JP4174322B2 - 垂直共振器面発光レーザとその製造方法 - Google Patents
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Description
この活性共振器材料は、下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持ち、この上部スペーサ領域は、p−層とこのp−層の上にあるp++/n++トンネル接合で終端されており、これらのp++−層とp−層は、それぞれp型層を構成し、このトンネル接合の少なくとも上側のn++−層は、その下にあるp型層から出現しているメサであって、この活性共振器材料の構造化された表面は、このメサの上側の表面とこのメサ以外のp型層の上側の表面によって構成されるとともに、
この活性領域は、この活性共振器材料の融着されて構造化された表面とこの上部DBRスタックのn型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた、メサを含む電流注入径によって規定される。
(i)下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持つ半導体活性共振器材料を成長させ、この上部スペーサ領域は、p−層とこのp−層の上にあるp++/n++トンネル接合構造で終端されており、これらのp++−層とp−層は、それぞれp型層を構成するものである。
というの措置を有する。
300a,300b,300c VCSEL素子アレー
12a,b 分布ブラッグ反射鏡(DBR)
14 活性共振器材料
14a 活性共振器材料14の下部の表面
14b 活性共振器材料14の構造化された表面
15 オーム接触(接点)
15b 下部接点
16a 下部スペーサ
16b 上部スペーサ
17 エッチストップ層
18 多重量子井戸(MQW)構造
20 p型層
22 メサ
22a,22b トンネル接合層
24 空隙
25 電流注入径
26 基板
27 フォトレジストマスク
29 中央スタック領域
30 上部GaAs層
31 窪み
32 上部オーム接触(接点)
33,34,35 メサ
36,37,38 環状オーム接点
39,40,41 絶縁メサ構造
42 対を成す層
43,44,45 メサ
Claims (20)
- 垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)素子であって、この素子構造は、上部および下部分布ブラッグ反射鏡(DBR)スタック間に挟まれた半導体活性共振器材料構造を有し、この上部DBRは、少なくとも一つのn型半導体層を持ち、そしてこの素子構造は、素子の接点への直流電圧の印加に応じて光を生成する活性領域を規定するものであり、その際、
この活性共振器材料は、下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持ち、この上部スペーサ領域は、p−層とこのp−層の上にあるp++/n++トンネル接合で終端されており、これらのp++−層とp−層は、それぞれp型層を構成し、このトンネル接合の少なくとも上側のn++−層は、その下にあるp型層から出現しているメサであって、この活性共振器材料の構造化された表面は、このメサの上側の表面とこのメサ以外のp型層の上側の表面によって構成されるとともに、
この活性領域は、この活性共振器材料の融着されて構造化された表面とこの上部DBRスタックのn型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた、メサを含む電流注入径によって規定される素子。 - 前記のトンネル接合が、この素子構造の、定在波における光電場が最小になる位置に配置されている請求項1に記載の素子。
- 前記の活性共振器材料は、さらに前記のメサ以外のこの共振器材料内に電気を閉じ込める層を有する請求項1に記載の素子。
- 前記の閉じ込める層がイオン注入層である請求項3に記載の素子。
- 請求項1に記載の素子であって、さらに前記の上部および下部DBR間に挟まれた少なくとも一つの追加の活性領域を有し、この活性領域は、前記の活性共振器材料構造とDBRスタックとの間に、この領域を通して電流を流すための追加の電気接点を持つ形で形成され、この少なくとも一つの追加の活性領域は、この活性共振器材料の融着されて構造化された表面とこの上部DBRスタックのn型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた、追加のメサによって規定され、これらの少なくとも二つの活性領域は、間隔を空けて離された状態で並べられている素子。
- 前記の少なくとも二つのメサは、異なる高さを持ち、前記の少なくとも二つの活性領域は、これらの二つの活性領域内のDBRを通して放射される光がそれぞれ異なる波長を持つように動作する請求項5に記載の素子。
- 前記の少なくとも一つの追加のメサは、前記のトンネル接合のn++層の上の追加のn型層で終端され、この追加のn型層は、前記のVCSEL構造内で放射される光の波長の1/8を超えない厚さを持つ請求項6に記載の素子。
- 前記の追加のn型層は、一定数の対の層から構成され、これらの各対が異なる化学組成の二つの層を持つ請求項7に記載の素子。
- N個の追加のメサが配備され、これらの追加のメサは、それぞれその他の追加のメサのものと比較して、異なる厚さの追加のn型層を有する請求項8に記載の素子。
- 位置的に隣接する二つの活性領域の各々によって規定される前記の活性共振器材料の厚さの数値間における差が等しく、そのことによってこれらの位置的に隣接する二つの活性領域の各々を挟むDBRを通して放射される光の波長において等しい間隔が生み出される請求項9に記載の素子。
- 垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)素子構造の製造方法であって、以下の措置を有する方法。
(i)下部および上部スペーサ領域間に挟まれた多重量子井戸層のスタックを持つ半導体活性共振器材料を成長させ、この上部スペーサ領域は、p−層とこのp−層の上にあるp++/n++トンネル接合構造で終端されており、これらのp++−層とp−層は、それぞれp型層を構成するものである。
(ii)措置(i)で形成した活性共振器材料をエッチングして、その下にあるp型層から出現しているトンネル接合の少なくとも上側のn++層を含むメサを形成し、そうすることによってこのメサの上側の表面とこのメサ以外のp型層の上側の表面によって形成される活性共振器材料の構造化された表面を製作する。
(iii )この活性共振器材料の構造化された表面と第一の分布ブラッグ反射鏡(DBR)スタックのn型半導体層の実質的に平坦な表面との間にウエハー融着を起こし、そのことによってこのメサの周りの融着された表面の変形を起こすとともに、注入径領域を規定してそこに電流の流れを通し、この注入径領域は、この変形され融着された表面間の空隙によって囲まれたメサを含むとともに、この素子の活性領域を規定するものである。
(iv)この構造化された表面の反対側にある、この活性共振器材料の表面上に、第二のDBRスタックを形成する。
(v)このVCSEL素子構造上に、この電流注入径を通って、この活性領域に至る電流の流れを発生させるためのオーム接触を形成する。 - 前記の活性共振器材料をInP基板上に成長させる請求項11に記載の方法。
- 前記のトンネル接合は、この素子構造の、定在波における光電場が最小になる位置に配置されるとともに、約20〜50nmの厚さを持つ請求項11に記載の方法。
- 請求項11に記載の方法であって、さらに前記のメサ以外の共振器材料構造内に電気を閉じ込める層を形成する措置を有する方法。
- 前記の電気を閉じ込める層の形成には、マスクとしてフォトレジストディスクを用い、このディスクを前記のメサと同心となるように配置して、このメサ上の活性共振器材料の表面へイオンを注入する措置が含まれ、そのことによって前記の空隙の外側の境界に達し、前記の活性領域以外に位置するイオン注入電流閉じ込め層を形成する請求項14に記載の方法。
- 請求項11に記載の方法であって、さらに前記の活性共振器材料から始めて、前記の第一と第二のDBR間に挟まれた少なくとも一つの追加の活性領域を形成し、この追加の活性領域を通る電流の流れを発生させるために、このVCSEL素子構造上に追加のオーム接触を形成し、この少なくとも一つの追加の活性領域が、この活性共振器材料の融着され構造化された表面と前記のDBRスタックのn型半導体層の表面との間の空隙によって囲まれた一つの追加のメサを含むようにする措置を有する方法。
- 前記の少なくとも一つの追加の活性領域の形成には、このVCSEL構造内で放射される光の波長の1/8を超えない厚さを持つ一つの追加のn型層を設定し、前記のエッチングを前記の少なくとも一つの追加のメサが前記の追加のn型層で終端するように形成する形態で実施する措置が含まれる請求項16に記載の方法。
- 前記のエッチングを、少なくとも二つの追加のメサを形成する形態で実施し、これらの追加のメサの各々が、その他の追加のメサのものと異なる厚さの前記の追加のn型層の部分を含むようにする請求項17に記載の方法。
- 前記の両方のDBRを、AlAsおよびGaAs層から構成する請求項11に記載の方法。
- 前記の第二のDBRスタックを、ウエハー融着によって、前記の活性共振器材料の表面に接合させる請求項11に記載の方法。
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