(57)【要約】【課題】  （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の連続波半導体レーザダイオードを製造する方法を提供すること。【解決手段】  （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の連続波半導体レーザダイオードを製造する方法は、第１のクラッド領域（４）、第１の光ガイド領域（５）、活性領域（６）、第２の光ガイド領域（７）および第２のクラッド領域（８）を連続して成長させるステップを包含する。第１のクラッド領域（４）、第１の光ガイド領域（５）、活性領域（６）、第２の光ガイド領域（７）および第２のクラッド領域（８）の各々は、分子ビームエピタキシーによって堆積される。【選択図】  図１
2005136418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の半導体発光デバイスを製造する方法であって、
該方法は、基板の上に、第１のクラッド領域、第１の光ガイド領域、活性領域、第２の光ガイド領域および第２のクラッド領域を連続して成長させるステップを包含し、
該方法は、窒素前駆体としてアンモニアを用いる分子ビームエピタキシーによって、該第１のクラッド領域、該第１の光ガイド領域、該活性領域、該第２の光ガイド領域および該第２のクラッド領域の各々を堆積させるステップを包含し、
該基板は、ＧａＮ基板またはＧａＮテンプレート基板であり、
該活性領域を成長させるステップは、インジウムを含む層を成長させるステップを含む、方法。
【請求項２】
前記第１のクラッド領域は、基板の表面の第１の部分の上に成長し、前記方法は、該基板の表面の第２の部分の上に第１の電極を堆積させるステップを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のクラッド領域は、基板の第１の表面の上に成長し、前記方法は、該基板の第２の表面の上に第１の電極を堆積させるステップを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のクラッド領域の上に第２の電極を堆積させるステップを包含する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記デバイスは、半導体レーザダイオードである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記デバイスは、連続波レーザダイオードである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法によって製造された半導体発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスの成長に関し、より詳細には、窒化物材料系（例えば、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系）の半導体発光デバイスの成長に関する。本発明は、例えば、半導体レーザダイオード（ＬＤ）の成長に適用され得る。
【背景技術】
【０００２】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系は、一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ここで、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１）を有する材料を含む。この応用例では、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムのモルの割合がゼロではない（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系のメンバーがＡｌＧａＩｎＮと呼ばれ、アルミニウムのモルの割合がゼロであり、ガリウムおよびインジウムのモルの割合がゼロではないメンバーがＩｎＧａＮと呼ばれ、インジウムのモルの割合がゼロであり、ガリウムおよびアルミニウムのモルの割合がゼロではないメンバーがＡｌＧａＮと呼ばれる、等である。この系で製造されたデバイスはスペクトルの青−紫波長領域の光（およそ３８０ｎｍ〜４５０ｎｍの領域にある波長に対応する）を放出することができるため、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で半導体発光デバイスを製造することに現在非常に関心が高い。
【０００３】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造された半導体発光デバイスは、例えば、非特許文献１によって説明されている。また、それらは、特許文献１で説明されている。特許文献１は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）技術を用いて、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の発光デバイスを製造することを教示する。ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシーまたはＭＯＶＰＥとして公知である）は、一般的に大気圧下であるが、通常約１０ｋＰａと若干減圧した圧力下にある装置において発生する。アンモニア、および、エピタキシャル成長で用いられるべき１つ以上のＩＩＩ族元素を提供する種は、エピタキシャル成長が行われる基板の表面に実質的に並行に提供される。従って、基板表面に隣接し、基板表面の至るとこで浮遊している境界層を形成する。このガスの境界において、窒素、および、エピタキシャル成長される他の元素を形成するために堆積が行われ、気相均衡によってエピタキシャル成長が進む。
【０００４】
別の公知の半導体成長技術は、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）である。ＭＯＣＶＤとは対照的に、ＭＢＥは、高真空環境において実行される。（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系に適用されたＭＢＥの場合、通常、１×１０−３Ｐａの超高真空（ＵＨＶ）環境が用いられる。窒素前駆体は、供給管によってＭＢＥチャンバに供給され、アルミニウム、ガリウムおよび／またはインジウムを提供する種、さらに、適切なドーパント種は、エピタキシャル成長期間内にＭＢＥチャンバ内に供給される種の量を制御する制御可能なシャッターに適応した加熱噴射セル内の適切なソースから供給される。噴射セルからシャッター制御アウトレット、および窒素供給管は、基板の表面に面しており、その面において、エピタキシャル成長が行われる。噴射セルから供給された窒素前駆体およびその種は、ＭＢＥチャンバを通り抜け、基板に達する。その基板では、堆積運動学による様態でエピタキシャル成長が行われる。
【０００５】
（従来技術の認知）
ＭＢＥ成長プロセスは、多くの材料系の成長に首尾良く適用されてきた。例えば、特許文献２は、（例えば、ＣｄＺｎＳｅ活性層を有する）ＩＩ−ＶＩ材料系のレーザデバイスのＭＢＥ成長を開示している。しかし、これまで、ＭＢＥ成長技術を窒素半導体材料の成長に適用することは難しく、ＭＢＥによって成長したＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびｐ型窒化物材料の質は、非特許文献２において報告されているように概して低い。従って、現在では、高品質の窒化物半導体層成長の大部分は、ＭＯＣＶＤプロセスを用いて行われている。そのＭＯＣＶＤプロセスにより、１０００：１を十分に越えるＶ／ＩＩＩの比で成長が起こり得る。Ｖ／ＩＩＩ比は、成長プロセス中のＶ族元素に対するＩＩＩ族元素のモル比である。窒素半導体材料の成長中には高Ｖ／ＩＩＩ比が好ましい。なぜなら、これにより、より高品質の半導体層を生み出すより高温の基板温度を用いることが可能であるからである。
【０００６】
現在、ＭＢＥによって高品質の窒素半導体層を成長させることはＭＯＣＶＤによってこのような層を成長させることよりも難しい。現在、放出波長が青−紫領域のスペクトルにあり、分子ビームエピタキシーを用いて成長する窒素半導体から製造される電子作動半導体レーザダイオードに関する公知の実証および報告はない。成長プロセス中に十分な窒素を供給する際に原理的な難点がある。
【０００７】
特許文献３は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の半導体デバイスの製造を説明している。この文献は、主にＭＯＣＶＤ技術による成長に関し、適切なＭＯＣＶＤ成長条件の詳細な説明を含む。この文献は、ＭＢＥが別の成長方法であってもよいことを示唆しているが、半導体デバイスがＭＢＥプロセスによってどのように成長され得るかに関する詳細を提供していない。
【０００８】
特許文献４、特許文献５および特許文献６は、特許文献３に類似の開示を含んでいる。これらの文献は、ＭＯＣＶＤによる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の半導体デバイス（例えば、特許文献４の自己パルスレーザデバイス）の成長に関する。それらは、半導体デバイスの成長に代わることが可能な別の成長法としてＭＢＥを提示しているが、ＭＢＥプロセスがこのようなデバイスの成長に実際にどのように適用され得るかについての詳細を含んでいない。
【特許文献１】米国特許第５７７７３５０号明細書
【特許文献２】米国特許第５５１３１９９号明細書
【特許文献３】欧州特許第１１８２６９７号明細書
【特許文献４】米国特許第６４５６６４０号明細書
【特許文献５】米国特許第５９７２７３０号明細書
【特許文献６】特願第２０００−０７２６９２号明細書
【非特許文献１】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａら、「Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」Ｖｏｌ．３５，ｐｐＬ７４〜Ｌ７６（１９９６）
【非特許文献２】Ｍ．Ｊｏｈｎｓｏｎら、「Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｐｒｏｃ．」Ｖｏｌ．５３７，Ｇ５．１０．（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらの文献は、ＭＯＣＶＤによる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の半導体デバイス（例えば、特許文献４の自己パルスレーザデバイス）の成長に関する。それらは、半導体デバイスの成長に代わることが可能な別の成長法としてＭＢＥを提示しているが、ＭＢＥプロセスがこのようなデバイスの成長に実際にどのように適用され得るかについての詳細を含んでいない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による方法は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の半導体発光デバイスを製造する方法であって、該方法は、基板の上に、第１のクラッド領域、第１の光ガイド領域、活性領域、第２の光ガイド領域および第２のクラッド領域を連続して成長させるステップを包含し、該方法は、窒素前駆体としてアンモニアを用いる分子ビームエピタキシーによって、該第１のクラッド領域、該第１の光ガイド領域、該活性領域、該第２の光ガイド領域および該第２のクラッド領域の各々を堆積させるステップを包含し、該基板は、ＧａＮ基板またはＧａＮテンプレート基板であり、該活性領域を成長させるステップは、インジウムを含む層を成長させるステップを含むことにより、上記目的を達成する。
【００１１】
前記第１のクラッド領域は、基板の表面の第１の部分の上に成長し、前記方法は、該基板の表面の第２の部分の上に第１の電極を堆積させるステップを包含してもよい。
【００１２】
前記第１のクラッド領域は、基板の第１の表面の上に成長し、前記方法は、該基板の第２の表面の上に第１の電極を堆積させるステップを包含してもよい。
【００１３】
前記第２のクラッド領域の上に第２の電極を堆積させるステップを包含してもよい。
【００１４】
前記デバイスは、半導体レーザダイオードであってもよい。
【００１５】
前記デバイスは、連続波レーザダイオードであってもよい。
【００１６】
上記に記載の方法によって製造された半導体発光デバイス。
【００１７】
（発明の要旨）
本発明の第１の局面は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の半導体発光デバイスを製造する方法を提供する。この方法は、基板の上に、第１のクラッド領域、第１の光ガイド領域、活性領域、第２の光ガイド領域および第２のクラッド領域を連続して成長させるステップを包含する。この方法は、窒素前駆体としてアンモニアを用いる分子ビームエピタキシーによって、第１のクラッド領域、第１の光ガイド領域、活性領域、第２の光ガイド領域および第２のクラッド領域の各々を堆積させるステップを包含する。この基板は、ＧａＮ基板またはＧａＮテンプレート基板である。活性領域を成長させるステップは、インジウムを含む層を成長させるステップを含む。
【００１８】
本発明の方法において、第１のクラッド領域、第１の光ガイド領域、第２の光ガイド領域および第２のクラッド領域の各々は、窒素前駆体としてアンモニアを用いる分子ビームエピタキシーによって成長し、それぞれ、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系のメンバーである材料を含む。その活性領域は、１つ以上の活性層を含み、活性領域の各活性層は、ＭＢＥによって成長し、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料システムのメンバーである材料を含む。活性領域の層のうちの少なくとも１つはインジウムを含む。
【００１９】
本発明は、ＭＯＣＶＤの代わりに、ＭＢＥ成長技術を用いることが可能であり、半導体発光デバイス（例えば、連続波レーザダイオード）を製造する。この半導体発光デバイスは、スペクトルが青−紫領域の放出波長を有する。ＭＯＣＶＤ成長の代わりにＭＢＥ成長を用いることによって、以下の利点が得られる。
【００２０】
ｉ）      ＭＢＥが用いられるとき、アンモニアおよび水素等のソース材料の消費が著しく少なくなる。
【００２１】
ｉｉ）    ＭＢＥがＵＨＶプロセスであるために、デバイスの不純物がより少なくなる。
【００２２】
ｉｉｉ）  ｐ型ドーパント（通常、マグネシウム）の温度活性は、ＭＢＥによって成長したデバイスに必要ではない。しかし、ＭＯＣＶＤによって成長したデバイスでは、水素は、マグネシウムドープした半導体層から熱アニーリングされて、ｐ型伝導を活性化させることが必要である。
【００２３】
ｉｖ）    ＭＢＥは、ＭＯＣＶＤよりも環境に優しい。
【００２４】
その第１のクラッド領域は、基板の表面の第１の部分の上に成長してもよい。その方法は、基板の表面の第２の部分の上に第１の電極を堆積させるステップを包含してもよい。
【００２５】
その第１のクラッド領域は、基板の第１の表面の上に成長してもよい。その方法は、基板の第２の表面の上に第１の電極を堆積させるステップを包含してもよい。
【００２６】
その方法は、第２のクラッド領域の上に第２の電極を堆積させるステップを包含してもよい。
【００２７】
そのデバイスは、半導体レーザダイオードであってもよいし、連続波レーザダイオードであってもよい。連続波レーザダイオードは、（レーザ発振の電流閾値を越える）一定駆動電流が印加されるとき、実質的に経時的に強度が一定であるレーザ光を発光するレーザダイオードである。しかし、連続波は、所望の場合、大きさが変化している駆動電流を用いて動作し得、経時的に間変化している出力強度を提供する。対照的に、米国特許第６４５６６４０号に開示されているような自己パルスレーザは、一定駆動電流が印加されるとき、高強度と低（またはゼロ）強度との間で変化する光出力を有する。
【００２８】
本発明の第２の局面は、第１の局面の方法によって製造される半導体発光デバイスを提供する。
【００２９】
本発明の好ましい特徴は、添付の図面を参照して、図示することによって次に説明される。
【００３０】
同様の参照符号は、図面全体において同様の要素を示す。
【発明の効果】
【００３１】
ｉ）      ＭＢＥが用いられるとき、アンモニアおよび水素等のソース材料の消費が著しく少なくなる。
【００３２】
ｉｉ）    ＭＢＥがＵＨＶプロセスであるために、デバイスの不純物がより少なくなる。
【００３３】
ｉｉｉ）  ｐ型ドーパント（通常、マグネシウム）の温度活性は、ＭＢＥによって成長したデバイスに必要ではない。しかし、ＭＯＣＶＤによって成長したデバイスでは、水素は、マグネシウムドープした半導体層から熱アニーリングされて、ｐ型伝導を活性化させることが必要である。
【００３４】
ｉｖ）    ＭＢＥは、ＭＯＣＶＤよりも環境に優しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造された電気的に動作可能な連続波半導体レーザダイオードの概略的な断面図である。図１のレーザダイオードは、ＭＢＥ法によって基板１の上に堆積された複数の層を含み、ｐ−ｎ接合を形成する。この基板は、ＧａＮ基板か、基礎基板の上に成長したＧａＮ層からなるＧａＮ「テンプレート基板」のいずれかである。この実施例では、基板１は「テンプレート基板」であり、サファイアウェハ２上のｎ型ドープしたＧａＮ３の層からなる。
【００３６】
図１に示されるように、基板１の上に堆積された層は、第１の導電型を有するクラッド層４から形成された第１のクラッド領域と、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するクラッド層８から形成される第２のクラッド領域とを含む。この実施例では、クラッド層４、８は、ＡｌＧａＮ層である。第１のクラッド層４はｎ型ドープされており、第２のクラッド層８はｐ型ドープされている。光学的ガイド領域５、７は、第１のクラッド層４と第２のクラッド層８との間に提供される。この実施例では、その光学的ガイド領域は、第１のクラッド層４の上に堆積され、かつ第１のクラッド層４と同じ導電型を有する第１の光学的ガイド領域５と、上に第２のクラッド層８が堆積され、かつ第２のクラッド層８と同じ導電型を有する第２の光学的ガイド領域７を含む。この実施例では、第１および第２の光学ガイド領域５、７は、適切にドープされたＧａＮ光学ガイド層によってそれぞれ形成される。
【００３７】
１つ以上の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ層から形成された活性領域６は、光学ガイド領域内、すなわち、第１の光学ガイド領域５と第２の光学ガイド領域７との間に配置される。活性領域の層のうちの少なくとも１つはインジウムを含む。その活性領域は、例えば、ＩｎＧａＮの１つまたは複数の量子井戸活性領域であってもよい。
【００３８】
電気的エネルギーは、第１および第２の電極９、１０によってレーザダイオードに結合される。第１の電極９は、基板１の第１のクラッド層４と同じ面に堆積される。第１のクラッド層は、基板の全体の面を覆わない。その第２の電極１０は、積み重ねた層の上に堆積される。図１において、接触層１９は、第２のクラッド層８の上に堆積され、その第２の電極１０は、接触層１９の上に堆積された絶縁ＳｉＯ２層２０のウィンドウ開口部を通って接触層１９の上に堆積される。
【００３９】
図２は、実際の連続波レーザダイオード構造の概略的な断面図である。このレーザダイオードは、サファイアウェハ２の上にＭＯＣＶＤによって堆積されたシリコンドープしたＧａＮの９〜１０μｍ厚さの層３からなる市販の「テンプレート基板」１上にＭＢＥによって製造された。その後、複数の層がＭＢＥによって基板１の上に成長した。それらの層は、ＭＢＥによって以下のように成長した。
【００４０】
ｉ）        ０．３μｍ厚さのＳｉドープしたＧａＮ層１１
ｉｉ）      ０．９μｍ厚さのＳｉドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層４
ｉｉｉ）    ０．１μｍ厚さのＳｉドープしたＧａＮ光学ガイド層５
ｉｖ）      ２０ｎｍ厚さのドープしていないＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ活性領域下部バリア層１２
ｖ）        ２ｎｍ厚さのドープしていないＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ量子井戸層１３
ｖｉ）      １２ｎｍ厚さのドープしていないＧａＮバリア層１４
ｖｉｉ）    ２ｎｍ厚さのドープしていないＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ量子井戸層１５
ｖｉｉｉ）  １２ｎｍ厚さのドープしていないＧａＮバリア層１６
ｉｘ）      ２ｎｍ厚さのドープしていないＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ量子井戸層１７
ｘ）        ５ｎｍ厚さのドープしていないＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ活性領域上部バリア層１８
ｘｉ）      ０．１μｍ厚さのＭｇドープしたＧａＮ光学ガイド層７
ｘｉｉ）    ０．５μｍ厚さのＭｇドープしたＡｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層８
ｘｉｉｉ）  ２０ｎｍ厚さのＭｇドープしたＧａＮ接触層１９
ＧａＮ層１１（上の層（ｉ））は、バッファ層である。基板１の表面上に存在し得る任意の残りの汚染を埋めるために提供される。
【００４１】
レーザダイオードの活性領域は、活性領域（下部バリア層１２、量子井戸層１３、１５、１７、バリア層１４、１６および活性領域上部バリア層１８）によって構成される。すなわち、このアクティブ領域は、層（ｉｖ）〜層（ｘ）によって構成される。これらの層は、意図的にドープされない。
【００４２】
上記した層（ｉ）〜層（ｘｉｉｉ）の各々はＭＢＥによって成長する。アンモニアはＶ族の窒素源として用いられ、アルミニウム、ガリウムおよびインジウム元素はＩＩＩ族源として用いられた。ドープ層の成長では、シリコン元素は、ｎ型ドーパントとして用いられ、ビス（サイロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）がｐ型ドーパントとして用いられた。
【００４３】
ＧａＮバッファ層１１、第１のクラッド層および第１の光学ガイド層５（すなわち、上記の層（ｉ）〜（ｉｉｉ））は、９００℃のＭＢＥ成長温度で成長した。活性領域を形成する層１２〜１８（すなわち、上記の層（ｉｖ）〜（ｘ））は、６３０℃のＭＢＥ成長温度で成長した。第２の光学ガイド層７、第２のクラッド層８および接触層１９（すなわち、上記の層（ｘｉ）〜（ｘｉｉｉ））は、９７０℃のＭＢＥ成長温度で成長した。
【００４４】
活性領域下部バリア層１２、バリア層１４、１６および活性領域上部バリア層１８の各々を堆積した直後、その構造がアニーリングされた。活性領域下部バリア層１２の堆積の直後に実行されたアニーリングステップの温度は８９０℃であった。バリア層１４、１６の堆積の直後に実行されたアニーリングステップの温度は９２０℃であった。活性領域上部バリア層１８の堆積の直後に実行されたアニーリングステップの温度は９７０℃であった。これらのアニーリングステップのより詳細な説明は、同時係属中の英国特許出願第０３２５０９９．０号でなされている。
【００４５】
基板１上に堆積されたｎ型ＧａＮ層１１まで半導体層がエッチングされて、図２に示されるように、メサを形成する。基板１のＧａＮ層３の表面の一部は、このエッチングステップで露出された。その後、接触層１９および第２のクラッド層８は、第２のエッチングステップでエッチングされ、リッジ導波路を定義する第２のクラッド層８にリッジ−ストライプ構造を形成した。そのエッチングステップは、従来のフォトリソグラフィおよびドライ化学エッチングを用いて実行された。そのメサは、幅が３００μｍであり、（図２の紙面に／から伸びる長さ方向に）長さが１ｍｍであった。そのリッジ導波路は、幅が５μｍであり、長さが１ｍｍであった。レーザ切子面は、ドライ化学エッチングおよびウェット化学エッチングの組み合わせを用いて形成された。
【００４６】
Ｎｉ−Ａｕ電極１０は、接触層１９に堆積された絶縁ＳｉＯ２層２０のウィンドウ開口部を通って上部ｐ型ＧａＮ接触層１９上に形成された。Ｔｉ／Ａｌ電極９は、半導体層をエッチングして、メサを形成するステップにおいて露出された基板のＧａＮ層３のうちの一部上に堆積された。従って、この接触部は、そのメサの一方のサイドに堆積された。２つの電極９、１０を介してレーザダイオードの活性領域に電気的接触部を製作することが可能である。
【００４７】
図２のレーザダイオードは、活性領域層の正確な構成に応じて、約３８０ｎｍ〜約４５０ｎｍの波長範囲の放出波長を有する。従って、本発明は、ブルーレイＤＶＤ規格の波長である約３９０ｎｍ〜約４１０ｎｍの波長範囲の放射波長を有する連続波レーザダイオードのＭＢＥによって、製造可能となる。
【００４８】
図２のレーザダイオード構造のさらなる詳細（例えば、そのレーザダイオードの半導体層に対する好ましい構成）は、同時係属中の英国特許出願第０３２５１００．６号に開示されており、その内容は、本明細書中において参照として援用される。
【００４９】
図３は、図２のレーザダイオードからの誘導放出スペクトルを示す。図３は、波長の関数としてレーザから出力された光の強度（単位は任意）を示す。そのレーザダイオードは、これらの計測値に対してパルス状の電流条件下、室温でレーザ光を発していた。４００ｎｍ真下の波長における、光放出ピークの最大強度の半分の全幅は、０．２ｎｍより小さかった。これは、ダイオードがレーザ光を発していることを示している。
【００５０】
図４は、図２のレーザダイオードの印加電流に対する光出力強度（単位は任意）の特性曲線を示す。約０．６Ａの印加電流では出力強度において明らかな欠点があることが理解され得る。これは、レーザ光放出の発生、すなわち、レーザ動作の閾値電流が約０．６Ａであったことを示している。０．６Ａより小さな印加電流では、レーザ光の放出は起こらず、ダイオードは、非レーザ光放出ダイオードとして動作する。図４の曲線がパルス状の電流条件下の室温で得られた。
【００５１】
図５は、本発明の方法に従う分子ビームエピタキシーによる窒化物半導体材料系のレーザダイオードの成長に適切な装置の断面図である。この装置は、成長チャンバ２１を含む。この成長チャンバでは、基板Ｓを支持して、加熱するように構成された加熱支持部２２が配置されている。この成長チャンバ２１は、成長チャンバ２１内に伸びる排気管２４を介して超高真空ポンプ２３と接続されている。排気管２４の内部端は、成長チャンバ１０の真空アウトレット２５を定義する。その真空アウトレット２５は、基板支持部２２に隣接して配置される。
【００５２】
その成長チャンバ２１には、第１の供給管２６がさらに提供される。その第１の供給管２６は、成長チャンバ内に伸び、第１の供給管２６のアウトレット２７は、基板Ｓの表面に隣接して、面している。その基板Ｓの表面上で、エピタキシャル成長が行われる。その第１の供給管２６は、チャンバに対して調節可能に取り付けられ得る。それにより、第１の供給管２６のアウトレット２７と基板Ｓのエピタキシャル成長表面との間の比較的小さな距離がエピタキシャル成長プロセス間に変化し得る。第１の供給管２６の長手方向軸は、エピタキシャル成長面に実質的に垂直である。
【００５３】
第１の供給管２６は、エピタキシャル成長プロセスにおいて必要とされる窒素の前駆体であるアンモニアを供給するように用いられる。第１の供給管２６のアウトレット２７が基板Ｓの比較的近くに配置されているので、比較的高いアンモニア蒸気圧がエピタキシャル成長している材料の表面に局在化され、依然として、成長チャンバ２１内の超高真空環境がポンプ２３によって達成されることが可能である。その高いアンモニア蒸気圧によって、成長プロセス中に高Ｖ／ＩＩＩ比が実現されることが可能である。
【００５４】
その装置は、独立して動作可能な、シャッター制御噴射セル２８、２９（２つのこのようなセルが図５に示されるが、これ以上の噴射セルが実際に提供される）をさらに含む。これらのシャッター制御噴射セル２８、２９は、エピタキシャル成長プロセス用のインジウム、ガリウムおよびアルミニウム元素のソースを含む。噴射セル２８および２９は、従来のように配置され、第２の、およびさらなる供給管をそれぞれ定義する。さらなる噴射セルは、例えば、成長プロセス中にドーパント種を供給するように提供され得る。
【００５５】
上記のタイプのＭＢＥ装置は、欧州特許出願第９８３０１８４２．５号（欧州特許第０８６４６７２号）で説明されている。それらの内容は、本明細書中に参照として援用される。しかし、本発明は、欧州特許出願第９８３０１８４２．５号に説明されているタイプのＭＢＥ装置に制限されないが、必要とされるＶ／ＩＩＩ比を提供し得る任意のＭＢＥ成長装置で実行され得ることに留意されたい。
【００５６】
図６は、本発明の方法によって成長され得る別の連続波半導体レーザダイオードの概略的な断面図である。そのレーザダイオードは、第１（ｎ型）接触部９がメサ構造と同じ基板１の表面上に配置されていないことを除いて、図１のレーザダイオードに概ね類似している。その代わりに、そのメサ構造は、基板１の第１の表面上に成長し、第１（ｎ型）接触部９は、第２の、基板１の反対の面上に配置される。図６のレーザダイオードでは、基板１は、ｎ型ドープされたＧａＮ基板である。
【００５７】
図６のレーザダイオードのメサ構造の層は、図１のレーザダイオードのメサ構造の層に概ね対応し、それらの説明は、繰り返されない。図６のレーザダイオード活性領域６は、例えば、ＩｎＧａＮシングル量子井戸領域であってもよく、例えば、図２に示されるようなＩｎＧａＮマルチ量子井戸活性領域であってもよい。
【００５８】
上記の実施形態では、第１のクラッド領域、第１の光ガイド領域、第２の光ガイド領域
、および、第２のクラッド領域は、それぞれ１つの半導体層からなる。しかし、原理的に、そのクラッド領域および／または光ガイド領域は、複数の半導体層からなってもよい。
【００５９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【００６０】
（要約）
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系の連続波半導体レーザダイオードを製造する方法は、第１のクラッド領域（４）、第１の光ガイド領域（５）、活性領域（６）、第２の光ガイド領域（７）および第２のクラッド領域（８）を連続して成長させるステップを包含する。第１のクラッド領域（４）、第１の光ガイド領域（５）、活性領域（６）、第２の光ガイド領域（７）および第２のクラッド領域（８）の各々は、分子ビームエピタキシーによって堆積される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、ＭＢＥによって（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造された半導体レーザダイオードの一般的な構造の概略的な断面図である。
【図２】図２は、ＭＢＥによって（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造された半導体レーザダイオードの概略的な断面図である。
【図３】図３は、図２のレーザダイオードのシミュレートした放出スペクトルを示す。
【図４】図４は、図２のレーザダイオードの光学的電力出力を示す。
【図５】図５は、本発明を効果的にすることに適したＭＢＥ装置の概略的な断面図である。
【図６】図６は、ＭＢＥによって（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系で製造された別の半導体レーザダイオードの一般的な構造の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    基板
２    サファイアウェハ
３    Ｎ型ＧａＮ
４    Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５    Ｎ型ＧａＮ光ガイド層
６    ＩｎＧａＮシングルまたはマルチ量子井戸活性領域
７    Ｐ型ＧａＮ光ガイド層
８    Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
９    Ｎ型電極
１０  Ｐ型電極
１９  Ｐ型ＧａＮ接触層
２０  ＳｉＯ２
２１  成長チャンバ
２２  支持部
２３  超高真空ポンプ
２４  排気管
２５  真空アウトレット
２６  第１の供給管
２７  アウトレット
２８  シャッター制御噴射セル
２９  シャッター制御噴射セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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