KR100278622B1

KR100278622B1 - 고출력 반도체 레이저 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100278622B1
Application number: KR1019930020357A
Authority: KR
Inventors: 김택
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR950010244A

Abstract

본 발명은 고출력 반도체 레이저 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판; 상기 반도체 기판상에 마련되고, 수직적으로는 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층의 샌드위치 구조를 하며, 소정의 폭을 갖고 길이 방향으로는 공진기의 길이보다 짧은 메사형 스트립구조의 리지; 및 상기 리지의 좌우 측면 및 선후측면상에서는 제1 도펀트가 도프되고 상기 리지의 상면과 상기 하부 클래드층의 수평상면에서는 제1 및 제2 도펀트가 교호로 반복 도프된 전류차단층을 구비한 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저를 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 BH-NAM구조를 동시에 구현할 수 있어 생산성 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

고출력 반도체 레이저 및 그 제조방법

제1도는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 사시도.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.

제3도는 제1도의 B-B선 단면도.

제4도는 제1도의 C-C선 단면도.

제5(A)도 내지 제5(C)도는 본 발명에 의한 반도체 레이저의 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도.

본 발명은 고출력 반도체 레이저 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 매몰 헤테로 구조(BH:Buried Hetero Structure)이고 비흄수미러구조(NAM : Non-Absorbing Mirror Structure)를 가진 고출력 반도체 레이저 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 레이저는 기체 및 고체 레이저 등에 비해 소형, 경량 및 전류에 의한 직접변조가 가능하다는 여러가지 장점들에 의해 점차 그 응용범위가 확대되고 있다. 특히, 광기목장치에 있어서 광원으로 사용되는 반도체 레이저는 기록밀도를 높이기 위해서 파장감소와 함께 고출력동작이 요구되고 있다. 광통신분야에 있어서 광원으로 사용되는 반도체 레이저는 발진 스펙트럼의 폭이 좁아야 한다. 이와같은 요건을 만족하는 반도체 레이저로 BH 반도체 레이저가 사용되고 있다. BH 반도체 레이저는 광도파구조를 폭이좁은 스트립구조로 형성하고 스트립구조의 양측면에 노출된 활성층의 측단부를 차단하기 위해 스트립구조의 양측벽을 활성층보다 밴드갭 에너지가 높은 전류차단층으로 매립한 구조를 하고 있다. 이러한 BH 구조는 전류차단층의 기상 에피택시 성장시 스트립구조의 상면과 측면이 만나는 엣지부에서 전류차단층이 볼록하게 돌출되게 되고 이러한 돌출구조는 후속 공정을 어렵게 하기 때문에 돌출부분을 평탄하게 할 필요가 있으나 공정상 평탄한 구조를 얻는 것이 매우 어렵다. 또한 종래의 BH구조는 스트립구조의 선단면과 후단면을 미러면으로 형성하고 있다. 그러나, 활성층의 선단과 후단의 미러면 구조는 셀프 광흡수 현상을 초래하여 반도체 레이저의 수명을 단축시키고 광출력효율은 떨어뜨리는 문제가 있다. USP 5,181,218에서는 이와같은 셀프 광흡수 현상을 지적하면서 이를 해소하기 위한 NAM 구조를 개시하고 있다. 그러나 종래의 NAM구조는 사진식각공정을 사용하여 활성층의 선단부와 종단부 밴드갭 에너지가 높은 물질을 에피성장시키는 기술을 사용하기 때문에 제조공정이 복잡해지는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이와같은 문제점을 해결하기 위하여 새로운 BH-NAM 구조의 고출력 반도체 레이저를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조공정이 간단한 BH-NAM 구조의 고출력 반도체 레이저의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 레이저는 반도체 기판; 상기 반도체 기판상에 마련되고, 수직적으로는 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층의 샌드위치 구조를 하며, 소정의 폭을 갖고 길이 방향으로는 공진기의 길이 보다 짧은 메사형 스트립구조의 리지; 및 상기 리지의 좌우 측면 및 선후측면상에서는 제1도펀트가 도프되고 상기 리지의 상면과 상기 하부 클래드층의 수평상면에서는 제1 및 제2도펀트가 교호로 반복 도프된 전류통로층 및 전류차단층을 구비한 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저를 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법은 고출력 반도체 레이저의 제조방법에 있어서, A) 반도체 기판상에 버퍼층, 하부 클래드층, 활성층 및 상부 클래드층을 차례로 에피택시 성장하는 공정; B) 상기 A)공정후, 상기 상부 클래드층, 활성층 및 하부 클래드층의 일부 깊이까지 식각하고 상기 반도체 기판의 길이방향의 길이보다 그 길이가 짧도록 선단과 후단의 일부를 식각하여 메사형 스트립구조의 리지를 형성하는 공정; C) 상기 B)공정후, 화학 기상 데포지션 장비내에 제1 도펀트를 지속적으로 공급하면서 단속적으로 제2 도펀트를 공급해서 상기 리지의 선후좌우상면까지 완전히 메몰되도록 상기 활성층보다 밴드갭에너지가 높은 전류통로층 및 전류차단층을 에피택셜 성장하는 공정; D) 상기 C)공정후 통전용이층 및 캡층을 차례로 에피택셜 성장하는 공정; 및 E) 상기 D)공정후 캡층과 기판상에 전극을 형성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저의 제조방법을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

제1도는 본 발명에 의한 BH-NAM 구조의 고출력 반도체 레이저를 나타낸 사시도이고 제2도는 제1도의 A-A선 단면도이고 제3도는 제1도의 B-B선 단면도이고, 제4도는 제1도의 C-C선 단면도이다.

제1도에서, 1은 n형 GaAa 기판이고, 2는 n형 GaAs 버퍼층이고, 3은 InGaAlP 클래드 층이고,4는 InGaP 활성층이고, 5는 p형 InGaAlP 클래드층이고, 6은 p형과 n형 불순물이 교호로 도프된 InGaAlP 층이고, 8은 p형 InGaP 통전용이층이고, 9는p형 GaAs 캡층이고, 10은 p형 메탈층이고, 11은 n형 메탈층이다. 본 발명에서는 광도파관으로 제공되는 메사형 스트립구조는 제3도 및 제4도에 도시한 바와같이 하부 클래드층(3), 활성층(4), 상부 클래드층(5)의 샌드위치구조(12)의 선단측벽(12a), 후단측면(12b), 및 좌우측벽(12c, 12d)이 p형 InGaAlP층(7)에 의해 둘러싸여 형성되어 활성층(4)의 선단면과 후단면까지 완전히 매몰된다. 따라서, 활성층(4)의 선단면과 후단면에 형성된 p형 InGaAlP층(7)이 NAM구조로 제공되고, 이 p형 InGaAlP층(7)은 활성층(4)보다 밴드갭 에너지가 높고 굴절율은 낮으므로 셀프 광흡수현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 선단과 종단의 경사면 각도를 조절함으로써 빔모양을 조절할 수 있게 된다. 그리고 하부 클래드층(3)의 식각깊이를 조절하여 누설전류량을 적절히 허용하여 소자의 수명과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의한 BH-NAM구조의 고출력 반도체 레이저의 제조공정은 제5(A)도 내지 제5(C)도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 제5(A)도를 참조하면, n형 GaAs 기판(1)상에 n형 GaAs 버퍼층(2), n형 InGaAlP 하부 클래드층(3), InGaP 활성층(4), p형 InGaAlP 상부 클래드층(5)를 차례로 유기금속 기상성장법(MOCVD: Matal Organo Chemical Vapor Deposition)에 의해 에피택시 성장시킨다.

제5(B)도를 참조하면, 에피택시 공정후에 잘 알려진 종래의 메사형성방법에 따라 메사 스트립구조를 형성하되 측면뿐만 아니라 동시에 선단과 후단부도 미러면에서 d만큼 함께 식각해 낸다. 이때 하부 클래드층(3)의 식각깊이(h)를 설정누설전류를 허용하는 깊이로 하며, 광빔의 모양을 조절하기 위해 메사구조의 측면 경사, 특히 선단면과 후단면의 경사를 적절히 조절한다.

제5(C)도를 참조하면, 소자의 길이보다 2d만큼 짧은 길이를 가진 메사형 스트립구조 또는 리지(Ridge)구조를 형성한 후에 MOCVD장치 내에 p형도펀트(DMZn)를 지속적으로 공급하면서 n형 도펀트(H₂Se)를 단속적으로 공급하면서 InGaAlP를 에피택시 성장시키면 (311) A면과 (111) A면으로 메사구조의 경사면(12a-12d)상에서는 p형으로 도프된 InGaAlP층(7)이 에피택시 성장됨과 동시에, (100)면으로 된 하부클래드층(3)의 노출상면(3a)과 메사구조의 상면(12e)에서는 p형과 n형이 교호로 도프된 InGaAlP층(6)이 에피택시 성장되게 된다.

이어서, InGaAlP(6,7)상에 p형 InGaP 통전 용이층(8) 및 p형 GaAs캡층(9)를 차례로 에피택셜 성장시키고 캡층(9)상에는 p형 메탈층(10)을 형성하고 기판(1)하면에는 n형 메탈층(11)을 형성하여 전극을 형성한다.

따라서, 본 발명에 의한 제조방법은 메사구조 형성후 사진식각공정없이 에피택시 성장만으로 전극형성을 제외한 소자 형성을 완성할 수 있으므로 제조공정이 매우 간단하므로 소자의 신뢰도및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims

반도체 기판; 상기 반도체 기판상에 마련되고, 수직적으로는 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층의 샌드위치 구조를 하며, 소정의 폭을 갖고 길이 방향으로는 공진기의 길이보다 짧은 메사형 스트립구조의 리지; 상기 리지의 좌우 측면 및 선후측면상에서는 제1도펀트가 도포된 상기 활성층보다 굴절율이 낮은 전류통로층; 상기 리지의 상면과 상기 하부 클래드층의 수평상면에서는 제1 및 제2도펀트가 교호로 반복 도프된 전류차단층; 상기 전류통로층 및 전류차단층 상부에 형성된 통전용이층; 및 상기 통전용이층 상부에 형성된 캡층을 구비한 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저.
고출력 반도체 레이저의 제조방법에 있어서, A) 반도체 기판상에 버퍼층, 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층을 차례로 에피택셜 성장시키는 공정; B) 상기 A)공정후, 상기 상부클래드층, 활성층 및 하부 클래드층의 일부 깊이까지 식각하고 상기 반도체 기판의 길이방향의 길이보다 그 길이가 짧도록 선단과 후단의 일부를 식각하여 메사형 스트립구조의 리지를 형성시키는 공정; C) 상기 B)공정후, 화학 기상데포지션 장비내에 제1 도펀트를 지속적으로 공급하면서 단속적으로 제2 도펀트를 공급해서 상기 리지의 선후좌우상면까지 완전히 메몰되도록 상기 활성층보다 밴드갭에너지가 높은 전류통로층 및 전류차단층을 에피택시 성장시키는 공정; D) 상기 C)공정후 통전용이층 및 캡층을 차례로 에피택시 성장시키는 공정; 및 E) 상기 D)공정후 캡층과 기판상에 전극을 형성시키는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 B)공정에서 소자의 누설전류를 조절하기 위해 하부 클래드층의 식각깊이를 조절하는 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 B)공정에서 출력빔의 모양을 조절하기 위해 메사식각시 메사구조의 측면경사각을 조절하는 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저의 제조방법.
제2항에 있어서 상기 활성층은 InGaP이고 전류차단층을 InGaAlP층인 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전류통로층은 상기 활성층보다 굴절율이 낮은 물질로 형성되어 상기 활성층과 상기 전류통로층의 계면에 비흡수미러 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고출력 반도체 레이저.