JP2000261097A - レーザ・ダイオード及びレーザ・ダイオードを製作する方法 - Google Patents
レーザ・ダイオード及びレーザ・ダイオードを製作する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】改良された端面発光レーザ・ダイオードを提供
する 【解決手段】レーザ・ダイオード［２００］には、第１
の屈折率を備え、第１のキャリヤ・タイプで、底面と側
壁を備えるトレンチ［２１６］を有し、トレンチの底面
に、第１の屈折率より大きい第２の屈折率の第１のキャ
リヤ・タイプの第２の層［２２０］が形成されている第
１の接点層［２１４］と；第１の誘電体層［２１５］
と；第１のキャリヤ・タイプの第１のクラッド層［２２
１］と；活性層［２２２］と；活性層上の第１のキャリ
ヤ・タイプとは逆の第２のクラッド層［２２３］と；第
２のクラッド層上の第１のキャリヤ・タイプとは逆の第
２の接点層と；第１の接点層に接続された第１の電極
［２２６］と；前記第２の接点層に接続された第２の電
極［２２５］が含まれている。
する 【解決手段】レーザ・ダイオード［２００］には、第１
の屈折率を備え、第１のキャリヤ・タイプで、底面と側
壁を備えるトレンチ［２１６］を有し、トレンチの底面
に、第１の屈折率より大きい第２の屈折率の第１のキャ
リヤ・タイプの第２の層［２２０］が形成されている第
１の接点層［２１４］と；第１の誘電体層［２１５］
と；第１のキャリヤ・タイプの第１のクラッド層［２２
１］と；活性層［２２２］と；活性層上の第１のキャリ
ヤ・タイプとは逆の第２のクラッド層［２２３］と；第
２のクラッド層上の第１のキャリヤ・タイプとは逆の第
２の接点層と；第１の接点層に接続された第１の電極
［２２６］と；前記第２の接点層に接続された第２の電
極［２２５］が含まれている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ・ダ
イオードに関するものであり、とりわけ、端面発光半導
体レーザに関するものである。
イオードに関するものであり、とりわけ、端面発光半導
体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】青色レーザ・ダイオード（ＬＤ）は、赤
色レーザ・ダイオードをベースにしたコンパクト・ディ
スク・システムにおいて現在利用可能な記憶密度を越え
て、光ディスクの記憶容量を増大させる潜在力を有して
いる。記憶容量が増大すると、動画配信においてコンパ
クト・ディスクの新たな市場が開かれることになる。
色レーザ・ダイオードをベースにしたコンパクト・ディ
スク・システムにおいて現在利用可能な記憶密度を越え
て、光ディスクの記憶容量を増大させる潜在力を有して
いる。記憶容量が増大すると、動画配信においてコンパ
クト・ディスクの新たな市場が開かれることになる。
【０００３】あるクラスの青色発光素子は、サファイア
基板上に成長させたＧａＮエピ層などのＩＩＩ−Ｖ族窒
化薄膜をベースにしたものである。レーザの製作のた
め、その各端部に平行ミラーを備えた適合する光学空洞
が得られるように、リッジ構造が形成される。レーザ空
洞は、一般に、ｎ型及びｐ型半導体をなすようにドープ
されたＧａＮの２層の間に活性利得層を挟むことによっ
て、形成される。ＧａＮ層は、各種層を堆積させ、さら
に、そのスタックにエッチングを施して、その垂直壁が
導波路をなすリッジ構造を形成することによって、導波
路が形成されるように製作される。導波路の端部は、活
性領域に発生した光を前後に反射するミラーである。Ｇ
ａＮベースのＬＤの場合、ミラーは、一般に、導波路の
端部にへきかいまたはエッチングを施して、ミラーの反
射表面が得られるようにして形成される。
基板上に成長させたＧａＮエピ層などのＩＩＩ−Ｖ族窒
化薄膜をベースにしたものである。レーザの製作のた
め、その各端部に平行ミラーを備えた適合する光学空洞
が得られるように、リッジ構造が形成される。レーザ空
洞は、一般に、ｎ型及びｐ型半導体をなすようにドープ
されたＧａＮの２層の間に活性利得層を挟むことによっ
て、形成される。ＧａＮ層は、各種層を堆積させ、さら
に、そのスタックにエッチングを施して、その垂直壁が
導波路をなすリッジ構造を形成することによって、導波
路が形成されるように製作される。導波路の端部は、活
性領域に発生した光を前後に反射するミラーである。Ｇ
ａＮベースのＬＤの場合、ミラーは、一般に、導波路の
端部にへきかいまたはエッチングを施して、ミラーの反
射表面が得られるようにして形成される。
【０００４】上述のリッジ構造には、２つの問題があ
る。第１に、この構造は熱放散が不十分である。活性領
域に生じる熱は、リッジ領域の基板または壁を介して放
散させなければならない。基板への経路は、リッジ構造
の幅によって制限され、従って、一般にヒート・シンク
に熱的に接触している基板に熱を伝達することによって
熱を除去するのは困難である。
る。第１に、この構造は熱放散が不十分である。活性領
域に生じる熱は、リッジ領域の基板または壁を介して放
散させなければならない。基板への経路は、リッジ構造
の幅によって制限され、従って、一般にヒート・シンク
に熱的に接触している基板に熱を伝達することによって
熱を除去するのは困難である。
【０００５】リッジ構造の装置に関する第２の問題は、
装置の作動に必要とされる高電圧である。ｐ接点は、一
般に、リッジの上部のオーム接点である。装置を駆動す
るには、この接点の抵抗を克服しなければならない。こ
の抵抗を低減させるため、接点は、できる限り広い面積
を必要とする。しかし、利用可能な面積は、リッジの上
部の面積によって制限される。
装置の作動に必要とされる高電圧である。ｐ接点は、一
般に、リッジの上部のオーム接点である。装置を駆動す
るには、この接点の抵抗を克服しなければならない。こ
の抵抗を低減させるため、接点は、できる限り広い面積
を必要とする。しかし、利用可能な面積は、リッジの上
部の面積によって制限される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改良
された端面発光レーザ・ダイオードを提供することにあ
る。
された端面発光レーザ・ダイオードを提供することにあ
る。
【０００７】本発明のもう１つの目的は、リッジ構造を
利用しない、従って、上述の問題を回避する、端面発光
ダイオードを提供することにある。
利用しない、従って、上述の問題を回避する、端面発光
ダイオードを提供することにある。
【０００８】本発明の以上の及びその他の目的について
は、以下の本発明の詳細な説明及び付属の図面から当該
技術者には明らかになるであろう。
は、以下の本発明の詳細な説明及び付属の図面から当該
技術者には明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、トレンチ内の
材料が導波路の働きをするような方法で、トレンチ内に
製作されるレーザ・ダイオードである。このレーザ・ダ
イオードには、第１のキャリヤ・タイプの第１の半導体
材料から製作された第１の接点層が含まれており、第１
の半導体材料は、第１の屈折率を備えている。第１の接
点層には、トレンチが設けられており、トレンチは、底
面と側壁を備えている。トレンチは、底面に第１のキャ
リヤ・タイプの第２の半導体材料からなる層を備えてい
る。第２の半導体材料は、第１の屈折率より少なくとも
１パーセント大きい第２の屈折率を備えている。レーザ
には、トレンチ外の領域において第１の層を被う第１の
誘電体層と、第１のキャリヤ・タイプの第３の半導体材
料から製作された第１のクラッド層も含まれている。第
１のクラッド層は、誘電体層の上に重なっている。正孔
と電子の再結合によって光を発生する活性層が、第１の
クラッド層の上に重なっている。第１のキャリヤ・タイ
プとは逆のキャリヤ・タイプの第４の半導体材料から製
作された第２のクラッド層が、活性層の上に重なってい
る。第１のキャリヤ・タイプとは逆のキャリヤ・タイプ
の第５の半導体材料からなる第２の接点層が、第２のク
ラッド層の上に重なっている。第１及び第２の電極によ
って、第１及び第２の接点層に対する電気的接続が施さ
れる。本発明の望ましい実施態様において、トレンチの
底面及びトレンチの壁の１つが、第２の半導体材料が核
生成しない導電性のコーティング材料によって被われて
いる。本発明のこの実施態様は、ＧａＮのようなＩＩＩ
−Ｖ族材料系をベースにしたレーザ・ダイオードの製作
にとりわけ適している。
材料が導波路の働きをするような方法で、トレンチ内に
製作されるレーザ・ダイオードである。このレーザ・ダ
イオードには、第１のキャリヤ・タイプの第１の半導体
材料から製作された第１の接点層が含まれており、第１
の半導体材料は、第１の屈折率を備えている。第１の接
点層には、トレンチが設けられており、トレンチは、底
面と側壁を備えている。トレンチは、底面に第１のキャ
リヤ・タイプの第２の半導体材料からなる層を備えてい
る。第２の半導体材料は、第１の屈折率より少なくとも
１パーセント大きい第２の屈折率を備えている。レーザ
には、トレンチ外の領域において第１の層を被う第１の
誘電体層と、第１のキャリヤ・タイプの第３の半導体材
料から製作された第１のクラッド層も含まれている。第
１のクラッド層は、誘電体層の上に重なっている。正孔
と電子の再結合によって光を発生する活性層が、第１の
クラッド層の上に重なっている。第１のキャリヤ・タイ
プとは逆のキャリヤ・タイプの第４の半導体材料から製
作された第２のクラッド層が、活性層の上に重なってい
る。第１のキャリヤ・タイプとは逆のキャリヤ・タイプ
の第５の半導体材料からなる第２の接点層が、第２のク
ラッド層の上に重なっている。第１及び第２の電極によ
って、第１及び第２の接点層に対する電気的接続が施さ
れる。本発明の望ましい実施態様において、トレンチの
底面及びトレンチの壁の１つが、第２の半導体材料が核
生成しない導電性のコーティング材料によって被われて
いる。本発明のこの実施態様は、ＧａＮのようなＩＩＩ
−Ｖ族材料系をベースにしたレーザ・ダイオードの製作
にとりわけ適している。
【００１０】
【発明の実施の形態】典型的な先行技術によるレーザ・
ダイオード１００の製作過程を例示した図１及び図２を
参照すると、本発明をより容易に理解することが可能に
なる。まずＬＤ１００の製作における第１のステップと
して、サファイア基板８上に堆積させられた層の断面図
である図１を参照する。ＡｌＮ層は、有機金属化学蒸着
（ＭＯＣＶＤ）によって堆積させられる。ＡｌＮ層上に
は、ＧａＮ単結晶から構成される平らなフィルムの形成
が容易なので、ＡｌＮは、緩衝材料として望ましい。
ダイオード１００の製作過程を例示した図１及び図２を
参照すると、本発明をより容易に理解することが可能に
なる。まずＬＤ１００の製作における第１のステップと
して、サファイア基板８上に堆積させられた層の断面図
である図１を参照する。ＡｌＮ層は、有機金属化学蒸着
（ＭＯＣＶＤ）によって堆積させられる。ＡｌＮ層上に
は、ＧａＮ単結晶から構成される平らなフィルムの形成
が容易なので、ＡｌＮは、緩衝材料として望ましい。
【００１１】ＡｌＮ緩衝層９の堆積後、ｎ型ＧａＮ層１
０が堆積させられる。ＧａＮベースのクラッド層１１及
びＧａＮベースの活性層１２と、ｐ型ＧａＮ層１３から
構成される層の発光部分が、層１０の上に堆積させられ
る。クラッド層は、レーザ導波路の上部及び底部壁面を
形成している。図２を参照すると、次に、これらの層に
エッチングを施して、導波路の側壁が形成され、１０１
で示すようにｎ型接点が露出させられている。露出領域
は、ＬＤの陰極端子になる接続部を形成するために利用
される。正の端子が、ｐ型層１３上に堆積させられる。
上述のように、ｐ型接点に利用可能な制限された領域に
よって、その接点に最小限の抵抗をあたえ、このため、
装置の動作電圧がさらに高くなる。
０が堆積させられる。ＧａＮベースのクラッド層１１及
びＧａＮベースの活性層１２と、ｐ型ＧａＮ層１３から
構成される層の発光部分が、層１０の上に堆積させられ
る。クラッド層は、レーザ導波路の上部及び底部壁面を
形成している。図２を参照すると、次に、これらの層に
エッチングを施して、導波路の側壁が形成され、１０１
で示すようにｎ型接点が露出させられている。露出領域
は、ＬＤの陰極端子になる接続部を形成するために利用
される。正の端子が、ｐ型層１３上に堆積させられる。
上述のように、ｐ型接点に利用可能な制限された領域に
よって、その接点に最小限の抵抗をあたえ、このため、
装置の動作電圧がさらに高くなる。
【００１２】本発明では、活性領域が製作される材料よ
りも屈折率がかなり大きい材料に掘られたトレンチにレ
ーザの一部を埋め込むことによって、光導波路を形成す
るリッジ構造が不要になる。トレンチ内の装置の一部に
よって、その影響がトレンチを越えて及び、必要な光の
閉じ込めを可能にする側導波路が得られる。さらに、本
発明のトレンチ構造によれば、欠陥のレベルが極めて低
いＧａＮ層を成長させることによって、追加利点をもた
らす手段が得られる。最後に、本発明のトレンチ設計に
よれば、厳密なマスク・ステップが１回だけですむ、自
己アライメント製作システムが得られる。
りも屈折率がかなり大きい材料に掘られたトレンチにレ
ーザの一部を埋め込むことによって、光導波路を形成す
るリッジ構造が不要になる。トレンチ内の装置の一部に
よって、その影響がトレンチを越えて及び、必要な光の
閉じ込めを可能にする側導波路が得られる。さらに、本
発明のトレンチ構造によれば、欠陥のレベルが極めて低
いＧａＮ層を成長させることによって、追加利点をもた
らす手段が得られる。最後に、本発明のトレンチ設計に
よれば、厳密なマスク・ステップが１回だけですむ、自
己アライメント製作システムが得られる。
【００１３】本発明がその利点を得る方法については、
製作プロセスのそれぞれに異なる段階における、本発明
によるＧａＮをベースにしたレーザ２００の断面図であ
る図３〜図６を参照することによってより容易に理解す
ることが可能になる。まず、図３を参照する。レーザ２
００は、ＡｌＮの緩衝層２１２及びＧａＮのベース層２
１３がエピタキシャル成長させられるサファイア基板２
１０に製作される。ＡｌＧaＮが、２１４で示されるよ
うに層２１３の上に成長させられ、層２１４には、トレ
ンチ２１６のエッチングが施される。トレンチ２１６の
エッチングは、製作ステップにおける唯一の精密なマス
キング・ステップである。トレンチ２１６によって、基
板上におけるレーザの位置が決まる。
製作プロセスのそれぞれに異なる段階における、本発明
によるＧａＮをベースにしたレーザ２００の断面図であ
る図３〜図６を参照することによってより容易に理解す
ることが可能になる。まず、図３を参照する。レーザ２
００は、ＡｌＮの緩衝層２１２及びＧａＮのベース層２
１３がエピタキシャル成長させられるサファイア基板２
１０に製作される。ＡｌＧaＮが、２１４で示されるよ
うに層２１３の上に成長させられ、層２１４には、トレ
ンチ２１６のエッチングが施される。トレンチ２１６の
エッチングは、製作ステップにおける唯一の精密なマス
キング・ステップである。トレンチ２１６によって、基
板上におけるレーザの位置が決まる。
【００１４】当該技術者には明らかなように、ＧａＮ層
２１３には、サファイアとＧａＮの格子不整合によって
生じるかなりのレベルの欠陥がある。緩衝層２１２を利
用した場合でも、このレベルの欠陥は、ＧａＮ層２１３
に製作されるレーザの性能を劣化させることになる。Ａ
ｌＧａＮ層は、ＧａＮ層２１３の欠陥が種となって発生
する望ましくないレベルの欠陥も有している。
２１３には、サファイアとＧａＮの格子不整合によって
生じるかなりのレベルの欠陥がある。緩衝層２１２を利
用した場合でも、このレベルの欠陥は、ＧａＮ層２１３
に製作されるレーザの性能を劣化させることになる。Ａ
ｌＧａＮ層は、ＧａＮ層２１３の欠陥が種となって発生
する望ましくないレベルの欠陥も有している。
【００１５】欠陥密度を低下させるための方法の１つ
は、ＧａＮが核生成しない材料の上に既存のＧａＮ表面
を拡張することによって、追加ＧａＮベース層をエピタ
キシャル成長させることである。本発明では、この技法
を利用して、レーザの製作される、ほぼ欠陥のない領域
を形成する。さらに、この領域は、レーザの側方導波路
の働きをする。
は、ＧａＮが核生成しない材料の上に既存のＧａＮ表面
を拡張することによって、追加ＧａＮベース層をエピタ
キシャル成長させることである。本発明では、この技法
を利用して、レーザの製作される、ほぼ欠陥のない領域
を形成する。さらに、この領域は、レーザの側方導波路
の働きをする。
【００１６】図３を参照すると、ＧａＮが核生成しない
材料の層が、２１７で示すように、トレンチ２１６の底
面及び壁の１つに堆積させられる。望ましい材料は、詳
細に後述する理由から、導電体でもある。本発明の望ま
しい実施態様では、このためにＴｉＮが用いられる。Ｔ
ｉＮ層は、従来のシャドウ堆積技法によって堆積させら
れる。さらに、ＳｉＯ2のような誘電体層２１５が、Ａ
ｌＧａＮ層２１４の上部表面に堆積させられる。留意す
べきは、ＧａＮがＳｉＯ2上で核生成しないという点で
ある。
材料の層が、２１７で示すように、トレンチ２１６の底
面及び壁の１つに堆積させられる。望ましい材料は、詳
細に後述する理由から、導電体でもある。本発明の望ま
しい実施態様では、このためにＴｉＮが用いられる。Ｔ
ｉＮ層は、従来のシャドウ堆積技法によって堆積させら
れる。さらに、ＳｉＯ2のような誘電体層２１５が、Ａ
ｌＧａＮ層２１４の上部表面に堆積させられる。留意す
べきは、ＧａＮがＳｉＯ2上で核生成しないという点で
ある。
【００１７】次に、堆積室に基板が配置され、矢印２１
８で示すように、トレンチの壁を延伸することによっ
て、トレンチ２１６にＧａＮのエピタキシャル成長が施
される。壁から成長させられる材料の転位は、横方向に
なる。こうした転位が、ＧａＮ層の延伸成長後における
レーザ２００の断面図である図４に、２１９で示されて
いる。ＧａＮ層の上部表面２３６は、ほとんど欠陥がな
い。従って、この表面から得られる新たな成長層にも、
ほとんど欠陥がない。さらに、ＧａＮはＳｉＯ2上で核
生成しないので、ＳｉＯ2層の上に延びる、この層から
成長させられる層にも、ほとんど欠陥が生じない。
８で示すように、トレンチの壁を延伸することによっ
て、トレンチ２１６にＧａＮのエピタキシャル成長が施
される。壁から成長させられる材料の転位は、横方向に
なる。こうした転位が、ＧａＮ層の延伸成長後における
レーザ２００の断面図である図４に、２１９で示されて
いる。ＧａＮ層の上部表面２３６は、ほとんど欠陥がな
い。従って、この表面から得られる新たな成長層にも、
ほとんど欠陥がない。さらに、ＧａＮはＳｉＯ2上で核
生成しないので、ＳｉＯ2層の上に延びる、この層から
成長させられる層にも、ほとんど欠陥が生じない。
【００１８】次に図５を参照すると、トレンチの壁を延
伸することによってＧａＮ層２２０の成長させた後、レ
ーザの完成に必要とされる追加層が成長させられる。第
１の層は、トレンチ内のＧａＮ層の上部表面２３６に成
長させられるｎ型ＡｌＧａＮ副層及びｎ型ＧａＮ副層か
ら構成される、ｎ型のクラッド層２２１である。図面の
簡略化のため、クラッド層を構成する個々の副層は、単
一層として示されている。クラッド層は、ＳｉＯ2層２
１５の上に成長させられる。クラッド層の上に、活性層
２２２が成長させられる。次に、活性層２２２の上に、
ｐ型ＧａＮ副層とｐ型ＡｌＧａＮ副層から構成されるｐ
型のクラッド層２２３が成長させられる。次に、ｐ型ク
ラッド層の上に、ｐ型ＧａＮ層２２４が成長させられ
る。最後に、層２２４の上に、ｐ型オーム接点層２２５
が堆積させられる。
伸することによってＧａＮ層２２０の成長させた後、レ
ーザの完成に必要とされる追加層が成長させられる。第
１の層は、トレンチ内のＧａＮ層の上部表面２３６に成
長させられるｎ型ＡｌＧａＮ副層及びｎ型ＧａＮ副層か
ら構成される、ｎ型のクラッド層２２１である。図面の
簡略化のため、クラッド層を構成する個々の副層は、単
一層として示されている。クラッド層は、ＳｉＯ2層２
１５の上に成長させられる。クラッド層の上に、活性層
２２２が成長させられる。次に、活性層２２２の上に、
ｐ型ＧａＮ副層とｐ型ＡｌＧａＮ副層から構成されるｐ
型のクラッド層２２３が成長させられる。次に、ｐ型ク
ラッド層の上に、ｐ型ＧａＮ層２２４が成長させられ
る。最後に、層２２４の上に、ｐ型オーム接点層２２５
が堆積させられる。
【００１９】上述のさまざまな層の堆積が済むと、標準
的なマスキングのためのフォトリソグラフィ技法を用い
て、このスタックにＧａＮ層２１３までのエッチ・バッ
クが施される。このエッチング工程には、湿式化学エッ
チングまたは反応性イオン・エッチングが利用される。
次に、図６に示すように、ｎ型オーム接点２２６が堆積
させられる。
的なマスキングのためのフォトリソグラフィ技法を用い
て、このスタックにＧａＮ層２１３までのエッチ・バッ
クが施される。このエッチング工程には、湿式化学エッ
チングまたは反応性イオン・エッチングが利用される。
次に、図６に示すように、ｎ型オーム接点２２６が堆積
させられる。
【００２０】上述のように、トレンチ２１６の壁のコー
ティングに用いられる材料は、導電体が望ましい。絶縁
体が利用されても、この装置はやはり機能するが、こう
した実施態様は、絶縁されないトレンチの壁に沿って電
流狭さくが生ずるという欠点を有する可能性ある。従っ
て、導電体が望ましい。
ティングに用いられる材料は、導電体が望ましい。絶縁
体が利用されても、この装置はやはり機能するが、こう
した実施態様は、絶縁されないトレンチの壁に沿って電
流狭さくが生ずるという欠点を有する可能性ある。従っ
て、導電体が望ましい。
【００２１】さらに、留意すべきは、ＳｉＯ2層２１５
によって、該装置に関する電流の閉じ込めが可能になる
という点である。従って、電流を閉じ込めるため、装置
にエッチングを施す必要がなくなる。結果として、より
大形のｐ型接点を利用することが可能になるので、ｐ型
接点の抵抗が低減する。上述のように、ｐ型接点の抵抗
は先行技術の装置において重大な問題である。
によって、該装置に関する電流の閉じ込めが可能になる
という点である。従って、電流を閉じ込めるため、装置
にエッチングを施す必要がなくなる。結果として、より
大形のｐ型接点を利用することが可能になるので、ｐ型
接点の抵抗が低減する。上述のように、ｐ型接点の抵抗
は先行技術の装置において重大な問題である。
【００２２】やはり、留意すべきは、トレンチ２２０の
材料と、トレンチのエッチングが施されるまわりの層２
１４との屈折率の相違によって、従来のリッジ構造のエ
ッジによって通常得られた光の誘導が可能になる。屈折
率の差が１％を超えると、装置のかなりの部分がトレン
チ外に製作されていても、必要な光の誘導が可能にな
る。トレンチ内の材料は、トレンチが掘られる材料より
も大きい屈折率を備えていなければならない。従って、
はるかに大きいリッジ構造の利用も可能である。このた
め、ｐ型接点に利用可能な領域は、先行技術の装置に対
してさらに強化される。
材料と、トレンチのエッチングが施されるまわりの層２
１４との屈折率の相違によって、従来のリッジ構造のエ
ッジによって通常得られた光の誘導が可能になる。屈折
率の差が１％を超えると、装置のかなりの部分がトレン
チ外に製作されていても、必要な光の誘導が可能にな
る。トレンチ内の材料は、トレンチが掘られる材料より
も大きい屈折率を備えていなければならない。従って、
はるかに大きいリッジ構造の利用も可能である。このた
め、ｐ型接点に利用可能な領域は、先行技術の装置に対
してさらに強化される。
【００２３】本発明によるレーザは、製作プロセスにお
いてクリティカルなマスク・アライメント工程を必要と
しない。トレンチ・マスクの位置によって、ダイ上にお
けるレーザの位置が決まる。トレンチに対して最終スタ
ックのエッチング・マスクのアライメントをとるのは、
肝要ではない。スタック・エッチングによって残される
エッジは、もはや導波路の働きをせず、従って、トレン
チによって施される光の誘導に光導プロセスを支配させ
るのに十分な距離が、トレンチとエッジの間に設けられ
ていれば、トレンチに対するこれらのエッチング位置
は、重要ではない。
いてクリティカルなマスク・アライメント工程を必要と
しない。トレンチ・マスクの位置によって、ダイ上にお
けるレーザの位置が決まる。トレンチに対して最終スタ
ックのエッチング・マスクのアライメントをとるのは、
肝要ではない。スタック・エッチングによって残される
エッジは、もはや導波路の働きをせず、従って、トレン
チによって施される光の誘導に光導プロセスを支配させ
るのに十分な距離が、トレンチとエッジの間に設けられ
ていれば、トレンチに対するこれらのエッチング位置
は、重要ではない。
【００２４】本発明の上述の実施態様は、トレンチ自体
にｎ型クラッド層の一部だけしか備えていなかった。し
かし、ＳｉＯ2誘電体層の厚さを増して、他の層が、誘
電体層の側部によって制限されるようにすれば、これら
の層がトレンチ内に限定される本発明の実施態様を構成
することが可能である。こうした実施態様が、本発明の
もう１つの実施態様によるレーザ３００の断面図である
図７に示されている。レーザ３００は、層２１５の代わ
りに、はるかに厚い誘電体層３３５が利用されるという
点においてレーザ２００と異なっている。このより厚い
層によって、トレンチ内に、ｎ型クラッド層３２１全
体、活性層３２２、及び、ｐ型クラッド層３２３を成長
させることが可能になる。残りの層及び製作ステップ
は、レーザ２００に関連して上述のものと同じである。
図３〜図６に示す層と同じ機能を果たす層は、図７にお
いて同じ番号で表示されている。トレンチ内に層のより
多くの部分を製作することによって、トレンチによる光
誘導がより強力になる。留意すべきは、装置３００は、
トレンチの両方の側壁の上方部分に重なるように、図３
〜６に示す誘電体層２１５を堆積させることによって、
製作することも可能であるという点である。この実施態
様は、トレンチの上方部分における誘電体層が、重ね合
わせて形成されるので、厚い誘電体層を必要としない。
にｎ型クラッド層の一部だけしか備えていなかった。し
かし、ＳｉＯ2誘電体層の厚さを増して、他の層が、誘
電体層の側部によって制限されるようにすれば、これら
の層がトレンチ内に限定される本発明の実施態様を構成
することが可能である。こうした実施態様が、本発明の
もう１つの実施態様によるレーザ３００の断面図である
図７に示されている。レーザ３００は、層２１５の代わ
りに、はるかに厚い誘電体層３３５が利用されるという
点においてレーザ２００と異なっている。このより厚い
層によって、トレンチ内に、ｎ型クラッド層３２１全
体、活性層３２２、及び、ｐ型クラッド層３２３を成長
させることが可能になる。残りの層及び製作ステップ
は、レーザ２００に関連して上述のものと同じである。
図３〜図６に示す層と同じ機能を果たす層は、図７にお
いて同じ番号で表示されている。トレンチ内に層のより
多くの部分を製作することによって、トレンチによる光
誘導がより強力になる。留意すべきは、装置３００は、
トレンチの両方の側壁の上方部分に重なるように、図３
〜６に示す誘電体層２１５を堆積させることによって、
製作することも可能であるという点である。この実施態
様は、トレンチの上方部分における誘電体層が、重ね合
わせて形成されるので、厚い誘電体層を必要としない。
【００２５】本発明の上述の実施態様では、トレンチ内
にｎ型ＧａＮ層が利用された。しかし、以上の説明から
当該技術者には明らかなように、トレンチ内に成長させ
られた層とは屈折率の異なるｐ型材料で、トレンチ内に
ｐ型層を堆積させる実施態様を製作することも可能であ
る。
にｎ型ＧａＮ層が利用された。しかし、以上の説明から
当該技術者には明らかなように、トレンチ内に成長させ
られた層とは屈折率の異なるｐ型材料で、トレンチ内に
ｐ型層を堆積させる実施態様を製作することも可能であ
る。
【００２６】さらに、本発明の方法は、他の材料系から
製作されるレーザ・ダイオードに適用することも可能で
ある。他の材料系では、本発明の利点の全ての便益を受
けることができないかもしれないが、クリティカルなマ
スキング・ステップがないので、他のレーザ・ダイオー
ド・システムにおいてもかなり有利になる。
製作されるレーザ・ダイオードに適用することも可能で
ある。他の材料系では、本発明の利点の全ての便益を受
けることができないかもしれないが、クリティカルなマ
スキング・ステップがないので、他のレーザ・ダイオー
ド・システムにおいてもかなり有利になる。
【００２７】以上の説明及び添付の図面から、当該技術
者には本発明に対するさまざまな修正が明らかになるで
あろう。従って、本発明は、付属の請求の範囲による制
限しか受けないものとする。なお、本発明の広汎な応用
に鑑み、以下に本発明の実施態様の一部を例示する。
者には本発明に対するさまざまな修正が明らかになるで
あろう。従って、本発明は、付属の請求の範囲による制
限しか受けないものとする。なお、本発明の広汎な応用
に鑑み、以下に本発明の実施態様の一部を例示する。
【００２８】（実施態様１）レーザ・ダイオード［２０
０］であって、第１の屈折率を備える第１のキャリヤ・
タイプの第１の半導体材料からなり、底面と側壁を備え
るトレンチ［２１６］が設けられており、前記トレンチ
［２１６］の底面に、前記第１の屈折率よりも少なくと
も１パーセント大きい第２の屈折率を備える、前記第１
のキャリヤ・タイプの第２の半導体材料の層［２２０］
が形成されている、第１の接点層［２１４］と；前記ト
レンチ［２１６］外の領域において前記第１の層を被う
第１の誘電体層［２１５］と；前記誘電体層の上に重な
る、前記第１のキャリヤ・タイプの第３の半導体材料か
らなる第１のクラッド層［２２１］と；前記第１のクラ
ッド層［２２１］の上に重なり、正孔と電子の再結合に
よって光を発生する活性層［２２２］と；前記活性層
［２２２］の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプ
とは逆のキャリヤ・タイプの第４の半導体材料からなる
第２のクラッド層［２２３］と；前記第２のクラッド層
［２２３］の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプ
とは逆のキャリヤ・タイプの第５の半導体材料からなる
第２の接点層と；前記第１の接点層［２１４］に電気的
に接続された第１の電極［２２６］と；前記第２の接点
層に電気的に接続された第２の電極［２２５］が含まれ
ている、レーザ・ダイオード［２００］。
０］であって、第１の屈折率を備える第１のキャリヤ・
タイプの第１の半導体材料からなり、底面と側壁を備え
るトレンチ［２１６］が設けられており、前記トレンチ
［２１６］の底面に、前記第１の屈折率よりも少なくと
も１パーセント大きい第２の屈折率を備える、前記第１
のキャリヤ・タイプの第２の半導体材料の層［２２０］
が形成されている、第１の接点層［２１４］と；前記ト
レンチ［２１６］外の領域において前記第１の層を被う
第１の誘電体層［２１５］と；前記誘電体層の上に重な
る、前記第１のキャリヤ・タイプの第３の半導体材料か
らなる第１のクラッド層［２２１］と；前記第１のクラ
ッド層［２２１］の上に重なり、正孔と電子の再結合に
よって光を発生する活性層［２２２］と；前記活性層
［２２２］の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプ
とは逆のキャリヤ・タイプの第４の半導体材料からなる
第２のクラッド層［２２３］と；前記第２のクラッド層
［２２３］の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプ
とは逆のキャリヤ・タイプの第５の半導体材料からなる
第２の接点層と；前記第１の接点層［２１４］に電気的
に接続された第１の電極［２２６］と；前記第２の接点
層に電気的に接続された第２の電極［２２５］が含まれ
ている、レーザ・ダイオード［２００］。
【００２９】（実施態様２）前記第１、第２、第３、及
び、第４の半導体材料が、ＩＩＩ族の元素と窒素を含ん
でいることを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ・
ダイオード［２００］。 （実施態様３）前記ＩＩＩ族の元素がＧａであることを
特徴とする、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード
［２００］。
び、第４の半導体材料が、ＩＩＩ族の元素と窒素を含ん
でいることを特徴とする、実施態様１に記載のレーザ・
ダイオード［２００］。 （実施態様３）前記ＩＩＩ族の元素がＧａであることを
特徴とする、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード
［２００］。
【００３０】（実施態様４）前記トレンチ［２１６］の
前記底面及び前記トレンチ［２１６］の前記壁面の１つ
が、前記第２の半導体材料が核生成しないコーティング
材料の層［２１７］によって被われていることを特徴と
する、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード［２０
０］。 （実施態様５）前記コーティング材料が導電体であるこ
とを特徴とする、実施態様４に記載のレーザ・ダイオー
ド。
前記底面及び前記トレンチ［２１６］の前記壁面の１つ
が、前記第２の半導体材料が核生成しないコーティング
材料の層［２１７］によって被われていることを特徴と
する、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード［２０
０］。 （実施態様５）前記コーティング材料が導電体であるこ
とを特徴とする、実施態様４に記載のレーザ・ダイオー
ド。
【００３１】（実施態様６）前記コーティング材料が、
窒化チタンであることを特徴とする、実施態様５に記載
のレーザ・ダイオード。 （実施態様７）前記誘電体層［２１５］が、前記第３の
半導体材料が核生成しない材料からなることを特徴とす
る、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード［２０
０］。 （実施態様８）前記活性層［２２２］が、前記トレンチ
［２１６］内に層［３２２］を備えることを特徴とす
る、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード［２０
０］。
窒化チタンであることを特徴とする、実施態様５に記載
のレーザ・ダイオード。 （実施態様７）前記誘電体層［２１５］が、前記第３の
半導体材料が核生成しない材料からなることを特徴とす
る、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード［２０
０］。 （実施態様８）前記活性層［２２２］が、前記トレンチ
［２１６］内に層［３２２］を備えることを特徴とす
る、実施態様１に記載のレーザ・ダイオード［２０
０］。
【００３２】（実施態様９）レーザ・ダイオード［２０
０］を製作する方法であって、第１の屈折率を備えた第
１のキャリヤ・タイプの第１の半導体材料からなる第１
の接点層［２１４］を堆積させるステップと；前記第１
の接点層［２１４］に底面及び側壁を備えたトレンチ
［２１６］を形成するステップと；前記第１の屈折率よ
り少なくとも１パーセント大きい第２の屈折率を備えた
第２の半導体材料が核生成しないコーティング材料の層
［２１７］によって、前記底面及び前記トレンチ［２１
６］の側壁の１つにコーティングを施すステップと、前
記トレンチ［２１６］外の領域に前記第１の層を被う第
１の誘電体層［２１５］を堆積させるステップと； 前
記コーティング材料によるコーティングが施されていな
い前記トレンチ［２１６］の前記壁の１つを拡張するこ
とによって、前記トレンチ［２１６］内に前記第２の半
導体材料の層［２２０］を成長させるステップと；前記
誘電体層［２１５］及び前記第２の半導体材料の前記層
［２２０］の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプ
の第３の半導体材料からなる第１のクラッド層［２２
１］を堆積させるステップと；前記第１のクラッド層
［２２１］の上に重なる、正孔及び電子の再結合によっ
て光を発生する活性層［２２２］を堆積させるステップ
と；前記活性層［２２２］の上に重なる、前記第１のキ
ャリヤ・タイプとは逆のキャリヤ・タイプの第４の半導
体材料からなる第２のクラッド層［２２３］を堆積させ
るステップと；前記第２のクラッド層［２２３］の上に
重なる、前記第１のキャリヤ・タイプとは逆の前記キャ
リヤ・タイプの第５の半導体材料からなる第２の接点層
［２２４］を堆積させるステップが含まれていることを
特徴とする、方法。
０］を製作する方法であって、第１の屈折率を備えた第
１のキャリヤ・タイプの第１の半導体材料からなる第１
の接点層［２１４］を堆積させるステップと；前記第１
の接点層［２１４］に底面及び側壁を備えたトレンチ
［２１６］を形成するステップと；前記第１の屈折率よ
り少なくとも１パーセント大きい第２の屈折率を備えた
第２の半導体材料が核生成しないコーティング材料の層
［２１７］によって、前記底面及び前記トレンチ［２１
６］の側壁の１つにコーティングを施すステップと、前
記トレンチ［２１６］外の領域に前記第１の層を被う第
１の誘電体層［２１５］を堆積させるステップと； 前
記コーティング材料によるコーティングが施されていな
い前記トレンチ［２１６］の前記壁の１つを拡張するこ
とによって、前記トレンチ［２１６］内に前記第２の半
導体材料の層［２２０］を成長させるステップと；前記
誘電体層［２１５］及び前記第２の半導体材料の前記層
［２２０］の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプ
の第３の半導体材料からなる第１のクラッド層［２２
１］を堆積させるステップと；前記第１のクラッド層
［２２１］の上に重なる、正孔及び電子の再結合によっ
て光を発生する活性層［２２２］を堆積させるステップ
と；前記活性層［２２２］の上に重なる、前記第１のキ
ャリヤ・タイプとは逆のキャリヤ・タイプの第４の半導
体材料からなる第２のクラッド層［２２３］を堆積させ
るステップと；前記第２のクラッド層［２２３］の上に
重なる、前記第１のキャリヤ・タイプとは逆の前記キャ
リヤ・タイプの第５の半導体材料からなる第２の接点層
［２２４］を堆積させるステップが含まれていることを
特徴とする、方法。
【００３３】（実施態様１０）前記コーティング材料が
導電体であることを特徴とする、実施態様９に記載の方
法。 （実施態様１１）前記コーティング材料が窒化チタンで
あることを特徴とする、実施態様１０に記載の方法。 （実施態様１２）前記誘電体層が、前記第３の半導体材
料が核生成しない材料からなることを特徴とする、実施
態様９に記載の方法。
導電体であることを特徴とする、実施態様９に記載の方
法。 （実施態様１１）前記コーティング材料が窒化チタンで
あることを特徴とする、実施態様１０に記載の方法。 （実施態様１２）前記誘電体層が、前記第３の半導体材
料が核生成しない材料からなることを特徴とする、実施
態様９に記載の方法。
【図１】その製作の第一の段階における典型的な先行技
術によるレーザ・ダイオードの断面図である。
術によるレーザ・ダイオードの断面図である。
【図２】その製作の第二の段階における典型的な先行技
術によるレーザ・ダイオードの断面図である。
術によるレーザ・ダイオードの断面図である。
【図３】製作プロセスの第一の段階における本発明によ
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
【図４】製作プロセスの第二の段階における本発明によ
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
【図５】製作プロセスの第三の段階における本発明によ
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
【図６】製作プロセスの第四の段階における本発明によ
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
るＧａＮベース・レーザの断面図である。
【図７】活性層が導波路の形成に利用されるトレンチに
よって制限される、本発明による第二のレーザ・ダイオ
ードの断面図である。
よって制限される、本発明による第二のレーザ・ダイオ
ードの断面図である。
２００、３００ レーザ・ダイオード ２１４ 第１の接点層 ２１５ 第１の誘電体層 ２１６ トレンチ ２１７ コーティング材料層 ２２０ 第２の半導体材料層 ２２１ 第１のクラッド層 ２２２ 活性層 ２２３ 第２のクラッド層 ２２４ 第２の接点層 ２２５ 第２の電極 ２２６ 第１の電極 ３２２ 層
フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Ｐａｇｅ Ｍｉｌｌ Ｒｏａｄ Ｐ ａｌｏ Ａｌｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ヨン・チェン アメリカ合衆国カリフォルニア州パロアル ト エマーソン ストリート3074
Claims (12)
- 【請求項１】レーザ・ダイオードであって、第１の屈折
率を備える第１のキャリヤ・タイプの第１の半導体材料
からなり、底面と側壁を備えるトレンチが設けられてお
り、前記トレンチの底面に、前記第１の屈折率よりも少
なくとも１パーセント大きい第２の屈折率を備える、前
記第１のキャリヤ・タイプの第２の半導体材料の層が形
成されている、第１の接点層と；前記トレンチ外の領域
において前記第１の層を被う第１の誘電体層と；前記誘
電体層の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイプの第
３の半導体材料からなる第１のクラッド層と；前記第１
のクラッド層の上に重なり、正孔と電子の再結合によっ
て光を発生する活性層と；前記活性層の上に重なる、前
記第１のキャリヤ・タイプとは逆のキャリヤ・タイプの
第４の半導体材料からなる第２のクラッド層と；前記第
２のクラッド層の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タ
イプとは逆のキャリヤ・タイプの第５の半導体材料から
なる第２の接点層と；前記第１の接点層に電気的に接続
された第１の電極と；前記第２の接点層に電気的に接続
された第２の電極が含まれている、レーザ・ダイオー
ド。 - 【請求項２】前記第１、第２、第３、及び、第４の半導
体材料が、ＩＩＩ族の元素と窒素を含んでいることを特
徴とする、請求項１に記載のレーザ・ダイオード。 - 【請求項３】前記ＩＩＩ族の元素がＧａであることを特
徴とする、請求項１に記載のレーザ・ダイオード。 - 【請求項４】前記トレンチの前記底面及び前記トレンチ
の前記壁面の１つが、前記第２の半導体材料が核生成し
ないコーティング材料の層によって被われていることを
特徴とする、請求項１に記載のレーザ・ダイオード。 - 【請求項５】前記コーティング材料が導電体であること
を特徴とする、請求項４に記載のレーザ・ダイオード。 - 【請求項６】前記コーティング材料が、窒化チタンであ
ることを特徴とする、請求項５に記載のレーザ・ダイオ
ード。 - 【請求項７】前記誘電体層が、前記第３の半導体材料が
核生成しない材料からなることを特徴とする、請求項１
に記載のレーザ・ダイオード。 - 【請求項８】前記活性層が、前記トレンチ内に層を備え
ることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ・ダイオ
ード。 - 【請求項９】レーザ・ダイオードを製作する方法であっ
て、第１の屈折率を備えた第１のキャリヤ・タイプの第
１の半導体材料からなる第１の接点層を堆積させるステ
ップと；前記第１の接点層に底面及び側壁を備えたトレ
ンチを形成するステップと；前記第１の屈折率より少な
くとも１パーセント大きい第２の屈折率を備えた第２の
半導体材料が核生成しないコーティング材料の層によっ
て、前記底面及び前記トレンチの側壁の１つにコーティ
ングを施すステップと、前記トレンチ外の領域に前記第
１の層を被う第１の誘電体層を堆積させるステップと；
前記コーティング材料によるコーティングが施されてい
ない前記トレンチの前記壁の１つを拡張することによっ
て、前記トレンチ内に前記第２の半導体材料の層を成長
させるステップと；前記誘電体層及び前記第２の半導体
材料の前記層の上に重なる、前記第１のキャリヤ・タイ
プの第３の半導体材料からなる第１のクラッド層を堆積
させるステップと；前記第１のクラッド層の上に重な
る、正孔及び電子の再結合によって光を発生する活性層
を堆積させるステップと；前記活性層の上に重なる、前
記第１のキャリヤ・タイプとは逆のキャリヤ・タイプの
第４の半導体材料からなる第２のクラッド層を堆積させ
るステップと；前記第２のクラッド層の上に重なる、前
記第１のキャリヤ・タイプとは逆の前記キャリヤ・タイ
プの第５の半導体材料からなる第２の接点層を堆積させ
るステップが含まれていることを特徴とする、方法。 - 【請求項１０】前記コーティング材料が導電体であるこ
とを特徴とする、請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】前記コーティング材料が窒化チタンであ
ることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】前記誘電体層が、前記第３の半導体材料
が核生成しない材料からなることを特徴とする、請求項
９に記載の方法。
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