JP2013179363A - Al(x)Ga(1−x)Nクラッディングフリー非極性III族窒化物ベースのレーザダイオードおよび発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】AlxGa1−xNのクラッディングフリー非極性III族窒化物ベースのレーザダイオードまたは発光ダイオードを製作するための方法が提供される。非極性の結晶面内に分極電場が存在しないことに起因して、これらの非極性のデバイスは、厚い量子井戸を有する。この量子井戸が光導波路として機能することにより、光学モードを活性領域に効果的に閉じ込め、そしてAl含有導波路クラッド層の必要性を無くす。
【選択図】図1
Description
本出願は、同時係属中であり、そして同一人に譲渡された下記の米国特許出願の利益を米国特許法第119条(e)の下に主張する。
DIODES AND LEDS」、代理人整理番号30794.222−US−P1(2007−424−1)である。上記出願は、参考として本明細書中に援用される。
本発明は、AlxGa1−xNのクラッディングフリー非極性III族窒化物ベースのレーザダイオード(LD)および発光ダイオード(LED)に関する。
(注:本出願は、丸括弧内の1つ以上の参照文献番号、例えば、(参照文献X)によって本明細書の全体にわたって示されるような、多くの様々な刊行物を参照する。これらの参照文献番号に従って指示されるこれらの様々な刊行物の一覧は、「(参照文献)」という見出しを付された段落内に見出され得る。これらの刊行物のそれぞれは、参考として本明細書中に援用される)。
本発明は、上記された従来技術の限界を克服し、本明細書を読み、そして理解する際に明らかとなる他の限界を克服するために、光電子デバイスと、それを作製するための方法とを開示する。該デバイスは、少なくとも4ナノメートル(nm)の厚さを有する少なくとも1つの非極性III族窒化物の量子井戸を有する非極性III族窒化物半導体のレーザダイオードまたは発光ダイオードを備える。そこでは、非極性III族窒化物量子井戸の活性領域は、Al含有クラッド層無しに、デバイスの動作に対して十分な光閉じ込めを提供する。
本発明は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
光電子デバイスであって、
少なくとも4ナノメートルの厚さを有する少なくとも1つの非極性III族窒化物の量子井戸を有する非極性III族窒化物半導体の光放射デバイス
を備えている、デバイス。
(項目2)
上記非極性III族窒化物の量子井戸は、4、5、6、7、または8ナノメートルを超える厚さを有する、項目1に記載のデバイス。
(項目3)
少なくとも4ナノメートルの厚さを有する非極性III族窒化物の量子井戸は、4ナノメートル未満の厚さを有する非極性III族窒化物の量子井戸よりも大きい光閉じ込めを提供する、項目1に記載のデバイス。
(項目4)
上記非極性III族窒化物の量子井戸の活性領域は、上記デバイスの動作に対して十分な光閉じ込めを提供する、項目1に記載のデバイス。
(項目5)
上記量子井戸の活性領域は、アルミニウム含有クラッド層無しに、上記デバイスの動作に対して十分な光閉じ込めを提供する、項目4に記載のデバイス。
(項目6)
上記デバイスは、10%以下のアルミニウム含有量を有するアルミニウム含有導波路クラッド層を含む、項目4に記載のデバイス。
(項目7)
上記デバイスは、アルミニウムフリーの導波路クラッド層を有する、項目4に記載のデバイス。
(項目8)
上記量子井戸は、インジウム含有の量子井戸である、項目4に記載のデバイス。
(項目9)
上記量子井戸の活性領域は、上記デバイスのための光導波路として機能する、項目4に記載のデバイス。
(項目10)
上記量子井戸の活性領域は、上記デバイスの光学モードを効果的に閉じ込めるために、高い屈折率を有する材料を十分に提供する、項目4に記載のデバイス。
(項目11)
上記デバイスの基板は、該デバイスの光学モードに実質的な影響を及ぼさない、項目1に記載のデバイス。
(項目12)
上記デバイスの基板は、上記量子井戸の活性領域よりも低い屈折率を有する、項目11に記載のデバイス。
(項目13)
非極性III族窒化物は、デバイス用の基板として用いられる、項目1に記載のデバイス。
(項目14)
上記デバイスは、1kA/cm −2 未満のしきい値電流密度によって動作する、項目1に記載のデバイス。
(項目15)
光電子デバイスを製作する方法であって、
少なくとも4ナノメートルの厚さを有する少なくとも1つの非極性III族窒化物の量子井戸を有する非極性III族窒化物半導体の光放射デバイスを作り出すこと
を包含している、方法。
(項目16)
上記非極性III族窒化物の量子井戸は、4、5、6、7、または8ナノメートルを超える厚さを有する、項目15に記載の方法。
(項目17)
少なくとも4ナノメートルの厚さを有する非極性III族窒化物の量子井戸は、4ナノメートル未満の厚さを有する非極性III族窒化物の量子井戸よりも大きい光閉じ込めを提供する、項目15に記載の方法。
(項目18)
上記非極性III族窒化物の量子井戸の活性領域は、上記デバイスの動作に対して十分な光閉じ込めを提供する、項目15に記載の方法。
(項目19)
上記量子井戸の活性領域は、アルミニウム含有クラッド層無しに、上記デバイスの動作に対して十分な光閉じ込めを提供する、項目18に記載の方法。
(項目20)
上記デバイスは、10%以下のアルミニウム含有量を有するアルミニウム含有導波路クラッド層を含む、項目18に記載の方法。
(項目21)
上記デバイスは、アルミニウムフリーの導波路クラッド層を有する、項目18に記載の方法。
(項目22)
上記量子井戸は、インジウム含有の量子井戸である、項目18に記載の方法。
(項目23)
上記量子井戸の活性領域は、デバイスのための光導波路として機能する、項目18に記載の方法。
(項目24)
上記量子井戸の活性領域は、上記デバイスの光学モードを効果的に閉じ込めるために、高い屈折率を有する材料を十分に提供する、項目18に記載の方法。
(項目25)
上記デバイスの基板は、デバイスの光学モードに実質的な影響を及ぼさない、項目15に記載の方法。
(項目26)
上記デバイスの基板は、量子井戸の活性領域よりも低い屈折率を有する、項目15に記載の方法。
(項目27)
上記非極性III族窒化物は、上記デバイス用の基板として用いられる、項目15に記載の方法。
(項目28)
上記デバイスは、1kA/cm −2 未満のしきい値電流密度によって動作する、項目15に記載の方法。
以下の好適な実施形態の説明において、その一部分を形成する添付の図面に対して参照がなされる。図面において、本発明が実施され得る特定の実施形態が例示のために示される。他の実施形態が利用され得、構造的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなく行われ得ることは理解されるべきである。
本発明は、Al含有導波路クラッド層を有しないIII族窒化物ベースの光放射デバイス、例えば、レーザダイオードまたは発光ダイオードと、これらのデバイスを作製するための方法とを記載する。特に、AlxGa1−xN/GaN超格子、バルクのAlxGa1−xN、または任意のAlモル分率を有する他の層は、光導波路をクラッディングするために用いられる必要がない。さらに、デバイスに存在する何らのAl含有層も、デバイスの光学モードを閉じ込めない。
図1は、本発明の一実施形態に従った、例示的なAlxGa1−xNクラッディングフリーm面レーザダイオードのためのエピタキシャル層構造を例示する。エピタキシャル層構造は、(Ga,In,Al)N、すなわちIII族窒化物などの合金を備えるけれども、それらに限定されない。しかしながら、他の構造、層の異なる組み合わせ、および代替の実施形態が、本発明の範囲を逸脱することなく可能である。
図2は、本発明の一実施形態に従った、AlxGa1−xNクラッディングフリーm面GaNベースのレーザダイオード(LD)に対する光学モードを示す、屈折率プロフィール対量子井戸厚さのグラフである。光学モードは、厚いInGaN/GaNの多重量子井戸(MQW)によって効果的に導波される。レーザ構造は、AlxGa1−xNベースのクラッド層またはその他のAl含有層を含んでいない。
図3は、非極性III族窒化物半導体のレーザダイオードまたは発光ダイオードを備える光電子デバイスを製作するためのプロセスの一実施形態を例示するフローチャートである。レーザダイオードまたは発光ダイオードは、少なくとも4ナノメートルの厚さを有する活性な少なくとも1つの非極性III族窒化物の量子井戸を有し、そこでは、非極性III族窒化物量子井戸の活性領域は、Al含有クラッド層無しに、デバイスの動作に対して十分な光閉じ込めを提供する。デバイスの製作は、リソグラフィー、エッチングおよび堆積プロセスを含む、確立された半導体デバイスのプロセス技術を用い得る。
用語「AlxGa1−xNクラッディングフリー」は、任意のAlモル分率を含有する導波路クラッド層(例えば、AlxGa1−xN/GaN超格子、バルクAlxGa1−xN、またはAlN)が存在しないことを表している。光導波のために用いられない他の層は、いくらかの量のAlを含み得る。例えば、AlxGa1−xN電子ブロッキング層が存在し得る。
本発明は、従来技術を超えるいくつかの利点を提供する。非極性基板上に成長したGaNベースのレーザダイオードは、低減されたしきい値電流密度、より長寿命、およびより高い光利得を有することが期待されている。これらのデバイスは、それらのc面における場合のような分極誘導型の電場をこうむらず、従って、量子閉じ込めシュタルク効果を取り除く。このことは、より厚い量子井戸による高い利得構造の実装を可能にする。これらのより厚い量子井戸は、光学モードをデバイス内に効果的に閉じ込めるために用いられ得、光閉じ込め用のAlxGa1−xN/GaN超格子層の必要性を取り除き、Alクラッディングフリーのレーザダイオード構造を可能にする。Alクラッディングフリーのレーザダイオード構造は、Al含有の構造よりも製造性が高く、より安価であることが期待されている。その構造はまた、より高い結晶品質、より低い動作電圧、およびより長い寿命を含む、従来技術を超えるいくつかの技術的利点を提供することが期待されている。
以下の参照文献は、参考として本明細書中に援用される。
Letters、Vol.72、No.12、pp.211−213、1998年1月12日。
electrostatic fields for efficient white light−emitting diodes」、Nature、Vol.406、pp.865−868、2000年8月。
AND DEVICES」。
ここでは、本発明の好適な実施形態の説明を締めくくる。本発明の1つ以上の実施形態の上記の説明は、例示および説明の目的のために提示されてきた。それは、網羅的であることを意図せず、または開示されたまさにその形態に発明を限定することを意図していない。多くの修正および変形が、本発明の本質から根本的に逸脱することなく、上記の教示を考慮すれば可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付された特許請求の範囲によって制限されることが意図されている。
Claims (1)
- 明細書に記載の発明。
Applications Claiming Priority (2)
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