KR100278624B1 - 반도체 레이저 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MQB구조를 가진 단파장 반도체 레이저 소자에 관한 것으로서, MQB구조를 가진 클래드층과 InGaP 또는 InGaAlP의 활성층으로 구비한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 MQB구조의 양자 장벽층을 AlPSb으로 구성하고 양자우물층을 InGaP 또는 InGaAlP중 어느 하나로 구성한 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 600nm 이하의 단파장을 가진 레이저 빔을 발생할 수 있다.

Description

반도체 레이저 소자

제1도는 종래의 InGaP와 InGaAlP의 초격자층으로 구성된 MQB구조를 설명하기 위한 도면.

제2도는 본 발명에 의한 일 실시예의 MQB구조를 설명하기 위한 도면.

제3도는 본 발명에 의한 다른 실시예의 MQB구조를 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명에 의한 실시예의 반도체 레이저 소자를 나타내는 사시도.

본 발명은 반도체 레이저 소자에 관한 것으로, 특히 MQB구조를 가진 단파장 반도체 레이저 소자에 관한 것이다.

III-V족 화합물 반도체로 구성된 반도체 중 가장 짧은 파장의 발진이 가능한 조합은 InGaP/InGaAlP계로서 InGaP를 활성층으로 하고 InGaAlP를 크래드층으로 구성했을 경우로 발진파장은 650~670nm이다.

최근에 InGaP/InGaAlP를 사용한 반도체 레이저 기술에서는 보다 짧은 발진파장을 얻기 위해서 첫째, InGaP의 조성을 변화시켜 텐슬 스트레인드(Tensile Strained)를 가하고 두께를 감소시켜 양자크기효과(Quantum size effect)에 의존하거나, 둘째, InGaAlP를 활성층으로 이용하고 있다. 그러나, InGaAlP 또는 InAlP를 크래드로 이용할 경우에는 활성층과 크래드층간의 헤테로 장벽 높이가 너무 낮아 발진자체가 어려우며, InGaAlP 또는 InAlP와 InGaP의 초격자(superlattice)로 구성된 MQB(Multi-Quantum Barrier)를 사용하여도 600nm 이하의 발진파장을 얻는 다는 것이 매우 곤란하였다.

종래의 MQB는 제1도에 도시한 바와 같이 클래드층을 InGaAlP/InGaP의 초격자구조로 구성함으로써 된 것으로 헤테로 장벽 높이(Uo)를 전자 반사에 의해 유효 장벽 높이(△Ue) 만큼 증가시키는 것이다.(IDEM 91-623~626페이지 참조)

그러나, 종래의 InGaAlP/InGaP의 두 물질간의 에너지 차이가 작아서 충분한 MQB의 효과를 거둘 수 없어서 600nm이하의 발진파장을 얻을 수 없었다.

본 발명의 목적은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 600nm이하의 파장으로 발진이 가능하도록 충분한 유효장벽높이를 형성할 수 있는 MQB구조를 가진 반도체 레이저 소자를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 소자는 MQB구조를 가진 클래드층과 InGaP 또는 InGaAlP의 활성층으로 구비한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 MQB구조의 양자 장벽층을 AIPSb으로 구성하고 양자우물층을 InGaP 또는 InGaAlP중 어느 하나로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 소자는 MQB를 가진 클래드층과 InGaP 또는 InGaAlP의 활성층을 구비한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 MQB의 양자우물층은 GaAs로 구성하고 양자장벽층은 AlPSb으로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양자우물층 및 양자장벽층에 스트레인을 주어 유효장벽을 증가시킬 수도 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 의한 일 실시예의 MQB구조를 나타낸다. 일 실시예에서는 클래드층(2)에 양자우물층(2a)을 InGaP로 구성하고, 양자장벽층(2b)를 AlPSb로 구성한다.

AlPSb는 InGaAlP보다 에너지가 높은 물질로서, InGaP/AlPSb의 에너지 밴드 갭 차이가 InGaP/InGaAlP의 에너지 밴드 갭 차이 보다 크므로 유효 장벽 높이(△Ue)가 증가하게 된다. 그러므로 유효 장벽 높이(△Ue)가 증가되게 되므로 구동전류값이 낮아지고 고온동작이 가능하며, 고출력동작이 용이하고 신뢰도가 향상되게 된다.

제3도는 본 발명에 의한 다른 실시예의 MQB구조를 나타낸다. 제3도의 다른 실시예의 MQB는 제2도의 일 실시예와 비교해서 양자우물층(2d)을 GaAs로 구성한 것이 다르다. GaAs와 AlPSb의 에너지차는 InGaP 또는 AlPSb의 에너지차 보다 더 크므로 유효 장벽 높이(△Ue)를 더욱 증가시킬 수 있다. 상기 일실시예와 다른 실시예에 있어서 양자우물과 양자장벽에 스트레인을 주어서 유효 장벽 높이를 더욱 증가시킬 수도 있다.

제4도는 본발명의 일 실시예에 의한 반도체 레이저 소자를 나타낸 사시도이다. 예를 들어, GaAs기판(41)상에 MQB구조의 하부 클래드층(42), 활성층(43), 상부 클래드층(44) 및 캡층(45)을 구비한 형태를 가지고 있으며, 이러한 반도체 레이저 소자의 기판(41)하부 및 캡층(45)상부에 전극을 형성시킨 구조를 가지며 이는 다양한 구조의 반도체 레이저 소자에 응용될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 MQB구조의 양자 장벽과 양자우물의 물질간 에너지차가 큰 물질을 사용함으로써 유효 장벽 높이를 증가시킴으로써 InGaAlP의 4원 혼정계를 사용하는 반도체 레이저의 발진파장을 600nm이하로 할 수 있다.

Claims (6)

1. MQB구조를 가진 클래드층과 InGaP 또는 InGaAlP의 활성층을 구비한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 MQB구조의 클래드층은 양자 장벽층을 AlPSb으로 구성하고 양자우물층을 InGaP로 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 양자우물층 및 양자장벽층에 스트레인을 주어 유효장벽을 증가시키는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
3. MQB를 가진 클래드층과 InGaP 또는 InGaAlP의 활성층을 구비한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 MQB의 양자우물층은 GaAs로 구성하고 양자장벽층은 AlPSb으로 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 양자우물층과 양자장벽층에 스트레인을 주어 유효장벽을 줄이는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
5. MQB구조를 가진 클래드층과 InGaP 또는 InGaAlP의 활성층을 구비한 반도체 레이저 소자에 있어서, 상기 MQB구조의 클래드층은 양자장벽층을 AlPSb으로 구성하고 양자우물층은 InGaAlP로 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.
6. 제5항에 있어서, 상기 양자우물층 및 양자장벽층에 스트레인을 주어 유효장벽을 증가시키는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 소자.