KR100446592B1 - 반도체레이저다이오드및그제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 기판과, 그 기판위에 적층 형성되는 버퍼층, n-클래드층, 활성층, p-클래드층 및 p-콘택층을 구비하는 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 p-클래드층과 p-콘택층 표면에는 p형의 금속막층이 연속적으로 형성되어 있는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 구조에 비해 p형 저항 접촉이 리지 스트라이프 상층부 전체에서 일어나므로 접촉 저항값이 작아 소자의 동작 전압 값이 작다. 그리고, 종래와 같은 쇼트키 결합을 이용하는 것이 아니라 리지 스트라이프의 양측 p-클래드층을 절연체화 하므로 누설전류가 작아 소자의 동작 전류 값도 작다. 따라서, 소자의 수명을 연장시킬 수 있고, 그 결과 소자의 신뢰성을 증진시킬 수 있다. 또한, 자기 정렬 구조로서 소자의 제작이 용이하며, 그에 따라 수율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 광정보 시스템의 광원으로 사용되는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 청색 및 녹색의 단파장 레이저 빔을 발진시키는 GaN계의 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 레이저 다이오드는 크게 이득 도파형(gain guide)과 굴절률 도파형(index guide)으로 대별된다. 그리고, 굴절률 도파형은 다시 BH(buried heterostructure)와 같은 강굴절률 도파형과 리지 스트라이프(ridge stripe) 구조와 같은 약굴절률 도파형으로 구분할 수 있다. 단파장 레이저 다이오드는 그 응용분야의 특성상 리지 스트라이프 구조가 적합하며, 이러한 구조에는 통상 2∼3회의 결정성장(epitaxy)이 요구되는 IS(inner stripe) 구조나 SBR(selectively buried ridge) 구조가 바람직한 특성을 나타낼 수 있다. 특히, GaN과 같이 재성장이 어려운 경우에는 1회의 결정성장으로 가능한 리지 스트라이프 구조가 바람직하다고 할 수 있다. 이상과 같은 GaN계 화합물 반도체로 제작되는청색 및 녹색의 단파장 레이저빔을 발생하는 레이저 다이오드는 DVD(Digital Video Disk) 시스템의 광원으로서 그 응용분야가 광범위할 뿐 아니라, FCD(full color display)에도 필수적인 소자로서 그 연구/개발이 활발히 진행되고 있다.
도 1은 종래 GaN계 반도체 레이저 다이오드의 개략적인 수직 단면구조도이다.
도 1을 참조하면, 종래 GaN계 반도체 레이저 다이오드는 최하부에 기판(101)이 마련되어 있고, 그 기판(101) 위에는 상부층과의 접촉을 원활하게 하기 위한 GaN(또는 AlN) 버퍼(buffer)층(102), n-GaN층(103), n-AlGaN 클래드(clad)층(104), 레이저 빔을 발진시키는 InGaN 활성층(105), p-AlGaN 클래드층(106), 금속증착을 원활하게 하기 위한 p-GaN 콘택(contact)층(107), 전류차단용 절연층(108)이 순차적으로 마련되어 있으며, 소자에 전류 공급을 위한 p-전극(109) 및 n-전극(110)이 구조체의 최상부 및 측면부에 각각 마련되어 있다.
이상과 같은 구조의 종래 GaN계 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 단일 횡모드(single transverse mode) 동작을 위해 통상 리지 스트라이프의 폭은 5μm 이내로 조정된다. 그리고, 에칭에 의한 미러(mirror)를 사용하여 미러손실이 큰 경우 리지 스트라이프의 길이를 400∼500μm 이상으로 조정한다. 이에 따라 상기 p-AlGaN 클래드층(106)의 중심부에 돌출 형성되어 있는 리지 스트라이프 상단에 전류 주입을 위해 오픈(open)되는 폭은 3μm 이하로 제한된다. 따라서, 상기 p-GaN콘택층(107)과 p-전극(109)의 접촉면적이 작아지고, 그에 따라 소자의 동작 전압 값이 높아지고 발열량이 증대되어 특성저하 및 수명단축 등의 문제가 야기된다. 이와같은 문제에 대처하기 위해 종래에는 금속 클래드 리지구조를 이용하였다. 즉, 일반적으로 클래드층의 밴드 갭(band gap) 에너지가 콘택층의 밴드 갭 에너지보다 높은 것을 이용하여, 상기 전류차단용 절연층(108) 없이 클래드층 및 콘택층 상부에 금속을 증착하여 리지 상부에서는 저항 접촉이 되고 그밖의 영영에서는 쇼트키(Schottky) 접촉이 일어나는 것을 이용한 것이다. 그러나, 그와 같은 구조에서는 쇼트키 접촉이 일어나는 곳에서 전류의 일부가 누설되며, 그에 따라 소자의 동작 전류 값이 커지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 소자의 동작 전압 및 전류 값이 작고 제작이 용이한 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 GaN계 반도체 레이저 다이오드의 개략적인 수직 단면구조도.
도 2는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 따라 1차 성장된 구조체의 수직 단면구조도.
도 3은 도 2의 구조체에 리지 스트라이프를 형성한 상태에서의 수직 단면구조도.
도 4는 도 3의 구조체의 리지 스트라이프 위에 콘택층을 형성한 상태에서의 수직 단면구조도.
도 5는 도 4의 구조체 위에 금속막을 증착한 상태에서의 수직 단면구조도.
도 6은 도 5의 구조체에 n-전극의 형성을 위해 일측을 에칭한 상태에서의 수직 단면구조도.
도 7은 도 6의 구조체에 n-전극을 마련하여 소자가 완성된 상태에서의 수직 단면구조도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101,201...기판 102,202...GaN(또는 AlN) 버퍼층
103,203...n-GaN층 104,204...n-AlGaN 클래드층
105,205...InGaN 활성층 106,206...p-AlGaN 클래드층
107,208...p-GaN 콘택층 108...전류차단용 절연층
109...p-전극 110,210...n-전극
207...리지 스트라이프 209...p형 금속층
M...마스크
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 기판과, 그 기판위에 적층 형성되는 버퍼층, n-클래드층, 활성층, p-클래드층 및 p-콘택층을 구비하는 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 p-클래드층과 p-콘택층 표면에는 p형의 금속막층이 연속적으로 형성되어 있는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은, 기판 위에 버퍼층, n형 반도체층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층을 순차적으로 적층 형성하는 단계; 상기 p형 클래드층을 소정 패턴으로 식각하여 p형 클래드층에 리지 스트라이프를 형성하는 단계; 상기 리지 스트라이프위에 p형 콘택층을 형성하는 단계; 상기 p형 콘택층 및 p형 클래드층의 표면에 p형 금속층을 연속하여 형성하는 단계; 및 상기 구조체의 일측에 통전을 위한 n-전극을 마련하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 리지 스트라이프 구조에 비해 접촉 저항값이 작아 소자의 동작 전압 값이 작고, 누설전류가 작아 소자의 동작 전류 값이 작다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 따라 반도체 레이저 다이오드를 제조하는 과정을 단계별로 나타내 보인 것으로서, 도 2는 1차 성장된 구조체의 수직 단면구조도, 도 3은 도 2의 구조체에 리지 스트라이프를 형성한 상태에서의 수직 단면구조도, 도 4는 도 3의 구조체의 리지 스트라이프 위에 콘택층을 형성한 상태에서의 수직 단면구조도, 도 5는 도 4의 구조체 위에 금속막을 증착한 상태에서의 수직 단면구조도, 도 6은 도 5의 구조체에 n-전극의 형성을 위해 일측을 에칭한 상태에서의 수직 단면구조도, 그리고 도 7은 도 6의 구조체에 n-전극을 마련하여 소자가 완성된 상태에서의 수직 단면구조도이다.
먼저 도 2를 참조하면, 우선 기판(201) 위에 상부층과의 접촉을 원활하게 하기 위한 GaN(또는 AlN) 버퍼층(202), n-GaN층(203), n-AlGaN 클래드층(204), 레이저 빔을 발진시키는 InGaN 활성층(205), p-AlGaN 클래드층(206)을 순차적으로 적층 형성한다. 여기서, 이와 같은 적층 형성을 위해 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)나 MBE(molecular beam epitaxy)법이 사용될 수 있다.
1차 성장이 완료되면, 도 3에서와 같이 상기 p-AlGaN 클래드층(206) 위에 소정 패턴의 SiO2 마스크(M)를 부착하고 포토 리소그라피(photo lithograpy)에 의한 패터닝을 실시한다. 그런 후, CAIBE(chemical assisted ion beam etch), RIE (reactive ion etch) 등과 같은 플라즈마(plasma) 에칭방법에 의해 p-AlGaN 클래드층(206)을 소정 패턴으로 식각하여 p-AlGaN 클래드층(206)의 일측에 리지 스트라이프(207)를 형성한다. 이때, 이와 같은 리지 스트라이프(207)의 양측 p-AlGaN 클래드층(206)에는 건식 에칭에 따른 손상으로 N이 부족한 현상이 발생되며, 그에 따른 N공핍부는 도우너(donor) 준위를 형성하여 p-AlGaN을 반절연체(semi-insulator)로 변환시키게 된다. 따라서, 전류가 리지 스트라이프(207) 상부를 통해서는 주입되지만 그 밖의 영역에서는 차단되어 단일 횡모드 동작이 용이해 진다.
한편, 이와 같이 해서 리지 스트라이프(207)의 형성이 완료되면, 도 4에서와 같이 상기 리지 스트라이프(207) 위에 p-GaN 콘택층(208)을 형성한다. 그런 후, 도 5에서와 같이 상기 p-GaN 콘택층(208) 및 p-AlGaN 클래드층(206)의 표면에 p형 금속층(209)을 연속하여 형성한다. 여기서, 이와 같은 p형 금속층(209)은 전류주입을 위한 p-전극의 역할을 하게 되며, 이 p형 금속층(209)의 형성을 위해 MOCVD법이 사용될 수 있다.
상기 p형 금속층(209)의 형성이 완료되면, 통전을 위한 n-전극을 마련하기 위하여 도 6에서와 같이 구조체의 일부위를 상기 n-GaN층(203)의 소정 깊이까지 식각한다. 그런 후, 도 7에서와 같이 상기 식각된 n-GaN층(203) 위에 n-전극(210)을 마련하여 반도체 레이저 다이오드 소자를 완성한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는 종래의 구조에 비해 p형 저항 접촉이 리지 스트라이프 상층부 전체에서 일어나므로 접촉 저항값이 작아 소자의 동작 전압 값이 작다. 그리고, 종래와 같은 쇼트키 결합을 이용하는 것이 아니라 리지 스트라이프의 양측 p-클래드층을 절연체화 하므로 누설전류가 작아 소자의 동작 전류 값도 작다. 따라서, 소자의 수명을 연장시킬 수 있고, 그 결과 소자의 신뢰성을 증진시킬 수 있다. 또한, 자기 정렬(self alignment) 구조로서 소자의 제작이 용이하며, 그에 따라 수율을 높일 수 있는 장점이 있다.
Claims (5)
- 기판과, 상기 기판 위에 차례로 적층되는 버퍼층, n-클래드층, 활성층, p-클래드층, p-콘택층, 및 p형 금속층을 구비하고, 단일 횡모드 동작을 위해 상기 p-클래드층의 중심부가 돌출된 리지 스트라이프(ridge stripe) 구조의 반도체 레이저 다이오드에 있어서,상기 p-클래드층의 중심부에 리지 스트라이프를 형성하기 위해 에칭하는 과정에서 상기 리지 스트라이프 양측의 p-클래드층을 손상시켜 N공핍부를 형성함으로써, 상기 리지 스트라이프 양측의 p-클래드층은 도우너(donor) 준위를 형성하여 반절연체(semi-insulator)로 변환되어 있으며,상기 p-콘택층은 상기 리지 스트라이프의 상면에 형성되어 있고,상기 p형 금속층은 상기 리지 스트라이프 양측의 p-클래드층 및 p-콘택층 표면에 연속적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
- 기판 위에 버퍼층, n형 반도체층, n형 클래드층, 활성층, p형 클래드층을 순차적으로 형성하는 단계;상기 p형 클래드층을 소정의 패턴으로 식각하여 p형 클래드층에 리지 스트라이프를 형성하는 단계;상기 리지 스트라이프 위에 p형 콘택층을 형성하는 단계;상기 리지 스트라이프 양측의 p형 클래드층 및 p형 콘택층 표면에 p형 금속층을 연속하여 형성하는 단계; 및상기 구조체의 일측에 통전을 위한 n-전극을 마련하는 단계를 포함하며,여기서, 상기 p-클래드층에 리지 스트라이프를 형성하는 단계는 건식 에칭 방법을 사용함으로써, 상기 리지 스트라이프 양측의 p-클래드층을 손상시켜 상기 리지 스트라이프 양측의 p-클래드층이 도우너 준위를 형성하여 반절연체(semi-insulator)로 변환되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 p-클래드층에 리지 스트라이프를 형성하는 단계는, 상기 p-클래드층 위에 소정 패턴의 SiO2마스크를 부착하고 포토 리소그라피에 의한 패터닝을 실시하는단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 p형 금속층의 형성 후, 통전을 위한 n-전극을 마련하기 위하여 구조체의 일부위를 상기 n형 반도체층의 소정 깊이까지 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 건식 에칭 방법은, 리지 스트라이프 양측의 p형 클래드층 부분의 손상을 유발하여 N공핍부를 형성하고, 이에 따라 상기 리지 스트라이프 양측의 p-클래드층에 도우너 준위를 형성하도록 하는 플라즈마 에칭 방법인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
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- 1997-02-05 KR KR1019970003564A patent/KR100446592B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR19980067503A (ko) | 1998-10-15 |
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