KR0179012B1 - 반도체 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents

Abstract

VINES 레이저 다이오드에 관한 것으로, GaAs 기판상에 삼각형 형상의 리지를 형성하는 공정과, 리지가 형성된 기판상에 GaAs 전류제한층을 성장시키고 리지가 일정부분 노출되도록 에칭하는 공정과, 노출된 리지부와 전류제한층상에 DH를 형성한 후 전극을 형성시키는 공정으로 이루어진다.

구조적으로 완전한 전류제한을 가능하게하며 다양한 DH의 성장에 의하여 광범위한 적용이 가능하다.

또한, LPE 뿐만아니라 MOCVD 및 각종 성장법에 의해서도 레이저 다이오드의 제작이 가능하며, 특히 CDP용 레이저 다이오드분야에 있어서 대량생산이 가능한 이점이 있다.

더욱이, 활성층을 포함한 모든 DH가 평평하게 되므로 두께 및 기타 조성등의 조절이 용이할 뿐만 아니라 신뢰성에서도 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

Description

반도체 레이저 다이오드 제조방법

제1도 (a)-(d)는 종래의 VSIS 레이저 다이오드의 제조공정도.

제2도 (a)-(e)는 본 발명에 따른 VINES 레이저 다이오드의 제조공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : GaAs 기판 12 : GaAs 전류제한층

13 : DH 14,15 : 전극

본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 역 V의 노치 에치드 스트라이프(V-Inverted Notch Etched Stripe ; 이하 VINES라 한다) 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것이다. CDP(Compact Disc Player)용 반도체 레이저 다이오드중 가장 일반적인 것은 VSIS(V-groove Substrate Inner Stripe) 레이저 다이오드이며, 제1도 (a)-(d)에 그 제조공정을 나타내었다.

내부에 전류제한층(2)을 가지며 전류제한층(2)의 일부에 전류주입채널(A)를 형성하고 그위에 활성층을 포함한 DH(Double Heterostructure)(3)가 성장된 구조로서, 우선 P형 GaAs 기판(1)상에 전류 손실의 원인이 되는 광가이드층의 소수캐리어인 정공의 확산거리보다 조금 두꺼운 n형 GaAs 전류제한층(2)을 LPE 성장시킨후 (제1도 (a)), 포토공정으로 옆방향의 모드가 싱글(Single)이 되는 소정의 폭으로 V홈(A)을 형성한다(제1도 (b)).

그 다음, 재차 LPE 성장을 통하여 DH를 성장시키며 (제1도 (c)), 이때 주의할것은 가장 적절한 두께의 광가이드층, 즉 P형 GaAs 기판(1)과 맨처음 접촉되는 층(소위, 클래드층이라함)을 성장시켜야 한다. 이층의 두께가 적절히 조절되면 V홈(A)의 밖에서 발생된 광은 n형 GaAs 전류제한층(2)에 모두 흡수되며 V홈(A)의 중심에서 발생된 광들만 방출하게 된다.

그후, 그위에 n형 전극(4)을 형성하고 P형 GaAs 기판(1)의 하부에 P형 전극(5)을 형성시키게 된다(제1도 (d)).

그러나, 이러한 VSIS 레이저 다이오드는 LPE 성장을 이용해야만 하므로 DH 구조를 다양하게 변화시키는 다단계 화합물 제조가 용이하지 않으며, 특히 대량생산에 이점이 있는 MOCVD 성장을 이용할 경우 V홈의 모양을 그대로 따라서 성장되므로 제작에 어려움이 있으며 대량생산등 경제성 면에서 좋은 구조라 볼 수 없다.

또한, DH의 성장이 매우 까다로운 요소로 작용하게 되는데 그 이유는, 빛의 가이드층 역할을 하는 클래드층이 V홈을 완전히 채워 그위의 활성층 등을 평탄하게 하여야만 높은 수율과 우수한 칩을 만들 수 있기 때문이다. V홈을 완전히 채우기 위해서는 DH중 맨먼저 기판과 접촉하는 층의 두께를 두껍게 성장해야 한다.

그러나, 이층을 두껍게 하면 VSIS 레이저 다이오드의 본질적인 특성인 강한 인덱스 가이딩(Index-guiding)을 하지 못하며, 그결과 일반적인 스트라이프(Stripe) 레이저 다이오드처럼 게인 가이딩(Gain-Guiding) 레이저 다이오드가 되게 된다.

이렇게되면, 문턱전류가 높게되고 효율이 떨어지며 전기적 및 광적특성이 나빠지게 된다.

반대로, 이층을 얇게 하게되면 강한 인덱스 가이딩이 발생되나 V홈을 완전히 채우지 못하기 때문에 활성층 및 그 상부의 층이 휘어지게 된다.

이경우 낮은 문턱전류는 얻을 수 있지만, 활성층 및 그 상부의 층의 조성 및 불순물농도, 특히 두께조절이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, V홈을 완전히 채우면서 게인 가이딩이 발생하지 않는 가장 적절한 두께를 조절해야 하며, 이 두께조절이 레이저 다이오드의 수율 및 신뢰도에 큰 영향을 주게 된다.

더욱이, VSIS 구조는 CDP용으로만 쓰이므로 다양하게 적용하기 어려우며, V홈상의 DH의 활성층은 종종 V홈의 경계면에서 발생되는 결정결함의 원인이 되어 소자의 신뢰성에 영향을 미치는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 내부에 역 V홈의 전류 주입채널을 형성한 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명한다.

제2도 (a)-(e)는 본 발명에 따른 VINES 반도체 레이저 다이오드의 제조공정도로서, 우선 제2도 (a)에 도시한 바와같이 GaAs 기판(11)에 삼각형 형상의 리지를 포토에칭공정으로 형성한다.

이때, 리지의 형상 및 깊이등은 다음공정인 전류제한층(12)의 성장후 에칭공정을 고려하여 정하게 된다.

즉, 에칭에 의해 전류제한층(12)의 두께를 1㎛ 정도로 할경우 [100] GaAs 기판(11)의 [01i] 방향으로의 에칭시 [111]면이 노출되는 각이 거의 45-50°정도이므로 전류제한층(12)의 폭(W)을 예를들어 1.5-6.0㎛ 로 유지하기 위해서는 리지의 변이 약 3.5-4.5㎛ 일때 리지의 높이를 2.5-3.5㎛ 정도로 하면 된다.

실험적으로, 3-5㎛의 폭을 갖는 스트라이프가 형성된 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하고 H₂SO₄: H₂O₂: C₂H₄(OH)₂가 1:2:7 인 에칭용액으로 120초정도 에칭하면 상술한 리지를 얻을 수 있게 된다.

그다음, 제2도 (b)와 같이 GaAs 기판(11)과 반대 도전형의 GaAs 전류제한층(12)을 약 4-5㎛로 성장시키게 된다.

여기서, 리지가 삼각형 형상이므로 GaAs 전류제한층(12)의 성장시 GaAs 기판(11)상에서의 굴곡을 최대한 줄여 GaAs 전류제한층(12)의 두께를 얇게 할 수 있게 된다.

그후, 제2도 (c)에 도시한 바와같이 예를들어 NH₄OH : H₂O₂: H₂O 가 1:1:10 인 에칭용액을 사용하여 GaAs 전류제한층(12)의 두께가 0.8-1.2㎛ 로 되도록 에칭한다.

그다음, 제2도 (d)와같이 전면에 LPE 또는 MOCVD 등의 성장으로 DH(13)를 형성한후, 전극(14,15)을 형성하면 제2도 (e)에 도시한 바와같이 본 발명에 따른 VINES 반도체 레이저 다이오드를 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 VINES 반도체 레이저 다이오드는 역 V형의 전류 주입채널이 형성되어 DH의 성장조절과 무관하게 구조적으로 평평한 DH, 예를들어 활성층이 성장되는 구조로 LPE, MOCVD 또는 MBE 성장기술로도 소자제작이 가능한 새로운 구조의 레이저 다이오드이다.

DH의 다양한 변화에 의해 광범위한 영역에 적용이 가능하며, 특히 CDP용 레이저 다이오드 분야에서는 MOCVD 성장기술로 대량생산을 가능하게 하는 우수한 구조라 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 구조적으로 완전한 전류제한을 가능하게하며 다양한 DH의 성장에 의하여 광범위한 적용이 가능하다.

또한, LPE 뿐만아니라 MOCVD 및 각종 성장법에 의해서도 레이저 다이오드에 제작이 가능하며, 특히 CDP용 레이저 다이오드 분야에 있어서 대량생산이 가능한 이점이 있다.

더욱이, 활성층을 포함한 모든 DH가 평평하게 되므로 두께 및 기타 조성등의 조절이 용이할 뿐만 아니라 신뢰성에서도 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. GaAs 기판상에 삼각형 형상의 리지를 형성하는 공정과, 리지가 형성된 기판상에 GaAs 전류제한층을 성장시키고 리지가 일정부분 노출되도록 에칭하는 공정과, 노출된 리지부와 전류제한층상에 DH를 형성한 후 전극을 형성시키는 공정으로 이루어진 반도에 레이저 다이오드 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 삼각형의 리지형성은 H₂SO₄: H₂O₂: C₂H₄(OH)₂가 1:2:7 인 에칭용액으로 소정시간동안 에칭으로 형성하고 GaAs 전류제한층의 에칭공정은 NH₄OH : H₂O₂: H₂O 가 1:1:10 에칭용액으로 에칭하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 삼각형의 리지는 밑변이 1.5-6.0㎛ 양변이 3.5-4.5㎛로 형성되며, 전류제한층과 함께 에칭된 후에는 그 높이가 0.8-1.2㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.