JPH1051068A - 可視光放出vcsel用混成ミラー構造体 - Google Patents
可視光放出vcsel用混成ミラー構造体Info
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- JPH1051068A JPH1051068A JP9117552A JP11755297A JPH1051068A JP H1051068 A JPH1051068 A JP H1051068A JP 9117552 A JP9117552 A JP 9117552A JP 11755297 A JP11755297 A JP 11755297A JP H1051068 A JPH1051068 A JP H1051068A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造プロセスを簡略化し、コストを抑え、信
頼性向上を図ったVCSELおよびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 可視光放出VCSEL(101)用混成
ミラー構造は、基板(102)上に配置され、酸化アル
ミニウム物質を含む交互層(111,113)の第1対
(108)と、交互層(118,119)の第2対(1
16)とを含む、第1分布ブラッグ反射器(106)を
含む。第1分布ブラッグ反射器上に第1クラッディング
領域(123)を配置し、その上に活性領域(126)
を配置し、その上に第2クラッディング領域(128)
を配置し、その上に第2分布ブラッグ反射器(131)
を配置する。第1分布ブラッグ反射器(106)におけ
る交互層の各対(108)は、酸化アルミニウムを含有
する層(111)を含む。酸化により、屈折率が約1.
3ないし1.7の範囲に低下する。
頼性向上を図ったVCSELおよびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 可視光放出VCSEL(101)用混成
ミラー構造は、基板(102)上に配置され、酸化アル
ミニウム物質を含む交互層(111,113)の第1対
(108)と、交互層(118,119)の第2対(1
16)とを含む、第1分布ブラッグ反射器(106)を
含む。第1分布ブラッグ反射器上に第1クラッディング
領域(123)を配置し、その上に活性領域(126)
を配置し、その上に第2クラッディング領域(128)
を配置し、その上に第2分布ブラッグ反射器(131)
を配置する。第1分布ブラッグ反射器(106)におけ
る交互層の各対(108)は、酸化アルミニウムを含有
する層(111)を含む。酸化により、屈折率が約1.
3ないし1.7の範囲に低下する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に層状光学
素子(layered opticaldevice)に関し、更に特定すれば
半導体レーザに関するものである。
素子(layered opticaldevice)に関し、更に特定すれば
半導体レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】目下のところ、従来のエッジ放出半導体
レーザ(edge emitting semiconductor laser)は、その
高い動作効率および変調能力のために、光学通信におい
て担う役割が増々重要になりつつある。しかしながら、
従来のエッジ放出半導体レーザには欠点即ち問題点もい
くつかあるために、用途にょってはこのエッジ放出素子
の使用が難しい場合もある。
レーザ(edge emitting semiconductor laser)は、その
高い動作効率および変調能力のために、光学通信におい
て担う役割が増々重要になりつつある。しかしながら、
従来のエッジ放出半導体レーザには欠点即ち問題点もい
くつかあるために、用途にょってはこのエッジ放出素子
の使用が難しい場合もある。
【0003】一方、近年では垂直空洞面放出レーザ(V
CSEL)に対する関心が高まってきた。従来のVCS
ELは、構造が平面状であること、ダイの表面に対して
垂直な光を放出すること、および二次元アレイ状に製造
可能なこと等、いくつかの利点を有する。しかしなが
ら、従来のVCSELにはいくつかの利点があるもの
の、従来のVCSELは、可視スペクトルに関しては、
主に分布ブラッグ反射器(distributed Braggreflector)
の反射率が低いことによるいくつかの欠点がある。これ
らの問題のために、可視スペクトル用VCSELの生産
性が著しく低下する。
CSEL)に対する関心が高まってきた。従来のVCS
ELは、構造が平面状であること、ダイの表面に対して
垂直な光を放出すること、および二次元アレイ状に製造
可能なこと等、いくつかの利点を有する。しかしなが
ら、従来のVCSELにはいくつかの利点があるもの
の、従来のVCSELは、可視スペクトルに関しては、
主に分布ブラッグ反射器(distributed Braggreflector)
の反射率が低いことによるいくつかの欠点がある。これ
らの問題のために、可視スペクトル用VCSELの生産
性が著しく低下する。
【0004】反射率の問題を解決するために取られた従
来の手法に、従来の分布ブラッグ反射器を構成する反射
素子、即ち、交互層(alternatinglayer)の数を増やすと
いうものがある。しかしながら、この場合、上述の手法
は、(反射率損失の増大および反射器の帯域の狭隘化に
より)反射率の問題を解決できず、逆に生産性,欠陥密
度,抵抗の増大等のような別のいくつかの問題が悪化し
てしまい、そのためにこの従来の手法はその問題に対す
る有効な解決策とはなっていない。
来の手法に、従来の分布ブラッグ反射器を構成する反射
素子、即ち、交互層(alternatinglayer)の数を増やすと
いうものがある。しかしながら、この場合、上述の手法
は、(反射率損失の増大および反射器の帯域の狭隘化に
より)反射率の問題を解決できず、逆に生産性,欠陥密
度,抵抗の増大等のような別のいくつかの問題が悪化し
てしまい、そのためにこの従来の手法はその問題に対す
る有効な解決策とはなっていない。
【0005】例えば、VCSELのブラッグ反射器の反
射率を高めるための試みにおいて、多くの追加交互層
(例えば、50ないし200の追加交互層)が堆積され
ている。しかしながら、交互層の数を増やすことによ
り、製造コストの増大を招く。より具体的に説明する
と、交互層の数を増やすと、交互層の欠陥密度の増大、
および層の製造に必要な時間量の増大が生ずる。また、
交互層の増大に伴って直列抵抗が増大し、潜在的に素子
の温度特性に影響を与える。したがって、従来のVCS
ELに追加の層を付加すると、従来のVCSELの製造
コスト増大および製造されたVCSELの品質低下を招
く。その結果、このように製造された従来のVCSEL
は、この目的のための大量生産には全体として相応しく
ないものとなる。
射率を高めるための試みにおいて、多くの追加交互層
(例えば、50ないし200の追加交互層)が堆積され
ている。しかしながら、交互層の数を増やすことによ
り、製造コストの増大を招く。より具体的に説明する
と、交互層の数を増やすと、交互層の欠陥密度の増大、
および層の製造に必要な時間量の増大が生ずる。また、
交互層の増大に伴って直列抵抗が増大し、潜在的に素子
の温度特性に影響を与える。したがって、従来のVCS
ELに追加の層を付加すると、従来のVCSELの製造
コスト増大および製造されたVCSELの品質低下を招
く。その結果、このように製造された従来のVCSEL
は、この目的のための大量生産には全体として相応しく
ないものとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のエッジ放出半導
体レーザおよび従来の垂直空洞面放出レーザには、いく
つかの欠点および問題点があるので、大量生産に適した
用途にはそれらを用いることができないことは容易にわ
かるであろう。したがって、製造プロセスを簡略化し、
コストを抑え、信頼性向上を図ったVCSELおよびそ
の製造方法が高く望まれている。
体レーザおよび従来の垂直空洞面放出レーザには、いく
つかの欠点および問題点があるので、大量生産に適した
用途にはそれらを用いることができないことは容易にわ
かるであろう。したがって、製造プロセスを簡略化し、
コストを抑え、信頼性向上を図ったVCSELおよびそ
の製造方法が高く望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、可視光放出V
CSEL用混成ミラー構造を提供する。この混成ミラー
構造は、基板上に配置され、酸化アルミニウム物質を含
む交互層の第1対と、交互層の第2対とを含む、第1分
布ブラッグ反射器を含む。第1分布ブラッグ反射器上に
第1クラッディング領域を配置し、第1クラッディング
領域上に活性領域を配置し、活性領域上に第2クラッデ
ィング領域を配置し、第2クラッディング領域上に第2
分布ブラッグ反射器を配置する。第1分布ブラッグ反射
器において、交互層の各対は、酸化アルミニウムを含有
する層を含む。酸化により、屈折率が約1.3ないし
1.7の範囲に低下する。
CSEL用混成ミラー構造を提供する。この混成ミラー
構造は、基板上に配置され、酸化アルミニウム物質を含
む交互層の第1対と、交互層の第2対とを含む、第1分
布ブラッグ反射器を含む。第1分布ブラッグ反射器上に
第1クラッディング領域を配置し、第1クラッディング
領域上に活性領域を配置し、活性領域上に第2クラッデ
ィング領域を配置し、第2クラッディング領域上に第2
分布ブラッグ反射器を配置する。第1分布ブラッグ反射
器において、交互層の各対は、酸化アルミニウムを含有
する層を含む。酸化により、屈折率が約1.3ないし
1.7の範囲に低下する。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、基板102上に形成され
た垂直空洞面放出レーザ(VCSEL)101を簡略化
しかつ拡大して示す。基板102は表面103,104
を有し、光120がVCSEL101から放出される。
図1は単一のVCSEL101のみを示すが、VCSE
L101は、基板102上に配置されアレイを形成する
多くのVCSELを代表する場合もあることは理解され
よう。全体として、VCSEL101は、層111,1
13によって例示した複数の交互層108を有する分布
ブラッグ反射器106,層118,119によって例示
した複数の交互層116,クラッディング領域128,
活性領域126,クラッディング領域128,層13
3,135によって例示した複数の交互層131を有す
る分布ブラッグ反射器130,および接点領域140の
ような、いくつかの規定された範囲または領域で構成さ
れている。
た垂直空洞面放出レーザ(VCSEL)101を簡略化
しかつ拡大して示す。基板102は表面103,104
を有し、光120がVCSEL101から放出される。
図1は単一のVCSEL101のみを示すが、VCSE
L101は、基板102上に配置されアレイを形成する
多くのVCSELを代表する場合もあることは理解され
よう。全体として、VCSEL101は、層111,1
13によって例示した複数の交互層108を有する分布
ブラッグ反射器106,層118,119によって例示
した複数の交互層116,クラッディング領域128,
活性領域126,クラッディング領域128,層13
3,135によって例示した複数の交互層131を有す
る分布ブラッグ反射器130,および接点領域140の
ような、いくつかの規定された範囲または領域で構成さ
れている。
【0009】本例では、基板102は、ガリウム砒素,
シリコン等のようないずれかの適した物質で作られてい
る。典型的に、基板102はガリウム砒素で作られ、後
にVCSEL101を構成する多数の層をエピタキシャ
ル成長させる際の便宜を図っている。
シリコン等のようないずれかの適した物質で作られてい
る。典型的に、基板102はガリウム砒素で作られ、後
にVCSEL101を構成する多数の層をエピタキシャ
ル成長させる際の便宜を図っている。
【0010】典型的に、分子ビーム・エピタキシ(MB
E:molecular beamepitaxy),金属有機化学蒸着(MO
CVD:metal organic chemical vapor deposition)等
のような適切なエピタキシャル堆積方法のいずれかを用
いて、複数の交互層108および複数の交互層116を
有するブラッグ反射器106,クラッディング領域12
3,活性領域126,クラッディング領域128,分布
ブラッグ反射器130,ならびにVCSEL101用接
点領域140のような、必要な多数の層状構造を堆積す
る。また、これらの層の多くは、リン化インディウム・
アルミニウム・ガリウム,砒化アルミニウム,ガリウム
砒素,砒化アルミニウム・ガリウム,リン化アルミニウ
ム・ガリウム,リン化インディウム・アルミニウム等の
ような化合物半導体物質で作られることは理解されよ
う。更に、エピタキシャル堆積は、VCSEL101を
構成する多数の層を生成するために広く用いられている
ことも理解されよう。
E:molecular beamepitaxy),金属有機化学蒸着(MO
CVD:metal organic chemical vapor deposition)等
のような適切なエピタキシャル堆積方法のいずれかを用
いて、複数の交互層108および複数の交互層116を
有するブラッグ反射器106,クラッディング領域12
3,活性領域126,クラッディング領域128,分布
ブラッグ反射器130,ならびにVCSEL101用接
点領域140のような、必要な多数の層状構造を堆積す
る。また、これらの層の多くは、リン化インディウム・
アルミニウム・ガリウム,砒化アルミニウム,ガリウム
砒素,砒化アルミニウム・ガリウム,リン化アルミニウ
ム・ガリウム,リン化インディウム・アルミニウム等の
ような化合物半導体物質で作られることは理解されよ
う。更に、エピタキシャル堆積は、VCSEL101を
構成する多数の層を生成するために広く用いられている
ことも理解されよう。
【0011】通常、複数の交互層106,複数の交互層
130,クラッディング領域123,クラッディング領
域128,活性領域126,および接点領域140の厚
さは、VCSEL101によって放出される光120の
波長の部分として設けられる。例えば、670ナノメー
トルの光120を放出するように設計されたVCSEL
101では、各交互層133,135の光学的厚さは1
67.5ナノメートルに設定することにより、各交互層
133,135の厚さを、VCSEL101から放出さ
れる光120の波長の1/4とする。複数の交互層11
6は、下側のブラッグ反射器の標準的な部分を形成す
る。複数の交互層108は、下側ブラッグ反射器の付加
部分を形成する。交互層108の各セグメント(対)に
おける一方の層は、選択的に酸化されている(後に説明
する)。酸化層の厚さは、酸化後に波長の1/4となる
ように選択される。加えて、他の厚さ即ち波長の部分に
は、1/2,3/4,またはその倍数のいずれかが使用
可能であることは理解されよう。
130,クラッディング領域123,クラッディング領
域128,活性領域126,および接点領域140の厚
さは、VCSEL101によって放出される光120の
波長の部分として設けられる。例えば、670ナノメー
トルの光120を放出するように設計されたVCSEL
101では、各交互層133,135の光学的厚さは1
67.5ナノメートルに設定することにより、各交互層
133,135の厚さを、VCSEL101から放出さ
れる光120の波長の1/4とする。複数の交互層11
6は、下側のブラッグ反射器の標準的な部分を形成す
る。複数の交互層108は、下側ブラッグ反射器の付加
部分を形成する。交互層108の各セグメント(対)に
おける一方の層は、選択的に酸化されている(後に説明
する)。酸化層の厚さは、酸化後に波長の1/4となる
ように選択される。加えて、他の厚さ即ち波長の部分に
は、1/2,3/4,またはその倍数のいずれかが使用
可能であることは理解されよう。
【0012】VCSEL101のドーピングを行うに
は、例えば、n−型ドーパントおよびp−型ドーパント
のようなドーパント物質を、エピタキシャル堆積に用い
るエピタキシャル物質に添加し、エピタキシャル的に堆
積される物質をドープする。多くの異なるドーパント濃
度,特定のドーパント物質,およびドーパント物質の配
置が使用可能であるが、通常、分布ブラッグ反射器10
6の交互層116には、セレニウム,シリコン等を、1
E15ないし1E20cm-3の濃度範囲でドープする。
濃度範囲は、1E17ないし1E19cm-3が好まし
く、5E17ないし1E18cm-3を基準範囲とする。
これに対して、分布ブラッグ反射器130には、炭素,
亜鉛等のp−型ドーパントを、1E15ないし1E20
cm-3の濃度範囲でドープする。濃度範囲は、1E17
ないし1E19cm-3が好ましく、1E18ないし5E
18cm-3を基準範囲とする。
は、例えば、n−型ドーパントおよびp−型ドーパント
のようなドーパント物質を、エピタキシャル堆積に用い
るエピタキシャル物質に添加し、エピタキシャル的に堆
積される物質をドープする。多くの異なるドーパント濃
度,特定のドーパント物質,およびドーパント物質の配
置が使用可能であるが、通常、分布ブラッグ反射器10
6の交互層116には、セレニウム,シリコン等を、1
E15ないし1E20cm-3の濃度範囲でドープする。
濃度範囲は、1E17ないし1E19cm-3が好まし
く、5E17ないし1E18cm-3を基準範囲とする。
これに対して、分布ブラッグ反射器130には、炭素,
亜鉛等のp−型ドーパントを、1E15ないし1E20
cm-3の濃度範囲でドープする。濃度範囲は、1E17
ないし1E19cm-3が好ましく、1E18ないし5E
18cm-3を基準範囲とする。
【0013】分布ブラッグ反射器106は、複数の交互
層108および複数の交互層116によって作られてい
る。先に述べたように、複数の交互層108は、処理の
間に酸化され、反射率の高い部分的なミラーを形成す
る。複数の交互層108は、更に、層111で例示した
1層以上の砒化アルミニウム層,および層113で例示
した1層以上の砒化アルミニウム・ガリウム層も含む。
一例として、基板がガリウム砒素である場合、砒化アル
ミニウム(例えば、AlAs)層111を基板102の
表面104上にエピタキシャル的に堆積し、続いて層1
11上に砒化アルミニウム・ガリウム(例えば、Al.
5Ga. 5As)層113をエピタキシャル的に堆積する
ことによって、ミラー対即ち1対の反射器(例えば、A
lAs/Al.5Ga. 5As)を形成する。追加のミラ
ー対が必要な場合、既存の層111,113上に、更に
幾層かの追加ミラー対を堆積する。
層108および複数の交互層116によって作られてい
る。先に述べたように、複数の交互層108は、処理の
間に酸化され、反射率の高い部分的なミラーを形成す
る。複数の交互層108は、更に、層111で例示した
1層以上の砒化アルミニウム層,および層113で例示
した1層以上の砒化アルミニウム・ガリウム層も含む。
一例として、基板がガリウム砒素である場合、砒化アル
ミニウム(例えば、AlAs)層111を基板102の
表面104上にエピタキシャル的に堆積し、続いて層1
11上に砒化アルミニウム・ガリウム(例えば、Al.
5Ga. 5As)層113をエピタキシャル的に堆積する
ことによって、ミラー対即ち1対の反射器(例えば、A
lAs/Al.5Ga. 5As)を形成する。追加のミラ
ー対が必要な場合、既存の層111,113上に、更に
幾層かの追加ミラー対を堆積する。
【0014】通常、複数の交互層108は1対ないし2
0対のミラーを有することができ、好ましい対の数は3
対ないし10対の間であり、4ないし6対を基準の対数
とする。加えて、本出願人は、一旦製造連続工程におい
て酸化が生じれば、5つの同一対の砒化アルミニウムお
よび砒化アルミニウム・ガリウムが、可視光スペクトル
において動作するVCSEL101に対して、適切な反
射率特性を与えるものと考える。しかしながら、交互層
111,113の数は、特定の用途に対して調節可能で
あることは理解されよう。また、層114は砒化アルミ
ニウムで作られており、交互層108の最上層を形成す
ることを注記しておく。更に、上述の例では特定元素の
組成百分率を示したが、これは一例としてのみ解釈すべ
きであり、これらの例からも大きく変化する可能性があ
り、それも本発明の一部であることも理解されよう。
0対のミラーを有することができ、好ましい対の数は3
対ないし10対の間であり、4ないし6対を基準の対数
とする。加えて、本出願人は、一旦製造連続工程におい
て酸化が生じれば、5つの同一対の砒化アルミニウムお
よび砒化アルミニウム・ガリウムが、可視光スペクトル
において動作するVCSEL101に対して、適切な反
射率特性を与えるものと考える。しかしながら、交互層
111,113の数は、特定の用途に対して調節可能で
あることは理解されよう。また、層114は砒化アルミ
ニウムで作られており、交互層108の最上層を形成す
ることを注記しておく。更に、上述の例では特定元素の
組成百分率を示したが、これは一例としてのみ解釈すべ
きであり、これらの例からも大きく変化する可能性があ
り、それも本発明の一部であることも理解されよう。
【0015】例えば、分布ブラッグ反射器106のため
の物質構造として砒化アルミニウムおよび砒化アルミニ
ウム・ガリウム(AlAs/Al.5Ga. 5As)を選
択することによって、砒化アルミニウム・ガリウムのア
ルミニウムおよびガリウムは変化する可能性がある。通
常、砒化アルミニウム・ガリウムのアルミニウムは0パ
ーセントないし100パーセントの範囲とすることがで
き、好適な範囲は、Al.5 Ga.5 Asにおいて46
パーセントないし54パーセントである。一旦複数の交
互層108を基板102上に堆積したなら、複数の交互
層116を複数の交互層108の上にエピタキシャル的
に堆積する。通常、複数の交互層116は、更に、層1
18として例示する、1層以上のリン化インディウム・
アルミニウム・ガリウム層,および層119として例示
する、1層以上のリン化インディウム・アルミニウム層
を含む。一例として、基板102がガリウム砒素であ
り、複数の交互層106が砒化アルミニウムおよび砒化
アルミニウム・ガリウム(例えば、AlAs/Al.5G
a. 5As)である場合、リン化インディウム・アルミ
ニウム・ガリウム(例えばIn.49Al.1 Ga.
41P)を層114上に堆積し、リン化インディウム・ア
ルミニウム(例えば、In.49Al.51P)をリン化イ
ンディウム・アルミニウム・ガリウム層118上に堆積
することによって、別のミラー対を作成する。通常、複
数の交互層116は、1対ないし20対のミラー対の範
囲とすることができ、好適な対数は3ないし10であ
り、4ないし6を基準の対数とする。5つの同一対の砒
化インディウム・アルミニウム・ガリウムおよびリン化
インディウム・アルミニウムを、複数の交互層108と
共に用いることによって、可視光スペクトルにおいて動
作するVCSEL101に対して適切な反射率特性を与
えることができると考えられる。分布ブラッグ反射器1
06の反射率を高めることに加えて、交互層116は、
VCSEL101のためにN−金属接点を与え、転移等
の活性領域126への移動防止に役立つインディウムを
含むことにより、VCSEL101の信頼性が向上す
る。しかしながら、交互層118,119の数は、特定
用途に対して調節可能であることは理解されよう。
の物質構造として砒化アルミニウムおよび砒化アルミニ
ウム・ガリウム(AlAs/Al.5Ga. 5As)を選
択することによって、砒化アルミニウム・ガリウムのア
ルミニウムおよびガリウムは変化する可能性がある。通
常、砒化アルミニウム・ガリウムのアルミニウムは0パ
ーセントないし100パーセントの範囲とすることがで
き、好適な範囲は、Al.5 Ga.5 Asにおいて46
パーセントないし54パーセントである。一旦複数の交
互層108を基板102上に堆積したなら、複数の交互
層116を複数の交互層108の上にエピタキシャル的
に堆積する。通常、複数の交互層116は、更に、層1
18として例示する、1層以上のリン化インディウム・
アルミニウム・ガリウム層,および層119として例示
する、1層以上のリン化インディウム・アルミニウム層
を含む。一例として、基板102がガリウム砒素であ
り、複数の交互層106が砒化アルミニウムおよび砒化
アルミニウム・ガリウム(例えば、AlAs/Al.5G
a. 5As)である場合、リン化インディウム・アルミ
ニウム・ガリウム(例えばIn.49Al.1 Ga.
41P)を層114上に堆積し、リン化インディウム・ア
ルミニウム(例えば、In.49Al.51P)をリン化イ
ンディウム・アルミニウム・ガリウム層118上に堆積
することによって、別のミラー対を作成する。通常、複
数の交互層116は、1対ないし20対のミラー対の範
囲とすることができ、好適な対数は3ないし10であ
り、4ないし6を基準の対数とする。5つの同一対の砒
化インディウム・アルミニウム・ガリウムおよびリン化
インディウム・アルミニウムを、複数の交互層108と
共に用いることによって、可視光スペクトルにおいて動
作するVCSEL101に対して適切な反射率特性を与
えることができると考えられる。分布ブラッグ反射器1
06の反射率を高めることに加えて、交互層116は、
VCSEL101のためにN−金属接点を与え、転移等
の活性領域126への移動防止に役立つインディウムを
含むことにより、VCSEL101の信頼性が向上す
る。しかしながら、交互層118,119の数は、特定
用途に対して調節可能であることは理解されよう。
【0016】更に、特定元素の組成百分率を与えた例で
は、それは一例としてのみ解釈すべきことも理解されよ
う。更に、これらの例からも大きく変化する可能性があ
り、それも本発明の一部であることも理解されよう。
は、それは一例としてのみ解釈すべきことも理解されよ
う。更に、これらの例からも大きく変化する可能性があ
り、それも本発明の一部であることも理解されよう。
【0017】例えば、インディウムの組成百分率を46
パーセントないし54パーセントとすることにより、リ
ン化インディウム・アルミニウム・ガリウムからの反射
能(reflectivity)が達成可能である。インディウムの組
成百分率を変化させることによって、ガリウムの組成百
分率にも対応する変化が生じる。加えて、アルミニウム
の濃度百分率は1パーセントないし20パーセントの範
囲を取ることができ、基準範囲は7パーセントないし1
4パーセントである。尚、アルミニウムの組成百分率
は、ガリウムの濃度百分率を低下させることによって、
均衡の取れた組成が得られることを指摘しておく。
パーセントないし54パーセントとすることにより、リ
ン化インディウム・アルミニウム・ガリウムからの反射
能(reflectivity)が達成可能である。インディウムの組
成百分率を変化させることによって、ガリウムの組成百
分率にも対応する変化が生じる。加えて、アルミニウム
の濃度百分率は1パーセントないし20パーセントの範
囲を取ることができ、基準範囲は7パーセントないし1
4パーセントである。尚、アルミニウムの組成百分率
は、ガリウムの濃度百分率を低下させることによって、
均衡の取れた組成が得られることを指摘しておく。
【0018】簡略化のため、そして図の過密を防止する
ために、クラッディング層123,128は各々単一層
として示されているが、各クラッディング層123,1
28は、先に形成された層(例えば、分散型ブラッグ反
射器106および活性領域126)上にエピタキシャル
成長によって配置または堆積された1つ以上の層で形成
することができ、クラッディング層123,128は、
エピタキシャル的に堆積された非ドープ・リン化インデ
ィウム・アルミニウム・ガリウムのような、いずれかの
適切なドープまたは非ドープ物質で作られていることは
理解されよう。また、活性層126は、クラッディング
領域123上にエピタキシャル的に堆積または配置され
た単一層によって表わされているが、活性層126は1
つ以上の量子井戸等を含み得ることも理解されよう。
ために、クラッディング層123,128は各々単一層
として示されているが、各クラッディング層123,1
28は、先に形成された層(例えば、分散型ブラッグ反
射器106および活性領域126)上にエピタキシャル
成長によって配置または堆積された1つ以上の層で形成
することができ、クラッディング層123,128は、
エピタキシャル的に堆積された非ドープ・リン化インデ
ィウム・アルミニウム・ガリウムのような、いずれかの
適切なドープまたは非ドープ物質で作られていることは
理解されよう。また、活性層126は、クラッディング
領域123上にエピタキシャル的に堆積または配置され
た単一層によって表わされているが、活性層126は1
つ以上の量子井戸等を含み得ることも理解されよう。
【0019】分布ブラッグ反射器130は複数の交互層
131で作られている。複数の交互層130は、更に、
層133で例示した1層以上の砒化アルミニウム層,お
よび層135で例示した1層以上の砒化アルミニウム・
ガリウム層も含む。一例として、砒化アルミニウム(例
えば、AlAs)層をクラッディング領域128上にエ
ピタキシャル的に堆積し、続いて砒化アルミニウム層上
に砒化アルミニウム・ガリウム(例えば、Al.5Ga.
5As)層をエピタキシャル的に堆積することによっ
て、他のミラー対即ち他の1対の反射器(例えば、Al
As/Al.5 Ga.5 As)を形成する。追加のミラ
ー対が必要な場合、既存の砒化アルミニウムおよび砒化
アルミニウム・ガリウム層の上に、更に幾層かの追加ミ
ラー対を堆積する。
131で作られている。複数の交互層130は、更に、
層133で例示した1層以上の砒化アルミニウム層,お
よび層135で例示した1層以上の砒化アルミニウム・
ガリウム層も含む。一例として、砒化アルミニウム(例
えば、AlAs)層をクラッディング領域128上にエ
ピタキシャル的に堆積し、続いて砒化アルミニウム層上
に砒化アルミニウム・ガリウム(例えば、Al.5Ga.
5As)層をエピタキシャル的に堆積することによっ
て、他のミラー対即ち他の1対の反射器(例えば、Al
As/Al.5 Ga.5 As)を形成する。追加のミラ
ー対が必要な場合、既存の砒化アルミニウムおよび砒化
アルミニウム・ガリウム層の上に、更に幾層かの追加ミ
ラー対を堆積する。
【0020】通常、複数の交互層130は、1対ないし
50対のミラーを有することができ、好ましい対の数は
10対ないし40対の間であり、30ないし30対のミ
ラー対を基準のミラー対とし、最適な数は28のミラー
対である。しかしながら、ミラー対の数は、特定の用途
に対して調節可能であることは理解されよう。
50対のミラーを有することができ、好ましい対の数は
10対ないし40対の間であり、30ないし30対のミ
ラー対を基準のミラー対とし、最適な数は28のミラー
対である。しかしながら、ミラー対の数は、特定の用途
に対して調節可能であることは理解されよう。
【0021】分布ブラッグ反射器130の上面上に、高
濃度にドープされた接点層140を形成し、酸化インデ
ィウム錫,金,プラチナ等のようないずれかの適切な導
電性物質を配置することによって、層140上に電気接
点(図示せず)を形成する。尚、どの物質を選択するか
によって、接点層140および電気接点を形成するため
に行う、その特定物質の配置およびパターニングが変わ
ることは理解されよう。
濃度にドープされた接点層140を形成し、酸化インデ
ィウム錫,金,プラチナ等のようないずれかの適切な導
電性物質を配置することによって、層140上に電気接
点(図示せず)を形成する。尚、どの物質を選択するか
によって、接点層140および電気接点を形成するため
に行う、その特定物質の配置およびパターニングが変わ
ることは理解されよう。
【0022】次に図2および図3に移る。VCSEL1
01の製造の具体的なプロセスにおける工程を示す。
尚、他の方法も利用可能であり、これより説明する過程
は、単に例示および説明の目的のために過ぎないことは
勿論理解されよう。図2および図3における構造の素子
は、図1に関連付けて既に例示し説明した素子と同様で
あり、同一番号で示してある。
01の製造の具体的なプロセスにおける工程を示す。
尚、他の方法も利用可能であり、これより説明する過程
は、単に例示および説明の目的のために過ぎないことは
勿論理解されよう。図2および図3における構造の素子
は、図1に関連付けて既に例示し説明した素子と同様で
あり、同一番号で示してある。
【0023】具体的に図2を参照すると、基板102に
は、分布ブラッグ反射器106がその上に堆積されてい
る様子が示されている。既に述べたように、分布ブラッ
グ反射器106の上面に、クラッディング領域123,
活性領域126およびクラッディング領域128を堆積
する。ここで注記すべきは、クラッディング領域12
3,活性領域126,クラッディング領域128および
分布ブラッグ反射器130にエッチングを行ってVCS
EL101を規定するが、直径は未だ動作空洞領域より
もかなり大きいので、活性領域126はこのエッチング
工程による損傷を受けないことである。
は、分布ブラッグ反射器106がその上に堆積されてい
る様子が示されている。既に述べたように、分布ブラッ
グ反射器106の上面に、クラッディング領域123,
活性領域126およびクラッディング領域128を堆積
する。ここで注記すべきは、クラッディング領域12
3,活性領域126,クラッディング領域128および
分布ブラッグ反射器130にエッチングを行ってVCS
EL101を規定するが、直径は未だ動作空洞領域より
もかなり大きいので、活性領域126はこのエッチング
工程による損傷を受けないことである。
【0024】一旦上述のエッチング工程が完了したな
ら、構造全体にマスキング層150を堆積する。マスキ
ング層150は、例えば、フォトレジスト,酸化物,窒
化物等、後続のエッチング工程および酸化工程に対して
十分な抵抗力のあるいずれかの物質とすることができ
る。次に、マスキング層150にエッチングを行い、言
い換えれば、マスキング層150を除去することによっ
て、分布ブラッグ反射器106に直径即ち横方向の範囲
を規定する。続いて、基板102にエッチングを行っ
て、分布ブラッグ反射器106のエッジを露出させる。
分布ブラッグ反射器106の直径は、クラッディング領
域123,活性領域126,クラッディング領域128
および分布ブラッグ反射器130の直径よりも、マスキ
ング層150の厚さだけ大きい。
ら、構造全体にマスキング層150を堆積する。マスキ
ング層150は、例えば、フォトレジスト,酸化物,窒
化物等、後続のエッチング工程および酸化工程に対して
十分な抵抗力のあるいずれかの物質とすることができ
る。次に、マスキング層150にエッチングを行い、言
い換えれば、マスキング層150を除去することによっ
て、分布ブラッグ反射器106に直径即ち横方向の範囲
を規定する。続いて、基板102にエッチングを行っ
て、分布ブラッグ反射器106のエッジを露出させる。
分布ブラッグ反射器106の直径は、クラッディング領
域123,活性領域126,クラッディング領域128
および分布ブラッグ反射器130の直径よりも、マスキ
ング層150の厚さだけ大きい。
【0025】上述のエッチング工程によって分布ブラッ
グ反射器106のエッジを露出させた後、エッチングさ
れたウエハを酸化環境に晒し、VCSEL101の分布
ブラッグ反射器106の交互層108内にあるアルミニ
ウムを酸化させる。スタック108は、アルミニウム含
有量が多いため、特に酸化する度合いが大きい。また、
AlAsの酸化速度はAlGaAsのそれよりも大幅に
速い。また、マスキング層150が分布ブラッグ反射器
130のAlAs層を全て保護しているので、交互層1
08内のAlAs層のみが酸化する。VCSEL101
におけるアルミニウムの酸化は、蒸気による酸化,高圧
酸化等のような、いずれかの適切な方法によって行う。
プロセス・パラメータはシステムによって特定されて、
システムによって広い範囲を取る可能性があることを注
記しておく。例えば、100℃ないし700℃の温度範
囲、および0.01気圧ないし10気圧のの圧力範囲で
酸化が可能である。分布ブラッグ反射器106内の砒化
アルミニウム層111はほぼ完全に酸化されるので、そ
れらの屈折率は約2.9から1.3ないし1.7の範囲
まで低下する。基準としては1.55である。
グ反射器106のエッジを露出させた後、エッチングさ
れたウエハを酸化環境に晒し、VCSEL101の分布
ブラッグ反射器106の交互層108内にあるアルミニ
ウムを酸化させる。スタック108は、アルミニウム含
有量が多いため、特に酸化する度合いが大きい。また、
AlAsの酸化速度はAlGaAsのそれよりも大幅に
速い。また、マスキング層150が分布ブラッグ反射器
130のAlAs層を全て保護しているので、交互層1
08内のAlAs層のみが酸化する。VCSEL101
におけるアルミニウムの酸化は、蒸気による酸化,高圧
酸化等のような、いずれかの適切な方法によって行う。
プロセス・パラメータはシステムによって特定されて、
システムによって広い範囲を取る可能性があることを注
記しておく。例えば、100℃ないし700℃の温度範
囲、および0.01気圧ないし10気圧のの圧力範囲で
酸化が可能である。分布ブラッグ反射器106内の砒化
アルミニウム層111はほぼ完全に酸化されるので、そ
れらの屈折率は約2.9から1.3ないし1.7の範囲
まで低下する。基準としては1.55である。
【0026】一旦層111の酸化が完了したなら、マス
キング層150を除去し、分布ブラッグ反射器130に
エッチングを行い、図3に示すような、メサまたはリッ
ジVCSEL(101)を形成する。この過程の典型例
が、1993年11月2日に特許され、本願と同一譲受
人に譲渡された、"Patterned Mirror Vertical Cavity
Surface Emitting Laser"と題する、米国特許番号第
5,258,316号に記載されている。図3の構造に
は、図1に示した図3の部分を規定するために、破線1
51が含まれている。尚、用途によっては、図1に示す
構造が構造全体となったり、他の製造方法が利用可能な
場合もあることは、当業者には勿論理解されよう。エッ
チングによるメサの規定が完了したなら、誘電体層15
2および電気接点層155を被着して、VCSEL10
1を完成させる。この具体的な実施例では、VCSEL
101は上側の放出レーザであるので、電気接点層15
5は、放出ウインドウ即ち貫通するアパーチャを規定す
るように形成される。しかしながら、他の多くのタイプ
の電気接点も利用可能であり、本構造は、説明の目的の
ために示したに過ぎない。
キング層150を除去し、分布ブラッグ反射器130に
エッチングを行い、図3に示すような、メサまたはリッ
ジVCSEL(101)を形成する。この過程の典型例
が、1993年11月2日に特許され、本願と同一譲受
人に譲渡された、"Patterned Mirror Vertical Cavity
Surface Emitting Laser"と題する、米国特許番号第
5,258,316号に記載されている。図3の構造に
は、図1に示した図3の部分を規定するために、破線1
51が含まれている。尚、用途によっては、図1に示す
構造が構造全体となったり、他の製造方法が利用可能な
場合もあることは、当業者には勿論理解されよう。エッ
チングによるメサの規定が完了したなら、誘電体層15
2および電気接点層155を被着して、VCSEL10
1を完成させる。この具体的な実施例では、VCSEL
101は上側の放出レーザであるので、電気接点層15
5は、放出ウインドウ即ち貫通するアパーチャを規定す
るように形成される。しかしながら、他の多くのタイプ
の電気接点も利用可能であり、本構造は、説明の目的の
ために示したに過ぎない。
【0027】具体的に図4を参照すると、VCSEL1
01の部分について、反射率対波長の関係を示す簡略化
グラフが示されている。図示の反射率曲線201は、部
分202,203,204を有し、基板102がガリウ
ム砒素で作られ、AlAs(酸化)/Al0.5Ga 0.5A
sで作られた複数の交互層108の5つの同一対(five
mirrored pairs),および(In.49Al.1 Ga.41
P/In.49Al.51P)で作られた複数の交互層11
6の5つの同一対を有する分布ブラッグ反射器106を
表わす。概略的に、可視光スペクトル、即ち、550ナ
ノメートルないし900ナノメートル全体について、V
CSEL101の分布ブラッグ反射器106の反射率が
示されている。部分202からわかるように、分布ブラ
ッグ反射器106の反射率は、急激に上昇し、約570
ナノメートルにおいて90パーセントを超過する。約6
00ナノメートルにおいて、反射率は95.0パーセン
トを超過する。全体的に、部分203は、640ナノメ
ートルないし840ナノメートルにわたる、99.9パ
ーセントを超過する反射率を示す。部分203は、可視
光スペクトルにおいて例外的に良好な反射率を有する広
い応答曲線を示す。部分204は、反射率曲線201の
急激に低下する側を示す。このように、VCSEL10
1の分布ブラッグ反射器106は、可視光スペクトル内
にある光120の反射に非常に有効である。
01の部分について、反射率対波長の関係を示す簡略化
グラフが示されている。図示の反射率曲線201は、部
分202,203,204を有し、基板102がガリウ
ム砒素で作られ、AlAs(酸化)/Al0.5Ga 0.5A
sで作られた複数の交互層108の5つの同一対(five
mirrored pairs),および(In.49Al.1 Ga.41
P/In.49Al.51P)で作られた複数の交互層11
6の5つの同一対を有する分布ブラッグ反射器106を
表わす。概略的に、可視光スペクトル、即ち、550ナ
ノメートルないし900ナノメートル全体について、V
CSEL101の分布ブラッグ反射器106の反射率が
示されている。部分202からわかるように、分布ブラ
ッグ反射器106の反射率は、急激に上昇し、約570
ナノメートルにおいて90パーセントを超過する。約6
00ナノメートルにおいて、反射率は95.0パーセン
トを超過する。全体的に、部分203は、640ナノメ
ートルないし840ナノメートルにわたる、99.9パ
ーセントを超過する反射率を示す。部分203は、可視
光スペクトルにおいて例外的に良好な反射率を有する広
い応答曲線を示す。部分204は、反射率曲線201の
急激に低下する側を示す。このように、VCSEL10
1の分布ブラッグ反射器106は、可視光スペクトル内
にある光120の反射に非常に有効である。
【0028】以上、本発明の具体的な実施例について図
示しかつ説明してきたが、更に別の変更や改良も当業者
には想起されよう。したがって、本発明はここに示した
特定形状に限定されないと理解されることを望み、特許
請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない
全ての変更を包含することを意図するものである。
示しかつ説明してきたが、更に別の変更や改良も当業者
には想起されよう。したがって、本発明はここに示した
特定形状に限定されないと理解されることを望み、特許
請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱しない
全ての変更を包含することを意図するものである。
【図1】本発明にしたがって基板上に用意されたVCS
ELの拡大簡略断面の一例を示す図。
ELの拡大簡略断面の一例を示す図。
【図2】本発明によるVCSELの製造における異なる
工程を示す簡略断面図。
工程を示す簡略断面図。
【図3】本発明によるVCSELの製造における異なる
工程を示す簡略断面図。
工程を示す簡略断面図。
【図4】図1のVCSELについて反射率対波長の関係
を示す簡略グラフ。
を示す簡略グラフ。
101 垂直空洞面放出レーザ 102 基板 106 分布ブラッグ反射器 108 交互層 116 交互層 120 光 123 クラッディング領域 126 活性領域 128 クラッディング領域 130 分布ブラッグ反射器 131 交互層 140 接点領域 150 マスキング層 152 誘電体層 155 電気接点層 201 反射率曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・エス・レビー アメリカ合衆国アリゾナ州アパッチ・ジャ ンクション、ノース・ラバージ・ロード30
Claims (4)
- 【請求項1】可視光放出垂直空洞面放出レーザ(10
1)用混成ミラー構造体であって:表面(104)を有
する支持基板(102);前記支持基板(102)の前
記表面(104)上に配置された第1分布ブラッグ反射
器(106)であって、該第1分布ブラッグ反射器(1
06)は、酸化アルミニウム物質を含む交互層(11
1,113)の第1対(108)と、交互層(118,
119)の第2対(116)とを含み、前記交互層の第
1対(108)は前記支持基板(102)に隣接して配
置され、前記交互層の第2対(116)は前記交互層の
第1対(108)上に配置された第1分布ブラッグ反射
器(106);前記第1分布ブラッグ反射器(106)
上に配置された第1クラッディング領域(123)であ
って、第1クラッディング領域(123)上には活性領
域(126)が配置され、前記活性領域(126)上に
は第2クラッディング領域(128)が配置される、第
1クラッディング領域(123);および前記第2クラ
ッディング領域(128)上に配置された第2分布ブラ
ッグ反射器(131);から成ることを特徴とする可視
光放出垂直空洞面放出レーザ(101)用混成ミラー構
造。 - 【請求項2】可視光放出垂直空洞面放出レーザ(10
1)用混成ミラー構造体であって:表面(104)を有
する半導体基板(102);前記半導体基板(102)
の前記表面(104)上に配置された第1分布ブラッグ
反射器(106)であって、前記第1分布ブラッグ反射
器(106)は交互層(111,113)の第1対(1
08)を有し、各対(111,113)における第1層
(111)は酸化された砒化アルミニウム物質を含み、
各対(111,113)における第2層(113)は砒
化アルミニウム・ガリウムを含み、前記第1分布ブラッ
グ反射器(106)は交互層(118,119)の第2
対(116)を有し、各対(118,119)は、In
AlGaAs物質を有する層(118)とInAlP物
質を有する層(119)とを含む前記第1分布ブラッグ
反射器(106);前記第1分布ブラッグ反射器(10
6)上に配置され、InAlGaP物質を含む第1クラ
ッディング領域(123);前記第1クラッディング領
域(123)上に配置された活性領域(126)であっ
て、該活性領域(126)は量子井戸層と、第1バリア
層と第2バリア層とを有し、前記量子井戸層が前記第1
バリア層と前記第2バリア層との間に配置されている前
記活性領域(126);前記活性領域(126)上に配
置され、InAlGaP物質を含む第2クラッディング
領域(128);および前記第2クラッディング領域
(128)上に配置された第2分布ブラッグ反射器(1
31)であって、該第2分布ブラッグ反射器(131)
は、交互層の対(133,135)を含み、各対(13
3,135)は、AlAs物質を有する層(133)
と、AlGaAs物質を有する層(135)とを含む前
記第2分布ブラッグ反射器(131);から成ることを
特徴とする可視光放出垂直空洞面放出レーザ(101)
用混成ミラー構造。 - 【請求項3】可視光放出垂直空洞面放出レーザ(10
1)用混成ミラー構造の製造方法であって:表面(10
4)を有する支持基板(102)を用意する段階;前記
支持基板(102)の前記表面(104)上に第1分布
ブラッグ反射器(106)を配置し、前記製造方法の間
に酸化されるアルミニウム物質を含む交互層(111,
113)の第1対(108)と、交互層(118,11
9)の第2対(116)とを含むように前記第1分布ブ
ラッグ反射器(106)を形成し、前記交互層の第1対
(108)を前記支持基板(102)に隣接して配置
し、前記交互層の第1対(108)上に前記交互層の第
2対(116)を配置する段階;前記第1分布ブラッグ
反射器(106)上に第1クラッディング領域(12
3)を配置し、前記第1クラッディング領域(123)
上に活性領域(126)を配置し、前記活性領域(12
6)上に第2クラッディング領域(128)を配置する
段階;および前記第2クラッディング領域(128)上
に第1分布ブラッグ反射器(131)を配置する段階;
から成ることを特徴とする方法。 - 【請求項4】可視光放出垂直空洞面放出レーザ(10
1)用混成ミラー構造を製造する方法であって:表面
(104)を有する支持基板(102)を用意する段
階;前記支持基板(102)の前記表面(104)上に
第1分布ブラッグ反射器(106)を配置し、アルミニ
ウム物質を含む交互層(111,113)の第1対(1
08)と、交互層(118,119)の第2対(11
6)とを含むように前記第1分布ブラッグ反射器(10
6)を形成し、前記交互層の第1対(108)を前記支
持基板(102)に隣接して配置し、前記交互層の第1
対(108)上に前記交互層の第2対(116)を配置
する段階;前記第1分布ブラッグ反射器(106)上に
第1クラッディング領域(123)を配置し、前記第1
クラッディング領域(123)上に活性領域(126)
を配置し、前記活性領域(126)上に第2クラッディ
ング領域(128)を配置する段階;前記第2クラッデ
ィング領域(128)上に第2分布ブラッグ反射器(1
31)を配置する段階;および前記交互層の第1対(1
08)におけるアルミニウム物質を酸化させ、前記交互
層の第1対(108)の屈折率を、約1.3ないし1.
7の範囲まで低下させる段階;から成ることを特徴とす
る方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US636488 | 1996-04-23 | ||
US08/636,488 US5719892A (en) | 1996-04-23 | 1996-04-23 | Hybrid mirror structure for a visible emitting VCSEL |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1051068A true JPH1051068A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=24552129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9117552A Pending JPH1051068A (ja) | 1996-04-23 | 1997-04-21 | 可視光放出vcsel用混成ミラー構造体 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5719892A (ja) |
EP (1) | EP0803945A3 (ja) |
JP (1) | JPH1051068A (ja) |
KR (1) | KR100449768B1 (ja) |
TW (1) | TW350159B (ja) |
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- 1997-04-21 EP EP97106549A patent/EP0803945A3/en not_active Withdrawn
- 1997-04-21 JP JP9117552A patent/JPH1051068A/ja active Pending
- 1997-04-23 KR KR1019970015177A patent/KR100449768B1/ko not_active IP Right Cessation
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