KR100234001B1 - 양자세선 레이저 다이오드 제작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자세선 레이저 다이오드 제작방법에 관한 것으로, 종래의 양자세선 레이저 다이오드들은 활성층으로서의 전류주입을 증가시키기 위하여 레이저 구조 성장 후 비활성층 부분에 대한 이온주입 또는 절연층의 증착과 같은 후속공정을 필요로 하였는데, 이러한 후속공정은 레이저 다이오드의 제작을 복잡하게 할 뿐만 아니라 활성층 내의 광구속(Optical confinement) 계수의 감소로 인하여 레이저 다이오드의 특성을 저하시키는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 성장기판의 전도형과 반대 전도형의 에피층을 성장시키고 광리소그래피와 습식식각에 의해 기판 부분까지 V홈 패턴을 형성하여 전류차단층을 형성한 다음 V홈 패턴 위해 AlGaAs/GaAs의 양자세선 구조를 성장시키고 p와 n전극을 형성함으로써, 별도의 후속 공정없이 레이저 구조의 활성층으로만 전류의 유입이 가능하게 하여 낮은 문턱전류를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

양자세선 레이저 다이오드 제작방법
본 발명은 양자세선 레이저 다이오드 제작방법에 관한 것으로, 특히 양자세선 레이저 활성층으로의 전류주입 효과를 향상시켜 낮은 문턱전류를 얻을 수 있도록 한 양자세선 레이저 다이오드 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로, 낮은 문턱전류(Threshold current)를 갖는 양자세선 레이저 다이오드는 광 컴퓨터 또는 광 신호처리와 같은 저전력 전기소자와의 단일집적 분야에서 매우 유리할 뿐만 아니라 낮은 온도의 의존성 및 높은 주파수 변조특성 등으로 인하여 통신용 광원으로도 주목받고 있으며, 이러한 잇점들로 인하여 과거 수년 동안 고품격 양자세선 레이저 다이오드의 제작에 많은 연구가 진행되어 왔다.
특히, V홈 기판위에 제작된 양자세선 레이저 다이오드는 기판의 방향과 성장조건등을 변화시켜 양자세선의 모양과 크기를 쉽게 조절할 수 있는 잇점을 가지고 있어서 크게 관심을 끌어왔다.
그러나, 지금까지 발표된 대부분의 양자세선 레이저 다이오드들은 활성층으로의 전류주입을 증가시키기 위하여 레이저 구조 성장 후 비활성층 부분에 대한 이온주입 또는 절연층의 증착과 같은 후속공정을 필요로 하는데, 이러한 후속공정은 레이저 다이오드의 제작을 복잡하게 할 뿐만 아니라 활성층 내의 광구속(Optical confinement) 계수의 감소로 인하여 레이저 다이오드의 특성을 저하시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 성장기판의 전도형과 반대 전도형의 에피층을 성장시키고 광리소그래피와 습식식각에 의해 기판 부분까지 V홈 패턴을 형성하여 전류차단층을 형성한 다음 V홈 패턴 위에 AlGaAs/GaAs의 양자세선 구조를 성장시키고 p와 n전극을 형성함으로써, 별도의 후속 공정없이 레이저 구조의 활성층으로만 전류의 유입이 가능하게 하여 낮은 문턱 전류를 얻을 수 있도록 한 양자세선 레이저 다이오드의 제작방법을 제공함에 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명 양자세선 레이저 다이오드의 단면구조도.
제2도는 양자세선 레이저 다이오드의 투과전자현미경 단면 사진.
제3도는 양자세선 레이저 다이오드의 출력특성도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 기판 2a, 2b : n형 GaAs 에피층
3 : p형 AlGaAs 구속층 4 : n형 AlGaAs 구속층
5 : GaAs 활성층 6 : p형 AlGaAs 구속층
7 : p형 GaAs 접촉층 8 : p형 전극
9 : n형 전극
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 양자세선 레이저 다이오드 제작방법은 기판상에 버퍼층 및 에피층을 형성하는 공정과, 상기 에피층에 V홈 패턴을 형성하여 전류차단층을 형성한 다음 그 위에 다시 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 V홈 패턴의 윗부분에 양자세선 레이저 다이오드를 형성하는 공정과, 전극형성을 위한 접촉층을 성장시키고 전극을 형성하는 공정으로 이루이지는 것으로, 이와같이 구성되는 본 발명 양자세선 레이저 다이오드 제작방법에 대해 도1를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, n형의 갈륨비소(GaAs) 기판(1)상에 유기금속 화학기상증착법(MOCVD)으로 n형 GaAs 버퍼층(2a)을 형성하고 이 위에 전류차단층의 형성을 위한 p형 GaAs 에피층(3)을 형성한다.
그 다음, 광리소그래피와 습식식각으로 p형 GaAs 에피층(3)에 V홈의 패턴을 형성하는데, V홈 패턴의 중심부근에서 약 1.2μm의 폭으로 아랫쪽의 n형 GaAs 버퍼층(2a)도 겹쳐서 식각이 되도록 한다.
이때, V홈 패턴의 형성을 위한 습식식각은 1 H2SO4: 8 H2O2: 40 H2O 의 비율로 혼합된 식각용액을 사용하여 식각한다.
이처럼, V홈 패턴이 기판(1)이 내부까지 형성되게 함으로써 V홈 패턴의 내부쪽을 제외한 바깥부분에 p-n 접합의 전류차단층의 형성되도록 하여 V홈 패턴의 바깥부분으로의 전류 유입을 차단할 수 있게 된다.
이어서, 에피성장장치에 시료를 장입하여 300nm 두께의 n형 GaAs 버퍼층(2b)을 형성한다.
상기 공정 후, 1.2μm 두께의 n형 AlGaAs 구속층(4)과 20nm 두께의 Al0.25Ga0.75As장벽으로 둘러싸인 세 개의 5nm 두께의 GaAs 활성층(5) 및 1μm 두께의 p형 Al0.5Ga0.5As 구속층(6)을 차례로 성장시킴으로써, V홈 패턴 위에 초승달 모양을 갖는 세개의 GaAs 양자세선 레이저 구조가 형성되도록 한다.
다음으로, 전극형성을 위한 p형 접촉층(7)을 성장시키는데 이렇게 양자세선 레이저 다이오드 구조의 에피성장이 끝난 후에는 시료의 기판 부분을 랩핑(lapping)으로 갈아내어 시료의 두께를 약 100μm정도가 되도록 한 후, 마지막으로 위쪽과 아랫쪽에 각각 Mo/Au와 AuGe/Ni/Au를 전자빔증착장치로 증착하여 p형 전극(8)과 n형 전극(9)을 형성시킴으로써 양자세선 레이저 다이오드의 제작을 완료한다.
도2는 상기와 같이 제작된 양자세선 레이저 다이오드의 구조에 대한 투과전자현미경(Tranmission electron microscope, TEM)의 단면사진으로 V홈 패턴의 바닥부근에 시료의 수직방향의 세 개의 초승달 모양의 GaAs 양자세선이 적층되어 있음을 볼 수 있는데, 양자세선의 두께는 약 7nm(10-9m)이고 너비는 약 80nm로서 기대한 양자세선이 잘 형성되어 있음을 알 수 있다.
또한, 도3은 제작된 양자세선 레이저 다이오드에서 주입된 전류에 따른 출력특성을 나타낸 것으로, 이 결과는 200μm길이의 양자세선 레이저 다이오드 캐비티(cavity)를 가진 시료에 대해 상온에서 측정된 것인데, 45mA의 문턱전류와 50mA의 전류에서 약 4mW 의 출력을 얻었으며 약 60%의 미분양자효율 특성을 나타낸다.
한편, 레이저 발진 스펙트럼에서는 중심파장이 약 826nm로 나타나는데 도2에서 얻어진 양자세선의 크기를 고려한 발진파장의 이론치인 820nm와 거의 일치한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 V홈 패턴의 바깥부분에 형성된 전류차단층을 이용하여 전류유입을 차단함으로써 양자세선 레이저 다이오드의 활성층으로의 전류주입 효율화를 위한 별도의 후속공정없이 활성층으로만 전류의 주입을 가능하게 하여 낮은 문턱전류를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 기판상에 서로 다른 도전형의 버퍼층과 에피층을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 에피층에 V홈 패턴을 형성하여 상기 버퍼층과 에피층인 전류차단층 내에 양자세선 형성영역을 정의하고, 그 상부에 다시 버퍼층을 형성하는 공정과, 상기 V홈 패턴의 저면부에 양자세선 레이저 구조을 형성하는 공정과, 전극형성을 위한 접촉층을 성장시키고 전극을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양자세선 레이저 다이오드 제작방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에피층은 기판과 다른 도전형의 에피층을 성장시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 양자세선 레이저 다이오드 제작방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에피층의 V홈 패턴은 광리소그래피와 습식식각에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 양자세선 레이저 다이오드 제작방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 에피층의 V홈 패턴의 형성을 위한 습식식각은 H2SO4와 H2O2및 H2O 의 혼합 식각용액을 1 : 8 : 40의 비율로 하여 식각하는 것을 특징으로 하는 양자세선 레이저 다이오드 제작방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 V홈 패턴은 버퍼층과 겹치도록 형성하여 즉, 기판의 내부까지 형성되도록 함으로써 V홈 패턴의 바깥부분에 전류차단층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 양자세선 레이저 다이오드 제작방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 V홈은 중심부근에서 약 1.2μm의 폭으로 버퍼층과 겹치도록 형성하는 것을 특징으로 하는 양자세선 레이저 다이오드 제작방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100277940B1 (ko) * 1998-07-14 2001-02-01 구자홍 지에이엔(gan) 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
KR100359739B1 (ko) * 2000-12-28 2002-11-09 한국과학기술연구원 이종 단결정박막의 접합 및 덧성장방법
US6829269B2 (en) 2002-05-21 2004-12-07 University Of Massachusetts Systems and methods using phonon mediated intersubband laser

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07321411A (ja) * 1994-05-27 1995-12-08 Mitsubishi Chem Corp Ｖ溝構造を有する半導体装置
US5528615A (en) * 1993-07-20 1996-06-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser and method of producing the semiconductor laser

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5114877A (en) * 1991-01-08 1992-05-19 Xerox Corporation Method of fabricating quantum wire semiconductor laser via photo induced evaporation enhancement during in situ epitaxial growth
JPH07221392A (ja) * 1994-02-08 1995-08-18 Mitsubishi Electric Corp 量子細線の作製方法、量子細線、量子細線レーザ、及び量子細線レーザの作製方法、回折格子の作製方法、及び分布帰還型半導体レーザ
GB2288274A (en) * 1994-03-31 1995-10-11 Sharp Kk Quantum device and method of making such a device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5528615A (en) * 1993-07-20 1996-06-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser and method of producing the semiconductor laser
JPH07321411A (ja) * 1994-05-27 1995-12-08 Mitsubishi Chem Corp Ｖ溝構造を有する半導体装置

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