KR100265804B1 - 반도체 레이저 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것으로 활성층의 상부및 하부에 동시에 전류 제한 구조를 가지며, 굴절율 도파형의 동작을 할 수 있도록 된, 개선된 구조의 레이저 다이오드에 관한 것이다.

다시 말해서, 본 발명 레이저 다이오드는 활성층 하부에서는 종래의 레이저 다이오드와 같이 전류 차단층을 두어서 전류 제한을 행하고, 활성층 상부에는 경사면을 따라 상부층들과 상이한 형의 반도체 재료로 도핑된 횡 방향의 전류 차단 영역이 형성된 구조로 전류의 퍼짐을 막는 방식을 동시에 취하고 있다.

Description

반도체 레이저 다이오드

제 1 도는 종래의 레이저 다이오드의 수직 단면도

제 2 도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 수직 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : p GaAs 기판 2 : n GaAs 전류 차단층

3 : p InGaAlP 통전 용이층 4 : p InGaAlP 크래드층

5 : InGaP 활성층 6 : n InGaAlP 크래드층

7 : n GaAs 캡층 8 : 메탈(n)

9 : 메탈(p) 11 : p GaAs 기판

12 : n GaAs 전류 차단층 13 : p InGaAlP 통전 용이층

14 : p InGaAlP 크래드층 15 : InGaP 활성층

16 : n InGaAlP 크래드층 17 : n GaAs 캡층

18 : 메탈(n) 19 : 메탈(p)

20 : p 또는 p/n/p/n doped InGaAlP층 21 : p 또는 p/n/p/n doped GaAs층

본 발명은 InGaP계및 InGaAlP계의 단파장 반도체 레이저 다이오드의 제작에 관한 것이다.

InGaP계및 InGaAlP계의 레이저 다이오드는 기존의 He-Ne 개스 레이저 장치를 대치하며 점차 산업상 그 응용 범위를 확대하고 있으며, 특히 본 발명에서는 활성층 아래에 뿐 만아니라, 그 상부의 층들에서도 전류 제한을 할 수 있도록 구조를 개량하여 효율을 극대화 시킨 굴절율 도파형의 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.

일례로써, 종래의 반도체 레이저 다이오드는, 제1도에서와 같이 한쪽면에 메탈(9)이 증착된 n GaAs 기판(1) 상에, 중앙부가 식각되어 통전 채널이 형성된 n GaAs 전류 차단층(2), p InGaP 통전 용이층(3), p InGaAlP 제1의 크래드층(4), InGaP 활성층(5), n InGaAlP 제2의 크래드층(6)및 n GaAs 캡층(7)이 순차적으로 적층 되고, 메탈(8)이 그 위에 증착된 구조로 되어있다.

또한 이와 같은 구조의 레이저 다이오드는 다음과 같은 제조 공정에 의해 얻어진다.

먼저, p형 GaAs 기판(1) 위에, 1차 에피택시에 의해 n형 GaAs의 전류 차단층(2)이 적층된다.

그 다음 통상의 포토리소그래피 공정및 습식 식각 공정에 의해 통전 채널이 되는 소정의 개구부가 형성된 후, 2차 에피택시를 거쳐 p InGaP 통전 용이층(3), p InGaAlP 제1의 크래드층(4), InGaP 활성층(5), n InGaAlP 제2의 크래드층(6)및 n GaAs 캡층(7)이 순차적으로 적층 된다.

그리고 나서 메탈(8)및 메탈(9)이 그 위에 증착되어 소자가 완성된다.

이와 같은 구조는 비교적 제작공정이 용이하고, 기상 성장법(MOCVD법 또는 MBE법)에 의한 제작에 적합하여 반도체 레이저의 제작에 널리 이용되는 구조이다. 또한 상기 구조는 활성층의 휘어짐에 의한 굴절 도파형의 광 도파를 하므로 기본 모우드 발진에 유리할 뿐 만 아니라 비점수차가 매우 작아(1㎛이내) 광 기록 장치등의 응용기기에 적합하다.

그러나, 상기 구조는 전류 차단층과 활성층 사이의 거리가 1㎛ 이상이 되기 때문에 전류의 퍼짐 현상이 커져 소자의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 광 모우드 특성을 나쁘게 한다. 통상의 BRS(Buried Ridge Stripe)구조에서 전류의 퍼짐이 일어날 수 있는 크래드층의 두께가 0.2㎛ 수준인 것을 고려하면 상기 구조의 전류 제한(current confinement)을 개선 하는 것이 매우 시급한 과제로 대두된다.

본 발명은 상기한 종래의 레이저 다이오드의 기술상의 문제점을 해결 하고자 창안된 것으로, 소자의 효율을 저하시키고 광 모우드의 특성을 나쁘게 하는 전류의 퍼짐 현상을 최대한 방지하기 위해 전류 제한 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 다이오드는, p형 또는 n형의 반도체 기판;

상기 기판 상에 상기 기판과 상이한 형, 즉 n형 또는 p형이며 중앙부가 오픈되게 형성된 전류 제한층;

상기 전류 제한층과 상기 기판상에 굴곡되게 형성된 통전 용이층;

상기 통전 용이층 상에 상기 굴곡 구조로 형성된 제1의 크래드층;

상기 제1크래드층 상에 상기 굴곡 구조로 형성된 활성층;

상기 활성층 상에 상기의 굴곡 구조로 형성되고, 그 굴곡의 경사부에는 상이한 형의 반도체 재료의 도핑된 영역을 갖도록 형성된 제2의 크래드층;

상기 제2크래드층 상에 상기의 굴곡 구조로 형성되고, 그 굴곡의 경사부에는 상이한 형의 반도체 재료의 도핑된 영역을 갖도록 형성된 캡층;

상기 캡층 상에 상기의 굴곡 구조로 형성된 메탈층;

그리고 상기 기판밑에 메탈층;

을 구비하는 점에 특징이 있다.

이하 본 발명 레이저 다이오드이 구조를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

그러면 제2도를 참고 하면서 본 발명의 레이저 다이오드의 구조를 살펴 보기로하자.

p형의 GaAs 기판(1) 위에, 제1차 에피택시에 의해 n형의 GaAs 전류 차단층(2)을 성장시킨 후, 통상의 포토리소그래피및 습식 에칭 공정을 통하여 소정의 통전 채널을 형성한다.

그 다음으로 제2차 에피택시에 의해 p InGaP 통전 용이층(3), p InGAlP 제1크 래드층(4), InGaP 활성층(5), n InGaAlP 제2의 크래드층(6) 및 n GaAs 캡층(7)을 순차적으로 적층시킨다.

이때 n InGaAlP 제2크래드층(6)과/또는 n GaAs 캡층(7)의 성장시 MOCVD기법의 기술중 하나인 동시 도핑을 행한다. 즉, (100)면은 n형으로 성장되게 하는 반면, (311)A면으로 구성된 경사면은 p형으로 도핑되도록 한다.

이와 같이 활성층 상부의 n형의 반도체 층들의 경사면을 따라 p형 재료를 도핑 함으로써 횡 방향으로의 전류 퍼짐을 방지하는데 본 발명의 특징이 있다.

이상과 같은 구조에서는 n GaAs 전류 차단층(2)에 의해서 전류의 제한이 수핼될 뿐 만 아니라, n InGaAlP 제2의 크래드층(6)과/또는 n GaAs 캡층(7)의 경사면에서 횡 방향으로의 전류의 흐름이 차단되므로 전류의 흐름은 소정의 활성 영역으로만 제한된다. 따라서, 소자의 효율이 증가되어 고 출력의 동작이 가능해 진다.

끝으로 캡층의 상부및 기판의 하부에 메탈을 차례로 증착시켜 본 발명의 레이저 다이오드를 완성한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 활성층 하부에서만 전류 차단층에 의해 전류 제한을 하던 종래의 전류 제한 방식에서, 활성층 상부에서도 상부층들과 상이한 형의 반도체 재료를 경사면을 따라 도핑하여 전류 제한을 행 함으로써 전류 제한 효과를 높여 고 출력의 동작이 가능하고, 전류의 분포가 개선되어 발진 빔의 모양이 원형에 가까워져 비점수차가 작아진다. 또한 n InGaAlP 제2크래드층(6)및 n GaAs 캡층(7)의 성장시 동시 도핑을 행하여 경사면의 반도체 형을 반전 시키는 기술을 이용하므로 종래 기술 공정 이상의 추가 공정이 필요없는 장점이 있다.

Claims (1)

1. p형 또는 n형의 반도체 기판;

   상기 기판 상에 상기 기판과 상이한 형, 즉 n형 또는 p형이며 중앙부가 오픈되게 형성된 전류 제한층;

   상기 전류 제한층과 상기 기판상에 굴곡되게 형성된 통전 용이층;

   상기 통전 용이층 상에 상기 굴곡 구조로 형성된 제1의 크래드층;

   상기 제1크래드층 상에 상기 굴곡 구조로 형성된 활성층;

   상기 활성층 상에 상기의 굴곡 구조로 형성되고, 그 굴곡의 경사부에는 상이한 형의 반도체 재료의 도핑된 영역을 갖도록 형성된 제2의 크래드층;

   상기 제2크래드층 상에 상기의 굴곡 구조로 형성되고, 그 굴곡의 경사부에는 상이한 형의 반도체 재료의 도핑된 영역을 갖도록 형성된 캡층;

   상기 캡층 상에 상기의 굴곡 구조로 형성된 메탈층;

   그리고 상기 기판밑에 메탈층;

   을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.