KR0141057B1 - 반도체 레이저 제조방법 - Google Patents

반도체 레이저 제조방법

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Abstract

본 발명은 반도체 레이저 제조방법에 관한 것으로, 액상성장법의 특성인 액상식각을 이용하여 반도체 레이저의 반도체층 식각 및 재성장을 한공정으로 수행하기 위한 것이다.
본 발명은 기판상의 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층상에 유전막을 형성하는 단계, 상기 유전막을 선택적으로 식각하여 상기 반도체층의 소정부분을 노출시키는 단계, 및 상기 기판을 LPE 리액터에 장착시키고 액상식각법에 의해 상기 유전막을 마스크로 하여 상기 노출된 반도체층을 선택적으로 식각하고 연속적으로 상기 식각된 부분에 LPE에 의해 반도체층을 재성장시키는 단계를 포함하는 반도체 레이저 제조방법을 제공함으로써 LPE방법의 특성인 액상식각을 이용하여 DH구조를 식각한후 곧바로 공기에 노출되지 않은 상태에서 재성장이 이루어지도록 함으로써 손쉽게 고신뢰성을 갖는 반도체 레이저를 제작할 수 있도록 한다.

Description

반도체 레이저 제조방법
제1도는 종래의 DH구조의 레이저 다이오드 단면도
제2도는 광파워에 대한 전류특성에서 COD 현상을 나타낸 도면
제3도는 종래의 TM층을 갖는 레이저 다이오드 제조방법을 도시한 공정순서도
제4도는 종래의 BH구조의 레이저 다이오드 단면도
제5도는 종래의 BH구조의 레이저 다이오드 제조방법을 도시한 공정순서도
제6도는 본 발명의 제1실시예에 의한 레이저 다이오드 제조방법을 도시한 공정순서도
제7도는 본 발명의 제2실시예에 의한 레이저 다이오드 제조방법을 도시한 공정순서도
제8도는 본 발명의 제3실시예에 의한 레이저 다이오드 구조도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 기판 22 : n형 클래드층
23 : 활성층 24 : p형 클래드층
25 : p형 캡층 26 : 유전막
27 : 포토레지스트패턴 28 : TM층
29 : 2차 클래드층
본 발명은 반도체 레이저 제조방법에 관한 것으로, 특히 액상성장법(LPE ; Liquid Phase Epitaxy)을 이용하여 반도체 레이저의 반도체층 식각 및 재성장을 한공정으로 수행하는 방법에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 DH(Double Hetero)구조의 레이저다이오드를 도시한 것이다.
고체레이저나 가스레이저와 마찬가지로 반도체 레이저 또한 공진 미러(mirror)를 갖는데, 이때 공진 미러는 반도체의 특성인 방향성 있는 벽개에 의하여 형성되고, 형성된 미러와 미러사이의 거리를 캐비티(cavity)라고 한다.
발진광은 형성된 미러면을 통하여 방출되며, 레이저 특성은 미러면의 조건에 의하여 많은 영향을 받게 된다. 즉, 미러면이 평행하고 깨끗하며 파손이 없어야 하고 캐비티의 양쪽면이 되는 미러와 미러가 서로 수평해야 좋은 레이저 광특성을 얻을 수 있다. 그러나 반도체 레이저는 미러면에서 반도체 물질과 공기가 직접 만나게 된다는 특수한 상황으로 인하여 고려되어야 할 중요한 요인이 발생한다.
즉, 반도체 레이저의 미러는 반도체가 방향성을 갖는다는 특성을 이용하여 벽개시켜 형성하므로 반도체 내부와는 다른 특성을 갖는 반도체의 경계가 된다.
반도체의 경계에는 결합되지 않고 남아 있는 댕글링 본드(Dangling bond)가 존재하며, 공기중의 산소와 결합하여 산화된다. 또한 반도체 결함도 존재한다.
반도체 레이저에 전류를 주입하게 되면 활성영역내에서 전자와 정공의 발광성 재결합에 의해 광자(photon)가 생성되고, 이 광자는 캐비티를 형성한 미러사이를 왕복하며 증폭되어 레이저광이 공기중으로 방출된다. 방출된 빛의 파장은 활성영역 물질의 에너지갭과 같다.
레이저광이 공기중으로 방출될때까지 미러면은 두가지로 작용하게 된다. 첫 번째는 광자 증폭을 위한 반사면과, 두 번째는 레이저광이 통과하는 투과면이 된다. 이것은 미러면에 광집중 현상을 유도하며, 미러면에 존재하는 댕글링 본드와 결합 및 산화층에 광자가 흡수되고, 비발광성 재결합하는 사이클링(cycling)에 의하여 미러를 순간적으로 파괴하는 현상을 가져 오며, 미러가 파괴되면 반도체 레이저 또한 동작을 못하게 된다. 이 현상을 COD(Catastropic Optical Damage)라 하고, 고출력 동작시 발생빈도가 높다.
제2도는 COD현상이 나타날때의 광출력 대 전류특성을 나타낸 것으로, COD레벨은 광출력이 최대값일때의 전류값을 반도체 레이저 발광면의 면적으로 나누어준 값으로 정의된다. 예를 들어, 전류의 최대값이 100mW이고 발광면의 면적이 5μm²이면 COD레벨은 2MW/㎠이 된다. 고출력용 반도체 레이저에서는 COD레벨이 중요한 값이 되며, 그 값이 높을수록 고출력 동작이 가능한 반도체 레이저가 된다.
COD레벨을 높일 수 있는 방법으로는 간단하게 두가지 요인을 검토할 수 있다. 먼저, 반도체 경계가 되는 미러면으로, 댕글링본드와 결합은 항상 존재하는 것으로, 결합의 경우는 공정개선으로 수를 줄일 수 있으나, 댕글링 본드는 해결할 수 없고 이 때문에 발생하는 산화 또한 항상 나타나는 문제이다.
두 번째는 미러면에 집중되는 광파워문제로서, 이것은 발광면적을 넓혀 주고, 광이 미러에서 흡수되지 않게 함으로써 해결이 가능하다. 해결방법은 활성층 물질보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질로 미러를 형성하는 것이다. 굴절율이 낮은 물질은 광을 퍼지게 하여 결과적으로 미러면에서 발광면적이 넓어지게 되고, 광밀도가 낮아지므로 COD레벨을 높여줄 수 있게 된다. 또한 에너지갭이 크게 되면 발진광을 흡수하지 않게 되어 미러에서 발생하는 광흡수 및 비발광성 재결합 사이클을 제거하여 미러가 파손되는 현상을 없앨 수 있게 된다. 이와 같이 형성된 미러를 TM(Transparent Mirror)이라 한다.
제3도는 TM구조를 형성하는 방법을 도시한 것으로, 먼저, 제3도 (a)와 같이 기판(1)상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 MBE(Mocular Beam Epitaxy)와 같은 기상성장법이나 LPE(Liquid Phase Epitaxy)와 같은 액상성장법으로 n-클래드층(2), 활성층(3), p-클래드층(4)으로 이루어진 DH(Double Hetero)구조를 성장시키고, 그위에 p캡층(5)을 형성한 후, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositon)에 의해 상기 p캡층(5)상에 SiO2또는 Si3N4등의 유전막을 증착한다. 이때 유전막은 재성장(regrowth)시 유전막 위쪽에서의 성장을 막기 위한 마스크역활을 한다.
다음에 제3도 (b)에 도시된 바와 같이 포토리소그래피공정을 이용하여 캐비티에 맞도록 적당한 거리 만큼의 패턴을 만들고 HF를 이용하여 상기 유전막(6)을 선택적으로 제거한 후, 식각공정을 통해 DH구조를 기판까지 식각한다.
이어서 제3도 (c)에 도시한 바와 같이 상기 식각된 부위에 기상성장법 또는 액상성장법으로 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 TM층(7)을 재성장시킨다.
다음에 제3도 (d)에 도시한 바와 같이 상기 유전막을 제거하고, 스크라이빙(scribing)과 브레이킹(breaking)으로 레이저 다이오드칩을 제작한다.
이와 같이 제작된 반도체레이저는 벽개된 미러면쪽이 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질로 채워져 COD레벨을 높여 줄 수 있게 되므로 고출력 동작이 가능한 반도체레이저가 된다.
그러나 상기 제3도의 레이저다이오드는 COD레벨을 높여 고출력 동작이 가능해졌지만 장시간동안의 신뢰성 측면에서는 많은 문제점을 가지고 있다. 즉, 제3도 (b)의 DH구조 식각시 식각액은 화학적으로 반도체물질을 제거하게 되는데, 이때 식각액에 노출된 부분은 손상을 입어 결함이 발생할 가능성이 높아진다. 그리고 식각공정은 공기중에서 행해지므로 공기중의 산소와 식각면이 결합하여 산화가 일어난다. 이러한 결함 및 산화는 전류가 주입되었을 때 누설전류의 원인이 될 수 있으며 레이저광이 통과할 때 흡수에 의한 열원이 되므로 반도체레이저의 급격한 열화원인이 되기도 한다. 또한 산화는 TM층을 재성장시킬 때 재성장될 반도체가 좋은 막질로 자라지 못하게 하는 결함이 원인이 되기도 하므로 TM층 자체의 재성장이 불가능할 수도 있다.
한편, 제4도는 p형 및 n형 금속전극이 형성된 스트라이프(stripe)DH 레이저다이오드의 단면구조를 나타낸 것이다. 활성층(13)은 기판(11)상에 형성된 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 n형(12) 및 p형 클래드층(14)의 사이에 위치한다. 여기서 클래드 층들은 활성층에서 발생한 광을 활성층에만 존재하도록 제한(confinement)한다. p형 클래드층(14)상에는 p형 캡층(15)이 형성되어 있고, p형 캡층(15)상부와 기판(11)후면에는 각각 p형 금속전극(16) 및 n형 금속전극(17)이 형성되어 있다.
일반적인 박막성장법(LPE, MOCVD, MBE등)은 기판에 수직방향으로 박막이 성장되므로 활성층에 수직방향으로 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질인 클래드층을 활성층 위,아래층에 성장시키기가 용이하다.
광이 제한되는 원리는 굴절율이 높은 물질에서 굴절율이 낮은 물질로 광이 입사될 때 발생하는 전반사이다. 즉, 굴절율 차이가 클수록 전반사가 쉽게 일어나고 광제한도 쉬워진다. 활성층과 클래등층의 굴절율 차이는 물질을 다르게 함으로써 얻을 수 있다. 그러나 제4도 A부분의 확대도에서 보듯이 활성층 수평방향으로 물질에 변화가 없으므로 굴절율 차이가 없어 광제한을 할 수 없게 된다. 광제한이 이루어지지 않으면 저전류 발진이 어렵고, 단일모드 발진도 불가능하다. 이 문제를 일차적으로 해결하는 것이 스트라이프 폭을 줄여서 활성층과 만나는 부분이 A부분 확대도에서 영역 Ⅰ가 되도록 하는 것이다. 영역 Ⅰ는 영역Ⅱ보다 전자와 정공의 밀도가 높게되고 이 밀도차이가 영역 Ⅰ의 굴절율을 영역Ⅱ보다 크게 하는 요인으로 작용하게 된다. 영역 Ⅰ과 영역 Ⅱ의 굴절율 차이가 10-4 이상이 되면 광제한 현상을 얻을 수 있게 된다. 그러나 이러한 굴절율 차이는 물질이 다르기 때문에 발생되는 실굴절율(real index)차이가 아니고 단지 유효 굴절율(effective index)차이에 의한 현상이고, 영역 Ⅰ에서의 전자, 정공밀도를 무한히 크게 하지 못하기 때문에 굴절율 차이 또한 실굴절율 차이보다는 현저히 작다. 즉, 일반적인 DH구조는 활성층의 수직방향으로는 위,아래로 강한 실굴절율 가이딩(real index guiding)이 쉽게 실현되나, 활성층의 수평방향으로는 상대적으로 훨씬 약한 유효굴절율 가이딩(effective index guiding)이 나타나게 된다. 영역 Ⅰ의 폭(W)은 중요한 의미를 갖는데 폭이 클수록 저전류 발진이 어렵고, 단일모드 발진이 불가능하게 된다. 폭(W)을 줄이는 방법으로는 스트라이프 폭을 줄이는 방법과 p형 클래드층의 도핑을 낮추는 방법이 고려될 수 있으나, 두 방법 모두 전류 측면에서 볼 때 저항을 커지게 하는 원인이 되므로 어느 정도까지는 가능하게 된다. 궁극적인 해결방법은 활성층의 수평방향으로 전류 및 광제한이 가능한 클래드층을 만드는 것이다. 이때, 요구조건은 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질을 클래드층으로 사용하면 되고, 이와 같은 내부구조를 갖는 레이저다이오드를 특히 BH(Buried Hetero)구조의 레이저다이오드라고 한다. BH구조의 레이저다이오드는 저전류 발진 및 단일보다 발진이 가능한 강력한 구조적 특징을 갖는다.
제5도는 BH구조의 레이저다이오드를 제작하는 전형적인 방법의 일예로서, 먼저, 제5도 (a)에 도시한 바와 같이 기판(11)상에 기상성장법(MOCVD, MBE) 또는 액상성장법(LPE)으로 n형 클래드층(12), 활성층(13), p형 클래드층(14) 및 p형 캡층(15)을 차례로 성장시켜 DH구조를 형성하고, 그위에 PECVD에 의해 유전막(18)을 형성한다.
이어서 제5도 (b)에 도시한 바와 같이 포토리소그래피를 이용하여 소정의 포토레지스트패턴(19)을 형성하고, HF를 이용하여 상기 유전막을 제거한 후, 식각공정을 통해 DH구조를 기판까지 식각한다.
다음에 제5도 (c)에 도시한 바와 같이 상기 식각된 부분에 기상성장법 또는 액상성장법으로 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 2차 클래드층(20)을 성장시킨다. 2차 클래드층은 광제한뿐 아니라 전류제한에 의한 저전류 발진이 가능하도록 낮은 도핑 농도(약 1016이하 정도)의 단일층 또는 pnpn싸이리스터(thyristor)구조를 갖는 다층의 CBL(Current Blocking Layer)을 사용하게 된다.
제5도 (d)는 유전막을 제거하고 칩제작공장을 거쳐 제작된 단일칩의 단면도이다. 이와 같이 제작된 BH구조의 레이저다이오드는 활성층의 수직 및 수평방향으로 실굴절율 가이딩에 강한 광제한과 전류제한이 이루어져 단일모드의 저전류 발진이 가능한 반도체레이저가 된다.
그러나 상술한 BH구조의 레이저 다이오드는 단일모드의 저전류발진이 가능하지만 장시간동작의 신뢰성 측면에서는 많은 문제점을 가지고 있다. 즉, 제5도 (b)의 BH구조 식각시 식각액은 화학적으로 반도체 물질을 제거하기 때문에 식각액에 노출된 부분은 손상을입어 결함이 발생할 가능성이 높아진다. 그리고 식각공정은 공기중에서 행해지므로 공기중의 산소와 식각면이 결합하여 산화된다. 이러한 결함 및 산화는 전류가 주입되었을 때 누설전류의 원인이 되며, 레이저광을 흡수한 후, 비발광성 재결합에 의한 열원으로 작용하여 반도체 레이저의 급격한 열화의 원인이 된다.
또한 산화는 2차 클래드층을 재성장시킬 때 재성장될 반도체가 좋은 막질로 자라지 못하게 결함의 원인이 되기도 하므로 2차 클래드층 자체의 재성장이 불가능하여 BH레이저 제작이 되지 않을 수도 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액상성장법의 특성인 액상식각(Liquid Phase Etching)현상을 이용하여 고신뢰성을 갖는 고출력 반도체레이저를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 레이저 제조방법은 기판상에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층상에 유전막을 형성하는 단계, 상기 유전막을 선택적으로 식각하여 상기 반도체층의 소정부분을 노출시키는 단계, 및 상기 기판을 LPE리액터에 장착시키고 액상식각법에 의해 상기 유전막을 마스크로 하여 상기 노출된 반도체층을 선택적으로 식각하고 연속적으로 상기 식각된 부분에 LPE에 의해 반도체층을 재성장시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제6도에 본 발명의 제1실시예에 의한 반도체 레이저다이오드 제조방법을 공정순서에 따라 도시하였다.
먼저, 제6도 (a)에 도시한 바와 같이 기판(21)위에 MOCVD나 MBE등과 같은 기상성장법 또는 LPE등과 같은 액상성장법을 이용하여 n형 클래드층(22), 활성층(23), p형 클래드층(24) 및 p형 캡층(25)을 차례로 성장시켜 DH구조를 형성한 후, 이위에 PECVD를 이용하여 SiO₂ 또는 Si₃N₄등의 유전막(26)을 증착한다.
다음에 제6도 (b)에 도시한 바와 같이 포토리소그래피공정을 이용하여 캐비티에 맞도록 적당한 거리 만큼의 포토레지스트패턴(27)을 상기 유전막(26)상에 형성하고, 이 포토레지스트패턴(27)마스크로 하여 HF를 이용하여 상기 유전막(26)을 선택적으로 제거한다.
이어서 상기 기판을 LPE 리액터(reactor)에 넣고 제6도 (c)에 도시한 바와 같이 액상 식각(liquid phase ethcing)을 실시한다. 액상식각은 LPE공정의 특성으로서 그 원리는 다음과 같다.
A와B의 물질로 구성된 고상의 화합물 반도체에 A물질의 액상을 접촉시키는 경우 접촉면에서는 고상 반도체 AB와 액상물질 A의 전체계가 농도 평형을 이루기 위하여 고상에 존재하던 B물질이 액상인 A물질내로 녹아나오게 된다. 이때 자연스럽게 고상 반도체의 식각이 이루어진다. 이와 같은 현상에 의해 제6도 (c)에 도시한 바와 같이 기판까지 식각이 이루어지게 된다.
이어서 제6도 (d)에 도시한 바와 같이 상기 식각된 부분에 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질로 TM층(28)을 성장시키게 되면 COD레벨이 향상된 고출력용 반도체 레이저를 용이하게 형성할 수 있게 된다.
다음에 제6도 (e)에 도시한 바와 같이 상기 유전막을 제거하고, 벽개지점에서 스크라이빙(scribing)과 브레이킹(breaking)공정을 수행하여 미러가 형성된 레이저 다이오드칩을 제작한다.
다음에 제7도를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 의한 BH구조를 갖는 반도체 레이저다이오드 제조방법을 설명한다.
먼저, 제7도 (a)에 도시한 바와 같이 기판(21)상에 기상성장법(MOCVD, MBE)또는 액상성장법(LPE)으로 n형 클래드층(22), 활성층(21), p형 클래드층(24) 및 p형 캡층(25)을 차례로 성장시켜 DH구조를 형성하고, 그위에 PECVD에 의해 SiO₂또는 Si₃N₄등의 유전막(26)을 형성한다.
이어서 제7도 (b)에 도시한 바와 같이 포토리소그래피를 이용하여 소정의 포토레지스트패턴(27)을 상기 유전막위에 형성하고, HF를 이용하여 상기 유전막을 제거한다.다음에 상기 기판을 LPE리액터에 넣고 상술한 액상식각방법을 이용하여 제7도 (c)에 도시한 바와 같이 DH구조를 기판까지 식각한 후, 제7도 (d)에 도시한 바와 같이 동일한 리액터내에서 2차 클래드층(29)을 상기 식각된 부분에 재성장시킨다. 2차 클래드층(29)은 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질을 이용하는데, 이로 인하여 실굴절율 가이딩에 의한 강한 광제한이 나타나게 된다. 또한 전류제한을 위해서는 2차 클래드층을 낮은 도핑 농도(약 1016이하 정도)의 단일층 또는 pnpn싸이리스터(thyristor)구조를 갖는 다층의 CBL(Current Blocking Layer)을 사용하여 형성할 수 있다.
다음에 제7도 (e)에 도시한 바와 같이 상기 유전막을 제거하고 칩제작공정을 거쳐 BH구조의 레이저다이오드 단일칩을 제조한다. 이와 같이 제작된 BH구조의 레이저다이오드는 장시간 동작에 대한 고신뢰성을 가지게 되며, 기본적으로 활성층에 수직 및 수평방향으로 실굴절율 가이딩에 의한 강한 광제한과 전류제한이 이루어져 단일모드의 저전류발진이 가능한 반도체레이저가 된다.
다음에 제8도를 참조하여 본 발명의 제3실시예를 설명한다.
제8도에 도시한 본 발명의 제3실시예에 의한 반도체 레이저다이오드는 상기 제1실시예의 TM층 재성장으로 제작된 반도체 레이저다이오드와 제2실시예의 BH구조의 레이저 다이오드를 결합한 구조를 가지는 것으로, 제8도 (a)는 레이저 다이오드의 사시도를 나타낸것이고, 제8도 (b)는 제8도 (a)의 A-A'단면도로서 TM층이 재성장된 면을 나타낸 것이고, 제8도 (c)는 제8도 (a)의 B-B'단면도로서 2차 클래드층이 재성장된 면을 나타낸 것이다.
본 발명의 제3실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드 제조방법은 상술한 제1실시예 및 제2실시예의 제조방법과 동일한 것으로, 제1실시예와 제2실시예의 제조방법을 동시에 수행하여 레이저 다이오드를 제작한다. 이와 같이 제작된 레이저 다이오드는 TM층 재성장에 의한 레이저다이오드의 장접인 COD레벨이 높아 고출력 동작이 가능한 점과 BH구조의 레이저다이오드의 장점인 단일모드에서의 저전류 발진이 가능하다는 점을 모두 갖추게 된다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, LPE방법의 특성인 액상식각을 이용하여 DH구조를 식각한 후 곧바로 공기에 노출되지 않은 상태에서 재성장이 이루어지게 되므로 손쉽게 고신뢰성을 갖는 반도체 레이저를 제작할 수 있게 된다.
본 발명의 액상식각방법은 식각 및 재성장이 필요한 반도체공정 전반에 걸쳐 적용이 가능하다.

Claims (8)

  1. 기판상에 반도체층을 형성하는 단계와,상기 반도체층상에 유전막을 형성하는 단계, 상기 유전막을 선택적으로 식각하여 상기 반도체층의 소정부분을 노출시키는 단계, 및 상기 기판을 LPE리액터에 장착시키고 액상식각법에 의해 상기 유전막을 마스크로 하여 상기 노출된 반도체층을 선택적으로 식각하고 연속적으로 상기 식각된 부분에 LPE에 의해 반도체층을 재성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저 제조방법.
  2. 기판상에 n형 클래드층과 활성층 및 p형 클래드층을 차례로 성장시켜 더블헤테로 구조를 형성하는 단계와, 상기 p형 클래드층상부에 유전막을 형성하는 단계, 상기 유전막을 선택적으로 식각하여 상기 p형 클래드층의 소정부분을 노출시키는 단계, 및 상기 기판을 LPE리액터에 장착시키고 액상식각법에 의해 상기 노출된 부분의 더블 헤테로구조층 기판부위까지 선택적으로 식각하고 연속적으로 상기 식각된 부분에 LPE에 의해 반도체층을 재성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유전막이 선택적으로 제거되는 부분은 레이저 다이오드의 벽개면에 해당하는 부분임을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 유전막이 선택적으로 제거되는 부분은 레이저 다이오드의 활성층을 수평방향으로 전류제한하는 전류제한층이 형성되는 채널부위임을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 유전막이 선택적으로 제거되는 부분은 레이저 다이오드의 벽개면과 레이저 다이오드의 활성층을 수평방향으로 전류제한하는 전류제한층이 형성되는 채널부위임을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 식각된 부분에 재성장되는 반도체층은 상기 활성층보다 굴절율이 낮고 에너지갭이 큰 물질을 성장시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 식각된 부분에 재성장되는 반도체층은 레이저 다이오드의 TM층임을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 식각된 부분에 재성장되는 반도체층은 전류제한층인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200425327A (en) 2003-02-21 2004-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and apparatus for liquid etching
DE10323860A1 (de) * 2003-03-28 2004-11-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaservorrichtung und Herstellungsverfahren
CN109830488B (zh) * 2017-11-23 2021-02-19 国科光芯(海宁)科技股份有限公司 光束成像装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55162288A (en) * 1979-06-04 1980-12-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Manufacture of buried type photosemiconductor device
JPS56112786A (en) * 1980-02-08 1981-09-05 Nec Corp Manufacture of semiconductor laser
NL8104068A (nl) * 1981-09-02 1983-04-05 Philips Nv Halfgeleiderlaser.
NL8401172A (nl) * 1984-04-12 1985-11-01 Philips Nv Halfgeleiderlaser.
JPS63158888A (ja) * 1986-12-23 1988-07-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レ−ザ装置の製造方法
DE3731312C2 (de) * 1987-09-17 1997-02-13 Siemens Ag Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laserdioden
JPH0298989A (ja) * 1988-10-06 1990-04-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ製造方法
JPH03165086A (ja) * 1989-11-24 1991-07-17 Canon Inc リッジレーザの製造方法
US5413956A (en) * 1992-03-04 1995-05-09 Sharp Kabushiki Kaisha Method for producing a semiconductor laser device
JPH07111357A (ja) * 1993-10-05 1995-04-25 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザの製造方法

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