(57)【要約】【課題】各ベースウエハが満足できるキンク出力性能を達成できるようにリッジ導波管デバイスの製造が最適化された半導体レーザーデバイスを提供すること。【解決手段】能動層；能動層を挟む上方被覆層および下方被覆層；光軸の方向に伸びている、上方被覆層に形成されたリッジ；光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しており、かつ共振空洞を規定するファセット；光軸に沿って配置され、かつ共振空洞特性へのキンク出力従属性を低下させるために前記被覆層と相対して方向付けられている、アモルファスシリコン材料層、を含んでなる半導体レーザーデバイス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動層；
能動層を挟む上方被覆層および下方被覆層；
光軸の方向に伸びている、上方被覆層に形成されたリッジ；
光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しており、かつ共振空洞を規定するファセット；
光軸に沿って配置され、かつ共振空洞特性へのキンク出力従属性を低下させるために前記被覆層と相対して方向付けられている、アモルファスシリコン材料層、
を含んでなる半導体レーザーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、キンクを抑制する材料層を有する半導体レーザーデバイスに関する。
【０００２】
関連出願
本出願は、その全教示が参照により本明細書に組み込まれる１９９７年１２月３１日に出題された米国特許出願第０９／００２，１５１号の継続出願である。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
例えばリッジ（ｒｉｄｇｅ）導波管レーザーおよびレーザー増幅器のような半導体レーザーデバイスは数多くの通信システムにおいて使用されている。それらの製造および実装における多くの改善は、満足できる性能特徴および明確に理解された長期動作を有するクラスのデバイスを生じさせてきた。さらにリッジ導波管構造は、例えば埋込みヘテロ構造に基づくより複雑な構造物と比較して製造方法が複雑ではなく、さらに優れた収率を提供する。
【０００４】
ほとんどの用途において、レーザー若しくは増幅器の有効動作出力を最大化することが主要な設計基準である。長距離通信用途では、デバイスからの出力は次の中継器ステージまでの距離を決定し、さらに所定リンクにおけるステージ数はリンクの初期コストおよびその後のメンテナンスにおける主要なコスト要因となる。
【０００５】
レーザーデバイスの有効動作出力は、多くの用途においてレイジング閾値の上方での出力対電流従属性における「キンク（ｋｉｎｋ）」によって限定されるが、さらに例えばリッジ導波管レーザーのような弱誘導半導体デバイスは特にこれらのキンクの影響を受け易い。キンクの定義は大きく異なるが、典型的には閾値の上方での線形従属性からのおよそ２０％の逸脱に相当する。
【０００６】
これまでに出力対電流従属性におけるキンクを説明するために多数の様々な理論が提案されてきた。かかる理論はこれまでのところ総光学出力に影響を及ぼす高電流では固有モードスペース（ｅｉｇｅｎｍｏｄｅ  ｓｐａｃｅ）の移動が生じるらしいこと、および／または出力がどのようにしてファイバー伝送媒体に結合されるのかについては一致している。
【０００７】
理論的には不明確であるが、実験では一定のレーザーデバイスについてのキンク出力は例えば空胴寸法および屈折率並びにそれらのプロファイルのようなその共振空胴特徴に大きく依存することが証明されてきた。例えば、弱誘導ガリウムヒ素リッジ導波管デバイスの場合は、共振空胴の特徴は一部には被覆層（ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）パラメータによって決定される。残念なことに、これらの被覆層パラメータおよびパラメータを定義するために使用される製造プロセスは、単一共振器の設計をすべてのウエハおよびすべてのデバイスにとって最適であるようにするために必要な精度で制御することが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高精度で制御することのできないパラメータについて補償するためには、各ベースウエハが満足できるキンク出力性能を達成できるようにリッジ導波管デバイスの製造が最適化されなければならない。ウエハにおける変動が測定され、収集された情報を使用してウエハのプロセシングが個別化される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明の要旨は、
〔１〕能動層；
能動層を挟む上方被覆層および下方被覆層；
光軸の方向に伸びている、上方被覆層に形成されたリッジ；
光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しており、かつ共振空洞を規定するファセット；
光軸に沿って配置され、かつ共振空洞特性へのキンク出力従属性を低下させるために前記被覆層と相対して方向付けられている、アモルファスシリコン材料層、
を含んでなる半導体レーザーデバイス
に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、各ベースウエハが満足できるキンク出力性能を達成できるようにリッジ導波管デバイスの製造が最適化された半導体レーザーデバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｆｉｇ．１は、本発明に従った半導体レーザーデバイスを示した斜視図である。
【図２】Ｆｉｇ．２は、モード強度分布を示した半導体レーザーデバイスの断面図である。
【図３】Ｆｉｇ．３は、本発明に従った半導体レーザーデバイスの製造方法の工程を示す。
【図４】Ｆｉｇ．４は、本発明に従った半導体レーザーデバイスの製造方法の工程を示す。
【図５】Ｆｉｇ．５は、本発明に従った半導体レーザーデバイスの製造方法の工程を示す。
【図６】Ｆｉｇ．６は、本発明に従った半導体レーザーデバイスの製造方法の工程を示す。
【図７】Ｆｉｇ．７は、本発明のデバイスにおけるリッジの実際断面画像の一部である。
【図８】Ｆｉｇ．８は、従来型デバイス（破線）および本発明のキンク抑制層を備えたデバイス（実線）についてのキンク出力に関連するデバイス収率のプロットである。
【図９】Ｆｉｇ．９は、小組立デバイスに対して所定より優れた側方遠方界発散角度を有するデバイスのパーセンテージを示している累積側方遠方界分布のプロットである。
【図１０】Ｆｉｇ．１０は、本発明の別の実施態様に従った本発明の半導体レーザーデバイスの製造方法の工程を示す。
【図１１】Ｆｉｇ．１１は、本発明の別の実施態様に従った本発明の半導体レーザーデバイスの製造方法の工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明の概要
ウエハ−ウエハ製造を最適化することは費用がかかり、さらにウエハの一部が試験のために何度も犠牲にされるために収率が低下する。さらに、製造において必要とされる公差は一般に標準プロセスの能力を超えている。従って、最適化が適正に実行された場合でさえ、キンク出力性能はまだ満足できない程度にとどまり、ウエハ・デバイスの多くに広く分布しているので、なおさら収率を低下させるであろう。
【００１３】
本発明に従うと、リッジ導波管半導体の従来の構造物は一般に共振空胴特徴、および特にリッジの幾何学的形状へのキンク出力の従属性を劇的に低下させるように改良される。これは出力対電流従属性においてキンクを抑制するように機能する光学層の材料をリッジに隣接して若しくは近くに添加することによって遂行される。特に、この光学層を含めると、平均キンク出力が８０ｍＷ増加し、キンク出力変動が５０％低下し、さらに側方遠方界発散角度（ｌａｔｅｒａｌ  ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅ）が４０％低下することが証明されている。
【００１４】
キンク抑制光学層は、レイジングモードを制御し、吸収と望ましい基本側方共振器モード（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  ｍｏｄｅ）および望ましくないより上位の側方共振器モード（ｈｉｇｈｅｒ  ｏｒｄｅｒ  ｌａｔｅｒａｌ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  ｍｏｄｅ）によって経験される有効指数の修正とを組み合わせることによってキンク出力を最適化する。そして、これらの潜在的寄与の相対的有意性を限定することは困難であるが、吸収が優勢であると考えられる。さらに、応力、熱伝導率、および導波管の幾何学的形状における変化もまた本発明の性能に有益に寄与する可能性がある。
【００１５】
一部の研究者らは、弱誘導リッジレーザーデバイスにおけるキンクは基本モードと上位モードのフェーズ・ロッキング（ｐｈａｓｅ  ｌｏｃｋｉｎｇ）の結果であると理論付けた。これは２つのモードの組合せである新規の固有モードを生じさせる。フェーズ・ロッキングは、駆動電流と相関する熱若しくはその他の摂動を原因として２つのモードに対する伝搬定数が縮退し始めたときに発生する。本発明は基本および上位モードの伝搬定数を修正することによってこのフェーズ・ロッキングを阻害することが可能である。従って、一部の場合では観察された結果を達成するために光学層において大きな吸収が必要とされない可能性がある。
【００１６】
一般に、１つの態様に従うと、本発明は半導体レーザーデバイスを特徴とする。それは、上方および下方被覆層によって挟まれた能動層（ａｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）を含む好ましくはエピタキシャル層を有する半導体基板を含む。ファセット（ｆａｃｅｔ）は光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しており、リッジは光軸の方向で上方被覆層に形成される。キンク抑制層は光軸に沿って配置され、共振空胴特徴へのキンク出力従属性を低下させるために被覆層に相対的に方向付けられる。
【００１７】
特定実施態様では、キンク抑制層は光学モード（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｅ）領域の周囲に沿って側方で先端が切り取られており、さらに好ましくはリッジの両側で１つずつの２つの区間（ｓｅｃｔｉｏｎ）を含んでいる。
【００１８】
キンク抑制層の候補材料は次を基礎にして評価される：１）レイジング波長での複合屈折率、２）信頼性への有害な影響の可能性、および３）配置の容易さ。好ましい実施態様では、キンク抑制層はシリコンを含む。シリコンは３．６５の屈折率および１００ｃｍ-1の吸収係数を有する。これは、各々２．０、３．３８および３．３９である窒化シリコンパシベーション層（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）、上方被覆層およびトランスバース・モード（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍｏｄｅ）の屈折率に匹敵する。従って、シリコンは好ましい構造および望ましい吸収のために適した妥当な屈折率を有する。さらに、シリコンはｎ形ドーパントおよび様々なレーザーのためのファセット・コーティング材料として使用されてきた。このため、信頼性についての懸念が最小限に抑えられる。チタンは、その３．３５の屈折率、５００，０００ｃｍ-1の損失、並びに接点および高屈折率ファセット・コーティングを形成するために使用される金属フィルムのための接着層としての至る所での使用の点でもう１つの優れた候補である。その他に考えられる材料にはガリウムおよびゲルマニウムが含まれるが、それらに限定はされない。
【００１９】
他の実施態様に従うと、本発明はまた、半導体レーザーデバイスを製造するための方法を特徴とする。本方法は下方被覆層、能動層および上方被覆層を含む一連の典型的にはエピタキシャル層を形成する工程を含む。その後に上方被覆層にリッジが形成される。さらにその後にキンク抑制層が、一般にリッジの寸法または共振空胴特徴へのキンク出力従属性を低下させるために被覆層および能動層に相対的に方向付けられる。
【００２０】
好ましい実施態様では、リッジは光軸の方向に伸びているフォトレジスト・ストリップの両側で上方被覆層をエッチングすることによって形成される。その後ストリップはキンク抑制層の配置の際に保護層として使用される。
【００２１】
好ましいプロセスの最も重要な長所は、キンク抑制層が例えば電子ビーム蒸着およびスパッタ溶着プロセスのような単純な標準薄膜溶着技術を使用して溶着させられる点である。より複雑な構造は、モード特徴を制御するためにウエハが選択的にエッチングされた後にＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ、およびＬＰＥのような再生技術を用いて製造されてきた。そうした肥大化（ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）  は、ＡｌＧａＡｓ構造では、好ましい実施態様におけるように特にエピタキシャル層におけるアルミニウム画分が１０％を超える場合には困難である。
【００２２】
さらに、好ましいプロセスは単純ではあるが温度感受性（即ち、１５０℃未満）であるフォトレジストマスクの使用を許容し、再生プロセスにおいて遭遇するような典型的には３００℃を超える高温を必要としない。さらに、キンク抑制層のためのマスキング・フォトレジストはリッジのエッチング中に使用されたものと同一のフォトレジストであるので、好ましい実施態様では本方法はセルフアライン接触プロセス（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）である。
【００２３】
以下では、様々な新規の構造の細目およびパーツの組合せを含む本発明の前記およびその他の特徴並びに他の利点を添付の図面を参照しながらより詳細に説明し、請求項において指摘するであろう。本発明を具体化する特定の方法および装置は例示を目的に示されており、本発明を限定するものではないことは理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく様々な数多くの態様において使用することができる。
【００２４】
図面においては、相違する図を通して同様の参照文字は同一部分を指す。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれてはおらず、その代わりに本発明の原理を例示することに重点が置かれている。
【００２５】
好ましい実施態様の詳細な説明
Ｆｉｇ．１は、本発明の原理に従って構成された９８０ｎｍ半導体レーザーデバイス１０の斜視図である。
【００２６】
デバイス１０は基板１００上に組み立てられる。好ましい実施態様では、基板はガリウムヒ化物（ＧａＡｓ）である。基板は、同様に好ましくはＧａＡｓであるがさらに様々な含量のアルミニウムを有する、従ってＡｌＧａＡｓを形成している上方および下方エピタキシャル被覆層１０５、１１０を有する。これらの層は、好ましくはインジウム・ガリウムヒ化物（ＩｎＧａＡｓ）のドープ処理されていない単一量子井戸（ＳＱＷ）領域である能動層１１５を取り囲む傾斜ｐ形（１０５）およびｎ形（１１０）領域である。
【００２７】
他の実施態様では、異なる材料組合せが使用される。例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓエピタキシャル層を備えたＩｎＰ基板が代替実施である。
【００２８】
いずれにせよ、結果として生じる層状構造は能動層と被覆層を含む共振空胴内の主として能動層１１５において発生させられる光線を限定する。反射防止性フロントファセットコーティング１２２および高反射性リヤファセットコーティング１２４が光軸１２０に沿ったレーザーの共振空胴の程度を確定する。同様に、フロントファセットの反射性を増加させることを含む様々なコーティングの組合せを使用することができる。
【００２９】
好ましい実施態様では、半導体レーザーデバイスはリッジ型導波管構造である。リッジ１２５は、光軸１２０の方向で上方被覆層１０５内に例えばエッチングによって形成される。リッジを取り囲む領域は、リッジの上端以外はパシベーション層３１６によって被覆される。導電層１３０には、リッジ上端との良好なオーム接触を形成するためにＧａＡｓ接触層と金属電極とが含まれる。
【００３０】
リッジ１２５の両側に位置するのは、電線を受け入れてデバイスの軸に沿って、およびさらに導電層１３０を介してリッジの中心を抜けて下方へ電流を伝導する２つの比較的大きな金属製ｐ形接触領域１４０である。これは、電流がリッジ１２５を通って能動層１１５内に投入されることを保証する。ある実施におけるデバイスについての全体寸法は、およそ幅３００μｍ、高さ１５０μｍ、および長さ７５０μｍである。
【００３１】
本発明に従うと、上方被覆層１０５のエッチングされた上面の上に、従ってパシベーション層３１６の下にキンク抑制層がある。好ましくは、このキンク抑制層は、光軸１２０の両側で、リッジ１２５の上端の下方かつ能動層１１５の上方にある２つの区間若しくはウイング１３５Ａ、１３５Ｂに形成されるアモルファスシリコン層である。これらの区間１３５Ａ、１３５Ｂ各々は、好ましくは共振空胴の全長に渡り光軸１２０に沿って縦方向に伸びている。かかる区間は能動層１１５に対して垂直に走っていて光軸１２０を含んでいる平面の両側の横方向で先端が切られている。かかる区間は、基本光学出力の９５％以上が伝搬する光学モード領域１５５の周囲で終了する。
【００３２】
Ｆｉｇ．２は、光軸１２０に直交して切り取られたリッジ１２５と被覆層１０５、１１０の断面図である。Ｆｉｇ．２の左側でプロットによって示されているように、線形傾斜指数個別限定へテロ構造（ｌｉｎｅａｒ  ｇｒａｄｅｄ  ｉｎｄｅｘ−ｓｅｐａｒａｔｅ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）単一量子井戸（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＳＱＷ）指数プロファイル１７０は能動層１１５を取り囲むほんの小さな帯域でのみ存在する。しかし、基本トランスバースモード強度プロファイル１７５は、実質的にリッジ１２５内へ伸びて、はるかに広い帯域に渡って分布している。
【００３３】
Ｆｉｇ．２には側方基本モード強度（ｌａｔｅｒａｌ  ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）のプロット１８０が重ね合わせられている。かかるプロットは、大部分のモード・エネルギーが光軸１２０の周囲に集まって存在していることを示している。これとは対照的に、参照番号１８５によって示されている次の上位側方モード強度はゼロでは光軸１２０の周囲にあるが、キンク抑制層１３５Ａ、１３５Ｂの近くでは最大に達する。逐次的に上位側方モードはますます広がり、どんどん大きな程度までキンク抑制層１３５Ａ、１３５Ｂに重複しているので、従ってますます高度の光作用を経験する。
【００３４】
キンク抑制層は、上位の側方モードまたは非エルミート−ガウスモードに光損失を付け加えることによって、従ってそれらが定着および共振することを防止することによってキンク出力に影響を及ぼすと理論付けられている。これは固有モードスペースを一様により高い入力電流へ延長させる。
【００３５】
キンク抑制層の幾何学的形状を選択するときには、上位モード、特に次の上位モードが経験する損失が最大化されながら、望ましい基本モードが経験する損失が最小限に抑えられなければならない。基本モードについての満足できる損失はキンク抑制層が不在である場合に経験される損失の０．０１から１倍の範囲内であり、好ましい数値は通常損失のおよそ０．１倍である。
【００３６】
ある実施態様では、キンク抑制層の側方切頭（ｌａｔｅｒａｌ  ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ）および厚さは、基本トランスバースモード・エネルギーの１．５％、基本側方モード・エネルギーの５．７％、および次の上位側方モードの３０．６％が抑制層１３５Ａ、１３５Ｂに重複するように制御される。従って、層によって導入される損失はキンク抑制層が不在である共振器設計に典型的な２０／ｃｍの損失とは対照的におよそ１／ｃｍである。次の上位側方モードはその層のために６／ｃｍの追加の損失を経験すると予想される。これらの数値は本実行の設計において使用されたが、幾らかの不明確さは免れない。
【００３７】
Ｆｉｇ．３〜６は、本発明の原理に従った半導体レーザーデバイスを形成するためのプロセスを示している。
【００３８】
Ｆｉｇ．３は、部分的に完成されたレーザーデバイスの断面図である。基板１００上に形成された線形傾斜指数被覆層１０５、１１０はＳＱＷ能動層１１５を挟んでいる。好ましい実施態様では、層１０５、１１０は金属ビーム・エピタキシー（ＭＢＥ）を使用して連続的に形成されるが、例えばＭＯＣＶＤおよびＣＢＥのような他のプロセスを使用することもできる。
【００３９】
その後、リッジが形成されるべき領域の上方の上方被覆層１０５上にフォトレジスト・ストリップ３１０を溶着する。このフォトレジスト層３１０を形成するための方法はよく知られている。その方法は典型的には、被覆層の全上面の上に完全なフォトレジスト層を溶着する工程、その後に露光および現像を行う工程を含む。
【００４０】
Ｆｉｇ．４は、エッチング保護層としてフォトレジスト層３１０を使用する上方被覆層１０５のエッチングの結果を示している。このプロセスによりリッジ１２５を形成する。好ましい実施態様ではウェット・ケミカル・エッチングを行なう。エッチング液の化学的性質および浸漬時間を使用してリッジの形状およびサイズを制御する。下記で説明する試験結果では、ウエハは４，２００Åの公称残留被覆層厚さおよび２０，０００Åのリッジ高さを有していた。公称リッジ幅は５μｍであった。
【００４１】
Ｆｉｇ．５に示されているように、次の工程ではキンク抑制層の右および左の区間１３５Ａ、１３５Ｂをリッジ１２５の両側に溶着する。好ましくは、使用する溶着法はフォトレジスト３１０によって覆い被される領域３１２、３１４がキンク抑制層１３５のいずれの部分も受け入れないように高度に指向性である。詳細には、キンク抑制層１３５Ａ、１３５Ｂはウエハヘ垂直入射で電子ビーム蒸着法を使用して形成されるアモルファスシリコン層である。
【００４２】
シリコン製キンク抑制層１３５Ａ、１３５Ｂの厚さは性能における要素である。好ましい実施態様では、シリコン層の厚さは５００〜１，０００Åである。詳細には、試験された下記で説明するウエハでは８４３Åである。実験では、１，５００・までのシリコン層の厚さは達成できるが、それを超えるとシリコン層によって惹起される応力下でフォトレジスト・ピーリングが発生することが示されている。他の材料および／またはマスキング法であればこの限度を拡張できる可能性がある。
【００４３】
注目すべきはセルフアライメント・マスク３１０の使用である。一般に、光学モード領域に対するキンク抑制層の相対アライメントは重要であり、１μｍより良好にコアライメントされなければならない。
【００４４】
他の実施態様では、シリコン製キンク抑制層をエネルギー吸収を増加させるためにリッジ１２５の下方側壁３１５Ａ、３１５Ｂに沿って溶着する。この作用は例えば次のような数多くの方法のいずれか一つによって達成される：１）シリコン溶着プロセス中に基板１００を揺り動かす工程；２）基板１００をその正常軸の周囲で回転させ、回転軸に対して斜角でシリコン層を溶着させる工程；または３）スパッタリングのような無指向性溶着プロセスを使用する工程。さらになお別の実施態様では、これらの技術の一部を使用して光軸１２０の周囲でシリコン層１３５Ａ、１３５Ｂを非対称的に溶着する。
【００４５】
さらになお別の実施態様では、キンク抑制層はチタン、ガリウム、ゲルマニウム、またはデバイスの動作波長で低拡散率および高吸収率を提供する他の材料層から形成される。かかる層は或いはまた、イオン注入法を使用して形成することもできる。
【００４６】
好ましい実施態様では、シリコン層が置かれた後に、無指向性溶着法を使用してフォトレジスト３１０およびシリコン層１３５を覆ってリッジ１２５上に窒化シリコンパシベーション層３１６を溶着する。窒化シリコン層は下記のウエハ結果では厚さ２，２００Åである。或いはまた、より高周波数用途ではエアギャップ（ａｉｒ  ｇａｐ）パシベーション層に置換することもできよう。
【００４７】
ある代替プロセスでは、無指向性プラズマ増強化学蒸着法（ｎｏｎ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｐｌａｓｍａ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＰＥＣＶＤ）を使用してシリコン製キンク抑制層１３５Ａ、１３５Ｂを溶着し、その後に一部の小さなプロセス変更を伴うＰＥＣＶＤを使用して窒化シリコンパシベーション層の溶着が行われる。このプロセスの長所は次の点である：１）シリコンおよび窒化シリコンは１つの装置およびプロセス順序を使用して溶着させることができるので、製品の製造性が強化される；および２）シリコンがリッジの側面にまで及ぶであろう。
【００４８】
最後に、Ｆｉｇ．６の最終工程では、フォトレジスト３１０を除去し、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属化層３１８を溶着する。下記で考察する結果では、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属化保護膜は各々２００Å／１，５００Å／２，０００Åの厚さを有する。リッジの保護およびワイヤーボンディング領域を提供するために追加して金メッキされる。
【００４９】
Ｆｉｇ．７は、下記で考察する結果であるウエハから製造された一つのデバイスにおける実際のリッジのプロファイルおよび層厚さを示している。
【００５０】
当該技術において知られているように、典型的には数十個のリッジ１２５が単一基板／ウエハ１００に沿って並行してかつ相互に平行に形成される。製造工程が完了した後には、ウエハは典型的にはウエハの全長に沿ってリッジに垂直に走る面に沿って線が刻まれ、分割される。これは「バー」と呼ばれるものを生み出す。各バーはその後、Ｆｉｇ．１に示されているような個々の半導体レーザーデバイスを形成するために連続するリッジ間で線が刻まれて分割される。その結果として、各バーから多くのそうしたデバイスを形成することができ、単一ウエハ内に多数のバーが存在する。
【００５１】
先行技術の加工技術においては、本明細書ではＦｉｇ．４に示されているリッジのエッチングは結果として生じるデバイスのキンク出力を最大化するために最高の共振空胴特徴を入手することを求めて厳密に制御されるであろう。これはプロセスの限界を原因として必要精度レベルで被覆層パラメータを制御することが不可能であるために各ウエハ上で実施されなければならない。さらにリッジのエッチング深さが制御されなかった場合は、例えばリッジ幅、空胴長さ、リッジプロファイルまたは屈折率のような共振空胴特徴に影響を及ぼす一部の他のパラメータが精密な公差へ制御されなければならない。これとは対照的に、下記の結果によって示されるように、本発明に従うと例えばリッジのエッチング深さのような共振空胴特徴間の減結合が達成される。
【００５２】
Ｆｉｇ．８は、収率の観点からの本発明の長所を示している。製造されたデバイスの９５％以上が１９０ミリワット（ｍＷ）を超えるキンク出力を有する；デバイスの５０％は２２５ｍＷを超えるキンク出力を有する。これらの結果は、１３５ｍＷを超えるキンク出力を有するのが従来通りに製造された、即ちキンク抑制層を備えていないデバイスの５０％未満であるのと比較される。その結果として、本発明を実行すると、本発明のデバイスのキンク出力はキンク抑制層を備えていないデバイスより一様に高い。
【００５３】
所定のウエハからのデバイスのキンク出力における標準偏差は、本発明の長所を判断するためのもう１つの測定基準である。本発明を使用せずに製造されたウエハの一部からのデバイスにおけるキンク出力の標準偏差は５５．２と計算された。シリコン製キンク抑制層を使用して製造されたウエハの一部からのデバイスは、デバイスのキンク出力において２０．８の標準偏差を生じさせた。従って、第１および第２ウエハからのデバイスがデバイス毎の共振空胴特徴において実質的に同一変動性を有している場合でさえ、本発明に従って製造されたデバイスは大きく向上したキンク出力分布を示した。
【００５４】
向上したキンク出力およびキンク出力分布に加えて、Ｆｉｇ．９に示されているように、本発明を取り込んだデバイスはより優れた側方モード特徴を有する。本発明は小組立デバイス（ｓｕｂ−ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ）から側方遠方界発散角度において４０％低下を生じさせる。側方モードサイズにおける変動は係数２より大きく低下し、さらに遠距離通信のために使用される光ファイバーに結合するために最適である平均値を有する。
【００５５】
シリコン製キンク抑制層の導入に関連して可能性のある一つの欠点は閾値電流における予想される増加である。試験されたデバイスでは、閾値電流は４ｍＡ増加した。同様に、傾斜効率では０．７５％の低下が観察されている。
【００５６】
Ｆｉｇ．１０および１１は、一般に１．３および１．５マイクロメーターデバイスで使用される相違するリッジ構造物への本発明の適用を示している。
【００５７】
Ｆｉｇ．１０に示されているように、ＩｎＰ基板、下方被覆層１１０、上方被覆層１０５および能動層１２０を用いて開始する工程が様々な元素組成のＡｌＧａＩｎＡｓを使用してエピタキシャルに成長させられる。上方被覆層１０５における２つのチャネル２１２、２１４およびＧａＩｎＡｓＰエッチング停止層（図示されていない）への酸化物層２１０をエッチングするために写真平板プロセスが使用される。
【００５８】
その後、井戸２１２および２１４の側壁２２０および２２２上にほとんど材料が現われないように高度の指向性プロセスを使用してキンク抑制光学層２１６を溶着する。さらにその後、絶縁酸化物パシベーション層２１８が全基板に被せてコーティングされる。
【００５９】
波長が１．３μｍおよび１．５μｍのデバイスのためには、キンク抑制層２１６は、好ましくは例えばＴｉのようなこれらの波長で吸収する材料である適切な光学材料である。
【００６０】
或いはまた、キンク抑制層２１６を材料２１６が井戸２１２および２１４の側壁２２０および２２２上に現われるように低指向性プロセスを用いて溶着することができよう。
【００６１】
注目すべきは、先行実施態様と同様に、光学層２１６をエピタキシャル上方被覆層１０５とパシベーション層の間に溶着する事実であるが、これは容易に実行され、黙示的付加プロセス工程に関連する欠点を幾分軽減する。
【００６２】
Ｆｉｇ．１１は、フォトレジスト２２４を基板に被せて溶着し、露光し、その後リッジ１２５の領域において部分的に現像するプロセスにおける次の工程を示している。部分的現像は井戸２１２および２１４内にフォトレジスト層を残すが、リッジ１２５上の酸化シリコン層２１８、シリコン層２１６、および酸化シリコン層２１０の部分を露光させるので、その結果それらはエッチングプロセスにおいて除去される。これは引続いての電気接触層（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｌａｙｅｒｓ）のためにリッジ１２５を露光させる。
【００６３】
本発明に従うと、シリコン製キンク抑制層２１６Ａ、２１６Ｂは井戸２１２および２１４の底部に残留し、そこで結果として生じるデバイスのキンク出力性能を向上させるであろう。
【００６４】
本発明を詳細に示し、好ましい実施態様を参照しながら説明してきたが、当業者であれば添付の特許請求の範囲に定義されている発明の精神および範囲から逸脱することなく形状および細部において様々な変更を加えられることは理解できるであろう。
【００６５】
本発明の態様として、以下のものが挙げられる。
［１］能動層；
能動層を挟む上方被覆層および下方被覆層；
光軸の方向に伸びている、上方被覆層に形成されたリッジ；
光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しており、かつ共振空胴を規定するファセット；
光軸に沿って配置され、かつ共振空胴特徴へのキンク出力従属性を低下させるために前記被覆層に相対的に方向付けられているキンク抑制層、
を含んでなる半導体レーザーデバイス。
［２］キンク抑制層がエピタキシャル上方被覆層のエッチングされた部分の上に形成されるものである［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［３］キンク抑制層が、１５０ｍＷを超えるキンク出力を有するデバイスの数を９０％を超えるまで増加させるものである、［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［４］キンク抑制層が、１７５ｍＷを超えるキンク出力を有するデバイスの数をおよそ９０％またはそれ以上まで増加させるものである、［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［５］キンク抑制層が基本光学モード領域の周囲に沿って側方で先端が切り取られているものである、［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［６］キンク抑制層がリッジの両側の下で光軸の縦方向下方に伸びている２つの区分を含んでなるものである［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［７］キンク抑制層がリッジの上端と能動層との間に位置するものである［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［８］キンク抑制層が、デバイスの動作波長で吸収があり、および／または上位側方モードにより経験される屈折の有効指数を修正するものである、［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［９］キンク抑制層がシリコンを含有してなるものである［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［１０］キンク抑制層がチタン、ガリウム、またはゲルマニウムを含有してなるものである［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［１１］キンク抑制層が上方被覆層の上に溶着されているものである［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［１２］キンク抑制層が蒸着／スパッタリング技術を用いて溶着されるものである［１１］記載の半導体レーザーデバイス。
［１３］レーザーデバイスがレーザー増幅器である［１］記載の半導体レーザーデバイス。
［１４］能動層；
能動層を挟むエピタキシャル上方被覆層およびエピタキシャル下方被覆層；
光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しているファセット；
光軸の方向に伸びている、上方被覆層にエッチングされたリッジ；
リッジを覆って溶着されたパシベーション層；ならびに
パシベーション層とエッチングされた上方被覆との間で、リッジの両側の上に配置された光学層、
を含んでなる半導体レーザーデバイス。
［１５］光学エネルギー吸収層がシリコンを含有してなるものである［１４］記載の半導体レーザーデバイス。
［１６］キンク抑制層がチタン、ガリウム、またはゲルマニウムを含有してなるものである［１４］記載の半導体レーザーデバイス。
［１７］上方被覆層にリッジを形成する工程；ならびに
リッジ寸法へのキンク出力従属性を低下させるために被覆層と能動層に相対的に方向付けられているキンク抑制層を形成する工程、
を含む、下方被覆層、上方被覆層、および上方被覆層と下方被覆層との間の能動層からの半導体レーザーデバイスの製造方法。
［１８］リッジがエピタキシャル上方被覆層をエッチングすることにより形成されるものであり、かつキンク抑制層が上方被覆層のエッチングされた部分の上に溶着されるものである［１７］記載の方法。
［１９］１５０ｍＷを超えるキンク出力を有するデバイスの数を９０％を超えるまで増加させるキンク抑制層をさらに含む［１７］記載の方法。
［２０］１７５ｍＷを超えるキンク出力を有するデバイスの数をおよそ９０％またはそれ以上まで増加させるキンク抑制層をさらに含む［１７］記載の方法。
［２１］光学モード領域の両側の上の２つの区分にキンク抑制層を形成する工程をさらに含む［１７］記載の方法。
［２２］キンク抑制層が従来の蒸着／スパッタリング技術を用いて溶着される［１７］記載の方法。
［２３］キンク抑制層が１５０℃未満の温度で溶着される［１７］記載の方法。
［２４］レーザーデバイスの光軸の方向に伸びている、上方被覆層のリッジをエッチングする工程；
パシベーション層を溶着する工程；ならびに
リッジの両側の上で、上方被覆層とパシベーション層との間に光学層を溶着する工程、
を含む、下方被覆層、上方被覆層、および上方被覆層と下方被覆層との間の能動層からの半導体レーザーデバイスの製造方法。
［２５］リッジをエッチングする工程が、
光軸の方向に伸びているフォトレジストストリップを溶着する工程；ならびに
フォトレジストストリップの両側の上に上方被覆層をエッチングする工程、
を含む、［２４］記載の方法。
［２６］さらにフォトレジストストリップの除去の前にエッチングされた上方被覆層の上に光学層を溶着する工程を含む［２５］記載の方法。
［２７］パシベーション層を溶着する工程が光学層を覆って窒化物層を溶着する工程を含む［２６］記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月5日(2009.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動層；
能動層を挟む上方被覆層および下方被覆層；
光軸の方向に伸びている、上方被覆層に形成されたリッジ；
光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しており、かつ共振空洞を規定するファセット；
光軸に沿って配置され、かつ共振空洞特性へのキンク出力従属性を低下させるために前記被覆層に相対して方向付けられている、シリコン層、
を含んでなる半導体レーザーデバイス。
【請求項２】
シリコン層が、エピタキシャル上方被覆層のエッチングされた部分の上に形成されるものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項３】
シリコン層が、１５０ｍＷを超えるキンク出力を有するデバイスの数を９０％を超えるまで増加させるものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項４】
シリコン層が、１７５ｍＷを超えるキンク出力を有するデバイスの数をおよそ９０％またはそれ以上まで増加させるものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項５】
シリコン層が、基本光学モード領域の周囲に沿って側方で先端が切り取られているものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項６】
シリコン層が、リッジの両側の下で光軸の縦方向下方に伸びている２つの区分を含んでなるものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項７】
シリコン層がリッジの上端と能動層との間に位置するものである請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項８】
シリコン層が、デバイスの動作波長で吸収があり、および／または上位側方モードにより経験される有効屈折率を修正するものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項９】
シリコン層が上方被覆層の上に溶着されているものである、請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項１０】
シリコン層が蒸着／スパッタリング技術を用いて溶着されるものである、請求項９記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項１１】
レーザーデバイスがレーザー増幅器である請求項１記載の半導体レーザーデバイス。
【請求項１２】
能動層；
能動層を挟むエピタキシャル上方被覆層およびエピタキシャル下方被覆層；
光軸に沿ってデバイスの両端上に位置しているファセット；
光軸の方向に伸びている、上方被覆層においてエッチングされたリッジ；
リッジを覆って溶着されたパシベーション層；ならびに
パシベーション層とエッチングされた上方被覆層との間で、リッジの両側の上に配置されたアモルファスシリコン層、
を含んでなる半導体レーザーデバイス。