(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板材料と、
前記基板材料の上方に配置され、窒化ガリウムを含む合金を有し、多重量子井戸を構成している活性層であって、導波方向において周期的に領域を削除することで形成された周期的なティースを有する活性層と、
少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記活性層の下側にある下側閉じ込め層と、
少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記下側閉じ込め層の下側にある下側クラッド層と、
少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記活性層の上側にある上側閉じ込め層と、
前記下側閉じ込め層および上側閉じ込め層の少なくとも一方と前記活性層との間であって、前記活性層の上または下方向の端面上と、導波方向に対向する前記活性層の側面上と、前記活性層の前記ティース間の上下閉じ込め層間に、連続的に設けられ、分布型光学的フィードバックを提供するために、周期的なグレーティングを形成するため周期的に波形状に形成されたトンネルバリア層と、
少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記上側閉じ込め層の上側にある上側クラッド層と、
を備えることを特徴とする分布帰還型レーザ。
【請求項２】
前記グレーティングの周期が、出射波長の半分の整数倍に比例することを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型レーザ。
【請求項３】
更に、周期的に波形状に形成された活性層と上側閉じ込め層との間に、隣接する第２のトンネルバリア層を有することを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体構造に関している。本発明は、半導体レーザ構造に特にアプリケーションを有しており、より具体的には、分布型帰還を利用して半導体レーザを製造する方法に適用される。しかし、本発明はまた、他の同様のアプリケーションにも従うことに留意されたい。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザは、通常はIII−Ｖ族（長周期型１３−１５族）半導体材料から形成されている。そのようなレーザの特に有用な一つの形態は、分布型帰還（「ＤＦＢ」）を利用する。言い換えると、光学的なフィードバックが、レーザの空胴共振器全体に沿って生成される。例えば、そのようなフィードバックは、レーザ空胴共振器の長さ（長手方向）に垂直にストライプ（「ティース」）が設けられているＤＦＢ回折グレーティングによって供給される。しかし、そのようなレーザは、空間的ホールバーニング（長手方向に沿った光学利得の空間的変動）及び断熱チャーピングの影響を受ける傾向にある。より具体的には、これらのレーザは、利得飽和における空間的な変動のために、レーザの高反射ミラーの近傍における利得が比較的低くなる影響を受けるとともに、スペクトルの最大値の周囲での非対称な空間スペクトル強度の影響を受ける。さらに、そのようなホールバーニング及びチャーピングが今度は、他の現象の中でも、単一モード動作の望ましくない欠如、ならびに印加信号に対するレーザ応答の線形性の望ましくない欠如を生じさせる。
【０００３】
ＤＦＢレーザは、ファブリペロー型（「ＦＰ」）空胴共振器端面発光レーザに対して、ある種の利点を有している。第一に、ＤＦＢレーザの出射波長は、活性領域の近傍のグレーティングの周期によって選択される。第二に、ＤＦＢレーザ構造では、光学的に平滑な垂直ファセットは必要とされない。したがって、例えばＡｌＧａＮ合金のようなある種のIII−Ｖ族材料から形成されたＤＦＢレーザの端面ファセットは、同じ材料から形成されたＦＰレーザに比べて製造しやすいことがある。図１は、ｃ面サファイア１２の上に成長されたＧａＮレーザダイオード１０を描いている。一般的に、ＦＰレーザダイオード１０は、ｎ型層１４及びｐ型層１６を含んでいる。垂直ファセットミラー１８は、ｎ型層１４及びｐ型層１６を約２μｍの深さまでエッチングすることによって形成される。出力ビーム２２ａ、２２ｂは、ミラー１８から出射される。ｐ側コンタクト２４及びｎ側コンタクト２６は、それぞれｐ型層１６及びｎ型層１４に（ｎ型コンタクト層２８を通じて）電気的に接続されている。エッチング深さが限られているので、出力ビーム２２ｂは、部分的にビーム２２ｃとして基板１２内に屈折されるとともに、ビーム２２ｄとして部分的に反射される。
【０００４】
最近、ＩｎＧａＮベースの短波長半導体レーザに的を絞った多くの技術的努力が行われている。紫、青、及び緑のＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮレーザは、印刷、表示、及び光学的データ記憶を含むアプリケーションにおいて、特に有用であると期待されている。サファイア基板の上に（ＳｉＯ2マスク上でのラテラル過成長技術を使用して）成長された長寿命の紫及び青色ＩｎＧａＮレーザダイオードが実現されてきているが、ＩｎＧａＮの無欠陥金属有機物化学的気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）に関する主要な問題が、依然として存在する。また、レーザミラーの形成は、結晶面に沿ったへき開によってミラーが容易に形成される一般的な赤色及び赤外（「ＩＲ」）半導体レーザ材料（例えばＧａＡｓ）のようには、容易で簡単なものではない。空胴共振器のようなファブリペローよりもＤＦＢの利用を示唆する溝付き基板の上に成長されたレーザが、知られている。そのような溝付き基板は、ほぼ１００％のミラー反射率を有する高品質レーザ空胴共振器の製造を、はるかに容易なものにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
屈折率結合型ＤＦＢレーザは、ＧａＮレーザに対して製造されてきている。しかし、屈折率結合型ＧａＮレーザに対して必要とされる閾値電流密度は、比較的高い。現在までのところ、利得結合型ＤＦＢ  ＧａＮレーザは、実現されてきていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
分布帰還型レーザは、基板材料と、前記基板材料の上方に配置され、窒化ガリウムを含む合金を有し、多重量子井戸を構成している活性層であって、導波方向において周期的に領域を削除することで形成された周期的なティースを有する活性層と、少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記活性層の下側にある下側閉じ込め層と、少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記下側閉じ込め層の下側にある下側クラッド層と、少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記活性層の上側にある上側閉じ込め層と、前記下側閉じ込め層および上側閉じ込め層の少なくとも一方と前記活性層との間であって、前記活性層の上または下方向の端面上と、導波方向に対向する前記活性層の側面上と、前記活性層の前記ティース間の上下閉じ込め層間に、連続的に設けられ、分布型光学的フィードバックを提供するために、周期的なグレーティングを形成するため周期的に波形状に形成されたトンネルバリア層と、少なくともアルミニウム、インジウムのいずれかを含む窒化ガリウムの合金または窒化ガリウムを含み、前記上側閉じ込め層の上側にある上側クラッド層と、を備える。
【０００７】
本発明のある局面によれば、活性層は、１次元方向に量子化されたサイズを有する活性領域を含む。
【０００８】
本発明の他の局面によれば、周期的変動は、第１及び第２のクラッド層の少なくとも一方における厚さの変化によって生成される。
【０００９】
本発明の他の局面によれば、前記グレーティングの周期が、出射波長の半分の整数倍に比例する。
【００１０】
本発明のさらに限定された局面によれば、バッファ材料が、基板材料と第１及び第２のクラッド層の一方との間に堆積される。コンタクト材料が、第１及び第２のクラッド層の他方の上に堆積される。第１のコンタクトが、このコンタクト材料の上に堆積される。第２のコンタクトが、バッファ材料の上に堆積される。第１のコンタクトは、第２のコンタクトと電気的に連通している。
【００１１】
本発明の他の局面によれば、更に、周期的に波形状に形成された活性層と上側閉じ込め導波層との間に、隣接する第２のトンネルバリア層を有する。
【００１２】
本発明のさらに限定された局面によれば、アルミニウム組成が高いｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層が、周期的変動の一方の側の上に堆積されている。
【００１３】
本発明のさらに限定された局面によれば、第１のクラッド層は、周期的変動の中に延在して第２のクラッド層に接触している。
【００１４】
本発明のさらに限定された局面によれば、バリア層が第２のクラッド層と周期的変動との間に存在している。
【００１５】
本発明のさらに限定された局面によれば、周期的変動が第２のクラッド層の中に延在している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図２及び図３を参照すると、ＤＦＢレーザ１００は基板１０２を含む。好ましくは、基板１０２は導電性であり、高い熱伝導率を有している（例えばＳｉＣ）。しかし、サファイアが、最も広く使用されている基板材料である。バッファ層１０４が、ステップ１０１０にて基板１０２の上にエピタキシャル成長される。好ましくは、バッファ層１０４はＧａＮである。好ましくはＡｌＧａＮからなる下側クラッド層１０６が、ステップ１０１２にてバッファ層１０４の上に成長される。下側閉じ込め層１０８が、ステップ１０１４にて下側クラッド層１０６の上にエピタキシャル成長される。下側閉じ込め層１０８は好ましくはＧａＮであり、下側導波層として機能する。
【００１８】
好ましくはインジウム、ガリウム、及び窒素を含む（例えばＩｎＧａＮ）活性領域１１０が、ステップ１０１６にて下側閉じ込め層１０８の上に成長される。活性領域１１０は、好ましくは複数のＩｎxＧａ1-xＮ層を含み、これらはＧａＮ又はＩｎyＧａ1-yＮ（ｘ＞ｙ）の各層で隔てられている。ＩｎxＧａ1-xＮ活性層の厚さは、好ましくは、電子及び／又はホールに対して１次元で量子化された閉じ込めを達成するようなサイズを有している。上側閉じ込め層１１１の第１の部分が、ステップ１０１７にて活性層１１０の上に成長される。
【００１９】
ステップ１０１８にて、周期的凹凸グレーティングが活性領域１１０にエッチングされて、グレーティングティース１１６を形成する。ティース１１６は、上側閉じ込め層１１１の第１の部分及び活性領域１１０の両方にわたって、全体的にエッチングすることによって形成される。好ましくは、グレーティングティースの最大幅は、活性領域１１０にて量子化された閉じ込めを達成するようなサイズを有している。グレーティングのアスペクト比、深さ１２０、及び周期１２２がレーザ性能を最適化するように選択される点を理解されたい。例えば、グレーティングの整数倍は、ティース１１６の出射波長の約半分（１／２）に等しくてもよい。好ましくは、ホログラフィリソグラフィ及びＣＡＩＢＥを使用して、活性領域の多重量子井戸（「ＭＱＷ」）にグレーティングをエッチングする。しかし、他の技術もまた、利用可能である。
【００２０】
周期的アレイ内の各グレーティングティース１１６は、ＭＱＷによって形成される量子ワイヤの単一ファミリーとみなされ得る。しかし、１次反射グレーティングが約８０ｎｍの周期を有し、従来のようにエッチングされたティースのサイズが典型的にはその周期の約１／２であるので、そのような構造のディメンジョンは、空間量子化の効果を得るには恐らく大きすぎる。第２のディメンジョンにおける空間量子化を達成するためには、グレーティングティース１１６の幅を１次反射グレーティングに対する周期の約１／２よりも小さいレベルまで小さくする必要があることがある。この場合、ティースの間の空間はティースよりも幅広く、グレーティングは５０％よりも小さなデューティサイクルを有していると言われる。あるいは、空間量子化は、１次よりも小さな周期を有するグレーティングを製造することによって、５０％に近いグレーティングデューティサイクルで達成されることができる。この場合、グレーティングの１つ以上の周期内に、複数のグレーティングティースが存在する。すなわち、λoを光の波長、ｎeを材料の屈折率、Ｎを整数、及びΛをグレーティングの周期１２２とすると、Ｎλo／２ｎe＝Λとなる。グレーティングティース１１６の製造方法は、電子ビームリソグラフィーに基づいている。ＧａＮ及びＡｌＧａＮにおいて約８０ｎｍの周期及び約１００ｎｍの深さを有するグレーティングティースが、好適である。しかし、他の材料における他の周期及び深さも可能であることを理解されたい。
【００２１】
活性領域１１０の過成長がステップ１０２０にて実行されて、ティース１１６の間を上側導波層１１１で満たして埋め込む。好ましくは、ティース１１６は、ステップ１０２２にて過成長される約５０ｎｍの厚さを有するＧａＮにて満たされる。上側導波層は、好ましくはＭｇドープされている（ｐ型）が、ノンドープであることもできる。上側ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇクラッド層１２３が、ステップ１０２４にて成長される。下側クラッド層１０６及び上側クラッド層１２３の少なくとも一方における厚さの変化が、レーザ１００の内部で分布型光学的フィードバックを提供することを理解されたい。
【００２２】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１２４が、ステップ１０２６にて成長される。ほとんど１００％の反射率を提供する効率的なＤＦＢメカニズム、及び電流を低減する活性領域１１０のような量子ワイヤのために、レーザ１００は非常に低い閾値電流密度を有している。
【００２３】
好ましくは、グレーティング周期１２２は、活性領域１１０の量子井戸１１６の出射波長の半分（１／２）の整数倍である。あるいは、この波長は、グレーティング周期の整数倍である。いずれの場合においても、層１０６及び１２３の間に形成される導波路内の後進波及び前進波が結合されて、それによってＤＦＢを達成する。適切に設計されると、この結合の結果として非常に効率的な光学的フィードバックが得られて、それによって、レーザ１００のファセットに対するドライエッチング、へき開、またはポリッシュ、及び／又は付加的なＨＲコーティングによって平滑な垂直ミラーを形成する必要が無くなる。
【００２４】
ワイヤ状領域の内部における活性量子井戸１１０の局在化による利得の周期的変動は、グレーティングティース１１６が同じ屈折率を有する材料内に埋め込まれていても、非常に効率的な光学的結合を生成する。そのような利得結合型ＤＦＢレーザは、チップの端部における望ましくない反射に対する感受性がより低く、スペクトル阻止帯域のいずれの側においてもモードの縮退を示さないことが知られている。
【００２５】
図３及び図４を参照すると、レーザ１００は、より幅が広いメサの頂部に、共通リッジ導波路構造として形成されている。第１のコンタクト１２６（例えばｎ側コンタクト）が、ステップ１０２８にてバッファ層１０４の上に堆積される。それから、第２のコンタクト１２８（例えばｐ側コンタクト）が、ステップ１０３０にてキャップ層１２４の上に堆積される。第１及び第２のコンタクト１２６、１２８はそれぞれ、バッファ層１０４、下側及び上側クラッド層１０６、１２３、下側及び上側閉じ込め層１０８、１１１、活性領域１１０、及びキャップ層１２４を介して、互いに電気的に連通している。
【００２６】
図５、図６、及び図７を参照すると、ＧａＮ  ＤＦＢレーザ１５０は、活性領域１５４の上にグレーティングマスク１５２を含んでいる。好ましくは、グレーティングマスク１５２は誘電体材料（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ）を含んでいる。図２及び図４に示した実施形態におけるように、バッファ層１５６（例えばＧａＮ：Ｓｉ）は、ステップ１１１０にて基板層１５８（例えばサファイア）の上に堆積される。それから、下側クラッド層１６２（例えばＡｌＧａＮ：Ｓｉ）が、ステップ１１１２にてバッファ層１５６の上に成長される。下側閉じ込め層１６４（例えばＧａＮ）が、ステップ１１１４にて下側クラッド層１６２の上に成長される。下側閉じ込め層１６４は、好ましくはノンドープである。しかし、下側閉じ込め層１６４をＳｉドープとしても実現される。それから、活性領域１５４が、ステップ１１１６にて下側閉じ込め層１６４の上に堆積される。上側閉じ込め層１７０（例えばＧａＮ）が、ステップ１１１８にて活性領域１５４の上に成長される。上側閉じ込め層１７０は好ましくはＭｇドープされている（ｐ型）が、ノンドープであることもできる。
【００２７】
層１７２が、ステップ１１２０にて上側閉じ込め層１７０の上に成長される。好ましくは、層１７２は厚さ約２００ｎｍで、ｐ型ＧａＮを含んでいる。誘電体層１５２（例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ）が、ステップ１１２２にて層１７２の上に堆積される。誘電体層１５２は、好ましくは厚さ約５０ｎｍである。平行ストライプグレーティングが、ステップ１１２４にて誘電体層１５２にパターニングされる。付加的な層１７４（例えばＧａＮ：Ｍｇ）が、ステップ１１２６にてグレーティング１５２の上に成長される。この付加的な層１７４は、最初に、誘電体材料の開口窓１７６の中に成長され、それから、誘電体材料のグレーティング１５２の上方に、グレーティング１５２が覆われるまで延びていく。
【００２８】
誘電体グレーティング１５２の上方の合体した付加的な層１７４は、典型的には平滑であって、ボイドをほとんど有さない。好ましくは、グレーティング１５２のｒｍｓ粗さは約０．２５ｎｍである。この表面が付加的な層１７４の成長によって平坦化された後に、上側クラッド層１８０（例えばＡｌＧａＮ：Ｍｇ）が、ステップ１１２８にて成長される。それから、キャップ層１８２（例えばＧａＮ：Ｍｇ）がステップ１１３０にて成長される。
【００２９】
約４３０ｎｍのピーク波長を達成するために、３次グレーティング設計が選択される。約４３０ｎｍにおけるＳｉＯ2の屈折率が約１．５であり、且つＧａＮの屈折率が約２．６７であるとすると、ＳｉＯ2領域及びＧａＮ領域の厚さはそれぞれ約１００ｎｍ及び約１８５ｎｍになる。好ましくは、グレーティングは約２８５ｎｍの周期を有している。そのような狭いＳｉＯ2ストライプは、典型的にはラテラル成長技術を使用して容易にカバーされる。したがって、付加的なＧａＮグレーティング層１７４が厚くなりすぎることはない。ＳｉＯ2とＧａＮとの屈折率の差が比較的大きいために、短いグレーティング長さを使用して大きな光学的フィードバックが達成される。
【００３０】
グレーティングは、好ましくはホログラフィー技術又は電子ビーム（ｅビーム）リソグラフィを使用してパターニングされる。ホログラフィー技術を使用してＧａＮの上に形成された、周期約２５０ｎｍを有する短いグレーティングが例証されている。
【００３１】
図７は、図５に示されたレーザ１５０の側面図を描いている。付加的な層１７４、上側クラッド層１８０、及びキャップ層１８２が、リッジ１９８を形成している。リッジ１９８は、誘電体層１５２に垂直に位置合わせされている。ｐ側電極２００が、ステップ１１３２にてキャップ層１８２の上に堆積される。同様に、ｎ側電極２０２が、ステップ１１３４にてバッファ層１５６の上に堆積される。ｐ側電極２００及びｎ側電極２０２は、お互いに電気的に連通している。ＤＦＢグレーティングが空胴共振器に沿ってフォトンに対する高い光学的フィードバックを提供するので、平滑な垂直ファセットは必要ない。
【００３２】
図８は、図５に示された実施形態に対する代替的な実施形態を描いている。より具体的には、図８は、活性領域１９４の下に位置するグレーティング構造１９２を有するＧａＮ  ＤＦＢレーザ１９０を描いている。レーザ１９０のディメンジョン及び材料は、図５に描かれたレーザ１５０と同等であることを理解されたい。レーザ１９０が、図５に描かれたレーザを製造するために使用される方法と同様の方法によって製造されることを理解されたい。
【００３３】
図２及び図４〜８に示される実施形態では、ＩｎＧａＮ  ＭＧＷ活性領域は、ＧａＮによって完全に囲まれている。ＧａＮは、ＩｎＧａＮ活性領域（４００ｎｍのレーザ波長に対して約３．１ｅＶ）よりも高いバンドギャップエネルギー（例えば３．４ｅＶ）を有しているが、この差は、ある状況下では、注入された電子に対する適切な閉じ込めを提供しない。より具体的には、このエネルギー差は、レーザ発振閾値における高注入条件の間に、注入された電子の適切な閉じ込めを提供しないことがある。窒化物ＦＰレーザダイオードを満足いくように動作させるには、注入された電子を閉じ込めるために、アルミニウム組成が高いＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層をＭＱＷの上に配置する必要がある。この機能は、現在の技術水準の（state-of-the-art）レーザにおいては、ＱＷの直ぐ上に配置された２０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層によって達成されることが最も多い。あるいは、この機能を、ＱＷの直ぐ上にｐ型クラッド層が配置された非対称導波路構造によって達成することもできる。
【００３４】
図９（Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）に描かれているように、レーザ３０２の第１のエピタキシャル成長にＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層３００（例えばＡｌＧａＮ：Ｍｇ）を単純に含ませるだけでは、窒化物ＤＦＢレーザにおける注入キャリアの閉じ込めには十分ではない。より具体的には、伝導バンドダイアグラム３１０（図９（Ｂ））は、ＭＱＷに垂直な方向ＡＢにトンネルバリア層３００が存在していることを示している。しかし、トンネルバリア層は、（図９（Ｃ）の伝導バンドダイアグラム３１２に示されているように）ＭＱＷに平行な方向ＣＤには存在しない。したがって、ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層３００は、グレーティングティース３０６のＭＱＷ側壁３０４を覆わないので、注入された電子は横方向には閉じ込められず、さらに、電子は横方向に自由に漏れ出て行く。
【００３５】
図１０は、注入された電子の閉じ込めを増すための本発明のある実施形態における構造３５０を描いている。トンネルバリア３５２は、それぞれ下側及び上側閉じ込め層３５４、３５６の間のｐｎ接合全体に沿って存在している。言い換えると、トンネルバリア３５２は、過成長の間に堆積される。この実施形態では、付加的なトンネルバリア３６０が第１の成長に含まれており、バリア３５２が確実にＱＷの頂部の近傍に存在して、横断方向（量子井戸層に垂直な）閉じ込めのためのトンネルバリアとして機能するようにする。二つのトンネルバリア３５２、３６０が井戸３６２の頂部に位置していることに留意されたい。あるいは、初期成長がＱＷ３６２の直ぐ上で停止されるならば、付加的なトンネルバリアを無くして、トンネルバリア全体を過成長の開始時に堆積させてもよい。この場合には、高Ｍｇドープ窒化物内における少数キャリアとしての電子の拡散長さが非常に短いために、トンネルバリアは、ＱＷの極めて近傍に（すなわち約２０ｎｍよりも近く）位置される。
【００３６】
図１１は、電子閉じ込めを提供する代替的な構造３８０を描いている。ウエハ３８０は、上記の方法によって製造される。しかし、再成長は、上側導波路の残りの代わりにｐ型クラッド層３８２（例えばＡｌＧａＮ）で開始される。クラッド層３８２の高バンドギャップエネルギー及びｐ型ドーピングによって、グレーティングティースの側壁３８４に沿って十分な電子の閉じ込めが提供される。ウエハ３８０は、長波長側で例証されるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ構造に非常に類似しており、ｐ型ＩｎＰクラッド層がグレーティングの周囲に再成長される。同様の方法で、図１１に示された類似の窒化物にも、グレーティング３９２を直ぐ取り囲むようにｐ型クラッド層３８６の材料が組み込まれている。唯一の重要な相違点は、高バンドギャップ材料をＱＷ３９４の極めて至近に維持する必要がある点である。これより、付加的なＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層３９６が第１のエピタキシャル成長に含まれて、確実にＱＷ３９４に対して適切に配置されるようにする。引き続いて、第２の成長が、ｐ型クラッド層３８２又は図１０に示されるＡｌＧａＮ：Ｓｉトンネルバリア層のいずれかから開始される。
【００３７】
グレーティング３９２の周囲にｐ型クラッド層３８２が成長されている図１１に示されるウエハ３８０は、さらなる効果を提供する。より具体的には、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３８２は厚く成長され、ＡｌＧａＮは迅速に平坦化されることが知られている。平坦化される傾向は、成長中にクラックされた層の断面走査型電子顕微鏡写真にて観測されている。したがって、第１の再成長層の上側表面は、より平滑であると共に再成長界面（ＡｌＧａＮ：Ｍｇは典型的には約５００ｎｍ成長される）から除去されるので、グレーティング表面からの残存粗さは、いずれも比較的重要ではない。一方、再成長が厚さ約１００ｎｍのｐ型ＧａＮ導波路から開始されると、次の光学的表面は、ある程度の残存テクスチュアの影響を受ける可能性がある。したがって、図１０に描かれる理想的なプレーナ成長とは対称的に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層は、いくらかプレーナではない表面の上に堆積される。
【００３８】
図１２及び図１３は、漏れ電流を減らすための好適な構造４００、４５０をそれぞれ描いており、この漏れ電流は、図１１の構造におけるエッチングされた領域の底部におけるグレーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：Ｓｉ再成長界面を通る注入の結果である。図１１の構造に対して、接合のターンオン電圧は、キャリアをＱＷに注入する再成長ＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＩｎＧａＮ接合のターンオン電圧に比べて、約３００ｍｅＶほど大きいだけである。ターンオン電圧におけるこのようなわずかな差は、ＱＷよりもｎ型導波路へのキャリアの注入を抑制するためには、十分ではないと考えられる。
【００３９】
図１２を参照すると、アルミニウム組成の高いｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２が、ＱＷ４０４の下に堆積されている。グレーティングティース４０６がＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２の下までエッチングされると、ＡｌＧａＮ：Ｓｉ層４０２の上におけるＡｌＧａＮ：Ｍｇの再成長は、非常に高いターンオン電圧を有するｐｎ接合を形成する。したがって、ＱＷ４０４は、順方向バイアスの間に優先的に注入される。
【００４０】
あるいは、図１３を参照すると、ウエハ４５０は逆方向非対称導波路構造であり、ｐ型クラッド層ではなくｎ型クラッド層４５４に隣接してＭＱＷ４５２を有している。ｐ型導波路の厚さｔpは、光閉じ込めを最大にするように最適化されている。グレーティングティース４５６は、ｎ型ＡｌＧａＮ導波路４５８の中にエッチングされている。したがって、ＡｌＧａＮ：Ｍｇの過成長によって形成されるｐｎ接合は、図１１のｎ型ＧａＮの上における再成長に対して、より大きなターンオン電圧を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のＧａＮレーザダイオードを描いた図である。
【図２】  本発明に従ったレーザダイオードの断面図を描いた図である。
【図３】  図２及び図４に示されるレーザダイオードを製造するフローチャートを描いた図である。
【図４】  図２に示されるレーザダイオードの側面図を描いた図である。
【図５】  本発明の代替的な実施形態に従ったＤＦＢレーザを描いた図である。
【図６】  図５及び図７に示されるレーザダイオードを製造するフローチャートを描いた図である。
【図７】  図５に示されるレーザの側面図を描いた図である。
【図８】  本発明の他の代替的な実施形態に従ったＤＦＢレーザを描いた図である。
【図９】  トンネルバリア層を有するレーザダイオード及びそれに対応する伝導バンドダイアグラムを示す図であり、（Ａ）は、トンネルバリア層を有するレーザダイオードを描いた図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、 図９の（Ａ）に示されるレーザダイオードに対する伝導バンドダイアグラムを描いた図である。
【図１０】  注入された電子の閉じ込めを増すための本発明の実施形態における構造を描いた図である。
【図１１】  電子の閉じ込めを提供するための代替的構造を描いた図である。
【図１２】  エッチングされた領域の底部におけるグレーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：Ｓｉ再成長界面を通った注入の結果として生じる漏れ電流を低減する構造を描いた図である。
【図１３】  エッチングされた領域の底部におけるグレーティングティースの間のＡｌＧａＮ：Ｍｇ／ＧａＮ：Ｓｉ再成長界面を通った注入の結果として生じる漏れ電流を低減する他の構造を描いた図である。
【符号の説明】
１００  ＤＦＢレーザ、１０２  基板、１０４  バッファ層、１０６  下側クラッド層、１０８  下側閉じ込め層、１１０  活性領域、１１１  上側閉じ込め層、１１６  グレーティングティース、１２０  グレーティングの深さ、１２２グレーティングの周期、１２３  上側クラッド層、１２４  ｐ型コンタクト層。
【図１】
0004901006.tif 000002
【図２】
0004901006.tif 000003
【図３】
0004901006.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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