KR0178492B1 - 기울어진 공진기로 편광특성이 제어된 표면방출 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents

기울어진 공진기로 편광특성이 제어된 표면방출 레이저 다이오드 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직공진형 표면방출 레이저다이오드의 제작방법에 관한 것으로, 편광특성을 제어하기 위해 공진층을 110 또는

Description

기울어진 공진기로 편광특성이 제어된 표면방출 레이저 다이오드 제조방법
제1a도 내지 제1c도는 종래기술에 의한 편광특성이 제어된 표면 방출레이저, 및 제1d도는 본 발명에 의한 편광특성이 제어된 표면 방출레이저 측면도.
제2a도 내지 제2b도는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 하부 방출 레이저다이오드의 제조공정을 나타낸 단면도.
제3a도 내지 제3d도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 상부 방출 레이저다이오드의 제조공정을 나타낸 단면도.
제4도는 본 발명에 의한 표면방출 레이저다이오드의 측면도.
제5도는 본 발명에 의한 표면방출 레이저다이오드의 상부 거울층과 활성층의 중첩을 나타낸 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : GaAs기판(GaAs substrate) 2 : 하부거울층(bottom mirror layers)
3 : 활성층(active layers) 4 : 상부거울층(top mirror layers)
5 : n형 전극(n-type electrodes) 6 : 금속 마스크패턴(mask pattern)
7 : 보호막(protection)
8 : 포토레지스터 패턴(photoresist pattern)
9 : 이온 주입영역(ion-implanted region)
10 : p형 전극 패드(p-type contact pads)
본 발명은 수직공진형 표면방출 레이저다이오드의 제작방법에 관한 것으로, 특히 편광특성을 제어하기 위해 공진층을 110 또는방향으로 기을여 식각하여 표면방출 레이저다이오드를 제작하는 방법에 관한 것이다.
수직공진형 표면방출 레이저다이오드의 편광특성은 전기장의 방향이 110 또는로 배열된 두가지 유형으로 나타난다.
이들 유형중 원하는 방향으로 편광을 제어할 경우 광접속 또는 광교환에 의해 팡연결 효율을 보다 높일 수 있다.
종래의 편광제어 방법으로는 공진층(공진기)을 타원형이나 마름모꼴 혹은 직사각형과 같은 비대칭 단면으로 식각하는 방법(제1a도와 제1b도 참조)과, 전자빔 미세패턴을 사용하여 레이저다이오드 방출표면에 미세한 선을 새기는 방법(제1c도 참조)이 공지되어 있다.
그러나, 상술한 전자의 방법은 레이저다이오드 발진빔이 원형의 대칭성을 크게 벗어나 타원형 혹은 사각형을 이루게 되는 광 접속의 효율이 떨어지는 문제가 있다.
후자의 방법은 전자빔 미세패턴기술을 사용함으로 인해 공정이 어려운 단점이 있다.
상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공진층을 110 또는방향으로 기울여 식각함으로써 원형의 대칭성을 크게 깨뜨리지 않으면서, 매우 간단한 공정으로 편광방향을 원하는 방향으로 결정할 수 있는 표면 방출 레이저다이오드의 제조방법을 제공하는데 있다.(제1d도 참조)
따라서, 공진기의 기울여진 방향을 110 또는방향으로 달리함으로써, 이 두 방향중 원하는 방향으로 편광을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은. 공진기의 기울으1진 방향을 110 또는방향으로 하는 하부 방출형 레이저다이오드의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 공진기의 기울어진 방향을 110 또는방향으로 하는 상부 방출 레이저다이오드의 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 수직공진형 표면방출 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, 공진기가 110 또는방향으로 5。 - 45。의 각도를 갖도록 기울여 형성함을 특징으로 한다.
상술한 다른 목적을 실현하기 위한 본 발명은 수직공진형 표면방출 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, GaAs 기판(1) 상에 하부 거울층(2), 활성층(3) 및 상부 거울층(4)을 차례로 형성하는 공정과, 상기 상부 거울층(4) 상에 식각 마스크용 물질로서 금속층을 형성하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 금속 마스크패턴(6)을 형성하는 공정과, 상기 금속 마스크패턴(6)을 그의 하부 형성물질에 대한 식각마스크로 이용하여 노출된 상부 거울층(4)파 활성층(3)을 110 또는방향으로 5。 내지 45。의 각도로 기울여 식각하는 것을 특징으로 한다.
상술한 또 다른 목적을 실현하기 위한 본 발명은 수직 공진형 표면방출 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, GaAs 기판(1) 상에 하부 거울층(2), 활성층(3), 상부 거울층(4) 및 보호막(7)을 형성하는 공정과, 상기 보호막(7)상에 포토레지스트를 형성한 후 이를 노광 및 현상하여 소정의 폭을 갖는 포토레지스트 패턴(8)을 형성하는 공정과, 상기 포토레지스트 패턴(8)을 식각마스크로서 이용하여 노출된 보호막(7)을 패터닝하는 공정과, 상기 보호막(7)을 통해 노출된 상부 거울층(4)을 110 또는방향으로 5。 내지 45。의 각도로 소정의 깊이까지 식각하는 공정과, 상기 포토레지스트 패턴(8)과 보호막(7)을 이온 주입마스크로 하여 불순물을 주입하여 활성층(3)에 이온주입영역(9)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 공진기를 기울여 식각하여 편광을 제어할 수 있도록 한 표면방출 레이저다이오드는 하부방출형과 상부방출형의 두가지 유형으로 제작할 수 있으며 각 유형에 대한 단계별 제작공정은 각각 제2a도 내지 제2b도와 제3a 내지 제3d도와 같다.
[실시예 1]
제2도 내지 제2도는 본 발명에 따른 하부방출 레이저다이오드의 제조공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 하부방출 레이저다이오드의 제조방법을 제2a도 내지 제2b도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제2a도를 참조하면, GaAs 기판(1) 상에 하부 거울층(2), 활성층(3) 및 상부 거울층(4)을 차례로 형성하고, 도전성금속을 증착하여 도전성금속을 사진식각으로 패터닝하여 n 형 전극(5)을 형성한다.
이어서, 제2b도에에 도시한 바와 같이, 상부 거울층(4) 상에 식각 마스크용 물질로서 1000 내지 5000 Å의 두께를 갖는 Au와 500 내지 2000 Å의 두께를 갖는 Ni을 차례로 증착하여 2층으로된 금속층을 형성한다.
이어서, 상기 금속층을 사진식각법으로 패터닝하여 금속 마스크패턴(6)을 형성한다.
그 다음, 상기 금속 마스크패턴(6)을 그의 하부 형성물질에 대한 식각마스크로 이용하여 반응성 이온식각 또는 이온빔 식각법으로 노출된 상부 거울층(4)파 활성층(3)을 110 또는방향으로 5。 내지 45。 기울여 식각한다.
[실시예 2]
제3a도 내지 제3d도는 상부 방출 레이저다이오드의 제조공정을 나타내는 단면도로서 이를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.
제3a도를 참조하면, GaAs 기판(1) 상에 하부 거울층(2), 활성층(3), 상부 거울층(4)을 차례로 형성한다.
이어서, GaAs 기판(1)의 배면에 도전성금속을 증착한 후 도전성금속을 사진식각법으로 패터닝하여 n 형 전극(5)을 형성한다
이어서, 상기 상부 거울층(4) 상에 500 내지 2000 Å의 두께를 갖는 실리콘질화막 또는 산화막으로서 보호막(7)을 형성하고. 그 위에 포토레지스트를 형성한 후 이를 노광 및 현상하여 소정의 폭을 갖는 포토레지스트 패턴(8)을 형성한다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(8)을 식각마스크로서 이용하여 노출된 보호막(7)을 불소 화합물가스를 이용하여 반응성 이온식각법으로 제거하여 패턴을 형성한다.
이어서, 노출된 상부 거울층(4)을 110 또는방향으로 5。 내지 45。 기울여 반응성 이온식각법 또는 이온빔 식각법으로 소정의 깊이로 식각하여 활성층(3) 상에 소정의 두께를 갖는 상부 거울층(4)이 잔류하도록 한다
이때, 상부 거울층(4)을 활성층(3) 상에 잔류시키는 것은 전류 주입을 위한 전극을 형성할 수 있도록 하기 위함이다.
이어서, 제3b도에 도시한 바와 같이, 전류 주입구를 만들기 위해 잔존하는 포토레지스트 패턴(8)과 보호막(7)을 이온 주입마스크로 하여 프로톤(proton) 또는 보론(boron) 등의 전기적 도핑없이 최대 결정손상이 발생하는 깊이가 활성층(3) 바로 위 또는 활성층(3) 내에 들어가도록 하며, 이온 주입 농도는 결정손상에 의해 절연효과를 줄일 수 있는 농도로 불순물을 주입하여 포토레지스트 패턴(8)에 의해 차폐되지 않은 활성층(3)에 이온 주입영역(9)을 형성한다.
이어서, 제3c도에 도시한 바와 같이, 상부 거울층(4) 상측에 잔존하는 포토레지스트 패턴(8)과 보호막(7)을 차례로 제거한다.
이어서, 제3d도에 도시한 바와 같이, 상기 상부 거울층(4)과 이온주입영역(9)의 전면에 도전성금속을 증착한 후 이를 사진식각법으로 패터닝하여 이온주입영역(9) 상에 소정의 폭을 갖는 p 형 전극패드(10)를 형성한다.
상술한 본 발명과 같이 공진층의 식각방향을 110 방향으로 할 경우에는 전기장이방향으로 배열된 편광이 지배적으로 나타나며, 식각방향을방향으로 할 경우에는 전기장이 110 방향으로 배열된 편광이 지배적으로 나타나게 된다
이러한 방향으로 편광제어 효과가 나타나기 위해서는 소자 크기에 따라 식각각도와 식각깊이를 결정한다.
식각각도와 깊이는, 원형의 단면을 갖는 레이저다이오드를 예로들면 측면도 제4도 및 평면도 제5도와 같이, (공진기의 상부면인 상부거울층을 a, 아랫면인 활성층이 b 일때 중첩되는 면적 c) / (공진기의 최소횡단면)의 비율이 90 % 이하가 된다.
이 비율을 만족하기 위해서는 레이저다이오드의 단면크기가 작을수록 식각각도를 크게 하거나, 식각깊이를 깊게 하여야 한다.
식각각도의 하한 5°는 직경 3㎛ 이하의 레이저다이오드에 해당되며, 상한 45°는 이온빔 식각에서 평탄한 식각면을 얻을 수 있는 최대각도이다.
상술한 본 발명에 따르면, 공진층을 110 또는방향을 갖도록 형성함으로써, 레이저다이오드 발진빔이 원형의 대칭성을 크게 벗어나는 문제점을 해결하는 동시에 매우 간단한 방법으로 편광방향을 결정할 수 있는 표면 방출형 레이저다이오드를 제조할 수 있다.
공진기를 기울여 식각하게 되면 기울어진 방향과 그 방향에 수직인 방향에서 두 편광의 이득이 달라지게 됨으로써, 기울어진 방향에 수직으로 놓인 편광의 이득이 상대적으로 높게되어 이 방향의 편광이 지배적으로 방출된다.

Claims (7)

  1. 기울어진 공진기로 편광특성이 제어된 표면방출 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, 공진기를 110 또는방향으로 5° - 45°의 각도로 기울여 형성함을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
  2. 기울어진 공진기로 편광특성이 제어된 표면방출 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, GaAs 기판(1) 상에 하부 거울층(2), 활성층(3) 및 상부 거울층(4)을 차례로 형성하는 공정과; 상기 상부 거울층(4) 상에 식각 마스크용 물질로서 금속층을 형성하고 이를 사진식각법으로 패터닝하여 금속 마스크 패턴(6)을 형성하는 공정과, 상기 금속 마스크 패턴(6)을 그의 하부 형성물질에 대한 식각 마스크로 이용하여 노출된 상부 거울층(4)과 활성층(3)을 110 또는방향으로 5° - 45°의 각도로 기울여 식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 마스크패턴(6)은 1000 내지 5000Å의 두께를 갖는 Au와 500 내지 2000Å의 두께를 갖는 Ni을 증착한 금속층으로 형성됨을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 금속층 패턴(6)을 마스크로 하여 상부 거울층(4) 및 활성층(3)을 반응성 이온식각 또는 이온 빔 식각법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
  5. 기울어진 공진기로 편광특성이 제어된 표면방출 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, GaAs 기판(1) 상에 하부 거울층(2), 활성층(3), 상부 거울층(4) 및 보호막(7)을 형성하는 공정과, 상기 보호막(7) 상에 포토레지스트를 형성한 후 이를 노광 및 현상하여 소정의 폭을 갖는 포토레지스트 패턴(8)을 형성하는 공정과, 상기 포토레지스트 패턴(8)을 식각마스크로서 이용하여 노출된 보호막(7)을 패터닝하는 공정과, 상기 보호막(7)을 통해 노출된 상부 거울층(4)을 110 또는방향으로 5° - 45°의 각도로 소정의 깊이까지 식각하는 공정과; 상기 포토레지스트 패턴(8)과 보호막 패턴(7)을 이온 주입 마스크로 하여 불순물을 주입하여 활성층(3)에 이온 주입영역(9)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상부 거울층(4)의 식각공정시 식각되는 부분이 활성층(3)의 표면에 소정의 두께로 잔류하여 전류 주입을 위한 전극을 형성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 이온 주입영역(9)은 프로톤(proton) 또는 보론(boron) 등의 전기적 도핑없이 최대 결정손상이 발생하는 깊이가 활성층(3) 바로 위 또는 활성층(3) 내에 들어가도록 하며, 이온주입 농도는 결정손상에 의해 절연 효과를 줄일 수 있는 농도로 불순물을 주입하여 형성함을 특징으로 하는 레이저다이오드의 제조방법.
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