KR950002207B1

KR950002207B1 - Semiconductor laser diode

Info

Publication number: KR950002207B1
Application number: KR1019920005614A
Authority: KR
Inventors: 노민수; 김은진
Original assignee: 주식회사금성사; 이헌조
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1995-03-14
Also published as: KR930022644A

Abstract

The fabricating method of the semiconductor laser diode of buried hetero mesa structure has the first process building the mesa structure on the first conductor substrate (1) by etching process; the second step forming the current limiting layer (10) on the first conductor substrate (1); the third step forming the clyde layer on the first conductor substrate (4); the fourth process forming the activating layer by separating the ridge of the clyde layer (4) of the first conductor layer and the clyde layer (3); on the current limiting layer (10); the fifth process forming the clad layer of the second conductor layer and the cap layer (7) of the second conductor; the final step forming the contacts (8,9) to the first conductor and the second conductor.

Description

Semiconductor laser diode

제 1 도는 종래의 반도체 레이저 다이오드 공정단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor laser diode process.

제 2 도는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 공정단면도.2 is a cross-sectional view of a semiconductor laser diode process of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 기판 2,4 : 클래드층1 substrate 2,4 cladding layer

3,3a : 활성층 5 : SiO₂ 3,3a: active layer 5: SiO ₂

7 : 캡층 8,9 : 전극7 cap layer 8,9 electrode

10 : 전류제한층10: current limiting layer

본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로 특히 전류제한층을 갖는 두 계단형의 베리드 헤테로 구조(2-step Buired Hetero Structure)에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor laser diodes, and more particularly, to a two-step buired heterostructure having a current confined layer.

일반적인 더블 헤테로(Double Hetero)구조의 반도체 레이저 다이오드는 활성층 상하 방향으로 활성층보다 굴절율이 작은 물질을 두어 강한 인덱스 가이딩(ind-ex guiding)효과를 볼수있지만 활성층의 수평방향으로는 굴절율에 변화가 없어 단지 게인 가이딩(gain guiding)에 의해서만 광이 구속되므로 광이 수평방향으로 넓게 퍼지게되어 반도체 레이저의 특성을 저하시키게 되었다.In general, a double hetero semiconductor semiconductor laser diode has a material having a smaller refractive index than the active layer in the up and down direction of the active layer, so that a strong index guiding effect can be observed, but there is no change in the refractive index in the horizontal direction of the active layer. Since light is constrained only by gain guiding, the light spreads widely in the horizontal direction, thereby degrading the characteristics of the semiconductor laser.

이러한 이유로 활성층의 수평방향으로도 인덱스 차를 주려는 시도가 있었으며 그 대표적인 반도체 레이저 다이오드가 베리드 헤테로 구조의 반도체 레이저 다이오드이다.For this reason, there have been attempts to give an index difference in the horizontal direction of the active layer, and a representative semiconductor laser diode is a buried hetero structure semiconductor laser diode.

상기와 같은 종래의 반도체 레이저 다이오드를 첨부된 제 1 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the conventional semiconductor laser diode as described above with reference to Figure 1 as follows.

제 1 도는 종래의 반도체 다이오드의 공정을 나타낸 것으로써, 제 1 도a와 같은 p⁺GaAs기판(1)위에 p형 Al_0.45Ga_0.55As클래드층(2)과 Al_0.14Ga_0.86As활성층(3), n형 Al_0.45Ga_0.55As클래드층(4)을 차례로 형성한다.FIG. 1 shows a conventional semiconductor diode process, in which a p-type Al _0.45 Ga _0.55 As clad layer 2 and an Al _0.14 Ga _0.86 As active layer 3 are formed on a p ⁺ GaAs substrate 1 as shown in FIG. , an n-type Al _0.45 Ga _0.55 As clad layer 4 is formed in this order.

제 1 도 b와 같이 클래드층(4)위에 SiO₂막(5)을 형성하고 SiO₂막(5)을 마스크로 상기 클래드층(2)의 소정의 깊이까지 경사 에칭하여 메사(mesa)구조를 형성한다.As shown in FIG. 1B, a SiO ₂ film 5 is formed on the cladding layer 4, and a mesa structure is formed by inclining etching to a predetermined depth of the cladding layer _{2 using} the SiO ₂ film 5 as a mask. Form.

그리고 제 1 도 c와 같이 SiO₂막(5)을 HF용액으로 제거한후 제 1 도 d와 같이 재차 n형 Al_0.45Ga_0.55As클래드층(6)을 전면에 두껍게 증착하고 그위에 n⁺형 GaAs캡층(7)을 형성한 다음 제 1 도 e와 같이 캡층(7)위와 기판(1)아래에 각각 n형 전극(8)과 p형 전극(1)을 형성하여 반도체 레이저 다이오드를 완성한다.And FIG. 1 after removal of the SiO ₂ film 5 as shown in c in HF solution, a first road again, the n-type, such as d Al _0.45 Ga _0.55 As cladding layer 6, the thick deposited on the front, and that on the n ⁺ type GaAs After the cap layer 7 is formed, an n-type electrode 8 and a p-type electrode 1 are formed on the cap layer 7 and the substrate 1, respectively, as shown in FIG. 1E, thereby completing a semiconductor laser diode.

이와같은 종래의 베리드 헤테로 구조의 반도체 레이저 다이오드는 다음과 같이 동작한다.Such a conventional buried heterostructure semiconductor laser diode operates as follows.

n형 전극(9)으로 주입된 전자는 활성층(3)에서 p형 전극(8)으로 주입된 전공과 만나 전자-전공쌍을 만들어 빛을 발생한다.Electrons injected into the n-type electrode 9 meet electrons injected from the active layer 3 into the p-type electrode 8 to generate electron-electron pairs to generate light.

발생된 빛은 활성층(3)의 굴절율(na)이 활성층(3)상하 클래드층(2,4)의 굴절율(n1,n4)과 활성층(3)의 수평방향 부위의 클래드층(6) 및 굴절율(n2,n3)보다 커서 활성층(3)의 수평폭(S)내에 구속(confinement)되어 활성층 수평방향으로도 강한 인덱스 가이딩 효과가 나타난다.The generated light has a refractive index (na) of the active layer (3), the refractive index (n1, n4) of the upper and lower cladding layers (2, 4) of the active layer (3) and the cladding layer (6) and the refractive index of the horizontal portion of the active layer (3) It is larger than (n2, n3) and constrained in the horizontal width S of the active layer 3, so that a strong index guiding effect appears in the active layer horizontal direction.

그러나 이와같은 종래의 베리드 헤테로 구조의 반도체 레이저 다이오드에 있어서는 더블 헤테로 구조인 n형 클래드층(4), 활성층(3), p형 클래드층(2)이 식각중 또는 식각후 공기중에 노출되므로 알루미늄(Al)성분이 산화되어 활성층을 퇴화시키므로 베리드 리지(Buried Ridge)반도체 레이저의 강한 인덱스 가이딩 효과에도 불구하고 장시간 동작할수 없을뿐만 아니라 상용화하기 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional buried heterostructure semiconductor laser diode, since the n-type cladding layer 4, the active layer 3, and the p-type cladding layer 2, which are double heterostructures, are exposed to air during etching or after etching, aluminum Since the (Al) component is oxidized to degenerate the active layer, despite the strong index guiding effect of the buried ridge semiconductor laser, it is difficult to operate for a long time and is difficult to commercialize.

본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 활성층을 굴절율이 작은 클래드층으로 완전히 감싸 강력한 인덱스 가이딩 효과를 얻고, 클래드층과 활성층의 산화를 방지하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to completely wrap the active layer in a cladding layer having a small refractive index to obtain a strong index guiding effect, and to prevent oxidation of the cladding layer and the active layer.

이와같은 목적으로 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention for achieving this purpose are as follows.

제 2 도는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 공정단면도를 나타낸 것으로서, 제 2 도a와 같이 n⁺형 GaAs기판(1)위에 SiO막(5)을 증착하고 패터닝하여 SiO막(5)을 마스크로 n⁺형 GaAs기판(1)의 소정의 깊이까지 경사 에칭하여 메사(mesa)형을 형성한 다음 제 2 도 b와 같이 식각된 n⁺형 GaAs기판(1)위에 소정의 두께로 전류제한층(10)을 형성한다.2 shows a process cross-sectional view of a semiconductor laser diode of the present invention. As shown in FIG. 2A, a SiO film 5 is deposited and patterned on an n ⁺ type GaAs substrate 1, and the SiO film 5 is masked as n. ^A mesa type is formed by inclined etching to a predetermined depth of the ⁺ type GaAs substrate 1, and then a current limiting layer 10 is formed on the n ⁺ type GaAs substrate 1 etched as shown in FIG. ).

그리고 제 2 도 c와 같이 SiO막(5)을 HF용액으로 제거하고 전면에 n형 Al_0.45Ga_0.55As클래드층(4)을 형성한 다음 그위에 제 2 도 d와 같이 활성층(3,3a)을 리지(Rid-ge)부분과 그 외부분이 분리되도록 형성한후 리지위의 활성층(3a)이 강한 인덱스 가이딩을 할수있도록 p형 클래드층(2)으로 완전히 둘러쌓도록 p형 클래드층(2)을 형성하고 그위에 p⁺형 GaAs 캡층(7)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 2C, the SiO film 5 is removed with HF solution, and an n-type Al _0.45 Ga _0.55 As clad layer 4 is formed on the entire surface, and then the active layers 3 and 3a are formed as shown in FIG. The p-type cladding layer 2 is formed so that the ridge portion and the outer portion thereof are separated, and then the active layer 3a on the ridge is completely surrounded by the p-type cladding layer 2 to enable strong index guiding. ) And the p ⁺ type GaAs cap layer 7 is formed thereon.

이때 상기 클래드층(2,4), 활성층(3), 캡층(7)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Va-por Deposition)법으로 성장하여 형성한다.In this case, the clad layers 2 and 4, the active layer 3, and the cap layer 7 are formed by growing by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.

제 2 도 e와 같이 상기 p⁺형 GaAs 캡층(7)위와 n⁺형 GaAs기판(1) 아래부분에 각각 p형 전극(9)과 n형 전극(8)을 형성하여 본 발명의 반도체 레이저 장치를 완성한다.2, the p-type electrode 9 and the n-type electrode 8 are formed on the p ⁺ type GaAs cap layer 7 and below the n ⁺ type GaAs substrate 1, respectively, as shown in FIG. To complete.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 반도체 레이저 다이오드에 있어서는 n형 클래드층과 활성층 및 p형 클래드층등의 반도체 레이저 다이오드 형성 공정중에 공기에 노출되지 않으므로 산화됨을 방지하여 강한 인덱스 가이딩 효과와 장시간 동작할수있는 반도체 레이저를 얻을수있을 뿐만아니라 전류제한층을 형성함으로 캐리어를 구속(Carrier Confinement)하고 n형 클래드층을 두껍게하여 리지 부분의 n형 클래드층을 두껍게 만들면 리지위의 활성층의 폭(5)이 좁아져 원형빔을 얻을수 있는등의 효과가 있다.As described above, the semiconductor laser diode of the present invention is not exposed to air during the formation process of the semiconductor laser diode such as the n-type cladding layer, the active layer, and the p-type cladding layer. Not only can a semiconductor laser be obtained, but the carrier confinement by forming a current limiting layer and a thick n-type cladding layer to thicken the n-type cladding layer of the ridge portion results in a narrow width (5) of the active layer on the ridge. The effect is to get a circular beam.

Claims

Etching the first conductive substrate to form a mesa structure, forming a current limiting layer on the bottom surface of the mesa structure, forming a clad layer of the first conductive type on the entire surface, and the first conductivity. Forming an active layer on the ridge portion of the cladding layer of the type and the cladding layer above the current limiting layer, and forming a cladding layer of the second conductivity type and a capping layer of the second conductivity type on the front surface; And forming a second conductive electrode and a first conductive electrode on the cap layer and the substrate, respectively.

The method of manufacturing a semiconductor laser diode according to claim 1, wherein the process of forming the first conductive clad layer, the active layer, the second conductive clad layer, and the second conductive cap layer is performed by MOCVD.