KR100418970B1

KR100418970B1 - 광반도체 레이저장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100418970B1
Application number: KR10-2001-0011396A
Authority: KR
Inventors: 오카다마코토; 겐에이고이치
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2004-02-14
Also published as: EP1137134A3; US20040032895A1; CN1313662A; US20010022796A1; JP2001257413A; EP1137134A2; KR20010091925A; TW497309B; US6628689B2

Abstract

모노리식 구조의 2파장 반도체 레이저에 있어서, 원하는 반사율을 갖추고 일괄 형성이 가능한 단면막을 제공함과 더불어 신뢰성이 높아 필요한 성능을 만족하면서 생산성이 높은 2파장 반도체 레이저장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

모노리식 구조의 2파장 반도체 레이저장치에 있어서, 공진기 전단면(18)에는 전단면막(19)을 갖추고, 공진기 후단면(21)에는 다층막으로 이루어진 고반사 단면막(22)을 갖추고 있다. 전단면막(19)은 저굴절률 재료를 이용하여 반사율 20%로 되도록 막두께를 설정하고 있다. 또한, 고반사 단면막(22)은 저굴절율 재료 및 고굴절율 재료의 박막을 교대로 적층하여 반사율 80%로 되도록 막두께를 설정하고 있다. 양 단면막의 막두께는 양 반도체 레이저 다이오드의 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2를 이용하여 광학길이 d = (1/4+j) ×λm에서 산출하고 있다.

Description

광반도체 레이저장치 및 그 제조방법{OPTICAL SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 전단면막 및 고반사 다층막을 구비한 2파장 발진을 수행하는 2파장 레이저장치에 관한 것이다.

현재 실용화되어 있는 광디스크ㆍ시스템은 주로 콤팩트 디스크에 데이터 기록ㆍ재생을 수행하는 시스템과, 보다 고밀도인 데이터 기록ㆍ재생을 수행하는 DVD시스템으로 분류할 수 있다. 콤팩트 디스크 기록매체에 이용되는 광반도체 레이저는 780nm대의 발진파장을 갖추고 있고, DVD시스템에 이용되는 광반도체 레이저는 650nm대의 발진파장을 갖추고 있다. 상기 광반도체 레이저는 높은 광출력을 얻기 위해, 레이저의 단면에 전단면 저반사막 및 후단면 고반사막을 형성하여 공진기의 이면으로부터 사출되는 광을 전단면측으로부터 효율 좋게 취출하고 있다. 이 전단면 저반사막 및 후단면 고반사막의 층 두께는 각각의 발진파장을 기초로 산출하고 있다.

최근, CD-R, CD-RW등과 더불어 DVD와 같은 고밀도 기록 미디어를 함께 설치한 디스크장치가 등장하고 있다. 상기 디스크 장치 내부에는 780nm대의 발진파장을 갖춘 광반도체 레이저와 650nm대의 발진파장을 갖춘 광반도체 레이저를 함께 설치하는 경우도 있지만, 디스크장치의 소형화에 수반하여 광학계의 축소의 요구로부터, 하나의 결정구조내에 상기 발진파장을 갖춘 2개의 공진기를 설치하는 2파장 레이저가 주류로 되어 있다.

그러나, 2파장 레이저의 경우, 전단면 저반사막 및 후단면 고반사막의 막두께를 각각의 파장( λ)에 적합시키지 않으면 안되어 제조공정에 있어서 결함이 발생하고 있었다. 도 32 및 도 33에 종래의 단면막 형성공정을 나타낸다. 도 32에 나타낸 바와 같이, 동일 칩상에 교대로 형성되어 있는 발진파장 650nm의 반도체 레이저 다이오드 및 발진파장 780nm의 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 650nm의 레이저 다이오드(51)의 전면 단면 부분은 노출되어 있고, 그 외의 부분 및 780nm의 레이저 다이오드는 마스크(52)로 덮여 있다. 노출된 전면 단면 부분의 레이저 발광부분(53)은 스퍼터링법을 이용하여 단층반사막(54)을 형성한다. 단층반사막(54)의 막두께는 650nm의 발진파장을 기초로 산출하고 있다. 이어서, 도 33에 나타낸 바와 같이, 780nm 레이저 다이오드(55)의 전면 단면의 레이저 발광영역(56)에 원하는 막두께의 박막을 형성하기 위해, 마스크(52)를 비켜 놓고서 전면 단면 발광영역(56)을 노출시킨다. 그 후, 780nm의 발진파장을 기초로 계산된 막두께의단층반사막을 노출부분에 형성한다.

상기 제조공정에 있어서, 양 반도체 레이저의 간격은 광반도체소자의 실효 치수 및 상기 광반도체소자의 조립되는 광학계의 요구로부터 백㎛ 전후이다. 따라서, 상기 마스크(52)를 이용하여 단면막을 형성하는 제조방법은 높은 정밀도의 미세가공을 필요로 하기 때문에 효율이 나빴다. 또한, 각 반도체 레이저 마다 박막형성을 수행하기 때문에 작업 효율이 나빴다. 반도체 레이저의 후단면에 단면 고반사막을 형성하는 경우도 마찬가지로 작업 효율이 나쁘고, 더욱이 마스크(52)를 이동하는 경우, 이미 형성되어 있는 다층박막 형성처리에 의해 소자 표면의 평탄도 일치가 흩트러지기 때문에 극히 곤란하였다.

또한, 차폐마스크등을 이용하지 않고서 박막을 형성하는 방식으로서는 일본국 특허공보에 기재된(일본국 특허번호 제2862037호) 광CVD 방식등을 이용한 박막형성법이 이용되지만, 이하의 문제가 존재한다. 광CVD를 이용하는 수법으로는 도 34에 나타낸 바와 같이 광원과 박막을 성장시키는 레이저 다이오드(61) 단면과의 사이에 박막성장 속도 제어용의 광량제어용 ND필터(62)를 배치한다. 상기한 바와 같이, 다른 발진파장의 발광영역(53,56)은 미소한 간격을 갖고서 정렬하여 있기 때문에, 상기 ND필터(62)의 통과광(63)은 조금도 틀리지 않게 원하는 발광영역(53,56)에 조사될 필요가 있다. 따라서, 상기 ND필터(62) 및 상기 발광영역(53,56)은 극히 고도한 위치 조정을 필요로 한다. 조정 어긋남은 광량의 변화에 의한 박막 형성의 차질을 발생시켜 생산성에 막대한 폐해를 주게 된다.

또한, 상기 2가지의 형성공정에 있어서는 광반도체 레이저에 성막을 수행하는 과정에서 공구의 구조 및 제막(製膜)장치 내부의 반응조(反應槽)의 구조등이 대규모로 되어 융통의 효능이 어려운 장치로 되어 버린다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 신뢰성이 높아 필요한 성능을 만족하면서 생산성이 높은 단면반사막을 한번에 형성할 수 있는 2파장 반도체 레이저장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 2파장 반도체 레이저 구조를 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 있어서 발진파장 650nm 레이저 다이오드의 적층구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 제1실시예에 있어서 발진파장 650nm 레이저 다이오드의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 있어서 발진파장 780nm 레이저 다이오드의 적층구조를 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명의 제1실시예에 있어서 발진파장 780nm 레이저 다이오드의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 제1실시예에 있어서 2파장 반도체 레이저 구조의 단면막구조를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 제1실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 8은 본 발명의 제1실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명의 제1실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 10은 본 발명의 제1실시예에 있어서 고반사 단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 11은 본 발명의 제1실시예에 있어서 고반사 단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 12는 본 발명의 제1실시예에 있어서 고반사 단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 13은 본 발명의 제2실시예에 있어서 2파장 반도체 레이저 구조의 단면막 구조를 나타낸 도면,

도 14는 본 발명의 제2실시예에 있어서 발진파장 780nm 레이저 다이오드의 적층구조를 나타낸 단면도,

도 15는 본 발명의 제2실시예에 있어서 발진파장 780nm 레이저 다이오드의 에너지 밴드갭을 나타낸 도면,

도 16은 본 발명의 제2실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 17은 본 발명의 제2실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 18은 본 발명의 제2실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 19는 본 발명의 제2실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 20은 본 발명의 제2실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 21은 본 발명의 제2실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 22는 본 발명의 제2실시예에 있어서 고반사 단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 23은 본 발명의 제2실시예에 있어서 고반사 단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 24는 본 발명의 제2실시예에 있어서 고반사 단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 25는 본 발명의 제3실시예에 있어서 2파장 반도체 레이저구조의 단면막구조를 나타낸 도면,

도 26은 본 발명의 제3실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 27은 본 발명의 제3실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 28은 본 발명의 제3실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 29는 본 발명의 제3실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 30은 본 발명의 제3실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 31은 본 발명의 제3실시예에 있어서 전단면막의 파장별 반사율 변화를 나타낸 도면,

도 32는 종래의 단면막 형성의 공정을 나타낸 도면,

도 33은 종래의 단면막 형성의 공정을 나타낸 도면,

도 34는 종래의 단면막 형성의 공정을 나타낸 도면이다.

1,2 --- 레이저 발광영역

3 --- n-GaAs 기판

4 --- n-GaAs 버퍼층

5 --- n-InGaAlP 제1크래드층

6,8 --- InGaAl 광가이드층

7 --- InGaAl/InGaAlP 다중양자우물 활성층

9 --- p-InGaAlP 제2크래드층

10 --- InGaP 에칭스톱층

11 --- p-InGaAlP 제3크래드층

12 --- n-GaAs 전류블럭층

13 --- p-InGaP 통전용이층

14 --- p-GaAs 콘택트층

15 --- p형 전극

16 --- n형 전극

18 --- 공진기 전단면

19 --- 전단면막

20 --- 반도체 레이저장치

21 --- 공진기 후단부

22 --- 고반사 단면막

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 레이저장치는, 기판과, 이 기판상에 형성된 제1피크파장의 레이저광을 발진하는 제1레이저 소자부, 상기 기판상에 형성된 제2피크파장의 레이저광을 발진하는 제2레이저 소자부, 상기 제1레이저 소자부의 전단면 및 상기 제2레이저 소자부의 전단면에 일괄 형성된 동일 막두께이면서 동일 재료로 이루어진 전단면막 및, 상기 제1레이저 소자부의 후단면 및 상기 제2레이저 소자부의 후단면에 일괄 형성된 동일 막두께이면서 동일 재료로 이루어진 복수의 박막으로 이루어진 후단면막을 구비하고, 상기 전단면막의 막두께 및 상기 후단면막의 복수의 박막의 막두께는 상기 제1피크파장 및 상기 제2피크파장의 평균파장 λ에 대한 광학길이 d = (1/4+j) ×λ(j = 0,1,2 ---)인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전단면막은 3∼37%의 반사율을 갖추고, 상기 후단면막은 75% 이상의 반사율을 갖춘 것을 특징으로 한다. 상기 전단면막은 굴절율 n＜1.8의 저굴절율 재료로 이루어지고, 상기 후단면막은 굴절율 n＜1.8의 저굴절율 재료의 박막과 굴절율 n＞1.9의 고굴절율 재료의 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 더욱이, 상기 전단면막은 Al₂O₃로 이루어지고, 상기 후단면막은 Al₂O₃또는 SiO₂로 이루어진 저굴절율 재료의 박막과, SiN₄또는 Si로 이루어진 고굴절율 재료의 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 반도체 레이저장치의 제조방법은, 기판상에 제1피크파장의 레이저광을 발진하는 제1레이저 소자부를 형성하는 공정과, 상기 기판상에 제2피크파장의 레이저광을 발진하는 제2레이저 소자부를 형성하는 공정, 상기 제1레이저 소자부의 전단면 및 상기 제2레이저 소자부의 전단면에 ECR 스퍼터법을 이용하여 동일 막두께의 전단면막을 일괄 형성하는 공정 및, 상기 제1레이저 소자부의 후단면 및 상기 제2레이저 소자부의 후단면에 ECR 스퍼터법을 이용하여 동일 막두께이면서 동일 재료로 이루어진 복수의 박막으로 이루어진 후단면막을 일괄 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본원 발명에 의해 신뢰성이 높아 필요한 성능을 만족하면서 생산성이 높은 반도체 레이저장치를 제공하는 것을 가능하게 한다. 또한, 단면막을 한번에 형성할 수 있어 제조공정 수가 적어 성막장치의 스페이스를 줄일 수 있도록 된 반도체 레이저장치의 제조방법을 제공하는 것을 가능하게 된다.

(실시예)

본원 발명은 650nm대의 발진파장(λ1)과 780nm대의 발진파장(λ2)의 2개의 발진파장 영역을 1칩에 구비한 모노리식구조의 2파장 반도체 레이저장치에 있어서, 발진파장(λ1)의 레이저 다이오드를 DVD-ROM 용도, 발진파장(λ2)의 레이저 다이오드를 CD-ROM 용도 등으로 이용하는 경우, 최대 70도의 환경하에서 10mW의 광발진출력을 상기 2개의 레이저 다이오드에 대해 동일하게 얻는 것을 가능하게 한다. 이 때문에, 양 레이저 다이오드의 단면막은 양 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2를 설계 치수로서 산출한 막두께를 갖추는 것을 특징으로 하고 있다. 양 레이저 다이오드의 단면막이 동일한 막두께를 갖추기 때문에, 양 레이저 다이오드에 대한 일괄 성막이 가능하다. 따라서, 파장대역등의 성막에 따른 전용의 도구세트를 불필요로 하는 등, 공정을 간략화하여 생산성이 높은 모노리식 구조의 2파장 레이저장치를 제공하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시형태를 실시예를 이용하여 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 있어서 2파장 반도체 레이저장치에 대해 설명한다. 도 1은 제1실시예에 있어서 2파장 반도체 레이저장치를 나타낸 개략도이다. 650nm대 레이저 다이오드와 780nm대 레이저 다이오드는 동일 기판상에 형성되고, 650nm대 레이저 다이오드의 레이저 발광영역(1), 780nm대 레이저 다이오드의 발광영역(2)은 산성용액에 의한 웨트에칭 또는 드라이가스 에칭등에 의해 물리적으로 분리되어 있다. 이에 의해 2파장 반도체 레이저장치는 각각의 레이저 다이오드의 독립 구동을 용이하게 하여 CD용 또는 DVD용도로서 스페이스 절감에 최적인 레이저 광원으로 되어, 서로의 발열의 영향을 배제할 수 있는 것으로 장수명화를 가능하게 하면서 전기적인 누설등을 없게 하는 것으로 전력 절감화를 도모하는 구조를 갖춘다.

도 2는 레이저 발광영역(1)을 갖춘 650nm대 레이저 다이오드의 적층구조를 나타내고 있다. n형 GaAs기판(3)상에 n형 GaAs 버퍼층(4), n형 InGaAlP 제1크래드층(5), InGaAl 광가이드층(6), InGaAl/InGaAlP 다중양자우물 활성층(7), InGaAl 광가이드층(8), p형 InGaAlP 제2크래드층(9), InGaP 에칭스톱층(10)을 순차형성하고 있다. 에칭스톱층(10)상에는 p형 InGaAlP 제3크래드층(11)이 릿지형상으로 형성되어 있고, 그 양측에는 n형 GaAs 전류블럭층(12)을, 상면에는 p형 InGaP 통전용이층(13)을 갖추고 있다. 전류블럭층(12) 및 통전용이층(13)상에는 p형 GaAs 콘택트층(14)을 형성하고 있고, 콘택트층(14)상에는 P형 전극(15)을, 또한 n형 GaAs 기판(3) 하면에는 n형 전극(16)을 갖추고 있다. 본 실시예에 있어서 광반도체 레이저는 SBR(Selectively Buried Ridge) 구조이고, 릿지폭은 3∼6㎛ 이하로 하는 것으로 고출력시에 있어서 단일 횡모드를 유지할 수 있는 레이저 다이오드를 생산성 좋게 형성하는 것이 가능하다. 이 때문에, 집광렌즈등에 의해 광디스크상에 발진레이저광을 좁은 스포트 영역으로 좁혀 넣는 것이 가능하게 되어 광디스크 용도의 고출력 레이저 다이오드로서 적합하게 된다.

도 3에 650nm대 레이저 다이오드의 다중양자우물 활성층(7) 부근의 Al조성을 나타낸다. 횡축에 각 층을, 종축에 Al 조성을 나타내고 있다. 각 크래드층(5,9,11)의 Al 조성은 0.7, 광가이드층(6,8) 및 활성층(7) 중 장벽층의 Al조성은 0.5이고, 활성층(7)중 우물층의 Al조성은 0.15이다. 우물층 두께 Lw는 3∼8nm, 장벽층 두께 Lb는 2∼5nm, 광가이드층 두께는 10∼40㎛이고, 확대각 20∼25도의 범위로 설계하고 있다. 이에 의해, CW발진 30mW 이상의 광출력을 안정되게 얻을 수 있게 된다.

도 4에 레이저 발진영역(2)을 갖춘 780nm대 레이저 다이오드의 적층구조를나타낸다. n형 GaAs 기판(3)상에 n형 GaAs 버퍼층(4), n형 InGaAlP 제1크래드층(5), InGaAl 광가이드층(6), 벌크 구조의 GaAlAs 활성층(17), InGaAl 광가이드층(8), p형 InGaAlP 제2크래드층(9), InGaP 에칭스톱층(10)을 순차 형성하고 있다. 에칭스톱층(10)상에는 p형 InGaAlP 제3크래드층(11)을 릿지형상으로 형성하고 있고, 그 양측에는 n형 GaAs 전류블럭층(12)을, 상면에는 p형 InGaP 통전용이층(13)을 갖추고 있다. 전류블럭층(12) 및 통전용이층(13)상에는 p형 GaAs 콘택트층(14)을 형성하고 있고, 콘택트층(14)상에는 P형 전극(15)을, 또한 n형 GaAs 기판(16) 하면에는 n형 전극(16)을 갖추고 있다.

780nm 반도체 레이저 다이오드의 활성층(17) 부근의 Al조성을 도 5에 나타낸다. 활성층은 단층의 우물구조이고, Al 조성은 0.1∼0.2이며, 층두께는 0.01㎛∼1㎛이다. 이 구조는 밴드갭 불연속을 완화하면서 높은 생산성을 얻는 것이 가능하다. 또한, Al 및 활성층 두께를 상기 범위내에서 조정하는 것에 의해 광디스크 용도에 적합한 수평 확대각도 = 7도∼10도, 수직 확대각도 = 20도∼30도를 갖추면서 신뢰성이 높은 780nm 발진 레이저 다이오드로 된다.

상기한 바와 같이 본 실시예에 있어서, 2파장 레이저의 크래드층은 650nm대 레이저 다이오드 및 780nm대 레이저 다이오드 모두 InGaAlP를 이용하고 있기 때문에, 각각의 소자의 릿지를 동시에 패터닝하여 형성하는 것이 가능하게 되고, 각 레이저광의 빔의 방향을 릿지의 마스크 패턴과 거의 동등한 고정밀도로 하는 것이 가능하다.

다음에, 본 발명의 특징인 단면막 구조를 도 6에 나타낸다. 반도체 레이저장치(20)의 공진기 전단면(18)에는 반사율 20%의 전단면막(19; 前端面膜)을, 공진기 후단면(21)에는 반사율 80%의 다층막으로 이루어진 고반사 단면막(22)을 갖추고 있다. 이 양 단면막(19,22)의 반사율의 조합은 신뢰성이 높으면서 DVD-ROM 용도 레이저에 필요한 모니터 전류를 얻는 것을 가능하게 한다. 제1실시예는 이 전단면막(19) 및 고반사 단면막(22)의 막두께를 양 레이저 다이오드의 발진파장의 평균치를 기초로 산출하고 있는 것을 특징으로 한다.

전단면막(19)은 굴절율 n＜1.8, 바람직하게는 1.7 이하의 저굴절율 재료로 이루어진다. 저굴절율 재료를 이용하는 것에 의해, 비교적 막두께가 두꺼워 제어성이 양호한 단층막을 형성하는 것이 가능하면서 높은 생산성을 얻는 것이 가능하다. 저굴절율 재료로서는 Al₂O₃가 바람직하다. Al₂O₃의 선팽창계수 6.6은 기판재료의 GaAs의 선팽창계수 7.7에 근사하고 있기 때문에, Al₂O₃의 전단면막(19)은 GaAs를 주요한 구성물질로 하는 소자에 대해 융화가 좋고, 밀착성도 대단히 좋다. 전단면막(19)의 막두께는 발진파장 λ1 = 780nm의 레이저 다이오드와 발진파장 λ2 = 650nm의 레이저 다이오드의 평균 발진파장 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 광학 막두께 d = (1/4 + j) ×λm(j = 0,1,2---)의 식에 의해 산출한다. 평균파장을 이용하는 것에 의해 650nm 발진 레이저 다이오드 및 780nm 발진 레이저 다이오드의 양 전단면에 동일 막두께로 20%의 반사율을 갖추는 전단면막(19)을 형성하는 것이 가능하다. 전단면막(19)의 형성은 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 스퍼터법에 의한 일괄 성막이다. ECR 스퍼터법은 일본국 특허공개공보 평9-162496호나 참고문헌(다나카 키요타케 외, 제44회 응용물리학 관련 연합강연회 강연예고집, 31-NG-7, 1997년)에 의해 제안되어 있다. 이 방법에 의해 제조공정의 간략화가 가능하게 되면서 종래의 대규모인 성막장치를 이용할 필요도 없게 된다. 또한, 일괄 형성하는 것으로 레이저 발진영역으로의 대미지를 절감한 성막을 가능하게 하고, 신뢰성이 높은 반도체 레이저장치를 제공하는 것이 가능하다.

한편, 반도체 레이저장치의 공진기 후단면(21)에는 고반사 단면막(22)을 갖추고 있다. 고반사 단면막(22)은 상기 전단면막(19)과 마찬가지의 재질로 이루어진 제1층막(23), 굴절율 2.0 이상의 고굴절율 재료로 이루어진 제2층막(24), 굴절율 1.7 이하의 저굴절율 재료로 이루어진 제3층막(25), 굴절율 2.0 이상의 고굴절율 재료로 이루어진 제4층막(26), 제3층막(25)의 저굴절율 재료를 이용한 제5층막(27)을 공진기 후단면(21)측으로부터 순차 적층하고 있다. 고반사 단면막(22)의 반사율은 75∼85%, 바람직하게는 80%이다. 고반사 단면막(22)의 재료는 바람직하게는 Al₂O₃, SiN₂, SiO₂, Si이고, 공진기 후단면에 Al₂O₃, SiN₂, SiO₂, Si, SiO₂의 순으로 적층하고 있다. 저굴절율 재료인 Al₂O₃의 굴절율은 1.7, SiO₂의 굴절율은 1.5이고, 고굴절율 재료인 Si의 굴절율은 4.5, SiN₂의 굴절율은 2.0이다. 상기 저굴절율 재료막 및 고굴절율 재료막의 막두께는 레이저 다이오드의 발진파장 λ1 = 780nm 및 λ2 = 650nm의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715를 이용하여, 광학 막두께 d = (1/4 + j) ×λm(j = 0.1.2 ---)에 의해 산출한다. 평균 파장을 이용하는 것에 의해 650nm 발진 레이저 다이오드 및 780nm 발진 레이저 다이오드의양 단면에 동일 막두께의 고반사 단면막(22)을 일괄 형성하는 것이 가능하다. 고반사 단면막(22)은 박막 적층수를 5층 이하로 하는 것으로 적층막 수의 증대에 의한 폐해를 제거할 수 있다. 즉, 고반사 단면막(22)과 반도체층과의 사이, 즉 고반사 단면막(22)내의 박막층 사이에서의 스트레스를 감소하거나, 막 벗겨짐을 방지하거나, 소자단면의 열화를 방지하는 것이 가능하다. 또한, 광흡수성을 갖든가 높은 굴절율인 Si재를 1층 가하는 것으로 고반사 단면막(22)은 원하는 반사율 80%를 갖추고 있다. 가장 외측 막인 제5층막(27)은 적산(積算)의 반사율이 80%로 되도록 막두께를 조정하고 있다.

본 실시예의 고반사 단면막(22)의 형성방법은 전단면막(19)과 마찬가지로 ECR 스퍼터법을 이용하고 있다. 이 방법에 의해 박막 재료인 Al₂O₃, SiO₂, Si, SiN₄는 Al 및 Si의 2개의 타케트를 사용하고, 성막시에 필요로 하는 재료 가스를 O₂, N₂각각에 차례로 절환하는 것으로 원하는 재질을 성막할 수 있다. 재질등의 전용 타케트를 가지런히 성막하는 공정에 비하면 비약적인 생산성의 향상이 가능하다.

전단면막(19)의 반사율 20% 및 고반사 단면막(22)의 반사율 80%의 조합은 신뢰성이 높으면서 DVD-ROM 용도 레이저에 필요한 모니터 전류를 얻는 것을 가능하게 한다. 또한, 전단면막(19) 및 고반사 단면막(22)의 막두께에 다소의 오차가 생긴 경우에도 반사율은 필요한 값으로부터 일탈하는 것은 아니다. 따라서, 생산성이 대단히 우수한 단면막을 제공하는 것이 가능하다. 한편, 전단면막(19) 및 고반사단면막(22)의 막두께가 평균 파장을 이용하여 산출한 것이 아닌 경우, 즉 발진파장 λ1 = 650nm 또는 λ2 = 780nm를 이용하여 산출한 경우는 막두께의 오차와 더불어 반사율도 오차가 있게 되기 때문에, 신뢰성을 갖는 반도체 레이저장치를 제공할 수 없게 된다. 이하, 이에 대해 검증하고 있다.

먼저, 전단면막(19)에 대해 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 시산(試算)한 결과를 도 7 내지 도 9에 나타낸다. 도 7은 설계파장 715nm를 기초로 막두께를 산출하여, 반사율 R = 20%를 얻는 경우의 반사율의 변화를 나타내고 있다. 막두께에 오차가 없는 경우, 650nm 레이저 다이오드에 있어서 반사율 R₆₅₀= 19%, 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₇₈₀= 22%이다. 막두께가 산출한 값으로부터 ±5%의 오차를 갖고 있는 경우에도 반사율은 15%∼25% 이내로 된다. 따라서, 설계 중심파장 715nm를 기초로 산출한 막두께는 ±5%의 오차를 발생하여도 적절한 반사율을 갖는다.

다음에, 설계파장 λ1 = 650nm를 이용하여 반사율 R = 20%를 얻는 막두께로 한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 8에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저의 반사율 R₆₅₀은 실용범위 15%∼25%로 수렴하지만, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율 R₇₈₀은 막두께가 원하는 값 보다 부(負)로 어긋난 경우, 실용범위 15%∼25%를 넘어버린다.

또한, 설계파장 λ2 = 780nm를 이용하여 반사율 R = 20%를 얻는 막두께로 한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 9에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율 R₇₈₀은 실용범위 15%∼25%로 수렴하지만, 발진파장 650nm의 반도체 레이저의 반사율 R₆₅₀은 막두께가 원하는 값 보다 정(正)으로 어긋난 경우, 반사율의 실용범위 15%∼25%를 넘어 버린다.

이상에 의해 설계파장 λm = 715의 평균파장을 이용하여 산출한 막두께를 갖춘 전단면막(19)은 막두께가 어긋나도 적절한 반사율을 갖는다.

다음에, 고반사 단면막(22)에 대해 상기와 같이 검증을 수행한다. 고반사 단면막(22)은 5층의 다층막으로 이루어지기 때문에, 개개의 박막의 막두께 어긋남에 의한 반사율의 오차가 적산되어 전체의 반사율로서 제어하기 어려운 결과를 미치게 하는 가능성도 무시할 수 없다. 도 10 내지 도 12에 고반사 단면막(22)에 대해 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 나타내고 있다.

먼저, 설계파장 λm = 715nm의 평균파장을 이용하여 반사율 약 80%를 얻는 막두께로 한 경우의 반사율을 도 10에 나타낸다. 막두께에 오차가 없는 경우, 650nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₆₅₀= 80%, 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₇₈₀= 79%로 되어, 양 반도체 레이저의 반사율은 실용범위인 80 ±5% 이내로 수렴된다. 또한, 막두께가 산출한 값으로부터 ±5%의 오차를 갖추고 있는 경우에도 반사율은 80 ±5% 이내로 수렴된다. 따라서, 설계파장 715nm를 기초로 산출한 막두께는 ±5%의 오차를 발생하여도 적절한 반사율을 갖는다.

다음에, 설계파장 λ1 = 650nm를 이용하여 반사율 및 80%를 얻는 막두께로한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 11에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저의 반사율 R₆₅₀은 실용범위인 80 ±5%를 넘어 버린다. 또한, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율 R₇₈₀은 막두께가 원하는 값 보다 부로 어긋난 경우, 반사율의 실용범위 80 ±5%를 넘어버린다.

또한, 설계파장 λ2 = 780nm를 이용하여 반사율 및 80%를 얻는 막두께로 한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 12에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율은 실용범위 80 ±5%에 수렴하지만, 발진파장 650nm의 반도체 레이저의 반사율은 막두께가 원하는 값 보다 정으로 어긋난 경우, 반사율의 실용범위 80 ±5%를 넘어버린다.

따라서, 설계파장 λm = 715nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖춘 고반사 단면막(22)은 막두께에 오차가 발생하여도 실용범위내의 반사율을 갖는다.

이상에 의해, 평균치 λm = 715nm를 이용하여 전단면막을 산출하는 것에 의해 양 반도체 레이저 다이오드에 동일 막두께로 원하는 반사율을 갖는 단면막을 일괄 형성하는 것이 가능하다. 더욱이, 단면막의 막두께가 산출한 값으로부터 ±5%의 오차를 발생하여도 양 레이저 다이오드는 실용범위내의 반사율을 갖는 것이 가능하다. 이상의 막두께의 단면막을 갖춘 2파장 반도체 레이저장치는 70℃의 온도조건하에서 10mW∼20mW를 정상적으로 발진할 수 있어 광흡수가 적은 저손실이다.

다음에, 제2실시예에 대해 설명한다. 제2실시예에 있어서 2파장 반도체 레이저의 단면막 구조를 도 13에 나타낸다. 제2실시예는 양 반도체 레이저 다이오드의 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 전단면막(40)의 반사율이 수%∼10%, 고반사 단면막(30)의 반사율이 90% 이상으로 되는 막두께를 갖는 점에서 제2실시예와 다르다. 또한, 고반사 단면막(30)이 저굴절율막 및 고굴절율막의 9층의 적층구조로 이루어진 점도 제1실시예와 다르다. 평균파장을 이용하여 산출한 단면막의 막두께를 갖추는 것에 의해 DVD-ROM 용도 및 배속 이상의 CD-R 용도 광원에 최적인 반도체 레이저장치를 제공할 수 있게 된다.

제2실시예에 있어서, 2파장 레이저는 제1실시예와 마찬가지로 동일 소자상에 형성되고, 각각의 레이저 발광영역은 산성용액에 의한 웨트에칭 또는 드라이가스 에칭등에 의해 물리적으로 분리되어 있다. 발진파장 650nm 레이저 다이오드의 적층구조는 제1실시예와 마찬가지의 구조이고, 활성층에 InGaAl/InGaAlP 다중양자우물 활성층을 갖추고 있다. 또한, SBR(Selectively Burried Ridge)구조이고, 릿지폭을 3∼6㎛ 이하로 하는 것으로 고출력시에 있어서 단일 횡모드의 유지 가능 레이저를 생산성 좋게 형성하는 것이 가능하다. 적층구조의 상세에 대해서는 제1실시예와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 발진파장 780nm의 레이저 다이오드의 적층구조는 도 14에 나타내고 있다. 제1실시예와 마찬가지의 구조에는 동일한 부호를 붙이고 있다. n형 GaAs기판(3)상에 n형 GaAs버퍼층(4), n형 InGaAlP 제1크래드층(5), AlGaAs 광가이드층(6), GaAlAs로 이루어진 다중양자우물 활성층(42), AlGaAs 광가이드층(8), p형 InGaAlP 제2크래드층(9), InGaP 에칭스톱층(10)을 순차 적층하고 있다. 에칭스톱층(10)상에 p형 InGaAlP 제3크래드층(11)이 릿지형상으로 형성되어 있고, 그 양측에는 n형 GaAs 전류블럭층(12)을, 상면에는 p형 InGaP 통전용이층(13)을 갖추고 있다. 전류블럭층(12) 및 통전용이층(13)상에는 p형 GaAs 콘택트층(14)을 형성하고 있고, 콘택트층(14)상에는 P형 전극(15)을, 또한 n형 GaAs 기판(16) 하면에는 n형 전극(16)을 갖추고 있다. 제2실시예의 구조는 SBR구조이다. 활성층은 벌크구조를 갖는 제1실시예와는 달리 AlGaAs로 이루어진 다중양자우물 구조를 갖추고 있다. 활성층의 우물층은 Al_x1Ga_1-x1As, 장벽층 및 광가이드층은 Al_x2Ga_1-x2As이다. 도 15에 다중양자우물 구조의 Al 조성을 나타낸다. 우물층의 Al조성은 0.15, 광가이드층 및 장벽층의 Al조성은 0.5이고, 우물층 두께 Lw는 3∼8nm, 장벽층 두께 Lb는 2∼5nm이지만, 적절히 각 파라메터를 조정할 수 있다. 이에 의해 연속발진 30mW 이상에서 수평확대각도 7도∼10도, 수직확대각도 20도∼25도의 광가이드 용도로서 적절한 레이저 다이오드를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 특징인 단면막 구조에 대해 설명한다. 도 13에 그 구조를 나타내지만, 제1실시예와 마찬가지의 구조에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 상기 양 반도체 레이저의 공진기 전단면(18)에는 반사율 수%∼10%의 전단면막(40)을, 공진기 후단면(21)에는 반사율 90% 이상의 고반사 단면막(30)을 갖추고 있다. 이 단면막의 반사율의 조합에 의해, 780nm대의 레이저 다이오드는 30mW 이상의 고출력 레이저 발진을 가능하게 하고, 배속 이상의 CD-R 용도 광원으로 된다. 또한, 650nm대의 레이저 다이오드는 DVD-ROM 용도에 최적인 광원으로 된다.

전단면막(40)은 제1실시예와 마찬가지로 굴절율 n＜1.8, 바람직하게는 1.7이하의 저굴절율 재료로 이루어지고, 예컨대 Al₂O₃이다. 저굴절율 재료를 이용하는 것에 의해 비교적 두꺼운 막두께로 제어성 좋게 단층막을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 생산성도 향상된다. Al₂O₃의 선팽창계수 6.6은 기판재료의 GaAs의 선팽창계수 7.7에 근사하고 있다. 따라서, GaAs를 주요 구성물질로 하는 레이저 다이오드 단면에 접하는 박막으로서 융화가 좋고, 견고한 밀착성을 갖춘다. 전단면막(40)의 막두께는 양 레이저 다이오드의 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 d(막두께) = (1/4 + j) ×λm(j = 0,1,2 ---)로부터 산출된다. 상기 막두께를 갖는 반도체 레이저장치는 650nm 발진 레이저 다이오드 및 780nm 발진 레이저 다이오드의 양 전단면에 있어서 수%∼10%의 반사율을 갖춘다. 이에 의해, 제1실시예에 비해 많은 레이저광을 전단면으로부터 취출하는 것이 가능하고, 레이저 다이오드에 대한 부담이 경감된다. 또한, 공진기 전단면(18)에 전단면막(40)을 ECR 스퍼터법에 의해 일괄 형성하는 것이 가능하다. 이 방법에 의해 레이저 발광영역으로의 대미지를 절감한 성막을 가능하게 하여 신뢰성이 높은 소자를 제공할 수 있게 된다.

공진기 후단면(21)측에는 반사율 90% 이상의 고반사 단면막(30)을 갖추고 있다. 공진기 후단면(21)측으로부터 굴절율 1.7 이하의 저굴절율 재료를 이용한 제1층막(31), 굴절율 2.0 이상의 고굴절율 재료를 이용한 제2층막(32), 저굴절율 재료를 이용한 제3층막(33), 제2층막과 마찬가지의 굴절율 재료를 이용한 제4층막(34), 제3층막과 마찬가지의 저굴절율 재료를 이용한 제5층막(35), 고굴절율 재료를 이용한 제6층막(36), 제3층막과 마찬가지의 저굴절율 재료를 이용한 제7층막(37), 제6층막과 마찬가지의 고굴절율 재료를 이용한 제8층막(38), 제3층막과 마찬가지의 저굴절율 재료를 이용한 제9층막(39)의 9층으로 이루어진다. 바람직하게는 Al₂O₃, SiN₂, SiO₂, Si의 재료로 이루어지고, 반도체소자, Al₂O₃, SiN₂, SiO₂, SiN₂, SiO₂, Si, SiO₂, Si, SiO₂의 순으로 적층하고 있다. 상기 저굴절율 재료 및 고굴절율 재료로 이루어진 박막의 막두께는 전단면막(40)과 마찬가지로 레이저 다이오드의 발진파장 λ1 = 780nm 및 λ2 = 650nm의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 광학막두께 d = (1/4 + j) ×λm(j = 0,1,2 ---)로부터 산출된다. 또한, 가장 바깥층인 제9층막(39)은 제8층막(38)까지의 막을 산화등의 화학변화로부터 보호하는 목적으로 성막하고 있다. 또한, 제8층까지의 반사율을 유지하기 위해서 전반사막(全反射膜)으로 되도록 막두께를 산출하고 있다. 산출에는 평균파장 715nm를 이용하고 있다.

제2실시예에서는 전체의 박막적층 수를 9층 이하로 하고, 광흡수가 있는 Si재를 이용하여 제6층막(36) 및 제8층막(38)을 형성하는 것에 의해 반사율 90% 이상의 막을 형성하고 있다.

고반사 단면막(30)은 ECR 스퍼터법을 이용하여 Al 및 Si의 2개의 타케트를 사용하고, 성막시에 필요한 재료가스를 O₂또는 N₂로 차례로 절환하여 원하는 막두께를 형성하고 있다. 재질등의 전용 타케트를 가지런히 성막하는 종래의 공정에 비하면 비약적인 생산성의 향상이 가능하게 된다. 또한, 반사율 수%∼10%의 전단면막(40) 및 반사율 90% 이상의 고반사 단면막(30)의 조합에 의해 DVD-ROM 용도 광원에 최적인 650nm대 레이저 다이오드, 배속 이상의 CD-R 광원에 최적인 780nm대 레이저 다이오드를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 상기 고반사 단면막(30)의 막두께 및 저굴절율막(40)의 막두께에 다소의 오차가 생긴 경우에도 반사율은 필요한 값으로부터 일탈하는 것은 아니다. 따라서, 생산성이 대단히 우수한 단면막을 제공할 수 있게 된다.

제1실시예와 마찬가지로, 전단면막(40) 및 고반사 단면막(30)이 평균파장을 이용하여 산출한 막두께를 갖추는 것에 의해 막두께에 다소의 어긋남을 발생하여도 원하는 반사율을 얻는 것을 이하에 나타낸다.

먼저, 전단면막(40)에 대해, 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 시산한 결과를 도 16 내지 도 21에 나타낸다. 도 16 및 도 17은 설계파장 715nm를 기초로 막두께를 산출한 경우의 레이저 다이오드의 반사율을 나타내고 있다. 발진파장 λ1 = 650nm 레이저 다이오드에 있어서 반사율 R = 6%, 발진파장 λ2 = 780nm에 있어서 반사율 R = 10%로 되도록 막두께를 계산하고 있다. 이 경우에도, 전단면막(40)은 동일 막두께로 일괄 형성 가능하다. 원하는 막두께를 형성하는 경우, 650nm 반도체 레이저에 있어서 반사율은 R₆₅₀6%(도 16), 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₇₈₀11%(도 17)로 된다. 또한, 막두께가 ±5%의 오차를 갖추고 있는 경우, 650nm 반도체 레이저에 있어서 반사율은 실용범위인 3%≤R₆₅₀≤10%로 수렴되고(도 16), 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율은 5%≤R₇₈₀≤15%(도 17)로 수렴된다. 따라서, 설계파장 715nm를 기초로 산출한 막두께는 ±5%의 오차를 발생하여도 적절한 반사율을 갖는다.

다음에, 설계파장 λ1 = 650nm를 이용한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 18 및 도 19에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 막두께가 부로 어긋난 경우에 반사율 R = 6%의 실용범위 3% ≤R₆₅₀≤10%를 넘어버린다(도 18). 또한, 발진파장 780nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 막두께가 부로 어긋난 경우, 반사율 R = 10의 실용범위 5% ≤R₇₈₀≤15%를 넘어버린다(도 19).

또한, 발진파장 λ1 = 780nm를 이용한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 20 및 도21에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 막두께가 정으로 어긋난 경우에 반사율 R = 6의 실용범위 3% ≤R₆₅₀≤10%를 넘어버린다(도 20). 또한, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율은 막두께가 정으로 어긋난 경우, 반사율 R = 10의 실용범위 5% ≤R₇₈₀≤15%를 넘어버린다(도 21).

이상에 의해, 전단면막(40)은 평균파장을 이용하여 산출한 막두께를 갖추는 것에 의해 막두께에 다소의 오차가 발생하여도 원하는 반사율을 얻지만, 평균파장을 이용하여 산출을 수행하지 않는 경우, 막두께의 오차와 더불어 반사율은 실용범위를 넘어버린다.

다음에, 고반사 단면막(30)에 대해 마찬가지로 검증을 수행한다. 고반사단면막(30)은 9층의 다층막으로 이루어지기 때문에, 개개의 박막의 막두께 오차에의한 반사율의 어긋남이 적산되고, 전체의 반사율로서 제어하기 어려운 결과를 미칠 가능성도 무시할 수 없다. 도 22 내지 도 23에 고반사 단면막(30)에 대해 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 나타내고 있다.

먼저, 설계파장 λm = 715nm를 이용하여 반사율 R ≥90%를 얻는 막두께로 한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 변화를 도 21에 나타낸다. 원하는 막두께를 갖춘 경우, 650nm 반도체 레이저 다이오드에 있어서 반사율 R₆₅₀90%, 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₇₈₀97%이다. 또한, 막두께가 산출한 값 보다 ±5%의 오차를 갖추고 있는 경우에도 양 반도체 레이저의 반사율은 실용범위인 90∼100% 이내로 수렴된다. 따라서, 설계파장 715nm를 기초로 산출한 막두께는 ±5%의 오차를 발생하여도 살용범위내의 반사율을 갖는다.

다음에, 설계파장 λ1 = 650nm를 이용하여 반사율 R ≥90%를 얻는 막두께로 한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 23에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 실용범위 90% ≤R₆₅₀≤100%로 수렴하지만, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율은 막두께가 원하는 값 보다 부로 어긋난 경우, 반사율의 실용범위 90% ≤R₇₈₀≤100%를 넘어버린다.

또한, 설계파장 λ2 = 780nm를 이용한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 24에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장780nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 실용범위 90% ≤R₇₈₀≤100%에 수렴하지만, 발진파장 6500nm의 반도체 레이저의 반사율은 실용범위 90% ≤R₆₅₀≤100%에 들어가지 않는다. 따라서, λ2 = 780nm를 이용하여 산출한 막두께에서는 실용범위내의 반사율을 갖지 않는다.

이상에 의해, 고반사 단면막(30)은 평균파장을 이용하여 산출한 막두께를 갖추는 것에 의해 막두께에 다소의 오차가 발생하여도 원하는 반사율을 얻지만, 평균파장을 이용하여 산출을 수행하지 않는 경우, 막두께의 오차와 더불어 반사율은 실용범위를 넘어버린다.

이상에 의해, 단면막은 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖춘 것에 의해, 막두께에 오차가 발생하여도 실용범위내의 반사율을 갖는 것이 가능하다. 또한, 발진파장 λ1 및 발진파장 λ2의 2개의 반도체 레이저에 대해 ECR 스퍼터법을 이용하여 일괄하여 단면막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전단면 반사율 10%, 후단면 반사율 90% 이상의 높은 반사율을 갖는 레이저 다이오드를 용이하게 얻을 수 있게 된다.

다음에, 제3실시예에 대해 설명한다.

제3실시예에 있어서 반도체 레이저의 단면구조를 도 25에 나타낸다. 제3실시예는 발진파장 650nm 및 780nm의 양 반도체 레이저의 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 반사율 8 ≤R ≤20%의 전단면막(41), 즉 반사율 29 ≤R ≤32%의 전단면막(41)을 부여하는 막두께를 갖는 점에서 제2실시예와 다르다. 단면막의 막두께를 상기 반사율을 만족하는 막두께로 하는 것으로 여러 가지 이점을 갖춘 2파장 모노리식 구조 레이저 다이오드를 제공하는 것이 가능하다. 예컨대, 전단면막(41)이 8 ≤R ≤20%의 반사율을 갖는 경우, DVD-ROM 용도 650nm대 레이저 다이오드 구조에 있어서는 레이저 조사 대상으로부터의 반사광 잡음을 절감하는 것이 가능하게 되고, CD-R 용도로서 고출력을 필요로 하는 780nm대 레이저 다이오드 구조에 있어서는 사출광의 방해를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한 29 ≤R ≤32%의 반사율을 갖는 경우, 광디스크로부터의 반사광의 영향을 보다 절감하는 것이 가능하게 된다.

발진파장 650nm 및 발진파장 780nm의 양 반도체 레이저 다이오드의 적층구조는 제2실시예와 마찬가지이다. 양 반도체 레이저 다이오드는 SBR구조이고, 활성층은 다중양자우물 구조를 갖춘다. 650nm 반도체 레이저 다이오드는 활성층에 InGaAl/InGaAlP 재료를 이용하고 있고, 780nm 반도체 레이저 다이오드는 AlGaAs계 재료를 이용하고 있다. 양 다이오드의 적층구조의 상세한 설명은 생략한다. 반도체 레이저 다이오드의 고반사 단면막(30)의 구조도 제2실시예와 마찬가지의 적층구조이다. 저굴절율 재료의 박막과 고굴절율 재료의 박막으로 이루어진 9층의 적층구조를 갖추고, 광흡수가 있는 고굴절율 재료의 Si재를 제6층(36) 및 제8층(38)에 이용하고 있다.

제3실시예의 특징인 전단면막(41)은 제2실시예와 마찬가지로 1.7 이하의 저굴절율 재료로 이루어지고, 예컨대 Al₂O₃를 이용한다. 전단면막(41)은 반사율이 8≤R ≤20% 또는 29 ≤R ≤32%로 되도록 막두께를 형성한다. 반사율이 8 ≤R ≤20%인 경우, 650nm 발진 레이저 다이오드는 8%, 780nm 발진 레이저 다이오드는 20%의 반사율을 갖는다. 양 반도체 레이저의 전단면막의 막두께를 동일하게 하는 것으로, ECR 스퍼터법에 의한 일괄 형성이 가능하게 된다. 이 성막방법에 의해 레이저 발광영역으로의 대미지를 절감하는 것이 가능하여 신뢰성이 높은 소자를 제공할 수 있게 된다.

먼저, 반사율 8 ≤R ≤20%의 전단면막(41)에 대해 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 26 내지 도 28에 나타낸다.

설계파장에 평균파장 λm = 715nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖는 경우를 도 26에 나타낸다. 원하는 막두께를 갖는 경우 650nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₆₅₀20%, 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₇₈₀8%이다. 막두께가 산출한 값으로부터 ±5%의 오차를 갖추고 있는 경우, 650nm 반도체 레이저에 있어서 반사율은 15 ≤R₆₅₀≤250%의 실용범위로 수렴되고, 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율은 3 ≤R₇₈₀≤13%의 실용범위로 수렴된다. 따라서, 설계중심파장 715nm를 기초로 산출한 막두께는 ±5%의 오차를 발생하여도 적절한 반사율을 갖는다.

다음에, 설계파장 λ1 = 650nm에 있어서 반사율이 8 ≤R ≤20%로 되도록 막두께를 형성한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 27에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저의 반사율은 실용범위 15 ≤R₆₅₀≤250%로 수렴하지 않고, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의반사율도 실용범위 3 ≤R₇₈₀≤13%에 수렴하지 않는다.

또한, 설계파장 λ2 = 780nm에 있어서, 반사율이 8 ≤R ≤20%로 되도록 막두께를 형성한 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 28에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 780nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 실용범위 3 ≤R₇₈₀≤13%를 넘어버리고, 발진파장 650nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 막두께가 원하는 값에서 부로 어긋난 경우, 실용범위 15 ≤R₆₅₀≤25%를 넘어버린다.

이상에 의해, 평균파장 λm = 715nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖추는 것에 의해 양 반도체 레이저는 반사율 8 ≤R ≤20%를 얻을 수 있게 된다. 또한, 막두께에 다소의 오차가 발생하여도 반사율은 실용범위내로 수렴된다.

다음에, 반사율 29 ≤R ≤32%의 전단면막(41)에 대해 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 29 내지 도 31에 나타낸다.

먼저, 설계파장에 평균파장 λm = 715nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖는 때의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 29에 나타낸다. 막두께에 오차가 없는 경우, 650nm 반도체 레이저 다이오드에 있어서 반사율 R₆₅₀29%, 780nm 반도체 레이저에 있어서 반사율 R₇₈₀30%이다. 막두께가 산출한 값 보다 ±5%의 오차를 갖추고 있는 경우, 650nm 반도체 레이저 다이오드에 있어서 반사율은 24 ≤R₆₅₀≤37%의 실용범위로 수렴되고, 780nm 반도체 레이저 다이오드에 있어서 반사율은 24≤R₇₈₀≤37의 실용범위로 수렴된다. 따라서, 설계중심파장 715nm를 기초로 산출한 막두께는 ±5%의 오차를 발생하여도 적절한 반사율을 갖는다.

다음에, 설계파장 λ1 = 650nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖춘 경우의 막두께의 오차에 대한 양 반도체 레이저 다이오드의 반사율의 관계를 도 30에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 650nm의 반도체 레이저 다이오드의 반사율은 실용범위인 24 ≤R₆₅₀≤37이다. 그러나, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율은 막두께가 원하는 값 보다 부로 어긋난 경우, 반사율의 실용범위인 24 ≤R₇₈₀≤37%에 수렴하지 않는다.

또한, 설계파장 λ2 = 780nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖춘 경우의 막두께의 오차에 대한 반사율의 관계를 도 31에 나타낸다. 막두께의 오차가 ±5%의 범위에 있어서, 발진파장 780nm의 반도체 레이저의 반사율은 실용범위 24 ≤R₇₈₀≤37%에 수렴하지만, 발진파장 650nm의 반도체 레이저의 반사율은 막두께가 원하는 값 보다도 정으로 어긋난 경우 반사율의 실용범위 24 ≤R₆₅₀≤37%를 넘어 버린다.

이상에 의해, 평균파장 λm = 715nm를 이용하여 산출한 막두께를 갖춘 경우, 양 반도체 레이저는 반사율 29 ≤R ≤32%를 얻을 수 있게 된다. 또한, 막두께에 다소의 오차가 발생하여도 반사율은 실용범위내로 수렴된다.

이상에 의해, 발진파장의 평균치 λm = (λ1 + λ2)/2, 즉 λm = 715nm를 이용하여 산출한 단면막의 막두께를 갖춘 것에 의해, 발진파장 λ1 및 발진파장 λ2의 2개의 반도체 레이저를 갖춘 2파장 반도체 레이저에 대해 일괄하여 단면막을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전단면 반사율 8 ≤R ≤20% 또는 29 ≤R ≤32%, 후단면 반사율 90% 이상의 높은 반사율을 갖는 레이저 다이오드를 용이하게 얻을 수 있게 된다. 더욱이, 단면막의 막두께가 산출한 값으로부터 ±5%의 오차를 발생하여도 양 레이저 다이오드는 실용범위내의 반사율을 갖는 것이 가능하다.

제1실시예 내지 제3실시예의 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기에 나타낸 적층구조는 이에 한정되는 것은 아니고, 별도의 구조를 이용하는 것도 가능하다. 적층구조의 재료는 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 재료를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 전단면막 및 고반사 단면막에 이용하는 재료도 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 재료를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 전단면막 및 고반사 단면막의 적층 수도 이에 한정되는 것은 아니고, 적절히 변경할 수 있다.

이상에 의해, 모노리식 구조의 2파장 반도체 레이저장치에 있어서 각 반도체 레이저 다이오드의 단면막의 막두께를 각 발진파장의 평균치를 이용하여 산출하는 것에 의해 동일 막두께로 원하는 반사율을 갖는 단면막을 얻는 것이 가능하게 된다. 또한, 단면막을 일괄하여 형성할 수 있기 때문에, 제조공정을 간략화하는 것이 가능하다. 또한, 신뢰성이 높아 필요한 성능을 만족하면서 생산성이 높은 2파장 반도체 레이저장치를 제공할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저장치에 의하면, 원하는 반사율을 갖춘 일괄 형성이 가능한 단면막을 제공할 수 있게 된다. 이에 의해,신뢰성이 높아 필요한 성능을 만족하면서 생산성이 높은 2파장 반도체 레이저장치를 제공할 수 있게 된다.

Claims

기판과,

이 기판상에 형성된 제1피크파장의 레이저광을 발진하는 제1레이저 소자부,

상기 기판상에 형성된 제2피크파장의 레이저광을 발진하는 제2레이저 소자부,

상기 제1레이저 소자부의 전단면 및 상기 제2레이저 소자부의 전단면에 일괄 형성된 동일 막두께이면서 동일 재료로 이루어진 전단면막 및,

상기 제1레이저 소자부의 후단면 및 상기 제2레이저 소자부의 후단면에 일괄 형성된 동일 막두께이면서 동일 재료로 이루어진 복수의 박막으로 이루어진 후단면막을 구비하고,

상기 전단면막의 막두께 및 상기 후단면막의 복수의 박막의 막두께는 상기 제1피크파장 및 상기 제2피크파장의 평균파장 λ에 대한 광학길이 d = (1/4+j) ×λ(j = 0,1,2 ---)인 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치.
제1항에 있어서, 상기 전단면막은 3∼37%의 반사율을 갖추고, 상기 후단면막은 75% 이상의 반사율을 갖춘 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치.
제1항에 있어서, 상기 전단면막은 굴절율 n＜1.8의 저굴절율 재료로 이루어지고, 상기 후단면막은 굴절율 n＜1.8의 저굴절율 재료의 박막과 굴절율 n＞1.9의 고굴절율 재료의 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 전단면막은 Al₂O₃로 이루어지고, 상기 후단면막은 Al₂O₃또는 SiO₂로 이루어진 저굴절율 재료의 박막과, SiN₄또는 Si로 이루어진 고굴절율 재료의 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치.
기판상에 제1피크파장의 레이저광을 발진하는 제1레이저 소자부를 형성하는 공정과,

상기 기판상에 제2피크파장의 레이저광을 발진하는 제2레이저 소자부를 형성하는 공정,

상기 제1레이저 소자부의 전단면 및 상기 제2레이저 소자부의 전단면에 ECR 스퍼터법을 이용하여 동일 막두께의 전단면막을 일괄 형성하는 공정 및,

상기 제1레이저 소자부의 후단면 및 상기 제2레이저 소자부의 후단면에 ECR 스퍼터법을 이용하여 동일 막두께이면서 동일 재료로 이루어진 복수의 박막으로 이루어진 후단면막을 일괄 형성하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 전단면막은 3∼37%의 반사율을 갖추고, 상기 후단면막은 75% 이상의 반사율을 갖춘 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 전단면막은 굴절율 n＜1.8의 저굴절율 재료로 이루어지고, 상기 후단면막은 굴절율 n＜1.8의 저굴절율 재료의 박막과 굴절율 n＞1.9의 고굴절율 재료의 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치의 제조방법.
제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 전단면막은 Al₂O₃막을 갖추고, 상기 후단면막은 Al₂O₃또는 SiO₂로 이루어진 저굴절율 재료의 박막과, SiN₄또는 Si로 이루어진 고굴절율 재료의 박막의 적층을 갖춘 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 후단면막은 각각 Al₂O₃, SiN₂, SiO₂, Si 및 SiO₂의 순서로 이루어진 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치.
제1항에 있어서, 상기 후단면막은 각각 Al₂O₃, SiN₂, SiO₂, SiN₂, Si, SiO₂, Si 및 SiO₂의 순서로 이루어진 박막의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광반도체 레이저장치.