(57)【要約】    【課題】  酸化型ＶＣＳＥＬの製造プロセス上で残りうる、水分の入る経路を断ち、酸化型ＶＣＳＥＬの信頼性を高める。    【解決手段】  ＶＣＳＥＬ構造を部分的に貫通する酸化空洞を形成し、ＶＣＳＥＬ構造内の層を酸化し、酸化空洞の表面上に第１のパッシベーション層８０を形成し、第１のパッシベーション層８０の上に第２のパッシベーション層１２０を形成する。第１のパッシベーション層８０は窒化珪素（ＳｉＮ）で、第２のパッシベーション層１２０はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）で、それぞれ形成される。いずれか一方のパッシベーション層に存在しうるピンホール１４０、１４２は、他方のパッシベーション層で覆われる。    【選択図】    図７
2004241777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化型垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を形成する方法であって、
ＶＣＳＥＬ構造を形成することと、
前記ＶＣＳＥＬ構造を部分的に貫通して酸化空洞を形成することと、
前記ＶＣＳＥＬ構造内の層を酸化することと、
前記酸化空洞の表面を覆うように第１のパッシベーション層を形成することと、
前記第１のパッシベーション層を覆うように第２のパッシベーション層を形成することと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化型垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化型ＶＣＳＥＬは、ウェハ面にエッチング形成された空洞を介してエピタキシャルスタック内の層を酸化させてレーザ発光領域を画定することによって製造する。この工程により水分が入る経路が残り、酸化型ＶＣＳＥＬの動作に障害が生じる。たとえば、非特許文献１、２、３を参照されたい。
【非特許文献１】２００２年１１月１０日から１４日の、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １５ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ａｎｎｕａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  （ＬＥＯＳ  ２００２），  Ｇｌａｓｇｏｗ，  Ｓｃｏｔｌａｎｄの、ｐａｐｅｒ  ＷＷ２の５４４ページ、Ｓ．Ｘｉｅ，  Ｇ．Ｄｅ  Ｂｒａｂａｎｄｅｒ，  Ｗ．Ｗｉｄｊａｊａ，  Ｕ．Ｋｏｅｌｌｅ，  Ａ．Ｎ．Ｃｈｅｎｇ，  Ｌ．Ｇｉｏｖａｎｅ，  Ｆ．Ｈｕ，  Ｒ．Ｈｅｒｒｉｃｋ，  Ｍ．Ｋｅｅｖｅｒ，  Ｔ．Ｏｓｅｎｔｏｗｓｋｉによる「Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｏｘｉｄｅ  ＶＣＳＥＬｓ  ｉｎ  ｎｏｎ−Ｈｅｒｍｅｔｉｃ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」
【非特許文献２】２００３年１月２５日から３１日の、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４９９４，  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ  ＶＩＩ，  ｐａｐｅｒ  ４９９４−２１，  Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，  ＣＡの、Ｓ．Ｘｉｅ，Ｒ．Ｈｅｒｒｉｃｋ，  Ｇ．ＤｅＢｒａｂａｎｄｅｒ，  Ｗ．Ｗｉｄｊａｊａ，  Ｕ．Ｋｏｅｌｌｅ，  Ａ．Ｎ．Ｃｈｅｎｇ，  Ｌ．Ｇｉｏｖａｎｅ，  Ｆ．Ｈｕ，  Ｒ．Ｈｅｒｒｉｃｋ，  Ｍ．Ｋｅｅｖｅｒ，  Ｔ．Ｏｓｅｎｔｏｗｓｋｉ，  Ｓ．ＭｃＨｕｇｏ，  Ｍ．Ｍａｙｏｎｔｅ，  Ｓ．Ｋｉｍ，  Ｄ．Ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎ，  Ｓ．Ｊ．Ｒｏｓｎｅｒ，  Ｇ．Ｇｉｒｏｌａｍｉによる「Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｆａｉｌｕｒｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｏｆ  Ｏｘｉｄｅ  ＶＣＳＥＬｓ  ｉｎ  ｎｏｎ−Ｈｅｒｍｅｔｉｃ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」
【非特許文献３】２００３年３月の、ＩＥＥＥ／ＯＳＡ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの、Ｓ．Ｘｉｅ，  Ｒ．Ｈｅｒｒｉｃｋ，  Ｄ．Ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎ，  Ｓ．Ｊ．Ｒｏｓｎｅｒ，  Ｓ．ＭｃＨｕｇｏ，  Ｇ．Ｇｉｒｏｌａｍｉ，  Ｍ．Ｍａｙｏｎｔｅ，  Ｓ．Ｋｉｍ，  Ｗ．Ｗｉｄｊａｊａによる「Ｆａｉｌｕｒｅ  Ｍｏｄｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｏｘｉｄｅ  ＶＣＳＥＬｓ  ｉｎ  Ｈｉｇｈ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」（印刷中）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、酸化型ＶＣＳＥＬは、マルチチャネルアレイにとっては高価で手間を要する選択肢である密封した缶にパッケージするか、または、水分が酸化層に入ることを防ぐためにパッシベーション処理を行う必要がある。水分が酸化型ＶＣＳＥＬに入ることを防ぐ方法と装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１態様によれば、酸化型ＶＣＳＥＬを形成する方法は、ＶＣＳＥＬ構造を形成することと、ＶＣＳＥＬ構造を部分的に貫通して酸化空洞を形成することと、ＶＣＳＥＬ構造内の層を酸化することと、酸化空洞の表面上に第１のパッシベーション層を形成することと、第１のパッシベーション層の上に第２のパッシベーション層を形成することとを含む。１実施形態では、第１のパッシベーション層は窒化珪素（ＳｉＮ）で作成され、第２のパッシベーション層はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）で作成される。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、酸化型ＶＣＳＥＬ構造は、底の鏡領域と、底の鏡領域の上の活性領域と、活性領域の上にある上の鏡領域と、上の鏡領域を部分的に貫通する酸化空洞と、酸化空洞の表面を覆う第１のパッシベーション層と、第１のパッシベーション層を覆う第２のパッシベーション層とを含む。１実施形態では、第１のパッシベーション層はＳｉＮで作成され、第２のパッシベーション層はＳｉＯＮで作成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、ウェハ１１（図１のみに示す）上に形成されたＶＣＳＥＬ構造１０を含む出発材料を示す。一般的には、ガリウムヒ素ウェハ１１を使用する。ＶＣＳＥＬ構造１０は、ウェハ１１の上に底の鏡領域１２、領域１２の上に活性領域１４、領域１４の上に上の鏡領域１６をそれぞれ成長させることによって形成される。ＶＣＳＥＬの構造はよく知られているので、本明細書では正確な構造と工程について詳細には説明しない。
【０００７】
一般的には、底の鏡領域１２は、異なる屈折率を有する層を交互に重ねて構成されるｎドープ型ＤＢＲ（分散型Ｂｒａｇｇリフレクタ）鏡構造である。交互の層は、２つの異なるアルミニウムモル比率（たとえば９０％と１５％）を有するアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）で作成することができる。
【０００８】
一般的には、上の鏡領域１６は、異なる屈折率を有する層を交互に重ねて構成されるｐドープ型ＤＢＲ鏡構造である。領域１２と同様に、交互の層は、２つの異なるアルミニウムモル比率（たとえば９０％と１５％）のＡｌＧａＡｓで作成することができる。領域１６内で交互の層の１つまたは複数の対を成長させた後、酸化層１８（図１、２、３だけに示す）を成長させる。酸化層１８は、構造１０の中でアルミニウムモル比率がもっとも高い（たとえば９５％）ＡｌＧａＡｓで作成する。ついで、領域１６の中で残りの交互の層を成長させる。
【０００９】
ついで構造１０をエッチングし、１つまたは複数の酸化空洞４０（図２）を形成する。酸化空洞４０は酸化層１８を通過して上の鏡領域１６の中にまで伸びる。酸化空洞４０は、結果的に形成されるＶＣＳＥＬのレーザ発光領域の周囲に形成される。窒化物マスク層を使用して、酸化空洞４０をエッチングする位置を画定することができる。酸化空洞４０はウェットエッチングでも形成できるし、ドライエッチングでも形成できる。
【００１０】
次に構造１０を酸化炉の中に入れる。酸化空洞４０をエッチングするために使用した窒化物マスク層を酸化マスクとして残し、構造１０の上表面の酸化を防ぐことができる。酸化空洞４０を介して酸化層１８に蒸気を導入し、横方向に酸化する。酸化層１８の酸化された領域は、電流を限定し、結果的に形成されるＶＣＳＥＬの開口部（アパチュア）またはレーザ発光ボリューム６２（図３だけに示す）内に光学的な制限（境界）を確立する絶縁領域６０（図３）を形成する。
【００１１】
ついで構造１０を第１のパッシベーション層８０で被覆する（図４）。特に、パッシベーション層８０は酸化空洞４０の表面を覆う。パッシベーション層８０は窒化珪素（ＳｉＮ）で作成され、約０．５ミクロンの厚さを有する。パッシベーション層８０は、温度Ｔ１でプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって形成することができる。
【００１２】
次に、結果的に形成されるＶＣＳＥＬに電流を供給する金属接点１００（図５）を形成する。金属接点１００は、レーザ領域上のパッシベーション層８０をエッチングで除去し、金属層のパターン形成を行って形成する。
【００１３】
ついで、構造１０を第２のパッシベーション層１２０で被覆する（図６）。特に、パッシベーション層１２０は酸化空洞４０と開口部（レーザ発光ボリューム）６２の表面をカバーする。パッシベーション層１２０はシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）で作成される。パッシベーション層１２０はレーザ光の波長の約３／２の光学的厚さを有するので、結果として作成されるＶＣＳＥＬの光の放射に影響を与えない。パッシベーション層１２０はＰＥＣＶＤによって温度Ｔ１より低い温度Ｔ２で形成することができる。
【００１４】
パッシベーション層８０は、ＧａＡｓに良好に接着し、高い応力レベルと、中程度のピンホールレベルを有する膜である。この高い応力レベルのみによって、薄いパッシベーション層８０を堆積することができ、ＶＣＳＥＬ構造１０が割れない（亀裂を生じない）。図７に示されるように、薄いパッシベーション層８０は、水分を絶縁領域６０に入れてしまうピンホール１４０などのピンホールの影響をより受けやすいと考えられる。実験結果から、パッシベーション層８０だけで被覆されたＶＣＳＥＬは、温度８５℃で湿度８５％という環境で１０００時間のテストを行うと、許容できないほどの高い偶発故障率が生じることが知られている。
【００１５】
パッシベーション層１２０は低い応力レベルを有し、より低い温度でパッシベーション層８０の上に堆積される。応力レベルがより低いので、ＶＣＳＥＬ構造１０におけるパッシベーション層１２０が厚くても亀裂を生じないように耐えさせることができ、これによって、ピンホールの数を減らすことができる。より高い堆積温度（堆積処理に際しての温度）でパッシベーション層８０を堆積させている間、残余気体の源が燃え尽きてしまうので、より低い堆積温度（でのパッシベーション層１２０の処理）は、残余気体の放出によってパッシベーション層８０に形成されたピンホールを覆うのを確実にする。図８に示されるように、パッシベーション層１２０は、パッシベーション層８０のピンホール１４０などのピンホールを覆うと考えられる。逆に、パッシベーション層１２０のピンホール１４２などのピンホールは、パッシベーション層８０によって覆われる。さらに、パッシベーション層１２０は開口部（レーザ発光ボリューム）６２の上表面を環境から守る。
【００１６】
開示された実施形態の特徴に関する、種々の他の適応や組み合わせも、本発明の範囲内である。たとえば、第２のＳｉＯＮパッシベーション層の代わりに、より低い温度で堆積させた第２のＳｉＮパッシベーション層を使用することができる。図の中には１つのＶＣＳＥＬ構造しか示されていないが、当業者であれば、記述された工程を使用して任意の複数のＶＣＳＥＬによるアレイを構成できることが理解されるであろう。多くの実施形態は付随する請求項によって包含されている。
【００１７】
なお、本発明は例として次の態様を含む。（  ）内の数字は添付図面の参照符号に対応する。
［１］  酸化型垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を形成する方法であって、
ＶＣＳＥＬ構造（１０）を形成することと、
前記ＶＣＳＥＬ構造を部分的に貫通して酸化空洞（４０）を形成することと、
前記ＶＣＳＥＬ構造内の層（１８）を酸化することと、
前記酸化空洞の表面を覆うように第１のパッシベーション層（８０）を形成することと、
前記第１のパッシベーション層を覆うように第２のパッシベーション層（１２０）を形成することと、
を含むことを特徴とする方法。
［２］  前記第１のパッシベーション層を形成することは、前記酸化空洞の表面上にＳｉＮを堆積させることを含むことを特徴とする、上記［１］に記載の方法。
［３］  前記第２のパッシベーション層を形成することは、前記第１のパッシベーション層の上にＳｉＯＮを堆積させることを含むことを特徴とする、上記［２］に記載の方法。
［４］  前記第２のパッシベーション層の形成は前記第１のパッシベーション層の形成より低い温度で行われることを特徴とする、上記［３］に記載の方法。
［５］  前記ＶＣＳＥＬ構造を形成することは、
ウェハ（１１）の上に底の鏡領域（１２）を形成することと、
前記底の鏡領域の上に活性領域（１４）を形成することと、
前記活性領域の上に上の鏡領域（１６）を形成することとを含むことを特徴とする、上記［１］に記載の方法。
［６］  前記第２のパッシベーション層を前記ＶＣＳＥＬのレーザ開口部（６２）の上に形成することをさらに含むことを特徴とする、上記［１］に記載の方法。
［７］  酸化型垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であって、
底の鏡領域（１２）と、
前記底の鏡領域の上の活性領域（１４）と、
前記活性領域の上にある上の鏡領域（１６）と、
前記上の鏡領域を部分的に貫通する酸化空洞（４０）と、
前記酸化空洞の表面を覆う第１のパッシベーション層（８０）と、
前記第１のパッシベーション層を覆う第２のパッシベーション層（１２０）と、
を備えることを特徴とする酸化型垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）。
［８］  前記第１のパッシベーション層は、ＳｉＮを含むことを特徴とする、上記［７］に記載のＶＣＳＥＬ。
［９］  前記第２のパッシベーション層は、ＳｉＯＮを含むことを特徴とする、上記［８］に記載のＶＣＳＥＬ。
［１０］  前記ＶＣＳＥＬのレーザ開口部（６２）を覆う前記第２のパッシベーション層をさらに含むことを特徴とする、上記［７］に記載のＶＣＳＥＬ。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１実施形態による酸化型ＶＣＳＥＬを形成する工程を説明する図である。
【図２】本発明の１実施形態による酸化型ＶＣＳＥＬを形成する工程を説明する図である。
【図３】本発明の１実施形態による酸化型ＶＣＳＥＬを形成する工程を説明する図である。
【図４】本発明の１実施形態による酸化型ＶＣＳＥＬを形成する工程を説明する図である。
【図５】本発明の１実施形態による酸化型ＶＣＳＥＬを形成する工程を説明する図である。
【図６】本発明の１実施形態による酸化型ＶＣＳＥＬを形成する工程を説明する図である。
【図７】本発明の１実施形態による図１から図６の工程で形成された酸化型ＶＣＳＥＬの利点を説明する図である。
【図８】本発明の１実施形態による図１から図６の工程で形成された酸化型ＶＣＳＥＬの利点を説明する図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ＶＣＳＥＬ構造
１１  ウェハ
１２  底の鏡領域（鏡の領域層）
１４  活性領域
１６  上の鏡領域
１８  酸化層
４０  酸化空洞
６０  絶縁領域
６２  レーザ発光ボリューム（開口部）
８０  第１のパッシベーション層
１００  金属接点
１２０  パッシベーション層
１４０  ピンホール
１４２  ピンホール
【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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