(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に下部マルチ半導体層、活性層、リッジ部が順次積層された上部マルチ半導体層及び上部電極を有するリッジ導波型半導体レーザダイオードにおいて、
前記上部電極は、少なくとも前記リッジ部の側面の一部を含む領域を覆っており、前記側面の一部を介して電流が注入され、
前記上部マルチ半導体層は、上部導波層と上部クラッド層とを有し、
前記上部導波層の一部と前記上部クラッド層は、前記リッジ部に形成され、
前記上部導波層内に介在され、前記リッジ部に形成された電流拡散層をさらに備え、
前記電流拡散層は、ｐ型ＧａＮとｐ型ＩｎＧａＮのヘテロ接合構造を有することを特徴とするリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記上部電極は、前記リッジ部の上面をさらに覆うことを特徴とする請求項１に記載のリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記上部電極と前記上部クラッド層との間には、上部コンタクト層をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記上部コンタクト層と前記上部導波層、及び、前記上部コンタクト層と電流拡散層をそれぞれ互いに絶縁させる絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記上部クラッド層は、Ａｌの組成比が互いに異なるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）層が互いに交互に積層されるヘテロ接合構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記下部マルチ半導体層は、ｎ型半導体により形成され、前記上部マルチ半導体層は、ｐ型半導体により形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【請求項７】
前記下部マルチ半導体層、前記活性層及び前記上部マルチ半導体層は、ＧａＮ系物質により形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリッジ導波型半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッジ導波型半導体レーザダイオードに係り、さらに詳細には、リッジ部の側面部に電流が注入される構造を有したリッジ導波型半導体レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザダイオードは、光通信のような通信分野や、コンパクトディスクプレーヤ（ＣＤＰ；Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｐｌａｙｅｒ）やＤＶＤプレーヤ（ＤＶＤＰ；Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｄｉｓｋ  Ｐｌａｙｅｒ）のような装置で、データの伝送やデータの記録及び読み出しのための手段として広く使われている。
【０００３】
半導体レーザダイオードの使われる産業分野が増えるに従い、小さな臨界電流値を有し、多重横モード発振を抑制するリッジ部を有する半導体レーザダイオードが開発されている。このリッジ部は、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層が上部に突出して形成され、リッジ部の上面を介して垂直に電流（正孔）が注入される。しかし、リッジ部の上面側から電流（正孔）が注入される方式は、前記電流（正孔）がｐ型クラッド層及びｐ型導波層のようなｐ型半導体層を通過するときに、Ｍｇのような不純物がドーピングされた領域が高い抵抗値を有することにより、必要な動作電力が大きくなり、熱発生の問題が生ずる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、電流を注入する構造を改善したリッジ導波型半導体レーザダイオード及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決達成するために、本発明によるリッジ導波型半導体レーザダイオードは、基板上に下部マルチ半導体層、活性層、リッジ部が順次積層された上部マルチ半導体層及び上部電極を有するリッジ導波型半導体レーザダイオードにおいて、前記上部電極は、少なくとも前記リッジ部の側面の一部を含む領域を覆っており、前記側面の一部を介して電流が注入されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によるリッジ導波型半導体レーザダイオードは次のような効果がある。
【０００７】
第一に、リッジ部の両側面部を介して電流が注入されるので、注入抵抗が小さく、動作電圧及び動作電力の点で有利である。
【０００８】
第二に、リッジ部の両側面部に金属材質の上部電極が形成されるので、放熱性に有利になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照し、本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一の実施形態に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードの構造を表した断面図である。
【００１１】
図１に示すように、基板１００上に下部マルチ半導体層１１０が形成される。下部マルチ半導体層１１０は、下部コンタクト層１２０、下部クラッド層１３０、及び下部導波層１４０を有する。前記下部コンタクト層１２０の一の領域には、下部クラッド層１３０、下部導波層１４０、活性層１５０、上部マルチ半導体層１６０、上部コンタクト層１９０、及び上部電極２００が順次形成され、他の領域には、下部電極２１０が形成される。
【００１２】
上部マルチ半導体層１６０は、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３に区分され得る。
【００１３】
第１領域Ｒ１は、上部マルチ半導体層１６０のストライプ状の中央領域であり、上方に突出してリッジ部１６５をなす。前記リッジ部１６５は、垂直に上方に突出して形成される。また、傾斜してその断面が台形になるように形成されることもある。
【００１４】
上部マルチ半導体層１６０は、上部導波層１７０、及び上部クラッド層１８０を備える。上部導波層１７０の一部と上部クラッド層１８０は、前記リッジ部１６５に形成される。
【００１５】
上部導波層１７０は、上下が上部導波層１７０により挟まれるように形成されうる電子遮断層１７１を有することが望ましい。電子遮断層１７１は、そのエネルギー準位が前記上部導波層１７０のエネルギー準位よりはるかに高く、電子がオーバーフローされることを防止する。
【００１６】
上部導波層１７０と上部クラッド層１８０の間には、電流拡散層１７５を有することが望ましい。電流拡散層１７５は、上部導波層１７０のリッジ部１６５側に設けられる。電流拡散層１７５は、注入された電流を電流拡散層１７５の全面に広げ、活性層１５０に均一に注入させる。
【００１７】
上部コンタクト層１９０と上部電極２００は、リッジ部１６５の少なくとも一側面部１６５ｂを含む領域を覆う形態により形成され、前記側面部１６５ｂを介して電流を注入させる。前記上面部１６５ａを介しても電流を注入させるように、前記上部コンタクト層１９０と上部電極２００は、前記リッジ部１６５の上面部１６５ａも共に覆う形態により形成されることが望ましい。
【００１８】
第２領域Ｒ２及び第３領域Ｒ３は、リッジ部１６５の外側の上部導波層１７０の一部であり、その上に絶縁層２０５が形成される。絶縁層２０５は、電流拡散側１７５の側端部まで覆うように形成される。前記絶縁層２０５は、上部コンタクト層１９０と、上部導波層１７０及び電流拡散層１７５とを絶縁させる。
【００１９】
本実施例によるリッジ導波型半導体レーザダイオードは、ＧａＮ系半導体レーザダイオードでありうる。さらに具体的に例を挙げれば、次の通りに形成されうる。
【００２０】
基板１００には、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、Ｓｉ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化シリコン（ＳｉＣ）などが使われうる。
【００２１】
下部コンタクト層１２０はｎ−ＧａＮにより形成され、前記下部クラッド層１３０は、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）により形成されうる。そして、下部導波層１４０は、ｎ−ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）により形成されうる。活性層１５０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）により形成され、単一量子井戸または多重量子井戸のうち、いずれか１つの構造を有することができる。上部導波層１７０は、ｐ−ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）により形成されうる。電子遮断層１７１は、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（Ｏ＜ｘ＜１）化合物半導体により形成されうる。
【００２２】
電流拡散層１７５は、そのエネルギー準位が上部導波層１７０のエネルギー準位よりはるかに低くなるように、ｐ−ＧａＮ層とｐ−ＩｎＧａＮ層とのヘテロ接合構造により形成されうる。
【００２３】
上部クラッド層１８０は、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）の単一層構造であるか、またはＡｌの組成比を異にするｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）層が互いに交互に積層される超格子構造を有することができる。たとえば、前記上部クラッド層１８０は、ｐ−Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎとｐ−ＧａＮ層が反復的に積層された超格子構造により形成されうる。かかる超格子構造は、キャリアの注入抵抗を従来よりも小さくし、クラックの発生確率を減少させることにより、上部クラッド層１８０を安定的に結晶成長させ、高い光閉じ込め（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）効果を良好に維持させることができる。
【００２４】
上部コンタクト層１９０は、上部クラッド層１８０と上部電極２００との間のオーミック接触特性を向上させるものであり、上部クラッド層１８０の上面部と側面部とにｐ＋−ＧａＮ／Ｐｄが順次に積層されて形成されうる。
【００２５】
上部電極２００は、導電性が良好な金属材質により、一般的に使われる電極物質を使用できる。具体的には、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌのような単一物質層、またはそれらの二重層構造により形成されうる。
【００２６】
前記絶縁層２０５は、ＳｉＯ２のような絶縁性物質により形成されうる。
【００２７】
図２により、本発明に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードの動作原理を説明する。図２は、本発明の実施形態に係る電流注入構造を表したものである。
【００２８】
図２に示すように、上部電極２００に電圧が印加されれば、電流、すなわちキャリアが上部コンタクト層１９０に注入される。活性層１５０の上部に位置する層がｐ型である場合、上部コンタクト層１９０に注入されるキャリアは、正孔である。上部電極２００と上部コンタクト層１９０は、上部クラッド層１８０を覆っているので、前記キャリアは、上部クラッド層１８０の上面部１８０ａからだけではなく、側面部１８０ｂからも注入される。図２に示したように、注入される電流がリッジ部の側面部を介して注入される場合、高い抵抗値を有するｐ型クラッド層におけるキャリアが通過する経路が短くなり、キャリア注入に対する抵抗値が小さくなる。また、上面部１８０ａと両側面部１８０ｂとを介して電流が注入される場合は、上面部１８０ａだけを介して電流が注入される場合に比べて電流の通路が広いので、抵抗値が小さくなる効果がある。これにより、従来よりも低い動作電圧のもとにおいても同じパワーを出すことができるので、動作電圧及び動作電力の点で従来よりも優れている。加えて、前記側面部１８０ｂから注入された電流は、電流拡散層１７５を通過しつつ広がるので、電流が一方に偏る現象を防止しうる。
【００２９】
また、Ａｌの組成比を異にするｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）層が交互に積層される超格子構造で上部クラッド層１８０を形成した場合、キャリアは、トンネリング（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）やキャリアオーバーフローによって上部クラッド層１８０を通過するので、注入抵抗値をさらに小さくすることができる。
【００３０】
さらに、熱伝導性にすぐれる金属材質により形成された上部電極２００が前記上部クラッド層１８０の上面部１８０ａだけではなく、両側面部１８０ｂ側にも形成されているので、本発明の実施形態に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードは、優れた放熱性を有する。
【００３１】
一方、本発明のリッジ導波型半導体レーザダイオードは、長波長帯の半導体レーザダイオードの電気的特性を向上させることができる。一般的に、青色や緑色の長波長帯のレーザ光を放出する半導体レーザダイオードは、低温ｐ型半導体層を使用する。しかし、かかる低温ｐ型半導体層は、高温ｐ型半導体層と比較して、ホール濃度が小さく、抵抗値が高いため電気的特性が劣る。そこで、本発明は、電流注入構造を改善することにより、低温ｐ型半導体層を使用する長波長帯の半導体レーザダイオードの電気的特性を向上させた。
【００３２】
以下、比較例と対応した本発明の実施形態の効果について説明する。
【００３３】
＜比較例＞
図３に示す垂直電流注入構造を有する従来のリッジ導波型半導体レーザダイオードを製作した。本比較例は、ＩＩＩ族窒化物系半導体レーザダイオードであり、活性層２５０上に上部導波層２７０を形成し、上部導波層２７０の上部中央部分に、上部クラッド層２８０を上方に突出させて形成した。上部クラッド層２８０は、リッジ部をなす。上部クラッド層２８０の上面部に、上部コンタクト層２９０及び上部電極３００を順次積層して形成した。上部クラッド層２８０の側面部と、上部導波層２７０のリッジ部の外側の部分の上面には、絶縁層３０５を形成した。上部導波層２７０のリッジ部の外側の部分の厚さＤ１は、ほぼ５００Åであり、絶縁層３０５の厚さＤ２は、約１５００Åか、あるいはそれ以下に形成した。
【００３４】
＜本発明の実施形態＞
図２に示したような垂直注入及び側面注入がいずれも可能な本発明に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードを製作した。本実施形態は、上部クラッド１８０の上面部だけではなく、側面部まで上部コンタクト層１９０と上部電極２００とを形成したという点で、比較例と差異がある。その他は、比較例と実質的に同一である。
【００３５】
前記比較例及び本発明の実施形態でそれぞれ製作されたレーザダイオードの特性を、図４、図５Ａ及び図５Ｂに示した。
【００３６】
図４は、電流注入構造の違いによる動作電圧と動作電流との関係を表すグラフである。図４に示すように、比較例の場合、５０ｍＡの電流が流れるための動作電圧が４．３６Ｖであるが、本発明の実施形態の場合、５０ｍＡの電流が流れるための動作電圧は、４．０３Ｖであり、同じ電流５０ｍＡに対して動作電圧が０．３Ｖ低くなるということが判る。すなわち、比較例の場合、注入抵抗が１７．０Ωであるのに対し、本発明の実施形態の場合、注入抵抗が１５．５Ωと小さいことが分かる。
【００３７】
図５Ａと図５Ｂは、それぞれ比較例と本発明の実施形態によるリッジ導波型半導体レーザダイオードが動作するときの温度分布の測定結果示したものである。図に示すように、同じレーザ出力の出力時において、本発明の実施形態に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードは、比較例と比較して全体的に低いということが判る。リッジ導波型半導体レーザダイオードの表面における温度は、比較例においては１３０．４７℃であるのに対し、本発明の実施形態の場合は１１７．９３℃であり、約１０％低い。これは、比較例に比べて本発明の実施形態の場合、上部クラッド層における小さい注入抵抗値により上部クラッド層における熱の発生量が減っただけではなく、上部クラッド層の側面部側に形成された金属層である上部電極を介して熱放出がなされたためである。
【００３８】
本発明に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードは、当業者による理解を容易にするために図面に図示した実施形態をもとに説明したが、実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明が属する技術分野における当業者であれば、本発明の実施形態の多様な変形により、また、本発明と均等な発明により本発明の実施が可能であるということを理解することでできるであろう。本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲によってのみ決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードは、例えば、光通信やデータ管理関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るリッジ導波型半導体レーザダイオードの断面図を概略的に表した図面である。
【図２】図１のリッジ導波型半導体レーザダイオードの電流注入構造を表した図面である。
【図３】比較例として製作されたリッジ導波型半導体レーザダイオードの概略的な断面図である。
【図４】比較例及び実施例の動作電圧に対する動作電流を表したグラフである。
【図５Ａ】比較例の温度分布を表した図である。
【図５Ｂ】実施例の温度分布を表した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００    基板、
１１０    下部マルチ半導体層、
１２０    下部コンタクト層、
１３０    下部クラッド層、
１４０    下部導波層、
１５０、２５０    活性層、
１６０    上部マルチ半導体層、
１６５    リッジ部、
１６５ａ    リッジ部の上面部、
１６５ｂ    リッジ部の側面部、
１７０、２７０    上部導波層、
１７１    電子遮断層、
１７５    電流拡散層、
１８０、２８０    上部クラッド層、
１８０ａ、２８０ａ    上部クラッド層の上面部、
１８０ｂ    上部クラッド層の側面部、
１９０、２９０    上部コンタクト層、
２００、３００    上部電極、
２０５、３０５    絶縁層、
２１０    下部電極、
Ｄ１    上部導波層のリッジ部の外郭側厚さ、
Ｄ２    絶縁層の厚さ、
Ｒ１    第１領域、
Ｒ２    第２領域、
Ｒ３    第３領域。
【図１】
0005314251.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005314251.tif 000004
【図４】
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【図５Ａ】
0005314251.tif 000006
【図５Ｂ】
0005314251.tif 000007