JPH0613710A - 面発光レーザ装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
することのできる面発光レーザ装置を提供することであ
る。 【構成】 一対のリフレクタスタック21、22の間に
配置された活性領域20Aを有する面発光レーザにおい
て、前記活性領域の周囲の隣接領域24は、前記活性領
域との間で光閉じ込めインターフェースを形成するよ
う、前記活性領域20Aよりも低い屈折率を有する材料
からなることを特徴とする。
Description
いしきい値電圧と高い光出力を有する面発光レーザ装置
とその製造方法に関する。
率が低いことである。抵抗性のリフレクタスタックを通
過する電力は光を生成するよりも熱を発生することに費
やされ、この発生した熱がレーザ装置の動作特性を悪く
する。このように電気的抵抗を少なくして光出力を大き
くする面発光レーザが必要とされている。図1に従来の
面発光レーザの断面図が示されている。この従来の面発
光レーザ装置9は、一対の分散型ブラグリフレクタスタ
ック11、12の間に配置された活性領域10を有す
る。そして、これらは半導体基板13(例えば、n型G
aAs)の上に形成される。この内側の分散型ブラグリ
フレクタスタック11がAlGaAsとAlAsの層を
周期的に含む。分散型ブラグリフレクタスタック11の
層は、半導体基板13と同一の不純物でドープされてい
る。この活性領域10は、障壁層と量子井戸層とを交互
に含む。例えば、AlGaAsとGaAsの層を交互に
含む。別法として、活性領域は、GaAsヘテロ構造で
もよい。外側の分散型ブラグリフレクタスタック12
は、p型のAlGaAsとAlAsとの周期的な層から
形成される。活性領域10の周囲の量子井戸層14は、
イオン注入により非導電性で高抵抗となる。オーミック
接点15、16が分散型ブラグリフレクタスタック1
2、半導体基板13にそれぞれ形成されて、活性領域1
0への電流通路を提供する。
する。オーミック接点15と16の間に電圧がかかる
と、それらの間に電流が流れ、量子井戸層14によりチ
ャネルが形成されて、電流が活性領域10に流れる。こ
の活性領域10で生成された光は、分散型ブラグリフレ
クタスタック11と12との間で反射されて、その一部
が分散型ブラグリフレクタスタック12から放射され
る。この従来の面発光レーザ装置の問題点は、分散型ブ
ラグリフレクタスタック12が、オーミック接点15と
活性領域10との間の導電通路内に配置されていること
である。この分散型ブラグリフレクタスタック12は抵
抗性である。従って、レーザ発振させるに必要なしきい
値電圧が増加し、光エネルギーに変換される効率が減少
する。そして、このレーザ装置は抵抗性の電力損失によ
り加熱されて、レーザ性能の低下に結び付く。
は、電流通路の抵抗を減少させて、光出力を増加するこ
とのできる面発光レーザ装置を提供することである。
するために、活性領域20周囲の成長層をエッチングに
より除去して、活性領域より低い屈折率を有する材料層
(24)を再成長させる。低損失エッチングとin−s
itu再成長または再成長後の水素プラズマクリーニン
グのいずれかを用いて、光絶縁を改良し、ヒートシンク
特性を改良できる。その結果、この面発光レーザ装置は
低電圧でレーザ発振し、従来の装置に比較して、より強
い光出力を出すことができる。
明の面発光レーザ装置19の断面図である。これは一対
の内部反射スタック21と外部反射スタック22との間
に配置された活性領域20Aを有する。図2において、
活性領域20Aの周囲部分はエッチングにより取り除か
れて、壁20Bが残っている。活性領域20Aの屈折率
よりも低い屈折率を有する材料の再成長層24Aと24
Bを再成長させる。活性領域20Aの周辺の外部反射ス
タック22の一部分が同時にエッチングにより除去さ
れ、再成長による再成長層24Aが外部反射スタック2
2の上に伸びて、平面表面を形成する。SiO2のマス
ク50が活性領域20Aの上にある外部反射スタック2
2の上に形成される。
壁20Bで反射表面として機能する。かくして、壁20
Bのインターフェースは、活性領域の光閉じ込めの機能
を強化する。この活性領域20Aへの電流の閉じ込め
は、再成長層24Bを非導電性にすることにより行わ
れ、一方、再成長層24Aは導電性を有する。かくし
て、再成長層24Aを流れる電流は活性領域20Aを通
るようにチャネル化される。再成長層24Aと24Bは
単一層として成長し、この層の内側の再成長層24B
は、深イオン注入により非導電性となって、再成長層2
4Bとなる。再成長層24Aは十分な導電性を有するド
ープされた層として成長し、オーミック接点となり、電
流通路を活性領域20Aに形成する。このオーミック接
点25と26はそれぞれ再成長層24Aと半導体基板2
3の上に形成されて、チャネル電流を提供する。
レーザ装置であるが、再成長層は第1導電型(p型)の
外部層24Cと内部層24Eを有し、これらは逆の導電
型(n型)のn型中間層24Dを挟む。この再成長層
は、かくして、一対のpn接合部30、31を含み(上
部からみると、30はpn接合で、31はnp接合とな
る)、これらは電流がp型外部層24Cからp型内部層
24Eに流れるのを排除する。ここで、p型内部層24
Eの屈折率は光を活性領域に閉じ込めるように選択され
る。電流は活性領域にpn接合部31により閉じ込めら
れる。
層40と中間量子井戸領域41と真性閉じ込め層42と
を含む。n型中間層24Dのpn接合部31はp型閉じ
込め層40の下にはならない。レーザから離れた成長層
の部分はイオン注入により非導電化し、エッチングによ
り除去されて電気的に個別のレーザを絶縁させる。図
2、3の構造を形成する方法を、図4のブロック図でも
って示す。図4のAに示すように、第1ステップは半導
体基板23を提供し、この半導体基板23に一連の層で
ある、内部反射スタック21、活性領域20、外部反射
スタック22がエピタキシャル成長される。これらの層
は、MBEでもって形成される。好ましくは半導体基板
23はn型GaAsである。内部反射スタック21は3
0周期の層からなる階段分布型ブラグリフレクタとして
成長する。各周期は515A(オングストローム)のA
l0.16Ga0.84As、99AのAl0.58Ga0.42As、
604AのAlAs、99AのAl0.58Ga0.42Asか
らなる。このAlGaAs層はn型の不純物(シリコ
ン)を3×1018cm-3の濃度でもってドープしてい
る。
の上に真性Al0.16Ga0.84Asの真性閉じ込め層42
として成長することもできる。この真性閉じ込め層42
の厚さは定在波の中央波腹が量子井戸とオーバーラップ
するように選択される。この実施例において、その厚さ
は約890Aである。真性閉じ込め層42の上に成長し
た中間量子井戸領域41は5個の量子井戸を有する。そ
れらは70AのGaAsの井戸層と70AのAl0.16G
a0.84Asのバリア層である。このp型閉じ込め層40
の上にp型不純物(Be)を1×1017cm-3の濃度で
ドープした890AのAl0.16Ga0.84As層が形成さ
れる。この外部反射スタック22は、p型閉じ込め層4
0の上に成長される。この外部反射スタック22は内部
スタックと類似で、但し、外部反射スタック22はBe
でp型(Beで3×1018cm-3の濃度でもって)にド
ープされ、光が放射されるように、内部反射スタック2
1(30周期)より少ない周期(例、20周期)を含
む。
ピース(半導体基板)の外側表面に選択的に覆われるマ
スク50を形成し、ここにレーザの活性領域20Aが形
成される。このようにして得られた構造が図6に示され
ている。このマスク50は、10−20μmの直径の部
分で、その厚さが3000−6000Aの二酸化シリコ
ンで、プラズマ強化CVDにより形成され、従来のホト
リソグラフィ技術によりパターン化される。この二酸化
シリコンマスクは製造中レーザ活性領域を規定し、さら
に製造後はレーザ面の上に透明な保護を提供する。好ま
しくは、その厚さはレーザ波長の二分の一波長プレート
として機能するよう選択される。
反射スタック22の領域と活性領域20Aの周囲の活性
領域20とをエッチングにより除去する。好ましくは、
内部反射スタック21の上位周辺領域は同時にエッチン
グ除去するのがよい。このエッチングは反応性イオンエ
ッチング、イオンビームエッチング、あるいは化学補助
イオンビームエッチング等で行われる。好ましくは、こ
のエッチングは非選択的、低損失異方性エッチングで、
ドライエッチングにより行われる。例えば、エレクトロ
ン、サイクロトロン共鳴(ECR)である。このエッチ
ングステップの間、その深さはモニタする必要がある。
エッチングの間、正確に深さをモニタすることによりレ
ーザ反射機構が形成される。このエッチング後の構造が
図7に示されている。
24(AlGaAs)をエピタキシャル再成長させて、
エッチング除去された層を充填する。この材料成分は屈
折率が活性領域20Aの屈折率よりも低くなるように選
択され、反射表面を形成するためである。好ましくは、
この屈折率の差は0.1のオーダー以上である。好まし
くは、再成長材料はAl0.41Ga0.60Asである。再成
長は様々なプロセス、例えば、MBE、ケミカルビーム
エピタキシ、MOCVD、あるいはガスソースMBEに
より行われる。この再成長は以下の何れかの方法により
行われる。すなわち、エッチング後真空を戻さずにin
−situで、あるいはエッチング後大気への露出が行
われるならば、再成長の前に水素プラズマクリーニング
を併用するの何れかである。
は、エッチング後ワークピースは真空中でECRチャン
バから加熱チャンバに移されて、そこで、250−50
0℃で2×10-11トール真空で20分間加熱されて、
表面に分解生成物を、及び物理吸収ガスを分解するため
に行われる。その後、このワークピースは真空中で成長
チャンバ(MBEチェンバ)内に移送される。この成長
チャンバ内でワークピースは約640℃でAsの過圧下
で10分間加熱される。その後、このワークピースの温
度は、580−700℃に調節されて、AlGaAsの
成長が開始される。図2の構造においては、非導電性層
24はp型ドープのAlGaAsである。図3の構造に
おいては、再成長の間ドーパントが挟まれて、p−n−
pの構造のp型外部層24C、n型中間層24D、p型
内部層24Eが形成される。
しないが、再成長の前に水素プラズマクリーニングプロ
セスを用いる。エッチングステップの後、大気に露出さ
れると、このワークピースは、ECRチャンバに導入さ
れて、水素プラズマプロセスが行われ、ワークピースは
ECR層に対し、約80度の方向に傾斜させられる。こ
の基板は約300℃に加熱されて、水素ガスが10−2
0SCCMの流速で導入されて、作動圧力が1−2×1
0-4トールで、マイクロウェーブパワーが100から2
00Wで、30−60分間の間変化する。このプラズマ
処理の後、ワークピースは真空中で他の部屋に移され
て、そこで、250−500℃に20分間加熱されて、
残留物理吸収ガス、あるいは反応生成物を取り除いて、
その表面をアニールする。このサンプルは、その後真空
中でMBEチャンバに移されて、上記の再成長が行われ
る。
は図2の構造にのみ用いられる。このステップは導電性
パスを活性領域20A内に閉じ込めるのに、再成長層2
4Bを非導電化にすることにより行われる。特に、これ
は、深イオン注入、例えば、H+イオンを280KeV
で注入することにより行われる。このようにして得られ
た構造物が図2に示されている。図3の実施例は、再成
長ステップ中で形成されたpn接合により同様な閉じ込
め層を形成する。最終ステップは、オーミック接点2
5、26を非導電性層24と構造物23の裏面に通常の
堆積とホトリソグラフィ技術を用いて形成される。その
後、個別のレーザが深いトレンチにより絶縁される。
は、極めて低いしきい値で、またその光出力は従来の製
品に比較として極めて大きい。
の面発光レーザ装置(カーブ2)とのグラフ上の比較を
表す図である。
ロセスを表すブロック図である。
クピースの図である。
クピースの図である。
クピースの図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 一対のリフレクタスタック(21、2
2)の間に配置された活性領域(20A)を有する面発
光レーザにおいて、 前記活性領域の周囲の隣接領域(24)は、前記活性領
域との間で光閉じ込めインターフェースを形成するよ
う、前記活性領域(20A)よりも低い屈折率を有する
材料からなることを特徴とする面発光レーザ装置。 - 【請求項2】 前記活性領域(24)は、AlGaAs
バリア層の間に配置されたGaAs量子井戸を含み、 前記活性領域の周囲の隣接領域(24)は、前記活性領
域の平均屈折率以下の屈折率を有するAlGaAsを含
むことを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記屈折率の差は、0.1以上であるこ
とを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項4】 前記リフレクタスタック(21、22)
は、AlAs層とAlGaAs層とを含むことを特徴と
する請求項2の装置。 - 【請求項5】 前記隣接領域(24)の一部(24B)
は、イオン注入により非導電性に形成されることを特徴
とする請求項1の装置。 - 【請求項6】 前記前記隣接領域(24)は、電流を活
性領域に閉じ込めるためにpn接合(30、31)を含
むことを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項7】 (a) 半導体基板(23)を提供する
ステップと、 (b) 前記半導体基板(23)の上に活性領域(20
A)を形成する活性層を成長させるステップと、 (c) 減圧環境下でもって、前記活性領域を包囲する
活性層をエッチングにより取り除くステップと、 (d) このエッチングされた基板を大気に曝さずに、
エッチングにより除去された領域(24)に材料を再成
長させるステップとからなることを特徴とする面発光レ
ーザ装置の製造方法。
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