JP2001203422A - 活性領域のラテラル過成長によって製造された分布帰還型レーザ - Google Patents
活性領域のラテラル過成長によって製造された分布帰還型レーザInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 利得結合型ＤＦＢ ＧａＮレーザを提供す
る。 【解決手段】 基板１０２と、アルミニウム、ガリウ
ム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含
む合金を有している活性層１１０と、前記アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくと
も一つを含む合金を有し前記活性層１１０の下側にある
下側のクラッド層１０６と、前記アルミニウム、ガリウ
ム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含
む合金を有し前記活性層１１０の上側にある上側クラッ
ド層１２３と、を備え、前記下側及び上側クラッド層１
０６、１２３の少なくとも一方における周期的変動が、
分布型光学的フィードバックを提供する分布帰還型レー
ザ１００である。
る。 【解決手段】 基板１０２と、アルミニウム、ガリウ
ム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含
む合金を有している活性層１１０と、前記アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくと
も一つを含む合金を有し前記活性層１１０の下側にある
下側のクラッド層１０６と、前記アルミニウム、ガリウ
ム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含
む合金を有し前記活性層１１０の上側にある上側クラッ
ド層１２３と、を備え、前記下側及び上側クラッド層１
０６、１２３の少なくとも一方における周期的変動が、
分布型光学的フィードバックを提供する分布帰還型レー
ザ１００である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体構造に関し
ている。本発明は、半導体レーザ構造に特にアプリケー
ションを有しており、より具体的には、分布型帰還を利
用して半導体レーザを製造する方法に適用される。しか
し、本発明はまた、他の同様のアプリケーションにも従
うことに留意されたい。
ている。本発明は、半導体レーザ構造に特にアプリケー
ションを有しており、より具体的には、分布型帰還を利
用して半導体レーザを製造する方法に適用される。しか
し、本発明はまた、他の同様のアプリケーションにも従
うことに留意されたい。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、通常はIII−Ｖ族（長
周期型１３−１５族）半導体材料から形成されている。
そのようなレーザの特に有用な一つの形態は、分布型帰
還（「ＤＦＢ」）を利用する。言い換えると、光学的な
フィードバックが、レーザの空胴共振器全体に沿って生
成される。例えば、そのようなフィードバックは、レー
ザ空胴共振器の長さ（長手方向）に垂直にストライプ
（「ティース」）が設けられているＤＦＢ回折グレーテ
ィングによって供給される。しかし、そのようなレーザ
は、空間的ホールバーニング（長手方向に沿った光学利
得の空間的変動）及び断熱チャーピングの影響を受ける
傾向にある。より具体的には、これらのレーザは、利得
飽和における空間的な変動のために、レーザの高反射ミ
ラーの近傍における利得が比較的低くなる影響を受ける
とともに、スペクトルの最大値の周囲での非対称な空間
スペクトル強度の影響を受ける。さらに、そのようなホ
ールバーニング及びチャーピングが今度は、他の現象の
中でも、単一モード動作の望ましくない欠如、ならびに
印加信号に対するレーザ応答の線形性の望ましくない欠
如を生じさせる。
周期型１３−１５族）半導体材料から形成されている。
そのようなレーザの特に有用な一つの形態は、分布型帰
還（「ＤＦＢ」）を利用する。言い換えると、光学的な
フィードバックが、レーザの空胴共振器全体に沿って生
成される。例えば、そのようなフィードバックは、レー
ザ空胴共振器の長さ（長手方向）に垂直にストライプ
（「ティース」）が設けられているＤＦＢ回折グレーテ
ィングによって供給される。しかし、そのようなレーザ
は、空間的ホールバーニング（長手方向に沿った光学利
得の空間的変動）及び断熱チャーピングの影響を受ける
傾向にある。より具体的には、これらのレーザは、利得
飽和における空間的な変動のために、レーザの高反射ミ
ラーの近傍における利得が比較的低くなる影響を受ける
とともに、スペクトルの最大値の周囲での非対称な空間
スペクトル強度の影響を受ける。さらに、そのようなホ
ールバーニング及びチャーピングが今度は、他の現象の
中でも、単一モード動作の望ましくない欠如、ならびに
印加信号に対するレーザ応答の線形性の望ましくない欠
如を生じさせる。
【０００３】ＤＦＢレーザは、ファブリペロー型（「Ｆ
Ｐ」）空胴共振器端面発光レーザに対して、ある種の利
点を有している。第一に、ＤＦＢレーザの出射波長は、
活性領域の近傍のグレーティングの周期によって選択さ
れる。第二に、ＤＦＢレーザ構造では、光学的に平滑な
垂直ファセットは必要とされない。したがって、例えば
ＡｌＧａＮ合金のようなある種のIII−Ｖ族材料から形
成されたＤＦＢレーザの端面ファセットは、同じ材料か
ら形成されたＦＰレーザに比べて製造しやすいことがあ
る。図１は、ｃ面サファイア１２の上に成長されたＧａ
Ｎレーザダイオード１０を描いている。一般的に、ＦＰ
レーザダイオード１０は、ｎ型層１４及びｐ型層１６を
含んでいる。垂直ファセットミラー１８は、ｎ型層１４
及びｐ型層１６を約２μｍの深さまでエッチングするこ
とによって形成される。出力ビーム２２ａ、２２ｂは、
ミラー１８から出射される。ｐ側コンタクト２４及びｎ
側コンタクト２６は、それぞれｐ型層１６及びｎ型層１
４に（ｎ型コンタクト層２８を通じて）電気的に接続さ
れている。エッチング深さが限られているので、出力ビ
ーム２２ｂは、部分的にビーム２２ｃとして基板１２内
に屈折されるとともに、ビーム２２ｄとして部分的に反
射される。
Ｐ」）空胴共振器端面発光レーザに対して、ある種の利
点を有している。第一に、ＤＦＢレーザの出射波長は、
活性領域の近傍のグレーティングの周期によって選択さ
れる。第二に、ＤＦＢレーザ構造では、光学的に平滑な
垂直ファセットは必要とされない。したがって、例えば
ＡｌＧａＮ合金のようなある種のIII−Ｖ族材料から形
成されたＤＦＢレーザの端面ファセットは、同じ材料か
ら形成されたＦＰレーザに比べて製造しやすいことがあ
る。図１は、ｃ面サファイア１２の上に成長されたＧａ
Ｎレーザダイオード１０を描いている。一般的に、ＦＰ
レーザダイオード１０は、ｎ型層１４及びｐ型層１６を
含んでいる。垂直ファセットミラー１８は、ｎ型層１４
及びｐ型層１６を約２μｍの深さまでエッチングするこ
とによって形成される。出力ビーム２２ａ、２２ｂは、
ミラー１８から出射される。ｐ側コンタクト２４及びｎ
側コンタクト２６は、それぞれｐ型層１６及びｎ型層１
４に（ｎ型コンタクト層２８を通じて）電気的に接続さ
れている。エッチング深さが限られているので、出力ビ
ーム２２ｂは、部分的にビーム２２ｃとして基板１２内
に屈折されるとともに、ビーム２２ｄとして部分的に反
射される。
【０００４】最近、ＩｎＧａＮベースの短波長半導体レ
ーザに的を絞った多くの技術的努力が行われている。
紫、青、及び緑のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮレーザは、印
刷、表示、及び光学的データ記憶を含むアプリケーショ
ンにおいて、特に有用であると期待されている。サファ
イア基板の上に（ＳｉＯ2マスク上でのラテラル過成長
技術を使用して）成長された長寿命の紫及び青色ＩｎＧ
ａＮレーザダイオードが実現されてきているが、ＩｎＧ
ａＮの無欠陥金属有機物化学的気相成長法（「ＭＯＣＶ
Ｄ」）に関する主要な問題が、依然として存在する。ま
た、レーザミラーの形成は、結晶面に沿ったへき開によ
ってミラーが容易に形成される一般的な赤色及び赤外
（「ＩＲ」）半導体レーザ材料（例えばＧａＡｓ）のよ
うには、容易で簡単なものではない。空胴共振器のよう
なファブリペローよりもＤＦＢの利用を示唆する溝付き
基板の上に成長されたレーザが、知られている。そのよ
うな溝付き基板は、ほぼ１００％のミラー反射率を有す
る高品質レーザ空胴共振器の製造を、はるかに容易なも
のにする。
ーザに的を絞った多くの技術的努力が行われている。
紫、青、及び緑のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮレーザは、印
刷、表示、及び光学的データ記憶を含むアプリケーショ
ンにおいて、特に有用であると期待されている。サファ
イア基板の上に（ＳｉＯ2マスク上でのラテラル過成長
技術を使用して）成長された長寿命の紫及び青色ＩｎＧ
ａＮレーザダイオードが実現されてきているが、ＩｎＧ
ａＮの無欠陥金属有機物化学的気相成長法（「ＭＯＣＶ
Ｄ」）に関する主要な問題が、依然として存在する。ま
た、レーザミラーの形成は、結晶面に沿ったへき開によ
ってミラーが容易に形成される一般的な赤色及び赤外
（「ＩＲ」）半導体レーザ材料（例えばＧａＡｓ）のよ
うには、容易で簡単なものではない。空胴共振器のよう
なファブリペローよりもＤＦＢの利用を示唆する溝付き
基板の上に成長されたレーザが、知られている。そのよ
うな溝付き基板は、ほぼ１００％のミラー反射率を有す
る高品質レーザ空胴共振器の製造を、はるかに容易なも
のにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】屈折率結合型ＤＦＢレ
ーザは、ＧａＮレーザに対して製造されてきている。し
かし、屈折率結合型ＧａＮレーザに対して必要とされる
閾値電流密度は、比較的高い。現在までのところ、利得
結合型ＤＦＢ ＧａＮレーザは、実現されてきていな
い。
ーザは、ＧａＮレーザに対して製造されてきている。し
かし、屈折率結合型ＧａＮレーザに対して必要とされる
閾値電流密度は、比較的高い。現在までのところ、利得
結合型ＤＦＢ ＧａＮレーザは、実現されてきていな
い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】分布帰還形構造は、基板
材料を含む。活性層は、アルミニウム、ガリウム、イン
ジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を
有している。第１のクラッド層は、アルミニウム、ガリ
ウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを
含む合金を有しており、活性層の第１の側にある。第２
のクラッド層は、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有し
ており、活性層の第２の側にある。第１及び第２のクラ
ッド層の少なくとも一方における周期的変動が、分布型
光学的フィードバックを提供する。
材料を含む。活性層は、アルミニウム、ガリウム、イン
ジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を
有している。第１のクラッド層は、アルミニウム、ガリ
ウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つを
含む合金を有しており、活性層の第１の側にある。第２
のクラッド層は、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、及び窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有し
ており、活性層の第２の側にある。第１及び第２のクラ
ッド層の少なくとも一方における周期的変動が、分布型
光学的フィードバックを提供する。
【０００７】本発明のある局面によれば、活性層は、１
次元方向に量子化されたサイズを有する活性領域を含
む。
次元方向に量子化されたサイズを有する活性領域を含
む。
【０００８】本発明の他の局面によれば、周期的変動
は、第１及び第２のクラッド層の少なくとも一方におけ
る厚さの変化によって生成される。
は、第１及び第２のクラッド層の少なくとも一方におけ
る厚さの変化によって生成される。
【０００９】本発明の他の局面によれば、周期的変動
は、活性領域の上及び下の一方における周期的誘電体グ
レーティング構造によって生成される。
は、活性領域の上及び下の一方における周期的誘電体グ
レーティング構造によって生成される。
【００１０】本発明のさらに限定された局面によれば、
バッファ材料が、基板材料と第１及び第２のクラッド層
の一方との間に堆積される。コンタクト材料が、第１及
び第２のクラッド層の他方の上に堆積される。第１のコ
ンタクトが、このコンタクト材料の上に堆積される。第
２のコンタクトが、バッファ材料の上に堆積される。第
１のコンタクトは、第２のコンタクトと電気的に連通し
ている。
バッファ材料が、基板材料と第１及び第２のクラッド層
の一方との間に堆積される。コンタクト材料が、第１及
び第２のクラッド層の他方の上に堆積される。第１のコ
ンタクトが、このコンタクト材料の上に堆積される。第
２のコンタクトが、バッファ材料の上に堆積される。第
１のコンタクトは、第２のコンタクトと電気的に連通し
ている。
【００１１】本発明の他の局面によれば、トンネルバリ
ア層が、活性層と第１のクラッド層との間に存在してい
る。
ア層が、活性層と第１のクラッド層との間に存在してい
る。
【００１２】本発明のさらに限定された局面によれば、
アルミニウム組成が高いｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層が、周
期的変動の一方の側の上に堆積されている。
アルミニウム組成が高いｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層が、周
期的変動の一方の側の上に堆積されている。
【００１３】本発明のさらに限定された局面によれば、
第１のクラッド層は、周期的変動の中に延在して第２の
クラッド層に接触している。
第１のクラッド層は、周期的変動の中に延在して第２の
クラッド層に接触している。
【００１４】本発明のさらに限定された局面によれば、
バリア層が第２のクラッド層と周期的変動との間に存在
している。
バリア層が第２のクラッド層と周期的変動との間に存在
している。
【００１５】本発明のさらに限定された局面によれば、
周期的変動が第２のクラッド層の中に延在している。
周期的変動が第２のクラッド層の中に延在している。
【００１６】分布帰還形レーザ装置を形成する方法は、
アルミニウム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうち
の少なくとも一つを含む合金を有する第１のクラッド層
を、基板材料の上に供給する。活性層は、アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくと
も一つを含む合金を有しており、第１のクラッド層の上
に供給される。第２のクラッド層は、アルミニウム、ガ
リウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つ
を含む合金を有しており、活性層の上に供給される。第
１及び第２のクラッド層の少なくとも一方における周期
的変動が、分布型光学的フィードバックを提供する。
アルミニウム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうち
の少なくとも一つを含む合金を有する第１のクラッド層
を、基板材料の上に供給する。活性層は、アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくと
も一つを含む合金を有しており、第１のクラッド層の上
に供給される。第２のクラッド層は、アルミニウム、ガ
リウム、インジウム、及び窒素のうちの少なくとも一つ
を含む合金を有しており、活性層の上に供給される。第
１及び第２のクラッド層の少なくとも一方における周期
的変動が、分布型光学的フィードバックを提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図２及び図３を参照すると、ＤＦ
Ｂレーザ１００は基板１０２を含む。好ましくは、基板
１０２は導電性であり、高い熱伝導率を有している（例
えばＳｉＣ）。しかし、サファイアが、最も広く使用さ
れている基板材料である。バッファ層１０４が、ステッ
プ１０１０にて基板１０２の上にエピタキシャル成長さ
れる。好ましくは、バッファ層１０４はＧａＮである。
好ましくはＡｌＧａＮからなる下側クラッド層１０６
が、ステップ１０１２にてバッファ層１０４の上に成長
される。下側閉じ込め層１０８が、ステップ１０１４に
て下側クラッド層１０６の上にエピタキシャル成長され
る。下側閉じ込め層１０８は好ましくはＧａＮであり、
下側導波層として機能する。
Ｂレーザ１００は基板１０２を含む。好ましくは、基板
１０２は導電性であり、高い熱伝導率を有している（例
えばＳｉＣ）。しかし、サファイアが、最も広く使用さ
れている基板材料である。バッファ層１０４が、ステッ
プ１０１０にて基板１０２の上にエピタキシャル成長さ
れる。好ましくは、バッファ層１０４はＧａＮである。
好ましくはＡｌＧａＮからなる下側クラッド層１０６
が、ステップ１０１２にてバッファ層１０４の上に成長
される。下側閉じ込め層１０８が、ステップ１０１４に
て下側クラッド層１０６の上にエピタキシャル成長され
る。下側閉じ込め層１０８は好ましくはＧａＮであり、
下側導波層として機能する。
【００１８】好ましくはインジウム、ガリウム、及び窒
素を含む（例えばＩｎＧａＮ）活性領域１１０が、ステ
ップ１０１６にて下側閉じ込め層１０８の上に成長され
る。活性領域１１０は、好ましくは複数のＩｎxＧａ1-x
Ｎ層を含み、これらはＧａＮ又はＩｎyＧａ1-yＮ（ｘ＞
ｙ）の各層で隔てられている。ＩｎxＧａ1-xＮ活性層の
厚さは、好ましくは、電子及び／又はホールに対して１
次元で量子化された閉じ込めを達成するようなサイズを
有している。上側閉じ込め層１１１の第１の部分が、ス
テップ１０１７にて活性層１１０の上に成長される。
素を含む（例えばＩｎＧａＮ）活性領域１１０が、ステ
ップ１０１６にて下側閉じ込め層１０８の上に成長され
る。活性領域１１０は、好ましくは複数のＩｎxＧａ1-x
Ｎ層を含み、これらはＧａＮ又はＩｎyＧａ1-yＮ（ｘ＞
ｙ）の各層で隔てられている。ＩｎxＧａ1-xＮ活性層の
厚さは、好ましくは、電子及び／又はホールに対して１
次元で量子化された閉じ込めを達成するようなサイズを
有している。上側閉じ込め層１１１の第１の部分が、ス
テップ１０１７にて活性層１１０の上に成長される。
【００１９】ステップ１０１８にて、周期的凹凸グレー
ティングが活性領域１１０にエッチングされて、グレー
ティングティース１１６を形成する。ティース１１６
は、上側閉じ込め層１１１の第１の部分及び活性領域１
１０の両方にわたって、全体的にエッチングすることに
よって形成される。好ましくは、グレーティングティー
スの最大幅は、活性領域１１０にて量子化された閉じ込
めを達成するようなサイズを有している。グレーティン
グのアスペクト比、深さ１２０、及び周期１２２がレー
ザ性能を最適化するように選択される点を理解された
い。例えば、グレーティングの整数倍は、ティース１１
６の出射波長の約半分（１／２）に等しくてもよい。好
ましくは、ホログラフィリソグラフィ及びＣＡＩＢＥを
使用して、活性領域の多重量子井戸（「ＭＱＷ」）にグ
レーティングをエッチングする。しかし、他の技術もま
た、利用可能である。
ティングが活性領域１１０にエッチングされて、グレー
ティングティース１１６を形成する。ティース１１６
は、上側閉じ込め層１１１の第１の部分及び活性領域１
１０の両方にわたって、全体的にエッチングすることに
よって形成される。好ましくは、グレーティングティー
スの最大幅は、活性領域１１０にて量子化された閉じ込
めを達成するようなサイズを有している。グレーティン
グのアスペクト比、深さ１２０、及び周期１２２がレー
ザ性能を最適化するように選択される点を理解された
い。例えば、グレーティングの整数倍は、ティース１１
６の出射波長の約半分（１／２）に等しくてもよい。好
ましくは、ホログラフィリソグラフィ及びＣＡＩＢＥを
使用して、活性領域の多重量子井戸（「ＭＱＷ」）にグ
レーティングをエッチングする。しかし、他の技術もま
た、利用可能である。
【００２０】周期的アレイ内の各グレーティングティー
ス１１６は、ＭＱＷによって形成される量子ワイヤの単
一ファミリーとみなされ得る。しかし、１次反射グレー
ティングが約８０ｎｍの周期を有し、従来のようにエッ
チングされたティースのサイズが典型的にはその周期の
約１／２であるので、そのような構造のディメンジョン
は、空間量子化の効果を得るには恐らく大きすぎる。第
２のディメンジョンにおける空間量子化を達成するため
には、グレーティングティース１１６の幅を１次反射グ
レーティングに対する周期の約１／２よりも小さいレベ
ルまで小さくする必要があることがある。この場合、テ
ィースの間の空間はティースよりも幅広く、グレーティ
ングは５０％よりも小さなデューティサイクルを有して
いると言われる。あるいは、空間量子化は、１次よりも
小さな周期を有するグレーティングを製造することによ
って、５０％に近いグレーティングデューティサイクル
で達成されることができる。この場合、グレーティング
の１つ以上の周期内に、複数のグレーティングティース
が存在する。すなわち、λoを光の波長、ｎeを材料の屈
折率、Ｎを整数、及びΛをグレーティングの周期１２２
とすると、Ｎλo／２ｎe＝Λとなる。グレーティングテ
ィース１１６の製造方法は、電子ビームリソグラフィー
に基づいている。ＧａＮ及びＡｌＧａＮにおいて約８０
ｎｍの周期及び約１００ｎｍの深さを有するグレーティ
ングティースが、好適である。しかし、他の材料におけ
る他の周期及び深さも可能であることを理解されたい。
ス１１６は、ＭＱＷによって形成される量子ワイヤの単
一ファミリーとみなされ得る。しかし、１次反射グレー
ティングが約８０ｎｍの周期を有し、従来のようにエッ
チングされたティースのサイズが典型的にはその周期の
約１／２であるので、そのような構造のディメンジョン
は、空間量子化の効果を得るには恐らく大きすぎる。第
２のディメンジョンにおける空間量子化を達成するため
には、グレーティングティース１１６の幅を１次反射グ
レーティングに対する周期の約１／２よりも小さいレベ
ルまで小さくする必要があることがある。この場合、テ
ィースの間の空間はティースよりも幅広く、グレーティ
ングは５０％よりも小さなデューティサイクルを有して
いると言われる。あるいは、空間量子化は、１次よりも
小さな周期を有するグレーティングを製造することによ
って、５０％に近いグレーティングデューティサイクル
で達成されることができる。この場合、グレーティング
の１つ以上の周期内に、複数のグレーティングティース
が存在する。すなわち、λoを光の波長、ｎeを材料の屈
折率、Ｎを整数、及びΛをグレーティングの周期１２２
とすると、Ｎλo／２ｎe＝Λとなる。グレーティングテ
ィース１１６の製造方法は、電子ビームリソグラフィー
に基づいている。ＧａＮ及びＡｌＧａＮにおいて約８０
ｎｍの周期及び約１００ｎｍの深さを有するグレーティ
ングティースが、好適である。しかし、他の材料におけ
る他の周期及び深さも可能であることを理解されたい。
【００２１】活性領域１１０の過成長がステップ１０２
０にて実行されて、ティース１１６の間を上側導波層１
１１で満たして埋め込む。好ましくは、ティース１１６
は、ステップ１０２２にて過成長される約５０ｎｍの厚
さを有するＧａＮにて満たされる。上側導波層は、好ま
しくはＭｇドープされている（ｐ型）が、ノンドープで
あることもできる。上側ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇクラッド
層１２３が、ステップ１０２４にて成長される。下側ク
ラッド層１０６及び上側クラッド層１２３の少なくとも
一方における厚さの変化が、レーザ１００の内部で分布
型光学的フィードバックを提供することを理解された
い。
０にて実行されて、ティース１１６の間を上側導波層１
１１で満たして埋め込む。好ましくは、ティース１１６
は、ステップ１０２２にて過成長される約５０ｎｍの厚
さを有するＧａＮにて満たされる。上側導波層は、好ま
しくはＭｇドープされている（ｐ型）が、ノンドープで
あることもできる。上側ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇクラッド
層１２３が、ステップ１０２４にて成長される。下側ク
ラッド層１０６及び上側クラッド層１２３の少なくとも
一方における厚さの変化が、レーザ１００の内部で分布
型光学的フィードバックを提供することを理解された
い。
【００２２】ｐ型ＧａＮコンタクト層１２４が、ステッ
プ１０２６にて成長される。ほとんど１００％の反射率
を提供する効率的なＤＦＢメカニズム、及び電流を低減
する活性領域１１０のような量子ワイヤのために、レー
ザ１００は非常に低い閾値電流密度を有している。
プ１０２６にて成長される。ほとんど１００％の反射率
を提供する効率的なＤＦＢメカニズム、及び電流を低減
する活性領域１１０のような量子ワイヤのために、レー
ザ１００は非常に低い閾値電流密度を有している。
【００２３】好ましくは、グレーティング周期１２２
は、活性領域１１０の量子井戸１１６の出射波長の半分
（１／２）の整数倍である。あるいは、この波長は、グ
レーティング周期の整数倍である。いずれの場合におい
ても、層１０６及び１２３の間に形成される導波路内の
後進波及び前進波が結合されて、それによってＤＦＢを
達成する。適切に設計されると、この結合の結果として
非常に効率的な光学的フィードバックが得られて、それ
によって、レーザ１００のファセットに対するドライエ
ッチング、へき開、またはポリッシュ、及び／又は付加
的なＨＲコーティングによって平滑な垂直ミラーを形成
する必要が無くなる。
は、活性領域１１０の量子井戸１１６の出射波長の半分
（１／２）の整数倍である。あるいは、この波長は、グ
レーティング周期の整数倍である。いずれの場合におい
ても、層１０６及び１２３の間に形成される導波路内の
後進波及び前進波が結合されて、それによってＤＦＢを
達成する。適切に設計されると、この結合の結果として
非常に効率的な光学的フィードバックが得られて、それ
によって、レーザ１００のファセットに対するドライエ
ッチング、へき開、またはポリッシュ、及び／又は付加
的なＨＲコーティングによって平滑な垂直ミラーを形成
する必要が無くなる。
【００２４】ワイヤ状領域の内部における活性量子井戸
１１０の局在化による利得の周期的変動は、グレーティ
ングティース１１６が同じ屈折率を有する材料内に埋め
込まれていても、非常に効率的な光学的結合を生成す
る。そのような利得結合型ＤＦＢレーザは、チップの端
部における望ましくない反射に対する感受性がより低
く、スペクトル阻止帯域のいずれの側においてもモード
の縮退を示さないことが知られている。
１１０の局在化による利得の周期的変動は、グレーティ
ングティース１１６が同じ屈折率を有する材料内に埋め
込まれていても、非常に効率的な光学的結合を生成す
る。そのような利得結合型ＤＦＢレーザは、チップの端
部における望ましくない反射に対する感受性がより低
く、スペクトル阻止帯域のいずれの側においてもモード
の縮退を示さないことが知られている。
【００２５】図３及び図４を参照すると、レーザ１００
は、より幅が広いメサの頂部に、共通リッジ導波路構造
として形成されている。第１のコンタクト１２６（例え
ばｎ側コンタクト）が、ステップ１０２８にてバッファ
層１０４の上に堆積される。それから、第２のコンタク
ト１２８（例えばｐ側コンタクト）が、ステップ１０３
０にてキャップ層１２４の上に堆積される。第１及び第
２のコンタクト１２６、１２８はそれぞれ、バッファ層
１０４、下側及び上側クラッド層１０６、１２３、下側
及び上側閉じ込め層１０８、１１１、活性領域１１０、
及びキャップ層１２４を介して、互いに電気的に連通し
ている。
は、より幅が広いメサの頂部に、共通リッジ導波路構造
として形成されている。第１のコンタクト１２６（例え
ばｎ側コンタクト）が、ステップ１０２８にてバッファ
層１０４の上に堆積される。それから、第２のコンタク
ト１２８（例えばｐ側コンタクト）が、ステップ１０３
０にてキャップ層１２４の上に堆積される。第１及び第
２のコンタクト１２６、１２８はそれぞれ、バッファ層
１０４、下側及び上側クラッド層１０６、１２３、下側
及び上側閉じ込め層１０８、１１１、活性領域１１０、
及びキャップ層１２４を介して、互いに電気的に連通し
ている。
【００２６】図５、図６、及び図７を参照すると、Ｇａ
Ｎ ＤＦＢレーザ１５０は、活性領域１５４の上にグレ
ーティングマスク１５２を含んでいる。好ましくは、グ
レーティングマスク１５２は誘電体材料（例えば、Ｓｉ
Ｏ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ）を含んでいる。図２及び図４
に示した実施形態におけるように、バッファ層１５６
（例えばＧａＮ：Ｓｉ）は、ステップ１１１０にて基板
層１５８（例えばサファイア）の上に堆積される。それ
から、下側クラッド層１６２（例えばＡｌＧａＮ：Ｓ
ｉ）が、ステップ１１１２にてバッファ層１５６の上に
成長される。下側閉じ込め層１６４（例えばＧａＮ）
が、ステップ１１１４にて下側クラッド層１６２の上に
成長される。下側閉じ込め層１６４は、好ましくはノン
ドープである。しかし、下側閉じ込め層１６４をＳｉド
ープとしても実現される。それから、活性領域１５４
が、ステップ１１１６にて下側閉じ込め層１６４の上に
堆積される。上側閉じ込め層１７０（例えばＧａＮ）
が、ステップ１１１８にて活性領域１５４の上に成長さ
れる。上側閉じ込め層１７０は好ましくはＭｇドープさ
れている（ｐ型）が、ノンドープであることもできる。
Ｎ ＤＦＢレーザ１５０は、活性領域１５４の上にグレ
ーティングマスク１５２を含んでいる。好ましくは、グ
レーティングマスク１５２は誘電体材料（例えば、Ｓｉ
Ｏ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ）を含んでいる。図２及び図４
に示した実施形態におけるように、バッファ層１５６
（例えばＧａＮ：Ｓｉ）は、ステップ１１１０にて基板
層１５８（例えばサファイア）の上に堆積される。それ
から、下側クラッド層１６２（例えばＡｌＧａＮ：Ｓ
ｉ）が、ステップ１１１２にてバッファ層１５６の上に
成長される。下側閉じ込め層１６４（例えばＧａＮ）
が、ステップ１１１４にて下側クラッド層１６２の上に
成長される。下側閉じ込め層１６４は、好ましくはノン
ドープである。しかし、下側閉じ込め層１６４をＳｉド
ープとしても実現される。それから、活性領域１５４
が、ステップ１１１６にて下側閉じ込め層１６４の上に
堆積される。上側閉じ込め層１７０（例えばＧａＮ）
が、ステップ１１１８にて活性領域１５４の上に成長さ
れる。上側閉じ込め層１７０は好ましくはＭｇドープさ
れている（ｐ型）が、ノンドープであることもできる。
【００２７】層１７２が、ステップ１１２０にて上側閉
じ込め層１７０の上に成長される。好ましくは、層１７
２は厚さ約２００ｎｍで、ｐ型ＧａＮを含んでいる。誘
電体層１５２（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ）
が、ステップ１１２２にて層１７２の上に堆積される。
誘電体層１５２は、好ましくは厚さ約５０ｎｍである。
平行ストライプグレーティングが、ステップ１１２４に
て誘電体層１５２にパターニングされる。付加的な層１
７４（例えばＧａＮ：Ｍｇ）が、ステップ１１２６にて
グレーティング１５２の上に成長される。この付加的な
層１７４は、最初に、誘電体材料の開口窓１７６の中に
成長され、それから、誘電体材料のグレーティング１５
２の上方に、グレーティング１５２が覆われるまで延び
ていく。
じ込め層１７０の上に成長される。好ましくは、層１７
２は厚さ約２００ｎｍで、ｐ型ＧａＮを含んでいる。誘
電体層１５２（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ）
が、ステップ１１２２にて層１７２の上に堆積される。
誘電体層１５２は、好ましくは厚さ約５０ｎｍである。
平行ストライプグレーティングが、ステップ１１２４に
て誘電体層１５２にパターニングされる。付加的な層１
７４（例えばＧａＮ：Ｍｇ）が、ステップ１１２６にて
グレーティング１５２の上に成長される。この付加的な
層１７４は、最初に、誘電体材料の開口窓１７６の中に
成長され、それから、誘電体材料のグレーティング１５
２の上方に、グレーティング１５２が覆われるまで延び
ていく。
【００２８】誘電体グレーティング１５２の上方の合体
した付加的な層１７４は、典型的には平滑であって、ボ
イドをほとんど有さない。好ましくは、グレーティング
１５２のｒｍｓ粗さは約０．２５ｎｍである。この表面
が付加的な層１７４の成長によって平坦化された後に、
上側クラッド層１８０（例えばＡｌＧａＮ：Ｍｇ）が、
ステップ１１２８にて成長される。それから、キャップ
層１８２（例えばＧａＮ：Ｍｇ）がステップ１１３０に
て成長される。
した付加的な層１７４は、典型的には平滑であって、ボ
イドをほとんど有さない。好ましくは、グレーティング
１５２のｒｍｓ粗さは約０．２５ｎｍである。この表面
が付加的な層１７４の成長によって平坦化された後に、
上側クラッド層１８０（例えばＡｌＧａＮ：Ｍｇ）が、
ステップ１１２８にて成長される。それから、キャップ
層１８２（例えばＧａＮ：Ｍｇ）がステップ１１３０に
て成長される。
【００２９】約４３０ｎｍのピーク波長を達成するため
に、３次グレーティング設計が選択される。約４３０ｎ
ｍにおけるＳｉＯ2の屈折率が約１．５であり、且つＧ
ａＮの屈折率が約２．６７であるとすると、ＳｉＯ2領
域及びＧａＮ領域の厚さはそれぞれ約１００ｎｍ及び約
１８５ｎｍになる。好ましくは、グレーティングは約２
８５ｎｍの周期を有している。そのような狭いＳｉＯ2
ストライプは、典型的にはラテラル成長技術を使用して
容易にカバーされる。したがって、付加的なＧａＮグレ
ーティング層１７４が厚くなりすぎることはない。Ｓｉ
Ｏ2とＧａＮとの屈折率の差が比較的大きいために、短
いグレーティング長さを使用して大きな光学的フィード
バックが達成される。
に、３次グレーティング設計が選択される。約４３０ｎ
ｍにおけるＳｉＯ2の屈折率が約１．５であり、且つＧ
ａＮの屈折率が約２．６７であるとすると、ＳｉＯ2領
域及びＧａＮ領域の厚さはそれぞれ約１００ｎｍ及び約
１８５ｎｍになる。好ましくは、グレーティングは約２
８５ｎｍの周期を有している。そのような狭いＳｉＯ2
ストライプは、典型的にはラテラル成長技術を使用して
容易にカバーされる。したがって、付加的なＧａＮグレ
ーティング層１７４が厚くなりすぎることはない。Ｓｉ
Ｏ2とＧａＮとの屈折率の差が比較的大きいために、短
いグレーティング長さを使用して大きな光学的フィード
バックが達成される。
【００３０】グレーティングは、好ましくはホログラフ
ィー技術又は電子ビーム（ｅビーム）リソグラフィを使
用してパターニングされる。ホログラフィー技術を使用
してＧａＮの上に形成された、周期約２５０ｎｍを有す
る短いグレーティングが例証されている。
ィー技術又は電子ビーム（ｅビーム）リソグラフィを使
用してパターニングされる。ホログラフィー技術を使用
してＧａＮの上に形成された、周期約２５０ｎｍを有す
る短いグレーティングが例証されている。
【００３１】図７は、図５に示されたレーザ１５０の側
面図を描いている。付加的な層１７４、上側クラッド層
１８０、及びキャップ層１８２が、リッジ１９８を形成
している。リッジ１９８は、誘電体層１５２に垂直に位
置合わせされている。ｐ側電極２００が、ステップ１１
３２にてキャップ層１８２の上に堆積される。同様に、
ｎ側電極２０２が、ステップ１１３４にてバッファ層１
５６の上に堆積される。ｐ側電極２００及びｎ側電極２
０２は、お互いに電気的に連通している。ＤＦＢグレー
ティングが空胴共振器に沿ってフォトンに対する高い光
学的フィードバックを提供するので、平滑な垂直ファセ
ットは必要ない。
面図を描いている。付加的な層１７４、上側クラッド層
１８０、及びキャップ層１８２が、リッジ１９８を形成
している。リッジ１９８は、誘電体層１５２に垂直に位
置合わせされている。ｐ側電極２００が、ステップ１１
３２にてキャップ層１８２の上に堆積される。同様に、
ｎ側電極２０２が、ステップ１１３４にてバッファ層１
５６の上に堆積される。ｐ側電極２００及びｎ側電極２
０２は、お互いに電気的に連通している。ＤＦＢグレー
ティングが空胴共振器に沿ってフォトンに対する高い光
学的フィードバックを提供するので、平滑な垂直ファセ
ットは必要ない。
【００３２】図８は、図５に示された実施形態に対する
代替的な実施形態を描いている。より具体的には、図８
は、活性領域１９４の下に位置するグレーティング構造
１９２を有するＧａＮ ＤＦＢレーザ１９０を描いてい
る。レーザ１９０のディメンジョン及び材料は、図５に
描かれたレーザ１５０と同等であることを理解された
い。レーザ１９０が、図５に描かれたレーザを製造する
ために使用される方法と同様の方法によって製造される
ことを理解されたい。
代替的な実施形態を描いている。より具体的には、図８
は、活性領域１９４の下に位置するグレーティング構造
１９２を有するＧａＮ ＤＦＢレーザ１９０を描いてい
る。レーザ１９０のディメンジョン及び材料は、図５に
描かれたレーザ１５０と同等であることを理解された
い。レーザ１９０が、図５に描かれたレーザを製造する
ために使用される方法と同様の方法によって製造される
ことを理解されたい。
【００３３】図２及び図４〜８に示される実施形態で
は、ＩｎＧａＮ ＭＧＷ活性領域は、ＧａＮによって完
全に囲まれている。ＧａＮは、ＩｎＧａＮ活性領域（４
００ｎｍのレーザ波長に対して約３．１ｅＶ）よりも高
いバンドギャップエネルギー（例えば３．４ｅＶ）を有
しているが、この差は、ある状況下では、注入された電
子に対する適切な閉じ込めを提供しない。より具体的に
は、このエネルギー差は、レーザ発振閾値における高注
入条件の間に、注入された電子の適切な閉じ込めを提供
しないことがある。窒化物ＦＰレーザダイオードを満足
いくように動作させるには、注入された電子を閉じ込め
るために、アルミニウム組成が高いＡｌＧａＮ：Ｓｉト
ンネルバリア層をＭＱＷの上に配置する必要がある。こ
の機能は、現在の技術水準の（state-of-the-art）レー
ザにおいては、ＱＷの直ぐ上に配置された２０ｎｍのＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層によって達成されることが最も
多い。あるいは、この機能を、ＱＷの直ぐ上にｐ型クラ
ッド層が配置された非対称導波路構造によって達成する
こともできる。
は、ＩｎＧａＮ ＭＧＷ活性領域は、ＧａＮによって完
全に囲まれている。ＧａＮは、ＩｎＧａＮ活性領域（４
００ｎｍのレーザ波長に対して約３．１ｅＶ）よりも高
いバンドギャップエネルギー（例えば３．４ｅＶ）を有
しているが、この差は、ある状況下では、注入された電
子に対する適切な閉じ込めを提供しない。より具体的に
は、このエネルギー差は、レーザ発振閾値における高注
入条件の間に、注入された電子の適切な閉じ込めを提供
しないことがある。窒化物ＦＰレーザダイオードを満足
いくように動作させるには、注入された電子を閉じ込め
るために、アルミニウム組成が高いＡｌＧａＮ：Ｓｉト
ンネルバリア層をＭＱＷの上に配置する必要がある。こ
の機能は、現在の技術水準の（state-of-the-art）レー
ザにおいては、ＱＷの直ぐ上に配置された２０ｎｍのＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層によって達成されることが最も
多い。あるいは、この機能を、ＱＷの直ぐ上にｐ型クラ
ッド層が配置された非対称導波路構造によって達成する
こともできる。
【００３４】図９（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）に描かれ
ているように、レーザ３０２の第１のエピタキシャル成
長にＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層３００（例えば
ＡｌＧａＮ：Ｍｇ）を単純に含ませるだけでは、窒化物
ＤＦＢレーザにおける注入キャリアの閉じ込めには十分
ではない。より具体的には、伝導バンドダイアグラム３
１０（図９（Ｂ））は、ＭＱＷに垂直な方向ＡＢにトン
ネルバリア層３００が存在していることを示している。
しかし、トンネルバリア層は、（図９（Ｃ）の伝導バン
ドダイアグラム３１２に示されているように）ＭＱＷに
平行な方向ＣＤには存在しない。したがって、ＡｌＧａ
Ｎ：Ｓｉ層３００は、グレーティングティース３０６の
ＭＱＷ側壁３０４を覆わないので、注入された電子は横
方向には閉じ込められず、さらに、電子は横方向に自由
に漏れ出て行く。
ているように、レーザ３０２の第１のエピタキシャル成
長にＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層３００（例えば
ＡｌＧａＮ：Ｍｇ）を単純に含ませるだけでは、窒化物
ＤＦＢレーザにおける注入キャリアの閉じ込めには十分
ではない。より具体的には、伝導バンドダイアグラム３
１０（図９（Ｂ））は、ＭＱＷに垂直な方向ＡＢにトン
ネルバリア層３００が存在していることを示している。
しかし、トンネルバリア層は、（図９（Ｃ）の伝導バン
ドダイアグラム３１２に示されているように）ＭＱＷに
平行な方向ＣＤには存在しない。したがって、ＡｌＧａ
Ｎ：Ｓｉ層３００は、グレーティングティース３０６の
ＭＱＷ側壁３０４を覆わないので、注入された電子は横
方向には閉じ込められず、さらに、電子は横方向に自由
に漏れ出て行く。
【００３５】図１０は、注入された電子の閉じ込めを増
すための本発明のある実施形態における構造３５０を描
いている。トンネルバリア３５２は、それぞれ下側及び
上側閉じ込め層３５４、３５６の間のｐｎ接合全体に沿
って存在している。言い換えると、トンネルバリア３５
２は、過成長の間に堆積される。この実施形態では、付
加的なトンネルバリア３６０が第１の成長に含まれてお
り、バリア３５２が確実にＱＷの頂部の近傍に存在し
て、横断方向（量子井戸層に垂直な）閉じ込めのための
トンネルバリアとして機能するようにする。二つのトン
ネルバリア３５２、３６０が井戸３６２の頂部に位置し
ていることに留意されたい。あるいは、初期成長がＱＷ
３６２の直ぐ上で停止されるならば、付加的なトンネル
バリアを無くして、トンネルバリア全体を過成長の開始
時に堆積させてもよい。この場合には、高Ｍｇドープ窒
化物内における少数キャリアとしての電子の拡散長さが
非常に短いために、トンネルバリアは、ＱＷの極めて近
傍に（すなわち約２０ｎｍよりも近く）位置される。
すための本発明のある実施形態における構造３５０を描
いている。トンネルバリア３５２は、それぞれ下側及び
上側閉じ込め層３５４、３５６の間のｐｎ接合全体に沿
って存在している。言い換えると、トンネルバリア３５
２は、過成長の間に堆積される。この実施形態では、付
加的なトンネルバリア３６０が第１の成長に含まれてお
り、バリア３５２が確実にＱＷの頂部の近傍に存在し
て、横断方向（量子井戸層に垂直な）閉じ込めのための
トンネルバリアとして機能するようにする。二つのトン
ネルバリア３５２、３６０が井戸３６２の頂部に位置し
ていることに留意されたい。あるいは、初期成長がＱＷ
３６２の直ぐ上で停止されるならば、付加的なトンネル
バリアを無くして、トンネルバリア全体を過成長の開始
時に堆積させてもよい。この場合には、高Ｍｇドープ窒
化物内における少数キャリアとしての電子の拡散長さが
非常に短いために、トンネルバリアは、ＱＷの極めて近
傍に（すなわち約２０ｎｍよりも近く）位置される。
【００３６】図１１は、電子閉じ込めを提供する代替的
な構造３８０を描いている。ウエハ３８０は、上記の方
法によって製造される。しかし、再成長は、上側導波路
の残りの代わりにｐ型クラッド層３８２（例えばＡｌＧ
ａＮ）で開始される。クラッド層３８２の高バンドギャ
ップエネルギー及びｐ型ドーピングによって、グレーテ
ィングティースの側壁３８４に沿って十分な電子の閉じ
込めが提供される。ウエハ３８０は、長波長側で例証さ
れるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造に非常に類似してお
り、ｐ型ＩｎＰクラッド層がグレーティングの周囲に再
成長される。同様の方法で、図１１に示された類似の窒
化物にも、グレーティング３９２を直ぐ取り囲むように
ｐ型クラッド層３８６の材料が組み込まれている。唯一
の重要な相違点は、高バンドギャップ材料をＱＷ３９４
の極めて至近に維持する必要がある点である。これよ
り、付加的なＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層３９６
が第１のエピタキシャル成長に含まれて、確実にＱＷ３
９４に対して適切に配置されるようにする。引き続い
て、第２の成長が、ｐ型クラッド層３８２又は図１０に
示されるＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層のいずれか
から開始される。
な構造３８０を描いている。ウエハ３８０は、上記の方
法によって製造される。しかし、再成長は、上側導波路
の残りの代わりにｐ型クラッド層３８２（例えばＡｌＧ
ａＮ）で開始される。クラッド層３８２の高バンドギャ
ップエネルギー及びｐ型ドーピングによって、グレーテ
ィングティースの側壁３８４に沿って十分な電子の閉じ
込めが提供される。ウエハ３８０は、長波長側で例証さ
れるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造に非常に類似してお
り、ｐ型ＩｎＰクラッド層がグレーティングの周囲に再
成長される。同様の方法で、図１１に示された類似の窒
化物にも、グレーティング３９２を直ぐ取り囲むように
ｐ型クラッド層３８６の材料が組み込まれている。唯一
の重要な相違点は、高バンドギャップ材料をＱＷ３９４
の極めて至近に維持する必要がある点である。これよ
り、付加的なＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層３９６
が第１のエピタキシャル成長に含まれて、確実にＱＷ３
９４に対して適切に配置されるようにする。引き続い
て、第２の成長が、ｐ型クラッド層３８２又は図１０に
示されるＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層のいずれか
から開始される。
【００３７】グレーティング３９２の周囲にｐ型クラッ
ド層３８２が成長されている図１１に示されるウエハ３
８０は、さらなる効果を提供する。より具体的には、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層３８２は厚く成長され、ＡｌＧ
ａＮは迅速に平坦化されることが知られている。平坦化
される傾向は、成長中にクラックされた層の断面走査型
電子顕微鏡写真にて観測されている。したがって、第１
の再成長層の上側表面は、より平滑であると共に再成長
界面（ＡｌＧａＮ：Ｍｇは典型的には約５００ｎｍ成長
される）から除去されるので、グレーティング表面から
の残存粗さは、いずれも比較的重要ではない。一方、再
成長が厚さ約１００ｎｍのｐ型ＧａＮ導波路から開始さ
れると、次の光学的表面は、ある程度の残存テクスチュ
アの影響を受ける可能性がある。したがって、図１０に
描かれる理想的なプレーナ成長とは対称的に、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層は、いくらかプレーナではない表面の
上に堆積される。
ド層３８２が成長されている図１１に示されるウエハ３
８０は、さらなる効果を提供する。より具体的には、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層３８２は厚く成長され、ＡｌＧ
ａＮは迅速に平坦化されることが知られている。平坦化
される傾向は、成長中にクラックされた層の断面走査型
電子顕微鏡写真にて観測されている。したがって、第１
の再成長層の上側表面は、より平滑であると共に再成長
界面（ＡｌＧａＮ：Ｍｇは典型的には約５００ｎｍ成長
される）から除去されるので、グレーティング表面から
の残存粗さは、いずれも比較的重要ではない。一方、再
成長が厚さ約１００ｎｍのｐ型ＧａＮ導波路から開始さ
れると、次の光学的表面は、ある程度の残存テクスチュ
アの影響を受ける可能性がある。したがって、図１０に
描かれる理想的なプレーナ成長とは対称的に、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層は、いくらかプレーナではない表面の
上に堆積される。
【００３８】図１２及び図１３は、漏れ電流を減らすた
めの好適な構造４００、４５０をそれぞれ描いており、
この漏れ電流は、図１１の構造におけるエッチングされ
た領域の底部におけるグレーティングティースの間のＡ
ｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：Ｓｉ再成長界面を通る注入の
結果である。図１１の構造に対して、接合のターンオン
電圧は、キャリアをＱＷに注入する再成長ＡｌＧａＮ：
Ｍｇ／ＩｎＧａＮ接合のターンオン電圧に比べて、約３
００ｍｅＶほど大きいだけである。ターンオン電圧にお
けるこのようなわずかな差は、ＱＷよりもｎ型導波路へ
のキャリアの注入を抑制するためには、十分ではないと
考えられる。
めの好適な構造４００、４５０をそれぞれ描いており、
この漏れ電流は、図１１の構造におけるエッチングされ
た領域の底部におけるグレーティングティースの間のＡ
ｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：Ｓｉ再成長界面を通る注入の
結果である。図１１の構造に対して、接合のターンオン
電圧は、キャリアをＱＷに注入する再成長ＡｌＧａＮ：
Ｍｇ／ＩｎＧａＮ接合のターンオン電圧に比べて、約３
００ｍｅＶほど大きいだけである。ターンオン電圧にお
けるこのようなわずかな差は、ＱＷよりもｎ型導波路へ
のキャリアの注入を抑制するためには、十分ではないと
考えられる。
【００３９】図１２を参照すると、アルミニウム組成の
高いｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２が、ＱＷ４０４の下
に堆積されている。グレーティングティース４０６がＡ
ｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２の下までエッチングされると、
ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２の上におけるＡｌＧａＮ：Ｍ
ｇの再成長は、非常に高いターンオン電圧を有するｐｎ
接合を形成する。したがって、ＱＷ４０４は、順方向バ
イアスの間に優先的に注入される。
高いｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２が、ＱＷ４０４の下
に堆積されている。グレーティングティース４０６がＡ
ｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２の下までエッチングされると、
ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２の上におけるＡｌＧａＮ：Ｍ
ｇの再成長は、非常に高いターンオン電圧を有するｐｎ
接合を形成する。したがって、ＱＷ４０４は、順方向バ
イアスの間に優先的に注入される。
【００４０】あるいは、図１３を参照すると、ウエハ４
５０は逆方向非対称導波路構造であり、ｐ型クラッド層
ではなくｎ型クラッド層４５４に隣接してＭＱＷ４５２
を有している。ｐ型導波路の厚さｔpは、光閉じ込めを
最大にするように最適化されている。グレーティングテ
ィース４５６は、ｎ型ＡｌＧａＮ導波路４５８の中にエ
ッチングされている。したがって、ＡｌＧａＮ：Ｍｇの
過成長によって形成されるｐｎ接合は、図１１のｎ型Ｇ
ａＮの上における再成長に対して、より大きなターンオ
ン電圧を有している。
５０は逆方向非対称導波路構造であり、ｐ型クラッド層
ではなくｎ型クラッド層４５４に隣接してＭＱＷ４５２
を有している。ｐ型導波路の厚さｔpは、光閉じ込めを
最大にするように最適化されている。グレーティングテ
ィース４５６は、ｎ型ＡｌＧａＮ導波路４５８の中にエ
ッチングされている。したがって、ＡｌＧａＮ：Ｍｇの
過成長によって形成されるｐｎ接合は、図１１のｎ型Ｇ
ａＮの上における再成長に対して、より大きなターンオ
ン電圧を有している。
【図１】 従来のＧａＮレーザダイオードを描いた図で
ある。
ある。
【図２】 本発明に従ったレーザダイオードの断面図を
描いた図である。
描いた図である。
【図３】 図２及び図４に示されるレーザダイオードを
製造するフローチャートを描いた図である。
製造するフローチャートを描いた図である。
【図４】 図２に示されるレーザダイオードの側面図を
描いた図である。
描いた図である。
【図５】 本発明の代替的な実施形態に従ったＤＦＢレ
ーザを描いた図である。
ーザを描いた図である。
【図６】 図５及び図７に示されるレーザダイオードを
製造するフローチャートを描いた図である。
製造するフローチャートを描いた図である。
【図７】 図５に示されるレーザの側面図を描いた図で
ある。
ある。
【図８】 本発明の他の代替的な実施形態に従ったＤＦ
Ｂレーザを描いた図である。
Ｂレーザを描いた図である。
【図９】 トンネルバリア層を有するレーザダイオード
及びそれに対応する伝導バンドダイアグラムを示す図で
あり、（Ａ）は、トンネルバリア層を有するレーザダイ
オードを描いた図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、 図９
の（Ａ）に示されるレーザダイオードに対する伝導バン
ドダイアグラムを描いた図である。
及びそれに対応する伝導バンドダイアグラムを示す図で
あり、（Ａ）は、トンネルバリア層を有するレーザダイ
オードを描いた図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、 図９
の（Ａ）に示されるレーザダイオードに対する伝導バン
ドダイアグラムを描いた図である。
【図１０】 注入された電子の閉じ込めを増すための本
発明の実施形態における構造を描いた図である。
発明の実施形態における構造を描いた図である。
【図１１】 電子の閉じ込めを提供するための代替的構
造を描いた図である。
造を描いた図である。
【図１２】 エッチングされた領域の底部におけるグレ
ーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：
Ｓｉ再成長界面を通った注入の結果として生じる漏れ電
流を低減する構造を描いた図である。
ーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：
Ｓｉ再成長界面を通った注入の結果として生じる漏れ電
流を低減する構造を描いた図である。
【図１３】 エッチングされた領域の底部におけるグレ
ーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：
Ｓｉ再成長界面を通った注入の結果として生じる漏れ電
流を低減する他の構造を描いた図である。
ーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：
Ｓｉ再成長界面を通った注入の結果として生じる漏れ電
流を低減する他の構造を描いた図である。
１００ ＤＦＢレーザ、１０２ 基板、１０４ バッフ
ァ層、１０６ 下側クラッド層、１０８ 下側閉じ込め
層、１１０ 活性領域、１１１ 上側閉じ込め層、１１
６ グレーティングティース、１２０ グレーティング
の深さ、１２２グレーティングの周期、１２３ 上側ク
ラッド層、１２４ ｐ型コンタクト層。
ァ層、１０６ 下側クラッド層、１０８ 下側閉じ込め
層、１１０ 活性領域、１１１ 上側閉じ込め層、１１
６ グレーティングティース、１２０ グレーティング
の深さ、１２２グレーティングの周期、１２３ 上側ク
ラッド層、１２４ ｐ型コンタクト層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス エル パオリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ロス アルトス キプロス ドライブ 420 (72)発明者 リンダ ティー ロマノ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベール ウェストチェスター ドライブ 1055 (72)発明者 デカイ サン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベール ノーサンバーランド ドライブ 1127 (72)発明者 デイビット ピー バー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 キュ ーバティーノ ベル エア コート 11092 (72)発明者 マイケル エイ クナイセル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 マウ ンテン ビュー シルヴァン アベニュー 750 アパートメント 46 (72)発明者 クリス ジー ヴァン デ ウォーレ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベール ラ メサ テラス 963エイ (72)発明者 ノーベル エム ジョンソン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 メン ロ パーク オーク グローブ 445 ユ ニット ♯１
Claims (3)
- 【請求項１】 基板材料と、 アルミニウム、ガリウム、インジウム、及び窒素のうち
の少なくとも一つを含む合金を有している活性層と、 前記アルミニウム、前記ガリウム、前記インジウム、及
び前記窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有して
おり、前記活性層の第１の側にある第１のクラッド層
と、 前記アルミニウム、前記ガリウム、前記インジウム、及
び前記窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有して
おり、前記活性層の第２の側にある第２のクラッド層
と、を備え、 前記第１及び第２のクラッド層の少なくとも一方におけ
る周期的変動が、分布型光学的フィードバックを提供す
ることを特徴とする分布帰還型レーザ。 - 【請求項２】 前記周期的変動が、前記活性領域の上及
び下の一方における周期的誘電体グレーティング構造に
よって生成されることを特徴とする請求項１に記載の分
布帰還型レーザ。 - 【請求項３】 アルミニウム、ガリウム、インジウム、
及び窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有してい
る第１のクラッド層を、基板材料の上に供給するステッ
プと、 前記アルミニウム、前記ガリウム、前記インジウム、及
び前記窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有して
いる活性層を、前記第１のクラッド層の上で成長させる
ステップと、 前記アルミニウム、前記ガリウム、前記インジウム、及
び前記窒素のうちの少なくとも一つを含む合金を有して
いる第２のクラッド層を、前記活性層の上に供給するス
テップと、を有し、 前記第１及び第２のクラッド層の少なくとも一方におけ
る周期的変動が、分布型光学的フィードバックを提供す
ることを特徴とする分布帰還型レーザ装置の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/487,409 US6574256B1 (en) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | Distributed feedback laser fabricated by lateral overgrowth of an active region |
| US09/487409 | 2000-01-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001203422A true JP2001203422A (ja) | 2001-07-27 |
| JP4901006B2 JP4901006B2 (ja) | 2012-03-21 |
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ID=23935611
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001004591A Expired - Fee Related JP4901006B2 (ja) | 2000-01-18 | 2001-01-12 | 分布帰還型レーザ |
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|---|---|
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2007250736A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Nec Corp | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JP2009302416A (ja) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Anritsu Corp | 半導体レーザ，半導体レーザモジュールおよびラマン増幅器 |
| US7781796B2 (en) | 2006-06-19 | 2010-08-24 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
| US7804882B2 (en) | 2006-06-20 | 2010-09-28 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
| JP2011258854A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Seiko Epson Corp | 発光装置、およびプロジェクター |
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| US6829285B2 (en) * | 2001-09-28 | 2004-12-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and method for effectively reducing facet reflectivity |
| JP4027639B2 (ja) * | 2001-11-02 | 2007-12-26 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置 |
| US7485902B2 (en) * | 2002-09-18 | 2009-02-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device |
| US7043097B2 (en) * | 2003-07-25 | 2006-05-09 | Agility Communications, Inc. | Traveling-wave optoelectronic wavelength converter |
| JP5527049B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2014-06-18 | セイコーエプソン株式会社 | 発光装置、およびプロジェクター |
| JP2013058624A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Mitsubishi Electric Corp | レーザダイオード素子の製造方法 |
| JP6325276B2 (ja) * | 2014-02-18 | 2018-05-16 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体光素子及び半導体光素子の製造方法 |
| US9575507B1 (en) * | 2015-09-02 | 2017-02-21 | Apple Inc. | Crack mitigation in an optically transparent exterior of a portable electronic device |
| EP3767762B1 (en) | 2019-07-14 | 2022-03-30 | Instytut Wysokich Cisnien Polskiej Akademii Nauk | Distributed feedback laser diode and method of making the same |
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| JPH11274642A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-10-08 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
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| IT1245541B (it) | 1991-05-13 | 1994-09-29 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Laser a semiconduttore a reazione distribuita ed accoppiamento di guadagno ,e procedimento per la sua fabbricazione |
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| US5452318A (en) * | 1993-12-16 | 1995-09-19 | Northern Telecom Limited | Gain-coupled DFB laser with index coupling compensation |
| US5509024A (en) * | 1994-11-28 | 1996-04-16 | Xerox Corporation | Diode laser with tunnel barrier layer |
| JP4017196B2 (ja) | 1995-03-22 | 2007-12-05 | シャープ株式会社 | 分布帰還型半導体レーザ装置 |
| JPH09191153A (ja) * | 1996-01-10 | 1997-07-22 | Alps Electric Co Ltd | 青色分布帰還型半導体レーザ |
| US5987048A (en) | 1996-07-26 | 1999-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gallium nitride-based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same |
-
2000
- 2000-01-18 US US09/487,409 patent/US6574256B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-01-12 JP JP2001004591A patent/JP4901006B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JP4901006B2 (ja) | 2012-03-21 |
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