(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を有する１つまたは複数の量子井戸と、
前記１つまたは複数の量子井戸層を結合するＩｎＧａＰ（Ａｓ）を有する２つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間の界面に堆積されたＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を含有した遷移層の１つまたは複数の単層とからなり、
前記遷移層のＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方と前記量子井戸バリアおよび量子井戸のうちの少なくとも一方との相互拡散の結果として、前記１つまたは複数の遷移層の単層を有さない前記量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移層の単層が生じる、
垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）。
【請求項２】
Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙを有する１つまたは複数の量子井戸と、
前記１つまたは複数の量子井戸層を結合するＩｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）を有する２つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する１つまたは複数の遷移層の単層とをさらに備え、
ｘは０．７５〜０．５０の範囲にあり、
ｙは０．６〜１の範囲にあり、
ｚは０．６〜０．９９の範囲にある、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項３】
Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓを有する１つまたは複数の量子井戸と、
Ｉｎ１−ｘＧａｘＰを有する１つまたは複数の量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＡｓＰを有する１つまたは複数の遷移層の単層とをさらに備える、請求項２に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項４】
Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓを有する１つまたは複数の量子井戸層と、
Ｉｎ１−ｘＧａｘＰを有する１つまたは複数の量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＡｓを有する１つまたは複数の遷移層の単層とをさらに備える、請求項２に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項５】
前記量子井戸バリアと量子井戸との間に遷移層の１つまたは複数の単層を備えており、前記遷移層の１つまたは複数の単層が、ＧａＰから形成される、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項６】
前記量子井戸バリアが少なくとも微量のＡｌを含有する、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項７】
前記量子井戸バリア層の外部に１つまたは複数の電気的封止層を含む、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項８】
前記１つまたは複数の電気的封止層がＡｌＩｎＧａＰおよびＡｌＧａＡｓのうちの少なくとも一方を含有する、請求項７に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項９】
注入領域を備えた少なくとも１つの電気的封止層が、炭素がドープされたＡｌＧａＡｓを、ｐ型注入層にＡｌＩｎＧａＰを変調ドープするのに十分な量だけ含有する、請求項７に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１０】
前記遷移層の１つまたは複数の単層が、前記量子井戸と量子井戸バリアとの間における低ギャップの界面層の形成を阻害するために十分である、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１１】
前記量子井戸バリアが前記量子井戸バリアの中へのキャリア波動関数の消滅を阻害するように構成されており、前記消滅の阻害が前記量子井戸遷移層を有さないＶＣＳＥＬと比較される、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の遷移層の単層が活性領域の差動利得を増加させるように構成されており、差動利得の前記増加が前記１つまたは複数の遷移層の単層を有さないＶＣＳＥＬと比較される、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の量子井戸バリア層と前記量子井戸バリア層を結合する第１の導通領域と第２の導通領域との少なくとも一方との間に酸化物層を備えている、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の量子井戸と、
前記１つまたは複数の量子井戸のそれぞれを結合する前記２つまたはそれよりも多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積された前記１つまたは複数の遷移層の単層と、
を有する結晶構造を成長させるために分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いる工程からなる、請求項１に記載のＶＣＳＥＬを準備する方法。
【請求項１５】
前記量子井戸バリアと量子井戸との間に前記１つまたは複数の遷移層の単層を形成する工程を含み、
前記１つまたは複数の遷移層の単層が、ＧａＰ、ＧａＡｓ、またはＧａＡｓＰの１つまたは複数の堆積された単一層から形成されたＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰを備えており、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方と前記量子井戸バリアおよび量
子井戸のうちの少なくとも一方との相互拡散の結果として、前記１つまたは複数の遷移層の単層を有さない前記量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移層の単層が生じる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記量子井戸バリアの外部に１つまたは複数の電気的封止層を形成する工程を含み、前記１つまたは複数の電気的封止層がＡｌＩｎＧａＰおよびＡｌＧａＡｓのうちの少なくとも一方を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
注入領域を備えた少なくとも１つの電気的封止層が、炭素がドープされたＡｌＧａＡｓを、ｐ型注入層にＡｌＩｎＧａＰを変調ドープするのに十分な量だけ含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１８】
垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を準備する方法であって、ＭＢＥを用いて、
１つまたは複数の屈折率を有する複数の第１のミラー層を有する第１のミラー領域をＧａＡｓ基板上に成長させる工程と、
前記第１のミラー領域上に第１の導通領域を成長させる工程と、
前記第１の導通領域上の前記第１のミラー領域とは反対側に活性領域を成長させる工程であって、前記活性領域を成長させる工程が、
（ａ）ＩｎＧａＰ（Ａｓ）を有する量子井戸バリアを成長させるプロセス、
（ｂ）ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する遷移層を成長させるプロセス、
（ｃ）ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を有する量子井戸層を成長させるプロセス、
（ｄ）ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する別の遷移層を成長させるプロセス、
（ｅ）（ａ）から（ｄ）までのプロセスを複数のサイクルにわたり反復するプロセス、および
（ｆ）ＩｎＧａＰ（Ａｓ）を有する量子井戸バリアを成長させるプロセス
を含む工程と、
前記活性領域上の前記第１の導通領域とは反対側に第２の導通領域を成長させる工程と、
１つまたは複数の屈折率を有する複数の第２のミラー層を有する第２のミラー領域を、前記第２の導通領域上に成長させる工程と、
からなり、前記遷移層のＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方と前記量子井戸バリアおよび量子井戸のうちの少なくとも一方との相互拡散の結果として、前記１つまたは複数の遷移層の単層を有さない前記量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移層の単層が生じる、方法。
【請求項１９】
第１の材料で準備された量子井戸バリアと、
第２の材料で準備された量子井戸と、
前記量子井戸バリアと量子井戸との間の各界面に設けられた１つまたは複数の遷移層の単層と、
からなり、前記１つまたは複数の遷移層の単層は、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方と前記量子井戸バリアおよび量子井戸のうちの少なくとも一方との相互拡散の結果として、前記１つまたは複数の遷移層の単層を有さない前記量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素およびＶ族元素のうちの少なくとも一方の相互拡散の結果と
して生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移層の単層が生じるように選択された、第３の材料で形成されている、垂直キャビィティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）。
【請求項２０】
Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙを有する１つまたは複数の量子井戸と、
前記１つまたは複数の量子井戸層を結合するＩｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）を有する２つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、
それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する１つまたは複数の遷移層の単層とをさらに備え、
ｘは０．７５から０．５０までの範囲にあり、
ｙは０．６から１までの範囲にあり、
ｚは０．６から０．９９までの範囲にある、請求項１９に記載のＶＣＳＥＬ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分解が減少したインジウムＩｎＧａＰバリア層を有するＩｎＧａＡｓ（Ｐ）量子井戸を備えたレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは、データ伝送のための多くの現代の通信コンポーネントにおいて、一般的に用いられている。より一般的になっている使用の１つとして、データ・ネットワークにおけるレーザの使用がある。レーザは、ネットワーク上でデジタル・データを送信する多くの光ファイバ通信システムで用いられる。１つの例示的な構成では、レーザは、デジタル・データによって変調されて光信号を生じうるが、これには、光の周期とバイナリ・データ・ストリームを表す暗出力とが含まれる。実際には、レーザは、バイナリ・ハイを表す高い光出力と、バイナリ・ローを表すパワーがより低い光出力とを出力する。迅速な反応時間を得るために、レーザは常にオンであるが、高い光出力からそれよりも低い光出力に変動する。
【０００３】
光ネットワークは、銅線ベースのネットワークなど他のタイプのネットワークよりも優れた様々な長所を有する。例えば、多くの既存の銅線ネットワークは、可能であるほぼ最大のデータ伝送速度で、かつ、銅線技術にとって可能であるほぼ最大の距離で動作する。他方で、多くの既存の光ネットワークは、データ伝送速度と距離の両者に関して、銅線ネットワークにとって可能である最大値を超える。すなわち、光ネットワークは、銅線ネットワークを用いた場合に可能であるよりも、より高速で、より長距離にわたり、データを信頼できる態様で伝送することができる。
【０００４】
光データ伝送において用いられるレーザの１つのタイプとして、垂直キャビィティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）がある。その名称が含意するように、ＶＣＳＥＬは、２つのミラー・スタックの間に挟まれこれら２つのミラー・スタックによって画定されるレーザ・キャビィティを有している。ＶＣＳＥＬは、典型的には、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの半導体ウエハ上に構築される。ＶＣＳＥＬは、半導体ウエハ上に構築されたボトム・ミラーを含む。典型的には、ボトム・ミラーは、高い屈折率の層と低い屈折率の層との多数を交代して含む。ある屈折率の層から別の屈折率の層へ光が通過すると、光の一部が反射される。十分な数の交代する層を用いることによって、高いパーセンテージの光を、ミラーによって反射させることができる。
【０００５】
多数の量子井戸を含む活性領域が、ボトム・ミラー上に形成される。活性領域は、ボトム・ミラーとトップ・ミラーとの間に挟まれたＰＮ接合を形成するが、これらは、反対の導電型を有する（例えば、ｐ型ミラーとｎ型ミラー）。なお、トップおよびボトム・ミラーの概念は、どちらかといえば任意でありうる。いくつかの構成では、光は、ＶＣＳＥＬのウエハ側から抽出することができるが、その場合には、「トップ」ミラーは全体として反射性すなわち不透明である。しかし、本発明の目的では、「トップ」ミラーとは、物理的な構造においてそれがどのように配置されているかとは無関係に、光がそこから抽出されるミラーを意味する。正孔および電子という形式のキャリアは、ＰＮ接合が電流によって順バイアスされると、量子井戸の中へ注入される。十分に高いバイアス電流では、注入される少数キャリアが、光学利得を生じる反転分布を量子井戸において形成する。光学利得は、活性領域における光子が電子を刺激して伝導帯における正孔と再結合して価電子帯に至り追加的な光子を生じるときに、発生する。光学利得が２つのミラーの全損失を超えると、レーザ発振が生じる。
【０００６】
活性領域はまた、活性領域の近傍のトップおよび／またはボトム・ミラーにおいて形成される１つまたは複数の酸化物層を用いて形成される酸化物アパーチャを含みうる。この酸化物アパーチャは、光学キャビィティを形成することと、形成されるキャビィティの中央領域を通過するようにバイアス電流を方向付けることの両方の機能をする。あるいは、イオン注入、パターニングの後のエピタキシャル再成長、または他のリソグラフィック・パターニングなど、他の手段を用いてこれらの機能を実行することも可能である。
【０００７】
トップ・ミラーは、活性領域上に形成される。トップ・ミラーは、高い屈折率とそれよりも低い屈折率との間で交代する多数の層を一般的に備えているという点で、ボトム・ミラーと類似する。一般に、トップ・ミラーは、交代する高い屈折率の層と低い屈折率の層とのより少数のミラー周期を有することにより、ＶＣＳＥＬのトップからの光の放出を向上させる。
【０００８】
例示的に述べると、レーザは、電流がＰＮ接合を流れてキャリアを活性領域の中へ注入するときに、機能する。注入されたキャリアが伝導帯から量子井戸の中の価電子帯へ再結合することの結果として、ミラーによって画定されるレーザ・キャビィティで移動を開始する光子が生じる。ミラーは、光子を前後に反射する。キャビィティによってサポートされる波長における量子井戸状態の間で反転分布を生じさせるのにバイアス電流が十分であるときに、量子井戸において光学利得が生じる。光学利得がキャビィティ損失と等しいときには、レーザ発振が生じ、レーザはスレッショルド・バイアスにあると称され、光干渉光子がＶＣＳＥＬのトップから放出されるにつれて、ＶＣＳＥＬはレーザ光を生じ始める。
【０００９】
本明細書において特許請求されている主題は、どのような短所でも解決する実施形態、または、上述したような環境においてのみ動作する実施形態に限定されない。そうではなくて、この背景は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態が実現されうるある１つの例示的な技術を説明するために提供されているにすぎない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＶＣＳＥＬの活性領域の組成がレーザの機能を決定しうると判断された。特に、量子井戸と量子井戸を包囲するバリア層との組成が注意深く準備されない場合には、量子井戸の元素がバリア層の中に相互拡散してバリア層の元素と再結合する可能性があり、かつ、バリア層の元素が量子井戸の中へ相互拡散して量子井戸の元素と再結合する可能性がある。そのような相互拡散と相互結合は、結果的に、レーザにとってエネルギー的に好ましくない領域を量子井戸とバリア層との間に生じさせる可能性がある。したがって、元素のそのような相互拡散と相互結合とを回避するように活性領域を設計することが、効果的でありうる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、ＩｎＧａＡｓを有する１つまたは複数の量子井戸と、１つまたは複数の量子井戸層を結合するＩｎＧａＰを有する２つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する１つまたは複数の遷移層の単層と、を含みうる。
【００１２】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙを有する１つまたは複数の量子井戸と、１つまたは複数の量子井戸層を結合するＩｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）を有する２つまたはそれより多くの量子井戸バリアと、それぞれの量子井戸層と量子井戸
バリアとの間に堆積されたＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する１つまたは複数の遷移層の単層と、を有しうる。ここで、ｘは量子井戸バリアにおけるＧａの百分率を表し、０．７７から約０．６５までの範囲にあり、ｙは量子井戸におけるＡｓの百分率を表し、０．９から約０．９５までの範囲にあり、ｚは量子井戸におけるＧａの百分率を表し、０．７から０．９９までの範囲にある。１態様では、ｘは０．７５から０．５までの範囲にあり、ｙは０．７から１までの範囲にあり、ｚは０．７から０．９９までの範囲にある。
【００１３】
１実施形態では、１つまたは複数の量子井戸はＩｎ１−ｚＧａｚＡｓを有し、１つまたは複数の量子井戸バリアはＩｎ１−ｘＧａｘＰを有し、１つまたは複数の遷移単一層はそれぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＡｓＰまたはＧａＰを有する。１つのオプションでは、１つまたは複数の遷移単一層が、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間に堆積されたＧａＡｓを有する。１態様では、１つまたは複数の遷移単一層が、ＧａＡｓＰまたはＧａＰまたはＧａＡｓから形成されることが可能であり、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じるのである。
【００１４】
１実施形態では、１つまたは複数の遷移単一層は、ＧａＰまたはＧａＡｓまたはＧａＡｓＰの１つまたは複数の堆積された単一層から形成されたＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰを含むことがあり、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じる。
【００１５】
１実施形態では、量子井戸バリアは、量子井戸バリアの中へのキャリア波動関数の消滅を阻害するように構成されうる。この消滅の阻害は、量子井戸遷移単一層を有していないＶＣＳＥＬと比較される。
【００１６】
１実施形態では、遷移単一層は、活性領域の差動利得を増加させるように構成されている。差動利得の増加は、１つまたは複数の遷移単一層を有していないＶＣＳＥＬと比較される。
【００１７】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、１つまたは複数の量子井戸バリア層と、その量子井戸バリア層を結合する第１の導通領域と第２の導通領域との少なくとも一方との間に酸化物層を含むことがありうる。そして、この酸化物層は、キャパシタンスを減少させるように構成された複酸化物であるか、または、１つまたは複数の量子井戸と関連するミラー領域とに関する第１の消失点にある。
【００１８】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬを準備する方法が、１つまたは複数の量子井戸と、１つまたは複数の量子井戸のそれぞれを結合する２つまたはそれよりも多くの量子井戸バリアと、それぞれの量子井戸層と量子井戸バリアとの間に堆積された１つまたは複数の遷移単一層と、を有する結晶構造を成長させるために、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）を用いる工程を含むことがありうる。
【００１９】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬを準備する方法が、ＭＢＥを用いて、量子井戸バリアと量子井戸との間に１つまたは複数の遷移単一層を形成する工程を含む場合がありうる。この
１つまたは複数の遷移単一層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰの１つまたは複数の配置された単一層から形成されたＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰを含む場合があり、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じる。
【００２０】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬを準備する方法は、ＧａＡｓ基板を成長させる工程と、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第１のミラー層を有する第１のミラー領域をＧａＡｓ基板上に成長させる工程と、第１のミラー領域上に第１の導通領域を成長させる工程と、第１の導通領域上の第１のミラー領域とは反対側に活性領域を成長させる工程であって、活性領域の成長が、（ａ）Ｉｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）を有する量子井戸バリアを成長させるプロセス、（ｂ）ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する遷移層を成長させるプロセス、（ｃ）Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙを有する量子井戸層を成長させるプロセス、（ｄ）ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、またはＧａＡｓのうちの１つまたは複数を有する別の遷移層を成長させるプロセス、（ｅ）（ａ）から（ｄ）までのプロセスを複数のサイクルにわたり反復するプロセス、および（ｆ）Ｉｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）を有する量子井戸バリアを活性領域の最後の遷移層上で成長させるプロセス、を含む工程と、活性領域上の第１の導通領域とは反対側に第２の導通領域を成長させる工程と、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第２のミラー層を有する第２のミラー領域を、第２の導通領域上に成長させる工程と、のためにＭＢＥを用いることができる。
【００２１】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、第１の材料で準備された量子井戸バリアと、第２の材料で準備された量子井戸と、量子井戸バリアと量子井戸との間の１つまたは複数の遷移単一層と、を有しうる。この１つまたは複数の遷移単一層は、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じるように選択された、第３の材料で形成することが可能である。
【００２２】
本開示の他の特徴に加え、以上のおよび以下の情報は、添付の図面と共に以下の説明と添付の特許請求の範囲とを考察することにより、より完全に明らかになるはずである。これらの図面は本開示によるいくつかの実施形態を示すだけであり、したがって、その範囲を限定するものと考えられるべきではないことを理解していただいた上で、本開示が、添付の図面の使用を通じ、追加的な特定事項と詳細とを用いて説明される。
【００２３】
なお、以下の図面は、すべて、本明細書において説明される実施形態の少なくとも１つに従って配列されており、この配列は、当業者であれば、本明細書で提供される開示に従って修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＶＣＳＥＬの動作環境の実施形態の概略図。
【図２】ＶＣＳＥＬの多層半導体の動作環境の実施形態の概略図。
【図３】Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙを有する組成に対するバイノーダルな等温線を示すグラフ。
【図４】ＶＣＳＥＬの半導体層の実施形態の概略図。
【図５Ａ】ＶＣＳＥＬの活性領域の実施形態の概略図。
【図５Ｂ】ＶＣＳＥＬの活性領域の他の実施形態の概略図。
【図５Ｃ】ＶＣＳＥＬの活性領域の他の実施形態の概略図。
【図６】ＶＣＳＥＬの活性領域の実施形態の概略図。
【図７】ＶＣＳＥＬの活性領域の実施形態の概略図。
【図８】ＶＣＳＥＬを製造する方法の実施形態の流れ図。
【図９】ＶＣＳＥＬを製造する方法の実施形態の流れ図。
【図１０】ＶＣＳＥＬを製造する方法の実施形態の流れ図。
【図１１Ａ】ＶＣＳＥＬの実施形態のバンド・エッジ（ｅＶ）を縦軸に、波動関数の成長方向を横軸に取ったグラフ。
【図１１Ｂ】ＶＣＳＥＬの実施形態のバンド・エッジ（ｅＶ）を縦軸に、波動関数の成長方向を横軸に取ったグラフ。
【図１２Ａ】ＶＣＳＥＬの実施形態の状態の密度を図解するグラフ。
【図１２Ｂ】ＶＣＳＥＬの実施形態の状態の密度を図解するグラフ。
【図１２Ｃ】ＶＣＳＥＬの実施形態の状態の密度を図解するグラフ。
【図１３Ａ】ＶＣＳＥＬの実施形態の波長利得を図解するグラフ。
【図１３Ｂ】ＶＣＳＥＬの実施形態の波長利得を図解するグラフ。
【図１３Ｃ】ＶＣＳＥＬの実施形態の波長利得を図解するグラフ。
【図１４】ＶＣＳＥＬの正孔フェルミ準位を図解するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の詳細な説明では、詳細な説明の一部を形成する添付の図面を参照する。図面においては、類似の記号は、典型的には、そうでないことを文脈が指示していない限り、類似のコンポーネントを識別する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載されている説明のための実施形態は、限定を意図していない。本明細書で提示されている主題の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることが可能であり、他の変更を行うことができる。本明細書で一般的に説明され図面に図解されている本開示の諸態様は、非常に様々な異なる構成で、配列され、置き換えられ、組み合わされ、分離され、そして設計されることが可能であり、それらはすべてが本明細書で明示的に考察されている、ということは容易に理解できるはずである。
【００２６】
本発明の半導体デバイスは、任意のタイプの半導体から製造が可能である。適切な材料の例には、ＩＩＩ−Ｖ族の材料（例えば、１つまたは複数のＩＩＩ族の半導体材料（ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）およびウンウントリウム（Ｕｕｔ））と、１つまたは複数のＶ族の材料（窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）およびウンウンペンチウム（Ｕｕｐ）（未認定））とから準備される）と、オプションとして、いくつかのタイプのＩＶ族の材料が含まれる。
【００２７】
半導体デバイスは、１つまたは複数の量子井戸と１つまたは複数の量子井戸バリアとを有する活性領域を含みうる。量子井戸と量子井戸バリアとは、それらの間にある１つまたは複数の遷移層によって分離されうる。遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面に配置されていることから、界面層とも称されることがある。電気的封止層は、活性領域を挟み、キャリアを活性領域に封止することによって、光学利得効率を提供する。封止層は、多くのＩＩＩ−Ｖ族化合物の場合には高アルミニウム含有量（例えば、ＩＩＩ族の材料に対して、７０％から１００％のＡｌ）に変換される高エネルギー・バンド・ギャップの領域を有しうる。アルミニウム含有量は、活性領域の量子井戸バリアにおけるバンド・ギャップと比べて比較的広いバンド・ギャップを材料に与えるように選択することが可能である。この広いバンド・ギャップを有する材料は、封止層に優れたキャリア封止を与えることができ、活性領域の効率を向上させることが可能になる。例示的な実施形態では、高アルミニウムの領域は、ドーピングについても増加を含みうる。封止層は、封止バリアが活性領域のｎ側にあるのかｐ側にあるのかに応じて、ｐ型またはｎ型のドーパントを
用いてドープすることができる。
【００２８】
この量子井戸には、ＩｎＧａＰの量子井戸バリアを備えたＩｎＧａＡｓＰ量子井戸であって、量子井戸とバリアとの間にＧａＰ、ＧａＡｓ、またはＧａＡｓＰの遷移層を有するものが含まれうる。図３は、本発明によるＶＣＳＥＬにおいて用いることが可能な量子井戸、量子井戸バリア、および遷移層の組成を図解するグラフを含む。この図では、遷移層は、示されているように、面積の内部の画定された領域において任意の組成を有することができ、１つの例では、量子井戸から量子井戸バリアまでの組成変化の傾斜または勾配を含みうる。
【００２９】
本発明の目的では、ＩｎＧａＰにおける、またはＩｎおよびＧａを有する他のシステムにおける、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の含有量とは、ＩｎＧａにおけるＩｎまたはＧａの百分率という分数を意味する。また、ＩｎＧａＡｓＰシステムにおける、またはＡｓおよびＰを有する他のシステムにおける、ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）の含有量とは、ＡｓＰにおけるＡｓまたはＰの百分率という分数を意味する。元素記号の中でＡｓまたはＰが（例えば、（Ａｓ）または（Ｐ）のように）カッコの中に示されているときは、その元素が低量または微量で存在していることを示す。低量とは、５％未満または１％未満でありうる。
【００３０】
１実施形態では、活性領域は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＰの量子井戸バリア層を含みうる。ここで、ｘは、量子井戸バリアにおけるＧａのＩＩＩ族モル分率を表し、約０．７５から約０．５０、または約０．７２から約０．６０、または約０．７１から約０．６５、または約０．７０という範囲を取りうる。また、１−ｘは、量子井戸バリアにおけるＩｎのＩＩＩ族モル分率を表し、約０．２５から約０．６０、または約０．２７から約０．５０、または約０．２８から約０．４０、または約０．３２という範囲を取りうる。１つの例では、ＩｎＧａＰの量子井戸バリアは、約０．３２から０．３５のＩｎ、または、３２から５５％のＩｎを有しうる。ここでの使用法では、モル分率とは用いられている百分率を表し、モル分率に１００を乗算すると百分率が得られる。
【００３１】
１実施形態では、活性領域は、Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓの量子井戸を含みうる。ここで、ｚは量子井戸におけるＧａの百分率を表し、約０．７から約０．９９、または約０．７から約０．９８、または約０．７から約０．９、または約０．８という範囲を取りうる。そして、１−ｚは量子井戸におけるＩｎの百分率を表し、約０．３から約０．０１、または約０．３から約０．０２、または約０．３から約０．１、または約０．５という範囲を取りうる。
【００３２】
１実施形態では、Ｉｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙの量子井戸を含みうる。ここで、ｚは量子井戸におけるＧａのＩＩＩ族モル分率を表し、約０．７から約０．９９、または約０．７から約０．９８、または約０．７から約０．９、または約０．８という範囲を取りうる。そして、ｙは量子井戸におけるＡｓのＶ族モル分率を表し、約０．６から約１、または約０．６から０．９８、または約０．８から約０．９５という範囲を取りうる。
【００３３】
１実施形態では、活性領域は、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間のＧａＰ遷移層を含みうる。１態様では、ＧａＰの遷移層はＩｎを有しない。別の態様では、この遷移層はＡｓを有しないことがありうる。別の態様では、遷移層は純粋なＧａＰでありうる。
【００３４】
１実施形態では、活性領域は、ＧａＰを有していてＩｎもしくはＡｓの一方が欠けている、またはＩｎが欠けている、またはＡｓが欠けている、またはＩｎおよびＡｓが欠けている中間的材料を用いた遷移層を含みうる。例えば、この遷移層は、ＧａＡｓＰもしくは
ＧａＡｓ、または、ＧａＡｓＰおよびＧａＡｓでありうる。遷移層のためには、ＧａＡｓｗＰ１−ｗにおけるｗの範囲は、０から約１まで、または約０．２５から約０．７５まで、または約０．４から約０．６まで、または約０．５でありうる。
【００３５】
ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の界面における分解は、ＡｓとＩｎとが対になりＧａとＰとが対になるように生じうるから、ＩｎＡｓに近い材料を有する界面が作成され、それによって、界面におけるバンド・ギャップが劇的に減少することが発見された。界面においてＩｎとＡｓの両方を有しない材料は、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）を有する量子井戸とＩｎＧａＰを有する量子井戸バリアとの間の遷移層として、理想的である。この遷移層がＧａＰの１つまたは複数の単一層を含みうることにより、ＡｓとＩｎとの対形成が阻害されうる。その理由は、Ｇａは既にＰと対になっていて、遷移単一層にはＩｎが存在しないからである。あるいは、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の井戸よりもバンド・ギャップが広いＧａＰにもとづく中間的材料、およびＩｎまたはＡｓのいずれか一方が欠けている中間的材料を、遷移単一層として用いることが可能である。また、ＧａＡｓＰを有している、またはＧａＡｓさえも有している遷移単一層は、合理的である。
【００３６】
１実施形態では、活性領域には１つまたは複数のＩｎＧａＰ（Ａｓ）バリア層が含まれうる。この１つまたは複数のＩｎＧａＰ（Ａｓ）バリア層は、それぞれが、低量またはゼロのＡｓと、ＩＩＩ族の構成要素では約２５％から約５０％のＩｎとを有しており、最適には、ＩＩＩ族の構成要素では約３０％を有する。活性領域は、１つまたは複数のＩｎＧａＡｓの量子井戸を含みうる。ここで、井戸におけるＩｎの百分率は、約１２％などのように、より低くなりうる。更に、井戸は、Ａｓが多いことがありうる。また、井戸は、Ｐの分量を低くすることができる。
【００３７】
量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面に遷移層が存在しない場合には、混和的ではなく混和的な組成物に分解する中間的な組成物が存在しうる。この分解により、低バンド・ギャップの材料と高バンド・ギャップの材料との混合に加えて、三次元的な成長と粗い界面とが生じる。ＩｎＧａＡｓＰには大きなミシビリティ・ギャップが存在し、ミシビリティ・ギャップの外では成分への分解が生じることは、広く知られている。ストリングフェローによる文献（Ｓｔｒｉｎｇｆｅｌｌｏｗ；Ｉｍｍｉｓｃｉｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  Ｓｐｉｎｏｄａｌ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  ＩＩＩ／Ｖ  ａｌｌｏｙｓ；Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ；６５（１９８３）４５４−４６２）から複製された図３には、この現象の図が示されている。この文献は、本願明細書に援用する。ほぼ円形である領域の内部では、材料は、この円形領域の外部の材料の中に分離する傾向にある。量子井戸と量子井戸バリアとの間の中間的な組成物が、この図面に示されている。これらの組成物はミシビリティ・ギャップと重なり合い、結果的に、量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面において、ＡｓとＩｎとの対形成と低バンド・ギャップの材料の形成とが生じるが、これは望ましくない。更に、ＧａとＰとの対形成が生じる傾向があるが、それによりＩｎとＡｓとが関連しミシビリティ・ギャップの外に材料を形成することが可能になるので、これもまた望ましくない。また、この分離により界面が粗くなる傾向がある。というのは、それが材料の実際の移動であるからである。これらの組成物は、図３に示されているような範囲を有しうる。
【００３８】
ＧａＰ、ＧａＡｓ、またはＧａＡｓＰの多くの組成物など、量子井戸の材料と量子井戸バリアの材料の両方と混和的である中間的組成物を有する遷移層において遷移材料を用いることにより、ミシビリティ・ギャップが回避される。遷移層は、他の元素を含みながらも本明細書で説明されている改善点を依然として提供することが可能でありうる。例えば、遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとの間の相互拡散と相互反応とを回避するために、説明されている材料のうちの１、２、３、４、５、または９もしくは１０までの単一層を含むことがありうる。
【００３９】
１実施形態では、半導体材料のバリア層、遷移層、および量子井戸というシーケンスを、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法によって準備することができる。ＩｎＧａＰとＩｎＧａＡｓ（Ｐ）との界面は、その界面において元素が相互に作用し関連する態様に起因して、製造が非常に困難でありうる。Ｖ族元素は互いに相互拡散するため、Ｖ族の元素のすべてと相互作用するＩＩＩ族の材料のすべてを有する領域が存在することになり、これは、エネルギーの点で好ましくない。Ａｓは次の層の中にキャリーオーバを生じる可能性があるので、特に層がＭＯＣＶＤ反応器の中で形成されるときには、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）に関してメモリ効果を有する。ＩｎとＧａとが場所を交換することにより、ＩｎがＡｓに隣接しＧａがＰに隣接して、相互作用である交換反応を生じさせる可能性がある。これにより低バンド・ギャップの界面層が生じるが、これは、ＶＣＳＥＬ環境では好ましくない。これに加え、量子井戸などのＩｎを含む圧縮層では特に、Ｉｎが界面の表面に分離する可能性がある。これらすべての効果のために、薄いＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの井戸は製造が非常に困難になる。
【００４０】
量子井戸とバリア層との間に前もって準備された遷移層を用いると、Ｖ族元素の相互拡散とＩｎ−Ｇａ交換とを阻害することにより、ＶＣＳＥＬの機能を改善可能であることが発見された。量子井戸と量子井戸バリアとの間の界面は、井戸に隣接する分子格子層の形式のＧａＰ界面層（すなわち、界面単一層）を含みうるので、界面層（例えば遷移層）がバリアと量子井戸との間に存在することになる。ＩｎＧａＰの量子井戸バリアとＩｎＧａＡｓの量子井戸層との界面におけるＧａＰ層は、相互拡散効果を実質的に減少させる。相互拡散は依然として生じうるが、結果的には、ＧａＰ層は、ＧａＰ界面層が設けられていない場合に界面に生じうるよりもはるかに広いギャップであるＩｎＧａＡｓＰ層に変換される。ＧａＡｓＰの界面層を用いることもできる。
【００４１】
ＧａＰ、ＧａＡｓ、またはＧａＡｓＰの１つまたは複数の分子単一層を追加して量子井戸と量子井戸バリアとの界面に遷移層を提供することにより、相互作用による交換反応効果を実質的に減少させることが可能になる。
【００４２】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬの活性領域または半導体層全体を、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法を用いて作成することができる。ＭＢＥの間のより低い成長温度を、量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を有するＶＣＳＥＬ半導体層を準備するのに用いることができる。より低い成長温度は、Ｖ族の材料に対してより小さなメモリ効果を有する反応器だけではなく、相互作用効果を減少させることができる。ＭＢＥはＭＯＣＶＤよりもはるかに優れていることが発見されている。ＭＢＥによるこれらの構造の成長は、摂氏５００度未満で実行することができる。比較すると、ＭＯＣＶＤのための温度は摂氏６００度を超えることがあり、深刻な相互拡散を生じさせ、Ｇａ−Ｉｎ交換反応を促進するような更なる高温になることも多い。更に、ＭＯＣＶＤでは、アルシンとヒ素とが多くの表面に付着し、ＩｎＧａＡｓから直接的にＩｎＧａＰへの急激な遷移を生じさせることが困難になる。ＭＢＥは、ヒ素のメモリ効果を有するが、それは、本質的に、成長しているウエハの表面においてのみである。シャッタが閉じられ、ヒ素の弁が閉じられると、ソースは消失する。このように、量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を備えた活性領域を準備することの長所には、Ｖ族元素の相互拡散を減少させるのに十分な低温でＭＢＥを用いて形成されること、Ｉｎ−Ｇａの交換反応が減少すること、そして、ヒ素のメモリ効果が低いことで急激な遷移がより容易になるために遷移層が迅速に形成されること、が含まれうる。
【００４３】
更に、ＶＣＳＥＬは、ＭＢＥに類似する方法によって準備することが可能である。これには、例えば、ＧＳＭＢＥ（ガスソースＭＢＥ）、ＭＯＭＢＥ（有機金属ＭＢＥ）など、説明されているように量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を生じさせることが可能
な類似のものがある。
【００４４】
ここで、本発明の様々な態様を、ＶＣＳＥＬのコンテキストの中で説明する。しかし、当業者であれば、活性領域を有する他の発光半導体デバイスに本発明の特徴を組み込むことが可能であることを理解するはずである。
【００４５】
図１は、トップ（１２４）のミラーとボトム（１１６）のミラーとに対して周期的な層の対を有する平坦で電流に導かれたＶＣＳＥＬ１００を示している。基板１１４は、ボトム接点１１２の上に形成され、第１の型の不純物（すなわち、ｐ型またはｎ型のドーパント）がドープされている。ボトム・ミラー・スタック１１６が基板１１４上に形成され、ボトム封止層１１８がボトム・スタック１１６上に形成されている。ボトム封止層１１８とトップ封止層１２０とが、活性領域１２２を挟んでいる。上部ミラー・スタック１２４は、トップ封止層１２０の上に形成される。金属層１２６は、スタック１２４の一部の上に接点を形成する。しかし、他のＶＣＳＥＬ構成を用いることも可能であり、様々な他のＶＣＳＥＬ層または層のタイプを用いることが可能である。
【００４６】
分離領域１２８は、活性領域１２２を流れる電流フロー１３０の面積を限定する。領域１２８は、イオン注入および／または酸化によって形成されうる。ＶＣＳＥＬデバイスに関して知られているまたはＶＣＳＥＬデバイスのために開発された他の分離領域を用いることも可能である。
【００４７】
ミラー・スタック１１６（ボトム）および１２４（トップ）は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）スタックであることが可能であり、周期的な層（例えば、１３２および１３４）を含む。周期的な層１３２および１３４は、典型的にはそれぞれＡｌＧａＡｓおよびＡｌＡｓであるが、他のＩＩＩ族およびＶ族の半導体材料で作ることも可能である。ミラー・スタック１１６および１２４はドープされている場合も、または、ドープされていない場合もありうるが、ドーピングは、特定のＶＣＳＥＬ設計に応じてｎ型またはｐ型でありうる。しかし、他のタイプのＶＣＳＥＬミラーを用いることが可能である。
【００４８】
金属接点層１１２および１２６は、ＶＣＳＥＬ１００の適切な電気的バイアスを可能にするオーミック接点でありうる。接点１１２上のものとは異なる接点１２６上の電圧でＶＣＳＥＬ１００が順バイアスされると、活性領域１２２は光１３６を放出し、放出された光はトップ・ミラー・スタック１２４を通過する。当業者であれば、活性領域１２２の両端に電圧を生じさせて光１３６を生じさせるのに、例えば図４に図解されているような他の構成の接点を用いることができることを理解するはずである。
【００４９】
図２は、活性領域１２２と封止層１１８および１２０とを図解している。活性領域１２２は、量子井戸バリア１４０によって分離される１つまたは複数の量子井戸１３８から形成される。図２には特に示されていないが、本発明の進歩には、それぞれの量子井戸１３８と量子井戸バリア１４０との間の遷移層が含まれる。量子井戸１３８と量子井戸バリア１４０との間の線は、遷移層を表している。封止層１１８および１２０は、オプションであるが、アルミニウム含有量の高い領域１４２および１４４をそれぞれ含む場合がある。アルミニウム含有量の高い領域は、活性領域１２２において、よいキャリア封止を提供する。
【００５０】
封止領域１２０は、活性領域１２２と高アルミニウム含有量の領域１４４との間に位置決めされたランプ領域１４６を含みうる。後述するように、高アルミニウム含有量の領域１４４とランプ領域１４６とを組み合わせることにより、良好なキャリア封止と良好な電子注入とを伴う注入構造が提供される。
【００５１】
ＶＣＳＥＬデバイスの設計と高アルミニウム含有量領域１４２および１４４の厚さとに応じて、封止領域１１８および１２０は、オプションとして、スペーサ層１４８および１５０をそれぞれ含むことがありうる。スペーサ層１４８および１５０の厚さは、製造されているＶＣＳＥＬデバイスの種類に依存しうる。ＶＣＳＥＬまたはＶＥＣＳＥＬなどの垂直キャビィティ共振デバイスでは、スペーサ層が、ミラーの間の共振空間を提供し、希望の場合には、活性領域の量子井戸が光学場のピーク上で中央におかれることを規定する。
【００５２】
封止層１１８および１２０と活性領域１２２とは、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＳｉＧｅなど、１つまたは複数のタイプの半導体材料で形成されうる。
【００５３】
１つの例では、下側の電気的封止層はＡｌＩｎＰである。別の例では、上側の電気的封止層はＡｌＩｎＧａＰである。
図４は、ＶＣＳＥＬの実施形態の一部４００の概略図を含む。ＶＣＳＥＬ４００は、結晶基板４２０と、第１のミラー領域４１６と、第１の導通領域４１４と、第１の導通領域４１４と関連する接点４２８と、活性領域４１２と、酸化物層４２２と、第２の導通領域４１０と、第２のミラー領域４１８と、接点４２４と、動作可能なＶＣＳＥＬフォーマットに配列されたレーザ出力アパーチャ４２６と、を含みうる。活性領域４１２を除き、これらのコンポーネントの任意のものは、当該技術分野において標準的なものとして準備可能であるか、または、ＶＣＳＥＬのために開発されることが可能である。
【００５４】
ＶＣＳＥＬ４００に関する以下の説明は例として用いられうるが、当該技術分野において知られている変更を適用することは可能である。結晶基板４２０は、ＧａＡｓでありうる。ＧａＡｓ基板上に位置する第１のミラー領域４１６は、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第１のミラー層を有する場合がある。第１の導通領域４１４は、活性領域４１２に動作可能に結合することができる。接点４２８は、活性領域４１２が電流で充電されると電子のための経路を提供するように、第１の導通領域４１４と関連付けることが可能である。本明細書でより詳細に説明されるように、活性領域４１２は、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層が存在するように、１つまたは複数の量子井戸バリアによって結合された１つまたは複数の量子井戸を含むことがありうる。酸化物層４２２は、二酸化シリコンなど任意の保護のための酸化物でありうるが、保護のための窒化物または炭化物を用いることもできる。第２の導通領域４１０は、活性領域４１２と動作可能に結合することができる。第２のミラー領域４１８は、第２の導通領域の上の活性領域とは反対側に配置することができる。第２のミラー領域は、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第２のミラー層を有する。接点４２４は、活性領域が動作するための電気的導通のための任意のタイプの電気的接点でよい。レーザ出力アパーチャ４２６は、動作可能なＶＣＳＥＬフォーマットに配列することができる。
【００５５】
図５Ａは、ＶＣＳＥＬの活性領域５００ａの少なくとも一部の実施形態の概略的な表現を含む。活性領域５００ａは、第１の量子井戸バリア（ＱＷバリア）５１０と、遷移層５１１と、第１の量子井戸（ＱＷ）５１２と、遷移層５１１と、次いで、第２のＱＷバリア５１４とを直列的に含むように示されている。示されているように、活性領域５００ａは、本発明によるＶＣＳＥＬのための活性領域の最小の単位である。というのは、間に遷移層５１１を有する２つの量子井戸バリア５１０および５１４によって結合された量子井戸５１２はただ１つだけ存在するからである。
【００５６】
図５Ｂは、ＶＣＳＥＬの活性領域５００ｂのある実施形態の概略的な表現を含む。示されているように、活性領域５００ｂは、第１の量子井戸バリア（ＱＷバリア）５１０と、第１の量子井戸（ＱＷ）５１２と、第２のＱＷバリア５１４と、第２のＱＷ５１６と、第
３のＱＷバリア５１８と、第３のＱＷ５２０と、第４のＱＷバリア５２２とを含むことができ、これらのＱＷとＱＷバリアとの間には遷移層５１１が存在する。活性領域５００ｂは、動作可能なＶＣＳＥＬフォーマットに配列されている。
【００５７】
図５Ｃは、ＶＣＳＥＬの活性領域５５０のある実施形態の概略的な表現を含む。活性領域５５０は、第１の量子井戸バリア（ＱＷバリア）５６０と、遷移層５６１と、第１の量子井戸（ＱＷ）５６２と、遷移層５１１と、などを直列的に含むことが示されているが、これは、「Ｎ番目」のＱＷバリア５６４と、遷移層５６１と、「Ｎ番目」のＱＷ５６６と、遷移層５６１と、次いで、「Ｎ＋１番目」のＱＷバリア５５８とまで反復される。ここで、Ｎは、例えば１から２０まで、または、５から１５まで、または、１０から１３まで、または約１２などの任意の適切な数でありうる。この例では、量子井戸と、量子井戸バリアと、遷移層とは、本明細書で説明される材料の任意ものを含む。
【００５８】
図６は、ＶＣＳＥＬの活性領域６００のある実施形態の概略的表現を含む。活性領域６００は、第１のＩｎ１−ｘＧａｘＰの量子井戸バリア（ＱＷバリア）６１０と、ＧａＰの遷移層６６１と、第１のＩｎ１−ｚＧａｚＡｓの量子井戸（ＱＷ）６１２と、ＧａＰの遷移層６１１と、などを直列的に含むことが示されているが、これは、「Ｎ番目」のＩｎ１−ｘＧａｘＰのＱＷバリア６１４と、ＧａＰの遷移層６６１と、「Ｎ番目」のＩｎ１−ｚＧａｚＡｓのＱＷ６１６と、ＧａＰの遷移層６１１と、次いで、「Ｎ＋１番目」のＩｎ１−ｘＧａｘＰのＱＷバリア５５８とまで反復される。ここで、Ｎは、例えば１から２０まで、または、５から１５まで、または、１０から１３まで、または約１２などの任意の適切な数でありうる。
【００５９】
図７は、ＶＣＳＥＬの活性領域７００のある実施形態の概略的表現を含む。活性領域７００は、第１のＩｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）の量子井戸バリア（ＱＷバリア）７１０と、ＧａＡｓｗＰ１−ｗの遷移層７１１と、第１のＩｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙの量子井戸（ＱＷ）７１２と、ＧａＡｓｗＰ１−ｗの遷移層７１１と、などを直列的に含むことが示されているが、これは、「Ｎ番目」のＩｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）のＱＷバリア７１４と、ＧａＡｓｗＰ１−ｗの遷移層７１１と、「Ｎ番目」のＩｎ１−ｚＧａｚＡｓｙＰ１−ｙのＱＷ７１６と、ＧａＡｓｗＰ１−ｗの遷移層７１１と、次いで、「Ｎ＋１番目」のＩｎ１−ｘＧａｘＰ（Ａｓ）のＱＷバリア７１８とまで反復される。ここで、Ｎは、例えば１から２０まで、または、５から１５まで、または、１０から１３まで、または約１２などの任意の適切な数でありうる。
【００６０】
図８は、本明細書で説明されている特徴を備えた活性領域を有するＶＣＳＥＬ製造法の実施形態の方法８００の流れ図である。この方法は、（１）第１の導通領域を成長させる工程（ブロック８１０）と、（２）１つまたは複数の量子井戸層を成長させ（ブロック８２０）、量子井戸層のそれぞれと動作可能な態様で結合されるように１つまたは複数の量子井戸バリアを成長させ（ブロック８３０）、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとの間に１つまたは複数の遷移層を成長させる工程と、を含みうる。遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとが接しているときよりも大きなバンド・ギャップを提供するような組成と厚さとを有するように構成されうる（ブロック８２５）。方法８００は、活性領域上に第２の導通領域を成長させる工程（ブロック８４０）を含みうる。方法８００は、量子井戸を有する活性領域（ブロック８２０）と、量子井戸バリア（ブロック８３０）と、量子井戸と量子井戸バリアとの間の遷移層（ブロック８２５）との成長を包括的に示している。このように、この方法は、量子井戸バリアを形成する工程（ブロック８３０）と、遷移層を形成する工程（ブロック８２５）と、量子井戸を形成する工程（ブロック８２０）と、遷移層を形成する工程（ブロック８２５）と、次いで、量子井戸バリアを形成する工程（ブロック８３０）と、を含みうる。最後の量子井戸バリアが形成された（ブロック８３０）後で、第２の導通領域を形成することができる（ブロック８４０）。
【００６１】
図９は、ＶＣＳＥＬ製造法の実施形態の別の方法９００の流れ図である。この方法は、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第１のミラー層を有する第１のミラー領域を成長させる工程（ブロック９１０）と、次に、第１のミラー領域上に第１の導通領域を成長させる工程（ブロック９２０）とを含みうる。そして、第１の量子井戸バリアが、第１の導通領域上に成長される（ブロック９３０）。次いで、１つまたは複数の遷移単一層が第１の量子井戸バリア上に成長され（ブロック９３５）、その後に、１つまたは複数の遷移単一層上に第１の量子井戸層を成長させる（ブロック９４０）。そして、第１の量子井戸層上に１つまたは複数の遷移単一層を成長させ（ブロック９４５）、その後で、１つまたは複数の遷移単一層上に第２の量子井戸バリアを成長させる（ブロック９５０）。また、方法９００は、最後の量子井戸バリア層上に第２の導通領域を成長させる工程（ブロック９６０）と、次いで、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第２のミラー層を有する第２のミラー領域を成長させる工程（ブロック９７０）とを含みうる。
【００６２】
図１０は、ＶＣＳＥＬ製造法の別の実施形態である方法１００の流れ図である。この方法は、基板を成長させる工程（ブロック１０１０）と、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第１のミラー層を有する第１のミラー領域を成長させる工程（ブロック１０２０）と、第１のミラー領域上に第１の導通領域を成長させる工程（ブロック１０３０）と、（ａ）ＧａＰを有する第１の量子井戸バリアを第１の導通領域上に成長させる工程（ブロック１０４０）と、（ｂ）遷移層を成長させる工程（ブロック１０４５）と、（ｃ）第１の量子井戸層を第１の量子井戸バリア上に成長させる工程（ブロック１０５０）と、（ｄ）遷移層を成長させる工程（ブロック１０５５）と、（ｅ）「Ｎ」回のサイクルなど複数のサイクルにわたり、（ａ）から（ｄ）までの工程を反復して（ブロック１０６０）、「Ｎ＋１」個の量子井戸バリアを成長させる工程（ブロック１０６２）と、を含みうる。第２の導通領域は、活性領域上に成長させることができ（ブロック１０７０）、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第２のミラー層を有する第２のミラー領域は、第２の導通領域上に成長させることができる（ブロック１０８０）。
【００６３】
１実施形態では、活性領域を、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むように構成することが可能である。すなわち、低いＰを有する薄い量子井戸、量子井戸の周囲のＧａＰ量子井戸遷移層、薄いＧａＰ量子井戸遷移層、引っ張り量子井戸バリア、約３２％のＩｎを有するＩｎＧａＰ量子井戸バリア、１０％未満もしくは約１０％のＰを有するまたはオプションとしてＰがゼロであるＩｎＧａＡｓ（Ｐ）井戸、またはＡｌＩｎＧａＰのｐ型注入層を変調ドープするための炭素ドープされたＡｌＧａＡｓ、である。ある層が（Ａｓ）または（Ｐ）を有する化学式で表されているときは、その層において、ＡｓもしくはＰがオプションであること、または、Ｐが微量で存在していることを示している。
【００６４】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、電子または正孔キャリアのいずれか一方に対する基本波動関数の空間的拡がりが、他方のキャリアの８５％またはそれよりも小さくなるように、つまり行列要素が強化されるように、量子井戸と量子井戸バリアとを変調することによって構成することが可能である。これは、ＩｎＧａＰバリアとＩｎＧａＡｓ（Ｐ）井戸とによって、行うことが可能である。また、これは、一方の井戸の物理的サイズを他方の井戸の物理的サイズよりも小さくすることによっても、行うことが可能である。例えば、共通の量子井戸と量子井戸バリアとの境界においてＳｂを用いることにより、電子井戸に対して正孔井戸が広くなる。井戸においてＳｂを補助的に用いることにより、電子井戸がより狭くなり、正孔に対する封止が減少し、正孔に対する波動関数を更にいくらか拡張することが可能になる。空間的な拡がりの百分率に対するキャリアの波動関数は、７０％未満もしくは約７０％、または、５５％未満もしくは約５５％でありうる。
【００６５】
そのような変調は、量子井戸と量子井戸バリアとの間の境界において遷移層を用いるこ
とにより、または、量子井戸およびバリアの材料および寸法に関する賢明な選択により、得ることができる。行列要素の強化は、電子吸収変調器などの光学的相互作用のために量子井戸を用いるすべての半導体レーザとすべてのデバイスとに利益を与えるために考察される。
【００６６】
１実施形態では、ＩｎＧａＰの量子井戸バリアとＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の量子井戸とを、実質的にＡｌフリーにすることが可能である。Ａｌを低下させることにより、Ａｌ化合物の成長に付随する問題に起因する信頼性を向上させることができる。
【００６７】
１実施形態では、量子井戸のいずれの側の量子井戸バリアも、約４０Ａから約１００Ａ、または約４５Ａから約７５Ａ、または約５０Ａから約６０Ａ、または約５５Ａの厚さを有しうる。この相対的な薄さのために、拡散長を減少させ、量子井戸上での少数キャリアの量を増加させることにより、利得飽和が改善される。相対的な薄さは、また、トンネリングによる量子井戸を通過するキャリアの移動を向上させることができる。１実施形態では、量子井戸は、約４０Ａから約１００Ａ、または約４５Ａから約７５Ａ、または約５０Ａから約６０Ａ、または約５５Ａの厚さを有しうる。活性領域を結合している外側の量子井戸バリアは、１００Ａから約１４０Ａ、または約１１０Ａから約１３０Ａ、または約１２０Ａから約１２５Ａ、または約１３０Ａであり、より厚くなる可能性がある。
【００６８】
１実施形態では、量子井戸が実質的にＰを欠くようにすることが可能である。これらの量子井戸におけるＰの減少は、ＶＣＳＥＬの速度を向上させることができる。
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、Ｂｅなしで成長させることができる。そのようなＶＣＳＥＬは、ＡｌＩｎＧａＰの上側の電気的封止層の背後に、ｐ型注入層として約８５〜１００％のＡｌＧａＡｓを含みうる（図１４を参照のこと）。
【００６９】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、キャパシタンスを減少させるための複酸化物層を含みうるが、両方にしかし基本的には第１の酸化物層の上にフレアを備えている。すなわち、図４の酸化物層４２２は、２つの異なる酸化物層で準備することができる。平坦であるように示されているが、酸化物層４２２は任意の形状であることが可能であり、メサ活性領域または同様のものなどの活性領域を包囲する壁の上に配置されうる。また、酸化物層４２２は、活性領域４１２、第２の導通領域４１０、および第２のミラー領域４１８を覆うことがありうる。
【００７０】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、高移動度材料における消失点において重点的なドーピングがなされる実質的に周期的なドーピングを含む。また、ミラーは、必ずしも１／４、１／４にならないように構成することができる。いくつかの場合には、ミラーは、第１の酸化物が第１の消失点となるように、量子井戸または量子井戸バリアに隣接して開始することがありうる。
【００７１】
速度と隣接する波長とを向上させるために、様々な量のＩｎおよびＰが量子井戸に追加される。様々な量のＩｎおよびＰは、速度を向上させるために、量子井戸に追加することが可能である。この結果として、より長い波長に対してエネルギー・レベルが低下することになり、したがって、井戸が狭くなる。結果的に得られる波動関数は、その高い状態密度により、量子井戸バリアの中に貫通することが可能である。これを補償するため、バリアは、最大の伝導帯のバンド・オフセットを提供し、ほとんどのキャリアの封止を提供するように、成長される。バンド・オフセットが不十分である場合には、より狭い井戸を用いることにより、バリアの中へのそれほどの貫通が生じることなく最大のＩｎが許容されることが可能になる。
【００７２】
ＩｎＧａＰは量子井戸バリアとして用いることが可能であるが、その理由は、それが、
他のバリア材料と比較して優れた光学特性を有しているからである。ＩｎＧａＰ量子井戸バリアは、価電子帯におけるよいバンド・オフセットにより、ＧａＡｓ遷移層に格子整合させることが可能であるが、伝導帯では低くなる可能性がありうる。低いバンド・オフセットは、バリア層における引っ張り歪みが生じたＩｎＧａＰを用いることにより改善が可能である。この場合、Ｉｎの組成は約３２％である。これにより、伝導帯と価電子帯の両方において、ほぼ０．３５ｅｖのバンド・オフセットが提供され、ＩｎＧａＰの状態密度は伝導帯に対して低く、価電子帯におけるバリア層の中への波動関数の貫通は低い。
【００７３】
また、ある井戸から別の井戸への活性領域を通過しての移動が少ないことが、深い井戸において生じる場合がある。移動の少なさは、実質的なトンネリングに十分なほどに薄いバリアを有することによって、緩和することが可能である。
【００７４】
これらの原理を用いて設計された量子井戸の例が、図１１Ａおよび１１Ｂにおいて、波動関数のシミュラーゼ（Ｓｉｍｕｌａｓｅ）画像に示されている。表示されているｎ＝１の電子の波動関数は正孔の波動関数よりもはるかにより拡がっていることに注意すべきである。これにより、行列要素の強化が得られる。図１１Ａは、ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの活性領域を示している。図１１Ｂは、４０％のＡｌＧａＡｓ量子井戸バリアを有するＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの活性領域を示している。同じＩｎＧａＡｓの井戸を有する４０％のＡｌＧａＡｓバリア（図１１Ｂ）と比較すると、類似の効果が観察されるが、劣ったバリア材料の中に波動関数が拡張することが異なっており、それによって、バリア材料とその中への拡張とに起因して、量子井戸における状態密度に悪影響が生じる。これは、より深い井戸と組み合わされたＩｎＧａＰにおける正孔の有効質量が、より低いことを示している。正孔の有効質量がより低いとバリアの中への貫通がより大きくなるのであるが、井戸の深さの増大により貫通の減少が補償され、バリアにおける正孔の有効質量が低下することで、全体的な有効質量が、したがって、第１のレベルに対して観察される価電子帯における状態密度が、補償される。伝導帯は類似の状態密度を有し、その場合に、状態密度が低下すると、利得／差動利得が著しく強化される。図１１Ａおよび１１Ｂの活性領域は、両方共に、本発明で用いることが可能である。
【００７５】
量子井戸の深さがより大きくなると、ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの量子井戸に、最高の性能上の効果がもたらされる。ＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓの井戸の利得スペクトルがＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの井戸のものにほぼ整合するように調整されると、（１２％のＩｎと比較して）約７％のＩｎが用いられ、価電子帯の状態密度は、図１２Ａ−１２Ｃの状態密度に示されているようになる（例えば、ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの井戸の１．５ｅ１８から、約２．６ｅ１８／ｃｍ３への劇的な上昇）。図１２Ａは、ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの活性領域を示している。図１２Ｂは、ＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓを示しているが、これは、図１２Ａと同じ寸法とＩｎ含有量とを有する。図１２Ｃは、Ｉｎを利得スペクトルに整合するように減少させているＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓの活性領域を示す。
【００７６】
図１３Ａ〜１３Ｃの利得に示されているように、利得もまた減少され、透明度が上昇する。図１３Ａは、ＩｎＧａＰ−ＩｎＧａＡｓの活性領域を示している。図１３Ｂは、ＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓの活性領域を示しているが、これは、図１３Ａと同じ寸法とＩｎ含有量とを有する。図１３Ｃは、Ｉｎを利得スペクトルに整合するように減少させているＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓを示す。利得または差動利得が減少すると、透明度が上昇する。また、井戸におけるキャリア濃度が上昇すると、結果的に、利得の飽和が増加する。ミラー損失は、デバイスが高い差動利得の領域（例えば、曲線の間の大きな空間）で動作するのに十分なほど低くすることが可能である。
【００７７】
井戸の中への緩和は、狭い活性領域を有することによって強化することができる。井戸の数は１つの井戸（図５Ａ）まで減らすことが可能であるが、処理が不完全であると、ミ
ラーの反射率が高くなり（限度の近づくことにより利得の飽和を回避するため）、光子の寿命がデバイスを減速することがありうる。その代わりに、本明細書で説明されている寸法のように、量子井戸の寸法を最小化することが好ましい。これにより、井戸の間のトンネリングによる移動が促進され、状態がいずれにしても結合されているために、有効な拡散時間が減少する。
【００７８】
図１４には、ＶＣＳＥＬの実施形態の正孔のフェルミ準位のグラフが含まれている。示されているように、ＶＣＳＥＬは、約３３％のＩｎを含み厚さが４０ＡであるＩｎＧａＰバリアを有する。ＩｎＧａＡｓの量子井戸は、約１２．５％のＩｎを含み厚さが４３Ａである。また、このグラフは、活性領域の下にあるＡｌＩｎＰの下位の電気的封止層と、ＡｌＩｎＧａＰの上位の電気的封止層とを示している。最後には、６ｅ１８のドーピングを有するＡｌＧａＡｓの領域が存在する。
【００７９】
表１は、ＶＣＳＥＬの例を提供している。表１では、量子井戸は薄いものとして示されている。また、ＧａＰの遷移層は、量子井戸と量子井戸バリアとからの相互拡散によりＩｎＧａＡｓＰになる場合がありうる。コンピューティング・システムを、表１に示されているように層を積層するコンピュータ実行可能な命令を用いてプログラムすることが可能である。
【００８０】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板上に配置されており１つまたは複数の屈折率を有する複数の第１のミラー層を有する第１のミラー領域と、第１のミラー領域上に配置された第１の導通領域と、第１の導通領域上であり第１のミラー領域とは反対側に配置された活性領域と、を含みうる。活性領域は、１つまたは複数の量子井戸層と、１つまたは複数の量子井戸バリアと、量子井戸層と量子井戸バリアとのそれぞれの間に堆積されたＧａＰを有する１つまたは複数の遷移（例えば、界面）単一層とを含みうる。第２の導通領域は、活性領域上の第１の導通領域とは反対側に配置することができる。第２のミラー領域は、第２の導通領域上の活性領域とは反対側に配置することができ、第２のミラー領域は、１つまたは複数の屈折率を有する複数の第２のミラー層を有しうる。
【００８１】
１実施形態では、それぞれの量子井戸と量子井戸バリアとは、ＧａＰ、ＧａＡｓ、および／またはＧａＡｓＰを有する１つまたは複数の遷移単一層によって分離されうる。
１実施形態では、活性領域は、量子井戸バリアと量子井戸との間に１つまたは複数の遷移単一層を含んでおり、この１つまたは複数の遷移単一層は、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有さない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じるように選択された、第３の材料で形成されている。
【００８２】
１実施形態では、活性領域は、ＩｎＧａＰから準備された量子井戸バリアと、実質的にＰが欠けているＩｎＧａＡｓから準備された量子井戸と、量子井戸バリアと量子井戸との間の１つまたは複数の遷移単一層と、を含みうる。この１つまたは複数の遷移単一層は、ＧａＡｓＰまたはＧａＰまたはＧａＡｓから形成することが可能であり、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じるようになっている。
【００８３】
１実施形態では、量子井戸層は、１つまたは複数の量子井戸バリアと比較すると、より低いＰを有しうる。また、量子井戸バリアは、１つまたは複数の量子井戸層と比較すると、より低いＡｌを有しうる。
【００８４】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬは、活性領域の外に、１つまたは複数の電気的封止層を含みうる。オプションとして、ＶＣＳＥＬは、活性領域を挟む下側の電気的封止層と上側の電気的封止層とを含みうる。これらの電気的封止層は、ＡｌＩｎＧａＰまたはＡｌＧａＡｓを含みうる。
【００８５】
１実施形態では、１つまたは複数の量子井戸は、ＡｌＧａＡｓ−ＩｎＧａＡｓを有する。
１実施形態では、１つまたは複数の量子井戸バリアは、Ａｌを追加的に含むことがありうる。Ａｌは、１つまたは複数の量子井戸バリアの中に微量が存在しうる。Ａｌは、量子井戸バリアの格子構造の内部では無視が可能であるほどの低量だけ、１つまたは複数の量子井戸バリアの中に存在しうる。他方で、量子井戸バリアは、実質的にＡｌを欠いているようにすることが可能である。この場合、量子井戸層および／または量子井戸バリアに存在するＡｌは、１％未満もしくは約１％、０．１％未満もしくは約０．１％、０．０１％未満もしくは約０．０１％、０．００１％未満もしくは約０．００１％、または０．０００１％未満もしくは約０．０００１％である。
【００８６】
１実施形態では、活性領域は、ＡｌＩｎＧａＰから準備された量子井戸バリアと、実質的にＰが欠けているＩｎＧａＡｓＰから準備された量子井戸と、量子井戸バリアと量子井戸との間の１つまたは複数の遷移単一層と、を含みうる。この１つまたは複数の遷移単一層は、ＧａＡｓＰまたはＧａＰから形成されており、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じる。
【００８７】
１実施形態では、この１つまたは複数の遷移単一層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰの１つまたは複数の堆積された遷移単一層から形成されたＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰを含みうるのであって、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じる。
【００８８】
１実施形態では、活性領域は、ＩｎＧａＰから準備された量子井戸バリアと、実質的にＰが欠けているＩｎＧａＡｓから準備された量子井戸と、量子井戸バリアと量子井戸との間の１つまたは複数の遷移単一層と、を含みうる。この１つまたは複数の遷移単一層は、ＧａＰまたはＧａＡｓＰの１つまたは複数の堆積された単一層から形成されたＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＡｓＰを備えており、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有していない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じる。
【００８９】
１実施形態では、活性領域は、引っ張り歪みが生じた量子井戸バリアを含みうる。
１実施形態では、活性領域は、量子井戸バリアと量子井戸との間に、１つまたは複数の遷移単一層を含みうる。この１つまたは複数の遷移単一層は、ＩＩＩ族元素および／また
はＶ族元素と量子井戸バリアおよび／または量子井戸との相互拡散の結果として、１つまたは複数の遷移単一層を有さない量子井戸バリアと量子井戸との間のＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素の相互拡散の結果として生じる低バンド・ギャップ界面と比較すると、より広いバンド・ギャップを有する１つまたは複数の遷移単一層が生じるように選択された、第３の材料から形成することができる。
【００９０】
１実施形態では、第１の導通領域または第２の導通領域とは、注入領域として構成されている。この注入領域は、電子キャリアまたは正孔を１つまたは複数の量子井戸層の中に注入するように構成されている。この注入領域は、ｐ型注入層では、約８５％から約１００％のＡｌＧａＡｓを含みうる。１つのオプションとして、この注入領域は、ＡｌＩｎＧａＰ層に隣接するｐ型注入層にＡｌＧａＡｓを含みうる。あるいは、この注入領域は、ＡｌＩｎＧａＰを含む。更に別のオプションとして、この注入領域は、ｐ型注入層の中にＡｌＩｎＧａＰを変調ドープするのに十分な量などの炭素ドープされたＡｌＧａＡｓを含むことがありうる。
【００９１】
１実施形態では、１つまたは複数の量子井戸境界は、１つまたは複数の量子井戸の１つまたは複数の界面において、１つまたは複数のＧａＰ、ＧａＡｓ、および／またはＧａＡｓＰ界面層を含む。ここで、ＧａＰ、ＧａＡｓ、および／またはＧａＡｓＰ界面層は、低ギャップの遷移層の形成を阻害するのに十分な量が存在する。
【００９２】
１実施形態では、活性領域は、量子井戸層と量子井戸バリアとの間の低ギャップの遷移層を欠いている。
１実施形態では、活性領域は、電子キャリアまたは正孔キャリアに対する基本波動関数の空間的拡がりが、他のキャリアに対する基本波動関数と比較すると、約８５％、７０％、５５％、またはそれよりも小さくなるように、構成されている。ここで、一方のキャリアに対する基本波動関数は、行列要素を強化するように、他方のキャリアの基本波動関数よりも十分に小さい。
【００９３】
１実施形態では、量子井戸のＰ含有量は、２０％、１０％、５％、１％、０．１％未満または約２０％、１０％、５％、１％、０．１％である。別の実施形態では、量子井戸バリアのＡｓ含有量は、２０％、１０％、５％、１％、０．１％未満または約２０％、１０％、５％、１％、０．１％である。
【００９４】
１実施形態では、量子井戸バリアは、活性領域のキャリアを封止するように構成されている。別の実施形態では、量子井戸バリアは、量子井戸バリアの中へのキャリア波動関数の消失を阻害するように構成されている。ここで、消失の阻害は、量子井戸と量子井戸バリアとの間に遷移層を有していないＶＣＳＥＬと比較される。例えば、１つまたは複数の遷移単一層は、活性領域の作動利得を増加させるように構成されているが、ここでの作動利得の増加は、１つまたは複数の遷移単一層を有していないＶＣＳＥＬと比較される。
【００９５】
１実施形態では、ＶＣＳＥＬ半導体は、キャパシタンスを減少させるように構成された複酸化物を含みうる。また、ＶＣＳＥＬは、１つまたは複数の量子井戸と関連するミラー領域とに関する第１の消失点において酸化物層を含みうる。
【００９６】
当業者であれば、本明細書に開示されているこのおよび他の工程および方法に関し、これらの工程および方法で実行される機能は別の順序での実装が可能であると理解するはずである。更に、概観されているステップおよび動作は単なる例示として提供されており、これらのステップおよび動作のいくつかはオプションであり、組み合わされてより少数のステップおよび動作になりうるし、または、開示されている実施形態の本質を損なうことなく、追加的なステップおよび動作に拡張されうる。
【００９７】
本開示は、この出願において説明されている特定の実施形態の観点から限定されることはない。説明されている実施形態は、様々な態様に関する例示であることが意図されている。多くの修正および変更を、その精神および範囲から逸脱することなく行うことができるが、これは、当業者には明らかなことであろう。本明細書で列挙されているものに加え、本開示の範囲に属する機能的に均等な方法および装置が、当業者であれば、以上の説明から明らかになるはずである。そのような修正および変更は、添付の特許請求の範囲に属することが意図されている。本開示は、これらの特許請求の範囲が及ぶ均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲の文言によってのみ限定される。本開示は、もちろん変動する可能性がある、特定の方法、試薬、化合物の構成または生物システムに限定されることはないことを理解すべきである。本明細書で用いられている用語は特定の実施形態を説明するという目的のみを有するのであって、限定する意図はないことも理解されるべきである。
【００９８】
本明細書で説明されている主題は、ときには、異なる他のコンポーネントの内部に含まれる異なるコンポーネントを、または、異なる他のコンポーネントと接続されている異なるコンポーネントを例示している。そのように示されているアーキテクチャは単に例示的なものであり、実際には、同一の機能を達成する多くの他のアーキテクチャを実装することが可能であることを理解すべきである。概念的な意味では、同じ機能を達成するコンポーネントの任意の配列が、所望の機能が達成されるように、効果的に関連付けられている。よって、特定の機能を達成するように本明細書で組み合わされている任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間的なコンポーネントとは関係なく、所望の機能が達成されるように相互に関連付けられていると見なすことが可能である。同様に、そのように関連付けられている任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を達成するように相互に「動作可能な態様で接続されている」または「動作可能な態様で結合されている」ものとして見なすことも可能であり、そのように関連付けられることが可能である任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を達成するために相互に「動作可能な態様で結合可能である」ものとしても見なすことが可能である。動作可能な態様で結合可能な特定の例には、これらに限定されることは意図されていないが、物理的に組み合わせ可能および／または物理的に相互作用をするコンポーネントおよび／またはワイヤレスで相互作用可能および／またはワイヤレスで相互作用をするコンポーネントおよび／または論理的に相互作用をするおよび／または論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれうる。
【００９９】
実質的に任意の本明細書で用いられている複数および／または単数の用語に関し、当業者であれば、コンテキストおよび／または応用例に対して適切であるように、複数形を単数形におよび／または単数形を複数形に変換することが可能である。様々な単数／複数の順列を、明確にするために、本明細書で明示的に提示されうる。
【０１００】
一般的に、本明細書で用いられている用語は、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本文）において用いられている用語は、「開放的な」用語（例えば、「含んでいる」という用語は「含んでいるが限定されない」と解釈されるべきであり、「有する」という用語は「少なくとも有する」と解釈されるべきであり、「含む」という用語は「含むが限定されない」と解釈されるべき、などである）であることが一般的に意図されていることは、当業者に理解されるはずである。導入された請求項の記載に関してある特定の数が意図されている場合には、そのような意図はその請求項において明示的に記載され、そのような記載が存在しなければ、そのような意図は存在しない、ということも、当業者には、理解されるはずである。例えば、理解を助けるために、後述する特許請求の範囲に「少なくとも１つの」および「１つまたは複数の」という請求項での記載を導入する表現が含まれる場合がある。しかし、そのような表現が用いられているからといって、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入された
請求項での記載を含むどのような特定の請求項も、ただ１つのそのような記載を含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではない。これは、同じ請求項が、「１つもしくは複数の」または「少なくとも１つの」という導入表現と「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞とを用いる場合（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つもしくは複数の」）であっても、である。これは、請求項での記載を導入するのに用いられる定冠詞の使用についても同様である。更に、導入される請求項の記載に関して特定の数が明示的に記載されている場合であっても、当業者であれば、そのような記載は、記載されている数を少なくとも意味するものと解釈されるべきであることを理解するはずである（例えば、他の修飾語なしで「２つの記載」というそのままの記載がなされている場合には、少なくとも２つという記載、または、２もしくはそれよりも多くのという記載を意味する）。更に、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」などに類似する慣用表現が用いられている場合には、当業者がその慣用表現を理解するであろう意味での構成が一般的に意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」とは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢの両方、ＡおよびＣの両方、ＢおよびＣの両方、および／または、Ａ、Ｂ、およびＣのすべてを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」などに類似する慣用表現が用いられている場合には、当業者がその慣用表現を理解するであろう意味での構成が一般的に意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」とは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢの両方、ＡおよびＣの両方、ＢおよびＣの両方、および／または、Ａ、Ｂ、およびＣのすべてを有するシステムを含むが、それに限定されない）。２またはそれよりも多くの代替的な用語を提示するほぼどのような離接的な語および／または表現であっても、明細書、特許請求の範囲、または図面のいずれにおいても、それらの用語のうちの１つ、それらの用語のいずれか、または両方の用語を含む可能性を考慮するように理解されるべきであると、当業者には理解されるはずである。例えば、「ＡまたはＢ」という表現は、「Ａ」もしくは「Ｂ」、または、「Ａ」および「Ｂ」という可能性を含むものと理解される。
【０１０１】
更に、開示の特徴または態様がマーカッシュ群の形式で記載されている場合には、そのマーカッシュ群の任意の個々の構成要素または構成要素の部分群としても本開示は記載されるものと当業者であれば理解するはずである。
【０１０２】
当業者によって理解されることであるが、書かれた説明を提供するという観点など、任意のおよびすべての目的のために、本明細書に開示されているすべての範囲は、任意のおよびすべての可能性がある下位の範囲とその下位の範囲の組み合わせとにも及ぶ。任意のリスト化された範囲は、少なくとも等しい２分の１、３分の１、４分の１、５分の１、１０分の１などに分割される同じ範囲を十分に記載し可能にしているものと容易に認識することができる。非限定的な例として、本明細書で論じられているそれぞれの範囲は、下位の３分の１、中間の３分の１および上位の３分の１に容易に分解することが可能である。当業者によって容易に理解されるように、「まで」、「少なくとも」およびそれに類似するものなどすべての表現は、言及されている数を含み、上述したように、後で下位の範囲に分解することが可能である範囲を意味する。最後に、当業者に理解されるように、ある範囲は、それぞれの個別の数を含む。したがって、１〜３のセルを有するグループとは、１、２、または３つの節を有するグループを意味する。同様に、１〜５のセルを有するグループとは、１、２、３、４、および５つの節を有するグループを意味し、以下も同様である。
【０１０３】
【表１】
0005802768.tif 000002
0005802768.tif 000003
0005802768.tif 000004
【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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