KR20080023139A - 반도체레이저장치 - Google Patents

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KR20080023139A
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도루 다카야마
도모야 사토
고이치 하야카와
이사오 기도구치
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 동일기판에 복수의 발광부를 갖는 반도체레이저장치의 고 킹크(kink) 레벨, 저 동작전류, 및 저 동작전압을 실현하기 위한 것이다.
반도체레이저장치는, 각각 제 1 클래드층, 활성층, 및 제 2 클래드층과 스트라이프 구조를 구비한 제 1 및 제 2 발광부를 갖는다. 제 1 발광부의 스트라이프는, 공진기 방향을 따라 폭이 변화하는 부분을 가지며 또 제 1 전(前)단면을 구비하고, 제 1 전단면의 폭을 Wf1, 제 1 전단면부터 거리(L1) 위치의 폭을 W1, 제 1 전단면부터 거리(L1＋L2) 위치의 폭을 W2로 하면, Wf1≥W1, W1＞W2 및 (Wf1 －W1)/2L1＜(W1 －W2)/2L2가 성립한다. 제 2 발광부의 스트라이프는, 제 2 전단면의 폭을 Wf2, 제 2 전단면부터 거리(L3) 위치의 폭을 W4, 제 2 전단면부터 거리(L3＋L4) 위치의 폭을 W2로 하면, Wf2≥W3, W3＞W4 및 (Wf2 －W3)/2L3＜(W3 －W4)/2L4가 성립한다.
반도체레이저, 2파장, 스트라이프형상, 킹크 억제, 킹크레벨 저하, 동작전류 저감, 광학 픽업, 고출력동작

Description

반도체레이저장치{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
본 발명은 반도체레이저장치에 관한 것이며, 특히 적색 영역 및 적외선 영역의 2파장 반도체레이저장치에 관한 것이다.
현재, 고밀도 기록이 가능하며 대용량을 갖는 DVD(Digital Versatile Disc)와, 그 기록 및 재생용 DVD장치가 시판되고 있으며, 앞으로 더욱 수요가 늘어나는 상품으로서 주목받고 있다. DVD는 고밀도 기록을 실현하기 위해, 기록 및 재생용 레이저광원으로서 발광파장 650㎚의 AlGaInP계 반도체레이저가 이용되고 있다. 때문에, 종래 DVD장치의 광학 픽업에서는, 발광파장 780㎚의 AlGaAs계 반도체레이저를 이용하여 재생을 행하는 CD(Compact Disc)나 MD(Mini Disc)를 재생할 수 없었다.
그래서 발광파장 650㎚대의 AlGaInP계 반도체레이저와, 발광파장 780㎚대의 AlGaAs계 반도체레이저를 별개의 패키지에 레이저 칩으로서 내장함으로써, 2개 파장의 레이저가 탑재된 광학 픽업이 채용되었다. 이로써 DVD, CD 및 MD 각각을 재생 가능한 장치가 실현되었다.
그러나 전술한 바와 같은 광학 픽업은, AlGaInP계 반도체레이저와 AlGaAs계 반도체레이저의 2개 패키지가 탑재되므로, 크기가 커진다. 때문에 이와 같은 광학 픽업을 이용하는 DVD장치에 대해서도 크기가 커져버린다.
이에 대해 특허문헌1(일특개평 11-186651호 공보)에 개시된 바와 같이, 동일기판 상에 성장된 반도체층에 의해 발광소자구조가 형성되며 또 서로 발광파장이 다른 복수 종류의 반도체발광소자를 갖는 집적형 반도체발광장치가 알려져 있다.
이와 같은, 종래 집적형 반도체발광장치의 일례를 도 12에 나타낸다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 종래의 집적형 반도체레이저장치(100)에서, 동일한 n형 GaAs기판(101) 상에, 발광파장 700㎚대(예를 들어 780㎚)인 AlGaAs계 반도체레이저(LD1)와, 발광파장 600㎚대(예를 들어 650㎚)의 AlGaInP계 반도체레이저(LD2)가 서로 분리된 상태로 집적화된다.
여기서 n형 GaAs기판(101)으로는, 예를 들어 (100)면 방위를 갖는 것, 또는 (100)면에서 예를 들어 5∼15°경사진 면을 주면으로 하는 것이 이용된다.
또 AlGaAs계 반도체레이저(LD1)에서는, n형 GaAs기판(101) 상에, n형 GaAs버퍼층(111), n형 AlGaAs클래드층(112), 단일양자웰(SQW:Single-Quantum Well) 구조 또는 다중양자웰(MQW:Multi-Quantum Well) 구조를 갖는 활성층(113), p형 AlGaAs클래드층(114) 및 p형 GaAs캡층(115)이 순차 적층된다.
p형 AlGaAs클래드층(114)의 상부 및 p형 GaAs캡층(115)은, 일방향으로 이어지는 스트라이프형상을 구성한다. 이와 같은 스트라이프부의 양측 부분에는 n형 GaAs전류협착층(116)이 형성되며, 이로써 전류협착구조가 형성된다. 스트라이프형상의 p형 GaAs캡층(115) 및 n형 GaAs전류협착층(116) 상에는 p측전극(117)이 형성 되며, p형 GaAs캡층(115)과 옴 접촉(ohmic contact)한다. p측전극(117)으로는, 예를 들어 Ti/Pt/Au전극이 사용된다.
또한 AlGaInP계 반도체레이저(LD2)에서는, n형 GaAs기판(101) 상에, n형 GaAs버퍼층(121), n형 AlGaInP클래드층(122), SQW구조 또는 MQW구조의 활성층(123), p형 AlGaInP클래드층(124), p형 GaInP중간층(125), 및 p형 GaAs캡층(126)이 순차 적층된다.
p형 AlGaInP클래드층(124)의 상부, p형 GaInP중간층(125) 및 p형 GaAs캡층(126)은, 일방향으로 이어지는 스트라이프형상을 구성한다. 이와 같은 스트라이프부의 양측 부분에는 n형 GaAs전류협착층(127)이 형성되며, 이로써 전류협착구조가 형성된다. 스트라이프형상의 p형 GaAs캡층(126) 및 n형 GaAs전류협착층(127) 상에는 p측전극(128)이 형성되며, p형 GaAs캡층(126)과 옴 접촉한다. p측전극(128)으로는, 예를 들어 Ti/Pt/Au전극이 사용된다.
그리고 n형 GaAs기판(101)의 이면에는 n측전극(129)이, n형 GaAs기판(101)과 옴 접촉하여 형성된다. n측전극(129)으로는 예를 들어 AuGe/Ni전극이나 In전극이 사용된다.
또 AlGaAs계 반도체레이저(LD1)의 p측전극(117) 및 AlGaInP계 반도체레이저(LD2)의 p측전극(128)은, 패키지베이스(200) 상에 서로 전기적으로 분리된 상태에서 설치된 방열판(H1 및 H2) 위에 각각 납땜된다.
전술한 바와 같이 구성된 종래의 집적형 반도체레이저장치(100)에 의하면, p측전극(117)과 n측전극(129) 사이로 전류를 보냄으로써 AlGaAs계 반도체레이 저(LD1)를 구동시킬 수 있다. 이와 더불어, p측전극(128)과 n측전극(129) 사이로 전류를 보냄으로써 AlGaInP계 반도체레이저(LD2)를 구동할 수 있게 구성된다. 이때, AlGaAs계 반도체레이저(LD1)를 구동시킴으로써 파장 700㎚대(예를 들어 780㎚)의 레이저광을 추출할 수 있음과 더불어, AlGaInP계 반도체레이저(LD2)를 구동시킴으로써 파장 600㎚대(예를 들어 650㎚)의 레이저광을 추출할 수 있다. AlGaAs계 반도체레이저(LD1)를 구동시킬지, AlGaInP계 반도체레이저(LD2)를 구동시킬지의 선택은, 외부스위치의 전환 등에 의해 행할 수 있다.
이상과 같이 종래의 집적형 반도체레이저장치(100)에 의하면, 발광파장 700㎚대인 AlGaAs계 반도체레이저(LD1)와, 발광파장 600㎚대인 AlGaInP계 반도체레이저(LD2)를 가짐으로써, DVD용 레이저광과, CD 및 MD용 레이저광을 서로 독립하여 추출할 수 있다. 이로써, 집적형 반도체레이저장치(100)를 DVD장치의 광학 픽업에 레이저광원으로서 탑재함으로써, DVD, CD 및 MD 각각의 재생 및 기록이 가능해진다.
이들 AlGaAs계 반도체레이저(LD1) 및 AlGaInP계 반도체레이저(LD2)는, 동일 n형 GaAs기판(101) 상에 성장된 반도체층에 의해 레이저구조가 형성되므로, 이 집적형 반도체레이저장치의 패키지는 1개이면 된다. 이로써 광학 픽업의 소형화를 도모할 수 있으며, 나아가 DVD장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또 반도체레이저에서, 광 디스크를 고속으로 기입변경 하기 위해서는 높은 광출력이 요구된다. 예를 들어 4배속 이상의 고속으로 DVD의 광 디스크를 기입변경 하기 위해서는, 광출력으로서 100mW 이상의 고출력이 필요하게 된다. 이와 같 은 고출력을 얻기 위해서는, 고출력 시에 반도체레이저의 끝단면이 자신의 광출력 때문에 용융 파괴되는 현상인 COD(Catastrophic Optical Damage)를 방지할 필요가 있다.
COD를 방지하기 위해서는, 레이저의 공진기 단면 내부의 광 밀도를 저감시켜 발열을 억제하는 것이 효과적이다. 이를 위한 방법으로는, 레이저광을 추출하는 반도체레이저의 전단면을, SiO2, Al2O3 또는 비정질Si 등의 유전체에 의해 코팅함으로써, 전단면의 반사율을 내리는 방법이 알려져 있다.
일반적으로 AlGaInP계 재료 또는 AlGaAs계 재료로 이루어지는 반도체레이저장치의 공진기 단면에서의 반사율은, 단면이 코팅되지 않을 경우, 약 30%이다. 이 경우, 공진기 단면에서 약 30%의 레이저광이 반사되어 공진기 내부로 피드백 되며, 나머지 약 70%의 광이 전단면으로부터 추출된다.
이에 반해, 예를 들어 전단면의 반사율이 10%가 되도록 유전체막을 코팅하면, 공진기 단면에서 약 10%의 레이저광이 반사되어 공진기 내부로 피드백 되며, 나머지 90%의 광이 전단면으로부터 추출된다.
즉, 전단면으로부터 추출되는 광출력이 같을 경우, 전단면의 반사율을 3분의 1로 하면, 공진기 단면의 광밀도도 3분의 1로 할 수 있다. 따라서 전단면 반사율의 저감은 COD레벨 증대로 이어지며, 고출력 레이저를 얻기 위한 효과적인 수단이다. 또 레이저광을 추출하는 공징기 면과는 반대쪽인 후단면의 반사율을 높게 설정하면, 반도체레이저 전단면으로부터의 광 추출효율을 더욱 높일 수 있다.
이와 같이 고출력 반도체레이저에서는, 전단면의 반사율을 저감하며, 역으로 후단면의 반사율을 고반사율로 하는 단면 코팅조건, 예를 들어 전단면을 반사율 10% 이하의 저 반사율, 후단면을 반사율 85% 이상의 고 반사율로 하는 단면 코팅조건이 널리 이용되고 있다. 이와 같은 저반사율(AR:Anti Reflection)/고반사율(HR:High Reflection) 코팅을 실시함으로써, 전류-광출력 특성의 외부 미분양자효율(슬로프효율:Slope Efficiency) 향상을 도모하며, 적은 주입 전류량으로 높은 광출력을 실현할 수 있다. 이 코팅처리는, 동작 시의 전단면 레이저광 파워밀도를 저감시킴으로써, COD가 발생하는 것을 방지한다.
동일기판 상에 각각 적색 영역 및 적외선 영역에서 발광하는 반도체레이저를 집적화한 2파장 레이저에서도, 고출력동작을 얻기 위해, 전술한 이유로부터, 적색 및 적외선 발광부 각각의 전단면 및 후단면에 대해, 저반사율 및 고반사율을 동시에 얻을 수 있는 유전체막을 레이저공진기 단면에 코팅처리에 의해 형성한다.
앞으로, 재생만이 아니라 기록기능을 갖는 16배속기록 대응 DVD 및 48배속기록 대응 CD-R 등, 고속기입 가능한 광디스크시스템용 광원의 수요가 더욱 높아질 것으로 예상된다. 이와 같은 목적에 사용할 경우, 광원으로 이용되는 레이저에는, 적어도 200mW 이상의 고출력동작이 요구된다.
전술한 바와 같이, 고출력 레이저를 얻고자 하는 경우, 전단면의 반사율을 저감하면서 후단면의 반사율을 높이도록 하는 것이, COD레벨의 향상과 광 추출효율 향상에 효과적이다.
그러나 전단면의 반사율을 지나치게 낮추면, 공진기 내부로 피드백 되는 레이저광이 저감되므로, 발진임계 전류값의 증대를 초래하게 된다. 또 반도체레이저를 광디스크장치에서 이용할 경우, 전단면의 반사율을 낮추면, 광디스크로부터 반사되어 돌아오는 광에 의한 잡음(귀환광 유도 잡음)이 발생하기 쉬워진다.
그래서 통상, 고출력레이저에서는 높은 광 추출효율을 얻음과 더불어, 귀환광 유도 잡음을 저감하기 위해, 전단면의 반사율이 5∼10% 정도가 되도록 단면이 코팅된다. 또 후단면 반사율은 될 수 있는 한 고반사율이 되도록 코팅되며, 일반적으로는 95%에서 100% 정도의 고반사율 코팅이 되도록 설정된다.
이와 같이, 고출력레이저에서는 전단면 반사율과 후단면 반사율이 크게 다르다. 이 경우, 활성층을 전파하는 공진기 방향의 광분포 강도는, 공진기에 대해 전후대칭이 아닌, 전단면 쪽의 광분포 강도가 높은 전후 비대칭의 광분포 강도가 된 다. 이 경우, 광분포 강도가 높은 전단면 쪽에서는 후단면 쪽에 비해 보다 강한 유도방출이 발생하므로, 후단면 쪽에 비해 보다 많은 전자-홀 쌍을 활성층으로 주입할 필요가 있다.
특히 고출력동작상태에서, 전단면 쪽에서 활성층 중의 전자-홀 쌍이 부족해져, 발광효율 포화 원인의 하나가 된다. 이와 같은 발광효율의 포화가 발생하면, 200mW∼300mW 이상의 고출력레이저를 얻을 경우, 온도특성이 열화되어 중대한 지장을 초래하게 된다.
온도특성을 향상시켜, 최대 광출력을 향상시키기 위해서는, 발광하는 활성층 영역의 면적 확대가 효과적이다. 그래서 일특개소 64-61084호 공보(특허문헌 2)에는, 적어도 2개의 단면을 갖는 반도체레이저에서, 한쪽 단면부 또는 내부의 적어도 한 부분에 형성되며, 기본 횡모드만이 통과 가능한 폭이 좁은 영역과, 상기 폭이 좁은 영역에서의 광 회절각 또는 그 이하의 각도로, 상기 폭이 좁은 영역부터 순차 폭이 넓어지는 영역과, 적어도 다른 쪽 단면부에 형성되며, 상기 폭이 넓어진 영역의 최대폭 이상인 일정 폭을 소정 길이로 갖는 영역으로 이루어지는 활성영역을 구비한 레이저가 개시되어 있다.
이 구조에서는, 광이 좁은 영역부터 넓은 영역으로 나올 때에 회절효과에 따라 약간 넓어지는 것을 이용한다. 즉, 활성영역의 폭을 거의 그 회절각 정도의 각도로 넓힘으로써, 폭이 좁은 영역에서의 횡모드를 거의 그대로 확대하는 형태로 전단면 및 후단면까지 서서히 광의 폭을 넓히기가 가능해지며, 결과적으로 전단면의 광 밀도를 저감할 수 있다. 이로써 동작캐리어 밀도를 저감하면서, 전단면에서의 최대 광밀도를 저감하기가 가능해지며, 온도특성의 개선과 광출력 향상을 도모할 수 있다.
그러나 후단면부터 전단면으로 향해 스트라이프 폭을 단순하게 확대시키는 것만으로는, 몇 가지 문제가 발생한다. 그 하나는, 발광면적의 확대에 의해 동작전류값이 증대하여, 고온동작 시에 광출력이 열 포화되는 최대 광출력이 저하되어버리는 것이다. 또, 회절각 이하의 각도로 스트라이프 폭을 서서히 확대시켰다 하더라도, 스트라이프 폭을 넓히면, 스트라이프를 형성하는 도파로의 매우 작은 좌우 비대칭성 때문에, 전류-광출력 특성에서의 비선형성(킹크(kink))이 발생하여, 발광빔 패턴이 비대칭이 되어버린다는 문제도 있다.
특히 적색 레이저는 자연 초격자의 발생을 억제하여 원하는 원소조성의 AlGaInP층을 얻기 위해, 10°오프 기판 등의 경사기판 상에 제작할 필요가 있으므로, 소자제작 시의 에칭공정 시에 도파로 좌우의 비대칭성이 발생하기 쉽고, 결과적으로 킹크가 발생하기 쉽다.
또 CD-R용 적외선 레이저와 DVD용 적색 레이저는, 활성층과 클래드층과의 전도대 밴드오프셋(ΔEc) 크기가 다르며, ΔEc가 상대적으로 큰 적외선 레이저 쪽이, 활성층으로 주입된 전류가 발열에 의한 에너지에 의해 활성층으로부터 클래드층으로 누출되는 리크전류가 작다.
따라서 킹크가 발생하지 않고 동작전류값을 저감할 수 있는 스트라이프형상은, CD-R용 적외선 레이저와 DVD용 적색 레이저에서 다르며, 면밀히 검토할 필요가 있다.
또한 적외선 레이저와 적색 레이저를 동일기판 상에 집적화한 모놀리식 2파장 레이저를 생각하면, 그 공진기 길이는 동일한 것이다. 여기서, 일반적으로, 적외선 레이저에 비해 ΔEc가 작은 적색 레이저의 온도특성을 고려하여 공진기 길이가 결정된다. 공진기 길이가 길면 온도특성은 양효해지지만, 전류-광출력에서의 효율이 작아져 동작전류값이 증대할 뿐이 아니라, 칩 면적도 증대하므로 칩 비용이 높아져버린다. 따라서 공진기 길이는 가능한 한 짧은 쪽이 바람직하다.
이와 같은 점에서, 적색 레이저의 전류 이용효율이 가장 높아지는 스트라이프 형상으로 하며, 가능한 한 짧은 공진기 길이를 갖고, 높은 킹크레벨, 저 동작전류값 및 높은 열포화 광출력레벨을 동시에 만족시키는 구조를 찾아내지 않으면, 적외선 레이저의 동작전류값 증대를 초래해버린다.
동작전류값의 증대는, 광 픽업의 발열 및 레이저구동용 LSI의 구동전류용량 증대로 이어지므로, 노트북 PC 등의 방열성 나쁜 광디스크 시스템에의 응용을 생각하면, 전지수명 관점에서도 중대한 지장을 초래하게 된다. 따라서 적외선 레이저에 대해서도, 동작전류값이 가장 낮아지는 스트라이프형상을 동시에 찾아낼 필요가 있다.
이상에 감안하여 본 발명은, 고출력동작 상태에서의 발광효율 포화가 억제되며, 안정된 기본 횡모드 발진과 저 전류동작을 행하는 것이 가능한 반도체레이저장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체레이저장치는, 기판 상에, 같은 공진기 길이(L)를 갖는 제 1 발광부 및 제 2 발광부가 형성되며, 제 1 발광부 및 제 2 발광부는 각각, 제 1 도전형 제 1 클래드층과, 제 1 클래드층 상에 형성된 활성층과, 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 제 2 클래드층을 가짐과 더불어, 캐리어를 주입하기 위한 스트라이프 구조를 구비하고, 제 1 발광부의 스트라이프 구조는, 그 공진기 방향을 따라 폭이 변화하는 부분을 가지며 또 제 1 전(前)단면을 구비하고, 제 1 전단면에서의 폭을 Wf1, 제 1 전단면부터 거리(L1) 위치의 폭을 W1, 제 1 전단면부터 거리(L1＋L2(L1＋L2≤L)) 위치의 폭을 W2로 할 때, Wf1≥W1, W1＞W2 및 (Wf1 －W1)/2L1＜(W1 －W2)/2L2의 관계가 성립하며, 제 2 발광부의 스트라이프 구조는, 그 공진기 방향을 따라 폭이 변화하는 부분을 갖고 또 제 2 전단면을 구비하며, 제 2 전단면에서의 폭을 Wf2, 제 2 전단면부터 거리(L3(L1≠L3)) 위치의 폭을 W3, 제 2 전단면부터 거리(L3＋L4(L3＋L4≤L)) 위치의 폭을 W4로 할 때, Wf2≥W3, W3＞W4 및 (Wf2 －W3)/2L3＜(W3 －W4)/2L4의 관계가 성립한다.
즉, 제 1 발광부의 스트라이프 구조에 대해, 제 1 전단면과, 제 1 전단면부터 거리(L1) 위치까지 범위의 스트라이프 폭 감소율을 나타내는 (Wf1 －W1)/2L1의 값은, 보다 후단면에 가까운, 제 1 전단면부터 거리(L1)의 위치와, 제 1 전단면부터 거리(L1＋L2) 위치까지 범위의 스트라이프 폭 감소율을 나타내는 (W1 －W2)/2L2의 값에 비해 작은 것이 바람직하다.
또 마찬가지로, 제 2 발광부의 스트라이프 구조에 대해, 제 2 전단면과, 제 2 전단면부터 거리(L3) 위치까지 범위의 스트라이프 폭 감소율을 나타내는 (Wf2 －W3)/2L3의 값은, 보다 후단면에 가까운, 제 2 전단면부터 거리(L3)의 위치와, 제 2 전단면부터 거리(L3＋L4) 위치까지 범위의 스트라이프 폭 감소율을 나타내는 (W3 －W4)/2L4의 값에 비해 작은 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제 1 발광부 및 제 2 발광부에서 각각, 직렬저항을 내리고 동작전류를 저감할 수 있음과 더불어, 발광효율을 높일 수 있다. 이는 다음 이유에 의한다.
우선, 공진기 전단면에서의 광 반사율을 후단면에서의 광 반사율보다 낮게 하는 구성을 취할 경우, 공진기 내부의 광 밀도는 전단면에 가까울수록 높아진다. 따라서, 스트라이프의 폭을 전단면 쪽에서 넓힘으로써 전류의 주입량을 높이는 것이 바람직하다. 이로써 전류-광출력 특성에 있어서 슬로프효율이 향상되며, 우수한 온도특성을 얻을 수 있다. 단, 스트라이프의 폭을 변화시키면, 측벽에서의 도파광 산란손실이 높아지므로, 광 밀도가 높은, 전단면에 가까운 쪽 영역의 폭 변화는 작은 것이 바람직하다.
또, 스트라이프의 폭방향 중앙부근에서는, 유도방출이 강하기 때문에 캐리어밀도가 저하되어, 광분포에 패임이 발생한다는 현상이 있다. 이는, 스트라이프의 폭이 넓을수록 현저하게 발생함과 더불어, 킹크를 발생시키는 원인이 된다.
또한 스트라이프의 폭을 넓히면 소자의 직렬저항이 작아지므로, 동작전압을 저감할 수 있다.
이상으로부터, 스트라이프의 폭은 전단면 쪽부터 후단면 쪽을 향해 좁아지도록 변화하는 부분을 갖는 것이 바람직하며, 이와 더불어, 폭 변화의 정도는 후단면에 가까운 쪽이, 전단면에 가까운 쪽보다 큰 것이 바람직하다.
여기서 제 1 발광부의 발진파장은, 제 2 발광부의 발진파장보다 길며, L1＞L3의 관계가 성립하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제 1 발광부 및 제 2 발광부가 서로 다른 발진파장을 갖는 경우에, 각각의 발광부에 대해 발광효율을 높임과 더불어, 전류-광출력 특성에서의 킹크 발생을 억제할 수 있다.
또, 제 1 전단면 및 제 2 전단면의 반사율을 Rf로 함과 더불어, 각 스트라이프 구조의 후단면 반사율을 Rr로 하면, Rf＜Rr의 관계가 성립하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제 1 발광부 및 제 2 발광부 어느 쪽에서도 발광효율을 높이는 동시에, 높은 COD레벨을 실현할 수 있다.
또한 제 1 클래드층 및 제 2 클래드층은, 모두 AlGaInP계 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 제 1 발광부 및 제 2 발광부에 대해, 스트라이프를 구성하기 위한 리지의 형성을 동시에 실시하기가 가능해지므로, 제조공정 간소화 및 제조원가 저감을 도모할 수 있다.
또 제 1 발광부의 활성층은, GaAs계, AlGaAs계 또는 InGaAsP계 재료로 이루어지며, 제 2 발광부의 활성층은, InGaP계 또는 AlGaInP계 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이로써, 적외선 영역에서 발광하는 제 1 발광부와, 적색 영역에서 발광하는 제 2 발광부를 구비하는 반도체레이저장치를 얻을 수 있다.
또한 제 1 발광부 및 제 2 발광부 중 적어도 한쪽의 활성층은, 양자웰 활성층인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 발진임계 전류값이 작으며 발광효율이 높은 반도체레이저장치를 얻을 수 있다.
또, 제 1 발광부 및 제 2 발광부에 있어서 스트라이프 구조의 적어도 한쪽 단면부에서, 활성층이 불순물 도입에 의해 무질서화 되는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 무질서화에 의해 밴드갭 에너지가 커진 영역은, 발진되는 레이저광에 대해 투명한 상태가 되므로, 높은 COD레벨을 갖는 반도체레이저장치를 얻을 수 있다.
또한 제 1 발광부 및 제 2 발광부 각각의 스트라이프 구조는 메사형 리지로 이루어지며, 각 리지의 측벽에는 동일 재료로 이루어지는 층이 형성되는 것이 바람직하다.
이 구성으로써, 예를 들어 전류블록층이 될 동일재료 층을 제 1 발광부 및 제 2 발광부에 동시에 형성하는 것이 가능해지며, 제조공정 간소화 및 제조원가 저감을 실현할 수 있다.
또, 동일 재료는, AlInP계 또는 AlGaInP계 재료인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 형성될 전류블록층은 레이저발진광에 대해 투명한 상태가 된다. 이로써, 적어도 2개의 발광부를 가짐과 더불어, 도파로손실이 저감되며 발진임계 전류값이 작고, 발광효율이 높으면서 비점 격차가 작은, 실굴절률 도파형 반도체레이저장치를 얻을 수 있다.
또한, 동일 재료는 유전체 재료인 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써도 실굴절률 도파기구를 실현할 수 있으며, 반도체레이저장치의 동작전류값 및 발진임계 전류값 저감을 행할 수 있다.
또 유전체 재료는, 비정질Si, SiN, SiO2, TiO2, Al2O3 중 적어도 하나를 함유하는 것이 바람직하다. 또한 이들 층 중 몇 개가 적층된 구조를 포함해도 된다. 유전체 재료의 구체예로서 이와 같은 재료를 이용할 수 있으며 또, 동일 재료로 이루어지는 층이 레이저발진광에 대해 투명한 상태가 되므로 바람직하다.
또한, 제 1 발광부에서 스트라이프 구조의 폭이 최소값이 되는 위치부터 제 1 전단면까지의 거리를 L5로 하며, 제 2 발광부에서 스트라이프 구조의 폭이 최소값이 되는 위치부터 제 2 전단면까지의 거리를 L6으로 하고, 제 1 전단면 및 제 2 전단면의 반사율을 Rf로 함과 더불어, 각 스트라이프 구조의 후단면 반사율을 Rr로 하면 Rf＜Rr이며, L5 및 L6은 모두, L×In(Rf)/In(Rf×Rr)로 표시되는 거리와의 차가 200㎛이하인 것이 바람직하다(여기서 In은 자연대수이다).
일반적으로, 전단면 및 후단면의 반사율을 차례로 Rf 및 Rr, 공진기 길이를 L로 하면, 공진기 방향에 대해 가장 광밀도가 작은 점은, 전단면부터 L×In(Rf)/In(Rf×Rr) 거리의 점이다. 그래서 이 광분포 강도에 따라 공진기 방향의 리지 폭도 변화시켜, 광밀도가 작아지는 것에 맞추어 리지의 폭도 좁아지도록 설정한다. 이로써, 고출력동작 시에도 이득포화가 발생하기 어려우며, 온도특성이 우수한 고효율의 레이저를 얻을 수 있다. 특히, 전단면부터 리지 폭이 가장 좁아지는 부분까지의 거리와, 전단면부터 L×In(Rf)/In(Rf×Rr) 거리와의 차를 200㎛ 이하로 하면, 전류의 이용효율을 보다 높일 수 있다.
또, 제 1 발광부의 발진파장은 제 2 발광부의 발진파장보다 길며, Wf1＞Wf2의 관계가 성립하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 킹크레벨(전류-광출력 특성에서의 킹크가 발생하는 전류값)이 높으며, 저 동작전류이고 저 동작전압이기도 하는 반도체레이저장치를 얻을 수 있다.
또한, 활성층은 불순물 도입에 의해 무질서화된 창 영역을 가지며, 창 영역에는 전류가 주입되지 않는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 창 영역에서 레이저발진에 기여하지 않는 비발광 재결합을 저감하기가 가능해지며, 창 영역에서의 소자 발열을 억제할 수 있다. 그 결과, COD레벨의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 동일기판 상에 집적화된 적색 및 적외선 등의 복수 발광 부를 갖는 반도체레이저에서, 리지 스트라이프형상을, 공진기 길이방향에 대해, 광밀도가 높은 전단면부부터 후단면으로 향해 일정하게 또는 서서히 좁히도록 함과 더불어, 그 후, 더 준급하게 좁히도록 한다. 또, 전단면부의 스트라이프 폭이 일정하거나 또는 서서히 좁아지는 영역의 길이를, 적외선 발광부 쪽이, 적색 발광부보다 길어지도록 함으로써, 적색 및 적외선 발광부 모두, 높은 킹크레벨, 저 동작전류, 및 저 동작전압을 갖는 반도체레이저장치를 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 반도체레이저장치는, 발진파장이 서로 다르며 또, 모두 높은 킹크레벨, 저 동작전류, 및 저 동작전압을 갖는 복수의 발광부를 구비하며, 예를 들어 적색 레이저와 적외선 레이저를 구비하는 광학 픽업용 레이저장치로서도 유용하다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 관한 반도체레이저장치에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1의 (a)는, 본 실시예에 관한 반도체레이저장치(1)의 단면구조를 나타낸 모식도이다.
반도체레이저장치(1)에서, n형 GaAs로 이루어지며 또 (100)면에서 [011]방향으로 10도 경사진 면을 주면으로 하는 n형 GaAs기판(10) 상에, 다른 파장으로써 발 광하는 2개의 발광부로서, 적색 레이저(A)와 적외선 레이저(B)가 집적화된다. 우선, 적색 레이저(A)의 구조부터 설명한다.
적색 레이저(A)는, n형 GaAs기판(10) 상에, n형 GaAs로 이루어지는 n형 버퍼층(11)(막 두께 0.5㎛), n형 (Al0 .7Ga0 .3)0.51In0 .49P로 이루어지는 n형 클래드층(12)(막 두께 2.0㎛), 왜곡 양자웰구조를 갖는 활성층(13), p형 (Al0 .7Ga0 .3)0.51In0 .49P로 이루어지는 p형 클래드층(14), p형 Ga0 .51In0 .49P로 이루어지는 중간층(16)(막 두께 50㎚), p형 GaAs로 이루어지는 p형 콘택트층(17)(막 두께 0.4㎛)이 밑부터 차례로 적층된 구조를 갖는다.
여기서 p형 클래드층(14)에는 메사형 리지부(14a)가 형성되며, p형 중간층(16) 및 p형 콘택트층(17)은 리지부(14a) 위에 형성된다. 또 리지부(14a)의 측벽 및 p형 클래드층(14) 리지부(14a) 이외의 부분 위를 피복하도록, n형 AlInP로 이루어지는 전류블록층(15)(막 두께 0.7㎛)이 형성된다. 여기서 리지부(14a) 저부의 폭을 Wa로 기재한다.
이때, p형 클래드층(14)은, 리지부(14a) 상단부터 활성층(13) 상면에 달하기까지의 거리를 1.4㎛, 리지부(14a) 하단부터 활성층(13) 상면에 달하기까지의 거리를 dp(0.2㎛)로 한다.
또 활성층(13)은, 왜곡 양자웰 활성층이며, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는다. 즉 Ga0 .48In0 .52P로 된 3층의 웰층(13w1, 13w2, 및 13w3)과, 그 사이 에 각각 개재된 (Al0 .5Ga0 .5)0.51In0 .49P로 된 2층의 장벽층(13b1 및 13b2)(각각 막 두께 5㎚)과, 이들 합계 5층을 상하에서 개재하는 (Al0 .5Ga0 .5)0.51In0 .49P로 된 제 1 가이드층(13g1) 및 (Al0 .5Ga0 .5)0.51In0 .49P로 된 제 2 가이드층(13g2)(막 두께 50㎚)이 적층된 구조를 갖는다.
이 구조에서, p형 콘택트층(17)부터 주입된 전류는, 전류블록층(15)에 의해 메사형 리지부(14a) 부분에만 협착되고, 리지부(14a) 하방에 위치하는 스트라이프부분의 활성층(13)으로 집중적으로 주입되게 된다. 그 결과, 레이저 발진에 필요한 캐리어의 반전분포 상태가 수십 mA 정도의 작은 주입전류에 의해 실현된다.
이와 같이 활성층(13)에 주입된 캐리어의 재결합에 의해 발광된 광에 대해, 활성층(13)에 수직인 방향에 대해서는, n형 클래드층(12) 및 p형 클래드층(14)에 의해 광의 감금(Optical Confinement)이 행해진다. 이와 더불어, 활성층(13)에 수평인 방향에 대해서는, n형 클래드층(12) 및 p형 클래드층(14)보다 낮은 굴절률을 갖는 전류블록층(15)에 의해 광 감금이 행해진다.
또 전류블록층(15)은 레이저 발진광에 대해 투명한 상태이므로 광흡수가 없으며, 저손실의 도파로를 실현할 수 있다. 또한 도파로를 전파하는 광의 분포는 전류블록층(15)으로 크게 번질 수 있으므로, 고출력동작에 적합한 10－ 3오더의 굴절률 차(Δn)를 용이하게 얻을 수 있다. 또 굴절률 차(Δn)에 대해서는, dp의 크기를 제어함으로써, 같은 10－ 3오더로써 정밀하게 제어할 수 있다.
이와 같은 점에서, 적색 레이저(A)는, 광분포를 정밀하게 제어하기가 가능함과 더불어, 저 동작전류인 고출력 반도체레이저가 된다.
다음에, 적외선 레이저(B)는, 활성층의 구조를 제외하고 적색 레이저(A)와 마찬가지의 구성을 가지며, 또 발광파장을 제외하고 적색 레이저(A)와 마찬가지의 동작을 한다. 이하에 상세하게 설명한다.
적외선 레이저(B)는, 적색 레이저(A)와 동일 n형 GaAs기판(10) 상에, n형 GaAs로 이루어지는 n형 버퍼층(21)(막 두께 0.5㎛), n형 (Al0 .7Ga0 .3)0.51In0 .49P로 이루어지는 n형 클래드층(22)(막 두께 2.0㎛), 양자웰구조를 갖는 활성층(23), p형 (Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P로 이루어지는 p형 클래드층(24), p형 Ga0 .51In0 .49P로 이루어지는 중간층(26)(막 두께 50㎚), p형 GaAs로 이루어지는 p형 콘택트층(27)(막 두께 0.4㎛)이 밑부터 차례로 적층된 구조를 갖는다.
여기서, p형 클래드층(24)에도 메사형 리지부(24a)가 형성되며, p형 중간층(26) 및 p형 콘택트층(27)은 리지부(24a) 위에 형성된다. 또 리지부(24a) 측벽 및 p형 클래드층(24) 리지부(24a) 이외의 부분 위를 피복하도록, n형 AlInP로 이루어지는 전류블록층(25)(막 두께 0.7㎛)이 형성된다. 그리고 리지부(24a) 저부의 폭을 Wb로 기재한다.
이 때, p형 클래드층(24)은, 리지부(24a) 상단부터 활성층(23) 상면에 달하기까지의 거리를 1.4㎛, 리지부(24a) 하단부터 활성층(23) 상면에 달하기까지의 거리를 dp(0.24㎛)로 한다.
또 활성층(23)은, 양자웰 활성층이며, 도 1의 (c)에 나타낸 구조를 갖는다. 즉 GaAs로 된 3층의 웰층(23w1, 23w2, 및 23w3)과, 그 사이에 각각 개재되며 Al0.5Ga0.5As로 된 2층의 장벽층(23b1 및 23b2)과, 이들 합계 5층을 상하에서 개재하는 Al0 .5Ga0 .5As로 된 제 1 가이드층(23g1) 및 Al0 .5Ga0 .5As로 된 제 2 가이드층(23g2)이 적층된 구조를 갖는다.
이 구조에서도 적색 레이저(A)의 경우와 마찬가지로, p형 콘택트층(27)부터 주입된 전류는, n형 전류블록층(25)에 의해 메사형 리지부(24a) 부분에만 협착된다. 이로써 리지부(24a) 하방에 위치하는 부분의 활성층(23)으로 집중적으로 전류가 주입되게 되며, 레이저 발진에 필요한 캐리어의 반전분포 상태가 수십 mA 정도의 작은 주입전류에 의해 실현된다.
또한 활성층(23)에 주입된 캐리어의 재결합에 의해 발생한 광의 감금에 대해서도 적색 레이저(A)와 마찬가지로 행해진다. 즉, 활성층(23)에 수직인 방향에 관해서는, n형 클래드층(22) 및 p형 클래드층(24)에 의해 행해진다. 이와 더불어, 활성층(23)에 평행인 방향에 관해서는, 전류블록층(25)이 n형 클래드층(22) 및 p형 클래드층(24)보다 낮은 굴절률을 가짐으로써 광 감금이 행해진다.
또 전류블록층(25)도 역시, 레이저 발진광에 대해 투명한 상태이므로 광흡수가 없으며, 저손실의 도파로를 실현할 수 있다. 또한 적색 레이저(A)와 마찬가지로, 도파로를 전파하는 광 분포가 전류블록층(25)으로 번질 수 있으므로, 고출력동작에 적합한 10－ 3오더의 굴절률 차(Δn)를 용이하게 얻을 수 있으며, dp를 제어함 으로써, 같은 10－ 3오더로써 굴절률 차(Δn)를 정밀하게 제어하는 것이 실현된다.
이와 같은 점에서, 적외선 레이저(B)는 광분포를 정밀하게 제어함과 더불어, 저동작전류인 고출력 반도체레이저가 된다.
또한, 예를 들어 80℃의 고온동작 시에 방열성을 향상시키기 위해, 350mW 이상의 고출력레이저의 경우, 공진기 길이를 1500㎛ 이상으로 함으로써 동작전류 밀도를 저감시킨다. 구체적으로 본 실시예의 경우, 공진기 길이를 1750㎛로 한다.
또 적색 레이저(A) 및 적외선 레이저(B)의 어느 쪽에서도, 각각 적색 레이저광 및 적외선 레이저광에 대해, 공진기 전단면에서의 반사율이 7%, 후단면에서의 반사율이 94%가 되도록, 유전체막에 의한 코팅이 실시된다.
다음으로, 반도체레이저장치(1)의 평면구성에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 반도체레이저장치(1)를 리지부(14a) 쪽에서 볼 때의, 적색 레이저(A) 메사형 리지부(14a) 및 적외선 레이저(B) 메사형 리지부(24a)의 형상을 나타내며, 또 p형 클래드층(14 및 24)의 형상을 나타낸다. 또 C로 나타낸 쪽이 광이 출사되는 전단면이며, 그 반대쪽에 D로 나타낸 쪽이 후단면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 리지부(14a 및 24a)는 모두, 전단면(C) 쪽에서 후단면(D) 쪽으로 향해 서서히 폭이 좁아지는 부분을 갖는 스트라이프형상으로 구성된다. 그리고 여기서 말하는 리지 폭이란, 도 1의 (a)에서 Wa 및 Wb로 나타낸 바와 같은, 리지부(14a 및 24a) 하단부의 폭을 말한다.
더 구체적으로는, 적외선 레이저(B)의 리지부(24a)에 대해, 우선, 전단면(C) 의 리지 폭은 예를 들어 3.8㎛이다. 또 전단면(C)을 기준으로 하여, 후단면(D)을 향해 거리(L1)까지의 범위에서 리지부(24a) 폭은 일정(3.8㎛)하다. 그리고 거리(L1)의 위치부터 후단면(D)을 향해 리지 폭은 서서히 좁아지며, 전단면(C)을 기준으로 하여 거리(L1＋L2)의 위치에서 리지 폭은 2.1㎛로 된다. 그 후, 거리(L1＋L2)의 위치부터 후단면(D)까지의 범위(후방 직선부)(R)에서 리지 폭은 다시 일정하게 된다.
마찬가지로, 적색 레이저(A)의 리지부(14a)에 대해, 우선 전단면(C)의 리지 폭은 예를 들어 3.5㎛이다. 또 전단면(C)을 기준으로 하여, 후단면(D)을 향해 거리(L3)까지의 범위에서 리지부(14a) 폭은 일정(3.5㎛)하다. 그리고 거리(L3)의 위치부터 후단면(D)을 향해 리지 폭은 서서히 좁아지며, 전단면(C)을 기준으로 하여 거리(L3＋L4)의 위치에서 리지 폭은 2.1㎛로 된다. 그 후, 거리(L3＋L4)의 위치부터 후단면(D)까지의 범위(후방 직선부)(R)에서 리지 폭은 다시 일정하게 된다.
여기서 L1의 길이는, L3의 길이에 비해 길어지도록 설정된다. 이와 같이 하는 이유를 포함해, 리지 폭 및 리지 형상에 대해 도 3을 이용하여 설명한다.
도 3에는 리지부(14a 및 24a)와 마찬가지인 리지부(60)의 형상을 나타낸다. 여기서 리지부(60)는 역시, 전단면(C) 쪽에서 후단면(D) 쪽으로 향해 서서히 폭이 좁아지는 형상으로 구성된다.
더 상세하게 보면, 전단면(C)에서 리지부(60)의 폭은 Wf이다. 또 후단면(D) 을 향해 폭은 서서히 좁아지며, 전단면(C)을 기준으로 하여 거리(Lf)의 위치에서 리지 폭은 Wm이 된다. 거리(Lf)의 위치부터 후단면(D)을 향해, 더 큰 변화율을 갖고 리지 폭은 좁아지며, 후단면(D)에서 폭(Wr)이 된다. 여기서, Lf의 위치부터 후단면(D)까지의 거리를 Lb로 한다.
일반적으로 고출력레이저에서, 전단면(C) 쪽 반사율(Rf)은 10% 이하의 저 반사율이 되며 또 후단면(D) 쪽 반사율(Rr)은 75% 이상의 고 반사율이 되도록 유전체막에 의한 코팅이 실시된다. 이로써, 전단면(C) 쪽에서의 광 추출효율이 향상되며 또 전단면(C) 부근의 광밀도가 저감되므로, 레이저의 단면이 용융파괴(COD)를 일으키는 광출력레벨을 향상시킬 수 있다.
이때, 도파로 내에서 공진기 방향의 광밀도는, 전단면(C)에 가까운 쪽이 후단면(D)에 가까운 쪽보다 높아진다. 때문에, 레이저발진을 위해 소비되는 활성층의 캐리어는, 전단면(C)에 가까운 영역일수록 많이 필요하다. 이로부터, 공진기 내의 광밀도가 상대적으로 높은 전단면(C) 쪽으로 보다 많은 전류를 주입하면, 전류-광출력 특성에 있어서 슬로프효율을 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 온도특성이 우수한 소자를 얻을 수 있다. 이와 같은 전류주입방법은, 예를 들어 도 3에 나타낸 리지부(60)와 같이, 전단면(C) 쪽부터 후단면(D) 쪽을 향해 서서히 폭이 좁아지는 형상의 리지부를 이용함으로써 실현된다.
그리고 리지 폭이 변화할 경우, 리지 측벽에서 도파광의 산란손실이 커지며, 효율 저하의 원인으로 된다. 이는 광밀도가 높은 경우에 현저하게 발생하는 현상이므로, 리지 폭의 변화에 의한 도파로손실 증대를 억제하기 위해서는, 광밀도가 높은 전단면(C)에 가까운 쪽에서는 리지 폭의 변화율을 작게 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 전단면(C)부터 거리(Lf)의 범위에서는, 거리(Lf)의 위치부터 후단면(D)까지의 범위에 비해, 리지 폭이 좁아지는 변화율을 작게 한다. 또, 전단면(C)에 가까운 영역에서는 리지 폭을 일정하게 해도 되며, 그렇게 한 예가 도 2에 나타낸 리지부(14a 및 24a)의 경우이다.
다음에, 적색 레이저(A)와 적외선 레이저(B)의 상이점에 대해 검토하기로 한다. 활성층의 밴드갭 에너지와 클래드층 밴드갭 에너지와의 차를 생각하면, 이와 같은 차는 적외선 레이저(B) 쪽이 적색 레이저(A)보다 크다. 따라서, 열적으로 여기된 캐리어의 오버플로우는, 적외선 레이저(B) 쪽이 적색 레이저(A)보다 적다.
또 적외선 레이저(B)의 활성층(23) 재료인 AlGaAs계 재료 쪽이, 적색 레이저(A)의 활성층(13) 재료인 GaAlInP계 재료보다, 같은 주입캐리어 밀도에 대한 이득이 크다.
따라서, 고온이며 고출력인 동작 시, 동작캐리어 밀도는 적외선 레이저(B) 쪽이 적색 레이저(A)에 비해 낮아진다.
다음으로, 활성층에 있어서 동작캐리어 밀도의 수평방향에 관한 분포를 생각한다. 리지부의 폭방향 광분포 강도는 중심부에서 가장 높아지며, 중심부에서 강한 유도방출이 일어난다. 때문에 스트라이프 중심부 부근에서 캐리어농도가 상대적으로 저하되어, 도 4에 나타낸 바와 같이, 패임이 있는 분포로 된다. 이 현상은 캐리어의 공간적 홀버닝(Hole Burning)으로 불린다.
이와 같은 캐리어농도 패임의 크기를, 도 4와 같이 ΔNc로 표시하기로 한다. 이 ΔNc가 클수록, 활성층의 수평방향 이득분포는, 리지부 중앙부근에서 낮으며 리지부 단부의 하방에서 높은 분포로 된다. 이와 같은 분포로 된 경우, 리지부의 매우 작은 좌우(폭방향) 비대칭 때문에 광분포가 좌우로 이동하여, 킹크가 발생하게 된다. 이와 같은 현상을 억제하기 위해, 동작캐리어 밀도는 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 같은 리지 폭이라면, 보다 온도특성이 우수한 적외선 레이저(B) 쪽이, 적색 레이저(A)보다 동작캐리어 밀도가 낮으므로, 킹크는 발생하기 어렵다.
또, 리지의 폭이 넓을수록, 광분포가 리지 내부로 감금되기 쉬워지므로, ΔNc가 커진다. 따라서 리지 폭을 크게 하면, 캐리어의 공간적 홀버닝에 기인하여 킹크레벨은 저하해버린다.
그 한편, 리지 폭은 소자의 직렬저항에 영향을 준다. 즉, 리지 폭이 넓으면 전류주입 영역도 넓어지므로, 소자의 직렬저항이 작아지는 동시에, 동작전압도 낮아진다. 이는 소비전력 저감으로 이어지며, 나아가 발열량이 저하되므로, 소자의 온도특성 향상에 기여한다. 또, 레이저의 구동전압을 저감할 수 있으므로, 이는 회로설계 상, 유리하다.
이상으로부터, 리지 폭은 킹크레벨 저하가 발생하지 않는 범위에서, 가능한 한 넓게 하도록 설계하는 것이 바람직하다.
리지형상에 대한 이상의 설명을 정리하면, 다음과 같은 것을 말할 수 있다. (1) 전류-광출력 특성 상, 슬로프효율을 향상시키기 위해서는, 전단면 쪽부터 후단면 쪽으로 향해 리지 폭을 서서히 좁히는 것이 바람직하다. (2) 동작전압을 저감하기 위해서, 리지 폭은 넓은 것이 바람직하다. (3) 킹크발생을 억제하기 위해서, 리지 폭은 좁은 것이 바람직하다. 그리고, 광밀도가 높은 전단부에 가까운 범위에서는, 리지 폭의 변화는 작은 것이 바람직하다.
이로부터, 동작전류값과 동작전압 모두 낮고, 킹크레벨이 높은 레이저장치로 하기 위해서는, 도 3에 나타낸 바와 같은 형상의 리지를 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 전단면(C)부터 후단면(D)을 향해 폭이 좁아지는 부분을 가짐과 더불어, 폭이 좁아지는 정도에 변화가 있으며, 후단면(D)에 가까운 쪽이, 전단면(C)에 가까운 쪽에 비해 변화가 크게 구성된다.
이 관계는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. 즉, 전단면(C)에서의 스트라이프 폭을 Wf, 전단면(C)부터 후단면(D)을 향해 거리(Lf) 위치에서의 스트라이프 폭을 Wm, 전단면(C)부터 후단면(D)을 향해 거리(Lf＋Lb) 위치에서의 스트라이프 폭을 Wr로 할 때, Wf≥Wm, Wm＞Wr 및 (Wf－Wm)/(2Lf)＜(Wm－Wr)/(2Lb)의 관계가 모두 성립하도록 하면 된다. (Wf－Wm)/(2Lf)는, 전단면(C)에 가까운 쪽 부분에서의 리지 폭 변화 정도를 나타내며, (Wm－Wr)/(2Lb)는, 후단면(D)에 가까운 쪽 부분에서의 리지 폭 변화 정도를 나타낸다. 그리고 전단면(C)에 가까운 쪽 부분에 대해서는, 리지 폭이 일정해도 된다.
단, 소자를 벽개 분리할 경우, 벽개위치가 벗어나는 것에 의한 리지 폭 변동을 억제하기 위해, 단면 근방에 10㎛ 정도 이상의 길이에 걸쳐 리지 폭이 일정해지는 영역을 형성해도 된다. 도 2에 나타낸 본 실시예의 경우, 후단면(D) 근방에, 리지 폭이 일정한 후방 직선부(R)를, 후단면(D)부터 전단면(C)을 향해 20㎛까지의 범위에서 형성한다.
또 온도특성의 차이로부터, 적외선 레이저(B) 전단면의 리지 폭을 Wf1, 적색 레이저(A) 전단면의 리지 폭을 Wf2로 할 때, Wf1≥Wf2로 설정함으로써, 킹크레벨이 높으며, 저 동작전류이고 저 전압구동이 가능한 반도체레이저장치(1)를 얻을 수 있다.
본 실시예 반도체레이저장치(1)의 경우, 구체적인 치수로서, 적외선 레이저(B)의 전단면 리지 폭(Wf1)은 3.8㎛이며, 적색 레이저(A)의 전단면 리지 폭(Wf2)이 3.5㎛인데 대해 0.3㎛ 넓게 설정한다. 이로써, 고출력동작 시의 동작전압 증대를 억제한다.
또 적외선 레이저(B)에서, 전단면(C)부터 거리(L1) 위치에서의 리지 폭을 W1, 거리(L1＋L2) 위치에서의 폭을 W2로 하면, 전술한 3개의 관계는, Wf1≥W1, W1＞W2 및 (Wf1－W1)/2L1＜(W1－W2)/2L2로 표시된다.
마찬가지로 적색 레이저(A)에서, 전단면(C)부터 거리(L3) 위치에서의 리지 폭을 W3, 거리(L3＋L4) 위치에서의 폭을 W4로 하면, 전술한 3개의 관계는, Wf2≥W3, W3＞W4 및 (Wf2－W3)/2L3＜(W3－W4)/2L4로 표시된다.
이하, 구체적인 치수를 예시하여 더 상세하게 설명한다.
적색 레이저(A)에 대해, Wf2를 3.5㎛, W3을 3.5㎛, 그리고 W4를 2.1㎛로 한 다. 또 적외선 레이저(B)에 대해, Wf1을 3.8㎛, W1을 3.8㎛, 그리고 W2를 2.1㎛로 한다. 이와 같은 경우에, 리지 폭이 동등한 직선부분의 길이, 즉 전단면(C)부터 거리(L1 또는 L3)까지의 길이를 0㎛에서 1000㎛까지 변화시켜, 각종 측정을 실시한 결과를 이하에 나타낸다.
구체적으로는, 적색 레이저(A) 및 적외선 레이저(B)에 대해 각각 차례로, 동작전류값을 도 5의 (a) 및 (b)에, 동작전압을 도 6의 (a) 및 (b)에, 그리고 킹크레벨을 도 7의 (a) 및 (b)에 나타낸다. 여기서 측정조건은 모두, 80℃, 50ns, 및 펄스 듀티비 40%이다.
우선 적색 레이저(A)에 대해 설명한다. 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전단면(C) 쪽의 리지부(14a) 폭이 일정한 직선부의 길이인 L3을 길게 하면, L3이 600㎛까지의 범위에서는 동작전압이 저감됨과 더불어 동작전류값도 감소된다. 그러나 L3이 600㎛ 이상이 되면, 동작전류값 및 동작전압 모두 증대한다. 이는 L3이 지나치게 길어지면, 후단면(D) 쪽 부분인 거리(L3) 위치부터 거리(L4) 부분에서의 리지 폭 변화량이 커져, 도파로손실이 커지는 것이 이유로 생각된다.
이와 같이 적색 레이저(A)의 경우, 전단면(C) 쪽의 리지부(14a) 폭이 일정한 부분의 길이는 600㎛ 이하로 하는 것이 요구된다. 즉 본 실시예에서는 공진기의 길이를 1750㎛로 하므로, 이에 대해 34% 이하가 되도록 설정한다.
또 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, L3을 길게 함으로써, L3이 600㎛까지의 범위에서는 킹크레벨의 향상을 확인할 수 있다. 그러나 L3이 600㎛를 초과하면, 킹크레벨은 저하한다. 이는, L3이 600㎛ 이하의 짧은 경우, L3이 길어짐에 따라 동작전압 및 동작전류값이 저하됨으로써 동작캐리어 밀도가 저감되어, 캐리어분포의 공간적 홀버닝이 작아지기 때문인 것으로 생각된다. L3을 더 길게 하면, 동작전류값의 증대에 따라 킹크레벨은 저하되어간다.
이상으로부터, 본 실시예의 적색 레이저(A)에 대해서는, 킹크레벨이 높으며 또 동작전압 및 동작전류값이 낮은 600㎛를 L3의 가장 바람직한 값으로 한다.
다음으로, 마찬가지로 적외선 레이저(B)에 대해 설명한다. 전단면(C) 쪽의 리지부(24a) 폭이 일정한 영역의 길이(L1)를 길게 함에 따라, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 동작전압은 저감한다. 그러나 도 5의 (b)와 같이, 동작전류값은, L1이 600㎛부근인 경우를 최소값으로 하여, 변화는 작으며, 거의 일정하다. 이는, 적외선 레이저(B)의 경우, 적색 레이저(A)에 비해 누설전류가 적으며, 온도특성이 양호함에 의한다. 즉 동작전압이 증대했다 하더라도, 그에 따른 소자 발열의 증대를 원인으로 하는 활성층으로부터의 캐리어 오버플로우가 발생하기 어렵기 때문이다.
도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 적외선 레이저(B)의 킹크레벨은 L1이 800㎛ 정도까지의 범위에서 500mW 이상이다. L1을 더 길게 하면 킹크레벨은 저하되며, L1이 800㎛로 되는 부근에서 킹크레벨은 450mW 정도로 된다.
이와 같이 적외선 레이저(B)는, 적색 레이저(A)에 비해 킹크레벨이 높다. 그 이유는, 적외선 레이저(B)의 온도특성이 적색 레이저(A)에 비해 우수하며, 동작캐리어 밀도가 낮으므로, 캐리어분포의 공간적 홀버닝이 작기 때문인 것으로 생각된다.
이상으로부터, 본 실시예의 적외선 레이저(B)에 대해서는, 500mW 이상의 킹크레벨이 얻어지며 저동작전압 특성이 얻어지는 800㎛를 L1의 값으로 한다. 즉 적외선 레이저(B)의 경우, L1의 길이는 공진기의 전체 길이(1750㎛)에 대해 46% 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 L1 및 L3을 각각 바람직한 값으로 설정하면, L1＞L3이 된다.
또 도 8의 (a) 및 (b)에 차례로, 적색 레이저(A) 및 적외선 레이저(B)에 대해 전류-광출력 특성을 나타낸다. 그리고, 여기서도 측정조건은, 80℃, 50ns, 및 펄스 듀티비 40%이다.
적색 레이저(A)에 대해, 광출력 400mW까지 킹크는 발생하지 않는다. 또 적외선 레이저(B)에 대해, 전류-광출력 특성의 선형성이 매우 양호하며, 킹크레벨은 500mW 이상인 것으로 나타났다.
또한 고출력레이저에서는 전면 쪽의 반사율이 낮으며 후면 쪽의 반사율이 높아지도록, 단면에 유전체막을 코팅하여 발광효율을 높임과 더불어, 높은 COD레벨을 실현한다. 이를 위해 공긴기 방향의 광분포강도는, 공진기 내부에서 전후 비대칭이 되며, 전단면 쪽이 후단면 쪽에 비해 높아진다. 그 결과, 광밀도가 높은 전단면부에서는, 광밀도가 낮은 후단면부에 비해 보다 많은 유도방출이 일어난다. 보 다 많은 유도방출광을 발생시키기 위해서는, 보다 많은 전자-홀 쌍이 활성층에 필요하게 된다. 따라서 전단면부의 활성층에서는, 후단면부의 활성층 중에 비해 보다 많은 전자-홀 쌍이 필요하다.
리지 폭이 공진기 방향에 대해 일정한 경우, 공진기 방향에 대해 전류는 균일하게 주입된다. 그 결과, 고출력상태에서는, 저반사율 코팅된 전단면부의 활성층에서, 광출력이 어떤 값 이상이 되면 전자-홀 쌍의 공급이 충분해지지 못하여, 이득이 포화되게 된다.
일반적으로, 전단면 및 후단면의 반사율을 차례로 Rf 및 Rr, 공진기 길이를 L로 하면, 공진기 방향에 대해 가장 광밀도가 작은 점은, 전단면부터 L×In(Rf)/In(Rf×Rr) 거리의 점이다. 그래서 이 광분포 강도에 따라 공진기 방향의 리지 폭도 변화시켜, 광밀도가 작아지는 것에 맞추어 리지의 폭도 좁아지도록 설정한다. 구체적으로는, 가장 리지 폭이 좁아지는 위치와, 전단면부터 L×In(Rf)/In(Rf×Rr) 거리와의 차가 200㎛이하가 되도록 하면 된다.
이와 같이 리지 폭을 공진기 방향에 대해 변화시켜, 보다 많은 전자-홀 쌍을 필요로 하는 부분의 리지 폭을 넓히고, 보다 많은 전류가 주입되기 쉬운 구조로 하면, 고출력동작 시에도 이득이 포화되기 어려우며, 온도특성이 우수한 고효율의 레이저를 얻을 수 있다. 특히, 전단면부터, 리지 폭이 가장 좁아지는 부분까지의 거리와, 전단면부터 L×In(Rf)/In(Rf×Rr) 거리와의 차를 200㎛이하로 하면, 전류의 이용효율을 더욱 높일 수 있다.
다음에, 본 실시예에 관한 반도체레이저장치(1)와 마찬가지의 반도체레이저 장치 제조방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 9의 (a)∼(c), 도 10의 (a)∼(c), 및 도 11의 (a)∼(c)는 반도체레이저장치의 제조방법을 설명하기 위한 도이다.
우선 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, n형 GaAs기판(10) 상에, n형 GaAs로 이루어지는 n형 버퍼층(11)(막 두께 0.5㎛), n형 (Al0 .7Ga0 .3)0.51In0 .49P로 이루어지는 n형 클래드층(12)(막 두께 2.0㎛), 왜곡 양자웰구조를 갖는 활성층(13), p형 (Al0.7Ga0.3)0.51In0.49P로 이루어지는 p형 클래드층(14), p형 Ga0 .51In0 .49P로 이루어지는 중간층(16)(막 두께 50㎚), p형 GaAs로 이루어지는 p형 콘택트층(17)(막 두께 0.4㎛), 및 p형 Ga0 .51In0 .49P로 이루어지는 p형 경계층(18)(막 두께 0.05㎚)을, 밑부터 차례로 적층한다. 이를 위해, 예를 들어 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition)법 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법을 이용하여, 각각 결장성장 시키면 된다. 또 여기서는 (100)면에서 [011]방향으로 10도 경사진 면을 주면으로 하는 n형 GaAs기판(10)을 이용한다.
또 활성층(13)은, 더 상세하게는 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같은 적층구조를 가지며, 밑부터 차례로, 제 2 가이드층(13g2), 웰층(13w3), 장벽층(13b2), 웰층(13w2), 장벽층(13b1), 웰층(13w1), 및 제 1 가이드층(13g1)을 형성하면 된다. 또한 본 실시예에서는 왜곡 양자웰구조를 갖는 활성층을 이용하지만, 왜곡이 없는 양자웰층을 이용해도 되며, 벌크(bulk) 활성층이라도 된다. 또 활성층의 도전형에 대해, p형 및 n형의 어느 쪽이라도 되며, 비도프형이라도 상관없다.
다음으로 도 9의 (a)의 적층체에 대해, p형 경계층(18) 상에 포토리소그래피를 이용하여 레지스트패턴(19)을 형성한 후, 이를 마스크로 하는 에칭을 실시한다. 이로써, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 레지스트패턴(19)이 없는 부분에 대해, 앞 공정에서 적층한 n형 버퍼층(11)부터 p형 경계층(18)까지의 적층막을 제거한다. 이때, 에칭액으로는, 황산계 또는 염산계를 이용할 수 있다.
그 후, 레지스트패턴(19)을 제거한 다음, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 다시 MOCVD법 또는 MBE법 등을 이용하여, n형 GaAs로 이루어지는 n형 버퍼층(21)(막 두께 0.5㎛), n형 (Al0 .7Ga0 .3)0.51In0 .49P로 이루어지는 n형 클래드층(22)(막 두께 2.0㎛), 양자웰구조를 갖는 활성층(23), p형 (Al0 .7Ga0 .3)0.51In0 .49P로 이루어지는 p형 클래드층(24), p형 Ga0 .51In0 .49P로 이루어지는 중간층(26)(막 두께 50㎚), p형 GaAs로 이루어지는 p형 콘택트층(27)(막 두께 0.4㎛)을 적층한다.
활성층(23)에 대해서는, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같은 적층구조를 가지며, 역시 밑부터 차례로, 제 2 가이드층(23g2), 웰층(23w3), 장벽층(23b2), 웰층(23w2), 장벽층(23b1), 웰층(23w1), 및 제 1 가이드층(23g1)을 형성하면 된다.
다음에 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 포토리소그래피에 의해 레지스트패턴(29)을 형성하고, 이를 마스크로 하는 에칭에 의해, 마스크가 형성되지 않은 부분에 대해, n형 버퍼층(21)부터 p형 콘택트층(27)까지의 적층구조를 제거한다. 그 후, 레지스트패턴(29)을 제거한다.
다음, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, p형 콘택트층(17 및 27) 위에, 열 CVD법(370℃) 등을 이용하여 두께 0.3㎛의 Zn막을 퇴적시키고, 다시 포토리소그래피 및 에칭에 의해 Zn확산원(30)으로서 패터닝한다. 또 Zn확산원(30)과 p형 콘택트층(17 및 27)을 피복하도록, 두께 0.3㎛의 SiO2막(30a)을 퇴적시킨다.
그 후, Zn확산원(30)으로부터 Zn을 열확산 시킴으로써, Zn확산영역(32)을 형성한다. 이때, SiO2층(30a)에 의해 표면을 피복하므로, Zn확산공정 중에, p형 콘택트층(17 및 27) 표면의 결정성 저하와, Zn확산원(30)의 열에 의한 분해는 억제된다. 그 결과, 창 영역에서 도파로의 결정성 저하를 초래하는 일없이, 안정되게 창 영역을 형성할 수 있다.
확산 후, Zn확산원(30) 및 SiO2층(30a)을 제거한다. 여기서 Zn확산영역(32)은, 활성층(13 및 23)에서 창 영역이 될 영역이다. Zn확산원(30)에 대해서도, 이들에 대응하도록 배치된다. 창 영역은, 예를 들어 공진기 단면부에 형성된다.
다음으로 도 10의 (c)에 나타낸 바와 같이, 열CVD법(370℃)을 이용하여, p형 콘택트층(17 및 27) 위에 두께 0.3㎛의 산화실리콘막을 퇴적시킨 후, 다시 포토리소그래피 및 에칭에 의해 패터닝하여, 스트라이프마스크(31)를 형성한다.
이어서, 이 스트라이프마스크(31)를 마스크로 이용하는 에칭에 의해, p형 콘택트층(17 및 27), p형 중간층(16 및 26), p형 클래드층(14 및 24)을 순차 선택적으로 에칭하여, 헤테로구조 적층체에 메사형 리지부(14a 및 24a)를 형성한다. 이때, p형 클래드층(14 및 24)에 대해서는, 리지부(14a 및 24a) 이외의 부분도 에칭처리 전보다 얇은 막으로 남기도록 한다. 그 후, 창 영역에 대응하는 부분의 스트 라이프마스크(31)를 선택적으로 제거하고, 그 밖의 부분의 스트라이프마스크(31)는 남겨둔다.
다음에, MOCVD법 또는 MBE법 등에 의해, n형 AlInP로 이루어지는 전류블록층(15 및 25)을 형성한다. 이때, 창 영역에 대응하는 부분에서는, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 리지부(14a 및 24a) 측벽 및 p형 클래드층(14 및 24)이 잔존한 부분 등을 피복하도록, 전류블록층(15 및 25)을 형성한다. 그 결과, 창 영역에서의 리지는 전류블록층으로 피복되므로, 리지 상부로부터 창 영역으로의 전류주입을 방지할 수 있다. 이는, 창 영역에 전류가 주입되면, 레이저발진에 기여하지 않는 비발광 재결합에 의한 발열이 증대되어 COD레벨 저하로 이어지는 점에서, 창 영역으로의 전류주입을 방지하기 위해 실시한다.
또 창 영역이 형성되지 않은 부분에서는, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 리지부(14a 및 24a) 측벽 및 p형 클래드층(14 및 24) 상에만 선택적으로 n형 AlInP 전류블록층(15 및 25)의 결정성장이 행해진다. 이는, 리지부(14a 및 24a)의 리지 상면에 형성된 산화실리콘으로 이루어지는 스트라이프마스크(31)에 의해, 이 부분의 결정성장이 억제되기 때문이다.
그 후, 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 불산계 에칭액을 이용하는 에칭에 의해 스트라이프마스크(31)를 제거한다. 이때, 리지 상단부에 전류블록층의 개구부가 형성되므로, 리지 상부로부터 전류를 주입하기가 가능해진다.
여기서, n형 전류블록층(15 및 25)을 유전체층으로 구성된 것으로 할 경우에는, 도 10의 (c)와 같이 리지부(14a 및 24a)를 형성한 후, 전류블록층(15 및 25)을 형성하는 일없이 스트라이프마스크(31)를 제거한다. 그 다음, 전체면에 유전체층을 형성하고, 포토리소그래피에 의해 리지부(14a 및 24a) 상 p형 콘택트층(17 및 27)의 위쪽만이 개구되도록 레지스트를 패터닝한다. 또, 이 레지스트를 마스크로 이용하고 불산계 약액으로 에칭하여, p형 콘택트층(17 및 27) 상의 유전체층을 제거한다. 이때, 창 영역의 리지부 상단부에는 유전체층이 형성되며, 창 영역이 아닌 부분의 리지부 상단부에는 유전체층이 형성되지 않는다. 그 결과, 리지 상단부로부터의 전류주입은 창 영역에는 행해지지 않으며, 창 영역은 전류 비주입영역이 된다.
또 전류블록층(15 및 25)을 형성하기 전에, 스트라이프패턴(31)을 마스크로 하여, 창 영역의 p형 GaAs콘택트층(27 및 17)을 선택적으로 제거해도 된다. 이 경우, Zn확산공정에 의해 표면의 결정성이 저하된 창 영역의 p형 GaAs콘택트층(27 및 17)이 제거되므로, 창 영역에서의 리지 상 전류블록층과 p형 GaAs콘택트층 계면을 흐르는 계면 누설전류의 발생을 방지하기가 가능해지며, COD레벨 저하의 방지를 보다 안정되게 행하기가 가능해진다.
또한 유전체막으로는, 클래드층과의 굴절률 차를 얻기 위해, SiN, SiO2, TiO2, Al2O3 및 수소화 비정질Si 중 적어도 하나를 함유하는 것이 바람직하다. 또 이들 재료로 이루어지는 막의 적층체라도 된다.
이상과 같이 하여 본 실시예의 반도체레이저장치가 제조된다. 단, 이상에 설명한 재료, 형상 및 치수 등은 모두 예시한 것이며, 이들에 한정되는 것은 아니 다.
또 창 구조를 형성하는데 있어서, 적색 레이저(A) 및 적외선 레이저(B) 모두, 동일한 열 이력으로써 형성한다. 따라서 창 영역에서의 클래드층 중 Zn확산량은, 적색 레이저(A) 및 적외선 레이저(B) 모두 동일하게 할 수 있으며, 이득부와의 굴절률차의 재현성이 양호해진다. 이로써, 설정한 창 영역 길이에 대해 FFP파형이 흐트러지지 않도록, 각각 최적의 값을 설계하는 것이 가능하다.
또한 본 실시예에서는, 적외선 레이저부의 결정성장을 행한 후, 적색 레이저부의 결정성장을 행하지만, 적색 레이저부의 결정성장을 행한 후, 적외선 레이저부의 결정성장을 행해도 된다.
도 1의 (a)는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 반도체레이저장치(1)의 단면구조를 모식적으로 나타낸 도이며, (b) 및 (c)는 차례로, 활성층(13 및 23)의 적층구조를 나타낸 도.
도 2는, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 반도체레이저장치(1)의 리지형상을 모식적으로 나타낸 도.
도 3은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 반도체레이저장치(1)의 리지형상을 설명하기 위한 도.
도 4는, 활성층에서의 동작 캐리어의 공간적 홀버닝(hole burning)에 대해 나타낸 도.
도 5의 (a) 및 (b)는 차례로, 적색 레이저 및 적외선 레이저에 대해 동작전류의 L3 및 L1에 대한 의존성을 나타낸 도.
도 6의 (a) 및 (b)는 차례로, 적색 레이저 및 적외선 레이저에 대해 동작전압의 L3 및 L1에 대한 의존성을 나타낸 도.
도 7의 (a) 및 (b)는 차례로, 적색 레이저 및 적외선 레이저에 대해 킹크레벨의 L3 및 L1에 대한 의존성을 나타낸 도.
도 8의 (a) 및 (b)는 차례로, 적색 레이저 및 적외선 레이저에 대해 레이저의 전류-광출력 특성을 나타낸 도.
도 9의 (a)∼(c)는, 반도체레이저장치(1)의 제조공정을 나타낸 도.
도 10의 (a)∼(c)는, 반도체레이저장치(1)의 제조공정을 나타낸 도.
도 11의 (a)∼(c)는, 반도체레이저장치(1)의 제조공정을 나타낸 도.
도 12는, 종래 반도체레이저장치의 일례를 나타낸 도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1 : 반도체레이저장치 10 : n형 GaAs기판
11, 21 : n형 버퍼층 12, 22 : n형 클래드층
13, 23 : 활성층 13b1, 13b2, 23b1, 23b2 : 장벽층
13g1, 23g1 : 제 1 가이드층 13g2, 23g2 : 제 2 가이드층
13w1∼3, 23w1∼3 : 웰층 14, 24 : p형 클래드층
14a, 24a, 60 : 리지부 15, 25 : 전류블록층
16, 26 : 중간층 17, 27 : p형 콘택트층
18 : p형 경계층 19, 29 : 레지스트패턴
30 : Zn확산원 30a : SiO2층
31 : 스트라이프마스크 32 : Zn확산영역

Claims (14)

  1. 기판 상에, 같은 공진기 길이(L)를 갖는 제 1 발광부 및 제 2 발광부가 형성되며,
    상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부는 각각, 제 1 도전형 제 1 클래드층과, 상기 제 1 클래드층 상에 형성된 활성층과, 상기 활성층 상에 형성된 제 2 도전형 제 2 클래드층을 가짐과 더불어, 캐리어를 주입하기 위한 스트라이프 구조를 구비하고,
    상기 제 1 발광부의 상기 스트라이프 구조는, 그 공진기 방향을 따라 폭이 변화하는 부분을 가지며 또 제 1 전(前)단면을 구비하고, 상기 제 1 전단면에서의 폭을 Wf1, 상기 제 1 전단면부터 거리(L1) 위치의 폭을 W1, 상기 제 1 전단면부터 거리(L1＋L2(L1＋L2≤L)) 위치의 폭을 W2로 할 때,
    Wf1≥W1, W1＞W2 및 (Wf1 －W1)/2L1＜(W1 －W2)/2L2의 관계가 성립하며,
    상기 제 2 발광부의 상기 스트라이프 구조는, 그 공진기 방향을 따라 폭이 변화하는 부분을 갖고 또 제 2 전단면을 구비하며, 상기 제 2 전단면에서의 폭을 Wf2, 상기 제 2 전단면부터 거리(L3(L1≠L3)) 위치의 폭을 W3, 상기 제 2 전단면부터 거리(L3＋L4(L3＋L4≤L)) 위치의 폭을 W4로 할 때,
    Wf2≥W3, W3＞W4 및 (Wf2 －W3)/2L3＜(W3 －W4)/2L4의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 발광부의 발진파장은, 상기 제 2 발광부의 발진파장보다 길며,
    L1＞L3의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전단면 및 상기 제 2 전단면의 반사율을 Rf로 함과 더불어, 상기 각 스트라이프 구조의 후(後)단면 반사율을 Rr로 하면,
    Rf＜Rr의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 클래드층 및 상기 제 2 클래드층은, 모두 AlGaInP계 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 발광부의 상기 활성층은, GaAs계, AlGaAs계 또는 InGaAsP계 재료로 이루어지며,
    상기 제 2 발광부의 상기 활성층은, InGaP계 또는 AlGaInP계 재료로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부 중 적어도 한쪽의 상기 활성층은, 양자웰 활성층인 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부에 있어서 스트라이프 구조의 적어도 한쪽 단면부에서, 상기 활성층이 불순물 도입에 의해 무질서화 되는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부 각각의 상기 스트라이프 구조는 메사형 리지로 이루어지며, 상기 각 리지의 측벽에는, 동일 재료로 이루어지는 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 동일 재료는, AlInP계 또는 AlGaInP계 재료인 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 동일 재료는, 유전체 재료인 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 유전체 재료는, 비정질 Si, SiN, SiO2, TiO2, 및 Al2O3 중 적어도 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 발광부에서 상기 스트라이프 구조의 폭이 최소값이 되는 위치부터 상기 제 1 전단면까지의 거리를 L5로 하며,
    상기 제 2 발광부에서 상기 스트라이프 구조의 폭이 최소값이 되는 위치부터 상기 제 2 전단면까지의 거리를 L6으로 하고,
    상기 제 1 전단면 및 상기 제 2 전단면의 반사율을 Rf로 함과 더불어, 상기 각 스트라이프 구조의 후단면 반사율을 Rr로 하면,
    Rf＜Rr이며,
    L5 및 L6은 모두, L×In(Rf)/In(Rf×Rr)로 표시되는 거리와의 차가 200㎛이하인 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 발광부의 발진파장은, 상기 제 2 발광부의 발진파장보다 길며,
    Wf1＞Wf2의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 활성층은, 불순물의 도입에 의해 무질서화된 창 영역을 가지며,
    상기 창 영역에는 전류가 주입되지 않는 것을 특징으로 하는 반도체레이저장치.
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