(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上にデポジットされた第１の広帯域幅分布型ブラグ反射器であって、第１及び第２の波長の光を反射する第１の広帯域幅分布型ブラグ反射器と、
前記第１の広帯域幅分布型ブラグ反射器上にデポジットされた第１のスペーサ層と、
前記第１のスペーサ層の上にデポジットされた第１の活性層であって、第１の波長の光を放射するための第１の活性層と、
前記第１の活性層の上にデポジットされた第２のスペーサ層と、
前記第２のスペーサ層の上にデポジットされた第２の活性層であって、前記第１の波長より長い第２の波長の光を放射し、その一部が選択的に混合されて選択的に混合された領域を形成する第２の活性層と、
前記第２の活性層及び前記選択的に混合された領域の上にデポジットされた第３のスペーサ層と、
前記第３のスペーサ層の上にデポジットされた第１のエッチストップ層と、
前記第１のエッチストップ層の上にデポジットされた第４のスペーサ層と、
前記第４のスペーサ層を部分的に覆う第２のエッチストップ層と、
前記第２のエッチストップの上、及び、前記第１のエッチストップの上にデポジットされた第２の広帯域幅分布型ブラグ反射器であって、第１及び第２の波長の光を反射する第２の広帯域幅分布型ブラグ反射器と、
前記第１のレーザーキャビティにおいて前記第１の活性層を通して電流を流して、これにより前記第２の広帯域幅分布型ブラグ反射器を通して前記第１の活性層から前記第１の波長における光の放射を生じさせるための第１の電極と、
前記第２のレーザーキャビティにおいて前記第１及び第２の活性層を通して電流を流して、これにより前記第２の広帯域幅分布型ブラグ反射器を通して前記第２の活性層から前記第２の波長における光の放射を生じさせるための第２の電極とを含んでおり、
前記第４のスペーサ層が前記第２のエッチストップ層で覆われていない領域において前記１のエッチストップ層までエッチングされ、第１のレーザーキャビティが、前記１のエッチストップ層、前記第３のスペーサ層、前記選択的に混合された領域、前記第２のスペーサ層、前記第１の活性層、及び、前記第２のエッチストップ層で覆われていない領域の下の前記第１のスペーサ層から形成され、
更に、前記第２のレーザーキャビティが、前記第２のエッチストップ層、前記第４のスペーサ層、前記第１のエッチストップ層、前記第３のスペーサ層、前記第２の活性層、前記第２のスペーサ層、及び、前記第２のエッチストップ層で覆われた領域の下の前記第１の活性層から形成されている
二重波長表面放射レーザー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重波長の表面放射レーザーに関し、特に、多重波長のビームを反射するための広帯域幅分布型ブラグ反射器（ＤＢＲ）を備えた多重波長の表面放射レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アレイの異なった素子から異なった波長の光ビームを同時に放射することができるレーザーアレイのような、アドレス可能なモノリシック多重波長の光源は、カラー印刷、フルカラーデジタルフィルム記録、カラーディスプレイ、及び、他の光学記録システムの分野のような各種の分野で有用である。
【０００３】
個体としては、半導体発光ダイオード及び半導体レーザーは、これらの分野の或るものについては、電力が不十分であるかもしれない。半導体発光ダイオード或いは半導体レーザーのアレイは、全体の電力出力を増加するために使用することができ、並行処理を提供し、光学系の設計を簡単にする。アレイは、アレイの発光素子の互いの良好な光学的な整列を提供して維持するために、また、付随する組み立ての工数を最小にするために、発光素子が単一の半導体基板の上にあるようにモノリシック構造で製造される。
【０００４】
そのようなアレイが持つ一つの問題は、個々の発光素子の間で電気的及び光学的な隔離を維持することである。別の問題は、隔離を維持し、熱放散の問題を避け、そして、素子の正確な整列を提供しながら、素子を一緒に密接して配置することにより、基板内の発光素子の密度を増加させることである。
【０００５】
別の問題は、アレイ内の各々の個々の発光素子を、独立にアドレス可能とすることである。発光素子が高い密度で近接して配置されるに従って、各々の素子に、別々に個別的に、且つ、独立して光を放射させることは困難になる。
【０００６】
また、高密度に対する問題は、個々の密接して配置された放射光ビームを容易に分離或いは検出する必要があるということである。典型的には、ビーム分離は、アレイの異なった素子から異なった波長の光ビームを同時に放射するアレイを有することによって成し遂げられる。
【０００７】
半導体レーザーは、典型的には端面エミッタである。光は、半導体層のモノリシック構造の端面から放射される。別の構造は、光が半導体層のモノリシック構造の表面から放射される表面エミッタである。
【０００８】
表面放射半導体光源は、端面エミッタに対していくつかの利点を有する。表面エミッタの光放射表面は、端面エミッタのそれより大きい。表面エミッタは、端面エミッタより光を放射するために少ない電力しか必要としない。端面エミッタでは必要なへき開とミラーパッシベーションが除かれるので、表面放射レーザーの製造は、端面放射レーザーの製造よりは複雑でないようにすることができる。端面放射源よりも表面放射源の方が、レーザーエミッタの密度を高くすることができる。
【０００９】
米国特許第５，３１９，６５５号明細書は、多重波長の垂直キャビティ表面放射レーザーについての基礎として、表面スキミング構造を使用する。しかしながら、この構造の各々のレーザーは、活性層と活性層の間、或いは、活性層とより上のＤＢＲの間を分離させることなく、分布型ブラグ反射器（ＤＢＲ）の間に活性層の間に挟まれた、一つ、二つ、或いは三つの活性層を含む。一つの活性層を持つレーザーの活性層が、ＤＢＲからの反射によって確立された光学的定在波のピークに配置されるけれども、二つの活性層を含むレーザーの放出活性層は、そのレーザーの光学的定在波に対して不整列である。同様に、三つの活性層を含むレーザーの放出活性層は、そのレーザーの光学的定在波に対して一層不整列である。このように、前記特許で教示された表面放射レーザーは、非能率であり、過度に高い閾値を有しており、また、近接して配置された波長に限定される。レーザーの不十分な効率と高い閾値が、近接して配置されたエミッタを有するレーザーにおいて不十分な光学特性、たとえば、過度の電力垂下及びレーザー間のクロストークを引き起こすので、多重波長の表面放射レーザーのアレイは、光学記録の分野で有用とするために、最小の閾値と最大の効率を有するように設計されなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、異なった波長の光を放射するための多重活性層を備えた多重波長表面放射レーザーのモノリシック構造を提供することであり、そこでは、不純物導入層混合構造は、狭いバンドギャップで長い波長の活性層の一部を除去して、広いバンドギャップで短い波長の活性層が光を放射できるようにする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、多重波長表面放射レーザーは、多重波長で光を反射する第１及び第２の広帯域幅分布型ブラグ反射器（ＤＢＲ）を有する。表面放射レーザー構造は、各々のキャビティが異なった波長で光をそれぞれ放射するための一つ以上の活性層を含む二つのキャビティから成る。二重波長表面放射のための好適な実施態様においては、第１のキャビティは第１の波長の光を放射するための第１の活性層を後で含み、第２のキャビティは第１及び第２の活性層を含み、第２の長い波長の光のみを放射する。第２の層は、エピタキシャル成長が完了する前に選択層混合によって第１のキャビティにおいて除かれた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで図１を参照すると、本発明の第１の実施態様のような、高密度の独立にアドレス可能な二重波長表面放射のモノリシックレーザー構造１００が例示されている。
【００１３】
モノリシックレーザー構造１００は、当該技術分野で周知のように、有機金属の化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）のような技術で製造することができる。この実施態様においては、モノリシックレーザー構造１００は、その上にｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ及びｎ−ＡｌＡｓの交互層の第１のすなわち下側広帯域幅ＤＢＲ１０４がエピタキシャル成長技術でデポジットされたｎ−ＧａＡｓの基板１０２、２０〜２００ｎｍ厚のｎ−（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０．５＜ｘ＜１．０）の第１のすなわち下側スペーサ層１０６、８〜１０ｎｍ厚のＧａzＩｎ1-zＰの第１のすなわち下側活性量子井戸層１０８、５〜５０ｎｍ厚の非ドープの（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ（０．３＜ｘ＜０．５）の第２のすなわち下側中間スペーサ層１１０、８〜１０ｎｍ厚のＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜０．３）の第２のすなわち上側活性量子井戸層１１２、２０〜２００ｎｍ厚のｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５＜ｘ＜０．８）の第３のすなわち中間スペーサ層１１４、公称５ｎｍ厚のｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ或いはｐ−ＧａＡｓの第１のエッチストップ層１１６、５〜２００ｎｍ厚のｐ−ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５＜ｘ＜０．８）の第４のすなわち上側スペーサ層１１８、及び、１０ｎｍ厚のｐ−Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ或いはｐ−ＧａＡｓの保護コンタクト層１２０を含む。
【００１４】
第４のすなわち上側スペーサ層１１８は、エッチングのための保護層１２０の成長の後に停止させることにより、モノリシックレーザー構造１００の一部から選択的に除去される。上側スペーサ層１１８の下に埋め込まれたＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの薄いエッチストップ層１１６は、エッチング停止層及びエッチングされた領域おける上側ＤＢＲのエピタキシャルの成長のための保護層として作用する。同様に、保護層１２０は、選択的なエッチングの後に非エッチング領域において上側ＤＢＲをその上にエピタキシャル成長技術で成長させるＡｌを含まない（Ａｌ−ｆｒｅｅ）表面を提供する。
【００１５】
モノリシックレーザー構造１００の一部１３０はマスクにより覆われ、残りの部分１４０は周知のように第１のエッチストップ層１１６までエッチングされ、したがって、保護層１２０と上側スペーサ層１１８の一部が除去される。
【００１６】
モノリシックレーザー構造１００の形成は、エッチングの後にマスクを除去し、非エッチング部分の保護層１２０の上と、頂部表面１２６を備えたＡｌＡｓとＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの交互層の第２のすなわち上側広帯域幅ＤＢＲ１２２のエッチング部分のエッチストップ層１１６の上のエピタキシャル成長技術でのデポジションが続く。
【００１７】
広帯域幅ＤＢＲ１０４は、ｎ−Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓとｎ−ＡｌＡｓの６０〜１２０の交互層から成る。例えば、ＤＢＲは、半導体層において、通常λ1とλ2の平均とされる設計波長において、６０の１／４波長スタックとすることができる。半導体層の厚さは、赤及び赤外線の波長については、波長の１／４または公称５０ｎｍである。第１のすなわち下側ｎ−ＤＢＲ１０４は、ほぼ３ミクロン厚だろう。このように、この広帯域幅ＤＢＲ１０４は、第１の活性層と第２の活性層の両方から放射される光の波長で反射するだろう。
【００１８】
第２のすなわち上側ＤＢＲ１２２は、好ましくは、Ａｌ0.5Ｇａ0.5ＡｓとＡｌＡｓ酸化物の１０〜２０の交互層から成る。例えば、ＤＢＲは、設計波長において１０の１／４波長スタックとすることができる。Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓと酸化ＡｌＡｓの層の厚みは、波長の１／４であり、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓにおいては公称５０ｎｍ、酸化ＡｌＡｓにおいては公称１２０ｎｍである。第２のすなわち上側ｐ−ＤＢＲは、ほぼ０．８５ミクロン厚だろう。上側ＤＢＲ１２２は、コンタクト層１１６及び１２０を露出させるために、そして、自然成長したＤＢＲ内のＡｌＡｓ層のＡｌＡｓ酸化物への変換を可能にするために、横方向にパターン化される。別法として、第２のすなわち上側ＤＢＲ１２２は、非ドープであり、ｎ導電形でないことを除いて、第１のすなわち下側ＤＢＲ１０４に類似させることができる。このように、この広帯域幅ＤＢＲ１２２は第１の活性層と第２の活性層の両方から放射される光の波長で反射するだろう。
【００１９】
この構造の利点は、二つのレーザーキャビティについて活性層とスペーサ層を、各波長毎に個別に最適化できることである。更なる利点は、各々の活性層構造がそのそれぞれのキャビティにおいて光学定在波のピークに位置するように、スペーサ層の厚さを独立に調整できることである。
【００２０】
第１のレーザーキャビティ１４０は、モノリシック構造１００内のエッチングされた部分の下にあり、第１のエッチストップ層１１６、第３のすなわち上側中間スペーサ層１１４、以下に記述される選択的に混合された領域１１３、第２のすなわち下側中間スペーサ層１１０、第１の活性量子井戸層１０８、及び、第１のすなわち下側スペーサ層１０６から成る。レーザーキャビティは、いくつかの異なった技術の一つで形成することができる。例えば、図１の実施態様は、プロトン打ち込み領域１８０で電流を閉じ込めることによる利得導波型キャビティの形成を例示している。
【００２１】
第２のレーザーキャビティ１３０は、モノリシック構造１００内の非エッチング部分の下にあり、保護層１２０、第４のすなわち上側スペーサ層１１８、第１のエッチストップ層１１６、第３のすなわち上側中間スペーサ層１１４、第２の活性量子井戸層１１２、第２のすなわち下側中間スペーサ層１１０、第１の活性量子井戸層１０８、及び、第１のすなわち下側スペーサ層１０６から成る。例えば、図１の実施態様は、プロトン打ち込み領域１９０で電流を閉じ込めることによる利得導波型キャビティの形成を例示している。
【００２２】
並設されたレーザーは、領域１９５内のプロトン植え込み或いは領域１９５内のエッチングされた溝により互いに電気的に隔離される。
【００２３】
レーザーキャビティ１４０内に混合領域１１３がない場合には、第１のレーザーキャビティは、両方の活性層に電流が印加されると、第１の活性層１０８よりは、第２の活性層１１２から第２の長い波長で光を放射する。なぜなら、第２の活性層は、一層狭いバンドギャップを有しており、注入されたキャリアはその構造内で最も低いエネルギー活性層に優先的に集まるからである。
【００２４】
レーザーキャビティに、第１の活性層１０８の広いバンドギャップの一層短い波長（一層高いエネルギー）でレーザー光線を発生させるために、第２の活性層１１２の一部１１３は、レーザー構造１００において不動作としなければならない。これは、そのバンドギャップが第１の活性層１０８より広くなるように、領域１１３の組成を修正することによって、第１の実施態様において達成することができる。このように、レーザーキャビティにおいて、優先的に集まった一層低いエネルギーの活性層は、第１の活性層１０８であって、そして、第２の活性層１１２ではないだろう。しかしながら、問題は、レーザーキャビティの典型的な横方向の間隔が１０〜５００ミクロンであり、第１及び第２の活性層１０８及び１１２の典型的な縦方向の間隔が５〜５０ｎｍ厚であることを念頭に置きながら、隣接する第２の活性層１１２の下方の部分或いはその一部の第１の活性層１０８の組成を変えることなく埋め込み領域１１３の組成をどのようにして修正するかということである。
【００２５】
本発明によれば、活性層１１２は、領域１１３に第２の活性層１１２を選択的に混合することによりレーザーキャビティ１４０において除去される。この選択的な混合は、不純物の制限された源から層混合を導入することにより達成することができる。
【００２６】
モノリシックレーザー構造１００に適用されたように、本発明の下にある概念は、一層短い波長の量子井戸層１０８を維持しながら、一層長い波長の量子井戸層１１２を上側中間スペーサ層１１４と混合することを伴う。このように、活性層１１２は、第２の活性層１１２を領域１１３に選択的に混合することによりレーザーキャビティ１４０において除去される。第２の活性層の混合をどこに発生させるかを制御するために、選択的にキャップを被せる条件が使用される。
【００２７】
「熱処理（ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）」とは、典型的には７００〜１０００℃の範囲の温度で加熱して、その温度範囲内で１〜１００時間保持することを意味する。「急速熱処理（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）」とは、１分以内で上記温度範囲まで加熱し、１０分以内で冷却することを意味する。熱処理及び急速熱処理の両方が、出願の目的のためのアニーリングとして考えられる。
【００２８】
選択的な混合のための好適な方法は、空格子点強調型混合（ｖａｃａｎｃｙｅｎｈａｎｃｅｄ  ｉｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇ）の間のＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＰ材料システムに関してのＡｌとＧａの拡散係数の大きな違いを利用する。この実施態様においては、混合は、好ましくは、その構造にＳｉ3Ｎ4及びＳｉＯ2で選択的にキャップをして、アニーリングを行うことにより達成される。アニールの間、ＡｌＧａＡｓ量子井戸は上側中間スペーサ層と混合され、一方、ＧａＩｎＰ量子井戸は部分的に混合されることがあり、小さい波長シフトが生じる。このシフトは、ＡｌとＧａの拡散係数の大きい違いのために最小となるべきであり、また、井戸の幅を思慮深く選択することにより更に最小とすることができる。量子井戸の部分的な混合に関連した波長シフトは、狭い井戸に対して大きいので、赤外線及び赤の量子井戸の波長シフトの範囲の間の更なる識別は、極端に大きなシフトが要求される赤外線に関して狭い井戸（約１００Åより小さい）を使用することにより、また、最小のシフトが要求される赤に関して広い井戸（約１００Åより大きい）を使用することにより達成することができる。赤部分が量子井戸としてよりはバルクとして振る舞うのに十分に広いこの制限するケースは、アニールの間の赤波長のシフトを排除する。このように、発明の１つの可能な変形は、ＧａＩｎＰ量子井戸活性領域を、バルク材料として振る舞う一層広い（約２００Åより大きい）（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層と置換することである。別法として、或いは、これに加えて、混合の際にバンドギャップの増加を強化するために、高Ａｌ組成の薄い層を含むことによって、ＡｌＧａＡｓ活性領域を最適化することができる。
【００２９】
第１の方法においては、モノリシックレーザー構造１００は、赤放射のための非ドープのＧａＩｎＰ量子井戸の第１の活性層１０８と、赤外線放射のための第２のＡｌＧａＡｓ或いはＧａＡｓの量子井戸活性層１１２を含んで成長する。第２の活性層は、層１１２に、近傍の第１の活性層１０８をそのままにしながら、量子井戸を混合するのに十分なｐ形不純物、たとえば、亜鉛の制限されている量を含む。次いで、その下で活性層１１２が混合されないままになっている表面の一部がＳｉ3Ｎ4で覆われる一方、その下で活性層１１２が混合される表面の残りが覆われないままで残される。次に、この構造は、構造の表面がＧａＡｓウエハで覆われるか、或いは、活性層１１２の層１１３を混合するのに十分な時間だけＧａ雰囲気の密閉環境で、高温アニール処理を受ける（約７００〜１０００℃の範囲で）。高濃度ガリウム条件により生成された砒素空格子点は、ｐ形不純物で不純物導入層混合を促進するが、非ドープ材料の不純物導入層混合は可能にしない。このように、砒素空格子点の内部拡散は、領域１１３で層１１２の混合を作り出すが、活性層１０８の下にある部分には実質的に影響を与えない。
【００３０】
第２の方法においては、モノリシックレーザー構造１００は、赤放射のためのＧａＩｎＰ量子井戸の第１の活性層１０８と、赤外線放射のための第２のＡｌＧａＡｓ或いはＧａＡｓ量子井戸活性層１１２を含んで成長する。両方の活性層は、非ドープで成長する。次いで、その下で活性層１１２が混合される表面の一部がＳｉＯ2で覆われる一方、その下で活性層１１２が混合されないままになっている表面の残りがＳｉ3Ｎ4で覆われる。次に、この構造は、活性層１１２の領域１１３を混合するのに十分な時間だけ、高温アニール処理を受ける（約８００〜１０００℃の範囲で）。ＳｉＯ2キャップは、外部拡散を吸収することによりＧａ空格子点の源として作用する。このように、ＳｉＯ2の下のＡｌＧａＡｓ層は、空格子点強調型混合により領域１１３で混合される。他方では、Ｓｉ3Ｎ4でキャップが被せられた領域における同じ層と、ＳｉＯ2キャップの下のＧａＩｎＰ活性層は、実質的に変化しないままである。この方法の不利な点は、混合された領域１１３が、混合の間に隣接しているスペーサ層１１４からのｐドーパントが領域１１３内に拡散する範囲にのみｐドープされるということである。或る場合には、これで十分である。
【００３１】
ＳｉＯ２キャップがＧａ空格子点を供給することによりＡｌＧａＡｓ量子井戸の混合が強化される一方、Ｓｉ3Ｎ4キャップの下の材料は実質的に変化しないままであるので、混合すべき領域の上にＳｉＯ2キャップを設けることは好ましい。ＡｌＧａＩｎＰにおけるＡｌ及びＧａの内部拡散係数は小さいので、ＳｉＯ2キャップの下のＡｌＧａＩｎＰ量子井戸は、ＡｌＧａＡｓ量子井戸ほどは混合されない。しかしながら、本発明がＳｉＯ2キャップに限定されるものではなく、他の空格子点誘起材料に置換することができることは理解されるべきである。
【００３２】
第３の方法においては、モノリシックレーザー構造１００は、赤放射のための非ドープのＧａＩｎＰ量子井戸の第１の活性層１０８と、赤外線放射のための第２のＡｌＧａＡｓ或いはＧａＡｓの量子井戸活性層１１２を含んで成長する。第２の活性層は、近傍の第１の活性層１０８をそのままにしながら、量子井戸を混合するのに十分な不純物、たとえば、Ｓｉ或いはＧｅの制限されている量を含む。次いで、その下で活性層１１２が混合されないままになっている表面の一部がＳｉ3Ｎ4で覆われる一方、その下で活性層１１２が混合される表面の残りが覆われないままで残される。次に、この構造は、活性層１１２の領域１１３を混合するのに十分な時間だけ、高温で（約７００〜１０００℃の範囲で）極端な高濃度ガリウムの条件の下でアニール処理を受ける。極端な高濃度ガリウムの条件が、砒素空格子点が層１１２の中へ伝搬してｐドープされた混合領域１１３を作り出すことを可能にする。極端な高濃度ガリウムの条件は、Ｇａ雰囲気で密閉されたアンプル内でアニールを実行することにより提供することができる。ｐ形混合領域は、混合領域１１３を通ってｐ形導電を提供するので有益である。活性層１１２と活性層１０８は、層混合を誘起する砒素空格子点がないＳｉ3Ｎ4キャップの下で実質的に変化しないままである。
【００３３】
本発明の範囲内において、混合領域１１３を作りだすための表面のパターンニングの種々の別の手段がある。他の材料の組み合わせとアニーリング環境を、横方向にパターン化された混合を実行するために使用することができる。
【００３４】
パターン化されたＡｌＧａＡｓ活性領域の混合に続いて、第１及び第２のレーザーキャビティ１４０及び１３０は、前述した確立された方法によって形成される。本発明の好適な実施態様は、レーザーキャビティ１４０に注入電流を閉じ込めるためのプロトン移植領域１８０、レーザーキャビティ１３０に注入電流を閉じ込めるためのプロトン移植領域１９０、及び、レーザーキャビティを隔離するための領域１９５内のエッチングされた溝を使用する。
【００３５】
第１及び第２のレーザーへ金属コンタクトを形成するために標準の蒸着技術が使用される。第１のレーザーキャビティ１４０のｐ側は、構造のエッチングされた部分の上でＣｒ−Ａｕ或いはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの環状金属コンタクト１６２によりキャップ層１１６の頂部表面の上に接触される。第１のレーザーキャビティ１４０のｎ側へのコンタクト１９４は、Ａｕ−Ｇｅ合金のメタライズ、これに続く、基板１０２の底表面１９６上のＣｒ−Ａｕ或いはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕによって提供される。
【００３６】
第２のレーザーキャビティ１３０のｐ側は、構造の非エッチング部分の上でＣｒ−Ａｕ或いはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの環状金属のコンタクト１６０によりコンタクト層１２０の頂部表面の上に接触される。コンタクト１９４は、第２のレーザーキャビティ１３０のｎ側へのコンタクトを提供する。
【００３７】
ＧａＩｎＰの第１の活性層１０８は、ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓの第２の活性層１１２より広いバンドギャップを有し、したがって、第１の活性層１０８は、第２の活性層１１２より一層短い第１の波長でレーザー光線を発するだろう。
【００３８】
この図示された例においては、ＧａＩｎＰの第１の活性層１０８は、赤でレーザー光線を発するだろう。ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓの第２の活性層１１２は、ＧａＩｎＰの第１の活性層１０８より狭いバンドギャップを有し、したがって、第２の活性層１１２は、第１の活性層１０８より一層長い第２の波長でレーザー光線を発するだろう。この図示された例においては、ＧａＡｓ或いはＡｌＧａＡｓの第２の活性層は、赤外線でレーザー光線を発するだろう。
【００３９】
第１のコンタクト１６２と共通のコンタクト１９４に印加される電圧は、第１のレーザーキャビティ１４０の第１の活性量子井戸層１０８に、第１のコンタクト１６２によって覆われていないレーザー構造１００の頂部表面の第１の放射窓を通る第１の波長の光を放射させるだろう。第１のキャビティ１４０は第１の活性量子井戸層１０８のみを含む。
【００４０】
第２のコンタクト１６０と共通のコンタクト１９４に印加された電圧は、第２のレーザーキャビティ１３０の第２の活性量子井戸層１１２に、第２のコンタクト１６０によって覆われていないレーザー構造１００の頂部表面の第２の放射窓を通る第２の波長の光を放射させるだろう。第２のレーザーキャビティ１３０は第１の活性量子井戸層１０８と第２の活性量子井戸層１１２の両方を含む。第２の活性量子井戸層１１２のみが、レーザー光線を放射するだろう。
【００４１】
端面エミッタレーザーのレーザーキャビティ長は、放射された光の波長の何千倍である。レーザーキャビティ長の厳格な精密さは、端面エミッタにおいてはこのようにクリチカルではない。これとは反対に、表面エミッタレーザーのレーザーキャビティ長は、放射された光の波長の小さな一桁倍或いは低い二桁倍である。
【００４２】
したがって、スペーサ層の厚さは、第１及び第２の活性層の各々の活性量子井戸を、各々の量子井戸によって放射された波長に相当するキャビティの定在波のピークに位置するように選ばれる。波長とレーザーキャビティ長のこの適合は、放射された光ビームの無効と位相不適合を避ける。
【００４３】
このように、第１の活性層１０８は、第１の活性層が放射する赤い波長の定在波のピークで第１のキャビティ１４０内に物理的に配置される。そして、第２の活性層１１２は、第２の活性層が放射する赤外線の波長の定在波のピークで第２のキャビティ１３０に物理的に配置される。第１及び第２の活性層は、そのキャビティの中心に各々の活性層を置くことにより、それらのそれぞれの定在波のピークに配置される場合がある。別法として、第２の活性層は、半導体における波長の２倍のキャビティ長を使用し、上側ＤＢＲの下にキャビティ長の１／４に活性層を配置することにより、その定在波のピークに配置される場合がある。他の非対称の配置は、波長の整数倍数であるキャビティに関して可能である。
【００４４】
第２の活性量子井戸層１１２は、別法として、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、または、ＡｌＧａＡｓＰ、赤外線のスペクトルで光を放射する全ての材料を含むことができる。別法として、周知のように、単一の活性量子井戸は、適切な障壁層によって分離された多重量子井戸で置換することができる。
同じく、上側ＤＢＲと下側ＤＢＲは、ＩｎＡｌＰとＩｎＡｌＧａＰの交互層から成ることができる。
【００４５】
ここで図２を参照すると、そこには、本発明の第２の実施態様として、高密度で独立にアドレス可能な二重波長表面放射のモノリシックレーザー構造２００が示されている。
【００４６】
モノリシックレーザー構造２００は、周知のように、有機金属の化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）のような技術により製作することができる。この実施態様においては、モノリシックレーザー構造２００は、その上に非ドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓと非ドープのＡｌＡｓの交互層の第１のすなわち下側広帯域幅ＤＢＲ２０４がエピタキシャル成長技術でデポジットされた半絶縁ＧａＡｓの基板２０２、２０〜２００ｎｍ厚の非ドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５＜ｘ＜０．８）の第１のすなわち下側スペーサ層２０６、８〜１０ｎｍ厚のＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｘ＜０．３）の第１のすなわち下側活性量子井戸層２０８、５〜１００ｎｍ厚の非ドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５＜ｘ＜０．８）の第２のすなわち下側中間スペーサ層２１０、８〜１０ｎｍ厚のＧａＡｓの第２のすなわち上側活性量子井戸層２１２、２０〜２００ｎｍ厚の非ドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５＜ｘ＜０．８）の第３のすなわち上側中間スペーサ層２１４、公称厚み５ｎｍの非ドープのＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ或いはＧａＡｓの第１のエッチストップ層２１６、２０〜２００ｎｍ厚の非ドープのＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．５＜１＜０．８）の第４のすなわち上側スペーサ層２１８、及び、４〜１０ｎｍ厚の非ドープのＧａＩｎＰ或いは非ドープのＧａＡｓの保護層２２０を含む。
【００４７】
第４のすなわち上側スペーサ層２１８は、エッチングのための保護層２２０の成長の後に停止することにより、モノリシックレーザー構造２００の一部から選択的に除去される。上側スペーサ層２１８の下に埋め込まれたＧａＩｎＰの薄いエッチストップ層２１６は、エッチング停止層と、エッチングされた領域の上側ＤＢＲのエピタキシャル成長のための保護層として作用する。同様に、保護層２２０は、選択的なエッチングの後で、非エッチング領域において上側ＤＢＲを成長させるＡ１を含まない表面を提供する
【００４８】
モノリシックレーザー構造２００の一部２３０はマスクにより覆われ、残りの部分は周知のように、第１のエッチストップ層２１６までエッチングされ、したがって、保護層２２０と上側スペーサ層２ｌ８の各一部が取り去られる。
【００４９】
モノリシックレーザー構造２００の形成は、エッチングの後にマスクを除去し、非エッチング部分の保護層２２０の上と、頂部表面２２６を備えたＡｌＡｓとＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓの交互層の第２のすなわち上側広帯域幅ＤＢＲ２２２のエッチング部分のエッチストップ層１１６の上のエピタキシャル成長技術でのデポジションが続く。
【００５０】
本発明によれば、活性層２０８及び２１２の一部は、好ましくは、選択的な混合によって除去される。活性層２１２は、領域２１３における選択的な混合によってレーザーキャビティ２４０で除去される。同様に、活性層２０８は、領域２０９における選択的な混合によってレーザーキャビティ２３０で除去される。第１及び第２の活性層の混合をどこに発生させるかを制御するために、選択的にキャップを被せる条件が使用される。
【００５１】
モノリシックレーザー構造２００は、第１の短い波長での放射のためのＡｌＧａＡｓ量子井戸の第１の活性層２０８と、第２の長い波長での放射のための第２のＡｌＧａＡｓ或いはＧａＡｓ量子井戸活性層２１２を含んで成長する。第１の活性層２０８は、近傍の第２の活性層２１２をそのままにしながら、活性層２０８を混合するのに十分なｎ形不純物、たとえば、Ｓｉ或いはＧｅの制限されている量を含む。同様に、第２の活性層２１２は、活性層２１２を混合するのに十分なｐ形不純物、たとえば、Ｚｎの制限されている量を含む。活性層２０８及び２１２の選択的な混合は、アニーリングの期間中に構造に選択的にキャップを被せることによる不純物の選択的な活性化により達成される。
【００５２】
実施態様１００に関する教示の中で説明されたように、高濃度ガリウムの条件下で、構造のこの一部をアニールすることにより領域２１３に混合される。高濃度ガリウム条件により生成された砒素空格子点は、ｐ形不純物で不純物導入層混合を促進するが、ｎ形不純物のの不純物導入層混合は可能にしない。このように、砒素空格子点の内部拡散は、領域２１３で層２１２の混合を作り出すが、活性層２０８の下にある部分には実質的に影響を与えない。極端な高濃度ガリウムの条件は、アニールの期間に構造の表面をＧａＡｓウエハで覆うか、或いは、Ｇａ雰囲気で密閉されたアンプル内でアニールを実行することにより提供することができる。
【００５３】
活性層２０８は、高濃度砒素条件の下で構造のこの一部をアニールすることにより領域２０９に混合される。高濃度砒素の条件によって作り出されたガリウム空格子点は、ｎ形不純物で不純物導入層混合を促進するが、ｐ形不純物で不純物導入層混合を可能にしない。このように、ガリウム空格子点の内部拡散は、領域２０９で層２０８の混合を作り出すが、活性層２１２の上にある部分に実質的に影響を与えない。アニールの期間中に外部拡散するＧａ原子を吸収することによって、または、砒素雰囲気で密閉されたアンプル内でキャップがかぶされていない表面のアニーリングを行なうことによって、Ｇａ空格子点の源として作用するＳｉＯ2で、構造の表面を覆うことによって、高濃度砒素条件を提供することができる。
【００５４】
このように、実施態様２００については、活性層２１２はレーザーキャビティ２３０に残るが、レーザーキャビティ２４０では排除される。同様に、活性層２０８はレーザーキャビティ２４０に残るが、レーザーキャビティ２３０では排除される。この排除により、レーザーキャビティ２３０の活性層２０８は有利である。なぜならば、それは活性層２０８のこの部分における自然再結合に供給される無駄な電流を排除し、レーザーを低温で動作できるようにするからである。
【００５５】
第１のレーザーキャビティ２４０は、モノリシック構造２００内のエッチングされた部分の下にあり、第１のエッチストップ層２１６、第３のすなわち上側中間スペーサ層２１４、選択的に混合された領域２１３、第２のすなわち下側中間スペーサ層２１０、第１の活性量子井戸層２０８、及び、第１のすなわち下側スペーサ層２０６からなる。
【００５６】
第２のレーザーキャビティ２３０は、モノリシック構造２００内の非エッチング部分の下にあり、保護層２２０、第４のすなわち上側スペーサ層２１８、第１のエッチストップ層２１６、第３のすなわち上側中間スペーサ層２１４、第２の活性量子井戸層２１２、第２のすなわち下側スペーサ層２１０、選択的に混合された領域２０９、及び、第１のすなわち下側スペーサ層２０６から成る。
【００５７】
第１及び第２のレーザーキャビティは、半環状の陰極２５０及び２５２と半環状の陽極２５４及び２５６により、エピタキシャル成長技術でデポジットされた層の内部に規定される。陰極２５０及び２５２は、自然成長の多重層の不純物導入層無秩序化により形成されたｎ形の広いバンドギャップ材料を含み、非ドープの活性層２１２及び２０８のための電子源としてそれぞれ作用する。陽極２５４及び２５６は、自然成長の多重層の不純物導入層無秩序化により形成されたｐ形の広いバンドギャップ材料を含み、非ドープの活性層２１２及び２０８のためのホール源としてそれぞれ作用する。陰極２５０及び２５２と、陽極２５４及び２５６は、好ましくは、上側ＤＢＲ２２２を通って下側スペーサ層２０６或いは下側ＤＢＲ２０４の中へ伸延して、表面放射レーザーキャビティ２４０及び２３０のための円筒形の光導波器をそれぞれ形成する。プロトン打ち込み（図示せず）は、陰極２５０と陽極２５４との間で、及び、陰極２５２と陽極２５６との間で電気的な隔離を提供する。
【００５８】
レーザー２３０及び２４０への電気的接続は、陰極２５０及び２５２に接続された陰極金属コンタクト２６０及び２６２と、陽極２５４及び２５６に接続された陽極金属コンタクト２６４及び２６６を通して行われる。頂部表面２２６にオーミック金属コンタクトを形成するために、周知の標準的な技術が使用される。
【００５９】
第２の陰極コンタクト２６２と第２の陽極コンタクト２６６に印加された電圧は、第１のレーザーキャビティ２４０の第１の活性量子井戸層２０８に、モノリシック構造２００の頂部表面２２６の放射窓を通る第１の波長の光を放射させるだろう。第１のキャビティ２４０は、第１の活性量子井戸層２０８のみを含む。
【００６０】
第１の陰極コンタクト２６０と第２の陽極２６４に印加された電圧は、第２のレーザーキャビティ２３０の第２の活性量子井戸層２１２に、モノリシック構造２００の頂部表面２２６の放射窓を通る第２の波長の光を放射させるだろう。第２のキャビティ２３０は、第２の活性量子井戸層２１２のみを含む。
【００６１】
第１のすなわち下側ＤＢＲ２０４は、できるだけ１に近い反射率を有するように製造されるが、第２のすなわち上側ＤＢＲ２２２は１にごく近い反射率であるが第１のＤＢＲのものより小さくなるように製造される。
【００６２】
光は、頂部層２２４の頂部表面２２６及び２２７と実質的に直角を成している上側広帯域幅ＤＢＲ２２２を通って放射される。したがって、モノリシックレーザー構造２００は表面放射レーザーである。放射された光は、継続波かパルスのいずれかとすることができる。
【００６３】
このように、第１の活性層２０８は、第１の活性層が放射する波長において、第１のキャビティ２４０内で定在波のピークに物理的に配置される。そして、第２の活性層２１２は、第２の活性層が放射する波長において、第２のキャビティ２５０内で定在波のピークに物理的に配置される。第１及び第２の活性層は、そのキャビティの中心に各々の活性層を置くことにより、それらのそれぞれの定在波のピークに配置することができる。別法として、第２の活性層は、半導体において波長の２倍であるキャビティ長を使用することにより、また、上側ＤＢＲの下にキャビティ長の１／４で活性層を置くことにより、その定在波のピークに配置することができる。波長の整数倍であるキャビティについては、他の非対称な配置が可能である。
【００６４】
第１及び第２のレーザーキャビティは、二つのキャビティ（図示せず）の間に溝をエッチングすることによって、或いは、二つのキャビティ（図示せず）の間の領域のプロトン打ち込みによって、電気的及び光学的に互いに隔離することができる。図２で説明されるようなキャリア注入が陽極と陰極の間で横方向である実施態様においては、層が非ドープであるので、追加の電気的隔離は必要とされないことがある。
【００６５】
別法として、周知のように、単一の活性量子井戸は、適切な障壁層によって分離された多重量子井戸で置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従って形成した、広帯域幅分布型ブラグ反射器を備え、１つのレーザーキャビティ内に二つの活性層を備えた高密度の二重波長表面放射モノリシックレーザー構造の断面側面図の概略図である。
【図２】  本発明に従って形成した、広帯域幅分布型ブラグ反射器を備え、各レーザーキャビティ内に一つの活性層を備え、同じ側の電極を備えた高密度の二重波長表面放射モノリシックレーザー構造の第２の実施態様の断面側面図の概略図である。
【符号の説明】
１００  モノリシックレーザー構造、１０４  第１のすなわち下側広帯域幅ＤＢＲ、１０２  基板、１０６  第１のすなわち下側スペーサ層、１０８  第１のすなわち下側活性量子井戸層、１１０  第２のすなわち下側中間スペーサ層、１１２  第２のすなわち上側活性量子井戸層、１１４  第３のすなわち中間スペーサ層、１１６  第１のエッチストップ層（キャップ層）、１１８  第４のすなわち上側スペーサ層、１２０  保護コンタクト層、１２２  第２のすなわち上側広帯域幅ＤＢＲ、１２６  頂部表面、１３０  第２のレーザキャビティ、１４０  第１のレーザキャビティ、１６０  第２のコンタクト、１６２  環状金属コンタクト、１８０  プロトン移植領域、１９０  プロトン移植領域、１９４  コンタクト
【図１】
0003790610.tif 000002
【図２】
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