(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上部に位置する第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層の上部に位置する第２導電型クラッド層と、
前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に介在された活性層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に周期的に配列された柱形状のナノパターンと、
互いに対向する両側面にそれぞれ劈開ミラーと、
を含み、
前記ナノパターンは、直径を有する円柱形状であり、前記直径と同一の周期的な間隔で互いに離隔され、
前記周期的な間隔は、波長λ／ｐ／屈折率ｎによって求められ、前記波長λは要求されるレーザーの波長であり、前記ｐは０．５、１、２、・・・であり、
前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形の配列方向と所定の角度を成し、
前記第２導電型クラッド層上に位置する第２導電型コンタクト層をさらに含み、
分布帰還型（distributed feedback）レーザーダイオード、分布ブラッグ反射型（distributed Bragg reflector）レーザーダイオードまたはブラッグ反射型（Bragg reflector）レーザーダイオードのいずれか一つであることを特徴とするレーザーダイオード。
【請求項２】
前記ナノパターンは、前記第２導電型クラッド層を部分的にエッチングして形成されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項３】
前記ナノパターンは、１００〜２５０ｎｍ範囲内の直径を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項４】
前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形のいずれか一辺に平行することを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項５】
前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形の全ての辺に対して交角をなすことを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項６】
前記ナノパターンは、突出された柱形状であり、それぞれその上面側に第２導電型コンタクト層を含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項７】
前記ナノパターンは、前記第２導電型コンタクト層を貫通して前記第２クラッド層内に形成された凹溝部であることを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項８】
基板の上部に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を含む積層構造の半導体層を形成するステップと、
前記第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層を形成するステップと、
ナノインプリント（nano imprint）技術を使用して前記第２導電型クラッド層を部分的にエッチングし、互いに離隔された柱形状のナノパターンを形成するステップと、
を含み、
前記ナノパターンは、直径を有する円柱形状であり、前記直径と同一の周期的な間隔で互いに離隔され、
前記周期的な間隔は、波長λ／ｐ／屈折率ｎによって求められ、前記波長λは要求されるレーザーの波長であり、前記ｐは０．５、１、２、・・・であり、
前記ナノパターンは、互いに隣接するナノパターンが正三角形をなすように周期的に配列され、
前記基板を劈開し、互いに対向する両側面にそれぞれ劈開ミラーを形成するが、前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形の配列方向と所定の角度を成し、
分布帰還型（distributed feedback）レーザーダイオード、分布ブラッグ反射型（distributed Bragg reflector）レーザーダイオードまたはブラッグ反射型（Bragg reflector）レーザーダイオードのいずれか一つを製造することを特徴とするレーザーダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形のいずれか一辺に平行することを特徴とする請求項８に記載のレーザーダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形のすべての辺に対して交角をなすことを特徴とする請求項８に記載のレーザーダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーダイオード及びその製造方法に関し、より詳しくは、柱形状のナノパターンを有するレーザーダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分布帰還型（Distributed feedback；ＤＦＢ）レーザー（あるいは、分布ブラッグ反射型（distributed Bragg reflector）レーザー及びブラッグ反射型（Bragg reflector）レーザー）は、光通信など波長範囲が極めて制限される用途に使われる。従来のＤＦＢレーザーダイオードは、活性層に沿って周期的な凹凸、例えばストライプ形状の凹凸を有する層を形成し、この層で光を反射させることによって、単一モードのレーザーを具現する。
【０００３】
このようなレーザーダイオードは、半導体層の結晶成長途中に成長を中止した後、凹凸を形成し、さらに半導体層を成長させることによって製造されることができる。しかし、このようなレーザーダイオードは、凹凸を形成するために半導体層の初期の結晶成長を中止し、凹凸を形成した後にさらに半導体層を成長させなければならないので、半導体層を連続的に成長させることができないので、半導体層の成長工程が複雑になる短所があった。
【０００４】
これとは異なって、成長が完了した半導体層の表面に凹凸を形成することによって、レーザーダイオードが製造されることができる。ＩｎＰ系に対して半導体層の表面に凹凸を形成する技術は、ケネディなど（Kennedy et al.）によって開示されている（Extended Abstracts of the 2006 International Conference on Solid State Devices and Materials, 2006, B-3-6, p262-263参照）。
【０００５】
ＤＦＢ（あるいは、ＤＢＲ及びＤＲ）レーザーダイオードに関する研究が持続的に要求されており、特に約４００ｎｍの波長を有する単一モードのＤＦＢレーザーに関する研究が持続的に要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、新しい構造のレーザーダイオード、特に新しい形態の周期的なパターンを有するＤＦＢ（あるいは、ＤＲＢ及びＤＲ）レーザーダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、劈開面の方向によってレーザーの波長を変更することができるレーザーダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために、本発明の一態様は、ナノパターンを有するレーザーダイオードを提供する。前記レーザーダイオードは、基板を含む。第１導電型クラッド層が前記基板の上部に位置し、第２導電型クラッド層が前記第１導電型クラッド層の上部に位置し、活性層が前記第１クラッド層と前記第２クラッド層との間に介在される。一方、柱形状のナノパターンが前記第２導電型クラッド層の表面に周期的に配列される。
【０００９】
ここで、前記柱形状の「ナノパターン」は、断面積が１μｍ２未満の寸法を有する柱形状のパターンを意味し、このようなナノパターンを第２導電型クラッド層の表面に配列することによって、分布帰還レーザーダイオードなどの単一モードのレーザーを具現することができる。一方、前記「第１導電型」及び「第２導電型」は、互いに相対的な導電型を意味するもので、それぞれｎ型及びｐ型、またはｐ型及びｎ型を意味する。
【００１０】
前記ナノパターンは、前記第２導電型クラッド層を部分的にエッチングして形成されることができる。例えば、前記第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層を形成し、前記第２導電型コンタクト層を貫通して前記第２導電型クラッド層を部分的にエッチングすることによって、前記ナノパターンが形成されることができる。したがって、半導体層の結晶成長を完了した後、これらをパターニングすることによって、前記ナノパターンを形成することができるので、半導体層を連続的に成長させることができる。
【００１１】
一方、前記ナノパターンは、その垂直断面形状が多角形または円形であることができ、特に直径を有する円柱形状であってもよい。
これに加えて、前記ナノパターンは、前記直径と同一の間隔で互いに離隔されることができる。したがって、前記ナノパターンは、ハニカム形状で配列され、隣接するナノパターンは正三角形を成す。前記ナノパターンは、１００〜２５０ｎｍ範囲内の直径を有することができる。
【００１２】
一方、前記レーザーダイオードは、互いに対向する両側面にそれぞれ劈開ミラーを有することができる。前記劈開ミラーは、前記基板の劈開面に沿って前記半導体層の両側面に形成されることができる。前記基板の劈開面、すなわち前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形のいずれか一辺に平行することができるが、これに限定されるものではなく、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形のすべての辺に対して交角をなすことができる。正三角形の辺と劈開ミラーとが成す角を調節することによって、放出されるレーザーの波長を調節することができる。
【００１３】
本発明のいくつかの実施例において、前記ナノパターンは、突出された柱形状であることができ、それぞれその上面側に第２導電型コンタクト層を含むことができる。これとは異なって、前記レーザーダイオードは、前記第２導電型クラッド層上に位置する第２導電型コンタクト層をさらに含み、前記ナノパターンは、前記第２導電型コンタクト層を貫通して前記第２導電型クラッド層内に形成された凹溝部であってもよい。この時、前記凹溝部が柱形状を有する。
【００１４】
本発明の実施例において、前記レーザーダイオードは、分布帰還型レーザーダイオード、分布ブラッグ反射型レーザーダイオードまたはブラッグ反射型レーザーダイオードであってもよい。
【００１５】
本発明の他の態様によるレーザーダイオードの製造方法は、基板の上部に第１導電型クラッド層、活性層及び第２導電型クラッド層を含む積層構造の半導体層を形成することを含む。その後、前記第２導電型クラッド層を部分的にエッチングし、互いに離隔された柱形状のナノパターンが形成される。
【００１６】
前記ナノパターンは、ナノリソグラフィ技術、特にナノインプリント技術を用いて形成されることができる。このようなナノインプリント技術は、２インチ基板など大面積の基板全面にわたってナノパターンを形成することができるので、レーザーダイオードの大量生産に適している。
【００１７】
一方、前記第２導電型クラッド層を部分的にエッチングする前に、前記第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層を形成することをさらに含むことができる。
これに加えて、前記ナノパターンを形成する前または後に、前記第２クラッド層、活性層及び前記第１クラッド層をエッチングし、メサ（mesa）を形成することができ、この時、第１電極を形成するための第１導電型コンタクト層が露出される。一方、前記ナノパターンが位置する領域の両側面に沿って前記第２クラッド層を部分的にエッチングし、リッジ（ridge）を形成することができる。第２クラッド層が部分的にエッチングされた領域は、屈折率が減少し、前記リッジ領域は、屈折率が相対的に大きいため、光が前記リッジ領域に集中される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施例によれば、柱形状のナノパターンが周期的に配列された新しい構造のレーザーダイオードを提供することができる。特に、このようなナノパターンは、微細なピッチで周期的に配列されることができるので、短波長、例えば４００ｎｍ帯の単一モードのレーザーを具現することができる。また、ナノパターンの周期的な配列と劈開面とが成す角を調節することによって、レーザー波長を調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例について詳述する。以下に紹介される実施例は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施例に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例によるレーザーダイオードの概略的な斜視図であり、図２は、図１のレーザーダイオードの詳細断面図である。
図１及び図２を参照すれば、前記レーザーダイオードは、基板２１、第１導電型クラッド層３５、活性層３７、第２導電型クラッド層４１、及び前記第２導電型クラッド層４１の表面に位置するナノパターン４２を含む。これに加えて、前記基板２１と第１導電型クラッド層３５との間に第１導電型コンタクト層３３が介在されることができ、第２導電型クラッド層４１上に第２導電型コンタクト層４３が位置することができる。
【００２１】
前記基板２１は、半導体層を成長させるのに適した基板なら特に限定されず、ＧａＮ、ＳｉＣまたはサファイア基板であってもよい。本実施例においては、前記基板がサファイア基板であることについて説明する。
【００２２】
前記第１導電型クラッド層３５及び第２導電型クラッド層４１は、基板２１の上部に位置し、これらの間に活性層３７が介在される。これに加えて、前記第２導電型クラッド層４１と活性層３７との間にキャリアブロック層３９が介在されることができる。
【００２３】
本実施例において、前記第１導電型クラッド層３５は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮの単一層またはｎ型ＡｌＧａＮとｎ型ＧａＮが繰り返し形成された多重層で形成されることができ、特にｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子層であってもよい。一方、前記第２導電型クラッド層４１は、ｐ型ＡｌＧａＮの単一層またはＡｌＧａＮとＧａＮが繰り返し形成された多重層で形成されることができ、また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子層であってもよい。また、前記活性層３７は、単一量子ウェルまたは多重量子ウェル構造であることができ、例えば、ＩｎＧａＮウェル層とＧａＮ障壁層が交互に積層された多重量子ウェル構造であってもよい。これに加えて、前記キャリアブロック層３９は、ｐ型ＡｌＧａＮで形成されることができる。前記キャリアブロック層３９は、第２導電型クラッド層４１に比べて相対的にさらに広いバンドギャップを有し、したがって、キャリアブロック層３９内のＡｌの組成比が第２導電型クラッド層４１内のアルミニウム組成比に比べて相対的にさらに大きい。これに加えて、前記第１導電型コンタクト層３３は、ｎ型ＧａＮで形成されることができ、第２導電型コンタクト層４３は、ｐ型ＧａＮで形成されることができる。
【００２４】
一方、前記第２導電型クラッド層４１の表面に位置するナノパターン４２は、柱形状、例えば多角柱形状または円柱形状を有することができ、特に円柱形状を有することができる。このような円柱形状は、直径を有する。前記ナノパターン４２は、前記第２導電型クラッド層４１の表面に周期的に配列される。
【００２５】
特に、円柱形状のナノパターンがその直径と同一間隔で配列されることができ、これにより、互いに隣接する３つのナノパターンが正三角形を成す。
前記ナノパターンからなる周期的な間隔は、波長λ／ｐ／屈折率ｎ（例えば、λ＝４００ｎｍ、ｐ＝０．５、１、２、…、ｎ＝２．６）によって求められることができ、ここで波長λは、要求されるレーザーの波長であり、ｐは、ナノパターンからなる周期的な間隔が波長の０．５倍、１倍、２倍などであることを示す。ｐ＝０．５である時、ナノパターンからなる周期的な間隔は、３０８ｎｍであり、ｐ＝１である時、１５４ｎｍである。
【００２６】
一方、前記基板２１は、長手Ｌ方向に互いに対向する両側面にそれぞれ劈開面を有することができる。このような劈開面は、それに沿って前記クラッド層３５、４１及び活性層３７が切断されることによって形成される劈開ミラーと並んだ面を成す。このような劈開面、すなわち、劈開ミラーが前記ナノパターンの配列方向と成す角度によってレーザーダイオードから放出される波長を調節することができる。例えば、前記劈開ミラーは、互いに隣接するナノパターンからなる正三角形のいずれか一辺に平行することができ、または前記正三角形のすべての辺に対して交角をなすことができる。
【００２７】
前記ナノパターン４２は、第２導電型コンタクト層４３と第２導電型クラッド層４１を共にエッチングして形成されることができる。例えば、前記第２導電型コンタクト層と第２導電型クラッド層を含む突出された柱、または前記第２導電型コンタクト層４３と第２導電型クラッド層４１で取り囲まれた凹溝部であってもよい。
【００２８】
前記ナノパターン４２は、長手Ｌ方向に沿って形成された第２導電型クラッド層４１のリッジの表面に形成されることができ、前記リッジの両側には、リッジに比べて相対的に薄い厚さを有する第２導電型クラッド層４１が位置することができる。このようなリッジ形状は、屈折率の差異を誘発し、活性層内で発生した光が屈折率が相対的に大きいリッジに集中されるようにする。図１において、前記リッジの幅がＷ２として示されている。また、前記第１導電型クラッド層３５、活性層３７及び第２導電型クラッド層４１は、図１及び２に示されたように、メサを形成することができる。図１において、前記メサの幅がＷ１として示されている。
【００２９】
一方、メサの一側または両側に第１導電型コンタクト層３３が露出されることができる。
露出された第１導電型コンタクト層３３上に第１電極４９が形成されることができ、前記ナノパターン４２上に第２電極４７が形成されることができる。一方、絶縁層４５が前記第１導電型コンタクト層３３及び前記メサとリッジを覆うことができる。前記絶縁層４５は、第１導電型及び第２導電型コンタクト層３３、４３を露出させる開口部を有し、前記第１及び第２電極は、前記開口部を介してコンタクト層３３、４３に電気的にコンタクトされることができる。図２において、前記第２電極が第２導電型コンタクト層４３に接触する領域、前記絶縁層４５が第２導電型コンタクト層４３を露出させる開口部の幅がＷ３として示されている。
【００３０】
一方、前記第１導電型コンタクト層３３と基板２１との間にバッファー層２３、２５及びアンドープＧａＮ層２７、３１が介在されることができ、前記アンドープＧａＮ層２７、３１の間に欠陥防止層２９が介在されることができる。前記バッファー層２３は、ＳｉＮで形成されることができ、バッファー層２５は、ＡｌＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮで形成されることができる。これらバッファー層及びアンドープＧａＮ層は、その上に形成される半導体層に生成される欠陥を減少させるために採用される。
【００３１】
本実施例において、前記第１導電型コンタクト層３３が前記第１導電型クラッド層３５と別の物質層であると説明したが、前記第１導電型コンタクト層３３は、前記第１導電型クラッド層３５と同一物質層であってもよい。すなわち、前記第１導電型コンタクト層３３は、前記第１導電型クラッド層３５の一部であってもよい。
【００３２】
本実施例によれば、第２導電型クラッド層４１の表面、特にリッジの表面に柱形状のナノパターンを周期的に配列することによって、分布帰還型（あるいは、ＤＢＲ及びＢＲ）レーザーダイオードを提供することができ、特にＡｌＩｎＧａＮ系の化合物半導体層を使用して約４００ｎｍ帯の単一モードのレーザーを具現することができる。
【００３３】
図３乃至図６は、本発明の一実施例によるレーザーダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。
図３を参照すれば、基板２１上に第１バッファー層２３及び第２バッファー層２５が形成されることができる。前記基板２１は、特に限定されるものではないが、例えば、ＧａＮ、ＳｉＣまたはサファイア基板であってもよい。一方、前記第１バッファー層２３は、ＳｉＮで形成されることができ、ＳｉＨ４とアンモニアをソースガスとして使用して形成されることができる。また、前記第１バッファー層２３は、ＭＯＣＶＤ技術を使用してＧａＮ、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮで形成されることができる。前記第１バッファー層２３は、欠陥を減少させるための層であって、省略されてもよい。
【００３４】
前記第２バッファー層２５上に第１アンドープ層２７、欠陥防止層２９及び第２アンドープ層３１が順に形成される。前記第１及び第２アンドープ層２７、３１は、アンドープＧａＮで形成されることができる。本実施例において、前記層２７、３１を人為的なドープがないアンドープ層で形成しているが、これらをドープされたＧａＮ層で形成してもよく、多層構造、例えば超格子構造で形成してもよい。一方、欠陥防止層２９は、ＳｉＮで形成されることができ、転位（dislocation）などの欠陥が第１アンドープ層からその上に形成される層に転写されることを防止するために使用される。このような欠陥防止層２９は省略されてもよい。
【００３５】
前記第２アンドープ層３１上に第１導電型コンタクト層３３が形成される。前記第１導電型コンタクト層３３は、例えばｎ型ＧａＮで形成されることができる。前記第１導電型コンタクト層３３は、前記基板２１がサファイアのように非導電性の場合、第１電極（図１の４９）をコンタクトさせるために要求される。
【００３６】
前記第１導電型コンタクト層３３上に第１導電型クラッド層３５、活性層３７、キャリアブロック層３９及び第２導電型クラッド層４１が形成される。前記第１導電型クラッド層３５は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮの単一層またはｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの多重層で形成されることができ、また、ｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子層で形成されることができる。また、前記第２導電型クラッド層４１は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮの単一層またはｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの多重層で形成されることができ、また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子層で形成されることができる。前記活性層３７は、例えばＩｎＧａＮの単一量子ウェルまたはＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子ウェル構造で形成されることができる。また、前記キャリアブロック層３９は、前記第２導電型クラッド層４１に比べて相対的にバンドギャップが広い物質で形成され、第２導電型クラッド層と同一の導電型であって、例えばＡｌＧａＮで形成されることができる。
【００３７】
一方、前記第２導電型クラッド層４１上に第２導電型コンタクト層４３が形成されることができる。前記第２導電型コンタクト層４３は、例えばｐ型ＧａＮで形成されることができ、不純物を活性化させるために熱処理が行われることができる。
【００３８】
図４を参照すれば、前記第２導電型クラッド層４１及び第２導電型コンタクト層４３を部分的にエッチングし、柱形状のナノパターン４２を形成する。前記ナノパターン４２は、１μｍ未満の寸法を有するパターンであり、ナノリソグラフィ技術、例えばナノインプリント（nano imprint）技術を使用して形成されることができる。前記リソグラフィ技術を使用して前記層４３及び４１をエッチングする前に、前記第２導電型コンタクト層４３上にマスク層、例えば、ＳｉＯ２層を形成することができる。
【００３９】
前記ナノパターン４２は、その高さがあまり低い場合、光を反射させることができず、あまり深い場合には、活性層が露出されることができる。したがって、前記ナノパターン４２は、活性層３７が露出されないように前記第２導電型クラッド層４１を部分的にエッチングして形成され、光を反射させ得る高さで形成される。
【００４０】
また、前記ナノパターンは、突出された柱形状であってもよいが、これに限定されるものではなく、凹形状の凹溝部であってもよい。このようなナノパターンは、ほぼ同一の間隔で配列されるように形成される。
【００４１】
図５を参照すれば、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を使用して前記第２導電型コンタクト層４３、第２導電型クラッド層４１、キャリアブロック層３９、活性層３７、第１導電型クラッド層３５を順にエッチングしてメサを形成し、前記第１導電型コンタクト層３３の一部を露出させる。
【００４２】
次に、前記メサの上部に位置する第２導電型コンタクト層４３及び第２導電型クラッド層４１をエッチングし、前記メッサの中央部に位置するリッジを形成する。この時、前記第２導電型クラッド層４１を部分的にエッチングすることによって、前記活性層３７の上部面が露出されることを防止する。前記リッジ及びメサを形成する工程は、前記ナノパターン４２が前記リッジの表面に残るように行われる。また、前記リッジの高さが前記ナノパターン４２の高さより相対的に高いほど、リッジとその周辺の屈折率差異を増加させることができる。
【００４３】
図６を参照すれば、前記リッジ及びメサが形成された基板の上部に絶縁層４５を形成し、この絶縁層をパターニングして、前記リッジを露出させる開口部４７ａ及び前記第１導電型コンタクト層３３を露出させる開口部４９ａを形成する。これら開口部４７ａ、４９ａは、写真及びエッチング技術を使用して前記絶縁層をパターニングすることによって形成されることができる。
【００４４】
次に、前記開口部４９ａを覆う第１電極（図１の４９）及び前記開口部４７ａを覆う第２電極（図１の４７）を形成する。前記第１電極４９は、例えば、Ｔｉ／Ａｌで形成されることができ、前記第２電極４７は、Ｎｉ／Ａｕで形成されることができる。これら電極は、リフトオフ工程を使用して形成されることができ、これにより、図１及び図２のレーザーダイオードが完成される。
【００４５】
本実施例によれば、ナノインプリント技術を使用して柱形状のナノパターンを形成することができ、このようなナノパターンが稠密な間隔で配列されるように形成することができる。
【００４６】
本実施例において、第１導電型コンタクト層３３上に第２導電型クラッド層３５が形成されるものと説明したが、第１導電型コンタクト層３３は、省略されてもよい。この場合、前記メサを形成する間に、前記第１導電型クラッド層３５の一部が露出され、露出された前記第１導電型クラッド層３５上に第１電極４９が形成されることができる。
【００４７】
（実験例）
図７は、実験に使用された試料を説明するための概略的な平面図である。
図３及び図７を参照すれば、まず、２インチサファイア基板２１を１０分間１１５０℃でアニール（anneal）し、５００℃でＳｉＨ４とアンモニアでＳｉＮバッファー層２３を形成した。その後、ＧａＮバッファー層２５を２０ｎｍ形成し、１０５０℃に成長温度を上げて、アンドープＧａＮ層２７を３μｍ成長させた。次に、さらにＳｉＮ欠陥防止層２９を成長させた後、アンドープＧａＮ層３１を３μｍ成長させた。さらに、ｎ型ＧａＮで第１導電型コンタクト層３３を２μｍ成長させ、ｎ型（Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ／ＧａＮ）を２ｎｍ／２ｎｍの厚さで１５０回繰り返し形成し、第１導電型クラッド層３５を形成した。その後、温度を７００℃に下げて、（Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ／ＧａＮ）を２ｎｍ／１０ｎｍの厚さで５回繰り返し形成し、多重量子ウェル構造の活性層３７を形成した。次に、さらに温度を１０２０℃に上げて、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎのキャリアブロック層３７を２０ｎｍ成長させた後、ｐ型（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／ＧａＮ）を２ｎｍ／２ｎｍの厚さで１５０回繰り返し成長させて、第２導電型クラッド層４１を形成し、さらにｐ型ＧａＮの第２導電型コンタクト層４３を２０ｎｍ形成した。その後、ｐ型不純物を活性化させるために７００℃で１０分間基板を熱処理した。
【００４８】
図４及び図７を参照すれば、前記第２導電型コンタクト層４３上にＳｉＯ２層を５０ｎｍ形成した後、図７に示すように、４つの領域を区分し、領域Ｉには直径１００ｎｍ、領域IIには直径１５０ｎｍ、領域IIIには直径２００ｎｍ、領IVには直径２５０ｎｍの円柱がそれぞれ直径をもって離隔された間隔で形成されるようにマスクを形成した。このようなマスクは、ナノインプリント技術を使用して形成した。その後、ＣＦ４で２分間反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）をしてＳｉＯ２層を除去した後、ＢＣｌ３で８分間１００ＷでＧａＮあるいはＡｌＧａＮ／ＧａＮ層をエッチングした。その後、Ｏ２のＲＩＥでマスクを除去し、ＣＦ４のＲＩＥ（また、ＨＦ）でＳｉＯ２層を除去した。ＡＦＭで３００ｎｍ高さのナノパターンが形成されたことを確認することができた。
【００４９】
図５及び図７を参照すれば、その後、写真及びエッチング技術を使用して各領域で１００μｍの幅（図１のＷ１）が残るように２μｍの深さでエッチングし、メッサを形成した。この時、エッチングは、ＢＣｌ３＋Ｃｌ２で行われた。これに加えて、５０μｍの幅を残し、６００ｎｍエッチングを行い、リッジを形成した。
【００５０】
図６及び図７を参照すれば、その後、ＳｉＯ２絶縁層４５を１００ｎｍ厚さで形成し、開口部４７ａ、４９ａを形成した。この時、開口部４７ａの幅は、２μｍになるように形成した。次に、リフトオフ技術を使用して、図２に示されたように、第１電極４９でＴｉ／Ａｌを５０ｎｍ、第２電極４７でＮｉ／Ａｕを１０ｎｍ形成し、前記第１及び第２電極上にそれぞれ１μｍ厚さのＡｕを蒸着した。この時、前記第１電極４９は、１００μｍの幅で形成し、第２電極４７は、５０μｍの幅で形成した。
【００５１】
次に、前記基板を劈開（cleave）し、前記基板２１から各試料を分離した。この場合、ナノパターンの正三角形の一辺と前記基板の劈開面が平行するように、図７の絶縁軸Ｃに平行に劈開が行われた。したがって、正三角形の各辺の長さは、ナノパターンの直径の２倍であり、正三角形の一辺からそれに平行する次の辺までの距離は、直径の１．７３倍なので、図７の各領域で製造された試料は、それぞれ１７３、２６０、３４６、４３３ｎｍの周期で配列され、これが共振器の長さになる。したがって、前記試料は、劈開ミラーとブラッグ反射器が共存するレーザーダイオードになる。
【００５２】
一方、前記試料に対するレファレンス試料として、前記基板２１の一領域を利用してナノパターン以外に前記試料と同一試料を製造した。一方、各試料に対して長さＬを３００μｍ〜１ｍｍの範囲で異なって製造した。
【００５３】
前記試料に対して、１ｍｓのパルス時間、１００ｎｓのパルス幅でパルス電流を印加した。この時、６００μｍの長さＬを有する試料は全て発振し、２０℃でこれら試料のしきい電流及びしきい電圧をそれぞれ図８及び図９に示した。
【００５４】
図８及び図９を参照すれば、２００ｎｍ直径のナノパターンを有する試料は、しきいパルス電流が２００ｍＡ、しきいパルス電圧が２６Ｖであった。一方、６００μｍの長さを有するレファレンス試料は、しきい電流が１８５ｍＡ、しきいパルス電圧が２４Ｖであった。これら試料の波長は、４０１ｎｍであった。
【００５５】
一方、長さＬが４００μｍ以下あるいは８００μｍ以上の試料は発振しなかった。これは、パルス発振器の最高電圧は３０Ｖであるが、これら試料のしきい電圧が３０Ｖを超過するからである。
【００５６】
一方、温度を２０℃から８０℃まで変化させながら発光スペクトルを測定し、６００μｍの長さを有する各試料に対して温度による波長変化を図１０に示した。本発明の実施例による試料の発光スペクトルは、しきい値付近では、相当数現われたが、しきい値の１．１倍になれば、単一モードになった。これに対し、レファレンス試料では、しきい値の１．１倍程度でも単一モードにならないし、３〜１０個程度の波長が現われた。したがって、レファレンス試料の場合、最大強度を示す波長をピーク波長として選定した。前記スペクトルは、分解能０．０２ｎｍの分光器で測定した。
【００５７】
図１０を参照すれば、２００ｎｍ直径のナノパターンを有する試料の場合、温度による波長増加は０．０５ｎｍ／℃であり、レファレンス試料の場合、０．２４ｎｍ／℃であった。また、全ての試料の温度増加による波長増加がレファレンス試料に比べて小さく現われた。
【００５８】
共振器の長さが２λ／ｎに最も近いものが波長増加が最も小さかった（３０８ｎｍ≒３４６ｎｍ）。しかし、ａ＝１００ｎｍのナノパターンを有する試料の場合、共振器の長さが１７３ｎｍであり、要求される周期的なパターン間の間隔は１５４ｎｍであって、上記試料と同一程度であるが、温度による波長の増加が非常に大きく現われた。これは、ａ＝１００ｎｍの試料が、１００ｎｍの直径及び間隔が精緻に形成されていないからであると判断される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施例によるレーザーダイオードを説明するための概略的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施例によるレーザーダイオードを説明するための図１の詳細断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるレーザーダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるレーザーダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施例によるレーザーダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施例によるレーザーダイオードを製造する方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施例によって製造された試料を説明するための概略的な平面図である。
【図８】レーザー長さＬが６００μｍの多様な試料に対して２０℃で測定されたしきいパルス電流を示すグラフである。
【図９】レーザー長さＬが６００μｍの多様な試料に対して２０℃で測定されたしきいパルス電圧を示すグラフである。
【図１０】レーザー長さＬが６００μｍの多様な試料の温度による波長増加を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
２１…基板、２３…第１バッファー層、２５…第２バッファー層、２７…第１アンドープ層、２９…欠陥防止層、３１…第２アンドープ層、３３…第１導電型コンタクト層、３５…第１導電型クラッド層、３７…活性層、３９…キャリアブロック層、４１…第２導電型クラッド層、４２…ナノパターン、４３…第２導電型コンタクト層、４５…絶縁層、４７…第２電極、４９…第１電極。
【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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【図９】
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【図１０】
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