JPH08213712A - 共振器光学装置およびその製造方法 - Google Patents
共振器光学装置およびその製造方法Info
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- JPH08213712A JPH08213712A JP29459295A JP29459295A JPH08213712A JP H08213712 A JPH08213712 A JP H08213712A JP 29459295 A JP29459295 A JP 29459295A JP 29459295 A JP29459295 A JP 29459295A JP H08213712 A JPH08213712 A JP H08213712A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】出力効率の高い共振器光学装置およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】 垂直共振器面発光型などのレーザ共振器
光学装置であって、ブラッグ反射型多層下部ミラーが形
成された基板と、半導体下部スペーサ領域と、活性領域
と、下部ミラーおよび活性領域ならびに下部スペーサ領
域を囲む誘電体領域とを有する。上部スペーサ領域およ
び上部ミラーが活性領域上に設けられている。上部ミラ
ーは、金属端子が設けられた開口部を有している。端子
は、例えばインジウム錫酸化物などの透明かつ導電性を
有する酸化物から形成されている上部スペーサ領域と直
接接触している。
方法を提供する。 【解決手段】 垂直共振器面発光型などのレーザ共振器
光学装置であって、ブラッグ反射型多層下部ミラーが形
成された基板と、半導体下部スペーサ領域と、活性領域
と、下部ミラーおよび活性領域ならびに下部スペーサ領
域を囲む誘電体領域とを有する。上部スペーサ領域およ
び上部ミラーが活性領域上に設けられている。上部ミラ
ーは、金属端子が設けられた開口部を有している。端子
は、例えばインジウム錫酸化物などの透明かつ導電性を
有する酸化物から形成されている上部スペーサ領域と直
接接触している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振器(resonant
cavity)光学装置に関し、特に垂直共振器面発光レーザ
(vetical cavity surface emitting laser)（ＶＣＳＥ
Ｌ）または共振器発光ダイオード(resonant cavity lig
ht emitting diode)、共振器垂直型光学装置(resonant-
cavity vertical optical device)に関する。これらの
装置は、光通信、光並列処理、データ記憶およびディス
プレイ等の様々な応用において有用である。
cavity)光学装置に関し、特に垂直共振器面発光レーザ
(vetical cavity surface emitting laser)（ＶＣＳＥ
Ｌ）または共振器発光ダイオード(resonant cavity lig
ht emitting diode)、共振器垂直型光学装置(resonant-
cavity vertical optical device)に関する。これらの
装置は、光通信、光並列処理、データ記憶およびディス
プレイ等の様々な応用において有用である。
【０００２】
【従来の技術】典型的には、ＶＣＳＥＬは、発光源とな
る活性領域と、活性領域の上下に位置する上下ミラー
と、活性領域と上下ミラーの各々との間に位置するスペ
ーサ領域とを有する。スペーサ領域は、光学的に透明で
あり、ミラーとともに、光学共振器の必要な長さを規定
する機能を有する。この必要な長さとは、レーザによっ
て発生される光の半分の波長の整数倍に設定される。こ
のような光学共振器構造は通常、（Ａｌ，Ｇａ）Ａｓま
たは（Ａｌ，Ｇａ）（Ｉｎ，Ｐ）などの半導体材料から
エピタキシャル成長される。ミラーも同様に半導体材料
からエピタキシャル成長してもよく、また、ブラッグ反
射器（ＤＢＲ）などの金属または誘電体多層構造から構
成されていてもよい。このようなＶＣＳＥＬは、Ｊｅｗ
ｅｌｌ、Ｊ．Ｌ．らの「垂直共振器面発光レーザ：その
設計、成長、製造および特徴付け」ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ、ｖｏｌ２７、Ｎｏ．６、１９９１年６月、第１３３
２〜１３４６頁に典型的に開示されている。ＶＣＳＥＬ
の層構造は、例えばＧａＡｓなどの半導体基板上に形成
され、上部発光型(top emitting)として構成しても、下
部発光型(bottom emitting)として構成しても良い。こ
のようなＶＣＳＥＬにおいては、活性領域の電流供給
を、上下の電極を介して、電流がミラーおよびスペーサ
領域中を流れるように実現することが通常である。この
ことにより、導電性は比較的低くなる。
る活性領域と、活性領域の上下に位置する上下ミラー
と、活性領域と上下ミラーの各々との間に位置するスペ
ーサ領域とを有する。スペーサ領域は、光学的に透明で
あり、ミラーとともに、光学共振器の必要な長さを規定
する機能を有する。この必要な長さとは、レーザによっ
て発生される光の半分の波長の整数倍に設定される。こ
のような光学共振器構造は通常、（Ａｌ，Ｇａ）Ａｓま
たは（Ａｌ，Ｇａ）（Ｉｎ，Ｐ）などの半導体材料から
エピタキシャル成長される。ミラーも同様に半導体材料
からエピタキシャル成長してもよく、また、ブラッグ反
射器（ＤＢＲ）などの金属または誘電体多層構造から構
成されていてもよい。このようなＶＣＳＥＬは、Ｊｅｗ
ｅｌｌ、Ｊ．Ｌ．らの「垂直共振器面発光レーザ：その
設計、成長、製造および特徴付け」ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ、ｖｏｌ２７、Ｎｏ．６、１９９１年６月、第１３３
２〜１３４６頁に典型的に開示されている。ＶＣＳＥＬ
の層構造は、例えばＧａＡｓなどの半導体基板上に形成
され、上部発光型(top emitting)として構成しても、下
部発光型(bottom emitting)として構成しても良い。こ
のようなＶＣＳＥＬにおいては、活性領域の電流供給
を、上下の電極を介して、電流がミラーおよびスペーサ
領域中を流れるように実現することが通常である。この
ことにより、導電性は比較的低くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＶＣＳＥＬが本来固有
に低い光学的量子効率を有することは、このような低導
電性とあいまって、低出力効率を招く。これは、薄い活
性領域を有するＶＣＳＥＬにおいて特に問題となる。な
ぜなら、そのシングルパス光学利得は約１％以下であ
り、レーザ発振を実現するためには非常に高い反射率を
有するミラーを必要とするためである。これは通常、２
０〜３０対もの交互に繰り返す高低の屈折率を有する半
導体層を含むことが可能であるＤＢＲミラーを用いるこ
とによって達成されるが、これは、低導電性の問題を悪
化させる。
に低い光学的量子効率を有することは、このような低導
電性とあいまって、低出力効率を招く。これは、薄い活
性領域を有するＶＣＳＥＬにおいて特に問題となる。な
ぜなら、そのシングルパス光学利得は約１％以下であ
り、レーザ発振を実現するためには非常に高い反射率を
有するミラーを必要とするためである。これは通常、２
０〜３０対もの交互に繰り返す高低の屈折率を有する半
導体層を含むことが可能であるＤＢＲミラーを用いるこ
とによって達成されるが、これは、低導電性の問題を悪
化させる。
【０００４】この問題を緩和するための試みが、米国特
許第５２４５６２２号に開示されている。この特許は、
層構造の電極を少なくとも上部ミラーと上部スペーサ部
材との間に設け、電流を活性領域に導通させることによ
ってレーザ発振を得ている。この構造は、電流を少なく
とも上部ミラーに通す必要を無くす。しかし、この方法
での問題は、４つもの追加的な層を各電極に対して設け
ることが必要である点である。また、このような層は光
学共振器(optical cavity)の一部を規定するため、非常
に高い光学的透明度を必要とし、非常に正確な厚さを有
さなければならない。米国特許第５２４５６２２号にお
いては、このような電極層は典型的には高ドープのＡｌ
ＧａＡｓ層および低ドープのＩｎＧａＰ層を有する。
許第５２４５６２２号に開示されている。この特許は、
層構造の電極を少なくとも上部ミラーと上部スペーサ部
材との間に設け、電流を活性領域に導通させることによ
ってレーザ発振を得ている。この構造は、電流を少なく
とも上部ミラーに通す必要を無くす。しかし、この方法
での問題は、４つもの追加的な層を各電極に対して設け
ることが必要である点である。また、このような層は光
学共振器(optical cavity)の一部を規定するため、非常
に高い光学的透明度を必要とし、非常に正確な厚さを有
さなければならない。米国特許第５２４５６２２号にお
いては、このような電極層は典型的には高ドープのＡｌ
ＧａＡｓ層および低ドープのＩｎＧａＰ層を有する。
【０００５】米国特許第５１１５４４１号は、中心孔を
有する誘電体層が上部多層ミラー上に設けられており、
金属バリア層が誘電体層上に位置しているが中心孔を介
してミラーと電気的に接触している、ＶＣＳＥＬを開示
している。光学的に透明な半導体材料からなる層が金属
バリア層全体に設けられ、レーザの上部電極を形成す
る。光学的透明層は、１×１０3から１×１０5Ω-1ｃｍ
-1の導電性を有し、少なくとも８０％の光透過率および
１０％未満の光吸収率を有する。カドミウム錫酸化物(c
admium tim oxide)およびインジウム錫酸化物(indium t
in oxide)が、このような上部電極を形成する光学的に
透明な半導体材料層の例として記載されている。ＶＣＳ
ＥＬにおいて、インジウム錫酸化物を使用して上部およ
び下部コンタクトを上部ミラーおよび下部ミラーの上側
と下側にそれぞれ形成することが、Ｍａｔｉｎ、Ｍ．
Ａ．ら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１
９９４年２月１７日、ｖｏｌ．３０、第３１８〜３２０
頁に開示されている。しかし、このような構成において
もやはり、電流が上部ミラーおよび上部スペーサ領域を
通ることが要求され、上記の低い導電性が問題となる。
米国特許第５２６６５０３号は、活性層が形成される
様々な組成のアルミニウムガリウム砒素の異なる層のサ
ンドイッチ構造からなっているＶＣＳＥＬを、開示して
いる。実質的に、これらの層は、現在活性領域ならびに
上部および下部スペーサ領域と呼ばれているものを規定
している。レーザ発振効率を高めるために、米国特許第
５２６６５０３号は、この活性層に酸素イオン注入を行
うことにより絶縁領域を形成することを提案している。
このことにより、電流の流れを層中の小さな領域に狭窄
し、結果として小さいな面積の活性領域を規定してい
る。スペーサ層として機能する層は、ゆえにアルミニウ
ムガリウム砒素層である。
有する誘電体層が上部多層ミラー上に設けられており、
金属バリア層が誘電体層上に位置しているが中心孔を介
してミラーと電気的に接触している、ＶＣＳＥＬを開示
している。光学的に透明な半導体材料からなる層が金属
バリア層全体に設けられ、レーザの上部電極を形成す
る。光学的透明層は、１×１０3から１×１０5Ω-1ｃｍ
-1の導電性を有し、少なくとも８０％の光透過率および
１０％未満の光吸収率を有する。カドミウム錫酸化物(c
admium tim oxide)およびインジウム錫酸化物(indium t
in oxide)が、このような上部電極を形成する光学的に
透明な半導体材料層の例として記載されている。ＶＣＳ
ＥＬにおいて、インジウム錫酸化物を使用して上部およ
び下部コンタクトを上部ミラーおよび下部ミラーの上側
と下側にそれぞれ形成することが、Ｍａｔｉｎ、Ｍ．
Ａ．ら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１
９９４年２月１７日、ｖｏｌ．３０、第３１８〜３２０
頁に開示されている。しかし、このような構成において
もやはり、電流が上部ミラーおよび上部スペーサ領域を
通ることが要求され、上記の低い導電性が問題となる。
米国特許第５２６６５０３号は、活性層が形成される
様々な組成のアルミニウムガリウム砒素の異なる層のサ
ンドイッチ構造からなっているＶＣＳＥＬを、開示して
いる。実質的に、これらの層は、現在活性領域ならびに
上部および下部スペーサ領域と呼ばれているものを規定
している。レーザ発振効率を高めるために、米国特許第
５２６６５０３号は、この活性層に酸素イオン注入を行
うことにより絶縁領域を形成することを提案している。
このことにより、電流の流れを層中の小さな領域に狭窄
し、結果として小さいな面積の活性領域を規定してい
る。スペーサ層として機能する層は、ゆえにアルミニウ
ムガリウム砒素層である。
【０００６】上述したように、これまで、出力効率の高
い面発光レーザ等の共振器光学装置は得られていなかっ
た。
い面発光レーザ等の共振器光学装置は得られていなかっ
た。
【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、出力効率の高い共振器
光学装置およびその製造方法を提供することにある。
あり、その目的とするところは、出力効率の高い共振器
光学装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の共振器光学装置
は、活性領域と、スペーサ領域と、該スペーサ領域を介
して該活性領域と電気的に接続された電気的端子とを有
する共振器光学装置であって、該スペーサ領域は、透明
かつ導電性を有する酸化物をからなり、そのことによっ
て上記目的が達成される。
は、活性領域と、スペーサ領域と、該スペーサ領域を介
して該活性領域と電気的に接続された電気的端子とを有
する共振器光学装置であって、該スペーサ領域は、透明
かつ導電性を有する酸化物をからなり、そのことによっ
て上記目的が達成される。
【０００９】前記電気的端子は、前記酸化物からなるス
ペーサ領域に結合されていてもよい。
ペーサ領域に結合されていてもよい。
【００１０】前記透明かつ導電性を有する酸化物は、錫
ドープされたインジウム酸化物、アンチモンドープされ
た錫酸化物、フッ素ドープされた錫酸化物、および透明
かつ導電性を有し、ＧｅおよびＳｎからなる群から選択
される少なくとも１つのドーパントでドープされたＧａ
ＩｎＯ3からなる群より選択されてもよい。
ドープされたインジウム酸化物、アンチモンドープされ
た錫酸化物、フッ素ドープされた錫酸化物、および透明
かつ導電性を有し、ＧｅおよびＳｎからなる群から選択
される少なくとも１つのドーパントでドープされたＧａ
ＩｎＯ3からなる群より選択されてもよい。
【００１１】前記装置は、上部および下部ミラーを更に
有し、前記酸化物からなるスペーサ領域は該上部ミラー
と前記活性領域との間に位置し、更なるスペーサ領域が
該活性領域と該下部ミラーとの間に設けられていてもよ
い。
有し、前記酸化物からなるスペーサ領域は該上部ミラー
と前記活性領域との間に位置し、更なるスペーサ領域が
該活性領域と該下部ミラーとの間に設けられていてもよ
い。
【００１２】前記上部ミラーは誘電体からなる多層ミラ
ーであり、前記電気的端子は前記酸化物からなるスペー
サ領域に結合されていてもよい。
ーであり、前記電気的端子は前記酸化物からなるスペー
サ領域に結合されていてもよい。
【００１３】前記装置は上面発光型垂直共振器レーザで
あってもよい。
あってもよい。
【００１４】前記装置は下面発光型垂直共振器レーザで
あってもよい。
あってもよい。
【００１５】前記装置は共振器発光ダイオードであって
もよい。
もよい。
【００１６】前記活性領域は光子バンドギャップ構造を
有していてもよい。
有していてもよい。
【００１７】少なくとも前記活性領域および前記酸化物
からなるスペーサ領域がポスト構造によって規定され、
該ポスト構造は誘電体材料によって囲まれていてもよ
い。
からなるスペーサ領域がポスト構造によって規定され、
該ポスト構造は誘電体材料によって囲まれていてもよ
い。
【００１８】前記上部ミラーは少なくとも１つの金属層
を包含してもよい。
を包含してもよい。
【００１９】また、本発明の共振器光学装置アレイは、
複数の共振器光学装置を有するアレイであって、各装置
は活性領域と、スペーサ領域と、該スペーサ領域を介し
て該活性領域と電気的に接続された電気的端子とを有す
る共振器光学装置であって、該スペーサ領域は、透明か
つ導電性を有する酸化物からなっており、該装置はイオ
ン注入によって互いに電気的に隔離されており、そのこ
とによっ上記目的が達成される。
複数の共振器光学装置を有するアレイであって、各装置
は活性領域と、スペーサ領域と、該スペーサ領域を介し
て該活性領域と電気的に接続された電気的端子とを有す
る共振器光学装置であって、該スペーサ領域は、透明か
つ導電性を有する酸化物からなっており、該装置はイオ
ン注入によって互いに電気的に隔離されており、そのこ
とによっ上記目的が達成される。
【００２０】また、本発明の共振器光学装置の製造方法
は、下部スペーサ領域と、活性領域と、透明かつ導電性
を有する酸化物からなる上部スペーサ領域と、該上部ス
ペーサ領域を介して該活性領域に接続された電気的端子
とを基板上に形成する工程を含み、そのことによって上
記目的が達成される。
は、下部スペーサ領域と、活性領域と、透明かつ導電性
を有する酸化物からなる上部スペーサ領域と、該上部ス
ペーサ領域を介して該活性領域に接続された電気的端子
とを基板上に形成する工程を含み、そのことによって上
記目的が達成される。
【００２１】前記電気的端子は前記上部スペーサ領域上
に形成されていてもよい。
に形成されていてもよい。
【００２２】前記下部ミラーは、前記基板と前記下部ス
ペーサ領域との間に設けられ、上部ミラーが前記上部ス
ペーサ領域の上に設けられもよい。
ペーサ領域との間に設けられ、上部ミラーが前記上部ス
ペーサ領域の上に設けられもよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】我々は、上記の低導電性の問題
は、共振器光学装置のスペーサ領域の少なくとも１つ、
好ましくは上部スペーサ領域を、透明かつ導電性を有す
る酸化物を用いて形成するという比較的容易な方法で解
決されまたは緩和され得ることを見いだした。 従っ
て、本発明の１つの局面によれば、活性領域、スペーサ
領域、および酸化物スペーサ領域によって活性領域に電
気的に接続された電気的端子とを有する共振器光学装置
が提供される。スペーサ領域は、透明かつ導電性を有す
る酸化物から形成される。
は、共振器光学装置のスペーサ領域の少なくとも１つ、
好ましくは上部スペーサ領域を、透明かつ導電性を有す
る酸化物を用いて形成するという比較的容易な方法で解
決されまたは緩和され得ることを見いだした。 従っ
て、本発明の１つの局面によれば、活性領域、スペーサ
領域、および酸化物スペーサ領域によって活性領域に電
気的に接続された電気的端子とを有する共振器光学装置
が提供される。スペーサ領域は、透明かつ導電性を有す
る酸化物から形成される。
【００２４】ここで、「透明」とは、装置の発光波長に
おいて透明であることを意味する。装置は、酸化物スペ
ーサ領域が上部ミラーと活性領域との間に設けられ、更
なるスペーサ領域が活性領域と下部ミラーとの間に設け
られるように、上部および下部ミラーを有していても良
い。電気的端子は、酸化物と結合されていてもよい。こ
のような構成において、上部ミラーは誘電性多層ミラー
であってもよい。装置は、上面発光または下面発光型レ
ーザであってもよい。また、装置は、共振器発光ダイオ
ードであってもよい。
おいて透明であることを意味する。装置は、酸化物スペ
ーサ領域が上部ミラーと活性領域との間に設けられ、更
なるスペーサ領域が活性領域と下部ミラーとの間に設け
られるように、上部および下部ミラーを有していても良
い。電気的端子は、酸化物と結合されていてもよい。こ
のような構成において、上部ミラーは誘電性多層ミラー
であってもよい。装置は、上面発光または下面発光型レ
ーザであってもよい。また、装置は、共振器発光ダイオ
ードであってもよい。
【００２５】上記透明かつ導電性を有する酸化物は、錫
ドープのインジウム酸化物（ＩＴＯ）、アンチモンドー
プの錫酸化物（ＡＴＯ）または、フッ素ドープの錫酸化
物（ＦＴＯ）あるいは、Ｃａｖａ、Ｒ．Ｊ．ら、Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．６４（１６）１９９４年４月１８日、第
２０７１〜２０７２頁に開示されるように、ドープされ
たＧａＩｎＯ3材料であってもよい。この文献中におい
て、αβＧａ2Ｏ3を用いた層材料であるＧａＩｎＯ
3を、酸素欠乏の導入を通じて電子ドーピングすること
（Ｉｎに対してＳｎドーピングしまたはＧａに対してＧ
ｅドーピングする）が開示されている。このようなドー
プされたＧａＩｎＯ3材料は、光学領域全体にわたって
良好な透明度を示し、従って広範囲の発光波長での使用
に好適である可能性を有している点において、ＩＴＯに
対して有利である。
ドープのインジウム酸化物（ＩＴＯ）、アンチモンドー
プの錫酸化物（ＡＴＯ）または、フッ素ドープの錫酸化
物（ＦＴＯ）あるいは、Ｃａｖａ、Ｒ．Ｊ．ら、Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．６４（１６）１９９４年４月１８日、第
２０７１〜２０７２頁に開示されるように、ドープされ
たＧａＩｎＯ3材料であってもよい。この文献中におい
て、αβＧａ2Ｏ3を用いた層材料であるＧａＩｎＯ
3を、酸素欠乏の導入を通じて電子ドーピングすること
（Ｉｎに対してＳｎドーピングしまたはＧａに対してＧ
ｅドーピングする）が開示されている。このようなドー
プされたＧａＩｎＯ3材料は、光学領域全体にわたって
良好な透明度を示し、従って広範囲の発光波長での使用
に好適である可能性を有している点において、ＩＴＯに
対して有利である。
【００２６】本発明の別の局面によれば、共振器光学装
置を製造する方法が提供される。この方法は、基板、下
部スペーサ領域、活性領域、透明かつ導電性を有する酸
化物からなる上部スペーサ領域、および酸化物スペーサ
領域を介して活性領域に電気的に接続された電気的端子
を形成することを包含する。
置を製造する方法が提供される。この方法は、基板、下
部スペーサ領域、活性領域、透明かつ導電性を有する酸
化物からなる上部スペーサ領域、および酸化物スペーサ
領域を介して活性領域に電気的に接続された電気的端子
を形成することを包含する。
【００２７】電気的端子は、上部スペーサ領域上に形成
されてもよい。
されてもよい。
【００２８】面発光型レーザを製造するために、基板と
下部スペーサ領域との間に下部ミラーが設けられる。上
部ミラーが上部スペーサ領域より上に設けられる。
下部スペーサ領域との間に下部ミラーが設けられる。上
部ミラーが上部スペーサ領域より上に設けられる。
【００２９】「上部」「下部」「上側」「下側」という
表現は、上記領域が形成された基板に対する各領域の場
所を表している。
表現は、上記領域が形成された基板に対する各領域の場
所を表している。
【００３０】上部および下部ミラーは好ましくは、高低
の屈折率を有する多数の半導体材料層が設けられた多層
分布型(distributed)ブラッグ反射器であり、各層の厚
さはλ／４μに等しい。ここで、λは装置の発光波長で
あり、μは半導体材料の屈折率である。典型的には、Ｇ
ａＡｓレーザの場合、半導体（例えばＧａＡｓおよびＡ
ｌＡｓなど）をミラーを形成するために用いる。電気的
端子が導電性酸化物スペーサ領域と結合される場合は、
上部ミラーは誘電体、好ましくは誘電体多層構造であっ
てもよい。または、上部ミラーを少なくとも１つの金属
層で構成してもよい。
の屈折率を有する多数の半導体材料層が設けられた多層
分布型(distributed)ブラッグ反射器であり、各層の厚
さはλ／４μに等しい。ここで、λは装置の発光波長で
あり、μは半導体材料の屈折率である。典型的には、Ｇ
ａＡｓレーザの場合、半導体（例えばＧａＡｓおよびＡ
ｌＡｓなど）をミラーを形成するために用いる。電気的
端子が導電性酸化物スペーサ領域と結合される場合は、
上部ミラーは誘電体、好ましくは誘電体多層構造であっ
てもよい。または、上部ミラーを少なくとも１つの金属
層で構成してもよい。
【００３１】活性領域は、電子および正孔が互いに結合
してレーザ発光する領域であり、例えば（Ａｌ、Ｇａ）
Ａｓなどの活性物質の層または帯を１つ以上有していて
も良い。この活性領域は、光子(photonic)バンドギャッ
プ構造を含んでいてもよい（Ｇｅｒａｒｄ、Ｊ．Ｍ．ら
「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄｇａｐ ｏｆ Ｔｗｏ−
Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｓｏｌ
ｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ３
７、Ｎｏｓ４〜６、第１３４１〜１３４４頁参照）。
してレーザ発光する領域であり、例えば（Ａｌ、Ｇａ）
Ａｓなどの活性物質の層または帯を１つ以上有していて
も良い。この活性領域は、光子(photonic)バンドギャッ
プ構造を含んでいてもよい（Ｇｅｒａｒｄ、Ｊ．Ｍ．ら
「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄｇａｐ ｏｆ Ｔｗｏ−
Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｓｏｌ
ｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ３
７、Ｎｏｓ４〜６、第１３４１〜１３４４頁参照）。
【００３２】好適な一態様においては、活性領域および
少なくとも１つのスペーサ領域ならびに、場合によって
ミラーのうちの少なくとも一方をポスト構造(post stru
cture)中に設けることによって、屈折率導波(refractiv
e index waveguiding)を実現する。このような構成にお
いて、ポスト構造を、活性領域を形成する半導体よりも
低い屈折率を有する絶縁材料−−好ましくは熱伝導性材
料である−−によって囲ってもよい。このポスト構造の
埋め込みにより、活性領域での非発光結合(non-radiati
ve combination)に起因する表面損失を最小にし、光学
共振器からの熱消散を改善し得る。
少なくとも１つのスペーサ領域ならびに、場合によって
ミラーのうちの少なくとも一方をポスト構造(post stru
cture)中に設けることによって、屈折率導波(refractiv
e index waveguiding)を実現する。このような構成にお
いて、ポスト構造を、活性領域を形成する半導体よりも
低い屈折率を有する絶縁材料−−好ましくは熱伝導性材
料である−−によって囲ってもよい。このポスト構造の
埋め込みにより、活性領域での非発光結合(non-radiati
ve combination)に起因する表面損失を最小にし、光学
共振器からの熱消散を改善し得る。
【００３３】上記説明から、導波構造を有する光学装置
のアレイを比較的簡易容易に形成でき、またこれら装置
は、物理的な断絶（break)を近接する装置間に設けるこ
とによって、またはイオン注入技術を用いて電気的に隔
離することにより、電気的に隔離され得ることが理解さ
れるであろう。
のアレイを比較的簡易容易に形成でき、またこれら装置
は、物理的な断絶（break)を近接する装置間に設けるこ
とによって、またはイオン注入技術を用いて電気的に隔
離することにより、電気的に隔離され得ることが理解さ
れるであろう。
【００３４】以下に、本発明を実施例について図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００３５】図１に基板１０を示す。基板１０上には、
以下の層が順にエピタキシャル成長されている。すなわ
ち、（ａ）分子線エピタキシーなどで形成された半導体
多層分布型ブラッグ反射器下部ミラー１２と、（ｂ）例
えばｎ−ドープのＡｌＧａＡｓからなる半導体下部スペ
ーサ領域１４と、（ｃ）例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
が交互に繰り返す４つの層からなる、多層量子井戸活性
領域１６とである。
以下の層が順にエピタキシャル成長されている。すなわ
ち、（ａ）分子線エピタキシーなどで形成された半導体
多層分布型ブラッグ反射器下部ミラー１２と、（ｂ）例
えばｎ−ドープのＡｌＧａＡｓからなる半導体下部スペ
ーサ領域１４と、（ｃ）例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
が交互に繰り返す４つの層からなる、多層量子井戸活性
領域１６とである。
【００３６】更なる製造を容易にするため、図１に示す
構造は、薄く光学的に透明な「エッチストップ」層（不
図示）で終わっていてもよい。「エッチストップ」層
は、次に透明かつ導電性を有する酸化物上部スペーサ領
域２２（図４を参照して下記に説明）を形成する層との
オーミック接触を形成するために、強くドープする必要
がある場合がある。これに続き、図１の構造をパターニ
ングし、従来技術のリソグラフィーおよびエッチングを
用いてポスト構造２０（図２参照）を形成する。得られ
たポスト構造は、次に、絶縁誘電体層１８中に埋め込ま
れる。絶縁誘電体層１８はそれ自体公知の技術を用いて
エッチバックすることにより「平面化」され、光学共振
器の上部が現れるようにし、絶縁誘電体層１８がポスト
２０を囲んでいる状態にする。この層１８は、シリコン
酸化物などの誘電体材料から形成され得る。しかし、例
えばダイヤモンドのような比較的良好な熱伝導体である
電気的絶縁物で形成してもよい。なぜなら、このような
材料は、使用中の装置における光学共振器から離れる方
向への熱伝導を良くするからである。
構造は、薄く光学的に透明な「エッチストップ」層（不
図示）で終わっていてもよい。「エッチストップ」層
は、次に透明かつ導電性を有する酸化物上部スペーサ領
域２２（図４を参照して下記に説明）を形成する層との
オーミック接触を形成するために、強くドープする必要
がある場合がある。これに続き、図１の構造をパターニ
ングし、従来技術のリソグラフィーおよびエッチングを
用いてポスト構造２０（図２参照）を形成する。得られ
たポスト構造は、次に、絶縁誘電体層１８中に埋め込ま
れる。絶縁誘電体層１８はそれ自体公知の技術を用いて
エッチバックすることにより「平面化」され、光学共振
器の上部が現れるようにし、絶縁誘電体層１８がポスト
２０を囲んでいる状態にする。この層１８は、シリコン
酸化物などの誘電体材料から形成され得る。しかし、例
えばダイヤモンドのような比較的良好な熱伝導体である
電気的絶縁物で形成してもよい。なぜなら、このような
材料は、使用中の装置における光学共振器から離れる方
向への熱伝導を良くするからである。
【００３７】これに引き続き、透明かつ導電性を有する
酸化物の上部共振器２２および上部ミラー２４を順にポ
スト２０および誘電体層１８上に堆積する（図４）。上
部スペーサ領域２２は、例えばＬｅｅＳ．Ｂ．ら（Ｊ．
Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１１（５）１９９
３年９月／１０月、第２７４２〜２７４６頁に開示され
るように、室温スパッタ堆積プロセスにより形成される
錫ドープしたインジウム酸化物からなる。上部ミラー２
４は、下部ミラー１２と同様に、多層分布型ブラッグ反
射器ミラーであるが、半導体ではなく、誘電体であり、
例えばシリコン酸化物およびシリコン窒化物の層が交互
に繰り返す構造からなる。このようなシリコン酸化物お
よびシリコン窒化物の層が交互に繰り返す構造は、例え
ば反応性スパッタリング堆積によって形成される（Ｓｃ
ｈｅｒｅｒ Ａ．ら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ １９９２年６月１８日、Ｖｏｌ２８、Ｎｏ．
１３、第１２２４頁以下参照。）または、（ａ）二酸化
ケイ素および二酸化チタン、（ｂ）アモルファスシリコ
ンおよび二酸化ケイ素、または（ｃ）二酸化ジルコニウ
ムおよび二酸化ケイ素からなる層が使用可能である。
酸化物の上部共振器２２および上部ミラー２４を順にポ
スト２０および誘電体層１８上に堆積する（図４）。上
部スペーサ領域２２は、例えばＬｅｅＳ．Ｂ．ら（Ｊ．
Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１１（５）１９９
３年９月／１０月、第２７４２〜２７４６頁に開示され
るように、室温スパッタ堆積プロセスにより形成される
錫ドープしたインジウム酸化物からなる。上部ミラー２
４は、下部ミラー１２と同様に、多層分布型ブラッグ反
射器ミラーであるが、半導体ではなく、誘電体であり、
例えばシリコン酸化物およびシリコン窒化物の層が交互
に繰り返す構造からなる。このようなシリコン酸化物お
よびシリコン窒化物の層が交互に繰り返す構造は、例え
ば反応性スパッタリング堆積によって形成される（Ｓｃ
ｈｅｒｅｒ Ａ．ら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ １９９２年６月１８日、Ｖｏｌ２８、Ｎｏ．
１３、第１２２４頁以下参照。）または、（ａ）二酸化
ケイ素および二酸化チタン、（ｂ）アモルファスシリコ
ンおよび二酸化ケイ素、または（ｃ）二酸化ジルコニウ
ムおよび二酸化ケイ素からなる層が使用可能である。
【００３８】次に図５を参照して、図１〜図４を用いて
上述した工程によって製造される構造を用いて、上部ミ
ラー２４中に設けた開口部２６の中に金属端子２８を上
部スペーサ層２２と接触するように設け、更なる電気的
端子３０を、強くドープされたＧａＡｓ材料などの半導
体材料からなる基板２０の下側に設けることによって、
上部発光型ＶＣＳＥＬを形成する。
上述した工程によって製造される構造を用いて、上部ミ
ラー２４中に設けた開口部２６の中に金属端子２８を上
部スペーサ層２２と接触するように設け、更なる電気的
端子３０を、強くドープされたＧａＡｓ材料などの半導
体材料からなる基板２０の下側に設けることによって、
上部発光型ＶＣＳＥＬを形成する。
【００３９】図６の下部発光型ＶＣＳＥＬは、図５のＶ
ＣＳＥＬと同様な方法で形成される。ただし、領域１４
および１６上のみにリソグラフィーおよびエッチングを
行い、下部ミラー１２を形成する層を未エッチ状態で残
すことによって、ポスト２０を形成する。ポスト２０と
位置を揃えた開口部３２を基板１０に設けている。また
は、レーザの発振波長において透明な材料で基板１０を
形成してもよい。
ＣＳＥＬと同様な方法で形成される。ただし、領域１４
および１６上のみにリソグラフィーおよびエッチングを
行い、下部ミラー１２を形成する層を未エッチ状態で残
すことによって、ポスト２０を形成する。ポスト２０と
位置を揃えた開口部３２を基板１０に設けている。また
は、レーザの発振波長において透明な材料で基板１０を
形成してもよい。
【００４０】図５の上面発光型ＶＣＳＥＬの典型例にお
いては、基板１０は市販されているｎ型ＧａＡｓから形
成される。光学共振器は層厚み５８８ｎｍであり、厚さ
２０３ｎｍのｎ+型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの層１４、厚さ
５０ｎｍのｎ+型Ａｌ0.3Ｇａ0 .7Ａｓ層（意図的にはド
ープしない）、厚さ８ｎｍの単一ＧａＡｓ量子井戸（意
図的にはドープしない）、厚さ５０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ層（意図的にはドープしない）、厚さ８０ｎｍ
のｐ+型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（意図的にはドープしな
い）、および錫ドープした厚さ１９７ｎｍの酸化インジ
ウム層２２からなる。酸化インジウムは約１０％の酸化
錫を含有し、Ａｒ／Ｏ2混合ガス中でスパッタ堆積を行
うことにより形成される。下部ミラー１２は、ｎ+ドー
プされた構造であり、高低の屈折率を有する半導体層の
組を２０組有している。高屈折率層の各々は厚さ６０．
５ｎｍであり、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓから形成される。
低屈折率層の各々は厚さ７１．１ｎｍであり、ＡｌＡｓ
から形成される。上部ミラー２４は、厚さ１４５．５ｎ
ｍの二酸化ケイ素層１２層と、厚さ１０３．７ｎｍの窒
化シリコン層１２層とが交互に繰り返して形成されてい
る。絶縁誘電体層１８は、約６．２μｍの厚さを有し、
プラズマ強化(plasma enhanced)化学気相蒸着プロセス
により堆積された二酸化ケイ素から形成される。端子２
８は、ＣｒおよびＡｕ層から形成される。端子３０は、
ＡｕＧｅ、ＮｉおよびＡｕ層から形成される。 上記の
ＶＣＳＥＬと同様の方法でＲＣＬＥＤ装置を作成するこ
とができる。ただし、誘電体層を数層上部ミラー中に堆
積することにより、反射率は典型的には若干低めであ
る。
いては、基板１０は市販されているｎ型ＧａＡｓから形
成される。光学共振器は層厚み５８８ｎｍであり、厚さ
２０３ｎｍのｎ+型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの層１４、厚さ
５０ｎｍのｎ+型Ａｌ0.3Ｇａ0 .7Ａｓ層（意図的にはド
ープしない）、厚さ８ｎｍの単一ＧａＡｓ量子井戸（意
図的にはドープしない）、厚さ５０ｎｍのＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ層（意図的にはドープしない）、厚さ８０ｎｍ
のｐ+型Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ層（意図的にはドープしな
い）、および錫ドープした厚さ１９７ｎｍの酸化インジ
ウム層２２からなる。酸化インジウムは約１０％の酸化
錫を含有し、Ａｒ／Ｏ2混合ガス中でスパッタ堆積を行
うことにより形成される。下部ミラー１２は、ｎ+ドー
プされた構造であり、高低の屈折率を有する半導体層の
組を２０組有している。高屈折率層の各々は厚さ６０．
５ｎｍであり、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓから形成される。
低屈折率層の各々は厚さ７１．１ｎｍであり、ＡｌＡｓ
から形成される。上部ミラー２４は、厚さ１４５．５ｎ
ｍの二酸化ケイ素層１２層と、厚さ１０３．７ｎｍの窒
化シリコン層１２層とが交互に繰り返して形成されてい
る。絶縁誘電体層１８は、約６．２μｍの厚さを有し、
プラズマ強化(plasma enhanced)化学気相蒸着プロセス
により堆積された二酸化ケイ素から形成される。端子２
８は、ＣｒおよびＡｕ層から形成される。端子３０は、
ＡｕＧｅ、ＮｉおよびＡｕ層から形成される。 上記の
ＶＣＳＥＬと同様の方法でＲＣＬＥＤ装置を作成するこ
とができる。ただし、誘電体層を数層上部ミラー中に堆
積することにより、反射率は典型的には若干低めであ
る。
【００４１】上記の記載から、１つのリソグラフィー工
程のみにより装置が規定され得ることが理解されるであ
ろう。
程のみにより装置が規定され得ることが理解されるであ
ろう。
【００４２】上記図面を用いた説明では、１つの装置の
製造のみを説明した。しかし、実用においては、ＶＣＳ
ＥＬまたはＲＣＬＥＤの二次元アレイを一回の手順で形
成し得ること、また、アレイ中の隣接するＶＣＳＥＬま
たはＲＣＬＥＤ間の電気的分離は、イオン注入または物
理的な断絶（break)をスペーサ層２２およびミラー層、
また適宜必要な層中に設けることによって実現されるこ
とが理解されるであろう。
製造のみを説明した。しかし、実用においては、ＶＣＳ
ＥＬまたはＲＣＬＥＤの二次元アレイを一回の手順で形
成し得ること、また、アレイ中の隣接するＶＣＳＥＬま
たはＲＣＬＥＤ間の電気的分離は、イオン注入または物
理的な断絶（break)をスペーサ層２２およびミラー層、
また適宜必要な層中に設けることによって実現されるこ
とが理解されるであろう。
【００４３】
【発明の効果】上述したように、本発明によると、導電
性のスペーサ層に電極を設けることにより活性層に電流
を流すことができるので、上部ミラー層には反射効率の
高い絶縁膜の組み合わせを用いることができ、高い出力
光率を有する共振器光学装置およびその製造方法を提供
する。本発明による共振器光学装置は、光通信、光並列
処理、データ記憶およびディスプレイ等に用いられる。
性のスペーサ層に電極を設けることにより活性層に電流
を流すことができるので、上部ミラー層には反射効率の
高い絶縁膜の組み合わせを用いることができ、高い出力
光率を有する共振器光学装置およびその製造方法を提供
する。本発明による共振器光学装置は、光通信、光並列
処理、データ記憶およびディスプレイ等に用いられる。
【図１】本発明におけるＶＣＳＥＬの製造工程を示す図
である。
である。
【図２】本発明におけるＶＣＳＥＬの製造工程を示す図
である。
である。
【図３】本発明におけるＶＣＳＥＬの製造工程を示す図
である。
である。
【図４】本発明におけるＶＣＳＥＬの製造工程を示す図
である。
である。
【図５】上面発光型ＶＣＳＥＬの概略構成図である。
【図６】下面発光型ＶＣＳＥＬの概略構成図である。
１０ 基板 １２ 下部ミラー １４ 下部スペーサ領域 １６ 活性領域 １８ 絶縁誘電体層 ２０ ポスト構造 ２２ 上部スペーサ領域 ２４ 上部ミラー ２６ 開口部 ２８ 電気的端子
Claims (15)
- 【請求項１】 活性領域と、スペーサ領域と、該スペー
サ領域を介して該活性領域と電気的に接続された電気的
端子とを有する共振器光学装置であって、該スペーサ領
域は、透明かつ導電性を有する酸化物からなる共振器光
学装置。 - 【請求項２】 前記電気的端子は前記酸化物からなるス
ペーサ領域に結合されている請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記透明かつ導電性を有する酸化物は、 錫ドープされたインジウム酸化物、 アンチモンドープされた錫酸化物、 フッ素ドープされた錫酸化物、および 透明かつ導電性を有し、ＧｅおよびＳｎからなる群から
選択される少なくとも１つのドーパントでドープされた
ＧａＩｎＯ3からなる群より選択される、請求項１に記
載の装置。 - 【請求項４】 上部および下部ミラーを更に有し、前記
酸化物からなるスペーサ領域は該上部ミラーと前記活性
領域との間に位置し、更なるスペーサ領域が該活性領域
と該下部ミラーとの間に設けられている、請求項１に記
載の装置。 - 【請求項５】 前記上部ミラーは誘電体からなる多層ミ
ラーであり、前記電気的端子は前記酸化物からなるスペ
ーサ領域に結合されている、請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記装置は上面発光型垂直共振器レーザ
である、請求項４に記載の装置。 - 【請求項７】 前記装置は下面発光型垂直共振器レーザ
である、請求項４に記載の装置。 - 【請求項８】 前記装置は共振器発光ダイオードであ
る、請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】 前記活性領域は光子バンドギャップ構造
を有している、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 少なくとも前記活性領域および前記酸
化物からなるスペーサ領域がポスト構造によって規定さ
れ、該ポスト構造は誘電体材料によって囲まれている、
請求項１に記載の装置。 - 【請求項１１】 前記上部ミラーは少なくとも１つの金
属層を包含する、請求項４に記載の装置。 - 【請求項１２】 複数の共振器光学装置を有するアレイ
であって、各装置は活性領域と、スペーサ領域と、該ス
ペーサ領域を介して該活性領域と電気的に接続された電
気的端子とを有する共振器光学装置であって、該スペー
サ領域は、透明かつ導電性を有する酸化物からなってお
り、該装置はイオン注入によって互いに電気的に隔離さ
れているアレイ。 - 【請求項１３】 共振器光学装置を製造する方法であっ
て、下部スペーサ領域と、活性領域と、透明かつ導電性
を有する酸化物からなる上部スペーサ領域と、該上部ス
ペーサ領域を介して該活性領域に接続された電気的端子
とを基板上に形成する工程を含む方法。 - 【請求項１４】 前記電気的端子は前記上部スペーサ領
域上に形成されている、請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記下部ミラーは、前記基板と前記下
部スペーサ領域との間に設けられ、上部ミラーが前記上
部スペーサ領域の上に設けられる、請求項１３に記載の
方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9422950.7 | 1994-11-14 | ||
| GB9422950A GB2295269A (en) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | Resonant cavity laser having oxide spacer region |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213712A true JPH08213712A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3744988B2 JP3744988B2 (ja) | 2006-02-15 |
Family
ID=10764360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29459295A Expired - Fee Related JP3744988B2 (ja) | 1994-11-14 | 1995-11-13 | 共振器光学装置およびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5677924A (ja) |
| EP (1) | EP0712181B1 (ja) |
| JP (1) | JP3744988B2 (ja) |
| DE (1) | DE69519076T2 (ja) |
| GB (1) | GB2295269A (ja) |
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| JP2007500934A (ja) * | 2003-07-31 | 2007-01-18 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 複数のオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法およびオプトエレクトロニクス半導体チップ |
| JP2008270432A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Sony Corp | 発光素子及びその製造方法 |
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| US6493373B1 (en) | 1998-04-14 | 2002-12-10 | Bandwidth 9, Inc. | Vertical cavity apparatus with tunnel junction |
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- 1995-11-13 EP EP95308104A patent/EP0712181B1/en not_active Expired - Lifetime
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