(57)【要約】【課題】均一な電流分布を提供するレーザーダイオードの単純な設計を提供する。【解決手段】半導体レーザーダイオードは、内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部を備える。レーザーダイオードは、前端及び後端部を有するｎ−領域とｐ−領域との間の活性領域、ｎ−領域に隣接して位置し、活性領域内に電流を導入するための第一の導入部を有するｎ−メタライゼーション層、並びにｎ−メタライゼーション層に対向して、ｐ−領域に隣接し、活性領域内に電流を導入するための第二の導入部を有するｐ−メタライゼーション層を有して提供される。少なくとも一つのメタライゼーション層の厚さ及び／または幅は、活性領域の少なくとも一端の近傍の活性領域の一部における電流導入を、活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように選択される。少なくとも一つのメタライゼーション層の幅は、活性領域の幅よりも大きい。【選択図】図４ｄ
2016026410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部、
前端及び後端を有する前記ｎ−領域と前記ｐ−領域との間の活性領域、
前記ｎ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第一の導入部を有する第一のメタライゼーション層、並びに
前記第一のメタライゼーション層と対向し、前記ｐ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第二の導入部を有する第二のメタライゼーション層を備え、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の厚さ及び／または幅が、前記活性領域の少なくとも一端の近傍の活性領域の一部における電流導入を、前記活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように選択され、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅が、前記活性領域の幅よりも大きい、半導体レーザーダイオード。
【請求項２】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端近傍に前端部を備え、前記前端部が、前記活性領域の前端近傍の電流導入が前記活性領域の他のどの領域における電流導入と比較しても実質的に減少されるように構成される、請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項３】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さが、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の他のどの部分の厚さよりも薄い、請求項２に記載のレーザーダイオード。
【請求項４】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の抵抗が前記前端部において少なくとも一つの前記メタライゼーション層内の他のどの領域と比較しても増加されるように構成される、請求項２または３に記載のレーザーダイオード。
【請求項５】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端及び後端近傍の電流導入が前記活性領域の中間部における電流導入と比較して減少されるように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項６】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端近傍でほぼ均一な電流密度を提供するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項７】
前記活性領域が、前記前端近傍で拡張部を備え、前記拡張部が、減少された幅及び／または厚さを有する少なくとも一つの前記メタライゼーション層の一部によって覆われる、請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項８】
前記導入部が、前記活性領域の少なくとも一端から離れた少なくとも一つの前記メタライゼーション層の一部の上に位置されたワイヤーボンドを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項９】
前記活性領域の前端において少なくとも一つの前記メタライゼーション層と前記半導体部との間に、前記活性領域の前端における電流導入を遮断するための絶縁層をさらに備え、前記絶縁層が、前記活性領域内において非ポンプ端部を形成する、請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１０】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、第一の層及び第二の層を備え、前記第二の層が、前記第一の層よりも厚い、請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１１】
前記第二の層が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の後端部上で前記第一の層の少なくとも一部を覆う、請求項１０に記載のレーザーダイオード。
【請求項１２】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さが、少なくとも一つの前記メタライゼーション層内に絶縁ギャップを提供することによって減少される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１３】
前記活性領域の前端近傍の実質的に減少された電流導入が、サブマウントプロファイリングまたは前記ｐ−領域及び／または前記ｎ−領域の材料最適化、または少なくとも一つの前記メタライゼーション層の材料最適化によって発生される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１４】
フレアリッジダイオード、
非フレアリッジダイオード、及び
広域シングルエミッタ（ＢＡＳＥ）ダイオード、
からなる群から選択される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１５】
前記半導体部の前記ｐ−領域が、メタライズされたサブマウントと接合されるように構成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１６】
内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部、
前端及び後端を有する前記ｎ−領域と前記ｐ−領域との間の活性領域、
前記ｎ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第一の導入部を有する第一のメタライゼーション層並びに、
前記第一のメタライゼーション層と対向し、前記ｐ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第二の導入部を有する第二のメタライゼーション層を備える高出力レーザーダイオードを製造する方法であって、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅及び／または厚さをダイオードの長さに沿って、前記活性領域の少なくとも一端の近傍の前記活性領域の一部における電流導入を、前記活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように変更することを含み、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅が、前記ダイオードの長さに沿った前記活性領域の幅よりも大きい、方法。
【請求項１７】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層を、選択的成膜及び成膜後の選択的除去またはエッチングを備える群から選択されたパターニングプロセスによって製造することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記パターニングプロセスに用いられるマスクの形状を、前記メタライゼーション層の所定のパターンを得ることができるように選択することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さを、後端部と比較して減少させること、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前記後端部上にワイヤーボンドを備える少なくとも一つの前記導入部を位置させること、
サブマウントの形状を形成すること、または前記ｐ−領域及び／もしくは前記ｎ−領域の材料を最適化すること、及び
少なくとも一つの前記メタライゼーション層と前記半導体部との間の前記活性領域の前端に絶縁層を形成すること、
の一つまたはすべてによって、前記前端における電流導入が減少される、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザーダイオード、特に高出力レーザーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力レーザーダイオードは、特に、そのようなレーザーダイオードはファイバーポンピング及びその他の高出力レーザーダイオードの用途に使用することが可能であるため、光通信の技術において重要な素子である。これによって、全ての光ファイバー通信システムを、伝送される信号のあらゆる複雑な変換を避けて設計することが可能になり、そのようなシステムの信頼性と共に速度を向上させる。そのような高出力レーザーダイオードのその他の用途は、ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）の増幅器、印刷への応用及び医療への応用を含む。
【０００３】
典型的な半導体レーザーダイオード１００の概略が図１に示され、二つの半導体（ＡｌＧａＡｓ）クラッド層１０４及び１０５の間に挟まれた(歪み)量子井戸活性領域１０３から構成される。第一のクラッド層１０４は、初めに基板上に成長され、通常下方クラッド層として称され、典型的にはｎ型にドープされている。第二のクラッド層１０５は、活性領域１０３の成長後、二番目に基板上に成長され、通常上方クラッド層として称され、典型的にはｐ型にドープされている。レーザーダイオード１００は、二つの電極１０１及び１０２を含む。第一の電極メタライゼーション層（ｎ−メタライゼーション層）１０１は、第一のクラッド層１０４への電気的接触を提供し、第二の電極メタライゼーション層（ｐ−メタライゼーション層）１０２は、第二のクラッド層１０５への電気的接触を提供する。
【０００４】
多くの場合レーザーダイオード１００の出力端（通常、前端またはフロントファセットとして知られる）１０６において、作動中に形成される欠陥は、レーザーダイオードの損傷の原因であることが明らかにされている。これは、レーザーダイオードの前端へ向かって流れる最大電流に関して、レーザーキャビティに沿った固有の不均一な電流密度分布のためであると考えられている。レーザーキャビティ内の不均一な光子密度分布は、この不均一な電流密度の原因である。図２は、いくつかの高出力レーザーダイオードに関する光子密度分布２００、２０１及び２０２を示している。レーザーダイオードの直列抵抗が０ならば、この理想的な場合が存在できる。この場合、電流分布は、光子密度分布と一致するべきである。従って、図２から、レーザーダイオードの前端へ向かう電流密度は、後端へ向かうよりも２０倍程度大きくなる可能性があることが理解できる。そのような大きい電流密度は、レーザーダイオードの局所的な過熱につながる可能性があり、これもまた前端において支配的な欠陥形成の原因となる。この局所過熱は、信頼性に関する二次的な副作用を有する。
【０００５】
さらに、レーザーダイオード１００の有限な内部抵抗が、電流の不均一性の効果をある程度緩和する可能性があることが明らかにされている。分布する直列抵抗は、通常、レーザーダイオード１００のｐクラッド層１０５内に形成される。直列抵抗による電圧降下は、レーザーダイオード１００の軸にそった電流分布に関して負のフィードバックを提供する。しかしながら、レーザーダイオードの直列抵抗が増加すると、いくつかの動作特性に影響を与える。例えば、これは変換効率に負の影響を及ぼす。加えて、内部直列抵抗の増加は、つまりレーザーダイオード１００の層内のキャリア濃度の低下によって、レーザーダイオードの低い熱伝導材料内において熱の生成を増加させる。
【０００６】
特許文献１は、メタライゼーション層に付着する異なる型の電気的接続を用いることによりダイオードの前端への電流導入が減少した高出力レーザーダイオードを開示している。電気的接続は、「ワイヤーボンディング」によって形成されまたは構築されている。電気的接続に結合されたワイヤーの位置は、デバイスの前端における電流導入を減少させるように選択される。
【０００７】
その他の様々なワイヤーボンディングの構成が試行されているが、そのままでワイヤーボンディングの構成を改良することは、均一な電流分布を提供するのに不適切であることが分かっている。サブマウントプロファイリングのようなその他の技術もまた試行されているが、電流分布の長手方向の不均一性を完全に相殺するには弱すぎることが分かっている。
【０００８】
従って、信頼性を向上するために、レーザーダイオードの前端へ向かう均一な電流分布を発生させるその他の方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００７／０００６１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
均一な電流分布を提供するようなレーザーダイオードの単純な設計を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面に従えば、内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部並びに前端及び後端を有する前記ｎ−領域と前記ｐ−領域との間の活性領域を備える半導体レーザーダイオードが提供される。前記レーザーダイオードが、前記ｎ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第一の導入部を有する第一のメタライゼーション層及び前記第一のメタライゼーション層と対向し、前記ｐ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第二の導入部を有する第二のメタライゼーション層をさらに備える。少なくとも一つの前記メタライゼーション層の厚さ及び／または幅が、前記活性領域の少なくとも一端の近傍の活性領域の一部における電流導入を、前記活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように選択され、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅が、前記活性領域の幅よりも大きい。
【００１２】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端近傍に前端部を備えてもよく、前記前端部が、前記活性領域の前端近傍の電流導入が前記活性領域の他のどの領域における電流導入と比較しても実質的に減少されるように構成される。少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さが、前記メタライゼーション層の他のどの部分の厚さよりも薄くてもよい。
【００１３】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の抵抗が前記前端部において前記メタライゼーション層内の他のどの領域と比較しても増加されるように構成されてもよい。少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端近傍でほぼ均一な電流密度を提供するように構成されてもよい。少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端及び後端近傍の電流導入が前記活性領域の中間部における電流導入と比較して減少されるように構成されてもよい。
【００１４】
前記活性領域が、前記前端近傍で拡張部を備えてもよく、前記拡張部が、減少された幅及び／または厚さを有する少なくとも一つの前記メタライゼーション層の一部によって覆われる。前記導入部が、前記活性領域の少なくとも一端から離れた少なくとも一つの前記メタライゼーション層の一部の上に位置されたワイヤーボンドを備えてもよい。
【００１５】
レーザーダイオードが、前記活性領域の前端において少なくとも一つの前記メタライゼーション層と前記半導体部との間に、前記活性領域の前端における電流導入を遮断するための絶縁層をさらに備えてもよい。前記絶縁層が、前記活性領域内において非ポンプ端部を形成してもよい。
【００１６】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、第一の層及び第二の層を備えてもよく、前記第二の層が、前記第一の層よりも厚い。前記第二の層が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の後端部上で前記第一の層の少なくとも一部を覆ってもよい。少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さが、少なくとも一つの前記メタライゼーション層内に絶縁ギャップを提供することによって減少されたものであってもよい。
【００１７】
前記活性領域の前端近傍の実質的に減少された電流導入が、サブマウントプロファイリングまたは前記ｐ−領域及び／または前記ｎ−領域の材料最適化、または少なくとも一つの前記メタライゼーション層の材料最適化によって発生されてもよい。
【００１８】
前記レーザーダイオードが、フレアリッジダイオード、非フレアリッジダイオード、及び広域シングルエミッタ（ＢＡＳＥ）ダイオードからなる群から選択されてもよい。
【００１９】
前記半導体部の前記ｐ−領域が、メタライズされたサブマウントと接合されるように構成されてもよい。前記レーザーダイオードが、熱導波バランスを保つように、左右対称であってもよい。
【００２０】
本発明の他の一側面に従えば、内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部、前端及び後端を有する前記ｎ−領域と前記ｐ−領域との間の活性領域、前記ｎ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第一の導入部を有する第一のメタライゼーション層並びに、前記第一のメタライゼーション層と対向し、前記ｐ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第二の導入部を有する第二のメタライゼーション層を備える高出力レーザーダイオードを製造する方法が提供される。前記方法が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前記ダイオードの長さに沿った幅及び／または厚さを、前記活性領域の少なくとも一端の近傍の前記活性領域の一部における電流導入を、前記活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように変更することを含み、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅が、前記ダイオードの長さに沿った前記活性領域の幅よりも大きい。
【００２１】
前記方法が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層を、選択的成膜及び成膜後の選択的除去またはエッチングを備える群から選択されたパターニングプロセスによって製造することを含んでもよい。前記方法が、前記パターニングプロセスに用いられるマスクの形状を、前記メタライゼーション層の所定のパターンを得ることができるように選択することをさらに含んでもよい。
【００２２】
本発明がより完全に理解されうるように、本発明の多数の実施形態が、添付した図面を参照して、例としてここで開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】高出力レーザーダイオードの断面概略図である。
【図２】いくつかの高出力レーザーダイオードに関する理想的な光子密度を示す。
【図３】改良されたメタライゼーション層抵抗を有するレーザーダイオードの断面概略図である。
【図４ａ】図３に示されたタイプのレーザーダイオードの概略平面図である。
【図４ｂ】図３に示されたタイプのレーザーダイオードの概略平面図である。
【図４ｃ】図３に示されたタイプのレーザーダイオードの概略平面図である。
【図４ｄ】図３に示されたタイプのレーザーダイオードの概略平面図である。
【図５ａ】本発明のレーザーダイオード及び標準的なレーザーダイオードの長手方向軸に沿った電流密度分布の比較シミュレーションを示す。
【図５ｂ】本発明のレーザーダイオード及び標準的なレーザーダイオードの長手方向軸に沿った電位の比較シミュレーションを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明者は、高出力レーザーダイオード内の抵抗の意図的な増加が、副作用を有する可能性があることを認識しており、この副作用は、熱、順電圧及び散逸を増大させる。これらの全ては、結果的に電気―光学性能及び信頼性を低下させることになる可能性がある。しかしながら、極端な性能や信頼性が求められる場合には、均一な電流密度を確保する利点が、散逸によるどのような欠点をもはるかに上回る。レーザーダイオードの信頼性はダイオード内の「最も弱い」点によって決定される傾向にあるので、電流密度を低く均一に保つことは有益である。最も弱い領域の故障率は、電流密度に対して概略指数的な関係（Ｊ３−６）にあるため、これを制御することは特に有益である。例えば、デバイスの最も弱い領域における過剰な電流密度が１５％である場合、Ｊ５のとき故障率は２倍となる。有利には、本発明の第二のメタライゼーション層のパターニングまたは形状形成は、電流分布における必要な均一性を達成することが可能である。
【００２５】
図３は、ｐ−半導体クラッド層３０５、ｎ−半導体クラッド層３０４、半導体層３０４と３０５との間に挟まれた活性領域３０３、ｎ−半導体層３０４に接続されたｎ−メタライゼーション層３０１、及びｐ−半導体層３０５に接続されたｐ−メタライゼーション層３０２を含む高出力レーザーダイオード３００の概略断面図である。ｐ−メタライゼーション層３０２は、ｎ−メタライゼーション層３０４と比較してｐ−メタライゼーション層３０２内に形成された追加的な抵抗が存在するように形状を形成される。ｐ−半導体層３０５に対する電圧は、レーザーダイオードの軸に沿ってｐ−メタライゼーション層３０２を通してある有限な抵抗率で印加される。そのような電圧が印加されると、追加的な電圧降下がｐ−メタライゼーション層３０２内で発生し、その結果レーザーダイオード３００の前端３０６の近傍で電圧がより低くなる。ｐ−メタライゼーション層３０２の抵抗は、図４ａから４ｄを参照して議論されるように、ｐ−メタライゼーション層３０２の幅及び／または厚さを変更することによって制御できることは了解されるであろう。ｐ−メタライゼーション層の設計は、レーザーダイオードの前端近傍で均一な電流分布を達成することができるように変更することが可能である。
【００２６】
図４ａは、活性領域４０３を覆うｐ−メタライゼーション層４０２を含む図３に示されたタイプの高出力レーザーダイオード４００ａの概略平面図（スケールどおりではない）である。ｐ−メタライゼーション層４０２の幅は、活性領域４０３の幅よりも広い。レーザーダイオード４００ａの後端４１２に近いｐ−メタライゼーション層４０２は、そこを通ってメタライゼーション層４０２内へ、そして活性領域４０３内へ電流が導入されることができるワイヤーボンド４１３を含む。レーザーダイオード４００ａの前端４１１に近いメタライゼーション層４０２の領域にはワイヤーボンドは存在しない。ｐ−メタライゼーション層４０２は、前端４１１に近いこの層の幅が後端４１２に近い側と比べて減少されるように構成される。しかしながら、前端４１１に近いｐ−メタライゼーション層４０２の減少された幅もまた、活性領域４０３の幅よりも大きい。前端４１１に近いｐ−メタライゼーション層４０２の形状が、（ｐ−メタライゼーション層の幅を減少させることによって）後端４１２に近い側と比較して改善されるので、前端４１１に近い電流パスに沿った抵抗が増加し、そのため前端４１１に近い活性領域４０３内の電流導入が減少する。
【００２７】
図４ｂは、代替的なレーザーダイオード４００ｂの概略的な平面図である。図４ｂのレーザーダイオードの多くの特徴は、同じ参照番号を付した図４ａのレーザーダイオードの特徴、つまりｐ−メタライゼーション層４０２、活性領域４０３、ダイオードの前端及び後端４１１、４１２、並びにダイオードの後端４１２側のメタライゼーション層４０２上のワイヤーボンド４１３に類似している。しかしながら、前端４１１側では、ｐ−メタライゼーション層４０２は、絶縁ギャップ４１５を含む。結果として、前端４１１側のｐ−メタライゼーション層４０２の有効幅は、後端の幅と比較して減少される。このことは、結果的に前端４１１に向かう電流パスに沿った抵抗を増加させる。前端４１１側のｐ−メタライゼーション層４０２の幅もまた、活性領域４０３の幅よりも大きい。図４ｂのレーザーダイオードは、図４ａのレーザーダイオードと電気的に等価であることは了解されるであろう。
【００２８】
図４ｃは、代替的なレーザーダイオード４００ｃの概略的な平面図である。図４ｃのレーザーダイオードは、図４ａ及び４ｂのレーザーダイオードの特徴と類似した特徴、つまり、ｐ−メタライゼーション層４０２、活性領域４０３、レーザーダイオードの前端及び後端４１１、４１２、並びに後端４１２側のメタライゼーション層４０２上のワイヤーボンド４１３を有する。しかしながら、この実施形態においては、ｐ−メタライゼーション層４０２の厚さは、互いの上部に成膜された二つの層４０２ａ及び４０２ｂを独立に成膜することによって改善される。ｐ−メタライゼーション層４０２は、厚い金属層４０２ｂ及び薄い金属層４０２ａを含み、厚い金属層４０２ｂは、後端４１２に面する薄い金属層４０２ａの一部を覆うようにパターニングされる。ｐ−メタライゼーション層の厚さは、前端４１１側で相対的に薄く、結果的にレーザーダイオードの前端４１１に向かう電流パスに沿った抵抗を増加させる。
【００２９】
図４ｄは、代替的なレーザーダイオード４００ｄの概略的な平面図である。図４ｄの多くの特徴は、図４ｃの特徴、つまり、薄い層４０２ａ及び薄い層４０２ａの上部の厚い層４０２ｂを含むｐ−メタライゼーション層４０２、活性領域４０３、レーザーダイオードの前端及び後端４１１、４１２、並びに後端４１２側のメタライゼーション層４０２上のワイヤーボンド４１３と類似している。しかしながら、活性領域４０３は、前端４１１側において拡張構造（相対的に大きな幅を有する）を有している。前端４１１側における薄いメタライゼーション層４０２ｂの幅は、後端４１２側におけるそれと比較して減少している。しかしながら、前端４１１側における薄いメタライゼーション層４０２ａの幅は、活性領域４０３の拡張構造の幅よりもさらに大きい。前端４１１側におけるメタライゼーション層４０２ａは、活性領域４０３内の電流導入に関するいかなるワイヤーボンドも含まない。ダイオードの前端４１１において、薄いメタライゼーション層４０２ａと半導体クラッド層（図示されない）との間に、任意選択の絶縁層４２１が存在してもよい。この絶縁層４２１は、活性領域４０３内の電流導入を遮断し、非ポンプ端部（Ｕｎｐｕｍｐｅｄ  Ｅｎｄ  Ｓｅｃｔｉｏｎ，ＵＥＳ）が、ダイオードの前端４１１において形成される。電流導入は、後端４１２側において一定であるが、前端４１１における非ポンプ端部の近傍で、メタライゼーション層の厚さを減少させることにより（薄いメタライゼーション層４０２ｂの使用により）、及びメタライゼーション層の幅を減少させることにより、制御される。結果として、レーザーダイオードの前端４１１に向かう電流パスに沿った抵抗が増加し、そのため前端４１１側において電流導入が減少し、そこでは、絶縁層４２１が電流導入を完全に遮断するために提供される。
【００３０】
図４ａから４ｄを参照して説明されたレーザーダイオードのｐ−メタライゼーション層が、図４ａから４ｄに示された設計を組み合わせることによってパターニングされまたは形状形成されることが可能であることは了解されるであろう。図４ｄの非ポンプ端部を形成する絶縁層４２１もまた図４ａから４ｃのどの構成の前端４１１においても提供されうることも了解されるであろう。
【００３１】
図５ａは、パターニングされ、形状形成された（厚さ及び／または幅を減少させることによって）ｐ−メタライゼーション層を有するレーザーダイオードと、標準的なレーザーダイオードとの間の、電流密度の比較シミュレーションの結果を示す。形状形成されたメタライゼーションの異なる寸法によって達成される二つの異なる電流分布は、例えばメタライゼーション層の幅及び厚さを減少させることにより、設計の柔軟性を実証する。図に示すように、形状形成され及び／またはパターニングされたメタライゼーション層を有するレーザーダイオードの電流密度は（曲線５０１及び５０２によって示される）、標準的なデバイスのそれ（曲線５０３によって示される）と比較してより均一（長手方向軸の全体を通して）である。電流均一性におけるさらなる改善が、ｐ−メタライゼーション層の適切な形状形成によって達成されうることは了解されるであろう。
【００３２】
図５ｂは、図５ａに示されたレーザーダイオードに関する電圧分布５１１、５１２及び５１３のシミュレーションの結果を示す。前端への電流パスに沿った、より高い抵抗は、結果的に前端近傍（Ｘ軸＜１８００μｍ）のより低い残留電圧をもたらし、そのために、図５ａに示される、より均一な電流分布となる。
【００３３】
図４ａから４ｄを参照して説明されたデバイスのｐ−メタライゼーション層は、選択的成膜または成膜後の選択的除去（エッチング）のような周知の技術によって通常のようにパターニングされることが可能である。追加的なパターニング段階を導入する必要なく、ｐ−メタライゼーション層をパターニングする一つの可能な方法は、これらの成膜または除去技術において用いられるマスクの形状を改善することである。
【００３４】
設計の一つの可能性のある結果は、電流密度を均一にすることであるが、より具体的な特性が有利になるような状況がありうることが了解されるであろう。例えば、出力を最大化することまたは出力を妥協することによりさらに信頼性を増すことが必要でありうる。この場合、ｐ−メタライゼーション層のパターニングの柔軟性が、準独立に光学的特性及び電流密度特性の両方を調整する。
【００３５】
多くの応用例において、半導体部のｐ−領域をメタライズされたサブマウントにはんだによって接合することにより、さらなる有利な点が達成されうる。しかしながら、そのような状況においては、電流特性の特徴は、ショートとなるであろう。これを克服できるように、誘電体層及びメタライゼーションの第２層を提供することができる。
【００３６】
図４ａから４ｄを参照して説明されたレーザーダイオードの特徴が、非ポンプ端部およびＥ２ファセットコーティングのような、高出力ポンプデバイスに用いられるその他すべての特徴と両立できることは了解されるであろう。
【００３７】
前述の説明が、幅及び／または厚さが前端側における個々の段階で減少されるようなｐ−メタライゼーション層を有する構成に向けられており、区別できる「前方」及び「後方」領域を生じさせることは、注意されるであろう。しかしながら、ｐ−メタライゼーション層がまた、より連続的に、つまり個々の領域に分割されることなく、幅を変化させうることは了解されるであろう。
【００３８】
原理的に、長手方向の電流特性を制御するのに用いられることができる追加的な方法が、背部を部分的に覆う側方に配置される誘電体層を延設することにより、レーザーの背部の上部におけるメタライゼーションの幅を制限することであることは、さらに了解されるであろう。本発明は、実際に、これが誘電体の応力及び制御の点で不利な点を有するという理解された事実を有している。抵抗及び側方電流拡張効果は、非線形であり、局所的な材料特性に非常に依存する。加えて、応力の増大は誘電体材料から明らかとなり、追加的な信頼性の危険性をもたらす。
【００３９】
本発明が、前述したように好適な実施形態に関して説明されたが、これらの実施形態は単に例示的なものであり、特許請求の範囲はこれらの実施形態に限定されるものではないことは理解されるべきである。当業者であれば、添付された特許請求の範囲内において考えられる開示の観点において、改善及び代替を行うことが可能である。本明細書に開示されまたは例示された各特徴は、単一でまたは本明細書に開示されまたは例示された他のどのような特徴とも任意の適切な組み合わせで、本発明に組み込んでもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１００  典型的な半導体レーザーダイオード
１０１、１０２  電極
１０３  量子井戸活性領域
１０４、１０５  半導体クラッド層
２００、２０１、２０２  光子密度分布
３００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ  高出力レーザーダイオード
３０１  ｎ−メタライゼーション層
３０２、４０２  ｐ−メタライゼーション層
４０２ａ  薄い金属層
４０２ｂ  厚い金属層
３０３、４０３  活性領域
３０４  ｎ−半導体クラッド層
３０５  ｐ−半導体クラッド層
３０６、４１１  前端
４１２  後端
４１３  ワイヤーボンド
４１５  絶縁ギャップ
４２１  絶縁層
５０１、５０２、５０３  電流密度
５１１、５１２、５１３  電圧分布
【図１】
2016026410.tif 000003
【図２】
2016026410.tif 000004
【図３】
2016026410.tif 000005
【図４ａ】
2016026410.tif 000006
【図４ｂ】
2016026410.tif 000007
【図４ｃ】
2016026410.tif 000008
【図４ｄ】
2016026410.tif 000009
【図５ａ】
2016026410.tif 000010
【図５ｂ】
2016026410.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月6日(2015.11.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部、
前端及び後端を有する前記ｎ−領域と前記ｐ−領域との間の活性領域、
前記ｎ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第一の導入部を有する第一のメタライゼーション層、並びに
前記第一のメタライゼーション層と対向し、前記ｐ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第二の導入部を有する第二のメタライゼーション層を備え、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の厚さ及び／または幅が、前記活性領域の少なくとも一端の近傍の活性領域の一部における電流導入を、前記活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように選択され、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅が、前記活性領域の幅よりも大きく、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、少なくとも１つの絶縁ギャップを含む、半導体レーザーダイオード。
【請求項２】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端近傍に前端部を備え、前記前端部が、前記活性領域の前端近傍の電流導入が前記活性領域の他のどの領域における電流導入と比較しても実質的に減少されるように構成される、請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項３】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さの寸法が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の他のどの部分の幅及び／または厚さの寸法よりも小さい、請求項２に記載のレーザーダイオード。
【請求項４】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の抵抗が前記前端部において少なくとも一つの前記メタライゼーション層内の他のどの領域と比較しても増加されるように構成される、請求項２または３に記載のレーザーダイオード。
【請求項５】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端及び後端近傍の電流導入が前記活性領域の中間部における電流導入と比較して減少されるように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項６】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、前記活性領域の前端近傍でほぼ均一な電流密度を提供するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項７】
前記活性領域が、前記前端近傍で拡張部を備え、前記拡張部が、減少された幅及び／または厚さを有する少なくとも一つの前記メタライゼーション層の一部によって覆われる、請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項８】
前記導入部が、前記活性領域の少なくとも一端から離れた少なくとも一つの前記メタライゼーション層の一部の上に位置されたワイヤーボンドを備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項９】
前記活性領域の前端において少なくとも一つの前記メタライゼーション層と前記半導体部との間に、前記活性領域の前端における電流導入を遮断するための絶縁層をさらに備え、前記絶縁層が、前記活性領域内において非ポンプ端部を形成する、請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１０】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、第一の層及び第二の層を備え、前記第二の層が、前記第一の層よりも厚い、請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１１】
前記第二の層が、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の後端部上で前記第一の層の少なくとも一部を覆う、請求項１０に記載のレーザーダイオード。
【請求項１２】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さが、少なくとも一つの前記メタライゼーション層内に絶縁ギャップを提供することによって減少される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１３】
前記活性領域の前端近傍の実質的に減少された電流導入が、サブマウントプロファイリングまたは前記ｐ−領域及び／または前記ｎ−領域の材料最適化、または少なくとも一つの前記メタライゼーション層の材料最適化によって発生される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１４】
フレアリッジダイオード、
非フレアリッジダイオード、及び
広域シングルエミッタ（ＢＡＳＥ）ダイオード、
からなる群から選択される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１５】
前記半導体部の前記ｐ−領域が、メタライズされたサブマウントと接合されるように構成される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のレーザーダイオード。
【請求項１６】
内部に側方に離隔されたｎ−領域及びｐ−領域を有する半導体部、
前端及び後端を有する前記ｎ−領域と前記ｐ−領域との間の活性領域、
前記ｎ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第一の導入部を有する第一のメタライゼーション層並びに、
前記第一のメタライゼーション層と対向し、前記ｐ−領域に隣接し、その上部に配置されて前記活性領域内へ電流を導入するための第二の導入部を有する第二のメタライゼーション層を備える高出力レーザーダイオードを製造する方法であって、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅及び／または厚さをダイオードの長さに沿って、前記活性領域の少なくとも一端の近傍の前記活性領域の一部における電流導入を、前記活性領域の他の部分における電流導入と比較して制御できるように変更することを含み、少なくとも一つの前記メタライゼーション層の幅が、前記ダイオードの長さに沿った前記活性領域の幅よりも大きく、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層が、少なくとも１つの絶縁ギャップを含む、方法。
【請求項１７】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層を、選択的成膜及び成膜後の選択的除去またはエッチングを備える群から選択されたパターニングプロセスによって製造することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記パターニングプロセスに用いられるマスクの形状を、前記メタライゼーション層の所定のパターンを得ることができるように選択することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前端部の幅及び／または厚さを、後端部と比較して減少させること、
少なくとも一つの前記メタライゼーション層の前記後端部上にワイヤーボンドを備える少なくとも一つの前記導入部を位置させること、
サブマウントの形状を形成すること、または前記ｐ−領域及び／もしくは前記ｎ−領域の材料を最適化すること、及び
少なくとも一つの前記メタライゼーション層と前記半導体部との間の前記活性領域の前端に絶縁層を形成すること、
の一つまたはすべてによって、前記前端における電流導入が減少される、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
【外国語明細書】
2016026410000001.pdf