KR100887089B1 - Semiconductor laser diode - Google Patents

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Abstract

반도체 레이저 다이오드에 관해 개시한다. 개시된 본 발명은 상부 반도체 물질층의 리지 양측방에 적층되는 광흡수층; 상기 광흡수층과 상기 상부 반도체 물질층의 리지면 상부에 접촉되는 상부 전극;을 구비하는 것으로, 상기 광흡수층과 상기 상부 전극 사이에 유전막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드이다.Disclosed is a semiconductor laser diode. The disclosed invention includes a light absorption layer stacked on both sides of the ridge of the upper semiconductor material layer; And an upper electrode in contact with an upper surface of the light absorbing layer and the upper semiconductor material layer, wherein a dielectric film is further provided between the light absorbing layer and the upper electrode.

Description

반도체 레이저 다이오드{Semiconductor laser diode } Semiconductor laser diodes

도 1은 종래 레이저 다이오드의 일례를 보이는 개략적 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional laser diode.

도 2은 본 발명에 따른 광흡수층으로 이루어진 레이저 다이오드의 한 실시예를 보이는 개략적 단면도이다.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a laser diode consisting of a light absorption layer according to the present invention.

도 3는 본 발명에 따른 광흡수층과 유전막으로 이루어진 레이저 다이오드의 한 실시예를 보이는 개략적 단면도이다.Figure 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a laser diode consisting of a light absorption layer and a dielectric film according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 광흡수층으로 이루어진 레이저 다이오드에서 SiO 광흡수층의 두께에 의한 기본 모드와 1차 모드의 광손실의 결과를 보인다.Figure 4 shows the results of the light loss of the primary mode and the primary mode by the thickness of the SiO light absorbing layer in the laser diode consisting of the light absorbing layer according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따라 SiO 광흡수층과 비정질 탄소 유전막으로 이루어진 레이저 다이오드에서 비정질 탄소 유전막의 두께에 의한 기본 모드와 1차 모드의 광손실의 결과를 보인다.FIG. 5 shows the results of light loss in the basic mode and the primary mode due to the thickness of the amorphous carbon dielectric film in the laser diode composed of the SiO light absorbing layer and the amorphous carbon dielectric film according to the present invention.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉<Brief description of the major symbols in the drawings>

210 : 기판 220 : 하부 반도체 물질층210: substrate 220: lower semiconductor material layer

230 : 공진층 240 : 상부 반도체 물질층230: resonance layer 240: upper semiconductor material layer

250 : 광흡수층 222 : 버퍼층 250: light absorption layer 222: buffer layer

224 : 하부 클래드층 232 : 하부 도파층224: lower cladding layer 232: lower waveguide layer

234 : 활성층 236 : 상부 도파층 234: active layer 236: upper waveguide layer                 

242 : 상부 클래드층 310 : 유전막 242: upper cladding layer 310: dielectric film

244 : 콘택트층244: contact layer

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 상세히는 단일 횡모드 동작을 위한 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices and, more particularly, to semiconductor laser diodes for single lateral mode operation.

질화물 반도체 레이저는 대용량 정보저장장치의 광원으로 주목을 받아 왔는데, 소위 BD(Blu-ray Disk) 또는 HD-DVD(High Definition-DVD)로의 응용을 위해서는 높은 광효율과 긴 수명, 더불어서 안정적인 단일 횡모드 레이저 동작의 특성이 요구된다. 반도체 레이저에서 여러 개의 횡모드가 동시에 발진하게 되면 재생이나 기록시에 에러 발생률이 높아진다. 이러한 다중 횡모드 현상이 발생하면 레이저의 출력-전류 특성에서 킹크(kink)가 나타나게 되는데, 동작 광출력 이하에서는 킹크가 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다. 리지 도파로형 레이저 다이오드에서 단일 횡모드 동작을 위해서는 리지의 폭을 줄이거나 활성층에서 식각면까지의 잔존 두께를 두껍게 해야 한다. 하지만, 리지의 폭을 줄이게 되면 동작 전류 밀도와 동작 전압이 증가해서 수명에 영향을 줄 수 있고, 잔존 두께를 두껍게 하면 발진 전류가 상승하고 광효율이 감소하는 단점이 있다. 따라서, 지나친 리지 폭의 축소와 잔존 두께의 증가 없이 동작 광출력에서 킹크 없는 단일 횡모드 동작을 할 수 있는 구조의 개선이 필요하다. Nitride semiconductor lasers have attracted attention as a light source for large-capacity data storage devices. For applications with so-called BD (Blu-ray Disk) or HD-DVD (High Definition-DVD), high-efficiency, long life and stable single transverse mode laser The nature of the operation is required. If multiple transverse modes are oscillated at the same time in a semiconductor laser, the error occurrence rate during reproduction or recording becomes high. When such a multiple transverse mode phenomenon occurs, a kink appears in the output-current characteristics of the laser. It is important to prevent the kink from occurring below the operating light output. For single lateral mode operation in a ridge waveguide type laser diode, the width of the ridge must be reduced or the remaining thickness from the active layer to the etch plane must be thickened. However, if the width of the ridge is reduced, the operating current density and the operating voltage may increase, which may affect the lifespan. If the remaining thickness is increased, the oscillation current increases and the light efficiency decreases. Therefore, there is a need for an improvement in the structure capable of kink-free single transverse operation at operating light output without excessive reduction in ridge width and increase in remaining thickness.                         

도 1은 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드를 보여준다.1 shows a semiconductor laser diode according to the prior art.

도 1을 참조하면, 사파이어 기판(100) 상에 n-GaN 하부 콘택트층(110)이 적층되어 있다. n-GaN 하부 콘택트층(110)의 상면에 n-GaN/AlGaN 하부 클래드층(120), n-GaN 하부 도파층(130), InGaN 활성층(140), p-GaN 상부 도파층(150), p-GaN/AlGaN 상부 클래드층(160)이 순차적으로 적층되어 있다. p-GaN/AlGaN 상부 클래드층(160)의 상부 가운데 부분에는 소정 폭의 돌출된 리지가 형성되어 있고, 리지의 정상면에는 p-GaN 상부 콘택트층(180)이 형성되어 있다. 상기 p-GaN/AlGaN 상부 클래드층(160)의 리지와 상기 콘택트층의 양측방에 Si 유전막(170)이 적층되어 있다. 상기 Si 유전막(170)과 콘택트층(180)의 상부에는 p형 상부 전극(190)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, an n-GaN lower contact layer 110 is stacked on a sapphire substrate 100. The n-GaN / AlGaN lower cladding layer 120, the n-GaN lower waveguide layer 130, the InGaN active layer 140, the p-GaN upper waveguide layer 150 on the upper surface of the n-GaN lower contact layer 110, The p-GaN / AlGaN upper cladding layer 160 is sequentially stacked. A protruding ridge of a predetermined width is formed in the upper center portion of the p-GaN / AlGaN upper cladding layer 160, and a p-GaN upper contact layer 180 is formed on the top surface of the ridge. The Si dielectric layer 170 is stacked on both sides of the ridge of the p-GaN / AlGaN upper cladding layer 160 and the contact layer. The p-type upper electrode 190 is formed on the Si dielectric layer 170 and the contact layer 180.

상술한 종래의 반도체 레이저 다이오드에서 유전막(170)은 실리콘 화합물로 구성 되는데, 이는 전기 전도성이 있으므로 유전막(170)의 두께에 따라 전기적 누설이 발생될 수 있다. In the above-described conventional semiconductor laser diode, the dielectric film 170 is made of a silicon compound, which is electrically conductive, so that electrical leakage may occur according to the thickness of the dielectric film 170.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 리지 폭의 축소 및 잔존두께의 증가 없이 안정적인 단일 횡모드 동작을 하고 유전막에 의한 전류 누설을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 레이저 다이오드를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor laser diode capable of performing a stable single transverse mode operation and effectively preventing current leakage due to a dielectric film without reducing a ridge width and increasing a remaining thickness.

본 발명에 따른 레이저 다이오드는: The laser diode according to the invention is:

기판과; 상기 기판 상에 형성되는 하부 반도체 물질층; 상기 하부 반도체 물질층 위에 형성되는 공진층; 상기 공진층 상에 형성되는 것으로 그 상부에 리지가 형성되어 있는 상부 반도체 물질층; 상기 상부 반도체 물질층의 리지 양측방에 적층되는 광흡수층; 상기 광흡수층과 상기 상부 반도체 물질층의 리지면 상부에 접촉되는 상부 전극;을 구비한다.A substrate; A lower semiconductor material layer formed on the substrate; A resonance layer formed on the lower semiconductor material layer; An upper semiconductor material layer formed on the resonance layer and having a ridge formed thereon; A light absorption layer stacked on both sides of the ridge of the upper semiconductor material layer; And an upper electrode contacting the upper surface of the light absorbing layer and the upper semiconductor material layer.

상기 하부 반도체 물질층은, 상기 기판 상에 적층되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 적층되는 하부 클래드층;을 포함한다. 여기서, 상기 버퍼층은 n-GaN계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체층인 것이 바람직하며, 상기 하부 클래드층은 n-GaN/AlGaN 층인 것이 바람직하다.The lower semiconductor material layer may include a buffer layer stacked on the substrate; And a lower clad layer stacked on the buffer layer. Preferably, the buffer layer is an III-V nitride semiconductor layer of an n-GaN series, and the lower clad layer is an n-GaN / AlGaN layer.

상기 공진층은, 활성층; 및 상기 활성층 양면의 상부 도파층;과 하부 도파층;을 포함한다.The resonant layer, the active layer; And an upper waveguide layer on both sides of the active layer and a lower waveguide layer.

상기 상부 반도체 물질층은, 상기 상부 도파층 상에 적층되며 상기 리지가 형성되어 있는 상부 클래드층; 및 상기 리지의 상면에 형성되는 콘택트층;을 포함한다. 여기서, 상기 상부 클래드층은 p-GaN/AlGaN층인 것이 바람직하며, 콘택트층은 p-GaN계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체층인 것이 바람직하다.The upper semiconductor material layer may include an upper cladding layer stacked on the upper waveguide layer and having the ridge formed thereon; And a contact layer formed on an upper surface of the ridge. The upper clad layer is preferably a p-GaN / AlGaN layer, and the contact layer is preferably a III-V group nitride semiconductor layer of p-GaN series.

상기 광흡수층은 a-C(비정질 탄소 amorphous carbon) 및 SiO으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.The light absorbing layer is preferably made of any one material selected from the group consisting of a-C (amorphous carbon amorphous carbon) and SiO.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 본발명의 레이저 다이오드는; 상기 광흡수층과 상기 상부전극 사이에 유전막;을 더 구비한다.According to a preferred embodiment of the present invention the laser diode of the present invention; A dielectric film is further provided between the light absorption layer and the upper electrode.

상기 본 발명의 구체적인 실시예에 따르면, SiO2, SiNx, Al2O3, MgO, TiO 2, ZrO2, Ta2O5 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.According to a specific embodiment of the present invention, it is preferable that any one selected from the group consisting of SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 .

상기 버퍼층은 상면에 n형 전극을 더 구비하며, 상기 기판은 사파이어 기판 또는 갈륨나이트라이드(GaN) 기판인 것이 바람직하다.The buffer layer further includes an n-type electrode on an upper surface thereof, and the substrate is preferably a sapphire substrate or a gallium nitride (GaN) substrate.

광흡수층의 광흡수에 의해 레이저 다이오드는 모드손실을 겪게 되는데, 고차 횡모드로 갈수록 그 손실의 정도가 커지게 된다. 따라서, 리지 폭을 지나치게 줄일 필요가 없어서 동작 전압 및 전류 밀도 감소 효과로 인한 신뢰성을 증가시키는 데에 기여할 수 있다. The laser diode suffers from a mode loss due to the light absorption of the light absorption layer. The higher the lateral mode, the greater the loss. Therefore, it is not necessary to reduce the ridge width excessively, which can contribute to increasing the reliability due to the operation voltage and current density reduction effect.

본 발명의 유전막은 굴절률과 흡수율, 두께를 조절하여 기본 횡모드의 광모드 분포를 제어할 수 있다. 또한, 유전막은 전도성이 없는 물질들로 사용을 하여 전류 누설 문제 발생의 여지가 없어지게 된다. The dielectric film of the present invention can control the optical mode distribution of the basic transverse mode by adjusting the refractive index, the absorbance, and the thickness. In addition, since the dielectric film is used as a non-conductive material, there is no room for a current leakage problem.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에서 반도체 레이저 다이오드를 구성하는 각 층의 폭과 높이는 설명을 위해 과장되게 도시되었음을 유의해야 한다.Hereinafter, a semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, it should be noted that the width and height of each layer constituting the semiconductor laser diode are exaggerated for explanation.

도 2은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 도면이다. 2 illustrates a semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.

도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 기판(210)과, 기판의 상면의 순서대로 적층되는 하부 반도체 물질층(220), 공진층(230), 상부 반도체 물질층(240) 및 광흡수층(250)을 구비한다. Referring to FIG. 2, the semiconductor laser diode according to the present invention includes a substrate 210, a lower semiconductor material layer 220, a resonance layer 230, and an upper semiconductor material layer 240 stacked in the order of the top surface of the substrate. And a light absorbing layer 250.                     

하부 반도체 물질층(220)은, 기판(210)의 상면에 적층되며 하부 콘택트층으로서의 버퍼층(222)과, 버퍼층(222)의 상면에 적층되는 하부 클래드층(224)을 포함한다. The lower semiconductor material layer 220 includes a buffer layer 222 that is stacked on an upper surface of the substrate 210 and a lower clad layer 224 that is stacked on an upper surface of the buffer layer 222.

기판(210)은 사파이어 기판 또는 GaN 기판이 주로 이용되며, 버퍼층(222)은 n-GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체층으로 형성하되, 특히 n-GaN 층으로 형성할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않으며 레이저 발진(레이징)이 가능한 Ⅲ-Ⅴ족의 다른 화합물 반도체층일 수 있다. 하부 클래드층(224)은 소정의 굴절률을 가지는 n-GaN/AlGaN층인 것이 바람직하나 레이징이 가능한 다른 화합물 반도체층일 수 있다. As the substrate 210, a sapphire substrate or a GaN substrate is mainly used, and the buffer layer 222 may be formed of an n-GaN-based III-V nitride compound semiconductor layer, in particular an n-GaN layer. However, the present invention is not limited thereto, and may be another compound semiconductor layer of group III-V capable of laser oscillation (raising). The lower clad layer 224 is preferably an n-GaN / AlGaN layer having a predetermined refractive index, but may be another compound semiconductor layer that can be lasered.

공진층(230)은, 하부 클래드층(224)의 상면에 순서대로 하부 도파층(232), 활성층(234) 및 상부 도파층(236)이 적층된 구조를 가진다. 상부 도파층(236) 및 하부 도파층(232)은 활성층(234)보다 굴절률이 작은 물질로 형성하는데, GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체층으로 형성하는 것이 바람직하다. 하부 도파층(232)은 n-GaN층으로, 상부 도파층(236)은 p-GaN층으로 형성할 수 있다. 활성층(234)은 레이징이 일어날 수 있는 물질층이면 어떠한 물질층이라도 사용할 수 있으며 바람직하게는 임계전류값이 작고 횡모드 특성이 안정된 레이저광을 발진할 수 있는 물질층을 사용한다. 활성층(234)으로 Al이 소정 비율 함유된 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1 그리고 x+y≤1)인 GaN계열의 III-V족 질화물 화합물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. The resonant layer 230 has a structure in which the lower waveguide layer 232, the active layer 234, and the upper waveguide layer 236 are stacked on the upper surface of the lower clad layer 224 in order. The upper waveguide layer 236 and the lower waveguide layer 232 are formed of a material having a smaller refractive index than the active layer 234, and preferably formed of a GaN-based group III-V compound semiconductor layer. The lower waveguide layer 232 may be an n-GaN layer, and the upper waveguide layer 236 may be a p-GaN layer. As the active layer 234, any material layer can be used as long as it is a material layer capable of lasing. Preferably, the active layer 234 uses a material layer capable of generating a laser light having a low threshold current value and stable lateral mode characteristics. In the active layer 234, a GaN-based group III-V nitride compound semiconductor layer of InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1 and x + y≤1) containing Al in a predetermined ratio is used. It is preferable.

상부 반도체 물질층(240)은 상부 도파층(236)의 상면에 적층되며 중앙부에 리지가 돌출되어 형성되어 있는 것으로 상부 도파층(236)보다 굴절률이 작은 상부 클래드층(242)과, 상기 리지의 상면에 오믹 콘택트층으로서 적층되는 콘택트층(244)을 포함한다. 상부 클래드층(242)은 하부 클래드층(224)이 n형 화합물 반도체층이면 p형 화합물 반도체층으로 형성하고, 하부 클래드층(224)이 p형 화합물 반도체층이면 n형 화합물 반도체층으로 형성한다. 즉, 하부 클래드층(224)이 n-GaN/AlGaN층이면 상부 클래드층(242)은 p-GaN/AlGaN 으로 형성한다. 콘택트층(244)도 유사하게 버퍼층(222)이 n형 화합물 반도체층이면 p형 화합물 반도체층으로 형성하며, 그 역도 가능하다. 따라서, 버퍼층(222)이 n-GaN 으로 형성되면 콘택트층(244)은 p-GaN 으로 형성한다.The upper semiconductor material layer 240 is stacked on the upper surface of the upper waveguide layer 236 and is formed by protruding ridges in the center thereof. The upper cladding layer 242 having a lower refractive index than the upper waveguide layer 236 and the ridges And a contact layer 244 laminated on the upper surface as an ohmic contact layer. The upper cladding layer 242 is formed of a p-type compound semiconductor layer if the lower cladding layer 224 is an n-type compound semiconductor layer, and is formed of an n-type compound semiconductor layer if the lower clad layer 224 is a p-type compound semiconductor layer. . That is, if the lower clad layer 224 is an n-GaN / AlGaN layer, the upper clad layer 242 is formed of p-GaN / AlGaN. Similarly, the contact layer 244 is formed of a p-type compound semiconductor layer if the buffer layer 222 is an n-type compound semiconductor layer, and vice versa. Therefore, when the buffer layer 222 is formed of n-GaN, the contact layer 244 is formed of p-GaN.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 상부 클래드층(242)의 리지 양측방을 덮고 이곳에서 방출하는 광을 흡수하는 광흡수층(250)을 구비한다. 상기 광흡수층(250)은 일반적인 광을 흡수하는, 예를 들어 a-C 및 SiO으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. The semiconductor laser diode according to the preferred embodiment of the present invention includes a light absorption layer 250 that covers both sides of the ridge of the upper cladding layer 242 and absorbs the light emitted therefrom. The light absorption layer 250 may be formed of any one material selected from the group consisting of a-C and SiO, for absorbing general light.

여기에서 광흡수층(250)에는 광흡수가 있으므로 레이저 광의 모드는 광손실을 겪게 되는데, 고차 횡모드로 갈수록 그 손실의 정도가 커지게 된다. 따라서, 기본 횡모드의 광손실이 상대적으로 작아서 고출력에서도 단일 모드로 동작할 가능성이 커지게 된다. 이때, 광흡수층(250)의 광흡수율은 그다지 크지 않아서 (광흡수율의 정도를 나타내는 양으로 허수 굴절률(k) 값을 사용하는데, Si의 굴절률(k)는 2.0 정도인데 비해 비정질 탄소와 SiO의 굴절률(k)는 0.2 정도로 1/10에 불과하다) 레이저 문턱 전류 증가와 광양자 효율 감소에는 큰 영향을 주지 않는다. Since the light absorption layer 250 absorbs light, the mode of the laser light undergoes light loss. The loss of the light absorbing layer 250 increases as the high-order transverse mode increases. Therefore, the optical loss in the basic transverse mode is relatively small, which increases the possibility of operating in a single mode even at high power. At this time, the light absorption rate of the light absorption layer 250 is not very large (the imaginary refractive index (k) value is used as an amount representing the degree of light absorption, but the refractive index (k) of Si is about 2.0, but the refractive index of amorphous carbon and SiO) (k) is only 1/10 to 0.2) It does not affect the increase of laser threshold current and decrease of photon efficiency.                     

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 다른 반도체 레이저 다이오드를 나타낸 도면이다.3 is a view showing another semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.

도 3를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드는, 상부 클래드층(242)의 리지 양측방에 광을 흡수하는 광흡수층(250)과 상기 광흡수층과 상기 상부 전극 사이 유전막(310)을 구비한다. 광흡수층(250)은 일반적인 광을 흡수하는 물질, 예를 들어 a-C 및 SiO으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 유전막(310)은 일반적인 광을 흡수하지 않는 물질, 예를 들어 SiO2, SiNx, Al2O3, MgO, TiO2, ZrO2, Ta2O5 으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3, a semiconductor laser diode according to another embodiment of the present invention includes a light absorption layer 250 that absorbs light on both sides of the ridge of the upper cladding layer 242, and a dielectric layer 310 between the light absorption layer and the upper electrode. ). The light absorption layer 250 may be made of a material that absorbs general light, for example, any one material selected from the group consisting of aC and SiO. The dielectric layer 310 may be formed of a material that does not absorb general light, for example, any one material selected from the group consisting of SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 . Can be.

여기에서 유전막(310)은 광흡수 없이 광모드를 가두는 역할을 한다. 그러므로, 유전막(310)의 두께를 조절하여 기본 횡모드와 2차 횡모드간의 광손실 차이의 정도를 제어함으로써 안정적인 단일 횡모드 동작을 하게 된다. Here, the dielectric layer 310 serves to confine the optical mode without absorbing light. Therefore, by controlling the thickness of the dielectric film 310 to control the degree of light loss difference between the basic transverse mode and the secondary transverse mode, a stable single transverse mode operation.

도 4는 GaN 상부 클래드층의 리지 양측방에 SiO 광흡수층을 적층했을 때에 SiO 광흡수층의 두께에 따른 기본 횡모드와 1차 횡모드의 광손실을 계산한 결과이다. 4 is a result of calculating the optical loss in the basic transverse mode and the primary transverse mode according to the thickness of the SiO light absorbing layer when the SiO light absorbing layer is laminated on both sides of the ridge of the GaN upper cladding layer.

도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 반도체 레이저 다이오드는, SiO 광흡수층의 두께에 크게 관계 없이 기본 횡모드와 1차 횡모드의 광손실 차이가 커져서 단일 횡모드 동작에 유리하게 됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the semiconductor laser diode according to the present invention is advantageous in the single transverse mode operation because the difference in light loss between the basic transverse mode and the primary transverse mode is large regardless of the thickness of the SiO light absorption layer.

도 5는 GaN 상부 클래드층의 리지 양측방에 a-C 광흡수층과 SiO2 유전막을 차례로 적층했을 때에 a-C 광흡수층의 두께에 따른 기본 횡모드와 1차 횡모드의 광손실을 계산한 결과이다. FIG. 5 shows the results of calculating the optical loss in the basic transverse mode and the primary transverse mode according to the thickness of the aC light absorbing layer when the aC light absorbing layer and the SiO 2 dielectric film are sequentially stacked on both sides of the ridge of the GaN upper cladding layer.

도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 레이저 다이오드는, a-C 광흡수층의 두께가 증가함에 따라 기본 횡모드와 1차 횡모드의 광손실 차이가 커져서 단일 횡모드 동작에 유리하게 됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the laser diode according to the present invention is advantageous in single transverse mode operation as the difference in light loss between the basic transverse mode and the primary transverse mode increases as the thickness of the a-C light absorption layer increases.

이러한 본원 발명인 반도체 레이저 다이오드는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 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 의해 정해져야 할 것이다.Such a semiconductor laser diode of the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings for clarity, but this is only an example, and those skilled in the art may have various modifications and other equivalent embodiments therefrom. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광흡수층과 유전막을 반도체 레이저 리지에 순차적으로 적층하여 기본 횡모드에 의한 단일 횡모드 동작을 쉽게 이룰 수 있다. 따라서 리지 폭을 지나치게 줄일 필요가 없어서 동작 전압 및 전류 밀도 감소 효과로 인한 신뢰성을 증가시키는 데에 기여할 수 있다. As described above, the light absorption layer and the dielectric film according to the present invention can be sequentially stacked on the semiconductor laser ridge to achieve a single transverse mode operation by the basic transverse mode. This eliminates the need to reduce the ridge width excessively, contributing to increased reliability due to the reduction in operating voltage and current density.

또한, 본 발명에서는 전도성이 없는 물질들을 유전막으로 사용함으로써 기존의 Si 유전막으로 도입하는 구조에서 발생할 수 있는 전류 누설 문제가 줄어든다. 그리고 유전막의 굴절률과 흡수율, 두께를 조절하여 기본 횡모드의 광모드 분포를 제어함으로써 원거리(far field)에서도 발산 각도(divergence angle)를 적절한 값으로 유지할 수 있다. In addition, in the present invention, by using a non-conductive material as the dielectric film, the current leakage problem that may occur in the structure introduced into the existing Si dielectric film is reduced. In addition, by controlling the refractive index, absorptivity, and thickness of the dielectric film, the optical mode distribution in the basic transverse mode can be controlled to maintain a divergence angle at an appropriate value even in a far field.

Claims (11)

기판;Board; 상기 기판 상에 형성되는 하부 반도체 물질층;A lower semiconductor material layer formed on the substrate; 상기 하부 반도체 물질층 위에 형성되는 공진층;A resonance layer formed on the lower semiconductor material layer; 상기 공진층 상에 형성되는 것으로 그 상부에 리지가 형성되어 있는 상부 반도체 물질층;An upper semiconductor material layer formed on the resonance layer and having a ridge formed thereon; 상기 상부 반도체 물질층의 리지 양측방에 적층되는 광흡수층; 및A light absorption layer stacked on both sides of the ridge of the upper semiconductor material layer; And 상기 광흡수층과 상기 상부 반도체 물질층의 리지면 상부에 접촉되는 상부 전극;을 구비하며,An upper electrode in contact with an upper surface of the light absorbing layer and the upper semiconductor material layer; 상기 광흡수층은 a-C 및 SiO으로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.The light absorption layer is a laser diode, characterized in that made of any one material selected from the group consisting of a-C and SiO. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하부 반도체 물질층은,The lower semiconductor material layer, 상기 기판 상에 적층되는 버퍼층; 및A buffer layer stacked on the substrate; And 상기 버퍼층 상에 적층되는 하부 클래드층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.And a lower clad layer stacked on the buffer layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 버퍼층은 n-GaN계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.The buffer layer is a laser diode, characterized in that the n-GaN series III-V group nitride semiconductor layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 하부 클래드층은 n-GaN/AlGaN 층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.The lower clad layer is a laser diode, characterized in that the n-GaN / AlGaN layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 공진층은, The resonant layer, 활성층; 및 상기 활성층 양면의 상부 도파층과 하부 도파층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.Active layer; And an upper waveguide layer and a lower waveguide layer on both sides of the active layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 반도체 물질층은,The upper semiconductor material layer is 상기 상부 도파층 상에 적층되며 상기 리지가 형성되어 있는 상부 클래드층; 및 상기 리지의 상면에 형성되는 콘택트층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.An upper clad layer stacked on the upper waveguide layer and having the ridge formed thereon; And a contact layer formed on an upper surface of the ridge. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 상부 클래드층은 p-GaN/AlGaN층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.The upper clad layer is a laser diode, characterized in that the p-GaN / AlGaN layer. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 콘택트층은 p-GaN계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.The contact layer is a laser diode, characterized in that the p-GaN series III-V nitride semiconductor layer. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광흡수층과 상기 상부 전극 사이에 유전막;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.And a dielectric film between the light absorption layer and the upper electrode. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 유전막은 SiO2, SiNx, Al2O3, MgO, TiO2, ZrO2 , Ta2O5 으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.The dielectric film is a laser diode, characterized in that made of any one selected from the group consisting of SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3 , MgO, TiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 .
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