JPH10173295A - 光デバイスおよび集積回路 - Google Patents
光デバイスおよび集積回路Info
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- JPH10173295A JPH10173295A JP32353797A JP32353797A JPH10173295A JP H10173295 A JPH10173295 A JP H10173295A JP 32353797 A JP32353797 A JP 32353797A JP 32353797 A JP32353797 A JP 32353797A JP H10173295 A JPH10173295 A JP H10173295A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非密封型半導体レーザの被覆１２、１４にお
いて、反射修正機能および不動態化機能を単一層により
提供する。 【解決手段】 被覆１２、１４は、タンタルおよびアル
ミニウムの酸化物からなる。活性領域２０の屈折率をｎ
eff、活性領域を包囲する媒質２８の屈折率をｎe ncとし
て、被覆１２、１４の屈折率ｎoxは（ｎeffｎenc）1/2
に等しく、被覆１２、１４の厚さはλ／４ｎoxに等し
い。λはレーザ光の波長である。被覆１２、１４の酸化
物の化学式は（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）1-x（０＜ｘ≦
０．８）である。タンタル−アルミニウム酸化物被覆
は、イオン補助電子ビーム堆積法によって製造される。
この方法では、デバイスサンプルと、イオンビームおよ
び蒸着物質ビームは相互に回転し、蒸着物質は堆積中常
にサンプルに入射するが、イオンは一部の時間しか入射
しない。
いて、反射修正機能および不動態化機能を単一層により
提供する。 【解決手段】 被覆１２、１４は、タンタルおよびアル
ミニウムの酸化物からなる。活性領域２０の屈折率をｎ
eff、活性領域を包囲する媒質２８の屈折率をｎe ncとし
て、被覆１２、１４の屈折率ｎoxは（ｎeffｎenc）1/2
に等しく、被覆１２、１４の厚さはλ／４ｎoxに等し
い。λはレーザ光の波長である。被覆１２、１４の酸化
物の化学式は（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）1-x（０＜ｘ≦
０．８）である。タンタル−アルミニウム酸化物被覆
は、イオン補助電子ビーム堆積法によって製造される。
この方法では、デバイスサンプルと、イオンビームおよ
び蒸着物質ビームは相互に回転し、蒸着物質は堆積中常
にサンプルに入射するが、イオンは一部の時間しか入射
しない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
被覆（コーティング）に関し、特に、半導体能動デバイ
スの反射防止あるいは不動態化（パシベーション）被覆
に関する。
被覆（コーティング）に関し、特に、半導体能動デバイ
スの反射防止あるいは不動態化（パシベーション）被覆
に関する。
【０００２】
【従来の技術】誘電体の被覆、層、領域などは、半導体
デバイスにおいて多くの目的に用いられる。例えば、電
極の接触領域を制限し、あるいは、集積回路（ＩＣ）の
１つの層を他の層から電気的に分離するための絶縁機能
を果たす。また、ＩＣの製造時における光リソグラフィ
（フォトリソグラフィ）の使用を容易にし、あるいは、
ＬＥＤ、レーザ、および光検出器（フォトディテクタ）
のような半導体能動光デバイスの性能を向上させるため
の、反射修正機能を果たす。この場合、低反射（例え
ば、反射率１〜５％）の被覆を、ファブリ・ペローレー
ザの出力ファセットで用いて、量子効率を増大させ、ま
た、反射防止（反射率＜１％）被覆を分布帰還（ＤＦ
Ｂ）レーザの出力ファセットで用いて、ファブリ・ペロ
ーモードを抑圧し、単一の縦モード放出を引き起こす。
さらに、誘電体被覆は、半導体能動デバイス、特にＩＣ
および能動光デバイスを不動態化するために用いられ
る。これは、例えば、汚染に対する障壁として作用する
こと、保護された表面の酸化を防ぐこと、あるいは、そ
の表面からの元素の蒸発を防ぐことのために行われる。
もちろん、不動態化および反射修正のような複数の機能
を単一の被覆で行う場合もある。
デバイスにおいて多くの目的に用いられる。例えば、電
極の接触領域を制限し、あるいは、集積回路（ＩＣ）の
１つの層を他の層から電気的に分離するための絶縁機能
を果たす。また、ＩＣの製造時における光リソグラフィ
（フォトリソグラフィ）の使用を容易にし、あるいは、
ＬＥＤ、レーザ、および光検出器（フォトディテクタ）
のような半導体能動光デバイスの性能を向上させるため
の、反射修正機能を果たす。この場合、低反射（例え
ば、反射率１〜５％）の被覆を、ファブリ・ペローレー
ザの出力ファセットで用いて、量子効率を増大させ、ま
た、反射防止（反射率＜１％）被覆を分布帰還（ＤＦ
Ｂ）レーザの出力ファセットで用いて、ファブリ・ペロ
ーモードを抑圧し、単一の縦モード放出を引き起こす。
さらに、誘電体被覆は、半導体能動デバイス、特にＩＣ
および能動光デバイスを不動態化するために用いられ
る。これは、例えば、汚染に対する障壁として作用する
こと、保護された表面の酸化を防ぐこと、あるいは、そ
の表面からの元素の蒸発を防ぐことのために行われる。
もちろん、不動態化および反射修正のような複数の機能
を単一の被覆で行う場合もある。
【０００３】非密封型半導体レーザ、すなわち、パッケ
ージに密封されていないレーザの設計において、二重機
能被覆は現在特に重要となっている。このような状況で
は、被覆は、性能の観点から反射修正機能を提供するの
みならず、信頼性の観点から不動態化の機能も提供す
る。密封パッケージがない場合、レーザは、動作環境に
おいて汚染による劣化を受けやすくなる。特に問題なの
は、湿気（すなわち水蒸気）による、レーザの信頼性に
対する影響である。
ージに密封されていないレーザの設計において、二重機
能被覆は現在特に重要となっている。このような状況で
は、被覆は、性能の観点から反射修正機能を提供するの
みならず、信頼性の観点から不動態化の機能も提供す
る。密封パッケージがない場合、レーザは、動作環境に
おいて汚染による劣化を受けやすくなる。特に問題なの
は、湿気（すなわち水蒸気）による、レーザの信頼性に
対する影響である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の機能を果たす被
覆材料の適性は、一部は、光デバイスの動作波長におい
て低い（一般にはできるだけ０に近い）反射率で被覆を
堆積（あるいは形成）することができるかどうかに左右
される。この場合、あるデバイスに対して所望の不動態
化あるいは反射修正の機能を果たす被覆は、別の非常に
類似したデバイスに対してはそれほど適切に機能を果た
さない可能性がある。例として、有効屈折率（ｎeff）
が例えば３．６（屈折率が高い４元材料の比率が比較的
高いことを示す）のＩｎｐ−ＩｎＧａＡｓＰ製のＤＦＢ
レーザの出力ファセット用に設計された反射防止（ＡＲ
(anti-reflection)）被覆は、ｎeffが例えば３．１の
（屈折率が低い２元材料の比率が比較的高いことを示
す）Ｉｎｐ−ＩｎＧａＡｓＰ製のＭＱＷレーザの出力フ
ァセットに使用するには適さない可能性がある。同様
に、受動光デバイス（例えばガラスレンズ）用に設計さ
れた被覆は不動態化の機能を果たす必要はないため、能
動半導体デバイスの設計に固有の複雑な汚染の問題の解
決にはほとんど役に立たない。レンズのようなガラス物
体上の多層ＡＲ被覆については、米国特許第４，３７
２，９８７号（発明者：P. Gannerほか、発行日：１９
８３年２月８日）に記載されている。
覆材料の適性は、一部は、光デバイスの動作波長におい
て低い（一般にはできるだけ０に近い）反射率で被覆を
堆積（あるいは形成）することができるかどうかに左右
される。この場合、あるデバイスに対して所望の不動態
化あるいは反射修正の機能を果たす被覆は、別の非常に
類似したデバイスに対してはそれほど適切に機能を果た
さない可能性がある。例として、有効屈折率（ｎeff）
が例えば３．６（屈折率が高い４元材料の比率が比較的
高いことを示す）のＩｎｐ−ＩｎＧａＡｓＰ製のＤＦＢ
レーザの出力ファセット用に設計された反射防止（ＡＲ
(anti-reflection)）被覆は、ｎeffが例えば３．１の
（屈折率が低い２元材料の比率が比較的高いことを示
す）Ｉｎｐ−ＩｎＧａＡｓＰ製のＭＱＷレーザの出力フ
ァセットに使用するには適さない可能性がある。同様
に、受動光デバイス（例えばガラスレンズ）用に設計さ
れた被覆は不動態化の機能を果たす必要はないため、能
動半導体デバイスの設計に固有の複雑な汚染の問題の解
決にはほとんど役に立たない。レンズのようなガラス物
体上の多層ＡＲ被覆については、米国特許第４，３７
２，９８７号（発明者：P. Gannerほか、発行日：１９
８３年２月８日）に記載されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴によ
れば、能動半導体デバイスは、タンタルおよびアルミニ
ウムの酸化物からなる被覆を有する。この能動デバイス
は例えばＩＣからなり、あるいは、レーザ、ＬＥＤまた
はフォトダイオードのような光デバイスからなる。
れば、能動半導体デバイスは、タンタルおよびアルミニ
ウムの酸化物からなる被覆を有する。この能動デバイス
は例えばＩＣからなり、あるいは、レーザ、ＬＥＤまた
はフォトダイオードのような光デバイスからなる。
【０００６】ＩＣの場合、タンタル−アルミニウム酸化
物被覆は、ＩＣの能動領域と、水分のような汚染源の間
に配置された障壁として作用する。
物被覆は、ＩＣの能動領域と、水分のような汚染源の間
に配置された障壁として作用する。
【０００７】半導体レーザの場合、タンタル−アルミニ
ウム酸化物被覆は、レーザ上に単一の層として形成さ
れ、反射修正および不動態化被覆の両方の機能を果たす
ように設計される。好ましいレーザの実施例では、被覆
は、レーザが非密封環境でも高い信頼性で動作すること
ができるほどに十分に密でかつ安定である。
ウム酸化物被覆は、レーザ上に単一の層として形成さ
れ、反射修正および不動態化被覆の両方の機能を果たす
ように設計される。好ましいレーザの実施例では、被覆
は、レーザが非密封環境でも高い信頼性で動作すること
ができるほどに十分に密でかつ安定である。
【０００８】本発明のもう１つの特徴によれば、タンタ
ル−アルミニウム酸化物被覆は、イオン補助電子ビーム
堆積法によって製造される。この方法では、デバイスサ
ンプルと、イオンビームおよび蒸着物質ビームは相互に
回転し、蒸着物質は堆積中常にサンプルに入射するが、
イオンは一部の時間しかサンプルに入射しないようにさ
れる。本発明のさらにもう１つの特徴によれば、電子ビ
ーム装置のるつぼは、２ステップの手続きの反復によっ
て充填される。すなわち、るつぼを原材料で部分的に充
填してから、原材料を融解する。これらの２ステップ
は、るつぼがほとんど満たされるまで繰り返される。こ
の製造法により、非常に水分を通しにくく、非常に再現
性の高い緻密な酸化物が生成される。
ル−アルミニウム酸化物被覆は、イオン補助電子ビーム
堆積法によって製造される。この方法では、デバイスサ
ンプルと、イオンビームおよび蒸着物質ビームは相互に
回転し、蒸着物質は堆積中常にサンプルに入射するが、
イオンは一部の時間しかサンプルに入射しないようにさ
れる。本発明のさらにもう１つの特徴によれば、電子ビ
ーム装置のるつぼは、２ステップの手続きの反復によっ
て充填される。すなわち、るつぼを原材料で部分的に充
填してから、原材料を融解する。これらの２ステップ
は、るつぼがほとんど満たされるまで繰り返される。こ
の製造法により、非常に水分を通しにくく、非常に再現
性の高い緻密な酸化物が生成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に、能動半導体デバイス１０
（またはその一部）を示す。能動半導体デバイス１０
は、例えば、ＩＣ、レーザ、ＬＥＤあるいは光検出器で
ある。デバイス１０は、表面あるいはファセット１６、
１８上に形成された誘電体被覆１２、１４を有する。被
覆１２、１４は、表面の反射率を変えるため、表面を不
動態化するため、またはこれら両方のために用いられ
る。実施例では、デバイス１０は、ＩＩＩ−Ｖ族あるい
はＩＩ−ＶＩ族化合物材料のような化合物半導体材料か
らなる。あるいは、デバイス１０は、Ｓｉのような元素
半導体であることも可能であり、また、半導体、誘電体
および金属材料を含む複雑な多層構造（ＳｉのＩＣの場
合のように）であることも可能である。説明のため、以
降では、デバイス１０はＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ多重量
子井戸（ＭＱＷ）分布帰還（ＤＦＢ）レーザであり、一
方の被覆が高反射率（ＨＲ(high reflectivity)）被覆
１２であり、他方の被覆は低反射率あるいは反射防止
（ＡＲ）被覆１４であるとするが、これは本発明を限定
するものではない。
（またはその一部）を示す。能動半導体デバイス１０
は、例えば、ＩＣ、レーザ、ＬＥＤあるいは光検出器で
ある。デバイス１０は、表面あるいはファセット１６、
１８上に形成された誘電体被覆１２、１４を有する。被
覆１２、１４は、表面の反射率を変えるため、表面を不
動態化するため、またはこれら両方のために用いられ
る。実施例では、デバイス１０は、ＩＩＩ−Ｖ族あるい
はＩＩ−ＶＩ族化合物材料のような化合物半導体材料か
らなる。あるいは、デバイス１０は、Ｓｉのような元素
半導体であることも可能であり、また、半導体、誘電体
および金属材料を含む複雑な多層構造（ＳｉのＩＣの場
合のように）であることも可能である。説明のため、以
降では、デバイス１０はＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ多重量
子井戸（ＭＱＷ）分布帰還（ＤＦＢ）レーザであり、一
方の被覆が高反射率（ＨＲ(high reflectivity)）被覆
１２であり、他方の被覆は低反射率あるいは反射防止
（ＡＲ）被覆１４であるとするが、これは本発明を限定
するものではない。
【００１０】このようなレーザの概略図を図２に示す。
図１と対応する要素は同じ参照符号を与えてある。レー
ザは支持部材２６上にマウントされ、カプセル化材料２
８（例えば、エポキシのようなポリマー）内に埋め込ま
れている。このタイプのカプセル化は、低コストアプリ
ケーションで好ましい非密封型パッケージで用いられ
る。基本的なレーザの構造は当業者に周知である。レー
ザは、１対の広バンドギャップのＩｎＰクラッド領域２
２と２４の間に配置されたＭＱＷ活性領域２０からな
る。領域２０の詳細は、ＤＦＢグレーティングととも
に、簡単のために省略してある。これらはいずれも当業
者に周知である。ＨＲ被覆１２が一方のレーザファセッ
ト上に形成され、ＡＲ被覆１４が他方のレーザファセッ
ト上に形成される。図示していないが、同じく周知のよ
うに、電気接点を設け、順バイアスおよび十分な駆動電
流を供給して、活性領域が、主にＡＲ被覆１４およびポ
リマー２８を通って、放射λを、図示していない利用デ
バイス（例えば、光ファイバ、光検出器など）へ放出す
るようにする。放射の一部はＨＲ被覆１２から現れるこ
ともあるが、当業者に周知のように、この「背面」放射
はモニタフォトダイオード（図示せず）に送られ、レー
ザ動作（例えばバイアスあるいは動作点）を制御するた
めに用いられる。
図１と対応する要素は同じ参照符号を与えてある。レー
ザは支持部材２６上にマウントされ、カプセル化材料２
８（例えば、エポキシのようなポリマー）内に埋め込ま
れている。このタイプのカプセル化は、低コストアプリ
ケーションで好ましい非密封型パッケージで用いられ
る。基本的なレーザの構造は当業者に周知である。レー
ザは、１対の広バンドギャップのＩｎＰクラッド領域２
２と２４の間に配置されたＭＱＷ活性領域２０からな
る。領域２０の詳細は、ＤＦＢグレーティングととも
に、簡単のために省略してある。これらはいずれも当業
者に周知である。ＨＲ被覆１２が一方のレーザファセッ
ト上に形成され、ＡＲ被覆１４が他方のレーザファセッ
ト上に形成される。図示していないが、同じく周知のよ
うに、電気接点を設け、順バイアスおよび十分な駆動電
流を供給して、活性領域が、主にＡＲ被覆１４およびポ
リマー２８を通って、放射λを、図示していない利用デ
バイス（例えば、光ファイバ、光検出器など）へ放出す
るようにする。放射の一部はＨＲ被覆１２から現れるこ
ともあるが、当業者に周知のように、この「背面」放射
はモニタフォトダイオード（図示せず）に送られ、レー
ザ動作（例えばバイアスあるいは動作点）を制御するた
めに用いられる。
【００１１】本発明の１つの特徴によれば、ＡＲ被覆１
４は、タンタルおよびアルミニウムの酸化物からなる単
一層である。この酸化物の化学式は（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔ
ａ2Ｏ5）1-xと書くことができる。ただし、ｘは、この
層におけるＡｌ2Ｏ3のモル分率である。ｘを変えること
によって、酸化物の有効屈折率ｎoxを変えることができ
る。約１．３μｍ〜１．５５μｍの波長範囲（ＩｎＰ−
ＩｎＧａＡｓＰレーザの代表的な放出波長）にわたっ
て、ｘ≒１．００（ほとんどタンタル酸化物がない）、
０．９０、０．８０および０．７５の場合、それぞれ、
ｎox≒１．５６、１．７３、１．７８、１．８０とな
る。反対の極限ｘ≒０は、アルミニウム酸化物がほとん
どないことを表すが、同じ波長範囲にわたってｎox＝
２．１となる。安定性の観点から、湿潤環境では、パラ
メータｘは０＜ｘ≦０．８０の範囲内にあるべきであ
る。ｘ＝０．８０を超えると、酸化物層は、非密封型ア
プリケーションでは十分に安定であるとはいえない。
４は、タンタルおよびアルミニウムの酸化物からなる単
一層である。この酸化物の化学式は（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔ
ａ2Ｏ5）1-xと書くことができる。ただし、ｘは、この
層におけるＡｌ2Ｏ3のモル分率である。ｘを変えること
によって、酸化物の有効屈折率ｎoxを変えることができ
る。約１．３μｍ〜１．５５μｍの波長範囲（ＩｎＰ−
ＩｎＧａＡｓＰレーザの代表的な放出波長）にわたっ
て、ｘ≒１．００（ほとんどタンタル酸化物がない）、
０．９０、０．８０および０．７５の場合、それぞれ、
ｎox≒１．５６、１．７３、１．７８、１．８０とな
る。反対の極限ｘ≒０は、アルミニウム酸化物がほとん
どないことを表すが、同じ波長範囲にわたってｎox＝
２．１となる。安定性の観点から、湿潤環境では、パラ
メータｘは０＜ｘ≦０．８０の範囲内にあるべきであ
る。ｘ＝０．８０を超えると、酸化物層は、非密封型ア
プリケーションでは十分に安定であるとはいえない。
【００１２】単一層ＡＲ被覆として適切に機能するた
め、被覆の厚さｔは、４分の１波長の厚さｔqw＝λ／４
ｎに対応すべきである。ただし、λは真空中で測定した
レーザ放出の波長であり、ｎは被覆の屈折率（すなわ
ち、ｎ＝上記のｎox）である。この屈折率は、関係式ｎ
ox＝ｎeff 1/2を満たすべきである。ただし、ｎeffは、
被覆が形成される表面の有効屈折率である。本実施例で
は、この表面は、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの複数の層の
端面によって形成されるレーザファセットである。従っ
て、ｎeffは、実質的に、レーザ放射の横モードによっ
て貫通される層の屈折率の平均となる。多くのＩｎＰ−
ＩｎＧａＡｓＰ製ＭＱＷの設計では、ｎeffは約３．１
〜３．３の範囲であり、１．５５μｍレーザでは典型的
にはｎeff≒３．１７であり、１．３μｍレーザでは典
型的にはｎeff≒３．２４である。従って、ｎox＝ｎeff
1/2は一般に約１．７８〜１．８０であり、これは、ｘ
≒０．８０〜０．７５としたタンタル−アルミニウム酸
化物被覆で得られる。
め、被覆の厚さｔは、４分の１波長の厚さｔqw＝λ／４
ｎに対応すべきである。ただし、λは真空中で測定した
レーザ放出の波長であり、ｎは被覆の屈折率（すなわ
ち、ｎ＝上記のｎox）である。この屈折率は、関係式ｎ
ox＝ｎeff 1/2を満たすべきである。ただし、ｎeffは、
被覆が形成される表面の有効屈折率である。本実施例で
は、この表面は、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰの複数の層の
端面によって形成されるレーザファセットである。従っ
て、ｎeffは、実質的に、レーザ放射の横モードによっ
て貫通される層の屈折率の平均となる。多くのＩｎＰ−
ＩｎＧａＡｓＰ製ＭＱＷの設計では、ｎeffは約３．１
〜３．３の範囲であり、１．５５μｍレーザでは典型的
にはｎeff≒３．１７であり、１．３μｍレーザでは典
型的にはｎeff≒３．２４である。従って、ｎox＝ｎeff
1/2は一般に約１．７８〜１．８０であり、これは、ｘ
≒０．８０〜０．７５としたタンタル−アルミニウム酸
化物被覆で得られる。
【００１３】レーザ放射がＡＲ被覆を通して大気中に伝
播するようなアプリケーション（密封型パッケージでは
一般的）では、上記の計算は正確である。しかし、図２
のように、レーザが、カプセル化材料２８のような別の
媒質内に放射する場合、式ｎox＝ｎeff 1/2は、カプセル
化材料の屈折率ｎenc（例えば、例示したエポキシの場
合約１．３０〜１．３９）を考慮に入れて調整し、ｎox
＝（ｎeffｎenc）1/2とすべきである。このような場
合、ｎoxに対するこの修正した式では、より高い屈折率
のＡＲ被覆が要求される。これは、被覆ではタンタル酸
化物の高くする（すなわち、ｘの値を低くする）ことを
意味する。
播するようなアプリケーション（密封型パッケージでは
一般的）では、上記の計算は正確である。しかし、図２
のように、レーザが、カプセル化材料２８のような別の
媒質内に放射する場合、式ｎox＝ｎeff 1/2は、カプセル
化材料の屈折率ｎenc（例えば、例示したエポキシの場
合約１．３０〜１．３９）を考慮に入れて調整し、ｎox
＝（ｎeffｎenc）1/2とすべきである。このような場
合、ｎoxに対するこの修正した式では、より高い屈折率
のＡＲ被覆が要求される。これは、被覆ではタンタル酸
化物の高くする（すなわち、ｘの値を低くする）ことを
意味する。
【００１４】本発明のもう１つの特徴によれば、タンタ
ル−アルミニウム酸化物被覆は、パルス化イオン補助電
子ビーム堆積法によって製造される。図４に、このよう
な製造プロセスで用いられる例示的な装置１００を示
す。この装置は、真空容器１０２内に、軸１０６の周り
に回転可能なサンプルホルダ１０４と、原材料１１０を
入れるるつぼ１０８と、イオン銃１１２と、電子ビーム
銃１１４が配置されている。
ル−アルミニウム酸化物被覆は、パルス化イオン補助電
子ビーム堆積法によって製造される。図４に、このよう
な製造プロセスで用いられる例示的な装置１００を示
す。この装置は、真空容器１０２内に、軸１０６の周り
に回転可能なサンプルホルダ１０４と、原材料１１０を
入れるるつぼ１０８と、イオン銃１１２と、電子ビーム
銃１１４が配置されている。
【００１５】ホルダ１０４は、サンプル１０１、１０７
がマウントされる斜めのパネル１０３、１０５を有す
る。それぞれ４個のサンプルを有する２枚のパネルを図
示したがこれは単なる例示である。サンプルは、例え
ば、半導体チップ、あるいは、相互に切り離す前のチッ
プの細長いバーである（後者の場合、図４はそのような
バーの端面を図示している）。
がマウントされる斜めのパネル１０３、１０５を有す
る。それぞれ４個のサンプルを有する２枚のパネルを図
示したがこれは単なる例示である。サンプルは、例え
ば、半導体チップ、あるいは、相互に切り離す前のチッ
プの細長いバーである（後者の場合、図４はそのような
バーの端面を図示している）。
【００１６】原材料１１０は、銃１１４からの電子ビー
ム１１５によって十分高温に加熱され、原材料は蒸発す
る。蒸発した材料はビーム１１１を形成し、常時サンプ
ル１０１、１０７に入射する。これに対して、イオン銃
１１２はイオンビーム１１３を生成するが、図示した位
置では、サンプル１０７には入射するがサンプル１０１
には入射しない。しかし、ホルダが回転すると、イオン
ビームはサンプル１０１に入射するが１０７には入射し
ない。このようにして、サンプルは、サイクル時間の一
部（ホルダの回転速度によって規定される）だけイオン
ビームを「見る」。別の見方をすれば、イオンビームは
実質的にパルス化されている。イオンビームをパルス化
する別の方法、例えば、適当な頻度でイオン銃１１２を
閉じる（サンプルホルダ１０４の回転はあってもなくて
もよい）ことも本発明の範囲内に入る。
ム１１５によって十分高温に加熱され、原材料は蒸発す
る。蒸発した材料はビーム１１１を形成し、常時サンプ
ル１０１、１０７に入射する。これに対して、イオン銃
１１２はイオンビーム１１３を生成するが、図示した位
置では、サンプル１０７には入射するがサンプル１０１
には入射しない。しかし、ホルダが回転すると、イオン
ビームはサンプル１０１に入射するが１０７には入射し
ない。このようにして、サンプルは、サイクル時間の一
部（ホルダの回転速度によって規定される）だけイオン
ビームを「見る」。別の見方をすれば、イオンビームは
実質的にパルス化されている。イオンビームをパルス化
する別の方法、例えば、適当な頻度でイオン銃１１２を
閉じる（サンプルホルダ１０４の回転はあってもなくて
もよい）ことも本発明の範囲内に入る。
【００１７】本発明のもう１つの特徴によれば、被覆の
（例えば屈折率の）再現性は、段階に分けてるつぼ１０
８に原材料１１０を入れることによって改善される。す
なわち、部分的にるつぼを満たしてから原材料を融解す
るという２ステップ手順を反復することによって改善さ
れる。さらに具体的には、タンタル−アルミニウム酸化
物原材料を、当業者に周知のように、タンタル酸化物と
アルミニウム酸化物の所要の比率の混合物をボールミル
により粒状に調製してからその混合物を焼結する。
（例えば屈折率の）再現性は、段階に分けてるつぼ１０
８に原材料１１０を入れることによって改善される。す
なわち、部分的にるつぼを満たしてから原材料を融解す
るという２ステップ手順を反復することによって改善さ
れる。さらに具体的には、タンタル−アルミニウム酸化
物原材料を、当業者に周知のように、タンタル酸化物と
アルミニウム酸化物の所要の比率の混合物をボールミル
により粒状に調製してからその混合物を焼結する。
【００１８】第１量（例えば重量で量る）の原材料をる
つぼに入れる。この第１量は、るつぼを満たすのには不
十分である。次に、この第１量の原材料を（例えば、実
施例では電子ビーム１１５により約２２００℃に加熱す
ることによって）融解する。融解した原材料が冷却した
後、第２量の原材料をこの第１量の原材料に追加する。
第１量と第２量は等しくても異なっていてもよい。合わ
せた量の原材料を電子ビームを用いて加熱し融解する。
この手順を、るつぼが満杯またはほとんど満杯になるま
で反復する。反復の回数は、るつぼのサイズ、および、
第１量、第２量などの量に依存するが、当業者には容易
に決定することができる。この方法の１つの目的は、る
つぼの上端によるシャドウ効果を少なくすることであ
る。すなわち、上記の順次充填するプロセスを用いず
に、単一ステップで粒状材料を単にるつぼに満たす場
合、上面が下がって、蒸着物質ビームがるつぼの縁によ
って部分的に遮蔽される。このシャドウ効果は、サンプ
ルに堆積される被覆の厚さに非一様性を引き起こす。
つぼに入れる。この第１量は、るつぼを満たすのには不
十分である。次に、この第１量の原材料を（例えば、実
施例では電子ビーム１１５により約２２００℃に加熱す
ることによって）融解する。融解した原材料が冷却した
後、第２量の原材料をこの第１量の原材料に追加する。
第１量と第２量は等しくても異なっていてもよい。合わ
せた量の原材料を電子ビームを用いて加熱し融解する。
この手順を、るつぼが満杯またはほとんど満杯になるま
で反復する。反復の回数は、るつぼのサイズ、および、
第１量、第２量などの量に依存するが、当業者には容易
に決定することができる。この方法の１つの目的は、る
つぼの上端によるシャドウ効果を少なくすることであ
る。すなわち、上記の順次充填するプロセスを用いず
に、単一ステップで粒状材料を単にるつぼに満たす場
合、上面が下がって、蒸着物質ビームがるつぼの縁によ
って部分的に遮蔽される。このシャドウ効果は、サンプ
ルに堆積される被覆の厚さに非一様性を引き起こす。
【００１９】特に興味があるのは、粒状のＡｌ2Ｏ3およ
び粒状のＴａ2Ｏ5の融解混合物から（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔ
ａ2Ｏ5）1-xの被覆を堆積することへの、上記の製造法
の応用である。この原材料の重要な特徴は、電子ビーム
によって加熱されるときに調和融解により蒸発すること
である。この特性は、原材料の最上面がなくなっても、
残りの組成（例えば、Ａｌ2Ｏ3とＴａ2Ｏ5の比）がほと
んどまたは全く変化しないことを意味する。従って、残
りの原材料を廃棄せず再使用することができる。
び粒状のＴａ2Ｏ5の融解混合物から（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔ
ａ2Ｏ5）1-xの被覆を堆積することへの、上記の製造法
の応用である。この原材料の重要な特徴は、電子ビーム
によって加熱されるときに調和融解により蒸発すること
である。この特性は、原材料の最上面がなくなっても、
残りの組成（例えば、Ａｌ2Ｏ3とＴａ2Ｏ5の比）がほと
んどまたは全く変化しないことを意味する。従って、残
りの原材料を廃棄せず再使用することができる。
【００２０】
［例Ｉ］上記の製造法を用いて、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ（およびこれらの材料の２つ以上の複合多
層ファセット）、ガラスおよびＳｉを含むさまざまな基
板上に、０≦ｘ≦１．０で（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）
1-xの被覆を堆積した。
ｎＧａＡｓＰ（およびこれらの材料の２つ以上の複合多
層ファセット）、ガラスおよびＳｉを含むさまざまな基
板上に、０≦ｘ≦１．０で（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）
1-xの被覆を堆積した。
【００２１】市販の堆積装置で、われわれは約７ｋＶの
電子ビーム電圧を用いたが、５〜１０ｋＶでも適当であ
る。また、われわれは５００Ｖのイオン銃電圧を用いた
が、３００〜７００Ｖでも適当であり、３５ｍＡのイオ
ンビーム電流を用いたが、３５〜１００ｍＡでも適当で
ある。イオン種は、Ａｒイオンであったが、Ｏ2、Ｘ
ｅ、Ｎｅまたはその他のイオンでもよい。真空容器１０
２内の圧力は一般に１×１０-5ｔｏｒｒ〜１×１０-4ｔ
ｏｒｒであったが、この範囲外の圧力も使用可能であ
る。これらの条件下で、２〜１０Å／ｓの堆積速度は容
易に達成可能であるが、一般に２〜８Å／ｓであり、実
質的に所望の厚さの被覆が得られる。例えば、２〜４Å
／ｓの範囲の別の堆積速度で、厚さ１０００〜３０００
Åの層を堆積した。
電子ビーム電圧を用いたが、５〜１０ｋＶでも適当であ
る。また、われわれは５００Ｖのイオン銃電圧を用いた
が、３００〜７００Ｖでも適当であり、３５ｍＡのイオ
ンビーム電流を用いたが、３５〜１００ｍＡでも適当で
ある。イオン種は、Ａｒイオンであったが、Ｏ2、Ｘ
ｅ、Ｎｅまたはその他のイオンでもよい。真空容器１０
２内の圧力は一般に１×１０-5ｔｏｒｒ〜１×１０-4ｔ
ｏｒｒであったが、この範囲外の圧力も使用可能であ
る。これらの条件下で、２〜１０Å／ｓの堆積速度は容
易に達成可能であるが、一般に２〜８Å／ｓであり、実
質的に所望の厚さの被覆が得られる。例えば、２〜４Å
／ｓの範囲の別の堆積速度で、厚さ１０００〜３０００
Åの層を堆積した。
【００２２】上記のように、被覆の屈折率ｎoxは、酸化
物の組成（ｘ）を変えることによって変えた。例えば、
ｘ≒１．００、０．９０、０．８０、０．７５の場合、
それぞれ、ｎox＝１．５６、１．７３、１．７８、１．
８０となる。
物の組成（ｘ）を変えることによって変えた。例えば、
ｘ≒１．００、０．９０、０．８０、０．７５の場合、
それぞれ、ｎox＝１．５６、１．７３、１．７８、１．
８０となる。
【００２３】これらの層は、単一層ＡＲ被覆（反射率≪
１．０％）として、低反射率（ＬＲ(low reflectivit
y)）被覆（約１〜１０％の範囲の反射率）として、また
は、不動態化被覆として用いられる。不動態化被覆で
は、被覆が堆積される表面の反射率を変えないことが必
要な場合、被覆の厚さは２ｔqwとすべきである。既に説
明したように、水分がある場合の安定性のため、０＜ｘ
≦０．８０とすることが好ましい。
１．０％）として、低反射率（ＬＲ(low reflectivit
y)）被覆（約１〜１０％の範囲の反射率）として、また
は、不動態化被覆として用いられる。不動態化被覆で
は、被覆が堆積される表面の反射率を変えないことが必
要な場合、被覆の厚さは２ｔqwとすべきである。既に説
明したように、水分がある場合の安定性のため、０＜ｘ
≦０．８０とすることが好ましい。
【００２４】［例ＩＩ］以下の例は、上記で説明した本
発明の概念が、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ製ＭＱＷのＤＦ
Ｂレーザの出力ファセット上にタンタル−アルミニウム
酸化物ＡＲ被覆を堆積することにどのように適用された
かを説明するものである。
発明の概念が、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ製ＭＱＷのＤＦ
Ｂレーザの出力ファセット上にタンタル−アルミニウム
酸化物ＡＲ被覆を堆積することにどのように適用された
かを説明するものである。
【００２５】（Ａｌ2Ｏ3）0.8（Ｔａ2Ｏ5）0.2の単一層
ＡＲ被覆を各レーザの出力ファセット上に堆積した。被
覆の屈折率はｎox≒１．８０であり、被覆の厚さは約１
８００Å（λ＝１．３μｍにおける４分の１波長の厚さ
に等しい）であった。なお、例えば１．５５μｍで動作
するレーザ（ｎeff＝３．１７）の場合、ｎox＝１。７
８である。さらに、レーザがポリマーにカプセル化され
ていない場合には、対応するｎoxはより高くなる。
ＡＲ被覆を各レーザの出力ファセット上に堆積した。被
覆の屈折率はｎox≒１．８０であり、被覆の厚さは約１
８００Å（λ＝１．３μｍにおける４分の１波長の厚さ
に等しい）であった。なお、例えば１．５５μｍで動作
するレーザ（ｎeff＝３．１７）の場合、ｎox＝１。７
８である。さらに、レーザがポリマーにカプセル化され
ていない場合には、対応するｎoxはより高くなる。
【００２６】性能を評価するために、一般的に非密封性
の動作環境で受けるのよりもかなり過酷な条件に被覆を
置いた。この過酷な試験に被覆が合格すれば、目的とす
る非密封型アプリケーションに適する可能性が高い。こ
うして、被覆（レーザファセット上ではなくＩｎＰ基板
上に堆積した）を、まず、熱水（９６〜９９℃）中に１
０００時間浸漬することによって試験した。被覆の厚さ
および屈折率に変化は観測されなかった。次に、（上記
の１．３μｍレーザの）レーザファセット上の同様の被
覆を、８５℃／相対湿度８５％および駆動電流３５ｍＡ
で１０００時間以上という条件下でストレス試験した。
レーザ動作の劣化は観測されなかった。最後に、被覆
（Ｓｉ基板上に堆積した）を熱水（９６〜９９℃）に５
００時間浸漬して、弾性反跳検出法を用いることによっ
て、これらの被覆の水分障壁性を評価した。水素は被覆
の表面に局限されていることを観測した。すなわち、被
覆のバルク中には水素は観測されなかった。これは、被
覆が、下の基板への水分の透過に対する有効な障壁であ
ることを意味する。このように、この被覆は、このよう
な基板に形成された能動デバイスの有効な水分障壁とな
る。同様に、この被覆の有効性は、Ｓｉ、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物、およびＩＩ−ＶＩ族化合物の基板に形成される
デバイスにも当てはまることが期待される。
の動作環境で受けるのよりもかなり過酷な条件に被覆を
置いた。この過酷な試験に被覆が合格すれば、目的とす
る非密封型アプリケーションに適する可能性が高い。こ
うして、被覆（レーザファセット上ではなくＩｎＰ基板
上に堆積した）を、まず、熱水（９６〜９９℃）中に１
０００時間浸漬することによって試験した。被覆の厚さ
および屈折率に変化は観測されなかった。次に、（上記
の１．３μｍレーザの）レーザファセット上の同様の被
覆を、８５℃／相対湿度８５％および駆動電流３５ｍＡ
で１０００時間以上という条件下でストレス試験した。
レーザ動作の劣化は観測されなかった。最後に、被覆
（Ｓｉ基板上に堆積した）を熱水（９６〜９９℃）に５
００時間浸漬して、弾性反跳検出法を用いることによっ
て、これらの被覆の水分障壁性を評価した。水素は被覆
の表面に局限されていることを観測した。すなわち、被
覆のバルク中には水素は観測されなかった。これは、被
覆が、下の基板への水分の透過に対する有効な障壁であ
ることを意味する。このように、この被覆は、このよう
な基板に形成された能動デバイスの有効な水分障壁とな
る。同様に、この被覆の有効性は、Ｓｉ、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物、およびＩＩ−ＶＩ族化合物の基板に形成される
デバイスにも当てはまることが期待される。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、上
記の例が示すように、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰレーザフ
ァセット上に、再現性のある安定な単一層ＡＲ被覆を形
成することが可能であり、この被覆は、ファセットを十
分に不動態化して、レーザが非密封性環境で動作するこ
とが可能となる。
記の例が示すように、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰレーザフ
ァセット上に、再現性のある安定な単一層ＡＲ被覆を形
成することが可能であり、この被覆は、ファセットを十
分に不動態化して、レーザが非密封性環境で動作するこ
とが可能となる。
【００２８】以上、本発明の実施例について説明した
が、当業者には理解されるように、さまざまな変形例が
可能である。特に、上記の製造プロセスはレーザファセ
ット被覆を堆積する場合に本発明を実施する好ましい方
法であるが、他の堆積法も、他のデバイスにおける他の
アプリケーションでは適当なことがある。例えば、スル
ープットの低下が認容される場合には、ｒｆスパッタリ
ングやイオンビームスパッタリングも適当である。
が、当業者には理解されるように、さまざまな変形例が
可能である。特に、上記の製造プロセスはレーザファセ
ット被覆を堆積する場合に本発明を実施する好ましい方
法であるが、他の堆積法も、他のデバイスにおける他の
アプリケーションでは適当なことがある。例えば、スル
ープットの低下が認容される場合には、ｒｆスパッタリ
ングやイオンビームスパッタリングも適当である。
【００２９】なお、明確にするため、図面は縮尺どおり
には描かれていない。
には描かれていない。
【図１】本発明の１つの特徴による半導体デバイスの概
略図である。
略図である。
【図２】本発明の別の実施例による、カプセル化された
非密封型の半導体レーザの概略側断面図である。
非密封型の半導体レーザの概略側断面図である。
【図３】単一層ＡＲ被覆の厚さに対する反射率のグラフ
であり、４分の１波長の厚さｔqwに関する対称性を説明
する図である。
であり、４分の１波長の厚さｔqwに関する対称性を説明
する図である。
【図４】本発明のさらにもう１つの実施例によって、図
１のデバイスの表面上に誘電体（例えばタンタル−アル
ミニウム酸化物）被覆を形成するために使用される電子
ビーム堆積装置の概略図である。
１のデバイスの表面上に誘電体（例えばタンタル−アル
ミニウム酸化物）被覆を形成するために使用される電子
ビーム堆積装置の概略図である。
１０ 能動半導体デバイス １２ 誘電体被覆（ＨＲ被覆） １４ 誘電体被覆（ＡＲ被覆） １６ ファセット １８ ファセット ２０ ＭＱＷ活性領域 ２２ ＩｎＰクラッド領域 ２４ ＩｎＰクラッド領域 ２６ 支持部材 ２８ カプセル化材料 １００ 製造装置 １０１ サンプル １０２ 真空容器 １０３ パネル １０４ サンプルホルダ １０５ パネル １０６ 軸 １０７ サンプル １０８ るつぼ １１０ 原材料 １１２ イオン銃 １１３ イオンビーム １１４ 電子ビーム銃 １１５ 電子ビーム
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ウィリアム ヘンリ グロドキエウィッツ アメリカ合衆国、08826 ニュージャージ ー、グレン ガードナー、フォックス ホ ロウ ロード 217 (72)発明者 ピン ウー アメリカ合衆国、07922 ニュージャージ ー、バークレー ハイツ、プレインフィー ルド アヴェニュー 264
Claims (13)
- 【請求項１】 半導体材料の領域（２０，２２，２４）
と、 前記領域上に形成された被覆（１２，１４）と、 前記被覆に隣接し光が伝播する媒質（２８）とからなる
能動光デバイスにおいて、 前記被覆はタンタルおよびアルミニウムの酸化物の単一
層からなることを特徴とする光デバイス。 - 【請求項２】 前記領域は前記光デバイスの活性領域
（２０）を含むことを特徴とする請求項１の光デバイ
ス。 - 【請求項３】 前記領域は、有効屈折率が約２．０〜
４．０のＩＩＩ−Ｖ族化合物材料からなることを特徴と
する請求項１の光デバイス。 - 【請求項４】 前記領域の屈折率をｎeffとし、前記媒
質の屈折率をｎencとして、前記被覆の屈折率ｎoxはほ
ぼ（ｎeffｎenc）1/2に等しく、前記被覆の厚さはほぼ
λ／４ｎoxに等しいことを特徴とする請求項３の光デバ
イス。 - 【請求項５】 前記媒質は前記光デバイスをカプセル化
するエポキシからなり、前記光デバイスはレーザとして
用いられることを特徴とする請求項４の光デバイス。 - 【請求項６】 前記領域は、複数のＩｎＰ層およびＩｎ
ＧａＡｓＰ層の端面によって形成される表面を有するこ
とを特徴とする請求項５の光デバイス。 - 【請求項７】 ０＜ｘ≦０．８として、前記被覆は（Ａ
ｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）1-xからなることを特徴とする請
求項１ないし６のいずれかの光デバイス。 - 【請求項８】 波長λの放射を放出することが可能な非
密封型半導体レーザにおいて、該レーザは、 複数のＩｎＰ層およびＩｎＧａＡｓＰ層の端面によって
形成され、有効屈折率がｎeffの出力ファセット（１
８）と、 前記ファセット上に形成された反射防止被覆（１４）
と、 前記レーザが埋め込まれ、一部が前記ファセットに隣接
して配置され、有効屈折率がｎencのカプセル化材料
（２８）とからなり、 前記被覆は、（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）1-xの単一層か
らなり、ｘは、前記被覆の屈折率ｎoxがほぼ（ｎeffｎ
enc）1/2に等しくなるように選択され、前記被覆の厚さ
はほぼλ／４ｎoxに等しいことを特徴とする非密封型半
導体レーザ。 - 【請求項９】 ０＜ｘ≦０．８であることを特徴とする
請求項８のレーザ。 - 【請求項１０】 λ＝１．３〜１．５５μｍであり、ｎ
eff＝３．１〜３．３であり、ｘ＝０．７〜０．８であ
ることを特徴とする請求項９のレーザ。 - 【請求項１１】 能動デバイス（１０）を含む半導体材
料の領域と、 前記能動デバイスと汚染源の間に配置された障壁領域
（１２，１４）とからなる集積回路において、 前記障壁領域はタンタルとアルミニウムの酸化物からな
ることを特徴とする集積回路。 - 【請求項１２】 前記汚染源は水分であり、前記障壁領
域は水分が前記能動デバイスに達しないように機能する
ことを特徴とする請求項１１の集積回路。 - 【請求項１３】 ０＜ｘ≦０．８として、前記酸化物は
（Ａｌ2Ｏ3）x（Ｔａ2Ｏ5）1-xからなることを特徴とす
る請求項１２の集積回路。
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