KR100234005B1 - 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법 - Google Patents
산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전류차단구조와 활성층을 동시에 형성하는 광전소자의 전류차단구조 형성방법에 관한 것으로, 종래 광전소자의 전류차단구조 형성방법은 먼저, 갈륨비소기판에 전자선 또는 엑스선을 사용하여 V자형 또는 U자형의 홈을 형성하고, 상기 형성된 V자형 또는 U자형홈의 가장 깊은곳에 양자점 또는 양자세선을 형성하며 그 다음, 상기 양자점 또는 양자세선이 형성된 갈륨비소기판상에 갈륨비소에피층을 성장시키고 그 갈륨비소에피층에 이온을 주입하거나 확산법을 사용하여 전류차단구조를 형성하여, 그 공정단계가 복잡하고, 미세구조를 형성하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있었다. 이와같은 문제점을 감안한 본 발명은 갈륨비소와 산화알루미늄상에 갈륨비소에피층을 성장시켜 그 격자결함의 차를 이용하여 활성층과 전류차단구조를 동시에 형성함으로써 공정단계를 단순화하고, 용이하게 미세구조를 형성하며, 또한 그 수율을 증가시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법에 관한 것으로, 특히 갈륨비소기판의 상부에 산화알루미늄층을 형성하고 상기 형성된 산화알루미늄층의 상부에 격자결함이 다량포함된 에피층을 형성시켜, 그 에피층을 전류차단구조로 사용하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단방법에 관한 것이다.
일반적으로 양자우물, 양자세선, 양자점 등을 이용한 광전소자를 사용한 반도체 레이저등은 발진개시전류가 감소하고, 광이득이 크며, 발광선폭이 작고 응답속도가 빠른 장점이 있다. 그러나, 광전소자는 그 크기가 매우 작아서 발생되는 신호는 각 구조물 부피의 순서를 따라 양자덩어리, 양자우물, 양자세선, 양자점등의 순으로 발생되는 광이 작아져 상기 양자덩어리의 신호에 따라 양자세선 및 양자점과 같은 미세구조물의 출력은 상대적으로 약해지게 된다. 이와 같이 미세구조물인 양자세선 및 양자점의 출력신호를 사용하기 위해서는 그 출력신호인 광이 출력되는 영역의 이외부분에 광 또는 전류를 차단하는 전류차단구조를 형성하였으며, 이와같은 기능의 전류차단구조를 형성하는 종래 광전소자의 전류차단구조 형성방법은 먼저, 갈륨비소기판에 전자선 또는 엑스선을 사용하여 V자형 또는 U자형의 홈을 형성하고, 상기 형성된 V자형 또는 U자형홈의 가장 깊은곳에 양자점 또는 양자세선을 형성한다.
그 다음, 상기 양자점 또는 양자세선이 형성된 갈륨비소기판상에 갈륨비소에피층을 성장시키고 그 갈륨비소에피층에 이온을 주입하거나 확산법을 사용하여 전류차단구조를 형성하였다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래 광전소자의 전류차단구조 형성방법은 전류차단구조를 형성하기 위해 갈륨비소에피층을 형성하고, 그 갈륨비소에피층에 이온을 주입하거나, 확산시키는 방법을 사용하여 공정이 복잡하고, 미세구조를 형성하는 것이 용이하지 않으며, 그 수율 또한 저하되는 문제점이 있었다.
이와같은 문제점을 감안한 본 발명은 이온주입공정 또는 확산공정을 사용하지 않으며, 그 활성층과 전류차단구조를 동시에 형성하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자 전류차단구조 형성방법의 제공에 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명에 의한 광전소자의 공정수순 단면도.
제2도는 본 발명에 의한 양자세선을 구비하는 광전소자의 단면도.
제3도는 본 발명에 의한 양자점을 구비하는 광전소자의 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 갈륨비소기판 2 : 알루미늄갈륨비소막
3 : 포토레지스트 4 : 산화알루미늄막
5 : 균일한 격자구조의 갈륨비소에피층 또는 활성층
6 : 다수의 격자결함을 포함하는 갈륨비소에피층 또는 전류차단구조
7 : 양자세선 8 : 양자점
상기와 같은 목적은 갈륨비소기판을 산화시켜 그 갈륨비소기판의 상부에 알루미늄갈륨비소막을 증착하고, 그 상부에 알루미늄갈륨비소막이 형성된 갈륨비소기판에 V자형의 홈을 형성한 다음, 그 알루미늄갈륨비소막을 산화시켜 산화알루미늄막으로 변형하고, 그 산화알루미늄막의 상부에 갈륨비소에피층을 성장시켜, 그 갈륨비소에피층을 전류차단구조 및 활성층으로 사용함으로써 달성되는 것으로, 이와같은 본 발명에 의한 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 의한 광전소자의 제조공정수순 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 갈륨비소기판(1)의 상부에 알루미늄갈륨비소막(2)을 증착하는 단계(도1a)와; 상기 증착된 알루니늄갈륨비소막(2)의 상부에 포토레지스트(3)를 도포하고, 패턴을 형성하는 단계(도1b)와; 상기 패턴이 형성된 포토레지스트(3)를 식각마스크로 하여 알루미늄갈륨비소막(2)과 갈륨비소기판(1)의 일부를 식각하여 V자형 홈을 형성하는 단계(도1c)와; 상기 포토레지스트(3)를 제거하는 단계(도1d)와; 상기 형성된 V자형 홈의 좌우측 알루미늄갈륨비소막(2)을 산화하여 산화알루미늄막(4)으로 변환하는 단계(도1e)와; 상기 V자형 홈이 형성된 갈륨비소기판(1)과 그 상부의 산화알루미늄막(4)의 상부전면에 유기금속 화학증착법을 사용하는 갈륨비소에피층을 성장시키는 단계(도1f)로 구성된다.
이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법을 최적의 공정조건을 적용하여 더 상세히 설명한다.
먼저, 도1a에 도시한 바와같이 (100)방향의 갈륨비소기판(1)의 상부에 그 알루미늄의 몰수비가 0.9 내지 1인 알루미늄갈륨비소막(2)을 0.05 내지 0.5μm의 두께로 증착한다.
그 다음, 도1b에 도시한 바와같이 상기 증착된 알루미늄갈륨비소막(2)의 상부에 포토레지스트(3)을 도포 및 패턴을 형성한다.
그 다음, 도1c에 도시한 바와같이 일정비율의 H2SO4: H2O2: H2O 용액을 사용하는 습식식각 방법을 사용하여, 상기 노출된 알루미늄갈륨비소막(2)을 (01T)방향으로 식각하여 갈륨비소기판(1)의 일부까지 식각한다. 이러한 식각공정에 따라 V자형의 홈이 형성된다.
그 다음, 도1d에 도시한 바와같이 상기 식각공정이 완료된 후, 포토레지스트(3)을 제거한다.
그 다음, 도1e에 도시한 바와 같이 상기의 공정이 완료되어 V자형의 홈이 형성된 갈륨비소기판(1)의 상부에 알루미늄갈륨비소막(2)이 형성된 시료를 반응로에 장착시키고, 약 80℃의 수증기를 포함하는 고순도 질소개스를 반응로 온도 450℃의 분위기에서 1시간가량 흐르게 한다. 이와같은 공정으로 상기 알루미늄갈륨비소막(2)은 산화되어 산화알루미늄막(4)으로 변형된다.
그 다음, 도1f에 도시한 바와같이 상기의 산화공정이 완료되어 V자형의 홈이 형성된 갈륨비소기판(1)과 그 갈륨비소기판(1)의 상부에 V자형의 홈을 사이에 두고 형성된 산화알루미늄막(4)의 상부전면에 갈륨비소를 고순도 수소개스를 수송개스로 사용하고, 총 유량은 분당 5 또는 8리터로 하며, 3족 유기금속 원료는 트리메틸갈륨, 트리메틸알루미늄, 트리메틸인듐을 사용하고, 5족 유기금속 원료는 비소개스를 사용하는 유기금속 화학증착법을 사용하여 성장시킨다. 이때 V자형 홈에 의해 외부로 노출된 상기 갈륨비소기판(1)의 상부에는 균일한 격자를 갖는 갈륨비소에피층(5)이 성장되고, 상기 산화알루미늄막(4)의 상부에 성장되는 갈륨비소에피층(6)은 다수의 격자결함을 포함하게 된다. 상기와 같은 공정으로 형성된 균일한 격자를 갖는 갈륨비소에피층(5)은 활성층으로 사용되며, 상기 격자결함이 다수포함된 갈륨비소에피층(6)은 전류차단구조로 사용된다.
또한, 도2는 본 발명에 의한 양자세선을 포함하여 형성된 광전소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 설명한 균일한 격자구조를 갖는 갈륨비소에피층(5)에는 양자세선(7)에서 출력되는 광이 출력되며, 격자결함을 다수포함하는 갈륨비소에피층(6)에는 상기 양자세선(7)에서 출력되는 광을 차단하게 된다.
그리고, 도3은 본 발명에 의한 양자점을 포함하여 형성된 광전소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 상기 설명한 균일한 격자구조를 갖는 갈륨비소에피층(5)에는 양자점(도면생략)에서 출력되는 광이 출력되며, 격자결함을 다수포함하는 갈륨비소에피층(6)에는 상기 양자점에서 출력되는 광을 차단하게 된다.
상기한 바와같이 본 발명에 의한 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법은 기본이 되는 층에 따라 그 상부에 형성되는 에피층의 격자구조의 차이에 의해 활성영역과 전류차단구조를 동시에 형성함으로써 그 공정단계를 간략화하고, 용이하게 미세구조의 구현이 가능하며, 또한 그 수율을 증가시키는 효과가 있다.
Claims (5)
- 갈륨비소기판(1)의 상부에 알루미늄갈륨비소막(2)을 증착하는 단계와; 상기 증착된 알루미늄갈륨비소막(2)의 상부에 포토레지스트(3)를 도포하고, 패턴을 형성하는 단계와; 상기 패턴이 형성된 포토레지스트(3)를 식각마스크로 하여 알루미늄갈륨비소막(2)과 갈륨비소기판(1)의 일부를 식각하여 V자형 홈을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트(3)를 제거하는 단계와; 상기 형성된 V자형 홈의 좌우측 알루미늄갈륨비소막(2)을 산화하여 산화알루미늄막(4)으로 변환하는 단계와; 상기 V자형 홈이 형성된 갈륨비소기판(1)과 그 상부의 산화알루미늄막(4)의 상부전면에 유기금속 화학증착법을 사용하는 갈륨비소에피층을 성장시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법.
- 제1항에 있어서, 갈륨비소기판(1)은 (100)방향의 것을 사용하여 된 것을 특징으로 하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법.
- 제1항에 있어서, 알루미늄갈륨비소막(2)은 그 알루미늄의 몰수비가 0.9 내지 1인 알루미늄갈륨비소를 사용하여 상기 갈륨비소기판(1)의 상부에 0.05 내지 0.5μm의 두께로 증착하여 된 것을 특징으로 하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법.
- 제1항에 있어서, V자형 홈의 형성단계는 일정비율의 H2SO4: H2O2: H2O 용액을 사용하는 습식식각 방법을 이용하여, 상기 알루미늄갈륨비소막(2) 및 갈륨비소기판(1)의 일부까지 (011)방향으로 식각하여 된 것을 특징으로 하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법.
- 제1항에 있어서, 유기금속 화학증착법은 고순도 수소개스를 수송개스로 사용하고, 총 유량은 분당 5 또는 8리터로 하며, 3족 유기금속 원료는 트리메틸갈륨, 트리메틸알루미늄, 트리메틸인듐을 사용하고, 5족 유기금속 원료는 비소개스를 사용하여 된 것을 특징으로 하는 산화알루미늄갈륨비소를 이용한 광전소자의 전류차단구조 형성방법.
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