KR100261246B1 - 레이저 다이오드와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 다이오드와 그 제조방법을 개시한다.

본 발명 레이저 다이오드는, p⁺-p-n의 가로방향 pn접합이 형성된 경사면을 갖는 하부크래드층과 활성층 및 상부크래드층이 마련되고, 상기 활성층의 경사면에 레이저 빔 발광영역이 형성되며, 그 방법에 있어서는, 경사면이 마련된 기판상에 상기 하부크래드층, 활성층, 상부크래드층을 상기 기판의 경사면에 대응한 경사면이 형성되도록 순차적으로 적층하고, 유전체 필름을 상기 상부크래드층 상부에 증착시켜 아연확산용 개구를 형성하고, 상기 개구를 통해 소정의 아연확산을 수행하고, 상기 아연확산에 의해 p⁺-p-n의 가로방향 pn접합을 형성하여 TJS형 레이저 다이오드을 완성한다. 이로써, 레이저빔을 효율적으로 제한할 수 있고, 레이저빔의 단파장화 및 출력을 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 다이오드와 그 제조방법

제1도는 종래 가로접합 스트라이프형 레이저 다이오드의 개략적인 단면도이고, 그리고

제2도는 본 발명에 따른 가로접합 스트라이프형 레이저 다이오드의 개략적 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 기판 22 : 하부버퍼층

23 : 하부크래드층 24 : 활성층

25 : 상부크래드층 26 : 상부버퍼층

28,29 : 아연확산영역 30 : n-저항전극

본 발명은 광 디스크, 광자기 디스크등의 광정보 처리용 광원으로 사용되는 가시광 레이저 다이오드와 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 경사면상의 발광영역을 제한하여 단파장화 및 출력을 향상시킬 수 있는 경사-가로접합 스트라이프(transverse junction stripe)구조의 레이저 다이오드와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 다이오드는 발광효율을 높이고, 임계전류치를 감소시키고, 주입 캐리어의 밀도를 높이는 것이 바람직하다. 즉, 활성 영역 전면에 걸쳐서 균일한 전류를 흘리는 구조보다 소정의 영역에 집중적으로 전류를 통과시키는 구조가 바람직한데, 이와 같은 구조를 스트라이프 구조라 한다. 또한, 광정보 처리용 광원등과 같은 적용을 위해서는 가능한 한 광빔을 될 수 있는 단일 파장으로 해야 하는데, 이를 위해서 가로 단일 모우드가 필요하다. 가로 모우드를 단일 형태로 제어하기 위해서는 전류집중의 스트라이프 구조 뿐만 아니라 빛의 통로를 제한하기 위한 구조가 필요한데, 이러한 구조에 대응하는 것이 굴절률 도파형 스트라이프 구조 2중 헤테로 레이저 다이오드이다. 굴절률 도파형 스트라이프 구조의 레이저 다이오드는 여러가지가 있으며, 그 중의 한 형태로서 가로접합 스트라이프(transverse junction stripe:TJS, 이하 TJS라 약칭한다) 구조의 레이저 다이오드가 있다.

일반적으로 TJS구조의 레이저 다이오드는 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 고저항인 기판(1)위에 하부버퍼층(2), 하부크래드층(3), 활성층(4), 상부크래드층(5), 상부버퍼층(6), 캡층(7)등을 성장한 후, 도면의 단면부에서 사선을 친 부분(8,9)에 아연(Zn)을 확산시켜서 p영역과 p⁺영역을 형성한다. 도펀트(dopant)의 종류와 양에 따라서 약간의 굴절률차가 생기기 때문에 가로 방향에 n-p-p⁺의 도파로가 구성된다. 전류는 전극(10,11)에 의해 가로 방향에 형성된 가로 pn접합을 통해 흘러 도파로 내 레이저빔 발진영역(12)에서 레이저 발진을 일으킨다.

상술한 바와 같이, TJS구조의 레이저 다이오드는 아연 확산을 이용하여 가로 방향으로 pn 접합을 형성하여 전류 제한이 가능하도록 하고 수직 방향으로는 발광영역보다 밴드갭이 크고 굴절율이 작은 물질로 제한하여 광 제한이 이루어지도록 고안된 레이저 다이오드로서, 기판에 대한 제한이 없고, 전극이 모두 동일 성장면에 존재함으로 제조공정이 간단하고 광전 집적소자(OEIC: optical electric IC)에의 응용범위가 넓다. 그러나, 이와 같은 TJS구조의 레이저 다이오드는 상술한 바와 같이 가로 모드, 세로 모드를 모두 단일로 할 수 있다는 것이 장점이지만, 발진출력이 크지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 TJS형 레이저 다이오드를 변형하여 단파장화 및 출력이 향상되도록 하기 위해 발광영역이 경사면상에 놓이도록 기판을 형성(patterning)하는 방식을 채용한 레이저 다이오드와 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드는, 기판과, 상기 기판상에 순차적으로 형성되는 하부크래드층과 활성층 및 상부크래드층이 형성되고, 상기 상부크래드층 상부에 p형 전극과 n형 전극이 형성된 TJS 구조의 레이저 다이오드에 있어서, 상기 기판은 양측 영역에 높이 차이가 있는 두개의 평탄면과, 상기 두개의 평탄면을 연결하는 소정의 각도로 기울어진 경사면을 마련하며, 상기 기판에 대응하여 경사면을 갖는 하부크래드층과 활성층 및 상부크래드층이 성장되어 적층되고, 상기 활성층의 경사면에 p⁺-p-n의 가로방향 pn접합이 만들어져서 레이저 빔 발광영역이 형성된 점에 그 특징이 있다.

본 발명 레이저 다이오드에 있어서, 상기 기판과 하부크래드층 사이에 하부버퍼층을, 상기 상부크래드층상부에 상부버퍼층 캡층을 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기와 같은 구조를 가지는 본 발명 레이저 다이오드의 제조방법은 (1) 기판을 상기 기판의 양측영역에 높이 차이가 있는 두개의 평탄면과, 상기 두개의 평탄면을 연결하는 소정의 각도로 기울어진 경사면이 형성되도록 식각공정으로 식각하는 식각단계와, (2) 상기 기판상에 대응하여 경사면을 갖는 하부 버퍼층, 하부크래드층, 활성층, 상부크래드층, 상부버퍼층 및 캡층을 순차적으로 성장하는 성장단계와, (3) 상기 캡층위에 유전체 필름을 증착(deposition)한 후, 일부영역을 식각공정으로 식각하여 확산용 개구 및 비-확산영역을 형성하는 식각단계와, (4) 상기 확산용 개구를 통해 첫번째 아연 확산공정을 실시하여 아연확산 영역을 형성하는 제1차확산단계와, (5) 상기 제1차확산단계후에 상기 확산영역의 폭보다 넓게, 상기 확산영역의 깊이 보다 깊게 두번째로 아연확산공정을 실시하여 상기의 확산영역과 겹치는 부분과 겹치지 않는 부분의 아연확산영역을 형성하는 제2차확산단계와, (6) 상기 확산영역 및 비-확산영역에 전극을 형성하는 전극형성 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 개략적인 단면도이다. 도면에서, 21은 높이 차이가 있는 두개의 평탄면과 그 평탄면을 연결하는 기울어진 경사면을 갖는 n⁺-GaAs 또는 SI-GaAs 기판이며, 22는 상기 기판(21)에 대응한 경사면을 갖는 n-GaInP 또는 n-GaAs 버퍼층, 23은 상기 버퍼층(22)에 대응한 경사면을 갖으며 소정영역이 아연확산된 n-AlGaInP 하부크래드층, 24는 상기 기판(21)의 경사면과 평탄면에 대응한 경사면과 평탄면을 갖으며 소정영역이 아연확산된 n-GaInP 활성층, 25는 상기 활성층(24)에 대응한 경사면을 갖으며 소정영역이 아연확산된 n-AlGaInP 상부크래드층, 26은 상기 상부크래드층(25)에 대응한 경사면을 갖으며 소정 영역이 아연확산된 n-GaInP 상부버퍼층, 27은 상기 상부버퍼층(26)에 대응한 경사면과 평탄면을 갖으며 소정영역이 아연확산된 n⁺-GaAs 캡층, 30은 상기 캡층(27)의 아연확산된 평탄영역위에 형성된 p-저항전극, 31은 상기 캡층(27)의 아연이 확산안된 영역위에 형성된 n-저항전극이다.

위의 본 발명에서 본 발명 레이저 다이오드의 특징은, 상기 활성층(24)이 평탄면과 경사면을 갖고 있고, 상기 경사면상에 p⁺-p-n의 가로 pn접합이 만들어 지며, 또한 상기 활성층(24)내의 발광영역이 경사면상에 위치하고 있는 것이다. 즉, 상기의 경사면은 평탄면보다 에너지 밴드갭이 크게 구성됨으로써 발광 효율이 개선된다. 또한, 상기 경사면은 공진단면을 형성하고, 이에 의해 레이저 빔이 효율적으로 제한되어 레이저빔 출력과 단파장화를 개선할 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 제조방법을 설명한다.

(1) 기판(21)을 양측영역에 높이 차이가 두개의 평탄면과, 상기 두개의 평탄면을 연결하는 소정의 각도로 기울어진 경사면이 형성되도록 통상의 사진 식각공정으로 식각한다. TJS구조의 레이저 다이오드는 기판에 대해 제한이 없고 반-절연성 기판을 사용해도 문제가 없으므로 상기 기판의 식각공정이 부담없이 수행될 수 있다.

(2) 상기 기판(21)에 대응하여 경사면과 평탄면을 갖는 하부 버퍼층(22), 하부크래드층(23), 활성층(24), 상부크래드층(25), 상부 버퍼층(26) 및 캡층(27)을 통상적인 유기금속 기상성장법 또는 분자선성장법으로 순차적으로 성장시킨다. 유기금속 성장법은 양산성이 좋고, 분자선 성장법은 결정층 성장의 제어능력이 우수함으로 두가지 성장법을 적절히 조화시켜 성장시키는 것이 바람직하다.

(3) 상기 캡층위에 유전체 필름을 증착(deposition)한 후, 일부영역을 식각공정으로 식각하여 확산용 개구 및 비-확산영역을 형성한다. 이때, 유전체의 물질로서 Si₃N₄를 사용하는 것이 바람직하며, 확산용 개구 대 비-확산영역의 영역비율은 반분시키는 것이 바람직하다.

(4) 상기 확산용 개구를 통해 첫번째 아연 확산공정을 실시하여 하부크래드층(23)의 중간정도 깊이까지 아연확산영역을 형성한다.

(5) 상기 제1차확산단계후에 상기 확산영역의 폭보다 넓게, 상기 확산영역의 깊이 보다 깊게 두번째로 아연확산공정을 실시하여 상기의 확산영역과 겹치는 부분의 아연확산영역(28)과 겹치지 않는 부분의 아연확산영역(29)을 형성한다. 이로써, 가로 방향으로 p⁺p-n의 pn접합 구조가 형성되고, 경사면상에 레이저 빔 발진영역(32)이 형성된다.

(6) 상기 캡층(27)의 아연확산영역 상부에 p-저항전극과 비-아연확산영역 상부에 n-저항전극을 형성한다.

이로써, 본 발명의 레이저 다이오드가 완성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래의 TJS구조의 레이저 다이오드와 달리 경사면과 평탄면을 갖는 기판이 형성되고, 그 기판에 대응한 경사면과 평탄면을 갖는 활성층이 형성되어 경사면상에 p⁺-p-n의 가로방향 pn접합이 만들어지며, 또한, 경사면상에 레이저빔 발진영역이 만들어 진다.

이러한 본 발명에 의한 효과를 살펴보면, 상술한 바와 같이 경사면상에 레이저빔 발진영역을 형성함으로써, 광빔을 제한할 수 있고, 단파장화 및 출력을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 기판과, 상기 기판상에 순차적으로 형성되는 하부크래드층과 활성층 및 상부크래드층이 형성되고, 상기 상부크래드층 상부에 p형 전극과 n형 전극이 형성되고, TJS 구조의 레이저 다이오드에 있어서, 상기 기판은 양측 영역에 높이 차이가 있는 두개의 평탄면과, 상기 두개의 평탄면을 연결하는 소정의 각도로 기울어진 경사면을 마련하며, 상기 기판에 대응하여 p⁺-p-n의 가로방향 pn접합이 형성된 경사면을 갖는 하부크래드층과 활성층 및 상부크래드층이 성장되어 적층되고, 상기 활성층의 경사면에 레이저빔 발광영역이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
2. (1) 기판을 상기 기판의 양측영역에 높이 차이가 있는 두개의 평탄면과, 상기 두개의 평탄면을 연결하는 소정의 각도로 기울어진 경사면이 형성되도록 식각공정으로 식각하는 식각단계와, (2) 상기 기판상에 대응하여 경사면을 갖는 하부 버퍼층, 하부크래드층, 활성층, 상부크래드층, 상부버퍼층 및 캡층을 순차적으로 성장하는 성장단계와, (3) 상기 캡층위에 유전체 필름을 증착(deposition)한 후, 일부영역을 식각공정으로 식각하여 확산용 개구 및 비-확산영역을 형성하는 식각단계와, (4) 상기 확산용 개구를 통해 첫번째 아연 확산공정을 실시하여 아연확산 영역을 형성하는 제1차확산단계와, (5) 상기 제1차확산단계후에 상기 확산영역의 폭보다 넓게, 상기 확산영역의 깊이 보다 깊게 두번째로 아연확산공정을 실시하여 상기의 확산영역과 겹치는 부분과 겹치지 않는 부분의 아연확산영역을 형성하는 제2차확산단계와, (6) 상기 확산영역 및 비-확산영역에 전극을 형성하는 전극형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 유전체 필름의 성분이 Si₃N₄인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.