KR100198595B1 - 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents

레이저 다이오드 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것으로 공정이 어렵고 디바이스 제작상 많은 문제점이 유발되는 문제점을 해결하기 위하여 기판 상에 제1클래드층, 활성층, 1차 제2클래드층, 에치 스토퍼층, 2차 제2클래드층, 제1캡층을 차례로 형성하고, 제1캡층상에 마스크 물질을 형성하고 패터닝하여 일정 영역의 제1캡층을 노출시키며, 패터닝된 마스크 물질을 마스크로 하여 Cl2개스를 이용한 1차 건식식각으로 상기 제1캡층을 제거하고, 패터닝된 마스크 물질을 마스크로 하여 CH4/H2개스를 이용한 2차 건식식각으로 2차 제2클래드층을 일정 깊이로 제거하며, 남아 있는 2차 제2클래드층을 습식식각으로 제거하여 에치 스토퍼층을 노출시키고, 노출된 에치 스토퍼층상에 전류차단층을 형성하고 마스크 물질을 제거하며, 전류차단층을 포함한 전면에 제2캡층을 형성하고, 제2캡층상에 제1전극을 형성하고 기판 하부에 제2전극을 형성함으로써 전기적, 광학적 특성을 향상시킨 레이저 다이오드를 제조할 수 있다.

Description

레이저 다이오드 제조방법
본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것이다.
현재 일반적으로 제작되고 있는 가시광 레이저 다이오드는 InGaP/AlGaInP 헤테로구조(heterostructure)를 이용한 인덱스 웨이브가이드-타입(index waveguide-type)이다.
이 레이저 다이오드의 에피(epi) 구조는 결정성장시 자연발생적으로 생기는 수퍼래티스(superlattice)구조를 피하고 좀 더 짧은 영역의 파장을 얻기 위해 몇도 정도 미스오리엔티드(misoriented)된 기판 위에 제작되어 진다.
따라서, 디바이스 제작시 습식식각을 이용하여 메사(mesa)를 형성하면 기판에 의한 영향으로 비대칭적인 모양을 띄게 된다.
이로 인하여 레이저 다이오드의 특성층 수평방사각의 크기를 감소시키고 모드(mode)의 안정성을 떨어뜨리는 결과를 나타낸다.
또한, 습식식각의 불안정성으로 기인한 대량 생산성 및 수율증가에 적지 않은 영향을 끼친다.
이를 극복하기 위해 건식식각에 의한 메사형성에 관한 연구가 많이 진행되고 있다.
건식식각은 비등방성 식각으로써 미스오리엔티드된 웨이퍼에 길러진 에피구조에서도 대칭적이고 수직적인 메사구조를 구현할 수 있고 식각 깊이 조절이 습식식각에 비해 용이하여 디바이스 제작에 여러 가지 잇점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 레이저 다이오드 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
제1a도 내지 제1d도는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.
제1a도에 도시된 바와 같이 n-GaAs 기판(1)상에 n-AlGaInP 클래드층(2), GaInP 활성층(3), p-AlGaInP 클래드층(4), p-GaAs 제1캡층(5) 차례로 형성하고 p-GaAs 제1캡층(5) 상에 산화막(6)을 형성한다.
제1b도에 도시된 바와 같이 산화막(6)을 패터닝하여 일정 영역의 p-GaAs 제1캡층(5)을 노출시킨다.
그리고 패터닝된 산화막(6)을 마스크로 p-GaAs 제1캡층(5)과 일정 깊이의 p-AlGaInP 클래드층(4)을 제거하여 메사(mesa)구조를 형성한다.
이때, p-AlGaInP 클래드층(4)과 p-GaAs 제1캡층(5)은 Cl2반응성 이온 빔 에칭(RIBE)으로 제거한다.
식각조건은 약 200℃ 정도의 고온과 약 10-5Torr의 낮은 개스 압력 및 고이온 에너지를 유지한다.
그리고 Cl2반응성 이온 빔 에칭(RIBE)에 의해 p-AlGaInP 클래드층(4)은 p-GaAs 제1캡층(5)에 비해 메사면이 수직에서 약간 경사져서 형성된다.
제1c도에 도시된 바와 같이 p-AlGaInP 클래드층(4)이 제거된 영역상에 n-GaAs 전류차단층(7)을 선택적으로 형성하고 산화막(6)을 제거한다.
제1d도에 도시된 바와 같이 n-GaAs 전류차단층(7)을 포함한 전면에 p-GaAs 제2캡층(8)을 형성하고 p-GaAs 제2캡층(8)과 기판(1) 하부에 각각 상부 전극(9)과 하부 전극(10)을 형성하여 레이저 다이오드를 완성한다.
종래 기술에 따른 레이저 다이오드 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, Cl2를 이용한 건식식각은 식각조건이 매우 까다로와 식각공정이 어렵다.
둘째, CH4/H2를 이용한 건식식각은 식각시간이 길어질 뿐만 아니라 식각에 따른 카본(carbon) 화합물에 의한 폴리머(polymer) 형성을 통해 디바이스 제작상 많은 문제점이 유발된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 메사구조 형성시 식각공정을 용이하게 하여 디바이스의 특성을 향상시키는 레이저 다이오드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1a도 내지 제1d도는 종래 기술에 따른 레이저 다이오드 제조공정을 보여주는 공정 단면도.
제2a도 내지 제2g도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조공정을 보여주는 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : 제1클래드층
13 : 활성층 14 : 1차 제2클래드층
15 : 에치 스토퍼층 16 : 2차 제2클래드층
17 : 제1캡층 18 : 절연막
19 : 전류차단층 20 : 제2캡층
21 : 제1전극 22 : 제2전극
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법은 기판 상에 제1클래드층, 활성층, 1차 제2클래드층, 에치 스토퍼층, 2차 제2클래드층, 제1캡층을 차례로 형성하고, 제1캡층상에 마스크 물질을 형성하고 패터닝하여 일정 영역의 제1캡층을 노출시키며, 패터닝된 마스크 물질을 마스크로 하여 Cl2개스를 이용한 1차 건식식각으로 상기 제1캡층을 제거하고, 패터닝된 마스크 물질을 마스크로 하여 CH4/H2개스를 이용한 2차 건식식각으로 2차 제2클래드층을 일정 깊이로 제거하며, 남아 있는 2차 제2클래드층을 습식식각으로 제거하여 에치 스토퍼층을 노출시키고, 노출된 에치 스토퍼층상에 전류차단층을 형성하고 마스크 물질을 제거하며, 전류차단층을 포함한 전면에 제2캡층을 형성하고, 제2캡층상에 제1전극을 형성하고 기판 하부에 제2전극을 형성함을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
본 발명의 다른 특징은 마스크 물질은 SiO2또는 Si3N4중 어느 하나로 형성하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 마스크 물질은 CHF3/O2개스로 패터닝하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 1차 건식식각은 CH4/H2개스와 결합한 Cl2개스를 이용하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 CH4/H2개스를 이용한 2차 건식식각은 개스 압력을 10∼100mTorr로 하는데 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2a도 내지 제2g도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법을 보여주는 공정단면도이다.
제2a도에 도시된 바와 같이 n-GaAs 기판(11)상에 n-AlGaInP 제1클래드층(12), GaInP 활성층(13), p-AlGaInP 1차 제2클래드층(14), 에치 스토퍼(etch stopper)층(15), p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16), p-GaAs 제1캡층(17)을 MOCVD(MetalOrganic CVD)에 의해 차례로 1차 성장시키고 p-GaAs 제1캡층(17) 상에 절연막(18)을 형성한다.
이때, 절연막(18)은 SiO2또는 Si3N4중 어느 하나로 형성한다.
제2b도에 도시된 바와 같이 절연막(18)을 패터닝하여 직각 모양의 절연막(18) 마스크를 형성한다.
이때, 절연막(18)을 패터닝하는 경우 CHF3/O2개스를 이용한 반응성 이온 에칭(RIE)으로 건식식각한다.
건식식각을 하는 이유는 습식식각을 이용하여 절연막 마스크를 만들 경우 후 공정인 Cl2개스를 이용한 1차 건식식각 과정중에 절연막(18)이 식각되어 줄어들어 메사(mesa)모양이 사다리꼴로 변하고 메사 폭도 줄어들기 때문에 절연막의 건식식각 공정이 필수적이다.
제2c도에 도시된 바와 같이 패터닝된 절연막(18)을 마스크로 하여 Cl2개스 또는 CH4/H2개스와 결합한 Cl2개스를 이용한 1차 건식식각으로 p-GaAs 제1캡층(17)을 제거한다.
이는 Cl2개스를 이용한 건식식각의 높은 식각율을 활용한 것이다.
제2d도에 도시된 바와 같이 패터닝된 절연막(18)을 마스크로 하여 CH4/H2개스를 이용한 2차 건식식각으로 p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16)을 일정 깊이로 제거한다.
이때, p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16)은 2차 성장을 위한 데미지(damage)층의 제거를 위해 에치 스토퍼층(15)으로부터 약간의 p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16)을 남긴다.
CH4/H2개스를 이용하여 p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16)을 식각하는 이유는 CH4/H2개스를 이용한 2차 건식식각시 p-GaAs 제1캡층(17)에 비해 p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16)이 약 1.5배 이상이고 또한 CH4/H2개스을 이용한 건식식각의 높은 비등방성 식각특성 및 낮은 데미지(damage) 특성을 이용하기 위해서이다.
그리고 CH4/H2개스를 이용한 건식식각은 적절한 개스 압력(10∼100mTorr)과 적절한 바이어스(bias) 조건만 유지하면 된다.
제2e도에 도시된 바와 같이 남아 있는 p-AlGaInP 2차 제2클래드층(16)을 습식식각으로 제거하여 2차 성장을 위한 깨끗한 표면을 만든다.
제2f도에 도시된 바와 같이 에치 스토퍼층(15)상에 n-GaAs 전류차단층(19)을 형성하고 절연막(18) 제거한다.
제2g도에 도시된 바와 같이 n-GaAs 전류차단층(19) 포함한 전면에 p-GaAs 제2캡층(20)을 형성한다.
그리고 p-GaAs 제2캡층(20)상에 제1전극(21)을 형성하고 기판(11) 하부에 제2전극(22)을 형성하여 레이저 다이오드를 완성한다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 습식식각을 이용한 메사 형성 공정 보다는 웨이퍼 전체 면적에 따른 균일성 및 재현성이 좋기 때문에 양산성 및 수율을 높일 수 있다.
둘째, 레이저 다이오드의 메사 폭 변화를 줄임으로써 수평방사각을 증가시키고 모드의 안정성 및 문턱전류의 감소를 얻을 수 있다.
셋째, Cl2개스를 이용한 건식식각과 CH4/H2개스를 이용한 건식식각을 병행함으로써 폴리머 생성에 의한 영향을 억제하고 낮은 데미지(damage) 특성을 통해 전기적, 광학적 특성을 향상시킨 레이저 다이오드를 제조할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 제1클래드층, 활성층, 1차 제2클래드층, 에치 스토퍼층, 2차 제2클래드층, 제1캡층을 차례로 형성하는 스텝; 상기 제1캡층상에 마스크 물질을 형성하고 패터닝하여 일정 영역의 제1캡층을 노출시키는 스텝; 상기 패터닝된 마스크 물질을 마스크로 하여 1차 건식식각으로 상기 제1캡층을 제거하는 스텝; 상기 패터닝된 마스크 물질을 마스크로 하여 2차 건식식각으로 상기 2차 제2클래드층을 일정 깊이로 제거하는 스텝; 상기 남아 있는 2차 제2클래드층을 습식식각으로 제거하여 상기 에치 스토퍼층을 노출시키는 스텝; 상기 노출된 에치 스토퍼층상에 전류차단층을 형성하고 상기 마스크 물질을 제거하는 스텝; 상기 전류차단층을 포함한 전면에 제2캡층을 형성하는 스텝; 그리고 상기 제2캡층상에 제1전극을 형성하고 상기 기판 하부에 제2전극을 형성하는 스텝을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 마스크 물질은 SiO2또는 Si3N4중 어느 하나로 형성함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 마스크 물질은 CHF3/O2개스로 패터닝함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 1차 건식식각은 Cl2개스를 이용함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 1차 건식식각은 CH4/H2개스와 결합한 Cl2개스를 이용함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 2차 건식식각은 CH4/H2개스를 이용함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 2차 건식식각은 개스 압력을 10∼100mTorr로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
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