(57)【要約】【課題】電流制限層を有する半導体レーザダイオード及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板（５０）と、基板上に積層される第１物質層（６１）と、前記第１物質層上に積層されてレーザ光が発振する活性層（５６）と、前記活性層上に積層され、前記活性層に垂直に突出されたリッジ部（６９）と、前記活性層に注入される電流を制限するように前記リッジ部の周辺部に所定深さにイオンが注入されて形成された電流制限層を含む第２物質層（６５）と、を備える。よって、リッジ部の幅をそのまま保持して光プロファイルの損失は除去しつつ活性層に注入される電流のプロファイルを狭めることができ、低発振臨界電流値を有する高性能の半導体レーザダイオードを具現できる。【選択図】　　　　　　図４
2004056124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に積層される第１物質層と、
前記第１物質層上に積層されてレーザ光が発振する活性層と、
前記活性層上に積層され、前記活性層に垂直に突出されたリッジ部と、前記活性層に注入される電流を制限するように前記リッジ部の周辺部に所定深さにイオンが注入されて形成された電流制限層を含む第２物質層と、を備えることを特徴とする半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記第１物質層は、
前記基板上に積層される第１化合物半導体層と、
前記第１化合物半導体層上に積層される第１クラッド層と、
前記第１クラッド層上に積層され、前記第１クラッド層より屈折率の大きい第１導波路層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記第１化合物半導体層は、ｎ−ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記第１クラッド層は、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記第１導波路層は、前記活性層より屈折率が低いことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記第１導波路層は、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項７】
前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ―ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そしてｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項８】
前記第２物質層は、
前記第２導波路層上に積層され、前記第２導波路層より屈折率が小さく、前記リッジ部が形成される第２クラッド層と、
前記第２クラッド層上に積層され、前記第２クラッド層より屈折率の大きい第２導波路層と、
前記リッジ部上に形成される第２化合物半導体層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項９】
前記第２導波路層は、前記活性層より屈折率が低いことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１０】
前記第２導波路層は、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１１】
前記第２クラッド層は、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１２】
第２化合物半導体層は、ｐ−ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１３】
前記第１化合物半導体層上にｎ型電極をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１４】
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１５】
前記第２クラッド層及び第２化合物半導体層上に保護層をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１６】
前記第１化合物半導体層及び前記保護層上に電極をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１７】
基板上に第１物質層、活性層及び第２物質層を順次に積層した後、前記第２物質層をエッチングしてリッジ部を突設する第１段階と、
前記活性層に注入される電流を制限するように前記第２物質層の前記リッジ部の周辺部にイオンを注入して電流制限層を形成する第２段階と、を含むことを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項１８】
前記第１段階において、
前記第２物質層上にマスクを位置させた後、レーザ光の損失が大きくない深さまでイオンビームによりエッチングしてリッジ部を形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項１９】
前記第２段階において、
前記リッジ部上にマスクを位置させ、前記第２物質層のリッジ部の周辺部にイオンビームを所定の角度に斜めに注入させて前記リッジ部の周辺部に所定深さに電流制限層を形成することを特徴とする請求項１８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２０】
前記第２段階において、
前記イオンビームを５ないし６０°の傾斜角に注入することを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２１】
前記第２段階において、
前記イオンビームを約１５°の傾斜角に注入することを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２２】
前記第１物質層は、
前記基板上に第１化合物半導体層、第１クラッド層及び第１導波路層を順次に積層して形成することを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２３】
前記第１化合物半導体層は、ｎＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層から形成することを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２４】
前記第１クラッド層は、ｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層から形成することを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２５】
前記第１導波路層は、前記活性層より屈折率の低い物質で形成することを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２６】
前記第１導波路層は、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から形成することを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２７】
前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ―ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そしてｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層から形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２８】
前記第２物質層は、
前記活性層上に第２導波路層と，前記第２導波路層より屈折率が小さくて前記リッジ部が始まる第２クラッド層を積層した後、前記リッジ部上に第２化合物半導体層を積層して形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２９】
前記第１段階において、
前記第２クラッド層上にマスクを位置させた後、レーザ光の損失が大きくない深さまでイオンビームによりエッチングしてリッジ部を形成することを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３０】
前記第２段階において、
前記リッジ部上にマスクを位置させ、前記第２クラッド層上にイオンビームを所定角度に斜めに注入させて前記リッジ部の周辺部に所定深さに電流制限層を形成することを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３１】
前記第２段階において、
前記イオンビームを５ないし６０°の傾斜角に注入することを特徴とする請求項３０に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３２】
前記第２段階において、
前記イオンビームを約１５°の傾斜角に注入することを特徴とする請求項３０に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３３】
前記第２導波路層は、前記活性層より屈折率が低い物質よりなることを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３４】
前記第２導波路層は、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から形成することを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３５】
前記第２クラッド層は、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であることを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３６】
前記第２化合物半導体層は、ｐ−ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層であることを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３７】
前記第１化合物半導体層上にｎ型電極をさらに形成することを特徴とする請求項２２に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３８】
前記基板は、サファイアから形成することを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項３９】
前記第２化合物層及び前記第２クラッド層上に保護層をさらに形成することを特徴とする請求項２８に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項４０】
前記第１化合物層及び前記保護層上にｐ型電極をさらに形成することを特徴とする請求項３９に記載の半導体レーザダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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及びその製造方法に係り、より詳細には、リッジウェーブガイドを備える半導体レーザダイオード及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザダイオードのレーザ光は周波数幅が狭くて指向性が鋭いために光通信、多重通信、宇宙通信などの分野において現在実用化されつつある。半導体レーザは光通信などの通信分野やコンパクトディスクプレーヤ（ＣＤＰ：Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｋ　Ｐｌａｙｅｒ）、またはデジタル多機能ディスクプレーヤ（ＤＶＤＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ　Ｐｌａｙｅｒ）などの装置においてデータの伝送やデータの書込み及び読取りのための手段として汎用されている。
【０００３】
このように半導体レーザダイオードが汎用される理由は、限られた空間内においてレーザ光の発振特性を保持でき、小型化が可能であるほか、何よりもレーザ発振のための臨界電流値が小さいためである。半導体レーザが使用可能な産業分野が増えるに伴い、より小さい臨界電流値を有する半導体レーザダイオードに対する要求が高まりつつある。すなわち、低電流の発振が可能であり、且つ、長時間の寿命動作試験をパスする優れた特性を有する半導体レーザダイオードに対する必要性が高まりつつある。
【０００４】
図１は、従来の技術による半導体レーザダイオードとして、レーザ発振のための臨界電流値を下げるようにリッジウェーブガイド構造を有する半導体レーザダイオードを示している。
【０００５】
図１を参照すれば、サファイア基板１０上に第１及び第２領域Ｒ１、Ｒ２に区切られるｎ−ＧａＮ層１２が積層されている。第１領域Ｒ１上のｎ−Ｇａｎ層１２上にはｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層２４、ｎ−ＧａＮ導波層２６、活性層２８、ＩｎＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ導波層３０及びｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２が順次に積層されている。ここで、ｐ−ＧａＮ導波層２６、３０の屈折率はｎ−及びｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層２４、３２より大きく、活性層２８の屈折率より小さい。ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２は、上部の中央部分が突出されたリッジウェーブガイド構造を有する。前記突出された部分の側面は周辺部分に対して垂直であり、その頂面は前記側面に対して垂直な平面である。
【０００６】
このように、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２の前記突出されたリッジウェーブガイド構造は注入される電流を制限して活性層２８におけるレーザ発振のための共振領域を制限する役割を果たす。ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２の前記突出されたリッジウェーブガイド上にｐ−ＧａＮ層３４が備えられている。ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２の全面は保護膜３６により覆われている。ｐ−ＧａＮ層３４は、電流の通路となる中央部分を除いた両側一部の領域が保護膜３６と接触されている。保護膜３６上にｐ−ＧａＮ層３４の全面と接触されるｐ型電極３８が備えられている。ｎ−ＧａＮ層１２の第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１より低い領域であり、ｎ型電極３７が形成されている。
【０００７】
従来の技術による半導体レーザはリッジ構造を備えて流入電流が減って共振幅が限られるため、既存のリッジ構造がないレーザダイオードに比べてレーザ発振のための臨界電流値が下がるという利点がある。
【０００８】
しかしながら、図２に示されたように、リッジ形成のためのエッチングを浅く行ってリッジが低い場合、光プロファイルがリッジのコーナにほとんど遮られずに光損失が少ないという長所を有するのに対し、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層３２及びｐ−ＧａＮ層３４の抵抗が極めて大きくなり、ｐ−ＧａＮ層３４を介して注入される電流が活性層２８に達する前にリッジ幅以上に広がって共振領域Ａ１が広くなり、これにより、臨界電流値が高まる場合がある。
【０００９】
これに対し、図３に示されたように、リッジ形成のためのエッチングを深く行ってリッジが高くてリッジの周りのクラッド層が薄い場合、電流の発散を防いで発振臨界電流値が下がるため、共振領域Ａ２が狭まる。その結果、活性層の光プロファイルがリッジの側面に遮られて光損失が起こる恐れがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする技術的な課題は、前記従来の技術の問題点を改善するために、活性層に注入される電流プロファイルを狭めると同時に、共振時に光プロファイルをリッジのコーナに遮らせないリッジウェーブガイド構造を有する半導体レーザダイオードを提供するところにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記技術的な課題を達成するために、本発明は、基板上に積層される第１物質層と、前記第１物質層上に積層されてレーザ光が発振する活性層と、前記活性層上に積層され、前記活性層に垂直に突出されたリッジ部と、前記活性層に注入される電流を制限するように前記リッジ部の周辺部に所定深さにイオンが注入されて形成された電流制限層を含む第２物質層と、を備えることを特徴とする半導体レーザダイオードを提供する。
【００１２】
前記第１物質層は、前記基板上に積層される第１化合物半導体層と、前記第１化合物半導体層上に積層される第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に積層され、前記第１クラッド層より屈折率の高い第１導波路層と、を含む。
【００１３】
ここで、前記第１化合物半導体層はｎＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層であることが好ましく、前記第１クラッド層はｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であることが好ましい。
【００１４】
前記第１導波路層は、前記活性層より屈折率が小さいことが好ましく、特に、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であることが好ましい。
【００１５】
前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ―ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そしてｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層でありうる。
【００１６】
前記第２物質層は、前記活性層上に積層される第２導波路層と、前記第２導波路層上に積層され、前記第２導波路層より屈折率が小さく、前記リッジ部が形成される第２クラッド層と、前記リッジ部上に形成される第２化合物半導体層と、を備える。
【００１７】
前記第２導波路層は、前記活性層より屈折率が小さいことが好ましく、特に、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であることが好ましい。
【００１８】
前記第２クラッド層はｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であることが好ましく、第２化合物半導体層はｐＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層であることが好ましい。
【００１９】
前記第１化合物半導体層上にはｎ型電極がさらに備えられる。
【００２０】
前記基板はサファイア基板であることが好ましい。
【００２１】
前記第２クラッド層及び第２化合物半導体層上に保護層をさらに備えることが好ましい。
【００２２】
前記第１化合物半導体層及び前記保護層上に電極をさらに備える。
【００２３】
前記技術的な課題を達成するために、本発明はまた、基板上に第１物質層、活性層及び第２物質層を順次に積層した後、前記第２物質層をエッチングしてリッジ部を突設する第１段階と、前記活性層に注入される電流を制限するように前記第２物質層の前記リッジ部が始まる周辺部にイオンを注入して電流制限層を形成する第２段階と、を含む。
【００２４】
前記第１段階において、前記第２物質層上にマスクを位置させた後、レーザ光の損失が大きくない深さまでイオンビームによりエッチングしてリッジ部を形成することが好ましい。
【００２５】
前記第２段階において、前記リッジ部上にマスクを位置させ、前記第２物質層のリッジ部の周辺部にイオンビームを所定の角度に斜めに注入させて前記リッジ部の周辺部に所定深さに電流制限層を形成する。
【００２６】
この時、前記イオンビームを５ないし６０°の傾斜角に注入し、好ましくは、前記イオンビームを約１５°の傾斜角に注入する。
【００２７】
前記第１物質層は、前記基板上に第１化合物半導体層、第１クラッド層及び第１導波路層を順次に積層して形成することが好ましい。
【００２８】
前記第１化合物半導体層はｎＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層から形成することが好ましく、前記第１クラッド層はｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層から形成することが好ましい。
【００２９】
前記第１導波路層は、前記活性層より屈折率が小さいことが好ましく、特に、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であることが好ましい。
【００３０】
前記活性層は、前記第１クラッド層上に前記第１クラッド層より屈折率が大きい第１導波路層、レーザ光を発する活性層及び第２導波路層を順次に積層して形成する。
【００３１】
前記第１及び第２導波路層は前記活性層より屈折率が小さい物質から形成することが好ましい。
【００３２】
前記第１及び第２導波路層はＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から形成することが好ましく、前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ―ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そしてｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層から形成することが好ましい。
【００３３】
前記第２物質層は、前記第２導波路層上に前記第２導波路層より屈折率が小さくて前記リッジ部が始まる第２クラッド層を積層した後、前記リッジ部上に第２化合物半導体層を積層して形成する。
【００３４】
前記第１段階において、前記第２クラッド層上にマスクを位置させた後、レーザ光の損失が大きくない深さまでイオンビームによりエッチングしてリッジ部を形成することが好ましい。
【００３５】
前記第２段階において、前記リッジ部上にマスクを位置させ、前記第２クラッド層上にイオンビームを所定角度に斜めに注入させて前記リッジ部の周辺部に所定深さに電流制限層を形成する。
【００３６】
この時、前記イオンビームを５ないし６０°の傾斜角に注入し、好ましくは、前記イオンビームを約１５°の傾斜角に注入する。
【００３７】
前記第２クラッド層はｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層から形成し、前記第２化合物半導体層はｐＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層から形成することが好ましい。
【００３８】
前記第１化合物半導体層上にｎ型電極をさらに形成することが好ましい。
【００３９】
前記基板はサファイアから形成することが好ましい。
【００４０】
前記第２化合物層及び前記第２クラッド層上に保護層をさらに形成することが好ましい。
【００４１】
前記第１化合物層及び前記保護層上にｐ型電極をさらに形成することが好ましい。
【００４２】
前記第２導波路層は、前記活性層より屈折率が小さいことが好ましく、特に、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であることが好ましい。
【００４３】
本発明は、リッジウェーブガイド構造を介して注入される電流を制限するためにリッジ部の周りにイオンを注入して電流制限層を形成することにより、光プロファイルをそのまま保持して光損失を減らすと共に、電流プロファイルを狭めて発振臨界電流値を下げることにより近接長パターンサイズを小さくした高性能の半導体レーザダイオードを提供することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施形態による電流制限層を有する半導体レーザダイオード及びその製造方法について詳細に説明する。図中、半導体レーザダイオードを構成する各層の幅及び高さは説明の便宜のために誇張されていることに留意しなければならない。
【００４５】
図４は、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードを示す図面である。図４を参照すれば、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードは、基板５０と、基板上に順次に積層される第１物質層６１、活性層５６及び第２物質層６５とを備える。
【００４６】
第１物質層６１は、基板５０上に積層され、段差付き第１化合物半導体層５２と、第１化合物半導体層５２上に積層される第１クラッド層５４及び第１クラッド層５４の上面に積層される第１導波路層５３を含む。第１化合物半導体層５２の段差部分にはｎ型電極５１が位置する。
【００４７】
基板５０は、高抵抗性を有するサファイア基板が主として用いられる。第１化合物半導体層５２はＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層、特にｎ−ＧａＮ層から形成することが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されることなく、レージング可能なＩＩＩ−Ｖ族の他の化合物半導体層であっても良い。第１クラッド層５４は所定の屈折率を有するｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であることが好ましいが、レージングのための他の化合物半導体層であっても良い。
【００４８】
活性層６３は、第１クラッド層５４上に第１導波路層５３、活性層５６及び第２導波路層５５が順次に積層されてなる。第１及び第２導波路層５３、５５は活性層５６より屈折率が小さい物質から形成するが、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から形成することが好ましい。第１導波路層５３はｎ−ＧａＮ層から形成し、第２導波路層５５はｐ−ＧａＮ層から形成する。活性層５６はレージングが起こりうる物質層であればいかなる物質層であっても使用可能であり、好ましくは、臨界電流値が小さくて横モード特性が安定したレーザ光を発振できる物質層を使用する。活性層５６としてアルミニウム（Ａｌ）が所定の割合にて含有されたＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そしてｘ＋ｙ≦１）であるＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層を使用することが好ましい。
【００４９】
第２物質層６５は、活性層５６の上面に積層される第２導波路層５５と、前記第２導波路層５５の上面に積層され、中央部にリッジ部６９が突出されて位置し、第２導波路層５５より屈折率が小さい第２クラッド層５８と、前記リッジ部６９上に積層される第２化合物半導体層６４と、を備える。
【００５０】
第２導波路層５５は活性層５６より屈折率の低い物質から形成するが、ＧａＮ系のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層で形成することが望ましい。第１導波路層５３はｎ−ＧａＮ層から形成し、第２導波路層５５はｐ−ＧａＮ層から形成する。第２クラッド層５８は、第１クラッド層５４がｎ型化合物半導体層であればｐ型化合物半導体層から形成し、第１クラッド層５４がｐ型化合物半導体層であればｎ型化合物半導体層から形成する。すなわち、第１クラッド層５４がｎ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層であれば、第２クラッド層５８はｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ層から形成する。第２化合物半導体層６４も同様に、第１化合物半導体層５２がｎ型化合物半導体層であればｐ型化合物半導体層から形成し、その逆も可能である。従って、第１化合物半導体層５２がｎ−ＧａＮ層から形成されれば、第２化合物半導体層６４はｐ−ＧａＮ層から形成する。
【００５１】
本発明の実施形態による半導体レーザダイオードは、第２クラッド層５８のリッジ部６９の周辺部に第２クラッド層５８上に対してイオンビームを所定角度に斜めに注入させてリッジ部６９が始まる周辺部及びリッジ部６９の底面の内部に所定深さに形成された電流制限層６０を有する。電流制限層６０は第２化合物半導体層６４と同じ屈折率を保持しつつ抵抗のみが大きくなる特徴を有することにより、光プロファイルは固定させつつ電流プロファイルを独立的に調節できる特性を有する。
【００５２】
従来の技術において上述したように、電流プロファイルの損失を減らすためにはリッジ部６９が深くなければならず、光プロファイルの損失を減らすためにはリッジ部６９が浅くなければならないという矛盾が生じる。これを解決するために、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードは、光プロファイルは物質の屈折率に影響され、且つ、電流プロファイルは物質の抵抗に影響されるということを考慮して、リッジ部６９の物理的な深さは保持しつつ電流のプロファイルに影響を及ぼすようにリッジ部６９が始まる第２化合物半導体層６４の物性を変える電流制限層６０を形成することにより、リッジ部６９及びリッジ部６９の周辺部を空間的に分離する。
【００５３】
リッジ部６９は活性層５６の平面に対して垂直な方向に突出されており、その周りの第２クラッド層５８上から所定深さにイオンが浸透して前記リッジ部６９が始まる底面に活性層５６の平面と平行な方向に所定幅まで浸透して電流制限層６０が形成される。図中の○をつけたＡ部分の浸透領域によりリッジ部６９を通過する電流プロファイルが狭まって臨界電流値を下げることができ、光損失を無くすことができる。第２クラッド層５８にイオンを注入するためにイオンシャワー法を用いるが、その詳細については図５Ａ及び図５Ｂに基づき後述する。電流制限層６０は第２クラッド層５８よりは浅く形成し、リッジ部６９の幅が約２μｍである場合に○をつけたＡ部分の幅、すなわち左右浸透幅を約０．５μｍにして形成することが好ましい。
【００５４】
第２クラッド層５８及び第２化合物半導体層６４上には保護層６８がさらに形成でき、保護層６８及び保護層６８が塗布されずに露出された第２化合物半導体層６４上にはｐ型電極５７がさらに形成できる。第１化合物半導体層５２の段差部分に設けられるｎ型電極５１はｐ型電極６９と対向するように基板５０の底面に形成できる。この場合、基板５０は、シリコンカーボン（ＳｉＣ）またはガリウムナイトライド（ＧａＮ）から形成することが好ましい。
【００５５】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程図である。
【００５６】
まず、図５Ａに示されたように、基板５０上に第１化合物半導体層５２、第１クラッド層５４、第１導波路層５３、活性層５６、第２導波路層５５及び第２クラッド層５８を順次に蒸着した後にマスク６７ａを第２クラッド層５８上に位置させ、露光及び現像を行った後にエッチングすれば、図５Ｂの如くパターニングされる。第２クラッド層５８上に、図６Ａに示されたように中心部にのみマスク６７ｂを位置させた後、イオンビームによりエッチングすれば、図６Ｂに示されたように、リッジ部６９が第２クラッド層５８の中央部に活性層５６の平面に対して垂直な方向に突設される。
【００５７】
図７を参照すれば、リッジ部６９上にマスク６７ｂを位置させ続け、この上にイオンシャワー法により第２クラッド層５８上に対してイオンビームを所定の角度に斜めに注入してリッジ部６９が始まる周辺部及びリッジ部の底面の内部に所定深さにイオンを注入すれば、マスク６７ｂにより遮られるリッジ部６９を除いたリッジ部６９の周りの第２クラッド層５８上にイオンが浸透して電流制限層６０を形成する。この時、イオンビームの傾斜角は約５ないし６０°度であるが、好ましくは、約１５°である。リッジ部６９の面積に応じて傾斜角を調節することにより、リッジ部６９の底面の内部に形成される電流制限部分Ａの面積を調節することができる。かかる傾斜角は、エッチング装置を制御するか、ウェーハステージの姿勢の制御などを通じて得られる。
【００５８】
電流制限層６０はリッジ部６９が始まるところから所定の幅をもって活性層５６の平面に対して平行な方向にリッジ部６９の底面側へとイオンが浸透して形成されるので、リッジ部６９の物理的な幅はそのまま保持されるが、電流が注入される通路は実質的に狭まるという効果が得られる。
【００５９】
イオンシャワー法は、通常のイオン注入法とは異なって、数百ｅＶの低エネルギーをもってイオンを注入させるので、イオン注入は浅くなされるものの、リッジ部６９が位置している底面にイオンが幅広く浸透でき、電流制限層６０を形成する上でさらに好適な方法である。また、イオンシャワー法は、基板５０を所定の角度だけ斜めにしてイオンを注入することができ、電流制限層６０の幅をリッジ部６９の底面の内部に一層効率よく広げることができる。イオン注入が効率よく行われて形成された電流制限層６０は、リッジ部６９の底面において略半分の幅だけイオンが浸透されてなる。
【００６０】
図８の（ａ）は、従来の半導体レーザダイオードの構造を簡略に示す断面図であり、図８の（ｂ）は、同一物に注入される電流の近接長パターンのモードを示す写真であり、そして図８の（ｃ）は、同一物に注入される電流の近接長パターンの強度プロファイルを示すグラフである。ここで、図８の（ａ）の参照符号は、図２及び図３に示された従来の半導体レーザダイオードの構成要素を表わす参照符号と同じ構成要素を表わす。
【００６１】
図９の（ａ）は、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの構造を示す断面図であり、図９の（ｂ）は、前記同一物に注入される電流の近接長パターンのモードを示す写真であり、そして図９の（ｃ）は、同一物に注入される電流強度のプロファイルを示すグラフである。ここで、図９の（ａ）の参照符号は図４に示された本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの構成要素を表わす参照符号と同じ構成要素を表わす。
【００６２】
図９の（ａ）の対象となる本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの電流制限層を形成するために、イオンシャワー法の実施条件は、イオンビーム電圧を約７００Ｖに、イオンビーム電流を約４００ｍＡに、基板の傾斜角を約１５°に、そしてイオンシャワー時間を約６０秒にし、イオン形成時のガスは酸素を使用した。
【００６３】
図８の（ａ）及び図９の（ａ）に示された２つの構造を比較してみれば、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードは、従来の構造に比べて、リッジ部６９が始まる周辺部の第２化合物半導体層５８上に電流制限層６０が形成されている点で異なる。従来の半導体レーザダイオードの構造においては、図８の（ａ）に示されたように、リッジ部を介して注入される電流が狭まらずにそのまま活性層２８に達するのに対し、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの構造においては、電流制限層６０によりリッジ部６９を通過する電流が狭まって図９の（ａ）に示されたように活性層５４に達する。
【００６４】
図８の（ｂ）及び図９の（ｂ）を参照すれば、従来の半導体レーザダイオードの近接長パターンのモード、すなわち、電流強度プロファイルが１．７０μｍの幅を有するのに対し、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの近接長パターンのモード、すなわち、電流強度プロファイルは１．１７μｍの幅を有するので、電流強度プロファイルが従来の構造に比べて画期的に狭まったということが分かる。
【００６５】
このことは、図８の（ｃ）及び図９の（ｃ）に示されたグラフの強度プロファイルからも確かめられる。従来の電流強度プロファイルの幅に比べて本発明の実施形態による半導体レーザダイオードに注入される電流の強度プロファイルがはるかに狭いことから、実際に半導体レーザダイオードに注入される電流が減って臨界電流値が下がる。この場合、リッジ部６９の幅は従来の半導体レーザダイオードと変わりないため、光損失は生じない。
【００６６】
本発明の実施形態による半導体レーザダイオード及びその製造方法は、リッジウェーブガイドを浅くして光損失を減らすと共に、リッジウェーブガイドが始まる周辺部にイオンを注入して形成される電流制限層を設け、リッジウェーブガイドを介して注入される電流のプロファイルを狭めて活性層から発振するレーザ発振幅を狭めることができる。レーザ光の幅が狭まるに伴い、近接長パターンのモードが小さくなり、発振臨界電流値が下がって従来の半導体レーザダイオードに比べて高性能の半導体レーザダイオードを提供することができる。
【００６７】
以上に多くの事項が具体的に記載されているが、これらは本発明の範囲を限定するものであるよりは、好適な実施形態の例示として解釈されなければならない。本発明の範囲は説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的な思想によって定められるべきである。
【００６８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の半導体レーザダイオード及びその製造方法によれば、リッジ部の周辺部にイオンが注入された電流制限層を形成してリッジ部は浅くしつつ活性層に注入される電流のプロファイルを狭めることができ、低発振臨界電流値を有する高性能の半導体レーザダイオードを具現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体レーザダイオードの構造を示す断面図である。
【図２】従来の半導体レーザダイオードにおけるリッジ部が浅い場合に電流の共振幅が広まることを示す図面である。
【図３】従来の半導体レーザダイオードにおけるリッジ部が深い場合に光損失が生じることを示す図面である。
【図４】本発明の実施形態による半導体レーザダイオードを示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの製造方法を示す工程図である。
【図８】（ａ）は、従来の半導体レーザダイオードの構造を示す断面図であり、（ｂ）は同一物に注入される電流の近接長パターンのモードを示す写真であり、そして（ｃ）は、同一物の電流強度プロファイルを示すグラフである。
【図９】（ａ）は、本発明の実施形態による半導体レーザダイオードの構造を示す断面図であり、（ｂ）は、同一物に注入される電流の近接長パターンのモードを示す写真であり、そして（ｃ）は、同一物の電流強度プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
５０　　　　　　　　　　基板
５２　　　　　　　　　　第１化合物半導体層
５３　　　　　　　　　　第１導波路層
５４　　　　　　　　　　第１クラッド層
５５　　　　　　　　　　第２導波路層
５６　　　　　　　　　　活性層
５８　　　　　　　　　　第２クラッド層
６０　　　　　　　　　　電流制限層
【図１】
2004056124.tif 000003
【図２】
2004056124.tif 000004
【図３】
2004056124.tif 000005
【図４】
2004056124.tif 000006
【図５】
2004056124.tif 000007
【図６】
2004056124.tif 000008
【図７】
2004056124.tif 000009
【図８】
2004056124.tif 000010
【図９】
2004056124.tif 000011