KR20060109112A - 리지부를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

리지부를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 반도체 레이저 다이오드는: 제1 도전형의 제1 클래드층; 상기 제1 클래드층 상의 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며, 그 상부에는 스프라이프 형상의 리지부가 형성된 제2 클래드층; 상기 제2 클래드층의 상부를 제외한 영역에서 성장되며, AlGaInN 로 이루어진 매립층;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

리지부를 구비하는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법{Semiconductor laser diode having ridge portion and method of fabricating the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 레이저 다이오드의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 매립층의 개략 구성도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 레이저 다이오드를 제조하는 방법을 단계별로 보여주는 단면도이다.
도 9는 p-클래드층 상에 성장된 AlGaInN 층을 보여주는 SEM 사진이다.
도 10은 p-클래드층 상에 성장된 AlGaInN 층의 AFM 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 I-V 특성 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 12는 매립층 성장전(As-growth)과, 매립층 성장후(Re-growth)의 레이저 다이오드의 광특성을 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10:사파이어 기판 12: n-GaN 콘택층
24: n-AlGaN/GaN클래드층 26: n-GaN도파층
28: 활성층 30: p-GaN 도파층
32: p-AlGaN/GaN 클래드층 34: p-GaN 콘택층
36: 매립층 38: p형 전극
40: n형 전극
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리지부의 측면에 열방출층이 형성된 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 수단으로 널리 사용되고 있다.
반도체 레이저가 사용되는 산업분야가 중가하면서 작은 임계 전류값을 가지며, 다중 횡모드 발진이 억제되는 리지부를 구비한 반도체 레이저 다이오드가 개발되어 왔다.
종래의 리지부를 구비한 반도체 레이저 다이오드는 리지 영역을 한정하는 절연층으로 된 매립층을 구비한다.
상기 절연층으로된 매립층은 열전도율이 낮아서 활성층에서 방출되는 열을 효과적으로 방출하지 못하며, 따라서 활성층을 열화시킬 수 있다.
활성층으로부터의 열을 효과적으로 방출시키기 위해서 매립층을 AlGaN로 제조하는 기술이 미국특허 제 6,620,641호에 개시되어 있다. AlGaN를 증착시 질소 원 자의 소스로 사용되는 암모니아에서 N의 분리가 어려워 반응로에 과도한 압력(overpressure)을 걸어주어야 한다. 또한, N이 채워지지 않은 베이컨시(vacancy)는 단결정인 AlGaN의 광학특성을 악화시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 열방출 효율이 높으며 단결정 성장 상태가 양호한 매립층을 구비한 리지부를 구비하는 반도체 레이저 다이오드를 제공함에 있다. 또한 인덱스 조절이 용이한 물질을 매립층으로 사용함으로써 높은 발진 출력광 하에서도 단일 횡모드를 유지하게 하는데 어려움이 없도록 하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 리지부를 구비한 반도체 레이저 다이오드는:
제1 도전형의 제1 클래드층;
상기 제1 클래드층 상의 활성층;
상기 활성층 상에 형성되며, 그 상부에는 스프라이프 형상의 리지부가 형성된 제2 클래드층; 및
상기 제2 클래드층의 상부를 제외한 영역에서 성장되며, AlGaInN 로 이루어진 매립층;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 매립층은 단결정으로 성장된다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 매립층은 Alx1Gay1Inz1N층이며, x1은 0.1~0.2, z1은 0.001 이하, x1+y1+z1=1 으로 이루어진 조성이다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 매립층은 상기 Alx1Gay1Inz1N층의 하부에 다른 Alx2Gay2Inz2N층을 더 구비하며, x2는 대략 0.05, z2는 0.005 이하, x2+y2+z2=1 으로 이루어진 조성이다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 상기 매립층은 상기 Alx1Gay1Inz1N층의 상부에 Alx3Gay3N층을 더 구비하며, x3은 대략 0.05, x3+y3=1 으로 이루어진 조성이다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 상기 Alx2Gay2Inz2N층 및 상기 Alx1Gay1Inz1N층 사이에 Alx4Gay4N층을 더 구비하며, x4는 대략 0.05 , x4+y4=1 으로 이루어진 조성이다.
상기 Alx1Gay1Inz1N층은 서로 다른 조성을 가진 두 개 이상의 층이 교대로 적층될 수 있다.
또한, 상기 Alx1Gay1Inz1N층은 Si 과 Mg 으로 각각 도핑된 층들이 교대로 적층될 수 있다.
상기 Alx1Gay1Inz1N층은 언도프층, Si 도핑층, Mg 도핑층이 교대로 적층될 수도 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 리지부를 구비한 반도체 레이저 다이오드 제조방법은:
제1 도전형의 제1 클래드층; 상기 제1 클래드층 상의 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며, 그 상부에는 리지 스트라이프 구조가 형성된 제2 클래드층; 상기 제2클래드층의 상부를 제외한 영역에서 성장되며, AlGaInN 으로 이루어진 매립층;을 구비하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서,
상기 매립층은 상기 리지부의 상부에 마스크층이 형성된 상태에서 Alx1Gay1Inz1N층이 증착되어 단결정으로 성장된 것이며, x1은 0.1~0.2, z1은 0.001 이하, x1+y1+z1=1 으로 이루어진 조성으로 증착된 것을 특징으로 한다.
상기 Alx1Gay1Inz1N층은 700~950 ℃에서 5000 Å 이하의 두께로 증착된다.
상기 Alx1Gay1Inz1N층은 대략 900 ℃에서 증착되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 리지부를 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 1을 참조하면, 사파이어 기판(10) 상에 n-GaN 콘택층(12)이 형성되어 있다. n-GaN 콘택층(12)은 제1 및 제2 영역(R1, R2)으로 구분될 수 있다. 제1 영역(R1) 상에 n-AlGaN/GaN 클래드층(24), n-GaN 도파층(26), InGaN 활성층(28), p-GaN 도파층(30), p-AlGaN/GaN 클래드층(32)이 순차적으로 형성되어 있다. n-AlGaN/GaN 클래드층(24) 및 p-AlGaN/GaN층 클래드층(32)의 굴절률은 n-GaN도파층(26) 및 p-GaN도파층(30)보다 낮고 n-GaN 도파층(26) 및 p-GaN 도파층(30)의 굴절률은 활성층(28)의 굴절률보다 낮다. p-AlGaN/GaN 클래드층(32)은 상부 가운데 부분이 스트라이프 형상으로 돌출된 리지부(ridge portion)가 형성되어 있다. p-AlGaN/GaN 클래드층(32)의 상기 리지부의 상부면 상에 p-GaN 콘택층(34)이 형성되어 있다. p-AlGaN/GaN 클래드층(32)의 상부에서 p-콘택층(34)으로 덮히지 않은 면에는 단결정으로 성장된 매립층(36)이 형성되어 있다. 매립층(36) 상에 p-콘택층(34)과 접촉되는 p형 전극(38)이 형성되어 있다.
상기 리지부를 구비한 p-클래드층(32)은 주입되는 전류를 제한하여 활성층(28)에서의 레이저 발진을 위한 공진 영역을 제한하며, 따라서 다중 횡모드 발진을 제한한다.
한편, n-GaN 콘택층(12)의 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1)보다 낮은 영역이며, n형 전극(40)이 형성되어 있다.
상기 매립층(36)은 열전달 계수가 높은 AlGaInN 로 이루어져 있다. AlGaInN 층(36)은 p-클래드층(32)로부터 성장시킨 단결정으로 이루어져 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매립층의 개략 구성도이다.
도 2를 참조하면, 매립층(36)은 4개의 층으로 형성될 수 있다. 제1층(L1)은 600~800 ℃, 바람직하게는 770 ℃에서 대략 500 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx1Gay1Inz1N 이다. 여기서, x1 은 대략 0.05, z1 은 0.005 이하, x1+y1+z1 = 1 이 다. 제1층(L1)은 활성층(28)이 고온에서 열충격으로 열화, 디스로케이션이 되어서 전류의 누설을 방지하기 위한 보호층이다. 따라서, 활성층(28)의 형성온도와 유사하게 비교적 저온에서 성장된다. 여기서, In 은 활성층(28)과의 매칭을 위해 포함된다.
제2층(L2)은 700~950 ℃, 바람직하게는 900 ℃에서 대략 500 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx2Gay2N 이다. 여기서 x2 은 대략 0.05, x2+y2 = 1 이다. 제2층(L2)은 제1층(L1)의 In을 포함하는 층을 보호하도록 형성된다. In 이 포함된 층이 성장온도 보다 높은 온도에서 보호층 없이 장시간 노출되는 경우, 결정 특성이 나빠지는 것을 방지하기 위한 것이다.
제3층(L3)은 700~950 ℃, 바람직하게는 900 ℃에서 대략 5000 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx3Gay3Inz3N 이다. 여기서, x3 은 대략 0.1~0.2, z3는 0.001 이하, x3+y3+z3 = 1 이다. 제3층(L3)은 매립층(36)의 메인층으로서 In을 사용함으로써 Ga 베이컨시를 없애서 성장된 단결정의 품질을 향상시키며, 따라서 레이저 다이오드의 광특성을 향상시킨다. 제3층(L3)은 조성이 다른 AlGaInN층을 교대로 다층으로 성장될 수 있다. 또한, 브레이크 다운(breakdown) 전압을 증가시키기 위해서 Si 과 Mg을 교대로 도핑할 수도 있다. 또한, 언도프층(undope layer) 상에 Si 도핑층과 Mg 도핑층 또는 Mg 도핑층과 Si 도핑층으로 이루어진 3층을 반복하여 형성할 수도 있다.
제4층(L4)은 700~950 ℃, 바람직하게는 900 ℃에서 대략 500 Å 이하로 형성 되며 그 조성은 Alx4Gay4N 이다. 여기서, x4 는 대략 0.05, x4+y4 = 1 이다. 제4층(L4)은 제3층(L3)의 In을 포함하는 층을 보호하도록 형성된다.
제1~제4층(L1,L2,L3,L4)은 Si 혹은 Mg로 도핑될 수도 있다.
다음에는 상기한 본 발명의 실시예에 의한 반도체 레이저 다이오드의 제조 방법에 대해 설명한다. 여기서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리키며, 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 3을 참조하면, 사파이어 기판(10) 상에 n-GaN 콘택층(12), n-AlGaN/GaN 클래드층(24), n-GaN 도파층(26), InGaN 활성층(28), p-GaN 도파층(30), p-AlGaN/GaN 클래드층(32), p-GaN 콘택층(34)을 형성한다. 계속해서, p-콘택층(34)의 상부에 마스크층(미도시)을 형성한 다음 패터닝하여 p-콘택층(34)의 소정 영역을 덮고 나머지 영역은 노출시키는 마스크 패턴(M)을 형성한다. 마스크 패턴(M)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성할 수 있다. 이와 같은 마스크 패턴(M)을 식각 마스크로 하여 p-콘택층(34) 및 p-클래드층(32)을 순차적으로 식각하되, 건식식각하는 것이 바람직하며, p-콘택층(34)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 바람직하다. 이와 같은 사입사 조건은 식각 장치의 자세를 제어하거나 웨이퍼 스테이지의 자세 제어 등을 통해서 얻을 수 있다. 상기 식각은 p-콘택층(34)의 노출된 부분이 식각되고, p-클래드층(32)의 노출된 부분이 소정의 두께로 될 때까지 실시한다. 이후, 마스크 패턴(M)을 제거한다. 상기 식각에서 p-클래드층 (32)의 마스크 패턴(M)에 의해 덮여진 부분을 제외한 둘레의 나머지 부분은 소정의 깊이로 식각되므로, 결국 마스크 패턴(M)이 제거된 후 p-클래드층(32)의 마스크 패턴(M)에 의해 덮여진 부분은 도 4에 도시한 바와 같이 돌출된 리지부로 된다.
도 5를 참조하면, p-클래드층(32) 상에 매립층(36)을 성장시킨다. 상기 매립층(36)은 도 2에 도시된 것과 같은 구조로 이루어질 수 있다. 상기 매립층(36)은 열전달 계수가 높은 AlGaInN 층으로 이루어져 있다. 매립층(36)은 비정질층인 마스크(M)을 제외한 영역에서 p-클래드층(32)으로부터 성장시킨 단결정으로 이루어져 있다.
제1층(L1)은 600~800 ℃, 바람직하게는 770 ℃에서 대략 500 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx1Gay1Inz1N 이다. 여기서, x1 은 대략 0.05, z1 은 0.005 이하, x1+y1+z1 = 1 이다.
제2층(L2)은 700~950 ℃, 바람직하게는 900 ℃에서 대략 500 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx2Gay2N 이다. 여기서 x2 은 대략 0.05, x2+y2 = 1 이다. 제2층(L2)은 제1층(L1)의 In을 포함하는 층을 보호하도록 형성된다.
제3층(L3)은 700~950 ℃, 바람직하게는 900 ℃에서 대략 5000 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx3Gay3Inz3N 이다. 여기서, x3 은 대략 0.1~0.2, z3는 0.001 이하, x3+y3+z3 = 1 이다. 제3층(L3)은 조성이 다른 AlGaInN층을 교대로 다층으로 성장될 수 있다. 또한, 브레이크 다운(breakdown) 전압을 증가시키기 위해서 Si 과 Mg을 교대로 도핑할 수도 있다. 또한, 언도프층(undope layer) 상에 Si 도핑층과 Mg 도핑층 또는 Mg 도핑층과 Si 도핑층으로 이루어진 3층을 반복하여 형성할 수도 있다.
제4층(L4)은 700~950 ℃, 바람직하게는 900 ℃에서 대략 500 Å 이하로 형성되며 그 조성은 Alx4Gay4N 이다. 여기서, x4 는 대략 0.05, x4+y4 = 1 이다.
도 6을 참조하면 상기 제2 클래드층(32)에 상기 리지부를 포함하는 제1 영역(R1)과 상기 리지부를 포함하지 않는 제2 영역(R2)을 설정한다. 이어서, 상기 P-클래드층(32) 상에 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 p-클래드층(32)의 제2 영역(R2)과 함께 그 아래에 형성된 물질층을 연속적으로 식각한다. 이때, 상기 식각은 n-콘택층(12)의 제2 영역(R2)에 대응하는 부분이 소정의 두께가 될 때까지 실시한다. 이후, 감광막 패턴(56)을 제거하면, 도 7에 도시한 바와 같이, n-콘택층(12)의 제1 및 제2 영역(R1, R2) 사이에 단차가 형성된다.
도 8을 참조하면, 매립층 및 p-콘택층 상에 p형 전극을 형성하고, 제2 영역의 n-콘택층 상에 n형 전극을 형성한다.
도 9는 p-클래드층(32) 상에 성장된 AlGaInN 층을 보여주는 SEM 사진이다. 도 9를 참조하면, p-클래드층(32)에서 마스크인 SiO2 이외의 영역에 AlGaInN 층이 성장된 것을 보여주고 있다.
도 10은 p-클래드층(32) 상에 성장된 AlGaInN 층의 AFM 사진이다. 도 10을 참조하면, 다결정을 나타내는 그레인 바운더리(grain boundary)가 보이지 않으며, 이는 AlGaInN 층이 단결정으로 성장된 것을 보여준다.
도 11은 매립층인 AlGaInN 층이 형성된 레이저 다이오드의 I-V 특성 곡선을 나타내는 그래프이다. 4개의 샘플에 대한 I-V 전류특성을 보면, 누설전류가 나타나지 않으며, 이는 AlGaInN가 전류 특성이 양호하게 잘 성장된 것을 보여준다.
도 12는 매립층 성장전(As-growth)과, 매립층 성장후(Re-growth)의 레이저 다이오드의 광특성을 보여주는 그래프이다. 도 12를 참조하면, 매립층(36)의 유무에 따라서 발광효율에서는 차이가 없음을 보여준다. 즉, 매립층(36)이 형성되어도 광특성에는 영향이 없으며, 따라서 매립층(36)에 의한 열방출 특성의 개선은 안정된 레이저 다이오드를 제조할 수 있게 한다.
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 물질층의 구성을 달리한 다양한 변형된 실시예를 구현할 수도 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 AlGaInN 매립층이 반도체 레이저 다이오드의 다중 횡모드 발진을 억제되고, 광특성이 양호하면서도 열방출이 원활히 이루어져 활성층의 수명이 연장된다.

Claims (21)

  1. 제1 도전형의 제1 클래드층;
    상기 제1 클래드층 상의 활성층;
    상기 활성층 상에 형성되며, 그 상부에는 스프라이프 형상의 리지부가 형성된 제2 클래드층; 및
    상기 제2 클래드층의 상부를 제외한 영역에서 성장되며, AlGaInN 로 이루어진 매립층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매립층은 단결정으로 성장된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매립층은 Alx1Gay1Inz1N층이며, x1은 0.1~0.2, z1은 0.001 이하, x1+y1+z1=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 700~950 ℃에서 성장된 것을 특징으로 하는 반도체 레 이저 다이오드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 대략 900 ℃에서 성장된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 매립층은 상기 Alx1Gay1Inz1N층의 하부에 다른 Alx2Gay2Inz2N층을 더 구비하며, x2는 대략 0.05, z2는 0.005 이하, x2+y2+z2=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 Alx2Gay2Inz2N층은 대략 770 ℃에서 성장된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 매립층은 상기 Alx1Gay1Inz1N층의 상부에 Alx3Gay3N층을 더 구비하며, x3은 대략 0.05, x3+y3=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 Alx2Gay2Inz2N층 및 상기 Alx1Gay1Inz1N층 사이에 Alx4Gay4N층을 더 구비하며, x4는 대략 0.05 , x4+y4=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 서로 다른 조성을 가진 두 개 이상의 층이 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 Si 과 Mg 으로 각각 도핑된 층들이 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 언도프층, Si 도핑층, Mg 도핑층이 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  13. 제1 도전형의 제1 클래드층; 상기 제1 클래드층 상의 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며, 그 상부에는 리지 스트라이프 구조가 형성된 제2 클래드층; 상기 제2클래드층의 상부를 제외한 영역에서 성장되며, AlGaInN 으로 이루어진 매립층;을 구비하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서,
    상기 매립층은 상기 리지부의 상부에 마스크층이 형성된 상태에서 Alx1Gay1Inz1N층이 증착되어 단결정으로 성장된 것이며, x1은 0.1~0.2, z1은 0.001 이하, x1+y1+z1=1 으로 이루어진 조성으로 증착된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 700~950 ℃에서 5000 Å 이하의 두께로 증착된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 대략 900 ℃에서 증착된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 매립층은 상기 Alx1Gay1Inz1N층의 하부에 다른 Alx2Gay2Inz2N층이 대략 770 ℃에서 500 Å 이하의 두께로 더 증착되며, x2는 대략 0.05, z2는 0.005 이하, x2+y2+z2=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 매립층은 상기 Alx1Gay1Inz1N층의 상부에 Alx3Gay3N층이 대략 900 ℃에서 500 Å 이하의 두께로 더 증착되며, x3은 대략 0.05, x3+y3=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 Alx2Gay2Inz2N층 및 상기 Alx1Gay1Inz1N층 사이에 Alx4Gay4N층이 대략 900 ℃에서 500 Å 이하의 두께로 더 증착되며, x4는 대략 0.05, x4+y4=1 으로 이루어진 조성인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 서로 다른 조성을 가진 두 개 이상의 층이 교대로 증착된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 Si 과 Mg 으로 각각 도핑된 층들이 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 Alx1Gay1Inz1N층은 언도프층, Si 도핑층, Mg 도핑층이 교대로 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
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Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63150985A (ja) * 1986-12-15 1988-06-23 Sharp Corp 半導体レ−ザ
JPH10294531A (ja) * 1997-02-21 1998-11-04 Toshiba Corp 窒化物化合物半導体発光素子
US6319742B1 (en) * 1998-07-29 2001-11-20 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of forming nitride based semiconductor layer
EP1120872B1 (en) * 1998-10-07 2006-12-20 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser
JP4040192B2 (ja) * 1998-11-26 2008-01-30 ソニー株式会社 半導体発光素子の製造方法
JP2000277860A (ja) * 1999-03-24 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 半導体レーザ素子
US6706542B1 (en) * 2000-01-07 2004-03-16 Triquint Technology Holding Co. Application of InAIAs double-layer to block dopant out-diffusion in III-V device Fabrication
JP2002026456A (ja) * 2000-06-30 2002-01-25 Toshiba Corp 半導体装置、半導体レーザ及びその製造方法並びにエッチング方法
US6586762B2 (en) * 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power
JP4251529B2 (ja) * 2001-02-14 2009-04-08 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた光学式情報再生装置

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