KR101003970B1 - 굴절률 가둠식 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
굴절률 가둠식 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101003970B1 KR101003970B1 KR1020100046773A KR20100046773A KR101003970B1 KR 101003970 B1 KR101003970 B1 KR 101003970B1 KR 1020100046773 A KR1020100046773 A KR 1020100046773A KR 20100046773 A KR20100046773 A KR 20100046773A KR 101003970 B1 KR101003970 B1 KR 101003970B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- mixed
- active layer
- well
- ohmic contact
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 35
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 32
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Geometry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드는, 기판(11) 상에 하부 SCH층(12)과, 장벽층(13)과 우물층(14)이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층(15)과, 클래드층(16)과, 오옴 접촉층(17)이 순차적으로 적층되어 이루어지되, 레이저의 진행방향을 따라 상기 활성층의 양측 바깥쪽 영역이 우물층(14)과 장벽층(13)이 혼합되어 상기 활성층의 중앙영역보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층(22)을 이루는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 활성층의 중앙부에 비하여 양측 바깥영역의 굴절률이 더 낮아 굴절률 가둠형 구조를 취하기 때문에 주입캐리어의 효율이 향상되고 저전류 동작이 가능해지며 최대 광출력이 높아진다. 또한 활성층 도파로의 광가둠 효과가 효율적으로 일어나서 출사빔의 형태가 퍼지지 않고 모아지게 되어 수평방향의 출사빔의 각도가 줄어들어 광결합 효율이 증가하게 되며, 활성층 영역을 도파하는 광이 굴절률 차에 의해 효율적으로 가두어지게 되므로 누설광이 감소하여서 낮은 발진임계전류 및 낮은 동작 전류를 갖는다. 그리고, 출사빔의 흔들림 현상이 현저히 감소되므로 안정된 고출력 동작을 한다.
Description
본 발명은 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 스프라이프형 반도체 레이저 다이오드에서 다중양자우물 구조의 활성층 바깥 영역을 우물층과 장벽층이 혼합된 혼합층으로 만들어 활성층의 중앙부에 비해 그 양쪽 바깥영역의 굴절률이 낮도록 함으로써 출사광의 흔들림 현상을 억제하여 고출력화 할 수 있는 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 산업용 혹은 로봇용 광센서에 대한 요구가 많아지면서 반도체 레이저 다이오드의 고출력화를 위한 연구가 이루어지고 있으며, 그 결과로서 고출력 레이저 다이오드의 상용화가 많이 이루어지고 있다. 초기에는 고출력 반도체 레이저 다이오드에 열특성 및 광전변환효율이 좋은 단파장 영역이 사용되었으나, 최근에는 Eye-safety 문제 등으로 인하여 센서용으로서 장파장 반도체 레이저 다이오드가 많이 사용되고 있다.
여기서, 장파장 반도체 레이저 다이오드의 활성층 물질로는 InGaAsP 계열의 다중양자우물구조가 대부분 사용되고 있는 실정이다. 고출력 반도체 레이저 다이오드로는 다른 구조의 반도체 레이저 다이오드에 비해 발광영역이 넓어서 많은 이득을 얻을 수 있는 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드가 많이 사용되고 있다.
스트라이프형 반도체 레이저 다이오드는 제작이 간단하면서 스트라이프 폭 변화만으로 특성을 조절할 수 있는 이점이 있다. 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드의 기본적인 동작메커니즘은 이득 가둠형 형태를 취하고 있고 굴절률은 활성층이 활성층 바깥영역보다 낮아서 반가둠(anti-guiding) 구조로 되어 있으며, 광을 활성층 내부로 안정적으로 가두는 것이 어려워, 고출력시 출사빔이 흔들려서 렌즈나 광섬유와의 광결합 시 출력특성이 시간적으로 변하는 문제점을 가지고 있다.
이러한 동작을 하는 구조를 이득 가둠형(gain guided structure)이라고 하는데, 굴절률 가둠형(index guiding)에 비해 주입전류 대 광출력 특성의 선형성이 좋지 않고 출사빔의 형태가 깨끗하지 못한 측면을 가지고 있다.
그럼에도 불구하고 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드의 간단한 구조로 인해 특별한 메커니즘을 가지는 기능을 부여하기에는 어려움이 많아서 이에 대한 연구가 거의 없는 실정이다.
도 1 내지 도 3은 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 n형 InP 기판(11) 상에 하부 InGaAsP SCH층(12)을 형성하고 그 위에 활성층을 형성한다. 상기 활성층은 양자 사이즈 효과에 의해 낮은 발진임계전류 및 높은 광전 변환효율을 얻을 수 있도록 InGaAsP 장벽층(13)과 InGaAsP 우물층(14)이 교번하여 성장된 다중양자우물구조를 가진다. 그리고 상기 활성층상에 상부 InGaAsP SCH층(15)을 성장시킨다. 상기 하부 InGaAsP SCH층(12)과 상부 InGaAsP SCH층(15)은 상기 활성층의 주입캐리어 가둠을 좋게 하기 위해서이다.
다음으로 상부 InGaAsP SCH층(15)상에 p형 lnP 클래드층(16)을 1㎛ ~ 3㎛ 의 두께로 형성한다. 그리고, lnP 클래드층(16) 상에 전극과의 오옴 접촉 저항을 줄이기 위하여 도핑레벨을 높게 함으로써 에너지 밴드갭이 작은 p형 InGaAs 오옴 접촉층(17)을 형성한다.
이후에, 도 2에 도시된 바와 같이, p형 InGaAs 오옴 접촉층(17) 상에 InGaAs 오옴 접촉층(17)의 소정영역을 노출시키는 절연막 패턴(18)을 형성시키고, 도 3에 도시된 바와 같이 절연막 패턴(18)이 형성된 결과물 상에 p측 전극(19)을 형성한다. 다음에는 깨끗한 출사단면을 얻기 위하여 InP 기판(11)이 100㎛ ~ 150 ㎛의 두께가 되도록 그 뒷면을 갈아낸 후 n측 전극(20)을 형성한다.
상술한 종래의 고출력 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드는 활성층(13, 14)의 중앙부와 그 양쪽 바깥부분의 굴절률차가 없다가 전류가 주입되면 활성층(13, 14) 영역의 주입캐리어가 증가하게 되어 플라즈마효과에 의해 도 4에 도시된 바와 같이 활성층(13, 14)의 중앙부가 그 양쪽 바깥영역보다 굴절률이 더 낮아진다.
이는 일반적인 반도체 레이저 다이오드의 정상동작 상태와 정반대의 굴절률 분포를 가지게 되는, 이른바 도 5에 도시된 바와 같은 이득가둠형으로 동작하는 것이므로 반도체 레이저 다이오드와 렌즈계 혹은 광섬유와의 결합시 광결합 효율을 악화시켜 광출력을 불안정하게 하거나 고출력 동작을 어렵게 한다. 여기에 더하여 광출력이 입력전류에 따라 비선형적으로 변화하는 문제점도 가지게 된다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드에서 일어나는 출사빔 흔들림 현상을 방지하여 안정된 고출력 동작이 가능한 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드는, 기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층이 순차적으로 적층되어 이루어지되,
상기 활성층의 중앙영역은 상기 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조를 하고, 레이저의 진행방향을 따라 상기 활성층의 양측 바깥쪽 영역은 상기 우물층과 장벽층의 층구별이 없어지도록 상기 우물층과 장벽층을 이루는 조성물이 서로 혼합되어 상기 활성층의 중앙영역보다 더 낮은 굴절율을 갖는 혼합층을 이루는 것을 특징으로 한다.
상기 활성층의 중앙영역은 상기 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조를 하고, 레이저의 진행방향을 따라 상기 활성층의 양측 바깥쪽 영역은 상기 우물층과 장벽층의 층구별이 없어지도록 상기 우물층과 장벽층을 이루는 조성물이 서로 혼합되어 상기 활성층의 중앙영역보다 더 낮은 굴절율을 갖는 혼합층을 이루는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법은,
기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 오옴 접촉층 상의 상부 중앙부에 레이저의 진행방향을 따라 CVD 법으로 절연막 패턴을 형성하는 단계;
상기 절연막 패턴이 형성된 결과물 상에 스퍼터링법으로 실리콘 산화막을 증착하는 단계;
상기 실리콘 산화막이 형성된 결과물을 열처리함으로써 상기 절연막 패턴의 하부에 위치하는 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되지 않고 상기 절연막 패턴이 없는 영역의 하부에 위치하는 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되도록 하여 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역이 상기 활성층의 중앙부보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층을 이루도록 하는 단계; 및
상기 실리콘 산화막과 절연막 패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 스퍼터링법으로 실리콘 산화막을 증착한 후에 열처리를 행하는 방법 외에 상기 기판을 가열하면서 스퍼터링법으로 실리콘 산화막을 증착하는 방법을 선택하여도 좋다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법은,
기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 오옴 접촉층 상의 상부 중앙부에 레이저의 진행방향을 따라 이온주입 방지패턴을 형성하는 단계;
상기 이온주입 방지패턴의 형성된 기판을 가열하면서 상기 이온주입 방지패턴을 마스크로 하여 상기 오옴 접촉층상에 이온을 주입함으로써 상기 이온 주입이 이루어지지 않은 영역의 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되지 않고 상기 이온 주입이 이루어진 영역의 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되도록 하여 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역이 상기 활성층의 중앙부보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층을 이루도록 하는 단계; 및
상기 이온주입 방지패턴을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 이온주입공정을 진행한 후 열처리하는 방법 이외에 상기 기판을 가열하면서 이온주입공정을 진행하는 방법을 선택해도 좋다.
본 발명에 의하면, 활성층의 중앙부에 비하여 양측 바깥영역의 굴절률이 더 낮아 굴절률 가둠형 구조를 취하기 때문에 주입캐리어의 효율이 향상되고 저전류 동작이 가능해지며 최대 광출력이 높아진다.
또한 활성층 도파로의 광가둠 효과가 효율적으로 일어나서 출사빔의 형태가 퍼지지 않고 모아지게 되어 수평방향의 출사빔의 각도가 줄어들어 광결합 효율이 증가하게 되며, 활성층 영역을 도파하는 광이 굴절률 차에 의해 효율적으로 가두어지게 되므로 누설광이 감소하여서 낮은 발진임계전류 및 낮은 동작 전류를 갖는다. 그리고, 출사빔의 흔들림 현상이 현저히 감소되므로 안정된 고출력 동작을 한다.
도 1 내지 도 3은 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들;
도 4는 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드의 굴절률을 설명하기 위한 그래프;
도 5는 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드의 이득을 설명하기 위한 그래프;
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들;
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들;
도 12는 본 발명에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드의 굴절률을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드의 굴절률을 설명하기 위한 그래프;
도 5는 종래의 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드의 이득을 설명하기 위한 그래프;
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들;
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들;
도 12는 본 발명에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드의 굴절률을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에 있어서, 종래의 기술과 동일한 참조번호는 동일기능을 수행하는 구성요소를 나타내며 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다. 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예들에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
[실시예 1] 실리콘 산화막을 이용하는 방법
도 6 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 6에 도시된 바와 같이, p형 InGaAs 오옴 접촉층(17)이 형성된 도 1의 결과물의 상부중앙에 레이저의 진행방향을 따라 PECVD법으로 절연막 패턴(18)을 형성한다.
그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 절연막 패턴(18)이 형성된 p형 InGaAs 오옴접촉층(17)상에 스퍼터링법으로 실리콘 산화막(21)을 1,000Å ~ 3,000Å의 두께로 형성한다.
다음에 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(21)이 형성된 결과물을 급속열처리법으로 600℃ ~ 700℃의 온도에서 열처리한다. 그러면 절연막 패턴(18)의 하부에 위치하는 활성층의 우물층(14)과 장벽층(13)은 혼합되지 않고, 절연막 패턴(18)이 없는 영역의 하부에 위치하는 활성층의 우물층(14)과 장벽층(13)은 혼합되어, 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역에만 혼합층(22)이 형성된다.
스퍼터링법은 물리적 증착방법으로서 물리적 이방성을 가지므로 실리콘 산화막(21)을 형성할 때에 절연막 패턴(18)의 하부에 위치하는 활성층(13, 14)보다 절연막 패턴(18)이 없는 영역의 하부에 위치하는 활성층(13, 14)이 에너지 손상(damage)을 더 입게 되어 열역학적으로 불안정해진다. 따라서 열처리시 활성층(13, 14)의 중앙부의 양쪽 바깥영역에만 우선적으로 혼합층(22)이 형성되는 것이다.
화학기상증착법은 물리적 증착방법인 스퍼터링법에 비하여 등방성을 가지므로 활성층(13, 14)에 에너지를 부여해 열역학적으로 불안정하게 하는데 부적합하므로 본 발명에서는 이렇게 스퍼터링법으로 실리콘 산화막(21)을 증착하는 것을 특징으로 한다. 따라서 절연막 패턴(18)을 형성할 때에는 활성층(13, 14)의 중앙부가 열역학적으로 불안정해지지 않도록 상술한 바와 같이 CVD법을 선택하는 것이 바람직하다.
스퍼터링법으로 실리콘 산화막(21)을 증착한 후에 열처리를 행하는 방법 외에 기판(11)을 가열하면서 스퍼터링법으로 실리콘 산화막(21)을 증착하는 방법을 선택하여도 좋다.
이어서 도 9에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(21)과 절연막(18)을 제거한 후에 p형 InGaAs 오옴 접촉층(17) 상에 상기 활성층의 중앙부가 위치하는 부분에 있는 p형 InGaAs 오옴 접촉층(17)을 노출시키도록 전류제한패턴(18a)을 형성한다. 그리고 전류제한패턴(18a)이 형성된 결과물 상에 p측 전극(19)을 형성시키고, InP 기판(11)의 뒷면에 후 n측 전극(20)을 형성한다.
이와 같이 레이저의 진행방향(도면 앞뒤 방향)을 따라 활성층(13, 14)의 양쪽 바깥영역에 우물층(14)과 장벽층(13)이 혼합되어 낮은 굴절률을 갖는 혼합층(22)이 형성되면 도 12에 도시된 바와 같이 굴절률 가둠형으로 바뀌게 된다. 그러면 혼합층(22)에 의해 활성층(13, 14) 도파로의 광가둠효과가 향상되어 수평방향 출사빔의 각도가 줄게 되고, 누설광이 감소되어 보다 낮은 발진임계전류 및 낮은 동작 전류에서 반도체 레이저 다이오드가 작동된다.
한편, 릿지 도파로 레이저(RWG-LD)에 관한 내용이 개시된 미국등록특허 제5,138,626호(1992.8.11)에는 릿지(ridge)에 대해 활성층(active layer)의 측방향(lateral)으로 전류 분산(current spreading)이 발생하여 전력 및 효율 손실이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 이온주입법(ion implantation) 후의 열처리로 활성층의 양측에 혼합층(intermixing layer)을 형성하는 내용이 개시되어 있다. 상기 미국등록특허 제5,138,626호에서의 혼합층은 에너지 밴드캡(Eg)을 더 높게 함으로써 캐리어가 릿지의 밑에 있는 활성층 도파로 내에 한정되도록 하여 전류흐름을 제한하는 것이다.
반면에, 본 발명에서의 혼합층(22)은 에너지 밴드갭(Eg)을 크게 하기 위한 것이 아니라 굴절률을 작게 하기 위한 것이다. 활성층이 혼합층으로 변화되어 에너지 밴드갭(Eg)이 커진다고 하여 굴절률이 작아지는 것은 아니며, 이는 활성층의 원래 구성에 따라 달라진다. 에너지 밴드갭(Eg)과 굴절률은 다른 물리적 개념이며 미국등록특허 제5,138,626호에서의 혼합층이 전류누설을 방지하기 위한 것이라면 본 발명에서의 굴절률은 광가둠을 위한 것이다.
상기 미국등록특허 제5,138,626호에서의 RWG-LD의 경우는 수백 mA 이하의 전류가 인가되므로 고출력 반도체 레이저 장치로 사용하기에는 적합하지 않으며, 고출력을 위해서는 수 내지 수십 암페어(amp)의 전류를 인가해야 하므로 스트라이프형 반도체 레이저가 적합하다. 본 발명은 이러한 스트라이프형 반도체 레이저에 적용예가 없는 굴절 가둠형 구성을 도입한 것이다.
[실시예 2] 이온주입법을 이용하는 방법
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저 도 10에 도시된 바와 같이, p형 InGaAs 오옴 접촉층(17)이 형성된 도 1의 결과물의 상부중앙에 레이저의 진행방향(도면의 앞뒤방향)을 따라 이온주입 방지패턴(23)을 형성한다. 이온주입 방지패턴(23)으로 절연막을 사용할 수도 있지만 이온주입을 효과적으로 차단하기 위하여 두꺼운 절연막을 사용해야 하는 부담이 있으므로 일반적으로 이온주입 방지효과가 탁월한 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 도 11에 도시된 바와 같이, 이온주입 방지패턴(23)을 마스크로 하여 이온주입 방지패턴(23)이 형성된 p형 InGaAs 오옴접촉층(17)상에 이온주입공정을 진행한다. 그리고 이온주입 방지패턴(23)을 제거한 후 그 결과물을 열처리한다. 그러면 이온주입에 의해 활성층(13, 14)의 양측 바깥영역이 열역학적으로 불안정한 상태이기 때문에 여기에 우선적으로 혼합층(22)이 형성된다.
상기 이온주입공정을 진행한 후 열처리하는 방법 이외에 기판(11)을 가열하면서 이온주입공정을 진행하는 방법을 선택해도 좋다.
이온주입공정에 의해 활성층(13, 14)의 상부에 있는 층의 결정구조가 파괴되어 광도파로에서의 손실이 커서 오히려 성능이 나빠질 수 있으므로 결정구조 회복을 위한 열처리를 별도로 다시 진행하는 것이 바람직하다.
이온주입공정의 경우 이온주입을 위한 고가의 장비가 필요하므로 실리콘 산화막을 이용하는 제1실시예의 경우에 비하여 제작 단가가 높아지지만 굴절률 변화량의 정밀한 제어가 가능하므로 실리콘 산화막을 이용하는 제1실시예의 경우에 비하여 굴절률의 변화량을 5배 이상 크게 조절이 가능하며 재현성이 우수하다는 장점이 있다.
11: n형 InP 기판
12: 하부 InGaAsP SCH층
13: InGaAsP 장벽층
14: InGaAsP 우물층
15: 상부 InGaAsP SCH층
16: p형 lnP 클래드층
17: p형 InGaAs 오옴 접촉층
18: 절연막 패턴
18a: 전류제한패턴
19: p측 전극
20: n측 전극
21: 실리콘 산화막
22: 혼합층
23: 이온주입 방지패턴
12: 하부 InGaAsP SCH층
13: InGaAsP 장벽층
14: InGaAsP 우물층
15: 상부 InGaAsP SCH층
16: p형 lnP 클래드층
17: p형 InGaAs 오옴 접촉층
18: 절연막 패턴
18a: 전류제한패턴
19: p측 전극
20: n측 전극
21: 실리콘 산화막
22: 혼합층
23: 이온주입 방지패턴
Claims (5)
- 기판 상에 하부 SCH층(separated confinement heterostructure layer)과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층이 순차적으로 적층되어 이루어지되,
상기 활성층의 중앙영역은 상기 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조를 하고, 레이저의 진행방향을 따라 상기 활성층의 양측 바깥쪽 영역은 상기 우물층과 장벽층의 층구별이 없어지도록 상기 우물층과 장벽층을 이루는 조성물이 서로 혼합되어 상기 활성층의 중앙영역보다 더 낮은 굴절율을 갖는 혼합층을 이루는 것을 특징으로 하는 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드. - 기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 오옴 접촉층 상의 상부 중앙부에 레이저의 진행방향을 따라 CVD 법으로 절연막 패턴을 형성하는 단계;
상기 절연막 패턴이 형성된 기판을 가열하면서 상기 절연막 패턴이 형성된 오옴 접촉층 상에 스퍼터링법으로 실리콘 산화막을 증착함으로써 상기 절연막 패턴의 하부에 위치하는 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되지 않고 상기 절연막 패턴이 없는 영역의 하부에 위치하는 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되도록 하여 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역이 상기 활성층의 중앙부보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층을 이루도록 하는 단계; 및
상기 실리콘 산화막과 절연막 패턴을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법. - 기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 오옴 접촉층 상의 상부 중앙부에 레이저의 진행방향을 따라 CVD 법으로 절연막 패턴을 형성하는 단계;
상기 절연막 패턴이 형성된 결과물 상에 스퍼터링법으로 실리콘 산화막을 증착하는 단계;
상기 실리콘 산화막이 형성된 결과물을 열처리함으로써 상기 절연막 패턴의 하부에 위치하는 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되지 않고 상기 절연막 패턴이 없는 영역의 하부에 위치하는 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되도록 하여 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역이 상기 활성층의 중앙부보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층을 이루도록 하는 단계; 및
상기 실리콘 산화막과 절연막 패턴을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법. - 기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 오옴 접촉층 상의 상부 중앙부에 레이저의 진행방향을 따라 이온주입 방지패턴을 형성하는 단계;
상기 이온주입 방지패턴의 형성된 기판을 가열하면서 상기 이온주입 방지패턴을 마스크로 하여 상기 오옴 접촉층상에 이온을 주입함으로써 상기 이온 주입이 이루어지지 않은 영역의 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되지 않고 상기 이온 주입이 이루어진 영역의 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되도록 하여 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역이 상기 활성층의 중앙부보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층을 이루도록 하는 단계; 및
상기 이온주입 방지패턴을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법. - 기판 상에 하부 SCH층과, 장벽층과 우물층이 교번하여 적층되어 이루어진 다중우물구조의 활성층과, 상부 SCH층과, 클래드층과, 오옴 접촉층을 순차적으로 적층하는 단계;
상기 오옴 접촉층 상의 상부 중앙부에 레이저의 진행방향을 따라 이온주입 방지패턴을 형성하는 단계;
상기 이온주입 방지패턴을 마스크로 하여 상기 오옴 접촉층상에 이온을 주입하는 단계;
상기 이온주입 방지패턴을 제거하는 단계; 및
상기 이온주입 방지패턴이 제거된 결과물을 열처리함으로써 상기 이온 주입이 이루어지지 않은 영역의 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되지 않고 상기 이온 주입이 이루어진 영역의 상기 활성층의 우물층과 장벽층은 혼합되도록 하여 상기 활성층의 중앙부의 양쪽 바깥영역이 상기 활성층의 중앙부보다 더 낮은 굴절률을 갖는 혼합층을 이루도록 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 가둠식 스트라이프형 고출력 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100046773A KR101003970B1 (ko) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | 굴절률 가둠식 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100046773A KR101003970B1 (ko) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | 굴절률 가둠식 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101003970B1 true KR101003970B1 (ko) | 2010-12-31 |
Family
ID=43513378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100046773A KR101003970B1 (ko) | 2010-05-19 | 2010-05-19 | 굴절률 가둠식 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101003970B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138626A (en) | 1990-09-12 | 1992-08-11 | Hughes Aircraft Company | Ridge-waveguide buried-heterostructure laser and method of fabrication |
| KR100446592B1 (ko) | 1997-02-05 | 2004-11-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체레이저다이오드및그제조방법 |
| KR100459888B1 (ko) | 1999-02-11 | 2004-12-03 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| KR100653652B1 (ko) | 2004-12-16 | 2006-12-05 | 한국전자통신연구원 | 광 반도체 소자 |
-
2010
- 2010-05-19 KR KR1020100046773A patent/KR101003970B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138626A (en) | 1990-09-12 | 1992-08-11 | Hughes Aircraft Company | Ridge-waveguide buried-heterostructure laser and method of fabrication |
| KR100446592B1 (ko) | 1997-02-05 | 2004-11-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체레이저다이오드및그제조방법 |
| KR100459888B1 (ko) | 1999-02-11 | 2004-12-03 | 삼성전자주식회사 | 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 |
| KR100653652B1 (ko) | 2004-12-16 | 2006-12-05 | 한국전자통신연구원 | 광 반도체 소자 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11777279B2 (en) | Laser architectures using quantum well intermixing techniques | |
| JP4643794B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| TW557619B (en) | Ridge-waveguide semiconductor laser device | |
| JPH11330605A (ja) | 半導体レーザ | |
| CN111969415B (zh) | 一种宽谱多波长法布里-珀罗激光器 | |
| JP2007158195A (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
| EP2015412A2 (en) | Semiconductor laser with narrow beam divergence | |
| JP2005286192A (ja) | 光集積素子 | |
| JP4194844B2 (ja) | 複数の光学活性領域を備える半導体レーザ | |
| CN219086444U (zh) | 一种半导体激光器 | |
| US6552358B2 (en) | High power single mode laser and method of fabrication | |
| JPH0211024B2 (ko) | ||
| KR20030065054A (ko) | 단일 집적 반도체 광소자 제작방법 | |
| KR101003970B1 (ko) | 굴절률 가둠식 스트라이프형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법 | |
| KR100226434B1 (ko) | 고출력 반도체 레이저 구조 및 그 제조방법 | |
| CN115280609A (zh) | 光学器件 | |
| CN112670823B (zh) | 电吸收调制激光器的制作方法 | |
| JPH05110185A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3211330B2 (ja) | 半導体レーザアレイ装置 | |
| CN117638638A (zh) | 一种双梯形有源mmi半导体激光器及其制备方法 | |
| CN118299928A (zh) | 一种半导体激光器及其制备方法 | |
| JP5310187B2 (ja) | 半導体レーザ、その製造方法、及び光送信器 | |
| KR0155514B1 (ko) | 횡모드 조절 고출력 레이저 다이오드 및 그의 제조방법 | |
| JP2763781B2 (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
| JPS6136720B2 (ko) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131206 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191031 Year of fee payment: 10 |