特開 2023-94589 反転ｐｎ接合を含む半導体レーザダイオード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023094589

(43)【公開日】2023-07-05

(54)【発明の名称】反転ｐｎ接合を含む半導体レーザダイオード

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/323 20060101AFI20230628BHJP

   H01S 5/22 20060101ALI20230628BHJP

   H01S 5/12 20210101ALI20230628BHJP

【ＦＩ】

H01S5/323

H01S5/22

H01S5/12

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022203935

(22)【出願日】2022-12-21

(31)【優先権主張番号】17/560,445

(32)【優先日】2021-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】519146787

【氏名又は名称】ツー－シックス デラウェア インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＩＩ－ＶＩ Ｄｅｌａｗａｒｅ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】エフゲニー，ジビック

(72)【発明者】

【氏名】ウィルフリード，メイノイルト

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AA08

5F173AB13

5F173AF40

5F173AR14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】アルミニウム含有量の高いｐ型クラッド構成の使用に伴う酸化の問題に対処したトンネル接合を反転ｐｎ接合と組み合わせて使用する端面発光型ＧａＡｓ系半導体レーザを提供する。
【解決手段】端面発光型ＧａＡｓ系半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上に形成したトンネル接合１４と、トンネル接合の上のｐ型クラッド層１６およびｐ型導波路層１８と、活性領域２０と、活性領域上のｎ型導波路層２２およびｎ型クラッド層２４を有する。ｐ型層は活性領域の下に位置し、処理中に空気に曝されないため、比較的高いアルミニウム含有量を使用することができ、デバイスの熱特性および電気特性を改善することができる。ｎ型材料は高いアルミニウム含有量を必要としないため、構造の実質的な酸化を導入することなく、リッジ構造を形成するためにさらに処理することができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

端面発光型ＧａＡｓ系レーザであって、
上部主面および反対側の下部主面を有するｎ型ＧａＡｓ基板と、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板の上部主面に形成されたトンネル接合と、
前記トンネル接合の上に形成されたｐ型クラッド層と、
前記ｐ型クラッド層の上に形成されたｐ型導波路層と、
形成されたｐ型導波路層上に配置された活性領域と、
前記活性領域の上に形成されたｎ型導波路層と、
前記ｎ型導波路層の上に形成されたｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層に結合された第１のｎ型オーミックコンタクトと、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板の下部主面に結合された第２のｎ型オーミックコンタクトとを備えることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項2】

請求項１に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記ｐ型クラッド層が、アルミニウムを含む半導体組成物で形成され、アルミニウムの含有量が半導体組成物の４０％を超えることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項3】

請求項２に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記ｐ型クラッド層のアルミニウム含有量が９０％を超えることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項4】

請求項１に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記ｐ型クラッド層がＡｌＧａＡｓを含むことを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項5】

請求項１に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記ｐ型クラッド層がＡｌＡｓを含むことを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項6】

請求項１に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記ｎ型クラッド層が、光モードフィールドを閉じ込めるためのリッジ構造を含むように形成されていることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項7】

請求項６に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記トンネル接合が、前記ｎ型クラッド層のリッジ構造と位置合わせされたストリップとして構成されていることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項8】

請求項１に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
当該端面発光型ＧａＡｓ系レーザが、分布帰還型レーザとして形成され、さらに、
前記ｎ型導波路層内に形成されかつ前記活性領域と平行に配置されたブラッグ格子を備えることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項9】

請求項８に記載の端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおいて、
前記ブラッグ格子が、当該ブラッグ格子の過成長界面と前記活性領域との間の相互作用を最小限に抑えるのに十分なだけ、前記活性領域から離間した位置に配置されていることを特徴とする端面発光型ＧａＡｓ系レーザ。

【請求項10】

端面発光型ＧａＡｓ系レーザを形成する方法であって、
上部主面および反対側の下部主面を有するｎ型ＧａＡｓ基板を提供するステップと、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板の上部主面にトンネル接合を形成するステップと、
前記トンネル接合の上にｐ型クラッド層を形成するステップと、
前記ｐ型クラッド層の上にｐ型導波路層を形成するステップと、
形成されたｐ型導波路層上に活性領域を配置するステップと、
前記活性領域の上にｎ型導波路層を形成するステップと、
前記ｎ型導波路層の上にｎ型クラッド層を形成するステップと、
前記ｎ型クラッド層に第１のｎ型オーミックｎコンタクトを堆積させるステップと、
前記ｎ型ＧａＡｓ基板の下部主面に第２のｎ型オーミックｐコンタクトを堆積させるステップとを備えることを特徴とする方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の方法において、
エピタキシャル成長プロセスを使用してｐ型層およびｎ型層を形成することを特徴とする方法。

【請求項12】

請求項１０に記載の方法において、
前記トンネル接合を形成するステップが、
高度にドープされたｎ型およびｐ型材料の層状構造を堆積させるステップと、
前記層状構造をパターニングして、光モード領域と位置合わせされたストリップを規定するステップと、
パターニングされた層状構造をエッチングして、ストリップ位置の外側の領域から高度にドープされたｐ型およびｎ型材料を除去するステップとを含むことを特徴とする方法。

【請求項13】

請求項１０に記載の方法において、
前記ｎ型導波路層を形成するステップが、前記端面発光型ＧａＡｓ系レーザの出力波長に対応するブラッグ波長を有するブラッグ格子構造を作成して、分布帰還型レーザを形成するステップを含むことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザダイオードに関し、より詳細には、熱制御を改善することができる反転接合構成を有する、特に高出力用途によく適した端面発光型ＧａＡｓ系半導体レーザダイオードに関するものである。

【背景技術】

【0002】

電気的に励起される半導体レーザは、活性領域に（ｐ型材料からの）正孔および（ｎ型材料からの）電子の両方を導入するｐｎ接合（「ダイオード」）の使用に基づいており、活性領域が、導入された正孔および電子（「フリーキャリア」）から光を生成するために形成される。ＧａＡｓ系ダイオードレーザは、通常、そのｐ型構造よりもｎ型構造の方が高品質であるため、ｎ型基板上に成長させるのが一般的である。このため、殆どの場合、ＧａＡｓ系半導体レーザの基材として単結晶ｎ－ＧａＡｓが使用される。

【0003】

ここ数年、光学キャビティの長さを（例えば、４～６ｍｍの長さの範囲内で）長くすることで、比較的高出力のＧａＡｓ系半導体レーザが実現されている。このアプローチにより、２Ｗを超えるシングルモード出力を達成することができ、単一エミッタのマルチモード領域において２５Ｗを超える出力に到達することが可能である。しかしながら、このような長いキャビティ構造では、自由キャリア吸収が光損失の大きな原因となる。電子は正孔よりも吸収が少ないため、高出力構造の改良は、光モードがｐ型層よりもｎ型導波路層の多くを占める非対称導波路の使用に基づくものとなっている。

【0004】

非対称構造を作るために必要な比較的高いアルミニウム含有量（典型的には３０～８０％の範囲）は、熱管理の面で新たな問題を引き起こす。特に、上述した範囲のアルミニウム割合の場合、生成した層が、レーザ構造の中で最も高い熱抵抗率を示す。また、アルミニウムの割合が高いと、正孔の移動度が低くなる条件にも関連付けられる。これらのメカニズムは、特に高出力領域において、許容可能な動作を維持するために取り出さなければならない大量の熱を発生させる結果となる。

【発明の概要】

【0005】

当該技術分野に残されたニーズは、半導体レーザダイオードに関する本発明であって、より詳細には、熱制御を改善することができる反転接合構成を有する、特に高出力用途によく適した端面発光型ＧａＡｓ系半導体レーザダイオードに関する本発明によって対処される。

【0006】

本発明の原理によれば、高出力ＧａＡｓ系半導体レーザは、高いアルミニウム含有量のｐ型クラッド構成の使用に付随する酸化の問題を克服するために、トンネル接合を反転ｐｎ接合と組み合わせて使用する。具体的には、ｎ型基板（好ましい出発材料）上にトンネル接合が形成され、その上に高いアルミニウム含有量のｐ型クラッド層および導波路層が形成される。その後、活性領域（ＭＱＷ、ＤＨ、量子ドット、ワイヤなどを含み得る）がｐ型層の上に形成され、この活性領域上にｎ型導波路層およびクラッド層が成長される。このため、ｐ型層が活性領域の下に配置され、ｎ型層が活性領域の上に配置されるため、結果として得られる構造は、先行技術に対して「反転」したものとなる。ｎ型材料は、必要な性能パラメータを示すために高いアルミニウム含有量を必要とせず、よって、構造の実質的な酸化を導入することなく好ましいリッジ構造を形成するためにさらに処理することができる。

【0007】

いくつかの好ましい実施形態では、活性領域の所望の部分内に電流を閉じ込めるのを助けるように、トンネル接合が調整される（エッチングおよびパターニングされる）。また、反転接合レーザは、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとして形成することもでき、必要なブラッグ格子が活性領域の上のｎ型導波路層内に形成される。

【0008】

例示的な一実施形態は、ｎ型ＧａＡｓ基板（上部主面および反対側の下部主面を有すると規定される基板）上に形成される端面発光型ＧａＡｓ系レーザの形態をとることができ、レーザ構造が、ｎ型ＧａＡｓ基板の上部主面に形成されたトンネル接合と、トンネル接合の上に形成されたｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層の上に形成されたｐ型導波路層と、形成されたｐ型導波路層上に配置された活性領域と、活性領域の上に形成されたｎ型導波路層と、ｎ型導波路層に結合された第１のｎ型オーミックコンタクトと、ｎ型ＧａＡｓ基板の下部主面に結合された第２のｎ型オーミックコンタクトとを含む。

【0009】

本発明の他のおよび更なる態様および実施形態は、以下の説明の過程で、添付の図面を参照することにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

ここで図面を参照すると、いくつかの図面では同様の符号が同様の部品を示している。

【図1】図１は、活性領域の軸方向の範囲およびレーザ構造の端面に沿った光放射の出口を示すように向けられた、先行技術の端面発光型半導体レーザの概略図である。

【図2】図２は、先行技術のＧａＡｓ系端面発光型半導体レーザの導波路層に使用されるＡｌＧａＡｓの材料特性のプロットを含み、図２（ａ）はＡｌ組成の割合の関数としての熱抵抗率のプロットであり、図２（ｂ）はＡｌ組成の割合の関数としての正孔移動度のプロットである。

【図3】図３は、レーザ構造の側面図として向けられた、本発明の原理に従って形成された例示的な反転接合ＧａＡｓ系半導体レーザを示している。

【図4】図４は、図３の線分４－４に沿った、図３の本発明のレーザの切断端面図である。

【図5】図５は、本発明の反転接合端面発光型レーザの代替的な実施形態の切断端面図であり、この場合、活性領域内の電流閉じ込めを改善するためにストリップとして成形されたトンネル接合を使用している。

【図6】図６は、本発明の反転接合端面発光型半導体層の別の実施形態を示しており、この場合、ＤＦＢレーザとして形成されており、活性領域の上に位置するｎ型導波路層内に形成された格子構造を含む。

【図7】図７は、図６のＤＦＢレーザ構造の切断端面図であり、特に、光モードと活性領域に対する格子構造の位置との間の関係を示している。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、単結晶ｎ型ＧａＡｓ基板２上に成長させた先行技術の端面発光型半導体ダイオードレーザ１の概略図である。この場合、先ず、ｎ型クラッド層３およびｎ型導波路層４が、ｎ－ＧａＡｓ基板２上に成長され、続いて、活性領域に入る電気キャリア（正孔、電子）から光放射を生成するために、周知の方法で活性領域５が形成される。図１の概略図の向きでは、図面左側のファセット（端面）に沿ってレーザ出力が出射するものとして示されている。

【0012】

この先行技術の端面発光型デバイスの説明を続けると、ｐ型導波路層６およびｐ型クラッド層７が活性領域５の上に成長される。エピタキシャル成長は、第１のオーミックｐコンタクト８の形成に使用されるｐ型コンタクト層で終了する。第２のオーミックコンタクト９は、ｎ型材料で形成され、ｎ－ＧａＡｓ基板２の下面にわたって配置されている。この構成により、電子は、第２のオーミック９からｎ型基板２、ｎ型クラッド層３およびｎ型導波路層４を介して活性領域５へ供給される。正孔は、第１オーミックコンタクト８からｐクラッド層７およびｐ導波路層６を介して活性領域５内に供給される。

【0013】

典型的なＧａＡｓ系レーザダイオードでは、ｐ型クラッド層がＡｌＧａＡｓで形成されており、デバイス性能のためには、比較的高いアルミニウム含有量が好ましい。しかしながら、大量のアルミニウム含有量が存在すると、製造時に湿度の高い空気に曝されたときにクラッド層が酸化し、ＡｌＯｘ層が形成される。そのようなＡｌＯｘ層の厚さは、温度、湿度および暴露時間に依存するため、制御が困難である。そのような制御されていないＡｌＯｘ層の形成は、高出力シングルモードレーザにとって特に望ましくなく、その変動に伴う追加の応力が、性能（線形出力の低下）と信頼性の両方にとって有害となり得る。

【0014】

望ましくない酸化の可能性を低減するために、ｐ型クラッドの形成において、比較的低いＡｌ含有量（例えば、約４０％）のＡｌＧａＡｓ層が一般に使用される。しかしながら、図２から分かるように、Ａｌ組成が約４０％のＡｌＧａＡｓ層は、可能性のあるアルミニウム含有量全体の中で最も高い熱抵抗率（図２（ａ））を示す一方で、比較的低い正孔移動度（図２（ｂ））を有するため、動作の観点から最も好ましくない。レーザの設計によっては、ｐ型クラッド層および導波路層がレーザ直列抵抗の約５０％を占めることとなり、これは、レーザの熱の約５０％がそれらの層で生成されることを意味する。熱抵抗率が悪いため（図２（ａ）を参照）、この熱はあまり効率的に取り出されることはなく、その結果、動作中に接合部温度が上昇（自己発熱）し、よって高い動作電流でのレーザ性能が低下する。

【0015】

図２のグラフの網掛け領域を参照すると、Ａｌ含有量が９０％を超えるＡｌＧａＡｓ層を使用することが有益である（純粋なｐ型ＡｌＡｓ層を使用することがさらに有益である）ことは明らかであろう。上述したように、この場合の重大な問題は、そのような層が空気に曝されると容易に酸化されることである。これは、例えば、リッジ導波路がシングルモードレーザで規定されている場合に発生する。形成された酸化物層は、レーザの性能および信頼性に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0016】

所望の高いアルミニウム含有量と酸化の最小化という、競合する要因のバランスをとる際のこれらの様々な困難は、反転接合構造を使用して、アルミニウム含有量の低いｎ型材料を活性領域の上に配置するとともに、酸化の問題を最小化する所望のリッジ構造を形成するように処理することにより、本発明によって対処される。

【0017】

好ましいｎ型ＧａＡｓ基板（以下、ｎ－ＧａＡｓ基板と称する）の使用を維持するために、ｐ型クラッド層および導波路層を導入する前に、基板の上部にトンネル接合が形成される。トンネル接合は、基板からの電子の流れを、ｐ型材料を通過するキャリア移動に必要な正孔の流れに変換するために使用される。トンネル接合は電気経路にある程度の抵抗率をもたらすが、後述するように、その影響を最小限に抑えることができる。レーザダイオードのｐ型部分を活性領域の下に移動させることにより、ｐ型クラッド層を、ＡｌＧａＡｓよりも熱抵抗率の低いＡｌＡｓで形成することができ、それにより、高出力レベルにおける熱放散をさらに向上させることができる。さらに、ｐ型クラッド層の厚さを（典型的なＡｌＧａＡｓ系レーザのｐ型クラッド層の厚さと比較して）約２分の１に減らすことができ、トンネル接合の存在によってもたらされる有限の抵抗率を補償することができる。

【0018】

図３は、本発明の原理に従って形成された反転接合ＧａＡｓ系半導体レーザ１０を示している。先行技術と同様に、本発明のレーザ構造は、好ましくは単結晶構造であるｎ型ＧａＡｓ（ｎ－ＧａＡｓ）基板１２の使用に基づいている。ｎ－ＧａＡｓ基板１２を通る電子の流れを、反転接合構成に必要な正孔の流れに変換するために、ｎ－ＧａＡｓ基板１２の露出した上面１２Ｓにトンネル接合１４が成長（または他の方法で形成）される。トンネル接合１４の存在は、活性領域に向かう流れにある程度の抵抗率を導入するが、以下に詳細に述べるように、トンネル接合層１４を注意深く設計することによって最小化することができる。

【0019】

反転接合レーザダイオード１０の説明を続けると、次に、ｐ型クラッド（ｐ－クラッド）層１６およびｐ型導波路（ｐ－導波路）層１８がトンネル接合１４の上に順次成長される。その後、ｐ－導波路層１８の上に活性領域２０が生成される。活性領域２０は、ダブルヘテロ構造（ＤＨ）、量子井戸（ＱＷ）、多重ＱＷ（ＭＱＷ）、量子ドット／ダッシュ／ワイヤに限定されるものではないが、これらを含む当該技術分野で周知の任意の適切な構成を含むことができる。

【0020】

反転接合形成によれば、ｎ型導波路層（ｎ－導波路）２２およびｎ型クラッド（ｎ－クラッド）層２４が続いて活性領域２０の上に形成される。第１のｎ型オーミックｎコンタクト２６は、ｎ－クラッド層２４上に形成され、第２のｎ型オーミックｐコンタクト２８は、ｎ－ＧａＡｓ基板１２の裏面にわたって形成されるものとして示されている。一対の同様の導電性電気コンタクトを使用する結果として、反転接合ＧａＡｓ系レーザダイオード１０に電気駆動電流入力を印加すると、（図３に示すように）オーミックｎコンタクト２６からオーミックｐコンタクト２８への電子流が生成される。トンネル接合１４の存在により、第２のオーミックｐコンタクト２８に向かう電子の流れが、活性領域２０に向かう正孔の流れに変換される。

【0021】

例示的な一実施形態では、トンネル接合１４が（図３に挿入図として示すように）、高度にドープされたｎ型層１４．１と、真性層１４．２と、高度にドープされたｐ型層１４．３とからなる多層構成を含むことができる。例えば５Ｅ１９ｃｍ^－３程度のドーピングレベルを使用することができ、この高いドーピング濃度により、追加の外部バイアスを提供する必要なしに、平衡状態のフェルミレベルをｎ型材料の伝導帯よりも高く、ｐ型材料の価電子帯よりも低くすることができる。このため、レーザダイオード１０自体が順方向バイアス下にあるとき、トンネル接合１４自体は逆方向バイアス下にあり、活性領域２０への正孔および電子の両方の必要な流れが可能になる。ｐ－導波路層１８、活性領域２０およびｎ－導波路層２２の組合せは、ＧａＡｓ系半導体レーザダイオード１０の「反転接合３０」と呼ばれることがある。

【0022】

高効率および高出力の端面発光型ＧａＡｓ系半導体レーザは、通常、活性領域の上の領域において光学的閉じ込めおよび電気的（電流）閉じ込めの両方を提供するためにリッジ構造を含むように形成される。図４は、このリッジ構造を示している。図４は、図３の線分４－４に沿った反転接合レーザ１０の図である。閉じ込めリッジは、図４においてリッジ２４ａとして示されている。この図面では、ｚ軸に沿った光出力が図面に対して垂直であり、光モードの位置も示されている。

【0023】

端面発光型半導体レーザのクラッド領域および導波路領域に通常使用されるｎ型ＡｌＧａＡｓ層は、（ｐ型材料が９０％を超えるのとは対照的に）４０％未満のＡｌ含有量を有する。このため、リッジ２４ａを形成する際にｎ型材料を使用しても、デバイススタックのこの位置にｐ型クラッド材料を使用する先行技術において問題となっていた酸化は生じない。さらに、電子は正孔に比べて約１０倍のキャリア移動度を有するため、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層は遥かに低い抵抗率を示し、レーザ動作中の発熱が少なくなる。光モード強度は、ｎ型クラッド層２４内で、典型的なｐ型層に見られるよりも小さな勾配を示し、その結果、リッジ２４ａを作成する際のモード制御のためのエッチング深さの変化に対して敏感ではなくなる。

【0024】

さらに、ｐ型層の位置変更により、ｐ－クラッド層１６を、先行技術のＡｌＧａＡｓよりも熱伝導率の高いＡｌＡｓで形成することが可能となり（約４０％のＡｌ含有率のＡｌＧａＡｓでは約８ｃｍＫ／Ｗである（図２（ａ）を参照）のに対して、ＡｌＡｓでは約１ｃｍＫ／Ｗ）、それにより構造のｐ側の熱抵抗率をさらに低下させることができる。ｐ－クラッド層としてＡｌＡｓを使用する場合のより効率的な熱除去システムの存在により、自己発熱、自己集束、空間的ホールバーニングなどの望ましくない熱関連の非線形作用も最小限に抑えることができる。

【0025】

図４には、トンネル接合１４が光モードと重ならないことが明確に示されている。このため、トンネル接合１４の形成において、比較的低いバンドギャップ内の材料（例えば、ＧａＡｓおよび／またはＩｎＧａＡｓ）を使用することが可能である。低バンドギャップ材料は、構造のトンネル特性を向上させ、よって、まず第一にトンネル接合の存在に関連する追加の抵抗率を低減する。

【0026】

端面発光型半導体レーザダイオードの性能をさらに向上させるためには、電流拡散の影響を低減することが必要になる。リッジ構造は、「上部」オーミックコンタクトと活性領域との間の電流拡散を最小限に抑えるように機能するが、「下部」オーミックコンタクトと活性領域との間の構造には、同様の物理的制約が存在しない。この問題は、本発明の原理によれば、電子／正孔の流れを抑制する方法でトンネル接合の構成を制御することにより、対処することもできる。

【0027】

図５は、例示的な反転接合端面発光型レーザダイオード１０Ａの切断端面図であり、含まれるトンネル接合のトポロジーが、レーザダイオードの下部領域内で電流閉じ込めを提供するように構成されている。

【0028】

レーザダイオード１０Ａは、図３および図４の説明に関連して上述した構造と同じ層を含む。しかしながら、この場合、トンネル接合１４の均一な層構造が、（ページ内に延びる）ストリップ構成１４Ａによって置き換えられている。正孔の流れを活性領域２０に最良に閉じ込めるために、トンネル接合ストリップ１４Ａは、光モードの真下に配置され、リッジ２４Ａと実質的に同じ幅Ｗで形成されている。本発明者等による同時係属中の出願［ＬＥ０３０］は、下部オーミックコンタクトとレーザダイオード活性領域との間の経路に沿った「電流リストリクタ」の使用に関する拡張した説明を含むが、これは引用により本明細書に援用されるものとする。

【0029】

殆どの場合、従来のタイプのパターニングおよびエッチングプロセスを使用して、成長／堆積したトンネル接合１４をトンネル接合ストリップ１４Ａに変換することができる。トンネル接合１４の材料の余計な部分を除去することによって、ｎ－ｐ－ｎ電流遮断領域が形成され、よって、図５に示すような方法で電流閉じ込めが促進される。

【0030】

図６は、本発明の原理に従って形成された反転接合ＧａＡｓ系半導体レーザの別の実施形態を示している。この場合、反転接合レーザ６０は、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザの形態をとる。当該技術分野で周知のように、ＤＦＢレーザは、活性領域に比較的近接して構造の長手方向軸に沿って配置されるブラッグ格子を含む。格子の存在により、レーザの反射率バンドの中心に共振が生じ、その結果、出力放射が共振値に本質的に「ロック」するように狭められ、安定した単一波長デバイスが提供される。

【0031】

図６に示す具体的な要素を参照すると、反転接合ＤＦＢレーザ６０は、好ましくは単結晶構造であるｎ－ＧａＡｓ基板６２に基づくものとして示されている。ｎ－ＧａＡｓ基板６２を通る電子の流れを、反転接合構成に必要な正孔の流れに変換するために、ｎ－ＧａＡｓ基板６２の露出した上面６２Ｓにトンネル接合６４が成長（または他の方法で形成）される。その後、トンネル接合６４の上にｐ－クラッド層６６およびｐ－導波路層６８が順次成長される。次いで、ｐ－導波路層６８の上に活性領域７０が生成される。上述した反転接合レーザ１０と同様に、活性領域７０は、当該技術分野で周知の任意の適切な構成を含むことができる。

【0032】

反転接合ＤＦＢレーザ６０は、活性領域７０の上に形成されたｎ－導波路層７２をさらに含む。ＤＦＢレーザに必要な共振構造を生成するために、当該技術分野で周知の方法を用いて、ｎ－導波路層７２内にブラッグ格子構造７４が形成される。ブラッグ格子構造７４は、レーザの出力波長で共振を生じさせる周期Λを示すように形成される。ｎ－クラッド層７６は、ｎ－導波路層７２／格子７４の上に形成されるものとして示されている。第１のｎ型オーミックｎコンタクト７８は、ｎ－クラッド層７６の上に形成され、第２のｎ型オーミックｐコンタクト８０は、ｎ－ＧａＡｓ基板６２の裏面にわたって形成されるものとして示されている。上述した反転接合レーザ１０と同様に、トンネル接合６４の存在により、第２のオーミックｐコンタクト８０に向かう電子の流れが、活性領域７０に向かう正孔の流れに変換される。

【0033】

本発明の原理によれば、ＧａＡｓ系ＤＦＢレーザにおいて反転接合構成を使用することにより、先行技術のＤＦＢレーザに見られるようなｐ型ではなく、ｎ型材料内に格子を形成することが可能になる。ｎ型導波路層とｐ型導波路層の位置を反転させることによって、光モード強度が、従来のＤＦＢ構造よりも小さい勾配を示すことを思い起こされたい。このため、格子構造７４を、ｐ型材料内に格子構造を形成することに基づく先行技術の構成よりも、活性領域７０からさらに離れた位置に配置することができる。図７は、図６の線分７－７に沿った反転接合ＤＦＢレーザ６０の図である。光モードの位置もこの図面に示されており、これには、活性領域７０と格子構造７４との間の光モードの重なり、並びに、活性領域７０と格子構造７４との間の間隔Ｓが明確に示されている。

【0034】

デバイス性能に影響を与えることなく活性領域７０と格子構造７４との間の間隔を増加させる能力によって、格子構造７４を形成するプロセス中に導入され得る様々な不純物および欠陥形成の影響を低減することが可能になる。ｎ－導波路層７２と格子構造７４との間の過成長界面を活性領域７０からさらに遠ざけることにより、この界面に存在し得る不純物の影響も限定される。さらに、光モード強度が比較的小さな勾配を示すため、活性領域７０と格子構造７４との間の結合強度がより良好に制御され得る。

【0035】

本明細書に記載の実施形態および例は、本発明およびその実用的な応用を最もよく説明し、それによって当業者が本発明を製造および利用できるようにするために提示されたものである。しかしながら、当業者は、上述した説明および例が、説明および例示のみを目的として提示されたことを認識するであろう。本発明の他の変形および変更は、当業者には明らかであり、そのような変形および変更を網羅することが、添付の特許請求の範囲の意図である。実際に、端面発光型ＧａＡｓ系レーザにおける反転接合構造の使用は、９８０ｎｍポンプレーザ、広域単一発光レーザ、バーレーザなど、高出力レーザダイオードが必要とされる様々な状況において好ましいと考えられる。

【0036】

上述した説明は、網羅的であることも、本発明の範囲を限定することも意図していない。上記教示に鑑みて、以下の特許請求の範囲の主旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更および変形が可能である。本発明の使用は、様々な特性を有するコンポーネントを含むことができると考えられる。本発明の範囲は、あらゆる点で均等物を十分に認識した上で、添付の特許請求の範囲によって規定されることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】