JP2003158342A - 熱クロストークが減少したデュアルｉｉｉ−ｖ窒化物レーザ構造 - Google Patents
熱クロストークが減少したデュアルｉｉｉ−ｖ窒化物レーザ構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱クロストークが減少したデュアルＩＩＩ−
Ｖ窒化物レーザ構造を提供する。 【解決手段】 本発明にかかるデュアル半導体レーザ構
造は、基板１０２と、前記基板上に形成されたＩＩＩ−
Ｖ窒化物半導体電流拡散層２０２，３０２と、前記電流
拡散層上に形成された複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層
であって、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の少な
くとも１つが活性層を形成するＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体
層２０６，３０６と、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導
体層を通り、前記電流拡散層の一部を通って延在し、前
記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層から第１のレーザ２
００と第２のレーザ３００とを形成する溝１１６と、を
備える。前記溝の深さ及び前記電流拡散層の厚さにより
前記第１のレーザと前記第２のレーザとの間の熱クロス
トークが減少する。
Ｖ窒化物レーザ構造を提供する。 【解決手段】 本発明にかかるデュアル半導体レーザ構
造は、基板１０２と、前記基板上に形成されたＩＩＩ−
Ｖ窒化物半導体電流拡散層２０２，３０２と、前記電流
拡散層上に形成された複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層
であって、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の少な
くとも１つが活性層を形成するＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体
層２０６，３０６と、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導
体層を通り、前記電流拡散層の一部を通って延在し、前
記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層から第１のレーザ２
００と第２のレーザ３００とを形成する溝１１６と、を
備える。前記溝の深さ及び前記電流拡散層の厚さにより
前記第１のレーザと前記第２のレーザとの間の熱クロス
トークが減少する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、サファイヤ基板
を備えたデュアル（ｄｕａｌ）ＩＩＩ−Ｖ窒化物レーザ
構造、より特別には厚い電流拡散（ｃｒｕｒｒｅｎｔ
ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）層内に溝（トレンチ：ｔｒｅｎｃ
ｈ）を設けデュアルレーザを分離し熱クロストークを減
少させたデュアルＩＩＩ−窒化物レーザ構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体レーザは、半導体レーザまたはレー
ザダイオードとも呼ばれ、当分野では周知である。これ
らのデバイスは一般に、鏡として機能する劈開面により
端で制限された１以上の活性半導体層を有する平面多層
半導体構造から構成される。構造内の活性層の一方の側
の半導体層には過剰の移動電子が存在するように不純物
がドープされる。構造内の活性層における他方の側の半
導体層には移動電子が欠如し、正孔と呼ばれる正に帯電
したキャリヤが過剰に形成されるように不純物がドープ
される。過剰の電子を有する層はｎ−型、すなわち負と
呼ばれ、過剰の正孔を有する層はｐ−型、すなわち正と
呼ばれる。 【０００３】層状構造のｐ−側とｎ−側の間に電極を介
して電位を印加すると、正孔または電子あるいはその両
方が平面層に垂直の方向にｐ−ｎ接合を横切って誘導さ
れ活性層に「注入」され、そこで電子と正孔が再結合し
光が発せられる。劈開鏡面により光がフィードバック
し、いくらかの発光が共鳴して半導体レーザ構造の１つ
の鏡面端からコヒーレント「レーザ光」が発生する。 【０００４】ＩＩＩ−Ｖ窒化物は室温で動作し、連続動
作で青−紫色の範囲のより波長の短い可視光を発するダ
イオードレーザを構成する。ＩＩＩ−Ｖ窒化物には周期
表のＩＩＩ及びＶ族の元素から形成される化合物が含ま
れる。ＩＩＩ―Ｖ窒化物は窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）などの二元化合物、及び窒化アルミニウムガリウム
（ＡｌＧａＮ）または窒化インジウムガリウム（ＩｎＧ
ａＮ）などの三元合金、及び窒化アルミニウムガリウム
インジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）などの四元合金とするこ
とができる。 【０００５】サファイヤ基板上で成長させたＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体層を含む半導体レーザ構造は３６０ｎｍ
から６５０ｎｍを含む範囲の近紫外から可視スペクトル
の光を発する。 【０００６】２つのレーザまたはデュアルレーザを同じ
基板上に作成することができ、そのような適用では近接
して配置され独立してアドレス指定可能な（ａｄｄｒｅ
ｓｓａｂｌｅ）レーザビームが提供される。 【０００７】有限の抵抗を有する金属電極／半導体界面
を横切る電圧降下により、抵抗性半導体層を横切る電圧
降下により熱が発生する。電子を伝導帯に、および／ま
たは正孔を価電子帯に注入することによってもエネルギ
ーがレーザの活性領域に注入される。非発光プロセス及
び熱形態でのエネルギーの放出により、電子は緩和して
伝導帯の最も低いエネルギー状態となり、正孔は緩和し
て価電子帯の最も低いエネルギー状態となる。 【０００８】例えばしきい値よりも高い定電流でレーザ
ダイオードを順方向にバイアスすることにより、レーザ
ダイオードをオフからオンに切り換えると、非常に迅速
に（典型的には〜ｎｓ）レーザ発振が得られるが、デバ
イスの温度が平衡に到達するまで（典型的には数百μ
ｓ）増加し続ける。この過渡熱（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｈ
ｅａｔｉｎｇ）、すなわち時間と共に変化する熱により
そのＩＩＩ−Ｖ窒化物青色レーザダイオードの発光は起
こるが隣接するＩＩＩ−Ｖ窒化物青色レーザダイオード
はレーザデバイスのしきい電流が温度と共に増加するた
めに低下してしまうことがある。 【０００９】デュアルレーザ構造における隣接するレー
ザダイオード間の望ましい分離は２０μｍとしてもよ
い。これらの状況下では、１つのレーザの動作中に放散
される熱によりもう一方のレーザの活性領域の温度が上
昇する。これは当分野では熱クロストークとして周知で
ある。熱クロストークにより隣接レーザの出力が予測不
可能となり不規則となる。 【００１０】高速高解像度プリンティングでは、出力の
変動がほとんどない、あるいは全くないレーザデバイス
が必要とされる。例えば、プリンティングに適用される
赤色及び赤外レーザダイオードにおいて必要とされるレ
ーザ光出力の変動は４％未満であり、この要求はＩＩＩ
−Ｖ窒化物青色レーザダイオードと同様である。 【００１１】その他、レーザの過渡熱に関連して波長の
変動が起こる。本質的にはレーザダイオードの動作波長
はレーザダイオードの温度に依存する。温度が変動する
と、動作波長が変動する。１つのレーザダイオードから
の熱クロストークにより隣接するレーザダイオードから
発せられる光の波長が変化する。 【００１２】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物青色レーザは、サファ
イヤ基板の熱伝導性が悪くＩＩＩ−窒化物系レーザデバ
イスの電力消費量がかなり高いので、特に熱クロストー
クを受けやすい。例えば、ＡｌＧａＩｎＮレーザデバイ
スのしきい電流は５０ｍＡのオーダーであり、動作電圧
は５Ｖである（赤色レーザでは約１５ｍＡ及び２．５Ｖ
である）。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は熱ク
ロストークが減少したデュアルＩＩＩ−Ｖ窒化物レーザ
構造を提供することである。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明にかかるデュアル
半導体レーザ構造は、基板と、前記基板上に形成された
ＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体電流拡散層と、前記電流拡散層
上に形成された複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層であっ
て、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の少なくとも
１つが活性層を形成するＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層と、
前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層を通り、前記電流
拡散層の一部を通って延在し、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒
化物半導体層から第１のレーザと第２のレーザとを形成
する溝と、を備え、前記第１のレーザに十分な順方向バ
イアスを印加するとこの中で誘導発光が起こり、前記第
２のレーザに十分な順方向バイアスを印加するとこの中
で誘導発光が起こり、前記溝の深さ及び前記電流拡散層
の厚さにより前記第１のレーザと前記第２のレーザとの
間の熱クロストークが減少し、前記溝は前記電流拡散層
の５０％を超えて内部に延在し、前記電流拡散層の厚さ
は１５から４０μｍである。 【００１５】 【発明の実施の形態】この発明によれば、デュアルＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物レーザ構造はサファイヤ基板上に１から４
０μｍの間の厚さのＧａＮ電流拡散層を有する。１０μ
ｍの幅の溝がレーザ構造を通って延在しデュアルレーザ
を分離する。溝はサファイヤ基板に向かって厚い電流拡
散層の５０から１００％まで延在する。電流拡散層及び
電流拡散層中に延在する溝によりデュアルレーザ間の熱
クロストークが減少する。この熱クロストークの減少に
より、レーザ動作中の温度変化が小さくなり、出力強度
及び波長の安定性が大きくなる。 【００１６】この発明及び付随する発明の利点の多く
は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照にすること
により容易に、かつより完全に認識され、理解されるで
あろう。添付の図面では、同様の要素には同様の符号を
付する。これらの図面は以下に簡単に説明するが、一律
の縮尺に従わずに描かれている。 【００１７】図１について説明する。図１には本発明の
ＩＩＩ−Ｖ窒化物デュアルレーザ構造１００が示されて
いる。半導体レーザ構造１００はＣ−面（０００１）ま
たはＡ−面（１１２０）配向サファイア（Ａｌ２Ｏ３）
基板１０２を有し、基板上には連続した半導体層がエピ
タキシャル成長される。サファイヤ基板１０２の厚さは
典型的には２００μｍから１０００μｍである。サファ
イヤ基板は一例であり、本発明のＩＩＩ−Ｖ窒化物デュ
アルレーザ構造１００の他の可能な基板には、炭化珪素
（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）または窒化ガリウムが含まれる。 【００１８】レーザ構造１００はサファイヤ基板１０２
上に形成されたｎ−型バッファまたは核形成層１０４を
含む。典型的には、バッファ層１０４は二元または三元
ＩＩＩ−Ｖ窒化物材料、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧ
ａＮまたはＡｌＧａＮである。この例示的な実施例のバ
ッファ層１０４はアンドープＧａＮであり、厚さは典型
的には１０ｎｍから３０ｎｍの間の範囲である。 【００１９】第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６がバッフ
ァ層１０４上に形成される。第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層
１０６はｎ−型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ層である。第２
のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６は横方向のｎ−コンタクト
電流拡散層として機能する。第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層
１０６の厚さは典型的には約１μｍから約２０μｍであ
る。第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６は典型的にはｎ−
型ＧａＮ：Ｓｉである。 【００２０】第３のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０８は第２の
ＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６上に形成される。第３のＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物層１０８はｎ−型クラッド層である。第３
のＩＩＩ―Ｖ窒化物層１０８の厚さは典型的には約０．
２μｍから約２μｍである。第３のＩＩＩ−Ｖ窒化物層
１０８は典型的にはＡｌＧａＮ：Ｓｉであり、Ａｌの量
が第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層より多い。 【００２１】第３のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０８の上面
に、導波層１０９が形成され、その後にＩｎＧａＮ量子
井戸活性領域１１０が形成される。導波層１０９の厚さ
は典型的には約５０ｎｍから約２００ｎｍである。導波
層１０９は典型的にはｎ−型ＧａＮ：Ｓｉ、アンドープ
ＧａＮ、アンドープＩｎＧａＮまたはＩｎＧａＮ：Ｓｉ
であり、インジウム量が活性領域のＩｎＧａＮ量子井戸
よりも少ない。ＩｎＧａＮ量子井戸活性領域１１０は少
なくとも１つのＩｎＧａＮ量子井戸から構成される。多
重量子井戸活性領域では、個々の量子井戸の厚さは典型
的には約１０オングストロームから約１００オングスト
ロームであり、ＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁層により分
離されている。障壁層の厚さは典型的には約１０オング
ストロームから約２００オングストロームである。Ｉｎ
ＧａＮ量子井戸及びＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁層は典
型的にはアンドープであり、あるいはＳｉをドープする
ことができる。 【００２２】第４のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２はＩｎＧ
ａＮ量子井戸活性領域１１０上に形成される。第４のＩ
ＩＩ−Ｖ窒化物層１１２はｐ−型クラッド電流閉じこめ
層として機能する。第４のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２の
厚さは典型的には約０．２μｍから約１μｍである。第
４のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２は典型的にはＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇである。 【００２３】第５のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１４が第４の
ＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２上に形成される。第５のＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物層１１４は抵抗が最小の金属電極がレーザ
ヘテロ構造１００のｐ−側と接触するためのｐ−コンタ
クト層を形成する。第５のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１４は
典型的にはＧａＮ：Ｍｇであり、厚さは約１０ｎｍから
約２００ｎｍである。 【００２４】レーザ構造１００は当分野で周知の金属有
機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ
ーなどの技術により作製することができる。 【００２５】ＩＩＩ−Ｖ窒化物層は従来のプロセスによ
りｐ−型またはｎ−型ドープすることができる。ｐ−型
ドーパントの例としてはＭｇ、Ｃａ、ＣおよびＢｅが挙
げられるがこれらに限定されるものではない。ｎ−型ド
ーパントの例としてはＳｉ、Ｏ、ＳｅおよびＴｅが挙げ
られるがこれらに限定されるものではない。 【００２６】図２に示されるように、溝１１６はＩＩＩ
−Ｖ窒化物デュアルレーザ構造１００を通りＧａＮ電流
拡散層１０６内までエッチされる。Ａｒ／Ｃｌ２／ＢＣ
ｌ３ガス混合物中でのＣＡＩＢＥ（ケミカルアシスティ
ッドイオンビームエッチング）またはＲＩＥ（反応性イ
オンビームエッチング）によるドライエッチングを用い
て溝１１６がエッチされる。溝１１６の幅は１０μｍで
ある。 【００２７】溝１１６は３つの機能を果たす。第１に、
溝はデュアルレーザ構造１００を第１のレーザ２００と
第２のレーザ３００とに分離する。第２に、溝１１６は
第１のレーザ２００と第２のレーザ３００とを電気的に
絶縁する。第３に、溝１１６は第１のレーザ２００と第
２のレーザ３００とを熱的に分離し、ＩＩＩ−Ｖ窒化物
デュアルレーザ構造１００のデュアルレーザ間の熱クロ
ストークを減少させる。 【００２８】断熱溝１１６のエッチング後、ＩＩＩ−Ｖ
窒化物デュアルレーザ構造１００の作製を続行する。 【００２９】溝１１６はデュアルレーザ構造１００を第
１のレーザ２００と第２のレーザ３００とに分離する。 【００３０】第１のレーザ２００はｎ−電流拡散層２０
２と、ｎ−クラッド層２０４と、ｎ−導波層２０５と、
活性層２０６と、ｐ−クラッド層２０８と、ｐ−コンタ
クト層２１０とを有する。第２のレーザ３００はｎ−電
流拡散層３０２と、ｎ−クラッド層３０４と、ｎ−導波
層３０５と、活性層３０６と、ｐ−クラッド層３０８
と、ｐ−コンタクト層３１０とを有する。 【００３１】第１のレーザｎ−電流拡散層２０２は第２
のレーザｎ−電流拡散層３０２とは分離され別個のもの
であるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｎ−電流
拡散層１０６から形成される。 【００３２】第１のレーザｎ−クラッド層２０４は第２
のレーザｎ−クラッド層３０４とは分離され別個のもの
であるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｎ−クラ
ッド層１０８から形成される。 【００３３】第１のレーザ活性層２０６は第２のレーザ
活性層３０６とは分離され別個のものであるが、どちら
も溝１１６をエッチする前に活性層１１０から形成され
る。 【００３４】第１のレーザｐ−クラッド層２０８は第２
のレーザｐ−クラッド層３０８とは分離され別個のもの
であるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｐ−クラ
ッド層１１２から形成される。 【００３５】第１のレーザｐ−コンタクト層２１０は第
２のレーザｐ−コンタクト層３１０とは分離され別個の
ものであるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｐ−
コンタクト層１１４から形成される。 【００３６】部分的にエッチされた電流拡散層１０６、
核形成層１０４及びサファイヤ基板１０２は第１のレー
ザ２００及び第２のレーザ３００の両方に共通である。 【００３７】Ａｒ／Ｃｌ２／ＢＣｌ３ガス混合物中での
ＣＡＩＢＥ（ケミカルアシスティッドイオンビームエッ
チング）またはＲＩＥ（反応性イオンビームエッチン
グ）によるドライエッチングを用いて第１のレーザ２０
０をＧａＮ：Ｓｉ電流拡散層２０２までエッチすると共
に第２のレーザ３００をＧａＮ：Ｓｉ電流拡散層３０２
までエッチしｎ−コンタクトを形成する。 【００３８】２つのレーザ２００及び３００のｎ−電流
拡散層のエッチングは溝１１６のエッチングと同時に、
あるいは別個のエッチング工程で行うことができる。 【００３９】第１のレーザ２００のエッチされ露出した
ｎ−電流拡散層２０２上に、横方向のコンタクト層とし
て機能するｎ−電極２１２を形成する。第２のレーザ３
００のエッチされ露出したｎ−電流拡散層３０２上に、
横方向のコンタクト層として機能するｎ−コンタクト３
１２を形成する。ｎ−電極金属は熱蒸着、電子線蒸着ま
たはスパッタリングにより析出させることができる。典
型的にはｎ−金属電極としてＴｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕま
たはＴｉ／Ａｌ／Ａｕが使用される。溝１１６及びｎ−
電流拡散層２０２、３０２のエッチングにより幅６０μ
ｍのメサ型レーザ２００および幅６０μｍのメサ型レー
ザ３００が作成される。 【００４０】別のエッチング工程で、Ａｒ／Ｃｌ２／Ｂ
Ｃｌ３ガス混合物中でのＣＡＩＢＥ（ケミカルアシステ
ィッドイオンビームエッチング）またはＲＩＥ（反応性
イオンビームエッチング）によりＡｌＧａＮクラッド層
２０８、３０８内までエッチすることによりリッジ導波
路が形成される。リッジ導波路および第１のレーザ２０
０の第１の活性層２０６の活性領域２１６の電気的にポ
ンピングされる部分は幅が２μｍ、厚さが約１μｍであ
る。リッジ導波路および第２のレーザ３００の第２の活
性層３０６の活性領域３１６の電気的にポンピングされ
る部分は幅が２μｍ、厚さが１μｍである。第１の活性
領域２１６は２０μｍだけ第２の活性領域３１６から離
される。ｐ−電極２１４は第１のレーザ２００のｐ−コ
ンタクト層２１０上に形成される。ｐ−電極３１４は第
２のレーザ３００のｐ−コンタクト層３１０上に形成さ
れる。Ｎｉ／Ａｕ、ＮｉＯ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／
Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａ
ｕ、Ｐｔ／ＡｕまたはＰｄ／Ｐｔ／Ａｕは熱蒸着、電子
線蒸着またはスパッタリングによりｐ−コンタクト金属
として析出させることができる。 【００４１】２つのｐ−電極２１４、３１４は分離され
別個のものである。これにより第１及び第２のレーザ２
００および３００の独立したアドレス指定能力（ａｄｄ
ｒｅｓｓａｂｉｌｉｔｙ）が得られる。レーザ２００お
よび３００の両方をさらに電気的に絶縁するために、ｎ
−電極２１２、３１２もまた分離され別個のものとする
ことができる。 【００４２】２０μｍの厚さのインジウムボンディング
層１１９とヒートシンク１２０をサファイヤ基板１０２
の第１及び第２のレーザ２００、３００とは反対側１２
２に取り付ける。インジウムの代わりに、他の材料、例
えばＴｉ／Ｉｎ、Ｔｉ／Ａｕ／Ｉｎ、ＡｕＳｎ、Ｔｉ／
ＡｕＳｎ、Ｔｉ／Ａｕ／ＡｕＳｎをボンディング層とし
て使用してもよい。ボンディング層材料は熱蒸着、スパ
ッタリングまたは電子線蒸着により析出させることがで
きる。ヒートシンク１２０は十分大きな熱量を有し、そ
の温度はレーザから放散された出力とは独立して維持さ
れる。 【００４３】レーザ面（この図には示していない）は劈
開またはドライエッチング（例えばＣＡＩＢＥ）のいず
れかにより形成することができる。ＳｉＯ２／Ｔｉ
Ｏ２、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５またはＳｉＯ２／ＨｆＯ２
高反射コーティングを電子線蒸着により第１及び第２の
レーザダイオード面の裏側に析出させ、鏡面反射率を増
強させることができる。ＳｉＯまたはＳｉＯ２反射防止
コーティングを電子線蒸着を用いて第１及び第２のレー
ザダイオード面の前側に析出させることができる。 【００４４】第１のレーザ２００はｐ−電極２１４及び
ｎ−電極２１２を介して印加された入力電流により順方
向にバイアスされる。この電流により電子がｎ−電流拡
散層２０２及び下部クラッド層２０４のｎ−ドープ層か
ら第１の活性層２０６に流れ込む。この電流により、正
孔もコンタクト層２１０および上部クラッド層２０８の
ｐ−ドープ層から第１の活性層２０６に流れ込む。第１
の活性領域２１６で電子と正孔が十分な電流で再結合す
ると、光の誘導放出が起こる。 【００４５】これとは別に、第２のレーザ３００はｐ−
電極３１４及びｎ−電極３１２を介して印加された入力
電流により順方向にバイアスされる。この電流により電
子が電流拡散層３０２及び下部クラッド層３０４のｎ−
ドープ層から第２の活性層３０６に流れ込む。この電流
により、正孔もコンタクト層３１０および上部クラッド
層３０８のｐ−ドープ層から第２の活性層３０６に流れ
込む。第２の活性領域３１６で電子と正孔が十分な電流
で再結合すると、光の誘導放出が起こる。 【００４６】溝１１６の深さ及び電流拡散層１０６の深
さは、レーザ構造１００のサファイヤ基板上に析出させ
たＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の熱クロストークを効果的
に減少させるのに重要である。 【００４７】デュアルレーザ半導体構造の熱クロストー
クは１０ケルビン／ワット未満であるべきである。ｐ−
コンタクト層、ｐ−クラッド層、活性層、ｎ−クラッド
層を通ってｎ−クラッド層とｎ−電流拡散層の界面まで
しか延在しない分離溝を有するＩＩＩ−Ｖ窒化物デュア
ルレーザ半導体構造ではその要求を満たさない。 【００４８】図３のグラフに示されるように、熱クロス
トーク（Ｃ）及び出力垂下（Ｄ）はＧａＮ電流拡散層の
厚さの関数である。クロストーク及び垂下は電流拡散層
の厚さが５μｍから約４０μｍまで増加するのに伴い急
速に減少する。熱クロストークの減少はＧａＮ電流拡散
層内で起こる横方向の熱拡散による。しかしながら、ク
ロストーク及び垂下は実際にはＧａＮ電流拡散層の厚さ
が増加して８０μｍを超えると増加し始める。この熱ク
ロストークの増加は１つのレーザから他方のレーザへの
電流拡散層内での熱の垂直移動によるものである。クロ
ストークを減少させる利点は、１５μｍより大きく４０
μｍ未満の厚さの電流拡散層により得られる。 【００４９】しかしながら、分離溝が電流拡散層の界面
までしか延在していない場合、熱クロストークは１０ケ
ルビン／ワット未満のしきい値よりも低い値に到達しな
い。 【００５０】図２のＩＩＩ−Ｖ窒化物デュアルレーザ構
造１００に戻ると、溝１１６はｐ−コンタクト層１１
４、ｐ−クラッド層１１２、活性層１１０、ｎ−クラッ
ド層１０８を通って、ｎ−電流拡散層１０６の内部９０
％までエッチされる。この例示的な実施例の電流拡散層
１０６は２０μｍの厚さであり、分離溝１１６は電流拡
散層内１８μｍまで延在する。 【００５１】図４のグラフに示されるように、２０μｍ
の厚さの電流拡散層では、電流拡散層内の溝の深さが１
０μｍより大きいと、熱クロストークは１０ケルビン／
ワットより小さくなる。溝の深さが増加すると垂下はわ
ずかに増加するが、許容レベル内である。９０％のエッ
チは単なる例示にすぎず、エッチ深さは電流拡散層の厚
さの５０％から１００％とすることができる。 【００５２】図５のグラフに示されるように、５μｍの
厚さの電流拡散層では、電流拡散層を完全に通過するよ
うに溝がエッチされたとしても、熱クロストークは１０
ケルビン／ワットのしきいレベルより高いままである。
このことから、デュアルレーザ間の熱クロストークを効
率的に減少させるには、デュアルＩＩＩ−Ｖ窒化物レー
ザ構造において十分厚いＧａＮ電流拡散層を有すること
が重要であることが示される。電流拡散層の厚さが薄す
ぎると溝を有しても熱クロストークは許容レベルまで減
少しない。 【００５３】隣接するサファイヤ基板に対するＧａＮ電
流拡散層の熱伝導率が高いため、サファイヤ基板を通っ
てヒートシンクまで熱が垂直に移動する前に熱を横方向
に拡散させる厚いＧａＮ電流拡散層を使用することが有
益となる。 【００５４】レーザ構造１００の電流拡散層１０６の残
りのエッチされていない１０％もまた、２つのレーザ間
で独立したアドレス指定能力を維持したまま導電率を減
少させる最小厚を提供する。 【００５５】以上をまとめると、デュアルＩＩＩ−Ｖ窒
化物レーザ構造は基板上に成長させられる。レーザ構造
は厚い（５から４０μｍ）ＧａＮ電流拡散層上に作成さ
れる。熱クロストークを減少させるのに理想的な厚さは
１５μｍより大きく、より効率のよい横方向の熱拡散が
可能となる。デュアルレーザは横方向に２０から５０μ
ｍだけ離される。幅１０μｍの溝はデュアルレーザを分
離し、レーザ半導体構造を通ってＧａＮ電流拡散層の少
なくとも５０から１００％の距離まで延在するが、基板
内までは延在しない。 【００５６】デュアルレーザ構造１００のサファイヤ基
板上に析出されたＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の２つのレ
ーザからの熱クロストークを効果的に減少させるには、
溝１１６の深さ及び電流拡散層１０６の厚さが重要であ
る。熱クロストークを減少させるとレーザはより狭い温
度範囲で動作することができ、このため出力強度及び波
長周波数の安定性が高くなる。
を備えたデュアル（ｄｕａｌ）ＩＩＩ−Ｖ窒化物レーザ
構造、より特別には厚い電流拡散（ｃｒｕｒｒｅｎｔ
ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）層内に溝（トレンチ：ｔｒｅｎｃ
ｈ）を設けデュアルレーザを分離し熱クロストークを減
少させたデュアルＩＩＩ−窒化物レーザ構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体レーザは、半導体レーザまたはレー
ザダイオードとも呼ばれ、当分野では周知である。これ
らのデバイスは一般に、鏡として機能する劈開面により
端で制限された１以上の活性半導体層を有する平面多層
半導体構造から構成される。構造内の活性層の一方の側
の半導体層には過剰の移動電子が存在するように不純物
がドープされる。構造内の活性層における他方の側の半
導体層には移動電子が欠如し、正孔と呼ばれる正に帯電
したキャリヤが過剰に形成されるように不純物がドープ
される。過剰の電子を有する層はｎ−型、すなわち負と
呼ばれ、過剰の正孔を有する層はｐ−型、すなわち正と
呼ばれる。 【０００３】層状構造のｐ−側とｎ−側の間に電極を介
して電位を印加すると、正孔または電子あるいはその両
方が平面層に垂直の方向にｐ−ｎ接合を横切って誘導さ
れ活性層に「注入」され、そこで電子と正孔が再結合し
光が発せられる。劈開鏡面により光がフィードバック
し、いくらかの発光が共鳴して半導体レーザ構造の１つ
の鏡面端からコヒーレント「レーザ光」が発生する。 【０００４】ＩＩＩ−Ｖ窒化物は室温で動作し、連続動
作で青−紫色の範囲のより波長の短い可視光を発するダ
イオードレーザを構成する。ＩＩＩ−Ｖ窒化物には周期
表のＩＩＩ及びＶ族の元素から形成される化合物が含ま
れる。ＩＩＩ―Ｖ窒化物は窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）などの二元化合物、及び窒化アルミニウムガリウム
（ＡｌＧａＮ）または窒化インジウムガリウム（ＩｎＧ
ａＮ）などの三元合金、及び窒化アルミニウムガリウム
インジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）などの四元合金とするこ
とができる。 【０００５】サファイヤ基板上で成長させたＩＩＩ−Ｖ
族窒化物半導体層を含む半導体レーザ構造は３６０ｎｍ
から６５０ｎｍを含む範囲の近紫外から可視スペクトル
の光を発する。 【０００６】２つのレーザまたはデュアルレーザを同じ
基板上に作成することができ、そのような適用では近接
して配置され独立してアドレス指定可能な（ａｄｄｒｅ
ｓｓａｂｌｅ）レーザビームが提供される。 【０００７】有限の抵抗を有する金属電極／半導体界面
を横切る電圧降下により、抵抗性半導体層を横切る電圧
降下により熱が発生する。電子を伝導帯に、および／ま
たは正孔を価電子帯に注入することによってもエネルギ
ーがレーザの活性領域に注入される。非発光プロセス及
び熱形態でのエネルギーの放出により、電子は緩和して
伝導帯の最も低いエネルギー状態となり、正孔は緩和し
て価電子帯の最も低いエネルギー状態となる。 【０００８】例えばしきい値よりも高い定電流でレーザ
ダイオードを順方向にバイアスすることにより、レーザ
ダイオードをオフからオンに切り換えると、非常に迅速
に（典型的には〜ｎｓ）レーザ発振が得られるが、デバ
イスの温度が平衡に到達するまで（典型的には数百μ
ｓ）増加し続ける。この過渡熱（ｔｒａｎｓｉｅｎｔｈ
ｅａｔｉｎｇ）、すなわち時間と共に変化する熱により
そのＩＩＩ−Ｖ窒化物青色レーザダイオードの発光は起
こるが隣接するＩＩＩ−Ｖ窒化物青色レーザダイオード
はレーザデバイスのしきい電流が温度と共に増加するた
めに低下してしまうことがある。 【０００９】デュアルレーザ構造における隣接するレー
ザダイオード間の望ましい分離は２０μｍとしてもよ
い。これらの状況下では、１つのレーザの動作中に放散
される熱によりもう一方のレーザの活性領域の温度が上
昇する。これは当分野では熱クロストークとして周知で
ある。熱クロストークにより隣接レーザの出力が予測不
可能となり不規則となる。 【００１０】高速高解像度プリンティングでは、出力の
変動がほとんどない、あるいは全くないレーザデバイス
が必要とされる。例えば、プリンティングに適用される
赤色及び赤外レーザダイオードにおいて必要とされるレ
ーザ光出力の変動は４％未満であり、この要求はＩＩＩ
−Ｖ窒化物青色レーザダイオードと同様である。 【００１１】その他、レーザの過渡熱に関連して波長の
変動が起こる。本質的にはレーザダイオードの動作波長
はレーザダイオードの温度に依存する。温度が変動する
と、動作波長が変動する。１つのレーザダイオードから
の熱クロストークにより隣接するレーザダイオードから
発せられる光の波長が変化する。 【００１２】ＩＩＩ−Ｖ族窒化物青色レーザは、サファ
イヤ基板の熱伝導性が悪くＩＩＩ−窒化物系レーザデバ
イスの電力消費量がかなり高いので、特に熱クロストー
クを受けやすい。例えば、ＡｌＧａＩｎＮレーザデバイ
スのしきい電流は５０ｍＡのオーダーであり、動作電圧
は５Ｖである（赤色レーザでは約１５ｍＡ及び２．５Ｖ
である）。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は熱ク
ロストークが減少したデュアルＩＩＩ−Ｖ窒化物レーザ
構造を提供することである。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明にかかるデュアル
半導体レーザ構造は、基板と、前記基板上に形成された
ＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体電流拡散層と、前記電流拡散層
上に形成された複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層であっ
て、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の少なくとも
１つが活性層を形成するＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層と、
前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層を通り、前記電流
拡散層の一部を通って延在し、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒
化物半導体層から第１のレーザと第２のレーザとを形成
する溝と、を備え、前記第１のレーザに十分な順方向バ
イアスを印加するとこの中で誘導発光が起こり、前記第
２のレーザに十分な順方向バイアスを印加するとこの中
で誘導発光が起こり、前記溝の深さ及び前記電流拡散層
の厚さにより前記第１のレーザと前記第２のレーザとの
間の熱クロストークが減少し、前記溝は前記電流拡散層
の５０％を超えて内部に延在し、前記電流拡散層の厚さ
は１５から４０μｍである。 【００１５】 【発明の実施の形態】この発明によれば、デュアルＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物レーザ構造はサファイヤ基板上に１から４
０μｍの間の厚さのＧａＮ電流拡散層を有する。１０μ
ｍの幅の溝がレーザ構造を通って延在しデュアルレーザ
を分離する。溝はサファイヤ基板に向かって厚い電流拡
散層の５０から１００％まで延在する。電流拡散層及び
電流拡散層中に延在する溝によりデュアルレーザ間の熱
クロストークが減少する。この熱クロストークの減少に
より、レーザ動作中の温度変化が小さくなり、出力強度
及び波長の安定性が大きくなる。 【００１６】この発明及び付随する発明の利点の多く
は、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照にすること
により容易に、かつより完全に認識され、理解されるで
あろう。添付の図面では、同様の要素には同様の符号を
付する。これらの図面は以下に簡単に説明するが、一律
の縮尺に従わずに描かれている。 【００１７】図１について説明する。図１には本発明の
ＩＩＩ−Ｖ窒化物デュアルレーザ構造１００が示されて
いる。半導体レーザ構造１００はＣ−面（０００１）ま
たはＡ−面（１１２０）配向サファイア（Ａｌ２Ｏ３）
基板１０２を有し、基板上には連続した半導体層がエピ
タキシャル成長される。サファイヤ基板１０２の厚さは
典型的には２００μｍから１０００μｍである。サファ
イヤ基板は一例であり、本発明のＩＩＩ−Ｖ窒化物デュ
アルレーザ構造１００の他の可能な基板には、炭化珪素
（ＳｉＣ）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）または窒化ガリウムが含まれる。 【００１８】レーザ構造１００はサファイヤ基板１０２
上に形成されたｎ−型バッファまたは核形成層１０４を
含む。典型的には、バッファ層１０４は二元または三元
ＩＩＩ−Ｖ窒化物材料、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧ
ａＮまたはＡｌＧａＮである。この例示的な実施例のバ
ッファ層１０４はアンドープＧａＮであり、厚さは典型
的には１０ｎｍから３０ｎｍの間の範囲である。 【００１９】第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６がバッフ
ァ層１０４上に形成される。第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層
１０６はｎ−型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ層である。第２
のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６は横方向のｎ−コンタクト
電流拡散層として機能する。第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層
１０６の厚さは典型的には約１μｍから約２０μｍであ
る。第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６は典型的にはｎ−
型ＧａＮ：Ｓｉである。 【００２０】第３のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０８は第２の
ＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０６上に形成される。第３のＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物層１０８はｎ−型クラッド層である。第３
のＩＩＩ―Ｖ窒化物層１０８の厚さは典型的には約０．
２μｍから約２μｍである。第３のＩＩＩ−Ｖ窒化物層
１０８は典型的にはＡｌＧａＮ：Ｓｉであり、Ａｌの量
が第２のＩＩＩ−Ｖ窒化物層より多い。 【００２１】第３のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１０８の上面
に、導波層１０９が形成され、その後にＩｎＧａＮ量子
井戸活性領域１１０が形成される。導波層１０９の厚さ
は典型的には約５０ｎｍから約２００ｎｍである。導波
層１０９は典型的にはｎ−型ＧａＮ：Ｓｉ、アンドープ
ＧａＮ、アンドープＩｎＧａＮまたはＩｎＧａＮ：Ｓｉ
であり、インジウム量が活性領域のＩｎＧａＮ量子井戸
よりも少ない。ＩｎＧａＮ量子井戸活性領域１１０は少
なくとも１つのＩｎＧａＮ量子井戸から構成される。多
重量子井戸活性領域では、個々の量子井戸の厚さは典型
的には約１０オングストロームから約１００オングスト
ロームであり、ＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁層により分
離されている。障壁層の厚さは典型的には約１０オング
ストロームから約２００オングストロームである。Ｉｎ
ＧａＮ量子井戸及びＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁層は典
型的にはアンドープであり、あるいはＳｉをドープする
ことができる。 【００２２】第４のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２はＩｎＧ
ａＮ量子井戸活性領域１１０上に形成される。第４のＩ
ＩＩ−Ｖ窒化物層１１２はｐ−型クラッド電流閉じこめ
層として機能する。第４のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２の
厚さは典型的には約０．２μｍから約１μｍである。第
４のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２は典型的にはＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇである。 【００２３】第５のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１４が第４の
ＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１２上に形成される。第５のＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物層１１４は抵抗が最小の金属電極がレーザ
ヘテロ構造１００のｐ−側と接触するためのｐ−コンタ
クト層を形成する。第５のＩＩＩ−Ｖ窒化物層１１４は
典型的にはＧａＮ：Ｍｇであり、厚さは約１０ｎｍから
約２００ｎｍである。 【００２４】レーザ構造１００は当分野で周知の金属有
機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシ
ーなどの技術により作製することができる。 【００２５】ＩＩＩ−Ｖ窒化物層は従来のプロセスによ
りｐ−型またはｎ−型ドープすることができる。ｐ−型
ドーパントの例としてはＭｇ、Ｃａ、ＣおよびＢｅが挙
げられるがこれらに限定されるものではない。ｎ−型ド
ーパントの例としてはＳｉ、Ｏ、ＳｅおよびＴｅが挙げ
られるがこれらに限定されるものではない。 【００２６】図２に示されるように、溝１１６はＩＩＩ
−Ｖ窒化物デュアルレーザ構造１００を通りＧａＮ電流
拡散層１０６内までエッチされる。Ａｒ／Ｃｌ２／ＢＣ
ｌ３ガス混合物中でのＣＡＩＢＥ（ケミカルアシスティ
ッドイオンビームエッチング）またはＲＩＥ（反応性イ
オンビームエッチング）によるドライエッチングを用い
て溝１１６がエッチされる。溝１１６の幅は１０μｍで
ある。 【００２７】溝１１６は３つの機能を果たす。第１に、
溝はデュアルレーザ構造１００を第１のレーザ２００と
第２のレーザ３００とに分離する。第２に、溝１１６は
第１のレーザ２００と第２のレーザ３００とを電気的に
絶縁する。第３に、溝１１６は第１のレーザ２００と第
２のレーザ３００とを熱的に分離し、ＩＩＩ−Ｖ窒化物
デュアルレーザ構造１００のデュアルレーザ間の熱クロ
ストークを減少させる。 【００２８】断熱溝１１６のエッチング後、ＩＩＩ−Ｖ
窒化物デュアルレーザ構造１００の作製を続行する。 【００２９】溝１１６はデュアルレーザ構造１００を第
１のレーザ２００と第２のレーザ３００とに分離する。 【００３０】第１のレーザ２００はｎ−電流拡散層２０
２と、ｎ−クラッド層２０４と、ｎ−導波層２０５と、
活性層２０６と、ｐ−クラッド層２０８と、ｐ−コンタ
クト層２１０とを有する。第２のレーザ３００はｎ−電
流拡散層３０２と、ｎ−クラッド層３０４と、ｎ−導波
層３０５と、活性層３０６と、ｐ−クラッド層３０８
と、ｐ−コンタクト層３１０とを有する。 【００３１】第１のレーザｎ−電流拡散層２０２は第２
のレーザｎ−電流拡散層３０２とは分離され別個のもの
であるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｎ−電流
拡散層１０６から形成される。 【００３２】第１のレーザｎ−クラッド層２０４は第２
のレーザｎ−クラッド層３０４とは分離され別個のもの
であるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｎ−クラ
ッド層１０８から形成される。 【００３３】第１のレーザ活性層２０６は第２のレーザ
活性層３０６とは分離され別個のものであるが、どちら
も溝１１６をエッチする前に活性層１１０から形成され
る。 【００３４】第１のレーザｐ−クラッド層２０８は第２
のレーザｐ−クラッド層３０８とは分離され別個のもの
であるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｐ−クラ
ッド層１１２から形成される。 【００３５】第１のレーザｐ−コンタクト層２１０は第
２のレーザｐ−コンタクト層３１０とは分離され別個の
ものであるが、どちらも溝１１６をエッチする前にｐ−
コンタクト層１１４から形成される。 【００３６】部分的にエッチされた電流拡散層１０６、
核形成層１０４及びサファイヤ基板１０２は第１のレー
ザ２００及び第２のレーザ３００の両方に共通である。 【００３７】Ａｒ／Ｃｌ２／ＢＣｌ３ガス混合物中での
ＣＡＩＢＥ（ケミカルアシスティッドイオンビームエッ
チング）またはＲＩＥ（反応性イオンビームエッチン
グ）によるドライエッチングを用いて第１のレーザ２０
０をＧａＮ：Ｓｉ電流拡散層２０２までエッチすると共
に第２のレーザ３００をＧａＮ：Ｓｉ電流拡散層３０２
までエッチしｎ−コンタクトを形成する。 【００３８】２つのレーザ２００及び３００のｎ−電流
拡散層のエッチングは溝１１６のエッチングと同時に、
あるいは別個のエッチング工程で行うことができる。 【００３９】第１のレーザ２００のエッチされ露出した
ｎ−電流拡散層２０２上に、横方向のコンタクト層とし
て機能するｎ−電極２１２を形成する。第２のレーザ３
００のエッチされ露出したｎ−電流拡散層３０２上に、
横方向のコンタクト層として機能するｎ−コンタクト３
１２を形成する。ｎ−電極金属は熱蒸着、電子線蒸着ま
たはスパッタリングにより析出させることができる。典
型的にはｎ−金属電極としてＴｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｕま
たはＴｉ／Ａｌ／Ａｕが使用される。溝１１６及びｎ−
電流拡散層２０２、３０２のエッチングにより幅６０μ
ｍのメサ型レーザ２００および幅６０μｍのメサ型レー
ザ３００が作成される。 【００４０】別のエッチング工程で、Ａｒ／Ｃｌ２／Ｂ
Ｃｌ３ガス混合物中でのＣＡＩＢＥ（ケミカルアシステ
ィッドイオンビームエッチング）またはＲＩＥ（反応性
イオンビームエッチング）によりＡｌＧａＮクラッド層
２０８、３０８内までエッチすることによりリッジ導波
路が形成される。リッジ導波路および第１のレーザ２０
０の第１の活性層２０６の活性領域２１６の電気的にポ
ンピングされる部分は幅が２μｍ、厚さが約１μｍであ
る。リッジ導波路および第２のレーザ３００の第２の活
性層３０６の活性領域３１６の電気的にポンピングされ
る部分は幅が２μｍ、厚さが１μｍである。第１の活性
領域２１６は２０μｍだけ第２の活性領域３１６から離
される。ｐ−電極２１４は第１のレーザ２００のｐ−コ
ンタクト層２１０上に形成される。ｐ−電極３１４は第
２のレーザ３００のｐ−コンタクト層３１０上に形成さ
れる。Ｎｉ／Ａｕ、ＮｉＯ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／
Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａ
ｕ、Ｐｔ／ＡｕまたはＰｄ／Ｐｔ／Ａｕは熱蒸着、電子
線蒸着またはスパッタリングによりｐ−コンタクト金属
として析出させることができる。 【００４１】２つのｐ−電極２１４、３１４は分離され
別個のものである。これにより第１及び第２のレーザ２
００および３００の独立したアドレス指定能力（ａｄｄ
ｒｅｓｓａｂｉｌｉｔｙ）が得られる。レーザ２００お
よび３００の両方をさらに電気的に絶縁するために、ｎ
−電極２１２、３１２もまた分離され別個のものとする
ことができる。 【００４２】２０μｍの厚さのインジウムボンディング
層１１９とヒートシンク１２０をサファイヤ基板１０２
の第１及び第２のレーザ２００、３００とは反対側１２
２に取り付ける。インジウムの代わりに、他の材料、例
えばＴｉ／Ｉｎ、Ｔｉ／Ａｕ／Ｉｎ、ＡｕＳｎ、Ｔｉ／
ＡｕＳｎ、Ｔｉ／Ａｕ／ＡｕＳｎをボンディング層とし
て使用してもよい。ボンディング層材料は熱蒸着、スパ
ッタリングまたは電子線蒸着により析出させることがで
きる。ヒートシンク１２０は十分大きな熱量を有し、そ
の温度はレーザから放散された出力とは独立して維持さ
れる。 【００４３】レーザ面（この図には示していない）は劈
開またはドライエッチング（例えばＣＡＩＢＥ）のいず
れかにより形成することができる。ＳｉＯ２／Ｔｉ
Ｏ２、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５またはＳｉＯ２／ＨｆＯ２
高反射コーティングを電子線蒸着により第１及び第２の
レーザダイオード面の裏側に析出させ、鏡面反射率を増
強させることができる。ＳｉＯまたはＳｉＯ２反射防止
コーティングを電子線蒸着を用いて第１及び第２のレー
ザダイオード面の前側に析出させることができる。 【００４４】第１のレーザ２００はｐ−電極２１４及び
ｎ−電極２１２を介して印加された入力電流により順方
向にバイアスされる。この電流により電子がｎ−電流拡
散層２０２及び下部クラッド層２０４のｎ−ドープ層か
ら第１の活性層２０６に流れ込む。この電流により、正
孔もコンタクト層２１０および上部クラッド層２０８の
ｐ−ドープ層から第１の活性層２０６に流れ込む。第１
の活性領域２１６で電子と正孔が十分な電流で再結合す
ると、光の誘導放出が起こる。 【００４５】これとは別に、第２のレーザ３００はｐ−
電極３１４及びｎ−電極３１２を介して印加された入力
電流により順方向にバイアスされる。この電流により電
子が電流拡散層３０２及び下部クラッド層３０４のｎ−
ドープ層から第２の活性層３０６に流れ込む。この電流
により、正孔もコンタクト層３１０および上部クラッド
層３０８のｐ−ドープ層から第２の活性層３０６に流れ
込む。第２の活性領域３１６で電子と正孔が十分な電流
で再結合すると、光の誘導放出が起こる。 【００４６】溝１１６の深さ及び電流拡散層１０６の深
さは、レーザ構造１００のサファイヤ基板上に析出させ
たＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の熱クロストークを効果的
に減少させるのに重要である。 【００４７】デュアルレーザ半導体構造の熱クロストー
クは１０ケルビン／ワット未満であるべきである。ｐ−
コンタクト層、ｐ−クラッド層、活性層、ｎ−クラッド
層を通ってｎ−クラッド層とｎ−電流拡散層の界面まで
しか延在しない分離溝を有するＩＩＩ−Ｖ窒化物デュア
ルレーザ半導体構造ではその要求を満たさない。 【００４８】図３のグラフに示されるように、熱クロス
トーク（Ｃ）及び出力垂下（Ｄ）はＧａＮ電流拡散層の
厚さの関数である。クロストーク及び垂下は電流拡散層
の厚さが５μｍから約４０μｍまで増加するのに伴い急
速に減少する。熱クロストークの減少はＧａＮ電流拡散
層内で起こる横方向の熱拡散による。しかしながら、ク
ロストーク及び垂下は実際にはＧａＮ電流拡散層の厚さ
が増加して８０μｍを超えると増加し始める。この熱ク
ロストークの増加は１つのレーザから他方のレーザへの
電流拡散層内での熱の垂直移動によるものである。クロ
ストークを減少させる利点は、１５μｍより大きく４０
μｍ未満の厚さの電流拡散層により得られる。 【００４９】しかしながら、分離溝が電流拡散層の界面
までしか延在していない場合、熱クロストークは１０ケ
ルビン／ワット未満のしきい値よりも低い値に到達しな
い。 【００５０】図２のＩＩＩ−Ｖ窒化物デュアルレーザ構
造１００に戻ると、溝１１６はｐ−コンタクト層１１
４、ｐ−クラッド層１１２、活性層１１０、ｎ−クラッ
ド層１０８を通って、ｎ−電流拡散層１０６の内部９０
％までエッチされる。この例示的な実施例の電流拡散層
１０６は２０μｍの厚さであり、分離溝１１６は電流拡
散層内１８μｍまで延在する。 【００５１】図４のグラフに示されるように、２０μｍ
の厚さの電流拡散層では、電流拡散層内の溝の深さが１
０μｍより大きいと、熱クロストークは１０ケルビン／
ワットより小さくなる。溝の深さが増加すると垂下はわ
ずかに増加するが、許容レベル内である。９０％のエッ
チは単なる例示にすぎず、エッチ深さは電流拡散層の厚
さの５０％から１００％とすることができる。 【００５２】図５のグラフに示されるように、５μｍの
厚さの電流拡散層では、電流拡散層を完全に通過するよ
うに溝がエッチされたとしても、熱クロストークは１０
ケルビン／ワットのしきいレベルより高いままである。
このことから、デュアルレーザ間の熱クロストークを効
率的に減少させるには、デュアルＩＩＩ−Ｖ窒化物レー
ザ構造において十分厚いＧａＮ電流拡散層を有すること
が重要であることが示される。電流拡散層の厚さが薄す
ぎると溝を有しても熱クロストークは許容レベルまで減
少しない。 【００５３】隣接するサファイヤ基板に対するＧａＮ電
流拡散層の熱伝導率が高いため、サファイヤ基板を通っ
てヒートシンクまで熱が垂直に移動する前に熱を横方向
に拡散させる厚いＧａＮ電流拡散層を使用することが有
益となる。 【００５４】レーザ構造１００の電流拡散層１０６の残
りのエッチされていない１０％もまた、２つのレーザ間
で独立したアドレス指定能力を維持したまま導電率を減
少させる最小厚を提供する。 【００５５】以上をまとめると、デュアルＩＩＩ−Ｖ窒
化物レーザ構造は基板上に成長させられる。レーザ構造
は厚い（５から４０μｍ）ＧａＮ電流拡散層上に作成さ
れる。熱クロストークを減少させるのに理想的な厚さは
１５μｍより大きく、より効率のよい横方向の熱拡散が
可能となる。デュアルレーザは横方向に２０から５０μ
ｍだけ離される。幅１０μｍの溝はデュアルレーザを分
離し、レーザ半導体構造を通ってＧａＮ電流拡散層の少
なくとも５０から１００％の距離まで延在するが、基板
内までは延在しない。 【００５６】デュアルレーザ構造１００のサファイヤ基
板上に析出されたＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の２つのレ
ーザからの熱クロストークを効果的に減少させるには、
溝１１６の深さ及び電流拡散層１０６の厚さが重要であ
る。熱クロストークを減少させるとレーザはより狭い温
度範囲で動作することができ、このため出力強度及び波
長周波数の安定性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層の成長後の本発明
のデュアルＩＩＩ−Ｖ窒化物レーザ構造の側断面図であ
る。 【図２】 熱クロストークを減少させるためにエッチし
た溝により分離した２つのレーザを有するデュアルＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物レーザ構造の側断面図である。 【図３】 デュアルレーザ構造に対するクロストーク対
電流拡散層の厚さを示したグラフである。 【図４】 厚い電流拡散層内に延在するエッチされた溝
を備えたデュアルレーザ構造に対するクロストーク対電
流拡散層の厚さを示したグラフである。 【図５】 薄い電流拡散層内に延在するエッチされた溝
を備えたデュアルレーザ構造に対するクロストーク対電
流拡散層の厚さを示したグラフである。 【符号の説明】 １０２ サファイヤ基板、１０４ バッファ層、１１６
溝、１２０ ヒートシンク、２０２，３０２ 電流拡
散層、２０４，３０４ ｎ−クラッド層、２０５，３０
５ ｎ−導波層、２０６，３０６ 活性層、２０８，３
０８ ｐ−クラッド層、２１０，３１０ ｐ−コンタク
ト層、２１４，３１４ ｐ−電極、２１２，３１２ ｎ
−電極。
のデュアルＩＩＩ−Ｖ窒化物レーザ構造の側断面図であ
る。 【図２】 熱クロストークを減少させるためにエッチし
た溝により分離した２つのレーザを有するデュアルＩＩ
Ｉ−Ｖ窒化物レーザ構造の側断面図である。 【図３】 デュアルレーザ構造に対するクロストーク対
電流拡散層の厚さを示したグラフである。 【図４】 厚い電流拡散層内に延在するエッチされた溝
を備えたデュアルレーザ構造に対するクロストーク対電
流拡散層の厚さを示したグラフである。 【図５】 薄い電流拡散層内に延在するエッチされた溝
を備えたデュアルレーザ構造に対するクロストーク対電
流拡散層の厚さを示したグラフである。 【符号の説明】 １０２ サファイヤ基板、１０４ バッファ層、１１６
溝、１２０ ヒートシンク、２０２，３０２ 電流拡
散層、２０４，３０４ ｎ−クラッド層、２０５，３０
５ ｎ−導波層、２０６，３０６ 活性層、２０８，３
０８ ｐ−クラッド層、２１０，３１０ ｐ−コンタク
ト層、２１４，３１４ ｐ−電極、２１２，３１２ ｎ
−電極。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ミハエル アー クナイスル
アメリカ合衆国 カリフォルニア マウン
テン ビュー シルヴァン アヴェニュー
750 アパートメント 46
Ｆターム(参考） 5F073 AA11 AA13 AA74 AB05 BA07
CA03 CB05 DA05 DA06 DA25
EA27 EA29
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板と、 前記基板上に形成されたＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体電流拡
散層と、 前記電流拡散層上に形成された複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物
半導体層であって、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体
層の少なくとも１つが活性層を形成するＩＩＩ−Ｖ窒化
物半導体層と、 前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体層を通り、前記電流
拡散層の一部を通って延在し、前記複数のＩＩＩ−Ｖ窒
化物半導体層から第１のレーザと第２のレーザとを形成
する溝と、 を備え、 前記第１のレーザに十分な順方向バイアスを印加すると
この中で誘導発光が起こり、前記第２のレーザに十分な
順方向バイアスを印加するとこの中で誘導発光が起こ
り、 前記溝の深さ及び前記電流拡散層の厚さにより前記第１
のレーザと前記第２のレーザとの間の熱クロストークが
減少し、 前記溝は前記電流拡散層の５０％を超えて内部まで延在
し、 前記電流拡散層の厚さは１５から４０μｍであるデュア
ル半導体レーザ構造。
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| US10/000,898 | 2001-11-15 |
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