(57)【要約】  活性および／または受動ＭＱＷ領域を含む多重量子井戸レーザ構造が提供される。各ＭＱＷ領域は複数の量子井戸および介在障壁層を含む。隣接するＭＱＷ領域は、介在障壁層より厚いスペーサ層によって分離される。量子井戸のバンドギャップは、介在障壁層およびスペーサ層のバンドギャップより低い。活性領域は、活性および受動ＭＱＷを含むことができ、電気ポンピングによる光子の誘導放出用として構成することができる。あるいは、活性領域は、光ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される活性ＭＱＷ領域を含むことができる。
2012512546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ基板と、半導体の活性領域と、導波路領域と、クラッド領域とを含む多重量子井戸レーザダイオードにおいて、
前記活性領域が、少なくとも１つの活性ＭＱＷ領域と少なくとも１つの受動ＭＱＷ領域とを含み、
前記活性ＭＱＷ領域は、電気ポンピングによる光子の誘導放出用として構成され、
前記受動量子井戸領域は、前記活性ＭＱＷ領域のレーザ発振光子エネルギーにおいて光学的に透明であり、
前記各ＭＱＷ領域は、複数の量子井戸と、障壁層厚さａの複数の介在障壁層とを含み、
隣接するＭＱＷ領域は、スペーサ厚さｂのスペーサ層によって分離され、
前記スペーサ厚さｂは、前記障壁層厚さａより大きく、
前記量子井戸のバンドギャップは、前記介在障壁層および前記スペーサ層のバンドギャップより低く、
前記それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域は、前記導波路領域が前記活性領域からの光子の誘導放出を導くように、かつ、前記クラッド領域が前記導波路領域における放出光子の伝搬を促進するように、前記レーザ基板上に多層のダイオードとして形成される、
ことを特徴とする多重量子井戸レーザダイオード。
【請求項２】
前記活性ＭＱＷ領域および前記受動ＭＱＷ領域の間に挿入される電子ストップ層をさらに含み、
前記電子ストップ層は、前記スペーサ層の内部に、あるいは、前記スペーサ層および前記活性ＭＱＷ領域の間に、あるいは、前記スペーサ層および前記受動ＭＱＷ領域の間に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の多重量子井戸レーザダイオード。
【請求項３】
レーザ基板と、半導体の活性領域と、導波路領域と、クラッド領域とを含む多重量子井戸レーザ構造において、
前記活性領域が、光ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される１つ以上の活性ＭＱＷ領域を含み、
前記各ＭＱＷ領域は、バンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分を含む複数の量子井戸と、障壁層厚さａの複数の介在窒化物障壁層とを含み、
隣接するＭＱＷ領域は、スペーサ厚さｂの窒化物のスペーサ層によって分離され、
前記スペーサ厚さｂは、前記障壁層厚さａより大きく、
前記量子井戸のバンドギャップは、前記介在窒化物障壁層および前記窒化物スペーサ層のバンドギャップより低く、
前記それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域は、前記導波路領域が前記活性領域からの光子の誘導放出を導くように、かつ、前記クラッド領域が前記導波路領域における放出光子の伝搬を促進するように、前記レーザ基板上に多層構造を形成する、
ことを特徴とする多重量子井戸レーザ構造。
【請求項４】
レーザ基板と、半導体の活性領域と、導波路領域と、クラッド領域とを含む多重量子井戸レーザ構造において、
前記活性領域が、光ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される複数の活性ＭＱＷ領域を含み、
前記各ＭＱＷ領域は、複数の量子井戸と、障壁層厚さａの複数の介在障壁層とを含み、
隣接するＭＱＷ領域は、スペーサ厚さｂの窒化物のスペーサ層によって分離され、
前記スペーサ厚さｂは、前記障壁層厚さａより大きく、かつ、約１０ｎｍおよび約１５０ｎｍの間の値であり、
前記障壁層厚さａは、約２ｎｍおよび約３０ｎｍの間の値であり、
前記量子井戸のバンドギャップは、前記介在障壁層および前記窒化物スペーサ層のバンドギャップより低く、
前記それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域は、前記導波路領域が前記活性領域からの光子の誘導放出を導くように、かつ、前記クラッド領域が前記導波路領域における放出光子の伝搬を促進するように、前記レーザ基板上に多層構造を形成する、
ことを特徴とする多重量子井戸レーザ構造。
【請求項５】
前記量子井戸が、ＩｎＧａＮ量子井戸、ＡｌＧａＮ量子井戸、ＡｌＧａＡｓ量子井戸、ＡｌＧａＡｓＰ量子井戸、ＧａＡｓ量子井戸、ＩｎＧａＡｓ量子井戸、およびこれらの組合せを含む、ことを特徴とする請求項４に記載の多重量子井戸レーザ構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、参照により本願に援用される２００８年１２月１６日に出願された米国特許出願第１２／３３６，０５０号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は半導体レーザに関し、さらに具体的には、レーザ構造における光閉じ込めの強化に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明の発明者らは、半導体レーザの導波路における光伝搬の光閉じ込めを改善するためには、レーザ基板に対する閉じ込めモードの外部結合を低減するかあるいは除去するべきであると認識してきた。さらに、レーザの活性領域周辺の光学場のプロファイルは、光伝搬モードおよびゲイン領域の間の効率的な重なり合いを確実にするために、かつ、活性領域の近傍における光学モードの金属コンタクトへの透過による光学的損失を避けるために、狭くしなければならない。これらの課題は、約４５０ｎｍおよび約６００ｎｍの間の波長において操作される半導体レーザの場合特に重要である。それは、このようなレーザにおいては光の漏洩が生じやすい場合が多いからである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
半導体レーザは光学的なヘテロ構造を備えることができる。この構造には、例えば、高屈折率の導波路層を、その導波路層よりも屈折率が低い２つのクラッド層の間にサンドイッチした構造が含まれる。クラッド層は光学モードの幅を狭める機能を有し、そのモードは、クラッド層の屈折率が導波路の有効屈折率よりも低いので、クラッド層内において指数関数的に減退する。導波路の有効屈折率ｎｅｆｆとクラッド層の屈折率との間の差異が大きくなる程、クラッド部分におけるモードの透過は小さくなり、モードは狭くなる。従って、導波路における屈折率を増大すること、またはクラッド部分における屈折率を減少することのいずれかによって狭いモードが達成できる。
【０００５】
導波路の有効屈折率ｎｅｆｆが基板の屈折率よりも低い場合には、光がクラッド部分の底部を通って基板にトンネル漏洩する可能性が生じる。この可能性を低減するため、ｎｅｆｆおよびクラッド層の屈折率の間の差異はできるだけ大きくするべきである。理想的には、クラッド層をできるだけ厚くして、ｎｅｆｆを基板の屈折率に近づけるかあるいはそれよりも高くすることが必要である。遺憾なことに、第ＩＩＩ族の窒化物の半導体レーザの場合には、ヘテロ構造における格子不整合に誘起されるひずみと、ＩｎＧａＮの熱的不安定とによって、レーザに重要な設計上の制限が課せられる。例えば、十分に厚くかつクラッド層の屈折率を低下させるのに十分なほど高いＡｌ含有量を有するＡｌＧａＮクラッド層を成長させることは、ＡｌＧａＮの引張ひずみが構造内に亀裂問題を生じさせるので、難しい課題である。また、十分な量の含有量を有するＩｎＧａＮヘテロ構造を成長させることも、高い圧縮ひずみ、貧弱な熱安定性、および材料ドーピングの難しさのような因子のために困難である。
【０００６】
本発明の発明者らは、また、光閉じ込めの物理学によれば、クラッド層の屈折率を低減すると導波路の有効屈折率ｎｅｆｆが低減する結果が生じるので、クラッド層の屈折率を低減しても、レーザ基板の屈折率に比べて高い導波路の有効屈折率ｎｅｆｆを生成しないであろうと認識してきた。本開示の主題事項によれば、レーザ構造に複数のＭＱＷ領域を導入することによって、例えば、４５０ｎｍより大きいレーザ発振波長における半導体レーザ操作の導波路領域の有効屈折率ｎｅｆｆを、レーザ構造内への光閉じ込めを強化するように増大することが可能である。この光閉じ込めの強化によって、レーザ基板へのモードの漏洩が低下し、レーザ構造の活性領域の近傍における金属コンタクトへの光学モードの透過による光学的損失を防止する助けになる。例えば、コンタクト金属がレーザ構造の上部クラッド層の頂部に堆積される場合は、上部クラッド層を通過して金属層に至る僅かなモードテール部の透過でも、金属における吸収がきわめて高い可能性があるので、重要な光学的損失源になり得る。前記のように導波路領域の有効屈折率ｎｅｆｆを増大すると、このモードテール部の透過を低減できる。
【０００７】
本開示の一実施形態によれば、レーザ基板と、半導体の活性領域と、導波路領域と、クラッド領域とを含む多重量子井戸レーザダイオードが提供される。活性領域は、少なくとも１つの活性ＭＱＷ領域と少なくとも１つの受動ＭＱＷ領域とを備えている。活性ＭＱＷ領域は、電気ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される。受動量子井戸領域は、活性ＭＱＷ領域のレーザ発振光子エネルギーにおいて光学的に透明である。各ＭＱＷ領域は、複数の量子井戸と、障壁層厚さａの複数の介在障壁層とを含む。隣接するＭＱＷ領域はスペーサ厚さｂのスペーサ層によって分離される。スペーサ厚さｂは障壁層厚さａより大きい。量子井戸のバンドギャップは、介在障壁層およびスペーサ層のバンドギャップより低い。それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域が、導波路領域が活性領域からの光子の誘導放出を導くように、かつ、クラッド領域が導波路領域における放出光子の伝搬を促進するように、レーザ基板上に多層のダイオードとして形成される。
【０００８】
本開示の別の実施形態によれば、活性領域が、光ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される１つ以上の活性ＭＱＷ領域を含むような多重量子井戸レーザ構造が提供される。各ＭＱＷ領域は、バンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分を含む複数の量子井戸と、障壁層厚さａの複数の介在窒化物障壁層とを備えている。隣接するＭＱＷ領域はスペーサ厚さｂの窒化物スペーサ層によって分離される。スペーサ厚さｂは障壁層厚さａより大きい。量子井戸のバンドギャップは、介在窒化物障壁層および窒化物スペーサ層のバンドギャップより低い。それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域が、導波路領域が活性領域からの光子の誘導放出を導くように、かつ、クラッド領域が導波路領域における放出光子の伝搬を促進するように、レーザ基板上に多層構造を形成する。
【０００９】
本開示のさらに別の実施形態によれば、スペーサ厚さｂが、障壁層厚さａより大きく、約１０ｎｍおよび約１５０ｎｍの間の値である。障壁層厚さａは約２ｎｍおよび約３０ｎｍの間の値である。
【００１０】
本開示の具体的な実施形態に関する以下の詳細説明は、次の図面に関連付けて読むと最もよく理解できる。図面においては、同じ構造部分は同じ参照符号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態による電気ポンピング用に適した多重量子井戸レーザ構造の図解である。
【図２】本開示の別の実施形態による光ポンピング用に適した多重量子井戸レーザ構造の図解である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１および２に図解される多重量子井戸（ＭＱＷ）レーザ構造１００は、半導体の活性領域１０と、活性領域１０の両面に配備される１対の導波路層２０を含む導波路領域と、導波路領域の両面に配備される１対のクラッド層３０を含むクラッド領域とを含む。それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域は、導波路領域の導波路層２０が活性領域１０からの光子の誘導放出を導くように、かつ、クラッド領域のクラッド層３０が導波路領域における放出光子の伝搬を促進するように、レーザ基板３５上に多層構造として形成される。
【００１３】
活性領域１０は複数のＭＱＷ領域４０、５０、６０を含んでおり、その内の少なくとも１つは光子の誘導放出用として構成される。ＭＱＷ領域４０、５０、６０は、レーザ発振波長においてできるだけ高い屈折率を提供することによって、光学的損失を導入することなく光閉じ込めを強化する。その結果、前記のように、導波路の有効屈折率ｎｅｆｆが増大し、レーザ構造における光閉じ込めが強化される。ＭＱＷ領域４０、５０、６０が提供する屈折率は、通常、ＭＱＷ領域４０、５０、６０に用いられる半導体材料のバンドギャップの低減と共に超線形的に増大する。従って、本発明を実践する場合には、光閉じ込めを強化するために、ＭＱＷ領域４０、５０、６０の構成において相対的に低いバンドギャップを有する材料を用いるべきである。
【００１４】
図１および２に図解される構造を含む、電気および光ポンピングされるレーザ構造１００においては、活性領域１０が、複数の相対的に薄い量子井戸７０を用いて構成される。量子井戸７０は、必ずしも必要なことではないが、前記のバンドギャップ低減用として選択される第ＩＩＩ族の窒化物を用いて製作できる。本発明を規定しかつ記述するために、その濃度が増大するとバンドギャップを低減する成分を、量子井戸の「バンドギャップ（を）低減（する）（ｂａｎｄ−ｇａｐ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ）」成分と呼称することにする。バンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分は、量子井戸７０のそのバンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分の濃度が増大するにつれて、誘導放出波長における量子井戸７０の屈折率を超線形的に増大し得るように選択される。例えば、一実施形態によれば、量子井戸７０は、通常ＧａＮ基板またはバッファ層の上に圧縮ひずみの下で成長させるＩｎＧａＮの量子井戸を含み、ＩｎＧａＮのＩｎＮ成分の濃度を、屈折率の超線形的増大が生成されるように増大させる。これと対照的に、ＩｎＧａＮのＧａＮ成分の濃度を増大しても量子井戸のバンドギャップは低減せず、そのため、この成分は、一般的に、量子井戸のバンドギャップ低減成分とは見做されないのである。別の実施形態においては、量子井戸７０は、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮ基板の上に圧縮ひずみの下で成長させるＡｌＧａＮ量子井戸を含む。ＩｎＧａＮ量子井戸７０の場合は、バンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分は、上記のバンドギャップの低減を伴うＩｎＮであり、ＡｌＧａＮ量子井戸７０の場合は、バンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分は、上記のバンドギャップの低減を伴うＧａＮになる。ＡｌＧａＡｓ量子井戸、ＡｌＧａＡｓＰ量子井戸、ＧａＡｓ量子井戸、ＩｎＧａＡｓ量子井戸、およびこれらの組合せも考えられる。
【００１５】
上記のように、ＭＱＷ領域４０、５０、６０の屈折率は、量子井戸のバンドギャップ低減成分の濃度の増大と共に超線形的に増大する。しかし、バンドギャップ低減成分を用いる半導体層における圧縮ひずみは、その成分の濃度とその成分を利用する層の厚さとが増大するにつれて、相対的に線形的な態様で蓄積するだけである。その結果、全ひずみを増大することなく、高い屈折率とそれによってもたらされる良好な光閉じ込めとから利益を得るためには、相対的に低いバンドギャップ低減成分濃度を有する単一の相対的に厚い層とは逆に、高いバンドギャップ低減成分濃度を有する薄い複数の層を用いることが望ましい。導波路領域１０における圧縮ひずみは、通常、バンドギャップ低減成分の含有量の増大と共にほとんど線形的に蓄積されるが、相対的に薄い量子井戸７０の厚さを低減することによって、光閉じ込めを強化することが可能である。その場合、その光閉じ込めは、その量子井戸７０におけるバンドギャップ低減成分の含有量を増大させながら、構造的な一体性を損なうことなく行うことができる。その結果、介在障壁層８０をも含むＭＱＷ領域４０、５０、６０は、光伝搬モードを相対的に狭い領域内に集中させる相対的にコンパクトな導波路領域１０になる。
【００１６】
本明細書に開示する種々の実施形態を実践する場合には、低いバンドギャップを有する量子井戸７０は、一般的に量子井戸７０における光閉じ込めを増大するが、ＭＱＷ領域４０、５０、６０の構成は、過度の圧縮ひずみの蓄積を生成しないように、あるいは、例えば構造にｖピットの形成を生じる場合が多い成長モルフォロジーの劣化を生成しないように、保持されるべきであることが認識されなければならない。ＭＱＷ領域４０、５０、６０における低いバンドギャップを可能にしながらこの問題への対処を補助するために、隣接するＭＱＷ領域４０、５０、６０を、バンドギャップが大きい材料から製作されるスペーサ層９０によって分離する。量子井戸７０のバンドギャップは、介在窒化物障壁層８０およびスペーサ層９０のそれぞれのバンドギャップより低い。本開示の範囲内のレーザ構造は、上記の特性を生成する従来型および未開発の種々の窒化物または他の材料を採用することができると考えられるが、一実施形態においては、ＭＱＷ領域４０、５０、６０はＩｎＧａＮを含み、スペーサ層９０はＧａＮまたはＩｎＧａＮを含む。
【００１７】
図１および２に模式的に図解するように、スペーサ層９０は、障壁層厚さａよりも大きいスペーサ厚さｂを画定する。スペーサ層９０は、ナノメータスケールのものとすることができるが、ＭＱＷ領域４０、５０、６０を横切るひずみの蓄積を少なくとも部分的に緩和し、かつ、ＭＱＷ成長の間に導入されるあらゆるモルフォロジーの劣化を回復する程度に十分に厚くするべきである。例えば、いくつかの実施形態においては、スペーサ厚さｂを障壁層厚さａよりも大きくすることができる。さらに具体的には、スペーサ厚さｂが約２０ｎｍおよび約１００ｎｍの間の値である場合、障壁層厚さａを約２ｎｍおよび約３０ｎｍの間の値とすることができる。他の実施形態においては、スペーサ厚さｂが、障壁層厚さａの少なくとも２倍の大きさである。さらに別の実施形態においては、スペーサ厚さｂは約２０ｎｍより大きく、障壁層厚さａは約２０ｎｍより小さい。
【００１８】
図１に図解する電気ポンピングされるＭＱＷレーザ構造１００においては、それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域が多層のレーザダイオードとして形成され、活性領域１０が、１対の受動ＭＱＷ領域４０、６０の間にサンドイッチされた活性ＭＱＷ領域５０を含んでいる。活性ＭＱＷ領域５０は、電気ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される。受動量子井戸領域４０、６０の光学遷移エネルギーがレーザ構造１００のレーザ発振光子のエネルギーよりも高いこと、並びに、受動量子井戸領域４０、６０が、活性ＭＱＷ領域５０のレーザ発振光子のエネルギーにおいて光学的に透明であることを確実にするために、受動ＭＱＷ領域４０、６０のバンドギャップを、できるだけ近接しているが、活性ＭＱＷ領域５０のレーザ発振放出光子のエネルギーよりも高くすることが必要である。活性および受動ＭＱＷ領域４０、５０、６０のそれぞれの量子井戸の光学遷移エネルギーが種々の方法で調整可能であることを、半導体構造分野の当業者は認めるであろう。例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷ領域の場合には、量子井戸の光学遷移エネルギーを、ＩｎＧａＮにおけるＩｎＮのモル分率を調節することによって調整できる。
【００１９】
従って、次の表１に示すように、ＭＱＷ領域がＩｎＧａＮを含む場合に受動ＭＱＷ領域４０、６０の透明性を確保するために、量子井戸の厚さが同じであれば、活性量子井戸領域５０のＩｎ含有量を、受動量子井戸領域４０、６０のＩｎ含有量よりも大きくなるように調整することが可能である。この方法で、受動量子井戸領域４０、６０の光学遷移エネルギーを、多重量子井戸レーザ構造１００のレーザ発振光子のエネルギーよりも高くすることが可能になり、受動量子井戸領域４０、６０は、多重量子井戸レーザ構造のレーザ発振光子エネルギーにおいて透明になるであろう。図１の電気ポンピングされるレーザダイオード構造１００の受動ＭＱＷ領域４０、６０の材料屈折率は、バンドギャップの減少と共に超線形的に増大する。一般的に、バンドギャップを、ＭＱＷ領域４０、６０の吸収端の波長がレーザ放出の波長に近付く点よりも小さくすることはできない。すなわち、ＭＱＷ領域４０、６０の吸収光子エネルギーをレーザ発振光子エネルギーよりも高くしなければならない。例えば、いくつかの実施形態においては、活性量子井戸領域のレーザ発振光子エネルギーが、受動量子井戸領域の光子エネルギーよりも、約５０ｍｅＶ〜約４００ｍｅＶだけ低いであろう。次の表１は、電気ポンピングされるレーザ構造の場合において、本発明の特定の実施形態を実践するのに適したいくつかの具体的な設計パラメータを示している。
【表１】
2012512546.tif 000003
【００２０】
図１に図解されるレーザダイオード構造は、活性および受動ＭＱＷ領域５０、６０の間に挿入される電子ストップ層８５をさらに含み得ることが注記される。電子ストップ層８５は、例えば、図１に図解するようにスペーサ層９０の内部に、あるいは、スペーサ層９０および活性ＭＱＷ領域５０の間に、あるいは、スペーサ層９０および受動ＭＱＷ領域６０の間に配置することができる。ＩｎＧａＮのＭＱＷ領域４０、５０、６０を用いるレーザダイオード構造の場合は、電子ストップ層８５をｐドープされたＡｌＧａＮから作製することが可能である。スペーサ層９０が完全にまたは部分的に電子ストップ層８５の上部にある場合は、電子ストップ層８５の上部のスペーサ材料をｐドープするべきである。
【００２１】
図１および表１に示すように、一実施形態においては、導波路領域が、活性領域１０の両面の配備されるｐドープおよびｎドープの層２０を含む。クラッド領域も、活性領域１０の両面の配備されるｐドープおよびｎドープのクラッド層３０を含む。このため、活性ＭＱＷ５０は、レーザダイオード構造１００のｐドープされた側とレーザダイオード構造１００のｎドープされた側との間に配備される。レーザダイオード構造１００のｎドープされた側のスペーサ層９０は完全にまたは部分的にｎドープされ、一方、レーザダイオード構造１００のｐドープされた側のスペーサ層９０は完全にまたは部分的にｐドープされる。レーザダイオード構造１００のｎドープされた側の量子井戸７０の間の介在障壁層８０はｎドープすることができ、一方、レーザダイオード構造１００のｐドープされた側の量子井戸７０の間の介在障壁層８０は、受動ＭＱＷ領域４０、６０を貫通するキャリアの良好な輸送を確実にするためにｐドープすることができる。量子井戸７０も、障壁層８０について記述したものと整合する方法でｎまたはｐドープし得ることが考えられる。
【００２２】
図２に図解される光ポンピングされるＭＱＷレーザ構造１００においては、活性領域１０が、光ポンピングによる光子の誘導放出用として構成される１つ以上の活性ＭＱＷ領域４０、５０、６０を含む。図２に図解されるレーザ構造１００のＭＱＷ領域４０、５０、６０は実質的に同一のものとすることができ、そのため、図２のレーザ構造１００は、ＭＱＷ領域４０、５０、６０のそれぞれが活性ＭＱＷ領域として機能し得るので、光ポンピングされるレーザ構造として用いるのに適している。但し、１つ以上のＭＱＷ領域４０、５０、６０を受動型にしてもよいことが考えられる。
【００２３】
図２に図解される光ポンピングされるＭＱＷレーザ構造１００における各ＭＱＷ領域４０、５０、６０は、第ＩＩＩ族の窒化物の半導体材料を用いて形成される複数の量子井戸７０と、障壁層厚さａの介在窒化物障壁層８０とを含む。隣接するＭＱＷ領域はスペーサ厚さｂの窒化物スペーサ層９０によって分離される。スペーサ厚さｂは障壁層厚さａよりも大きく、量子井戸７０のバンドギャップは、介在窒化物障壁層８０および窒化物スペーサ層９０のそれぞれのバンドギャップより低い。図１に図解する電気ポンピングされるレーザダイオード構造１００の場合と同様に、図２に図解されるレーザ構造１００のそれぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域は、導波路領域の導波路層２０が活性領域１０からの光子の誘導放出を導き、かつ、クラッド領域のクラッド層３０が導波路領域における放出光子の伝搬を促進するような多層構造を形成する。
【００２４】
このレーザ構造は電気ポンピングではなく光ポンピングされるので、それぞれの活性領域、導波路領域およびクラッド領域は、通常、非ドープ半導体材料から形成される。ドーピングが過度の光学的損失をもたらさない限り、半導体材料層におけるある程度のドーピングが許容され得ることが当然考えられる。活性ＭＱＷ領域のそれぞれの構成は機能的に等価のものとすることができ、任意のまたはそれぞれの活性ＭＱＷ領域４０、５０、６０は、一般的な波長における光ポンピングの下でレーザ発振能力を有するように構成することが可能である。
【００２５】
次の表２に詳細に示すように、光ポンピングされるレーザ構造１００のいくつかの実施形態については、スペーサ厚さｂが約２０ｎｍおよび約１５０ｎｍの間の値であり、一方、障壁層厚さａは約２ｎｍおよび約３０ｎｍの間の値である。この厚さの関係を利用することによって、本開示の実施形態を実践する当業者は、光閉じ込めを最適化するために量子井戸の低いバンドギャップを維持し、一方では、一般的に過度の圧縮ひずみまたは活性領域１０における低い成長温度に関係するモルフォロジーの劣化を避けることが容易になることを見出すであろう。上記の範囲内および範囲外の追加的な厚さも考えられる。
【表２】
2012512546.tif 000004
【００２６】
図１および２に図解される実施形態は、ＭＱＷレーザ構造に３つのＭＱＷ領域４０、５０、６０を使用しているが、光閉じ込めの強化は、前記のスペーサ層９０によって分離される２つ以上のＭＱＷ領域によって達成可能であることが考えられる。さらに、各ＭＱＷ領域は、量子井戸が介在障壁層８０によって分離されるという条件において、任意の個数の量子井戸７０を含み得ることが考えられる。また、本明細書において記述しかつ考えられる実施形態は、Ａｌを含まないレーザ構造およびＡｌＧａＮクラッド層を備えた構造の両者において使用可能であることが注記される。
【００２７】
本発明を記述しかつ規定するために、パラメータまたは他の変数の「関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）」である変数への本明細書における言及は、その変数が、専ら列挙されたパラメータまたは変数のみの関数であることを意味するようには意図されていないことが注記される。むしろ、列挙されたパラメータの「関数」である変数への本明細書における言及は、その変数が、単一のパラメータまたは複数のパラメータの関数であることもあり得るような制約のないものであることが意図されている。さらに、「第ＩＩＩ族（Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ）」元素への本明細書における言及は、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（周期律表における合成元素であって、仮の元素記号Ｕｕｔを有する原子番号１１３の元素）を指すことが意図されている。
【００２８】
特定の特性、あるいは特定の態様における機能を具現化するように「構成される（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）」本開示の構成要素に関する本明細書の詳細説明は、意図される使用に関する詳細説明ではなく、構造的な詳細説明であることが注記される。より具体的には、構成要素が「構成される」態様への本明細書の言及は、その構成要素の既存の物理的条件を示すものであり、従って、その構成要素の構造的性質の明確な詳細説明と解釈されるべきである。
【００２９】
「好ましくは、望ましくは（ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ）」、「一般的に（ｃｏｍｍｏｎｌｙ）」、および「通常（ｔｙｐｉｃａｌｌｙ）」といった用語が用いられる場合は、これらの用語は、本発明の特許請求の範囲を制限するようには用いられておらず、あるいは、特定の特徴が、特許請求される本発明の構造または機能にとって決定的なものであるまたは必須であるまたはきわめて重要なものであることを意味するようにも用いられていないことが注記される。むしろ、これらの用語は、単に、本開示の実施形態の特定の態様を確認するように、あるいは、本開示の特定の実施形態において利用し得るまたは利用し得ない代替的または追加的特徴を強調するように意図されたものである。
【００３０】
本発明を記述しかつ規定するために、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語は、本明細書においては、任意の量的な比較、値、測定、または他の表現に帰属させ得る不確実性の本来固有の程度を表現するために用いられていることが注記される。また、「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、本明細書においては、量的な表現が、記述された基準値から、当該主題事項の基本的な機能に変化をもたらすことなく変化し得る程度を表現するために用いられる。
【００３１】
構造のｐ側を構造の「頂部（ｔｏｐ）」と呼称し、ｎ側を「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」と呼称することが規定される。これによれば、「〜の上部（ａｂｏｖｅ）」という用語は構造の頂部に向かうことを意味し、「〜の下部（ｂｅｌｏｗ）」という用語は構造の底部に向かうことを意味する。
【００３２】
本開示の主題事項を、詳細にかつその具体的な実施形態を参照して記述したので、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲を逸脱することなく、修正および変更が可能であることが明らかになるであろう。より具体的に言えば、本明細書においては、本開示のいくつかの態様が、望ましいものとしてまたは特に有利なものとして特定されているが、本開示はこれらの態様に必ずしも限定されないことが考えられる。例えば、本明細書に記述されるレーザ構造は、いくつかの場合には、バンドギャップを低減する第ＩＩＩ族の窒化物成分がＩｎＮであるような第ＩＩＩ族の窒化物を含むものとして特定されるが、レーザ構造は、量子井戸のバンドギャップを低減する能力を有するか否かには関係なく、任意の数の第ＩＩＩ族成分を包含し得ることが考えられる。
【００３３】
以下の１つ以上の請求項において、移行部の語句として「ｗｈｅｒｅｉｎ」を用いていることが注記される。本発明を規定するために、この用語は、構造の一連の特徴の詳細説明を導入するために用いられるオープンエンドの移行句として請求項に導入されており、より一般的に用いられるオープンエンドの前提部の用語である「〜を含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に解釈されるべきであることが注記される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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