(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層に隣接して形成されるｎ型導波路層と、
前記ｎ型導波路層に隣接して形成される活性領域と、
前記活性領域に隣接して形成されるｐ型導波路層と、
前記ｐ型導波路層に隣接して形成されるｐ型クラッド層とを備えた半導体レーザー装置であって、
少なくとも前記全体の活性領域を横断するｎ型ドーパント濃度が、第１の濃度から該第１の濃度よりも大きな第２の濃度へ増加するのと、少なくとも前記全体の活性領域を横断するｐ型ドーパント濃度が、第４の濃度よりも大きな第３の濃度から該第４の濃度に減少するのとの少なくとも一方の形でデルタドープされ、
前記ｎ型ドーパント濃度が前記第１の濃度から前記第２の濃度へ増加した後、前記ｎ型ドーパント濃度が、前記ｎ型導波路層の形成前に急減し、その後前記ｎ型導波路層の形成中に増加し、
前記ｐ型ドーパント濃度が前記第３の濃度から前記第４の濃度へ減少する前に、前記ｐ型ドーパント濃度が、急減し、その後前記第３の濃度へ増加する、
半導体レーザー装置。
【請求項２】
前記第１の位置が、前記活性領域と前記ｎ型導波路層との間の境界面にあり、前記第２の位置が、前記活性領域と前記ｐ型導波路層との間の境界面にあり、前記第３の位置が、前記活性領域と前記ｎ型導波路層との間の境界面にあり、前記第４の位置が、前記活性領域と前記ｐ型導波路層との間の境界面にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ｐ型ドーパント濃度が、前記ｎ型クラッド層および前記ｎ型導波路層のうちの一層の少なくとも一部分で最小濃度から、前記活性領域を横断して、前記ｐ型導波路層および前記ｐ型クラッド層のうちの一層の少なくとも一部分で最大濃度へ増加するような形でドープされるのと、ｎ型ドーパント濃度が、前記ｎ型クラッド層および前記ｎ型導波路層のうちの一層の少なくとも一部分で最大濃度から、前記活性領域を横断して、前記ｐ型導波路層および前記ｐ型クラッド層のうちの一層の少なくとも一部分で最小濃度へ減少するような形でドープされるのとの少なくとも一方の形でドープされる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の位置が前記ｎ型導波路層内にあり、前記第２の位置が前記ｐ型導波路層内にあり、前記第３の位置が前記ｎ型導波路層内にあり、前記第４の位置が前記ｐ型導波路層内にある、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の位置が前記ｎ型クラッド層内にあり、前記第２の位置が前記ｐ型クラッド層内にあり、かつ前記第３の位置が前記ｎ型クラッド層内にあり、前記第４の位置が前記ｐ型クラッド層内にある、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ｐ型ドーパント濃度が、前記第１の位置で、約３．０×１０１８〜約１．５×１０１９原子毎立方センチメートル（原子／ｃｃ）の範囲内で最大濃度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ｎ型ドーパント濃度が、前記第３の位置で、約３．０×１０１８〜約１．５×１０１９原子毎立方センチメートル（原子／ｃｃ）の範囲で最大濃度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ｐ型ドーパントがマグネシウム（Ｍｇ）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記ｎ型ドーパントがシリコン（Ｓｉ）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記活性領域がインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）であり、前記ｐ型導波路層および前記ｎ型導波路層が窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記ｐ型クラッド層および前記ｎ型クラッド層がアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
半導体レーザー装置を製造する方法であって、
ｎ型クラッド層を形成するステップと、
前記ｎ型クラッド層に隣接してｎ型導波路層を形成するステップと、
前記ｎ型導波路層に隣接して活性領域を形成するステップと、
前記活性領域に隣接してｐ型導波路層を形成するステップと、
前記ｐ型導波路層に隣接してｐ型クラッド層を形成するステップとを含み、
少なくとも前記全体の活性領域を横断するｎ型ドーパント濃度が、第１の濃度から該第１の濃度よりも大きな第２の濃度に増加するのと、少なくとも前記全体の活性領域を横断するｐ型ドーパント濃度が、第４の濃度よりも大きな第３の濃度から該第４の濃度へ減少するのとの少なくとも一方の形で、デルタドープ濃度が、前記各形成ステップのうちの少なくとも１ステップで調整され、
前記ｎ型ドーパント濃度が前記第１の濃度から前記第２の濃度へ増加した後、前記ｎ型ドーパント濃度が、前記ｎ型導波路層の形成前に急減し、その後前記ｎ型導波路層の形成中に増加し、
前記ｐ型ドーパント濃度が前記第３の濃度から前記第４の濃度へ減少する前に、前記ｐ型ドーパント濃度が、急減し、その後前記第３の濃度へ増加する、
方法。
【請求項１２】
前記活性領域を形成するステップ中に、前記第１の位置が、前記活性領域と前記ｎ型導波路層との間の境界面であり、前記第２の位置が、前記活性領域と前記ｐ型導波路層との間の境界面であり、前記第３の位置が、前記活性領域と前記ｎ型導波路層との間の前記境界面であり、前記第４の位置が、前記活性領域と前記ｐ型導波路層との間の前記境界面であるような形で、ドーピング濃度が調整される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記活性領域を形成するステップおよび前記導波路領域を形成する各ステップ中に、前記第１の位置が前記ｎ型導波路層内にあり、前記第２の位置が前記ｐ型導波路層内にあり、前記第３の位置が前記ｎ型導波路層内にあり、前記第４の位置が前記ｐ型導波路層内にあるような形で、ドーピング濃度が調整される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記活性領域を形成するステップ、前記導波路領域を形成する各ステップ、および前記クラッド領域を形成する各ステップ中に、前記第１の位置が前記ｎ型クラッド層内にあり、前記第２の位置が前記ｐ型クラッド層内にあり、前記第３の位置が前記ｎ型クラッド層内にあり、前記第４の位置が前記ｐ型クラッド層内にあるような形で、ドーピング濃度が調整される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ｐ型ドーパントがマグネシウム（Ｍｇ）を含み、前記ｎ型ドーパントがシリコン（Ｓｉ）を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記活性領域がインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）であり、前記ｐ型導波路層および前記ｎ型導波路層が窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記ｐ型クラッド層および前記ｎ型クラッド層がアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
ｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層に隣接して形成されるｎ型導波路層と、
前記ｎ型導波路層に隣接して形成される活性領域と、
前記活性領域に隣接して形成されるｐ型導波路層と、
前記ｐ型導波路層に隣接して形成されるｐ型クラッド層とを備えた、レーザー光を光記憶媒体へ向けるように構成された半導体レーザーの光源を備え、
少なくとも前記全体の活性領域を横断するｎ型ドーパント濃度が、第１の濃度から該第１の濃度よりも大きな第２の濃度まで増加するのと、少なくとも前記全体の活性領域を横断するｐ型ドーパント濃度が、第４の濃度よりも大きな第３の濃度から該第４の濃度へ減少するのとの少なくとも一方の形で、前記半導体レーザーの光源がデルタドープされ、
前記ｎ型ドーパント濃度が前記第１の濃度から前記第２の濃度へ増加した後、前記ｎ型ドーパント濃度が、前記ｎ型導波路層の形成前に急減し、その後前記ｎ型導波路層の形成中に増加し、
前記ｐ型ドーパント濃度が前記第３の濃度から前記第４の濃度へ減少する前に、前記ｐ型ドーパント濃度が、急減し、その後前記第３の濃度へ増加する、
光学記憶装置であって、さらに
前記光記憶媒体から反射した光を受光するように構成された受光器であって、
前記光記憶媒体から反射した前記光が、前記光記憶媒体の上に保存された情報を表す受光器を、
備えた光学記憶装置。
【請求項１８】
ｐ型ドーパント濃度が、前記ｎ型クラッド層および前記ｎ型導波路層のうちの一層の少なくとも一部分で最小濃度から、前記活性領域を横断して、前記ｐ型導波路層および前記ｐ型クラッド層のうちの一層の少なくとも一部分で最大濃度へ増加するような形でドープされるのと、ｎ型ドーパント濃度が、前記ｎ型クラッド層および前記ｎ型導波路層のうちの一層の少なくとも一部分で最大濃度から、前記活性領域を横断して、前記ｐ型導波路層および前記ｐ型クラッド層のうちの一層の少なくとも一部分で最小濃度へ減少するような形でドープされるのとの少なくとも一方の形で、前記半導体レーザーの光源がドープされる、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー構造体などの導波路装置に関する。より詳細には、本発明は、導波路装置の活性領域からのキャリア流の抑制が改善された導波路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザーなどの導波路装置は、光学通信システム、消費者向け光学製品、および他の用途にも光源として広く使用されている。従来の多くの半導体レーザー構造体は、レーザー構造体の活性領域からのキャリア流を抑制するための電子ブロッキング層および／または正孔ブロッキング層を含む。米国特許第５，４４８，５８５号を参照されたい。このような半導体レーザー構造体には、窒化ガリウム（ＧａＮ）レーザー構造体が含まれ、これは、ブルーレイ光学式記録用途に使用される。典型的には、ＧａＮレーザー内のアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）層であるブロッキング層を使用することにより、レーザーの活性領域からのキャリア流を抑制し、これが閾値電流を低下させ、こうしてより大きな最大出力パワーが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，４４８，５８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ブロッキング層は、活性領域に直接隣接して、たとえば活性領域とｎ型導波路層またはｐ型導波路層との間に形成される。しかし、このようなブロッキング層の形成は、活性領域上の過度な歪みをもたらすことが示され、たとえばブロッキング層と活性領域の熱膨張特性の違いのために、活性領域の亀裂をもたらすことさえあり得る。しかし、活性領域から離してブロッキング層を配置することにより抑制効果は低下する。
【０００５】
別の方法として、ｎ型導波路層内および／またはｐ型導波路層内にブロッキング層を配置または形成する努力が払われてきた。しかし、このような努力による、活性領域上における歪みの低減の成功は不十分なものであった。また、別の方法として、種々のブロッキング層の材料をｎ型導波路層および／またはｐ型導波路層に導入することによってキャリア流を抑制する努力が払われてきた。このような努力で得られた成功も、また不十分であった。
【０００６】
したがって、レーザー構造体、およびそれに応じてレーザー構造体内のブロッキング層をなくす方法を利用可能にし、こうして、ブロッキング層を有しない従来のレーザー構造体と比較して、活性領域への応力を低下させるとともに、活性領域内へのキャリアの閉じ込めも改善することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、デルタドープされた活性領域を有するレーザー構造体で実施される。このレーザー構造体は、光学記憶装置および光学システム用、ならびに他の用途向けに適している。レーザー構造体は、ｎ型クラッド層、ｎ型クラッド層に隣接して形成されるｎ型導波路層、ｎ型導波路層に隣接して形成される活性領域、活性領域に隣接して形成されるｐ型導波路層、およびｐ型導波路層に隣接して形成されるｐ型クラッド層を含む。レーザー構造体は、ｐ型ドーパント濃度が、活性領域のｎ型側から活性領域のｐ型側まで活性領域を横断して増加するのと、ｎ型ドーパント濃度が、活性領域のｎ型側から活性領域のｐ型側まで活性領域を横断して減少するのとのいずれか一方または両方となるように構成される。レーザー構造体が、ｐ型およびｎ型ドーパントの両方でデルタドープされた場合、ドーピング濃度は、一般に活性領域内にクロス・プロファイルを形成する。別の方法では、デルタドーピングは、活性領域を越えて、一方または両方の導波路領域内、および一方または両方のクラッド領域内へ延びることができる。また、別の方法では、デルタドーピングは、活性領域および導波路領域を越えて、たとえば、一方または両方のクラッド領域内へ延びることができる。デルタドープされた活性領域によって、１つまたは複数のブロッキング層の必要がなくなり、これにより、そのようなブロッキング層によってしばしば生じる活性領域への応力を低下させる。デルタドープされた活性領域はまた、従来、このようなブロッキング層によって与えられたキャリアの閉じ込めの改善ももたらす。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】活性領域のいずれの側にもブロッキング層を含む従来のレーザー構造体の一部分の断面斜視図である。
【図２】導波路層内で形成されたブロッキング層を含む従来の別のレーザー構造体の一部分の断面斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による、デルタドープされた活性領域を含むレーザー構造体の一部分の断面斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による、デルタドープされた活性領域および導波路層を含むレーザー構造体の一部分の断面斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による、デルタドープされた活性領域、導波路層、およびクラッド層を含むレーザー構造体の一部分の断面斜視図である。
【図６】半導体レーザー構造体の活性領域内へのキャリアの閉じ込めを改善する方法のブロック図である。
【図７】アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）ブロッキング層を有する従来の窒化ガリウム（ＧａＮ）レーザー構造体のドーピング濃度のグラフである。
【図８】本発明の実施形態によるＧａＮレーザー構造体のドーピング濃度のグラフ図である。
【図９】本発明の実施形態による光学記憶装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明では、図面の説明を通して本発明の理解を深めるために、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。また、具体的な特徴、構成および配置を以下に論じるが、これは、例示の目的のみのためにすることを理解されたい。当業者ならば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、他のステップ、構成および配置が有用であることを認識されよう。
【００１０】
次に図１を参照すると、窒化ガリウム（ＧａＮ）レーザー構造体などの従来のレーザー構造体１０の断面斜視図が示されている。この種のレーザー構造体は、光通信の用途を含む様々な用途、および光学記憶装置に使用される。レーザー構造体１０は、サファイヤ、炭化シリコン（ＳｉＣ）またはｎ型砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の基板などの基板１２上に形成される。基板１２上に、ｎ型クラッド層１４、ｎ型導波路層１６、活性層または活性領域１８、ｐ型導波路層２２、およびｐ型クラッド層２４が形成される。別の方法では、追加のバッファ層（図示せず）を、基板とｎ型クラッド層１４との間に形成することができる。先に上で論じたように、従来の多くのレーザー構造体も、活性領域１８とｎ型導波路層１６との間の第１のブロッキング層またはストッパー層２６、および／または活性領域１８とｐ型導波路層２２との間の第２のブロッキング層またはストッパー層２８などの、１つまたは複数のブロッキング層またはストッパー層を活性領域１８のいずれの側に含んでもよい。
【００１１】
ＧａＮレーザー構造体では、ｎ型クラッド層１４は、ｎ型アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）または他の適材で作ることができ、ｐ型クラッド層２４は、ｐ型ＡｌＧａＮまたは他の適材で作ることができる。それぞれのクラッド層は、一般に約１〜２ミクロン（μｍ）の厚さである。また、ＧａＮレーザー構造体では、ｎ型導波路層１６は、ｎ型ＧａＮまたは他の適材で作ることができ、ｐ型導波路層２２は、ｐ型ＧａＮまたは他の適材で作ることができる。導波路層には、厚さ０．２ミクロン（２００ナノメートル）程の薄さになり得るものがあるが、それぞれの導波路層は、一般に約２ミクロン（μｍ）の厚さである。活性領域１８は、ＧａＮまたは他の適材でできており、活性領域が１つまたは複数のバリア層（図示せず）を含むかどうかによって、約１０〜５０ナノメートル（ｎｍ）の厚さとし得る。
【００１２】
第１および第２ブロッキング層２６、２８は、ＡｌＧａＮまたは他の適材でできている。それぞれのブロッキング層は、一般に約１０〜２０ナノメートル（ｎｍ）の厚さである。上で論じたように、１つまたは複数のブロッキング層は、活性領域１８からのキャリア流を抑制し、これが、一般にレーザー構造体の性能特性を改善する。しかし、ブロッキング層の熱膨張特性が、他の層または領域、特に活性領域と比較して異なるために、活性領域のｎ型側またはｐ型側のいずれかに隣接してブロッキング層を形成すると、活性領域上に過度な歪みを生じさせることが示されており、活性領域に亀裂を入れることさえあり得る。
【００１３】
次に、図２を参照すると、たとえばＧａＮレーザー構造体などの他の従来のレーザー構造体２０の断面斜視図が示されている。第１のブロッキング層２６が、ｎ型導波路層１６と活性領域１８との間ではなく、ｎ型導波路層１６内に形成され、かつ／または第２のブロッキング層２８が、活性領域１８とｐ型導波路層２２との間ではなく、ｐ型導波路層２２内に形成されること以外は、レーザー構造体２０は、図１に示すレーザー構造体１０とほぼ同じである。１つまたは複数のブロッキング層が、活性領域１８に直接隣接して形成されないが、それでもブロッキング層の熱膨張特性により、どうしてか活性領域１８上に過剰な歪みを生じさせる。
【００１４】
次に、図３を参照すると、本発明の一実施形態による、たとえばＧａＮレーザー構造体などのレーザー構造体３０の一部分の断面斜視図が示されている。以下により詳細に論じるように、レーザー構造体３０は、活性領域からのキャリア流出を阻止するデルタドープされた活性領域を含む。レーザー構造体３０は、いかなるブロッキング層またはストッパー層も含まない。レーザー構造体３０は、ｎ型砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板などの基板３２を含む。レーザー構造体３０はまた、その基板上にまたは基板に隣接して形成されたｎ型クラッド層３４、およびｎ型クラッド層３４上またはそれに隣接して形成されたｎ型導波路層３６も含む。ｎ型クラッド層３４は、ｎ型ＡｌＧａＮまたは他の適材で作ることができる。ｎ型導波路層３６は、ｎ型ＧａＮまたは他の適材で作ることができる。
【００１５】
レーザー構造体３０はまた、ｎ型導波路層３６上にまたはそれに隣接して形成された活性層または活性領域３８も含む。以下により詳細に論じるように、活性領域３８は、ＩｎＧａＮまたは他の適材で作ることができ、デルタドープされる。レーザー構造体３０はまた、活性領域３８上にまたはそれに隣接して形成されたｐ型導波路層４２も含む。ｐ型導波路層４２は、ｐ型ＧａＮまたは他の適材で作ることができる。レーザー構造体３０はまた、ｐ型導波路層４２上にまたはそれに隣接して形成されたｐ型クラッド層４４も含む。ｐ型クラッド層４４は、ｐ型ＡｌＧａＮまたは他の適材で作ることができる。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、ドーパント濃度が、活性領域３８を横断して、すなわち、活性領域３８と導波路層の一方との間の境界面での最大ドーパント濃度から、活性領域３８と他方の導波路層との間の境界面での最小ドーパント濃度（たとえば、実質的に零）へと、徐々に変化するように、レーザー構造体３０の活性領域３８は、少なくとも１つのドーパントでデルタドープされる。デルタドーピングを、活性領域３８内の陰影部として全体的に示す。
【００１７】
たとえば、活性領域３８は、活性領域３８とｎ型導波路層３６との間の境界面での最小ドーパント濃度から、活性領域３８とｐ型導波路層４２との間の境界面での最大のドーパント濃度へと、ｐ型ドーパント濃度が徐々に増加するように、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型ドーパントでドープすることができる。このようなｐ型デルタドーピングは、活性領域３８内への改善された電子の閉じ込めをもたらす。このデルタドーピングは、ドーパント濃度が、活性領域３８を横断して増加するのが、どのような適切な形、たとえば、活性領域３８を横断してほぼ線形にドーパント濃度が増加する形であってもよい。たとえば、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、または他の適切な領域成長技術などを用いた活性領域３８の成長サイクル中に、ｐ型ドーパントのドーピング濃度は、活性領域３８が形成されつつあるときにドーピング濃度が徐々に、たとえば、ほぼ線形に増加するように、相応に調整される。
【００１８】
先ほど説明したｐ型デルタドーピングに加えてまたはその代わりに、活性領域３８は、活性領域３８内の正孔の閉じ込めを改善するために、活性領域３８を横断してｎ型ドーパントでデルタドープすることができる。ｎ型デルタドーピング濃度は、一般に、活性領域３８を横断するｐ型ドーパント濃度のとは逆または反対で、たとえば、両ドーパントのクロス・プロファイルを形成する。すなわち、活性領域３８は、ドーパント濃度が、活性領域３８とｎ型導波路層３６との間の境界面での最大ドーパント濃度から、活性領域３８とｐ型導波路層４２との間の境界面での最小ドーパント濃度（たとえば、実質的に零）へと徐々に減少するように、シリコン（Ｓｉ）などのｎ型ドーパントでドープすることができる。ｎ型デルタドーピングは、ドーパント濃度が、活性領域３８を横断してほぼ線形に、または他の何らかの好適な段階的な形で増加するようであってよい。ｎ型デルタドーピングは、活性領域３８が形成されつつあるときにｎ型ドーパント（たとえばＳｉ）の濃度を適切に調整することにより達成することができる。
【００１９】
本発明の代替実施形態によれば、活性領域３８の一部分、たとえば、各導波路層に隣接した一部分などは、ドープせずに保ち（たとえばＧａＮ）、活性領域３８内へのキャリア流の閉じ込めを強化することができる。このような実施形態では、デルタドーピングは、活性領域３８を完全に横断して延びない、すなわち、デルタドーピングは、活性領域３８と導波路層の一方との間の境界面から活性領域３８と他方の導波路層の間の境界面まで延びない。
【００２０】
本発明の代替実施形態によると、ｎ型デルタドーピングおよび／またはｐ型デルタドーピングは、一方または両方の導波路領域、すなわち、ｎ型導波路層３６および／またはｐ型導波路層４２の少なくとも一部分内に、活性領域３８を越えて延びることができる。次に、図４を参照すると、本発明の一代替実施形態、たとえば、活性領域３８を横断するデルタドーピングが、一方または両方の導波路層の少なくとも一部分内に延びるような実施形態によるレーザー構造体４０の一部分の断面斜視図が示されている。通常、ｎ型クラッド層３４、ｎ型導波路層３６、活性領域３８、ｐ型導波路層４２およびｐ型クラッド層４４は、図３のレーザー構造体３０内の対応する層または領域と同じである。しかし、図４のレーザー構造体４０内で、デルタドーピングは、活性領域３８を越えてｎ型導波路層３６およびｐ型導波路層４２まで延びる。このデルタドーピングを、活性領域３８、ｎ型導波路層３６、およびｐ型導波路層４２内の陰影部として全体的に示す。
【００２１】
たとえば、ｎ型導波路層３６の成長サイクル中に、ｐ型ドーパントのドーピング濃度は、ドーピング濃度が最小濃度から徐々に増加するように、相応に調整される。ｐ型ドーパントの濃度は、活性領域３８の形成中に増加し続け、ｐ型導波路層４２の形成中に、最大濃度に達する。本発明のこの特定の実施形態では、ｎ型導波路層３６の形成中の任意の時間に、ｐ型デルタドーピングが開始でき、したがって、ｐ型ドーパントの最小濃度は、ｎ型クラッド層３４とｎ型導波路層３６との間の境界面でも可能であるが、境界面においてだけでなく、ｎ型導波路層３６内のどこにおいても生じ得ることを理解されたい。同様に、本発明のこの特定の実施形態では、ｐ型デルタドーピングは、ｐ型導波路層４２の形成中の任意の時間に終了でき、したがって、ｐ型ドーパントの最大濃度は、ｐ型導波路層４２とｐ型クラッド層４４との間の境界面でもやはり可能であるが、境界面においてでなく、ｐ型導波路層４２内のどこにおいても生じ得ることを理解されたい。また、別の方法として、デルタドーピングは、導波路層の一方の内部で開始および終了する必要はない、すなわち、デルタドーピングは、活性領域を越えて導波路層の一方内にのみ延びることができる。
【００２２】
活性領域３８ならびにｎ型導波路層３６および／またはｐ型導波路層４２の少なくとも一部分を、ｐ型ドーパントでデルタドーピングするのに加えてまたはその代わりに、ｎ型ドーパントを用いて、デルタドーピングが、そのような領域および／または層を横断して起こり得る。たとえば、ｎ型導波路層３６の成長サイクル中に、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、ドーピング濃度が最大濃度から徐々に減少するように、相応に調整でき、活性領域３８の形成中に減少し続け、ｐ型導波路層４２の形成中に、最小濃度に達する。ｐ型デルタドーピングと同様に、ｎ型デルタドーピングがｎ型導波路層３６の形成中の任意の時間に開始でき、ｐ型導波路層４２の形成中の任意の時間に終了することができる。別の方法では、ｎ型デルタドーピングは、活性領域３８を越えて導波路層の一方内にのみ延びることができる。
【００２３】
本発明の他の代替実施形態によれば、ｐ型デルタドーピングおよび／またはｎ型デルタドーピングは、活性領域３８および一方または両方の導波路層を越えて、一方または両方のクラッド層、すなわち、ｎ型クラッド層３４および／またはｐ型クラッド層４４内に延びることができる。次に、図５を参照すると、本発明の別の代替実施形態、たとえば、活性領域３８および導波路層を横断してデルタドーピングが一方または両方のクラッド層の少なくとも一部分内に延びるような代替実施形態によるレーザー構造体５０の断面斜視図が示されている。通常、ｎ型クラッド層３４、ｎ型導波路層３６、活性領域３８、ｐ型導波路層４２およびｐ型クラッド層４４は、図３のレーザー構造体３０内の対応する層または領域および図４のレーザー構造体４０と同じである。しかし、図５のレーザー構造体５０内で、デルタドーピングは、活性領域３８および導波路層３６、４２を越えて、ｎ型クラッド層３４およびｐ型クラッド層４４の一方または両方の少なくとも一部分内に延びる。デルタドーピングを、活性領域３８、ｎ型導波路層３６、ｐ型導波路層４２、ｎ型クラッド層３４およびｐ型クラッド層４４内の陰影部として全体的に示す。
【００２４】
たとえば、ｎ型クラッド層３４の成長サイクル中に、ｐ型ドーパントのドーピング濃度は、ドーピング濃度が最小濃度から徐々に増加するように、相応に調整される。ｐ型ドーパントの濃度は、ｎ型導波路層３６、活性領域３８およびｐ型導波路層４２の形成中に増加し続け、ｐ型クラッド層４４の形成中に最大濃度に達する。本発明のこの特定の実施形態では、ｎ型クラッド層３４の形成中の任意の時間に、ｐ型デルタドーピングが開始でき、したがって、ｐ型ドーパントの最小濃度は、基板３２とｎ型クラッド層３４との間の境界面でも可能であるが、境界面においてだけでなく、ｎ型クラッド層３４内のどこにおいても生じ得ることを理解されたい。同様に、本発明のこの特定の実施形態では、ｐ型デルタドーピングは、ｐ型クラッド層４４の形成中の任意の時間に終了でき、したがって、ｐ型ドーパントの最大濃度は、必ずしもｐ型クラッド層４４の上面でもやはり可能であるが、上面においてでなく、ｐ型クラッド層４４内のどこにおいても生じ得ることを理解されたい。また、別の方法として、デルタドーピングは、導波路層の一方の内部で開始および終了する必要はない、すなわち、デルタドーピングは、活性領域および導波路層を越えてクラッド層の一方内にのみ延びることができる。
【００２５】
また、活性領域３８、導波路層３６、４２、ならびにｎ型クラッド層３４および／またはｐ型クラッド層４４の少なくとも一部分を、ｐ型ドーパントでデルタドーピングするのに加えてまたはその代わりに、ｎ型ドーパントを用いて、デルタドーピングが、そのような領域および／または層を横断して起こり得る。たとえば、ｎ型クラッド層３４の成長サイクル中に、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、ドーピング濃度が最大濃度から徐々に減少するように、相応に調整でき、ｎ型導波路層３６、活性領域３８およびｐ型導波路層４２の形成中に減少し続け、ｐ型クラッド層４４の形成中に最小濃度に達する。ｐ型デルタドーピングと同様に、ｎ型デルタドーピングは、ｎ型クラッド層３４の形成中の任意の時間に開始でき、ｐ型クラッド層４４の形成中の任意の時間に終了することができる。別の方法では、ｎ型デルタドーピングは、活性領域３８および一方または両方の導波路層を越えて、対応するクラッド層の一方内にのみ延びることができる。
【００２６】
本発明の実施形態によるレーザー構造体により、レーザーの活性領域内への電子および／または正孔の閉じ込めも提供するとともに、１つまたは複数のブロッキング層またはストッパー層の必要性をなくす。ブロッキング層またはストッパー層がなくなると、そのようなブロッキング層によって生じる活性領域への応力が低下する。ブロッキング層またはストッパー層がなくなると、レーザー構造体を製造する際に必要な層の成長サイクルの数も減少し、したがって、成長形態が改良され、生産性が改善され、製造コストが下がる。
【００２７】
次に、図６を参照すると、半導体レーザー構造体などの導波路装置の活性領域内へのキャリアの閉じ込めを改善する方法のブロック図６０が示されている。方法６０は、基板３２上またはそれに隣接してｎ型クラッド層３４を形成するステップ６２を含む。先に上で論じたように、ＧａＮレーザー構造体では、基板３２は、一般にｎ型サファイヤまたはＧａＡｓ基板であり、ｎ型クラッド層３４は、一般にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層である。ｎ型クラッド層３４は、一般に約１〜２μｍの範囲の厚さに形成される。以下に説明する、他の層および領域を形成するステップと同様に、ｎ型クラッド層３４を形成するステップ６２は、たとえば、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥなどの任意の適切な手段によって実施することができる。
【００２８】
方法６０は、ｎ型クラッド層３４上にまたはそれに隣接してｎ型導波路層３６を形成するステップ６４も含む。ＧａＮレーザー構造体では、ｎ型導波路層３６は、一般にｎ型ＧａＮ層である。ｎ型導波路層３６は、一般に約０．２〜２．０μｍの範囲内の厚さに形成される。
【００２９】
方法６０は、ｎ型導波路層３６上にまたはそれに隣接して活性領域３８を形成するステップ６６も含む。ＧａＮレーザー構造体では、活性領域３８は、一般にＧａＮまたは他の適材でできている。活性領域３８は、一般に約１０〜５０ｎｍの範囲内の厚さに形成される。
【００３０】
方法６０は、活性領域３８上にまたはそれに隣接してｐ型導波路層４２を形成するステップ６８も含む。ＧａＮレーザー構造体では、ｐ型導波路層４２は、一般にｐ型ＧａＮ層である。また、ｐ型導波路層４２は、一般に約０．２〜２．０μｍの範囲内の厚さに形成される。
【００３１】
方法６０は、ｐ型導波路層４２上にまたはそれに隣接してｐ型クラッド層４４を形成するステップ７２も含む。ＧａＮレーザー構造体では、ｐ型クラッド層４４は、一般にｐ型ＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層４４は、一般に約１〜２μｍの範囲内の厚さに形成される。
【００３２】
この方法はまた、たとえばｐ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７４および／またはｎ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７６などの１つまたは複数のデルタドーピングのステップも含む。上で示し、説明したように、ｐ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７４およびｎ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７６のいずれか一方または両方を、層または領域の形成ステップ６２〜７２のどのステップ中にも実施することができる。
【００３３】
上で論じたように、活性領域３８を横断して、たとえば、活性領域３８とｎ型導波路層３６との間の境界面から、活性領域とｐ型導波路層４２との間の境界面まで、ｐ型ドーパントの濃度が徐々に増加するような形で、活性領域３８は、ｐ型ドーパントでデルタドープすることができる。また、活性領域３８を横断して、たとえば、活性領域３８とｎ型導波路層３６との間の境界面から、活性領域とｐ型導波路層４２との間の境界面まで、ｎ型ドーパントの濃度が徐々に減少するような形で、活性領域３８は、ｎ型ドーパントでデルタドープすることができる。上で論じたように、ｐ型ドーパント・デルタドーピングおよびｎ型ドーパント・デルタドーピングのいずれか一方または両方を、活性領域３８の全体または一部上で実施することができ、したがって、ｐ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７４および／またはｎ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７６を、活性領域形成ステップ３８の全体または一部中に実施することができる。
【００３４】
別の方法では、ｐ型および／またはｎ型それぞれのドーパント・デルタドーピングが、活性領域３８を完全に横断して越え、たとえば、１つまたは複数の導波路層の少なくとも一部分内へ延びるような形で、図示したように、ｐ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７４およびｎ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７６のいずれか一方または両方を実施することができる。また別の方法では、ｐ型および／またはｎ型それぞれのドーパント・デルタドーピングが、活性領域３８および導波路層を完全に横断して越え、たとえば、１つまたは複数のクラッド層の少なくとも一部分内へ延びるような形で、図示したように、ｐ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７４およびｎ型ドーパント・デルタドーピングのステップ７６のいずれか一方または両方を実施することができる。
【００３５】
次に、図７を参照すると、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）ブロッキング層を有する従来の窒化ガリウム（ＧａＮ）レーザー構造体のドーピング濃度のグラフが示されている。このグラフは、ミクロン（μｍ）単位の形成層の深さの関数としての、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）およびシリコン（Ｓｉ）の材料濃度を全体的に示す。上で論じたように、インジウムが活性領域に使用され、したがって、インジウムの濃度は活性領域の形成中に増加する。マグネシウムは、ｐ型クラッド層およびｐ型導波路層などのｐ型層に使用される。シリコンは、ｎ型クラッド層およびｎ型導波路層などのｎ型層に使用される。アルミニウムは、１つまたは複数のＡｌＧａＮのブロッキング層またはストッパー層で、たとえば、レーザー構造体全体を通じて、活性領域のいずれの側にも隣接して、かつ／または他の位置で使用される。
【００３６】
次に、図８を参照すると、本発明の実施形態によるＧａＮレーザー構造体のドーピング濃度のグラフが示されている。このグラフは、インジウム（Ｉｎ）、シリコン（Ｓｉ）およびマグネシウム（Ｍｇ）の材料濃度を全体的に示す。アルミニウムについてはブロッキング層がないので、その材料濃度は示されていない。論じたように、インジウムは活性領域に使用され、したがって、インジウムの濃度は、図示したように活性領域の形成中に増加する。
【００３７】
マグネシウムは、ｐ型クラッド層およびｐ型導波路層などのｐ型層に使用される。また、本発明の実施形態によれば、マグネシウムは、ｐ型ドーパントで活性領域をデルタドープするために使用することもできる。グラフで示したように、ｐ型導波路層の形成中、マグネシウム濃度は比較的高く、たとえば、約３．０×１０１８原子毎立方センチメートル（原子／ｃｃ）である。次に、活性領域の形成が始まるとき（たとえば、インジウム濃度が大きく増加するとき）、マグネシウム濃度が約１．５×１０１７原子／ｃｃに急減する（ドープしない）短期間に続いて、マグネシウム濃度は、最大濃度、たとえば、約１．０×１０１９原子／ｃｃまで増加する。残りの活性領域の形成中に、マグネシウム濃度は、徐々に減少して、その後最小に、たとえば約２．５×１０１６原子／ｃｃになる。その後、たとえばｐ型導波路層の形成中は、マグネシウム濃度は比較的小さく保たれる。
【００３８】
シリコンは、ｎ型クラッド層およびｎ型導波路層などのｎ型層に使用される。また、本発明の実施形態によれば、シリコンは、ｎ型ドーパントで活性領域をデルタドープするために使用することもできる。グラフで示したように、ｐ型導波路層の形成中、シリコン濃度は比較的小さく（たとえば、約３．０×１０１６原子／ｃｃ）、次いで、活性領域の形成中に、活性領域とｎ型導波路層との間の境界面で、約１．０×１０１９原子／ｃｃの最大濃度まで徐々に増加する。その後、シリコン濃度が約１．５×１０１７原子／ｃｃに急減する（ドープしない）短期間に続いて、シリコン濃度は、ｎ型導波路の形成中に約３．０×１０１８原子／ｃｃまで増加する。
【００３９】
図示したように、先に上で説明した形で、ｐ型ドーパント（マグネシウム）およびｎ型ドーパント（シリコン）のデルタドーピング濃度は、活性領域を通してクロス・プロファイルを形成する。
【００４０】
次に、図９を参照すると、本発明の実施形態による光記憶装置が示されている。光学装置は、上で論じた創意に富んだ半導体レーザーの１つなどの、レーザービーム９４を生成するための半導体レーザー９２を備えた光源９０を含む。装置はまた、レーザービーム９４をビームスプリッタ９６に、それから光記憶ディスクなどの光記憶媒体９８に集束し方向付けるための１つまたは複数の平行レンズおよび反射鏡などを含む（９６として全体的に示した）適当な光学機器も含む。装置９０はまた、光記憶媒体９８の特定の部分に光を集束させるための１つまたは複数の追加のレンズ（図示せず）を、ビームスプリッタ９６と光記憶媒体９８との間に含むこともできる。
【００４１】
光記憶媒体９８に反射して返された光は、ビームスプリッタ９６によって光学検波器１０２へ向けられる。光学検波器１０２は、光情報をデジタル情報に変換するための、１つまたは複数のフォトダイオードまたはフォトトランジスタを含む検波器などのどのような好適な検波器であってもよい。光学検波器１０２の出力は、検波された光が反射した光記憶媒体９８の部分の光学特性により変動するデジタルデータ・ストリームを表す。
【００４２】
添付の特許請求の範囲およびその等効物の全範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載した本発明の実施形態に多くの変更および置換えを加えることができることは当業者にとって明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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