KR0153585B1 - 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저 및 그의 제조방법 - Google Patents

메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

향상된 신뢰성을 가진 반도체 레이저, 반도체 레이저는 제1 도전형의 제1의 AlGaInP 크래딩층, 메사 스트라이프를 형성하는 제2 도전형의 제2의 AlGaInP 크래딩층, 도핑되지 않은 GaInP 층으로 만들어진 활성층, 도핑되지 않은 AlGaInP 층, 또는 도핑되지 않은 GaInP 서브층 및 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층의 양자 우물층을 포함하고 있다. 반도체 레이저는 메사 스트라이프를 매립하도록 메사 스트라이프의 양측에 놓여지는 AlxIn1-xP 또는 (AlyGa1-y)xIn1-xP 층으로 만들어지는 매립층을 추가로 포함하고 있다. 매립층은 제2 크래딩층보다 큰 에너지 대역 갭과 작은 굴절율을 가진다. 매립층은 메사 스트라이프의 양측과 접촉하여 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1층을 가지며, 제1영역의 Al 조성비 x 는 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정된다. 매립층은 제1영역의 하부 단부와 접촉하여 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가진다. 제2영역의 Al 조성비는 제2영역이 GaAs 격자 정합되거나 격자 정합되지 않게 설정된다.

Description

메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저 및 그의 제조방법
제1도는 종래의 반도체 레이저의 단면도.
제2도는 또다른 종래 반도체 레이저의 단면도.
제3도는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 레이저의 단면도.
제4도는 AlxIn1-xP 매립층의 Al 파단면 변동분 Δx 와 그의 성장 온도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 레이저의 단면도.
제6a도 내지 6c도는 제1실시예에 따른 반도체 레이저의 제조 방법을 도시하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : n-GaAs 기판 2 : P 크래딩층
3 : AlGaInP/GaInP 활성층 4 : 내부 크래딩층
5 : 에칭 저지층 6 : 외부 크래딩층
7 : 버퍼층 8 : P-GaAs 캡층
11 : n-AlInP 전류 차단층 또는 매립층
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 반도체 레이저와 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 레이저의 양측에 메사 스트라이프를 매립하는 AlInP 또는 AlGaInP 매립층과 메사 스트라이프층을 가진 반도체 레이저와 금속 유기 기상 에피텍시(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy : MOVPE)에 의한 반도체 레이저의 제조방법에 관한 것이다.
[종래기술의 설명]
적색의 레이저 광인 600㎚ 대역 AlGaInP 계 반도체 레이저는 콤팩트 디스크(CD), 광자기(MO) 디스크와 같은 광학 디스크의 광원으로서 중요한 역할을 한다.
이러한 부류의 반도체 레이저는 제1도에 도시한 바와 같은 구조를 가지며 MOVPE로 제조된다. 이러한 구조는 일렉트로닉스 레터 제23권, 24호의 1327쪽(1987년)에 개시되어 있다.
제1도에서, n-GaAs 기판(21)위에는 n-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5O 크래딩층(cladding layer)(22)이 형성되어 있다. n 크래딩층(22)위에는 양자우물(웰)(QW)구조를 가진 도핑되지 않은 AlGaInP/GaInP 활성층(23)이 형성되어 있다.
활성층(23)위에는 P-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 내부 크래딩층(24)이 형성되며, 내부 크래딩층(24)위에는 P-Ga0.5In0.5P 에칭 저지층(25)이 형성되어 있다.
에칭 저지층(25)위에는 P-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 외부 크래딩층(26)이 형성되어 있다. 외부 크래딩층(26) 위에는 도핑되지 않은 Ga0.5In0.5P 버퍼층(27)이 형성되어 있으며, 버퍼층(27)위에는 P-GaAs 캡층(28)이 선택적으로 형성되어 있다. 이들 세층(26, 27, 28)이 메사 스트라이프를 이룬다. 메사 스트라이프의 양측에 메사 스트라이프를 매립하도록 에칭 저지층(25)위에는 n-GaAs 전류 차단층 또는 매립층(30)이 선택적으로 형성되어 있다. 매립층(30)과 덮혀져 있지 않은 캡층(28)위에는 P-GaAs 접촉층(29)이 형성되어 있다.
이러한 종래의 반도체 레이저에 있어서, 전류 차단층 또는 매립층(30)은 에너지 대역갭이 활성층(23)보다 좁다. 이처럼, 레이저 층이 매립층(30)에 의해 흡수되기 때문에 레이저의 캐비티 또는 공진기에서 에너지 손실이 증가함으로써 외부 양자 효율이 감소하게 된다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 또다른 종래의 반도체 레이저가 제2도에 도시되어 있으며, 이러한 유형의 반도체 레이저를 리얼 인덱스 가이드 레이저(real-index guided laser)라고 부른다. 이러한 반도체 레이저에 있어서 에너지 대역갭이 AlGaInP/GaInP QW 활성층(23) 보다 넓은 AlInP 또는 AlGaInP 층이 전류 차단층 또는 매립층(30)으로 사용된다.
상기 반도체 레이저는 예를 들어 일본 특허 공개 공보 제 4-154183 호(1992년 5월)에 개시되고 있다.
제2도에 도시한 종래의 리얼 인덱스 가이드 레이저는 n-AlInP 전류 차단층(31)과 n-GaAs 캡층(32)이 n-GaAs 전류 차단층(30) 대신에 형성되어 있는 점을 제외하곤 제1도에 도시한 반도체 레이저의 구조와 동일하다.
n-AlInP 전류 차단층(31)은 메사 스트라이프의 측면과 에칭 저지층(25)의 도포되지 않은 표면을 도포하기 위해 메사 스트라이프의 양면의 에칭 저지층(25)위에 선택적으로 형성된다. 전류 차단층(31)은 메사 스트라이프의 측면과 접촉하여 연장하는 제1영역(31a)과, 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 에칭 저지층(25)의 표면을 따라 연장하는 제2영역(31b)으로 이루어져 있다.
메사 스트라이프의 양측 전류 차단층(31) 위에는 메사 스트라이프와 전류 차단층(31)을 매립하기 위해 n-GaAs 캡층(32)이 선택적으로 형성된다.
P-GaAs 접촉층(29)은 캡층(28), 전류 차단층(31), 및 n-GaAs 캡층(32)과 접촉하여 형성되어 있다.
제2도의 종래의 리얼 인덱스 가이드 반도체 레이저의 제조에 있어, 통상 상기 반도체층들에 대한 소스 재료의 성장 온도와 공급율과 같은 성장 조건은 AlxIn1-xP 또는 (AlyGa1-y)xIn1-xP 가 GaAs(001) 평면에 격자 정합되도록, 즉 구조 x 가 0.5 가 되도록 설정된다.
그러나, 이 경우에 있어, 제1영역(31a)은 메사 스트라이프의 측면들과 접촉되며, 각각의 측면은(111) 평면으로 구성되고, 제1영역은 In 이 과잉 상태로 성장된다. 즉 x 0.5 상태인데, 이는 In 원자가 Al 원자보다 격자 사이트에서 보다 용이하게 결합되기 때문이다.
따라서, 어떤 격자 스트레인(응력 변형)이 격자 부정합으로 인해 발생됨으로써, 반도체 레이저의 급작스러운 품질 저하가 발생하기 쉽다. 이는 반도체 레이저의 동작 신뢰도에 있어서는 심각한 문제이다.
한편, AlGaAs 와 AlInP 와 같은 Al 을 함유하고 있는 반도체 재료는 일반적인 MOVPE 기술에 의해 메사 스트라이프의 양면에 선택적으로 성장하기가 어렵다. 그러나, AlGaAs 의 선택적인 성장 방법이 Al 함유 반도에 재료의 성장 공정 동안에 염화수소(HCl)를 첨가함으로써 실현되었으며, 이러한 방법은 결정 성장 저널 124권 235 내지 242쪽(1992년)에 개시되고 있다.
이러한 선택적인 성장 방법에 있어, 메사 스트라이프의 측면과 접촉하는 제1영역(31a)은 Ga 과잉 상태로 성장되고 있는데, 이는 Ga 원자가 Al 원자보다 격자 사이트에서 보다 용이하게 결합되기 때문이다. 이것은 제1영역(31a)이 조성에 있어 제2영역(31b)과는 상이하다는 것을 의미한다.
AlGaAs 에 있어서, 격자 상수의 조성 종속성이 비교적 작기 때문에, 제1영역(31a)과 제2영역(31b) 사이의 조성 차이에도 불구하고 격자 스트레인의 가능성은 없다.
이와는 대조적으로, AlInP 와 AlGaInP 에 있어서, 격자 상수의 조성 종속성이 비교적 크기 때문에, 조성 차이 또는 격자 부정합으로 인한 격자 스트레인이 발생하기 쉽다. 이는 반도체 레이저의 제조 및 동작 신뢰도에 있어 심각한 문제이다.
[발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 반도체 레이저와 비교하여 동작 신뢰도가 향상된 AlInP 또는 AlGaInP 매립층을 가진 반도체 레이저와 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 레이저는 제1 도전형의 AlGaInP 제1 크래딩층과, 메사 스트라이프를 형성하는 제2 도전형의 AlGaInP 제2 크래딩층과, 도핑되지 않은 GaInP 층으로 구성된 활성층과, 도핑되지 않은 AlGaInP 층 또는 도핑되지 않은 GaInP 서브층의 양자 우물층과, 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층을 포함하고 있다.
반도체 레이저는 메사 스트라이프를 매립하기 위해 메사 스트라이프의 양측에 놓여지는 AlxIn1-xP 또는 (AlyGa1-y)xIn1-xP 층으로 구성된 매립층을 추가로 포함하고 있다.
매립층은 에너지 대역갭에 있어서는 활성층 보다 크며 굴절율에 있어서는 제2 크래딩층 보다 작다. 매립층은 메사 스트라이프와 접촉하여 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1영역을 가진다. 제1영역의 Al 파단면(fraction) x 는 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정된다.
매립층은 제1영역의 하부 단부와 결합되어 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가진다. 제2영역의 Al 파단면 x 는 제2영역이 격자 정합되거나 GaAs 격자 정합되지 않도록 설정가능하다.
본 발명에 따른 반도체 레이저에 있어서 메사 스트라이프와 접촉하여 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 매립층의 제1영역들은 GaAs 에 격자 정합된다. 그러므로, 매립층과 메사 스트라이프의 측면 사이의 인터페이스(계면)에서 격자 스트레인이 발생하지 않는다.
그 결과, 격자 스트레인으로 인한 반도체 레이저의 품질저하는 생기지 않으며, 이에따라 종래의 반도체 레이저와 비교하여 반도체 레이저의 동작 신뢰도가 향상된다.
본 발명에 따른 반도체 레이저의 제조방법은 다음과 같은 스텝을 포함하고 있다.
먼저, 제1 도전형의 제1 AlGaInP 크래딩층, 활성층, 및 제2 도전형의 제2 AlGaInP 크래딩층으로 구성된 계층구조가 형성된다. 활성층은 도핑되지 않은 GaInP 층, 도핑되지 않은 AlGaInP 층, 및 도핑되지 않은 GaInP 서브층과 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층의 양자 우물층중 하나로 만들어 진다. 활성층은 제1 크래딩층과 제2 크래딩층 사이에 샌드위치되며, 제2 크래딩층은 메사 스트라이프를 형성한다.
다음에는 550℃ 내지 620℃의 성장 온도 범위에서 Cl 함유 재료를 첨가하면서 메사 스트라이프를 매립하기 위해 메사 스트라이프의 양측에 매립층이 선택적으로 성장된다. 매립층은(AlyGa1-y)xIn1-xP 또는 AlxIn1-xP 층으로 만들어진다. 매립층은 활성층과 비교하여 에너지 대역갭에 있어서는 큰 대역갭을 가지며 굴절율에 제2 크래딩층 보다 있어서는 작은 굴절율을 가진다.
이처럼, 매립층은 메사 스트라이프와 접촉하여 메사 스트라이프를 따라 연장하는 제1영역을 가진다. 제1영역의 Al 파단면 x 는 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되거나 제2영역의 Al 파단면 x 가 제1영역의 파단면보다 작게되도록 설정된다.
매립층은 제1영역의 하부 단부와 결합되는 제2영역을 가지며 활성층을 따라 연장한다. 제2영역의 Al 파단면 x 는 제2영역이 격자되거나 GaAs 에 격자 정합되지 않도록 설정가능하다.
성장 온도가 550℃ 이하이면, 매립층은 만족스러운 품질로 성장되지 못하며, 성장 온도가 620℃ 이상이면, 제1영역의 Al 파단면 x 는 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정될 수 없다.
메사 스트라이프의 양측에 AlxIn1-xP 또는 (AlyGa1-y)xIn1-xP 매립층을 선택적으로 성장시키기 위해 Cl 함유 물질이 첨가된다.
Cl 함유 물질로서는 HCl 또는 PCl3가 양호하다. 그러나 다른 Cl 함유 물질도 사용가능하다.
본 발명의 제조방법에 있어서 Al 원자와 In 원자는 AlxIn1-xP 또는 (AlyGa1-y)xIn1-xP 매립층의 제1영역과 제2영역의 격자에서 거의 동일한 결합비로 결합된다.
그러므로, Al 파단면 x 는 제1영역에서 0.5가 되며, 동시에 제2영역에서는 0.5 또는 0.5와 거의 같게 된다. 이는 매립층이 제1영역과 제2영역에 걸쳐 거의 균일한 조성을 가짐을 의미한다.
따라서 본 발명의 방법에 따라 본 발명에 따른 반도체 레이저가 용이하게 제공된다.
[양호한 실시예의 상세한 설명]
이후, 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
[제1실시예]
제3도에는 단일 모드로 발질하는 본 발명의 제1실시예에 따른 리얼 인덱스 가이드 반도체 QW 레이저가 도시되어 있다.
제3도에 있어서, n-GaAs 기판(1)위에는 n-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 크래딩층(2)이 형성되어 있다. QW 구조를 가진 도핑되지 않은 AlGaInP/GaInP 활성층(3)은 P 크래딩층(2)위에 형성된다. 활성층(3)위에는 P-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 내부 크래딩층(4)이 형성되어 있다. 내부 크래딩층(4)위에는 P-Ga0.5In0.5P 에칭 저지층(5)이 형성되어 있다.
에칭 저지층(5)위에는 P-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 외부 크래딩층(6)이 선택적으로 형성되며, 외부 크래딩층(6)위에는 도핑되지 않은 Ga0.5In0.5P 버퍼층(27)이 형성되고, 버퍼층(7)위에는 P-GaAs 캡층(8)이 형성된다. 이들 세층(6, 7, 8)이 메사 스트라이프를 이룬다. 메사 스트라이프의 양측 에칭 저지층(5)위에는 n-AlInP 전류 차단층 또는 매립층(11)이 선택적으로 형성된다.
메사 스트라이프의 측면과 에칭 저지층(5)이 덮히지 않은 표면을 피복하기 위해 메사 스트라이프의 양측 에칭 저지층(5)위에는 n-AlInp 전류 차단층(11)이 선택적으로 형성된다.
전류 차단 또는 매립층(11)은 메사 스트라이프와 접촉되어 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1영역과, 상기 제1영역(11a)의 하부단부와 결합하여 에칭 저지층(5)의 표면을 따라 연장하는 제2영역을 가진다.
메사 스트라이프의 양측 전류 차단층위에는 메사 스트라이프의 전류 차단층(11)을 매립하기 위해 전류 차단층(11)위에는 n-GaAs 갭층(12)이 선택적으로 형성된다.
매립층(11)과 덮혀있지 않은 캡층(8) 위에는 P-GaAs 접촉층(9)이 형성되어 있으며, 접촉층(9)은 캡층(8), 전류 차단층(11), 및 캡층(12)과 접촉하고 있다.
제1영역의 Al 파단면 x 는 매립층(11)의 제1영역(11a)이 GaAs(001) 평면에 격자 정합되도록 설정된다. 즉 x=0.5 로 설정된다. 그러므로, 제1영역(11a)은 Al0.5In0.5P의 조성을 가진다.
한편, 매립층(11)의 제2영역(11b)의 Al 파단면 x 는 제2영역(11b)이 GaAs 의(001) 평면에 격자 정합되지 않도록 설정된다. 즉, x=0.43 으로 설정된다. 그러므로 제2영역(11b)은 Al0.43In0.57P 의 조성을 가진다.
상기한 메사 구조를 가진 반도체 레이저는 다음의 공정스텝으로 제조된다. 이들 공정은 감압 MOVPE 법을 이용하여 70토르(Torr)의 압력으로 행해진다. 이와 같은 제조는 매립층(11)의 성장 온도와 재료 공급율을 제외하곤 일본 특허 공개 공보 제 4-154183 호에 개시된 조건과 동일한 조건하에서 행해진다.
Al, Ga, In, P 의 소스 물질로서 트리메틸알루미늄(TMAl), 트리에틸갈륨(TEGa), 트리메틸인듐(TMIn), 및 포스핀(PH3)이 사용된다. n 형 도펀트 및 P 형 도펀트로서 디실란(Si2H6)과 디에틸징크(DEZn)가 사용된다.
매립층(11)을 성장하기 위한 공정 동안에 수소(H2)로 희석된 10% 염화수소(HCl)가 첨가되며, 캐리어 가스로서 H2가스가 사용되고, H2가스의 유속은 15 리터/초 이다.
제1성장 공정에 있어서, 2 x 1018atoms/㎤ 의 도핑 농도의 실리콘으로 도핑된 n-GaAs 기판(1)위에는 (001)평면인 표면과, 2 x 1017atoms/㎤ 의 도핑 농도의 n-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 크래딩층(2)과, 0.1㎛ 의 두께를 가진 도핑되지 않은 AlGaInP/GaInP QW 활성층(3)과, 0.2㎛ 의 두께를 가진 6 x 10-7atoms/㎤ 의 도핑 농도의 P-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 내부 크래딩층과, 5㎚ 의 두께를 가진 5 x 1017atoms/㎤ 도핑 농도의 p-Ga0.5In0.5P 에칭 저지층(5)과, 1.3㎛ 의 두께를 가진 6 x 1017atoms/㎤ 의 도핑농도의 p-(Al0.6Ga0.4)0.5In0.5P 외부 크래딩층(6)과, 10㎚ 의 두께를 가진 5 x 1017atoms/㎤ 도핑 농도의 P 형 Ga0.5In0.5P 버퍼층(7)과, 0.25㎛의 두께를 가진 1 x 1018atoms/㎤ 도핑 농도의 p-GaAs 캡층(8)이 차례로 에티텍샬 성장된다. 따라서 제6a도에 도시한 바와 같은 구조가 얻어진다.
기판 온도 또는 성장 온도는 제1 성장 공정을 통해 660℃ 로 설정된다.
다음에는 제6a도에 도시한 바와 같이 질화 실리콘(Si3N4) 막(13)이 캡층(8) 위에 형성된 다음, 포토리소그래피에 의해 6㎛ 의 폭을 가진 스트라이프가 되도록 패턴화된다. 이와 같이 마스크로서 패턴화된 Si3N4막(13)을 이용하여, 캡층(8), 버퍼층(7), 및 외부 크래딩층(6)이 제6b도에 도시한 바와 같이 메사 스트라이프가 만들어지도록 습식 에칭에 의해 선택적으로 제거된다. 에칭 작용의 끝점이 에칭 저지층(5)에 의해 결정된다.
계속해서, 제2 성장 공정에서, 0.2㎛ 와 1 x 1017atoms/㎤ 의 두께를 가진 n-AlInP 전류 차단층(11)이 메사 스트라이프의 양측 에칭 저지층(5)에서 HCl 을 첨가하면서 선택적으로 성장된다. 전류 차단층(11)은 메사 스트라이프의 측면과 에칭 저지층(5)의 피복되지 않은 표면을 덮는다.
제2 성장 공정의 V/III 유속, 매립층(11)의 제1영역(11a)을 GaAs 의 (001)평면에 격자 정합시키기 위해 즉 [TMAl/(TMAl + TMIn)]은 0.24 이다. 한편, 일본 특허 공개 공보 제 4-154183 호에 개시된 종래방법에 있어서, 제2 성장 공정의 V/III 유속은 0.26 이다.
다음에는 마스크로서 패턴화된 Si3N4막(13)을 이용하여, 0.4㎛ 와 1 x 1018atoms/㎤ 의 두께를 가진 n-GaAs 캡층(12)이 메사 스트라이프의 양측 전류 차단층(11)위에서 HCl 을 첨가하지 않으면서 선택적으로 성장된다. 제2 성장 공정에 걸쳐 성장 온도는 660℃ 이하이다. 다음에 막(13)이 제거된다.
이러한 제2 성장 공정을 통해서, 제1영역(11a)과 제2영역(11b)의 조성은 격자 상수의 차이로 인해 각각 Al0.5In0.5P 와 Al0.43In0.57P 로 된다. 그러므로, 제1영역(11a)은 GaAs 의 (001)평면에 격자 정합되나 제2영역(11b)은 격자 정합되지 않는다.
최종적으로, 제3 성장 공정에서 제6c도에 도시한 바와 같이 P-GaAs 접촉층(9)이 매립층(11)과, 캡층(8)과 접촉되는 도포되지 않은 캡층(8), 전류 차단층(11), 및 캡층(12)위에 3㎛ 와 3 x 1018atoms/㎤ 의 두께로 성장된다. 성장 온도는 제3 성장 공정에 걸쳐서 660℃ 로 설정된다.
이와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 레이저가 얻어진다.
제4도는 AlxIn1-xP 매립층(11)의 Al 파단면 변분 Δx 의 성장 온도 종속도를 도시하며, 성장 온도 종속도는 전자 프로브 마이크로분석(electron probe microanalysis : EPMA) 시스템을 이용하여 구해진다.
제4도로부터 제1영역(11a)은 제2영역(11b)과 비교하여 In 이 약 14% 과잉 상태이다. 즉 660℃ 성장 온도에서 Δx 0.14 이다. 그러므로, 제2영역(11b)이 GaAs에 격자 정합되는 제2도의 종래의 반도체 레이저에 있어서, 제1영역(11a)은 GaAs 에 격자 정합되지 않으며, 이에 따라 제1영역(11a)에서의 In 과잉 조성으로 인해 격자 스트레인이 발생한다.
이와 같이 발생된 격자 스트레인은 레이저광이 방출되는 활성층(3)에 영향을 미쳐서 반도체 레이저의 급격한 질저하 및/또는 임계 전류 증가가 일어난다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 레이저에 있어서, 제1영역(11a)에서 격자 스트레인을 억제하기 위해 층의 조성이 격자 정합된 Al0.5In0.5P 가 되도록 전류 차단층이 성장된다. 그러므로 제1영역(11a)에서는 격자 스트레인이 일어나지 않는다.
본 발명의 효과 또는 잇점을 확인하기 위해 제1실시예의 반도체 레이저와 제2도의 종래의 반도체 레이저가 실제적으로 제조된 다음 연속 동작 테스트가 행해졌다. 이 테스트에서, 50℃ 에서 100 시간 동안 일정한 30㎽ 의 광학 출력을 방출하도록 전류(약 80 내지 100㎃)가 반도체 레이저에 주입되었다.
그 결과, 제1실시예에 따른 반도체 레이저에 있어서, 거의 모든 샘플들은 100 시간 경과후 급작스러운 질저하를 나타내지 않았다. 그러나 제2도에 도시한 종래의 반도체 레이저에 있어서 거의 모든 샘플들에서 급작스러운 질저하를 나타내었다.
구체적으로 본 발명의 반도체 레이저와 종래의 반도체 레이저의 질저하율은(2/15)%와 (13/15)% 이었다.
테스트로부터, 제1실시예의 반도체 레이저는 덜 급작스러운 질저하 및 향상된 동작 신뢰도를 가진다.
[제2실시예]
제2실시예에 따른 리얼 인덱스 가이드 반도체 QW 레이저가 제5도에 도시되어 있으며, 반도체 레이저는 싱글모드로 발진한다.
제2실시예는 전체적으로 균일한 조성을 가진 전류 차단층 또는 매립층(11A)이 매립층(11) 대신에 제공되는 점 이외에는 제1실시예와 동일한 구조이다.
매립층(11A)은 전체적으로 균일한 Al0.5In0.5P 의 조성을 가진다.
제2실시예의 반도체 레이저는 제2 성장 공정의 성장온도를 제외하곤 제1실시예의 공정과 동일한 제조공정을 가진다. 제2 성장 공정동안 성장 온도는 620℃ 로 설정되는데 이는 조성차 Δx 가 620℃ 의 성장 온도에서 0 이기 때문이다(제4도를 참조).
제1 및 제2실시예에 있어서, 전류 차단층 또는 매립층(11, 11A)은 AlInP 로 만들어진다. 그러나, AlGaInP 층을 이층이 활성층(3) 보다 에너지 대역갭에 있어서는 넓고 굴절율에 있어서 크래딩층(4, 6) 보다는 작다면 층(11 또는 11A)으로 사용 가능하다.
또한, (AlyGa1-y)xIn1-xP 층의 경우, 레이저의 광도파관의 굴절율이 Al 파단면 y 를 변화시켜 자발적으로 제어가능하다는 부가적인 잇점이 있다. 이는 싱글 트랜스버스모드 발진 조건에 대해서 허용도를 확장할 수 있게 한다.
본 발명의 양호한 형태들을 기술하는 동안 당업자라면 본 발명의 사상과 유지되지 않은 변형이 가능함을 인식하였을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 오로지 이어지는 청구범위에 의해서 결정될 것이다.

Claims (12)

  1. 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저에 있어서, 제1도전형의 제1의 AlGaInP 크래딩층과, 상기 메사 스트라이프를 형성하는 제2 도전형의 제2의 AlGaInP 크래딩층과, 도핑되지 않은 GaInP 층, 도핑되지 않은 AlGaInP 층, 및 도핑되지 않은 GaInP 서브층과 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층의 양자 우물층중 하나의 층으로 만들어지며, 상기 제1 크래딩층과 상기 제2 크래딩층 사이에 샌드위치된 활성층과, AlxIn1-xP 층과 (AlyGa1-y)xIn1-xP 층중 하나로 만들어지며, 상기 메사 스트라이프를 매립하도록 상기 메사 스트라이프의 양측에 위치하는 매립층을 포함하며, 상기 매립층은 상기 활성층의 에너지 대역갭 보다는 큰 에너지 대역갭을 가지며 상기 제2 크래딩층의 굴절율 보다는 작은 굴절율을 가지며, 상기 매립층은 상기 메사 스트라이프와 접촉하여 상기 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1영역을 가지며, 상기 제1영역의 Al 조성비 x 는 상기 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 매립층은 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 상기 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가지며, 상기 제2영역의 Al 조성비 x 는 상기 제2영역이 GaAs 에 격자 정합되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 매립층은 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 상기 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가지며, 상기 제2영역의 Al 조성비 x 는 상기 제2영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저.
  4. 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저에 있어서, GaAs 기판과, 상기 기판에 형성되는 제1 도전형의 제1의 AlGaInP 크래딩층과, 도핑되지 않은 GaInP 층, 도핑되지 않은 AlGaInP 층, 및 도핑되지 않은 GaInP 서브층과 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층의 양자 우물층중 하나의 층으로 만들어지며, 상기 제1 크래딩층 위에 형성되는 활성층과, 상기 활성층 위에 형성되는 제2 도전형의 제2의 AlGaInP 크래딩층과, 상기 제2 크래딩층위에 형성된 GaInP 에칭 저지층과, 상기 에칭 저지층 위에 형성되며, 상기 메사 스트라이프를 형성하는 상기 제2 도전형의 제3의 AlGaInP 크래딩층과, 상기 메사 스트라이프를 매립하도록 상기 메사 스트라이프의 양측에 놓여지는 AlxIn1-xP 층과 (AlxGa1-y)xIn1-xP 층중 하나로 만들어지는 매립층을 포함하며, 상기 매립층은 상기 제2 크래딩층의 에너지 대역갭보다 큰 에너지 대역갭을 가지고, 상기 제2 크래딩층의 굴절율보다 작은 굴절율을 가지며, 상기 매립층은 상기 메사 스트라이프와 접촉하여 상기 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1영역을 가지며, 상기 제1영역의 Al 조성비 x 는 상기 제1영역이 GaAs에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저.
  5. 제4항에 있어서, 상기 매립층은 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 상기 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가지며, 상기 제2영역의 Al 조성비 x 는 상기 제2영역이 GaAs 에 격자 정합되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저.
  6. 제4항에 있어서, 상기 매립층은 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 상기 활성층에 따라 연장하는 제2영역을 가지며, 상기 제2영역의 Al 조성비 x 는 상기 제2영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저.
  7. MOVPE 시스템을 이용하여 행해지는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저의 제조방법에 있어서, 제1 도전형의 제1의 AlGaInP 크래딩층, 활성층 및 제2 도전형의 제2 AlGaInP 크래딩층으로 만들어지는 계층 구조를 형성하는 스텝과, 620℃ 또는 그 이하의 성장 온도에서 상기 메사 스트라이프를 매립하도록 상기 메사 스트라이프의 양측 AlxIn1-xP 층과 (AlyGa1-y)xIn1-xP 층중 하나로 만들어지는 매립층을 선택적으로 성장하는 스텝을 포함하며, 상기 활성층은 도핑되지 않은 GaInP 층, 도핑되지 않은 AlGaInP 층, 및 상기 도핑되지 않은 GaInP 서브층과 상기 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층의 양자 우물층중 하나의 층으로 만들어지며, 상기 활성층은 상기 제1 크래딩층과 상기 제2 크래딩층 사이에 샌드위치되며, 상기 제2 크래딩층은 상기 메사 스트라이프를 형성하며, 상기 매립층은 상기 제2 크래딩층의 에너지 대역갭 보다는 큰 에너지 대역갭을 가지며 상기 제2 크래딩층의 굴절율 보다는 작은 굴절율을 가지며, 상기 매립층은 상기 메사 스트라이프와 접촉하여 상기 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1영역을 가지며, 상기 제1영역의 Al 조성비 x 는 상기 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 매립층은 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 상기 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가지며, 상기 제2영역의 Al 조성비 x 는 상기 제2영역이 GaAs 에 격자 정합되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 매립층은 상기 제1영역의 하부 단부와 결합되어 상기 활성층을 따라 연장하는 제2영역을 가지며, 상기 제2영역의 Al 조성비 x 는 상기 제2영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저의 제조방법.
  10. MOVPE 시스템을 이용하여 행해지는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저에 있어서, GaAs 기판위에 제1 도전형의 제1의 AlGaInP 크래딩층을 형성하는 스텝과, 도핑되지 않은 GaInP 층, 도핑되지 않은 AlGaInP 층, 및 도핑되지 않은 GaInP 서브층과 도핑되지 않은 AlGaInP 서브층의 양자 우물층중 하나의 층으로 만들어지며, 상기 제1 크래딩층 위에 활성층을 형성하는 스텝과, 상기 활성층 위에 제2 도전형의 제2의 AlGaInP 크래딩층을 형성하는 스텝과, 상기 제2 크래딩층위에 GaInP 에칭 저지층을 형성하는 스텝과, 상기 에칭 저지층위에 상기 제2 도전형의 제3의 AlGaInP 크래딩층을 형성하는 스텝과, 상기 메사 스트라이프를 형성하도록 상기 제3 크래딩층을 선택적으로 에칭하는 스텝과, 620℃ 또는 그 이하의 성장온도에서 HCl 을 첨가하면서 상기 메사 스트라이프를 매립하도록 상기 메사 스트라이프의 양측 상기 에칭 저지층 위에 매립층을 선택적으로 선당하는 스텝을 포함하며, 상기 매립층은 AlxIn1-xP 층과 (AlyGa1-y)xIn1-xP 층중 하나로 만들어지며, 상기 매립층은 상기 활성층의 에너지 대역갭 보다는 큰 에너지 대역갭을 가지며 상기 제2 크래딩층의 굴절율 보다는 작은 굴절율을 가지며, 상기 매립층은 상기 메사 스트라이프와 접촉하여 상기 메사 스트라이프의 측면을 따라 연장하는 제1영역을 가지며, 상기 제1영역의 Al 조성비 x 는 상기 제1영역이 GaAs 에 격자 정합되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 메사 스트라이프 구조를 가진 반도체 레이저의 제조방법.
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