KR100457028B1 - 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

반도체 레이저 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100457028B1 KR10-2001-0048139A KR20010048139A KR100457028B1 KR 100457028 B1 KR100457028 B1 KR 100457028B1 KR 20010048139 A KR20010048139 A KR 20010048139A KR 100457028 B1 KR100457028 B1 KR 100457028B1
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 COD 열화에 대한 변동이 적게 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치를 제공한다. 발진파장이 770∼810nm의 반도체 레이저(10)에 있어서, 반도체 레이저 단면 근방의 MQW 활성층(16)에 불순물을 주입하여 무질서화 영역을 형성하여 이를 창문층(20)으로 하고, 이 창문층(20)에 여기광을 조사하고, 창문층(20)의 포토루미네선스광의 파장 λdpl(nm)을 측정하고, 활성층(16)에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장 λapl(nm)과 창문층(20)에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장 λdpl(nm)의 차를 블루 시프트량 λbl(nm)으로 하고, 이 블루 시프트량 λbl에 의해서 프로세스 도중의 단계에서 제품의 COD 레벨을 예측한다.

Description

반도체 레이저 장치 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은, 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 광 정보처리용으로서 사용되는 반도체 레이저 장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, CD-R/RW의 고속화를 위해 그것에 사용되는 780nm대의 반도체 레이저의 고출력화가 요망되고 있다. 반도체 레이저의 고출력화를 제한하는 주요인중 하나로 반도체 레이저의 출사 단면에서의 열화가 있다. 이 열화는 COD(Catastrophic Optical Damage) 열화로 불리고, 출사 단면 부근의 결함의 존재로서 광흡수가 발생하는데 기인한다.
이 출사 단면에서의 COD 열화를 억제하기 위해서, 출사 단면에 광흡수가 없는 영역, 즉 밴드갭이 큰 영역을 형성한 창문 구조 레이저가 실현되고 있다. 예컨대, 샤프 기보, 제 50 호·1991년 9월, 제 33 항∼제 36 항에 기재되어 있다.
도 14는 종래의 창문구조를 갖는 반도체 레이저의 부분 사시도이다. 또한, 도 15는 종래의 창문구조를 갖는 반도체 레이저의 제조공정을 나타낸 반도체 레이저의 부분 사시도이다.
도 14에 있어서, 100은 반도체 레이저, 102는 n형 GaAs 기판이다(이하, n 도전형을「n-」, p 도전형을「p-」, 진성 반도체를「i-」라고 표기한다). 104는 n-Al0.5Ga0.5As의 하부 클래드층, 106은 i-Al0.1Ga0.9As의 웰층을 갖는 MQW 활성층, 108은 p-Al0.5Ga0.5As의 제 1 상부 클래드층, 110은 n-AlGaAs의 전류 블록층, 112는 p-AlGaAs의 제 2 상부 클래드층, 114는 p-GaAs의 콘택층, 116은 MQW 활성층(106)보다도 밴드갭이 큰 i-Al0.5Ga0.5As의 창문층, 118은 전극이다.
다음으로, 제조방법의 대략은 다음과 같다.
도 15a에 있어서, n-GaAs 기판(102)상에, 하부 클래드층(104), MQW활성층(106), 제 1 상부 클래드층(108)을 에피택셜 성장으로 적층하고, 에칭에 의해 리지(ridge)를 남긴 후, 전류 블록층(110)을 선택성장에 의해 형성하여, 리지와 전류 블록층(110)의 위에 제 2 상부 클래드층(112)과 콘택층(114)을 형성한다. 이 공정의 결과가 도 15a이다.
그 후, n-GaAs 기판(102)의 이면을 100㎛ 정도가 될 때까지 깍고, 레이저 단면을 벽개하고, 창문층(116)을 결정성장에 의해 형성한다. 이 공정의 결과가 도 15b이다.
이어서, 전극(118)을 형성하여, 도 14에 도시된 반도체 레이저가 완성된다.
종래의 반도체 레이저(100)는 상기한 것처럼 구성되지만, 이 반도체 레이저(100)는 레이저 단면을 벽개 후에 벽개면에 창문층(116)을 결정성장한 창문구조의 제조방법에서는, 벽개 후에 창문층(116)과 전극(118)을 형성해야 하기 때문에, 제조 프로세스가 복잡하게 된다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 특허 2827919호 공보에는, MQW 활성층 상에 제 1 상부 클래드층을 설치하고, 이 표면에 이온주입 마스크 패턴을 형성하고, 낮은 불순물 주입 에너지로 레이저 단면에 근방의 MQW 활성층을 무질서화함에 의해 창문구조를 형성하는 발명이 기재되어 있다. 그렇지만, 이 무질서화의 정도를 정확하게 파악하지 않으면, 무질서화의 정도에 따라서는 창문 효과가 생기지 않는 경우가 있고, 실제 사용중에 열화가 발생하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해서 주어진 것으로, 제 1 목적은, COD 열화에 대한 변동이 적고 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치를 제공하는데 있고, 제 2 목적은 COD 열화에 대한 변동이 적은 반도체 레이저 장치를 간단한 공정으로 수율이 좋게 제조하는 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 레이저의 레이저 광 출사 단면의 정면도,
도 2는 도 1의 II-II 단면의 반도체 레이저 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 레이저를 제조공정에 따라서 나타낸 레이저 광 출사단면의 정면도,
도 4는 도 3의 IV-IV 단면의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 반도체 레이저를 제조공정에 따라서 나타낸 레이저 광 출사단면의 정면도,
도 6은 도 5의 VI-VI 단면의 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 반도체 레이저의 포토루미네선스광의 측정을 나타낸 모식도,
도 8은 본 발명에 따른 반도체 레이저를 제조공정에 따라서 나타낸 레이저 광 출사단면의 정면도,
도 9는 도 8의 IX-IX 단면의 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 반도체 레이저를 제조공정에 따라서 나타낸 레이저광 출사 단면의 정면도,
도 11은 본 발명에 따른 반도체 레이저를 제조공정에 따라서 나타낸 레이저 광 출사 단면의 정면도,
도 12는 본 발명에 따른 반도체 레이저의 창문층의 PL광 파장(nm)과 그 반도체 레이저의 COD 레벨(mW)의 관계를 나타낸 그래프,
도 13은 본 발명에 따른 반도체 레이저의 COD 레벨과 블루 시프트량의 관계를 나타낸 그래프,
도 14는 종래의 창문구조를 갖는 반도체 레이저의 부분 사시도,
도 15는 종래의 창문구조를 갖는 반도체 레이저의 제조공정을 나타낸 반도체 레이저의 부분 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
12 : 반도체 기판 14 : 하부 클래드층
16 : 활성층 18 :제 1 상부 클래드층
20 : 창문층 22 : 제 2 상부 클래드층
25 : 리지
본 발명에 따른 반도체 레이저 장치는, 제 1 도전형 반도체 기판과, 이 반도체 기판 상에 설치된 제 1 도전형 제 1 클래드층과, 이 제 1 클래드층의 위에 설치된 양자우물구조의 활성층과, 이 활성층 위에 설치된 제 2 도전형의 제 1의 제 2 클래드층과, 레이저 공진기 단면 근방에 있어서 활성층을 포함하는 제 1의 제 2 클래드층의 표면으로부터 반도체 기판측의 적층에 불순물을 주입하여 설치된 무질서화 영역과, 이 무질서화 영역의 활성층에 제 1의 제 2 클래드층을 통해 대향하고, 제 1의 제 2 클래드층의 표면상에 설치된 제 2 도전형의 제 2의 제 2 클래드층을 포함함과 동시에 공진기의 길이 방향으로 연장한 광 도파로를 구비한 발진파장이 770∼810nm인 반도체 레이저에 있어서, 무질서화 영역에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λdpl(nm), 활성층에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λapl(nm), 블루 시프트량 λbl(nm)을, λbl=λapl-λdpl로 하였을 때에, λbl≥20을 만족한 것으로, 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성함으로써 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저라고 판단할 수 있다.
또한, 레이저의 COD 레벨을 Pcod(mW)로 하였을 때에, 블루 시프트량λbl(nm)이 더욱 (Pcod-85)/5.6≤λbl≤(Pcod-135.0)/1.3을 만족하는 것으로, 블루 시프트량 λbl을 구함으로써 제품의 COD 레벨 Pcod를 예측할 수 있다.
더욱이, 도파로의 꼭대기부를 제외하고, 도파로의 측면을 포함하는 제 1의 제 2 클래드층 상에 설치된 절연막을 더 구비한 것으로, 심플 스트라이프 구조의 반도체 레이저에 있어서, 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성함에 의해 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저라고 판단할 수 있다.
또한, 제 1의 제 2 클래드층 상의 도파로 주위를 매입(埋??)하도록 설치된 제 1 도전형의 전류 블록층을 더 구비한 매입구조의 반도체 레이저에 있어서, 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성함에 의해 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저라고 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 제조방법은, 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 제 1 도전형의 제 1 클래드층, 양자우물구조의 활성층, 및 제 2 도전형의 제 1의 제 2 클래드층을 순차로 형성하는 제 1 공정과, 제 1의 제 2 클래드층의 표면상에, 반도체 레이저의 공진기 단면부 예정 영역에 개구를 갖는 불순물 주입용 마스크 패턴을 형성하는 제 2 공정과, 불순물 주입용 마스크 패턴을 마스크로 하여서, 불순물을 주입하여 공진기 단면부 근방의 활성층을 무질서화하는 제 3 공정과, 무질서화한 영역에 여기광을 조사하여 포토루미네선스광을 발생시켜, 이 포토루미네선스광의 파장 측정에 근거하여, COD 열화의 레벨을 예측하는 제 4 공정과, 불순물 주입용 마스크 패턴을 제거하고, 제 1의 제 2 클래드층의 표면상에 제 2 도전형의 제 2의 제 2 클래드층을 형성하는 제 5 공정과, 제 2의 제 2 클래드층의 표면 상에 무질서화된 활성층과 제 1 및 제 2의 제 2 클래드층을 통해 대향하여 공진기의 길이 방향으로 연장하는 띠 형상의 마스크 패턴을 형성하는 제 6 공정과, 띠 형상의 마스크 패턴을 마스크로 하여서, 제 2의 제 2 클래드층을 갖는 도파로를 형성하는 제 7 공정을 포함한 것으로, 프로세스 도중에 반도체 레이저의 COD 열화의 레벨을 예측할 수 있다.
또한, 제 4 공정에서, 무질서화 영역에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λdpl(nm), 활성층에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λapl(nm), 블루 시프트량 λbl(nm)을, λbl=λapl-λdpl로 하였을 때에, λbl≥20을 만족함으로써, 발진파장이 770∼810nm의 반도체 레이저의 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성하는 것에 의한 COD 레벨의 향상을 판단할 수 있다.
또한, 레이저의 COD 레벨을 Pcod(mW)로 하였을 때에, 블루 시프트량 λbl(nm)이 (Pcod-85)/5.6≤λbl≤(Pcod-135.0)/1.3을 만족하는 것으로, 제품의 COD 레벨 Pcod를 예측하는 것을 가능하게 한다.
(실시예)
본 실시예에 따른 발진파장이 770∼810nm인 반도체 레이저에 있어서는, 반도체 레이저 단면 근방의 MQW 활성층에 불순물을 주입 또는 확산하여 무질서화 영역을 형성하여 이를 창문층으로 하고, 이 창문층에 여기광을 조사하여, 창문층의 포토루미네선스광의 파장 λdpl(nm)을 측정하고, 창문층을 갖지 않은 활성층에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장 λapl(nm)와 창문층의 포토루미네선스광의 파장 λdpl(nm)의 차를 블루 시프트량 λbl(nm)으로 하고, 프로세스 도중의 단계에서 블루 시프트량 λbl에 의해 제품의 COD 레벨을 예측하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 레이저의 레이저 광 출사 단면에 있어서의 정면도이다. 또한, 도 2는 본 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 도 1의 II-II 단면의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 10은 반도체 레이저로, 발진파장이 770∼810nm인 반도체 레이저이다. 12는 n-GaAs기판, 14는 n-GaAs 기판(12) 상에 설치된 제 1 클래드층인 n-Al0.5Ga0.5As의 하부 클래드층, 16은 하부 클래드층(14) 상에 설치된 i-Al0.1Ga0.9As의 웰층과 Al0.3Ga0.7As의 배리어층, 가이드층을 갖는 MQW 활성층, 18은 이 MQW 활성층의 위에 설치된 제 1의 제 2 클래드층인 p-Al0.5Ga0.5As의 제 1 상부 클래드층이다.
20은 반도체 레이저(10)의 공진기 단면 근방의 발광영역에 설정된 무질서화영역의 창문층으로, 제 1 상부 클래드층(18)의 표면으로부터 이온주입이나 확산에 의해 불순물을 주입하여 MQW 활성층을 무질서화하여 밴드갭을 크게 하고, 레이저 광에 대하여 투명하게 되도록 한 영역이다.
즉, 원래의 MQW 활성층(16)의 웰층과 배리어층 및 가이드층이 무질서화 되기 때문에, 상대적으로 웰층이었던 부분의 Al 조성비가 커져, 밴드갭이 커진다.
22는 제 1 상부 클래드층(18) 및 창문층(20)의 위에 설치된 제 2의 제 2 클래드층인 p-Al0.5Ga0.5As의 제 2 상부 클래드층이고, 24는 이 제 2 상부 클래드층(22)의 위에 설치된 p-GaAs의 콘택층이다. 제 2 상부 클래드층(22)과 콘택층(24)으로 광 도파 방향을 따른 도파로인 리지(25)가 형성된다. 콘택층(24)은 리지(25)의 꼭대기부에 설치된다.
26은 이 리지(25)의 양측면 및 리지(25) 주변부의 제 2 상부 클래드층(22) 표면 상에 설치된 전류 블록을 하기 위한 절연막, 예컨대 SiON막이다. 28은 반도체 레이저 표면에 설치된 p측 전극, 30은 n-GaAs 기판(12)의 이면에 설치된 n측 전극이다.
다음으로, 이 실시예에 따른 반도체 레이저의 제조방법을 설명한다.
도 3, 도 5, 도 8, 도 10 및 도 11은 이 실시예에 따른 반도체 레이저의 제조공정에 따라서 나타낸 반도체 레이저의 레이저 광 출사 단면의 정면도이다.
또한, 도 4는 도 3의 IV-IV 단면에 있어서의 단면도, 도 6은 도 5의 VI-VI 단면에 있어서의 단면도, 도 9는 도 8의 IX-IX 단면에 있어서의 단면도이다.
도 10의 X-X 단면 및 도 11의 XI-XI 단면은, 도 9에 표시된 것과 동일하다.
도 7은 이 실시예에 따른 반도체 레이저의 포토루미네선스광의 측정을 나타낸 모식도이다.
우선, 도 3 및 도 4를 참조하여, n-GaAs 기판(12) 상에 하부 클래드층(14), MQW 활성층(16), 제 1 상부 클래드층(18)을 에피택셜 성장에 의해 형성한다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여, 제 1 상부 클래드층(18)의 표면상에 레지스트를 형성하고, 레이저 공진기 단면부에 창문층(20)을 형성하기 위한 개구(42)를 갖는 마스크 패턴(40)을 형성한다. 이 마스크 패턴(40)의 위에서 확산이나 이온주입 등의 방법에 의해 개구로부터 불순물을 주입하고, 어닐링함으로써 MQW 활성층(16)을 무질서화하여 창문층(20)을 형성한다. 도 5 및 도 6의 화살표는 확산이나 이온주입을 나타낸 것이다. 이온주입의 경우, 이온주입의 가속전압은 50keV∼150keV, 도우즈량은 1×1013∼1×1015/cm2정도이다.
어닐링 후, 레지스트를 제거하고, 웨이퍼 상면으로부터 여기광을 조사하여, 창문층(20)으로부터 발광되는 포토루미네선스광을 측정한다. 이 측정을 나타낸 것이 도 7이다. 도 7에 있어서, 44는 여기광, 46은 창문층(20)으로부터 발광하는 포토루미네선스광, 48은 포토루미네선스광을 측정하는 계측장치이다.
그 후, 제 1 상부 클래드층(18) 및 창문층(20)의 위에, 제 2 상부 클래드층(22)과 이 제 2 상부 클래드층(22)상에 콘택층(24)을 형성한다. 이것을 나타낸 것이 도 8 및 도 9이다.
이어서, 발광영역의 공진기 길이 방향으로 레지스트 등의 띠 형상의 마스크패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 이 마스크패턴을 마스크로 하여서 제 2 상부 클래드층(22)을 소정 두께로 남기도록 에칭을 하여 리지(25)를 형성한다. 이것을 나타낸 것이 도 10이다.
다음으로, 리지(25)의 꼭대기부를 제외하고, 리지(25) 측면 및 리지(25) 주위의 제 2 상부 클래드층(22) 상에 전류를 차단하기 위한 절연막(26)을 형성한다. 이것을 나타낸 것이 도 11이다.
이 후, 리지(25) 꼭대기부의 콘택층(24)상 및 절연막 상에 p측 전극(28)을형성하고, n-GaAs기판(12)의 이면을 100㎛ 정도까지 연삭하고, 이 n-GaAs기판(12)의 이면에 n측 전극(30)을 형성하고, 최후에 벽개를 하여, 도 1 및 도 2에 도시된 반도체 레이저를 완성한다.
이러한 프로세스 흐름으로 형성된 창문구조의 레이저는, 벽개 후에 창문층을 형성한 구성과 비교하여, 웨이퍼 프로세스 공정에서 창문층의 형성 및 전극형성을 할 수 있으므로 대량생산이 용이하다는 특징이 있다.
다음으로, 웨이퍼 상면으로부터 여기광을 조사하여, 창문층(20)으로부터 발광되는 포토루미네선스광(이하, PL광이라 함)의 측정에 관해서 설명한다.
도 12는 이 실시예에 따른 반도체 레이저의 창문층(20)의 PL광의 파장(nm)과 그 반도체 레이저의 COD 레벨(mW)의 관계를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 12는 반도체 레이저의 단면 파괴하는 선출력과 PL광의 파장의 관계를 보이고 있다.
샘플 A, 샘플 B 및 샘플 C는, 동일 구조의 반도체 레이저이지만, 일부 제조조건이 변한 것이다.
이 도 12로부터 알 수 있듯이, 동일 1군의 샘플에서는, PL 광의 파장이 짧아질수록 COD 레벨이 높아지고 있다. PL 광의 파장이 짧아질수록 COD 레벨이 높아지는 것은, 창문층의 무질서화가 진행하여 밴드갭이 넓어짐에 따라, 공진기 단면 부근에서 흡수되는 빛이 적어지기 때문인 것으로부터 설명할 수 있다.
도 12에 있어서, COD 레벨을 Pcod(mW)로 하고, 창문영역의 PL 광의 파장을 λdpl(nm)로 하면, Pcod는 λdpl에 대하여 선형으로 비례한다.
즉,
Pcod=f1(λdpl)..........(1)
로 되고, 여기서, f1(x)은 일차함수이다.
따라서, 이러한 반도체 레이저이면, λdpl도 Pcod에 대하여 선형으로 비례하기 때문에, (1)식으로부터 용이하게
λdpl=gl(Pcod)..........(2)
가 구해진다.
Pcod를 요구되는 레이저 출력 P0에 파워 마진 P1을 포함한 값으로 풀면,
Pcod=P0+P1..........(3)
이 되고, (2)식으로부터 Pcod를 갖는 반도체 레이저를 선별하는 PL 광의 파장을 λdpl로서 구할 수 있고, 이 값을 지표로 하여, 창문층(20)을 형성한 시점에서, COD 레벨에 관해서 반도체 레이저의 양부 판별을 할 수 있다.
즉, 창문층(20)의 PL 광의 파장 λdpl(nm)을 측정함으로써, 창문층(20)의 효과에 의해 COD 열화에 대하여 신뢰성이 높은 반도체 레이저를 적은 변동하에서, 좋은 수율로 제조할 수 있다.
또한, 도 12의 결과를 나타낸 반도체 레이저와 같은 구조를 갖고, 창문층이 없는 반도체 레이저의 COD 레벨은, 200mW 정도인 것을 알 수 있다. 도 12로부터 알 수 있듯이, COD 레벨이 200mW 이상이 되는 PL 광의 파장은 750nm이하이다.
따라서, 발진파장 770∼810nm인 MQW 활성층을 갖는 반도체 레이저로, Pl 광의 파장이 750nm 이하가 되는, 창문층(20)을 갖는 반도체 레이저로 함으로써, 적어도 창문층(20)의 효과로 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저로 할 수 있다.
도 13은 이 실시예에 따른 반도체 레이저의 COD 레벨과 블루 시프트량의 관계를 나타낸 그래프이다.
무질서화되어 있지 않은 활성층에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 PL 광의 파장, λapl(nm)과 창문층(20)의 PL 광의 파장 λdpl(nm)의 차를 블루 시프트량λbl(nm)로 정의하여 도 12를 정리하여 고치면, 도 13의 관계를 얻는다.
적어도, 발진파장 770∼810nm의 반도체 레이저에 있어서, 창문층을 갖지 않은 MQW 활성층의 COD 레벨은 200mW 정도인 것을 알 수 있기 때문에, 도 13은 블루 시프트량이 어느 정도 있으면 창문층인 COD 레벨의 향상을 기대할 수 있는 가를 나타낸 그래프가 된다.
도 13에 있어서, 샘플 A, B 및 C에서, 블루 시프트량 λbl과 COD 레벨 Pcod와는, 각각 선형의 관계가 있고,
샘플 A에 관해서 점선으로 나타낸 직선 A는,
Pcod=1.3λbl + 178.7 .........(4)
샘플 B에 관해서 2점 쇄선으로 나타낸 직선 B는,
Pcod=5.6λbl + 50.3 .........(5)
샘플 C에 관해서 일점 쇄선으로 나타낸 직선 C는,
Pcod=1.3λbl + 153.0 ........(6)으로 표시된다.
또한, 직선 B의 좌측의 직선 D는,
Pcod=5.6λbl + 85 ...........(7)
직선 C의 우측의 직선 E는,
Pcod=1.3λbl + 135 ..........(8)로 표시된다.
도 13에 도시된 측정점을 나타낸 좌표점은, 변동을 포함해서 직선 D 및 직선 E에 둘러싸인 범위 내에 분포된다.
창문영역을 갖지 않은 MQW 활성층의 COD 레벨은 200mW 정도인 것을 고려하면, 직선 D가 Pcod=200을 자른 좌표가 λbl=20 정도이기 때문에, 블루 시프트량 λbl≥20의 영역에서, MQW 활성층이 무질서화되어 창문층(20)이 됨으로써, COD 레벨이 향상하게 된다.
즉, 공진기 단면 근방의 MQW 활성층(16)을 무질서화하여 창문층(20)을 형성한 후, 창문층(20)에 여기광을 조사하고, 창문층(20)으로부터 발광하는 PL 광의 파장을 측정하고, 창문영역을 갖지 않은 MQW 활성층의 PL 광의 파장을 고려하여 블루 시프트량 λbl을 구하여, λbl이 λbl≥20을 만족하면, 적어도 창문층(20)을 형성함에 의해 COD 레벨이 향상하고 있다고 판단할 수 있다.
또한, 직선 D와 직선 E에 둘러싸인 영역에서는, 제조 조건이 다른 여러 가지 샘플에서도, 블루 시프트량 λbl과 COD 레벨 Pcod와는 1차 비례관계에 있다고 생각된다.
따라서, 적어도 발진파장이 770∼810nm의 반도체 레이저에서는, 여러 가지 조건으로 형성된 반도체 레이저에 있어서, 블루 시프트량 λbl과 COD 레벨 Pcod와의 1차 비례관계를 파악함으로써, 반도체 레이저를 최종 형태의 제품으로 하기 전의, 공진기 단면 근방의 MQW 활성층(16)을 무질서화하여 창문층(20)을 형성한 프로세스 도중의 단계에서, 창문층(20)에 여기광을 조사하고, 창문층(20)으로부터 발광하는 PL 광의 파장을 측정하고, 무질서화되어 있지 않은 MQW 활성층의 PL 광의 파장을 고려하여 블루 시프트량 λbl을 구함으로써, 제품의 COD 레벨 Pcod를 예측할 수 있다.
즉, (7)식 및 (8)식으로부터, λbl을 Pcod로 나타내면, λbl이 (Pcod-85)/5.6≤λbl≤(Pcod-135.0)/1.3을 만족하는 범위에서는, 블루 시프트량 λbl와 COD 레벨 Pcod와는 1차 비례관계를 파악함으로써, 높은 정확도로 COD 레벨 Pcod를 예측할 수 있기 때문에, 반도체 레이저는 COD 열화의 변동이 적고, 신뢰성이 높은 반도체 레이저가 된다. 또한, 이 제조방법을 사용함으로써, 제조공정 도중에, 간단한 방법에 의해 COD 열화의 레벨을 예측할 수 있기 때문에, 결과적으로 수율이 높고, COD 열화의 레벨이 시종 일관되게 신뢰성이 높고, 더구나 염가인 반도체 레이저를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법은, 이상에 설명한 것 같은 구성 또는 공정을 구비하고 있으므로 아래와 같은 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 반도체 레이저 장치에서는, 제 1 도전형의 반도체 기판과, 이 반도체 기판 상에 설치된 제 1 도전형의 제 1 클래드층과, 이 제 1 클래드층 위에 설치된 양자우물구조의 활성층과, 이 활성층 위에 설치된 제 2 도전형의 제 1의 제 2 클래드층과, 레이저 공진기 단면 근방에 있어서 활성층을 포함하는 제 1의 제 2 클래드층의 표면으로부터 반도체 기판측의 적층에 불순물을 주입하여 설치된 무질서화 영역과, 이 무질서화 영역의 활성층에 제 1의 제 2 클래드층을 통해 대향하고, 제 1의 제 2 클래드층의 표면상에 설치된 제 2 도전형의 제 2의 제 2 클래드층을 포함함과 동시에 공진기의 길이 방향으로 연장한 광 도파로를 구비한, 발진파장이 770∼810nm인 반도체 레이저에 있어서, 무질서화 영역에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λdpl(nm), 활성층에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λapl(nm), 블루 시프트량 λbl(nm)을, λbl=λapl-λdpl로 하였을 때에, λbl≥20을 만족하는 것으로, 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성함으로써 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저라고 판단할 수 있다. 나아가서는, COD 열화가 적고 또한 COD 열화의 변동이 적은 반도체 레이저 장치를 제공할 수 있다.
또한, 레이저의 COD 레벨을 Pcod(mW)로 하였을 때에, 블루 시프트량 λbl(nm)이, (Pcod-85)/5.6≤λbl≤(Pcod-135.0)/1.3을 만족하는 것으로, 블루 시프트량 λbl을 구함으로써, 제품의 COD 레벨 Pcod를 예측할 수 있다. 나아가서는, COD 열화에 대한 신뢰성이 높고, 염가인 반도체 레이저 장치를 제공할 수 있다.
그리고, 도파로의 꼭대기부를 제외하고, 도파로의 측면을 포함한 제 1의 제 2 클래드층 상에 설치된 절연막을 더 구비한 것으로, 심플 스트라이프 구조의 반도체 레이저에 있어서, 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성함으로써 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저라고 판단할 수 있다. 나아가서는, COD 열화가 적고 또한 COD 열화의 변동이 적은 심플 스트라이프 구조의 반도체 레이저 장치를 제공할 수 있다.
아울러, 제 1의 제 2 클래드층 상의 도파로 주위를 매입하도록 설치된 제 1 도전형의 전류 블록층을 더 구비한 매입구조의 반도체 레이저에 있어서, 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성함으로써 COD 레벨을 향상한 반도체 레이저라고 판단할 수 있다. 나아가서는, COD 열화가 적고 또한 COD 열화의 변동이 적은 매입구조의 반도체 레이저 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서는, 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 제 1 도전형의 제 1 클래드층, 양자우물구조의 활성층, 및 제 2 도전형의 제 1의 제 2 클래드층을 순차로 형성하는 제 1 공정과, 제 1의 제 2 클래드층의 표면 상에, 반도체 레이저의 공진기 단면부 예정 영역에 개구를 갖는 불순물 주입용 마스크 패턴을 형성하는 제 2 공정과, 불순물 주입용 마스크 패턴을 마스크로 하여서, 불순물을 주입하여 공진기 단면부 근방의 활성층을 무질서화하는 제 3 공정과, 무질서화한 영역에 여기광을 조사하여 포토루미네선스광을 발생시켜, 이 포토루미네선스광의 파장측정에 근거하여, COD 열화의 레벨을 예측하는 제 4 공정과, 불순물 주입용 마스크 패턴을 제거하고, 제 1의 제 2 클래드층의 표면상에 제 2 도전형의 제 2의 제 2 클래드층을 형성하는 제 5 공정과, 제 2의 제 2 클래드층의 표면상에 무질서화된 활성층과 제 1 및 제 2의 제 2 클래드층을 통해 대향하여 공진기의 길이 방향으로 연장하는 띠 형상의 마스크 패턴을 형성하는 제 6 공정과, 띠 형상의 마스크 패턴을 마스크로 하여서, 제 2의 제 2 클래드층을 갖는 도파로를 형성하는 제 7 공정을 포함한 것으로, 프로세스의 도중에 반도체 레이저의 COD 열화의 레벨을 예측할 수 있다. 나아가서는, 간단한 공정으로 반도체 레이저의 수율을 높게 할 수 있어, 반도체 레이저 장치를 염가에 제조할 수 있다.
또한, 제 4 공정에서, 무질서화 영역에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λdpl(nm), 활성층에 여기광을 조사하였을 때에 발생하는 포토루미네선스광의 파장을 λapl(nm), 블루 시프트량 λbl(nm)을, λbl=λapl-λdpl로 하였을 때에, λbl≥20을 만족함으로써, 발진파장이 770∼810nm인 반도체 레이저의 활성층을 무질서화하여 창문층을 형성하는 것에 의한 COD 레벨의 향상을 판단할 수 있다. 나아가서는, COD 열화가 적고 또한 COD 열화의 변동이 적은 반도체 레이저 장치를, 좋은 수율로 염가에 제조할 수 있다.
또한, 레이저의 COD 레벨을 Pcod(mW)로 하였을 때에, 블루 시프트량 λbl(nm)이 (Pcod-85)/5.6≤λbl≤(Pcod-135.0)/1.3을 만족한 것으로, 제품의 COD 레벨 Pcod를 예측하는 것을 가능하게 한다. 나아가서는, COD 열화에 대한 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치를 좋은 수율로 염가에 제조할 수 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 제 1 도전형의 반도체 기판 상에 제 1 도전형의 제 1 클래드층, 양자우물구조의 활성층 및 제 2 도전형의 제 1의 제 2 클래드층을 순차로 형성하는 제 1 공정과,
    제 1의 제 2 클래드층의 표면상에, 반도체 레이저의 공진기 단면부 예정 영역에 개구를 갖는 불순물 주입용 마스크 패턴을 형성하는 제 2 공정과,
    불순물 주입용 마스크 패턴을 마스크로 하여서, 불순물을 주입하여 공진기 단면부 근방의 활성층을 무질서화하는 제 3 공정과,
    무질서화한 영역에 여기광을 조사하여 포토루미네선스광을 발생시켜, 이 포토루미네선스광의 파장 측정에 근거하여, COD 열화의 레벨을 예측하는 제 4 공정과,
    불순물 주입용 마스크 패턴을 제거하고, 제 1의 제 2 클래드층의 표면상에 제 2 도전형의 제 2의 제 2 클래드층을 형성하는 제 5 공정과,
    제 2의 제 2 클래드층의 표면상에 무질서화된 활성층과 제 1 및 제 2의 제 2 클래드층을 통해 대향하여 공진기의 길이 방향으로 연장하는 띠 형상의 마스크 패턴을 형성하는 제 6 공정과,
    띠 형상의 마스크 패턴을 마스크로 하여서, 제 2의 제 2 클래드층을 갖는 도파로를 형성하는 제 7 공정을 포함하는 반도체 레이저 장치의 제조방법.
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