JP4700593B2 - 選択的に変化させられる電流閉じ込め層を有するレーザ - Google Patents

Description

本発明は、一般には電流閉じ込め層を有するレーザに関し、より詳細には、レーザの活性層を通る電流の流れを閉じ込めるように導電開口部が貫通している電気絶縁層を形成するために、酸化可能金属層を備えた垂直キャビティ面発光レーザ、すなわちＶＣＳＥＬに関する。

当業者には多くの異なるタイプの半導体レーザが知られている。レーザの１タイプは、レーザ構造の上面に対してほぼ垂直の方向に光を発する垂直キャビティ面発光レーザ、すなわちＶＣＳＥＬである。このタイプのレーザは、半導体材料の複数の層を含む。典型的には、半導体レーザのスタックの一端部に基板を備える。この基板上に、第１のミラー・スタックと第２のミラー・スタックが配置され、その間に量子井戸活性領域が配置される。活性領域の両側に、両ミラー間のスペーサとしてグレーデッド層と非グレーデッド層を設けることができる。第２のミラー・スタック上に、電気接触部が配置される。層のスタックの反対側の端部に、基板と接触するもう一つの電気接触部が設けられる。この２つの接触部間に電流が流される。したがって、この電流は第２のミラー・スタックと、上部グレーデッドインデックス領域と、活性領域と、下部グレーデッドインデックス領域と、第１のミラー・スタックと、基板とを通る。一般に、活性層の事前に選択された部分を活性領域に指定され、レーザ発光を誘起するためにその活性領域に電流が流される。

モーガン（Ｍｏｒｇａｎ）、チロブスキー（Ｃｈｉｒｏｖｓｋｉ）、フォクト（Ｆｏｃｈｔ）、ギュット（Ｇｕｔｈ）、エイソム（Ａｓｏｍ）、ライベンギュット（Ｌｅｉｂｅｎｇｕｔｈ）、ロビンソン（Ｒｏｂｉｎｓｏｎ）、リー（Ｌｅｅ）、およびジュエル（Ｊｅｗｅｌｌ）による「Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｌａｎａｒｉｚｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｒａｙｓ」と題する論文（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇの第１５６２巻（１９９１年）発行）で、ＶＣＳＥＬ構造について詳述されている。この論文では、ガリウムヒ素とアルミニウム・ガリウムヒ素とを含むバッチ処理ＶＣＳＥＬが記載されている。この出版論文ではいくつかの異なるサイズのデバイスが実験により研究され、記載されている。連続発振しきい値電流は、室温で３．７ｍＷを超える出力で１．７ｍＡまで測定されている。この論文では、単一および多横モード動作を超える異なる量子効率など、ある種の興味深い特性についても論じている。この論文の図１には、様々な層が識別されたＶＣＳＥＬの透視断面図が図示されている。この論文で述べられ、図示されているデバイスは、量子井戸の活性領域を流れる電流の流れを閉じ込めるために、水素イオン注入技法を使用して、電気絶縁領域に導電開口部が貫通するように形成させる。ＶＣＳＥＬの上部電気接触部から、電流が導電開口部を通って流され、それによって活性層の事前に選択された領域を通るように誘導される。

１９９３年９月１４日にジュエル（Ｊｅｗｅｌｌ）等に発行された米国特許第５２４５６２２号では、キャビティ内構造を備えた垂直キャビティ面発光レーザが開示されている。このジュエル等の特許の図では、電流遮断領域が参照番号４４で識別され、活性領域内への環状のプロトン注入物を形成するものとして記載されている。この注入物は、電流の流れを水平方向に閉じ込めるために使用される。ジュエル等の特許で開示されているＶＣＳＥＬは、低い直列抵抗と、高い電力効率と、特定のタイプのモード放射とを達成するように、様々なキャビティ内構造を有する。記載されているＶＣＳＥＬの一実施形態では、レーザは、上部ミラーと下部ミラーの間に配置されたレーザ・キャビティを含む。このキャビティは、活性領域を挟む上部スペーサ層と下部スペーサ層を含む。活性領域まで電流を伝えるための層状電極が、上部ミラーと上部スペーサを含む。この層状電極は、光吸収を増やさずに低い直列抵抗を達成するように、大量にドープされた層と少量ドープされた層とが交互になった複数の層を含む。このＶＣＳＥＬはさらに、より高モードの放射を抑止するために、層状電極内に形成されたディスク状領域として電流アパーチャを含む。電流アパーチャは、環状周辺領域の導電度を低下させるか完全になくすことによって形成される。一実施形態では、ＶＣＳＥＬの上部ミラー上に、光アパーチャを備えた金属接触層が形成される。光アパーチャは、より高い横モード・レーザ発光をなくすように光電磁界を遮断する。

１９９３年１１月２日にオルブライト（Ｏｌｂｒｉｇｈｔ）等に発行された米国特許第５２５８９９０号には、可視光面発光半導体レーザが記載されている。
オルブライト等の特許の図には、活性量子井戸が参照番号３４で識別されており、参照番号３３によって識別された環状ゾーンによって区画されている。環状ゾーンは、活性量子井戸を囲む注入プロトンを含み、それによって電流の流れを量子井戸に閉じ込める。オルブライト等の特許に記載されているＶＣＳＥＬは、２つの分布ブラッグ反射器の間に挟まれたレーザ・キャビティを含む。このレーザ・キャビティは、可視範囲のバンドギャップを有する１つまたは複数の活性光放射陽子井戸層を囲む一対のスペーサ層を含み、このスペーサ層はデバイスの活性光放射材料として機能する。レーザの電気ポンピングは、ダイオード構造を形成するように下部ミラーと基板を１つの導電型で大量にドープし、上部ミラーの領域を逆の導電型によって大量にドーピングして実現されている。さらに、ダイオード構造に適切な電圧を印加する。オルブライト等の特許には、赤、緑、および青色の放出を発生する実施形態を含む特定の実施形態が記載されている。

１９９２年５月１９日にリー（Ｌｅｅ）等に発行された米国特許第５１１５４４２号では、垂直キャビティ面発光レーザが開示されている。このタイプのレーザは、開口のある上面電極を介した放出に依存するものとして説明されている。

導入されたときにレーザに沿った周縁を流れるバイアス電流が、活性利得領域内で合流する経路をたどり、レーザ発光しきい値を有効に実現する。電流の経路は、活性領域またはその上方にあるレーザを囲む、大きな抵抗を有する埋込み領域の開口部を通る。埋込み領域は、イオン・エネルギーの大きさによるイオン注入によって生じるダメージと、適切な抵抗勾配を生じさせるために選定されたスペクトルによって生じる。この引用した参照文献には、集積レーザと離散型レーザが記載されている。リー等の図には、活性層内の活性領域を通る電流の流れを閉じ込めるために使用されるイオン注入ダメージの領域の場所と形状が図示されている。

１９９３年４月発行のＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ第４巻第４号では、モーガン、ギュット、フォクト、エイソム、コジマ、ロジャーズ、キャリスによる「Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍｏｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｔｏｐ−Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ」と題する論文に、ＶＣＳＥＬの横モード特性および制御について記載されている。この論文では、連続発振電気励起ＶＣＳＥＬからの特定の横モード放出において１．５ｍＷを超える出力の達成が可能なＶＣＳＥＬ横モードの制御のための新規な空間フィルタリング概念について述べている。この引用論文には、電流閉じ込めのためのイオン注入の使用も例示されており、その図１にその技法の断面図が示されている。

ＶＣＳＥＬの電流閉じ込め領域を形成するための最もよく知られている技法は、イオン照射を使用して環状領域に作用させ、電流に対するその抵抗を大きくする方法である。この電気抵抗が大きくなる領域に導電性開口部を設けることによって、電流がより導電率の高い開口部を通るように誘導され、したがって次に活性層内の事前に選択された活性領域を通るように誘導される。上記で引用した論文および特許に記載されているイオン照射技法に頼らなくても電流閉じ込めが実現される代替方法を設けることができれば有利であろう。

１９９４年１２月１３日にホロニャック等に発行された米国特許第５３７３５２２号では、自然酸化アルミニウム領域を有する半導体デバイスが開示されている。この特許には、アルミニウムを有する第ＩＩＩ〜Ｖ族の半導体材料から自然酸化膜を形成する方法が記載されている。この方法では、アルミニウムを有する第ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料を水を含んだ環境と少なくとも摂氏３７５度の温度にさらしてアルミニウムを有する材料の少なくとも一部を自然酸化膜に変える。その際、自然酸化膜の厚さはアルミニウムを有する第ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料のそのようにして変えられた部分の厚さとほぼ同じかそれ以下であることを特徴とする。このようにして形成された自然酸化膜は、レーザなど、電気デバイスおよび光電気デバイスにおいて特定の実用性がある。

１９９３年１１月１６日にホロニャック等に発行された米国特許第５２６２３６０号では、ＡｌＧａＡｓ自然酸化膜が開示されている。アルミニウムを有する第ＩＩＩ〜Ｖ族の半導体材料から自然酸化膜を形成する方法が記載されている。

この方法では、アルミニウムを有する第ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料を水を含む環境と少なくとも摂氏約３７５度の温度にさらしてアルミニウムを有する材料の少なくとも一部を自然酸化膜に変える。その際、自然酸化膜の厚さはアルミニウムを有する第ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料のそのようにして変えられた部分の厚さとほぼ同じかそれ以下であることを特徴とする。このようにして形成された自然酸化膜は、レーザなど、電気デバイスおよび光電気デバイスにおいて特定の実用性を有する。

米国特許第５１１５４４２号、米国特許第５２４５６２２号、米国特許第５２６２３６０号、米国特許第５３７３５２２号、および米国特許第５２５８９９０号は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の一実施形態は、基板と、前記基板に支持され、レーザ発光部分を含む垂直構造であって、前記レーザ発光部分が活性領域と、前記活性領域の近傍に配置された第１の電流遮断層であって、前記活性領域とほぼ垂直に位置合わせされた非酸化部分を含む前記第１の電流遮断層とを含むものである、前記垂直構造と、前記レーザ発光部分に電気的に接続された導体とを備えるレーザ構造を提供する。

一例のレーザ構造では、前記導体の一部は前記レーザ発光部分からの光が通過可能なアパーチャを区画する。一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層の前記非酸化部分は少なくとも電流経路の一部を区画する。一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層の大部分が酸化されている。一例のレーザ構造では、前記導体はチタンまたは金である。一例のレーザ構造では、前記導体は前記レーザ発光部分の非酸化部分に電気的に接続されている。一例のレーザ構造では、前記導体は、前記レーザ発光部分からの光が通過可能なアパーチャを区画する環状部分と、前記環状部分と電気的に接続された導電性ストリップと、前記導電性ストリップと電気的に接続された接続パッドとを備える。一例のレーザ構造は、前記導電性ストリップを支持するブリッジング部分と、前記接続パッドを支持する接触支持部分とを更に備える。一例のレーザ構造では、前記ブリッジング部分は前記レーザ発光部分と前記接触支持部分との間に接続されている。一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層は前記ブリッジング部分内に及ぶように延びかつ前記接触支持部分内に及ぶように延びている。一例のレーザ構造では、前記接触支持部分内の前記第１の電流遮断層は非酸化部分を含む。一例のレーザ構造では、前記垂直構造の一部はプロトン注入されている。一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層の少なくとも一部は露出している。一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層の露出した部分は酸化されている。一例のレーザ構造はＶＣＳＥＬからなる。

本発明の一実施形態は、基板と、前記基板に支持され、レーザ発光部分を含む垂直構造であって、前記レーザ発光部分が活性領域と、前記活性領域の上と下にそれぞれ配置された第１の電流遮断層及び第２の電流遮断層とを含むものであり、前記活性領域が前記第１の電流遮断層の非酸化部分及び前記第２の電流遮断層の非酸化部分にほぼ垂直に位置合わせされている、前記垂直構造と、前記レーザ発光部分に電気的に接続された導体とを備えるレーザ構造を提供する。

一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層及び前記第２の電流遮断層の各非酸化部分は高濃度のアルミニウム（Ａｌすなわち酸化されていないアルミニウム）を含有しており、前記第１の電流遮断層及び前記第２の電流遮断層の各酸化部分は高濃度の酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を含有している。一例のレーザ構造では、前記第１の電流遮断層の非酸化部分及び前記第２の電流遮断層の非酸化部分は共同して少なくとも電流経路の一部を区画する。一例のレーザ構造はＶＣＳＥＬからなる。一例のレーザ構造では、前記導体は、前記レーザ発光部分からの光が通過可能なアパーチャを区画する環状部分と、前記環状部分と電気的に接続された導電性ストリップと、前記導電性ストリップと電気的に接続された接続パッドとを備える。一例のレーザ構造は、前記導電性ストリップを支持するブリッジング部分と、前記接続パッドを支持する接触支持部分とを更に備える。一例のレーザ構造では、前記垂直構造の一部はプロトン注入されている。

本発明の別の例は、第１の電気接触部と第２の電気接触部との間に配置された活性領域を含む垂直キャビティ面発光レーザとすることができるレーザを提供する。第１の電気接触部と第２の電気接触部の間に第１の電流遮断層を設ける。電流遮断層の材料は、酸化剤にさらした場合に酸化するように選択される。本発明は、電流遮断層の第１の酸化領域によって囲まれた第１の電流遮断層の第１の非酸化領域を区画するために、第１の電流遮断層の一部を酸化剤に選択的にさらす第１の手段をさらに含む。第１の電流遮断層の第１の非酸化領域は、活性領域の事前に選択された領域と位置合わせされる。電流遮断層の第１の酸化領域は電気絶縁性であり、電流遮断層の第１の非酸化領域は導電性である。

レーザ構造は、垂直キャビティ面発光レーザとすることができるが、これは本発明のすべての実施形態で必要なわけではない。レーザ構造内に第２の電流遮断層を設けることができ、酸化剤にさらした場合に酸化する材料で作ることができる。本発明のこの例は、第２の電流遮断層の第２の酸化領域によって囲まれた第２の電流遮断層の第２の非酸化領域を画定するために、第２の電流遮断層の一部を酸化剤に選択的にさらす手段をさらに含む。非酸化領域は、レーザの活性領域と位置合わせされる。第１の電流遮断層の場合と同様に、第２の酸化領域は電気絶縁性であり、第２の非酸化領域は導電性である。単一のレーザで酸化領域および非酸化領域の２つの電流遮断層を使用する場合、第１および第２の電流遮断層の非酸化領域は、電流を活性領域の事前に選択された部分を通るように誘導するように位置合わせされる。

本発明の特定の例について以下に説明する。一例では、レーザ構造は基板部分と、基板部分上に配置されたレーザ発光部分と、基板部分上に配置された接触支持部分と、基板部分上に配置されたブリッジング部分とを含む。ブリッジング部分は、レーザ発光部分と接触支持部分との間に接続され、レーザ発光部分内の第１の電流遮断層は縁部が露出されて選択的に酸化されるようになっている。本発明のこの特定の例では、１層または２層の電流遮断層を使用することができる。

本発明のさらに他の例では、レーザ構造の製造中電流遮断層の一部を酸化剤にさらすために、少なくとも１つのエッチングされた凹部がレーザ構造の第１の面からレーザ構造の本体中に延び、第１の電流遮断層を通って延びている。本発明の特定の例では、４つのエッチングされた凹部を使用して、電流遮断層の４つの領域を酸化剤に選択的にさらすことができる。

以下では、本発明の特定の実施形態について説明するが、本発明の利点を利用するために代替構成も使用可能であり、それらの代替構成は本発明の技術思想の範囲内に含まれるとみなすべきであることを理解されたい。

本発明は図面と共に好ましい実施形態の説明を読めばよりよく理解できよう。好ましい実施形態の説明全体を通して、同様の構成要素は同様の参照番号で識別する。
図１は、上記で引用した「Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｌａｎａｒｉｚｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｒａｙｓ」と題する論文（１５６２巻）で図１として特定されているものとほぼ同様の透視図を示す図である。図１に示す透視図は、当業者に周知の垂直キャビティ面発光レーザ１０の典型的な構造を示している。Ｎ型電気接触部１４の上にガリウムヒ素基板１２が配置されている。基板１２上に第１のミラー・スタック１６と下部グレーデッドインデックス領域１８が連続的に層状に配置されている。量子井戸活性領域２０が形成され、活性領域２０の上に上部グレーデッドインデックス領域２２が配置されている。活性領域の上に上部ミラー・スタック２４が形成され、Ｐ型導電層２６が電気接触部を形成する。上部接触部２６から下部接触部１４まで電流を流すことができる。この電流は活性領域２０を通る。図１中の矢印は、上部接触部２６内のアパーチャ３０を通る光の通過を図示している。図１の他の矢印は、上部接触部２６からミラー・スタック２４と活性領域２０を通って下方に流れる電流の通過を示す。水素イオン注入４０が電気抵抗材料の環状領域を形成する。導電材料の中央開口部４２は、イオン注入プロセス中にダメージを受けないままである。

その結果、上部接触部２６から下部接触部１４まで通る電流が、強制的に導電性開口部４２を通って流れ、それによって活性領域２０の事前に選択された部分を通るように選択的に誘導される。図１に示す構造は、当業者に周知であり、垂直キャビティ面発光レーザにおける電流閉じ込めを実現するための一般に受け入れられた方法である。本発明は、図１に示す構造に代表されるＶＣＳＥＬを製作するのに必要な技法の改良を提供する。

上記で引用した特許および論文に記載されている各レーザ構造は、電気抵抗がより小さい領域を囲む電気抵抗を増加させたダメージを受けた環状領域を形成するために、何らかのタイプのイオン照射または注入を使用する。この環状構造は、電流をレーザ内の活性領域の事前に選択された部分を通るように誘導する。本発明は、従来技術の項で記載したこれらの技法から脱却したものである。

図２に、本発明により製作されたレーザ構造のかなり単純化された略図を示す。電気接触部１４を備えた基板１２が設けられる。上部接触部２６も設けられ、この上部接触部２６はその厚みを貫通する開口部３０を有する。図２に示すレーザ構造の中央部に活性領域２０が破線で表されている。２つの接触部１４と２６の間に電源５０が接続され、レーザ構造の様々な層を通る電流の流れを引き起こす。

以下の本発明の好ましい実施形態の説明全体を通じ、コンダクタンスを変えるように酸化された層の使用の見地からその構造を図示し、説明する。しかし、これと同じ目的は、層を酸化するのではなく選択的に除去するエッチング剤の使用によっても達成可能であることを理解されたい。事前に選択された層に所望の効果を生じさせるためにいずれの方法でも使用することができる。当然ながら、酸化プロセスを使用する場合は、酸化剤を使用して層内の材料を酸化させることになる。他方、エッチング・プロセスを選択した場合は、エッチング剤を使用して、事前に選択された層を選択的にエッチングすることになる。

本発明の基本概念は、酸化剤やエッチング剤などの事前に選択された作用剤にさらすことによって表面下の部分を変化させた場合にほぼ平坦な面を維持するのに必要な結合構造である。いずれの場合も、事前に選択された層が高濃度のアルミニウムを使用して形成される。このアルミニウムの濃度によって、事前に選択された層が特に酸化またはエッチングを受ける。エッチングでは事前に選択された層が除去された空隙が残されるのに対し、酸化では酸化アルミニウムの層が残ることになる。いずれのプロセスも効果的な光閉じ込めと電流閉じ込めを実現することができる。本発明の概念は、この２つのプロセスを両方とも含む。

本発明を実現するために選択的エッチングを選択した場合、塩酸またはフッ酸を使用して層状のＡｌＧａＡｓ構造内に高アルミニウム層を形成することができる。選択的エッチング・プロセスは不十分なため、エッチングの後の露出された縁部は、構造内に深くエッチングされた最高濃度のアルミニウム層とあまりエッチングされないより低濃度のアルミニウム層とがある櫛の歯に似た形になる可能性がある。この細かい櫛状の構造を除去するために、選択的エッチングの後に、非選択的エッチングを行うことができ、それによって平滑な縁部ができることになる。

図２の参照を続けると、２つの電流遮断層が図示されている。第１の電流遮断層１００は、酸化剤が存在すると酸化する材料でできている。本発明の特定の実施形態では、この材料はＡｌ_xＧａ_1-xＡｓとすることができ、ｘは０．９０より大きい。図２には、第２の電流遮断層１０４も図示されているが、本発明の特定の実施形態は単一の電流遮断層のみを使用することができることを理解されたい。２つの電流遮断層１００および１０４の使用は、特定の実施形態ではきわめて有利であるが、本発明のすべての適用分野で２つの層が必要なわけではない。中央開口部１０１および１０５は、電流遮断層の酸化されないままの部分であり、したがって導電性である。電流遮断層の酸化された部分は、電気的に絶縁性になり、それによってそれぞれの厚みを横切る電流の流れが阻止される。その結果、上部接触部２６から下部接触部１４に流れる電流は、強制的に矢印で示された方向に通る。この漏斗形の電流により、電流は上述の従来技術のレーザ構造における電流経路とほぼ同様に活性領域２０の事前に選択部分を通って流れる。

図２を続けて参照すると、レーザ構造の基板１２の上方に延びる部分が、構造の側面で縁部が露出した複数の層を含む場合、酸化剤にさらすことによって、酸化を受ける材料でできた領域が選択的に酸化される。この酸化は構造の縁部から始まる。８０℃の水蒸気で飽和させた窒素ガスなどの適切な酸化剤を選択し、４００℃でウエハの上に流し、酸化の期間を調整することによって、図２の参照番号１０１および１０５で識別されているような酸化されない中央領域を持つ環状の酸化された構造を形成することができる。しかし、図２に示すような構造には重大な製造上の問題がある。電源５０と電気接触部１４および２６の間に電気接触が形成されるように、何らかの手段を設けなければならない。このタイプのほとんどの構造では、電源５０と導電パッド１４との間の電気接触は容易に実現可能である。しかし、基板１２から上方に延びる構造のサイズがきわめて小さいため、電源５０と上部電気接触部２６との間の接続は困難である。この難点は、電流遮断層１００および１０４の形成に使用する方法を問わず存在する。本発明は、電源５０と上部電気接触部２６との間の接続を容易にする手段を提供する。

図３（Ａ）は、本発明の原理により製作されたレーザ構造の上面図である。基板１２が、３つの部分を含む垂直構造を支持している。レーザ発光部分１１０と接触支持部分１１４が、ブリッジング部分１１８によって接続されている。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す構造の側面図である。

図３（Ｂ）では、レーザ構造の特定の層の縁部が図示されている。レーザ発光部分１１０、接触支持部分１１４、およびブリッジング部分１１８は、活性領域、上部および下部ミラー、グレーデッドインデックス領域、および接触部分を形成する複数の層を含むことを理解されたいが、図３（Ｂ）は本発明の第１および第２の電流遮断層のみが図示された単純化された図である。第１および第２の電流遮断層１００および１０４は、レーザ構造の活性領域の上と下に配置されている。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に関して上述したものと同じ構造であるが、電流遮断層が選択的に酸化された後の構造を示す。図４（Ａ）は、上部、または第１の電流遮断層１００を通って切り取った図４（Ｂ）の断面図である。電流遮断層の酸化は基板１２上の垂直構造の縁部から始まるため、縁部が酸化剤にさらされると、酸化はそれらの縁部から内部に向かって進む。酸化領域は外側の縁部から成長し、時間の経過とともに内部に向かって進み、上記で図２の参照番号１０１および１０５で識別した部分のように非酸化部分を取り囲む。図４（Ａ）では、レーザ発光部分１１０の非酸化領域が参照番号１３０によって識別されている。酸化は構造のすべての部分で一定した速度で進むため、接触支持部分１１４の非酸化部分１３４も存在することになる。ブリッジング部分１１８は、他の２つの部分よりも幅が狭く、完全に酸化される。図４（Ａ）に示す酸化と非酸化の程度は、使用する酸化剤と酸化プロセスが行われる温度の両方の関数である事前に選択された時間、この構造が酸化剤にさらされた結果である。この目的のためには多くの異なる選択肢がある。レーザ発光部分１１０の非酸化部分１３０は、活性領域のうちの事前に選択された部分を流れるように電流を誘導する電流経路となる。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に、その先の処理が完了した後の図４（Ａ）および図４（Ｂ）の構造を示す。図５（Ａ）では、レーザ発光部分１１０、接触支持部分１１４、およびブリッジング部分１１８の上面上に、チタン：金などの導電材料が堆積されている。導電材料は、環状形状１４０に形成されてアパーチャ１４４を形成し、このアパーチャを通ってレーザ発光部分１１０から光を放出することができる。接触支持部分１１４上には、電気パッド１４８が、周知のワイヤ・ボンディング技法によって、パッド１４８と、図２で参照番号５０で識別されているもののような電源との間の接続を容易にするのに十分な大きさに形成される。環状接触部１４０と接続パッド１４８との間には、ブリッジング部分１１８に渡って導電ストリップ１５０が延びている。これによって、より大きな導電パッド１４８と、アパーチャ１４４を囲む環状導体１４０との間の電気接触が可能になる。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のレーザ発光部分１１０、ブリッジング部分１１８、および接触支持部１１４の中心を通るＶＢ−ＶＢ線で切り取った断面図である。その結果、第１および第２の電流遮断層１００および１０４が、図４（Ａ）に関して前述し、参照番号１３０で示した導電部分と共に示されている。電流遮断層のこの導電部分によって、電流が矢印で示すように上部接触部１４０から活性領域２０を通って流れることができる。レーザ発光部分１１０の大きさはきわめて小さいが、より大きな接触支持部分１１４によって、デバイスを周知のワイヤ・ボンディング技法により電源に接続することができるようにするための比較的大きな接触パッド１４８を設けることができる。ブリッジ部分１１８は、接触支持部分１１４からレーザ発光部分１１０まで延びる電気導体１５０の物理的な支持となる。レーザ発光部分内およびその周囲の狭い領域と、接触パッド内の狭い領域とを除く、すべての領域へのプロトン注入などの追加のステップによって、デバイス間電気絶縁を行うことができ、デバイスのキャパシタンスを最小限にすることができる。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ａ）、および図５（Ｂ）に示す本発明の実施形態で、本発明の一実施形態について説明した。以下では、特定の応用分野で好適な他の実施形態について説明する。

図６（Ａ）に、図１に関して前述した周知の層を含むレーザ構造の上面図を示す。このレーザ構造１６０は、エッチングされた複数の開口部１７１〜１７４が延びている上面を有する。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図であり、開口部のエッチングの深さの例が図示されている。この断面図は、図６（Ａ）のエッチングされた開口部１７３および１７４を通って切り取った断面である。開口部は、第１の電流遮断層１００と、活性領域２０と、第２の電流遮断層１０４とを通って下方に延びている。当然ながら、単一の電流遮断層１００を使用する場合、エッチング開口部はその層内のみに延びていればよい。開口部１７１〜１７４があることによって、電流遮断層が開口部と交差する電流遮断部の縁部が露出する。開口部１７１〜１７４内に酸化剤を入れることによって、電流遮断層のこれらの縁部の酸化を開始させることができる。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）に、このプロセスの効果を示す。図７（Ｂ）では、酸化領域２００および２０４を有する電流遮断層１００および１０４が示されている。これらの酸化領域は、開口部１７３および１７４に酸化剤が入っている時間の関数として、開口部から広がる。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の開口部１７３および１７４を通るＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線で切り取った断面図である。図７（Ａ）には、遮断層１００が存在する領域を通って切り取られたデバイスの横断面が図示されている。この図には、図７（Ａ）で斜線の円として図示され、参照番号２００〜２０３によって識別されている酸化領域の外側への成長が示されている。開口部から外側に向かう成長は、ほとんどの場合、完全な円形であるとは予想されないことを理解されたい。実際には、異なる方向への異なる酸化速度またはエッチング速度を利用して、非酸化領域または非エッチング領域の幾何形状を修正することができる。しかし、本発明の基本原理を示すために、図７（Ａ）では酸化領域は概ね円形の斜線で図示されている。図７（Ａ）に示す４つの酸化円２００〜２０３によって、非酸化領域が囲まれている。この中央の非酸化領域は、酸化領域によって閉じ込められ、電流が活性領域２０を通って下方に流れるときに、閉じ込められた電流が流れることができる電流経路として機能する。言い換えると、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、および図７（Ｂ）に示すデバイスの基本動作原理は、上述のものと同じであるが、その動作モードを実現する実施形態が異なる。この構造の外側縁部を露出させて電流遮断層を酸化するのではなく、穴をエッチングして穴内で縁部を露出させ、エッチングされた穴の中に酸化剤を入れることによって酸化を行う。４つの酸化パターンを配置して、図７（Ａ）に示すように非酸化部分を囲む。いずれの場合も、得られる有利な結果は同様である。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）に、さらに処理した後の図７（Ａ）および図７（Ｂ）のデバイスを示す。デバイスの上面にチタン：金などの導電材料を堆積させる。この材料は、環状部分３００と、より大きな接触パッド３０４を有する。この２つの部分は、図のようにストリップ３０８によって接続されている。レーザ発光部分内およびそれを囲む狭い領域と、接触パッド内の狭い領域を除くすべての領域内へのプロトン注入などの追加のステップによって、デバイス間電気絶縁を行い、デバイスのキャパシタンスを最小限にすることができる。上面上の接触部によって、周知のワイヤ・ボンディング技法による電源との接続が容易になり、電流遮断層の酸化部分内の開口部を通って下方に電流が流れる。この電流の流れは、図８（Ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿った断面図である図８（Ｂ）に矢印で示されている。

本発明について特に本発明の好ましい実施形態を例示するように説明したが、他の実施形態も本発明の範囲に含まれることを理解されたい。

従来技術の垂直キャビティ面発光レーザを示す図である。 本発明を示す略断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施形態を示す図である。 図３（Ａ）および（Ｂ）に示す実施形態の製造における中間ステップを示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）図４（Ａ）および（Ｂ）に記載のデバイスの後の製造段階を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は本発明の第２の実施形態を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は図６のデバイスの開発の後の段階を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は図７に示すデバイスの開発の後の段階を示す図である。

Claims (16)

1. レーザ構造であって、
   基板と、
   前記基板に支持された垂直構造であって、当該垂直構造が導電部分及び非導電部分を含む接触支持部分と、当該接触支持部分よりも幅が狭く、当該接触支持部分に物理的に接続された非導電性のブリッジング部分と、当該ブリッジング部分よりも幅が広く、当該ブリッジング部分に物理的に接続されたレーザ発光部分とを含むものであり、前記レーザ発光部分が活性領域と、前記活性領域の上と下にそれぞれ配置された第１の電流遮断層及び第２の電流遮断層とを含むものであり、前記活性領域が前記第１の電流遮断層の導電部分及び前記第２の電流遮断層の導電部分に垂直に位置合わせされている、前記垂直構造と、
   前記レーザ発光部分に電気的に接続された導体とを備え、当該導体が、
   前記レーザ発光部分からの光が通過可能なアパーチャを区画する環状部分と、
   前記垂直構造の前記ブリッジング部分に支持されるとともに、前記環状部分と電気的に接続された導電性ストリップと、
   当該導電性ストリップと電気的に接続された接続パッドであって、当該接続パッドが前記垂直構造の前記接触支持部分の前記導電部分の上に配置された部分を有するように前記垂直構造の前記接触支持部分に支持された前記接続パッドとを備えたものであるレーザ構造。
2. 前記第１の電流遮断層の大部分が酸化されている請求項１に記載のレーザ構造。
3. 前記導体はチタンまたは金である請求項１に記載のレーザ構造。
4. 前記導体は前記レーザ発光部分の非酸化部分に電気的に接続されている請求項１に記載のレーザ構造。
5. 前記ブリッジング部分は前記レーザ発光部分と前記接触支持部分との間に接続されている請求項１に記載のレーザ構造。
6. 前記第１の電流遮断層は前記ブリッジング部分内に及ぶように延びかつ前記接触支持部分内に及ぶように延びている請求項１に記載のレーザ構造。
7. 前記接触支持部分内の前記第１の電流遮断層の前記導電部分は非酸化部分を含む請求項６に記載のレーザ構造。
8. 前記第１の電流遮断層の少なくとも一部は露出している請求項１に記載のレーザ構造。
9. 前記第１の電流遮断層の露出した部分は酸化されている請求項８に記載のレーザ構造。
10. 前記第１の電流遮断層及び前記第２の電流遮断層の各導電部分は高濃度のアルミニウム（Ａｌ）を含有しており、
    前記第１の電流遮断層及び前記第２の電流遮断層の各非導電部分は高濃度の酸化アルミニウム（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）を含有している請求項１に記載のレーザ構造。
11. 前記第１の電流遮断層の非酸化部分及び前記第２の電流遮断層の非酸化部分は共同して少なくとも電流経路の一部を区画する請求項１に記載のレーザ構造。
12. 前記レーザ構造がＶＣＳＥＬからなる請求項１に記載のレーザ構造。
13. 前記垂直構造の一部はプロトン注入されている請求項１に記載のレーザ構造。
14. 前記第１及び第２の電流遮断層の前記導電部分は、当該第１及び第２の電流遮断層中に区画されたエッチングされた空隙を備える請求項１に記載のレーザ構造。
15. 前記第１及び第２の電流遮断層の前記導電部分は、当該第１及び第２の電流遮断層の非酸化部分を備える請求項１に記載のレーザ構造。
16. 前記第１及び第２の電流遮断層のうちの一つはＡｌ _x Ｇａ _1-x Ａｓでできている請求項１に記載のレーザ構造。

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