KR100259006B1 - 반도체 레이저소자의 제조방법 - Google Patents

반도체 레이저소자의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100259006B1
KR100259006B1 KR1019930019769A KR930019769A KR100259006B1 KR 100259006 B1 KR100259006 B1 KR 100259006B1 KR 1019930019769 A KR1019930019769 A KR 1019930019769A KR 930019769 A KR930019769 A KR 930019769A KR 100259006 B1 KR100259006 B1 KR 100259006B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
conductivity type
buffer layer
gaas
algaas
Prior art date
Application number
KR1019930019769A
Other languages
English (en)
Other versions
KR950010198A (ko
Inventor
김종렬
Original Assignee
윤종용
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤종용, 삼성전자주식회사 filed Critical 윤종용
Priority to KR1019930019769A priority Critical patent/KR100259006B1/ko
Publication of KR950010198A publication Critical patent/KR950010198A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100259006B1 publication Critical patent/KR100259006B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3202—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures grown on specifically orientated substrates, or using orientation dependent growth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/02—MBE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/942—Masking

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

계면특성이 우수한 소자를 용이하게 제작할 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조방법이 개시된다.
n형 GaAs기판상에 GaAs 버퍼층, AlGaAs 하부 클래드층, AlGaAs 활성층, AlGaAs 상부 클래드층, p형 GaAs 버퍼층, 및 n형 GaAs 전류차단층을 순차적으로 형성하는 단계; 전류차단층의 중앙 일부를 식각마스크를 이용하여 개구부를 형성하는 단계; 개구부 아래의 노출된 버퍼층을 제거하여 상부 클래드층을 노출시키는 단계; 노출된 상부 클래드층을 재성장시키는 단계; 식각마스크를 제거하는 단계; 및 결과물 전면에 p형 GaAs 콘택트층을 형성하는 단계를 구비한다. 릿지부의 높이 조절이 양호하게 되며, 릿지 상부면의 계면특성이 크게 향상된다.

Description

반도체 레이저 소자의 제조방법
제1도는 종래의 반도체 레이저 다이오드의 단면도.
제2도 내지 제6도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법의 일례를 나타내는 각 공정별 단면도.
본 발명은 반도체 레이저 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 광 디스크(optical disk)나 광자기 디스크(Magneto-Optical Disk:MOD)등의 광정보처리용 광원으로 사용되는 780nm AlGaAs 레이저 다이오드 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 물질의 열평형상태에서는 유도방출 보다도 에너지준위가 높은 상태로의 광자의 흡수가 많이 일어나지만, 일정한 방법에 의해 자연방출이 흡수를 상회하는 부(負)온도상태로 가져갈 수 있다.
레이저는 이러한 부온도상태를 이용하여 광의 발진, 증폭을 일으키는 것으로서, 가간섭성(可干涉性), 단광성(單光性), 지향성 및 고강도를 특징으로 하며, 헬륨-네온(He-Ne) 레이저나, 아르곤(Ar) 레이저와 같은 기체 레이저와 YAG레이저나 루비 레이저와 같은 고체 레이저로부터, 소형이며 고주파에서 바이어스 전류를 변조함으로써 변조가 용이한 반도체 레이저에 이르는 다양한 종류가 있다.
그 중에서도 특히 반도체 레이저 다이오드는, P-N접합을 기본으로 하여 양자 전자(Quantum Electron)의 개념을 포함하는 반도체 소자로서, 반도체 물질로 구성된 박막, 즉 활성층에 전류를 주입하여 인위적으로 전자-정공 재결합을 유도함으로써 재결합에 따르는 감소 에너지에 해당하는 빛을 발진하게 하는 것을 그 원리로 하고 있다. 상기와 같은 특성 때문에 컴팩트 디스크 플레이어(CDP)나 광학 메모리, 고속 레이저 프린터등의 정보처리기기 및 광통신용기기로서, 기존의 헬륨-네온등의 기체 레이저등을 대체하여 그 응용범위를 넓혀가고 있다.
최근 반도체 레이저의 성능은, 파장을 결정하는 재료의 개발과, 임계전류값, 광출력, 효율, 단일파장, 스펙트럼선폭 따위의 특성과 신뢰성을 결정하는 에피택셜(Epitaxial) 성장기술 (특히 종래의 액상성장법(Liquid Phase Epitaxy:LPE법)을 대신하여 유기금속 기상성장법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD) 및 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 등에 의하여 원자층 수준의 제어가 가능하게 되었다) 및 미세가공 기술의 진보에 의하여 현저한 발전을 거듭하고 있다.
한편 반도체 레이저가 전술한 MOD 시스템에 적용되기 위해서는, 1) 단파장 및 고출력, 2) 좁은 FFP(Far Field Pattern) 분포, 3) 작은 비점수차 거리, 4) 낮은 광잡음, 5) 긴 수명 등의 특성을 기본적으로 만족하여야 한다. 상기 조건을 만족시키는 구조로서, 얇은 활성층을 지닌 780nm 35mW I2SPB(Inverted Inner Stripe Laser with a p-GaAs Buffer Layer) 구조의 레이저 다이오드가 보고되었다(참조, "780nm high power laser diode fabricated by Metal Organic Chemical Vapor Deposition(MOCVD) technique", Y.Ohta.et al, SPIE Vol.1219, Laser Diode Technique and Application II, 1990,pp134-137).
제1도는 상기 오타등에 의해 개발된 종래의 I2SPB 구조의 반도체 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이다.
제1도를 참조하면, n+GaAs 기판(1)상에 n GaAs 버퍼층(2)을 개재하여 n형 Al0.45Ga0.55As 하부 클래드층(3)이 형성되어 있으며, 상기 하부 클래드층(3) 상에 p형 Al0.14Ga0.86As 활성층(4)이 0.05㎛ 정도로 얇게 형성되어 있다. 상기 활성층(4) 상에는 그 중앙부에 스트라이프상의 역-메사(inverse-mesa) 구조의 p형 Al0.45Ga0.55As 상부 클래드층(5)이 형성되어 있다. 상기 메사구조의 측벽과 접하면서 상기 상부 클래드층(5) 상으로 p GaAs 버퍼층(6)과 n+GaAs 전류차단층(7)이 형성되어 있다. 상기 메사구조의 상부면과 전류차단층(7) 위로 p+GaAs 콘택트층(8)이 형성되어 있다. 또한 도시되지 않았지만, 상기 콘택트층(8)은 p형 금속전극과 연결되며, n형 기판(1)은 n형 금속전극과 연결되어 다이오드 구조가 완성된다.
상기 오타등의 I2SPB 구조의 제조과정은, 2단계의 결정성장에 의해 제조된다. 즉, 상기 n+GaAs 기판(1)상에 MOCVD법에 의하여 1차 결정성장을 하여 n GaAs 버퍼층(2), n형 Al0.45Ga0.55As 하부 클래드층(3), p형 Al0.14Ga0.86As 활성층(4) 및 p형 Al0.45Ga0.55As 상부 클래드층(5)을 순차적으로 형성한다. 이어어, 상기 p형 Al0.45Ga0.55As 상부 클래드층(5)을 식각마스크(도시안됨)를 이용하여 식각하여 그 중앙부에 역-메사(inverse-mesa) 구조의 p형 Al0.45Ga0.55As 릿지(ridge) 스트라이프를 형성한다.
이어서 상기 식각마스크를 이용하여 선택적 재성장(selective regrowth)으로 p형 버퍼층(6)과 전류차단층(7)을 형성한다. 그 다음에 상기 식각마스크를 제거한 후, 전류차단층(7)과 릿지 상면에 상기 p형 콘택트층(8)을 2차 결정성장으로 형성시킨다. 이어서 금속전극을 양 측에 통상의 방법으로 형성한다.
상기 오타등의 I2SPB 구조에서는 전술한 유기금속 기상성장법(MOCVD)에 의해 형성된 얇고 균일한 활성층으로 인하여 고출력동작과 좁은 FFP 분포를 가진다. 또한 상기 메사 주위의 P형 버퍼층(6)과 전류차단층(7)의 결합에 따르는 강한 광 제한에 기인하여 비점수차 거리(astigmatic distance)가 매우 작아진다.
그러나 상기 오타등의 기술에서는 역-메사 구조로 식각된 p형 AlGaAs 상부 클래드층(5) 상에 p형 버퍼층(6)을 재성장하는 경우와, 상기 p형 AlGaAs 상부 클래드층(5)의 릿지 상에 p형 콘택트층(8)을 성장시키는 경우에 알루미늄을 45% 포함하는 p형 AlGaAs 상부 클래드층(5)이 쉽게 산화되기 때문에 매우 신중한 취급이 요구되어지며, 알루미늄 자연산화막이 형성되면 후속되는 에피택시 공정이 매우 어려울 뿐만 아니라 에피택시가 되더라도 계면특성이 매우 열악하게 된다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 계면특성이 우수한 소자를 용이하게 제작할 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 릿지의 깊이를 정확히 조절할 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 레이저 소자의 제조방법은, 제1도전형의 GaAs기판상에 제1도전형의 GaAs 버퍼층, AlGaAs 하부 클래드층, AlGaAs 활성층, AlGaAs 상부 클래드층, 제2도전형의 GaAs 버퍼층, 및 제1도전형의 GaAs 전류차단층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 전류차단층의 중앙 일부를 식각마스크를 이용하여 식각하여 전류가 흐를 수 있는 통로를 위한 개구부를 형성하는 단계; 상기 개구부 아래의 노출된 제2도전형의 버퍼층을 제거하여 상기 상부 클래드층을 노출시키는 단계; 상기 노출된 상기 클래드층을 소정의 높이가 되도록 재성장시키는 단계; 상기 식각마스크를 제거하는 단계; 및 상기 결과물 전면에 제2도전형 GaAs 콘택트층을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 릿지 스트라이프를 식각공정에 의해 형성하는 것이 아니라 재성장 공정에 의해 형성하기 때문에, 릿지의 두께에 대한 정확한 제어가 가능하고, 전류가 흐를 수 있는 릿지부를 선택적으로 재성장하므로 릿지상부의 계면특성이 매우 향상된다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도 내지 제6도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 제조방법의 일례를 나타내는 각 공정단계별 단면도를 나타낸다.
제2도는 n형 GaAs기판(11)상에 다수의 반도체층을 1차 결정성장으로 형성하는 단계를 나타낸다. 즉, 상기 기판(11)상에 n형 GaAs 버퍼층(12), n형 AlGaAs 하부 클래드층(13), p형 AlGaAs 활성층(14), p형 AlGaAs 상부 클래드층(15), p형 GaAs 버퍼층(16), 및 n형 GaAs 전류차단층(17)을 순차적으로 형성한다.
상기 상, 하부 클래드층의 조성비는, 예를 들어 Al0.14Ga0.55As 이며, 상기 활성층은 Al0.14Ga0.86As이다.
제3도는 상기 전류차단층(17)의 중앙 일부를 식각마스크(18)를 이용하여 식각하여 전류가 흐를 수 있는 통로를 위한 개구부(19a)를 형성하는 단계를 나타낸다. 즉, 상기 전류차단층(17)의 전면에 식각마스크층으로서, 예를 들어 실리콘산화막(Si02)을 형성한 후 통상의 사진식각공정에 의해 식각마스크(18)를 형성하고, 상기 전류차단층(17)을 식각하여 상기 p형 버퍼층(16)을 노출시키는 개구부(19a)를 형성한다.
제4도는 상기 개구부(19a) 아래의 노출된 p형 버퍼층(16)을 제거하여 확장된 개구부(19b)를 형성하는 단계를 나타낸 것이다. 이때 상기 상부 클래드층(15)의 상부면이 노출된다. 상기 p형 버퍼층(16)은, 전술한 MBE법에서는 As4플럭스(flux)를 이용한 선택적 열식각(selective thermal etching)으로, MOCVD법에서는 HCl 가스에 의한 선택적 기상식각(selective vapor phase etching)으로 제거한다.
제5도는 상기 노출된 상부 클래드층(15)을 소정의 높이가 되도록 재성장시키는 단계를 나타낸다. 이때 상기 재성장에 의해 형성되는 릿지부의 높이는 매우 정확하게 제어가 가능하며, 상기 전류차단층(17)의 높이와 같게 유지하는 것이 바람직하다. 또한 상기 p형 버퍼층(16)을 제거한 후 곧 바로 재성장시켜 양호한 표면상에 재성장이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
제6도는 상기 식각마스크(18)를 제거하고 결과물 전면에 2차 결정성장으로 p형 GaAs 콘택트층(20)을 형성하는 단계를 나타낸다. 이때 상기 릿지부의 상부면은 재성장에 의해 형성되었으므로 그 표면이 양호하여 상기 콘택트층(20)과의 계면특성이 우수하게 된다.
이하 도시되지 않았지만 통상의 방법으로 상기 n형 기판(11)에는 n형 금속전극을, p형 콘택트층(20)에는 p형 금속전극을 각각 연결하여 다이오드 소자 구조를 완성한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 릿지부의 높이를 정확히 조절할 수 있을 뿐만 아니라 릿지 상부의 계면특성이 매우 향상된다. 또한 평탄한 재성장이 용이하며, 소자의 신뢰성이 향상된다.
본 발명은 상기 실시예에 국한되지 않고 이하에서 청구되는 청구범위 내의 기술적 요지가 미치는 한 다양한 변형, 변경이 가능하다.

Claims (5)

  1. 제1도전형의 GaAs기판상에 제1도전형의 GaAs 버퍼층, AlGaAs 하부 클래드층, AlGaAs 활성층, AlGaAs 상부 클래드층, 제2도전형의 GaAs 버퍼층, 및 제1도전형의 GaAs 전류차단층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 전류차단층의 중앙 일부를 식각마스크를 이용하여 식각하여 전류가 흐를 수 있는 통로를 위한 개구부를 형성하는 단계; 상기 개구부 아래의 노출된 제2도전형의 버퍼층을 제거하여 상기 상부 클래드층을 노출시키는 단계; 상기 노출된 상기 클래드층을 소정의 높이가 되도록 재성장시키는 단계; 상기 식각마스크를 제거하는 단계; 및 상기 결과물 전면에 제2도전형 GaAs 콘택트층을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 식각마스크는 산화실리콘을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2도전형 버퍼층을 제거하는 단계는 유기금속 기상성장 공정의 염산 가스를 사용하여 선택적 기상 식각방법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2도전형 버퍼층을 제거하는 단계는 분자선 에피택시법의 As4플럭스를 사용한 선택적 열 식각 방법에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 활성층은 조성비가 Al0.14Ga0.86As 이고, 상기 상, 하부 클래드층의 조성비가 Al0.45Ga0.55As인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자의 제조방법.
KR1019930019769A 1993-09-25 1993-09-25 반도체 레이저소자의 제조방법 KR100259006B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019930019769A KR100259006B1 (ko) 1993-09-25 1993-09-25 반도체 레이저소자의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019930019769A KR100259006B1 (ko) 1993-09-25 1993-09-25 반도체 레이저소자의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR950010198A KR950010198A (ko) 1995-04-26
KR100259006B1 true KR100259006B1 (ko) 2000-06-15

Family

ID=19364619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019930019769A KR100259006B1 (ko) 1993-09-25 1993-09-25 반도체 레이저소자의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100259006B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR950010198A (ko) 1995-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1134485A (en) Strip buried heterostructure laser
GB2046983A (en) Semiconductor lasers
US4514896A (en) Method of forming current confinement channels in semiconductor devices
JP2911751B2 (ja) 半導体レーザ及びその製造方法
EP0284684B1 (en) Inverted channel substrate planar semiconductor laser
KR100259006B1 (ko) 반도체 레이저소자의 제조방법
KR100263934B1 (ko) 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법
JP2629678B2 (ja) 半導体レーザ装置およびその製造方法
KR100287202B1 (ko) 반도체레이저소자및그제조방법
KR100265801B1 (ko) 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법
KR100278632B1 (ko) 레이저 다이오드 및 그 제조방법
KR100289730B1 (ko) 반도체레이저소자의제조방법
KR100261243B1 (ko) 레이저 다이오드 및 그의 제조방법
KR100287207B1 (ko) 반도체레이저소자및그제조방법
KR100287206B1 (ko) 반도체레이저소자및그제조방법
KR100289728B1 (ko) 반도체레이저소자및그제조방법
KR100261249B1 (ko) 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법
KR100287205B1 (ko) 반도체레이저소자및그의제조방법
KR100343203B1 (ko) 반도체레이저소자
JPH0629618A (ja) マルチビーム半導体レーザ及びその製造方法
KR100363240B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
KR100255695B1 (ko) 반도체 레이저 소자 및 그의 제조 방법
KR19990009567A (ko) 레이저 다이오드 및 그 제조방법
KR100261248B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
KR100278630B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080115

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee