KR20020049871A

KR20020049871A - 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20020049871A
Application number: KR1020000079184A
Authority: KR
Inventors: 곽준섭; 조제희
Original assignee: 이형도; 삼성전기주식회사
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-06-26
Also published as: US6444486B1; CN1360377A; KR100378352B1; JP3970578B2; CN1217456C; US20020076842A1; JP2002204031A

Abstract

리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 활성층을 사이에 두고 대향하도록 구비된 상기 활성층보다 굴절률이 낮은 레이징을 위한 제1 및 제2 물질층 중 선택된 어느 하나의 물질층에 상기 활성층에 수직한 방향으로 돌출된 리지부가 구비되어 있고 이를 통해서 전극과 접촉되어 있는 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 리지부 측면은 서로 다른 각을 갖는 적어도 2개 이상의 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드를 제공한다.

Description

리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법{Semiconductor laser diode comprising ridge wave guide and method for manufacturing the same}

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 자세하게는 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 레이저는 광통신 등과 같은 통신 분야나 컴팩 디스크 플레이어(CDP)나 디지털 다기능 디스크 플레이어(DVDP) 등과 같은 장치에서 데이터의 전송이나 테이터의 기록 및 판독을 위한 수단으로써 널리 사용되고 있다.

이와 같이 반도체 레이저가 널리 사용되는 이유는 여러 가지가 있을 수 있지만 적정한 한정된 공간내에서 레이저 특성을 유지한다는 것과 소형화가 가능하다는 것과 무엇보다 레이저 발진을 위한 임계 전류값이 작다는데 있을 것이다.

반도체 레이저가 사용될 수 있는 산업 분야가 증가되어 그 필요성이 증가되면서 더불어 보다 작은 임계 전류값을 갖는 반도체 레이저의 필요성도 증가되고 있다.

이에, 임계 전류값을 작게 한 반도체 레이저가 등장하였거나 속속 등장하고 있는데, 그 일예는 도 1에서 볼 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드로써, 레이저 발진을 위한 임계 전류 값을 줄이기 위해 리지 웨이브 가이드를 구비하는 형태의 반도체 레이저 다이오드를 보여준다.

도 1을 참조하여 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드를 간략히 설명하면, 사파이어 기판(10) 상에 n-GaN층(12)이 구비되어 있다. n-GaN층(12)은 제1 및 제2 영역(R1, R2)으로 구분될 수 있다. 제1 영역(R1) 상에 n-AlGaN/GaN층(24), n-GaN 도파층(26), 활성층(28, InGaN층), p-GaN 도파층(30), p-AlGaN/GaN층(32)이 순차적으로 구비되어 있다. n- 및 p-AlGaN/GaN층(24, 32)의 굴절률은 n- 및 p-GaN도파층(26, 30)보다 낮고 n- 및 p-GaN도파층(26, 30)의 굴절률은 활성층(28)의 굴절률보다 낮다. p-AlGaN/GaN층(32)은 상부 가운데 부분이 돌출된 리지 형태이다. 상기 돌출된 부분의 측면은 둘레의 다른 부분에 대해 수직하고, 상부면은 상기 측면에 수직하고 평면이다. 이와 같은 p-AlGaN/GaN층(32)의 상기 돌출된 부분은 주입되는 전류를 제한하여 활성층(28)에서의 레이저 발진을 위한 공진 영역을 제한하는 역할을 한다. p-AlGaN/GaN층(32)의 상기 돌출된 부분의 상부면 상에 p-GaN층(34)이 구비되어 있다. p-AlGaN/GaN층(32)의 전면은 보호막(36)으로 덮여 있다. p-GaN층(34)은 전류 통로가 되는 가운데 부분을 제외한 양측 일부 영역이 보호막(36)과 접촉되어 있다. 보호막(36) 상에 p-GaN층(34)의 전면과 접촉되는 p형전극(38)이 구비되어 있다.

한편, n-GaN층(12)의 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1)보다 낮은 영역으로써, n형 전극(40)이 형성되어 있다.

이와 같이, 종래 기술에 의한 레이저 다이오드는 리지 구조로 인해 주입되는 전류를 제한하여 공진 폭이 제한되므로, 기존의 비 리지 구조에 비해 레이저 발진을 위한 임계 전류값이 작아지는 이점이 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 리지 형성을 위한 식각을 얕게 하여 리지의 높이가 낮은 경우, p-AlGaN/GaN층(32)과 p-GaN층(34)의 저항이 매우 커지는 문제와 함께 p-GaN층(34)을 통해 주입되는 전류가 활성층(28)에 도달되기 전에 리지 폭 이상으로 퍼져서 결국 공진 영역(A1)의 폭이 넓어지고 그에 따라 임계 전류값이 증가될 수 있다. 반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 리지 형성을 위한 식각을 깊게 하여 리지의 높이가 높고 리지 둘레의 클래드층의 두께가 얇은 경우, 전류가 퍼지는 것은 방지할 수 있으나, 리지의 아래 부분이 레이저 공진시에 광도파로에 걸려서 광손실이 발생될 수 있고 이에 따라 임계 전류값이 증가될 수 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 임계 전류값을 낮추면서도 공진폭이 넓어지는 것과 공진시에 리지의 아래 부분이 광 도파로에 걸려서 광 손실이 발생되는 것을 방지할 수 있는 형태의 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드의 단면도이다.

도 2 및 도 3은 각각 종래 기술에 의한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드에서 발생될 수 있는 문제점을 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드의 단면도이다.

도 5는 도 4의 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드의 레이징 특성을 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명 및 종래 기술에 의한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드에 대한 전기적 특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프도이다.

도 7 내지 도 11은 도 4에 도시한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

40:고 저항성 기판 42, 50:제1 및 제2 화합물 반도체층

44, 48:제1 및 제2 클래드층 46:공진기층

46a, 46c:제1 및 제2 도파층 46b:활성층

52:보호막 54, 55:도전층

B:측면 경사부 C1, C2:제1 및 제2 부분

M:마스크 패턴 I:이온빔

A3:니어 필드 패턴(near field pattern)

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 활성층을 사이에 두고 대향하도록 구비된 상기 활성층보다 굴절률이 낮은 레이징을 위한 제1 및 제2 물질층 중 선택된 어느 하나의 물질층에 상기 활성층에 수직한 방향으로 돌출된 리지부가 구비되어 있고 이를 통해서 전극과 접촉되어 있는 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 리지부 측면은 서로 다른 각을 갖는 적어도 2개 이상의 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드를 제공한다. 이때, 상기 리지부의 상기 활성층에 가까운 부분의 폭은 상기 활성층에 가까워지면서 넓어진다. 상기 리지부의 폭이 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)의 비(C2/C1)는 2/1 이하이되, 바람직하게는 상기 비(C2/C1)가 1/2 또는 1/3이다. 또, 상기 레이징을 위한 제1 물질층은, 기판 상에 형성된 제1 화합물 반도체층; 상기 제1 화합물 반도체층 상에 형성된 제1 클래드층; 및 상기 제1 클래드층 상에 형성되어 있되, 상기 제1 클래드층보다 굴절률이 큰 제1 도파층으로 구성되어 있다. 또, 상기 레이징을 위한 제2 물질층은 상기 활성층 상에 형성된 제2 도파층과 상기 제2 도파층 상에 형성되어 있되, 그 보다 굴절률이 작고 상기 리지부를 구비하는 제2 클래드층 및 상기 리지부 상부면의 전면에 형성된 제2 화합물 반도체층으로 구성되어 있다. 또한, 상기 제1 화합물 반도체층 상에 상기 전극(p형)과 극성을 달리하는 전극(n형)이 구비되어 있다. 상기 기판은 고 저항성 기판으로써 사파이어 기판 또는 실리콘 카본(SiC)이다. 이때, 상기 기판은 실리콘 카본(SiC)이다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 활성층보다 굴절률이 낮은 레이징을 위한 제1 및 제2 물질층을 상기 활성층을 중심으로 대향하도록 형성하되 상기 물질층 중 선택된 어느 하나에 상기 활성층에 수직한 방향으로 돌출되는 리지부를 형성하고 상기 리지부와 연결되도록 전극을 형성하는 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법에 있어서, 상기 리지부는 그 측면의 적어도 두 개 이상의 영역이 서로 다른 각을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법을 제공한다. 이 과정에서, 상기 리지부는 상기 활성층에 가까운 부분의 폭이 상기 활성층에 가까워지면서 넓어지도록 형성한다. 그러나, 상기 리지부는 상기 폭이 순차적으로 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)과의 비(C2/C1)가 2/1 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 폭이 순차적으로 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)과의 비(C2/C1)가 1/2 또는 1/3이 되도록 형성한다. 또한, 상기 제2 물질층 상에 상기 리지부 형성을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계와 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제2 물질층이 소정의 두께로 될 때까지 식각하는 단계와 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 통해서 상기 리지부를 형성하되, 상기 제2 물질층의 표면에 대해 이온빔을 소정의 각으로 사입사시켜 식각하는 단계를 더 포함한다. 이때, 상기 사입사 각은 10°∼70°로써, 바람직하게는 30°이다. 또, 기판 상에 제1 화합물 반도체층을 형성하는 단계와 상기 제1 화합물 반도체층 상에 제1 클래드층을 형성하는 단계 및 상기 제1 클래드층 상에 이 보다 굴절률이 높은 제1 도파층을 형성하는 단계를더 포함한다. 상기 레이징을 위한 제2 물질층은 상기 활성층 상에 제2 도파층을 형성하는 단계와 상기 제2 도파층 상에 이 보다 굴절률이 낮은 제2 클래드층을 형성하되, 상기 리지부를 갖도록 형성하는 단계와 상기 리지부 상부면 전면에 제2 화합물 반도체층을 형성하는 단계를 통해서 형성한다. 상기 제1 화합물 반도체층 상에 상기 전극과 극성이 다른 전극을 형성하되, 상기 활성층과 이격된 영역 상에 형성한다. 또는 상기 기판의 저면에 상기 전극과 극성이 다른 전극을 형성한다.

본 발명에 의한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드는 리지부가 폭이 일정한 부분과 이에 연속된 부분으로써 활성층으로 가까워지면서 폭이 넓어지게 경사진 부분으로 깊게 구비되어 있어 전류의 퍼짐에 의한 공진 폭의 증가를 방지함과 동시에 공진시 광도파로에 걸려 광손실이 증가되는 것을 방지할 수 있어 레이저 발진을 위한 임계 전류값을 더욱 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드에 대해 설명한다.

도 4를 참조하면, 고 저항성 기판(40) 상에 제1 화합물 반도체층(42)이 형성되어 있다. 고 저항성 기판(40)은 사파이어 기판이다. 제1 화합물 반도체층(42)은 GaN계열의 III-V족 질화물 화합물 반도체층으로 형성하되, 직접 천이형으로 형성하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 n-GaN층인 것이 더욱 바람직하다. 제1 화합물 반도체층(42)은 레이징이 가능한 III-V족의 다른 화합물 반도체층일 수 있다. 또, 천이 형태는 크게 제한할 필요가 없으므로, 상기한 화합물 반도체층 중에서 간접 천이형 물질층일 수도 있다. 제1 화합물 반도체층(42)의 일부 영역은 소정의 깊이로 식각되어 있고, 이 영역 상에 도전층(55)이 형성되어 있다. 도전층(55)은 n형 전극으로 사용된다. 상기 일부 영역과 단차를 이루는 제1 화합물 반도체층(42)의 다른 영역 상에 제1 클래드층(44)이 형성되어 있다. 제1 클래드층(44)은 소정의 굴절률을 갖는 n-AlGaN/GaN층인 것이 바람직하나 레이징을 위한 다른 화합물 반도체층일 수 있다. 제1 클래드층(44) 상에 공진기층(46)이 구비되어 있다. 공진기층(46)은 실질적으로 레이징이 일어나는 부분으로써 제1 클래드층(44) 상에 순차적으로 형성된 제1 도파층(46a), 활성층(46b) 및 제2 도파층(46c)으로 구성되어 있다. 제1 및 제2 도파층(46a, 46c)은 활성층(46b)보다 굴절률이 낮은 물질층으로써, 각각은 GaN계열의 III-V족 화합물 반도체층인 것이 바람직하나 그 중에서도 n-GaN층 및 p-GaN층인 것이 더욱 바람직하다. 활성층(46b)은 레이징이 일어날 수 있는 물질층이면 어떠한 물질층이라도 무방하나 임계 전류값이 낮고 횡모드 특성이 안정된 레이저를 얻을 수 있는 물질층인 것이 바람직하고, 그 중에서 알루미늄(Al)이 소정 비율로 함유된 알루미늄 갈륨 나이트라이드층(AlGaN)인 것이 바람직하다. 공진기층(46) 상에 제2 도파층(46c)보다 굴절률이 낮은 제2 클래드층(48)이 형성되어 있는데, 공진기층(46)의 표면에 수직한 방향으로 돌출된 리지부를 구비한다. 상기 리지부는 상부면 상에 제2 화합물 반도체층(50)을 포함한다. 제2 클래드층(48)은 주입된 도전성 불순물이 다른 것을 제외하고는 제1 클래드층(44)과 동일한 물질층이다. 따라서, 제1 클래드층(44)이 상기한 바와 같이 n-형 화합물 반도체층이면, 제2 클래드층(48)은 p형 도전성 불순물이 주입된 동일한 화합물 반도체층이고, 그 반대도 성립한다. 이러한 경우는 제2 화합물 반도체층(50)에도 적용된다. 따라서, 제2 화합물 반도체층(50)이 p형의 화합물 반도체층이면, 제1 화합물 반도체층(42)은 상기한 바와 같이 n형 도전성 불순물이 주입된 동일한 화합물 반도체층이다. 상기 리지부의 측면은 서로 다른 각을 갖는 적어도 2개 이상의 영역으로 이루어져 있다. 예를 들면, 제1 각을 갖는 제1 부분(C1)과 활성층을 포함하는 공진기층(46)에 가까이 갈수록 제1 부분(C1)과 다른 각을 갖는 제2 부분(C2)으로 구성되어 있다. 제1 부분(C1)의 측면은 수직한 것이 이상적인 경우이나, 공정상 작지만 어느 정도의 각을 갖게 된다. 제2 부분(C2)은 폭이 점차 넓어지는 방향으로 측면에 경사진 부분(B)을 갖는다. 상기 리지부에서 폭이 활성층에 가까이 갈수록 넓어지는 제2 부분(C2)과 그렇지 않은 제1 부분(C1)의 비(C2/C1)는 최대 2/1정도까지 가능하지만, 상기 비는 1/2 또는 1/3 정도가 바람직하고, 1/10까지도 가능하다. 제1 및 제2 부분(C1, C2)은 연속적이다. 제2 클래드층(48)의 제1 부분(C1)의 상부면 전면에 제2 화합물 반도체층(50)이 형성되어 있다.

한편, 제1 부분(C1)은 제2 클래드층(48)의 리지부 상부면에서 시작되는 것이 바람직한 것이지만, 제조 공정상 제2 화합물 반도체층(50)이 증착된 후에 리지부가 형성되므로, 편의상 제2 화합물 반도체층(50)을 리지부의 일부로 간주하여 제1 부분(C1)이 제2 화합물 반도체층(50)의 표면에서 시작되는 것으로 간주하였다. 그리고 리지부에 제2 화합물 반도체층(50)을 포함하더라도 그로 인해 레이저 다이오드의 특성이 달라지는 것은 없다.

제2 클래드층(48) 상에 보호막(52)이 덮여 있고, 보호막(52)은 제2 화합물 반도체층(50)의 양측 일부 영역 상에 까지 확장되어 있어 제2 화합물 반도체층(50)과 대칭적으로 접촉된 형태이다. 보호막(52) 상에 보호막(52) 사이의 제2 화합물 반도체층(50)과 접촉된 도전층(54)이 형성되어 있다. 도전층(54)은 p형 전극이다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 리지부가 상기한 바와 같은 특징을 가지면서 전극이 공진기층(46)을 중심으로 대향하도록 구비된 레이저 다이오드도 있을 수 있다. 예를 들면, 고 저항성 기판(40)을 실리콘 카본(SiC)으로 대체하고 그 저면에 n형 전극을 p형 전극과 대향하도록 구비할 수 있다.

계속해서, 도 5를 참조하면 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드에서 리지부와 제2 클래드층(48)의 수평 영역은 직각으로 만나는 것이 아니라 완만한 경사를 갖고 만난다. 따라서, 리지부 상부면 상에 형성된 제2 화합물 반도체층(50)을 통해서 주입되는 전류는 리지부의 제1 부분(C1)에 의해 전류의 퍼짐이 방지되어 니어 필드 패턴(near field pattern, A3)에서 볼 수 있듯이 공진폭(W)이 리지부의 폭으로 제한되고 제2 부분(C2)에 의해 공진시 광도파로에 걸려 광손실이 발생되는 것이 방지됨을 알 수 있다.

이러한 특성에 따라 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드의 임계 전류값 또한 종래에 비해 작아짐을 예측할 수 있는데, 이러한 예측은 도 6에서 확인할 수 있다.

도 6은 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드와 도 1에 도시한 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드에 대한 임계 전류값을 측정한 결과를 나타낸 그래프로써, 제1 그래프(G1)는 본 발명에 의한 레이저 다이오드에 대한 결과를, 제2 그래프(G2)는 종래 기술에 의한 레이저 다이오드에 대한 결과를 각각 나타낸다.

제1 및 제2 그래프(G1, G2)를 참조하면, 종래 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드는 250㎃ 정도에서 유효한 레이저 발진이 시작되었으나, 본 발명에 의한 레이어 다이오드는 이 보다 훨씬 낮은 값인 75㎃ 정도에서 유효한 레이저 발진이 시작됨을 알 수 있었다.

결과적으로, 본 발명의 실시예에 의한 레이저 다이오드는 상기한 이점을 구비하면서도 임계 전류값이 종래의 그것에 비해 훨씬 작다는 것을 알 수 있었다.

다음에는 상기한 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 7을 참조하면, 고 저항성 기판(40) 상에 레이징을 위한 제1 물질층(42, 44), 공진기층(46) 및 레이징을 위한 제2 물질층(48, 50)을 형성한다. 이때, 고 저항성 기판(40)은 사파이어 기판으로 형성하는 것이 바람직하고, 제1 물질층(42, 44)은 고 저항성 기판(40) 상에 제1 화합물 반도체층(42)과 제1 클래드층(44)을 순차적으로 형성하는 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 화합물 반도체층(42)은 III-V족 화합물 반도체층으로 형성하되, 특히 GaN계열의 질화물 화합물 반도체층이면서 직접 천이형인 물질층으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, n-GaN층으로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 클래드층(44)은 n-AlGaN/GaN층으로 형성하는 것이 바람직하다. 공진기층(46)은 제1 클래드층(44) 상에 제1 도파층(46a), 활성층(46b) 및 제2 도파층(46c)을 순차적으로 형성하는 방법으로 형성한다. 제1 및 제2 도파층(46a, 46b)은 제1 클래드층(44)보다는 높고, 활성층(46b)보다는 낮은 굴절률을 갖는 화합물 반도체층으로 형성하되, 서로 반대되는 타입의 도전성 불순물이 주입된 화합물 반도체층으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제1 도파층(46a)은 n-GaN층으로 형성하고, 제2 도파층(46c)은 p-GaN층으로 형성하는 것이 바람직하다. 활성층(46b)은 레이징이 가능한 III-V족 화합물 반도체층 또는 이에 소정의 활성 물질이 첨가된 화합물 반도체층으로 형성하되, 알루미늄이 소정의 비율로 첨가된 GaN계열의 III-V족 질화물 화합물 반도체층으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, AlGaN층으로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 레이징을 위한 제2 물질층(48, 50)은 공진기층(46) 상에 제2 도파층(46c)보다 굴절률이 낮은 제2 클래드층(48)과 제2 화합물 반도체층(50)을 순차적으로 형성하는 방법으로 형성한다. 제2 클래드층(48)은 주입된 도전성 불순물을 제외하고는 제1 클래드층(44)과 동일한 화합물 반도체층으로 형성한다. 예컨대, 제2 클래드층(48)은 p-AlGaN/GaN층으로 형성하는 것이 바람직하다. 제2 화합물 반도체층(50) 역시 주입된 도전성 불순물이 제1 화합물 반도체층(42)과 다를 뿐, 동일한 물질층으로 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 제2 화합물 반도체층(50)은 p-형 GaN층으로 형성하는 것이 바람직하다.

계속해서, 제2 화합물 반도체층(50)의 전면에 마스크층(미도시)을 형성한 다음 패터닝하여 제2 화합물 반도체층(50)의 소정 영역을 덮고 나머지 영역은 노출시키는 마스크 패턴(M)을 형성한다. 마스크 패턴(M)은 소프트 마스크 패턴, 예컨대 감광막 패턴으로 형성할 수도 있고, 하드 마스크 패턴, 예컨대 니켈층(Ni) 패턴, 몰리브데늄(Mo) 패턴, 실리콘 산화막(SiO₂) 패턴으로 형성할 수도 있다. 이와 같은 마스크 패턴(M)을 식각 마스크로 하여 제2 화합물 반도체층(50) 및 제2 클래드층(48)을 순차적으로 식각하되, 건식식각하는 것이 바람직하며, 제2 화합물 반도체층(50)의 표면에 대해 식각 이온빔(I)을 소정의 각도(θ)로 사입사 시키는 것이 더욱 바람직하다. 식각 이온빔(I)은 10°∼70°정도로 사입사시키는 것이 바람직하나, 30°정도로 사입사시키는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 사입사 조건은 식각 장치의 자세를 제어하거나 웨이퍼 스테이지의 자세 제어 등을 통해서 얻을 수 있다. 상기 식각은 제2 화합물 반도체층(50)의 노출된 부분이 식각되고, 제2 클래드층(48)의 노출된 부분이 소정의 두께로 될 때까지 실시한다. 이후, 마스크 패턴(M)을 제거한다. 상기 식각에서 제2 클래드층(48)의 마스크 패턴(M)에 의해 덮여진 부분을 제외한 둘레의 나머지 부분은 소정의 깊이로 식각되므로, 결국 마스크 패턴(M)이 제거된 후 제2 클래드층(48)의 마스크 패턴(M)에 의해 덮여진 부분은 도 8에 도시한 바와 같이 돌출된 형태가 된다. 이렇게 해서, 제2 클래드층(48)은 일부 영역이 공진기층(46)의 표면에 수직한 방향으로 돌출된, 상부면에 제2 화합물 반도체층(50)을 갖는 리지 웨이브 가이드 구조를 갖게 된다.

도 8을 참조하면, 제2 클래드층(48)의 둘출된 부분, 곧 리지부는 측면이 제1 각을 갖는 제1 부분(C1)과 상기 제1 각과 다른 제2 각을 갖는 제2 부분(C2)이 되게 형성한다. 바람직하게는 제2 부분(C2)의 폭이 공진기층(46)으로 가까이 갈수록 넓어지게 형성하는 것이 바람직하다. 상기 식각은 제2 부분(C2)과 제1 부분(C1)의 비(C2/C1)가 2/1이하가 되도록 수행하는 것이 바람직하다. 따라서, 리지부는 상기 비(C2/C1)가 1/1이 되도록 형성할 수도 있으나, 1/2 또는 1/3이 되도록 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 제2 부분(C2)의 이와 같은 특성으로 제2 부분(C2)의 측면에 제1 부분(C1)과 제2 클래드층(48)의 수평 영역을 연결시키는 완만하게 경사진 부분(B)이 형성된다.

이와 같은 특징은 상기 사입사 식각의 특징으로써, 상기 사입사 식각 동안에 리지부의 측면에 조사된 이온빔의 일부는 상기 리지부의 측면과 충돌한 후 반사되어 상기 리지부에서 어느 정도 떨어진 제2 클래드층(48)의 표면과 충돌하게 된다. 이렇게 해서 제2 클래드층(48)의 상기 리지부에서 어느 정도 떨어진 부분의 식각은 더욱 빨라지게 되고, 결과적으로 상기한 바와 같은 특징을 갖는 리지부가 형성되게 된다.

계속해서, 도 9를 참조하면 상기 제2 클래드층(48)에 상기 리지부를 포함하는 제1 영역(R1)과 상기 리지부를 포함하지 않는 제2 영역(R2)을 설정한다. 이러한 영역 설정은 제2 클래드층(48) 아래에 형성된 물질층, 예컨대 제1 화합물 반도체층(42)에도 적용된다. 이어서, 상기 제2 클래드층(48)의 전면에 상기 리지부를 충분히 덮을 수 있을 정도의 두께로 감광막(미도시)을 도포한 다음, 패터닝하여 제2 영역(R2)을 노출시키는 감광막 패턴(56)을 형성한다. 감광막 패턴(56)을 식각 마스크로 하여 제2 클래드층(48)의 제2 영역(R2)과 함께 그 아래에 형성된 물질층을 연속적으로 식각한다. 이때, 상기 식각은 제1 화합물 반도체층(42)의 제2영역(R2)에 대응하는 부분이 소정의 두께가 될 때까지 실시한다. 이후, 감광막 패턴(56)을 제거하면, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 화합물 반도체층(42) 상에 순차적으로 형성된 물질층들의 제2 영역(R2)에 대응하는 부분이 제거되고 제1 화합물 반도체층(42)의 제2 영역(R2)에 대응하는 부분도 소정의 두께만큼 식각되며 제1 화합물 반도체층(42)의 제1 및 제2 영역(R1, R2) 사이에 단차가 형성된다. 이후, 도 11에 도시한 바와 같이, 제2 클래드층(48) 상에 보호막(52)을 형성하되, 제2 화합물 반도체층(50)의 일부 영역 상에까지 확장되도록 형성하고 대칭적으로 접촉되도록 형성한다. 보호막(52) 상에 보호막(52) 사이로 노출되는 제2 화합물 반도체층(50)의 전면과 접촉되도록 도전층(54)을 형성하고 제1 화합물 반도체층(44)의 식각된 영역 상에도 공진기층(46)과 이격되도록 도전층(55)을 형성한다. 도전층들(54, 55)은 각각 공진기층(46) 상에 형성된 레이징을 위한 물질층(48, 50)과 접촉되는 p형 전극 및 고 저항성 기판(40)과 공진기층(46) 사이에 형성되는 레이징을 위한 물질층(42, 44)과 접촉되는 n형 전극으로 사용된다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 전극을 공진기층을 중심으로 대향되도록 형성할 수도 있다. 예를 들면, 고 저항성 기판(40)을 실리콘 카본(SiC)으로 대체하고 그 저면에 n형 전극으로 사용되는 도전층(55)을 형성할 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 리지부의 특성을 그대로 가지면서 공진기층의 구성이나 레이징을 위한 물질층의 구성을달리한 다양한 변형된 실시예를 구현할 수도 있을 것이다. 또, 본 발명의 사상을 이득 도파형 뿐만 아니라 굴절 도파형 등 여러 형태의 레이저 다이오드에도 적용할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 리지 웨이브 가이드를 구비하는 반도체 레이저 다이오드는 리지부가 폭이 일정한 부분과 이에 연속된 부분으로써 활성층으로 가까워질수록 폭이 넓어지는 부분으로 깊게 구비되어 있어 전류의 퍼짐에 의한 공진 폭의 증가를 방지함과 동시에 공진시 광도파로에 걸려 광손실이 증가되는 것을 방지할 수 있어 레이저 발진을 위한 임계 전류값을 더욱 낮출 수 있다.

Claims

활성층을 사이에 두고 대향하도록 구비된 상기 활성층보다 굴절률이 낮은 레이징을 위한 제1 및 제2 물질층 중 선택된 어느 하나의 물질층에 상기 활성층에 수직한 방향으로 돌출된 리지부가 구비되어 있고 이를 통해서 전극과 접촉되어 있는 반도체 레이저 다이오드에 있어서,

상기 리지부 측면은 서로 다른 각을 갖는 적어도 2개 이상의 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 1 항에 있어서, 상기 리지부의 상기 활성층에 가까운 부분의 폭은 상기활성층에 가까워지면서 넓어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 2 항에 있어서, 상기 리지부의 폭이 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)의 비(C2/C1)는 2/1 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 3 항에 있어서, 상기 리지부의 폭이 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)의 비(C2/C1)는 1/2인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 1 항에 있어서, 상기 레이징을 위한 제1 물질층은,

기판 상에 형성된 제1 화합물 반도체층;

상기 제1 화합물 반도체층 상에 형성된 제1 클래드층; 및

상기 제1 클래드층 상에 형성되어 있되, 상기 제1 클래드층보다 굴절률이 큰 제1 도파층으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 1 항에 있어서, 상기 레이징을 위한 제2 물질층은 상기 활성층 상에 형성된 제2 도파층;

상기 제2 도파층 상에 형성되어 있되, 그 보다 굴절률이 작고 상기 리지부를 구비하는 제2 클래드층; 및

상기 리지부 상부면의 전면에 형성된 제2 화합물 반도체층으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 5 항에 있어서, 상기 제1 화합물 반도체층 상에 상기 전극과 극성을 달리하는 전극이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 5 항에 있어서, 상기 기판의 저면에 상기 전극과 극성을 달리하는 전극이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 5 항에 있어서, 상기 기판은 고 저항성 기판으로써 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제 5 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 카본(SiC) 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
활성층보다 굴절률이 낮은 레이징을 위한 제1 및 제2 물질층을 상기 활성층을 중심으로 대향하도록 형성하되 상기 물질층 중 선택된 어느 하나에 상기 활성층에 수직한 방향으로 돌출되는 리지부를 형성하고 상기 리지부와 연결되도록 전극을 형성하는 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법에 있어서,

상기 리지부는 그 측면의 적어도 두 개 이상의 영역이 서로 다른 각을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 리지부는 상기 활성층에 가까운 부분의 폭이 상기 활성층에 가까워지면서 넓어지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 리지부는 상기 폭이 순차적으로 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)과의 비(C2/C1)가 2/1 이하가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 리지부는 상기 폭이 순차적으로 넓어지기 시작하는 부분(C2)과 그렇지 않은 부분(C1)과의 비(C2/C1)가 1/2이 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 제2 물질층 상에 상기 리지부 형성을 위한 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제2 물질층이 소정의 두께로 될 때까지 식각하는 단계; 및

상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 통해서 상기 리지부를 형성하되, 상기 제2 물질층의 표면에 대해 이온빔을 소정의 각으로 사입사시켜 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 사입사 각은 10°∼70°로써, 바람직하게는 30°인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 기판 상에 제1 화합물 반도체층을 형성하는 단계;

상기 제1 화합물 반도체층 상에 제1 클래드층을 형성하는 단계; 및

상기 제1 클래드층 상에 이 보다 굴절률이 높은 제1 도파층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 11 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 레이징을 위한 제2 물질층은 상기 활성층 상에 제2 도파층을 형성하는 단계;

상기 제2 도파층 상에 이 보다 굴절률이 낮은 제2 클래드층을 형성하되, 상기 리지부를 갖도록 형성하는 단계; 및

상기 리지부 상부면 전면에 제2 화합물 반도체층을 형성하는 단계를 통해서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 제1 화합물 반도체층 상에 상기 전극과 극성이 다른 전극을 형성하되, 상기 활성층과 이격된 영역 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 기판의 저면에 상기 전극과 극성이 다른 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.