索尼和索尼白石半导体成功地开发出GaN族材料的蓝色半导体激光,在输出功率为20mW的连续振荡时(25℃ ),寿命超过了500小时。(喜岛等,《第47届应用物理学相关学科联合讲演稿集》,讲演号:31p-YQ-8,p. 395,2000年3月)。50℃连续输出功率保持在30mW时,该产品的寿命也在200小时以上。据说,“如果是低输出功率的话,可以确保寿命近1万个小时”。
步步紧逼日亚化学工业
阈值电压为4.9V,阈值电流密度为3.6kA/┩2。日亚化学工业1999年9月宣布的40mW功率的开发品其阈值电压为4.3V,阈值电流密度为3.6kA/┩2,可以说索尼阵营已经逐步逼近日亚。FFP(FAR Fie ld Pattern)θ//(与接合面平行的放射角)约为8度,长宽比为3.4(10mW振荡发光时)。30mW发光时的工作电压为5.7V,工作电流为74.4mA。
以这一研究成果为背景,索尼开始向GaN蓝紫色半导体激光的产品化迈进。据该公司表示,“以前在中央研究所研究GaN蓝紫色半导体激光的一部分成员,现已转到索尼白石半导体公司,以促进产品开发”。索尼白石半导体公司一直担负着索尼集团的半导体激光批量生产任务。
激光器件的底板采用蓝宝石。采用“Pendeo法”在横方向生成结晶形成GaN层,以减少结晶缺陷(Pend eo,为拉丁语,意思相当于英语的“depend”)。在生成的GaN层上制作条状的屏蔽罩,再利用腐蚀方法除去屏蔽罩以外的GaN膜,让蓝宝石底板露出。这以后再次生成GaN膜。这样,就不容易产生由于蓝宝石和GaN的点阵常数的不同而产生移位导致结晶缺陷的现象,在横方向上形成GaN层。
这次公布的结果,核结晶的宽度达到了2μm,窗宽达到了10μm。此时,底层GaN层的厚度仅为5μm,可以说相当薄。为了抑制底板的扭翘变形,在生成膜时采用了加压MOCDV法(约为1.6个大气压)。
索尼表示,激光元件的寿命与消耗电力有很大的关系,也就是说要延长激光元件的寿命,只要减少耗电便可以了。为此,对发光部分的条宽和隆起深度进行了反复的研究试验,将两参数设定在低耗电的水平上(条宽2.0~2.4μm,隆起深度1.5μm)。另外,作为p型GaN的电极材料,以前使用的是Ni-Pt-Au,现在则改用Pd-Pt-Au电极。"Pd的工作函数大反应灵敏。这种特性正好符合用来制作电极。在开发ZnS族半导体激光时就发现的技术诀窍"(索尼白石半导体公司)。通过上述的一系列努力,远见的工作电压被降低了1.5V,再加上在覆盖层导入将超点阵结构,使得工作电压又降低了1V。这才实现了激光元件的长寿命。
还有一点令人注目的是,激光隆起部的材料未采用AlGaN,而采用了SiO2。至于采用易成形的SiO2的理由,索尼白石半导体公司解释说,“(与用AlGaN制作隆起部相比,SiO2可以在短时间内生成)是为了加速试验的反馈信息”。可是在会场上人们普遍认为这是“考虑批量生产的措施”。