JPH09186400A - サーフェスエミッション型半導体レーザの製造法 - Google Patents
サーフェスエミッション型半導体レーザの製造法Info
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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-
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-
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Abstract
(57)【要約】
サーフェスエミッション型半導体レーザの製造法
【課題】 レーザの空洞共振器の範囲を限定するミラー
の優れた平面性と効果的な電気的封じ込めを行なう。 【解決手段】 上方にミラーが形成される開放ゾーン
（８）を除いて、能動層（ＣＡ）上に位置限定されるア
ルミ合金層（４）の成長を行ないながら、電気的封じ込
め層をつくりだすことからなる。エピタクシーを繰り返
した後に、合金層（４）のラテラル酸化を行なう。
の優れた平面性と効果的な電気的封じ込めを行なう。 【解決手段】 上方にミラーが形成される開放ゾーン
（８）を除いて、能動層（ＣＡ）上に位置限定されるア
ルミ合金層（４）の成長を行ないながら、電気的封じ込
め層をつくりだすことからなる。エピタクシーを繰り返
した後に、合金層（４）のラテラル酸化を行なう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、“サーフェスエミ
ッション型レーザ”あるいは“ＶＣＳＥＬ”（英語で
“Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ
ｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒ”）とよばれる半導体レー
ザのカテゴリーに関するものである。
ッション型レーザ”あるいは“ＶＣＳＥＬ”（英語で
“Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ
ｅｍｉｔｔｉｎｇｌａｓｅｒ”）とよばれる半導体レー
ザのカテゴリーに関するものである。
【０００２】これらのレーザは、ヒ化ガリウムＧａＡｓ
あるいはリン化インジウムＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖタ
イプの元素で構成された半導体基板によって製造され
る。
あるいはリン化インジウムＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖタ
イプの元素で構成された半導体基板によって製造され
る。
【０００３】従来の半導体レーザとは反対に、光の放射
は能動層の表面に垂直に、さらにレーザ効果を保つ電流
の注入と同じ方向で行われる。その構成部品は主に能動
層を含み、相対する二つの誘電体または半導体ミラーに
よって範囲が限定される空洞共振器で構成されている。
たとえば、基板ＩｎＰの場合には、空洞共振器は、Ｐド
ーピングされたＩｎＰ層、能動層、ｎドーピングされた
ＩｎＰ層で形成されている。電流の注入は、空洞共振器
の両側に配置されている二つの電極を介して行なわれ
る。これらの電極の少なくとも一つは、一般に、同一面
上に位置しているミラーの傍ら、またはほとんど場合そ
の周辺に置かれている。このような構造についての効率
の良さは、電気的観点からも光学的観点からも能動部分
の封じ込めが十分であるかどうかによって条件付けられ
る。
は能動層の表面に垂直に、さらにレーザ効果を保つ電流
の注入と同じ方向で行われる。その構成部品は主に能動
層を含み、相対する二つの誘電体または半導体ミラーに
よって範囲が限定される空洞共振器で構成されている。
たとえば、基板ＩｎＰの場合には、空洞共振器は、Ｐド
ーピングされたＩｎＰ層、能動層、ｎドーピングされた
ＩｎＰ層で形成されている。電流の注入は、空洞共振器
の両側に配置されている二つの電極を介して行なわれ
る。これらの電極の少なくとも一つは、一般に、同一面
上に位置しているミラーの傍ら、またはほとんど場合そ
の周辺に置かれている。このような構造についての効率
の良さは、電気的観点からも光学的観点からも能動部分
の封じ込めが十分であるかどうかによって条件付けられ
る。
【０００４】電気的及び光学的に効果的な封じ込めを行
なうための第一の解決策は、能動層を最小の屈折率を有
する媒質の中に埋め込んでしまう構造を用いることであ
る。さらに、すぐれた伝導性をもつ能動層を、媒質ｎと
の境界で媒質ｐに埋め込んでしまえば、能動層を取り囲
むｐ−ｎ接合部の限界電圧に起因して電気的な封じ込め
も行なうことができるであろう。こうした構造をつくり
だすためには、ラテラルエッチングによって、埋め込も
うとしている能動層部分を含むかなり背の高いメサを形
成する必要がある。さらに、ｎドーピング基板、さらに
ｐドーピング基板のエピタクシーを何度も行なう必要が
ある。この解決策には、こうした複雑さ以外にも、メサ
の上部、すなわちミラーのいずれか一つが形成されなけ
ればならない場所の平面性が欠如しているという欠点が
ある。
なうための第一の解決策は、能動層を最小の屈折率を有
する媒質の中に埋め込んでしまう構造を用いることであ
る。さらに、すぐれた伝導性をもつ能動層を、媒質ｎと
の境界で媒質ｐに埋め込んでしまえば、能動層を取り囲
むｐ−ｎ接合部の限界電圧に起因して電気的な封じ込め
も行なうことができるであろう。こうした構造をつくり
だすためには、ラテラルエッチングによって、埋め込も
うとしている能動層部分を含むかなり背の高いメサを形
成する必要がある。さらに、ｎドーピング基板、さらに
ｐドーピング基板のエピタクシーを何度も行なう必要が
ある。この解決策には、こうした複雑さ以外にも、メサ
の上部、すなわちミラーのいずれか一つが形成されなけ
ればならない場所の平面性が欠如しているという欠点が
ある。
【０００５】別の解決策は、能動層の周辺を側方向に解
放するために、十分に嵩上げされたメサをエッチングに
よって製造する方法である。この場合、この能動層のラ
テラルエッチングによって必要な封じ込めを行なうこと
ができる。この解決策は、表面の平面性の問題を解決す
るが、反対に、能動層と空気との間の界面の付近におけ
るキャリアの再結合という問題が生じる。
放するために、十分に嵩上げされたメサをエッチングに
よって製造する方法である。この場合、この能動層のラ
テラルエッチングによって必要な封じ込めを行なうこと
ができる。この解決策は、表面の平面性の問題を解決す
るが、反対に、能動層と空気との間の界面の付近におけ
るキャリアの再結合という問題が生じる。
【０００６】また別の解決策は、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ
Ｓ ＬＥＴＴＥＲＳ １９９５年５月２５日付第３１巻
第１１号のＧ．Ｍ．Ｙａｎｇらによる“Ultralow thres
holdcurrent vertical-cavity surrface-emitting lase
rs obtained with selective oxidation（選択酸化によ
って得られる超低限界電流垂直空洞型サーフェスエミッ
ションレーザ）”の記事の中に記されている。ここで提
案されている構造は埋め込まれていない能動層を備えて
おり、その層の上部に電流の封じ込め層が置かれてい
る。この層は、上部ミラーの下方に電流開放部を残して
おくように制御された、ラテラル酸化を受けるヒ化アル
ミニウムの連続層からつくられる。この方法によって、
ミラーを支える表面の平面性が得られるが、ラテラル酸
化段階で緻密な制御が必要となる。その一方で、ヒ化ア
ルミニウム層の酸化を防止するために窒化珪素でできた
保護層を備えることが必要となる。
Ｓ ＬＥＴＴＥＲＳ １９９５年５月２５日付第３１巻
第１１号のＧ．Ｍ．Ｙａｎｇらによる“Ultralow thres
holdcurrent vertical-cavity surrface-emitting lase
rs obtained with selective oxidation（選択酸化によ
って得られる超低限界電流垂直空洞型サーフェスエミッ
ションレーザ）”の記事の中に記されている。ここで提
案されている構造は埋め込まれていない能動層を備えて
おり、その層の上部に電流の封じ込め層が置かれてい
る。この層は、上部ミラーの下方に電流開放部を残して
おくように制御された、ラテラル酸化を受けるヒ化アル
ミニウムの連続層からつくられる。この方法によって、
ミラーを支える表面の平面性が得られるが、ラテラル酸
化段階で緻密な制御が必要となる。その一方で、ヒ化ア
ルミニウム層の酸化を防止するために窒化珪素でできた
保護層を備えることが必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
の組成に関係なく、簡単に実施及び適用できる方法を提
案することで前記の解決策の欠点を解消することにあ
る。
の組成に関係なく、簡単に実施及び適用できる方法を提
案することで前記の解決策の欠点を解消することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的で、本発
明は、ＩＩＩ−Ｖ元素基板上に形成されたサーフェスエ
ミッション型半導体レーザの製造法であって、前記レー
ザは、ミラーによって範囲が限定され、能動層及び電気
的封じ込め層を含む空洞共振器を備えており、前記の電
気的封じ込め層の形成には、 − その上部に前記のミラーのいずれか一つが形成され
なけばならない開放ゾーンを除いて前記の能動層の上部
に位置限定されたアルミ合金層を成長する段階と、 − ドーピングされた基板のエピタクシーを少なくとも
一回繰り返す段階 − 前記位置限定されたアルミ合金層のラテラル酸化段
階と を含むことを特徴とする製造法を対象としている。
明は、ＩＩＩ−Ｖ元素基板上に形成されたサーフェスエ
ミッション型半導体レーザの製造法であって、前記レー
ザは、ミラーによって範囲が限定され、能動層及び電気
的封じ込め層を含む空洞共振器を備えており、前記の電
気的封じ込め層の形成には、 − その上部に前記のミラーのいずれか一つが形成され
なけばならない開放ゾーンを除いて前記の能動層の上部
に位置限定されたアルミ合金層を成長する段階と、 − ドーピングされた基板のエピタクシーを少なくとも
一回繰り返す段階 − 前記位置限定されたアルミ合金層のラテラル酸化段
階と を含むことを特徴とする製造法を対象としている。
【０００９】好ましいことに、ラテラル酸化の前に、ア
ルミ合金層の周辺を解放し、その結果酸化を容易にする
ことができるラテラルエッチング段階が行われる。
ルミ合金層の周辺を解放し、その結果酸化を容易にする
ことができるラテラルエッチング段階が行われる。
【００１０】実施例の一つによれば、アルミ合金は、ヒ
化アルミニウムＡｌＡｓで構成されており、その酸化物
は、電気的絶縁体であると同時に優れた熱伝導体である
という利点を有している。さらに、ヒ化ガリウム基板の
場合には、ヒ化アルミニウム合金の組成の適切な選択に
よって基板と格子を一致させることができる。この結
果、エピタクシーを容易に繰り返すことができる。本発
明による方法によって、基板がリン化インジウムの場合
には、ＩｎＰ上に調和していないヒ化ガリウムを使用す
ることもできるであろう。またこの基板上に、合金とし
て、リン化インジウムと格子が一致しているような組成
をもつアルミニウム及びアンチモンのヒ化物ＡｌＡｓＳ
ｂを使用することもできるであろう。
化アルミニウムＡｌＡｓで構成されており、その酸化物
は、電気的絶縁体であると同時に優れた熱伝導体である
という利点を有している。さらに、ヒ化ガリウム基板の
場合には、ヒ化アルミニウム合金の組成の適切な選択に
よって基板と格子を一致させることができる。この結
果、エピタクシーを容易に繰り返すことができる。本発
明による方法によって、基板がリン化インジウムの場合
には、ＩｎＰ上に調和していないヒ化ガリウムを使用す
ることもできるであろう。またこの基板上に、合金とし
て、リン化インジウムと格子が一致しているような組成
をもつアルミニウム及びアンチモンのヒ化物ＡｌＡｓＳ
ｂを使用することもできるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】添付図面１から６を参照して本発
明による方法の主な段階を示すことによって本発明の別
の側面を以下に説明する。
明による方法の主な段階を示すことによって本発明の別
の側面を以下に説明する。
【００１２】以下に説明する製造段階は、ＩｎＰ基板の
特有の場合について述べられている。しかしながら、こ
の方法は、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖタイプの元素で
構成された他のあらゆる基板に適用することができる。
特有の場合について述べられている。しかしながら、こ
の方法は、ＧａＡｓのようなＩＩＩ−Ｖタイプの元素で
構成された他のあらゆる基板に適用することができる。
【００１３】図１に示されているように、ｎドーピング
されたリン化インジウムの基板１上に能動層ＣＡをデポ
ジットする。能動層ＣＡは、ｐドーピングされたリン化
インジウムの上層によって覆われており、この上層の厚
みが能動層と電気的封じ込め層との間の距離を決定す
る。上層２の上に、たとえば珪素で構成されたマスク３
を置く。マスク３の位置と大きさは、電気的封じ込め層
の中で備えることになっている開放ゾーンに対応してい
る。
されたリン化インジウムの基板１上に能動層ＣＡをデポ
ジットする。能動層ＣＡは、ｐドーピングされたリン化
インジウムの上層によって覆われており、この上層の厚
みが能動層と電気的封じ込め層との間の距離を決定す
る。上層２の上に、たとえば珪素で構成されたマスク３
を置く。マスク３の位置と大きさは、電気的封じ込め層
の中で備えることになっている開放ゾーンに対応してい
る。
【００１４】次に、図２に示されているように、構成部
品の表面上に、アルミ合金層４、５をデポジットする。
この層のデポジットは、有機金属化合物元素の化学蒸着
またはモレキュラビームエピタクシー法によって行なう
ことができる。化学蒸着法の場合には、アルミ合金相は
ＩｎＰが存在しているゾーンのみに位置が限定される。
品の表面上に、アルミ合金層４、５をデポジットする。
この層のデポジットは、有機金属化合物元素の化学蒸着
またはモレキュラビームエピタクシー法によって行なう
ことができる。化学蒸着法の場合には、アルミ合金相は
ＩｎＰが存在しているゾーンのみに位置が限定される。
【００１５】次に、図３に示されているように、アルミ
合金の格子が基板と調和していない場合に転移ゾーンを
備えるためのｐドーピングされたリン化インジウムの薄
相６、７がデポジットされる。
合金の格子が基板と調和していない場合に転移ゾーンを
備えるためのｐドーピングされたリン化インジウムの薄
相６、７がデポジットされる。
【００１６】それからマスク３の湿式エッチングが行わ
れる。マスクが珪素でできている場合には、フッ化水素
酸をベースにしたエッチング溶液が使用される。この作
業は、結果的に図４に示されているような開放ゾーン８
をつくりだす。
れる。マスクが珪素でできている場合には、フッ化水素
酸をベースにしたエッチング溶液が使用される。この作
業は、結果的に図４に示されているような開放ゾーン８
をつくりだす。
【００１７】この方法に続いて、上部封じ込め層９を形
成するためにｐドーピングされたリン化インジウムのエ
ピタクシー、さらにコンタクト層１０を形成するために
化合物ＩｎＧａＡｓのエピタクシーの繰り返し段階が行
われる（図５）。モレキュラビームエピタクシー法を使
用することもできるが、有機金属化合物元素の化学蒸着
法（ＭＯＣＶＤ）の方が、形成された層の平面性という
観点から見ると良い結果が得られる。さらにこの上に半
導体または誘電体上部ミラー１１が置かれる。
成するためにｐドーピングされたリン化インジウムのエ
ピタクシー、さらにコンタクト層１０を形成するために
化合物ＩｎＧａＡｓのエピタクシーの繰り返し段階が行
われる（図５）。モレキュラビームエピタクシー法を使
用することもできるが、有機金属化合物元素の化学蒸着
法（ＭＯＣＶＤ）の方が、形成された層の平面性という
観点から見ると良い結果が得られる。さらにこの上に半
導体または誘電体上部ミラー１１が置かれる。
【００１８】図６に示されているように、メサ１２を形
成するために構成部品の上部のラテラルエッチングを行
なう。エッチングは、アルミ合金層４の周辺が開放さ
れ、その結果その部分の酸化が促進されるように十分な
深さで行われる。それから、この層に、電気的絶縁特性
を与えるためにラテラル酸化を行なう。さらに構成部品
の製造を完了するために、エッチング停止層１４までＩ
ｎＰ基板の下部のエッチングを行ない、下部ミラー１５
を形成し、電極１３を置く。
成するために構成部品の上部のラテラルエッチングを行
なう。エッチングは、アルミ合金層４の周辺が開放さ
れ、その結果その部分の酸化が促進されるように十分な
深さで行われる。それから、この層に、電気的絶縁特性
を与えるためにラテラル酸化を行なう。さらに構成部品
の製造を完了するために、エッチング停止層１４までＩ
ｎＰ基板の下部のエッチングを行ない、下部ミラー１５
を形成し、電極１３を置く。
【００１９】開放部８が浅いことを考慮すると、ミラー
を支える最後の層９、１０の平面性の欠如は無視できる
ほど小さいとみなすことができる。さらに、酸化物層４
の付近の層９における応力は、主に装置の中央部の結晶
品質によって条件付けられる機能に対してはほとんど影
響を与えない。
を支える最後の層９、１０の平面性の欠如は無視できる
ほど小さいとみなすことができる。さらに、酸化物層４
の付近の層９における応力は、主に装置の中央部の結晶
品質によって条件付けられる機能に対してはほとんど影
響を与えない。
【００２０】最後に、いくつかの寸法に関するデータを
例示的なものとして示しておく。
例示的なものとして示しておく。
【００２１】− 能動層ＣＡの厚み＝０．７μｍ − 層４の厚み＝０．２から０．３μｍ − 層ＣＡと４との間の距離＝１μｍ − 開放部８の直径＝８μｍ − ミラー１０の直径＝１２から１６μｍ − メサ１１の直径＝３０μｍ 能動層は、レーザの波長、たとえば１．３または１．５
５μｍの波長に応じた組成を有する合金ＩｎＧａＡｓＰ
で構成されている。
５μｍの波長に応じた組成を有する合金ＩｎＧａＡｓＰ
で構成されている。
【図１】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図。
【図２】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図。
【図３】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図。
【図４】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図。
【図５】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図。
【図６】本発明によるレーザの主な製造段階を示す図。
１ 基板 ２ 上層 ３ マスク ４、５ アルミ合金層 ８ 開放ゾーン ９ 上部閉じ込め層 １１ 上部ミラー １５ 下部ミラー ＣＡ 能動層
フロントページの続き (72)発明者 レオン・ゴルドスタン フランス国、92370・シヤビル、アレ・ド ユ・コロンビエ・１ (72)発明者 ジヨエル・ジヤケ フランス国、91470・リムール、リユ・ド ウ・ユルプワ・33 (72)発明者 アントニナ・プレ フランス国、75019・パリ、リユ・デ・フ エト・17 (72)発明者 ポール・サレ フランス国、92140・クラマール、アブニ ユ・ジヤン・ジヨレス・93
Claims (7)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ元素基板上に形成されたサー
フェスエミッション型半導体レーザの製造法であって、
前記のレーザは、ミラー（１１、１５）によって範囲が
限定され、能動層（ＣＡ）及び電気的封じ込め層を含む
空洞共振器を備えており、前記の電気的封じ込め層の形
成には、 上部に前記のミラーのいずれか一つ（１１）が形成され
る開放ゾーン（８）を除いて、前記の能動層（ＣＡ）の
上部に位置限定されたアルミ合金層（４）を成長させる
段階と、 ドーピングされた基板のエピタクシーを少なくとも一回
繰り返す段階と、 前記の位置限定されたアルミ合金層（４）のラテラル酸
化段階とを含んでいることを特徴とする製造法。 - 【請求項２】 前記のラテラル酸化の前に、アルミ合金
層（４）の周辺（１２）を解放することができるラテラ
ルエッチング段階が行われることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】 前記のアルミ合金がヒ化アルミニウムで
構成されていることを特徴とする請求項１または２に記
載の方法。 - 【請求項４】 前記のレーザがリン化インジウムの基板
上に形成され、前記のアルミ合金は、リン化インジウム
と格子を一致させる組成を有するヒ化アルミニウムアン
チモンで構成されていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の方法。 - 【請求項５】 前記の位置限定されたアルミ合金層
（４）の形成は、 位置と寸法が前記の開放ゾーン（８）に対応しているマ
スク（３）を能動層（ＣＡ）の上方にデポジットする段
階と、 アルミ合金層（４、５）を成長させる段階と、 前記のマスク（３）を選択的にエッチングする段階とを
備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか
一項に記載の方法。 - 【請求項６】 前記のエピタクシーの繰り返しが有機金
属化合物エレメントの気層における化学蒸着法によって
行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記の選択的エッチングの前に、ドーピ
ングされた基板の薄層（６）のデポジッション段階が行
われることを特徴とする請求項５または６に記載の方
法。
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