KR102293455B1 - Semiconductor laser diode device and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 고출력 레이저 다이오드 소자의 도파로를 기존에 메사 방식에서 역 메사 방식으로 변경하여 도파로의 폭을 1.5 ~ 3.0 um 정도로 좁게 제어 가능하게 하고, 캐리어 주입 공간을 최적화하여 전류 밀도를 증가시키고, 도파로 제작 시 유전막으로 인한 변성된 전류 주입층을 완전히 제거함으로서, 수백 mW 이상급 단일 모드의 고출력 레이저 다이오드 제작을 구현하고자 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 고출력 레이저 다이오드의 역 메사 형태의 도파로를 적용하면서 내부 저항과 전압이 감소하였고, 전류 밀도가 증가하면서 레이저의 효율 및 출력 수준 (Kink 및 COD 레벨) 증가하여 고출력 레이저 다이오드의 성능을 개선하였다.It is an object of the present invention to change the waveguide of a high-power laser diode device from the existing mesa method to the reverse mesa method so that the width of the waveguide can be controlled as narrow as 1.5 to 3.0 um, and to increase the current density by optimizing the carrier injection space, By completely removing the denatured current injection layer due to the dielectric film during the fabrication of the waveguide, it is intended to realize the fabrication of a single-mode high-power laser diode of several hundred mW or higher.
According to the present invention, the internal resistance and voltage are decreased while the inverse mesa waveguide of the high-power laser diode is applied, and the efficiency and output level (Kink and COD level) of the laser are increased while the current density is increased to improve the performance of the high-power laser diode. improved.
Description
본 발명은 광 기록 매체, 레이저 프린터, 거리 측정 센서, 공장 자동화 센서, 동작 인식 센서 등의 광소자에 이용되는 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor laser diode device used in optical devices such as an optical recording medium, a laser printer, a distance measuring sensor, a factory automation sensor, and a motion recognition sensor, and a method for manufacturing the same.
최근에는 증강과 가상현실 그리고 3차원 깊이 센서의 조명 광원으로 레이저 다이오드가 널리 사용되고 있고 이는 휴대폰, 보안, 게임 분야 등의 다양한 산업에 적용되고 있다. 특히, 실내뿐만 아니라 실외에서 사용되는 휴대폰이나 보안 분야의 안면인식 센서가 대중화 되면서 레이저 다이오드는 고출력을 요구하고 있다. Recently, laser diodes have been widely used as lighting sources for augmented and virtual reality and 3D depth sensors, and are being applied to various industries such as mobile phones, security, and games. In particular, as facial recognition sensors for mobile phones and security fields used outdoors as well as indoors become popular, laser diodes require high power.
레이저 다이오드의 고출력 특성을 얻기 위해서는 도파로(Ridge)의 설계가 매우 중요하다. 도파로가 넓을 경우 다수모드(multi mode), kink 혹은 광학 손상(COD : Catastrophic Optical Damage) 수준을 저하시킬 수 있고, 도파로가 너무 좁을 경우 내부 저항(Rd) 혹은 전압(V)이 높아져 소자의 열을 발생시킬 수 있다. 또한 레이어의 접촉부의 계면을 변성 없이 제어하는 방법에 따라 저항과 전압을 낮출 수 있고, 이로 인한 열 발생을 감소시켜 레이저의 효율(slope Efficiency)을 증가시킬 수 있다. The design of the waveguide (ridge) is very important in order to obtain the high output characteristics of the laser diode. If the waveguide is wide, it can lower the level of multi-mode, kink, or catastrophic optical damage (COD). can cause In addition, according to a method of controlling the interface of the contact portion of the layer without modification, the resistance and voltage can be lowered, thereby reducing heat generation and thus increasing the slope efficiency of the laser.
종래의 GaAs/AlGaAs 구조에서 고출력 레이저 다이오드의 구조는 선택적 매립형 리지 (Selective Buried Ridge) 혹은 릿지 웨이브 가이드 (Ridge Wave Guide)의 메사 형태의 도파로를 적용해왔고(일본 특허 05323879호 등), 이 메사 형태의 도파로는 공정을 제어하는데 몇 가지 어려움이 있다. 첫 번째는 하부 도파로를 좁게 제어하려면 상부 도파로가 너무 좁아져 저항과 전압이 증가하고, 심할 경우 전류 주입구가 막혀 레이저의 발진이 안되는 현상도 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위해 도파로의 건식 식각을 사용하기도 하는데, 이는 건식 장비에 의한 에피 레이어를 손상시켜 소자 특성을 저하시킬 수 있다. 두 번째는 메사 형태의 도파로는 식각 전 마스크로 실리콘 옥사이드(SiO)나 실리콘 나이트 라이드(SiN)와 같은 유전막을 사용하는데, 이 유전막을 증착하고 제거할 때 전류 주입구인 컨택 레이어의 변성이 발생하여 소자의 특성이 저하하는 문제점이 있다.In the conventional GaAs/AlGaAs structure, the structure of a high-power laser diode has applied a mesa-type waveguide of a selective buried ridge or a ridge wave guide (Japanese Patent No. 05323879, etc.), Waveguides present some difficulties in controlling the process. First, in order to narrow the lower waveguide, the upper waveguide becomes too narrow, which increases resistance and voltage. In order to improve this, dry etching of the waveguide is sometimes used, which may damage the epi layer by the dry equipment and deteriorate device characteristics. Second, the mesa-type waveguide uses a dielectric film such as silicon oxide (SiO) or silicon nitride (SiN) as a mask before etching. There is a problem in that the characteristics of
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 하기와 같이 에피 구조 및 팹 공정 순서를 변경하여 소자의 특성을 개선하고자 한다. 즉 발명의 목적은 수백 mW급 이상의 고출력 레이저 다이오드를 위해 도파로를 기존 메사에서 역 메사 형태로 변경하여 좁은 도파로 설계 및 제어를 가능하게 하고 전류 밀도를 높여 Kink 없는 고출력 단일 횡모드 소자로 만들고자 한다. 또한 유전막으로 인한 컨택 레이어의 변성된 계면을 완전히 제거함으로서 소자의 오믹 저항과 전압을 최소화하고 신뢰성이 높은 고출력 레이저 다이오드를 제작하고자 하는 것이다. The present invention is to improve the characteristics of the device by changing the epitaxial structure and the fab process order as follows in order to solve this problem. That is, the purpose of the invention is to change the waveguide from the existing mesa to the inverted mesa type for high-power laser diodes of several hundred mW or higher to enable the design and control of a narrow waveguide and to increase the current density to make a high-power single transverse mode device without kink. In addition, by completely removing the denatured interface of the contact layer due to the dielectric film, the ohmic resistance and voltage of the device are minimized and a high-power laser diode with high reliability is manufactured.
본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 소자는 반도체 기판 (1)의 위에 하부 클래드층 (2), 활성층 (3), 상부 제 1 클래드층 (4)과 제 1 식각 정지층 (5), 제2식각 정지층 (6) 위에 전류 차단층 (7) 산화 방지층 (8)로 1차 성장이 구성되어 있다. 특히, " 전류 차단층 (7)을 식각하고, 도파로 (9)를 역 메사 형태로 만드는 방법"을 특징으로 하고 있다.A semiconductor laser diode device according to the present invention has a
상기 목적에 따라 본 발명은, 일반적인 레이저 다이오드와 달리 에피의 1차 성장에서 전류 차단층 (7)을 성장하였고, 이를 주석산, 암모니아, 혹은 황산 용액을 이용하여 식각하였다. According to the above object, in the present invention, unlike a general laser diode, the
그리고, 식각 정지를 위해 제 2 식각 층 (6)으로 GaInP를 사용하였고, 추가로 상부 제 1 클래드층의 Al 산화와 상부 제 2 클래드 AlGaAs 층(10)의 격자 매칭을 위해 제 1 식각 층 (5)으로 GaAs를 사용하였다. 이에 따라, 도파로 식각은 총 2단계에 걸쳐 진행된다.Then, GaInP was used as the
즉, 본 발명의 주요 층의 성장 두께와 식각 깊이는 다음과 같이 이루어질 수 있다.That is, the growth thickness and etch depth of the main layer of the present invention may be made as follows.
제 1 식각 정지층 (5) GaAs를 0.01 um 이하로 성장하고, 제 2 식각 정치층 (6) GaInP 층을 0.01 um 이하로 성장한다. 그리고, 전류 차단층 (7) AlGaAs의 두께는 0.5 um 이하로 성장하고, 그 위에 Al 산화를 방지하기 위해 산화 방지층 (8) GaAs를 0.1 um 이하로 성장한다. 상기 주요층의 성장 두께 오차는 ±10% 내외일 수 있다. The first etch stop layer (5) GaAs is grown to a thickness of 0.01 μm or less, and the second etch stop layer (6) GaInP layer is grown to a thickness of 0.01 μm or less. Then, the thickness of the current blocking layer (7) AlGaAs is grown to 0.5 um or less, and the anti-oxidation layer (8) GaAs is grown to 0.1 um or less thereon to prevent Al oxidation. The growth thickness error of the main layer may be about ±10%.
위와 같이 성장이 완료되면, 실리콘 옥사이드 (SiO)나 실리콘 나이트라이드 (SiN)와 같은 유전막 마스크를 사용하여 도파로 (9)를 에칭한다. 첫 번째, 산화 방지층 (8) 0.1 um와 전류 차단층 (7) 0.5 um를 식각하고, 두 번째 제 2 식각층 (6) GaInP 층 0.01 um를 식각한다. 여기서, 산화 방지층 (8)이 잔류하는데 이부분은 초음파 세정기 (울트라소닉 클리너)를 이용하여 제거한다. 상기 주요층의 식각 깊이 오차는 ±10% 내외일 수 있다. When the growth is completed as described above, the
또한, 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 소자는 하부 클래드층 (2)과 활성층 (3) 사이는 Alx 조성을 점진적으로 감소시키고, 활성층 (3)과 상부 제 1 클래드층 (4) 사이는 Alx 조성을 점진적으로 증가시키는 GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) 구조를 포함한다.In addition, in the semiconductor laser diode device of the present invention, the Alx composition between the
또한, 활성층 (3)은 InGaAs SQW (Single Quantum Well)를 포함하고 언도핑 되어있다.In addition, the
또한, 하부 클래드층 (2)의 도핑 영역은 1단계 도핑영역에서 3단계 도핑영역 까지는 도핑 농도를 계단식으로 낮추는 방식을 제공한다.In addition, the doping region of the
또한, 본 발명은 역 메사의 도파로 (9) 형태로 전류가 주입되는 접촉 영역에 유전막 제작시 열처리로 손상되어 변성된 계면이 완전히 제거된다.In addition, according to the present invention, the interface damaged and denatured by heat treatment is completely removed when the dielectric film is fabricated in the contact region where the current is injected in the form of the
본 발명에 따르면, 역 메사 형태의 도파로 제작 방식을 채택하면서 도파로의 넓이를 1.5 ~ 3.0 um로 좁게 설계가 가능하고, 캐리어의 주입 공간을 최적화하고, 전류 주입층에 유전막으로 변성된 층을 완전히 제거할 수 있었다.According to the present invention, the width of the waveguide can be designed as narrow as 1.5 ~ 3.0 um while adopting the inverse mesa-type waveguide fabrication method, the carrier injection space is optimized, and the dielectric layer is completely removed from the current injection layer. Could.
소자 특성 결과로는, 도파로가 좁게 설계되면서 전류 밀도가 증가하여 레이저의 효율이 개선될 수 있었다. 특히, 캐리어가 주입되는 체적 공간이 늘면서 국소적 전류 주입 불안을 제거하여 Kink와 광학 손상(COD) 수준도 증가 되었다.As a result of the device characteristics, the efficiency of the laser could be improved by increasing the current density while the waveguide was designed to be narrow. In particular, as the volumetric space into which carriers are injected increases, the level of Kink and optical damage (COD) is also increased by eliminating local current injection anxiety.
또한, 전류가 주입되는 접촉부의 유전막으로 인한 변성층이 완전히 제거되면서 오믹 컨택 (ohmic contact) 저항과 구동 전압이 감소하였다.In addition, as the denatured layer due to the dielectric layer of the contact part into which the current is injected is completely removed, the ohmic contact resistance and the driving voltage are reduced.
소자 평가 조건을 상온, 광출력 300mW, CW (Continuous wave) 입력 전류하에서 구동 했을때 이로 인한, 효과는 다음과 같았다.When the device evaluation conditions were operated at room temperature, light output 300mW, and CW (continuous wave) input current, the effects due to this were as follows.
저항 (Rd)은 약 35% 정도 감소하였고, 전압 (Vop)은 약 20% 정도 감소하였으며, 레이저 효율은 약 5% 정도 증가하였다.The resistance (Rd) decreased by about 35%, the voltage (Vop) decreased by about 20%, and the laser efficiency increased by about 5%.
또한, Kink는 약 30% 정도 광학 손상 레벨(COD level)은 약 10% 정도 증가하였다. In addition, Kink increased the optical damage level (COD level) by about 30% and about 10%.
대량 양산을 위한 생산적인 측면에서 보통의 레이저 다이오드는 재성장을 두번에 걸치는데 본 발명은 한번의 재성장으로 진행되어 공수나 비용적인 측면에서도 유리하다.In terms of productivity for mass mass production, ordinary laser diodes undergo regrowth twice, but the present invention is advantageous in terms of man-hours and cost because regrowth is performed once.
전체적으로 볼 때, 본 발명은 도파로를 역 메사 형태로 개선함으로서 도파로의 폭을 좁게 제어할 수 있었고, 이를 통해 전류 밀도와 오믹 저항을 개선함으로서 수백 mW 단일모드 고출력 레이저 다이오드의 성능을 개선하였다. Overall, the present invention was able to narrow the waveguide width by improving the waveguide into an inverted mesa shape, and thereby improved the performance of a hundreds of mW single-mode high-power laser diode by improving the current density and ohmic resistance.
도 1은 본 발명 역 메사 형태의 단일 모드 고출력 반도체 레이저 다이오드의 모식도이다.
도 2은 종래 기술의 메사 형태의 도파로와 발명 기술의 역 메사 형태의 도파로를 비교한 고출력 레이저 다이오드의 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따라 단일 모드 고출력 레이저 다이오드를 제작하는 Fabrication 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명에 의해 직접 제작한 단일 모드 고출력 반도체 레이저 다이오드의 주사 전자 현미경(SEM : Scanning Electron Microscope)의 사진이다. 이때 사진은 레이어 사이의 구분을 위해 짧은 식각을 진행했다.
도 5는 본 발명에 의한 상온에서 저항과 전압 특성 효과를 보여주는 그래프들이다.
도 6은 본 발명에 의한 상온에서 Kink와 COD 특성 효과를 보여주는 그래프들이다.1 is a schematic diagram of an inverted mesa type single-mode high-power semiconductor laser diode of the present invention.
2 is a schematic diagram of a high-power laser diode comparing the mesa-type waveguide of the prior art and the inverted mesa-type waveguide of the inventive technology.
3 is a flow chart of a fabrication process for manufacturing a single-mode high-power laser diode according to the present invention.
4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a single-mode high-power semiconductor laser diode directly fabricated according to the present invention. At this time, the photo was etched briefly to distinguish between the layers.
5 is a graph showing the effect of resistance and voltage characteristics at room temperature according to the present invention.
6 is a graph showing the effect of Kink and COD characteristics at room temperature according to the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 역 메사 도파로의 반도체 레이저 구조를 나타내는 모식적인 단면도이다. 화합물 반도체 기판 (1) 위에는 순서대로 하부 클래드층 (2), 활성층 (3), 상부 제 1 클래드층 (4), 제 1 식각 정지층 (5), 제 2 식각 정지층 (6) 그리고, 전류 차단층 (7)과 산화 방지층 (8)로 구성되어 있다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor laser structure of an inverted mesa waveguide according to an embodiment of the present invention. On the
고출력 레이저 다이오드의 1차 성장의 물질과 성장 순서를 상세히 설명하면, 기판 (1)은 n형 GaAs 화합물 반도체로 구성된다. 이 경우 하부 클래드층 (2)는 n형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.3 ~ 0.4)로 구성되고, 하부 클래드층 (2)의 도핑은 그 농도를 3단계로 달리 하여 일정 두께씩 도핑한다. 하부 클래드층 (2)의 도펀트는 Silicon (규소)를 이용한다. 그 외에 Te (텔루륨), Se (셀렌) 도펀트를 사용할 수 있다. When the material of the primary growth of the high-power laser diode and the growth sequence are described in detail, the
1단계 도핑영역은 8.0E+17cm-3 이상의 농도로 기판 위로 1.5~2.5um 도핑하고, 2단계 도핑영역은 7.0E+17cm-3 이상의 농도로 1단계 영역 위로 0.2~0.6um 도핑한다. 그리고, 3단계 도핑영역은 6.0E+17cm-3 이상의 농도로 2단계 도핑영역 위로 0.2~0.6um 도핑한다. 상기 도핑 농도와 영역 (depth) 오차는 ±10% 내외일 수 있다. The first-stage doping region is doped with a concentration of 8.0E+17cm -3 or higher on the substrate by 1.5-2.5um, and the second-stage doping region is doped with 0.2-0.6um over the first-stage region with a concentration of 7.0E+17cm-3 or higher. Then, the third-stage doping region is doped by 0.2 to 0.6 μm over the second-stage doping region at a concentration of 6.0E+17cm -3 or higher. The doping concentration and the depth error may be within ±10%.
활성층 (3)의 경우는 InGaAs SQW로 구성되고 언도핑 되어있다. 그리고, 캐리어 감금 (carrier confinement)효과를 높이기 위해서 하부 클래드층 (2)와 활성층 (3) 사이에 Alx 조성을 점진적으로 낮추고, 또한 활성층 (3)과 상부 제 1 클래드층 (4) 사이에 Alx 조성을 점진적으로 올리는 GRIN-SCH 구조로 구성된다. 상부 제 1 클래드층 (4)는 p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.35 ~ 0.45)로 구성되고, 도핑은 1E+18cm-3 이상을 도핑한다. 상부 클래드층 (4)와 (6)의 도펀트는 Carbon (탄소) 또는 Zinc(아연), Mg (마그네슘), 또는 Be (베릴륨)를 사용하여 1E+18cm-3 이상을 도핑한다.The
제 1식각 정지층 (Etch Stop Layer) (5) 는 제 1상부 클래드 층의 산화를 막고, 재성장시 격자를 매칭하기 위해 p형 GaAs로 구성한다. 또한 제 2식각 정치층 (6)은 습식 식각을 정지하기 위해 GaInP로 구성한다. The first
전류 차단층 (7)은 p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.47 ~ 0.57)로 되고, 도핑은 Si(실리콘)으로 1.5E+18cm-3 이상을 도핑한다. 그리고, 마지막으로 1차 성장의 Alx 산화를 막기위해 산화 방지층 (8) GaAs로 도핑은 Si(실리콘)으로 1.0E+18cm-3 이상으로 얇게 성막한다. 이 순서로 1차 성장이 완료된다.The
다음은 단일 모드 고출력 레이저 다이오드의 제조(Fabrication) 공정 순서이다(도 3 참조).The following is a fabrication process sequence of a single-mode high-power laser diode (see FIG. 3 ).
1차 성장이 완료된 웨이퍼에 리지 마스크를 만들고 습식 식각 통해 산화 방지층 (8), 전류 차단층 (7)과 제 1 식각 정지층 (6)을 식각하여 역 메사 리지 (9)를 구성한다. 리지 마스크를 제거하고, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 상부 제2 클래드 (10) p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.35 ~ 0.45)로 구성하고, 도핑은 Zn로 1.5E+18cm-3 이상으로 도핑한다. 그리고, 제2 클래드층 위에 캡층 (11) p형 GaAs 도핑은 Zn로 1.5E+19cm-3 이상으로 도핑한다. 마지막으로 전극을 형성하기 위해 p,n 형 메탈을 증착한다.A ridge mask is made on the wafer on which the primary growth is completed, and the
상기와 같은 EPI 구조와 FAB 공정 기술을 통해 단일 모드 고출력 레이저 다이오드의 전류 밀도를 증가하고 내부 저항과 열 손실을 최소화하여 레이저의 성능을 개선할 수 있는 장점이 있다.Through the EPI structure and FAB process technology as described above, the current density of the single-mode high-power laser diode is increased and the internal resistance and heat loss are minimized to improve the laser performance.
본 발명의 상기 실시예에 따라 제조된 고출력 레이저 다이오드 소자를 상온 22.5℃, 출력 300mW, CW 구동 조건에서 동작시켜 도 5와 같은 결과를 얻었다. The high-power laser diode device manufactured according to the embodiment of the present invention was operated at room temperature 22.5° C., output 300 mW, and CW driving conditions to obtain a result as shown in FIG. 5 .
저항 (Rd)은 약 35% 정도 감소하였고, 전압 (Vop)은 약 20% 정도 감소하였으며, 레이저의 효율은 약 5% 정도 증가하였고, Kink는 약 30% 정도 증가하였고, 그리고 광학 손상 레벨(COD level)은 약 10% 정도 증가하였음을 확인하였다. The resistance (Rd) decreased by about 35%, the voltage (Vop) decreased by about 20%, the efficiency of the laser increased by about 5%, the kink increased by about 30%, and the optical damage level (COD) was increased by about 30%. level) was confirmed to have increased by about 10%.
즉, 종래 기술에 비해 본 발명의 레이저 다이오드 소자의 구동 전압에서의 저항이 훨씬 낮아진 것을 확인할 수 있으며(도 5), 이는 곧 더 높은 출력과 더 높은 임계 전류에 도달할 수 있음을 보였다(도 6(a, b)).That is, it can be seen that the resistance at the driving voltage of the laser diode device of the present invention is much lower than that of the prior art (FIG. 5), which shows that a higher output and a higher threshold current can be reached soon (FIG. 6). (a, b)).
또한, 일반적인 선택적 매립 리지(Selective Buried Ridge) 공정보다 MOCVD 성장 횟수가 작아 생산성 향상뿐만 아니라 비용 절감 효과도 있다.In addition, since the number of times of MOCVD growth is smaller than that of a general selective buried ridge process, there is an effect of not only improving productivity but also reducing costs.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 AlGaAs계에 한정되지 않고 InGaAlP계에도 적용 가능하다. 즉, InGaAlP계 레이저다이오드 소자의 도파로 설계 및 제어에서도 상술한 것과 동일하게 역 메사 형태의 도파로 공정을 도입하면 동작 시 저항과 전압을 개선하고, Kink와 COD를 증가하여 출력이 높은 고성능 레이저 다이오드를 만들 수 있다.The right of the present invention is not limited to the AlGaAs system described above, but is also applicable to the InGaAlP system. In other words, in the waveguide design and control of InGaAlP-based laser diode devices, if the inverse mesa-type waveguide process is introduced in the same way as described above, the resistance and voltage during operation are improved, and the kink and COD are increased to make a high-performance laser diode with high output. can
또한, 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.In addition, it is not limited to the embodiments described above, but it is defined by what is described in the claims, and it is obvious that a person of ordinary skill in the art can make various modifications and adaptations within the scope of the claims. .
1 : 기판층
2 : 하부 클래드층
3 : 활성층
4 : 상부 제 1 클래드층
5 : 제 1 식각 정지층
6 : 제 2 식각 정지층
7 : 전류 차단층
8 : 산화 방지층
9 : 역 메사 도파로
10 : 상부 제 2 클래드층
11 : 캡 층1: substrate layer
2: lower cladding layer
3: active layer
4: upper first cladding layer
5: first etch stop layer
6: second etch stop layer
7: current blocking layer
8: antioxidant layer
9: Reversed mesa waveguide
10: upper second cladding layer
11: cap layer
Claims (1)
반도체 기판(1);
상기 반도체 기판 (1)의 위에 형성된 하부 클래드층 (2);
상기 하부 클래드층 (2) 위에 형성된 활성층 (3);
상기 활성층 (3) 위에 형성된 상부 제 1 클래드층 (4);
상기 상부 제1 클래드층 (4) 위에 형성된 제 1 식각 정지층 (5);
상기 제 1 식각 정지층 (5) 위에 형성된 제 2 식각 정지층 (6);
상기 제 2 식각 정지층 (6) 위에 형성된 전류 차단층 (7);
상기 전류 차단층 (7) 위에 형성된 산화 방지층 (8);을 1차 성장으로 형성하고,
상기 전류 차단층 (7)과 제 2 식각 정치층 (6)을 제거하여 역 메사 도파로 (9)를 형성하고,
상기 역 메사 도파로 (9) 위에 상부 제 2 클래드층 (10)과 캡층 (11)의 순서대로 성장시키며,
기판 (1)은 n형 GaAs 화합물 반도체,
하부 클래드층 (2)는 n형 AlxGaAs,
활성층 (3)은 언도핑된 InGaAs SQW,
상부 제 1 클래드층 (4)는 p형 AlxGaAs,
제 1식각 정지층(5)는 p형 GaAs,
제 2식각 정치층 (6)은 GaInP,
전류 차단층 (7)은 p형 AlxGaAs,
산화 방지층 (8)은 GaAs,
상부 제2 클래드 (10)은 p형 AlxGaAs,
캡층 (11)은 p형 GaAs를 포함하고,
하부 클래드층 (2)은 도펀트로 도핑하되, 도핑 영역은 기판 위에 형성되는 1단계 도핑영역에서 3단계 도핑영역 까지는 도핑 농도를 계단식으로 낮추어 도핑하고,
하부 클래드층 (2)와 활성층 (3) 사이에 Alx 조성을 점진적으로 낮추고, 활성층 (3)과 상부 제 1 클래드층 (4) 사이에 Alx 조성을 점진적으로 증가시키는 GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 수백 mW급 고출력 반도체 레이저 다이오드 소자 제조방법.
A semiconductor laser diode device comprising:
semiconductor substrate 1;
a lower clad layer (2) formed on the semiconductor substrate (1);
an active layer (3) formed on the lower clad layer (2);
an upper first clad layer (4) formed on the active layer (3);
a first etch stop layer (5) formed on the upper first clad layer (4);
a second etch stop layer (6) formed on the first etch stop layer (5);
a current blocking layer (7) formed over the second etch stop layer (6);
forming an anti-oxidation layer (8) formed on the current blocking layer (7) by primary growth,
removing the current blocking layer (7) and the second etch stop layer (6) to form an inverted mesa waveguide (9);
Growing the upper second clad layer 10 and the cap layer 11 in order on the reverse mesa waveguide 9,
The substrate 1 is an n-type GaAs compound semiconductor;
The lower cladding layer 2 is made of n-type AlxGaAs,
The active layer 3 is an undoped InGaAs SQW,
The upper first cladding layer 4 is p-type AlxGaAs,
The first etch stop layer 5 is p-type GaAs,
The second etch stop layer 6 is GaInP,
The current blocking layer 7 is a p-type AlxGaAs,
The antioxidant layer 8 is GaAs,
The upper second clad 10 is a p-type AlxGaAs,
The cap layer 11 includes p-type GaAs,
The lower clad layer 2 is doped with a dopant, but the doping region is doped by lowering the doping concentration in a stepwise manner from the first-stage doping region formed on the substrate to the third-stage doping region,
GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) which gradually lowers the Alx composition between the lower clad layer 2 and the active layer 3, and gradually increases the Alx composition between the active layer 3 and the upper first clad layer 4 ) structure of several hundred mW class high-power semiconductor laser diode device manufacturing method.
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