KR20190088803A - 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 레이저 장치는, 기판 상에 형성되어 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩, 상기 제1 클래딩 상에 형성된 광 도파로, 상기 광 도파로 상에 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴, 제1 분리 제한 헤테로(SCH) 패턴, 제1 액티브 패턴, 제2 SCH 패턴, 제2 클래딩, 및 제2 콘택 패턴, 및 상기 제1 및 제2 콘택 패턴들 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극들을 포함할 수 있다.

Description

반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
SOI 기판 상에 LD 소자를 구현하는 경우, 실리콘 산화막에 의해 상기 LD 소자에서 발생한 열이 기판으로 잘 빠져 나가지 못하여, 상기 LD 소자의 열화가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 우수한 특성을 갖는 반도체 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 특성을 갖는 반도체 레이저 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 레이저 장치는, 기판 상에 형성되어 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩, 상기 제1 클래딩 상에 형성된 광 도파로, 상기 광 도파로 상에 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴, 제1 분리 제한 헤테로(SCH) 패턴, 제1 액티브 패턴, 제2 SCH 패턴, 제2 클래딩, 및 제2 콘택 패턴, 및 상기 제1 및 제2 콘택 패턴들 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 레이저 장치는, 기판 상에 형성되어 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩, 상기 제1 클래딩 상에 각각 형성되어, 실리콘(Si) 및 티타늄 산화물(TiO2)을 각각 포함하는 제1 및 제2 광 도파로들, 상기 제1 및 제2 광 도파로들 상에 각각 형성된 제1 및 제2 반도체 레이저 광원 구조물들, 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물에 연결된 제1 및 제2 전극들, 및 상기 제2 반도체 레이저 광원 구조물에 연결된 제3 및 제4 전극들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 레이저 장치 제조 방법에서, 제1 기판 상에 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩을 형성하고, 상기 제1 클래딩 상에 광 도파로를 형성하고, 상기 광 도파로 상에 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴, 제1 SCH 패턴, 액티브 패턴, 제2 SCH 패턴, 제2 클래딩, 및 제2 콘택 패턴을 형성하고, 그리고 상기 제1 및 제2 콘택 패턴들 상에 제1 및 제2 전극들을 각각 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 레이저 장치에서, 기판 상에 형성된 광 도파로의 저면을 커버하는 클래딩이 열 전도도가 높은 물질, 즉 갈륨 질화물(GaN)을 포함하고 있으므로, 반도체 레이저 광원 구조물에서 발생하는 열을 상기 기판으로 효과적으로 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 레이저 장치는 열에 의한 특성 열화가 개선될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 제1 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 예시적인 실시예들에 따른 제1 반도체 레이저 장치를 제조하는 방법의 단계들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 제2 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 제3 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 제4 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 제1 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 반도체 레이저 장치는 제1 기판(100) 상에 순차적으로 적층된 제1 클래딩(cladding)(110), 제1 광 도파로(125), 및 제1 반도체 레이저 광원 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 반도체 레이저 장치는 제1 광 도파로(125)의 양 측벽을 커버하는 제2 클래딩(130), 제1 광 도파로(125) 및 제2 클래딩(130)을 수용하는 제2 기판(120), 및 제1 및 제2 전극들(272, 274)을 더 포함할 수 있다.
제1 기판(100)은 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 반도체 기판일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 기판(100)은 (111) 결정면을 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 제1 기판(100)에는 예를 들어, p형 혹은 n형 불순물이 도핑될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 클래딩(110)은 실리콘(Si)보다 굴절률이 낮으며, 실리콘 산화물(SiO2)보다 열전도도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 클래딩(110)은 예를 들어, 단결정 갈륨 질화물(GaN)을 포함할 수 있다. 경우에 따라서, 제1 클래딩(110)에는 예를 들어, 탄소(C)나 철(Fe) 등이 도핑되어 절연성을 가질 수도 있다.
제2 기판(120)은 제1 클래딩(110) 상면에 본딩될 수 있다. 제2 기판(120)은 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 반도체 기판일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제2 기판(120)은 (100) 결정면을 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 제2 기판(120)은 (111) 결정면을 갖는 실리콘 기판일 수도 있다.
제1 광 도파로(125)는 제2 기판(120)에 수용될 수 있다. 즉, 제1 광 도파로(125)는 제1 클래딩(110) 상면에 형성될 수 있으며, 제1 기판(100) 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 제1 광 도파로(125)는 제2 기판(120)의 일부를 식각하여 형성되는 것으로서, 제2 기판(120)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 광 도파로(125)는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 반도체 물질, 예를 들어 (100) 결정면을 갖는 실리콘을 포함할 수 있다.
제2 클래딩(130)은 제2 기판(120)에 수용되어 제1 광 도파로(125)의 양 측벽들을 커버할 수 있다. 즉, 제2 클래딩(130)은 제1 클래딩(110) 상면에 형성되어 제1 기판(100) 상면에 평행하면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로의 제1 광 도파로(125)의 양 측벽들을 커버할 수 있다. 제2 클래딩(130)은 제1 광 도파로(125)가 포함하는 실리콘(Si)에 비해 작은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2) 혹은 실리콘 질화물(SiN)을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 제2 클래딩(130)은 에어(air)를 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물은 이른 바, 분리 제한 헤테로구조물(Separate Confinement Heterostructure: SCH) 레이저 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물은 제1 광 도파로(125) 및 제2 클래딩(130)을 수용하는 제2 기판(120) 상에 순차적으로 적층되고 각각 III-V 족 물질을 포함하는 제1 콘택 패턴(262), 제1 SCH 패턴(252), 제1 액티브 패턴(242), 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212)을 포함할 수 있다.
제1 콘택 패턴(262)은 예를 들어, n형 불순물이 도핑된 인듐 인화물(InP)을 포함할 수 있다. 제1 콘택 패턴(262)은 그 상부에 적층된 제1 SCH 패턴(252), 제1 액티브 패턴(242), 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212)을 포함하는 제1 구조물보다 상기 제2 방향으로의 폭이 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 콘택 패턴(262) 및 상기 제1 구조물은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다.
제1 및 제2 SCH 패턴들(252, 232)은 제1 액티브 패턴(242)보다는 굴절률이 작고 제3 클래딩(222)보다는 굴절률이 큰 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 SCH 패턴들(252, 232)은 각각 n형 및 p형 불순물들이 도핑된 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 SCH 패턴(252)은 예를 들어, n형 불순물이 도핑된 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함할 수 있고, 제1 액티브 패턴(242)은 예를 들어, 불순물이 도핑되지 않은 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함할 수 있으며, 제2 SCH 패턴(232)은 예를 들어, p형 불순물이 도핑된 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함할 수 있다.
한편, 제3 클래딩(222)은 예를 들어, p형 불순물이 도핑된 인듐 인화물(InP)을 포함할 수 있고, 제2 콘택 패턴(212)은 예를 들어, p형 불순물이 도핑된 인듐갈륨 비화물(InGaAs)을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물은 이중 헤테로구조물 레이저, 양자 우물(Quantum Well: QW) 레이저, 양자 캐스케이드(cascade) 레이저, 인터밴드(interband) 캐스케이드 레이저, 분산 브래그 리플렉터(Distributed Bragg Reflector: DBR) 레이저 등과 같은 구조를 가질 수도 있다.
제1 및 제2 전극들(272, 274)은 제1 및 제2 콘택 패턴들(262, 212) 상에 각각 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 전극(272)은 상기 제1 구조물로부터 상기 제2 방향으로 이격되도록 형성될 수 있으며, 제2 전극(274)은 제1 광 도파로(125)와 제1 기판(100) 상면에 수직한 수직 방향으로 오버랩되면서 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다. 각 제1 및 제2 전극들(272, 274)은 예를 들어, 금속, 금속 질화물 등의 도전 물질을 포함할 수 있다.
제1 전류 차단 영역(280)은 상기 제1 구조물 중에서 양성자들(protons)이 도핑된 영역일 수 있으며, 제1 및 제2 전극들(272, 274)에 의해 인가되는 전류의 경로를 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 전류 차단 영역(280)은 제1 액티브 패턴(242)의 상부, 제2 SCH 패턴(232), 및 제3 클래딩(222) 내부에 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 전류 차단 영역(280)은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있으며, 상기 수직 방향을 따라 제1 광 도파로(125)와 오버랩되지 않을 수 있다.
상기 제1 반도체 레이저 장치에서, 제1 및 제2 전극들(272, 274)에 전압이 인가됨으로써 이들 사이의 구조물들, 즉 제1 콘택 패턴(262), 제1 SCH 패턴(252), 제1 액티브 패턴(242), 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212) 사이에 전류가 발생할 수 있으며, 상기 전류의 경로는 제1 전류 차단 영역(280)에 의해 제1 광 도파로(125)와 수직 방향으로 오버랩되는 제1 액티브 패턴(242), 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212) 부분으로 한정될 수 있다.
상기 전류에 의해, n형 불순물들이 도핑된 제1 콘택 패턴(262) 및 제1 SCH 패턴(252)과, p형 불순물들이 도핑된 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212) 사이에 형성된 제1 액티브 패턴(242) 내에서 전자와 정공이 결합하여 레이저를 생성할 수 있으며, 상기 생성된 레이저는 하부의 제1 광 도파로(125)로 이동할 수 있다. 제1 광 도파로(125)는 이의 양 측벽들을 커버하는 제2 클래딩(130)이나 이의 저면을 커버하는 제1 클래딩(110)보다 큰 굴절률을 갖는 물질을 포함하고 있으므로, 상기 생성된 레이저는 제1 광 도파로(125)에 의해 가이드 되어, 이의 연장 방향인 상기 제1 방향을 따라 이동할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 클래딩(110)은 열 전도도가 높은 물질, 즉 갈륨 질화물(GaN)을 포함하고 있으므로, 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물에서 발생하는 열을 제1 기판(100)으로 효과적으로 방출할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 반도체 레이저 장치는 종래 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판 상에 구현된 반도체 레이저 장치에 비해, 열에 의한 특성 열화가 개선될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 예시적인 실시예들에 따른 제1 반도체 레이저 장치를 제조하는 방법의 단계들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(100) 상에 제1 클래딩(110) 및 제2 기판(120)을 순차적으로 적층할 수 있다.
제1 기판(100)은 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 반도체 기판일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 기판(100)은 (111) 결정면을 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 제1 기판(100)에는 예를 들어, p형 혹은 n형 불순물을 도핑할 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 클래딩(110)은 실리콘(Si)보다 굴절률이 낮고, 실리콘 산화물(SiO2)보다 열전도도가 높은 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 클래딩(110)은 예를 들어, 단결정 갈륨 질화물(GaN)을 포함하도록 형성할 수 있다. 제1 클래딩(110)은 예를 들어, 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD) 공정을 통해 제1 기판(100) 상에 형성될 수 있다.
제2 기판(120)은 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등과 같은 반도체 기판일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제2 기판(120)은 (100) 결정면을 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 제2 기판(120)은 (111) 결정면을 갖는 실리콘 기판일 수도 있다.
제2 기판(120)은 제1 클래딩(110) 상에 본딩을 통해 형성될 수 있다. 제1 클래딩(110) 상에 제2 기판(120)을 본딩한 후, 제2 기판(120) 상부를 제거하여 두께를 감소시킬 수 있다. 제2 기판(120) 상부는 예를 들어, 식각 공정 혹은 그라인딩(grinding) 공정을 통해 제거될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 두께가 감소된 제2 기판(120)을 부분적으로 제거하여 제1 클래딩(110) 상면을 노출시키는 제1 개구를 형성할 수 있으며, 상기 제1 개구를 채우는 제2 클래딩(130)을 형성할 수 있다.
상기 제1 개구는 제2 기판(120) 상에 식각 마스크(도시되지 않음)를 형성한 후, 이를 사용하는 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 개구는 제1 기판(100) 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되도록 형성될 수 있으며, 제1 기판(100) 상면에 평행하면서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 서로 이격되는 2개의 제1 개구들이 형성될 수 있다.
상기 제1 개구들 사이에 잔류하는 제2 기판(120)의 부분은 제1 광 도파로(125)를 형성할 수 있으며, 제1 광 도파로(125)는 상기 제1 방향으로 연장되는 바(bar) 형상을 가질 수 있다.
이후, 제2 클래딩(130)은 상기 제1 개구를 채우는 제2 클래딩 막을 제2 기판(120) 상에 형성한 후, 제2 기판(120)의 상면이 노출될 때까지 상기 제2 클래딩 막을 평탄화함으로써 형성될 수 있다. 상기 평탄화 공정은 예를 들어, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정 및/또는 에치 백 공정을 포함할 수 있다.
제2 클래딩(130)은 제1 광 도파로(125)에 비해 작은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2) 혹은 실리콘 질화물(SiN)을 포함하도록 형성될 수 있다. 이와는 달리, 제2 클래딩(130)은 에어(air)를 포함하도록 형성될 수도 있으며, 이 경우 상기 제1 개구를 채우는 상기 제2 클래딩 막 형성 공정은 생략될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제3 기판(200) 상에 제2 콘택막(210), 제3 클래딩 막(220), 제2 SCH 막(230), 제1 액티브 막(240), 제1 SCH 막(250), 및 제1 콘택막(260)을 순차적으로 적층할 수 있다.
제3 기판(200)은 핸들링 기판으로서 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 물질이나, 예를 들어 유리(glass)와 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
제2 콘택막(210), 제3 클래딩 막(220), 제2 SCH 막(230), 제1 액티브 막(240), 제1 SCH 막(250), 및 제1 콘택막(260)은 각각 III-V 족 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 SCH 막들(250, 230)은 제1 액티브 막(240)보다는 굴절률이 작고 제3 클래딩 막(220)보다는 굴절률이 큰 물질을 포함할 수 있다. 또한, 제1 SCH 막(250) 및 제1 콘택막(260)은 n형 불순물이 도핑된 물질을 포함할 수 있으며, 제2 콘택막(210), 제3 클래딩 막(220), 및 제2 SCH 막(230)은 p형 불순물이 도핑된 물질을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제2 콘택막(210)은 예를 들어, p형 불순물이 도핑된 인듐갈륨 비화물(InGaAs)을 포함할 수 있고, 제3 클래딩 막(220)은 예를 들어, p형 불순물이 도핑된 인듐 인화물(InP)을 포함할 수 있으며, 제2 SCH 막(230)은 예를 들어, p형 불순물이 도핑된 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함할 수 있고, 제1 액티브 막(240)은 예를 들어, 불순물이 도핑되지 않은 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함할 수 있으며, 제1 SCH 막(250)은 n형 불순물이 도핑된 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함할 수 있고, 제1 콘택막(260)은 예를 들어, n형 불순물이 도핑된 인듐 인화물(InP)을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제3 기판(200)을 180도 뒤집은 후, 제1 콘택막(260)이 제1 광 도파로(125) 및 제2 클래딩(130)이 형성된 제2 기판(120) 상면과 접촉하도록 제3 기판(200)과 제2 기판(120)을 본딩할 수 있다.
이에 따라, 제2 기판(120) 상부에는 순차적으로 적층된 제1 콘택막(260), 제1 SCH 막(250), 제1 액티브 막(240), 제2 SCH 막(230), 제3 클래딩 막(220), 및 제2 콘택막(210)을 포함하는 제1 반도체 레이저 광원 구조물 막이 형성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제2 콘택막(210), 제3 클래딩 막(220), 제2 SCH 막(230), 제1 액티브 막(240), 및 제1 SCH 막(250)을 패터닝하여 각각 제2 콘택 패턴(212), 제3 클래딩(222), 제2 SCH 패턴(232), 제1 액티브 패턴(242), 및 제1 SCH 패턴(252)을 형성할 수 있으며, 한편 제1 콘택막(260) 역시 패터닝되어 제1 콘택 패턴(262)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제2 기판(120) 상에 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴(262), 제1 SCH 패턴(252), 제1 액티브 패턴(242), 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212)을 포함하는 제1 반도체 레이저 광원 구조물이 형성될 수 있다.
이때, 하부의 제1 콘택 패턴(262)은 제1 SCH 패턴(252), 제1 액티브 패턴(242), 제2 SCH 패턴(232), 제3 클래딩(222), 및 제2 콘택 패턴(212)을 포함하는 상부의 제1 구조물보다 상기 제2 방향으로의 폭이 더 클 수 있다. 제1 콘택 패턴(262) 및 상기 제1 구조물은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다.
이후, 제1 및 제2 콘택 패턴들(262, 212) 상에 제1 및 제2 전극들(272, 274)을 각각 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 전극(272)은 상기 제1 구조물로부터 상기 제2 방향으로 이격되도록 형성될 수 있으며, 제2 전극(274)은 제1 광 도파로(125)와 제1 기판(100) 상면에 수직한 수직 방향으로 오버랩되면서 상기 제1 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(272, 274)은 예를 들어, 금속, 금속 질화물 등을 포함하도록 형성될 수 있다.
이후, 이온 주입 공정을 통해 상기 제1 구조물에 양성자들(protons) 도핑함으로써, 상기 제1 반도체 레이저 장치를 완성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 양성자들은 제2 전극(274)를 이온 주입 마스크로 사용하여 상기 제1 구조물에 도핑될 수 있으며, 제2 콘택 패턴(212)을 통과하여 제1 액티브 패턴(242)의 일부까지 도핑될 수 있다. 이에 따라, 상기 양성자들은 제1 액티브 패턴(242)의 상부, 제2 SCH 패턴(232), 및 제3 클래딩(222) 내부에 도핑되어 제1 전류 차단 영역(280)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 전류 차단 영역(280)은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있으며, 상기 수직 방향을 따라 제1 광 도파로(125)와 오버랩되지 않을 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 제2 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 상기 제2 반도체 레이저 장치는 제2 액티브 패턴을 더 포함하는 것을 제외하고는, 도 1을 참조로 설명한 제1 반도체 레이저 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 상기 제2 반도체 레이저 장치는 제1 클래딩(110) 내에 형성된 제2 액티브 패턴(115)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제2 액티브 패턴(115)은 제1 클래딩(110)의 하부 및 상부 사이에 배치될 수 있다.
제2 액티브 패턴(115)은 예를 들어, 인듐갈륨 질화물(InGaN), 인듐알루미늄갈륨 질화물(InAlGaN), 알루미늄 질화물(AlN) 등을 포함할 수 있으며, QW에 준하는 매우 얇은 두께를 가질 수 있다.
제2 액티브 패턴(115)이 형성된 경우, 제1 기판(100) 하면에 별도의 제3 전극(도시되지 않음)이 더 형성될 수 있으며, 상기 제3 전극과 제1 전극(272) 사이에서 발생하는 전류에 의해, 제1 액티브 패턴(242)에서와 유사하게 제2 액티브 패턴(115)에서도 레이저가 생성될 수 있다. 상기 생성된 레이저는 상부의 제1 광 도파로(125)로 이동할 수 있으며, 제1 광 도파로(125)의 연장 방향을 따라 가이드 되어 상기 제1 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 제2 액티브 패턴(115)은 제1 액티브 패턴(242)에서 생성된 레이저를 변조시키는 일종의 변조기(modulator) 역할을 수행할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 제3 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 상기 제3 반도체 레이저 장치는 제1 광 도파로 대신에 제2 광 도파로를 포함하는 것을 제외하고는, 도 1을 참조로 설명한 제1 반도체 레이저 장치와 실질적으로 동일하거나 유사하다.
도 7을 참조하면, 상기 제3 반도체 레이저 장치는 제1 기판(100) 상에 순차적으로 적층된 제1 클래딩(110), 제2 광 도파로(290), 및 제2 반도체 레이저 광원 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제3 반도체 레이저 장치는 제2 광 도파로(290)의 양 측벽을 커버하는 제2 클래딩(130), 제2 광 도파로(290) 및 제2 클래딩(130)을 수용하는 제2 기판(120), 및 제4 및 제5 전극들(276, 278)을 더 포함할 수 있다.
제2 광 도파로(290)는 저면이 제1 클래딩(110)에 의해 커버될 수 있으며, 상기 제2 방향으로의 양 측벽들은 제2 클래딩(130)에 의해 커버될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제2 광 도파로(290)는 티타늄 산화물(TiO2)을 포함할 수 있다. 제2 광 도파로(290)가 포함하는 티타늄 산화물은 제1 광 도파로(125)가 포함하는 실리콘에 비해서 단파장 영역에서 광의 흡수 계수가 낮으므로 광 손실 없이 효과적으로 광 도파로 역할을 수행할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 제1 광 도파로(125)는 예를 들어, 1100nm 내지 1600nm의 장파장 영역에서 사용할 수 있으며, 도 7에 도시된 제2 광 도파로(290)는 예를 들어, 300nm 내지 500nm의 단파장 영역에서 사용될 수 있다.
한편, 제2 광 도파로(290)를 포함하는 상기 제3 반도체 레이저 장치는 제1 클래딩(110)이 갈륨 질화물 대신에, 예를 들어 종래 SOI 기판에서 사용되는 실리콘 산화물을 포함할 수도 있다.
상기 제2 반도체 레이저 광원 구조물은 도 1에 도시된 제1 반도체 레이저 광원 구조물과 동일하게, SCH 레이저 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 반도체 레이저 광원 구조물은 제2 광 도파로(290) 및 제2 클래딩(130)을 수용하는 제2 기판(120) 상에 순차적으로 적층되고 각각 III-V 족 물질을 포함하는 제3 콘택 패턴(264), 제3 SCH 패턴(254), 제3 액티브 패턴(244), 제4 SCH 패턴(234), 제4 클래딩(224), 및 제4 콘택 패턴(214)을 포함할 수 있으며, 제3 액티브 패턴(244)의 상부, 제4 SCH 패턴(234), 및 제4 클래딩(224) 내부에는 제2 전류 차단 영역(285)이 형성될 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 제4 반도체 레이저 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 상기 제4 반도체 레이저 장치는 제1 기판 및 제1 클래딩 상에 도 1을 참조로 설명한 제1 반도체 레이저 장치와 도 7을 참조로 설명한 제3 반도체 레이저 장치가 함께 집적된 것이다. 이에 따라, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 상기 제4 반도체 레이저 장치는 제1 및 제2 영역들(I, II)을 포함하는 제1 기판(100) 상에 순차적으로 적층된 제1 클래딩(110) 및 제2 기판(120)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 반도체 레이저 장치는 제1 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 순차적으로 적층된 제1 광 도파로(125) 및 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물, 제2 기판(120) 내에 수용되어 제1 광 도파로(125)의 양 측벽을 커버하는 제2 클래딩(130), 및 제1 및 제2 전극들(272, 274)을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제4 반도체 레이저 장치는 제1 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 순차적으로 적층된 제2 광 도파로(290) 및 상기 제2 반도체 레이저 광원 구조물, 제2 기판(120) 내에 수용되어 제2 광 도파로(290)의 양 측벽을 커버하는 제2 클래딩(130), 및 제4 및 제5 전극들(276, 278)을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 동일한 제1 기판(100) 상에 제1 및 제2 광 도파로들(125, 290), 및 상기 제1 및 제2 반도체 레이저 광원 구조물들이 형성되므로, 이들 사이의 절연성을 강화하기 위해서, 제1 클래딩(110)에는 탄소(C) 혹은 철(Fe)이 도핑될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제1 기판(100)의 제1 영역(I) 상에 형성된 제1 광 도파로(125)는 상대적으로 장파장 영역에서 광을 가이드 할 수 있으며, 제1 기판(100)의 제2 영역(II) 상에 형성된 제2 광 도파로(290)는 상대적으로 단파장 영역에서 광을 가이드 할 수 있다.
100, 120, 200: 제1 내지 제3 기판
110, 130, 222, 224: 제1 내지 제4 클래딩
242, 115, 244: 제1 내지 제3 액티브 패턴
252, 232, 254, 234: 제1 내지 제4 SCH 패턴
262, 212, 264, 214: 제1 내지 제4 콘택 패턴
272, 274: 제1 및 제2 전극 276, 278: 제4 및 제5 전극

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성되어 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩;
    상기 제1 클래딩 상에 형성된 광 도파로;
    상기 광 도파로 상에 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴, 제1 분리 제한 헤테로(SCH) 패턴, 제1 액티브 패턴, 제2 SCH 패턴, 제2 클래딩, 및 제2 콘택 패턴; 및
    상기 제1 및 제2 콘택 패턴들 상에 각각 형성된 제1 및 제2 전극들을 포함하는 반도체 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로는 티타늄 산화물(TiO2)을 포함하는 반도체 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 클래딩 내에 형성되어, 인듐갈륨 질화물(InGaN), 인듐갈륨알루미늄 질화물(InGaAlN) 혹은 알루미늄 질화물(AlN)을 포함하는 제2 액티브 패턴을 더 포함하는 반도체 레이저 장치.
  4. 제1항에 있어서, 각 상기 제1 SCH 패턴, 상기 제1 액티브 패턴, 및 상기 제2 SCH 패턴은 인듐갈륨알루미늄 비화물(InGaAlAs)을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 SCH 패턴들에는 각각 n형 불순물 및 p형 불순물이 도핑된 반도체 레이저 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 콘택 패턴, 상기 제2 클래딩, 및 상기 제2 콘택 패턴은 각각 n형 불순물이 도핑된 인듐 인화물(InP), p형 불순물이 도핑된 인듐 인화물(InP), 및 p형 불순물이 도핑된 인듐갈륨 비화물(InGaAs)을 포함하는 반도체 레이저 장치.
  6. 기판 상에 형성되어 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩;
    상기 제1 클래딩 상에 각각 형성되어, 실리콘(Si) 및 티타늄 산화물(TiO2)을 각각 포함하는 제1 및 제2 광 도파로들;
    상기 제1 및 제2 광 도파로들 상에 각각 형성된 제1 및 제2 반도체 레이저 광원 구조물들;
    상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물에 연결된 제1 및 제2 전극들; 및
    상기 제2 반도체 레이저 광원 구조물에 연결된 제3 및 제4 전극들을 포함하는 반도체 레이저 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저 광원 구조물은 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴, 제1 SCH 패턴, 제1 액티브 패턴, 제2 SCH 패턴, 제2 클래딩, 및 제2 콘택 패턴을 포함하고,
    상기 제2 반도체 레이저 광원 구조물은 순차적으로 적층된 제3 콘택 패턴, 제3 SCH 패턴, 제2 액티브 패턴, 제4 SCH 패턴, 제3 클래딩, 및 제4 콘택 패턴을 포함하는 반도체 레이저 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 클래딩에는 탄소(C) 혹은 철(Fe)이 도핑된 반도체 레이저 장치.
  9. 제1 기판 상에 갈륨 질화물(GaN)을 포함하는 제1 클래딩을 형성하고;
    상기 제1 클래딩 상에 광 도파로를 형성하고;
    상기 광 도파로 상에 순차적으로 적층된 제1 콘택 패턴, 제1 SCH 패턴, 액티브 패턴, 제2 SCH 패턴, 제2 클래딩, 및 제2 콘택 패턴을 형성하고; 그리고
    상기 제1 및 제2 콘택 패턴들 상에 제1 및 제2 전극들을 각각 형성하는 것을 포함하는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광 도파로를 형성하는 것은,
    상기 제1 클래딩 상에 실리콘을 포함하는 제2 기판을 본딩하고;
    상기 제2 기판의 두께를 감소시키고;
    감소된 두께를 갖는 상기 제2 기판의 일부를 제거하여 상기 제1 클래딩 상면을 노출시키는 홀을 형성하고; 그리고
    상기 홀을 매립하는 제3 클래딩을 형성하는 것을 포함하는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
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