KR19980019159A - 반도체 레이저 - Google Patents

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KR19980019159A
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쇼지 히라따
시로 우찌다
고지 이와모또
히로끼 나가사끼
쯔요시 도죠
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이데이 노부유끼
소니 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 AlGaInP계 매립 리지(buried-ridge)형 반도체 레이저는 p형 AlGaInP 클래드층(4)의 상층부, p형 GaInP 중간층(5) 및 p형 GaAs 콘택트층(6)으로 만들어지는 리지 스트라이프(ridge stripe)부(7)의 대향 측부에 매립된 n형 GaAs 전류 차단층(8)을 포함한다. 리지 스트라이프부(7)는 리지 스트라이프부(7)의 공진기 길이 방향 대향 단부에서 L1의 길이를 갖는 테이퍼진 영역(7a)을 포함한다.

Description

반도체 레이저
본 발명은 반도체 레이저 분야에 관한 것으로서, 특히 예를 들어 광 디스크 장치의 광원으로서 사용하기에 적합한 반도체 레이저에 관한 것이다.
횡 모드의 안정화를 도모한 반도체 레이저의 하나로 스트라이프형 구조를 가진 매립 리지형 반도체 레이저가 있다. 도10은 스트레이트 스트라이프형 구조를 가진 종래의 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저의 사시도이다.
도10에 도시한 바와 같이, 스트레이트 스트라이프형 구조를 가진 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저는 n형 GaAs 기판(101)상에 n형 AlGaInP 클래드층(102), GaInP 활성층(103), p형 AlGaInP 클래드층(104), p형 GaInP 중간층(105) 및 p형 GaAs 콘택트층(106)을 순차적으로 적층함으로써 형성된다.
p형 AlGaInP 클래드층(104)의 상층부, p형 GaInP 중간층(105) 및 p형 GaAs 콘택트층(106)은 일 방향으로 연장되는 스트레이트 리지 스트라이프부를 형성한다. 참조 번호 107은 p형 AlGaInP 클래드층(104)의 상층부, p형 GaInP 중간층(105) 및 p형 GaAs 콘택트층(106)으로 이루어진 리지 스트라이프부를 나타낸다. 스트레이트 리지 스트라이프부(107)는 공진기 길이 방향으로 균일한 폭(W')을 가진다. 리지 스트라이프부(107)의 폭(W')은 리지 스트라이프부(107)의 바닥의 폭이다. N형 GaAs 전류 차단층(108)은 리지 스트라이프부(107)의 대향 측부에 매립되어 전류 차단 구조를 형성한다.
레이저는 p형 GaAs 콘택트층(106) 위에 형성되는 예를 들어 Ti/Pt/Au 전극과 같은 p측 전극(109) 및 n형 GaAs 전류 차단층(108)을 포함한다. 예를 들어 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n측 전극(110)은 n형 GaAs 기판(101)의 저면에 형성된다.
종래의 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저는 횡 모드의 안정화를 도모하기 위하여 리지 스트라이프부(107)의 폭(W')을 5㎛ 이하로 선택한다.
또한, 이러한 반도체 레이저는 리지 스트라이프부(107)의 대향 측부의 p형 AlGaInP 클래드층(104)의 두께(d')에 따라 도파(guide) 메카니즘을 제어한다. 더욱 상세히 설명하면, 매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘은, p형 AlGaInP 클래드층(104)의 두께(d')가 100 내지 300㎚이면 실 굴절률 도파형(real index-guided)이고, d'가 300 내지 500㎚이면 실 굴절률 도파형과 이득 도파형(gain-guided)의 중간형이며, d'가 500㎚ 이상이면 이득 도파형이다.
종래의 매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘을 실 굴절률 도파형으로 배치한 경우, 접합부와 평행하게 형성된 굴절률 단차에 의해 횡 모드가 폐쇄된다. 이득 도파형인 경우, 주입한 캐리어의 분포로 인한 이득 분포에 의해 횡 모드가 폐쇄된다.
도파 메카니즘이 실 굴절률 도파형과 이득 도파형 사이의 중간형이면 자려 발진(self pulsation)이 발생함이 알려져 있다. 이 경우, 접합부와 평행하게 형성된 굴절률 단차에 의해 횡 모드가 폐쇄되더라도, 굴절률 단차는 실 굴절률 도파형 구조에 비해 작으며, 접합부와 평행한 방향으로의 광의 연장이 실 굴절률 도파형 구조에 비해 크다. 따라서, 도11에 도시한 바와 같이, 광 폐쇄 영역의 폭(WP')은 GaInP 활성층(103)의 이득 영역의 폭(WG')에 비해 커진다. 그 결과, 광 폐쇄 영역과 이득 영역간의 차이로 인하여 리지 스트라이프부(107)의 대향 측부의 GaInP 활성층(103)에 가포화(saturable) 흡수기(111)가 생성된다.
그러나, 스트레이트 스트라이프형 구조를 가진 종래의 매립 리지형 반도체 레이저에는 다음과 같은 문제가 있다. 특히, 횡 모드의 안정화를 유지하기 위하여 스트레이트형의 리지 스트라이프부(107)의 폭(W')을 5㎛ 이하로 해야 한다. 이 경우, p형 GaAs 콘택트층(106)과 p측 전극(109)의 콘택트 영역이 감소될수록, 전류 경로가 좁아지며, 미분 저항이 증가하여, 반도체 레이저에 필요한 구동 전압을 증가시키게 된다.
종래의 매립 리지형 반도체 레이저를 광 디스크 장치의 광원으로서 사용하는 경우, 예를 들어 방출 단면상의 레이저 광의 스폿을 최소화하고 원시야(far field) 패턴의 수평 방향 방사각(θ//)을 대략 8°이상으로 크게 하는데 효과적이다. 이를 위하여, 리지 스트라이프부(107)의 폭(W')은 더욱 좁아야 한다. 그러나, 이 경우, GaInP 활성층(103)의 이득 영역이 더욱 좁아지며, 높은 흡수율을 가진 영역에 대한 광의 분포가 더욱 커진다. 따라서, 도파 로스(guide loss)가 증가하며, 반도체 레이저의 구동 전류가 증가한다. 이것은, 종래의 매립 리지형 반도체 레이저가 방사각(θ//)을 감소시키기 쉬운 실 굴절률 도파형 구조를 가진 경우에 현저히 나타난다. 만일 종래의 매립 리지형 반도체 레이저가 이득 도파형 구조를 가지면, 레이저 광의 원시야 패턴은 이중 봉 형상으로 나타나 실용상의 문제를 일으킬 것이다.
종래의 매립 리지형 반도체 레이저가 광 디스크 장치의 광원으로서 사용되는 경우, 예를 들어 노이즈를 감소시키기 위하여 종래의 자려 발진형의 매립 리지형 반도체 레이저를 구성하는데 효과적이다. 그러나, 이 경우, 레이저 구조 파라메터의 허용치의 범위[예를 들어, 리지 스트라이프부(107)의 대향 측부에서 p형 AlGaInP 클래드층(104)의 두께(d')]가 대단히 작으므로, 수율이 낮고 자려 발진형 반도체 레이저를 실현하기가 어렵다. 또한, GaInP 활성층(103)의 광 폐쇄 영역과 이득 영역간의 차이에 의해 발생된 가포화 흡수기(111)가 작동시의 온도및 광 출력의 변화에 불안정하므로, 자려 발진이 불안정하다.
따라서, 본 발명의 목적은 구동 전압을 감소시키고, 원시야 패턴의 수평 방향 방사각을 증가시키고 원시야 패턴을 정형하며, 안정한 자려 발진형 반도체 레이저로서 동작하도록 용이하게 구성할 수 있는 반도체 레이저를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 도전형의 제1 클래드층, 상기 제1 클래드층 위의 활성층, 상기 활성층 위의 제2 도전형의 제2 클래드층, 및 상기 활성층으로부터의 광의 흡수 효과를 가진 제1 도전형의 전류 차단층을 포함하며, 상기 전류 차단층은 상기 제2 클래드층의 스트라이프부의 대향 측부에 매립되어 전류 차단 구조를 형성하고, 상기 스트라이프부는 공진기 길이 방향 대향 단부에서의 테이퍼진 영역을 포함하며, 상기 테이퍼진 영역은 공진기 길이 방향 중심부에서 상기 공진기 길이 방향 대향 단부 쪽으로 폭이 감소되는 반도체 레이저가 제공된다.
본 발명의 특징에서, 상기 반도체 레이저는 자려 발진형이며, 상기 스트라이프부의 대향 측부에서의 상기 제2 클래드층의 두께는 300㎚ 내지 800㎚인 것이 바람직하다.
이러한 구조를 가진 본 발명에 따르면, 스트라이프부는 공진기의 길이 방향의 대향 단부에 공진기의 길이 방향 중심부에서 길이 방향 단부 쪽으로 폭이 점차 감소되는 테이퍼진 영역을 가지므로, 횡 모드의 안정화를 유지하기 위하여 스트라이프부의 폭을 대향 단부에서 좁게 하더라도그 중심부에서는 스트라이프부의 폭을 충분히 넓게 확보할 수 있다. 그 결과, 스트라이프부는 넓은 영역에서 전극과 접촉할 수 있어, 넓은 전류 경로 및 미분 저항의 감소를 보장하므로, 반도체 레이저의 구동 전압을 감소시킬 수 있다.
스트라이프부의 공진기 길이 방향 단부에서의 테이퍼진 영역에 의한 파면 정형 효과(wave surface shaping effect)로 인하여, 원시야 패턴의 수평 방향 방사각을 대략 8°이상으로 크게 할 수 있다. 따라서, 본 반도체 레이저에서는, 원시야 패턴의 수평 방향 방사각을 크게 하고자 스트라이프부의 폭을 좁게 할 필요가 없어, 원시야 패턴을 신뢰성있게 정형할 수 있다. 또한, 파면 정형 효과로 인하여, 도파 메카니즘이 이득 도파형인 경우 원시야 패턴은 단일 봉 형상을 나타낸다.
공진기 길이 방향으로 단면 구조가 변화하므로, 반도체 레이저가 자려 발진형 레이저인 경우, 스트라이프부의 테이퍼진 영역을 따른 활성층의 부분은 가포화 흡수기로서 동작한다. 따라서, 종래의 매립 리지형 반도체 레이저를 사용하는 자려 발진형 레이저에 비하여 가포화 흡수기가 안정하고 자려 발진이 안정하다. 따라서, 자려 발진형 반도체 레이저를 실현하기 위하여 스트라이프부의 대향 측부의 제2 클래드층의 두께에 대한 허용치의 범위를 300 내지 800㎚로 증가시킬 수 있으므로, 자려 발진형으로 구성된 반도체 레이저의 수율을 향상시킬 수 있고 자려 발진형 반도체 레이저를 용이하게 얻을 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저를 도시한 사시도
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저를 도시한 평면도
도3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저의 동작을 설명하기 위한 단면도
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저의 동작을 설명하기 위한 단면도
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 AlGaAs계 매립 리지형 반도체 레이저를 도시한 단면도
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체계 매립 리지형 반도체 레이저의 단면도
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체계 매립 리지형 반도체 레이저의 에너지대를 나타낸 도면
도8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용한 매립 리지형 반도체 레이저를 도시한 단면도
도9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용한 매립 리지형 반도체 레이저의 에너지대를 나타낸 도면
도10은 종래의 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저를 도시한 사시도
도11은 종래의 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저의 동작을 설명하기 위한 단면도
* 도면의 중요 부분에 대한 부호 설명
1 : n형 GaAs 기판2 : n형 AlGaInP 클래드층
3 : GaInP 활성층4 : p형 AlGaInP 클래드층
5 : p형 GaInP 중간층6 : p형 GaAs 콘택트층
7 : 리지 스트라이프부
7a : 공진기 길이 방향의 대향 단부에서의 테이퍼진 영역
7b : 스트레이트 영역8 : n형 GaAs 전류 차단층
9 : p측 전극10 : n측 전극
d : p형 AlGaInP 클래드층의 두께
다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 실시예들을 도시한 도면들에서 동일하거나 대응하는 요소 또는 부분들은 동일한 참조 번호를 부여한다.
도1 및 도2는 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저를 구비한 본 발명의 제1 실시예를 예시한다. 도1은 사시도이며 도2는 평면도이다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이, AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저는 예를 들어 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P와 같은 n형 AlGaInP 클래드층(2), 예를 들어 Ga0.5In0.5P와 같은 GaInP 활성층(3), 예를 들어 (Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P와 같은 p형 AlGaInP 클래드층(4), 예를 들어 Ga0.5In0.5P와 같은 p형 GaInP 중간층(5), 및 p형 GaAs 콘택트층(6)이 순차적으로 적층되어 있는 n형 GaAs 기판(1)을 포함한다.
p형 AlGaInP 클래드층(4)의 상층부, p형 GaInP 중간층(5) 및 p형 GaAs 콘택트층(6)은 일 방향으로 연장되는 리지 스트라이프를 형성한다. 참조 번호 7은 p형 AlGaInP(4)의 상층부를 포함하는 리지 스트라이프부를 나타낸다. p형 GaInP 중간층(5) 및 p형 GaAs 콘택트층(6)은 AlGaInP(4)의 리지부에 형성된다. n형 GaAs 전류 차단층(8)은 리지 스트라이프부(7)의 대향측 부분에 매립되어 전류 차단 구조를 형성한다.
레이저는 p형 GaAs 콘택트층(6)과 n형 GaAS 전류 차단층(8) 위에 형성되는 Ti/Pt/Au와 같은 p측 전극(9)을 포함한다. n형 GaAs 기판(1)의 저면에는 AuGe/Ni/Au 전극과 같은 n측 전극(10)이 형성된다.
AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저에서, 리지 스트라이프부(7)는 공진기 길이 방향의 대향 단부에서의 테이퍼진 영역(7a)을 가진다. 각각의 테이퍼진 영역(7a)은 공진기 길이 방향의 중심부에서 단부쪽으로 갈수록 그 폭이 점차 감소된다. 또한, 리지 스트라이프부(7)는 공진기 길이 방향의 중심 영역에 일정한 폭을 가진 스트레이트 영역(7b)을 포함한다. 이 경우, 리지 스트라이프부(7)의 공진기 길이 방향 단부에서의 테이퍼진 영역들(7a)은 실질적으로 동일한 길이(L1)를 가지며, 양 테이퍼진 영역(7a)의 총 길이(2L1)는 공진기 길이(L)의 1/10 보다 작지 않다(즉, 2L1≥L/10). L2는 스트레이트 영역(7b)의 길이이다.
W1은 공진기 길이 방향 대향 단부 표면의 리지 스트라이프부(7)의 폭이며, W2는 리지 스트라이프부(7)의 공진기 길이 방향 중심부의 폭이다. 폭(W1및 W2)는 공진기 길이 방향 단부 표면 및 공진기 길이 방향 중심부의 리지 스트라이프부(7)의 저부의 폭을 나타낸다. 공진기 길이 방향 대향 단부 표면의 리지 스트라이프부(7)의 폭(W1) 및 공진기 길이 방향 중심부의 폭(W2)은 W1W2, W1≤5㎛, W2≤7㎛를 만족하도록 결정한다.
매립 리지형 반도체 레이저의 레이저 구조 파라메터의 예로서, 공진기 길이(L) = 400㎛, 리지 스트라이프부(7)의 각각의 테이퍼진 영역(7a)의 길이(L1)= 100㎛, 리지 스트라이프부(7)의 스트레이트 영역(7b)의 길이(L2) = 200㎛, 각각의 공진기 길이 방향 단부 표면의 리지 스트라이프부(7)의 폭(W1) = 4㎛, 리지 스트라이프부(7)의 공진기 길이 방향 중심부의 폭(W2) = 6㎛를 들 수 있다.
이러한 구조를 가진 매립 리지형 반도체 레이저에서, 각각의 공진기 길이 방향 단부의 리지 스트라이프부(7)의 폭(W1)이 대략 5㎛ 보다 크지 않을 때(이 경우, 4㎛) 횡 모드의 안정화를 도모할 수 있다.
그리고, 매립 리지형 반도체 레이저에서는, 리지 스트라이프부(7)의 대향 측부의 p형 AlGaInP 클래드층(4)의 두께에 따라 광 가이드 메카니즘이 제어된다. 더욱 상세히 설명하자면, 매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘은, p형 AlGaInP 클래드층(4)의 두께(d)가 리지 스트라이프부(7)의 대향 측부에서 100 내지 300㎚이면 실 굴절률 도파형이고, d가 300 내지 800㎚이면 실 굴절률 도파형과 이득 도파형의 중간형이며, d가 800㎚ 이상이면 이득 도파형이다. 레이저가 실 굴절률 도파형과 이득 도파형의 중간형이면 자려 발진형 반도체 레이저를 실현할 수 있음이 알려져 있다. 따라서, 리지 스트라이프부(7)의 대향 측부의 p형 AlGaInP 클래드층(4)의 두께(d)를 변화시킴으로써, 매립 리지형 반도체 레이저는 실 굴절률 도파형 반도체 레이저, 자려 발진형 반도체 레이저 또는 이득 도파형 반도체 레이저 중의 어느 하나를 실현할 수 있다. 도3 및 도4는 이러한 매립 리지형 반도체 레이저의 동작을 설명하기 위한 단면도이다. 도3은 실 굴절률 도파형 구조 또는 이득 도파형 구조의 도파 메카니즘을 가진 것을 도시하며, 도4는 실 굴절률 도파형과 이득 도파형 사이의 중간형인 도파 메카니즘을 가진 것을 도시한다.
매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘을 실 굴절률 도파형으로 배치한 경우, 접합부와 평행하게 형성된 굴절률 단차에 의해 횡 모드가 폐쇄된다. 이득 도파형인 경우, 주입한 캐리어의 분포에 의해 발생한 이득 분포에 의해 횡 모드가 폐쇄된다. 양 경우에서, 도3에 도시한 바와 같이, 광 폐쇄 영역의 폭(WP)은 GaInP 활성층(3)의 이득 영역의 폭(WG) 보다 작다.
도파 메카니즘이 실 굴절률 도파형과 이득 도파형 구조 사이의 중간형인 경우, 접합부와 평행하게 형성된 굴절률 단차에 의해 횡 모드가 폐쇄된다. 그러나, 실 굴절률 도파형 구조에 비하여 굴절률 단차가 작으므로, 실 굴절률 도파형 구조에 비해 접합부와 평행한 방향으로의 광의 연장이 크다. 이 경우, 도4에 도시한 바와 같이, 광 폐쇄 영역의 폭(WP)은 GaInP 활성층(3)의 이득 영역의 폭(WG)에 비해 크다. GaInP 활성층(3)의 이득 영역 외측의 광 폐쇄 영역 부분은 가포화 흡수기(11)를 형성한다. 가포화 흡수기(11)로서 동작하는 부분은 도2에 점선으로 둘러싸인 부분, 즉 리지 스트라이프부(7)의 테이퍼진 영역(7a)의 주변부에 대응한다. 이것은, 리지 스트라이프부(7)의 테이퍼진 영역(7a)의 공진기 길이 방향으로 단면 구조가 변화하기 때문이다. 이 경우, 가포화 흡수기(11)는 내장되어 고정되는 구조이므로, 안정하다.
매립 리지형 반도체 레이저는 다음과 같은 이점을 가진다. 즉, 리지 스트라이프부(7)가 공진기 길이 방향 대향 단부에서의 테이퍼진 영역(7a) 및 공진기 길이 방향 대향 단부 표면의 폭(W1) 보다 큰 폭(W2)을 가진 공진기 길이 방향 중심부를 가지므로, p형 GaAs 콘택트층(6)과 p측 전극(9)간의 콘택트 영역을 크게 확보할 수 있도록 공진기 길이 방향 중심부의 폭(W2)을 크게 만들 수 있는 동시에 횡 모드의 안정화를 유지하기 위하여 공진기 길이 방향 단부 표면의 폭(W1)을 대략 5㎛ 정도로 작게 만들 수 있다. 따라서, 전류 경로가 넓어지고, 미분 저항이 감소된다. 따라서, 구동 전압을 감소시킬 수 있다.
더욱이, 리지 스트라이프부(7)의 테이퍼진 영역(7a)의 파면 정형 효과로 인하여, 방출 단면에서의 레이저 광의 스폿을 작게 만들 수 있으며, 원시야 패턴에서의 레이저 광의 수평 방향 방사각(θ//)을 대략 8°이상으로 크게 할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 방사각(θ//)을 증가시키고자 공진기 길이 방향 단부에서의 리지 스트라이프부(7)의 폭(W1)을 너무 많이 감소시킬 필요가 없으며, 이에 따라 도파 로스로 인한 구동 전류의 증가를 방지할 수 있다. 그 결과, 레이저 광의 원시야 패턴을 신뢰성있게 정형할 수 있다. 수평 방향 방사각(θ//)이 감소되기 쉬운 실 굴절률 도파형 구조를 가진 매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘의 경우 상기한 효과가 특히 현저하다.
매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘이 이득 도파형인 경우, 반도체 레이저내에서 공진기 길이 방향으로 진행하는 광은 리지 스트라이프부(7)의 테이퍼진 영역(7a)의 파면 정형 효과로 인해 평면파에 더욱 가까워진다. 이로써, 레이저 광의 원시야 패턴을 단일 봉 형상으로 수정할 수 있다고 하는 효과가 있다. 그 결과, 매립 리지형 반도체 레이저가 이득 도파형인 경우 실용상의 문제를 발생할 우려가 없어진다.
매립 리지형 반도체 레이저의 도파 메카니즘이 실 굴절률 도파형과 이득 도파형 구조 사이의 중간형인 경우, 리지 스트라이프부(7)의 테이퍼진 영역(7a) 외측의 GaInP 활성층(3) 부분이 고정된 가포화 흡수기(11)를 형성하므로, GaInP 활성층(103)에서의 광 폐쇄 영역 및 이득 영역간의 차이에 의해 형성되어 불안정한 종래의 매립 리지형 반도체 레이저의 가포화 흡수기(111)에 비하여 온도및 광 출력의 변화에 대하여 안정하게 작동한다. 게다가, 리지 스트라이프부(7)의 대향 측부에서의 p형 AlGaInP 클래드층(4)의 두께(d)의 허용치 범위가 300 내지 800㎚ 정도로 크게 증가되므로, 자려 발진형 반도체 레이저를 용이하게 실현할 수 있다.
따라서, 테이퍼진 스트라이프 구조를 가진 AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저를 광 디스크 장치의 광원으로 사용하는 경우, 예를 들어, 원시야 패턴의 수평 방향 방사각(θ//)의 증가, 원시야 패턴의 정형 및 노이즈의 감소를 달성할 수 있으며, 우수한 특성을 실현할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 도5는 AlGaAs계 매립 리지형 반도체 레이저를 구비한 제2 실시예의 단면도이다.
도5에 도시한 바와 같이, AlGaInP계 매립 리지형 반도체 레이저에는, n형 Al0.5Ga0.5As 클래드층(21), Al0.12Ga0.88As 활성층(22), p형 Al0.5Ga0.5As 클래드층(23) 및 p형 GaAs 콘택트층(24)이 도시 생략된 n형 GaAs 기판과 같은 반도체 기판상에 순차적으로 적층된다. p형 Al0.5Ga0.5As 클래드층(23)의 상층부 및 p형 GaAs 층(24)은 일 방향으로 연장되는 리지 스트라이프형이다. 참조 번호 25는 p형 Al0.5Ga0.5As 클래드층(23)의 상층부를 포함하는 리지 스트라이프부를 나타낸다. p형 GaAs 층(24)은 클래드층(23)의 리지 스트라이프위에 형성된다. 리지 스트라이프부(25)는 예를 들어 도1 및 도2에 도시된 제1 실시예의 매립 리지형 반도체 레이저의 리지 스트라이프부(7)와 같이 공진기 길이 방향의 대향 단부에서의 테이퍼진 영역을 가진다. 리지 스트라이프부(25)의 대향 측부에는 n형 GaAs 전류 차단층(26)이 매립되어 전류 차단 구조를 형성한다. 본 실시예의 반도체 레이저가 자려 발진형인 경우, 스트라이프부의 대향 측부에서의 p형 Al0.5Ga0.5As 클래드층(23)의 두께(d)는 300 내지 800㎚이다. 본 실시예에서도, AlGaAs계 매립 리지형 반도체 레이저는 제1 실시예의 경우와 동일한 효과를 달성한다.
다음에 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체계 매립 리지형 반도체 레이저 단면도이다. 매립 리지형 반도체 레이저는 분리 폐쇄 헤테로 구조(SCH)를 가진다. 도7은 매립 리지형 반도체 레이저의 에너지대를 나타낸 도면으로서, 특히 전도대를 도시한다. 도7에서, Ec는 전도대의 바닥 에너지를 나타낸다.
도6 및 도7에 도시한 바와 같이, Ⅱ-Ⅵ족 화합물계 매립 리지형 반도체 레이저에는, 도시 생략된 n형 GaAs 기판과 같은 기판상에, n형 ZnMgSSe 클래드층(31), n형 ZnSSe 광 가이드층(32), ZnCdSe 웰층(33a)과 ZnSSe 배리어층(33b)를 포함하는 다중 양자 웰 구조의 활성층(33), p형 ZnSSe 광 가이드층(34) 및 p형 ZnMgSSe 클래드층(35)이 순차적으로 적층된다. p형 ZnMgSSe 클래드층(35)의 상층부는 일 방향으로 연장되는 리지 스트라이프형이다. 참조 번호 36은 p형 ZnMgSSe 클래드층(35)의 상층부로 이루어진 리지 스트라이프부를 나타낸다. 리지 스트라이프부(36)는 예를 들어 도1 및 도2에 도시한 제1 실시예의 매립 리지형 반도체 레이저의 리지 스트라이프부(7)와 같이 공진기 길이 방향 대향 단부에서의 테이퍼진 영역을 가진다. n형 다결정 실리콘(Si) 전류 차단층(37)은 리지 스트라이프부(36)의 대향 측부에 매립되어 전류 차단 구조를 형성한다. 본 실시예의 반도체 레이저가 자려 발진형인 경우, 스트라이프부의 대향 측부의 광 가이드층(34)의 두께를 포함하는 p형 ZnMgSSe 클래드층(35)의 두께(d)는 300 내지 800 ㎚이다. 본 제3 실시예에 따라 청색광을 방출하는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체계 반도체 레이저는 제1 실시예의 경우와 동일한 효과를 제공한다.
다음에, 본 발명의 제4 실시예를 설명한다.
도8은 제4 실시예에 따라 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용하는 매립 리지형 반도체 레이저의 단면도이다. 매립 리지형 반도체 레이저는 SCH 구조를 가진다. 도9는 매립 리지형 반도체 레이저의 에너지대를 나타내는 도면으로서, 특히 전도대를 도시한다. 도9에서, Ec는 전도대의 바닥 에너지이다.
도8 및 도9에 도시한 바와 같이, 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용하는 매립 리지형 반도체 레이저에서는, 도시 생략된 사파이어 기판과 같은 기판상에, n형 AlGaN 클래드층(41), n형 GaN 광 가이드층(42), GaInN 웰층(43a)와 GaN 배리어층(43b)을 포함하는 다중 양자 웰 구조를 갖는 활성층(43), p형 GaN 광 가이드층(44), 및 p형 AlGaN 클래드층(45)이 순차적으로 적층된다. p형 AlGaN 클래드층(45)의 상층부는 일 방향으로 연장되는 리지 스트라이프형이다. 참조 번호(46)은 p형 AlGaN 클래드층(45)의 상층부로 이루어진 리지 스트라이프부를 나타낸다. 리지 스트라이프부(46)는 도1 및 도2에 도시한 제1 실시예의 매립 리지형 반도체 레이저의 리지 스트라이프부(7)와 같이 공진기 길이 방향 대향 단부에서의 테이퍼진 영역을 가진다. n형 다결정 실리콘(Si) 전류 차단층(47)은 리지 스트라이프부(46)의 대향 측부에 매립되어 전류 차단 구조를 형성한다. 본 실시예의 반도체 레이저가 자려 발진형인 경우, 스트라이프부의 대향 측부에서의 광 가이드층의 두께를 포함하는 p형 AlGaN 클래드층(45)의 두께(d)는 300 내지 800㎚이다. 제4 실시예에 따라 청색광을 방출하는 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용하는 반도체 레이저는 제1 실시예의 경우와 동일한 효과를 제공한다.
이상, 본 발명의 실시예들을 예시하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예들에만 제한되는 것은 아니며 본 발명의 사상 및 범주내의 여러 변형 및 수정을 구상할 수도있다. 예를 들어, 본 실시예들에서 언급된 수치, 재료, 구조 등은 예시적일 뿐이며 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상술한 제1 실시예에서, 리지 스트라이프부(7)의 공진기 길이 방향 대향 단부에서의 테이퍼진 영역(7a)의 길이는 동일할 필요가 없으며, 길이가 달라도좋다. 또한, 리지 스트라이프부(7)의 공진기 길이 방향 중심부의 스트레이트 영역(7b)의 길이(L2)는 0일 수도있으며, 이 경우 리지 스트라이프부(7)는 테이퍼진 영역(7a)만을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 스트라이프부는 공진기 길이 방향 중심부에서 공진기 길이 방향 대향 단부로 갈수록 감소되는 폭을 갖는 테이퍼진 영역을 포함하므로, 구동 전압의 감소, 원시야 패턴의 수평 방향 방사각의 증가, 및 원시야 패턴의 정형을 실현할 수 있다. 동시에, 본 발명은 안정한 자려 발진형 반도체 레이저로서 용이하게 사용가능한 반도체 레이저를 구현할 수 있다.
본 발명은 세부적으로 많은 변형, 수정 등을 도모할 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐 개시하고 첨부 도면에 도시한 모든 사항들은 단지 예시적인 것이다. 따라서, 본 발명은 청구 범위의 사상 및 범주에 의해서만 제한된다.

Claims (14)

  1. 제1 도전형의 제1 클래드층, 상기 제1 클래드층 위의 활성층, 상기 활성층 위의 제2 도전형의 제2 클래드층, 및 제1 도전형의 전류 차단층을 포함하며, 상기 전류 차단층은 상기 제2 클래드층의 스트라이프부의 대향 측부에 인접하게 형성되고, 상기 스트라이프부는 공진기 길이 방향 대향 단부에서의 테이퍼진 영역을 포함하며, 상기 테이퍼진 영역은 공진기 길이 방향 중심부에서 상기 공진기 길이 방향 대향 단부 쪽으로 폭이 감소되는 반도체 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스트라이프부는, 상기 공진기 길이 방향의 대향 단부 표면에서 5㎛ 이하의 폭을 가지며, 상기 공진기 길이 방향의 중심부에서 7㎛ 이상의 폭을 갖는 반도체 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스트라이프부의 대향 단부의 상기 테이퍼진 영역의 총 길이는 상기 공진기 길이의 1/10 이상인 반도체 레이저.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 자려 발진형(self-pulsation) 반도체 레이저인 반도체 레이저.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 클래드층은 상기 스트라이프부의 대향 측부에서 300 ㎚ 내지 800㎚ 범위의 두께를 갖는 반도체 레이저.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 AlGaInP계 반도체 레이저인 반도체 레이저.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 AlGaAs계 반도체 레이저인 반도체 레이저.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 만들어지는 반도체 레이저.
  9. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 질화물계 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 만들어지는 반도체 레이저.
  10. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 실 굴절률 도파형(real index-guided) 반도체 레이저인 반도체 레이저.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 클래드층은 상기 스트라이프부의 대향 측부에서 100㎚ 내지 300㎚ 범위의 두께를 갖는 반도체 레이저.
  12. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저는 이득 도파형(gain-guided) 반도체 레이저인 반도체 레이저.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 클래드층은 상기 스트라이프부의 대향 측부에서 800 ㎚ 이상의 범위의 두께를 갖는 반도체 레이저.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전류 차단층은 상기 활성층으로부터의 광의 흡수 효과를 갖는 반도체 레이저.
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