JP2001111172A - インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化物レーザダイオード構造 - Google Patents
インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化物レーザダイオード構造Info
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- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
Abstract
(57)【要約】
【課題】 より強いモード安定性及び低閾値電流動作を
有するレーザダイオードの提供。 【解決手段】 インデックスガイド型埋め込みヘテロ構
造窒化物レーザダイオード構造１００は、第１、第２及
び第３の面を有し、クラッド構造１２１及びクラッド層
１２５並びに前記クラッド構造１２１と前記クラッド層
１２５との間に配置された多重量子井戸構造１４５を有
するリッジ構造１１１と、前記リッジ構造１１１の前記
第１、第２及び第３の面の上に存在し、電気的接触のた
めに前記リッジ構造１１１の前記第３の面への開口を有
する埋め込み層１５５とを有する。
有するレーザダイオードの提供。 【解決手段】 インデックスガイド型埋め込みヘテロ構
造窒化物レーザダイオード構造１００は、第１、第２及
び第３の面を有し、クラッド構造１２１及びクラッド層
１２５並びに前記クラッド構造１２１と前記クラッド層
１２５との間に配置された多重量子井戸構造１４５を有
するリッジ構造１１１と、前記リッジ構造１１１の前記
第１、第２及び第３の面の上に存在し、電気的接触のた
めに前記リッジ構造１１１の前記第３の面への開口を有
する埋め込み層１５５とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物ベースの青
色レーザダイオードに関する。
色レーザダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】プリント及び光学データ記憶への適用の
ための、窒化物ベースの青色レーザダイオードが開発さ
れている。最初のＡｌＧａＩｎＮ青色レーザダイオード
は、レーザダイオードの様々な空間モードに対する制御
を行えない、広面積レーザであった。しかし、ほとんど
の用途では、レーザダイオードは単一の空間モードでの
動作が要求される。ＡｌＧａＩｎＮ青色レーザダイオー
ドの単一空間モード動作を達成する１つの方法は、ナカ
ムラ等(S. Nakamura et al.)の“リッジ形状ＩｎＧａＮ
多重量子井戸構造レーザダイオード(Ridge-geometry In
GaN multi-quantum-well-structure laser diodes)”
（Applied Physics Letters 69 (10), pp. 1477-1479）
で述べられているように、横方向の導波路を定めるリッ
ジ導波路構造を用いることである。リッジ導波路は青色
レーザの単一空間モード発光を提供するものであるが、
導波性は比較的弱い。横方向の屈折率のステップは小さ
く、発熱及びキャリアの注入による影響を受ける。更
に、リッジがレーザ活性領域の近くまで十分に延びるよ
うに、リッジをエッチングしなければならないが、GaN
材料には化学エッチングを適用できないことから、レー
ザ活性領域に材料の損傷を防ぐためのエッチストップを
使用できないので、製造上の困難がある。
ための、窒化物ベースの青色レーザダイオードが開発さ
れている。最初のＡｌＧａＩｎＮ青色レーザダイオード
は、レーザダイオードの様々な空間モードに対する制御
を行えない、広面積レーザであった。しかし、ほとんど
の用途では、レーザダイオードは単一の空間モードでの
動作が要求される。ＡｌＧａＩｎＮ青色レーザダイオー
ドの単一空間モード動作を達成する１つの方法は、ナカ
ムラ等(S. Nakamura et al.)の“リッジ形状ＩｎＧａＮ
多重量子井戸構造レーザダイオード(Ridge-geometry In
GaN multi-quantum-well-structure laser diodes)”
（Applied Physics Letters 69 (10), pp. 1477-1479）
で述べられているように、横方向の導波路を定めるリッ
ジ導波路構造を用いることである。リッジ導波路は青色
レーザの単一空間モード発光を提供するものであるが、
導波性は比較的弱い。横方向の屈折率のステップは小さ
く、発熱及びキャリアの注入による影響を受ける。更
に、リッジがレーザ活性領域の近くまで十分に延びるよ
うに、リッジをエッチングしなければならないが、GaN
材料には化学エッチングを適用できないことから、レー
ザ活性領域に材料の損傷を防ぐためのエッチストップを
使用できないので、製造上の困難がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】より強いモード安定性
及び低閾値電流動作を提供するために、一般的にＩｎＧ
ａＡｓＰ光ファイバー通信レーザに用いられる埋め込み
ヘテロ構造、又は、高出力単一モードＡｌＧａＡｓレー
ザダイオードに用いられる不純物誘導層が不規則な導波
路構造を有するもののような、より強くインデックス
（屈折率）ガイドされた(index-guided)ダイオードレー
ザが必要である。更に、埋め込みヘテロ構造を用いる
と、ある製造上の困難が回避される。
及び低閾値電流動作を提供するために、一般的にＩｎＧ
ａＡｓＰ光ファイバー通信レーザに用いられる埋め込み
ヘテロ構造、又は、高出力単一モードＡｌＧａＡｓレー
ザダイオードに用いられる不純物誘導層が不規則な導波
路構造を有するもののような、より強くインデックス
（屈折率）ガイドされた(index-guided)ダイオードレー
ザが必要である。更に、埋め込みヘテロ構造を用いる
と、ある製造上の困難が回避される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】インデックスガイド型埋
め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード、及
び自己整合インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造Ａ
ｌＧａＩｎＮレーザダイオードの両方は、従来のリッジ
導波路構造と比べて、改善されたモード安定性及び低閾
値電流を提供する。本発明に従ったインデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード
の構造は、一般的に、横方向の閉じ込めのために、絶縁
性のＡｌＮ、ＡｌＧａＮ又はｐ型ドープＡｌＧａＮ：Ｍ
ｇを用いるとともに、リッジ上に画定されるレーザダイ
オードの狭い活性ストライプの配置位置である狭い（一
般的に約１から５μｍ幅の）リッジを有する。この狭い
リッジは、リッジ上にｐ型電極コンタクト用のウィンド
ウを有する、エピタキシャルに蒸着された膜によって囲
まれている。このリッジは、レーザダイオード構造の活
性領域を完全に貫通して短周期超格子ｎ型クラッド層に
至るまでエッチングされる。この短周期超格子は、閉じ
込めのために十分な厚さのクラッド層をひび割れを生じ
ずに実現するために用いられる。一般的に、短周期超格
子を用いると、ひび割れを生じずにクラッド層の厚さを
２倍にできる。これは、従来の構造と比べて、漏洩によ
って失われる光の強さを約２桁低減するとともに、遠視
野放射像を改善する。リッジのエッチングによって接合
面が露出され、これらの接合面は、注入されたキャリア
が、反転分布に必要な伝導帯や価電子帯の状態を満たす
（飽和させる）のを防ぐ表面状態を提供する。しかし、
オーバーグロースした材料とリッジ構造との間の境界面
は完全に密着するので、高バンドギャップ材料のエピタ
キシャル再成長は表面状態を不活性化する。
め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード、及
び自己整合インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造Ａ
ｌＧａＩｎＮレーザダイオードの両方は、従来のリッジ
導波路構造と比べて、改善されたモード安定性及び低閾
値電流を提供する。本発明に従ったインデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード
の構造は、一般的に、横方向の閉じ込めのために、絶縁
性のＡｌＮ、ＡｌＧａＮ又はｐ型ドープＡｌＧａＮ：Ｍ
ｇを用いるとともに、リッジ上に画定されるレーザダイ
オードの狭い活性ストライプの配置位置である狭い（一
般的に約１から５μｍ幅の）リッジを有する。この狭い
リッジは、リッジ上にｐ型電極コンタクト用のウィンド
ウを有する、エピタキシャルに蒸着された膜によって囲
まれている。このリッジは、レーザダイオード構造の活
性領域を完全に貫通して短周期超格子ｎ型クラッド層に
至るまでエッチングされる。この短周期超格子は、閉じ
込めのために十分な厚さのクラッド層をひび割れを生じ
ずに実現するために用いられる。一般的に、短周期超格
子を用いると、ひび割れを生じずにクラッド層の厚さを
２倍にできる。これは、従来の構造と比べて、漏洩によ
って失われる光の強さを約２桁低減するとともに、遠視
野放射像を改善する。リッジのエッチングによって接合
面が露出され、これらの接合面は、注入されたキャリア
が、反転分布に必要な伝導帯や価電子帯の状態を満たす
（飽和させる）のを防ぐ表面状態を提供する。しかし、
オーバーグロースした材料とリッジ構造との間の境界面
は完全に密着するので、高バンドギャップ材料のエピタ
キシャル再成長は表面状態を不活性化する。
【０００５】自己整合インデックスガイド型埋め込みヘ
テロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオードの構造は、強
い横方向での光の閉じ込め及び強い横方向でのキャリア
の閉じ込めを提供するための埋め込み層としても機能す
るｐ型クラッド層を用いる。このｐ型クラッド層/埋め
込み層は一般的にＡｌＧａＮ：Ｍｇである。この自己整
合インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造レーザダイ
オードの構造は、インデックスガイド型埋め込みヘテロ
構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオードの構造よりもシン
プルである。活性量子井戸及び導波路領域を通ってレー
ザ構造を成長させ、次に、ｎ型バルククラッド層まで到
る狭いレーザリッジをエッチングする。次に、リッジの
周りに、ｐ型コンタクト層に沿って、ｐ型クラッド/埋
め込み層をオーバーグロースさせる。この２段階成長プ
ロセスによって、コンタクトウィンドウを作る必要がな
い横方向の導波路及びキャリア閉じ込め構造ができるの
で、後続のレーザ形成プロセスは単純である。故に、必
要なレーザ形成プロセスは、基本的には広面積レーザ製
造シーケンスである。更に、自己整合アーキテクチャに
より可能となる比較的大きなｐ型接触面積によって、レ
ーザダイオードの連続波動作中のダイオード電圧がより
低くなるとともに、熱の発生がより少なくなる。
テロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオードの構造は、強
い横方向での光の閉じ込め及び強い横方向でのキャリア
の閉じ込めを提供するための埋め込み層としても機能す
るｐ型クラッド層を用いる。このｐ型クラッド層/埋め
込み層は一般的にＡｌＧａＮ：Ｍｇである。この自己整
合インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造レーザダイ
オードの構造は、インデックスガイド型埋め込みヘテロ
構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオードの構造よりもシン
プルである。活性量子井戸及び導波路領域を通ってレー
ザ構造を成長させ、次に、ｎ型バルククラッド層まで到
る狭いレーザリッジをエッチングする。次に、リッジの
周りに、ｐ型コンタクト層に沿って、ｐ型クラッド/埋
め込み層をオーバーグロースさせる。この２段階成長プ
ロセスによって、コンタクトウィンドウを作る必要がな
い横方向の導波路及びキャリア閉じ込め構造ができるの
で、後続のレーザ形成プロセスは単純である。故に、必
要なレーザ形成プロセスは、基本的には広面積レーザ製
造シーケンスである。更に、自己整合アーキテクチャに
より可能となる比較的大きなｐ型接触面積によって、レ
ーザダイオードの連続波動作中のダイオード電圧がより
低くなるとともに、熱の発生がより少なくなる。
【０００６】本発明の第１の態様は、第１、第２及び第
３の面を有し、クラッド構造及びクラッド層並びに前記
クラッド構造と前記クラッド層との間に配置された多重
量子井戸構造を有するリッジ構造と、前記リッジ構造の
前記第１、第２及び第３の面の上に存在し、電気的接触
のために前記リッジ構造の前記第３の面への開口を有す
る埋め込み層とを有する、インデックスガイド型埋め込
みヘテロ構造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、第１、第２及び第３の面を有し、ク
ラッド構造及びクラッド層並びに前記クラッド構造と前
記クラッド層との間に配置された多重量子井戸構造を有
するリッジ構造と、前記リッジ構造の前記第１、第２及
び第３の面の上に存在し、電気的接触のために前記リッ
ジ構造の前記第３の面への開口を有する第１埋め込み層
と、前記リッジ構造の前記第３の面と接触するように、
前記第１埋め込み層の上に存在する第２埋め込み層とを
有する、インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化
物レーザダイオード構造である。
３の面を有し、クラッド構造及びクラッド層並びに前記
クラッド構造と前記クラッド層との間に配置された多重
量子井戸構造を有するリッジ構造と、前記リッジ構造の
前記第１、第２及び第３の面の上に存在し、電気的接触
のために前記リッジ構造の前記第３の面への開口を有す
る埋め込み層とを有する、インデックスガイド型埋め込
みヘテロ構造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、第１、第２及び第３の面を有し、ク
ラッド構造及びクラッド層並びに前記クラッド構造と前
記クラッド層との間に配置された多重量子井戸構造を有
するリッジ構造と、前記リッジ構造の前記第１、第２及
び第３の面の上に存在し、電気的接触のために前記リッ
ジ構造の前記第３の面への開口を有する第１埋め込み層
と、前記リッジ構造の前記第３の面と接触するように、
前記第１埋め込み層の上に存在する第２埋め込み層とを
有する、インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化
物レーザダイオード構造である。
【０００７】当業者には、以下の本発明の詳細説明、好
ましい実施の形態、説明目的であり実物大ではない添付
の図面、及び添付の特許請求の範囲から、本発明の長所
及び目的が明らかとなろう。
ましい実施の形態、説明目的であり実物大ではない添付
の図面、及び添付の特許請求の範囲から、本発明の長所
及び目的が明らかとなろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に従った、インデ
ックスガイド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレー
ザダイオード構造１００を示している。Ａｌ2Ｏ3成長基
体１１０上にＧａＮ：Ｓｉ層１１５が配置され、一実施
形態では、光漏れを低減するために、層１１５はＡｌＧ
ａＮ：Ｓｉでできていてもよい。各々が一般に約20Åの
厚さを有する一般的にはＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ：Ｓｉ及び
ＧａＮ：Ｓｉの交互の層でできている短周期超格子ｎ型
クラッド構造１２１が、ＧａＮのｎ型導波層（図１には
示さない）の下方のＩｎＧａＮ多重量子井戸構造１４５
の底部に配置される。短周期超格子ｎ型クラッド構造１
２１の導入により、クラッド層の厚さを増して、横光学
モードの漏洩（リーク）を顕著に低減することが可能と
なり、その結果、レーザダイオード構造１００の横遠視
野像が改善される。例えば、一般的な約７％の漏洩が0.
5％にまで低減され得る。この遠視野ビーム像はガウシ
アン遠視野ビームに近づく。
ックスガイド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレー
ザダイオード構造１００を示している。Ａｌ2Ｏ3成長基
体１１０上にＧａＮ：Ｓｉ層１１５が配置され、一実施
形態では、光漏れを低減するために、層１１５はＡｌＧ
ａＮ：Ｓｉでできていてもよい。各々が一般に約20Åの
厚さを有する一般的にはＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ：Ｓｉ及び
ＧａＮ：Ｓｉの交互の層でできている短周期超格子ｎ型
クラッド構造１２１が、ＧａＮのｎ型導波層（図１には
示さない）の下方のＩｎＧａＮ多重量子井戸構造１４５
の底部に配置される。短周期超格子ｎ型クラッド構造１
２１の導入により、クラッド層の厚さを増して、横光学
モードの漏洩（リーク）を顕著に低減することが可能と
なり、その結果、レーザダイオード構造１００の横遠視
野像が改善される。例えば、一般的な約７％の漏洩が0.
5％にまで低減され得る。この遠視野ビーム像はガウシ
アン遠視野ビームに近づく。
【０００９】ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造１４５の上に
存在する一般的にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇであるトンネ
ルバリア層（図１には示さない）に隣接したＧａＮのｐ
型導波層（図１には示さない）の上に、一般的にＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎ：Ｍｇであるｐ型クラッド層１２５が配
置される。層１８５はオーミック接触を容易にするため
のキャップ層として働く。一般的にＧａＮ：Ｍｇである
キャップ層１８５の上に、埋め込み層１５５が配置さ
れ、埋め込み層１５５には、ｐ型電極１９０をＧａＮ：
Ｍｇ層１８５と接触させるとともにｎ型電極１９５をＧ
ａＮ：Ｓｉ層１１５と接触させるためのウィンドウが貫
通している。
存在する一般的にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇであるトンネ
ルバリア層（図１には示さない）に隣接したＧａＮのｐ
型導波層（図１には示さない）の上に、一般的にＡｌ
0.07Ｇａ0.93Ｎ：Ｍｇであるｐ型クラッド層１２５が配
置される。層１８５はオーミック接触を容易にするため
のキャップ層として働く。一般的にＧａＮ：Ｍｇである
キャップ層１８５の上に、埋め込み層１５５が配置さ
れ、埋め込み層１５５には、ｐ型電極１９０をＧａＮ：
Ｍｇ層１８５と接触させるとともにｎ型電極１９５をＧ
ａＮ：Ｓｉ層１１５と接触させるためのウィンドウが貫
通している。
【００１０】一般的に絶縁性のＡｌＮ又はＡｌＧａＮで
ある埋め込み層１５５は低い屈折率を有し、屈折率のス
テップは一般的に0.1前後であるので、結果として強い
横方向のインデックスガイドが得られる。横方向の屈折
率ステップがそのように大きいと、インデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード
構造１００における横方向の導波は、熱又はキャリア注
入の影響を圧倒し、より安定し且つ非点収差の程度がよ
り小さいビーム像を提供する。埋め込み層１５５は又、
高いバンドギャップエネルギーを有し、その結果、高い
横方向のキャリアの閉じ込めが得られる。
ある埋め込み層１５５は低い屈折率を有し、屈折率のス
テップは一般的に0.1前後であるので、結果として強い
横方向のインデックスガイドが得られる。横方向の屈折
率ステップがそのように大きいと、インデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード
構造１００における横方向の導波は、熱又はキャリア注
入の影響を圧倒し、より安定し且つ非点収差の程度がよ
り小さいビーム像を提供する。埋め込み層１５５は又、
高いバンドギャップエネルギーを有し、その結果、高い
横方向のキャリアの閉じ込めが得られる。
【００１１】アンドープＡｌＮ膜は絶縁性であり、Ｉｎ
ＧａＮ多重量子井戸構造１４５の周囲に分路（シャン
ト）が形成されるのを防ぐ。アンドープＡｌＧａＮは、
成長条件及びアルミニウム含有量によっては絶縁性では
ない場合があるので、本発明に従ったインデックスガイ
ド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオー
ド構造１００の一実施形態では、埋め込み層１５５はＡ
ｌＧａＮ：Ｍｇドープ層である。ＡｌＧａＮの光電子特
性は成長条件に依存する。例えば、低温（約900℃）で
絶縁性のＧａＮを成長させることは可能であるが、より
高い成長温度ではＧａＮはｎ型バックグラウンド導電性
を有する傾向がある。ｎ型導電性のための精密な機構
は、元々の欠陥及び/又は不純物から生じると思われ
る。酸素及びシリコンは両方とも、ＧａＮ内の浅い部分
に存在する意図しないドナーとして見つかることがよく
ある。マグネシムをドープした低アルミニウム含有Ａｌ
ＧａＮは、ＧａＮと同様の挙動をするが、但し、マグネ
シウムアクセプタの活性化エネルギーは、アルミニウム
含有量が20％までの合金に添加されるアルミニウムの量
が１％増すごとに約3meVの率で増加する。アルミニウム
含有量が20％を超えると、意図しない酸素の混入が、制
御不可能な高いｎ型バックグラウンド導電性を生じ得
る。アルミニウムは酸素に対する親和性が高く、酸素不
純物は一般的にＭＯＣＶＤ成長中に様々なソースから導
入され得るので、酸素は容易にＡｌＧａＮに混入され
る。酸素不純物をマグネシウムアクセプタによって補償
することもできるが、これは実際には困難であり、絶縁
性の高アルミニウム含有ＡｌＧａＮ埋め込み層を作るこ
とは困難であろうことが示唆される。高いアルミニウム
含有量は、より良好な光及びキャリアの閉じ込めを提供
する。
ＧａＮ多重量子井戸構造１４５の周囲に分路（シャン
ト）が形成されるのを防ぐ。アンドープＡｌＧａＮは、
成長条件及びアルミニウム含有量によっては絶縁性では
ない場合があるので、本発明に従ったインデックスガイ
ド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオー
ド構造１００の一実施形態では、埋め込み層１５５はＡ
ｌＧａＮ：Ｍｇドープ層である。ＡｌＧａＮの光電子特
性は成長条件に依存する。例えば、低温（約900℃）で
絶縁性のＧａＮを成長させることは可能であるが、より
高い成長温度ではＧａＮはｎ型バックグラウンド導電性
を有する傾向がある。ｎ型導電性のための精密な機構
は、元々の欠陥及び/又は不純物から生じると思われ
る。酸素及びシリコンは両方とも、ＧａＮ内の浅い部分
に存在する意図しないドナーとして見つかることがよく
ある。マグネシムをドープした低アルミニウム含有Ａｌ
ＧａＮは、ＧａＮと同様の挙動をするが、但し、マグネ
シウムアクセプタの活性化エネルギーは、アルミニウム
含有量が20％までの合金に添加されるアルミニウムの量
が１％増すごとに約3meVの率で増加する。アルミニウム
含有量が20％を超えると、意図しない酸素の混入が、制
御不可能な高いｎ型バックグラウンド導電性を生じ得
る。アルミニウムは酸素に対する親和性が高く、酸素不
純物は一般的にＭＯＣＶＤ成長中に様々なソースから導
入され得るので、酸素は容易にＡｌＧａＮに混入され
る。酸素不純物をマグネシウムアクセプタによって補償
することもできるが、これは実際には困難であり、絶縁
性の高アルミニウム含有ＡｌＧａＮ埋め込み層を作るこ
とは困難であろうことが示唆される。高いアルミニウム
含有量は、より良好な光及びキャリアの閉じ込めを提供
する。
【００１２】マグネシウムアクセプタとともに中性の複
合物を生成する原子状態の水素が容易に得られるという
ＭＯＣＶＤ成長の特徴に起因して、ＡｌＧａＮ：Ｍｇ膜
は成長するにつれて絶縁性となり、ｐ型の導電性を活性
化するために熱アニールを必要とする。一般的には絶縁
性の埋め込み層が好ましいが、絶縁性の埋め込み層の蒸
着が困難又は不可能な場合は、活性化されたＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇ（ｐ型の導電性を有する）も埋め込み層として
適している。埋め込み層１５５がｐ型である場合は、短
周期超格子ｎ型クラッド層１２１との境界面にｐ−ｎ接
合が形成される。しかし、このｐ−ｎ接合のオン電圧
は、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造１４５内のｐ−ｎ接合
よりも大きい。このことは、電流路がＩｎＧａＮ多重量
子井戸構造１４５を通り易くする。埋め込み層１５５の
上にはｐ型ＧａＮキャップは蒸着されないので、埋め込
み層１５５へのｐ型電極１９０のコンタクトは、ｐ型Ｇ
ａＮ：Ｍｇ（層）１８５へのｐ型電極１９０のコンタク
トよりも、遥かに抵抗が高い。これは、多重量子井戸構
造１４５への電流の注入を更に促進する。
合物を生成する原子状態の水素が容易に得られるという
ＭＯＣＶＤ成長の特徴に起因して、ＡｌＧａＮ：Ｍｇ膜
は成長するにつれて絶縁性となり、ｐ型の導電性を活性
化するために熱アニールを必要とする。一般的には絶縁
性の埋め込み層が好ましいが、絶縁性の埋め込み層の蒸
着が困難又は不可能な場合は、活性化されたＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇ（ｐ型の導電性を有する）も埋め込み層として
適している。埋め込み層１５５がｐ型である場合は、短
周期超格子ｎ型クラッド層１２１との境界面にｐ−ｎ接
合が形成される。しかし、このｐ−ｎ接合のオン電圧
は、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造１４５内のｐ−ｎ接合
よりも大きい。このことは、電流路がＩｎＧａＮ多重量
子井戸構造１４５を通り易くする。埋め込み層１５５の
上にはｐ型ＧａＮキャップは蒸着されないので、埋め込
み層１５５へのｐ型電極１９０のコンタクトは、ｐ型Ｇ
ａＮ：Ｍｇ（層）１８５へのｐ型電極１９０のコンタク
トよりも、遥かに抵抗が高い。これは、多重量子井戸構
造１４５への電流の注入を更に促進する。
【００１３】自由キャリアの損失がｎ型材料に対しては
より低いことを理由として、光の損失を更に低減するた
めに、又はｎ型ＡｌＧａＮ材料を成長させることだけが
可能な場合には、ｎ型埋め込み層を用いてもよい。図２
は、本発明の一実施形態に従ったｎ型埋め込み層２５５
を有する、インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造Ａ
ｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造２００を示してい
る。ｎ型埋め込み層２５５の再成長の後、再成長した埋
め込み層を、一般的にはＣＡＩＢＥ(chemicallyassiste
d ion beam etch) 法によるエッチングによりパターン
形成する。２度目の再成長では、ｎ型埋め込み層２５５
は、一般的なドーピングレベルの約1020Ｍｇ原子/cm3の
高濃度でｐ型ドープされた、コンタクト層としても機能
するＧａＮ：Ｍｇ層２５０で埋められる。或いは、埋め
込み層２５５はドーピングされなくてもよい。ｐ型ドー
プＧａＮ：Ｍｇ層２５０は、ｐ型電極２９０がｎ型埋め
込み層２５５に接触するのを防止するために必要であ
る。
より低いことを理由として、光の損失を更に低減するた
めに、又はｎ型ＡｌＧａＮ材料を成長させることだけが
可能な場合には、ｎ型埋め込み層を用いてもよい。図２
は、本発明の一実施形態に従ったｎ型埋め込み層２５５
を有する、インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造Ａ
ｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造２００を示してい
る。ｎ型埋め込み層２５５の再成長の後、再成長した埋
め込み層を、一般的にはＣＡＩＢＥ(chemicallyassiste
d ion beam etch) 法によるエッチングによりパターン
形成する。２度目の再成長では、ｎ型埋め込み層２５５
は、一般的なドーピングレベルの約1020Ｍｇ原子/cm3の
高濃度でｐ型ドープされた、コンタクト層としても機能
するＧａＮ：Ｍｇ層２５０で埋められる。或いは、埋め
込み層２５５はドーピングされなくてもよい。ｐ型ドー
プＧａＮ：Ｍｇ層２５０は、ｐ型電極２９０がｎ型埋め
込み層２５５に接触するのを防止するために必要であ
る。
【００１４】図３は、本発明に従った、自己整合インデ
ックスガイド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレー
ザダイオード構造３００を示している。Ａｌ2Ｏ3成長基
体３１０上にＧａＮ：Ｓｉ層３１５が配置され、一実施
形態では、層３１５はＡｌＧａＮ：Ｓｉでできていても
よい。一般的にはＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ：Ｓｉであるバル
クｎ型クラッド層３２０が、ＧａＮのｎ型導波層（図３
には示さない）の下方のＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３
４５の底部であってｎ型クラッド短周期超格子３２１の
上に配置される。ｎ型クラッド短周期超格子３２１は、
各々が一般に約20Åの厚さを有する一般的にＡｌＧａ
Ｎ：Ｓｉ及びＧａＮ：Ｓｉの交互の層でできている。バ
ルクｎ型クラッド層３２０は、一般的にはＡｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎ：Ｍｇであるオーバーグロース層３２５からのキ
ャリアの注入を防ぎ、ｎ型クラッド短周期超格子３２１
の低バンドギャップ部内への最適な横導波を提供する。
オーバーグロース層３２５は、埋め込み層及び上部ｐ型
クラッド層の両方として機能する。故に、ＧａＮのｐ型
導波層（図３には示さない）の上方に配置されるオーバ
ーグロース層３２５及び、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造
３４５の上に配置される一般的にはＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：
Ｍｇであるトンネルバリア層（図３には示さない）にお
ける、ＡｌＧａＮの全体的な厚さは、従来の窒化物レー
ザに用いられる厚さと同じくらいである。一般的にＧａ
Ｎ：Ｍｇである層３８５は、ｐ型電極３９０へのオーミ
ック接触を容易にするためのキャップ層として働く。点
線３０３は、レーザダイオード構造３００のｐ−ｎ接合
部の位置を示す。
ックスガイド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレー
ザダイオード構造３００を示している。Ａｌ2Ｏ3成長基
体３１０上にＧａＮ：Ｓｉ層３１５が配置され、一実施
形態では、層３１５はＡｌＧａＮ：Ｓｉでできていても
よい。一般的にはＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ：Ｓｉであるバル
クｎ型クラッド層３２０が、ＧａＮのｎ型導波層（図３
には示さない）の下方のＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３
４５の底部であってｎ型クラッド短周期超格子３２１の
上に配置される。ｎ型クラッド短周期超格子３２１は、
各々が一般に約20Åの厚さを有する一般的にＡｌＧａ
Ｎ：Ｓｉ及びＧａＮ：Ｓｉの交互の層でできている。バ
ルクｎ型クラッド層３２０は、一般的にはＡｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎ：Ｍｇであるオーバーグロース層３２５からのキ
ャリアの注入を防ぎ、ｎ型クラッド短周期超格子３２１
の低バンドギャップ部内への最適な横導波を提供する。
オーバーグロース層３２５は、埋め込み層及び上部ｐ型
クラッド層の両方として機能する。故に、ＧａＮのｐ型
導波層（図３には示さない）の上方に配置されるオーバ
ーグロース層３２５及び、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造
３４５の上に配置される一般的にはＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：
Ｍｇであるトンネルバリア層（図３には示さない）にお
ける、ＡｌＧａＮの全体的な厚さは、従来の窒化物レー
ザに用いられる厚さと同じくらいである。一般的にＧａ
Ｎ：Ｍｇである層３８５は、ｐ型電極３９０へのオーミ
ック接触を容易にするためのキャップ層として働く。点
線３０３は、レーザダイオード構造３００のｐ−ｎ接合
部の位置を示す。
【００１５】オーバーグロース層３２５は、ｐ型クラッ
ド層と、強い横方向の電流の閉じ込め及び光の閉じ込め
を生じるための埋め込み層との、両方として機能する。
オーバーグロース層３２５によって提供される強い横方
向のインデックスガイド（一般的には0.1台の屈折率ス
テップ）は、低閾値電流及びビーム安定性を可能とす
る。強いインデックスガイドによって、レーザストライ
プを非常に狭くでき、それによって横方向の熱の消散が
容易になり、必要な閾値電流が低減される。強いインデ
ックスガイドによって、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３
４５の横方向の幅を、一般的に2μm未満と、非常に狭く
でき、低閾値電流及び横方向のモードの識別を提供す
る。図３に示されている自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構
造３００は、図１に示されているインデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構
造１００よりも大きなｐ型接触域を与える。ｐ型接触域
がより大きいと、接触抵抗がより小さくなる。接触抵抗
を低くすることで、特に連続波動作におけるレーザダイ
オードの発熱が低減されるとともに、より広いｐ型コン
タクトは、より良好に熱を消散する働きもする。ｐ−ｎ
接合部のバンドギャップは点線３０３に沿った部分で最
も低いので、電流はＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３４５
を優先的に通って流れる。
ド層と、強い横方向の電流の閉じ込め及び光の閉じ込め
を生じるための埋め込み層との、両方として機能する。
オーバーグロース層３２５によって提供される強い横方
向のインデックスガイド（一般的には0.1台の屈折率ス
テップ）は、低閾値電流及びビーム安定性を可能とす
る。強いインデックスガイドによって、レーザストライ
プを非常に狭くでき、それによって横方向の熱の消散が
容易になり、必要な閾値電流が低減される。強いインデ
ックスガイドによって、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３
４５の横方向の幅を、一般的に2μm未満と、非常に狭く
でき、低閾値電流及び横方向のモードの識別を提供す
る。図３に示されている自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構
造３００は、図１に示されているインデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構
造１００よりも大きなｐ型接触域を与える。ｐ型接触域
がより大きいと、接触抵抗がより小さくなる。接触抵抗
を低くすることで、特に連続波動作におけるレーザダイ
オードの発熱が低減されるとともに、より広いｐ型コン
タクトは、より良好に熱を消散する働きもする。ｐ−ｎ
接合部のバンドギャップは点線３０３に沿った部分で最
も低いので、電流はＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３４５
を優先的に通って流れる。
【００１６】図４は、図３のＩｎＧａＮ多重量子井戸構
造３４５の拡大図であり、自己整合インデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード
構造３００のキャリア注入路４０１及び４０２を示して
いる。一般的にＧａＮであるｐ型ドープ導波層４０７及
び一般的にＧａＮであるｎ型ドープ導波層４０８も示さ
れている。点線３０３はｐ−ｎ接合部の位置を示す。約
400nmの波長で動作する本発明に従った一実施形態で
は、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３４５は、約3.1eVの
バンドギャップエネルギーを有し、その下のｎ型導波層
４０８は約3.4eVのバンドギャップエネルギーを有す
る。故に、ＩｎＧａＮ多重量子井戸領域４１４と関連す
るｐ−ｎ接合部のオン電圧は、ｎ型導波層４０８と関連
するｐ−ｎ接合部のオン電圧よりも低く、レーザダイオ
ード構造３００が順方向にバイアスされたときに、キャ
リアは優先的に注入路４０１に沿ってＩｎＧａＮ多重量
子井戸領域４１４へと注入される。
造３４５の拡大図であり、自己整合インデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード
構造３００のキャリア注入路４０１及び４０２を示して
いる。一般的にＧａＮであるｐ型ドープ導波層４０７及
び一般的にＧａＮであるｎ型ドープ導波層４０８も示さ
れている。点線３０３はｐ−ｎ接合部の位置を示す。約
400nmの波長で動作する本発明に従った一実施形態で
は、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造３４５は、約3.1eVの
バンドギャップエネルギーを有し、その下のｎ型導波層
４０８は約3.4eVのバンドギャップエネルギーを有す
る。故に、ＩｎＧａＮ多重量子井戸領域４１４と関連す
るｐ−ｎ接合部のオン電圧は、ｎ型導波層４０８と関連
するｐ−ｎ接合部のオン電圧よりも低く、レーザダイオ
ード構造３００が順方向にバイアスされたときに、キャ
リアは優先的に注入路４０１に沿ってＩｎＧａＮ多重量
子井戸領域４１４へと注入される。
【００１７】ＩｎＧａＮ多重量子井戸領域４１４のバン
ドギャップエネルギーとｎ型導波層４０８のバンドギャ
ップエネルギーとの300meVの差は、あるケースでは、キ
ャリアの注入を注入路４０１に制限するのに不十分なこ
とがあり、一部のキャリアが注入路４０２に沿って、ｎ
型導波層４０８の側壁のｐ−ｎ接合部を横切って注入さ
れ得る。ｎ型導波層４０８の側壁のｐ−ｎ接合部を横切
って注入されたキャリアは量子井戸に溜まらないので、
これらのキャリアはより高い光学ゲインに貢献せず、よ
り高い閾値電流の必要性を生じる。約430nmといった約4
00nmより高い波長での動作は、バンドギャップエネルギ
ーの差を増加させ、それにより、ｎ型導波層４０８の側
壁のｐ−ｎ接合部を横断するキャリアの注入は顕著に低
減される。
ドギャップエネルギーとｎ型導波層４０８のバンドギャ
ップエネルギーとの300meVの差は、あるケースでは、キ
ャリアの注入を注入路４０１に制限するのに不十分なこ
とがあり、一部のキャリアが注入路４０２に沿って、ｎ
型導波層４０８の側壁のｐ−ｎ接合部を横切って注入さ
れ得る。ｎ型導波層４０８の側壁のｐ−ｎ接合部を横切
って注入されたキャリアは量子井戸に溜まらないので、
これらのキャリアはより高い光学ゲインに貢献せず、よ
り高い閾値電流の必要性を生じる。約430nmといった約4
00nmより高い波長での動作は、バンドギャップエネルギ
ーの差を増加させ、それにより、ｎ型導波層４０８の側
壁のｐ−ｎ接合部を横断するキャリアの注入は顕著に低
減される。
【００１８】ＧａＮのｎ型導波層４０８の側壁のｐ−ｎ
接合部を横切る横方向のキャリア注入は、ｎ型導波層４
０８をなくした、図５に示されている逆転非対称導波路
構造を用いることによって低減され得る。これは、図４
に示されている注入路４０２に沿ったキャリア注入を解
消する。ＩｎＧａＮ多重量子井戸領域５１４の上にトン
ネルバリア層５４６が存在し、この層５４６は一般的に
5から15パーセントのアルミニウムを含有するＡｌＧａ
Ｎである。トンネルバリア層５４６の上に、一般的にＧ
ａＮであるｐ型導波層５０７が配置される。一般的にＡ
ｌＧａＮ：Ｍｇであるｐ型クラッド層５２５がｐ型導波
層５０７を覆うとともに、レーザリッジ構造５１１全体
を埋める。一般的にＧａＮ：Ｍｇであるキャップ層５８
５は、ｐ型コンタクト５９０への接触を提供する。
接合部を横切る横方向のキャリア注入は、ｎ型導波層４
０８をなくした、図５に示されている逆転非対称導波路
構造を用いることによって低減され得る。これは、図４
に示されている注入路４０２に沿ったキャリア注入を解
消する。ＩｎＧａＮ多重量子井戸領域５１４の上にトン
ネルバリア層５４６が存在し、この層５４６は一般的に
5から15パーセントのアルミニウムを含有するＡｌＧａ
Ｎである。トンネルバリア層５４６の上に、一般的にＧ
ａＮであるｐ型導波層５０７が配置される。一般的にＡ
ｌＧａＮ：Ｍｇであるｐ型クラッド層５２５がｐ型導波
層５０７を覆うとともに、レーザリッジ構造５１１全体
を埋める。一般的にＧａＮ：Ｍｇであるキャップ層５８
５は、ｐ型コンタクト５９０への接触を提供する。
【００１９】ＩｎＧａＮ多重量子井戸領域５１４は、一
般的にＡｌＧａＮ：Ｓｉであるバルクｎ型クラッド層５
２０の上に配置される。バルクｎ型クラッド層５２０
は、各々が一般に20Åの厚さを有する一般的にはＡｌＧ
ａＮ：Ｓｉ及びＧａＮ：Ｓｉの交互の層できている短周
期超格子ｎ型クラッド構造５２１の上に配置される。バ
ルクｎ型クラッド層５２０は、ｐ型クラッド層５２５か
ら、短周期超格子ｎ型クラッド構造５２１の一般的によ
り低いバンドギャップのＧａＮ：Ｓｉ層へと電荷キャリ
アが注入されるのを、阻止する。バルクｎ型クラッド層
５２０がひび割れを生じない厚さは、通常、約0.5μmの
一般的な厚さまでに限られるが、短周期超格子クラッド
構造５２１の導入により、バルクｎ型クラッド層５２０
と同じ一般的に約8パーセントの平均アルミニウム含有
量のクラッド層を、1ミクロンを超える厚さまで成長さ
せることができる。短周期超格子クラッド構造５２１に
よって与えられた厚さの増加により、横光学モードの漏
洩が顕著に低減され、その結果、レーザダイオード構造
５００の横遠視野像が改善される。例えば、一般的な約
7％の漏洩が0.5％にまで低減され得る。遠視野ビーム像
はガウシアン遠視野ビームに近づく。短周期超格子クラ
ッド構造５２１の下で、一般的にＡｌ2Ｏ3である基体５
１０の上に、一般的にＡｌＧａＮ:Ｓｉ又はＧａＮ:Ｓｉ
であるｎ型層５１５がある。
般的にＡｌＧａＮ：Ｓｉであるバルクｎ型クラッド層５
２０の上に配置される。バルクｎ型クラッド層５２０
は、各々が一般に20Åの厚さを有する一般的にはＡｌＧ
ａＮ：Ｓｉ及びＧａＮ：Ｓｉの交互の層できている短周
期超格子ｎ型クラッド構造５２１の上に配置される。バ
ルクｎ型クラッド層５２０は、ｐ型クラッド層５２５か
ら、短周期超格子ｎ型クラッド構造５２１の一般的によ
り低いバンドギャップのＧａＮ：Ｓｉ層へと電荷キャリ
アが注入されるのを、阻止する。バルクｎ型クラッド層
５２０がひび割れを生じない厚さは、通常、約0.5μmの
一般的な厚さまでに限られるが、短周期超格子クラッド
構造５２１の導入により、バルクｎ型クラッド層５２０
と同じ一般的に約8パーセントの平均アルミニウム含有
量のクラッド層を、1ミクロンを超える厚さまで成長さ
せることができる。短周期超格子クラッド構造５２１に
よって与えられた厚さの増加により、横光学モードの漏
洩が顕著に低減され、その結果、レーザダイオード構造
５００の横遠視野像が改善される。例えば、一般的な約
7％の漏洩が0.5％にまで低減され得る。遠視野ビーム像
はガウシアン遠視野ビームに近づく。短周期超格子クラ
ッド構造５２１の下で、一般的にＡｌ2Ｏ3である基体５
１０の上に、一般的にＡｌＧａＮ:Ｓｉ又はＧａＮ:Ｓｉ
であるｎ型層５１５がある。
【００２０】図１のインデックスガイド型埋め込みヘテ
ロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造１００を製
造するには、ｎ型電極１９５の蒸着のためにｎ型層１１
５を露出するために、まず、層１８５、１２５、１４
５、及び１２１を貫通するＣＡＩＢＥエッチングをして
もよい。ｐ型材料の成長に関して問題となり得るのは、
Ｃｐ2Ｍｇがリアクタに入らずにガスラインに留まるこ
とに起因するマグネシウムの供給の遅れ(turn on dela
y)である。マグネシウムの供給の遅れは、加熱及び成長
の前にＣｐ2Ｍｇをリアクタ内に予め流しておくことに
よって補償できる。マグネシウムは、加熱中はベントへ
と切り替えられ、マグネシウムドーピングが望まれると
きに、供給の遅れを生じることなく、リアクタ内へと切
り替えて戻される。
ロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造１００を製
造するには、ｎ型電極１９５の蒸着のためにｎ型層１１
５を露出するために、まず、層１８５、１２５、１４
５、及び１２１を貫通するＣＡＩＢＥエッチングをして
もよい。ｐ型材料の成長に関して問題となり得るのは、
Ｃｐ2Ｍｇがリアクタに入らずにガスラインに留まるこ
とに起因するマグネシウムの供給の遅れ(turn on dela
y)である。マグネシウムの供給の遅れは、加熱及び成長
の前にＣｐ2Ｍｇをリアクタ内に予め流しておくことに
よって補償できる。マグネシウムは、加熱中はベントへ
と切り替えられ、マグネシウムドーピングが望まれると
きに、供給の遅れを生じることなく、リアクタ内へと切
り替えて戻される。
【００２１】本発明に従った一実施形態では、リッジ構
造１１１の上面を画定するために、ＧａＮ:Ｍｇ層１８
５にフォトレジストが塗布される。しかし、フォトレジ
ストを塗布する前に、ＧａＮ:Ｍｇ層１８５を活性化す
るのが好ましい。この活性化は、処理中にフォトレジス
トの下に気泡を生じさせる水素が発生する可能性を回避
するものである。活性化は、一般的に２つの方法のうち
の一方で行われる。窒素環境で約850℃まで5分間加熱す
ることによる、通常の熱による活性化を用いてもよい。
或いは、ＧａＮ:Ｍｇ層１８５を強いＵＶ光に曝して水
素を放出させ、熱による表面の劣化が生じるのを防止し
てもよい。フォトレジストのストライプは、ＧａＮ層１
８５の＜１１００＞結晶方向に沿って揃うように、リソ
グラフィーでパターン形成される。次に、このストライ
プをエッチングし、一般的に1から5μmの幅を有するリ
ッジ構造１１１を作る。リッジ構造１１１は、層１８
５、１２５、１４５を通って短周期超格子ｎ型クラッド
構造１２１に至るＣＡＩＢＥエッチングによって形成さ
れる。エッチングの前のフォトレジストストライプの配
向によって、リッジ構造１１１の長さ方向の軸が｛１１
００｝平面の組に対して垂直に配向され、＜１１００＞
結晶方向に沿って揃っていることに注目されたい。この
向きは表面のピッチング（点食）を低減することがわか
っている。
造１１１の上面を画定するために、ＧａＮ:Ｍｇ層１８
５にフォトレジストが塗布される。しかし、フォトレジ
ストを塗布する前に、ＧａＮ:Ｍｇ層１８５を活性化す
るのが好ましい。この活性化は、処理中にフォトレジス
トの下に気泡を生じさせる水素が発生する可能性を回避
するものである。活性化は、一般的に２つの方法のうち
の一方で行われる。窒素環境で約850℃まで5分間加熱す
ることによる、通常の熱による活性化を用いてもよい。
或いは、ＧａＮ:Ｍｇ層１８５を強いＵＶ光に曝して水
素を放出させ、熱による表面の劣化が生じるのを防止し
てもよい。フォトレジストのストライプは、ＧａＮ層１
８５の＜１１００＞結晶方向に沿って揃うように、リソ
グラフィーでパターン形成される。次に、このストライ
プをエッチングし、一般的に1から5μmの幅を有するリ
ッジ構造１１１を作る。リッジ構造１１１は、層１８
５、１２５、１４５を通って短周期超格子ｎ型クラッド
構造１２１に至るＣＡＩＢＥエッチングによって形成さ
れる。エッチングの前のフォトレジストストライプの配
向によって、リッジ構造１１１の長さ方向の軸が｛１１
００｝平面の組に対して垂直に配向され、＜１１００＞
結晶方向に沿って揃っていることに注目されたい。この
向きは表面のピッチング（点食）を低減することがわか
っている。
【００２２】エピタキシャル再成長の前に、アセトン中
での溶解及び酸素プラズマ中での灰化の組み合わせを用
いるフォトレジスト除去を含むクリーニングが行われ
る。更に、王水を用いて、次にＨ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2
Ｏを４：１：１の比率で混合してそのまま（熱い状態
で）用いて、クリーニングされる。最終的に脱イオン水
ですすがれ、次に純粋な窒素中で乾燥される。
での溶解及び酸素プラズマ中での灰化の組み合わせを用
いるフォトレジスト除去を含むクリーニングが行われ
る。更に、王水を用いて、次にＨ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2
Ｏを４：１：１の比率で混合してそのまま（熱い状態
で）用いて、クリーニングされる。最終的に脱イオン水
ですすがれ、次に純粋な窒素中で乾燥される。
【００２３】900℃の安定した温度でアンモニア/水素ガ
ス流中で再成長が起きる。成長温度が安定すると、反応
物質であるトリメチルアルミニウム、トリメチルガリウ
ム、及びビスシクロペンタジエチルマグネシウムがリア
クタに導入される。低温（Ｔ growth＜900℃）でアンド
ープ膜を成長させることにより、埋め込み層１５５の絶
縁性のオーバーグロースが達成される。リッジ構造を囲
むために、一般的にＡｌＮ又はＡｌＧａＮでできている
埋め込み層１５５のエピタキシャル再成長が行われる。
或いは、一般的にＡｌＧａＮ：Ｍｇであるｐ型ドープ埋
め込み層１５５を成長せてもよい。ｐ型キャップ層１８
５とｐ型電極１９０とを接触させるための狭いウィンド
ウを開けるために、埋め込み層１５５に、下方のｐ型キ
ャップ層１８５に至る開口がＣＡＩＢＥ法を用いてエッ
チングされる。
ス流中で再成長が起きる。成長温度が安定すると、反応
物質であるトリメチルアルミニウム、トリメチルガリウ
ム、及びビスシクロペンタジエチルマグネシウムがリア
クタに導入される。低温（Ｔ growth＜900℃）でアンド
ープ膜を成長させることにより、埋め込み層１５５の絶
縁性のオーバーグロースが達成される。リッジ構造を囲
むために、一般的にＡｌＮ又はＡｌＧａＮでできている
埋め込み層１５５のエピタキシャル再成長が行われる。
或いは、一般的にＡｌＧａＮ：Ｍｇであるｐ型ドープ埋
め込み層１５５を成長せてもよい。ｐ型キャップ層１８
５とｐ型電極１９０とを接触させるための狭いウィンド
ウを開けるために、埋め込み層１５５に、下方のｐ型キ
ャップ層１８５に至る開口がＣＡＩＢＥ法を用いてエッ
チングされる。
【００２４】インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造
ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造１００の更なるプ
ロセシングは、窒素環境において850℃で5分間のアニー
ルによるｐ型ドーパントの活性化を含む。パラジウムｐ
型コンタクト金属が蒸着され、535℃で5分間、アロイ
（合金化）される。クリービング又はエッチングにより
ミラーファセット（図示せず）が形成される。ミラーフ
ァセットをエッチングする場合は、第１ミラーファセッ
トのエッチングはメサエッチングと一緒に行われる。Ｔ
ｉ/Ａｌのｎ型金属の蒸着が行われ、最後に、ｎ型電極
１９５及びｐ型電極１９０が蒸着され、第１及び第２ミ
ラーに高反射コーティングＴｉＯ2/ＳｉＯ 2が塗布され
る。
ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造１００の更なるプ
ロセシングは、窒素環境において850℃で5分間のアニー
ルによるｐ型ドーパントの活性化を含む。パラジウムｐ
型コンタクト金属が蒸着され、535℃で5分間、アロイ
（合金化）される。クリービング又はエッチングにより
ミラーファセット（図示せず）が形成される。ミラーフ
ァセットをエッチングする場合は、第１ミラーファセッ
トのエッチングはメサエッチングと一緒に行われる。Ｔ
ｉ/Ａｌのｎ型金属の蒸着が行われ、最後に、ｎ型電極
１９５及びｐ型電極１９０が蒸着され、第１及び第２ミ
ラーに高反射コーティングＴｉＯ2/ＳｉＯ 2が塗布され
る。
【００２５】レーザ構造２００のプロセシングはレーザ
構造１００のプロセシングと類似している。しかし、図
２では、一般的にＡｌＧａＮ：Ｓｉであるｎ型埋め込み
層２５５を再成長させ、続いて一般的にＧａＮ：Ｍｇで
あるｐ型埋め込み層２５０を再成長させる。更に、ｎ型
金属の蒸着を行った後で、表面全体に、ＰＥＣＶＤ（プ
ラズマ化学気相蒸着）を用いて、高温で、一般的にＳｉ
Ｎ又はＳｉＯ2である誘電体の蒸着が行われる。次に、
蒸着された誘電体に、ｎ型電極１９５及びｐ型電極１９
０用のウィンドウを作るためのパターン形成を行う。誘
電体の蒸着温度は約250℃であり、フォトレジストの使
用は約120℃未満の温度に限られるので、フォトレジス
トマスクの代わりにパターン形成を用いる。これは、レ
ーザストライプの外側の電流の注入を回避するために、
ｐ型電極２９０がｐ型埋め込み層２５０に接触するため
の、制限されたコンタクトウィンドウを作る。或いは、
一般的に約80から120keVのエネルギーでのイオン注入を
用いて、ウィンドウ領域をマスキングしてからイオン注
入を行うことにより、制限されたウィンドウを作っても
よい。
構造１００のプロセシングと類似している。しかし、図
２では、一般的にＡｌＧａＮ：Ｓｉであるｎ型埋め込み
層２５５を再成長させ、続いて一般的にＧａＮ：Ｍｇで
あるｐ型埋め込み層２５０を再成長させる。更に、ｎ型
金属の蒸着を行った後で、表面全体に、ＰＥＣＶＤ（プ
ラズマ化学気相蒸着）を用いて、高温で、一般的にＳｉ
Ｎ又はＳｉＯ2である誘電体の蒸着が行われる。次に、
蒸着された誘電体に、ｎ型電極１９５及びｐ型電極１９
０用のウィンドウを作るためのパターン形成を行う。誘
電体の蒸着温度は約250℃であり、フォトレジストの使
用は約120℃未満の温度に限られるので、フォトレジス
トマスクの代わりにパターン形成を用いる。これは、レ
ーザストライプの外側の電流の注入を回避するために、
ｐ型電極２９０がｐ型埋め込み層２５０に接触するため
の、制限されたコンタクトウィンドウを作る。或いは、
一般的に約80から120keVのエネルギーでのイオン注入を
用いて、ウィンドウ領域をマスキングしてからイオン注
入を行うことにより、制限されたウィンドウを作っても
よい。
【００２６】自己整合インデックスガイド型埋め込みヘ
テロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造３００
（図３参照）及び５００（図５参照）のプロセシング
は、レーザダイオード構造１００及び２００のプロセシ
ングと類似している。自己整合インデックスガイド型埋
め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造
３００及び５００の主な違いは、蒸着されたｐ型ドープ
層３２５及び５２５が、ｐ型クラッド層及び埋め込み層
の両方として働くことである。レーザダイオード３００
及び５００の自己整合構造に起因して、個々の埋め込み
層３２５及び５２５を貫通するエッチングもない。表面
のピッチングを低減するために、リッジ構造３１１（図
３参照）及びリッジ構造５１１（図５参照）の両方の長
さ方向の軸が＜１１００＞結晶方向に沿って揃うように
プロセシングが行われることに注目されたい。
テロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造３００
（図３参照）及び５００（図５参照）のプロセシング
は、レーザダイオード構造１００及び２００のプロセシ
ングと類似している。自己整合インデックスガイド型埋
め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイオード構造
３００及び５００の主な違いは、蒸着されたｐ型ドープ
層３２５及び５２５が、ｐ型クラッド層及び埋め込み層
の両方として働くことである。レーザダイオード３００
及び５００の自己整合構造に起因して、個々の埋め込み
層３２５及び５２５を貫通するエッチングもない。表面
のピッチングを低減するために、リッジ構造３１１（図
３参照）及びリッジ構造５１１（図５参照）の両方の長
さ方向の軸が＜１１００＞結晶方向に沿って揃うように
プロセシングが行われることに注目されたい。
【００２７】図６から図１１は、自己整合インデックス
ガイド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイ
オード構造３００と同じようなレーザダイオード構造を
作るためのプロセスステップを示している。所望であれ
ば、多重量子井戸領域３４５とｐ型ドープ導波層４０７
との間にトンネルバリア層６４６があってもよい。
ガイド型埋め込みヘテロ構造ＡｌＧａＩｎＮレーザダイ
オード構造３００と同じようなレーザダイオード構造を
作るためのプロセスステップを示している。所望であれ
ば、多重量子井戸領域３４５とｐ型ドープ導波層４０７
との間にトンネルバリア層６４６があってもよい。
【００２８】図６は、ｐ型ドープ導波領域４０７までの
（ｐ型ドープ導波領域４０７を含む）、蒸着されたエピ
タキシャル構造を示している。ｐ型クラッド層やキャッ
プ層が存在しないことを留意されたい。図７は、一般的
に約1から2μm幅のリッジ７２０を囲む一般的に約10μm
幅のトレンチ７１０のＣＡＩＢＥエッチングを示してい
る。エッチングは、バルクｎ型クラッド層３２０の中ま
で達しなければなければならないが、貫通してはならな
い。この結果、多重量子井戸領域３４５並びに導波層４
０７及び４０８の一般的な厚さの約300nmのエッチング
となる。図８は、ｐ型クラッド層３２５の一般的な約0.
5から1.0μmの厚さまでのＭＯＣＶＤ成長を示してい
る。構成された面の上に、ｐ型クラッド層３８５（図３
参照）も、一般的な約0.1μmの厚さまで成長させられ
る。残りのプロセスシーケンスは、リッジエッチングス
テップが行われないことを除き、従来のリッジ型導波路
窒化物レーザと同様である。
（ｐ型ドープ導波領域４０７を含む）、蒸着されたエピ
タキシャル構造を示している。ｐ型クラッド層やキャッ
プ層が存在しないことを留意されたい。図７は、一般的
に約1から2μm幅のリッジ７２０を囲む一般的に約10μm
幅のトレンチ７１０のＣＡＩＢＥエッチングを示してい
る。エッチングは、バルクｎ型クラッド層３２０の中ま
で達しなければなければならないが、貫通してはならな
い。この結果、多重量子井戸領域３４５並びに導波層４
０７及び４０８の一般的な厚さの約300nmのエッチング
となる。図８は、ｐ型クラッド層３２５の一般的な約0.
5から1.0μmの厚さまでのＭＯＣＶＤ成長を示してい
る。構成された面の上に、ｐ型クラッド層３８５（図３
参照）も、一般的な約0.1μmの厚さまで成長させられ
る。残りのプロセスシーケンスは、リッジエッチングス
テップが行われないことを除き、従来のリッジ型導波路
窒化物レーザと同様である。
【００２９】図９は、窒素雰囲気で535℃で5分間での、
一般的にパラジウム合金であるｐ型金属層３９０の蒸着
を示している。図１０は、ｐ型金属層３９０のＣＡＩＢ
Ｅエッチング、及びｎ型クラッド短周期超格子３２１を
貫通してＧａＮ：Ｓｉ層３１５中に至る約2μmの深さま
でのＣＡＩＢＥエッチングを示している。このエッチン
グは、ｎ型側方コンタクト１１０１のためのエリアを露
出させる。第１及び第２ミラー（図示せず）も、このス
テップでＣＡＩＢＥエッチングされる。ｎ型コンタクト
パッド３９５（図３参照）の形成のためにリフトオフメ
タライゼーション（一般的にＴｉ−Ａｌ）が行われる。
図１１は、ｎ型コンタクト１１０１及びｐ型コンタクト
１１０２上に厚い金属を積層するための、一般的にＴｉ
−Ａｕの、メタライゼーションを示している。最後に、
ＳｉＯ2/ＴｉＯ2ミラーコーティングの蒸着が行われ
る。
一般的にパラジウム合金であるｐ型金属層３９０の蒸着
を示している。図１０は、ｐ型金属層３９０のＣＡＩＢ
Ｅエッチング、及びｎ型クラッド短周期超格子３２１を
貫通してＧａＮ：Ｓｉ層３１５中に至る約2μmの深さま
でのＣＡＩＢＥエッチングを示している。このエッチン
グは、ｎ型側方コンタクト１１０１のためのエリアを露
出させる。第１及び第２ミラー（図示せず）も、このス
テップでＣＡＩＢＥエッチングされる。ｎ型コンタクト
パッド３９５（図３参照）の形成のためにリフトオフメ
タライゼーション（一般的にＴｉ−Ａｌ）が行われる。
図１１は、ｎ型コンタクト１１０１及びｐ型コンタクト
１１０２上に厚い金属を積層するための、一般的にＴｉ
−Ａｕの、メタライゼーションを示している。最後に、
ＳｉＯ2/ＴｉＯ2ミラーコーティングの蒸着が行われ
る。
【図１】本発明に従ったインデックスガイド型埋め込み
ヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態を示す図
である。
ヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態を示す図
である。
【図２】本発明に従ったインデックスガイド型埋め込み
ヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態を示す図
である。
ヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態を示す図
である。
【図３】本発明に従った自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態
を示す図である。
埋め込みヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態
を示す図である。
【図４】図３に示されている実施の形態でのキャリアの
注入路を示す図である。
注入路を示す図である。
【図５】本発明に従った自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態
を示す図である。
埋め込みヘテロ構造レーザダイオード構造の一実施形態
を示す図である。
【図６】本発明に従った自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
【図７】本発明に従った自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
【図８】本発明に従った自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
【図９】本発明に従った自己整合インデックスガイド型
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプロ
セスステップを示す図である。
【図１０】本発明に従った自己整合インデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプ
ロセスステップを示す図である。
型埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプ
ロセスステップを示す図である。
【図１１】本発明に従った自己整合インデックスガイド
型埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプ
ロセスステップを示す図である。
型埋め込みヘテロ構造レーザダイオードを作るためのプ
ロセスステップを示す図である。
１００ レーザダイオード構造 １１０ 成長基体 １２１ 短周期超格子ｎ型クラッド構造 １２５ ｐ型クラッド層 １４５ 多重量子井戸構造 １５５ 埋め込み層 １８５ キャップ層 １９０ ｐ型電極 １９５ ｎ型電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 トーマス エル．パオリ アメリカ合衆国 94022 カリフォルニア 州 ロス アルトス サイプレス ドライ ブ 420 (72)発明者 クリスチャン ジー．ヴァン デ ウォー ル アメリカ合衆国 94086 カリフォルニア 州 サニーベイル ラ メサ テラス 963エー
Claims (2)
- 【請求項１】 第１、第２及び第３の面を有し、クラッ
ド構造及びクラッド層並びに前記クラッド構造と前記ク
ラッド層との間に配置された多重量子井戸構造を有する
リッジ構造と、 前記リッジ構造の前記第１、第２及び第３の面の上に存
在し、電気的接触のために前記リッジ構造の前記第３の
面への開口を有する埋め込み層と、 を有する、インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒
化物レーザダイオード構造。 - 【請求項２】 第１、第２及び第３の面を有し、クラッ
ド構造及びクラッド層並びに前記クラッド構造と前記ク
ラッド層との間に配置された多重量子井戸構造を有する
リッジ構造と、 前記リッジ構造の前記第１、第２及び第３の面の上に存
在し、電気的接触のために前記リッジ構造の前記第３の
面への開口を有する第１埋め込み層と、 前記リッジ構造の前記第３の面と接触するように、前記
第１埋め込み層の上に存在する第２埋め込み層と、 を有する、インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒
化物レーザダイオード構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US408458 | 1995-03-22 | ||
| US09/408,458 US6570898B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Structure and method for index-guided buried heterostructure AlGalnN laser diodes |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012022808A Division JP2012089895A (ja) | 1999-09-29 | 2012-02-06 | インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化物レーザダイオード構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001111172A true JP2001111172A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=23616377
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287812A Pending JP2001111172A (ja) | 1999-09-29 | 2000-09-22 | インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化物レーザダイオード構造 |
| JP2012022808A Pending JP2012089895A (ja) | 1999-09-29 | 2012-02-06 | インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化物レーザダイオード構造 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012022808A Pending JP2012089895A (ja) | 1999-09-29 | 2012-02-06 | インデックスガイド型埋め込みヘテロ構造窒化物レーザダイオード構造 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6570898B2 (ja) |
| JP (2) | JP2001111172A (ja) |
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| JP2006286951A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Eudyna Devices Inc | 半導体装置の製造方法 |
| JP2007201195A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| US7838893B2 (en) | 2004-09-22 | 2010-11-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device |
| JP2012038918A (ja) * | 2010-08-06 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
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| US6746948B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-06-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor light-emitting device |
| US7598515B2 (en) * | 2003-06-26 | 2009-10-06 | Mears Technologies, Inc. | Semiconductor device including a strained superlattice and overlying stress layer and related methods |
| US7531828B2 (en) * | 2003-06-26 | 2009-05-12 | Mears Technologies, Inc. | Semiconductor device including a strained superlattice between at least one pair of spaced apart stress regions |
| US7514328B2 (en) * | 2003-06-26 | 2009-04-07 | Mears Technologies, Inc. | Method for making a semiconductor device including shallow trench isolation (STI) regions with a superlattice therebetween |
| US7491587B2 (en) * | 2003-06-26 | 2009-02-17 | Mears Technologies, Inc. | Method for making a semiconductor device having a semiconductor-on-insulator (SOI) configuration and including a superlattice on a thin semiconductor layer |
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| US20070020833A1 (en) * | 2003-06-26 | 2007-01-25 | Rj Mears, Llc | Method for Making a Semiconductor Device Including a Channel with a Non-Semiconductor Layer Monolayer |
| US20060243964A1 (en) * | 2003-06-26 | 2006-11-02 | Rj Mears, Llc | Method for making a semiconductor device having a semiconductor-on-insulator configuration and a superlattice |
| US7045377B2 (en) * | 2003-06-26 | 2006-05-16 | Rj Mears, Llc | Method for making a semiconductor device including a superlattice and adjacent semiconductor layer with doped regions defining a semiconductor junction |
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| US7227174B2 (en) * | 2003-06-26 | 2007-06-05 | Rj Mears, Llc | Semiconductor device including a superlattice and adjacent semiconductor layer with doped regions defining a semiconductor junction |
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