KR100265801B1 - 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광자기 디스크나 광 디스크 등의 광 정보처리용으로 폭넓게 사용되는 600-700nm 파장대의 가시광 레이저 다이오드 및 그의 제조방법이 개시된다. 제1도전형 GaAs 기판상에 제1도전형 GaInP 버퍼층이 형성되어 있고, 상기 버퍼층상에, 그 중앙부에 상기 버퍼층의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 갖는 제2도전형 GaAs 전류제한층이 형성되어 있다. 상기 노출된 버퍼층 부위상에는, 상기 개구부를 채우면서, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 갖는 제1도전형의 제1 하부클래드층이 형성되어 있고, 상기 전류제한층 및 상기 제1 하부클래드층상에는, 중심부에 상기 제1 하부클래드층 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제1도전형의 제2 하부클래드층, 중심부에 상기 제2하부클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 활성층 및, 중심부에 상기 활성층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제2도전형 상부클래드층이 순차적으로 형성되어 있다. 이너스트라이프형의 전류주입에 의하여 좁은 영역에 케리어가 제한되므로 발진개시 전류를 저감화할 수 있고, 채널 상부의 복합 굴절율 도파에 의해 횡 방향 모드의 제어가 용이하고 저 비점수차 거리를 가진다.
Description
제1도는 종래의 VSIS(V-channelled Substrate Inner Stripe) 구조의 가시광 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이고;
제2a도 내지 제2d도는 본발명의 일예에 따른 가시광 레이저 다이오드의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.
본 발명은 레이저 다이오드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광 디스크나 광 자기 디스크 등의 광 정보처리용으로 많이 사용되는 600-70nm 파장대의 GaInP 가시광 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 레이저 소자는 P-N 접합구조를 기본으로 하여 양자 전자(Quantum electron) 개념을 포함하는 반도체 소자로서, 반도체 물질로 구성된 얇은 박막, 소위 활성층에 전류를 주입하여 인위적으로 전자-정공 재결합을 유도함으로써 이들 재결합에 기인한 감소 에너지에 해당하는 빛을 발진하는 반도체 다이오드이다. 이 레이저 다이오드는 He-Ne와 같은 기체 레이저 또는 Nd:YAG 레이저와 같은 고체 레이저에 비해서 크기가 작고, 가격 또한 저렴하고, 특히 전류 조절을 통해 강도 조절이 가능하다는 특징을 가진다.
최근 반도체 레이저의 성능은, 파장을 결정하는 재료의 개발과, 임계전류, 광출력, 효율, 단일파장, 스펙트럼 선폭 따위의 특성과 신뢰성을 결정하는 소자구조를 실현하기 위한 에피택셜(Epitaxial) 성장기술 및 미세가공 기술의 진보에 의하여 현저한 발전을 거듭하고 있다.
특히 에피택셜 성장기술에서는 종래의 액상성장법(Liquid Phase Epitaxyl;LPE법)을 비롯하여 유기금속 기상성장법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD법) 및 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy;MBE법) 등에 의하여 원자층 수준의 제어가 가능하게 되었다. MOVCD법은 화합물 반도체를 구성하는 원소의 알킬화물이나 수소화물의 열분해를 이용한 에피텍시얼 성장 방법으로서, 큰 면적을 갖는 웨이퍼상에 균일성이 우수한 에피텍시얼층을 성장하는 것이 가능하다. 또한 MBE법은 진공 증착법의 일종으로서 초고진공 분위기에서 분자선을 기판 표면에 조사하여 결정 성장시키는 방법으로서 단 분자층의 차원의 막 두께를 갖는 정밀도를 갖고 반도체의 초박막을 성장시킬 수 있는 결정 성장 방법이다.
제1도는 종래의 VSIS(V-channelled Substrate Inner Stripe) 구조의 가시광 레이저 다이오드를 나타내는 단면도이다.
제1도를 참조하면, P형 GaAs 기판(11)상에, 상기 기판(11)을 노출시키는 V자형의 개구부를 중심으로 대칭되도록 테러스(Terrace)형태의 n형 GaAs 전류제한층(12)이 형성되어 있다. 상기 전류제한층(12) 및 상기 개구부에 의해 노출된 기판(11)상에는, 상기 개구부에 상응하는 오목부를 갖는 P형 AlGaInP 제1클래드층(13)이 형성되어 있고, 상기 제1클래드층(13)상에는, 상기 제1클래드층(13)의 오목부에 상응하는 오목부를 갖는 GaInP 활성층(14)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 활성층(14)상에는 상기 활성층(14)의 오목부에 상응하는 오목부를 갖는 n형 AlGaInP 제2클래드층(15), n형 GaInP 버퍼층(16) 및 n형 GaAs캡층(17)이 차례로 형성되어 있다.
다음으로, 제1도를 참조하여 상기 레이저 다이오드의 제조방법을 설명하기로 한다.
P형 GaAs 기판(11)상에, MOVCD법이나 MBE법과 같은 기상증착법에 의해 1차 에피택셜 성장공정을 수행하여, n형 전류제한층(12)을 형성한 후, 통상적인 사진식각공정에 의해, 상기 전류제한층(12)의 중앙부를 상기 기판(11)이 노출될 때까지 식각하여, 통전영역이 되는 V자형 개구부를 형성한다. 이어서, 상기 전류제한층(12) 및 상기 개구부에 의해 노출된 기판(11)상에, MOVCD법이나 MBE법과 같은 기상증착법에 의해 2차 에피택셜 공정을 수행하여, 상기 개구부에 상응하는 오목부를 갖는 P형 AlGaInP 제1클래드층(13), 상기 제1클래드층(13)의 오목부에 상응하는 오목부를 갖는 GaInP 활성층(14), 상기 활성층(14)의 오목부에 상응하는 오목부를 갖는 n형 AlGaInP 제2클래드층(15), n형 GaInP 버퍼층(16) 및 n형 GaAs 캡층(17)을 차례로 형성함으로써 상기 구조의 레이저 다이오드를 완성한다.
상기 소자의 구조는 이너 스트라이프(Inner Stripe)형으로 전류가 주입되기 때문에 이너 스트라이프의 폭과 각 층의 두께 및 각 층의 도핑을 제어함으로서 레이징 특성을 제어할 수 있다.
그러나, 상기 구조는 이득도파형(Gain-waveguide형)이므로 임계전류 및 광특성이 일반적으로 굴절율 도파형(Index - waveguide형)에 비해 열등하고 출력을 높히기가 어려운 단점이 있다.
본 발명의 목적은, 종래의 VSIS 구조를 개량하여, 굴절율 도파가 이루어지고, 횡 방향의 모드 제어가 용이하며, 저 발진개시 전류 및 저비점 수차(Low Astigmatism) 거리를 갖는 레이저 다이오드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 레이저 다이오드를 제조하는 데에 특히 적합한 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 레이저 다이오드는,
제1도전형 GaAs 기판;
상기 기판상에 형성되어 있는 제1도전형 GaInP 버퍼층;
상기 버퍼층상에 형성되고, 그 중앙부에 상기 버퍼층의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 갖는 제2도전형 GaAs 전류제한층;
상기 노출된 버퍼층 부위상에 형성되고, 상기 개구부를 채우면서, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 갖는 제1도전형의 제1 하부클래드층;
상기 전류제한층 및 상기 제1 하부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 제1 하부클래드층 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제1도전형 제2 하부클래드층;
상기 제2 하부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 제2하부 클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 활성층; 및
상기 활성층상에 형성되고, 중심부에 상기 활성층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제2도전형 상부클래드층을 포함하는 레이저 다이오드를 제공한다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드의 구체적 유형에 의하면, 상기 상부클래드층상에는 중심부에 상기 상부클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제2도전형 GaInP 버퍼층 및 제2도전형 GaAs 캡층이 더 형성되어 있다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드의 다른 구체적 유형에 의하면, 상기 제1 하부클래드층과 제 2 하부클래드층은 동일한 물질로 구성된다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드의 또 다른 구체적 유형에 의하면, 상기 제2 하부클래드층의 두께는 0.2㎛ 정도로 형성된다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조방법은,
제1도전형 GaAs 기판상에, 기상성장법에 의한 제1차 에피택셜 성장공정을 수행하여, 제1도전형 GaInP 버퍼층 및 제2도전형 GaAs 전류제한층을 차례로 형성하는 단계;
상기 전류제한층상에, 상기 전류제한층의 중심부에 V자형 개구부를 형성하기 위한 절연막 패턴을 형성하는 단계;
상기 절연막 패턴을 식각 마스크로 하여, 상기 버퍼층이 노출될 때까지 상기 전류제한층의 소정부위를 식각하여, 상기 전류제한층의 중앙부에 상기 버퍼층의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 형성하는 단계;
상기 절연막 패턴을 성장저지 마스크로 하여 제2차 에피택셜 성장공정을 수행함으로써, 상기 개구부를 채우면서 상기 버퍼층의 노출된 부위상에 형성되고, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 갖는 제1도전형의 제1 하부클래드층을 형성하는 단계;
상기 절연막 패턴을 제거하는 단계;
상기 전류 제한층 및 제1 하부클래드층상에, 기상성장법에 의한 제3차 에피택셜 성장공정을 수행하여, 그 중심부에 상기 제1하부클래드층 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제 1도전형 제2 하부클래드층,
상기 제2 하부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 제2 하부클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 활성층 및
상기 활성층상에 형성되고, 중심부에 상기 활성층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제2도전형 상부클래드층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 레이저 다이오드의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 구체적 유형에 의하면, 상기 절연막 패턴은 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(Si3N4)을 사용하여 형성한다.
이상의 본 발명에 의한 레이저 다이오드에 의하면, 굴절율 도파가 이루어지고, 횡 방향의 모드 제어가 용이하며, 저 발진개시 전류 및 저비점 수차(Low Astigmatism) 거리를 갖는다.
또한, 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 제조방법에 의하면, 간단한 공정으로 상기의 가시광 레이저 다이오드를 제조할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
제2a도 내지 제2d도는 본발명에 따른 가시광 레이저 다이오드의 제조방법의 일례를 나타내는 공정순서도들이다.
먼저, 제2d도를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 일례를 설명하기로 한다.
p형 GaAs 기판(21) 상에 p형 GaInP 버퍼층(28)이 형성되어 있고, 상기 버퍼층(28)상에, 그 중앙부에 상기 버퍼층(28)의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 갖는 n형 GaAs 전류제한층(22)이 형성되어 있다.
상기 노출된 버퍼층(28) 부위상에는, 상기 개구부를 채우면서, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층(22)의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 갖는 p형의 AlGaInP 제1 하부클래드층(23)이 형성되어 있고, 상기 전류제한층(22) 및 상기 제1 하부클래드층(23)상에는, 중심부에 상기 제1 하부클래드층(23) 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 p형의 AlGaInP 제2 하부클래드층(23')이 형성되어 있다.
상기의 제1 하부클래드층(23)과 제2 하부클래드층(23')은 후술하는 제조공정에서 형성방법이 다르지만, 동일한 물질로 이루어지고 실질적으로는 두 층이 합쳐서 하나의 클래드층으로 기능한다.
상기 제2 하부클래드층(23')상에는, 중심부에 상기 제2하부클래드층(23')의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 GaInP 활성층(24) 및 상기 활성층(24)상에 형성되고, 중심부에 상기 활성층(24)의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 n형 AlGaInP 상부클래드층(25)이 차례로 형성되어 있다.
여기서, 상기 상부클래드층(25)상에는 중심부에 상기 상부클래드층(25)의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 n형 GaInP 버퍼층(26) 및 n형 GaAs 캡층(27)이 더 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제2 하부클래드층의 두께는 0.2㎛ 정도로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 레이저 다이오드에 의하면, 이너 스트라이프형의 전류주입에 의하여 좁은 영역에 케리어(Carrier)가 제한되므로 발진개시 전류를 저감화할 수 있고, 채널 상부의 복합 굴절율 도파(Complex Index Guide)에 의해 횡 방향 모드의 제어가 용이하고 저 비점수차 거리를 가진다.
그리고, 상술한 본 발명의 일예는 기판이 p형인 경우에 대하여만 설명하였지만, n형일 때도 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 제2a도 내지 제2d도를 참조하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조방법의 일례를 설명하기로 한다.
제2a도를 참조하면, p형 GaAs 기판(21)상에, MOCVD법이나 MBE법과 같은 기상성장법에 의한 제1차 에피택셜 성장공정을 수행하여, p형 GaInP 버퍼층(28)및 n형 GaAs 전류제한층(22)을 차례로 형성한다. 이어서, 상기 전류제한층(22)상에, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(Si3N4)과 같은 절연물질로 구성된 절연막을 형성한 후, 상기 절연막상에 포토 레지스트를 도포하여 포토레지스트막(도시되지 않음)을 형성한다. 다음에, 상기 포토 레지스트막을 통상의 노광 및 현상 공정을 거쳐서 포토 레지스트 패턴을 형성한 후, 이 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 절연막의 소정 부위를 상기 버퍼층(28)이 노출될 때까지 식각하여, 절연막 패턴(29)을 형성한다. 다음에, 잔류하는 포토레지스트 패턴들을 스트립하여 제거한다.
제2b도를 참조하면, 상기 절연막 패턴(29)을 식각 마스크로 하여, 상기 버퍼층(28)이 노출될 때까지 상기 전류제한층(22)의 소정부위를 식각하여, 제2b도에 도시된 바와 같이, 상기 전류제한층(22)의 중앙부에 상기 버퍼층(22)의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 형성한다.
제2c도를 참조하면, 상기 절연막 패턴(29)을 그대로 잔존시켜서 성장저지 마스크로 사용하여, MOCVD법이나 MBE법과 같은 기상성장법에 의한 제2차 에피택셜 성장공정을 수행함으로써, 상기 개구부를 채우면서 상기 버퍼층(28)의 노출된 부위상에 형성되고, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층(22)의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 가는 p형의 AlGaInP 제 1 하부클래드층을 형성한다.
제2d도를 참조하면, 상기 절연막 패턴(29)을 제거한 후, 상기 전류 제한층(22) 및 제1 하부클래드층(23)상에, MOCVD법이나 MBE법과 같은 기상성장법에 의한 제3차 에피택셜 성장공정을 수행하여, 그 중심부에 상기 제1 하부클래드층(23) 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 p형 AlGaInP 제2 하부클래드층(23')
상기 제2 하부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 제2 하부클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 GaInP 활성층(24) 및
상기 활성층(24)상에 형성되고, 중심부에 상기 활성층(24)의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 n형 상부클래드층(25)을 차례로 형성한다.
여기서, 상기 상부클래드층(25)상에는, 중심부에 상기 상부클래드층(25)의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 n형 GaInP 버퍼층(26) 및 n형 GaAs 캡층(27)을 더 형성할 수도 있다. 또한, 상기 제2 하부클래드층의 두께는 0.2㎛ 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 레이저 다이오드에 의하면, 이너스트라이프형의 전류주입에 의하여 좁은 영역에 케리어(Carrier)가 제한되므로 발진개시 전류를 저감화할 수 있고, 채널 상부의 복합 굴절율 도파(Complex Index Guide)에 의해 횡 방향 모드의 제어가 용이하고 저비점수차 거리를 가진다.
또한 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 제조방법에 의하면, 간단한 공정만으로 상기의 레이저 다이오드를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명을 일예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능함을 당업자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 제1도전형 GaAs 기판;상기 기판상에 형성되어 있는 제1도전형 GaInP 버퍼층;상기 버퍼층상에 형성되고, 그 중앙부에 상기 버퍼층의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 갖는 제2도전형 GaAs 전류제한층;상기 노출된 버퍼층 부위상에 형성되고, 상기 개구부를 채우면서, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 갖는 제1도전형의 제1 하부클래드층;상기 전류제한층 및 상기 제1 하부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 제1 하부클래드층 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제1도전형의 제2 하부클래드층;상기 제2 하부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 제2 하부클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 활성층; 및상기 활성층상에 형성되고, 중심부에 상기 활성층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제2도전형 상부클래드층을 포함하는 레이저 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 상부클래드층상에 형성되고, 중심부에 상기 상부클래드층의 볼록부에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제2도전형 GaInP 버퍼층 및 제2도전형 GaAs 캡층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 하부클래드층과 제2 하부클래드층은 동일한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제1도전형 GaAs 기판상에, 제1차 에피택셜 성장공정을 수행하여, 제1도전형 GaInP 버퍼층 및 제2도전형 GaAs 전류제한층을 차례로 형성하는 단계;상기 전류제한층상에, 상기 전류제한층의 중심부에 V자형 개구부를 형성하기 위한 절연막 패턴을 형성하는 단계;상기 절연막 패턴을 식각 마스크로 하여, 상기 버퍼층이 노출될 때까지 상기 전류제한층의 소정부위를 식각하여, 상기 전류제한층의 중앙부에 상기 버퍼층의 일부를 노출시키는 V자형의 개구부를 형성하는 단계;상기 절연막 패턴을 성장저지 마스크로 하여 제2차 에피택셜 성장공정을 수행함으로써, 상기 개구부를 채우면서 상기 버퍼층의 노출된 부위상에 형성되고, 그 상부가 좌우의 상기 전류제한층의 상부면보다 높게 형성되어 돌출된 볼록 형상을 갖는 제1도전형의 제1 하부클래드층을 형성하는 단계;상기 절연막 패턴을 제거하는 단계;상기 전류 제한층 및 제1 하부클래드층상에, 제3차 에피택셜 성장공정을 수행하여, 그 중심부에 상기 제1 하부클래드층 상부의 볼록 형상에 상응하는 형태의 볼록부를 갖는 제1도전형 제2 하부클래드층, 활성층 및 제2도전형 상부클래드층을 차례로 형성하는 단계를 포함하는 레이저 다이오드의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 절연막 패턴은 산화실리콘(SiO2)이나 질화실리콘(Si3N4)을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930021941A KR100265801B1 (ko) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019930021941A KR100265801B1 (ko) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR100265801B1 true KR100265801B1 (ko) | 2000-09-15 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019930021941A KR100265801B1 (ko) | 1993-10-21 | 1993-10-21 | 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100265801B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446615B1 (ko) * | 2001-10-09 | 2004-09-04 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
-
1993
- 1993-10-21 KR KR1019930021941A patent/KR100265801B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100446615B1 (ko) * | 2001-10-09 | 2004-09-04 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| US6901097B2 (en) | 2001-10-09 | 2005-05-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor laser diode and method for fabricating the same |
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20100528 Year of fee payment: 11 |
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