JP4111549B2 - 半導体デバイスを製作する方法 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、光ファイバに低損失で結合できるレーザの様な半導体光デバイス及びその製作方法に関する。
従来技術の説明
半導体レーザの様な半導体光コンポーネントは広く使用される。使用において、この様なコンポーネントを外部光エレメントに結合することがしばしば必要である。例えば、コヒーレントな光出力を発生する半導体レーザの場合、当該デバイスを光がそれに沿って指向される光ファイバに結合することが必要であろう。
この様な結合で生じる１つの問題は、レーザにおいて及びファイバにおいて存在する異なる光モードから生じる高い（１０ｄＢまで達する）損失があり得ることである。典型的には、光ファイバは、７μｍのオーダの全幅半最大（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ−Ｍａｘ）（ＦＷＨＭ）の円形の対称モードを持つが、他方レーザにおけるモードは通常楕円形であり、その長軸と短軸の比は２：１で、ＦＷＨＭは約１μｍである。
この問題に対する１つの解決は、レンズを使用することであるが、これは高価でありまた、もしレーザの配列を作ることが望まれるときは通常実際的でない。理想的には、単にファイバの端部をレーザの出力面に対抗して置き、これらを突合わせ接続を用いて接合することが可能であるべきである。
もしこれが可能であれば、ファイバ内のモードにより良く整合するようにレーザの出力におけるモードの寸法を増加しなければならない。１つのこの様な提案は、米国特許第５，２７８，９２６号明細書に開示されている。この文献においては、半導体光コンポーネントは２つの埋込みヘテロ構造光導波管を含むべきことを提案しており、即ち、能動導波管と受動導波管でこれらは、その長さの少なくとも一部において重複し、能動導波管の横方向断面積は、能動導波管により導かれる狭い光モードを受動導波管により導かれる広い光モードと結合するためモード遷移領域に亘り減少している。
本発明の１つの目的は、光ファイバに結合できる、レーザの様な光コンポーネントを比較的容易に製造出来る製作工程を提供することである。
本発明のその上の目的は、光ファイバに容易に結合できる構造を画定することである。
本発明は、特に厳密な製造許容誤差を要求することなく、標準製作技術を使用出来る半導体レーザの製作方法に関する。更に、本発明はこの製作工程により作られる構造に関する。特に、非対称にテイパされた導波管を持つ構造も開示される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるコンポーネントを通しての横断面図である。
図２は、図１に示すコンポーネントの平面図である。
図３は、製作中のコンポーネントの平面図である。
図４は、製作中の後の時点におけるコンポーネントの平面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図１及び２は、それぞれ本発明による半導体レーザコンポーネントの横断面図及び平面図である。当該デバイスを製作するための工程をそこで説明する。これは、大きな能動層を持つ、１．５５μｍにおけるレーザに関している。能動層は、量子ウエル又は歪の与えられた量子ウエルからも形成されることは理解されるであろう。これら材料の全部は格子整合されている。以下の説明において、全部の成長ステップは、金属有機化学的気相蒸着（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＭＯＣＶＤ）を使用して有利に実行されるが、他の成長技術も使用出来ることは理解されるであろう。
製作工程における第１段階は、受動導波管２及び能動導波管４を形成する複数層のエピタキシャル成長である。この例において、基板６は、ｎドープされたＩｎＰであり、またこれもｎドープされた受動導波管２は、幾つかの層において基板の上に形成される。各層は、１．０μｍのバンドギャップをもつＩｎＧａＡｓＰの４０ｎｍ層の形態の受動導波管材料８と、ＩｎＰの６６０ｎｍ層の形態のクラッド材料１０とを含む。図１は、７個のこの様な層を持つ受動導波管を示すが、層の数は８個、又は９個、又は勿論いかなる便利な数でも良い。
受動導波管材料８の最上層の上には、ｎドープされたＩｎＰ１２の４６０ｎｍ層が成長し、これに能動層１４が続き、これは１．５８μｍのバンドギャップをもち、０．２μｍのドープされないＩｎＧａＡｓＰから形成される。さらにｐドープされたＩｎＰから形成され、約２００ｎｍの厚さのクラッド層１６がそこで能動層の上に成長する。
製作工程における次の段階は、図２に示す第２の領域２２において、能動導波管４に非対称のテイパの形成を含む。このテイパは、能動層を通って対角線方向にエッチングして形成される。終了した製品においては、このテイパ、従って第２の領域２２は、例えば領域内のある長さに亘って５０μｍから数１００μｍ延びるかも知れない。このことは、対角線方向のエッチングは、導波管方向に対して約０．００３−０．０３ラデイアンの角度でなければならないことを意味する。エッチングは、能動層１４を通り、最上のｎ−ＩｎＰ層まで下がる。
次に、半絶縁（Ｆｅのドープされた）ＩｎＰを用いた選択的再成長が、エッチングされた領域を充満し、ウエハを平坦にするための電流阻止層２８を形成するため使用される。代わりに、電流阻止層のためにｎ−Ｐ ＩｎＰが使用出来る。
図３は、この段階におけるデバイスの平面図であり、能動ガイド層４を通る対角線方向のエッチング、及び半絶縁ＩｎＰ３０の再成長を示している。（対角線方向のエッチングの角度は図示を容易にするため図３においては大きく誇張されている）。
次の製作段階は、標準埋込みヘテロ構造層の形成であり、これは能動導波管それ自体の形成であり、能動層を通るエッチングにより約１．２μｍの幅を持ち、最上のｎ−ＩｎＰ層の中へ下がっている。注目すべきは、これはまた、前の段階でエッチングされ、半絶縁ＩｎＰにより再充満された領域の中へ延びている。半絶縁材料を再成長させる理由は、能動導波管を画定する一方で、リソグラフィを容易にするため平坦な表面を得ることであった。この結果は、リソグラフィにより鋭い箇所を形成する必要がなく、また工程中のどの段階においても、破損し易い、支持のない薄い箇所を構成することなく非対称テイパを得ることが出来る。
図４は、能動導波管の画定に続くデバイスの平面図である。この段階において、能動導波管４、再成長半絶縁材料３０、及び能動層がエッチングで除去された領域における受動導波管２を見ることが出来る。
能動導波管の画定に続いて、標準電流阻止構造２８が、ｐ−ｎ ＩｎＰから、又は半絶縁（Ｆｅドープされた）ＩｎＰから形成される。
埋込みヘテロ構造層を完成するため、ｐ−ＩｎＰクラッド１６を全構造に亘り成長させ、また接点として作用する頂部金属層への良好なオーム接触を与えるためｐ−ＩｎＧａＡｓ層が形成される。
次の段階は、図１及び２に示す様に、能動層がエッチングで除去された領域（テイパ領域を含み）の回りに大きなリッジ導波管を画定することである。この導波管は、１１μｍのオーダの幅で、能動導波管を中心とし、また再成長材料の全部を下方へ基板までエッチングで除去することにより画定される。
底部接点３２が基板表面の金属被覆法により形成される。レーザファセット（レーザ小面）を次に劈開又はエッチングにより形成することが出来、最終的には被覆することが出来る。もし空気が外部誘電体材料として使用されるならば性能は同じであるが、全体の構造をＳｉＮで覆っても良い。
この構造はファブリ・ペロレーザとして使用することが出来、この場合、鏡が空胴の端部ファセット上に設けられ、これは劈開又はエッチングされ、また被覆され又は被覆されなくても良い。代わりに、この構造はＤＦＢレーザのために使用でき、しかし、この場合、必要なグレーテイングを作るため接点層１８を形成する前に追加のステップが要求され、また反射防止被覆が次にファセットに付着される。
前に述べた様に、図２は本発明による半導体レーザデバイスの平面図である。このデバイスは、３つの領域に分割されると考えられる。第１の領域２０においては、このデバイスは、受動導波管２と能動導波管４を持つが、正常のレーザ構造を持っている。この領域では、殆ど全部に電力は、能動導波管４へ閉じ込められる。第２の領域２２においては、能動導波管は零に至るまでテーパされ、これにより能動ガイドから受動ガイド２への電力の断熱転送が得られる。最後に、第３の領域２４においては、電力は大きな受動ガイドへ閉じ込められ、これは、レーザが結合されるべき光ファイバ２６に良く整合出来るモードを持っている。
このデバイスの第１の領域２０においては、別の誘導されたモードの形成を避けるためリッジはエッチングされない。しかし第２及び第３の領域においては、即ちレーザの出力側においては、好ましくは約１１μｍの幅をもつ大きな受動リッジ導波管を画定するため、全体の構造を通じて、下は基板に至るまで、エッチングによりリッジ導波管が形成される。注目すべきは、リッジ導波管の幅も、勿論能動領域の幅も臨界的ではなく、これは良好な製造許容誤差を許している。夫夫の層の厚さは、これも臨界的ではないが、夫々の層の幅よりもより正確に制御できる。

Claims (1)

1. 半導体デバイスを製作する方法であって、
   受動ガイド材料及びクラッド材料の複数の交互の層から基板の第１の領域と第２の領域と第３の領域の上に受動導波管を形成し、
   前記受動導波管の前記第１の領域と前記第２の領域と前記第３の領域の上に能動領域を形成し、
   前記能動領域の材料を、前記第２の領域の能動導波管の対角線方向に端部面を持つよう非対称に、かつ前記第３の領域が除去されるように、エッチングし、
   前記能動領域の前記材料のエッチングにより除去された前記材料に替えて半絶縁材料を再成長させ、
   前記能動領域の前記材料及び再成長させた前記半絶縁材料をエッチングして能動導波管を画定し、
   前記能動領域の前記材料及び再成長させた前記半絶縁材料のエッチングにより除去された前記材料に替えて電流阻止層を成長させ、
   リッジ導波管を画定するように前記第２の領域及び前記第３の領域を前記基板に至るまでエッチングすることを有する半導体デバイスを製作する方法。

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