KR20040005269A - 두 파장 레이저다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드는, GaAs계 기판과; 상기 기판상에 직접 형성되며 n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩과; 상기 두 LD칩의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극과; 상기 p형전극에 대향하며 상기 기판의 하부에 형성되는 공통의 n형전극; 을 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드의 제조방법은, GaAs계 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판상의 서로 다른 영역에 n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩을 직접 성장시키는 단계와; 상기 두 LD칩의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극을 형성하는 단계; 및 상기 p형전극에 대향하며 상기 기판의 하부에 부착되는 공통의 n형전극을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 본 발명은 상이한 광파장 출력을 갖는 복수의 LD칩을 동일 기판상에서 성장시켜 형성함으로써, 각각의 LD칩을 별도로 제작하여 패키지화하였던 종래의 제조공정을 단순화시키며, 소형화에 유리한 장점을 갖는다.

Description

두 파장 레이저다이오드 및 그 제조방법{Dual-wavelength laser diode and method for fabricating thereof}

본 발명은 레이저다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 상이한 파장의 광을 출력할 수 있는 두 파장 레이저다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

레이저다이오드는(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Diode)는 유도방출에 의해 증폭된 광 또는 유도방출에 의해 증폭된 광을 출력하는 반도체 소자로써, 상기 레이저다이오드에서 출력되는 광은 단색성이 뛰어나고, 위상이 고르며, 진행시 퍼지지 않고 직진하는 집광성이 우수한 특성을 갖는다

이러한 제반특성으로 인해 상기 레이저다이오드는 오래 전부터 광통신, 의료시술, 광계측 등의 여러 분야에서 활용되어 왔으며, 특히 광기록장치의 광픽업용 수단으로 널리 이용되어 왔다.

알려진 바와 같이, 광기록장치는 정보 기록층의 물리적 특성을 변화시킬 수 있는 비교적 큰 에너지의 광빔을 조사하여 디스크에 정보를 기록하고, 물리적 특성을 변화시키지 않는 작은 에너지의 광빔을 사용하여 디스크의 정보를 재생하는 장치이다.

따라서, 정보기록 및 정보재생을 위한 광원이 필요한데, CD, CD-ROM, DVD 등과 같은 고밀도 광디스크의 경우 미소한 광점을 필요로 한다. 이 때문에 상기 광원에서 나오는 빛은 동일 위상이어야 하며, 이 점에서 레이저광을 출력하는 레이저다이오드가 유리하다.

한편, 광기록장치는 광디스크의 기록밀도가 높아질수록 광픽업시 보다 더 미소한 광점을 필요로 하기 때문에 단파장 대역의 레이저다이오드를 사용하게 된다. 예컨대, 비교적 저밀도인 CD-ROM 재생기의 경우 780nm의 파장출력(적외선광)을 갖는 레이저다이오드를 사용하지만, 비교적 고밀도인 DVD 재생기의 경우 650nm의 파장출력(적색광)을 갖는 레이저다이오드를 사용한다.

따라서, 하나의 광기록재생기로 이종 디스크를 호환 사용할 수 있게 하기 위해서는 각 디스크의 기록밀도에 적합한 파장의 광빔을 출력할 수 있는 다 파장 레이저다이오드의 개발이 선행되어야 한다.

도 1은 종래의 두 파장 레이저다이오드의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 두 파장 레이저다이오드는, 적색광을 발광하는 제 1레이저다이오드 칩(110)(이하 '제 1 LD칩')과, 청색광을 발광하는 제 2레이저다이오드 칩(120)(이하 '제 2 LD칩')을 구비하며, 상기 두 LD칩(110)(120)은 서브마운트(130)상에서 결합되어 하나의 패키지로 구성된다.

상기 서브마운트(130)는 구동시 LD칩(110)(120)에서 발생하는 열을 공기와 접촉하는 넓은 면적을 통해 방출하는 역할을 하며 또한, 도전체이므로 전류를 도통시켜주는 역할을 한다.

그럼, 상기 구성을 갖는 두 파장 레이저다이오드의 제조공정에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3은 종래의 두 파장 레이저다이오드의 제조공정을 설명하기 위한 도면으로써, 도 2는 적색광을 출력하는 제 1 LD칩의 구조를 나타낸 것이고, 도 3은 청색광을 출력하는 제 2 LD칩의 구조를 나타낸 것이다.

먼저, GaAs 기판(111) 위에 n형 InGaAlP 클래드층(112), InGaAlP/InGaP 활성층(113), p형 InGaAlP 클래드층(114), n형 GaAs 전류차단층(115), p형 GaAs 캡(cap)층(116)을 순차적으로 적층하여 다층구조의 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층의 상하로 n형전극(117) 및 p형전극(118)을 부착하여 제 1 LD칩을 제작한다(도 2참조). 이때, 상기 제 1 LD칩의 활성층은 적색 발광물질인 InGaAlP/GaAs계 화합물로 구성되므로 650nm의 광 즉, 적색광을 발광하게 된다.

다음, 사파이어(sapphire) 기판(121) 위에 n형 GaN 버퍼층(122), n형 AlGaN 클래드층(123), InGaN/GaN 활성층(124), p형 AlGaN 클래드층(125), p형 GaN 캡층(126)을 순차로 적층하여 다층구조의 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층의 소정영역을 선택적으로 식각하여 n형 GaN층(122)을 드러낸 후 그 위에 n형전극(127)을 증착 형성하고, 상기 p형 GaN 캡층(126) 표면에 p형전극(128)을 증착 형성하여 제 2 LD칩을 제작한다(도 3참조). 이때, 상기 제 2 LD칩의 활성층(124)은 청색 발광물질인 InGaN/GaN계 화합물로 구성되므로 430nm의 광 즉, 청색광을 발광하게 된다.

이후, 상기 제 1, 제 2 LD칩(110)(120)은 하나의 서브마운트(130)상에서 결합되어 패키지 형태의 두 파장 레이저다이오드를 구성하고, 이러한 두 파장 레이저다이오드는 DVD 재생에 필요한 적색광과, HD-DVD 재생에 필요한 청색광을 출력할수 있게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 레이저다이오드는 별도의 제조공정에 따라 제조된 각각의 LD칩(110)(120)을 하나의 서브마운트상에 단순히 결합한 것이므로, 제조공정이 상당히 복잡할 뿐만 아니라 비효율적이며, 그 부피를 소형화하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 동일 기판상에 상이한 광파장 출력을 갖는 복수의 LD칩을 직접 성장시킴으로써 제조공정이 단순하고, 부피가 소형인 새로운 두 파장 레이저다이오드를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 동일 기판상에 상이한 광파장 출력을 갖는 복수의 LD칩을 직접 성장시킴으로써 제조공정이 단순하고, 부피가 소형인 새로운 두 파장 레이저다이오드의 제조방법을 제시하는데 있다.

도 1은 종래의 두 파장 레이저다이오드의 구성을 나타낸 도면.

도 2 및 도 3은 종래의 두 파장 레이저다이오드의 제조공정을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드의 구성을 나타낸 도면.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 파장 레이저다이오드의 제조공정을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...제 1 LD칩120...제 2 LD칩

130...서브마운트(submount)400...기판

410...제 1 LD칩411...n형 InGaAlP계 클래드층

412...InGaAlP/InGaP계 활성층413...p형 InGaAlP계 클래드층

414...p형 GaAs계 캡층415...전류차단층

420...제 2 LD칩421...n형 GaN계 버퍼층

422...n형 AlGaN 클래드층422...InGaN/GaN계 활성층

423...p형 AlGaN계 클래드층434...GaN계 캡층

430...p형전극440...n형전극

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GaAs계 기판과; 상기 기판상에 직접 형성되며 n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩과; 상기 두 LD칩의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극과; 상기 p형전극에 대향하며 상기 기판의 하부에 형성되는 공통의 n형전극; 을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기판은 바람직하게는 n형 불순물로 도프된 n형 GaAs계 기판이다.

그리고, 상기 제 1 LD칩은 InGaAlP계의 양자 우물층을 가지며, 상기 제 2 LD칩은 InGaN계의 양자 우물층을 가짐을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GaAs계 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판상의 서로 다른 영역에 n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩을 직접 성장시키는 단계와; 상기 두 LD칩의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극을 형성하는 단계; 및 상기 p형전극에 대향하며 상기 기판의 하부에 부착되는 공통의 n형전극을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드는, 기판(400)과, 상기 기판(400)상의 서로 다른 영역에 직접 형성되며 n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩(410)(420)과, 상기 두 LD칩(410)(420)의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극(430a)(430b)과, 상기 두 p형전극(430a)(430b)에 대향하며 상기 기판(400)의 하부에 형성되는 공통의 n형전극(440)을 포함하여 구성된다.

상기 기판(400)은 바람직하게는 n형 도펀트로 도프된 n형 GaAs계 기판이다.

상기 제 1 LD칩(410)은 적색광을 발광하며, 이를 위해 상기 n형층은 n형 불순물이 도프된 n형 GaAs계의 기판(400) 및 n형 InGaAlP계의 클래드층(411)으로 구성되고, 상기 활성층(412)은 InGaAlP계의 양자 우물층(quantum well layer)과 GaAs계의 장벽층(barrier layer)이 교대로 적층되어 구성되며, 상기 p형층은 p형 불순물이 도프된 GaAs계의 클래드층(413)과 p형 GaAs계의 캡(cap)(414)층으로 구성된다.

이때, 상기 n형층(400, 411) 및 p형층(413, 414)을 형성하기 위하여 도프되는 불순물로는, n형 불순물의 경우 Si, Ge, Se, Te, C 등을 사용할 수 있고, p형 불순물의 경우 Mg, Zn, Be, Ca, Sr, Ba 등을 사용할 수 있다.

특히, 상기 활성층(412)은 에너지 간격이 큰 n형 GaAs층(411)과 p형 GaAs층(413) 사이에 있는 InGaAlP계의 다중 양자 우물구조층으로써, 그 에너지 간격이 n형 GaAs층(411)과 p형 GaAs층(413)에 비해 상대적으로 작고, 또한 발광 특성이 있는 것을 말한다. 각각의 양자 우물층은 장벽층에 의해 인접한 양자 우물층과 분리된다.

한편, 상기 제 2 LD칩(420)은 자색광에서 청색광을 발광하며, 이를 위해 상기 n형층은 n형 불순물이 도프된 n형 GaN계의 버퍼층(421) 및 n형 AlGaN계의 클래드층(422)으로 구성되고, 상기 활성층(423)은 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층이 교대로 적층되어 구성되며, 상기 p형층은 p형 불순물이 도프된 p형 AlGaN계의 클래드층(424) 및 p형 GaN계의 캡층(425)으로 구성된다.

또한, 상기 p형전극(430) 및 n형전극(440)은 상기 제 1, 제 2 LD칩(410)(42

0)에 구동전류를 인가하는 수단이 되며, 탑-바텀(Top-bottom) 방식으로 부착된다.

즉, p형전극(430a)(430b)은 각 LD칩의 p형층(414)(425)상에 형성되고, n형전극(440

)은 상기 기판(400)의 하부표면에 형성되어 상기 p형전극(430a)(430b)과 대향된다.

이와 같은 구조의 두 파장 레이저다이오드는, 상기 p형전극(430a)(430b)과 n형전극(440)에 순방향 전압이 인가될 경우 상기 p형층에서 공급된 정공과 상기 n형층에서 공급된 전자가 활성층(412)(423)인 양자 우물구조 내에서 서로 결합하여,InGaAlP계 양자 우물층의 에너지 간격에 해당하는 고휘도의 적색광(제 1 LD칩의 경우) 및 InGaN계 양자 우물층의 에너지 간격에 해당하는 고휘도의 청색광(제 2 LD칩의 경우)을 방출한다.

다음으로, 본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드의 제조공정에 대해 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 파장 레이저다이오드의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, n형 GaAs계 기판상의 소정영역에 제 1 LD칩(410)을 형성한다.

이때는, MOCVD 반응기에 n형 GaAs계 기판(400)을 넣고, 그 위에 n형 InGaAlP층(411)을 성장시켜 n형층을 형성한다.

n형층이 형성되면 그 위에 nGaAlP계의 장벽층과 GaAs계의 양자 우물층을 1조 또는 복수조로 하여 교대로 성장시켜 활성층(412)을 형성하고, 그 위에 p형 InGaAlP층(413)과 p형 GaAs층(414)을 순차로 성장시켜 p형층을 형성한다(도 5참조).

이어, 상기 p형층, 활성층을 선택적으로 식각하여 리지(Ridge)패턴을 형성하고(도 6참조), 그 주위에 n형 GaAs층(415)을 성장시켜 전류차단층을 형성하면 전술한 구조의 제 1 LD칩이 구성된다(도 7참조).

다음, 상기 기판상에 제 2 LD칩(420)을 형성한다.

이때는, 상기 제 1 LD칩(410)이 형성되지 않은 기판상 영역에 n형 GaN층(421

)과 n형 AlGaN층(422)을 순차로 성장시켜 n형층을 형성한다. 상기 n형 GaN층(421)은 상기 기판(400)과 상기 AlGaN층(422)과의 격자부정합에 따른 스트레스를 완화시키는 버퍼층의 역할을 한다.

이어, 상기 n형층 위에 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층을 교대로 성장시켜 활성층(423)을 구성하고, 그 위에 p형 AlGaN층(424) 및 p형 GaN층(425)을 순차로 성장시켜 p형층을 형성하면 전술한 구조의 제 2 LD칩이 구성된다(도 8참조).

한편, 동일 기판(400)상에 제 1, 제 2 LD칩(410)(420)이 구성되면, 상기 제 1 LD칩의 p형 GaAs층(414)상에 이와 접촉되는 제 1 p형전극(430a)을 증착하고, 상기 제 2 LD칩의 p형 GaN층(425)상에 이와 접촉되는 제 2 p형전극(430b)을 증착한다.

이어, 상기 기판(400)의 하부표면에 공통전극으로 기능하는 n형전극(440)을 증착 형성하면 도 4와 같은 구조의 두 파장 레이저다이오드가 구성된다.

결국, 이와 같은 본 발명은 상이한 광 파장 출력을 갖는 복수의 LD칩을 구비하게 되는데, 각각의 LD칩은 동일 기판상에 형성되므로, 각각의 LD칩을 별도로 제작하여 패키지화하였던 종래의 제조공정이 단순화된다.

이상, 전술한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경, 개량, 대체 및 부가 등의 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 정하여야만 한다.

이상 전술한 본 발명에 따른 두 파장 레이저다이오드 및 그 제조방법은, 상이한 광파장 출력을 갖는 복수의 LD칩을 동일 기판상에서 성장시켜 형성함으로써, 각각의 LD칩을 별도로 제작하여 패키지화하였던 종래의 제조공정을 단순화시키며, 소형화에 유리한 장점을 갖는다.

또한, 상기 본 발명은 하나의 레이저다이오드 패키지에서 CD-ROM 재생에 필요한 적색광과 DVD재생에 필요한 청색광을 출력할 수 있으므로, 최근의 기술적 동향인 콤보형 광기록재생기의 광픽업용 광소자로 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. GaAs계 기판과;

   상기 기판상에 직접 형성되며, n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩과;

   상기 두 LD칩의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극; 및

   상기 p형전극에 대향하며 상기 기판의 하부에 형성되는 공통의 n형전극; 을 포함함을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 n형 불순물로 도프된 n형 GaAs계 기판임을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 LD칩은 InGaAlP계의 양자 우물층을 가짐을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2 LD칩은 InGaN계의 양자 우물층을 가짐을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드.
5. GaAs계 기판을 준비하는 단계와;

   상기 기판상의 서로 다른 영역에 n형층, 활성층, p형층을 갖는 제 1, 제 2 LD칩을 직접 성장시키는 단계와;

   상기 두 LD칩의 p형층과 도통되는 각각의 p형전극을 형성하는 단계; 및

   상기 p형전극에 대향하며 상기 기판의 하부에 부착되는 공통의 n형전극을 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 기판은 n형 불순물로 도프된 n형 GaAs계 기판임을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드의 제조방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 제 1 LD칩을 성장시키는 단계는,

   상기 기판상에 n형 InGaAlP계의 클래드층을 성장시켜 n형층을 형성하는 단계와;

   상기 n형층상에 InGaAlP계의 양자 우물층과 GaAs계의 장벽층을 교대로 적층하여 활성층을 형성하는 단계; 및

   상기 활성층상에 p형 GaAs계의 클래드층과 p형 GaAs계의 캡(cap)층을 순차로 성장시켜 p형층을 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드의 제조방법.
8. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 LD칩을 성장시키는 단계는,

   상기 기판상에 n형 GaN계의 버퍼층 및 n형 AlGaN계의 클래드층을 순차로 성장시켜 n형층을 형성하는 단계와;

   상기 n형층상에 InGaN계의 양자 우물층과 GaN계의 장벽층을 교대로 적층하여 활성층을 형성하는 단계; 및

   상기 활성층상에 n형 AlGaN계의 클래드층 및 p형 GaN계의 캡층을 순차로 성장시켜 p형층을 형성하는 단계; 를 포함함을 특징으로 하는 두 파장 레이저다이오드의 제조방법.