KR100266842B1 - 반도체레이저장치와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
반사, 투과의 연속된 분포를 단면(端面)에 가진 반도체레이저장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
단면(9)에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막(10a)과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막(11a)을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막(10a)이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막(11a)이 일정한 막두께를 가지고 이루어진다.
Description
제1도는 실시예에 의한 반도체레이저장치의 단면도(Ⅰ).
제2도는 실시예에 의한 반도체레이저장치의 단면도(Ⅱ).
제3도는 단면반사율분포도.
제4도는 실시예에 의한 반도체레이저장치의 프로세스차트.
제5도는 반도체레이저장치도.
제6도는 종래예에 의한 광학박막형성방법(Ⅰ)을 도시한 도면.
제7도는 종래예에 의한 광학박막형성방법(Ⅱ)을 도시한 도면.
제8도는 종래예에 의한 광학박막형성방법(Ⅲ)을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : n-전극 1a : 전극 A
1b : 전극 B 2 : n-GaAs 기판
4 : 활성층 5 : P-클래드층
6 : 캡층 7 : P-전극
8 : 발광점 9 : 단면
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 10k, 10l, 10m, 12a : 단면보호막(SiN)
11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g, 11h, 11i, 11j, 11k, 11l, 11m, 30, 30a, 31b, 31c, 31d, 32 : 광학박막(Al2O3)
12 : SiN 막 15 : 웨이퍼
40 : 구획판 60 : 광원
본 발명은 반도체레이저장치 및 그 제조방법에 관한 것이며, 특히 반도체레이저장치의 단면(端面)반사율을 제어하는 것에 관한 것이다.
광통신, 광정보처리 및 광계측에 있어서의 광원으로서 불가결한 반도체레이저는 활성층(발광층)을 n-클래드층 및 P-클래드층으로 양측에서 협지한 더블헤테로구조를 통상 사용한다.
제5도는 반도체레이저장치의 사시도이다. 제5도에 도시한 바와 같이, 밴드갭이 작은 반도체인 활성층(4), 밴드갭이 큰 반도체인 n-클래드층(3), P-클래드층(5)에 순방향(順方向)전압을 가하면, n-클래드층(4)으로부터 전자(電子)가, P-클래드층(5)으로부터 정공(正孔)이 활성층(4)에 유입한다. 이들 캐리어는 헤테로접합에서의 밴드갭차(差)로부터 오는 에너지장벽에 의해 활성층(4)내에 폐입(閉入)된다. 이 캐리어의 폐입은 효율이 양호한 전자와 홀의 재결합을 촉진하고, 자연방출광을 발생시킨다. 그 자연광이 다음의 전자와 홀의 재결합을 촉진한다. 한편, 활성층(4)의 단면이 광공진기(光共振器)의 반사경의 역할을 하므로, 광이 공진기내를 왕복하는 동안에 유도방출과 광증폭이 진행된다.
여기서, 주입전류를 어느 정도 크게 하면, 마침내 레이저발진에 이르고, 발광의 출력강도가 급히 커져서, 그 결과 지향성이 있고, 스펙트럼폭이 좁은 레이저광이 발광점(8)으로부터 방사된다.
또, n-전극(1) 및 P-전극(7)은 주입전류를 제어하기 위한 것이며, 캡층(6)은 P-전극(7)과의 저항을 작게 하기 위한 것이다.
그런데, 반도체레이저의 n-클래드층(3), 활성층(4), P-클래드층(5)에는 AlGaAs 계, AlInP 계 등의 Al 을 함유한 반도체가 많이 사용된다. 이 Al 이 산화하면 소자가 열화된다. 그래서, 제5도(b)에 도시한 바와 같이, Al 의 산화를 방지하기 위해 단면보호막(10)을 성장시킨다.
한편, 단면(9)은 레이저발진을 할 때에 반사경의 역할을 하고 있으며, 단면보호막(10)상에 광학박막을 성장시켜, 단면의 반사효율(이하, 단면반사율이라 함)을 변화시킴으로써, 고출력, 저소비전력 등의 특성 향상을 실현하고 있다.
그러나, 광학계에 반도체레이저장치가 배설되면, 반도체레이저장치로부터 발광한 광이 광학계로부터 되돌아오므로 노이즈가 발생한다. 그러므로, 종래에는 되돌아오는 광에 의한 영향을 억제하기 위해 다음과 같은 방법을 사용하고 있었다.
제6도는 제1의 종래예에 의한 광학박막형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 반도체레이저장치의 단면보호막(10)상에 광학박막(30)을 형성한 후, 포토리소그라피에 의해 제6도(a)에 도시한 바와 같이 발광점(8)의 근방만에 광원(60)에 의해 레이저광선 등을 조사(照射)하고, 광학박막(30a)을 형성하여 그 막두께를 변화시키고, 제6도(b)에 도시한 바와 같이 발광점(8)의 근방에 반사율이 높은 광학박막(30a), 그 이외의 영역에는 반사율이 낮은 광학박막(30b)을 형성한다.
제7도는 제2의 종래예에 의한 광학박막형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 제7도(a) 또는 제7도(b)에 도시한 바와 같이, 반도체레이저장치의 단면보호막(10)의 전방에 구획판(40)을 배치하고, 그 구획판(40)에 의해 증착원(蒸着源)으로부터 나온 금속을 차단하고, 광학박막(31a)와 (31b), 광학박막(31c)와 (31d)의 막두께를 각각 변화시켜, 발광점(8)에 있어서는 반사율이 높은 광학박막(31a),(31c), 그 이외의 영역에 있어서는 반사율이 낮은 광학박막(31b),(31d)을 형성한다. 또, 제7도(c)는 제7도(a)의 증착원방향에서 본 도면이다.
제8도는 제3의 종래예에 의한 광학박막형성방법을 설명하기 위한 도면이다. 제8도에 도시한 바와 같이, 반도체레이저장치의 두께 t를 얇게 하고, 단면전체에 반사율이 높은 광학박막(32)을 형성한다.
먼저, 제6도에 도시한 제1의 종래예에서는 반사율이 상이한 광학박막(30a),(30b)을 레이저광선 등의 조사에 의해 형성하는 것이지만, 이 레이저광선 등을 조사하기 위한 장치 및 제어가 복잡하게 되어 문제이다. 또, 제7도에 도시한 제2의 종래예에서는 구획판(40)에 의해 반사율이 상이한 광학박막(31a)와 (31b), 광학박막(31c)와 (31d)을 형성하는 것이지만, 이 구획판(40)을 제어하기 위한 장치가 복잡하게 되어 문제이다. 또, 제8도에 도시한 제3의 종래예에서는 웨이퍼상태에서 반도체레이저장치를 얇게 할 때에 균열에 의한 수율이 저하하여 문제이다. 또한, 제6도~제8도에 도시한 어느 방법에 있어서도 반사율의 분포를 부여하는데 제한이 있으며, 반도체레이저장치의 특성을 향상시키는데 제약이 있다.
그래서, 본 발명은 반사, 투과의 연속된 분포를 단면에 갖는 반도체레이저장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는 본 발명에 의하면, 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막이 일정한 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치에 의해 해결된다.
또, 상기 과제는 본 발명에 의하면, 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막이 일정한 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치에 의해 해결된다.
또, 상기 과제는 본 발명에 의하면, 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치에 의해 해결된다.
또, 상기 과제는 본 발명에 의하면, 발광을 억제하기 위해 대향 배치된 제1의 전극 및 제2의 전극과, 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막 또는 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치의 제조방법으로서, 상기 제1의 전극 또는 제2의 전극중 최소한 어느 하나의 전극의 전면(全面)상에 상기 단면보호막 또는 광학박막의 재료막으로서의 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막을 전면에치백하여 상기 단면상에 사이드월에 의한 단면보호막 또는 광학박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치의 제조방법에 의해 해결된다.
또, 상기 과제는 본 발명에 의하면, 단면상에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막 또는 반사율을 제어하기 위한 광학박막중 어느 하나를 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막 또는 광학박막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치에 의해 해결된다.
또, 상기 과제는 본 발명에 의하면, 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막 또는 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 증착에 의해 형성하는 반도체레이저장치의 제조방법으로서, 피증착면을 소정의 각도로 경사시켜, 증착원과 피증착면과의 사이의 거리를 연속적으로 변화시킴으로써, 연속적으로 변화하는 막두께를 가진 상기 단면보호막 또는 광학박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치의 제조방법에 의해 해결된다.
본 발명에 의하면, 제3도에 도시한 바와 같이 광학박막의 막두께에 의해 단면상의 반사율을 변화시킬 수 있으므로, 제1도(b)~제1도(d)에 도시한 바와 같이 막두께가 연속적으로 변화하는 광학박막(11b), (11c), (11d)에 의해 단면의 반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또, 단면보호막의 막두께의 의해서도 단면의 반사율을 변화시킬 수 있으므로, 제1도(a), 제1도(c), 제1도(e)에 도시한 바와 같이 막두께가 연속적으로 변화하는 단면보호막(10a), (10c), (10d)에 의해 단면의 반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 제4도(c)에 도시한 바와 같이 대향한 제1의 전극(1a) 또는 제2의 전극(1b)중 어느 하나의 전극의 전면상에 절연막(12)을 형성하면, 단면(9)상에는 절연막(12)이 형성된 전극에 가까울수록 절연막(12)의 막두께가 두꺼워진다. 또한, 이 막두께는 전극상의 절연막의 막두께에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 제4도(d)에 도시한 바와 같이 절연막(12)을 전면에치백하면, 단면(9)상에 연속적인 막두께의 변화를 가진 단면보호막(12a)(또는 광학박막)을 형성할 수 있다. 또, 제1의 전극(1a)과 제2의 전극(1b)의 양면에서 절연막을 형성하여, 이 절연막을 에치백함으로써 단면보호막(12a)(또는 광학박막)의 막두께를 정밀도 양호하게 제어할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 피증착면을 소정의 각도로 경사시키면, 증착원과 피증착면과의 사이의 거리를 연속적으로 변화시킬 수 있고, 이 거리가 가까우면 그 만큼 피증착면상에 형성하는 광학박막 또는 단면보호막의 막두께를 두껍게 할 수 있으므로, 광학박막 또는 단면보호막의 막두께를 연속적으로 변화시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체레이저장치의 단면도이다.
제1도(a)는 제1 실시예를 나타낸 반도체레이저장치의 단면도이며, 제1도(a)에 도시한 바와 같이, 단면(9)상에 막두께의 변화가 있는 단면(端面)보호막(SiN)(10a)과, 막두께가 일정한 광학박막(Al2O3)(11a)이 각각 형성되어 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 발광점 A 과 그 이외의 영역에서 단면반사율을 변화시킬 수 있는 것을 다음에 설명한다.
제3도는 광학박막두께(Al2O3)를 변화시킴으로써, 파장이 785nm 의 광의 단면반사율이 변화하는 것을 도시한 도면이며, 제1도(a)에 도시한 각 A, B, C 에서의 단면보호막(SiN)(10a)의 막두께가 각각 190nm, 170nm, 150nm 이며, 이 단면보호막(SiN)(10a)상에 광학박막의 막두께를 변화시킨 것이다. 단면보호막(SiN)(10a)뿐인 경우에는 A, B, C 각 점에 있어서 단면반사율은 각각 32%, 28%, 20% 로 된다. 여기서, 광학박막(Al2O3)(11a)의 막두께를 80nm 로 하면, 제3도에 도시한 바와 같이 단면반사율은 A, B, C 각 점에 대하여 각각 12%, 18%, 22% 로 된다.
또, 광학박막(Al2O3)(11a)의 막두께를 160nm 로 하면, 단면반사율은 A, B, C 에 대하여 각각 12%, 4%, 0.5% 로 된다. 이와 같이, 상기 구조에 의해 단면반사율을 변화시킬 수 있다.
다음에, 제1도(b)는 제2 실시예를 나타낸 반도체레이저장치의 단면도이며, 제1도(b)에 도시한 바와 같이 단면(9)상에 막두께가 일정한 단면보호막(SiN)(10b)과, 막두께의 변화가 있는 광학박막(Al2O3)(11b)이 형성되어 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 발광점 A 과 그 이외의 영역에서 단면반사율을 변화시킬 수 있는 것을 다음에 설명한다.
단면보호막(SiN)(10b)의 막두께를 170nm 로 하면, 광학박막(Al2O3)(11b)에 의해 단면반사율은 제3도에 도시한 B 점에서의 반사율의 곡선상에 위치한다. 따라서, 광학박막(Al2O3)(11b)의 막두께를 변화시킴으로써 단면반사율을 변화시킬 수 있다. 예를 들면 A 점의 막두께를 70nm, B 점의 막두께를 80nm, C 점의 막두께를 100nm 로 하면, 단면반사율은 각각 22%, 18%, 12% 로 된다. 이와 같이, 상기 구조에 의해 단면반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
다음에, 제1도(C)는 제3 실시예를 나타낸 반도체레이저장치의 단면도이며, 단면(9)상에 막두께의 변화가 있는 단면보호막(Al2O3)(10c)과, 막두께의 변화가 있는 광학박막(Al2O3)(11c)이 각각 형성되어 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 발광점 A 및 그 이외의 영역에서 단면반사율을 변화시킬 수 있는 것을 다음에 설명한다.
단면보호막(SiN)(10c)의 막두께를 A, B, C 각 점에 대하여 각각 190nm, 170nm, 150nm 로 하고, 이 위에 광학박막(Al2O3)(11c)을 형성하면 단면반사율은 제3도에 도시한 A 점에서의 반사율의 곡선, B 점에서의 반사율의 곡선, C 점에서의 반사율의 곡선상에 각각 위치하므로 광학박막(Al2O3)(11c)의 막두께를 변화시킴으로써, 단면반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
다음에, 제1도(d)는 제4 실시예를 나타낸 반도체레이저장치의 단면도이며, 단면(9)상에 막두께의 변화가 있는 광학박막(Al2O3)(11d)이 형성되어 있다. 이 구조는 막두께가 일정한 단면보호막상에 막두께의 변화가 있는 광학박막(Al2O3)을 형성한 제2 실시예의 단면보호막의 막두께를 0 으로 한 특별한 경우이므로, 단면반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
다음에, 제1도(e)는 제5 실시예를 나타낸 반도체레이저장치의 단면도이며, 단면(9)상에 막두께의 변화가 있는 단면보호막(SiN)(10d)만이 형성되어 있다. 이 구조는 제1도(a)에 있어서의 광학박막(11a)의 막두께를 0 으로 한 특별한 경우이므로, 단면반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또, 제2도는 제1도에 도시한 단면보호막과 광학박막의 막두께의 변화에 의한 분류를 작게 한 것이다. 제2도(a)는 전극 A(1a)측이 전극 B(1b)측보다 단면보호막(10f), 광학박막(11f)이 모두 두껍고, 제2도(b)는 단면보호막(10g)이 두껍고, 광학박막(11g)이 얇으며, 제2도(c)는 단면보호막(10h)이 얇고, 광학박막(11h)이 두꺼우며, 제2도(d)는 단면보호막(10i), 광학박막(11i)이 모두 얇고, 제2도(e)는 단면보호막(10j)이 같고, 광학박막(11j)이 두꺼우며, 제2도(f)는 단면보호막(10k)이 같고, 광학박막(11k)이 얇으며, 제2도(g)는 단면보호막(10l)이 두껍고, 광학박막(11l)이 같으며, 제2도(h)는 단면보호막(10m)이 얇고, 광학박막(11m)이 같은 것이다. 이상과 같이, 막두께를 여러가지로 변화시킴으로써 정밀도 양호하게 단면반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 의한 반도체레이저장치의 제조방법에 대하여 설명한다.
제4도(a)는 웨이퍼(15)를 벽개(劈開)한 상태를 도시한 평면도 및 평면도를 부분확대한 사시도이며, 제4도(b)는 사시도의 I-I 방향 단면도이다. 또, 제4도(c)~제4도(e)는 단면보호막 및 광학박막을 형성하는 공정에 있어서의 단면도이다.
본 실시예에 있어서는, 먼저 제4도(a)에 도시한 바와 같이 결정면에 웨이퍼(15)를 짧고 좁게 나누어 벽개하면 제4도(b)에 도시한 단면도로 된다. 다음에, 제4도(c)에 도시한 바와 같이 플라즈마 CVD(화학적 기상성장)법에 의해 SiN 막(12)을 전극 A(1a)측으로부터 200nm 정도의 두께로 형성한다. 다음에, RIE(반응성 이온에칭)에 의해 전극 A(1a)의 전면(全面)을 에치백하고, 제4도(d)에 도시한 바와 같이 단면보호막(SiN)(12a)을 형성하면, 발광점 A, 단면의 중심 B, A 과 대칭점 C 의 막두께는 190nm, 170nm, 150nm 로 되고, 단면반사율은 32%, 28%, 20% 로 된다.
다음에, 증착원인 Al2O3를 스퍼터링에 의해 광학박막(Al2O3)(11e)을 형성한다. 이 때, 광학박막(Al2O3)(11e)의 막두께는 단면보호막(SiN)(12a)의 면의 경사에 의해 증착원과 단면보호막(SiN)(12a)상의 각 영역과의 사이의 거리가 변하므로, 연속적으로 변화시킬 수 있다. 광학박막(Al2O3)(11e)의 막두께를 80nm 로 하면, A, B, C 의 각 점의 단면반사율은 12%, 18%, 22% 로 된다.
또, 단면보호막(SiN)(12a)의 막두께는 전극 A(1a)상의 막두께나, 재차 전극 B(1b)측으로부터 SiN 막을 형성함으로서 연속적으로 또한 소정의 막두께로 변화시킬 수 있다.
따라서, 단면보호막(SiN)(12a) 및 광학박막(Al2O3)(11e)의 막두께를 연속적으로 변화시킬 수 있고, 이들의 조합에 의해 단면반사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
또, 광학박막에 a-Si 를 사용하는 것도 가능하며, 광학박막은 다층막이라도 된다. 또, 단면에는 광학박막, 단면보호막의 순이라도 되며, 광학박막을 에치백에 의해, 단면보호막을 스퍼터링에 의해 형성하는 것도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 단면보호막의 막두께의 변화와 광학박막의 막두께의 변화에 의해 반사율을 용이하게 콘트롤할 수 있고, 반도체레이저 자체의 발광이 광학계로부터 되돌아옴으로써 노이즈의 발생을 억제할 수 있으므로, 측정수율을 향상시킬 수 있다. 또, 노이즈발생을 반도체레이저자체로 억제하므로, 광학계를 간소화할 수 있고, 코스트다운 할 수 있다.
Claims (6)
- 단면(端面)에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막이 일정한 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
- 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막이 일정한 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
- 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막과, 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지며, 또한 상기 광학박막이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
- 단면상에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막 또는 반사율을 제어하기 위한 광학박막중 어느 하나를 가진 반도체레이저장치로서, 상기 단면보호막 또는 광학박막중이 연속적으로 변화하는 막두께를 가지고 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
- 발광을 억제하기 위해 대향배치된 제1의 전극 및 제2의 전극과, 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막 또는 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 가진 반도체레이저장치의 제조방법으로서, 상기 제1의 전극 또는 제2의 전극중 최소한 어느 하나의 전극의 전면(全面)상에 상기 단면보호막 또는 광학박막의 재료막으로서의 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막을 전면에치백하여 상기 단면상에 사이드월에 의한 단면보호막 또는 광학박막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치의 제조방법.
- 단면에 이 단면의 산화를 방지하기 위한 단면보호막 또는 반사율을 제어하기 위한 광학박막을 증착에 의해 형성하는 반도체레이저장치의 제조방법으로서, 피증착면을 소정의 각도로 경사시켜, 증착원(蒸着源)과 피증착면과의 사이의 거리를 연속적으로 변화시킴으로써, 연속적으로 변화하는 막두께를 가진 단면보호막 또는 광학박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치의 제조방법.
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