(57)【要約】  III族元素窒化物ベースレーザダイオードは、ｎドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｎ側クラッド層、ｎドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｎ側導波路層、活性領域、ｐドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｐ側導波路層及びｐドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｐ側クラッド層を有する。ｎ側導波路層のインジウム濃度及び厚さの操作により、ｐ型層の高アクセプタ濃度領域から離れる方向に光モードがシフトされる。光損失を低減し、電力変換効率を高めるため、ｐ側クラッド層及びｐ側導波路のドーパント及び組成のプロファイルが調整される。
2013541209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｎ側クラッド層、ｎドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｎ側導波路層、活性領域、ｐドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｐ側導波路層及びｐドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｐ側クラッド層を有するIII族元素窒化物ベースレーザダイオードにおいて、
前記活性領域が前記ｎ側クラッド層と前記ｐ側クラッド層の間に挟み込まれ、前記ｎ側クラッド層と前記ｐ側クラッド層に実質的に平行に拡がる、
前記活性領域が、光子の電気ポンピング誘導放出を生じ、５１０ｎｍから５８０ｎｍのレーザ発振波長において光利得を有する、１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸を有する、
前記ｎ側導波路層が前記活性領域と前記ｎ側クラッド層の間に挟み込まれる、
前記ｎ側導波路層が１ｎｍから３００ｎｍのｎ側導波路層厚を有する、
前記ｐ側導波路層が前記活性領域と前記ｐ側クラッド層の間に挟み込まれる、
前記ｐ側導波路層が３×１０１７ｃｍ−３未満のｐ側導波路層アクセプタ濃度及び１００ｎｍ未満のｐ側導波路層厚を有する、
前記ｐ側導波路層厚が前記ｎ側導波路層厚より小さい、
前記ｐ側クラッド層が第１厚さ領域及び第２厚さ領域を有し、前記第１厚さ領域は前記第２厚さ領域と前記ｐ側導波路層の間に挟み込まれる、
前記ｐ側クラッド層の前記第１厚さ領域が２０ｎｍから２００ｎｍの第１領域厚及び３×１０１７ｃｍ−３未満の第１領域アクセプタ濃度を有する、及び
前記ｐ側クラッド層の前記第２厚さ領域が３×１０１７ｃｍ−３より高い第２領域アクセプタ濃度を有する、
ことを特徴とするIII族元素窒化物ベースレーザダイオード。
【請求項２】
前記ｐ側導波路層厚が１ｎｍから５０ｎｍであり、前記ｐ側導波路層厚と前記ｎ側導波路層厚が１５０ｎｍから２００ｎｍの総導波路厚を定めることを特徴とする請求項１に記載のIII族元素窒化物ベースレーザダイオード。
【請求項３】
前記ｐ側導波路層または前記ｎ側導波路層が、あるいはいずれもが、それぞれが分布インジウム濃度を有する組成分布(Ａｌ)ＩｎＧａＮ層である、
それぞれの前記分布インジウム組成が前記それぞれの導波路層において前記活性領域に隣接する富インジウム領域を定める、
それぞれの前記富インジウム領域が前記それぞれの導波路層厚の０.１％から７５％の厚さを有する、
前記富インジウム領域が５％から５０％の平均インジウム濃度を有する、
前記それぞれの導波路層の前記富インジウム領域の外側の残余領域が０％から１０％の平均インジウム濃度を有する、及び、
前記それぞれの導波路層の前記富インジウム領域の前記インジウム濃度と前記残余領域の前記インジウム濃度の差が少なくとも３％であるように、
前記それぞれの導波路層の前記富インジウム領域の前記平均インジウム濃度が前記残余領域の平均インジウム濃度より高い、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII族元素窒化物ベースレーザダイオード。
【請求項４】
前記ｐ側クラッド層がアルミニウムの組成分布を有する、
０％から５％の第１のアルミニウム濃度が前記ｐ側クラッド層の第１の領域を定める、
２０％までの第２のアルミニウム濃度が前記ｐ側クラッド層の第２の領域を定める、
前記第１の領域が、前記ｐ側クラッド層の前記ｐ側導波路層との界面から延び、約２０ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有する、及び
前記第２の領域が前記第１の領域の直上に配される、
ことを特徴とする請求項１に記載のIII族元素窒化物ベースレーザダイオード。
【請求項５】
ｎドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｎ側クラッド層、ｎドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｎ側導波路層、活性領域、ｐドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｐ側導波路層及びｐドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｐ側クラッド層を有するIII族元素窒化物ベースレーザダイオードにおいて、
前記活性領域が前記ｎ側クラッド層と前記ｐ側クラッド層の間に挟み込まれ、前記ｎ側クラッド層と前記ｐ側クラッド層に実質的に平行に拡がる、
前記活性領域が、光子の電気ポンピング誘導放出を生じ、５１０ｎｍから５８０ｎｍのレーザ発振波長において光利得を有する、１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸を有する、
前記ｎ側導波路層が前記活性領域と前記ｎ側クラッド層の間に挟み込まれる、
前記ｎ側導波路層が約３％から約１１％のｎ側導波路層インジウム濃度を有する、
前記ｐ側導波路層が前記活性領域と前記ｐ側クラッド層の間に挟み込まれる、
前記ｐ側導波路層が３×１０１７ｃｍ−３未満のｐ側導波路層アクセプタ濃度及び約０％から約９％のｐ側導波路層インジウム濃度を有する、
前記ｐ側導波路層インジウム濃度が前記ｎ側導波路層インジウム濃度より低い、
前記ｐ側クラッド層が第１厚さ領域及び第２厚さ領域を有し、前記第１厚さ領域は前記第２厚さ領域と前記ｐ側導波路層の間に挟み込まれる、
前記ｐ側クラッド層の前記第１厚さ領域が、２０ｎｍから２００ｎｍの第１領域厚及び３×１０１７ｃｍ−３未満の第１領域アクセプタ濃度を有する、及び
前記ｐ側クラッド層の前記第２厚さ領域が３×１０１７ｃｍ−３より高い第２領域アクセプタ濃度を有する、
ことを特徴とするIII族元素窒化物ベースレーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１０年９月２０日に出願された米国特許出願第１２/８８５９５１号の米国特許法第１２０条の下の優先権の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は半導体レーザに関し、さらに詳しくは、緑色発光III族元素窒化物ベースレーザダイオード及びその導波路構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザダイオードにおいて高い電力変換効率（ＷＰＥ）を達成するには、強い光閉込め及び低い内部光損失の組合せが望ましい。電力変換効率は、レーザダイオードへの電力入力に対するレーザダイオードからの光パワーの比として定められる、一般的な性能指数である。光パワーは、例えば、デバイス層によるかまたはデバイス層内の電流キャリアによる光子の吸収によるような、内部光損失によって減少し得る。高ＷＰＥは低内部光損失及び高出力光損失のいずれも有する構造により達成することができる。しかし、高出力光損失には高光利得が必要である。選ばれる材料によって本質的に光材料利得が制限されていれば、光利得を高めるためには高光閉込め係数が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低内部光損失、高光利得、低直列抵抗及び減じられた活性領域近傍におけるミスフィット欠陥の発生が得られる緑色レーザダイオード構成が未だに必要とされ続けている。特に、電力変換効率を高めるに最適な、材料、層構造及び層構造内のドーパントプロファイルの決定が未だに必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に説明される実施形態にしたがうIII族元素窒化物ベースレーザダイオードは、ｎドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｎ側クラッド層、ｎドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｎ側導波路層、活性領域、ｐドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮで形成されたｐ側導波路層、及びｐドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮで形成されたｐ側クラッド層を有することができる。
【０００６】
活性領域はｎ側クラッド層とｐ側クラッド層の間に挟み込まれ、ｎ側クラッド層とｐ側クラッド層に実質的に平行に拡がる。活性領域は、活性領域が５１０ｎｍから５８０ｎｍのレーザ発振波長において光利得を生じるような光子の電気的ポンピング誘導放射のために構成された、１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸を有する。ｎ側導波路層は活性領域とｎ側クラッド層の間に挟み込まれる。ｎ側導波路層は１ｎｍから３００ｎｍのｎ側導波路層厚を有する。ｐ側導波路層は活性領域とｐ側クラッド層の間に挟み込まれる。
【０００７】
ｐ側導波路層は３×１０１７ｃｍ−３より低いｐ側導波路層アクセプタ濃度及び、ｐ側導波路層厚がｎ側導波路層厚より小さくなるような、１００ｎｍより小さいｐ側導波路層厚を有する。ｐ側クラッド層は第１厚さ領域及び第２厚さ領域を有し、第１厚さ領域は第２厚さ領域とｐ側導波路層の間に挟み込まれる。
【０００８】
一実施形態にしたがえば、ｐ側クラッド層の第１厚さ領域は２０ｎｍから２００ｎｍの第１領域厚及び３×１０１７ｃｍ−３より低い第１領域アクセプタ濃度を有する。ｐ側クラッド層の第２厚さ領域は３×１０１７ｃｍ−３より高い第２領域アクセプタ濃度を有する。別の実施形態が説明される。
【０００９】
本発明の上記及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付される特許請求の範囲及び添付図面を参照することにより、一層よく理解されるであろう。
【００１０】
本明細書は、本発明を特定的に指し示し、明示的に特許請求する、特許請求の範囲で完結するが、本発明は添付図面とともになされる以下の説明によって一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に説明される実施形態にしたがう、III族元素窒化物ベースレーザダイオードの側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示されるIII族元素窒化物ベースレーザダイオードの活性領域の詳細図である。
【図２】図２は本明細書に説明される一実施形態にしたがうIII族元素窒化物ベースレーザダイオードの一例の、上面から底面までの深さの関数としての、シミュレートされた光モード強度と各層の屈折率を重畳しているグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の特徴及び利点を、特定の実施形態を時折参照して、ここで説明する。しかし、本発明は異なる態様で具現化することができ、本明細書に述べられる実施形態に限定されると解されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密で完璧であろうように、また当業者に本発明の範囲を完全に伝達するであろうように、提供される。
【００１３】
本明細書で用いられるように、デバイスまたはデバイス層に関する用語「III族元素窒化物ベース」はデバイスまたはデバイス層がIII族元素窒化物の基板上に作製されることを意味する。III族元素窒化物には、二元窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム(ＡｌＧａＮ)及び窒化インジウムガリウム(ＩｎＧａＮ)のような三元合金及び窒化アルミニウムインジウムガリウムのような四元合金があるが、これらには限定されない。
【００１４】
様々なIII族元素窒化物を表す化学式における括弧は選択的に含められる元素を表し、括弧の外側の元素は与えられた合金内に必要であると見なされるべきである。例えば、表記(Ａｌ)ＩｎＧａＮは、アルミニウム、さらに詳しくはＡｌＮが，選択的に含められる、ＩｎＧａＮを含む合金に対応する。したがって、表記(Ａｌ)ＩｎＧａＮは‘ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮ’と等価である。同様に、表記(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮは、（ＡｌＮ）としてアルミニウム及び（ＩｎＮとして）インジウムのいずれもが合金要素として選択的に用いられる、ＧａＮを含む合金に対応する。したがって、‘(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮ’は‘ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮ’と等価である。
【００１５】
組成または化学量論に関して別に条件を付けずに用いられる場合には、ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮのような化学式は、化学式がそれぞれ、０＜ｘ＜１及び０＜ｙ＜１であり、さらにｘ＋ｙ＜１であるとして、ＡｌｘＧａ１−ｘＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮの形で書かれているかのように、有効組成範囲の全体を包含すると理解されるべきである。同様に、(Ａｌ)ＩｎＧａＮは、０≦ｘ＜１及び０＜ｙ＜１で、ｘ＋ｙ＜１であるとして、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮと等価であると理解されるべきである。化学式(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮは、０≦ｘ＜１及び０≦ｙ＜１で、ｘ＋ｙ＜１であるとして、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮと等価であると理解されるべきである。これらの組成範囲から明らかであろうように、選択的に用いられる元素に対応する添字に与えられる値はそれぞれ可能性としてゼロを含むが、必要な元素に対する値が可能性としてゼロを含むことはない。汎化学式（例えば、ＡｌＧａＮまたは(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮ）または範囲化学式（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮまたはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）にしたがって説明されるいずれの与えられた層も、汎化学式または範囲化学式にしたがう特定の、また基本的に一様な、組成を有するバルク層、汎化学式または範囲化学式にしたがう平均組成を有する超格子、汎化学式または範囲化学式にしたがう平均組成を有する周期構造、または汎化学式または範囲化学式にしたがう平均組成を有する複数の領域を含む組成分布構造とすることができる。
【００１６】
特にIII族元素のアルミニウム、インジウム及びガリウムに関し、III族元素窒化物の化学式に含まれないいずれのIII族元素も、化学式で表されるIII族元素窒化物に自然不純物レベルより高レベルでは存在しないと見なされる。例えば、‘ＡｌＧａＮ’はＡｌＮとＧａＮの合金として表され得ると一般に理解されるが、「ＧａＮの層」のような用語の叙述は「ｘ＝０及びｙ＝０とした、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮの層」と等価であると解されるべきである。
【００１７】
いずれの層の組成に関しても、「アルミニウム濃度」、「インジウム濃度」、等のような用語は、層内のそれぞれの元素の平均濃度を指し、窒素原子数に対するIII族元素の総原子数の比を１：１として、III族元素だけに関する濃度を指す。別途に言明されない限り、層内の特定のIII族元素の濃度は、([層内の特定のIII族元素の原子数]/[層内のIII族元素の総原子数])×１００と理解されるべきである、モル％で与えられる。デバイス内の層の機能に影響を与えずに、非化学量論のような組成変動が層内でおこり得ることは理解されるであろう。上述の定義とは矛盾せずに、「(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮ層が１０％のアルミニウム濃度を有する」のような言明は、０≦ｙ＜０.９とする、Ａｌ０.１ＩｎｙＧａ０.９−ｙＮのような層に対する経験的分子式の叙述と等価である。別の態様で表せば、「ＡｌＧａＮ層が１０％のアルミニウム濃度を有する」は１０モル％のＡｌＮと９０モル％のＧａＮからなるＡｌＧａＮ合金層を表す。そのような経験的分子式の叙述が平均組成を表すこと及び化学式に挙げられる材料に内在する組成変動を包含することも理解されるであろう。
【００１８】
そうではないことが明白に言明されている場合を除き、窒化物合金のそれぞれは、例えばマグネシウム（III族元素窒化物半導体に対するｐ型ドーパント）またはシリコン（III族元素窒化物半導体に対するｎ型ドーパント）のような、１つ以上のドーパントをドープすることができる。そのような１つ以上のドーパントが様々な合金についての化学式に見られることはないが、例えば、与えられた合金が「ｎドープ」または「ｐドープ」されていると叙述することによるように、個別に叙述される。アンドープ、ｎドープ、ｐドープ、またはこれらの内の２つのいずれかの組合せとして明確に叙述されていない限り、それぞれの窒化物合金は、アンドープ、ｎドープまたはｐドープであり得る。
【００１９】
図１Ａを参照すれば、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１は、ｎ側クラッド層２０，ｎ側導波路層６０，活性領域４０，ｐ側導波路層７０，及びｐ側クラッド層３０を有する。活性領域４０は、ｎ側クラッド層２０とｐ側クラッド層３０の間に挟み込まれ、ｎ側クラッド層２０及びｐ側クラッド層３０に実質的に平行に拡がる。ｎ側導波路層６０は活性領域４０とｎ側クラッド層２０の間に挟み込まれる。ｐ側導波路層７０は活性領域４０とｐ側クラッド層３０の間に挟み込まれる。
【００２０】
ｎ側クラッド層２０はｎドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮの層である。例示実施形態において、(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮの層はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮであり、ここで０≦ｘ＜０.２及び０≦ｙ＜０.３である。ｎ側クラッド層２０はいかなる厚さとすることもでき、十分な導電度を与えるに適するいかなるドナー濃度も有することができる。一般に、ｎ側クラッド層２０の厚さは０.５μｍから約２μｍとすることができる。ｎ側クラッド層２０のキャリア濃度は一般に、例えば、シリコンのようなｎ型ドーパントの１０１７ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３の範囲にある。しかし一般にｎ型ドーパントは光損失源ではないから、キャリア濃度は、十分な導電度を保証するだけで、厳密に最適化されることはない。いくつかの実施形態においては、ｎ側クラッド層２０はｎドープＧａＮの層であることが好ましいであろう。いくつかの実施形態においては、ＧａＮがＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮより有利であろうと考えられる。例えば、ＧａＮは二元合金であるから、層に組成変動が導入され難いであろうし、また、一般に三元または四元の合金より熱伝導度が高いであろう。二元合金のこれらの性質は一般に、三元または四元の合金と比較して、光損失を低減し得る。
【００２１】
ｎ側導波路層６０はｎドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮの層である。例示の実施形態において、(Ａｌ)ＩｎＧａＮの層はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮであり、ここで０≦ｘ＜０.２及び０＜ｙ＜０.３である。いくつかの実施形態において、ｎ側導波路層はｎドープＩｎＧａＮの層であることが好ましいであろう。ｎ側導波路層は、３００ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、１２０ｎｍ未満、または１ｎｍから１２０ｎｍの、ｎ側導波路層厚を有する。好ましい実施形態において、ｎ側導波路層厚は、１２５ｎｍから３００ｎｍ、１２５ｎｍから２００ｎｍ、１２５ｎｍから１５０ｎｍまたは５０ｎｍから１２０ｎｍである。ｎ側導波路層６０のキャリア濃度は一般に、例えば、シリコンのようなｎ型ドーパントの１０１７ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３の範囲にある。
【００２２】
活性領域４０は光子の電気ポンピング誘導放出を生じる１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸を有する。活性領域４０は、一般に５１０ｎｍから５８０ｎｍの波長を有する光として定義される可視電磁スペクトルの緑色領域にあるレーザ発振波長における光利得も生じる。それぞれのＩｎＧａＮ量子井戸は２つのＡｌＩｎＧａＮ量子井戸障壁の間に挟み込むことができる。
【００２３】
活性領域４０の層構造が図１Ｂに一層詳細に示される。図１Ｂにおいて活性領域４０は、量子井戸層の必要に応じる反復を示すため、分解組立図として示される。活性領域４０の全ての層は連続複層として相互に積み重ねられるが、連続複層が、図１Ｂに示される層の間に挟み込まれる、図１Ｂには示されていない追加層を有し得ることは理解されるであろう。追加層には、例えば、活性領域４０の性能を最適化するために存在し得るが活性領域４０が機能するには必要ではない、スペーサを含めることができる。一般に、量子井戸５０Ａは第１の量子井戸障壁５５Ａと第２の量子井戸障壁５５Ｂの間に挟み込まれる。それぞれの量子井戸５０Ａ，５０Ｂは、厚さが一般に約１ｎｍから約２０ｎｍであり、（図示されるように）単層とするかまたは複層（図示せず）とすることができる。それぞれの量子井戸５０Ａ，５０Ｂは１つないしそれより多くのＩｎＧａＮの層とすることができる。量子井戸５０Ａ，５０ＢのＩｎＧａＮは、例えば２０％から４０％の、インジウム濃度を有することができる。同様に、量子井戸障壁５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃは個々に、（図示されるように）単層とするかまたは複層（図示せず）とすることができる。量子井戸障壁５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃはそれぞれ、例えば、ＡｌＩｎＧａＮの層とすることができ、約１ｎｍから約５０ｎｍの厚さを有することができる。特定の組成の例として、量子井戸障壁５５Ａ，５５Ｂ，５５ＣのＡｌＩｎＧａＮは、約０％から約２０％のインジウム濃度及び約０％から約２０％のアルミニウム濃度を有することができる。
【００２４】
活性領域４０は１つの量子井戸を有することができ、あるいは複数の量子井戸を有することができる。図１Ｂには、反復ユニット５７が追加量子井戸５０Ｂ及び追加量子井戸障壁層５５Ｃとして、反復ユニット５７が第２の量子井戸障壁５５Ｂの上のように、既存の量子井戸障壁の上に積み重ねられ、第１の量子井戸の上部障壁層（本図では第２の量子井戸障壁５５Ｂ）が追加量子井戸５０Ｂの下部障壁層にもなるように、示される。活性領域４０はｎ個の反復ユニットを有し、ここでｎは単井戸活性領域においてはゼロとすることができ、あるいは複井戸活性領域においては、１から２０，１から１０，１から５または１から３の、整数とすることができる。
【００２５】
図１Ａ及び１Ｂを参照すれば、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１はさらに、正孔遮断層８０または電子遮断層９０を、あるいはこれらのいずれも、有することができる。存在する場合に、正孔遮断層８０は、活性領域４０とｎ側導波路層６０の間に挟み込むことができ、約１０ｎｍから約２０ｎｍの厚さを有し得る。存在する場合に、電子遮断層９０は活性領域４０とｐ側導波路層７０の間に挟み込むことができる。図示されない別の実施形態において、電子遮断層はｐ側導波路層とｐ側クラッド層の間に挟み込むことができる。
【００２６】
存在する場合、電子遮断層９０は、ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ層、またはＡｌＧａＮ層とＡｌＩｎＧａＮ層の複合層とすることができて、電子遮断層９０は約５ｎｍから約５０ｎｍの厚さを有する。電子遮断層９０は、電子遮断層９０が隣接する層より広いバンドギャップを有することが好ましく、少なくとも１０１８ｃｍ−３の、または１０１８ｃｍ−３から１０２１ｃｍ−３の、アクセプタ濃度まで重ドープされることが好ましい。電子遮断層９０内のアクセプタ種は、例えばマグネシウムとすることができる。理論に束縛されるつもりはなく、隣接層よりバンドギャップが広い極薄電子遮断層の選択により、電子遮断層９０の重ドープによって生じる内部光損失の増加が防止されると考えられる。これは正孔、特にポテンシャルの揺らぎまたはアクセプタレベルに局在化された正孔の、電子遮断層９０から抜け出し、隣接層内で散逸することができる能力の結果であり得る。さらに、電子遮断層９０内のイオン化したアクセプタは、正孔輸送を促進し、電子輸送を抑制する、電場を与えることができる。したがって、電子遮断層９０を重ドープすれば、内部光損失の増大を付随させずに、電子遮断層９０の効率を高めることができ、正孔放出効率を高めることができ、デバイスの直列抵抗を低めることができると考えられる。
【００２７】
ｐ側導波路層７０はｐドープ(Ａｌ)ＩｎＧａＮの層である。いくつかの実施形態において、ｐ側導波路層７０はｐドープＩｎＧａＮの層であることが好ましいであろう。例示実施形態において、ｐ側導波路層７０は、ｘが０.０４から０.１５，０.０６から０.１１，好ましくは約０.１０の、(Ａｌ)ＩｎｘＧａ１−ｘＮの層とすることができる。ｐ側導波路層７０はｎ側導波路層６０と同じかほぼ同じ（例えば、±０.０３モル％内の）インジウム濃度を有することが好ましいであろう。ｐ側導波路層７０とｎ側導波路層６０の組成類似により、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１内の歪緩和を最適化することができる。例えば、導波路層とそれぞれのクラッド層の間のミスフィット欠陥の形成によって歪緩和が達成される場合、材料品質の劣化に煩わされずに最適光閉込めを達成するには、導波路層が約６％から約１１％、さらに詳しくは約７％から約９％の、インジウム濃度を有することが好ましいであろう。他方で、導波路層及びクラッド層が歪緩和を意図して形成されていなければ、約３％から約６％のような、さらに低いインジウム濃度が望ましいであろう。ｐ側導波路層７０は、３×１０１７ｃｍ−３未満、１×１０１５ｃｍ−３から３×１０１７ｃｍ−３、好ましくは１×１０１６ｃｍ−３から３×１０１７ｃｍ−３のｐ側導波路層アクセプタ濃度を有することができる。一般に、ｐ側導波路層アクセプタ濃度は、光モードがｐ側導波路層７０に重なる場合の光内部光損失を避けるに十分に低くすべきである。しかし、ｐ側導波路層アクセプタ濃度は、おこり得るドーピング保証に打ち勝ち、よって高直列抵抗を、さらにはサイリスタ挙動を防止するに十分に高くすべきである。
【００２８】
別の実施形態において、ｐ側導波路層７０はｎ側導波路層６０より低いインジウム濃度を有することができる。そのような実施形態において、ｐ側導波路層７０は約０％から約９％または約０％から約７％のインジウム濃度を有することができ、ｎ側導波路層６０は約３％から約１１％または約３％から約９％のインジウム濃度を有することができる。ｐ側導波路層７０のインジウム濃度はｎ側導波路層６０のインジウム濃度より低いことが好ましい。導波路層のインジウム濃度がモル％で表されている場合、高い方のｎ側導波路層６０のインジウム濃度から低いほうのｐ側導波路層７０のインジウム濃度を差し引くと、２％以上のインジウム濃度差が得られることが好ましい。
【００２９】
ｐ側導波路層７０がｎ側導波路層６０より低いインジウム濃度を有する場合に、ｐ側導波路層厚及びｎ側導波路層厚はほぼ等しくすることができるが、ｎ側導波路層厚がｐ側導波路層厚より大きいことが好ましいであろう。特定の例として、ｎ側導波路層厚は１２５ｎｍから３００ｎｍとすることができ、ｐ側導波路層厚は１００ｎｍ未満とすることができる。
【００３０】
一般に、ｐ側導波路層７０は、１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、４０ｎｍ未満、１ｎｍから５０ｎｍまたは２０ｎｍから５０ｎｍの、ｐ側導波路層厚を有することができる。好ましい実施形態において、ｐ側導波路層厚はｎ側導波路層厚より小さい。例えば、ｐ側導波路層厚は、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約１０％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約２０％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約２５％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約３０％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約３５％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約４０％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約４５％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約５０％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約６０％まで、１ｎｍからｎ側導波路層厚の約７５％まで、とすることができる。特に好ましい実施形態において、ｎ側導波路層厚とｐ側導波路層厚の和（すなわち、総導波路厚）は約１５０ｎｍから約２００ｎｍである。
【００３１】
ｐ側導波路層厚とｎ側導波路層厚の間の関係を、特に以下で一層詳細に説明されるドーピングプロファイルとともに、選択することは、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１の内部光損失の有益な低減に大きく寄与すると考えられる。例えば、光モードは活性領域４０からの距離に対して指数関数的に減衰するから、ｐ側クラッド層３０の重ｐドープ領域から離れる光モードの若干のシフトは光モードの重ｐドープ領域との重なりの指数関数的減少を生じ得る。シフトされた光モードの活性領域４０との重なりは、光モードがこの態様でシフトされていないときに一般に存在するであろうより若干小さいであろうが、シフトされた光モードの重ｐドープ材料との重なりの指数関数的減少は総合光損失をかなり低減し得ると考えられる。
【００３２】
最適総導波路厚は最小光モード拡張を得ることによって光閉込めを最大化する。総導波路厚が最適総導波路厚より大きいと、光モードがレーザダイオードの一層広い導波路領域を占めるから、レーザダイオードの光モード広がりの程度は一層大きくなる。しかしまた、総導波路厚が最適総導波路厚より小さいときも、導波路層とクラッド層の間の減じられた総合屈折率コントラストが一層弱い光閉込めを与えるから、レーザダイオードの光モード広がりの程度は一層大きくなる。ｐ型材料重なりによる光損失は、ｐ側導波路層厚を減じ、ｎ側導波路層厚を大きくすることによって、与えられた総導波路厚に対して軽減することができる。ｐ側導波路層厚が、特にｎ側導波路層厚に対して、減じられると、光モードはｐ型材料よりｎ型材料を大きく占める。光モードのｐ型材料との重なりの減少は、続いて、光損失を低減する。この光損失の有益な低減は、ｎ側導波路層厚を最適レベルより大きくすることで生じ得る光閉込め係数のいかなる不利益な減少よりも顕著である。
【００３３】
限定の目的ではなく説明のための例として、上述した実施形態のいずれかにしたがって第１のレーザダイオード及び第２のレーザダイオードを作製することができ、いずれのレーザダイオードも１６０ｎｍの総導波路厚を有するように作製される。第１のレーザダイオードは１２０ｎｍのｎ側導波路層厚及び４０ｎｍのｐ側導波路層厚を有することができる。第２のレーザダイオードは１３０ｎｍのｎ側導波路層厚及び３０ｎｍのｐ側導波路層厚を有することができる。理論的に、第２のレーザダイオードの光閉込め係数は第１のレーザダイオードが有するであろう光閉込め係数より小さいであろう。そうであっても、第１のレーザダイオードの場合より少ない第２のレーザダイオードにおけるｐ型材料との光モード重なりを有することによる光損失の低減は、第１のレーザダイオードと第２のレーザダイオードの間での光閉込め係数の減少より大きいであろう。そうであれば、第２のレーザダイオードは第１のレーザダイオードより高い電力変換効率を有すると期待されるであろう。したがって、与えられた総導波路厚に対し、内部損失に対するモード利得の比はｎ側導波路層厚の増加にともなって高くなると考えられる。
【００３４】
ｐ側クラッド層３０はｐドープ(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮの層である。例示実施形態において、(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮの層はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮであり、ここで０≦ｘ＜０.２及び０≦ｙ＜０.３である。ｐ側クラッド層３０は第１厚さ領域３５及び第２厚さ領域３７からなる。第１厚さ領域３５は第２厚さ領域３７とｐ側クラッド層３０のｐ側導波路層７０との界面の間に挟み込まれる。ｐ側クラッド層３０の第１厚さ領域３５は２００ｎｍ以下、詳しくは１ｎｍから２００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍから２００ｎｍの第１領域厚さｘを有する。ｐ側クラッド層の総厚は一般に、例えば、約０.５μｍから約１.５μｍである。ｐ側クラッド層の総厚の上限は厳密ではないが、厚すぎるｐ側クラッド層は望ましくないデバイス導電度の低下をもたらし得る。
【００３５】
一実施形態において、第１厚さ領域３５が３×１０１７ｃｍ−３未満の第１領域アクセプタ濃度を有し、第２厚さ領域３７が３×１０１７ｃｍ−３より高い第２領域アクセプタ濃度を有するような、分布ドーピングプロファイルをもつｐ側クラッド層３０が作製される。第１領域アクセプタ濃度は、幾分かはｐ側クラッド層３０内のアクセプタへの光モードの暴露を減じるために、第２領域アクセプタ濃度より低い。III族元素窒化物ベースレーザダイオード１の通常の動作条件の下で、光モードはｐ側クラッド層３０内に若干広がると考えられ得る。アクセプタへの光モードの暴露は一般に光損失をもたらす。光モードは一般にはｐ側クラッド層３０の全体にわたって有意に広がることはないから、ｐ側クラッド層３０全体についてアクセプタ濃度を減じる必要はない。
【００３６】
ｐ側クラッド層３０の分布ドーピングプロファイルは、第１厚さ領域３５と第２厚さ領域３７の間に明確な界面を定めるようなアクセプタ濃度の急激な変化の結果生じ得るが、その必要はない。例えば、アクセプタ濃度が３×１０１７ｃｍ−３に達するかまたはこれをこえると、第１厚さ領域３５が終わり、第２厚さ領域３７が始まるように、ｐ側クラッド層の下面から上面まで全厚にかけて徐々にアクセプタ濃度を高めることができる。第２厚さ領域３７は第１厚さ領域との境界において約３×１０１７ｃｍ−３のアクセプタ濃度を有し得るが分布配ドーピングプロファイルは第２厚さ領域３７の厚さにかけて高くなり続けることができる。第２厚さ領域３７の各部分領域は、１×１０１８ｃｍ−３をこえるか、１×１０１９ｃｍ−３をこえるか、または約３×１０１７ｃｍ−３から約１×１０２０ｃｍ−３までの、アクセプタ濃度を有することができる。
【００３７】
ｐ側導波路層７０及びｐ側クラッド層３０のｐ型ドーピングプロファイルに関しては一般に、光損失は価電子帯ポテンシャル揺らぎ内またはアクセプタにトラップされた局在正孔の優勢に帰因させ得ると考えられる。活性化正孔は層の導電度に寄与するが、局在正孔は寄与しない。したがって、局在正孔が存在するようであれば、導電度の低下を補償するため、層はさらに重ドープされなければならない。局在正孔の優勢は、約１７０ｍｅＶ以下の活性化エネルギーを有するドーパント種を選ぶことによるか、あるいはマグネシウムのような与えられたドーパント種が約１７０ｍｅＶ以下の活性化エネルギーを有する材料をデバイス層に選ぶことによって軽減され得る。この態様における活性化エネルギーの選択は、光損失を一定レベルに維持しながら、導電度を高めることができる。全ての点において、光モードのｐドープ材料との重なりはアクセプタ濃度が高くなるにつれて光損失を高めることがわかっているから、ｐドープ層におけるｐ型ドーピングプロファイルは、ｐ側導波路層７０及びｐ側クラッド層３０の第１厚さ領域３５において、（光モードが最も強い）活性領域の近傍におけるアクセプタ濃度が最小限に維持されることが好ましい。
【００３８】
上述したＧａＮベースレーザダイオードのいくつかの動作原理を説明するため、一例のＧａＮベースレーザダイオードの誘導光モード強度が図２にグラフとして与えられる。図２において、光モード曲線１００は深さ座標ｄ（単位：ｎｍ）に対する規格化光モード密度β/β０をプロットしている。ここで、０ｎｍはレーザダイオードの上面に対応し、β０は深さプロファイル全体における最大光モード密度である。屈折率線１５０は同じ深さ座標ｄに対する相対屈折率（Ｒ.Ｉ.）をプロットしている。垂直破線はＧａＮベースレーザダイオードの機能層の深さ位置を示す。英文字Ａ〜Ｆはそれぞれ機能層に対応する深さプロファイル領域を示す。Ａはｐ側クラッド層の（重ドープ）第２厚さ領域であり、Ｂはｐ側クラッド層の（軽ドープ）第１厚さ領域であり、Ｃはｐ側導波路層であり、Ｄは活性領域であり、Ｅはｎ側導波路層であり、Ｆはｎ側クラッド層である。いずれの導波路層（Ｃ及びＥ）もクラッド層（Ａ，Ｂ及びＦ）より高い屈折率を有する。活性領域（Ｄ）は高屈折率を有する。ｎ側導波路層（Ｅ）はｐ側導波路層（Ｃ）より厚く、したがって、光モード曲線１００のピーク１２０の中心はｎ側導波路層（Ｅ）上にある。ｐ側クラッド層の第１厚さ領域（Ｂ）とｐ側クラッド層の第２厚さ領域（Ａ）の間の境界は約４７５ｎｍの深さにある。この境界の位置において、光モード強度はピーク１２０における光モード強度の、第１厚さ領域（Ｂ）とｐ側導波路層（Ｃ）の間の境界における４０％を若干こえる強度と比較して、約１０％である。第１厚さ領域（Ｂ）は軽ドープ領域であるから、光モードの第１厚さ領域（Ｂ）内にある部分はｐ側クラッド層内のアクセプタとの重なりによる光損失を受け難い。
【００３９】
図１Ａに戻って参照すれば、いくつかの実施形態において、ｐ側クラッド層３０はｐドープＧａＮの層であることが好ましく、また、必要に応じて、ｎ側クラッド層２０はｎドープＧａＮの層であることが好ましい。理論に束縛されるつもりはなく、ＡｌＧａＮに対して低いＧａＮ材料の光吸収係数が、光閉込め係数も減じられ得るとしても、出力光損失を低減すると考えられる。例えば、クラッド層がＧａＮのレーザダイオードは、クラッド層が、ＡｌＧａＮのレーザダイオードの光閉込め係数の６７％でしかない、低い光閉込め係数を有し得るが、同じＧａＮクラッド層により、光損失が、クラッド層がＡｌＧａＮのレーザダイオードが示す光損失の５０％の、レーザダイオードを得ることができる。そのようなデバイスにおいては、光損失の減少が光閉込め係数の低下を上回るから、ＧａＮクラッド層により、ＡｌＧａＮクラッド層に優る高められた電力変換効率を得ることができる。さらに、ｐドープＧａＮはＡｌＧａＮより低いマグネシウムアクセプタ活性化エネルギーを有する。ｐ側クラッド層３０における低められたアクセプタ活性化エネルギーは、活性化エネルギーが低められるとあらかじめ定められた導電度を得るに必要なアクセプタ濃度も低められるから、光損失を減じ得ると考えられる。
【００４０】
別の実施形態において、ｐ側クラッド層３０はアルミニウムの組成勾配を有する(Ａｌ,Ｉｎ)ＧａＮの層である。組成分布において、ｐ側クラッド層３０内のアルミニウム濃度は、活性領域からの距離が大きくなるにつれて高められ得る。組成分布はｐ側クラッド層３０内に２つ以上の領域を定めることができる。例えば、０％から５％のアルミニウム濃度は、ｐ側クラッド層３０の活性領域４０に最も近い第１の領域を定めることができる。第１の領域はｐ側導波路層７０との界面から延び、ｐ側導波路層７０の上の、約２０ｎｍから約２００ｎｍのｐ側クラッド層３０の第１の厚さを含むことができる。２０％までの、すなわち５％から２０％の高められたアルミニウム濃度は、第１の領域の直上の、ｐ側クラッド層３０の第２の領域を定めることができる。第１の領域及び第２の領域におけるアルミニウム濃度は一様である必要はない。アルミニウム濃度は、ｐ側クラッド層３０の厚さにわたり、ｐ側導波路層７０からの距離が大きくなるにつれて高くなることが好ましい。第１の領域と第２の領域の総厚は約２００ｎｍから約５００ｎｍとすることができる。第２の領域の直上の、ｐ側クラッド層３０の第３の領域はいかなるアルミニウム濃度も有することができ、無アルミニウムとすることさえできる。アルミニウム組成分布の説明に関するｐ側クラッド層３０の領域の指定は、上述したような、両者が合わせてアクセプタ濃度分布を定める、第１厚さ領域３５及び第２厚さ領域３７と相互に関連させることができるが、その必要はない。
【００４１】
ｐ側導波路層７０及び活性領域４０の最も近くに低レベルのアルミニウムを有するアルミニウム組成分布は、アルミニウム濃度が低い場合、例えば約５％未満である場合、与えられたアクセプタ濃度に対して導電度を高めることができる、低められたアクセプタ活性化エネルギーを与えると考えられる。すなわち、存在するアクセプタの濃度を低くして、与えられた導電度を維持することができる。したがって、ｐ側クラッド層にアルミニウム組成分布が存在すれば、ドーパントプロファイルに関して、上で定義した、第１厚さ領域３５が第２厚さ領域３７の第２領域アクセプタ濃度より低い第１領域アクセプタ濃度を有することが好ましい。特定の例の１つにおいて、第１領域アクセプタ濃度は３×１０１７ｃｍ−３から３×１０１８ｃｍ−３とすることができ、第２領域アクセプタ濃度は３×１０１８ｃｍ−３より高くすることができる。ｐ側クラッド層３０内にアルミニウム組成分布が存在すれば、ｐ側導波路層７０及びｎ側導波路層６０のいずれもが、実質的に無アルミニウムである、ＩｎＧａＮ層であるか、あるいはアルミニウム濃度が、５％未満、１％未満あるいは０.１％未満の(Ａｌ)ＩｎＧａＮ層であることが好ましいであろう。
【００４２】
また別の実施形態において、ＧａＮベースレーザダイオードは受動量子井戸構造または受動多重量子井戸構造をさらに有することができる。受動量子井戸構造はレーザ発振波長における受動量子井戸の高屈折率を助長するように構成することができる。詳しくは、受動量子井戸は、構造の吸収端波長はレーザ発振波長より短いが、レーザ発振波長と受動量子井戸吸収端の間のスペクトル間隔が小さくなるように、構成することができる。構造の吸収短波長がレーザ発振波長より短ければ、受動量子井戸はレーザ発振光を吸収しない。
【００４３】
また別の実施形態において、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１は、ｎ側導波路層６０はインジウムを含有するが、ｐ側導波路層７０及びｐ側クラッド層３０はインジウムを含有しないような、非対称とすることができる。例えば、ｎ側導波路層６０は、バルクＩｎＧａＮで形成することができ、あるいはＩｎＧａＮ超格子または受動ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造として構成することができる。いくつかの実施形態において、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１が非対称である場合、ｐ側導波路層７０をｐ側クラッド層３０から分離する必要はなく、したがってｐ側導波路層７０はゼロの厚さを有すると見なすことができる。受動多重量子井戸構造は、ｎ側導波路層６０内の光閉込めを強めるため、レーザ発振波長に近い吸収端を有するように構成することができる。非対称レーザダイオードの光モードはデバイスのｎ側にシフトされるが、光閉込め係数が大きく減じられることはない。非対称構造は、ｐ側導波路層としてｐドープＩｎＧａＮ層を独立ｐ側クラッド層とともに有する代わりにｐドープＧａＮ層がｐ側クラッド層３０として用いられる場合は特に、ｐ型導電度のより良い制御を与えることができる。
【００４４】
また別の実施形態において、ｐ側導波路層７０またはｎ側導波路層６０は、あるいはいずれも、活性領域１０に隣接する富インジウム領域における導波路層のインジウム濃度がそれぞれの導波路層の残余領域におけるより高くなるような、分布インジウム濃度をそれぞれが有する、適する導電型の組成分布(Ａｌ)ＩｎＧａＮ層とすることができる。この手法についでは、構造に歪緩和を全く有していないことが好ましいであろう。理論に束縛されるつもりはなく、インジウム濃度の関数としての屈折率の超線形依存性は、高められたインジウム濃度が導波路層の一方または両方に存在する場合、光閉込めを向上させることができる。特に、活性領域４０の周りの光モード局在化を強めるためには、活性領域に隣接する導波路層の一方または両方の高インジウム領域において高められたインジウム濃度を確立することが好ましいであろう。この強められた光モード局在化の結果として、活性領域４０の光閉込め係数を大きくすることができる。分布インジウム濃度を有する与えられた導波路層において、富インジウム領域は、例えば、活性領域４０に隣接し、それぞれの導波路層の総厚の、約０.１％から約７５％、約０.１％から約５０％、約０.１％から約２５％、約０.１％から約１０％、約１％から約２５％、約１０％から約２５％、または約２０％から約５０％の厚さを有する、導波路層の領域として定めることができる。
【００４５】
導波路層が分布インジウム濃度を有する場合、一方または両方の導波路層の富インジウム領域におけるインジウム濃度は、約５％から約５０％、約５％から約４０％、約５％から約３０％または約１０％から約３０％とすることができる。それぞれの導波路層の残余領域におけるインジウム濃度は、それぞれの導波路層の富インジウム領域におけるインジウム濃度が残余領域におけるインジウム濃度より高くなるように、約０％から約１０％または約０％から約５％とすることができる。ぞれぞれの導波路層の富インジウム領域と残余領域の間のインジウム濃度差は少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも５％または少なくとも１０％であることが好ましい。ｐ側導波路層７０及びｎ側導波路層６０のいずれもが分布インジウム濃度を有していれば、いずれの導波路層における富インジウム領域も、２つの導波路層の間のインジウム濃度差が±３％、±２％または±１％であるような、あるいは±０.１％でさえあるような、ほぼ同じインジウム濃度を有することが好ましいであろう。
【００４６】
導波路層の一方または両方が分布インジウム濃度を有し、ｐ側導波路層厚がｎ側導波路層厚より小さいことも好ましいであろう。ｎ側導波路層厚に比較して小さいｐ側導波路層厚はIII族元素窒化物ベースレーザダイオード１のｐ側への光モード侵入を低減することができ、よって内部光損失を低減できると考えられる、
これらの分布インジウム濃度の文脈において、導波路層が複数の(Ａｌ)ＩｎＧａＮ層を含む超格子またはその他の周期構造として形成され得ることは理解されるであろう。したがって、分布インジウム濃度に関して言及されるインジウム濃度の特定の例は、それぞれの層の体積全体にわたる平均インジウム濃度として理解されるであろう。例えば、導波路層が、比較的厚いＩｎＧａＮ層及び比較的薄いＡｌＩｎＧａＮ層を有する、ＩｎＧａＮ/ＡｌＩｎＧａＮ超格子として形成されていれば、超格子の平均インジウム濃度はＡｌＩｎＧａＮ層の平均インジウム濃度よりもＩｎＧａＮ層の平均インジウム濃度に近くなるであろう。同様に、超格子内のＩｎＧａＮ層及びＡｌＩｎＧａＮ層がともに同じ厚さを有していれば、ＩｎＧａＮ層の平均インジウム濃度はＡｌＩｎＧａＮ層の平均インジウム濃度よりも高いとしても、超格子の平均インジウム濃度は、ＩｎＧａＮ層の総体的インジウム濃度とＡｌＩｎＧａＮ層の総体的インジウム濃度の平均になるであろう。
【００４７】
一般に、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１は、活性領域、導波路層及びクラッド層が多層レーザダイオードを形成するように、基板１０上に形成することができる。そのような多層ダイオードにおいて、導波路層は活性領域において発生された誘導放出光子を導き、クラッド層は導波路層を通る放出光子の伝搬を促進する。基板１０はｎ型導電度またはｐ型導電度を有することができる。基板１０と同じ導電型を有するクラッド層が、基板１０とは逆の導電型を有するクラッド層よりも基板の近くに配される。本明細書に説明される実施形態においては、基板１０がｎ型半導体材料であり、ｎ側クラッド層２０がｎ側導波路層６０と基板１０の間に挟み込まれて、ｐ側クラッド層３０がｎ側クラッド層２０の上方に配置されることが好ましい。基板１０として適する材料の例には、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＩｎＮまたはＡｌＩｎＧａＮのような自立III族元素窒化物材料があるが、これらには限定されない。好ましい実施形態において、基板は自立ＧａＮとすることができる。特に好ましい実施形態において、基板は、例えば、
２０２１，２０２３，２０２３，３０３１または３０３１
から選ばれる方位のような、半極性方位を有する自立ＧａＮとすることができる。ｎ型基板が好ましいが、図示されない実施形態においては、ｐ側クラッド層３０がｐ側導波路層７０と基板１０の間に挟み込まれるであろうように、またｎ側クラッド層２０がｐ側クラッド層３０の上方に配置されるであろうように、ｐ型基板が用いられ得ることが、十分に考えられる。
【００４８】
III族元素窒化物ベースレーザダイオード１は図１Ａに示される層のいずれの２つの間にも追加層またはスペーサ(図示せず)をさらに有することができる。非限定的例として、ｐ側導波路層７０とｐ側クラッド層３０の間、またはｎ側導波路層６０とｎ側クラッド層２０の間に、１つ以上のＧａＮスペーサ（図示せず）を挟み込むことができる。III族元素窒化物ベースレーザダイオード１は、ｎ側クラッド層２０に電子を導入するように構成された電源（図示せず）によりｎ側クラッド層２０とｐ側クラッド層３０の間に電気導通状態を確立するために、コンタクト層（図示せず）及び／または相互接続（図示せず）をさらに有することができる。例えば、基板１０のｎ側クラッド層２０とは逆の側になる裏面上に第１のコンタクト層を形成することができ、ｐ側クラッド層３０上に第２のコンタクト層を形成することができる。あるいは、第１のコンタクト層は基板のｎ側クラッド層２０で覆われていない領域上に形成することができる。
【００４９】
III族元素窒化物ベースレーザダイオード１の各層は、例えば技術上既知であるかまたは開発されるはずのいずれかの成長手法により、順次に成長させることができる。非限定的例として、有機金属化学的気相成長（ＭＯＣＶＤ）、有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）、等のような手法を用いることができる。有機金属成長プロセスは、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム及びその他の技術上既知の化合物のような前駆体を含むことができる。各層は短周期の超格子とすることができる。上述の各層及び必要に応じて用いられるスペーサを考慮した、III族元素窒化物ベースレーザダイオード１の総厚は一般に約１μｍから約４μｍの範囲になり得る。
【００５０】
上述した実施形態のいずれかにしたがう緑色発光III族元素窒化物ベースレーザダイオードは、レーザダイオードがＡｌＧａＮクラッド層を有する場合に、８ｃｍ−１より低いレベルの光損失を有し得る。ＧａＮクラッド層を有するレーザダイオードについては、５ｃｍ−１より低いレベルの光損失を得ることができる。
【００５１】
特定の特性を具現化するように、または特定の態様で機能するように、「構成されて」いる本開示のコンポーネントの本明細書における叙述は、目的用途の叙述に対するものとしての、構造叙述であることに注意されたい。さらに詳しくは、コンポーネントが「構成される」態様への本明細書における言及はコンポーネントの既存の物理的状態を表し、したがってコンポーネントの構造の特徴の限定的叙述ととられるべきである。
【００５２】
簡便さのためだけに、本明細書においてデバイス層は「上」及び「下」のような用語によって参照される。実施形態のどの１つの範囲内においても、これらの用語は、基板がデバイスの最下部として見なされる構造に関して、デバイス層の順序を表すために用いられる。このこと以外に、用語「上」及び「下」に動作中または作成中のデバイスのいずれの好ましい方位も示す意図はない。したがって、用語「上方に」は構造の上側に向かうことを意味し、用語「下方に」は構造の下側に向かうことを意味する。
【００５３】
添付される特許請求項の１つ以上が「〜を特徴とする(wherein)」を転換句として用いていることに注意されたい。本発明を定める目的のために、この用語は構造の一連の特徴の叙述を導入するために用いられる制約の無い転換句として特許請求項に導入されており、より普通に用いられる制約の無い前置句「含む(comprosing)」と同様の態様で解されるべきであることに注意されたい。
【００５４】
別途に定められない限り、本明細書に用いられる全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって普通に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書において説明に用いられる術語は、特定の実施形態を説明するだけのためであり、限定は目的とされていない。本明細書及び添付される特許請求の範囲に用いられるように、単数形の冠詞‘a’，‘an’及び‘the’は、そうではないことが文脈に明白に示されていない限り、複数形も含む。
【００５５】
本明細書及び特許請求の範囲に用いられる、成分、分子量のような特性、反応及び条件等の量を表す全ての数値は、別途に示されていない限り、全ての場合に、先行詞「約」で修飾されていると理解されるべきである。したがって、そうではないことが示されていない限り、本明細書及び特許請求の範囲に述べられる数値は、本発明の実施形態を得るために求められる所望の特性に依存して変わり得る近似値である。本発明の広い範囲を述べている数値範囲及びパラメータは近似値であるとしても、特定の例に述べられる数値は可能な限り精確に報告される。当業者であれば、いかなる数値もその値を確定するために用いられる測定法に帰因し得るいくらかの誤差を本質的に含むことを理解するであろう。
【符号の説明】
【００５６】
１    III族元素窒化物ベースレーザダイオード
１０    基板
２０    ｎ側クラッド層
３０    ｐ側クラッド層
３５    ｐ側クラッド層の第１厚さ領域
３７    ｐ側クラッド層の第２厚さ領域
４０    活性領域
５０Ａ，５０Ｂ    量子井戸
５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ    量子井戸障壁
５７    反復ユニット
６０    ｎ側導波路層
７０    ｐ側導波路層
８０    正孔遮断層
９０    電子遮断層
【図１Ａ】
2013541209.tif 000003
【図１Ｂ】
2013541209.tif 000004
【図２】
2013541209.tif 000005
【国際調査報告】
2013541209.tif 000006
2013541209.tif 000007
2013541209.tif 000008