KR100239498B1 - Method for manufacturing semiconductor laser diode - Google Patents

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    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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Abstract

반도체 레이저 다이오드 제조방법은 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조시 세 번의 화학 식각 공정과 세 번의 에피택시 성장 공정 등의 공정을 단순화시키기 위한 것으로서, 제1도전형 기판 위에 언도프트된 AlGaAs층과 언도프트된 GaAs층과 다음 공정에서 선택적 성장에 필요한 마스크 및 전류 차단막으로 사용하기 위한 절연막을 차례로 증착하는 공정과, 포토 에치 공정으로 상기 절연막의 중앙 부근을 직사각 형태로 제거하고 이를 마스크로 하여 기판 표면까지 식각하는 공정과, 식각된 직사각 형태의 부위에 차례로 제1도전형 클래드층, 활성층, 제2도전형 클래드층, 고농도 제1도전형 캡층을 증착하는 공정과, 상기 고농도 제1도전형 캡층 위와 기판 아래에 각각 제2도전형 전극과 제1도전형 전극을 형성하는 공정으로 이루어짐에 그 요지가 있다.The method of manufacturing a semiconductor laser diode is to simplify three chemical etching processes and three epitaxial growth processes in manufacturing a semiconductor laser diode according to the prior art, and includes an undoped AlGaAs layer and an undoped layer on a first conductive substrate. Depositing a GaAs layer and an insulating film for use as a mask and a current blocking film for selective growth in a subsequent process, and removing the vicinity of the center of the insulating film in a rectangular shape by a photo etch process and etching to the substrate surface using the mask as a mask And depositing a first conductive cladding layer, an active layer, a second conductive cladding layer, and a high concentration first conductive cap layer on the etched rectangular portions in order, and on the high concentration first conductive cap layer and below the substrate. The second conductive electrode and the first conductive electrode are respectively formed in the process. have.

Description

반도체 레이저 다이오드 제조방법Semiconductor laser diode manufacturing method

본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 고출력을 얻기 위한 복잡한 에피택시 성장 공정을 단순화시키기 위한 반도체 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor laser diodes, and more particularly to a method for fabricating a semiconductor laser diode to simplify a complex epitaxy growth process for obtaining high power.

종래의 100mV급 이상의 고출력을 얻기 위한 레이저 다이오드는 NAM-BTRS(Non-Absorbing Mirror-Buried Twin Ridge Structure)라 불리는 구조를 사용하였다.Conventional laser diodes for obtaining high power of 100mV or more used a structure called NAM-BTRS (Non-Absorbing Mirror-Buried Twin Ridge Structure).

이하, 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor laser diode manufacturing method according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.

제1(a)도 내지 제1(f)도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 공정을 나타낸 사시도로서, 제1(a)도에 도시된 바와 같이 p형 GaAs 기판(1)에 화학 식각 공정을 사용하여 1차 메사(mesa)를 형성하고, 제1(b)도에 도시된 바와 같이 전면에 n형 GaAs 전류 차단층(2)을 LPE(Liquid Phase Epitaxy)법을 이용하여 성장시킨다.1 (a) to 1 (f) are perspective views showing a process of a semiconductor laser diode according to the prior art. As shown in FIG. 1 (a), a chemical etching process is performed on a p-type GaAs substrate 1. First mesa is formed, and as shown in FIG. 1 (b), an n-type GaAs current blocking layer 2 is grown on the front surface by using a Liquid Phase Epitaxy (LPE) method.

그리고, 제1(c)도에 도시된 바와 같이 n형 GaAs 전류 차단층(2)을 화학 식각법으로 선택적 식각하여 V-홈과 2차 메사를 형성하고, 그 위에 제1(d)도에 도시된 바와 같이 LPE법을 이용하여 p형 클래드층(3), p형 가이드층(4), 활성층(5), n형 제한층(6)과 n형 버퍼층(7)을 차례로 형성한다.As shown in FIG. 1 (c), the n-type GaAs current blocking layer 2 is selectively etched by chemical etching to form V-grooves and secondary mesas. As shown, the p-type cladding layer 3, the p-type guide layer 4, the active layer 5, the n-type limiting layer 6 and the n-type buffer layer 7 are sequentially formed using the LPE method.

계속해서 제1(e)도에 도시된 바와 같이 포토 에치 공정으로 양 미러면쪽을 활성층(5)까지 제거하고, 제1(f)도에 도시된 바와 같이 전면에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapour Deposition)법으로 n형 클래드층(8)를 성장하여 평탄화시키고 그 위에 n형 콘택층(9)을 형성함으로써 레이저 다이오드가 완성된다.Subsequently, both mirror surfaces are removed to the active layer 5 by a photo etch process as shown in FIG. 1 (e), and MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) on the front surface as shown in FIG. 1 (f). The laser diode is completed by growing and planarizing the n-type cladding layer 8 by the method and forming the n-type contact layer 9 thereon.

이와 같은 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조방법은 발생된 열에 의해 미러면이 붕괴됨을 해결하여 고출력을 얻기 위한 것으로 미러면쪽에서 주입되는 전류에 의해서 발생되는 열을 억제시키기 위해 양 패시트(facet)쪽에 전류 제한층(Current blocking layer)을 두고, 활성층을 제거하여 열을 최대한 억제시켰다.The semiconductor laser diode manufacturing method according to the prior art is to solve the collapse of the mirror surface by the generated heat to obtain a high output, both sides of the facet (facet) to suppress the heat generated by the current injected from the mirror surface A current blocking layer was placed and the active layer was removed to minimize heat.

그리고, 양 미러쪽에 에너지 갭(Energy Gap)이 큰 클래드층을 두어 빛의 흡수를 최대한 방지하였다.In addition, a clad layer having a large energy gap was placed on both mirrors to prevent light absorption as much as possible.

그러나 이러한 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조방법에서는 세 번의 화학 식각 공정과 세 번의 에피택시 성장 공정이 있어 공정이 복잡하고, 양 피시트쪽 식각 후 클래드층 성장시 중앙 부위의 두께 조절이 어려울 뿐만 아니라 활성층 단면이 공기중에 노출됨으로써 산화가 일어나서 소자 특성을 저하시키는 문제점이 있다.However, the semiconductor laser diode manufacturing method according to the related art has three chemical etching processes and three epitaxial growth processes, which makes the process complicated, and it is difficult to control the thickness of the central part when the clad layer is grown after etching both the sheets. Exposing the active layer cross section to the air causes oxidation to deteriorate device characteristics.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조시 세 번의 화학 식각 공정과 세 번의 에피택시 성장 공정 등의 공정을 단순화시키기 위한 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, a semiconductor laser diode manufacturing method for simplifying the process of three chemical etching process and three epitaxy growth process in the manufacturing of semiconductor laser diode according to the prior art. The purpose is to provide.

제1(a)도 내지 제1(f)도는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 공정을 나타나내 사시도.1 (a) to 1 (f) are perspective views showing a process of a semiconductor laser diode according to the prior art.

제2(a)도 내지 제2(d)도는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다니오드의 공정을 나타나낸 단면도 및 사시도.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views and perspective views showing the process of the semiconductor laser diode according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

11 : 기판 12 : 언도프트된 Al0.45Ga0.55As층11 substrate 12 undoped Al 0.45 Ga 0.55 As layer

13 : 언도프트된 GaAs층 14 : 절연막13: undoped GaAs layer 14: insulating film

15,17 : 클래드층 16 : 활성층15,17 cladding layer 16: active layer

18 : 캡층 19,20 : 전극18: cap layer 19, 20: electrode

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조방법의 특징은, 제1도전형 기판 위에 언도프트된 AlGaAs층과 언도프트된 GaAs층과 다음 공정에서 선택적 성장에 필요한 마스크 및 전류 차단막으로 사용하기 위한 절연막을 차례로 증착하는 공정과, 포토 에치 공정으로 상기 절연막의 중앙 부근을 직사각 형태로 제거하고 이를 마스크로 하여 기판 표면까지 식각하는 공정과, 식각된 직사각 형태의 부위에 차례로 제1도전형 클래드층, 활성층, 제2도전형 클래드층, 고농도 제1도전형 캡층을 증착하는 공정과, 상기 고농도 제1도전형 캡층 위와 기판 아래에 각각 제2도전형 전극과 제1도전형 전극을 형성하는 공정으로 이루어지는데 있다.The semiconductor laser diode manufacturing method according to the present invention for achieving the above object is, the undoped AlGaAs layer and the undoped GaAs layer on the first conductive substrate and the mask and current blocking film required for selective growth in the next process A step of depositing an insulating film for use as a sequential step, a step of removing the vicinity of the center of the insulating film in a rectangular form by a photo etch process, and etching it to the surface of the substrate using the mask as a mask; Forming a cladding layer, an active layer, a second conductive cladding layer, and a high concentration first conductive cap layer, and forming a second conductive electrode and a first conductive electrode on the high concentration first conductive cap layer and under the substrate, respectively. It consists of the process of doing.

이하, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조장법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor laser diode manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2(a)도 내지 제2(d)도는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 공정을 나타낸 단면도 및 사시도로서, 제2(a)도에 도시된 바와 같이 n형 GaAs 기판(11) 위에 차례로 언도프트(Undoped)된 Al0.45Ga0.55As층(12)과 언도프트된 GaAs층(13)을 LPE 또는 MOCVD법으로 성장시키고, 그 위에 선택적으로 성장시키기 위한 마스크 및 전류 차단막으로 사용하기 위한 Si3N4또는 SiO2등의 절연막(14)을 증착한다.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views and perspective views showing a process of a semiconductor laser diode according to the present invention, which are sequentially shown on the n-type GaAs substrate 11 as shown in FIG. 2 (a). Si 3 N for use as a mask and current blocking film for growing an undoped Al 0.45 Ga 0.55 As layer 12 and an undoped GaAs layer 13 by LPE or MOCVD and selectively growing on it An insulating film 14 such as 4 or SiO 2 is deposited.

그리고, 제2(b)도에 도시된 바와 같이 포토리토그래피(photolithograph) 공정으로 절연막(14)의 중앙 소정 부분을 직사각형 모양으로 오픈시키고, 절연막(14)을 마스크로 하여 기판(11) 표면까지 식각한 다음 제2(c)도 및 제2(d)도에 도시된 바와 같이 직사각형으로 제거된 부위에 MOCVD법으로 n형 AlGaAs 클래드층(15), 활성층(16), p형 AlGaAs 클래드층(17), 고농도 P형 GaAs 캡층(18)에 걸쳐 p형 전극(19)을 형성하고, 기판(11) 아래 부분에 n형 전극(20)을 형성하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드를 제조한다.Then, as shown in FIG. 2 (b), a predetermined portion of the center of the insulating film 14 is opened in a rectangular shape by a photolithograph process, and the insulating film 14 is used as a mask to the surface of the substrate 11. After etching, the n-type AlGaAs cladding layer 15, the active layer 16, and the p-type AlGaAs cladding layer were removed by MOCVD on the portions removed in a rectangular shape as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d). 17), the p-type electrode 19 is formed over the high concentration P-type GaAs cap layer 18, and the n-type electrode 20 is formed below the substrate 11 to manufacture the semiconductor laser diode according to the present invention.

여기서, 제2(c)도는 제2(b)도에 도시된 바와 같은 직사각형 모양 중 폭이 좁은 부분인 A-A' 단면도이고, 제1(d)도는 제2(b)도에 도시된 바와 같은 직사각형 모양 중 폭이 넓은 부분인 B-B' 단면도이다.FIG. 2 (c) is a cross-sectional view taken along line AA ′, which is a narrow portion of the rectangular shape as shown in FIG. 2 (b), and FIG. 1 (d) is a rectangle as shown in FIG. 2 (b). BB 'section which is wide part of shape.

이와 같은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는 종래 기술에 따른 NAM-BTRS가 갖고 있는 특징을 모두 포함하고 있다.Such a semiconductor laser diode according to the present invention includes all of the features of the prior art NAM-BTRS.

즉, 기판의 중앙 부근에 형성된 DH(Double Heterostructure)로만 주입된 전류가 흐르게 되고 양 패시트쪽에 형성된 언도프트 AlGaAs층은 에너지 갭을 충분히 크게 함으로써, 발광시에 발생되는 포톤(photon)의 흡수를 억제하는 NAM의 역할을 하게 되고, 패시트쪽의 AlGaAs는 언도프트하였으므로 저항이 커서 전류는 중앙 부위로만 제한시키는 역할을 한다.That is, the current injected only to the DH (Double Heterostructure) formed near the center of the substrate flows, and the undoped AlGaAs layer formed on both facets sufficiently enlarges the energy gap, thereby suppressing the absorption of photons generated during light emission. It acts as a NAM, and AlGaAs on the facet side is undoped, so the resistance is large, limiting the current to only the central portion.

따라서, 미러면에서 발생할 수 있는 열을 충분히 억제시킬 수 있어 고출력을 좌우하는 COD(Catastrophic Optical Damage) 레벨을 키워 100mW 이상의 출력을 얻는다.Therefore, it is possible to sufficiently suppress the heat that can be generated in the mirror surface to increase the COS (Catastrophic Optical Damage) level that influences the high output to obtain an output of 100mW or more.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조방법은 공정을 단순화시키고, 활성층을 공기중에 노출시키지 않게 되어 산화에 의한 소자의 특성 저하를 억제하며, 전류 제한층을 두지 않고도 전류 제한을 충분히 할 수 있을 뿐만 아니라 기판 자체의 디펙트 수준이 낮은 n형 기판을 사용할 수 있는 등의 효과가 있다.As described above, the method for manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention simplifies the process, prevents the active layer from being exposed to air, suppresses the deterioration of device characteristics due to oxidation, and provides sufficient current limitation without providing a current limiting layer. In addition, the n-type substrate having a low defect level of the substrate itself can be used.

Claims (1)

제1도전형 기판 위에 언도프트된 AlGaAs층과 언도프트된 GaAs층과 다음 공정에서 선택적 성장에 필요한 마스크 및 전류 차단막으로 사용하기 위한 절연막을 차례로 증착하는 공정과; 포토 에치 공정으로 상기 절연막의 중앙 부근을 직사각 형태로 제거하고 이를 마스크로 하여 기판 표면까지 식각하는 공정과; 식각된 직사각 형태의 부위에 차례로 제1도전형 클래드층, 활성층, 제2도전형 클래드층, 고농도 제1도전형 캡층을 증착하는 공정과; 상기 고농도 제1도전형 캡층 위와 기판 아래에 각각 제2도전형 전극과 제1도전형 전극을 형성하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.Depositing an undoped AlGaAs layer, an undoped GaAs layer on the first conductive substrate, and an insulating film for use as a mask and current blocking film for selective growth in a subsequent step; A step of removing the vicinity of the center of the insulating film in a rectangular form by a photo etch process and etching the substrate to the surface of the substrate; Depositing a first conductive cladding layer, an active layer, a second conductive cladding layer, and a high concentration of the first conductive cladding layer on an etched rectangular portion in order; And forming a second conductive electrode and a first conductive electrode on the high concentration first conductive cap layer and under the substrate, respectively.
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