(57)【要約】  レーザーダイオードは結晶基板（１）を含み、その上に、一組のｎ型層、一組の光活性層（５）及び一組のｐ型層が順次結晶成長によって積層される。一組のｎ型層は、バッファ層（２）、ボトムｎ型クラッド層（３）及びボトムｎ型導波路層（４）を少なくとも含む。一組のｐ型層は、電子障壁層（ＥＢＬ）を含むアッパーｐ型導波路層（６）、アッパーｐ型クラッド層（７）及びｐ型コンタクト層（８）を少なくとも含む。電子障壁層は、マグネシウムをドープした混合物ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（ただし、１≧ｘ＞０．００１、１≧ｙ≧０）を含む。本発明では、一組のｎ型層（２，３，４）、一組の光活性層（５）及び一組のｐ型層（６，７，８）を順次エピタキシャル積層し、アッパーｐ型導波路層（６）及びアッパーｐ型クラッド層（７）を、インジウムが存在する状態においてプラズマ支援分子線エピタキシー法で積層する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶基板を含み、
該結晶基板上に、一組のｎ型層、一組の光活性層及び一組のｐ型層が順次結晶成長によって積層され、
前記一組のｎ型層は、バッファ層、ボトムｎ型クラッド層及びボトムｎ型導波路層を少なくとも含み、
前記一組のｐ型層は、電子障壁層（ＥＢＬ）を含むアッパーｐ型導波路層、アッパーｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を少なくとも含み、
前記電子障壁層は、マグネシウムをドープした混合物ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（ただし、１≧ｘ（インジウム含有量）＞０．００１、１≧ｙ（アルミニウム含有量）≧０）を含み、前記電子障壁層の水素濃度が５×１０17ｃｍ-3よりも低いことを特徴とする窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項２】
前記アッパーｐ型クラッド層（７）は、マグネシウムをドープした一組の層を含み、該層中における少なくとも１つの層のインジウム含有量が０．００１よりも大きく、前記アッパーｐ型クラッド層の水素濃度が５×１０17ｃｍ-3よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項３】
前記アッパーｐ型クラッド層（７）は、マグネシウムをドープした一組の層を含み、該層中のすべての層のインジウム含有量が０．００１よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項４】
前記アッパーｐ型クラッド層（７）の水素濃度が５×１０17ｃｍ-3よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項５】
前記結晶基板（１）は、転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＨＶＰＥ基板であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項６】
前記結晶基板（１）は、転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＥＬＯＧ基板であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項７】
前記結晶基板（１）の転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項８】
前記結晶基板（１）は、高圧法によって生成された基板であって、転位密度が１０3ｃｍ-2よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物を用いたレーザーダイオード。
【請求項９】
一組のｎ型層、一組の光活性層及び一組のｐ型層を結晶基板上に順次エピタキシャル積層し、
前記一組のｎ型層は、バッファ層、ボトムｎ型クラッド層及びボトムｎ型導波路層を少なくとも含み、
前記一組のｐ型層は、電子障壁層（ＥＢＬ）を含むアッパーｐ型導波路層、アッパーｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を少なくとも含み、
前記アッパーｐ型導波路層（６）及びアッパーｐ型クラッド層（７）を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させることを特徴とする窒化物を用いたレーザーダイオードの製造方法。
【請求項１０】
前記電子障壁層を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アッパーｐ型クラッド層（７）を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ボトムｎ型クラッド層（３）を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＨＶＰＥ基板を、前記結晶基板（１）として使用することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１４】
転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＥＬＯＧ基板を、前記結晶基板（１）として使用することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１５】
転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低い結晶基板を、前記結晶基板（１）として使用することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１６】
高圧法によって生成された転位密度が１０3ｃｍ-2よりも低い基板を、前記結晶基板（１）として使用することを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物を用いた半導体レーザーダイオード、並びに励起分子及び／または窒素原子を使用した分子線エピタキシー（ＲＮ  ＭＢＥ）による窒化物を用いたレーザーダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長い間、半導体材料は、種々のエピタキシャル法によって製造されてきた。既知のエピタキシャル成長技術には、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、クロライド気相エピタキシー（ＣＩＶＰＥ）、ハライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、化学線エピタキシー（ＣＢＥ）、及び有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）のようなものがある。例えば、Ｍ．Ａ．ハーマンの著書“「分子線エピタキシー、基礎と現状」，Ｍ．Ａ．ハーマン、Ｈ．シッター著，材料化学シュプリンガーシリーズ，第２版  シュプリンガー出版，ベルリン  ハイデルベルグ  ニューヨーク  １９９６年，ＩＳＢＮ  ３−５４０−６０５９４−０”において、ＭＢＥ法に関する詳細が示されている。
【０００３】
窒素は２つの原子からなる分子として存在し、その結合エネルギーは非常に高い。そのため、加熱された基板に接触した際に、窒素分子は（エピタキシャル成長に必要な）２つの原子に分離できない。そこで、窒化物エピタキシャル工程では、２つの方法を使用して活性窒素原子が生成されている。第１の方法において、窒素原子は、アンモニア（ＮＨ３）の分解によって生成される。成長基板上の高い温度によって、ＮＨ３の分解が行われる。しかしながら、この方法では、同時に水素原子が生成されてしまう。第２の方法において、窒素分子は、分解あるいは励起された後に基板表面に供給される。
【０００４】
今日までに、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードをエピタキシャル成長によって製造する２つの方法が知られている。それは、ＭＯＶＰＥ及びガスソースＭＢＥ（ＧＳＭＢＥ）である。
【０００５】
ＭＯＶＰＥ法は、アンモニア（ＮＨ３）を伴ったＭＯＶＰＥエピタキシーの使用によって行われる。このことは、例えば、Ｓ．ナカムラの著書“「青色レーザーダイオード、ＧａＮを用いた発光及びレーザー」，Ｓ．ナカムラ、ゲルハルト  ファソル著，シュプリンガー出版，１９９７年，ＩＳＢＮ  ３−５４０−６１５９０−３”に記載されている。この方法を用いて、１９９５年に初めて青色レーザーダイオードのパルス動作が報告された。１９９９年に連続発振が達成されてすぐに、５ｍＷの光強度を有する紫色レーザーダイオードが日亜化学工業によって発売された。今日までに、発振動作は、わずかな研究グループにおいてのみ報告されている。このようなグループとして、例えば、アメリカの３グループ、ヨーロッパの３グループ、台湾の１グループ、韓国の１グループ、及びこれらに加えて高圧ＰＡＳ研究所が挙げられる。青紫色半導体レーザーダイオードの設計及び製造方法は、例えば、既に紹介したＳ．ナカムラ及びＧ．ファソルの著書“「青色レーザーダイオード、ＧａＮを用いた発光及びレーザー」，Ｓ．ナカムラ、ゲルハルト  ファソル著，シュプリンガー出版，１９９７年，ＩＳＢＮ  ３−５４０−６１５９０−３”に記載されている。このようなダイオードの設計の一例において、ダイオードはサファイア基板からなり、その上には、３０ｎｍのＧａＮバッファ、３μｍのＧａＮ（Ｓｉドープ）、０．１μｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（Ｓｉドープ）、０．５μｍのＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ（Ｓｉドープ）、０．１μｍのＧａＮ（Ｓｉドープ）、３つの量子井戸（５ｎｍのＩｎ0.14Ｇａ0.86Ｎ井戸、１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア）、２０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ（Ｍｇドープ）、０．１μｍのＧａＮ（Ｍｇドープ）、０．５μｍのＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ（Ｍｇドープ）、０．２μｍのＧａＮ（Ｍｇドープ）が結晶成長によって積層される。ｐ型ドーピングは、反応チャンバーにＣｐ２Ｍｇ化合物を導入して行われる。
【０００６】
ＧＳＭＢＥ法は、Ｖ族元素がガス源によって供給されるエピタキシャル工程によって行われる。ＭＯＶＰＥ法と同様に、窒化物のＧＳＭＢＥでは、ＮＨ３が窒素を層に供給するガスとして使用され、ｐ型のドーピング源としてＣｐ２Ｍｇが使用される。この方法の詳細は、例えば“Ｓ．Ｅ．ホッパー、Ｍ．カウアー、Ｖ．ボスキート、Ｋ．ジョンソン、Ｊ．Ｍ．バーンズ、Ｊ．ヘフェルナン著，エレクトロニクス・レターズ  第４０巻，２００４年１月８日”に示されている。
【０００７】
したがって、積層される層中の窒素源としてアンモニアを使用することは、両方法に共通した特徴である。アンモニアは、加熱された基板表面において分解される際に、大量の水素を放出する。放出された水素は成長した結晶中に取り込まれ、層品質を低下させるおそれがある。例えば、水素は、Ｈ−Ｍｇ結合の形成によってマグネシウム・アクセプタを拘束するので、ｐ型の電気伝導を活性化するために、成長工程後に特別の熱処理が必要となる。このことは、前述したＳ．ナカムラ及びＧ．ファソルの著書で示されている。ＧＳＭＢＥ法の立案者は、ｐ型の電気伝導を実現するために、成長工程後に層の熱活性化を行う必要はないと主張している。しかしながら、ＧＳＭＢＥによって生産されたレーザーダイオードが粗悪であることの要因は、量子井戸付近で表面から遠く離れた層中のＭｇの活性化が困難であることに起因すると思われる。一般的に、次の点に注意することは有用である。つまり、ＮＨ３を伴って成長した層中の高濃度の水素は、ＭＯＶＰＥ及びＧＳＭＢＥで成長した層の品質を低下させ、特質を変化させるおそれがある。このことは、ＩｎＧａＮ量子井戸の安定性のような特性に悪影響を与え、または、閾値電流密度を上昇させる。
【０００８】
エピタキシャル成長技術においては、反応性窒素を用いたＭＢＥ（ＲＮ−ＭＢＥ）と呼ばれる分子線エピタキシー法も知られている。この方法では、化学的に活発な窒素原子または分子が使用される。ＲＮ−ＭＢＥの一形態に、プラズマ支援ＭＢＥ（ＰＡＭＢＥ）がある。ＰＡＭＢＥでは、噴散セルからＧａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇのような原子が蒸発することによって供給され、層が構成される。ここで、供給される各元素のフラックスは、噴散セル温度と関係している。ＰＡＭＢＥにおける活性窒素は、プラズマ装置によって、励起分子及び原子のビーム状となって供給される。プラズマ装置は、窒素分子を励起（または、分離）させる装置であり、これによって、ガリウム、インジウム、アルミニウム及びこれらの混合物の窒化物を生成することが可能となる。例えば、この装置は、高周波（ＲＦプラズマ源）またはサイクロトロン共鳴効果（ＥＣＲプラズマ源）によって窒素分子を励起する。
【発明の開示】
【０００９】
本発明に係るレーザーダイオードは結晶基板を含み、その上に、一組のｎ型層、一組の光活性層、及び一組のｐ型層が順次結晶成長によって積層される。上記一組のｎ型層は、バッファ層、ボトムｎ型クラッド層（bottom n-type cladding layer）及びボトムｎ型導波路層（bottom n-type waveguide layer）を少なくとも含んでいる。上記一組のｐ型層は、電子障壁層（ＥＢＬ）を含むアッパーｐ型導波路層（upper p-type waveguide layer）、アッパーｐ型クラッド層（upper p-type cladding layer）及びｐ型コンタクト層を少なくとも含んでいる。この構造において、上記電子障壁層はマグネシウムをドープした混合物ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（ただし、１≧ｘ（インジウム含有量）＞０．００１、１≧ｙ（アルミニウム含有量）≧０）を含む。
【００１０】
このレーザーダイオードの一態様において、上記電子障壁層の水素濃度は５×１０17ｃｍ-3よりも低い。
【００１１】
このレーザーダイオードの他の態様において、上記アッパーｐ型クラッド層は、マグネシウムをドープした一組の層を含み、この層には、少なくとも１つの層におけるインジウム含有量が０．００１よりも大きく、また、上記アッパーｐ型クラッド層の水素濃度は５×１０17ｃｍ-3よりも低い。
【００１２】
このレーザーダイオードの他の態様において、上記アッパーｐ型クラッド層は、一組のマグネシウムをドープした層を含み、そのすべての層のインジウム含有量が０．００１よりも大きい。
【００１３】
このレーザーダイオードのさらに他の態様において、上記アッパーｐ型クラッド層の水素濃度は５×１０17ｃｍ-3よりも低い。
【００１４】
本発明に係るレーザーダイオードの結晶基板は、転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＨＶＰＥ基板、または、転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＥＬＯＧ基板である。
【００１５】
本発明に係るレーザーダイオードの他の態様において、上記結晶基板の転位密度は１０5ｃｍ-2よりも低い。
【００１６】
このレーザーダイオードのさらに他の態様において、上記結晶基板は高圧法によって生成された基板であって、転位密度が１０3ｃｍ-2よりも低い。
【００１７】
本発明に係る方法は、一組のｎ型層、一組の光活性層及び一組のｐ型層を結晶基板上に順次エピタキシャル積層することに基づいている。上記一組のｎ型層は、バッファ層、ボトムｎ型クラッド層及びボトムｎ型導波路層を少なくとも含んでいる。上記一組のｐ型層は、電子障壁層（ＥＢＬ）を含むアッパーｐ型導波路層、アッパーｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層を少なくとも含んでいる。本発明に係る上記アッパーｐ型導波路層及びアッパーｐ型クラッド層を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させる。
【００１８】
本発明に係る方法の一態様では、上記電子障壁層を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させる。
【００１９】
この方法の他の態様では、上記アッパーｐ型クラッド層を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させる。
【００２０】
この方法の他の態様では、上記ボトムｎ型クラッド層を、インジウムが存在する状態においてＰＡＭＢＥによって成長させる。
【００２１】
本発明に係る方法において、転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＨＶＰＥ基板、転位密度が１０8ｃｍ-2よりも低いＥＬＯＧ基板、転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低い結晶基板、または高圧法によって生成された転位密度が１０3ｃｍ-2よりも低い基板が、エピタキシャル積層に用いられる上記結晶基板として使用され得る。
【００２２】
本発明において、窒化物のエピタキシャル成長は水素が存在しない状態で行われる。これにより、ｐ型電気伝導性の十分な制御が可能となり、量子井戸の効率が改善され、さらにレーザー発振閾値電流を減少させることができる。また、成長中にインジウムが存在することによって、Ａｌ及びＩｎの含有量の全範囲におけるステップ流原子エピタキシー（step flow atomic epitaxy）は、理想的に平坦な層の成長を可能にする。これにより、遠紫外から近赤外までの広範囲において発光するレーザーダイオードの設計が可能となる。なお、上記レーザーダイオードの発光範囲は、主にＡｌＮ及びＩｎＮのエネルギーギャップによって制限される。プラズマ源は、窒素分子を励起（または、分離）させる装置であり、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ及びこれらの混合物の成長を可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［発明の実施形態］
半導体レーザーダイオードの典型的な構造を図１に示す。一組のｎ型層（２、３、４）、一組の光活性層５、及び一組のｐ型層（６、７、８）は、結晶基板１（例えば、バルクＧａＮ）上に順次結晶成長によって積層される。一組のｎ型層は、バッファ層２、ボトムｎ型クラッド層３及びボトムｎ型導波路層４を少なくとも含んでいる。一組のｐ型層は、アッパーｐ型導波路層６、アッパーｐ型クラッド層７及びｐ型コンタクト層８を少なくとも含んでいる。アッパーｐ型導波路層６は、図面に示されていない電子障壁層をも含んでいる。
【００２４】
このレーザーダイオード構造を利用した、本発明に係るレーザーダイオードの多くの実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００２５】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が５つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなる、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００２６】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低い結晶基板１を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれ（crystal disorientation）の程度に依存した幅である。配向ずれ１°は、原子ステップ幅１４．３ｎｍに相当する。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用結晶基板の取り付けは、いわゆる「重力固定（gravity mounting）」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばねを備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続いて行われるレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【００２７】
［工程ｂ）バッファ層２の成長］
各層のエピタキシャル成長のために、化学的に活性な窒素原子源及び窒素分子源を備えた分子線エピタキシー装置（反応性窒素ＭＢＥ）が使用される。特に、プラズマ支援ＭＢＥ法は、ＲＮ  ＭＢＥの実施形態の１つである。この技術では、噴散セルからＧａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇのような原子が蒸発し、層が形成される（ここで、衝突原子のフラックスは、噴散セルの温度に依存する)。一方、窒素は、プラズマ源装置から生じる励起分子または／及び窒素原子のフラックスから供給される。例えば、ラジオ周波数（ＲＦ）マイクロ波を用いて窒素原子を含む分子を励起する装置（ＲＦプラズマ源）、またはサイクロトロン共鳴効果を用いて窒素原子を含む分子を励起する装置（ＥＣＲプラズマ源）が使用可能である。実施例１では、ＲＦプラズマ源装置（Ｖｅｅｃｏ製Ｕｎｉｂｕｌｂ  ＥＰＩ−ＲＦＳ−４５０−Ｇ−Ｎ）を使用した。
【００２８】
（５×１０-10ｔｏｒｒよりも良好な真空条件で、）成長チャンバー中において、結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｇａ噴散セル（Ｖｅｅｃｏ製噴散セル  ＶＧ−３００−ＳＵＭＯ−Ｌ）を１０１０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セル（オクスフォード機器製噴散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を１１８０℃に加熱する。図７、８及び９に、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌフラックス（イオン電流１ｍＡを使用して、Ｖａｒｉａｎ製のモニター・イオン計で測定）と、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ噴散セル温度の関係を示す。次に、高純度窒素（不純物濃度が１ｐｐｂよりも低い）の流量を、１ｓｃｃｍに設定する。窒素流量は、マスフロー・コントローラーによって制御される。その後、ＲＦプラズマ源（Ｖｅｅｃｏ製Ｕｎｉｂｕｌｂ  ＥＰＩ−ＲＦＳ−４５０−Ｇ−Ｎ）の出力を、２４０Ｗに切り替える。Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開いた後に、Ｓｉがドープされた０．１μｍのＧａＮを成長させる。Ｓｉのドーピング量（成長後、ＳＩＭＳで測定）は、５×１０18ｃｍ-3である。その後、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００２９】
［工程ｃ）ボトムｎ型クラッド層３の成長］
（５×１０-10ｔｏｒｒよりも良好な真空条件で、）成長チャンバー中において、結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｎプラズマ源の動作パラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを１００７℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、さらにＡｌ噴散セル（Ｖｅｅｃｏ製  ＶＧ−３００−ＳＵＭＯ−Ａｌ−Ｌ）を１０２５℃に加熱した後に、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを開く。その後、１００分間で、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．５μｍのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎを成長させる。Ｓｉの濃度は、ＳＩＭＳで測定される（図９参照）。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００３０】
［工程ｄ）ボトムｎ型導波路層４の成長］
層２及び３が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを１００７℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開いた後、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．１μｍのＧａＮを成長させる。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。それから、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を８９０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、結晶基板１を６２０℃に加熱し、次に、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを６分間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた３０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。その後、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００３１】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
半導体レーザーダイオードの構造において、光学的に活性な量子井戸の数量は１から２０の間で変えることができる。工程（Ａ）及び（Ｂ）に記載の処理が、Ｎ−１回繰り返される。ここで、Ｎは量子井戸の数量である。
【００３２】
例えば、５つの量子井戸を有するレーザーダイオードにおいて、工程（Ａ）及び（Ｂ）に記載の処理は４回繰り返される。
【００３３】
［工程（Ａ）］
層２、３及び４が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３６秒間開き、３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００３４】
［工程（Ｂ）］
層２、３及び４が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００３５】
工程（Ａ）及び（Ｂ）を４回繰り返した後、結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３６秒間開き、３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。次に、結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１２秒間開き、１ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００３６】
［工程ｆ）アッパーｐ型導波路層６の成長］
層２、３、４及び５が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９５８℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０４５℃に加熱し、Ｍｇ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇが７×１０19ｃｍ-3の濃度でドープされた２０ｎｍのＩｎ0.02Ａｌ0.16Ｇａ0.82Ｎを成長させる。これは、電子障壁層である。ＳＩＭＳで測定された電子障壁層中の水素の量は、１×１０17ｃｍ-3よりも低かった。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１４分間開き、Ｍｇが７×１０19ｃｍ-3の濃度でドープされた７０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。Ｍｇの濃度は、ＳＩＭＳで測定される（図１０参照）。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００３７】
［工程ｇ）アッパーｐ型クラッド層７の成長］
層２、３、４、５及び６が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９５８℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０４５℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３０秒間開き、Ｍｇが７×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた２．５ｎｍのＩｎ0.02Ａｌ0.16Ｇａ0.82Ｎを成長させる。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。それから、結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３０秒間開き、Ｍｇがドープされた２．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。上記処理を８０回繰り返す。
【００３８】
［工程ｈ）ｐ型コンタクト層８の成長］
層２〜７が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇがドープされた２０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じ、層２〜８が積層された結晶基板１を３０℃まで冷却し、ＭＢＥ装置から取り出す。図３に、半導体レーザーダイオードのスペクトル特性を示す。レーザーダイオードの各層は、実施例１に係る方法で成長させたものである。０．３ｍｍ×０．１ｍｍ×０．５ｍｍの寸法を有する、測定を行ったレーザーダイオードは、１５μｍ×５００μｍのリッジ導波路活性領域を備え、標準的な現像処理によって作成された。また、レーザーミラーは、へき開によって形成された。図４に、電圧−電流特性、及び光強度の電流依存性を示す。
【実施例２】
【００３９】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が５つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、ｐ型コンタクト層８に改良を施した、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００４０】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２〜７の成長は、実施例１の工程ａ）〜ｇ）と同様に行う。
【００４１】
［工程ｈ）］
層２〜７が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇがドープされた２０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じ、Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３６秒間開き、Ｍｇがドープされた３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じ、層２〜８が積層された結晶基板１を３０℃まで冷却し、ＭＢＥ装置から取り出す。
【実施例３】
【００４２】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、光活性領域５が２つのＧａ源を用いて形成される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００４３】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２〜４の成長は、実施例１の工程ａ）〜ｄ）と同様に行う。
【００４４】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
２つの量子井戸（半導体レーザーダイオードにおいて、量子井戸の数量は１から２０の間で変えることができる）を成長させるために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、追加Ｇａ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード  −図６に、このセルに関し、Ｇａフラックスと温度との関係を示す）を９６９℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３６秒間開き、３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。それから、Ｓｉ及び追加Ｇａ墳散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを閉じ、３６秒間で、３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。それから、追加Ｇａ噴散セルのシャッターを１２秒間開き、１ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。そして、Ｇａ、Ｉｎ及び追加Ｇａ墳散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００４５】
層６、７及び８の成長は、実施例１の工程ｆ）〜ｈ）と同様に行う。
【実施例４】
【００４６】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、光活性領域５が２つのＧａ源を用いて形成され、電子障壁層が最後の量子井戸の後に配置される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００４７】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２、３及び４の成長は、実施例１の工程ａ）〜ｄ）と同様に行う。
【００４８】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
本実施例では、２つの量子井戸を成長させるために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、追加Ｇａ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード  −図６に、このセルに関し、Ｇａフラックスと温度との関係を示す）を９６９℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３６秒間開き、３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。それから、Ｓｉ及び追加Ｇａ墳散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及び追加Ｇａ墳散セルのシャッターを閉じ、３６秒間で、３ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００４９】
層６、７及び８の成長は、実施例１の工程ｆ）〜ｈ）と同様に行う。
【実施例５】
【００５０】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、光活性領域５が２つのＧａ源を用いて形成される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造。電子障壁層は、最後の量子井戸の後に配置され、アッパーｐ型クラッド層は、マグネシウムがドープされたＩｎＡｌＧａＮ層を含む”
【００５１】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２〜６の成長は、実施例４の工程ａ）〜ｆ）と同様に行う。
【００５２】
［工程ｇ）アッパーｐ型クラッド層７の成長］
層２〜６が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６２℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０２５℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを７０分間開き、Ｍｇが７×１０19ｃｍ-3の濃度でドープされた０．３５μｍのＩｎ0.02Ａｌ0.08Ｇａ0.9Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。層８の成長は、実施例１の工程ｈ）と同様に行う。
【実施例６】
【００５３】
“発光波長が５００ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなる、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００５４】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２、３及び４の成長は、実施例１の工程ａ）〜ｄ）と同様に行う。
【００５５】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
本実施例では、２つの量子井戸を成長させるために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６００℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、追加Ｇａ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を９７５℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２４秒間開き、２ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。それから、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを閉じ、２４秒間で、２ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。層６、７及び８の成長は、実施例１の工程ｆ）〜ｈ）と同様に行う。
【実施例７】
【００５６】
“発光波長が４６０ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなる、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００５７】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２、３及び４の成長は、実施例１の工程ａ）〜ｄ）と同様に行う。
【００５８】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
本実施例では、２つの量子井戸を成長するために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６０５℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９４２℃に加熱し、追加Ｇａ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を９７５℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２４秒間開き、２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎを成長させる。それから、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを閉じ、２４秒間で、２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。層６、７及び８の成長は、実施例１の工程ｆ）〜ｈ）と同様に行う。
【実施例８】
【００５９】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、転位密度が１０7ｃｍ-2よりも低いＨＶＰＥ基板上に結晶成長によって積層される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００６０】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、サファイア上にＨＶＰＥで結晶成長によって積層され、転位密度が１０7ｃｍ-2よりも低いＧａＮ基板を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【実施例９】
【００６１】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、転位密度が１０6ｃｍ-2よりも低い独立ＨＶＰＥ基板（free standing HVPE substrate）上に結晶成長によって積層される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００６２】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、ＨＶＰＥで結晶成長によって積層され、転位密度が１０6ｃｍ-2よりも低い、厚さ２００μｍのＧａＮ基板（ＨＶＰＥ基板から除く）を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンによって覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【実施例１０】
【００６３】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低い独立ＨＶＰＥ基板上に結晶成長によって積層される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００６４】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、ＨＶＰＥで結晶成長によって積層され、転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低い、厚さ２００μｍのＧａＮ基板（ＨＶＰＥ基板から除く）を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【実施例１１】
【００６５】
“発光波長が４０３ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、無極性の配向独立ＨＶＰＥ基板（nonpolar oriented free standing HVPE）上に結晶成長によって積層される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００６６】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る、（１１２０）軸に垂直な面上での成長を行うべく、ＨＶＰＥで結晶成長によって積層され、転位密度が１０5ｃｍ-2よりも低い厚さ２ｍｍのＧａＮ基板（ＨＶＰＥ基板から除く）を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【実施例１２】
【００６７】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、転位密度が１０7ｃｍ-2よりも低いＥＬＯＧ基板上に結晶成長によって積層される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００６８】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、ＭＯＶＰＥで結晶成長によって積層され、転位密度が１０7ｃｍ-2よりも低いＧａＮ  ＥＬＯＧ基板を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【実施例１３】
【００６９】
“発光波長が５００ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、転位密度が１０3ｃｍ-2よりも低い、高圧法で成長したＧａＮ結晶基板上に結晶成長によって積層される、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００７０】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、高圧法で結晶成長によって積層され、転位密度が１０7ｃｍ-2よりも低いＧａＮ基板を準備する。高圧法については、例えば、論文“Ｉ．グルツェゴリー著，Ｊ．フィジクス：コンデンス  マター１４，１１０５５，２００２年”に記載されている。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。層２、３及び４の成長は、実施例１の工程ａ）〜ｄ）と同様に行う。
【００７１】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
本実施例では、２つの量子井戸を成長させるために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６００℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、追加Ｇａ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を９７５℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２４秒間開き、２ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。それから、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及び追加Ｇａ噴散セルのシャッターを閉じ、２４秒間で、２ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。そして、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００７２】
層６、７及び８の成長は、実施例１の工程ｆ）〜ｈ）と同様に行う。
【実施例１４】
【００７３】
“発光波長が９５０ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなる、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００７４】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２の成長は、実施例１１の工程ａ）及びｂ）と同様に行う。
【００７５】
［工程ｃ）ボトムｎ型クラッド層３の成長］
成長チャンバー中において、バッファ層２が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを１０１０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。その後、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１００分間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．５μｍのＧａＮを成長させる。Ｓｉの濃度は、ＳＩＭＳで測定される。その後、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００７６】
［工程ｄ）ボトムｎ型導波路層４の成長］
層２及び３が積層された結晶基板１を６００℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、追加Ｇａ噴散セルを９７５℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｉｎ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開いた後、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．１μｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。Ｓｉの濃度は、ＳＩＭＳで測定される。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００７７】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
２つの量子井戸を成長させるために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６００℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｉｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１８秒間開き、１．５ｎｍのＩｎＮを成長させる。それから、Ｓｉ及びＧａ噴散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及びＧａ噴散セルのシャッターを閉じ、１８秒間で、１．５ｎｍのＩｎＮを成長させる。それから、Ｇａ及びＩｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００７８】
［工程ｆ）アッパーｐ型導波路層６の成長］
層２、３、４及び５が積層された結晶基板１を６００℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱し、Ｍｇ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇが７×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた２０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.82Ｎを成長させる。これは、電子障壁層である。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１４分間開き、Ｍｇがドープされた７０ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００７９】
［工程ｇ）アッパーｐ型クラッド層７の成長］
層２、３、４、５及び６が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを８０分間開き、Ｍｇがドープされた０．４μｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８０】
［工程ｈ）ｐ型コンタクト層８の成長］
層２〜７が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇがドープされた２０ｎｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じ、層２〜８が積層された結晶基板１を３０℃まで冷却し、ＭＢＥ装置から取り出す。
【実施例１５】
【００８１】
“発光波長が２６０ｎｍで、光活性領域５が２つのＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸からなる、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００８２】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、ＡｌＮ基板を準備する。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。配向ずれ１°は、原子ステップ幅１４．３ｎｍに相当する。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（本実施例に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。
【００８３】
［工程ｂ）バッファ層２の成長］
（５×１０-10ｔｏｒｒよりも良好な真空条件で、）成長チャンバー中において、結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９７２℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１３８℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。次に、高純度窒素（不純物濃度が１ｐｐｂよりも低い）の流量を、１ｓｃｃｍに設定する。窒素流量は、マスフロー・コントローラーによって制御される。その後、ＲＦプラズマ源（Ｖｅｅｃｏ製Ｕｎｉｂｕｌｂ  ＥＰＩ−ＲＦＳ−４５０−Ｇ−Ｎ）の出力を、２４０Ｗに切り替える。Ａｌ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開いた後に、Ｓｉがドープされた０．１μｍのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ｎを成長させる。Ｓｉのドーピング量は、５×１０18ｃｍ-3である。その後、Ａｌ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８４】
［工程ｃ）ボトムｎ型クラッド層３の成長］
（５×１０-10ｔｏｒｒよりも良好な真空条件で、）成長チャンバー中において、バッファ層２が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９７２℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１３８℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。次に、高純度窒素（不純物濃度が１ｐｐｂよりも低い）の流量を、１ｓｃｃｍに設定する。窒素流量は、マスフロー・コントローラーによって制御される。その後、ＲＦプラズマ源（Ｖｅｅｃｏ製Ｕｎｉｂｕｌｂ  ＥＰＩ−ＲＦＳ−４５０−Ｇ−Ｎ）の出力を、２４０Ｗに切り替える。それから、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを開ける。その後、８０分間で、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．４μｍのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８５】
［工程ｄ）ボトムｎ型導波路層４の成長］
層２及び３が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９５８℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１２２℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。それから、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを開ける。その後、２０分間で、Ｓｉがドープされた０．１μｍのＡｌ0.95Ｇａ0.05Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８６】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
層２〜４が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを９９１℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１００℃に加熱する。その後、Ｇａ及びＡｌ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２４秒間開き、２ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎを成長させる。その後、Ｇａ及びＡｌ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。そして、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを８４秒間開き、７ｎｍのＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８７】
その後、Ｇａ噴散セルを９９１℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１００℃に加熱する。そして、Ｇａ及びＡｌ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２４秒間開き、２ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎを成長させる。それから、Ｇａ及びＡｌ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８８】
［工程ｆ）アッパーｐ型導波路層６の成長］
層２〜５が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１３８℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇがドープされた２０ｎｍのＩｎ0.05Ａｌ0.95Ｎを成長させる。これは、電子障壁層である。ＳＩＭＳで測定された電子障壁層中の水素の量は、１×１０17ｃｍ-3よりも低かった。その後、Ａｌ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。Ｇａ噴散セルを９１０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１２２℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。そして、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１４分間開き、Ｍｇがドープされた７０ｎｍのＩｎ0.02Ａｌ0.7Ｇａ0.28Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００８９】
［工程ｇ）アッパーｐ型クラッド層７の成長］
層２〜６が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１３８℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを８０分間開き、Ｍｇがドープされた０．４μｍのＩｎ0.05Ａｌ0.95Ｎを成長させる。その後、Ａｌ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００９０】
［工程ｈ）ｐ型コンタクト層８の成長］
層２〜７が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４０分間開き、Ｍｇがドープされた０．２μｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じ、層２〜８が積層された結晶基板１を３０℃まで冷却し、ＭＢＥ装置から取り出す。
【実施例１６】
【００９１】
“発光波長が４０８ｎｍで、光活性領域５が２つのＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸からなり、２つのＧａ源を用いて形成されるとともに、ボトムｎ型クラッド層が歪補償ＩｎＧａＮ層（strain compensated InGaN layer）を含む、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム及びこれらの混合物を用いた半導体レーザーダイオードの設計及び製造”
【００９２】
［工程ａ）］
結晶基板１の準備、及び層２の成長は、実施例１の工程ａ）及びｂ）と同様に行う。
【００９３】
［工程ｃ）ボトムｎ型クラッド層３の成長］
成長チャンバー中において、バッファ層２が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開け、Ｓｉがドープされた０．１μｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。そして、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。それから、結晶基板１を７１０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを１００７℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０２５℃に加熱した後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを開ける。その後、１２０分間で、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．６μｍのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎを成長させる。Ｓｉの濃度は、ＳＩＭＳで測定される。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【００９４】
層４、５、６、７及び８の成長は、実施例１の工程ｄ）〜ｈ）と同様に行う。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】半導体レーザーダイオードの層構造を概略的に示した図である。
【図２】モリブデンばねを使用して、成長用結晶基板を取り付ける方法、及びサンプルホルダーを示す図である。
【図３】ＰＡＭＢＥによって製造された半導体レーザーダイオードのエネルギースペクトル（上）、及びレーザー発振閾値電流密度（下）を示す図である。
【図４】ＰＡＭＢＥによって製造された半導体レーザーダイオードの光強度、及び電圧と電流の関係を示す図である。
【図５】モニター・イオン計で測定したＧａフラックスと、ガリウム噴散セル温度の関係を示す図である。
【図６】モニター・イオン計で測定したＧａフラックスと、追加ガリウム噴散セル温度の関係を示す図である。
【図７】モニター・イオン計で測定したＩｎフラックスと、インジウム噴散セル温度の関係を示す図である。
【図８】モニター・イオン計で測定したＡｌフラックスと、アルミニウム噴散セル温度の関係を示す図である。
【図９】ＳＩＭＳで測定したＳｉ濃度と、Ｓｉ噴散セル温度の関係を示す図である。
【図１０】ＳＩＭＳで測定したＭｇ濃度と、Ｍｇ噴散セル温度の関係を示す図である。
【図１】
2008510298.tif 000003
【図２】
2008510298.tif 000004
【図３】
2008510298.tif 000005
【図４】
2008510298.tif 000006
【図５】
2008510298.tif 000007
【図６】
2008510298.tif 000008
【図７】
2008510298.tif 000009
【図８】
2008510298.tif 000010
【図９】
2008510298.tif 000011
【図１０】
2008510298.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月4日(2008.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
［工程ｄ）ボトムｎ型導波路層４の成長］
層２及び３が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを１００７℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開いた後、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．１μｍのＧａＮを成長させる。その後、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。それから、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を８９０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、結晶基板１を６２０℃に加熱し、次に、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを６分間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた３０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。その後、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
［工程（Ｂ）］
層２、３及び４が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。そして、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
［工程ｇ）アッパーｐ型クラッド層７の成長］
層２、３、４、５及び６が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９５８℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０４５℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３０秒間開き、Ｍｇが７×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた２．５ｎｍのＩｎ0.02Ａｌ0.16Ｇａ0.82Ｎを成長させる。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。それから、結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを３０秒間開き、Ｍｇがドープされた２．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。上記処理を８０回繰り返す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
［工程ｇ）アッパーｐ型クラッド層７の成長］
層２〜６が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６２℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０２５℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを７０分間開き、Ｍｇが７×１０19ｃｍ-3の濃度でドープされた０．３５μｍのＩｎ0.02Ａｌ0.08Ｇａ0.9Ｎを成長させる。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。層８の成長は、実施例１の工程ｈ）と同様に行う。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
［工程ａ）結晶基板の準備］
ポーランド国特許第１８０４４８号に記載の方法に係る成長を行うべく、高圧法で結晶成長によって積層され、転位密度が１０3ｃｍ-2よりも低いＧａＮ基板を準備する。高圧法については、例えば、論文“Ｉ．グルツェゴリー著，Ｊ．フィジクス：コンデンス  マター１４，１１０５５，２００２年”に記載されている。これにより、原子ステップで覆われた結晶表面が得られる。原子ステップは、結晶配向ずれの程度に依存した幅である。次に、結晶基板１の裏面を１μｍのモリブデンで覆う。モリブデン層によって、ＭＢＥ成長中における結晶基板１の均一な加熱が可能となる。ＭＢＥ成長用の結晶基板１の取り付けは、いわゆる「重力固定」である。この取り付けは、結晶基板１を特殊ばね９上に引っ掛けて、その次に、当該結晶基板１をサファイアプレート１０で覆うことによって行われる。モリブデン・リテーニングリング１１によって、この取り付けの機械的安定性が確保される。ばね９を備えたシステムは、ＭＢＥヒーターから幾分離れて配置される。結晶基板１の加熱は、ヒーターからの輻射熱の吸収によって実現される（輻射エネルギーは、赤外領域で最大となる）。このような方法で準備された結晶基板１を、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置に装填する。そして、４５０℃で２４時間の脱ガス工程、及びこれに続く６００℃で３０分間の脱ガス行程で、脱ガスを行う。１×１０-10ｔｏｒｒを下回る真空度に達した後、結晶基板１を成長チャンバーに搬送する。これに続くレーザーダイオード成長の工程（実施例１に記載の工程ｂ）から工程ｈ））は、ＶＧ−９０オクスフォード機器製ＭＢＥ装置の成長チャンバー内で行われる。層２、３及び４の成長は、実施例１の工程ｂ）〜ｄ）と同様に行う。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
［工程ｄ）ボトムｎ型導波路層４の成長］
層２及び３が積層された結晶基板１を６００℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｉｎ、Ｇａ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開いた後、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．１μｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。Ｓｉの濃度は、ＳＩＭＳで測定される。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
２つの量子井戸を成長させるために、下記の処理を行う。層２、３及び４が積層された結晶基板１を６００℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｉｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１８秒間開き、１．５ｎｍのＩｎＮを成長させる。それから、Ｓｉ及びＧａ噴散セルのシャッターを８４秒間開き、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた７ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。そして、Ｓｉ及びＧａ噴散セルのシャッターを閉じ、１８秒間で、１．５ｎｍのＩｎＮを成長させる。それから、Ｉｎ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
［工程ｆ）アッパーｐ型導波路層６の成長］
層２、３、４及び５が積層された結晶基板１を６００℃に加熱し、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱し、Ｍｇ噴散セル（オクスフォード機器製墳散セル  ＶＧ−４０ｃｃ／ＫＭ−２８スタンダード）を４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇが７×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた２０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎを成長させる。これは、電子障壁層である。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。Ｇａ噴散セルを９３４℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを９００℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１４分間開き、Ｍｇがドープされた７０ｎｍのＩｎ0.46Ｇａ0.54Ｎを成長させる。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
［工程ｅ）一組の光活性層５の成長］
層２〜４が積層された結晶基板１を７１０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを９９１℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１００℃に加熱する。その後、Ｇａ及びＡｌ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２４秒間開き、２ｎｍのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎを成長させる。その後、Ｇａ及びＡｌ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。そして、Ｇａ噴散セルを９７０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを８４秒間開き、Ｓｉがドープされた７ｎｍのＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎを成長させる。それから、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
［工程ｆ）アッパーｐ型導波路層６の成長］
層２〜５が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１３８℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ａｌ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを４分間開き、Ｍｇがドープされた２０ｎｍのＩｎ0.05Ａｌ0.95Ｎを成長させる。これは、電子障壁層である。ＳＩＭＳで測定された電子障壁層中の水素の量は、１×１０17ｃｍ-3よりも低かった。その後、Ａｌ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。Ｇａ噴散セルを９１０℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１１２２℃に加熱し、Ｍｇ噴散セルを４２０℃に加熱する。そして、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを１４分間開き、Ｍｇがドープされた７０ｎｍのＩｎ0.02Ａｌ0.7Ｇａ0.28Ｎを成長させる。その後、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｇ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
［工程ｃ）ボトムｎ型クラッド層３の成長］
成長チャンバー中において、バッファ層２が積層された結晶基板１を６２０℃に加熱する。Ｇａ噴散セルを９６３℃に加熱し、Ｉｎ噴散セルを８９０℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱する。Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。その後、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを２０分間開け、Ｓｉがドープされた０．１μｍのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎを成長させる。そして、Ｇａ、Ｉｎ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。それから、結晶基板１を７１０℃に加熱し、Ｎプラズマ源のパラメーターを、実施例１の工程ｂ）と同様に設定する。Ｇａ噴散セルを１００７℃に加熱し、Ｓｉ噴散セルを１１８０℃に加熱し、Ａｌ噴散セルを１０２５℃に加熱した後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを開ける。その後、１２０分間で、Ｓｉが５×１０18ｃｍ-3の濃度でドープされた０．６μｍのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎを成長させる。Ｓｉの濃度は、ＳＩＭＳで測定される。その後、Ｇａ、Ａｌ及びＳｉ噴散セルのシャッター、及びＮプラズマ源のシャッターを閉じる。
【国際調査報告】
2008510298.tif 000013
2008510298.tif 000014
2008510298.tif 000015
2008510298.tif 000016