JPH06291417A - オプトエレクトロニックデバイス及びその製造方法 - Google Patents
オプトエレクトロニックデバイス及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エピタキシ成長を再開することを必要とする
ことなく、また動作において完全に安定であるストリッ
プ形状のアクティブ領域を含む新たな半導体オプトエレ
トクロニックデバイス構造を提案する。 【構成】 本発明によるプロセスは1)単一のエピタキ
シ成長によってオプトエレクトロニックデバイスの完全
な構造を構成する各種の層(120、130、140、
150、160)を製造する過程;2)過程1において
得られた構造をオプトエレクトロニックデバイスのアク
ティブ層(130)のベースまでこのアクティブ層内の
ストリップを分離するためにエッチングする過程;及び
3)エッチングされた領域上に制御された屈折率を持つ
電気的な絶縁材料(170)を堆積する過程を含む。本
発明は、また、こうして得られたデバイスにも関する。
ことなく、また動作において完全に安定であるストリッ
プ形状のアクティブ領域を含む新たな半導体オプトエレ
トクロニックデバイス構造を提案する。 【構成】 本発明によるプロセスは1)単一のエピタキ
シ成長によってオプトエレクトロニックデバイスの完全
な構造を構成する各種の層(120、130、140、
150、160)を製造する過程;2)過程1において
得られた構造をオプトエレクトロニックデバイスのアク
ティブ層(130)のベースまでこのアクティブ層内の
ストリップを分離するためにエッチングする過程;及び
3)エッチングされた領域上に制御された屈折率を持つ
電気的な絶縁材料(170)を堆積する過程を含む。本
発明は、また、こうして得られたデバイスにも関する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はストリップ形状にて一つ
のアクティブ領域を持つ半導体オプトエレクトロニック
デバイスの分野に関する。本発明は、より詳細には、半
導体レーザに関するが、ただし、これに限定されるもの
ではない。
のアクティブ領域を持つ半導体オプトエレクトロニック
デバイスの分野に関する。本発明は、より詳細には、半
導体レーザに関するが、ただし、これに限定されるもの
ではない。
【0002】
【従来の技術】今日使用されている最も一般的なレーザ
構造は二重ヘテロ接合によって形成される。
構造は二重ヘテロ接合によって形成される。
【0003】付属の図1及び2から分かるように、二重
ヘテロ接合によって構成される半導体レーザは、一般的
に、半導体基板10上に低エネルギギャップ半導体材料
で製造されたアクティブ層14を含む。刺激された放射
(電子/正孔対の再結合の結果としてこの材料のエネル
ギギャップに近いエネルギの光の放射が生ずる)による
反射光を増幅するこのアクティブ層14は、その主面1
3、15の各面が高エネルギギャップ半導体材料によっ
て製造された層12、16によってそれぞれ囲まれてい
る。
ヘテロ接合によって構成される半導体レーザは、一般的
に、半導体基板10上に低エネルギギャップ半導体材料
で製造されたアクティブ層14を含む。刺激された放射
(電子/正孔対の再結合の結果としてこの材料のエネル
ギギャップに近いエネルギの光の放射が生ずる)による
反射光を増幅するこのアクティブ層14は、その主面1
3、15の各面が高エネルギギャップ半導体材料によっ
て製造された層12、16によってそれぞれ囲まれてい
る。
【0004】半導体レーザは通常GaAs或はInP基
板10上に作りあげられる。1300nmから1500
nmの波長にて動作する電気通信で採用されるレーザの
場合は、基板10はInPで製造される。850nm及
び最高630nmまでの波長にて動作するレーザ(例え
ば、コンパクトディスク用のレーザ)の場合は、基板1
0はGaAsで製造される。
板10上に作りあげられる。1300nmから1500
nmの波長にて動作する電気通信で採用されるレーザの
場合は、基板10はInPで製造される。850nm及
び最高630nmまでの波長にて動作するレーザ(例え
ば、コンパクトディスク用のレーザ)の場合は、基板1
0はGaAsで製造される。
【0005】アクティブ層14とその下の層12との間
の界面はレーザのp−n接合を構成する。高エネルギギ
ャップの二つの層12、16は構造の横方向の閉じ込め
(confinement) 、つまり、アクティブ層14と高エネル
ギギャップの隣接した層12との間に形成される接合に
対して垂直方向の閉じ込めを確保する。
の界面はレーザのp−n接合を構成する。高エネルギギ
ャップの二つの層12、16は構造の横方向の閉じ込め
(confinement) 、つまり、アクティブ層14と高エネル
ギギャップの隣接した層12との間に形成される接合に
対して垂直方向の閉じ込めを確保する。
【0006】アクティブ層14は1000nm以下(典
型的には、200nm)の厚さである。これを囲む層1
2及び16はこれよりも厚く、通常は、1000nm以
上(典型的には、1500から2000nm)の厚さで
ある。
型的には、200nm)の厚さである。これを囲む層1
2及び16はこれよりも厚く、通常は、1000nm以
上(典型的には、1500から2000nm)の厚さで
ある。
【0007】アクティブゾーン14はまた包囲ゾーン1
2及び16よりも高い屈折率を持つ。例えば、1500
nmにて放射するInP基板10上に製造された二重ヘ
テロ構造レーザの場合、GaInAsPアクティブゾー
ン14は200nmの厚さ及び3.5の屈折率を持ち、
InP内に製造される光学的及び電気的拘束層12及び
16は約1500nmの厚さ及び3.2の屈折率を持
つ。
2及び16よりも高い屈折率を持つ。例えば、1500
nmにて放射するInP基板10上に製造された二重ヘ
テロ構造レーザの場合、GaInAsPアクティブゾー
ン14は200nmの厚さ及び3.5の屈折率を持ち、
InP内に製造される光学的及び電気的拘束層12及び
16は約1500nmの厚さ及び3.2の屈折率を持
つ。
【0008】キャリア、ホール及び電子の再結合によっ
てアクティブ領域15内で放射される光は低屈折率の閉
じ込め層12及び16によってガイドされる。好ましく
は、フォトンが放出されるアクティブ利得ゾーン14と
ガイド層12及び16との間に大きな重ね合せ(overla
p) が求められる。
てアクティブ領域15内で放射される光は低屈折率の閉
じ込め層12及び16によってガイドされる。好ましく
は、フォトンが放出されるアクティブ利得ゾーン14と
ガイド層12及び16との間に大きな重ね合せ(overla
p) が求められる。
【0009】アクティブ領域14はまた長さ方向及び横
方向の両方において閉じ込められる。長さ方向の閉じ込
めはアクティブ領域14をつくり上げている結晶構造を
二つの反射器が形成されるように面110或は1−10
に沿って切り開くことによって得られる。
方向の両方において閉じ込められる。長さ方向の閉じ込
めはアクティブ領域14をつくり上げている結晶構造を
二つの反射器が形成されるように面110或は1−10
に沿って切り開くことによって得られる。
【0010】光線は従って一般にアクティブ層14の最
も大きな寸法(dimension) に対応する100の方向に伝
播する。この寸法は短いレーザの場合の0.05mmか
ら長いレーザの場合の1mmまでの範囲を持つ。
も大きな寸法(dimension) に対応する100の方向に伝
播する。この寸法は短いレーザの場合の0.05mmか
ら長いレーザの場合の1mmまでの範囲を持つ。
【0011】横方向の閉じ込めによって画定されるアク
ティブ層14の幅は、一般的には、1000から200
0nmまでの範囲内である。
ティブ層14の幅は、一般的には、1000から200
0nmまでの範囲内である。
【0012】アクティブ層14の横方向の閉じ込めを確
保するため、つまり、基板10よりも狭いストリップ形
状のアクティブゾーンを画定するために様々な技法が提
案されている。
保するため、つまり、基板10よりも狭いストリップ形
状のアクティブゾーンを画定するために様々な技法が提
案されている。
【0013】5つの周知の横方向閉じ込め技法が図3か
ら7に簡略的に示される。
ら7に簡略的に示される。
【0014】図3に示される第一の周知の技法による
と、長方形のストリップがベース基板にエッチングさ
れ、次にアクティブゾーンがこのストリップ内にエピタ
キシ成長される。この技法はチャネル状基板プレーナレ
ーザを得ることを可能にする。
と、長方形のストリップがベース基板にエッチングさ
れ、次にアクティブゾーンがこのストリップ内にエピタ
キシ成長される。この技法はチャネル状基板プレーナレ
ーザを得ることを可能にする。
【0015】図4に示される第二の周知の技法による
と、レーザ構造全体が単一の成長によって製造される。
次に、光学的な横方向の閉じ込めが構造全体をストリッ
プの回りのアクティブゾーンの上約200nmまでエッ
チングすることによって提供される。ストリップは安定
したモードを提供するために約1000nmから300
0nmの厚さにされる。酸化層が次にストリップ上を除
く全ての所を電気的に絶縁するために堆積される。スト
リップの上方のコンタクトが電流を供給するために使用
される。このゾーンの上のアクティブゾーンに接近した
(200或は300nmで)低屈折率の絶縁が光学モー
ドが横方向にストリップの外側に広がることを阻止す
る。この構造の長所はこれがエピタキシを再開すること
なく製造できることであり、ストリップ構造(リッジ導
波体レーザ)として知られている。
と、レーザ構造全体が単一の成長によって製造される。
次に、光学的な横方向の閉じ込めが構造全体をストリッ
プの回りのアクティブゾーンの上約200nmまでエッ
チングすることによって提供される。ストリップは安定
したモードを提供するために約1000nmから300
0nmの厚さにされる。酸化層が次にストリップ上を除
く全ての所を電気的に絶縁するために堆積される。スト
リップの上方のコンタクトが電流を供給するために使用
される。このゾーンの上のアクティブゾーンに接近した
(200或は300nmで)低屈折率の絶縁が光学モー
ドが横方向にストリップの外側に広がることを阻止す
る。この構造の長所はこれがエピタキシを再開すること
なく製造できることであり、ストリップ構造(リッジ導
波体レーザ)として知られている。
【0016】図5に示される第三の周知の方法において
は、V−形状がエピタキシ成長された層内にエッチング
される。次に、二重ヘテロ構造がこのV−形状にエッチ
ングされた構造の上にLPE(液相成長、liquid phase
epitaxy)を使用して、良好な横方向の電気的閉じ込め
を得るために、nゾーンがV構造内にV構造の外側に位
置するpゾーンの前に置かれる或はこの逆に置かれると
いう規則を尊重してエピタキシ成長を再開することによ
って製造される。これは、エピタキシ成長が再開された
とき、これら層がV構造の中心の所においてその端の所
よりも厚いという事実によって可能とされる。これは、
これら層に三日月形状(crescent shape)(従って、埋
め込み三日月レーザの名前がある)を与える。
は、V−形状がエピタキシ成長された層内にエッチング
される。次に、二重ヘテロ構造がこのV−形状にエッチ
ングされた構造の上にLPE(液相成長、liquid phase
epitaxy)を使用して、良好な横方向の電気的閉じ込め
を得るために、nゾーンがV構造内にV構造の外側に位
置するpゾーンの前に置かれる或はこの逆に置かれると
いう規則を尊重してエピタキシ成長を再開することによ
って製造される。これは、エピタキシ成長が再開された
とき、これら層がV構造の中心の所においてその端の所
よりも厚いという事実によって可能とされる。これは、
これら層に三日月形状(crescent shape)(従って、埋
め込み三日月レーザの名前がある)を与える。
【0017】図6に示される第四の周知の技法による
と、DCPBH構造(二重チャネルプレート埋込みヘテ
ロ構造レーザ、Double Channel Planar Buried Heteros
tructure Laser)として知られる構造が二つのチャネル
をアクティブゾーンとして機能するストリップの各サイ
ド上にエッチングすることによって得られる。N及びP
ゾーンエピタキシ成長がレーザの光学的及び電気的閉じ
込めを確保するためにエッチングされたチャネル上のス
トリップの回りに再開される。エピタキシル成長はLP
Eによって再開される。
と、DCPBH構造(二重チャネルプレート埋込みヘテ
ロ構造レーザ、Double Channel Planar Buried Heteros
tructure Laser)として知られる構造が二つのチャネル
をアクティブゾーンとして機能するストリップの各サイ
ド上にエッチングすることによって得られる。N及びP
ゾーンエピタキシ成長がレーザの光学的及び電気的閉じ
込めを確保するためにエッチングされたチャネル上のス
トリップの回りに再開される。エピタキシル成長はLP
Eによって再開される。
【0018】図7に示される第五番目の技法によると、
BRS(埋込みリッジ構造、BuriedRidge Structure)
として知られる構造を生成するため二重エピタキシ成長
が使用される。第一のエピタキシ成長がバッファ層、及
びこれに続いてアクティブゾーンを包囲する光学的及び
電気的閉じ込めゾーンを成長するために使用される。次
に、1000から2000nmのストリップがこのスト
リップの回りの材料をエッチングし、(アクティブゾー
ンの上下の閉じ込めゾーンと同一の)低屈折率の材料に
てエピタキシ成長を再開することによって画定される。
BRS(埋込みリッジ構造、BuriedRidge Structure)
として知られる構造を生成するため二重エピタキシ成長
が使用される。第一のエピタキシ成長がバッファ層、及
びこれに続いてアクティブゾーンを包囲する光学的及び
電気的閉じ込めゾーンを成長するために使用される。次
に、1000から2000nmのストリップがこのスト
リップの回りの材料をエッチングし、(アクティブゾー
ンの上下の閉じ込めゾーンと同一の)低屈折率の材料に
てエピタキシ成長を再開することによって画定される。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】上述した様々な技法は
多大な貢献をしてきたが、しかしながら、完全に満足で
きるというものではない。
多大な貢献をしてきたが、しかしながら、完全に満足で
きるというものではない。
【0020】第一に、図5、6及び7に示される異なる
屈折率でガイドする構造はエピタキシ成長の再開を要求
するが、これは、これら技法の良さを減らし、製造時間
を増加させる。
屈折率でガイドする構造はエピタキシ成長の再開を要求
するが、これは、これら技法の良さを減らし、製造時間
を増加させる。
【0021】さらに、図3及び4に示される構造は、エ
ピタキシ成長の再開なしに製造されるが、この光学ガイ
ドは利得によって達成され、従って低く、動作において
非常に安定であるとはいえない。
ピタキシ成長の再開なしに製造されるが、この光学ガイ
ドは利得によって達成され、従って低く、動作において
非常に安定であるとはいえない。
【0022】
【発明の概要】上記の問題が本発明によって解決される
が、本発明の目的は、エピタキシ成長を再開することを
必要とすることなく、また動作において完全に安定であ
るストリップ形状のアクティブ領域を含む新たな半導体
オプトエレトクロニックデバイス構造を提案することに
ある。
が、本発明の目的は、エピタキシ成長を再開することを
必要とすることなく、また動作において完全に安定であ
るストリップ形状のアクティブ領域を含む新たな半導体
オプトエレトクロニックデバイス構造を提案することに
ある。
【0023】この目的は、本発明に従って、ストリップ
形状のアクティブ領域を含む半導体オプトエレクトロニ
ックデバイスを製造するためのプロセスを利用して達成
されるが、このプロセスは:1)単一のエピタキシ成長
にてオプトエレクトロニックデバイスの完全な構造を構
成する様々な層を製造する過程、2)過程1)において
得られた構造をオプトエレクトロニックデバイスのアク
ティブ層の基板までこの中のストリップを分離するため
にエッチングする過程、及び3)エッチングされたゾー
ン上に制御された屈折率を持つ電気的に絶縁材料を堆積
する過程を含む。
形状のアクティブ領域を含む半導体オプトエレクトロニ
ックデバイスを製造するためのプロセスを利用して達成
されるが、このプロセスは:1)単一のエピタキシ成長
にてオプトエレクトロニックデバイスの完全な構造を構
成する様々な層を製造する過程、2)過程1)において
得られた構造をオプトエレクトロニックデバイスのアク
ティブ層の基板までこの中のストリップを分離するため
にエッチングする過程、及び3)エッチングされたゾー
ン上に制御された屈折率を持つ電気的に絶縁材料を堆積
する過程を含む。
【0024】本発明は、また上のプロセスを実施するこ
とによって得られる半導体オプトエレクトロニックデバ
イスに関する。本発明は、特にこの明細書の導入の所で
述べられたように、半導体レーザの製造に関する。本発
明の他の特徴、目的及び長所は、付属の図面との関連で
以下の制限を目的とするのではない本発明の幾つかの実
施例の詳細な説明から完全に理解できるものである。
とによって得られる半導体オプトエレクトロニックデバ
イスに関する。本発明は、特にこの明細書の導入の所で
述べられたように、半導体レーザの製造に関する。本発
明の他の特徴、目的及び長所は、付属の図面との関連で
以下の制限を目的とするのではない本発明の幾つかの実
施例の詳細な説明から完全に理解できるものである。
【0025】
【実施例】前に述べられまた図8に示されるように、本
発明によるストリップ形状のアクティブ領域を含む半導
体オプトエレクトロニックデバイスを製造するためのプ
ロセスは、本質的に:1)図8の過程100に示される
ように、単一のエピタキシによってオプトエレクトロニ
ックデバイスの完全な構造を形成する種々の層を製造す
る過程、2)上記過程1において得られた構造を図8の
過程102に簡略的に示されるように、この構造内のス
トリップを分離するためにオプトエレクトロニックデバ
イスのアクティブ層のベースまでエッチングする過程、
及び3)図8の過程104によって簡略的に示されるよ
うに、エッチングされたゾーン上に制御された屈折率の
電気的の絶縁材料を堆積する過程を含む。
発明によるストリップ形状のアクティブ領域を含む半導
体オプトエレクトロニックデバイスを製造するためのプ
ロセスは、本質的に:1)図8の過程100に示される
ように、単一のエピタキシによってオプトエレクトロニ
ックデバイスの完全な構造を形成する種々の層を製造す
る過程、2)上記過程1において得られた構造を図8の
過程102に簡略的に示されるように、この構造内のス
トリップを分離するためにオプトエレクトロニックデバ
イスのアクティブ層のベースまでエッチングする過程、
及び3)図8の過程104によって簡略的に示されるよ
うに、エッチングされたゾーン上に制御された屈折率の
電気的の絶縁材料を堆積する過程を含む。
【0026】レーザを製造する用途としてのフレームワ
ーク内においては、過程1)は、より厳密には、好まし
くは、単一のエピタキシの際に第一の閉じ込め層(conf
inement layer )、アクティブゾーン、第二の閉じ込め
層、及び少なくとも一つのオーミックコンタクトゾーン
(ohmic contact zone)から構成される一つの完全なレ
ーザ構造を製造することから成る。
ーク内においては、過程1)は、より厳密には、好まし
くは、単一のエピタキシの際に第一の閉じ込め層(conf
inement layer )、アクティブゾーン、第二の閉じ込め
層、及び少なくとも一つのオーミックコンタクトゾーン
(ohmic contact zone)から構成される一つの完全なレ
ーザ構造を製造することから成る。
【0027】一例として、本発明の一つの特定の実施例
が図10から15との関連で以下に詳細に説明される。
制御された屈折率を持つ電気的絶縁材料は、当業者にお
いて周知の任意の適当な技法を使用して過程3)におい
て堆積することができる。これは、これに限定されるも
のではないが、電子銃(electron gun)によって、或はC
VD(ChemicalVapor Deposition )或はMOCVD(M
etal Organic Chemical Vapor Deposition )という名
前で知られている技法を使用して堆積することができ
る。制御された屈折率を持つ閉じ込め材料の使用は良好
な光学閉じ込めを得ることを可能にする。さらに、過程
3)において堆積された絶縁材料の高い電気抵抗特性は
良好な電気的閉じ込めを提供する。過程3)において堆
積された電気絶縁材料の屈折率はその厚さを通じて一定
であり得る。バリエーションとして、その厚さを通じて
変動する屈折率を持つ材料を光学閉じ込め特性を改良す
るために使用することもできるが、この場合、材料の屈
折率は、過程3)における堆積段階の際に変化させられ
る。本発明の好ましい実施例によると、過程3)におい
て堆積される制御された屈折率を持つ電気材料は、窒化
ケイ素とされる。
が図10から15との関連で以下に詳細に説明される。
制御された屈折率を持つ電気的絶縁材料は、当業者にお
いて周知の任意の適当な技法を使用して過程3)におい
て堆積することができる。これは、これに限定されるも
のではないが、電子銃(electron gun)によって、或はC
VD(ChemicalVapor Deposition )或はMOCVD(M
etal Organic Chemical Vapor Deposition )という名
前で知られている技法を使用して堆積することができ
る。制御された屈折率を持つ閉じ込め材料の使用は良好
な光学閉じ込めを得ることを可能にする。さらに、過程
3)において堆積された絶縁材料の高い電気抵抗特性は
良好な電気的閉じ込めを提供する。過程3)において堆
積された電気絶縁材料の屈折率はその厚さを通じて一定
であり得る。バリエーションとして、その厚さを通じて
変動する屈折率を持つ材料を光学閉じ込め特性を改良す
るために使用することもできるが、この場合、材料の屈
折率は、過程3)における堆積段階の際に変化させられ
る。本発明の好ましい実施例によると、過程3)におい
て堆積される制御された屈折率を持つ電気材料は、窒化
ケイ素とされる。
【0028】本発明者はこの特定の材料を多くのテスト
の結果として選択した。窒化ケイ素は本発明の実現のフ
レームワーク内においては多くの長所を持つが、以下に
は、これらの幾つかが示される。−エッチングされたス
トリップのエッジに、この上に欠陥を生成することな
く、完全に順応する。−材料の屈折率がアモルファスシ
リコンの3.8から窒化ケイ素Si3 N4 の2.8まで
変動できるため屈折率の変化の範囲が大きい。窒化ケイ
素は、従って、1550nmの波長において屈折率がお
おむね3から3.5まで変動するIII-IV族半導体材料の
代わりに使用するのに適当である。 −窒化ケイ素の抵抗は109 Ωcmより大きい。 −窒化ケイ素は産業上見つけることができる最も純粋な
基本材料の一つである。 −窒化ケイ素は蒸発させるのが簡単である。 −窒化ケイ素は高価ではない。 −窒化ケイ素は毒性ではない。 窒化ケイ素の組成、及び、従ってその屈折率は、窒素流
のレート(流速、流量,flow rate)によって簡単に制御
することができる。窒化ケイ素の加工技術、より具体的
には、エッチング、アニーリングなどはマイクロエレク
トロニクスにおいて周知である。
の結果として選択した。窒化ケイ素は本発明の実現のフ
レームワーク内においては多くの長所を持つが、以下に
は、これらの幾つかが示される。−エッチングされたス
トリップのエッジに、この上に欠陥を生成することな
く、完全に順応する。−材料の屈折率がアモルファスシ
リコンの3.8から窒化ケイ素Si3 N4 の2.8まで
変動できるため屈折率の変化の範囲が大きい。窒化ケイ
素は、従って、1550nmの波長において屈折率がお
おむね3から3.5まで変動するIII-IV族半導体材料の
代わりに使用するのに適当である。 −窒化ケイ素の抵抗は109 Ωcmより大きい。 −窒化ケイ素は産業上見つけることができる最も純粋な
基本材料の一つである。 −窒化ケイ素は蒸発させるのが簡単である。 −窒化ケイ素は高価ではない。 −窒化ケイ素は毒性ではない。 窒化ケイ素の組成、及び、従ってその屈折率は、窒素流
のレート(流速、流量,flow rate)によって簡単に制御
することができる。窒化ケイ素の加工技術、より具体的
には、エッチング、アニーリングなどはマイクロエレク
トロニクスにおいて周知である。
【0029】本発明者は電子銃によって堆積された窒化
ケイ素の屈折率を窒素の流速の関数として調べた。結果
としての測定された曲線が図9に示される。図9は過程
3)において堆積される材料の屈折率が窒素の流速によ
って簡単に制御できることを示す。明らかに、本発明
は、この特定の実施例に制限されるものではなく、周囲
雰囲気の制御によって過程3)において堆積される電気
抵抗材料の屈折率を制御するというより一般的な方法に
拡張できるものであり、この周囲雰囲気はもっぱら窒素
のみで構成されるというものではない。
ケイ素の屈折率を窒素の流速の関数として調べた。結果
としての測定された曲線が図9に示される。図9は過程
3)において堆積される材料の屈折率が窒素の流速によ
って簡単に制御できることを示す。明らかに、本発明
は、この特定の実施例に制限されるものではなく、周囲
雰囲気の制御によって過程3)において堆積される電気
抵抗材料の屈折率を制御するというより一般的な方法に
拡張できるものであり、この周囲雰囲気はもっぱら窒素
のみで構成されるというものではない。
【0030】一例として、本発明が次に図10から15
を参照しながらより詳細に説明される。これら図面に示
される実施例によると、本発明者は、ガス状ソース分子
線エピタキシ(gaseous source molecular beam epitax
y 、GSMBE)を使用する単一のエピタキシによって
一つの完全な二重ヘテト構造をベースとしたレーザ構造
を構成する種々の層を製造した。
を参照しながらより詳細に説明される。これら図面に示
される実施例によると、本発明者は、ガス状ソース分子
線エピタキシ(gaseous source molecular beam epitax
y 、GSMBE)を使用する単一のエピタキシによって
一つの完全な二重ヘテト構造をベースとしたレーザ構造
を構成する種々の層を製造した。
【0031】より詳細には、図10に示されるように、
本発明者はn+ InP基板110から開始し、この上に
最初に一つの閉じ込め層として機能する厚さ1000n
mのn+ InPバッファ層120を成長させた。層12
0に続いて約150nmの厚さの未ドープのGaInA
sP4成分層130が成長された。この層130はアク
ティブゾーンを形成し、1500nmの波長のレーザ放
射を提供する。本発明者は次にp−ドープされた200
0nmの厚さの第二の閉じ込め層140を堆積し、そし
て、最後に、オーミックコンタクト接続として機能する
約100nmの厚さの3成分のGaInAs層150を
堆積した。
本発明者はn+ InP基板110から開始し、この上に
最初に一つの閉じ込め層として機能する厚さ1000n
mのn+ InPバッファ層120を成長させた。層12
0に続いて約150nmの厚さの未ドープのGaInA
sP4成分層130が成長された。この層130はアク
ティブゾーンを形成し、1500nmの波長のレーザ放
射を提供する。本発明者は次にp−ドープされた200
0nmの厚さの第二の閉じ込め層140を堆積し、そし
て、最後に、オーミックコンタクト接続として機能する
約100nmの厚さの3成分のGaInAs層150を
堆積した。
【0032】エピタキシが完了した後に、図11に示さ
れるように、本発明者は、オーミックコンタクト層15
0上への1500nmの厚さのTi/Pt/Ti金属ス
トリップ160の堆積へと進んだ。この金属ストリップ
はストリップレーザの横方向の寸法を定める。これは図
11から分かる通りである。ストリップ160はまたP
t/Ti/Ptの形として製造することができる。堆積
された金属ストリップ160は400度Cにおいて二分
間アニール処理された。この構造が、次に、メタン+水
素+アルゴンの反応性イオンエッチング(RIE:CH
4 +H2 +Ar)によってエッチングされた。
れるように、本発明者は、オーミックコンタクト層15
0上への1500nmの厚さのTi/Pt/Ti金属ス
トリップ160の堆積へと進んだ。この金属ストリップ
はストリップレーザの横方向の寸法を定める。これは図
11から分かる通りである。ストリップ160はまたP
t/Ti/Ptの形として製造することができる。堆積
された金属ストリップ160は400度Cにおいて二分
間アニール処理された。この構造が、次に、メタン+水
素+アルゴンの反応性イオンエッチング(RIE:CH
4 +H2 +Ar)によってエッチングされた。
【0033】この彫り込み処理(engraving operation
)の際に、金属ストリップ160はエッチングマスク
として機能する。エッチングはアクティブゾーン130
の底面の所で、つまり、図12に示される下側の閉じ込
め層120に到達したときに停止される。場合によって
は、要求されるデバイスの特性しだいで、エッチングを
アクティブゾーン130を越えて閉じ込め層120内ま
で継続することもできる。
)の際に、金属ストリップ160はエッチングマスク
として機能する。エッチングはアクティブゾーン130
の底面の所で、つまり、図12に示される下側の閉じ込
め層120に到達したときに停止される。場合によって
は、要求されるデバイスの特性しだいで、エッチングを
アクティブゾーン130を越えて閉じ込め層120内ま
で継続することもできる。
【0034】こうして過程2)のプロセスを終了した
後、本発明者は、図13に示されるように、エッチング
過程において形成されたストリップも含めて、デバイス
の全表面を通じて、電子銃によって、約1000nmの
厚さにSiNの層を堆積した。こうして堆積された窒化
ケイ素の屈折率は閉じ込め層を形成するInPの屈折率
と等しくなるように、つまり、1550nmの動作波長
において、3.2になるように制御された。過程3)に
おいて堆積された窒化ケイ素層は図13において参照番
号170にて示される。
後、本発明者は、図13に示されるように、エッチング
過程において形成されたストリップも含めて、デバイス
の全表面を通じて、電子銃によって、約1000nmの
厚さにSiNの層を堆積した。こうして堆積された窒化
ケイ素の屈折率は閉じ込め層を形成するInPの屈折率
と等しくなるように、つまり、1550nmの動作波長
において、3.2になるように制御された。過程3)に
おいて堆積された窒化ケイ素層は図13において参照番
号170にて示される。
【0035】本発明者は、次に、図14に示されるよう
に、この構造を平坦化するためにデバイス全体を通じて
約5000nmの厚さのレジン180の堆積を行った。
この構造は次にマスクなしに図14に簡略的に示される
ようにドライエッチング(RIE)によって全ての表面
に渡ってエッチングされた。このエッチング過程の際
に、レジン層180がストリップの外側に堆積された窒
化ケイ素層を保護する。図14に示されるように、レジ
ン層180は彫り込みされたストリップの外側におい
て、彫り込みされたストリップの垂直の所よりも厚い。
過程14において実行されるエッチングはストリップを
覆う金属160に到達した時点で停止された。この金属
層160はRIEによってエッチングされないことに注
意する。
に、この構造を平坦化するためにデバイス全体を通じて
約5000nmの厚さのレジン180の堆積を行った。
この構造は次にマスクなしに図14に簡略的に示される
ようにドライエッチング(RIE)によって全ての表面
に渡ってエッチングされた。このエッチング過程の際
に、レジン層180がストリップの外側に堆積された窒
化ケイ素層を保護する。図14に示されるように、レジ
ン層180は彫り込みされたストリップの外側におい
て、彫り込みされたストリップの垂直の所よりも厚い。
過程14において実行されるエッチングはストリップを
覆う金属160に到達した時点で停止された。この金属
層160はRIEによってエッチングされないことに注
意する。
【0036】本発明者は次に化学溶剤を使用してレジン
180の残りの層を除去した。こうして得られた構造は
窒化ケイ素170によって包囲された目に見えるオーミ
ックコンタクト金属ストリップ160を含むが、これ
は、その3.2の屈折率nのために光学的な横方向の閉
じ込め、及びその高い抵抗のために、電気的な横方向の
閉じ込めを提供する。
180の残りの層を除去した。こうして得られた構造は
窒化ケイ素170によって包囲された目に見えるオーミ
ックコンタクト金属ストリップ160を含むが、これ
は、その3.2の屈折率nのために光学的な横方向の閉
じ込め、及びその高い抵抗のために、電気的な横方向の
閉じ込めを提供する。
【0037】図15に簡略的に示されるように、本発明
者は、次に金属層160及びこれを取り巻く窒化ケイ素
上に幅の広い金の金属ストリップを堆積した。この金の
ストリップは典型的には0.1mmの幅及び300nm
の厚さを持つ。これは半田付けされた金属ワイヤのコン
タクトポイントとしての機能も果たす。好ましくは、基
板110と対面する面上のコンタクトはAuGe或はこ
れと等価な純度の高い層を連続的に堆積し、その後、金
或はプラチナの厚さを増すための層を堆積することによ
って保証される。
者は、次に金属層160及びこれを取り巻く窒化ケイ素
上に幅の広い金の金属ストリップを堆積した。この金の
ストリップは典型的には0.1mmの幅及び300nm
の厚さを持つ。これは半田付けされた金属ワイヤのコン
タクトポイントとしての機能も果たす。好ましくは、基
板110と対面する面上のコンタクトはAuGe或はこ
れと等価な純度の高い層を連続的に堆積し、その後、金
或はプラチナの厚さを増すための層を堆積することによ
って保証される。
【0038】制御電流の関数としてのこうして形成され
たレーザ構造の出力パワーが図17に示される。テスト
された構造の平均閾値電流はレーザ当り約50mAであ
り、最良のレーザで35mAであった。後者は0.2W
/Aの効率を持つ。レーザダイオードの直列抵抗は、
0.3mmのストリップ長に対して2から4Ωの間で変
動する。レーザは1500nmの波長で放射する。
たレーザ構造の出力パワーが図17に示される。テスト
された構造の平均閾値電流はレーザ当り約50mAであ
り、最良のレーザで35mAであった。後者は0.2W
/Aの効率を持つ。レーザダイオードの直列抵抗は、
0.3mmのストリップ長に対して2から4Ωの間で変
動する。レーザは1500nmの波長で放射する。
【0039】本発明によって製造された構造に関して行
われたテストは以下のポイントを示す。 −特に窒化ケイ素170の屈折率ガイディングによって
得られた良好な横方向光学的作用のためにレーザ出力の
非常に良好な安定性が得られる。 −窒化ケイ素170にて得られる良好な電気的閉じ込
め。 −誘電性材料170に起因する漂遊容量の低減のために
閉じ込めデバイスの動作周波数を増すことが可能にな
る。 −単一の薄いマスク(約1500nm)を使用する自己
整合タイプの製造プロセスの単純さ。
われたテストは以下のポイントを示す。 −特に窒化ケイ素170の屈折率ガイディングによって
得られた良好な横方向光学的作用のためにレーザ出力の
非常に良好な安定性が得られる。 −窒化ケイ素170にて得られる良好な電気的閉じ込
め。 −誘電性材料170に起因する漂遊容量の低減のために
閉じ込めデバイスの動作周波数を増すことが可能にな
る。 −単一の薄いマスク(約1500nm)を使用する自己
整合タイプの製造プロセスの単純さ。
【0040】
【発明の効果】本発明によると、窒化ケイ素の屈折率が
窒素の流速によって制御でき、たまこの屈折率が実質的
にIII −IV族の材料の任意の値から再生できるため、本
発明は、優れた柔軟性を提供する。また本発明による方
法では複数の堆積技術が使用できるため製造が簡単にな
る。さらに、光学モードの次元の良好な制御が材料の屈
折率を制御することによって得られる。最後に、本発明
は、窒化ケイ素170の高い抵抗のために漏れ電流を低
減することを可能にする。本発明は、勿論、窒化ケイ素
170の特定の使用にのみ限定されるものではなく、一
般的に、任意の等価の材料の使用に拡張できるものであ
る。さらに、本発明は、レーザ構造の製造にのみ制約さ
れるものではなく、ストリップを含み、光学変調器及び
増幅器などのような電気的及び光学的な閉じ込めを必要
とする任意の半導体オプトエレクトロニックデバイスの
製造に拡張できるものである。
窒素の流速によって制御でき、たまこの屈折率が実質的
にIII −IV族の材料の任意の値から再生できるため、本
発明は、優れた柔軟性を提供する。また本発明による方
法では複数の堆積技術が使用できるため製造が簡単にな
る。さらに、光学モードの次元の良好な制御が材料の屈
折率を制御することによって得られる。最後に、本発明
は、窒化ケイ素170の高い抵抗のために漏れ電流を低
減することを可能にする。本発明は、勿論、窒化ケイ素
170の特定の使用にのみ限定されるものではなく、一
般的に、任意の等価の材料の使用に拡張できるものであ
る。さらに、本発明は、レーザ構造の製造にのみ制約さ
れるものではなく、ストリップを含み、光学変調器及び
増幅器などのような電気的及び光学的な閉じ込めを必要
とする任意の半導体オプトエレクトロニックデバイスの
製造に拡張できるものである。
【図1】従来技術を示す説明図である。
【図2】従来技術を示す説明図である。
【図3】従来技術を示す説明図である。
【図4】従来技術を示す説明図である。
【図5】従来技術を示す説明図である。
【図6】従来技術を示す説明図である。
【図7】従来技術を示す説明図である。
【図8】本発明によるプロセスの大まかな流れを示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図9】窒素流レートの関数としての窒化ケイ素の屈折
率の変化を示すグラフである。
率の変化を示すグラフである。
【図10】本発明に従うプロセスの過程を説明する略断
面図を示す。
面図を示す。
【図11】本発明に従うプロセスの過程を説明する略断
面図を示す。
面図を示す。
【図12】本発明に従うプロセスの過程を説明する略断
面図を示す。
面図を示す。
【図13】本発明に従うプロセスの過程を説明する略断
面図を示す。
面図を示す。
【図14】本発明に従うプロセスの過程を説明する略断
面図を示す。
面図を示す。
【図15】本発明に従うプロセスの過程を説明する略断
面図を示す。
面図を示す。
【図16】こうして得られたレーザの略斜視図を示す。
【図17】制御電流の関数としてのレーザの出力パワー
の変化を簡略的に示すグラフである。
の変化を簡略的に示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロワ、アンリー フランス国ラニオン、レジダンス、デュ、 ルー、16
Claims (17)
- 【請求項1】ストリップ形状にてアクティブ領域を持つ
半導体オプトエレクトロニックデバイスを製造するため
のプロセスであって、このプロセスが: 1)単一のエピタキシによって種々の層を製造してオプ
トエレクトロニックデバイスの完全な構造を作り上げる
過程、 2)前記の過程1)において得られた構造をオプトエレ
クトロニックデバイスのアクティブ層の底面までこの構
造内のストリップを分離するためにエッチングする過
程、及び 3)エッチングされた領域上に制御された屈折率の電気
的な絶縁材料を堆積する過程を含むことを特徴とするプ
ロセス。 - 【請求項2】半導体オプトエレクトロニックデバイスが
レーザであることを特徴とする請求項1記載のプロセ
ス。 - 【請求項3】前記の過程1)が順番に第一の横方向の閉
じ込め層、アクティブ材料の層、第二の横方向の閉じ込
め層及び少なくとも一つのオーミックコンタクト層を堆
積する過程から成ることを特徴とする請求項1及び2の
いずれか一つに記載のプロセス。 - 【請求項4】前記の過程3)において堆積された電気的
な絶縁材料の屈折率がその厚さを通じて一定であること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のプ
ロセス。 - 【請求項5】前記の過程3)において堆積された電気的
な絶縁材料の屈折率が実質的に少なくとも閉じ込め層の
屈折率に等しいことを特徴とする請求項4記載のプロセ
ス。 - 【請求項6】前記の過程3)において堆積された電気的
な絶縁材料の屈折率がその厚さを通じて変動することを
特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のプロ
セス。 - 【請求項7】前記の過程3)において堆積された電気的
な絶縁材料が窒化ケイ素であることを特徴とする請求項
1乃至6のいずれか一つに記載のプロセス。 - 【請求項8】前記の過程3)において堆積された電気的
な絶縁材料の屈折率が前記の過程3)の際に周囲雰囲気
によって制御されることを特徴とする請求項1乃至7の
いずれか一つに記載のプロセス。 - 【請求項9】前記の過程3)において堆積された電気的
な絶縁材料がその屈折率が窒素の流れのレートによって
制御される窒化ケイ素であることを特徴とする請求項1
乃至8のいずれか一つに記載のプロセス。 - 【請求項10】前記の過程1)が順番に第一のInPの
n+ タイプ閉じ込め層、GaInAsP4成分アクティ
ブ層、第二のInPのpタイプ閉じ込め層、及びオーミ
ックコンタクト接続のためのGaInAs3成分層を堆
積する過程から成ることを特徴とする請求項1乃至9の
いずれか一つに記載のプロセス。 - 【請求項11】前記の過程2)がインオエッチングの前
にマスクとして機能する金属ストリップを堆積する過程
を含むことを特徴とする請求項10記載のプロセス。 - 【請求項12】前記の過程3)が約1000nmの厚さ
に窒化ケイ素の層を堆積する過程を含むことを特徴とす
る請求項10及び11のいずれか1つに記載のプロセ
ス。 - 【請求項13】得られた構造の表面全体上にこの構造を
平坦化するためにレジン層を堆積する過程、前記のエッ
チング過程2)の際にエッチングマスクとして機能する
金属層を露出するためにエッチングを実行する過程、 溶剤の助けをかりて残りのレジン層を除去する過程、及
び、 コンタクト接続を堆積する過程がさらに含まれることを
特徴とする請求項10乃至12のいずれか一つに記載の
プロセス。 - 【請求項14】請求項1乃至13のいずれか一つに記載
のプロセスの実施によって製造されたオプトエレトクロ
ニックデバイス。 - 【請求項15】それがレーザから構成されることを特徴
とする請求項14に記載のオプトエレクトロニックデバ
イス。 - 【請求項16】請求項14或は15記載のオプトエレト
クロニックデバイスのいずれか一つであって、これが単
一のエピタキシによって製造される一つの完全なデバイ
ス構造であり、このデバイスのアクティブ層の底面まで
ストリップがエッチングされ、このストリップの各側面
は屈折率が制御された電気絶縁材の堆積によって囲まれ
ることを特徴とするデバイス。 - 【請求項17】前記の屈折率が制御された電気絶縁材料
が窒化ケイ素であることを特徴とする請求項14乃至1
6のいずれか一つに記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9210848 | 1992-09-11 | ||
| FR9210848A FR2695761B1 (fr) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | Procédé de fabrication de dispositifs électro-optiques à ruban, notamment de lasers, et dispositifs ainsi obtenus. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291417A true JPH06291417A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=9433413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5225957A Pending JPH06291417A (ja) | 1992-09-11 | 1993-09-10 | オプトエレクトロニックデバイス及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5511088A (ja) |
| EP (1) | EP0587500A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06291417A (ja) |
| FR (1) | FR2695761B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10294533A (ja) * | 1997-02-21 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 窒化物化合物半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2010165870A (ja) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザ素子 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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