(57)【要約】基板の上に成長される複数の半導体エピタキシャル層を有するレーザ・ダイオード。ダイオードは、ｎタイプの材料の２つの層間に配置される光生成層を含む。ｐタイプの材料の薄層が、活性層とｎタイプ層との間に挿入される。ダイオードは、基板に隣接して配置されるｎドープ材層を含む。レーザ・ダイオードは、ｎドープ層とｐドープ材層との間に配置される活性層をさらに含む。ｎドープ材の追加の層が、ｐドープ材とコンタクトとの間に配置される。活性領域におけるホールと電子との再結合を誘起して、光を生成させるようにコンタクトをバイアスさせる。光は、活性層、ｐドープ層、両ドープ層に沿って進む。ｎドープ層をコンタクトとｐドープ層との間に配置することにより、レーザ・ダイオード内の光子吸収量が低下される。これにより、レーザ・ダイオードのエネルギー効率、必要電流、最長寿命が改善される。隣接するｐドープ層とｎドープ層は、大量にドープされたトンネル層を含み、これにより、これらの層間の接合が逆バイアスされている場合でも、トンネル電流が流れることが可能になる。
2005519488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に隣接するｎドープ材の第１層と、
前記ｎドープ材層に隣接する活性層と、
前記活性層に隣接するｐドープ材の第１層と、
前記ｐドープ材の第１層に隣接するｎドープ材の第２層と、
前記ｎドープ材の第２層に隣接するコンタクトとを備える、レーザ・ダイオード。
【請求項２】
前記ｎドープ材の第２層が、大量ｎドープ・トンネル層と量ｎドープ上部クラッド層層を含む請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項３】
前記ｐドープ材の第１層が、少量ｐドープ注入層と大量ｐドープ・トンネル層を含む請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項４】
前記コンタクトがｎドープである請求項１に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項５】
基板と、
前記基板に隣接するｎドープ材の下部クラッド層層と、
前記ｎドープ材の下部クラッド層層に隣接する活性層と、
前記活性層に隣接する少量ｐドープ材の注入層と、
前記少量ｐドープ材の注入層に隣接する大量ｐドープ材のトンネル層と、
前記大量ｐドープ材のトンネル層に隣接する大量ｎドープ材のトンネル層と、
前記大量ｎドープ材のトンネル層に隣接するｎドープ材の上部クラッド層層と、
前記ｎドープ材の上部クラッド層層に隣接するコンタクトとを備える、レーザ・ダイオード。
【請求項６】
前記コンタクトがｎドープである請求項５に記載のレーザ・ダイオード。
【請求項７】
レーザ・ダイオードを製造する方法であって、
ｎドープ材の第１層を基板の上に形成し、
活性層を前記ｎドープ材の第１層の上に形成し、
ｐドープ材の第１層を前記活性層の上に形成し、
ｎドープ材の第２層を前記ｐドープ材の第１層の上に形成し、
コンタクトを前記ｎドープ材の第２層の上に形成することとを備える方法。
【請求項８】
レーザ・ダイオードを製造する方法であって、
ｎドープ材の下部クラッド層を基板の上に形成し、
活性層を前記ｎドープ材の下部クラッド層の上に形成し、
少量ｐドープ材の注入層を前記活性層の上に形成し、
大量ｐドープ材のトンネル層を前記少量ｐドープ材の注入層の上に形成し、
大量ｎドープ材のトンネル層を前記少量ｐドープ材のトンネル層の上に形成し、
ｎドープ材の上部クラッド層層を前記ｎドープ材のトンネル層の上に形成し、
コンタクトを前記ｎドープ材の上部クラッド層層の上に形成することを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（相互関連出願の引用）
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ｅ）の下で、２００２年３月４日に出願された仮出願第６０／３６１，７８５号明細書に対する優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
開示される主題事項は、全体としてレーザ・ダイオードの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ・ダイオードは、様々なシステム応用分野で使用されている。たとえば、レーザ・ダイオードは、光ファイバ通信システムで光源として使用されている。レーザ・ダイオードの出力パワーとエネルギー効率を増加させることが望ましい。
【０００４】
図１は、レーザ・ダイオード１の例示的な構造を示す。レーザ・ダイオード１は、活性層４によって分離されるｎドープ材層２とｐドープ材層３を含む。ｎドープ層とｐドープ層はダイオード接合を形成している。電流が、コンタクト５を経て、レーザ・ダイオード１に注入される。電流は、ｎドープ層２とｐドープ層３から活性層４への電子とホールの移動を誘起する。ホールと電子は、再び組み合わされて、光子の誘導放出を生成する。レーザ・ダイオード１は、活性層４で生成された光の導波路を形成する上部クラッド層６と下部クラッド層７をも備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
残念ながら、ほとんどのレーザ・ダイオードのｐドープ層は、大きな光吸収係数を有する。ｐドープ層における光の吸収率が高いと、レーザ・ダイオードのエネルギー効率が低下する。低い電流効率は必要電流を増加させる。より大きな電流は、レーザ・ダイオード内で生成される熱を増加させ、デバイスの寿命を短縮させる。ｐドープ層は、ｎドープ層より大きな電気抵抗をも有し、これにより、電気光変換効率がさらに低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ｐドープ材層とｎドープ材層との間に配置される活性層を含むレーザ・ダイオード。ｐドープ材は基板の近くにある。レーザ・ダイオードは、さらにコンタクトを含む。ｐドープ材とコンタクトとの間にｎドープ材の他の層が配置される。
【０００７】
基板の上に成長した複数の半導体エピタキシャル層を有するレーザ・ダイオードが開示される。ダイオードは、ｎタイプの材料の２つの層間に配置される光生成層を含む。ｐタイプの材料の薄層が、活性層とｎタイプ層との間に挿入される。ダイオードは、基板に隣接して配置されるｎドープ材層を含む。レーザ・ダイオードは、さらに、ｎドープ材層とｐドープ材層との間に配置される活性層を含む。ｎドープ材の追加の層がｐドープ材とコンタクトとの間に配置される。コンタクトは、活性領域においてホールと電子の再結合を誘起させて、光を生成するようにバイアスされる。光は、活性層、ｐドープ層、両方のｎドープ層に沿って進む。ｎドープ層をコンタクトとｐドープ層との間に有することにより、レーザ・ダイオード内における光子吸収量が低下する。これにより、レーザ・ダイオードのエネルギー効率、必要電流、最長寿命が改善される。隣接したｐドープ層とｎドープ層は、大量にドープされたトンネル層を含み、これにより、これらの層間の接合が逆バイアスされている場合でも、トンネル電流が流れることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
参照符号によってより具体的に図面を参照すると、図２は、レーザ・ダイオード１０の実施形態の例を示す。図２に示す実施形態は、単なる例示であり、レーザ・ダイオード１０は、他の組合せまたは構造を有してもよいことを理解されたい。レーザ・ダイオード１０は、半導体基板１４の両端に形成された一対の部分反射ミラー１２を含む。レーザ・ダイオード１０は、Ｐ−Ｎ接合１６と光導波路１８をさらに含んでいる。図２に示した実施形態は、ファブリ・ペロー・レーザ・ダイオードと呼ばれる。ファブリ・ペロー・レーザ・ダイオードが図示され、記述されているが、他のタイプのレーザ・ダイオードを使用することが可能であることを理解されたい。
【０００９】
図３は、レーザ・ダイオード１０の実施形態の様々な層３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４を示す。層３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４は、当技術分野において既知の従来のガリウム・アルミニウム・ひ化物またはインジウム・ガリウム・ひ化物・リン化物合金から構築することが可能である。ＧａＡｓおよびＩｎＰをベースとする材料が記述されているが、他の材料を使用することが可能であり、記述される実施形態は単なる例示であることを理解されたい。
【００１０】
レーザ１０は、基板３０の上に形成される下部クラッド層３２を含む。基板３０は、ｎドープ材とすることが可能である。下部クラッド層３２は、ｎドープのＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌyＧａ1−yＡｓ、若しくは同様の半導体とすることが可能である。多重量子井戸活性層３４が、ｎドープ下部クラッド層層３２に隣接して配置されている。
【００１１】
本レーザ・ダイオード１０は、活性層３４に隣接して配置される注入層３６を有する。注入層３６は、大量にｐドープされたＩｎＧａＡｓＰ材料またはＡｌyＧａ1−yＡｓ材料とすることが可能である。大量ｐドープ材であるトンネル層３８を、注入層３６に隣接して配置することが可能である。例として、層３８は、ｐドープのＩｎＧａＡｓＰ材またはＡｌxＧａ1−xＡｓ材とすることが可能である。
【００１２】
大量ｎドープ材４０であるトンネル層が、ｐドープ・トンネル層３８に隣接して配置されている。トンネル層４０は、ｎドープのＩｎＧａＡｓＰ材またはＡｌzＧａ1−zＡｓ材でよい。上部クラッド層層４２が、ｎドープ・トンネル層４０に隣接して配置されている。上部クラッド層層４２は、少量ｎドープのＩｎＰ材またはＡｌxＧａ1−xＡｓ材料とすることができる。コンタクト４４が、上部クラッド層層４２に隣接して配置されている。コンタクト４４は、大量ｎドープのＩｎＧａＡｓ材またはＧａＡｓ材を含む電気コンタクト層である。
【００１３】
レーザ・ダイオード１０を構築するのに、先に基板３０の上に層３２、３４、３６を形成する。次いで、残りの層３８、４０、４２、４４を層３８の上に順次形成する。すべての層を、既知のエピタキシャル半導体製作プロセスで形成することができる。このプロセスは、単なる例示であり、ダイオード１０は、異なる、代替ステップやプロセスを使用して形成することができることを理解されたい。
【００１４】
動作時、コンタクト４４は、電流をレーザ・ダイオード１０に注入するために、順方向にバイアスされる。ｎドープ層３２とｐドープ層３６との間の接合が順方向にバイアスされ、ｐドープ・トンネル層３８とｎドープ・トンネル層４０との間の接合は逆バイアスされる。ｐドープ層３８とｎドープ層４０におけるダイオード接合の高電界と狭い空乏幅により、接合が逆バイアスされている場合でも、トンネル電流が流れる。なだれ効果を生成するように層３８、４０を適切にドープすることによって、電流の流れがさらに改善される。
【００１５】
ｎドープ層３２／ｐドープ層３６ダイオード接合の順方向にバイアス、および結果的な電流の流れは、活性層３４におけるホールと電子との再結合が可能となる。ホールと電子との再結合により、光子の誘導放出が生成される。
【００１６】
レーザ・ダイオード１０は、図３に示す光プロファイルを有する光ビームを生成する。光の一部は、ｐドープ層とｎドープ層３２、３４、３６、３８、４０に沿って進む。従来の技術のレーザ・ダイオードでは、活性領域３４より上の層は、非常に光吸収性のｐドープ材で構築されていた。ｎドープ層４０、４２を有するレーザ・ダイオードを提供することにより、光子吸収が減少し、電流を光子に変換するのに必要なエネルギー効率が増加する。エネルギー効率の増加により、レーザ・ダイオードの必要電流を少なくすることができる。より小さい電流により、レーザ・ダイオード１０内で生成される熱が減少し、デバイスの寿命が長くなる。ｎドープ層は、同様にドープされたｐドープ層より小さい抵抗を有する。したがって、直列動作電圧が低下し、変換効率が改善する。トンネル層３８、４０は、レーザ・ダイオード１０の上半分にｎドープ材が存在する場合でも、電流を流すことことができる。
【００１７】
ある例示的な実施形態について記述し、添付の図面において図示してきたが、そのような実施形態は、広範な本発明の単なる例示であって、限定するものではなく、当業者なら、様々な他の修正を思い付くことが可能であるので、本発明は、図示および記述した特定の構築および構成に限定されるものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の技術のレーザ・ダイオードの様々な層を示す図である。
【図２】レーザ・ダイオードを示す図である。
【図３】レーザ・ダイオードの様々な層を示す図である。
【図１】
2005519488.tif 000003
【図２】
2005519488.tif 000004
【図３】
2005519488.tif 000005
【国際調査報告】
2005519488.tif 000006