(57)【要約】  ダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセットの製造方法は、酸素含量および水蒸気含量を予め決められた水準に調節するように第１室内部の雰囲気を調節し、第１室の調節された雰囲気内部でウェーハからダイオードレーザーを切断し、ダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセット上に予め決められた厚さを有する自然酸化物層を形成することからなる。切断後にダイオードレーザーを調節された雰囲気内部で第１室から第２室に移送し、ダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセット上に自然酸化物層を部分的に除去し、ダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセット上に非晶質表面層を形成し、ダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセットを不活性化する。
2008535224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードレーザーの製造方法であり、前記方法が
酸素含量および水蒸気含量を予め決められた水準に調節するように室内の雰囲気を調節し、
室の調節された雰囲気内でウェーハからダイオードレーザーを切断し、ダイオードレーザーの少なくとも１個のファセット上に予め決められた厚さを有する自然酸化物層を形成し、
ダイオードレーザーのファセットを洗浄し、その際ファセット上の自然酸化物層を部分的に除去することを含み、
ダイオードレーザーのファセットを不活性化することからなるダイオードレーザーの製造方法。
【請求項２】
洗浄がダイオードレーザーのファセット上に非晶質表面層を形成することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
室内の雰囲気の調節が第１室内の雰囲気の調節を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
更に調節された雰囲気内でレーザーダイオードを第１室から第２室に搬送することを含み、第２室内で洗浄および不活性化が行われる請求項３記載の方法。
【請求項５】
調節された雰囲気が大気圧の約２０％以内の圧力を有し、約１０ｐｐｍ未満の酸素含量および約１０ｐｐｍ未満の水蒸気含量を有する請求項１記載の方法。
【請求項６】
調節された雰囲気が大気圧より高い圧力を有する請求項５記載の方法。
【請求項７】
ウェーハからのダイオードレーザーの切断が
ウェーハの縁部に沿って切断マークを刻印し、
ウェーハの内部にチップマークを刻印し、
切断マークに沿ってウェーハを破断し、および
チップマークに沿ってウェーハを破断する
ことからなる請求項１記載の方法。
【請求項８】
ウェーハからのダイオードレーザーの切断が
ウェーハの縁部に沿って切断マークを刻印し、
切断マークに沿ってウェーハを破断し、および
ウェーハ処理中にウェーハにエッチングされる線に沿ってウェーハを破断する
ことからなる請求項１記載の方法。
【請求項９】
更にウェーハを調節された雰囲気に存在するより大きい酸素または水蒸気の分圧にさらさずにウェーハを調節された雰囲気から真空室に搬送し、
約１０−８トル未満の基礎圧力に真空室を真空にする
ことを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
自然酸化物層の部分的な除去が真空室内で自然酸化物層にイオンビームを衝突することからなる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
洗浄が、真空室内で自然酸化物層にイオンビームを衝突することを含む、ダイオードレーザーのファセット上の非晶質表面層の形成を含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
衝突するイオンビームがキセノンイオン、アルゴンイオン、ネオンイオン、窒素イオン、プロトン、およびフォーミングガスイオンからなる群から選択されるイオンを有する請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
ファセットの不活性化が、真空室内でファセット上にシリコンを有する材料の層を堆積することからなる請求項９記載の方法。
【請求項１４】
材料の層が非晶質シリコンからなる請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
材料の層が水素化された非晶質シリコンからなる請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
ウェーハからのダイオードレーザーの切断がダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセット上に予め決められた厚さを有する自然酸化物層を形成するための室の調節された雰囲気内での切断を含み、
洗浄が前方ファセットおよび後方ファセット上の自然酸化物層の部分的除去を含むダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセットの洗浄を含み、および
不活性化がダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセットの不活性化を含む請求項１記載の方法。
【請求項１７】
更に前方ファセット上の非反射性被膜の堆積および
後方ファセット上の高反射被膜の堆積を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
更に前方ファセットの洗浄および不活性化の工程と、後方ファセットの洗浄および不活性化の工程の間にダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転させ、および
前方ファセット上の非反射性被膜の堆積の工程と、後方ファセット上の高反射性被膜の堆積の工程の間に、ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
更に前方ファセットの洗浄および前方ファセットの不活性化の工程と、後方ファセットの洗浄および後方ファセットの不活性化の工程との間に、ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
更に前方ファセットの洗浄および不活性化の工程の前にダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
更に後方ファセットの不活性化の後に後方ファセット上に高反射性被膜を堆積し、
前方ファセット上に非反射性被膜を堆積し、および
高反射性被膜の堆積と、非反射性被膜の堆積の工程の間にダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
更に前方ファセット上に非反射性被膜を堆積する工程の前にダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
更に前方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、前方ファセット上に非晶質層を形成し、前方ファセットを不活性化し、前方ファセット上に非反射性被膜を堆積し、引き続き
ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転し、引き続き後方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、後方ファセット上に非晶質層を形成し、後方ファセットを不活性化し、後方ファセット上に高反射性被膜を堆積することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
更に後方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、後方ファセット上に非晶質層を形成し、後方ファセットを不活性化し、後方ファセット上に高反射性被膜を堆積し、引き続き
ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転し、引き続き前方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、前方ファセット上に非晶質層を形成し、前方ファセットを不活性化し、前方ファセット上に非反射性被膜を堆積することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２５】
更に前方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、前方ファセット上に非晶質層を形成し、前方ファセットを不活性化し、引き続き
ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転し、引き続き後方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、後方ファセット上に非晶質層を形成し、後方ファセットを不活性化し、後方ファセット上に高反射性被膜を堆積し、引き続き
ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転し、引き続き
前方ファセット上に非反射性被膜を堆積することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２６】
更に後方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、後方ファセット上に非晶質層を形成し、後方ファセットを不活性化し、引き続き
ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転し、引き続き前方ファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、前方ファセット上に非晶質層を形成し、前方ファセットを不活性化し、前方ファセット上に非反射性被膜を堆積し、引き続き
ダイオードレーザーを雰囲気にさらさずにダイオードレーザーを回転し、引き続き
後方ファセット上に高反射性被膜を堆積することを有する請求項１６記載の方法。
【請求項２７】
ファセット上に非反射性被膜を堆積することを有する請求項１記載の方法。
【請求項２８】
非反射性被膜が酸化アルミニウム、五酸化タンタル、二酸化珪素、および窒化珪素からなる群から選択される１種以上の材料からなる請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
更に後方ファセット上に高反射性被膜を堆積することを有する請求項１記載の方法。
【請求項３０】
高反射性被膜が交互に低い屈折率の材料と高い屈折率の材料を有する請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
低い屈折率の材料が酸化アルミニウムからなり、高い屈折率の材料が非晶質シリコンからなる請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
低い屈折率の材料が酸化アルミニウムからなり、高い屈折率の材料が五酸化タンタルからなる請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
請求項１記載の方法により形成されるダイオードレーザー。
【請求項３４】
酸素含量および水蒸気含量を予め決められた水準に調節するように室内の雰囲気を調節し、
室の調節された雰囲気内でウェーハから装置中のそれぞれのダイオードレーザーを切断し、ダイオードレーザーの１個のファセット上に予め決められた厚さを有する自然酸化物層を形成し、
装置中のそれぞれのダイオードレーザーのファセットの洗浄が、ダイオードレーザーのファセット上の自然酸化物層の部分的な除去を含み、
装置中のそれぞれのダイオードレーザーのファセットを不活性化し、および
装置内の隣接するダイオードレーザーを光学的に単離する
ことにより形成されるダイオードレーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００５年３月２５日に出願した米国特許６０／６６４９３１号に関する優先権を主張し、その内容はすべて引用により本発明に含まれる。
【０００２】
本発明はダイオードレーザーの製造能力および信頼性を改良する高出力ダイオードレーザーファセット不活性化法に関する。
【０００３】
背景
高出力ダイオードレーザーは、高い光電効率、狭いスペクトル幅、および高いビーム特性により一般的な固体状態レーザー、薄い円板レーザー、ファイバーレーザーのためのポンプ源として使用できる。これらの用途のために、長い寿命（例えば３００００時間をこえる）、信頼できる安定な出力、高い出力、高い光電効率、および高いビーム特性が一般に要求される。これらの性能基準はダイオードレーザーの構成を新しい性能レベルに推進し続けている。
【０００４】
現代の結晶成長反応器はきわめて高い品質の半導体材料を製造できるので、高出力ダイオードレーザーの長時間信頼性はレーザーファセットの安定性に強く依存する。ファセットの安定性は従来の被覆されたＡｌ不含材料ではＡｌＧａＡｓ材料より良好であるにもかかわらず、１ミクロンより小さい波長で運転する高出力Ａｌ不含ＧａＡｓレーザーはダイオードの性能基準の短期および長期の低下を生じることによりダイオードレーザーの信頼性を悪化するファセットの分解が問題である。
【０００５】
レーザーファセットの分解は光、電流および熱により生じる複雑な化学反応であり、燃焼中の短期出力の低下、通常の運転中の長期出力の低下を生じ、ひどい場合は壊滅的な光学ミラーの損傷（ＣＯＭＤ）を生じる。ダイオードレーザーの割れた表面に存在する複雑な酸化物および点欠陥は反射被膜と半導体材料の界面に閉じこめられる。電流を装置に印加すると、点欠陥により生じるバンドギャップ内部の状態の存在および表面の酸化により表面がキャリアシンクとして作用して電荷担体がファセットに向かって拡散する。ダイオードからの光の放射がファセット表面で担体を光励起し、電子ホール対を形成し、電子ホール対から生じる電荷がファセット表面で酸化反応を電気化学的に推進する。付加的に非放射的再結合が生じ、点欠陥を移動させ、熱を局在化する。半導体材料の加熱はファセットで熱酸化を生じ、半導体酸化物表面で形成される吸収する酸化物層の厚さを更に増加する。
【０００６】
他の状況で、ＧａＡｓ上の自然酸化物および関係する半導体化合物は一般に層を形成し、化合物の表面の近くに多くはＧａＯを残す。元素のヒ素は島状点欠陥としてまたは均一層として半導体酸化物界面に沈殿する。金属状ヒ素欠陥は強い吸収中心であり、ファセットでの光吸収に貢献すると思われる。表面で酸化反応が継続するので、界面層による全部の吸収はファセット領域が加熱すると増加し、ファセットでのバンドギャップエネルギーを著しく減少し、熱の放出を生じる。
【０００７】
要約
第１の一般的な構成において、本発明の特徴は、酸素含量および水蒸気含量を予め決定されたレベルに調節するように第１室内部の雰囲気を調節し、第１室の調節された雰囲気内部でウェーハからダイオードレーザーを切断し、ダイオードレーザーの少なくとも１つのファセット上で予め決められた厚さを有する自然酸化物層を形成することによるダイオードレーザーの製造方法である。切断の後に、ダイオードレーザーを調節された雰囲気内部で第１室から第２室に移送し、ファセット上の自然酸化物層を少なくとも部分的に除去することによりダイオードレーザーのファセットを清浄にし、ダイオードレーザーのファセットを不活性化する。
【０００８】
新しい方法は反復することができ、信頼できるダイオードレーザーファセット不活性化を可能にする大量生産による製造方法を提供する。ダイオードレーザーファセット上の自然酸化物を部分的に除去し、非晶質表面層を形成することにより、ファセットの近くで低い温度が達成され、ダイオードレーザーの性能基準が改良される。切断に続くダイオードレーザーファセット上に形成される自然酸化物の反復できる部分的除去および引き続く表面の不活性化は再酸化を阻止する。
【０００９】
実施態様は以下の特徴の１個以上を含むことができる。例えば調節された雰囲気は大気圧の約２０％以内の圧力を有することができ（例えば大気圧より大きく）、約１０ｐｐｍ未満の酸素含量および約１０ｐｐｍ未満の水蒸気含量を有することができる。洗浄はダイオードレーザーのファセット上の非晶質表面層の形成を含むことができる。
【００１０】
ウェーハからのダイオードレーザーの切断は、ダイオードレーザーの前方および後方ファセット上の予め決められた厚さを有する自然酸化物層を形成するための室の調節された雰囲気内部の切断を含むことができる。洗浄は、前方および後方ファセット上の自然酸化物層を部分的に除去することからなるダイオードレーザーの前方および後方ファセットの洗浄を含むことができる。
【００１１】
ウェーハからのレーザーの切断はウェーハ縁部に沿った切断マークの刻印、ウェーハ内部のチップマークの刻印、切断マークに沿ったウェーハの破断、およびチップマークに沿ったウェーハの破断を含むことができる。ウェーハからのレーザーの切断はウェーハ縁部に沿った切断マークの刻印、切断マークに沿ったウェーハの破断、ウェーハ処理中のウェーハにエッチングされる線に沿ったウェーハの破断を含むことができる。
【００１２】
前記方法は、ウェーハを調節された雰囲気に存在するより大きな酸素または水蒸気の分圧にさらさない、調節された雰囲気から真空室へのウェーハの搬送および約１０−８トル未満のベース圧力への真空室の真空化を含むことができる。自然酸化物層の部分的除去は真空室内で自然酸化物層にイオンビームを衝突することを含むことができる。非晶質表面層の形成は真空室内で自然酸化物層にイオンビームを衝突させることを含むことができる。衝突するイオンビームはキセノンイオン、アルゴンイオン、ネオンイオン、窒素イオン、プロトン、およびフォーミングガスイオンを含むことができる。ファセットの不活性化は真空室内部のファセットにシリコン、非晶質シリコン、および／または水素化された非晶質シリコンを含む材料の層を堆積することを含むことができる。
【００１３】
前記方法は前方ファセット上の非反射被膜の堆積、後方ファセット上の高反射被膜の堆積を含むことができる。非反射被膜は酸化アルミニウム、五酸化タンタル、二酸化珪素、および／または窒化珪素を含むことができる。高反射被膜は苦節率の低い材料と屈折率の高い材料の交互の層を含むことができる。屈折率の低い材料は酸化アルミニウムを含むことができ、屈折率の高い材料は非晶質シリコン、および／または五酸化タンタルを含むことができる。
【００１４】
ダイオードレーザーは、前方ファセット上の自然酸化物層を部分的に除去し、前方ファセット上に非晶質表面層を形成し、前方ファセットを不活性化する工程と、後方ファセット上の自然酸化物層を部分的に除去し、後方ファセット上に非晶質表面層を形成し、後方ファセットを不活性化する工程の間にダイオードレーザーを大氣にさらさずに裏返しにすることができる。ダイオードレーザーは前方がセット上の自然酸化物層を部分的に除去し、前方ファセット上に非晶質表面層を形成し、前方ファセットを不活性化する工程の前にダイオードレーザーを大氣にさらさずに裏返しにすることができる。
【００１５】
ダイオードレーザーは高反射被膜を堆積する堆積する工程と非反射被膜を堆積する工程の間にダイオードレーザーを大氣にさらさずに裏返しにすることができる。
【００１６】
他の一般的な構成において、本発明はここに記載される任意の方法により形成されたダイオードレーザーに関する。他の一般的な構成において、本発明はここに記載される任意の方法により形成されるダイオードレーザー装置に関する。
【００１７】
他に記載されない限り、ここに使用されるすべての技術的および科学的用語は本発明が関係する技術分野により一般的に理解されるものと同じ意味を有する。ここに記載される方法および材料に類似するまたは相当する方法および材料を本発明の実施例または試験に使用できるが、適当な方法および材料は以下に記載される。本発明に記載されるすべての刊行物、特許明細書および他の参考文献は完全に本発明に含まれる。一致しない場合は、本発明の明細書は定義を含み調節される。更に材料、方法および実施例は説明のためにのみ使用され、限定することを意図しない。
【００１８】
１個以上の実施例の詳細は添付される図面および以下の説明に説明される。他の特徴および利点は発明の説明、図面および請求の範囲から明らかである。
【００１９】
図面の説明
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの斜視図である。
【００２０】
図２Ａ、２Ｂは非搬送ファセットを有する尾根状導波体ダイオードレーザー中の尾根を規定する第１マスク配置の平面図である。
【００２１】
図３は非搬送ファセットを有する尾根状導波体ダイオードレーザーへの頭部電気的接触部を規定する第２マスク配置の平面図である。
【００２２】
図４は図１Ｃ中のマークされた平面４−４で切断した図１Ｃのダイオードレーザーの横断面図である。
【００２３】
図５は非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第２実施例の斜視図である。
【００２４】
図６は図５および１１中のマークされた平面６−６で切断した図５および１１のダイオードレーザーの横断面図である。
【００２５】
図７は非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第３実施例の斜視図である。
【００２６】
図８は図７および１２中のマークされた平面８−８で切断した図７および１２のダイオードレーザーの横断面図である。
【００２７】
図９は非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第４実施例の斜視図である。
【００２８】
図１０はダイオードレーザー上の非搬送ファセット領域を規定するマスク配置の平面図である。
【００２９】
図１１は非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第５実施例の斜視図である。
【００３０】
図１２は非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第６実施例の斜視図である。
【００３１】
図１３はダイシングテープ上に配置されたウェーハの平面図である。
【００３２】
図１４はダイオードレーザーのウェーハを処理する室の図である。
【００３３】
図１５はイオンビームがファセットに衝突するダイオードレーザーファセットでの自然酸化物層および非晶質層の厚さをプロットした図である。
【００３４】
図１６はダイオードレーザーの平面図である。
【００３５】
図１７は非搬送ファセットを有する種々の尾根状導波体ダイオードレーザーに関するファセット温度および注入電流を比較する試験結果のグラフである。
【００３６】
図１８は種々の尾根状導波体ダイオードレーザーに関する出力および注入電流を比較するグラフである。
【００３７】
図１９は種々の尾根状導波体ダイオードレーザーのビームの発散を比較したグラフである。
【００３８】
図２０は活性化ファセットおよび不活性化ファセットを有するレーザーでの燃焼効果を比較するグラフである。
【００３９】
種々の図面での類似の参照符号は類似の要素を表す。
【００４０】
発明の詳細な説明
ダイオードレーザーの前方ファセットおよび後方ファセットの製造方法を一般的に説明する。前記方法はファセットを再現可能に酸化し、自然酸化物を部分的に除去し、非晶質表面層を形成し、ファセットを活性化し、光学被膜を堆積するための、調節された環境（例えば大気圧、酸素１０ｐｐｍ未満、水蒸気１０ｐｐｍ未満）内での多くのダイオードレーザー処理工程（例えば切断、積層、ファセット被覆）を合体する。
【００４１】
非搬送ファセットを有するダイオードレーザーの製造
図１Ａにより、半導体発光装置（例えば高出力ダイオードレーザー）１００は基板１上にエピタキシャル成長する半導体の多くの層を含む。例えばＧａＡｓ緩衝層２がＧａＡＳ基板１上に成長することができ、ｎ−ドープＩｎＧａＰ被覆層３が緩衝層２上に成長できる。ｎ−ドープ被覆層３の上にＩｎＧａＡｓ活性層５が２つのＩｎＧａＡｓＰ導波体層４および６の間に成長できる。活性層５中のＩｎ、ＧａおよびＡｓの相対的割合および活性層の厚さはダイオードレーザー１００が所望の運転波長を有するように選択される。上側の導波体層６の上に、ｐ−ドープＩｎＧａＰ被覆層９およびＧａＡｓキャップ層１０が成長できる。半導体層は例えば分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）および蒸気相エピタキシー（ＶＰＥ）を含む種々の堆積技術により成長できる。多層ダイオードレーザー１００は１つのウェーハ上に成長することができ、引き続き以下に詳しく記載されるようにウェーハから切断される。
【００４２】
図１Ｂにより、半導体層の成長後に、約３〜２００ミクロン、より詳しくは８０〜１２０ミクロン（例えば１００ミクロン）の幅ｗを有し、ダイオードレーザー１００の前方ファセット１４から後方ファセット１５に伸びる尾根１０２は、尾根１０２に隣接するキャップ層１０および被覆層９の部分を選択的に除去することによりダイオードレーザー１００の上側層に形成される。尾根１０２はホトリソグラフィーを使用して形成され、引き続き尾根１０２に隣接するキャップ層１０および被覆層９の部分は上側導波体層６と上側被覆層９の間の界面にエッチングされる。エッチングは液体またはプラズマエッチング剤を用いて行うことができる。例えばエッチング剤としてＨＣｌ：Ｈ３ＰＯ４酸を使用する場合は、導波体層６がエッチングストップ層として作用し、尾根１０２に隣接するキャップ層１０および被覆層９が除去されるが、エッチング剤が導波体層６に達した場合に、エッチング工程が終了する。
【００４３】
尾根１０２の幅および長さは図２Ａおよび図２Ｂにそれぞれ示されるように、尾根エッチマスク２１０または２２０により示される。尾根マスク２１０は図２Ａに示されるように一定の幅、例えば１０ミクロンより大きい幅を有するかまたは尾根エッチマスク２２０は図２Ｂに示されるように、装置の中央より端部で狭くなっていてもよく、ダイオードレーザー１００中で一定の幅または先が細くなった幅の尾根１０２を形成する。先が細くなった幅の導波体はモードフィルターとして作用し、これによりダイオードレーザー１００から放射されるビームの遅軸発散を減少する。
【００４４】
図１Ｃにより、尾根１０２を形成後、装置１００の上側表面にＳｉ３Ｎ４絶縁層７を堆積し、尾根１０２を被覆することができる。絶縁層７は例えばプラズマ強化ＣＶＤ法により堆積することができ、この方法においてシランおよびアンモニアガスを装置１００に流し、同時に装置を約３００℃に加熱し、装置の領域に強い放射線周波数の電磁場をかけて、ガスを衝突させ、装置の頭部にＳｉ３Ｎ４層を形成する。
【００４５】
絶縁層７を堆積後、ホトリソグラフィーにより尾根１０２の頭部表面に絶縁層をパターン化し、キャップ層１０への電気的接触部分領域を決定する。図３に示されるように、キャップ層１０への電気的接触部分の領域を決定するために使用されるマスクは幅ｗ１を有するパターンを有し、すなわち尾根１０２の幅にほぼ等しいかまたはわずかに狭いが、尾根１０２の長さより短く、ダイオードレーザー１００の端部（ファセット領域）に伸びていない。
【００４６】
リソグラフィーに続いて、尾根１０２の頭部表面上の絶縁層７の一部をエッチング工程により除去し、開口１２を形成し、前記開口は尾根１０２の端部およびダイオードレーザー１００に伸びてなく、これにより尾根１０２に沿って伸びるキャップ層１０の一部を露出する。引き続き装置１００の頭部表面に頭部側の金属被覆接触層８を堆積し、尾根１０２および絶縁層７に決定された開口に露出したキャップ層１０の部分を覆う。
【００４７】
図４は図１Ｃに示されたダイオードレーザー１００の横断面図を示す。絶縁層７が半導体エピタキシャル層の上におよびキャップ層１０および上側被覆層９内に規定される尾根１０２の側面に配置されるが、尾根１０２の上に開口を有する。金属被覆接触層８が尾根１０２の上に配置され、絶縁層７に形成される開口１２によりキャップ層１０に接触する。
【００４８】
１つの基板にダイオードレーザーの装置を形成する場合に、尾根のエッチングに続いて付加的なマスク層およびエッチング工程を導入し、隣接するダイオード層を光学的に絶縁し、横方向の増幅された自発性放射またはいわゆる横方向レーザーの放射を避ける。
【００４９】
エピタキシャル層の成長、尾根の製造および絶縁層および接触層の堆積後に、レーザーウェーハを標準的背面処理し、基板１に背面金属被覆層１１を用意する。レーザーが成長するウェーハを引き続き切断し、個々のダイオードレーザーまたはダイオードレーザー装置１００を形成する。個々のダイオードレーザー１００のファセットが金属被覆接触層８およびキャップ層１０の接触が終了する尾根１０２上の地点から１０ミクロンより大きく形成されるようにウェーハを切断する。最後に個々のダイオードレーザー１００のファセットを所望の反射率を有する材料で被覆する。切断およびファセット被覆工程を以下に詳しく説明する。
【００５０】
Ｓｉ３Ｎ４層の選択的エッチングおよび金属被覆層８の堆積の結果、電気的接触が尾根１０２の長さに沿ってキャップ層１０に適用されるが、尾根の端部の近くで、例えば約１０〜１００ミクロン内で、特に２０〜６０ミクロン内で、例えばダイオードレーザー１００のファセットが配置されるダイオードレーザーの端部の３０ミクロンに適用されない。ダイオードレーザー１００の運転中に、電流を装置１００に尾根１０２に沿って金属被覆接触層８がキャップ層１０と接触する領域の下に注入するが、金属被覆層をキャップ層１０から絶縁層７により分離する、ファセット１４、１５の近くの尾根１０２の端部に注入しない。従ってファセットの近くの尾根１０２の下のレーザーキャビティの部分は搬送されない。
【００５１】
図５に示されるように、ダイオードレーザー１００′は金属接触層８がファセット１４の近くでキャップ層１０に接触しないように、しかし尾根１０２が上側被覆層９を通過しておよび部分的に上側導波体層６を通過して完全にエッチングするように選択的にエッチングできる。図７に示されるように上側導波体層６を通過して完全にエッチングすることにより尾根１０２を形成できる。例えばＨ２Ｏ２：Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏのようなエッチング剤を使用してＩｎＧａＡｓ上側導波体層６をエッチングすることができる。
【００５２】
図６は図５に示されるダイオードレーザー１００′の横断面図を示す。半導体エピタキシャル層の上におよびキャップ層１０および上側被覆層９に規定される尾根１０２の側面に絶縁層７が配置されるが、深さが少なく、上側導波体層６に、尾根１０２の側面に突出する。絶縁層７は尾根１０２の上に開口１２を有し、開口を介して金属被覆接触層８がキャップ層１０２と接触し、装置１００に電流を注入する。
【００５３】
図８は図７に示されるダイオードレーザーの横断面図を示し、尾根１０２が上側導波体層６を完全に通過してエッチングすることによりキャップ層１０、上側被覆層９、および上側導波体層６により規定される。エッチングの深さはエッチング工程を予め決められた長さの時間処理することにより調節する。より深いエッチング深さは横方向の電流の閉鎖を改良するが、より深いエッチング深さは横方向の表示工程を導入し、この工程はダイオードレーザー１００から放射されるビームの遅軸発散を拡大する付加的な横方向モードを与える。
【００５４】
図９に示されるように、前方ファセット１４および／または後方ファセット１５の近くでキャップ層１０の一部を除去することができる。従って前方ファセット１４および後方ファセット１５の近くで活性層にきわめて少ない量の電流が注入される。図１Ａに示されるエピタキシャル層の成長後に、ホトリソグラフィーにより頭部キャップ層１０がパターン化され、除去される前方ファセット１４および／または後方ファセット１５の近くのキャップ層１０の１個以上の領域が規定される。図１０により、除去されるキャップ層１０の部分を規定するために使用されるマスクは、ダイオードレーザー１００のファセット１４、１５の近くに約１０〜１００ミクロン、より詳しくは２０〜６０ミクロン、例えば３０ミクロンの幅ｗ２を有するパターンを有する。前方ファセット１４および／または後方ファセット１５の近くのキャップ層１０を除去するエッチングの後に、尾根１０２を形成し、絶縁層７を堆積し、パターン化して頭部接触のための開口１２を形成し、金属被覆接触層８を堆積する。選択的に前方ファセット１４および／または後方ファセット１５の近くのキャップ層１０の部分を除去する前に、尾根１０２を形成することができる。
【００５５】
図４は図９に示されるダイオードレーザーの横断面図を示す。半導体エピタキシャル層の上におよびキャップ層１０および上側被覆層９に規定される尾根１０２の側面に絶縁層７が配置されるが、尾根１０２の上に開口を有する。尾根１０２の上に金属被覆接触層８が配置され、絶縁層７に形成される開口１２によりキャップ層１０に接触する。
【００５６】
同様にここに記載される他のダイオードレーザー構造内の前方ファセット１４および／または後方ファセット１５の近くでキャップ層１０の一部を除去することができる。例えば図１１に示されるように、上側導波体層６に部分的にエッチングすることにより尾根１０２が規定されるダイオードレーザー中でキャップ層１０の１個以上の部分を除去することができ、図１２に示されるように、上側導波体層６を通過して完全にエッチングすることにより尾根１０２が規定されるダイオードレーザー中でキャップ層１０の１個以上の部分を除去することができる。図５は図１１に示される横断面図を示し、図６は図１２に示されるダイオードレーザーの横断面図を示す。
【００５７】
ここに記載されるダイオードレーザーは金属被覆接触層８を有し、前記層はダイオードレーザーのキャップ層１０に接触し、ダイオードレーザーの中央の活性層５に電流を注入するが、ダイオードレーザーの前方ファセット１４および後方ファセット１５の約１０〜１００ミクロン、より詳しくは２０〜６０ミクロン以内の幅を有するキャップ層１０に接触しない。従ってファセット１４および１５の近くの活性層５に電流が注入されず、ファセット１４および１５の近くのレーザー１００で抵抗加熱が少なく、温度の増加が少ない。理論に限定されないことを望まなくても、ファセット１４および１５の近くの非搬送領域を有する装置において、ファセット１４および１５で熱酸化の発生が少なく、装置の短期および長期の性能が改良される。
【００５８】
ファセット不活性化
前記ダイオードレーザー構造を形成するためにウェーハを製造した後で、ウェーハを個々のダイオードレーザー１００に切断し、ダイオードレーザーの前方ファセット１４および後方ファセット１５の１個以上を不活性化し、被覆する。個々のダイオードレーザー１００の切断、被覆およびファセット不活性化を水分および酸素含量が調節される環境で実施する。調節された環境でファセット処理を行うことにより、切断後にファセット上に再現可能な厚さを有する自然酸化物層を形成し、ファセット上に予め決められた厚さを有する非晶質表面層を形成しながら、予め決められた量の最初の自然酸化物層を除去することができる。均一な厚さの自然酸化物層を使用して、再現可能な、予測可能な装置の性能をより容易に得ることができる。自然酸化物層の一部を除去し、非晶質表面層を形成した後に、ファセットを不活性化し、ファセット上に光学被膜を堆積する。
【００５９】
図１３により、ウェーハのエピタキシャル成長、ｐ側処理、ウェーハの層の減少、ｎ側処理の後に、ダイオードレーザーウェーハ２５を最初にダイシングテープ２４上に配置し、ダイシングテープはフープ２３により適当な場所に保持される。ウェーハ２５を、ウェーハとテープの間に気泡が閉じこめられないように、ダイシングテープ２４上に配置する。例えばウェーハ１００の一方の縁部をダイシングテープ２４に対して配置し、引き続きウェーハ２５とテープの間に空気が閉じこめられないように、ウェーハを徐々にテープに向かって下げることができる。
【００６０】
図１４により、ウェーハ２５を切断する前に、ウェーハ２５およびフープ２３をロードロック３０に充填し、ロードロックはゲート弁３１により切断室３２に接続している。ロードロック３０にウェーハ２５およびフープ２４を配置した後に、ロードロック３０中の空気を少ない水および酸素含量、例えば酸素および水約１０ｐｐｍ未満を有する雰囲気と交換する。ロードロック３０中で所望の雰囲気を達成した後に、ゲート弁３１を開放し、ウェーハ２５およびフープ２４を切断室３２に移動し、切断室中で予め決められた量の水および酸素含量、例えば水および酸素それぞれ約２ｐｐｍ未満を有する雰囲気が維持される。切断室３２にウェーハ２５およびフープ２３を充填した後に、ゲート弁３１を閉鎖する。ゲート弁３０および切断室３２中の全圧力は公称大気圧よりわずかに高く維持することができ、ロードロック３０または切断室３２への知覚できる量の水および酸素のわずかな漏出も認めない。
【００６１】
切断室３２の内部に、ウェーハ２４を自動的刻印および破断工具３３上に配置し、その際個々のダイオードレーザーはウェーハ２５上に示される。再び図１３を参照して、個々のダイオードレーザーをウェーハ上に規定するために、ウェーハ２５の縁部に沿って刻印マーク２６を配置し、ダイオードレーザーの前方ファセット１４および後方ファセット１５（図１Ａ）を切断する位置の輪郭を描く。次にウェーハを９０°回転させ、ウェーハ２５の内部にチップマーク２９を刻印し、ウェーハ２５から切断されるレーザーバーの幅を規定する。次にウェーハを９０°逆回転させ、ウェーハ２５を刻印マーク２６の最初の列に沿って破断する。これらの刻印マークはダイオードレーザーウェーハ２５の長さに沿った破断の伝達を可能にする。次にウェーハを再び９０°回転させ、ウェーハ２５の内部のチップマーク２９の列に沿ってウェーハ２５を破断する。ウェーハ２５から個々のダイオードレーザーを切断するために、他の方法を使用することもできる。例えば線引きしないダイシングにおいて、レーザーバーを個々のダイオードレーザー１００に破断するために、適当な切断面を用意する、付加的なｐ−側面処理工程、例えばウェーハの深部エッチングによりチップマーク２９の列の必要がなくなる。
【００６２】
ウェーハの切断はダイオードレーザーのファセットを切断室３２内の雰囲気にさらし、前方ファセットおよび後方ファセットが切断室３２内の調節された環境内に残るにもかかわらず、これらが酸化される。しかし室３２内の雰囲気の酸素および水分濃度は連続的に監視され、低く、再現可能な水準に調節されるので、ファセット上に形成される酸化物層は室３２内で切断されるすべてのウェーハで実質的に同じ厚さを得る。層の引き続く除去を有効に達成するように、ファセット上のかなり薄い酸化物層が所望されるにもかかわらず、酸化物層の厚さは室３２中で処理されるすべてのウェーハに関して実質的に一定であるべきである。
【００６３】
切断後、個々のダイオードレーザーをダイシングテープから個々に除去し、例えば自動化されたバー積層工具によりファセット被覆台の形に積層する。切断室３２内の個々のレーザーの処理が困難であるので、個々のダイオードレーザーの手動の処理の代わりに自動化されたバー積層工具を使用できる。ダイオードレーザーを垂直に積層し、ファセット被覆のために前方ファセット１４および後方ファセット１５を露出する。積層上のレーザーの配置を調節し、レーザー１００の包装中に問題を生じることがある被覆中の過剰噴霧量の最小化を繰り返すことができる。レーザーを互いの頭部に直接積層するかまたはレーザーの層をスペーサーにより交互に配置することができる。
【００６４】
ファセット被覆台にダイオードレーザー１００を充填した後に、ファセット被覆台をファセット被覆ロードロック３５を介してファセット被覆室３６に移送する。ファセット被覆台中のレーザーを切断室３２から気密ロードロック３５に搬送し、ロードロック３５および切断室３２の間のゲート弁３７を閉鎖する。ロードロック３５内の雰囲気は切断室３２内の雰囲気に実質的に類似する条件下に、すなわち少ない酸素および水含量に維持され、ファセット上に形成される酸化物層はロードロック３５への切断されたレーザーの充填により変動しない。ロードロック３５に積層したレーザーを充填後、ロードロック３５内の雰囲気を真空、例えば約１０−５トル未満にして、ロードロック３５とファセット被覆室３６の間のゲート弁３８を開放し、積層したレーザーをファセット被覆室３６に移送し、ゲート弁３８を閉鎖する。
【００６５】
レーザーおよび台をファセット被覆室３６に充填後、前記室中の雰囲気を約５×１０−８トル未満の基礎圧力に真空にする。ファセット被覆室３６内で、二源イオンビーム堆積工具３９を使用してレーザー上の自然酸化物層の一部を除去し、ファセットに被膜を塗装する。工具３９の第１イオン源４０からの低エネルギー、例えば約２５〜１００ｅＶのイオンビームをファセットに配向し、レーザー１００の前方ファセット１４上の自然酸化物層を部分的に除去する。第１源４０のソースガスはアルゴン、ネオン、窒素、水素およびフォーミングガス、すなわち水素約５％および窒素約９５％のガスを含んでもよい。前方ファセット１４のイオンの衝突はエリプソメーターを使用してその場で監視され、表面酸化物エッチングの進行を記録する。
【００６６】
図１５に示されるように、前方ファセットのイオン衝突の間に記録される代表的なデータは、ファセット１４上の自然ＧａＡｓ酸化物層が衝突が行われる時間にわたり減少することを示す。表面酸化物がイオンビームによりエッチングされるので、ファセットに下位表面非晶質ＧａＡｓ（α−ＧａＡｓ）層が形成される。図１５に示されるように、約９０秒後に、ファセット上の表面酸化物層の厚さが約５オングストロームの漸近的値で得られ、下位表面非晶質層は約２０オングストロームの厚さで得られる。長時間のイオン衝突は自然酸化物層の最終厚さを著しく減少せず、自然酸化物はファセットから完全に除去されない。切断室、ロードロックおよびファセット被覆室３６中の雰囲気が入念に調節されるので、それぞれのレーザーの前方ファセットの最初の厚さおよび最終厚さは室中で処理されるすべてのレーザーで実質的に等しい。例えば図１５に示されるように、レーザーの前方ファセット上の自然酸化物層の最初の厚さは約２５オングストロームであってもよく、最終厚さは約５オングストロームであってもよい。
【００６７】
再び図１４を参照して、ファセット洗浄、すなわち部分的自然酸化物層の除去、および非晶質層の形成後に、前方ファセットを不活性化層により不活性化し、ファセット１４の再酸化を防ぐ。不活性化層は工具３９の第２イオン源４１からのイオンビームを使用するスパッタリング堆積により形成される。第２源４１からの高エネルギー、例えば約５００〜１０００ｅＶのイオンビームを室３６中でターゲットに配向し、レーザー１００の前方ファセット１４上にターゲットの表面からスパッタ除去された材料を堆積する。第２源４０のためのソースガスはアルゴン、窒素またはキセノンを含んでもよい。ターゲットはシリコンを含んでいてもよく、典型的な不活性化層は非晶質シリコンまたは水素化された非晶質シリコンを含んでいてもよく、厚さ約２０〜５０オングストローム、例えば厚さ約２５、３０、３５、４０または４５オングストロームであってもよい。
【００６８】
最後に工具３９の第２イオンビーム源を使用するスパッタ堆積により、屈折率の低い材料の非反射性（ＡＲ）被膜をレーザーの前方フェセット上に堆積する。ＡＲ被覆材料の典型的な例は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）および窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を含む。
【００６９】
レーザーの前方ファセットを製造後、レーザーを１８０°回転し、レーザー１００の後方ファセット１５を製造するために処理工程を繰り返す。後方ファセットを製造する場合は、自然酸化物層が減少し、非晶質層が形成され、ファセットが不活性化され、高い反射率（ＨＲ）の被膜が堆積される。高い反射性被膜を製造するために、Ａｌ２Ｏ３と非晶質シリコンの交互の層またはＡｌ２Ｏ３とＴａ２Ｏ５の交互の層を後方ファセットに堆積できる。
【００７０】
図１６に示されるように、処理後に個々のダイオードレーザー１００は尾根１０２、前方ファセット１４および後方ファセット１５を含む。前方ファセット１４は非晶質層５０、自然酸化物層５１、不活性化層５２およびＡＲ被膜５３を含む。後方ファセット１４は非晶質層６０、自然酸化物層６１、不活性化層６２およびＨＲ被膜６３を含む。
【００７１】
性能
図１７により、グラフ１７００は１２０時間の燃焼後の種々の尾根状導波体ダイオードレーザーに関するファセット温度（℃）および注入電流（Ａ）を比較した試験結果を示す。グラフ１７００に示されるように、約１.５Ａまでの電流の範囲に対するダイオードレーザー中の尾根の全部の長さにわたるキャップ層と接触する金属被覆接触層を有するそのほかは同じダイオードレーザーと比較した場合に、ファセット温度はファセットに非搬送領域を有するレーザーダイオードに関して約１.５Ａまでのすべての電流に対して低い。
【００７２】
図１８により、グラフ１８００は適当な燃焼時間後の尾根状導波体ダイオードレーザーに関する注入電流（Ａ）に対する出力（Ｗ）を示す。非搬送ファセットを有するダイオードレーザー１００から放出される出力（上側のグラフ）は搬送ファセットを有するそのほかは同じレ−ザーから放出される出力（下側のグラフ）より大きい。
【００７３】
図１９により、グラフ１９００は種々の尾根状導波体ダイオードレーザーに関する遅軸遠視野強度に対する相対的強度を示す。非搬送ファセット（点線）を有するダイオードレーザー１００から放射されるビームの遅軸、すなわちダイオードレーザー１００の幅に並行な軸に沿った遠視野発散は搬送ファセット（実線）を有するそのほかは同じダイオードレーザーから放射されるビームの遠視野発散より少ない。
【００７４】
図２０により、グラフ２０００は種々のダイオードレーザーの燃焼時間（時間）に対する出力の％の変化を示す。グラフ２０００は活性化および非活性化ファセットを有する種々のダイオードレーザーでの燃焼の効果を示す。特にダイオードレーザーのファセットを不活性化して（上側の線）付加的な酸化物層の形成を防ぐ場合に、ダイオードレーザーからの出力が燃焼時間後に減少しない。
【００７５】
他の実施例
一連の実施例を説明した。それにもかかわらず種々の変形がなされることが理解される。従って以下の請求項の範囲内で他の実施例が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの斜視図である。
【図２】非搬送ファセットを有する尾根状導波体ダイオードレーザー中の尾根を規定する第１マスク配置の平面図である。
【図３】非搬送ファセットを有する尾根状導波体ダイオードレーザーへの頭部電気的接触部を規定する第２マスク配置の平面図である。
【図４】図１Ｃ中のマークされた平面４−４で切断した図１Ｃのダイオードレーザーの横断面図である。
【図５】非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第２実施例の斜視図である。
【図６】図５および１１中のマークされた平面６−６で切断した図５および１１のダイオードレーザーの横断面図である。
【図７】非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第３実施例の斜視図である。
【図８】図７および１２中のマークされた平面８−８で切断した図７および１２のダイオードレーザーの横断面図である。
【図９】非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第４実施例の斜視図である。
【図１０】ダイオードレーザー上の非搬送ファセット領域を規定するマスク配置の平面図である。
【図１１】非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第５実施例の斜視図である。
【図１２】非搬送ファセット領域を有する尾根状導波体ダイオードレーザーの第６実施例の斜視図である。
【図１３】ダイシングテープ上に配置されたウェーハの平面図である。
【図１４】ダイオードレーザーのウェーハを処理する室の図である。
【図１５】図１５はイオンビームがファセットに衝突するダイオードレーザーファセットでの自然酸化物層および非晶質層の厚さをプロットした図である。
【図１６】ダイオードレーザーの平面図である。
【図１７】非搬送ファセットを有する種々の尾根状導波体ダイオードレーザーに関するファセット温度および注入電流を比較する試験結果のグラフである。
【図１８】種々の尾根状導波体ダイオードレーザーに関する出力および注入電流を比較するグラフである。
【図１９】種々の尾根状導波体ダイオードレーザーのビームの発散を比較したグラフである。
【図２０】活性化ファセットおよび不活性化ファセットを有するレーザーでの燃焼効果を比較するグラフである。
【図１Ａ】
2008535224.tif 000003
【図１Ｂ】
2008535224.tif 000004
【図１Ｃ】
2008535224.tif 000005
【図２Ａ】
2008535224.tif 000006
【図２Ｂ】
2008535224.tif 000007
【図３】
2008535224.tif 000008
【図４】
2008535224.tif 000009
【図５】
2008535224.tif 000010
【図６】
2008535224.tif 000011
【図７】
2008535224.tif 000012
【図８】
2008535224.tif 000013
【図９】
2008535224.tif 000014
【図１０】
2008535224.tif 000015
【図１１】
2008535224.tif 000016
【図１２】
2008535224.tif 000017
【図１３】
2008535224.tif 000018
【図１４】
2008535224.tif 000019
【図１５】
2008535224.tif 000020
【図１６】
2008535224.tif 000021
【図１７】
2008535224.tif 000022
【図１８】
2008535224.tif 000023
【図１９】
2008535224.tif 000024
【図２０】
2008535224.tif 000025