光量子リングレーザ及びその製造方法
本発明のＰＱＲレーザは多重量子井戸構造で形成され、エッチングされた側面を有する活性層を含む。前記活性層は、支持基板の上部に配置された反射膜の上部でエピタキシャル成長したｐ-ＧａＮ層とｎ-ＧａＮ層との間でサンドウィッチ状に形成される。被覆層が前記活性層の側面外部に形成され、上部電極が前記ｎ-ＧａＮ層の上部に電気的に連結され、分散型ブラッグ反射膜が前記ｎ-ＧａＮ層と前記上部電極の上部に形成される。従って、前記ＰＱＲレーザは、優れた低電力の３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させて低電力ディスプレイ素子に適用でき、光のスペックル現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光を発生させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザに関し、更に詳しくは、低電力ディスプレイ素子に用いられる多重モードのレーザを発振させるのに適した窒化ガリウム系光量子リングレーザ（ＧａＮ-ｂａｓｅｄ ＰＱＲ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｒｉｎｇ）Ｌａｓｅｒ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ディスプレイ分野においては現在優れた耐振動性、高信頼性、低電力消費などのような特性を有する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）が脚光を浴びている。
【０００３】
このような発光ダイオードは、モバイルディスプレイのバックライト光源、高速道路の表示板、空港の表示板、株価ボード、地下鉄の案内板、自動車の内部発光など応用市場が産業全般に広がっている傾向にあり、近年は交通信号灯などに応用してエネルギー消費を減少させる目的で用いられている。
【０００４】
特に、ＧａＮ系発光ダイオードは、黄色蛍光体粉末を塗布して青色と黄色の補色組み合わせを通じて白色を容易に発生させるが、レーザ光が誘導放出よりむしろ自発放出によってのみ発生し、光抽出効率を増強するのに構造的な限界があった。
【０００５】
これにより、発光ダイオードに共振器を追加して光の直進性と強度を改善したり、半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ-Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）を数ナノメートルまで低減して電力消費を減らしながら輝度を損なわない共振型ＲＣＬＥＤ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ ＬＥＤ）について研究されている。また、誘導放出による垂直レージングのために、更に改善された共振型の垂直共振型レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）が試みられた。
【０００６】
このような共振型ＲＣＬＥＤ及び垂直共振型レーザは、印加電圧が高かったり、出力に比べて電流が大きいため、熱損失が多いという問題がある。この問題を解決するために、粗くパターニングされた基板（ＰＳ：Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）ＬＥＤを使用したり、粗い発光面（ＲＳ：Ｒｏｕｇｈｅｎｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ）を有する発光ダイオードが開発されたが、これも前記のような高電圧の問題点を解決していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の共振型ＲＣＬＥＤ及び垂直共振型レーザの問題点を解決するために、低電力消費で動作する３次元垂直共振型光量子リングレーザが活発に研究されている。このようなＰＱＲレーザはＶＣＳＥＬレーザとは異なり、高い電流を不要とし、耐熱性が大きいため、他の発光ダイオードと比較して、光変換及び熱特性が著しく改善される。
【０００８】
そこで、本発明の主な目的は、窒化ガリウム系多重量子井戸（ＧａＮ-ｂａｓｅｄ Ｍｕｌｔｉ-Ｑｕａｎｔｕｍ-Ｗｅｌｌ）構造の上下に反射膜を形成して優れた低電力の３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させることで、低電力ディスプレイ素子に適した光量子リングレーザ及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、窒化ガリウム系多重量子井戸構造の上下に反射膜を形成して３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させることで、光のスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光を発生させることができる光量子リングレーザ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、光量子リング(ＰＱＲ)レーザは、多重量子井戸(MQW)構造で形成され、エッチングされた側面を有する活性層と、前記活性層がこれらの間にサンドウィッチ状に配置されるようにエピタキシャル成長したｎ-ＧａＮ層とｐ-ＧａＮ層と、支持基板の上部に位置し、前記ｐ-ＧａＮ層の上部がその上に配置された反射膜と、前記活性層の側面外部に形成される被覆層と、前記ｎ-ＧａＮ層の上部に電気的に連結される上部電極と、前記ｎ-ＧａＮ層と前記上部電極の上部に形成される分散型ブラッグ反射膜(DBR)とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の様態によれば、ＰＱＲレーザの製造方法は、サファイア基板上にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成する段階と、前記反射膜上に支持基板を接着させた後に、前記サファイア基板を除去する段階と、前記活性層の側面が露出するように選択エッチングし、前記側面の外部に被覆層を形成する段階と、前記被覆層の上部に前記ｎ-ＧａＮ層と電気的に連結される上部電極を形成する段階と、前記上部電極と前記ｎ-ＧａＮ層の上部に前記活性層と前記ｎ-ＧａＮ層と同一の幅を有する領域に分散型ブラッグ反射膜(DBR)を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、窒化ガリウム系活性層の上下部に分散型ブラッグ反射膜と金属反射膜を位置させてＰＱＲレーザを製造することで、低電力の３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させて低電力ディスプレイ素子に適し、光のスペックル現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光を発生させることができる。
【００１３】
また、このようなＰＱＲレーザを用いて従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の応答速度に比べて、その応答速度がＧＨｚ級まで増加し、高周波変調及びパルス変調などの性能向上をもたらし、ＬＥＤの応用範囲を、照明器具だけでなく、携帯電話、次世代ディスプレイ素子などに拡張できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な実施形態による光量子リング(ＰＱＲ)レーザの３次元トロイダル（ｔｏｒｏｉｄａｌ）共振器の構造を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施形態による青色ＰＱＲレーザの構造を示す断面図である。
【図３】本発明による青色ＰＱＲレーザの発光状態を示す図である。
【図４】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図５】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図６】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図７】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図８】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図９】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図１０】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図１１】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図１２】本発明によるＰＱＲレーザのアレイチップへの注入電流による発振スペクトラムを示す図である。
【図１３】本発明によるＰＱＲレーザのＬ−Ｉカーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
後述するように、本発明の技術要旨はサファイア基板の上部にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成し、その上部に支持基板を接着させ、前記サファイア基板を除去し、前記活性層が露出するようにパターニングし、保護膜を形成し、その外部にポリイミドをコーティングしてこれを平坦化し、その上部に上部電極及び分散型ブラッグ反射膜（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＤＢＲ））を形成して、青色光量子リング（ＰＱＲ）レーザを製造することである。このような技術的構成は従来技術における問題点を解決することを可能にする。
【００１６】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１の（ａ）、（ｂ）は、本発明による光量子リング（ＰＱＲ）レーザの３次元トロイダル共振器の構造を示す。特に、図1の(a)はＰＱＲレーザの一部の斜視図を示し、図1の(b)はＰＱＲレーザで生成されたベッセルフィールドプロフィールをもつヘリカル波のパターンを示す。
【００１８】
図１の（ａ）に示すＰＱＲレーザは、活性多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ-Ｑｕａｎｔｕｍ-Ｗｅｌｌ）層の上下に配置された分散型ブラッグ反射層（ＤＢＲ）を用いて光子を垂直方向に拘束し、ＰＱＲレーザの活性ＭＱＷ層の側境界面に沿って発生する全反射により光子を水平方向に拘束することで、３次元レイリー-ファブリ-ペロー（ＲＦＰ：Ｒａｙｌｅｉｇｈ-Ｆａｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ）条件のトロイダル共振器型ウィスパリングギャラリ（ＷＧ：Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌｅｒｙ）モードを形成する。このとき、トロイドで定義されたリング内に位置するＭＱＷ層の活性量子井戸面のキャリアは光量子囲い効果（ＰＱＣＥ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｒｒａｌ Ｅｆｆｅｃｔ）によって量子細線（ＱＷＲ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｉrｅｓ）の同心円のように再分布して電子-正孔の再結合により光子を生成する。
【００１９】
そして、ＰＱＲレーザの発振モード波長及び発振モード間間隔（ＩＭＳ：Ｉｎｔｅｒ-Ｍｏｄｅ Ｓｐａｃｉｎｇ）は、ＰＱＲレーザの半径Ｒを減らすことによって調節され得る。特に、ＰＱＲレーザの半径Ｒを小さくすることで、数ｎｍ〜数十ｎｍのＰＱＲレーザに対するエンベロープ波長の範囲で離散的に多波長（ｍｕｌｔｉ-ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）で発振するＰＱＲレーザの発振モード間間隔を調節することが可能である。このような発振モード間間隔の調節を通じてＰＱＲレーザの全体エンベロープ内で発振するモード数を決定でき、これにより、ＰＱＲレーザでの電力消費量を制御できる。
【００２０】
このようなＰＱＲレーザにおいて、３次元トロイダルＲＦＰ共振器内で活性ＭＱＷ層の縁に沿ってレイリーリングが規定される。ＰＱＲレーザは、レイリーリング中であるＱＷＲの同心円の電子-正孔の再結合過程を誘導しながら、超低電流の閾値電流状態で駆動される。これにより、リングで発振するＰＱＲレーザは、その中央部分における自己遷移型（ｓｅｌｆ-ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光性能を凌ぎ、ＱＷＲ特性によってＰＱＲレーザの出力波長を安定的に維持させることができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態による青色ＰＱＲレーザの構造を示す断面図である。
【００２２】
図２を参照すれば、青色ＰＱＲレーザは、半導体基板２００、反射膜２０２、ｐ-ＧａＮ層２０４、活性層２０６、ｎ-ＧａＮ層２０８、保護膜２１０、被覆層２１２、上部電極２１４及びＤＢＲ２１６を含む。半導体基板２００は、自身の上に形成された上部構造物を支持する基板であって、例えば、シリコン（Ｓｉ）、金属などで形成され得る。
【００２３】
活性層２０６、ｎ-ＧａＮ層２０８及びＤＢＲ２１６は、半導体基板２００上で同一幅の領域に形成され、半導体基板２００の上部に位置する反射膜２０２は銀（Ａｇ）などのように少なくとも９０％以上の反射度を有する金属で形成される。
【００２４】
また、反射膜２０２の上部に、マグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）を用いてそれぞれエピタキシャル成長したｐ-ＧａＮ層２０４とｎ-ＧａＮ層２０８との間に活性層２０６がサンドウィッチされる。この活性層２０６は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造で形成され、障壁層としてのＧａＮ層と井戸層としてのＩｎＧａＮ層又はＡｌＩｎＧａＮ層が交互に、例えば、四重に積層される。このようなＭＱＷ構造によって、例えば、４つの量子井戸が形成されることができ、物質の組成比（例えば、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）の組成比）を調節することにより、青色、緑色、赤色の光を発生させることができ、発光波長の範囲を選択することができる。青色ＰＱＲレーザにＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｙｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）を塗布することによって、白色の光を発生させることができることはもちろんである。
【００２５】
一方、反射膜２０２、ｐ-ＧａＮ層２０４、活性層２０６及びｎ-ＧａＮ層２０８は、化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ：Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング法により円形メサ状に選択エッチング（即ち、特定のフォトレジストパターンに応じてエッチング）される。円形メサを保護するために、シリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮｘなど）、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２など）を用いた保護層２１０が形成され、その外部にはポリイミドがコーティングされ平坦化されて被覆層２１２を形成し、これによりトロイダルキャビティが形成される。ここで、保護層２１０は、上部電極２１４とＤＢＲ２１６に接触するｎ-ＧａＮ層２０８の上部面が露出するように、例えば、平坦化工程などを通じて除去されている。
【００２６】
その後、例えば、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ型オーミック電極の上部電極２１４をＮ-ＧａＮ層２０８に接触するように形成し、その上部にＤＢＲ２１６を配置する。特に、ＤＢＲ２１６は、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などのような誘電体層を少なくとも一回以上交互に積層して反射度が少なくとも６０％以上となるように形成される。もちろん、ＤＢＲ２１６は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成してもよい。
【００２７】
一例として、図３は、本発明による青色ＰＱＲレーザの発光状態を示す。特に、図３ではＰＱＲレーザの直径が約２０μｍであり、ＰＱＲレーザ間の間隔が約１５μｍである青色ＰＱＲレーザアレイのＣＣＤイメージの写真を示す。ＣＣＤイメージの写真は、電流注入が増加するにつれて、ＣＣＤを飽和させる発光量を減光フィルタ（ＮＤＦ：Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）で大部分フィルタリング又は遮断して獲得した写真である。このＣＣＤイメージから、ＰＱＲレーザの強い発振状態を確認でき、ＰＱＲレーザにより光のスペックル現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光が発生することが分かる。ＰＱＲレーザのサイズとアレイ密度は、必要に応じて調節可能であることはもちろんである。
【００２８】
次に、前述したような構造を有する青色ＰＱＲレーザを製造する過程について図４〜図１１を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図４〜図１１は、本発明によって青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す。
【００３０】
図４を参照すれば、サファイア基板４００上にｎ-ＧａＮ層４０２、活性層４０４及びｐ-ＧａＮ層４０６を順次形成する。この構造において、サファイア基板４００は、ＳｉＣ、シリコン（Ｓｉ）、又はＧａＡｓからなる基板に替えることもできる。ｎ-ＧａＮ層４０２は略１０００℃〜１２００℃の温度で成長させ、シリコン（Ｓｉ）をドーパントにしてドーピングされる。ｎ-ＧａＮ層４０２の成長のために、略５００℃〜６００℃範囲の相対的に低い温度で低温窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層を形成して、ｎ-ＧａＮ層４０２とサファイア基板４００との格子定数の差によるクラックの発生を防止する。
【００３１】
活性層４０４は、井戸層と障壁層が交互に形成されたＭＱＷ構造で形成される。即ち、井戸層としてのＩｎＧａＮ層又はＡｌＩｎＧａＮ層と障壁層としてのＧａＮ層が交互に、例えば、四重に積層されて形成される。このようなＭＱＷ構造によって、例えば、４つの量子井戸が形成されることができ、物質（例えば、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）など）の組成比を調節することにより、青色、緑色、赤色のいずれか１つの光を発生させることができ、発光波長の範囲を選択できる。青色ＰＱＲレーザにイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を塗布することによって、白色の光を発生させることができることはもちろんである。この後、活性層４０４の上部にマグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされたｐ-ＧａＮ層４０６を水素（Ｈ）などのガス雰囲気で成長させる。
【００３２】
次に、図５に示すように、ｎ-ＧａＮ層４０２、活性層４０４及びｐ-ＧａＮ層４０６が順次形成されたサファイア基板４００の上部面に銀（Ａｇ）などからなる反射膜４０８を形成する。特に、反射膜４０８は少なくとも９０％の反射度を有するように準備する。
【００３３】
そして、図６に示すように、反射膜４０８の上部に前述した構造物を支持するための半導体基板４１０を接着させた後に、エキシマーレーザを用いてレーザー・リフトオフ（ＬＬＯ：Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ-Ｏｆｆ）法によりサファイア基板４００を除去する。この後、サファイア基板４００が除去されたｎ-ＧａＮ層４０２の表面に対してクリーニング工程を行う。
【００３４】
次に、図７に示すように、ｎ-ＧａＮ層４０２、活性層４０４、及びｐ-ＧａＮ層４０６をｐ-ＧａＮ層４０６の所定厚さまでＣＡＩＢＥなどのようなドライエッチングにより選択エッチング（即ち、特定のフォトレジストパターンに応じてエッチング）することで、その側面部が滑らかな円形メサを形成する。このドライエッチングの結果、約３００μｍ〜４００μｍサイズの標準発光ダイオード（ＬＥＤ）の領域内に、例えば、ＰＱＲレーザの８×８アレイが配置される。本発明の一実施形態による製造方法ではｐ-ＧａＮ層４０６の所定厚さまでドライエッチングするように説明したが、図２に示すように、ｎ-ＧａＮ層４０２から活性層４０４までの層が完全に露出するように、ｐ-ＧａＮ層４０６まで又は反射膜４０８までドライエッチングしてもよい。即ち、ドライエッチングは、選択的に活性層４０４の側面部のみを完全に露出させるために行われる。
【００３５】
その後、図８に示すように、円形メサが形成されたその上部全面にＳｉＮｘ、ＳｉＯ２などからなる保護膜４１２を蒸着し、これを平坦化工程により保護膜４１２を選択除去し、その後に形成される上部電極４１６及びＤＢＲ４１８と接触するｎ-ＧａＮ層４０２の上部面が露出するようにする。その後、保護膜４１２の上部にポリイミドをコーティングし、ｎ-ＧａＮ層４０２が露出するようにポリイミド（ＰＩ）平坦化工程を行って、図９に示すように、被覆層４１４がトロイダルキャビティに形成されるようにする。
【００３６】
続いて、被覆層４１４が形成されたその上部にＴｉ／Ａｌのような金属物質を蒸着した後に、ドライエッチングして、図１０に示すように、ｎ型オーミック電極の上部電極４１６をｎ-ＧａＮ層４０２と接触し得るように選択的に形成する。或いはまた、上部電極は、ｎ型オーミック電極の形成のためのエッチング後に窒素又は窒素混合ガスの雰囲気で予め設定された温度及び時間条件で熱処理することにより形成されたオーミック接合を通じて形成してもよい。
【００３７】
次に、上部電極４１６の上部にＴｉＯ２／ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などの誘電体を用いてＤＢＲ４１８を形成し、その後にＤＢＲ４１８が活性層４０４及びｎ-ＧａＮ層４０２と同じ幅をもつように、図１１に示すように、選択エッチングしてＰＱＲレーザを製造過程を完了する。ここで、ＤＢＲは、例えば、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などの誘電体を少なくとも一回以上交互に積層して反射度が少なくとも６０％以上となるように形成される。一例として、ＤＢＲ４１８が交互に二度積層された構造であれば、それはＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、又はＳｉＮｘ／ＳｉＯ２／ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などからなるであろう。もちろん、ＤＢＲ４１８は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成してもよい。
【００３８】
要約すると、サファイア基板の上部にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成した後、反射膜の上部に支持基板を接着させ、サファイア基板を除去し、活性層が露出するまで選択エッチングし、保護膜を形成し、その外部にポリイミドをコーティング及び平坦化し、その上部に上部電極及びＤＢＲを形成することにより、青色ＰＱＲレーザを製造できる。
【００３９】
図１２は、本発明によるＰＱＲレーザのアレイチップへの注入電流に関する発振スペクトラムを示す。特に、図１２においては、直径が約２０μｍであるＰＱＲレーザの８×８アレイチップへ注入された異なる電流レベルでの発振スペクトラムを示す。これは略４０ｎｍ半値幅（ＦＷＨＭ）の全体エンベロープを示し、これは典型的なＧａＮ発光ダイオード（ＬＥＤ）のスペクトラムプロファイルと非常に類似し、その範囲内で発振する３ｎｍ〜４ｎｍの半値幅値（ＦＷＨＭｍ）を有する多重モードのレージングスペクトラムを示している。
【００４０】
図１３は、本発明による例えば２×８ＰＱＲレーザアレイのＬ−Ｉカーブを示す図であって、２×８ＰＱＲレーザアレイの閾値電流が略２００μＡであり、各ＰＱＲレーザ当りに１３μＡ程度になる。
【００４１】
以上の説明では、本発明の好適な実施形態を提示して説明したが、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、次の特許請求の範囲で規定された本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形及び変更がなされ得ることが理解できる。
【符号の説明】
【００４２】
２００ 支持基板
２０２ 反射膜
２０４ ｐ-ＧａＮ層
２０６ 活性層
２０８ ｎ-ＧａＮ層
２１０ 保護膜
２１２ 被覆層
２１４ 上部電極
２１６ 分散型ブラッグ反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザに関し、更に詳しくは、低電力ディスプレイ素子に用いられる多重モードのレーザを発振させるのに適した窒化ガリウム系光量子リングレーザ（ＧａＮ-ｂａｓｅｄ ＰＱＲ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｒｉｎｇ）Ｌａｓｅｒ）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ディスプレイ分野においては現在優れた耐振動性、高信頼性、低電力消費などのような特性を有する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）が脚光を浴びている。
【０００３】
このような発光ダイオードは、モバイルディスプレイのバックライト光源、高速道路の表示板、空港の表示板、株価ボード、地下鉄の案内板、自動車の内部発光など応用市場が産業全般に広がっている傾向にあり、近年は交通信号灯などに応用してエネルギー消費を減少させる目的で用いられている。
【０００４】
特に、ＧａＮ系発光ダイオードは、黄色蛍光体粉末を塗布して青色と黄色の補色組み合わせを通じて白色を容易に発生させるが、レーザ光が誘導放出よりむしろ自発放出によってのみ発生し、光抽出効率を増強するのに構造的な限界があった。
【０００５】
これにより、発光ダイオードに共振器を追加して光の直進性と強度を改善したり、半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ-Ｗｉｄｔｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）を数ナノメートルまで低減して電力消費を減らしながら輝度を損なわない共振型ＲＣＬＥＤ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ ＬＥＤ）について研究されている。また、誘導放出による垂直レージングのために、更に改善された共振型の垂直共振型レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）が試みられた。
【０００６】
このような共振型ＲＣＬＥＤ及び垂直共振型レーザは、印加電圧が高かったり、出力に比べて電流が大きいため、熱損失が多いという問題がある。この問題を解決するために、粗くパターニングされた基板（ＰＳ：Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）ＬＥＤを使用したり、粗い発光面（ＲＳ：Ｒｏｕｇｈｅｎｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ）を有する発光ダイオードが開発されたが、これも前記のような高電圧の問題点を解決していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の共振型ＲＣＬＥＤ及び垂直共振型レーザの問題点を解決するために、低電力消費で動作する３次元垂直共振型光量子リングレーザが活発に研究されている。このようなＰＱＲレーザはＶＣＳＥＬレーザとは異なり、高い電流を不要とし、耐熱性が大きいため、他の発光ダイオードと比較して、光変換及び熱特性が著しく改善される。
【０００８】
そこで、本発明の主な目的は、窒化ガリウム系多重量子井戸（ＧａＮ-ｂａｓｅｄ Ｍｕｌｔｉ-Ｑｕａｎｔｕｍ-Ｗｅｌｌ）構造の上下に反射膜を形成して優れた低電力の３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させることで、低電力ディスプレイ素子に適した光量子リングレーザ及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、窒化ガリウム系多重量子井戸構造の上下に反射膜を形成して３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させることで、光のスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光を発生させることができる光量子リングレーザ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、光量子リング(ＰＱＲ)レーザは、多重量子井戸(MQW)構造で形成され、エッチングされた側面を有する活性層と、前記活性層がこれらの間にサンドウィッチ状に配置されるようにエピタキシャル成長したｎ-ＧａＮ層とｐ-ＧａＮ層と、支持基板の上部に位置し、前記ｐ-ＧａＮ層の上部がその上に配置された反射膜と、前記活性層の側面外部に形成される被覆層と、前記ｎ-ＧａＮ層の上部に電気的に連結される上部電極と、前記ｎ-ＧａＮ層と前記上部電極の上部に形成される分散型ブラッグ反射膜(DBR)とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の様態によれば、ＰＱＲレーザの製造方法は、サファイア基板上にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成する段階と、前記反射膜上に支持基板を接着させた後に、前記サファイア基板を除去する段階と、前記活性層の側面が露出するように選択エッチングし、前記側面の外部に被覆層を形成する段階と、前記被覆層の上部に前記ｎ-ＧａＮ層と電気的に連結される上部電極を形成する段階と、前記上部電極と前記ｎ-ＧａＮ層の上部に前記活性層と前記ｎ-ＧａＮ層と同一の幅を有する領域に分散型ブラッグ反射膜(DBR)を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、窒化ガリウム系活性層の上下部に分散型ブラッグ反射膜と金属反射膜を位置させてＰＱＲレーザを製造することで、低電力の３次元垂直共振型多重モードレーザを発振させて低電力ディスプレイ素子に適し、光のスペックル現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光を発生させることができる。
【００１３】
また、このようなＰＱＲレーザを用いて従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の応答速度に比べて、その応答速度がＧＨｚ級まで増加し、高周波変調及びパルス変調などの性能向上をもたらし、ＬＥＤの応用範囲を、照明器具だけでなく、携帯電話、次世代ディスプレイ素子などに拡張できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な実施形態による光量子リング(ＰＱＲ)レーザの３次元トロイダル（ｔｏｒｏｉｄａｌ）共振器の構造を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施形態による青色ＰＱＲレーザの構造を示す断面図である。
【図３】本発明による青色ＰＱＲレーザの発光状態を示す図である。
【図４】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図５】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図６】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図７】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図８】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図９】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図１０】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図１１】本発明による青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す図である。
【図１２】本発明によるＰＱＲレーザのアレイチップへの注入電流による発振スペクトラムを示す図である。
【図１３】本発明によるＰＱＲレーザのＬ−Ｉカーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
後述するように、本発明の技術要旨はサファイア基板の上部にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成し、その上部に支持基板を接着させ、前記サファイア基板を除去し、前記活性層が露出するようにパターニングし、保護膜を形成し、その外部にポリイミドをコーティングしてこれを平坦化し、その上部に上部電極及び分散型ブラッグ反射膜（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＤＢＲ））を形成して、青色光量子リング（ＰＱＲ）レーザを製造することである。このような技術的構成は従来技術における問題点を解決することを可能にする。
【００１６】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１の（ａ）、（ｂ）は、本発明による光量子リング（ＰＱＲ）レーザの３次元トロイダル共振器の構造を示す。特に、図1の(a)はＰＱＲレーザの一部の斜視図を示し、図1の(b)はＰＱＲレーザで生成されたベッセルフィールドプロフィールをもつヘリカル波のパターンを示す。
【００１８】
図１の（ａ）に示すＰＱＲレーザは、活性多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ-Ｑｕａｎｔｕｍ-Ｗｅｌｌ）層の上下に配置された分散型ブラッグ反射層（ＤＢＲ）を用いて光子を垂直方向に拘束し、ＰＱＲレーザの活性ＭＱＷ層の側境界面に沿って発生する全反射により光子を水平方向に拘束することで、３次元レイリー-ファブリ-ペロー（ＲＦＰ：Ｒａｙｌｅｉｇｈ-Ｆａｂｒｙ-Ｐｅｒｏｔ）条件のトロイダル共振器型ウィスパリングギャラリ（ＷＧ：Ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ Ｇａｌｌｅｒｙ）モードを形成する。このとき、トロイドで定義されたリング内に位置するＭＱＷ層の活性量子井戸面のキャリアは光量子囲い効果（ＰＱＣＥ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｏｒｒａｌ Ｅｆｆｅｃｔ）によって量子細線（ＱＷＲ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｉrｅｓ）の同心円のように再分布して電子-正孔の再結合により光子を生成する。
【００１９】
そして、ＰＱＲレーザの発振モード波長及び発振モード間間隔（ＩＭＳ：Ｉｎｔｅｒ-Ｍｏｄｅ Ｓｐａｃｉｎｇ）は、ＰＱＲレーザの半径Ｒを減らすことによって調節され得る。特に、ＰＱＲレーザの半径Ｒを小さくすることで、数ｎｍ〜数十ｎｍのＰＱＲレーザに対するエンベロープ波長の範囲で離散的に多波長（ｍｕｌｔｉ-ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）で発振するＰＱＲレーザの発振モード間間隔を調節することが可能である。このような発振モード間間隔の調節を通じてＰＱＲレーザの全体エンベロープ内で発振するモード数を決定でき、これにより、ＰＱＲレーザでの電力消費量を制御できる。
【００２０】
このようなＰＱＲレーザにおいて、３次元トロイダルＲＦＰ共振器内で活性ＭＱＷ層の縁に沿ってレイリーリングが規定される。ＰＱＲレーザは、レイリーリング中であるＱＷＲの同心円の電子-正孔の再結合過程を誘導しながら、超低電流の閾値電流状態で駆動される。これにより、リングで発振するＰＱＲレーザは、その中央部分における自己遷移型（ｓｅｌｆ-ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｙｐｅ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光性能を凌ぎ、ＱＷＲ特性によってＰＱＲレーザの出力波長を安定的に維持させることができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態による青色ＰＱＲレーザの構造を示す断面図である。
【００２２】
図２を参照すれば、青色ＰＱＲレーザは、半導体基板２００、反射膜２０２、ｐ-ＧａＮ層２０４、活性層２０６、ｎ-ＧａＮ層２０８、保護膜２１０、被覆層２１２、上部電極２１４及びＤＢＲ２１６を含む。半導体基板２００は、自身の上に形成された上部構造物を支持する基板であって、例えば、シリコン（Ｓｉ）、金属などで形成され得る。
【００２３】
活性層２０６、ｎ-ＧａＮ層２０８及びＤＢＲ２１６は、半導体基板２００上で同一幅の領域に形成され、半導体基板２００の上部に位置する反射膜２０２は銀（Ａｇ）などのように少なくとも９０％以上の反射度を有する金属で形成される。
【００２４】
また、反射膜２０２の上部に、マグネシウム（Ｍｇ）及びシリコン（Ｓｉ）を用いてそれぞれエピタキシャル成長したｐ-ＧａＮ層２０４とｎ-ＧａＮ層２０８との間に活性層２０６がサンドウィッチされる。この活性層２０６は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造で形成され、障壁層としてのＧａＮ層と井戸層としてのＩｎＧａＮ層又はＡｌＩｎＧａＮ層が交互に、例えば、四重に積層される。このようなＭＱＷ構造によって、例えば、４つの量子井戸が形成されることができ、物質の組成比（例えば、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）の組成比）を調節することにより、青色、緑色、赤色の光を発生させることができ、発光波長の範囲を選択することができる。青色ＰＱＲレーザにＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｙｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）を塗布することによって、白色の光を発生させることができることはもちろんである。
【００２５】
一方、反射膜２０２、ｐ-ＧａＮ層２０４、活性層２０６及びｎ-ＧａＮ層２０８は、化学アシストイオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ：Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のようなドライエッチング法により円形メサ状に選択エッチング（即ち、特定のフォトレジストパターンに応じてエッチング）される。円形メサを保護するために、シリコン窒化膜（例えば、ＳｉＮｘなど）、シリコン酸化膜（例えば、ＳｉＯ２など）を用いた保護層２１０が形成され、その外部にはポリイミドがコーティングされ平坦化されて被覆層２１２を形成し、これによりトロイダルキャビティが形成される。ここで、保護層２１０は、上部電極２１４とＤＢＲ２１６に接触するｎ-ＧａＮ層２０８の上部面が露出するように、例えば、平坦化工程などを通じて除去されている。
【００２６】
その後、例えば、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ型オーミック電極の上部電極２１４をＮ-ＧａＮ層２０８に接触するように形成し、その上部にＤＢＲ２１６を配置する。特に、ＤＢＲ２１６は、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などのような誘電体層を少なくとも一回以上交互に積層して反射度が少なくとも６０％以上となるように形成される。もちろん、ＤＢＲ２１６は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成してもよい。
【００２７】
一例として、図３は、本発明による青色ＰＱＲレーザの発光状態を示す。特に、図３ではＰＱＲレーザの直径が約２０μｍであり、ＰＱＲレーザ間の間隔が約１５μｍである青色ＰＱＲレーザアレイのＣＣＤイメージの写真を示す。ＣＣＤイメージの写真は、電流注入が増加するにつれて、ＣＣＤを飽和させる発光量を減光フィルタ（ＮＤＦ：Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）で大部分フィルタリング又は遮断して獲得した写真である。このＣＣＤイメージから、ＰＱＲレーザの強い発振状態を確認でき、ＰＱＲレーザにより光のスペックル現象を防止し、集光が調節される柔らかい３次元光が発生することが分かる。ＰＱＲレーザのサイズとアレイ密度は、必要に応じて調節可能であることはもちろんである。
【００２８】
次に、前述したような構造を有する青色ＰＱＲレーザを製造する過程について図４〜図１１を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図４〜図１１は、本発明によって青色ＰＱＲレーザを製造する過程を示す。
【００３０】
図４を参照すれば、サファイア基板４００上にｎ-ＧａＮ層４０２、活性層４０４及びｐ-ＧａＮ層４０６を順次形成する。この構造において、サファイア基板４００は、ＳｉＣ、シリコン（Ｓｉ）、又はＧａＡｓからなる基板に替えることもできる。ｎ-ＧａＮ層４０２は略１０００℃〜１２００℃の温度で成長させ、シリコン（Ｓｉ）をドーパントにしてドーピングされる。ｎ-ＧａＮ層４０２の成長のために、略５００℃〜６００℃範囲の相対的に低い温度で低温窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層を形成して、ｎ-ＧａＮ層４０２とサファイア基板４００との格子定数の差によるクラックの発生を防止する。
【００３１】
活性層４０４は、井戸層と障壁層が交互に形成されたＭＱＷ構造で形成される。即ち、井戸層としてのＩｎＧａＮ層又はＡｌＩｎＧａＮ層と障壁層としてのＧａＮ層が交互に、例えば、四重に積層されて形成される。このようなＭＱＷ構造によって、例えば、４つの量子井戸が形成されることができ、物質（例えば、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）など）の組成比を調節することにより、青色、緑色、赤色のいずれか１つの光を発生させることができ、発光波長の範囲を選択できる。青色ＰＱＲレーザにイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を塗布することによって、白色の光を発生させることができることはもちろんである。この後、活性層４０４の上部にマグネシウム（Ｍｇ）がドーピングされたｐ-ＧａＮ層４０６を水素（Ｈ）などのガス雰囲気で成長させる。
【００３２】
次に、図５に示すように、ｎ-ＧａＮ層４０２、活性層４０４及びｐ-ＧａＮ層４０６が順次形成されたサファイア基板４００の上部面に銀（Ａｇ）などからなる反射膜４０８を形成する。特に、反射膜４０８は少なくとも９０％の反射度を有するように準備する。
【００３３】
そして、図６に示すように、反射膜４０８の上部に前述した構造物を支持するための半導体基板４１０を接着させた後に、エキシマーレーザを用いてレーザー・リフトオフ（ＬＬＯ：Ｌａｓｅｒ Ｌｉｆｔ-Ｏｆｆ）法によりサファイア基板４００を除去する。この後、サファイア基板４００が除去されたｎ-ＧａＮ層４０２の表面に対してクリーニング工程を行う。
【００３４】
次に、図７に示すように、ｎ-ＧａＮ層４０２、活性層４０４、及びｐ-ＧａＮ層４０６をｐ-ＧａＮ層４０６の所定厚さまでＣＡＩＢＥなどのようなドライエッチングにより選択エッチング（即ち、特定のフォトレジストパターンに応じてエッチング）することで、その側面部が滑らかな円形メサを形成する。このドライエッチングの結果、約３００μｍ〜４００μｍサイズの標準発光ダイオード（ＬＥＤ）の領域内に、例えば、ＰＱＲレーザの８×８アレイが配置される。本発明の一実施形態による製造方法ではｐ-ＧａＮ層４０６の所定厚さまでドライエッチングするように説明したが、図２に示すように、ｎ-ＧａＮ層４０２から活性層４０４までの層が完全に露出するように、ｐ-ＧａＮ層４０６まで又は反射膜４０８までドライエッチングしてもよい。即ち、ドライエッチングは、選択的に活性層４０４の側面部のみを完全に露出させるために行われる。
【００３５】
その後、図８に示すように、円形メサが形成されたその上部全面にＳｉＮｘ、ＳｉＯ２などからなる保護膜４１２を蒸着し、これを平坦化工程により保護膜４１２を選択除去し、その後に形成される上部電極４１６及びＤＢＲ４１８と接触するｎ-ＧａＮ層４０２の上部面が露出するようにする。その後、保護膜４１２の上部にポリイミドをコーティングし、ｎ-ＧａＮ層４０２が露出するようにポリイミド（ＰＩ）平坦化工程を行って、図９に示すように、被覆層４１４がトロイダルキャビティに形成されるようにする。
【００３６】
続いて、被覆層４１４が形成されたその上部にＴｉ／Ａｌのような金属物質を蒸着した後に、ドライエッチングして、図１０に示すように、ｎ型オーミック電極の上部電極４１６をｎ-ＧａＮ層４０２と接触し得るように選択的に形成する。或いはまた、上部電極は、ｎ型オーミック電極の形成のためのエッチング後に窒素又は窒素混合ガスの雰囲気で予め設定された温度及び時間条件で熱処理することにより形成されたオーミック接合を通じて形成してもよい。
【００３７】
次に、上部電極４１６の上部にＴｉＯ２／ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などの誘電体を用いてＤＢＲ４１８を形成し、その後にＤＢＲ４１８が活性層４０４及びｎ-ＧａＮ層４０２と同じ幅をもつように、図１１に示すように、選択エッチングしてＰＱＲレーザを製造過程を完了する。ここで、ＤＢＲは、例えば、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などの誘電体を少なくとも一回以上交互に積層して反射度が少なくとも６０％以上となるように形成される。一例として、ＤＢＲ４１８が交互に二度積層された構造であれば、それはＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、又はＳｉＮｘ／ＳｉＯ２／ＳｉＮｘ／ＳｉＯ２などからなるであろう。もちろん、ＤＢＲ４１８は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成してもよい。
【００３８】
要約すると、サファイア基板の上部にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成した後、反射膜の上部に支持基板を接着させ、サファイア基板を除去し、活性層が露出するまで選択エッチングし、保護膜を形成し、その外部にポリイミドをコーティング及び平坦化し、その上部に上部電極及びＤＢＲを形成することにより、青色ＰＱＲレーザを製造できる。
【００３９】
図１２は、本発明によるＰＱＲレーザのアレイチップへの注入電流に関する発振スペクトラムを示す。特に、図１２においては、直径が約２０μｍであるＰＱＲレーザの８×８アレイチップへ注入された異なる電流レベルでの発振スペクトラムを示す。これは略４０ｎｍ半値幅（ＦＷＨＭ）の全体エンベロープを示し、これは典型的なＧａＮ発光ダイオード（ＬＥＤ）のスペクトラムプロファイルと非常に類似し、その範囲内で発振する３ｎｍ〜４ｎｍの半値幅値（ＦＷＨＭｍ）を有する多重モードのレージングスペクトラムを示している。
【００４０】
図１３は、本発明による例えば２×８ＰＱＲレーザアレイのＬ−Ｉカーブを示す図であって、２×８ＰＱＲレーザアレイの閾値電流が略２００μＡであり、各ＰＱＲレーザ当りに１３μＡ程度になる。
【００４１】
以上の説明では、本発明の好適な実施形態を提示して説明したが、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、次の特許請求の範囲で規定された本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形及び変更がなされ得ることが理解できる。
【符号の説明】
【００４２】
２００ 支持基板
２０２ 反射膜
２０４ ｐ-ＧａＮ層
２０６ 活性層
２０８ ｎ-ＧａＮ層
２１０ 保護膜
２１２ 被覆層
２１４ 上部電極
２１６ 分散型ブラッグ反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光量子リング(PQR)レーザにおいて、
多重量子井戸構造(MQW)で形成され、エッチングされた側面を有する活性層と、
エピタキシャル成長したｎ-ＧａＮ層とｐ-ＧａＮ層と、
前記活性層はこれらの間にサンドウィッチ状に配置されており、
支持基板の上部に位置し、前記ｐ-ＧａＮ層がその上に配置された反射膜と、
前記活性層の側面外部に形成される被覆層と、
前記ｎ-ＧａＮ層の上部に電気的に連結される上部電極と、
前記ｎ-ＧａＮ層と前記上部電極の上部に形成される分散型ブラッグ反射膜(DBR)と
を含むことを特徴とするＰＱＲレーザ。
【請求項２】
前記反射膜は、銀（Ａｇ）を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項３】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２又はＳｉＮｘ／ＳｉＯ２構造の誘電体を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項４】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項５】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項６】
前記ＰＱＲレーザは、前記活性層に含まれたインジウム（Ｉｎ）成分とアルミニウム（Ａｌ）成分の組成比を調節して発光波長の範囲を選択することを特徴とする請求項５に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項７】
前記ＰＱＲレーザは、その半径を調節して発振モード間間隔（ＩＭＳ）を決定することを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項８】
前記活性層と前記被覆層との間に形成された保護膜を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項９】
前記保護膜は、ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２を用いて形成されることを特徴とする請求項８に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項１０】
サファイア基板上にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成する段階と、
前記反射膜上に支持基板を接着させた後に、前記サファイア基板を除去する段階と、
前記活性層の側面が露出するように選択エッチングし、前記側面の外部に被覆層を形成する段階と、
前記被覆層の上部に前記ｎ-ＧａＮ層と電気的に連結される上部電極を形成する段階と、
前記上部電極と前記ｎ-ＧａＮ層の上部に前記活性層と前記ｎ-ＧａＮ層と同一の幅を有する領域に分散型ブラッグ反射膜を形成する段階と
を含むことを特徴とするＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１１】
前記製造方法は、
前記被覆層を形成する前に前記選択エッチングにより露出した前記活性層の側面に保護膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１２】
前記保護膜は、ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２を用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１３】
前記反射膜は、銀（Ａｇ）を用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１４】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２又はＳｉＮｘ／ＳｉＯ２構造の誘電体を用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１５】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１６】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１７】
レーザー・リフトオフ（ＬＬＯ）により前記サファイア基板を除去することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１８】
前記被覆層は、ポリイミドコーティング及びポリイミド平坦化を行って形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１】
光量子リング(PQR)レーザにおいて、
多重量子井戸構造(MQW)で形成され、エッチングされた側面を有する活性層と、
エピタキシャル成長したｎ-ＧａＮ層とｐ-ＧａＮ層と、
前記活性層はこれらの間にサンドウィッチ状に配置されており、
支持基板の上部に位置し、前記ｐ-ＧａＮ層がその上に配置された反射膜と、
前記活性層の側面外部に形成される被覆層と、
前記ｎ-ＧａＮ層の上部に電気的に連結される上部電極と、
前記ｎ-ＧａＮ層と前記上部電極の上部に形成される分散型ブラッグ反射膜(DBR)と
を含むことを特徴とするＰＱＲレーザ。
【請求項２】
前記反射膜は、銀（Ａｇ）を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項３】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２又はＳｉＮｘ／ＳｉＯ２構造の誘電体を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項４】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項５】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項６】
前記ＰＱＲレーザは、前記活性層に含まれたインジウム（Ｉｎ）成分とアルミニウム（Ａｌ）成分の組成比を調節して発光波長の範囲を選択することを特徴とする請求項５に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項７】
前記ＰＱＲレーザは、その半径を調節して発振モード間間隔（ＩＭＳ）を決定することを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項８】
前記活性層と前記被覆層との間に形成された保護膜を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項９】
前記保護膜は、ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２を用いて形成されることを特徴とする請求項８に記載のＰＱＲレーザ。
【請求項１０】
サファイア基板上にｎ-ＧａＮ層、活性層、ｐ-ＧａＮ層、反射膜を順次形成する段階と、
前記反射膜上に支持基板を接着させた後に、前記サファイア基板を除去する段階と、
前記活性層の側面が露出するように選択エッチングし、前記側面の外部に被覆層を形成する段階と、
前記被覆層の上部に前記ｎ-ＧａＮ層と電気的に連結される上部電極を形成する段階と、
前記上部電極と前記ｎ-ＧａＮ層の上部に前記活性層と前記ｎ-ＧａＮ層と同一の幅を有する領域に分散型ブラッグ反射膜を形成する段階と
を含むことを特徴とするＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１１】
前記製造方法は、
前記被覆層を形成する前に前記選択エッチングにより露出した前記活性層の側面に保護膜を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１２】
前記保護膜は、ＳｉＮｘ又はＳｉＯ２を用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１３】
前記反射膜は、銀（Ａｇ）を用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１４】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２又はＳｉＮｘ／ＳｉＯ２構造の誘電体を用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１５】
前記分散型ブラッグ反射膜は、ＧａＮ／ＡｌｘＧａ１-ｘＮ構造で形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１６】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを用いて形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１７】
レーザー・リフトオフ（ＬＬＯ）により前記サファイア基板を除去することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【請求項１８】
前記被覆層は、ポリイミドコーティング及びポリイミド平坦化を行って形成することを特徴とする請求項１０に記載のＰＱＲレーザの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１１−５１０４９７（Ｐ２０１１−５１０４９７Ａ）
【公表日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４３０４３（Ｐ２０１０−５４３０４３）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００６１２１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９３７９２
【国際公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５０５２８２０４２）ポステック・アカデミー‐インダストリー・ファウンデーション (34)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００６１２１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９３７９２
【国際公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（５０５２８２０４２）ポステック・アカデミー‐インダストリー・ファウンデーション (34)
【Ｆターム（参考）】
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