KR100259009B1

KR100259009B1 - 레이저 다이오드

Info

Publication number: KR100259009B1
Application number: KR1019930019469A
Authority: KR
Inventors: 김종렬
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-09-23
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 2000-06-15
Also published as: KR950010257A

Abstract

본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것이다.

본 발명은 최하층에 위치되며 그 중앙부에 메사구조의 리지가 형성되어 있는 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 것으로 그 상, 하부에는 크래드층이 마련되며 레이저를 발진시키는 활성층과, 상기 상부 크래드층의 상부에 형성되는 것으로 전류를 제한적으로 차단하는 전류제한층과, 상기 전류제한층의 상부에 형성되는 것으로 하부층의 불순물유입을 방지하는 캡층을 구비하는 레이저 다이오드에 있어서, 상기 기판의 중앙부에 형성된 리지는 상광하협의 역메사형으로 되어 있고, 상기 활성층은 그 중앙부에 순메사형의 굴곡부를 가지는 연속된 단일층으로 되어 있으며, 그 상, 하부에는 상기 활성층을 따라 그 중앙부에 순메사형의 굴곡부를 가지는 SCH층이 형성되어 있다.

이와 같은 레이저 다이오드는 1회의 에피택셜 성장만으로 용이하게 제조할 수 있으며, 이에 따라 제작상의 재현성을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 활성층의 레이저 발진영역이 메사구조체의 경사면에 위치해 낮은 구동전류로도 광정보처리용의 단파장대 레이저광을 발진시킬 수 있으므로. 소비전력의 저감화효과를 가져오게 된다.

Description

레이저 다이오드

제1도는 종래 레이저 다이오드의 단면구조도.

제2도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 단면구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

31 : n⁺-GaAs기판 32 : n-GaInP버퍼층

33 : n-AlGaInP크래드층 34 : AlGaInP SCH층(undoped)

35 : GaInP활성층(undoped) 36 : AlGaInP SCH층(undoped)

37 : p-AlGaInP크래드층 38 : n-AlInP전류제한층

39 : p-AlInP층 40 : p-GaInP버퍼층

41 : p⁺-GaAs캡층

본 발명은 광디스크나 광자기디스크등의 광정보처리용 광원으로 사용되는 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 특히 1회의 에피택셜(epitaxial)성장만으로 제조가 가능한 630-670nm 파장대의 가시광을 발진시키는 레이저 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로, 메사(mesa)구조를 가지는 레이저 다이오드는 크래드층의 상면 중앙에 리지가 형성되고, 이 리지의 상부에 캡층이 형성되며, 이 캡층의 상부에 전극이 형성되는 구조를 갖는다. 물론, 이와 같은 층과 층 사이에는 경우에 따라서는 버퍼층 혹은 콘택층이 삽입될 수도 있다.

이와 같은 메사구조를 가지는 레이저 다이오드의 하나로 일본 특허공개 평4-154183호에는 특히 메사구조체의 경사면상에 전류 주입경로를 형성하는 것을 기본 아이디어로 하는 기술이 개시되어 있다.

첨부된 도면중의 제1도에는 종래의 그와 같은 레이저 다이오드의 단면구조가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 종래 소자의 최하층에는 n⁺-GaAs기판(11)이 위치하고, 그 위로는 가운데에 도핑되지 않은 GaInP활성층(13)을 두고 그 상, 하부에 p형 및 n형의 AlGaInP 크래드층(14, 12)이 형성되어 있는 메사구조의 리지가 형성되어 있는데, 이는 통상의 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법에 의해 n-AlGaInP크래드층(12), GaInP활성층(13) 및 p-AlGaInP크래드층(14)을 성장한 후, 포토에칭(photo-etching)에 의해 메사-스트라이프형으로 식각을 하여 리지를 형성한 것이다. 한편, 이렇게 하여 1차성장이 완료된 메사구조체상에는 p-AlInP 층(15)이 적층 형성되고, 그 위로는 n-AlInP전류제한층(16)이 계속해서 적층형성되어 있다. 그리고, 그 상부로는 연속해서 p-GaInP버퍼층(18) 및 p⁺-GaAs캡층(19)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 p-AlInP층(15)에서 P⁺-GaAs(19)까지는 1차성장이 완료된 후, 순차적으로 재성장을 한 것으로 이는 상기 n-AlInP전류제한층(16)이 메사구조체의 경사면상에서는 Zn의 확산계수가 매우 커서 n-도우핑을 하였음에도 불구하고 p-도우핑으로 반전되는 현상을 이용한 것이다.

그런데, 종래의 이와 같은 레이저 다이오드는 2단계 에피택시(epitaxy)에 의한 소자로 이는 결국, 재성장과정을 거치는 관계로 활성층 내부로 다량의 불순물이 확산될 가능성이 있으며, 또한 전류제한효과도 떨어지는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 제1크래드층, 활성층 및 제2크래드층이 성장된 상태에서 재성장공정을 수행하게 되므로 크래드층과의 경계면 혹은 활성층과의 경계면 특성에 따라 소자의 특성이 크게 영향을 받을 우려가 있다. 또한, 2차성장공정을 거쳐야 하므로 동일제품의 재현성을 기대하기 어려워 제품의 산포도가 크다는 것이 문제점으로 지적되었다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 1회의 에픽택셜 성장만으로 소망하는 단파장대의 레이저광을 발진시킬 수 있는 구조를 가지며, 제작상의 재현성을 기대할 수 있는 레이저 다이오드를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드는, 최하층에 위치되며 그 중앙부에 메사구조의 리지가 형성되어 있는 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 것으로 그 상, 하부에는 크래드층이 마련되며 레이저를 발진시키는 활성층과, 상기 상부 크래드층의 상부에 형성되는 것으로 전류를 제한적으로 차단하는 전류제한층과, 상기 전류제한층의 상부에 형성되는 것으로 하부층의 불순물 유입을 방지하는 캡층을 구비하는 레이저 다이오드에 있어서,

상기 기판의 중앙부에 형성된 리지는 상광하협(上廣下狹)의 역메사형으로 되어 있고, 상기 활성층은 그 중앙부에 순메사형의 굴곡부를 가지는 연속된 단일층으로 되어 있으며, 그 상, 하부에는 상기 활성층을 따라 그 중앙부에 순메사형의 굴곡부를 가지는 SCH층이 형성되어 있는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 단면구조도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 다이오드는 도시된 바와 같이 그 중앙부에 역메사구조의 리지가 형성된 n⁺-GaAs기판(31)이 최하단에 마련되고, 이 n⁺-GaAs기판(31)의 상면에는 n-GaInP버퍼층(32)이 형성된다.

여기서, 상기 역메사형의 리지는 통상의 포토에칭에 의해 식각되어 형성되며, 좌우측 상부로부터 유입되는 전류의 흐름을 중심부로 집중시켜 전류의 흐름을 원활하게 한다. 이에 따라 소자의 발광효율은 한층 증대되게 된다.

또한, 상기 n-GaInP버퍼층(32)의 상부에는 n-AlGaInP크래드층(33)이 적층형성되고, 이 n-AlGaInP크래드층(33) 상부로는 도핑되지 않은 AlGaInP-SCH(Separate Confinement Heterostructure)층(34)이 형성된다. 그리고, 상기 AlGaInP-SCH층(34) 위로는 본 발명의 특징에 따라 도핑되지 않은 GaInP활성층(35)이 연속적으로 연장된 형태로 경사면을 가지며 적층형성되고, 다시 그 위로는 동일한 AlGaInP-SCH층(36)이 적층형성된다. 또한, 그 상부는 p-AlGaInP크래드층(37)이 형성되고, 그 상부로는 n-AlInP전류제한층(38)이 형성된다. 여기서, 이 전류제한층(38)은 도시된 바와 같이 메사구조의 상면과 그 양측의 하부 평면상에만 형성되고, 메사구조체의 경사면에는 선택적 식각에 의해 제거된다.

또한, 상기 n-AlInP전류제한층(38)의 상부로는 p-AlInP층(39)이 형성되고, 그 위로 p-GaInP버퍼층(40) 및 p⁺-GaAs캡층(41)이 적층 형성된다. 그리고, 본 첨부도면에는 도시되지 않았지만 상기 p⁺-GaAs 캡층(41)의 상부 및 n⁺-GaAs 기판(31)의 저면에는 전류주입을 위한 전극이 각각 마련되며, 이로써 하나의 레이저 다이오드가 완성된다.

한편, 이와 같은 성장은 통상의 MOCVD법이나 MBE(Molecular Beam Epitaxy)방식을 이용하여 수행된다. 즉, 상기 n⁺-GaAs기판상에 통상의 포토에칭공정에 의해 패터닝(patterning)한 후, 상기 n-GaInP버퍼층(32)에서 p⁺-GaAs캡층(41)까지 1회의 에피택셜 성장만으로 순차적으로 적층형성된다. 따라서, 구조가 간단하고 제작상의 재현성을 기대할 수 있게 된다. 특히, 전술한 바와 같이 상기 활성층에 있어서의 레이저 발진포인트가 메사구조체의 경사면에 놓이게 되므로 낮은 전류로도 소망하는 단파장대의 레이저광을 발진시킬 수 있게 된다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드는 종래와는 달리 그 제조공정상 1회의 에피택셜 성장만으로 용이하게 제조할 수 있으며, 이에 따라 제작상의 재현성을 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 활성층의 레이저 발진포인트가 되는 영역이 메사구조체의 경사면에 위치해 낮은 구동전류로도 광정보처리용의 단파장대 레이저광을 발진시킬 수 있으므로, 소비전력의 저감화효과를 가져오게 된다.

Claims

최하층에 위치되며 그 중앙부에 메사구조의 리지가 형성되어 있는 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 것으로 그 상, 하부에는 크래드층이 마련되며 레이저를 발진시키는 활성층과, 상기 상부 크래드층의 상부에 형성되는 것으로 전류를 제한적으로 차단하는 전류제한층과, 상기 전류제한층의 상부에 형성되는 것으로 하부층의 불순물유입을 방지하는 캡층을 구비하는 레이저 다이오드에 있어서, 상기 기판의 중앙부에 형성된 리지는 상광하협(上廣下狹)의 역메사형으로 되어 있고, 상기 활성층은 그 중앙부에 순메사형의 굴곡부를 가지는 연속된 단일층으로 되어 있으며, 그 상, 하부에는 상기 활성층을 따라 그 중앙부에 순메사형의 굴곡부를 가지는 SCH층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
제1항에 있어서, 상기 SCH층은 AlGAInP의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
제1항에 있어서, 상기 기판 및 리지의 상면에는 n형 GaInP버퍼층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
제1항에 있어서, 상기 캡층의 하부에는 p형 GaInP버퍼층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.