KR20060106205A - Semiconductor laser diode and fabricating method thereof - Google Patents

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KR20060106205A
KR20060106205A KR1020050028700A KR20050028700A KR20060106205A KR 20060106205 A KR20060106205 A KR 20060106205A KR 1020050028700 A KR1020050028700 A KR 1020050028700A KR 20050028700 A KR20050028700 A KR 20050028700A KR 20060106205 A KR20060106205 A KR 20060106205A
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Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 리지 웨이브 가이드를 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 리지 영역의 측면을 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성하여 활성층에서 형성된 광분포가 리지 영역내에서 한정되도록 하는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same, wherein in a semiconductor laser diode having a ridge wave guide, a light distribution formed in an active layer is formed in two regions having different inclination sides of the ridge region in the ridge region Characterized in that to be limited.

본 발명에 의하면, 반도체 레이저 다이오드의 임계전류를 낯추고 광 모드 특성을 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of reducing the critical current of the semiconductor laser diode and improving the optical mode characteristic.

반도체 레이저 다이오드, 리지 구조, 임계 전류, 광분포 Semiconductor laser diode, ridge structure, critical current, light distribution

Description

반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 { semiconductor laser diode and fabricating method thereof }Semiconductor laser diode and its manufacturing method {semiconductor laser diode and fabricating method

도 1은 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional nitride-based semiconductor laser diode.

도 2는 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 리지 영역에서 전류의 퍼짐을 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the spread of current in the ridge region of a conventional nitride-based semiconductor laser diode.

도 3은 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 리지 영역에서 광분포를 나타낸 제1그래프.3 is a first graph showing light distribution in a ridge region of a conventional nitride semiconductor laser diode.

도 4는 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 리지 영역에서 광분포를 나타낸 제2그래프.4 is a second graph showing light distribution in a ridge region of a conventional nitride semiconductor laser diode.

도 5는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 실시예의 단면도.5 is a cross-sectional view of an embodiment of a semiconductor laser diode of the present invention.

도 6은 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 리지 구조를 나타낸 그래프.6 is a graph showing the ridge structure of the semiconductor laser diode of the present invention.

도 7a 내지 도 7h는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 실시예에의한 제조 공정의 단면도.7A to 7H are cross-sectional views of a manufacturing process by an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor laser diode of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 기판 101 : 제1질화물 반도체층100 substrate 101 first nitride semiconductor layer

102 : 제1클래드층 103 : 제1웨이브 가이드층102: first cladding layer 103: first wave guide layer

104 : 활성층 105 : 제2웨이브 가이드층104: active layer 105: second wave guide layer

106 : 제2클래드층 107 : 제2질화물 반도체층106: second cladding layer 107: second nitride semiconductor layer

108 : 보호막 109 : 제1도전형 전극108: protective film 109: first conductive electrode

110 : 제2도전형 전극 130 : 적층 에피층 150 : 리지 110: second conductive electrode 130: laminated epi layer 150: ridge

본 발명은 질화물계 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 리지 웨이브 가이드를 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 리지 영역의 측면을 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성하여 활성층에서 형성된 광분포가 리지 영역내에서 한정되도록 하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor laser diode and a method of manufacturing the same. In a semiconductor laser diode having a ridge wave guide, a light distribution formed in an active layer is formed by forming ridge regions into two regions having different inclinations. The present invention relates to a semiconductor laser diode and a method for manufacturing the same that are limited within the area.

최근, 광 저장 장치의 고밀도화 추구에 따라 반도체 레이저 다이오드를 광원으로 하는 광 저장 장치의 연구 개발이 널리 진행되고 있다. 특히, GaN계 반도체 레이저 다이오드는 천이 방식이 레이저 발진 확률이 높은 직접 천이형이고, 넓은 밴드 갭 에너지에 의해 자외선 영역에서 녹색영역으로 이어지는 단파장의 발진 파장을 제공하기 때문에 광 저장 장치의 광원용으로 주목 받고 있다.In recent years, with the pursuit of higher density of optical storage devices, research and development of optical storage devices using semiconductor laser diodes as a light source have been widely progressed. In particular, GaN-based semiconductor laser diodes are a direct transition type with a high probability of laser oscillation and have a short wavelength of oscillation wavelength from the ultraviolet region to the green region due to the wide band gap energy, so they are used as a light source for an optical storage device. I am getting it.

광 저장 장치의 광원용으로 사용되는 반도체 레이저 다이오드는 단일 모드 및 고출력 특성을 만족시켜야 하며, 이를 위해 리지 웨이브 가이드를 구비하여 주입되는 전류를 제한함으로써 임계 전류를 낮추고 단일 모드만이 이득을 가지도록 하고 있다.The semiconductor laser diode used for the light source of the optical storage device must satisfy the single mode and high power characteristics. To this end, the ridge wave guide is provided to limit the injected current so that the threshold current is reduced and only the single mode has gain. have.

도 1은 종래의 질화물계 반도체 레이저 다이오드의 단면도로서, 레이저 발진을 위한 임계 전류 값을 줄이기 위해 리지 웨이브 가이드를 구비하는 형태의 반도체 레이저 다이오드를 보여준다.1 is a cross-sectional view of a conventional nitride-based semiconductor laser diode, showing a semiconductor laser diode having a ridge wave guide to reduce the threshold current value for laser oscillation.

이에 도시된 바와 같이, 사파이어 기판(10)의 상부에 n-GaN(11), n-AlGaN 클래드층(12), n-GaN 웨이브 가이드층(13), 활성층(14)과 p-GaN 웨이브 가이드층(15)이 적층되어 상기 n-GaN(11)의 일부분까지 메사(mesa) 식각 되어 있고, 상기 p-GaN 웨이브 가이드층(15)의 상부에는 중앙부분이 돌출되어 있는 p-AlGaN 클래드층(16)이 형성되어 있으며, 그 돌출된 p-AlGaN 클래드층(16)의 상부에는 p-GaN(17)이 형성되어 리지 구조를 이루고 있다.As shown here, the n-GaN 11, n-AlGaN cladding layer 12, n-GaN waveguide layer 13, active layer 14, and p-GaN waveguide on the sapphire substrate 10. A layer 15 is stacked and mesa-etched to a part of the n-GaN 11, and a p-AlGaN cladding layer having a central portion protruding from the upper portion of the p-GaN wave guide layer 15 ( 16) is formed, and p-GaN 17 is formed on the protruding p-AlGaN cladding layer 16 to form a ridge structure.

그리고, 상기 리지 구조의 측면과 상기 p-AlGaN 클래드층(16)의 노출된 표면에는 유전체 박막(18)이 형성되며, 상기 p-GaN(17)의 상부에 p-메탈층(19)이 형성되고, 상기 n-GaN(11)상의 메사 식각되어 노출된 표면에는 n-메탈층(20)이 형성된다.In addition, a dielectric thin film 18 is formed on side surfaces of the ridge structure and the p-AlGaN cladding layer 16, and a p-metal layer 19 is formed on the p-GaN 17. The n-metal layer 20 is formed on the exposed surface of the mesa etched on the n-GaN 11.

이와 같이 형성된 반도체 레이저 다이오드는 리지 웨이브 가이드 구조로 인해 주입되는 전류를 제한하여 공진 폭이 제한되므로, 레이저 발진을 위한 임계 전류 값이 작아지는 이점이 있다.Since the semiconductor laser diode formed as described above has a limited resonance width by limiting the injected current due to the ridge wave guide structure, the threshold current value for laser oscillation is reduced.

그러나, 리지의 높이가 낮은 경우 p-AlGaN 클래드층(16) 및 p-GaN 웨이브 가이드층(15)의 저항이 매우 커지는 문제가 있으며, 전류가 활성층에 도달하기 전에 p 형 영역의 측면으로 퍼져서 공진 영역의 폭이 넓어지고 그에 따라 임계 전류값이 증가되는 문제점이 있다.However, when the ridge height is low, there is a problem that the resistance of the p-AlGaN cladding layer 16 and the p-GaN waveguide layer 15 becomes very large, and the current spreads to the side of the p-type region before resonance reaches the active layer, thereby resonating. There is a problem that the width of the region is widened and thus the threshold current value is increased.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 리지 웨이브 가이드를 통해 수직 방향으로 전달되는 p 형 캐리어가 활성층 상부에 위치하는 클래드층 및 웨이브 가이드층을 통해 측면으로 이동할 수 있으며, 이와 같이 상기 클래드층 및 웨이브 가이드층의 측면으로 이동하는 캐리어는 활성층에서의 발광 재결합에 참여하지 못하게 된다.That is, as shown in FIG. 2, the p-type carrier transferred in the vertical direction through the ridge wave guide may move laterally through the cladding layer and the wave guide layer positioned on the active layer, and thus the cladding layer and the wave Carriers traveling to the side of the guide layer do not participate in luminescence recombination in the active layer.

따라서, 레이저 공진을 위해 필요한 충분한 수의 캐리어가 공급되지 못하게 되고, 그로 인해 반도체 레이저 다이오드의 임계 전류가 증가되어 소자의 성능이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, a sufficient number of carriers required for laser resonance cannot be supplied, thereby increasing the threshold current of the semiconductor laser diode, thereby degrading the performance of the device.

그리고, 리지의 높이가 높은 경우 상기 활성층 상부에 위치하는 클래드층 및 웨이브 가이드층의 측면으로의 전류 퍼짐을 제한하여 임계 전류를 낮출수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 식각된 표면 및 리지의 측면이 활성층과 근접하게 위치하기 때문에 레이저 공진시 광 분포가 리지 영역내에서 컨파인(confine) 되지 못하고 광도파로에 걸려 광손실을 야기시키며 이에 따라 임계 전류값이 증가되는 문제점이 있다.In addition, when the height of the ridge is high, the threshold current may be reduced by limiting the spread of current to the side surfaces of the clad layer and the wave guide layer positioned on the active layer, but as shown in FIG. Since the side surface is located close to the active layer, when the laser resonance occurs, the light distribution does not confine in the ridge region and is caught by the optical waveguide, causing optical loss, thereby increasing the threshold current value.

상기의 문제점을 해결하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 리지의 측면을 경사지게 하는 반도체 레이저 다이오드가 제안되었으나 리지의 측면을 경사지게 하는 경우 리지 하부 영역의 폭이 넓어져 반도체 레이저 다이오드의 횡모드 발진이 기본 횡모드에서 1차 고차 횡모드로 전이할 가능성이 높아지는데 그러면 구동 전류에 대해 광출력이 선형비례 하지 않고 굴곡이 발생하는 킹크(kink) 현상이 발생하는 문제점이 있게 된다.In order to solve the above problem, as shown in FIG. 4, a semiconductor laser diode for inclining the side of the ridge has been proposed, but when the side of the ridge is inclined, the width of the lower region of the ridge is widened so that the lateral mode oscillation of the semiconductor laser diode is performed. There is a high probability of transitioning from the basic transverse mode to the first higher order transverse mode, which results in a kink phenomenon in which the light output is not linearly proportional to the driving current and curvature occurs.

본 발명의 목적은, 리지 웨이브 가이드를 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 리지 영역의 측면을 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성하여 활성층에서 형성된 광분포가 리지 영역내에서 컨파인 되도록 하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Disclosure of Invention An object of the present invention is to provide a semiconductor laser diode having a ridge wave guide, wherein the side surface of the ridge region is formed into two regions having different inclinations so that the light distribution formed in the active layer is confined within the ridge region. And to provide a method for producing the same.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 실시예는, 기판과, 상기 기판 상부에 제1질화물 반도체층, 제1클래드층, 제1웨이브 가이드층, 활성층, 제2웨이브 가이드층이 순차적으로 적층되어 상기 제1질화물 반도체층의 일부분까지 메사(mesa) 식각된 적층 에피층과, 상기 적층 에피층 상부의 중앙 영역에 제2클래드층, 제2질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 측면에 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성되는 리지(ridge)와, 상기 제2클래드층의 상부면과 상기 리지의 측면에 형성되는 보호막과, 상기 제1질화물 반도체층의 노출된 상부면과 상기 제2질화물 반도체층 상부에 각각 형성되는 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극들로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the semiconductor laser diode of the present invention, a substrate and a first nitride semiconductor layer, a first cladding layer, a first wave guide layer, an active layer, and a second wave guide layer are sequentially stacked on the substrate. Two regions having mesa-etched stacked epitaxial layers etched up to a part of the nitride semiconductor layer, and a second cladding layer and a second nitride semiconductor layer sequentially stacked on a central region of the upper portion of the laminated epitaxial layer and having different inclinations on the side surfaces thereof. A ridge formed on the upper surface of the second cladding layer and a passivation layer formed on a side surface of the ridge, an exposed upper surface of the first nitride semiconductor layer and an upper portion of the second nitride semiconductor layer, respectively. And a first conductive electrode and a second conductive electrode.

상기 리지 구조는 하부영역의 폭이 상부영역의 폭보다 넓은 것을 특징으로 한다.The ridge structure is characterized in that the width of the lower region is wider than the width of the upper region.

상기 리지 구조의 하부영역의 폭은 1 ~ 2 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.The width of the lower region of the ridge structure is characterized in that 1 ~ 2 ㎛.

본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 실시예는, 기판 상부에 제1질화물 반도체층, 제1클래드층, 제1웨이브 가이드층, 활성층, 제2웨이브 가이드층, 제2클래드층, 제2질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 제1질화물 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 제2질화물 반도체층에서 상기 제1질화물 반도체층까지 메사(mesa) 식각하는 단계와, 상기 제2질화물 반도체층과 상기 제2클래드층의 일부를 식각하여 측면에 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 이루어진 리지(ridge) 구조를 형성하는 단계와, 상기 제2클래드층의 상부면과 상기 리지 구조의 측면에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 제2질화물 반도체층 상부에 제2도전형 전극을 형성하고, 상기 제1질화물 반도체층의 노출된 영역의 상부에 제1도전형 전극을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Embodiments of the method for manufacturing a semiconductor laser diode of the present invention, the first nitride semiconductor layer, the first cladding layer, the first wave guide layer, the active layer, the second wave guide layer, the second cladding layer, the second nitride on the substrate Sequentially forming a semiconductor layer, mesa etching the second nitride semiconductor layer from the second nitride semiconductor layer to expose a portion of the first nitride semiconductor layer, and the second nitride semiconductor layer Etching a portion of the second clad layer to form a ridge structure having two regions having different inclinations on the side surface, and forming a protective film on the upper surface of the second clad layer and the side of the ridge structure. Forming a second conductive electrode on the second nitride semiconductor layer, and forming a first conductive electrode on the exposed region of the first nitride semiconductor layer. Characterized in that eojineun.

상기 리지 구조를 형성하는 단계는, 상기 제2질화물 반도체층 상부에 리지 구조의 형성을 위한 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 식각 마스크 패턴의 상부 영역을 식각 마스크로 하여 상기 식각 마스크 패턴의 하부영역을 식각하는 제1식각 단계와, 상기 제1식각 단계의 식각 결과 남겨진 식각 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제2질화물 반도체층 및 상기 제2클래드층의 일부분까지 식각하는 제2식각 단계와, 상기 제2식각 단계의 식각 결과 남겨진 마스크 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The forming of the ridge structure may include forming an etch mask pattern for forming a ridge structure on the second nitride semiconductor layer, and using an upper region of the etch mask pattern as an etch mask to form a lower portion of the etch mask pattern. A first etching step of etching an area, and a second etching step of etching to a part of the second nitride semiconductor layer and the second clad layer by using the etching mask pattern left as a result of the etching of the first etching step as an etching mask; Removing the mask pattern left as a result of the etching of the second etching step.

상기 식각 마스크 패턴의 형성은, 상기 제2질화물 반도체층 상부에 제1마스크층을 증착하고, 상기 제1마스크층 상부에 상기 제1마스크층을 식각하기 위한 식각 마스크로서 제2마스크층과 제3마스크층을 순차적으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The etching mask pattern may be formed by depositing a first mask layer on the second nitride semiconductor layer and etching the first mask layer on the first mask layer. The mask layer is formed by sequentially depositing.

상기 제1마스크층과 제2마스크층은 Ni, Cr, Pt, SiN, SiO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The first mask layer and the second mask layer are Ni, Cr, Pt, SiN, SiO 2 It is characterized in that any one of.

상기 제3마스크층은 Ni, Cr, Pt, SiN, SiO2 , Ti 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The third mask layer is Ni, Cr, Pt, SiN, SiO 2 , Ti is any one.

이하, 첨부된 도 5 내지 도 7의 도면을 참조하여 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a semiconductor laser diode of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIGS. 5 to 7.

도 5는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 실시예의 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 기판(100)과, 상기 기판(100) 상부에 제1질화물 반도체층(101), 제1클래드층(102), 제1웨이브 가이드층(103), 활성층(104), 제2웨이브 가이드층(105)이 순차적으로 적층되어 상기 제1질화물 반도체층(101)의 일부분까지 메사(mesa) 식각된 적층 에피층(130)과, 상기 적층 에피층(130) 상부의 중앙 영역에 제2클래드층(106), 제2질화물 반도체층(107)이 순차적으로 적층되어 측면에 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성되는 리지(ridge)(150)와, 상기 제2클래드층(106)의 상부면과 상기 리지(150)의 측면에 형성되는 보호막(108)과, 상기 제1질화물 반도체층(101)의 노출된 상부면과 상기 제2질화물 반도체층(107) 상부에 각각 형성되는 제1도전형 전극(110) 및 제2도전형 전극(109)들로 구성하였다.5 is a cross-sectional view of an embodiment of a semiconductor laser diode of the present invention. As shown therein, the substrate 100, the first nitride semiconductor layer 101, the first cladding layer 102, the first wave guide layer 103, the active layer 104, on the substrate 100, The second wave guide layer 105 is sequentially stacked and mesa-etched to a portion of the first nitride semiconductor layer 101, and the epitaxial epitaxial layer 130 and a central region above the epitaxial epitaxial layer 130 The second cladding layer 106 and the second nitride semiconductor layer 107 are sequentially stacked on the ridge 150 formed of two regions having different inclinations on the side surface, and the second cladding layer 106. Is formed on the upper surface of the upper surface and the side of the ridge 150 and the exposed upper surface of the first nitride semiconductor layer 101 and the upper portion of the second nitride semiconductor layer 107, respectively. The first conductive electrode 110 and the second conductive electrode 109 are formed.

이와 같이 구성된 본 발명의 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 상기 기판 (100)은 고 저항성 기판으로써 사파이어 또는 실리콘 카본(SiC) 기판이다. 상기 제1질화물 반도체층(101)은 GaN 계열의 Ⅲ-Ⅴ 족 질화물 화합물 반도체층으로 형성하되, n-GaN 층인 것이 바람직하다.In the semiconductor laser diode of the present invention configured as described above, the substrate 100 is a sapphire or silicon carbon (SiC) substrate as a high resistance substrate. The first nitride semiconductor layer 101 is formed of a GaN-based III-V nitride compound semiconductor layer, but preferably an n-GaN layer.

상기 제1클래드층(102)은 소정의 굴절률을 갖는 n-AlGaN 층으로 구성하며, 상기 제1클래드층(102) 상부에는 제1웨이브 가이드층(103), 활성층(104), 제2웨이브 가이드층(105)이 순차적으로 형성되어 있다. 상기 제1웨이브 가이드층(103), 활성층(104), 제2웨이브 가이드층(105)은 공진기층으로 실질적으로 레이징이 일어나는 부분이다.The first cladding layer 102 is composed of an n-AlGaN layer having a predetermined refractive index, and the first waveguide layer 103, the active layer 104, and the second waveguide are disposed on the first cladding layer 102. Layer 105 is formed sequentially. The first wave guide layer 103, the active layer 104, and the second wave guide layer 105 are portions of the resonator layer that are substantially raised.

상기 제1웨이브 가이드층(103) 및 제2웨이브 가이드층(105)은 상기 활성층(104)보다 굴절률이 낮은 층으로써 각각 n-GaN 층 및 p-GaN 층으로 이루어진다. 이와 같이 상기 제1웨이브 가이드층(103) 및 제2웨이브 가이드층(105)과 상기 활성층(104)과의 굴절률의 차이로 인하여 상기 활성층(104) 영역에서 생성되는 빛이 상기 활성층(104)을 벗어나지 않게 된다.The first wave guide layer 103 and the second wave guide layer 105 are layers having a lower refractive index than the active layer 104 and are formed of an n-GaN layer and a p-GaN layer, respectively. As such, light generated in the region of the active layer 104 is generated by the difference in refractive index between the first wave guide layer 103 and the second wave guide layer 105 and the active layer 104. It will not escape.

상기 활성층(104)은 레이징이 일어날 수 있는 물질층으면 무방하나, 임계 전류값이 낮고 횡모드 특성이 안정된 레이저를 얻을 수 있는 물질층이 바람직하다. 상기 제1질화물 반도체층(101), 제1클래드층(102), 제1웨이브 가이드층(103), 활성층(104), 제2웨이브 가이드층(105)은 상기 제1질화물 반도체층(101)의 일부분까지 메사(mesa) 식각된 구조를 갖는다.The active layer 104 may be a material layer capable of lasing, but a material layer capable of obtaining a laser having a low threshold current value and stable lateral mode characteristics may be obtained. The first nitride semiconductor layer 101, the first cladding layer 102, the first wave guide layer 103, the active layer 104, and the second wave guide layer 105 are formed of the first nitride semiconductor layer 101. It has a mesa etched structure up to a part of.

상기 제2웨이브 가이드층(105) 상부의 중앙 영역에는 제2클래드층(106)과 제2질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형 성되는 리지(150) 구조가 형성된다.The second cladding layer 106 and the second nitride semiconductor layer are sequentially stacked in the central region above the second wave guide layer 105 to form a ridge 150 structure formed of two regions having different inclinations. do.

여기서, 상기 제2클래드층(106)은 주입된 도전성 불순물이 다른 것을 제외하고는 상기 제1클래드층(102)과 동일한 물질층으로, p-AlGaN 층으로 구성되고, 상기 제2질화물 반도체층(107) 역시 주입된 도전성 불순물이 다른 것을 제외하고는 상기 제1질화물 반도체층(101)과 동일한 물질층으로, p-GaN 층으로 이루어진다.Here, the second cladding layer 106 is the same material layer as the first cladding layer 102 except that the implanted conductive impurities are different, and is composed of a p-AlGaN layer, and the second nitride semiconductor layer ( 107 is also the same material layer as the first nitride semiconductor layer 101 except that the implanted conductive impurities are different, and are formed of a p-GaN layer.

상기 리지(150) 구조는 도 6에서 도시된 바와 같이, 측면이 서로 다른 경사를 가지는 두 영역 즉, 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)으로 이루어져 있다. 상기 제1 영역(R1)의 측면은 수직한 것이 바람직하나, 공정상 어느 정도의 기울기를 갖는다.As shown in FIG. 6, the ridge 150 has two regions having different inclinations on one side thereof, that is, a first region R 1 and a second region R 2 . The side of the first region R 1 is preferably vertical, but has a certain degree of inclination in the process.

그리고, 상기 제2 영역(R2)은 하부의 폭이 넓어지는 방향으로 기울기가 형성되어 있으며, 제2 영역(R2)의 하부의 폭이 너무 넓으면 반도체 레이저 다이오드의 임계전류 및 광 모드 특성이 저하되므로 상기 제2 영역(R2)의 하부의 폭은 1 ~ 2 ㎛ 가 되게 하는 것이 바람직하다.In addition, the second region R 2 has a slope formed in a direction in which a width of the lower portion thereof is widened. If the width of the lower portion of the second region R 2 is too wide, the critical current and optical mode characteristics of the semiconductor laser diode since the lowering of the bottom width of the second region (R 2) it is preferred to be a 1 ~ 2 ㎛.

이와 같이, 리지 웨이브 가이드 구조를 구비한 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 리지(150) 구조를 위에서 살펴본 바와 같이 형성하면 제2질화물 반도체층(107)을 통해서 주입되는 전류는 상기 리지(150) 구조의 제1영역(R1)에 의해 전류의 퍼짐이 방지되어 광 분포가 상기 리지 영역내에서 한정되며, 상기 리지(150) 구조의 제2영역(R2)에 의해 광 분포가 광 도파로에 걸려 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다.As described above, in the semiconductor laser diode having the ridge wave guide structure, when the ridge 150 structure is formed as described above, the current injected through the second nitride semiconductor layer 107 is formed of the ridge 150 structure. The spread of current is prevented by one region R 1 to limit the light distribution within the ridge region, and the light distribution is caught by the optical waveguide by the second region R 2 of the ridge 150 structure. This can be prevented from occurring.

상기 리지(150) 영역을 제외한 제2클래드층(106)의 상부면과 상기 리지(150)의 측면에는 보호막(108)이 형성되는데, 상기 보호막(108)으로는 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4), Al2O3, HfO, TiO2 들 중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 보호막(108)의 두께는 광차폐 효과를 발휘할 수 있는 실효 굴절율을 고려하면 30 ~ 300 ㎚ 인 것이 바람직하다.A passivation layer 108 is formed on an upper surface of the second cladding layer 106 except for the ridge 150 region and a side surface of the ridge 150. The passivation layer 108 includes a silicon oxide layer (SiO 2 ) and silicon. Any one of a nitride film (Si 3 N 4 ), Al 2 O 3 , HfO, TiO 2 can be selected and used, and the thickness of the protective film 108 is 30 ~ in consideration of an effective refractive index that can exhibit a light shielding effect It is preferable that it is 300 nm.

상기 제2질화물 반도체층(107) 상부에는 상기 제2질화물 반도체층(107)에 대한 오믹 접합 전극으로서 제2도전형 전극(109)이 형성되며, 상기 제1질화물 반도체층(101)의 외부로 노출된 영역에는 상기 제1질화물 반도체층(101)에 대한 오믹 접합 전극으로서 제1도전형 전극(110)이 형성된다.A second conductive electrode 109 is formed on the second nitride semiconductor layer 107 as an ohmic junction electrode with respect to the second nitride semiconductor layer 107, and moves to the outside of the first nitride semiconductor layer 101. In the exposed region, the first conductive electrode 110 is formed as an ohmic junction electrode for the first nitride semiconductor layer 101.

이하, 첨부된 도면 도 7a 내지 도 7h 을 참조하여 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조방법의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 도 7a 에 도시하는 바와 같이, 기판(100)상에 제1질화물 반도체층(101), 제1클래드층(102), 제1웨이브 가이드층(103), 활성층(104), 제2웨이브 가이드층(105), 제2클래드층(106), 제2질화물 반도체층(107)을 순차적으로 적층시킨다.Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor laser diode of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIGS. 7A to 7H. As shown in FIG. 7A, the first nitride semiconductor layer 101, the first cladding layer 102, the first wave guide layer 103, the active layer 104, and the second wave guide layer are formed on the substrate 100. 105, the second cladding layer 106, and the second nitride semiconductor layer 107 are sequentially stacked.

이어서, 포토레지스트(이하 PR) 마스크로 메사 패턴을 뜬 후, 제1질화물 반도체층(101)의 일부가 노출되도록 상기 제2질화물 반도체층(107), 제2클래드층(106), 제2웨이브 가이드층(105), 활성층(104), 제1웨이브 가이드층(103), 제1클래드층(102) 및 제1질화물 반도체층(101)의 일부분을 식각하여 적층 에피층(130)을 형성한다(도 7b).Subsequently, after the mesa pattern is formed with a photoresist (PR) mask, the second nitride semiconductor layer 107, the second cladding layer 106, and the second wave are exposed so that a part of the first nitride semiconductor layer 101 is exposed. A portion of the guide layer 105, the active layer 104, the first wave guide layer 103, the first cladding layer 102 and the first nitride semiconductor layer 101 is etched to form a laminated epitaxial layer 130. (FIG. 7B).

다음으로, 상기 제2질화물 반도체층(107) 상부에 제1마스크층(30)을 증착하고(도7c), PR 마스크로 패턴을 뜬 후, 상기 제1마스크층(30) 상부에 제2마스크층(40)과 제3마스크층(50)을 증착한다. 이 후, 상기 PR 마스크를 리프트 오프(lift off) 방식으로 제거하여 상기 리지(150) 구조의 형성을 위한 식각 마스크 패턴을 형성한다(도 7d).Next, the first mask layer 30 is deposited on the second nitride semiconductor layer 107 (FIG. 7C), a pattern is formed with a PR mask, and a second mask is formed on the first mask layer 30. The layer 40 and the third mask layer 50 are deposited. Thereafter, the PR mask is removed in a lift off manner to form an etch mask pattern for forming the ridge 150 structure (FIG. 7D).

여기서, 상기 제1마스크층(30)과 제2마스크층(40)은 Ni, Cr, Pt, SiN, SiO2 중에서 어느 하나를 선택하여 증착시키며, 제3마스크층(50)은 Ni, Cr, Pt, SiN, SiO2 , Ti 중에서 어느 하나를 선택하여 증착시킨다.Here, the first mask layer 30 and the second mask layer 40 are Ni, Cr, Pt, SiN, SiO 2 Any one is selected and deposited, and the third mask layer 50 is deposited by selecting any one of Ni, Cr, Pt, SiN, SiO 2 , and Ti.

그 후, 상기 식각 마스크 패턴 중 제2마스크층(40)과 제3마스크층(50)을 식각마스크로 하여 제1마스크층(30)을 건식 식각 방법으로 식각한다(도 7e).Thereafter, the first mask layer 30 is etched by the dry etching method using the second mask layer 40 and the third mask layer 50 as an etching mask among the etching mask patterns (FIG. 7E).

이어서, 상기 식각 결과 남겨진 제1마스크층(30)을 식각 마스크로 하여 상기 제 2질화물 반도체층(107) 및 제2클래드층(106)의 일부분까지 건식 식각 방법으로 식각하여 상기 리지(150) 구조를 형성한다(도 7f). 그리고, 상기 식각 결과 남겨진 제1마스크층(30)을 제거한다.Subsequently, a portion of the second nitride semiconductor layer 107 and the second cladding layer 106 is etched by a dry etching method using the first mask layer 30 left as a result of the etching as an etch mask to form the ridge 150 structure. Is formed (FIG. 7F). In addition, the first mask layer 30 left after the etching is removed.

다음에, 상기 리지(150) 영역을 제외한 제2클래드층(106)의 상부면과 상기 리지(150) 영역의 측면에 보호막(108)을 형성한다(도 7g).Next, a protective film 108 is formed on the upper surface of the second clad layer 106 except for the ridge 150 region and the side surface of the ridge 150 region (FIG. 7G).

다음으로 일정 패턴의 PR 을 형성한 후, 제1 및 제2 도전형 전극(110)(109)을 형성하기 위한 금속물질을 도포한다. 이어 상기 PR 을 리프트 오프(lift off) 방식으로 제거하여 상기 제2질화물 반도체층(107)의 상부에 제2도전형 전극(109)을 형성하고, 상기 제1질화물 반도체층(101)의 메사 식각되지 않고 노출된 영역상에 제1도전형 전극(110)을 형성한다(도 7h).Next, after the PR of a predetermined pattern is formed, a metal material for forming the first and second conductivity type electrodes 110 and 109 is coated. Subsequently, the PR is removed by a lift off method to form a second conductive electrode 109 on the second nitride semiconductor layer 107 and mesa etching of the first nitride semiconductor layer 101. Instead, the first conductive electrode 110 is formed on the exposed region (FIG. 7H).

본 발명은 리지 웨이브 가이드 구조를 가지는 반도체 레이저 다이오드에 있어서, 측면에 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성되는 리지를 구비하여 활성층에서 형성된 광분포가 리지 영역내에서 한정되도록 함으로써 반도체 레이저 다이오드의 임계 전류를 낮추고 광 모드 특성을 향상시키는 효과가 있다.In the present invention, a semiconductor laser diode having a ridge wave guide structure includes a ridge formed in two regions having different inclinations on a side thereof so that the light distribution formed in the active layer is defined within the ridge region. It has the effect of lowering and improving the light mode characteristics.

Claims (10)

기판;Board; 상기 기판 상부에 제1질화물 반도체층, 제1클래드층, 제1웨이브 가이드층, 활성층, 제2웨이브 가이드층이 순차적으로 적층되어 상기 제1질화물 반도체층의 일부분까지 메사(mesa) 식각된 적층 에피층;A first epitaxial semiconductor layer, a first cladding layer, a first wave guide layer, an active layer, and a second wave guide layer are sequentially stacked on the substrate, and a mesa is etched to a part of the first nitride semiconductor layer. layer; 상기 적층 에피층 상부의 중앙 영역에 제2클래드층, 제2질화물 반도체층이 순차적으로 적층되어 측면에 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 형성되는 리지(ridge);A ridge in which a second cladding layer and a second nitride semiconductor layer are sequentially stacked on a central region of the stacked epitaxial layer and formed of two regions having different inclinations on side surfaces thereof; 상기 제2클래드층의 상부면과 상기 리지의 측면에 형성되는 보호막; 및A protective film formed on an upper surface of the second clad layer and a side surface of the ridge; And 상기 제1질화물 반도체층의 노출된 상부면과 상기 제2질화물 반도체층 상부에 각각 형성되는 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극들로 이루어지는 반도체 레이저 다이오드.And a first conductive electrode and a second conductive electrode formed on the exposed upper surface of the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, respectively. 제1항에 있어서, 상기 리지 구조는 하부영역의 폭이 상부영역의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode of claim 1, wherein the ridge structure has a width of a lower region wider than a width of the upper region. 제2항에 있어서, 상기 리지 구조의 하부영역의 폭은 1 ~ 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode of claim 2, wherein a width of the lower region of the ridge structure is 1 to 2 µm. 제1항에 있어서, 상기 보호막은 SiO2, Si3N4, Al2O3, HfO, TiO2 들 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.The semiconductor laser diode of claim 1, wherein the protective layer is any one of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO, and TiO 2 . 기판 상부에 제1질화물 반도체층, 제1클래드층, 제1웨이브 가이드층, 활성층, 제2웨이브 가이드층, 제2클래드층, 제2질화물 반도체층을 순차적으로 형성하는 단계;Sequentially forming a first nitride semiconductor layer, a first cladding layer, a first wave guide layer, an active layer, a second wave guide layer, a second cladding layer, and a second nitride semiconductor layer on the substrate; 상기 제1질화물 반도체층의 일부가 노출되도록 상기 제2질화물 반도체층에서 상기 제1질화물 반도체층까지 메사(mesa) 식각하는 단계;Mesa etching a portion of the first nitride semiconductor layer from the second nitride semiconductor layer to expose a portion of the first nitride semiconductor layer; 상기 제2질화물 반도체층과 상기 제2클래드층의 일부를 식각하여 측면에 서로 다른 경사를 가지는 두 영역으로 이루어진 리지(ridge) 구조를 형성하는 단계;Etching a portion of the second nitride semiconductor layer and the second cladding layer to form a ridge structure having two regions having different inclinations on side surfaces thereof; 상기 제2클래드층의 상부면과 상기 리지 구조의 측면에 보호막을 형성하는 단계; 및Forming a protective film on an upper surface of the second clad layer and a side surface of the ridge structure; And 상기 제2질화물 반도체층 상부에 제2도전형 전극을 형성하고, 상기 제1질화물 반도체층의 노출된 영역의 상부에 제1도전형 전극을 형성하는 단계로 이루어지는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.Forming a second conductive electrode on the second nitride semiconductor layer, and forming a first conductive electrode on the exposed region of the first nitride semiconductor layer. 제5항에 있어서, 상기 리지 구조를 형성하는 단계는;The method of claim 5, wherein forming the ridge structure; 상기 제2질화물 반도체층 상부에 리지 구조의 형성을 위한 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming an etch mask pattern for forming a ridge structure on the second nitride semiconductor layer; 상기 식각 마스크 패턴의 상부 영역을 식각 마스크로 하여 상기 식각 마스크 패턴의 하부영역을 식각하는 제1식각 단계;Etching the lower region of the etch mask pattern by using the upper region of the etch mask pattern as an etch mask; 상기 제1식각 단계의 식각 결과 남겨진 식각 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 제2질화물 반도체층 및 상기 제2클래드층의 일부분까지 식각하는 제2식각 단계; 및A second etching step of etching the second nitride semiconductor layer and a portion of the second clad layer by using the etching mask pattern left as a result of etching of the first etching step as an etching mask; And 상기 제2식각 단계의 식각 결과 남겨진 마스크 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.And removing the mask pattern left as a result of the etching in the second etching step. 제6항에 있어서, 상기 제1식각 단계 및 제2식각 단계는 건식 식각으로 행하여지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The method of claim 6, wherein the first etching step and the second etching step are performed by dry etching. 제6항에 있어서, 상기 식각 마스크 패턴의 형성은,The method of claim 6, wherein the etching mask pattern is formed. 상기 제2질화물 반도체층 상부에 제1마스크층을 증착하고, 상기 제1마스크층 상부에 상기 제1마스크층을 식각하기 위한 식각 마스크로서 제2마스크층과 제3마스크층을 순차적으로 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.A first mask layer is deposited on the second nitride semiconductor layer, and a second mask layer and a third mask layer are sequentially formed as an etch mask for etching the first mask layer on the first mask layer. Method for manufacturing a semiconductor laser diode, characterized in that. 제8항에 있어서, 상기 제1마스크층과 제2마스크층은 Ni, Cr, Pt, SiN, SiO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The method of claim 8, wherein the first mask layer and the second mask layer is Ni, Cr, Pt, SiN, SiO 2 Method for manufacturing a semiconductor laser diode, characterized in that any one of. 제8항에 있어서, 상기 제3마스크층은 Ni, Cr, Pt, SiN, SiO2 , Ti 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The method of claim 8, wherein the third mask layer is Ni, Cr, Pt, SiN, SiO 2 , Ti is any one of the manufacturing method of a semiconductor laser diode.
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