JP4227749B2

JP4227749B2 - Ｐ型電極と活性層との間に効果的な正孔拡散のためのスペーサを備えるＧａＮ面発光レーザダイオードおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4227749B2
Application number: JP2002018803A
Authority: JP
Inventors: 容助朴; 鏡虎河; 憲秀田; 時賢朴
Original assignee: 三星電機株式会社
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: CN1369940A; US6754245B2; KR100374796B1; EP1233493B1; JP2002237653A; CN1245789C; EP1233493A3; US20020105988A1; EP1233493A2; US6990134B2; KR20020064521A; US20040190581A1; DE60236474D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族窒化物を使用して製作されるＧａＮ系面発光レーザダイオードおよびその製造方法に係り、詳しくはＰ型電極と活性層との間に正孔の効果的な拡散のためのスペーサを備えるＧａＮ面発光レーザダイオードおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ系面発光レーザダイオードは、一般に図１に示すように、ＩｎＧａＮ多重量子ウェル（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌ）で形成された活性層１１と、その下部および上部に各々ｎ−ＡｌＧａＮおよびｐ−ＡｌＧａＮキャリヤ制限層１２、１３を有する共振器１０とを備え、共振器１０の上下に各々反射率がおよそ９９％であるＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）２０、３０を備えている。
【０００３】
このＤＢＲはほぼ同一の格子定数を有する半導体物質を使用してエピタキシャル成長する場合と誘電体を使用する場合とに大別される。前者の場合、半導体層を通じて電流注入が可能なので薄膜質に優れるという長所がある。この際、使用可能な半導体物質は、発振波長よりバンドギャップエネルギーが大きく、吸収が起こってはならず、二つのＤＢＲを構成する半導体物質間の屈折率差が大きいほど有利である。
【０００４】
図１に示すように、ＧａＮ系の面発光半導体レーザダイオードの場合、ＤＢＲ２０、３０として使用可能な半導体材料にはＧａＮ２２、３２とＡｌＧａＮまたはＡｌＮ２１、３１等が挙げられる。
【０００５】
これらのうちＡｌの含量が３０％以上であるＡｌＧａＮとＡｌＮ等は、バンドギャップエネルギーがあまり大きく、これらを含むＤＢＲを通じて電流を注入する場合、駆動電圧が非常に高くなるため発熱による問題が生じる。また、それだけではなく、ＡｌＧａＮ系列の物質は屈折率差が小さく、ＤＢＲを構成する場合、発振に要求される高反射率を得るため数十層以上に多重積層をしなければならない。
【０００６】
さらに、高反射率領域の波長幅が非常に狭く、面発光半導体レーザダイオードの設計が困難であり、共振器１０の厚さが少しでも外れるか、あるいは活性層１１の組成が少しでも変わると発振条件を満足できない。
【０００７】
これにより、ＤＢＲ層として化合物半導体の代わりに誘電物質が多く利用されるが、この際にはＤＢＲを通じて直接電流の注入が不可能なのでＤＢＲ周囲に別途の電極（図示せず）が備えられる。
【０００８】
この際、電子は移動度が高く、ｎ型電極と活性層との間に備えられるｎ型化合物半導体層のドーピング濃度も高められる。一方、正孔の場合には移動度が電子に比べて低く、ｐ型電極と活性層との間に形成されたｐ型化合物半導体のドーピングも高められないので電流注入が困難である。このように、レーザ出力窓の周りに電極が設けられているため、出力窓の中心に正孔を円滑に拡散し難く、その結果、効果的なレーザ発振特性が得られにくい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、レーザ出力窓の中央部まで正孔を効果的に拡散させて安定的な光モードが確保できるＧａＮ面発光レーザダイオードを提供するところにある。
本発明の他の目的は、このようなＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、活性層と、前記活性層を中心に対向するｐ型およびｎ型物質層と、前記ｎ型物質層上に形成された第１ブラッグ反射層と、レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能なように、前記ｎ型物質層を介して該活性層に連結されるｎ型電極と、前記ｐ型物質層上に形成されており、正孔が前記活性層の中心部へ円滑に移動できる程度の厚さを有しながら前記第１ブラッグ反射層に対応する領域上にレーザ放出窓を備えるスペーサと、前記レーザ放出窓上に形成された第２ブラッグ反射層と、レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能なように、前記ｐ型物質層を介して該活性層に連結されるｐ型電極とを備えることを特徴とする面発光レーザダイオードを提供する。
【００１１】
この際、前記レーザ放出窓は前記スペーサにより現れるレーザ特性低下が補償できるように曲率が設計されたレンズ形である。また、前記スペーサは、一部の領域に突出した突出部分を有し、該突出部分の上部面に前記レーザ放出窓が形成されている。
【００１２】
前記ｐ型電極は前記スペーサの突出部分の側面を覆うように備えられている。前記スペーサは前記ｐ型物質層上に形成された第１スペーサと、前記第１スペーサ上に形成されており、前記レーザ放出窓を備えると共に、周りに前記ｐ型電極を備える第２スペーサとを含む。前記第２スペーサは前記の特性を有するレーザ放出窓を有する突出形である。前記第１および第２スペーサのうち選択されたいずれか一つはｐ型導電性不純物がドーピングされた基板、または、ドーピングされていない基板である。
【００１３】
前記他の目的を達成するために、本発明は、基板上にレイジングのためのｐ型物質層、活性層およびレイジングのためのｎ型物質層を順次に形成する第１段階と、前記ｎ型物質層上に周りにｎ型電極を備える第１ブラッグ反射層を形成する第２段階と、前記基板の底面に基板の存在により現れるレーザの特性低下が補償できるようにレーザ放出窓を形成する第３段階と、前記レーザ放出窓周りの前記基板の底面上にｐ型電極を形成する第４段階と、前記レーザ放出窓上に第２ブラッグ反射層を形成する第５段階とを含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造方法を提供する。
【００１４】
この際、第２段階は前記ｎ型物質層上に導電層を形成する段階と、前記導電層上に前記第１ブラッグ反射層が形成される領域を露出させるマスクパターンを形成する段階と、前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記導電層の露出された部分を除去する段階と、前記導電層の露出された部分が除去された領域に第１ブラッグ反射層を形成する段階と、前記マスクパターンを除去する段階とをさらに含む。
【００１５】
前記第３段階で前記レーザ放出窓は前記レーザの特性低下が補償できる（レーザ回折を相殺させる）曲率を有するレンズ形に形成するのが望ましい。前記マスクパターンを加工する段階は前記マスクパターンをリフローさせて前記マスクパターンを前記曲率を有するレンズ形に加工する。
【００１６】
前記基板は第１および第２基板を含む複層に形成する。この際、前記加工されたマスクパターンが形成された前記基板の底面全面のエッチングは前記第２基板が露出されるまで遂行する。
【００１７】
前記基板はｐ型導電性不純物がドーピングされたｐ型基板、またはドーピングされていない基板である。
【００１８】
前記第１および第２基板のうちいずれか一つは、ｐ型導電性不純物がドーピングされたｐ型基板、または、ドーピングされていない基板である。
【００１９】
前記第１基板は、ガリウムナイトライド系列の物質を成長させる基板であり、前記第２基板は、ｐ型スペーサである。
【００２０】
一方、本発明は、前記他の目的を達成するために、基板上にレイジングのためのｎ型物質層、活性層、レイジングのためのｐ型物質層およびｐ型スペーサを順次に形成する第１段階と、前記ｐ型スペーサの所定厚さを限定してレーザ放出窓を形成する第２段階と、前記レーザ放出窓の周りの前記ｐ型スペーサ上にｐ型電極を形成する第３段階と、前記レーザ放出窓上にブラッグ反射層を形成する第４段階と、前記基板を除去する第５段階と、前記ｎ型物質層底面の所定領域上にブラッグ反射層を形成し、その周りにｎ型電極を形成する第６段階とを含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造方法も提供する。
【００２１】
この際、前記基板は、ｎ型基板またはサファイア基板である。また、前記レーザ放出窓は、前記ｐ型スペーサの存在により現れるレーザの特性低下が補償できるように形成することが望ましい。
【００２２】
本発明は、ｐ型電極と活性層との間に正孔を活性層に円滑に移動させるためのスペーサを備え、スペーサの一部の表面にスペーサ導入による回折を相殺させるか、あるいは活性層でのレーザモード半径を最小化させるようなブラッグ反射層を備える面発光レーザダイオードを提供するので、本発明を用いる場合に活性層の中心に電子および正孔の円滑な供給が可能であり、レーザ発振のための臨界電流値を低めながらもレーザのエネルギー変換効率を高めることができ、安定した横モード特性を有するレーザを発振させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例によるｐ型電極と活性層との間に効果的な正孔拡散のためのスペーサを備えるＧａＮ面発光レーザダイオードおよびその製造方法を詳細に説明する。
【００２４】
図面に示される層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張されている。また、下記の説明で便宜上活性層の面を第１および第２面に区分するが、第１面はレイジングのための第１物質層と接触する面とし、第２面はレイジングのための第２物質層と接触する面とする。
【００２５】
先ず、ＧａＮ面発光レーザダイオードについて説明する。
【００２６】
＜第１実施例＞
図２を参照すれば、本発明の実施例によるレーザダイオードは、電圧が印加されることにより、レイジングが起こる活性層４０と、これを中心に対向するように備えられたレイジングのためのｐ型およびｎ型物質層ｍ１、ｍ２とを備える。
【００２７】
ｎ型物質層ｍ２は、活性層４０の底面上に順次に形成されたｎ型障壁層４１およびｎ型化合物の半導体層４３を含む。ｎ型障壁層４１は、ｎ型化合物の半導体層４３よりバンドギャップが低く、活性層４０よりはバンドギャップが高い物質層であることが望ましい。
【００２８】
例えば、ｎ型障壁層４１は、ｎ型導電性にドーピングされた半導体層であり、Ａｌを所定比率に含有するｎ−Ａｌ_xＧａ_1-XＮ層であることが望ましい。また、ｎ型化合物半導体層４３もやはりｎ型導電性にドーピングされた化合物半導体層であり、例えばｎ−Ａｌ_xＧａ_1-XＮ層が望ましい。ｎ型障壁層４１およびｎ型化合物半導体層４３は、上記物質層のほかにドーピングされていない物質層であっても差し支えない。
【００２９】
活性層４０は、直接レイジングが起こる物質層なので、レイジングが可能な物質層であることが望ましく、その中でもＭＱＷ構造を有するＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物の半導体層であることが望ましい。
【００３０】
一方、レイジングのためのｐ型物質層ｍ１もやはり複数の化合物半導体層を含み、例えば活性層４０上に順次に形成されたｐ型障壁層４２およびｐ型化合物の半導体層４４を含む。
【００３１】
ｐ型障壁層４２は、ｎ型障壁層４１と同一な物質層であることが望ましいが、導電性不純物を含む場合には反対の電気的特性を示すドーピング物質を含むことが望ましい。ｐ型化合物の半導体層４４もやはりｎ型化合物半導体層４３と同一な物質層であることが望ましいが、ドーピング物質を含む場合には反対の電気的特性を示すドーピング物質を含むことが望ましい。しかし、これら物質層もドーピングされていない物質層であっても差し支えない。
【００３２】
ｎ型物質層ｍ２のｎ型化合物半導体層４３の一部の領域下にｎ型電極４７が備えられており、残りの領域は、第１ブラッグ反射層４９により覆われている。ｎ型電極４７は、様々な形をとることができ、全方向への均一なキャリヤ供給を考慮すれば、第１ブラッグ反射層４９の周りに対称的な形で備えられることが望ましく、図示していないが、円環状に備えられることがさらに望ましい。
【００３３】
第１ブラッグ反射層４９は、およそ９９％の高反射率を有する物質層であり、所定の誘電定数を有する複層の誘電物質層である。例えば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ₂等である。
【００３４】
ｐ型物質層ｍ１のｐ型化合物の半導体層４４上にスペーサ４８、望ましくはｐ型スペーサが備えられている。スペーサ４８は、活性層４０の中心にキャリヤ、すなわち正孔を円滑に供給するための物質層であり、ｐ型導電性不純物がドーピングされた物質層か、またはドーピングされていない物質層である。ここで、スペーサ４８は、レイジングのための電圧印加時にレーザの中心部、即ち活性層４０の中心部まで十分な量の正孔が到達できる厚さであることが望ましい。
【００３５】
一方、スペーサ４８は、第１ブラッグ反射層４９に対応する領域に突出された部分４８ａ（以下、突出部４８ａという）を備える。突出部４８ａの上部の表面にはレーザ放出窓４８ｂが備えられている。突出部４８ａの周りにはｐ型電極５０が形成されている。
【００３６】
ｐ型電極５０は、順方向へ電圧が印加される時に活性層４０へ正孔の移動を誘発する電極であって、突出部４８ａの周りに備えられている。ｐ型電極５０の形は、ｎ型電極４７と同一形状であることが望ましい。
【００３７】
スペーサ４８を備えることは、十分な量の正孔を活性層４０の中心部まで拡散させることに効果的であるが、その存在により活性層４０で発振されるレーザの特性が低下する現象が現れる可能性がある。したがって、レーザ放出窓４８ｂは、このようなレーザ特性の低下が補償できる形状であることが望ましい。
【００３８】
例えば、レーザ放出窓４８ｂはスペーサ４８の存在により現れるレーザ回折を相殺させるか、または活性層４０の中心でレーザモードの半径を最小化させる曲率を有する凸レンズなどのレンズ形であることが望ましい。
【００３９】
レーザ放出窓４８ｂは、第２ブラッグ反射層５２により覆われており、第２ブラッグ反射層５２は第１ブラッグ反射層４９と同様に高反射率を有する所定の誘電定数の誘電物質を含む。
【００４０】
レーザ放出窓４８ｂの望ましい形態については図４および図５を参照して説明する。
【００４１】
図４は、スペーサ４８の厚さＺ、活性層４０でのレーザモードの最小半径Ｗｏ、レーザ放出窓４８ｂの曲率半径Ｒ、レーザ放出窓４８ｂ表面でのレーザモード半径Ｗの間の関係を示す。
【００４２】
図５は、スペーサ４８の厚さＺの変化によるレーザ放出窓４８ｂの曲率半径Ｒおよびその表面でのレーザモード半径Ｗの変化を示した第１および第２グラフＧ１、Ｇ２であって、スペーサ４８の厚さＺが薄くなるほどレーザ放出窓４８ｂの表面でのレーザモード半径Ｗは縮まることが分かり、前記曲率半径Ｒはスペーサ４８の厚さＺが２００μｍ〜２５０μｍである時、最も縮まるということが分かる。
【００４３】
図４および図５を参照することにより、活性層４０の中心でレーザモードの最小半径Ｗｏを得られるスペーサ４８の厚さＺおよびレーザ放出窓４８ｂの曲率半径Ｒが計算できる。
【００４４】
＜第２実施例＞
図３に示すように、ｐ型物質層ｍ１上にｐ型スペーサ５４が備えられており、ｐ型スペーサ５４の第１ブラッグ反射層４９に対応する領域上に、分離された突出部４８ａ’が第１実施例の突出部と同一な形状に備えられている。Ｐ型電極５０は、突出部４８ａ’を覆うようにｐ型スペーサ５４の上に備えられている。
【００４５】
次は、上記構造を有する本発明の実施例による面発光レーザダイオードの製造方法について説明する。
【００４６】
＜第１製造方法例＞
図６乃至図１３は、本発明の第１製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【００４７】
具体的に、図６を参照すれば、ｐ型基板１００の上にｐ型化合物の半導体層１０２およびキャリヤ制限のためのｐ型障壁層１０６を順次に形成してレイジングのためのｐ型物質層Ｍ１を形成する。ｐ型障壁層１０６の上に活性層１０８を形成する。
【００４８】
活性層１０８の上にｎ型障壁層１１０およびｎ型化合物半導体層１１２を順次に形成してレイジングのためのｎ型物質層Ｍ２を形成する。ここで、ｐ型およびｎ型物質層Ｍ１、Ｍ２は、図２の説明過程で記述したｐ型およびｎ型物質層ｍ１、ｍ２と同一であり、活性層１０８もやはり図２の活性層４０と同一な物質層であるため、これらに関する説明は略する。
【００４９】
続けて、ｎ型物質層Ｍ２の上に導電層１１５を形成した後、導電層１１５の上に第１ブラッグ反射層が形成される領域を露出させるマスクパターン１１８を形成する。マスクパターン１１８は感光膜パターンのようなソフトマスクパターン、またはシリコン酸化膜やニッケルＮｉ層パターンのようなハードマスクパターンで形成する。
【００５０】
図７を参照すれば、マスクパターン１１８をエッチングマスクとして導電層１１５の露出された部分を除去する。これにより、ｎ型物質層Ｍ２の上に導電層パターン１１６（以下、‘ｎ型電極１１６’という）が形成される。ｎ型電極１１６は様々な形状に形成できるが、キャリヤ（電子）の移動を考慮して、露出された領域を中心に対称的に形成するのが望ましい。例えば、ｎ型電極１１６は円環状に形成するのが望ましい。
【００５１】
ｎ型物質層Ｍ２の露出された領域上、すなわち、ｎ型電極１１６が形成された領域を除外した残りの領域上に第１ブラッグ反射層１２０を形成する。この際、第１ブラッグ反射層１２０はマスクパターン１１８の上にも形成される。第１ブラッグ反射層１２０は、図２の第１ブラッグ反射層４９と同一なものであるので、その説明は略する。
【００５２】
そして、マスクパターン１１８を除去しつつマスクパターン１１８の上に形成された第１ブラッグ反射層１２０も共に除去する。この際、マスクパターン１１８を除去するのに使用されるケミカルは、第１ブラッグ反射層１２０のエッチングに使用するケミカルと全く違うものなので、ｎ型物質層Ｍ２の露出された領域上に形成された第１ブラッグ反射層１２０はマスクパターン１１８を除去する工程で影響を受けない。これにより、ｎ型物質層Ｍ２の上に電極１１６と共に第１ブラッグ反射層１２０が形成される。
【００５３】
図８を参照すれば、第１ブラッグ反射層１２０およびｎ型電極１１６が形成された結果物を上下逆さにしてｐ型基板１００の底面が上面になるようにする。ｐ型基板１００の底面上に第１ブラッグ反射層１２０に対応する領域を限定するマスクパターン１２２を形成する。
【００５４】
マスクパターン１２２は、図６のマスクパターン１１８と同一な物質層から形成する。但し、マスクパターン１２２は、図９に示すようなレンズ形にリフロー（ｒｅｆｌｏｗｉｎｇ）されるので、ハードマスクパターンよりソフトマスクパターンに形成するのが望ましい。
【００５５】
マスクパターン１２２は、後でｐ型基板１００をエッチングする過程で共にエッチングされることにより、マスクパターン１２２の形状がｐ型基板１００に転写されるので、ｐ型基板１００のエッチング選択比よりも小さくない、例えば、ｐ型基板１００のエッチング選択比とほぼ同一のエッチング選択比を有することが望ましい。
【００５６】
続けて、マスクパターン１２２を所定の温度でリフローさせて、図９に示すような所定の曲率を有するレンズ形のマスクパターン１２２ａに変形させる。レンズ形のマスクパターン１２２ａをエッチングマスクとしてｐ型基板１００の露出された部分をエッチングすることにより、ｐ型基板１００にレンズ形のマスクパターン１２２ａが有する曲率と同一の曲率を有するレンズ面を形成する。
【００５７】
これにより、ｐ型基板１００の底面に活性層１０８から放出されるレーザを外部へ放出できるレーザ放出窓１００ｂが形成され、レーザ放出窓１００ｂの表面はレンズ形のマスクパターン１２２ａが有する曲率と同一の曲率を有する。
【００５８】
この状態でレーザ放出窓１００ｂの周りに電極を形成することもできるが、望ましくは、ｐ型基板１００の露出された部分が所定の厚さ分除去されるまでエッチングを遂行して図１０に示すようにｐ型基板１００の上面に突出部１００ａを形成した後、その周りに電極を形成する。
【００５９】
具体的には、図１１に示すように突出部１００ａの全面にマスクパターン１２４を形成する。マスクパターン１２４をエッチングマスクとして突出部１００ａの周りのｐ型基板１００上およびマスクパターン１２４の上部面に導電層１２６を形成する。しかし、導電層１２６のうちマスクパターン１２４の上部面に形成されたものはマスクパターン１２４を除去する過程で共に除去される。
【００６０】
この際、導電層１２６のうち突出部１００ａの周りのｐ型基板１００上に形成された部分は、上述のような理由でマスクパターン１２４を除去する過程で影響を受けない。これにより、導電層１２６は、突出部１００ａの周りのｐ型基板１００の上にだけ突出部１００ａの側面を覆う形で残る。こうして残った導電層１２６は、ｐ型電極に使用される。導電層１２６を以下ではｐ型電極１２６という。
【００６１】
ｐ型電極１２６もやはりｎ型電極１１６と同様に電極印加が可能であれば、多様な形態で形成できるが、ｎ型電極１１６のように対称的に形成するのが望ましい。さらに望ましくは、ｐ型電極１２６をｎ型電極１１６と同一の円環状に形成する。
【００６２】
図１２に示すように、ｐ型電極１２６が形成された結果物上にマスク層（図示せず）を形成した後、パターニングしてｐ型電極１２６を覆い、その間の突出部１００ａの上部表面には露出させるマスクパターン１２８を形成する。マスクパターン１２８をエッチングマスクとして露出された突出部１００ａの上部の表面上に第２ブラッグ反射層１３０を形成する。
【００６３】
この際、マスクパターン１２８の上にも第２ブラッグ反射層１３０が形成される。第２ブラッグ反射層１３０は、図２の説明で述べた第２ブラッグ反射層５２と同一なので、これについての説明は略する。
【００６４】
マスクパターン１２８の上に形成された第２ブラッグ反射層１３０は、マスクパターン１２８を除去する過程で共に除去される。これにより、図１３に示すように突出部１００ａのレンズ形である上部の表面上に第２ブラッグ反射層１３０を有し、その周りにｐ型電極１２６を有し、ｐ型電極１２６と活性層１０８との間でｐ型基板１００をスペーサとする面放出レーザダイオードが形成される。
【００６５】
このように、ｐ型電極１２６と活性層１０８との間に、スペーサの役割を果たし、レーザダイオードを構成する他の物質層に比べて相対的に厚いｐ型基板１００が存在することにより、ｐ型電極１２６から活性層１０８の中心部までの正孔の拡散が容易であり、活性層１０８の中心部にレイジングに必要な十分な量の正孔を円滑に供給することが可能になるものの、活性層１０８から放出されたレーザの特性が低下する現象が現れる可能性がある。
【００６６】
例えば、レーザの回折が発生する。したがって、突出部１００ａのレーザ放出窓１００ｂは、ｐ型スペーサとして使用されるｐ型基板１００の存在により現れるレーザの特性低下が補償できる形に形成するのが望ましく、こうした次元で、突出部１００ａの上部表面、即ちレーザ放出窓１００ｂを前記レーザ特性低下が補償できるように設計した曲率を有するレンズ形に形成するのが望ましい。言い換えれば、前記レーザ放出窓１００ｂは回折されるレーザを活性層１０８の中心に集めるのに適した曲率を有するように設計するのが望ましい。
【００６７】
＜第２製造方法例＞
第２製造方法例は、基板を単層ではない複層基板、例えば順次に形成された第１および第２基板を含む複層基板に形成する製造方法例に関するものであり、下記のように第１基板は基板１０１に対応し、第２基板は基板１０１上に形成されたｐ型スペーサ１４０に対応する。
【００６８】
具体的に、図１４に示すように基板１０１上にＰ型スペーサ１４０を厚く形成する。この際、基板１０１は、ｐ型基板に形成しても差し支えないが、ガリウムナイトライドやその系列の異なる物質を成長させることができる基板で形成するのが望ましく、例えばサファイア基板またはＳｉＣ基板で形成することが望ましい。
【００６９】
ｐ型スペーサ１４０上にレイジングのためのｐ型物質層Ｍ１として、ｐ型化合物の半導体層１０２およびキャリヤ制限のためのｐ型障壁層１０６を形成する。ｐ型スペーサ１４０またレイジングのためのｐ型物質層Ｍ１に含める。ｐ型障壁層１０６の上に活性層１０８を形成し、レイジングのためのｎ型物質層Ｍ２としてｎ型障壁層１１０およびｎ型化合物半導体層１１２を順次に形成する。
【００７０】
続けて、第１製造方法例に従ってｎ型化合物半導体層１１２の上に導電層１１５を形成した後、マスクパターン１１８を用いて図１５に示すようにｎ型電極１１６を形成し、第１ブラッグ反射層１２０を形成する。
【００７１】
そして、マスクパターン１１８を除去する。この後、結果物を上下逆さにして基板１０１の底面に突出部１０１ａを形成するが、第１製造方法例と同様の工程による。但し、この際には、突出部１０１ａの形成のためのエッチングを基板１０１の露出された部分が除去されてｐ型スペーサ１４０の底面が露出されるまで遂行する。これにより、基板１０１のパターンでありつつ、レーザ放出窓１０１ｂを有する突出部１０１ａが形成される。以後のｐ型電極１２６および第２ブラッグ反射層１３０を形成する過程は第１製造方法例に従って行う。
【００７２】
＜第３製造方法例＞
ｎ型電極１１６より第１ブラッグ反射層１２０を先に形成する場合である。
【００７３】
図１６を参照すれば、ｎ型化合物半導体層１１２を形成する段階までは第１製造方法例または第２製造方法例の場合と同様に行う。
【００７４】
次いで、ｎ型化合物半導体層１１２上に第１ブラッグ反射層１２０を形成する。第１ブラッグ反射層１２０の上に第１ブラッグ反射層１２０の所定領域を覆うマスクパターン１５０を形成する。マスクパターン１５０は上述のようなソフトマスクパターンまたはハードマスクパターンに形成する。マスクパターン１５０をエッチングマスクとして周りの露出された第１ブラッグ反射層１２０を除去する。
【００７５】
図１７を参照すれば、こうして露出されるマスクパターン１５０の周りのｎ型化合物半導体層１１２の上にｎ型電極を形成するための導電層１１６を形成する。そしてマスクパターン１５０をさらに形成された導電層１１６と共に除去する。この結果、図１８に示すように、ｎ型化合物半導体層１１２の上に第１ブラッグ反射層１２０とその周りを覆う形にｎ型電極１１６が形成される。以後の過程は第１製造方法例と同様に行う。
【００７６】
＜第４製造方法例＞
ｐ型電極１２６より第２ブラッグ反射層１３０を先に形成する場合である。
【００７７】
図１９を参照すれば、ｐ型基板１００を逆さにしてレーザ放出窓１００ｂを備える突出部１００ａを形成するまでは第１乃至第３製造方法例と同様に行う。以後、レーザ放出窓１００ｂおよびその周りのｐ型基板１００の上に第２ブラッグ反射層１３０を形成する。
【００７８】
次いで、第２ブラッグ反射層１３０のうちレーザ放出窓１００ｂの上に形成された部分を覆うマスクパターン１６０を形成する。マスクパターン１６０はソフトマスクパターンまたはハードマスクパターンである。マスクパターン１６０をエッチングマスクとして突出部１００ａの周りのｐ型基板１００上に形成された第２ブラッグ反射層１３０を除去することにより、突出部１００ａの周りのｐ型基板１００を露出させる。
【００７９】
その後、図２０に示すように、突出部１００ａの周りのｐ型基板１００の上にｐ型電極を形成するための導電層１２６を形成する。この際、導電層１２６は、マスクパターン１６０の上にも形成されるが、マスクパターン１６０の上に形成される導電層は、マスクパターン１６０を除去すると同時に除去される。これにより、第２ブラッグ反射層１３０と活性層１０８との間に正孔を活性層１０８の中心部に円滑に移動させるとともにレーザ回折効果は相殺させることができる面発光レーザダイオードが形成される。
【００８０】
＜第５製造方法例＞
図２１を参照すれば、基板２００の上にｎ型物質層Ｍ２、活性層１０８および物質層Ｍ１を順次に形成する。
【００８１】
基板２００は、ｎ型基板またはサファイア基板のような高抵抗性基板で形成する。また、基板２００は、ドーピングされていない基板で形成することもできる。ｐ型物質層Ｍ１の上にｐ型スペーサ２１０を形成する。
【００８２】
図２２を参照すれば、第１製造方法例または第２製造方法例と同様に、ｐ型スペーサ２１０をパターニングして突出部２１０ａを形成し、レーザ放出窓２１０ｂを形成した後、レーザ放出窓２１０ｂの上に第２ブラッグ反射層１３０を形成し、突出部２１０ａの周りのｐ型スペーサ２１０上に突出部２１０ａを覆う形でｐ型電極１２６を形成する。
【００８３】
次いで、ｐ型電極１２６が形成された結果上下逆さにして基板２００を除去した後、図２３に示すように第１ブラッグ反射層１２０を形成し、これを覆う形でｎ型化合物半導体層１１２の底面上にｎ型電極１１６を形成して面発光レーザダイオードを形成する。
【００８４】
上記の説明で多くの事項を具体的に記載しているが、それらは発明の範囲を限定するものというより、むしろ望ましい実施例、製造方法例の例示として解釈されるものである。
【００８５】
例えば、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、スペーサをレーザ放出窓がレンズ形ではない形で備えられた面発光レーザダイオードも適用でき、スペーサは活性層およびｐ型電極の他の位置に備え、ｐ型電極の間には突出部なしに所定の曲率を有するレーザ放出窓のみを備える面発光レーザダイオードも考慮できる。
【００８６】
また、第１および第２物質層の構成や構成物質層を上記と異なるように構成することもでき、ブラッグ反射層が空気層に形成された面発光レーザダイオードを形成することもできる。このように、本発明の技術的思想を含む面発光レーザダイオードは、多様な形に変形が可能であるので、本発明の技術的範囲は説明された実施例および製造方法例により決められるのではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決められなければならない。
【００８７】
【発明の効果】
上述のように、本発明は、ｐ型電極と活性層との間で正孔を活性層の中心に円滑に移動させるためのスペーサを備え、スペーサの一部の表面にスペーサ導入による回折を相殺させるか、または活性層でのレーザモード半径を最小化させる形にレーザ放出窓を備え、その表面にブラッグ反射層を備える面発光レーザダイオードを提供するので、本発明を用いる場合に活性層の中心部に電子および正孔の円滑な供給が可能であり、レーザ発振のための臨界電流値を低めながらもレーザのエネルギーの変換効率を高め、安定した横モード特性を有するレーザを発振させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術によるＧａＮ面発光レーザダイオードの断面図である。
【図２】本発明の第１および第２実施例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの断面図である。
【図３】本発明の第１および第２実施例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの断面図である。
【図４】本発明の実施例によるＧａＮ面発光レーザダイオードに導入されたスペーサによる回折を相殺させ得るレーザ放出窓の曲率計算を説明するための図面であって、スペーサ厚さ、レーザ放出窓の曲率半径、活性層でのレーザモード半径Ｗｏおよびレーザ放出窓でのレーザモード半径Ｗの間の幾何学的関係を示す図である。
【図５】スペーサ厚さによるレーザ放出窓の表面でのレーザモード半径を各々示す図である。
【図６】本発明の第１製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図７】図６に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図８】図７に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図９】図８に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１０】図９に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１１】図１０に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１２】図１１に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１３】図１２に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１４】本発明の第２製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面図である。
【図１５】図１４に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１６】本発明の第３製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面図である。
【図１７】図１６に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１８】図１７に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図１９】本発明の第４製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面図である。
【図２０】図１９に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２１】本発明の第５製造方法例によるＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法の一部段階を示した断面図である。
【図２２】図２１に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【図２３】図２２に続くＧａＮ面発光レーザダイオードの製造方法を段階別に示した断面図である。
【符号の説明】
４０、１０８：活性層、
４１、１１０：ｎ型障壁層、
４２、１０６：ｐ型障壁層、
４３、１１２：ｎ型化合物半導体層、
４４、１０２：ｐ型化合物半導体層、
４７、１１６：ｎ型電極、
４８、５４：スペーサ、
４８ａ、１００ａ、１０１ａ、２１０ａ：突出部、
４８ｂ、１００ｂ、１０１ｂ、２１０ｂ：レーザ放出窓、
４９、１２０：第１ブラッグ反射層、
５０、１２６：ｐ型電極、
５２、１３０：第２ブラッグ反射層。

Claims

ＧａＮ系列窒化物化合物の半導体層である活性層と、
前記活性層を中心に対向するｐ型およびｎ型物質層と、
前記ｎ型物質層上に形成された第１ブラッグ反射層と、
レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能なように、前記ｎ型物質層を介して該活性層に連結されるｎ型電極と、
前記ｐ型物質層上に形成されており、レイジングのための電圧印加時に前記活性層の中心部まで正孔が到達できる厚さを有しながら前記第１ブラッグ反射層に対応する領域上にレーザ放出窓を備えるスペーサと、
前記レーザ放出窓上に形成された第２ブラッグ反射層と、
レイジングのための電圧を前記活性層に印加可能なように、前記ｐ型物質層を介して該活性層に連結されるｐ型電極と、
を備え、前記レーザ放出窓は前記スペーサにより現れるレーザ特性低下が補償できるように、レーザの回折を相殺させる所定の曲率を有するレンズ形であることを特徴とする面発光レーザダイオード。
前記スペーサは前記ｐ型物質層上に形成された第１スペーサと、
前記第１スペーサ上に形成されており、前記レーザ放出窓を備え、周りに前記ｐ型電極を備える第２スペーサとを含むことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザダイオード。
前記第２スペーサは、前記レーザ放出窓を有する突出された形であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザダイオード。
前記スペーサは、ｐ型導電性不純物がドーピングされた基板、または、ドーピングされていない基板であることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザダイオード。
前記第１および第２スペーサのうち選択されたいずれか一つはｐ型導電性不純物がドーピングされた基板、または、ドーピングされていない基板であることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザダイオード。
前記レイジングのためのｎ型物質層は、前記活性層の一面に順次に形成されるｎ型障壁層およびｎ型化合物の半導体層で構成されることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザダイオード。
前記ｐ型物質層は、前記活性層のｎ型物質層の反対面に順次形成されるｐ型障壁層およびｐ型化合物の半導体層を含むことを特徴とする請求項１または請求項４に記載の面発光レーザダイオード。
基板上にレイジングのためのｐ型物質層、ＧａＮ系列窒化物化合物の半導体層である活性層、およびレイジングのためのｎ型物質層を順次に形成する第１段階と、
前記ｎ型物質層上に周りにｎ型電極を備える第１ブラッグ反射層を形成する第２段階と、
前記基板をレイジングのための電圧印加時に前記活性層の中心部まで正孔が到達できる厚さにし、前記基板の底面に、基板の存在により現れるレーザの特性低下が補償できるように、前記レーザの回折を相殺させる所定の曲率を有するレンズ形のレーザ放出窓を形成する第３段階と、
前記レーザ放出窓周りの前記基板の底面上にｐ型電極を形成する第４段階と、
前記レーザ放出窓上に第２ブラッグ反射層を形成する第５段階と、
を含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造方法。
前記第２段階は、前記ｎ型物質層上に導電層を形成する段階と、
前記導電層上に前記第１ブラッグ反射層が形成される領域を露出させるマスクパターンを形成する段階と、
前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記導電層の露出された部分を除去する段階と、
前記ｎ型物質層上の前記導電層の露出された部分が除去された領域に前記第１ブラッグ反射層を形成する段階と、
前記マスクパターンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記第２段階は、前記ｎ型物質層上に前記第１ブラッグ反射層を形成する段階と、
前記第１ブラッグ反射層上に前記ｎ型電極が形成される領域を露出させるマスクパターンを形成する段階と、
前記マスクパターンをエッチングマスクとして前記第１ブラッグ反射層の露出された領域を除去する段階と、
前記ｎ型物質層上の前記第１ブラッグ反射層の露出された領域が除去された領域上に導電層を形成する段階と、
前記マスクパターンを除去する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記第３段階は、前記基板の底面を研磨する段階と、
前記研磨された基板の底面上に前記レーザ放出窓が形成される領域を覆うマスクパターンを形成する段階と、
前記マスクパターンを、前記基板の存在によるレーザ回折を相殺させるのに適した所定の曲率を有するレンズ形に加工する段階と、
前記加工されたマスクパターンが形成された前記基板の底面全面を所定の厚さエッチングして、前記加工されたマスクパターン形状を前記研磨された基板の底面に転写する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記基板は、順次に形成される第１および第２基板を含む複層に形成することを特徴とする請求項１１に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記加工されたマスクパターンが形成された前記基板の底面全面のエッチングは、前記第２基板が露出されるまで遂行することを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記基板は、ｐ型導電性不純物がドーピングされた基板、または、ドーピングされていない基板であることを特徴とする請求項８または請求項１１に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記第１および第２基板のうちいずれか一つは、ｐ型導電性不純物がドーピングされた基板、または、ドーピングされていない基板であることを特徴とする請求項１４に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記第１基板は、ガリウムナイトライド系列の物質を成長させる基板で形成し、前記第２基板は、ｐ型スペーサで形成することを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
基板上にレイジングのためのｎ型物質層、ＧａＮ系列窒化物化合物の半導体層である活性層、レイジングのためのｐ型物質層およびｐ型スペーサを順次に形成する第１段階と、
前記ｐ型スペーサをレイジングのための電圧印加時に前記活性層の中心部まで正孔が到達できる厚さにし、前記ｐ型スペーサの所定領域に、前記ｐ型スペーサにより現れるレーザ特性低下が補償できるように、レーザ回折を相殺させる所定の曲率を有するレンズ形にレーザ放出窓を形成する第２段階と、
前記レーザ放出窓の周りの前記ｐ型スペーサ上にｐ型電極を形成する第３段階と、
前記レーザ放出窓上に第１ブラッグ反射層を形成する第４段階と、
前記基板を除去する第５段階と、
前記ｎ型物質層底面の所定領域上に第２ブラッグ反射層を形成し、その周りにｎ型電極を形成する第６段階とを含むことを特徴とする面発光レーザダイオード製造方法。
前記基板は、ガリウムナイトライド系列の物質を成長させる基板であり、ｎ型基板またはサファイア基板であることを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザダイオード製造方法。
前記第２段階は、前記ｐ型スペーサ上にレーザ放出窓が形成される領域を覆うマスクパターンを形成する段階と、
前記マスクパターンをリフローさせて、前記マスクパターンを前記レーザ回折を相殺させる所定の曲率を有するレンズ形に加工する段階と、
前記加工されたマスクパターンをエッチングマスクとして前記ｐ型スペーサの全面を所定の厚さほどエッチングして前記加工されたマスクパターン形状を前記ｐ型スペーサに転写する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の面発光レーザダイオード製造方法。