JPH0728090B2 - 光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

光デバイスおよびその製造方法

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JPH0728090B2
JPH0728090B2 JP29169386A JP29169386A JPH0728090B2 JP H0728090 B2 JPH0728090 B2 JP H0728090B2 JP 29169386 A JP29169386 A JP 29169386A JP 29169386 A JP29169386 A JP 29169386A JP H0728090 B2 JPH0728090 B2 JP H0728090B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は光デバイス、特にその動作向上に寄与する光デ
バイスのコーテイングに関する。
技術の背景 誘電体コーテイングは、光デバイスの所望の動作を達成
するにおいて重要な役割を果たしている。例えば、III
−Ｖ族またはII−VI族半導体レーザの切出し面あるいは
発光デバイスや光検出器の表面上の無反射コーテイング
はこれらデバイスの量子効率を向上させるものである。
分散フイードバツクレーザの場合では、無反射コーテイ
ングはフアブリ ペローモードを抑えて単一縦モード放
射を起生することができる。III−Ｖ族またはII−VI族
レーザや発光ダイオードの切出し面上の保護コーテイン
グは、半導体表面での酸化やデバイスを作る原素の蒸発
を防止することができるので、装置の高い信頼性を与え
ている。
上記コーテイングとしては、ZrO2、Al2O3、SiO2またはS
iNxを含む物質が提案されている。SiO2層およびSiNx層
は通常スパツタリングによつて被着されるが、この方法
は半導体表面に損傷を与える。またZrO2膜のような電子
ビームによる付着は大きな損傷を与えることはないが、
通常所望の屈折率にたいする適切な正規組成を得るため
に被着処理において酸素の供給を必要とする。このこと
は層を繰り返し形成することを難しくしている。Al2O3
層は電子ビームにより容易に被着できるが、この層のあ
るレーザの切出し面の反射率の値は大きくなる形状（４
％以上）があり、しかも所望の屈折率を得るために通常
酸素の供給が必要とされる。
以上から本件発明の目的は、III−Ｖ族およびII−VI族
半導体デバイスにおいて高い生産性を有し、デバイス動
作に悪影響を与えない保護コーテイングまたは無反射コ
ーテイングを提供することである。
発明の構成 本件発明の光デバイスのコーテイングは、ZrO2およびイ
ツトリウム、マグネシウムまたはカルシウムのうちから
選択された原素の酸化物からなる。そして本件発明のコ
ーテイングは、上記ZrO2および酸化物からなる物質を提
供する工程、そして半導体デバイス上に膜を被着するた
めに上記物質を電子ビーム蒸着する工程とを含む方法に
よつて与えられる。
発明の実施例 第１図に半導体デバイスが符号10で示されている。当該
デバイスはIII−Ｖ族またはII−VI族レーザ、発光ダイ
オード光検出器である。例として当該デバイスはInPベ
ースの分散フイードバツク（DFB）レーザまたはチヤネ
ル基板埋没ヘテロ構造（CSBH）レーザであつてよい。こ
のような構造は周知であり、従つてここではそれについ
て詳細に示しまたは議論をすることをしない（例えば、
イマイらによる「ｖ溝基板埋没ヘテロ構造InGaAsP/InP
レーザ ダイオート」（Ｖ−Grooved Substrate Burid
Heterostructure InGaAsP/Inp Laser Diodes），富士通
科学技術ジヤーナル,vol,18,ページ541、561,1982年12
月，およびウタカ（utaka）らにろよる「分散フイード
バツク埋没ヘテロ構造InGaAsP/InPレーザ…の室温CW動
作」，エレクトロニクスレター,vol.17,961ページ,1981
年を参照）。レーザの１つの切出し鏡面上に形成された
コーテイング11は、本実施例では厚さλ/4nまたはその
奇数倍の無反射（AR）コーテイングである。ここでλは
放射光の波長およびｎは膜の屈折率である（光検出デバ
イスの場合には、λは受光される光の波長である）。当
該コーテイングについては、以下に詳述される。もう１
つの切出し面には高反射コーテイング12が形成され当該
コーテイングはSiおよびZrO2の相互になつた層のような
物質である。これら２つのコーテイングによつて、レー
ザはコーテイングを形成していない場合よりもより高い
パワーのビームをARコーテイング形成面から放射するこ
とができる。当該レーザが分散フイードバツクタイプの
ものである場合、ARコーテイングはまたレーザ空洞の通
常のフアブリ ペロー モードを抑制し、単一縦モード
放射を発生させる。レーザが光学的に励起されるような
システムでは、レーザの両方の切出し面にARコーテイン
グを形成することができ、レーザ増幅器を提供すること
ができる。
コーテイング11はまたその厚さがλ/2nの奇数倍の場合
には保護コーテイングとなる。この場合、２つの切出し
面は通常その上にコーテイングが形成され、このコーテ
イングは高い光パワーすなわち通常の電流パルスより高
い場合への応用における動作で発生する切出し面の散逸
を防止することができる。
本件発明の主な構成によれば、コーテイング11はそれが
ARコーテイングまたは保護コーテイングとして用いられ
るかどうかにかかわらず、ZrO2とその立方形状を安定化
する追加物質からなる。この追加物質としては、イツト
リウム、マグネシウムまたはカルシウムの酸化物のうち
の１つまたはそれ以上を有いることができる。このよう
なコーテイングは第２図に示すように電子ビーム蒸着に
よつて都合良く被着でき、この処理はZrO2と24で示され
るＹ、MgまたはCaの酸化物のうちの１つまたはそれ以上
との混合物を用いて始められる。該混合物は単結晶から
作成され、また立法形状をしている。このソース物質
は、通常のるつぼ23の中に置かれ、当該るつぼは排気さ
れたベル状広口びん22で覆われている。また広口びん22
の内には例えばフイラメント25のような電子源とレーザ
20を有し、コーテイングが形成されることになる基板21
が置かれている。各レーザはコーテイングが形成されな
いデバイス表面領域上にマスク（図示せず）を有してい
る。電子ビームは26で示すように、ソース物質24に向け
られ、ソース物質を蒸発させ、周知の技術に従つてレー
ザ表面上に被着する（例えば、マグロウヒルビツク カ
ンパニー,New Yorkのエル・アイ・マイセル（L.I.Maiss
el）とアール・グラング（R.Glang）による薄膜技術ハ
ンドブツク（Handbook of Thin Filn Technology）の19
70年,1−50ページを参照）。電子ビーム蒸着は半導体表
面に問題となるような損傷を与えることがなく、またコ
ーテイング厚の装置内でのモニターを可能とする。さら
には、ミリメーターまたはそれ以上の最大の大きさを有
するフラグメント状の単結晶ソース物質の使用は、ガス
の抜けおよび粉末状ソース物質を使用したときにしばし
ば問題となるスパツタリングを防止することができる。
単結晶物質はまた粉末状物質の代わりとしてしばしば用
いられる金属化ペレツト（球）よりも高純度をもつてい
る。
再現性において重要なことは、本件発明による電子ビー
ムによるコーテイングの蒸着が、蒸着チエンバー内への
酸素の供給をすることなしに所望の屈折率（InPを基礎
とする物質については1.6−2.0）を達成できることであ
る。従つて、Al2O3または改善されていないZrO2の使用
と比べて薄膜正規組成制御が問題となることはなく、ま
た高い再現性が達成される。
特定の例として、1.3μｍまたは1.55μｍの光を出すInG
aAsP活性層を有する標準のCSBHレーザが複数個真空チエ
ンバー内に置かれている。置かれたレーザの表面は鏡面
ではないが、本実施例ではステンレスであるが、適切な
マスクで覆われている。蒸着層のソースはフイラメント
のそばに示されているるつぼの中にあり、フイラメント
から放射される電子ビームによつて通常の方法で照射さ
れる。チエンバー内には酸素が導入されない。
ソース物質は、約10モルパーセントのY2O3と90モルパー
セントのZrO2の混合物であるが、Y2O3について８から40
モルパーセントの範囲、ZrO2について60から92モルパー
セントの範囲が可能であり、特に８から12モルパーセン
トの範囲のY2O3と88から92モルパーセントの範囲のZrO2
とが好ましい。
ソース物質の電子衝撃は、1.55μｍの発光デバイス（λ
/2n,2＝1.9）についてはレーザ切出し面の蒸着膜の厚さ
が約4080オングストロームになるまで続けられる。膜の
厚さは水晶発振器によつてモニターされている。
この膜はレーザの電子−光学特性に影響を洗えるもので
はない。コーテイングに対する試験の繰り返しにより、
レーザは膜を有しないものに比べて劣るものではないこ
とが示された。しかし、コーテイングを形成されていな
い通常のレーザは250ミリアンペアの電流に耐えること
ができるが、膜を形成したレーザは動作の問題となるよ
うな劣下を起こさずに１アンペアの電流に対して耐えら
れる。
他の実施例では、活性層が1.55μｍの光を放射するInGa
Asから成る分散フイードバツク レーザの１つの切出し
面にコーテイングを形成するにおいては、同じ方法が行
われる。この例では、しかしながら、蒸着されたコーテ
イングの厚さは約2040オングストローム（λ14n）で、
この層は無反射コーテイングとして働く。
形成されたコーテイングは、コーテイングを形成してい
ないレーザにおいて通常存在するフアブリ ペロー モ
ードの抑圧の結果として単一モード放射を与えることが
見い出される。
上述した特定の実施例は、レーザ切出し面上のコーテイ
ング形成についてのものであるが、本件発明は例えば発
光ダイオードや光検出器のような光デバイスの表面への
コーテイング形成についても応用できるものである。実
施例のデバイスはInP,InGaAsPおよびInGaAsPの多層構造
を有するInP基板内に形成されているが、II−VI族半導
体を含む構造に対して２組、３組または４組およびそれ
以上の組み合わせが適用できることにかかわらず、本件
本発はIII−Ｖ族半導体物質に対しても応用できるもの
である。上述した特定のソース物質に加えて、ZrO2＋Ca
O,ZrO2＋MgOまたはZrO2およびY2O3,CaOとMgOの任意の組
合わせの物質からも良好な結果が得られる。例えば適当
な物質としては、80−85モルパーセントのZrO2と15−20
モルパーセントのCaOまたは84−90モルパーセントのZrO
2と10−16モルパーセントのMgOを含む物質である。
【図面の簡単な説明】
第１図はIII−Ｖ族またはII−VI族半導体デバイスの本
件発明の一実施例における側面図、 第２図は本件発明の他の実施例における本件発明の実施
に用いられる装置の側断面図である。 主要符号の説明 10……半導体デバイス,11,12……コーテイング,20……
レーザ,22……広口びん,23……るつぼ,24……ソース物
質,25……フイラメント,26……電子ビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アランド クワン−ユー チン アメリカ合衆国 07922 ニュージャーシ イ，バークレイ ハイツ，パーク アヴェ ニュー 461 (72)発明者 ジョージ ジョン プルズィバイレック アメリカ合衆国 07080 ニュージャーシ イ，サウス プレインフィールド，レイク ヴュー アヴェニュー 139 (72)発明者 レグランド ジェラルド ヴァン ウィタ ート アメリカ合衆国 07960 ニュージャーシ イ，モリスタウン，テリー ドライヴ ２ (72)発明者 ジョージ ジョン ヅィドヅィック アメリカ合衆国 07832 ニュージャーシ イ，コロンビア，ピー．オー．ボックス 1762，アール．デー．１

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】III−Ｖ族およびII−VI族半導体から選択
    された半導体物質から成り、少なくとも表面の一部に形
    成されたコーテイングを含む光デバイスにおいて、 前記コーテイングがZrO2とイツトリウム、マグネシウム
    またはカルシウムのうちから選択された元素の酸化物と
    を含むことを特徴とする光デバイス。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の光デバイス
    において、該光デバイスが切出し鏡面を有するレーザで
    あり、前記コーテイングが少なくとも上記切出し鏡面の
    １つを覆つていることを特徴とする光デバイス。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の光デバイス
    において、前記コーテイングの厚さが当該デバイスが発
    光または受光する光の波長をλ、該コーテイングの屈折
    率をｎとしてλ/2nの奇数倍であることを特徴とする光
    デバイス。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載の光デバイス
    において、前記コーテイングの厚さが当該光デバイスが
    発光または受光する光の波長をλ、該コーテイングの屈
    折率をｎとしてλ/4nの奇数倍であることを特徴とする
    光デバイス。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項に記載の光デバイス
    において、前記コーテイングが実質ZrO2およびY2O3から
    成ることを特徴とする光デバイス。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載の光デバイス
    において、ZrO2の比率88から92モルパーセントの範囲内
    にあり、Y2O3の比率が８から12モルパーセントの範囲内
    にあることを特徴とする光デバイス。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項に記載の光デバイス
    において、該デバイスは１アンペアの電流パルスに耐え
    得るチヤネル化された基板埋没ヘテロ構造であることを
    特徴とする光デバイス。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第２項に記載の光デバイス
    において、該デバイスは単一縦モードを有する分散フイ
    ードバツク発光レーザであることを特徴とする光デバイ
    ス。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第１項に記載の光デバイス
    において、前記コーテイングの屈折率が1.6から2.0の範
    囲内にあることを特徴とする光デバイス。
  10. 【請求項１０】III−Ｖ族およびII−VI族半導体から選
    択された半導体物質を含み、少なくとも表面の一部にコ
    ーテイングを有する光デバイスの製造方法において、 該方法がZrO2とイツトリウム、マグネシウムおよびカル
    シウムのうちから選択された元素の酸化物とからなる物
    質を真空中に提供する工程、および 上記物質を前記半導体の表面上にコーテイングを被着す
    るように電子ビーム蒸着する工程を含むことを特徴とす
    る光デバイスの製造方法。
  11. 【請求項１１】特許請求の範囲第10項に記載の光デバイ
    スの製造方法において、前記蒸着工程において真空中に
    さらに追加の物質が導入されないことを特徴とする光デ
    バイスの製造方法。
  12. 【請求項１２】特許請求の範囲第10項に記載の光デバイ
    スの製造方法において、前記物質が実質ZrO2およびY2O3
    とから成ることを特徴とする光デバイスの製造方法。
  13. 【請求項１３】特許請求の範囲第12項に記載の光デバイ
    スの製造方法において、ZrO2の比率が88から92モルパー
    セントの範囲内にあり、Y2O3の比率が８から12モルパー
    セントの範囲内にあることを特徴とする光デバイスの製
    造方法。
  14. 【請求項１４】特許請求の範囲第11項に記載の光デバイ
    スの製造方法において、前記膜の屈折率が1.6から2.0の
    範囲内にあることを特徴とする光デバイスの製造方法。
  15. 【請求項１５】特許請求の範囲第10項に記載の光デバイ
    スの製造方法において、前記コーテイングの厚さが該デ
    バイスが発光または受光する光の波長をλ、該コーテイ
    ングの屈折率ををｎとしてλ/2nの奇数倍であることを
    特徴とする光デバイスの製造方法。
  16. 【請求項１６】特許請求の範囲第10項に記載の光デバイ
    スの製造方法において、前記コーテイングの厚さが該デ
    バイスが発光または受光する光の波長をλ、該コーテイ
    ングの屈折率をｎとしてλ/4nの奇数倍であることを特
    徴とする光デバイスの製造方法。
JP29169386A 1985-12-09 1986-12-09 光デバイスおよびその製造方法 Expired - Lifetime JPH0728090B2 (ja)

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JPS62144388A JPS62144388A (ja) 1987-06-27
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