KR20010083226A - 반도체 레이저 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중-횡 모드(multi-lateral mode)의 레이저 빔을 발광하는 반도체 레이저 발광 장치 내에 근접 필드 패턴(NFP)(near field pattern)을 안정화하기 위한 것이고, 본 장치의 응용분야를 확장하기 위한 것이다. 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하고, 활성층상에 스트라이프 형태(stripe form)로 형성되는 클래딩층을 포함하는 반도체 레이저 발광 장치로서, 반도체 레이저 발광 장치의 전류 주입 영역(current injection region)은 전류 주입 영역의 내측과 외측 사이의 광학적 흡수 손실(optical absorption loss)의 차를 갖고, 전류 주입 영역의 외측에 배치된 상기 클래딩층은 0.7㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성된다.

Description

반도체 레이저 발광 장치{Semiconductor laser emitting apparatus}
본 발명은 반도체 레이저 발광 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 반도체 레이저 발광 장치에 관한 것으로, 근접 필드 패턴(near field pattern)(이후에, 자주 간단하게 "NFP"로서 칭한다)은 안정화된다.
다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 종래의 반도체 레이저 발광 장치는 활성층 상에, 폭이 10㎛ 이상이고 도 8에 도시된 것과 같은 구조(즉, 와이드-스트라이프 구조)를 갖는 스트라이프 구조를 갖진 클래딩층을 포함한다.
도 8 에 도시된 것처럼, 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 종래의 반도체 레이저 발광 장치(101)에서, 활성층(111)상에 형성되는 클래딩층(112)의 부분은스트라이프 형태이고, 이 스트라이프-형 부분은 전류 주입 영역(121)을 구성한다. 전류 주입 영역(121)의 양쪽 상에서, 예를 들면, 붕소 이온(B+)이 주입된 전류 비-주입 영역(122)이 형성된다. 상기 클래딩층(112)은, 전류 비-주입 영역(122) 아래의 클래딩층(112)의 두께(t)가 1㎛ 이상, 예를 들면 약 1.3 ㎛이 되도록 형성된다.
그러나, 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 종래의 반도체 레이저 발광 장치 내에서, NFP는 특정한 삽입 전류 값(출력)에서 안정하지 않다. 이 현상은 하기에 도 9a 및 9b를 참조로 설명되어 있다.
도 9a에서 도시된 반도체 레이저 발광 장치(101)의 밝은 부분(light portion)(L) 및 어두운 부분(dark portion)(D)은 NFP 내에 형성된다. 주입 전류값(또는 광학적 출력)이 변화됨에 따라, 밝은 부분(L)은 오른쪽 및 왼쪽 방향(화살표로 나타냄)으로 요동(fluctuate)하는 것으로 보여진다. 대안적으로, NFP 내의 밝은 부분 및 어두운 부분의 일부 또는 전체가 변화되어서, 도 9B에서 도시된 것처럼 반도체 레이저 발광 장치(101)가 NFP 내의 밝은 부분(L) 및 어두운 부분(D)이 역전 되는 것과 같은 상태에 있게 된다. 즉, 밝은 부분(L) 및 어두운 부분(D)이 시간의 경과에 따라 서로 불규칙적으로 위치를 바꾸는 것이다. 부가적으로, 발광 강도의 변화가 NFP의 가장자리에서 관찰된다. 그러므로, NFP는 시간이 갈수록 불안정해진다.
NFP 요동에서 밝은 부분 및 어두운 부분이 요동하는 상기 현상은, 다중-횡-모드 반도체 레이저 발광 장치의 고유의 문제이고, 더 좁은 스트라이프 폭(예를 들면, 3㎛이하)을 갖는 반도체 레이저 발광 장치 즉, 소위 단일 모드 발진 반도체 레이저 발광 장치에서는 발생되지 않는다.
부가적으로, 이득 도파관 구조(gain waveguide structure)를 갖는 종래의 반도체 레이저 발광 장치에서, 굴절 계수의 차는 스트라이프형 부분의 바로 아래 부분과 그 외측 사이에서 만들어지지 않는다. 그러므로, NFP는 또한 스트라이프 형태 부분의 바로 아래 부분의 외측 방향으로 넓혀지고, NFP가 불안정해지는 상기 현상이 발생한다.
상기 반도체 레이저 발광 장치가 프린터처럼 일정한 발광을 갖는것이 요구되는 기계 안에서 사용된다면, NFP가 점차 불안정해지는 상기 현상은 불균일(예를 들면, 프린터의 경우 프린팅이 균일하지 않다)의 원인이 된다. 일정한 발광을 얻기 위해, 공진된 레이저 빔이 일정해 지도록 광섬유를 일단 통과하고, 결과적인 일정한 레이저 빔을 사용하는 방법이 있다. 그러나. 이 방법의 사용은 가격이 증가하는 원인이 되는 단점이 있다.
더욱이, NFP가 불안정해질 때의 전류값은 작동 환경의 온도와 같은, 작동 상태에 따라 변화하고, 동일한 상태의 동일한 재료로부터 생산된 반도체 레이저 발광 장치는 각각이 NFP가 점차 불안정해지는 현상이 발생 할 때 다른 전류값을 갖는다. 그러므로, NPF가 불안정해지는 작동 포인터를 피하면서, 반도체 레이저 발광 장치를 작동하는 것은 점차 어려워진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 레이저 발광 장치의 단면도를 도시한 도면.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치를 제조하기 위한 공정의 계략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 발광 장치를 도시한 계략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 발광 장치를 도시하는 계략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 발광 장치를 도시하는 계략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 발광 장치를 도시하는 계략적인 단면도.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 반도체 발광 장치를 도시하는 계략적인 단면도.
도 8은 종래의 반도체 레이저 발광 장치의 계략적인 단면도.
도 9a 및 9b는 종래의 반도체 레이저 발광 장치의 문제를 도시하는 계략적인설명도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11; 기판 12; n-형 버퍼층
13; 제 2 n-형 버퍼층 14; n-형 클래딩층
21; 전류 주입 영역 22; 전류 비-주입 영역
31; GaAs 32; n-형 GaAs 층
본 발명은 종래 기술이 가진 상기 언급된 문제를 해결하도록 제조된 반도체 레이저 발광 장치에 관한 것이다.
본 발명의 반도체 레이저 발광 장치는 다중-횡-모드의 레이저 빔을 발광하고, 활성층 상에서 형성된 스트라이프 형태의 클래딩층을 포함하고, 반도체 레이저 발광 장치의 전류 주입 영역은 전류 주입 영역의 내측과 외측 사이에서 광학 흡수 손실의 차를 갖고, 전류 주입 영역의 외측에 배치된 클래딩층은 0.7㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성된다. 대안적으로, 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치에서, 전류 주입 영역은 전류 주입 영역의 내측과 외측 사이에서 광학적 흡수 손실의 차를 갖고, 클래딩층은 오직 전류 주입 영역에만 형성된다.
본 발명의 반도체 레이저 발광 장치에서, 전류 주입 영역의 외측에 배치된 클래딩층은 0.7㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성된다. 그러므로, 전류는 전류 주입 영역으로 효과적으로 삽입되고, 전류 누출양은 억제된다. 더욱이, 반도체 레이저 발광 장치의 전류 주입 영역은 전류 주입 영역의 내측과 외측사이에서 광학적 흡수 손실의 차를 갖는다. 그러므로, 레이저의 도파관은, 레이저가 효과적으로 스트라이프형의 부분 바로 아래에서 효율적이되도록, 스트라이프 형태로 전류 주입 영역의 내측 및 외측사이에서 변경될 수 있고, 그러므로 그 안의 밝은 부분 및 어두운 부분의 요동이 없는 안정한 NFP를 얻는 것이 가능해지도록 제조된다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치에서, 전류 주입 영역의 외측에 배치된 클래딩층은 0.7 ㎛이하의 두께를 갖도록 형성되거나, 클래딩층은 전류 주입 영역에서만 형성된다. 그러므로, 전류 누출양은 억제될 수 있고, 전류 주입 영역으로 전류를 효과적으로 삽입할 수 있도록 제조된다. 부가적으로, 반도체 레이저 발광 장치의 전류 주입 영역은 전류 주입 영역의 내측 및 외측 사이의 광학적 흡수 손실의 차를 갖는다. 그러므로, 레이저의 도파관은 스트라이프 형태로 전류 주입 영역의 내측 및 외측 사이에서 변경될 수 있고, 그러므로 레이저는 스트라이프 형태 부분 바로 아래에서 효과적으로 유지되며, 광출력 또는 전류 주입량의 변화에 의해 초래되었던 발광 패턴의 시간에 따른 변화와 NFP 가장 자리에서의 강도 변화 등의 문제없이 안정한 NFP를 얻는 것을 가능하게 한다. 그러한 문제점들은 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 종래의 반도체 레이저 발광 장치에서 필연적으로 부딪치는 것이었다.
그러므로, 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 상기 반도체 레이저 발광 장치는 발광의 일정성을 얻는 것이 요구되는 분야에 응용된다. 더욱이, 발광의 일정성은 광섬유의 사용 없이 얻어지고, 그러므로 가격의 증가를 막을 수 있다.
본 발명의 상술된 또는 다른 목적, 특징, 이점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 양호한 예시적인 실시예로부터 당업자에게 명확해 질 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 레이저 발광 장치가 도 1의 계략적인 단면도를 참조로 설명된다.
도 1 에 도시된 것처럼, 제 1 반도체 레이저 발광 장치(1)의, GaAs 기판으로 이루어진 기판(11)의 표면측상에, 제 1 n-형 버퍼층(12), 제 2 n-형 버퍼층(13), n-형 클래딩층(14), 가이드층(15), 활성층(16), 가이드층(17), p-형 클래딩층(18), 및 p-형 GaAs로 이루어진 p-형 캡층(p-type cap layer)(19)은 이 순서로 바닥에서부터 형성된다. 다른 한편으로, 기판(11)의 바닥쪽 상에, n-형 전극층(91)이 형성된다.
상술된 층을 예로 들어 다음을 언급할 수 있다. 제 1 n-형 버퍼 층(12)은 예를 들면 0.5㎛의 두께를 갖도록 n-형 GaAs를 증착하여 형성되고, 제 2 n-형 버퍼층(13)은 예를 들면 0.5㎛의 두께를 갖도록 n-형 Al0.3Ga0.7As를 증착하여 형성된다. 부가적으로 n-형 클래딩층(14)은, 예를 들면 1.8㎛의 두께를 갖도록 n-형 AlxGa1-xAs를 증착함으로서 형성된다. 더욱이, 상기 가이드층(15)은 예를 들면 60 에서 65nm의 두께를 갖도록Al0.3Ga0.7As를 증착함으로서 형성되고, 활성층(16)은 예를 들면 10nm의 두께를 갖도록 Al0.1Ga0.9As를 증착함으로서 형성되고, 가이드층(17)은 예를 들면 60에서 65nm의 두께를 갖도록Al0.3Ga0.7As를 증착함으로서 형성된다. 더욱이, p-형 클래딩층(18)은 1.8㎛의 두께를 갖도록 p-형 AlxGa1-xAs를 증착함으로서 형성된다. 층재료에 대한 상기 화학 공식에서, 알루미늄(Al)의 원자 비율(x)은 예를 들면 0.5(x=0.5)이다.
n-형 캡층(19) 및 p-형 클래딩층(18)은 예를 들면 10㎛의 폭의 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)을 구성하도록 형성된다. 전류 주입 영역(current injection region)(21)의 양쪽에서, 전류 비-주입 영역(22)은 그루브(groove)의 형태로 형성된다. 전류 비-주입 영역(22)에 대해 남아 있는 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛ 이하이다. 대안적으로, 전류 비-주입 영역(22)으로 구성된 그루브는 활성층(16)을 관통하도록 형성된다.
더욱이, GaAs층(31), p-형 Al0.5Ga0.5As층(32), 및 n-형 GaAs층(33)은 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)을 감싸도록 다른 층위에 쌓이고, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(18) 및 개방부(opening portion)(34)는 전류 주입 영역(21)상의 n-형 GaAs층(33)에서 형성된다. p-형 전극(p-형 옴 전극)(도시되지 않음) 개방부(34)에 형성된다.
제 1 반도체 레이저 발광 장치(1)는 다중-횡 모드(multi-lateral mode)에서 레이저 빔을 발광한다. 그러므로, 전류 주입 영역(21)을 구성하는 스트라이프 형태 부의 폭은 예를 들면 10 에서 500 ㎛의 범위에서 설정된다.
상기 언급된 구성을 갖는 제 1 반도체 레이저 발광 장치(1)에서, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)는 107㎛ 이하이다. 그러므로, 전류 누설양은 억압된다. 부가적으로, 레이저의 도파관은 스트라이프의 형태로 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22)사이에서 변경되고, 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22)사이의 광학 흡수 손실(optical absorption loss)은 스트라이프의 형태 부분 바로 아래에서 레이저를 유지하고 그러므로, 안정 NFP를 얻는 것을 가능하게 한다.
이와는 반대로, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께는 0.7㎛ 이상이고, 전류 누설양은 증가하고 안정한 NFP를 얻기가 힘들어 진다.
다음으로, 제 1 반도체 레이저 발광 장치(1)를 생산하기 위한 공정 도 2a 내지 도 2c를 참조로 하여 설명되었다. 도 2a 내지 2c 및 도 1은, 유사한 부분 및 영역이 동일한 참조 번호로 나타내진다. 부가적으로 도 2b 및 2c에서, 하부층 부분은도시되는 않았다.
도 2a 에서 도시되었듯이, GaAs 기판으로 구성된 기판(11)의 표면측 상에, 제 1 n-형 버퍼층(12), 제 2 n-형 버퍼층(13), n-형 클래딩층(14), 가이드층(15), 활성층(16), 가이드층(17),p-형 클래딩층(18), 및 p-형 GaAs로 이루어진 p-형 캡층(p-type cap layer)(19)은 예를 들면 133 kPa의 감소된 압력 하에서, 금속 유기 화학 증기 증착(이후, 자주 간단하게 "MOCVD"라 칭해짐) 공정에 의해 형성된다.
상술된 층을 예로 들어, 기판(11)의 표면측 상에, 제 1 n-형 버퍼 층(12)을 형성하도록, 예를 들면 0.5㎛의 두께를 갖게 n-형 GaAs를 증착하고, 제 2 n-형 버퍼층(13)을 형성하도록 예를 들면 0.5㎛의 두께를 갖도록 n-형 Al0.3Ga0.7As를 증착함으로서 형성된다. 그리고 n-형 클래딩층(14)을 형성하도록, 예를 들면 1.8㎛의 두께를 갖도록 n-형 AlxGa1-xAs를 증착한다. 그후에, 상기 가이드층(15)을 형성하도록 예를 들면 60에서 65nm의 두께를 갖게 Al0.3Ga0.7As를 증착하고, 활성층(16)을 형성하도록 예를 들면10nm의 두께를 갖는 Al0.1Ga0.9As를증착하고, 가이드층(17)을 형성하도록 예를 들면 60에서 65nm의 두께를 갖는 Al0.3Ga0.7As를 증착한다. 그리고, p-형 클래딩층(18)을 형성하도록, 1.8㎛의 두께를 갖도록 p-형 AlxGa1-xAs를 그 위에 증착한다. 층재료에 대한 상기 화학 공식에서, 알루미늄(Al)의 원자 비율(x)은 예를 들면 0.5(x=0.5)이다.
그리고, 도 2b 에 도시된 것처럼, p-형 캡층(19) 및 p-형 클래딩층(18)은 리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 처리되고, 그러므로 전류 주입 영역(current injection region)(21)의 양쪽에서, 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)이 그리고 그루브 형태로 전류 비-주입영역이 형성된다. 전류 비-주입 영역(22)에 대해 남아 있는 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께는 0.7㎛ 이하이다. 대안적으로, 전류 비-주입 영역(22)으로 구성된 그루브는 활성층(16)을 관통하도록 형성된다.
도 2c 에서 도시된것처럼, GaAs층(31), p-형 Al0.5Ga0.5As층(32), 및 n-형 GaAs층(33)은 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)을 감싸고, MOCD 공정에 의해 p-형 클래딩층(18)을 감싸도록 연속적으로 증착된다.
다음으로, 스트라이프 형태의 전류 주입 영역(21)상의 n-형 GaAs 층(31)은 개방부(34)를 형성하기 위해 리소그래피 기술(lithography technique) 및 에칭 기술을 이용하여 제거된다. 그후에, 아연(Zn) 확산을 위한 단계가 수행되고 그후에, p-형 전극(예를 들면, p-형 옴 전극)(도시되지 않음) 및 n-형 전극(예를 들면, n-형 옴 전극)(도시되지 않음)이 형성된다. 스트라이프 구조를 형성한 후에 증착되는 층들의 재료에 대해서는 특별한 제한이 없고, 예를 들면, 이러한 층들은 GaAs로만 형성 될 수 도 있다.
다음, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다른 반도체 레이저 발광 장치는 도 3의 계략적인 단면도를 참조로 설명된다. 도 3 및 도 1에서, 유사한 부분 및 영역이 동일한 참조 번호로 나타내진다. 부가적으로 제 2 실시예의 장치에서 활성층 보다 낮은 부분은 제 1 실시예의 장치의 것과 동일하다. 그러므로, 제 2 실시예에서 상기 부분에 대한 자세한 설명을 생략하고 참조 번호는 제 1 실시예의 서술과 대응한다.
도 3에서 도시되었듯이, 제 2 반도체 레이저 발광 장치의 GaAs 기판으로 이루어진 기판의 표면측 상에서, 제 1 n-형 버퍼층(12), 제 2 n-형 버퍼층(13), n-형 클래딩층(14), 가이드층(15), 활성층(16) 및 가이드층(17)은 이 순서로 다른 기판 위에 쌓여있다. 제 1 n-형 버퍼층(12)에서부터 가이드층(17)까지의 층에서, 제 1 실시예의 반도체 레이저 발광 장치에 대응하는 층처럼 동일한 재로가 사용된다. 다른 횡으로, 기판(11)의 하부측 상에서, n-형 전극층(91)은 형성된다.
p-형 클래딩층(18)은 예를 들면, p-형 AlxGa1-xAs 층에서부터 가이드층(17) 상에 형성되고, 층 주변보다 더 큰 굴절 인덱스를 갖는 층(41)은 예를 들면, p-형 클래딩층(18)의 p-형 AlyGa1-yAs 층으로부터 형성된다. 층재료에 대한 상기 화학 공식에서, 알루미늄(Al)의 원자 비율(x 및 y)은 예를 들면 0.5(x=0.5)이고 x는 y보다 큰(x>y) 요구를 만족한다. 따라서, p-형 클래딩층(18)(18A), 큰 굴절 상수를 갖는 층(41), 상기 p-클래딩층(18), 및 p-형 캡층(19)은 가이드층(17)상의 다른층 상에서 쌓이고, 큰 굴절 상수를 갖는 층(41), p-형 클래딩층(18B) 및 p-형 캡층(19)은 폭이 예를 들면 10㎛인 스트라이프 형태 구조를 갖는 전류 주입 영역(21)을 구성한다. 제 2 반도체 레이저 발광 장치(2)에서, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(18)(18A)의 두께(t)는 0.7㎛ 이하이다. 대안적으로 전류 비-주입 영역(22)을 구성하는 그루브는 활성층(16)을 관통하도록 형성된다.
더욱이, GaAs층(31), p-형 Al0.5Ga0.5AS층(32) 및 n-형 GaAs층(33)은 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)에 대한 p_형 클래딩층(18)을 덥도록 다른층 위에 쌓이고, 전류 비-주입 영역(22) 및 p-형 캡 층(19) 및 개방부(34)는 전류 주입 영역(21)상의 n-형 GaAs층(33)에 형성된다. p-형 전극(p-형 옴 전극)(도시되지 않음)은 개방부(34)에서 형성된다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치(2)는 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광한다. 그러므로, 전류 주입 영역(21)을 구성하는 스트라이프 형태 부분의 폭은 예를 들면 10에서 500 ㎛의 범위에서 설정된다.
상기 언급된 구조를 갖는 제 2 반도체 레이저 발광 장치(2)에서, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(18A)의 두께(t)는 0.7㎛ 이하이다. 그러므로, 전류 누출량은 억제된다. 부가적으로, 레이저의 도파관은 스트라이프 형태의 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22) 사이에서 변경되고, 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22)사이의 광학 흡수 손실(optical absorption loss)은 스트라이프 형태의 부분 바로 아래에서 레이저를 유지하고 그러므로, 안정 NFP를 얻는 것을 가능하게 한다.
대조적으로, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(18A)의 두께(t)는 0.7㎛를 초과하며, 전류 누설양은 증가하고 안정한 NFP를 얻기가 힘들어 진다.
제 2 반도체 레이저 발광 장치(2)는 다음의 공정에 따라 제조된다. 제 1 n-형 버퍼층(12)에서부터 p-형 캡층(19)까지의 층은 감소된 압력하에서 MOCVD 공정에 의해 기판(11)상에서 형성되고, 그후에 스트라이프 형태 구조는 리소그래피 기술및 에칭 기술을 이용하여 결과적인 층(resultant layer)에서 형성된다. 그후에, GaAs층(31), p-형 Al0.5G0.5As층 및 n-형 GaAs 층(33)은 연속적으로 그위에서 형성되고, 개방부(34)는 제 1 실시예와 동일한 방법으로 형성된다. 그리고, p-형 전극(도시되지 않음) 및 n-형 전극(91)은 형성된다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 다른 반도체 레이저 발광 장치는 도 4의 계략적인 단면도를 참조로 설명된다. 도 4 및 도 1에서, 유사한 부분 및 영역이 동일한 참조 번호로 나타내진다. 부가적으로, 제 3 실시예의 활성층 보다 낮은 부분은 제 1 실시예의 장치와 동일하다. 그러므로, 제 3 실시예에서, 상기 부분에 관한 자세한 설명은 생략되고 참조 번호는 제 1 실시예의 설명 부분에 대응하여 만들어 질 수 있다.
도 4에서 도시되었듯이, 제 3 반도체 레이저 발광 장치(3)의 GaAs 기판으로 구성된 기판(11)의 표면측 상에, 제 1 n-형 버퍼층(12), 제 2 n-형 버퍼층(13), n-형 클래딩층(14), 가이드층(15), 활성층(16), 가이드층(17), p-형 클래딩층(18)이 차례대로 다른 기판상에 형성된다,
전류 비-주입 영역(22)을 구성하는 전류 속박 그루브(current constriction grooves)(51, 52)는 p-형 클래딩층(18)에 형성되고, 전류 속박 그루브(51, 52) 사이에서 형성된 스트라이프 형태부는 전류 주입 영역(21)을 구성한다. 제 3 반도체 레이저 발광 장치(3)에서, 전류 속박 그루브(51, 52)하의 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛이하이다. 대안적으로, 전류 속박 그루브(51, 52)는 그들이 활성층(16)을 관통하는 때나, 이러한 구조가 제 3 반도체 레이저 발광 장치(3)의특성에 영향을 미치지 않을 때 형성된다.
더욱이, p-형 캡층(19) 및 p-형 전극(p-형 옴 전극)(35)는 P-형 클래딩층(18)에서 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)에 대해 형성된다. 다른 한편으로, 기판(11)의 후면측에, n-형 전극층(91)이 형성된다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치(3)는 다중-횡 방식에서 레이저 빔을 발광한다. 그러므로, 전류 속박부(21)를 구성하는 스트라이프 형태부의 폭은 설정되고 예를 들면, 10 에서 500㎛의 범위이다.
상기 언급된 구조를 갖는 제 3 반도체 레이저 발광 장치(3)에서, 전류 속박 그루브(51, 52) 아래의 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛이하이다. 그러므로, 전류 누출량은 억제된다. 부가적으로, 레이저의 도파관은 스트라이프 형태의 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22)사이에서 변경되고, 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22)사이의 광학 흡수 손실(optical absorption loss)은 스트라이프 형태 부분 바로 아래에서 레이저를 유지하고 그러므로, 안정 NFP를 얻는 것을 가능하게 한다.
이와는 반대로, 전류 속박 그루브(51, 52) 및 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)가 0.7㎛를 초과할 때, 전류 누설양은 증가하고 안정한 NFP를 얻기가 힘들어 진다.
제 3 반도체 레이저 발광 장치(3)는 다음의 공정에 의해 생산된다. 제 1 n-형 버퍼층(12)에서부터 p-형 캡층(19)에서의 층은 감소된 압력 CVD 공정에 의해 기판(11)상에서 형성되고, 그후에 전류 속박 그루브(51, 52)는 리소그래피 기술 및에칭 기술을 이용하여 결과적인 층(resultant layer)에서 형성된다. 그리고, p-형 전극(도시되지 않음) 및 n-형 전극(91)은 형성된다.
다음으로, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 다른 반도체 레이저 발광 장치가 제 5도의 계략적인 단면도를 참조로 설명되었다. 도 5및 도 1에서, 유사한 부분 및 영역이 동일한 참조 번호로 나타내진다. 부가적으로, 제 4 실시예의 활성층보다 낮은 부분은 제 1 실시예의 장치와 동일하다. 그러므로, 제 4 실시예에서, 상기 부분에 관한 자세한 설명은 생략되고 참조 번호는 제 1 실시예의 설명 부분에 대응하여 만들어 질 수 있다.
도 5 에서 도시되었듯이, 제 4 반도체 레이저 발광 장치(4)의 GaAs 기판으로 구성된 기판(11)의 표면측 상에, 제 1 n-형 버퍼층(12), 제 2 n-형 버퍼층(13), n-형 클래딩층(14), 가이드층(15), 활성층(16), 가이드층(17), p-형 클래딩층(18)이 차례대로 다른 기판상에 형성된다. 다른 한편으로, 기판(11)의 후측 상에서 n-형 전극층(91)이 형성된다.
전류 비-주입 영역(22)을 구성하는 이온 주입 영역(ion implantation region)(61, 62)은 p-형 클래딩층(18)에서 형성되고, 이온 주입 영역사이의 스트라이프 형태 부는 전류 주입 영역(21)을 구성한다. 제 4 반도체 레이저 발광 장치(4)에서, 이온 주입 영역 하의 p-형 클래딩증(18)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛이하이다. 대안적으로 이온 주입 영역은 그것이 활성층을 통과하고, 이러한 구조가 제 4 반도체 레이저 발광 장치(4)의 성질에 영향을 주지 목하는 상태에서 형성된다.
더욱이, p-형 캡층(19)은 스트라이프 형태로 전류 주입 영역에 대한 p-형 클래딩층(18)상에서 형성된다.
제 4 반도체 레이저 발광 장치(4)는 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광한다. 그러므로, 전류 주입 영역(21)을 구성하는 스트라이프 형태부의 폭은, 예를 들면, 10에서 500㎛ 영역에서 설정된다.
상기 언급된 구조를 가지고 있는 제 4 반도체 레이저 발광 장치(4)에서, 이온 주입 영역(61, 62)의 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛ 이하이다. 그러므로, 전류 누출량은 억제된다. 부가적으로, 레이저의 도파관은 스트라이프 형태에서의 전류 주입 영역(21)의 내측과 외측 사이에서 변화되고, 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22)사이의 광학적 흡수 손실은 스트라이프 형태 부분 바로 아래에서 레이저를 보존하고, 그리고 안정된 NFP를 얻는 것을 가능하게 만든다.
이와는 반대로, 이온 주입 영역(61, 62)하에서 p-형 클래딩층(18)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛를 초과하고, 전류 누설양은 증가하고 안정한 NFP를 얻기가 힘들어 진다.
제 4 반도체 레이저 발광 장치(4)는 다음 절차에 의하여 생산된다. 제 1 n-형 버퍼층(12)에서부터 p-형 캡층(19)까지의 층들은 축소된 압력 CVD 처리에 의하여 기판(11)상에 형성되고, 다음에 이온 주입 영역(61, 62)들은 이온 주입기술을 사용하여 결과적으로 생성되는 층들에 형성되어서, 스트라이프구조를 형성한다. 다음에 p-형 전극(도시되지 않은)과 n-형 전극(91)이 형성된다.
상기 실시예들의 각각에서 GaAs/AlGaAs 반도체 발광 장치에 대해서 설명이되고 이 장치는 AlGaAs 가 GaAs 기판상에서 증식되도록 함으로써 얻어지지만, 그 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치의 구조는 다른 기판들과 원료들을 사용하여 얻어지는 반도체 레이저 발광 장치에 응용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 반도체 레이저 발광 장치의 구조에 적용되는 GaInP/AlGaInP 반도체 레이저 발광 장치 또는 AlGaN/InGaN 반도체 레이저 발광 장치는 NFP 가 불안정한 좋지 못한 현상을 방지할수 있다.
그러한 반도체 레이저 발광 장치들의 예로서, 적색빛을 발하는 GaInP /AlGaInP 반도체 레이저 발광 장치는, 도 5의 다이어그램 단면도에 대해서, 본 발명의 제 5 실시예로써 이후에 설명되고, 청색빛을 발하는 AlGaN /InGaN 반도체 레이저 발광 장치는 도 7의 다이어그램 단면도에 대하여, 본 발명의 제 6 실시예로써 이후에 도시된다. 도 6에서 도시된 것처럼, 적색빛을 발하는, n-형 기판(11), n-형 클래딩층(72), 가이드층(73), 활성층(74) 및 가이드층(75)의 표면 측상에서, GaInP/AlGaInP 반도체 레이저 발광 장치(제 5 반도체 레이저 발광 장치)(5)는 이러한 순서로 쌓여있다. p-형 클래딩층(76)(76a,76b)은 가이드층(75)상에 형성되고, 인접한 층보다 큰 굴절 계수를 갖는 층(77)은 예를 들어, p-형 AlGaInP층으로부터 p-형 클래딩층(76)에서 형성된다.
n-형 클래딩층(72)은 예를 들어, n-형 AlGaInP층으로부터 형성되다. 가이드층(73)은 예를 들어, GaInP 층으로부터 형성된다. 활성층(74)은 예를 들어, AlGaInP층으로부터 형성된다 가이드층(75)은 예를 들어, GaInP층으로부터 형성된다. p-형 클래딩층들(76a,76b)은 예를 들어, p-형 AlxGaInP 층으로부터 형성된다.더 큰 굴절 계수를 갖는 층(77)은 D{를 들어 p-형 AlyGaInP 층으로부터 형성된다. 위의 층 원료들을 위한 화학적 공식에서, Al 원자 비인 x와 y는 예를 들어, x가 y보다 크다는 조건을 만족시킨다.
따라서, p-형 클래딩층(76)(76a)와 더 큰 굴절 계수를 갖는 층(77)과, p-형 클래딩층(76)(76b)과 p-형 캡 층(예를 들어, p-형 GaAs 층)(78)은 가이드층(75)상에 서로 겹쳐지고, 더 큰 굴절 계수를 갖는 층(77)과, p-형 클래딩층(76b)과 p-형 캡 층(78)은 스트라이프 구조를 갖는 전류 주입 영역(21)을 구성한다. 제 5 반도체 레이저 발광 장치(5)에서, p-형 클래딩층(76a)의 두께(t)는 0.7㎛ 이하이다.
부가적으로, 예를 들면, GaAS 층(79)은 전류 주입 영역(22)의 양쪽면 상의 전류 비-주입 영역(22)상에서 형성된다.
제 5 반도체 레이저 발광 장치(5)는 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광한다. 그러므로, 전류 주입 영역(21)을 구성하는 스트라이프 형태 부의 폭은 예를 들면 10에서 500㎛의 영역에서 설정된다.
상기 언급된 구조를 갖는 제 5 반도체 레이저 발광 장치(5)에서, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(76A)의 두께(t)는 0.7㎛ 이하다. 그러므로, 전류 누츨양은 억제된다. 부가적으로, 레이저의 도파관은 스트라이프 형태로 전류 주입 영역(21)의 내측 및 외측 사이에서 변경되고, 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22) 사이의 광학 흡수 손실의 차는 스트라이프 형태로 부분의 바로 아래의 레이저를 유지하고, 그러므로 안정한 NFP를 얻는 것을 가능하게 한다.
이와는 반대로, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩증(76A)의두께(t)가 0.7㎛을 초과했을 때, 전류 누출량은 증가되고, 안정된 NFP를 얻는 것은 어려워진다.
제 5 반도체 레이저 발광 장치(5)는 다음의 공정에 의해 생산될 것이다. n-형 클래딩층(72)으로부터 p-형 캡층(78)으로의 층은 예를 들면 감소된 압력 CVD 공정에 의해 기판(11)상에 형성되고, 그러므로 전류 비-주입 영역(22)을 구성하는 그루브는 리소그래피 기술 및 에칭 기술을 이용하여 형성되고, 그것에 의해 스트라이프형 구조를 갖는 전류 주입 영역(21)을 형성한다. 그리고, 전극은 각각이 형성된다.
다음으로 도 7에 도시된것처럼, 청색광을 발광하는 AlGaN 반도체 레이저 발광 장치(제 6 반도체 레이저 발광 장치)(6)에서, n-형 기판(11)의 표면측 상에서, n-형 클래딩증(82) 및 활성층(83)은 이 순서대로 다른 것 위에 쌓인다. p-형 클래딩층(84)은 활성층(83)위에 형성되고, p-형 클래딩층의 일부는 스트라이프 형태이고, 이 스트라이프 형태 부는 전류 주입 영역(6)을 구성한다. 제 6 반도체 레이저 발광 장치(6)에서, 스트라이프 구조를 갖는 전류 주입 영역(21)의 양쪽상의 전류 비-주입 영역(22)의 바닥부에 p-형 클래딩층(84)의 부분의 두께(t)는 0.7㎛이하를 갖는다.
n-형 클래딩층(82)은 예를 들면, 1.5㎛의 두께를 갖는 n-형 AlGaN층으로부터 형성된다. 활성증(83)은 예를 들면, 50㎛의 두께를 갖는 InGaN층으로부터 형성된다. p-형 클래딩층(84)은 예를 들면, P-형 AlGaN층으로부터 형성되고, p-형 클래딩층(84)의 스트라이프 형부는 예를 들면, 1.5㎛의 두께를 갖도록 형성된다.
부가적으로, 예를 들면, AlGaN층(85)은 전류 주입 영역(21)의 양쪽상의 전류 비-주입 영역(22)상에서 형성된다.
전류 주입 영역(21)의 양쪽의 전류 비-주입 영역(22)는 예를 들면 GaAs 층상에서 형성된다.
제 6 반도체 발광 장치(6)는 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광한다, 그러므로, 전류 주입 영역(21)을 구성하는 스트라이프형 부의 폭은 예를 들면 10에서 500㎛범위에서 형성된다.
상기 언급된 구조를 갖는 제 6 반도체 레이저 발광 장치(6)에서, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(84) 부분의 두께(t)는 0.7㎛이하다. 그러므로, 전류 누출양은 억제된다. 부가적으로 레이저의 도파관은, 전류 주입 영역(21) 및 전류 비-주입 영역(22) 사이의 광학 흡수 손실의 차가 스트라이프 형태로 부분의 바로 아래에 레이저를 유지하고 그러므로, 안정된 NFP를 얻도록 변경된다.
이와는 반대로, 전류 비-주입 영역(22)에 대한 p-형 클래딩층(84)부분이 두께(t)가 0.7㎛을 초과하면, 전류 누출량은 증가되고 안정된 NFP를 얻기가 어려워진다.
제 6 반도체 레이저 발광 장치(6)는 다음의 공정에 의해 생산된다. n-형 클래딩층(82)으로부터 p-형 클래딩층(84)으로의 층은 예를 들면, 감소된 압력 CVD 공정에 의해 기판(11) 상에서 형성되고, 그리고, 전류 비-주입 영역(22)을 구성하는 그루브는 리소그래피 기술 및 에칭기술을 이용하여 형성되며, 그러므로 스트라이프 구조를 갖는 전류 주입 영역이 형성된다. 그러므로, 전극(도시되지 않음)은 각각형성된다.
다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 상기 반도체 레이저 발광 장치는 발광의 일정성을 얻는 것이 요구되는 분야에 응용된다. 더욱이, 발광의 일정성은 광섬유의 사용 없이 얻어지고, 그러므로 가격의 증가를 막을 수 있다.

Claims (4)

  1. 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 반도체 레이저 발광 장치로서, 활성층 상에 스트라이프 형태로 형성되는 클래딩층을 포함하는 상기 반도체 레이저 발광 장치에 있어서,
    상기 반도체 레이저 발광 장치의 전류 주입 영역은 상기 전류 주입 영역의 내측과 외측 사이에서 광학적 흡수 손실의 차를 갖고,
    상기 전류 주입 영역의 외측에 배치된 상기 클래딩층은 0.7㎛ 이하의 두께를 갖도록 형성되는 반도체 레이저 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 주입 영역은 상기 전류 주입 영역의 내측 및 외측 사이에서 굴절 상수의 차를 갖는 반도체 레이저 발광 장치.
  3. 다중-횡 모드의 레이저 빔을 발광하는 반도체 레이저 발광 장치로서, 활성층상에 형성되는 스트라이프 형태의 클래딩층을 포함하는, 상기 반도체 레이저 발광 장치에 있어서,
    상기 반도체 레이저 발광 장치의 전류 주입 영역은 상기 전류 주입 영역의 내측 및 외측 사이의 광학적 흡수 손실의 차를 갖고,
    상기 클래딩층은 상기 전류 주입 영역내에만 형성되는 반도체 레이저 발광장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류 주입 영역은 상기 전류 주입 영역의 내측 및 외측 사이에서 굴절 상수의 차를 갖는 반도체 레이저 발광 장치.
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