KR100748571B1 - 반도체 레이저장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 발광점을 가지는 반도체 레이저장치에 있어서, 발광점에 걸리는 스트레스는 칩 중심으로부터 발광점까지의 거리에 따라 바뀌며, 칩 중심으로부터 멀어짐에 따라서 커지지만, 각 발광점의 간격에는 사용하는 파장대에 의해 제한이 존재하므로, 모든 발광점을 칩 중심부근에 배치할 수는 없다. 본 발명에 따른 반도체 레이저장치는, 2개 이상의 발광점을 가지는 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 발광점 마다 심플 릿지 스트라이프구조를 가지고, 상기 2개 이상의 발광점 중 적어도 하나의 발광점을, 기판의 폭방향의 중심으로부터 상기 기판의 폭에 대하여 0％이상 15％이하의 위치에 배치했다.
발광점, 스트레스, 심플 릿지 스트라이프구조, 반도체 레이저 장치

Description

반도체 레이저장치{SEMICONDUCTOR LASER APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 반도체 레이저의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 반도체 레이저의 제조 공정의 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 반도체 레이저의 제조 공정의 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 반도체 레이저의 광학적 특성을 도시한 도면이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
101 : n형 GaAs기판 103 : 반도체 레이저
105 : 반도체 레이저 107 : 발광점
109 : 발광점 201 : 하부 클래드층
203 : 활성층 205 : 상부 클래드층
209 : 칩 중심 211 : 제1 반도체 레이저
213 : 하부 클래드층 215 : 활성층
217 : 상부 클래드층 221 : 제1 반도체 레이저
303 : 780nm LD발광점 305 : 650nm LD발광점
[기술분야]
본 발명은, 반도체 레이저장치에 관하며, 특히 복수의 발광점을 가지는 모놀리식형의 반도체 레이저장치에 관한 것이다.
[배경기술]
현재, 광 기록매체로서, 컴팩 디스크(CD)나 미니 디스크(MD), 디지털 버서타일 디스크(DVD)등이 알려져 있다. 이들의 기록매체 픽업에 있어서, 예를 들면 DVD 및 CD를 재생하기 위해서는, 광원에 DVD용의 발진파장 650nm레이저와 CD용의 780nm레이저가 필요하게 된다. 또한 광 픽업의 간소화, 소형화 등을 실현하기 위해서는, 하나의 칩으로 650nm 및 780nm양쪽의 파장을 낼 수 있는 모놀리식형의 레이저장치가 유효하다.
이러한 복수의 발광점을 가지는 레이저의 경우, 복수의 발광점을 등간격 또는 칩 중심에 대하여 좌우 대칭형으로 배치하는 구조가 일반적이다. 예를 들면 CD/DVD용의 2개의 발광점을 가지고, 칩 폭이 300㎛인 반도체 레이저에 대해서는, 2개의 발광점을 좌우 대칭으로 배치하므로, 650nm-LD의 발광점은 중심에서 55㎛(18.3％)의 위치가 되도록 제어하는 것이 일반적이다. 250㎛·200㎛로 칩 폭을 변경했을 경우도 중심으로부터 55㎛의 위치(비율22％·27·5％)에 650nm-LD의 발광 점 위치를 제어하는 것이 일반적이다.
칩 폭에 대한 발광점의 위치가 이와 같은 비율의 레이저에 있어서는, 각 발광점부에 걸리는 스트레스가 각 발광점의 좌우에서 서로 다르기 때문에, 동일한 재료, 동일한 방법으로 만들어지는 소자임에도 불구하고 발광점의 위치에 의해 서로 다른 특성의 것이 만들어진다. 2개의 발광점의 위치가 칩 중심에 대하여 비대칭으로 되어 있는 경우에도, 칩 전체의 폭에 대한 발광점의 중심으로부터의 거리에 따라 발광점에 걸리는 스트레스가 바뀌어, 발광의 특성에 영향을 준다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2005-39105호(도 4)
[발명의 개시]
발광점에 걸리는 스트레스는, 칩 중심에서 멀어짐에 따라 커진다. 그 때문에 칩 중심에서 멀어진 위치에 있는 발광점에서는, 발광점의 좌우에 걸리는 스트레스의 비대칭성을 무시할 수 없게 된다. 예를 들면 칩 중심으로부터 오른쪽으로 크게 멀어진 발광점은, 발광점의 오른쪽에 강한 스트레스가 걸리고, 칩의 왼쪽으로 멀어진 발광점에서는 발광점의 왼쪽에 강한 스트레스가 걸리기 때문에, 좌우의 발광점의 특성은 다르게 된다. 또한 특히 off기판(경사 기판)을 사용했을 경우나, 발광점에 가까운 면을 다이본드면으로서 사용할 경우에는, 땜납재를 사용하여 스템 등의 실장부에 접합하므로, 스트레스가 걸리는 쪽이 보다 커지게 되어, 발광점에 걸리는 스트레스의 비대칭성이 현저하게 된다.
특히, 릿지 스트라이프구조의 양단을 반도체 재료로 매립하지 않는 심플 릿 지 스트라이프(simple ridge stripe) 구조인 경우, 걸리는 스트레스가 크므로 이 비대칭성이 주는 영향이 커진다.
이와 같이, 발광점에 걸리는 스트레스는 칩 중심에서 발광점까지의 거리에 의해 바뀐다. 예를 들면 칩 폭 200㎛이며 칩 중심에서 55㎛의 위치에 650nm-LD의 발광점을 가지는 2파장 레이저를, 땜납 등에 의하여 발광점에 가까운 면을 다이본드면으로 다이본드 한 경우, 광학특성에 있어서, 편광각은 -10°를 밑돌고, 편광비도 60정도 까지 떨어지는 것이 실험적 사실로 밝혀지고 있다.
복수의 발광점의 간격에는, 사용하는 파장대에 따라 제한이 존재한다. 예를 들면 일반적으로 사용되는 CD/DVD용의 780nm/650nm 2파장 반도체 레이저장치에서는, 2개의 발광점 사이에 110±10㎛정도의 간격이 필요하다. 따라서 발광점에 걸리는 스트레스의 영향을 적게 하기 위해서, 모든 발광점을 칩 중심부근에 배치할 수는 없다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 해소하기 위해서 행해진 것으로, 2개 이상의 발광점을 가지는 반도체 레이저장치에 있어서, 각각의 발광점에 걸리는 스트레스를 좌우 대칭(균등배치)형에 가까운 형태로 분산하는 것이 아닌, 각각 위치의 소자의 사용 용도로부터 역산하여, 스트레스가 걸리는 방법을 불균일하게 함으로써, 각각의 소자에 있어서 최적인 광학특성을 얻을 수 있는 반도체 레이저장치를 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명에 따른 반도체 레이저장치는, 2개 이상의 발광점을 가지는 반도체 레이저장치에 있어서, 상기 발광점 마다 심플 릿지 스트라이프구조를 가지고, 상기 2개 이상의 발광점 중 적어도 하나의 발광점을, 기판의 폭 방향의 중심으로부터 상기 기판의 폭에 대하여 0％이상 15％이하의 위치에 배치했다. 본 발명의 그 밖의 특징은 이하에 명백하게 한다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
도 1에 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 반도체 레이저의 단면도를 나타낸다. 모놀리식 반도체 레이저는, 반도체 레이저 구조(103, 105)에 있어서 발광점(107, 109)을 가진다.
발광점(107, 109)의 특성은 좌우에서의 스트레스가 걸리는 방법이 다르므로, 광학특성에 영향을 준다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이 발광점에 가까운 면을 다이본드면으로서 사용할 경우, 스템 등의 실장부(113)에 땜납재(111)를 사용하여 접합하므로 스트레스가 걸리는 쪽의 비대칭성이 현저하게 된다. 종래의 반도체 레이저와 비교하여, 본 발명의 반도체 레이저의 발광점(109)은 그 위치가 칩 중심에 가깝기 때문에, 종래의 반도체 레이저의 발광점보다 스트레스가 걸리는 쪽의 비대칭성이 경감된다. 반대로 발광점(107)은, 그 위치가 칩 중심으로부터 멀어지게 되어, 보다 많은 스트레스가 걸린다. 그 때문에 각 발광점의 광학특성은 종래의 반도체 레이저의 발광점과는 다른 특성을 나타낸다. 중심으로부터 발광점까지의 비율 등을 최적화하는 것으로, 특성을 최적화하는 것이 가능하다.
도 2 및 도 3에 본 발명의 실시예에 따른 모놀리식 반도체 레이저의 제조 공정의 개략적인 단면도를 나타낸다. 본 실시예의 모놀리식 반도체 레이저는, 발광 파장655±20nm대의 DVD용 레이저와 발진 파장 785±20nm대의 CD용 레이저의, 서로 다른 2개의 반도체 레이저를 포함한다. 칩 폭 W1은 250㎛이다. 발광점의 간격에는 제한이 있기 때문에, 각종의 발광 파장의 레이저에 대응하기 위해서는 칩 폭은 100㎛이상 필요하며, 지나치게 크면 제조 비용이 증대하므로 300㎛이하로 하는 것이 적당하다.
우선 도 2(a)를 참조하여, 적층구조를 n-GaAs기판(101) 위에 제작한다. 제1 반도체 레이저로서, n-GaAs기판(101)위에, n-AlGaInP 하부 클래드층(201), AlGaAs활성층(203), p-AlGaInP 상부 클래드층(205), p-GaAs캡층(207)을 적층한다. 각 반도체층의 형성은, 예를 들면 MOCVD법을 사용하여 행해진다.
다음에 도 2(b)를 참조하여, 포토그래피 기술·에칭 기술을 사용하고, 칩 중심위치(209)로부터 W2=40㎛의 위치부터 W3=70㎛폭 이외의 거리영역의 적층구조를 제거한다. 제1 반도체 레이저(211)가 형성된다. 도면 중, W4=15㎛이다.
계속해서 도 2(c)를 참조하고, 제2 반도체 레이저(221)로서, 상기 도 2(b)에서 적층구조를 제거한 거리영역 위에 n-AlGaInP하부 클래드층(213), AlGaInP활성층(215), p-AlGaInP상부 클래드층(217), p-GaAs캡층(219)을 적층 한다. 각 반도체층의 형성은, 예를 들면 MOCVD법을 사용해서 행해진다. 제2 반도체 레이저(221)는, 칩 중심위치(209)로부터 제1 반도체 레이저(211)와 같은 방향으로 10㎛의 위치부터 W5=120㎛폭으로 형성한다. 제1 반도체 레이저(211)와 제2 반도체 레이 저(221)의 간격은, W6=30㎛이다.
계속해서, 도 3(a)과 같이 레지스트 마스크(301)를 에칭 마스크에 사용하고, p-AlGaInP 상부 클래드층(207) 및 p-AlGaInP 상부 클래드층(219) 중간까지, 예를 들면 황산계 에천트 등에 의해 제거한다. 이때, 상부 클래드층(207, 209)안에, 예를 들면 InGaP층 등의 에칭 스토퍼층이 되는 에칭에 대하여 선택성을 갖는 층을 삽입해 두면, 보다 고정밀하게 에칭을 제어할 수 있다.
이상의 공정으로, 도 3(b)에 나타나 있는 바와 같은, 릿지 스트라이프구조를 얻을 수 있다. 여기에서, 릿지 스트라이프구조의 양단을 반도체 재료로 매립하지 않도록 하여, 발광점마다 심플 릿지 스트라이프구조를 형성한다. 계속해서 윗면과 이면에 금속전극(도시생략)을 형성함으로써, 모놀리식 반도체 레이저가 완성된다.
이러한 모놀리식 반도체 레이저에서는, 2개의 반도체 레이저(211, 221)의 릿지 스트라이프간격, 즉 발광점(303, 305)이 칩 중심에 대하여 비대칭인 위치, 즉 발광점(303)은 W7=80㎛, 발광점(305)은 W8=30㎛의 위치(칩 비율 12％)의 위치에 형성된다. 발광 파장은 각각 780nm, 650nm이다.
또한 780nm/650nm의 LD 모두 에칭 스토퍼층이 되는 층을 활성층의 상부에 배치해 두면, 원시야상(파·필드·패턴:FFP)등의 광학적 특성을 제어하기 쉬워 유효하다.
또 780nm-LD는 상하 클래드층에 AlGaAs를 사용하는 것이 일반적이며, 상기의 실시예에서는, 제1의 반도체 레이저와 제2의 반도체 레이저를 서로 다른 공정으로 적층구조를 형성해서 제작했지만, 780nm-LD를 650nm-LD와 대략 동일한 클래드층(예 를 들면 AlGaInP)을 사용함으로써 에칭을 동시에 제어할 수 있다. 그 경우, 발광점을 동시에 제작할 수 있다는 장점이 있다. 습식 에칭이 아닌 건조 애칭 등을 사용하면 에칭 레이트 차이를 적게 할 수 있어, 더욱 더 유효하다. 클래드층 혹은 레이저장치를 구성하는 그 밖의 각층의 재료로서, AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)로 구성된 것이나 AlxGayIn1-x-yNzAs1-z(0≤X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)로 구성되는 것을 사용하여 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한 포토리소 그래피기술을 사용함으로써, 2개의 반도체 레이저를 동시에 패터닝할 수도 있다. 또한 포토레지스트 대신에, 다른 내에칭성을 갖는 패턴막을 사용해도 상관없다.
또한 980nm-LD (예를 들면 활성층이 InGaAsP의 것) 및 410nm-LD (예를 들면 활성층이 InAIGaN의 것)등에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 활성층을 구성하는 그 외의 재료로서도 클래드층이나 레이저 장치를 구성하는 그 외의 각 층과 마찬가지로 AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)로 구성되는 것이나 AlxGayIn1-x-yNzAs1-z(0≤X≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)로 구성되는 것을 사용할 수 있다.
이렇게 발광점 위치를 제어한 칩은, 특히 중심에 가까운 위치에 발광점을 가지는 LD의 광학적 특성을 향상시킨다. 도 4는 본 발명의 실시예와 같은 2파장 LD레이저에 있어서, 650nm-LD구조의 칩 중심으로부터 발광점 위치 릿지까지의 비율을 0％∼27 .5％까지 변화시켰을 때의 광학적 특성을 나타낸다. 도 4 (a)에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예와 같은 2파장 LD레이저에 있어서는, 중심으로부터 650nm-LD발광점 위치까지의 비율이 25％를 넘으면, 광학적 특성에 있어서, 특히 편광비 특성이 낮아진다. 그 때문에 편광비 특성을 유지하기 위해서는 25％이내의 위치에 발광점 위치를 배치하는 것이 중요하다.
또 편광각 특성에 있어서는 칩 중심으로부터의 비율과 특성에 선형적인 관계를 볼 수 있으며, ±5°를 양부판정의 기준으로 했을 경우, 도 4 (b)에 나타나 있는 바와 같이 칩 중심으로부터 발광점까지의 거리를 칩 폭에 대하여 0％이상 15％이내가 되도록, 발광점을 배치하는 것으로, 발광 특성의 중심값을 기준내로 유지할 수 있다.
본 발명에 의해, 상기의 구성을 구비함으로써, 복수의 발광점의 간격에 관한 제한을 만족시키면서, 각 발광점에 있어서 필요한 광학특성을 가지는 반도체 레이저장치를 얻을 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수의 발광점을 가지는 반도체 레이저장치로서, 상기 발광점 마다 심플 릿지 스트라이프구조를 가지고, 상기 복수의 발광점 중 적어도 하나의 발광점을, 기판의 폭방향의 중심으로부터 상기 기판의 폭에 대하여 0％ 이상 15％ 이하의 위치에 배치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    발광 파장이 2개 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 발광점 중 적어도 하나의 발광점의 발광 파장이 785±20nm대인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 발광점 중 적어도 하나의 발광점의 발광 파장이 655±20nm대인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 발광점 중 중심에 가까운 발광점의 발광 파장이 655±20nm대인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 폭이 100㎛이상 300㎛이하인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 기판의 폭방향의 중심에 가장 가까운 발광점에서 110±10㎛의 위치에 별도의 발광점이 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 기판의 폭방향의 중심에 가장 가까운 발광점에서 110±10㎛의 위치에 785±20nm대의 발광점이 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 발광점 사이에 전기적으로 분리되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상부 클래드층과 하부 클래드층 사이에 제1의 활성층을 포함하는 제1의 헤테로 구조와, 상부 클래드층과 하부 클래드층 사이에 제2의 활성층을 포함하는 제2의 헤테로 구조를 가지고, 상기 제1의 활성층과 상기 제2의 활성층이 서로 다른 구조를 가지는 모놀리식 타입의 반도체 레이저장치로서, 상기 제1의 활성층과 상기 제2의 활성층의 각 상층부가 동일한 재료 및 층두께로 제작되고, 릿지 스트라이프구조를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 릿지 스트라이프구조를, 마스크 패턴을 사용하여 동시에 제작한 것을 특징으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1의 활성층이 AlGaAs다중 양자 정호 구조, 상기 제2의 활성층이 AlGaInP다중 양자 정호 구조이며, 상기 상부 클래드층 및 상기 상부 클래드층이 모두 AlGaInP로 구성되고, 상기 제1의 활성층 및 상기 제2의 활성층으로부터 상부의 층이 동일한 재료 및 조성으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    적어도 일부의 재료가 AlxGayIn1-x-yAszP1-z(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)로 구성되는 것을 특징으로 한 반도체 레이저장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    적어도 일부의 재료가 AlxGayIn1-x-yNzAs1-z(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)로 구성되는 것을 특징으로 한 반도체 레이저장치.
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