KR100274155B1 - High power semiconductor laser having ridge wave guide structure and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high power semiconductor laser having a ridge wave guide structure and a manufacturing method thereof are provided to suppress occurrence of higher order modes during a high power operation and obtain a stable basic mode operation characteristics even at high power by reducing a change in an effective refractive index in edge portions of the semiconductor laser. CONSTITUTION: A multiple quantum well structure of a buffer layer(5), a clad layer(6), an active layer(8), a clad layer(10), and an ohmic contact layer(12) is grown on a substrate(4) by a MOCVD or other growing method. Then, a semiconductor laser having a ridge wave guide structure having a ridge portion(16) and a channel portion(17) is produced by processes of photo-resist masking, and coating an insulating layer and electrodes. After etching the ridge portion, boundary regions with the channel portion are ion-implanted with a predetermined dopant material using a photo-resist mask or an oxide-mask so as to have alleviated bandgap and effective refractive index. After masking the ion-implanted regions, new regions in the vicinity of the ion-implanted regions are ion-implanted with a new dopant material using a photo-resist mask or an oxide-mask. The ion-implantations are repeated by the number of kinds of dopant materials to be implanted. The ion-implantations are repeated with dopant materials having bandgaps different from the bandgap or with different effective refractive indices according to depth of ion-implantation and dose of dopants. The resultant structure are subjected to an annealing process to produce a high power semiconductor laser having a ridge wave guide structure.

Description

고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저와 그 제작방법.High power ridge wave guide structure semiconductor laser and its manufacturing method.

본 발명은 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작방법에 관한 것이다. 상기 반도체 레이저는 밴드갭과 유효굴절율에 따라 광출력에 차이가 있으며, 다른 광소자의 경우에도 밴드갭과 유효굴절율에 따라 광 분포에 차이가 있다.The present invention relates to a method for fabricating a semiconductor laser having a high output ridge wave guide structure. The semiconductor laser has a difference in light output according to the band gap and the effective refractive index, and in the case of other optical devices, there is a difference in the light distribution according to the band gap and the effective refractive index.

도 2a는 종래의 RWG (Ridge Wave Guide; 리지 웨이브 가이드)반도체 레이저의 단면도를 보여주고 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이 n-GaAs 기판(4)위에 차례로 n-GaInAsP 완충충(5), n-GaInP 클래드 층(6), GaInAsP 완충층(7), GaInAs/GaInAsP 활성층(8), GaInAsP 완충층(9), p-GaInP 클래드층(10), p-GaInAsP 완충층(11), p+-GaAs 옴 접촉층(12), 등을 MOCVD 등의 방법으로 결정성장한 후 반도체 제작공정을 사용하여 리지구조의 광도파로를 제작하고 전극을 만들어 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저를 제작하였다.Figure 2a shows a cross-sectional view of a conventional RWG (Ridge Wave Guide) semiconductor laser. As shown in FIG. 2A, the n-GaInAsP buffer layer 5, the n-GaInP cladding layer 6, the GaInAsP buffer layer 7, the GaInAs / GaInAsP active layer 8, and the GaInAsP buffer layer are sequentially disposed on the n-GaAs substrate 4. (9), the p-GaInP cladding layer 10, the p-GaInAsP buffer layer 11, the p + -GaAs ohmic contact layer 12, and the like are grown by MOCVD or the like, and then the semiconductor fabrication process is used to form the ridge structure. An optical waveguide was fabricated and an electrode was fabricated to fabricate a semiconductor laser having a ridge wave guide structure.

그러나 고출력 리지 웨이브 가이드 제작에 있어서는 제작된 리지 폭에 따라 고출력에서의 동작특성이 결정된다. 고출력에서의 동작특성을 향상시키기 위하여는 리지와 채널의 경계 부분의 급격한 유효 굴절율변화를 완화시켜줄 필요가 있다.However, in the manufacture of high-power ridge wave guides, the operating characteristics at high power are determined by the fabricated ridge width. In order to improve the operating characteristics at high power, it is necessary to mitigate the sudden effective refractive index change at the boundary between the ridge and the channel.

일반적으로 Zn, Si, Be 등의 원소로 확산 또는 이온주입 시킨 후의 열처리를 통한 혼정화로 밴드갭과 유효굴절율을 조절할 수가 있다. 종래에는 혼정화를 위하여 Si 또는 Be 등의 원소중 한가지만 주로 사용한 이온 주입과 열처리를 통한 혼정화, 또는 Zn등의 확산에 의한 혼정화 특성을 이용하였으나 이와 같은 혼정화를 실제 소자 제작 공정에 사용할 경우 도 2b에 도시된 바와 같이 계면에서의 급격한 유효굴절율 변화에 따른 소자 동작 특성이 열화되는 원인이 된다.In general, the band gap and the effective refractive index can be controlled by the crystallization through heat treatment after diffusion or ion implantation with elements such as Zn, Si, Be and the like. Conventionally, only one of the elements such as Si or Be is used for the crystallization, but the crystallization characteristics are mainly used by ion implantation and heat treatment or by diffusion of Zn. In this case, as shown in FIG. 2B, the device operation characteristics may be deteriorated due to the rapid change in effective refractive index at the interface.

이에 본 발명에서는 리지와 채널의 경계부분에서의 유효굴절율의 급격한 변화를 완화시키기 위하여 활성층으로 사용되는 다층양자우물구조를 리지와 채널의 경계부분에서 부분적으로 혼정화 시키고자 한다.Therefore, in the present invention, in order to mitigate the sharp change in the effective refractive index at the boundary between the ridge and the channel, the multilayer quantum well structure used as the active layer is partially mixed at the boundary between the ridge and the channel.

반도체 레이저는 고차 모드의 발진을 억제하여 기본 모드로 동작하게 함으로써 안정된 광 출력을 내게 할 수 있는데, 이를 위해서는 밴드갭과 유효굴절율 변화를 공간적으로 완화시키는 것이 필요하다. 또한 다른 광소자의 경우에도 밴드갭과 유효굴절률을 완화시켜 광 분포를 조절하게 할 수 있다.The semiconductor laser can provide stable light output by suppressing oscillation of the higher order mode and operating in the basic mode, which requires spatial relaxation of the band gap and the effective refractive index change. In addition, in the case of other optical devices, the band gap and the effective refractive index may be relaxed to control the light distribution.

다층양자우물 구조에 있어서 실리콘(Silicon), 붕소(Boron)등을 이온주입과 열처리 공정에 의하여 다층양자우물 구조의 혼정화에 따라 밴드갭과 유효굴절율이 변하게 되며 이온 주입 물질에 따라 그 변화량을 조절할 수 있으므로, 다단계의 이온주입 공정을 거침으로서 밴드갭과 유효굴절율 변화를 공간적으로 완화 시킨 구조의 소자 제작을 가능하게 한다.In the multilayer quantum well structure, the band gap and effective refractive index change according to the hybridization of the multilayer quantum well structure by ion implantation and heat treatment process of silicon, boron, etc., and the amount of change is controlled according to the ion implantation material. As a result, it is possible to fabricate a device having a structure in which a band gap and an effective refractive index change are spatially relaxed by going through a multi-step ion implantation process.

따라서, 다층양자우물 구조에서 이온 주입 물질에 따른 다단계 이온주입과 열처리를 통한 혼정화를 이용하여 밴드갭과 유효굴절율의 변화를 정확히 조절하여 완화된 밴드갭과 유효굴절율을 갖게 하는 것이 본 발명의 목적이다.Therefore, it is an object of the present invention to precisely control the change of the band gap and the effective refractive index by using the multi-step ion implantation and heat treatment according to the ion implantation material in the multilayer quantum well structure to have a relaxed band gap and effective refractive index. to be.

도 1a는 본 발명의 안정된 고출력 레이저 제작을 위한 다단계 이온주입 공정을 이용한 RWG 반도체 레이저 단면도.Figure 1a is a cross-sectional view of the RWG semiconductor laser using a multi-step ion implantation process for producing a stable high power laser of the present invention.

도 1b는 본 발명을 활용한 RWG 반도체 레이저 리지 부분의 횡단면 유효굴절율 분포도.Figure 1b is a cross-sectional effective refractive index distribution of the RWG semiconductor laser ridge portion utilizing the present invention.

도 2a는 종래의 RWG 반도체 레이저 제작 후의 단면도.2A is a cross-sectional view of a conventional RWG semiconductor laser after fabrication.

도 2b는 종래의 RWG 반도체 레이저 리지 부분의 횡단면 유효굴절율 분포도.2B is a cross-sectional effective refractive index distribution diagram of a conventional RWG semiconductor laser ridge portion.

도 3 은 이온주입 물질에 따른 밴드갭 변화도.3 is a band gap change according to the ion implantation material.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on main parts of the drawings

1:이온주입 없이 900oC 10분 열처리 한 경우의 밴드갭1: Bandgap when heat treated at 900 o C for 10 minutes without ion implantation

2: Boron을 5x1012cm-2이온주입 후 900oC 10분 열처리 한 경우의 밴드갭2: Bandgap when Boron was heat treated at 900 o C for 10 min after 5x10 12 cm -2 ion implantation

3: Silicon을 5x1012cm-2이온주입 후 900oC 10분 열처리 한 경우의 밴드갭3: Band gap when silicon was heat treated at 900 o C for 10 min after 5x10 12 cm -2 ion implantation

4: n-GaAs 기판 5: n-GaInAsP 완충층4: n-GaAs substrate 5: n-GaInAsP buffer layer

6: n-GaInP 클래드 층 7: GaInAsP 완충층6: n-GaInP clad layer 7: GaInAsP buffer layer

8: GaInAs/GaInAsP 활성층 9: GaInAsP 완충층8: GaInAs / GaInAsP active layer 9: GaInAsP buffer layer

10: p-GaInP 클래드 층 11: p-GaInAsP 완충층10: p-GaInP clad layer 11: p-GaInAsP buffer layer

12: p+-GaAs 옴 접촉층 13: 절연막12: p + -GaAs ohmic contact layer 13: insulating film

14: p측 전극 15: n 측 전극14: p-side electrode 15: n-side electrode

16: 리지 부분 17: 채널 부분16: ridge part 17: channel part

18: Silicon 주입에 의한 혼정화 부분18: Miscification part by silicon injection

19: Boron 주입에 의한 혼정화 부분19: Miscification by Boron Injection

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 완충층, 클래드층, 활성층 클래드층, 오믹접촉층의 다중양자우물 구조를 갖도록 MOCVD 또는 그외의 결정성장방법으로 결정성장시킨 후 반복된 포토 레지스터 또는 인슐레이터에 의한 마스킹 패턴의 제작공정을 통하여 리지부분과 채널부분을 갖는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작공정에, 상기 리지부분의 식각 후 채널부분과의 경계 부분에 완화된 밴드갭과 유효굴절율을 갖도록 소정의 이온주입물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 소정부위에 이온주입하고, 상기 주입된 이온주입부위를 다시 마스킹한 후 소정의 간격을 두고 근처의 새로운 주입부에 새로운 이온주입물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 이온주입하되 상기 과정을 주입하고자 하는 물질의 종류 수만큼 다단계로 반복하는 다단계 이온주입공정과; 상기 밴드갭과 다른 이온주입물질 또는 이온주입 깊이와 주입량에 따라 유효굴절이 다른 이온주입공정을 다단계로 반복한 후 상기 서로 다른 이온이 주입된 결정성장층을 혼정화시키도록 열처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a masking pattern by repeated photoresist or insulator after crystal growth by MOCVD or other crystal growth method to have a multi-quantum well structure of buffer layer, clad layer, active layer clad layer, ohmic contact layer In the semiconductor laser fabrication process of a high power ridge wave guide structure having a ridge portion and a channel portion through the fabrication process, predetermined ion implantation is performed to have a bandgap and an effective refractive index relaxed at the boundary portion with the channel portion after etching the ridge portion. The material is ion implanted into a predetermined portion using a photoresist mask or an oxide film mask, and the implanted ion implantation portion is again masked, and then a new ion implantation material is transferred to a new implantation portion near the photoresist mask or oxide layer at predetermined intervals. Ion implantation using a mask to inject the process A multistage ion implantation step of repeating the multistage by the number of types of materials to be used; Repeating the ion implantation process having different effective refractive indices according to the band gap and other ion implantation material or ion implantation depth and implantation in multiple stages, and then performing a heat treatment process to mix the crystal growth layers implanted with different ions. It features.

따라서 상기 공정에 의해 제작된 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저는 기판위에 완충층, 클래드층, 활성층 클래드층, 오믹접촉층의 다중양자우물 구조를 갖도록 MOCVD 또는 그외의 결정성장방법으로 결정성장시킨 후 절연막과 전극을 입히는 공정을 통하여 리지부분과 채널부분을 갖도록 제작된 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저에, 상기 리지부분의 식각 후 채널부분과의 경계 부분에 완화된 밴드갭과 유효굴절률을 갖도록 소정의 이온주입물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 소정부위에 이온주입하고, 상기 주입된 이온주입부위를 다시 마스킹한 후 소정의 간격을 두고 근처의 새로운 주입부에 새로운 이온주입물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 이온주입하되 상기 과정을 주입하고자 하는 물질의 종류 수만큼 다단계로 반복하는 다단계 이온주입공정을 통하여 소정의 간격을 두고 형성된 복수개의 이온주입영역과; 상기 밴드갭과 유효굴절율 특성이 서로 다른 이온주입물질을 이온주입하는 이온주입공정을 다단계로 반복한 후 상기 서로 다른 이온이 주입된 결정성장층을 혼정화시키도록 하는 열처리 공정을 통하여 형성된 혼정화 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.Therefore, the semiconductor laser of the high output ridge wave guide structure manufactured by the above process is grown on the substrate by crystallization by MOCVD or other crystal growth method so as to have a multi-quantum well structure of a buffer layer, a clad layer, an active layer clad layer, and an ohmic contact layer. The semiconductor laser of the high power ridge wave guide structure fabricated to have a ridge portion and a channel portion through a process of coating an electrode, and has a predetermined bandgap and an effective refractive index at the boundary portion with the channel portion after etching the ridge portion. Ion implant material is implanted into a predetermined region using a photoresist mask or an oxide film mask, the implanted ion implantation region is again masked, and new ion implantation material is transferred to a new implantation region nearby at predetermined intervals. Or ion implantation using an oxide mask, but The number and type of materials as long as at a predetermined interval via a multi-step ion implantation step of repeating a plurality of multi-level ion implantation formed region to be injected; An immiscible region formed through an annealing process of repeating the ion implantation process of ion implanting ion implantation materials having different band gaps and effective refractive index characteristics in multiple stages and then mixing the crystal growth layers implanted with different ions Characterized in having a.

도 1a는 본 발명을 잘 설명하는 것으로, 본 발명의 안정된 고출력 레이저 제작을 위한 다단계 이온주입 공정을 이용한 RWG 반도체 레이저 단면도를 나타내고 있다.Figure 1a illustrates the present invention well, and shows a cross-sectional view of the RWG semiconductor laser using a multi-step ion implantation process for producing a stable high power laser of the present invention.

본 발명을 설명하는 도 1a와 종래의 기술을 설명하는 도 2a를 비교해 보면 리지(16)와 채널(17)부분과의 경계 부분에 명확한 차이가 발생했음을 알 수 있다.Comparing FIG. 1A illustrating the present invention and FIG. 2A illustrating the prior art, it can be seen that a clear difference occurred in the boundary portion between the ridge 16 and the channel 17 portion.

즉 n-GaInAsP 완충충(5)위에 올려져 결정성장된 n-GaInP 클래드층(6)과 GaInAsP 완충층(7)과 GaInAs/GaInAsP 활성층(8)과 GaInAsP 완충층(9)에 걸쳐 소정갯수의 이온 확산영역(18,19)이 형성된 것을 볼 수 있고 혼정화 되었음을 볼 수 있다.That is, a predetermined number of ion diffusions are carried out over the n-GaInAsP buffer layer 5, the n-GaInP cladding layer 6, the GaInAsP buffer layer 7, the GaInAs / GaInAsP active layer 8, and the GaInAsP buffer layer 9 grown on the crystal. It can be seen that areas 18 and 19 are formed and that they are mixed.

상기 도 1a에 도시된 RWG 반도체 레이저는 종래의 반도체 제작공정을 수행한 후 리지(16)의 식각 후 채널(17)부분과의 경계 부분에 밴드갭특성과 유효굴절율 특성을 완화시키도록 Si, 또는 B 등을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 소정부위에 이온주입한다. 그 이온주입부위에 마스킹 공정을 한후 그 이온주입부위의 근처에 밴드갭특성과 유효굴절율 특성이 다르게 되도록 조금전의 이온주입물질과 상기 밴드갭과 다른 이온주입물질 또는 이온 주입 깊이와 주입량에 따라 유효굴절율이 다른 이온주입공정을 다단계의 이온 주입 공정을 수행하고, 혼정화를 위한 열처리 공정을 거침으로서 고출력 리지웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 구조에서 리지의 가장자리에서 밴드갭과 유효굴절율 변화를 공간적으로 완화 시키게 하였다.In the RWG semiconductor laser shown in FIG. 1A, after performing the conventional semiconductor fabrication process, Si, or the Si, to mitigate the band gap characteristics and the effective refractive index characteristics at the boundary portion with the channel 17 portion after etching the ridge 16, or B or the like is ion-implanted into a predetermined portion using a photoresist mask or an oxide film mask. After the masking process is applied to the ion implantation site, the effective refractive index depends on the ion implantation material and the band gap and other ion implantation materials or ion implantation depth and implantation amount so that the band gap characteristics and the effective refractive index characteristics are different near the ion implantation site. This different ion implantation process is performed by a multi-step ion implantation process and undergoes a heat treatment process for crystallization to spatially relax the band gap and the effective refractive index change at the edge of the ridge in the semiconductor laser structure of the high power ridge wave guide structure. .

즉, 기판위에 완충층, 클래드층, 활성층 클래드층, 오믹접촉층을 MOCVD의 방법으로 결정성장시킨 후 포토레지스터 마스크, 절연막과 전극을 입히는 공정을 통하여 리지부분과 채널부분을 갖는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저를 제작하는 종래의 반도체 레이저공정을 수행한 후 상기 리지부분(16)의 식각 후 채널부분(17)과의 경계 부분에 제 1 이온주입물질로 Si를 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 소정부위에 이온주입한다. 이온주입된 이온주입부위에 마스킹한 후 제 2 이온주입물질로 B를 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 Si를 주입한 부위(18)의 근처부위(19)에 B를 이온주입한다. 이렇게 서로 다른 이온주입물질(여기서는 Si, B를 사용했으나 두가지로 한정되지 않고 여러종류의 서로 다른 이온이 사용될 수 있다.)을 이온주입하는 이온주입공정을 다단계로 반복한다. 이렇게 여러 가지의 서로 다른 이온들이 주입되고 나면 혼정화되도록 열처리 공정을 수행하면 된다.In other words, after the crystal growth of the buffer layer, the cladding layer, the active layer cladding layer, and the ohmic contact layer on the substrate by MOCVD, a photoresist mask, an insulating film and an electrode are coated to form a high-output ridge wave guide structure having a ridge portion and a channel portion. After performing a conventional semiconductor laser process for fabricating a semiconductor laser, after the etching of the ridge portion 16 using a photoresist mask or an oxide mask using Si as a first ion implantation material on the boundary portion with the channel portion 17 Ion implantation is performed at predetermined sites. After masking the implanted ion implantation sites, B is implanted into the region 19 near the implanted region 18 using B as a second ion implantation material using a photoresist mask or an oxide mask. The ion implantation process of ion implantation of different ion implantation materials (here, Si and B, but not limited to two but different kinds of ions can be used) is repeated in multiple stages. After a variety of different ions are implanted, a heat treatment process may be performed to be mixed.

본 발명에서 상기와 같이 서로 다른 이온들을 다단계로 주입하여 혼정화 시키는 이유를 도 3이 잘 설명하고 있다. 도 3은 이온 주입 물질에 따른 밴드갭 변화도를 나타내는 것으로, 이온 주입 없이 900oC 10분 열처리 한 경우(1)와, Boron을 5x1012cm-2이온 주입 후 900oC 10분 열처리 한 경우(2)와, Silicon을 5x1012cm-2이온 주입 후 900oC 10분 열처리 한 경우(3)의 밴드갭의 변화를 보여준다.In the present invention, Figure 3 illustrates a reason for mixing the different ions in a multi-step as described above. Figure 3 shows the change in the bandgap according to the ion implantation material, when the heat treatment at 900 o C 10 minutes without ion implantation (1), and when the Boron is heat treated at 900 o C 10 minutes after 5x10 12 cm -2 ion implantation (2) and the bandgap change in the case of heat treatment at 900 ° C for 10 min after 5x10 12 cm -2 ion implantation (3).

도 3에 나타낸 바와 같이 이온주입 물질에 따라 혼정화에 따른 밴드갭의 변화가 다르므로 이를 이용하여 부분적으로 이온주입 물질을 달리하여 줌으로서 밴드갭의 변화를 완만히하여 줌으로서 유효굴절율의 변화도 완만하게 변화되어 고출력 반도체 레이져 제작 및 완화된 유효굴절율 변화를 이용할 수 있기 때문이다.As shown in FIG. 3, the change in the band gap due to the crystallization is different according to the ion implantation material, so that the change in the effective refractive index is also slowed by gently changing the band gap by partially changing the ion implantation material using this. This is because the high power semiconductor laser fabrication and the relaxed effective refractive index change can be used.

다층양자우물 구조에 있어서 실리콘, 붕소(Boron) 등을 이온주입과 열처리 공정에 의하여 다층양자우물 구조의 혼정화에 따라 밴드갭과 유효굴절율이 변하게 되며 이온 주입 물질에 따라 그 변화량을 조절할 수 있으므로 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작에 있어서 리지(16)의 식각 후 채널(17)부분과의 경계 부분에 Si, 또는 B 등을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 부분적으로 이온주입 후 다시 마스킹 공정 후 다른 물질을 이온주입하는 다단계의 이온 주입 공정과 열처리 공정을 거침으로서 고출력 리지웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 구조에서 리지의 가장자리에서 밴드갭과 유효굴절율 변화를 공간적으로 완화 시킨 구조제작을 가능하게 한다.In the multi-layer quantum well structure, band gap and effective refractive index change according to the hybridization of multi-layer quantum well structure by ion implantation and heat treatment process, and the amount of change can be adjusted according to the ion implantation material In the fabrication of a ridge wave guide structure semiconductor laser, after the etching of the ridge 16, a portion of Si, or B, etc. is partially implanted using a photoresist mask or an oxide mask on the boundary with the channel 17 and then masked again. After the multi-step ion implantation process and heat treatment process of ion implantation of different materials, it is possible to fabricate a structure that spatially mitigates the band gap and the effective refractive index change at the edge of the ridge in the semiconductor laser structure of the high power ridge wave guide structure.

이렇게 다단계의 다른 물질 이온주입과 열처리 공정을 수행하면 밴드갭과 유효굴절율 변화를 공간적으로 완화시켜 반도체 레이저에서의 고차 모드의 발진을 억제하여 기본 모드로 동작하게 할 수 있다.This multi-step ion implantation and heat treatment process can reduce the band gap and the effective refractive index change spatially to suppress the oscillation of the higher-order mode in the semiconductor laser to operate in the basic mode.

전술한 바에서는 서로 다른 이온주입물질을 이온주입함으로 혼정화를 수행하였지만 비단 이온주입에만으로 한정되지 않고 서로 다른 이온확산물질을 이온확산함으로도 혼정화가 가능함으로 이온확산에 의해서도 상기의 공정을 수행할 수 있다As described above, the crystallization was carried out by ion implantation of different ion implantation materials. However, the above process is also performed by ion diffusion because it is possible not only to ion implantation, but also by ion diffusion of different ion diffusion materials. can do

전술한 바에서는 기판위에 다중양자우물 구조로 완충층, 클래드층, 활성층 클래드층, 오믹접촉층을 MOCVD 또는 그외의 결정성장방법으로 결정성장시킨 후 절연막 마스킹, 식각과 전극을 입히는 공정을 통하여 리지부분(16)과 채널부분(17)을 갖는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작공정을 다 수행한 후에 리지부분(16)을 식각하고 리지부분(16)과 채널부분(17)에 다단계의 서로 다른 이온주입공정과 열처리공정을 수행하였지만, 또 다른 방법으로 기판에 1차 결정성장을 수행한 후 그 다음에 연이어 결정성장을 수행하는 것이 아니라, 그 1차 결정성장층에 상기의 다단계의 서로 다른 이온을 주입하는 공정을 부가하여 수행하고 나서 그 이후의 결정성장을 하게하여도 상기의 결과를 얻을 수 있게 된다.As described above, the ridge portion is formed through the process of crystal growth of a buffer layer, a cladding layer, an active layer cladding layer, and an ohmic contact layer on a substrate by MOCVD or other crystal growth methods, followed by insulating film masking, etching and electrode coating. 16) After the semiconductor laser fabrication process of the high-power ridge wave guide structure having the channel portion 17 is completed, the ridge portion 16 is etched and the ions 16 and the channel portion 17 are multi-stage different ions. Although the implantation process and the heat treatment process were performed, the first crystal growth was performed on the substrate by another method, and then the crystal growth was not successively performed. The above results can be obtained even by performing the implantation step and then allowing the crystal growth thereafter.

도 1b는 상기의 공정에 의해 제작된 RWG 반도체 레이저의 리지부분의 횡단면의 유효굴절분포를 나타내는 것으로, 종래의 RWG 반도체 레이저의 리지부분의 횡단면의 유효굴절분포를 나타내는 도 2b와는 구별됨을 볼 수 있다.FIG. 1B shows the effective refractive distribution of the cross section of the ridge portion of the RWG semiconductor laser manufactured by the above process, and it can be seen that it is distinguished from FIG. 2B showing the effective refractive distribution of the cross section of the ridge portion of the conventional RWG semiconductor laser. .

종래의 도 2b에서는 유효굴절율이 급격히 변하던 것에서 본 발명의 도 1b에서는 몇 개의 층을 이루며 완만한 유효굴절율이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 물론 도시된 바와 같이 몇 개의 층을 이루는 것은 주입되는 이온의 종류에 따라 굴절률이 다른 특성을 갖기 때문이다.In the conventional FIG. 2b, the effective refractive index is rapidly changed, and in FIG. 1b of the present invention, it can be seen that a gentle effective refractive index is formed in several layers. Of course, forming a few layers as shown is because the refractive index has a different characteristic depending on the type of ions to be implanted.

본 발명은 유효굴절율 변화를 통하여 리지 웨이브 가이드 반도체 레이저의 가장자리 부분의 유효굴절율 변화를 줄여 줌으로써 고출력 동작시 고차모드 발생을 억제하고 고출력에서도 안정된 기본모드 동작 특성을 얻어 고출력 특성을 얻을 수 있으며, 고출력 반도체레이저 이외의 광소자 제작에 있어서도 완화된 밴드갭 및 유효굴절율 분포는 소자의 특성을 향상시키는 효과를 제공한다.The present invention can reduce the change of the effective refractive index of the edge portion of the ridge wave guide semiconductor laser through the change of the effective refractive index to suppress the generation of the high-order mode during high output operation, obtain the stable basic mode operating characteristics even at high output, and obtain high output characteristics. In the fabrication of optical devices other than lasers, the relaxed bandgap and effective refractive index distribution provide the effect of improving the device characteristics.

Claims (3)

기판위에 완충층, 클래드층, 활성층 클래드층, 오믹접촉층의 다중양자우물 구조를 갖도록 MOCVD 또는 그외의 결정성장 방법으로 결정성장시킨 후 포토레지스트 마스킹, 절연막과 전극을 입히는 공정을 통하여 리지부분과 채널부분을 갖는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작방법에 있어서,After crystalline growth by MOCVD or other crystal growth method to have a multi-quantum well structure of a buffer layer, clad layer, active layer clad layer, and ohmic contact layer on the substrate, photoresist masking, coating of insulating film and electrode In the semiconductor laser manufacturing method of the high output ridge wave guide structure having a, 상기 리지부분의 식각 후 채널부분과의 경계 부분에 완화된 밴드갭과 유효굴절률을 갖도록 소정의 이온주입물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 소정부위에 이온주입하고,After etching the ridge portion, a predetermined ion implantation material is ion-implanted into a predetermined region using a photoresist mask or an oxide film mask to have a relaxed band gap and an effective refractive index at the boundary with the channel portion, 상기 주입된 이온주입부위를 다시 마스킹한 후 소정의 간격을 두고 근처의 새로운 주입부에 새로운 이온주입물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 이온주입하되 상기 과정을 주입하고자 하는 물질의 종류 수만큼 다단계로 반복하는 다단계 이온주입공정과;After re-masking the implanted ion implantation site, a new ion implantation material is ion-implanted using a photoresist mask or an oxide film mask at a predetermined interval at a predetermined interval, and the number of types of materials to be implanted is increased. A multi-stage ion implantation step of repeating the multistage; 상기 밴드갭과 다른 이온주입물질 또는 이온주입 깊이와 주입량에 따라 유효굴절율이 다른 이온주입공정을 다단계로 반복한 후 상기 서로 다른 이온이 주입된 결정성장층을 혼정화시키도록 열처리 공정을 수행하여 완화된 밴드갭과 유효굴절율을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작방법.After the ion implantation material having different effective refractive indices according to the band gap and other ion implantation material or ion implantation depth and implantation is repeated in multiple stages, the heat treatment process is performed to mix the crystal growth layers implanted with different ions. A method for fabricating a semiconductor laser having a high output ridge wave guide structure having a band gap and an effective refractive index. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다단계 이온주입공정과, 열처리공정을 1 차 결정성장을 수행한 후 상기 1 차 결정성장층에 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작방법.The multi-stage ion implantation process and the heat treatment process is a semiconductor laser manufacturing method of a high output ridge wave guide structure characterized in that to perform the first crystal growth layer after performing the first crystal growth. 기판위에 완충층, 클래드층, 활성층 클래드층, 오믹접촉층의 다중양자우물 구조를 갖도록 MOCVD 또는 그외의 결정성장 방법으로 결정성장시킨 후 포토레지스터 마스크, 절연막과 전극을 입히는 공정을 통하여 리지부분과 채널부분을 갖는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작방법에 있어서,After the crystal growth by MOCVD or other crystal growth method to have a multi-quantum well structure of a buffer layer, a clad layer, an active layer clad layer, and an ohmic contact layer on a substrate, a ridge portion and a channel portion are coated by applying a photoresist mask, an insulating film, and an electrode. In the semiconductor laser manufacturing method of the high output ridge wave guide structure having a, 상기 리지부분의 식각 후 채널부분과의 경계 부분에 완화된 밴드갭과 유효굴절률을 갖도록 소정의 이온확산물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 소정부위에 이온확산하고,After etching the ridge portion, a predetermined ion diffusion material is ion-diffused to a predetermined portion using a photoresist mask or an oxide film mask so as to have a band gap and an effective refractive index relaxed at the boundary portion with the channel portion, 상기 확산된 이온확산부위를 다시 마스킹한 후 소정의 간격을 두고 근처의 새로운 확산부에 새로운 이온확산물질을 포토레지스터 마스크 또는 산화막마스크를 사용하여 이온확산하되 상기 과정을 확산하고자 하는 물질의 종류 수만큼 다단계로 반복하는 다단계 이온확산공정과;After re-masking the diffused ion diffusion site, a new ion diffusion material is ion-diffused using a photoresist mask or an oxide film mask at a predetermined interval at a predetermined interval, and the number of types of materials to be diffused. A multi-step ion diffusion process repeating in multiple steps; 상기 밴드갭과 다른 이온확산물질 또는 이온확산 깊이와 확산량에 따라 유효굴절율이 다른 이온확산물질을 이온확산하는 이온확산공정을 다단계로 반복한 후 상기 서로 다른 이온이 확산된 결정성장층을 혼정화시키도록 열처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 고출력 리지 웨이브 가이드 구조의 반도체 레이저 제작방법.After repeating the ion diffusion process in which the ion gap is different from the band gap and other ion diffusion materials or ion diffusion materials having different effective refractive indices according to the ion diffusion depth and diffusion amount, the crystal growth layer in which the different ions are diffused is mixed. A method for fabricating a semiconductor laser having a high power ridge wave guide structure, characterized in that to perform a heat treatment process.
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