(57)【要約】垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を含み、量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さと、少なくとも７λまたは少なくとも２０λの空洞長（λは、活性領域から放出される光のピーク波長である）と、低減させられた表面粗度を伴う層と、トンネル接合内部空洞接触部とを有する。ＶＣＳＥＬは、Ｉｎ−Ａｕ接合を使用して、フリップチップ接合される。これは、連続波動作が可能であるＶＣＳＥＬの最初の報告である。
2020536384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子であって、前記素子は、
搭載部と、
前記搭載部上の垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と、
前記搭載部と前記ＶＣＳＥＬとの間の熱伝導性接合部と
を備え、
前記接合部は、熱伝導性を有する金属層を備え、それによって、前記ＶＣＳＥＬの動作中に生成される熱は、前記ＶＣＳＥＬから前記搭載部に伝達され、前記ＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出する、素子。
【請求項２】
前記熱伝導性接合部は、亀裂を含まないか、または、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用して形成された前記ＶＣＳＥＬと前記搭載部との間の接合部より少ない亀裂を含む、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記熱伝導性接合部は、液体金属相から形成された金属を備えている、請求項１に記載の素子。
【請求項４】
前記ＶＣＳＥＬは、固液相互拡散接合によって前記搭載部に接合されている、請求項１に記載の素子。
【請求項５】
前記ＶＣＳＥＬは、前記連続波電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、
前記ＶＣＳＥＬは、前記第１のミラーの周囲の液体状態の金属層を備えている前記接合部を形成することによって、前記搭載部に接合されている、請求項１に記載の素子。
【請求項６】
前記ＶＣＳＥＬは、前記連続波電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、前記熱伝導性接合部は、金属層を備え、前記第１のミラーまたは前記第２のミラーのうちの一方は、前記金属層内に埋め込まれている、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
前記ＶＣＳＥＬは、前記電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、前記熱伝導性接合部は、前記金属層のための型としての機能を果たす前記第１のミラーまたは前記第２のミラーの周囲に成型された金属層を備えている、請求項１に記載の素子。
【請求項８】
前記熱伝導性接合部は、２つ以上の金属元素を含む固相を有する金属間化合物を備えている、請求項１に記載の素子。
【請求項９】
前記熱伝導性接合部は、第２の金属と混合するように第２の金属の中に拡散させられた第１の金属を含み、前記第１の金属は、前記第２の金属より低い融解点を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項１０】
第１の金属は、インジウムを備え、前記第２の金属は、金を備えている、請求項９に記載の素子。
【請求項１１】
前記ＶＣＳＥＬは、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を含み、前記活性領域は、前記活性領域の中に入力された電流に応答して前記連続波電磁放射を放出し、
前記発光ＩＩＩ族窒化物活性領域は、量子井戸（ＱＷ）を含み、前記量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有する、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１２】
前記厚さは、８〜２０ナノメートル（ｎｍ）の範囲内である、請求項１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記ＶＣＳＥＬは、非極性または半極性結晶配向を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１４】
前記ＶＣＳＥＬは、少なくとも７λの空洞長を有し、λは、前記活性領域内で測定されるような、前記ＶＣＳＥＬの活性領域から放出される前記連続波電磁気のピーク波長であり、
前記ピーク波長は、最高の強度を有する前記連続波電磁放射の波長である、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１５】
前記空洞長は、２０λ〜１００λの範囲内である、請求項１４に記載の素子。
【請求項１６】
前記ＶＣＳＥＬは、
第１のＩＩＩ族窒化物ｎ型層とＩＩＩ族窒化物ｐ型層との間の前記活性領域と、
前記ＩＩＩ族窒化物ｐ型層とトンネル接合部を形成している第２のＩＩＩ族窒化物ｎ型層と、
前記トンネル接合部のための接触層と、
前記接触層の上面と
をさらに含み、
前記接触層の前記上面は、前記ＶＣＳＥＬが非極性素子であるとき、２ナノメートル（ｎｍ）より小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有するか、または、前記ＶＣＳＥＬが半極性素子であるとき、１ｎｍより小さいＲＭＳ表面粗度を有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１７】
前記活性領域は、ＩＩＩ族窒化物ｎ型層とＩＩＩ族窒化物ｐ型層との間にあり、
前記ＩＩＩ族窒化物層のｎ側表面は、前記活性領域が成長させられた前記基板を少なくとも部分的に除去するためのエッチングの後、露出させられ、
前記ｎ側表面は、表面処理され、１ｎｍより小さいＲＭＳ表面粗度を有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の素子。
【請求項１８】
前記表面粗度は、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる、請求項１６または１７に記載の素子。
【請求項１９】
前記表面処理は、前記エッチングの後、酸化物残留物を除去する、請求項１７に記載の素子。
【請求項２０】
ＶＣＳＥＬであって、前記ＶＣＳＥＬは、
前記ＶＣＳＥＬから放出される電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーおよび第２のミラーと、
フリップチップ基板と、
前記ＶＣＳＥＬと前記フリップチップ基板との間の金属層と
を備え、
前記金属層は、インジウムと金とを備え、前記第１のミラーまたは前記第２のミラーは、前記金属層内に埋め込まれている、ＶＣＳＥＬ。
【請求項２１】
前記ミラーは、誘電層を含む分散ブラッグ反射器を備えている、請求項２０に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項２２】
垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）構造を製作する方法であって、前記方法は、
金属を使用して、ＶＣＳＥＬを搭載部に接合することを含み、
前記接合することは、
金属層を前記搭載部上に提供することであって、前記金属層は、第１の金属と第２の金属とを備えている、ことと、
前記第１の金属が液体金属の状態であるように、前記金属層を加熱することと
前記ＶＣＳＥＬを前記液体状態にある前記第１の金属を含む前記金属層上に配置することと、
前記金属層が凝固し、前記ＶＣＳＥＬと前記搭載部との間に接合部を形成することを可能にすることと
を含む、方法。
【請求項２３】
前記ＶＣＳＥＬは、前記ＶＣＳＥＬから放出される電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、
前記位置付けることは、前記第１の金属層が前記液体金属の状態にあるとき、力または圧力を使用して前記第１のミラーを前記金属層上に位置付けることを含み、それによって、前記第１の金属層は、前記金属層が固化した後、前記金属層内に埋め込まれている、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＶＣＳＥＬは、固液相互拡散接合によって前記搭載部に接合され、前記第１の金属は、インジウムを備え、前記第２の金属は、金を備えている、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）構造を製作する方法であって、前記方法は、
半極性または非極性ＩＩＩ族窒化物基板上に犠牲層を成長させることと、
ｎ型層とｐ型層との間に活性領域を含むＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬ構造を成長させることであって、前記活性領域は、８ｎｍより大きい厚さを有する量子井戸を含む、ことと、
７５０℃より低い温度において、インジウム界面活性剤を使用して、前記ｐ型ＩＩＩ族窒化物上にトンネル接合構造を成長させることと、
前記ＶＣＳＥＬ構造のｐ型側にミラーを堆積させることと、
誘電層で前記活性領域の側壁を被覆することと、
前記ミラー上に金属を堆積させることと、
固液相互拡散接合を使用して、前記ミラー上の前記金属にフリップチップ基板をフリップチップ接合することと、
前記犠牲層を光電気化学的にエッチングし、少なくとも部分的に前記非極性または半極性ＩＩＩ族窒化物基板を除去することと、
表面処理を使用して、前記ＶＣＳＥＬ構造のｎ型側における粗い残留物、または前記エッチング中に露出させられた前記ｎ型層の表面上の粗い残留物を除去することと
を含む、方法。
【請求項２６】
前記除去することは、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ洗剤またはＫＯＨで前記表面を処理することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＶＣＳＥＬ構造は、少なくとも７λの空洞長を伴って成長させられ、λは、前記光が前記活性領域内にあるとき、前記活性領域から放出される光のピーク波長であり、前記ピーク波長は、最高の強度を有する前記光の波長である、請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ｎ型層の表面は、前記表面処理の後、１ｎｍより小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記表面粗度は、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出する、請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
連続波電磁放射を放出するＶＣＳＥＬ。
【請求項３２】
前記ＶＣＳＥＬは、ＩＩＩ族窒化物を備えている、請求項３１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項３３】
垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であって、前記ＶＣＳＥＬは、量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を備え、前記量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有する、ＶＣＳＥＬ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、参照することによって本明細書に組み込まれる「ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＳＵＲＦＡＣＥ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＬＡＳＥＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ」と題された、Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｆｏｒｍａｎ、ＳｅｕｎｇＧｅｕｎ  Ｌｅｅ、Ｅｒｉｎ  Ｙｏｕｎｇ、Ｊａｒｅｄ  Ｋｅａｒｎｓ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによる、２０１７年１０月２日に出願された以下の同時係属中かつ本発明の譲受人に譲渡された、米国仮特許出願第６２／５６６，８４３号（弁理士整理番号第３０７９４．６６２−ＵＳ−Ｐ１（２０１８−２５０）号）の３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．Ｓｅｃｔｉｏｎ  １１９（ｅ）（米国特許法第１１９条（ｅ））下の利益を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）およびそれを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（注記：本願は、角括弧内の１つ以上の参照番号、例えば、［×］によって本明細書の全体を通して示されるような、いくつかの異なる刊行物を参照する。これらの参照番号に従って順序付けられたこれらの異なる刊行物のリストが、下で「参考文献」と題された節に見出されることができる。これらの刊行物の各々は、参照することによって本明細書に組み込まれる。）
【０００４】
垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、基板に対して垂直に光を放出する半導体レーザダイオードである。この設計は、低閾値電流、円形モードプロファイル、高速直接変調、単一縦モード動作のための能力、および２次元配列機能等、端面発光レーザおよび発光ダイオードに優る、多くの利点を有する（［１］）。砒化物系およびリン化物系素子と対照的に、電気的に注入されたＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬは、作成することが比較的に困難であり、８つの研究グループのみが、これまでの１０年間でこれらの素子の実証に成功している（［２］−［２６］）。報告の大部分のものは、ｃ面に関しているが、ｍ面ＶＣＳＥＬも、実証されており（［４］、［１０］、［１２］、［１５］、［２４］）、量子閉じ込めシュタルク効果がないこと、より高い材料利得、および１００％の偏光比につながる異方性利得等の多くの利点を有する。ＩＩＩ族窒化物系素子は、ソリッドステート照明、可視光通信、ディスプレイ、プロジェクタ、および、センサにおける新規用途につながる紫外線および可視スペクトルの波長で放出する。しかしながら、ｍ面ＶＣＳＥＬ素子は、連続波動作を達成することが可能になっていない。本発明は、この必要性を満たす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上で説明された従来技術における限界を克服し、本明細書を熟読し、理解すると明白となるであろう他の限界を克服するために、本発明の実施形態は、Ａｕ−Ｉｎ固液相互拡散（ＳＬＩＤ）接合を使用してフリップチップ基板に接合されたＶＣＳＥＬを開示する。ＳＬＩＤ接合は、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用して形成された従来のＶＣＳＥＬ素子に発見された、亀裂の問題を解決し、ＶＣＳＥＬ収率を大いに改良した（ＳＬＩＤは、より低い温度および接合力で行われたため）。さらに、ＳＬＩＤ接合は、ＶＣＳＥＬの連続波動作が達成され得るように、熱輸送に関してはるかにより厚い金属経路を可能にした。
【０００６】
さらなる実施形態では、ＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬは、厚い量子井戸（ＱＷ）（例えば、厚さ＞８ｎｍまたは＞９ｎｍ）を有する活性領域を含んだ。より厚いＱＷが、標準的なｃ面ＧａＮとは対照的に、半極性もしくは非極性ｍ面ＧａＮ上で可能である。
【０００７】
本発明のある実施形態が、実証され、室温での連続波（ＣＷ）動作を達成した。実施形態は、１４ｎｍのＱＷと、１ｎｍの障壁とを伴う２周期多重量子井戸（ＭＱＷ）を備えている活性領域を有するＭＢＥ成長トンネル接合接触部と、イオン注入開口（参考文献［５］に類似する）とを伴う二重誘電ＤＢＲｍ面ＶＣＳＥＬである。この素子構造のための改良された熱的性能および収率が、（金−金接合の代わりに）インジウム−金フリップチップ接合を使用して達成された。実施形態は、より長い空洞長（７λの代わりに、２３λ（λは、ＶＣＳＥＬによって放出される光の波長である））を有し、改良された分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）再成長条件を使用して、かつ光電気化学（ＰＥＣ）エッチング後に酸化物残留物を除去することによって製作された。
【０００８】
しかしながら、ＶＣＳＥＬは、限定ではないが、以下の実施例を含む多くの方法で具現化されることができる。
１．搭載部（例えば、フリップチップ基板）上のＶＣＳＥＬであって、搭載部とＶＣＳＥＬとの間に熱伝導性接合部があり、接合部は、熱伝導性を有する金属層を含み、それによって、ＶＣＳＥＬの動作中に生成される熱は、ＶＣＳＥＬから搭載部に伝達され、ＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出する、搭載部上のＶＣＳＥＬ。
２．熱伝導性接合部は、亀裂を含まないか、または、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用して形成されたＶＣＳＥＬと搭載部との間の接合部より少ない亀裂を含む、実施例１に記載の素子。
３．熱伝導性接合部は、液体金属相から形成された金属を含む、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子。
４．ＶＣＳＥＬは、固液相互拡散接合によって搭載部に接合される（例えば、１つの低融点金属の短い液相、および拡散ならびに第２の高融点金属との混合によって引き起こされた即時の固化によって実現され、金属間相を生成する）、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子。
５．ＶＣＳＥＬは、電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、ＶＣＳＥＬは、第１のミラーの周囲に液体状態の金属層を含む接合部を形成することによって搭載部に接合される、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子。
６．ＶＣＳＥＬは、電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、接合部は、金属層を含み、第１のミラーまたは第２のミラーのうちの一方は、金属層内に埋め込まれている、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の素子。
７．ＶＣＳＥＬは、電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、接合部は、金属層のための型としての機能を果たす第１のミラーまたは第２のミラーの周囲に成型された金属層を含む、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の素子。
８．接合部は、２つ以上の金属元素を含む固相を有する金属間化合物を含む、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の素子。
９．接合部は、第２の金属と混合するように第２の金属の中に拡散させられた第１の金属を含み、第１の金属は、第２の金属より低い融解点を有する、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子。
１０．第１の金属は、インジウムを備え、第２の金属は、金を含む、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子。
１１．量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を含み、量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有する、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ。
１２．量子井戸の厚さは、８〜２０ｎｍの範囲内である、実施例１１に記載のＶＣＳＥＬ。
１３．活性領域は、非極性または半極性結晶配向を有する、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ。
１４．ＶＣＳＥＬは、少なくとも７λの空洞長（λは、光が、活性領域内にあるとき、活性領域から放出された光のピーク波長である）を有し、ピーク波長は、最高の強度を有する光の波長である、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ。
１５．空洞長は、２０λ〜１００λの範囲内である、実施例４に記載のＶＣＳＥＬ。
１６．ＶＣＳＥＬは、第１のＩＩＩ族窒化物ｎ型層とＩＩＩ族窒化物ｐ型層との間の活性領域と、ＩＩＩ族窒化物ｐ型層とトンネル接合部を形成している第２のＩＩＩ族窒化物ｎ型層と、トンネル接合部のための接触層と、ＶＣＳＥＬが非極性素子であるとき、２ナノメートル（ｎｍ）未満、またはＶＣＳＥＬが、半極性素子であるとき、１ｎｍより小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する接触層の上面とをさらに含む、実施例１−５のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ。
１７．活性領域は、ＩＩＩ族窒化物ｎ型層とＩＩＩ族窒化物ｐ型層との間にあり、活性領域が成長させられた基板を少なくとも部分的に除去するためのエッチングの後、ＩＩＩ族窒化物層のｎ側表面が、露出させられ、ｎ側表面は、表面処理され、１ｎｍより小さいＲＭＳ表面粗度を有する、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ。
１８．表面粗度は、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる、実施例１６もしくは１７に記載のＶＣＳＥＬ。
１９．表面処理は、エッチングの後、酸化物残留物を除去する、実施例１６−１７に記載のＶＣＳＥＬ。
２０．ミラーと、ミラー上の金属層と、フリップチップ基板と、フリップチップ基板上に金を含む接合層と、接合層と金属層との間の接合された界面とをさらに備え、接合された界面は、金に接合されたインジウムを含む、実施例１−１９のうちの１つまたはいずれかに記載されるＶＣＳＥＬ。
２１．発光活性領域に結合された第１の電荷注入層をさらに備え、活性領域は、電荷注入層を通して活性領域の中に注入される電子および正孔に応答して光を放出する、前述の実施例のいずれかに記載の素子。
２２．ＶＣＳＥＬであって、量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を備え、量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有するＶＣＳＥＬ。
２３．実施例１−１０または１１−２１のうちの１つもしくは任意の組み合わせと組み合わせられる実施例２２に記載のＶＣＳＥＬ。
２４．垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）構造を製作する方法であって、方法は、半極性または非極性ＩＩＩ族窒化物基板上に犠牲層を成長させることと、ｎ型層とｐ型層との間に活性領域を含むＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬ構造を成長させることであって、活性領域は、８ｎｍより大きい厚さを有する量子井戸を含む、ことと、７５０℃より低い温度において、インジウム界面活性剤を使用して、ｐ型ＩＩＩ族窒化物上にトンネル接合構造を成長させることと、ＶＣＳＥＬ構造のｐ型側にミラーを堆積させることと、誘電層で活性領域の側壁を被覆することと、ミラー上に金属を堆積させることと、固液相互拡散接合を使用して、ミラー上の金属にフリップチップ基板をフリップチップ接合することと、少なくとも部分的に非極性もしくは半極性ＩＩＩ族窒化物基板を除去するように、犠牲層を光電気化学的にエッチングすることと、表面処理を使用して、ＶＣＳＥＬ構造のｎ型側、またはエッチング中に露出させられたｎ型層の表面上の粗い残留物を除去することとを含む、方法。
２５．除去することは、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ洗剤またはＫＯＨで表面を処理することを含む、実施例２４に記載の方法。
２６．ＶＣＳＥＬ構造は、少なくとも７λの空洞長を伴って成長させられ（λは、光が活性領域内にあるとき、活性領域から放出される光のピーク波長である）、ピーク波長は、最高の強度を有する光の波長である、実施例２４または２５に記載の方法。
２７．ｎ型層の表面は、表面処理の後、１ｎｍより小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する、実施例２４、２５、または２６に記載の方法。
２８．表面粗度は、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる、実施例２７に記載の方法。
３０．ＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出する、実施例２４−２８のいずれかに記載の方法。
３１．連続波電磁放射を放出するＶＣＳＥＬ。
３２．ＶＣＳＥＬは、ＩＩＩ族窒化物を備えている、実施例３１に記載のＶＣＳＥＬ。
３３．垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であって、ＶＣＳＥＬは、量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を備え、量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有する、ＶＣＳＥＬ。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
ここで、図面を参照する（同一の参照番号は、全体を通して対応する部分を表す）。
【図１Ａ】図１Ａは、フリップチップ接合前のＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬ構造の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、処理の後の完成した構造である。
【図２−１】図２は、図１Ｂの素子を製作するためのプロセスフローである。
【図２−２】図２は、図１Ｂの素子を製作するためのプロセスフローである。
【図２−３】図２は、図１Ｂの素子を製作するためのプロセスフローである。
【図２−４】図２は、図１Ｂの素子を製作するためのプロセスフローである。
【図２−５】図２は、図１Ｂの素子を製作するためのプロセスフローである。
【図３】図３は、例示的接合のプロセスフローである。
【図４Ａ】図４Ａは、６μｍの開口直径と、２３λの空洞長とを伴うＶＣＳＥＬのパルス状のＩ−ＶおよびＩ−Ｌ曲線の光検出器測定値である。Ｉｔｈは、１２ｍＡ（４２．４ｋＡ／ｃｍ２）であり、最大出力電力は、７００μＷであった。
【図４Ｂ】図４Ｂは、分光計強度を積分することによって生成されるＩ−ＶおよびＩ−Ｌ曲線である。分光計光ファイバを発振ピークに整合させることによって、閾値を下回って測定される自発発光は、大面積光検出測定と比較して、大いに低減させられる。
【図５Ａ】図５Ａ−５Ｂは、６μｍの開口直径と、２３λの空洞長とを伴うＶＣＳＥＬの閾値電流の近傍にあり（図５Ａ）、最大４２．１ｍＡの電流に関する（図５Ｂ）、パルス動作下のスペクトルである。
【図５Ｂ】図５Ａ−５Ｂは、６μｍの開口直径と、２３λの空洞長とを伴うＶＣＳＥＬの閾値電流の近傍にあり（図５Ａ）、最大４２．１ｍＡの電流に関する（図５Ｂ）、パルス動作下のスペクトルである。
【図６Ａ】図６Ａ−６Ｂは、６μｍの開口直径と、２３λの空洞長とを伴うＶＣＳＥＬのＩ−ＶおよびＩ−Ｌ曲線（図６Ａ）、および、異なる電流におけるスペクトル（図６Ｂ）を示すＣＷ動作である。
【図６Ｂ】図６Ａ−６Ｂは、６μｍの開口直径と、２３λの空洞長とを伴うＶＣＳＥＬのＩ−ＶおよびＩ−Ｌ曲線（図６Ａ）、および、異なる電流におけるスペクトル（図６Ｂ）を示すＣＷ動作である。
【図７】図７Ａ−７Ｂは、短い積分時間（図７Ａ）、およびより長い積分時間（図７Ｂ）における電流の関数としてのＶＣＳＥＬ開口の光学顕微鏡画像である。
【図８】図８は、６μｍの開口直径と、２３λの空洞長とを伴うＶＣＳＥＬに関するＣＷ動作下のスペクトルである。自発発光範囲は、増加する電流に伴って赤方シフトする。
【図９】図９は、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用してフリップチップ基板に接合されたＶＣＳＥＬの熱的モデルである。
【図１０】図１０は、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用して基板に接合されたＶＣＳＥＬ内の金属接触部における亀裂を露見させるＦＩＢ断面である。
【図１１】図１１Ａおよび図１Ｂは、基板に接合されたＶＣＳＥＬ内のその金属接触部内の亀裂が熱的性能を激しく減損させることを示す熱的モデルである。
【図１２】図１２は、Ａｕ−Ｉｎ固液相互拡散（ＳＬＩＤ）接合を使用してフリップチップ基板に接合されたＶＣＳＥＬの画像である。
【図１３】図１３は、Ａｕ−Ｉｎ相の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、本明細書が実践され得る具体的な実施形態が例証として示される添付図面が参照される。他の実施形態も、利用され得、構造的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなく成され得ることを理解されたい。
【００１１】
（技術的説明）
本開示は、図１（ａ）−１（ｂ）に示されるような、トンネル接合内部空洞接触部と、イオン注入開口とを伴うＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬを説明する。
【００１２】
図１Ａは、フリップチップ接合に先立ったＶＣＳＥＬ構造１００を図示し、ＶＣＳＥＬ構造１００は、基板１０２と、基板１０２の上または上方の犠牲層１０４と、犠牲層１０４の上または上方のｎ型層１０６と、ｎ型層１０６の上または上方のエッチング停止層１０８と、エッチング停止層１０８の上または上方のｎ型層１１０と、ｎ型層１１０の上または上方の活性層１１２と、活性層１１２の上または上方の電子遮断層１１４と、電子遮断層１１４の上または上方のｐ型層１１６と、ｐ型層１１６の上または上方のｐ＋＋型層１１８（ｐ型層１１６より高いｐ型ドーパント濃度を有する）と、ｐ＋＋型層１１８の上または上方のｎ型層１２０と、ｎ型層１２０の上または上方のミラー１２２と、ｎ型層１２０の上または上方の金属層１２４とを備えている。
【００１３】
図１Ｂは、処理の後のＶＣＳＥＬ１００ｂを図示し、ＶＣＳＥＬ１００ｂは、エッチング停止層１０８の上または上方の第２のミラー１２６と、ｎ型層１０６の上または上方のエッチング停止層１０８と、ｎ型層１０６の上または上方の第２の金属層１２８と、エッチング停止層１１２の上または上方のｎ型層１１０と、ｎ型層１１０の上または上方の活性層１１４と、活性層１１２の上または上方の電子遮断層１１４と、電子遮断層１１４の上または上方のｐ型層１１８と、ｐ型層１１６の上または上方のｐ＋＋型層１１８（ｐ型層１２０より高いｐ型ドーパント濃度を有する）と、ｐ＋＋型層１１８の上または上方のｎ型層１２０と、ｎ型層１２０の上または上方の第１のミラー１２２と、ｎ型層１２０の上または上方の第１の金属層１２４とを備えている。
【００１４】
構造１００およびＶＣＳＥＬ１００ｂの両方は、側壁１３４上の電流開口１３０と誘電層１３２とも含む。
【００１５】
以下の節は、［１０］に報告されるｍ面ＶＣＳＥＬと比較して、本発明によって可能にされる重要な設計変更および主な性能改良点を説明する。結果として、本開示は、室温において連続波（ＣＷ）動作下でレーザ発振する、ｍ面ＶＣＳＥＬの最初の報告である。
（Ａ．より厚い量子井戸を伴う改良された活性領域設計）
【００１６】
本発明は、［１０］に説明された７つのＭＱＷ（３ｎｍのＱＷと、１ｎｍの障壁とを伴う）と比較して、より厚い量子井戸（例えば、２つのＭＱＷ、すなわち、１４ｎｍのＱＷおよび１ｎｍの障壁）の使用を開示する。より厚いＱＷの使用から生じる、重要な改良は、より高い利得増強係数を含む：より厚いＱＷは、光学場と整列させられたより活性の利得媒質を有し、それは、モード利得がより厚いＱＷに伴って増加させられることを意味する。本明細書で使用される井戸厚の実施例は、大部分の報告が量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）により厚さを制限するｃ面に関するので、ＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬに関して報告される最も広いＱＷ厚である。ｍ面配向ＱＷは、ＱＣＳＥがないことに起因して、はるかにより厚いＱＷを可能にする。
【００１７】
（Ｂ．Ａｕ−Ａｕ接合の代わりにインジウム−金（Ｉｎ−Ａｕ）接合を使用する改良されたフリップチップ接合）
１つ以上の実施形態では、［１０］に説明されるようなＡｕ−Ａｕ接合の代わりとして、（Ｉｎ−Ａｕ）を使用するフリップチップ接合が、使用される。従来のｍ面ＶＣＳＥＬは、不十分な熱的性能に起因して、ＣＷ動作を達成することが可能ではなかった。熱輸送のための主な経路は、底部誘電分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の周囲を通ってフリップチップ基板に至る薄い金属接触部を通る。Ａｕ−Ａｕ接合された素子の断面ＳＥＭ分析は、熱輸送のための主な金属経路内にＣＷ動作を妨げる可能性が高い亀裂および空隙が存在することを明らかにする。亀裂および空隙は、Ａｕ−Ａｕ接合のために要求される高温および高圧によって引き起こされた。
【００１８】
Ｉｎ−Ａｕ接合を使用することから生じる重要な改良点：
・  Ｉｎ−Ａｕ接合は、Ａｕ−Ａｕ接合と比較して著しく低い力および温度において行われることができる。
・  Ｉｎ−Ａｕ接合された素子は、殆ど亀裂を有しておらず、Ｉｎ−Ａｕ接合された素子に熱輸送のためのはるかにより堅牢な経路が存在する。
【００１９】
結果として、Ｉｎ−Ａｕ接合の使用は、熱的性能を改良し、ＣＷ  ＶＣＳＥＬ動作を可能にする。
【００２０】
（Ｃ．より長い空洞長）
１つ以上の実施例では、ＶＣＳＥＬは、７λより長い（例えば、７λの代わりに、２３λの）空洞を有する。
【００２１】
活性領域内で生成される熱は、断熱性の底部誘電ＤＢＲに起因して、直接、フリップチップ基板に至るまで流動することはできない。熱流動のための主な経路は、底部ＤＢＲを通るｐ側の薄い金属接触部を通る。
【００２２】
ＣＯＭＳＯＬ熱的モデルは、空洞長を増加させることが、熱的性能を大いに改良することを示す。ＧａＮは、１３０Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有し、従って、空洞長を増加させることは、空洞の全体を通した熱分布を補助し、より低い活性領域温度をもたらす。より厚い空洞長は、より小さい共振モード間隔を有し、それは、利得スペクトルとの共振モードの整合を確実にする。これは、特に、利得スペクトルが大幅に赤方シフトするときのＣＷ動作中に役立つ。
【００２３】
（Ｄ．改良されたＭＢＥ／ＭＯＣＶＤトンネル接合再成長）
１つ以上の実施形態では、ＶＣＳＥＬは、より低い成長温度（例えば、７５０℃未満における成長）におけるインジウム界面活性剤を用いたＭＢＥトンネル接合再成長を含む。１つ以上の実施例では、トンネル接合再成長の温度は、７４０℃である。参考文献［１０］は、インジウム界面活性剤を用いない７５０℃成長を説明する。
【００２４】
インジウム界面活性剤を用いた成長から生じる重要な改良点：
・  分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）再成長の最適化実験は、わずかにより低い成長温度が、電気特性を改良し、インジウム界面活性剤の添加が、表面形態を改良したことを示す。
・  ＭＢＥトンネル接合再成長の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度は、実証されたＣＷ  ＶＣＳＥＬに関して、１．５〜２ｎｍであった。
【００２５】
本設計は、より低い直列抵抗およびより低いターンオン電圧をもたらし、それは、ＣＷ動作に寄与する。
【００２６】
平滑な表面形態を維持することは、ＶＣＳＥＬが散乱損失を最小化するために極めて重要である。散乱損失に加え、粗度は、粗度がＤＢＲの全体を通して伝搬するので、ＤＢＲの反射率を低減させる。理想的には、ＲＭＳ粗度は、例えば、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたって、１ｎｍ未満もしくは少なくとも６ｎｍ未満であるべきである（６ｎｍのＲＭＳ粗度を有する素子は、レーザ発振のための閾値に到達しなかった）。
【００２７】
ＭＢＥ再成長は、ｍ面上で比較的に粗いが、それは、半極性配向上でははるかにより平滑である。したがって、半極性配向ＶＣＳＥＬが、製作され得る。ｍ面上に平滑表面を得るための別の方法は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によるトンネル接合部の再成長である。
【００２８】
（Ｅ．ＰＥＣアンダーカットエッチング後の酸化物残留物の除去）
原ｍ面ＧａＮ基板を除去するためのＰＥＣアンダーカットエッチングの後、粗い酸化物残留物が、ＧａＮ表面上に発見された。従来の設計［１０］は、残留酸化物を除去するための処理を行わなかった。
【００２９】
粗い酸化物層の存在は、従来の設計［１０］の問題ののうちのいくつか説明し得る。
・  従来の素子［１０］は、酸化物残留物に接触するｎ電極に起因し得るより高い電圧を有していた。
・  従来の素子［１０］は、開口内の不均一な酸化物残留物の存在によって説明され得るフィラメント発振を示した。
【００３０】
本明細書に説明されるＣＷ  ＶＣＳＥＬは、ＰＥＣ酸化物残留物を除去した後、ｎ側に１ｎｍより小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度を有する。残留物を除去するために最も効果的な方法は、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ洗剤中にサンプルを浸漬し、発泡体綿棒を用いてサンプルを優しく拭い取ることであった。
【００３１】
方法は、本明細書に説明されるＶＣＳＥＬ上で実施された。
【００３２】
残留物除去の他の方法は、サンプルをＫＯＨ水溶液中に（すなわち、４５％ＫＯＨの中に３０分にわたって）浸漬する（またはそれでサンプルを処理する）ことを含む。それが加熱される場合、より低いモル濃度ＫＯＨが、使用されることができる。これは、残留物の大部分のものを除去し、それは、残留物がＰＥＣエッチングの後に残存する酸化ガリウムのある形態で可能性が高いことを示す。残留物の大部分が、ＫＯＨを用いて除去され得るが、ＫＯＨを使用して除去されることができない残存する立方体のような特徴が存在した。これらの特徴は、酸化インジウムまたは水酸化インジウムである可能性が高く、Ｔｅｒｇｉｔｏｌでの拭い取りによって除去され得る。残留物除去の他の方法は、ＨＣｌでサンプルを処理することを含む。
【００３３】
酸化物残留物を除去した後に観察される重要な改良点は、以下を含む。
・  １ｎｍより小さいＲＭＳ粗度（例えば、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる）を伴うｎ側の平滑表面。
・  改良された（低減させられた）ターンオン電圧および直列抵抗。
・  フィラメント発振の排除および明確に画定される側方光学モードの観察。
【００３４】
（Ｆ．素子を製作するためのステップ）
（ａ．例示的方法）
図２は、図１Ａおよび図１Ｂも参照して、ＶＣＳＥＬを製作する方法を図示する。
【００３５】
ブロック２００は、基板１０２（例えば、ＧａＮ基板等のＩＩＩ族窒化物基板）を取得することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子１００ｂに関して、負のｃ方向の１°のミスカットを伴うｍ面ＧａＮ基板を含む基板１０２が、使用された。
【００３６】
ブロック２０２は、随意に、基板１０２の上または上方にテンプレート層（例えば、ＧａＮテンプレート）を成長させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、テンプレートは、１２６４．６ｎｍの厚さを有するＧａＮ層である。
【００３７】
ブロック２０４は、テンプレート上の１つ以上の犠牲層１０４の成長を表す。一実施例では、犠牲層は、単一の量子井戸である。別の他の実施例では、犠牲層は、多重量子井戸（ＭＱＷ）を含む。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、５ｎｍのＱＷと、７ｎｍの障壁とを含む犠牲３周期ＭＱＷ（吸収λ＝４１５ｎｍ）が、テンプレート上で成長させられた。
【００３８】
ブロック２０６は、犠牲層１０４の上または上方でのｎ型層１０６（例えば、ｎ型層１１０より高いｎ型ドーパント濃度を有するｎ＋＋ＧａＮもしくはｎ＋＋型ＩＩＩ族窒化物）の成長を表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子１００ｂに関して、ｎ＋＋−ＧａＮ層は、２６ｎｍの厚さを有していた。
【００３９】
ブロック２０８は、エッチング停止層１０８（例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層またはｎ−ＡｌＧａＮ）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子１００ｂに関して、エッチング停止層１０８は、ブロック２０６のｎ＋＋−ＧａＮ層上の１５ｎｍの厚さを有するｎ−ＡｌＧａＮ層である。
【００４０】
ブロック２１０は、エッチング停止層１０８（例えば、ｎ−ＡｌＧａＮ）上に第１のｎ型ＩＩＩ族窒化物層１１０（例えば、ｎ−ＧａＮまたはｎ型ＧａＮ）を堆積させることを表す。
【００４１】
ブロック２１２は、第１のＩＩＩ族窒化物層１１０上にＩＩＩ族窒化物活性層１１２を含む活性領域を堆積させることを表す。実施例は、限定ではないが、１つ以上のＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＱＷを含むＩＩＩ族窒化物層を含む。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、活性領域は、１４ｎｍの厚さのＱＷと、１ｎｍの障壁とを含む２周期ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷであり、インジウムとガリウムとの組成物は、ＱＷが、ＱＷのピーク吸収が４０５ｎｍの波長であるように、バンドギャップを有するようなものである。１つ以上の実施例では、ＱＷは、少なくとも８ｎｍ、例えば、８〜２０ｎｍの範囲内の厚さを有する。
【００４２】
ブロック２１４は、随意に、活性領域（例えば、ＩＩＩ族窒化物層１１２）上に電子遮断層１１４（例えば、ｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ−ＡｌＧａＮ）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、電子遮断層１１４は、５ｎｍの厚さを有するｐ−ＡｌＧａＮ層である。
【００４３】
ブロック２１６は、電子遮断層１１４（例えば、ｐ−ＡｌＧａＮ）上にｐ型層１１６（例えば、ｐ−ＧａＮ等のｐ型ＩＩＩ族窒化物層）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、ｐ−ＧａＮ層は、６２ｎｍの厚さを有する。
【００４４】
ブロック２１８は、ｐ型層１１６（例えば、ｐ−ＧａＮ）上にｐ＋＋型層１１８（例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ層）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、ｐ＋＋−ＧａＮ層は、１４ｎｍの厚さを有する。
【００４５】
ブロック２２０は、随意に、フォトルミネセンスを実施し、活性領域の波長および品質を確認することを表す。
【００４６】
ブロック２２２は、成長させられた構造を焼鈍し、ｐ−ＧａＮを活性化させることを表す。本明細書で提示される結果に関して、構造は、６００℃で１５分にわたって熱焼鈍された。
【００４７】
ブロック２２４は、随意に、はんだ付けされたインジウム接触部を使用してエレクトロルミネセンスを実施し、素子構造の光出力パワー、波長、半値全幅（ＦＷＨＭ）、および電圧特性を確認することを表す。
【００４８】
ブロック２２６は、必要である場合、インジウム接触部を除去することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、王水が、インジウム接触部を除去するために使用された。
【００４９】
ブロック２２８は、（後、側壁上に誘電体１３２（例えば、ＳｉＮｘ）を堆積させ、ＰＥＣエッチング中に活性領域を保護するために）活性領域の側壁１３４を露出させるためにエッチングすることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、乾式エッチングが、実施され、ＭＱＷを含むＩＩＩ族窒化物活性層１１２の側壁１３４を露出させた。
【００５０】
ブロック２３０は、素子構造１００内に電流開口１３０を画定するマスクを堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子１００ｂに関して、Ｔｉ／Ａｕハードマスクが開口を覆って堆積させられ、電流開口としての役割を果たすために、アルミニウムイオン注入が実施された。
【００５１】
ブロック２３２は、マスクを除去することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、Ｔｉ／Ａｕハードマスクは、王水を使用して除去された。
【００５２】
この時点までに堆積させられた層は、ＭＯＣＶＤによって成長させられた。
【００５３】
ブロック２３４は、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）によってトンネル接合内部空洞接触部１２０ａを成長させることを表す（例えば、ｎ＋＋−ＧａＮ層間のｎ＋−ＧａＮ層）。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、以下の順序の層：ｎ＋＋ＧａＮ層（１Ｅ１９ｃｍ−３のドーピング濃度、３９．５９７２ｎｍの厚さ）、続いて、ｎ＋ＧａＮ（２．５Ｅ１８ｃｍ−３のドーピング濃度、６１．７３７６ｎｍの厚さ）、続いて、ｎ＋＋ＧａＮ（１．１Ｅ２０ｃｍ−３のドーピング濃度、３９．５９７２ｎｍの厚さ）が、ＭＢＥによって成長させられ、最上部の最終層は、トンネル接合のための接触層（ｎ＋＋ＧａＮ）である。
【００５４】
ブロック２３６は、（接触部１２０を成長させるとき）側壁上に堆積させられたＭＢＥ再成長材料を除去するためにエッチング（例えば、乾式エッチング）を行い、電流漏出経路を防止することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、乾式エッチングが、実施された。
【００５５】
ブロック２３８は、側壁１３４上に保護層１３２（例えば、ＳｉＮｘ、窒化ケイ素等の誘電体）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、（活性領域が、原ｍ面ＧａＮ基板除去の間のＰＥＣエッチング中にエッチングされないように）活性領域の側壁１３４を保護するように、イオンビーム蒸着（ＩＢＤ）が、側壁上にＳｉＮｘを含む保護層１３２を堆積させるために使用された。
【００５６】
ブロック２４０は、素子構造１００のｐ側／ｐ型側１７０にミラー１２２（例えば、分散ブラッグ反射器ＤＢＲ）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、ＩＢＤが、ｐ側に１６周期（１６Ｐ）ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５（６６．８／４５．６ｎｍ）ＤＢＲを堆積させるために使用された。
【００５７】
ブロック２４２は、ＭＱＷを含む犠牲層１０４の側壁１４０を露出させるためにエッチングすることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、乾式エッチングが、犠牲ＭＱＷの側壁１４２を露出させるために実施された。
【００５８】
ブロック２４４は、ＰＥＣエッチングのためのｐ型接触部（ｐ接触部）１２４およびカソード１４４を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、２０ｎｍ／１０００ｎｍのＴｉ／Ａｕが、堆積させられ、ＰＥＣエッチングのためのｐ接触部１２４およびカソードの両方としての役割を果たした。
【００５９】
ブロック２４６は、フリップチップ基板１３６（例えば、サファイア）を調製することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、２０ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ／１５，０００ｎｍ／１００ｎｍのＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｉｎ／Ａｕを含む金属層１３８が、両面研磨サファイア１４６上に堆積させられ、フリップチップ基板１３６としての役割を果たした。金属層１３８の最上部の１００ｎｍのＡｕ層の目的は、インジウムの酸化を防止することであった（インジウムは、容易に金層中に拡散し、堆積させられたままでＡｕＩｎ２を形成する）。
【００６０】
ブロック２４８は、適切な条件下で成長させられたエピタキシャル構造１００にフリップチップ基板１３６をフリップチップ接合することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、フリップチップ接合が、以下の条件：２１０℃の温度、３０ニュートンの力で、３００秒にわたって行われた。ステップは、接合プロセスのために十分に低い融解温度を有する金属合金システムを選択することを含み得る。
【００６１】
ブロック２５０は、原基板１００の除去を表す。図１Ｂに図示される実施例に関して、原ＧａＮ基板は、ＰＥＣエッチングを実施し、犠牲ＭＱＷを選択的にエッチングすることによって除去された。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、ＰＥＣエッチングが、１ＭのＫＯＨおよび３９０ｎｍのＬＥＤアレイを使用して実施された。
【００６２】
ブロック２５２は、ＰＥＣアンダーカットエッチング後に出現する粗い残留物（おそらく、酸化ガリウム）を除去することを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子に関して、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ洗剤でサンプルを拭い取ることが、ｎ−ＧａＮのｎ側表面１５０、１５２から粗い残留物を除去するために実施された。ＫＯＨ中にサンプルを浸漬することも、酸化物の大部分のものを除去することができる。
【００６３】
ブロック２５４は、ｎ−接触部１２８を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子１００ａに関して、１０／５００ｎｍのＴｉ／Ａｕが、堆積させられ、ｎ接触部としての役割を果たした。
【００６４】
ブロック２５６は、素子１００ａのｎ側１４８にミラー１２６（例えば、ＤＢＲ）を堆積させることを表す。結果の節Ｇにおいて測定される素子１００ａに関して、１２周期ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５（６６．８／４５．６ｎｍ）ＤＢＲが、ＩＢＤを使用して、ｎ側１４８に堆積させられた。
【００６５】
ブロック２５８は、最終結果、すなわち、（例えば、図１Ｂに図示されるような）ＶＣＳＥＬ１００ａを表す。
【００６６】
（ｂ．例示的実施形態）
ステップは、ＶＣＳＥＬ１００が、限定ではないが、（図１Ａ、図１Ｂ、および図１２を参照する）以下の実施例を含む多くの方法で具現化され得るように追加または省略されることができる。
１．搭載部（例えば、フリップチップ基板１３６）上のＶＣＳＥＬ１００ａ：熱伝導性接合部１６０、１２００が、搭載部とＶＣＳＥＬ１００ａとの間にあり、接合部１６０、１２００は、熱伝導性を有する金属層１３８を含み、それによって、ＶＣＳＥＬの動作中に生成された熱は、ＶＣＳＥＬから搭載部に伝達され、ＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出する。
２．熱伝導性接合部１６０、１２００は、亀裂を含まないか、または、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用して形成されたＶＣＳＥＬと搭載部との間の接合部より少ない亀裂を含む、実施例１に記載の素子１００ａ。
３．熱伝導性接合部１６０、１２００は、液体金属相から形成された金属を備えている、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。
４．ＶＣＳＥＬ１００ａは、固液相互拡散接合によって搭載部に接合される（例えば、１つの低融点金属（例えば、インジウム）の短い液相、および拡散ならびに第２の高融点金属（例えば、金）との混合によって引き起こされる即時の固化によって実現され、金属間相を生成する）、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。
５．ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬから放出される電磁放射のための空洞を画定する第１のミラー１２２と、第２のミラー１２６とを備え、ＶＣＳＥＬ１００ａは、第１のミラー１２２の周囲に液体状態の金属層１３８を含む接合部１６０、１２００を形成することによって搭載部に接合される、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。１つ以上の実施例では、金属層１３８は、第１のミラー１２２と共形である。
６．ＶＣＳＥＬ１００ａは、電磁放射のための空洞を画定する第１のミラー１２２と、第２のミラー１２６とを備え、接合部１６０、１２００は、金属層１３８を含み、第１のミラー１２２または第２のミラー１２６のうちの一方は、金属層内１３８に埋め込まれている、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の素子。
７．ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬから放出される電磁放射のための空洞を画定する第１のミラー１２２と、第２のミラー１２６とを備え、接合部１６０、１２００は、金属層１３８のための型、第１のミラー１２２または第２のミラー１２６の周囲に成型される金属層１３８を含む、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。
８．接合部１６０、１２００は、２つ以上の金属元素を含む固相を有する金属間化合物を備えている、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。
９．接合部１６０、１２００は、第２の金属と混合するように第２の金属の中に拡散させられた第１の金属を含み、第１の金属は、第２の金属より低い融解点を有する、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。
１０．第１の金属は、インジウムを備え、第２の金属は、金を備えている、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載の素子１００ａ。
１１．量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域１１２を含み、量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有する、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ１１０ａ（しかしながら、８ｎｍより小さい厚さも、可能であり、電磁放射の連続波放出を達成する）。
１２．量子井戸の厚さは、８〜２０ｎｍの範囲内である、実施例１１に記載のＶＣＳＥＬ。
１３．活性領域１１２は、非極性または半極性結晶配向を有する、前述の実施例のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
１４．ＶＣＳＥＬは、少なくとも７λの空洞長Ｌ（λは、光／電磁放射が、活性領域内にあるとき、活性領域から放出される光／電磁放射のピーク波長である）を有し、ピーク波長は、最高の強度を有する光／電磁放射の波長である、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
１５．空洞長Ｌは、２０λ〜１００λの範囲内である、実施例１４に記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
１６．ＶＣＳＥＬは、第１のＩＩＩ族窒化物ｎ型層１１０とＩＩＩ族窒化物ｐ型層１１６との間の活性領域１１２と、ＩＩＩ族窒化物ｐ型層とトンネル接合部を形成している第２のＩＩＩ族窒化物ｎ型層１２０と、トンネル接合部のための接触層を含む第２のＩＩＩ族窒化物ｎ型層と、ＶＣＳＥＬが非極性素子であるときに２ナノメートル（ｎｍ）未満、または、ＶＣＳＥＬが半極性素子であるときに１ｎｍより小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する接触層の上面１６２（もしくは層１２０の上面１６２）とをさらに含む、実施例１−１５のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
１７．活性領域１１２は、ＩＩＩ族窒化物ｎ型層１１０とＩＩＩ族窒化物ｐ型層１１６との間にあり、エッチングの後、ＩＩＩ族窒化物ｎ型層１１０、１０６のｎ側表面１５０、１５２が、露出させられ、活性領域１１２／ＶＣＳＥＬ１００構造が成長させられた、基板１０２を少なくとも部分的に除去し、ｎ側表面１５０、１５２は、表面処理され、１ｎｍより小さいＲＭＳ表面粗度を有する、前述の実施例のうちの１つまたは任意の組み合わせに記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
１８．表面１６２および／または表面１５０、１５２の表面粗度は、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、もしくは１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる、実施例１６または１７に記載のＶＣＳＥＬ１００ａ（μｍは、マイクロメートルである）。
１９．表面処理は、エッチングの後、酸化物残留物を除去する、実施例１６−１７に記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
２０．ミラー１２２と、ミラー１２２上の金属層１２４と、フリップチップ基板１３６と、フリップチップ基板１３６上の金を含む接合層１６０、１２００と、接合層１６０、１２００と金属層１２４との間の接合された界面とをさらに備え、接合された界面は、金に接合されたインジウムを含む、実施例１−１９のうちの１つまたはいずれかに記載されるＶＣＳＥＬ１００ａ。
２１．発光活性領域１１２に結合された電荷注入層１１０、１１６をさらに備え、活性領域は、電荷注入層１１０、１１６を通して活性領域の中に注入される電子および正孔（層１１０を通した電子および層１１６を通した正孔）に応答して光を放出する前述の実施例のいずれかに記載の素子１００ａ。
２２．ＶＣＳＥＬ１００ａであって、ＶＣＳＥＬ１００ａは、量子井戸（ＱＷ）を含む発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を備え、量子井戸の各々は、８ｎｍより大きい厚さを有する、ＶＣＳＥＬ１００ａ。
２３．実施例１−１０または１１−２１のうちの１つもしくは任意の組み合わせと組み合わせられる実施例２２に記載のＶＣＳＥＬ１００ａ。
２４．垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）構造を製作する方法であって、方法は、半極性または非極性ＩＩＩ族窒化物基板上に犠牲層を成長させることと、ｎ型層とｐ型層との間に活性領域を含むＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬ構造を成長させることであって、活性領域は、８ｎｍより大きい厚さを有する量子井戸を含む、ことと、７５０℃より低い温度において、インジウム界面活性剤を使用して、ｐ型ＩＩＩ族窒化物上にトンネル接合内部空洞接触部１２０ａを成長させることと、ＶＣＳＥＬ構造のｐ型側にミラーを堆積させることと、誘電層で活性領域の側壁を被覆することと、ミラー上に金属を堆積させることと、固液相互拡散接合を使用して、ミラー上の金属にフリップチップ基板をフリップチップ接合することと、少なくとも部分的に非極性もしくは半極性ＩＩＩ族窒化物基板を除去するように、犠牲層を光電気化学的にエッチングすることと、表面処理を使用して、ＶＣＳＥＬ構造のｎ型側、またはエッチング中に露出させられたｎ型層の表面上の粗い残留物を除去することとを含む、方法。
２５．除去することは、Ｔｅｒｇｉｔｏｌ洗剤またはＫＯＨで表面を処理することを含む、実施例２４に記載の方法。
２６．ＶＣＳＥＬ構造は、少なくとも７λの空洞長を伴って成長させられ（λは、光が活性領域内にあるとき、活性領域から放出される光のピーク波長である）、ピーク波長は、最高の強度を有する光の波長である、実施例２４または２５に記載の方法。
２７．ｎ型層の表面は、表面処理の後、１ｎｍより小さい二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗度を有する、実施例２４、２５、または２６に記載の方法。
２８．表面粗度は、５μｍ×５μｍ、１μｍ×１μｍ、または１０μｍ×１０μｍのエリアにわたる、実施例２７に記載の方法。
２９．ＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出する、実施例２４−２８のいずれかに記載の方法。
３０．ミラー１２２、１２６は、断熱性であり、および／または、誘電体を含む、前述の実施例１−２９のうちの１つもしくは任意の組み合わせに記載の方法または素子。
【００６７】
図１Ａは、フリップチップ接合段階に先立った素子構造を示す。サファイア基板へのフリップチップ接合の後、原ｍ面ＧａＮ基板は、ＰＥＣエッチングを介して除去された。図１（ｂ）は、完全に完成された素子を示す。この素子は、フリップチップ基板としてサファイアを使用したが、サファイアは、良好なヒートシンクではない。フリップチップ基板に関するより良好な選択肢は、銅、ＳｉＣ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、および高い熱伝導性を伴う他の材料である。
【００６８】
１つ以上の実施例では、ＶＣＳＥＬは、少なくとも７λ、７λ〜１００λの範囲内、もしくは２０λ〜１００λの範囲内の空洞長（λは、活性領域内のかつ活性領域から放出される光のピーク波長である）を有する。１つ以上の実施形態では、少なくとも７λの空洞長を有するＶＣＳＥＬは、連続波電磁放射を放出することが可能である。
【００６９】
（ｃ．さらなる例示的接合方法の実施形態）
図３は、金属を使用してＶＣＳＥＬを搭載部に接合することを含む１つ以上の実施例に従ってＶＣＳＥＬを製作する方法を図示する。接合は、以下のステップを含む。
【００７０】
ブロック３００は、搭載部上に金属層を提供することを表し、金属層は、第１の金属と、第２の金属とを含む。
【００７１】
ブロック３０２は、第１の金属が液体金属状態であるように、金属層を加熱することを表す。
【００７２】
ブロック３０４は、液体状態の第１の金属を含む金属層上にＶＣＳＥＬを位置付けるステップを表す。
【００７３】
ブロック３０６は、金属層が固化することを可能にし、ＶＣＳＥＬと搭載部との間に接合部を形成することを表す。
【００７４】
ブロック３０８は、最終結果、すなわち、搭載部上のＶＣＳＥＬを表す。搭載部上のＶＣＳＥＬ／方法は、限定ではないが、以下の実施例を含む多くの方法で具現化されることができる。
１．ＶＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬから放出される電磁放射のための空洞を画定する第１のミラーと第２のミラーとを備え、位置付けることは、第１の金属層が、液体金属の状態にあるとき、第１の金属層が、金属層が固化した後、金属層内に埋め込まれるように、力または圧力を使用して、第１のミラーを金属層上に位置付けることを含む、方法。
２．ステップ３００−３０８は、ＶＣＳＥＬが、固液相互拡散接合によって搭載部に接合されるように実装され、第１の金属は、インジウムを備え、第２の金属は、金を備えている、実施例１に記載の方法。
３．上記で「例示的実施形態」と題された節Ｆのｂ部の実施例１−２１のうちの１つもしくは任意の組み合わせに従って、搭載部上にＶＣＳＥＬをもたらす方法。
【００７５】
一実施例では、最良に機能する接合金属層１６０、１２００の厚さは、フリップチップ基板上の約２マイクロメートルの厚さのインジウム（および、ＧａＮ素子上の約１ミクロンのＡｕ）であった。１つ以上の実施例では、底部ＤＢＲミラーは、約１．８ミクロンの厚さであり、従って、１つ以上の実施例では、２〜３ミクロンの厚さの接合金属１６０、１２００が、底部ＤＢＲ１２２が金属の中に完全に埋め込まれることを可能にするであろう。より薄い接合金属厚も、いくつかの実施例では、機能し得るが、熱輸送のためのより薄い経路をもたらす場合がある。
【００７６】
（Ｇ．結果および特性評価）
Ｉ−Ｌ、Ｉ−Ｖ、およびスペクトルが、パルスおよびＣＷの両方の動作の下で測定された。同等な活性領域設計を伴う発光ダイオードに関して、パルススペクトルが、６０℃までの段階温度において取得され、増加する温度に伴うピーク放出波長シフトを取得した。
【００７７】
ＶＣＳＥＬは、パルスおよびＣＷの両方の動作の下でレーザ発振を達成した。レーザ発振は、ＣＷ動作下で２０分を超える時間にわたって安定していた。以下の節は、パルスおよびＣＷ動作下でのエレクトロルミネセンス中の結果を提示する。
【００７８】
（ａ．パルス動作測定（１０ｋＨｚパルス繰り返し、５００ｎｓパルス幅））
図４Ａは、図１に示される６μｍの開口直径のＶＣＳＥＬに関するピーク出力電力が、７００μＷであったことを図示する。示されていないが、１０μｍ開口直径素子に関する最高出力電力は、１ｍＷであった。従来の最良なｍ面ＶＣＳＥＬは、５５０μＷのピーク出力電力を有していた［１０］。
【００７９】
（図１に従って製作された）素子からのレーザ放出は、１００％の偏光比でα方向に沿って偏光せられた。
【００８０】
図４Ｂは、閾値電流が、約１２ｍＡ（４２．４ｋＡ／ｃｍ２）であったことを示す。図２（ａ）の１２ｍＡにおける閾値におけるＬ−Ｉのキンクは、大面積光検出器が、素子の側壁および上面を含む金属で被覆されていないエリアから素子から逃れる追加の光を測定するので、あまり顕著ではない。図２（ｂ）の１２ｍＡにおける閾値におけるＬ−Ｉのキンクは、分光計光ファイバが、レーザ発振ピークに整列させられ、それが、閾値より下の測定される自発発光を最小化するので、はるかにより良好に画定される。
【００８１】
図１Ａ−１Ｂに従って製作された素子の微分効率は、支配的なより長い波長の縦モードの出現に起因して、３０ｍＡより大きい電流において良くなる（３０ｍＡより小さい部分の微分効率：ηｄ＝０．２６７％、３０ｍＡより大きい部分の微分係数：ηｄ＝０．７７５％）。これは、ηｄ＝０．２６％の値を有した従来のｍ面ＶＣＳＥＬの２倍より大きい微分効率である（［１０］）。
【００８２】
図１Ａ−１Ｂに従って製作された素子は、Ｒｄ＝２７．３Ωの直列抵抗を有した。この直接抵抗は、Ｒｄ＝３７Ωの値を有した従来のｍ面ＶＣＳＥＬと比較して改良された（より小さい）（［１０］）。
【００８３】
図５Ａ−５Ｂは、レーザ発振の開始が、１１．４〜１５．１ｍＡにおいて生じることを示し、それは、図４ＢのＩ−Ｌ曲線からの１２ｍＡの閾値電流と一貫している。４０６ｎｍおよび４１２ｎｍのレーザ発振モードの両方が、１５．１ｍＡにおいて出現する。４０６ｎｍレーザ発振モードは、４１２ｎｍモードより低い電流において最初に出現する可能性が高い。電流が、増加させられるにつれて、増加させられた温度は、ピーク利得波長に赤方シフトさせる。これは、より短い波長のモードが強度において減少するにつれて、より長い波長モードが強度において増加することをもたらす。
【００８４】
図５Ａは、１７．７ｍＡにおいて、４０６ｎｍモードが強度において減少する一方、４１２ｎｍモードが強度において増加することを図示する。温度誘発される発光の赤方シフトの効果が、種々のパルス幅におけるスペクトルを測定することによってさらに調査された。図５Ａ−５Ｂは、５００ｎｓパルス幅に対応するが、１００ｎｓパルス幅に関して、ピーク発光波長は、４１９．３ｎｍではなく、４１２ｎｍであった。１，０００ｎｓパルス幅に関して、閾値電流は、１１ｍＡより低かった。より長いパルス幅は、さらなる加熱を引き起こし、それは、利得を赤方シフトし、より長い波長モードのための閾値を低下させる。
【００８５】
図５Ｂに示されるように、支配的なレーザ発振モードが、３３．２ｍＡの４１９．３ｎｍに出現する。ピーク自発発光波長は、４０２ｎｍであるが、より長い波長モードが、強度において支配する。可能な説明は、より長い波長が、より低いレベルの光学損失を経験することを含む。何故なら、（１）より長い波長が、イオン注入された領域からはるかにより低いレベルの損失を有し、（２）ＴＭＭモデルが、より長い波長が本設計における非常に吸収性のトンネル接合部とのより少ないモード重複を有することを示すからである。
【００８６】
（ｂ．連続波（ＣＷ）動作）
図６Ａ−６Ｂは、閾値電流が、約１０ｍＡであり、４１２ｎｍのレーザ発振波長に対応することを図示する。１０ｍＡにおけるＬ−Ｉキンクは、前に説明されるような大面積光検出器を用いた自発発光電力の測定によって不明瞭になる。
【００８７】
図６Ｂに示されるように、スペクトルを測定することは、レーザ発振のための閾値に関するさらなる洞察およびその検証を提供する。図６Ｂは、レーザ発振の開始が、１１．５ｍＡ、ＦＷＨＭ＝０．７４ｎｍにおいて生じ、４１２ｎｍモードは、レーザ発振モードが、４２０ｎｍの波長において出現する１５．１ｍＡの電流まで強度において増加することを示す。４２０ｎｍにおけるレーザ発振モードは、ＦＷＨＭ＝１．５ｎｍを有する（分光計制限）。
【００８８】
パルス測定とは異なり、４０６ｎｍにおけるレーザ発振モードは、赤方シフトされたピーク利得に起因して、ＣＷ動作中に出現しない。より長い波長のレーザ発振モードに関して、レーザ発振波長は、１５．１ｍＡにおいて４１９．６９ｎｍであり、それは、１９．９ｍＡにおいて４２０．４４ｎｍまで赤方シフトする。これは、約０．０１６ｎｍ／℃の温度を伴うファブリーペロー波長におけるシフトに対応し、それは、報告された値に匹敵する（［１５］）。
【００８９】
１３．５ｍＡのＣＷ動作において、微分効率は、４２０ｎｍでのレーザ発振モードの出現に起因して、良くなる（平均微分効率ηｄ＝０．４０９５％、ピーク微分効率ηｄ＝１．１１３９２％）。
【００９０】
（ｃ．モード構造）
図１Ａ−１Ｂに従って製作された素子の側方モード構造は、フィラメント発振（開口内の発振の確率分布）を示した従来のｍ面ＶＣＳＥＬと比較して、はるかに改良されている（［１０］）。
【００９１】
図７Ａに図示される側方モードは、開口の中心に良好に画定されたレーザ発振モードを示す。改良された側方モードプロファイルは、以下に起因し得る。
・  電流の拡散および均一性を改良し得るＭＢＥ再成長の最適化
・  ＰＥＣエッチング後の酸化物残留物の除去
【００９２】
図７Ｂは、自発発光をより明確に示すために、より長い積分時間で捉えられた、モードの画像である。
【００９３】
（ｄ．熱インピーダンス）
従来のｍ面ＶＣＳＥＬは、不十分な熱的性能に起因して、ＣＷ動作を達成することが可能ではなかった。ＣＷ動作下では、増加させられた温度は、利得スペクトルを空洞共振から離れるように赤方シフトし、それは、レーザ発振を妨げる。不十分な熱的性能は、ｐ側の断熱性誘電ＤＢＲに主に起因する。ＣＯＭＳＯＬを使用する熱的モデルは、ごく少量の熱流束しか、誘電ＤＢＲを通して生じないことを予測する。熱輸送のための主な経路は、誘電ＤＢＲを迂回し、金属接触部を通り、フリップチップ基板に至る。断面ＳＥＭ分析は、熱輸送のための主な金属経路内に亀裂および空隙が存在し、それが、ＣＷ動作を妨げる可能性が高いことを明らかにした。
【００９４】
本明細書に図示されるように、ＣＷ  ＶＣＳＥＬ動作が、熱的性能を改良する設計を使用して達成された。
・  より長い空洞長（例えば、７λの代わりに、２３λ）。
・  Ａｕ−Ａｕ接合の代わりに、インジウム−金接合を使用する改良されたフリップチップ接合。Ｉｎ−Ａｕ接合は、Ａｕ−Ａｕ接合と比較して、はるかにり低い力および温度において実施されることができる。これは、素子内にもたらす亀裂が殆どなく、熱輸送のためのはるかにより堅牢な経路が存在する。
【００９５】
図８は、ＣＷ動作下のスペクトルをプロットすることによって加熱効果を図示する。自発発光範囲は、増加させられた活性領域温度に起因して増加する電流に伴って赤方シフトする。９ｍＡにおいて、自発発光は、４０５．３ｎｍを中心とし、２５ｍＡの電流において４１６ｎｍまで赤方シフトする。ＦＷＨＭは、９ｍＡにおいて１９．１ｎｍであり、２５ｍＡにおいて２９．９ｎｍの値まで広がる。増加する温度に伴うピーク発光波長のシフトが、６０℃までの段階温度におけるｍ面ＬＥＤのスペクトルを測定することによって、０．０４８ｎｍ／℃であることが見出された。０．０４８ｎｍ／℃の線形シフトを仮定して、ＶＣＳＥＬ活性領域温度が、そのピーク自発発光波長によって推定されることができる。１５ｍＡにおいて、活性領域温度は、約１８０℃である。１９ｍＡにおいて、活性領域温度は、約２２６℃である。これらの計算に基づいて、熱インピーダンスは、約１，５００℃／Ｗである。類似の分析が、約３，０００℃／Ｗの熱インピーダンスを有する７λの空洞長を伴うＶＣＳＥＬ上で行われた。
【００９６】
（ｅ．固液相互拡散（ＳＬＩＤ）接合）
従来のＧａＮ  ＶＣＳＥＬは、それらの不十分な熱的性能に起因して、ＣＷ動作下で発振できず、それは、とりわけ、素子の底面側の断熱性誘電ＤＢＲミラーに起因する。ＣＯＭＳＯＬ熱的モデル（図９）は、熱輸送のための主な経路が、底部ＤＢＲを迂回し、薄い金属接触部を通り、フリップチップ基板に向かうことを示す。図１０は、その金属接触部内の亀裂を明らかにするＦＩＢ断面を示す。図１１Ａおよび図１１Ｂに図示される熱的モデルは、その金属接触部内の亀裂が、熱的性能を著しく減じることを示す。
【００９７】
Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合は、原子拡散を通して接合部を形成し、金のための融解温度が、１，０６４℃であるので、比較的に高い温度および接合力を要求する。ＶＣＳＥＬ素子全体の亀裂が、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合のために要求される高い温度および力に起因して、Ａｕ−Ａｕ圧力接合によって引き起こされた。しかしながら、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合は、Ａｕの融解温度未満で行われ、金が、非常に高い融解温度を有するので、接合中、融解液相を含まない。
【００９８】
ＳＬＩＤ接合等の接合中に液体金属相を組み込む技法が、かなりより低い接合力でのフリップチップ接合を可能にし、Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合によって引き起こされるいくつかの問題を克服することに役立つ。
・  ＳＬＩＤのために使用される比較的に軟質の接合金属は、接合表面が一緒に押し付けられるとき、衝撃緩和を提供することによって亀裂を低減させることができる。
・  接合中に液体金属相を利用し、金属内にｐ−ＤＢＲを完全に埋め込み、それによって、熱輸送のためのより厚い金属経路を作成すること。Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合と異なり、接合中に（Ａｕ−Ｉｎ  ＳＬＩＤ接合で可能なように）液体金属相を利用することは、底部断熱性ＤＢＲ（ｐ−ＤＢＲ）が、接合金属内に完全に埋め込まれることを可能にする。金属内に断熱性ｐ−ＤＢＲを埋め込むことは、特に、熱流動が、（Ａｕ−Ａｕ熱圧縮接合を使用して製作されるような）底部ＤＢＲの側壁に沿った、亀裂のある１μｍの厚さの金接触部を通して妨げられたｍ面ＶＣＳＥＬと比較して、熱輸送のためのはるかにより厚い金属経路を作成する。
【００９９】
図１２は、ＳＬＬＩＤを使用してフリップチップ基板に接合されたＶＣＳＥＬを図示し、ＳＬＩＤが、接合部を軟化させ、亀裂を減らし、熱輸送のためのより厚い金属経路を可能にすることを図示する。
【０１００】
図１３（Ａｕ−Ｉｎ相図）は、Ａｕ−Ｉｎ合金が、Ｉｎが豊富な合金（５４重量％超）のための約１５６℃より大きい特有の低温度液相を有するので、Ａｕ−Ｉｎ  ＳＬＩＤ接合を使用することの利点を図示する。これは、Ａｕ−ＡｕまたはＡｕ−Ｓｎ接合と比較してはるかにより低い温度および力におけるフリップチップ接合を可能にしながら、液体金属相も組み込む。相図に見られるように、５４％より大きいＩｎ組成を伴うＡｕ−Ｉｎ合金は、１５６℃の固相線温度を伴うＩｎ相とＡｕＩｎ２との金属間化合物（５３．８重量％のＩｎ）の混合物から成る。１５６℃より大きいと、混合物は、ＡｕＩｎ２粒子と液相を形成する。合金は、３６．８〜５４重量％のＩｎの組成に関して、ＡｕＩｎ（３６．７９重量％のＩｎ）とＡｕＩｎ２との金属間化合物の混合物になり、固相線温度は、４９５．４℃の値を伴ってはるかにより高くなる。固相線温度のこのかなりの差異は、それが、接合中、１５６℃より大きい比較的に低い温度の液相を可能にする（＞５４重量％のＩｎ合金に関して）一方、最終合金が、より低いＩｎ組成を有するように設計され得、従って、それは、融解することなく、最高４９５．４℃の温度に耐え得る（３６．８〜５４重量％のＩｎ合金に関して）ので、特に有用な特徴である。
【０１０１】
Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、およびＡｕ−Ｓｉ共晶合金等の他のタイプの接合も、機能し得るが、Ａｕ−Ｉｎ合金は、最も低い温度液相を有する。純粋なインジウム接合も、採用され得るが、結果として生じる接合は、摂氏約１５６℃（インジウムの融解温度）までしか安定しない。Ａｕ−Ｉｎ  ＳＬＩＤ接合が、行われることができ、従って、接合後のＡｕ−Ｉｎ合金が、より低いＩｎ組成を有し、従って、接合部が、摂氏約４９５℃まで安定する。
【０１０２】
金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ）合金は、それらが、８０％Ａｕと２０％Ｓｎとの共晶組成において２８０℃の非常に低い融解温度を有するので、別の可能な代替物である。しかしながら、２８０℃は、従来のＡｕ−Ａｕ接合の実験で使用された温度よりはるかに低いわけではなく、従って、亀裂は、問題のままであり得る。
【０１０３】
（Ｈ．利点および改良点）
非極性ＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬは、より高い材料利得および１００％偏光比等のそれらの一意の性質に起因して非常に有望である。より厚いＱＷが、ＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬが利得増強係数を最大限にするために望ましい。ｃ面と比較すると、非極性および半極性配向が、より厚い量子井戸、すなわち、＞９ｎｍの厚さを可能にする。
【０１０４】
本開示は、室温におけるＣＷ動作下での発振を達成した、第１のｍ面ＶＣＳＥＬのための製作方法を詳述する。従来のｍ面ＩＩＩ族窒化物ＶＣＳＥＬは全て、パルス動作下でのみ発振することが可能であった。従来のｍ面ＶＣＳＥＬ設計［１０］と比較した、本発明の重要な性能改良点が、表１に要約される。
【表１】
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【０１０５】
本発明の実施形態に関するさらなる情報が、［２７−３０］に見出され得る。
【０１０６】
（専門用語）
アルミニウムおよびインジウムを組み込むＧａＮ、およびその３元および４元化合物（ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ）は、一般的に、本明細書に使用されるような、用語（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族Ｎ、ＩＩＩ族窒化物、窒化物、Ａｌ（１−ｘ−ｙ）ＩｎｙＧａｘＮ（式中、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、またはＡｌＩｎＧａＮを使用して参照される。これらの用語は全て、同等であり、単一種のＡｌ、Ｇａ、およびＩｎのそれぞれの窒化物、および、そのようなＩＩＩ族金属種の２元、３元、および４元組成物を含むものと広く解釈されることが意図される。故に、これらの用語は、化合物ＡｌＮ、ＧａＮ、およびＩｎＮ、および、３元化合物ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、およびＡｌＩｎＮ、および、４元化合物ＡｌＧａＩｎＮをそのような専門用語内に含まれる種として包含する。（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ）成分種の２つ以上のものが存在するとき、化学量論比ならびに「オフ化学量論」比（組成物内に存在する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ）成分種の各々に存在する相対的モル分率に関して）を含む全ての考えられる組成が、本発明の広い範囲内で採用されることができる。故に、主にＧａＮ材料を参照する本発明の以下における議論が、種々の他の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料種の形成に適用可能であることを理解されたい。さらに、本発明の範囲内の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料は、少量のドーパントおよび／または他の不純物もしくは包含材料をさらに含み得る。ホウ素（Ｂ）も、含まれ得る。
【０１０７】
ＧａＮまたはＩＩＩ族窒化物系光電子素子における自発および圧電分極効果を排除するための１つのアプローチは、結晶の非極性面上にＩＩＩ族窒化物素子を成長させることである。そのような面は、等しい数のＧａ（またはＩＩＩ族原子）と、Ｎ原子とを含み、電荷中性である。さらに、後続の非極性層は、互いに同等であり、従って、バルク結晶は、成長方向に沿って分極されないであろう。ＧａＮ中の対称等価な非極性面の２つのそのような群は、集合的にａ面として公知である｛１１−２０｝群であり、集合的にｍ面として公知である｛１−１００｝群である。したがって、非極性ＩＩＩ族窒化物は、ＩＩＩ族窒化物結晶の（０００１）ｃ軸に対して垂直の方向に沿って成長させられる。
【０１０８】
（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ素子における分極効果を低減させるための別のアプローチは、結晶の半極性面上に素子を成長させることである。用語「半極性面」（「半極性面」とも称される）は、ｃ面、ａ面、またはｍ面として分類されることが可能でない任意の平面を指すために使用されることができる。結晶学用語では、半極性面は、少なくとも２つの非ゼロのｈ、ｉ、またはｋミラー指数と、非ゼロのｌつのミラー指数とを有する任意の面を含み得る。
【０１０９】
半極性面のいくつかの一般的に観察される例は、（１１−２２）、（１０−１１）、および（１０−１３）面を含む。ウルツ鉱結晶構造内の半極性面の他の例は、限定ではないが、（１０−１２）、（２０−２１）、および（１０−１４）を含む。窒化物結晶の偏極ベクトルは、そのような面内にも、そのような面に対して垂直の状態にも置かれず、むしろ、面の法線面に対してある角度に傾斜された状態に置かれる。例えば、（１０−１１）および（１０−１３）面は、それぞれ、ｃ面に対して６２．９８°および３２．０６°である。
【０１１０】
ＧａＮのガリウムまたはＧａ面は、ｃ＋または（０００１）面であり、ＧａＮまたはＩＩＩ族窒化物層の窒素またはＮ面は、ｃ−または（０００−１）面である。
【０１１１】
接頭辞「ｎ−」（例えば、ｎ−ＧａＮ）は、ｎ型を表し、接頭辞「ｎ＋＋−」（例えば、ｎ＋＋−ＧａＮ）は、より高いｎ型ドーパント濃度を表し、接頭辞「ｐ−」（例えば、ｐ−ＧａＮ）は、ｐ型を表し、接頭辞「ｐ＋＋−」（例えば、ｐ＋＋−ＧａＮ）は、より高いｐ型ドーパント濃度を表す。
【０１１２】
（参考文献）
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［１］Ｒ．ＭｉｃｈａｌｚｉｋおよびＲａｉｎｅｒ．，ＶＣＳＥＬｓ  ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０１３．
［２］Ｔ．Ｏｎｉｓｈｉ、Ｏ．Ｉｍａｆｕｊｉ、Ｋ．Ｎａｇａｍａｔｓｕ、Ｍ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ、Ｋ．Ｙａｍａｎａｋａ、およびＳ．Ｔａｋｉｇａｗａ，「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＧａＮ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｔ  Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」，Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＩＥＥＥ  Ｊ．，ｖｏｌ．４８，ｎｏ．９，ｐｐ．１１０７−１１１２，２０１２．
［３］Ｇ．Ｃｏｓｅｎｄｅｙ、Ａ．Ｃａｓｔｉｇｌｉａ、Ｇ．Ｒｏｓｓｂａｃｈ、Ｊ．−Ｆ．Ｃａｒｌｉｎ、およびＮ．Ｇｒａｎｄｊｅａｎ，「Ｂｌｕｅ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ＡｌＩｎＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ｏｎ  ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ  ＧａＮ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０１，ｎｏ．１５，ｐ．１５１１１３，２０１２．
［４］Ｃ．Ｈｏｌｄｅｒ、Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＤ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，「Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｏｎｐｏｌａｒ  ＧａＮ−Ｂａｓｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．５，ｎｏ．９，ｐ．９２１０４，Ｓｅｐ．２０１２．
［５］Ｄ．Ｋａｓａｈａｒａ、Ｄ．Ｍｏｒｉｔａ、Ｔ．Ｋｏｓｕｇｉ、Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ、Ｊ．Ｋａｗａｍａｔａ、Ｙ．Ｈｉｇｕｃｈｉ、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｕｒａ、およびＴ．Ｍｕｋａｉ，  「Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｌｕｅ  ａｎｄ  ｇｒｅｅｎ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｂｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ａｔ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．４，ｎｏ．７，２０１１．
［６］Ｔ．Ｃ．Ｌｕ、Ｓ．Ｗ．Ｃｈｅｎ、Ｔ．Ｔ．Ｗｕ、Ｐ．Ｍ．Ｔｕ、Ｃ．Ｋ．Ｃｈｅｎ、Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ、Ｚ．Ｙ．Ｌｉ、Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ、およびＳ．Ｃ．Ｗａｎｇ，「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｊｅｃｔｅｄ  ＧａＮ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ａｔ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．９７，ｎｏ．７，ｐｐ．１−４，２０１０．
［７］Ｋ．Ｏｍａｅ、Ｙ．Ｈｉｇｕｃｈｉ、Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｕｒａ、およびＴ．Ｍｕｋａｉ，「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｉｎ  ｌａｓｉｎｇ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ＧａＮ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．２，ｎｏ．５，ｐｐ．５−８，２００９．
［８］Ｙ．Ｈｉｇｕｃｈｉ、Ｋ．Ｏｍａｅ、Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｕｒａ、およびＴ．Ｍｕｋａｉ，「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＣＷ  ｌａｓｉｎｇ  ｏｆ  ａ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ  ｂｙ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１，ｎｏ．１２，ｐｐ．１２１１０２１−１２１１０２３，２００８．
［９］Ｔ．Ｃ．Ｌｕ、Ｔ．Ｔ．Ｋａｏ、Ｓ．Ｗ．Ｃｈｅｎ、Ｃ．Ｃ．Ｋａｏ、Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ、およびＳ．Ｃ．Ｗａｎｇ，「ＣＷ  ｌａｓｉｎｇ  ｏｆ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｂｌｕｅ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ」，２００８  Ｃｏｎｆ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌａｓｅｒ  Ｓｃｉ．Ｃｏｎｆ．Ｌａｓｅｒｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ，ＣＬＥＯ／ＱＥＬＳ，ｖｏｌ．１４１１０２，ｎｏ．２００８，２００８．
［１０］Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ、Ｅ．Ｃ．Ｙｏｕｎｇ、Ｂ．Ｐ．Ｙｏｎｋｅｅ、Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ、Ｔ．Ｍａｒｇａｌｉｔｈ、Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳ．Ｎａｋａｍｕｒａ，「Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ  ｃｏｎｔａｃｔ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０７，ｎｏ．９，２０１５．
［１１］Ｄ．Ｈ．Ｈｓｉｅｈ、Ａ．Ｊ．Ｔｚｏｕ、Ｄ．Ｗ．Ｌｉｎ、Ｔ．Ｓ．Ｋａｏ、Ｃ．Ｃ．Ｌｉｎ、Ｃ．Ｙ．Ｃｈａｎｇ、およびＨ．Ｃ．Ｋｕｏ，「Ｇｒｅａｔｌｙ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ＶＣＳＥＬ  ｂｙ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ」，Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ｎｕｍｅｒ．Ｓｉｍｕｌ．Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＮＵＳＯＤ，ｖｏｌ．２０１５−Ｍａｙ，ｎｏ．２１，ｐｐ．１３９−１４０，２０１５．
［１２］Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ、Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ、Ｂ．Ｐ．Ｙｏｎｋｅｅ、Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｔ．Ｍａｒｇａｌｉｔｈ、Ｓ．Ｌｅｅ、Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ、Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳ．Ｎａｋａｍｕｒａ，「Ｎｏｎｐｏｌａｒ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  ａｎ  ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０７，ｎｏ．１，２０１５．
［１３］Ｓ．Ｉｚｕｍｉ、Ｎ．Ｆｕｕｔａｇａｗａ、Ｔ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉ、Ｍ．Ｍｕｒａｙａｍａ、Ｍ．Ｋｕｒａｍｏｔｏ、およびＨ．Ｎａｒｕｉ，「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．８，ｎｏ．６，ｐｐ．６−９，２０１５．
［１４］Ｍ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ、Ｏ．Ｉｍａｆｕｊｉ、Ｋ．Ｎａｇａｍａｔｓｕ、Ｋ．Ｙａｍａｎａｋａ、Ｓ．Ｔａｋｉｇａｗａ、およびＴ．Ｋａｔａｙａｍａ，「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｌａｓｉｎｇ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  ＧａＮ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｅｌｏｎｇａｔｅｄ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ」，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．８９８６，ｐｐ．１−６，２０１４．
［１５］Ｃ．Ｏ．Ｈｏｌｄｅｒ、Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ、Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ、Ｂ．Ｙｏｎｋｅｅ、Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＤ．Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，「Ｎｏｎｐｏｌａｒ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ  ｏｆ  １００％  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｕｓｉｎｇ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０５，ｎｏ．３，ｐｐ．１−６，２０１４．
［１６］Ｗ．Ｊ．Ｌｉｕ、Ｘ．Ｌ．Ｈｕ、Ｌ．Ｙ．Ｙｉｎｇ、Ｊ．Ｙ．Ｚｈａｎｇ、およびＢ．Ｐ．Ｚｈａｎｇ，「Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ  ｌａｓｉｎｇ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｉｎｊｅｃｔｅｄ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０４，ｎｏ．２５，ｐｐ．１−５，２０１４．
［１７］Ｒ．Ｂ．Ｘｕ、Ｙ．Ｍｅｉ、Ｂ．Ｐ．Ｚｈａｎｇ、Ｌ．Ｙ．Ｙｉｎｇ、Ｚ．Ｗ．Ｚｈｅｎｇ、Ｗ．Ｈｏｆｍａｎｎ、Ｊ．Ｐ．Ｌｉｕ、Ｈ．Ｙａｎｇ、Ｍ．Ｌｉ、およびＪ．Ｚｈａｎｇ，「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  ｂｌｕｅ  ａｎｄ  ｇｒｅｅｎ  ｌａｓｉｎｇ  ｏｆ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ」，Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．３２，ｎｏ．１０，ｐ．１０５０１２，Ｏｃｔ．２０１７．
［１８］Ｋ．Ｉｋｅｙａｍａ、Ｙ．Ｋｏｚｕｋａ、Ｋ．Ｍａｔｓｕｉ、Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｔ．Ａｋａｇｉ、Ｙ．Ａｋａｔｓｕｋａ、Ｎ．Ｋｏｉｄｅ、Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ、Ｓ．Ｋａｍｉｙａｍａ、Ｍ．Ｉｗａｙａ、およびＩ．Ａｋａｓａｋｉ，「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｎ−ｔｙｐｅ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．９，ｎｏ．１０，ｐ．１０２１０１，Ｏｃｔ．２０１６．
［１９］Ｇ．Ｗｅｎｇ、Ｙ．Ｍｅｉ、Ｊ．Ｌｉｕ、Ｗ．Ｈｏｆｍａｎｎ、Ｌ．Ｙｉｎｇ、Ｊ．Ｚｈａｎｇ、Ｙ．Ｂｕ、Ｚ．Ｌｉ、Ｈ．Ｙａｎｇ、およびＢ．Ｚｈａｎｇ，「Ｌｏｗ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｌａｓｉｎｇ  ｏｆ  ｙｅｌｌｏｗ−ｇｒｅｅｎ  ＩｎＧａＮ−ＱＤ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ」，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．１４，ｐ．１５５４６，Ｊｕｌ．２０１６．
［２０］Ｔ．Ｆｕｒｕｔａ、Ｋ．Ｍａｔｓｕｉ、Ｙ．Ｋｏｚｕｋａ、Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｎ．Ｈａｙａｓｉ、Ｔ．Ａｋａｇｉ、Ｎ．Ｋｏｉｄｅ、Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ、Ｓ．Ｋａｍｉｙａｍａ、Ｍ．Ｉｗａｙａ、およびＩ．Ａｋａｓａｋｉ，「１．７−ｍＷ  ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｕｓｉｎｇ  ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ  ｂｏｔｔｏｍ  ＤＢＲｓ」，２０１６  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＩＳＬＣ）．ｐｐ．１−２，２０１６．
［２１］Ｋ．Ｍａｔｓｕｉ、Ｙ．Ｋｏｚｕｋａ、Ｋ．Ｉｋｅｙａｍａ、Ｋ．Ｈｏｒｉｋａｗａ、Ｔ．Ｆｕｒｕｔａ、Ｔ．Ａｋａｇｉ、Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ、Ｓ．Ｋａｍｉｙａｍａ、Ｍ．Ｉｗａｙａ、およびＩ．Ａｋａｓａｋｉ，「ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｇａｉｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５５，ｎｏ．５Ｓ，ｐ．０５ＦＪ０８，Ｍａｙ  ２０１６．
［２２］Ｐ．Ｓ．Ｙｅｈ、Ｃ．−Ｃ．Ｃｈａｎｇ、Ｙ．−Ｔ．Ｃｈｅｎ、Ｄ．−Ｗ．Ｌｉｎ、Ｊ．−Ｓ．Ｌｉｏｕ、Ｃ．Ｃ．Ｗｕ、Ｊ．Ｈ．Ｈｅ、およびＨ．−Ｃ．Ｋｕｏ，「ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｓｕｂ−ｍｉｌｌｉａｍｐ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ａｎｄ  ｓｍａｌｌ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０９，ｎｏ．２４，ｐ．２４１１０３，Ｄｅｃ．２０１６．
［２３］Ｔ．Ｆｕｒｕｔａ、Ｋ．Ｍａｔｓｕｉ、Ｋ．Ｈｏｒｉｋａｗａ、Ｋ．Ｉｋｅｙａｍａ、Ｙ．Ｋｏｚｕｋａ、Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ、Ｔ．Ａｋａｇｉ、Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ、Ｓ．Ｋａｍｉｙａｍａ、Ｍ．Ｉｗａｙａ、およびＩ．Ａｋａｓａｋｉ，「Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＣＷ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｉｃｋ  ＧａＩｎＮ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ  Ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ＣＷ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｎｉｔｒｉｄｅ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｉｃｋ  ＧａＩｎＮ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ」，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５５，ｐ．０５ＦＪ１１，２０１６．
［２４］Ｊ．Ｔ．Ｌｅｏｎａｒｄ、Ｂ．Ｐ．Ｙｏｎｋｅｅ、Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ、Ｌ．Ｍｅｇａｌｉｎｉ、Ｓ．Ｌｅｅ、Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ、およびＳ．Ｎａｋａｍｕｒａ，「Ｎｏｎｐｏｌａｒ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ａ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ｅｔｃｈｅｄ  ａｉｒ−ｇａｐ  ａｐｅｒｔｕｒｅ」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１０８，ｎｏ．３，２０１６．
［２５］Ｔ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉ、Ｈ．Ｎａｋａｊｉｍａ、Ｍ．Ｉｔｏ、Ｊ．Ｍｉｔｏｍｏ、Ｓ．Ｓａｔｏｕ、Ｎ．Ｆｕｕｔａｇａｗａ、およびＨ．Ｎａｒｕｉ，「Ｌａｔｅｒａｌ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｂｏｒｏｎ  ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ」，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５５，ｎｏ．１２，ｐ．１２２１０１，２０１６．
［２６］Ｔ．Ｈａｍａｇｕｃｈｉ、Ｎ．Ｆｕｕｔａｇａｗａ、Ｓ．Ｉｚｕｍｉ、Ｍ．Ｍｕｒａｙａｍａ、およびＨ．Ｎａｒｕｉ，「Ｍｉｌｌｉｗａｔｔ−ｃｌａｓｓ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｂｌｕｅ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ」，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ａｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．，ｖｏｌ．２１３，ｎｏ．５，ｐｐ．１１７０−１１７６，２０１６．
［２７］Ｃ．Ｆｏｒｍａｎ  ｅｔ．ａｌ．による、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍ−ｐｌａｎｅ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ａ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ  ｃｏｎｔａｃｔ．  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１１２，１１１１０６  （２０１８）；  ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０６３／１．５００７７４６
［２８］Ｃ．Ｆｏｒｍａｎ  ｅｔ．Ａｌ．による、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎｏｎｐｏｌａｒ  ＧａＮ−ｂａｓｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  １０５３２，Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ＸＩＩＩ；  １０５３２１Ｃ  （２０１８），  ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１１１７／１２．２３１４８８５，
［２９］Ｃ．Ｆｏｒｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．による、Ｔｈｅ  ｗｏｒｌｄ’ｓ  ｆｉｒｓｔ  ＣＷ  ｎｏｎ−ｐｏｌａｒ
ＧａＮ  ＶＣＳＥＬ，
ＷＷＷ．ＣＯＭＰＯＵＮＤＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ．ＮＥＴ  ｌ  ＭＡＲＣＨ  ２０１８
ｈｔｔｐｓ：／／ｄａｔａ．ａｎｇｅｌ．ｄｉｇｉｔａｌ／ｐｄｆ／Ｃｏｍｐｏｕｎｄ＿Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ＿Ｉｓｓｕｅ＿２＿２０１８．ｐｄｆ＃ｐａｇｅ＝４８
［３０］Ｃ．Ｆｏｒｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．による、Ｔｈｅ  Ｗｏｒｌｄ’ｓ  Ｆｉｒｓｔ  ＣＷ  Ｎｏｎ−ｐｏｌａｒ  ＧａＮ  ＶＣＳＥＬ，Ｔｈｅ  Ｗｏｒｌｄ’ｓ  Ｆｉｒｓｔ  ＣＷ  Ｎｏｎ−ｐｏｌａｒ  ＧａＮ  ＶＣＳＥＬ，Ｖｏｌ．２４  Ｉｓｓｕｅ  ２，Ｍａｒｃｈ  ２０１８，ａｒｔｉｃｌｅ  ｆｏｕｎｄ  ａｔ  ｗｅｂｓｉｔｅ    “ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．ｎｅｔ／ａｒｔｉｃｌｅ／１０４２２８／Ｔｈｅ＿Ｗｏｒｌｄ’ｓ＿Ｆｉｒｓｔ＿ＣＷ＿Ｎｏｎ−ｐｏｌａｒ＿ＧａＮ＿ＶＣＳＥＬ／ｆｅａｔｕｒｅ．”
【０１１３】
（結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を結論付ける。本発明の１つ以上の実施形態の前述の説明は、例証および説明の目的のために提示されている。包括的であること、または本発明を開示される精密な形態に制限することは、意図されていない。多くの修正および変形例が、上記の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、むしろ、本明細書に添付の請求項によって制限されることが意図される。
【図１Ａ】
2020536384.tif 000004
【図１Ｂ】
2020536384.tif 000005
【図２−１】
2020536384.tif 000006
【図２−２】
2020536384.tif 000007
【図２−３】
2020536384.tif 000008
【図２−４】
2020536384.tif 000009
【図２−５】
2020536384.tif 000010
【図３】
2020536384.tif 000011
【図４Ａ】
2020536384.tif 000012
【図４Ｂ】
2020536384.tif 000013
【図５Ａ】
2020536384.tif 000014
【図５Ｂ】
2020536384.tif 000015
【図６Ａ】
2020536384.tif 000016
【図６Ｂ】
2020536384.tif 000017
【図７Ａ】
2020536384.tif 000018
【図７Ｂ】
2020536384.tif 000019
【図８】
2020536384.tif 000020
【図９】
2020536384.tif 000021
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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