JP2002237653A - Ｐ型電極と活性層との間に効果的な正孔拡散のためのスペーサを備えるＧａＮ面発光レーザダイオードおよびその製造方法 - Google Patents

Ｐ型電極と活性層との間に効果的な正孔拡散のためのスペーサを備えるＧａＮ面発光レーザダイオードおよびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＮ面発光レーザダイオードを提供する。 【解決手段】 本発明の面発光レーザダイオードは、光
が発生される活性層４０と、活性層を中心に対向するｐ
型物質層ｍ１およびｎ型物質層ｍ２と、ｎ型物質層ｍ２
上に形成された第１ブラッグ反射層４９と、第１ブラッ
グ反射層４９の周りのｎ型物質層ｍ２上に形成されてお
り、第１ブラッグ物質層４９を覆うように備えられたｎ
型電極４７と、ｐ型物質層ｍ１の上に形成されており、
正孔が活性層４０の中心部へ円滑に移動できる程度の厚
さを有しつつ第１ブラッグ反射層４９に対応する領域上
にレーザ放出窓４８ｂを備えるスペーサ４８と、レーザ
放出窓４８ｂ上に形成された第２ブラッグ反射層５２お
よびレーザ放出窓４８ｂを取り囲むようにスペーサ５４
上に形成されるｐ型電極５０を備え、レーザ放出窓４８
ｂはスペーサ５４によるレーザの回折を相殺させる形で
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系ＩＩＩ−
Ｖ族窒化物を使用して製作されるＧａＮ系面発光レーザ
ダイオードおよびその製造方法に係り、詳しくはＰ型電
極と活性層との間に正孔の効果的な拡散のためのスペー
サを備えるＧａＮ面発光レーザダイオードおよびその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系面発光レーザダイオードは、一
般に図１に示すように、ＩｎＧａＮ多重量子ウェル（Ｍ
ＱＷ：ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）で形成さ
れた活性層１１と、その下部および上部に各々ｎ−Ａｌ
ＧａＮおよびｐ−ＡｌＧａＮキャリヤ制限層１２、１３
を有する共振器１０とを備え、共振器１０の上下に各々
反射率がおよそ９９％であるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）２０、３０
を備えている。
【０００３】このＤＢＲはほぼ同一の格子定数を有する
半導体物質を使用してエピタキシャル成長する場合と誘
電体を使用する場合とに大別される。前者の場合、半導
体層を通じて電流注入が可能なので薄膜質に優れるとい
う長所がある。この際、使用可能な半導体物質は、発振
波長よりバンドギャップエネルギーが大きく、吸収が起
こってはならず、二つのＤＢＲを構成する半導体物質間
の屈折率差が大きいほど有利である。
【０００４】図１に示すように、ＧａＮ系の面発光半導
体レーザダイオードの場合、ＤＢＲ２０、３０として使
用可能な半導体材料にはＧａＮ２２、３２とＡｌＧａＮ
またはＡｌＮ２１、３１等が挙げられる。
【０００５】これらのうちＡｌの含量が３０％以上であ
るＡｌＧａＮとＡｌＮ等は、バンドギャップエネルギー
があまり大きく、これらを含むＤＢＲを通じて電流を注
入する場合、駆動電圧が非常に高くなるため発熱による
問題が生じる。また、それだけではなく、ＡｌＧａＮ系
列の物質は屈折率差が小さく、ＤＢＲを構成する場合、
発振に要求される高反射率を得るため数十層以上に多重
積層をしなければならない。
【０００６】さらに、高反射率領域の波長幅が非常に狭
く、面発光半導体レーザダイオードの設計が困難であ
り、共振器１０の厚さが少しでも外れるか、あるいは活
性層１１の組成が少しでも変わると発振条件を満足でき
ない。
【０００７】これにより、ＤＢＲ層として化合物半導体
の代わりに誘電物質が多く利用されるが、この際にはＤ
ＢＲを通じて直接電流の注入が不可能なのでＤＢＲ周囲
に別途の電極（図示せず）が備えられる。
【０００８】この際、電子は移動度が高く、ｎ型電極と
活性層との間に備えられるｎ型化合物半導体層のドーピ
ング濃度も高められる。一方、正孔の場合には移動度が
電子に比べて低く、ｐ型電極と活性層との間に形成され
たｐ型化合物半導体のドーピングも高められないので電
流注入が困難である。このように、レーザ出力窓の周り
に電極が設けられているため、出力窓の中心に正孔を円
滑に拡散し難く、その結果、効果的なレーザ発振特性が
得られにくい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザ出力窓の中央部まで正孔を効果的に拡散させて安定的
な光モードが確保できるＧａＮ面発光レーザダイオード
を提供するところにある。本発明の他の目的は、このよ
うなＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を提供す
るところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、活性層と、前記活性層を中心に対向する
ｐ型およびｎ型物質層と、前記ｎ型物質層上に形成され
た第１ブラッグ反射層と、レイジングのための電圧を前
記活性層に印加可能なように、前記ｎ型物質層を介して
該活性層に連結されるｎ型電極と、前記ｐ型物質層上に
形成されており、正孔が前記活性層の中心部へ円滑に移
動できる程度の厚さを有しながら前記第１ブラッグ反射
層に対応する領域上にレーザ放出窓を備えるスペーサ
と、前記レーザ放出窓上に形成された第２ブラッグ反射
層と、レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能
なように、前記ｐ型物質層を介して該活性層に連結され
るｐ型電極とを備えることを特徴とする面発光レーザダ
イオードを提供する。
【００１１】この際、前記レーザ放出窓は前記スペーサ
により現れるレーザ特性低下が補償できるように曲率が
設計されたレンズ形である。また、前記スペーサは、一
部の領域に突出した突出部分を有し、該突出部分の上部
面に前記レーザ放出窓が形成されている。
【００１２】前記ｐ型電極は前記スペーサの突出部分の
側面を覆うように備えられている。前記スペーサは前記
ｐ型物質層上に形成された第１スペーサと、前記第１ス
ペーサ上に形成されており、前記レーザ放出窓を備える
と共に、周りに前記ｐ型電極を備える第２スペーサとを
含む。前記第２スペーサは前記の特性を有するレーザ放
出窓を有する突出形である。前記第１および第２スペー
サのうち選択されたいずれか一つはｐ型導電性不純物が
ドーピングされた基板、または、ドーピングされていな
い基板である。
【００１３】前記他の目的を達成するために、本発明
は、基板上にレイジングのためのｐ型物質層、活性層お
よびレイジングのためのｎ型物質層を順次に形成する第
１段階と、前記ｎ型物質層上に周りにｎ型電極を備える
第１ブラッグ反射層を形成する第２段階と、前記基板の
底面に基板の存在により現れるレーザの特性低下が補償
できるようにレーザ放出窓を形成する第３段階と、前記
レーザ放出窓周りの前記基板の底面上にｐ型電極を形成
する第４段階と、前記レーザ放出窓上に第２ブラッグ反
射層を形成する第５段階とを含むことを特徴とする面発
光レーザダイオード製造方法を提供する。
【００１４】この際、第２段階は前記ｎ型物質層上に導
電層を形成する段階と、前記導電層上に前記第１ブラッ
グ反射層が形成される領域を露出させるマスクパターン
を形成する段階と、前記マスクパターンをエッチングマ
スクとして前記導電層の露出された部分を除去する段階
と、前記導電層の露出された部分が除去された領域に第
１ブラッグ反射層を形成する段階と、前記マスクパター
ンを除去する段階とをさらに含む。
【００１５】前記第３段階で前記レーザ放出窓は前記レ
ーザの特性低下が補償できる（レーザ回折を相殺させ
る）曲率を有するレンズ形に形成するのが望ましい。前
記マスクパターンを加工する段階は前記マスクパターン
をリフローさせて前記マスクパターンを前記曲率を有す
るレンズ形に加工する。
【００１６】前記基板は第１および第２基板を含む複層
に形成する。この際、前記加工されたマスクパターンが
形成された前記基板の底面全面のエッチングは前記第２
基板が露出されるまで遂行する。
【００１７】前記基板はｐ型導電性不純物がドーピング
されたｐ型基板、またはドーピングされていない基板で
ある。
【００１８】前記第１および第２基板のうちいずれか一
つは、ｐ型導電性不純物がドーピングされたｐ型基板、
または、ドーピングされていない基板である。
【００１９】前記第１基板は、ガリウムナイトライド系
列の物質を成長させる基板であり、前記第２基板は、ｐ
型スペーサである。
【００２０】一方、本発明は、前記他の目的を達成する
ために、基板上にレイジングのためのｎ型物質層、活性
層、レイジングのためのｐ型物質層およびｐ型スペーサ
を順次に形成する第１段階と、前記ｐ型スペーサの所定
厚さを限定してレーザ放出窓を形成する第２段階と、前
記レーザ放出窓の周りの前記ｐ型スペーサ上にｐ型電極
を形成する第３段階と、前記レーザ放出窓上にブラッグ
反射層を形成する第４段階と、前記基板を除去する第５
段階と、前記ｎ型物質層底面の所定領域上にブラッグ反
射層を形成し、その周りにｎ型電極を形成する第６段階
とを含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造
方法も提供する。
【００２１】この際、前記基板は、ｎ型基板またはサフ
ァイア基板である。また、前記レーザ放出窓は、前記ｐ
型スペーサの存在により現れるレーザの特性低下が補償
できるように形成することが望ましい。
【００２２】本発明は、ｐ型電極と活性層との間に正孔
を活性層に円滑に移動させるためのスペーサを備え、ス
ペーサの一部の表面にスペーサ導入による回折を相殺さ
せるか、あるいは活性層でのレーザモード半径を最小化
させるようなブラッグ反射層を備える面発光レーザダイ
オードを提供するので、本発明を用いる場合に活性層の
中心に電子および正孔の円滑な供給が可能であり、レー
ザ発振のための臨界電流値を低めながらもレーザのエネ
ルギー変換効率を高めることができ、安定した横モード
特性を有するレーザを発振させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施例によるｐ型電極と活性層との間に効果的な正
孔拡散のためのスペーサを備えるＧａＮ面発光レーザダ
イオードおよびその製造方法を詳細に説明する。
【００２４】図面に示される層や領域の厚さは明細書の
明確性のために誇張されている。また、下記の説明で便
宜上活性層の面を第１および第２面に区分するが、第１
面はレイジングのための第１物質層と接触する面とし、
第２面はレイジングのための第２物質層と接触する面と
する。
【００２５】先ず、ＧａＮ面発光レーザダイオードにつ
いて説明する。
【００２６】＜第１実施例＞図２を参照すれば、本発明
の実施例によるレーザダイオードは、電圧が印加される
ことにより、レイジングが起こる活性層４０と、これを
中心に対向するように備えられたレイジングのためのｐ
型およびｎ型物質層ｍ１、ｍ２とを備える。
【００２７】ｎ型物質層ｍ２は、活性層４０の底面上に
順次に形成されたｎ型障壁層４１およびｎ型化合物の半
導体層４３を含む。ｎ型障壁層４１は、ｎ型化合物の半
導体層４３よりバンドギャップが低く、活性層４０より
はバンドギャップが高い物質層であることが望ましい。
【００２８】例えば、ｎ型障壁層４１は、ｎ型導電性に
ドーピングされた半導体層であり、Ａｌを所定比率に含
有するｎ−ＡｌxＧａ1-XＮ層であることが望ましい。ま
た、ｎ型化合物半導体層４３もやはりｎ型導電性にドー
ピングされた化合物半導体層であり、例えばｎ−Ａｌx
Ｇａ1-XＮ層が望ましい。ｎ型障壁層４１およびｎ型化
合物半導体層４３は、上記物質層のほかにドーピングさ
れていない物質層であっても差し支えない。
【００２９】活性層４０は、直接レイジングが起こる物
質層なので、レイジングが可能な物質層であることが望
ましく、その中でもＭＱＷ構造を有するＧａＮ系列のＩ
ＩＩ−Ｖ族窒化物化合物の半導体層であることが望まし
い。
【００３０】一方、レイジングのためのｐ型物質層ｍ１
もやはり複数の化合物半導体層を含み、例えば活性層４
０上に順次に形成されたｐ型障壁層４２およびｐ型化合
物の半導体層４４を含む。
【００３１】ｐ型障壁層４２は、ｎ型障壁層４１と同一
な物質層であることが望ましいが、導電性不純物を含む
場合には反対の電気的特性を示すドーピング物質を含む
ことが望ましい。ｐ型化合物の半導体層４４もやはりｎ
型化合物半導体層４３と同一な物質層であることが望ま
しいが、ドーピング物質を含む場合には反対の電気的特
性を示すドーピング物質を含むことが望ましい。しか
し、これら物質層もドーピングされていない物質層であ
っても差し支えない。
【００３２】ｎ型物質層ｍ２のｎ型化合物半導体層４３
の一部の領域下にｎ型電極４７が備えられており、残り
の領域は、第１ブラッグ反射層４９により覆われてい
る。ｎ型電極４７は、様々な形をとることができ、全方
向への均一なキャリヤ供給を考慮すれば、第１ブラッグ
反射層４９の周りに対称的な形で備えられることが望ま
しく、図示していないが、円環状に備えられることがさ
らに望ましい。
【００３３】第１ブラッグ反射層４９は、およそ９９％
の高反射率を有する物質層であり、所定の誘電定数を有
する複層の誘電物質層である。例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2
Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｎＯ2等である。
【００３４】ｐ型物質層ｍ１のｐ型化合物の半導体層４
４上にスペーサ４８、望ましくはｐ型スペーサが備えら
れている。スペーサ４８は、活性層４０の中心にキャリ
ヤ、すなわち正孔を円滑に供給するための物質層であ
り、ｐ型導電性不純物がドーピングされた物質層か、ま
たはドーピングされていない物質層である。ここで、ス
ペーサ４８は、レイジングのための電圧印加時にレーザ
の中心部、即ち活性層４０の中心部まで十分な量の正孔
が到達できる厚さであることが望ましい。
【００３５】一方、スペーサ４８は、第１ブラッグ反射
層４９に対応する領域に突出された部分４８ａ（以下、
突出部４８ａという）を備える。突出部４８ａの上部の
表面にはレーザ放出窓４８ｂが備えられている。突出部
４８ａの周りにはｐ型電極５０が形成されている。
【００３６】ｐ型電極５０は、順方向へ電圧が印加され
る時に活性層４０へ正孔の移動を誘発する電極であっ
て、突出部４８ａの周りに備えられている。ｐ型電極５
０の形は、ｎ型電極４７と同一形状であることが望まし
い。
【００３７】スペーサ４８を備えることは、十分な量の
正孔を活性層４０の中心部まで拡散させることに効果的
であるが、その存在により活性層４０で発振されるレー
ザの特性が低下する現象が現れる可能性がある。したが
って、レーザ放出窓４８ｂは、このようなレーザ特性の
低下が補償できる形状であることが望ましい。
【００３８】例えば、レーザ放出窓４８ｂはスペーサ４
８の存在により現れるレーザ回折を相殺させるか、また
は活性層４０の中心でレーザモードの半径を最小化させ
る曲率を有する凸レンズなどのレンズ形であることが望
ましい。
【００３９】レーザ放出窓４８ｂは、第２ブラッグ反射
層５２により覆われており、第２ブラッグ反射層５２は
第１ブラッグ反射層４９と同様に高反射率を有する所定
の誘電定数の誘電物質を含む。
【００４０】レーザ放出窓４８ｂの望ましい形態につい
ては図４および図５を参照して説明する。
【００４１】図４は、スペーサ４８の厚さＺ、活性層４
０でのレーザモードの最小半径Ｗｏ、レーザ放出窓４８
ｂの曲率半径Ｒ、レーザ放出窓４８ｂ表面でのレーザモ
ード半径Ｗの間の関係を示す。
【００４２】図５は、スペーサ４８の厚さＺの変化によ
るレーザ放出窓４８ｂの曲率半径Ｒおよびその表面での
レーザモード半径Ｗの変化を示した第１および第２グラ
フＧ１、Ｇ２であって、スペーサ４８の厚さＺが薄くな
るほどレーザ放出窓４８ｂの表面でのレーザモード半径
Ｗは縮まることが分かり、前記曲率半径Ｒはスペーサ４
８の厚さＺが２００μｍ〜２５０μｍである時、最も縮
まるということが分かる。
【００４３】図４および図５を参照することにより、活
性層４０の中心でレーザモードの最小半径Ｗｏを得られ
るスペーサ４８の厚さＺおよびレーザ放出窓４８ｂの曲
率半径Ｒが計算できる。
【００４４】＜第２実施例＞図３に示すように、ｐ型物
質層ｍ１上にｐ型スペーサ５４が備えられており、ｐ型
スペーサ５４の第１ブラッグ反射層４９に対応する領域
上に、分離された突出部４８ａ’が第１実施例の突出部
と同一な形状に備えられている。Ｐ型電極５０は、突出
部４８ａ’を覆うようにｐ型スペーサ５４の上に備えら
れている。
【００４５】次は、上記構造を有する本発明の実施例に
よる面発光レーザダイオードの製造方法について説明す
る。
【００４６】＜第１製造方法例＞図６乃至図１３は、本
発明の第１製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオ
ードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【００４７】具体的に、図６を参照すれば、ｐ型基板１
００の上にｐ型化合物の半導体層１０２およびキャリヤ
制限のためのｐ型障壁層１０６を順次に形成してレイジ
ングのためのｐ型物質層Ｍ１を形成する。ｐ型障壁層１
０６の上に活性層１０８を形成する。
【００４８】活性層１０８の上にｎ型障壁層１１０およ
びｎ型化合物半導体層１１２を順次に形成してレイジン
グのためのｎ型物質層Ｍ２を形成する。ここで、ｐ型お
よびｎ型物質層Ｍ１、Ｍ２は、図２の説明過程で記述し
たｐ型およびｎ型物質層ｍ１、ｍ２と同一であり、活性
層１０８もやはり図２の活性層４０と同一な物質層であ
るため、これらに関する説明は略する。
【００４９】続けて、ｎ型物質層Ｍ２の上に導電層１１
５を形成した後、導電層１１５の上に第１ブラッグ反射
層が形成される領域を露出させるマスクパターン１１８
を形成する。マスクパターン１１８は感光膜パターンの
ようなソフトマスクパターン、またはシリコン酸化膜や
ニッケルＮｉ層パターンのようなハードマスクパターン
で形成する。
【００５０】図７を参照すれば、マスクパターン１１８
をエッチングマスクとして導電層１１５の露出された部
分を除去する。これにより、ｎ型物質層Ｍ２の上に導電
層パターン１１６（以下、‘ｎ型電極１１６’という）
が形成される。ｎ型電極１１６は様々な形状に形成でき
るが、キャリヤ（電子）の移動を考慮して、露出された
領域を中心に対称的に形成するのが望ましい。例えば、
ｎ型電極１１６は円環状に形成するのが望ましい。
【００５１】ｎ型物質層Ｍ２の露出された領域上、すな
わち、ｎ型電極１１６が形成された領域を除外した残り
の領域上に第１ブラッグ反射層１２０を形成する。この
際、第１ブラッグ反射層１２０はマスクパターン１１８
の上にも形成される。第１ブラッグ反射層１２０は、図
２の第１ブラッグ反射層４９と同一なものであるので、
その説明は略する。
【００５２】そして、マスクパターン１１８を除去しつ
つマスクパターン１１８の上に形成された第１ブラッグ
反射層１２０も共に除去する。この際、マスクパターン
１１８を除去するのに使用されるケミカルは、第１ブラ
ッグ反射層１２０のエッチングに使用するケミカルと全
く違うものなので、ｎ型物質層Ｍ２の露出された領域上
に形成された第１ブラッグ反射層１２０はマスクパター
ン１１８を除去する工程で影響を受けない。これによ
り、ｎ型物質層Ｍ２の上に電極１１６と共に第１ブラッ
グ反射層１２０が形成される。
【００５３】図８を参照すれば、第１ブラッグ反射層１
２０およびｎ型電極１１６が形成された結果物を上下逆
さにしてｐ型基板１００の底面が上面になるようにす
る。ｐ型基板１００の底面上に第１ブラッグ反射層１２
０に対応する領域を限定するマスクパターン１２２を形
成する。
【００５４】マスクパターン１２２は、図６のマスクパ
ターン１１８と同一な物質層から形成する。但し、マス
クパターン１２２は、図９に示すようなレンズ形にリフ
ロー（ｒｅｆｌｏｗｉｎｇ）されるので、ハードマスク
パターンよりソフトマスクパターンに形成するのが望ま
しい。
【００５５】マスクパターン１２２は、後でｐ型基板１
００をエッチングする過程で共にエッチングされること
により、マスクパターン１２２の形状がｐ型基板１００
に転写されるので、ｐ型基板１００のエッチング選択比
よりも小さくない、例えば、ｐ型基板１００のエッチン
グ選択比とほぼ同一のエッチング選択比を有することが
望ましい。
【００５６】続けて、マスクパターン１２２を所定の温
度でリフローさせて、図９に示すような所定の曲率を有
するレンズ形のマスクパターン１２２ａに変形させる。
レンズ形のマスクパターン１２２ａをエッチングマスク
としてｐ型基板１００の露出された部分をエッチングす
ることにより、ｐ型基板１００にレンズ形のマスクパタ
ーン１２２ａが有する曲率と同一の曲率を有するレンズ
面を形成する。
【００５７】これにより、ｐ型基板１００の底面に活性
層１０８から放出されるレーザを外部へ放出できるレー
ザ放出窓１００ｂが形成され、レーザ放出窓１００ｂの
表面はレンズ形のマスクパターン１２２ａが有する曲率
と同一の曲率を有する。
【００５８】この状態でレーザ放出窓１００ｂの周りに
電極を形成することもできるが、望ましくは、ｐ型基板
１００の露出された部分が所定の厚さ分除去されるまで
エッチングを遂行して図１０に示すようにｐ型基板１０
０の上面に突出部１００ａを形成した後、その周りに電
極を形成する。
【００５９】具体的には、図１１に示すように突出部１
００ａの全面にマスクパターン１２４を形成する。マス
クパターン１２４をエッチングマスクとして突出部１０
０ａの周りのｐ型基板１００上およびマスクパターン１
２４の上部面に導電層１２６を形成する。しかし、導電
層１２６のうちマスクパターン１２４の上部面に形成さ
れたものはマスクパターン１２４を除去する過程で共に
除去される。
【００６０】この際、導電層１２６のうち突出部１００
ａの周りのｐ型基板１００上に形成された部分は、上述
のような理由でマスクパターン１２４を除去する過程で
影響を受けない。これにより、導電層１２６は、突出部
１００ａの周りのｐ型基板１００の上にだけ突出部１０
０ａの側面を覆う形で残る。こうして残った導電層１２
６は、ｐ型電極に使用される。導電層１２６を以下では
ｐ型電極１２６という。
【００６１】ｐ型電極１２６もやはりｎ型電極１１６と
同様に電極印加が可能であれば、多様な形態で形成でき
るが、ｎ型電極１１６のように対称的に形成するのが望
ましい。さらに望ましくは、ｐ型電極１２６をｎ型電極
１１６と同一の円環状に形成する。
【００６２】図１２に示すように、ｐ型電極１２６が形
成された結果物上にマスク層（図示せず）を形成した
後、パターニングしてｐ型電極１２６を覆い、その間の
突出部１００ａの上部表面には露出させるマスクパター
ン１２８を形成する。マスクパターン１２８をエッチン
グマスクとして露出された突出部１００ａの上部の表面
上に第２ブラッグ反射層１３０を形成する。
【００６３】この際、マスクパターン１２８の上にも第
２ブラッグ反射層１３０が形成される。第２ブラッグ反
射層１３０は、図２の説明で述べた第２ブラッグ反射層
５２と同一なので、これについての説明は略する。
【００６４】マスクパターン１２８の上に形成された第
２ブラッグ反射層１３０は、マスクパターン１２８を除
去する過程で共に除去される。これにより、図１３に示
すように突出部１００ａのレンズ形である上部の表面上
に第２ブラッグ反射層１３０を有し、その周りにｐ型電
極１２６を有し、ｐ型電極１２６と活性層１０８との間
でｐ型基板１００をスペーサとする面放出レーザダイオ
ードが形成される。
【００６５】このように、ｐ型電極１２６と活性層１０
８との間に、スペーサの役割を果たし、レーザダイオー
ドを構成する他の物質層に比べて相対的に厚いｐ型基板
１００が存在することにより、ｐ型電極１２６から活性
層１０８の中心部までの正孔の拡散が容易であり、活性
層１０８の中心部にレイジングに必要な十分な量の正孔
を円滑に供給することが可能になるものの、活性層１０
８から放出されたレーザの特性が低下する現象が現れる
可能性がある。
【００６６】例えば、レーザの回折が発生する。したが
って、突出部１００ａのレーザ放出窓１００ｂは、ｐ型
スペーサとして使用されるｐ型基板１００の存在により
現れるレーザの特性低下が補償できる形に形成するのが
望ましく、こうした次元で、突出部１００ａの上部表
面、即ちレーザ放出窓１００ｂを前記レーザ特性低下が
補償できるように設計した曲率を有するレンズ形に形成
するのが望ましい。言い換えれば、前記レーザ放出窓１
００ｂは回折されるレーザを活性層１０８の中心に集め
るのに適した曲率を有するように設計するのが望まし
い。
【００６７】＜第２製造方法例＞第２製造方法例は、基
板を単層ではない複層基板、例えば順次に形成された第
１および第２基板を含む複層基板に形成する製造方法例
に関するものであり、下記のように第１基板は基板１０
１に対応し、第２基板は基板１０１上に形成されたｐ型
スペーサ１４０に対応する。
【００６８】具体的に、図１４に示すように基板１０１
上にＰ型スペーサ１４０を厚く形成する。この際、基板
１０１は、ｐ型基板に形成しても差し支えないが、ガリ
ウムナイトライドやその系列の異なる物質を成長させる
ことができる基板で形成するのが望ましく、例えばサフ
ァイア基板またはＳｉＣ基板で形成することが望まし
い。
【００６９】ｐ型スペーサ１４０上にレイジングのため
のｐ型物質層Ｍ１として、ｐ型化合物の半導体層１０２
およびキャリヤ制限のためのｐ型障壁層１０６を形成す
る。ｐ型スペーサ１４０またレイジングのためのｐ型物
質層Ｍ１に含める。ｐ型障壁層１０６の上に活性層１０
８を形成し、レイジングのためのｎ型物質層Ｍ２として
ｎ型障壁層１１０およびｎ型化合物半導体層１１２を順
次に形成する。
【００７０】続けて、第１製造方法例に従ってｎ型化合
物半導体層１１２の上に導電層１１５を形成した後、マ
スクパターン１１８を用いて図１５に示すようにｎ型電
極１１６を形成し、第１ブラッグ反射層１２０を形成す
る。
【００７１】そして、マスクパターン１１８を除去す
る。この後、結果物を上下逆さにして基板１０１の底面
に突出部１０１ａを形成するが、第１製造方法例と同様
の工程による。但し、この際には、突出部１０１ａの形
成のためのエッチングを基板１０１の露出された部分が
除去されてｐ型スペーサ１４０の底面が露出されるまで
遂行する。これにより、基板１０１のパターンでありつ
つ、レーザ放出窓１０１ｂを有する突出部１０１ａが形
成される。以後のｐ型電極１２６および第２ブラッグ反
射層１３０を形成する過程は第１製造方法例に従って行
う。
【００７２】＜第３製造方法例＞ｎ型電極１１６より第
１ブラッグ反射層１２０を先に形成する場合である。
【００７３】図１６を参照すれば、ｎ型化合物半導体層
１１２を形成する段階までは第１製造方法例または第２
製造方法例の場合と同様に行う。
【００７４】次いで、ｎ型化合物半導体層１１２上に第
１ブラッグ反射層１２０を形成する。第１ブラッグ反射
層１２０の上に第１ブラッグ反射層１２０の所定領域を
覆うマスクパターン１５０を形成する。マスクパターン
１５０は上述のようなソフトマスクパターンまたはハー
ドマスクパターンに形成する。マスクパターン１５０を
エッチングマスクとして周りの露出された第１ブラッグ
反射層１２０を除去する。
【００７５】図１７を参照すれば、こうして露出される
マスクパターン１５０の周りのｎ型化合物半導体層１１
２の上にｎ型電極を形成するための導電層１１６を形成
する。そしてマスクパターン１５０をさらに形成された
導電層１１６と共に除去する。この結果、図１８に示す
ように、ｎ型化合物半導体層１１２の上に第１ブラッグ
反射層１２０とその周りを覆う形にｎ型電極１１６が形
成される。以後の過程は第１製造方法例と同様に行う。
【００７６】＜第４製造方法例＞ｐ型電極１２６より第
２ブラッグ反射層１３０を先に形成する場合である。
【００７７】図１９を参照すれば、ｐ型基板１００を逆
さにしてレーザ放出窓１００ｂを備える突出部１００ａ
を形成するまでは第１乃至第３製造方法例と同様に行
う。以後、レーザ放出窓１００ｂおよびその周りのｐ型
基板１００の上に第２ブラッグ反射層１３０を形成す
る。
【００７８】次いで、第２ブラッグ反射層１３０のうち
レーザ放出窓１００ｂの上に形成された部分を覆うマス
クパターン１６０を形成する。マスクパターン１６０は
ソフトマスクパターンまたはハードマスクパターンであ
る。マスクパターン１６０をエッチングマスクとして突
出部１００ａの周りのｐ型基板１００上に形成された第
２ブラッグ反射層１３０を除去することにより、突出部
１００ａの周りのｐ型基板１００を露出させる。
【００７９】その後、図２０に示すように、突出部１０
０ａの周りのｐ型基板１００の上にｐ型電極を形成する
ための導電層１２６を形成する。この際、導電層１２６
は、マスクパターン１６０の上にも形成されるが、マス
クパターン１６０の上に形成される導電層は、マスクパ
ターン１６０を除去すると同時に除去される。これによ
り、第２ブラッグ反射層１３０と活性層１０８との間に
正孔を活性層１０８の中心部に円滑に移動させるととも
にレーザ回折効果は相殺させることができる面発光レー
ザダイオードが形成される。
【００８０】＜第５製造方法例＞図２１を参照すれば、
基板２００の上にｎ型物質層Ｍ２、活性層１０８および
物質層Ｍ１を順次に形成する。
【００８１】基板２００は、ｎ型基板またはサファイア
基板のような高抵抗性基板で形成する。また、基板２０
０は、ドーピングされていない基板で形成することもで
きる。ｐ型物質層Ｍ１の上にｐ型スペーサ２１０を形成
する。
【００８２】図２２を参照すれば、第１製造方法例また
は第２製造方法例と同様に、ｐ型スペーサ２１０をパタ
ーニングして突出部２１０ａを形成し、レーザ放出窓２
１０ｂを形成した後、レーザ放出窓２１０ｂの上に第２
ブラッグ反射層１３０を形成し、突出部２１０ａの周り
のｐ型スペーサ２１０上に突出部２１０ａを覆う形でｐ
型電極１２６を形成する。
【００８３】次いで、ｐ型電極１２６が形成された結果
上下逆さにして基板２００を除去した後、図２３に示す
ように第１ブラッグ反射層１２０を形成し、これを覆う
形でｎ型化合物半導体層１１２の底面上にｎ型電極１１
６を形成して面発光レーザダイオードを形成する。
【００８４】上記の説明で多くの事項を具体的に記載し
ているが、それらは発明の範囲を限定するものというよ
り、むしろ望ましい実施例、製造方法例の例示として解
釈されるものである。
【００８５】例えば、本発明の属する技術分野で通常の
知識を有する者であれば、スペーサをレーザ放出窓がレ
ンズ形ではない形で備えられた面発光レーザダイオード
も適用でき、スペーサは活性層およびｐ型電極の他の位
置に備え、ｐ型電極の間には突出部なしに所定の曲率を
有するレーザ放出窓のみを備える面発光レーザダイオー
ドも考慮できる。
【００８６】また、第１および第２物質層の構成や構成
物質層を上記と異なるように構成することもでき、ブラ
ッグ反射層が空気層に形成された面発光レーザダイオー
ドを形成することもできる。このように、本発明の技術
的思想を含む面発光レーザダイオードは、多様な形に変
形が可能であるので、本発明の技術的範囲は説明された
実施例および製造方法例により決められるのではなく、
特許請求の範囲に記載された技術的思想により決められ
なければならない。
【００８７】
【発明の効果】上述のように、本発明は、ｐ型電極と活
性層との間で正孔を活性層の中心に円滑に移動させるた
めのスペーサを備え、スペーサの一部の表面にスペーサ
導入による回折を相殺させるか、または活性層でのレー
ザモード半径を最小化させる形にレーザ放出窓を備え、
その表面にブラッグ反射層を備える面発光レーザダイオ
ードを提供するので、本発明を用いる場合に活性層の中
心部に電子および正孔の円滑な供給が可能であり、レー
ザ発振のための臨界電流値を低めながらもレーザのエネ
ルギーの変換効率を高め、安定した横モード特性を有す
るレーザを発振させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の技術によるＧａＮ面発光レーザダイオ
ードの断面図である。
【図２】 本発明の第１および第２実施例によるＧａＮ
面発光レーザダイオードの断面図である。
【図３】 本発明の第１および第２実施例によるＧａＮ
面発光レーザダイオードの断面図である。
【図４】 本発明の実施例によるＧａＮ面発光レーザダ
イオードに導入されたスペーサによる回折を相殺させ得
るレーザ放出窓の曲率計算を説明するための図面であっ
て、スペーサ厚さ、レーザ放出窓の曲率半径、活性層で
のレーザモード半径Ｗｏおよびレーザ放出窓でのレーザ
モード半径Ｗの間の幾何学的関係を示す図である。
【図５】 スペーサ厚さによるレーザ放出窓の表面での
レーザモード半径を各々示す図である。
【図６】 本発明の第１製造方法例によるＧａＮ面発光
レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図で
ある。
【図７】 図６に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの
製造方法を段階別に示した断面図である。
【図８】 図７に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの
製造方法を段階別に示した断面図である。
【図９】 図８に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの
製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１０】 図９に続くＧａＮ面発光レーザダイオード
の製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１１】 図１０に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１２】 図１１に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１３】 図１２に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１４】 本発明の第２製造方法例によるＧａＮ面発
光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面
図である。
【図１５】 図１４に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１６】 本発明の第３製造方法例によるＧａＮ面発
光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面
図である。
【図１７】 図１６に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１８】 図１７に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１９】 本発明の第４製造方法例によるＧａＮ面発
光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面
図である。
【図２０】 図１９に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２１】 本発明の第５製造方法例によるＧａＮ面発
光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面
図である。
【図２２】 図２１に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２３】 図２２に続くＧａＮ面発光レーザダイオー
ドの製造方法を段階別に示した断面図である。
【符号の説明】
４０、１０８：活性層、 ４１、１１０：ｎ型障壁層、 ４２、１０６：ｐ型障壁層、 ４３、１１２：ｎ型化合物半導体層、 ４４、１０２：ｐ型化合物半導体層、 ４７、１１６：ｎ型電極、 ４８、５４：スペーサ、 ４８ａ、１００ａ、１０１ａ、２１０ａ：突出部、 ４８ｂ、１００ｂ、１０１ｂ、２１０ｂ：レーザ放出
窓、 ４９、１２０：第１ブラッグ反射層、 ５０、１２６：ｐ型電極、 ５２、１３０：第２ブラッグ反射層。
フロントページの続き (72)発明者 田 憲 秀 大韓民国京畿道軍浦市山本洞1148番地 妙 香アパート938棟501号 (72)発明者 朴 時 賢 大韓民国ソウル特別市冠岳区奉天６洞100 −324番地 Ｆターム(参考） 5F073 AA51 AA65 AB17 CA02

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 活性層と、 前記活性層を中心に対向するｐ型およびｎ型物質層と、 前記ｎ型物質層上に形成された第１ブラッグ反射層と、 レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能なよう
    に、前記ｎ型物質層を介して該活性層に連結されるｎ型
    電極と、 前記ｐ型物質層上に形成されており、正孔が前記活性層
    の中心部へ円滑に移動できる程度の厚さを有しながら前
    記第１ブラッグ反射層に対応する領域上にレーザ放出窓
    を備えるスペーサと、 前記レーザ放出窓上に形成された第２ブラッグ反射層
    と、 レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能なよう
    に、前記ｐ型物質層を介して該活性層に連結されるｐ型
    電極と、 を備えることを特徴とする面発光レーザダイオード。
  2. 【請求項２】 前記スペーサは、一部の領域に突出した
    突出部分を有し、該突出部分の上部面に前記レーザ放出
    窓が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
    面発光レーザダイオード。
  3. 【請求項３】 前記ｐ型電極は前記スペーサの前記突出
    部分の側面を覆うように備えられていることを特徴とす
    る請求項２に記載の面発光レーザダイオード。
  4. 【請求項４】 前記スペーサは前記ｐ型物質層上に形成
    された第１スペーサと、 前記第１スペーサ上に形成されており、前記レーザ放出
    窓を備え、周りに前記ｐ型電極を備える第２スペーサと
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ
    ダイオード。
  5. 【請求項５】 前記第２スペーサは、前記レーザ放出窓
    を有する突出された形であることを特徴とする請求項４
    に記載の面発光レーザダイオード。
  6. 【請求項６】 前記レーザ放出窓は前記スペーサにより
    現れるレーザ特性低下が補償できるように曲率が設計さ
    れたレンズ形であることを特徴とする請求項１または請
    求項４に記載の面発光レーザダイオード。
  7. 【請求項７】 前記スペーサは、ｐ型導電性不純物がド
    ーピングされた基板、または、ドーピングされていない
    基板であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レ
    ーザダイオード。
  8. 【請求項８】 前記第１および第２スペーサのうち選択
    されたいずれか一つはｐ型導電性不純物がドーピングさ
    れた基板、または、ドーピングされていない基板である
    ことを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザダイオ
    ード。
  9. 【請求項９】 前記レイジングのためのｎ型物質層は、
    前記活性層の一面に順次に形成されるｎ型障壁層および
    ｎ型化合物の半導体層で構成されることを特徴とする請
    求項１に記載の面発光レーザダイオード。
  10. 【請求項１０】 前記ｐ型物質層は、前記活性層のｎ型
    物質層の反対面に順次形成されるｐ型障壁層およびｐ型
    化合物の半導体層を含むことを特徴とする請求項１また
    は請求項４に記載の面発光レーザダイオード。
  11. 【請求項１１】 基板上にレイジングのためのｐ型物質
    層、活性層およびレイジングのためのｎ型物質層を順次
    に形成する第１段階と、 前記ｎ型物質層上に周りにｎ型電極を備える第１ブラッ
    グ反射層を形成する第２段階と、 前記基板の底面に基板の存在により現れるレーザの特性
    低下が補償できるようにレーザ放出窓を形成する第３段
    階と、 前記レーザ放出窓周りの前記基板の底面上にｐ型電極を
    形成する第４段階と、 前記レーザ放出窓上に第２ブラッグ反射層を形成する第
    ５段階と、 を含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造方
    法。
  12. 【請求項１２】 前記第２段階は、 前記ｎ型物質層上に導電層を形成する段階と、 前記導電層上に前記第１ブラッグ反射層が形成される領
    域を露出させるマスクパターンを形成する段階と、 前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記導電
    層の露出された部分を除去する段階と、 前記ｎ型物質層上の前記導電層の露出された部分が除去
    された領域に前記第１ブラッグ反射層を形成する段階
    と、 前記マスクパターンを除去する段階とを含むことを特徴
    とする請求項１１に記載の面発光レーザダイオード製造
    方法。
  13. 【請求項１３】 前記第２段階は、 前記ｎ型物質層上に前記第１ブラッグ反射層を形成する
    段階と、 前記第１ブラッグ反射層上に前記ｎ型電極が形成される
    領域を露出させるマスクパターンを形成する段階と、 前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記第１
    ブラッグ反射層の露出された領域を除去する段階と、 前記ｎ型物質層上の前記第１ブラッグ反射層の露出され
    た領域が除去された領域上に導電層を形成する段階と、 前記マスクパターンを除去する段階とを含むことを特徴
    とする請求項１１に記載の面発光レーザダイオード製造
    方法。
  14. 【請求項１４】 前記第３段階は、 前記基板の底面を研磨する段階と、 前記研磨された基板の底面上に前記レーザ放出窓が形成
    される領域を覆うマスクパターンを形成する段階と、 前記マスクパターンを前記基板の存在によるレーザ回折
    を相殺させるのに適した形に加工する段階と、 前記加工されたマスクパターンが形成された前記基板の
    底面全面を所定の厚さエッチングして、前記加工された
    マスクパターン形状を前記研磨された基板の底面に転写
    する段階とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の
    面発光レーザダイオード製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記第３段階で前記レーザ放出窓は、
    前記レーザ回折を相殺させる所定の曲率を有するレンズ
    形に形成することを特徴とする請求項１１に記載の面発
    光レーザダイオード製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記マスクパターンを加工する段階
    は、前記マスクパターンをリフローさせて前記マスクパ
    ターンを前記レーザ回折を相殺させる所定の曲率を有す
    るレンズ形に加工することを特徴とする請求項１４に記
    載の面発光レーザダイオード製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記基板は、順次に形成される第１お
    よび第２基板を含む複層に形成することを特徴とする請
    求項１４に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記加工されたマスクパターンが形成
    された前記基板の底面全面のエッチングは、前記第２基
    板が露出されるまで遂行することを特徴とする請求項１
    ７に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記基板は、ｐ型導電性不純物がドー
    ピングされた基板、または、ドーピングされていない基
    板であることを特徴とする請求項１１または請求項１４
    に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記第１および第２基板のうちいずれ
    か一つは、ｐ型導電性不純物がドーピングされた基板、
    または、ドーピングされていない基板であることを特徴
    とする請求項１７に記載の面発光レーザダイオード製造
    方法。
  21. 【請求項２１】 前記第１基板は、ガリウムナイトライ
    ド系列の物質を成長させる基板で形成し、前記第２基板
    は、ｐ型スペーサで形成することを特徴とする請求項１
    ７に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
  22. 【請求項２２】 基板上にレイジングのためのｎ型物質
    層、活性層、レイジングのためのｐ型物質層およびｐ型
    スペーサを順次に形成する第１段階と、 前記ｐ型スペーサの所定領域にレーザ放出窓を形成する
    第２段階と、 前記レーザ放出窓の周りの前記ｐ型スペーサ上にｐ型電
    極を形成する第３段階と、 前記レーザ放出窓上に第１ブラッグ反射層を形成する第
    ４段階と、 前記基板を除去する第５段階と、 前記ｎ型物質層底面の所定領域上に第２ブラッグ反射層
    を形成し、その周りにｎ型電極を形成する第６段階とを
    含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造方
    法。
  23. 【請求項２３】 前記基板は、ガリウムナイトライド系
    列の物質を成長させる基板であり、ｎ型基板またはサフ
    ァイア基板であることを特徴とする請求項２２に記載の
    面発光レーザダイオード製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記第２段階は、 前記ｐ型スペーサ上にレーザ放出窓が形成される領域を
    覆うマスクパターンを形成する段階と、 前記マスクパターンを前記ｐ型スペーサの存在によるレ
    ーザ回折を相殺させるように加工する段階と、 前記加工されたマスクパターンをエッチングマスクとし
    て前記ｐ型スペーサの全面を所定の厚さほどエッチング
    して前記加工されたマスクパターン形状を前記ｐ型スペ
    ーサに転写する段階とをさらに含むことを特徴とする請
    求項２２に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記レーザ放出窓は前記レーザ回折を
    相殺させる所定の曲率を有するレンズ形に形成すること
    を特徴とする請求項２４に記載の面発光レーザダイオー
    ド製造方法。
  26. 【請求項２６】 前記マスクパターンを加工する段階で
    前記マスクパターンをリフローさせて、前記マスクパタ
    ーンを前記レーザ回折を相殺させる所定の曲率を有する
    レンズ形に加工することを特徴とする請求項２４に記載
    の面発光レーザダイオード製造方法。
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