KR100634517B1 - 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

레이저 다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

레이저 다이오드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 레이저 다이오드는, 기판; 기판 상에 형성되는 것으로, 전류통과 영역들과 상기 전류통과 영역들의 양측에 위치하며 산화물로 이루어지는 전류차단 영역들을 포함하고, 전류통과 영역들의 폭은 서로 다른 복수의 물질층; 및 물질층의 상부에 형성되는 레이저 발진층;을 구비한다.

Description

레이저 다이오드 및 그 제조방법{Laser diode and method of fabricating the same}
도 1은 종래 레이저 다이오드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101... 기판 102... 버퍼층
104... 하부클래드층 105... 활성층
106... 상부클래드층 107... 통전용이층
108... 캡층 113... p-전극
114... n-전극 121,123,125... 물질층
121a,123a,125a... 전류통과 영역
121b,123b,125b... 전류차단 영역
본 발명은 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 전류통과 영역의 크기를 용이하게 조절할 수 있고, 그 제조 공정이 단순한 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 레이저 다이오드는 비교적 소형이면서 레이저 발진을 위한 임계 전류(threshold current)가 일반 레이저 장치에 비해 작다는 점 등의 특징 때문에 통신 분야나 광 디스크가 사용되는 플레이어에서 고속 데이터 전송이나 고속 데이터 기록 및 판독을 위한 소자로 널리 사용되고 있다.
도 1에는 종래 레이저 다이오드의 단면이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, n-GaAs 기판(1) 상에 n-GaAs 하부버퍼층(2), p--GaInP 전류차단층(3), n-AlInGaP 하부클래드층(4), InGaP 활성층(5), p-AlInGaP 상부클래드층(6), p-InGaAs 상부버퍼층(7), p+-GaAs 캡층(8)이 순차적으로 적층되어 있다. 상기 전류차단층(3)은 하부버퍼층(2) 위에 상호 소정거리 이격되어 분리 형성되어 있다. 그리고, 기판(1) 및 캡층(8)의 상면에는 각각 n-전극(14) 및 p-전극(13)이 형성되어 있다. 여기서, 전류차단층(3)에서의 첨두부호 p--는 통상적인 P형 반도체를 형성하기 위해 p-로 표기되는 p형 도핑레벨보다 약간 낮은 도핑레벨이 적용된 것을 나타낸 것이고, 캡층(8)에서의 p+-는 통상적인 P형 반도체를 형성하기 위해 p-로 표기되는 p형 도핑레벨보다 약간 높은 도핑레벨이 적용된 것을 나타낸 것이다. 그리고, 참조부호 11은 레이저 광이 방사되는 광빔방사 영역, 참조부호 12는 제한된 전류를 통과시키는 전류통과 영역을 나타낸다.
상기와 같은 구조의 레이저 다이오드는 전류차단층(3)과 전류통과 영역(12)에 의하여 형성된 V-채널에 의하여 횡모드 제어를 용이하게 제어할 수 있으며, 발진 개시전류를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 상기와 같은 레이저 다이오드를 제조하기 위해서는 두 번의 성장이 필요하고, 또한 2차 성장 전에 리소그래피(lithography) 공정을 해야하는 문제가 있다. 그리고, 상기 V-채널은 매우 좁은 영역이므로 양질의 활성층을 성장시키기가 어려우며, 성장된 활성층도 불완전하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전류통과 영역의 크기를 용이하게 조절할 수 있고, 그 제조 공정이 단순한 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명에 따른 레이저 다이오드는,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 것으로, 전류통과 영역들과 상기 전류통과 영역들의 양측에 위치하며 산화물로 이루어지는 전류차단 영역들을 포함하고, 상기 전류통과 영역들의 폭은 서로 다른 복수의 물질층; 및
상기 물질층의 상부에 형성되는 레이저 발진층;을 구비한다.
여기서, 상기 기판은 n-GaAs로 이루어 질 수 있다. 이 경우, 상기 전류통과 영역은 n-AlXGa1-XAs(0.5≤X≤1)으로 이루어지고, 상기 전류차단 영역은 상기 n-AlXGa1-XAs의 산화물로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 물질층들 사이에는 n-GaAs층이 형성될 수 있다.
상기 전류통과 영역의 폭은 0.5㎛ ~ 100㎛인 것이 바람직하며, 상기 물질층 각각의 두께는 20nm ~ 1000nm인 것이 바람직하다.
상기 물질층들은 기판 쪽으로 갈수록 두꺼운 두께를 가지거나 기판 쪽으로 갈수록 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 물질층들의 Al 함량은 기판 쪽으로 갈수록 높거나, 기판 쪽으로 갈수록 낮을 수 있다.
상기 레이저 발진층은 활성층과 상기 활성층의 상하에 각각 형성되는 상부 및 하부클래드층을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 활성층은 InGaP로 이루어지며, 상기 상부 및 하부클래드층은 각각 p-InGaAlP 및 n-InGaAlP로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기판과 물질층 사이에는 n-GaAs로 이루어진 버퍼층이 형성될 수 있으며, 상기 레이저 발진층의 상부에는 p-GaAs로 이루어진 캡층이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 레이저 발진층과 캡층 사이에는 p-InGaP로 이루어진 통전용이층이 형성 될 수 있다.
상기 기판의 하면 및 캡층의 상면에는 각각 n-전극과 p-전극이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조방법은,
n-GaAs 기판 상에 n-GaAs 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 n-GaAs 버퍼층 위에 복수의 n-AlXGa1-XAs(0.5≤X≤1)층을 형성하는 단계;
상기 n-AlXGa1-XAs층 위에 n-InGaAlP 하부클래드층, InGaP 활성층 , p-InGaAlP 상부클래드층, p-InGaP 통전용이층 및 p-GaAs 캡층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 n-AlXGa1-XAs층들의 양측을 산화시켜 서로 다른 폭들을 가지는 전류통과 영역들 및 전류차단 영역들을 형성하는 단계; 및
상기 n-GaAs 기판의 하면 및 p-GaAs 캡층의 상면에 각각 n-전극 및 p-전극을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 n-AlXGa1-XAs층들의 양측은 선택적 습식산화방법에 의하여 산화되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드는 기판(101)과, 상기 기판(101) 상부에 형성되는 복수의 물질층(121,123,125)과, 상기 물질층들(121,123,125)의 상부에 형성되는 레이저 발진층을 포함한다.
상기 기판(101)으로는 n-GaAs 기판이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 기판(101)의 상면에는 n-GaAs로 이루어진 버퍼층(102)이 더 형성될 수 있다.
상기 버퍼층(102)의 상면에는 복수의 물질층(121,123,125)이 형성된다. 이때, 상기 물질층들(121,123,125) 각각은 대략 20nm ~ 1000nm의 두께로 형성될 수 있다. 한편, 도 2에서는 3개의 물질층(121,123,125)이 형성된 경우가 도시되어 있지만, 본 실시예에서는 이에 한정되지 않고 다양한 개수의 물질층이 형성될 수 있다. 한편, 상기 물질층들(121,123,125) 사이에는 n-GaAs 층들(122,124)이 형성될 수 있으며, 최상부 물질층(125)의 상면에는 n-GaAs층(126)이 더 형성될 수 있다.
그리고, 상기 물질층들(121,123,125) 각각은 전류통과 영역(121a,123a,125a)과 각 전류통과 영역(121a,123a,125a)의 양측에 마련되는 전류차단 영역(121b,123b,125b)을 포함한다. 이때, 상기 전류통과 영역들(121a,123a,125a) 각각은 대략 1.5㎛ ~ 100㎛의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 전류통과 영역들(121a,123a,125a)은 n-AlXGa1-XAs(0.5≤X≤1)으로 이루어질 수 있으며, 상기 전류차단 영역들(121b,123b,125b)은 상기 n-AlXGa1-XAs을 습식산화시켜 형성된 n-AlXGa1-XAs 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 폭은 상기 물질층들(121,123,125)의 두께를 달리함으로써 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 물질층들(121,123,125)이 기판(101) 쪽으로 갈수록 두껍게 형성되면, 상기 n-AlXGa1-XAs의 산화 속도가 빨라지므로 도 2에 도시된 바와 같이 기판(101) 쪽으로 가면서 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 폭이 좁아지게 된다. 한편, 본 실시예에서는 기판(101) 쪽으로 가면서 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 폭이 넓어지도록 상기 물질층들(121,123,125)을 기판(101) 쪽으로 갈수록 얇게 형성할 수 있다.
또한, 상기 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 폭은 상기 n-AlXGa1-XAs의 Al 함량을 달리함으로써 조절 될 수도 있다. 구체적으로, 기판(101) 쪽으로 갈수록 Al 함량이 높은 물질층들(121,123,125)이 형성되면, 상기 n-AlXGa1-XAs의 산화 속도가 빨라지므로 기판(101) 쪽으로 가면서 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 폭은 좁아지게 된다. 한편, 본 실시예에서는 기판(101) 쪽으로 가면서 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 폭이 넓어지도록 기판(101) 쪽으로 갈수록 Al 함량이 낮은 물질층들을 형성할 수 있다.
상기 물질층들(121,123,125)의 상부에 형성되는 레이저 발진층은 활성층(105)과, 상기 활성층(105)의 상하부에 각각 형성되는 상부클래드층(106) 및 하부클래드층(104)을 포함한다. 여기서, 상기 활성층(105)은 InGaP로 이루어질 수 있 다. 그리고, 상기 상부클래드층(106) 및 하부클래드층(104)은 각각 p-InGaAlP 및 n-InGaAlP로 이루어질 수 있다.
상기 상부클래드층(106)의 상면에는 p-InGaP로 이루어진 통전용이층(107)이 형성되어 있으며, 상기 통전용이층(107)의 상면에는 p-GaAs로 이루어진 캡층(108)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 기판(101)의 하면 및 캡층(108)의 상면에는 각각 n-전극(114) 및 p-전극(113)이 형성되어 있다.
이하에서는 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 3a를 참조하면, n-GaAs 기판(101)의 상면에 n-GaAs 버퍼층(102)을 형성한다. 그리고, 상기 버퍼층(102)의 상면에 복수의 n-AlXGa1-XAs층(0.5≤X≤1)층(121',123',125')을 형성한다. 상기 n-AlXGa1-XAs층들(121',123',125')은 전류통과 영역의 폭을 조절하기 위하여 두께를 달리하여 형성하거나 Al의 함량을 달리하여 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 n-AlXGa1-XAs층들(121',123',125') 사이에는 n-GaAs층들(122,124)이 형성될 수 있으며, 최상부 n-AlXGa1-XAs층(125')의 상면에는 n-GaAs층(126)이 형성될 수 있다. 다음으로, 상기 n-GaAs층(126)의 상부에 n-InGaAlP 하부클래드층(104), InGaP 활성층(105), p-InGaAlP 상부클래드층(106), p-InGaP 통전용이층(107) 및 p-GaAs 캡층(108)을 순차적으로 형성한다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 도 3에 도시된 결과물의 양측면으로부터 상기 n-AlXGa1-XAs층들(121',123',125')을 선택적 습식산화방법에 의하여 산화시키면 서로 다른 폭을 가지는 전류통과 영역들(121a,123a,125a)과 상기 전류통과 영역들(121a,123a,125a)의 양측에 마련되는 전류차단 영역들(121b,123b,125b)을 포함하는 물질층들(121,123,125)이 형성된다. 여기서, 상기 전류통과 영역들(121a,123a,125a)은 n-AlXGa1-XAs으로 이루어지며, 상기 전류차단층들(121b,123b,125b)은 n-AlXGa1-XAs의 산화물로 이루어진다.
마지막으로, 도 3c를 참조하면, 상기 기판(101)의 하면 및 캡층(108)의 상면에 각각 n-전극(114) 및 p-전극(113)을 형성하면 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드가 완성된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드에 의하면 전류차단 영역을 산화물로 형성함으로써 전류통과 영역의 폭을 자유롭게 조절할 수 있다. 이에 따라, 다중 횡모드 억제 및 인덱스 가이딩(Index Guiding)효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조방법에 의하면 레이저 다이오드를 한번의 성장으로 모놀리식(monolithic)하게 제조할 수 있게 된다.

Claims (23)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 것으로, 전류통과 영역들과 상기 전류통과 영역들의 양측에 위치하며 산화물로 이루어지는 전류차단 영역들을 포함하고, 상기 전류통과 영역들의 폭이 서로 다른 복수의 물질층; 및
    상기 물질층의 상부에 형성되는 레이저 발진층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 n-GaAs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전류통과 영역들은 n-AlXGa1-XAs(0.5≤X≤1)으로 이루어지고, 상기 전류차단 영역들은 상기 n-AlXGa1-XAs의 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질층들 사이에는 n-GaAs층이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류통과 영역들의 폭은 0.5㎛ ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질층 각각의 두께는 20nm ~ 1000nm인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질층들은 기판 쪽으로 갈수록 두꺼운 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질층들은 기판 쪽으로 갈수록 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  9. 삭제
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질층들의 Al 함량은 기판 쪽으로 갈수록 높은 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 물질층들의 Al 함량은 기판 쪽으로 갈수록 낮은 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  12. 삭제
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 레이저 발진층은 활성층과 상기 활성층의 상하에 각각 형성되는 상부 및 하부클래드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 활성층은 InGaP로 이루어지며, 상기 상부 및 하부클래드층은 각각 p-InGaAlP 및 n-InGaAlP로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판과 물질층 사이에는 n-GaAs로 이루어진 버퍼층이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 레이저 발진층의 상부에는 p-GaAs로 이루어진 캡층이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저 발진층과 캡층 사이에는 p-InGaP로 이루어진 통전용이층이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판의 하면 및 캡층의 상면에는 각각 n-전극과 p-전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  19. n-GaAs 기판 상에 n-GaAs 버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 n-GaAs 버퍼층 위에 복수의 n-AlXGa1-XAs(0.5≤X≤1)층을 형성하는 단계;
    상기 n-AlXGa1-XAs층 위에 n-InGaAlP 하부클래드층, InGaP 활성층 , p-InGaAlP 상부클래드층, p-InGaP 통전용이층 및 p-GaAs 캡층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 n-AlXGa1-XAs층들의 양측을 산화시켜 서로 다른 폭을 가지는 전류통과 영역들 및 전류차단 영역들을 형성하는 단계; 및
    상기 n-GaAs 기판의 하면 및 p-GaAs 캡층의 상면에 각각 n-전극 및 p-전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 n-AlXGa1-XAs층들의 양측은 선택적 습식산화방법에 의하여 산화되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 n-AlXGa1-XAs층들 사이에는 n-GaAs층이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 n-AlXGa1-XAs층들은 서로 다른 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 n-AlXGa1-XAs층들은 서로 다른 Al 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
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