JPH05259575A - 表面放射分布フィードバック半導体レーザダイオード装置にチャープ格子を形成する装置および方法 - Google Patents

表面放射分布フィードバック半導体レーザダイオード装置にチャープ格子を形成する装置および方法

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JPH05259575A
JPH05259575A JP5006212A JP621293A JPH05259575A JP H05259575 A JPH05259575 A JP H05259575A JP 5006212 A JP5006212 A JP 5006212A JP 621293 A JP621293 A JP 621293A JP H05259575 A JPH05259575 A JP H05259575A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、表面放射分布フィードバック半導
体レーザ装置のクラッド層の表面にチャープ格子を形成
する方法を得ることを目的とする。 【構成】単色光からレンズ17，22によって形成された平
坦な波面からバッフル28の第１のスリット32により第１
の平坦な波面を生成し、円筒形レンズ26と第２のスリッ
ト30によって円筒形波面を生成し、平坦な波面36と円筒
形波面34の間に破壊的干渉を直角プリズム44によって生
じさせて単色光のチャープな格子パターンをこの干渉か
ら形成し、材料12の表面48に投射されるようにすること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路の製造方法、
特に表面放射分布フィードバック半導体レーザダイオー
ド装置にチャープ格子を製造する装置および方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】１９７０年代の初め以来、種々の異なる
導波体格子構造を有する表面放射レーザダイオード装置
が研究されている。研究された中で、分布ブラッグ反射
器（ＤＢＲ）および分布フィードバック（ＤＦＢ）装置
が最も魅力的である。ＤＢＲレーザ装置は光子放射のフ
ィードバックをポンプ領域に供給して戻すためにポンプ
領域の端部分に格子を有する。ＤＦＢレーザ装置は光子
放射のフィードバックをポンプ領域に供給して戻すため
にポンプ領域の一方の側に沿って連続格子を有する。現
在まで、主としてＤＢＲ装置が研究されている。しかし
ながら、基体側のヒートシンク付着形態からの高い熱抵
抗により、この装置はパルスモードで動作されなければ
ならなかった。最近、ＤＦＢ装置が発表されている。こ
の装置はエピタキシアル側のヒートシンク付着形態設計
により信頼のできる高パワー連続波動作が約束されてい
る。
【０００３】現在まで、表面放射分布フィードバック半
導体レーザ装置は半導体ウエハのクラッド層表面にエッ
チングされた２次一定周期性格子を形成されている。こ
の型式の格子は２つのビーム干渉を使用してフォトレジ
スト被覆ウエハ表面に光定在波を生成することによって
構成されることができる。ウエハはフォトレジスト露光
格子パターンを半導体ウエハのクラッド層表面に移送す
るためにイオン加工法および化学エッチング法で処理さ
れる。
【０００４】２次一定周期性格子を有する装置は電気的
ポンプ領域に生じる光子放射を２次回折を通して格子表
面からポンプ領域に偏向して戻すことが可能である。こ
の２次回折光子放射は格子溝の１側部に垂直であるそれ
ぞれ反対方向に偏向される。格子の一定周期性により、
これらの反対方向の光子フィールドの振幅は格子表面を
中心として互いに逆対称である。反対のフィールド方向
は破壊的干渉を許容する。これらのフィールドの振幅の
逆対称は格子表面の中心における全ての破壊的干渉およ
びこの格子表面を中心とするこれらのフィールドの対応
する逆対称重畳を生成する。それぞれ反対方向の２次回
折光子フィールドのこの逆対称重畳は逆対称縦モードの
近視野出力強度プロファイルおよび対応する対称２重ロ
ーブ縦モードの遠視野出力強度プロファイルを示す装置
出力ビームを生じ、全ての対称は格子表面を中心として
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】表面放射分布フィード
バック半導体レーザ装置は高パワーの連続波モードで動
作する能力によりＤＢＲ装置より十分に勝る利点を提供
する。しかしながら、２次回折格子放射の破壊的干渉は
このＤＦＢ装置のパワー効率を減少させる。さらに、出
力ビーム強度は２つの遠視野ローブに分割される。した
がって、出力ビーム強度を単一遠視野ローブに集中させ
ながらこの装置のパワー効率を増加することが望まし
い。本発明の主な目的は、表面放射分布フィードバック
半導体レーザ装置にチャープ格子を形成する方法を提供
することである。
【０００６】本発明の別の目的は、ほぼ単一のローブの
縦モード遠視野出力ビーム強度プロファイルを生成する
表面放射分布フィードバック半導体レーザ装置にチャー
プ格子を提供することである。
【０００７】本発明の別の目的は、チャープでない格子
を有する表面放射分布フィードバック半導体レーザ装置
にまさる増加されたパワー効率を示す表面放射分布フィ
ードバック半導体レーザ装置にチャープ格子を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面放射分布
フィードバック半導体レーザ装置にチャープ格子を形成
する手段を提供する。用語「チャープ」は一定でない格
子間隔を言うものである。このチャープ格子を製造する
方法は半導体ウエハの正にドープされたクラッド層の１
表面にフォトレジストを供給することによって開始す
る。フォトレジスト被覆ウエハ表面は屈折率整合流体を
有する直角プリズムの隣接する表面に光学的に接触され
る。２個のスリットを有するバッフルは斜辺面に垂直な
線が２つのバッフルスリットとプリズムの直角の間の中
心点と交差するように直角プリズムの斜辺面の前方に配
置される。さらに、２つのスリットの長さはその和が直
角プリズムの斜辺面の長さより小さいようにされる。
【０００９】円筒形レンズはプリズムと反対側のバッフ
ルのバッフルスリットの１つの前方に配置される。集束
された光ビームは２個のスリットを有するバッフルおよ
び円筒形レンズに対して垂直に向いている。集束ビーム
の１部分は円筒形レンズおよび一方のバッフルスリット
を通過し、プリズムの斜辺面の１部分に入射する円筒形
波面を生成する。集束ビームの別の部分は他方のバッフ
ルスリットを通過し、平坦な波面はプリズムの斜辺面の
別の部分に入射することができる。これらの円筒形波面
と平坦な波面の間のプリズム内における破壊的干渉はフ
ォトレジスト被覆ウエハ表面上に露光されるチャープ格
子パターンを生成する。一度露光されると、ウエハは所
望の格子プロファイル深度および滑らかな格子表面をそ
れぞれ生成するためにイオン加工法および湿式化学エッ
チング法で処理される。
【００１０】このチャープ格子を表面に含むことによ
り、レーザ装置はほぼ単一のローブの縦モード遠視野出
力ビーム強度プロファイルおよびチャープでない一定周
期性格子を含む装置にまさる増加したパワー効率を生成
することが可能である。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、単色光のチャープ格子パ
ターンをフォトレジスト被覆半導体ウエハ12に露光する
装置10が示されている。用語「チャープ」は一定でない
格子間隔を表す。この装置10は約１ｍｍの直径を有する
４８８０オングストロームの波長における単色光ビーム
16を出力するアルゴンガスレーザ14を含む。この単色光
ビーム16は顕微鏡対物レンズ17およびピンホールプレー
ト18を具備する標準空間フィルタ方式を用いて拡大され
フィルタ処理される。この空間フィルタ方式は収斂レン
ズ22を通る拡大ビーム20を生成し、収斂レンズ22によっ
て平坦な波面24を有する単色光ビームが生成される。
【００１２】円筒形レンズ26は２個のスリットを有する
バッフル28の一方のスリット30の前方に配置される。平
坦な波面の１部分は円筒形レンズ26を通過し、バッフル
スリット30を通過する円筒形波面34を生成する。平坦な
波面の別の部分は第２のバッフルスリット32を通過し、
小さい直径の平坦な波面36を生成する。２個のスリット
を有するバッフル28は円筒形波面34が斜辺面の１領域35
に入射され、平坦な波面36が斜辺面の別の領域37に入射
されるように直角プリズム40の斜辺面38の前方に配置さ
れる。円筒形レンズ26はバッフルスリット30,32 のいず
れか一方の前方に配置されることができることに注目す
べきである。さらに、円筒形レンズ26は実質上収斂また
は拡大されることができることに注目すべきである。
【００１３】直角プリズム40内において、円筒形波面は
第１の隣接するプリズム表面44から反射される。この反
射された円筒形波面92は反射されない平坦な波面90と破
壊的に干渉するので、単色光の格子パターンが第２の隣
接するプリズム表面42に生じる。この格子パターンは線
形的に変化する格子間隔、すなわちチャープ状態を有す
る。単色光のこのチャープ格子パターンは第２の隣接す
るプリズム表面42を通って半導体ウエハ12に向って投射
される。円筒形レンズ26がバッフルスリット30,32 の一
方の前方に配置されることができるので、円筒形波面92
または平坦な波面90はそれぞれ上述のように反射されて
も反射されなくてもよいことに注目すべきである。
【００１４】図２を参照すると、２次チャープ格子52を
有する表面放射分布フィードバック半導体レーザ装置構
造50の断面斜視図が示されている。このレーザダイオー
ド装置50は負（Ｎ）にドープされた砒化ガリウム材料化
合物（ＧａＡｓ）基体54上に構成される。多数のエピタ
キシアル層はエッチング停止層56、Ｎ型ＧａＡｓ層58、
Ｎ型砒化アルミニウムガリウム材料化合物（ＡｌＧａＡ
ｓ）クラッド層60、Ｎ型ＡｌＧａＡｓ限定層62、ＡｌＧ
ａＡｓ活性層64および薄い正（Ｐ）にドープされたＡｌ
ＧａＡｓクラッド層66を含んで基体54上に成長される。
Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層66の表面48ではチャープ格
子パターンが露光される。
【００１５】図１を再び参照すると、半導体ウエハ12は
ＧａＡｓ基体54および図２において上述されたエピタキ
シアル層56,58,60,62,64,66 から構成されている。この
ウエハ12の方向はこれらの２つの図で示された対応する
座標軸によって示されている。Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層の表面48は１００ｎｍの厚さのフォトレジストのマ
スクによって被覆され、屈折率整合流体を有して直角プ
リズム40の第２の隣接する表面42に光学的に接触され
る。この屈折率整合流体はフォトレジストで被覆された
ウエハ表面と第２の隣接するプリズム表面46との間に供
給され、第２の隣接するプリズム表面42から導かれた光
によって生じたフォトレジスト被覆ウエハ表面48からの
光の反射を抑制するために使用される。フォトレジスト
材料の屈折率をプリズム40の屈折率に整合することによ
って、この流体はフォトレジスト被覆ウエハ表面48にお
ける屈折率干渉を取除くように作用するので、この表面
からの反射を抑制する。
【００１６】第２の隣接するプリズム表面42から投射さ
れたチャープ格子パターンはフォトレジスト被覆ウエハ
表面48の領域に露光され、この領域の寸法はプリズム40
の寸法に依存する。チャープでない格子およびＡｌＧａ
Ａｓ活性層材料を有する表面放射分布フィードバック半
導体レーザ装置に最適な格子周期性は０．２４μｍ程度
であることが文献（1988年のProceedings of the SPIE
）に記載されている。チャープでない格子に最適なこ
の周期性はこの実施例の線形変化チャープ格子の公称の
格子間隔として使用される。
【００１７】一度露光されると、ウエハ表面はイオン加
工法によって処理され、所望の格子の深度を達成する。
このイオン加工法は加速されたアルゴンイオンによるウ
エハ表面48全体の原子衝撃からなる。この広面積の衝撃
はＰ型ＡｌＧａＡｓクラッド層66の格子パターン露光部
分からある程度の深さのＡｌＧａＡｓ材料の除去をもた
らす。チャープでない格子、ＡｌＧａＡｓ活性層材料、
および０．２４μｍの一定の格子周期性を有する表面放
射分布フィードバック半導体レーザ装置に最適な格子深
度は１００ｎｍであることが文献（IEEE Journal of Qu
antum Electronics,Vol.26,1990 年３月）に記載されて
いる。チャープでない格子に最適なこの格子深度はまた
この実施例の線形変化チャープ格子に使用される。
【００１８】所望の格子深度がイオン加工によって達成
された後、ウエハは湿式化学エッチング法によって処理
される。この化学エッチング法は加速されたアルゴンイ
オンの原子衝撃によって生じたＰ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層66材料の結晶格子構造の損傷を除去ように作用す
る。さらに、この化学エッチング法は格子のイオン加工
された溝の表面を滑らかにする。これらの処理の結果は
線形変化の格子間隔を有する２次格子表面、すなわち２
次チャープ格子をもたらす。
【００１９】図２を再び参照すると、チャープ格子52が
Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層66に構成されると、二酸化
ケイ素（ＳｉＯ2 ）の誘電体マスク68は絶縁および電流
制限のために格子表面上に付着される。ストライプ78は
格子表面76までＳｉＯ2 層68にエッチングされ、金属、
例えば金（Ａｕ）はレーザダイオード構造50のＰ側に対
してオーム接触として作用するようにこのストライプ領
域に蒸着される。クロミウム（Ｃｒ）バリヤ金属層70、
プラチナ（Ｐｔ）72および金74は負のＸ軸方向に低い熱
抵抗を与えるために金ストライプ78およびＳｉＯ2 68の
両領域上に付着される。
【００２０】Ｎ型ＧａＡｓ基体54はＮ型ＧａＡｓエピタ
キシアル層58を露出するウエルを生成するためにフォト
レジストによって被覆され、標準の製造技術を用いて光
学的にパターン化されエッチングされる。金、ゲルマニ
ウム、およびニッケル材料化合物（ＡｕＧｅＮｉ）層94
はレーザダイオード構造50のＮ側に対してオーム接触と
して作用するようにウエルに付着され焼き戻される。別
のフォトレジストマスクはＮ側接触部94に供給され、出
力窓96は標準パターン露光および化学エッチング技術に
よって形成される。この出力窓96は１次回折によって２
次の金で被覆されたチャープ格子表面76から垂直に偏向
された光子放射ビームがレーザダイオード装置50を出る
ことを可能にする。
【００２１】「従来の技術」の項で説明したように、２
次の一定周期性格子を有する装置は格子表面を中心とす
る２次回折光子フィールドの逆対称重畳を生成する。こ
の逆対称重畳は２つのそれぞれ反対方向の２次回折光子
フィールド間の破壊的干渉によって生じられ、その振幅
は格子表面を中心として互いに逆対称である。２次回折
光子フィールドの逆対称重畳は逆対称の縦モード近視野
出力強度プロファイルおよび対応する対称の２重ローブ
縦モード遠視野出力強度プロファイルを示す装置出力ビ
ームを生じる。
【００２２】しかしながら、本発明は２次回折によって
２次の金被覆チャープ格子表面76から偏向された光子フ
ィールドの不均一の重畳を生成する。２次回折光子フィ
ールドのこの不均一の重畳は不均一の縦モード近視野出
力強度プロファイルおよび対応する単一ローブ縦モード
遠視野出力強度プロファイルを示す装置50の出力ビーム
を生じる。さらに、２次回折光子フィールドの不均一の
重畳は減少した破壊的干渉がこれらの視野間で生じるこ
とを可能にするので、装置のパワー効率を増加する。
【００２３】上述の目的は有効に達成され、変化は本発
明の技術的範囲から逸脱することなく上述の装置および
方法によって行われることができるので、添付図面に示
された全ての方法は例示として解釈され本発明を制限す
るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】チャープな格子パターンを半導体ウエハ表面に
露光する装置の概略図。
【図２】チャープな格子表面放射分布フィードバック半
導体レーザダイオード装置構造の断面斜視図。
【符号の説明】
12…ウエハ、17…対物レンズ、22…収斂レンズ、26…円
筒形レンズ、30,32 …バッフルスリット、40…直角プリ
ズム。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単色光の平坦な波面を生成する手段と、 単色光の円筒形波面を生成する手段と、 単色光のチャープな格子パターンがこの干渉から形成さ
    れ、材料表面に投射されるように前記平坦な波面と前記
    円筒形波面の間に破壊的干渉を生じさせる手段とを備え
    ていることを特徴とするチャープな格子パターンを材料
    の表面に投射する装置。
  2. 【請求項２】 平坦な波面を生成する前記手段は、 単色光ビームを生成する手段と、 前記単色光ビームをフィルタ処理する手段と、 前記フィルタ処理された単色光ビームを集束する手段と
    を備えている請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 円筒形波面を生成する前記手段は、 単色光ビームを生成する手段と、 前記単色光ビームをフィルタ処理する手段と、 前記フィルタ処理された単色光ビームを集束する手段
    と、 前記集束されたフィルタ処理された単色光ビームを焦点
    を結ばせる手段とを備えている請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 破壊的干渉を生じさせる前記手段は、 ２個のスリットを有するバッフルと、 直角プリズムとを具備している請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記２個のスリットを有するバッフルは
    前記直角プリズムの斜辺面の前方に配置され、前記平坦
    な波面の１部分は前記２個のスリットを有するバッフル
    の第１のスリットを通過し、前記円筒形波面の１部分は
    前記２個のスリットを有するバッフルの第２のスリット
    を通過し、前記通過された平坦な波面は前記斜辺面の１
    領域に入射され、前記通過された円筒形波面は前記斜辺
    面の別の領域に入射される請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記入射した平坦な波面および前記入射
    した円筒形波面は前記直角プリズム内で破壊的に干渉
    し、前記干渉はチャープな格子パターンを隣接するプリ
    ズム表面に生成する請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記チャープな格子パターンは直角プリ
    ズムの隣接する表面から投射される請求項６記載の装
    置。
  8. 【請求項８】 前記隣接するプリズム表面は前記材料表
    面に光学的に接触されている請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記光学的接触は屈折率整合流体を通し
    て行われ、この屈折率整合流体は前記隣接するプリズム
    表面と前記材料表面の間に配置されている請求項８記載
    の装置。
  10. 【請求項１０】 前記材料表面はフォトレジスト被覆半
    導体ウエハ表面である請求項９記載の装置。
JP5006212A 1992-01-17 1993-01-18 チャープな格子を形成する装置 Expired - Lifetime JP2723438B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US822253 1992-01-17
US07/822,253 US5238531A (en) 1992-01-17 1992-01-17 Apparatus and method for fabricating a chirped grating in a surface emitting distributed feedback semiconductor laser diode device

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Publication Number Publication Date
JPH05259575A true JPH05259575A (ja) 1993-10-08
JP2723438B2 JP2723438B2 (ja) 1998-03-09

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US (1) US5238531A (ja)
EP (1) EP0552028A1 (ja)
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KR (1) KR930017251A (ja)
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