KR0146711B1 - 인화합물 형성에 의한 표면방출 레이저 다이오드 공진표면의 비활성화 방법 - Google Patents

인화합물 형성에 의한 표면방출 레이저 다이오드 공진표면의 비활성화 방법

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Abstract

본 발명은 갈륨비소계 반도체의 수직공진형 표면방출 레이저 다이오드의 제작방법에 관한 것으로, 식각된 공진층의 표면을 플라즈마 인(P)의 분위기에서 열처리하여 굴절율이 작고 전기저항이 높은 P화합물을 형성시켜 공진구조를 전기적으로 비활성화시키는 방법이다.

Description

인화합물 형성에 의한 표면방출 레이저 다이오드 공진표면의 비활성화방법
제1도∼제3도는 본 발명의 제조공정을 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 화합물 반도체기판 2 : 하부거울층
3 : 활성층 4 : 상부거울층
5 : n형 전극
6 : 이온식각용 금속마스크를 겸한 p형 전극
7 : 식각된 공진기의 측면 8 : P화합물이 형성된 영역
본 발명은 갈륨비소계 반도체의 수직공진형 표면방출 레이저 다이오드의 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식각된 공진기의 표면을 플라즈마 인(P)의 분위기에서 열처리하여 굴절율이 작고 전기저항이 높은 인(P)화합물을 형성시켜 식각된 공진기 표면을 전기적으로 비활성화시키는 방법에 관한 것이다.
수직공진형 표면방출 레이저를 굴절유도형 구조로 제작하기 위해서는 이온빔 식각으로 공진구조를 식각하게 된다.
이때, 식각으로 노출된 공진표면은 결함이 많아 전류누설을 발생시켜 레이저작동의 문턱전류를 높이게 되는 문제를 일으킨다.
식각표면에서의 이러한 전류누설문제를 줄이기 위해서, 종래에는 SiNX막을 증착시키거나(예:Ogura et al., Applied Physics Letters, vol. 60, no. 7, pp. 799-801, 1992), 갈륨비소계 화합물을 재성장하거나(예:Wu et. al., Electronics Letters, vol. 29, no. 7, pp. 1981-1863, 1993), 황화처리를 하는 방법(예:Young et al., Electronics Letters, vol. 30, no. 3, pp. 233-235, 1994)을 사용하고 있다.
식각된 공진표면에 상기와 같은 갈륨비소계 화합물을 재성장시킬 경우, 레이저 재료와 동질 재료를 사용함으로써 계면 결함을 크게 줄일 수 있다. 그러나, 재성장을 위해 500℃ 이상의 고온에서 열처리를 하는 단점이 있고, 굴절율이 갈륨비소보다 큰 차이가 없어 공진구조내 빛을 국한시키는데 효과적이지 못하다
또한, SiNX막을 증착시킬 경우, 공정은 간단하지만, SiNX다결정의 결정 구조가 레이저 재료로 사용하는 화합물 반도체 단결정 구조와는 다르기 때문에 결정질 화합물 반도체와 SiNX사이의 계면에서 격자결함이 많이 남게 된다. 그래서, 계면결함이 비활성화 효과가 적다.
아울러, 상기한 황화처리를 할 경우, 장기간 동안 소자 사용시에 비활성화 상태를 안정되게 유지하는 신뢰성이 아직 보장되지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 플라즈마 인(P)의 분위기에서 비교적 낮은 온도에서 열처리하여 굴절율이 작고 전기저항이 큰 P화합물을 형성시켜 공진구조를 전기적으로 비활성화 시킴과 동시에 광학적 국한효과도 얻을 수 있는 인화합물 형성에 의한 공진표면의 비활성화방법을 제시한다.
P화합물 형성으로 식각표면을 비활성화시킨 표면방출 레이저의 단계별 제작공정은 다음과 같다.
제1도는 소자제작에 사용되는 수직공진형 표면방출 레이저의 기판구조를 나타낸 것으로서, 갈륨비소계 또는 인듐인계 화합물 반도체기판(1) 위에 하부거울층(2), 활성층(3), 상부거울층(4)이 순차적으로 성장되어 있다.
화합물 반도체기판(1) 아래에는 n형 전극(5)이 형성된다.
제2도는 굴절유도 구조를 얻기 위해 식각하는 단계를 나타낸 것으로, 제1도의 상부거울층(4) 위에 Au(1000∼3000Å)/Ni(500∼1600Å)의 금속마스크(6)를 증착시킨 후에 이온식각으로 상부거울층(4)과 활성층(3) 전체와 하부거울층(2)의 일부를 식각한다. 식각 후, 상부거울층(4)과 활성층(3)이 온건하게 남은 돌출부가 레이저가 공진되는 공진기가 된다. 이온빔 후에 잔류한 금속마스크(6)는 p형 전극으로 사용한다.
제3도는 식각된 공진기 측면을 플라즈마 인으로 처리하는 단계를 나타낸다.
제2도의 식각된 시편을, PH3개스를 유입하여 그로우 방전(Grow discharge) 방법이나 ECR(electron cyclone resonance) 방법 등으로 형성된 플라즈마 인 분위기에 넣어, 100∼300℃ 온도에서, 10-1∼10-4torr PH3압력으로, 30분∼2시간 열처리를 한다.
이 처리로, 제3도와 같이, 식각으로 노출된 잔류 하부거울층(2)의 표면과 식각된 공진기의 측면에 노출된 갈륨비소(GaAs), 또는 알루미늄비소(AlAs) 화합물에서 비소(As)가 인(P)으로 대체되어 갈륨인(GaP) 또는 알루미늄인(AlP) 등의 인화합물(8)이 형성된다. 전기적으로 비활성화된 영역은 0.5∼1.0μm 깊이로 형성된다. 이들 인화합물의 형성은 갈륨비소(GaAs)와 알루미늄 비소(AlAs) 층의 비소(As) 원자가 인(P) 원자로 치환되어 일어난다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 인화합물 형성에 의한 표면방출 레이저 다이오드 공진표면의 비활성화방법에 의하면 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 인화합물이 비소화합물 보다 전기저항이 크므로, 상술한 종래 기술과 같이 SiNX막을 증착시키는 방법보다는 전기적 비활성화 효과를 크게 얻을 수 있다.
둘째로, 인화합물이 비소화합물보다 굴절율이 작으므로, 상술한 종래 기술과 같이 갈륨비소계 화합물을 재성장시키는 방법(500℃ 이상의 고온에서 열처리함) 보다는 광학적 국한 효과도 얻을 수 있고, 비교적 낮은 온도인 100∼300℃에서 열처리함으로써, 레이저 구조에 열적인 손상을 줄일 수 있다.
세째로, 장시간 동안 소자의 사용시에 비활성화 상태에 안정되게 유지하는 신뢰성이 아직 보장되지 않은 상기 황화처리 방법보다는 신뢰성(Reliability)이 있다.

Claims (2)

  1. 수직공진형 표면방출 레이저 다이오드의 제작에 있어서, 식각에 의해 노출된 갈륨비소계 활성층과 거울층의 표면을 플라즈마 인 분위기에서 열처리하여, 굴절율이 비소화합물 보다 작고 전기저항이 비소화합물 보다 큰 인화합물을 형성시켜, 식각된 공진기 표면을 전기적으로 비활성화시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 인 분위기에서 수행되는 열처리 공정이 100∼300℃의 온도에서 10-1∼10-4torr PH3압력으로 30분∼2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 공진표면의 비활성화 방법.
KR1019940027167A 1994-10-24 1994-10-24 인화합물 형성에 의한 표면방출 레이저 다이오드 공진표면의 비활성화 방법 KR0146711B1 (ko)

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