レーザ利用のためのＧＡＮ基板を用いた光学素子構造
光学素子は、（０００−１）に向かって約−２度乃至約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向を特徴とするｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材を含んでいる。この素子は、ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されるレーザ縞領域も有している。第１の劈開ｃ面が、上記レーザ縞領域の一端に設けられており、第２の劈開ｃ面が、上記レーザ縞領域の他端に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子およびおよび関連方法に関する。より詳細には、本発明は、無極性ガリウム含有基板（例えば、ＧａＮ、ＭＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ）などを用いて電磁放射を出射する方法および素子を提供する。ひとえに例示目的のために、本発明は、光学素子、レーザ、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検出器、集積回路およびトランジスタなどに適用可能である。なお、本出願は、米国シリアル番号第６１／１６８，９２６号（弁理士ドケット番号第０２７６００−０００２００ＵＳ）（出願日：２００９年４月１３日）および米国シリアル番号第６１／２４３，５０２号（弁理士ドケット番号第０２７６００−００１３００ＵＳ）（出願日：２００９年９月１７日）に対する優先権を主張する。同文献はそれぞれ、同一譲受人に譲渡され、同文献それぞれを参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
１８００年代後半において、トーマスエジソンが電球を発明した。従来の電球は「エジソン電球」と呼ばれ、多様な用途（例えば、照明およびディスプレイ）のために百年を超える期間にわたって利用されてきた。従来の電球の場合、タングステンフィラメントがガラス球中に封入され、ガラス球がベース中に密封され、ベースがソケットにねじ込まれている。前記ソケットは、ＡＣ電力またはＤＣ電源に接続される。従来の電球は、広く家庭、建物および屋外照明、および他の照明またはディスプレイを必要とするエリアにおいてみられることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のエジソン電球の場合、残念なことに以下のような欠陥が存在する。先ず、従来の電球は効率が悪く、従来の電球によって利用されるエネルギーのうち約９０％を超えるエネルギーが、光学エネルギーとしてではなく熱として消散される。次に、従来の電球の場合、実際の能力よりも信頼性が低く、フィラメント要素の熱膨張および熱収縮に起因して故障することが多い。さらに、従来の電球は、広範なスペクトルに渡って発光し、このようなスペクトルのうちほとんどは、明るい照明に利用されず、また、ヒトの目のスペクトル感度に起因して知覚もされない。また、従来の電球は全方向に発光し、高い方向性または集束（例えば、投写型ディスプレー、光学データ保存、または特殊な方向への照明）などの用途には不向きである。
【０００４】
１９６０年、レーザがＴｈｅｏｄｏｒｅＨ．Ｍａｉｍａｎ（Ｈｕｇｈｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｍａｌｉｂｕ）によって初めて実証された。このレーザでは、固体フラッシュランプ励起合成ルビー結晶を用いて、赤色レーザ光が６９４ｎｍにおいて発生された。１９６４年までには、アルゴンイオンレーザと呼ばれるガスレーザ設計を用いた青色レーザ出力および緑色レーザ出力が、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｂリッジｓ（Ｈｕｇｈｅｓ Ａｉｒｃｒａｆｔ）によって実証された。このＡｒ−ｉｏｎレーザの場合、活性媒体として希ガスを用いており、ＵＶ波長、青色波長および緑色波長（例えば、３５１ｎｍ、４５４．６ｎｍ、４５７．９ｎｍ、４６５．８ｎｍ、４７６．５ｎｍ、４８８．０ｎｍ、４９６．５ｎｍ、５０１．７ｎｍ、５１４．５ｎｍ、および５２８．７ｎｍ）においてレーザ光出力を発生させる。前記Ａｒ−ｉｏｎレーザの利点として、高方向性および高集束性の光を狭スペクトル出力で発生させることが可能な点があるが、レーザの効率、サイズ、重量およびコストは望ましいものではない。
【０００５】
レーザ技術の発展と共に、より効率的なランプ励起固体レーザ設計が赤色波長および赤外波長向けに開発されたが、これらの技術においても、青色レーザおよび緑色レーザおよび青色レーザにおいて問題が残っている。そのため、ランプ励起固体レーザ赤外線において発生され、非線形の光学特性を有する特殊結晶を用いて出力波長が可視波長に変換させれる。緑色ランプ励起固体レーザは、以下の３段階を有する。つまり、電力がランプに供給されると、ランプは利得結晶を励起し、前記利得結晶は１０６４ｎｍにおいてレーザ出力し、１０６４ｎｍは周波数変換結晶となり、可視５３２ｎｍへと変換される。その結果得られた緑色レーザおよび青色レーザは、「第二高調波発生型ランプ励起固体レーザ」（ＬＰＳＳ ｗｉｔｈ ＳＨＧ）と呼ばれ、Ａｒ−ｉｏｎガスレーザよりも高効率ではあるものの、それでも、特殊な科学用途および医療用途以外の広範囲の利用を実現するには効率、大きさおよび脆弱性の上で問題がある。その上、固体レーザにおいて用いられる利得結晶は典型的にはエネルギー保存特性を有しているため、レーザ変調を高速で行うのが困難であり、そのため広範な利用が限定される。
【０００６】
これらの可視レーザの効率を向上させるため、高出力のダイオード（または半導体）レーザが利用された。これらの「ＳＨＧ型ダイオード励起固体レーザ」（ＤＰＳＳ ｗｉｔｈ ＳＨＧ）では、以下の３段階が用いられる。つまり、電力が８０８ｎｍダイオードレーザに供給されると、８０８ｎｍが利得結晶を励起し、前記利得結晶が１０６４ｎｍにおいてレーザを発生させ、１０６４ｎｍが周波数変換結晶となり、可視光５３２ｎｍへと変換される。このＤＰＳＳレーザ技術は、ＬＰＳＳレーザの長寿命および高効率を利用しており、さらなる商用化により、ハイエンドの特殊な産業用途、医療用途および科学用途に繋がった。しかし、ダイオード励起への変更に起因して、システムコストが上昇し、温度制御の高精度化も必要となり、その結果、レーザのサイズおよび電力消費が有意となった。よって、上気の技術においても、エネルギー保存問題に対応できておらず、レーザの高速変調が困難となっている。
【０００７】
高い出力レーザダイオードの発展および新規の特殊ＳＨＧ結晶の発展と共に、赤外ダイオードレーザ出力を直接変換して青色レーザ光出力および緑色レーザ光出力を得ることが可能となっている。これらの「直接二倍型ダイオードレーザ」またはＳＨＧダイオードレーザでは、以下の２段階が用いられる。つまり、電力が１０６４ｎｍ半導体レーザに供給され、１０６４ｎｍが周波数変換結晶となり、周波数変換結晶が可視５３２ｎｍ緑色光となる。これらのレーザ設計は、効率、コストおよびサイズをＤＰＳＳ−ＳＨＧレーザよりも向上させることを意図したものであるものの、特殊なダイオードおよび結晶に起因して、この意図の実現が困難となっている。その上、ダイオード−ＳＨＧレーザの場合、直接変調という利点があるものの、温度への感度が高いため、用途が限定されてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主に光学素子に関連する技術を提供する。より詳細には、本発明は、無極性または半極性のガリウム含有基板（例えば、ＧａＮ、ＭＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮなど）を用いて電磁放射を出射する方法および素子を提供する。特定の実施形態において、前記電磁放射の波長は、４０５、４５０、４８５、５００、５２０ナノメートルである。本発明は、光学素子、レーザ、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検出器、集積回路およびトランジスタなどの素子に適用可能である。
【０００９】
特定の実施形態において、光学素子が提供される。前記光学素子は、窒化ガリウム基板部材を含む。前記窒化ガリウム基板部材は、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する。前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度〜約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により、特徴付けられる。前記結晶性表面は、ミスカットとして特徴付けられ得、ゼロ度のカット方向を含まない。また、前記素子は、レーザ縞領域を有する。前記レーザ縞領域は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆した様態で形成される。好適な実施形態において、前記レーザ縞領域は、キャビティ配向により、特徴付けられる。前記キャビティ配向は、前記ｃ方向に対して実質的に平行であり、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面を含む。前記第１の劈開ｃ面は好適には、レーザスクライブ領域を含む。また、前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面を有する。特定の実施形態において、前記第２の劈開ｃ面は、レーザスクライブ領域を含む点によっても特徴付けられる。
【００１０】
いくつかの実施形態において、前記光学素子は、窒化ガリウム基板部材を含む。前記窒化ガリウム基板部材は、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する。前記領域は、ｃ面に向かって約−１７度〜約１７度の配向により、特徴付けられる。前記結晶性表面は、ミスカットとして特徴付けられ得、ゼロ度のカット方向を含まない。また、前記素子は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域またはあるいは前記半極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を有する。好適な実施形態において、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開面を含む。特定の実施形態において、前記第１の劈開面は、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開面も有する。特定の実施形態において、前記第２の劈開面は、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる。
【００１１】
別の特定の実施形態において、本発明は、光学素子の形成方法を提供する。前記方法は、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材を提供する工程であって、前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度〜約２度および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により、特徴付けられる、工程を含む。特定の実施形態において、前記結晶性表面は、ミスカットとして特徴付けられ得、ゼロ度のカット方向を含まない。前記素子は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域も有する。前記方法は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を形成する工程を含む。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向により、特徴付けられる。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する。前記方法は好適には、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面および前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面を含む一対の劈開面を形成する。
【００１２】
他の実施形態において、本発明は、他のガリウムおよび窒素含有基板配向上に構成された素子および方法を含む。特定の実施形態において、前記ガリウムおよび窒素含有基板は、｛２０−２１｝結晶配向を含む複数の面上に構成される。特定の実施形態において、｛２０−２１｝は、前記ｍ個の面から１４．９度の角度で前記ｃ面（０００１）へと向かう。一例として、前記ミスカットまたはオフカット角度は、前記ｍ個の面からｃ面に向かって＋／−１７度であるか、あるいは、おおよそ前記｛２０−２１｝結晶配向面にある。別の例として、本素子は、前記ｃ方向の投射に配向されたレーザ縞を含み、前記ｃ方向は、前記ａ方向に対して垂直であるか（または前記ｍ個の面上では前記ｃ方向に構成される）。１つ以上の実施形態において、前記劈開面は、前記ガリウムおよび窒素含有面（例えば、ＧａＮ面）であり、前記面は、前記ｃ方向の投射に対して直交方向から＋／−５度であり（あるいは、前記ｍ個の面のレーザについては、前記ｃ面である）。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いれば、既存の技術に比して利点が達成される。詳細には、本発明により、レーザ用途のためのコスト効率の良い光学素子が可能となる。特定の実施形態において、本光学素子は、比較的単純かつコスト効率の良い方法で製造が可能である。実施形態に応じて、本装置および方法は、従来の材料を用いてかつ／または当業者に従った方法を用いて、製造が可能である。本レーザ素子は、波長が例えば約４００ナノメートルおよび４０５ナノメートル以上のレーザを達成することが可能な無極性窒化ガリウム材料を用いる。他の実施形態において、前記素子および方法は、約５００ナノメートル以上（例えば、５２０ナノメートル）の波長を達成可能である。実施形態に応じて、上記利点のうち１つ以上が達成可能である。上記および他の利点について、本明細書全体において説明し、以下においてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明は、公知のプロセス技術の文脈において、上記利点などを達成する。しかし、本明細書の後半部および添付図面を参照すれば、本発明の本質および利点のさらなる理解が達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子の簡単な斜視図である。
【００１６】
【図２】図２は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子の詳細な断面図である。
【００１７】
【図３】図３は、本発明の実施形態による、レーザ素子のｃ方向劈開面の断面写真である。
【００１８】
【図４】図４は、本発明の実施形態によるレーザ素子の上面図である。
【００１９】
【図５】図５は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２０】
【図６】図６は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２１】
【図７】図７は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２２】
【図８】図８は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２３】
【図９】図９は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２４】
【図１０】図１０は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２５】
【図１１】図１１は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２６】
【図１２】図１２は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２７】
【図１３】図１３は、本発明の１つ以上の例による、レーザ素子の簡単な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明によれば、主に光学素子に関連する技術が提供される。より詳細には、本発明は、無極性または半極性のガリウム含有基板（例えば、ＧａＮ、ＭＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮなど）を用いて電磁放射を出射する方法および素子を提供する。ひとえに例示目的のために、本発明は、光学素子、レーザ、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検出器、集積回路およびトランジスタなどに適用可能である。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子１００の簡単な斜視図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記光学素子は、無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材１０１を含む。前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度〜約２度および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により、特徴付けられる。特定の実施形態において、前記窒化ガリウム基板部材は、無極性結晶性表面領域を有することによって特徴付けられるバルクＧａＮ基板であるが、他もあり得る。特定の実施形態において、前記バルク窒化物ＧａＮ基板は、窒素を含み、表面転位密度が１０５ｃｍ−２を下回る。前記窒化物結晶またはウェーハは、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み得、ここで、０＜ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ＜１である。１つの特定の実施形態において、前記窒化物結晶は、ＧａＮを含む。１つ以上の実施形態において、前記ＧａＮ基板は、約１０５ｃｍ−２〜約１０８ｃｍ−２の濃度において、前記表面に対して実質的に直交または斜めの方向において、貫通転位を有する。前記直交または斜め方向の転位に起因して、前記表面転位密度は、約１０５ｃｍ−２を下回る。
【００３０】
特定の実施形態において、前記素子は、前記無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を有する。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向により、特徴付けられる。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、第１の端部１０７および第２の端部１０９を有する。
【００３１】
好適な実施形態において、前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面および前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面を有する。１つ以上の実施形態において、前記第１の劈開ｃ面は、前記第２の劈開ｃ面に対して実質的に平行である。前記劈開表面それぞれの上に、鏡表面が形成される。前記第１の劈開ｃ面は、第１の鏡表面を含む。好適な実施形態において、前記第１の鏡表面スクライブプロセスおよび破壊プロセスにより、提供される。前記スクライブプロセスでは、任意の適切な技術（例えば、ダイヤモンドスクライブまたはレーザスクライブまたは組み合わせが利用可能である。特定の実施形態において、前記第１の鏡表面は、反射コーティングを含む。前記反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニア、およびチタニアタンタル五酸化ジルコニア、その組み合わせなどから選択される。実施形態に応じて、前記第１の鏡表面は、反射防止コーティングも含み得る。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００３２】
また、好適な実施形態において、前記第２の劈開ｃ面は、第２の鏡表面を含む。前記第２の鏡表面は、特定の実施形態によるスクライブプロセスおよび破壊プロセスにより、提供される。好適には、前記スクライブは、ダイヤモンドスクライブまたはレーザスクライブなどである。特定の実施形態において、前記第２の鏡表面は、反射コーティング（例えば、二酸化ケイ素、ハフニア、チタニアタンタル五酸化ジルコニア、組み合わせなど）を含む。特定の実施形態において、前記第２の鏡表面は、反射防止コーティングを含む。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００３３】
特定の実施形態において、前記レーザ縞は、長さおよび幅を有する。前記長さは、約５０ミクロン〜約３０００ミクロンの範囲である。前記縞の幅は、約０．５ミクロン〜約５０ミクロンの範囲であるが、他の寸法であってもよい。特定の実施形態において、前記幅は実質的に一定の寸法であるが、若干の変動もあり得る。前記幅および長さは、当該分野において一般的に用いられるマスキングおよびエッチングプロセスを用いて形成されることが多い。本素子のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００３４】
特定の実施形態において、前記素子は、自発出射光が、前記ｃ方向に対して実質的に垂直方向に偏光される点によっても特徴付けられる。すなわち、前記素子は、レーザなどとして機能する。好適な実施形態において、前記自発出射光は、前記ｃ方向に対して実質的に垂直方向における偏光比が０．１〜約１よりも大きい点において、特徴付けられる。好適な実施形態において、約４０５ナノメートルからの波長によって特徴付けられる前記自発出射光により、青色発光、緑色発光などが得られる。好適な実施形態において、前記自発出射光は、大きく偏光し、０．４よりも高い偏光比によって特徴付けられる。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。前記レーザ素子のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子２００の詳細な断面図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記レーザ素子は、窒化ガリウム基板２０３を含む。窒化ガリウム基板２０３は、下側のｎ型金属バック接点領域２０１を有する。特定の実施形態において、前記金属バック接点領域は、適切な材料（例えば、下記に記載のものなど）によって構成される。前記接点領域のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００３６】
特定の実施形態において、前記素子はまた、被覆型のｎ型窒化ガリウム層２０５と、活性領域２０７と、レーザ縞領域２０９として構築された被覆型のｐ型窒化ガリウム層とを有する。特定の実施形態において、これらの領域はそれぞれ、少なくとも金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシャル蒸着技術、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、またはＧａＮ成長に適した他のエピタキシャル成長技術を用いて、形成される。特定の実施形態において、前記エピタキシャル層は、高品質のエピタキシャル層被覆型のｎ型窒化ガリウム層である。いくつかの実施形態において、前記高品質の層は、例えばＳｉまたは０によってドープされて、ｎ型材料を形成し、その際のドーパント濃度は、約１０１６ｃｍ−３および１０２０ｃｍ−３である。
【００３７】
特定の実施形態において、ｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１ーｕーｖＮ層（ここで、０＜ｕ、ｖ、ｕ＋ｖ＜１）が、前記基板上に堆積される。特定の実施形態において、前記キャリア濃度は、約１０１６ｃｍ−３および１０２０ｃｍ−２の範囲内であり得る。前記蒸着は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いて実行可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００３８】
一例として、前記バルクＧａＮ基板は、ＭＯＣＶＤリアクタ中のサセプタ上に配置される。前記リアクタに対して閉口、真空排気および埋め戻しを行って（またはロードロック構成を用い）大気圧にした後、前記サセプタを窒素含有ガスの存在下において約１０００〜約１２００℃の温度まで加熱する。１つの特定の実施形態において、前記サセプタをアンモニア流動下においておよそ１１００℃まで加熱する。ガリウム含有金属有機前駆体（例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ））の流動が、キャリアガス中においておよそ１〜５０立方センチメートル毎秒（ｓｅｅｍ）の総速度において開始される。前記キャリアガスは、水素、ヘリウム、窒素、またはアルゴンを含み得る。成長時におけるグループＶ前駆体（アンモニア）のグループＩＩＩ前駆体（トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム）に対する流量比は、約２０００〜約１２０００である。キャリアガス中のジシランの流動を約０．１〜１０ｓｅｅｍの総流量で開始する。
【００３９】
特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、前記ｐ型窒化ガリウム層２０９によって構成される。特定の実施形態において、前記レーザ縞は、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスにより、提供される。好適な実施形態において、前記エッチングプロセスはドライであるが、他であってもよい。一例として、前記ドライエッチングプロセスは、塩素保有化学種を用いた誘導結合プロセスまたは類似の化学的性質を用いた反応性イオンエッチングプロセスである。やはり一例として、前記塩素保有化学種は、塩素ガスなどから一般的に抽出される。前記素子は、被覆型の誘電領域も有する。前記領域は、２１３接点領域を露出させる。特定の実施形態において、前記誘電領域は、酸化物（例えば、二酸化ケイ素）または窒化ケイ素であるが、他のものであってもよい。前記接点領域は、被覆型の金属層２１５に結合される。前記被覆型の金属層は、金および白金（Ｐｔ／Ａｕ）を含む多層構造であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４０】
特定の実施形態において、前記レーザ素子は、活性領域２０７を有する。前記活性領域は、１つ以上の実施形態による１個〜２０個の量子井戸領域を含み得る。一例として、前記ｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１−ｕ−ｖＮ層の堆積を所定厚さを達成するように所定時間行った後、活性層を堆積させる。前記活性層は、単一の量子井戸または複数の量子井戸（１〜２０個の量子井戸）を含み得る。前記量子井戸は、ＩｎＧａＮ井戸およびＧａＮ障壁層を含み得る。他の実施形態において、前記井戸層および障壁層は、ＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮおよびＡＩｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮをそれぞれ含み、ここで、０＜ｗ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗ＋ｘ、ｙ＋ｚ＜１であり、ｗ＜ｕ、ｙおよび／またはｘ＞ｖ、ｚであり、これにより、前記井戸層（単数または複数）のバンドギャップは、前記障壁層（単数または複数）および前記ｎ型層のバンドギャップよりも少なくなる。前記井戸層および障壁層の厚さはそれぞれ、約１ｎｍ〜約４０ｎｍの範囲であり得る。別の実施形態において、前記活性層はダブルヘテロ構造を含み、ここで、厚さ約１０ｎｍ〜１００ｎｍのＩｎＧａＮまたはＡｌｗＩｎｘＧａ１ーｗ−ｘＮ層の周囲にＧａＮまたはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙーｚＮ層が設けられ、ここでｗ＜ｕ、ｙおよび／またはｘ＞ｖ、ｚである。前記活性層の組成および構造は、事前選択された波長において光発光が得られるように、選択される。前記活性層は、非ドープのままであってもよいし（あるいは非意図的にドープしてもよく）、また、ｎ型またはｐ型ドープであってよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４１】
特定の実施形態において、また、前記活性領域は、電子ブロッキング領域と、別個の閉じ込めヘテロ構造とを含み得る。いくつかの実施形態において、電子ブロッキング層が好適には堆積される。前記電子ブロッキング層は、ＡｌｓＩｎｔＧａ１−ｓーｔＮ（０＜ｓ、ｔ、ｓ＋ｔ＜１）を含み得、バンドギャップが前記活性層よりも高く、ｐ型ドープであり得る。１つの特定の実施形態において、前記電子ブロッキング層は、ＡｌＧａＮを含む。別の実施形態において、前記電子ブロッキング層は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を含む。前記ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造において、ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層が交互に積層される。前記ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層の厚さはそれぞれ、約０．２ｎｍ〜約５ｎｍである。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４２】
上記したように、前記ｐ型窒化ガリウム構造は、ｐ型ドープＡＩｑＩｎｒＧａ１−ｑ−１Ｎ（０＜ｑ、ｒ、ｑ＋ｒ＜１）層であり得、前記活性層上に堆積される。前記ｐ型層は、Ｍｇによって約１０１６ｃｍ−３〜１０２２の高さまでドープされ得、厚さ約５ｎｍ〜約１０００ｎｍであり得る。前記ｐ型層の最外部の１〜５０ｎｍは、前記層のその他の部分よりもより強力にドープされ得、これにより、電気接触を向上させることができる。特定の実施形態において、前記レーザ縞は、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスにより、提供される。好適な実施形態において、前記エッチングプロセスはドライであるが、他のものであってもよい。前記素子は、被覆型の誘電領域も有する。前記被覆型の誘電領域は、２１３接点領域を露出させる。特定の実施形態において、前記誘電領域は酸化物（例えば、二酸化ケイ素）であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４３】
特定の実施形態において、前記金属接点は、適切な材料によって構成される。前記反射電気接点は、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金、ロジウム、パラジウム、クロムなどのうち少なくとも１つを含み得る。前記電気接点は、熱蒸発、電子ビーム蒸着、電気めっき、スパッタリングまたは別の適切な技術により、蒸着可能である。好適な実施形態において、前記電気接点は、前記光学素子のためのｐ型電極として機能する。別の実施形態において、前記電気接点は、前記光学素子のためのｎ型電極として機能する。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。前記劈開面のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００４４】
図３は、本発明の実施形態による、レーザ素子のｃ方向劈開面の断面写真である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記ｃ方向劈開面は平滑であり、適切な鏡表面を提供する。前記レーザ素子の上面図の詳細を以下に記載する。
【００４５】
図４は、本発明の実施形態によるレーザ素子の上面図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記レーザ縞は前記ｃ方向において構成され、前記ｃ方向に対して垂直方向に投射を有する。図示のように、前記窒化ガリウム基板の上面図は、特定の実施形態による若干のミスカットまたはオフカット表面領域配向のものである。
【００４６】
１つ以上の実施形態によるレーザ素子の処理方法の概要を以下に示す。図５も参照されたい。１として、開始。２として、処理後の基板（レーザ素子を含む）にリッジを設ける。３として、基板の薄肉化を後側から行う。４として、後側ｎ接点を形成する。５として、バー構造に構成されたレーザ素子を分離するよう、パターンをスクライブする。６として、スクライブパターンを破壊して、ｍ複数のバー構造を形成する。７として、バー構造を積み重ねる。８として、バー構造をコートする。９として、バー構造を単一化して、レーザ素子を有する個々のダイにする。１０として、他の工程を所望に行う。
【００４７】
上記一連の工程を用いて、本発明の１つ以上の実施形態による基板構造から、個々のレーザ素子をダイ上に形成する。１つ以上の好適な実施形態において、前記方法は、劈開面を含む。これらの劈開面は、無極性窒化ガリウム基板材料上に構成されたリッジレーザ素子内において、相互に実質的に平行でありかつ相互に対向する。実施形態に応じて、本明細書中の特許請求の範囲から逸脱することなく、これらの工程のうち１つ以上を組み合わせつかまたは除去することができ、あるいは、他の工程を付加することも可能である。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。本方法のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００４８】
図６は、本発明の実施形態による基板薄肉化プロセスを簡単に示す。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。特定の実施形態において、前記方法は、レーザ素子（好適にはリッジレーザ素子であるが、他のものであってもよい）を含む窒化ガリウム基板材料と共に開始する。前記基板に、特定の実施形態による前側処理が施される。前側処理が完了した後、前記ＧａＮ基板のうち１つ以上を、サファイアキャリアウェーハまたは他の適切な部材上に取り付ける。一例として、前記方法は、従来の取り付け用熱可塑性物質である結晶ボンド５０９を用いる。前記熱可塑性物質は、アセトンまたは他の適切な溶媒中に溶融可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４９】
特定の実施形態において、前記キャリアウェーハを、ラッピングジグ上に取り付ける。このようなラッピングジグの一例は、ＬｏｇｉｔｅｃｈＬｔｄ．（英国）または他のベンダーにより、製造される。前記ラッピングジグの利用により、特定の実施形態によるラッピングプロセス時における前記基板の平面性の維持が支援される。一例として、前記基板の出発厚さは〜３２５ｕｒｎ＋／−２０ｕｍであるが、他のものであってもよい。特定の実施形態において、前記方法は、前記基板のラッピングまたは薄肉化を７０〜８０ｕｍ厚さになるまで行うが、これよりも厚さを薄くするかまたは若干厚めにしてもよい。好適な実施形態において、前記ラッピングジグは、ラッピングプレートと共に構成される。前記ラッピングプレートは、適切な材料（例えば、平面度が５ｕｍ未満になるように構成された鋳鉄があるが、他のものであってもよい）によって構成されることが多い。好適には、前記方法は、１部の炭化ケイ素（ＳｉＣ）および１０部の水であるラッピングスラリーを用いるが、他の変更も可能である。特定の実施形態において、前記ＳｉＣ粒の寸法は約５ｕｍである。１つ以上の実施形態において、前記ラッピングプレート速度は、約１０回転／分が適している。さらに、前記方法は、１つ以上の実施形態による所望のラッピング速度（例えば、２〜３ｕｍ／分以上またはこれより若干低め）を達成するようにラッピングジグの圧力ダウンを調整することが可能である。
【００５０】
特定の実施形態において、本方法は、ラッピングプロセスを含む。前記ラッピングプロセスは、前記ＧａＮ材料中の表面下損傷の発生によって中レベルトラップなどを発生させ得る。前記中レベルトラップにより、ショットキー特性を有する接点を得ることができる。よって、本方法は、１つ以上の研磨プロセスを含み、これにより、前記損傷を有する〜１０ｕｍの材料を特定の実施形態に従って除去する。一例として、前記方法は、Ｐｏｌｉｔｅｘ（ＴＭ）研磨パッド（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ）を用いるが、他のものであってもよい。このパッドをステンレススチールプレート上に接着する。研磨溶液は、Ｕｌｔｒａｓｏｌ３００Ｋ（製造元：Ｅｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）であるが、他のものであってもよい。前記Ｕｌｔｒａ−Ｓｏｌ３００Ｋは、高純度のコロイド状シリカスラリーであり、特殊設計のアルカリ分散を含む。前記Ｕｌｔｒａ−Ｓｏｌ３００Ｋは、７０ｎｍコロイド状シリカを含み、ｐＨは１０．６である。固形分は３０％（重量％）である。特定の実施形態において、前記ラッピングプレート速度は７０ｒｐｍであり、全重量のラッピングジグが付加される。好適な実施形態において、前記方法における研磨速は度約〜２ｕｍ／時間であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５１】
他の実施形態において、本発明は、ｍ個の面のＧａＮ基板材料に対する高品質のｎ型接点を達成する方法を提供する。特定の実施形態において、前記方法は、適切なオーム接点を達成するには粗い接点を提供する。特定の実施形態において、前記粗さに起因して他の結晶面が露出され、その結果良好な接点が得られる。好適な実施形態において、本方法は、ラップ表面を含む。前記ラップ表面のテクスチャは粗いため、２つよりも多くのまたは複数の異なる結晶面が露出される。他の実施形態において、ラッピングの後に、エッチング（例えば、ドライエッチングおよび／またはウェットエッチング）が行われ得る。特定の実施形態において、エッチングにより、前記表面下損傷が除去される。しかし、前記表面が研磨のように平坦化される可能性は低い。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５２】
図７は、１つ以上の実施形態による、後側のｎ接点方法を示す簡単な図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記薄肉化プロセスの完了後、前記方法は、１つ以上の実施形態に従って、前記基板の後側上にｎ接点を形成する。この時点において、前記薄肉化基板は、未だ前記サファイアウェーハ上に取り付けられかつ維持されている状態である。好適な実施形態において、前記薄肉化基板は、効率および取り扱いの利用のための「バッチプロセス」である。特定の実施形態において、前記バッチ処理を用いた方法により、極めて肉薄の（６０〜８０ｕｍ）基板の取り扱いに伴う損傷の完全回避が支援される。
【００５３】
一例として、前記後側接点は、約３００ÅＡｌ／３０００ÅＡｕまたは他の適切な材料を含む。特定の実施形態において、前記接点は、電子ビーム蒸着または他の適切な技術によって蒸着された金属積層である。好適な実施形態において、前記金属積層蒸着前に、前記方法において、ウェットエッチ（例えば、フッ化水素酸ウェットエッチ）の利用により、前記表面上の酸化物を全て除去する。特定の実施形態において、形成後後の金属積層に対し、好適にはアニーリングまたは高温処理を施す。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５４】
図８は、１つ以上の実施形態による、スクライブおよび破壊動作を示す簡単な図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記ｎ接点の形成後、特定の実施形態に従って、前記基板を前記サファイアキャリアウェーハから取り外し、アセトンおよびイソプロピルアルコール中において洗浄する。その後、前記基板をビニールテープ上に取り付けて、実施形態に応じてスクライブおよび破壊プロセスを行う。好適な実施形態において、前記テープは、前記レーザバー上に残留物を全く残さず、このような残留物を実質的に全く含まず、本質的に高分子であるかまたは微粒子であることが多い。
【００５５】
次に、前記方法は、１つ以上のスクライブプロセスを含む。特定の実施形態において、前記方法は、パターン形成のために前記基板にレーザをあてる工程を含む。好適な実施形態において、前記パターンは、１つ以上のリッジレーザの対象となる一対の面を形成するように、構成される。好適な実施形態において、前記一対の面は相互に対向し、相互に平行なアライメントをとる。好適な実施形態において、前記方法は、前記レーザバーのスクライブの際に、ＵＶ（３５５ｎｍ）レーザを用いる。特定の実施形態において、前記レーザは、システム上に構成される。前記システムにより、１つ以上の異なるパターンおよびプロファイルにおいて構成されたスクライブ線が可能となる。１つ以上の実施形態において、前記スクライブは、用途に応じて、後側、前側または両側において実行可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５６】
特定の実施形態において、前記方法は、後側スクライブなどを用いる。後側スクライブの場合、前記方法は好適には、連続線スクライブを形成する。前記連続線スクライブは、前記ＧａＮ基板の後側のレーザバーに対して垂直である。特定の実施形態において、前記スクライブは概して深さ１５〜２０ｕｍまたは他の適切な深さである。好適には、後側スクライブが有利であり得る。すなわち、前記スクライブプロセスは、前記レーザバーまたは他の類似パターンのピッチに依存しない。従って、好適な実施形態に従って、後側スクライブにより、高密度のレーザバーを各基板上に得ることができる。しかし、特定の実施形態において、後側スクライブに起因して、前記面のうち１つ以上の上にテープからの残留物が残る場合がある。特定の実施形態において、後側スクライブにおいては、基板の下面をテープ上にのせる必要がある場合が多い。前側スクライブの場合は、基板の後側はテープと接触する。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５７】
好適な実施形態において、本方法において、前側スクライブの利用により、清浄な面の形成を促進する。特定の実施形態において、前側スクライブプロセスが好適に用いられる。特定の実施形態において、前記方法は、ｅ面粗さまたは他の欠陥が最小である直線状劈開を得るためのスクライブパターンを含む。スクライブののさらなる詳細について、以下に記載する。
【００５８】
スクライブパターン：レーザマスクのピッチは約２００ｕｍであるが、他のものであってもよい。前記方法は、１７０ｕｍスクライブを用い、２００ｕｍピッチにおいて３０ｕｍダッシュを用いる。好適な実施形態において、熱感度が高いレーザリッジから離れた熱影響ゾーンを保持しつつ、前記スクライブ長さを最大化または増加させる。
【００５９】
スクライブプロファイル：鋸歯状プロファイルの場合、一般的に面粗さは最小となる。前記鋸歯状プロファイルの形状により、材料中のストレス濃度が非常に高まり、その結果、劈開をより容易にかつ／またはより効率的に伝搬させることが可能になると考えられる。
【００６０】
特定の実施形態において、本方法は、本レーザ素子の製造に適したスクライブを提供する。一例として、図９は、（１）後側スクライブプロセスおよび（２）前側スクライブプロセスと関連付けられた基板材料の断面を示す。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６１】
ここで図１０を参照して、前記方法は、複数のバー構造を形成するための破壊プロセスを含む。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記ＧａＮ基板をスクライブした後、前記方法は、破壊器を用いて前記基板をバー状に劈開する。特定の実施形態において、前記破壊器は、金属支持部を有する。前記金属支持部は、９００ｕｍ間隔の空間を有する。前記スクライブ線が中央に来るよう、前記基板を前記支持部上に配置する。次に、適切な形状のセラミックブレードが前記スクライブ線上の直接圧力を付加することで、前記基板は、前記スクライブ線に沿って劈開する。
【００６２】
図１１は、１つ以上の実施形態による積層およびコーティングプロセスを示す簡単な図である。ここでも、本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。劈開後、前記バーを治具内において積層する。前記治具により、前面および後面のコーティングが可能となる。前記前面および後面は、相互に平行にアライメントをとりかつ相互に対向する。前面コーティングフィルムは、任意の適切な低反射率設計（ＡＲ設計）から選択可能である。前記ＡＲ設計は、特定の実施形態に従ってＨｆＯ２の肉薄層によってキャップされたＡｌ２Ｏ３の１／４波長コーティングを含む。前記Ａｌ２Ｏ３コーティングは強靱な誘電であり、ＨｆＯ２は高密度であり、その結果、前記前面の反射率の環境的不動態化および調整が支援される。これらのコーティングフィルムは好適には、電子ビーム蒸着により、蒸着される。特定の実施形態において、前記後面は、高反射率ＨＲ設計により、コーティングされる。前記ＨＲ設計は、複数対の１／４波長ＳｉＯ２／ＨｆＯ２を含む。特定の実施形態において、およそ６〜７対を用いて、９９％を超える反射率を達成することができる。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６３】
好適な実施形態において、前記方法は、真空を破壊することなく前記面それぞれの蒸着を可能にするよう構成された、適切な蒸着システムを用いる。前記蒸着システムは、十分な高さおよび空間体積のドーム構造を含む。前記システムにより、特定の実施形態に従って、前記治具内に構成された複数のバーを片側から他方側へと反転させて、前記後面および前面を露出させることが可能となる。好適な実施形態において、前記方法により、先ず後面が蒸着されて、前記バー治具が再構成されて前面が露出され、次に、真空破壊無く前面が蒸着される。好適な実施形態において、前記方法により、前側および後側上へ１つ以上のフィルムを真空破壊無く蒸着することが可能となり、これにより、時間の節約および効率向上が可能となる。他の実施形態は、真空を破壊し得る。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６４】
図１２は、特定の実施形態による、バーを単一化して複数のダイを得る方法を示す。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記バーの面をコーティングした後、前記方法において、前記レーザ素子をバー形態において試験し、その後単一化を行う。特定の実施形態において、前記方法は、スクライブおよび破壊プロセス（面劈開に類似するもの）を行うことにより、バーの単一化を行う。好適には、前記方法は、特定の実施形態に従って、浅い連続線スクライブをレーザバーの上側上に形成する。前記ダイの幅は、約２００ｕｍであり、これにより、前記支持部空間を３００ｕｍ位まで低減することが可能となる。前記バーを劈開して個々のダイとした後、前記テープを膨張させて、前記ダイそれぞれを前記テープからピックオフする。次に、前記方法は、１つ以上の実施形態に従って、前記ダイそれぞれに対してパッキング動作を行う。
【００６５】
図１３は、本発明の１つ以上の例による、レーザ素子を示す簡単な図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。本例において、前記光学素子は、窒化ガリウム基板部材を有する。前記窒化ガリウム基板部材は、無極性結晶性表面領域を有する。前記無極性結晶性表面領域は、（０００−１）に向かって約１度および（１１−２０）に向かって約０．３度未満の配向により、特徴付けられる。前記バルク窒化物ＧａＮ基板は窒素を含み、表面転位密度は１Ｅ−６ｃｍ−２未満であり、表面粗さは０．２ｎｍ未満である。
【００６６】
前記素子は、前記無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を有する。前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向によって特徴付けられ、第１の端部および第２の端部を有する。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面とを有する。前記第１の劈開ｃ面は、前記第２の劈開ｃ面に対して実質的に平行である。前記劈開表面それぞれの上に、鏡表面が形成される。前記第１の劈開ｃ面は、第１の鏡表面を含む。前記第１の鏡表面は、スクライブプロセスおよび破壊プロセス（例えば、本明細書中に記載のもの）により、得られる。前記第１の鏡表面は、反射コーティングを含む。前記反射コーティングは、アルミナおよびハフニアである。前記第２の劈開ｃ面は、第２の鏡表面を含む。前記第２の鏡表面は、スクライブプロセスおよび破壊プロセス（例えば、本明細書中に記載のもの）により、得られる。前記第２の鏡表面は、反射コーティング（例えば、二酸化ケイ素およびハフニア）を含む。特定の実施形態において、前記レーザ縞は、長さおよび幅を有する。前記長さは４００〜１０００μｍであり、前記幅は１．４〜４μｍである。前記幅の寸法は実質的に一定である。
【００６７】
図示のように、前記素子は、自発出射光が、前記ｃ方向に対して実質的に垂直方向に偏光される点によっても特徴付けられる。すなわち、前記素子は、レーザとして機能する。前記自発出射光は、前記ｃ方向に対して垂直な偏光比により、特徴付けられる。やはり記載のように、前記自発出射光は、約４０５ナノメートルの波長により青色〜紫色発光を提供する点により、特徴付けられる。他のパラメータを下記に挙げる。つまり、出力ｃｗ＞３５０ｍＷ、１ｔｈ＜３５ｍＡ、ＳＥ＞１．０Ｗ／Ａ、およびＴｏ−５６ヘッダ上にパッケージングというパラメータである。図示のように、このグラフは、本レーザ素子の約２５℃における出力および電流の関係を示す。さらに、本レーザ素子について、約４０５ナノメートルにおける波長が図示される。ここでも、本素子単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。
【００６８】
他の実施形態において、本発明は、他のガリウムおよび窒素含有基板配向上に構成された素子および方法を含む。特定の実施形態において、前記ガリウムおよび窒素含有基板は、｛２０−２１｝結晶配向を含む複数の面上に構成される。特定の実施形態において、｛２０−２１｝は、前記ｍ個の面から前記ｃ面（０００１）に向かって１４．９度である。一例として、前記ミスカットまたはオフカット角度は、前記ｍ個の面から面に向かって＋／−１７度であるか、または、およそ｛２０−２１｝結晶配向面にある。別の例として、本素子は、前記ｃ方向の投射に配向されるレーザ縞を含む。前記ｃ方向は、ａ方向に対して垂直であるか（あるいは、前記ｍ個の面上の場合は、前記ｃ方向に構成される）。１つ以上の実施形態において、前記劈開面は、ガリウムおよび窒素含有面（例えば．、ＧａＮ面）であり、前記ｃ方向の投射に対して直交方向から＋／−５度であるか（あるいは、前記ｍ個の面のレーザについては、前記ｃ面である）。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６９】
上記において特定の実施形態を詳述したが、多様な変更、代替的構造および均等物が利用可能である。よって、上記の記載および図示は、本発明の範囲を限定するものとしてとられるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により、規定される。
【符号の説明】
【００７０】
２００：レーザ素子
【００７１】
２０１：下側のｎ型金属バック接点領域
【００７２】
２０３：窒化ガリウム基板
【００７３】
２０５：ｎ型窒化ガリウム層
【００７４】
２０７：活性領域
【００７５】
２０９：レーザ縞領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子およびおよび関連方法に関する。より詳細には、本発明は、無極性ガリウム含有基板（例えば、ＧａＮ、ＭＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ）などを用いて電磁放射を出射する方法および素子を提供する。ひとえに例示目的のために、本発明は、光学素子、レーザ、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検出器、集積回路およびトランジスタなどに適用可能である。なお、本出願は、米国シリアル番号第６１／１６８，９２６号（弁理士ドケット番号第０２７６００−０００２００ＵＳ）（出願日：２００９年４月１３日）および米国シリアル番号第６１／２４３，５０２号（弁理士ドケット番号第０２７６００−００１３００ＵＳ）（出願日：２００９年９月１７日）に対する優先権を主張する。同文献はそれぞれ、同一譲受人に譲渡され、同文献それぞれを参考のため援用する。
【背景技術】
【０００２】
１８００年代後半において、トーマスエジソンが電球を発明した。従来の電球は「エジソン電球」と呼ばれ、多様な用途（例えば、照明およびディスプレイ）のために百年を超える期間にわたって利用されてきた。従来の電球の場合、タングステンフィラメントがガラス球中に封入され、ガラス球がベース中に密封され、ベースがソケットにねじ込まれている。前記ソケットは、ＡＣ電力またはＤＣ電源に接続される。従来の電球は、広く家庭、建物および屋外照明、および他の照明またはディスプレイを必要とするエリアにおいてみられることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のエジソン電球の場合、残念なことに以下のような欠陥が存在する。先ず、従来の電球は効率が悪く、従来の電球によって利用されるエネルギーのうち約９０％を超えるエネルギーが、光学エネルギーとしてではなく熱として消散される。次に、従来の電球の場合、実際の能力よりも信頼性が低く、フィラメント要素の熱膨張および熱収縮に起因して故障することが多い。さらに、従来の電球は、広範なスペクトルに渡って発光し、このようなスペクトルのうちほとんどは、明るい照明に利用されず、また、ヒトの目のスペクトル感度に起因して知覚もされない。また、従来の電球は全方向に発光し、高い方向性または集束（例えば、投写型ディスプレー、光学データ保存、または特殊な方向への照明）などの用途には不向きである。
【０００４】
１９６０年、レーザがＴｈｅｏｄｏｒｅＨ．Ｍａｉｍａｎ（Ｈｕｇｈｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｍａｌｉｂｕ）によって初めて実証された。このレーザでは、固体フラッシュランプ励起合成ルビー結晶を用いて、赤色レーザ光が６９４ｎｍにおいて発生された。１９６４年までには、アルゴンイオンレーザと呼ばれるガスレーザ設計を用いた青色レーザ出力および緑色レーザ出力が、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｂリッジｓ（Ｈｕｇｈｅｓ Ａｉｒｃｒａｆｔ）によって実証された。このＡｒ−ｉｏｎレーザの場合、活性媒体として希ガスを用いており、ＵＶ波長、青色波長および緑色波長（例えば、３５１ｎｍ、４５４．６ｎｍ、４５７．９ｎｍ、４６５．８ｎｍ、４７６．５ｎｍ、４８８．０ｎｍ、４９６．５ｎｍ、５０１．７ｎｍ、５１４．５ｎｍ、および５２８．７ｎｍ）においてレーザ光出力を発生させる。前記Ａｒ−ｉｏｎレーザの利点として、高方向性および高集束性の光を狭スペクトル出力で発生させることが可能な点があるが、レーザの効率、サイズ、重量およびコストは望ましいものではない。
【０００５】
レーザ技術の発展と共に、より効率的なランプ励起固体レーザ設計が赤色波長および赤外波長向けに開発されたが、これらの技術においても、青色レーザおよび緑色レーザおよび青色レーザにおいて問題が残っている。そのため、ランプ励起固体レーザ赤外線において発生され、非線形の光学特性を有する特殊結晶を用いて出力波長が可視波長に変換させれる。緑色ランプ励起固体レーザは、以下の３段階を有する。つまり、電力がランプに供給されると、ランプは利得結晶を励起し、前記利得結晶は１０６４ｎｍにおいてレーザ出力し、１０６４ｎｍは周波数変換結晶となり、可視５３２ｎｍへと変換される。その結果得られた緑色レーザおよび青色レーザは、「第二高調波発生型ランプ励起固体レーザ」（ＬＰＳＳ ｗｉｔｈ ＳＨＧ）と呼ばれ、Ａｒ−ｉｏｎガスレーザよりも高効率ではあるものの、それでも、特殊な科学用途および医療用途以外の広範囲の利用を実現するには効率、大きさおよび脆弱性の上で問題がある。その上、固体レーザにおいて用いられる利得結晶は典型的にはエネルギー保存特性を有しているため、レーザ変調を高速で行うのが困難であり、そのため広範な利用が限定される。
【０００６】
これらの可視レーザの効率を向上させるため、高出力のダイオード（または半導体）レーザが利用された。これらの「ＳＨＧ型ダイオード励起固体レーザ」（ＤＰＳＳ ｗｉｔｈ ＳＨＧ）では、以下の３段階が用いられる。つまり、電力が８０８ｎｍダイオードレーザに供給されると、８０８ｎｍが利得結晶を励起し、前記利得結晶が１０６４ｎｍにおいてレーザを発生させ、１０６４ｎｍが周波数変換結晶となり、可視光５３２ｎｍへと変換される。このＤＰＳＳレーザ技術は、ＬＰＳＳレーザの長寿命および高効率を利用しており、さらなる商用化により、ハイエンドの特殊な産業用途、医療用途および科学用途に繋がった。しかし、ダイオード励起への変更に起因して、システムコストが上昇し、温度制御の高精度化も必要となり、その結果、レーザのサイズおよび電力消費が有意となった。よって、上気の技術においても、エネルギー保存問題に対応できておらず、レーザの高速変調が困難となっている。
【０００７】
高い出力レーザダイオードの発展および新規の特殊ＳＨＧ結晶の発展と共に、赤外ダイオードレーザ出力を直接変換して青色レーザ光出力および緑色レーザ光出力を得ることが可能となっている。これらの「直接二倍型ダイオードレーザ」またはＳＨＧダイオードレーザでは、以下の２段階が用いられる。つまり、電力が１０６４ｎｍ半導体レーザに供給され、１０６４ｎｍが周波数変換結晶となり、周波数変換結晶が可視５３２ｎｍ緑色光となる。これらのレーザ設計は、効率、コストおよびサイズをＤＰＳＳ−ＳＨＧレーザよりも向上させることを意図したものであるものの、特殊なダイオードおよび結晶に起因して、この意図の実現が困難となっている。その上、ダイオード−ＳＨＧレーザの場合、直接変調という利点があるものの、温度への感度が高いため、用途が限定されてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、主に光学素子に関連する技術を提供する。より詳細には、本発明は、無極性または半極性のガリウム含有基板（例えば、ＧａＮ、ＭＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮなど）を用いて電磁放射を出射する方法および素子を提供する。特定の実施形態において、前記電磁放射の波長は、４０５、４５０、４８５、５００、５２０ナノメートルである。本発明は、光学素子、レーザ、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検出器、集積回路およびトランジスタなどの素子に適用可能である。
【０００９】
特定の実施形態において、光学素子が提供される。前記光学素子は、窒化ガリウム基板部材を含む。前記窒化ガリウム基板部材は、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する。前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度〜約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により、特徴付けられる。前記結晶性表面は、ミスカットとして特徴付けられ得、ゼロ度のカット方向を含まない。また、前記素子は、レーザ縞領域を有する。前記レーザ縞領域は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆した様態で形成される。好適な実施形態において、前記レーザ縞領域は、キャビティ配向により、特徴付けられる。前記キャビティ配向は、前記ｃ方向に対して実質的に平行であり、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面を含む。前記第１の劈開ｃ面は好適には、レーザスクライブ領域を含む。また、前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面を有する。特定の実施形態において、前記第２の劈開ｃ面は、レーザスクライブ領域を含む点によっても特徴付けられる。
【００１０】
いくつかの実施形態において、前記光学素子は、窒化ガリウム基板部材を含む。前記窒化ガリウム基板部材は、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する。前記領域は、ｃ面に向かって約−１７度〜約１７度の配向により、特徴付けられる。前記結晶性表面は、ミスカットとして特徴付けられ得、ゼロ度のカット方向を含まない。また、前記素子は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域またはあるいは前記半極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を有する。好適な実施形態において、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開面を含む。特定の実施形態において、前記第１の劈開面は、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開面も有する。特定の実施形態において、前記第２の劈開面は、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる。
【００１１】
別の特定の実施形態において、本発明は、光学素子の形成方法を提供する。前記方法は、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材を提供する工程であって、前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度〜約２度および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により、特徴付けられる、工程を含む。特定の実施形態において、前記結晶性表面は、ミスカットとして特徴付けられ得、ゼロ度のカット方向を含まない。前記素子は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域も有する。前記方法は、前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を形成する工程を含む。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向により、特徴付けられる。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する。前記方法は好適には、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面および前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面を含む一対の劈開面を形成する。
【００１２】
他の実施形態において、本発明は、他のガリウムおよび窒素含有基板配向上に構成された素子および方法を含む。特定の実施形態において、前記ガリウムおよび窒素含有基板は、｛２０−２１｝結晶配向を含む複数の面上に構成される。特定の実施形態において、｛２０−２１｝は、前記ｍ個の面から１４．９度の角度で前記ｃ面（０００１）へと向かう。一例として、前記ミスカットまたはオフカット角度は、前記ｍ個の面からｃ面に向かって＋／−１７度であるか、あるいは、おおよそ前記｛２０−２１｝結晶配向面にある。別の例として、本素子は、前記ｃ方向の投射に配向されたレーザ縞を含み、前記ｃ方向は、前記ａ方向に対して垂直であるか（または前記ｍ個の面上では前記ｃ方向に構成される）。１つ以上の実施形態において、前記劈開面は、前記ガリウムおよび窒素含有面（例えば、ＧａＮ面）であり、前記面は、前記ｃ方向の投射に対して直交方向から＋／−５度であり（あるいは、前記ｍ個の面のレーザについては、前記ｃ面である）。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いれば、既存の技術に比して利点が達成される。詳細には、本発明により、レーザ用途のためのコスト効率の良い光学素子が可能となる。特定の実施形態において、本光学素子は、比較的単純かつコスト効率の良い方法で製造が可能である。実施形態に応じて、本装置および方法は、従来の材料を用いてかつ／または当業者に従った方法を用いて、製造が可能である。本レーザ素子は、波長が例えば約４００ナノメートルおよび４０５ナノメートル以上のレーザを達成することが可能な無極性窒化ガリウム材料を用いる。他の実施形態において、前記素子および方法は、約５００ナノメートル以上（例えば、５２０ナノメートル）の波長を達成可能である。実施形態に応じて、上記利点のうち１つ以上が達成可能である。上記および他の利点について、本明細書全体において説明し、以下においてより詳細に説明する。
【００１４】
本発明は、公知のプロセス技術の文脈において、上記利点などを達成する。しかし、本明細書の後半部および添付図面を参照すれば、本発明の本質および利点のさらなる理解が達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子の簡単な斜視図である。
【００１６】
【図２】図２は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子の詳細な断面図である。
【００１７】
【図３】図３は、本発明の実施形態による、レーザ素子のｃ方向劈開面の断面写真である。
【００１８】
【図４】図４は、本発明の実施形態によるレーザ素子の上面図である。
【００１９】
【図５】図５は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２０】
【図６】図６は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２１】
【図７】図７は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２２】
【図８】図８は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２３】
【図９】図９は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２４】
【図１０】図１０は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２５】
【図１１】図１１は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２６】
【図１２】図１２は、本発明の１つ以上の実施形態による、レーザ素子の簡単なバックエンド処理方法を示す。
【００２７】
【図１３】図１３は、本発明の１つ以上の例による、レーザ素子の簡単な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明によれば、主に光学素子に関連する技術が提供される。より詳細には、本発明は、無極性または半極性のガリウム含有基板（例えば、ＧａＮ、ＭＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮなど）を用いて電磁放射を出射する方法および素子を提供する。ひとえに例示目的のために、本発明は、光学素子、レーザ、発光ダイオード、太陽電池、光電気化学水分解および水素発生、光検出器、集積回路およびトランジスタなどに適用可能である。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子１００の簡単な斜視図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記光学素子は、無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材１０１を含む。前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度〜約２度および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により、特徴付けられる。特定の実施形態において、前記窒化ガリウム基板部材は、無極性結晶性表面領域を有することによって特徴付けられるバルクＧａＮ基板であるが、他もあり得る。特定の実施形態において、前記バルク窒化物ＧａＮ基板は、窒素を含み、表面転位密度が１０５ｃｍ−２を下回る。前記窒化物結晶またはウェーハは、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含み得、ここで、０＜ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ＜１である。１つの特定の実施形態において、前記窒化物結晶は、ＧａＮを含む。１つ以上の実施形態において、前記ＧａＮ基板は、約１０５ｃｍ−２〜約１０８ｃｍ−２の濃度において、前記表面に対して実質的に直交または斜めの方向において、貫通転位を有する。前記直交または斜め方向の転位に起因して、前記表面転位密度は、約１０５ｃｍ−２を下回る。
【００３０】
特定の実施形態において、前記素子は、前記無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を有する。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向により、特徴付けられる。特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、第１の端部１０７および第２の端部１０９を有する。
【００３１】
好適な実施形態において、前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面および前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面を有する。１つ以上の実施形態において、前記第１の劈開ｃ面は、前記第２の劈開ｃ面に対して実質的に平行である。前記劈開表面それぞれの上に、鏡表面が形成される。前記第１の劈開ｃ面は、第１の鏡表面を含む。好適な実施形態において、前記第１の鏡表面スクライブプロセスおよび破壊プロセスにより、提供される。前記スクライブプロセスでは、任意の適切な技術（例えば、ダイヤモンドスクライブまたはレーザスクライブまたは組み合わせが利用可能である。特定の実施形態において、前記第１の鏡表面は、反射コーティングを含む。前記反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニア、およびチタニアタンタル五酸化ジルコニア、その組み合わせなどから選択される。実施形態に応じて、前記第１の鏡表面は、反射防止コーティングも含み得る。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００３２】
また、好適な実施形態において、前記第２の劈開ｃ面は、第２の鏡表面を含む。前記第２の鏡表面は、特定の実施形態によるスクライブプロセスおよび破壊プロセスにより、提供される。好適には、前記スクライブは、ダイヤモンドスクライブまたはレーザスクライブなどである。特定の実施形態において、前記第２の鏡表面は、反射コーティング（例えば、二酸化ケイ素、ハフニア、チタニアタンタル五酸化ジルコニア、組み合わせなど）を含む。特定の実施形態において、前記第２の鏡表面は、反射防止コーティングを含む。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００３３】
特定の実施形態において、前記レーザ縞は、長さおよび幅を有する。前記長さは、約５０ミクロン〜約３０００ミクロンの範囲である。前記縞の幅は、約０．５ミクロン〜約５０ミクロンの範囲であるが、他の寸法であってもよい。特定の実施形態において、前記幅は実質的に一定の寸法であるが、若干の変動もあり得る。前記幅および長さは、当該分野において一般的に用いられるマスキングおよびエッチングプロセスを用いて形成されることが多い。本素子のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００３４】
特定の実施形態において、前記素子は、自発出射光が、前記ｃ方向に対して実質的に垂直方向に偏光される点によっても特徴付けられる。すなわち、前記素子は、レーザなどとして機能する。好適な実施形態において、前記自発出射光は、前記ｃ方向に対して実質的に垂直方向における偏光比が０．１〜約１よりも大きい点において、特徴付けられる。好適な実施形態において、約４０５ナノメートルからの波長によって特徴付けられる前記自発出射光により、青色発光、緑色発光などが得られる。好適な実施形態において、前記自発出射光は、大きく偏光し、０．４よりも高い偏光比によって特徴付けられる。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。前記レーザ素子のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態による、無極性基板上に作製されたレーザ素子２００の詳細な断面図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記レーザ素子は、窒化ガリウム基板２０３を含む。窒化ガリウム基板２０３は、下側のｎ型金属バック接点領域２０１を有する。特定の実施形態において、前記金属バック接点領域は、適切な材料（例えば、下記に記載のものなど）によって構成される。前記接点領域のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００３６】
特定の実施形態において、前記素子はまた、被覆型のｎ型窒化ガリウム層２０５と、活性領域２０７と、レーザ縞領域２０９として構築された被覆型のｐ型窒化ガリウム層とを有する。特定の実施形態において、これらの領域はそれぞれ、少なくとも金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）のエピタキシャル蒸着技術、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、またはＧａＮ成長に適した他のエピタキシャル成長技術を用いて、形成される。特定の実施形態において、前記エピタキシャル層は、高品質のエピタキシャル層被覆型のｎ型窒化ガリウム層である。いくつかの実施形態において、前記高品質の層は、例えばＳｉまたは０によってドープされて、ｎ型材料を形成し、その際のドーパント濃度は、約１０１６ｃｍ−３および１０２０ｃｍ−３である。
【００３７】
特定の実施形態において、ｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１ーｕーｖＮ層（ここで、０＜ｕ、ｖ、ｕ＋ｖ＜１）が、前記基板上に堆積される。特定の実施形態において、前記キャリア濃度は、約１０１６ｃｍ−３および１０２０ｃｍ−２の範囲内であり得る。前記蒸着は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いて実行可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００３８】
一例として、前記バルクＧａＮ基板は、ＭＯＣＶＤリアクタ中のサセプタ上に配置される。前記リアクタに対して閉口、真空排気および埋め戻しを行って（またはロードロック構成を用い）大気圧にした後、前記サセプタを窒素含有ガスの存在下において約１０００〜約１２００℃の温度まで加熱する。１つの特定の実施形態において、前記サセプタをアンモニア流動下においておよそ１１００℃まで加熱する。ガリウム含有金属有機前駆体（例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ））の流動が、キャリアガス中においておよそ１〜５０立方センチメートル毎秒（ｓｅｅｍ）の総速度において開始される。前記キャリアガスは、水素、ヘリウム、窒素、またはアルゴンを含み得る。成長時におけるグループＶ前駆体（アンモニア）のグループＩＩＩ前駆体（トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム）に対する流量比は、約２０００〜約１２０００である。キャリアガス中のジシランの流動を約０．１〜１０ｓｅｅｍの総流量で開始する。
【００３９】
特定の実施形態において、前記レーザ縞領域は、前記ｐ型窒化ガリウム層２０９によって構成される。特定の実施形態において、前記レーザ縞は、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスにより、提供される。好適な実施形態において、前記エッチングプロセスはドライであるが、他であってもよい。一例として、前記ドライエッチングプロセスは、塩素保有化学種を用いた誘導結合プロセスまたは類似の化学的性質を用いた反応性イオンエッチングプロセスである。やはり一例として、前記塩素保有化学種は、塩素ガスなどから一般的に抽出される。前記素子は、被覆型の誘電領域も有する。前記領域は、２１３接点領域を露出させる。特定の実施形態において、前記誘電領域は、酸化物（例えば、二酸化ケイ素）または窒化ケイ素であるが、他のものであってもよい。前記接点領域は、被覆型の金属層２１５に結合される。前記被覆型の金属層は、金および白金（Ｐｔ／Ａｕ）を含む多層構造であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４０】
特定の実施形態において、前記レーザ素子は、活性領域２０７を有する。前記活性領域は、１つ以上の実施形態による１個〜２０個の量子井戸領域を含み得る。一例として、前記ｎ型ＡｌｕＩｎｖＧａ１−ｕ−ｖＮ層の堆積を所定厚さを達成するように所定時間行った後、活性層を堆積させる。前記活性層は、単一の量子井戸または複数の量子井戸（１〜２０個の量子井戸）を含み得る。前記量子井戸は、ＩｎＧａＮ井戸およびＧａＮ障壁層を含み得る。他の実施形態において、前記井戸層および障壁層は、ＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮおよびＡＩｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮをそれぞれ含み、ここで、０＜ｗ、ｘ、ｙ、ｚ、ｗ＋ｘ、ｙ＋ｚ＜１であり、ｗ＜ｕ、ｙおよび／またはｘ＞ｖ、ｚであり、これにより、前記井戸層（単数または複数）のバンドギャップは、前記障壁層（単数または複数）および前記ｎ型層のバンドギャップよりも少なくなる。前記井戸層および障壁層の厚さはそれぞれ、約１ｎｍ〜約４０ｎｍの範囲であり得る。別の実施形態において、前記活性層はダブルヘテロ構造を含み、ここで、厚さ約１０ｎｍ〜１００ｎｍのＩｎＧａＮまたはＡｌｗＩｎｘＧａ１ーｗ−ｘＮ層の周囲にＧａＮまたはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙーｚＮ層が設けられ、ここでｗ＜ｕ、ｙおよび／またはｘ＞ｖ、ｚである。前記活性層の組成および構造は、事前選択された波長において光発光が得られるように、選択される。前記活性層は、非ドープのままであってもよいし（あるいは非意図的にドープしてもよく）、また、ｎ型またはｐ型ドープであってよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４１】
特定の実施形態において、また、前記活性領域は、電子ブロッキング領域と、別個の閉じ込めヘテロ構造とを含み得る。いくつかの実施形態において、電子ブロッキング層が好適には堆積される。前記電子ブロッキング層は、ＡｌｓＩｎｔＧａ１−ｓーｔＮ（０＜ｓ、ｔ、ｓ＋ｔ＜１）を含み得、バンドギャップが前記活性層よりも高く、ｐ型ドープであり得る。１つの特定の実施形態において、前記電子ブロッキング層は、ＡｌＧａＮを含む。別の実施形態において、前記電子ブロッキング層は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造を含む。前記ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造において、ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層が交互に積層される。前記ＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層の厚さはそれぞれ、約０．２ｎｍ〜約５ｎｍである。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４２】
上記したように、前記ｐ型窒化ガリウム構造は、ｐ型ドープＡＩｑＩｎｒＧａ１−ｑ−１Ｎ（０＜ｑ、ｒ、ｑ＋ｒ＜１）層であり得、前記活性層上に堆積される。前記ｐ型層は、Ｍｇによって約１０１６ｃｍ−３〜１０２２の高さまでドープされ得、厚さ約５ｎｍ〜約１０００ｎｍであり得る。前記ｐ型層の最外部の１〜５０ｎｍは、前記層のその他の部分よりもより強力にドープされ得、これにより、電気接触を向上させることができる。特定の実施形態において、前記レーザ縞は、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスにより、提供される。好適な実施形態において、前記エッチングプロセスはドライであるが、他のものであってもよい。前記素子は、被覆型の誘電領域も有する。前記被覆型の誘電領域は、２１３接点領域を露出させる。特定の実施形態において、前記誘電領域は酸化物（例えば、二酸化ケイ素）であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４３】
特定の実施形態において、前記金属接点は、適切な材料によって構成される。前記反射電気接点は、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金、ロジウム、パラジウム、クロムなどのうち少なくとも１つを含み得る。前記電気接点は、熱蒸発、電子ビーム蒸着、電気めっき、スパッタリングまたは別の適切な技術により、蒸着可能である。好適な実施形態において、前記電気接点は、前記光学素子のためのｐ型電極として機能する。別の実施形態において、前記電気接点は、前記光学素子のためのｎ型電極として機能する。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。前記劈開面のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００４４】
図３は、本発明の実施形態による、レーザ素子のｃ方向劈開面の断面写真である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記ｃ方向劈開面は平滑であり、適切な鏡表面を提供する。前記レーザ素子の上面図の詳細を以下に記載する。
【００４５】
図４は、本発明の実施形態によるレーザ素子の上面図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。図示のように、前記レーザ縞は前記ｃ方向において構成され、前記ｃ方向に対して垂直方向に投射を有する。図示のように、前記窒化ガリウム基板の上面図は、特定の実施形態による若干のミスカットまたはオフカット表面領域配向のものである。
【００４６】
１つ以上の実施形態によるレーザ素子の処理方法の概要を以下に示す。図５も参照されたい。１として、開始。２として、処理後の基板（レーザ素子を含む）にリッジを設ける。３として、基板の薄肉化を後側から行う。４として、後側ｎ接点を形成する。５として、バー構造に構成されたレーザ素子を分離するよう、パターンをスクライブする。６として、スクライブパターンを破壊して、ｍ複数のバー構造を形成する。７として、バー構造を積み重ねる。８として、バー構造をコートする。９として、バー構造を単一化して、レーザ素子を有する個々のダイにする。１０として、他の工程を所望に行う。
【００４７】
上記一連の工程を用いて、本発明の１つ以上の実施形態による基板構造から、個々のレーザ素子をダイ上に形成する。１つ以上の好適な実施形態において、前記方法は、劈開面を含む。これらの劈開面は、無極性窒化ガリウム基板材料上に構成されたリッジレーザ素子内において、相互に実質的に平行でありかつ相互に対向する。実施形態に応じて、本明細書中の特許請求の範囲から逸脱することなく、これらの工程のうち１つ以上を組み合わせつかまたは除去することができ、あるいは、他の工程を付加することも可能である。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。本方法のさらなる詳細は、本明細書中に記載され、以下により詳細に記載される。
【００４８】
図６は、本発明の実施形態による基板薄肉化プロセスを簡単に示す。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。特定の実施形態において、前記方法は、レーザ素子（好適にはリッジレーザ素子であるが、他のものであってもよい）を含む窒化ガリウム基板材料と共に開始する。前記基板に、特定の実施形態による前側処理が施される。前側処理が完了した後、前記ＧａＮ基板のうち１つ以上を、サファイアキャリアウェーハまたは他の適切な部材上に取り付ける。一例として、前記方法は、従来の取り付け用熱可塑性物質である結晶ボンド５０９を用いる。前記熱可塑性物質は、アセトンまたは他の適切な溶媒中に溶融可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００４９】
特定の実施形態において、前記キャリアウェーハを、ラッピングジグ上に取り付ける。このようなラッピングジグの一例は、ＬｏｇｉｔｅｃｈＬｔｄ．（英国）または他のベンダーにより、製造される。前記ラッピングジグの利用により、特定の実施形態によるラッピングプロセス時における前記基板の平面性の維持が支援される。一例として、前記基板の出発厚さは〜３２５ｕｒｎ＋／−２０ｕｍであるが、他のものであってもよい。特定の実施形態において、前記方法は、前記基板のラッピングまたは薄肉化を７０〜８０ｕｍ厚さになるまで行うが、これよりも厚さを薄くするかまたは若干厚めにしてもよい。好適な実施形態において、前記ラッピングジグは、ラッピングプレートと共に構成される。前記ラッピングプレートは、適切な材料（例えば、平面度が５ｕｍ未満になるように構成された鋳鉄があるが、他のものであってもよい）によって構成されることが多い。好適には、前記方法は、１部の炭化ケイ素（ＳｉＣ）および１０部の水であるラッピングスラリーを用いるが、他の変更も可能である。特定の実施形態において、前記ＳｉＣ粒の寸法は約５ｕｍである。１つ以上の実施形態において、前記ラッピングプレート速度は、約１０回転／分が適している。さらに、前記方法は、１つ以上の実施形態による所望のラッピング速度（例えば、２〜３ｕｍ／分以上またはこれより若干低め）を達成するようにラッピングジグの圧力ダウンを調整することが可能である。
【００５０】
特定の実施形態において、本方法は、ラッピングプロセスを含む。前記ラッピングプロセスは、前記ＧａＮ材料中の表面下損傷の発生によって中レベルトラップなどを発生させ得る。前記中レベルトラップにより、ショットキー特性を有する接点を得ることができる。よって、本方法は、１つ以上の研磨プロセスを含み、これにより、前記損傷を有する〜１０ｕｍの材料を特定の実施形態に従って除去する。一例として、前記方法は、Ｐｏｌｉｔｅｘ（ＴＭ）研磨パッド（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ）を用いるが、他のものであってもよい。このパッドをステンレススチールプレート上に接着する。研磨溶液は、Ｕｌｔｒａｓｏｌ３００Ｋ（製造元：Ｅｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）であるが、他のものであってもよい。前記Ｕｌｔｒａ−Ｓｏｌ３００Ｋは、高純度のコロイド状シリカスラリーであり、特殊設計のアルカリ分散を含む。前記Ｕｌｔｒａ−Ｓｏｌ３００Ｋは、７０ｎｍコロイド状シリカを含み、ｐＨは１０．６である。固形分は３０％（重量％）である。特定の実施形態において、前記ラッピングプレート速度は７０ｒｐｍであり、全重量のラッピングジグが付加される。好適な実施形態において、前記方法における研磨速は度約〜２ｕｍ／時間であるが、他のものであってもよい。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５１】
他の実施形態において、本発明は、ｍ個の面のＧａＮ基板材料に対する高品質のｎ型接点を達成する方法を提供する。特定の実施形態において、前記方法は、適切なオーム接点を達成するには粗い接点を提供する。特定の実施形態において、前記粗さに起因して他の結晶面が露出され、その結果良好な接点が得られる。好適な実施形態において、本方法は、ラップ表面を含む。前記ラップ表面のテクスチャは粗いため、２つよりも多くのまたは複数の異なる結晶面が露出される。他の実施形態において、ラッピングの後に、エッチング（例えば、ドライエッチングおよび／またはウェットエッチング）が行われ得る。特定の実施形態において、エッチングにより、前記表面下損傷が除去される。しかし、前記表面が研磨のように平坦化される可能性は低い。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５２】
図７は、１つ以上の実施形態による、後側のｎ接点方法を示す簡単な図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記薄肉化プロセスの完了後、前記方法は、１つ以上の実施形態に従って、前記基板の後側上にｎ接点を形成する。この時点において、前記薄肉化基板は、未だ前記サファイアウェーハ上に取り付けられかつ維持されている状態である。好適な実施形態において、前記薄肉化基板は、効率および取り扱いの利用のための「バッチプロセス」である。特定の実施形態において、前記バッチ処理を用いた方法により、極めて肉薄の（６０〜８０ｕｍ）基板の取り扱いに伴う損傷の完全回避が支援される。
【００５３】
一例として、前記後側接点は、約３００ÅＡｌ／３０００ÅＡｕまたは他の適切な材料を含む。特定の実施形態において、前記接点は、電子ビーム蒸着または他の適切な技術によって蒸着された金属積層である。好適な実施形態において、前記金属積層蒸着前に、前記方法において、ウェットエッチ（例えば、フッ化水素酸ウェットエッチ）の利用により、前記表面上の酸化物を全て除去する。特定の実施形態において、形成後後の金属積層に対し、好適にはアニーリングまたは高温処理を施す。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５４】
図８は、１つ以上の実施形態による、スクライブおよび破壊動作を示す簡単な図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記ｎ接点の形成後、特定の実施形態に従って、前記基板を前記サファイアキャリアウェーハから取り外し、アセトンおよびイソプロピルアルコール中において洗浄する。その後、前記基板をビニールテープ上に取り付けて、実施形態に応じてスクライブおよび破壊プロセスを行う。好適な実施形態において、前記テープは、前記レーザバー上に残留物を全く残さず、このような残留物を実質的に全く含まず、本質的に高分子であるかまたは微粒子であることが多い。
【００５５】
次に、前記方法は、１つ以上のスクライブプロセスを含む。特定の実施形態において、前記方法は、パターン形成のために前記基板にレーザをあてる工程を含む。好適な実施形態において、前記パターンは、１つ以上のリッジレーザの対象となる一対の面を形成するように、構成される。好適な実施形態において、前記一対の面は相互に対向し、相互に平行なアライメントをとる。好適な実施形態において、前記方法は、前記レーザバーのスクライブの際に、ＵＶ（３５５ｎｍ）レーザを用いる。特定の実施形態において、前記レーザは、システム上に構成される。前記システムにより、１つ以上の異なるパターンおよびプロファイルにおいて構成されたスクライブ線が可能となる。１つ以上の実施形態において、前記スクライブは、用途に応じて、後側、前側または両側において実行可能である。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５６】
特定の実施形態において、前記方法は、後側スクライブなどを用いる。後側スクライブの場合、前記方法は好適には、連続線スクライブを形成する。前記連続線スクライブは、前記ＧａＮ基板の後側のレーザバーに対して垂直である。特定の実施形態において、前記スクライブは概して深さ１５〜２０ｕｍまたは他の適切な深さである。好適には、後側スクライブが有利であり得る。すなわち、前記スクライブプロセスは、前記レーザバーまたは他の類似パターンのピッチに依存しない。従って、好適な実施形態に従って、後側スクライブにより、高密度のレーザバーを各基板上に得ることができる。しかし、特定の実施形態において、後側スクライブに起因して、前記面のうち１つ以上の上にテープからの残留物が残る場合がある。特定の実施形態において、後側スクライブにおいては、基板の下面をテープ上にのせる必要がある場合が多い。前側スクライブの場合は、基板の後側はテープと接触する。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００５７】
好適な実施形態において、本方法において、前側スクライブの利用により、清浄な面の形成を促進する。特定の実施形態において、前側スクライブプロセスが好適に用いられる。特定の実施形態において、前記方法は、ｅ面粗さまたは他の欠陥が最小である直線状劈開を得るためのスクライブパターンを含む。スクライブののさらなる詳細について、以下に記載する。
【００５８】
スクライブパターン：レーザマスクのピッチは約２００ｕｍであるが、他のものであってもよい。前記方法は、１７０ｕｍスクライブを用い、２００ｕｍピッチにおいて３０ｕｍダッシュを用いる。好適な実施形態において、熱感度が高いレーザリッジから離れた熱影響ゾーンを保持しつつ、前記スクライブ長さを最大化または増加させる。
【００５９】
スクライブプロファイル：鋸歯状プロファイルの場合、一般的に面粗さは最小となる。前記鋸歯状プロファイルの形状により、材料中のストレス濃度が非常に高まり、その結果、劈開をより容易にかつ／またはより効率的に伝搬させることが可能になると考えられる。
【００６０】
特定の実施形態において、本方法は、本レーザ素子の製造に適したスクライブを提供する。一例として、図９は、（１）後側スクライブプロセスおよび（２）前側スクライブプロセスと関連付けられた基板材料の断面を示す。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６１】
ここで図１０を参照して、前記方法は、複数のバー構造を形成するための破壊プロセスを含む。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記ＧａＮ基板をスクライブした後、前記方法は、破壊器を用いて前記基板をバー状に劈開する。特定の実施形態において、前記破壊器は、金属支持部を有する。前記金属支持部は、９００ｕｍ間隔の空間を有する。前記スクライブ線が中央に来るよう、前記基板を前記支持部上に配置する。次に、適切な形状のセラミックブレードが前記スクライブ線上の直接圧力を付加することで、前記基板は、前記スクライブ線に沿って劈開する。
【００６２】
図１１は、１つ以上の実施形態による積層およびコーティングプロセスを示す簡単な図である。ここでも、本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。劈開後、前記バーを治具内において積層する。前記治具により、前面および後面のコーティングが可能となる。前記前面および後面は、相互に平行にアライメントをとりかつ相互に対向する。前面コーティングフィルムは、任意の適切な低反射率設計（ＡＲ設計）から選択可能である。前記ＡＲ設計は、特定の実施形態に従ってＨｆＯ２の肉薄層によってキャップされたＡｌ２Ｏ３の１／４波長コーティングを含む。前記Ａｌ２Ｏ３コーティングは強靱な誘電であり、ＨｆＯ２は高密度であり、その結果、前記前面の反射率の環境的不動態化および調整が支援される。これらのコーティングフィルムは好適には、電子ビーム蒸着により、蒸着される。特定の実施形態において、前記後面は、高反射率ＨＲ設計により、コーティングされる。前記ＨＲ設計は、複数対の１／４波長ＳｉＯ２／ＨｆＯ２を含む。特定の実施形態において、およそ６〜７対を用いて、９９％を超える反射率を達成することができる。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６３】
好適な実施形態において、前記方法は、真空を破壊することなく前記面それぞれの蒸着を可能にするよう構成された、適切な蒸着システムを用いる。前記蒸着システムは、十分な高さおよび空間体積のドーム構造を含む。前記システムにより、特定の実施形態に従って、前記治具内に構成された複数のバーを片側から他方側へと反転させて、前記後面および前面を露出させることが可能となる。好適な実施形態において、前記方法により、先ず後面が蒸着されて、前記バー治具が再構成されて前面が露出され、次に、真空破壊無く前面が蒸着される。好適な実施形態において、前記方法により、前側および後側上へ１つ以上のフィルムを真空破壊無く蒸着することが可能となり、これにより、時間の節約および効率向上が可能となる。他の実施形態は、真空を破壊し得る。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６４】
図１２は、特定の実施形態による、バーを単一化して複数のダイを得る方法を示す。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。前記バーの面をコーティングした後、前記方法において、前記レーザ素子をバー形態において試験し、その後単一化を行う。特定の実施形態において、前記方法は、スクライブおよび破壊プロセス（面劈開に類似するもの）を行うことにより、バーの単一化を行う。好適には、前記方法は、特定の実施形態に従って、浅い連続線スクライブをレーザバーの上側上に形成する。前記ダイの幅は、約２００ｕｍであり、これにより、前記支持部空間を３００ｕｍ位まで低減することが可能となる。前記バーを劈開して個々のダイとした後、前記テープを膨張させて、前記ダイそれぞれを前記テープからピックオフする。次に、前記方法は、１つ以上の実施形態に従って、前記ダイそれぞれに対してパッキング動作を行う。
【００６５】
図１３は、本発明の１つ以上の例による、レーザ素子を示す簡単な図である。本図は単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。本例において、前記光学素子は、窒化ガリウム基板部材を有する。前記窒化ガリウム基板部材は、無極性結晶性表面領域を有する。前記無極性結晶性表面領域は、（０００−１）に向かって約１度および（１１−２０）に向かって約０．３度未満の配向により、特徴付けられる。前記バルク窒化物ＧａＮ基板は窒素を含み、表面転位密度は１Ｅ−６ｃｍ−２未満であり、表面粗さは０．２ｎｍ未満である。
【００６６】
前記素子は、前記無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域を有する。前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向によって特徴付けられ、第１の端部および第２の端部を有する。前記素子は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面とを有する。前記第１の劈開ｃ面は、前記第２の劈開ｃ面に対して実質的に平行である。前記劈開表面それぞれの上に、鏡表面が形成される。前記第１の劈開ｃ面は、第１の鏡表面を含む。前記第１の鏡表面は、スクライブプロセスおよび破壊プロセス（例えば、本明細書中に記載のもの）により、得られる。前記第１の鏡表面は、反射コーティングを含む。前記反射コーティングは、アルミナおよびハフニアである。前記第２の劈開ｃ面は、第２の鏡表面を含む。前記第２の鏡表面は、スクライブプロセスおよび破壊プロセス（例えば、本明細書中に記載のもの）により、得られる。前記第２の鏡表面は、反射コーティング（例えば、二酸化ケイ素およびハフニア）を含む。特定の実施形態において、前記レーザ縞は、長さおよび幅を有する。前記長さは４００〜１０００μｍであり、前記幅は１．４〜４μｍである。前記幅の寸法は実質的に一定である。
【００６７】
図示のように、前記素子は、自発出射光が、前記ｃ方向に対して実質的に垂直方向に偏光される点によっても特徴付けられる。すなわち、前記素子は、レーザとして機能する。前記自発出射光は、前記ｃ方向に対して垂直な偏光比により、特徴付けられる。やはり記載のように、前記自発出射光は、約４０５ナノメートルの波長により青色〜紫色発光を提供する点により、特徴付けられる。他のパラメータを下記に挙げる。つまり、出力ｃｗ＞３５０ｍＷ、１ｔｈ＜３５ｍＡ、ＳＥ＞１．０Ｗ／Ａ、およびＴｏ−５６ヘッダ上にパッケージングというパラメータである。図示のように、このグラフは、本レーザ素子の約２５℃における出力および電流の関係を示す。さらに、本レーザ素子について、約４０５ナノメートルにおける波長が図示される。ここでも、本素子単に一例であり、本明細書中の特許請求の範囲を過度に限定するものではない。当業者であれば、他の変更、改変および代替を認識する。
【００６８】
他の実施形態において、本発明は、他のガリウムおよび窒素含有基板配向上に構成された素子および方法を含む。特定の実施形態において、前記ガリウムおよび窒素含有基板は、｛２０−２１｝結晶配向を含む複数の面上に構成される。特定の実施形態において、｛２０−２１｝は、前記ｍ個の面から前記ｃ面（０００１）に向かって１４．９度である。一例として、前記ミスカットまたはオフカット角度は、前記ｍ個の面から面に向かって＋／−１７度であるか、または、およそ｛２０−２１｝結晶配向面にある。別の例として、本素子は、前記ｃ方向の投射に配向されるレーザ縞を含む。前記ｃ方向は、ａ方向に対して垂直であるか（あるいは、前記ｍ個の面上の場合は、前記ｃ方向に構成される）。１つ以上の実施形態において、前記劈開面は、ガリウムおよび窒素含有面（例えば．、ＧａＮ面）であり、前記ｃ方向の投射に対して直交方向から＋／−５度であるか（あるいは、前記ｍ個の面のレーザについては、前記ｃ面である）。もちろん、他の改変、変更および代替が可能である。
【００６９】
上記において特定の実施形態を詳述したが、多様な変更、代替的構造および均等物が利用可能である。よって、上記の記載および図示は、本発明の範囲を限定するものとしてとられるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により、規定される。
【符号の説明】
【００７０】
２００：レーザ素子
【００７１】
２０１：下側のｎ型金属バック接点領域
【００７２】
２０３：窒化ガリウム基板
【００７３】
２０５：ｎ型窒化ガリウム層
【００７４】
２０７：活性領域
【００７５】
２０９：レーザ縞領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子であって、
ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材と、前記ｍ個の面の無極性結晶性表面領域は、（０００−１）に向かって、約−２度乃至約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向を有する窒化ガリウム基板部材と、
前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されるレーザ縞領域であって、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向を有し、
前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する、レーザ縞領域と、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面と、を含む光学素子。
【請求項２】
前記第１の劈開ｃ面は、前記第２の劈開ｃ面に対して実質的に平行である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の劈開ｃ面は、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる第１の鏡表面を含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１の鏡表面は、前記窒化ガリウム基板部材の前側または後側のいずれかからのスクライブプロセスおよび破壊プロセスによって得られる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の鏡表面は、反射コーティングを含む、請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニアおよびチタニアから選択される、請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の鏡表面は、反射防止コーティングを含む、請求項４に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第２の劈開ｍ面は、第２の鏡表面を含み、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第２の鏡表面は、スクライブプロセスおよび破壊プロセスによって得られる、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第２の鏡表面は、反射コーティングを含む、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニアおよびチタニアから選択される、請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第２の鏡表面は、反射防止コーティングを含む、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記長さは、約１００ミクロン乃至約２０００ミクロンの範囲である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項１４】
約１ミクロン乃至約１５ミクロンの範囲の幅をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記ｃ方向に対して垂直に偏光される自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１６】
約３８５乃至約４２０ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１７】
約４２０乃至約４６０ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１８】
約４６０乃至約５００ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１９】
約５００乃至約５５０ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む、請求項１に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記レーザ縞は、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスによって得られることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記窒化ガリウム基板部材の後側を被覆するｎ型金属領域と、前記レーザ縞の上部を被覆するｐ型金属領域とを、さらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記レーザ縞は被覆型の誘電層を含み、前記被覆型の誘電層は、前記レーザ縞の上部を露出させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記表面領域を被覆するｎ型窒化ガリウム領域と、前記ｎ型窒化ガリウム領域を被覆する活性領域と、前記活性領域を被覆する前記レーザ縞領域とを、さらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項２４】
前記活性領域は、１個乃至２０個の量子井戸領域を含み、前記１個乃至２０個の量子井戸領域は、１０オングストローム乃至約４０オングストロームの厚さであることを特徴とする請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２５】
前記活性領域は、１個乃至２０個の量子井戸領域を含み、前記１個乃至２０個の量子井戸領域は、４０オングストローム乃至約８０オングストロームの厚さであることを特徴とする請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記活性領域は、電子ブロッキング領域を含む、請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２７】
前記活性領域は、別個の閉じ込めヘテロ−構造であることを特徴とする請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２８】
光学素子の形成方法であって、
ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材を提供する工程と、前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度乃至約２度および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により特徴付けられる工程と、
前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆するレーザ縞領域を形成する工程であって、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向を有し、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する工程と、
一対の劈開面を形成する工程であって、前記一対の劈開面は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面からなる工程と、を含む光学素子の形成方法。
【請求項２９】
前記一対を形成する工程は、前記第１の劈開ｃ面を別個に形成する工程と、前記第２の劈開ｃ面からなる工程とを含む、請求項２８に記載の光学素子の形成方法。
【請求項３０】
前記第１の劈開ｃ面およびコーティング前記第２のｃ面をコーティングする工程をさらに含む、請求項２８に記載の光学素子の形成方法。
【請求項３１】
前記一対の劈開面を形成した後、単一化プロセスが行われることを特徴とする請求項２８に記載の光学素子の形成方法。
【請求項３２】
光学素子であって、
実質的にｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材と、
前記実質的にｍ個の面の無極性結晶性表面領域は、（０００−１）に向かって約−２度乃至約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向であり、
前記オフカット配向は、（０００−１）に向かってゼロ度および（１１−２００）に向かってゼロ度を含まず、
前記ｍ個の面の無極性結晶性表面領域は、第１の結晶品質を有するオフカット配向であり、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域が、第２の結晶品質を有する非オフカット配向であり、
前記第１の結晶品質は、前記第２の結晶品質よりも高い、窒化ガリウム基板部材と、
前記実質的にｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域であって、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向であり、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する、レーザ縞領域と、
前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面と、を含む光学素子。
【請求項３３】
光学素子であって、
ｍ個の面の結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材であって、前記ｍ個の面の結晶性表面領域は、ｃ面に向かって約−１７度乃至約１７度のオフカット配向を有する窒化ガリウム基板部材と、
前記ｍ個の面の結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域であって、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有するレーザ縞領域と、
前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開面と、ｎ前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開面と、を含む光学素子。
【請求項３４】
前記オフカットによって構成される前記ｍ個の面の結晶性配向表面領域は、｛２０−２１｝面であることを特徴とする請求項３３に記載の光学素子。
【請求項１】
光学素子であって、
ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材と、前記ｍ個の面の無極性結晶性表面領域は、（０００−１）に向かって、約−２度乃至約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向を有する窒化ガリウム基板部材と、
前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されるレーザ縞領域であって、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向を有し、
前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する、レーザ縞領域と、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面と、を含む光学素子。
【請求項２】
前記第１の劈開ｃ面は、前記第２の劈開ｃ面に対して実質的に平行である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の劈開ｃ面は、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる第１の鏡表面を含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１の鏡表面は、前記窒化ガリウム基板部材の前側または後側のいずれかからのスクライブプロセスおよび破壊プロセスによって得られる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の鏡表面は、反射コーティングを含む、請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニアおよびチタニアから選択される、請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の鏡表面は、反射防止コーティングを含む、請求項４に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第２の劈開ｍ面は、第２の鏡表面を含み、レーザスクライブ領域によって特徴付けられる、請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記第２の鏡表面は、スクライブプロセスおよび破壊プロセスによって得られる、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第２の鏡表面は、反射コーティングを含む、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記反射コーティングは、二酸化ケイ素、ハフニアおよびチタニアから選択される、請求項１０に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記第２の鏡表面は、反射防止コーティングを含む、請求項８に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記長さは、約１００ミクロン乃至約２０００ミクロンの範囲である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項１４】
約１ミクロン乃至約１５ミクロンの範囲の幅をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記ｃ方向に対して垂直に偏光される自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１６】
約３８５乃至約４２０ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１７】
約４２０乃至約４６０ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１８】
約４６０乃至約５００ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１９】
約５００乃至約５５０ナノメートルの波長によって特徴付けられる自発出射光をさらに含む、請求項１に記載の光学素子。
【請求項２０】
前記レーザ縞は、ドライエッチングまたはウェットエッチングから選択されたエッチングプロセスによって得られることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項２１】
前記窒化ガリウム基板部材の後側を被覆するｎ型金属領域と、前記レーザ縞の上部を被覆するｐ型金属領域とを、さらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項２２】
前記レーザ縞は被覆型の誘電層を含み、前記被覆型の誘電層は、前記レーザ縞の上部を露出させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項２３】
前記表面領域を被覆するｎ型窒化ガリウム領域と、前記ｎ型窒化ガリウム領域を被覆する活性領域と、前記活性領域を被覆する前記レーザ縞領域とを、さらに含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項２４】
前記活性領域は、１個乃至２０個の量子井戸領域を含み、前記１個乃至２０個の量子井戸領域は、１０オングストローム乃至約４０オングストロームの厚さであることを特徴とする請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２５】
前記活性領域は、１個乃至２０個の量子井戸領域を含み、前記１個乃至２０個の量子井戸領域は、４０オングストローム乃至約８０オングストロームの厚さであることを特徴とする請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記活性領域は、電子ブロッキング領域を含む、請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２７】
前記活性領域は、別個の閉じ込めヘテロ−構造であることを特徴とする請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２８】
光学素子の形成方法であって、
ｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材を提供する工程と、前記領域は、（０００−１）に向かって約−２度乃至約２度および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向により特徴付けられる工程と、
前記ｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆するレーザ縞領域を形成する工程であって、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向を有し、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する工程と、
一対の劈開面を形成する工程であって、前記一対の劈開面は、前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面からなる工程と、を含む光学素子の形成方法。
【請求項２９】
前記一対を形成する工程は、前記第１の劈開ｃ面を別個に形成する工程と、前記第２の劈開ｃ面からなる工程とを含む、請求項２８に記載の光学素子の形成方法。
【請求項３０】
前記第１の劈開ｃ面およびコーティング前記第２のｃ面をコーティングする工程をさらに含む、請求項２８に記載の光学素子の形成方法。
【請求項３１】
前記一対の劈開面を形成した後、単一化プロセスが行われることを特徴とする請求項２８に記載の光学素子の形成方法。
【請求項３２】
光学素子であって、
実質的にｍ個の面の無極性結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材と、
前記実質的にｍ個の面の無極性結晶性表面領域は、（０００−１）に向かって約−２度乃至約２度の配向および（１１−２０）に向かって約０．５度未満の配向であり、
前記オフカット配向は、（０００−１）に向かってゼロ度および（１１−２００）に向かってゼロ度を含まず、
前記ｍ個の面の無極性結晶性表面領域は、第１の結晶品質を有するオフカット配向であり、ｍ個の面の無極性結晶性表面領域が、第２の結晶品質を有する非オフカット配向であり、
前記第１の結晶品質は、前記第２の結晶品質よりも高い、窒化ガリウム基板部材と、
前記実質的にｍ個の面の無極性結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域であって、前記レーザ縞領域は、前記ｃ方向に対して実質的に平行なキャビティ配向であり、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有する、レーザ縞領域と、
前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開ｃ面と、前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開ｃ面と、を含む光学素子。
【請求項３３】
光学素子であって、
ｍ個の面の結晶性表面領域を有する窒化ガリウム基板部材であって、前記ｍ個の面の結晶性表面領域は、ｃ面に向かって約−１７度乃至約１７度のオフカット配向を有する窒化ガリウム基板部材と、
前記ｍ個の面の結晶性配向表面領域の一部を被覆して形成されたレーザ縞領域であって、前記レーザ縞領域は、第１の端部および第２の端部を有するレーザ縞領域と、
前記レーザ縞領域の前記第１の端部上に設けられた第１の劈開面と、ｎ前記レーザ縞領域の前記第２の端部上に設けられた第２の劈開面と、を含む光学素子。
【請求項３４】
前記オフカットによって構成される前記ｍ個の面の結晶性配向表面領域は、｛２０−２１｝面であることを特徴とする請求項３３に記載の光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１２−５２３７１８（Ｐ２０１２−５２３７１８Ａ）
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０６１４０（Ｐ２０１２−５０６１４０）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３０９３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２０８１９
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５１１０２６７０６）ソラア インコーポレーテッド (9)
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＡＡ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７，Ｇｏｌｅｔａ，４８５ Ｐｉｎｅ Ａｖｅｎｕｅ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３０９３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２０８１９
【国際公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【出願人】（５１１０２６７０６）ソラア インコーポレーテッド (9)
【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＡＡ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９３１１７，Ｇｏｌｅｔａ，４８５ Ｐｉｎｅ Ａｖｅｎｕｅ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]