KR100253172B1 - Laser diode for multi wavelength - Google Patents
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Abstract
Description
제1도의 (a) 내지 (c)는 종래의 반도체 레이저 다이오드 제조공정을 보인 단면도.(A)-(c) of FIG. 1 is sectional drawing which shows the conventional semiconductor laser diode manufacturing process.
제2도의 (a) 내지 (r)는 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드 제조공정을 보인 단면도.(A)-(r) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor laser diode for multiple wavelengths of this invention.
제3도는 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드 입체 구조도.3 is a three-dimensional structure diagram of a semiconductor laser diode for multiple wavelengths of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 기판 2 : 버퍼층1 substrate 2 buffer layer
3 : 전류제한층 10 : 산화방지층3: current limiting layer 10: antioxidant layer
11 : 절연막 4, 6, 12, 14, 17, 18 : 클래드층11: insulating film 4, 6, 12, 14, 17, 18: cladding layer
5, 13, 15, 16 : 활성층 7 : 캡층5, 13, 15, 16: active layer 7: cap layer
8, 9 : 전극 20, 21, 22 : 레이저 다이오드 격자층8, 9: electrodes 20, 21, 22: laser diode lattice layer
본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 동일 기판상에서 서로 다른 파장을 동시에 사용 가능하도록 한 다수의 파장용 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor laser diodes, and more particularly to a plurality of wavelength semiconductor laser diodes which allow different wavelengths to be simultaneously used on the same substrate.
제1도의 (a) 내지 (c)는 종래의 반도체 레이저 다이오드 제조공정을 보인 단면도로서 이를 참조하여 종래 반도체 레이저의 제조단위공정 및 문제점을 설명하면 다음과 같다.(A) to (c) of FIG. 1 are cross-sectional views illustrating a conventional semiconductor laser diode manufacturing process, which will be described below with reference to the manufacturing unit process and problems of the conventional semiconductor laser.
웨이퍼(Wafer)준비 공정을 통해 청결하고 잘 건조된 기판(1)위에 그 기판(1)과 동일형의 불순물로 도핑된 버퍼층(2)과 전류 제한층(3)을 금속-유기물 화학 기상 증착법(Metal Ogranic Chemical Vapor Deposition : MOCVD)으로 증착한후 그 전류 제한층(3)위에 포토레지스터(Photo - Resist : PR)를 도포하고 자외선(UV)을 이용하여 상기 버퍼층(2) 경계까지 선택적 식각하여 제1도의 (a)와 동일한 구조로 제조하고, 이후 상기의 과정을 통해 노출된 버퍼층(2)위에 액상에피텍시(Liquid Phase epitaxy) 성장법으로 클래드층(4)을 형성하고, 그 위에 비도핑된 활성층(5)과 클래드층(6) 및 캡층(7)을 순차로 형성한다.A metal-organic chemical vapor deposition method is performed on a clean and well-dried substrate 1 through a wafer preparation process and a buffer layer 2 and a current limiting layer 3 doped with impurities of the same type as the substrate 1. After deposition by Metal Ogranic Chemical Vapor Deposition (MOCVD), a photoresist (PR) is applied on the current limiting layer (3) and selectively etched to the boundary of the buffer layer (2) by using ultraviolet (UV) light. It is manufactured in the same structure as in (a) of FIG. 1, and then the clad layer 4 is formed on the exposed buffer layer 2 by the liquid phase epitaxy growth method, and undoped thereon. The formed active layer 5, the cladding layer 6 and the cap layer 7 are sequentially formed.
이후 상기 기판(1) 하부와 캡층(7) 상부에 각층(1)(7)과 동일한 형의 전극(8)(9)을 일렉트론 빔(E-beam evaporator)을 이용하여 제1도의 (c)와 동일하게 제조한다.Subsequently, the electrodes 8 and 9 of the same type as the layers 1 and 7 are formed on the lower portion of the substrate 1 and the cap layer 7 by using an E-beam evaporator. Prepare the same as.
상기의 과정을 통해 제조된 종래 반도체 레이저 다이오드의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the conventional semiconductor laser diode manufactured by the above process is as follows.
반도체 레이저 다이오드의 전극(8)(9)에 전원을 인가하면 클래드층(4)(6)에서 생성된 전자와 홀은 채널을 통해 흘러 활성층(5)에서 전자-홀쌍(Electron-Hole pair : EHP)을 형성하여 레이저 빔을 방출한다.When power is applied to the electrodes 8 and 9 of the semiconductor laser diode, electrons and holes generated in the cladding layers 4 and 6 flow through the channel, and an electron-hole pair (EHP) in the active layer 5 is applied. ) To emit a laser beam.
이상에서 설명한 종래의 반도체 레이저 다이오드는 동시에 서로 다른 파장의 빔을 얻기 위해 각각의 소자를 개별 제조하며, 조립공정시 하나의 칩이 아니므로 집적도를 저하시키는 한편 구동시 서로 다른 특성으로 인해 소자가 안정되지 못해 소자의 특성을 저하시키는 문제점이 있었다.In the conventional semiconductor laser diode described above, each device is manufactured separately to obtain beams having different wavelengths at the same time, and since it is not a single chip during the assembly process, the density is reduced and the devices are stable due to different characteristics during driving. There was a problem in that the deterioration of the device characteristics.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 동일한 기판에 서로 다른 파장의 광을 방출하는 각각의 소자를 제조하여 구동시 안정된 광출력으로 소자의 특성을 개선하고, 조립 공정시 부피를 줄여 집적도를 향상시키고자 한다.In view of the above-mentioned problems, the present invention manufactures each device that emits light of different wavelengths on the same substrate, and improves the characteristics of the device with stable light output during driving, and reduces the density during the assembly process. I want to improve.
제2도의 (a) 내지 (r)는 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드 제조공정을 보인 단면도로서 이와 본 발명의 입체 구조도인 제3도를 참조하여 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드 구조 및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.(A) to (r) of FIG. 2 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor laser diode for multiple wavelengths of the present invention, and the semiconductor laser diode structure for the multiple wavelengths of the present invention with reference to FIG. Detailed description of the effect is as follows.
웨이퍼(Wafer) 준비 공정을 통해 청결하고 잘 건조된 기판(1)상에 그 기판(1)과 동일형의 불순물이 3 × 1018/㎠ 농도로 도핑된 CaAs의 버퍼층(2)을 두께 1㎛ 정도로 성장시킨 다음 그 버퍼층(2)과 동일형의 불순물이 5 × 1017/㎠의 농도로 도핑된 Al0.45Ga0.55As의 클래드층(4)을 두께 0.8㎛ 정도로 성장시키고 그 클래드층(4) 알루미늄(Al)의 산화방지를 위해 GaAs의 산화방지층(10)을 두께 80∼100Å 정도 성장시켜 제2도의 (a)와 동일한 구조로 제조한다. 이후 상기 산화방지층(10)위에 포토레지스터(Photo-Resist : PR) 도포한 후 사진 식각공정(PhotoLithography)으로 상기 산화방지층(10)과 클래드층(4) 일부를 선택적 식각하여 상기 버퍼층(2) 일부를 노출시켜 제2도의 (b)와 동일한 구조로 제조한다.A 1 μm thick buffer layer 2 of CaAs doped with impurities of the same type as the substrate 1 at a concentration of 3 × 10 18 / cm 2 on the clean and well-dried substrate 1 through a wafer preparation process After the growth of the cladding layer 4 of Al 0.45 Ga 0.55 As doped with impurities of the same type as the buffer layer 2 at a concentration of 5 × 10 17 / cm 2, the thickness of the cladding layer 4 was increased. In order to prevent oxidation of aluminum (Al), an anti-oxidation layer 10 of GaAs is grown to a thickness of about 80 to 100 GPa and manufactured in the same structure as in FIG. Thereafter, a photoresist (PR) is applied on the antioxidant layer 10 and then a portion of the buffer layer 2 is selectively etched by photolithography using a photolithography process. To obtain the same structure as in (b) of FIG.
이후 상기 산화방지층(10)과 상기의 과정으로 노출된 버퍼층(2) 표면에 산화막(SiO2) 또는 질화막(Si3N4) 등의 절연막(11)을 전면에 증착하여 제2도의 (c)와 동일한 구조로 제조한 후 상기 버퍼층(2) 위의 절연막(11)을 식각하고, 그 버퍼층(2)과 동일한 불순물이 5× 1017/㎠의 농도로 도핑된 1n0.52(Ga0.5Al0.4)0.48P의 클래드층(12)을 증착하여 제2도의 (d)와 동일한 구조로 제조한다. 이후 제2도의 (e)와 동일한 구조로 제조하기 위해 상기 절연막(11)을 제거한 다음 상기 산화 방지층(10) 위 전면에 비도핑된 GaAs를 두께 0.1㎛ 정도로 증착하여 활성층(13)을 형성하고, 그 활성층(13) 위에 상기 클래드층(12)과 반대의 불순물형이 5× 1017/㎠ 농도로 도핑된 Al0.45Ga0.55As의 클래드층(14)을 두께 0.5㎛ 정도로 증착한후 그 클래드층(14) 위에 산화방지층(10')을 형성한다. 이후 상기 산화방지층(10') 위에 산화막(SiO2) 또는 질화막(Si3N4) 등의 절연막(11)을 증착한후 사진식각공정을 통해 상기 절연막(11), 산화방지층(10'), 클래드층(14), 활성층(13)의 일부를 식각하여 제2도의 (f)와 동일하게 제조한다. 이후 상기 산화방지층(10')과 클래드층(12)을 노출시킨 다음 그 위에 활성층(15)을 형성하고, 그 위에 클래드층(14)과 산화방지층(10') 및 절연막(11)을 증착하여 제2도의 (g)와 동일한 구조로 제조한다.Thereafter, an insulating film 11 such as an oxide film (SiO 2 ) or a nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited on the entire surface of the antioxidant layer 10 and the surface of the buffer layer 2 exposed by the above process. was prepared with the same structure, the buffer layer (2) etching the insulating film 11 above, and the buffer layer 2, the same impurity is doped at a concentration of 5 × 10 17 / ㎠ 1n 0.52 (Ga 0.5 Al 0.4) 0.48 P of cladding layer 12 is deposited to fabricate the same structure as in FIG. Thereafter, the insulating layer 11 is removed to manufacture the same structure as in FIG. 2 (e), and then the active layer 13 is formed by depositing undoped GaAs on the entire surface of the antioxidant layer 10 in a thickness of about 0.1 μm. On the active layer 13, a cladding layer 14 of Al 0.45 Ga 0.55 As doped with an impurity type opposite to the cladding layer 12 at a concentration of 5 × 10 17 / cm 2 was deposited to a thickness of about 0.5 μm, and then the cladding layer An anti-oxidation layer 10 'is formed over (14). Thereafter, an insulating film 11 such as an oxide film (SiO 2 ) or a nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited on the antioxidant layer 10 ′, and then the insulating film 11, the antioxidant layer 10 ′, A part of the cladding layer 14 and the active layer 13 is etched and manufactured in the same manner as in FIG. Thereafter, the antioxidant layer 10 'and the cladding layer 12 are exposed, and then an active layer 15 is formed thereon, and the cladding layer 14, the antioxidant layer 10' and the insulating film 11 are deposited thereon. It is manufactured in the same structure as in (g) of FIG.
이후 상기 클래드층(12) 위의 활성층(15), 클래드층(14), 산화방지층(10') 및 절연막(11)을 사진 식각공정을 통한 선택적 식각으로 그 클래드층(12)을 노출시켜 제2도의 (h)와 동일한 구조로 제조한 다음 상기 식각공정을 통해 노출된 클래드층(12) 위에 비도핑된 GaAs의 활성층(16)을 두께 0.1㎛ 정도로 성장시키고, 그 위에 상기 클래드층(14)과 반대형의 불순물로 도핑된 클래드층(17)을 증착시킨후 산화방지층(10')과 절연막(11)을 형성시켜 제2도의 (i)와 동일한 구조로 제조한다. 이후 상기의 과정을 통해 형성한 절연막(11)을 마스크와 포토레지스터를 이용한 선택적 식각에 의해 패턴 구조를 형성하고 상기 절연막(11)이 존재하지 않은 산화방지층(10') 위에 3 × 1018/㎠ 농도로 도핑된 GaAs의 전류제한층(3')을 두께 1㎛ 정도로 증착하여 제2도의 (j)와 동일한 구조로 제조한다.Then, the clad layer 12 is exposed by selectively etching the active layer 15, the clad layer 14, the antioxidant layer 10 ′, and the insulating layer 11 on the clad layer 12 by a photolithography process. The active layer 16 of undoped GaAs is grown to a thickness of about 0.1 μm on the clad layer 12 which is manufactured in the same structure as in FIG. 2 (h) and then exposed through the etching process, and the clad layer 14 is disposed thereon. After depositing the cladding layer 17 doped with impurities of the opposite type to the anti-oxidation layer 10 'and the insulating film 11 is formed to have the same structure as in (i) of FIG. Subsequently, the insulating film 11 formed through the above process is formed by a selective etching using a mask and a photoresist to form a pattern structure, and the 3 × 10 18 / ㎠ on the antioxidant layer 10 'where the insulating film 11 is not present. A current limiting layer 3 'of GaAs doped at a concentration is deposited to a thickness of about 1 μm to prepare a structure similar to (j) of FIG.
이후 상기의 과정을 통해 패턴을 형성한 절연막(11)을 제거한후 상기 전류제한층(3') 위에 Al0.55GaAs0.45As에 5 × 1017/㎠ 농도로 도핑된 클래드층(18)을 두께 0.5㎛로 형성하고 그 위에 5 × 1018/㎠ 이상의 농도로 도핑된 GaAs의 캡층(7)을 두께 1㎛로 성장시켜 제2도의 (k)와 동일한 구조로 제조한 다음 상기 캡층(7) 위에 산화막(SiO2) 또는 질화막(Si3N4)등의 절연막(11)을 증착하고, 다시 그 절연막(11) 위에 포토레지스터(PR)를 도포한 후 선택적 식각으로 상기 캡층(7)을 노출시켜 제2도의 (l)와 동일한 구조로 제조하고, 상기의 과정을 통해 형성된 절연막(11), 캡층(7), 클래드층(18) 및 전류제한층(3')을 산화방지층(10') 경계까지 식각하여 그 산화방지층(10')을 노출시켜 제2도의 (m)와 동일한 구조로 제조한다. 이후 상기 노출된 산화방지층(10') 위에 절연막(11)을 증착후 선택적 식각에 의해 패턴을 형성하여 제2도의 (n)와 동일한 구조로 제조한다.Thereafter, after removing the insulating layer 11 having a pattern through the above process, the cladding layer 18 doped with Al 0.55 GaAs 0.45 As at a concentration of 5 × 10 17 / cm 2 on the current limiting layer 3 'is 0.5 in thickness. A cap layer 7 of GaAs formed to a thickness and doped at a concentration of 5 × 10 18 / cm 2 or more thereon was grown to a thickness of 1 μm to prepare the same structure as in FIG. 2 (k), and then an oxide film on the cap layer 7. An insulating film 11 such as (SiO 2 ) or a nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited, a photoresist PR is applied on the insulating film 11, and the cap layer 7 is exposed by selective etching. The insulating film 11, the cap layer 7, the clad layer 18, and the current limiting layer 3 'formed through the above-described process and manufactured in the same structure as shown in (l) of FIG. 2 to the boundary of the anti-oxidation layer 10' Etching is performed to expose the anti-oxidation layer 10 'and manufactured in the same structure as in FIG. After that, after the insulating film 11 is deposited on the exposed antioxidant layer 10 ′, a pattern is formed by selective etching to fabricate the same structure as in (n) of FIG. 2.
상기의 과정을 통해 형성된 패턴 구조의 절연막(11)과 노출된 산화방지층(10') 위에 전류제한층(3')을 증착한다.The current limiting layer 3 ′ is deposited on the insulating film 11 having the pattern structure formed through the above process and the exposed antioxidant layer 10 ′.
이때 전류제한층(3')은 절연막(11) 위에는 형성되지 않으며, 이후 상기 절연막(11)을 제거하여 제2도의 (o)와 동일한 구조로 제조하고 나서 상기 전류제한층(3') 위에 클래드층(18)과 캡층(7)을 상기와 동일한 두께로 증착한후 상기 캡층(7) 위의 절연막(11)을 제거하여 제2도의 (p)와 동일하게 제조한다. 이후 상기 캡층(7) 위에 포토레지스터(PR)를 도포하고 표면구조 결정을 위해 선택적 식각으로 패턴을 형성한 후 상기 버퍼층(2)의 일정 두께까지 식각하여 서로 다른 과정을 갖는 레이저 다이오드 제조를 위해 경계를 형성하여 제2도의 (q)와 동일한 구조로 제조한다. 상기의 과정을 통해 분리된 격자층의 측면과 캡층(7) 일부에 포토레지스터(PR)를 도포후 상기 캡층(7)과 동일형의 일렉트론 빔(E-beam)법으로 증착하고 상기 기판(1) 위에 그 기판(1)과 동일형의 금속을 증착한후 상기 포토레지스터(PR)를 박리시켜 전극(8)(9)을 형성하여 제2도의 (r)와 동일한 구조로 제조한다.At this time, the current limiting layer 3 'is not formed on the insulating film 11, and then the insulating film 11 is removed to manufacture the same structure as in (o) of FIG. 2, and then the cladding on the current limiting layer 3'. After the layer 18 and the cap layer 7 are deposited to the same thickness as above, the insulating film 11 on the cap layer 7 is removed to prepare the same as in FIG. Then, a photoresist (PR) is applied on the cap layer (7), a pattern is formed by selective etching to determine the surface structure, and then etched to a certain thickness of the buffer layer (2) boundary for manufacturing a laser diode having a different process To form the same structure as in (q) of FIG. After applying the photoresist (PR) to the side of the lattice layer and a portion of the cap layer 7 separated through the above process and deposited by the same electron beam (E-beam) method of the cap layer 7 and the substrate (1) After depositing a metal of the same type as the substrate 1 on the substrate), the photoresist (PR) is peeled off to form electrodes (8) (9) to produce the same structure as in (r) of FIG.
상기의 전과정을 통해 제조된 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드는 제3도에 도시한 바와같이 기판(11) 하부에 전극(9)이 형성되고, 그 상부에 버퍼층(2)이 형성되며, 그 버퍼층(2) 위에 서로 다른 파장을 각기 출력하는 다이오드 격자층(20)(21)(22)이 형성되고, 다이오드 격자층(20)(21)(22) 상부에 전극(8)이 공통 형성된다.In the multi-wavelength semiconductor laser diode of the present invention manufactured through the above process, as shown in FIG. 3, an electrode 9 is formed below the substrate 11, and a buffer layer 2 is formed thereon. Diode lattice layers 20, 21 and 22 are respectively formed on the buffer layer 2 to output different wavelengths, and electrodes 8 are commonly formed on the diode lattice layers 20, 21 and 22. do.
상기 다이오드 격자층(20)(21)(22)은 버퍼층(2) 위에 클래드층(4)(12) 산화방지층(10)과 서로 다른 활성층(13)(15)(16) 및 클래드층(14)(17)이 형성되고, 그 클래드층(14)(17) 위에 전류제한층(3), 클래드층(18) 및 캡층(7)이 구비된 구조이다.The diode lattice layers 20, 21, and 22 are formed on the buffer layer 2 and the active layers 13, 15, 16 and the cladding layer 14 which are different from the cladding layers 4, 12 and the antioxidant layer 10. ) 17 is formed, and the current limiting layer 3, the cladding layer 18, and the cap layer 7 are provided on the cladding layers 14 and 17.
상기와 같은 과정을 통해 제조된 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드의 동작은 종래의 레이저 다이오드와 동일하게 전극(8)(9)에 전원을 인가하면 클래드층(4)(12)을 통한 전자와 홀은 활성층(13)(15)(16)에서 전자 홀쌍(EHP)을 형성하여 광을 방출한다.The operation of the multi-wavelength semiconductor laser diode of the present invention manufactured by the above process is performed through the cladding layers 4 and 12 when power is applied to the electrodes 8 and 9 in the same manner as the conventional laser diode. And holes form electron hole pairs (EHPs) in the active layers 13, 15 and 16 to emit light.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 다수 파장용 반도체 레이저 다이오드는 한 개의 기판에 서로 다른 파장의 광을 출력할 수 있어 단일 칩 형성이 집적도를 향상시키고, 많은 광원이 필요한 기기에 사용할 수 있어 제품의 호환성을 향상시키며, 한공정으로 여러 파장용 레이저 다이오드를 제조할 수 있어 공정의 단순화로 제조시 원가를 절감하는 효과가 있다.As described in detail above, the multi-wavelength semiconductor laser diode of the present invention can output light of different wavelengths on a single substrate, so that the formation of a single chip improves the integration degree and can be used in a device requiring many light sources. It improves compatibility and can manufacture laser diodes for multiple wavelengths in one process, which reduces the manufacturing cost by simplifying the process.
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Cited By (1)
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KR20040005269A (en) * | 2002-07-09 | 2004-01-16 | 엘지이노텍 주식회사 | Dual-wavelength laser diode and method for fabricating thereof |
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1992
- 1992-08-14 KR KR1019920014699A patent/KR100253172B1/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20040005269A (en) * | 2002-07-09 | 2004-01-16 | 엘지이노텍 주식회사 | Dual-wavelength laser diode and method for fabricating thereof |
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