KR101833379B1 - 에칭된 미러들을 구비하는 반극성 ｛20-21｝ ⅲ-족 질화물 레이저 다이오드들 - Google Patents

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Abstract

하나 또는 그 이상의 에칭된 패싯 미러들(etched facet mirrors)을 구비하는 캐비티(cavity)를 채용한 반극성(semipolar) {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드가 개시된다. 에칭된 패싯 미러들은 레이저 다이오드의 캐비티 또는 스트라이프(stripe)의 배향 및 치수들을 임의로 조절할 수 있는 능력을 제공하며, 이에 따라 레이저 다이오드의 전기적 및 광학적 특성들을 조절할 수 있다.

Description

에칭된 미러들을 구비하는 반극성 ｛20-21｝ Ⅲ-족 질화물 레이저 다이오드들{Semipolar ｛20-21｝ III-nitride laser diodes with etched mirrors}
본 발명은 레이저 다이오드들(laser diodes, LDs), 특히, 예를 들어 녹색 스펙트럼 범위 내에서 작동하는 에칭된 패싯 미러들(etched facet mirrors)을 구비하는 고효율 반극성(semipolar) 레이저 다이오드들의 개발에 관한 것이다.
본 출원은 다음의 공동-계류 중이고 공동으로 양도된 "SEMIPOLAR {20-21} III-NITRIDE LASER DIODES WITH ETCHED MIRRORS" 라는 발명의 명칭으로 Anurag Tyagi, Robert M. Farrell, Chia-Yen Huang, Po Shan Hsu, Daniel A. Haeger, Kathryn M. Kelchner, Hiroaki Ohta, Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars 및 James S. Speck 에 의해 2009년 11월 5일 출원되고, 대리인 문서 번호 30794.340-US-P1 (2010-275-1)인 미국 임시 특허 출원 번호 제61/258,235호의 우선권을 35 U.S.C. Section 119(e)에 따라 주장하며, 이들은 그 전체로서 본 명세서에 참조로서 원용된다.
본 출원은 DARPA-VIGIL에 의해 수여된 승인 번호 제FA8718-08-0005호에 따른 정부 지원에 의해 완성되었다. 정부는 본 발명에 일정한 권리들을 가진다.
(공지: 본 출원은 괄호들, 예를 들어 (참고문헌 X) 내의 하나 또는 그 이상의 참고문헌 번호들을 통해 표시되는 다수의 다른 공개문헌들을 참조한다. 이러한 참고문헌 번호들에 따라 순서 지어진 이러한 다른 공개문헌들의 리스트는 아래의 "참고문헌들"로 명명된 섹션 내에서 찾을 수 있다. 이러한 공개문헌들 각각은 그 전체로서 본 명세서에 참조로서 원용된다.)
최근, 우르자이트(wurtzite) (Al,In,Ga)N 합금들에 기초한 녹색 레이저 다이오드들(green laser diodes)은 차세대 디스플레이 어플리케이션들을 위한 직접 발광 LD 소스들로서, 그리고 고상 및 기상 레이저들(solid state or gas lasers)의 효율적인 대체물들로서 상당한 주의를 끌고 있다. 제2 고조파 발생(second harmonic generation, SHG) 녹색 LD들은 이미 상용화되었지만[참고문헌 1], III-족 질화물-계 녹색 LD들은 제조 비용 감소, 컴팩트화, 효율 및 신뢰성 향상 및 더 넓은 범위의 가용 파장대로의 접근성 등의 장래성을 제공한다.
강한 상업적 이익에 의해 가열되어, 몇몇 그룹들은 통상의 극성 c-면 우르자이트 GaN 상의 InGaN-계 녹색 LD들을 적극적으로 개발하고 있다[참고문헌 2 내지 5]. 그러나, 극성 c-축 배향 내에서 성장한 GaN-계 헤테로구조들(heterostructures)은 자발적이고(spontaneous) 스트레인-유도된(압전) 분극(strain-induced (piezoelectric) polarization) 내에서 불연속을 발생시키는 큰 고정 시트 전하들(fixed sheet charges)을 가지며, 이는 퀀텀 웰들(quantum wells, QWs) 내에서 큰 전계들(electric fields)(~ 1 MV/cm)을 유발한다[참고문헌 6]. 이러한 큰 전계들은 전자 및 정공(hole)의 파동 함수들(wave functions)의 공간적 분리(spatial separation)를 유발하고(양자 구속 스타크 효과(quantum confined Stark effect, QCSE)), 이는 구동 전류 증가에 따라 감소된 방사 재결합율(radiative recombination rate) 및 일렉트로 루미네선스(electroluminescence)에서의 큰 청색 편이(blue shift)를 초래하며[참고문헌 3], 따라서 딥그린 스펙트럼 영역(deep green spectral regime)으로의 레이저 파장의 확대를 방해한다.
대안으로서, 다른 그룹들은 QCSE의 해로운 효과들을 완화시키기 위하여 비극성 m-면[참고문헌 7, 8] 및 반극성 GaN 배향들[참고문헌 9 내지 12] 상에 성장한 장파 LD 구조물들(long wavelength LD structures)을 탐색해 왔다. 게다가, 균형 잡히지 않은 2축 면내 스트레스(unbalanced biaxial in-plane stress)에 기인하여 반극성 및 비극성 InGaN/GaN 멀티-퀀텀 웰(multi-quantum well, MQW) 구조물들에 있어서, 밸런스 밴드의 상태 밀도(valence band density of states)의 감소 및 그 결과로서 광학 이득(optical gain)의 증가가 이론적으로 기대된다[참고문헌 13].
비극성 m-면 LD들에 대하여 가장 길게 보고된 레이저 파장은 500 nm의 한계를 가져 왔다[참고문헌 8]. 또한, 대략 560 nm를 발산하는 m-면 QW들에 대하여 고밀도 적층 결함들(stacking faults, SFs)이 보고되어 왔다[참고문헌 14].
반대로, Sumitomo Electric Industries의 연구자들은 최근에 펄스 조건(531 nm) 및 연속파(continuous wave, cw)(520 nm) 조건 하에서 상온(room-temperature, RT)에서 전기적으로 주입된(injected) LD 동작을 가능하게 하는, 신규한 (20-21) GaN 결정면 상에 성장한 고품질 녹색 InGaN QW들을 보고하였다. Yoshizumi et al.은 광학 모드를 한정하는 데 충분한 횡방향 굴절률 콘트라스트(transverse refractive index contrast)를 제공하기 위하여 격자-매치된(lattice-matched) 4원계 AlInGaN 클래딩층들(quaternary AlInGaN cladding layers)을 채용하였다. 그러나, AlN/GaN 및 InN 사이의 이상적인 성장 조건들(성장 온도, 압력, 성장 속도 등)의 큰 미스매치에 기인하여, 고품질 4원계 AlInGaN 에피택셜 층들을 얻기가 어려움이 이미 보고된 바 있다[참고문헌 15-18].
4원계 클래딩 층들의 적당한 대안은 충분한 횡방향 모드 한정(transverse modal confinement)을 제공하기 위하여 큰 활성 영역(active region) 부피 또는 높은 In-함량의 InGaN 웨이브가이딩 층들(waveguiding layers)(GaN 클래딩 층들과 함께)을 사용하는 것이다[참고문헌 19, 20]. 발명자들은 이러한 디자인의 가능성(viability)을 보여주는, AlGaN-클래딩 프리 LD들(cladding free LDs)의 바이올렛[참고문헌 21] 및 순수 청색 스펙트럼 영역들[참고문헌 22]에서의 cw 작동을 이미 보여준 바 있다.
본 발명은 반극성 (20-21) 프리스탠딩(free-standing) GaN 기판들 상에 성장한 AlGaN-클래딩 프리 LD들로부터 506.4 nm RT 레이저를 제공함에 의해 이러한 개발들을 향상시킨다.
본 발명은 레이저 다이오드들의 구조적, 전기적 및 광학적 특성들을 향상시키는 신규한 구조 및 에피택셜 성장 방법을 제공한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 한계들을 극복하고, 본 발명을 읽고 이해함에 있어 명백해질 다른 한계들을 극복하기 위하여, 반극성 {20-21} (Al,Ga,In)N 기판 및 InGaN/(Al,Ga,In)N-계 활성 영역들을 채용한, 레이저 다이오드들과 같은 반극성 III-족 질화물-계 헤테로구조 소자들을 제조하는 기술을 설명한다. 게다가, 본 발명의 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드는 하나 또는 그 이상의 에칭된 패싯 미러들을 구비하는 캐비티를 채용한다. 이러한 에칭된 패싯 미러들은 레이저 다이오드의 캐비티 또는 스트라이프(stripe)의 배향 및 치수들을 임의로 조절할 수 있는 능력을 제공하고, 이에 따라 레이저 다이오드의 전기적 및 광학 특성들을 조절할 수 있다.
본 발명은 이러한 레이저 다이오드들의, 특히 녹색 스펙트럼 범위에서의 구조적, 전기적 및 광학적 특성들을 향상시키는 신규한 구조 및 에피택셜 성장 방법을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 III-족 질화물-계 레이저 다이오드의 에칭된 패싯 미러들은 레이저 다이오드의 캐비티 또는 스트라이프(stripe)의 배향 및 치수들을 임의로 조절할 수 있는 능력을 제공하며, 이에 따라 레이저 다이오드의 전기적 및 광학적 특성들을 조절할 수 있다.
도면들에서 유사한 참조 부호들은 명세서 전체에 걸쳐 상응하는 부분들을 지칭한다:
도 1은 본 발명의 일 실시예, 즉 하나 또는 그 이상의 에칭된 패싯 미러들을 구비하는 캐비티를 채용한 AlGaN-클래딩 프리 반극성 (20-21) III-족 질화물-계 헤테로구조 소자를 도시한다.
도 2는 대표적인 에칭된 패싯의 단면을 나타내는 본 발명에 따라 제조된 테스트 구조물의 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 3은 대표적인 에칭된 패싯 표면 모폴로지의 조감도(birds-eye view)를 나타내는 본 발명에 따라 제조된 테스트 구조물의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD의 제조를 위한 공정 단계들을 나타내는 플로 차트이다.
도 5는 도 1의 LD를 위한 상응하는 굴절률 프로파일 및 계산된 광학 모드 강도의 그래프이며, 횡방향 구속 인자(transverse confinement factor, Γ)가 3.1%였다.
도 6(a)는 HR 패싯 코팅들을 적용하기 이전(실선들) 및 이후(점선들)에 측정된 3×1500 ㎛2 LD 소자의 펄스 광-전류-전압(L-I-V) 특성 그래프이다.
도 6(b)는 HR-코팅된 LD의 펄스 레이저 스펙트럼(504.2 nm)을 나타내며, 삽입된 그림은 선명한 원시야상(far-field pattern, FFP)을 갖는, 작동 시의 온-웨이퍼 소자의 사진을 나타낸다.
도 7은 자발 발산 EL 피크 파장(채워진 정사각형들) 및 FWHM(full-width at half maximum)(채워진 원들)의 전류 밀도에 대한 의존도를 나타내는 그래프이고, 500 nm의 c-면 LD(OSRAM)(1-10 kA/cm2)의 피크 EL 파장 데이터(속이 빈 사각형들)가 또한 비교를 위하여 도시되며, 삽입된 그림은 성장한 상태의 LD 에피택셜 웨이퍼의 형광 현미경 이미지를 나타낸다.
도 8(a)는 자기-발열 효과들을 방지하기 위하여 20 내지 60℃의 스테이지 온도에서 0.01%의 듀티 사이클로 측정이 수행된, (20-21) 녹색 HR-코팅된 LD의 L-I-V 특성들의 그래프이다.
도 8(b)는 펄스 구동 하에서 스테이지 온도에 대한 문턱 전류(Ith)(채워진 정사각형들) 및 레이저 파장(채워진 원들)의 온도 의존성의 그래프이고, 피팅에 의하여 대략 130K인 특성 온도(characteristic temperature, T0) 값이 추정되었다.
도 9는 고정된 구동 전류(1300 mA)에서, 펄스 구동 하에서 듀티 사이클에 대한 레이저 파장의 의존성을 나타내는 그래프이고, 1%보다 큰 듀티 사이클들에서의 소자 자기 발열에 기인하여 레이저 파장은 적색-편이되며, 삽입된 그림에 스펙트럼이 7%의 듀티 사이클에서의 레이저 스펙트럼(506.4 nm)을 나타낸다.
하기의 바람직한 실시예의 설명에 있어서, 본 명세서의 부분을 구성하는 첨부된 도면들을 참조하기로 한다. 이러한 도면들은 본 발명이 구현될 수 있는 특정한 실시예를 도시하는 방식으로 도시되어 있다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 다른 실시예들도 구현 가능하며, 구조적 변화들이 가능함을 이해할 수 있다.
개요
본 발명은 반극성 (20-21) GaN 기판들 상에 성장한 단순한 AlGaN-클래딩 프리 에피택셜 구조를 갖는, 전기적으로 구동되는 InGaN-계 레이저 다이오드들(LD들)을 개시한다. 상기 소자들은 횡방향 광학 모드 한정(transverse optical mode confinement)을 제공하기 위하여 In0 .06Ga0 .94N 웨이브가이딩 층들(waveguiding layers)을 채용한다. 펄스 구동 하에서 최대 레이저 파장 506.4 nm 가 관찰되었으며, 이는 AlGaN-클래딩 프리 III-족 질화물 LD들에 대하여 보고된 가장 긴 파장이다. 코팅되지 않은 에칭된 패싯들을 구비한 인덱스-가이드된(index-guided) LD들의 문턱 전류 밀도(threshold current density, Jth)는 23 kA/cm2이었고, 고반사도(high-reflectivity, HR) 코팅들을 적용한 이후에는 19 kA/cm2 이었다. ~130 K의 특성 온도(characteristic temperature, T0) 값 및 ~0.05 nm/K의 적색-편이 파장(wavelength red-shift)이 확인되었다.
소자 구조
도 1은 본 발명의 일 실시예, 즉 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 헤테로구조 소자를 도시한다. 특히, 상기 소자는 반극성 {20-21} GaN 기판(100) 상에 성장한 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드를 포함하며, 상기 레이저 다이오드는 2 ㎛의 GaN:Si 클래딩 층(102), 50 nm의 In0 .06Ga0 .94N:Si 분리 한정 헤테로구조(separate confinement heterostructure, SCH) 웨이브가이딩 층(104), 공칭(nominally) 4 nm의 In0 .3Ga0 .7N 퀀텀 웰들(quantum wells, QWs) 및 10 nm의 In0 .03Ga0 .97N 배리어들을 구비하는 3-기(3 period) 멀티 퀀텀 웰(multiple quantum well, MQW) 스택을 포함하는 활성 층(106), 10 nm의 Al0.2Ga0.8N:Mg 전자 블로킹 층(electron blocking layer, EBL)(108), 50 nm의 In0 .06Ga0 .94N:Mg 분리 한정 헤테로구조(SCH) 웨이브가이딩 층(110), 500 nm의 GaN:Mg 클래딩 층(112) 및 100 nm 의 p++-GaN 컨택(114)을 포함한다.
반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD는 에지-발광(edge-emitting) 레이저 다이오드로 구성될 수 있다. 이와는 달리, 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD는 수직 캐비티를 갖는 매끄럽게 에칭된 측벽들을 구비할 수 있고, 예를 들어 VCSEL일 수 있다. 최종적으로, 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD는 패시브 캐비티들(passive cavities) 및/또는 포화성 흡수체들(saturable absorbers)을 구비할 수 있다.
에칭된 패싯 미러들
도 1의 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD는, 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 에칭된 패싯 미러들을 채용한다. 이러한 에칭된 패싯 미러들은 상기 LD의 캐비티 또는 스트라이프의 배향 또는 치수들을 임의로 조절하는 능력을 제공하고, 이에 따라 상기 LD의 전기적 및 광학적 특성들을 조절할 수 있다.
반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD는 상기 에칭된 미러 패싯들로부터의 광학적 피드백을 채용할 수 있다. 예를 들어, 에칭된 미러 패싯들은 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD에 대하여 광학적 이득(optical gain)을 제공할 수 있다.
이와는 달리, 에칭된 미러 패싯들은 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 헤테로구조 소자 내의 광학적 피드백을 억제할 수 있다. 이러한 구성에서, 에칭된 미러 패싯들은 기울어질(angled) 수 있고, 수직 프로파일들(vertical profiles)을 방지할 수 있다.
도 2는 대표적인 에칭된 패싯(200)의 단면을 나타내는 본 발명에 따라 제조된 테스트 구조물의 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy) 이미지이다. 패싯(200)은 1.78 ㎛의 높이 및 거의 수직인 프로파일을 가진다.
도 3은 또한 대표적인 에칭된 패싯(300) 표면 모폴로지의 조감도(birds-eye view)를 나타내는 본 발명에 따라 제조된 테스트 구조물의 주사 전자 현미경 이미지이다. 패싯(300)은 1.76 ㎛의 높이 및 5.04 ㎛의 폭을 가지며, 극히 편평하고 매끄럽게 에칭된 패싯(300)으로 보여진다. 도 3은 또한 882 nm의 결합된 높이를 갖는 Pd 컨택(302) 및 Au 패드(304), 212 nm의 높이를 갖는 SiO2 인슐레이터(306)를 나타낸다. 참조번호 308은 리지(ridge) 측벽 상에 불완전하게 에칭된 SiO2를 나타낸다.
소자 제조
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD의 제조를 위한 공정 단계들을 나타내는 플로 차트이다. 구체적으로, 이러한 단계들은 포토리소그래피(photolithography), 금속 및 인슐레이터 퇴적, 에칭된 미러들의 형성 등을 사용하여, {20-21} III-족 질화물 기판 상에 도 1에 도시된 레이저 다이오드를 형성하는 (Al,Ga,In)N 에피택셜 구조물들을 제조하는 데 사용될 수 있다.
이러한 방법은 아래의 단계들을 포함할 수 있다.
블록(400)은 반극성 {20-21} III-족 질화물 기판을 제공하는 단계를 나타낸다.
블록(402)은 상기 반극성 {20-21} III-족 질화물 기판의 표면 상에 2 ㎛의 GaN:Si 클래딩 층을 에피택셜하게 퇴적하는 단계를 나타낸다.
블록(404)은 상기 2 ㎛의 GaN:Si 클래딩 층 상에 50 nm의 In0 .06Ga0 .94N:Si 분리 한정 헤테로구조(SCH) 웨이브가이딩 층을 에피택셜하게 퇴적하는 단계를 나타낸다.
블록(406)은 InGaN/(Al,Ga,In)N MQW 구조물을 포함하는 활성 층을 상기 50 nm의 In0.06Ga0.94N:Si SCH 웨이브가이딩 층 상에 에피택셜하게 형성하는 단계를 나타낸다. 상기 InGaN/(Al,Ga,In)N MQW 구조물은 일반적으로 배리어 층들 사이에 샌드위치된 복수의 퀀텀 웰 층들을 포함하며, 이는 이러한 실시예에서는 공칭 4 nm의 In0 .3Ga0 .7N 퀀텀 웰들 및 10 nm의 In0 .03Ga0 .97N 배리어들을 갖는 3-기 MQW 스택이다. 이러한 블록은 최종 층을 배리어 층으로 하며, 배리어 층을 퇴적하고, 그 이후에 퀀텀 웰 층을 퇴적하는 반복적인 퇴적 단계들을 포함할 수 있다.
블록(408)은 상기 활성 영역 상에 10 nm의 Al0 .2Ga0 .8N:Mg 전자 블로킹 층(EBL)을 에피택셜하게 퇴적하는 단계를 나타낸다.
블록(410)은 상기 10 nm의 Al0 .2Ga0 .8N:Mg EBL 상에 50 nm의 In0 .06Ga0 .94N:Mg SCH 웨이브가이딩 층을 에피택셜하게 퇴적하는 단계를 나타낸다.
블록(412)은 상기 50 nm의 In0 .06Ga0 .94N:Mg SCH 웨이브가이딩 층 상에 500 nm의 GaN:Mg 클래딩 층을 에피택셜하게 퇴적하는 단계를 나타낸다.
블록(414)은 상기 500 nm의 GaN:Mg 클래딩 층 상에 100 nm의 p++-GaN 컨택을 에피택셜하게 퇴적하는 단계를 나타낸다.
블록(416)은 상기 100 nm의 p++-GaN 컨택을 퇴적하는 단계 이후에, 상기 소자 구조물을 냉각시키는 단계, 및/또는 패싯 코팅(facet coating), DBR 생성, 보호 층들(protective layers)의 퇴적, 다이싱(dicing), 클리빙(cleaving) 등과 같은 상기 소자 구조물의 제조에 필요한 다른 단계들을 수행하는 단계를 나타낸다.
블록(418)은 이러한 방법의 최종 결과인, 도 1에 도시된 반극성 {20-21} III-족 질화물 LD 구조물과 같은 소자를 나타낸다.
바람직하게는, 반극성 {20-21} III-족 질화물 LD 구조물은 녹색광인 파장, 즉, 약 490 nm 또는 그 이상; 바람직하게는, 약 500 nm 또는 그 이상; 더욱 바람직하게는, 약 504 nm 또는 그 이상; 그리고 가장 바람직하게는, 약 506 nm 또는 그 이상에서 피크 강도(peak intensity)를 갖는 빛을 발산한다.
다양한 대안들로서, 상기 소자는 에지-발광 레이저(edge-emitting laser), 초발광 다이오드(superluminescent diode), 광학 증폭기(optical amplifier), 포토닉 크리스탈 레이저(photonic crystal (PC) laser) 또는 수직형 캐비티 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser (VCSEL))를 포함할 수 있다.
종래 기술의 클리브 패싯들(cleaved facets)을 갖는 레이저 다이오드들은 캐비티 길이 치수들, 결정학적 배향에 의해 제한되고, 따라서 광학적/전기적 특성들의 조절이 제한된다는 점에 주목한다. 이와 대조적으로, 본 발명에 따른 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 LD는 그다지 제한되지 않는다. 본 발명은 캐비티(소자) 치수들의 임의적인 조절을 제공한다. 이와 반대로, 클리빙을 채용한 종래 기술은, 결정학적인 그리고 기계적인 이유들에 의해 예를 들면 ~400 마이크로미터보다 큰 길이들에 제한되며, 이에 따라 캐비티가 특정한 결정학적 배향들을 따라 얼라인되는 경우에만 우수한 클리브 미러들(cleaved mirrors)이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 설계자들이 웨이퍼의 적은 부분 상에 인접하게 다양한 치수들의 소자들을 위치시킬 수 있도록 하며, 이에 따라 레이저들을 위한 내부 파라미터들, 예를 들어 모드 이득(modal gain), 로스(loss), 효율 등의 용이한 추출이 가능해진다. 더욱이, 본 발명은 패싯 편차(facet variability)를 최소화하여, 다양한 캐비티 배향들의 직접적인 비교를 가능하게 한다.
마지막으로, 또한 본 발명은 오직 리소그래피, 퇴적 및 에칭만을 포함하므로 에피택셜 특성화(epitaxial characterization)를 위한 더욱 용이하고 빠른 피드백 메커니즘을 제공한다.
실험 결과들
발명자들에 의해 수행된 실험들에서, Mitsubishi Chemical Corporation에 의해 제공된 (20-21) 배향된 프리스탠딩 GaN 기판들 상에 대기압 금속 유기 화학 기상 증착법(atmospheric pressure metal organic chemical vapor deposition, AP-MOCVD)에 의해 반극성 (20-21) LD들이 성장되었다. 이러한 단순화된 AlGaN-클래딩 프리 구조물은 AlGaN과 관련된 크래킹 이슈들을 방지하는데 도움을 주고, 또한 LD 에피택셜 웨이퍼들을 위한 성장 시간의 현저한 감소를 유발한다. 성장한 상태의 에피택셜 웨이퍼는 RT 포토루미네선스(photoluminescence, PL) 및 형광 현미경(fluorescence microscopy, FLM)에 의하여 특성화되었다. LD 에피택셜 웨이퍼는 c-축의 면내 프로젝션(in-plane projection)을 따른 통상적인 리소그래피 패터닝 및 건식 에칭 리지들에 의해 형성된, 다양한 폭들의 스트라이프들을 갖는 리지 웨이브가이드(ridge waveguide) LD들로 처리되었다. 표준 리프트오프 공정(standard liftoff process)은 산화물 인슐레이터를 위하여 사용되고, 뒤따라 p-전극을 위한 Pd/Au 금속 퇴적이 수행되었다. 레이저 미러 패싯들은 건식 에칭에 의해 형성되었고, 배면(backside)의 Al/Au 컨택들은 n-전극을 위해 사용되었다. 본 연구에서 보고된 모든 측정들은 3×1500 ㎛2 소자 상에서 수행되었다.
제조를 완성한 이후에, 패키지되지 않고 코팅되지 않은 레이저 다이오드들의 전기적 또는 발광 특성들이 상기 소자들의 온-웨이퍼 프로브(on-wafer probing)에 의해 자기 발열 효과(self-heating effects)를 최소화하기 위하여 펄스 구동 하에서 측정되었다. 별도로 명시되지 않는다면, 이러한 문헌 전체를 통하여 100 ns의 펄스 폭 및 1 kHz의 반복 속도(0.01%의 듀티 사이클(duty cycle)의 결과를 가져오는)가 측정을 위하여 사용되었다. 문턱 이하의 자발적 발산 스펙트럼이 OceanOptics USB 2000+ 어레이 스펙트로미터(array spectrometer)(스펙트럼 해상도 1 nm)에 연결된 광학 파이버(optical fiber)를 통해 수집되었다. 모든 레이저 스펙트럼은 싱글 LD 패싯으로부터의 아웃풋 광을, 0.05 nm의 해상도를 갖는 Ando AQ-6315A 광학 스펙트럼 애널라이저(optical spectrum analyzer, OSA)에 보내지는 멀티모드 파이버(multi-mode fiber)에 커플링시킴에 의해 수집되었다. 코팅되지 않은 LD들을 테스트한 이후에, SiO2 및 Ta2O5 DBR들을 사용하는 Veeco Nexus 이온 빔 증착(ion beam deposition, IBD) 시스템을 사용하여 HR 패싯 코팅이 앞면 및 뒷면의 패싯들 모두에 적용되었다. 앞면 및 뒷면 HR 코팅들의 파워 반사도의 추정값은 각각 80 및 97%였다. LD들은 HR 코팅들의 적용 이후에 다시 테스트되었다.
상용화된 TCAD 소프트웨어(Synopsys)를 사용한 도 1의 LD 에피택셜 구조물을 위한 굴절률 프로파일(520 nm의 파장에 대한) 및 계산된 광학 모드 강도가 도 5에 나타난다. 대략 3.1%의 횡방향 구속 인자(transverse confinement factor, Γ)가 이러한 구조물에 대하여 추정되었다. 모델링의 더욱 상세한 사항은 다른 문헌에 제공된다[참고문헌 20].
도 6(a)는 HR 패싯 코팅들을 적용하기 이전(실선들) 및 이후(점선들)에 측정된 3×1500 ㎛2 LD 소자의 펄스 광-전류-전압(L-I-V) 특성 그래프이다. 각각 대략 23 및 19 kA/cm2의 문턱 전류 밀도들(Jth)에 대응하여, 추산된 문턱 전류(Ith)는 대략 1125 및 850 mA였다. 기대했던 것과 같이, 감소된 미러 로스들이 감소된 Jth 및 효율 슬로프의 부수적인 감소를 가져온다[참고문헌 23]. 상기 패싯들을 HR-코팅하기 이전과 이후의 문턱 전압(threshold voltage, Vth)은 각각 대략 17.5 및 16 V이었다. 상대적으로 높은 문턱 전류 및 전압은 최적화되지 못한 에피택셜 구조물 및 도핑 프로파일에 기인한다.
도 6(b)는 HR-코팅된 LD의 레이저 스펙트럼을 나타내며, 504.2 nm에서 레이저 피크가 관찰되었다. 모든 펄스 측정들은 RT에서 0.01%의 듀티 사이클에서 수행되었다. 삽입된 그림은 선명한 원시야상(far-field pattern, FFP)을 갖는, 작동 시의 온-웨이퍼 소자의 사진을 나타낸다.
도 7은 자발 발산 EL 피크 파장(채워진 정사각형들) 및 FWHM(full-width at half maximum)(채워진 원들)의 전류 밀도에 대한 의존도를 나타내는 그래프이고, 500 nm의 c-면 LD[참고문헌 3] (OSRAM) (1-10 kA/cm2)의 피크 EL 파장 데이터(속이 빈 사각형들)가 또한 비교를 위하여 도시된다. 아마도 현저하게 감소된 QCSE에 기인하여, 1-10 kA/cm2 의 전류 밀도 범위에서는 반극성 (20-21) LD 소자의 청색-편이가 c-면 LD의 청색-편이보다 훨씬 적었다는 것은 주목할 만하다. 반극성 LD를 위한 Jth가 2배만큼 높음에도 불구하고, 레이저 파장은 c-면 LD보다 더 길었고, 이는 더 긴 레이저 파장들은 상대적으로 높은 Jth를 감소시킴에 의해 획득될 수 있음을 가리킨다. 낮은 전류밀도에서(<1 kA/cm2) FWHM 값들은(데이터는 도시되지 않음) 이전에 보고된 녹색 발광 (20-21) QW들을 위한 값들[참고문헌 11]과 유리하게 비교된다.
도 7 내의 삽입된 그림은 성장한 상태의 LD 에피택셜 웨이퍼의 형광 현미경 이미지를 나타낸다. 암점들(dark spots)(비방사 재결합 영역들(non-radiative recombination regions)을 가리키는)이 거의 관찰되지 않았고, 이는 MQW의 우수한 에피택셜 품질을 나타낸다.
도 8(a)는 스테이지 온도에 따른 (20-21) 녹색 HR-코팅된 LD의 L-I-V 특성들의 그래프이며, 자기-발열 효과들을 방지하기 위하여 측정은 20 내지 60℃의 스테이지 온도에서 0.01%의 듀티 사이클로 수행되었다. 측정은 자기-발열 효과들을 최소화하도록 펄스 동작 하에서(0.01%의 듀티 사이클) 수행되었다. 기대한 바와 같이, 넓어진 이득 스펙트럼 및 증가된 QW들 밖으로의 캐리어의 탈출(carrier escape)에 기인하여, 온도 증가에 따라 Ith는 증가한다.
도 8(b)는 펄스 구동 하에서 스테이지 온도에 대한 문턱 전류(Ith)(채워진 정사각형들) 및 레이저 파장(채워진 원들)의 온도 의존성의 그래프이다. 대략 130K인 특성 온도(characteristic temperature, T0) 값은 절대 온도에 대하여 ln(Ith)을 피팅함에 의해 추정된다. 상기 T0 값은 보고된 값들, 90K (m-면)[참고문헌 8] 및 c-면 녹색 LD들의 120-200K[참고문헌 3-5]과 비교할 때 적당하다. 또한 레이저 파장은 열적으로 유도된 밴드갭 감소에 기인하여 온도 증가에 따라 적색-편이되었다(0.05 nm/K). 온도 의존적인 레이저 파장의 이동(shift), 즉, 약 0.056 nm/K (m-면) [참고문헌 8] 및 0.022-0.04 nm/K (c-면) [참고문헌 3-5]은 녹색 LD들에서 이미 보고된 바 있다. 최대 레이저 파장 506 nm를 갖는 레이저 생성이 60℃까지 관찰되었다.
도 9는 1300 mA로 고정된 전류에서, 펄스 구동 하에서 듀티 사이클의 함수로 나타낸 레이저 파장을 나타낸다. 펄스 폭은 100 ns에서 고정되고, 듀티 사이클을 효율적으로 변화시키기 위하여 반복 속도는 1 내지 700 kHz까지 변화했다. 1%보다 큰 듀티 사이클들에서의 소자 자기 발열에 기인하여 레이저 파장은 적색-편이된다. 레이저 파장은 0.5%의 듀티 사이클 아래에서 안정하고, 따라서 상기 소자의 자기 발열에 기인하여 증가하는 듀티 사이클들에 따라 적색-편이된다. 최대 레이저 파장 506.4 nm(삽입된 그림에 스펙트럼이 도시됨)를 갖는 레이저 생성이 7%의 듀티 사이클까지 관찰되었다.
결론적으로, InGaN 웨이브가이딩 층들이 구비된 반극성 (20-21) AlGaN 클래딩-프리 녹색 LD들이 보여졌다. 506.4 nm의 최대 레이저 파장은 펄스 구동 하에서 획득되었다. 장파장 LD들의 비극성/반극성 배향들의 이점들을 강조하면서, 레이저의 개시(onset)까지의 스펙트럼 청색-편이는 c-면 500 nm LD들보다 현저하게 적었다.
가능한 개선들 및 변형들
본 발명의 가능한 개선들 및 변형들이 다수 존재한다.
예를 들어, III-족 질화물 기판들 이외의 기판 재료들이 본 발명을 실행하는 데 사용될 수 있다. 게다가, {20-21} 이외의 반극성 배향들을 갖는 기판들이 사용될 수 있다. 기판은 또한 어떤 경우들에서는 얇아지고, 그리고/또는 연마될 수 있다.
(Al,Ga,In)N 퀀텀 웰 및 헤테로구조 디자인에서의 변형들 또한 본 발명의 범위를 떠나지 않는 한도에서 가능하다. 다양한 종류의 이득-가이드되고(gain-guided) 지수-가이드된(index guided) 레이저 다이오드 구조물들이 제조될 수 있다. 게다가, 층들의 특정한 두께 및 조성, 성장한 퀀텀 웰들의 개수, 및 전자 블로킹 층들의 포함 또는 생략은 특정한 소자 디자인들에 따라 고유한 변수들이며, 본 발명의 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
전술한 구조물은 전기적으로 펌핑되는 소자이다. 광학적으로 펌핑되는 소자 역시 생각할 수 있다.
도 1에 그려진 상기 층들은 n-형, p-형, 의도하지 않게 도핑된(unintentionally doped, UID), 동시 도핑된(co-doped), 또는 반-절연성(semi-insulating)일 수 있고, (Al,Ga,In)N 합금 중 어느 것뿐만 아니라 요구되는 물성들을 갖는 다른 재료들로도 구성될 수 있다.
이에 한정되지는 않지만, 이중 측방향 컨택들(double lateral contacts), 플립칩(flip-chip) 및 배면 컨택들(back-side contacts)(기판에 대하여 n-컨택으로서, 수직형 소자 구조를 형성하는)을 포함하는 다른 컨택 체계들이 본 발명의 대안적인 실시예들에서 채용될 수 있다. 게다가, 상기 컨택들(p-형 컨택 및 n-형 컨택 모두)은 다른 재료들, 예를 들어 팔라듐(Pd), 은(Ag), 구리(Cu), 산화아연(ZnO) 등을 사용할 수 있다.
상술한 에칭된 패싯 미러들은 레이저 다이오드들 이외의 다른 반도체 소자들, 예를 들어 에지-발광 LED들, 초발광 다이오드 등을 위하여 사용될 수 있다.
상기 패싯들은 또한 반사도를 변화시키기 위하여 다른 코팅들, 예를 들어 고반사도(high reflectivity, HR) 또는 반사방지(anti-reflective, AR) 코팅들, DBR(distributed Bragg reflector) 미러들 등이 적용될 수도 있다.
장점들 및 개선점들
본 발명의 목적은 다양한 상업적, 공업적 또는 과학적 어플리케이션들을 위한 광학 소스로서 사용하기 위한 것이다. 예를 들어, 반극성 (Al,Ga,In)N 에지-발광 레이저 다이오드들은 DVD 플레이어들을 위한 효율적이고, 간단한 광학 헤드(optical head)를 제공할 수 있다. (Al,Ga,In)N 반극성 레이저들에 의해 제공되는 더 짧은 파장(바이올렛 레이저들) 및 더 작은 스팟 사이즈로부터 유도되는 다른 어플리케이션은, 고해상도 프린트법이다. 반극성 레이저 다이오드들은 더 낮은 문턱들의 가능성을 제공하고, 가시 스펙트럼(visible spectrum)의 더 긴 파장 영역들에서 발산하는 레이저 다이오드들(예를 들어, 녹색 (Al,Ga,In)N 레이저들)을 생성하는 것이 가능할 수도 있다. 이러한 소자들은 프로젝션 디스플레이들(projection displays) 및 메디컬 이미징(medical imaging)에서 어플리케이션들을 찾을 것이고, 또한 효율적인 고상 조명, 고휘도 조명 디스플레이들을 위한 강력한 후보자이며, LED들로 얻을 수 있는 것보다 더 높은 월-플러그 효율들(wall-plug efficiencies)을 제공할 수 있다.
명명법
여기 사용된 (Al, Ga, In)N, III족-질화물, III족 그룹-질화물, 질화물, Al(1-x-y) GaxInyN (0 < x < 1 및 0 < y < 1), 또는 AlInGaN의 용어들은 Al, Ga 및 In의 단일 원소들 및 이러한 III-족 금속 원소들의 2원(binary), 3원(ternary) 및 4원(quarternary) 조성들의 개별적인 질화물들을 포함하도록 넓은 범위로 이해될 것이 의도된다. 따라서, (Al, Ga, In)N의 용어는, 이러한 명명법에 포함된 종들과 같이, 화합물들인 AlN, GaN 및 InN, 3원 화합물들인 AlGaN, GaInN, 및 AlInN, 4원 화합물인 AlGaInN을 내포한다. 두 가지 이상의 (Al, Ga, In) 성분 원소들이 존재할 때, 화학양론비적 조성(stoichiometric proportions) 뿐만 아니라 "비-화학양론비적(off-stoichiometric)" 조성(조성 내에 존재하는 각각의 (Al, Ga, In) 조성 원소들이 상대적인 몰분율(mole fraction)로 존재하는)도 포함하는 모든 가능한 조성들이 본 발명의 넓은 범위 내에서 채용될 수 있다. 따라서, 일차적으로 (Al, Ga, In)N 재료들을 참조한 본 발명의 논의를 이러한 (Al, Ga, In)N 재료들의 다른 다양한 원소들의 형성에 적용 가능함이 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 범위 내에서 (Al, Ga, In)N 재료들은 소량의 도펀트들(dopants) 및/또는 다른 불순물(impurity) 또는 함유 재료들(inclusional materials)을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 특정한 결정 터미네이션(terminations) 및 극성들의 선택을 커버한다. 괄호들, {}의 사용은 본 명세서 전체를 통해 대칭-등가 면들(symmetry-equivalent planes)의 패밀리를 표시한다. 따라서, {20-21} 패밀리는 (20-21) 면 및 이의 모든 대칭-등가 면들을 포함한다. 이러한 대칭-등가 면들은 두 개의 0이 아닌 h, i 또는 k 밀러 지수들을 가지며 하나의 0이 아닌 l 밀러 지수를 갖는 다양한 면들을 포함한다. 극성이 성장 공정의 거동에 영향을 줄 수 있을지라도, 단일 결정학적 패밀리 내의 모든 면들은 본 발명의 목적을 위하여 동등하다.
예를 들어, 과거의 (Al,Ga,In)N 레이저 다이오드들은 일반적으로 c-면 사파이어 기판들, SiC 기판들 또는 벌크 III-족 질화물 기판들 상에 성장하였다. 각각의 경우에서, 레이저 다이오드들은 보통 극성 (0001) c-축 배향을 따라 성장된다. 사파이어 기판들 상에 성장한 레이저 다이오드들은 보통 건식 에칭된 패싯들(dry-etched facets)을 채용하며, 이는 더 높은 손실들 및 그 결과로 감소된 효율을 유발하는 반면, SiC 또는 벌크 III-족 질화물 기판들 상에 성장한 레이저 다이오드들은 일반적으로 클리브 미러 패싯들(cleaved mirror facets)을 가진다.
그러나, 전술한 바와 같이, III-족 질화물-계 광학 전자 또는 전자 소자들 내의 통상적인 c-면 퀀텀 웰 구조물들은 강한 압전 및 자발 분극들의 존재에 기인하여 요구되지 않는 QCSE를 겪는다. 특히, c-축 방향을 따른 강한 내부 전기장들(built-in electric fields)은 전자들 및 정공들의 공간적 분리를 유발하고, 이에 따라 제한된 캐리어 재결합 효율, 감소된 오실레이터 강도(oscillation strength) 및 적색-편이 발광을 유발한다.
(Al,Ga,In)N 광학전자 소자들에서 자발 및 압전 분극 효과들을 제거하는 한 가지 접근법은 결정의 비극성 면들 상에 상기 소자들을 성장시키는 것이다. 예를 들어, GaN에 대하여, 이러한 면들은 Ga 및 N 원자들을 동일한 수로 함유하며, 중성 전하를 띤다(charge-neutral). 게다가, 후속적인 비극성 층들은 결정학적으로 서로 등가이므로, 결정이 성장 방향을 따라 분극되지 않을 것이다. GaN의 대칭-등가 비극성 면들의 이러한 두 가지 패밀리들은 집합적으로 a-면들로 알려진 {11-20} 패밀리 및 집합적으로 m-면들로 알려진 {1-100} 패밀리이다.
GaN 광학전자 소자들의 분극 효과들을 감소시키거나 가능한 제거하기 위한 또 다른 접근법은 결정의 반극성 면들 상에 상기 소자들을 성장시키는 것이다. 상술한 바와 같이, 반극성 면이라는 용어는 2 개의 0이 아닌 h, i 또는 k 밀러 지수 및 하나의 0이 아닌 l 밀러 지수를 갖는 다양한 면들을 지칭하는 데 사용될 수 있다. 우르자이트 결정 구조의 반극성 면들의 어떠한 예시들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, {20-21}, {10-12} 및 {10-14}을 포함한다. 질화물 결정의 분극 벡터는 이러한 면들 내에 또는 이러한 면들에 수직으로 놓이지 않고, 오히려 이러한 면들의 법선에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 놓인다.
자발 분극과 더불어, 질화물들에 존재하는 분극의 두 번째 형태는 압전 분극이다. 이는 유사하지 않은 조성의(따라서 상이한 격자 상수들을 갖는)(Al,Ga,In)N 층들이 질화물 헤테로구조 내에 성장될 때 발생할 수 있는 것과 같이, 재료가 압축 또는 인장 스트레인(compressive or tensile strain)을 겪을 때 발생한다. 예를 들어, 두 경우 모두 GaN에 대한 격자 미스매치에 기인하여, GaN 템플릿 상의 스트레인된 AlGaN 층은 면내 인장 스트레인을 가질 것이고, GaN 템플릿 상의 스트레인된 InGaN 층은 면내 압축 스트레인을 가질 것이다. 이에 따라, GaN 상의 InGaN 퀀텀 웰의 경우, 압전 분극이 InGaN 및 GaN의 자발 분극의 방향과는 반대 방향으로 가리킬 것이다. GaN 에 격자 매치된 AlGaN 층의 경우, 압전 분극이 InGaN 및 GaN의 자발 분극의 방향과 동일한 방향으로 가리킬 것이다.
다양한 반극성 배향들 상에 성장한 레이저 다이오드들의 이점은 이들이 극성 (0001) c-축 배향 상에 성장한 것과 비교할 때 더 낮은 분극-유도된 전기장들(polarization-induced electric fields)을 가진다는 것이다. 이론적인 연구들은 반극성 배향들 상에 성장한 스트레인된 InGaN/GaN 멀티 퀀텀 웰들(MQWs)이 스트레인된 c-면 퀀텀 웰들보다 현저히 낮은 유효 정공 질량들(effective hole masses)을 가질 것으로 기대된다는 것을 나타낸다. 이는 극성 (0001) c-축 배향 상에 제조된 경우와 비교할 때 반극성 (Al,Ga,In)N 레이저 다이오드들의 문턱의 감소를 가져와야 한다.
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하기의 참고문헌들이 본 명세서에 참조로서 원용된다.
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결론
이는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에 대한 결론이다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 상술한 설명은 이해와 설명을 위한 목적으로서 개시되어 있다. 개시된 정확한 형상으로 본 발명을 배제하거나 한정하려는 목적이 아님을 유의한다. 많은 변형들과 변화들이 상술한 가르침 내에서 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 상세한 설명에 의하여 한정되는 것이 아니고, 하기에 첨부된 청구항들에 의하여 한정된다.

Claims (19)

  1. 반극성 (Al,In,Ga)N 기판 상에 성장된 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물을 포함하는 반극성(semipolar) III-족 질화물-계 헤테로구조(heterostructure) 소자를 포함하며,
    상기 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물은 GaN 클래딩 층들과 InGaN 웨이브가이딩 층들을 포함하며, 상기 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물은 AlGaN-클래딩-프리하며(AlGaN-cladding-free), 상기 InGaN 웨이브가이딩 층들은 횡방향 모드 광학 한정(transverse mode optical confinement)을 제공하는 것을 특징으로 하고,
    상기 반극성 III-족 질화물-계 헤테로구조 소자는 하나 또는 그 이상의 에칭된 패싯들(etched facets)을 구비하는 캐비티(cavity)를 채용하며, 상기 에칭된 패싯들은 상기 캐비티의 배향(orientation) 및 치수들을 조절하는 에칭된 패싯 미러들(etched facet mirrors)이고, 이에 따라 상기 반극성 III-족 질화물-계 헤테로구조 소자의 전기적 및 광학적 특성들의 조절을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자(optoelectronic device).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에칭된 패싯 미러들은 레이저 다이오드(laser diode)의 캐비티 또는 스트라이프(stripe)의 배향 및 치수들을 임의로 조절하는 능력을 제공하여 상기 레이저 다이오드들의 전기적 및 광학적 특성들을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티는 패시브 캐비티(passive cavity) 또는 포화성 흡수체(saturable absorber)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소자는 레이저 다이오드(LD)인 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드인것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드 구조물은 녹색광(green light)인 파장에서 피크 강도(peak intensity)를 갖는 빛을 발산하는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소자는 {20-21} 기판 상에 성장한 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물인 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소자는 에지-발광 레이저(edge-emitting laser), 초발광 다이오드(superluminescent diode, SLD), 광학 증폭기(optical amplifier), 포토닉 크리스탈 레이저(photonic crystal (PC) laser) 또는 수직형 캐비티 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser (VCSEL))인 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자.
  10. 청구항 제1항의 상기 광학 전자 소자의 제조 방법.
  11. 반극성 (Al,In,Ga)N 기판 상에 성장된 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물을 포함하는 반극성 III-족 질화물-계 헤테로구조 소자를 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물은 GaN 클래딩 층들과 InGaN 웨이브가이딩 층들을 포함하며, 상기 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물은 AlGaN-클래딩-프리하며, 상기 InGaN 웨이브가이딩 층들은 횡방향 모드 광학 한정을 제공하는 것을 특징으로 하고,
    상기 반극성 III-족 질화물-계 헤테로구조 소자는 하나 또는 그 이상의 에칭된 패싯들을 구비하는 캐비티를 채용하며, 상기 에칭된 패싯들은 상기 캐비티의 배향 및 치수들을 조절하는 에칭된 패싯 미러들이고, 이에 따라 상기 반극성 III-족 질화물-계 헤테로구조 소자의 전기적 및 광학적 특성들의 조절을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 에칭된 패싯 미러들은 레이저 다이오드(laser diode)의 캐비티 또는 스트라이프의 배향 및 치수들을 임의로 조절하는 능력을 제공하여 상기 레이저 다이오드들의 전기적 및 광학적 특성들을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 캐비티는 패시브 캐비티 또는 포화성 흡수체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 소자는 레이저 다이오드(LD)인 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드인것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 반극성 {20-21} III-족 질화물-계 레이저 다이오드 구조물은 녹색광인 파장에서 피크 강도를 갖는 빛을 발산하는 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 소자는 {20-21} 기판 상에 성장한 (Al,In,Ga)N 에피택셜 구조물인 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 소자는 에지-발광 레이저, 초발광 다이오드(SLD), 광학 증폭기, 포토닉 크리스탈(PC) 레이저 또는 수직형 캐비티 표면 발광 레이저(VCSEL)인 것을 특징으로 하는 광학 전자 소자의 제조 방법.
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