(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振器レーザダイオード（１０，２０）であって、
−第１のブラッグ反射器層シーケンス（２）と第２のブラッグ反射器層シーケンス（４）との間に、活性層シーケンス（３）が、レーザビームの形成のために設けられており、前記各ブラッグ反射器層シーケンスの各々が、多数のミラー対（２２，４４）を有しており、
−前記両ブラッグ反射器層シーケンス（２，４）は、レーザ共振器を構成しており、
−前記両ブラッグ反射器層シーケンス（２，４）及び前記活性層シーケンス（３）は、第１の電気コンタクト層（７）と第２の電気コンタクト層（８）との間に設けられており、
−前記両ブラッグ反射器層シーケンス（２，４）のうちの一方のブラッグ反射器層シーケンス（４）は、前記活性層シーケンス（３）内に形成されたレーザビームに対して部分透過性である
垂直共振器レーザダイオードにおいて、
−予め決められた光吸収を行う少なくとも１つの光吸収層（９）が、部分透過性ブラッグ反射器層シーケンス（４）の光出口面上に設けられており、前記光吸収層（９）は、前記光出口面の領域内で一定厚を有していることを特徴とする垂直共振器レーザダイオード（１０，２０）。
【請求項２】
光吸収層（９）は、部分透過性ブラッグ反射器層シーケンス（４）と、第１の電気コンタクト層（７）との間に設けられている請求項１記載の垂直共振器レーザダイオード（１０）。
【請求項３】
光吸収層（９）は、第１の電気コンタクト層（７）の光出口面上に堆積されている請求項１記載の垂直共振器レーザダイオード（２０）。
【請求項４】
光吸収層（９）が、コンタクト層（７）内に形成された光出口開口の領域内に、光吸収を特定する所定の層厚で設けられている請求項２又は３記載の垂直共振器レーザダイオード（１０，２０）。
【請求項５】
請求項１又は２記載の垂直共振器レーザダイオードの製造方法において、
−半導体基板上に、順次連続して、第１のブラッグ反射器層シーケンス、活性層シーケンス、第２のブラッグ反射器層シーケンス及び所定厚の光吸収層を堆積し、
−前記光吸収層上に、光出口開口を有する第１の電気コンタクト層を堆積し、基板の裏側に、第２の電気コンタクト層を堆積し、
−光出力を測定し、微分量子効率(differentielle Quantenwirkungsgrad)を測定し、光吸収層を光出口開口の領域内に、所望の微分量子効率が達成される迄エッチングすることを特徴とする垂直共振器レーザダイオードの製造方法。
【請求項６】
請求項１又は３記載の垂直共振器レーザダイオードの製造方法において、
−半導体基板上に、順次連続して、第１のブラッグ反射器層シーケンス、活性層シーケンス、第２のブラッグ反射器層シーケンスを堆積し、
−前記第２のブラッグ反射器層シーケンス上に、光出口開口を有する第１の電気コンタクト層を堆積し、基板の裏側に、第２の電気コンタクト層を堆積し、
−光出口開口の領域内に、光吸収層を堆積し、その際、
−択一選択的に、所定厚の光吸収層を堆積し、光出力を測定し、微分量子効率を測定し、光吸収層を光出口開口の領域内に、所望の微分量子効率が達成される迄エッチングし、
−又は、前記光吸収層をステップ状に堆積し、その際、その間に、前記光出力を測定し、前記微分量子効率を測定し、所望の微分量子効率が達成されると即座に方法ステップを終了することを特徴とする垂直共振器レーザダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１上位概念に記載の垂直共振器レーザダイオードに関する。
【０００２】
その種の垂直共振器レーザダイオードは、基本的に、米国特許第５６３７５１１号明細書から公知であり、この垂直共振器レーザダイオードは、基板によって光減結合を行う、荷電坦体制限用の高い抵抗領域のある構造を有している。
【０００３】
垂直共振器レーザダイオード（ＶＣＳＥＬｓ）を光学的な送信モジュール、例えば、ＰＡＲＯＬＩ内に用いるには、狭い仕様限界内で、構成素子の比較的僅かな微分量子効率(differentielle Quantenwirkungsgrad)（ＤＱＥ）が必要であることが屡々である。その際、製造プロセスの再現可能性に高い条件が要求される。従って、歩留まりを上げるために、構成素子プロセッシング中、エピタキシャル成長によりＤＱＥを調整することが所望である。
【０００４】
ＶＣＳＥＬｓの別の問題点は、表面近傍、例えば、ガラスファイバ端面でのＶＣＳＥＬ出口ビームの反射により、構成素子のノイズが過度に大きくなることがあり、その結果、光データ伝送システムの効率が制限されることになる。
【０００５】
ＶＣＳＥＬｓのＤＱＥは、従来技術では、エピタキシャル成長中ウエーハ上に析出される半導体層の特性によって決められる。比較的低いＤＱＥを達成するために、例えば、極めて多数の層対がＶＣＳＥＬｓの減結合ミラー内に使用される。しかし、そうすることによって、内部の光強度は、外部のビーム強度に比較して高くなり、その結果、構成素子の寿命に不利に作用することがある。
【０００６】
ＶＣＳＥＬｓの反応感度は、従来技術では、どんな場合でも、部分的にミラー状態のレンズのような外部光学素子によって低減されている。光通信技術で使用されるような光アイソレータは、短い距離のデータコネクション用には、コスト上の理由から排除されている。
【０００７】
米国特許第５８３８７１５号明細書には、ＶＣＳＥＬレーザダイオードが記載されており、このＶＣＳＥＬレーザダイオードの作動の際、高次振動モードが形成されるのが回避されるのは、ダイオードの光出口面に、光空洞(optische Kavitaet)の損失を特定する要素が結合されているようにしてであり、その際、吸収による光出力の損失が、光軸からの横方向間隔が増大するにつれて増大する。損失を特定する要素は、最も簡単な場合、凹部として構成されており、この凹部は、光軸で最小値が１つある曲線状特性を有している。
【０００８】
ヨーロッパ特許公開第８９２４７３号公報には、半導体レーザが記載されており、この半導体レーザは、光出口面で検出されるビーム量を低減するために、部分反射コーティング付の透明レンズキャップを有している。
【０００９】
米国特許第５７４５５１５号明細書には、ＶＣＳＥＬ半導体レーザが開示されており、この半導体レーザは、両反射ミラー列の一方に１／４波長層を有しており、この１／４波長層は、半導体レーザの吸収層として作用し、検出された半導体レーザの光出力を有効に制限する。
【００１０】
従って、本発明が基づく課題は、所定の微分量子効率を達成するように調整することができ、それと同時に、反応感度を低減することができるようにした垂直共振器レーザダイオードを提供することである。
【００１１】
本発明によると、この課題は、所定の光吸収を行う少なくとも１つの光吸収層が、部分透過性ブラッグ反射器層シーケンスの光出口面上に設けられており、光吸収層は、光出口面の領域内で一定厚を有していることにより解決される。
【００１２】
ここで説明すべき本発明では、外側に可視の外部ＤＱＥが、少なくとも１つの吸収層によって低減されており、この層は、垂直共振器レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）の表面の周囲に配設されている。吸収層は、基底吸収により、外側に達するフォトンの個数を減らす。
【００１３】
光吸収層の形成は、基本的に種々異なった２つの形式でＶＣＳＥＬの製造プロセス中に組み込むことができる。
【００１４】
第１の実施例では、光吸収層は、所定のように、ＶＣＳＥＬ内にモノリシックに集積化され、即ち、光出口側のブラッグ反射器層シーケンスの堆積部に直ぐ続けて、有利には、同一成長方法で所定厚で、この上に成長される。それに続いて、光出口側の電気コンタクト層が光吸収層上に堆積されており、光出口開口が設けられている。それから、ＶＣＳＥＬの光出力が測定され、微分量子効率が測定される。それから、交互に、光吸収層が光出口開口の領域内にエッチングされ、光出力が測定され、この方法ステップが継続して行われて、所望の微分量子効率が達成されるようになる。
【００１５】
第２の実施例では、ＶＣＳＥＬが処理し終わり、光吸収層が後から光出口側電気コンタクト層上に堆積される。適切な厚みになるように、種々異なる２つのやり方で調整することができる。光吸収層は、一方では、第１の実施例と同様に所定の十分な厚みで堆積され、光出力測定と交互にエッチングされる。光吸収層は、他方では、ステップ状に僅かな層厚インクリメントで、光出力測定と交互に堆積される。
【００１６】
従来技術での光データ伝送にとって重要な波長である８５０ｎｍの場合、第１の実施例では、吸収層として、例えば、数μｍ厚のＧａＡｓ層が使用される。第２の実施例では、例えば、非晶質シリコンが適切な析出方法によって堆積される。
【００１７】
吸収層は、微分量子効率の他に、それと同時に構成素子の外部コンダクタンス(Steilheit)も低減し、その際、内部フォトン密度が定格値に上昇されない。更に、ＶＣＳＥＬの光共振器内に戻される外部反射が、この吸収層によって減衰され、その結果、外部反用に対する構成素子の安定度を改善することができる。
【００１８】
以下、本発明の２つの実施例について、図示の処理し終わったＶＣＳＥＬを用いて詳細に説明する。その際：
図１は、第１の実施例により製造された本発明の垂直共振器レーザダイオードのエピタキシャル層構造、
図２は、第２の実施例により製造された本発明の垂直共振器レーザダイオードのエピタキシャル層構造
を示す。
【００１９】
図１の第１の実施例は、本発明の垂直共振器レーザダイオード１０のエピタキシャル層構造を示し、その際、光吸収層９がレーザダイオード内にモノリシックに集積化されている。
【００２０】
ＧａＡｓ基板６上に、第１の下側ブラッグ反射器層シーケンス２が設けられており、これらの層シーケンスは、個別同一ミラー対２２から構成されている。このミラー対は、各々種々異なったバンド厚の２つのＡｌＧａＡｓ層から形成されている。同様に、第２の上側ブラッグ反射器層シーケンス４が、相応のミラー対４４から堆積されている。下側のブラッグ反射器層シーケンスと上側のブラッグ反射器層シーケンスとの間には、活性層シーケンス３が埋め込まれており、活性層シーケンスは、活性ゾーン３ａを有している。図示の実施例では、レーザダイオードの放射波長は、８５０ｎｍである。レーザダイオード１０の上側表面上には、第１の金属化層７が設けられており、この金属化層は、レーザダイオード１０のｐ−ドーピング側の電気端子用に使用される。第１の金属化層７は、中央開口部を有しており、これを通ってレーザビームが放射される。ダイオードのnドーピング側は、通常のように、基板６に接触接続された第２の金属化層８を介して電気的に閉じられる。
【００２１】
上側のブラッグ反射器層シーケンス４は、実施例では、ミラー対４４を有しており、ミラー対は、所謂カレントアパーチャ４１（Ｓｔｒｏｍａｐｅｒｔｕｒ）を有している。カレントアパーチャ４１は、横方向の電流を制限するようにされており、従って、本来の活性光放射面が活性ゾーン３ａ内に定義される。電流は、カレントアパーチャ４１の開口領域上に限定される。従って、光放射面は、活性ゾーン３ａ内の、この開口領域の直ぐ下側に位置する。カレントアパーチャ４１は、公知のように、当該ミラー対のＡｌＧａＡｓ層の部分酸化によって、又は、イオン又はフォトンインプランテーションによって製造される。
【００２２】
レーザダイオード１０の上側ブラッグ反射器層シーケンス４は、活性層３の上側のメサ構造の形式で構造形成されている。メサ状の上側ブラッグ反射器層シーケンス４は、側方が適切な不活性化層１１によって囲まれている。
【００２３】
上側ブラッグ反射器層シーケンス４の上側には、光吸収層９が堆積されており、この光吸収層によって、放射された光放射の所期の減衰が光吸収によって調整される。この層９によって、従って、レーザダイオードの微分量子効率（ＤＱＥ）が所期のように調整される。放射波長８５０ｎｍ（本実施例の場合と同様に）の場合、光吸収層９用の材料として、数μｍの大きさの層厚のＧａＡｓが提供される。ＧａＡｓ層は、有利には、レーザダイオードの他の半導体層と共に成長される。成長方法としては、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長法）又はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）が使われる。所望の層厚が成長パラメータの調整によって比較的正確に調整されるにも拘わらず、微分量子効率は、複数係数、例えば、ドーピングに依存する材料吸収の積である。従って、ＤＱＥの調整は、光吸収層９が先ず十分な層厚で成長されて、続いて部分的に再度エッチングされるようにして行われる。
【００２４】
構成素子が先ず形成され、放射された光出力が測定され、それからＤＱＥが求められる。その際、光吸収層が第１の電気コンタクト層の光出口開口の領域内に部分的にエッチングされ、その際、堆積された金属化層７がエッチングマスクとして作用する。図１に示された構成素子では、ＧａＡｓ層９内にエッチングされた凹部及び僅かなアンダーカット／サイドエッチング(Unteraetzungen)が光出口開口の縁領域内に形成されていることが分かる。
【００２５】
レーザダイオードのメサ構造の製造及び酸化アパーチャ４１の形成は、光吸収層９の成長後に行われる。それから、この構造が、不活性化層１１を用いて平坦化され、第１のコンタクト層７が堆積され、その上に、既述のように、光吸収層の層厚が形成される。
【００２６】
図２には、第２の実施例で製造された、本発明の垂直共振器レーザダイオード２０が図示されている。簡単にするために、図１の場合と同様の機能又は同じ技術的意味の要素は、同じ参照数字が選定されていて、その説明も略する。
【００２７】
この実施例では、ＶＣＳＥＬが形成され、光出口側のブラッグ反射器層シーケンス４上に、光出口開口を有する第１の電気コンタクト層７が堆積されている。所望の場合、先ず、光出力が測定され、ＶＣＳＥＬのＤＱＥが特定される。その後、光吸収層９が堆積され、この層は、この実施例では、例えば、非晶質シリコンから形成されている。これは、先ず、適切な析出方法、例えば、光出口開口上の蒸着により堆積される。有利には、層９は、適切なマスキング又はリフトオフ(Lift-Off)技術によって堆積されて、光出口開口が被覆され、第１の接触接続層７が縁領域内に僅かにオーバーラップされる。
【００２８】
光吸収層９の適切な層厚は、層を交互に堆積して、光出力を測定することによって調整することができ、その際、所望のＤＱＥが達成された場合に方法ステップが終了される。しかし、第１の実施例の場合同様に、先ず十分な層厚が堆積されて、続いて、交互にエッチングして、光出力を測定することによって、適切な層厚を調整するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例により製造された本発明の垂直共振器レーザダイオードのエピタキシャル層構造
【図２】  第２の実施例により製造された本発明の垂直共振器レーザダイオードのエピタキシャル層構造
【図１】
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【図２】
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