JPH11330631A - 垂直空洞面発光レ―ザ層構造、垂直空洞面発光レ―ザ・アレイ及び垂直空洞面発光レ―ザ・アレイの組立方法 - Google Patents
垂直空洞面発光レ―ザ層構造、垂直空洞面発光レ―ザ・アレイ及び垂直空洞面発光レ―ザ・アレイの組立方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】正確な多重波長垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ）アレイを提供する。 【解決手段】基板上に下方ＤＢＲ、第１のスペーサ層、
ｍ個のバリア層、それぞれｍ個のバリア層の２つのバリ
ア層間に挿入されるｍ−１の量子井戸層、第２のスペー
サ層とを順次含む下方部分（１０）と、第２のスペーサ
層の上に重ねて配置される 一連のｋ個のエッチング停
止層（１２）と、一連のｋ個のエッチング停止層の上に
重ねて配置される上方ＤＢＲ（１４）と、上方ＤＢＲの
上に重ねて配置される、多量にドープされた半導体コン
タクト層（１６）が含まれている垂直空洞面発光レーザ
層構造をウェーハ上に複数備える。
ＥＬ）アレイを提供する。 【解決手段】基板上に下方ＤＢＲ、第１のスペーサ層、
ｍ個のバリア層、それぞれｍ個のバリア層の２つのバリ
ア層間に挿入されるｍ−１の量子井戸層、第２のスペー
サ層とを順次含む下方部分（１０）と、第２のスペーサ
層の上に重ねて配置される 一連のｋ個のエッチング停
止層（１２）と、一連のｋ個のエッチング停止層の上に
重ねて配置される上方ＤＢＲ（１４）と、上方ＤＢＲの
上に重ねて配置される、多量にドープされた半導体コン
タクト層（１６）が含まれている垂直空洞面発光レーザ
層構造をウェーハ上に複数備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ製造に関す
るものである。とりわけ、本発明は、垂直空洞面発光レ
ーザの分野に関するものである。
るものである。とりわけ、本発明は、垂直空洞面発光レ
ーザの分野に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の
場合、発振波長は、光学利得のある層を含む半導体空洞
によって分離された２つの分布ブラッグ・リフレクタ
（ＤＢＲ）によって形成されるファブリ・ペロー空洞の
長さによって決まる。ＶＣＳＥＬの光学利得は、一般
に、量子井戸によって得られる。各量子井戸は、単一ピ
ーク波長と、利得が生じるスペクトル幅を備える利得ス
ペクトルを有している。各ＤＢＲは、高屈折率と低屈折
率が交番する量子井戸層から構成される。ＤＢＲ反射率
の特徴は、複雑な振幅及び位相スペクトルを有すること
である。振幅スペクトルは、その中心において反射率が
最高になる高反射率領域を示す。高反射率領域の幅は、
ＤＢＲ停止帯域幅と呼ばれる。ＤＢＲの位相特性は、停
止帯域幅にわたってほぼ線形に変動する。ＶＣＳＥＬの
発振波長は、半導体空洞の光学長及びＤＢＲの位相特性
によって決まる。発振を実現するのに必要な、活性層に
よって得られる利得（しきい値利得）は、材料吸収及び
ＤＢＲ透過を含む往復空洞損失によって決まる。モノリ
シック多重波長ＶＣＳＥＬアレイは、発振波長は異なる
が、他のレーザ特性、すなわち、しきい値利得及び電
流、及び、効率については一様な、ＶＣＳＥＬを隣り合
わせて組立てることを必要とする。これは、レーザの垂
直構造は同じウェーハ内でデバイス毎に異ならなければ
ならないが、空洞損失、材料利得、及び、ＤＢＲ透過は
ほぼ同じであることを意味する。発振波長の調整は、半
導体空洞の光学距離を変えることによって実現されるの
が最も一般的である。
場合、発振波長は、光学利得のある層を含む半導体空洞
によって分離された２つの分布ブラッグ・リフレクタ
（ＤＢＲ）によって形成されるファブリ・ペロー空洞の
長さによって決まる。ＶＣＳＥＬの光学利得は、一般
に、量子井戸によって得られる。各量子井戸は、単一ピ
ーク波長と、利得が生じるスペクトル幅を備える利得ス
ペクトルを有している。各ＤＢＲは、高屈折率と低屈折
率が交番する量子井戸層から構成される。ＤＢＲ反射率
の特徴は、複雑な振幅及び位相スペクトルを有すること
である。振幅スペクトルは、その中心において反射率が
最高になる高反射率領域を示す。高反射率領域の幅は、
ＤＢＲ停止帯域幅と呼ばれる。ＤＢＲの位相特性は、停
止帯域幅にわたってほぼ線形に変動する。ＶＣＳＥＬの
発振波長は、半導体空洞の光学長及びＤＢＲの位相特性
によって決まる。発振を実現するのに必要な、活性層に
よって得られる利得（しきい値利得）は、材料吸収及び
ＤＢＲ透過を含む往復空洞損失によって決まる。モノリ
シック多重波長ＶＣＳＥＬアレイは、発振波長は異なる
が、他のレーザ特性、すなわち、しきい値利得及び電
流、及び、効率については一様な、ＶＣＳＥＬを隣り合
わせて組立てることを必要とする。これは、レーザの垂
直構造は同じウェーハ内でデバイス毎に異ならなければ
ならないが、空洞損失、材料利得、及び、ＤＢＲ透過は
ほぼ同じであることを意味する。発振波長の調整は、半
導体空洞の光学距離を変えることによって実現されるの
が最も一般的である。
【０００３】モノリシック多重波長ＶＣＳＥＬアレイの
先行技術による製造方法の１つは、温度勾配による非一
様な成長を用いる方法である。ＭＢＥ反応装置における
エピタキシャル成長前に、基板の裏側がパターン化され
る。ウェーハを加熱すると、この裏側のパターンによっ
て、基板表面に温度勾配が生じる。成長速度が温度に依
存しているため、材料の厚さが変動する可能性があり、
従って、温度勾配に沿ってレーザ波長が変動する可能性
がある。このアプローチの欠点の１つは、アレイの幾何
学形状が線形に制限されることである。従来、ウェーハ
の広い領域にわたって波長の精密な制御を繰り返し行う
のは困難であった。
先行技術による製造方法の１つは、温度勾配による非一
様な成長を用いる方法である。ＭＢＥ反応装置における
エピタキシャル成長前に、基板の裏側がパターン化され
る。ウェーハを加熱すると、この裏側のパターンによっ
て、基板表面に温度勾配が生じる。成長速度が温度に依
存しているため、材料の厚さが変動する可能性があり、
従って、温度勾配に沿ってレーザ波長が変動する可能性
がある。このアプローチの欠点の１つは、アレイの幾何
学形状が線形に制限されることである。従来、ウェーハ
の広い領域にわたって波長の精密な制御を繰り返し行う
のは困難であった。
【０００４】従来の技術による代替方法は、酸化物マス
クにメサのエッチングまたはウィンドウのパターン形成
を施すことによって、エピタキシャル成長前に、各レー
ザ毎に横方向の制限を加えることである。このプロセス
は、「選択的領域成長」として既知のところである。成
長速度及び組成は、横方向寸法の関数である。この方法
は、成長条件に敏感であり、各反応装置毎に、あるい
は、各成長毎に変動を生じる可能性がある。先行技術に
よる前述の方法は、両方とも、アレイ内における異なる
波長のデバイスの近接度が制限を受ける。
クにメサのエッチングまたはウィンドウのパターン形成
を施すことによって、エピタキシャル成長前に、各レー
ザ毎に横方向の制限を加えることである。このプロセス
は、「選択的領域成長」として既知のところである。成
長速度及び組成は、横方向寸法の関数である。この方法
は、成長条件に敏感であり、各反応装置毎に、あるい
は、各成長毎に変動を生じる可能性がある。先行技術に
よる前述の方法は、両方とも、アレイ内における異なる
波長のデバイスの近接度が制限を受ける。
【０００５】もう１つの先行技術による方法は、下方Ｄ
ＢＲ、活性領域、及び、上方ＤＢＲの一部を含む、部分
的ＶＣＳＥＬ構造を成長させることである。ウェーハに
マスキングが施され、制御下において、露出部分の上の
酸化物がある厚さになるまで陽極酸化が施される。その
後、選択的エッチングを利用して、酸化物が除去され
る。このプロセスを反復することによって、アレイ内の
各レーザ毎に異なる有効空洞長が得られることになる。
パターン形成されたウェーハに重ねて、ＶＣＳＥＬ構造
の残りの部分の再成長が施される。各エッチングは、深
さに影響を及ぼす可能性のある電圧及び濃度の変動に敏
感であり、この結果、デバイス間における波長間隔に対
する制御性が悪くなる。
ＢＲ、活性領域、及び、上方ＤＢＲの一部を含む、部分
的ＶＣＳＥＬ構造を成長させることである。ウェーハに
マスキングが施され、制御下において、露出部分の上の
酸化物がある厚さになるまで陽極酸化が施される。その
後、選択的エッチングを利用して、酸化物が除去され
る。このプロセスを反復することによって、アレイ内の
各レーザ毎に異なる有効空洞長が得られることになる。
パターン形成されたウェーハに重ねて、ＶＣＳＥＬ構造
の残りの部分の再成長が施される。各エッチングは、深
さに影響を及ぼす可能性のある電圧及び濃度の変動に敏
感であり、この結果、デバイス間における波長間隔に対
する制御性が悪くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、組立
プロセスの変動に影響されず、レーザ・ミラー及び活性
層の組立に利用されるプレーナ・エピタキシャル成長と
同じ正確度を有する、多重波長ＶＣＳＥＬアレイの組立
方法を提供することにある。本発明のもう１つの目的
は、アレイ内におけるデバイス間隔と幾何学的配置に関
して設計の融通性を有する、こうした方法を提供するこ
とにある。
プロセスの変動に影響されず、レーザ・ミラー及び活性
層の組立に利用されるプレーナ・エピタキシャル成長と
同じ正確度を有する、多重波長ＶＣＳＥＬアレイの組立
方法を提供することにある。本発明のもう１つの目的
は、アレイ内におけるデバイス間隔と幾何学的配置に関
して設計の融通性を有する、こうした方法を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、正確で
再現性のある波長制御によって、異なるｎ波長を備えた
垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを組立て
ることが可能である。まず、基板上に部分的ＶＣＳＥＬ
層構造が成長させられる。次に、対をなすＡｌＧａＡＳ
及びＩｎＧａＰの層がｎ対成長させられる。ここで、ｎ
は所望の異なる波長数である。次に、ある領域のマスキ
ング及びエッチングが施される。マスキングとエッチン
グのステップは、必要な全ての領域が形成されるまで反
復される。各領域毎に、異なるｎ波長のＶＣＳＥＬのた
めに異なる光学厚さが形成される。最後に、上部ＶＣＳ
ＥＬ層構造が成長させられる。新規の量子井戸を備える
活性領域を含めることによって、広範囲な波長にわたる
発振を可能にする広い利得スペクトルが得られるように
できる。
再現性のある波長制御によって、異なるｎ波長を備えた
垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを組立て
ることが可能である。まず、基板上に部分的ＶＣＳＥＬ
層構造が成長させられる。次に、対をなすＡｌＧａＡＳ
及びＩｎＧａＰの層がｎ対成長させられる。ここで、ｎ
は所望の異なる波長数である。次に、ある領域のマスキ
ング及びエッチングが施される。マスキングとエッチン
グのステップは、必要な全ての領域が形成されるまで反
復される。各領域毎に、異なるｎ波長のＶＣＳＥＬのた
めに異なる光学厚さが形成される。最後に、上部ＶＣＳ
ＥＬ層構造が成長させられる。新規の量子井戸を備える
活性領域を含めることによって、広範囲な波長にわたる
発振を可能にする広い利得スペクトルが得られるように
できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に示す典型的なＶＣＳＥＬ層
構造には、基板、例えば、ＧａＡｓウェーハ上に組立ら
れた下方ＤＢＲが含まれている。さらに、第１のスペー
サ層、例えば、ＡｌＧａＡｓが下方ＤＢＲ上に重ねて成
長させられる。ＧａＡｓの量子井戸が間に挿入された一
連のＡｌＧａＡｓ層によって、空洞領域が形成される。
ＡｌＧａＡｓの層は、バリア層の働きをする。第２のス
ペーサ層が、空洞領域上に重ねて組立てられる。最後
に、上方ＤＢＲが、第２のスペーサ層上に重ねて組立て
られる。多量にドープしたＧａＡｓ接触層が、上部ＤＢ
Ｒ上に成長させられる。
構造には、基板、例えば、ＧａＡｓウェーハ上に組立ら
れた下方ＤＢＲが含まれている。さらに、第１のスペー
サ層、例えば、ＡｌＧａＡｓが下方ＤＢＲ上に重ねて成
長させられる。ＧａＡｓの量子井戸が間に挿入された一
連のＡｌＧａＡｓ層によって、空洞領域が形成される。
ＡｌＧａＡｓの層は、バリア層の働きをする。第２のス
ペーサ層が、空洞領域上に重ねて組立てられる。最後
に、上方ＤＢＲが、第２のスペーサ層上に重ねて組立て
られる。多量にドープしたＧａＡｓ接触層が、上部ＤＢ
Ｒ上に成長させられる。
【０００９】各ＤＢＲには、ＡｌＡｓ層が含まれてい
る。一連のＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．１５＜ｘ＜１）とＡ
ｌＡｓの交互層が、ＡｌＧａＡｓ層に重ねて組立てられ
る。層数は、所望の反射率レベルによって決まる。一般
に、上方ＤＢＲは、光出力結合のため透過率が高くなけ
ればならないので、含まれる層数は下方ＤＢＲに比べて
少ない。
る。一連のＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．１５＜ｘ＜１）とＡ
ｌＡｓの交互層が、ＡｌＧａＡｓ層に重ねて組立てられ
る。層数は、所望の反射率レベルによって決まる。一般
に、上方ＤＢＲは、光出力結合のため透過率が高くなけ
ればならないので、含まれる層数は下方ＤＢＲに比べて
少ない。
【００１０】図２には、本発明のＶＣＳＥＬ層構造１０
０が示されている。ＶＣＳＥＬ層構造の下方部分１０
は、単一のエピタキシャル成長によって組立てられる。
この成長には、下方ＤＢＲと空洞領域が含まれている。
空洞領域内に成長させられる活性層以外に、エッチング
停止超格子を形成する、選択的にエッチング可能な半導
体の交互層１２が含まれている。望ましい実施態様の場
合、これらの層は、ＩｎＧａＰ及びＡｌＧａＡｓであ
り、成長させられる最終層はＡｌＧａＡｓになる。成長
が済むと、反応装置からウェーハが取り出され、１つ以
上のパターンをなすエッチングが実施される。上方ＤＢ
Ｒ１４が、エッチング停止超格子上に重ねて組立てられ
る。コンタクト層１６、例えば、ＧａＡｓが、上方ＤＢ
Ｒ１４上に配置される。
０が示されている。ＶＣＳＥＬ層構造の下方部分１０
は、単一のエピタキシャル成長によって組立てられる。
この成長には、下方ＤＢＲと空洞領域が含まれている。
空洞領域内に成長させられる活性層以外に、エッチング
停止超格子を形成する、選択的にエッチング可能な半導
体の交互層１２が含まれている。望ましい実施態様の場
合、これらの層は、ＩｎＧａＰ及びＡｌＧａＡｓであ
り、成長させられる最終層はＡｌＧａＡｓになる。成長
が済むと、反応装置からウェーハが取り出され、１つ以
上のパターンをなすエッチングが実施される。上方ＤＢ
Ｒ１４が、エッチング停止超格子上に重ねて組立てられ
る。コンタクト層１６、例えば、ＧａＡｓが、上方ＤＢ
Ｒ１４上に配置される。
【００１１】図３は、図２のＶＣＳＥＬ層構造１００の
組立に対応するフローチャートである。ステップ１８に
おいて、ＶＣＳＥＬの下方部分が成長させられる。ステ
ップ２０において、例えば、ＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＰ
によるｎ対のエッチング停止層が成長させられる。エッ
チング停止層は、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、ＧａＡｓ、及び、ＩｎＰを含むグループから選択さ
れる。ステップ３０はカウンタを１に設定しエッチング
すべき素子（デバイス）領域を選択する。ステップ４０
において、ウェーハの一部である領域だけがエッチング
されるように、エッチング・マスクがウェーハに取り付
けられる。ステップ５０において、ｎ対の層の１つにエ
ッチングが施される。ステップ５０の望ましい実施態様
（図４に示す）の場合、まず最上層が第２層よりも高速
で、エッチングされる。ステップ５２の場合、第１のエ
ッチング液は、硫酸１、過酸化水素１、水２５の割合で
混合したものである。この溶液によって、最上層（Ａｌ
ＧａＡｓ）はエッチングされるが、第２層（ＩｎＧａ
Ｐ）のエッチングは行われない。ステップ５４におい
て、第２のエッチング液により第２層は第３層よりも高
速度でエッチングされる。第２のエッチング溶液は、塩
化水素酸１、燐酸２の割合で混合された液体である。こ
うして、エッチング停止超格子における１対の層に、規
定のウェーハ領域にわたる正確なエッチングが施され
る。ステップ６０において、エッチング・マスクが剥離
除去される。ステップ７０でカウンタをインクリメント
する。ステップ８０では、所望の領域の全てについてエ
ッチングが施されたかを判断し、残存領域があれば、ス
テップ４０〜７０が繰り返される。エッチングは、２つ
１組で行われるので、エピタキシャル成長の後、ウェー
ハのどの領域における上部層も、必ずもとの上部層と同
じ組成を備えることになる。
組立に対応するフローチャートである。ステップ１８に
おいて、ＶＣＳＥＬの下方部分が成長させられる。ステ
ップ２０において、例えば、ＡｌＧａＡｓとＩｎＧａＰ
によるｎ対のエッチング停止層が成長させられる。エッ
チング停止層は、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、ＧａＡｓ、及び、ＩｎＰを含むグループから選択さ
れる。ステップ３０はカウンタを１に設定しエッチング
すべき素子（デバイス）領域を選択する。ステップ４０
において、ウェーハの一部である領域だけがエッチング
されるように、エッチング・マスクがウェーハに取り付
けられる。ステップ５０において、ｎ対の層の１つにエ
ッチングが施される。ステップ５０の望ましい実施態様
（図４に示す）の場合、まず最上層が第２層よりも高速
で、エッチングされる。ステップ５２の場合、第１のエ
ッチング液は、硫酸１、過酸化水素１、水２５の割合で
混合したものである。この溶液によって、最上層（Ａｌ
ＧａＡｓ）はエッチングされるが、第２層（ＩｎＧａ
Ｐ）のエッチングは行われない。ステップ５４におい
て、第２のエッチング液により第２層は第３層よりも高
速度でエッチングされる。第２のエッチング溶液は、塩
化水素酸１、燐酸２の割合で混合された液体である。こ
うして、エッチング停止超格子における１対の層に、規
定のウェーハ領域にわたる正確なエッチングが施され
る。ステップ６０において、エッチング・マスクが剥離
除去される。ステップ７０でカウンタをインクリメント
する。ステップ８０では、所望の領域の全てについてエ
ッチングが施されたかを判断し、残存領域があれば、ス
テップ４０〜７０が繰り返される。エッチングは、２つ
１組で行われるので、エピタキシャル成長の後、ウェー
ハのどの領域における上部層も、必ずもとの上部層と同
じ組成を備えることになる。
【００１２】この実施態様は、エッチング速度の異なる
対をなすエッチング停止層を用いるのが望ましいが、エ
ッチング停止領域は、単一成長で組立てることが可能で
あり、該領域は、副層に分割される。各副層には、各Ｖ
ＣＳＥＬの波長が異なるように、前述のやり方で同様の
エッチングが施される。
対をなすエッチング停止層を用いるのが望ましいが、エ
ッチング停止領域は、単一成長で組立てることが可能で
あり、該領域は、副層に分割される。各副層には、各Ｖ
ＣＳＥＬの波長が異なるように、前述のやり方で同様の
エッチングが施される。
【００１３】望ましい実施態様の場合、各ＶＣＳＥＬ
は、４つの構成要素（図２に示す）を備えている。第１
のパターン化エッチング・シーケンスの間に、第２と第
４の構成要素のそれぞれ１対の層にエッチングが施され
る。第２のパターン化エッチング・シーケンスの間に、
第３と第４の構成要素のそれぞれ２対の層にエッチング
が施される。この結果、構成要素１、２、３、及び、４
のそれぞれは、それぞれ、０、１、２、３対の層にエッ
チングが施されることになる。エッチングされる層数が
異なれば、空洞長が異なり、従って、波長が異なること
になる。
は、４つの構成要素（図２に示す）を備えている。第１
のパターン化エッチング・シーケンスの間に、第２と第
４の構成要素のそれぞれ１対の層にエッチングが施され
る。第２のパターン化エッチング・シーケンスの間に、
第３と第４の構成要素のそれぞれ２対の層にエッチング
が施される。この結果、構成要素１、２、３、及び、４
のそれぞれは、それぞれ、０、１、２、３対の層にエッ
チングが施されることになる。エッチングされる層数が
異なれば、空洞長が異なり、従って、波長が異なること
になる。
【００１４】必要に応じて、ステップ８５において、再
成長前に、ウェーハ全体が、上部層を除去するエッチン
グ液にさらされる。これによって、フォトレジストに接
触しなかった、最小限の時間量だけしか環境にさらされ
なかった、清浄で、均一な上部層が確保される。望まし
い実施態様の場合、ＡｌＧａＡｓ層が除去されて、再成
長が行われることになる清浄なＩｎＧａＰ表面が得られ
る。ＩｎＧａＰは、ＡｌＧａＡｓよりも酸化が遅いの
で、再成長を実施するのにより適した表面である。
成長前に、ウェーハ全体が、上部層を除去するエッチン
グ液にさらされる。これによって、フォトレジストに接
触しなかった、最小限の時間量だけしか環境にさらされ
なかった、清浄で、均一な上部層が確保される。望まし
い実施態様の場合、ＡｌＧａＡｓ層が除去されて、再成
長が行われることになる清浄なＩｎＧａＰ表面が得られ
る。ＩｎＧａＰは、ＡｌＧａＡｓよりも酸化が遅いの
で、再成長を実施するのにより適した表面である。
【００１５】次に、ステップ９０でウェーハが反応装置
に戻され、ＶＣＳＥＬ構造の残りの部分が成長させられ
る。これには、上部ＤＢＲと、コンタクト層が含まれて
いる。再成長が済むと、ＶＣＳＥＬを組立てるための既
知方法に従って、ウェーハの処理が行われる。ウェーハ
の処理時、アレイ内の各レーザが、異なる数の対をなす
層にエッチングを施されたウェーハ領域内に位置するよ
うに、各レーザ・アレイのアライメントがとられる。従
って、アレイ内の各レーザは、空洞長が異なり、従っ
て、発振波長が異なることになる。
に戻され、ＶＣＳＥＬ構造の残りの部分が成長させられ
る。これには、上部ＤＢＲと、コンタクト層が含まれて
いる。再成長が済むと、ＶＣＳＥＬを組立てるための既
知方法に従って、ウェーハの処理が行われる。ウェーハ
の処理時、アレイ内の各レーザが、異なる数の対をなす
層にエッチングを施されたウェーハ領域内に位置するよ
うに、各レーザ・アレイのアライメントがとられる。従
って、アレイ内の各レーザは、空洞長が異なり、従っ
て、発振波長が異なることになる。
【００１６】ＶＣＳＥＬの場合、往復の空洞利得が、ミ
ラー透過率と吸収及び散乱による光学損失の組み合わせ
損失を超えると、発振が生じる。発振の生じる波長範囲
は、一般に、空洞内における多重量子井戸構造の利得帯
域幅によって制限される。これらの構造は、一般に、い
くつかの同じ量子井戸から構成される。利得帯域幅は、
チャープ量子井戸または結合量子井戸を用いて拡大する
ことが可能である。
ラー透過率と吸収及び散乱による光学損失の組み合わせ
損失を超えると、発振が生じる。発振の生じる波長範囲
は、一般に、空洞内における多重量子井戸構造の利得帯
域幅によって制限される。これらの構造は、一般に、い
くつかの同じ量子井戸から構成される。利得帯域幅は、
チャープ量子井戸または結合量子井戸を用いて拡大する
ことが可能である。
【００１７】チャープ量子井戸構造の場合、空洞内に、
寸法または組成の異なるいくつかの量子井戸が存在す
る。量子井戸の特性が異なるので、その光学利得特性の
ピークも異なる波長において生じる。活性領域の利得帯
域幅は、個別量子井戸のスペクトルの和によって決まる
ので、異なる量子井戸を用いると、利得帯域幅が広くな
る。これによって、より広い波長範囲にわたって、より
均一なしきい値電流における発振が可能になる。
寸法または組成の異なるいくつかの量子井戸が存在す
る。量子井戸の特性が異なるので、その光学利得特性の
ピークも異なる波長において生じる。活性領域の利得帯
域幅は、個別量子井戸のスペクトルの和によって決まる
ので、異なる量子井戸を用いると、利得帯域幅が広くな
る。これによって、より広い波長範囲にわたって、より
均一なしきい値電流における発振が可能になる。
【００１８】結合量子井戸構造の場合、量子井戸を互い
に分離するバリア層は、薄く、個々の量子井戸の固有状
態の波動関数間におけるかなりの重なりが可能になる。
この重なりによって、結合量子井戸構造の固有状態にエ
ネルギの分割が生じる。従って、結合状態の利得スペク
トルのピークが異なる波長で生じることになる。これに
よって、やはり、チャープ量子井戸システムの場合のよ
うに、利得帯域幅が広くなる。活性領域利得の帯域幅以
外にも、波長の異なるレーザに関するしきい値電流及び
レーザ効率の不均一性を増すための要因は他にもある。
レーザ・ミラー（ＤＢＲ）の反射率と出力カップラの透
過率は、両方とも、波長によって左右される。反射率
は、中心波長において最高になり、中心から離れた全て
の波長について低下する。一方、透過率は、中心波長に
おいて最低になり、波長が中心から離れると上昇する。
すなわち、発振波長が中心から最も遠いデバイスは、よ
り高いしきい値を示し、従って、より大きいしきい値電
流を示すことになる。レーザ特性を均一に保つには、利
得が、反射率の低下及び／または透過率の上昇時に増大
するように、活性領域を設計するのが有効である。ＤＢ
Ｒ透過率にぴったりと追随するように利得を調整できる
ようになればなるほど、しきい値電流はいっそう均一に
なる。量子井戸層の組成は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、
ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、及び、ＡｌＩｎＧａＰを含むグループから選
択される。
に分離するバリア層は、薄く、個々の量子井戸の固有状
態の波動関数間におけるかなりの重なりが可能になる。
この重なりによって、結合量子井戸構造の固有状態にエ
ネルギの分割が生じる。従って、結合状態の利得スペク
トルのピークが異なる波長で生じることになる。これに
よって、やはり、チャープ量子井戸システムの場合のよ
うに、利得帯域幅が広くなる。活性領域利得の帯域幅以
外にも、波長の異なるレーザに関するしきい値電流及び
レーザ効率の不均一性を増すための要因は他にもある。
レーザ・ミラー（ＤＢＲ）の反射率と出力カップラの透
過率は、両方とも、波長によって左右される。反射率
は、中心波長において最高になり、中心から離れた全て
の波長について低下する。一方、透過率は、中心波長に
おいて最低になり、波長が中心から離れると上昇する。
すなわち、発振波長が中心から最も遠いデバイスは、よ
り高いしきい値を示し、従って、より大きいしきい値電
流を示すことになる。レーザ特性を均一に保つには、利
得が、反射率の低下及び／または透過率の上昇時に増大
するように、活性領域を設計するのが有効である。ＤＢ
Ｒ透過率にぴったりと追随するように利得を調整できる
ようになればなるほど、しきい値電流はいっそう均一に
なる。量子井戸層の組成は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、
ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓＰ、及び、ＡｌＩｎＧａＰを含むグループから選
択される。
【００１９】望ましい実施態様の場合、レーザの波長は
８２０nm、８３５nm、８５０nm、及び、８６５ｎｍであ
る。典型的な量子井戸は、約３０ｎｍの利得半値全幅
（ＦＷＨＭ）を備えている。従って、量子井戸の中心が
８４２．５ｎｍの場合、８２０ｎｍ及び８６５ｎｍで必
要とされるしきい値電流は、８３５ｎｍ及び８５０ｎｍ
に比べてかなり大きくなる。さらに、８４２．５ｎｍに
中心がくる典型的なＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ ＤＢＲ構
造では、８２０ｎｍ及び８６５ｎｍにおける透過率は８
３５ｎｍ及び８５０ｎｍにおける透過率の約２倍にな
る。これによって、内側波長と外側波長との間における
しきい値の不均一性が増すことになる。望ましい実施態
様の場合、活性領域には、中心が８６５ｎｍにくる２つ
の量子井戸と、中心が８２０ｎｍにくる２つの量子井戸
から構成されるチャープ量子井戸構造が含まれている。
この構造は、８４２．５ｎｍにおいて極小になり、８２
０ｎｍ及び８６５ｎｍにピークを生じる利得スペクトル
を備えている。この構造は、利得幅が広く、ＤＢＲ透過
スペクトルを補償して、より均一なしきい値電流の獲得
を可能にする利得スペクトルが得られる。
８２０nm、８３５nm、８５０nm、及び、８６５ｎｍであ
る。典型的な量子井戸は、約３０ｎｍの利得半値全幅
（ＦＷＨＭ）を備えている。従って、量子井戸の中心が
８４２．５ｎｍの場合、８２０ｎｍ及び８６５ｎｍで必
要とされるしきい値電流は、８３５ｎｍ及び８５０ｎｍ
に比べてかなり大きくなる。さらに、８４２．５ｎｍに
中心がくる典型的なＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ ＤＢＲ構
造では、８２０ｎｍ及び８６５ｎｍにおける透過率は８
３５ｎｍ及び８５０ｎｍにおける透過率の約２倍にな
る。これによって、内側波長と外側波長との間における
しきい値の不均一性が増すことになる。望ましい実施態
様の場合、活性領域には、中心が８６５ｎｍにくる２つ
の量子井戸と、中心が８２０ｎｍにくる２つの量子井戸
から構成されるチャープ量子井戸構造が含まれている。
この構造は、８４２．５ｎｍにおいて極小になり、８２
０ｎｍ及び８６５ｎｍにピークを生じる利得スペクトル
を備えている。この構造は、利得幅が広く、ＤＢＲ透過
スペクトルを補償して、より均一なしきい値電流の獲得
を可能にする利得スペクトルが得られる。
【００２０】（実施態様１）：ｎ波長の垂直空洞表面発
光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを組立てるための方法
であって、基板上に、下方ＤＢＲ及び活性領域を含むＶ
ＣＳＥＬ基層構造を成長させるステップ（１８）と、少
なくとも１つのエッチング停止層を成長させるステップ
（２０）と、異なる数のエッチング停止層を備えた少な
くとも２つの領域が得られるように、エッチング停止層
に選択的にパターン形成を施し、除去するステップ（４
０，５０）と、エッチング停止層にパターンが形成され
るまで、パターン形成ステップを繰り返すステップと、
上部ＶＣＳＥＬ層構造を成長させるステップ（９０）と
が含まれている、ＶＣＳＥＬアレイの組立方法。
光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを組立てるための方法
であって、基板上に、下方ＤＢＲ及び活性領域を含むＶ
ＣＳＥＬ基層構造を成長させるステップ（１８）と、少
なくとも１つのエッチング停止層を成長させるステップ
（２０）と、異なる数のエッチング停止層を備えた少な
くとも２つの領域が得られるように、エッチング停止層
に選択的にパターン形成を施し、除去するステップ（４
０，５０）と、エッチング停止層にパターンが形成され
るまで、パターン形成ステップを繰り返すステップと、
上部ＶＣＳＥＬ層構造を成長させるステップ（９０）と
が含まれている、ＶＣＳＥＬアレイの組立方法。
【００２１】（実施態様２）：エッチング停止層を成長
させるステップ（２０）に、２つのエッチング層のうち
第１の層を組立てるステップと、２つのエッチング層の
うち第２の層を組立てるステップと、所望の数の層が成
長するまで、２つのエッチング停止層の第１と第２の層
の組立ステップを繰り返すステップと、２つのエッチン
グ停止層のそれぞれについて、２つのエッチング停止層
の一方が、特定のエッチング液によって、２つのエッチ
ング停止層のもう一方よりも速いエッチング速度でエッ
チングを施されることを特徴とする、実施態様１に記載
のＶＣＳＥＬアレイの組立方法。
させるステップ（２０）に、２つのエッチング層のうち
第１の層を組立てるステップと、２つのエッチング層の
うち第２の層を組立てるステップと、所望の数の層が成
長するまで、２つのエッチング停止層の第１と第２の層
の組立ステップを繰り返すステップと、２つのエッチン
グ停止層のそれぞれについて、２つのエッチング停止層
の一方が、特定のエッチング液によって、２つのエッチ
ング停止層のもう一方よりも速いエッチング速度でエッ
チングを施されることを特徴とする、実施態様１に記載
のＶＣＳＥＬアレイの組立方法。
【００２２】（実施態様３）：２つのエッチング停止層
の一方が、ＡｌＧａＡＳであり、２つのエッチング層の
もう一方がＩｎＧａＰであることを特徴とする、実施態
様２に記載のＶＣＳＥＬアレイの組立方法。 （実施態様４）：２つのエッチング停止層が、ＩｎＧａ
ＡｓＰ、ＧａＡｓ、及び、ＩｎＰを含むグループから選
択されることを特徴とする、実施態様２に記載のＶＣＳ
ＥＬアレイの組立方法。
の一方が、ＡｌＧａＡＳであり、２つのエッチング層の
もう一方がＩｎＧａＰであることを特徴とする、実施態
様２に記載のＶＣＳＥＬアレイの組立方法。 （実施態様４）：２つのエッチング停止層が、ＩｎＧａ
ＡｓＰ、ＧａＡｓ、及び、ＩｎＰを含むグループから選
択されることを特徴とする、実施態様２に記載のＶＣＳ
ＥＬアレイの組立方法。
【００２３】（実施態様５）：垂直空洞面発光レーザ層
構造であって、基板と、基板上に配置された下方ＤＢＲ
と、下方ＤＢＲ上に配置された第１のスペーサ層と、第
１のスペーサ層上に重ねて配置されるｍ個のバリア層
と、それぞれ、ｍ個のバリア層の２つのバリア層間に挿
入される、ｍ−１の量子井戸層と、ｍ−１の量子井戸層
の上に重ねて配置される第２のスペーサ層と、第２のス
ペーサ層の上に重ねて配置される 一連のｋ個のエッチ
ング停止層（１２）と、一連のｋ個のエッチング停止層
の上に重ねて配置される上方ＤＢＲ（１４）と、上方Ｄ
ＢＲの上に重ねて配置される、多量にドープされた半導
体コンタクト層（１６）が含まれている、垂直空洞面発
光レーザ層構造。
構造であって、基板と、基板上に配置された下方ＤＢＲ
と、下方ＤＢＲ上に配置された第１のスペーサ層と、第
１のスペーサ層上に重ねて配置されるｍ個のバリア層
と、それぞれ、ｍ個のバリア層の２つのバリア層間に挿
入される、ｍ−１の量子井戸層と、ｍ−１の量子井戸層
の上に重ねて配置される第２のスペーサ層と、第２のス
ペーサ層の上に重ねて配置される 一連のｋ個のエッチ
ング停止層（１２）と、一連のｋ個のエッチング停止層
の上に重ねて配置される上方ＤＢＲ（１４）と、上方Ｄ
ＢＲの上に重ねて配置される、多量にドープされた半導
体コンタクト層（１６）が含まれている、垂直空洞面発
光レーザ層構造。
【００２４】（実施態様６）：前記量子井戸層の組成
が、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、及び、ＡｌＩｎＧａＰを含む
グループから選択されることを特徴とする、実施態様５
に記載の垂直空洞面発光レーザ層構造。 （実施態様７）：前記バリア層の組成が、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、及び、Ｉｎ
Ｐを含むグループから選択されることを特徴とする、実
施態様５に記載の垂直空洞面発光レーザ層構造。 （実施態様８）：請求項５に記載の垂直空洞面発光レー
ザ層構造を備える構成要素をｎ個単一基板に搭載して、
該ｎ個の構成要素のうち少なくとも２つが、異なる数の
エッチング停止層を備えていることを特徴とする、ｎの
構成要素を備えた垂直面発光レーザ・アレイ。
が、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、及び、ＡｌＩｎＧａＰを含む
グループから選択されることを特徴とする、実施態様５
に記載の垂直空洞面発光レーザ層構造。 （実施態様７）：前記バリア層の組成が、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、及び、Ｉｎ
Ｐを含むグループから選択されることを特徴とする、実
施態様５に記載の垂直空洞面発光レーザ層構造。 （実施態様８）：請求項５に記載の垂直空洞面発光レー
ザ層構造を備える構成要素をｎ個単一基板に搭載して、
該ｎ個の構成要素のうち少なくとも２つが、異なる数の
エッチング停止層を備えていることを特徴とする、ｎの
構成要素を備えた垂直面発光レーザ・アレイ。
【００２５】（実施態様９）：ｋのエッチング停止層の
少なくとも１つに、さらに、２つの副層が含まれること
と、２つの副層の一方が、２つの副層のもう一方よりも
速い速度でエッチングを施されることを特徴とする、実
施態様８に記載の垂直面発光レーザ・アレイ。 （実施態様１０）：２つの副層の一方が、ＡｌＧａＡｓ
であり、２つの副層のもう一方が、ＩｎＧａＰであるこ
とを特徴とする、実施態様９に記載の垂直面発光レーザ
・アレイ。 （実施態様１１）：ｍ−１の量子井戸層のうち少なくと
も２つの厚さが異なることを特徴とする、実施態様８に
記載の垂直面発光レーザ・アレイ。 （実施態様１２）：ｍ−１の量子井戸層のうち少なくと
も２つの組成が異なることを特徴とする、実施態様８に
記載の垂直面発光レーザ・アレイ。
少なくとも１つに、さらに、２つの副層が含まれること
と、２つの副層の一方が、２つの副層のもう一方よりも
速い速度でエッチングを施されることを特徴とする、実
施態様８に記載の垂直面発光レーザ・アレイ。 （実施態様１０）：２つの副層の一方が、ＡｌＧａＡｓ
であり、２つの副層のもう一方が、ＩｎＧａＰであるこ
とを特徴とする、実施態様９に記載の垂直面発光レーザ
・アレイ。 （実施態様１１）：ｍ−１の量子井戸層のうち少なくと
も２つの厚さが異なることを特徴とする、実施態様８に
記載の垂直面発光レーザ・アレイ。 （実施態様１２）：ｍ−１の量子井戸層のうち少なくと
も２つの組成が異なることを特徴とする、実施態様８に
記載の垂直面発光レーザ・アレイ。
【図１】 典型的な垂直空洞面発光レーザを示す図であ
る。
る。
【図２】 本発明のＶＣＳＥＬアレイを示す図である。
【図３】 図２に対応するフローチャートである。
【図４】 ステップ２０に対応するフローチャートであ
る。
る。
１０ ＶＣＳＥＬ層構造の下方部分 １２ 半導体交互層 １４ 上方ＤＢＲ １６ コンタクト層 １００ ＶＣＳＥＬ層構造
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・ピー・シュナイダー アメリカ合衆国カリフォルニア州 マウン テン・ビューチェリーツリー・レーン1759
Claims (1)
- 【請求項１】ｎ波長の垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ）のアレイを組立てるための方法であって、 基板上に、下方ＤＢＲ及び活性領域を含むＶＣＳＥＬ基
層構造を成長させるステップと、 少なくとも１つのエッチング停止層を成長させるステッ
プと、 異なる数のエッチング停止層を備えた少なくとも２つの
領域が得られるように、エッチング停止層に選択的にパ
ターン形成を施し、除去するステップと、 エッチング停止層にパターンが形成されるまで、パター
ン形成ステップを繰り返すステップと、 上部ＶＣＳＥＬ層構造を成長させるステップとが含まれ
ている、 垂直空洞面発光レーザ・アレイの組立方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US058,532 | 1979-07-18 | ||
| US09/058,532 US6117699A (en) | 1998-04-10 | 1998-04-10 | Monolithic multiple wavelength VCSEL array |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11330631A true JPH11330631A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=22017401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11098780A Withdrawn JPH11330631A (ja) | 1998-04-10 | 1999-04-06 | 垂直空洞面発光レ―ザ層構造、垂直空洞面発光レ―ザ・アレイ及び垂直空洞面発光レ―ザ・アレイの組立方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6117699A (ja) |
| EP (2) | EP1100168B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11330631A (ja) |
| DE (2) | DE69811125T2 (ja) |
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