KR100447367B1 - 다중 양자 웰 구조 활성층을 갖는 질화갈륨계 반도체 발광 소자 및 반도체 레이저 광원 장치 - Google Patents

다중 양자 웰 구조 활성층을 갖는 질화갈륨계 반도체 발광 소자 및 반도체 레이저 광원 장치 Download PDF

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Abstract

질화갈륨계 반도체 레이저 소자는 n 형 클래드층(5)과 p 형 클래드층(9) 사이에 적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 활성층(6)을 포함하고 있다. 활성층(6)은 2개의 양자 웰층(14)과 이들 양자 웰층(14) 사이에 끼워진 장벽층(15)으로 이루어지고, 반도체 레이저 소자의 발진부를 구성하고 있다. 양자 웰층(14) 및 장벽층(15)의 두께는 바람직하게는 10 ㎚ 이하이다. 이 반도체 레이저 소자로는 2개의 양자 웰층(14)에 전자와 정공을 균일하게 분포시킬 수 있을 뿐아니라, 재결합에 의해 전자와 정공이 소멸한 양자 웰층 내로의 전자와 정공의 주입을 효과적으로 행할 수 있다. 이 결과, 이 반도체 레이저 소자는 양호한 레이저 발진 특성을 갖는다.

Description

다중 양자 웰 구조 활성층을 갖는 질화갈륨계 반도체 발광 소자 및 반도체 레이저 광원 장치{GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT WITH ACTIVE LAYER HAVING MULTIPLEX QUANTUM WELL STRUCTURE AND SEMICONDUCTOR LASER LIGHT SOURCE DEVICE}
자외선으로부터 녹색의 파장 영역에서의 발광 파장을 갖는 반도체 레이저 소자(LD)나 발광 다이오드 소자(LED)등의 반도체 재료로서, 질화갈륨계 반도체 (GaInAlN)가 이용되고 있다. 이 질화갈륨계 반도체를 이용한 청색 LD는, 예를 들면 Applied Physics Letters. vo1. 69, No. 10, p.1477 ∼ 1479에 기재되어 있고, 그 단면도를 도 19에 도시한다. 도 20은 도 19의 E 부의 확대도이다.
도 19에서, 참조 번호(101)는 사파이어 기판, 참조 번호(102)는 GaN 버퍼층, 참조 번호(103)는 n-GaN 컨택트층, 참조 번호(104)는 n-In0.05Ga0.95N층, 참조 번호(105)는 n-Al0.05Ga0.95N 클래드층, 참조 번호(106)는 n-GaN 가이드층, 참조번호(107)는 In0.2Ga0.8N 양자 웰층과 In0.05Ga0.95N 장벽층으로 이루어지는 다중 양자 웰 구조 활성층, 참조 번호(108)는 p-Al0.2Ga0.8N층, 참조 번호(109)는 p-GaN 가이드층, 참조 번호(110)는 p-Al0.05Ga0.95N 클래드층, 참조 번호(111)는 p-GaN 컨택트층, 참조 번호(112)는 p 측 전극, 참조 번호(113)는 n 측 전극, 참조 번호(114)는 SiO2절연막이다. 여기서, 다중 양자 웰 구조 활성층(107)은 도 20에 도시된 바와 같이 3 ㎚ 두께의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(117)이 5층, 6 ㎚ 두께의 In0.05Ga0.95N 장벽층(118)이 4층의 합계 9층으로 구성되고, 양자 웰층과 장벽층이 교대로 형성되어 있다.
또한, Applied Physics Letters. vol. 69, No. 20, p. 3034∼3036에는, 양자 웰 구조 활성층을, 교대로 적층된 4 ㎚ 두께의 양자 웰층 3층과 8 ㎚ 두께의 장벽층 2층의 합계 5층으로 구성하는 것이 기재되어 있다.
이 외에, 특개평 8-316528에도 마찬가지로 질화 갈륨계 반도체를 이용한 청색 LD가 기재되어 있지만, 이 종래 기술의 청색 LD도, 도 19, 도 20에 도시된 것과 마찬가지로, 5층 이상의 양자 웰층을 구비한 다중 양자 웰 구조 활성층을 이용하고 있다.
한편, 질화갈륨계 반도체를 이용한 청색 LED는, 예를 들면 상기 특개평 8-316528에 기재되어 있고, 그 단면도를 도 21에 도시한다. 도 21에 있어서, 참조 번호(121)는 사파이어 기판, 참조 번호(122)는 GaN 버퍼층, 참조 번호(123)는 n-GaN 컨택트층, 참조 번호(124)는 n-Al0.3Ga0.7N 제2 클래드층, 참조 번호(125)는 n-In0.01Ga0.99N 제1 클래드층, 참조 번호(126)는 3 ㎚ 두께의 In0.05Ga0.95N 단일 원자 웰 구조 활성층, 참조 번호(127)는 p-In0.01Ga0.99N 제1 클래드층, 참조 번호(128)는 p-Al0.3Ca0.7N 제2 클래드층, 참조 번호(129)는 p-GaN 컨택트층, 참조 번호(130)는 p 측 전극, 참조 번호(131)는 n 측 전극이다. 이와 같이 질화갈륨계 반도체를 이용한 청색 LED에서는 1층만의 양자 웰층을 구비한 활성층이 이용되고 있다.
그러나 종래의 상기 청색 LD 및 청색 LED 소자는 각각 이하와 같은 문제점이 있었다.
우선, 청색 LD에 대해서는 발진 임계치 전류치가 100 ㎃ 이상으로 높고, 광 디스크 등의 정보 처리용으로서 실용적으로 공급하기 위해서는 발진 임계치 전류치를 대폭 저감할 필요가 있다. 또한 광 디스크용으로서 LD를 이용하는 경우, 데이타의 판독시의 잡음에 의한 데이타의 판독 에러를 방지하기 위해 주파수 300 ㎒ 정도의 고주파 전류를 LD에 주입하고, 광 출력을 동일한 주파수로 변조할 필요가 있지만, 종래의 청색 LD에서는 고주파 전류를 주입해도 광 출력이 변조되지 않기 때문에, 데이타의 판독 에러를 생기게 하는 문제가 있었다.
또한, 청색 LED에 대해서는, 이미 실용화되고 있지만, 예를 들면 넓은 시야각에서도 밝게 표시할 수 있는 대형 컬러 디스플레이 등과 같이, 더욱 광범위하게 걸친 용도로 청색 LED 소자를 공급해가기 위해서는, 광 출력의 향상에 따른 보다 고휘도의 LED를 실현하는 것이 바람직하다.
또한, 종래의 질화갈륨계 LED 소자로서는, 주입 전류를 증가시킴에 따라 발광 파장의 피크치가 크게 변동한다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 질화갈륨계 청색 LED에서는, 순방향 전류를 0.1 ㎃에서 20 ㎃까지 증가시키면 발광 파장의 피크치가 7 ㎚나 시프트한다. 이것은 발광 파장이 긴 LED 소자에서 특히 현저하고, 질화갈륨계 녹색 LED에서는, 발광 파장의 피크치가 20 ㎚나 시프트해 버린다. 이러한 소자를 컬러 디스플레이로 이용하면, 이 피크 파장의 시프트를 위해, 화상의 밝기에 따라 화상의 색조가 변화한다는 문제를 생기게 하였다.
〈발명의 개시〉
본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 행해진 것으로서, 상기 질화갈륨계 반도체 발광 소자에서의 과제를 해결하여, 양호한 레이저 발진 특성을 구비한 반도체 레이저 소자, 및 높은 광 출력을 얻을 수 있는 발광 다이오드 소자를 실현할 수 있는 질화갈륨계 반도체 발광 소자를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 전류 주입에 의한 파장 시프트가 없는 발광 다이오드 소자를 실현할 수 있는 질화갈륨계 반도체 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 발광 소자는, 반도체 기판과, 적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 양자 웰 구조를 구비한 활성층과, 상기 활성층을 끼우는 제1 클래드층 및 제2 클래드층을 구비하고, 상기 활성층은 2개의 양자 웰층과, 상기 양자 웰층 사이에 끼워진 하나의 장벽층으로 이루어진다.
이 질화갈륨계 반도체 발광 소자를 반도체 레이저 소자로서 이용하는 경우에는, 상기 활성층은 이 반도체 레이저 소자의 발진부를 형성한다. 그리고, 이 반도체 레이저 소자에 전류를 주입하는 구동 회로를 더 설치함에 따라, 반도체 레이저 광원 장치를 실현할 수 있다. 한편, 상기 질화갈륨계 반도체 발광 소자를 반도체 발광 다이오드 소자로서 이용하는 경우에는, 상기 활성층은 이 반도체 발광 다이오드 소자의 발광부를 형성한다.
이러한 본 발명을 발견하는데 있어서, 본 발명자는 종래 소자에 있어서의 상기 과제의 원인에 대해 상세히 조사를 행하고, 이하의 것이 판명되었다.
우선 청색 LD에 대해서는, 양자 웰층으로서 이용되는 InGaN 재료는, 전자·정공 모두 그 유효 질량이 큰 것과 다수의 결정 결함이 존재함에 따라 전자나 정공의 이동도가 대폭 저하하고, 다중 양자 웰 구조 활성층의 모든 양자 웰층에 전자와 정공이 균일하게 분포하지 않게 된다. 즉, 전자를 주입하는 n 형 클래드층 측의 양자 웰층 2층 정도밖에 전자는 주입되지 않고, 정공을 주입하는 p 형 클래드층 측의 양자 웰층 2층 정도밖에 정공은 주입되지 않는다. 따라서, 양자 웰층이 5층 이상의 다중 양자 웰 구조 활성층에서는, 전자와 정공이 동일 양자 웰층 내에 존재하는 비율이 작기 때문에, 전자와 정공의 재결합에 의한 발광의 효율이 저하하고, 레이저 발진의 임계치 전류치를 증대시킨다.
또한 이와 같이 전자나 정공의 이동도가 작기 때문에 양자 웰층 사이에서의 전자나 정공의 이동이 늦어지고, 재결합에 의해 전자·정공이 소멸한 양자 웰층 내로 새롭게 전자와 정공이 주입되지 않고, 클래드층에 근접하는 양자 웰층에 주입된 전자·정공이 그대로 그 양자 웰층에 계속 존재하게 된다. 따라서, 주입 전류를변조해도 양자 웰층 내에 존재하는 전자와 정공의 밀도가 변조되지 않음에 따라서도, 이로 인한 고주파 전류를 주입해도 광 출력이 변조되지 않게 된다.
따라서 본 발명의 일실시 형태에서는, 적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 활성층에 있어서의 양자 웰층의 층수를 2로 함에 따라, 모든 양자 웰층에 전자와 정공을 균일하게 분포시키도록 하였다. 이 결과, 발광 효율이 향상하여 발진 임계치 전류치를 저감시킬 수 있었다. 또한, 재결합에 의해 전자·정공이 소멸한 양자 웰층 내로 전자와 정공의 주입이 효과적으로 행해지므로, 고주파 전류의 주입에 따라 양자 웰층 내에 존재하는 전자와 정공의 밀도도 변조되고, 그 결과 광 출력도 변조되는 것이 가능해졌다.
이와 같이 모든 양자 웰층에 전자와 정공을 균일하게 분포시키는데 있어서는, 양자 웰층의 층 두께가 너무 두꺼우면, 균일하게 전자와 정공을 분포시키는 것이 저해되기 때문에, 양자 웰층의 두께는 10 ㎚ 이하인 것이 바람직하다.
또한 마찬가지로, 장벽층의 층 두께가 너무 두꺼우면, 균일하게 전자와 정공을 분포시키는 것이 저해되기 때문에, 장벽층의 두께는 10 ㎚ 이하인 것이 바람직하다.
한편 청색 LED에 대해서는, 현재 실용화되고 있는 소자의 전류-광 출력 특성은, 도 9에 도시된 바와 같이 전류를 주입해감에 따라 포화하는 경향이 있다. 종래의 청색 LED에서는 양자 웰 활성층은 1층뿐이고, 주입된 전자와 정공은 모두 이 1층의 양자 웰층에 존재하지만, 주입량을 증대하면, 양자 웰층을 형성하는 InGaN 반도체 재료의 전자, 정공의 유효 질량이 크기 때문에, 주입된 전자나 정공의 운동량 공간 내에서 분포가 커지고, 발광 효율이 저하해버린다. 그래서 본 발명과 마찬가지로, 적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 다중 양자 웰 구조 활성층에 있어서의 양자 웰층의 층수를 2로 함에 따라, 주입된 전자와 정공은 2개의 양자 웰층으로 분할되기 때문에, 양자 웰층 1층당 존재하는 전자와 정공의 밀도가 저감되고, 운동량 공간 내에서 전자나 정공의 분포를 저감시킬 수 있었다. 그 결과, 전류-광 출력 특성에서의 포화하는 경향은 개선되고, 광 출력의 향상에 따른 보다 고휘도의 질화갈륨계 LED 소자를 실현할 수도 있다.
또한, 본 발명자가 행한 다른 조사, 실험의 결과 장벽층의 두께가 4 ㎚이하이면, 양자 웰층의 수를 4까지 늘려도, LD에 대해서도 LED에 대해서도 이상과 같은 결과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 상기 문헌 APPlied Physics Letters, vo1. 69, No. 20. p. 3034∼3036에 기재된 종래 소자의 양자 웰 구조 활성층은 3개의 양자 웰층을 구비한 것이지만, InGaN 재료의 전자나 정공의 유효 질량이 큰 데다가, 장벽층의 층 두께가 8 ㎚로 두껍기 때문에, 양자 웰층 사이에서 전자나 정공의 파동 함수의 중복이 거의 없어져 버린다. 따라서 양자 웰층 사이에서의 전자나 정공의 이동이 거의 생기지 않기 때문에, 전자와 정공의 불균일한 분포가 보다 한층더 야기되었다. 그러나, 장벽층의 두께를 4 ㎚이하로 함에 따라, 양자 웰층이 3층 또는 4층이라도, 양자 웰층 사이에서 전자와 정공의 파동 함수를 확실하게 중복 수 있는 것이 판명되었다.
또한 전류 주입에 따른 파장 시프트의 문제도, 장벽층의 두께를 4 ㎚이하로 함에 따라 동시에 해결되는 것을 알 수 있었다. 이러한 파장 시프트의 원인은 다음과 같이 생각할 수 있다. 즉 InGaN 재료에서는 전자나 정공의 유효 질량이 크기 때문에, 전자-정공 플라즈마 효과가 현저해지고, 이 효과에 따른 에너지 밴드단의 변형이 커져 전류 주입에 따른 발광 파장의 피크치의 시프트가 커지고 있다. 따라서, 본 발명과 마찬가지로, 주입된 전자와 정공이 각 양자 웰층에 균등하게 분할되 도록 하여, 양자 웰층 1층당 존재하는 전자와 정공의 밀도를 저감시킴에 따라, 전자-정공 플라즈마 효과를 억제한 결과, 전류 주입에 따른 파장 시프트도 저감되었다고 생각할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부의 도면을 참조하면서 행하는 몇개의 실시 형태의 상세한 설명으로부터 이해할 수 있다.
본 발명은 반도체 레이저 소자나 반도체 다이오드 소자 등의 질화갈륨계 반도체 발광 소자, 및 반도체 레이저 광원 장치에 관한 것으로, 특히 질화물 반도체로 이루어지는 다중 양자 웰 구조 활성층을 갖는 발광 소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1의 A부를 확대한 단면도.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 임계치 전류치의 양자 웰층수 의존성, 및 광 출력의 변조 가능한, 주입 전류의 최대 변조 주파수의 양자 웰층수 의존성을 나타내는 그래프.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 광 출력의 변조 가능한, 주입 전류의 최대 주파수의 장벽층의 두께 의존성을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 발광 다이오드 소자를 나타내는 단면도.
도 8은 도 7의 B부를 확대한 단면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 발광 다이오드 소자와, 종래의 반도체 발광 다이오드 소자 각각의 전류-광 출력 특성을 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자를 나타내는 단면도.
도 11은 도 10의 C 부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 12는 제5 실시 형태에서의 임계치 전류치의 양자 웰층수 의존성, 및 광 출력의 변조 가능한, 주입 전류의 최대 변조 주파수의 양자 웰층수 의존성을 나타내는 그래프.
도 13은 양자 웰층수가 2층, 3층, 4층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의, 광 출력의 변조 가능한 주입 전류의 최대 주파수의 장벽층의 두께 의존성을 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도.
도 15는 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도.
도 16은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 반도체 발광 다이오드 소자를 나타내는 단면도.
도 17은 도 16의 D 부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 18은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 반도체 발광 다이오드 소자와 종래의 반도체 발광 다이오드 소자의, 각각의 전류-광 출력 특성을 나타내는 그래프.
도 19는 종래의 청색 LD의 구조예를 나타내는 단면도.
도 20은 도 19의 E 부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 21은 종래의 청색 LED의 구조예를 나타내는 단면도.
〈발명을 실시하기 위한 최량의 형태〉
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부의 도면에 기초하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1중의 A부를 확대한 단면도이다. 이 실시 형태는 2개의 양자 웰층과 이들 사이에 끼워진 하나의 장벽층으로부터 양자 웰 구조 활성층을 형성하는 것이다.
도 1, 도 2에서, 참조 번호(1)는 c 면을 표면으로서 구비한 사파이어 기판, 참조 번호(2)는 GaN 버퍼층, 참조 번호(3)는 n-GaN 컨택트층, 참조 번호(4)는 n-Al0.1Ga0.9N 클래드층, 참조 번호(5)는 n-GaN 가이드층, 참조 번호(6)는 2층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(14)과 1층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(15)으로 이루어지는 다중 양자 웰 구조 활성층, 참조 번호(7)는 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층, 참조 번호(8)는 p-GaN 가이드층, 참조 번호(9)는 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층, 참조 번호(10)는 p-GaN 컨택트층, 참조 번호(11)는 p 측 전극, 참조 번호(12)는 n 측 전극, 참조 번호(13)는 SiO2절연막이다. 또, 도면을 간단히 하기 위해, 도 1에서는 복수층으로 이루어지는 상기 양자 웰 구조 활성층(6)을 단층과 같이 나타내고 있다. 다른 실시 형태의 단면을 도시한 도 7, 도 10, 도 16에서도 동일하다.
본 실시 형태에 있어서, 사파이어 기판(1)의 표면은 a면, r면, m 면등의 다른 면방위이라도 상관없다. 또한, 사파이어 기판에 한하지 않고 SiC 기판, 스피넬 기판, MgO 기판, Si 기판, 또는 GaAs 기판도 이용할 수 있다. 특히 SiC 기판의 경우는 사파이어 기판에 비해 벽개되기 쉽기 때문에, 벽개에 의한 레이저 공진기 단면의 형성이 용이하다는 이점이 있다. 버퍼층(2)은 그 위에 질화갈륨계 반도체를 에피텍샬 성장시킬 수 있는 것이면 GaN에 한정되지 않고 다른 재료, 예를 들면 AlN이나 AlGaN 3원 혼합 결정(3元混晶)을 이용해도 좋다.
n 형 클래드층(4) 및 p 형 클래드층(9)은, n-Al0.1Ga0.9N 이외의 Al 조성을 갖는 AlGaN 3원 혼합 결정이라도 좋다. 이 경우 Al 조성을 크게 하면 활성층과 클래드층과의 에너지 갭차 및 굴절율차가 커지고, 캐리어나 빛이 활성층에 유효하게 차광되고 또한 발진 임계치 전류의 저감 및 온도 특성의 향상을 꾀할 수 있다. 또한 캐리어나 빛의 차광이 유지될 정도로 Al 조성을 작게 하면, 클래드층에서의 캐리어의 이동도가 커지기 때문에, 반도체 레이저 소자의 소자 저항을 작게 할 수 있는이점이 있다. 또한 이들 클래드층은 미량으로 다른 원소를 포함한 4원 이상의 혼합 결정 반도체라도 좋고, n 형 클래드층(4)과 p 형 클래드층(9)에서 혼합 결정의 조성이 동일하지 않아도 상관없다.
가이드층(5과 8)은, 그 에너지 갭이 다중 양자 웰 구조 활성층(6)을 구성하는 양자 웰층의 에너지 갭과 클래드층(4, 9)의 에너지 갭사이의 값을 구비한 재료이면 GaN에 한정되지 않고 다른 재료, 예를 들면 InGaN, AIGaN 등의 3원 혼합 결정이나 InGaAlN 등의 4원 혼합 결정 등을 이용해도 좋다. 또한 가이드층 전체에 걸쳐 도너 또는 억셉터를 도핑할 필요는 없고, 다중 양자 웰 구조 활성층(6)측의 일부만을 비도핑이라도 좋고, 그 위에 가이드층 전체를 비도핑으로 해도 좋다. 이 경우, 가이드층에 존재하는 캐리어가 적어지고, 자유 캐리어에 의한 빛의 흡수가 저감되어, 또한 발진 임계치 전류가 저감되는 이점이 있다.
다중 양자 웰 구조 활성층(6)을 구성하는 2층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(14)과 1층의 In0.05Ca0.95N 장벽층(15)은, 필요한 레이저 발진 파장에 따라 그 조성을 설정하면 되고, 발진 파장을 길게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(14)의 In 조성을 크게 하고, 짧게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(14)의 In 조성을 작게 한다. 또한 양자 웰층(14)과 장벽층(15)은, InGaN3원 혼합 결정에 미량으로 다른 원소, 예를 들면 Al을 포함한 4원 이상의 혼합 결정 반도체라도 좋다. 또한 장벽층(15)은 단순히 GaN을 이용해도 좋다.
이어서, 도 1과 도 2를 참조하여, 상기 질화갈륨계 반도체 레이저의 제작 방법을 설명한다. 이하의 설명에서는 MOCVD법(유기 금속 기상 성장법)을 이용한 경우를 나타내고 있지만, GaN을 에피텍샬 성장할 수 있는 성장법이면 좋고, MBE 법(분자선 에피텍샬 성장법)이나 HDVPE (하이드라이드 기상 성장법)등의 다른 기상 성장법을 이용할 수도 있다.
우선 소정의 성장 화로 내에 설치된, C면을 표면으로 하여 구비한 사파이어 기판(1) 상에, 트리메틸갈륨(TMG)과 암모니아(NH3)를 원료로 이용하여, 성장 온도 550℃에서 GaN 버퍼층(2)을 35 ㎚ 성장시킨다.
이어서, 성장 온도를 1050℃까지 상승시켜, TMG와 NH3, 및 실란 가스(SiH4)를 원료로 이용하여, 두께 3㎛의 Si 도핑 n-GaN 컨택트층(3)을 성장한다. 또한 계속하여 트리메틸 알루미늄(TMA)을 원료에 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.7㎛의 Si 도핑 n-A10.1Ga0.9N 클래드층(4)을 성장시킨다. 계속해서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.05㎛의 Si 도핑 n-GaN 가이드층(5)을 성장시킨다.
이어서, 성장 온도를 750℃로 내리고, TMG와 NH3, 및 트리메틸인듐(TMI)을 원료로 이용하여, In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 5 ㎚ : 14), In0.05Ga0.95N 장벽층(두께 5 ㎚ : 15), In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 5 ㎚ : 14)를 차례로 성장시킴으로써 다중 양자 웰 구조 활성층(전체의 두께 15 ㎚ : 6)을 작성한다. 또한 계속하여 TMG와 TMA와 NH3을 원료로 이용하여, 성장 온도는 750℃ 상태에서 두께 10 ㎚의 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층(7)을 성장시킨다.
이어서, 다시 성장 온도를 1050℃ 상승시켜, TMG와 NH3, 및 시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)을 원료로 이용하여, 두께 0.05㎛의 Mg 도핑 p-GaN 가이드층(8)을 성장시킨다. 또한 계속하여 TMA를 원료에 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.7㎛의 Mg 도핑 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 성장시킨다. 계속해서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.2㎛의 Mg 도핑 p-GaN 컨택트층(10)을 성장시켜, 질화갈륨계 에피텍샬 웨이퍼를 완성시킨다.
그 후, 이 웨이퍼를 800℃에서의 질소 가스 분위기 속에서 어닐링하여, Mg 도핑의 p 형층을 저저항화한다.
또한 통상의 포트리소그래피와 드라이 에칭 기술을 이용하여, 200㎛ 폭의 스트라이프형으로 p-GaN 컨택트층(10)의 최외측 표면으로부터, n-GaN 컨택트층(3)이 노출할 때까지 에칭을 행한다. 이어서, 상기와 같은 포트리소그래피와 드라이 에칭 기술을 이용하여, 남은 p-GaN 컨택트층(10)의 최외측 표면에, 5㎛ 폭의 스트라이프형으로 릿지 구조를 형성하도록 p-GaN 컨택트층(10), 및 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 에칭한다.
이어서, 릿지 R의 측면과 릿지 R 이외의 p 형층 표면에 두께 200 ㎚의 SiO2절연막(13)을 형성한다. 이 SiO2절연막(13)과 p-GaN 컨택트층(10)의 표면에 니켈과 금으로 이루어지는 p 측 전극(11)을 형성하고, 에칭에 의해 노출한 n-GaN 컨택트층(3)의 표면에 티탄과 알루미늄으로 이루어지는 n 측 전극(12)을 형성하여, 질화갈륨계 LD 웨이퍼를 완성시킨다.
그 후, 이 웨이퍼를 릿지 스트라이프에 수직 방향으로 벽개하여 레이저의 공진기 단면을 형성하고, 또한 개개의 칩으로 분할한다. 그리고, 각 칩을 스템(stem)에 마운트하고, 와이어본딩에 의해 각 전극과 리드 단자를 접속하여, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 완성시킨다.
이상과 같이 함으로써 제작된 청색 LD 소자는, 발진 파장 430 ㎚, 발진 임계치 전류 40 ㎃라는 레이저 특성을 얻을 수 있고, 300 ㎒이상, 최대 주파수에서 1GHz 정도의 고주파 전류의 주입에 따라 광 출력도 충분히 변조되는 것이 확인되었다. 이 결과, 광 디스크용으로서 본 실시 형태의 청색 LD 소자를 이용하면, 데이타의 판독 에러를 방지할 수 있고, 광 디스크용으로서 사용 가능한 청색 LD 소자를 실현할 수 있었다.
도 3에는, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에 있어서, 양자 웰층의 층수를 1로부터 5까지 변화시켰을 때의, 임계치 전류치와, 광 출력의 변조가 가능한 주입 전류의 최대 변조 주파수의 변화를 나타내는 그래프를 나타내고 있다. 각 반도체 레이저의 구조는, 양자 웰층의 층수가 다른 것, 및 양자 웰층수에 따라 장벽층의 층수가 다른 것 외에는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자와 동일하다. 이 도면으로부터 알 수 있듯이, 발진 임계치 전류가 낮고, 또한 300㎒이상, 예를 들면 최대 주파수에서 1GHz 정도의 고주파 전류의 주입에서도 광 출력이 충분히 변조되는 것이 가능한 것은, 양자 웰층수가 2인 본 발명의 제1 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자뿐이다.
또, 본 실시 형태에서는, 다중 양자 웰 구조 활성층(6)을 구성하는 양자 웰층(14)과 장벽층(15)의 층 두께를 모두 5 ㎚로 했지만, 이들 층 두께가 동일할 필요는 없고, 달라도 상관없다. 또한 2층의 양자 웰층에 균일하게 전자·정공을 주입하기 위해 양자 웰층(14)과 장벽층(15)의 각 층 두께를 10 ㎚ 이하로 하면, 본 실시 형태에 한정되지 않고, 다른 층 두께라도 동등한 효과를 얻을 수 있다.
도 4에는, 양자 웰층수가 2층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에 있어서, 장벽층의 층 두께를 변화시켰을 때의 광 출력의 변조가 가능한 주입 전류의 최대 변조 주파수의 변화를 나타내는 그래프를 나타내고 있다. 이 때의 반도체 레이저의 구조는, 장벽층의 층 두께가 다른 것 외에는 제1 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자와 동일하다. 이 도면으로부터, 장벽층의 층 두께를 10 ㎚ 이하로 하면, 300 ㎒이상, 최대 1 GHz 정도의 고주파 전류의 주입이라도 광 출력이 충분히 변조되는 것이 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 이것은 양자 웰층의 경우도 동일한 결과이고, 양자 웰층의 층 두께를 10 ㎚ 이하로 하면, 300㎒이상, 최대 1GHz 정도의 고주파 전류의 주입이라도 광 출력이 충분히 변조되는 것이 확인되었다.
또한 본 실시 형태에서는, 다중 양자 웰 구조 활성층(6)에 접하도록 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층(7)을 형성하고 있지만, 이것은 양자 웰층(14)이 성장 온도를 상승하고 있을 동안 증발하는 것을 막기 위해서이다. 따라서, 양자 웰층(14)을 보호하는 것이면 증발 방지층(7)으로서 이용할 수 있고, 다른 Al 조성을 구비한AlGaN 3원 혼합 결정이나 GaN을 이용해도 좋다. 또한, 이 증발 방지층(7)에 Mg를 도핑해도 좋고, 이 경우는 p-GaN 가이드층(8)이나 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)으로부터 정공이 주입되기 쉽다고 하는 이점이 있다. 또한, 양자 웰층(14)의 In 조성이 작은 경우는 증발 방지층(7)을 형성하지 않아도 양자 웰층(14)은 증발하지 않기 때문에, 특별히 증발 방지층(7)을 형성하지 않아도, 본 실시 형태의 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 특성은 손상되지 않는다.
본 실시 형태에서는, 릿지 스트라이프 구조를 형성하여 주입 전류의 협착을 행하고 있지만, 전극 스트라이프 구조등의 다른 전류 협착의 수법을 이용해도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는 벽개에 의해 레이저의 공진기 단면을 형성하고 있지만, 사파이어 기판은 딱딱하고 벽개하기 어려운 경우가 있으므로, 드라이 에칭에 의해 공진기 단면을 형성할 수도 있다.
또한 본 실시 형태에서는 절연체인 사파이어를 기판으로서 이용했기 때문에, 에칭에 의해 노출한 n-GaN 컨택트층(3)의 표면에 n 측 전극(12)을 형성하고 있지만, n 형 도전성을 구비한 SiC, Si, GaAs 등을 기판에 이용하면, 이 기판의 이면에 n 측 전극(12)을 형성해도 좋다. 또한, p 형과 n 형의 구성을 반대로 해도 상관없다.
(제2 실시 형태)
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 도 5중에 도시된 반도체 레이저 소자(16)는, 본 발명의 제1 실시 형태에서 얻어진 양자 웰층수가 2층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 이용하고 있다. 고주파 구동 회로(17)는, 통상의 반도체 부품을 이용하여 구성되는 것으로, 높은 주파수에서 반도체 레이저(16)에의 주입 전류를 변조시키고, 광 출력을 변조시키기 위한 반도체 레이저의 구동 회로이다. 본 실시 형태에서는, 주입 전류의 변조 주파수를 300㎒로 하였다. 제1 실시 형태에서 얻어진 질화갈륨계 반도체 레이저 소자로는, 주입 전류의 최대 변조 주파수는 1GHz 이상의 것을 얻을 수 있고, 300㎒의 주파수라도 광 출력을 충분히 변조시킬 수 있었다. 본 실시 형태를 광 디스크용의 광원으로서 이용하면, 반도체 레이저의 광 출력이 충분히 변조되고 있으므로 레이저 광의 코히어런스(coherence)를 저하시킬 수 있고, 디스크면으로부터의 레이저 광의 복귀광에 의한 잡음을 저감시킬 수 있었다. 그 결과, 에러 없음으로 광 디스크로부터의 데이타의 판독을 행하는 것이 가능해졌다.
또, 본 실시 형태에서는, 주입 전류의 변조 주파수를 300㎒로 했지만, 레이저 광의 코히어런스를 저하시켜, 디스크면으로부터의 레이저 광의 복귀광에 의한 잡음을 저감시킬 수 있는 주파수이면, 최대 주파수 1GHz 정도까지, 다른 변조 주파수로 질화물 반도체 레이저를 구동시켜도 상관없다.
(제3 실시 형태)
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 도 6중에 도시된 반도체 레이저 소자(18)는, 본 발명의 제1 실시 형태에서 얻어진 양자 웰층수가 2층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 이용하고 있지만, 릿지 구조를 형성할 때의 스트라이프폭 w(도 1 참조)와, p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 에칭하는 깊이를 조정함으로써, 변조되지 않은 일정 전류를 주입해도 광 출력이 변조되는 자려 발진형(self-oscillating)의 반도체 레이저로 이루어져 있다. 여기서는, 스트라이프폭 w를 3㎛, p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)의 에칭시의 잔여막 두께 d(도 1 참조)를 0.2㎛로 하였다. 또, 이들의 스트라이프폭과 에칭시의 잔여막 두께는 본 구체예의 값에 한정되는 것이 아니라, 스트라이프폭으로서 1 내지 5㎛, p 형 클래드층(9)의 잔여막 두께로서는 0.05 내지 0.5㎛ 이면 된다. 이와 같이 제작된 자려 발진형의 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에서의 광 출력의 변조 주파수는 800㎒ 이었다.
제3 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자로서는, 양자 웰층수를 2층으로 함에 따라, 양자 웰층 내에 존재하는 전자와 정공의 밀도가 변조되기 쉽게 되어 있다. 따라서, 주입 전류를 변조하여 전자와 정공의 밀도를 변조함으로써 광 출력을 변조할 뿐아니라, 변조되지 않은 일정 전류의 주입이라도 전자와 정공의 밀도가 변조되어 광 출력이 변조되는 자려 발진형의 반도체 레이저의 제작도 용이하게 할 수 있고, 높은 주파수에서 광 출력이 변조되는 것이 가능해졌다.
정전류 구동 회로(19)는, 통상의 반도체 부품을 이용하여 구성되는 것으로, 일정 전류를 주입하기 위한 반도체 레이저의 구동 회로이다. 본 실시 형태를 광 디스크용의 광원으로서 이용하면, 반도체 레이저의 광 출력이 충분히 변조되므로 레이저 광의 코히어런스를 저하시킬 수 있어, 디스크면으로부터의 레이저 광의 복귀광에 의한 잡음을 저감시킬 수 있었다. 그 결과, 에러가 없게 되어 광 디스크로부터의 데이타의 판독을 행하는 것이 가능해졌다.
또, 본 제3 실시 형태에서 이용한 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(18)는, 릿지 구조를 형성할 때의 스트라이프폭 w와, p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 에칭하는 깊이를 조정함으로써 자려 발진형의 반도체 레이저로 했지만, 통상의 GaAs 계 반도체 레이저 등으로 이용되고 있듯이, 활성층 근방에 가포화 흡수층(도시하지 않음)을 설치하여 자려 발진형의 반도체 레이저라도 상관없다.
(제4 실시 형태)
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자를 나타내는 단면도이고, 도 8은 도 7중의 B 부를 확대한 단면도이다.
이 도면에서, 참조 번호(21)는 c 면을 표면으로서 구비한 사파이어 기판, 참조 번호(22)는 GaN 버퍼층, 참조 번호(23)는 n-GaN 컨택트층, 참조 번호(24)는 n-Al0.1Ga0.9N 클래드층, 참조 번호(25)는 n-GaN 가이드층, 참조 번호(26)는 2층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(34)과 1층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(35)으로 이루어지는 다중 양자 웰 구조 활성층, 참조 번호(27)는 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층, 참조 번호(28)는 p-GaN 가이드층, 참조 번호(29)는 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층, 참조 번호(30)는 p-GaN 컨택트층, 참조 번호(31)는 p 측 전극, 참조 번호(32)는 n 측 전극이다.
본 실시 형태에서, 사파이어 기판(21)의 표면은 a면, r면, m 면등의 다른 면방위라도 상관없다. 또한, 사파이어 기판에 한하지 않고 SiC 기판, 스피넬 기판, MgO 기판, 또는 Si 기판도 이용할 수 있다. 특히 SiC 기판의 경우에는 사파이어 기판에 비교하여 벽개하기 쉽기 때문에, LED 소자를 칩 분할하는 작업을 용이하게 행할 수 있다는 이점이 있다. 버퍼층(22)은 그 위에 질화갈륨계 반도체를 에피텍샬 성장시킬 수 있는 것이면 GaN에 한정되지 않고 다른 재료, 예를 들면 AlN이나 AlGaN 3원 혼합 결정을 이용해도 좋다.
n 형 클래드층(24) 및 p 형 클래드층(29)은, n-Al0.1Ga0.9N 이외의 Al 조성을 구비한 AlGaN 3원 혼합 결정이나, 단순히 GaN을 이용해도 좋다. 이 경우 Al 조성을 크게하면 활성층과 클래드층과의 에너지 갭차가 커지고, 캐리어가 활성층에 유효하게 차광되어 온도 특성의 향상을 꾀할 수 있다. 또한 캐리어의 차광이 유지될 정도로 Al 조성을 작게 하면, 클래드층에서의 캐리어의 이동도가 커지기 때문에, 발광 다이오드 소자의 소자 저항을 작게 할 수 있다는 이점이 있다. 또한 이들 클래드층은 미량으로 다른 원소를 포함한 4원 이상의 혼합 결정 반도체라도 좋고, n 형 클래드층(24)과 p 형 클래드층(29)에서 혼합 결정의 조성이 동일하지 않아도 상관없다.
가이드층(25 및 28)은, 그 에너지 갭이 다중 양자 웰 구조 활성층(26)을 구성하는 양자 웰층의 에너지 갭과 클래드층(24, 29)의 에너지 갭 사이의 값을 구비한 재료이면 GaN에 한정되지 않고 다른 재료, 예를 들면 InGaN, AlGaN 등의 3원 혼합 결정이나 InGaAlN 등의 4원 혼합 결정 등을 이용해도 좋다. 또한 가이드층 전체에 걸쳐 도너 또는 억셉터를 도핑할 필요는 없고, 다중 양자 웰 구조 활성층(26)측의 일부만을 비도핑으로 해도 좋고, 또한 가이드층 전체를 비도핑으로 해도 좋다. 이 경우, 가이드층에 존재하는 캐리어가 적어지고, 자유 캐리어에 의한 빛의 흡수가 저감되어, 또한 광 출력이 향상한다고 하는 이점이 있다. 또한, 가이드층(25, 28)에는, n 형 클래드층(24)과 p 형 클래드층(29)으로부터 각각 전자와 정공을 다중 양자 웰 구조 활성층(26)으로 주입하기 쉽게 한다는 이점이 있지만, 특히 가이드층(25, 28)을 설치하지 않아도 LED 소자 특성이 크게 악화하는 일은 없으므로, 가이드층(25, 28)은 없어도 상관없다.
다중 양자 웰 구조 활성층(26)을 구성하는, 2층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(34)과 1층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(35)은, 필요한 발광 파장에 따라 그 조성을 설정하면 되고, 발광 파장을 길게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(34)의 In 조성을 크게 하고, 짧게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(34)의 In 조성을 작게 한다. 또한 양자 웰층(34)과 장벽층(35)은, InGaN 3원 혼합 결정에 미량으로 다른 원소, 예를 들면 A1를 포함한 4원 이상의 혼합 결정 반도체라도 좋다. 또한 장벽층(35)은 단순히 CaN을 이용해도 좋다.
이어서, 도 7과 도 8을 참조하여 상기 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드의 제작 방법을 설명한다. 이하의 설명에서는 MOCVD 법(유기 금속 기상 성장법)을 이용한 경우를 나타내고 있지만, GaN을 에피텍샬 성장할 수 있는 성장법이면 되고, MBE 법(분자선 에피텍샬 성장법)이나 HDVPE(하이드라이드 기상 성장법)등의 다른 기상 성장법을 이용할 수도 있다.
우선 소정의 성장 화로 내에 설치된, c 면을 표면으로서 구비한 사파이어 기판(21) 상에, TMG와 NH3을 원료에 이용하여, 성장 온도 550℃에서 GaN 버퍼층(22)을 35 ㎚ 성장시킨다.
이어서 성장 온도를 1050℃까지 상승시켜, TMG와 NH3, 및 SiH4를 원료로 이용하여, 두께 3㎛의 Si 도핑 n-GaN 컨택트층(23)을 성장시킨다. 또한 계속해서 TMA를 원료에 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.3㎛의 Si 도핑 n-Al0.1Ga0.9N 클래드층(24)을 성장시킨다. 이어서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.05㎛의 Si 도핑 n-GaN 가이드층(25)을 성장시킨다.
이어서, 성장 온도를 750℃로 내리고, TMG와 NH3, 및 TMI를 원료로 이용하여 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 3 ㎚ : 34), In0.05Ga0.95N 장벽층(두께 5 ㎚ : 35), In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 3 ㎚ : 34)을 차례로 성장시킴에 따라 다중 양자 웰 구조 활성층(전체의 두께 11 ㎚ : 26)을 작성한다. 또한 계속해서 TMG와 TMA와 NH3을 원료로 이용하여, 성장 온도는 750℃ 상태에서 두께 10 ㎚의 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층(27)을 성장시킨다.
이어서, 다시 성장 온도를 1050℃로 상승시켜, TMG와 NH3, 및 Cp2Mg를 원료로 이용하여, 두께 0.05㎛의 Mg 도핑 p-GaN 가이드층(28)을 성장시킨다. 또한 계속해서 TMA를 원료로 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.3㎛의 Mg도핑 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(29)을 성장시킨다. 계속해서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃상태에서 두께 0.2㎛의 Mg 도핑 p-GaN 컨택트층(30)을 성장시켜, 질화갈륨계 에피텍샬 웨이퍼를 완성한다.
그 후, 이 웨이퍼를 800℃의 질소 가스 분위기 내에서 어닐링하여, Mg 도핑의 p 형층을 저저항화시킨다.
또한 통상의 포트리소그래피와 드라이 에칭 기술을 이용하여, L.ED 소자 제작을 위해 소정의 영역에, p-GaN 컨택트층(30)의 최외측 표면으로부터, n-GaN 컨택트층(23)이 노출할 때까지 에칭을 행한다.
이어서, p-GaN 컨택트층(30) 표면에 니켈과 금으로 이루어지는 p 측 전극(31)을 형성하고, 에칭에 의해 노출한 n-GaN 컨택트층(23)의 표면에 티탄과 알루미늄으로 이루어지는 n 측 전극(32)을 형성하여, 질화갈륨계 LED 웨이퍼를 완성한다.
그 후, 이 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할한다. 그리고, 각 칩을 스템(stem)에 마운트하고, 와이어본딩에 의해 각 전극과 리드 단자를 접속하여, 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자를 완성한다.
이상과 같이 함으로써 제작된 청색 LED 소자는, 순방향 전류 20 ㎃이고, 발광 파장 430 ㎚·광 출력 6 ㎽라는 발광 특성을 얻을 수 있었다. 또한 도 9에 도시된 바와 같이, 전류-광 출력 특성은 높은 주입 전류에 있어서도 광 출력은 포화하지 않고, 종래의 LED 소자에 비해 특성이 개선되었다.
또, 본 실시 형태에서는 다중 양자 웰 구조 활성층(26)을 구성하는 양자 웰층(34)과 장벽층(35)의 층 두께를 각각 3 ㎚ 및 5 ㎚로 했지만, 이들의 층 두께는, 2층의 양자 웰층에 균일하게 전자·정공을 주입하기 위해 양자 웰층(34)과 장벽층(35)의 각 층 두께를 10 ㎚ 이하로 하면, 본 실시 형태에 한정되지 않고, 다른 층 두께라도 동등한 효과를 얻을 수 있었다.
또한 본 실시 형태에서는, 다중 양자 웰 구조 활성층(26)에 접하도록Al.0.2Ga0.8N 증발 방지층(27)을 형성하고 있지만, 이것은 양자 웰층(34)이 성장 온도를 상승하고 있는 동안 증발하는 것을 막기 위해서이다. 따라서, 양자 웰층(34)을 보호하는 것이면 증발 방지층(27)으로서 이용할 수 있고, 그외 Al 조성을 갖는 AlGaN 3원 혼합 결정이나 GaN을 이용해도 좋다. 또한, 이 증발 방지층(27)에 Mg를 도핑해도 좋고, 경우에는 p-GaN 가이드층(28)이나 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(29)으로부터 정공이 주입되기 쉽다고 하는 이점이 있다. 또한, 양자 웰층(34)의 In 조성이 작은 경우에는 증발 방지층(27)을 형성하지 않아도 양자 웰층(34)은 증발하지 않기 때문에, 특히 증발 방지층(27)을 형성하지 않아도, 본 실시 형태의 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자의 특성은 손상되지 않는다.
(제5 실시 형태)
도 10은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 나타내는 단면도이고, 도 11은 도 10중의 C 부를 확대한 단면도이다. 이 질화갈륨계 반도체 레이저 소자는, 다중 양자 웰 구조 활성층(46)의 구조 외에는, 제1 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자와 동일하기 때문에, 다중 양자 웰 구조 활성층(46) 외의 층에 대해서는 도 10, 도 11에서 사용한 것과 동일한 참조 번호를 이용하여, 상세한 설명을 생략한다. 또, 제1 실시 형태에서 설명한 여러가지 변형이나 대체물 및 이들로부터 얻을 수 있는 효과 등에 대해서는, 본 실시 형태에 대해 적합한 것은 물론이다.
본 실시 형태에서는, 다중 양자 웰 구조 활성층(46)은, 4층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(54)과 3층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(55)이 교대로 적층되고 형성되어 있다. 각 장벽층(55)의 두께는 4 ㎚ 이하이다.
다중 양자 웰 구조 활성층(46)을 구성하는 4층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(54)과 3층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(55)은, 필요한 레이저 발진 파장에 따라 그 조성을 설정하면 되고, 발진 파장을 길게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(54)의 In 조성을 크게 하고, 짧게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(54)의 In 조성을 작게 한다. 또한 양자 웰층(54)과 장벽층(55)은, InGaN 3원 혼합 결정에 미량으로 다른 원소, 예를 들면 A1을 포함한 4원 이상의 혼합 결정 반도체라도 좋다. 또한 장벽층(55)은 단순히 GaN을 이용해도 좋다. 또한, 양자 웰층(54)의 층수는 2층 또는 3층이라도 상관없다. 단 장벽층(55)의 층 두께는, 모든 재료·양자 웰층수에서도 4 ㎚ 이하로 설정하고, 양자 웰층 간에서 전자나 정공의 파동 함수의 중복이 생기도록 해둔다.
이어서, 도 10과 도 11을 참조하여 상기 질화갈륨계 반도체 레이저의 제작 방법을 설명한다. 이하의 설명에서는 MOCVD 법(유기 금속 기상 성장법)을 이용한 경우를 나타내고 있지만, GaN을 에피텍샬 성장할 수 있는 성장법이면 되고, MBE 법(분자선 에피텍샬 성장법)이나 HDVPE (하이드라이드 기상 성장법)등의 다른 기상 성장법을 이용할 수도 있다.
우선 소정의 성장 화로 내에 설치된, c면을 표면으로서 구비한 사파이어 기판(1) 상에, 트리메틸갈륨(TMG)과 암모니아(NH3)를 원료로 이용하여, 성장 온도 550℃에서 GaN 버퍼층(2)을 35 ㎚ 성장시킨다.
이어서 성장 온도를 1050℃까지 상승시켜, TMG와 NH3, 및 실란 가스(SiH4)를 원료로 이용하여, 두께 3㎛의 Si 도핑 n-GaN 컨택트층(3)을 성장한다. 또한 계속해서 트리메틸 알루미늄(TMA)을 원료에 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.7㎛의 Si 도핑 n-Al0.1Ga0.9N 클래드층(4)을 성장시킨다. 계속해서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.05㎛의 Si 도핑 n-GaN 가이드층(5)을 성장시킨다.
이어서, 성장 온도를 750℃로 내리고, TMG와 NH3, 및 트리메틸인듐(TMI)을 원료로 이용하여, In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 3 ㎚ : 54)과 In0.05Ga0.95N 장벽층(두께 2 ㎚ : 55)의 교대 성장을 3회 반복하고, 마지막으로 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 3 ㎚ : 54)를 1층만 성장시킴으로써 다중 양자 웰 구조 활성층(전체 두께 18 ㎚ : 46)을 작성한다. 또한 계속해서 TMG와 TMA와 NH3을 원료로 이용하여, 성장 온도는 750℃ 상태에서 두께 10 ㎚의 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층(7)을 성장시킨다.
이어서, 다시 성장 온도를 1050℃로 상승시켜, TMG와 NH3, 및 시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)을 원료로 이용하여, 두께 0.05㎛의 Mg 도핑 p-GaN 가이드층(8)을 성장시킨다. 또한 계속하여 TMA를 원료에 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.7㎛의 Mg 도핑 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 성장시킨다. 계속해서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.2㎛의 Mg 도핑 p-GaN컨택트층(10)을 성장시켜, 질화갈륨계 에피텍샬 웨이퍼를 완성시킨다.
그 후, 이 웨이퍼를 800℃의 질소 가스 분위기 중에서 어닐링하여, Mg 도핑의 p 형층을 저저항화한다.
또한 통상의 포트리소그래피와 드라이 에칭 기술을 이용하여, 200㎛ 폭의 스트라이프형으로 p-GaN 컨택트층(10)의 최외측 표면으로부터, n-GaN 컨택트층(3)이 노출할 때까지 에칭을 행한다. 이어서, 상술한 바와 같은 포트리소그래피와 드라이 에칭 기술을 이용하여, 남은 p-GaN 컨택트층(10)의 최외측 표면에, 5㎛ 폭의 스트라이프형으로 릿지 구조를 형성하도록 p-GaN 컨택트층(10)·p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 에칭한다.
이어서, 릿지의 측면과 릿지이외의 p 형층 표면에 두께 200 ㎚의 SiO2절연막(13)을 형성한다. 이 SiO2절연막(13)과 p-GaN 컨택트층(10)의 표면에 니켈과 금으로 이루어지는 p 측 전극(11)을 형성하여, 에칭에 의해 노출한 n-GaN 컨택트층(3)의 표면에 티탄과 알루미늄으로 이루어지는 n 측 전극(12)을 형성하여, 질화갈륨계 LD 웨이퍼를 완성시킨다.
그 후, 이 웨이퍼를 릿지 스트라이프에 수직 방향으로 벽개하여 레이저의 공진기 단면을 형성하고, 또한 개개의 칩으로 분할한다. 그리고, 각 칩을 스템에 마운트하고, 와이어 본딩에 의해 각 전극과 리드 단자를 접속하여, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 완성한다.
이상과 같이 함으로써 제작된 청색 LD 소자는, 발진 파장 430 ㎚, 발진 임계치 전류 40㎃라는 레이저 특성을 얻을 수 있고, 300㎒ 이상 1GHz 정도까지의 고주파 전류의 주입에 따라 광 출력도 변조되는 것이 확인되었다. 이 결과, 광 디스크용으로서 본 실시예의 청색 LD 소자를 이용하면, 데이타의 판독 에러를 방지할 수 있고, 광 디스크용으로서 사용 가능한 청색 LD 소자를 실현할 수 있었다.
도 12에는, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에서, 양자 웰층의 층수를 1로부터 5까지 변화시켰을 때의, 임계치 전류치와, 광 출력의 변조가 가능한 주입 전류의 최대 변조 주파수의 변화를 나타내는 그래프가 나타내어져 있다. 각 반도체 레이저의 구조는, 양자 웰층의 층수가 다른 것, 및 양자 웰층수에 따라 장벽층의 층수가 다른 것 외에는 본 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자와 동일하다. 이 도면으로부터 알 수 있듯이, 발진 임계치 전류가 낮고, 또한 300㎒ 이상 1GHz 정도까지의 고주파 전류의 주입이라도 광 출력이 충분히 변조되는 것이 가능한 것은, 양자 웰층수가 2이상 4이하인 본 발명의 질화갈륨계 반도체 레이저 소자뿐이다.
또 본 실시 형태에서는, 다중 양자 웰 구조 활성층(46)을 구성하는 양자 웰층(54)과 장벽층(55)의 층 두께를 각각 3 ㎚과 2 ㎚로 했지만, 이들 층 두께는 양자 웰층(54)의 층 두께를 10 ㎚이하로 하여 장벽층(55)의 층 두께를 4 ㎚ 이하로 하여, 각 양자 웰층에 균일하게 전자·정공을 주입하도록 하면, 본 실시예에 한정되지 않고, 다른 층 두께라도 동등한 효과를 얻을 수 있다. 도 13에는, 양자 웰층수가 2층, 3층, 4층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자로서, 장벽층의 층 두께를 변화시켰을 때의 광 출력의 변조가 가능한 주입 전류의 최대 변조 주파수의 변화를나타내는 그래프가 도시되어 있다. 이 때 반도체 레이저의 구조는, 장벽층의 층 두께가 다른 것 외에는 본 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자와 동일하다. 이 도면으로부터, 장벽층의 층 두께를 4 ㎚ 이하로 하면, 300㎒ 이상 1GHz 정도까지의 고주파 전류의 주입이라도 광 출력이 충분히 변조되는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 양자 웰층 두께의 경우도 마찬가지로, 웰층 두께를 10 ㎚ 이하로 하면, 1GHz 정도의 고주파 전류의 주입이라도 광 출력이 충분히 변조되는 것이 가능한 것이 확인되었다.
(제6 실시 형태)
도 14는 본 발명의 제6 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 도 14 중에 나타내는 반도체 레이저 소자(66)는, 본 발명의 제5 실시 형태에서 얻어진 양자 웰층수가 4층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 이용하고 있다. 고주파 구동 회로(17)는 제2 실시 형태에서 사용한 것과 동일한 구성의 것으로, 높은 주파수에서 반도체 레이저(66)에의 주입 전류를 변조하고, 광 출력을 변조시키기 위한 반도체 레이저의 구동 회로이다. 본 실시 형태에서는, 주입 전류의 변조 주파수를 300㎒로 하였다. 제5 실시 형태에서 얻어진 질화 갈륨계 반도체 레이저 소자로는, 주입 전류의 최대 변조 주파수는 1GHz 이상의 것을 얻을 수 있고, 300㎒의 주파수에서도 광 출력을 충분히 변조시킬 수 있었다. 본 실시 형태를 광 디스크용의 광원으로서 이용하면, 반도체 레이저의 광 출력이 충분히 변조되므로 레이저 광의 코히어런스를 저하시킬 수 있고, 디스크면으로부터의 레이저 광의 복귀광에 의한 잡음을 저감시킬 수 있었다. 그 결과, 에러 없음으로 광 디스크로부터의 데이타의 판독을 행하는 것이 가능해졌다.
또, 본 실시 형태에서는, 주입 전류의 변조 주파수를 300㎒로 했지만, 레이저 광의 코히어런스를 저하시켜, 디스크면으로부터의 레이저 광의 복귀광에 의한 잡음을 저감시킬 수 있는 주파수이면 되고, 300㎒ 이상 최대 1GHz까지의 다른 변조 주파수로 질화물 반도체 레이저를 구동해도 상관없다.
(제7 실시 형태)
도 15는 본 발명의 제7 실시 형태에 따른 반도체 레이저 소자와 정 전류 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 도 15중에 나타내는 반도체 레이저 소자(68)는, 본 발명의 제5 실시 형태에서 얻어진 양자 웰층수가 4층인 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 이용하고 있지만, 릿지 구조를 형성할 때의 스트라이프폭과, p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 에칭하는 깊이를 조정함으로써, 변조되지 않은 일정 전류를 주입해도 광 출력이 변조되는 자려 발진형의 반도체 레이저로 이루어져 있다. 여기서는, 스트라이프폭을 3㎛, p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)의 에칭시의 잔여막 두께를 0.2㎛로 하였다. 또한 이들 스트라이프폭과 에칭의 잔여막 두께는, 본 실시 형태의 값에 한정되는 것이 아니라, 스트라이프폭으로서는 1∼5㎛, p 형 클래드층의 에칭시의 잔여막 두께로는 0.05∼0.5㎛ 이면 좋다. 이러한 방식으로 제작된 자려 발진형의 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에서의 광 출력의 변조 주파수는 800㎒ 이었다.
본 발명에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자로서는, 양자 웰층수를 2이상4이하로 하고, 장벽층의 층 두께를 4 ㎚ 이하로 설정함에 따라, 양자 웰층 내에 존재하는 전자와 정공의 밀도가 변조되기 쉽게 되어 있다. 따라서, 주입 전류를 변조하여 전자와 정공의 밀도를 변조함으로써 광 출력을 변조할 뿐 아니라, 변조되지 않은 일정 전류의 주입으로도 전자와 정공의 밀도가 변조되어 광 출력이 변조되는 자려 발진형의 반도체 레이저의 제작도 용이하게 할 수 있고, 높은 주파수로 광 출력이 변조되는 것이 가능해졌다.
정 전류 구동 회로(19)는, 제3 실시 형태에서 사용한 것과 동일한 것으로, 일정 전류를 주입하기 위한 반도체 레이저의 구동 회로이다. 본 발명을 광 디스크용의 광원으로서 이용하면, 반도체 레이저의 광 출력이 충분히 변조되므로 레이저 광의 코히어런스를 저하시킬 수 있어, 디스크면으로부터의 레이저 광의 복귀광에 의한 잡음을 저감시킬 수 있었다. 그 결과, 에러 없음으로 광 디스크로부터의 데이타의 판독을 행하는 것이 가능해졌다.
또, 본 실시 형태에서 이용한 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(18)는, 릿지 구조를 형성할 때의 스트라이프폭과, p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(9)을 에칭하는 깊이를 조정함으로써 자려 발진형의 반도체 레이저로 했지만, 통상의 GaAs 계 반도체 레이저 등으로 이용되고 있듯이, 활성층의 근방에 가포화(saturable) 흡수층(도시하지 않음)을 설치하여 자려 발진형의 반도체 레이저라 해도 상관없다.
(제8 실시 형태)
도 16은 본 발명의 제8 실시 형태에 따른 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자를 나타내는 단면도이고, 도 17은 도 16중의 D 부를 확대한 단면도이다. 이질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자는, 다중 양자 웰 구조 활성층(76)의 구조 외에는, 제4 실시 형태의 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자와 동일하기 때문에, 다중 양자 웰 구조 활성층(76) 외의 층에 대해서는 도 7, 도 8에서 사용한 것과 동일한 참조 번호를 이용하여, 상세한 설명을 생략한다. 또, 제4 실시 형태에서 설명한 여러가지 변형이나 대체물 및 그것으로부터 얻을 수 있는 효과 등에 대해서는, 본 실시 형태에 대해 적합한 것은 물론이다.
본 실시 형태에서는, 다중 양자 웰 구조 활성층(76)은, 3층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(84)과 2층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(85)이 교대로 적층되어 형성되고 있다. 각 장벽층(85)의 두께는 4 ㎚ 이하이다.
다중 양자 웰 구조 활성층(76)을 구성하는, 3층의 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(84)과 2층의 In0.05Ga0.95N 장벽층(85)은, 필요한 발광 파장에 따라 그 조성을 설정하면 되고, 발광 파장을 길게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(84)의 In 조성을 크게 하고, 짧게 하고 싶은 경우에는 양자 웰층(84)의 In 조성을 작게 한다. 또한 양자 웰층(84)과 장벽층(85)은, InGaN 3원 혼합 결정에 미량으로 다른 원소, 예를 들면 A1을 포함한 4원 이상의 혼합 결정 반도체라도 좋다. 또한 장벽층(85)은 단순히 GaN을 이용해도 좋다. 또한, 양자 웰층의 층수는 2층 또는 4층이라도 상관없다. 단 장벽층(85)의 층 두께는, 모든 재료·양자 웰층 수에서도 4 ㎚ 이하로 설정하고, 양자 웰층 간에 전자나 정공의 파동 함수의 중복이 생기도록 해둔다.
이어서, 도 16과 도 17을 참조하여 상기 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드의제작 방법을 설명한다. 이하의 설명에서는 MOCVD 법(유기 금속 기상 성장법)을 이용한 경우를 나타내고 있지만, GaN을 에피텍샬 성장할 수 있는 성장법이면 되고, MBE 법(분자선 에피텍샬 성장법)이나 HDVPE(하이드라이드 기상 성장법)등의 다른 기상 성장법을 이용할 수도 있다.
우선 소정의 성장 화로 내에 설치된, c 면을 표면으로 하여 구비한 사파이어 기판(21) 상에, TMG와 NH3을 원료로 이용하여, 성장 온도 550℃에서 GaN 버퍼층(22)을 35 ㎚ 성장시킨다.
이어서 성장 온도를 1050℃까지 상승시켜, TMG와 NH3, 및 SiH4를 원료로 이용하여, 두께 3㎛의 Si 도핑 n-GaN 컨택트층(23)을 성장시킨다. 또한 계속해서 TMA를 원료에 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.3㎛의 Si 도핑 n-Al0.1Ga0.9N 클래드층(24)을 성장시킨다. 계속해서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.05㎛의 Si 도핑 n-GaN 가이드층(25)을 성장시킨다.
이어서, 성장 온도를 750℃로 내리고, TMG와 NH3, 및 TMI를 원료로 이용하여, In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 3 ㎚ : 84)과 In0.05Ga0.95N 장벽층(두께 4 ㎚ : 85)의 교대 성장을 2회 반복하고, 마지막으로 In0.2Ga0.8N 양자 웰층(두께 3 ㎚ : 84)을 1층만 성장시킴으로써 다중 양자 웰 구조 활성층(전체 두께 17 ㎚ : 76)을 작성한다. 또한 계속하여 TMG와 TMA와 NH3을 원료로 이용하여, 성장 온도는 750℃ 상태에서 두께 10 ㎚의 Al0.2Ga0.8N 증발 방지층(27)을 성장시킨다.
이어서, 다시 성장 온도를 1050℃로 상승시켜, TMG와 NH3, 및 Cp2Mg를 원료로 이용하여, 두께 0.05㎛의 Mg 도핑 p-GaN 가이드층(28)을 성장시킨다. 또한 계속해서 TMA를 원료로 더하고, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.3㎛의 Mg 도핑 p-Al0.1Ga0.9N 클래드층(29)을 성장시킨다. 이어서, TMA를 원료로부터 제외하여, 성장 온도는 1050℃ 상태에서 두께 0.2㎛의 Mg 도핑 p-GaN 컨택트층(30)을 성장시켜, 질화갈륨계 에피텍샬 웨이퍼를 완성시킨다.
그 후, 이 웨이퍼를 800℃의 질소 가스 분위기 내에서 어닐링하여, Mg 도핑의 p 형층을 저저항화한다.
또한 통상의 포트리소그래피와 드라이 에칭 기술을 이용하여, LED 소자 제작을 위해 소정의 영역에, p-GaN 컨택트층(30)의 최외측 표면으로부터, n-GaN 컨택트층(23)이 노출할 때까지 에칭을 행한다.
이어서, p-GaN 컨택트층(30)의 표면에 니켈과 금으로 이루어지는 p 측 전극(31)을 형성하고, 에칭에 의해 노출한 n-GaN 컨택트층(23) 표면에 티탄과 알루미늄으로 이루어지는 n측 전극(32)을 형성하여, 질화갈륨계 LED 웨이퍼를 완성한다.
그 후, 이 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할한다. 그리고, 각 칩을 스템에 마운트하고, 와이어본딩에 의해 각 전극과 리드 단자를 접속하여, 질화갈륨계 반도체 발광 다이오드 소자를 완성한다.
이상과 같이 함으로써 제작된 청색 LED 소자는, 순방향 전류 20㎃이고, 발광 파장 430 ㎚·광 출력 6㎽라는 발광 특성을 얻을 수 있었다. 또한 도 18에 도시된 바와 같이 전류-광 출력 특성은 높은 주입 전류에서도 광 출력은 포화하지 않고, 종래의 LED 소자에 비교하여 특성이 개선되었다. 또한, 전류 주입에 의한 파장 시프트도 개선되고, 종래의 청색 LED 소자로 약 7 ㎚의 시프트량이, 본 발명에서는 2 ㎚로 저감되었다.
또, 본 실시 형태에서는 다중 양자 웰 구조 활성층(76)을 구성하는 양자 웰층(84)과 장벽층(85)의 층 두께를 각각 3 ㎚ 및 4 ㎚로 했지만, 이들 층 두께는 양자 웰층(84)의 층 두께를 10 ㎚ 이하로 하고 장벽층(85)의 층 두께를 4 ㎚ 이하로 하여, 각 양자 웰층에 균일하게 전자·정공을 주입하도록 하면, 본 실시 형태에 한정되지 않고, 다른 층 두께라도 동등한 효과를 얻을 수 있다.
〈산업상의 이용가능성〉
본 발명의 질화 갈륨계 반도체 발광 소자는, 광 디스크 등의 정보 처리용으로서 사용되는 반도체 레이저 소자나, 대형 컬러 표시 장치 등을 위한 반도체 발광 다이오드 소자로서 이용되는 것으로, 또한 반도체 레이저 소자에 전류를 주입하기 위한 구동 회로와 맞추면, 예를 들면 광 디스크의 데이타 판독용의 반도체 레이저 광원 장치로서도 이용할 수 있다.

Claims (21)

  1. 자외선으로부터 녹색에 해당하는 대역내의 발광 파장을 갖는 질화갈륨계 반도체 발광 소자에 있어서,
    반도체 기판(1, 21),
    적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 양자 웰 구조를 갖는 활성층(6, 26), 및
    상기 활성층을 사이에 개재하고 있는 제1 클래드층(4, 24) 및 제2 클래드층 (9, 29)
    을 포함하고,
    상기 활성층(6, 26)은 2개의 양자 웰층(14, 34)과 상기 양자 웰층 간에 개재된 하나의 장벽층(15, 35)으로 이루어지며, 각각의 양자 웰층의 두께는 10 ㎚ 이하이고 장벽층의 두께도 10 nm 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 양자 웰층은 균일하게 분포되는 전자와 정공을 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 질화갈륨게 반도체 발광 소자는 반도체 레이저 소자이고, 상기 활성층(6)은 상기 반도체 레이저 소자의 발진부를 형성하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자는 자려 발진형(self-oscillating) 반도체 레이저 소자인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  5. 삭제
  6. 자외선으로부터 녹색에 해당하는 대역내의 발광 파장을 갖는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에 있어서,
    반도체 기판(1),
    적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지는 양자 웰 구조를 갖는 활성층(46), 및
    상기 활성층을 개재하고 있는 제1 클래드층(4) 및 제2 클래드층(9)
    을 포함하고,
    상기 활성층(46)은 상기 반도체 레이저 소자의 발진부를 형성하고, 2 내지 4개의 양자 웰층(54)과 상기 양자 웰층 간에 개재된 1 내지 3개의 장벽층(55)을 포함하되,
    상기 장벽층(55)의 두께는 4 ㎚ 이하이며, 상기 제1 및 제2 클래드층 중 하나는 p형 클래드층이고, 이 p형 클래드층은 릿지부와 이 릿지부의 대향 측면에 평면부를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 양자 웰층은 균일하게 분포되는 전자와 정공을 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자는 자려 발진형 반도체 레이저 소자인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  10. 제6항에 있어서, 상기 각 양자 웰층(14, 34, 54)의 두께는 10 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  11. 제6항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자에 전류를 주입하는 구동 회로(17, 19)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전류는 변조된 전류이고,
    상기 전류의 변조 주파수는 300 ㎒ 이상인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  13. 제6항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 질화갈륨계 반도체는 질소, 인듐, 및 갈륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  14. 제6항에 있어서, 상기 레이저 소자는 상기 레이저 소자에 전류가 주입될 때 변조 광출력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  15. 자외선으로부터 녹색에 해당하는 대역내의 발광 파장을 갖는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에 있어서,
    반도체 기판과,
    적어도 인듐과 갈륨을 포함하는 질화물 반도체로 이루어지며 양자 웰 구조를 갖는 활성층, 및
    상기 활성층을 사이에 개재하고 있는 제1 클래드층 및 제2 클래드층
    을 포함하고,
    상기 활성층은 상기 반도체 레이저 소자의 발진부를 형성하고, 2개의 양자 웰층과 이들 양자 웰층 간에 개재된 하나의 장벽층으로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 클래드층 중 하나는 p형 클래드층이고, 상기 p형 클래드층은 릿지부와 이 릿지부의 대향면 상의 평면부를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  16. 제6항 또는 제15항에 있어서, 상기 릿지부는 대략 1㎛ 내지 5㎛의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  17. 제6항 또는 제15항에 있어서, 상기 평면부는 0.05㎛ 내지 0.5㎛의 막두께를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  18. 제3항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자에 전류를 주입하기 위한 구동회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전류는 변조된 전류이며, 이 전류의 변조 주파수는 300 MHz 이상인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  20. 제3항에 있어서, 상기 발광소자는 상기 발광 소자에 전류가 주입될 때 변조된 광출력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
  21. 제1항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 상기 질화물 반도체는 질소, 인듐, 및 갈륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 발광 소자.
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Families Citing this family (113)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100447367B1 (ko) * 1997-03-07 2004-09-08 샤프 가부시키가이샤 다중 양자 웰 구조 활성층을 갖는 질화갈륨계 반도체 발광 소자 및 반도체 레이저 광원 장치
WO2000052796A1 (fr) * 1999-03-04 2000-09-08 Nichia Corporation Element de laser semiconducteur au nitrure
JP2000286448A (ja) * 1999-03-31 2000-10-13 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
DE19955747A1 (de) 1999-11-19 2001-05-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optische Halbleitervorrichtung mit Mehrfach-Quantentopf-Struktur
JP2001308460A (ja) * 2000-04-27 2001-11-02 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置
US6914922B2 (en) * 2000-07-10 2005-07-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride based semiconductor light emitting device and nitride based semiconductor laser device
EP1307903A1 (en) * 2000-08-04 2003-05-07 The Regents Of The University Of California Method of controlling stress in gallium nitride films deposited on substrates
US6649287B2 (en) * 2000-12-14 2003-11-18 Nitronex Corporation Gallium nitride materials and methods
KR100397609B1 (ko) * 2001-02-16 2003-09-13 삼성전기주식회사 캐리어 유입 경로의 폭을 임의로 제어할 수 있는 반도체레이저 다이오드
JP2002261377A (ja) * 2001-02-27 2002-09-13 Hitachi Ltd 光モジュール
US6526083B1 (en) 2001-10-09 2003-02-25 Xerox Corporation Two section blue laser diode with reduced output power droop
US6970490B2 (en) * 2002-05-10 2005-11-29 The Trustees Of Princeton University Organic light emitting devices based on the formation of an electron-hole plasma
US7485902B2 (en) * 2002-09-18 2009-02-03 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device
JP4727169B2 (ja) * 2003-08-04 2011-07-20 日本碍子株式会社 エピタキシャル基板、当該エピタキシャル基板の製造方法、当該エピタキシャル基板の反り抑制方法、および当該エピタキシャル基板を用いた半導体積層構造
KR101045202B1 (ko) * 2003-10-17 2011-06-30 삼성전자주식회사 ＩＩＩ-Ｖ 족 ＧａＮ 계 반도체 소자 및 그 제조방법
GB2407700A (en) * 2003-10-28 2005-05-04 Sharp Kk MBE growth of nitride semiconductor lasers
US7138648B2 (en) * 2003-12-17 2006-11-21 Palo Alto Research Center Incorporated Ultraviolet group III-nitride-based quantum well laser diodes
JP3994287B2 (ja) * 2004-07-07 2007-10-17 サンケン電気株式会社 半導体発光素子
JP2006270028A (ja) * 2005-02-25 2006-10-05 Mitsubishi Electric Corp 半導体発光素子
JP2007110090A (ja) 2005-09-13 2007-04-26 Sony Corp ＧａＮ系半導体発光素子、発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体
GB2432715A (en) * 2005-11-25 2007-05-30 Sharp Kk Nitride semiconductor light emitting devices
KR101274206B1 (ko) * 2006-02-21 2013-06-14 삼성전자주식회사 리지 구조를 가지는 반도체 레이저 다이오드
JP2008078311A (ja) 2006-09-20 2008-04-03 Toshiba Corp 窒化物系半導体レーザ装置
JP2008235606A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Sony Corp 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、バックライト、表示装置、電子機器および発光装置
JP4655103B2 (ja) * 2008-04-14 2011-03-23 ソニー株式会社 ＧａＮ系半導体発光素子、発光素子組立体、発光装置、ＧａＮ系半導体発光素子の駆動方法、及び、画像表示装置
US8847249B2 (en) 2008-06-16 2014-09-30 Soraa, Inc. Solid-state optical device having enhanced indium content in active regions
US8143148B1 (en) 2008-07-14 2012-03-27 Soraa, Inc. Self-aligned multi-dielectric-layer lift off process for laser diode stripes
US8805134B1 (en) 2012-02-17 2014-08-12 Soraa Laser Diode, Inc. Methods and apparatus for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices
US8259769B1 (en) 2008-07-14 2012-09-04 Soraa, Inc. Integrated total internal reflectors for high-gain laser diodes with high quality cleaved facets on nonpolar/semipolar GaN substrates
US8673074B2 (en) 2008-07-16 2014-03-18 Ostendo Technologies, Inc. Growth of planar non-polar {1 -1 0 0} M-plane and semi-polar {1 1 -2 2} gallium nitride with hydride vapor phase epitaxy (HVPE)
US8124996B2 (en) 2008-08-04 2012-02-28 Soraa, Inc. White light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and phosphors
US8284810B1 (en) 2008-08-04 2012-10-09 Soraa, Inc. Solid state laser device using a selected crystal orientation in non-polar or semi-polar GaN containing materials and methods
CN101728451B (zh) * 2008-10-21 2013-10-30 展晶科技(深圳)有限公司 半导体光电元件
KR101228983B1 (ko) 2008-11-17 2013-02-04 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자
US8422525B1 (en) 2009-03-28 2013-04-16 Soraa, Inc. Optical device structure using miscut GaN substrates for laser applications
US8634442B1 (en) 2009-04-13 2014-01-21 Soraa Laser Diode, Inc. Optical device structure using GaN substrates for laser applications
US8242522B1 (en) 2009-05-12 2012-08-14 Soraa, Inc. Optical device structure using non-polar GaN substrates and growth structures for laser applications in 481 nm
US8837545B2 (en) 2009-04-13 2014-09-16 Soraa Laser Diode, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
US8254425B1 (en) 2009-04-17 2012-08-28 Soraa, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
CN102396083B (zh) 2009-04-13 2015-12-16 天空激光二极管有限公司 用于激光器应用的使用gan衬底的光学装置结构
US8294179B1 (en) * 2009-04-17 2012-10-23 Soraa, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
KR101603777B1 (ko) * 2009-04-16 2016-03-15 삼성전자주식회사 백색 발광 다이오드
US8416825B1 (en) 2009-04-17 2013-04-09 Soraa, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structure for laser applications
US8427590B2 (en) 2009-05-29 2013-04-23 Soraa, Inc. Laser based display method and system
US9250044B1 (en) 2009-05-29 2016-02-02 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium and nitrogen containing laser diode dazzling devices and methods of use
US8247887B1 (en) 2009-05-29 2012-08-21 Soraa, Inc. Method and surface morphology of non-polar gallium nitride containing substrates
US9800017B1 (en) 2009-05-29 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Laser device and method for a vehicle
US8509275B1 (en) 2009-05-29 2013-08-13 Soraa, Inc. Gallium nitride based laser dazzling device and method
JP5233911B2 (ja) * 2009-08-26 2013-07-10 株式会社リコー 電気光学素子
US8314429B1 (en) 2009-09-14 2012-11-20 Soraa, Inc. Multi color active regions for white light emitting diode
US8750342B1 (en) 2011-09-09 2014-06-10 Soraa Laser Diode, Inc. Laser diodes with scribe structures
US8355418B2 (en) 2009-09-17 2013-01-15 Soraa, Inc. Growth structures and method for forming laser diodes on {20-21} or off cut gallium and nitrogen containing substrates
US8933644B2 (en) 2009-09-18 2015-01-13 Soraa, Inc. LED lamps with improved quality of light
US9293644B2 (en) 2009-09-18 2016-03-22 Soraa, Inc. Power light emitting diode and method with uniform current density operation
DE112010003700T5 (de) 2009-09-18 2013-02-28 Soraa, Inc. Power-leuchtdiode und verfahren mit stromdichtebetrieb
US9583678B2 (en) 2009-09-18 2017-02-28 Soraa, Inc. High-performance LED fabrication
KR20110042560A (ko) * 2009-10-19 2011-04-27 엘지이노텍 주식회사 발광소자, 발광소자 제조방법 및 발광소자 패키지
US8629065B2 (en) * 2009-11-06 2014-01-14 Ostendo Technologies, Inc. Growth of planar non-polar {10-10} M-plane gallium nitride with hydride vapor phase epitaxy (HVPE)
US10147850B1 (en) 2010-02-03 2018-12-04 Soraa, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US8905588B2 (en) 2010-02-03 2014-12-09 Sorra, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US9927611B2 (en) 2010-03-29 2018-03-27 Soraa Laser Diode, Inc. Wearable laser based display method and system
DE112011101530B4 (de) 2010-04-30 2021-03-25 Trustees Of Boston University Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung
US8451876B1 (en) 2010-05-17 2013-05-28 Soraa, Inc. Method and system for providing bidirectional light sources with broad spectrum
JP5636773B2 (ja) 2010-07-06 2014-12-10 ソニー株式会社 半導体レーザ
US8816319B1 (en) 2010-11-05 2014-08-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of strain engineering and related optical device using a gallium and nitrogen containing active region
US9048170B2 (en) 2010-11-09 2015-06-02 Soraa Laser Diode, Inc. Method of fabricating optical devices using laser treatment
US8975615B2 (en) 2010-11-09 2015-03-10 Soraa Laser Diode, Inc. Method of fabricating optical devices using laser treatment of contact regions of gallium and nitrogen containing material
CN103003964A (zh) 2011-01-21 2013-03-27 松下电器产业株式会社 氮化镓类化合物半导体发光元件和具有该发光元件的光源
US9025635B2 (en) 2011-01-24 2015-05-05 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a support member
US9318875B1 (en) 2011-01-24 2016-04-19 Soraa Laser Diode, Inc. Color converting element for laser diode
US9595813B2 (en) 2011-01-24 2017-03-14 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a substrate member
US9093820B1 (en) 2011-01-25 2015-07-28 Soraa Laser Diode, Inc. Method and structure for laser devices using optical blocking regions
US9236530B2 (en) 2011-04-01 2016-01-12 Soraa, Inc. Miscut bulk substrates
US9287684B2 (en) 2011-04-04 2016-03-15 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters with color wheel
JP5996846B2 (ja) 2011-06-30 2016-09-21 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
US9646827B1 (en) 2011-08-23 2017-05-09 Soraa, Inc. Method for smoothing surface of a substrate containing gallium and nitrogen
US8971370B1 (en) 2011-10-13 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices using a semipolar plane
JP5522147B2 (ja) * 2011-11-02 2014-06-18 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子、及び、窒化物半導体発光素子の作製方法
US8723189B1 (en) 2012-01-06 2014-05-13 Trustees Of Boston University Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same
CN103296047A (zh) * 2012-03-02 2013-09-11 华夏光股份有限公司 发光二极管装置
US9020003B1 (en) 2012-03-14 2015-04-28 Soraa Laser Diode, Inc. Group III-nitride laser diode grown on a semi-polar orientation of gallium and nitrogen containing substrates
US10559939B1 (en) 2012-04-05 2020-02-11 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9800016B1 (en) 2012-04-05 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9343871B1 (en) 2012-04-05 2016-05-17 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9099843B1 (en) 2012-07-19 2015-08-04 Soraa Laser Diode, Inc. High operating temperature laser diodes
US8971368B1 (en) 2012-08-16 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices having a gallium and nitrogen containing semipolar surface orientation
US9166372B1 (en) 2013-06-28 2015-10-20 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium nitride containing laser device configured on a patterned substrate
US9368939B2 (en) 2013-10-18 2016-06-14 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable laser diode formed on C-plane gallium and nitrogen material
US9520695B2 (en) 2013-10-18 2016-12-13 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium and nitrogen containing laser device having confinement region
US9379525B2 (en) 2014-02-10 2016-06-28 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable laser diode
US9362715B2 (en) 2014-02-10 2016-06-07 Soraa Laser Diode, Inc Method for manufacturing gallium and nitrogen bearing laser devices with improved usage of substrate material
US9209596B1 (en) 2014-02-07 2015-12-08 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturing a laser diode device from a plurality of gallium and nitrogen containing substrates
US9520697B2 (en) 2014-02-10 2016-12-13 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable multi-emitter laser diode
US9871350B2 (en) 2014-02-10 2018-01-16 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable RGB laser diode source
US9564736B1 (en) 2014-06-26 2017-02-07 Soraa Laser Diode, Inc. Epitaxial growth of p-type cladding regions using nitrogen gas for a gallium and nitrogen containing laser diode
US9246311B1 (en) 2014-11-06 2016-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of manufacture for an ultraviolet laser diode
US9666677B1 (en) 2014-12-23 2017-05-30 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable thin film gallium and nitrogen containing devices
US9653642B1 (en) 2014-12-23 2017-05-16 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable RGB display based on thin film gallium and nitrogen containing light emitting diodes
US9873170B2 (en) * 2015-03-24 2018-01-23 Nichia Corporation Method of manufacturing light emitting element
US10879673B2 (en) 2015-08-19 2020-12-29 Soraa Laser Diode, Inc. Integrated white light source using a laser diode and a phosphor in a surface mount device package
US11437775B2 (en) 2015-08-19 2022-09-06 Kyocera Sld Laser, Inc. Integrated light source using a laser diode
US11437774B2 (en) 2015-08-19 2022-09-06 Kyocera Sld Laser, Inc. High-luminous flux laser-based white light source
US10938182B2 (en) 2015-08-19 2021-03-02 Soraa Laser Diode, Inc. Specialized integrated light source using a laser diode
JP6669144B2 (ja) * 2016-12-16 2020-03-18 日亜化学工業株式会社 発光素子の製造方法
US10505072B2 (en) * 2016-12-16 2019-12-10 Nichia Corporation Method for manufacturing light emitting element
WO2018195701A1 (zh) * 2017-04-24 2018-11-01 苏州晶湛半导体有限公司 一种半导体结构和制备半导体结构的方法
CN108511326A (zh) * 2018-05-04 2018-09-07 中山大学 一种化合物半导体材料InGaN及其外延制备方法
US11239637B2 (en) 2018-12-21 2022-02-01 Kyocera Sld Laser, Inc. Fiber delivered laser induced white light system
US11421843B2 (en) 2018-12-21 2022-08-23 Kyocera Sld Laser, Inc. Fiber-delivered laser-induced dynamic light system
US11884202B2 (en) 2019-01-18 2024-01-30 Kyocera Sld Laser, Inc. Laser-based fiber-coupled white light system
US10903623B2 (en) 2019-05-14 2021-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method and structure for manufacturable large area gallium and nitrogen containing substrate
US11228158B2 (en) 2019-05-14 2022-01-18 Kyocera Sld Laser, Inc. Manufacturable laser diodes on a large area gallium and nitrogen containing substrate
CN111641107B (zh) * 2020-05-29 2021-09-10 南京邮电大学 基于二氧化钛光子晶体的氮化镓基面激光器及制备方法

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59188988A (ja) * 1983-04-11 1984-10-26 Nec Corp 半導体レ−ザおよびその駆動方法
JP2670046B2 (ja) * 1987-04-15 1997-10-29 株式会社日立製作所 光電子装置
US4961197A (en) 1988-09-07 1990-10-02 Hitachi, Ltd. Semiconductor laser device
JP2723921B2 (ja) 1988-09-07 1998-03-09 株式会社日立製作所 半導体レーザ素子
JP2679714B2 (ja) * 1988-11-14 1997-11-19 東洋紡績 株式会社 吸着性シートおよび空気浄化用フィルター
DE3840717A1 (de) * 1988-12-02 1990-06-07 Max Planck Gesellschaft Lichtemittierendes bauelement aus verbindungs-halbleiter
JPH02168746A (ja) 1988-12-22 1990-06-28 Toshiba Corp 高周波重畳形発光駆動回路
JPH05102604A (ja) * 1991-10-11 1993-04-23 Fuji Xerox Co Ltd 半導体レーザ装置
DE4214136C2 (de) 1992-04-29 1995-09-21 Daimler Benz Aerospace Ag Zweiachsig messender Sonnensensor
JP2932467B2 (ja) * 1993-03-12 1999-08-09 日亜化学工業株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP3489878B2 (ja) 1993-10-22 2004-01-26 シャープ株式会社 半導体レーザ素子およびその自励発振強度の調整方法
JP3277711B2 (ja) 1994-03-03 2002-04-22 ソニー株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JPH07263798A (ja) 1994-03-25 1995-10-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ，及びその製造方法
JPH0818159A (ja) 1994-04-25 1996-01-19 Hitachi Ltd 半導体レーザ素子及びその作製方法
JPH08111558A (ja) 1994-10-07 1996-04-30 Hitachi Ltd 半導体レーザ素子
US5777350A (en) 1994-12-02 1998-07-07 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor light-emitting device
JP2780691B2 (ja) 1994-12-02 1998-07-30 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP3538275B2 (ja) * 1995-02-23 2004-06-14 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP3505259B2 (ja) * 1995-03-27 2004-03-08 三洋電機株式会社 半導体レーザ素子
JP3453916B2 (ja) 1995-04-03 2003-10-06 ソニー株式会社 半導体レーザ
JP3268958B2 (ja) * 1995-05-15 2002-03-25 三洋電機株式会社 半導体レーザ装置
JP2705641B2 (ja) 1995-06-02 1998-01-28 日本電気株式会社 半導体レーザ装置
GB2301708A (en) 1995-06-03 1996-12-11 Sharp Kk Variable coherence light source
JPH09116225A (ja) 1995-10-20 1997-05-02 Hitachi Ltd 半導体発光素子
JP2877063B2 (ja) * 1995-11-06 1999-03-31 松下電器産業株式会社 半導体発光素子
US5923690A (en) * 1996-01-25 1999-07-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device
US5767704A (en) * 1996-08-30 1998-06-16 Larson; Francis Willard High frequency analog switch for use with a laser diode
US6031858A (en) * 1996-09-09 2000-02-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser and method of fabricating same
JP3854693B2 (ja) * 1996-09-30 2006-12-06 キヤノン株式会社 半導体レーザの製造方法
US5838707A (en) * 1996-12-27 1998-11-17 Motorola, Inc. Ultraviolet/visible light emitting vertical cavity surface emitting laser and method of fabrication
KR100447367B1 (ko) * 1997-03-07 2004-09-08 샤프 가부시키가이샤 다중 양자 웰 구조 활성층을 갖는 질화갈륨계 반도체 발광 소자 및 반도체 레이저 광원 장치
US5892786A (en) * 1997-03-26 1999-04-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Output control of vertical microcavity light emitting device
US6154477A (en) * 1997-05-13 2000-11-28 Berkeley Research Associates, Inc. On-board laser-triggered multi-layer semiconductor power switch

Also Published As

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