KR100278623B1 - 반도체 레이저 소자 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 a) 반도체 기판상에 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층 및 캡층을 순차적으로 에피택시 성장시키는 공정; b) 상기 캡층을 사진식각공정에 의해 식각하여 공진기 길이보다 짧고 일정 폭을 갖는 메사 스트립 리지구조를 형성하는 공정; 및 c) 상기 메사 스트립리지 구조가 오버랩되지 않은 활성층의 좌우영역은 굴절률을 낮추고 선후영역은 밴드갭 에너지를 높이기 위해 상기 메사 스트립리지 구조가 형성된 반도체 기판에 레이저빔을 스캔조사하는 공정을 구비하여 상기 활성층에 굴절률 도파형 구조 및 NAM구조를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법을 특징으로한다.

따라서, 본 발명은 수평 횡방향 굴절률 도파 구조와 NAM구조를 한 공정으로 동시에 형성함으로써 공정의 단순화를 꾀할 수 있다.

Description

반도체 레이저 소자 및 제조 방법

제1도는 본 발명에 의한 반도체 레이저소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

제2도는 본 발명에 의한 활성층을 설명하기 위한 도면.

본 발명은 반도체 레이저소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 굴절률 도파형 반도체 레이저소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 레이저가 광 응용기기의 광원으로 널리 이용되기 위해서는 발진되는 빔의 특성이 중요한 바, 일반적으로 광도파가 잘되는 굴절률 도파형 반도체 레이저 구조를 요구한다.

USP 5,181,218호에는 비흡수 미러(NAM:Non-Absorbing Minor)를 가진 굴절률 도파형 반도체 레이저구조를 개시하고 있다. 그러나, 상기 특허에서 개시한 종래의 NAM 굴절률 도파형 반도체 레이저 소자는 활성층의 수평횡모드를 형성하기 위해 식각공정과 2-3차에 걸친 에피택시 성장 공정이 요구되므로 제조공정이 복잡한 문제가 있었다. 즉, 식각공정과 성장공정은 공정기술상 정확한 조절이 매우 어려운 기술이며 특히 InGaAlP층 위에 수행되는 성장공정은 Al산화에 의해 양질의 에피택시층을 얻기 어려우므로 소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키게되며 이는 상온 연속발진이 어려운 단파장 레이저의 경우 더 큰 영향을 미치게 된다. 또한, 기록밀도를 높이기 위해서는 소자의 고출력화가 필수적인바, 이는 주로 NAM 구조에 의해 가능해지는데 NAM 구조를 형성함에 있어서도 식각공정 및 에피택시 성장공정이 요구되므로 NAM 구조를 가진 굴절률 도파형 반도체 레이저를 제조하는 공정은 더욱 복잡하게되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 이상과 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 레이저 빔에 유도된 무질서 기술을 사용해서 활성층의 수평 횡방향 굴절률변화와 NAM 구조를 한 공정으로 동시에 형성할 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조 방법 및 소자를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법은 a) 반도체 기판상에 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층 및 캡층을 순차적으로 에피택시 성장시키는 공정; b) 상기 캡층을 사진식각공정에 의해 식각하여 절단면(facet)간 길이 보다 짧고 일정한 폭을 갖는 메사 스트립 리지구조를 형성하는 공정; 및 c) 상기 메사 스트립 리지구조가 오버랩되지 않은 활성층의 좌우영역은 굴절률을 낮추고 선후영역은 밴드갭 에너지를 높이기 위해 상기 메사스트립 리지 구조가 형성된 반도체 기판에 레이저빔을 스캔조사하는 공정을 구비하여 상기 활성층에 굴절률 도파형 구조 및 NAM 구조를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

제1도는 본 발명에 의한 반도체 레이저소자의 제조방법을 나타낸다. 즉 본 발명은 n형 GaAs 반도체기판(1) 상에 n형 GaAs 버퍼층(2), n형 InGaAlP 클래드층(3), InGaP/InGaAlP로 구성된 다증양자 우물구조(MQW)의 활성층(4), p형 InGaAlP 클래드층(5) p형 GaAs 캡층(6)을 차례로 에피택시 성장시킨다. 이어서 상기 P형 GaAs캡층(6)상에 식각 마스크 패턴을 형성하고 이 마스크 패턴을 사용해서 p형 GaAs 캡층(6)을 경사식각하여 절단면(facet)간 길이 보다 짧은 길이를 가지는 메사 스트립 리지구조를 형성한다. 즉, 메사 스트립 리지구조는 빔출력면에서 NAM 형성영역만큼 안쪽에 형성되게 된다. 이어서, 레이저빔 장치(10)를 통해 600n대의 레이저빔으로 메사 스트림 리지구조가 형성된 반도체기판을 스캔조사한다. 조사된 레이저빔은 메사 스트림 리지구조상에서는 GaAs 캡층(6)에 흡수되어 활성층(4)까지 도달되지 못하나 노출된 상부 클래드층(5)을 통해서는 활성층(4)까지 침투되어 InGaP층을 가열 및 재결정하는 과정에서 InGaP층에 존재하는 III족 원소들의 격자배열을 무질서하게 하고 InGaP 우물과 InGaAlP 장벽 간의 인터믹싱이 발생되게 된다. 따라서 제2도에 도시한 바와같이 레이저빔이 도달된 활성층영역(4a,4b,4d,4e)은 밴드갭 에너지가 증가하고 굴절률이 낮아지게 된다. 그러므로, 메사 스트립 리지구조가 오버랩된 활성층의 영역(4c)의 좌우양측영역(4b,4d)은 영역(4c)보다 굴절률이 낮아져 수평 횡방향으로 굴절률 도파형 구조를 형성하고 영역(4c)의 선단과 종단에 인접한 선후 영역(4a,4e)은 영역(4c)보다 밴드캡 에너지가 증가하여 영역(4c)에서 발진된 빔을 투과시키는 NAM 구조로 제공된다.

따라서, 본 발명은 메사 스트립 리지구조에 셀프 얼라인되게 활성층을 한정할 수 있고 한 공정에 수평 횡방향 굴절률 변화와 종방향 NAM 구조를 동시에 형성할 수 있으므로 제조공정을 매우 간단하게 한다. 또한 종래방식에서의 식각공정 및 수차례의 에피택시 공정을 감소할 수 있으므로 양질의 에피택시층을 얻을 수 있고 후속 에피택시 공정시 클래드층의 도펀트가 활성층에 확산되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명은 상술한 실시예로 국한되는 것이아니라, 예를들면, p-GaAs 기판일때에는 n-GaAs 캡층을 사용할 수도 있다.

Claims (4)

1. a) 반도체 기판상에 하부 클래드층, 활성층, 상부 클래드층 및 캡층을 순차적으로 에피택시 성장시키는 공정; b) 상기 캡층을 사진식각공정에 의해 식각하여 절단면(facet)간 길이보다 짧고 일정 폭을 갖는 메사 스트립 리지구조를 형성하는 공정; 및 c) 상기 메사 스트립리지 구조가 오버랩되지 않은 활성층의 좌우영역은 굴절률을 낮추고 선후영역은 밴드갭 에너지를 높이기 위해 상기 메사 스트립리지 구조가 형성된 반도체 기판에 레이저빔을 스캔조사하는 공정을 구비하여 상기 활성층에 굴절률 도파형 구조 및 NAM구조를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 캡층을 p형 GaAs인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 활성층은 InGaP와 InGaAlP층이 교호로 반복적층된 다중 양자 우물형인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
4. 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 마련되는 하부 클래드층, 활성층 및 상부 클래드층의 샌드위치구조; 및 상기 상부 클래드층 상에 형성되고 절단면(facet)간의 길이보다 짧고, 일정 폭을 갖는 메사 스트립 리지구조의 캡층으로 이루어진 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 활성층은 상기 캡층에 오버랩되어 레이저발진이 일어나는 활성영역; 상기 활성층을 구성하는 InGaP와 InGaAlP과의 인터믹싱에 의해 상기 활성영역보다 굴절률이 낮아 광도파 구조로 제공되는 상기 활성영역의 좌우영역들; 및 상기 활성층을 구성하는 InGaP와 InGaAlP 간의 인터믹싱에 의해 상기 활성영역보다 밴드갭 에너지가 높아 NAM 구조로 제공되는 상기 활성영역의 선후 영역들을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저소자.