(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイオードレーザの光の偏光方向または結晶学的方位に対して光伝搬の軸を配向することによって光学利得が制御される、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザを提供する。【解決手段】光伝搬の軸はダイオードレーザの鏡のファセットにほぼ垂直であり、光の偏光方向はダイオードレーザの結晶学的方位によって決定され、光学利得を最大にするため、光伝搬の軸は、光の偏光方向または結晶学的方位にほぼ垂直に配向される。【選択図】図２
2014068036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内、方位依存、光学利得を有するＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであって、該光学利得を制御するために半導体結晶の面に関して該ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのレーザ棒を配向させ、該光学利得は該レーザ棒がｃ軸の投影に沿って配向されるときに最大となり、該レーザ棒がａ軸に沿って配向されるときに最小となることを特徴とするＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザからなる光電子デバイス。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光学利得は、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザに用いられる半導体材料の結晶学的方位に由来する光の偏光方向に対して光伝搬の軸を配向させることにより制御されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記レーザ棒の縦軸を前記ｃ軸の投影から前記ａ軸まで回転させたとき、前記光学利得が単調に減少することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの鏡のファセットにほぼ垂直である縦軸に沿った光伝搬の軸を有し、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの光の偏光方向は、前記レーザ棒の結晶学的方位により決定されることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
面内、方位依存、光学利得を有するＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであって、該光学利得を制御するために半導体結晶の面に関して該ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのレーザ棒を配向させ、該光学利得は該レーザ棒がｃ軸の投影に沿って配向されるときに最大となり、該レーザ棒がｍ軸に沿って配向されるときに最小となることを特徴とするＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザからなる光電子デバイス。
【請求項７】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記光学利得は、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザに用いられる半導体材料の結晶学的方位に由来する光の偏光方向に対して光伝搬の軸を配向させることにより制御されることを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記レーザ棒の縦軸を前記ｃ軸の投影から前記ｍ軸まで回転させたとき、前記光学利得が単調に減少することを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの鏡のファセットにほぼ垂直である縦軸に沿った光伝搬の軸を有し、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの光の偏光方向は、前記レーザ棒の結晶学的方位により決定されることを特徴とする、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
面内、方位依存、光学利得を有するＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであって、該光学利得を制御するために半導体結晶の面に関して該ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのレーザ棒を配向させ、該光学利得は該レーザ棒がｃ軸の投影に沿って配向されるときに最大となり、該レーザ棒がａ軸に沿って配向されるときに最小となることを特徴とするＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザを作製する工程からなる光電子デバイスを作製する方法。
【請求項１２】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記光学利得は、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザに用いられる半導体材料の結晶学的方位に由来する光の偏光方向に対して光伝搬の軸を配向させることにより制御されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザ棒の縦軸を前記ｃ軸の投影から前記ａ軸まで回転させたとき、前記光学利得が単調に減少することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの鏡のファセットにほぼ垂直である縦軸に沿った光伝搬の軸を有し、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの光の偏光方向は、前記レーザ棒の結晶学的方位により決定されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
面内、方位依存、光学利得を有するＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであって、該光学利得を制御するために半導体結晶の面に関して該ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのレーザ棒を配向させ、該光学利得は該レーザ棒がｃ軸の投影に沿って配向されるときに最大値となり、該レーザ棒がｍ軸に沿って配向されるときに最小となることを特徴とするＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザを作製する工程からなる光電子デバイスを作製する方法。
【請求項１７】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記光学利得は、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザに用いられる半導体材料の結晶学的方位に由来する光の偏光方向に対して光伝搬の軸を配向させることにより制御されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザ棒の縦軸を前記ｃ軸の投影から前記ｍ軸まで回転させたとき、前記光学利得が単調に減少することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの鏡のファセットにほぼ垂直である縦軸に沿った光伝搬の軸を有し、前記ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの光の偏光方向は、前記レーザ棒の結晶学的方位により決定されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属の米国特許出願の利益を主張するものである。
【０００２】
米国特許仮出願第６０／８８９，５１６号、出願日２００７年２月１２日、発明者：ロバート・Ｍ．ファレル（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ）、マシュー・Ｃ．シュミット（Ｍａｔｈｅｗ  Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ）、キム・クァン・チューン（Ｋｗａｎｇ  Ｃｈｏｏｎｇ  Ｋｉｍ）、増井  久志（Ｈｉｓａｓｈｉ  Ｍａｓｕｉ）、ダニエル・Ｆ．フィーゼル（Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ）、ダニエル・Ａ．コーエン（Ｄａｎｉｅｌ  Ａ．Ｃｏｈｅｎ）、ジェームス・Ｓ．スペック（Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ）、スティーブン・Ｐ．デンバース（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ）、シュウジ・ナカムラ（Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、発明の名称「無極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎダイオードレーザのためのレーザ棒配向の最適化（ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＬＡＳＥＲ  ＢＡＲ  ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＤＩＯＤＥ  ＬＡＳＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．２２３−ＵＳ−Ｐ１（２００７−４２５−１）。この出願は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本発明は、レーザに関し、特に、無極性または半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎダイオードレーザのためのレーザ棒配向の最適化に関係する。
【背景技術】
【０００４】
（注：本出願は、明細書を通して一つ以上の参照番号を括弧で括って（非特許文献ｘ）のように表示し、多くの異なる刊行物を参考文献とする。この参照番号順に並べたこれらの異なる出版物のリストは、以下の「参考文献」と記したセクションに見出すことができる。これら刊行物のそれぞれは、参照として本明細書に組み込まれる。）
窒化ガリウム（ＧａＮ）とその合金（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ（「ＩＩＩ族窒化物」または「ＩＩＩ−窒化物」もしくは単に「窒化物」とも呼ばれる）の有用性は、可視光および紫外光の光電子デバイスならびに高出力の電子デバイスの製造に関して十分に確立されてきた。窒化物の薄膜、ヘテロ構造およびデバイスの現状技術は、図１Ａに示すウルツ鉱型窒化物結晶構造の［０００１］軸に沿って成長される。このような膜の全分極は、自発分極と圧電分極の両方の寄与を含み、そのどちらもがウルツ鉱型窒化物結晶構造の単一の有極性［０００１］軸から生じる。窒化物ヘテロ構造が擬似格子整合をして成長されると、分極の不連続が結晶の表面および界面に形成される。この不連続は、表面および界面でのキャリアの蓄積または空乏化をもたらし、それが次に電界を発生させる。分極誘起の電界の方向は、窒化物薄膜およびヘテロ構造の通常の［０００１］成長方向と一致するので、この電界は、窒化物デバイスのエネルギーバンドを傾斜させる効果を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公開第２００７／００９３０７３号、米国特許出願第１１／４４４，９４６号、出願日２００６年６月１日、公開日２００７年４月２６日、発明者：ロバート  Ｍ．ファレルら、発明の名称「半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ薄膜、ヘテロ構造、およびデバイスの成長と製作技術（ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＧＲＯＷＴＨ  ＡＮＤ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭＳ，ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１４０―ＵＳ−Ｕ１（２００５−６６８−２）。
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｓ．Ｓｏｔａ，Ｍ．Ｋａｔｓｕｒａｇａｗａ，Ｍ．Ｋｏｍｏｒｉ，Ｈ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｈ．Ａｍａｎｏ，ａｎｄ  Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ，Ｊｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６，Ｌ３８２（１９９７）
【非特許文献２】Ｐ．Ｌｅｆｅｂｖｒｅ，Ａ．Ｍｏｒｅｌ，Ｍ．Ｇａｌｌａｒｔ，Ｔ．Ｔａｌｉｅｒｃｉｏ，Ｊ．Ａｌｌｅｇｒｅ，Ｂ．Ｇｉｌ，Ｈ．Ｍａｔｈｉｅｕ，Ｂ．Ｄａｍｉｌａｎｏ，Ｎ．Ｇｒａｎｄｊｅａｎ，ａｎｄ  Ｊ．Ｍａｓｓｉｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８，１２５２（２００１）
【非特許文献３】Ｎ．Ｇｒａｎｄｊｅａｎ，Ｂ．Ｄａｍｉｌａｎｏ，Ｓ．Ｄａｌｍａｓｓｏ，Ｍ．Ｌｅｒｏｕｘ，Ｍ．Ｌａｕｇｔ，ａｎｄ  Ｊ．Ｍａｓｓｉｅｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８６，３７１４（１９９９）
【非特許文献４】Ｊ．Ｓ．Ｉｍ，Ｈ．Ｋｏｌｌｍｅｒ，Ｊ．Ｏｆｆ，Ａ．Ｓｏｈｍｅｒ，Ｆ．Ｓｃｈｏｌｚ，ａｎｄ  Ａ．Ｈａｎｇｌｅｉｔｅｒ，Ｐｈｓｙ．Ｒｅｖ．Ｂ，５７，Ｒ９４３５（１９９８）
【非特許文献５】Ａ．Ｄｉ  Ｃａｒｌｏ，Ｆ．Ｄｅｌｌａ  Ｓａｌａ，  Ｐ．Ｌｕｇｌｉ，Ｖ．Ｆｉｏｒｅｎｔｉｎｉ，ａｎｄ  Ｆ．Ｂｅｒｎａｒｄｉｎｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７６，３９５０（２０００）
【非特許文献６】Ｆ．Ｄｅｌｌａ  Ｓａｌａ，Ａ．Ｄｉ  Ｃａｒｌｏ，Ｐ．Ｌｕｇｌｉ，Ｆ．Ｂｅｒｎａｒｄｉｎｉ，Ｒ．Ｓｃｈｏｌｚ，ａｎｄ  Ｊ．Ｍ，Ｊａｎｃｕ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７４，２００２（１９９９）
【非特許文献７】Ｍ．Ｓｕｚｕｋｉ  ａｎｄ  Ｔ．Ｕｅｎｏｙａｍａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３５，１４２０（１９９６）
【非特許文献８】Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ  ａｎｄ  Ｅ．Ｏ．Ｋａｎｅ，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ．，４，５０４（１９８６）
【非特許文献９】Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｋ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９１，９９０４（２００２）
【非特許文献１０】Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｋ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，４２，Ｌ１７０（２００３）
【非特許文献１１】Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｋ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９３，９６６５（２００３）
【非特許文献１２】Ｎ．Ｆ．Ｇａｒｄｎｅｒ，Ｊ．Ｃ．Ｋｉｍ，Ｊ．Ｊ．Ｗｉｅｒｅｒ，Ｙ．Ｃ．Ｓｈｅｎ，ａｎｄ  Ｍ．Ｒ．Ｋｒａｍｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８６，１１１１０１（２００５）
【非特許文献１３】Ｈ．Ｍａｓｕｉ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｂ．Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ，Ｕ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，４４，Ｌ１３２９（２００５）
【非特許文献１４】Ｔ．Ｋｏｙａｍａ，Ｔ．Ｏｎｕｍａ，Ｈ．Ｍａｓｕｉ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｂ．Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒ，Ｕ．Ｋ．Ｍｉｓｈｕｒａ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ，Ｔ．Ｓｏｔａ，Ｓ．Ｆ．Ｃｈｉｃｈｉｂｕ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８９，０９１９０６
【非特許文献１５】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｍ．Ｓｅｎｏｈ，Ｓ．Ｎａｇａｈａｍａ，Ｎ．Ｉｗａｓａ，Ｔ．Ｙａｍａｄａ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ，Ｈ．Ｋｉｙｏｋｕ，Ｙ．Ｓｕｇｉｍｏｔｏ，Ｔ．Ｋｏｚａｋｉ，Ｈ．Ｕｍｅｍｏｔｏ，Ｍ．ａｎｏ，ａｎｄ  Ｋ．Ｃｈｏｃｈｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２，２１１（１９９８）
【非特許文献１６】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ  ａｎｄ  Ｇ．Ｆａｓｏｌ，Ｔｈｅ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ，（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，１９９７）。ｃ面（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ光電子技術を概説している。
【非特許文献１７】Ｌ．Ｃｏｌｄｒｅｎ  ａｎｄ  Ｓ．Ｃｏｒｚｉｎｅ，Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，（ＷｉｌｅｙＩｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９５）。第４章および付録８〜１１において、歪み量子井戸レーザの設計に関する理論が論じられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ｃ面ウルツ鉱型窒化物量子井戸では、傾斜したエネルギーバンド（伝導帯Ｅｃおよび価電子帯Ｅｖ）は、図１Ｂに示すように電子の波動関数と正孔の波動関数を空間的に分離する。この空間的な電荷分離は、発光遷移の振動子強度を減少させ、発光波長をレッドシフトさせる。これらの効果は、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）の現れであり、窒化物量子井戸に対しては完全に解析されている（非特許文献１〜４）。更に、分極誘起の大きな電界は、ドーパントと注入キャリアによって部分的には遮蔽されることがあり（非特許文献５〜６）、それによって発光特性を正確に設計することが困難になっている。
【０００８】
更に、ｃ面ウルツ鉱型窒化物の量子井戸においては、擬似格子整合の２軸性歪みは、正孔の有効質量を低減させる効果は殆どないということが理論的に予想されてきた（非特許文献７）。これは、異方性歪みが誘起する重い正孔バンドと軽い正孔バンドの分離が、正孔の有効質量の大幅な低減を導く、通常のＩＩＩ−Ｖ族閃亜鉛鉱型のＩｎＰベースおよびＧａＡｓベースの量子井戸とは著しい対照をなすものである。通常のＩＩＩ−Ｖ族閃亜鉛鉱型のＩｎＰベースおよびＧａＡｓベースの量子井戸においては、正孔の有効質量の低減は、所与のキャリア密度に対する擬フェルミ準位の分離が大幅に増加することにつながる。擬フェルミ準位の分離がこのように増加することの直接の結果として、光学利得を発生するために必要なキャリア密度は遙かに少なくなる（非特許文献８）。しかしながら、ウルツ鉱型窒化物結晶構造の場合には、六方晶対称性と、２軸性歪みを持つｃ面窒化物量子井戸における窒素原子のスピン−軌道結合が小さいことにより、重い正孔と軽い正孔バンドの分離は無視できるほど小さくなる（非特許文献７）。このように、２軸性歪みを持つｃ面窒化物量子井戸では、正孔の有効質量は電子の有効質量よりもはるかに大きいままであり、ｃ面窒化物ダイオードレーザにおいては、光学利得を発生するために必要な電流密度は非常に高い。
【０００９】
窒化物デバイスにおいて分極の影響を取り除き、正孔の有効質量を減少させるための１つの方法は、結晶の無極性面上にデバイスを成長させることである。このような面としては、まとめてａ面として知られる｛１１−２０｝面と、まとめてｍ面として知られる｛１０−１０｝面が挙げられる。このような面は、面当たり同数のガリウム原子と窒素原子を含み、電荷は中性である。引き続き成長する無極性の層は相互に等価であり、そのためバルク結晶としては成長方向に沿って分極されない。更に、歪みをもつｃ面のＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸とは異なり、歪みを持つ無極性面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸は、重い正孔バンドと軽い正孔バンドの異方性分離を示し、これは、そのような構造での正孔の有効質量の低減につながるはずであることが理論的に予想されている（非特許文献９）。圧縮歪みを持つＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸の光学利得の多体的自己無撞着計算の示唆するところは、ピーク利得は、正孔の有効質量と量子井戸の正味の分極に非常に敏感であり、ピーク利得は、一般的な成長方位とｃ軸との間の角度が増大するとともに劇的に増大し、ｃ軸に垂直な成長方位（即ち、無極性面上）で最大値をとるはずであるということである（非特許文献１０〜１１）。
【００１０】
市販のｃ面窒化物ＬＥＤは、電界発光特性においてなんら分極異方性を示さない。無極性ｍ面窒化物ＬＥＤは、反対に、電界発光特性において［１１−２０］軸に沿った強い分極異方性を示している（非特許文献１２〜１４）。この分極は、圧縮歪みを持つｍ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸における、異方性歪みが誘起する重い正孔バンドと軽い正孔バンドの分離に起因する可能性があり、この分離が［１１−２０］と［０００１］方向に分極する光学遷移の行列要素における大幅な差異をもたらす。同様に、ｍ面窒化物ダイオードレーザからの発光も、同様の分極異方性を示すはずであることが期待される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した従来技術における制限を克服するために、また本明細書を読んで理解することによって明らかになる他の制限を克服するために、本発明は、ダイオードレーザの光の偏光方向または結晶学的方位に対して光伝搬の軸を配向することによって光学利得が制御される、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザを開示する。
【００１２】
具体的には、光伝搬の軸は、ダイオードレーザの鏡のファセットにほぼ垂直であり、光の偏光方向は、ダイオードレーザの結晶学的方位によって決定される。
【００１３】
この点に関して、光学利得を最大にするために、光伝搬の軸は光の偏光方向にほぼ垂直に配向される。具体的には、光学利得を最大にするために、光伝搬の軸は、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸にほぼ沿って配向される。
【００１４】
換言すれば、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸に沿った第１のベクトルと光伝搬の軸に沿った第２のベクトルとの内積が１に等しいときに、光学利得はほぼ最大になる。更に、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸に沿った第１のベクトルと光伝搬の軸に沿った第２のベクトルとの内積が０に等しいときに、光学利得はほぼ最小になる。
【００１５】
無極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザがｍ面ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであり、光伝搬の軸がｍ面ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸とａ軸との間の角度で配向されている場合、光伝搬の軸をｃ軸からａ軸の方向へ回転させると光学利得は単調に減少し、光伝搬の軸がｃ軸に沿って配向されると光学利得が最大値に近づく。
【００１６】
無極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザがａ面ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザであり、光伝搬の軸が該無極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸とｍ軸との間の角度で配向されている場合、光伝搬の軸をｃ軸からｍ軸の方向へ回転させると光学利得は単調に減少し、光伝搬の軸がｃ軸に沿って配向されると光学利得が最大値に近づく。
【００１７】
ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザが半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザである場合、光伝搬の軸が該半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸に沿って配向されたとき光学利得が最大値に近づき、光伝搬の軸が該半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｍ軸またはａ軸に沿って配向されたときに光学利得が最小値に近づく。
【００１８】
本発明のこれらおよび他の態様を更に詳細に後述する。
【００１９】
以下、図面を参照し、対応する部分には一貫して同じ参照番号を付与する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】分極誘起電界による圧縮歪みを持つＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸内のバンドの曲りを示す図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｅは、半導体結晶の面に対してレーザ棒の配向の方向を定義するために用いる座標系を示す図である。
【図３】光電子デバイスを製作する工程の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】２つの別々の無極性窒化物ダイオードレーザの光−電流（Ｌ−Ｉ）特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
好ましい実施形態の以下の記述においては、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施形態が例示目的で示されている添付の図面を参照する。他の実施形態を利用してもよく、また、本発明の範囲から逸脱することなしに構造上の変化がなされてもよいことは明らかである。
概説
本発明は、半導体材料、方法、およびデバイスに関し、より具体的には、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザに用いられる半導体材料の結晶学的方位に由来する光の方向に対して光伝搬の軸を配向させることによって、該無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの光学利得が制御される、無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの成長および製作に関する。
【００２２】
これらの無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、自立の無極性または半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ基板上に、あるいは、異種基板上に前もって成膜された無極性または半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎテンプレート層上に直接成長させてもよい。有機金属化学気相成膜法（ＭＯＣＶＤ）およびハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）などの気相エピタキシ技術を用いて、無極性または半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎダイオードレーザ構造を成長させることができる。しかしながら、本発明は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）または任意の他の適当な成長技術を用いた無極性または半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎダイオードレーザの成長にも等しく適用できる。
【００２３】
無極性または半極性窒化物薄膜とヘテロ構造の成長は、ウルツ鉱型窒化物デバイス構造における分極の影響を除去または低減する、かつ正孔の有効質量を低減する手段を提供するものである。「窒化物」という用語は、化学式がＧａwＡｌxＩｎyＢzＮ（０≦ｗ≦１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，およびｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）である（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ半導体の任意組成の合金を指している。現行の市販の窒化物ダイオード・レーザは、有極性の［０００１］ｃ方向に沿って成長される。関連する分極誘起の電界と元来大きな値の正孔の有効質量とは、現状技術の窒化物ダイオードレーザの性能にとって有害である。これらのデバイスを無極性面（即ち、ｍ面またはａ面）上に成長させることで、分極誘起の電界を除去して正孔の有効質量を低減することによってデバイス性能を大幅に改良することができる。これらの効果は両方とも、窒化物ダイオードレーザにおいて光学利得を発生させるために必要な電流密度を減少させるのに役立つはずである。
【００２４】
本発明は、無極性または半極性窒化物ダイオードレーザの最大利得を発生前記の利益を実現するため、無極性または半極性窒化物のレーザ棒を半導体結晶の面に対して適当に配向する必要があることを規定する。面内ダイオードレーザ（ｉｎ−ｐｌａｎｅ  ｄｉｏｄｅ  ｌａｓｅｒｓ）の場合「縦軸」という用語は鏡のファセットに垂直な軸を指す。
【００２５】
ｍ面窒化物ダイオードレーザでは、圧縮歪みを持つｍ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸に固有の偏光特性によって、光学利得は、レーザ棒がｃ軸に沿って配向されたときに最大値をとり、レーザ棒がａ軸に沿って配向されたときに最小値をとるはずである。更に、レーザ棒がｃ軸とａ軸との間の角度をもって配向されている場合、レーザ棒の縦軸をｃ軸からａ軸まで回転させると光学利得は単調に減少し、最適なレーザ棒の配向方向はｃ軸上またはその近傍にあるはずである。
【００２６】
同様に、ａ面窒化物ダイオードレーザでは、圧縮歪みを持つａ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸に固有の偏光特性によって、光学利得は、レーザ棒がｃ軸に沿って配向されたときに最大値をとり、レーザ棒がｍ軸に沿って配向されたときに最小値をとるはずである。更に、レーザ棒がｃ軸とｍ軸との間の角度をもって配向されている場合、レーザ棒の縦軸をｃ軸からｍ軸まで回転させると、光学利得は単調に減少し、最適なレーザ棒の配向方向はｃ軸上またはその近傍にあるはずである。
【００２７】
この面内配向依存の利得は、現行では無極性または半極性窒化物ダイオードレーザに固有の新現象である。通常のＩｎＰベースおよびＧａＡｓベースのダイオードレーザ、ならびにｃ面ＧａＮベースのダイオードレーザは、レーザ棒の配向方向に関して等方的である利得特性を示す。このように、本発明は、特定用途向けのダイオードレーザの設計における、無極性または半極性窒化物ダイオードレーザに対する新しい制約条件を表すものである。
【００２８】
更に、これらの無極性または半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、製造可能性および性能が改善されており、様々な商業的、工業的、又は科学的用途の光源として用いることができる。実際に、これらの無極性または半極性窒化物ダイオードレーザは、固体投影表示器、高精細プリンタ、高密度光データ蓄積システム、次世代ＤＶＤプレーヤ、高効率固体照明、光センサ応用、および医学的応用を含む、ｃ面窒化物ダイオードレーザと同じ応用分野での実用性が期待できる。
技術的説明
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅは、光の偏光方向に対するダイオードレーザ棒の配向方向と、その半導体結晶の面に対する配向方向とを規定する、本明細書で用いられる座標系を示す。
【００２９】
図示されるダイオードレーザ棒は、ダイオードレーザ棒の鏡のファセットにほぼ垂直なその縦軸に沿った光伝搬の軸を持ち、ダイオードレーザ棒の光の偏光方向がダイオードレーザ棒の結晶学的方位によって決定される、無極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザを備える。これらのダイオードレーザ棒における光学利得は、光伝搬の軸、すなわちその縦軸を、ダイオードレーザ棒の光の偏光方向または結晶学的方位に対して配向することによって制御され、光学利得を最大にするためには、光伝搬の軸を光の偏光方向にほぼ垂直に配向される。
【００３０】
図２Ａは、［１０−１１］ｍ軸、［１１−２０］ａ軸、および［０００１］ｃ軸を含む座標系内の結晶学的方位を示し、ここでｍ軸は紙面に垂直であり、それゆえ単に点として描かれている。図２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、この座標系内で配向されたダイオード・レーザ棒である。
【００３１】
図２Ｂは、自立型無極性ＧａＮ基板上に作製されたダイオードレーザ棒１０を示し、ここで基板のｍ軸は紙面に垂直である。ダイオードレーザ棒１０はａ軸１２に沿って配向されている。ｐ電極１４およびファセット１６、ならびに１８も示されている。
【００３２】
図２Ｃは、自立型ＧａＮ基板上に作製されたダイオードレーザ棒２０を示し、ここで基板のｍ軸は紙面に垂直である。ダイオードレーザ棒２０はａ軸とｃ軸の間の任意の軸２２に沿って配向されている。ｐ電極２４、ならびにファセット２６および２８も示されている。
【００３３】
図２Ｄは、自立型無極性ＧａＮ基板上に作製されたダイオードレーザ棒３０を示し、ここで基板のｍ軸は紙面に垂直である。ダイオードレーザ棒３０はｃ軸３２に沿って配向されている。ｐ電極３４およびファセット３６、ならびに３８も示されている。
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【００３４】
最大光学利得を発生させるためには、レーザ光伝搬の軸（即ち、ダイオードレーザ棒の縦軸）を電界発光の光の偏光方向にほぼ垂直に配向することが必要である。このように、ｍ面窒化物ダイオードレーザの場合、圧縮歪みを持つｍ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸に固有の偏光特性のため、光学利得は、ダイオードレーザ棒がｃ軸に沿って配向されたときに最大となり、ダイオードレーザ棒がａ軸に沿って配向されたとき最小になるはずである。更に、ダイオードレーザ棒がｃ軸とａ軸との間の角度をもって配向されている場合、レーザ棒の縦軸をｃ軸からａ軸まで回転させると、光学利得は単調に減少し、最適なダイオードレーザ棒の配向方向はｃ軸上またはその近傍にあるはずである。
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【００３５】
同様に、ａ面窒化物ダイオードレーザの場合、圧縮歪みを持つａ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸に固有の偏光特性のため、光学利得は、ダイオードレーザ棒がｃ軸に沿って配向されたときに最大となり、ダイオードレーザ棒がｍ軸に沿って配向されたときに最小になる。更に、ダイオードレーザ棒がｃ軸とｍ軸との間の角度をもって配向されている場合、レーザ棒の縦軸をｃ軸からｍ軸まで回転させると、光学利得は単調に減少し、最適なダイオードレーザ棒の配向方向はｃ軸上またはその近傍にあるはずである。
【００３６】
半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザの場合、光学利得は、光伝搬の軸が半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｃ軸に沿って配向されたときに最大値に近づき、光伝搬の軸が半極性ＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザのｍ軸またはａ軸に沿って配向されたときに光学利得は最小値に近づく。
実験結果
無極性窒化物ダイオードレーザに与えるレーザ棒の配向方向の効果に関する理論的予想に加えて、本発明者らは、三菱化学株式会社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）製の自立型ｍ面ＧａＮ基板上に有機金属化学気相成膜法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させたｍ面窒化物ダイオードレーザにおけるこれらの効果を実験的にも実証した。これらの基板は、ハイドライド気相成長エピタキシ法（ＨＶＰＥ）によってｃ方向に成長させ、それをスライスしてｍ面表面を露出させたものである。ｍ面表面は、化学的および機械的表面処理技術を用いて仕上げたものである。メーカーの測定によると、基板は、貫通転位密度は５×１０6ｃｍ-2、キャリア密度は約１×１０17ｃｍ-3、ＲＭＳ表面粗さは１ｎｍ未満である。
【００３７】
図３は、光電子デバイスを製作するための工程の一実施形態を示すフローチャートである。成長条件は、ｃ面窒化物ダイオードレーザにおいて通常用いられている条件と非常に似ている。全てのＭＯＣＶＤ成長は、大気圧（ＡＰ）で通常のＶ／ＩＩＩ比（＞３０００）および通常の温度範囲（８７５℃から１１８５℃）で行った。最初にＳｉドープのＧａＮ層（４０）を自立型ｍ面ＧａＮ基板の上面上に低温（ＬＴ）核生成層無しで成長する。引き続き、２５ｎｍのＩｎＧａＮ順応（コンプライアンス）層（４２）および２５０周期２／２ｎｍのＡｌＧａＮ／ＧａＮのＳｉドープのクラッド層（４４）を成長させる。次に、７５ｎｍのＳｉドープのＧａＮの分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）を成長させ（４６）、次に、５周期のＩｎＧａＮ／ＧａＮのアンドープのＭＱＷ活性領域（４８）を成長させる。該活性領域を１０ｎｍのＭｇドープのＡｌＧａＮ電子阻止層（５０）でキャップ、続いて、７５ｎｍのＭｇドープのＧａＮのＳＣＨ（５２）を成長させる。次に、１２５周期の２／２ｎｍのＡｌＧａＮ／ＧａＮのＭｇドープのクラッド層（５４）を成長させる。最後に、１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層（５６）を２０ｎｍのｐ++電極層と共に成長させる。次に、ｐ型ＧａＮ電極およびｎ型ＧａＮ電極としてＰｄ／ＡｕおよびＴｉ／Ａｌ／Ａｕをそれぞれ用いてブロードエリアレーザをプロセスする（６０)。レーザファセットは、反応性イオンビームエッチング法（ＲＩＥ）を用いて作成される（６０）。
【００３８】
テストは、ヒートシンクを持たないレーザ棒に対してパルス条件で行った。ここに示すデータは、２００μｓ周期で１００ｎｓのパルス幅（０．０５パーセントの通電比（デューティーサイクル）に対応）を用いて収集したものであるが、レーザ発振は１０％までの通電比で観測した。図４は、１５μｍのｐ電極ストライプ幅と６００μｍの共振器長をもつ２つのブロードエリアダイオードレーザに関して、ファセット当たり出力電力対（光）電流（Ｌ−Ｉ）曲線を示す。レーザ棒は両方とも、同じ自立のｍ面ＧａＮ基板上に成長させ加工したものであるが、半導体結晶の面に関しては異なる方向に配向されている。一方のレーザ棒の縦軸はｃ軸に沿った方向にあり、他方のレーザ棒の縦軸はａ軸に沿った方向にある。ｃ軸に沿って配向されたレーザ棒のＬ−Ｉ曲線にははっきりとした閾値特性が観測されたが、ａ軸に沿って配向されたレーザ棒にはレーザ発振が観測されなかった。ｃ軸に沿って配向されたレーザ棒では、閾値電流密度（Ｊth）は約１０．３ｋＡ／ｃｍ2、ピーク出力電力は約８０ｍＷであった。これら２つのＬ−Ｉ曲線の特性は、両方の配向でテストした多数のレーザ棒の代表例である。ｃ軸に沿って配向されたレーザ棒をテストしたものはすべてレーザ発振を示したが、ａ軸に沿って配向されたレーザ棒をテストしたものはすべて電源の制限範囲内ではレーザ発振はしなかった。
【００３９】
本発明を実施するための好ましい様式は、光学利得を最大にするため、ｍ面窒化物レーザ棒の縦軸をｃ軸に沿って配向させることである。ただし、本発明の範囲は、ｃ軸とａ軸との間の様々な角度で配向されたレーザ棒も含み、ｃ軸またはその近傍を最適なレーザ棒の配向方向とする。
改良と変形の可能性
本発明の範囲から逸脱することなく、無極性窒化物量子井戸およびヘテロ構造の設計における変形が可能である。更に、層の特定の厚さと組成、更には、成長される量子井戸の数も特定のデバイス設計に固有の変数であり、本発明の代替実施形態において用いられてもよい。例えば、本明細書に記載のＩＩＩ族窒化物ダイオードレーザは、スペクトルの近紫外領域で発光を得るためにＩｎxＧａ1-xＮベースの量子井戸を用いている。しかしながら、本発明の範囲は、スペクトルの他の領域において発光が得られるように設計可能な、ＡｌxＧａ1-xＮベースの量子井戸、ＡｌxＩｎ1-xＮベースの量子井戸、およびＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮベースの量子井戸を有するダイオードレーザを含む。更に、ダイオードレーザ設計の可能性としては、そのエピタキシャル構造内に量子井戸を含まない場合さえある。例えば、そのようなデバイスとしては、その活性領域として比較的厚いダブルヘテロ構造を用いてもよい。
【００４０】
成長温度、成長圧力、Ｖ／ＩＩＩ比、前駆体流量、およびソース材料などのＭＯＣＶＤ成長条件における変形も、本発明の範囲から逸脱することなしに可能である。界面品質の制御は、プロセスの重要な側面であり、特定の反応装置の設計における流量切り替え能力に直接関係する。成長条件を引き続き最適化することで、上記した無極性薄膜とヘテロ構造の組成および厚さがより正確に制御されるようになるはずである。
【００４１】
更なる不純物またはドーパントを、本発明に記載の無極性窒化物ダイオードレーザおよび隣接する層に導入することもできる。例えば、窒化物へテロ構造の様々な層の伝導特性を変えるため、Ｆｅ，ＭｇおよびＳｉがそれらの層にしばしば添加される。このようなドーパントおよびここに列挙してはいない他のドーパントを用いることは、本発明の範囲内にある。
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【００４２】
本発明の範囲は、本明細書に記載の２つの無極性窒化物の配向方向（ａ面およびｍ面）以外の配向方向も含む。このアイディアは、面内配向方向に依存した利得を示し、半導体結晶の面に対してレーザ棒を適当に配向させることを必要とする全ての半極性面にも当てはまる。「半極性面」という用語は、ｃ面、ａ面、またはｍ面に区分けできない任意の面を指して用いることができる。結晶学的用語では、半極性面は、ｈ、ｉ、ｋのミラー指数のうちの少なくとも２つが０ではなく、かつミラー指数１も０ではない任意の面である。
【００４３】
これら無極性および半極性の結晶学的方位に関する更なる情報については特許文献１を参照されたい。該特許文献１は、参照により本明細書中に組み込む。
【００４４】
本発明は、特定の結晶の終端および極性の選択も含む。この明細書を通じて中括弧｛｝を用いて、対称等価な面のファミリーを示す。したがって、｛１０−１２｝ファミリーは、（１０−１２）面、（−１０１２）面、（１−１０２）面、（−１１０２）面、（０１−１２）面、および（０−１１２）面を含む。これらの面は全て、ＩＩＩ族原子で終端され、つまり、結晶のｃ軸は基板から離れる向きに向く。この面のファミリーはまた、同じ指数を持つ対応する窒素終端面も含む。換言すれば、｛１０−１２｝ファミリーは、（１０−１−２）面、（−１０１−２）面、（１−２０−２）面、（−１１０−２）面、（０１−１−２）面、および（０−１１−２）面を含む。これらの成長方位それぞれについて結晶のｃ軸は基板に向かう向きを持っている。単一の結晶学的ファミリーの内全ての面は、本発明の目的に対して等価であるが、極性の選択によって成長過程の挙動に影響を与えることができる。いくつかの応用例では、窒素終端半極性面上に成長するのが望ましいし、他の場合には、ＩＩＩ族原子終端面上に成長させるのが好ましい。両方の終端とも、本発明の実施に対して許容できるものである。
【００４５】
更に、自立型無極性ＧａＮ以外の基板を窒化物ダイオードレーザの成長に用いることができる。本発明の範囲は、面内配向方位に依存した利得を示し、半導体結晶の面に対してレーザ棒を適当に配向させることを必要とする、全ての可能な基板の全ての可能な結晶学的方位上における窒化物ダイオードレーザの成長と製作を含む。これらの基板としては、炭化ケイ素、窒化ガリウム、シリコン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、アルミ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、ガリウム酸リチウム、部分置換スピネル、およびγ−ＬｉＡｌＯ2構造を共有する４元四面体酸化物が挙げられるが、それらに限定されない。
【００４６】
更に、本発明の実施において、無極性窒化物の核生成（または、バッファ）層、および核生成層成長方法の変形も許容できるものである。核生成層の成長温度、成長圧力、配向方向、および組成は、後に続く無極性薄膜およびヘテロ構造の成長温度、成長圧力、配向方向、および組成と一致する必要はない。本発明の範囲は、全ての可能な核生成層および核生成層成長方法を用いて、全ての可能な基板上に無極性ダイオードレーザを成長させることと製作することを含む。
【００４７】
上記した無極性窒化物ダイオードレーザは、自立型無極性ＧａＮテンプレート上に成長させた。しかしながら、本発明の範囲は、横方向エピタキシャルオーバーグロス（ＥＬＯ）法によるテンプレート上に成長した無極性窒化物ダイオードレーザをも含む。ＥＬＯ技術は、後に続くエピタキシャル層の貫通転位（ＴＤ）の密度を低減する方法である。ＴＤ密度を低減することによって、デバイス性能が改善される。ｃ面窒化物ダイオードレーザの場合、このような改善として出力電力の向上、内部量子効率の向上、デバイスの長寿命化、および閾値電流密度の低減が上げられる（非特許文献１５）。このような利点は、ＥＬＯテンプレート上に成長させた全ての無極性窒化物ダイオードレーザにも当てはまる。
【００４８】
上記した技術的な説明では、自立型無極性ＧａＮ基板上に成長させた無極性窒化物ダイオードレーザについて考察した。自立の無極性窒化物基板は、厚い無極性窒化物の層から異種基板を取り除くことによって、バルクの窒化物インゴットまたはボールを切り出して個々の無極性窒化物ウェーハにすることによって、あるいは、任意の他の可能な結晶成長方法またはウェーハ製造技術を用いて作られる。本発明の範囲は、全ての可能な結晶成長方法とウェーハ製造技術による、全ての可能な自立型無極性窒化物ウェーハ上への無極性窒化物ダイオードレーザの成長と製作を含む。
利点と改良点
現行の実施例では、有極性の［０００１］ｃ方向に沿って無極性窒化物ダイオードレーザが成長される。これに関連する分極誘起の電界と本来的に大きな正孔の有効質量は、現行のｃ面窒化物ダイオードレーザの性能にとって致命的である。本発明の利点は、無極性方向に沿った窒化物ダイオードレーザの成長が、分極の影響を排除することと正孔の有効質量を低減することによってデバイスの性能を大幅に改良し得ることである。これらの効果は両方とも、窒化物ダイオードレーザにおける光学利得を発生させるのに必要な電流密度を減少させる助けとなるはずである。
【００４９】
本発明は、半導体結晶の面に対してレーザ棒の縦軸を適切に配向せずには、無極性窒化物ダイオードレーザの利益は実現されないことを主張する。ｍ面窒化物ダイオードレーザにとっては、圧縮歪みを持つｍ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸に固有の偏光特性によって、光学利得は、レーザ棒がｃ軸に沿って配向させるときに最大となり、レーザ棒をａ軸に沿って配向させる時に最小となる。更に、レーザ棒をｃ軸とａ軸との間の或る角度で配向させる時、レーザ棒の縦軸をｃ軸からａ軸の方向へ回転させる時に、光学利得は単調に減少し、最適なレーザ棒の配向は、ｃ軸上またはその近傍にある。
【００５０】
同様に、ａ面窒化物ダイオードレーザでは、圧縮歪みを持つａ面ＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸に固有の偏光特性によって、光学利得は、レーザ棒がｃ軸に沿って配向されたときに最大となり、レーザ棒がｍ軸に沿って配向されたときに最小となる。更に、レーザ棒をｃ軸とｍ軸との間の角度をもって配向されている場合、レーザ棒の縦軸をｃ軸からｍ軸まで回転させると、光学利得は単調に減少し、最適なレーザ棒の配向方向は、ｃ軸上またはその近傍にあるはずである。
【００５１】
この面内配向に依存する利得は、無極性窒化物ダイオードレーザに固有の新現象である。対照的に、通常のＩｎＰベースおよびＧａＡｓベースのダイオードレーザならびにｃ面ＧａＮベースのダイオードレーザは、レーザ棒の配向方向に関して等方的な利得特性を示す。したがって、本発明は、特定の用途向けのダイオードレーザの設計における無極性窒化物ダイオードレーザへの新しい拘束条件を表すものである。
結論
これで本発明の好ましい実施形態の記述を終了する。本発明の１つ以上の実施形態に関する上記の記述は、例示および説明を目的として提供したものである。該記述は、本発明を包括、または開示した正確な形態に限定しようとするものではない。上記の教示に照らして多数の改良と変形が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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