JP2000307199A - 非対称導波路窒化物レーザダイオード構造、並びに形成方法及び製造方法 - Google Patents
非対称導波路窒化物レーザダイオード構造、並びに形成方法及び製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型導波層及びアルミニウム含有量が高いト
ンネルバリヤ層を必要としない非対称導波路窒化物レー
ザダイオード構造の提供。 【解決手段】 本発明の非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造４００は、第１及び第２の表面を有する活性
層１２０と、活性層の第１の表面と接触する遷移層４２
９と、遷移層に隣接して付着されたｐ型クラッド層１３
０と、活性層の第２の表面と接触するｎ型層１１６とを
有する。
ンネルバリヤ層を必要としない非対称導波路窒化物レー
ザダイオード構造の提供。 【解決手段】 本発明の非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造４００は、第１及び第２の表面を有する活性
層１２０と、活性層の第１の表面と接触する遷移層４２
９と、遷移層に隣接して付着されたｐ型クラッド層１３
０と、活性層の第２の表面と接触するｎ型層１１６とを
有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、レー
ザダイオードの分野に関し、詳細には、短波長の窒化物
ベースのレーザダイオードに関する。短波長の窒化物ベ
ースのレーザダイオードは、レーザ・プリント・オペレ
ーション及び他の適用例に対して、赤色及び赤外線（Ｉ
Ｒ）レーザダイオードよりも、より小さなスポットサイ
ズ及びより良好な焦点深度を提供する。シングル・スポ
ット窒化物レーザダイオードは、高密度光学記憶装置の
ような領域で使用される。
ザダイオードの分野に関し、詳細には、短波長の窒化物
ベースのレーザダイオードに関する。短波長の窒化物ベ
ースのレーザダイオードは、レーザ・プリント・オペレ
ーション及び他の適用例に対して、赤色及び赤外線（Ｉ
Ｒ）レーザダイオードよりも、より小さなスポットサイ
ズ及びより良好な焦点深度を提供する。シングル・スポ
ット窒化物レーザダイオードは、高密度光学記憶装置の
ような領域で使用される。
【０００２】
【従来の技術】AlGaInNのような、よりバンドギャップ
が高い半導体合金をベースとするレーザダイオードが開
発されている。主に、日本の日亜化学工業（株）(Nichi
a Chemical Company)により、近紫外から紫色のスペク
トルにおいて、優れた半導体レーザの特性が確立されて
いる。例えば、ナカムラら(S. Nakamura et al.)の、
「GaN基板上で成長したInGaN/GaN/AlGaN ベースレーザ
ダイオードのCWオペレーション("CW Operation of InGa
N/GaN/AlGaN-based laser diodes grown on GaN substr
ates")」を参照されたい。
が高い半導体合金をベースとするレーザダイオードが開
発されている。主に、日本の日亜化学工業（株）(Nichi
a Chemical Company)により、近紫外から紫色のスペク
トルにおいて、優れた半導体レーザの特性が確立されて
いる。例えば、ナカムラら(S. Nakamura et al.)の、
「GaN基板上で成長したInGaN/GaN/AlGaN ベースレーザ
ダイオードのCWオペレーション("CW Operation of InGa
N/GaN/AlGaN-based laser diodes grown on GaN substr
ates")」を参照されたい。
【０００３】プリントシステムに組み込まれるレーザダ
イオードにとって、信頼性のある低閾値の動作は、基本
的要求事項である。低閾値動作の達成に伴う困難さとし
ては、量子井戸活性領域に注入した電子の閉込めがあ
る。注入電子が適正に閉込められないと、量子井戸活性
領域から電子が漏洩し、構造のｐ型層から注入された正
孔と再結合する。例えば、日亜化学工業（株）のナカム
ラによって開拓された窒化物レーザ構造では、注入電子
を閉込めるために、活性領域に隣接して、薄膜でバンド
ギャップが高い層を配置している。ナカムラの構造で
は、Al0.2Ga0.8N:Mgの200Åの層が、高エネルギー電子
（量子井戸から脱出するのに十分なエネルギーを有する
電子）がｐ型材料中へ拡散して手近な正孔と再結合する
のを防止するための、トンネルバリヤ層として作用す
る。電子の漏洩を低減することにより、レーザの閾値電
流及び温度感度が下がり、レーザの量子効率が上がる。
イオードにとって、信頼性のある低閾値の動作は、基本
的要求事項である。低閾値動作の達成に伴う困難さとし
ては、量子井戸活性領域に注入した電子の閉込めがあ
る。注入電子が適正に閉込められないと、量子井戸活性
領域から電子が漏洩し、構造のｐ型層から注入された正
孔と再結合する。例えば、日亜化学工業（株）のナカム
ラによって開拓された窒化物レーザ構造では、注入電子
を閉込めるために、活性領域に隣接して、薄膜でバンド
ギャップが高い層を配置している。ナカムラの構造で
は、Al0.2Ga0.8N:Mgの200Åの層が、高エネルギー電子
（量子井戸から脱出するのに十分なエネルギーを有する
電子）がｐ型材料中へ拡散して手近な正孔と再結合する
のを防止するための、トンネルバリヤ層として作用す
る。電子の漏洩を低減することにより、レーザの閾値電
流及び温度感度が下がり、レーザの量子効率が上がる。
【０００４】図１は、従来の窒化物レーザ構造１００を
示す。従来の窒化物レーザ構造１００は、GaN:Mgのｐ型
導波層１１５及びGaN:Siのｎ型導波層１１６の両方を、
In0. 12Ga0.88N/In0.02Ga0.98N:Siの多重量子井戸活性領
域１２０の上に配置されたAl 0.2Ga0.8N:Mgのトンネルバ
リヤ層１１０とともに用いる。ｐ型導波層１１５の上に
はAl0.07Ga0.93N:Mgのｐ型クラッド層１３０が配置さ
れ、ｎ型導波層１１６の下にはAl0.07Ga0.93N:Siのｎ型
クラッド１３１層が配置されている。GaN:Mg層１４０
は、オーミック接触を容易にするキャップ層として働
き、Al2O3層１５０は成長基板として働く。GaN:Mg層１
４０の上にはNi/Auのｐ型コンタクト層（図示せず）が
あり、GaN:Si層１５５の露出面上にはTi/Alコンタクト
層（図示せず）がある。GaN:Si層１５５は側方コンタク
ト層であり、In0.03Ga0.97N:Si層１５６は欠陥の伝搬を
防止するための欠陥低減層である。GaN層１６０はバッ
ファ層として機能する。
示す。従来の窒化物レーザ構造１００は、GaN:Mgのｐ型
導波層１１５及びGaN:Siのｎ型導波層１１６の両方を、
In0. 12Ga0.88N/In0.02Ga0.98N:Siの多重量子井戸活性領
域１２０の上に配置されたAl 0.2Ga0.8N:Mgのトンネルバ
リヤ層１１０とともに用いる。ｐ型導波層１１５の上に
はAl0.07Ga0.93N:Mgのｐ型クラッド層１３０が配置さ
れ、ｎ型導波層１１６の下にはAl0.07Ga0.93N:Siのｎ型
クラッド１３１層が配置されている。GaN:Mg層１４０
は、オーミック接触を容易にするキャップ層として働
き、Al2O3層１５０は成長基板として働く。GaN:Mg層１
４０の上にはNi/Auのｐ型コンタクト層（図示せず）が
あり、GaN:Si層１５５の露出面上にはTi/Alコンタクト
層（図示せず）がある。GaN:Si層１５５は側方コンタク
ト層であり、In0.03Ga0.97N:Si層１５６は欠陥の伝搬を
防止するための欠陥低減層である。GaN層１６０はバッ
ファ層として機能する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２は、単純化したバ
ンド図を用いてトンネルバリヤ層１１０の機能を示して
いる。トンネルバリヤ層１１０は、注入電子に対する強
力な閉込めバリヤとして作用するｐ型AlGaN層である。
活性領域１２０（図１参照）を構成する量子井戸２２
０、２２１、２２２、２２３及び２２４はInGaNであ
り、一方、トンネルバリヤ層１１０はAlGaNである。AlG
aNトンネルバリヤ層１１０に対する伝導帯の電子のポテ
ンシャルエネルギー準位２５０及び擬フェルミ準位２５
５が示されるとともに、電子のポテンシャルエネルギー
準位２５０及び伝導帯のフェルミ準位に対する低ｐ型ド
ープエネルギー準位２３０及び高ｐ型ドープエネルギー
準位２４０が示されている。正孔のポテンシャルエネル
ギー準位２６５とともに、正孔の擬フェルミ準位２６０
が示されている。ナカムラ型のレーザ構造がうまく動作
するためには、バンドギャップが高いAlGaNトンネルバ
リヤ層１１０のｐ型ドープが成功する必要がある。しか
し、トンネルバリヤ層１１０の成長は、有機金属化学蒸
着（ＭＯＣＶＤ）の間のトリメチルアルミニウムとアン
モニアとの間の寄生の前反応により、アルミニウム含有
率が高い合金のｐ型ドープの難しさや、アルミニウム含
有率が高い合金の信頼性を高めることの難しさを含む、
多くの実際上の困難を呈する。トンネルバリヤ層１１０
内の正孔密度やアルミニウム含有量が不十分な場合、ｐ
型ドープレベルにともない電子の閉込めが強くなるの
で、層１１０が電子を収容する能力は低下する。
ンド図を用いてトンネルバリヤ層１１０の機能を示して
いる。トンネルバリヤ層１１０は、注入電子に対する強
力な閉込めバリヤとして作用するｐ型AlGaN層である。
活性領域１２０（図１参照）を構成する量子井戸２２
０、２２１、２２２、２２３及び２２４はInGaNであ
り、一方、トンネルバリヤ層１１０はAlGaNである。AlG
aNトンネルバリヤ層１１０に対する伝導帯の電子のポテ
ンシャルエネルギー準位２５０及び擬フェルミ準位２５
５が示されるとともに、電子のポテンシャルエネルギー
準位２５０及び伝導帯のフェルミ準位に対する低ｐ型ド
ープエネルギー準位２３０及び高ｐ型ドープエネルギー
準位２４０が示されている。正孔のポテンシャルエネル
ギー準位２６５とともに、正孔の擬フェルミ準位２６０
が示されている。ナカムラ型のレーザ構造がうまく動作
するためには、バンドギャップが高いAlGaNトンネルバ
リヤ層１１０のｐ型ドープが成功する必要がある。しか
し、トンネルバリヤ層１１０の成長は、有機金属化学蒸
着（ＭＯＣＶＤ）の間のトリメチルアルミニウムとアン
モニアとの間の寄生の前反応により、アルミニウム含有
率が高い合金のｐ型ドープの難しさや、アルミニウム含
有率が高い合金の信頼性を高めることの難しさを含む、
多くの実際上の困難を呈する。トンネルバリヤ層１１０
内の正孔密度やアルミニウム含有量が不十分な場合、ｐ
型ドープレベルにともない電子の閉込めが強くなるの
で、層１１０が電子を収容する能力は低下する。
【０００６】ｐ型クラッド層１３０を多重量子井戸活性
領域のすぐ近くに、一般的に少数キャリヤ拡散長の１つ
分以内に配置した場合、ｐ型クラッド層１３０を用い
て、注入電子を窒化物レーザダイオードに閉込めること
ができる。この手法の難しい点は、従来の窒化物レーザ
ダイオード構造１００として図３に示されるように、光
学モードとの空間的な重なりを最大にするために、多重
量子井戸活性領域１２０が、一般的に、導波路領域の中
核に配置されていることである。しかし、これによる
と、ｐ型クラッド層は、多重量子井戸領域１２０から少
数キャリヤ拡散長の１つ分より離れて配置される。屈折
率プロファイル３１０、及び対応する基本横光学モード
３２０が、ｎ型クラッド層１３１とｎ型導波層１１６と
の界面からの相対的な距離の関数として示されている。
導波層の膜厚は、光学閉込め係数Γを最大にするように
個別に調整される。光学閉込め係数Γは、光学ゲイン(o
pticalgain)が生成される多重量子井戸活性領域１２０
に重なるパワー（出力）の分数である。窒化物レーザダ
イオードの、多重量子井戸活性領域１２０の上下の導波
層の一般的な膜厚は、電子拡散長の１つ分より大きい約
100nmである。これにより、従来の窒化物レーザダイオ
ード構造１００のｐ型クラッド層１３０は、注入電子を
閉込めるために、多重量子井戸活性領域１２０から遠く
離れて配置される。
領域のすぐ近くに、一般的に少数キャリヤ拡散長の１つ
分以内に配置した場合、ｐ型クラッド層１３０を用い
て、注入電子を窒化物レーザダイオードに閉込めること
ができる。この手法の難しい点は、従来の窒化物レーザ
ダイオード構造１００として図３に示されるように、光
学モードとの空間的な重なりを最大にするために、多重
量子井戸活性領域１２０が、一般的に、導波路領域の中
核に配置されていることである。しかし、これによる
と、ｐ型クラッド層は、多重量子井戸領域１２０から少
数キャリヤ拡散長の１つ分より離れて配置される。屈折
率プロファイル３１０、及び対応する基本横光学モード
３２０が、ｎ型クラッド層１３１とｎ型導波層１１６と
の界面からの相対的な距離の関数として示されている。
導波層の膜厚は、光学閉込め係数Γを最大にするように
個別に調整される。光学閉込め係数Γは、光学ゲイン(o
pticalgain)が生成される多重量子井戸活性領域１２０
に重なるパワー（出力）の分数である。窒化物レーザダ
イオードの、多重量子井戸活性領域１２０の上下の導波
層の一般的な膜厚は、電子拡散長の１つ分より大きい約
100nmである。これにより、従来の窒化物レーザダイオ
ード構造１００のｐ型クラッド層１３０は、注入電子を
閉込めるために、多重量子井戸活性領域１２０から遠く
離れて配置される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従い、ｐ型クラ
ッド層を用いて、窒化物レーザダイオード内の、ｐ型導
波層をなくすとともに、ｐ型の、バンドギャップが非常
に高く、アルミニウム含有率が高い、AlGaNトンネルバ
リヤ層の必要性をなくす。ｐ型クラッド層は、電子の漏
洩を抑制するために用いられる。ｐ型クラッド層に加
え、アルミニウム含有率が高いトンネルバリヤ、超格子
構造、又は分布式電子リフレクタ(distributed electro
n reflector)を、多重量子井戸領域とｐ型クラッド層と
の界面に配置してもよい。ヒ化物及びリン化物のような
他の材料から製造されるレーザダイオードでは、電子の
漏洩を抑制するためにｐ型クラッド層を用いるのである
が、窒化物レーザダイオードにおけるｐ型クラッド層の
使用は、簡単ではない。窒化物における少数キャリヤ拡
散長（再結合が生じる前に少数キャリヤが移動する平均
距離）は、他のレーザダイオード材料よりも数倍短い。
よって、ｐ型クラッド層は、一般的に、多重量子井戸活
性領域から拡散長の数倍離れたところに存在する。従っ
て、注入電子は、認識可能なほどｐ型クラッド層によっ
て閉込められず、そのために、アルミニウム含有率が高
いトンネルバリヤ層が必要となる。赤色及び赤外線レー
ザダイオードでは、導波層の膜厚は拡散長の単なる分数
であるので、クラッド層が効果的に漏洩を抑制できる。
ッド層を用いて、窒化物レーザダイオード内の、ｐ型導
波層をなくすとともに、ｐ型の、バンドギャップが非常
に高く、アルミニウム含有率が高い、AlGaNトンネルバ
リヤ層の必要性をなくす。ｐ型クラッド層は、電子の漏
洩を抑制するために用いられる。ｐ型クラッド層に加
え、アルミニウム含有率が高いトンネルバリヤ、超格子
構造、又は分布式電子リフレクタ(distributed electro
n reflector)を、多重量子井戸領域とｐ型クラッド層と
の界面に配置してもよい。ヒ化物及びリン化物のような
他の材料から製造されるレーザダイオードでは、電子の
漏洩を抑制するためにｐ型クラッド層を用いるのである
が、窒化物レーザダイオードにおけるｐ型クラッド層の
使用は、簡単ではない。窒化物における少数キャリヤ拡
散長（再結合が生じる前に少数キャリヤが移動する平均
距離）は、他のレーザダイオード材料よりも数倍短い。
よって、ｐ型クラッド層は、一般的に、多重量子井戸活
性領域から拡散長の数倍離れたところに存在する。従っ
て、注入電子は、認識可能なほどｐ型クラッド層によっ
て閉込められず、そのために、アルミニウム含有率が高
いトンネルバリヤ層が必要となる。赤色及び赤外線レー
ザダイオードでは、導波層の膜厚は拡散長の単なる分数
であるので、クラッド層が効果的に漏洩を抑制できる。
【０００８】ｐ型クラッド層が、光学閉込め係数を最大
にするための一般的な100nm離れた位置ではなく、多重
量子井戸活性領域に隣接して配置されても、窒化物レー
ザダイオード構造では、依然として高い光学閉込め係数
を達成し得る。これは、窒化物層で生じる比較的弱い横
断（層の平面に垂直な）導波によって、モードの大半が
クラッド層内に減衰しながら拡がることに起因する。実
際、導波核とクラッド層との屈折率の差Δｎはわずか約
0.05であり、一般的なAlGaAsレーザにおける屈折率の差
よりも大きさが１桁近く小さい。この弱い横断導波によ
って、導波モードのピークの強さがより低くなり、これ
により、いかなる導波路の非対称性に対しても、光学閉
込め係数が影響されにくくなる。
にするための一般的な100nm離れた位置ではなく、多重
量子井戸活性領域に隣接して配置されても、窒化物レー
ザダイオード構造では、依然として高い光学閉込め係数
を達成し得る。これは、窒化物層で生じる比較的弱い横
断（層の平面に垂直な）導波によって、モードの大半が
クラッド層内に減衰しながら拡がることに起因する。実
際、導波核とクラッド層との屈折率の差Δｎはわずか約
0.05であり、一般的なAlGaAsレーザにおける屈折率の差
よりも大きさが１桁近く小さい。この弱い横断導波によ
って、導波モードのピークの強さがより低くなり、これ
により、いかなる導波路の非対称性に対しても、光学閉
込め係数が影響されにくくなる。
【０００９】この非対称導波路窒化物レーザダイオード
構造又は従来の窒化物レーザ構造に超格子を導入して、
キャリヤの閉込めを強化してもよい。均一なバルク層の
代わりに超格子を用いる。適正に設計された超格子は、
構造的な欠陥が形成される傾向を抑制する一方で、適切
なｐ型ドープ及び量子井戸内のキャリヤの閉込めを可能
にする。例えば、GaN層とAlGaN層とが交互する超格子
は、GaN層が容易にｐ型ドープされるので、高濃度のｐ
型ドープを可能にする。キャリヤの閉込めには、量子井
戸活性領域と周囲の層との間の価電子帯及び伝導帯にお
ける適切なバンドオフセットが必要である。超格子構造
によるキャリヤの閉込めには、共鳴トンネル効果を回避
する必要もある。
構造又は従来の窒化物レーザ構造に超格子を導入して、
キャリヤの閉込めを強化してもよい。均一なバルク層の
代わりに超格子を用いる。適正に設計された超格子は、
構造的な欠陥が形成される傾向を抑制する一方で、適切
なｐ型ドープ及び量子井戸内のキャリヤの閉込めを可能
にする。例えば、GaN層とAlGaN層とが交互する超格子
は、GaN層が容易にｐ型ドープされるので、高濃度のｐ
型ドープを可能にする。キャリヤの閉込めには、量子井
戸活性領域と周囲の層との間の価電子帯及び伝導帯にお
ける適切なバンドオフセットが必要である。超格子構造
によるキャリヤの閉込めには、共鳴トンネル効果を回避
する必要もある。
【００１０】短周期超格子を、干渉電子リフレクタとし
て作用するように設計してもよい。短周期超格子は、漏
洩電子の波動関数を反射して多重量子井戸活性領域に戻
す、分布式ブラッグリフレクタとして機能する。 “複
数量子バリヤ(Multi-QuantumBarriers)”としばしば呼
ばれる類似の構造を用いて、短波長（λ＜650nm）赤色A
lGaNInPレーザ内の電子を閉込め、電子を、多重量子井
戸活性領域のすぐ隣ではなく、ｐ型クラッド層内に配置
する。低バンドギャップ超格子層を用いて干渉反射を行
えば、AlGaN層の必要性を低くするか、又はなくすこと
ができる。これは、膜の構造上の品質を維持し、AlGaN
層が横断導波に悪影響を及ぼさず、低バンドギャップバ
リヤ層を使用できることはｐ型ドープに有利である。超
格子を構成する層の厚さは、共鳴トンネル効果を回避す
るように選択される必要がある。層の厚さを適切に選択
することにより、旧式のバリヤの高さを超える電子エネ
ルギーに対して、ほぼ100％の電子反射率が可能にな
る。従って、注入電子の閉込めには、適正に設計された
分布式電子リフレクターの方が、バルクバリヤ層よりも
効果的であり得る。
て作用するように設計してもよい。短周期超格子は、漏
洩電子の波動関数を反射して多重量子井戸活性領域に戻
す、分布式ブラッグリフレクタとして機能する。 “複
数量子バリヤ(Multi-QuantumBarriers)”としばしば呼
ばれる類似の構造を用いて、短波長（λ＜650nm）赤色A
lGaNInPレーザ内の電子を閉込め、電子を、多重量子井
戸活性領域のすぐ隣ではなく、ｐ型クラッド層内に配置
する。低バンドギャップ超格子層を用いて干渉反射を行
えば、AlGaN層の必要性を低くするか、又はなくすこと
ができる。これは、膜の構造上の品質を維持し、AlGaN
層が横断導波に悪影響を及ぼさず、低バンドギャップバ
リヤ層を使用できることはｐ型ドープに有利である。超
格子を構成する層の厚さは、共鳴トンネル効果を回避す
るように選択される必要がある。層の厚さを適切に選択
することにより、旧式のバリヤの高さを超える電子エネ
ルギーに対して、ほぼ100％の電子反射率が可能にな
る。従って、注入電子の閉込めには、適正に設計された
分布式電子リフレクターの方が、バルクバリヤ層よりも
効果的であり得る。
【００１１】よって、本発明に従い、ｐ型導波層及びア
ルミニウム含有率が高いトンネルバリヤの必要性をなく
して、多重量子井戸活性領域上に蒸着された電子を閉込
めるためのｐ型クラッド層を有する、窒化物レーザダイ
オード構造を作ることができる。更に、多重量子井戸領
域とｐ型クラッド層との間に、キャリヤの閉込めを強化
するための超格子を導入してもよい。
ルミニウム含有率が高いトンネルバリヤの必要性をなく
して、多重量子井戸活性領域上に蒸着された電子を閉込
めるためのｐ型クラッド層を有する、窒化物レーザダイ
オード構造を作ることができる。更に、多重量子井戸領
域とｐ型クラッド層との間に、キャリヤの閉込めを強化
するための超格子を導入してもよい。
【００１２】本発明の第１の態様は、非対称導波路窒化
物レーザダイオード構造であって、第１及び第２の表面
を有する活性層と、前記活性層の前記第１の表面と接触
する遷移層と、前記遷移層に隣接して付着されたｐ型ク
ラッド層と、前記活性層の前記第２の表面と接触するｎ
型層と、を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオー
ド構造である。本発明の第２の態様は、非対称導波路窒
化物レーザダイオードの形成方法であって、第１及び第
２の表面を有する活性層を備えるステップと、前記活性
層の前記第１の表面と接触する遷移層を配置するステッ
プと、前記遷移層に隣接してｐ型クラッド層を配置する
ステップと、前記活性層の前記第２の表面と接触するｎ
型層を配置するステップと、を有する、非対称導波路窒
化物レーザダイオードの形成方法である。本発明の第３
の態様は、非対称導波路窒化物レーザダイオード構造で
あって、第１及び第２の表面を有する活性層と、前記活
性層の第１の表面とｐ型クラッド層との間に配置され、
前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャップを有する
電子閉込め層と、前記活性層の前記第２の表面に隣接す
るｎ型層と、を有する、非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造である。本発明の第４の態様は、非対称導波
路窒化物レーザダイオード構造であって、第１及び第２
の表面を有する活性層と、前記活性層の第１の表面とｐ
型クラッド層との間に配置され、前記ｐ型クラッド層よ
り大きなバンドギャップを有する電子閉込め層と、前記
活性層の前記第２の表面とｎ型クラッド層との間に配置
されたｎ型導波層と、を有する、非対称導波路窒化物レ
ーザダイオード構造である。本発明の第５の態様は、非
対称導波路窒化物レーザダイオード構造の製造方法であ
って、第１及び第２の表面を有する活性層を備えるステ
ップと、前記活性層の前記第１の表面とｐ型クラッド層
との間に、前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャッ
プを有する電子閉込め層を配置するステップと、前記活
性層の前記第２の表面に隣接してｎ型層を配置するステ
ップと、を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオー
ド構造の製造方法である。
物レーザダイオード構造であって、第１及び第２の表面
を有する活性層と、前記活性層の前記第１の表面と接触
する遷移層と、前記遷移層に隣接して付着されたｐ型ク
ラッド層と、前記活性層の前記第２の表面と接触するｎ
型層と、を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオー
ド構造である。本発明の第２の態様は、非対称導波路窒
化物レーザダイオードの形成方法であって、第１及び第
２の表面を有する活性層を備えるステップと、前記活性
層の前記第１の表面と接触する遷移層を配置するステッ
プと、前記遷移層に隣接してｐ型クラッド層を配置する
ステップと、前記活性層の前記第２の表面と接触するｎ
型層を配置するステップと、を有する、非対称導波路窒
化物レーザダイオードの形成方法である。本発明の第３
の態様は、非対称導波路窒化物レーザダイオード構造で
あって、第１及び第２の表面を有する活性層と、前記活
性層の第１の表面とｐ型クラッド層との間に配置され、
前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャップを有する
電子閉込め層と、前記活性層の前記第２の表面に隣接す
るｎ型層と、を有する、非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造である。本発明の第４の態様は、非対称導波
路窒化物レーザダイオード構造であって、第１及び第２
の表面を有する活性層と、前記活性層の第１の表面とｐ
型クラッド層との間に配置され、前記ｐ型クラッド層よ
り大きなバンドギャップを有する電子閉込め層と、前記
活性層の前記第２の表面とｎ型クラッド層との間に配置
されたｎ型導波層と、を有する、非対称導波路窒化物レ
ーザダイオード構造である。本発明の第５の態様は、非
対称導波路窒化物レーザダイオード構造の製造方法であ
って、第１及び第２の表面を有する活性層を備えるステ
ップと、前記活性層の前記第１の表面とｐ型クラッド層
との間に、前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャッ
プを有する電子閉込め層を配置するステップと、前記活
性層の前記第２の表面に隣接してｎ型層を配置するステ
ップと、を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオー
ド構造の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下の詳細説明と添付の図面を参
照することにより、本発明の真価及び多くの付随する長
所が容易に理解されよう。
照することにより、本発明の真価及び多くの付随する長
所が容易に理解されよう。
【００１４】本発明の実施の形態に従い、図４（Ａ）
は、多重量子井戸領域１２０上にｐ型導波層１１５及び
AlGaNトンネルバリヤ層１１０を持たない、非対称導波
路窒化物レーザダイオード構造４００を示している。ｐ
型クラッド層１３０は、多重量子井戸活性領域１２０に
隣接して配置されており、薄膜のアンドープGaN層４２
９が両者の間の遷移層として働く。基板１５０は、例え
ば、Al2O3で構成できるが、SiC若しくはGaN、又は他の
適切な基板材料であってもよい。レーザダイオード構造
４００に対するパルス閾値電流密度の一般的な値は、領
域の寸法が約750μm×3μmで、6.5ボルトで5kA/cm2であ
る。
は、多重量子井戸領域１２０上にｐ型導波層１１５及び
AlGaNトンネルバリヤ層１１０を持たない、非対称導波
路窒化物レーザダイオード構造４００を示している。ｐ
型クラッド層１３０は、多重量子井戸活性領域１２０に
隣接して配置されており、薄膜のアンドープGaN層４２
９が両者の間の遷移層として働く。基板１５０は、例え
ば、Al2O3で構成できるが、SiC若しくはGaN、又は他の
適切な基板材料であってもよい。レーザダイオード構造
４００に対するパルス閾値電流密度の一般的な値は、領
域の寸法が約750μm×3μmで、6.5ボルトで5kA/cm2であ
る。
【００１５】図４（Ｂ）は、レーザダイオード構造４０
０の中心領域のバンド図を示している。図２の従来構造
１００のバンド図との違いに注目されたい。従来構造１
００では、多重量子井戸活性領域１２０とｐ型クラッド
層１３０との間に、ｐ型導波層１１５及びトンネルバリ
ヤ層１１０がある。ｐ型導波層１１５の膜厚は、ｎ型導
波層１１６の膜厚とほぼ等しい。非対称導波路窒化物レ
ーザダイオード構造４００では、ｐ型導波層１１５はな
くされ、ｐ型クラッド層１３０は多重量子井戸活性領域
１２０に接近して配置されており、両者の間にあるのは
アンドープGaN遷移層４２９だけである。非対称構造４
００では、ｐ型クラッド層１３０が、光学的閉込めのた
めのクラッド層及び注入電子に対する電子閉込めバリヤ
の両方の機能を持つ。
０の中心領域のバンド図を示している。図２の従来構造
１００のバンド図との違いに注目されたい。従来構造１
００では、多重量子井戸活性領域１２０とｐ型クラッド
層１３０との間に、ｐ型導波層１１５及びトンネルバリ
ヤ層１１０がある。ｐ型導波層１１５の膜厚は、ｎ型導
波層１１６の膜厚とほぼ等しい。非対称導波路窒化物レ
ーザダイオード構造４００では、ｐ型導波層１１５はな
くされ、ｐ型クラッド層１３０は多重量子井戸活性領域
１２０に接近して配置されており、両者の間にあるのは
アンドープGaN遷移層４２９だけである。非対称構造４
００では、ｐ型クラッド層１３０が、光学的閉込めのた
めのクラッド層及び注入電子に対する電子閉込めバリヤ
の両方の機能を持つ。
【００１６】図５は、トンネルバリヤ層１１０をなくし
た非対称導波路窒化物レーザダイオード構造４００の、
モデリングされた反射率プロファイル５１０及び対応す
る基本横光学モードプロファイル５２０を示している。
図３と同様、モデリングには、ＭＯＤＥＩＧ誘電導波シ
ミュレーションソフトウェアを用いた。このソフトウェ
アは、ウェブサイトwww.seas.smu.edu/modeig.からダウ
ンロードしてもよい。図５は、非対称導波路窒化物レー
ザダイオード構造４００では、モードピーク５５０が多
重量子井戸活性領域１２０の位置５３０と一致しないこ
とを示している。図６では、曲線６１０は従来の窒化物
レーザダイオード構造１００のΓtotalを表し、一方、
曲線６２０は非対称導波路窒化物レーザダイオード構造
４００のΓtotalを表している。図６は、モードピーク
５５０（図５参照）の、多重量子井戸活性領域１２０の
位置５３０からの相対的な変位が、光学閉込め係数Γを
認識可能なほど低下させないことを示している。これ
は、窒化物レーザダイオードの場合、モードの閉込めが
非常に弱いことを理由とする。図６のΓtotal値は、量
子井戸活性領域１２０の５つの量子井戸の各々に対する
個々のΓの合計を表しており、ｎ型導波層１１６の膜厚
に対して作図されている。従来の窒化物レーザ構造１０
０は、ｐ型クラッド層１３０から膜厚100nmのｐ型導波
層１１５によって離隔されたトンネルバリヤ層１１０を
有するようになっている。従来の窒化物レーザ構造１０
０のΓtotalの方がやや高いが、従来の窒化物レーザ構
造１００及び非対称導波路窒化物レーザ構造４００の両
方とも、ノミナルのΓtotalは、依然として約5％であ
る。
た非対称導波路窒化物レーザダイオード構造４００の、
モデリングされた反射率プロファイル５１０及び対応す
る基本横光学モードプロファイル５２０を示している。
図３と同様、モデリングには、ＭＯＤＥＩＧ誘電導波シ
ミュレーションソフトウェアを用いた。このソフトウェ
アは、ウェブサイトwww.seas.smu.edu/modeig.からダウ
ンロードしてもよい。図５は、非対称導波路窒化物レー
ザダイオード構造４００では、モードピーク５５０が多
重量子井戸活性領域１２０の位置５３０と一致しないこ
とを示している。図６では、曲線６１０は従来の窒化物
レーザダイオード構造１００のΓtotalを表し、一方、
曲線６２０は非対称導波路窒化物レーザダイオード構造
４００のΓtotalを表している。図６は、モードピーク
５５０（図５参照）の、多重量子井戸活性領域１２０の
位置５３０からの相対的な変位が、光学閉込め係数Γを
認識可能なほど低下させないことを示している。これ
は、窒化物レーザダイオードの場合、モードの閉込めが
非常に弱いことを理由とする。図６のΓtotal値は、量
子井戸活性領域１２０の５つの量子井戸の各々に対する
個々のΓの合計を表しており、ｎ型導波層１１６の膜厚
に対して作図されている。従来の窒化物レーザ構造１０
０は、ｐ型クラッド層１３０から膜厚100nmのｐ型導波
層１１５によって離隔されたトンネルバリヤ層１１０を
有するようになっている。従来の窒化物レーザ構造１０
０のΓtotalの方がやや高いが、従来の窒化物レーザ構
造１００及び非対称導波路窒化物レーザ構造４００の両
方とも、ノミナルのΓtotalは、依然として約5％であ
る。
【００１７】図５は、多重量子井戸活性領域１２０の位
置５３０の、モードピーク５５０に向かいｐ型クラッド
層１３０から離れる僅かな変位が、より高いΓtotal値
を生じることを示している。GaN遷移層４２９の膜厚を
増すことにより、非対称導波路窒化物レーザダイオード
構造４００におけるｐ型クラッド層１３０と多重量子井
戸活性領域１２０との離隔距離を約20nmまで増加でき、
図７からわかるように、従来の窒化物レーザ構造１００
で達成される光学閉込め係数よりも幾分大きい光学閉込
め係数を達成できる。GaN遷移層４２９の追加部分は、
ｐ型ドープを施されてもよい。図７では、従来の窒化物
レーザ構造１００のΓtotalと、本発明に従った２つの
実施の形態とを比較している。曲線７１０は、100nmの
ｐ型導波層１１５及び10nmのトンネルバリヤ層１１０を
有する従来の窒化物レーザダイオード構造１００の合計
光学閉込め係数を示している。計算された曲線７２０及
び７３０は、ｐ型クラッド層１３０と多重量子井戸活性
領域１２０との間に、一般的な6nmの離隔距離と増加し
た20nmの離隔距離とをそれぞれ有する構造４００を示し
ている。しかし、多重量子井戸活性領域１２０とｐ型ク
ラッド層１３０との離隔距離を増加すると、窒化物材料
における短い少数キャリヤ拡散長に起因して、ｐ型クラ
ッド層１３０によって与えられる電子の閉込めを大きく
低下させることがある。よって、改善された光学的閉込
めは、注入電子の閉込めが低下したことによるオフセッ
トを超えてもよい。
置５３０の、モードピーク５５０に向かいｐ型クラッド
層１３０から離れる僅かな変位が、より高いΓtotal値
を生じることを示している。GaN遷移層４２９の膜厚を
増すことにより、非対称導波路窒化物レーザダイオード
構造４００におけるｐ型クラッド層１３０と多重量子井
戸活性領域１２０との離隔距離を約20nmまで増加でき、
図７からわかるように、従来の窒化物レーザ構造１００
で達成される光学閉込め係数よりも幾分大きい光学閉込
め係数を達成できる。GaN遷移層４２９の追加部分は、
ｐ型ドープを施されてもよい。図７では、従来の窒化物
レーザ構造１００のΓtotalと、本発明に従った２つの
実施の形態とを比較している。曲線７１０は、100nmの
ｐ型導波層１１５及び10nmのトンネルバリヤ層１１０を
有する従来の窒化物レーザダイオード構造１００の合計
光学閉込め係数を示している。計算された曲線７２０及
び７３０は、ｐ型クラッド層１３０と多重量子井戸活性
領域１２０との間に、一般的な6nmの離隔距離と増加し
た20nmの離隔距離とをそれぞれ有する構造４００を示し
ている。しかし、多重量子井戸活性領域１２０とｐ型ク
ラッド層１３０との離隔距離を増加すると、窒化物材料
における短い少数キャリヤ拡散長に起因して、ｐ型クラ
ッド層１３０によって与えられる電子の閉込めを大きく
低下させることがある。よって、改善された光学的閉込
めは、注入電子の閉込めが低下したことによるオフセッ
トを超えてもよい。
【００１８】本発明に従った実施の形態では、多重量子
井戸領域１２０とｐ型クラッド層１３０との間に、薄膜
（一般的には膜厚約2から6nm）のアンドープGaN層４２
９が挿入されている。GaN層４２９は、低速（多重量子
井戸領域１２０に用いられる速度とほぼ等しい）で、リ
アクター条件を、多重量子井戸領域１２０の成長に最適
な条件から、ｐ型クラッド層１３０の成長に最適な条件
に変えて、蒸着される。アンドープGaN層４２９は、多
重量子井戸活性領域１２０とｐ型クラッド層１３０との
成長条件の違いを調和させる遷移層である。詳細には、
多重量子井戸活性領域１２０にインジウム（In）を含ま
せるには、約775℃の温度で、水素キャリヤのガスの流
れが無いことが必要である。より良好な均一性を達成
し、多重量子井戸活性領域の個々の量子井戸間の界面で
の急激なガスの転換を可能にするために、低圧（約200
トル）環境を用いる。量子井戸の低圧成長により、有機
金属バブラーソース(organometallic bubbler sources)
を通る水素キャリヤガスの流れを最小にすることもでき
る。ｐ型クラッド層１３０の蒸着には、活性領域１２０
の蒸着パラメータとはかなり異なるパラメータが必要で
ある。トリメチルアルミニウムとアンモニアとの前反応
を抑制するには、10 slpm（standard liters per minut
e）の高い水素キャリヤガスの流量が必要である。同様
に、ｐ型ドープには、品質の良いｐ型クラッド層１３０
を得るために、高圧（約700トル）及び900℃の温度が用
いられる。
井戸領域１２０とｐ型クラッド層１３０との間に、薄膜
（一般的には膜厚約2から6nm）のアンドープGaN層４２
９が挿入されている。GaN層４２９は、低速（多重量子
井戸領域１２０に用いられる速度とほぼ等しい）で、リ
アクター条件を、多重量子井戸領域１２０の成長に最適
な条件から、ｐ型クラッド層１３０の成長に最適な条件
に変えて、蒸着される。アンドープGaN層４２９は、多
重量子井戸活性領域１２０とｐ型クラッド層１３０との
成長条件の違いを調和させる遷移層である。詳細には、
多重量子井戸活性領域１２０にインジウム（In）を含ま
せるには、約775℃の温度で、水素キャリヤのガスの流
れが無いことが必要である。より良好な均一性を達成
し、多重量子井戸活性領域の個々の量子井戸間の界面で
の急激なガスの転換を可能にするために、低圧（約200
トル）環境を用いる。量子井戸の低圧成長により、有機
金属バブラーソース(organometallic bubbler sources)
を通る水素キャリヤガスの流れを最小にすることもでき
る。ｐ型クラッド層１３０の蒸着には、活性領域１２０
の蒸着パラメータとはかなり異なるパラメータが必要で
ある。トリメチルアルミニウムとアンモニアとの前反応
を抑制するには、10 slpm（standard liters per minut
e）の高い水素キャリヤガスの流量が必要である。同様
に、ｐ型ドープには、品質の良いｐ型クラッド層１３０
を得るために、高圧（約700トル）及び900℃の温度が用
いられる。
【００１９】本発明に従った実施の形態では、合計光学
閉込め係数Γtotalは、ｎ型クラッド層１３１のアルミ
ニウム含有量を増加することにより、増加されてもよ
い。図８は、ｎ型クラッド層１３１の組成が、曲線８１
０で示されるAl0.07Ga0.93Nから曲線８２０で示されるA
l0.10Ga0.90Nへと変更されると、合計光学閉込め係数Γ
totalがどのように増加するかを示している。よって、
ｐ型クラッド層１３０及びｎ型クラッド層１３１の組成
の非対称性を用いて、基本横光学モードピーク５１０に
相対する多重量子井戸活性領域の変位を補償し、高い合
計光学閉込め係数Γtotalを維持することができる。
閉込め係数Γtotalは、ｎ型クラッド層１３１のアルミ
ニウム含有量を増加することにより、増加されてもよ
い。図８は、ｎ型クラッド層１３１の組成が、曲線８１
０で示されるAl0.07Ga0.93Nから曲線８２０で示されるA
l0.10Ga0.90Nへと変更されると、合計光学閉込め係数Γ
totalがどのように増加するかを示している。よって、
ｐ型クラッド層１３０及びｎ型クラッド層１３１の組成
の非対称性を用いて、基本横光学モードピーク５１０に
相対する多重量子井戸活性領域の変位を補償し、高い合
計光学閉込め係数Γtotalを維持することができる。
【００２０】図９（Ａ）は、電子の閉込めを強化するよ
うに変更された非対称導波路窒化物レーザダイオード構
造９００を示している。非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造９００には、多重量子井戸領域１２０とｐ型
クラッド層１３０との界面に層９１０が追加されてい
る。追加層９１０は、ｎ周期超格子９１０ａ、分布式電
子リフレクタ９１０ｂ、又はアルミニウム含有率が高い
トンネルバリヤ層９１０ｃであり得る。
うに変更された非対称導波路窒化物レーザダイオード構
造９００を示している。非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造９００には、多重量子井戸領域１２０とｐ型
クラッド層１３０との界面に層９１０が追加されてい
る。追加層９１０は、ｎ周期超格子９１０ａ、分布式電
子リフレクタ９１０ｂ、又はアルミニウム含有率が高い
トンネルバリヤ層９１０ｃであり得る。
【００２１】図９（Ｂ）は、非対称導波路窒化物レーザ
ダイオード構造９００の中心領域のバンド図を示してい
る。 図９（Ｂ）は、多重量子井戸活性領域１２０とｐ
型クラッド層１３０との間に付加的な電子閉込め層であ
る追加層９１０が挿入されたこと以外は、図４（Ｂ）と
類似している。図９（Ｂ）では、追加層９１０のバンド
エッジが点線で示されている。実際には、層９１０はｎ
周期超格子で構成されていてもよい。
ダイオード構造９００の中心領域のバンド図を示してい
る。 図９（Ｂ）は、多重量子井戸活性領域１２０とｐ
型クラッド層１３０との間に付加的な電子閉込め層であ
る追加層９１０が挿入されたこと以外は、図４（Ｂ）と
類似している。図９（Ｂ）では、追加層９１０のバンド
エッジが点線で示されている。実際には、層９１０はｎ
周期超格子で構成されていてもよい。
【００２２】図１０は、５周期超格子９１０ａを示して
いる。超格子９１０ａは、膜厚ｄ1のAlx1Ga1-x1N層１０
５１、１０５３、１０５５、１０５７及び１０５９、並
びに膜厚ｄ2のAlx2Ga1-x2N層１０５２、１０５４、１０
５６、１０５８及び１０６０からなる。超格子９１０ａ
についての一般的な選択は、(x1・d1＋x2・d2)/(d1＋d
2)と等しく定められる超格子９１０ａの平均組成ｘavg
が、高アルミニウム含有率トンネルバリヤ層９１０ｃの
組成と等しくなるように、組成及び膜厚を選択すること
である。しかし、超格子９１０ａのバリヤ層１０５２、
１０５４、１０５６、１０５８及び１０６０は組成ｘ
avgの高アルミニウム含有率トンネルバリヤ層９１０ｃ
より大きいバンドギャップを有し、井戸層１０５１、１
０５３、１０５５、１０５７及び１０５９内に量子を閉
込めると電子の許容エネルギーがより高い値にシフトす
るので、ｘavgはより低い値で十分である。均一なAl0.2
Ga0. 8N:Mgトンネルバリヤ層９１０ｃと置き換えるため
に、超格子構造９１０ａは、x1=0及びx2=0.25と選択で
きよう。
いる。超格子９１０ａは、膜厚ｄ1のAlx1Ga1-x1N層１０
５１、１０５３、１０５５、１０５７及び１０５９、並
びに膜厚ｄ2のAlx2Ga1-x2N層１０５２、１０５４、１０
５６、１０５８及び１０６０からなる。超格子９１０ａ
についての一般的な選択は、(x1・d1＋x2・d2)/(d1＋d
2)と等しく定められる超格子９１０ａの平均組成ｘavg
が、高アルミニウム含有率トンネルバリヤ層９１０ｃの
組成と等しくなるように、組成及び膜厚を選択すること
である。しかし、超格子９１０ａのバリヤ層１０５２、
１０５４、１０５６、１０５８及び１０６０は組成ｘ
avgの高アルミニウム含有率トンネルバリヤ層９１０ｃ
より大きいバンドギャップを有し、井戸層１０５１、１
０５３、１０５５、１０５７及び１０５９内に量子を閉
込めると電子の許容エネルギーがより高い値にシフトす
るので、ｘavgはより低い値で十分である。均一なAl0.2
Ga0. 8N:Mgトンネルバリヤ層９１０ｃと置き換えるため
に、超格子構造９１０ａは、x1=0及びx2=0.25と選択で
きよう。
【００２３】x1は、層１０５１、１０５３、１０５５、
１０５７及び１０５９を適切にｐ型ドープできるように
選択されるので、x1の値は約0.1より低い値に制限され
る。x1の一般的な値としてはx1=0をとり、その結果はGa
N層１０５１、１０５３、１０５５、１０５７及び１０
５９となる。x2は、超格子９１０ａが効果的に電子を閉
込められるように、十分高いバンドギャップを備えるよ
うに選択され、x2の一般的な値は上述のようにx2=0.25
である。膜厚d1及びd2は、0から約50Åの範囲であって
よく、一般的な値はd1=d2=20Åである。井戸層１０５
１、１０５３、１０５５、１０５７及び１０５９とバリ
ヤ層１０５２、１０５４、１０５６、１０５８及び１０
６０との間の電子波動関数の大きな重なりを可能にする
には、膜厚が約50Å未満であることが必要である。バリ
ヤ層の膜厚が10Åを超えれば、井戸層１０５１、１０５
３、１０５５、１０５７及び１０５９のシャープな界面
の達成及び高濃度のドープを目的として、適切に成長を
制御できる。波動関数の計算に基づき、膜厚d1及びd2は
10から20Åが最適である。結果として、超格子９１０ａ
の合計膜厚は100から200Åとなる。超格子９１０ａ内の
電子の最低許容エネルギーは、超格子９１０ａの量子井
戸の伝導帯と超格子９１０ａの量子バリヤの伝導帯との
間のレベルである。電子の最低許容エネルギーは、井戸
の膜厚が減少するにつれて増加する。超格子９１０ａを
使用すると、構造上の欠陥を形成する傾向も減少し、ト
ンネルバリヤへのｐ型ドープの遂行能力を改善する。超
格子９１０ａは、従来の窒化物レーザダイオード構造１
００におけるトンネルバリヤ層１１０の代わりに用いら
れてもよい。
１０５７及び１０５９を適切にｐ型ドープできるように
選択されるので、x1の値は約0.1より低い値に制限され
る。x1の一般的な値としてはx1=0をとり、その結果はGa
N層１０５１、１０５３、１０５５、１０５７及び１０
５９となる。x2は、超格子９１０ａが効果的に電子を閉
込められるように、十分高いバンドギャップを備えるよ
うに選択され、x2の一般的な値は上述のようにx2=0.25
である。膜厚d1及びd2は、0から約50Åの範囲であって
よく、一般的な値はd1=d2=20Åである。井戸層１０５
１、１０５３、１０５５、１０５７及び１０５９とバリ
ヤ層１０５２、１０５４、１０５６、１０５８及び１０
６０との間の電子波動関数の大きな重なりを可能にする
には、膜厚が約50Å未満であることが必要である。バリ
ヤ層の膜厚が10Åを超えれば、井戸層１０５１、１０５
３、１０５５、１０５７及び１０５９のシャープな界面
の達成及び高濃度のドープを目的として、適切に成長を
制御できる。波動関数の計算に基づき、膜厚d1及びd2は
10から20Åが最適である。結果として、超格子９１０ａ
の合計膜厚は100から200Åとなる。超格子９１０ａ内の
電子の最低許容エネルギーは、超格子９１０ａの量子井
戸の伝導帯と超格子９１０ａの量子バリヤの伝導帯との
間のレベルである。電子の最低許容エネルギーは、井戸
の膜厚が減少するにつれて増加する。超格子９１０ａを
使用すると、構造上の欠陥を形成する傾向も減少し、ト
ンネルバリヤへのｐ型ドープの遂行能力を改善する。超
格子９１０ａは、従来の窒化物レーザダイオード構造１
００におけるトンネルバリヤ層１１０の代わりに用いら
れてもよい。
【００２４】図１１は、本発明に従った分布式電子リフ
レクタ９１０ｂの実施の形態における、５対短周期Al
0.2Ga0.8N/GaN超格子構造１１００を示している。GaN層
１１０２、１１０４、１１０６、１１０８及び１１１０
は、約2nmの膜厚を有するように選択され、AlGaN層１１
０１、１１０３、１１０５、１１０７、１１０９は、約
3nmの膜厚を有するように選択される。個々の層の膜厚
は、幾分は、約700meV未満のエネルギーでの注入電子に
よる共鳴トンネリングを防止する一方で、700meVまでの
強い反射を生じるように選択される。例えば、図１２
は、超格子１１００の電子エネルギーに対する反射率を
示しており、0meVは多重量子井戸活性領域１２０内の量
子井戸の伝導帯位置に対応し、300meVは多重量子井戸活
性領域１２０内のバリヤ層の伝導帯位置に対応する。Al
GaNバリヤ層１１０１、１１０３、１１０５、１１０７
及び１１０９の伝導帯位置としては700meVがとられてい
る。
レクタ９１０ｂの実施の形態における、５対短周期Al
0.2Ga0.8N/GaN超格子構造１１００を示している。GaN層
１１０２、１１０４、１１０６、１１０８及び１１１０
は、約2nmの膜厚を有するように選択され、AlGaN層１１
０１、１１０３、１１０５、１１０７、１１０９は、約
3nmの膜厚を有するように選択される。個々の層の膜厚
は、幾分は、約700meV未満のエネルギーでの注入電子に
よる共鳴トンネリングを防止する一方で、700meVまでの
強い反射を生じるように選択される。例えば、図１２
は、超格子１１００の電子エネルギーに対する反射率を
示しており、0meVは多重量子井戸活性領域１２０内の量
子井戸の伝導帯位置に対応し、300meVは多重量子井戸活
性領域１２０内のバリヤ層の伝導帯位置に対応する。Al
GaNバリヤ層１１０１、１１０３、１１０５、１１０７
及び１１０９の伝導帯位置としては700meVがとられてい
る。
【００２５】図１３は、本発明に従った分布式電子リフ
レクタ９１０ｂの実施の形態における、５対短周期InGa
N/Al0.2Ga0.8N超格子構造１３００を示している。GaNの
代わりにInGaNを用いることにより、アクセプタのイオ
ン化エネルギーはGaNより低いので、改善されたｐ型ド
ープが可能になる。更に、InGaNの高い屈折率により、I
nGaNとAlGaN多重量子バリヤとの組合せは、GaNの平均屈
折率に近い平均屈折率を有する。よって、構造１３００
は、横断導波に関して比較的ニュートラルである。一
方、一般的な200ÅのAl0.2Ga0.8Nバルクバリヤ層は、量
子井戸活性領域の光学閉込め係数Γに対して悪影響を有
する。最終的に、InGaN/AlGaN短周期超格子構造１３０
０は、構造上の欠陥の形成を抑制し得る、ひずみの平衡
の形態を与える。ひずみの平衡が生じるのは、超格子構
造１３００内において、InGaNには二軸性の圧縮応力が
かかり、一方AlGaNには二軸性の引っ張り応力がかかる
からである。
レクタ９１０ｂの実施の形態における、５対短周期InGa
N/Al0.2Ga0.8N超格子構造１３００を示している。GaNの
代わりにInGaNを用いることにより、アクセプタのイオ
ン化エネルギーはGaNより低いので、改善されたｐ型ド
ープが可能になる。更に、InGaNの高い屈折率により、I
nGaNとAlGaN多重量子バリヤとの組合せは、GaNの平均屈
折率に近い平均屈折率を有する。よって、構造１３００
は、横断導波に関して比較的ニュートラルである。一
方、一般的な200ÅのAl0.2Ga0.8Nバルクバリヤ層は、量
子井戸活性領域の光学閉込め係数Γに対して悪影響を有
する。最終的に、InGaN/AlGaN短周期超格子構造１３０
０は、構造上の欠陥の形成を抑制し得る、ひずみの平衡
の形態を与える。ひずみの平衡が生じるのは、超格子構
造１３００内において、InGaNには二軸性の圧縮応力が
かかり、一方AlGaNには二軸性の引っ張り応力がかかる
からである。
【００２６】低バンドギャップInGaN層１３０２、１３
０４、１３０６、１３０８及び１３１０は、約1nmの膜
厚を有するように選択され、一方、AlGaN層１３０１、
１３０３、１３０５、１３０７及び１３０９は、約3nm
の膜厚を有するように選択される。個々の層の膜厚は、
幾分は、約800meV未満のエネルギーでの注入電子による
共鳴トンネリングを防止する一方で、800meVまでの強い
反射を生じるように選択される。例えば、図１４は、超
格子１３００の電子エネルギーに対する反射率を示して
おり、0meVは多重量子井戸活性領域１２０内の量子井戸
の伝導帯位置に対応し、300meVは多重量子井戸活性領域
１２０内のバリヤ層の伝導帯位置に対応する。AlGaNバ
リヤ層１３０１、１３０３、１３０５、１３０７及び１
３０９の伝導帯位置としては700meVがとられている。図
１４は、超格子構造１３００の有効なバリヤの高さは旧
式のバリヤの高さ700meVよりも高いことを示している。
０４、１３０６、１３０８及び１３１０は、約1nmの膜
厚を有するように選択され、一方、AlGaN層１３０１、
１３０３、１３０５、１３０７及び１３０９は、約3nm
の膜厚を有するように選択される。個々の層の膜厚は、
幾分は、約800meV未満のエネルギーでの注入電子による
共鳴トンネリングを防止する一方で、800meVまでの強い
反射を生じるように選択される。例えば、図１４は、超
格子１３００の電子エネルギーに対する反射率を示して
おり、0meVは多重量子井戸活性領域１２０内の量子井戸
の伝導帯位置に対応し、300meVは多重量子井戸活性領域
１２０内のバリヤ層の伝導帯位置に対応する。AlGaNバ
リヤ層１３０１、１３０３、１３０５、１３０７及び１
３０９の伝導帯位置としては700meVがとられている。図
１４は、超格子構造１３００の有効なバリヤの高さは旧
式のバリヤの高さ700meVよりも高いことを示している。
【００２７】図１５は、本発明に従った分布式電子リフ
レクタ９１０ｂの実施の形態の、５対短周期InGaN/GaN
超格子構造１５００を示している。超格子構造１５００
は、高バンドギャップのAlGaN層を全く含まない。GaN層
１５０２、１５０４、１５０６、１５０８及び１５１０
は、約2nmの膜厚を有するように選択され、一方、InGaN
層１５０１、１５０３、１５０５、１５０７及び１５０
９は、約1nmの膜厚を有するように選択される。個々の
層の膜厚は、幾分は、共鳴トンネリングを回避するよう
に選択される。例えば、図１６は、超格子１５００の電
子エネルギーに対する反射率を示しており、0meVは多重
量子井戸活性領域１２０内の量子井戸の伝導帯位置に対
応し、300meVは多重量子井戸活性領域１２０内のバリヤ
層の伝導帯位置に対応する。図１６は、超格子構造１５
００の有効なバリヤの高さは約500meVであることを示し
ており、これは旧式のバリヤの高さである300meVよりも
かなり大きい。しかし、図１６は、超格子構造１５００
が約300meVで狭い伝導共鳴を有することを示している。
この狭い伝導共鳴以外は、超格子構造１５００は約500m
eVまでの高い反射率を与える。超格子１５００のような
AlGaN-フリー多重量子バリヤは、ｐ型ドープ及び構造的
な品質の改善に加えて、横断導波も改善する。
レクタ９１０ｂの実施の形態の、５対短周期InGaN/GaN
超格子構造１５００を示している。超格子構造１５００
は、高バンドギャップのAlGaN層を全く含まない。GaN層
１５０２、１５０４、１５０６、１５０８及び１５１０
は、約2nmの膜厚を有するように選択され、一方、InGaN
層１５０１、１５０３、１５０５、１５０７及び１５０
９は、約1nmの膜厚を有するように選択される。個々の
層の膜厚は、幾分は、共鳴トンネリングを回避するよう
に選択される。例えば、図１６は、超格子１５００の電
子エネルギーに対する反射率を示しており、0meVは多重
量子井戸活性領域１２０内の量子井戸の伝導帯位置に対
応し、300meVは多重量子井戸活性領域１２０内のバリヤ
層の伝導帯位置に対応する。図１６は、超格子構造１５
００の有効なバリヤの高さは約500meVであることを示し
ており、これは旧式のバリヤの高さである300meVよりも
かなり大きい。しかし、図１６は、超格子構造１５００
が約300meVで狭い伝導共鳴を有することを示している。
この狭い伝導共鳴以外は、超格子構造１５００は約500m
eVまでの高い反射率を与える。超格子１５００のような
AlGaN-フリー多重量子バリヤは、ｐ型ドープ及び構造的
な品質の改善に加えて、横断導波も改善する。
【００２８】InGaN層１３０２、１３０４、１３０６、
１３０８及び１３１０、又は１５０２、１５０４、１５
０６、１５０８及び１５１０が、多重量子井戸活性領域
のバンドギャップエネルギーに比肩するバンドギャップ
エネルギーを有する場合は、超格子構造１３００又は１
５００は、それぞれ、多重量子井戸活性領域１２０か
ら、ある最小距離dminだけ変位されるべきである。この
変位により、多重量子井戸活性領域１２０から超格子構
造１３００又は１５００のそれぞれのInGaN層１３０
２、１３０４、１３０６、１３０８及び１３１０、又は
１５０２、１５０４、１５０６、１５０８及び１５１０
に注入される電子のトンネリングが抑制される。d
minは、超格子構造１３００又は１５００との認識可能
な相互作用が生じる前に電子の波動関数が干渉性を失う
ほどには変位が大きくないこととする要件により、限定
される。dminの一般的な範囲は約5から10nmである。
１３０８及び１３１０、又は１５０２、１５０４、１５
０６、１５０８及び１５１０が、多重量子井戸活性領域
のバンドギャップエネルギーに比肩するバンドギャップ
エネルギーを有する場合は、超格子構造１３００又は１
５００は、それぞれ、多重量子井戸活性領域１２０か
ら、ある最小距離dminだけ変位されるべきである。この
変位により、多重量子井戸活性領域１２０から超格子構
造１３００又は１５００のそれぞれのInGaN層１３０
２、１３０４、１３０６、１３０８及び１３１０、又は
１５０２、１５０４、１５０６、１５０８及び１５１０
に注入される電子のトンネリングが抑制される。d
minは、超格子構造１３００又は１５００との認識可能
な相互作用が生じる前に電子の波動関数が干渉性を失う
ほどには変位が大きくないこととする要件により、限定
される。dminの一般的な範囲は約5から10nmである。
【００２９】図１８の表１は、非対称導波路窒化物レー
ザダイオード構造４００を構成する層を、サファイア基
板１５０上に蒸着される順序で、各層の適切な蒸着パラ
メータとともに示している。有機金属フローは、固体
（TMIn及びCp2Mg）又は液体（TMGa、TMAl、及びTEGa）
の蒸気の水素キャリヤガスによる完全飽和に基づいて計
算された、μモル/分で表されている。非対称導波路窒
化物レーザダイオード構造４００は、有機金属化学蒸着
（ＭＯＣＶＤ）を用いて作られる。図１７は、一枚の5c
mサファイア基板ウェハを収容するための約80mmの内径
を有する、石英リアクタセル１７００を示している。リ
アクタの幾何形状は、反応ガスが、リアクタの一番上か
ら、サファイアウェハの表面１７５０の約25cm上方にあ
るライン１７３０を通して注入される、垂直フローとな
っている。ディフューザ構造１７８０がライン１７３０
に取付けられている。ガス状の前駆物質の寄生の前反応
を回避するために、アンモニアのフローは導入口１７２
０を通されることによりアルキルＩＩＩ族前駆物質から
隔てられる。有機金属フローは導入口１７１０を通して
導入される。サファイア基板ウェハ１５０は、SiCコー
ティングされたグラファイトの回転する（約10rpm）サ
セプタ１７６０上に置かれる。サセプタ１７６０は、誘
導的に加熱され、サセプタ１７６０の温度は光ファイバ
ー結合(fiber-optic-coupled)パイロメータ（図示せ
ず）で測定され、比例−積分−微分 (proportional-int
egral-derivative)コントローラで制御される。石英リ
アクター１７００内の圧力は、リアクター排気ライン
（図示せず）内のスロットルバルブ（図示せず）によ
り、約50から740トルの間で調整される。
ザダイオード構造４００を構成する層を、サファイア基
板１５０上に蒸着される順序で、各層の適切な蒸着パラ
メータとともに示している。有機金属フローは、固体
（TMIn及びCp2Mg）又は液体（TMGa、TMAl、及びTEGa）
の蒸気の水素キャリヤガスによる完全飽和に基づいて計
算された、μモル/分で表されている。非対称導波路窒
化物レーザダイオード構造４００は、有機金属化学蒸着
（ＭＯＣＶＤ）を用いて作られる。図１７は、一枚の5c
mサファイア基板ウェハを収容するための約80mmの内径
を有する、石英リアクタセル１７００を示している。リ
アクタの幾何形状は、反応ガスが、リアクタの一番上か
ら、サファイアウェハの表面１７５０の約25cm上方にあ
るライン１７３０を通して注入される、垂直フローとな
っている。ディフューザ構造１７８０がライン１７３０
に取付けられている。ガス状の前駆物質の寄生の前反応
を回避するために、アンモニアのフローは導入口１７２
０を通されることによりアルキルＩＩＩ族前駆物質から
隔てられる。有機金属フローは導入口１７１０を通して
導入される。サファイア基板ウェハ１５０は、SiCコー
ティングされたグラファイトの回転する（約10rpm）サ
セプタ１７６０上に置かれる。サセプタ１７６０は、誘
導的に加熱され、サセプタ１７６０の温度は光ファイバ
ー結合(fiber-optic-coupled)パイロメータ（図示せ
ず）で測定され、比例−積分−微分 (proportional-int
egral-derivative)コントローラで制御される。石英リ
アクター１７００内の圧力は、リアクター排気ライン
（図示せず）内のスロットルバルブ（図示せず）によ
り、約50から740トルの間で調整される。
【００３０】以下の説明で、図１８及び図１９の表１及
び表２、並びに図４及び図９を参照すると、サファイア
（Al2O3）基板１５０は、Ｃ面方位（0001）又はＡ面方
位（1120）のいずれかのサファイアである。サファイア
基板ウェハ１５０は、米国のワシントン州ワシュガル(W
ashougal)所在のバイクロン・クリスタル・プロダクツ
社(Bicron Crystal Products)から入手され、標準スペ
ックとしては片面エピタキシャル研磨及び13ミルの厚さ
が含まれる。サファイア基板１５０に、温度1050℃、圧
力200トルで、10 slpm(standard liters per minute)の
H2フローにより、600秒間の、ヒートクリーニングが行
われる。膜厚0.03μmのGaNバッファ層１６０は、温度55
0℃、圧力200トルで、34μモル/分のTMGa（トリメチル
ガリウム(CH3)3Ga）フロー、4 slpmのNH3フロー、及び1
0 slpmのH2フローにより、120秒間、蒸着される。膜厚2
μmのアンドープGaN層（図示せず）は、温度1125℃、圧
力700トルで、1200秒間の、136μモル/分のTMGaフロ
ー、4 slpmのNH3フロー、及び10 slpmのH2フローによ
り、蒸着される。
び表２、並びに図４及び図９を参照すると、サファイア
（Al2O3）基板１５０は、Ｃ面方位（0001）又はＡ面方
位（1120）のいずれかのサファイアである。サファイア
基板ウェハ１５０は、米国のワシントン州ワシュガル(W
ashougal)所在のバイクロン・クリスタル・プロダクツ
社(Bicron Crystal Products)から入手され、標準スペ
ックとしては片面エピタキシャル研磨及び13ミルの厚さ
が含まれる。サファイア基板１５０に、温度1050℃、圧
力200トルで、10 slpm(standard liters per minute)の
H2フローにより、600秒間の、ヒートクリーニングが行
われる。膜厚0.03μmのGaNバッファ層１６０は、温度55
0℃、圧力200トルで、34μモル/分のTMGa（トリメチル
ガリウム(CH3)3Ga）フロー、4 slpmのNH3フロー、及び1
0 slpmのH2フローにより、120秒間、蒸着される。膜厚2
μmのアンドープGaN層（図示せず）は、温度1125℃、圧
力700トルで、1200秒間の、136μモル/分のTMGaフロ
ー、4 slpmのNH3フロー、及び10 slpmのH2フローによ
り、蒸着される。
【００３１】膜厚5μmのGaN:Si側方コンタクト層１５５
は、温度1100℃、圧力200トルで、3000秒間の、136μモ
ル/分のTMGaフロー、0.0002 sccm (standard cubic cen
timeters per minute)のSiH4フロー、4 slpmのNH3フロ
ー、及び10 slpmのH2フローにより、蒸着される。膜厚
0.1μmのIn0.03Ga0.97N:Si欠陥低減層１５６は、温度80
0℃、圧力200トルで、600秒間の、12μモル/分のTEGa
（トリエチルガリウム(C2H 5)3Ga）フロー、6μモル/分
のTMIn（トリメチルインジウム(CH3)3In）フロー、0.00
002 sccmのSiH4フロー、及び5 slpmのNH3フローによ
り、蒸着される。
は、温度1100℃、圧力200トルで、3000秒間の、136μモ
ル/分のTMGaフロー、0.0002 sccm (standard cubic cen
timeters per minute)のSiH4フロー、4 slpmのNH3フロ
ー、及び10 slpmのH2フローにより、蒸着される。膜厚
0.1μmのIn0.03Ga0.97N:Si欠陥低減層１５６は、温度80
0℃、圧力200トルで、600秒間の、12μモル/分のTEGa
（トリエチルガリウム(C2H 5)3Ga）フロー、6μモル/分
のTMIn（トリメチルインジウム(CH3)3In）フロー、0.00
002 sccmのSiH4フロー、及び5 slpmのNH3フローによ
り、蒸着される。
【００３２】膜厚0.7μmのAl0.07Ga0.93N:Siクラッド層
１３１は、温度1100℃、圧力200トルで、800秒間の、10
2μモル/分のTMGaフロー、10μモル/分のTMAl（トリメ
チルアルミニウム(CH3)3Al）フロー、0.0002 sccmのSiH
4フロー、4 slpmのNH3フロー、及び10 slpmのH2フロー
により、蒸着される。膜厚0.1μmのGaN:Si導波層１１６
は、温度1100℃、圧力200トルで、300秒間の、34μモル
/分のTMGaフロー、0.00002 sccmのSiH4フロー、4 slpm
のNH3フロー、及び10 slpmのH2フローにより、蒸着され
る。
１３１は、温度1100℃、圧力200トルで、800秒間の、10
2μモル/分のTMGaフロー、10μモル/分のTMAl（トリメ
チルアルミニウム(CH3)3Al）フロー、0.0002 sccmのSiH
4フロー、4 slpmのNH3フロー、及び10 slpmのH2フロー
により、蒸着される。膜厚0.1μmのGaN:Si導波層１１６
は、温度1100℃、圧力200トルで、300秒間の、34μモル
/分のTMGaフロー、0.00002 sccmのSiH4フロー、4 slpm
のNH3フロー、及び10 slpmのH2フローにより、蒸着され
る。
【００３３】多重量子井戸活性領域１２０の、膜厚0.00
3μmの第１のIn0.12Ga0.88N量子井戸層（図示せず）
は、温度775℃、圧力200トルで、5μモル/分のTEGaフロ
ー、24μモル/分のTMInフロー、及び4 slpmのNH3フロー
により、蒸着される。続いて、第１のIn0.02Ga0.98N:Si
バリヤ層（図示せず）が、第１の量子井戸層の上に蒸着
される。膜厚0.006μmのIn0.02Ga0.98N:Siバリヤ層は、
温度775℃、圧力200トルで、180秒間の、5μモル/分のT
EGaフロー、3μモル/分のTMInフロー、0.00001 sccmのS
iH4フロー、及び5 slpmのNH3フローにより、蒸着され
る。図１８の表１からわかるように、この量子井戸層と
バリヤ層との組合せは、同じ条件下であと３回繰返され
る。次に、第５の量子井戸層が、表１で説明されるよう
に蒸着される。続いて、膜厚0.005μmμのアンドープGa
N遷移層４２９が、150秒間、温度を775から900℃まで変
え、圧力を200から700トルまで変えて、蒸着される。Ga
N層４２９については、TEGaフローは5μモル/分、NH3フ
ローは4 slpm、及びH2フローは10 slpmで、蒸着時間は1
50秒間である。
3μmの第１のIn0.12Ga0.88N量子井戸層（図示せず）
は、温度775℃、圧力200トルで、5μモル/分のTEGaフロ
ー、24μモル/分のTMInフロー、及び4 slpmのNH3フロー
により、蒸着される。続いて、第１のIn0.02Ga0.98N:Si
バリヤ層（図示せず）が、第１の量子井戸層の上に蒸着
される。膜厚0.006μmのIn0.02Ga0.98N:Siバリヤ層は、
温度775℃、圧力200トルで、180秒間の、5μモル/分のT
EGaフロー、3μモル/分のTMInフロー、0.00001 sccmのS
iH4フロー、及び5 slpmのNH3フローにより、蒸着され
る。図１８の表１からわかるように、この量子井戸層と
バリヤ層との組合せは、同じ条件下であと３回繰返され
る。次に、第５の量子井戸層が、表１で説明されるよう
に蒸着される。続いて、膜厚0.005μmμのアンドープGa
N遷移層４２９が、150秒間、温度を775から900℃まで変
え、圧力を200から700トルまで変えて、蒸着される。Ga
N層４２９については、TEGaフローは5μモル/分、NH3フ
ローは4 slpm、及びH2フローは10 slpmで、蒸着時間は1
50秒間である。
【００３４】膜厚0.5μmのAl0.07Ga0.93N:Mgクラッド層
１３０は、温度900℃、圧力700トルで、2400秒間の、流
量34μモル/分のTMGaフロー、流量12μモル/分のTMAlフ
ロー、流量0.5μモル/分のCp2Mg（ビスシクロペンタジ
エチルマグネシウム(C2H5)2Mg）フロー、流量4 slpmのN
H3フロー、及び流量10slpmのH2フローにより、蒸着され
る。膜厚0.1μmのGaN:Mgキャップ層１４０は、温度900
℃、圧力700トルで、300秒間の、流量34 slpmのTMGaフ
ロー、流量0.5 slpmのCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3フ
ロー、及び流量10 slpmのH2フローにより、蒸着され
る。
１３０は、温度900℃、圧力700トルで、2400秒間の、流
量34μモル/分のTMGaフロー、流量12μモル/分のTMAlフ
ロー、流量0.5μモル/分のCp2Mg（ビスシクロペンタジ
エチルマグネシウム(C2H5)2Mg）フロー、流量4 slpmのN
H3フロー、及び流量10slpmのH2フローにより、蒸着され
る。膜厚0.1μmのGaN:Mgキャップ層１４０は、温度900
℃、圧力700トルで、300秒間の、流量34 slpmのTMGaフ
ロー、流量0.5 slpmのCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3フ
ロー、及び流量10 slpmのH2フローにより、蒸着され
る。
【００３５】図１９の表２及び図９（Ａ）を参照する
と、５対周期超格子構造９１０ａは、所望であればGaN
遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。膜厚0.002
μmのGaN:Mg層１０５１の蒸着の予想される条件は、温
度900℃、圧力700トルで、34μモル/分のTMGaフロー、
流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3フロ
ー、及び流量10 slpmのH2フローにより、6秒間である。
続いて、温度又は圧力並びに流量4 slpmのNH3フロー及
び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒間停止され
る。膜厚0.002μmのAl0.25Ga0.75N:Mg層１０５２の蒸着
の予想される条件は、温度900℃、圧力700トルで、流量
34μモル/分のTMGaフロー、流量60μモル/分のTMAlフロ
ー、流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3
フロー、及び流量10 slpmのH2フローにより、6秒間であ
る。続いて、温度又は圧力並びに流量4slpmのNH3フロー
及び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒間停止され
る。前述のシーケンスが４回繰返され、５対周期超格子
９１０ａが作られる。
と、５対周期超格子構造９１０ａは、所望であればGaN
遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。膜厚0.002
μmのGaN:Mg層１０５１の蒸着の予想される条件は、温
度900℃、圧力700トルで、34μモル/分のTMGaフロー、
流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3フロ
ー、及び流量10 slpmのH2フローにより、6秒間である。
続いて、温度又は圧力並びに流量4 slpmのNH3フロー及
び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒間停止され
る。膜厚0.002μmのAl0.25Ga0.75N:Mg層１０５２の蒸着
の予想される条件は、温度900℃、圧力700トルで、流量
34μモル/分のTMGaフロー、流量60μモル/分のTMAlフロ
ー、流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3
フロー、及び流量10 slpmのH2フローにより、6秒間であ
る。続いて、温度又は圧力並びに流量4slpmのNH3フロー
及び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒間停止され
る。前述のシーケンスが４回繰返され、５対周期超格子
９１０ａが作られる。
【００３６】図１９の表２並びに図９（Ａ）及び図１１
を参照すると、分布式電子リフレクタ９１０ｂの５対短
周期Al0.2Ga0.8N/GaN超格子構造１１００は、所望であ
れば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。
膜厚0.002μmのGaN:Mg層１１０１の蒸着の予想される条
件は、温度900℃、圧力700トルで、34μモル/分のTMGa
フロー、流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpm
のNH3フロー、及び流量10 slpmのH2フローにより、6秒
間である。続いて、温度又は圧力並びに流量4 slpmのNH
3フロー及び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒間
停止される。膜厚0.003μmのAl0.2Ga0.8N:Mg層１１０２
の蒸着の予想される条件は、温度900℃、圧力700トル
で、流量34μモル/分のTMGaフロー、流量50μモル/分の
TMAlフロー、流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 s
lpmのNH3フロー、及び流量10 slpmのH 2フローにより、9
秒間である。続いて、温度又は圧力並びに流量4 slpmの
NH3フロー及び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒
間停止される。前述のシーケンスが４回繰返され、５対
周期超格子１１００が作られる。
を参照すると、分布式電子リフレクタ９１０ｂの５対短
周期Al0.2Ga0.8N/GaN超格子構造１１００は、所望であ
れば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。
膜厚0.002μmのGaN:Mg層１１０１の蒸着の予想される条
件は、温度900℃、圧力700トルで、34μモル/分のTMGa
フロー、流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpm
のNH3フロー、及び流量10 slpmのH2フローにより、6秒
間である。続いて、温度又は圧力並びに流量4 slpmのNH
3フロー及び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒間
停止される。膜厚0.003μmのAl0.2Ga0.8N:Mg層１１０２
の蒸着の予想される条件は、温度900℃、圧力700トル
で、流量34μモル/分のTMGaフロー、流量50μモル/分の
TMAlフロー、流量0.5μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 s
lpmのNH3フロー、及び流量10 slpmのH 2フローにより、9
秒間である。続いて、温度又は圧力並びに流量4 slpmの
NH3フロー及び流量10 slpmのH2フローを変えずに、5秒
間停止される。前述のシーケンスが４回繰返され、５対
周期超格子１１００が作られる。
【００３７】図１９の表２並びに図９（Ａ）及び図１３
を参照すると、分布式電子リフレクタ９１０ｂの５対短
周期InGaN/AlGaN超格子構造１３００は、所望であれ
ば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。膜
厚0.001μmのIn0.1Ga0.9N:Mg層１３０１の蒸着の予想さ
れる条件は、温度800℃、圧力700トルで、10μモル/分
のTEGaフロー、10μモル/分のTMInフロー、流量0.2μモ
ル/分のCp2Mgフロー、流量5slpmのNH3フローにより、15
秒間である。続いて、温度又は圧力を変えずに、NH 3の
流量を5 slpm から4 slpmに変えるとともにH2の流量を0
slpmから10 slpmに変え、 10秒間停止される。膜厚0.0
03μmのAl0.2Ga0.8N:Mg層１３０２の蒸着の予想される
条件は、温度800℃、圧力700トルで、流量34μモル/分
のTMGaフロー、流量50μモル/分のTMAlフロー、流量0.5
μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3フロー、及
び流量10 slpmのH2フローにより、9秒間である。続い
て、温度又は圧力を変えずに、NH3の流量を4 slpmから5
slpmに変えるとともにH2の流量を10 slpmから0 slpmに
変え、5秒間停止される。前述のシーケンスが４回繰返
され、５対周期超格子１３００が作られる。
を参照すると、分布式電子リフレクタ９１０ｂの５対短
周期InGaN/AlGaN超格子構造１３００は、所望であれ
ば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。膜
厚0.001μmのIn0.1Ga0.9N:Mg層１３０１の蒸着の予想さ
れる条件は、温度800℃、圧力700トルで、10μモル/分
のTEGaフロー、10μモル/分のTMInフロー、流量0.2μモ
ル/分のCp2Mgフロー、流量5slpmのNH3フローにより、15
秒間である。続いて、温度又は圧力を変えずに、NH 3の
流量を5 slpm から4 slpmに変えるとともにH2の流量を0
slpmから10 slpmに変え、 10秒間停止される。膜厚0.0
03μmのAl0.2Ga0.8N:Mg層１３０２の蒸着の予想される
条件は、温度800℃、圧力700トルで、流量34μモル/分
のTMGaフロー、流量50μモル/分のTMAlフロー、流量0.5
μモル/分のCp2Mgフロー、流量4 slpmのNH3フロー、及
び流量10 slpmのH2フローにより、9秒間である。続い
て、温度又は圧力を変えずに、NH3の流量を4 slpmから5
slpmに変えるとともにH2の流量を10 slpmから0 slpmに
変え、5秒間停止される。前述のシーケンスが４回繰返
され、５対周期超格子１３００が作られる。
【００３８】図１９の表２並びに図９（Ａ）及び図１５
を参照すると、分布式電子リフレクタ９１０ｂの５対短
周期InGaN/AlGaN超格子構造１５００は、所望であれ
ば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。膜
厚0.001μmのIn0.1Ga0.9N:Mg層１５０１の蒸着の予想さ
れる条件は、温度800℃、圧力700トルで、10μモル/分
のTEGaフロー、10μモル/分のTMInフロー、流量0.1μモ
ル/分のCp2Mgフロー、及び流量5 slpmのNH3フローによ
り、15秒間である。続いて、温度又は圧力並びに流量5
slpmのNH3フローを変えずに、5秒間停止される。膜厚0.
002μmのGaN:Mg層１５０２の蒸着の予想される条件は、
温度800℃、圧力700トルで、流量10μモル/分のTEGaフ
ロー、流量0.1μモル/分のCp2Mgフロー、及び流量5 slp
mのNH3フローにより、30秒間である。続いて、温度又は
圧力並びに流量5 slpmのNH3フローを変えずに、5秒間停
止される。前述のシーケンスが４回繰返され、５対周期
超格子１５００が作られる。
を参照すると、分布式電子リフレクタ９１０ｂの５対短
周期InGaN/AlGaN超格子構造１５００は、所望であれ
ば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着されてもよい。膜
厚0.001μmのIn0.1Ga0.9N:Mg層１５０１の蒸着の予想さ
れる条件は、温度800℃、圧力700トルで、10μモル/分
のTEGaフロー、10μモル/分のTMInフロー、流量0.1μモ
ル/分のCp2Mgフロー、及び流量5 slpmのNH3フローによ
り、15秒間である。続いて、温度又は圧力並びに流量5
slpmのNH3フローを変えずに、5秒間停止される。膜厚0.
002μmのGaN:Mg層１５０２の蒸着の予想される条件は、
温度800℃、圧力700トルで、流量10μモル/分のTEGaフ
ロー、流量0.1μモル/分のCp2Mgフロー、及び流量5 slp
mのNH3フローにより、30秒間である。続いて、温度又は
圧力並びに流量5 slpmのNH3フローを変えずに、5秒間停
止される。前述のシーケンスが４回繰返され、５対周期
超格子１５００が作られる。
【００３９】図１９の表２及び図９（Ａ）を参照する
と、アルミニウム含有率が高いトンネルバリヤ層９１０
ｃは、所望であれば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着
されてもよい。膜厚0.015μmのAl0.2Ga0.8N:Mgトンネル
バリヤ層９１０ｃの蒸着の予想される条件は、温度900
℃、圧力700トルで、流量34μモル/分のTMGaフロー、流
量58μモル/分のTMAlフロー、流量0.5μモル/分のCp2Mg
フロー、流量4 slpmのNH3フロー、及び流量10 slpmのH2
フローにより、40秒間である。
と、アルミニウム含有率が高いトンネルバリヤ層９１０
ｃは、所望であれば、GaN遷移層４２９のすぐ上に蒸着
されてもよい。膜厚0.015μmのAl0.2Ga0.8N:Mgトンネル
バリヤ層９１０ｃの蒸着の予想される条件は、温度900
℃、圧力700トルで、流量34μモル/分のTMGaフロー、流
量58μモル/分のTMAlフロー、流量0.5μモル/分のCp2Mg
フロー、流量4 slpmのNH3フロー、及び流量10 slpmのH2
フローにより、40秒間である。
【００４０】本発明は、特定の実施の形態とともに述べ
られてきたが、上記の説明に照らせば、当業者にとって
多くの代替、修正、及び変更物が明らかであることは明
白である。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の
精神及び範囲に含まれる他のそのような代替、修正及び
変更物を包含することを意図するものである。
られてきたが、上記の説明に照らせば、当業者にとって
多くの代替、修正、及び変更物が明らかであることは明
白である。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の
精神及び範囲に含まれる他のそのような代替、修正及び
変更物を包含することを意図するものである。
【図１】従来技術の窒化物レーザダイオード構造を示す
図である。
図である。
【図２】従来の窒化物レーザダイオード構造のバンド図
である。
である。
【図３】従来の窒化物レーザダイオードの屈折率プロフ
ァイル及び対応する基本横光学モードを示すグラフであ
る。
ァイル及び対応する基本横光学モードを示すグラフであ
る。
【図４】本発明に従った非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造の、（Ａ）図は層を示し、（Ｂ）図はバンド
図を示す図である。
オード構造の、（Ａ）図は層を示し、（Ｂ）図はバンド
図を示す図である。
【図５】本発明に従った非対称導波路窒化物レーザダイ
オードの屈折率プロファイル及び対応する基本横光学モ
ードを示すグラフである。
オードの屈折率プロファイル及び対応する基本横光学モ
ードを示すグラフである。
【図６】従来の窒化物レーザダイオードと本発明に従っ
た非対称導波路窒化物レーザダイオードとの比較を示す
グラフである。
た非対称導波路窒化物レーザダイオードとの比較を示す
グラフである。
【図７】従来の窒化物レーザダイオードと本発明に従っ
た非対称導波路窒化物レーザダイオードとの比較を示す
グラフである。
た非対称導波路窒化物レーザダイオードとの比較を示す
グラフである。
【図８】本発明に従った２つの非対称導波路窒化物レー
ザダイオードの、合計光学閉込め係数の比較を示すグラ
フである。
ザダイオードの、合計光学閉込め係数の比較を示すグラ
フである。
【図９】本発明に従った非対称導波路窒化物レーザダイ
オード構造の、（Ａ）図は層を示し、（Ｂ）図はバンド
図を示す図である。
オード構造の、（Ａ）図は層を示し、（Ｂ）図はバンド
図を示す図である。
【図１０】本発明に従った超格子構造を示す図である。
【図１１】本発明に従った超格子構造を示す図である。
【図１２】図１１の超格子の電子反射スペクトルを示す
グラフである。
グラフである。
【図１３】本発明に従った超格子構造を示す図である。
【図１４】図１３の超格子の電子反射スペクトルを示す
グラフである。
グラフである。
【図１５】本発明に従った超格子構造を示す図である。
【図１６】図１５の超格子の電子反射スペクトルを示す
グラフである。
グラフである。
【図１７】石英リアクターを示す図である。
【図１８】本発明に従った層の蒸着のパラメータ及びシ
ーケンスの表を示す図である。
ーケンスの表を示す図である。
【図１９】本発明に従った層の蒸着のパラメータ及びシ
ーケンスの表を示す図である。
ーケンスの表を示す図である。
１１６ ｎ型導波層 １２０ 多重量子井戸活性領域 １３０ ｐ型クラッド層 １３１ ｎ型クラッド層 １４０ キャップ層 １５０ 基板 １５５ 側方コンタクト層 １５６ 欠陥低減層 １６０ バッファ層 ４００ 非対称導波路窒化物レーザダイオード構造 ４２９ 遷移層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド ピー．バゥア アメリカ合衆国 95014 カリフォルニア 州 カッパーティノ ベル エアー コー ト 11092 (72)発明者 ミヒャエル アー．クナイスル アメリカ合衆国 94041 カリフォルニア 州 マウンテン ビュー シルヴァン ア ベニュー 750 アパートメント 46 (72)発明者 リンダ ティー．ロマーノ アメリカ合衆国 94087 カリフォルニア 州 サニーベイル ウエストチェスター ドライブ 1055
Claims (5)
- 【請求項１】 非対称導波路窒化物レーザダイオード構
造であって、 第１及び第２の表面を有する活性層と、 前記活性層の前記第１の表面と接触する遷移層と、 前記遷移層に隣接して付着されたｐ型クラッド層と、 前記活性層の前記第２の表面と接触するｎ型層と、 を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオード構造。 - 【請求項２】 非対称導波路窒化物レーザダイオードの
形成方法であって、 第１及び第２の表面を有する活性層を備えるステップ
と、 前記活性層の前記第１の表面と接触する遷移層を配置す
るステップと、 前記遷移層に隣接してｐ型クラッド層を配置するステッ
プと、 前記活性層の前記第２の表面と接触するｎ型層を配置す
るステップと、 を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオードの形成
方法。 - 【請求項３】 非対称導波路窒化物レーザダイオード構
造であって、 第１及び第２の表面を有する活性層と、 前記活性層の第１の表面とｐ型クラッド層との間に配置
され、前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャップを
有する電子閉込め層と、 前記活性層の前記第２の表面に隣接するｎ型層と、 を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオード構造。 - 【請求項４】 非対称導波路窒化物レーザダイオード構
造であって、 第１及び第２の表面を有する活性層と、 前記活性層の第１の表面とｐ型クラッド層との間に配置
され、前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャップを
有する電子閉込め層と、 前記活性層の前記第２の表面とｎ型クラッド層との間に
配置されたｎ型導波層と、 を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオード構造。 - 【請求項５】 非対称導波路窒化物レーザダイオード構
造の製造方法であって、 第１及び第２の表面を有する活性層を備えるステップ
と、 前記活性層の前記第１の表面とｐ型クラッド層との間
に、前記ｐ型クラッド層より大きなバンドギャップを有
する電子閉込め層を配置するステップと、 前記活性層の前記第２の表面に隣接してｎ型層を配置す
るステップと、 を有する、非対称導波路窒化物レーザダイオード構造の
製造方法。
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