符号の説明】
２００ ｎ駆動ＳＥＬ
２０２ n基板
２０４ 活性領域
２０６ 第１の反射鏡領域
２０８ 第２の反射鏡領域
２０９ 発光領域
２１０ バッファ領域
２１１ａ クラッディング領域
２１１ｂ クラッディング領域
２１２ 接触部
２１４ 接触部
２１６ 接合
２１８ 第１の層
２２０ 第２の層
２２１ 第１の層
２２２ 第２の層
２２４ 第３の層
２３６ 位相整合層
３０２ 基板
３０４ 発光領域
３０６ 第１の反射鏡領域
３０８ 第２の反射鏡領域
３１０ バッファ領域
３１２ 金属接触部
３１６ 接合
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に発光装置、特に面発光レーザに関するものであり、とりわけ、n基板上に組み立てられるｎ駆動・ｐ共通レーザの形成に関するものである。なお本明細書ではｎ型装置をｎ装置、ｐ型装置をｐ装置と略記することがある。たとえばｎ基板はｎ型基板のことである。
【０００２】
【従来の技術】
本来、半導体レーザは、ダイオード構造であり、レーザ構造の端面から放出される光は、半導体ウェーハの表面に対して平行であった。あいにく、この端面発光レーザ構造は、レーザ・ダイオードの平面配列を安価に製造するのには向いていない。レーザ配列の製造に向いた別種のレーザ・ダイオードでは、レーザ構造が半導体ウェーハの表面に対して垂直に組み立てられるので、放出される光は表面に対して垂直になる。これらのレーザ・ダイオードは、一般に、面発光レーザ（ＳＥＬ）として知られている。
【０００３】
どちらのレーザも、半絶縁あるいはｐ、nの何れかの開始基板上に形成される 。図１Ａを参照すると、半絶縁基板１０２上に形成された従来のｎ駆動ＳＥＬ１００の断面図が示されている。面発光レーザ１００は、n反射鏡領域１０４、活 性領域１０６、及び、ｐ反射鏡領域１０８から構成されるｎ−ｉ−ｐダイオードとみなすことができる。電気接続は、n反射鏡領域１０４の上部表面に形成され た電極１１０と、ｐ反射鏡領域１０８に形成された電極１１２を介して行われる。
【０００４】
ｐ領域１０８に電気的に接触するため、n反射鏡領域１０４及び活性領域１０ ６の両方を通してｐ領域１０８に達するエッチングが施される。ｐ接触部のエッチングによって、酸化しがちなエピタキシャル層１０４、１０６、１０８が露出することになるので、これには問題がある。さらに、ｐ接触部のエッチングによって、非平面構造が形成され、装置の信頼性の問題が生じ、製造の複雑性が増すことになる。さらに、基板を絶縁性にするため付加された半絶縁基板の欠陥が半導体レーザ装置の信頼性を低下させる。
【０００５】
図１Ｂを参照すると、ｐの基板１２２上に形成される従来のｎ駆動面発光レーザ１２０の断面図が示されている。ＳＥＬは、n反射鏡領域１２４、活性領域１ ２６、及び、ｐ反射鏡領域１２８から構成される。電気相互接続は、n反射鏡領 域１２４の表面に形成された電極１３０、及び、ｐ基板１２２の表面に形成された電極１３２を介して実施される。ｎ、ｉ、及び、ｐ領域に関する望ましい形成方法は、分子線エピタキシによるものである。一般に利用可能な唯一のｐ基板は、亜鉛が導入されている。しかし、典型的なＭＢＥ成長温度では、亜鉛が、外部に拡散し、反射鏡領域１２４、１２８、及び、活性領域１２６に許容できない背景濃度が生じる。さらに、亜鉛の外部拡散によって、分子線エピタキシ室が汚染され、各亜鉛汚染後に、クリーニング・ステップが追加されることになる。
【０００６】
図１Ｃには、n基板１４２に形成される面発光レーザ１４０の断面図が示され ている。ＳＥＬは、n反射鏡領域１４４、活性領域１４６、及び、ｐ反射鏡領域 １４８から構成される。図１Ｃに示すＳＥＬ１４０は、ｐ駆動ＳＥＬである。図１Ａ及び１Ｂに示すｎ駆動電流で駆動されるＳＥＬとは異なり、ｐ駆動ＳＥＬは、一般に、電圧で駆動される。ｐ駆動ＳＥＬ用の電流ドライバは存在するが、問題がある。利用可能なシリコンｐｎｐドライバは、光通信システムの現在のデータ転送速度には不十分な速度であり、ＧａＡｓ ｐｎｐドライバは、高価である。
【０００７】
しかし、問題は、電圧駆動のｐ駆動ＳＥＬにも関連している。ＳＥＬ配列における電圧駆動ｐ駆動ＳＥＬは、配列内の各個別レーザのＶfが均一になるように 精密な制御を必要とする。Ｖfが不均一であれば、レーザ配列内の各個別レー ザに個々にプリ・バイアスをかけることが必要になり、このため、レーザ・ドライバのコストが増大することになる。もちろん、個々のレーザ間にのこ引きを施し、ｐ駆動ＳＥＬを反転することによって、図１Ｃに示す構造からｎ駆動を作り出すことも可能である。しかし、これによって、ＳＥＬ配列の可能性がなくなることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解消するために、n基板上にｎ駆動半導体レーザ配列を形成する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による発光装置には、通過する光に応答して光を発生する発光領域を含み第１の側面と、該第１の側面に対向する第２の側面とを備えた活性領域と、
第２の伝導型であり、第 1 の側面と該第１の側面に対向する第２の側面を備え、光を前記発光領域に向けて反射する前記活性領域の第２の側面に配置された下部反射鏡領域と、第１の側面と該第１の側面に対向する第２の側面とを備え、該第１の側面が前記反射鏡領域の第２の側面に配置された第２の伝導型であるバッファ領域と、第１と第２の側面を備え、該第１の側面が前記バッファ領域の第２の側面に配置された第１の伝導型である基板領域とが備えられ、前記バッファ領域及び前記基板領域がトンネル接合を形成する。
また、本発明によれば、活性領域、第１の伝導型である第１の反射鏡領域、逆の第２の伝導型である第２の反射鏡領域（第１及び第２の反射鏡領域は、活性領域の反対側に配置されている）、第２の伝導型であるバッファ領域、及び、第１の伝導型である基板から構成されるｎ駆動面発光レーザが得られる。望ましい実施例の場合、第１の伝導型はnである。従って、本発明によれば、ｐ反射鏡領域とn基板の間にｐバッファ領域が形成され、シリコンをドープしたｎ基板の利用が可能 になる。従って、本発明によって、n基板上にｎ駆動・ｐ共通半導体レーザを形成する方法が得られる。
【００１０】
望ましい実施例の場合、ｐ接触部は、トンネル接合を介してｐ反射鏡領域に対して形成される。トンネル接合は、基板領域とバッファ領域の互いに接している部分に縮退状態になるようにドープを施すことによって形成される。トンネル接合に逆バイアスをかけることによって、ｎ＋基板とｐ＋バッファ領域によって形成される、縮退状態になるようにドープされたｐ−ｎ接合に、電流が注入されることになる。
【００１１】
トンネル接合によってｐ接合を形成するプロセスによって、平面装置構造が得られ、レーザ装置の信頼性が増すことになる。半絶縁基板上に形成されるｎ駆動装置に比較すると、本発明では、n反射鏡領域及び活性領域にエッチングを施し ｐ反射鏡領域に接触するようにするステップが除かれている。さらに、ｐ基板上に形成されるｎ駆動装置に比較すると、ＭＢＥ層の形成時における亜鉛の外部拡散の問題が解消されている。
【００１２】
第２の代替実施例の場合、ｐ＋バッファ層は、n基板上に配置され、ｐ接触部 は、n反射鏡領域、発光領域、及び、ｐ反射鏡領域を通って、ｐバッファ領域に 達するエッチングを施すか、あるいは、代わりに、下部のn基板を通って、ｐバ ッファ領域に達するエッチングを施すことによって形成される。上部発光レーザの場合、中実のｎ接触部をリング接触部に置き換えることも可能である。下部発光レーザの場合、ｐ接触部はｎ＋基板を通してｐバッファ領域に達するエッチングを施すか、あるいは、代わりに、n反射鏡領域、活性領域、及び、ｐ反射鏡領 域を通して、ｐバッファ領域に達するエッチングを施すことによって形成される。下部発光レーザのn反射鏡に位相整合層を追加することによって、ｎ反射鏡の 終端をなす金属接触部から反射する光をその構成に追加することが可能になる。
【００１３】
明細書の残りの部分及び添付の図面を参照することによって、本発明の特徴及び利点をさらに深く理解することが可能になる。
【００１４】
【実施例】
図２Ａ，Ｂには、本発明の望ましい実施例に基づいてn基板２０２に製造され たｎ駆動ＳＥＬ２００の断面図が示されている。図２Ａには下部発光ｎ駆動ＳＥＬが示されている。図２Ｂには上部発光ｎ駆動ＳＥＬが示されている。図示のｎ駆動ＳＥＬ２００は、活性領域２０４、活性領域の両側に配置された第１及び第２の反射鏡領域２０６、２０８、バッファ領域２１０、及び、基板２０２から構成される。説明の便宜上、ＳＥＬ２００は、n反射鏡領域２０６、活性領域２０ ４、及び、ｐ反射鏡領域２０８を備えた、ｎ−ｉ−ｐダイオードとみなすことにする。
【００１５】
本発明において、基板２０２及び第１の反射鏡領域２０６は、第１の伝導型である。第２の反射鏡領域２０８及びバッファ領域２１０は、逆の第２の伝導型である。望ましい実施例の場合、第１の伝導型は、nである。従って、望ましい実 施例によれば、n基板にｎ駆動半導体レーザを形成する方法が得られる。本発明 では、第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８は、両方とも、第１と第２の側面を備えている。活性領域２０４は、第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８の間に配置されるので、第１の反射鏡領域の第１の側面が、活性領域の第１の側面に隣接し、第２の反射鏡領域の第１の側面が、活性領域の反対側の第２の側面に隣接することになる。バッファ領域２１０は、活性領域と第２の反射鏡領域の間に配置されるので、バッファ領域の第１の側面が、第２の反射鏡領域の第２の側面に隣接し、バッファ領域の第２の側面が、基板領域の第１の側面に隣接することになる。
【００１６】
第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８は、当該技術において周知の技法を利用して、屈折率の異なる交互層から構成される。各層の厚さは、放出される光の波長の１／４になるように選択される。交互層は、ブラッグ反射鏡を形成する。交互層は、一般に、ＡｌＡｓ及びＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓから構成される。
【００１７】
活性領域２０４の発光領域２０９は、ｎ−ｉ−ｐダイオードに順バイアスをかけることによって発生する電子とホールの再結合を介した自然放出及び誘導放出による光を発生する。図２Ａ，Ｂに示す面発光レーザ装置２００の発光領域２０９は、一般に、クラッディング領域２１１ａ、２１１ｂによって第１と第２の反射鏡領域２０６、２０８から隔てられた、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、または、ＩｎＡｌＧａＡｓの１つ以上の量子井戸から構成される。材料の選択及び厚さは、ＳＥＬ２００によって放出される光の所望の波長によって決まる。
【００１８】
ＳＥＬ２００に対する電力は、接触部２１２、２１４間に供給される。バッファ領域２１０と基板２０２の間に形成された接合２１６は、トンネル接合部を形成する。バッファ領域２１０は、一般に、第１のドーパント濃度を有する第１の層２１８と、第２のドーパント濃度を有し縮退状態になるようにドープされた第２の層２２０から構成される。トンネル・ダイオードに逆バイアスをかけると、電極接触部２１２、２１４に印加される電圧によって、縮退状態になるようにドープされたｐ−ｎ接合２１６に電流が注入される。一般に、トンネル・ダイオードは、接触部２１２に負電圧を印加し、接触部２１４をアースに結合することによって、逆バイアスがかかる。
【００１９】
留意すべきは、図２Ａ，Ｂ及び図３Ａ，Ｂに示すＳＥＬの寸法が実際の寸法に対して一定の比率で描かれていないという点である。すなわち、反射鏡領域２０６、２０８及び活性領域２０４を拡大して、図面における明瞭さを得ている。実際には、基板領域２０２の厚さは、反射鏡領域２０６、２０８、活性領域２０４、及び、バッファ領域２１０を組み合わせた厚さである約１０μｍに対して、約１５０μｍである。電極２１２、２１４は、直径が約１０μｍであり、電極２１４は、約２０〜１５０μｍの開口部を備えている。
【００２０】
ＳＥＬ配列は、基板２０２上に複数の層を堆積させることによって構成することができる。望ましい実施例の場合、該層の堆積は、分子線エピタキシによって行われる。ｐ接触部がトンネル接合２１６を介して形成される図２に示す実施例の場合、基板領域２０２は、３層から構成される。第１の層２２１は、ＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓは、n型のドーパント、できれば、シリコンがドープされ、シリコン・ドーパントの濃度は、一般に、５×１０１７〜５×１０１９原子／ｃｍ３の範囲である。第２の層２２２は、ＧａＡｓにシリコンをドープしたn層であり、一般に、ドーパント濃度は、５×１０１８〜１×１０１９原子／ｃｍ３の範囲、厚さは、１０〜３０ｎｍの範囲である。基板領域２０２の第３の層２２４は、縮退状態になるようにドープしたn層であり、一般に、１０〜１００ｎｍの範囲の厚さと、約５×１０１７〜１×１０１９原子／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度を備えている。
【００２１】
バッファ領域２１０は、一般にドーパント濃度の異なる、分子線エピタキシによって成長した２つの層２１８、２２０から構成される。第１の層２１８は、まさしく縮退状態になるようにドープされたｐーＧａＡｓ層であり、一般に、ドーパント濃度が１×１０ １９ 〜１×１０ ２１ 原子／ｃｍ ３ の範囲で、厚さが１０〜１００ｎｍの範囲になるように炭素がドープされる。望ましいドーパント濃度は、１×１０ ２０ 原子／ｃｍ ３ であり、望ましい厚さは、２０ｎｍである。バッファ領域２１０の第２の層２２０は、一般に、ドーパント濃度が５×１０ １７ 〜１×１０ ２０ 原子／ｃｍ ３ の範囲で、厚さが１００〜５００ｎｍの範囲になるように炭素がドープされたＧａＡｓである。望ましいドーパント濃度は５×１０ １９ 原子／ｃｍ ３ であり、望ましい厚さは、３００ｎｍである。
【００２２】
基板領域２０２及びバッファ領域２１０の層数及びドーパント濃度は、変更可能であるが、重要なことは、n基板領域２０２とｐバッファ領域２１０の間の接合２１６のドーパント濃度をトンネル接合を形成するのに十分な高さにし、電流が接合２１６を横切って、簡単に流れることができるようにすることである。例えば、バッファ領域の第１の層２１８のドーパント濃度は、１×１０ １９ 〜１×１０ ２１ 原子／ｃｍ ３ の範囲として示されているが、このドーパント濃度は高くともよい。１×１０ ２１ 原子／ｃｍ ３ は、トンネル接触部の形成のために必要な制限というより、現在のプロセス技術によって合理的に相応に実現できるものの関数である。
【００２３】
基板領域２０２及びバッファ領域２１０の層数及びドーパント濃度以外に、基板領域２０２及びバッファ領域２１２の形成に用いられる材料も変更可能である。例えば、ＧａＡｓを利用して、基板領域２０２及びバッファ領域２１０の全ての層を形成する代わりに、層の一部をＩｎＧａＡｓまたは他の禁止帯幅の材料から構成することも可能である。例えば、基板領域の第３の層２２４及びバッファ領域の第１の層２１８は、縮退状態になるようにドープしたＩｎＧａＡｓとすることが可能である。ＩｎＧａＡｓをトンネル接合２１６に利用することによって、トンネル電圧が低くなる。
【００２４】
ｐバッファ領域２１０の形成が済むと、当該技術において周知の技法に従って、第２の反射鏡領域２０８、活性領域２０４、及び、第１の反射鏡領域２０６が形成される。図２Ａの場合、第２の反射鏡領域２０８は、屈折率の異なる交互ｐ層から構成される。各層の厚さは、発振波長の１／４になるように選択される。レーザの発振波長が９８０ｎｍであると仮定すると、反射鏡領域における交互層の厚さは、それぞれ２４５ｎｍ／ｎになる。ここでｎは該当する交互層の屈折率である。
【００２５】
第２の反射鏡領域２０８の形成が済むと、活性領域２０４が形成される。活性領域２０４の厚さは、発振波長または発振波長の倍数が望ましい。一般に、活性領域２０４は、第１と第２の閉じ込め領域またはクラッディング領域２１１ａ、２１１ｂの間に配置された発光領域２０９から構成される。図２Ａの場合、第１のクラッディング層２１１ａは、５×１０ １７ 原子／ｃｍ ３ の望ましいドーパント濃度及び約１００ｎｍの厚さを備えた、ｐドープＡｌＧａＡｓである。発光領域２０９は、量子井戸構造を形成する、交互になったＧａＡｓバリヤ層とＩｎ2Ｇａ8Ａｓ層（不図示）から構成される。発光領域の形成が済むと
、第２のクラッディング領域２１１ｂが形成される。第２のクラッディング領域は、一般に、５×１０ １７ 原子／ｃｍ ３ のnドーパント濃度及び約１００ｎｍの厚さを備えた、ｎドープＡｌＧａＡｓである。
【００２６】
活性領域２０４の形成が済むと、第１の反射鏡領域２０６が形成される。第１の反射鏡領域２０６は、屈折率が異なり、厚さが発振波長の１／４に等しい、ｎ型の交互層から構成される。望ましい実施例の場合、１５対の交互層が存在する。例示のため、交互層は、ドーパント濃度が１×１０ １８ 原子／ｃｍ ３ になるようにシリコンをドープしたＡｌＡｓ、及び、ドーパント濃度が１×１０ １８ 原子／ｃｍ ３ になるようにシリコンをドープしたＧａＡｓとする。第１の反射鏡領域２０６の領域２３０は、注入ステップによって抵抗率の高い領域に変換することが可能である。一般に、これは、水素原子の注入によって実施される。
【００２７】
n 反射鏡領域２０６の形成が済むと、ＳＥＬに対する接触部が形成される。 図２Ａを参照すると、n基板２０２とｐバッファ領域２１０の間に形成されたト ンネル接合２１６を含む、下部発光ＳＥＬが示されている。従って、図２Ａに示す装置構造の場合、ｎ接触部２１４は、ｎ＋基板２０２の下部表面に対して形成される。ｎ接触部２１２は、n反射鏡領域２０６の上部表面に対して形成される。図２Ｂには、上部発光ＳＥＬが示されている。上部発光ＳＥＬは、図２Ａに示す下部発光レーザと同様であるが、下部発光ＳＥＬには、一般に、上部発光ＳＥＬには見受けられない位相整合層２３６が含まれている。
【００２８】
図３Ａ，Ｂには、本発明の代替実施例に基づいて、n基板上に製造されたｎ駆動ＳＥＬの断面図が示されている。図２Ａ，Ｂに示す第１の実施例と同様に、代替実施例には、発光領域３０４、発光領域３０４の両側に配置された第１と第２の反射鏡領域３０６、３０８（第２の反射鏡領域３０６は、第１の側面と第２の側面を備えている）、第２の反射鏡領域３０６の第２の側面に配置されたバッファ領域３１０、及び、基板３０２が含まれている。図３Ａ，Ｂに示す実施例には、バッファ領域３１０が含まれているが、代替実施例の場合、バッファ領域３１０と基板３０２の間に、トンネル接合が形成されていない。
【００２９】
図３Ａには、代替実施例による下部発光ＳＥＬが示されている。図３Ｂには、本発明の代替実施例による上部発光ＳＥＬが示されている。図３Ａに示す実施例の場合、ｐ接触部は、トンネル接触部を利用して形成されるのではなく、代わりに、バッファ領域３１０に対するバイアを利用して形成される。ｐ接触部３１４は、n反射鏡領域３０６、活性領域３０４、及び、ｐ反射鏡領域３０４を通って、ｐバッファ領域３１０の表面に達するエッチングを施し、金属接触部３１２を形成することによって、形成される。代替案として、図３Ｂに示すように、ｎ＋基板層３０２を通って、ｐバッファ領域３１０に達する下部エッチングを実施することによって、ｐ接触部３１４を形成することが可能である。
【００３０】
実施例３Ａ及び３Ｂの場合、接合３１６は、基板３０２とバッファ領域３１０の間に形成される。しかし、図２Ａ及び２Ｂの場合とは異なり、図３Ａ及び３Ｂに示す実施例の場合には、トンネル接触部が形成されない。従って、接合３１６におけるドーパント濃度差は、あまり重要ではない。さらに、望ましい代替実施例の場合、基板領域３０２は、nＧａＡｓ基板とバッファ領域だけから構成され、バッファ領域は、単一のｐドープＧａＡｓ層から構成される。
【００３１】
以上の説明が、例示を意図したものであって、制限を意図したものではないのは、明らかである。例えば、装置を構成する個々の層の材料、ドーパント濃度、及び、厚さは、変更可能である。さらに、基板、バッファ領域、及び、反射鏡領域を構成する層の数も変更可能である。従って、本発明の範囲は、上述の説明を基準に判定すべきではなく、代わりに、付属の請求項、並びに、こうした請求項に権利が与えられる同等物の全範囲を基準にして判定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】半絶縁基板上に形成された従来のｎ駆動面発光レーザの断面図である。
【図１Ｂ】ｐ基板上に形成された従来のｎ駆動面発光レーザの断面図である。
【図１Ｃ】 n基板上に形成された従来のｐ駆動面発光レーザの断面図である。
【図２Ａ】本発明の望ましい実施例に基づいてn基板上に製造された下部発光ｎ駆動ＳＥ Ｌの断面図である。
【図２Ｂ】本発明の望ましい実施例に基づいてn基板上に製造された上部発光ｎ駆動ＳＥ Ｌの断面図である。
【図３Ａ】本発明の代替実施例に基づいてn基板上に製造された下部発光ｎ駆動ＳＥＬの 断面図である。
【図３Ｂ】本発明の代替実施例に基づいてn基板上に製造された上部発光ｎ駆動ＳＥＬの 断面図である。
【符号の説明】
２００ ｎ駆動ＳＥＬ
２０２ n基板
２０４ 活性領域
２０６ 第１の反射鏡領域
２０８ 第２の反射鏡領域
２０９ 発光領域
２１０ バッファ領域
２１１ａ クラッディング領域
２１１ｂ クラッディング領域
２１２ 接触部
２１４ 接触部
２１６ 接合
２１８ 第１の層
２２０ 第２の層
２２１ 第１の層
２２２ 第２の層
２２４ 第３の層
２３６ 位相整合層
３０２ 基板
３０４ 発光領域
３０６ 第１の反射鏡領域
３０８ 第２の反射鏡領域
３１０ バッファ領域
３１２ 金属接触部
３１６ 接合
Claims (4)
- 通過する光に応答して光を発生する発光領域を含み、第１の側面と、該第１の側面に対向する第２の側面とを備えた活性領域と、
第１の側面と該第１の側面に対向する第２の側面を備え、光を前記発光領域に向けて反射する前記活性領域の第２の側面に配置されたｐ型下部反射鏡領域と、
第１の側面と該第１の側面に対向する第２の側面とを備え、該第１の側面が前記下部反射鏡領域の第２の側面に配置されたｐ型バッファ領域と、
第１と第２の側面を備え、該第１の側面が前記バッファ領域の第２の側面に配置されたｎ型基板領域とを備え、
前記バッファ領域及び前記基板領域がトンネル接合を形成することを特徴とし、
さらに、光を前記発光領域に向けて反射する前記活性領域の第１の側面に配置されたｎ型上部反射鏡領域を追加して備えた発光装置。 - 前記トンネル接合に逆バイアスがかけられることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記基板領域に接触する前記バッファ領域の一部が縮退状態になるようにドープされ、前記バッファ領域に接触する前記基板領域の一部が縮退状態になるようにドープされていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の発光装置。
- 前記基板領域に接触する前記バッファ領域の一部のドーパント濃度が、１×１０19〜１×１０21原子／ｃｍ3の範囲であり、前記バッファ領域に接触する前記基板領域の一部のドーパント濃度が、５×１０17〜５×１０19原子／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
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