KR20000000664A - Planer buried semiconductor laser and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 레이저 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 평면 매립형 이종접합 구조를 갖는 반도체 레이저 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor laser structure having a planar buried heterojunction structure and a method of manufacturing the same.
광통신에 사용되는 고성능 반도체 레이저는 일반적으로 낮은 발진임계전류, 높은 양자효율 등을 갖는 평면 매립형 반도체 레이저가 사용된다.As a high performance semiconductor laser used in optical communication, a planar embedded semiconductor laser having low oscillation threshold current, high quantum efficiency, etc. is generally used.
현재 광통신 분야에 사용되는 광원은 대용량의 정보의 빠른 속도로 멀리 보내기 위해서는 고출력, 고신뢰성, 높은 변조속도를 가져야 한다.Currently, the light source used in the optical communication field needs to have high power, high reliability, and high modulation rate in order to send a large amount of information at a high speed.
따라서 평면 매립형 반도체 레이저에서 사용되는 전류차단층의 최적화가 이루어져야 하는데, 전류차단층으로 주로 사용되는 p-n-p의 경우 고성능의 정특성을 얻을 수 있지만, 기생정전용량이 증가하여 고속변조를 시킬 수 없게 된다.Therefore, optimization of the current blocking layer used in the planar buried semiconductor laser is required. In the case of p-n-p, which is mainly used as the current blocking layer, high performance static characteristics can be obtained, but parasitic capacitance is increased so that high-speed modulation cannot be performed.
p-n-p 전류차단층에서 생겨나는 정전용량을 감소시키기 위해서는 활성층 주변을 식각하는 방법이 주로 사용되게 되는데, 이 경우 메사 식각 형태의 활성층 주변에서 생겨나는 반도체와 절연체간의 응력 등에 의해 고출력으로 장시간 사용할 경우 신뢰성에 문제가 생긴다.In order to reduce the capacitance generated in the current blocking layer of pnp, the method of etching around the active layer is mainly used.In this case, it is reliable for long time use at high power due to stress between semiconductor and insulator generated around the active layer of mesa etching type. There is a problem.
그리고 반도체 레이저의 거울면 형성을 위해 벽개(cleaving)를 할 경우, 좁은 활성층 영역에 과도한 힘이 가해져서 기계적인 응력에 의한 신뢰성의 저하를 가져오게 된다.When cleaving is performed to form the mirror surface of the semiconductor laser, excessive force is applied to the narrow active layer region, resulting in deterioration of reliability due to mechanical stress.
고속변조 특성을 향상시키기 위하여 제안된 종래의 기술로는 반절연 전류차단층을 사용하게 되는데, 주로 철(Fe)을 도핑하여 기생정전용량을 감소시키는 방법으로 p-n-p 구조에 비해 공정이 단순화되며, 변조특성의 현저한 향상을 가져올 수 있다.The conventional technique proposed to improve the high speed modulation characteristics is to use a semi-insulated current blocking layer, which is mainly a method of doping iron (Fe) to reduce the parasitic capacitance, simplifying the process compared to the pnp structure, modulation It can bring about a significant improvement in properties.
그러나 이러한 반절연 전류차단층을 사용하여 재성장을 하는 경우에는 철의 확산에 의해 활성층의 특성을 저하시키게 되고, p형과 n형 물질사이에 놓이게 되면 깊은준위중심(deep-level center)에 의해 전자와 정공이 재결합하는 현상으로 전자와 정공이 반절연 전류차단층내로 주입되어 전류차단층으로서의 역할을 할 수 없게 된다.However, in the case of regrowth using this semi-insulating current blocking layer, the characteristics of the active layer are deteriorated by the diffusion of iron, and when the electron is placed between the p-type and n-type materials, the electrons are moved by the deep-level center. Recombination of holes and electrons causes electrons and holes to be injected into the semi-insulating current blocking layer, and thus cannot act as a current blocking layer.
그래서 일반적으로 사용되는 방법이 n형 반도체와 p형 반도체 사이에 반절연층을 삽입시켜 이러한 현상을 억제하는 방법이 제안되어 있기는 하나, 반도체 레이저의 정특성은 p-n-p 전류차단층을 사용하는 경우에 비해 뒤떨어지게 된다.Therefore, although a commonly used method has been proposed to prevent such a phenomenon by inserting a semi-insulating layer between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, the static characteristics of the semiconductor laser is a case of using a pnp current blocking layer You will fall behind.
종래의 반절연 전류차단층을 가지는 평면 매립형 반도체 레이저의 공정 구조도를 도 1a 내지 도 1e에 도시하였다.A process structure diagram of a planar buried semiconductor laser having a conventional semi-insulating current blocking layer is shown in FIGS. 1A to 1E.
도 1a에서 n형 InP 기판(103) 위에 이종접합 구조의 활성층(102)과 p형 InP층(101)을 액상결정성장 장비나 유기금속화학증착 장비를 이용하여 성장시킨 후, 메사 식각을 위한 절연막(100)을 사진식각 공정을 통해 형성시킨다.In FIG. 1A, an active layer 102 and a p-type InP layer 101 having a heterojunction structure are grown on an n-type InP substrate 103 by using a liquid crystal growth apparatus or an organometallic chemical vapor deposition apparatus, and then an insulating layer for mesa etching. 100 is formed through a photolithography process.
도 1b에서 절연막 마스크를 이용하여 활성층 영역을 정의하기 위해 건식 혹은 습식 식각을 이용하여 메사 구조를 형성시킨다.In FIG. 1B, a mesa structure is formed by using dry or wet etching to define an active layer region using an insulating layer mask.
도 1c에서 활성층의 전류 및 광을 가두기 위하여 반절연 InP 전류차단층(104)을 액상결정성장 장비나 유기금속화학증착 장비를 이용하여 재성장시킨다.In FIG. 1C, the semi-insulated InP current blocking layer 104 is regrown using a liquid crystal growth apparatus or an organometallic chemical vapor deposition apparatus to trap current and light of the active layer.
도 1d에서는 메사 식각을 위해 사용된 절연막(100)을 제거한 후 p형 InP 크래드 층(105)과 p형 오옴 접촉층(106)을 액상결정성장 장비나 유기금속화학증착 장비를 이용하여 재성장시킨다.In FIG. 1D, after removing the insulating layer 100 used for mesa etching, the p-type InP clad layer 105 and the p-type ohmic contact layer 106 are regrown using a liquid crystal growth apparatus or an organometallic chemical vapor deposition apparatus. .
도 1e에서 전극 형성을 위하여 절연막(100)을 사진식각 방법에 의해 활성층(102) 바로 위쪽만 열어준 후 p형 전극(108)과 n형 전극(109)을 증착시킨다.In FIG. 1E, the p-type electrode 108 and the n-type electrode 109 are deposited after the insulating layer 100 is opened just above the active layer 102 by a photolithography method.
도 1e에서 p형 크래드 층과 n형 기판 사이에 형성되어 있는 반절연 재성장층은 깊은준위중심에서 정공과 전자가 재결합하여 전류차단층으로서의 역할보다는 누설전류의 통로로 작용하는 문제점을 가지게 된다.In FIG. 1E, the semi-insulating regrowth layer formed between the p-type cladding layer and the n-type substrate has a problem in that holes and electrons recombine at a deep center to act as a path for leakage current rather than serving as a current blocking layer.
그리고 반절연층의 도핑에 사용되는 철(Fe)의 경우 확산에 의해 활성층에 까지 영향을 미쳐서 활성층이 빛을 흡수하는 흡수층으로 작용하기 쉬운 단점을 가지고 있다.In addition, iron (Fe) used for the doping of the semi-insulating layer has a disadvantage that the active layer acts as an absorbing layer absorbing light by affecting the active layer by diffusion.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러가지 방법이 제안되어 있으나, 활성층의 구조나 활성층 폭 등이 변할 경우 동일하게 적용하기 어려운 문제가 있어서 재현성 있는 고성능의 반도체 레이저를 구현하는 것이 힘들게 된다.In order to solve this problem, various methods have been proposed, but it is difficult to apply the same when the structure of the active layer or the width of the active layer is the same, it is difficult to implement a high-performance semiconductor laser reproducible.
또한 종래의 고속변조용 p-n-p 구조의 전류차단층을 가지는 평면 매립형 반도체 레이저의 공정 구조도를 도 2a 내지 2f에 도시하였다.2A to 2F show a process structure diagram of a planar buried semiconductor laser having a current blocking layer having a high speed modulation p-n-p structure.
도 2a에서 n형 InP 기판(203) 위에 이종접합 구조의 활성층(202)과 p형 InP층(201)을 액상결정성장 장비나 유기금속화학증착 장비를 이용하여 성장시킨 후, 메사 식각을 위한 절연막(200)을 사진식각 공정을 통해 형성시킨다.In FIG. 2A, an active layer 202 and a p-type InP layer 201 having a heterojunction structure are grown on an n-type InP substrate 203 by using a liquid crystal growth apparatus or an organometallic chemical vapor deposition apparatus, and then an insulating layer for mesa etching. (200) is formed through a photolithography process.
도 2b에서 절연막 마스크를 이용하여 활성층(202) 영역을 정의하기 위해 건식 혹은 습식 식각을 이용하여 메사 식각 구조를 형성시킨다.In FIG. 2B, a mesa etching structure is formed by using dry or wet etching to define an active layer 202 region using an insulating layer mask.
도 2c에서 활성층의 전류 및 광을 가두기 위하여 p형 InP(204)와 n형 InP(205) 전류차단층(205)을 액상결정성장 장비나 유기금속화학증착 장비를 이용하여 재성장시킨다.In FIG. 2C, the p-type InP 204 and the n-type InP 205 current blocking layer 205 are regrown using a liquid crystal growth apparatus or an organometallic chemical vapor deposition apparatus to trap the current and light of the active layer.
도 2d에서는 메사 식각을 위해 사용된 절연막(200)을 제거한 후 p형 InP 크래드 층(206)과 p형 오옴 접촉층(207)을 액상결정성장 장비나 유기금속화학증착 장비를 이용하여 재성장하고, 절연막(208)을 사진식각 공정으로 형성시킨다.In FIG. 2D, after removing the insulating layer 200 used for mesa etching, the p-type InP clad layer 206 and the p-type ohmic contact layer 207 are regrown using a liquid crystal growth apparatus or an organometallic chemical vapor deposition apparatus. The insulating film 208 is formed by a photolithography process.
도 2e에서는 상기 p-n-p 구조의 전류차단층에 의해 생겨나는 기생정전용량을 감소시키기 위하여 활성층 영역 주변의 채널을 건식이나 습식 식각 공정을 통해 형성시킨다.In FIG. 2E, a channel around the active layer region is formed through a dry or wet etching process in order to reduce the parasitic capacitance generated by the current blocking layer of the p-n-p structure.
도 2f에서는 채널 형성용 절연막(208)을 제거하고, 전극 형성을 위하여 절연막(208)을 사진식각 방법에 의해 활성층 바로 위쪽만 열어준 후 p형 전극(209)을 증착시키고 이어서 n형 전극(210)을 증착시킨다.In FIG. 2F, the insulating film 208 for channel formation is removed, and only the insulating film 208 is opened directly above the active layer by a photolithography method to form an electrode, and then the p-type electrode 209 is deposited, and then the n-type electrode 210. ) Is deposited.
상기 도 2a 내지는 2f 구조는 고성능의 특성을 보이고 있으나, 메사 주변을 감싸고 있는 p-n-p(204-205-206) 구조에 의해 생겨나는 기생정전용량의 감소를 위해 채널 형성을 하게 되는 복잡한 공정이 요구되므로, 재현성이 저하되고 수율이 감소되는 등의 문제점을 가지게 된다.2A to 2F show high performance, but a complicated process of forming a channel for reducing the parasitic capacitance caused by the pnp (204-205-206) structure surrounding the mesa is required. The reproducibility is lowered and the yield is reduced.
또한 활성층 주변율에 채널이 형성되어 있으므로 반도체와 절연막과의 열팽창 계수의 차이에 의해 장기적으로 계속적인 스트레스를 받아 신뢰성이 저하된다.In addition, since a channel is formed in the peripheral ratio of the active layer, the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor and the insulating film is subject to continuous stress in the long term, thereby lowering the reliability.
그리고 반도체레이저 제작시 중요한 거울면 형성을 위해 벽개를 하게 되는데, 활성층 영역의 폭이 좁기 때문에 생겨나는 기계적인 손상에 의해 특성 저하나 신뢰성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.When the semiconductor laser is manufactured, the cleavage is performed to form an important mirror surface, which has a problem of deterioration in characteristics or inferior reliability due to mechanical damage caused by the narrow width of the active layer region.
한편, 선행논문을 보면 Journal of Quantum Electronics에 게재된 “Analysis of current leakage in InGaAsP/InP buried heterostructure lasers[저자 Ohtoshi, Vol. 25, no.6 1396 1375, 1989년 6월]”은 매립형 반도체레이저의 전류차단층 위치, 두께, 도핑에 따른 고온 동작 특성을 2차원적으로 계산함으로써 전류차단층의 두께와 도핑을 변화시켜 고온 동작 특성을 개선할 수 있었으나, 고속동작특성 개선에 부분에 대한 언급이 없었으며, p-n-p 전류차단층에서는 고속변조특성을 확보하기가 어려운 문제점이 있었다.On the other hand, the preceding paper describes “Analysis of current leakage in InGaAsP / InP buried heterostructure lasers” published in the Journal of Quantum Electronics [Author Ohtoshi, Vol. 25, no.6 1396 1375, June 1989] ”calculates the high temperature operating characteristics according to the current blocking layer location, thickness, and doping of buried semiconductor laser in two dimensions to change the thickness and doping of the current blocking layer Although the operation characteristics could be improved, there was no mention of a part in improving the high speed operation characteristics, and it was difficult to secure the high speed modulation characteristics in the pnp current blocking layer.
또한, Journal of Quantum Electronics에 게재된 “Analysis of leakage curret in buried heterostructure lasers with semiinsulating blocking lasers[저자 S.A.Asada, vol. 25, no.6, pp. 1362 - 1368, 1989년 6월]”은 반절연층 매립형 반도체레이저의 누설전류 억제 방안의 제시를 위해 반절연층 위에 n형 반도체를 성장하거나, InGaAs층을 성장시켜 누설전류를 감소시킴으로써 누설전류를 억제할 수 있었으나, 복합전류차단층에 대한 근본적인 문제점을 해결할 수 없었고, 반절연층이 가지는 근본적인 문제점을 향상시킬 수 없었으며, 반절연 전류차단층이 p-n-p 구조의 전류차단층에 비해 근본적으로 특성이 우수하지 못한 문제점이 있었다.Also, published in the Journal of Quantum Electronics, “Analysis of leakage curret in buried heterostructure lasers with semiinsulating blocking lasers [author S.A.Asada, vol. 25, no. 6, pp. 1362-1368, June 1989] ”shows the leakage current by reducing the leakage current by growing an n-type semiconductor on the semi-insulating layer or by growing an InGaAs layer to suggest the leakage current suppression method of the semi-insulated buried semiconductor laser. Although it was possible to suppress the fundamental problem of the composite current blocking layer, it was not possible to improve the fundamental problem of the semi-insulating layer, and the semi-insulating current blocking layer had a fundamentally lower characteristic than the current blocking layer of the pnp structure. There was a problem that was not excellent.
다음으로 Japanese Journal of Applied Physics에 게재된 “High-performance strain-compensated MQW heterostructure laser diodes with low leakage current[저자 H. S. Cho, 권, 호 vol. 35, no. 3, pp. 1751 - 1757, 1996년 3월]”는 p-n-p 전류차단층을 가지는 매립형 반도체레이저의 누설전류에 의한 동작특성을 조사하기 위해 2단계 식각에 의해 누설전류를 줄여주는 방법을 제공함으로써 누설전류를 감소시켜 반도체레이저의 출력 특성을 개선시켰으나, 변조속도는 고려하지 않고 누설전류에 의한 영향을 조사하므로써 변조속도를 개선시키지 못한 문제점이 있었다.Next, “High-performance strain-compensated MQW heterostructure laser diodes with low leakage current, published in the Japanese Journal of Applied Physics [author H. S. Cho, Vol. 35, no. 3, pp. 1751-1757, March 1996] ”provides a method to reduce the leakage current by two-step etching to investigate the operating characteristics caused by the leakage current of a buried semiconductor laser with a pnp current blocking layer. Although the output characteristics of the semiconductor laser were improved, there was a problem that the modulation speed was not improved by examining the influence of leakage current without considering the modulation speed.
선행특허로는 “미국특허 Method for fabricating a planar buried heterostructure laser diode[권리권자 J. K. Lee 등록번호 5665612, 1997. 9. 9]”는 메사 식각 방법을 달리하여 누설전류를 줄여주는 것을 목적으로 하고, 비선택 식각을 동시에 행하여 누설전류를 줄여줌으로써 누설전류를 감소시킬 수 있었으나, 식각 방법 자체에 비중을 두고 단점을 해결하였으므로 식각 방법에 제한이 되어 있었으므로, 고속 변조 특성을 확보하지 못하였다.Prior patents “Method for fabricating a planar buried heterostructure laser diode [right holder JK Lee Registration No. 5665612, Sept. 9, 1997]” aim to reduce leakage current by using different mesa etching methods. By simultaneously performing selective etching to reduce the leakage current, the leakage current could be reduced. However, since the disadvantage was solved by focusing on the etching method itself, the etching method was limited.
또한, “미국특허 Method of fabricating semiconductor laser[권리권자 K. Fujihara, 등록번호 5227015, 1993. 7. 13]”는 1회의 성장으로 평면 매립형 반도체레이저 제작을 하고 전류차단층의 설계용 이상을 확보하기 위해 2단계 식각 방법에 의해 전류차단층 재성장을 용이하게 함으로써, 재성장 횟수를 줄여주어 고성능 평면 매립형 반도체레이저를 제작할 수 있었으나, 고속변조특성 개선을 위한 방안이 없었으며, 성장방법보다는 재성장층의 구조에 초점을 둠으로 인해 재성장층 구조에 의한 효과가 언급되지 않았다.In addition, the US Patent Method of fabricating semiconductor laser [right holder K. Fujihara, Registration No. 5227015, July 13, 1993] is a one-time growth to manufacture a planar embedded semiconductor laser and secure the ideal for the design of the current blocking layer. In order to facilitate the re-growth of the current blocking layer by a two-step etching method, a high-performance planar buried semiconductor laser could be manufactured by reducing the number of regrowths, but there was no way to improve the high-speed modulation characteristics. Because of the focus, the effect of the regrowth layer structure is not mentioned.
그리고 “일본특허 반도체레이저의 제조방법[권리권자 堀川英明, 등록번호 평 4-130691, 1992. 5. 1]”에서는 메사 식각 방법의 개선을 통하여 재성장 특성을 개선시켜 고성능 반도체레이저를 제작하기 위해, 비선택 식각 후 활성층 측면만 선택식각하여 재성장층의 이상 성장을 억제함으로써 반도체레이저의 특성을 개선하였으나, 재성장측면에서 특성개선을 시도함으로 인해 전류차단층의 구조변화를 통해 전반적인 성능 개선을 하지 못하였다.In addition, in the method of manufacturing Japanese patented semiconductor lasers [right holder,, 川 英明, Registration No. Hei 4-130691, 1992. 5. 1], in order to manufacture high performance semiconductor lasers by improving the regrowth characteristics through the improvement of the mesa etching method, After the non-selective etching, only the side of the active layer was selectively etched to suppress the abnormal growth of the regrowth layer, thereby improving the characteristics of the semiconductor laser, but the improvement of the characteristics of the re-growth side did not improve the overall performance through the structural change of the current blocking layer. .
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 기존의 공정에서 전류차단층의 구조만을 변화시킴으로써, 기존의 반도체레이저에서 사용되는 p-n-p 전류차단층의 낮은 누설전류 특성을 유지하면서, 반절연 잔류차단층의 높은 변조속도를 동시에 구현하여 반도체 레이저에서의 동작 특성을 개선시키는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention changes only the structure of the current blocking layer in the existing process, thereby maintaining high leakage current characteristics of the pnp current blocking layer used in the conventional semiconductor laser, and high modulation of the semi-insulating residual blocking layer. The purpose is to improve the operating characteristics of semiconductor lasers by simultaneously implementing the speed.
도 1a 내지 도 1e 는 종래의 반절연 전류차단층을 갖는 평면 매립형 반도체 레이저 제조 공정도,1A to 1E are plan views of a planar embedded semiconductor laser having a conventional semi-isolated current blocking layer,
도 2a 내지 도 2f 는 종래의 p-n-p 전류차단층을 갖는 평면 매립형 반도체 레이저 제조 공정도,2A to 2F are planar buried semiconductor laser manufacturing process diagrams having a conventional p-n-p current blocking layer,
도 3a 내지 도 3f 는 본 발명이 적용되는 평면 매립형 반도체 레이저 제조 공정도.3A to 3F are planar buried semiconductor laser manufacturing process diagrams to which the present invention is applied.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300, 310 : 절연막 301 : p-InP 크래드 층300, 310 insulating film 301 p-InP clad layer
302 : 활성층 303 : n-InP 기판302: active layer 303: n-InP substrate
304 : p-InP 전류차단 층 305 : n-InP 전류 차단층304: p-InP current blocking layer 305: n-InP current blocking layer
306 : p-InP 크래드 층 307 : p-InGaAs 오옴 접촉층306: p-InP clad layer 307: p-InGaAs ohmic contact layer
308 : 절연막 309 : 반절연성 InP 전류 차단층308: insulating film 309: semi-insulating InP current blocking layer
311 : p형 전극 312 : n형 전극311: p-type electrode 312: n-type electrode
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 평면 매립형 반도체 레이저 구조는, n형 InP 기판 위에 순차로 적층된 활성층과 p형 InP 크래드층이 메사식각되어 형성되고, 그 식각된 활성층의 양측면에 소정거리를 두고 상기 기판 위에 순차로 적층된 p형 InP 전류차단층, n형 InP 전류차단층 및 p형 오옴접촉층의 일부만이 매립되게 형성된 p-n-p 구조의 전류 차단층과; 상기 p-n-p 구조의 전류 차단층 양측면에 형성되되, 상기 일부만 식각된 부분에 형성되는 반절연성 InP 전류 차단층이 동일 기판상에 함께 형성되고, 상기 두 전류 차단층이 전극형성을 위한 개구가 형성된 절연막 위의 p 형 전극과 상기 기판 하부에 형성되는 n형 전극 사이에 형성된 것을 하나의 특징으로 한다.The planar buried semiconductor laser structure of the present invention for achieving the above object is formed by mesa etching the active layer and the p-type InP clad layer sequentially stacked on the n-type InP substrate, a predetermined distance on both sides of the etched active layer A current blocking layer having a pnp structure in which only a portion of the p-type InP current blocking layer, the n-type InP current blocking layer, and the p-type ohmic contact layer are sequentially buried on the substrate; A semi-insulating InP current blocking layer is formed on both sides of the current blocking layer of the pnp structure, and only a portion of the current blocking layer is formed on the same substrate, and the two current blocking layers are formed on the insulating layer having an opening for forming an electrode. One of the features formed between the p-type electrode and the n-type electrode formed on the lower substrate.
또한, 본 발명의 다른 특징인 평면 매립형 반도체 레이저의 제조방법은, 반도체 기판상에 형성된 활성층, 전류차단층, 오옴 접촉층을 포함하여 이루어진 평면 매립형 반도체에 있어서, 전류차단층을 p-n-p 구조와 반절연층을 전류차단층으로 동시에 사용하도록 하고, 메사 식각을 행하여 상기 활성층 영역을 정의하는 과정과, 상기 활성층 영역으로의 전류주입을 위하여 활성층 주변에 p-n-p 구조의 전류 차단층을 재성장하는 과정과, 상기 전류 차단층 재성장 후 활성층 영역 위에 크래드 층과 오옴 접촉층을 재성장하는 과정과, 크래드 층과 오옴 접촉층을 재성장한 후 변조 속도를 높여주기 위해 반절연층을 재성장하는 과정으로 제조하는 것을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing a planar buried semiconductor laser, which is another feature of the present invention, is a planar buried semiconductor including an active layer, a current blocking layer, and an ohmic contact layer formed on a semiconductor substrate, wherein the current blocking layer is semi-insulated from the pnp structure. Simultaneously using the layer as a current blocking layer, performing mesa etching to define the active layer region, regrowing a current blocking layer having a pnp structure around the active layer for current injection into the active layer region, and After the barrier layer regrowth, the process of regrowing the cladding layer and ohmic contact layer on the active layer region, and the process of regrowing the semi-insulating layer to increase the modulation rate after regrowing the cladding layer and ohmic contact layer. do.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 p-n-p 전류차단층이 가지는 낮은 누설전류 기능과 고속변조를 위한 반절연 전류차단층을 동시에 동일 기판상에 함께 사용함으로써, 고성능의 고속변조용 반도체레이저의 제작이 가능하게 한다.According to the present invention having the above characteristics, by using the low leakage current function of the pnp current blocking layer and the semi-insulating current blocking layer for high speed modulation simultaneously on the same substrate, it is possible to manufacture a high performance high speed semiconductor laser. do.
즉, 본 발명에 따른 전류차단층은, 기존의 반절연 평면 매립형 반도체 레이저(도 1e)의 구조에 비해 낮은 누설전류를 가지며, p-n-p 전류차단층에 비해 높은 변조속도를 갖는다.That is, the current blocking layer according to the present invention has a lower leakage current than the structure of the conventional semi-insulated planar buried semiconductor laser (FIG. 1E), and has a higher modulation rate than the p-n-p current blocking layer.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 평면 매립형 반도체 레이저의 제조공정을 도 3a 내지 도 3f의 단면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a manufacturing process of a planar buried semiconductor laser according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the cross-sectional views of FIGS. 3A to 3F.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, n형 InP형 기판(303) 상에 이종접합 구조의 InGaAs 혹은 InGaAsP 활성층(302)과 산화막 혹은 질화막의 p형 InP 크래드 층(301)을 액상결정성장장비 또는 유기금속화학증착 장비를 이용하여 성장시킨 후, 산화막 혹은 질화막의 절연막(300)을 증착하고 사진식각 공정을 통해 메사 형성을 위한 스트라이프를 형성시킨다.First, as shown in FIG. 3A, an InGaAs or InGaAsP active layer 302 having a heterojunction structure and a p-type InP clad layer 301 of an oxide film or a nitride film are grown on an n-type InP type substrate 303. Alternatively, after growing using an organometallic chemical vapor deposition equipment, the insulating film 300 of the oxide film or nitride film is deposited and a stripe for forming mesa through a photolithography process.
그리고, 도 3b에서, 상기 형성된 절연막(300)을 식각 마스크로 하여 건식 혹은 습식 식각 공정을 통해 상기 p형 InP 크래드층(301), 활성층(302) 및 상기 기판(303)의 일부만을 메사 구조로 식각한다.In FIG. 3B, only a portion of the p-type InP clad layer 301, the active layer 302, and the substrate 303 may be a mesa structure through a dry or wet etching process using the formed insulating layer 300 as an etching mask. Etch with.
도 3c는, 전류 차단층을 재성장시키는 공정으로서, 상기 활성층(302)의 양측면에 소정 거리를 두고 p형 InP 전류차단층(304) 및 n형 InP 층(305)을 순차로 적층한다.3C illustrates a process of regrowing the current blocking layer, in which a p-type InP current blocking layer 304 and an n-type InP layer 305 are sequentially stacked at predetermined distances on both sides of the active layer 302.
다음으로, 도 3d와 같이 메사 식각을 위해 사용된 절연막(300)을 제거한 후, 상기 n 형 InP 층(305) 위에 p형 InP 크래드 층(306)과 p형 InGaAs 오옴 접촉층(307)을 성장시킨다. 이상과 같은 도 3d까지의 공정은 일반적인 평면 매립형 반도체 레이저의 공정과 동일한 것이다. 그러나, 본 발명에서는 도 3d에서 도시된 바와 같이, 활성층(302) 양측면에 형성된 p-n-p 전류 차단층 구조(304-305-306)에 의해 생겨나는 기생정전용량이 커져 ㎓ 이상의 고속변조를 달성하기가 어려웠기 때문에, 산화막 혹은 질화막의 절연막(308)을 사진식각 방법을 통해 스트라이프를 형성하여 p-n-p 전류 차단층에 의해 생겨나는 기생정전용량을 제거하게 된다.Next, after removing the insulating layer 300 used for mesa etching, as shown in FIG. 3d, the p-type InP cladding layer 306 and the p-type InGaAs ohmic contact layer 307 are formed on the n-type InP layer 305. To grow. The above steps to FIG. 3D are the same as those of the general planar embedded semiconductor laser. However, in the present invention, as shown in FIG. 3D, the parasitic capacitance generated by the pnp current blocking layer structures 304-305-306 formed on both sides of the active layer 302 increases, making it difficult to achieve high-speed modulation of ㎓ or more. Therefore, the parasitic capacitance generated by the pnp current blocking layer is removed by forming a stripe on the insulating film 308 of the oxide film or the nitride film through a photolithography method.
이에 따라, 도 3e의 공정에서는, 고속변조를 위해 절연막(308)을 마스크로 하여 습식 혹은 건식 식각 공정에 의해 p-n-p 전류차단층을 남기고 상기 형성된 기판(303)의 일부를 소정 깊이로 더 식각한 후 반절연성 InP 전류 차단층(309)을 상기 p-n-p 구조의 전류차단층의 양측면에 재성장시킨다.Accordingly, in the process of FIG. 3E, a portion of the formed substrate 303 is further etched to a predetermined depth by leaving the pnp current blocking layer by a wet or dry etching process using the insulating film 308 as a mask for high speed modulation. The semi-insulating InP current blocking layer 309 is regrown on both sides of the current blocking layer of the pnp structure.
마지막으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 식각용으로 사용된 절연막(308)을 제거한 후 전극형성을 위한 절연막(310)을 형성하고 사진 식각 방법을 이용하여 활성층 바로 위쪽 부분만 개방한 후, p 형 전극(311)과 n 형 전극(312)을 증착시킨다.Finally, as shown in Figure 3f, after removing the insulating film 308 used for etching to form an insulating film 310 for forming the electrode and using only a photolithography method, after opening only the portion immediately above the active layer, p The type electrode 311 and the n type electrode 312 are deposited.
상기한 공정을 통해 제조된 평면 매립형 반도체 레이저의 경우, 반절연 전류 차단층 만을 사용하는 경우에 비해 활성층 측면을 p-n-p 구조의 전류 차단층을 사용함으로써 반절연층에서 생기기 쉬운 이중 주입(double injection)과 같은 현상을 억제할 수 있을 뿐 아니라, 철(Fe)의 확산에 의해 비발광 재결합 중심을 형성할 수 있는 문제를 제거할 수 있으므로 누설전류를 획기적으로 개선할 수 있다.In the case of the planar buried semiconductor laser fabricated through the above process, the double layer injection is more likely to occur in the semi-insulating layer by using the pnp-type current blocking layer on the active layer side than in the case of using only the semi-insulating current blocking layer. Not only can the same phenomenon be suppressed, but the problem of forming the non-emitting recombination center by the diffusion of iron (Fe) can be eliminated, so that the leakage current can be significantly improved.
또한, 활성층 주변을 형성하고 있는 일부의 p-n-p 전류 차단층만을 남기고 대부분을 반절연층으로 구성함으로써, p-n-p 전류차단층만을 사용하는 경우에 비해 기생정전용량을 대폭 감소시킬 수 있으므로 ㎓ 이상의 고속변조가 가능하다.In addition, since only a part of the pnp current blocking layer forming the periphery of the active layer constitutes a semi-insulating layer, the parasitic capacitance can be significantly reduced compared to the case of using only the pnp current blocking layer, so that high-speed modulation of ㎓ or more is possible. Do.
그리고 채널 형성을 통해 기생정전용량을 줄이는 p-n-p 전류 차단층을 가지는 평면 매립형 반도체 레이저에 비해 공정이 단순화되어서 재현성 및 수율이 대폭 개선되며, 채널에 의해 생기기 쉬운 신뢰성의 저하를 방지할 수 있으므로, 고출력이면서 고속변조가 가능한 장점을 가지게 된다.In addition, the process is simplified compared to the planar embedded semiconductor laser having a pnp current blocking layer which reduces the parasitic capacitance through channel formation, greatly improving the reproducibility and yield, and preventing the degradation of the reliability that is easily generated by the channel. High speed modulation is possible.
이상과 같은 본 발명은 기존의 고속변조용 평면매립형 반도체레이저에서 반절연 전류차단층을 가지는 경우에는 고속변조 효율은 우수하지만 광출력 특성이 저하되었던 문제점과, 채널이 형성된 p-n-p 전류차단층 구조의 경우에 공정이 복잡하여 재현성과 수율이 저하되고, 채널에 의한 신뢰성의 문제점을 해결함으로써, 복합적인 전류차단층 구조에 의해 활성층 측면을 통해 흐르는 누설전류 감소뿐만 아니라, 고속변조 특성을 획기적으로 개선할 수 있다.The present invention as described above has a problem that the high speed modulation efficiency is excellent but the optical output characteristics are deteriorated when the semi-insulated current blocking layer in the conventional high-speed modulation flat-bed semiconductor laser, and the pnp current blocking layer structure in which the channel is formed Due to the complexity of the process, reproducibility and yield are reduced, and the problem of reliability due to the channel is solved, and the complex current blocking layer structure not only reduces the leakage current flowing through the active layer side but also significantly improves the high speed modulation characteristics. have.
또한, 공정이 단순화되어 재현성이나 신뢰성 측면에 우수한 특성을 보이므로 고성능 반도체레이저를 제작할 수 있는 효과를 가지고 있다.In addition, since the process is simplified and shows excellent characteristics in terms of reproducibility and reliability, it has the effect of manufacturing a high performance semiconductor laser.
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