KR100277398B1 - 반도체레이저 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 반도체 레이저는 반도체기판위의 제1의 도전형의 제1의 클래드층과, 제1의 클래드층 위에 적층된 활성층과, 활성층 위에 적층된 제2의 도전형의 제2의 클래드층과, 제2의 클래드층 위의 전류협착층으로 이루어지고, 제1의 클래드층, 활성층 및 제2의 클래드층이 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체로 이루어지고, 전류협착층이 열전도율 0.01cal/cm·s·℃이상의 금속산화물에 의해 형성되어 이루어진다.
본 발명은 전술한 구성에 있어서, 전류협착층과 전극과의 사이에 실리콘층이 배설된다.
또한, 본 발명은 전술한 구성에 있어서, 전류협착층이 p형 반도체층의 상부에 배설된다.
본 발명에 의하면, 특히 ZnSe 계 등의 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체로 이루어지는 반도체레이저에 있어서, 방열특성을 개선하여, 장시간 동작을 가능하게 한다.

Description

반도체레이저
제1(a)도, 제1(b)도 및 제1(c)도는 종래의 반도체레이저의 일예의 제조공정도,.
제2도는 본 발명의 실시예의 약선적 확대단면도.
제3(a)도, 제3(b)도 및 제3(c)도는 본 발명의 실시예의 제조공정도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예의 약선적 확대단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 제1의 클래드층
3 : 활성층 4 : 제2의 클래드층
5 : 버퍼층 6 : 콘택트층
7 : 전류협착층 8,9 : 전극
본 발명은 반도체레이저 특히 최소한 활성층이 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체재료로 이루어지는 반도체레이저에 관한 것이다.
ZnSe 계 등의 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체재료를 사용하는 반도체레이저는 양호한 p측의 오믹콘택트를 얻는 것이 어렵고, 종래 콘택트부에서의 발열에 의한 전극열화를 초래하거나, 소자의 온도상승에 의해 자시간 동작이 곤란하게 되는 등의 문제점이 있다.
일예로서 ZnSe 계의 반도체레이저의 구성을, 그 제조공정을 나타낸 제1(a)도∼제1(c)도를 참조하여 설명한다. 이 경우, 먼저 제1(a)도에 나타낸 바와 같이, n형의 ZnMgSSe 등으로 이루어지는 제1의 클래드층(2), 도프되지 않는 ZnCdSe 등으로 이루어지는 활성층(3), p형의 ZnMgSSe 등으로 이루어지는 제2의 클래드층(4), p형의 ZnSe등으로 이루어지는 버퍼층(5), 또한 예를 들면 p형의 ZnSe/ZnTe 초격자(超格子)구조의 콘택트층(6)을 순차 에피택셜성장시킨다. 그리고, 이 콘택트층(6) 위에 포토레지스트(10)를 도포하고, 이것을 전류스트라이프통로를 형성할 영역의 위를 덮도록 스트라이프형으로 패턴노광, 현상에 의해 패터닝하고, 포토레지스트(10)를 레지스트마스크로 하여, 화학적 에칭 등에 의해 콘택트층(6)을 스트라이프형으로 패터닝한다. 이때 콘택트층(6)의 양측의 버퍼층(5)의 일부가 제거되기까지 그 에칭을 행한다.
그리고, 포토레지스트(10)를 제거한 후에 폴리이미드(11)를 전면적으로 도포한 후, 제1(b)도에 나타낸 바와 같이, 등방성(等方性)에칭 등을 실시하여 콘택트층(6)을 노출시켜서, 표면을 평탄화한다.
다음에, 제1(c)도에 나타낸 바와 같이, 폴리이미드(11) 및 콘택트층(6) 위를 덮어서 전면적으로 Pd/Pt/Au 다층막 등으로 이루어지는 전극(8)을 진공증착 등에 의해 형성한다.(9)는 예를 들면 미리 기판(1)의 배면에 도포 등에 의해 형성되는 In 등으로 이루어지는 전극을 나타낸다.
이와 같이 하여, 폴리이미드(11)에 의해 전류가 저지되고, 이 폴리이미드(11)에 협지된 영역을 스트라이프형의 전류통로로 하여, 이득도파형(利得導波型)의 반도레이저가 구성된다.
이 폴리이미드(11)는 ZnSe나 p측의 전극과의 밀착성이 우수하고, 또 비교적 저온의 프로세스에서의 성막(成膜)이 가능하며, 다른 부분의 결정성(結晶性)을 손상시키지 않는다는 이점이 있다.
그런데, 전술한 이득도파형의 반도체레이저에서는, 콘택트저항이 큰 전극 바로 아래에서 가장 주입전류가 집중하므로, 이 전극부근에서 발생한 줄(Joule)열에 의해 전극부의 열화나 레이저소자 전체의 온도상승을 피할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 대해, 예를 들면 소자의 온도상승을 억제하기 위해 p측의 전극을 아래로 하여 열전도율이 매우 높은 히트싱크에 장착하는 방법을 생각할 수 있으나, 전술한 바와 같이 폴리이미드(11)가 p측 전극과 클레드층과의 사이에 비교적 큰면적에 배설되므로, 열을 효과적으로 배출할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 특히 ZnSe 계 등의 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체레이저에 있어서 방열특성을 개선하고, 장시간 동작을 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 의한 반도체 레이저는 반도체기판 위의 제1의 도전형의 제1의 클래드층과, 제1의 클래드층 위에 적층된 활성층과, 활성층 위에 적층된 제2의 도전형의 제2의 클래드층과, 제2의 클래드층 위의 전류협착층으로 이루어지고, 제1의 클래드층, 활성층 및 제2의 클래드층이 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체로 이루어지고, 전류협착층이 열전도율 0.01cal/cm·s·℃이상의 금속산화물에 의해 형성되어 이루어진다.
본 발명은 전술한 구성에 있어서, 전류협착층과 전극과의 사이에 실리콘층이 배설된다.
또한, 본 발명은 전술한 구성에 있어서, 전류협착층이 p형 반도체층의 상부에 배설된다.
본 발명의 일실시예의 개략확대단면도인 제2도에 나타낸 바와 같이, Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체레이저를 구성함에 있어서, 특히 그 전류협착층(7)의 재료로서, 특히 100℃에서의 열전도율이 0.01cal/cm·s·℃이상의 열전도율이 양호한 금속산화물을 사용함으로써 충분한 방열특성이 얻어지고, 소자의 장시간 동작이 가능하게 되는 것이 본 발명자의 예의 고찰연구의 결과 판명되었다.
또, 이와 같은 금속산화물로 이루어지는 전류협착층(7)과, 이 위의 전극(8)과의 사이에 실리콘층을 배설함으로써, 금속산화물로 이루어지는 전류협착층(7)과 전극(8)과의 밀착성을 개선하고, 박리 등의 발생을 회피하여 신뢰성이 높은 반도체레이저를 제공할 수 있다.
또, 이와 같은 전류협착층(7)을 제3(a)도∼제3(c)도에 그 일예의 제조공정을 나타낸 바와 같이, 전류스트라이프통로상의 레지스트(10)를 마스크로 하여 자체정합적으로 형성함으로써, 콘택트층(6)과의 위치어긋남을 억제하는 동시에 제조공정수의 저감화, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 예에 있어서는, GaAs 기판 위에 ZnSe 계의 화합물반도체레이저를 구성하는 경우이고, 먼저 그 제조방법의 일예를 제3(a)도∼제3(c)도를 참조하여 상세히 설명한다.
제3(a)도에 있어서, (1)은 예를 들면 n형의 GaAs로 이루어지는 기판이고, 그 배면측에는 예를 들면 n측 전극으로서 In 등으로 이루어지는 전극(9)이 도포되어 이루어지고, 그 후의 결정성장과정에서 가열용융되어서 형성되어 이루어진다. 그리고, 기판(1)위에 n형의 ZnMgSSe 등으로 이루어지는 제1의 클래드층(2), 도프되지 않은 ZnCdSe 등으로 이루어지는 활성층(3), p형의 ZnMgSSe 등으로 이루어지는 제2의 클래드층(4), p형의 ZnSe 등으로 이루어지는 버퍼층(5), 또한 예를 들면 p형의 ZnSe/ZnTe 초격자(超格子)구조로 된 콘택트층(6)을 순차 MOCVD(유기금속에 의한 화학적 기상(氣相)성장법), MBE(분자선(分子線)에피택시법) 등에 의해 에피택셜성장시킨다.
다음에, 이 콘택트층(6) 위에 포토레지스트(10)를 도포하고, 이것을 전류스트라이프통로를 형성할 영역을 덮도록 스트라이프형으로 패턴노광, 현상에 의해 패터닝하고, 이것을 레지스트마스크인 포토레지스트(10)로 하여 화학적 에칭 등에 의해 콘택트층(6)을 스트라이프형으로 패터닝한다. 이 때, 콘택트층(6)의 양측의 버퍼층(5)의 일부가 제거되기까지 그 에칭을 행한다.
다음에, 제3(b)도에 나타낸 바와 같이, 이 포토레지스트(10)를 남긴 그대로 이 위에 100℃에서 열전도율이 0.01cal/cm·s·℃이상의 금속산화물, 예를 들면 열전도율이 0.07cal/cm·s·℃(100℃에 있어서의 값, 이하 본 명세서에 있어서 열전도율은 100℃에 있어서의 값을 나타냄)의 Al2O3로 이루어지는 전류협착층(7)을 진공증착 등에 의해 전면적으로 피착한다.
그리고, 제3(c)도에 나타낸 바와같이, 등방성 에칭 등을 실시하여 포토레지스트 및 Al2O3를 제거하여 콘택트층(6)을 노출시키고, 표면을 평탄화한 후, 제2도에 나타낸 바와 같이, 이 위에 전면적으로 Pd/Pt/Au 다층막 등으로 이루어지는 전극(8)을 진공증착 등에 의해 형성한다. 이와 같이 하여, 전술한 금속산화물로 이루어지는 전류협착층(7)에 의해 협지된 영역을 스트라이프형의 전류통로로 하는 이득도파형(利得導波型)의 반도체레이저가 구성된다.
이 경우, 포토리소그라피공정이 1회로 되고, 콘택트층(6)의 패터닝과 동시에 전류협착층(7)을 자체정합적으로 형성할 수 있어서, 콘택트층(6)과 전류협착층(7)과의 위치어긋남을 억제할 수 있다.
즉, 종래 p형 반도체층 위의 전류협착층으로서 폴링미드를 사용하는 경우에는, 그 제조공정을 전술한 제1(a)도∼제1(c)도에서 설명한 바와 같이 2회의 포토리소그라피를 필요로 한 것이지만, 전술과 같이 본 발명에 의하면, 포토리소그라피공정을 1회로 할 수 있어서, 제조공정수의 저감화를 도모할 수 있고, 나아가서는 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또, 제4도에 나타낸 바와 같이, 전류협착층(7)과 전극(8)과의 사이에, 실리콘층(12)을 배설함으로써, 이 부분의 밀착성을 충분히 크게 할 수 있다. 이 실리콘층(12)의 형성방법은 예를 들면 전술한 제3(b)도의 공정에 있어서, 금속산화물로 이루어지는 전류협착층(7)의 진공증착에 이어서, 전면적으로 진공증착을 행하고, 마찬가지로 포토레지스트제거에 의해 자체정합적으로 형성할 수 있다. 실리콘층 Al2O3등의 금속산화물에 비해 열전도율이 높고, 금속산화물만을 사용하는 경우에 비해 방열특성이 현저히 열화되는 것을 회피할 수 있다.
그리고, 전류협착층(7)의 재료로서는 전술한 Al2O3외에, 열전도율이 0.01cal/cm·s·℃이상이면 되고, 특히 자체정합을 가능하게 하고, 즉 진공증착이 가능한 재료로서는 열전도율이 각각 0.09cal/cm·s·℃의 MgO, 0.53cal/cm·s·℃의 BeO 등의 재료를 사용할 수 있다.
또, 폴리이미드의 열전도율은 0.0003∼0.0005cal/cm·s·℃, 이 보다 열전도율이 높은 저연재료로서, 예를 들면 SiO2가 있지만, 그 열전도율은 0.005cal/cm·s·℃이며, 이것을 전술한 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체로 이루어지는 활성층을 가진 반도체레이저의 전류협착층으로서 사용한 경우에는 충분한 방열특성을 얻을 수 없었다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 열전도율이 0.01cal/cm·s·℃ 이상의 금속산화물을 사용하는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, ZnSe 계 등의 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물반도체로 이루어지는 반도체레이저에 있어서 그 방열특성을 개선하고, 장시간 동작을 가능하게 할 수 있다.
또, 그 제조에 있어서 리소그라피공정을 1회로 할 수 있으므로, 제조공정수의 저감화를 도모하여, 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 전류협착층과 전극과의 사이에 실리콘층을 배설함으로써 밀착성을 개선시켜서, 보다 신뢰성이 높은 반도체레이저를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 구성을 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형변경이 가능한 것은 물론이다.

Claims (4)

  1. 반도체기판과, 상기 반도체기판 위에 배설된 제1의 도전형의 제1의 클래드층과, 상기 제1의 클래드층 위에 배설된 활성층과, 상기 활성층 위에 배설된 제2의 도전형의 제2의 클래드층과, 상기 제2의 클래드층 위의 전류협착층으로 이루어지고, 상기 제1의 클래드층, 상기 제2의 클래드층 및 상기 활성층이 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물로 이루어지고, 상기 전류협착층이 열전도율 0.01cal/cm·s·℃ 이상의 금속산화물에 의해 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류협착층과 전극과의 사이에 실리콘층이 배설되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전류협착층이 p형 반도체층의 상부에 배설되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저.
  4. 반도체기판과, 상기 반도체기판 위에 배설된 제1의 도전형의 제1의 클래드층과, 상기 제1의 클래드층 위에 배설된 활성층과, 상기 활성층 위에 배설된 제2의 도전형의 제2의 클래드층과, 상기 제2의 클래드층 위의 전류협착층으로 이루어지고, 상기 제1의 클래드층, 상기 제2의 클래드층 및 상기 활성층이 Ⅱ-Ⅵ 족 화합물로 이루어지고, 상기 전류협착층이 Al2O3, MgO 또는 BeO 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저.
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