KR100767699B1

KR100767699B1 - 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100767699B1
Application number: KR1020010016926A
Authority: KR
Inventors: 장영학
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2007-10-17
Also published as: KR20020076795A

Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로서, 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 차례로 형성된 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층; 하부면이 상기 활성층에서 생성된 광이 출사되는 면과 소정 거리를 갖고 상기 p형 클래드층 상에 형성된 콘택층; 상기 콘택층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되어, 상기 벽개면과 소정 거리를 갖도록 콘택층을 형성함으로써, 상기 벽개면으로 상기 활성층에서 생성된 광을 출사시키기 위해 상기 제1 전극을 통해 전류가 주입될 때 주입된 전류가 벽개면 쪽으로 흘러 들어가는 양을 줄여 반도체 레이저 다이오드의 소자 특성을 개선하는 효과가 있다.

반도체 레이저 다이오드, 벽개면, 콘택층

Description

반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법{Semiconductor Laser Diode and Fabrication Method for the same}

도1은 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 간략한 사시도

도2는 상기 도1의 A-A'방향의 단면도

도3 및 도4는 종래 기술에 따른 반도레 레이저 다이오드의 단면도

도5는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 간략한 사시도

도6은 상기 도5의 A-A'방향의 단면도

도7은 상기 도5의 B-B'방향의 단면도

도8의 (a)는 도브-테일 형상의 단면도이고, 도8의 (b)는 v-그루브 형상의 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

삭제

111 : 벽개면 112 : 저반사율막(AR막)

113 : 고반사율막(HR막) 114 : p-전극

115 : 콘택층 116 : 식각정지막

117 : p형 클래드층 118 : 식각정지막

119 : p형 클래드층 120 : 활성층

121 : n형 클래드층 122 : n-전극

21 : 전류제한층

본 발명은 고출력 동작을 하는 레이저 다이오드의 신뢰성 특성을 개선시킬 수 있는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

CD-RW 혹은 DVD-RAM 등의 대용량 고속 저장장치의 픽업용으로 사용되는 고출력 레이저 다이오드(780㎚ LD 혹은 650㎚ LD)의 경우에, 데이터 저장속도의 고속화에 따른 레이저 다이오드가 고출력화가 진행 중에 있다. 이러한 레이저 다이오드의 고출력화에 따른 광출사단면에서 단면파괴가 일어나 COD(catastrophic optical density) 레벨이 낮아져 그로 인한 소자의 신뢰성 저하가 심각한 문제로 대두되었다.

특히, 레이저 다이오드의 프론트 면 미러(front facet mirror) 및 백 면 미러(back facet mirror)를 제작하기 위해 인위적으로 절단(cleaving)된 벽개면(cleaved facet)에서 문제가 발생한다.

즉, GaAs 웨이퍼를 기판으로 하는 레이저 다이오드의 경우를 예로 들어 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

각각 고반사율막 및 저반사율막으로 이용되는 프론트 면 미러 및 백 면 미러를 형성하기 위해 인위적으로 절단된 벽개면(1)을 형성하고, 이 벽개면(1) 위에 저반사율막(이하, AR막이라 칭함 : 2)과 고반사율막(이하, HR막이라 칭함 : 3)을 쌓게 되면 레이저 다이오드의 광출력은 프론트 면으로만 출광하게 된다.

도2는 상기 도1의 A-A'방향의 단면도로, p-전극(4)에 전류를 주입하면 활성층(7)에서 전자와 정공의 재결합에 의해 빛이 생성되고 생성된 빛이 AR막(2) 쪽으로 확산하게 되는데, 벽개면(1) 쪽을 따라서 높은 전류(I)가 그대로 주입되어 광과 결합하여 더 많은 신뢰성 저해 요인으로 작용한다.

즉, 상기 절단된 벽개면(1)은 격자 구조가 불안정한 뎅글링 본드(dangling bond) 상태를 가지게 되어 전류의 유출이 발생한다.

그리고 동시에 벽개면(1)이 산소에 노출되어 GaO, Ga₂O₃, AsO, As₂O₃ 등의 불안전한 산화막이 형성된다.

따라서 레이저 동작이 진행됨에 따라, 상기 뎅글링 본드로 인해 취약한 AR막(2) 및 HR막(3) 쪽으로 출광되는 고출력의 레이저광과 벽개면(1) 쪽으로 흐르는 높은 전류는 소자의 COD 레벨을 낮추고 결국 소자의 신뢰성을 저해하는 요인이 된다.

이러한 벽개면에 의해 야기되는 문제는 소자의 초기 특성에는 크게 대두되지 않지만, 신뢰성 검증을 위한 온도 가속화 실험 등을 거치게 되면, 소자 특성의 심각한 저하를 가져온다.

이러한 불안정한 벽개면에 의한 전류 유출 등의 문제를 해결하기 위해 벽개면에 황화처리 등의 표면처리를 행하여 산화막을 제거하거나, 에너지 간극이 충분히 큰 물질로 도3에 도시한 바와 같이, NAM(non absorbing mirror)을 형성하여 레이저의 출사광의 흡수를 방지하는 방식 등이 있다.

그러나 황화처리의 문제점은 표면처리 이후 굉장히 신속한 AR코팅을 해야하며, 그렇지 못한 경우 벽개면의 특성이 다시 저하되는 공정상의 문제점이 있으며, NAM 역시 레이저 1차 상장에 굉장히 큰 부담을 주게 되고 또한 그 공정의 난해함으로 인하여 사업화 등에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 도4에 도시한 바와 같이, p-전극(4)을 절단될 벽개면(1) 쪽으로는 증착시키지 않는 패턴드 메탈(patterned metal) 공정을 도입하여, 벽개면(1) 쪽으로의 전류 주입을 제한하고자 하였다. 그러나 벽개면(1) 주변에 메탈이 형성되지 않아 오믹 콘택이 이루어지지 않아 전류(I)의 확산된 성분 중 일부의 전류만이 주입되게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 레이저 소자의 가장 취약한 부분 중의 하나인 벽개면 쪽으로의 전류 주입을 가능한 낮주어 신뢰성이 높은 반도체 레이저 다이오드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 차례로 형성된 n형 클래드층; 상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층; 하부면이 상기 활성층에서 생성된 광이 출사되는 면과 소정 거리를 갖고 상기 p형 클래드층 상에 형성된 콘택층; 상기 콘택층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되는데 있으며, 제2 광도파층과 콘택층 사이에 식각정지막을 더 형성하는데 있다.

본 발명의 특징에 따른 작용은 p형 클래드층과 콘택층 사이에 식각정지막을 형성하여 상기 p형 클래드층 상부에서 식각을 정지시켜 상기 벽개면과 소정 거리를 갖도록 콘택층을 형성함으로써, 상기 벽개면으로 상기 활성층에서 생성된 광을 출사시키기 위해 상기 제1 전극을 통해 전류가 주입될 때 주입된 전류가 벽개면 쪽으로 흘러 들어가는 양을 줄일 수 있다.

본 발명의 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 및 그 제작방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도5는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 간략한 사시도이고, 도6은 상기 도5의 A-A'방향의 단면도이고, 도7은 상기 도5의 B-B'방향의 단면도이다.

도6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는 n-전극(122)과, 상기 n-전극(122) 상에 형성된 n형 클래드층(121)과, 상기 n형 클 래드층(121)에 형성되고 광을 생성하는 활성층(120)과, 상기 활성층(120) 상에 형성된 p형 클래드층(117, 119)과, 상기 p형 클래드층(117, 119) 사이에 형성된 식각정지막(118)과, 상기 n-전극(122), n형 클래드층(121), 활성층(120), p형 클래드층(117, 119)의 단면으로, 상기 활성층(120)에서 생성된 광이 출사되는 벽개면(111)과, 상기 p형 클래드층(117) 상에 하부면이 상기 벽개면(cleaved facet : 111)과 소정 거리를 두고 떨어져서 형성되고, 하부면이 상부면보다 좁게 형성된 콘택층(115)과, 상기 콘택층(115) 상에 형성된 p-전극(114)을 포함하여 구성된다.

상기 콘택층(115)은 p+-GaAs, 상기 n형 클래드층(121)은 n형 GaAs를 이용하였다.

그리고 상기 p형 클래드층(117)과 콘택층(115) 사이에 85Å 정도의 식각정지막(116, E.S.L : etching stop layer)이 더 형성함으로써, 상기 p형 클래드층(117) 상부가 손상되지 않도록 식각을 정지시켜 상기 콘택층(115)의 하부면이 상기 벽개면(111)과 소정 거리를 갖고 형성되도록 한다. 상기 콘택층(115)의 형상으로 도8의 (a)에 도시된 바와 같이 도브-테일(dove-tail) 형상을 예로 들 수 있다.

그리고, 상기 반도체 레이저 다이오드는 상기 벽개면(111) 중 광의 출사방향의 반대쪽에 형성되고 고반사율을 갖는 고반사율막(이하, HR막이라 칭함 : 113)과, 상기 벽개면(111) 중 광의 출사방향 쪽에 형성되고 저반사율을 갖는 저반사율막(이하, AR막이라 칭함 : 112)을 더 포함하여 구성된다.

그리고 도7에 도시한 바와 같이, 상기 p형 클래드층(117)은 가운데 부분이 가장자리 부분보다 돌출된 리지(ridge)구조를 갖도록 식각정지막(118)을 이용하여, 도8의 (b)에 도시한 바와 같이 습식식각하여 V-그루브 형상을 가지며, 상기 반도체 레이저 다이오드는 상기 V-그루브 형상으로 형성된 p형 클래드층(117)으로만 전류가 흐르도록 전류를 제한하는 전류제한층(123)이 형성되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 반도체 레이저 다이오드의 제조 공정은 다음과 같다.

n-전극(122), n형 클래드층(121), 활성층(120), p형 클래드층(119), 식각정지막(118)을 차례로 적층한 후, p형 클래드 물질을 형성하고 V-그루브 형상(리지 형상)을 갖도록 p형 클래드 물질을 습식식각하여 p형 클래드층(117)을 형성한다.

이어 상기 V-그루브 형상으로 형성된 p형 클래드층(117)으로만 전류가 흐르도록 전류를 제한하는 전류제한층(123)을 형성한다.

그리고 상기 p형 클래드층(117) 상에 식각정지막(116)을 형성한 후, p형 콘택층(115)을 도브-테일(dove-tail) 형상으로 형성한다.

이때, 벽개면(111)과 소정 거리를 갖고 떨어져서 형성되도록 전류제한층(123)의 일부를 노출시켜 콘택층(115)을 형성한다

이어, 상기 콘택층(115) 상에 형성된 p-전극(114)을 형성한다.

콘택층(115)을 도브 테일(dove-tail) 형상으로 습식식각하면 p-전극(114)을 통해 주입되어 확산되어 벽개면(111) 쪽으로 흘러 들어가는 전류(I)가 줄어들고, p-전극(114)과 콘택층(115)과의 콘택도 잘 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

p-전극 하부의 콘택층의 하부면이 벽개면과 소정 거리를 갖고 떨어지도록 형성함으로써, p-전극에 주입된 전류가 활성층에서 생성된 광을 원하는 방향으로만 출사하기 위해 불가피하게 형성되어 불안정한 결합상태를 갖는 상기 벽개면으로의 상기 전류의 유출량을 줄여, 상기 전류에 의한 반도체 레이저 다이오드의 열화를 방지한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

벽개면 상에 고반사율막 및 저반사율막이 형성되는 반도체 레이저 다이오드에 있어서,

제1 전극;

상기 제1 전극 상에 차례로 형성된 n형 클래드층;

상기 n형 클래드층 상에 형성된 활성층;

상기 활성층 상에 형성된 p형 클래드층;

상기 p형 클래드층 상에 위치하며, 상기 벽개면측 방향으로 상기 p형 클래드층보다 좁은 면적을 갖는 하부면과, 상기 하부면보다 넓은 면적을 갖는 상부면을 가지는 콘택층과;

상기 콘택층 상에 형성된 제2 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제1항에 있어서,

상기 p형 클래드층과 콘택층 사이에 식각정지막이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제1항에 있어서,

상기 콘택층의 상부면의 면적은, 상기 p형 클래드층과 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제1항에 있어서, 상기 p형 클래드층은

상기 활성층 상에 형성된 제1 클래드층;

상기 제1 클래드층 상에 리지 형상으로 형성된 제2 클래드층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
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