KR100890162B1 - 반도체 레이저 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

알루미늄, 갈륨, 인듐 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막들의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프(ridge-like stripe)로 형성되는, 상기 적층막과; 상기 리지형의 스트라이프의 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며; 상기 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤x ≤1.0)에 의해 표현되는 물질로 이루어지는 반도체 레이저 발광 장치가 개시된다. 이 장치에서, 반도체 레이저 발광 장치가 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치(index guide type semiconductor laser light emitting device)로서 구성되도록, Al의 성분 비율 "x"는 0.3 ≤x ≤1.0의 범위의 값으로 특정되고; 반도체 레이저 발광 장치가 위크 인덱스형의 펄세이션 반도체 레이저 발광 장치(weak index type pulsation semiconductor laser light emitting device)로서 구성되도록, Al의 성분 비율 "x"는 0.15 < x < 0.30의 범위의 값으로 특정되며; 또는 반도체 레이저 발광 장치가 게인 가이드형의 레이저 발광 장치(gain guide type laser light emitting device)로서 구성되도록, Al의 성분 비율 "x"는 0 ≤x ≤0.15의 범위의 값으로 특정된다.
반도체 레이저 발광 장치, 성분 비율, 전류 주입 영역, 스트라이프

Description

반도체 레이저 발광 장치{Semiconductor laser light emitting device}
도 1은 반도체 레이저 발광 장치의 구성을 도시하는 개략적 단면도.
도 2는 여러 차 굴절률 "x" 각각에 대한 수평 방향의 FFP의 FWHM θ∥과 전류 주입 폭 Wst 과의 관계를 도시하는 그래프.
도 3은 여러 전류 주입 폭 Wst 각각에 대한 수직 방향의 FFP의 FWHM θㅗ과 FWHM θ∥ 와의 전형적인 관계를 도시하는 도면.
도 4A 및 4B는 Al의 성분 비율 "x"와 차 굴절률 Δn 와의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 FWHM θ∥과 FWHM θㅗ 와의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 Al의 여러 성분 비율 "x" 각각에 대한 전류 주입 폭 Wst과 임계 전류 값 과의 관계를 도시하는 그래프.
도 7은 Al의 여러 성분 비율 "x" 각각에 대한 레이저 광의 출력과 비점수차 와의 관계를 도시하는 그래프.
도 8은 Al의 여러 성분 비율 "x" 각각에 대한 레이저 광의 출력과 FWHM θ∥와의 관계를 도시하는 그래프.
도 9는 전류 주입 폭이 3㎛ (Wst 〉3 ㎛)보다 크다면 수평 방향의 NFP(near field pattern)과 그 프로파일을 도시하는 도면.
도 10은 활성층 및 전류 비주입 영역으로부터의 두께 d2와 임계 전류 값 Ith 와의 관계를 도시하는 그래프.
도 11은 두께 d2와 차 굴절률 Δn 와의 관계를 계산한 결과를 도시하는 그래프.
도 12는 FWHM θ∥의 계산 결과와 전류 주입 폭 Wst 의 측정 값과의 관계를 도시하는 그래프.
도 13은 반도체 레이저 발광 장치의 수직, 수평 및 길이 방향의 정의를 예시하는 도면.
도 14A는 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치의 구조를 도시하는 단면도이며, 도 14B는 도 14A에 도시된 장치에서 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이며, 도 14C는 도 14A에 도시된 장치에서 캐리어의 분포를 도시하는 그래프.
도 15A는 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치의 구조를 도시하는 단면도이며, 도 15B는 도 15A에 도시된 장치에서 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이며, 도 15C는 도 15A에 도시된 장치에서 캐리어의 분포를 도시하는 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 반도체 레이저 발광 장치 11: 사파이어 기판
12: 버퍼막 13: 저온 층
14: 접촉층 15: 클래딩층
16: 광 가이드층 17: 활성층
19: 광 가이드층 20: 캐리어 오버플로우 억제층
본 발명은 반도체 레이저 발광 장치에 관한 것으로서, 특히 3족 질화물 반도체막의 적층을 포함하는 반도체 레이저 발광 장치에 관한 것이다.
알루미늄, 갈륨, 인듐, 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물(이후에, "3족 질화물 반도체 발광 장치"라 불림)로 이루어진 반도체막의 적층을 포함하는 타입의 반도체 레이저 발광 장치는 여러 시스템들에서 유용한 구성 요소로서 배치되었으며, 광원과 같은 반도체 레이저 발광 장치를 이용하는 시스템이 실현되고 있다.
3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치는 다른 물질로 이루어진 반도체막의 적층을 포함하는 타입의 반도체 레이저 발광 장치, 예를 들어 콤팩트 디스크(CD) 및 미니디스크(MD)용으로 사용되는 AlGaAs계 반도체 레이저 발광 장치 및 DVD(digital versatile disk) 및 바코드 판독기용으로 사용되는 AlGaInP계 반도체 레이저 발광 장치보다 여러 가지 점에서 뒤떨어지며, 이 중 하나가 횡 모드 제어이다.
이 횡 모드는 반도체막의 평면안쪽 방향으로 광 도파관 모드이며, 반도체 레이저 발광 장치에서 횡 모드를 제어하는 방법이 확립되었다. 도 13을 참조하면, 적층된 반도체막(311)이 도시된다. 이제, 적층된 반도체막(311)의 적층 방향이 수직 방향으로 취해지며, 메인 구성 요소로서 적층된 반도체막(311)을 포함하는 공진기의 길이 방향에 수직이며 적층된 반도체막(311)의 평면내의 방향이 수평 방향으로 취해지며, 공진기의 길이 방향이 길이 방향으로 취해진다고 가정하면, 전술된 횡 모드는 수평 방향의 광 도파관 모드이다.
반도체 레이저 발광 장치에서 수평 광 도파관 모드를 발생하는 메카니즘은 일반적으로 두개의 메카니즘으로 분류된다.
하나의 광 도파관 메카니즘은 도 14A에 도시된 구조에 의해서 획득되며, 여기서 수직 방향의 반도체막(320)의 구성은 전류 주입부(321) 및 전류 비주입부(322)에서 일정하게 된다. 그러한 구조에서, 전류 주입부(321)의 굴절률 n1과 전류 비주입부(322)의 굴절률 n2간의 내장 차 굴절률 Δn은 제로(Δn = 0)가 되어, 전류 주입시에, 도 14B에 도시된 바와 같이 수평 방향의 굴절률의 분포가 발생하며 따라서 도 14C에 도시된 바와 같은 캐리어의 분포가 생기게 된다. 그 결과, 게인 가이드 도파관 메카니즘이라 불리는 광 도파관 메카니즘이 발생된다.
다른 광 도파관 메카니즘은 도 15A에 도시된 구조에 의해서 획득되며, 여기서 수직 방향의 반도체막(330)의 구성은 전류 주입부(331) 및 전류 비주입부(332) 에서 다르게 된다. 그러한 구조에서, 전류 주입부(331)의 굴절률 n1과 전류 비주입부(332)의 굴절률 n2간의 내장 차 굴절률 Δn은 제로가 되지 않아서(Δn = n1 - n2 ≠0), 전류 주입시에, 도 15B에 도시된 바와 같이 수평 방향의 굴절률의 분포가 발생하며, 따라서 도 15C에 도시된 바와 같은 캐리어의 분포가 생기게 된다. 그 결과, 인덱스 가이드 도파관 메카니즘이라 불리는 광 도파관 메카니즘이 발생된다.
일반적으로, 인덱스 가이드 도파관 메카니즘은 두개의 메카니즘으로 더 분류된다. 차 굴절률의 실수부가 제로보다 큰 경우[(Δn-real) > 0] 광 도파관이 발생되는 하나의 메카니즘은 리어 인덱스 가이드형(rear index guide type)이라고 불리며, 차 굴절률의 허수부가 제로보다 작은 경우[(Δn-im)< 0] 광 도파관이 발생하는 다른 메카니즘은 손실 인덱스 가이드형(loss index guide type)이라고 불린다. 횡 모드를 더 높은 출력으로 안정되게 유지하기 위해서, 손실 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치는 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치보다 우수하다. 동작 전류의 관점에서, 리얼 인덱스 가이드형(real index guide type)의 반도체 레이저 발광 장치는 손실 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치보다 우수하다.
광 도파관 메카니즘은 다음과 같이 더 미세하게 분류될 수 있다. 즉, 게인 가이드형을 실현하는 값과 인덱스 가이드형을 실현하는 값 사이의 값 Δn에서, 자기 펄세이션이 발생되며, Δn의 위크 값에서 실현되는 메카니즘은 위크 인덱스형의 자기 펄세이션 도파관 메카니즘(weak index type self-pulsation waveguide mechanism)이라고 불린다.
CD 및 MD용으로 사용되는 AlGaAs계 반도체 레이저 발광 장치와 DVD 및 바코드 판독기용으로 사용되는 AlGaInP계 반도체 레이저 발광 장치와 같은 각각 상업적으로 이용 가능한 반도체 레이저 발광 장치는 그 막 구조를 변경함으로써 그 응용 용도에 따라서 변경되는 횡 모드 도파관 메카니즘을 채택한다. 특히, 이러한 상업적으로 이용 가능한 반도체 레이저 발광 장치에서, Δn의 값은 임의로 변경된다.
예를 들면, 저전력 구동으로 레이저 잡음을 우선적으로 감소시키기 위해서, 게인 가이드형은 횡 모드 도파관 메카니즘으로서 선택되며, 레이저 잡음을 최우선적으로 감소시키기 위해서, 펄세이션형이 횡 모드 도파관 메카니즘으로서 선택된다. 한편, 고전력 구동으로 레이저 빔의 비점수차(astigmatism) 및 방사 각[FFP(Far Field Pattern)]을 우선적으로 안정화시키기 위해서, 또는 구동 전류를 우선적으로 감소시키기 위해서, 인덱스 가이드형이 횡 모드 도파관 메카니즘으로서 선택된다.
전술된 설명에서, 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치의 횡 모드는 제어될 필요가 있으며, 즉, 그 응용 용도에 따라서, CD 및 MD용으로 이용되는 AsGaAs계 반도체 레이저 발광 장치 및 DVD 및 바코드 판독기용으로 이용되는 AlGaInP계 반도체 레이저 발광 장치와 같이 상업적으로 이용 가능한 반도체 레이저 발광 장치에 의해서 채택된 것과 동일한 방식에 따라서 변경될 필요가 있다.
그러나, 매립된 리지 구조를 이용하는 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치는 상업적으로 이용 가능한 반도체 레이저 발광 장치에 의해서 채택된 것과 동일한 방식으로 횡 모드를 제어하는 것은 어렵다. 이러한 이유는 다음과 같다. 즉,
(1) 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치에서, 매립된 층의 상세는 명백하지 않다.
(2) 횡 모드를 제어하기 위해서, 막 적층 방향으로 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2간의 차 굴절률 Δn을 검사할 필요가 있지만, 차 굴절률 Δn을 검사하려고 하는 임의의 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치는 개시되어 있지 않다. 따라서, 횡 모드 제어의 관점에서, 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 바람직하게 설계하고 제조할 수 없게 된다.
(3) 예를 들어, 일본 특허 공개 평 11-214788호에는 매립된 리지형 반도체 레이저 발광 장치가 개시되어 있으며, 여기서 절연막 또는 반도체막이 매립 층으로서 취해진다. 그러나, 이 문서에서, 활성층 및 전류 비주입 영역으로부터의 두께 d2는 설명되지 않았다. 두께 d2는 차 굴절률 Δn을 결정하기 위한 중요한 구조적인 파라미터이며, 따라서, 두께 d2가 명확하지 않으면, 차 굴절률 Δn은 결정될 수 없다. 상기 문서, 즉, 일본 특허 공개 평 11-214788호에 개시된 발명은 위크 인덱스형 도파관 메카니즘을 채택함으로써 자기-펄세이션을 얻도록 되어 있지만, 두께 d2가 명확하지 않으므로, 차 굴절률 Δn은 결정될 수 없으며, 따라서, 자기 펄세이션형의 반도체 레이저 발광 장치를 제조할 수 없다.
(4) 전술된 문서에 개시된 것 이외의 관련 기술 발명에서도, 차 굴절률 Δn 과 횡 모드와의 관계가 명확하게 되어 있지 않으며, 횡 모드는 물질 조성 또는 스트라이프 폭에 의해서만 특정되었다.
이 이유는 금속막 또는 절연막과 직접 접촉하는 리지 구조가 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치의 연구 및 개발에 채택되었다는 사실로 인한 것으로 추정된다. 금속막과 직접 접촉하는 리지 구조에서, 누출 고장이 자주 발생하기 때문에, 두께 d2가 적극적으로 작게 이루어질 수 없으며 그에 따라서 차 굴절률 Δn은 불명확하며, 그 결과 횡 모드가 차 굴절률 Δn에 기초하여 검사될 수 없게 된다. 이러한 리지 구조로 인해 리지 구조 밖의 누설 전류가 커지게 되며 따라서 동작 전류도 커지게 된다.
3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치에서, 증가된 구동 전력은 열 발생을 증가시키며, 최악의 경우에는, 레이저 발진을 수행하는 것을 어렵게 만든다. 증가된 구동 전압 또한 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst를 특정하는 것을 어렵게 하며, 그에 의해서 횡 모드의 안정성을 저하시키는 경향이 있다.
(5) 한편, 절연막을 이용하여 전력 억제 영역에 매립된 구조에서, 두께 d2가 더 얇아진다 할지라도 누출 고장이 발생되며, 따라서 차 굴절률 Δn이 충분히 커질 수 있다. 그러나, 이러한 구조에서, 부착 정도 및 막 질이 리지 스트라이프의 양 측 표면에서 균일하지 않으므로, 횡 모드는 불안정하게 되며, 따라서 횡 모드를 검사할 수 없다. 더욱이, 전력 억제 영역의 굴절률이 특정 값으로 고정되며 변경되지 않으므로, 차 굴절률 Δn은 두께 d2를 제어함으로써만 조절된다. 그러나, 두께 d2를 그렇게 제어하는 것은 누설 전류를 일으켜서, 그 결과 전류의 확산 및 광의 확산을 독립적으로 조절하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 절연막을 이용한 매립된 리지 구조를 제조하는 것은 실용성의 관점에서 장점이 없다.
(6) 금속이나 절연막을 이용한 매립된 리지 구조의 전술된 여러 문제를 해결하기 위해서, 반도체막을 이용한 매립된 리지 구조가 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나, 반도체막을 이용한 매립된 구조를 갖는 반도체 레이저 발광 장치에서도, 차 굴절률 Δn과 횡 모드와의 상관이 명확하지 않으므로, 장치의 응용 용도에 따라서 횡 구조를 바람직하게 선택하는 것은 불가능하다.
본 발명의 목적은 반도체막을 이용한 매립된 구조를 갖는 반도체 레이저 발광 장치를 제공하는 것이며, 여기서 차 굴절률 Δn과 횡 모드와의 상관을 형성함으로써 횡 구조가 장치의 응용 용도에 따라 선택될 수 있다.
전술된 목적을 수행하기 위해서, 본 발명의 특징에 따라서, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프로 형성되는, 상기 적층막과, 리지형의 스트라이프의 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며, 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0≤x ≤1.0)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지는 제 1 반도체 레이저 발광 장치가 제공된다. 제 1 반도체 레이저 발광 장치는 반도체 레이저 발광 장치가 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로서 구성되도록, Al의 성분 비율 "x"는 0.3 ≤x ≤1.0의 범위의 값으로 특정된다.
바람직하게, 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst은 1㎛ ≤Wst ≤3㎛의 범위의 값으로 특정되며; 전류 비주입 영역하에서 적층막 중, 활성층과 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은 화학식 AlxGa1-xN (0.3≤x ≤1.0)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하며; 막 적층 방향으로 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn은 0.07 ≤Δn = (n1-n2) ≤0.012의 범위에 있다.
제 1 반도체 레이저 발광 장치에서, Al의 성분 비율 "x"가 0.3 ≤x ≤1.0의 범위의 값으로 특정되므로, 수평 방향의 FFP(far field pattern)의 FWHM(full-width at half maximum) θ∥과 수직 방향의 FFP의 FWHM θㅗ 사이에서 부(negative)의 상관이 주어지며, 또한 FWHM θ∥은 전류 주입 폭 Wst이 좁아질 수록 커지며, 그 결과, 장치의 광 도파관 메카니즘이 전술된 범위의 Al의 성분 비율 "x"에 대한 인덱스 가이드 도파관 메카니즘이 된다. 또한, 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst이 1㎛ ≤Wst ≤3㎛의 범위에 있으므로, 구동 전류는 감소되며, 따라서 저전류 구동을 가능하게 한다. Wst 〉3.0㎛ 이면, 광 도파관 메카니즘은 약해져 수평 방향의 광 제한(confinement)이 불안정하게 되며 광 도파관 메카니즘은 "x"의 모든 값에 대해서 게인 가이드 도파관 메카니즘으로서 작용한다. 또한, 전류 비주입 영역하에서 적층막 중 활성층과 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은 화학식 AlxGa1-xN (0.3 ≤x ≤1.0)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하므로, 누설 전류가 억제될 수 있다. AlxGa1-xN (0.3 ≤x ≤1.0)로 이루어진 전술된 막의 두께가 0.2㎛보다 크다면, 누설 전류는 커지게 되고, 따라서 반도체 레이저 발광 장치의 성능을 저하시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프로 형성되는, 상기 적층막과, 상기 리지형의 스트라이프 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며, 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤x ≤1.0)에 의해서 표현된 물질로 이루어지는 제 2 반도체 레이저 발광 장치가 제공된다. 제 2 반도체 레이저 발광 장치는 반도체 레이저 발광 장치가 위크 인덱스형의 펄세이션 반도체 레이저 발광 장치로서 구성되도록, Al의 성분 비율 "x"는 0.15 〈 x 〈 0.30의 범위의 값 특정된다.
바람직하게, 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst는 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛의 범위의 값으로 특정되며; 전류 비주입 영역하에서 적층막 중, 활성층과 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은 화학식 AlxGa1-xN (0.15 < x < 0.30)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하며; 막 적층 방향으로 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 〈Δn = (n1-n2)〈 0.007의 범위에 있다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치에서, Al의 성분 비율 "x"은 0.15 < x < 0.30의 범위의 값으로 특정되므로, 차 굴절률 Δn 은 너무 작아서 인덱스 가이드형 도파관 메카니즘을 실현할 수 없다. 따라서, 장치의 광 도파관 메카니즘은 위크 인덱스형 도파관 메카니즘이 된다. 또한, 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst가 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛의 범위에 있으므로, 구동 전류는 감소되며, 따라서 저전류 구동을 가능하게 한다. Wst 〉3 ㎛ 이면, 광 도파관 메카니즘은 약해져, 수평 방향으로 광 제한이 불안정하게 되며, 광 도파관 메카니즘은 "x"의 모든 값에 대해서 게인 가이드 도파관 메카니즘으로서 동작한다. 또한, 전류 비주입 영역하에서 적층막 중, 활성층과 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은 화학식 AlxGa1-xN (0.3 ≤x ≤1.0)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하므로, 누설 전류는 억제될 수 있다. AlxGa1-xN (0.3 ≤x ≤1.0)로 이루어진 상기 막의 두께가 0.2㎛보다 크다면, 누설 전류는 더 커지게 되며, 따라서 반도체 발광 장치의 성능을 저하시킨다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라서, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프로 형성되는, 상기 적층막과, 리지형의 스트라이프의 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며, 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤x ≤1.0)에 의해서 표현된 물질로 이루어지는 제 3 반도체 레이저 발광 장치가 제공된다. 제 3 반도체 레이저 발광 장치는 반도체 레이저 발광 장치가 게인 가이드형의 발광 장치로서 구성되도록, Al의 성분 비율 "x"는 0 ≤ x ≤ 0.15의 범위의 값으로 특정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst는 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛의 범위의 값으로 특정되며; 전류 비주입 영역하에서 적층막 중, 활성층과 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤x ≤0.15)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하며; 막 적층 방향으로 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2와의 차 Δn는 0 〈 Δn = (n1-n2)〈 0.007의 범위에 있다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치에서, Al의 성분 비율 "x"는 0 ≤x ≤0.15의 범위의 값으로 특정되므로, 상기 장치의 광 도파관 메카니즘은 낮은 레이저 잡음으로 구동하기에 적당한 게인 가이드형 도파관 메카니즘이 된다. 또한, 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst가 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛ 의 영역에 있으므로, 구동 전류는 감소되며, 따라서 저전류 구동을 가능하게 한다. 또한, 전류 비주입 영역하에서 적층막 중, 활성층과 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤x ≤0.15)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하므로, 누설 전류는 억제될 수 있다. AlxGa1-xN (0 ≤x ≤0.15)로 이루어진 상기 막의 두께가 0.2㎛보다 크다면, 누설 전류는 더 커지게 되며, 따라서 반도체 발광 장치의 성능을 저하시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 반도체 레이저 발광 장치(1)의 기본 구성을 도시하는 개략적인 단면도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 발광 장치(1)는 3족 질화물 반도체막이 사파이어 기판(sapphire substrate)(11)상에 순차적으로 적층되도록 구성된다. 이 반도체막은 갈륨 질화물로 이루어진 버퍼막(12)(두께: 35nm); 도핑되지 않은 갈륨 질화물로 이루어진 저온층(13)(두께: 500nm); 실리콘 도핑된 n형 갈륨 질화물로 이루어진 접촉층(14)(두께: 8㎛); 실리콘 도핑된 n형 Al0.08Ga0.92N으로 이루어진 n형 클래딩층(15)(두께: 1.2㎛); 실리콘 도핑된 n형 갈륨 질화물로 이루어진 광 가이드층(16)(두께: 120 nm); In0.14Ga0.86N으로 이루어진 웰층(well layer)(두께: 각 층에 대해서 3.5 nm)과 In0.02Ga0.98N으로 이루어진 장벽층(두께: 각 층에 대해서 7nm)의 4중 양자 웰 구조를 갖는 활성층(17); 마그네슘 도핑된 p형 갈륨 질화물로 이루어진 광 가이드층(19)(두께: 90nm); 마그네슘 도핑된 p형 Al0.08Ga0.92N으로 이루어진 캐리어 오버플로우 억제층(20)(두께:50nm); 마그네슘 도핑된 p형 Al0.06Ga0.94N으로 이루어진 p형 클래딩층(21)(두께: 560nm); 및 마그네슘 도핑된 p형 갈륨 질화물로 이루어진 p형 접촉층(22)(두께: 100nm)이다. 이와 같이 적층된 막들 12 내지 22는 적층막(23)으로 불린다.
p형 클래딩층(21)의 상부는 리지형의 스트라이프(24)로 형성된다. 스트라이프(24)는 전류 주입 영역(31)이 된다. 전류 주입 영역(31)의 전류 주입 폭 Wst은 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛ 의 범위의 값으로 특정된다.
한편, 전류 제한을 위한 실리콘 도핑된 AlxGa1-xN 층(25)이 전류 비주입부(32)가 되는 스트라이프(24)의 양측에 형성된다. 전류 비주입부(32)의 두께는, AlxGa1-xN 층(25)(전류 비주입부(32))의 형성 전에, 활성층(17)으로부터 전류 비주입부(32)까지의 막 두께 d2가 특정 값이 되는 두께까지 p형 접촉층(22) 및 p형 클래딩층(21)을 순차적으로 제거함으로써 결정된다. 이러한 횡 전류 제한 구조는 또한 횡 광 도파관 모드 제어 구조를 구성한다.
마지막으로, p형 접촉층(22)에 접속되는 p형 전극(41)은 p형 접촉층(22)상에 형성되며, n형 접촉층(14)에 접속되는 n형 전극(42)은 n형 접촉층(14)상에 형성된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따라서, 도 1에 도시된 반도체 레이저 발광 장치(1)는 전류 비주입 영역(32)이 AlxGa1-xN 층(25)으로 이루어지는 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로서 구성되며, 여기서 Al의 성분 비율 "x"는 0.3 ≤ x ≤ 1.0의 범위의 값으로 특정되며, 상기 장치는 이후 "제 1 반도체 레이저 발광 장치"로서 불린다.
제 1 반도체 레이저 발광 장치는 다음을 특징으로 한다.
(1) 리지형의 스트라이프로 형성되는 전류 주입 영역(31)의 전류 주입 폭 Wst는 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛의 범위의 값으로 특정된다.
(2) 전류 비주입 영역(32)하에서 적층막 중 활성층(17)과 전류 비주입 영역(32) 사이에 존재하는 부분, 즉, 확산 방지층(18), 광 가이드층(19), 캐리어 오버플로우 억제층(20), 및 클래딩층(21)으로 구성되는 막은 화학식 AlxGa1-xN (0.3 ≤x ≤1.0)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 적어도 하나의 막을 포함한다.
(3) 막 적층 방향으로 전류 주입 영역(31)의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역(32)의 유효 굴절률 n2 과의 차 굴절률 Δn은 0.007 ≤Δn (n1-n2) ≤0.012의 범위에서 특정된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따라서, 도 1에 도시된 반도체 레이저 발광 장치(1)는, 전류 비주입 영역(32)이 AlxGa1-xN 층(25)으로 이루어지는 위크 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로서 구성되며, 여기서 Al의 성분 비율 "x"는 0.15〈 x 〈0.30의 범위의 값으로 특정되며, 상기 장치는 이후 "제 2 반도체 레이저 발광 장치"로서 불린다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치는 다음을 특징으로 한다.
(1) 리지형의 스트라이프로 형성되는 전류 주입 영역(31)의 전류 주입 폭 Wst는 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛의 범위의 값으로 특정된다.
(2) 전류 비주입 영역(32)하에서 적층막 중 활성층(17)과 전류 비주입 영역(32) 사이에 존재하는 부분, 즉, 확산 방지층(18), 광 가이드층(19), 캐리어 오버플로우 억제층(20), 및 클래딩층(21)으로 구성되는 막은 화학식 AlxGa1-xN (0.15 < x < 0.30)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 적어도 하나의 막을 포함한다.
(3) 막 적층 방향으로 전류 주입 영역(31)의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역(32)의 유효 굴절률 n2 과의 차 굴절률 Δn은 0 < Δn (n1-n2) < 0.007의 범위에서 특정된다.
본 발명의 제 3 실시예에 따라서, 도 1에 도시된 반도체 레이저 발광 장치(1)는 전류 비주입 영역(32)이 AlxGa1-xN 층(25)으로 이루어지는 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로서 구성되며, 여기서 Al의 성분 비율 "x"는 0≤ x ≤0.15의 범위의 값으로 특정되며, 상기 장치는 이후 "제 3 반도체 레이저 발광 장치"로서 불린다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치는 다음을 특징으로 한다.
(1) 리지형의 스트라이프로 형성되는 전류 주입 영역(31)의 전류 주입 폭 Wst는 1㎛ ≤Wst ≤3 ㎛의 범위의 값으로 특정된다.
(2) 전류 비주입 영역(32)하에서 적층막 중 활성층(17)과 전류 비주입 영역(32) 사이에 존재하는 부분, 즉, 확산 방지층(18), 광 가이드층(19), 캐리어 오버플로우 억제층(20), 및 클래딩층(21)으로 구성되는 막은 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤x ≤0.15)에 의해서 표현된 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 적어도 하나의 막을 포함한다.
(3) 막 적층 방향으로 전류 주입 영역(31)의 유효 굴절률 n1과 막 적층 방향으로 전류 비주입 영역(32)의 유효 굴절률 n2 과의 차 굴절률 Δn은 0 < Δn (n1-n2) < 0.007 범위에서 특정된다.
이하, 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치(1)에 대한 Al의 성분 비율 "x", 전류 주입 영역(31)의 전류 주입 폭(또는 스트라이프 폭), 및 차 굴절률 Δn을 추정하는 방법이 설명된다. 샘플로서, 도 1에 도시된 구성을 각각 갖는 여러 종류의 매립된 리지형의 반도체 레이저 발광가 준비되었다. 이 샘플에서, AlxGa1-xN의 Al의 성분 비율 "x"는 변경되며, 전류 주입 폭(스트라이프 폭) Wst은 Al의 각 성분 비율 "x"에 대해서 변경된다.
더 상세히하면, 샘플의 제조를 위해 사용되는 파라미터 "x", "d2", "Wst"는 각각 0.15 ≤x ≤1.0, 0.1㎛ ≤d2 ≤0.2 ㎛ 및, 2.2㎛ ≤Wst ≤3.5 ㎛의 범위의 값들로 설정되었다.
먼저, 각 샘플(x = 0.15, 0.30 및 0.40)에 대한 수평 방향의 FFP의 FWHM θ∥을 측정한 결과가 도 2에 도시된다. 이 도면에서, 세로좌표는 FWHM θ∥를 나타내며 가로좌표는 스트라이프 폭 Wst를 나타낸다. 비교를 위해서, p형 금속층으로 덮힌 리지 구조를 갖는 일반적인 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치에 대한 데이터가 도 2에서 마름모형의 오픈 마크로 도시된다. 또한, 두께 d2는 약 0.15 ㎛로 설정된다. FFP의 측정시, 레이저 발진기는 레이저 발진기의 자기 발열에 의한 영향을 가능한 한 많이 회피하기 위해서, 예를 들면 1ms의 사이클에서 5㎛의 폭을 갖는 펄스 전류를 인가함으로써 구동된다.
도 2에 도시된 데이터로부터, 다음 특징 (1) 및 (2)가 명백해 진다.
(1) 0.15를 제외한 "x"의 값에서, θ∥와 Wst 사이에 부의 상관이 주어진다.
(2) Wst의 모든 값에서, θ∥의 값은 θ∥x=0.015 〉θ∥x=0.40 〉θ∥x=0.30 의 관계를 만족시킨다.
다음에, 여러 스트라이프 폭들 Wst 각각에 대한 FWHM θ∥과 FWHM θㅗ (수직 방향의 FFP의 FWHM)와의 전형적인 관계가 도 3에 도시된다. 이 도면에서, 가로좌표는 FWHM θ∥를 표시하며 세로좌표는 FWHM θㅗ를 표시한다. 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에서, 스트라이프 폭 Wst이 좁아질수록, 수평 방향의 손실은 더 커지게 되며, 따라서 수평 방향의 광파면의 만곡이 강해져, 그 결과 FWHM θ∥가 커지게 된다. 이때, 손실은 수직 방향으로도 커지게 되며, 따라서 수직 방향의 광파면의 만곡이 커져, 그 결과 θㅗ가 커지게 된다. 이 방법으로, 도 3에 도시된 바와 같이, FWHM θ∥과 θㅗ 사이에 정(positive)의 상관이 주어지며, 또한, 스트라이프 폭 Wst이 좁아질수록, FWHM θ∥과 θㅗ 모두 커지게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에서, FWHM θ∥과 θㅗ 사이에 부의 상관이 주어진다. 이에 대한 이유는 TE 모드가 TM 모드에 대해서 수직이 아니라는 사실에 기인한다. 이러한 현상은 AsGaAs계 반도체 레이저 발광 장치 또는 AsGaInP계 반도체 레이저 발광 장치의 측정에서도 인식된다.
따라서, 다음 특징 (3) 및 (4)이 명백해 진다.
(3) 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에서, FWHM θ∥과 θㅗ 사이에 부의 상관이 주어지며, 또한, 스트라이프 폭 Wst가 좁아질수록, FWHM θ∥가 커지게 된다.
(4) 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에서, FWHM θ∥과 θㅗ 사이에 정의 상관이 주어지며, 또한 스트라이프 폭 Wst가 좁아질수록, FWHM θ∥이 커지게 된다.
인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에 대한 Al의 성분 비율 "x"와 차 굴절률 Δn 와의 관계가 도 4A 및 도 4B를 참조하여 설명된다. 이 도면에서, 가로좌표는 Al의 성분 비율 "x"를 나타내며 세로좌표는 차 굴절률 Δn을 나타낸다.
도 4A에 도시된 바와 같이, Al의 성분 비율 "x"가 커질수록, AlxGa1-xN 층의 굴절률이 작아지게 된다. 이것은 도 4B에 도시된 바와 같이, 두께 d2가 고정되면, 수직 방향의 스트라이프 내외의 영역의 유효 굴절률 n1 및 n2 와의 차, 즉, 차 굴절률 Δn이 커지게 된다.
따라서, 다음 특징 (5) 및 (6)이 명백해 진다.
(5) 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에서, 두께 d2가 고정되면, FWHM θ∥과 Al의 성분 비율 "x" 사이에 정의 상관이 주어진다.
(6) 두께 d2 및 스트라이프 폭 Wst이 고정되면, 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치의 FWHM θ∥이 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치의 FWHM θ∥보다 크다. 이것은 공지된 것이며, 광파면의 만곡이 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에서 발생된다는 사실에 기인한다.
FWHM θ∥ 및 θㅗ 와의 관계는 도 5에 도시되며, 여기서 가로좌표는 FWHM θ∥를 나타내며 세로좌표는 FWHM θㅗ를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 측정점은 도 2의 측정점과 같다. 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에 대한 FWHM θ∥ 및 θㅗ 와의 관계는 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치에 대한 것과 다르다.
도 2 내지 5를 참조하여 설명된 특징 (1) 내지 (6)으로부터, 다음 결론이 얻어진다.
(a) Al의 모든 성분 비율 "x" (0.15 ≤x ≤0.40)에 대해서, Wst 〉3㎛이면, 반도체 레이저 발광 장치는 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로서 작용한다.
(b) Wst ≤3 ㎛이면, 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치는 0.15 내지 0.30 사이의 "x"의 값에서 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로 변경된다.
(c) Wst≤3㎛이면, 반도체 레이저 발광 장치는 0.30과 0.40 사이의 "x"의 값에서 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로서 작용한다.
즉, Al의 성분 비율 "x"(=0.30)에서 차 굴절률 Δn이 충분히 커서 반도체 레이저 발광 장치는 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치가 된다. 따라서, 저구동 전류 및 높은 광출력에서 구동될 필요가 있는 레이저 발진기를 얻기 위해, Al의 성분 비율 "x"는 0.30으로 설정되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, Al의 성분 비율 "x"(=0.15)에서, 광 도파관 메커니즘이 게인 가이드형으로 되기 때문에, 스트라이프 폭(Wst)이 더 넓은 경우, 광이 흔들려 중심에 모아지지 않는다. 그러한 광의 편향은 편향된 위치에 광이 모아지는 현상을 초래하므로, 스트라이프 폭(Wst)이 고정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치는 0.30≤x≤1의 범위의 Al의 성분 비율에서 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로 되고, 0.15<x<0.30의 범위의 Al의 성분 비율에서 위크 인덱스 펄세이션형의 반도체 레이저 발광 장치로 되며, 0≤x≤0.15의 Al의 성분 비율에서 게인 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치로 된다.
도 6은 Al의 각 성분 비율 "x"에서 스트라이프 폭(Wst)(가로 좌표) 및 임계 전류값(세로좌표)과의 관계를 도시하고; 도 7은 Al의 각 성분 비율 "x"에서 레이저 광 출력(가로좌표) 및 비점수차(세로좌표)와의 관계를 도시하며, 도 8은 Al의 각 성분 비율 "x"에서 레이저 광 출력(가로좌표) 및 FWHM θ∥(세로좌표)와의 관계를 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 스트라이프 폭으로 비교하면, 게인 가이드의 임계 전류값은 더 높고 인덱스 가이드형의 임계 전류값은 더 낮다. 도 7에 도시된 바와 같이, Al의 성분 비율 "x"(=0.30 및 0.40) 각각에서 비점수차의 변화는 낮은 전력 영역에서 높은 전력 영역까지의 범위의 Al의 성분 비율 "x"(=0.15)에서 보다 낮다. 이것은 인덱스 가이드형의 비점수차가 게인 가이드형의 비점수차보다 낮다는 잘 공지된 사실과 양립한다.
도 6, 7 및 8에 도시된 결과로부터, 게인 가이드형은 전술한 바와 같이, Al의 성분 비율 "x"(=0.30)에서 인덱스 가이드형으로 확실히 변화되고, Al의 성분 비율 "x"가 0.30으로 특정된 반도체 레이저 발광 장치가 안정적인 더 높은 레이저 광의 출력을 나타내며, Al의 성분 비율 "x"가 0.40으로 특정된 장치가 더 낮은 구동 전력 및 더 높은 출력에서 구동하는데 적합하다는 것이 명백하게 된다. 또한, Wst>3.5 ㎛인 경우, 특성은 횡 모드가 후술되는 바와 같이 불안정하게 되기 때문에 저하된다.
전술한 바와 같이, Al의 성분 비율 "x"가 1.0≥x≥0.30의 범위에 지정된 경우, 광 도파관 메커니즘은 더 낮은 구동 전류 및 더 높은 출력에서 구동하는데 적합한 인덱스 가이드형으로 된다. 예를 들면, 본 발명의 제 1 반도체 레이저 발광 장치는 1.0≥x≥0.30의 범위에 Al의 성분 비율 "x"를 지정함으로써 인덱스 가이드형 도파관 메커니즘을 갖도록 의도된다. 환언하면, 1.0≥x≥0.30의 범위에 Al의 성분 비율 "x"를 지정함으로써, 인덱스 가이드형 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치가 제조될 수 있다.
Al의 성분 비율 "x"가 1.0≥x≥0.40의 범위에 지정된 경우에, 비점수차는 1 ㎛ 이하와 같이 매우 작아진다. 작은 비점수차는 빔 사이즈, 즉 레이저 광의 수렴시의 초점 위치에서의 스폿 사이즈가 작다는 것을 의미한다. 따라서, Al의 성분 비율 "x"가 1.0≥x≥0.40의 범위에 지정된 제 1 반도체 레이저 발광 장치는 레이저 광의 수렴을 사용하는 시스템 예컨대, 고밀도 광 디스크 시스템용으로 적합하다. 그러한 장치는 또한 전력 안정성이 우수하므로, 더 높은 레이저 광의 출력을 사용하는 시스템 예컨대, RAM 시스템용으로 적합하다.
반면에, Al의 성분 비율 "x"가 0≤x≤0.15의 범위에 지정된 경우, 광 도파관 메커니즘은 낮은 레이저 노이즈를 갖고 구동하는데 적합한 게인 가이드형으로 된다. AlGaAs계 또는 AlGaInP계 반도체 발광 장치와 같은 일반적인 게인 가이드형 반도체 레이저 발광 장치에서, 내장 Δn은 0으로 설정되지만, 내장 차 굴절률 Δn은 0으로 설정되지 않을지라도, 게인 가이드형 반도체 레이저 발광 장치가 실현될 수 있는데, 그 이유는 차 굴절률 Δn이 작은 경우, 도파관 메커니즘이 굴절률의 분포에 따르는 반송파의 분포에 의해 제어되기 때문이다.
전술한 바와 같이, 도 2 및 5에 도시되어 있는 결과로부터, Al의 성분 비율 "x"가 0≤x≤0.15의 범위에 지정된 경우, 광 도파관 메커니즘은 게인 가이드 도파관 메커니즘으로서 충분히 작용한다.
전술한 결과에 기초하여, 본 발명의 제 3 반도체 레이저 발광 장치가 달성되고, 따라서, Al의 성분 비율 "x"를 0≤x≤0.15의 범위에 지정함으로써 게인 가이드형 도파관 메커니즘을 갖도록 의도된다. 그러나, 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치에서, 전류 억제용 리지 구조의 형성과 다른 임의의 수단이 설정되고 있지 않으며, 따라서 게인 가이드형 반도체 레이저 발광 장치가 내장 차 굴절률이 약해진 상태로 제조되어야 한다. 반면에, 두께 d2는 리지 구조의 외부에 약한 전류를 제어하기 위해 작게 제조되어야 한다. 이러한 이유로, 리지 구조의 외부를 덮는 물질의 굴절률은 갈륨 질화물의 굴절률과 근접하게 되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 관점으로부터, 전류 억제부가 에어(air) 또는 실리콘 옥사이드(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 또는 관련 기술의 3족 반도체 레이저 발광 장치에서와 같은 알루미늄 옥사이드(Al2O3)로 제조된 절연막으로 형성될지라도, 게인 가이드형 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 실현하는 것은 어렵게 된다. 따라서, 게인 가이드형 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 실현하기 위해, 본 발명의 제 3 반도체 레이저 발광 장치에서와 같은 매립 물질로서 AlxGa1-xN(0≤x≤0.15)을 사용하는 것이 매우 중요하다.
더욱이, Al의 성분 비율 "x"가 0.15<x<0.30의 범위로 지정된 때, 차 굴절률 Δn은 인덱스 가이드형 도파관 메커니즘을 실현하기에는 매우 작다. 0.15<x<0.30의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서 실현되는 도파관 메커니즘은 AlGaAs 기반 반도체 레이저 발광 장치 또는 AlGaInP 기반 반도체 레이저 발광 장치의 약한 인덱스 가이드형 도파관 메커니즘과 등가이다. 자기 펄세이션형 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 제조하는데 필요한 약한 인덱스 도파관 메커니즘은 0.15<x<0.30의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서 실현된다. 그러한 지식에 기초하여, 본 발명의 제 2 반도체 레이저 발광 장치가 달성되고 있다.
상기 설명으로부터, 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 반도체 레이저 발광 장치에서, 이 장치의 도파관 메커니즘은 아래와 같은 매립층과 같은 AlxGa1-xN층의 Al의 성분 비율 "x"에 따라서 선택된다.
제 1 반도체 레이저 발광 장치에서, 인덱스 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 Al의 성분 비율 "x"는 0.3≤x≤1.0 바람직하게는 0.4≤x≤1.0의 범위로 지정된다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치에서, 약한 인덱스형 자기 펄세이션 메커니즘을 실현하는데 필요한 Al의 성분 비율 "x"는 0.15<x<0.30 의 범위로 지정된다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치에서, 게인 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 Al의 성분 비율 "x"는 0≤x≤0.15의 범위로 지정된다.
3.0㎛보다 큰 스트라이프 폭(Wst)의 효과는 이하에 설명한다. 일반적으로, 스트라이프 폭(Wst)이 더 크질 때, 도파관 메커니즘은 더 약해지므로 수평 방향으로의 광 제한은 불안정하게 된다. 도 2 및 5에 도시되어 있는 바와 같이, Wst>3.0 ㎛인 경우, 도파관 메커니즘은 Al의 모든 성분 비율 "x"에 대해 게인 가이드 메커니즘으로 작용하도록 의도한다. 이 방법에서, Wst>3.0 ㎛인 경우, 광 제한이 충분히 발생되지 않으므로, 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치는 게인 가이드형(또는 게인 가이드형이 우위인 형태)의 장치로서 작용한다. 더욱이, 도 9의 수평 방향의 NFP(near field pattern)에 의해 도시된 바와 같이, Wst>3.0 ㎛이면, ㅊ레이저 광은 리지 구조의 에지로 편향된다. 이것은 횡 모드가 불안정하는 것을 나타낸다.
본 발명은 도파관 메커니즘을 분류할 뿐만 아니라 구동 전류를 감소시키도록 의도된다. 구동 전류의 감소의 시험 없이 게인 가이드형(또는 게인 가이드 메커니즘이 우위인 형태)의 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 제조하도록 의도되는 경우, 스트라이프 폭(Wst)은 Wst>3 ㎛의 범위의 값으로 설정될 수 있다. 그러나, 스트라이프 폭(Wst)이 더 크질 때, 구동 전류 및 임게 전류는 더 커진다. 낮은 레이저 노이즈를 갖고 구동하는데 적합한 게인 가이드형 반도체 레이저 발광 장치에서도, 낮은 구동 전류 및 낮은 임계 전류가 실제적인 관점에서 바람직하는 것이 쉽게 이해될 것이다.
따라서, 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 반도체 레이저 발광 장치의 각각에서, 특정 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 스트라이프 폭(Wst)는 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치에 대한 사용자의 요구를 충족시키기 위해 가능한 작게 제조되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 이유로, 실제적인 관점에서 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치가 전술한 특정 범위의 Al의 성분 비율 "x"를 변경시키면서 Wst≤3 ㎛의 범위의 값으로 스트라이프 폭(Wst)를 제한함으로써 인덱스 가이드형, 게인 가이드형, 또는 약한 인덱스 자기 펄세이션형으로 변경되는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 제 1 반도체 레이저 발광 장치에서, 스트라이프 폭(Wst)은 인덱스 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 0.3≤x≤1.0의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서 1 ㎛≤Wst≤3 ㎛의 범위로 지정된다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치에서, 스트라이프 폭(Wst)은 게인 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 0≤x≤0.15의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서 1 ㎛≤Wst≤3 ㎛의 범위로 지정된다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치에서, 스트라이프 폭(Wst)은 인덱스형 자기 펄세이션 메커니즘을 실현하는데 필요한 0.15<x<0.30의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서 1 ㎛≤Wst≤3 ㎛의 범위로 지정된다.
두께(d2)의 효과는 이하 설명된다. 전술한 바와 같이, 리지형 반도체 레이저 발광 장치에 있어서, 두께(d2)는 리지 구조의 외부로의 누설 전류의 크기에 영향을 주는 구조적인 파라미터 및 차 굴절률 Δn을 제어하는 구조적인 파라미터이다.
도 10은 두께 d2(가로 좌표) 및 임계 전류값 Ith(세로 좌표)의 관계를 도시한다. 도 10에 도시되어 있는 관계의 측정에 사용되는 장치에서, 실리콘 옥사이드층이 도 1에 도시되어 있는 AlxGa1-xN층의 위치에 리지형 매립층으로 사용되는 것에 주의하라. 스트라이프 폭(Wst)은 2.5 ㎛로 고정되고, 공진의 길이는 700 ㎛로 설정된다. 후술되는 바와 같이, 도면에 도시되어 있는 두께 d2의 범위에서, 차 굴절률 Δn에 대한 두께 d2의 의존성은 약하기 때문에, 임계값 Ith의 변화는 누설 전류에 기인한다. 이러한 방법에서, 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치에서도, 두께 d2는 누설 전류의 크기에 영향을 주는 구조적인 파라미터이다.
차 굴절률 Δn 및 두께 d2 사이의 관계는 시뮬레이션이 효율적인 인덱스 방법에 의해 실행되는 형태의 도파관 시뮬레이터를 사용함으로써 시험된다. 먼저, 도파관 시뮬레이터에 의해 계산된 결과는 시뮬레이터에 의해 계산된 결과의 유효성을 확실하게 하는 FFP의 측정값과 비교된다.
도 1에 도시되어 있는 구조를 갖는 반도체 레이저 발광 장치(1)에 있어서, x=0.4에서 θ┴의 일반적인 측정값은 24.1°인 반면에, 시뮬레이터에 의한 θ┴의 계산값은 23.8°이다. 또한, 시뮬레이터에 의한 시뮬레이션의 결과로서, 유효 굴절률은 2.515이고, 모드의 차수는 10차이다. 이 방법에서, 시뮬레이터에 의해 계산된 값은 측정값과 상당히 일치하고, 따라서 본 발명에 사용된 도파관 시뮬레이터의 성능은 충분하다는 것이 명백하다.
도 11은 두께 d2 및 차 굴절률 Δn 사이의 관계를 계산한 결과를 도시한다. 이러한 계산에서, 스트라이프 폭 Wst는 고려하지 않는다.
Al의 성분 비율 "x"가 0.15로 지정된 샘플의 측정의 결과로서, 두께 d2가 0.15일 때, 차 굴절률 Δn은 인덱스 가이드형 도파관 메커니즘을 실현하기에는 너무 작게 된다. 이 때, 내장 차 굴절률 Δn은 0.005로 된다. 그 결과, Al의 성분 비율 "x"(=0.15)에서, 최대 두께 d2는 차 굴절률 Δn이 0.005인 값으로 제한된다. 즉, 시뮬레이션의 결과로서, 매립층과 같은 AlxGa1-xN층의 특정 범위에서의 각 성분 비율 "x"에 대하여, 차 굴절률 Δn은 Δn≥0.005의 범위에 지정되는 것이 필요하다. 시뮬레이션의 그러한 결과는 전술한 측정 결과와 상당히 일치하므로, 시뮬레이터를 사용함으로써 계산된 결과는 유효성을 갖는다.
따라서, 제 1 반도체 레이저 발광 장치에서, 인덱스 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 0.3≤x≤1.0의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 두께 d2는 d2≤0.2 ㎛의 범위로 지정되고, 더욱 바람직하게는 스트라이프 폭 Wst는 1 ㎛≤Wst≤3.0 ㎛의 범위로 지정된다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치에서, 게인 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 0≤x≤0.15의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 두께 d2는 d2≤0.2 ㎛의 범위로 지정되고, 더욱 바람직하게는 스트라이프 폭 Wst는 1 ㎛≤Wst≤3.0 ㎛의 범위로 지정된다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치에서, 약한 인덱스형 자기 펄세이션 메커니즘을 실현하는데 필요한 0.15<x<0.3의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 두께 d2는 d2≤0.2 ㎛의 범위로 지정되고, 더욱 바람직하게는 스트라이프 폭 Wst는 1 ㎛≤Wst≤3.0 ㎛의 범위로 지정된다.
도 12는 θ∥의 계산값 및 θ∥의 측정값 사이의 관계를 도시한다. 도 12 및 11에 도시되어 있는 결과로부터, θ∥의 계산값은 θ∥의 측정값과 상당히 일치하는 것이 명백하다. 따라서, 시뮬레이터의 성능은 충분하다.
도 2 및 5 내지 8에 도시되어 있는 결과로부터, 인덱스 가이드형 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 실현하기 위해, Al의 성분 비율 "x"가 0.3으로 설정되고 두께 d2가 0.17 ㎛로 설정되는 것이 필요하다는 것이 명백하고, 도 11에 도시되어 있는 결과로부터, 인덱스 가이드형 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 실현하기 위해, 차 굴절률 Δn은 Δn≥0.007의 범위인 것이 또한 필요하며, 비점수차 및 전력의 안정성의 관점에서 바람직하게는 Δn > 0.01의 범위인 것이 필요하다.
환언하면, Δn < 0.007의 범위의 차 굴절률 Δn은 인덱스 가이드형 반도체 레이저 발광 장치를 실현하기에는 너무 작다. Δn < 0.007의 범위의 차 굴절률 Δn은 일반적으로 약한 인덱스 도파관 메커니즘 및 게인 가이드 메커니즘 및 더욱이 약한 인덱스형 자기 펄세이션 메커니즘을 실현한다. 또한, 펄세이션이 발생할지의 여부는 활성층의 체적에 기인한다.
따라서, 제 1 반도체 레이저 발광 장치에서, 인덱스 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 0.3≤x≤1.0의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 차 굴절률 Δn은 0.007≤Δn≤0.012의 범위로 지정되고, 더욱 바람직하게는 스트라이프 폭 Wst는 1 ㎛≤Wst≤3 ㎛의 범위로 지정되며, 두께 d2는 d2≤0.2 ㎛의 범위로 지정된다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치에서, 게인 가이드 메커니즘을 실현하는데 필요한 0≤x≤0.15의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 차 굴절률 Δn은 0<x<0.007의 범위로 지정되고, 더욱 바람직하게는 스트라이프 폭 Wst는 1 ㎛≤Wst≤3 ㎛의 범위로 지정되며, 두께 d2는 d2≤0.2 ㎛의 범위로 지정된다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치에서, 약한 인덱스형 자기 펄세이션 메커니즘을 실현하는데 필요한 0.15<x<0.3의 범위의 Al의 성분 비율 "x"에서, 차 굴절률 Δn은 0<x<0.007의 범위로 지정되고, 더욱 바람직하게는 스트라이프 폭 Wst는 1 ㎛≤Wst≤3 ㎛의 범위로 지정되며, 두께 d2는 d2≤0.2 ㎛의 범위로 지정된다.
전술한 실시예에 따르면, 각 구조적인 파라미터의 범위의 설정은 도 1에 도시되어 있는 구조를 갖는 반도체 레이저 발광 장치의 예에 의해 실행되지만, 광 도파관 메커니즘이 광 필드의 원리에 기초하여 차 굴절률 Δn에 의해 결정되기 때문에, 본 발명의 그러한 구조적인 파라미터는 도 1에 도시되어 있는 것과 다른 반도체 레이저 발광 장치에 적용 가능하며, 될 수 있는 한 반도체 레이저 발광 장치는 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 붕소에서 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형 스트라이프로 형성되는, 상기 적층막과, 리지형 스트라이프의 양측에 형성되는 전류 비주입 영역을 포함하며, 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN(0≤x≤1.0)으로 표현되는 물질로 형성된다.
전술된 실시예에 따라서, 단일 AlxGa1-xN 층이 매립 층으로서 사용된다. 그러나, 다수의 AlxGa1-xN 층(x가 각 층에 대해서 다름)의 적층이 매립된 층으로서 사용될 수 있다. 이 경우에, AlxGa1-xN의 Al의 성분 비율 "x"가 본 발명에 따라 단일 AlxGa1-xN 층에 대해서 특정된 범위에 놓이면, 다수의 AlxGa1-xN 층을 포함하는 반도체 레이저 발광 장치는 본 실시예에서 설명된 단일 AlxGa1-xN 층을 포함하는 반도체 레이저 강 방출 장치와 구조적으로 같으며, 다수의 AlxGa1-xN 층에 대해서 차 굴절률 Δn이 단일 AlxGa1-xN 층에 대해서 그와 같으면, 다수의 AlxGa1-xN 층을 포함하는 장치는 본 실시예에서 기술된 단일 AlxGa1-xN 층을 포함하는 장치에 도파관 메카니즘에서 매우 흡사하다. 따라서, 본 발명은 AlxGa1-xN 층의 Al의 평균 성분 비율 "x-ave"가 본 실시예에 설명된 반도체 레이저 발광 장치의 단일 AlxGa1-xN 층의 Al의 성분 비율 "x"와 같은 한 매립된 층이 다수의 AlxGa1-xN 층으로 형성되는 반도체 레이저 발광 장치에 적용이 가능한 것이 분명하다. Al의 평균 성분비가 [Σi {굴절률 i) x (막 두께 i) x (광 비 i)}] / [Σi{막 두께 i) x (광 비 i)}] = Ax-ave Ga1-(x-ave)N 으로서 정의됨을 알 수 있다. 여기서, Σi는 적층된 매립 층을 구성하는 각각의 막에 대한 합을 표시하며, 각각의 막의 수는 "i"로 표시되며, 광 비는, 광 필드의 분산이 리지 구조 외에서 표준화될 때 층 "i" 에 의해서 점유되는 영역이다.
전술된 실시예에서, 사파이어 기판이 사용되지만, 수직 방향으로 광 제한이 충분하며 따라서 광이 기판 위치에 도달하지 않으므로, 사파이어 기판 이외의 기판 예를 들어 갈륨 질화물 또는 실리콘과 같은 화합물 반도체로부터 이루어진 기판이 사용될 수 있다.
전술된 실시예에서, 단일 AlxGa1-xN 가 매립층으로서 사용되지만, 이 매립층에는 인듐이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 구조에서, 매립 층이 AlxGa1-xN 층으로 형성되지 전에 InyGa1-yN (y ≥0.16) 층이 리지 구조의 측표면상에 예로서 10nm의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 구성에서, 광 흡수 층이 리지 구조의 측표면상에 형성된다.
전술된 광 흡수 층이 존재하는 경우에, 수평 방향으로 광 도파관의 기본 모드가 광 흡수 층의 효과를 약간 수용하지만 수평 방향으로 광 도파관의 1차 또는 그 이상 차수의 더 높은 모드가 광 흡수 층의 광 분산을 수용한다. 더 상세히 하면, 흡수 손실은 더 높은 모드에서 커진다. 이것은 기본 모드 및 더 큰 모드 사이의 임계 값 차이가 커짐을 의미한다. 따라서, 기본 모드에서 더 높은 모드로 도파관 모드를 스위칭하기 위한 광 출력은 더 높게 될 수 있다. 이 때, 그 사이의 스위칭은 일종의 L-I 특성으로서 나타난다.
따라서, 더 높은 출력에서 횡 모드의 안정화에 광 흡수 층의 형성이 바람직하다. 본 발명은 [Σi {굴절률 i) x (막 두께 i) x (광 비 i)}] / [Σi{막 두께 i) x (광 비 i)}] = Ax-aveGa1-(x-ave)N 으로서 정의되는 Al의 평균 성분비를 이용함으로서 매립 층의 일부로서 광 흡수 층을 형성하는 경우에 적용된다. 이것은 도파관의 관점에서 볼 때 명백하다.
더욱이, 본 발명에서 특정된, 차 굴절률 Δn의 값이, SiO2 또는 SiN으로 이루어진 유전체 막에 적용될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 제 1, 제 2 및 제 3 반도체 레이저 발광 장치 각각은, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막의 적층을 포함하는 것으로서, 다음과 같은 장점을 갖는다.
(1) 낮은 구동 전력 및 높은 출력으로 구동하는데 적합한 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 실현하며,
(2) 반사 광의 효과를 줄이는 것이 가능한 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치를 실현하며,
(3) Al의 성분비, 차 굴절률 Δn, 두께 d2, 및 스트라이프 폭 Wst이 도파관 메카니즘에 상응하므로 본 발명의 장치에 도파관 메카니즘에서 일치하는 구조를 갖는 반도체 레이저 발광 장치의 개발이 쉬워지며, 따라서 3족 질화물 반도체 레이저 발광 장치의 실용화를 촉진시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어를 사용하여 설명되었지만, 그러한 설명은 단지 설명의 편의를 위한 것이며, 다음 청구범위의 사상 및 그 영역에서 벗어나지 않는 한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있다.

Claims (24)

  1. 반도체 레이저 발광 장치에 있어서,
    알루미늄, 갈륨, 인듐 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막들의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프(ridge-like stripe)로 형성되는, 상기 적층막과;
    상기 리지형의 스트라이프의 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며;
    상기 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤ x ≤1.0)에 의해 표현되는 물질로 이루어지며;
    상기 반도체 레이저 발광 장치가 인덱스 가이드형의 반도체 레이저 발광 장치(index guide type semiconductor laser light emitting device)로서 구성되도록, 상기 Al의 성분 비율 "x"는 0.3 ≤ x ≤1.0의 범위의 값으로 특정되고;
    상기 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst은 1㎛≤ Wst ≤3㎛의 범위의 값으로 특정되는, 반도체 레이저 발광 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 비주입 영역하에서 상기 적층막 중, 활성층과 상기 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은, 화학식 AlxGa1-xN(0.3 ≤ x ≤1.0)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하는, 반도체 레이저 발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 비주입 영역하에서 상기 적층막 중, 활성층과 상기 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은, 화학식 AlxGa1-xN (0.3 ≤ x ≤1.0) 에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하는, 반도체 레이저 발광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0.007 ≤ Δn =(n1-n2) ≤ 0.012의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0.007 ≤ Δn =(n1-n2) ≤ 0.012의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0.007 ≤ Δn =(n1-n2) ≤ 0.012의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0.007 ≤ Δn =(n1-n2) ≤ 0.012의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  9. 반도체 레이저 발광 장치에 있어서,
    알루미늄, 갈륨, 인듐 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막들의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프로 형성되는, 상기 적층막과;
    상기 리지형의 스트라이프의 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며;
    상기 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤ x ≤1.0)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며;
    상기 반도체 레이저 발광 장치가 위크 인덱스형의 펄세이션 반도체 레이저 발광 장치(weak index type pulsation semiconductor laser light emitting device)로서 구성되도록, 상기 Al의 성분 비율 "x"는 0.15 < x < 0.30의 범위의 값으로 특정되고;
    상기 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst은 1㎛≤ Wst ≤3㎛의 범위의 값으로 특정되는, 반도체 레이저 발광 장치.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류 비주입 영역하에서 상기 적층막 중, 활성층과 상기 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은, 화학식 AlxGa1-xN(0.15 < x < 0.30)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하는, 반도체 레이저 발광 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류 비주입 영역하에서 상기 적층막 중, 활성층과 상기 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은, 화학식 AlxGa1-xN(0.15 < x < 0.30)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하는, 반도체 레이저 발광 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  17. 반도체 레이저 발광 장치에 있어서,
    알루미늄, 갈륨, 인듐 및 붕소로부터 선택된 적어도 한 종류를 각각 포함하는 3족 질화물 반도체막들의 적층으로 이루어진 적층막으로서, 상기 적층막의 상부는 전류 주입 영역을 형성하기 위해 리지형의 스트라이프로 형성되는, 상기 적층막과;
    상기 리지형의 스트라이프의 양측에 형성된 전류 비주입 영역을 포함하며;
    상기 전류 비주입 영역의 적어도 일부는 화학식 AlxGa1-xN (0 ≤ x ≤1.0)에 의해 표현되는 물질로 이루어지며;
    상기 반도체 레이저 발광 장치가 게인 가이드형의 레이저 발광 장치(gain guide type laser light emitting device)로서 구성되도록, 상기 Al의 성분 비율 "x"는 0 ≤ x ≤0.15의 범위의 값으로 특정되고;
    상기 전류 주입 영역의 전류 주입 폭 Wst은 1㎛≤ Wst ≤3㎛의 범위의 값으로 특정되는, 반도체 레이저 발광 장치.
  18. 삭제
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전류 비주입 영역하에서 상기 적층막 중, 활성층과 상기 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은, 화학식 AlxGa1-xN(0 ≤ x ≤ 0.15)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하는, 반도체 레이저 발광 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 전류 비주입 영역하에서 상기 적층막 중, 활성층과 상기 전류 비주입 영역 사이에 존재하는 부분은, 화학식 AlxGa1-xN(0 ≤ x ≤ 0.15)에 의해서 표현되는 물질로 이루어지며 두께가 0.2㎛ 이하인 막을 적어도 포함하는, 반도체 레이저 발광 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 막 적층 방향으로 상기 전류 주입 영역의 유효 굴절률 n1과 상기 막 적층 방향으로 상기 전류 비주입 영역의 유효 굴절률 n2과의 차 Δn는 0 < Δn =(n1-n2) < 0.007의 범위에 있는, 반도체 레이저 발광 장치.
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