KR100427688B1 - 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 화합물 반도체 기판의 상부에, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층, 중앙에 리지를 포함한 전류방지층과 p-캡층이 순차적으로 적층된 화합물 반도체 층을 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 리지를 포함한 전류방지층의 상부에 p-클래드층이 더 형성되어 있고; 상기 n-클래드층의 두께는 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께와 동일하도록 구성함으로써, 고 광전 변환 효율을 가지고, 이에 따라 구동전류 및 구동전압의 감소를 가질 수 있는 효과가 발생한다.

Description

고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드{Semiconductor laser diode array having high photo electricity efficiency}

본 발명은 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성층에서 출력되는 광을 흡수하지 않도록, n-클래드층의 두께를 증가시키고, 제 2 p-클래드층을 더 구비하여, 내부의 광 손실을 줄이면서, 고 광전변환 효율을 달성할 수 있으며, 이와 동시에 수직 방사각을 줄이고, 광 분포가 내부적으로 수직방향으로 넓게 퍼지게 할 수 있어, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 메모리 소자의 용량 확대가 요구됨에 따라, 단 파장 광원의 필요성이 역설되었고, 많은 노력이 AlGaAs계 레이저 다이오드에 투자되어, 만족스러운 특성을 가진 소자들이 개발되었다.

최근에는 리라이터블(Re-writable) 또는 램 메모리 소자에 사용되기 위한 고출력 AlGaAs계 레이저 다이오드의 개발에 많은 노력이 경주되고 있다.

고출력 레이저 다이오드는 데이터의 기록에 관련된 분야에 집중적으로 응용되어 최대의 광 출력을 실현하는 것이 무엇보다도 중요하다.

이러한 반도체 레이저 다이오드는 원형빔의 레이저광을 방출할 때 최대의 광 출력을 얻게 되며, 원형 빔을 얻기 위해서는 활성층에서 방출되는 레이저광의 수평방사각을 최대한으로 키우고, 수직 방사각을 줄여야 한다.

그러나, 수평방사각은 변화의 한계가 있기 때문에, 현재는 주로 수직방사각을 줄이는데 주력하고 있다.

그런데, 수직방사각이 줄어들게 하기 위해서는 광 분포가 내부적으로 수직방향으로 넓게 퍼져 있어야 한다.

도 1a와 1b는 종래의 반도체 레이저 다이오드 및 그의 광 분포 곡선을 도시한 도면으로서, 도 1a와 1b는 n-GaAs 기판(10)의 상부에, n-클래드층(11), n-웨이브 가이드층(12), 활성층(13), p-웨이브 가이드층(14)과 에칭방지층(15)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 에칭방지층(15)의 상부의 중앙에 리지형태의 p-클래드층(17)과 그 p-클래드층(17)의 주변에 전류방지층(16)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 p-클래드층(17)과 전류방지층(16)의 상부에 p-캡층(18)과 p-전극(19)이 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 n-GaAs 기판(10)의 하부에는 n-전극(20)이 형성되어 있는 구조를 나타내고 있다.

먼저, 도 1a는 일반적으로 큰 방사각을 가지는 반도체 레이저 다이오드로서, 큰 수직 방사각을 가지는 경우에는 내부 광분포 곡선이 p-캡층(18) 혹은 n-GaAs 기판(10)에 거의 중첩되지 않는다.

그러므로, 활성층 영역에서 발생한 빛이 광 흡수에 의한 손실없이 곧바로 레이저 다이오드 외부로 방출된다.

그러나, 도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 다이오드가 작은 수직 방사각을 갖게 되면, 출력되는 광의 분포가 넓게 퍼져서, 내부 광분포가 p-캡층(18)의 'b'영역 혹은 n-GaAs 기판(10)의 'a'영역에서 중첩된다.

이렇게 활성층 영역에서 발생한 빛이 레이저 다이오드 소자 외부로 방출되기전에 내부적으로 p-캡층(18) 및 n-GaAs 기판(10)에서 중첩되면, p-캡층(18) 및 n-GaAs 기판(10)에서는 광 흡수가 되고, 흡수된 광은 열을 발생하여, 레이저 다이오드의 성능의 열화를 가져오게 된다.

따라서, 종래의 반도체 레이저 다이오드의 구조에서는 광 출력을 높이기 위하여, 수직 방사각을 줄이고, 광 분포가 내부적으로 수직방향으로 넓게 퍼지게 하면, 열 특성의 저하를 감수해야 하며, 흡수되는 광량에 해당되는 구동전류를 증가시켜서 보상을 해야만 원하는 광 출력을 얻을 수 있게 되었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 활성층에서 출력되는 광을 흡수하지 않도록, n-클래드층의 두께를 증가시키고, 제 2 p-클래드층을 더 구비하여, 내부의 광 손실이 줄이면서, 고 광전변환 효율을 달성할 수 있으며, 이와 동시에 수직 방사각을 줄이고, 광 분포가 내부적으로 수직방향으로 넓게 퍼지게 할 수 있는 반도체 레이저 다이오드를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 화합물 반도체 기판의 상부에, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층, 중앙에 리지를 포함한 전류방지층과 p-캡층이 순차적으로 적층된 화합물 반도체 층을 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서,

상기 리지를 포함한 전류방지층의 상부에 p-클래드층이 더 형성되어 있고;

상기 n-클래드층의 두께는 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드가 제공된다.

도 1a와 1b는 종래의 반도체 레이저 다이오드 및 그의 광 분포 곡선을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드의 단면도이다.

도 3은 본 발명과 종래의 반도체 레이저 다이오드에서 광전변환 효율과 광 출력 측정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30 : n-GaAs 기판 31 : n-클래드층

32 : n-웨이브 가이드층 33 : 활성층

34 : p-웨이브 가이드층 35 : 에칭방지층

36 : 전류방지층 37 : 제 1 p-클래드층

38 : 제 2 p-클래드층 39 : p-캡층

40 : p-전극 41 : n-전극

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드의 단면도로서, n-GaAs 기판(30)의 상부에, n-클래드층(31), n-웨이브 가이드층(32), 활성층(33), p-웨이브 가이드층(34)과 에칭방지층(35)이 순차적으로 적층되어 있다.

그리고, 상기 에칭방지층(35)의 상부의 중앙에 리지형태의 제 1 p-클래드층(37)과 그 제 1 p-클래드층(37)의 주변에 전류방지층(36)이 형성되어 있다.

게다가, 상기 제 1 p-클래드층(37)과 전류방지층(36)의 상부에 제 2 p-클래드층(38), p-캡층(39)과 p-전극(40)이 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 n-GaAs 기판(30)의 하부에는 n-전극(41)이 형성되어 있다.

본 발명은 도 2에서 도시된 바와 같이, n-클래드층의 두께를 증가시켰고, 종래의 레이저 반도체 구조에서 전류방지층과 리지형태의 p-클래드층의 상부에 제 2 p-클래드층(38)을 더 형성시켰다.

이렇게 형성된 본 발명의 반도체 레이저 다이오드는 활성층에서 출력되는 광을 흡수하지 않도록, n-클래드층의 두께를 증가시키고, 제 2 p-클래드층(38)을 더 구비함으로서, 내부의 광 손실이 줄이면서, 고 광전변환 효율을 달성할 수 있다.

이와 동시에 수직 방사각을 줄이고, 광 분포가 내부적으로 수직방향으로 넓게 퍼지게 할 수 있어, 최대의 광출력을 얻을 수 있으므로, 반도체 레이저 다이오드의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 n-클래드층의 두께는 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께와 동일하거나, 상기 n-클래드층의 두께는 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께보다 더 두꺼워야 본 발명의 효과를 달성할 수 있다.

게다가, 상기 n-클래드층의 두께는 2.1 ~ 2.5㎛이고, 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께는 1.5 ~ 2㎛ 인 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명과 종래의 반도체 레이저 다이오드에서 광전변환 효율과 광 출력 측정도로서, 종래는 구동전류를 증가시키면, 점차적으로 광 흡수가 발생되어 광 출력이 떨어지는 반면에, 본 발명은 구동전류를 증가시킴에 따라 광 출력이 직선형으로 증가되어, 광 변환 효율인 슬롭효율(Slope efficiency)이 증가된다.

따라서, 종래의 구조에서는 광 흡수되는 이상으로 구동전류를 증가시켜야만 원하는 광 출력을 얻을 수 있고, 본 발명은 낮은 구동전류에서도 원하는 광 출력을 얻을 수 있는 장점이 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 활성층에서 출력되는 광을 흡수하지 않도록, n-클래드층의 두께를 증가시키고, 제 2 p-클래드층을 더 구비하여, 내부의 광 손실이 줄이면서, 고 광전변환 효율을 달성할 수 있으며, 이와 동시에 수직 방사각을 줄이고, 광 분포가 내부적으로 수직방향으로 넓게 퍼지게 할 수 있어, 구동전류 및 구동전압의 감소를 가질 수 있으므로, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

1. 화합물 반도체 기판의 상부에, n-클래드층, n-웨이브 가이드층, 활성층, p-웨이브 가이드층, 중앙에 리지를 포함한 전류방지층과 p-캡층이 순차적으로 적층된 화합물 반도체 층을 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서,

   상기 리지를 포함한 전류방지층의 상부에 p-클래드층이 더 형성되어 있고;

   상기 n-클래드층의 두께는 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 n-클래드층의 두께는 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께보다 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 n-클래드층의 두께는 2.1 ~ 2.5㎛이고, 상기 리지와 상기 p-클래드층이 합쳐진 두께는 1.5 ~ 2㎛ 인 것을 특징으로 하는 고 광전 효율을 가지는 반도체 레이저 다이오드.