KR100541111B1 - 다파장 반도체 레이저 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다파장 반도체 레이저 제조방법에 관한 것으로서, 질화물 단결정 성장을 위한 기판 상에 제1 반도체 레이저를 위한 질화물 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 기판으로부터 상기 질화물 에피택셜층을 분리하는 단계와, 상기 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판 상에 접합시키는 단계와, 상기 질화물 에피택셜층을 선택적으로 제거하여 제1 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계와, 상기 노출된 제1 도전형 기판의 일부상면에 제2 반도체 레이저 구조 및 제3 반도체 레이저 구조를 순차적으로 형성하는 단계를 포함하는 다파장 반도체 레이저 제조방법을 제공한다.
다파장 반도체 레이저(multi-wavelength semiconductor laser), 사파이어기판(sapphire substrate), 질화물 반도체(nitride semiconductor)

Description

다파장 반도체 레이저 제조방법{METHOD OF PRODUCING MULTI-WAVELENGTH SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
도1a 내지 도1g는 종래의 2파장 반도체 레이저 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도2a 내지 도2k는 본 발명에 따른 3파장 반도체 레이저 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
21: 사파이어 기판 22a: n형 GaN계 클래드층
22b: n형 AlGaAs계 클래드층 22c: n형 AlGaInP계 클래드층
23a: GaN계 활성층 23b: AlGaAs계 활성층
23c: AlGaInP계 활성층 24a: p형 GaN계 클래드층
24b: p형 AlGaAs계 클래드층 24c: p형 AlGaInP계 클래드층
31: n형 GaAs기판 32: 절연층
본 발명은 다파장 반도체 레이저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 3파장(예를 들어 405㎚, 650㎚, 780㎚)의 레이저광을 동시에 또는 선택적으로 발진할 수 있는 다파장 반도체 레이저와 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 레이저는 유도방출에 의해 증폭된 광을 출력하는 반도체 소자로서, 그 출력광은 좁은 주파수폭(단파장특성)을 가지며 지향성을 우수하고, 고출력이 보장되는 장점을 갖고 있다. 이러한 장점으로 인해, CD나 DVD와 같은 광디스크시스템의 광픽업장치 등을 위한 광원으로 사용될 뿐만 아니라, 광통신, 다중통신, 우주통신 등의 분야에 광범위하게 적용되고 있다.
최근에는, 레이저를 정보기록 및 재생을 위한 광원으로서 사용하는 광디스크분야에서는, 2개이상의 서로 다른 파장을 발진할 수 있는 다파장 반도체 레이저 소자가 요구되고 있다. 대표적으로, 2파장 반도체 레이저 소자는 비교적 저밀도인 CD 재생기와 비교적 고밀도인 DVD재생기를 동시에 구현하기 위한 광원으로서 적극적으로 개발되고 있다.
도1a 내지 도1k는 종래의 2파장 반도체 레이저소자의 제조방법을 나타내는 공정설명도이다.
도1a와 같이, n형 GaAs기판(11) 상에 780㎚파장광을 위한 제1 반도체 레이저 에피택셜층을 형성한다. 즉, n형 AlGaAs 클래드층(12a), AlGaAs 활성층(13a) 및 p형 AlGaAs 클래드층(14a)을 순차적으로 성장시킨다.
이어, 도1b와 같이, 포토리소그래피공정과 에칭공정을 이용하여 상기 에피택셜층(12a,13a,14a)을 선택적으로 제거하여 GaAs 기판(11) 상면의 일영역을 노출시킨다.
다음으로, 도1c와 같이, 노출된 GaAs기판(11) 상면에 650㎚파장광을 위한 제2 반도체 레이저 에피택셜층을 형성한다. 즉, n형 AlGaInP 클래드층(12b), GaInP/AlGaInP 활성층(13b) 및 p형 AlGaInP 클래드층(14b)을 순차적으로 성장시킨다.
이어, 도1d와 같이, 포토리소그래피공정과 에칭공정을 이용하여, 상기 제1 반도체 레이저 에피택셜층(12a,13a,14a) 위에 제2 반도체 레이저 에피택셜층(12b,13b,14b)을 제거하는 동시에, 2개의 에피택셜구조를 서로 분리시킨다.
다음으로, 도1e와 같이, 상기 p형 AlGaAs 클래드층(14'a)과 상기 p형 AlGaInP 클래드층(14'b)을 통상의 방법으로 선택적으로 에칭하여 전류주입효율향상을 위한 리지구조를 형성한 후에, 도1f와 같이 n형 GaAs 전류제한층(16a,16b)과 p형 GaAs콘택층(17a,17b)을 형성한다.
끝으로, 도1g와 같이 Ti, Pt, Au 또는 그 합금을 이용하여 p형 GaAs콘택층(17a,17b) 상에 p측 전극(19a,19b)을 형성하고, Au/Ge, Au, Ni 또는 그 합금을 이용하여 GaAs기판(11) 하면에 n측 전극(18)을 형성함으로써 2파장 반도체 레이저(10)를 제조할 수 있다.
이와 같이, 2개의 서로 다른 파장의 반도체 레이저(10)를 동일 기판(11) 상에 형성하여 하나의 칩으로 집적화시킬 수 있다. 따라서, 각 반도체 레이저를 별도를 제조한 후에 동일기판 상에 다이본딩방식으로 결합시키는 방식에 비해, 별도의 제조공정과 추가적인 본딩공정을 생략할 수 있어 공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 칩 다이본딩시에 야기될 수 있는 정렬불량문제를 해결할 수 있다.
하지만, 도1에서 설명된, 종래의 다파장 반도체 레이저제조방법은 2파장(650㎚ 및 780㎚) 반도체 레이저를 위한 제조방법으로만 제한적으로 사용되고 있을 뿐이며, 보다 단파장광을 추가한 3파장 반도체 레이저 제조방법으로서 적용될 수 없다. 일반적으로 당업계에서 필요한 3파장 반도체 레이저는 650㎚ 및 780㎚파장광과 그 보다 낮은 405㎚파장을 발진할 수 있는 다파장 반도체 레이저이다. 이러한 405㎚파장을 위한 반도체 레이저를 제조하기 위해서는 GaN계 에피택셜층이 요구되므로, 상기 다파장 반도체 레이저는 하나의 기판에서 성장시킬 수 없다는 문제가 있다.
보다 구체적으로, 650㎚ 반도체 레이저를 위한 AlGaAs 에피택셜층과 750㎚ 반도체 레이저를 위한 AlGaInP 에피택셜층은 격자상수(약 5.6Å)가 유사하여 GaAs기판과 같은 동일 기판 상에서 성장될 수 있으나, GaN 에피택셜층의 격자상수는 약 3.2Å이므로 GaAs기판 상에 성장되는 경우에 많은 결정결함이 발생되어 실제 적용 이 어렵다. 즉, GaN 에피택셜층을 성장하기 위해서는 동종기판인 GaN기판, 사파이어기판, SiC기판 등과 같이 고유한 질화물 반도체 성장용 기판이 요구되므로, 실질적으로 종래의 2파장 반도체 레이저 제조방법에 따라서, 예를 들어 650㎚, 780㎚ 및 405㎚파장광을 발진하는 다파장 반도체 레이저를 제조하는 것이 불가능하다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 GaN 에피택셜층을 다른 기판에 성장시킨 후에, 분리 및 접합공정을 이용하여 3파장광을 출력할 수 있는 다파장 반도체 레이저의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 다파장 반도체 레이저의 제조방법으로 제조될 수 있는 새로운 구조를 갖는 다파장 반도체 레이저를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,
질화물 단결정 성장을 위한 기판을 마련하는 단계와, 상기 질화물 단결정 성장용 기판 상에 제1 도전형 제1 클래드층, 제1 활성층 및 제2 도전형 제1 클래드층으로 순차적으로 성장시켜 질화물 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 질화물 단결정 성장용 기판으로부터 상기 질화물 에피택셜층을 분리하는 단계와, 상기 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판 상에 접합시키는 단계와, 상기 제1 도전형 기판 의 일영역이 노출되도록 상기 질화물 에피택셜층을 선택적으로 제거하여 제1 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 일부상면에 상기 제1 반도체 레이저 구조와 분리되도록, 상기 제1 도전형 제2 클래드층, 제2 활성층 및 제2 도전형 제2 클래드층이 순차적으로 성장된 제2 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 다른 일부 상면에 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 구조와 분리되도록, 상기 제1 도전형 제3 클래드층, 제3 활성층 및 제2 도전형 제3 클래드층이 순차적으로 성장된 제3 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 기판의 하면과 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저구조의 각 제2 도전형 클래드층에 접속되는 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 다파장 반도체 레이저 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 제3 반도체 레이저구조를 형성하는 단계 후, 상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조의 각 제2 도전형 클래드층을 선택적으로 에칭하여 리지구조로 형성하는 단계와, 상기 리지구조의 상단면을 제외한 상기 제2 도전형 클래드층 상면에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 이 경우에, 상기 제2 전극은 상기 리지구조의 상단면을 통해 각각의 제2 도전형 클래드층에 접속된다.
또한, 상기 절연층을 형성하는 단계에서, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 의 측면까지 연장되도록 상기 절연층을 형성할 수 있다. 상기 절연층은 SiO2 또는 Si3N4일 수 있다.
나아가, 상기 질화물 에피택셜층을 분리하는 단계는, 상기 기판의 하면에 레이저를 조사하여 상기 질화물 에피택셜층을 리프트오프시키는 공정으로 실시될 수 있다. 이 경우에, 추가적으로 상기 레이저를 조사하기 전에 상기 질화물 단결정 성장용 기판의 하면에 대해 래핑을 실시하여 그 두께를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판 상에 접합시키는 단계는, 고온에서 상기 분리된 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판의 상면에 가압하여 접합시키는 공정으로 실시될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 제2 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계는, 상기 제1 반도체 레이저 구조가 형성된 상기 제1 도전형 기판의 상면에 제1 도전형 제2 클래드층, 제2 활성층 및 제2 도전형 제2 클래드층을 순차적으로 성장시켜 상기 제2 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 일부상면에 상기 제1 반도체 레이저 구조와 분리되어 제2 반도체 레이저 구조가 형성되도록, 상기 제2 반도체 레이저를 위한 에피택셜층를 선택적으로 제거하는 단계로 구현될 수 있다.
이와 유사하게, 상기 제3 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계는, 상기 제1 및 제2 반도체 레이저구조가 형성된 상기 제1 도전형 기판의 상면에 제1 도전형 제3 클래드층, 제3 활성층 및 제2 도전형 제3 클래드층을 순차적으로 성장시켜 상기 제3 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 형성하는 단계와, 상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 다른 일부상면에 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 구조와 분리되어 제3 반도체 레이저 구조가 형성되도록, 상기 제3 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 선택적으로 제거하는 단계로 구현될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조는 상기 제1 도전형 기판의 일측으로부터 순서대로 형성된다. 또한, 상기 질화물 단결정 성장용 기판은 사파이어기판, SiC기판 또는 GaN기판일 수 있으며, 상기 질화물 에피택셜층은 GaN계 반도체물질일 수 있다.
나아가, 상기 제1 도전형 기판은 제1 도전형 GaAs기판이며, 상기 제2 반도체 레이저구조를 위한 에피택셜층은 AlGaAs계 반도체물질이고, 상기 제3 반도체 레이저구조를 위한 에피택셜층은 AlGaInP계 반도체물질일 수 있다.
본 발명은 새로운 구조를 갖는 3파장 반도체 레이저를 제공한다. 상기 반도체 레이저는 제1 내지 제3 영역으로 구분되는 상면을 갖는 제1 도전형 기판과, 상기 제1 도전형 기판의 제1 영역 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 GaN계 클래드 층, GaN계 활성층 및 제2 도전형 GaN계 클래드층을 포함한 제1 반도체 레이저 구조와, 상기 제1 도전형 기판의 제2 영역 상에 형성된 상기 제1 도전형 AlGaAs계 클래드층, AlGaAs계 활성층 및 제2 도전형 AlGaAs계 클래드층을 포함한 제2 반도체 레이저 구조와, 상기 제1 도전형 기판의 제3 영역 상에 형성된 상기 제1 도전형 AlGaInP계 클래드층, AlGaInP계 활성층 및 제2 도전형 AlGaInP계 클래드층을 포함한 제3 반도체 레이저 구조와, 상기 제1 도전형 기판의 하면과 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저구조의 각 제2 도전형 클래드층에 접속되도록 형성된 제1 및 제2 전극을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조의 각 제2 도전형 클래드층은 리지구조를 가지며, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조는 상기 리지구조의 상단면을 제외한 상기 제2 도전형 클래드층 상면에 형성된 절연층을 더 포함하며, 상기 제2 전극은 상기 리지구조의 상단면을 통해 각각의 제2 도전형 클래드층에 접속된다.
본 발명은 성장조건이 다른 에피택셜층으로 구성된 반도체 레이저를 하나의 칩을 구성하기 위해서, 단파장의 제1 반도체레이저를 위한 질화물 에피택셜층을 형성한 후에, 질화물 에피택셜층만을 분리하여 제1 도전형 기판에 접합시키고, 이어 제2 및 제3 반도체 레이저를 형성하는 방안을 제공한다. 특히, 본 발명에서는 보다 고온에서 성장되는 질화물 에피택셜층을 먼저 형성한 후에 이를 분리하여 접합함으 로써 후속 에피택셜성장공정에 대한 다른 층의 원하지 않는 영향(도펀트의 확산 및 열충격 등)을 감소시키고, 동일기판 상에 각 반도체 레이저 구조를 형성하기 위한 에칭공정이 실시되므로, 각 레이저구조가 보다 정밀하게 정렬된 다파장 반도체 레이저를 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명한다.
도2a 내지 도2k는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 3파장 반도체 레이저의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
우선, 도2a와 같이 사파이어기판(21) 상에 단파장(예, 405㎚) 반도체 레이저를 위한 질화물 에피택셜층(25a)을 형성한다. 상기 질화물 에피택셜층(25a)은 제1 도전형 제1 클래드층(22a)과, 활성층(23a) 및 제2 도전형 제1 클래드층(24a)을 순차적으로 성장시킴으로써 얻어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전형 제1 클래드층(22a,24a)은 각각 n형 Al0.1Ga0.9N층과 n형 GaN층 및, p형 Al0.1Ga 0.9N층과 p형 GaN층을 구성될 수 있으며, 상기 활성층(23a)은, In0.2Ga0.8N/In0.05Ga 0.95N로 구성된 다중양자우물구조로 구성될 수 있다.
상기 질화물 에피택셜층(25a)은 유기금속화학기상증착(MOCVD) 또는 분자빔에피택시법(MBE)과 같은 공지의 성장방법으로 형성될 수 있다. 상기 사파이어 기판(21)을 대신하여, 동종기판인 GaN기판 또는 SiC기판과 같은 공지된 다른 질화물 반도체 성장용 기판이 사용될 수 있다.
이어, 도2b와 같이, 사파이어기판(21)으로부터 질화물 에피택셜층(25a)을 분리시킨다. 이러한 분리공정은 레이저를 이용한 리프트오프공정, 드라이에칭법 및, 래핑공정과 같은 공지 방법 또는 그 조합으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 레이저를 이용한 리프트오프공정은 5eV이상의 Nd-YAG 레이저를 사파이어 기판(21) 하면에 대해 조사하여 질화물 에피택셜층(25a)과 사파이어기판(21)의 계면부근 결정층을 용융시켜 질화물 에피택셜층(25a)을 용이하게 리프트오프시킬 수 있다. 이와 달리, 사파이어 기판(21)에 대해 드라이에칭 또는 래핑공정을 적용하여, 화학적 또는 기계적으로 제거하는 방법을 사용할 수 있으며, 이러한 드라이에칭 또는 래핑공정은 상술된 레이저를 이용한 리프트오프공정과 조합되어 실시될 수 있다. 대표적인 예로서, 래핑공정을 통해 사파이어 기판(21)의 두께를 감소시킨 후에, 레이저를 조사하여 질화물 에피택셜층(25a)을 분리하는 공정이 바람직하게 사용될 수 있다.
다음으로, 도2c와 같이, 분리된 질화물 에피택셜층(25a)을 제1 도전형 기판(31) 상에 접합시킨다. 상기 제1 도전형 기판(31)은 후속 성장될 에피택셜층의 성장기판으로서 적합한 n형 GaAs기판일 수 있다. 본 접합공정은 도전성 접착제를 이용할 수 있으나, 바람직하게는 고온에서 소정의 압력으로 가압함으로써 실시될 수도 있다. 예를 들어, 질화물 에피택셜층(25a)을 제1 도전형 기판(31)에 배치하 고, 약 5㎏/㎠의 압력으로 가압한 채로, 500℃의 온도에서 약 20분간 가열시킴으로써 질화물 에피택셜층(25)과 n형 GaAs기판(31)을 접합시킬 수 있다.
이어, 도2d와 같이, 포토리소그래피과 드라이에칭공정을 이용하여 상기 제1 도전형 기판(31)의 일영역이 노출되도록 상기 질화물 에피택셜층(도2c의 25a)을 선택적으로 제거한다. 본 공정에서 에칭된 결과로 얻어진 질화물 에피택셜층(도2c의 25)은 제1 반도체 레이저 구조(20a)로 형성될 수 있다. 또한, 에칭되어 노출된 제1 도전형 기판(31) 상면은 후속공정에서 제2 및 제3 반도체 레이저 구조가 형성될 영역으로서 제공된다.
즉, 상기 제1 도전형 기판(31)의 일영역 중 일부상면에는 상기 제1 반도체 레이저구조(20a)와 분리되도록, 상기 제1 도전형 제2 클래드층(22b), 제2 활성층(23b) 및 제2 도전형 제2 클래드층(24b)을 순차적으로 성장시킴으로써, 제2 반도체 레이저 구조(20b)를 형성한다(도2f 참조). 또한, 상기 제1 도전형 기판(31)의 일영역 중 다른 일부 상면에 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 구조(20a,20b)와 분리되도록, 상기 제1 도전형 제3 클래드층(22c), 제3 활성층(23c) 및 제2 도전형 제3 클래드층(24c)을 순차적으로 성장시킴으로써 제3 반도체 레이저 구조(20c)를 형성한다(도2h 참조).
이하, 상기 제2 및 제3 반도체 레이저구조의 형성공정은 도2e 및 도2f와, 도2g 및 도2h를 참조하여 설명한다.
우선, 도2e와 같이, 상기 제1 반도체 레이저 구조(20a)가 형성된 상기 제1 도전형 기판(21)의 상면에 제2 반도체 레이저구조를 위한 에피택셜층(25b)을 형성한다. 상기 제2 반도체 레이저를 위한 에피택셜층(25b)은 제1 도전형 제2 클래드층(22b), 제2 활성층(23b) 및 제2 도전형 제2 클래드층(24b)을 순차적으로 성장시킴으로써 얻어질 수 있다. 상기 에피택셜층(25b)이 780㎚파장광을 위한 반도체 레이저로 설계될 경우에, 제1 도전형 및 제2 도전형 제2 클래드층(22b,24b)은 n형 및 p형 Al0.5Ga0.5As층일 수 있으며, 활성층(23b)은 Al0.1Ga0.9 As/Al0.35Ga0.65As로 이루어진 다중양자우물구조일 수 있다.
이어, 도2f와 같이, 상기 제1 도전형 기판(31)의 일영역 중 일부상면에 한하여 제2 반도체 레이저 구조(20b)가 형성되도록, 상기 AlGaAs 에피택셜층(25b)을 선택적으로 에칭한다. 본 에칭공정에서는 제1 반도체 레이저구조(20a)의 상면과 제1 및 제2 반도체 레이저 구조(20b) 사이에 위치한 AlGaAs계 에피택셜층(25b)부분을 제거함으로써, 잔류한 제2 반도체 레이저 구조(20b)를 상기 제1 반도체 레이저 구조(20a)와 분리시키며, 상기 제1 도전형 기판(31)의 다른 일부상면에 AlGaAs 에피택셜층(25b)을 제거함으로써 제1 도전형 기판(31)의 상면이 부분적으로 다시 노출시킨다.
다음으로, 도2g와 같이, 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 구조(20a,20b)가 형 성된 상기 제1 도전형 기판(31)의 상면에 제3 반도체 레이저를 위한 에피택셜층(25c)을 형성한다. 상기 제3 반도체 레이저를 위한 에피택셜층(25c)은 제1 도전형 제3 클래드층(22c), 제3 활성층(23c) 및 제2 도전형 제3 클래드층(24c)을 순차적으로 성장시킴으로써 얻어질 수 있다. 상기 에피택셜층(25c)이 650㎚파장광을 위한 반도체 레이저로 설계되는 경우에, 제1 도전형 및 제2 도전형 제2 클래드층(22c,24c)은 n형 및 p형 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P층일 수 있으며, 활성층(23c)은 InGaP/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P층으로 이루어진 다중양자우물구조일 수 있다.
이어, 도2h와 같이, 상기 제1 도전형 기판(31)의 일영역 중 나머지 일부상면에 제3 반도체 레이저 구조(20c)가 형성되도록, 상기 AlGaInP계 에피택셜층(25c)을 선택적으로 에칭한다. 본 에칭공정에서는 제1 및 제2 반도체 레이저 구조(20a,20b)의 상면과 각 반도체 레이저구조(20a,20b,20c) 사이에 위치한 AlGaInP계 에피택셜층(25c)을 제거함으로써, 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조(20a,20b,20c)를 서로 분리시킨다.
또한, 바람직하게는 도2i와 같이 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조(20a,20b,20c)의 각 제2 도전형 클래드층(24a,24b,24c)을 리지구조로 형성하기 위한 에칭공정을 도입할 수 있다. 상기 리지구조의 폭은 약 2∼7㎛을 갖도록 형성될 수 있다. 본 공정을 통해 얻어진 리지구조는 제2 도전형 클래드층(24a,24b,24c) 을 통해 주입되는 전류효율을 증가시킬 수 있다.
다음으로, 도2j와 같이, 상기 리지구조의 상단면을 제외한 상기 제2 도전형 클래드층(24a,24b,24c) 상면에 절연층(32)을 형성한다. 상기 절연층(32)은 전류제한층으로서 채용된다. 바람직하게, 상기 절연층(32)은 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조(20a,20b,20c)의 측면까지 연장되도록 기판(31) 전면에 대해 형성될 수 있다. 이로써, 상기 절연층(32)은 리지구조를 위한 전류제한층뿐만 아니라, 통상의 페시베이션층으로서 사용될 수도 있다. 이러한 절연층(32)으로는 SiO2 또는 Si3N4 가 사용될 수 있다.
끝으로, 도2k와 같이, 상기 제1 도전형 기판(31)의 하면에 제1 전극(38)을 각각 형성하고, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저구조(20a,20b,20c)의 제2 도전형 클래드층(24a,24b,24c)에 접속되도록 제2 전극(39a,39b,39c)을 각각 형성한다. 본 실시형태와 같이, 상기 제2 전극(39a,39b,39c)은 상기 리지구조의 상단면을 통해 각각의 제2 도전형 클래드층(24a,24b,24c)에 접속되도록 각 반도체 레이저구조(20a,20b,20c)의 상면에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(38)은 AuGe, Au, Ni 또는 그 합금으로 구성될 수 있으며, 상기 제2 전극(39a,39b,39c)은 Ti, Pt, Ni 및 Au로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있다. 이로써, 고유한 파장을 발진하는 3개의 반도체 레이저(20a,20b,20c)를 동일 한 기판(31)에 구비한 3파장 반도체 레이저(30)를 제조할 수 있다.
도2k에 도시된 바와 같이, 본 발명을 통해 얻어진 3파장 반도체 레이저(30)는 제1 도전형 기판(31) 상에 GaN계 물질로 이루어진 제1 반도체 레이저(20a)와, AlGaAs계 물질로 이루어진 제2 반도체 레이저(20b)와, AlGaInP계 물질로 이루어진 제3 반도체 레이저(20c)를 동시에 집적화시킬 수 있다. 또한, GaN계 물질로 구성된 제1 반도체 레이저(20a)는 별도의 질화물 반도체 성장용 기판에서 성장시킨 후에 분리되어 접합되며, 제2 및 제3 반도체 레이저(20b,20c)의 성장공정을 용이하게 실시하기 위해서, 바람직하게는 제1 도전형 기판(31)의 일측에 배치하는 것이 바람직하며, 제2 및 제3 반도체 레이저(20b,20c)도 성장순서에 따라 그 일측으로부터 순서대로 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 리지구조와 전류제한층을 채용하는 경우에, 본 발명에서 각각의 제2 도전형 클래드층(24a,24b,24c)의 절연층(32)으로 구성된 전류제한층을 제공한다. 종래의 역접합을 잉용한 전류제한층은 성장조건이 다른 제2 도전형 제1 클래드층(GaN계 물질)이 존재하므로, 3개의 반도체 레이저에 대해 동시에 형성하기 위해서 통상의 절연층(32)을 전류제한층으로서 채용하는 방안을 제공한다. 또한, 상기 절연층은 각 반도체 레이저(20a,20b,20c)의 페시베이션층으로서도 제공되도록 각 반도체 레이저의 측면까지 형성된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 405㎚파장의 반도체 레이저와 같이 GaN계 반도체 레이저구조를 포함한 3파장 반도체 레이저를 제조하기 위해서 GaN계 반도체 레이저를 질화물 반도체성장용 기판에 성장시킨 후에, 분리시키고 이를 다시 GaAs기판과 같은 제1 도전형 기판에 다시 접합하여, 나머지 2개의 파장에 해당하는 반도체 레이저구조를 형성함으로써 동일한 기판 상에서 성장될 수 없는 반도체 레이저를 하나의 칩으로 집적화시킬 수 있다.
또한, 반도체 레이저를 위한 에피택셜층이 최종 기판에 제공된 상태에서 제조되므로, 완성된 반도체 레이저를 각각 접합시킬 때에 발생되는 정렬불량문제를 해결하는 동시에 보다 간소화된 공정을 통해 우수한 3파장 반도체 레이저를 제조할 수 있다.

Claims (18)

  1. 질화물 단결정 성장을 위한 기판을 마련하는 단계;
    상기 질화물 단결정 성장용 기판 상에 제1 도전형 제1 클래드층, 제1 활성층 및 제2 도전형 제1 클래드층으로 순차적으로 성장시켜 질화물 에피택셜층을 형성하는 단계;
    상기 질화물 단결정 성장용 기판으로부터 상기 질화물 에피택셜층을 분리하는 단계;
    상기 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판 상에 접합시키는 단계;
    상기 제1 도전형 기판의 일영역이 노출되도록 상기 질화물 에피택셜층을 선택적으로 제거하여 제1 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 일부상면에 상기 제1 반도체 레이저와 분리되도록, 상기 제1 도전형 제2 클래드층, 제2 활성층 및 제2 도전형 제2 클래드층이 순차적으로 성장된 제2 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계;
    상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 다른 일부 상면에 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 구조와 분리되도록, 상기 제1 도전형 제3 클래드층, 제3 활성층 및 제2 도전형 제3 클래드층이 순차적으로 성장된 제3 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계; 및,
    상기 제1 도전형 기판의 하면과 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저구조의 각 제2 도전형 클래드층에 접속되는 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 다 파장 반도체 레이저 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계 후, 상기 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조의 각 제2 도전형 클래드층을 선택적으로 에칭하여 리지구조로 형성하는 단계와, 상기 리지구조의 상단면을 제외한 상기 제2 도전형 클래드층 상면에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제2 전극은 상기 리지구조의 상단면을 통해 각각의 제2 도전형 클래드층에 접속되는 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연층을 형성하는 단계는, 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저의 측면까지 연장되도록 상기 절연층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2 또는 Si3N4인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 질화물 에피택셜층을 분리하는 단계는, 상기 기판의 하면에 레이저를 조사하여 상기 질화물 에피택셜층을 리프트오프시키는 단계인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 질화물 에피택셜층을 분리하는 단계는, 상기 레이저를 조사하기 전에 상기 질화물 단결정 성장용 기판의 하면에 대해 래핑을 실시하여 그 두께를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판 상에 접합시키는 단계는, 고온에서 상기 분리된 질화물 에피택셜층을 제1 도전형 기판의 상면에 가압하여 접합시키는 단계인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계는,
    상기 제1 반도체 레이저 구조가 형성된 상기 제1 도전형 기판의 상면에 제1 도전형 제2 클래드층, 제2 활성층 및 제2 도전형 제2 클래드층을 순차적으로 성장 시켜 상기 제2 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 일부상면에 상기 제1 반도체 레이저 구조와 분리되어 제2 반도체 레이저 구조가 형성되도록, 상기 제2 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 다파장 반도체 레이저 소자 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반도체 레이저 구조를 형성하는 단계는,
    상기 제1 및 제2 반도체 레이저구조가 형성된 상기 제1 도전형 기판의 상면에 제1 도전형 제3 클래드층, 제3 활성층 및 제2 도전형 제3 클래드층을 순차적으로 성장시켜 상기 제3 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 도전형 기판의 일영역 중 다른 일부상면에 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 구조와 분리되어 제3 반도체 레이저 구조가 형성되도록, 상기 제3 반도체 레이저를 위한 에피택셜층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조는 상기 제1 도전형 기판의 일측으로부터 순서대로 형성된 것을 특징으로 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 질화물 단결정 성장용 기판은 사파이어기판, SiC기판 또는 GaN기판이며,
    상기 질화물 에피택셜층은 GaN계 반도체물질인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전형 기판은 제1 도전형 GaAs기판이며,
    상기 제2 반도체 레이저 구조를 위한 에피택셜층은 AlGaAs계 반도체물질이며, 상기 제3 반도체 레이저 구조를 위한 에피택셜층은 AlGaInP계 반도체물질인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저 제조방법.
  13. 제1 내지 제3 영역으로 구분되는 상면을 갖는 제1 도전형 기판;
    상기 제1 도전형 기판의 제1 영역 상에 순차적으로 형성된 제1 도전형 GaN계 클래드층, GaN계 활성층 및 제2 도전형 GaN계 클래드층을 포함한 제1 반도체 레이저 구조;
    상기 제1 도전형 기판의 제2 영역 상에 형성된 상기 제1 도전형 AlGaAs계 클래드층, AlGaAs계 활성층 및 제2 도전형 AlGaAs계 클래드층을 포함한 제2 반도체 레이저 구조;
    상기 제1 도전형 기판의 제3 영역 상에 형성된 상기 제1 도전형 AlGaInP계 클래드층, AlGaInP계 활성층 및 제2 도전형 AlGaInP계 클래드층을 포함한 제3 반도체 레이저 구조; 및,
    상기 제1 도전형 기판의 하면과 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저구조의 각 제2 도전형 클래드층에 접속되도록 형성된 제1 및 제2 전극을 포함하는 다파장 반도체 레이저.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조의 각 제2 도전형 클래드층은 리지구조를 가지며,
    상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조는 상기 리지구조의 상단면을 제외한 상기 제2 도전형 클래드층 상면에 형성된 절연층을 더 포함하며, 상기 제2 전극은 상기 리지구조의 상단면을 통해 각각의 제2 도전형 클래드층에 접속되는 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 제1 내지 제3 반도체 레이저의 측면까지 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 절연층은 SiO2 또는 Si3N4인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 반도체 레이저 구조는 상기 제1 도전형 기판의 일측으로부터 순서대로 형성된 것을 특징으로 다파장 반도체 레이저.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제1 도전형 기판은 제1 도전형 GaAs기판인 것을 특징으로 하는 다파장 반도체 레이저.
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