Buried-Heterostructure laser diode is described, theoretically analyzed, and experimentally fabricated. The waveguiding properties and laser threshold conditions are analyzed using the effective refractive index approximation. Near equilibrium LPE growth method, which is useful in growing extremely thin layer, and Zn diffusion technique for enhancing the property of the ohmic contact are described in detail.
Typical BH laser, $350\times10\times0.2 m^3$, has 1.2V of cutin voltage and 150 mA of threshold current. With fine lithography equipment and by applying current-confining geometry to this laser, the threshold current can be more reduced.
낮은 threshold 전류와 원형의 beam 을 갖는 Buried Heterostructure laser diode 는 광통신에 적합하다.
BH laser의 광 도파로 특성은 유효굴절률 근사방법에 의해 해석되며, 활성층의 두께가 0.2um이고, cladding층이 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$이며, burying층이 $Al_{0.4}Ga_{0.6}As$ 일 경우 활성층 폭이 0.46um 이면, 기본 모드만이 발진되어 원형의 beam 을 갖는 다는 것을 보였다. Fermi-Dirac 의 통계에 의해 이중이종접합의 Energy band diagram 을 구하였으며, 이로부터 누설전류를 계산하였다.
얇은층을 성장시키는데 적합한 준평형 액상 성장법을 이론적으로 해석 하였으며, 이방법의 사용법과 낮은 냉각률을 갖도록 하여 성장한 웨이퍼의 단면 및 접촉시간에 따른 두께를 도표로 나타내었다. GaAs 의 화학적 식각의 특징과 원리에 대해 살펴보았으며 $lH_3PO_4:lH_2O_2:3CH_3OH$ 용액으로의 식각을 설명하였다. 식각된 GaAs 위에 두 번째로 액상성장법을 이용하여 burying 층을 성장하는 방법과 그 결과를 보였다. 저항성 접촉을 향상시키기 위한 Zn-확산 방법을 설명하였으며, 700℃ 에서의 접합깊이와 확산시간과의 도표를 실었다. Laser diode 에 금속을 증착시키는 방법과 깨끗한 cleavage 면을 얻는 방법을 설명하였다.
제작된 BH laser diode 는 cutin 전압이 1.2V 이며, 역방향 항복 전압이 9V 이고 직렬 저항이 7-8 Ω 이었다. Lasing 이 일어나는 threshold 전류는 $350\times10\times0.2 um^3$ 의 diode 의 경우 150 mA 이었으며, heat sink 없이 duty cycle 을 5% 로 증가 시켰을 경우 200 mA 를 보였다.
더 정밀한 lithography 기술을 이용하여 활성층의 폭을 줄여주고, burying 층을 여러층 성장시켜 전류를 제한 할 수 있도록 한다면, threshold 전류를 더욱 줄일 수 있을 것이다.
