KR100282391B1 - 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
격리(isolation) 구조를 갖는 고출력 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판상에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층, 제 2 도전형 캡층을 순차적으로 성장시키고, 식각 과정을 거쳐 제 2 도전형 캡층의 일정영역을 제거한다. 이어, 제 2 도전형 캡층을 포함한 전면에 유전막을 형성하고 일정 영역의 유전막을 제거하여 제 2 도전형 클래드층을 노출시킨 다음, 남아 있는 유전막을 마스크로 노출된 제 2 도전형 클래드층 및 그 하부의 활성층과 제 1 도전형 클래드층의 일부분을 식각한다. 그리고, 식각된 제 1 도전형 클래드층상에 제 2 도전형 전류차단층 및 제 1 도전형 전류차단층을 차례로 형성한 후, 남아 있는 유전막을 제거하고, 기판의 최상층 및 기판 하부에 금속층을 형성함으로써, 고온, 고출력의 레이저 다이오드 어레이 제작을 용이하게 한다.
Description
본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 격리(isolation) 구조를 갖는 고출력 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 고출력 레이저 다이오드는 여러 개의 단일 소자가 한 칩 바(chip bar) 위에 여럿이 존재하는 어레이(array) 형태를 띠게 된다.
이때, 이들 각 단위 소자들의 광적, 전기적 간섭을 방지하기 위하여 여러 형태의 격리 구조가 사용된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 성장된 에피(epi)층을 하부에 있는 제 1 도전형 클래드층이나 또는 기판까지 식각하거나 이온 주입(ion implantation)을 함으로써 단일 소자간의 격리를 이룬다.
이와 같이 소자간에 격리시킨 웨이퍼 위에 금속 전극을 증착시켜 레이저 다이오드를 제작하는데, 전류를 원하는 부분에만 주입하기 위하여 에피층 위에 먼저 SiO2혹은 SiNx등의 유전막을 증착시키고, 전극 형성을 위해 유전막을 패터닝한 후, 전면에 금속을 증착하여 레이저 다이오드 어레이를 제작한다.
그러나, 이러한 구조의 고출력 레이저 다이오드는 많은 열이 발생되는 문제가 있었다.
즉, 상기의 고출력 레이저 다이오드의 경우, 열 저항이 큰 유전막이 레이저 다이오드의 윗면 대부분을 덮고 있어 열적인 면에서 큰 부담을 가지게 된다.
그러므로 가장 효과적으로 열을 제거할 수 있는 고출력 레이저 다이오드의 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 열전도성이 좋지 않은 유전막을 사용하지 않고 고온, 고출력에 용이한 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드를 보여주는 구조단면도
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제 1 도전형 기판 2 : 제 1 도전형 버퍼층
3 : 제 1 도전형 클래드층 4 : 활성층
5 : 제 2 도전형 클래드층 6 : 제 2 도전형 캡층
7 : 유전막 8 : 제 2 도전형 전류차단층
9 : 제 1 도전형 전류차단층 10 : 금속층
본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법은 기판상에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층, 제 2 도전형 캡층을 순차적으로 형성하는 제 1 단계와, 제 2 도전형 캡층의 일정 영역을 제거하는 제 2 단계와, 제 2 도전형 캡층을 포함한 전면에 유전막을 형성하고, 일정 영역의 유전막을 제거하여 제 2 도전형 클래드층을 노출시키는 제 3 단계와, 남아 있는 유전막을 마스크로 노출된 제 2 도전형 클래드층 및 그 하부의 활성층과 제 1 도전형 클래드층의 일부분을 식각하는 제 4 단계와, 식각된 제 1 도전형 클래드층상에 제 2 도전형 전류차단층 및 제 1 도전형 전류차단층을 차례로 형성하는 제 5 단계와, 남아 있는 유전막을 제거하고, 상기 기판의 최상층 및 기판 하부에 금속층을 형성하는 제 6 단계로 이루어지는데 있다.
본 발명의 다른 특징은 제 1, 제 2 도전형 전류차단층을 레이저 다이오드에 의해 생성되는 빛의 에너지보다 밴드 갭이 적은 물질로 형성하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 제 2 도전형 전류차단층이 제 1 도전형 클래드층과 활성층과의 경계면 이상, 제 2 도전형 클래드층과 활성층과의 경계면 이하의 두께로 형성되는데 있다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드의 특징은 복수개의 단위 레이저 다이오드 소자를 갖는 레이저 다이오드에 있어서, 각 단위 레이저 다이오드 소자 사이에 일정 깊이의 식각 영역이 있고, 식각 영역의 하부면에 일정 두께의 전류차단층이 형성되어 각 단위 레이저 다이오드 소자를 서로 격리시키는데 있다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 개념은 열전도성이 열등한 유전막을 사용하지 않고 단위 소자간을 격리시킴으로써 고온, 고출력에 적합한 레이저 다이오드를 제작하는데 있다.
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 제 1 도전형 기판(1) 위에 제 1 도전형 버퍼층(2), 제 1 도전형 클래드층(3), 활성층(4), 제 2 도전형 클래드층(5), 제 2 도전형 캡층(6)을 순차적으로 성장시킨 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이 사진 식각 공정으로 제 2 도전형 캡층(6)을 패터닝하여 다수개의 띠(stripe) 형태로 형성시킨다.
여기서, 이후의 모든 제조공정을 마치고 나면 전류는 상기 띠 형태의 캡층(6)을 따라서만 주입되고 이 캡층(6) 밑에서만 레이저 발진이 일어나게 된다.
이어, 도 2c에 도시된 바와 같이 캡층(6)을 포함한 전면에 SiO2또는 SiNx등의 유전막(7)을 증착시킨 다음, 도 2d에 도시된 바와 같이 식각 공정을 통해 격리 시킬 영역들의 유전막(7)들을 제거한다.
여기서, 격리 영역들 사이에는 하나 또는 다수개의 식각된 캡층이나 단위 레이저 다이오드 소자가 있을 수도 있다.
그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이 남아 있는 유전막(7)을 마스크로 제 2 도전형 클래드층(5), 활성층(4), 제 1 도전형 클래드층(3)의 일부까지 식각한다.
이때, 제 1 도전형 기판(1)의 일부까지도 식각할 수 있다.
이어, 도 2f에 도시된 바와 같이 MOCVD 공정으로 식각된 영역에 제 2 도전형 전류차단층(8) 및 제 1 도전형 전류차단층(9)을 연속적으로 성장시킨다.
여기서, MOCVD 공정으로 전류차단층 성장시, 유전막이 형성된 영역 위에는 물질의 성장이 일어나지 않으므로 식각된 영역에만 전류차단층이 형성되는 것이다.
이때, 제 2, 제 1 도전형 전류차단층(8,9)은 레이저 다이오드에 의해 생성되는 빛의 에너지보다 적은 밴드 갭(band gap)을 가지는 물질로 한다.
따라서, 이 전류차단층들은 빛을 흡수할 수 있으므로 광학적 격리 효과도 가질 수 있다.
또한, 제 2 전류차단층(8)은 제 1 도전형 클래드층(3)과 활성층(4)과의 경계면보다 높게 형성함과 동시에 제 2 도전형 클래드층(6)과 활성층(4)과의 경계면보다 낮게 형성한다.
즉, 제 2 도전형 전류차단층(8)의 두께는 제 1 도전형 전류차단층(9)이 제 1 도전형 클래드층(3)에 접촉되지 않을 정도이어야 하고 제 2 도전형 전류차단층(8)이 제 2 도전형 클래드층(5)에 접촉되지 않을 정도이어야 한다.
그리고, 마지막 공정으로 도 2g에 도시된 바와 같이 남아 있는 유전막(7)을 완전히 제거하고, 제 2 도전형 캡층(6)과 오믹을 이루는 금속층(10)을 형성한 다음, 도시되지는 않았지만 랩핑(lapping), 제 1 도전형 기판(1)쪽의 오믹 금속층 증착, 클리빙(cleaving), 브레이킹(breaking)을 순차적으로 실행하여 레이저 다이오드 어레이를 제작한다.
이와 같이 제작되는 레이저 다이오드는 각 단위 소자 사이에 일정 깊이의 식각 영역을 형성하고, 그 식각 영역의 하부 면에 제 1 도전형-제 2 도전형-제 1 도전형 접합 구조를 갖는 전류차단층을 형성함으로써 단위 소자간의 전기적 광학적 격리를 이룰 뿐만 아니라 열전도성이 좋지 않은 유전막의 필요성을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 레이저 다이오드 어레이 제작에 필수적인 격리 공정을 유전막 없이 가능하게 함으로써, 고온, 고출력의 레이저 다이오드 어레이 제작을 용이하게 한다.
또한, 본 발명은 레이저 다이오드 제작에 사용되는 특정 물질계와는 상관없이 격리 공정을 필요로 하는 모든 레이저 다이오드 어레이 제작에 적용 가능하다.
Claims (8)
- 기판상에 제 1 도전형 클래드층, 활성층, 제 2 도전형 클래드층, 제 2 도전형 캡층을 순차적으로 형성하는 제 1 단계;상기 일정영역의 제 2 도전형 캡층을 제거하는 제 2 단계;상기 제 2 도전형 캡층을 포함한 전면에 유전막을 형성하고, 일정 영역의 유전막을 제거하여 제 2 도전형 클래드층을 노출시키는 제 3 단계;상기 남아 있는 유전막을 마스크로 노출된 제 2 도전형 클래드층 및 그 하부의 활성층과 제 1 도전형 클래드층의 일부분을 식각하는 제 4 단계;상기 식각된 제 1 도전형 클래드층상에 제 2 도전형 전류차단층 및 제 1 도전형 전류차단층을 차례로 형성하는 제 5 단계;상기 남아 있는 유전막을 제거하고, 상기 기판의 최상층 및 기판 하부에 금속층을 형성하는 제 6 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도전형 캡층은 다수개의 띠(stripe) 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 도전형 전류차단층은 상기 레이저 다이오드에 의해 생성되는 빛의 에너지보다 밴드 갭이 적은 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도전형 전류차단층은 상기 제 1 도전형 클래드층과 활성층과의 경계면 이상, 상기 제 2 도전형 클래드층과 활성층과의 경계면 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 단계에서,상기 남아 있는 유전막을 마스크로 노출된 제 2 도전형 클래드층 및 그 하부의 활성층과 제 1 도전형 클래드층, 그리고 기판의 일부분까지 식각하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
- 복수개의 단위 레이저 다이오드 소자를 갖는 레이저 다이오드에 있어서,상기 각 단위 레이저 다이오드 소자 사이에 일정 깊이의 식각 영역이 있고, 상기 식각 영역의 하부면에 일정 두께의 전류차단층이 형성되어 상기 각 단위 레이저 다이오드 소자를 서로 격리시키는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 6 항에 있어서, 상기 전류차단층은 도전형이 다른 제 2 전류차단층과 제 1 전류차단층이 순차적으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 6 항에 있어서, 상기 식각 영역과 식각 영역 사이에는 다수개의 단위 레이저 다이오드 소자가 존재하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
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