KR100679372B1 - 매립된 회절격자를 가진 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

매립된 회절격자를 가진 레이저 다이오드 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 기판 위에 클래드층을 형성하는 제1단계; 상기 클래드층 위에, 광도파층과 상기 광도파층 사이에 개재되도록 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 제2단계; 상기 광도파층 위에 버퍼층을 형성하는 제3단계; 상기 버퍼층을 식각하여 골/마루가 반복되는 구조의 회절격자를 형성하는 제4단계; 상기 회절격자의 골 부분에 매립층을 형성하는 제5단계; 및 상기 매립층 위에 다시 버퍼층과 오믹 컨택층을 순차적으로 형성하는 제6단계;를 포함하는 레이저 다이오드의 제조방법이 개시된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 레이저 다이오드는, p형 기판; 상기 p형 기판 위에 형성되는 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 위에, 광도파층과 상기 광도파층 사이에 개재되도록 형성되는 다중양자우물 구조의 활성층; 상기 광도파층 위에 형성되는 n형 버퍼층; 상기 n형 버퍼층 내에서, 활성층으로부터 이격되는 방향으로 점차 폭이 넓어지는 형태의 매립층이 반복적으로 구비됨으로써 형성되는 회절격자; 및 상기 n형 버퍼층 위에 형성된 오믹 컨택층;을 포함한다.
DFB LD, 회절격자, 습식식각, 5족 원소, 다중양자우물

Description

매립된 회절격자를 가진 레이저 다이오드 및 그 제조방법{LASER DIODE HAVING BURIED GRATING AND FABRICATING METHOD THEREFOR}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 분포 귀환 레이저 다이오드의 구성도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드의 제조방법이 수행되는 과정을 도시하는 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드의 구성도.
도 7은 본 발명에 따라 제공되는 회절격자의 구조를 보여주는 사진.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100...p형 InP 기판 101...p형 InP 클래드층
102...p-InGaAsP 광도파층 103...활성층
104...n-InGaAsP 광도파층 105...n-InP 버퍼층
106...회절격자 107...InGaAsP 매립층
108...n-InGaAs 오믹 컨택층
본 발명은 매립된 회절격자를 가진 레이저 다이오드와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성층, 회절격자 등의 구조 변형을 방지할 수 있는 레이저 다이오드와 그 제조방법에 관한 것이다.
레이저 다이오드 중 특히, 분포 귀환 레이저 다이오드(DFB LD)는 단일모드의 광을 발산하도록 회절격자가 매립되어 있는 구조를 갖는 것으로서, 과거에는 주로 굴절률 결합형(index coupled)에 대한 연구가 이루어졌으나, 최근에는 이득(gain) 혹은 손실(loss) 결합이 추가된 복합(complex) 결합형 분포 귀환 레이저 다이오드에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
도 1에는 종래기술에 따른 복합 결합형 분포 귀환 레이저 다이오드의 일반적인 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 복합 결합형 분포 귀환 레이저 다이오드는 n+-InP 기판(10) 위에, 반절연 InGaAs 회절격자(12)가 매립된 n-InP 버퍼층(11), n-InGaAsP 광도파층(13), 활성층(14), p-InGaAsP 광도파층(15), p-InP 클래드층(16), p+-InGaAs 오믹 컨택층(Ohmic contact layer)(17)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어진다.
도 1에 도시된 종래의 레이저 다이오드에 대한 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 진공챔버 내부에서 n+-InP 기판(10) 위에 n-InP 버퍼층(11)을 성장시키고, n-InP 버퍼층(11)에 Fe이 도핑된 반절연 InGaAs층을 성장시킨다.
이어서, 진공챔버 외부에서 반절연 InGaAs층에 대하여 건식 식각공정을 수행하여 주기적으로 분할된 패턴의 InGaAs 회절격자(12)를 형성한 후 다시 그 위에 n-InP 버퍼층(11)을 성장시키고, 진공챔버 내부에서 n-InP 버퍼층(11) 위에 n-InGaAsP 광도파층(13)과 p-InGaAsP 광도파층(15) 사이에 개재되도록 다중양자우물 구조의 활성층(14)을 성장시킨다.
계속해서, p-InGaAsP 광도파층(15) 위에 p-InP 클래드층(16)과 p+-InGaAs 오믹 컨택층(17)을 차례로 형성하게 되면 레이저 다이오드의 상부구조가 제작된다.
특히, 종래기술에 따른 레이저 다이오드는 n-InP 버퍼층(11)에 매립된 InGaAs 회절격자(12)를 제작하기 위해 홀로그램과 건식 식각법을 사용하는데, 건식 식각법은 쉽게 결정 손상을 유발할 수 있으므로 n-InP 버퍼층(11) 상부에 형성되는 활성층(14)의 품질을 떨어뜨리게 되는 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 활성층이 미리 성장된 상태에서 회절격자가 제작되는 구조의 레이저 다이오드와 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 습식 식각법을 통해 회절격자가 제작될 수 있는 구조의 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 회절격자의 구조적 변형을 방지할 수 있는 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법은 기판 위에, 클래드층, 광도파층 사이에 개재된 활성층, 회절격자가 매립된 버퍼층, 오믹 컨택층을 순차적으로 적층하는 방식으로 수행된다.
즉, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법은, 기판 위에 클래드층을 형성하는 제1단계; 상기 클래드층 위에, 광도파층과 상기 광도파층 사이에 개재되도록 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 제2단계; 상기 광도파층 위에 버퍼층을 형성하는 제3단계; 상기 버퍼층을 식각하여 골/마루가 반복되는 구조의 회절격자를 형성하는 제4단계; 상기 회절격자의 골 부분에 매립층을 형성하는 제5단계; 및 상기 매립층 위에 다시 버퍼층과 오믹 컨택층을 순차적으로 형성하는 제6단계;를 포함한다.
상기 기판으로는 p형 기판이, 상기 클래드층으로는 p형 클래드층이, 상기 버퍼층으로는 n형 버퍼층이 채용될 수 있다.
바람직하게, 상기 제4단계의 식각공정은 습식 식각법으로 수행될 수 있다.
상기 제4단계에서, 상기 회절격자는 마루 부분은 뾰족하고 골 부분은 평탄한 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제5단계에서, 상기 매립층은 회절격자의 마루 부분 높이를 초과하지 않는 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
회절격자의 변형 방지를 위해, 상기 매립층의 형성단계에서는 5족 원소의 분위기 가스를 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, p형 기판; 상기 p형 기판 위에 형성되는 p형 클래드층; 상기 p형 클래드층 위에, 광도파층과 상기 광도파층 사이에 개재되도록 형성되는 다중양자우물 구조의 활성층; 상기 광도파층 위에 형성되는 n형 버퍼층; 상기 n형 버퍼층 내에서, 활성층으로부터 이격되는 방향으로 가면서 점차 폭이 넓어지는 형태의 매립층이 반복적으로 구비됨으로써 형성되는 회절격자; 및 상기 n형 버퍼층 위에 형성된 n형 오믹 컨택층;을 포함하는 레이저 다이오드가 제공된다.
바람직하게, 상기 p형 기판과 n형 버퍼층은 InP로 이루어질 수 있으며, 상기 매립층은 InGaAsP로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 내지 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드의 제조방법이 수행되는 과정이 단계적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 2를 참조하면, 진공챔버 내부에서 p형 InP 기판(100) 위에 p형 InP 클래드층(101)을 성장시킨 후, 다시 p형 InP 클래드층(101) 위에 p-InGaAsP 광도파층(102), 다중 양자우물 구조의 활성층(103), n-InGaAsP 광도파층(104)을 순차적으로 성장시키는 공정이 수행된다.
이어서, n-InGaAsP 광도파층(104) 위에 n-InP 버퍼층(105)을 성장시킨 후, 기판을 진공챔버에서 꺼내어 습식 식각법을 이용해 n-InP 버퍼층(105) 표면에 골/마루 구조가 주기적으로 반복되는 회절격자(도 3의 106 참조)를 형성하는 공정이 수행된다. 여기서, 회절격자(106)는 평탄한 골부분과, 이 골부분에서 경사지게 돌출되어 뾰족하게 형성된 마루 부분을 구비하는 것이 바람직하다.
계속해서, 도 4에 도시된 바와 같이 회절격자(106)의 골부분에 대하여 InGaAsP 매립층(107)을 성장시키는 공정이 수행된다. 이때 InGaAsP 매립층(107)의 두께 t는, 인접하는 InGaAsP 매립층(107)끼리 서로 맞닿는 것을 방지하도록 회절격자(106)의 높이 h를 초과하지 않는 치수를 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게, InGaAsP 매립층(107)을 성장시키는 공정의 수행시 5족 원소의 분위기 가스를 투입하게 되면 회절격자(106)의 구조적 변형을 방지할 수 있다.
회절격자(106)의 골부분에 InGaAsP 매립층(107)을 성장시킨 후에는, 도 5에 도시된 바와 같이 InGaAsP 매립층(107) 위에 다시 n-InP 버퍼층(105)을 성장시키고, 그 위에 n-InGaAs 오믹 컨택층(108)을 형성함으로써 레이저 다이오드의 상부구조 제작공정이 마무리된다.
도 6에는 본 발명에 따라 제공되는 레이저 다이오드의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 레이저 다이오드는 p형 InP 기판(100) 위에, p형 InP 클래드층(101), p-InGaAsP 광도파층(102)과 n-InGaAsP 광도파층(104) 사이에 개재된 다중양자우물 구조의 활성층(103), 회절격자(106)가 매립된 n-InP 버퍼층(105) 및 n-InGaAs 오믹 컨택층(108)이 순차적으로 적층된 구조를 구비한다.
여기서, 특히 회절격자(106)는, 전술한 제조공정에 따라 활성층(103)으로부터 이격되는 방향으로 가면서 점차 폭이 넓어지는 형태의 InGaAsP 매립층(107)이 반복적으로 구비됨으로써 단일모드 광의 발산을 위한 격자구조를 제공하게 된다. 도 7에는 n-InP 버퍼층(105)에 매립된 InGaAsP 매립층(107)에 의해 제공되는 회절격자의 실제 구조가 도시되어 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
이상의 설명과 같이 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법과 그에 따라 제조된 레이저 다이오드는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 미리 활성층을 성장시킨 상태에서 회절격자 제작을 위한 식각공정을 수행하게 되므로 활성층의 품질저하를 방지할 수 있다.
둘째, 회절격자의 패터닝시 습식 식각법을 용이하게 적용함으로써 버퍼층의 결정 손상을 방지할 수 있다.
셋째, 회절격자의 제작시 5족 원소의 분위기 가스를 투입함으로써 격자의 구조적 변형을 방지할 수 있다.
넷째, 매립층의 형성 두께를 제어함으로써 회절격자의 패턴 조절이 자유롭게 이루어질 수 있다.
다섯째, 매립된 회절격자 구조를 통해 이득결합 비율을 극대화 할 수 있으며, 광반사 효과에 민감하지 않아 모드 안정성이 향상되고, 단일모드 발진 수율의 향상 및 스펙트럼 반치폭의 감소 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 기판 위에 클래드층을 형성하는 제1단계;
    상기 클래드층 위에, 광도파층과 상기 광도파층 사이에 개재되도록 다중양자우물 구조의 활성층을 형성하는 제2단계;
    상기 광도파층 위에 버퍼층을 형성하는 제3단계;
    상기 버퍼층을 습식 식각하여 골/마루가 반복되는 구조의 회절격자를 형성하는 제4단계;
    상기 회절격자의 골 부분에 매립층을 형성하는 제5단계; 및
    상기 매립층 위에 다시 버퍼층과 오믹 컨택층을 순차적으로 형성하는 제6단계;를 포함하고,
    상기 제4단계에서, 상기 회절격자는 마루 부분은 뾰족하고 골 부분은 평탄한 구조를 갖도록 형성되고,
    상기 제5단계에서, 상기 매립층은 회절격자의 마루 부분 높이를 초과하지 않는 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 p형 기판이고,
    상기 클래드층은 p형 클래드층이며,
    상기 버퍼층은 n형 버퍼층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 매립층의 형성시 5족 원소의 분위기 가스를 투입하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 p형 기판과 n형 버퍼층은 InP로 이루어지고,
    상기 매립층은 InGaAsP로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광도파층과 p형 클래드층이 InGaAsP로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
  9. p형 기판;
    상기 p형 기판 위에 형성되는 p형 클래드층;
    상기 p형 클래드층 위에, 광도파층과 상기 광도파층 사이에 개재되도록 형성되는 다중양자우물 구조의 활성층;
    상기 광도파층 위에 형성되는 n형 버퍼층;
    상기 n형 버퍼층 내에서, 활성층으로부터 이격되는 위쪽 방향으로 가면서 점차 폭이 넓어지되 서로 맞닿지 않는 형태의 매립층이 반복적으로 구비됨으로써 형성되는 회절격자; 및
    상기 n형 버퍼층 위에 형성된 n형 오믹 컨택층;을 포함하는 레이저 다이오드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 p형 기판과 n형 버퍼층은 InP로 이루어지고,
    상기 매립층은 InGaAsP로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광도파층과 p형 클래드층이 InGaAsP로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
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