KR100464602B1 - 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 기판과; 기판 하부에 형성된 n형 금속막과; 기판 상부에 형성된 n형 클래드층과; n형 클래드층 상부에 형성되며 웨이브 가이드층이 구비된 활성층과; 웨이브 가이드층이 구비된 활성층의 소정 영역 상부에 형성되며, p형 클래드층, 완충층, 콘택트층이 적층 형성된 리지(Ridge)와; 리지 주위에 형성되며, 리지의 높이 만큼 형성된 Si co-doped C-GaAs 층; 및 리지의 콘택트층에 오믹 접촉되어 형성된 p형 금속막; 을 포함한다.

또한 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은, 기판 위에 n형 클래드층, 활성층 및 p형 클래드층으로 이루어지는 레이저 발진층을 성장시키는 단계와; 레이저 발진층 위에 완충층을 성장시키고, 그 성장된 완충층 위에 콘택트층을 성장시키는 단계와; 콘택트층 위에 소정의 패터닝된 마스크를 형성하고 식각을 수행하여, 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 위에 p형 클래드층, 완충층, 콘택트층 및 마스크가 적층된 리지를 형성시키는 단계와; 리지 상부에 마련된 마스크를 제거하고, 리지를 덮도록 Si co-doped C-GaAs 층을 성장시키는 단계와; 콘택트층이 노출되도록 Si co-doped C-GaAs 층을 식각하는 단계; 및 Si co-doped C-GaAs 층 위에 형성되며 또한 리지 상부의 콘택트층에 오믹 접촉되도록 p형 금속막을 증착 형성시키고, 기판 하부에 n형 금속막을 증착 형성시키는 단계; 를 포함한다.

Description

반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법{Semiconductor laser diode and fabrication method for thereof}

본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 특히 가시광 어레이 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로 소자의 열저항을 줄이고 평탄화를 구현함으로써 조립특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1의 (a) 내지 (d)는 종래 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

종래 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 설명하면, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 먼저 기판(101) 위에 n형 클래드층(n-type clad layer)(102)을 성장시키고, 성장된 상기 n형 클래드층(102) 위에 웨이브 가이드층(wave guide layer) (103)이 구비된 활성층(active layer)(104)을 형성시킨다. 그리고, 상기 웨이브 가이드층(103) 위에 p형 클래드층(105) 및 완충층(buffer layer)(106)을 성장시키게 되며, 상기 완충층(106) 위에 실제 금속막과 오믹(ohmic) 접촉되게 되는 콘택트층 (contact layer)(107)을 형성한다.

이후, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 포토리소그라피 공정을 통하여 상기 콘택트층(107) 위에 패터닝된 마스크(108)를 형성하고 식각을 수행함으로써 복수의 리지(Ridge)(110)를 형성시킨다. 이때, 상기 복수의 리지(110)를 형성함에 있어, 상기 콘택트층(107), 완충층(106) 및 p형 클래드층(105)에 대하여 식각을 수행함으로써 패터닝된 상기 마스크(108) 하부에 복수의 리지(110)를 형성시킬 수 있게 된다.

그리고, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 리지(120) 상부에 형성된 마스크(108)를 제거하고, PECVD 공정이나 스퍼터링 공정을 이용하여 SiO₂또는 SiN 등의 유전체막(120)을 전류차단막으로 형성시킨다.

다음으로, 도 1의 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 유전체막(120) 중에서 리지(120) 상부의 전류가 주입되는 영역에 형성된 유전체막(120)을 제거한 후, p형 금속막(140)을 증착시킴으로써 상기 콘택트층(107)과 오믹(ohmic) 접촉이 구현될 수 있도록 한다. 그리고 상기 기판(101)의 하부에는 n형 금속막(130)을 증착 형성시킨다.

이와 같이 종래의 반도체 레이저 다이오드 제조방법에 의하면, 도 1의 (a) 내지 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 리지(110)를 형성한 후에 전류차단막으로 SiO₂또는 SiN 등의 유전체막(120)을 증착시킨다. 그런데, 이러한 유전체막은 열전도도가 낮기 때문에, 실제 전류 주입시 열 발생을 초래하여 반도체 레이저 다이오드의 특성을 저하시키게 되는 단점이 있다.

또한, 도 1의 (a) 내지 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 리지(110)를 따라서 표면의 굴곡이 심하게 형성됨을 볼 수 있는데, 이에 따라 조립특성 및 신뢰성이 떨어지게 되는 단점이 있다.

본 발명은, 전류차단막의 열전달 특성을 향상시켜 소자의 열저항을 줄이고, 소자의 구조적 평탄화를 구현함으로써 조립특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 종래 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101, 201... 기판 102, 202... n형 클래드층

103, 203... 웨이브 가이드층 104, 204... 활성층

105, 205... p형 클래드층 106, 206... 완충층

107, 207... 콘택트층 108, 208... 마스크

110, 210... 리지(ridge) 120... 유전체막

130, 230... n형 금속막 140, 240... p형 금속막

220... Si co-doped C-GaAs 층

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는,

기판과;

상기 기판 하부에 형성된 n형 금속막과;

상기 기판 상부에 형성된 n형 클래드층과;

상기 n형 클래드층 상부에 형성되며 웨이브 가이드층이 구비된 활성층과;

상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층의 소정 영역 상부에 형성되며, p형 클래드층, 완충층, 콘택트층이 적층 형성된 리지(Ridge)와;

상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 위의 상기 리지 주위에 형성되며, 상기 리지의 높이 만큼 형성된 Si co-doped C-GaAs 층; 및

상기 Si co-doped C-GaAs 층 위에 형성되며, 또한 상기 리지의 콘택트층에 오믹 접촉되어 형성된 p형 금속막; 을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은,

기판 위에 n형 클래드층, 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 및 p형 클래드층으로 이루어지는 레이저 발진층을 성장시키는 단계와;

상기 레이저 발진층 위에 완충층을 성장시키고, 그 성장된 완충층 위에 콘택트층을 적층 성장시키는 단계와;

상기 콘택트층 위에 소정의 패터닝된 마스크를 형성하고 식각을 수행하여, 상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 위에 상기 p형 클래드층, 완충층, 콘택트층및 마스크가 적층된 리지(Ridge)를 형성시키는 단계와;

상기 리지 상부에 마련된 마스크를 제거하고, 상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 전면에 걸쳐, 상기 리지를 덮도록 Si co-doped C-GaAs 층을 성장시키는 단계와;

상기 콘택트층이 노출되도록 상기 Si co-doped C-GaAs 층을 식각하는 단계; 및

상기 Si co-doped C-GaAs 층 위에 형성되며 또한 상기 리지 상부의 콘택트층에 오믹 접촉되도록 p형 금속막을 증착 형성시키고, 상기 기판 하부에 n형 금속막을 증착 형성시키는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 전류차단막의 열전달 특성을 향상시켜 소자의 열저항을 줄이고, 소자의 구조적 평탄화를 구현함으로써 조립특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 설명하면, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 먼저 기판(201) 위에 n형 클래드층(n-type clad layer)(202)을 성장시키고, 성장된 상기 n형 클래드층(202) 위에 웨이브 가이드층(wave guide layer)(203)이 구비된 활성층(active layer)(204)을 형성시킨다. 그리고, 상기 웨이브 가이드층(203) 위에 p형 클래드층(205) 및 완충층(buffer layer)(206)을 성장시키게 되며, 상기 완충층(206) 위에 실제 금속막과 접촉되게 되는 콘택트층 (contact layer)(207)을 형성한다.

이후, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 포토리소그라피 공정을 통하여 상기 콘택트층(207) 위에 패터닝된 마스크(208)를 형성하고 식각을 수행함으로써 복수의 리지(210)를 형성시킨다. 이때, 상기 복수의 리지(210)를 형성함에 있어, 상기 콘택트층(207), 완충층(206) 및 p형 클래드층(205)에 대하여 식각을 수행함으로써 패터닝된 상기 마스크(208) 하부에 복수의 리지(210)를 형성시킬 수 있게 된다.

그리고, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 리지(220) 상부에 형성된 마스크(208)를 제거하고, 전류차단막으로서 Si co-doped C-GaAs 층(220)을 전면에 두껍게 성장시켜 상기 리지(220)를 덥도록 한다. 이때, 상기 Si co-doped C-GaAs 층(220)이 성장됨에 있어, 수평방향으로의 성장이 매우 잘 되므로 성장 후 매우 평탄한 표면을 얻을 수 있게 된다.

다음으로, 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 콘택트층(207)이 노출될 수 있도록 상기 Si co-doped C-GaAs 층(220)에 대한 식각을 수행한다. 이때, 상기 Si co-doped C-GaAs 층(220)은 고르게 식각됨으로써, 상기 콘택트층(207)의 높이에 맞추어 평탄한 면을 얻을 수 있게 된다.

이후, 도 2의 (e)에 나타낸 바와 같이, 상기 Si co-doped C-GaAs 층(220) 및 콘택트층(207) 위에 p형 금속막(240)을 평탄하게 증착시킴으로써, 상기 콘택트층 (207)과 오믹(ohmic) 접촉이 구현될 수 있도록 한다. 그리고 상기 기판(201)의 하부에는 n형 금속막(230)을 증착 형성시킨다.

이와 같이, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 의하면 전류차단막으로 Si co-doped C-GaAs 층(220)을 성장시키는데, Si co-doped C-GaAs 층(220)은 수평 성장이 매우 잘 진행되는 특성이 있기 때문에 소자 표면을 매우 평탄하게 만들 수 있으며, 유전체막에 비하여 열전도도가 좋다는 장점이 있다.

그리고 유의할 점은, C-doped GaAs 층을 전류차단막으로 성장시키는 경우에도, C-doped GaAs 층 역시 수평 성장이 매우 잘 진행되는 특성이 있기 때문에 소자 표면을 매우 평탄하게 만들 수는 있으나, C-doped GaAs 층은 p형의 특성을 지니고 있기 때문에 전류차단층으로서의 역할을 하지 못하는 문제점이 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 C-doped GaAs 층을 성장시키는 것이 아니라, Si co-doping을 수행하여 n형으로 성장시키게 됨에 따라 수평성장된 Si co-doped C-GaAs 층(220)이 전류차단층의 역할을 수행할 수 있게 되는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 의하면, 전류차단막의 열전달 특성을 향상시켜 소자의 열저항을 줄이고, 소자의 구조적 평탄화를 구현함으로써 조립특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 기판과;

   상기 기판 하부에 형성된 n형 금속막과;

   상기 기판 상부에 형성된 n형 클래드층과;

   상기 n형 클래드층 상부에 형성되며 웨이브 가이드층이 구비된 활성층과;

   상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층의 소정 영역 상부에 형성되며, p형 클래드층, 완충층, 콘택트층이 적층 형성된 리지(Ridge)와;

   상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 위의 상기 리지 주위에 형성되며, 상기 리지의 높이 만큼 형성된 Si co-doped C-GaAs 층; 및

   상기 Si co-doped C-GaAs 층 위에 형성되며, 또한 상기 리지의 콘택트층에 오믹 접촉되어 형성된 p형 금속막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
2. 기판 위에 n형 클래드층, 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 및 p형 클래드층으로 이루어지는 레이저 발진층을 성장시키는 단계와;

   상기 레이저 발진층 위에 완충층을 성장시키고, 그 성장된 완충층 위에 콘택트층을 적층 성장시키는 단계와;

   상기 콘택트층 위에 소정의 패터닝된 마스크를 형성하고 식각을 수행하여, 상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 위에 상기 p형 클래드층, 완충층, 콘택트층및 마스크가 적층된 리지(Ridge)를 형성시키는 단계와;

   상기 리지 상부에 마련된 마스크를 제거하고, 상기 웨이브 가이드층이 구비된 활성층 전면에 걸쳐, 상기 리지를 덮도록 Si co-doped C-GaAs 층을 성장시키는 단계와;

   상기 콘택트층이 노출되도록 상기 Si co-doped C-GaAs 층을 식각하는 단계; 및

   상기 Si co-doped C-GaAs 층 위에 형성되며 또한 상기 리지 상부의 콘택트층에 오믹 접촉되도록 p형 금속막을 증착 형성시키고, 상기 기판 하부에 n형 금속막을 증착 형성시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.