KR101118844B1 - Semiconductor laser diode and fabricating method thereof - Google Patents

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KR101118844B1 KR1020050090513A KR20050090513A KR101118844B1 KR 101118844 B1 KR101118844 B1 KR 101118844B1 KR 1020050090513 A KR1020050090513 A KR 1020050090513A KR 20050090513 A KR20050090513 A KR 20050090513A KR 101118844 B1 KR101118844 B1 KR 101118844B1
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Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 리지(ridge) 구조의 측면과 p-클래드층에 절연층과 흡수층이 반복적으로 적층되는 다층막 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, wherein a multilayered film structure in which an insulating layer and an absorbing layer are repeatedly stacked on a side surface of a ridge structure and a p-clad layer is provided.

본 발명에 의하면, 활성층에서 발생하는 레이저 광을 보다 효율적으로 리지 구조 내에 더 잘 구속(confine) 시킬 수 있어 FFH(Far Field Horizontal)를 크게 할 수 있으므로 FFV(Far Field Vertical)/FFH(Far Field Horizontal) 비를 줄여 보다 원(circular) 형태의 빔을 발생할 수 있게 된다.According to the present invention, the laser light generated in the active layer can be more efficiently constrained in the ridge structure to increase the Far Field Horizontal (FFH) and thus the Far Field Vertical (FFV) / Far Field Horizontal (FFH). By reducing the ratio, it is possible to generate more circular beams.

그리고, 흡수층이 레이저 광이 발생하는 활성층에 더 가까이 위치하게 되어 측면 방향으로의 고차원 모드 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있게 되므로, 고출력 하에서 킹크(kink) 레벨을 높일 수 있게 되는 효과가 있다.In addition, since the absorbing layer is located closer to the active layer where the laser light is generated, it is possible to more effectively suppress the generation of the high-dimensional mode in the lateral direction, thereby increasing the kink level under high power.

킹크, FFH, FFV, 누설 전류, 레이저, 다이오드, 리지 Kink, FFH, FFV, Leakage Current, Laser, Diode, Ridge

Description

반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 { Semiconductor laser diode and fabricating method thereof }Semiconductor laser diode and manufacturing method thereof

도 1은 종래의 리지 웨이브 가이드 형의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional ridge wave guide type nitride semiconductor laser diode.

도 2는 Si 흡수층을 포함하는 리지 웨이브 가이드 형의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도.2 is a cross-sectional view of a ridge wave guide type nitride semiconductor laser diode including a Si absorption layer.

도 3은 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 실시예를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor laser diode of the present invention.

도 4는 종래의 절연막-흡수층 구조와 본 발명의 다층막 구조의 상태를 비교하여 나타낸 단면도.4 is a cross-sectional view comparing the state of the conventional insulating film-absorbing layer structure with the multilayer film structure of the present invention.

도 5는 Si과 Au의 상태도를 나타낸 그래프.5 is a graph showing a state diagram of Si and Au.

도 6은 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 다른 실시예를 나타낸 단면도.6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the semiconductor laser diode of the present invention.

도 7은 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.7 is a sectional view showing yet another embodiment of a semiconductor laser diode of the present invention.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 실시예를 나타낸 단면도.8A to 8E are sectional views showing an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser diode of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : n-클래드층 110 : 활성층100: n-clad layer 110: active layer

120 : p-클래드층 130 : p-컨택트층120: p-clad layer 130: p- contact layer

140 : 다층막 구조 143 : 절연층140: multilayer film structure 143: insulating layer

146 : 흡수층 150 : p-전극146: absorption layer 150: p-electrode

본 발명은 발광 소자에 관한 것으로서, 특히 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device, and more particularly, to a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same.

최근, 광 저장 장치의 고밀도화 추구에 따라 반도체 레이저 다이오드를 광원으로 사용하는 광 저장 장치의 연구 개발이 널리 진행되고 있다.Recently, research and development of an optical storage device using a semiconductor laser diode as a light source have been widely progressed in accordance with the pursuit of higher density of the optical storage device.

특히, GaN계 반도체 레이저 다이오드는 천이 방식이 레이저의 발진 확률이 높은 직접 천이 방식이고, 넓은 에너지 밴드 갭을 가지고 있어 자외선 영역에서 녹색 영역으로 이어지는 단파장의 발진 파장을 제공하기 때문에 광 저장 장치의 광원용으로 주목받고 있다.In particular, GaN-based semiconductor laser diode is a direct transition method with a high probability of laser oscillation, and has a wide energy band gap to provide a short wavelength oscillation wavelength from the ultraviolet region to the green region. Is attracting attention.

광 저장 장치의 광원으로 사용되는 반도체 레이저 다이오드는 단일 모드 및 고출력 특성을 만족시켜야 하며, 이를 위해 리지 웨이브 가이드(ridge wave guide)를 구비하여 주입되는 전류를 제한함으로써 임계 전류를 낮추고 단일 모드만이 이득을 가지도록 하고 있다.The semiconductor laser diode used as the light source of the optical storage device must satisfy the single mode and high power characteristics. To this end, a ridge wave guide is provided to limit the injected current, thereby lowering the threshold current and gaining only the single mode. To have.

도 1은 종래의 리지 웨이브 가이드 형의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional ridge wave guide type nitride semiconductor laser diode.

이에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 상부에 n-GaN층(11), n-컨택트층(12), n-클래드층(13), 활성층(14), p-클래드층(15), p-컨택트층(16)이 순차적으로 적층되어 있으며,As shown therein, the n-GaN layer 11, the n-contact layer 12, the n-clad layer 13, the active layer 14, and the p-clad layer 15 on the sapphire substrate 10. , the p-contact layers 16 are sequentially stacked,

상기 p-컨택트층(16)에서 상기 n-컨택트층(12)의 일부분까지 메사(mesa) 식각 되어 상기 n-컨택트층(12)의 일부가 상부로부터 노출되어 있고, 상기 p-클래드층(15)의 상부 영역(15a) 및 상기 p-컨택트층(16)은 리지(ridge) 구조(25)를 이루고 있다.A mesa is etched from the p-contact layer 16 to a portion of the n-contact layer 12 to expose a portion of the n-contact layer 12 from the top, and the p-clad layer 15 The upper region 15a and the p-contact layer 16 form a ridge structure 25.

또한, 상기 p-클래드층(15)의 하부 영역(15b)과 상기 리지 구조(25)의 측면 을 감싸며 절연막(17)이 형성되어 있으며, 상기 절연막(17)과 상기 p-컨택트층(16) 상에는 p-전극(18)이 형성되어 있고, 상기 메사 식각 되어 노출된 n-컨택트층(12) 상에는 n-전극(19)이 형성되어 있다.In addition, an insulating film 17 is formed to surround the lower region 15b of the p-clad layer 15 and the side surface of the ridge structure 25. The insulating film 17 and the p-contact layer 16 are formed. The p-electrode 18 is formed on the n-electrode 19, and the n-electrode 19 is formed on the n-contact layer 12 exposed by the mesa etching.

이와 같이 형성된 반도체 레이저 다이오드는 상기 리지 구조(25)로 인해 주입되는 전류를 제한하여 공진 폭이 제한되므로 레이저 발진을 위한 임계 전류 값이 작아지는 장점이 있다.The semiconductor laser diode formed as described above has an advantage that the threshold current value for laser oscillation is reduced because the resonance width is limited by limiting the current injected by the ridge structure 25.

그리고, 상기 p-클래드층(15)의 하부 영역(15b)과 상기 리지 구조(25)의 측면을 감싸며 형성되는 절연막(17)은 상기 활성층(14)에서 발생되는 레이저 광에 대해 투명하여 흡수가 거의 일어나지 않으므로 도파로 손실이 작다는 장점이 있다.In addition, the insulating layer 17 formed surrounding the lower region 15b of the p-clad layer 15 and the side surface of the ridge structure 25 is transparent to the laser light generated in the active layer 14 to be absorbed. It rarely happens, so the waveguide losses are small.

그러나, 응용 분야들이 확장됨에 따라 점차 고출력의 소자가 요구되고 있고, 고출력 레벨의 영역에서 킹크(kink)가 발생되지 않으면서 FFH(Far Field Horizontal) 값이 커서 원 형태(circular)를 갖는 레이저 빔이 요구되고 있다. 이 와 같이, 상기 원 형태를 갖는 레이저 빔을 사용하면 광 저장 장치 및 레이저 디스플레이 등에 있어서 보다 효율적으로 광을 이용할 수 있게 된다.However, as the applications are expanded, high power devices are increasingly required, and since the FFH (Far Field Horizontal) value is large and no kink is generated in the region of the high power level, a laser beam having a circular shape is obtained. It is required. As such, when the laser beam having the circular shape is used, light can be used more efficiently in an optical storage device, a laser display, and the like.

이를 만족시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 절연막(31)과 p-전극(34) 사이에에 Si 흡수층(32)을 게재한 반도체 레이저 다이오드가 제안되었다. 즉, p-클래드층(30)의 상부와 리지 구조(45)의 측면을 감싸며 형성된 절연막(31) 상에 Si으로 이루어지는 흡수층(32)을 형성하고, 상기 흡수층(32) 상에 p-컨택트층(33)과 접촉하는 p-전극(34)을 형성하였다.In order to satisfy this, as shown in FIG. 2, a semiconductor laser diode having a Si absorption layer 32 interposed between the insulating film 31 and the p-electrode 34 has been proposed. That is, the absorption layer 32 made of Si is formed on the insulating film 31 formed on the upper portion of the p-clad layer 30 and the side surface of the ridge structure 45, and the p-contact layer is formed on the absorption layer 32. A p-electrode 34 in contact with 33 was formed.

이와 같이 구성된 반도체 레이저 다이오드는, 활성층의 중심에서 벗어나 발생되는 레이저의 고차원 모드를 상기 흡수층(32)에서 흡수하여 고차원 모드의 발생을 억제시켜 주는데, 이는 상기 흡수층(32)의 Si이 레이저 광을 흡수하는 특성을 이용한 것이다.The semiconductor laser diode configured as described above absorbs the high dimensional mode of the laser generated from the center of the active layer in the absorbing layer 32 to suppress the generation of the high dimensional mode, in which the Si of the absorbing layer 32 absorbs the laser light. It is to use the characteristics.

그리고, 측면(lateral)방향으로 굴절률 차이를 크게 두어 활성층에서 발생하는 레이저 광을 상기 리지 구조(45) 내에 잘 구속(confine) 시킴으로써 FFH를 크게 하여 원(circular) 형태를 갖는 레이저 광을 발생하게 된다.In addition, the laser light generated in the active layer is well confined in the ridge structure 45 with a large refractive index difference in the lateral direction to increase the FFH to generate a laser light having a circular shape. .

즉, 400nm의 파장 영역에서 GaN으로 이루어지는 p-클래드층(30), SiO2로 이루어지는 절연막(31), Si으로 이루어지는 흡수층(32)의 각 굴절율을 살펴보면 GaN=2.5, SiO2=1.47, Si=5.6임을 알 수 있는데, GaN와 Si의 굴절률 차이가 크고 Si에서 광의 흡수가 일어나기 때문에 SiO2로 이루어지는 절연막(31)만 있는 것에 비하여 광을 상기 리지 구조(45) 내에 잘 구속(confine) 시킬 수 있게 된다.That is, in the 400 nm wavelength region, the refractive indices of the p-clad layer 30 made of GaN, the insulating film 31 made of SiO 2, and the absorbing layer 32 made of Si are GaN = 2.5, SiO 2 = 1.47, and Si =. It can be seen that the difference in refractive index between GaN and Si and absorption of light occurs in Si, so that light can be confined within the ridge structure 45 as compared with only the insulating film 31 made of SiO 2 . do.

이렇게 상기 리지 구조(45) 내에 광을 잘 구속시키게 되면, FFH가 커지게 되는데 이 경우 FFV(Far Field Vertical)/FFH(Far Field Horizontal) 비가 줄어들게 되어 원 형태를 갖는 레이저 빔을 발생하게 된다.When the light is constrained well in the ridge structure 45, the FFH becomes large. In this case, the FFV (Far Field Vertical) / FFH (Far Field Horizontal) ratio is reduced to generate a laser beam having a circular shape.

그러나, 배속 경쟁이 진행됨에 따라 더욱 원(circular) 형태의 빔에 가까우면서 고출력에서도 킹크(kink)가 발생하지 않는 소자가 절실히 요구되고 있다.However, as the speed competition progresses, there is an urgent need for devices that are closer to circular beams and do not generate kinks even at high power.

따라서, 본 발명의 목적은 리지(ridge) 구조의 측면과 p-클래드층에 절연층과 흡수층이 반복적으로 적층되는 다층막 구조를 형성함으로써, 활성층에서 발생되는 고차원 모드의 레이저 광을 더욱 효과적으로 억제하여 킹크 레벨을 높이고, 활성층에서 발생되는 광을 리지 구조 내에 잘 구속시킴으로써 보다 원(circular) 형태의 빔을 발생시키는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to form a multi-layered film structure in which an insulating layer and an absorbing layer are repeatedly stacked on the side of the ridge structure and the p-clad layer, thereby more effectively suppressing the laser light in the high-dimensional mode generated in the active layer and kink. The present invention provides a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, which raise a level and constrain light generated in an active layer within a ridge structure to generate a more circular beam.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 일 실시예는, n-클래드층 상부에 활성층, p-클래드층, p-컨택트층이 적층되어 있고, 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부가 식각되어 리지(ridge) 구조를 이루는 적층 구조물과, 상기 p-클래드층과 상기 리지 구조의 측면에 절연층과 흡수층이 반복적으로 적층되어 형성된 다층막 구조와, 상기 다층막 구조 및 상기 p-컨택트층 상에 형성된 p-전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the semiconductor laser diode of the present invention, an active layer, a p-clad layer, and a p-contact layer are stacked on an n-clad layer, and the p-contact layer and a part of the p-clad layer are etched. A laminate structure forming a ridge structure, a multilayer film structure formed by repeatedly stacking an insulating layer and an absorbing layer on side surfaces of the p-clad layer and the ridge structure, and p formed on the multilayer film structure and the p-contact layer -Characterized in that it comprises an electrode.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 다른 실시예는, 상기 적층 구조물의 n-클래드층 하부에 형성되며, 그 일부가 메사(mesa) 식각 되어 상부로부터 노출되어 있는 n-컨택트층과, 상기 n-컨택트층 하부에 형성된 버퍼층과, 상기 버퍼층 하부에 형성된 기판과, 상기 메사 식각 되어 노출된 n-컨택트층 상에 형성된 n-전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the semiconductor laser diode of the present invention is an n-contact layer formed under the n-clad layer of the laminated structure, a portion of which is mesa-etched and exposed from the top, and the n-contact layer And a n-electrode formed on the buffer layer formed below, the substrate formed under the buffer layer, and the n-contact layer exposed through the mesa etching.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 또 다른 실시예는, 상기 적층 구조물의 n-클래드층 하부에 형성된 버퍼층과, 상기 버퍼층 하부에 형성된 기판과, 상기 기판 하부에 형성된 n-전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Another embodiment of the semiconductor laser diode of the present invention further comprises a buffer layer formed under the n-clad layer of the stacked structure, a substrate formed under the buffer layer, and an n-electrode formed under the substrate. do.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법의 실시예는, 기판 상부에 n-컨택트층, n-클래드층, 활성층, p-클래드층, p-컨택트층을 순차적으로 적층한 후, 상기 p-컨택트층에서 상기 n-컨택트층의 일부분까지 메사(mesa) 식각하는 단계와, 상기 p-컨택트층 및 p-클래드층의 일부를 식각하여 리지(ridge) 구조를 형성하는 단계와, 상기 p-클래드층과 상기 리지 구조의 측면에 절연층과 보호층을 반복적으로 적층하여 다층막 구조를 형성하는 단계와, 상기 다층막 구조와 상기 p-컨택트층 상에 p-전극을 형성하고, 상기 메사 식각 되어 노출된 n-컨택트층 상에 n-전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser diode of the present invention, the p-contact layer is formed by sequentially stacking an n-contact layer, an n-clad layer, an active layer, a p-clad layer, and a p-contact layer on a substrate. Mesa etching a portion of the n-contact layer, etching a portion of the p-contact layer and the p-clad layer to form a ridge structure, and the p-clad layer Repeatedly forming an insulating layer and a protective layer on side surfaces of the ridge structure to form a multilayer structure, forming a p-electrode on the multilayer structure and the p-contact layer, and n-exposed by being exposed to the mesa. Forming an n-electrode on the contact layer.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.Hereinafter, the semiconductor laser diode of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 8. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor laser diode of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, n-클래드층(100) 상부에 활성층(110), p-클래드층 (120), p-컨택트층(130)이 적층되어 있으며, 상기 p-컨택트층(130) 및 상기 p-클래드층(120)의 일부가 식각되어 리지(ridge) 구조(135)를 이루고 있고,As shown therein, the active layer 110, the p-clad layer 120, and the p-contact layer 130 are stacked on the n-clad layer 100, and the p-contact layer 130 and the A portion of the p-clad layer 120 is etched to form a ridge structure 135.

상기 p-클래드층(120)과 상기 리지 구조(135)의 측면에는 절연층(143)과 흡수층(146)이 반복적으로 적층된 다층막 구조(140)가 형성되어 있으며, 상기 다층막 구조(140)의 상부와 상기 p-컨택트층(130) 상에는 p-전극(150)이 형성되어 있다.On the side of the p-clad layer 120 and the ridge structure 135, a multilayer film structure 140 in which an insulating layer 143 and an absorbing layer 146 are repeatedly stacked is formed, and the multilayer film structure 140 The p-electrode 150 is formed on the top and the p-contact layer 130.

여기서, 상기 n-클래드층(100), 활성층(110), p-클래드층(120) 및 p-컨택트층(130)은 GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ족 질화물 화합물 반도체로 형성하되, 상기 p-컨택트층(130)은 GaN으로, 상기 n-클래드층(100)과 p-클래드층(120)은 AlGaN으로 형성하는 것이 바람직하다.The n-clad layer 100, the active layer 110, the p-clad layer 120, and the p-contact layer 130 may be formed of a GaN-based group III-V nitride compound semiconductor, but the p-contact The layer 130 is formed of GaN, and the n-clad layer 100 and the p-clad layer 120 are preferably formed of AlGaN.

그리고, 상기 활성층(110)은 레이징(lasing)이 일어날 수 있는 물질이면 무방하나, 임계 전류 값이 낮고 횡모드 특성이 안정된 레이저를 얻을 수 있는 물질층을 이용하는 것이 바람직하다.The active layer 110 may be a material capable of lasing, but it is preferable to use a material layer capable of obtaining a laser having a low threshold current value and stable lateral mode characteristics.

상기 p-컨택트층(130) 및 상기 p-클래드층(120)의 일부는 식각되어 중앙 영역에 상기 활성층(110)에 수직한 방향으로 돌출되어 있는 리지 구조(135)를 가지는데, 상기 리지 구조(135)의 폭은 단일 모드 및 고출력 동작을 위해 1 ~ 2 ㎛ 정도로 설계하는 것이 바람직하다.A portion of the p-contact layer 130 and the p-clad layer 120 is etched to have a ridge structure 135 protruding in a direction perpendicular to the active layer 110 in a central region. The width of 135 is preferably designed on the order of 1 to 2 μm for single mode and high power operation.

상기 p-클래드층(120)과 상기 리지 구조(135)의 측면에는 절연층(143)과 흡수층(146)이 반복적으로 적층되어 있는 다층막 구조(140)가 형성되는데, 여기서 상기 절연층(143)은 SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며, 상기 흡수층(146)은 Si으로 이루어지는 것이 바람직하다.On the side of the p-clad layer 120 and the ridge structure 135, a multilayered film structure 140 in which an insulating layer 143 and an absorbing layer 146 are repeatedly stacked is formed, wherein the insulating layer 143 is formed. Silver SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , SiN x It is preferably made of any one material selected from among, and the absorption layer 146 is preferably made of Si.

그리고, 상기 다층막 구조(140)의 두께는 1000 ~ 2000 Å 정도가 되게 형성하는데, 이는 도 2에서의 절연막-흡수층 구조의 두께와 같은 두께에 해당한다. 즉, 여기서는 기존 설계의 장점을 살리기 위해 기존의 절연막-흡수층 구조를 절연막과 흡수층이 반복적으로 적층된 다층막 구조로 변경한 것이다.The multilayer film structure 140 is formed to have a thickness of about 1000 to about 2000 mm 3, which corresponds to the thickness of the insulating film-absorption layer structure in FIG. 2. In other words, in order to take advantage of the existing design, the existing insulating film-absorption layer structure is changed into a multilayer film structure in which the insulating film and the absorbing layer are repeatedly stacked.

본 발명의 다층막 구조(140)는 절연층(143)과 흡수층(146)이 반복적으로 적층되어 형성되기 때문에, 기존의 절연막-흡수층 구조에 비하여 상기 활성층(110)에서 발생하는 레이저 광이 반사되는 계면이 더 많이 존재하게 되어 레이저 광을 보다 효율적으로 리지 구조(135) 내에 구속(confine) 시킬 수 있게 된다.In the multilayer structure 140 of the present invention, since the insulating layer 143 and the absorbing layer 146 are repeatedly stacked, the interface in which the laser light generated in the active layer 110 is reflected is compared with the existing insulating layer-absorption layer structure. This more presence allows the laser light to be confined within the ridge structure 135 more efficiently.

상기 활성층(110)에서 발생한 레이저 광이 리지 구조 (135)내에 보다 더 잘 구속되면 구동 전류가 줄어들게 되고, 구동 전류가 줄어들면 보다 적은 열이 발생하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.When the laser light generated by the active layer 110 is more confined within the ridge structure 135, the driving current is reduced, and when the driving current is reduced, less heat is generated to improve the reliability of the device.

그리고, 상기 다층막 구조(140)를 절연층(143)과 흡수층(146)을 반복적으로 적층하여 형성하는 경우, 도 2에서의 절연막-흡수층 구조에 비하여 흡수층(146)이 레이저 광이 발생하는 활성층(110)에 더 가까이 위치하게 되어 측면 방향으로의 고차원 모드 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있게 된다.In addition, when the multilayer film structure 140 is formed by repeatedly stacking the insulating layer 143 and the absorbing layer 146, the absorbing layer 146 has an active layer in which the laser light is generated as compared with the insulating film-absorbing layer structure in FIG. 2 ( It is located closer to 110, it is possible to more effectively suppress the generation of high-dimensional mode in the lateral direction.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 기존의 절연막-흡수층 구조에서의 경우 Si 흡수층으로부터 활성층에 이르는 거리를 T1 이라 하고, 본 발명의 다층막 구조의 경우 Si 흡수층으로부터 활성층에 이르는 거리를 T2 라고 하였을 때 T2〈 T1 이 된다.Ie, the old insulation film as shown in Fig. 4 as a distance from the active layer from the Si absorption layer when the absorbent structure from T 1, and in the case of multi-layer film structure of the present invention, the distance from the active layer from the Si absorption layer T 2 In this case, T 2 <T 1 .

이와 같이, 본 발명의 다층막 구조에 의하면 상기 활성층(110)에서 발생하는 고차원 모드의 레이저 광을 흡수하기 위한 Si 흡수층(146)이 활성층(110)에 보다 가까이 위치하여 고차원 모드 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있고 따라서, 고출력 하에서 킹크(kink) 레벨을 높일 수 있게 된다.As described above, according to the multilayer structure of the present invention, the Si absorption layer 146 for absorbing the laser light in the high dimensional mode generated in the active layer 110 is located closer to the active layer 110 to more effectively suppress the high dimensional mode generation. Thus, it is possible to increase the kink level under high power.

상기 절연층(143)과 흡수층(146)이 반복적으로 적층되어 있는 다층막 구조(140)의 상부에는 절연 물질로 이루어지는 보호층을 더 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable to further form a protective layer made of an insulating material on the multilayer film structure 140 in which the insulating layer 143 and the absorbing layer 146 are repeatedly stacked.

그 이유는, 절연층(143)과 흡수층(146)을 반복적으로 적층하여 Si으로 이루어지는 흡수층(146)이 상기 다층막 구조(140)의 최상위 층이 되는 경우, Si이 주로 Au로 구성되는 p-전극(150)과 직접 접촉하게 되는데, 이때 다이 본딩(die bonding) 공정 및 고온 동작 중에 상기 Si 흡수층(146)과 Au로 구성되는 p-전극(150)이 섞이게(intermixing) 되는 문제가 발생하기 때문이다.The reason is that when the absorbing layer 146 made of Si is repeatedly laminated with the insulating layer 143 and the absorbing layer 146 to become the uppermost layer of the multilayer film structure 140, the p-electrode whose Si is mainly composed of Au In this case, the Si-absorbing layer 146 and the p-electrode 150 composed of Au are intermixed during the die bonding process and the high temperature operation. .

즉, 도 5의 Au와 Si의 상태도를 참조하면, Au와 Si를 각각 따로 놓고 보았을때 Au의 녹는점은 1064 ℃이고, Si의 녹는점은 1414 ℃이나, 이 두 물질이 접촉하고 있는 경우에는 363 ℃이상의 온도에서부터 공융 반응(eutetic reaction)을 일으켜 액상으로 존재하게 된다.That is, referring to the state diagrams of Au and Si in FIG. 5, when Au and Si are separately placed, the melting point of Au is 1064 ° C., and the melting point of Si is 1414 ° C., but the two materials are in contact with each other. The eutectic reaction occurs at temperatures above 363 ° C and is present in the liquid phase.

그러므로, 363 ℃이상의 온도에서 행해지는 공정 중에, 상기 흡수층(146)의 Si과 상기 p-전극(150)의 Au이 섞이게 되어 고출력-고온 신뢰성 및 수율을 저하시키게 된다.Therefore, during the process performed at a temperature of 363 ° C. or more, Si of the absorbing layer 146 and Au of the p-electrode 150 are mixed to reduce high output-high temperature reliability and yield.

또한, Si으로 이루어지는 흡수층(146)이 상기 다층막 구조(140)의 최상위 층이 되는 경우, p-전극(150)을 증착하기 전에 상기 Si 흡수층(146)이 대기 중에 노 출되게 되는데 이때 대기 중에 노출되는 정도에 따라 다양한 형태와 두께로 상기 Si 흡수층(146)이 감소 및 변경되는 문제가 발생하게 된다.In addition, when the absorbing layer 146 made of Si becomes the uppermost layer of the multilayered structure 140, the Si absorbing layer 146 is exposed to the atmosphere before the p-electrode 150 is deposited. According to the degree, the Si absorbing layer 146 is reduced and changed in various shapes and thicknesses.

따라서, 상기 다층막 구조(140)와 상기 p-전극(150) 사이에 절연 물질로 이루어지는 보호층을 형성한다. 상기 보호층은 SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx, HfO, TiO2 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며, 100 ~ 1000 Å 정도의 두께를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.Therefore, a protective layer made of an insulating material is formed between the multilayer film structure 140 and the p-electrode 150. The protective layer is SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , SiN x , It is preferably made of any one material selected from HfO, TiO 2 to have a thickness of about 100 ~ 1000 Å.

여기서, 보호층은 상기 절연층(143) 및 흡수층(146)과 함께 증착되기 때문에 Si으로 이루어지는 흡수층(146)이 대기 중에 노출되면서 산화되어 흡수층(146)이 감소 및 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 상기 흡수층(146)을 충분히 제어할 수 있게 된다. Here, since the protective layer is deposited together with the insulating layer 143 and the absorbing layer 146, the absorbing layer 146 made of Si may be oxidized while being exposed to the air, thereby preventing the absorbing layer 146 from being reduced and deformed. Therefore, the absorption layer 146 can be sufficiently controlled.

그리고, 상기 보호층은 절연 물질로 이루어지고 상기 흡수층(146)과 p-전극(150) 사이에 형성되어 확산 장벽(diffusion barrier)의 역할을 수행하기 때문에 상기 흡수층(146)의 열적 안정성을 향상시켜 준다.In addition, since the protective layer is made of an insulating material and is formed between the absorbing layer 146 and the p-electrode 150 to serve as a diffusion barrier, the thermal stability of the absorbing layer 146 may be improved. give.

또한, 후 공정에 있어서 다이 본딩 공정과 같은 고온 공정을 수행할 때, Si 흡수층(146)과 p-전극(150)의 금속이 쉽게 섞이게 되는 현상도 방지할 수 있어 고출력 및 고온 동작시 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, when a high temperature process such as a die bonding process is performed in a subsequent process, the phenomenon in which the metal of the Si absorption layer 146 and the p-electrode 150 is easily mixed can be prevented, so that the reliability of the device at high power and high temperature operation can be prevented. It will be possible to improve.

게다가, 상기 보호층은 절연막으로서의 역할도 수행하여 리지 구조(135)의 측면 및 상기 p-클래드층(120)을 통하여 발생하는 누설 전류(leakage current)를 방지할 수 있어 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the protective layer may also serve as an insulating layer to prevent leakage current generated through the side of the ridge structure 135 and the p-clad layer 120 to improve electrical characteristics of the device. Can be.

상기 다층막 구조(140)의 상부와 상기 p-컨택트층(130) 상에는 p-전극(150)이 형성되는데, 상기 p-전극(150)은 금(Au), 백금(Pt), 타이타늄(Ti), 알루미늄(Al)들 중에서 선택된 어느 하나의 단층 또는 둘 이상의 다층으로 이루어질 수 있다.A p-electrode 150 is formed on the upper portion of the multilayer structure 140 and the p-contact layer 130, and the p-electrode 150 is formed of gold (Au), platinum (Pt), and titanium (Ti). It may be made of any one single layer or two or more multilayers selected from aluminum (Al).

본 발명의 반도체 레이저 다이오드는 도 6에 도시된 바와 같이, n-클래드층 (200) 하부에 형성되며, 그 일부가 메사(mesa) 식각 되어 있는 n-컨택트층(210)과, 상기 n-컨택트층(210) 하부에 형성된 버퍼층(220)과, 상기 버퍼층(220) 하부에 형성된 기판(230)과, 상기 메사 식각되어 노출된 n-컨택트층(210) 상에 형성된 n-전극(240)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 6, the semiconductor laser diode of the present invention is formed under the n-clad layer 200, and a portion of the n-contact layer 210 in which mesa is etched, and the n-contact. A buffer layer 220 formed under the layer 210, a substrate 230 formed under the buffer layer 220, and an n-electrode 240 formed on the n-contact layer 210 exposed through the mesa etching process. It can be made to include more.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, n-클래드층(260) 하부에 순차적으로 형성되는 버퍼층(270), 기판(280) 및 n-전극(290)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 7, the buffer layer 270, the substrate 280, and the n-electrode 290 which are sequentially formed below the n-clad layer 260 may be further included.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 실시예를 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 기판(300) 상부에 버퍼층(310), n-컨택트층(320), n-클래드층(330), 활성층(340), p-클래드층(350), p-컨택트층(360)을 순차적으로 적층한다(도 8a).8A to 8E are cross-sectional views showing an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor laser diode of the present invention. As shown in the figure, first, the buffer layer 310, the n-contact layer 320, the n-cladding layer 330, the active layer 340, the p-cladding layer 350, and the p-contact on the substrate 300. Layers 360 are sequentially stacked (FIG. 8A).

다음으로, 상기 p-컨택트층(360)에서 상기 n-컨택트층(320)의 일부분까지 메사 식각하여 상기 n-컨택트층(320)의 일부분을 상부로부터 노출시킨다(도 8b).Next, mesa etching from the p-contact layer 360 to a portion of the n-contact layer 320 exposes a portion of the n-contact layer 320 from the top (FIG. 8B).

이어서, 상기 p-컨택트층(360) 상에 PR 마스크로 리지(ridge) 패턴을 형성한 후에, p-컨택트층(360) 및 p-클래드층(350)의 일부를 식각하여 리지 구조(450)를 형성한다(도 8c).Subsequently, after forming a ridge pattern on the p-contact layer 360 with a PR mask, a portion of the p-contact layer 360 and the p-cladding layer 350 are etched to ridge structure 450. To form (FIG. 8C).

그 후, 상기 p-클래드층(350)과 상기 리지 구조(450)의 측면에 절연층과 흡수층이 반복적으로 적층되어 이루어지는 다층막 구조(370)를 형성한다(도 8d). Thereafter, a multi-layered film structure 370 in which an insulating layer and an absorbing layer are repeatedly stacked on the side surfaces of the p-clad layer 350 and the ridge structure 450 is formed (FIG. 8D).

상기 다층막 구조(370)의 절연층은 SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성하며, 흡수층은 Si으로 형성한다. 그리고 상기 다층막 구조(370)는 1000 ~ 2000 Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.The insulating layer of the multilayer structure 370 is SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , SiN x It is formed of any one material selected from among, and the absorption layer is formed of Si. The multi-layered film structure 370 is formed to have a thickness of about 1000 ~ 2000 Å.

여기서, 상기 다층막 구조(370)의 상부에 절연 물질로 이루어지는 보호층을 더 형성할 수 있다. 이때, 상기 보호층은 SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx, HfO, TiO2 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며, 100 ~ 1000 Å 정도의 두께를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.Here, a protective layer made of an insulating material may be further formed on the multilayer film structure 370. In this case, the protective layer is SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , SiN x , HfO, TiO 2 It is preferably made of any one material selected from among, and formed to have a thickness of about 100 ~ 1000 Å.

다음으로, 상기 다층막 구조(370)와 상기 p-컨택트층(350) 상에 p-전극(380)을 형성하고, 상기 메사 식각되어 노출된 n-컨택트층(320) 상에 n-전극(390)을 형성한다(도 8e).Next, a p-electrode 380 is formed on the multilayered film structure 370 and the p-contact layer 350, and the n-electrode 390 is disposed on the mesa-etched and exposed n-contact layer 320. ) Is formed (FIG. 8E).

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that it can be used.

본 발명에 의하면 리지(ridge) 구조의 측면과 p-클래드층에 절연층과 흡수층 이 반복적으로 적층되는 다층막 구조를 형성함으로써, 기존의 절연막-흡수층 구조에 비하여 상기 활성층에서 발생하는 레이저 광이 반사되는 계면이 더 많이 존재하게 되어 레이저 광을 보다 효율적으로 리지 구조 내에 더 잘 구속(confine) 시킬 수 있게 되는데, 이 경우 FFH를 크게 할 수 있으므로 FFV/FFH 비를 줄여 보다 원(circular) 형태의 빔을 발생할 수 있게 된다.According to the present invention, by forming a multilayer structure in which an insulating layer and an absorbing layer are repeatedly stacked on the side of the ridge structure and the p-clad layer, laser light generated in the active layer is reflected as compared with the conventional insulating layer-absorbing layer structure. The more interfaces exist, the more efficiently the laser light can be confined within the ridge structure. In this case, the FFH can be increased, thus reducing the FFV / FFH ratio to provide more circular beams. It can happen.

그리고, 상기 활성층에서 발생한 레이저 광이 리지 구조 내에 보다 더 잘 구속되면 구동 전류가 줄어들게 되고, 구동 전류가 줄어들면 보다 적은 열이 발생하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, when the laser light generated in the active layer is more confined within the ridge structure, the driving current is reduced, and when the driving current is reduced, less heat is generated to improve the reliability of the device.

또한, 기존의 절연막-흡수층 구조에 비하여 흡수층이 레이저 광이 발생하는 활성층에 더 가까이 위치하게 되어 측면 방향으로의 고차원 모드 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있게 되므로, 고출력 하에서 킹크(kink) 레벨을 높일 수 있게 된다.In addition, compared to the conventional insulating film-absorption layer structure, the absorbing layer is located closer to the active layer where the laser light is generated, thereby more effectively suppressing the generation of the high-dimensional mode in the lateral direction, thereby increasing the kink level under high power. Will be.

Claims (13)

삭제delete n-클래드층 상부에 활성층, p-클래드층, p-컨택트층이 적층되어 있고, 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부가 식각되어 리지 구조를 이루는 적층 구조물;a stacked structure in which an active layer, a p-clad layer, and a p-contact layer are stacked on an n-clad layer, and a portion of the p-contact layer and the p-clad layer are etched to form a ridge structure; 상기 p-클래드층과 상기 리지 구조의 측면에 절연층과 흡수층이 반복적으로 적층되어 형성된 다층막 구조; A multilayer film structure in which an insulating layer and an absorbing layer are repeatedly stacked on side surfaces of the p-clad layer and the ridge structure; 상기 다층막 구조 및 상기 p-컨택트층 상에 형성된 p-전극;A p-electrode formed on the multilayer structure and the p-contact layer; 상기 n-클래드층 하부에 형성되며, 그 일부가 메사식각 되어 상부로부터 노출되어 있는 n-컨택트층;An n-contact layer formed under the n-clad layer, a portion of which is mesa-etched and exposed from the top; 상기 n-컨택트층 하부에 형성된 버퍼층;A buffer layer formed under the n-contact layer; 상기 버퍼층 하부에 형성된 기판; 및A substrate formed under the buffer layer; And 상기 메사식각 되어 노출된 n-컨택트층 상에 형성된 n-전극을 포함하는 반도체 레이저 다이오드.And a n-electrode formed on the mesa-etched and exposed n-contact layer. n-클래드층 상부에 활성층, p-클래드층, p-컨택트층이 적층되어 있고, 상기 p-컨택트층 및 상기 p-클래드층의 일부가 식각되어 리지 구조를 이루는 적층 구조물;a stacked structure in which an active layer, a p-clad layer, and a p-contact layer are stacked on an n-clad layer, and a portion of the p-contact layer and the p-clad layer are etched to form a ridge structure; 상기 p-클래드층과 상기 리지 구조의 측면에 절연층과 흡수층이 반복적으로 적층되어 형성된 다층막 구조;A multilayer film structure in which an insulating layer and an absorbing layer are repeatedly stacked on side surfaces of the p-clad layer and the ridge structure; 상기 다층막 구조 및 상기 p-컨택트층 상에 형성된 p-전극;A p-electrode formed on the multilayer structure and the p-contact layer; 상기 n-클래드층 하부에 형성된 버퍼층;A buffer layer formed under the n-clad layer; 상기 버퍼층 하부에 형성된 기판; 및A substrate formed under the buffer layer; And 상기 기판 하부에 형성된 n-전극을 포함하는 반도체 레이저 다이오드.And a n-electrode formed under the substrate. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 절연층은, SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode according to claim 2 or 3, wherein the insulating layer is made of any one material selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , and SiN x . 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 흡수층은, 실리콘(Si)으로 이루어지는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode according to claim 2 or 3, wherein the absorption layer is made of silicon (Si). 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 다층막 구조는, 1000 ~ 2000 Å의 두께를 가지는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode according to claim 2 or 3, wherein the multilayer film structure has a thickness of 1000 to 2000 GPa. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 다층막 구조와 p-전극 사이에, 절연 물질로 이루어지는 보호층을 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드.4. The semiconductor laser diode according to claim 2 or 3, further comprising a protective layer made of an insulating material between the multilayer film structure and the p-electrode. 제7항에 있어서, 상기 보호층은, SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx, HfO, TiO2 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 반도체 레이저 다이오드.The method of claim 7, wherein the protective layer is SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , SiN x , A semiconductor laser diode comprising any one selected from HfO and TiO 2 . 제7항에 있어서, 상기 보호층은, 100 ~ 1000 Å의 두께를 가지는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode according to claim 7, wherein the protective layer has a thickness of 100 to 1000 kHz. 기판 상부에 n-컨택트층, n-클래드층, 활성층, p-클래드층, p-컨택트층을 순차적으로 적층한 후, 상기 p-컨택트층에서 상기 n-컨택트층의 일부분까지 메사 식각하는 단계;Sequentially depositing an n-contact layer, an n-clad layer, an active layer, a p-clad layer, and a p-contact layer on the substrate, and then mesa etching the p-contact layer to a portion of the n-contact layer; 상기 p-컨택트층 및 p-클래드층의 일부를 식각하여 리지 구조를 형성하는 단계;Etching a portion of the p-contact layer and p-clad layer to form a ridge structure; 상기 p-클래드층과 상기 리지 구조의 측면에 절연층과 흡수층을 반복적으로 적층하여 다층막 구조를 형성하는 단계; 및Repeatedly forming an insulating layer and an absorbing layer on side surfaces of the p-clad layer and the ridge structure to form a multilayer structure; And 상기 다층막 구조와 상기 p-컨택트층 상에 p-전극을 형성하고, 상기 메사 식각 되어 노출된 n-컨택트층 상에 n-전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.Forming a p-electrode on the multilayer structure and the p-contact layer, and forming an n-electrode on the mesa-etched and exposed n-contact layer. 제10항에 있어서, 상기 다층막 구조를 형성하는 단계와 상기 p-전극 및 n-전극을 형성하는 단계 사이에, 상기 다층막 구조의 상부에 절연 물질로 이루어지는 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The semiconductor device of claim 10, further comprising forming a protective layer of an insulating material on the multilayer film structure between the forming of the multilayer film structure and the forming of the p-electrode and the n-electrode. Method of manufacturing a laser diode. 제10항에 있어서, 상기 절연층은, SiO2, Al2O3, AlN, ZrO2, SiNx 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 증착하여 형성하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The method of claim 10, wherein the insulating layer is formed by depositing any one selected from SiO 2 , Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , and SiN x . 제10항에 있어서, 상기 흡수층은, 실리콘(Si)을 증착하여 형성하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The method of claim 10, wherein the absorption layer is formed by depositing silicon (Si).
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