KR100239767B1

KR100239767B1 - 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

Info

Publication number: KR100239767B1
Application number: KR1019920010779A
Authority: KR
Inventors: 노민수
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1992-06-20
Filing date: 1992-06-20
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR940001498A

Abstract

본 발명은 박막생장공정과 에칭공정 및 PECVD공정수를 줄일 수 있고 제조시간을 단축시킬 수 있게 한 것에 목적을 둔 것이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명은 GaAs기판에 브라그리프렉터 Al_0.3Ga_0.7As클래드층 빛 n+GaAs 캡층을 성장시키고 SiO₂막을 증착시킨 다음 에칭을 통하여 우물모양을 형성하고 상기 우물모양에 이중 이종접합을 생각하여 표면발광이 가능하도록 제조한 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 레이저 다이오드의 제조방법

제1(a)도 내지 제1(e)도는 종래의 반도체 레이저 다이오드의 제조공정도.

제2(a)도 내지 제2(e)도는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드의 제조공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : p-GaAs 기판 2 : 브라그 리프렉터층

3 : Al_0.3Ga_0.7As클래드층 4 : n+-GaAs 층

5 : SiO₂마스크 6 : p-Al_0.3Ga_0.7As

7 : GaAs 액티브층 8 : n-Al_0.1Ga_0.9As

9 : SiO₂와 TiO₂반사막 10 : n-금속전극

11 : p-금속전극 21 : n-GaAs 기판

22 : n-Al_0.1Ga_0.9As층 23 : GaAs 액티브층

24 : p-Al_0.3Ga_0.7As층 25 : p-Al_0.1Ga_0.9As

26 : SiO₂마스크층 27 : p-Al_0.3Ga_0.7As

28 : n-Al_0.1Ga_0.9As층 29 : 브라그 리프렉터

30 : SiO₂반사경 31 : p-금속전극

32 : n-금속전극 33 : SiO₂/TiO₂반사막

본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 특히 액티브층 에칭시 손상을 방지하고, 보다 간단한 제조공정으로 매립형 표면 발광 레이저 다이오드를 제조할 수 있게 한 것에 관한 것이다.

종래의 매립형 표면 발광 다이오드를 제1도에 따라서 살펴본다.

우선 (a)와 같이 n-GaAs 기판(21) 위에 n-Al_0.1Ga_0.9As층(22)과 GaAs 액티브층(23)과 p-Al_0.3Ga_0.7As층(24) 및 p-Al_0.1Ga_0.9As층(25)을 순차적으로 성장시키고, 그 위에 에칭과 선택성장(Selective Growth)을 위한 SiO₂마스크층(26)을 증착한다.

그 다음(b)와 같이 상기 SiO₂마스크층(26)의 아래부분을 제외한 층을 에칭으로 AlGaAs층(22) 위까지 식각하여 메사(Mesa)형태로 만든 후 p-Al_0.3Ga_0.7As층(27)을 생장한다.

그리고 (c)와 같이 상기 p-Al_0.3Ga_0.7As층(27)의 일부를 에칭공정으로 식각하고 그 위에 n--Al_0.1Ga_0.7As층(28)으로 전류 블로킹층(또는 전류제한층)을 생장한다.

그 다음에 (d)와 같이 브라그리프렉터(Bragg Reflector)(29)로 Al_0.1Ga_0.9As층과 Al_0.85Ga_0.15As층의 주기를 갖는 다층구조로 빛을 반사시키는 역할을 하게 하고, 상기 브라그리프렉터(29) 위에 SiO₂반사경(30)과 p-금속전극(31)을 증착하여 브라그리프렉터(29)의 반사율을 증가시킨다.

박막생장이 끝난 반도체레이저 다이오드의 기판 쪽에 n-금속전극(32)을 증착하고 기판(21)을 중심의 일부를 에칭하여 AlGaAs(22)까지 깎아 내고 SiO₂/TiO₂의 반사막(32)의 다층반사막을 증착하여서 된 것이다.

그리고 (e)는 상기 제조공정에 의해서 제조된 레이저 다이오드의 전체 구조를 나타낸 사시도이다.

상기와 같이 제조된 종래의 레이저 다이오드의 작용효과를 설명하기로 한다.

(d)의 n-금속전극(32)으로 주입된 전자는 Al_0.1Ga_0.9As층을 지나 액티브층(23)의 영역을 주입되고, p-금속전극(31)으로 주입된 정공을 브라그리프렉터(29)와 Al_0.1Ga_0.9As층(25) 및 p-Al_0.3Ga_0.7As층(24)을 지나 액티브층(23)의 영역으로 주입된다. n-Al_0.1Ga_0.9As층(28)은 전자와 정공의 흐를 수 없는 전류블로킹층 역할을 한다. 상기에서 액티브영역으로 주입된 전자와 정공은 전자-정공쌍을 이루며 발광하게 된다.

레이저에서 발광된 빛의 증폭되어 일정한 파장의 빛들을 레이싱하기 위하서는 1차적으로 파브리-페로간섭계(Fabry-perot Interferometer) 양 끝에 반사거울이 있는 공진기를 만들어 주어야 한다. 그러나 상기와 같은 수평발광 반도체 레이저에서는 반도체 물질의 특성인 결정방향성을 이용하여 클리빙(Cleaving)해 주므로 거울벽개면을 만들므로 이 벽개면이 거울로 작용하며, 이 면에 안티리플렉션코팅(Anti Reflection Coating)과 하이 리플렉션코팅(High Reflection Coating)을 적절히 하여 레이저 성능을 향상시킨다.

그러나 표면 발광 반도체 레이저 다이오드에서는 벽개면을 만들지 않고 박막 생장 방향으로 브라그 리프렉터층(29)와 SiO₂/TiO₂의 반사막(33)을 형성하여 공진기를 만들어 주므로써 수직으로 공진한 빛이 표면으로 방사될 수 있도록 형성하여 준다.

상기에서 리프렉터(29)는 Al_0.1Ga_0.9As을 500Å하고 Al_0.85Ga_0.15As를 500Å로 하여 다층으로 생장시킨다.

상기와 같이 제조하는 레이저 다이오드는 4회의 박막을 생장하여야 하고, 3회의 에칭공정과 3회의 PECVD공정이 필용하기 때문에 레이저 다이오드의 제조공정이 매우 복잡하고 어렵기 때문에 제조생산원가를 상승시키게 된다.

더욱이 1차 에칭공정은 메사형의 액티브형 영역을 만들기 위하여 액티브층을 식각해야 하는데, 식각시 액티브측면이 손상되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같이 종래의 문제점을 해결하고자, 박막생장공정과 에칭공정 및 PECVD공정수를 줄일 수 있고 제조시간을 단축시킬 수 있게 한 것에 목적을 둔 것이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명은, GaAs기판위에 브라그 리플렉터 층을 다층으로 형성하는 공정과; 상기 브라그 리플렉터층 위에 언도피드 Al_0.3Ga_0.7As클래드층과 n+GaAs층을 형성하는 공정과; 상기 n+GaAs층 위에 SiO₂마스크막을 증착하는 공정과; 상기 SiO₂마스크막 상에서 상기 브라그 리프렉터층 상부까지 우물형태로 식각하는 공정과;

상기 우물형태로 식각된 부분에 이중 이종접합을 성장하는 이중 이종 접합성장공정을 포함하여 표면발광이 가능하도록 함을 특징으로 한다.

이를 첨부도면 제2도에 따라서 상세히 설명하기로 한다.

(a)와 같이 p-GaAs기판(1)위에 Al_0.1Ga_0.9As층과 Al_0.85Ga_0.15As층으로 된 브라그리프렉터층(2)을 다수의 층인 다층으로 생장하고 언도피드 Al_0.3Ga_0.7As클래드층(3)과 n+GaAs층(4)을 생장시킨다. 그리고 에칭 마스크 및 선택성장에 사용되는 SiO₂마스크막(5)을 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)로 증착한다.

상기 SiO₂마스크막은 레이저 다이오드 동작시 전류제한층으로도 사용할 수 있게 된다.

그리고 (b)와 같이 포토(Photo) 및 에칭공정을 이용하여 사각형 우물형태로 식각한다.

상기 식각한 단면은 (c)와 같은데 사각형 우물모양에 (d)와 같이 p-Al_0.3Ga_0.7As층(6)과 GaAs 액티브층(7) 및 n-Al_0.1Ga_0.9As층(8) 박막을 선택성장방법으로 생장하고 그 위에 SiO₂과 TiO₂안티리프렉션 다층(9)을 증착한다.

그 다음(e)와 같이 n-금속전극(10) 증착시 전류주입을 원활히 하기 위하여 SiO₂마스크막층(5)의 접촉부를 식각하여 n-금속전극(10)이 n+GaAs층과 접촉할 수 있도록 제조하여서 된 것이다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 작용효과를 설명하기로 하겠다.

제2(e)도에서와 같이 n-금속전극(10)으로 주입된 전자는 SiO₂마스크막(5)으로 흐르지 못하므로 SiO₂막이 열려 전극이 n+-GaAs층(4)과 접촉된 부분으로만 흘러가게 된다.

즉 SiO₂마스크막(5)은 박막 생장시 에칭마스크, 선택성장 및 광발진을 위하여 전류주입시 전류차단 효과를 주어 저전류발진을 돕게된다.

GaAs 액티브영역(7)으로 들어온 전자는 p-금속전극(11)으로 주입되어 액티브영역에 도달한 정공과 만나 전자-정공 쌍을 이루어 광자(Photon)을 생성하여 빛을 발하게 된다.

생성된 빛이 레이싱하기 위하여는 양면이 거울로 되어 캐비티(공진기)가 필요하게 되는데, 제2(b)도와 같이 전면(a)와 측면(b) 양쪽 모두 클리빙(cleaving)하지 않고 스크라이빙하게 되면 벽개면이 생기지 않아 거울면이 나타나지 않으며, 수평방향으로는 공진기를 얻지 못한다.

따라서 캐비티는 브라그리프렉터층(2)과 반사막(9) 다층을 거울로 하는 수직방향으로 형성되고 레이저광은 반사막층(9)을 뚫고 수직방향으로 나와 표면발광 반도체 레이저 다이오드를 제조할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명은 우물모양에 반도체 레이저를 형성하므로 구조가 간단하고, 제조공정 역시 간단하다. 즉 종래에는 4회의 박막생장과 3회의 에칭공정과 3회의 PECVD공정으로 제조가 가능하여 제조공정수를 대폭 감소시킨 공정으로서 제조가 가능하게 된다.

또한 종래에는 액티브를 에칭하여 매립형 반도체 레이저를 만드는데 이 에칭에 의한 액티브의 손상으로 장시간 동작이 어렵게 될 수 있는데 반하여 본 발명은 우물모양에 액티브를 직접 생장하므로 손장받지 않는 액티브를 갖게 되어 장시간 동작이 가능하게 된다.

이와 같이 본 발명의 제조방법에 의해서 제조되는 레이저 다이오드는 구조가 간단하고 제조공정이 매우 간단하여 제조시간을 단축할 수 있으며 생산원가가 역시 대폭절감할 수 있고 신뢰도가 높은 레이저 다이오드를 제조할 수 있게 된 것이다.

Claims

GaAs기판 위에 브라그 리프렉터층을 다층으로 형성하는 공정과; 상기 브라그 리프렉터층 위에 언도피드 Al_0.3Ga_0.7As클래드층과 n+GaAs층을 형성하는 공정과; 상기 n+GaAs층 위에 SiO₂마스크막 증착하는 공정과; 상기 SiO₂마스크막 상에서 상기 브라그 리프렉터층 상부까지 우물형태로 식각하는 공정과; 상기 우물형태로 식각된 부분에 이중 이종접합을 성장하는 이중 이종접합성장공정을 포함하여 표면발광이 가능하도록 함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 SiO₂마스크막은, 전류제한층으로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.