JP2002501680A - バーチカルレゾネータ・レーザーダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明のバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードによれば、電流アパーチュア（１９）が種々異なる大きさの通流開口部（１６）を有する多数のアパーチュア層（５〜１０）から形成され、該アパーチュア層（５〜１０）の通流開口部（１６）の大きさが活性層列（３）側から電気的コンタクト層（１４,１５）の方向で拡大している。

Description

【発明の詳細な説明】 バーチカルレゾネータ・レーザーダイオードおよびその製造方法 従来の技術 本発明は、第１のブラッグレフレクタ層列と第２のブラッグレフレクタ層列の 間にレーザビーム生成のための活性層列が配設されており、前記ブラッグレフレ クタの各々は多数のミラー対を有している、バーチカルレゾネータ・レーザーダ イオード（“ＶＣＳＥＬ”）に関する。この場合２つのブラッグレフレクタ層列 は、レーザーレゾネータを形成しており、これらは活性層列と共に第１および第 ２の電気的コンタクト層の間に配置されている。２つのブラッグレフレクタ層列 のうちの１つは、活性層列内で生成されるレーザービームを部分的に透過する。 ２つのブラッグレフレクタ層列の内の少なくとも１つには電流束縛装置（以下で は“電流アパーチュア”と称する）が設けられており、これはレーザーダイオー ドの作動中に活性層列を流れる作動電流を集束して活性層列におけるポンピング 活性領域断面の制限のために用いられている。電流アパーチュアは、少なくとも １つのアパーチユア層を有しており、これは電気的なコンタクト層の１つと活性 層列の間に配設されている。さらに本発明は、そのよ うなバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの製造方法に関している。 米国特許出願US 5,493,577明細書からは、電流アパーチュア１１９を有するこ の種のバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードが公知である。この実施例は ここでは図３に概略的に示されている。この実施例では電流（この電流は矢印１ ３０で示されている）が２つのＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓアパーチュア薄膜層 １０５（これらはそれぞれ通硫開口部１１６まで酸化されている）を用いて活性 層列１０３の所望のポンピング領域１２１に絞られるように構成されている。 ２つのアパーチュア層１０５は、活性層列１０３の相互に相対向する側でこの 活性層列とそこに設けられているブラッグレフレクタ層列１０２,１０４との間 に配置されている。ブラッグレフレクタ層列１０２,１０４は、実質的にそれぞ れ多数のミラー対からなっており、それらの２つのＡｌＧａＡｓ層は種々異なる バンドギャップを有している。 酸化された環状の領域１２２（これは通硫開口部１１６の大きさと形状を規定 している）ではＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓアパーチュア層１０５が非常に高い 電気抵抗を有しており、そのためポンピング電流１３０は実質的に通流開口部の 領域内のみを流れ、それによって所望のポンピング領域１２１内で活性層列１０ ３を通って流れる。 この種のバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの簡単な製造に関しては 、ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓアパーチュア層１０５が、ブラッグレフレクタ層 列１０２,１０４のミラー対のＡｌＧａＡｓ層よりも高いＡｌ含有量を有してい る。 高湿な雰囲気中でのＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層の焼きなましの際の横方向の酸化レー トは、Ａｌ含有量に依存している（Ａｌ含有量が高ければ高いほど酸化レートも 高まる）。この理由から、例えば先の米国特許出願US 5,493,577明細書にも記載 されているように、活性層列１０３と、ブラッグレフレクタ層列１０２，１０４ と、アパーチュア層１０５用のＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓ層の形成された後で 、ＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓアパーチュア層１０５が高湿な雰囲気中で簡単な 手法による全ての層構造の酸化によって製造されている。 さらにこの薄いＡｌＡｓまたはＡｌＧａＡｓアパーチュア層１０５は、レーザ ーレゾネータにおいて極僅かな光学的な損失しか生ぜしめない。その結果効率が 非常に高くて非常に小さな閾値電流しか持たないバーチカルレゾネータ・レーザ ーダイオードが製造可能である。 このバーチカルレゾネータ・ダイオードの公知の構造の欠点は、作動中の通流 開口部１１６部周縁の過度な電流の高まりである。この過度な電流の高まりは、 この周縁領域のブラッグレフレクタ層列１０２,１０４と活性層列１０３の局所 的な非常に高い過熱を引き起こし、このことはレーザーダイオード構成素子の経 年劣化を早める。さらに電流密度が局所的に異常に高まる危険性もあり、このこ とは結晶欠陥の発生や転移にも結び付く。これはバーチカルレゾネータ・レーザ ーダイオードの寿命や信頼性を低下させる。 故に本発明の課題は、局所的な電流の異常な高まりを最小に抑えることのでき るバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードを提供することであり、さらにこ のようなバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの簡単な製造方法を実現す ることである。 この課題は、請求項１の特徴部分に記載されたバーチカルレゾネータ・レーザ ーダイオードによって解決される。本発明によるバーチカルレゾネータ・レーザ ーダイオードの別の有利な構成例および改善例は、請求項２〜６に記載されてい る。また本発明によるバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの有利にな製 造方法は、請求項７に記載されている。 本発明によれば、冒頭に述べたようなバーチカルレゾネータ・レーザーダイオ ードにおいて、 電流アパーチュアが、種々異なる大きさの通流開口部を備えた多数の個別のア パーチュア層から形成されており、前記アパーチュア層の通流開口部の大きさが 、活性層列側から電気的なコンタクト層の方向に向け て拡大されるように構成されている。特に２つ以上のアパーチュア層のもとでの 通流開口部の大きさは、活性層列に隣接する最小通流開口部から出発して電気的 なコンタクト層に隣接する最大通流開口部まで連続的に拡大している。 このバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードにおいては、活性層列からみ て最初の最小通流開口部を有するアパーチュア層が、ポンピングされる活性領域 のサイズを定めている。この活性層列から見て最初の第１アパーチュア層に後続 する、それよりも大きな通流開口部を備えたアパーチュア層は、バーチカルレゾ ネータ・レーザーダイオードにおける電流上昇作用を低減させる。なぜならレー ザーダイオード光軸（ビーム軸）に沿って、ポンピングされる活性領域を貫通す る電流が既に最小通流開口部に到達する前に段階的に抑制されるからである。 別の有利な実施例によれば、前記アパーチュア層は、酸化可能な導電材料から 形成され、該導電材料はブラッグレフレクタ層列よりも高い酸化レートを有し、 各通流開口部の領域まで酸化されている。この種のアパーチュア層は、酸素を含 んだ雰囲気中で前述したような焼きなましによる簡単な手法で製造される。 本発明によるバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの別の有利な実施例 によれば、前記アパーチュ を有している。この種の層では、横方向の酸加速度が高湿な雰囲気中での焼きな ましのもとではＡｌ含有量に依存し（すなわちＡｌ含有量が多ければ多いほど酸 化レートが高まる）、非常に薄い層（例えば層厚さ５〜１０ｎｍ）のもとでは層 厚さにも依存している。この“横方向”の酸化速度とは、２つの層によってサン ドイッチ状に包含され酸化層（ここではＡｌ_XＧａ_l-XＡｓアパーチュア層）のも とでの酸化深さを指し、時間単位でその露出端部から測定される。この場合酸化 すべき層を包含している２つの“サンドイッチ層は、酸化されないかまたは著し く緩慢にしか酸化されない。 本発明によるバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの別の有利な実施例 によれば、前記アパーチュア層が全て実質的に同じ構造を有し、それらの層厚さ は活性層列から電気的なコンタクト層方向に向けて連続的に低減し続けている。 この実施例のもとでは種々異なるアパーチュア層の酸化深さが有利には簡単な手 法で正確に設定可能である。 特に有利には、前記アパーチュア層がブラッグレフレクタ層列の１つに配設さ れる。また、前記ブラッグレフレクタ層列のミラー対が、それぞれ屈折率ｎ_zで 厚さｄ_ZのＡｌ_zＧａ_1-zＡｓミラー層と、該Ａｌ_zＧａ_1zＡｓミラー層よりも屈折 率の低いさらなるミラー層から合成されており、この場合前記さらなるミラー層 は、種々異なるＡｌ含有量ｘ,ｙと共に、屈折率ｎ_xで厚さｄ_XのＡｌ_xＧａ_1-xＡ ｓ層２５と、屈折率ｎ_yで厚さｄ_yのＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層２６からなっており、こ の場合ｘ＞ｙ＞ｚの条件が満たされ、個々の層の厚さは次の条件を充たすもので あり、 この場合の前記λは、レーザーダイオードのレーザー発光波長である。 本発明によるバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの有利な製造方法に よれば、多数のミラー対と多数のアパーチュア層を備えたブラッグレフレクタ層 列が形成され、酸素の十分な雰囲気中で、複数のアパーチュア層を有するブラッ グレフレクタ層列の焼きなましにより前記アパーチュア層の露出表面から内方へ 向けての酸化が実施される。 図面の説明 図１は、本発明による実施例の概略図であり、 図２は、複数のアパーチュア層を有するブラッグレフレクタ層列の断面の概略図 であり、 図３は、従来技法によるバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの概略図で ある。 実施例の説明 次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。 図１および図２による実施例（図２は発光波長が約 ８５０ｎｍのバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードにおける上方のブラッ グレフレクタの概略図である）は、以下のものを有している。 半導体基板２０；該半導体基板上にはエピタキシャル成長された半導体層が被 着されており、該半導体層は、当該基板２０上で第１のブラッグレフレクタ層列 ２を形成しており、この第１のブラッグレフレクタ層列２は以下では下方ブラッ グレフレクタ２とも称する。 活性層列３；この活性層列３は前記下方のブラッグレフレクタ層列２の上方に 形成されており、この中で作動中にレーザービームが生成される。 第２のブラッグレフレクタ層列４；この第２のブラッグレフレクタ層列４は、 前記活性層列３の上方に形成されており、これは多数のエピタキシャル成長され た半導体層を有している。この第２のブラッグレフレクタ層列４は、以下では上 方ブラッグレフレクタ４とも称する。 第１のコンタクト層１４（下方コンタクト層）；この第１のコンタクト層１４ は前記基板２０の下方ブラッグレフレクタ２とは反対側に設けられている。 第２のコンタクト層１５（上方のコンタクト層）；この第２のコンタクト層１ ５は前記上方ブラッグレフレクタ４の上に設けられており、これは開口２２を有 している。この開口２２を通ってレーザービーム２１ がレーザーダイオード１から出力結合される。 種々異なる大きさの通流開口部１６を備えた多数のアパーチュア層５〜１０； この場合これらのアパーチュア層５〜１０の通流開口部１６の大きさは、活性層 列３から電気的コンタクト層１５の方向に向けて拡大されている。これらのアパ ーチュア層が組合わされて電流アパーチュア１９を形成している。 これらの個々の構成要素は有利には以下に述べるような層と材料からなってい る。 半導体基板２０：例えばｎ形ドーピングされたＧａＡｓ 下方のブラッグレフレクタ２：例えばｎ形ドーピングされたＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ からなるミラー対１１ 活性層列３：相応のバリヤやクラッド層を備えた活性量子膜（材質は所望のレ ーザービームの波長に依存している、有利にはIII/V族ないしII/VI族の半導体材 料） 上方のブラッグレフレクタ４：例えばｐ形ドーピングされたＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ からなるミラー対１２ コンタクト層１４,１５：例えばＡｕＢｅ/Ｔｉ/ＡｕないしＡｕＧｅ/Ｔｉ/Ａ ｕからなるコンタクト金属化層 酸化）および５〜１０ｎｍの層厚さのＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ 特に有利にはこれらのアパーチュア層５〜１０の全てが実質的に同じ構造を有 している。それらの層厚さｄ_xは活性層列３から上方のコンタクト層１５の方向 に向けて常に縮小している。これらはそれぞれの通流開口部１６まで酸化されて おり、それ故通流開口部１６外では非常に高い電気抵抗を有している。層厚さｄ_x の変化を介して、前述したように、アパーチュア層５〜１０の通流開口部１６ の大きさが設定可能である。通流開口部１６のサイズの制御性は、層厚さの変更 を介した方がアパーチュア層５〜１０の成分ｘの変更を介したものよりも良好で ある。 上方のブラッグレフレクタ４はＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ−ミラー層２３を含んでいる 。これは比較的高い屈折率ｎ_zと相応に僅かなＡｌ含有量ｚを有している。層厚 さｄ_zは理想的には、当該Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ層２３においてレーザー発光波長λ の１/４である（ｄ_z＝λ(４ｎ_z)）。 Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓ−ミラー層２３の屈折率よりも少ない屈折率を有した、上方 のブラッグレフレクタ４のミラー層２４は、種々異なるＡｌ含有量ｘおよびｙと 共に、屈折率ｎｘのＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２５と、屈折率ｎｙのＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ 層２６からなっており、この場合ｘ＞ｙ＞ｚである。個々の層の厚さは、ｎ_xｄ_x ＋ｎ それぞれ高い屈折率と低い屈折率を有する２つのミ ラー層２３,２４は、上方のブラッグレフレクタ４のミラー対１２を形成してい る。図２の概略図では、個々の層の間の接合層ないし遷移層（これらは典型的に は電気抵抗の低減のために設けられる）は考慮していない。 上方のブラッグレフレクタ４の全てのＡｌＧａＡｓ層２３,２５,２６は、それ らの側面から当該ブラッグレフレクタの内方に向けて酸化されている（これは矢 印２７で示されている）。Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（これは最大のＡｌ含有量を有し ている）は、最大の酸化深さを有している。それに対してＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層お よびＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ層はそれよりも少ない深さでブラッグレフレクタ４内方に 酸化されている。それに従って酸化されたＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層は、アパーチュア 層５〜１０の通流開口部１６を規定している。 最大の厚さｄ_x1を有しているＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２５は、層厚さｄ_x2,ｄ_x3… ……を有するさらに薄いＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２５よりも速く酸化される。この層 厚さｄxを介して、酸化前面部の深さが設定され、ひいては通流開口部１６の直 径が設定される。最大厚さｄ_x1を有しているＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２５の位置は、 当該バーチカルレゾネータ・レーザーダイオードに対して最適化されなければな らない。 最大の厚さｄ_x1を有しているＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２５と活性層列の間には、図 １に示されているように、 さらなるミラー対１２が設けられている。これらのミラー対１２はＡｌ_xＧａ_1-x Ａｓ層を含んでいてもよい。但しその厚さはいずれにせよｄ_x1よりも薄い。 当該のバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードでは、最大の厚さｄ_x1を有 しているアパーチュア層５の最小通流開口部１６がポンピングされる活性領域の サイズを定めている（電流拡散側からみれば通流開口部１６の後方側）。このア パーチユア層５の上方に、例えば上方のブラッグレフレクタ４において、より大 きな直径の所属の通流開口部１６を備えた１つまたは複数の付加的なアパーチュ ア層６〜１０が配設される。これらの付加的なアパーチュア層６〜１０は、バー チカルレゾネータ・ダイオード中の電流の高まりを低減するように作用する。な ぜなら電流が既に上方のブラッグレフレクタ４の中心軸線２８に沿って最小通流 開口部１６のアパーチュア層５に達する前に抑制されるからである。 アパーチュア層５〜１０の通流開口部１６のサイズは、ここでは特に有利には 、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層２５の層厚さｄ_x1,ｄ_x2,ｄ_x3………を介して設定される。 このことは、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層の基本的に可能なＡｌ含有量の変更によるもの に比べて酸化深度のより良好な制御性を提供する。エピタキシャル成長も簡単と なる。なぜなら化合物半導体の合成が一定に保たれ成長時間のみが変更されるだ けだからである。この安定 した合成は、屈折率の安定化も保証する。このことはレーザーレゾネータにおけ る光学的な層厚さのコントロールにとっても利点となる。 前述した実施例は、電流アパーチュア１９の配置構成を上方のブラッグレフレ クタ４内だけに限定する意味でのものではない。電流アパーチュア１９は下方の ブラッグレフレクタ２内にのみ配設してもよいし、あるいは両方のブラッグレフ レクタ２および４内にそれぞれ１つの電流アパーチュア１９を配設することも可 能である。 本発明の実施例によるバーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの有利な製 造方法によれば、基板２０上でまず下方のブラッグレフレクタ２、活性層列３、 上方のブラッグレフレクタ４がエピタキシャル成長される。その後で、コンタク ト層１４および１５が、基板２０ないし上方のブラッグレフレクタ４上に析出さ れる。それに続いてこれらの層構造部の酸化２７が高湿雰囲気中で焼きなましに よって行われる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 第１のブラッグレフレクタ層列（２）と第２のブラッグレフレクタ層列（ ４）の間に、レーザビーム生成のための活性層列（３）が配設されており、前記 ブラッグレフレクタ層列の各々は多数のミラー対（１１,１２）を有しており、 前記２つのブラッグレフレクタ層列（２,４）は、レーザーレゾネータを形成 しており、 前記２つのブラッグレフレクタ層列（２,４）と活性層列（３）は、第１の電 気的コンタクト層（１４）と第２の電気的コンタクト層（１５）の間に配置され ており、 前記２つのブラッグレフレクタ層列（２,４）のうちの１つは、活性層列（３ ）内で生成されるレーザービームに対し部分透過性であり、 前記活性層列（３）の少なくとも一方の側で、当該バーチカルレゾネータ・レ ーザーダイオード（１）の作動中に活性層列（３）を流れる作動電流（１３）の 集束によって活性層列（３）においてポンピングされる活性範囲を制限するため の電流アパーチュア（１９）が設けられており、 前記電流アパーチュア（１９）は、少なくとも１つのアパーチュア層（５）に よって形成されており、該アパーチュア層は電気的なコンタクト層（１４,１５ ） の１つと活性層列（３）の間に配設されている、バーチカルレゾネータ・レーザ ーダイオード（１）において、 前記電流アパーチュア（１９）が、種々異なる大きさの通流開口部（１６）を 備えた多数の個別のアパーチュア層（５〜１０）から形成されており、前記アパ ーチュア層（５〜１０）の通流開口部（１６）の大きさが、活性層列（３）側か ら電気的なコンタクト層（１４,１５）の方向に向けて拡大されるように構成さ れていることを特徴とする、バーチカルレゾネータ・レーザーダイオード。 2. 前記アパーチュア層（５〜１０）は、酸化可能な導電材料を有しており、 これらはそれぞれ各通流開口部（１６）の領域まで酸化されている、請求項１記 載のバーチカルレゾネータ・レーザーダイオード。 3. 前記アパーチュア層（５〜１０）は、以下の条件、 を充たすＡｌ_XＧａ_1-XＡｓを有している、請求項２記載のバーチカルレゾネータ ・レーザーダイオード。 4. 前記全てのアパーチュア層（５〜１０）は、実質的に同じ構造を有し、 前記アパーチュア層（５〜１０）の層厚さは、活性層列（３）の側から電気的 なコンタクト層（１４,１５）の方向に向けて低減し続けている、請求項３記載 の バーチカルレゾネータ・レーザーダイオード。 5. 前記アパーチュア層（５〜１０）は、前記ブラッグレフレクタ層列の１つ （４）に配設されている、請求項３または４記載のバーチカルレゾネータ・レー ザーダイオード。 6. 前記ブラッグレフレクタ層列（４）のミラー対（１２）がそれぞれ、屈折 率ｎ_zで厚さｄ_ZのＡｌ_zＧａ_1-zＡｓミラー層（２３）と、該Ａｌ_zＧａ_1-zＡｓミ ラー層（２３）よりも屈折率の低いさらなるミラー層（２４）から合成されてお り、この場合前記さらなるミラー層（２４）は、種々異なるＡｌ含有量ｘ,ｙと 共に、屈折率ｎ_xで厚さｄ_XのＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層（２５）と、屈折率ｎ_yで厚さ ｄ_yのＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（２６）から合成されており、この場合ｘ＞ｙ＞ｚの 条件が満たされており、さらに個々の層の厚さは以下の条件を充たすように選定 されており、 この場合前記λは、レーザーダイオードのレーザー発光波長である、請求項５記 載のバーチカルレゾネータ・レーザーダイオード。 7. 多数のミラー対（１１,１２）と多数のアパーチュア層（５〜１０）を備 えたブラッグレフレクタ層列（２,４）を形成し、 酸素の十分な雰囲気中で、複数のアパーチュア層（５〜１０）を有するブラッ グレフレクタ層列（２,４） の焼きなましにより前記アパーチュア層（５〜１０）の露出表面からその内方へ 向けての酸化を実施することを特徴とする、請求項３〜６いずれか１項記載のバ ーチカルレゾネータ・レーザーダイオードの製造方法。