KR100282155B1

KR100282155B1 - Semiconductor laser and manufacturing method

Info

Publication number: KR100282155B1
Application number: KR1019930027204A
Authority: KR
Inventors: 양민
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 2001-03-02

Abstract

본 발명은 기판위에 n형 GaAs 층을 성장시켜 전류차단을 형성하는 전류차단층 형성공정과, 상기 전류차단층 형성공정 이후 절연막을 입히고나서 사진 평탄술로 줄패턴(Stripe Pattern)을 형성하는 패턴 형성공정과, 상기 패턴 형성공정에서 절연막이 제거된 부분에 Zn 확산층을 형성한 후 그 위에 P형 클래드층과 활성층 및 n형 클래드층 그리고 n형 캡층을 순차적으로 성장시키는 제1 성장공정과, 상기 제1 성장공정 이후 절연막을 제거하고 p형, n형, p형 클래드층과 n형 캡층을 성장시키는 제2 성장공정과, 상기 제2 성장공정 이후 n형 전극과 p형 전극을 형성하는 전극형성공정으로 이루어져 낮은 발진개시 전류값과 안정된 단일 모드에서 동작하는 반도체 레이저 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a current blocking layer forming process for forming a current blocking by growing an n-type GaAs layer on a substrate, and forming a strip pattern by applying a insulating film after the current blocking layer forming process and then forming a stripe pattern by photo planarization. And a first growth step of forming a Zn diffusion layer in a portion where the insulating film is removed in the pattern forming step, and then sequentially growing a P-type cladding layer, an active layer, an n-type cladding layer, and an n-type cap layer thereon; A second growth step of removing the insulating film after the growth process and growing the p-type, n-type, p-type cladding layer and the n-type cap layer, and an electrode forming step of forming the n-type electrode and the p-type electrode after the second growth process The present invention relates to a method for fabricating a semiconductor laser that operates in a single mode with a low starting current value.

Description

Semiconductor laser and its manufacturing method

본 발명은 가시광 반도체 레이저 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 발진개시 전류값과 안정된 단일모드에서 동작하는 반도체 레이저 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a visible light semiconductor laser and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor laser operating in a low single oscillation starting current value and a stable single mode and a method of manufacturing the same.

종래기술에 따른 반도체 레이저는 도 1에 도시된 바와 같이, n형 GaAs 기판(1) 위에 n형 In_0.5(Ga_1-yAly)_0.5P 클래드층(2), 비도형 In_0.5(Ga_1-xAly)_0.5P 활성층(3), p형 In_0.5(Ga_1-yAly)_0.5P 클래드층(4)을 차례대로 성장시킨 후에 SiO₂또는 Si₃N₄의 절연막을 상기 Pgud In_0.5(Ga_1-yAly)_0.5P 클래드층(4) 위에 증착시키고, 사진평판(Photolithography) 공정으로 줄패턴(Stripe Pattern)을 형성하고, 상기 줄패턴 이외의 부분을 에칭해내어 메사형태의 줄(Stripe)을 만든다.As shown in FIG. 1, a semiconductor laser according to the related art has an n-type In _0.5 (Ga _1-y Aly) _0.5 P cladding layer 2 and a non-conductive In _0.5 (Ga _1- ) on an n-type GaAs substrate _{1. x} Aly) _0.5 P active layer (3), p-type In _0.5 (Ga _1-y Aly) _0.5 P cladding layer (4) in order to grow the insulating film of SiO ₂ or Si ₃ N ₄ to the Pgud In _0.5 (Ga _1-y Aly) deposited on a _0.5 P cladding layer 4, a stripe pattern is formed by a photolithography process, and portions other than the stripe pattern are etched to form a mesa stripe. Make

그 후에 전류차단층이 되는 n형 GaAs층(5)을 성장시킨후 메사 위에 남아있던 SiO₂나 Si₃N₄의 절연막을 제거하고 마지막으로 P형 GaAs층(6)을 성장시킨 후 p형 GaAs 캡층(6) 위에 p형 전극(7), n형 GaAs 기판(1)에 n형 전극(8)을 형성하여 제작된다.After that, after growing the n-type GaAs layer 5 as a current blocking layer, the insulating film of SiO ₂ or Si ₃ N ₄ remaining on the mesa was removed, and the p-type GaAs layer 6 was grown. The p-type electrode 7 and the n-type GaAs substrate 1 are formed on the cap layer 6 to form an n-type electrode 8.

상기와 같이 제작된 기존 반도체 레이저의 양쪽 전극(7)(8)을 통하열 전류를 주입시키면 전류차단층(5)의 역할로 전류는 메사 부분으로만 흐르고 메사 부분의 p형과 n형 크래드층(2)(4) 사이에 있는 활성층(3)에서 전자와 정공의 재결합으로 빛이 발생하게 되는데 메사 바깥부분에 있는 활성층에서 발생한 빛은 p형 클래드층(4)의 두께가 얇아서 n형 GaAs 층(5)에 모두 흡수되어 버린다.When heat current is injected through both electrodes 7 and 8 of the conventional semiconductor laser fabricated as described above, the current flows only into the mesa portion as a role of the current blocking layer 5, and the p-type and n-type cladding of the mesa portion Light is generated by recombination of electrons and holes in the active layer (3) between the layers (2) and (4). The light generated in the active layer outside the mesa has a thin thickness of the p-type cladding layer (4). All are absorbed by the layer 5.

따라서 p형 클래드층(4)의 두께가 상대적으로 두꺼운 메사부분의 활성층에서만 빛이 존재하게 되고 반도체 레이저와 공기의 굴절을 차이에 의한 반도체 레이저 벽개면의 거울 작용으로 레이저 빛이 발생하게 된다.Therefore, light exists only in the active layer of the mesa portion where the thickness of the p-type cladding layer 4 is relatively thick, and laser light is generated by the mirror action of the semiconductor laser cleavage surface by the difference between the refraction of the semiconductor laser and air.

그라나, 이와 같이 구성된 종래의 반도체 레이저 및 그 제조 방법에 있어서는, 반도체 레이저의 활성층이 반도체 레이저의 전체 부분에 있기 때문에 소비되는 전력이 커지고 메사형태를 에칭할때의 웨이퍼(Wafer) 전체에 대해서 에칭되는 두께가 조금씩 다르므로 에칭의 균일성 저하로 생산수율이 낮아지고 전류가 흐르는 부분에 SiO₂또는 Si₃N₄의 절연막을 놓고 고온에서 전류차단층을 성장시키기 때문에 Si의 침투 등으로 반도체 레이저의 특성이 나빠지고 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.However, in the conventional semiconductor laser and its manufacturing method configured as described above, since the active layer of the semiconductor laser is in the entire portion of the semiconductor laser, the power consumed is increased and is etched with respect to the entire wafer when etching the mesa shape. Since thickness is slightly different, the production yield is lowered due to the uniformity of etching, and the insulating film of SiO ₂ or Si ₃ N ₄ is placed on the part where current flows, and the current blocking layer is grown at high temperature. There was a problem that this worsened and shortened life.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 양산시 수율향상을 도모하고 낮은 문턱전류 값을 가지고 안정된 단일모드에서 동작하는 반도체 레이저 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser and a method for manufacturing the same, which improves yield in mass production and operates in a stable single mode with a low threshold current value.

도 1은 종래의 반도체 레이저를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor laser.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 레이저 제조공정을 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser manufacturing process according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : P형 GaAs 기판 20 : n형 GaAs 층10: P-type GaAs substrate 20: n-type GaAs layer

25 : 절연막 30 : Zn 확산층25 insulating film 30 Zn diffusion layer

35 : P형 클래드층 40 : 활성층35 P-type cladding layer 40 Active layer

45 : n형 클래드층 50 : 제1 n형 캡층45: n-type cladding layer 50: first n-type capping layer

55 : 클래드층 60 : 제2 n형 캡층55: cladding layer 60: second n-type cap layer

65 : n형 전극 70 : P형 전극65 n-type electrode 70 P-type electrode

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 제조 방법은, 기판위에 n형 GaAs 층을 성장시켜 전류차단층을 형성하는 전류 차단층 형성 공정과, 상기 전류차단층 형성공정 이후 절연막을 입히고나서 사진 평탄술로 줄패턴을 형성하는 패턴 형성공정과, 상기 패턴 형성공정에서 절연막이 제거된 부분에 아연(Zn) 확산층을 형성한 후 그 위에 p형 클래드층과 활성층 및 n형 클래드층 그리고 n형 캡층을 순차적으로 성장시키는 제1성장공정과, 상기 제1성장공정 이후 절연막을 제거하고 p형, n형, p형 클래드층과 n형 캡층을 성장시키는 제2성장공정과, 상기 제2성장공정 이후 n형 전극과 p형 전극을 형성하는 전극 형성공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The laser fabrication method of the present invention for achieving the above object is a current blocking layer forming step of forming a current blocking layer by growing an n-type GaAs layer on the substrate, and after the current blocking layer forming step to apply an insulating film and then photo flattening A pattern forming step of forming a stripe pattern, and then forming a zinc (Zn) diffusion layer in a portion where the insulating film is removed in the pattern forming step, and then sequentially forming a p-type cladding layer, an active layer, an n-type cladding layer, and an n-type cap layer thereon. A first growth step of growing the film, a second growth step of removing the insulating film after the first growth step, and growing a p-type, n-type, p-type cladding layer and an n-type cap layer, and an n-type after the second growth step Characterized in that the electrode forming step of forming an electrode and a p-type electrode.

상기 패턴 형성공정에서 전류차단층 위에 입혀지는 절연막은 SiO₂나 Si₃N₄인 것이 바람직하다.In the pattern forming process, the insulating film coated on the current blocking layer is preferably SiO ₂ or Si ₃ N ₄ .

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 레이저는, p형 GaAs 기판 위에 성장되어 전류차단 역할을 하는 n형 전류차단층과, 상기 전류차단층과 p형 GaAs 기판 일부분까지 확산된 Zn 확산층과, 상기 Zn 확산층 위에 순차적으로 성장된 P형 클래드층과 활성층 및 n형 클래드층에 성장된 제1n형 캡층과, 상기 n형 전류차단층 위에 성장되어 있는 p, n, p형 클래드층과, 상기 클래드층 위에 성장된 제2n형 캡층과 p형 GaAs 기판 후면에 각각 형성된 n, p형 전극으로 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the semiconductor laser of the present invention, an n-type current blocking layer that is grown on a p-type GaAs substrate and acts as a current blocking, a Zn diffusion layer diffused to a portion of the current blocking layer and p-type GaAs substrate, A p-type cladding layer sequentially grown on the Zn diffusion layer, a first n-type cap layer grown on an active layer and an n-type cladding layer, a p, n, p-type cladding layer grown on the n-type current blocking layer, and the clad And a n-type and p-type electrode formed on the back of the second n-type cap layer and the p-type GaAs substrate, respectively.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것을 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명을 생략한다.In addition, in all the drawings for demonstrating an embodiment, the thing which has the same function uses the same code | symbol, and the repeated description is abbreviate | omitted.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 레이저 제조공정을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a semiconductor laser manufacturing process according to the present invention.

본 발명에 의해 제조되는 반도체 레이저는 p형 GaAs 기판(10) 위에 전류차단층 역할을 하는 n형 GaAs층(20)을 성장시키고, 상기 n형 GaAs층(20) 위에 SiO₂또는 Si₃N₄의 절연막(25)을 입힌 후 사진 평판술(Photolithography)로 패턴화된 (A)와 같이 줄패턴을 형성한다.The semiconductor laser manufactured by the present invention grows an n-type GaAs layer 20 serving as a current blocking layer on the p-type GaAs substrate 10, and SiO ₂ or Si ₃ N ₄ on the n-type GaAs layer 20. After the insulating film 25 is coated, a string pattern is formed as shown in (A) patterned by photolithography.

이와같이 절연막(25)이 패턴화된 상태에서 확산방법을 이용하여 도 2의 (B)와 같이 절연막(25)이 없는 p형 GaAs 기판(10)의 일부분까지 Zn 확산층(30)을 형성한 다음 유기그미속 화학기상증착장치(MOCVD)로 p형 In_0.5(Ga_1-yAly_)0.5P 클래드층(35)과 피도핑 In_0.5(Ga_1-xAly_)0.5P 활성층(40) 및 n형 In_0.5(Ga_1-yAly_)0.5P 클래드층(45) 그리고 n형 GaAs 제1캡층(50)을 차례대로 성장시키면 도 2의 (C)와 같이 절연막(25)이 없는 부분에서만 성장이 이루어진다.As described above, the Zn diffusion layer 30 is formed up to a part of the p-type GaAs substrate 10 without the insulating layer 25 by using a diffusion method in the state in which the insulating layer 25 is patterned. Chemical Vapor Deposition (MOCVD) p-type In _0.5 (Ga _1-y Aly _{) 0.5} P clad layer 35 and doped In _0.5 (Ga _1-x Aly _{) 0.5} P active layer 40 and n-type In _{When 0.5} (Ga _1-y Aly _{) 0.5} P cladding layer 45 and the n-type GaAs first cap layer 50 are sequentially grown, growth occurs only in a portion without the insulating layer 25 as shown in FIG.

상기와 같이, 성장이 이루어지면 절연막(25)을 제거한 후 액상성장(LPE) 방법으로 p, n, p형 Aly Ga_1-yAs 클래드층(55)과 n형 GaAs 제2캡층(60)을 차례로 성장시키는데, 이때 클래드층이 상기 제1n형 캡층(50)에 성장되지 않도록 스트리프(Stripe) 폭을 조절하여야 하며, 성장이 끝난후에 n형 전극(65)과 p형 전극(70)을 형성하여 도2의 (D)와 같이 제조된다.As described above, when the growth is performed, the p, n, and p-type Aly Ga _1-y As cladding layer 55 and the n-type GaAs second cap layer 60 are removed by liquid crystal growth (LPE). In order to grow in this case, the width of the strip should be adjusted so that the clad layer is not grown on the first n-type cap layer 50, and the n-type electrode 65 and the p-type electrode 70 are formed after the growth is completed. It is prepared as shown in FIG.

상기한 바와 같이, 제조된 반도체 레이저의 p형 전극(70)과 n형 전극(65)을 통하여 전류를 주입시키면 n형 GaAs층(20)으로된 전류차단층의 전류차단 역할 때문에 주입된 전류는 반도체 중앙부분, 즉 Zn을 확산시킨 Zn 확산층(30)으로만 흐르고 활성층(40)의 좌우에 있는 p형, n형, p형의 각 클래드층(55)의 에너지 갭이 활성층(40)의 에너지 갭보다 커서 n형 전극(65)과 p형 전극(70)을 통해서 공급된 전자와 정공은 화리성층(40)으로만 접중적으로 모이고, 여기서 전자와 정공들의 재결합 과정에서 빛이 발생한다.As described above, when the current is injected through the p-type electrode 70 and the n-type electrode 65 of the manufactured semiconductor laser, the injected current is due to the current blocking role of the n-type GaAs layer 20. The energy gaps of the p-type, n-type, and p-type cladding layers 55 on the left and right sides of the active layer 40 and only in the center portion of the semiconductor, that is, the Zn-diffusion layer 30 in which Zn is diffused, are the energy of the active layer 40. As the gap is larger than the gap, electrons and holes supplied through the n-type electrode 65 and the p-type electrode 70 are collected in contact with only the fossil layer 40, where light is generated in the recombination process of the electrons and holes.

이와같이 발생하는 빛에 대하여 상기 활성층(40)의 굴절율이 각 클래드층(35)(45)(55)의 굴절율보다 크기 때문에 빛의 손실이 거의 없이 활성층(40)을 통해서만 빛이 진행하고 반도체 벽개면이 공기중에 대한 거울작용으로 반도체 레이저의 양쪽 벽개면을 통하여 활성층(40)의 에너지 갭에 해당하는 레이저 빛이 발생된다.Since the refractive index of the active layer 40 is greater than the refractive index of each clad layer 35, 45, 55 with respect to the light generated in this way, light propagates through the active layer 40 with almost no loss of light, The mirror light in the air generates laser light corresponding to the energy gap of the active layer 40 through both cleaved surfaces of the semiconductor laser.

한편, 본 발명에서는 상기한 활성층(40)과 각 클래드층(35)(45)(55)을 각각 Alx Ga_1-xAs(0≤X≤0.14)과 Aly Ga_1-yAs(0.35≤y≤0.5)으로 대치하여 발진파장이 780㎚∼870㎚의 범위에 있도록 하는 레이저 제작 및 In GaAs P/In P 계열을 이용하는 장파장 레이저 다이오드의 제작에도 이용 가능하다.Meanwhile, in the present invention, the active layer 40 and the cladding layers 35 and 45 and 55 are respectively Alx Ga _1-x As (0 ≦ _X ≦ 0.14) and Aly Ga _1-y As (0.35 ≦ _y It can also be used for the fabrication of lasers having oscillation wavelengths in the range of 780 nm to 870 nm and the manufacture of long wavelength laser diodes using the In GaAs P / In P series.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 레이저 제조방법에 의하면, 에칭방법 대신에 선택적으로 성장 방법으로 메사구조의 더블 헤테로 구조체(Hetero Structure)를 만들기 때문에 기판 전체에 대한 균일한 두께로 더블헤케로 구조체를 얻을 수 있어서 양산시 수율향상에 큰 효과가 있으며, 종래의 방법과는 달리 전류가 주입되게 될 메사부분의 바깥쪽에서 SiO₂나 Si₃N₄의 절연막을 두고 선택적으로 성장을 하기 때문에 확산 등에 의한 결함을 줄일 수 있어서 소자의 수명향상에 큰 효과가 있으며, 또한 헤테로 구조체를 완전히 매장하기 때문에 낮은 문턱전류 값을 가지고 안정된 단일 모드에서 동작하는 장점이 있다.As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention, since the double heterostructure of the mesa structure is made by the growth method instead of the etching method, the double hekero structure with a uniform thickness of the entire substrate. As a result, it is possible to improve the yield during mass production, and unlike the conventional method, defects due to diffusion, etc. are selectively grown on an insulating film of SiO ₂ or Si ₃ N ₄ at the outer side of the mesa to be injected with current. In addition, the device has a large effect on improving the lifespan of the device, and also has the advantage of operating in a stable single mode with a low threshold current value because the heterostructure is completely buried.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes should be seen as belonging to the following claims. something to do.

Claims

a current blocking layer forming step of forming a current blocking layer by growing an n-type GaAs layer on the p-type substrate, a pattern forming step of forming a strip pattern by applying a dielectric film after the current blocking layer forming step, and then applying the insulating film; A first growth step of forming a zinc (Zn) diffusion layer in a portion where the insulating film is removed in the pattern forming step, and then sequentially growing a p-type cladding layer, an active layer, an n-type cladding layer, and an n-type cap layer; A second growth step of growing the p-type, n-type, p-type cladding layer, and n-type cap layer after the growth process; and an electrode forming step of forming the n-type electrode and the p-type electrode after the second growth process. Semiconductor laser manufacturing method comprising a.

The method of claim 1, wherein the insulating film coated on the current blocking layer in the pattern forming process is SiO ₂ or Si ₃ N ₄ .

An n-type current blocking layer grown on a p-type GaAs substrate to serve as a current blocking function, a Zn diffusion layer diffused to the current blocking layer and a portion of the p-type GaAs substrate, and a P-type cladding layer and an active layer sequentially grown on the Zn diffusion layer. And a first n-type cap layer grown on the n-type cladding layer, a p, n, and p-type cladding layer grown on the n-type current blocking layer, and a second n-type cap layer and p-type GaAs substrate grown on the cladding layer. A semiconductor laser comprising n and p-type electrodes respectively formed in the.