JP2006332600A

JP2006332600A - 窒化物系半導体レーザダイオード及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006332600A
Application number: JP2006085453A
Authority: JP
Inventors: Kwang-Ki Choi; 光基崔
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2006-12-07
Also published as: US20060268951A1; KR20060122615A

Abstract

【課題】窒化物系半導体レーザダイオード及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１物質層１０１、活性層１０２、及び第２物質層１０３が順次に積層され、第２物質層１０３には、リッジ１０４が形成され、リッジ１０４の両端部のうち少なくとも一つの上面及びリッジの両側面には、ＡｌＧａＮからなる電流遮断層１１３が形成される窒化物系半導体レーザダイオードである。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザダイオードに係り、特に、製造工程が単純であり、熱放出に優れた物質からなる電流遮断層を備えた窒化物系半導体レーザダイオード及びその製造方法に関する。

一般的に、半導体レーザダイオードは、比較的小型であり、かつレーザの発振のための閾値電流が一般のレーザ装置に比べて低いという特徴を有するため、通信分野や光ディスクが使われるプレーヤーにおいて、高速データの伝送や高速データの記録及び再生のための素子として広く使われている。特に、窒化物系半導体レーザダイオードは、緑色で紫外線領域の波長を利用可能にすることによって、高密度の光情報の保存及び再生、高解像のレーザプリンタ、プロジェクションＴＶなど広範囲な分野に応用されている。このように半導体レーザダイオードの適用分野が広くて多様になるにつれて、閾値電流が低い高効率のリッジ導波路型の半導体レーザダイオードが登場している。

図１は、従来のリッジ導波路型の半導体レーザダイオードの平面図である。そして、図２は、図１に示したＡ部分の断面を概略的に示す図面である。

図１及び図２に示すように、第１物質層１、活性層２、及び第２物質層３が順次に積層されており、第２物質層３の上部には、リッジ４が形成されている。そして、リッジ４の上面を除いた第２物質層３の表面には、誘電物質からなる第１電流遮断層５が形成されている。ここで、第１電流遮断層５は、横モード（ｌａｔｅｒａｌｍｏｄｅ）を制御する役割を担う。一方、リッジ導波路型の半導体レーザダイオードでは、光学損傷（ＣａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃＯｐｔｉｃａｌＤａｍａｇｅ：ＣＯＤ）のレベルを向上させるために、光出射面１０及び光反射面１２の付近に電流が注入されないように、リッジ４の両端部にそれぞれ第２電流遮断層１１，１３が形成されている。ここで、第２電流遮断層１１，１３は、リッジ４の両端部の上面部分に電流が注入されないように、リッジ４の両端部をそれぞれ取り囲むように形成されている。このような第２電流遮断層１１，１３は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＴｉＮのような誘電物質からなる。

しかし、前記のような構造の半導体レーザダイオードでは、リッジ４の両側面を覆うように第１電流遮断層５を形成した後、その上に所定の誘電物質を蒸着し、フォトリソグラフィ工程を利用してパターニングすることによって、リッジ４の両端部に第２電流遮断層１１，１３を形成するので、製造工程が複雑になる。そして、第１電流遮断層５及び第２電流遮断層１１，１３は、熱伝導率の低い誘電物質からなるため、光出射面１０及び光反射面１２の付近で熱放出が不良になり、これにより、半導体レーザダイオードの信頼性が低下するという問題点がある。

本発明の目的は、前記のような問題点を解決するためのものであって、製造工程が単純であり、熱放出に優れた物質からなる電流遮断層を備えて改善された構造の窒化物系半導体レーザダイオード及びその製造方法を提供することである。

前記目的を達成するために、第１物質層、活性層、及び第２物質層が順次に積層され、前記第２物質層には、リッジが形成された窒化物系半導体レーザダイオードにおいて、前記リッジの両端部のうち少なくとも一つの上面及び前記リッジの両側面に形成されるものであって、ＡｌＧａＮからなる電流遮断層を備える窒化物系半導体レーザダイオードが開示される。

ここで、前記電流遮断層は、前記リッジの両側に位置した前記第２物質層の上面に延設されることが望ましい。

前記第１物質層、活性層、及び第２物質層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなるグループから選択された少なくとも一つの物質からなる。

前記電流遮断層の上面及び前記電流遮断層を通じて露出された前記リッジの上面には、ボンディングメタルが蒸着されることが望ましい。

一方、本発明の具現による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法は、第１物質層、活性層、及び第２物質層を順次に成長積層させる工程、前記第２物質層の上面に所定形態のエッチングマスクを形成する工程、前記エッチングマスクを利用して前記第２物質層の上部をエッチングすることによって、リッジを形成する工程、前記エッチングマスクの両端部のうち少なくとも一つを除去して、前記リッジの両端部のうち少なくとも一つの上面を露出させる工程、露出された前記リッジの端部の上面及び前記リッジの両側面にＡｌＧａＮからなる電流遮断層を再成長させる工程、及び前記エッチングマスクを除去する工程を含む。

前記エッチングマスクを除去した後、前記電流遮断層の表面及び前記電流遮断層を通じて露出された前記リッジの上面にボンディングメタルを蒸着する工程をさらに含む。

前記エッチングマスクは、前記第２物質層の上面に所定の物質層を形成し、それをフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりパターニングすることによって形成されうる。ここで、前記物質層は、ＳｉＯ_２からなることが望ましい。

前記エッチングマスクの両端部のうち少なくとも一つの除去は、選択的な湿式エッチング方法により行われうる。

本発明によれば、リッジの両端部に熱伝導率に非常に優れたＡｌＧａＮ層からなる電流遮断層を形成することによって、光出射面及び光反射面からの熱放出が増加し、これにより、ＣＯＤのレベルが向上する。また、光出射面及び光反射面でのキャリア密度が減少する。そして、ＡｌＧａＮ層の再成長を通じてリッジの両端部及び両側面に電流遮断層を形成することによって、製造工程を単純化させうる。

以下、添付された図面を参照して、本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を指称する。

本発明による窒化物系半導体レーザダイオードは、以下の実施形態に示した積層構造に限定されるものではなく、ＩＩＩ−Ｖ族の他の窒化物系の化合物半導体を含む多様な他の実施形態が可能である。

図３は、本発明の実施形態によるリッジ導波路型の窒化物系半導体レーザダイオードを示す斜視図である。そして、図４は、図３に示した光出射面の付近に位置したリッジの端部を示す断面図である。

図３及び図４に示すように、第１物質層１０１、活性層１０２、及び第２物質層１０３が順次に積層されており、前記第２物質層１０３の上部には、レーザの発振のための閾値電流を減らし、かつ、モードの安定化を図るためのリッジ１０４が形成されている。ここで、第１物質層１０１、活性層１０２、及び第２物質層１０３は、ＧａＮ系列のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系の化合物半導体からなり、具体的に、第１物質層１０１、活性層１０２、及び第２物質層１０３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなるグループから選択された少なくとも一つの物質からなることが望ましい。例えば、第１物質層１０１及び第２物質層１０３は、それぞれｎ−ＧａＮ及びｐ−ＧａＮ層となりうる。そして、活性層１０２は、電子−正孔のキャリアの再結合により光放出が起きる物質層であって、単一量子ウェル（ｓｉｎｇｌｅｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌ）または多重量子ウェル（ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌ）の構造を有するＡｌＩｎＧａＮ層またはＩｎＧａＮ層となりうる。

一方、リッジ１０４の両側面、及び光出射面１３０と光反射面（図示せず）とが位置するリッジ１０４の両端部の上面には、電流遮断層１１３が形成されている。そして、電流遮断層１１３は、リッジ１０４の両側に位置する第２物質層１０３の上面にも延設されている。ここで、リッジ１０４の両側面及び第２物質層１０３の上面に形成される電流遮断層１１３は、横モードを制御するためのものであり、リッジ１０４の両端部を取り囲むように形成される電流遮断層１１３は、光出射面及び光反射面の付近に位置したリッジ１０４の両端部の上面に電流を注入させないことによって、ＣＯＤのレベルを向上させるためのものである。

電流遮断層１１３は、熱伝導率に非常に優れた物質であるＡｌＧａＮからなることが望ましい。例えば、第２物質層がｐ型物質層である場合、電流遮断層１１３は、ｎ−ＡｌＧａＮ層またはドーピングされていないＡｌＧａＮ層となりうる。従来の電流遮断層として使われたＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮの熱伝導率は、それぞれ１．２Ｗ／ｍｋ、３６Ｗ／ｍｋ、１６Ｗ／ｍｋである一方、本発明で電流遮断層１１３として使われるＡｌＧａＮの熱伝導度は、１３０Ｗ／ｍｋ以上であって、熱伝導率が非常に優れている。このように、本発明では、リッジ１０４の両端部を取り囲む電流遮断層１１３として熱伝導率に優れたＡｌＧａＮを使用することによって、光出射面１３０及び光反射面から発生する熱が外部に効果的に放出されうる。一方、上述では、電流遮断層１１３が、光出射面１３０及び光反射面が位置するリッジ１０４の両端部を取り囲むように形成される場合が説明されたが、本実施形態では、電流遮断層１１３が、光出射面１３０が位置したリッジ１０４の一端部のみを取り囲むように形成されてもよい。

そして、電流遮断層１１３の上面及び電流遮断層１１３を通じて露出されたリッジ１０４の上面には、ボンディングメタル（ｂｏｎｄｉｎｇｍｅｔａｌ）１２０が蒸着されうる。ここで、ボンディングメタル１２０は、リッジ１０４の上面と接触するように形成されて、リッジ１０４の上面に電流を注入する電極の役割を担う。

以下では、本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明する。図５Ａないし図５Ｆは、本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。

まず、図５Ａに示すように、第１物質層１０１、活性層１０２、及び第２物質層１０３を順次に成長させて積層する。ここで、第１物質層１０１及び第２物質層１０３は、多層構造に形成されうる。第１物質層１０１、活性層１０２、及び第２物質層１０３は、前述したようにＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなるグループから選択された少なくとも一つの物質からなる。例えば、第１物質層１０１及び第２物質層１０３は、それぞれｎ−ＧａＮ及びｐ−ＧａＮ層となり、活性層１０２は、ＡｌＩｎＧａＮ層またはＩｎＧａＮ層となりうる。そして、第２物質層１０３の上面に所定の物質層１５０を形成する。ここで、物質層１５０は、ＳｉＯ_２からなることが望ましい。次いで、ＳｉＯ_２からなる物質層１５０の上面全体にフォトレジスト１６０を塗布し、それをフォトリソグラフィ工程によりパターニングする。

次いで、図５Ｂに示すように、図５Ａでパターニングされたフォトレジスト１６０を利用して物質層１５０をエッチングすれば、第２物質層１０３の上面にＳｉＯ_２からなるエッチングマスク１５０´が所定形状、例えばストリップ状に形成される。そして、フォトレジスト１６０は除去される。

次いで、図５Ｃに示すように、エッチングマスク１５０´を利用して第２物質層１０３を所定の深さにエッチングすれば、第２物質層１０３の上部には、所定の高さのリッジ１０４が形成される。

次いで、図５Ｄに示すように、リッジ１０４の両端部の上面に形成されたエッチングマスク１５０´の両端部をエッチングして除去する。ここで、エッチングマスク１５０´の両端部は、ＳｉＯ_２層と第２物質層１０３との選択的な湿式エッチングにより除去されうる。上述では、光出射面及び光反射面の位置するエッチングマスク１５０´の両端部が除去される場合を説明したが、本実施形態では、光出射面が位置するエッチングマスク１５０´の一端部のみが除去されてもよい。

次いで、図５Ｅに示すように、両端部が除去されたエッチングマスク１５０’’を通じて露出された第２物質層１０３の表面に、熱伝導率に非常に優れた物質であるＡｌＧａＮ層を再成長させて電流遮断層１１３を形成する。具体的には、電流遮断層１１３は、リッジ１０４の両端部の上面、リッジ１０４の両側面、及びリッジ１０４の両側に位置する第２物質層１０３の上面に形成される。電流遮断層１１３は、例えば第２物質層１０３がｐ型物質層である場合、ｎ−ＡｌＧａＮ層またはドーピングされていないＡｌＧａＮ層となりうる。一方、エッチングマスク１５０´の両端部のうち、光出射面が位置する一端部のみが除去された場合には、電流遮断層１１３は、光出射面が位置したリッジ１０４の一端部を取り囲むように形成される。図６は、リッジ１０４の上面にＳｉＯ_２からなるエッチングマスク１５０’’が形成され、リッジ１０４の側面にＡｌＧａＮ層が再成長して電流遮断層１１３を形成した形態を示すＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。

次いで、図５Ｆに示すように、リッジ１０４の上面に残っているエッチングマスク１５０’’を除去する。そして、電流遮断層１１３の表面及び電流遮断層１１３を通じて露出されたリッジ１０４の上面にボンディングメタル（図示せず）を蒸着すれば、本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードが完成される。

以上、本発明による望ましい実施形態が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。

本発明は、高速データの伝送や高速データの記録及び再生のための素子として広く使われる半導体レーザダイオード関連の技術分野に適用可能である。

従来の半導体レーザダイオードの平面図である。図１に示したＡ部分の断面を概略的に示す図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの斜視図である。図３の光出射面の付近に位置したリッジの端部の断面を示す図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法を説明するための図面である。本発明の実施形態による窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法において、リッジの上面にＳｉＯ_２からなるエッチングマスクが形成され、リッジの側面にＡｌＧａＮ層が再成長して電流遮断層を形成した形態を示すＳＥＭ写真である。

符号の説明

１０１第１物質層、
１０２活性層、
１０３第２物質層、
１０４リッジ、
１１３電流遮断層、
１３０光出射面。

Claims

第１物質層、活性層、及び第２物質層が順次に積層され、前記第２物質層には、リッジが形成された窒化物系半導体レーザダイオードにおいて、
前記リッジの両端部のうち少なくとも一つの上面及び前記リッジの両側面に形成されるものであって、ＡｌＧａＮからなる電流遮断層を備えることを特徴とする窒化物系半導体レーザダイオード。
前記電流遮断層は、前記リッジの両側に位置した前記第２物質層の上面に延設されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体レーザダイオード。
前記第１物質層、活性層、及び第２物質層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなるグループから選択された少なくとも一つの物質からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体レーザダイオード。
前記電流遮断層の上面及び前記電流遮断層を通じて露出された前記リッジの上面には、ボンディングメタルが蒸着されることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体レーザダイオード。
第１物質層、活性層、及び第２物質層を順次に成長積層させる工程と、
前記第２物質層の上面に所定形態のエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを利用して前記第２物質層の上部をエッチングすることによって、リッジを形成する工程と、
前記エッチングマスクの両端部のうち少なくとも一つを除去して、前記リッジの両端部のうち少なくとも一つの上面を露出させる工程と、
露出された前記リッジの端部の上面及び前記リッジの両側面にＡｌＧａＮからなる電流遮断層を再成長させる工程と、
前記エッチングマスクを除去する工程と、を含むことを特徴とする窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
前記電流遮断層は、前記リッジの両側に位置した前記第２物質層の上面にも再成長されることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
前記エッチングマスクを除去した後、前記電流遮断層の表面及び前記電流遮断層を通じて露出された前記リッジの上面にボンディングメタルを蒸着する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
前記第１物質層、活性層、及び第２物質層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＡｌＩｎＧａＮからなるグループから選択された少なくとも一つの物質からなることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
前記エッチングマスクは、前記第２物質層の上面に所定の物質層を形成し、それをフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりパターニングすることによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
前記物質層は、ＳｉＯ_２からなることを特徴とする請求項９に記載の窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。
前記エッチングマスクの両端部のうち少なくとも一つの除去は、選択的な湿式エッチング方法により行われることを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半導体レーザダイオードの製造方法。