(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザーファセットの現場の外からの（ex-situ）状態調整及びこれを使用して形成された表面安定化デバイスを提供する。【解決手段】ミラーファセットを有する端面発光レーザーダイオードの表面安定化層２２、２４を形成するために使用される絶縁性材料を状態調整するために、現場の外からの（ex-situ）処理を使用して状態調整される。外部エネルギー源３２（レーザー、フラッシュランプ、電子ビーム）を利用して、所与の線量で、表面安定化層２２、２４の厚み全体を状態調整するのに十分な時間の間、材料を照射する。このレーザー処理を、レーザーダイオードの両方のファセットを覆う層２４、２８（これは、表面安定化層と被覆層の両方を含むことがある）に適用して、ファセットのオーバーレイ全体を安定化させる。重要なことに、この現場の外からの（ex-situ）処理は、デバイスがまだバー形状であるうちに行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面発光レーザーダイオードのファセットを表面安定化させる方法であって、
ａ）反応チャンバ内で、前記端面発光レーザーダイオードのむき出しのファセット表面上に１つ又は複数の表面安定化層を付着させて、所定の厚さのファセット被覆を形成するステップと、
ｂ）前記端面発光レーザーダイオードを前記反応チャンバから取り出すステップと、
ｃ）前記所定の厚さにわたって前記ファセット被覆を状態調整するのに十分な時間の間、前記ファセット被覆をエネルギー源を用いて照射するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ステップｃ）を行うことにおいて、前記ファセット被覆を照射するためにレーザー源が利用されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、ステップｃ）を行うことにおいて、前記ファセット被覆を照射するためにフラッシュランプが利用されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、ステップｃ）を行うことにおいて、前記ファセット被覆を照射するために電子ビームが利用されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記方法は、個々のデバイスにダイシングされる前のレーザーダイオードのバーに適用されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記１つ又は複数の表面安定化層は、シリコン、ゲルマニウム、アンチモン、並びにシリコン、ゲルマニウム、アンチモンの酸化物及び窒化物、からなる群から選択される材料からなることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、パルスエネルギー源が使用されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、ＣＷエネルギー源が使用されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、ステップａ）を行うことにおいて、ステップｃ）の照射を予備形成するのに先立って、各表面安定化層の上に被覆層を付着させることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記被覆層は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、シリコン酸化物、シリコン窒化物、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、及び酸化タンタルからなる群から選択される材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
端面発光レーザーダイオードであって、
動作波長で光を生成するために、導波路構造体が上に形成された半導体基板と、
前記導波路構造体の対向する面上に形成された、一対のへき開されたファセットと、
前記一対のへき開されたファセットを覆うように形成された、所定の厚さの表面安定化層において、前記表面安定化層は前記所定の厚さにわたって完全に状態調整されている、表面安定化層と、
前記表面安定化層のうちの少なくとも１つの上に直接的に形成された反射被覆層と、
を含むことを特徴とする端面発光レーザーダイオード。
【請求項１２】
請求項１１に記載の端面発光レーザーダイオードにおいて、前記反射被覆層は、前記表面安定化層と共に完全に状態調整されていることを特徴とする端面発光レーザーダイオード。
【請求項１３】
請求項１１に記載の端面発光レーザーダイオードにおいて、前記表面安定化層は、シリコン、ゲルマニウム、アンチモン、並びにそれらの酸化物及び窒化物、からなる群から選択されるレーザー照射された材料を含むことを特徴とする端面発光レーザーダイオード。
【請求項１４】
請求項１１に記載の端面発光レーザーダイオードにおいて、前記反射被覆層は、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、シリコン酸化物、シリコン窒化物、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、及び酸化タンタルからなる群から選択される材料で形成されることを特徴とする端面発光レーザーダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザーデバイスに関し、より詳細には、現場の外からの（ex-situ）処理を使用して状態調整されたミラーファセットを有する端面発光レーザーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力半導体レーザーダイオードは光通信技術において重要な構成要素になってきている、というのも、とりわけ、そのようなレーザーダイオードは、ファイバーポンピング（光信号の増幅）及び他の高出力用途に使用することができるからである。大抵の場合、長寿命、信頼性の高い安定した出力、高出力、高い電気光学効率、及び高いビーム品質などの特徴が一般的に望まれる。最新の高出力レーザーダイオードの長期間にわたる信頼性のための１つの鍵は、レーザーキャビティの対向するミラーを形成するようにへき開されたレーザーファセットの安定性に依存する。
【０００３】
レーザーファセットの物理的な劣化は、光、電流、及び熱によって推し進められることのある複雑な反応であり、これは出力の低下をもたらし、深刻な場合には、ミラー表面自体の壊滅的な光損傷（ＣＯＤ）に至る。これらの問題に対処しＣＯＤの可能性を最小限に抑えるために、ＩＢＭによって開発され「Ｅ２表面安定化」と呼ばれる処理が使用されてきた。Ｍ．Ｇａｓｓｅｒらに対して公布された「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅｓ」と題されたＩＢＭの米国特許（特許文献１）に記載されているように、このＥ２処理は、むき出しのファセット（ミラー）の表面上の被覆としてシリコン（又は場合によってはゲルマニウム若しくはアンチモン）の層を付着させることを含む。被覆の存在は、表面安定化層として機能し、ミラーファセットの界面と反応する可能性のある不純物の拡散を防止する。
【０００４】
現在のレーザーダイオードは比較的に高い電力で動作し、付着されたこれらの従来技術による表面安定化層は、破損し、ミラー表面の損傷を引き起こすことがあることが判明している。従って、赤外高出力レーザーダイオード用の安定したミラーを得るために、表面安定化層を「状態調整する」ことが今では標準的な慣例になっている。現在行われているように、状態調整は、付着したままの非晶質の表面安定化層の内部に結晶構造を形成し、表面安定化層とミラーファセットとの間に安定した界面を形成するように、長時間の間（例えば、数十〜数百時間）低い電流レベルでレーザーダイオードを動作させることを必要とする極めて時間のかかる処理である。この状態調整処理に必要とされる時間に加えて、状態調整はデバイス毎に行われる必要があり、製造プロセスの時間及び費用を更に拡大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，０６３，１７３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、レーザーファセットの状態調整に必要とされる時間を短縮する必要性に対処する。本発明は、レーザーデバイスに関し、より詳細には、従来の低電流動作方式の代わりに「現場の外からの（ex-situ）」照射処理を使用して状態調整されたミラーファセット表面安定化被覆を有する端面発光レーザーダイオードに関する。
【０００７】
本発明の教示及び原理によれば、ファセット表面安定化層として使用される材料を照射するために、外部エネルギー源が利用される。表面安定化層は、好ましくは絶縁性（又は低導電性）であるべきである。とりわけ、表面安定化層は、シリコン、ゲルマニウム、又はアンチモンなどの材料を使用して形成されることがある。照射処理自体は、従来技術の「バーンイン」状態調整処理に必要とされた長い時間に比べて、わずか数秒間又は数分間しかかからない。
【０００８】
外部エネルギー源は、レーザー、フラッシュランプ、電子ビーム、又は他の適切な放射源を含むことがある。エネルギー源は、ＣＷ又はパルス方式のいずれかで動作することがあり、表面安定化層は、表面安定化材料の層の厚さ全体を状態調整するのに十分な照射線量で照射される。この現場の外からの（ex-situ）状態調整処理は、レーザーダイオードのファセットに適用され、好ましくはデバイスがバー形状である間（即ち、ダイシングされる前）に行われる。しかしながら、本発明の現場の外からの（ex-situ）状態調整処理は、ダイシングされた後の個々のデバイスに適用されてもよく、個々の取り付けられていないダイか、又は取り付けられたダイ（例えば、カード、キャリア、又はサブマウントに取り付けられたデバイス）のいずれかに現場の外からの（ex-situ）状態調整を行うことでもよいことを、理解されたい。
【０００９】
本発明の１つ又は複数の実施形態による端面発光レーザーダイオードのファセットを表面安定化させる現場の外からの（ex-situ）例示的な方法は、以下のステップを含む、即ち、ａ）反応チャンバ内で、端面発光レーザーダイオードのむき出しのファセットの表面上に表面安定化材料の１つ又は複数の層を付着させて、所定の厚さのファセット被覆を形成するステップ、ｂ）反応チャンバからレーザーダイオードを取り出すステップ、ｃ）所定の厚さにわたってファセット被覆を状態調整するのに十分な時間の間、エネルギー源からのビームでファセット被覆を照射するステップ、を含む。代替の方法では、照射するステップを行う前に表面安定化層の上に外側被覆層を付着させることがある（従って、表面安定化層と被覆層との組み合わせを完全に状態調整し、安定化させる）。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、動作波長で光を生成するために導波路構造体が上に形成された半導体基板と、導波路構造体の対向する面上に形成された一対のへき開されたファセットと、この一対のへき開されたファセットを覆うように形成された所定の厚さの表面安定化層と、表面安定化層のうちの少なくとも１つの上に直接的に形成された反射被覆と、を含む端面発光レーザーダイオードの形態を取る。なお、表面安定化層は、所定の厚さにわたって完全に状態調整される。
【００１１】
本発明の他の更なる実施形態及び態様が、以下の考察の過程で、添付の図面を参照することにより、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、端面発光半導体レーザーダイオードの概略平面図である。
【図２】図２は、本発明の１つ又は複数の実施形態による、レーザーダイオード表面安定化層の現場の外からの（ex-situ）状態調整を行うための例示的な構成を示す。
【図３】図３は、現場の外からの（ex-situ）状態調整、この場合には、表面安定化層及びその上に重なる被覆層の完全な状態調整／安定化を行うための、代替の構成を示す。
【図４】図４は、一組のプロットを含み、本発明による現場の外からの（ex-situ）状態調整を使用することによりＣＯＤが改善されたことを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下で詳細に説明するように、本発明は、レーザーダイオードの露出したファセット上の被覆として使用される表面安定化層を完全に状態調整するための、現場の外からの（ex-situ）処理の利用に関する。現場の外とは、ここでは、本発明の原理に従って行われるような状態調整（即ち、外部エネルギー源を使用することによりもたらされる状態調整）と、レーザーダイオードデバイス自体の動作により達成される従来技術による「現場での」状態調整（通常、長時間にわたり低電流レベルで行われる）との相違を強調するために使用される。本発明の目的のために、「完全に状態調整する」という語句は、主に、表面安定化層を含む材料（例えば、シリコン、ゲルマニウム、アンチモン）を、その層の厚み全体にわたって状態調整することを意味する。「完全に状態調整する」とは、本発明の目的のために、表面安定化層とその表面安定化層の上に重なる標準的な被覆層との両方（並びにそれらの間の全ての界面、即ち表面安定化フィルム−チップ界面など）を含む、ファセットの重ね合わせ全体の、現場の外からの（ex-situ）安定化を行うものとして、説明することもできる。
【００１４】
以下で考察するように、本発明の現場の外からの（ex-situ）方式は、（個々のデバイスにダイシングする前の）レーザーダイオードのバーに対して状態調整を行うことを可能にし、従って、従来技術のプロダクト毎の方式に比べて、処理効率が大幅に改善される。更に、本発明の現場の外からの（ex-situ）処理は、実行するのに、処理される寸法／面積に応じて、従来のデバイス毎の状態調整方式で必要とされた数時間ではなく、せいぜいわずか数秒間又は数分間しかかからない。
【００１５】
ここで図を参照すると、例示的なレーザーダイオードが、図１の平面図に概略的に図示されている。レーザーは、前面ファセット１２及び対向する背面ファセット１４を有する半導体光電子チップ（又は「バー」）１０内に形成されている。バー１０は、垂直構造（詳細には図示せず）を含んでおり、この垂直構造は通常、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャルに堆積された、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、及び関連するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、の層から構成される。しかしながら、本発明の範囲内で、他の材料の組み合わせも可能であることは勿論である。
【００１６】
これらのデバイスの商業生産では、多数のそのようなバーが単一のＧａＡｓウェハ上に同時に形成され、その後ウェハは天然のへき開面に沿ってへき開されて、図１に示すように、前面ファセット１２及び背面ファセット１４、並びに垂直に配置された側面１６、１８を有する多数の別個のバー１０を形成する。ウェハ上で行われる半導体処理は、ファセット１２、１４の間にこれらのファセットに垂直に延びる導波路構造体２０も形成する。大抵の場合、導波路構造体２０はリッジ導波路であるが、他の構成も可能である（例えば、高出力用途に好まれることがある、埋め込みヘテロ構造導波路）。多くの高出力用途について、導波路構造体２０は、広域レーザーを形成するために、レージング波長よりも実質的に大きな幅を有することがある。
【００１７】
製造プロセスの一部として、へき開されたファセット１２、１４は、従来のＥ２表面安定化処理にかけられる。即ち、バー１０は反応チャンバに装填され、表面安定化材料が所定の厚さまで付着されて、ファセット１２及び１４のミラー表面上に被覆をもたらす。表面安定化材料は、絶縁性（又は低導電性）であることが必要であり、好ましくはシリコン、ゲルマニウム、又はアンチモンを含んでおり、またこれらの材料の酸化物又は窒化物を含むこともある。付着されたままの材料は、図１で表面安定化層２２、２４として示されている。本発明の現場の外からの（ex-situ）状態調整処理を使用することができるのは、工程のこの時点である。
【００１８】
本発明の１つ又は複数の実施形態によれば、表面安定化層２２、２４の状態調整は、図２に示すように、外部システム３０によって行われる。外部システム３０は、通常は可視範囲（例えば、５３２ｎｍ）であるがＵＶ又はＩＲビームを含むこともある、ビーム３４を生成するためのエネルギー源３２を含む。エネルギー源３２は、ＣＷ又はパルスモードのいずれかで放射することができる。図２に図示した特定の実施形態では、エネルギー源３２からのビーム３４は、その後集束レンズ３６を通過し、レーザーダイオード・バー１０の活性領域の上に覆い被さる表面安定化層２２の一部３８に沿って走査する。レーザーダイオード・バー１０は、従来のサブマウント固定具４０上に取り付けられることがあり、エネルギー源３２からの放射に対して移動されることがあり、その結果、集束したビームが、表面安定化層２２の横方向の範囲にわたって走査することになる。エネルギー源３２は、表面安定化材料の所望の均一な状態調整を生み出すのに十分なエネルギーで放射線を発することができる、任意の放射源を含むことがある。とりわけ、エネルギー源３２は、レーザー源、フラッシュランプ、電子ビーム源、又は表面安定化層２２をその厚さ全体にわたって状態調整するのに十分なエネルギーでビームを生成する任意の他のシステムを含むことがある。
【００１９】
やはり図２に示される分光計４２は、状態調整処理を監視するのに利用されることがある。例えば、表面安定化層２２からの散乱／方向転換された放射線を、従来の手段を使用して分光計４２内で分析して、完全な状態調整が達成された時点を判定することができる。一旦、監視信号が横ばい状態になると、外部エネルギーシステムは不活性化されることがある。
【００２０】
レーザーダイオードの反対側の端面に沿って表面安定化層２４を完全に状態調整するために、これと同じ現場の外からの（ex-situ）放射処理を使用することができることを理解されたい。実際、両方のファセットを同時に状態調整するシステムを構成することも可能である。この現場の外からの（ex-situ）放射処理によってもたらされる状態調整により、表面安定化層の厚み全体にわたって表面安定化材料が均一に状態調整されることが、判明している。これは、デバイスを活性化し低電流レベルで状態調整を行う従来技術の処理に比べて明確な利点である。従来技術の処理は、時には表面安定化材料の部分的で不均一な状態調整を招くことが判明している。
【００２１】
上述のように、表面安定化層と反射被覆層の両方がレーザーファセット上に設けられた後で本発明の状態調整処理を行うことも可能である。図３は、例示的なレーザーダイオードを図示しており、これは、図１に示した構成と構造が似ているが、この場合には、表面安定化層２２の上に第１の被覆層２６を、表面安定化層２４の上に第２の被覆層２８を付着させるように更に処理されている。大抵の場合、被覆層２６、２８としてシリコン窒化物が使用される。他の適切な被覆材料としては、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、シリコン酸化物、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、及び酸化タンタルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
図１の実施形態と同様に、エネルギー源３２を使用して、レーザーダイオード構造体を完全に状態調整し安定化させるように、被覆層２６と下にある表面安定化層２２の両方を照射する。照射を受けて、被覆層と表面安定化層の両方の構造体は、デバイスを安定化させ、その結果、必要とされる高いＣＯＤレベルを生み出すようになる態様で変化する。例えば、被覆材料としてシリコン窒化物が使用される場合、シリコン窒化物は照射中は（結晶化とは対照的に）非晶質のままであるが、窒化物材料内の原子配位は変化する。同時に、この照射は表面安定化層を結晶化させ、表面安定化層とチップとの間に界面を形成する。
【００２３】
従って、本発明のこの図３の実施形態によれば、「完全に状態調整する」という語句は、被覆層を構造的に変化させ、表面安定化層を結晶化させ、レーザーチップと表面安定化層との間に界面を生成することを意味する。従って、本発明の現場の外からの（ex-situ）状態調整処理は、これらの層におきた変化のおかげでレーザーダイオード自体を「安定化させる」ものとして捉えることができる。
【００２４】
本発明に従って形成されたデバイスのＣＯＤ電流を、従来のバーンイン処理を使用したデバイスと比較した。「ＣＯＤ電流」は、レーザーファセットが壊滅的な光損傷を経験する電流として定義されることを、思い起こされたい。図４は、この比較の結果を示す。とりわけ、図４は、従来のＥ２処理のみにかけられた（いかなる処理後の状態調整もしていない）デバイスについて、電流の関数としてＣＯＤパワーを示している一組のプロットＩを含んでいる。プロットＩＩは、同じ従来技術のＥ２処理と、続けてデバイスを低電流／電力レベルで動作させる従来の「現場での」状態調整処理とを行うことによって生成されたデバイスに関連している。明らかに、これらの状態調整されたデバイスの性能は、はるかに高いＣＯＤレベルで、第１のグループの性能を上回った。プロットＩＩＩは、本発明に従って形成されたデバイスに関連している、即ち、表面安定化層の完全な状態調整をもたらすために、現場の外からの（ex-situ）状態調整処理を使用している。とりわけ、図４に示した結果は、図３に関連して上述した実施形態に従って形成されたデバイスから得られたものであり、現場の外からの（ex-situ）状態調整処理を、被覆層と表面安定化層の両方を安定化させるために行ったものである。
【００２５】
本発明に従って形成されたデバイスは、従来技術のＣＯＤレベルよりも幾分か高いＣＯＤレベルを示すことが、観察される。これは明らかに本発明の１つのゴールであるが、完全な状態調整を（個別のデバイスレベルの代わりに）レーザーバー全体に対して行うことができるという事実もまた重要であり、従来技術と比べた大きな改善点である。更に、本発明の現場の外からの（ex-situ）状態調整処理は、標準的なバーンイン処理よりも桁違いに効率的であり、低電流レベルのバーンインのために必要とされた数十〜数百時間という時間と比べると、せいぜい数秒間又は数分間で構造体を完全に状態調整／安定化させることができる。
【００２６】
要約すると、本発明の処理は、標準的なＥ２表面安定化層（並びに、存在する場合には上に重なる被覆層も）を均一に完全に状態調整し、従来技術で見られたような垂直方向及び横方向の状態調整の不均一さを解消することが、分かった。本発明の処理は、バーンインなしでミラー損傷が発生する電流レベル（即ち、ＣＯＤ電流／光パワー）を最大化することが分かった。これにより、チップ動作によってチップトレーニングを行うという従来技術の必要性が解消される。製造ロット内のＣＯＤ電流の分布が減少することも分かった。
【００２７】
更に、上述のように、バーレベルで（即ち、チップに分離する前に）レーザーファセットの現場の外からの（ex-situ）完全な状態調整を行うことが可能である。これにより、大量生産する状況において好まれるように、短時間で多数のバーを完全に状態調整することが可能になる。実際、本発明の方式は、過去の特定の状況でそうであったように、顧客がデバイスに対して何らかの状態調整工程を行う必要性も解消している。
【００２８】
本発明の原理は、その趣旨又は本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化されることもあることを、理解されたい。説明した実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定するものではないとみなされるべきである。従って、本発明の範囲は、前述の説明によるのではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味するところ及びその範囲内に該当する全ての変更は、請求項の範囲内に含まれるべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  レーザーダイオード・バー
１２  前面ファセット
１４  背面ファセット
１６  側面
１８  側面
２０  導波路構造体
２２  表面安定化層
２４  表面安定化層
２６  被覆層
２８  被覆層
３０  外部システム
３２  エネルギー源
３４  ビーム
３６  集束レンズ
３８  表面安定化層２２の一部
４０  サブマウント固定具
４２  分光計
【図１】
2019212899.tif 000003
【図２】
2019212899.tif 000004
【図３】
2019212899.tif 000005
【図４】
2019212899.tif 000006
【外国語明細書】
2019212899000001.pdf