KR960002647B1 - The structure of semiconductor laser diode - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 반도체 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor laser diode.
제2도는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor laser diode of the present invention.
제3도는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor laser diode of the present invention.
제4도는 레이저 다이오드의 에너지 밴드 특성도.4 is an energy band characteristic diagram of a laser diode.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1,11 : 기판 2,12 : 버퍼층1,11 substrate 2,12 buffer layer
3,5,13,15 : 클래드층 4,14 : 활성층3,5,13,15 cladding layer 4,14 active layer
6,16 : 전류제한층 7,17 : 캡층6,16 current limiting layer 7,17 cap layer
8,9,18,19 : 금속전극 10,20 : 중간층8,9,18,19 metal electrode 10,20 intermediate layer
본 발명은 반도체 레이저 다이오드의 구조에 관한 것으로서, 특히 레이저 다이오드의 직렬저항성분을 낮추어 저전류에서 동작이 가능하도록 한 것에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a semiconductor laser diode, and more particularly, to lowering the series resistance component of the laser diode to enable operation at low current.
종래의 반도체 레이저 다이오드는 제1도와 같이 기판(11)위에 버퍼층(12)과 제1도전형 크래드층(13)과, 활성층(14)과, 제2전도형 클래드층(15)과 전류제한층(16)과 캡층(17)을 순차로 성장하고, 상기 기판(11)과 캡층(17)에 제1전도형 금속전극(18)과 제2전도형 금속전극(19)을 성장시켜서된 구조로 이루어졌다.In the conventional semiconductor laser diode, the buffer layer 12, the first conductive cladding layer 13, the active layer 14, the second conductive cladding layer 15, and the current limiting the substrate 11 on the substrate 11 as shown in FIG. The layer 16 and the cap layer 17 are sequentially grown, and the first conductive metal electrode 18 and the second conductive metal electrode 19 are grown on the substrate 11 and the cap layer 17. Was done.
상기와 같은 종래의 레이저 다이오드는 제2전도형 금속전극(19)으로부터 전류는 캡층(17)을 통해 전류제한층(16)에 의해서 좁은 영역으로 한정되어 단위면적당 높은 전류밀도로 제2전도형 클래드층(15)으로 유입되고, 이 전류는 활성층(14)에서 발광 재결합하고 제1전도형 클래드층(13)과 버퍼층(12)과 기판(11)을 통해 제1전도형 금속전극(18)으로 흘러나간다.In the conventional laser diode as described above, the current from the second conductive metal electrode 19 is limited to a narrow region by the current limiting layer 16 through the cap layer 17, and thus the second conductive clad has a high current density per unit area. The current flows into the layer 15, and the current is recombined in the active layer 14 to the first conductive metal electrode 18 through the first conductive cladding layer 13, the buffer layer 12, and the substrate 11. Flows out.
상기에서 활성층(14)의 에너지 갭의 크기는 양쪽 클래드층(13)(14)보다 작고, 굴절율은 크게하여 전자정공이 활성층에 모이게 되고, 발생한 빛은 굴절을 차에 의해 활성층(14)에 접속되어 발진개시 전류가 낮아지게 되는 것이다. 또한 버퍼층(12)은 기판(11)이 가지고 있는 결정결함 등을 완충하여 보다 양질의 결정층들을 얻도록 하였다.In the above, the size of the energy gap of the active layer 14 is smaller than that of both the cladding layers 13 and 14, the refractive index is large, and electron holes are collected in the active layer, and the generated light is connected to the active layer 14 by refraction. The oscillation start current is lowered. In addition, the buffer layer 12 buffers crystal defects and the like of the substrate 11 to obtain higher quality crystal layers.
그러나 상기와 같은 종래의 반도체 레이저 다이오드는 전류가 주입될때 캡층(17)과 제2클래드층(15) 또는 기판(11)(또는 버퍼층)과 제1클래드층(13)과의 에너지 갭 차이가 크다. 따라서 전류의 흐름이 에너지 밴드차에 의한 장벽을 느끼게 되어 저항성분이 발생하게 되므로 발열하게 되어 소자의 전기광학적 특성을 저하시키게 된다.However, such a conventional semiconductor laser diode has a large energy gap difference between the cap layer 17 and the second clad layer 15 or the substrate 11 (or the buffer layer) and the first clad layer 13 when a current is injected. . Therefore, the flow of current feels a barrier caused by the energy band difference, so that a resistance component is generated, thereby generating heat, thereby deteriorating the electro-optical characteristics of the device.
또한 에너지 밴드는 제4도와 캡층(17)과 클래드층(13,15)과, 크래드층(13,15)과 기판(11)의 계면에서 에너지 불연속 준위로 인한 스파이크 형태의 높은 장벽이 형성됨을 알 수 있다. 이 장벽으로 인하여 전자, 정공의 흐름이 제한되어 발열하는 저항성분이 기생하게 된다. 그러므로 동작전류가 높아져 발열하고 신뢰성을 저하시키며 발열에 의한 방출광의 파장변화 등 원하지 않는 현상들을 동반하게 된다.In addition, the energy band has a spike-like high barrier formed at the interface between the cap layer 17 and the cladding layers 13 and 15, the cladding layers 13 and 15, and the substrate 11. Able to know. Due to this barrier, the flow of electrons and holes is restricted and parasitic resistance components generate heat. Therefore, the operating current is increased to generate heat and to decrease the reliability and to accompany unwanted phenomena such as change in wavelength of emitted light by heat.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자, 클래드층과 전류제한층 사이에 중간층을 삽입시켜서 직렬저항성분을 낮추어 저전류에서 동작이 가능하도록 한 것에 목적을 둔 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to reduce the series resistance component by inserting an intermediate layer between the cladding layer and the current limiting layer to enable operation at low current.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명은 기판 위에, 버퍼층과 제1전도형 클래드층과 활성층과, 제2전도형 클래드층 위에 클래드층의 에너지 갭이 작고 캡층보다는 에너지캡이 큰 단층 또는 다층의 중간층을 성장한다.According to the present invention having the above object, a single layer or a multi-layer intermediate layer having a small energy gap and a larger energy cap than a cap layer of a buffer layer, a first conductive clad layer, an active layer, and a second conductive clad layer is formed on the substrate. To grow.
그리고 중간충 위에 전류제한층과, 캡층을 성장한 다음 상기 기판과 캡층에 제1 및 제2전도형 금속전극을 증착하여서 된 것이다.The current limiting layer and the cap layer are grown on the intermediate layer, and then the first and second conductive metal electrodes are deposited on the substrate and the cap layer.
이들 첨부도면 제2도에 따라서 상세히 설명하기로 하겠다.2 will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
기판(1) 위에 버퍼층(2)과, 제1전도형 클래드층(3)과, 활성층(4)과, 제2전도형 클래드층(5)을 성장시킨다. 상기 제2전도형 클래드층(5) 위에 제1중간층(10)과 제2중간층(20)을 성장시킨 다음 전류제한층(6)과 캡층(7)을 성장시킨다.The buffer layer 2, the first conductive cladding layer 3, the active layer 4, and the second conductive cladding layer 5 are grown on the substrate 1. The first intermediate layer 10 and the second intermediate layer 20 are grown on the second conductive clad layer 5, and then the current limiting layer 6 and the cap layer 7 are grown.
그리고 상기 기판(1)에 제1전도형 금속전극(8)을 증착하고 캡층(7)에 제2전도형 금속전극(9)을 증착한다.The first conductive metal electrode 8 is deposited on the substrate 1, and the second conductive metal electrode 9 is deposited on the cap layer 7.
상기에서 중간층(10)(20)은 클래드층(5)보다는 에너지 갭이 크고 캡층(7)보다는 에너지 갭이 적게 한 것이다.In the above, the intermediate layers 10 and 20 have a larger energy gap than the clad layer 5 and a smaller energy gap than the cap layer 7.
제3도는 상기와 같이 제조된 반도체 레이저 다이오드의 전체를 나타낸 사시도이다.3 is a perspective view showing the whole of the semiconductor laser diode manufactured as described above.
제4도는 레이저 다이오드의 에너지 밴드 특성을 나타낸 것이다.4 shows energy band characteristics of a laser diode.
미설명 부호 L은 도선을 나타낸 것이다.Reference numeral L denotes a conductor.
상기와 같이 제조된 본 발명의 레이저 다이오드의 작용효과를 설명하기로 하겠다.The working effect of the laser diode of the present invention prepared as described above will be described.
도선(L)을 통해 금속전극(9)으로 유입된 전류는 캡층(7)과 제2 및 제1중간층(20)(10) 및 제2전도형 클래드층(5)을 통해서 활성층(4)에서 발광하여 재결합을 하고, 제1전도형 클래드층(3)과 버퍼층(2) 및 기판(1)을 거쳐 제1전도형 금속전극(8)으로 흘러나간다.The current flowing into the metal electrode 9 through the conductive line L is transferred from the active layer 4 through the cap layer 7, the second and first intermediate layers 20 and 10, and the second conductive clad layer 5. The light is recombined and flows through the first conductive clad layer 3, the buffer layer 2, and the substrate 1 to the first conductive metal electrode 8.
상기에서 제1 및 제2중간층(10)(20)의 역활은 전류가 캡층(7)에서 제2전도형 클래드층(5)으로 흐르거나 또는 기판(1)에서 제1전도형 클래드층(3)으로 흘러 들어갈때 에너지 밴드 불연속 준위로 인하여 발생하는 장벽을 줄여주므로서 전류의 흐름을 원활하게 하여 주게 된다.The role of the first and second intermediate layers 10 and 20 in this case is that current flows from the cap layer 7 to the second conductive cladding layer 5 or from the substrate 1 to the first conductive cladding layer 3. As it reduces the barrier caused by the energy band discontinuity level, the current flows smoothly.
제4도는 에너지 밴드캡이 서로 다른 두 층의 경계면에서 생기는 장벽의 나타낸 에너지 밴드의 변화도로서, 에너지 밴드 갭이 작은 물질인 캡층(7) 또는 기판(1)으로부터 에너지 밴드 갭이 큰 물질인 클래드층(3,5)으로 전류가 흘러갈때 경계면에서 스파이크( Spike)형 장벽을 만나게 된다. 이 스파이크형 장벽은 전류의 흐름을 방해하고 저항성분을 나타내어 발열하게 된다.4 is a diagram showing the change in the energy band of the barrier formed at the interface between two layers having different energy band caps, and the clad material having a large energy band gap from the cap layer 7 or the substrate 1, which is a material having a small energy band gap. When current flows into layers 3 and 5, a spike-like barrier is encountered at the interface. This spiked barrier hinders the flow of current and exhibits resistive components that generate heat.
이 스파이크형 장벽을 두 물질의 에너지 갭의 차이에 비례하므로 경계면에 두 물질의 중간정도의 에너지 갭을 가지는 제1 및 제2중간층(10)(20)을 본 발명에서는 삽입하였으므로 스파이크형은 급격하게 줄어들어 전류의 흐름이 원활하게 할 수 있게 된다.Since the spike barrier is proportional to the difference between the energy gaps of the two materials, the spike type is abruptly because the first and second intermediate layers 10 and 20 having an intermediate energy gap between the two materials are inserted in the present invention. This reduces the current flow smoothly.
이와같이 본 발명의 반도체 레이저 다이오드는 중간층을 삽입시켜서 직렬저항 성분을 줄이므로서 저전류동작이 가능하도록 하여 동작 중 발열을 감소시켜 고출력을 얻을 수 있게 하고 에너지 밴드 갭 차이의 스파이크 장벽을 줄여서 전류의 흐름을 원활하게 할 수 있으므로서, 저전류동작과 신뢰도가 높은 레이저 다이오드 소자를 제공할 수 있게 된 것다.As described above, the semiconductor laser diode of the present invention enables low current operation by inserting an intermediate layer to reduce the series resistance component, thereby reducing heat generation during operation to obtain high output, and reducing current spike barriers of energy band gap differences. This makes it possible to provide a laser diode device with low current operation and high reliability.
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