KR100322689B1 - 레이저다이오드와그제조방법 - Google Patents

레이저다이오드와그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드와 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 것으로 상,하부크래드층 및 활성층으로 이루어진 레이저 발진층과, 상기 레이저 발진층의 상부에 형성된 것으로 전류를 차단하는 전류제한층을 구비하는 레이저 다이오드에 있어서, 상기 전류제한층과 상부크래드층 사이에는 GaInP 식각저지층이 형성되어 있고, 상기 식각저지층과 전류제한층의 적층 구조체에 걸쳐 그 중앙부에는 채널이 형성되도록 제조된다.
따라서, 식각저지층에 의한 식각으로 채널의 깊이를 정확히 제어할 수 있고, 더욱이 As4에 의한 TC로 깨끗한 계면을 얻은 후 2차로 재성장하여 소자를 완성하게 되므로 계면특성이 한층 더 우수한 레이저 다이오드를 생산할 수 있다.

Description

레이저 다이오드와 그 제조방법
본 발명은 광디스크 혹은 광자기 디스크등의 광정보 처리용 광원으로 광범위하게 사용되는 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 특히 780nm 파장대의 레이저빔을 발진시키는 AlGaAs계 반도체 레이저 소자로서 식각저지층의 첨가와 MBE(Molecular Beam Epitaxy)의 As4플럭스에 의한 TC(Thermal Cleaning)에 의해 재성장하여 계면특성을 향상시킨 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 메사 구조의 레이저 다이오드 제조기술로는 보통 리지(ridge)를 형성하고 SiO2마스크에 의해 전류제한층을 형성하는 기술이 적용되어 왔다. 또한, 전면 에피택시(epitaxy)에 의해 다층구조체를 성장한 후, VSIS(V-channelled Substrate Inner Stripe)구조의 레이저 다이오드를 제조하는 기술이 사용되기도 했다.
첨부 도면의 제1도에는 이너 스트라이프 구조를 가지는 종래 레이저 다이오드의 단면상태가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 그 저면에 N-전극(10)이 마련되어 있는 n*-GaAs기판(11)이 최하층에 위치하고, n*-GaAs기판(11) 상부에는 n-Al0.45Ga0.55As크래드층(12)이 형성되어 있다. n-Al0.45Ga0.55As크래드층(12)의 상부에는 p-Al0.14Ga0.86As활성층(13)이, 그 활성층(13) 상부에는 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14)이 형성되어 있다. 또한, p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14) 상부에는 그 중앙부에 V형채널을 가지는 n*-GaAs전류제한층(15)이 형성되어 있고, V형채널 및 n*-GaAs전류제한층(15)의 상부에는 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14')이 적층형성되어 있다. 그리고, p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14') 상부에는 P*-GaAs(16)콘택층이 형성되어 있고, 그 위에는 P-전극(20)이 형성되어 있다.
이와 같은 적층구조체의 형성은 주로 통상의 MBE(Molecular Beam Epitaxy)나 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법을 사용해서 성장되는데, 그 제조과정을 제2도를 참조로 순차적으로 설명해보면 다음과 같다.
제2도(가)-(다)는 종래 레이저 다이오드의 제조과정을 단계적으로 도시한 것으로서, (가)는 1차성장 후의 소자의 단면구조도이고, (나)는 상기 (가)의 적층구조체에 채널이 형성된 상태도이며, (다)는 재성장 후, 소자가 완성된 상태도이다.
먼저, (가)도를 참조하면, 최하층에는 n*-GaAs기판(11)이 마련되고, n*-GaAs기판(11)의 상부에는 n-Al0.45Ga0.55As크래드층(12), p-Al0.14Ga0.86As활성층(13), p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14), n*-GaAs전류 제한층(15)이 차례로 적충 성장된다.
그런 후, (나)도에서와 같이 상기 n*-GaAs전류제한층(15)의 중앙부에 포토에칭에 의한 V형채널을 형성하는데, 이때 식각은 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14)과 n*-GaAs전류제한층(15)의 계면에서 정지되도록 선택적 식각을 행하게 된다.
V형채널의 형성이 완료되면, (다)도에 도시된 것처럼 채널에 의한 오목부 및 n*-GaAs전류제한층(15)의 상부에는 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14')이, 그리고 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14')의 상부에는 p*-GaAs콘택층(16)이 2차로 재성장 형성된다. 이로써 사실상 레이저 소자로서의 적층구조 형성은 완료된 상태이며, 여기에 상기 제1도에 도시된 바와 같이 최상부 및 최저면에 전극이 각각 형성됨으로써 하나의 완전한 레이저 다이오드가 탄생된다.
그런데, 종래의 이와 같은 레이저 다이오드 제조방법은 V형채널 형성 후, 2차로 재성장을 하는 단계에서 채널의 바닥면을 통해 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(14)이 공기중에 노출되게 되며, 이에 의해 Al성분이 산화되고, 산화된 노출부위는 그만큼 전도성이 나빠지므로 저항이 높아지게 된다. 이러한 현상은 결국 재성장 시, 계면특성이 나빠지는 결과를 초래하게 된다. 또한, 채널형성을 포토에칭을 통한 선택적식각에 의존하므로 채널 깊이의 정밀조정이 어렵다는 문제가 제기된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 창출된 것으로서, 채널의 깊이가 정확히 제어되고, 계면특성이 향상된 레이저 다이오드와 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드는, 그 저면에 전극이 마련되는 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 것으로 상, 하부크래드층 및 활성층으로 이루어진 레이저 발진층과, 상기 레이저 발진층의 상부에 형성된 것으로 전류를 차단하는 전류제한층과, 상기 전류제한층의 상부에 형성되는 상부전극을 구비하는 레이저 다이오드에 있어서,
상기 전류제한층과 상부크래드층 사이에는 식각저지층이 형성되어 있고, 상기 식각저지층과 전류제한층의 적층구조체에 걸쳐 그 중앙부에는 채널이 형성되어 있는 점에 그 특징이 있다.
또한, 이와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법은,
(1) 기판상에 n-크래드층, 활성층, p-크래드층, n-식각저지층, 전류제한층을 순차적으로 1차 적층성장하는 단계;
(2) 1차성장 후, 식각에 의해 전류제한층 내에 통전을 위한 채널을 형성하는 단계;
(3) 채널 바닥의 식각저지층을 식각하여 상부 크래드층을 노출시키는 단계; 및
(4) 제2의 상부 p-크래드층과 p*-콘택층을 2차 성장하는 단계를 포함한다.
그리고, 더 나아가 상기 콘택층의 상면 및 n-기판의 저면에 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 단면구조도이다. 이를 참조하면,
n*-GaAs 기판(31)의 저면에 그 저면에 N-전극(30)이 형성되어 있다. n*-GaAs기판(31) 상면에는 n-Al0.45Ga0.55As 크래드층(32)이 형성되어 있다. n-Al0.45Ga0.55As 크래드층(32)의 상련에는 p-Al0.14Ga0.86As활성층(33)이 형성되어 있고, 상기 p-Al0.14Ga0.86As 활성층(33) 상부에는 p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34)이 형성되어 있다. 또한, p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34) 상부에는 그들 중앙부에 V형채널을 제공하는 n-GaInP 식각저지층(35) 및 n*-GaAs 전류제한층(36)이 형성되어 있다. 여기에서 n-GaInP 식각저지층(35)은 p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34) 상면 양쪽에 소정 간격을 두고 분리되어 있으며, 이에 대응하여 상기 n*-GaAs 전류제한층(36)도 양쪽으로 분리되어 있다. n*-GaAs 전류제한층(36)의 대향된 부분은 소정각도 경사져 있고, 이들의 사이에 V 형 채널부가 마련된다.
V형채널부 및 n*-GaAs 전류제한층(36)의 상부에는 p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34')이 적층 형성되어 있다. 따라서, p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34')의 중앙 하부에는 상기 V형 채널부로 진입해 있고, V 형 채널부의 하방에 노출된 p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34)의 중앙부분 상면에 접촉되어 있다. 또한 상기 p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34')의 상면 중앙부분에 상기 V 형 채널부에 대응하는 오목부분이 형성되어 있다.
상기 p-Al0.45Ga0.55As 크래드층(34') 상면에는 p*-GaAs 콘택층(37)이 형성되어 있고, 그 위에는 p-전극(40)이 형성되어 있다.
한편, 제4도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조과정을 나태낸 것으로서, (가)는 1차성장 후의 적층구조체의 단면구조도, (나)는 상기 (가)의 적층구조체에 채널이 형성된 상태도, (다)는 채널바닥부의 노출식각저지층이 식각된 상태도이고, (라)는 재성장 후, 소자가 완성된 상태도이다.
제4도(가)를 참조하면 n*-GaAs기판(31)이 최하층에 마련되고, n*-GaAs기판(31)의 상부에는 n-Al0.45Ga0.55As크래드층(32), p-Al0.14Ga0.86As 활성층(33), p-Al0.45Ga0.55As크래드층(34), n-GaInP 식각저지층(35) 및 n*-GaAs 전류 제한층(36)이 차례로 적층 성장된다.
그런 후. 상기 n-GaAs 전류제한층(36)의 중앙부에는 (나)도에서와 같이 V형채널을 형성한다. 여기서, 채널의 형성은 포토에칭에 의한 식각이 이루어지는데, 본 발명의 특징에 따라 상기 n-GaInP식각저지층(35)과 n*-GaAs 전류제한층(36)의 계면에서 식각은 정확히 제어된다.
V형채널의 형성이 완료되면, (다)도에서와 같이 As4플럭스에 의한TC(Thermal Cleaning)에 의해 상기 n-GaInP식각저지층(35)을 식각한다. 이때, 이 As4플럭스에 의한 TC는 AlGaAs계에는 영향을 주지 않고 GaInP층만 선택적으로 제거하게 되므로 매우 깨끗한 식각면을 얻을 수 있게 된다. 또한, 이에 의해 V형채널의 길이는 정확히 제어될 수 있다.
이렇게 하여 식각저지층이 선택적으로 식각된 후, (라)도에 도시된 것처럼 V형채널에 의한 오목부 및 n*-GaAs전류제한층(36)의 상부에는 p-Al0.45Ga0.55As크래드층(34')이, p-Al0.45Ga0.55As크래드층(34')의 상부에는 p*-GaAs콘택층(37)이 2차로 재성장 형성된다. 여기까지가 사실상 반도체 레이저 소자로서의 적층구조 형성은 완료된 상태이며, 여기에 상기 n*-GaAs기판(31)의 저면 및 p*-GaAs콘택층(37)의 상면에 전극이 각각 형성됨으로써 하나의 완전한 레이저 다이오드가 탄생된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조방법은 식각저지층에 의한 식각으로 채널의 깊이를 정확히 제어할 수 있고, 더욱이 As4에 의한 TC로 깨끗한 계면을 얻은 후 2차로 재성장하여 소자를 완성하게 되므로 계면특성이 한충 더 우수한 레이저 다이오드를 생산할 수 있다.
제1도는 종래 레이저 다이오드의 단면구조도.
제2도(가)-(다)는 종래 레이저 다이오드의 제조과정도.
제3도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 단면구조도.
제4도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조과정을 나타낸 것으로서,
(가)는 1차성장 후의 적층구조체의 단면구조도.
(나)는 상기 (가)의 적층구조체에 채널이 형성된 상태도.
(다)는 채널바닥부의 노출식각저지층이 식각된 상태도.
(라)는 재성장 후, 소자가 완성된 상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11, 31 ... n*-GaAs기판
12, 32 ... n-Al0.45Ga0.55As크레이드층
13, 33 ... p-Al0.14Ga0.86As활성층
14, 14', 34, 34' ... p-Al0.45Ga0.55As크래드층
15, 36 ... n*-GaAs전류제한층
16, 37 ... p*-GaAs콘택층
35 ... n-GaInP식각저지층

Claims (3)

  1. 그 저면에 전극이 마련되는 기판과, 상기 기판의 상부에 형성되는 것으로 상,하부크래드층 및 활성층으로 이루어진 레이저 발진층과, 상기 레이저 발진층의 상부에 형성된 것으로 전류를 차단하는 전류제한층과, 상기 전류제한층의 상부에 형성되는 상부전극을 구비하는 레이저 다이오드에 있어서,
    상기 전류제한층과 상부크래드층 사이에는 식각저지층이 형성되어 있고, 상기 식각저지층과 전류제한층의 적층구조체에 걸쳐 그 중앙부에는 채널이 형성되어 있는 것을 특징으로 하되, 상기 식각 저지층은 GaInP의 조성으로 된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  2. (1) 기판상에 n-크래드층, 활성층, p-크래드층, n-식각저지층, 전류제한층을 순차적으로 1차 적층성장하되, 상기 n-식각저지층은 n-GaInP층으로 형성하는 단계;
    (2) 1차성장 후, 식각에 의해 전류제한층 내에 통전을 위한 채널을 형성하는 단계;
    (3) 채널 바닥의 식각저지층을 식각하여 상부 크래드층을 노출시키는 단계; 및
    (4) 제2의 상부 p-크래드층과 p*-콘택층을 2차 성장하는 단계를 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 GaInP층의 식각은 As4플럭스에 의한 TC(Thermal Cleaning)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
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