KR0179014B1 - 반도체 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성층에 불순물 확산을 방진하고 p의 증발을 방지하기 위한 증발 방지층을 갖고 선택적으로 CBL층을 성장하여 공정을 단순화 한 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, GaAs기판(1)위에 GaInp 버퍼층(2)와 AlGaInp 클래드층(3)을 형성하는 공정과, 버퍼층(2) 절반까지 에칭하여 도브테일형 스트라이프를 형성한후 GaAs CBL층(4)을 클래드층(3) 높이로 성장하여 클래드층(3)위의 CBL층 선택 식각하는 공정과,

상기 CBL층위에 저온에서 GaAs증발 방지층(5)을 형성하고 AlGaInp클래드층(6), GaInp활성층(7), AlGaInp클래드층, GaInp 버퍼층(9), GaAs 캡층(10), 전극을 형성하는 공정으로 이루어진 것이다.

Description

반도체 레이저 다이오드 제조방법

제1도는 종래의 인텍스 가이드형 레이저 다이오드의 구조단면도.

제2도는 본 발명의 인덱스 가이드형 레이저 다이오드의 구조단면도.

제3도는 본 발명의 인텍스 가이드형 레이저 다이오드의 공정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : p⁺형 GaAs기판 2 : p⁺형 GaInp 버퍼층

3, 6 : p형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5Inp클래드층

4 : n⁺형 GaAs전류차단층 5 : 도프되지 않은 GaAs층

5a : 도프되지 않은 GaAs증발 방지층

7 : 도프되지 않은 GaInp 활성층 8 : n형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P클래드층

9 : n⁺형 GaInp버퍼층 10 : n⁺형 GaAs 캡층

11 : PR

본 발명은 인텍스 가이드형 반도체 레이저 다이오드 제조밥법에 관한 것으로, 활성층에 불순물 확산을 방지하고 p의 증발을 방지하여 고품질의 제품을 생산할 수 있도록 한 것이다.

종래의 MOCVD(Metal Organic Chenical Vapor Deposition)법을 이용한 인덱스 가이드형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제1도를 이용하여 설명하면 n⁺형 GaAs기판(21)에 n형 AlGaInp 클래드층(22)과 도프되지 않은 GaInp 활성층(23)및 p형 AlGaInp 클래드층(24)을 차례로 형성하고, SiO₂를 상기 p형 AIGaInp클래드층(24)위에 PECVD(Plasma Enhanced CVD)법으로 증착하여 포토리토그래피(Photo Lithograpy)를 이용 p형 AlGaInp 클래드층(24)상측 부위에 소정의 폭(W)으로 스트라이프(STRIPE)를 형성한 후 선택적 성장으로 n⁺형 GaAs 전류차단층(Current Block Layer CBL)(25)상기 p형 클래드층의 스트라이프면와 수평하게 형성한다.

그리고 스트라이프 위의 SiO₂를 제거하고 그위에 다시 p⁺형 GaAs 캡층(2)을 성장하여 반도체 레이저 다이오드를 완성한다.

이렇게 완성된 인덱스 가이드형 반도체 레이저 다이오드는 폭(W)내쪽과 폭(W) 외쪽의 인덱스 차이로 인해 광가둠 효과를 증대시킨다.

그러나 종래의 인덱스 가이드형 반도체 레이저 다이오드 소자에 있어서는 SiO₂가 p형 AlGaInp 클래드층(24)에 증착될때 고온에서 공정되기 때문에 상기 클래드층(24)에 Si확산층이 형성되어 다이오드 특성에 영향을 미칠수 있고, SiO₂을 증착하여 캡층(26)을 성장할때 까지의 공정에서 물질이 서로 다른층이 고온에서 노출됨으로 GaAs나 AlGaInp층중 하나에 빈공간(Vacancy)층이 생기거나 두 물질과 완연히 다른 GaAsp 층 흑은 AIGaInp ASP층이 생겨 다이오드 특성에 영향을 미칠수 있고, 또한 다이오드 공정이 복잡할 뿐만아니라 활성층(23)이 고온에서 노출되기 때문에 클래드층(24)의 불순물이 활성층(23)으로 확산되게 되어 다이오드 특성에 영향을 미치게 되는등의 문제점들이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 기판쪽에 전류제한 영역을 두어 활성층의 고온 노출시간을 줄이므로 활성층으로의 불순물 확산을 방지하고 p의 증발을 방지하는 증발 방지층을 형성하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판위에 버퍼층(Buffer)과 클래드층을 형성하여 스트라이프를 형성하는 공정과, CBL층을 성장하여 선택적 에칭하는 공정과, 증발 방지층을 형성하고 통상적인 방법으로 활성층, 클래드층 캡층을 형성하는 공정의 3단계로 이루어진다.

그러면 본 발명을 제2도와 제3도를 이용하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉 제2도는 본 발명의 구조를 나타낸 것이고 이와 같은 구조를 갖는 다이오드 제조공정을 제3도를 이용해 설명하면, 리액터(Reactor)내에서 제3도(a)와 같이 p⁺형 GaAs기판(1)위에 p형 불순물 농도는 2 × 10¹⁸cm^-3, 두께는 2㎛의 조건을 갖는 p⁺형 Ga_0.5In_0.5P 버퍼층(2)과, 농도 5 × l0¹⁷cm^-3두께 1㎛의 조건을 갖는 p형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P클래드층(3)과 도프되지 않고 두께 0.1㎛를 갖는 GaAs(5)를 차례로 형성하고 온도를 낮추어 리액터(Reactor)로 부터 꺼낸다.

그 다음 제3도 (b)와 같이 포토 리토그래피를 사용하면 폭 5㎛ 깊이 2㎛가 되게 p⁺형 Ga_0.5In_0.5P 버퍼층(2) 절반까지 에칭하여 도브테일형(DcveTail)스트라이프를 형성한후 PR을 제거하고 세척하여 다시 리액터에 장착한다.

그리고 제3도 (c)와 같이 n형 불순물 농도 2 × 10¹⁸cm^-3두께 2㎛의 조건을 갖는 n⁺형 GaAs CBL층(4)을 스트라이프가 형성된 P형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P 클래드층(3) 높이로 성장시킨다.

이때 p형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P 클래드층(3)위의 n⁺형 GaAs의 성장은 제3도 (c)처럼 △형의 꼴이된다.

리액터에서 꺼낸후 제3도 (d)와 같이 이렇게 성장된 CBLcmd(4)위에 PR을 도포하여 자외선을 쪼이지 않고 현상액(MF319)에 약 20초간 행구면 △형 꼭대기 일부분이 노출되게 되며 NH₄OH계 용액에 담구어 p형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P 클래드층(3)위의 △형 CBL층(4)만 선택적 에치한다.

이때 △형 CBL층(4)만 선택적 에치하는 원리는 NH₄OH 계 용액에는 GaAs는 에칭되고 AlGaInp는 에칭이 안되는 성질을 이용한다.

그 다음 기판을 깨끗이 세척하여 리액터에 넣은후 370℃ 에서 H₂분위기로 프리베이킹(Prebaking)하면서 네이티브 옥사이드(Native Oxide)를 제거하고, 430℃에서 도프되지 않는 GaAs를 두께 20Å 로 증착하여 증발방지층(5)을 형성하고 나서 AsH₃+ H₂분위기에서 AlGaInp 성장온도인 600℃ 이상으로 온도를 올린다.

그리고 p형 불순물 농도 5 × 10¹⁷cm^-3, 두께 0.5㎛의 조건을 갖는 p형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5Inp 클래드층(6) 도프되지 않고 두께 0.07㎛ 인 Ga_0.5In_0.5P 활성층(7), n형 불순물농도 2×10¹⁸cm^-3두께 1㎛ n형(Al_0.5Ga_0.5)_0.5Inp 클래드층(8), 농도 2×10¹⁸cm^-3두께 0.5㎛ 인 n⁺형 Ga_0.5In_0.5P버퍼층(9), 농도 2×10¹⁸cm^-3두께 0.5㎛인 n⁺형 GaAs 캡층(10)을 차례로 형성한다.

그리고 캡층(10)위와 P형 기판(1)아래에 각각 전극을 형성하여 반도체 레이저 다이오드를 만든다.

이때 사용된 소스(Source)는 TEG, TMA, TMI를 3족 원료로 AsH₃, PH₃를 5족 원료로 사용하였고 도판트(Dopant)로는 p형에 DEZ, n형에 H₂Se를 사용하였다.

또한 본 발명의 저온에서 증발 방지층을 형성하는 공정은 GaAs와 InP계 혹은 InP와 InGaAs등, 서로 다른 무질에 공존하는 층위에 또 다른 양질의 박막층을 형성할때 응용될수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 종래의 레이저 탄도체 제조 공정보다 첫째, SiO₂막이 없이 선택적으로 CBL층을 성장하였기에 PECVD법 공정필요치 않아 공정을 단순화하였고, 둘째, SiO₂유전체막에 의한 Si가 클래드층으로 확산하는 것을 막을수 있으며, 세째, 저온(430℃)에서 GaAs 증발 방지층을 형성하여 고온(≥ 600℃)에서 p형 클래드층을 형성할때 p의 증발을 막아 양질의 박막을 성장할수 있게 하고, 네째, 활성층을 마지막 단계에 형성하기 때문에 클래드층의 불순물이 활성층으로 확산되는 것을 막아 고품질의 LD소자를 제작할수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. GsAs 기판위에 GaInp 버퍼층파 AlGaInp 클래드층을 형성한후 상기 버퍼층 부분까지 스트라이프를 형성하는 공정과, GaAs 전류차단층을 성장한후 포토레지스트롤 도프하여 선택 에치하는 공정과, 저온에서 GaAs 증발 방지층을 형성하는 AlGaInp클래드층, GaInp활성층, AlGaInp클래드층, GaInp 버퍼층, GaAs 캡층, 전극을 형성하는 공정으로 제조함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 스트라이프 형성은 도브테일형으로 형성하고 GaAs 증발 방지층을 400-500℃에서 형성한후 550℃ 이상 올려 AlGsInp 클래드층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.