JPH04234189A - リッジ導波路埋設ヘテロ構造レーザおよびその製造方法 - Google Patents
リッジ導波路埋設ヘテロ構造レーザおよびその製造方法Info
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- JPH04234189A JPH04234189A JP3257176A JP25717691A JPH04234189A JP H04234189 A JPH04234189 A JP H04234189A JP 3257176 A JP3257176 A JP 3257176A JP 25717691 A JP25717691 A JP 25717691A JP H04234189 A JPH04234189 A JP H04234189A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ、特にリッジ導
波管および埋設ヘテロ構造レーザに関する。
波管および埋設ヘテロ構造レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】低いしきい値電流、単一空間モードにお
ける高出力、大きい変調帯域幅を有するレーザは、光通
信用に必要である。さらに、同じ基体上にレーザを電子
信号処理および駆動回路と共にモノリシック的に集積す
ることが望ましい。
ける高出力、大きい変調帯域幅を有するレーザは、光通
信用に必要である。さらに、同じ基体上にレーザを電子
信号処理および駆動回路と共にモノリシック的に集積す
ることが望ましい。
【０００３】この目的に関係する装置の１型式はリッジ
導波管レーザである。これらの装置はＩ．Ｐ． Ｋａｍ
ｉｎｏｗ氏他による文献（１９８３年８月、ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ 、Ｖｏｌ．ＱＥ−１９ 、Ｎｏ．８、１３
１２−１３１８頁）に記載され、よく知られている。
導波管レーザである。これらの装置はＩ．Ｐ． Ｋａｍ
ｉｎｏｗ氏他による文献（１９８３年８月、ＩＥＥＥ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ 、Ｖｏｌ．ＱＥ−１９ 、Ｎｏ．８、１３
１２−１３１８頁）に記載され、よく知られている。
【０００４】リッジ導波管レーザが図１に示され、Ｉｎ
Ｐのような半導体基体２上に形成されている。リッジ４
は電流チャンネリングおよびレーザ光学モード限定のた
めに基体をエッチングされる。光学モードは破線円５に
よって示されている。初期の装置に関して、ＩｎＧａＡ
ｓＰのようなレーザ材料のほぼ均質な活性層６は、リッ
ジの下に埋設され、リッジの両側に横に延在する。上部
クラッド層８は活性層６の上に位置され、リッジ４を含
み、下部クラッド層１０は活性層６を基体２から分離し
ている。２つのクラッド層およびリッジは活性層６より
も高いバンドギャップエネルギを有する材料から形成さ
れるので、活性層中の電荷キャリアを限定するように機
能する。クラッド材料もまたＩｎＧａＡｓＰであるが、
必要な大きいバンドギャップエネルギを有するクラッド
層を設けるために、活性層とは異なる種々の構成成分の
混合割合を有する。その電流チャンネリングおよび光学
モード限定機能を十分に実行するリッジに対して、リッ
ジ４と活性層６の間の上部クラッド層８はかなり薄く、
０．２ 乃至０．３ ミクロン程度或いはそれより薄い
。リッジの両側の領域に広がる横電流は薄いクラッド層
によって減少され、光学モード限定はリッジにより実効
的屈折率段階によって得られる。
Ｐのような半導体基体２上に形成されている。リッジ４
は電流チャンネリングおよびレーザ光学モード限定のた
めに基体をエッチングされる。光学モードは破線円５に
よって示されている。初期の装置に関して、ＩｎＧａＡ
ｓＰのようなレーザ材料のほぼ均質な活性層６は、リッ
ジの下に埋設され、リッジの両側に横に延在する。上部
クラッド層８は活性層６の上に位置され、リッジ４を含
み、下部クラッド層１０は活性層６を基体２から分離し
ている。２つのクラッド層およびリッジは活性層６より
も高いバンドギャップエネルギを有する材料から形成さ
れるので、活性層中の電荷キャリアを限定するように機
能する。クラッド材料もまたＩｎＧａＡｓＰであるが、
必要な大きいバンドギャップエネルギを有するクラッド
層を設けるために、活性層とは異なる種々の構成成分の
混合割合を有する。その電流チャンネリングおよび光学
モード限定機能を十分に実行するリッジに対して、リッ
ジ４と活性層６の間の上部クラッド層８はかなり薄く、
０．２ 乃至０．３ ミクロン程度或いはそれより薄い
。リッジの両側の領域に広がる横電流は薄いクラッド層
によって減少され、光学モード限定はリッジにより実効
的屈折率段階によって得られる。
【０００５】最近、リッジ導波管レーザは厚い均質な活
性媒体の代りに活性レーザ媒体として多量子ウエル（Ｍ
ＱＷ）または単量子ウエル（ＳＱＷ）が使用される。こ
れらの型の装置は文献（１９８５年１０月２４日、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．２１
、Ｎｏ．２２ 、１０２５−１０２６頁、Ｏ．Ｗａｄａ
氏他および１９８９年８月３１日、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１３
、１０４５−１０４６頁、Ｈ．Ｄ．Ｗｏｌｆ氏他）に開
示されている。
性媒体の代りに活性レーザ媒体として多量子ウエル（Ｍ
ＱＷ）または単量子ウエル（ＳＱＷ）が使用される。こ
れらの型の装置は文献（１９８５年１０月２４日、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．２１
、Ｎｏ．２２ 、１０２５−１０２６頁、Ｏ．Ｗａｄａ
氏他および１９８９年８月３１日、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１３
、１０４５−１０４６頁、Ｈ．Ｄ．Ｗｏｌｆ氏他）に開
示されている。
【０００６】リッジ導波管レーザは信頼できる特性を与
え、その製造は比較的簡単であり、レーザは同じチップ
上の他の電子装置と共に製造されることが可能である。 しかしながら、リッジ導波管レーザの特性は活性区域に
おいてリッジに対して横方向に電流が広がることによっ
て限定される。そのような電流流布は図１の矢印１２に
よって示されている。この電流流布およびそれにより結
果的に生じた電力および効率の損失に加えて、リッジ導
波管レーザは１５ギガヘルツ以下の変調帯域幅に限定さ
れるが、ある種のレーダおよび通信はより高い変調速度
を必要とする。
え、その製造は比較的簡単であり、レーザは同じチップ
上の他の電子装置と共に製造されることが可能である。 しかしながら、リッジ導波管レーザの特性は活性区域に
おいてリッジに対して横方向に電流が広がることによっ
て限定される。そのような電流流布は図１の矢印１２に
よって示されている。この電流流布およびそれにより結
果的に生じた電力および効率の損失に加えて、リッジ導
波管レーザは１５ギガヘルツ以下の変調帯域幅に限定さ
れるが、ある種のレーダおよび通信はより高い変調速度
を必要とする。
【０００７】通信用レーザへの別のアプローチは埋設ヘ
テロ構造レーザである。これらのレーザにおいて、活性
領域は大きいバンドギャップエネルギのクラッド材料に
よって垂直および横の両方向で囲まれている。横のクラ
ッド材料は典型的に別々の材料の成長段階において形成
される。しかしながら、それはまた組成の乱れによって
オリジナル的に成長した材料から形成されることが可能
である。組成的に乱された埋設ヘテロ構造レーザは文献
（１９８４年４月１日、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．７、７０
０ −７０２ 頁、Ｋ．Ｍｅｅｈａｎ氏他および１９８
４年７月１日、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．１、１−３頁、Ｔ．
Ｆｕｋｕｚａｗａ氏）に記載され、それは図２に示され
ている。装置は半導体基体１４上に形成され、上部クラ
ッド層１８と下部クラッド層２０の間に挟まれる多量子
ウエル（ＭＱＷ）１６の形態をとる埋設ヘテロ構造を含
む。最初に形成されたとき、ＭＱＷは図２に示された断
面の幅を横切って延在する。しかしながら、ＭＱＷの側
方部分２２，２４ は量子ウエル材料を介在するバリヤ
層と混合するために組成的に乱され、元の量子ウエル材
料より高いバンドギャップエネルギ（Ｅｇ ）および低
い屈折率を有する相互拡散された材料を生じさせる。こ
れは図２に示されたＭＱＷ１６の残りの中心部からの横
電流の流布を阻止する。
テロ構造レーザである。これらのレーザにおいて、活性
領域は大きいバンドギャップエネルギのクラッド材料に
よって垂直および横の両方向で囲まれている。横のクラ
ッド材料は典型的に別々の材料の成長段階において形成
される。しかしながら、それはまた組成の乱れによって
オリジナル的に成長した材料から形成されることが可能
である。組成的に乱された埋設ヘテロ構造レーザは文献
（１９８４年４月１日、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．７、７０
０ −７０２ 頁、Ｋ．Ｍｅｅｈａｎ氏他および１９８
４年７月１日、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．１、１−３頁、Ｔ．
Ｆｕｋｕｚａｗａ氏）に記載され、それは図２に示され
ている。装置は半導体基体１４上に形成され、上部クラ
ッド層１８と下部クラッド層２０の間に挟まれる多量子
ウエル（ＭＱＷ）１６の形態をとる埋設ヘテロ構造を含
む。最初に形成されたとき、ＭＱＷは図２に示された断
面の幅を横切って延在する。しかしながら、ＭＱＷの側
方部分２２，２４ は量子ウエル材料を介在するバリヤ
層と混合するために組成的に乱され、元の量子ウエル材
料より高いバンドギャップエネルギ（Ｅｇ ）および低
い屈折率を有する相互拡散された材料を生じさせる。こ
れは図２に示されたＭＱＷ１６の残りの中心部からの横
電流の流布を阻止する。
【０００８】基本的ＭＱＷ構造はよく知られており、図
３の（ｂ）に示された対応する電子エネルギバンドと共
に図３の（ａ）に示されている（図３の（ａ）に示され
たＭＱＷ構造は図２の構造を９０°回転したものである
）。ＭＱＷ構造はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体量子ウエ
ル２６およびバリヤ２８の交互層から構成され、レーザ
用のウエルの全数は典型的に１乃至約１０の範囲にある
。ウエル２６に選択された材料はバリヤ層２８に選択さ
れた材料よりも十分に低いＥｇ （伝導バンドと価電子
バンドの間のエネルギ差）を有する。そのようなヘテロ
構造に対する原理は特別の基本的なバンドギャップＥｇ
の選択であり、結果的に材料のパラメータの計画的な
選択による光吸収エッジの選択である。ヘテロ接合にお
いて、伝導バンドおよび価電子バンドは不連続性を有し
、フェルミ（Ｆｅｒｍｉ ）レベルは接合の両側で一致
する。そのような不連続性により、ヘテロ接合境界面付
近のエネルギバンドは屈曲され、局部電界が接合の各側
に生じられる。そのようなバンドの不連続性は半導体レ
ーザのキャリア限定のために使用される。ＭＱＷおよび
導波管装置に対するその応用の詳細な説明は文献（１９
９０年、Ｉｎｔｒｏｄｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： ＧａＡｓ
ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、５１２
−５３５ 頁、Ｃ．ＷａｎｇＪｏｈｎ氏 Ｗｉｌｅｙ
＆ Ｓｏｎｓ 氏）に記載されている。典型的なウエ
ル材料はＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓであり、対応する
バリヤ材料はＡｌＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰである
。
３の（ｂ）に示された対応する電子エネルギバンドと共
に図３の（ａ）に示されている（図３の（ａ）に示され
たＭＱＷ構造は図２の構造を９０°回転したものである
）。ＭＱＷ構造はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体量子ウエ
ル２６およびバリヤ２８の交互層から構成され、レーザ
用のウエルの全数は典型的に１乃至約１０の範囲にある
。ウエル２６に選択された材料はバリヤ層２８に選択さ
れた材料よりも十分に低いＥｇ （伝導バンドと価電子
バンドの間のエネルギ差）を有する。そのようなヘテロ
構造に対する原理は特別の基本的なバンドギャップＥｇ
の選択であり、結果的に材料のパラメータの計画的な
選択による光吸収エッジの選択である。ヘテロ接合にお
いて、伝導バンドおよび価電子バンドは不連続性を有し
、フェルミ（Ｆｅｒｍｉ ）レベルは接合の両側で一致
する。そのような不連続性により、ヘテロ接合境界面付
近のエネルギバンドは屈曲され、局部電界が接合の各側
に生じられる。そのようなバンドの不連続性は半導体レ
ーザのキャリア限定のために使用される。ＭＱＷおよび
導波管装置に対するその応用の詳細な説明は文献（１９
９０年、Ｉｎｔｒｏｄｕｔｉｏｎ ｔｏ Ｓｅｍｉｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ： ＧａＡｓ
ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、５１２
−５３５ 頁、Ｃ．ＷａｎｇＪｏｈｎ氏 Ｗｉｌｅｙ
＆ Ｓｏｎｓ 氏）に記載されている。典型的なウエ
ル材料はＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓであり、対応する
バリヤ材料はＡｌＧａＡｓおよびＩｎＧａＡｓＰである
。
【０００９】バリヤ材料はＭＱＷのウエル材料によって
完全に相互拡散されるならば、第３の材料は結果的にウ
エルよりも高いエネルギギャップＥｇ を有するが、バ
リヤのエネルギギャップＥｇ よりも幾分低く、正確な
レベルは元のＭＱＷの各々の材料の相対量に依存する。 これは電流を活性レーザ領域１６に限定する限定層に混
合後に変換される元のＭＱＷの側方部分２２，２４ に
生じる。ウエルに関係する混合された材料のエネルギギ
ャップＥｇ の増加はウエルに関係する屈折率の減少に
伴うので、光学モード限定がまた増加する。
完全に相互拡散されるならば、第３の材料は結果的にウ
エルよりも高いエネルギギャップＥｇ を有するが、バ
リヤのエネルギギャップＥｇ よりも幾分低く、正確な
レベルは元のＭＱＷの各々の材料の相対量に依存する。 これは電流を活性レーザ領域１６に限定する限定層に混
合後に変換される元のＭＱＷの側方部分２２，２４ に
生じる。ウエルに関係する混合された材料のエネルギギ
ャップＥｇ の増加はウエルに関係する屈折率の減少に
伴うので、光学モード限定がまた増加する。
【００１０】ＭＱＷの側方部分の組成的な乱は種々の技
術によって得ることができる。本来、亜鉛は不純物とし
てＭＱＷの深度と少なくとも同じ深度まで所望の横のＭ
ＱＷ部分にわたって装置に拡散された。図２の斜線で示
されたこの拡散は延在するＭＱＷの部分を組成的に乱す
ことが発見された。他のドーパントまたは空位の拡散、
および組成的な乱れを達成するための種々のイオン注入
を含むその他の技術がその後開発された。結果として生
じる埋設ヘテロ構造レーザにおいて、エピタキシアルな
層と垂直方向におけるキャリアおよび光学モード限定は
クラッド層１８，２０ によって行われ、側方（層の平
面）におけるキャリアおよび光学モード限定はウエル材
料に関係する組成的に乱された材料の大きいバンドギャ
ップおよび低い屈折率によって行われる。低い屈折率は
自由キャリアの高い濃度（ドーパント拡散または注入に
よる）および量子ウエル効果が存在しないため生じる。
術によって得ることができる。本来、亜鉛は不純物とし
てＭＱＷの深度と少なくとも同じ深度まで所望の横のＭ
ＱＷ部分にわたって装置に拡散された。図２の斜線で示
されたこの拡散は延在するＭＱＷの部分を組成的に乱す
ことが発見された。他のドーパントまたは空位の拡散、
および組成的な乱れを達成するための種々のイオン注入
を含むその他の技術がその後開発された。結果として生
じる埋設ヘテロ構造レーザにおいて、エピタキシアルな
層と垂直方向におけるキャリアおよび光学モード限定は
クラッド層１８，２０ によって行われ、側方（層の平
面）におけるキャリアおよび光学モード限定はウエル材
料に関係する組成的に乱された材料の大きいバンドギャ
ップおよび低い屈折率によって行われる。低い屈折率は
自由キャリアの高い濃度（ドーパント拡散または注入に
よる）および量子ウエル効果が存在しないため生じる。
【００１１】注入は所望の組成的な乱れを達成するため
に可能な方法として挙げられたが、必要な非常に高いエ
ネルギのためにそれほど実用的でない。活性レーザ層（
ＭＱＷ）は典型的に約１．５ ミクロンまで比較的深く
埋設される。１ＭｅＶより大きい注入エネルギはこの深
度まで注入することを必要とするので、拡散が通常使用
される。他方、拡散は通常等方性であり、横に広がり、
制御が困難である。
に可能な方法として挙げられたが、必要な非常に高いエ
ネルギのためにそれほど実用的でない。活性レーザ層（
ＭＱＷ）は典型的に約１．５ ミクロンまで比較的深く
埋設される。１ＭｅＶより大きい注入エネルギはこの深
度まで注入することを必要とするので、拡散が通常使用
される。他方、拡散は通常等方性であり、横に広がり、
制御が困難である。
【００１２】埋設ヘテロ構造レーザは一般的に大きいバ
ンドギャップエネルギ材料によって活性領域が全側を囲
まれるので、リッジ導波管レーザよりも良好な特性を与
え、１５ギガヘルツを越える大きい帯域幅を有する。他
方、埋設ヘテロ構造装置は一般にリッジ導波管よりも信
頼性が欠ける。埋設三日月形設計と呼ばれる１つの埋設
ヘテロ構造装置はより良好な信頼性を示すが、その製造
は液相エピタキシによる成長を必要とし、ウエハ寸法が
小さく、不均一性の問題により制限される。
ンドギャップエネルギ材料によって活性領域が全側を囲
まれるので、リッジ導波管レーザよりも良好な特性を与
え、１５ギガヘルツを越える大きい帯域幅を有する。他
方、埋設ヘテロ構造装置は一般にリッジ導波管よりも信
頼性が欠ける。埋設三日月形設計と呼ばれる１つの埋設
ヘテロ構造装置はより良好な信頼性を示すが、その製造
は液相エピタキシによる成長を必要とし、ウエハ寸法が
小さく、不均一性の問題により制限される。
【００１３】埋設ヘテロ構造レーザの製造はかなり複雑
であり、通常複数の成長段階を必要とする。結果として
、同じウエハ上に位置する集積回路電子装置と共にその
ようなレーザの集積は困難であり、選択区域の成長を必
要とする。さらに、組成的な乱れを形成された埋設ヘテ
ロ構造において、ウエハはＭＱＷを乱されるドーパント
の拡散中に、典型的に亜鉛の拡散に対して約６００ 乃
至７００ ℃まで、ＧａＡｓベースの材料へのシリコン
の拡散に対して約９００℃まで加熱されなければならな
い。これらの温度はすでに変調ドープされたトランジス
タのようなウエハ上の集積回路装置に傷害を与える。こ
れは他の電子装置と同じ方法によるレーザの形成が通常
行われない別の理由である。注入が試されると、ＧａＡ
ｓベースの材料に対して８００ ℃以上の高温が次に注
入を焼戻すために必要となる。
であり、通常複数の成長段階を必要とする。結果として
、同じウエハ上に位置する集積回路電子装置と共にその
ようなレーザの集積は困難であり、選択区域の成長を必
要とする。さらに、組成的な乱れを形成された埋設ヘテ
ロ構造において、ウエハはＭＱＷを乱されるドーパント
の拡散中に、典型的に亜鉛の拡散に対して約６００ 乃
至７００ ℃まで、ＧａＡｓベースの材料へのシリコン
の拡散に対して約９００℃まで加熱されなければならな
い。これらの温度はすでに変調ドープされたトランジス
タのようなウエハ上の集積回路装置に傷害を与える。こ
れは他の電子装置と同じ方法によるレーザの形成が通常
行われない別の理由である。注入が試されると、ＧａＡ
ｓベースの材料に対して８００ ℃以上の高温が次に注
入を焼戻すために必要となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】十分に低い温度でイオ
ン注入を使用するＭＱＷの組成的な乱れは文献（１９８
８年１０月２４日、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．５３、ｎｏ．１７ 、１６
３２−１６３４頁Ａｎｄｅｒｓｏｎ氏他）に記載されて
いる。ＭＱＷの組成的な乱れは４００ 乃至７００ ℃
の温度に加熱されたＭＱＷ基体にイオン注入することに
よって達成される。この同時に行われる注入と焼戻しは
拡散または別々の焼戻しに必要な温度よりもかなり低い
温度を許容する。ドーパントでないイオンを使用するこ
とは可能であり、自由キャリア吸収を減少させるので、
低いしきい値電流および高い効率が生じる。しかしなが
ら、Ａｎｄｅｒｓｏｎ氏他の技術により行われたその方
法は、埋設ヘテロ構造レーザ中の活性領域の深さおよび
その深さまで注入するのに必要な対応する非常に高いエ
ネルギは実用ベースで埋設ヘテロ構造レーザに適応でき
ない。
ン注入を使用するＭＱＷの組成的な乱れは文献（１９８
８年１０月２４日、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ 、Ｖｏｌ．５３、ｎｏ．１７ 、１６
３２−１６３４頁Ａｎｄｅｒｓｏｎ氏他）に記載されて
いる。ＭＱＷの組成的な乱れは４００ 乃至７００ ℃
の温度に加熱されたＭＱＷ基体にイオン注入することに
よって達成される。この同時に行われる注入と焼戻しは
拡散または別々の焼戻しに必要な温度よりもかなり低い
温度を許容する。ドーパントでないイオンを使用するこ
とは可能であり、自由キャリア吸収を減少させるので、
低いしきい値電流および高い効率が生じる。しかしなが
ら、Ａｎｄｅｒｓｏｎ氏他の技術により行われたその方
法は、埋設ヘテロ構造レーザ中の活性領域の深さおよび
その深さまで注入するのに必要な対応する非常に高いエ
ネルギは実用ベースで埋設ヘテロ構造レーザに適応でき
ない。
【００１５】本発明は、上記のいずれの型式の装置の欠
点も生じることなく、高い信頼性、容易な製造、リッジ
導波管レーザの他の集積回路装置との両立性、および埋
設ヘテロ構造装置の良好な特性を達成する改良されたレ
ーザ構造を提供することを目的とする。
点も生じることなく、高い信頼性、容易な製造、リッジ
導波管レーザの他の集積回路装置との両立性、および埋
設ヘテロ構造装置の良好な特性を達成する改良されたレ
ーザ構造を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ構造は、
光学モード限定リッジの下に位置する電流限定材料内に
埋設された活性レーザ材料の領域を有し、リッジの下に
整列される活性領域の残部よりも大きいバンドギャップ
および低い屈折率を与えるためにリッジに対して横の活
性領域の部分の組成を乱すリッジ導波管レーザを製造す
ることによって形成される。組成を乱された側方部分は
残りの活性領域に対する横方向電荷キャリア限定を与え
、垂直方向電荷キャリア限定は活性領域の上下に位置す
る電流限定材料によって行われる。
光学モード限定リッジの下に位置する電流限定材料内に
埋設された活性レーザ材料の領域を有し、リッジの下に
整列される活性領域の残部よりも大きいバンドギャップ
および低い屈折率を与えるためにリッジに対して横の活
性領域の部分の組成を乱すリッジ導波管レーザを製造す
ることによって形成される。組成を乱された側方部分は
残りの活性領域に対する横方向電荷キャリア限定を与え
、垂直方向電荷キャリア限定は活性領域の上下に位置す
る電流限定材料によって行われる。
【００１７】好ましい実施例において、活性領域はリッ
ジより約０．５ ミクロンより小さい、好ましくは約０
．２ 乃至０．３ ミクロン下方の位置に埋設される。 活性領域は量子ウエル構造の乱された領域が少なくとも
部分的に混合された量子ウエル層とバリヤ層を有するよ
うに、ＭＱＷまたはＳＱＷから構成される。
ジより約０．５ ミクロンより小さい、好ましくは約０
．２ 乃至０．３ ミクロン下方の位置に埋設される。 活性領域は量子ウエル構造の乱された領域が少なくとも
部分的に混合された量子ウエル層とバリヤ層を有するよ
うに、ＭＱＷまたはＳＱＷから構成される。
【００１８】側方活性領域部分の組成的な乱れは、材料
の性能劣化温度のしきい値よりも低い温度にレーザ構造
を加熱しながらこれらの領域にイオン注入することによ
って達成されるのが好ましい。これは付加的な回路装置
の材料が注入および加熱段階前にレーザと同じ基体上に
形成されることを許容する。
の性能劣化温度のしきい値よりも低い温度にレーザ構造
を加熱しながらこれらの領域にイオン注入することによ
って達成されるのが好ましい。これは付加的な回路装置
の材料が注入および加熱段階前にレーザと同じ基体上に
形成されることを許容する。
【００１９】
【実施例】本発明は、リッジ導波管レーザの形態の変更
に基づく。量子ウエル構造は活性領域に使用され、リッ
ジに対して横の構造部分は側方限定をリッジの下に位置
する残りの活性領域に与えるように組成的に乱される。
に基づく。量子ウエル構造は活性領域に使用され、リッ
ジに対して横の構造部分は側方限定をリッジの下に位置
する残りの活性領域に与えるように組成的に乱される。
【００２０】本発明のレーザ構造の１実施例の断面図は
図４に示されている。図１の通常のリッジ導波管レーザ
に共通する構造の素子は同じ参照番号で示されている。 ＭＱＷ３０は上部クラッド層８と下部クラッド層１０と
の間に挟まれ、メサリッジ４の横境界に整列されている
。ＭＱＷ３０は初めに上部クラッド層８の下に連続層と
して形成されるが、リッジ４の両側の側方部分３２，３
４ はリッジの直ぐ下に位置する活性レーザ媒体（ＭＱ
Ｗ３０の量子ウエル）より高いエネルギギャップＥｇ
および低い屈折率を与えるように組成的に乱される。乱
された材料の大きいバンドギャップは活性領域３０に対
する横方向電荷キャリア限定を与え、乱された材料の低
い屈折率は横方向の光学モード限定の程度を与える。光
学モードはリッジ４の横寸法によって原理的に限定され
、破線円３６で示されている。
図４に示されている。図１の通常のリッジ導波管レーザ
に共通する構造の素子は同じ参照番号で示されている。 ＭＱＷ３０は上部クラッド層８と下部クラッド層１０と
の間に挟まれ、メサリッジ４の横境界に整列されている
。ＭＱＷ３０は初めに上部クラッド層８の下に連続層と
して形成されるが、リッジ４の両側の側方部分３２，３
４ はリッジの直ぐ下に位置する活性レーザ媒体（ＭＱ
Ｗ３０の量子ウエル）より高いエネルギギャップＥｇ
および低い屈折率を与えるように組成的に乱される。乱
された材料の大きいバンドギャップは活性領域３０に対
する横方向電荷キャリア限定を与え、乱された材料の低
い屈折率は横方向の光学モード限定の程度を与える。光
学モードはリッジ４の横寸法によって原理的に限定され
、破線円３６で示されている。
【００２１】従来のリッジ導波管レーザに関して、本来
形成された活性領域は上部クラッド層８の表面から約０
．５ ミクロン未満の深さに位置する。それは上部クラ
ッド層に広がる横電流を減少するために０．２ 乃至０
．３ ミクロン以下の深さが好ましい。しかしながら、
活性領域３０の直ぐ上にリッジ４を設置することによっ
て、従来の埋設ヘテロ構造レーザの設置に相当する実効
的埋設深度を活性領域に与える。
形成された活性領域は上部クラッド層８の表面から約０
．５ ミクロン未満の深さに位置する。それは上部クラ
ッド層に広がる横電流を減少するために０．２ 乃至０
．３ ミクロン以下の深さが好ましい。しかしながら、
活性領域３０の直ぐ上にリッジ４を設置することによっ
て、従来の埋設ヘテロ構造レーザの設置に相当する実効
的埋設深度を活性領域に与える。
【００２２】ＭＱＷの材料はかなり幅広く選択できる。
一般に、バリヤ材料の電子エネルギは、混合した領域３
２，３４ と隣接するウエル材料との間の電子エネルギ
差は室温における電子運動エネルギ（２５ｍＶ）を超過
するように十分にウエル材料の電子エネルギを超過しな
ければならない。したがって、自由電子をウエルに限定
することができる。ウエルおよびバリヤ層の相対的厚さ
はまた、混合された領域の電子エネルギが混合前のウエ
ルおよびバリヤ材料の相対量に依存するので重要である
。例えば、ＧａＡｓがウエルに使用され、ＡｌＧａＡｓ
がバリヤ材料に使用されるならば、バリヤの電子エネル
ギは一般にアルミニウムの割合が増加すると共に増加す
る。約３０乃至５０％の比較的高いアルミニウム含有量
によって、典型的なウエルおよびバリヤの厚さは約１０
０オングストローム程度であり、正確な寸法は所望の電
子エネルギ差を達成することに対して臨界的ではない。 しかしながら、量子ウエルが２０オングストローム程度
に非常に薄く形成されるならば、ウエル中の限定された
電子エネルギは初期バリヤレベルを超過できる最小伝導
バンドエネルギよりもなお大きい。したがって、限定を
満足し、ウエルの最小の厚さが得られる。他方では、バ
リヤ中のアルミニウム含有量がわずか１０％であるなら
ば、バリヤ電子エネルギはウエル中のアルミニウム含有
量にさらに近付く。ウエルおよびバリヤの相対的寸法は
より重要になり、バリヤ層は混合された材料のアルミニ
ウム含有量が必要なエネルギ差に達するのに十分に高い
ウエルに関して十分に幅広くなけらばならない。
２，３４ と隣接するウエル材料との間の電子エネルギ
差は室温における電子運動エネルギ（２５ｍＶ）を超過
するように十分にウエル材料の電子エネルギを超過しな
ければならない。したがって、自由電子をウエルに限定
することができる。ウエルおよびバリヤ層の相対的厚さ
はまた、混合された領域の電子エネルギが混合前のウエ
ルおよびバリヤ材料の相対量に依存するので重要である
。例えば、ＧａＡｓがウエルに使用され、ＡｌＧａＡｓ
がバリヤ材料に使用されるならば、バリヤの電子エネル
ギは一般にアルミニウムの割合が増加すると共に増加す
る。約３０乃至５０％の比較的高いアルミニウム含有量
によって、典型的なウエルおよびバリヤの厚さは約１０
０オングストローム程度であり、正確な寸法は所望の電
子エネルギ差を達成することに対して臨界的ではない。 しかしながら、量子ウエルが２０オングストローム程度
に非常に薄く形成されるならば、ウエル中の限定された
電子エネルギは初期バリヤレベルを超過できる最小伝導
バンドエネルギよりもなお大きい。したがって、限定を
満足し、ウエルの最小の厚さが得られる。他方では、バ
リヤ中のアルミニウム含有量がわずか１０％であるなら
ば、バリヤ電子エネルギはウエル中のアルミニウム含有
量にさらに近付く。ウエルおよびバリヤの相対的寸法は
より重要になり、バリヤ層は混合された材料のアルミニ
ウム含有量が必要なエネルギ差に達するのに十分に高い
ウエルに関して十分に幅広くなけらばならない。
【００２３】図５の（ａ）乃至（ｃ）には新しいレーザ
の好ましい製造技術が示されている。レーザ設計および
一般の製造方法は種々のレーザ波長の多くの型のレーザ
材料に適用できるが、１例としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓレーザを説明する。
の好ましい製造技術が示されている。レーザ設計および
一般の製造方法は種々のレーザ波長の多くの型のレーザ
材料に適用できるが、１例としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓレーザを説明する。
【００２４】まず、適切なレーザエピタキシアル層が成
長される。各種のエピタキシアル付着技術、例えば液相
エピタキシ（ＬＰＥ）、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ
）、有機−金属気相エピタキシ（ＯＭＶＰＥ）、有機金
属分子ビームエピタキシ（ＭＯＭＢＥ）はこの目的に適
している。高い変調帯域幅に対して、半絶縁ＧａＡｓ基
体２上にＮ＋ ＧａＡｓ接触層３８が成長され、エピタ
キシアル層はその上に成長される。
長される。各種のエピタキシアル付着技術、例えば液相
エピタキシ（ＬＰＥ）、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ
）、有機−金属気相エピタキシ（ＯＭＶＰＥ）、有機金
属分子ビームエピタキシ（ＭＯＭＢＥ）はこの目的に適
している。高い変調帯域幅に対して、半絶縁ＧａＡｓ基
体２上にＮ＋ ＧａＡｓ接触層３８が成長され、エピタ
キシアル層はその上に成長される。
【００２５】例として、エピタキシアル層はＮ −型Ａ
ｌＧａＡｓ下部クラッド層４０と、Ｎ −型勾配ＡｌＧ
ａＡｓ下部分離限定層４２と、交互のＡｌＧａＡｓバリ
ヤ層およびＧａＡｓウエル層のＭＱＷ領域４４と、Ｐ
−型勾配ＡｌＧａＡｓ上部分離限定層４６と、リッジ形
のＰ− 型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層４８と、Ｐ ＋
型ＧａＡｓ上部接触層５０から構成される。リッジ４８
および上部接触層５０は装置の全体幅を横切って延在す
る層として製造されるが、リッジの外側の上部クラッド
および接触材料をエッチングして除去することを可能に
するパターン化されたエッチングマスク５２によって被
覆される。エッチングマスクストライプ５２は典型的に
数ミクロンの幅であり、エピタキシアル材料は湿式化学
エッチングまたは乾式エッチング技術によってエッチン
グされる。
ｌＧａＡｓ下部クラッド層４０と、Ｎ −型勾配ＡｌＧ
ａＡｓ下部分離限定層４２と、交互のＡｌＧａＡｓバリ
ヤ層およびＧａＡｓウエル層のＭＱＷ領域４４と、Ｐ
−型勾配ＡｌＧａＡｓ上部分離限定層４６と、リッジ形
のＰ− 型ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層４８と、Ｐ ＋
型ＧａＡｓ上部接触層５０から構成される。リッジ４８
および上部接触層５０は装置の全体幅を横切って延在す
る層として製造されるが、リッジの外側の上部クラッド
および接触材料をエッチングして除去することを可能に
するパターン化されたエッチングマスク５２によって被
覆される。エッチングマスクストライプ５２は典型的に
数ミクロンの幅であり、エピタキシアル材料は湿式化学
エッチングまたは乾式エッチング技術によってエッチン
グされる。
【００２６】分離限定層４２，４６ に対する下部およ
び上部クラッド層４０，４８ の付加は活性領域中のレ
ーザ光の集中を助ける。クラッド層４０，４８ は典型
的に約４０乃至８０％の高いアルミニウム濃度を有し、
分離限定層４２，４６ は約２０乃至４０％の濃度を有
する。したがってクラッド層は分離限定層より高い電子
エネルギおよび低い屈折率を有する。分離限定層中のア
ルミニウム含有量はＭＱＷ付近の低い値からクラッド層
付近の高い値まで変化させるのが好ましい。これは電荷
キャリアを活性領域に誘起する電界を生成し、多数のキ
ャリアが光子に変換されて装置効率を改良する。
び上部クラッド層４０，４８ の付加は活性領域中のレ
ーザ光の集中を助ける。クラッド層４０，４８ は典型
的に約４０乃至８０％の高いアルミニウム濃度を有し、
分離限定層４２，４６ は約２０乃至４０％の濃度を有
する。したがってクラッド層は分離限定層より高い電子
エネルギおよび低い屈折率を有する。分離限定層中のア
ルミニウム含有量はＭＱＷ付近の低い値からクラッド層
付近の高い値まで変化させるのが好ましい。これは電荷
キャリアを活性領域に誘起する電界を生成し、多数のキ
ャリアが光子に変換されて装置効率を改良する。
【００２７】リッジ形成後、リッジに対するＭＱＷの側
方部分はＭＱＷのこれらの部分への亜鉛のような不純物
の拡散、或いは種々のイオン注入により組成的に相互拡
散される。これは図５の（ｂ）に示されている。好まし
い技術はイオン注入であり、装置は摂氏数百度の温度に
加熱される。注入温度は同じ基体上に集積される他の装
置の特性を劣化させる温度よりも低くなければならない
。この温度は使用された材料のタイプに依存し、ＧａＡ
ｓでは約８００ ℃であり、ＩｎＰでは４５０ 乃至６
００ ℃であり、好ましくはＧａＡｓでは約５００ 乃
至５５０ ℃であり、ＩｎＰでは４００ ℃である。エ
ッチングマスクまたはリッジ自体が注入マスクとして使
用できる。上部分離限定層４６の表面より約０．２ 乃
至０．３ ミクロン下方に埋設されたＭＱＷに対して、
注入は約１０１４乃至１０１７イオン／ｃｍ２ の範囲
のドーズで約１００ 乃至３００ ｋｅＶのエネルギで
行われる。正確なエネルギおよびドーズは使用されたイ
オン注入および注入温度に依存する。この技術はドーパ
ントイオンを使用することも可能であるが、Ｎｅのよう
なドーパントでないイオンがＳｉのようなドーパントイ
オンに代って使用されることができる。ドーパントでな
いイオン注入の利点は不活性ガスが光吸収電荷キャリア
を生成しないことである。自由キャリア吸収を減少させ
るためのドーパントでないイオンの使用は低いしきい値
電流および高い効率を生じさせる。
方部分はＭＱＷのこれらの部分への亜鉛のような不純物
の拡散、或いは種々のイオン注入により組成的に相互拡
散される。これは図５の（ｂ）に示されている。好まし
い技術はイオン注入であり、装置は摂氏数百度の温度に
加熱される。注入温度は同じ基体上に集積される他の装
置の特性を劣化させる温度よりも低くなければならない
。この温度は使用された材料のタイプに依存し、ＧａＡ
ｓでは約８００ ℃であり、ＩｎＰでは４５０ 乃至６
００ ℃であり、好ましくはＧａＡｓでは約５００ 乃
至５５０ ℃であり、ＩｎＰでは４００ ℃である。エ
ッチングマスクまたはリッジ自体が注入マスクとして使
用できる。上部分離限定層４６の表面より約０．２ 乃
至０．３ ミクロン下方に埋設されたＭＱＷに対して、
注入は約１０１４乃至１０１７イオン／ｃｍ２ の範囲
のドーズで約１００ 乃至３００ ｋｅＶのエネルギで
行われる。正確なエネルギおよびドーズは使用されたイ
オン注入および注入温度に依存する。この技術はドーパ
ントイオンを使用することも可能であるが、Ｎｅのよう
なドーパントでないイオンがＳｉのようなドーパントイ
オンに代って使用されることができる。ドーパントでな
いイオン注入の利点は不活性ガスが光吸収電荷キャリア
を生成しないことである。自由キャリア吸収を減少させ
るためのドーパントでないイオンの使用は低いしきい値
電流および高い効率を生じさせる。
【００２８】注入および焼戻しは同時に行われるから、
ＭＱＷ層の混合はイオン注入の拡散または分離焼戻しに
必要な温度よりもさらに低い温度で達成されることが可
能である。さらに、それはＭＱＷの注入されていない領
域で生じる不所望の層の混合および拡散による横方向へ
の広がりを阻止する。ＭＱＷは従来の埋設ヘテロ構造レ
ーザよりもずっと浅い深さに埋設される。それ故、その
様な装置に必要であった実際的でない高い注入エネルギ
もまた必要がなくなる。
ＭＱＷ層の混合はイオン注入の拡散または分離焼戻しに
必要な温度よりもさらに低い温度で達成されることが可
能である。さらに、それはＭＱＷの注入されていない領
域で生じる不所望の層の混合および拡散による横方向へ
の広がりを阻止する。ＭＱＷは従来の埋設ヘテロ構造レ
ーザよりもずっと浅い深さに埋設される。それ故、その
様な装置に必要であった実際的でない高い注入エネルギ
もまた必要がなくなる。
【００２９】注入はリッジ４８に対して横に位置するＭ
ＱＷの部分５４，５６ においてウエルとバリヤ層の混
合をもたらす。残りの活性領域５８はリッジ４８より下
に中央に位置し、実効的屈折率段階によって一次光学モ
ード限定を提供する。組成的に乱された領域５４，５６
は残りのＭＱＷ領域５８の量子ウエル材料よりも大き
いエネルギギャップＥｇ を有するので、キャリアはリ
ッジの下に位置するＭＱＷ内に限定され、しきい値電流
をさらに低下させ、効率および帯域幅を改良する。混合
されたＡｌＧａＡｓ材料はＭＱＷ材料よりわずかに低い
屈折率を有し、光学モード限定はエッチングされたリッ
ジによって主として与えられる。
ＱＷの部分５４，５６ においてウエルとバリヤ層の混
合をもたらす。残りの活性領域５８はリッジ４８より下
に中央に位置し、実効的屈折率段階によって一次光学モ
ード限定を提供する。組成的に乱された領域５４，５６
は残りのＭＱＷ領域５８の量子ウエル材料よりも大き
いエネルギギャップＥｇ を有するので、キャリアはリ
ッジの下に位置するＭＱＷ内に限定され、しきい値電流
をさらに低下させ、効率および帯域幅を改良する。混合
されたＡｌＧａＡｓ材料はＭＱＷ材料よりわずかに低い
屈折率を有し、光学モード限定はエッチングされたリッ
ジによって主として与えられる。
【００３０】装置を完成させるために、リッジ４８はポ
リイミド被覆６０によって平面化され、Ｐ −型接触部
６２はリッジ上に付着され、Ｎ −型接触部６４はＮ
＋型接触層３８上に付着される。両接触部は基体が半絶
縁であるのでウエハの上側に形成される。
リイミド被覆６０によって平面化され、Ｐ −型接触部
６２はリッジ上に付着され、Ｎ −型接触部６４はＮ
＋型接触層３８上に付着される。両接触部は基体が半絶
縁であるのでウエハの上側に形成される。
【００３１】活性領域にＭＱＷの代りにＳＱＷを使用す
ることもできる。一般に、クラッド（バリヤ）層により
挟まれた小さいバンドギャップ材料の単層は、もしウエ
ル層が約２００ オングストローム以下の厚さであるな
らば、量子ウエルであると考えられる。ウエル材料の幾
分厚い層は本発明の構成で少なくとも理論的には使用さ
れることが可能であるが、それは温度、注入ドーズ、お
よびまたは時間の関して過剰な処理を必要とする。約２
００ オングストロームの厚さは一般に合理的な処理手
順に対して部分的にのみ組成的に乱されるが、部分的な
乱れは構成の横方向の限定を行うことができる。
ることもできる。一般に、クラッド（バリヤ）層により
挟まれた小さいバンドギャップ材料の単層は、もしウエ
ル層が約２００ オングストローム以下の厚さであるな
らば、量子ウエルであると考えられる。ウエル材料の幾
分厚い層は本発明の構成で少なくとも理論的には使用さ
れることが可能であるが、それは温度、注入ドーズ、お
よびまたは時間の関して過剰な処理を必要とする。約２
００ オングストロームの厚さは一般に合理的な処理手
順に対して部分的にのみ組成的に乱されるが、部分的な
乱れは構成の横方向の限定を行うことができる。
【００３２】図６は側部ＭＱＷ領域の完全な組成的な乱
れを示す実寸ではなく拡大された部分的断面図である。 ＭＱＷはバリヤ層６８と交互の量子ウエル層６６として
示されている。構造の側方部分７０，７２ は本来ＭＱ
Ｗの部分であると仮定されるが、本発明により十分に組
成的に乱されている。側方部分７０，７２ は元のＭＱ
Ｗのウエルおよびバリヤ材料の相対量によって定められ
た各成分の割合による量子ウエル材料とバリヤ材料の均
質な混合からなる。
れを示す実寸ではなく拡大された部分的断面図である。 ＭＱＷはバリヤ層６８と交互の量子ウエル層６６として
示されている。構造の側方部分７０，７２ は本来ＭＱ
Ｗの部分であると仮定されるが、本発明により十分に組
成的に乱されている。側方部分７０，７２ は元のＭＱ
Ｗのウエルおよびバリヤ材料の相対量によって定められ
た各成分の割合による量子ウエル材料とバリヤ材料の均
質な混合からなる。
【００３３】ウエルとバリヤ材料の部分的混合のみによ
って動作可能な装置を得ることもまた可能である。一般
に、完全な組成的な乱れを得るためには高い注入温度お
よび恐らく長い注入時間が必要である。部分的混合はほ
ぼ５００ ℃の注入温度で達成される。
って動作可能な装置を得ることもまた可能である。一般
に、完全な組成的な乱れを得るためには高い注入温度お
よび恐らく長い注入時間が必要である。部分的混合はほ
ぼ５００ ℃の注入温度で達成される。
【００３４】部分的混合は図７に示されている。注入が
行われる側方区域において、バリヤ層はウエル層の上部
分と下部分で混合されるが、無混合ウエル材料７４とバ
リヤ材料７６の狭いストリップ部分を残す。ＭＱＷに対
して横の混合された材料と残りのウエルおよびバリヤ層
７４，７６ の間の境界面は急激な不連続部として示さ
れているが、実際には転移は勾配を有する。十分な材料
が混合されたならば、エネルギギャップＥｇ はまた残
りのウエル層７４で増加する。層自体の狭さと共に、こ
れは側方ウエルおよびバリヤ層が完全に混合される場合
よりも幾分低い範囲であるが、電流をＭＱＷウエル６６
の範囲に限定することを助ける。
行われる側方区域において、バリヤ層はウエル層の上部
分と下部分で混合されるが、無混合ウエル材料７４とバ
リヤ材料７６の狭いストリップ部分を残す。ＭＱＷに対
して横の混合された材料と残りのウエルおよびバリヤ層
７４，７６ の間の境界面は急激な不連続部として示さ
れているが、実際には転移は勾配を有する。十分な材料
が混合されたならば、エネルギギャップＥｇ はまた残
りのウエル層７４で増加する。層自体の狭さと共に、こ
れは側方ウエルおよびバリヤ層が完全に混合される場合
よりも幾分低い範囲であるが、電流をＭＱＷウエル６６
の範囲に限定することを助ける。
【００３５】本発明の別の利点の１つは、比較的低い製
造温度によって特性が高い処理温度によって劣化される
変調ドープトランジスタのような他のＩＣ装置と共にレ
ーザを集積させることを可能にすることである。非常に
簡略的な形態で示された完成ウエハ７８の一部分が図８
に示されている。本発明によって製造されたレーザのリ
ッジ８０はトランジスタ８２，８４ のような他のＩＣ
装置付近のウエハ上に示されている。他のＩＣ装置はレ
ーザと同じまたは類似するエピタキシアル付着およびエ
ッチング段階によって形成されるのが好ましい。レーザ
に必要な付加的な製造段階は一般に組成的な乱れの生成
のための注入のみである。
造温度によって特性が高い処理温度によって劣化される
変調ドープトランジスタのような他のＩＣ装置と共にレ
ーザを集積させることを可能にすることである。非常に
簡略的な形態で示された完成ウエハ７８の一部分が図８
に示されている。本発明によって製造されたレーザのリ
ッジ８０はトランジスタ８２，８４ のような他のＩＣ
装置付近のウエハ上に示されている。他のＩＣ装置はレ
ーザと同じまたは類似するエピタキシアル付着およびエ
ッチング段階によって形成されるのが好ましい。レーザ
に必要な付加的な製造段階は一般に組成的な乱れの生成
のための注入のみである。
【００３６】レーザの前面８６および後面（図示せず）
は通常レーザ動作に必要な反射率を得るために結晶軸ミ
ラー平面に沿って分割される。レーザの反対側の面はそ
の反射率を増加するために種々の材料によって被覆され
ることができるが、ＭＱＷレーザ材料はかなり高い利得
であり、高い反射率を必要としないから、ＭＱＷと周囲
の間の屈折率差は通常十分な反射率を与える。結晶軸に
沿って分割するほかに、ＭＱＷはまた平坦な反射表面を
得るためにプラズマエッチングによって形成されること
もできる。
は通常レーザ動作に必要な反射率を得るために結晶軸ミ
ラー平面に沿って分割される。レーザの反対側の面はそ
の反射率を増加するために種々の材料によって被覆され
ることができるが、ＭＱＷレーザ材料はかなり高い利得
であり、高い反射率を必要としないから、ＭＱＷと周囲
の間の屈折率差は通常十分な反射率を与える。結晶軸に
沿って分割するほかに、ＭＱＷはまた平坦な反射表面を
得るためにプラズマエッチングによって形成されること
もできる。
【００３７】本発明のレーザ構造はリッジ導波管レーザ
の高い信頼性、および従来の埋設ヘテロ構造レーザの横
電流限定およびすぐれた特性の両者を与える。一次光学
モード限定に対するリッジの使用はＭＱＷを従来の埋設
ヘテロ構造装置よりもずっと浅い深さに埋設することを
許容する。したがって、同じ基体上での他のＩＣ装置の
同時製造と両立できる加熱された注入過程によって装置
を製造することにより実用的となる。
の高い信頼性、および従来の埋設ヘテロ構造レーザの横
電流限定およびすぐれた特性の両者を与える。一次光学
モード限定に対するリッジの使用はＭＱＷを従来の埋設
ヘテロ構造装置よりもずっと浅い深さに埋設することを
許容する。したがって、同じ基体上での他のＩＣ装置の
同時製造と両立できる加熱された注入過程によって装置
を製造することにより実用的となる。
【００３８】本発明のいくつかの例示的な実施例が説明
されたが、多くの変形および別の実施例が当業者によっ
て行われることが可能である。そのような変形および別
の実施例は添付特許請求の範囲に記載された本発明の技
術的範囲から逸脱することなく実行されることが可能で
ある。
されたが、多くの変形および別の実施例が当業者によっ
て行われることが可能である。そのような変形および別
の実施例は添付特許請求の範囲に記載された本発明の技
術的範囲から逸脱することなく実行されることが可能で
ある。
【図１】従来のリッジ導波管レーザの断面図。
【図２】従来の埋設ヘテロ構造レーザの断面図。
【図３】ＭＱＷの部分断面図および電子エネルギ図。
【図４】本発明の新しいレーザ構造の断面図。
【図５】レーザの製造の連続する段階を示す断面図。
【図６】装置の活性レーザ領域を形成するための全体的
な乱れを示す断面図。
な乱れを示す断面図。
【図７】装置の活性レーザ領域を形成するための部分的
な乱れを示す断面図。
な乱れを示す断面図。
【図８】本発明のレーザ構造およびレーザと共に製造さ
れた集積回路の両者を支持する半導体ウエハの部分斜視
図。
れた集積回路の両者を支持する半導体ウエハの部分斜視
図。
４０…クラッド層、４２，４６ …限定層、４４…ＭＱ
Ｗ領域、４８…リッジ、５２…マスク、６６…量子ウエ
ル層、６８…バリヤ層。
Ｗ領域、４８…リッジ、５２…マスク、６６…量子ウエ
ル層、６８…バリヤ層。
Claims (22)
- 【請求項１】 基体と、前記基体上の下部および上部
電荷キャリア限定層と、前記上部限定層の一部分上に延
在し、レーザの光学モードを横方向に対して限定するリ
ッジと、前記限定層間に挟まれ前記リッジと整列された
活性レーザ材料領域と、前記活性領域の横にそれと境界
を接し、電荷キャリアおよび光学モードの広がりを阻止
するために前記活性領域より大きいバンドギャップエネ
ルギおよび低い屈折率を有する組成的に乱された活性レ
ーザ材料領域とを具備していることを特徴とするレーザ
構造。 - 【請求項２】 前記活性領域は前記上部限定層の表面
より約０．５ ミクロン未満下方に埋設されている請求
項１記載のレーザ構造。 - 【請求項３】 前記活性領域は前記上部限定層の表面
より約０．２ 乃至０．３ ミクロン下方に埋設されて
いる請求項２記載のレーザ構造。 - 【請求項４】 前記リッジは前記限定層と同じ型の材
料から形成されている請求項１記載のレーザ構造。 - 【請求項５】 前記下部限定層は第１の分離電荷キャ
リア限定層によって被覆された第１のクラッド層を具備
し、前記リッジおよび前記上部限定層は第２のクラッド
層および第２の分離電荷キャリア限定層を具備し、前記
第１のクラッド層および前記第１の分離電荷キャリア限
定層は反対の導電型を有し、前記分離電荷キャリア限定
層は前記活性領域と前記クラッド層の両屈折率の間の中
間屈折率を有している請求項１記載のレーザ構造。 - 【請求項６】 前記活性領域は交互の量子ウエルおよ
びバリヤ層を有する多量子ウエル（ＭＱＷ）を具備し、
前記乱された領域は少なくとも部分的に混合された量子
ウエル層およびバリヤ層を有する前記ＭＱＷの横方向の
拡張部を具備している請求項１記載のレーザ構造。 - 【請求項７】 前記活性領域はバリヤ層間に挟まれた
量子ウエル層を有する単量子ウエル（ＳＱＷ）を具備し
、前記乱された領域は少なくとも部分的に混合された量
子ウエル層およびバリヤ層を有する前記ＳＱＷの横方向
の拡張部を具備している請求項１記載のレーザ構造。 - 【請求項８】 乱された活性材料の前記領域は前記下
部限定層と前記上部限定層を少なくとも部分的に混合さ
れている前記活性レーザ材料の横方向の拡張部を具備し
ている請求項１記載のレーザ構造。 - 【請求項９】 さらに、前記リッジの上面と前記下部
限定層の下面とそれぞれ接触する接触材料層をそれぞれ
具備している請求項１記載のレーザ構造。 - 【請求項１０】 光学モードおよび電流限定リッジの
下に位置する電荷キャリア限定材料内に埋設された活性
レーザ材料の領域を有するリッジ導波管レーザを具備し
、前記リッジに対してほぼ横の前記活性領域の部分は前
記リッジとほぼ整列された前記活性領域の残りの部分よ
りも大きいバンドギャップエネルギおよび低い屈折率を
与えるために乱された構造を有し、横方向の電荷キャリ
アおよび光学モード限定を前記残りの活性領域に与える
ことを特徴とするレーザ構造。 - 【請求項１１】 前記残りの活性領域は前記リッジよ
り約０．５ ミクロン未満下方に埋設されている請求項
１０記載のレーザ構造。 - 【請求項１２】 前記残りの活性領域は前記リッジよ
り約０．２ 乃至０．３ ミクロン下方に埋設されてい
る請求項１０記載のレーザ構造。 - 【請求項１３】 前記活性領域は交互の量子ウエルお
よびバリヤ層を有する多量子ウエル（ＭＱＷ）を具備し
、前記乱された領域は少なくとも部分的に混合された量
子ウエル層およびバリヤ層を有する前記ＭＱＷの横方向
の拡張部を具備している請求項１０記載のレーザ構造。 - 【請求項１４】 前記活性領域はバリヤ層間に挟まれ
た量子ウエル層を有する単量子ウエル（ＳＱＷ）を具備
し、前記乱された領域は少なくとも部分的に混合された
量子ウエル層およびバリヤ層を有する前記ＳＱＷの横方
向の拡張部を具備している請求項１０記載のレーザ構造
。 - 【請求項１５】 乱された活性材料の前記領域は前記
下部限定層および前記上部限定層と少なくとも部分的に
混合された前記活性レーザ材料の横方向の拡張部を具備
している請求項１０記載のレーザ構造。 - 【請求項１６】 光学モードおよび電流限定リッジの
下に位置するキャリア限定材料内に埋設され、活性レー
ザ材料の領域を有し、前記リッジの横境界面を越えて延
在するリッジ導波管レーザ構造を形成し、前記リッジと
ほぼ整列される前記活性領域の残りの部分よりも大きい
バンドギャップおよび低い屈折率を与えるために前記リ
ッジに対してほぼ横に位置する前記活性領域の部分を組
成的に乱し、横方向電荷キャリアおよび光学モード限定
構造を前記残りの活性領域に与えることを特徴とするレ
ーザ形成方法。 - 【請求項１７】 前記組成的乱は前記レーザ構造を形
成する材料の性能劣化温度に対するしきい値よりも低い
温度に前記レーザ構造を加熱しながら前記リッジの境界
面に対してほぼ横方向の前記活性領域の部分にイオン注
入することによって形成される請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 レーザ構造は半導体基体上に形成さ
れ、前記注入および加熱段階に先立って前記基体上の付
加的な回路装置用の半導体層を成長する段階をさらに含
み、前記付加的な回路装置の少なくとも幾つかは性能劣
化温度に対する前記しきい値を越える温度まで加熱され
るとき特性を劣化させるものである請求項１７記載の方
法。 - 【請求項１９】 前記リッジは前記イオン注入中前記
活性領域の注入マスクとして使用される請求項１７記載
の方法。 - 【請求項２０】 前記リッジはエッチングマスクによ
ってリッジを被覆し、包囲する材料をエッチングして除
去することによって形成され、前記リッジ上の前記エッ
チングマスクは前記イオン注入中前記活性領域の注入マ
スクとして使用される請求項１７記載の方法。 - 【請求項２１】 前記活性領域は約０．５ ミクロン
より低い深さに埋設される請求項１６記載の方法。 - 【請求項２２】 前記活性領域は約０．２ 乃至０．
３ ミクロンの深さに埋設される請求項２１記載の方法
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/582,300 US5138626A (en) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | Ridge-waveguide buried-heterostructure laser and method of fabrication |
| US582300 | 1990-09-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04234189A true JPH04234189A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=24328603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3257176A Pending JPH04234189A (ja) | 1990-09-12 | 1991-09-10 | リッジ導波路埋設ヘテロ構造レーザおよびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5138626A (ja) |
| EP (1) | EP0475330B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04234189A (ja) |
| DE (1) | DE69105079T2 (ja) |
| IL (1) | IL99303A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010232371A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体光増幅素子 |
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| JPH08107253A (ja) * | 1994-08-12 | 1996-04-23 | Mitsubishi Electric Corp | 光導波路，半導体レーザ・導波路集積装置，半導体レーザ・導波路・フォトダイオード集積装置，半導体レーザ・導波路・モード整合集積装置，モード整合素子，及びその製造方法 |
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- 1991-09-10 JP JP3257176A patent/JPH04234189A/ja active Pending
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| IL99303A0 (en) | 1992-07-15 |
| EP0475330A3 (en) | 1992-04-29 |
| DE69105079D1 (de) | 1994-12-15 |
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