KR101111720B1 - 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드 - Google Patents

활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드 Download PDF

Info

Publication number
KR101111720B1
KR101111720B1 KR1020050096159A KR20050096159A KR101111720B1 KR 101111720 B1 KR101111720 B1 KR 101111720B1 KR 1020050096159 A KR1020050096159 A KR 1020050096159A KR 20050096159 A KR20050096159 A KR 20050096159A KR 101111720 B1 KR101111720 B1 KR 101111720B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
laser diode
semiconductor laser
light guide
emitting semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020050096159A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070040629A (ko
Inventor
유한열
하경호
Original Assignee
삼성엘이디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성엘이디 주식회사 filed Critical 삼성엘이디 주식회사
Priority to KR1020050096159A priority Critical patent/KR101111720B1/ko
Priority to US11/545,546 priority patent/US7899103B2/en
Priority to JP2006277767A priority patent/JP2007110126A/ja
Publication of KR20070040629A publication Critical patent/KR20070040629A/ko
Priority to US13/011,674 priority patent/US20110116525A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101111720B1 publication Critical patent/KR101111720B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223—Buried stripe structure
    • H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/24—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/173—The laser chip comprising special buffer layers, e.g. dislocation prevention or reduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • H01S5/04257—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration having positive and negative electrodes on the same side of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651—Mode control
    • H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0655—Single transverse or lateral mode emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
    • H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 기판 상에 순차적으로 형성된 n-클래드층, n-광가이드층, 활성층, p-광가이드층을 포함하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 p-광가이드층 상에 리지 형태의 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드를 제공한다.

Description

활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드{Edge emitting semiconductor laser diode with dielectric layer on active layer}
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 반도체 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 활성층 상에 유전체층을 형성시킨 반도체 레이저 다이오드의 기본적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3a는 p-광가이드층에 전류 제한 영역을 형성한 본 발명의 실시예에 의한 레이저 다이오드를 나타낸 도면이다.
도 3b는 별도의 전류 제한층을 더 형성시킨 본 발명의 실시예에 의한 레이저 다이오드를 나타낸 것이다.
도 4는 도 2에 나타낸 본 발명에 의한 활성층 상에 유전체층을 형성시킨 반도체 레이저 다이오드의 기본적인 구조에서 p-광가이드층 상에 전류 확산층을 더 형성시킨 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명 및 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드의 활성층에서 발진하는 레이저의 광모드가 유전체층(본 발명) 또는 p-클래드층(종래 기술)과 오버랩(overlap)되는 비율을 시뮬레이젼을 실시한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 리지 구 조의 유전체층의 폭(ridge width)에 따른 modal loss를 계산한 결과를 나타낸 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 20... 기판 21... n-반도체층
22... n-클래드층 23... n-광가이드층
24... 활성층 25... p-광가이드층
26... p-콘택층 27... 유전체층
28... p-전극층 29... n-전극층
30... 전류 제한층 31... 전류 확산층
본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성층 상에 유전체층을 형성시키고, 유전체층의 양쪽에서 전류를 주입하는 p-전도층을 형성시킨 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 다양한 정보 처리 기기의 광원으로 이용되는 반도체 레이저 다이오드는 정보 밀도를 높이기 위해서 인가 전력에 비해 방출 광추출 효율이 높은 것이 요구된다. 따라서, 레이저 다이오드의 구조를 최적화시키기 위한 연구들이 이루어지고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 반도체 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판(10) 상에 n-AlGaN층(11)이 형성되어 있으며, n-AlGaN층(11) 상에 n-AlGaN 클래드층(12), MQW 구조의 InGaN 활성층(13), p-AlGaN 클래드층(14) 및 p-콘택층(15) 및 p-전극층(16)이 순차적으로 형성되어 있다. 그리고, n-AlGaN층(11) 상의 n-AlGaN 클래드층(12)이 형성되지 않은 영역에 n-전극층(17)이 형성되어 있다.
도 1의 반도체 레이저 다이오드를 형성시키기 위해서는 n-AlGaN층(11) 상에 n-AlGaN 클래드층(12), InGaN MPQ 활성층(13), p-AlGaN 클래드층(14) 및 p-콘택층(15) 및 p-전극층(16)을 순차적으로 형성시킨 뒤, n-전극층(17)이 형성될 n-AlGaN층(11)의 영역의 반도체 물질들을 제거하여 n-AlGaN층(11)을 노출시킨 뒤, n-전극층(17)을 형성시킨다.
도 1에 나타낸 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 도 1과 같은 반도체 레이저 다이오드를 형성시키는 공정에서 p-AlGaN 클래드층(14)을 성장 과정에서 고온 열처리를 하는 도중 저온 성장된 InGaN 활성층(13)의 In의 편석(segregation)이 발생하여 InGaN 활성층(13)의 양자 우물 구조가 질적 저하 현상이 유발될 수 있다.
둘째, p형 불순물로 도핑하는 물질, 예를 들어 Mg가 p-AlGaN 클래드층(14)의 격자 결함을 유발할 수 있기 때문에, 광손실(optical loss)이 증가한다.
세째, p-AlGaN 클래드층(14)의 Mg의 확산에 의하여 InGaN 활성층(13)의 양자 우물 구조의 질적 저하 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, p-클래드층을 형성시키지 않고, p-클래드층을 대체하는 유전체층을 사용하여 반도체 레이저 다이오드의 광학적 특성을 향상시킨 활성층 상에 유전체층을 형성시킨 반도체 레이저 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는
기판 상에 순차적으로 형성된 n-클래드층, n-광가이드층, 활성층, p-광가이드층을 포함하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드에 있어서,
상기 p-광가이드층 상에 리지 형태의 유전체층이 형성되며, 상기 유전체층의 측부에 p-전극층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 p-광가이드층 및 상기 유전체층 사이에 p-콘텍층이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 있어서, 상기 기판 및 상기 n-클래드층 사이에 n-반도체층이 더 형성되며, 상기 n-반도체층의 일측부에 n-전극층이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 p-광가이드층의 양 측면에 전류 제한 영역이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 n-광가이드층의 양측 상부에 형성되며, 상기 활성층 에 인가되는 전류를 제한하는 전류 제한층이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 p-광가이드층 및 상기 p-콘택층 사이에 형성된 전류 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 n-클래드층은 AlxGaN(x≥0)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 n-광가이드층은 GaN으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 활성층은 InxGaN(x≥0)을 포함하는 MQW(다중 양자 우물) 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 p-광가이드층은 GaN으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 유전체층은 SiO2, SiNx, HfOx, AlN, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO, Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 p-콘택층은 InxGaN(x≥0)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류 제한층은 undoped-AlGaN 또는 p-AlGaN으로 형성된 것이며, 상기 전류 확산층은 AlGaN으로 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이 오드에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에 나타낸 각층의 두께 및 폭은 설명을 위하여 다소 과장되었음을 명심하여야 한다.
도 2는 본 발명에 의한 활성층 상에 유전체층을 형성시킨 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드의 기본적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(20) 상에 n-반도체층(21), n-반도체층(21) 상에 n-클래드층(22), n-광가이드층(23), 활성층(24) 및 p-광가이드층(25)이 순차적으로 형성되어 있다. 선택적으로 p-광가이드층(25) 상에는 p-콘택층(26)이 더 형성될 수 있다. p-광가이드층(25) 또는 p-콘택층(26)의 중앙 영역에는 유전체층(27)이 형성되어 있으며, 유전체층(27)의 측부에는 p-전극층(28)이 형성되어 있다. n-클래드층(22)이 형성되지 않은 n-반도체층(21) 상에는 n-전극층(29)이 형성되어 있다.
구체적으로 각 층을 구성하는 물질을 예를 들면 다음과 같다. n-반도체층(21)은 AlxGaN(x≥0)으로 형성될 수 있으며, n-클래드층(22)은 AlxGaN(x≥0)으로 형성될 수 있다. 그리고, n-광가이드층(23)은 InxGaN(x≥0)으로 형성될 수 있으며, 활성층(24)은 InxGaN(x≥0)을 포함하는 MQW(다중 양자 우물) 구조로 형성될 수 있다. p-광가이드층(25)은 InxGaN(x≥0)으로 형성될 수 있으며, p-콘택층(26)은 InxGaN(x≥0)으로 형성될 수 있다.
본 발명의 특징인 유전체층(27)은 p-광가이드층(25) 또는 p-콘택층(26) 상에 리지 구조로 형성되며, SiO2, SiNx, HfOx, AlN, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO, Ta2O5와 같 은 유전체 물질로 형성된 것이다. 유전체층(27)은 p-전극층(28) 및 n-전극층(29)으로 주입한 전류에 의해 활성층(24)에서 발생하는 광모드를 가이드하는 역할을 한다. 레이저 발진을 위하여 활성층(24)에 공급되는 전류는 유전체층(27)의 양측부에 형성된 p-전극층(28)을 통하여 이루어진다.
보다 효율적인 전류 공급을 위해 p-광가이드층(25) 또는 n-광가이드층(23)에 전류 제한 영역을 형성시킬 수 있다. 이를 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a는 p-광가이드층(25)에 전류 제한 영역(25a)을 형성한 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3a를 참조하면, 기판(20) 상에 n-반도체층(21), n-반도체층(21) 상에 n-클래드층(22), n-광가이드층(23), 활성층(24) 및 p-광가이드층(25)이 순차적으로 형성되어 있다. 선택적으로 p-광가이드층(25) 상에는 p-콘택층(26)이 더 형성될 수 있다. p-광가이드층(25) 또는 p-콘택층(26)의 중앙 영역에는 유전체층(27)이 형성되어 있으며, 유전체층(27)의 측부에는 p-전극층(28)이 형성되어 있다. n-클래드층(22)이 형성되지 않은 n-반도체층(21) 상에는 n-전극층(29)이 형성되어 있다. 이는 도 2에 나타낸 본 발명에 의한 활성층 상에 유전체층을 형성시킨 반도체 레이저 다이오드의 기본적인 구조와 동일하다. 다만, 도 3a에서는 p-광가이드층(25)에 전류 제한 영역(25a)을 더 형성시킨 것을 특징으로 한다.
전류 제한 영역(25a)은 p-광가이드층(25)을 형성시키는 경우, p-광가이드층(25)의 양측부에 H, B 또는 NH3와 같은 물질을 임플런테이션(implatation)으로 주입하여 형성시킨 것이다. 선택적으로 p-광가이드층(25)을 형성시킬 때, 전류 제한 영 역(25a)을 제외한 영역에만 p형 불순물을 도핑할 수 있다. 따라서, 유전체층(27) 양측부의 p-콘택층(28)을 통하여 전류를 주입하면 p-광가이드층(25)의 전류 제한 영역(25a)으로 통과하지 못하고 광가이드층(25)의 전류 제한 영역(25a) 사이를 통하여 활성층(24)에 공급된다. 결과적으로 활성층(24)의 중앙 영역에만 집중적으로 전류가 공급됨으로써 효율적인 레이저 발진이 일어나게 된다.
또한, 전류 제한 영역을 n-광가이드 영역(23)의 양측부에 형성시키는 경우에도 활성층의 중앙 영역에만 집중적으로 전류를 공급하는 구조를 형성시킬 수 있다. 즉, n-광가이드층(25)의 양측부에 H, B 또는 NH3와 같은 물질을 임플런테이션(implatation)으로 주입하거나, 선택적으로 n-광가이드층(23)을 형성시킬 때, 전류 제한 영역을 제외한 영역에만 n형 불순물을 도핑할 수 있다.
도 3b는 별도의 전류 제한층(30)을 더 형성시킨 실시예를 나타낸 것이다. 도 3b의 구조는 n-광가이드층(23) 내에 전류 제한 영역을 형성시킨 것이 아니라, n-광가이드층(23)과 활성층(24) 사이에 n-전극층(29)에서 공급되는 전류의 경로를 제한하기 위한 전류 제한층(30)을 형성시킨 것이다.
전류 제한층(30) 형성 공정에 대해 설명하면 다음과 같다. n-광가이드층(23)을 형성시킨 뒤, 그 상부에 undoped-AlGaN 또는 p-AlGaN을 도포하고 그 중앙 부위를 식각하여 n-광가이드층(23)을 노출시킨 뒤, 그 상부에 활성층(24), p-광가이드층(25)을 순차적으로 형성시킨다. 결과적으로 활성층(24) 등은 그루브 형태로 형성된다. 따라서, n-전극층(29)에 의해 공급되는 전류는 전류 제한층(30)을 통과하지 못하므로, 전류 제한층(30) 사이 영역을 통하여 활성층(24)의 중앙 영역에만 집중적으로 전류가 공급됨으로써 효율적인 레이저 발진이 일어나게 된다.
도 4는 도 2에 나타낸 본 발명에 의한 활성층 상에 유전체층을 형성시킨 반도체 레이저 다이오드의 기본적인 구조에서 p-광가이드층 상에 전류 확산층(31)을 더 형성시킨 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(20) 상에 n-반도체층(21), n-반도체층(21) 상에 n-클래드층(22), n-광가이드층(23), 활성층(24), p-광가이드층(25) 및 전류 확산층(31)이 순차적으로 형성되어 있다. 선택적으로 전류 확산층(31) 상에는 p-콘택층(26)이 더 형성될 수 있다. 그리고, p-광가이드층(25) 또는 p-콘택층(26)의 중앙 영역에는 유전체층(27)이 형성되어 있으며, 유전체층(27)의 측부에는 p-전극층(28)이 형성되어 있다. n-클래드층(22)이 형성되지 않은 n-반도체층(21) 상에는 n-전극층(29)이 형성되어 있다. 전류확산층(31)은 AlGaN으로 형성시킬 수 있으며, p-전극층(28)을 통해 공급되는 전류는 전류 확산층(31)을 통하여 활성층으로 전류가 공급되도록 한다. 이때, 전류 확산층(31)으로 사용되는 AlGaN은 두께가 얇고(약 100nm 정도) 고온 산화공정이 필요 없거나, 매우 짧은 시간 동안 실시하므로, 활성층의 In 편석에 다중 양자 우물 구조의 질적 저하 현상은 발생하지 않는다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명과 종래 기술에 의한 레이저 다이오드 비교하고자 한다. 도 5는 본 발명 및 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드의 활성층에서 발진하는 레이저의 광모드가 유전체층(본 발명) 또는 p-클래드층(종래 기술)과 오버랩(overlap)되는 비율을 나타낸 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
종래 기술에 의한 레이저 다이오드에서는 p-클래드층으로 AlGaN을 사용한 것으로, 그 굴절율은 약 2.5이다. 도 5를 참조하면, 활성층에서 발진하는 레이저 빔은 활성층의 측면으로 진행하면서, 그 광모드가 p형 불순물로 사용되는 Mg가 도핑된 p-클래드층과 오버랩되는 비율이 20% 이상으로 나타났다. 광모드가 p-클래드층과 오버랩되는 비율이 높을 수록 광손실이 커지는 것을 고려할 때, 바람직하지 않은 결과를 나타냈음을 알 수 있다.
그리고, 도 3a에 나타낸 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 레이저 다이오드 구조에서 유전체층의 물질의 굴절율을 변화시키면서 활성층에서 발진하는 레이저와 유전체층의 오버랩되는 비율을 조사한 결과, 2.5의 굴절율을 지닌 유전체층을 형성시킨 경우에도 오버랩되는 비율이 10% 미만을 나타내었다. 결과적으로 종래 기술에 비해 본 발명과 같은 구조의 레이저 다이오드에서 광손실을 크게 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 리지 구조의 유전체층의 폭(ridge width)에 따른 modal loss를 계산한 결과를 나타낸 것이다. 도 6에서는 발진되는 레이저의 펀더멘탈 모드(fundamental mode, 0차 모드) 및 1차 모드(1st-order mode)를 나타낸 것이다. 도 2와 같은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드는 리지 구조의 유전체층(27) 측면의 금속 물질의 p-전극층(28)에 의한 광손실이 발생한다. 유전체층(27)의 폭이 약 2 마이크로미터 미만인 경우에는 펀더멘탈 모드의 모달 로스는 20cm-1 미만으로 그리 크지 않으며, 특히 1 차 모드의 로스가 크기 때문에 mode selection의 효과로 인한 높은 킹크 레벨을 지니게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 이는 활성층에서 발진되는 레이저가 단일 횡모드로 나타나기 용이해짐을 의미한다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, p-클래드층의 고온 성장 과정에서 발생할 수 있는 활성층의 특성 저하를 방지할 수 있다.
둘째, p형 도핑 물질인 Mg의 확산에 의한 광손실을 방지할 수 있다.
세째, 유전체층 물질을 그 굴절율에 따라 적절히 선택이 가능하다.
네째, 금속 콘택에 의한 발진 레이저의 펀더멘탈 모드와 1차 모드의 광손실 차이를 이용하여 높은 차수 모드 레이저의 발진을 억제할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 순차적으로 형성된 n-클래드층, n-광가이드층, 활성층, p-광가이드층을 포함하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드에 있어서,
    상기 p-광가이드층 상에 리지 형태의 유전체층이 형성되며, 상기 유전체층의 측부에 p-전극층이 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 p-광가이드층 및 상기 유전체층 사이에 p-콘택층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 및 상기 n-클래드층 사이에 n-반도체층이 더 형성되며, 상기 n-반도체층의 일측부에 n-전극층이 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  5. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p-광가이드층의 양 측면에 전류 제한 영역이 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  6. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-광가이드층의 양측 상부에 형성되며, 상기 활성층에 인가되는 전류를 제한하는 전류 제한층이 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 p-광가이드층 및 상기 p-콘택층 사이에 형성된 전류 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  8. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-클래드층은 AlxGaN(x≥0)으로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  9. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n-광가이드층은 InxGaN(x≥0)으로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  10. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활성층은 InxGaN(x≥0)을 포함하는 MQW(다중 양자 우물) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  11. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 p-광가이드층은 InxGaN(x≥0)으로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  12. 제 1항, 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층은 SiO2, SiNx, HfOx, AlN, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO, Ta2O5 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 p-콘택층은 InxGaN(x≥0)으로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  14. 제 6항에 있어서,
    상기 전류 제한층은 undoped-AlGaN 또는 p-AlGaN으로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
  15. 제 7항에 있어서,
    상기 전류 확산층은 AlGaN으로 형성된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 반도체 레이저 다이오드.
KR1020050096159A 2005-10-12 2005-10-12 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드 KR101111720B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050096159A KR101111720B1 (ko) 2005-10-12 2005-10-12 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드
US11/545,546 US7899103B2 (en) 2005-10-12 2006-10-11 Side light emitting type semiconductor laser diode having dielectric layer formed on active layer
JP2006277767A JP2007110126A (ja) 2005-10-12 2006-10-11 活性層上に誘電体層の形成された側面発光型半導体レーザダイオード
US13/011,674 US20110116525A1 (en) 2005-10-12 2011-01-21 Side light emitting type semiconductor laser diode having dielectric layer formed on active layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050096159A KR101111720B1 (ko) 2005-10-12 2005-10-12 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070040629A KR20070040629A (ko) 2007-04-17
KR101111720B1 true KR101111720B1 (ko) 2012-02-15

Family

ID=37911043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050096159A KR101111720B1 (ko) 2005-10-12 2005-10-12 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드

Country Status (3)

Country Link
US (2) US7899103B2 (ko)
JP (1) JP2007110126A (ko)
KR (1) KR101111720B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102609002B1 (ko) * 2022-01-18 2023-12-04 인하대학교 산학협력단 질화물 반도체 레이저 소자 및 그의 제조 방법
KR102609001B1 (ko) * 2022-01-18 2023-12-04 인하대학교 산학협력단 질화물 반도체 레이저 소자 및 그의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980067503A (ko) * 1997-02-05 1998-10-15 김광호 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JP2004200211A (ja) * 2002-12-16 2004-07-15 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP2004200210A (ja) 2002-12-16 2004-07-15 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ及びその製造方法
KR20050087025A (ko) * 2004-02-24 2005-08-31 엘지전자 주식회사 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5123070A (en) * 1990-09-10 1992-06-16 Tacan Corporation Method of monolithic temperature-stabilization of a laser diode by evanescent coupling to a temperature stable grating
JP2783210B2 (ja) * 1995-09-04 1998-08-06 日本電気株式会社 面発光型ダイオード
GB2309336B (en) * 1996-01-22 2001-05-23 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device
EP2234142A1 (en) * 1997-04-11 2010-09-29 Nichia Corporation Nitride semiconductor substrate
US6207973B1 (en) * 1998-08-19 2001-03-27 Ricoh Company, Ltd. Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures
JP3344381B2 (ja) * 1999-08-23 2002-11-11 日本電気株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2001176805A (ja) * 1999-12-16 2001-06-29 Sony Corp 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物の結晶製造方法、窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物結晶基板、窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物結晶膜およびデバイスの製造方法
JP2002314203A (ja) * 2001-04-12 2002-10-25 Pioneer Electronic Corp ３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法
JP3876649B2 (ja) * 2001-06-05 2007-02-07 ソニー株式会社 窒化物半導体レーザ及びその製造方法
US6455340B1 (en) * 2001-12-21 2002-09-24 Xerox Corporation Method of fabricating GaN semiconductor structures using laser-assisted epitaxial liftoff
JP2004241413A (ja) * 2003-02-03 2004-08-26 Toshiba Corp 半導体装置
US7009215B2 (en) * 2003-10-24 2006-03-07 General Electric Company Group III-nitride based resonant cavity light emitting devices fabricated on single crystal gallium nitride substrates
JP2005340567A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Fuji Xerox Co Ltd 表面発光型半導体レーザ素子およびその製造方法
JP4909533B2 (ja) * 2004-06-21 2012-04-04 パナソニック株式会社 半導体レーザ素子及びその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980067503A (ko) * 1997-02-05 1998-10-15 김광호 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JP2004200211A (ja) * 2002-12-16 2004-07-15 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
JP2004200210A (ja) 2002-12-16 2004-07-15 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ及びその製造方法
KR20050087025A (ko) * 2004-02-24 2005-08-31 엘지전자 주식회사 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070040629A (ko) 2007-04-17
US20110116525A1 (en) 2011-05-19
US7899103B2 (en) 2011-03-01
US20070081570A1 (en) 2007-04-12
JP2007110126A (ja) 2007-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7508001B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4441563B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP2005101542A (ja) 半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法
JP2002016312A (ja) 窒化物系半導体素子およびその製造方法
JP2007066981A (ja) 半導体装置
JP2010267871A (ja) 半導体レーザおよびその製造方法
US8379682B2 (en) Nitride semiconductor laser chip and method of fabrication thereof
JP2009081249A (ja) 半導体レーザ装置
JP2009064886A (ja) 半導体レーザ装置
JP5507792B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子
JP2003204122A (ja) 窒化物半導体素子
JP4821385B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子
JP2010135724A (ja) 半導体レーザ装置
JPH11274644A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
KR101111720B1 (ko) 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드
US6618416B1 (en) Semiconductor laser
JPH11274642A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2005183821A (ja) 半導体発光素子
JPH10256647A (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
CN110431720B (zh) 光半导体元件
JP3801410B2 (ja) 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP2009076640A (ja) 半導体発光素子
JP2679974B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP5556922B2 (ja) 半導体レーザの製造方法
JP2010021491A (ja) 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee