KR20080049598A - 반도체 레이저 - Google Patents

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Abstract

7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성해도, 편광각이 0에 가깝고, 편광비가 큰 릿지형 구조의 반도체 레이저를 얻는다. 본 발명에 따른 반도체 레이저는, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 순차 형성된, 하부 클래드층과, 활성층과, 상부 클래드층을 가지는 릿지형 구조의 반도체 레이저에 있어서, 활성층은 AlGaAs로 이루어지고, 하부 클래드층 및 상부 클래드층은, P의 조성비가 0보다 크고 0.04이하의 AlGaAsP로 이루어진다.
편광각, 편광비, 반도체 레이저, 클래드층, 활성층, 조성비

Description

반도체 레이저{Semiconductor Laser}
본 발명은, 광디스크 시스템에 이용되는 반도체 레이저에 관하며, 특히 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성한 릿지형 구조의 반도체 레이저에 관한 것이다.
도 4는, 종래의 릿지형 구조의 780nm대 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다. 780nm대 반도체 레이저에서는, 7°이상 오프한 GaAs기판(11)위에, Al0 .5Ga0 .5As로 이루어지는 하부 클래드층(31)과, Al0 .1Ga0 .9As로 이루어지는 활성층(32)과,Al0.5Ga0.5As로 이루어지는 상부 클래드층(33)이 순서대로 형성되어 있다. 그리고, 상부 클래드층(33)위의 일부에 GaAs콘택층(15)이 형성되고, 그 밖의 부분이 절연막(16)으로 덮여지고 있다. 또한, GaAs콘택층(15)위에 표면전극(17)이 형성되고, GaAs기판(11)아래에 이면전극(18)이 형성되어 있다. 이와 같이, 78Onm대 반도체 레이저에서는, 활성층(32)을 끼우는 동시 하부 클래드층(31, 33)을 활성층(32)과 격자정수가 약 600ppm 다른 Al0 .5Ga0 .5As층으로 형성하고 있었다.
또한 도 5는, 종래의 2파장 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다. Ga, As기 판(11)위에, 도 4에 나타내는 780nm대 반도체 레이저와, 650nm대 반도체 레이저가 형성되어 있다. 650nm대 반도체 레이저에서는, 7°이상 오프한 GaAs기판(11)위에, Al0.35Ga0.15In0.5P로 이루어지는 하부 클래드층(19)과, Ga0 .5In0 .5P로 이루어지는 활성층(20)과, Al0 .35Ga0 .15In0 .5P로 이루어지는 상부 클래드층(21)이 순서대로 형성되어 있다. 그리고, 상부 클래드층(21)위의 일부에 GaAs콘택층(22)이 형성되고, 그 밖의 부분이 절연막(16)으로 피복되고 있다. 또한, GaAs콘택층(22)위에 표면전극(23)이 형성되어 있다. 이와 같이, 650nm대 반도체 레이저에서는, 활성층(20)을 끼우는 상하부 클래드층(19, 21)을 활성층(20)과 격자정수가 거의 동일한 Al0 .35Ga0 .15In0 .5P층으로 형성하고 있었다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2004-349286호
[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개 2001-185810호
[특허문헌 3] 일본국 공개특허 특개소 60-220983호
상기한 바와 같이 종래의 780nm대 반도체 레이저는, 활성층과 활성층을 끼우는 상하부 클래드층과의 격자정수가 약 600ppm다르므로, 활성층에 스트레스가 걸린다. 특히, 릿지형 구조의 반도체 레이저의 경우에는, 발광점 근방의 활성층 근처에 절연막이나 전극이 형성되고 있기 때문에, 스트레스의 영향을 받기 쉽다. 그리고, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성하고 있기 때문에, 상기 스트레스가 비대칭으로 걸린다. 이에 따라 편광각이 0에서 벗어나, 편광비가 줄어든다는 문제가 있었다.
또한, 2파장 레이저에서는, 각각의 레이저의 릿지부가 중심부에서 어긋난 위치에 형성되고 있기 때문에, 780nm대 반도체 레이저의 활성층에 걸리는 스트레스의 비대칭성이 강해진다.
또한, 특허문헌 1에는, 10°오프한 GaAs기판에, As를 포함하지만 P을 포함하지 않는 활성층과, P을 포함하는 상하부 클래드층의 격자정수를 거의 동일하게 형성한 780nm대 반도체 레이저가 개시되어 있다. 또한 특허문헌 2에는, 10°이상 오프한 GaAs기판 위에, AlGaAs(AlGaInAs)로 이루어지는 활성층과, AlGaAsP(AlGaAs)로 이루어지는 상하부 클래드층을 형성한 780nm대 반도체 레이저가 개시되어 있다. 또한 특허문헌 3에는, 활성층과 상하부 클래드층의 격자정수를 일치시키는 것이 개시되고 있다. 그러나, 어느 특허문헌에 기재된 반도체 레이저도, 릿지형 구조의 반도체 레이저나 2파장 레이저가 아니기 때문에, 상기의 문제를 가지지 않는다.
본 발명은, 상술 한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성해도, 편광각이 0에 가깝고, 편광비가 큰 릿지형 구조의 반도체 레이저를 얻는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 레이저는, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 순차 형성된, 하부 클래드층과, 활성층과, 상부 클래드층을 가지는 릿지형 구조의 반도체 레이저가 있어서, 활성층은 AlGaAs로 이루어지고, 하부 클래드층 및 상부 클래드층은, P의 조성비가 0보다 크고, 0.04이하의 AlGaAsP로 이루어진다. 본 발명의 그 밖의 특징은 이하에 명백하게 한다.
본 발명에 의해, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성해도, 편광각이 0에 가깝고, 편광비가 큰 릿지형 구조의 반도체 레이저를 얻을 수 있다.
(실시예 1)
도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 릿지형 구조의 780nm대 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다. 이 반도체 레이저에서는, 7°이상, 예를 들면 10°오프한 GaAs기판(11)위에, Al0 .5Ga0 .5As0 .98P0 .02로 이루어지는 하부 클래드층(12)과, Al0.1Ga0.9As로 이루어지는 활성층(13)과, Al0 .5Ga0 .5As0 .98P0 .02로 이루어지는 상부 클래드층(14)이 순서대로 형성되어 있다. 그리고, 상부 클래드층(14)위의 일부에 GaAs콘택층(15)이 형성되고, 그 밖의 부분이 절연막(16)으로 피복되고 있다. 또한, GaAs콘택층(15)위에 표면전극(17)이 형성되고, GaAs기판(11)아래에 이면전극(18)이 형성되어 있다.
여기에서, 상부 클래드층(14)의 상부의 일부(릿지부)를 남기고, 그 양측을 에칭으로 제거한 릿지형 구조로 하고 있다. 따라서, 릿지부의 양측에 있어서, 활성층(13)근방까지 상부 클래드층(14)이 제거되고 있으며, 그 위에 절연막(16)과 표면전극(17)이 형성되어 있다. 이 때문에, 활성층(13)에 스트레스가 걸리기 쉽다.
이에 대하여 본 실시예에서는, 활성층(13)은 AlGaAs로 이루어지고, 하부 클래드층(12) 및 상부 클래드층(14)은, P의 조성비가 0보다 크고 0.04이하의 AlGaAsP으로 이루어진다. 여기에서, 클래드층의 P조성비가 0보다 크기 때문에 격자정수차이에 의한 결정의 변형을 작게 할 수 있다. 이것에 대하여 설명하면 우선, GaAs에 대하여, AlGaAs는 Al조성이 커짐에 따라서 격자정수가 커진다. 그리고, P을 첨가하면 격자정수를 작게 할 수 있기 때문에, Al조성비가 큰 AlGaAs로 구성된 클래드층에 P을 첨가함으로써, Al조성비가 낮은 AlGaAs층으로 구성된 활성층과의 격자정수차이를 작게할 수 있다. 즉, 하부 클래드층(12)과 상부 클래드층(14)은, 활성층(13)과 격자정수가 거의 동일하게 되도록, 조성비가 조정되고 있다. 따라서, 활성층(13)에 걸리는 스트레스가 작아지므로, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성해도, 편광각이 0에 가깝고, 편광비가 큰 릿지형 구조의 반도체 레이저를 얻을 수 있다. 또한 P조성비가 0.04이하이기 때문에, 활성층에 걸리는 스트레스가 너무 커져 결정 결함이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다.
(실시예 2)
본 발명의 실시예 2에 따른 릿지형 구조의 780nm대 반도체 레이저에서는, 7°이상, 예를 들면 10°오프한 GaAs기판(11)위에, Al0 .5Ga0 .5As로 이루어지는 하부 클래드층(12)과, Al0 .1Ga0 .89In0 .01As로 이루어지는 활성층(13)과, Al0 .5Ga0 .5As로 이루어지는 상부 클래드층(14)이 순서대로 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 실시예 1과 같다.
본 실시예에서는, 활성층(13)은 In의 조성비가 0보다 크고 0.02이하의 AlGaInAs로 이루어지고, 하부 클래드층(12) 및 상부 클래드층(14)은 AlGaAs로 이루어진다. 여기에서, 활성층의 In조성비가 0보다 크기 때문에 격자정수차이에 의한 결정의 변형을 작게 할 수 있다. 이것에 대해 설명하면 우선, GaAs에 대하여, AlGaAs는 Al조성비가 커짐에 따라 격자정수가 약간 커진다. 그리고, Al조성비가 낮은 AlGaAs층으로 구성된 활성층에 대하여, In을 첨가하면 격자정수를 크게 할 수 있기 때문에, Al조성비가 큰 AlGaAs로 구성된 클래드층과의 격자정수차이를 작게 할 수 있다. 즉, 활성층(13)은, 하부 클래드층(12)과 상부 클래드층(14)과 격자정수가 거의 동일하게 되도록, 조성비가 조정되고 있다. 따라서, 활성층(13)에 걸리는 스트레스가 작아지므로, 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 형성해도, 편광각이 0에 가깝고, 편광비가 큰 릿지형 구조의 반도체 레이저를 얻을 수 있다. 또한 In조성비가 0.02이하이기 때문에, 활성층에 걸리는 스트레스가 너무 커지게 되어 결정 결함이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다.
(실시예 3)
도 2는, 본 발명의 실시예 3에 따른 멀티 빔 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다. 본 반도체 레이저는, 동일 기판 위에, 실시예 1 또는 2에 따른 반도체 레이저와, 이 반도체 레이저와 동일한 발광 파장을 가지는 다른 반도체 레이저가 형성된 것이다. 즉, 발광점이 2개 이상 있는 780nm대 멀티 빔 반도체 레이저이다. 이 경우에도, 실시예 1 또는 2와 동일한 효과를 나타낸다.
(실시예 4)
도 3은, 본 발명의 실시예 4에 따른 2파장 반도체 레이저를 나타내는 단면도인 상기 반도체 레이저는, 동일 기판 위에, 실시예 1 또는 2에 따른 반도체 레이저와, 이 반도체 레이저와 다른 발광 파장을 가지는 다른 반도체 레이저가 형성된 것이다. 즉, GaAs기판(11)위에, 실시예 1 또는 2에 따른 780nm대 반도체 레이저와, 650nm대 반도체 레이저가 형성된 2파장 반도체 레이저이다.
650nm대 반도체 레이저에서는, GaAs기판(11)위에, Al0 .35Ga0 .15In0 .5P으로 이루어지는 하부 클래드층(19)과, Ga0 .5In0 .5P으로 이루어지는 활성층(20)과, Al0.35Ga0.15In0.5P으로 이루어지는 상부 클래드층(21)이 순서대로 형성되어 있다. 그리고, 상부 클래드층(21)위의 일부에 GaAs콘택층(22)이 형성되고, 그 밖의 부분이 절연막(16)으로 피복되고 있다. 또한, GaAs콘택층(22)위에 표면전극(23)이 형성되어 있다.
본 실시예에 있어서도, 780nm대 반도체 레이저에서는, 활성층(13)의 격자정수와 하부 클래드층(12) 및 상부 클래드층(14)의 격자정수가 거의 같아지도록, 조 성비가 조정되어 있기 때문에, 실시예 1 또는 2와 같은 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 릿지형 구조의 780nm대 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3에 따른 멀티 빔 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 4에 따른 2파장 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 4는 종래의 릿지형 구조의 780nm대 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다.
도 5는 종래의 2파장 반도체 레이저를 나타내는 단면도이다.
[부호의 설명]
11 : 기판 12 : 하부 클래드층
13 : 활성층 14 : 상부 클래드층

Claims (3)

  1. 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 순차 형성된, 하부 클래드층과, 활성층과, 상부 클래드층을 가지는 릿지형 구조의 반도체 레이저에 있어서,
    상기 활성층은 AlGaAs로 이루어지고,
    상기 하부 클래드층 및 상기 상부 클래드층은, P의 조성비가 0보다 크고 0.04이하의 AlGaAsP로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  2. 7°이상 오프한 GaAs기판 위에 순차 형성된, 하부 클래드층과, 활성층과, 상부 클래드층을 가지는 릿지형 구조의 반도체 레이저에 있어서,
    상기 활성층은, In의 조성비가 0보다 크고 0.02이하의 AlGaInAs로 이루어지고,
    상기 하부 클래드층 및 상기 상부 클래드층은 AlGaAs로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
  3. 동일 기판 위에, 청구항 1 또는 2항에 기재된 반도체 레이저와, 이 반도체 레이저와 동일하거나 또는 다른 발광 파장을 가지는 다른 반도체 레이저가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저.
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