KR20200138135A - Semiconductor laser diode device and manufacturing method - Google Patents

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Abstract

An object of the present invention is to implement the production of a high-power laser diode of single and multi modes of hundreds of mW or more, which minimizes optical loss caused by free carrier absorption by increasing the doping concentration of a high-power laser diode device as a whole as compared with existing methods, lowering the doping concentration in three steps as the distance to a light-distributed lower clad layer (2) region is shorter, and gradually lowering the doping concentration in the fourth step in a region of intensive light distribution. According to the present invention, internal resistance decreased during an increase in the overall doping concentration of the high-power laser diode. With the doping of the lower clad layer (2) lowered in the three steps and gradually lowered in the fourth step, which is the last step, the optical loss of the high-light density region caused by free carrier absorption was minimized and the performance of the high-power laser diode was improved.

Description

반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR LASER DIODE DEVICE AND MANUFACTURING METHOD}A semiconductor laser diode device and its manufacturing method TECHNICAL FIELD [SEMICONDUCTOR LASER DIODE DEVICE AND MANUFACTURING METHOD]

본 발명은 광 기록 매체, 레이저 프린터, 거리 측정 센서, 공장 자동화 센서, 동작 인식 센서 등의 광소자에 이용되는 반도체 레이저 다이오드 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor laser diode device used in optical devices such as an optical recording medium, a laser printer, a distance measuring sensor, a factory automation sensor, and a motion recognition sensor, and a method of manufacturing the same.

최근에는 증강과 가상현실 그리고 3차원 깊이 센서의 조명 광원으로 레이저 다이오드가 널리 사용되고 있고 이는 휴대폰, 보안, 게임 분야 등의 다양한 산업에 적용되고 있다. 특히, 실내뿐만 아니라 실외에서 사용되는 휴대폰이나 보안 분야의 안면인식 센서가 대중화 되면서 레이저 다이오드는 고출력을 요구하고 있다. Recently, laser diodes are widely used as illumination sources for augmented, virtual reality, and 3D depth sensors, and are applied to various industries such as mobile phones, security, and games. In particular, as face recognition sensors in mobile phones and security fields used indoors as well as outdoors become popular, laser diodes require high power.

레이저 다이오드의 고출력화를 제한하고 있는 요인 중의 하나는 출력이 증가하거나 온도가 상승할 때 수반해 발생하는 내부 저항과 손실이다. 캐리어 농도가 너무 낮으면 전류의 흐름이 원활하지 않아 저항이 증가하고, 반면 캐리어 농도가 너무 높으면 활성층의 가까운 광 분포 영역에 자유 캐리어 흡수 (free carrier absorption)가 발생하여 내부 손실을 증가시킨다. 이러한 결과는 레이저 다이오드의 발열을 증가시켜 효율을 저하시키고, 고온 신뢰성 및 광학 손상 (COD : Catastrophic Optical Damage) 레벨을 저하시킨다. 종래의 GaAs/AlGaAs 구조에서 고출력 레이저 다이오드의 도핑 농도는 P 영역은 1E+18cm-3, N 영역은 5E+17cm-3 정도를 각각 사용하여 고출력을 달성하는데 한계가 있었다. One of the factors limiting the high output of laser diodes is the internal resistance and losses that occur when the output increases or the temperature increases. If the carrier concentration is too low, the current flow is not smooth and the resistance increases. On the other hand, if the carrier concentration is too high, free carrier absorption occurs in a nearby light distribution region of the active layer, increasing internal loss. These results increase the heat generation of the laser diode, thereby lowering the efficiency, and lowering the high temperature reliability and the level of catastrophic optical damage (COD). In the conventional GaAs/AlGaAs structure, the doping concentration of the high-power laser diode is about 1E+18cm -3 for the P region and 5E+17cm -3 for the N region, respectively, so there is a limit to achieving high power.

또한, 관련 기술로서 일본특허04833671호는 COD 문제 해결을 위해 Al-free 활성층을 제안하면서 QW/barrier 사이에 중간층(GaAs)을 배열할 것(QW/GaAs/barrier)을 제안하나, 층상 구조를 복잡하게 하는 것에 비해 문제해결에 효율적이라 볼 수 없다. In addition, as a related technology, Japanese Patent No. 04833671 proposes an Al-free active layer to solve the COD problem and arranges an intermediate layer (GaAs) between QW/barriers (QW/GaAs/barrier), but complicates the layered structure. It can't be seen as more efficient in solving problems than doing it.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 하기와 같이 도핑 농도를 최적화하고자 한다. The present invention aims to optimize the doping concentration as follows in order to solve this problem.

즉, 본 발명의 목적은 수백 mW 이상의 고출력 레이저 다이오드를 위해 도핑 농도를 기존방식 보다 전체적으로 증가시키되, 하부 클래드층에서 광이 분포하는 영역에 가까울수록 3 단계에 걸쳐서 계단식으로 도핑 농도를 낮추다가 광이 집중적으로 분포하는 영역에서는 4단계로 도핑 농도를 점진적, 연속적으로 낮추어 자유 캐리어 흡수 (free carrier absorption)에 의한 광손실을 최소화하는 고출력 레이저 다이오드 제작을 구현하고자 하는 것이다.That is, the object of the present invention is to increase the doping concentration as a whole compared to the conventional method for high-power laser diodes of several hundred mW or more. In the intensively distributed region, the doping concentration is gradually and continuously lowered in four steps to implement a high-power laser diode fabrication that minimizes optical loss due to free carrier absorption.

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 소자는 반도체 기판 (1)의 위에 하부 클래드층 (2), 활성층 (3), 상부 제 1 클래드층 (4)과 식각 정지층 (5) 위에 리지형 상부 제 2 클래드층 (6)과 상부 제 2 클래드층 (6)의 측방에 전류 차단층 (9)을 구비하고 있다. “ 하부 클래드층 도핑 농도를 1 ~ 4 단계로 나누었고, 마지막 4 단계에서는 도핑 농도를 점진적으로 낮추는 방법”을 특징으로 한다.The semiconductor laser diode device according to the present invention includes a lower clad layer 2, an active layer 3, an upper first clad layer 4 and an etch stop layer 5 on the semiconductor substrate 1 A current blocking layer 9 is provided on the side of the layer 6 and the upper second cladding layer 6. It features “a method of gradually reducing the doping concentration of the lower clad layer by dividing the doping concentration into 1 to 4 steps, and in the last 4 steps”.

상기 목적에 따라 본 발명은, 고출력 레이저 다이오드의 상부 클래드층 (4)와 (6)의 도핑 농도를 Carbon (탄소), Mg (마그네슘), Be (베릴륨) 또는 Zinc(아연)를 사용하여 1E+18cm-3 이상을 도핑한다.In accordance with the above object, the present invention uses Carbon (carbon), Mg (magnesium), Be (beryllium) or Zinc (zinc) to adjust the doping concentration of the upper cladding layers 4 and 6 of the high-power laser diode to 1E+. Doping 18cm- 3 or more.

그리고, 고출력 레이저 다이오드의 하부 클래드층 2의 도핑 농도는 Silicon (규소), Te (텔루륨) 또는 Se (셀렌)을 사용하여 4단계에 걸쳐서 도핑한다.And, the doping concentration of the lower clad layer 2 of the high-power laser diode is doped over four steps using Silicon (silicon), Te (tellurium), or Se (selenium).

즉, 본 발명의 하부 클래드층 2의 도핑 농도와 도핑 깊이는, 다음과 같이 이루어질 수 있다.That is, the doping concentration and doping depth of the lower clad layer 2 of the present invention may be formed as follows.

1단계 도핑영역은 8.0E+17cm-3 이상의 농도로 기판 위로 1.5~2.5um 도핑하고, 2단계 도핑영역은 7.0E+17cm-3 이상의 농도로 1단계 영역 위로 0.2~0.6um 도핑한다. 그리고, 3단계 도핑영역은 6.0E+17cm-3 이상의 농도로 2단계 도핑영역 위로 0.2~0.6um 도핑하고, 4단계 도핑영역은 6.0E+17cm-3 이상의 농도로부터 1.0E+17cm-3 이하까지 점차 낮추면서 1.0~1.4um 정도 깊이를 도핑한다. 상기 도핑 농도와 영역 (depth) 오차는 ±10% 내외일 수 있다. The first-stage doped region is doped with a concentration of 8.0E+17cm -3 or higher on the substrate by 1.5-2.5um, and the second-stage doped region is doped with a concentration of 7.0E+17cm -3 or higher and 0.2-0.6um over the first-stage region. In addition, the third-stage doped region is doped with a concentration of 6.0E+17cm -3 or higher and 0.2-0.6um above the second-stage doped region, and the fourth-stage doped region is from a concentration of 6.0E+17cm -3 or higher to 1.0E+17cm -3 or less. Doping a depth of 1.0~1.4um while gradually lowering. The doping concentration and depth error may be within ±10%.

상기와 같이 전체적인 도핑 농도는 증가하되, 하부 클래드층 2의 도핑 농도는 1단계에서 3단계 까지는 계단식으로 낮추고, 마지막 4단계는 포물선이나 선형식으로 점진적으로 낮추는 도핑 방식을 제공한다.As described above, the overall doping concentration is increased, but the doping concentration of the lower clad layer 2 is lowered stepwise from step 1 to step 3, and the final step 4 provides a doping method in which the doping method is gradually lowered in a parabolic or linear manner.

또한, 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 소자는, 활성층 (3)과 상부 제 1 클래드층 (4) 사이는, Alx 조성을 활성층 (3)으로부터 제1 클래드층 (4) 쪽으로 갈수록 점진적으로 증가시키는 GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) 구조를 포함한다.In addition, in the semiconductor laser diode device of the present invention, between the active layer 3 and the upper first cladding layer 4, the Alx composition is gradually increased from the active layer 3 toward the first cladding layer 4. (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) structure.

또한, 하부 클래드층 (2)과 상부 제 1 클래드층 (4)의 Alx 조성을 서로 다르게 하여 하부 클래드층 (2) 영역으로 광을 확산시키는 비대칭 (Asymmetric) 구조를 포함하여 광학 손상(COD)을 회피한다.In addition, optical damage (COD) is avoided by including an asymmetric structure in which light is diffused into the lower clad layer (2) by making the Alx composition of the lower clad layer (2) and the upper first cladding layer (4) different. do.

또한, 상기 반도체 레이저 다이오드 소자는 단일 모드 (single mode) 고출력 반도체 레이저 다이오드 소자로서, 선택적 매립 리지(Selective Buried Ridge)형 구조를 포함한다.In addition, the semiconductor laser diode device is a single mode high-power semiconductor laser diode device, and includes a selective buried ridge type structure.

또한, 하부 클래드층 (2)와 활성층 (3) 사이는, Alx 조성을 하부 클래드층 (2)으로부터 활성층(3) 쪽으로 갈수록 점진적으로 낮춘 GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) 구조를 포함한다.In addition, between the lower clad layer 2 and the active layer 3, a GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) structure in which the Alx composition is gradually lowered from the lower clad layer 2 toward the active layer 3 is included.

또한, 활성층 (3)은 InGaAs SQW (Single Quantum Well)를 포함하고 언도핑 되어있다.In addition, the active layer 3 contains InGaAs SQW (Single Quantum Well) and is undoped.

또한, 하부 클래드층 (2)의 도핑 영역인 1단계 도핑영역에서 3단계 도핑영역 까지는 도핑 농도를 계단식으로 낮추고, 마지막 4단계 도핑영역의 도핑 농도 변화는 포물선이나 선형식으로 점진적으로 낮아지는 도핑 방식을 제공한다.In addition, the doping concentration is stepwise lowered from the first step doped region to the third step doped region, which is the doping region of the lower clad layer 2, and the change in the doping concentration in the last fourth step doping region is gradually reduced in a parabolic or linear manner. Provides.

또한, 식각 정지층 (Etch Stop Layer) (5)은 p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.6 이상)를 포함한다.In addition, the etch stop layer 5 includes p-type AlxGaAs (Alx composition is 0.6 or more).

본 발명에 따르면, 고출력 레이저 다이오드의 전체적인 도핑 농도를 증가시키면서 내부 저항이 감소하였고, 하부 클래드층 2의 도핑을 3단계 까지 낮추고 마지막 4단계에서 점진적으로 낮추면서 광 밀도가 높은 영역의 자유 캐리어 흡수 (free carrier absorption)에 의한 광손실이 최소화 되었다.According to the present invention, the internal resistance was decreased while increasing the overall doping concentration of the high-power laser diode, and the doping of the lower clad layer 2 was lowered to 3 steps and gradually lowered in the last 4 steps to absorb free carriers in the high optical density region ( Light loss due to free carrier absorption) is minimized.

소자 평가 조건을 상온, 광출력 300mW, CW (Continuous wave) 입력 전류하에서 구동 했을때 이로 인한, 효과는 다음과 같았다.When the device evaluation conditions were driven at room temperature, light output 300mW, and CW (continuous wave) input current, the resulting effects were as follows.

저항 (Rd)은 약 15% 정도 감소하였고, 전압 (Vop)은 약 10% 정도 감소하였으며, 기울기 (Slop Efficiency)는 약 10% 정도 증가하였고, 광학 손상 레벨(COD level)은 약 20% 정도 증가하였다. Resistance (Rd) decreased by about 15%, voltage (Vop) decreased by about 10%, slope (Slop Efficiency) increased by about 10%, and optical damage level (COD level) increased by about 20%. I did.

또한, 소자 평가 조건을 고온 60℃, 광출력 300mW, 자동 출력 제어 APC (Auto Power Control) 모드 하에서 구동 했을때 이로 인한, 효과는 다음과 같았다.In addition, when the device evaluation conditions were operated under high temperature 60℃, light output 300mW, and automatic output control APC (Auto Power Control) mode, the effects were as follows.

고온 신뢰성 (Reliability)에 있어서, 고온 전류는 약 5% 정도 감소하고 고온 전류 변화율도 약 5 % 정도 감소하였다. In terms of high-temperature reliability, the high-temperature current was reduced by about 5% and the high-temperature current change rate was also reduced by about 5%.

전체적으로 볼 때, 본 발명은 상기 도핑 농도의 최적화를 통해 고출력 레이저 다이오드의 내부 저항과 내부 손실을 최소화함으로서, 수백 mW 단일모드 (single mode) 고출력 레이저 다이오드의 효율을 크게 개선하였다. Overall, the present invention greatly improves the efficiency of hundreds of mW single mode high-power laser diodes by minimizing internal resistance and internal loss of high-power laser diodes through optimization of the doping concentration.

도 1은 선택적 매립 리지(Selective Buried Ridge)형 단일 모드 (single mode) 고출력 반도체 레이저 다이오드의 모식도 이다.
도 2는 본 발명에 따라 상부 클래드층과 하부 클래드층의 도핑 농도 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따라 단일 모드 (single mode) 고출력 레이저 다이오드를 제작하는 Fabrication 공정 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 상온, 고온 소자 특성 효과를 보여주는 그래프들이다.1 is a schematic diagram of a selective buried ridge type single mode high power semiconductor laser diode.
2 is a schematic diagram of a doping concentration of an upper clad layer and a lower clad layer according to the present invention.
3 is a flow chart of a fabrication process for fabricating a single mode high-power laser diode according to the present invention.
4 and 5 are graphs showing the effect of room temperature and high temperature device characteristics according to the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 선택적 매립 리지(Selective Buried Ridge)형 반도체 레이저의 구조를 나타내는 모식적인 단면도이다. 화합물 반도체 기판 (1) 위에는 순서대로 하부 클래드층 (2), 활성층 (3) 및 상부 제 1 클래드층 (4)와 식각 정지층 (5) 위에 리지형 상부 제 2 클래드층 (6)과 상부 제 2 클래드층 (6)의 측방에 전류 차단층 (9)로 구성되어 있다. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a selective buried ridge type semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. On the compound semiconductor substrate (1), the lower clad layer (2), the active layer (3), and the upper first clad layer (4) and the etch stop layer (5) are placed on the ridge-type upper second clad layer (6) and the upper first layer in order. It is composed of a current blocking layer 9 on the side of the two cladding layer 6.

고출력 레이저 다이오드의 1차 성장의 물질과 성장 순서를 상세히 설명하면, 기판 (1)은 n형 GaAs 화합물 반도체로 구성된다. 이 경우 하부 클래드층 (2)는 n형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.3 ~ 0.4)로 구성되고, 하부 클래드층 (2)의 도핑은 그 농도를 4단계로 달리 하여 일정 두께씩 도핑한다. 도핑 농도에 따른 두께별 층상 구조는 도 2에 그래프로 나타내었다. 하부 클래드층 (2)의 도펀트는 Silicon (규소)를 이용한다. 그 외에 Te (텔루륨), Se (셀렌) 도펀트를 사용할 수 있다. When the material and the growth sequence of the primary growth of the high-power laser diode are described in detail, the substrate 1 is composed of an n-type GaAs compound semiconductor. In this case, the lower clad layer 2 is composed of n-type AlxGaAs (Alx composition is 0.3 to 0.4), and the doping of the lower clad layer 2 is doped by a predetermined thickness by varying the concentration in four steps. The layered structure by thickness according to the doping concentration is shown in a graph in FIG. 2. Silicon (silicon) is used as the dopant of the lower clad layer 2. In addition, Te (tellurium) and Se (selenium) dopants can be used.

1단계 도핑영역은 8.0E+17cm-3 이상의 농도로 기판 위로 1.5~2.5um 도핑하고, 2단계 도핑영역은 7.0E+17cm-3 이상의 농도로 1단계 영역 위로 0.2~0.6um 도핑한다. 그리고, 3단계 도핑영역은 6.0E+17cm-3 이상의 농도로 2단계 도핑영역 위로 0.2~0.6um 도핑하고, 4단계 도핑영역은 6.0E+17cm-3 이상의 농도로부터 1.0E+17cm-3 이하까지 점차 낮추면서 1.0~1.4um 정도 깊이를 도핑한다. The first-stage doped region is doped with a concentration of 8.0E+17cm -3 or higher on the substrate by 1.5-2.5um, and the second-stage doped region is doped with a concentration of 7.0E+17cm -3 or higher and 0.2-0.6um over the first-stage region. In addition, the third-stage doped region is doped with a concentration of 6.0E+17cm -3 or higher and 0.2-0.6um above the second-stage doped region, and the fourth-stage doped region is from a concentration of 6.0E+17cm -3 or higher to 1.0E+17cm -3 or less. Doping a depth of 1.0~1.4um while gradually lowering.

즉, 본 발명의 실시 예에서 하부 클래드층 (2)의 도핑 농도와 도핑 깊이는 다음과 같이 이루어졌다. That is, in the embodiment of the present invention, the doping concentration and the doping depth of the lower clad layer 2 are as follows.

1단계 : 8.0E+17cm-3 이상, 기판 위로 2.0um,Step 1: 8.0E+17cm -3 or more, 2.0um above the substrate,

2단계 : 7.0E+17cm-3 이상, 1단계 위로 0.4um,Step 2: 7.0E+17cm -3 or more, 0.4um above the first step,

3단계 : 6.0E+17cm-3 이상, 2단계 위로 0.4um, Step 3: 6.0E+17cm -3 or more, 0.4um above the second step,

4단계 : 6.0E+17cm-3 이상에서 1.0E+17cm-3 이하까지 낮추며, 3단계 위로 1.2um 도핑하였다. 상기 도핑 농도와 영역 (depth) 오차는 ±10% 내외일 수 있다. Step 4: From 6.0E+17cm -3 or higher to 1.0E+17cm -3 or lower, 1.2um was doped over the third step. The doping concentration and depth error may be within ±10%.

도핑 영역별 도핑 농도와 도핑 깊이에 대해 도 2에 그래프로 나타내었다. 1단계 내지 3단계 도핑영역의 도핑 농도 변화는 단계별로 계단식으로 변화하는 데 비해, 4단계 도핑 영역의 도핑 농도 변화는 점진적이고 연속적이며, 포물선 내지 선형적인 프로파일을 이룬다. 또한, 상부 클래드층은 하부 클래드층에 비해 도핑 농도가 더 높게 되어있으며, 이로 인해 광은 하부 클래드층으로 확산되어 광학 손상(COD) 위험이 회피될 수 있다. The doping concentration and doping depth for each doped region are shown in a graph in FIG. 2. The change in the doping concentration of the doped regions of the first to third steps is stepwise changed, whereas the change of the doping concentration of the doped regions of the fourth step is gradual and continuous, and forms a parabolic or linear profile. In addition, the upper clad layer has a higher doping concentration than the lower clad layer, and thus, light diffuses to the lower clad layer, thereby avoiding the risk of optical damage (COD).

활성층 (3)의 경우는 InGaAs SQW (Single Quantum Well)로 구성되고 언도핑 되어있다. 그리고, 캐리어 감금 (carrier confinement)효과를 높이기 위해서 하부 클래드층 (2)와 활성층 (3) 사이에 Alx 조성을 점진적으로 낮추고, 또한 활성층 (3)과 상부 제 1 클래드층 (4) 사이에 Alx 조성을 점진적으로 올리는 GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) 구조로 구성된다. 상부 제 1 클래드층 (4)는 p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.35 ~ 0.45)로 구성되고, 도핑은 1E+18cm-3 이상을 도핑한다. 상부 클래드층 (4)와 (6)의 도펀트는 Carbon (탄소) 또는 Zinc(아연), Mg (마그네슘), Be (베릴륨)를 사용할 수 있다. 상부 클래드층 (4)와 (6)의 도핑 농도를 Carbon (탄소), Mg (마그네슘), Be (베릴륨) 또는 Zinc(아연)를 사용하여 1E+18cm-3 이상을 도핑한다.The active layer 3 is composed of InGaAs SQW (Single Quantum Well) and is undoped. And, in order to increase the carrier confinement effect, the Alx composition between the lower clad layer 2 and the active layer 3 is gradually lowered, and the Alx composition between the active layer 3 and the upper first clad layer 4 is gradually decreased. It is composed of GRIN-SCH (Graded Index Separate Confinement Hetero Structures) structure. The upper first cladding layer 4 is composed of p-type AlxGaAs (Alx composition is 0.35 to 0.45), and doping is 1E+18cm -3 or more. Carbon (carbon) or zinc (zinc), Mg (magnesium), and Be (beryllium) may be used as the dopant of the upper cladding layers (4) and (6). The doping concentration of the upper cladding layers 4 and 6 is doped with 1E+18cm -3 or more using Carbon (carbon), Mg (magnesium), Be (beryllium) or Zinc (zinc).

하부 클래드층 (2)와 상부 제 1 클래드층 (4)의 Alx 조성이 다른 이유는 하부 클래드층 (2) 영역으로 광을 퍼트리는 비대칭 (Asymmetric) 구조를 구성하여 고온 신뢰성과 광학 손상(COD:Catastrophic Optical Damage) 회피를 향상시키기 위함이다. The reason why the Alx composition of the lower clad layer 2 and the upper first clad layer 4 is different is that the lower clad layer 2 has an asymmetric structure that spreads light to the area, resulting in high temperature reliability and optical damage (COD: It is to improve the avoidance of Catastrophic Optical Damage).

식각 정지층 (Etch Stop Layer) (5) 는 p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.6 이상)로 구성된다. The etch stop layer 5 is composed of p-type AlxGaAs (Alx composition is 0.6 or more).

상부 제 2 클래드층 (6)은 p형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.35 ~ 0.45)로 구성되고, 도핑은 1E+18cm-3 이상을 도핑한다. p 컨택층 (7)은 p형 GaAs로 도핑은 1E+19cm-3 이상으로 도핑한다. 이 순서로 1차 성장이 완료된다.The upper second cladding layer 6 is composed of p-type AlxGaAs (Alx composition is 0.35 to 0.45), and doping is 1E+18cm -3 or more. The p-contact layer 7 is doped with p-type GaAs and a doping of 1E+19cm -3 or more. The primary growth is completed in this order.

다음은 단일 모드 (single mode) 고출력 레이저 다이오드의 제조(Fabricati 공정 순서이다(도 3 참조).The following is the fabrication of a single mode high-power laser diode (Fabricati process sequence (see Fig. 3)).

1차 성장이 완료된 웨이퍼에 리지 마스크를 만들고 습식 식각이나 건식 식각을 통해 식각 정지층까지 식각하여 리지를 구성한다. MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 전류 차단층 (Current Blocking Layer) 9는 n형 AlxGaAs (Alx 조성은 0.45 ~ 0.55)로 구성한다. 리지 마스크를 제거하고 p형 GaAs 캡층 (10)을 구성한다.A ridge mask is formed on the wafer on which the primary growth has been completed, and a ridge is formed by etching to the etch stop layer through wet etching or dry etching. Using MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), the current blocking layer 9 is composed of n-type AlxGaAs (Alx composition is 0.45 ~ 0.55). The ridge mask is removed and a p-type GaAs cap layer 10 is formed.

상기와 같은 EPI 구조와 FAB 공정 기술을 통해 단일 모드 고출력 레이저 다이오드의 내부 저항과 손실을 최소화하여 레이저의 성능을 개선할 수 있는 장점이 있다.Through the above-described EPI structure and FAB process technology, there is an advantage in that the performance of the laser can be improved by minimizing the internal resistance and loss of the single mode high-power laser diode.

본 발명의 상기 실시예에 따라 제조된 고출력 레이저 다이오드 소자를 상온 23℃, 출력 300mW, CW 구동 조건에서 동작시켜 도 4와 같은 결과를 얻었다. The high-power laser diode device manufactured according to the above embodiment of the present invention was operated under conditions of room temperature 23° C., 300 mW output, and CW driving, thereby obtaining the results shown in FIG. 4.

저항 (Rd)은 약 15% 정도 감소하였고, 전압 (Vop)은 약 10% 정도 감소하였으며, 기울기 (Slop Efficiency)는 약 10% 정도 증가하였고, 광학 손상 레벨(COD level)은 약 20% 정도 증가하였음을 확인하였다. Resistance (Rd) decreased by about 15%, voltage (Vop) decreased by about 10%, slope (Slop Efficiency) increased by about 10%, and optical damage level (COD level) increased by about 20%. It was confirmed.

즉, 종래 기술에 비해 본 발명의 레이저 다이오드 소자의 구동 전압에서의 저항이 훨씬 낮아진 것을 확인할 수 있으며(도 4(a)), 이는 곧 더 높은 출력과 더 높은 임계 전류에 도달할 수 있음을 보였다(도 4(b)).That is, it can be seen that the resistance at the driving voltage of the laser diode device of the present invention is much lower than that of the prior art (Fig. 4(a)), which shows that a higher output and a higher threshold current can be reached soon. (Fig. 4(b)).

또한, 고온 60℃, 출력 300mW, APC 구동 조건에서 1000시간 동안 연속적으로 정상 작동함으로써 우수한 신뢰성을 보였다(도 5).In addition, excellent reliability was shown by continuously operating normally for 1000 hours under high temperature 60°C, output 300mW, and APC driving conditions (FIG. 5).

즉, 고온 신뢰성 (Reliability)에 있어서, 고온 전류는 약 5% 정도 감소하고 고온 전류 변화율도 약 5 % 정도 감소하였다. That is, in the high temperature reliability (Reliability), the high temperature current is reduced by about 5% and the high temperature current change rate is also reduced by about 5%.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 AlGaAs계에 한정되지 않고 InGaAlP계 에도 적용 가능하다. 즉, InGaAlP계 레이저다이오드 소자의 하부 클래드층 캐리어 농도 조절을 위한 도펀트 농도 제어에서도 상술한 것과 동일하게 도펀트 농도를 단계별로 변화시키고 상부 클래드층의 도펀트 농도를 높게 구성하며, Al 조성을 상부 클래드층과 하부 클래드층에서 비대칭화하여 동작 시 저항을 낮추고 출력을 높이며, COD 문제를 해결할 수 있다. The rights of the present invention are not limited to the AlGaAs system described above, but can also be applied to the InGaAlP system. That is, in the dopant concentration control for controlling the carrier concentration of the lower clad layer of the InGaAlP-based laser diode device, the dopant concentration is changed step by step as described above, the dopant concentration of the upper clad layer is made high, and the Al composition is adjusted to the upper and lower clad layers. By asymmetry in the cladding layer, the resistance is lowered during operation, the output is increased, and the COD problem can be solved.

또한, 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.In addition, it is not limited to the embodiments described above and is defined by what is described in the claims, and it is obvious that a person of ordinary skill in the field of the present invention can make various modifications and adaptations within the scope of rights described in the claims. .

1 : 기판층
2 : 하부 클래드층
3 : 활성층
4 : 상부 제 1 클래드층
5 : 식각 정지층
6 : 상부 제 2 클래드층
7 : 컨택층
8 : 리지
9 : 전류 차단층
10 : 캡 층1: substrate layer
2: lower clad layer
3: active layer
4: upper first cladding layer
5: etch stop layer
6: upper second cladding layer
7: contact layer
8: ridge
9: current blocking layer
10: cap layer

Claims (1)

반도체 레이저 다이오드 소자 제조방법으로서,
반도체 기판(1)을 준비하고;
상기 반도체 기판 (1)의 위에 하부 클래드층 (2)을 형성하고;
상기 하부 클래드층 (2) 위에 활성층 (3)을 형성하고;
상기 활성층 (3) 위에 상부 제 1 클래드층 (4)을 형성하고;
상기 상부 제1 클래드층 (4) 위에 식각 정지층 (5)을 형성하고;
상기 식각 정치층 (5) 위에 리지형 상부 제 2 클래드층 (6)을 형성하고 상부 제 2 클래드층 (6)의 측방에 전류 차단층 (9);을 형성하고,
상기 하부 클래드층은 캐리어 농도 조절을 위한 도펀트로 도핑되되, 도펀트의 농도가 1 ~ 4 단계로 나누어지며, 기판으로부터 활성층을 향한 방향으로 1단계 도핑영역, 1단계 도핑영역 위에 2단계 도핑영역, 2단계 도핑영역 위에 3단계 도핑영역, 3단계 도핑영역 위에 4단계 도핑영역을 두고, 도펀트 농도는 1단계 도핑영역으로부터 4단계 도핑영역으로 갈수록 낮아지게 도핑하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 소자 제조방법.
As a method of manufacturing a semiconductor laser diode device,
Preparing a semiconductor substrate 1;
Forming a lower clad layer (2) on the semiconductor substrate (1);
Forming an active layer (3) on the lower clad layer (2);
Forming an upper first cladding layer 4 on the active layer 3;
Forming an etch stop layer (5) on the upper first cladding layer (4);
A ridge-type upper second cladding layer 6 is formed on the etched stationary layer 5, and a current blocking layer 9 is formed on the side of the upper second cladding layer 6,
The lower clad layer is doped with a dopant for controlling the carrier concentration, and the concentration of the dopant is divided into steps 1 to 4, the first step doped region in the direction from the substrate toward the active layer, the second step doped region on the first step doped region, and the second A method of manufacturing a semiconductor laser diode device, comprising: placing a doped region in a third step on the doped region in a step and a doping region in a fourth step on the doping region in the third step, and dopant concentration is lowered from the doped region in the first step to the doped region in the fourth step.
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