KR100239792B1 - InGaAsP/InP BH LD제작방법 - Google Patents

InGaAsP/InP BH LD제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 InGaAsP/InP BH LD를 제작함에 있어서, n-InP 기판에 n-InP 버퍼층, InGaAsP 활성층, p-InP 클래드층 및 P+-InGaAsP 캡층을 차례로 성장시키는 단계와, P+-InGaAsP 캡층을 제거한 후, p-InP 클래드층 위에 산화규소막으로 스트라이프를 형성하는 단계와, 액상성장법에 의하여 멜트백으로 메사를 형성하고, 전류차단층을 성장시키는 단계와, 상기 산화규소막 스트라이프를 제거한 후 p-InP 클래드층 및 P+-InGaAsP 캡층을 차례로 성장시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 방법에 관한 것으로서, 종래의 액상성장법에 의한 BH LD의 제작방법에 있어서는 메사구조를 형성하는 공정에 여러 번의 에칭 및 세정공정이 이용되어야 하는 것에 반하여, 본 발명에 있어서는 산화규소막 스트라이프를 이용하여 한 번의 액상성장법에 의하여 멜트백으로 메사를 형성하고 이어서 전류차단층을 성장시킴으로써 제작공정이 단축되는 효과를 가지는 InGaAsP/InP BH LD의 제작방법에 관한 것이다.

Description

InGaAsP/InP BH LD의 제작방법
본 발명은 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드의 제작방법에 관한 것으로, 상세하게는 GaInAsP/InP BH LD의 제조 공정중 메사를 형성하고 전류차단층을 형성하는 공정을 단 한번의 액상성장법(LPE : Liquid Phase Epitaxy)을 이용하여 제작할 수 있도록 한 제작 방법에 관한 것이다.
반도체 레이저라고도 하는 레이저 다이오드의 중요한 응용분야로는 현재 광섬유통신이나 광메모리, 콤팩트디스크의 광원으로서의 활용이 매우 활발하다. 광섬유통신분야에 있어서는 광전송로인 광섬유의 전송손실은 1.2㎛ 내지 1.7㎛ 파장영역에서 최소가 되기 때문에, 광섬유를 이용하는 장거리 통신에 사용할 수 있는 1㎛ 파장의 광을 발진하는 레이저 다이오드가 개발되고 있다. 장거리 광통신에 사용되는 레이저 다이오드의 전형적인 파장은 1.3㎛, 1.55㎛, 그리고 1.2㎛ 이다.
종래의 1㎛ 대 파장을 가진 반도체 레이저로서는 InGaAsP/InP 레이저가 잘 알려져 있다. 여러가지 구조가 실현되고 있는 InGaAsP/InP 레이저의 한 종류로서 매장형 이종접합구조 (BH : Buried Heterostructure)의 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)가 알려져 있는데, 그 명칭은 활성층이 이종접합부분에 매장된다는 말에서 유래된 것으로서, 도 1에 의하여 도시되어 있는 바와 같은 구조를 가지며, 이종접합구조의 에피층이 폭 2㎛ 전후로 기판까지 메사형상으로 에칭되고 그 후에 메사의 양 옆구리부분에 전류차단층을 형성하여 만들어지고 있다. 1.2㎛ 파장의 InGaAsP계 BH LD의 구조는 도 1에 의하여 도시되고 있는 1.3㎛ 파장의 InGaAsP계 BH LD의 구조와 동일하며, 다만 활성층의 Ga과 As의 조성비를 바꾸어서 실현되고 있다. 또한 1.55㎛ 파장의 InGaAsP계 BH LD의 구조의 경우에도 활성층의 Ga과 As의 조성을 조절하면 기본적으로는 1.3㎛ 파장의 InGaAsP계 BH LD의 구조와 같은 구조로 실현되지만, 멜트백 현상이 있기 때문에 활성층 위에 안티멜트백층이 설정되는 예가 많다.
상기와 같은 종래의 InP계 BH LD는 일반적으로 액상성장법(LPE : Liquid Phase Epitaxy)에 의하여 제작되는데, 매장형 이종접합구조를 제작하는 공정에 있어서 산화규소막을 마스크로 사용하여 Br-메탄올계나 HBr계 에칭액을 사용하여 메사를 형성하고 전류차단층을 성장시켜야 하므로 에칭 및 세정공정을 여러 번 거치게 되어 제작과정이 복잡하다는 단점이 있었다.
상기와 같은 종래기술에 있어서의 제작과정을 단축시키는 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 InP계 BH LD를 제작함에 있어서 산화규소막 스트라이프를 이용하여 멜트백으로 메사를 형성하고 이어서 전류차단층을 성장시킴으로써 BH LD의 제작공정을 단축할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 하고 있다.
이러한 목적을 위하여 본 발명은 InP계 BH LD를 제작함에 있어서, n-InP 기판에 n-InP 버퍼층, InGaAsP 활성층, p-InP 클래드층 및 p-InGaAsP 캡층을 차례로 성장시키는 단계와, 상기 캡층을 제거한 후, 상기 클래드층 위에 산화규소막으로 스트라이프를 형성하는 단계와, 액상성장법에 의하여 멜트백으로 메사를 형성하고, 전류차단층을 성장시키는 단계와, 상기 산화규소막 스트라이프를 제거한 후 p-InP 층 및 p-InGaAsP 층을 차례로 성장시키는 단계, 그리고 p-전극으로서 캡층(52) 위에 Ti/Pr/Au 를 증착하고, 래핑공정에 의하여 n-InP 기판을 연마하여 전체두께가 100 내지 250㎛ 가 되도록 한 다음, n-전극으로서 n-InP에 Cr/Au를 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 제작 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 InGaAsP/InP 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드의 구조를 도시하는 개략도.
도 2a 내지 도 2e는 종래의 기술에 의한 InGaAsP/InP 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드의 제작과정을 도시하는 개략도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일실시예에 의한 InGaAsP/InP 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드의 제작과정을 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 (n-InP) 20 : 버퍼층 (n-InP)
22 : 전류차단층 (p-InP) 24 : 전류차단층 (n-InP)
30 : 활성층 (InGaAsP) 40, 42 : 클래드층 (p-InP)
50, 52 : 캡층 (P+-InGaAsP) 60, 62 : 산화규소막 (SiO2)
이하에서 첨부된 도면에 의하여, 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 각각의 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 사항을 지칭하고 있음에 주의하라.
도 2에 의하여 종래 기술에 의한 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드의 제작공정이 도시되어 있다. 도 2a에 도시되어 있는 것은 InP 기판(10)에 이종접합구조의 에피층(20, 30, 40, 50)을 성장하는 단계이다. 그런 다음, 도 2b에 의해서 도시되어 있는 바와 같이 캡층인 P+-InGaAsP 층(50)을 제거한다. 그 후 산화규소막(60)을 플라즈마 화합물 기상 증착(PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비로 증착하고 사진석판술로 도 2c와 같이 메사부분을 형성한다. 그런 다음에 전류차단층(22, 24)을 성장시키는 단계인데, 이때는 산화규소막(60)을 제거하지 않은 채 p-InP 층(22)과 n-InP 층(24)을 성장시킨다. 산화규소막(60)을 제거하지 않는 이유는 메사구조 윗부분에 전류차단층(22, 24)이 증착되지 않도록 하기 위해서이다. 이어서 산화규소막(60)을 제거하고, 도 2e에 도시되어 있는 바와 같이 p-InP 클래드층(42)과 P+-InGaAsP 캡층(52)을 성장시킨다.
상기한 바와 같은 종래기술에 의한 제작공정을 단축하는 방법으로서 본 발명에 의하여 제공되는 제작 방법은 도 3a 내지 도 3e에 의하여 도시되어 있다. 도 3a와 도 3b도에 의하여 도시되어 있는 단계에 있어서는, n-InP 기판(10)에 n-InP 버퍼층(20), InGaAsP 활성층(30), p-InP 클래드층(40) 그리고 P+-InGaAsP 캡층(50)을 차례로 성장시킨 후, 캡층(50)을 황산계 에칭용액으로 제거한다. 도 3c에 도시되어 있는 단계에서는, 클래드층(40) 위에 산화규소막을 증착하고 사진석판술에 의하여 폭 5㎛ 로 산화규소막 스트라이프(62)를 형성한다. 이렇게 스트라이프가 형성된 웨이퍼를 흑연 보우트에 장입하여 LPE 공정을 시작한다. 이 단계에서 도 3c에 점선으로 도시되어 있는 것과 같이 멜트백 시켜 메사구조를 형성하고 이어서 전류차단층인 p-InP 층(22)과 n-InP 층(24)을 성장시킨다. 이러한 LPE 공정을 마친 후의 구조는 도 3d에 도시되어 있다. 그런 다음, 산화규소막 스트라이프(62)를 제거하고 p-InP 클래드층(42) 그리고 P+-InGaAsP 캡층(52)을 차례로 성장시켜 도 1에 도시되어 있는 것과 같은 구조를 완성한다.
n-InP 버퍼층(20)과 InGaAsP 활성층(30) 그리고 p-InP 클래드층(40)은 이종접합구조로서, 버퍼층(20) 및 클래드층(40, 42)은 전류 운반자와 발생된 빛을 활성층(30)으로 모아주는 역할을 하며, P+-InGaAsP 캡층(52)은 클래드층(40,42)을 보호하는 역할을 한다. 전류차단층(22, 24)과 클래드층(40, 42) 및 캡층(52)은 순방향 전압 인가시 전류를 막아주는 역할을 하며 특히 캡층(52)은 금속과의 오옴 접촉(ohmic contact)을 좋게 해주는 역할을 한다.
본 발명에 의한 제작 방법에 의한 구체적인 일실시예에 있어서는, 상기 에피층(20, 30, 40, 50)의 성장은 약 630℃에서 행하였으며, 활성층(30)의 두께는 0.1 내지 0.2㎛ 였다. 버퍼층(20), 클래드층(40), 그리고 캡층(50)의 두께는 각각 5㎛, 1㎛, 그리고 0.3 ㎛ 였다. 산화규소막 스트라이프(62)의 폭은 5㎛ 였으며, 멜트백으로 형성된 메사의 형태는 폭이 1.5 내지 2.5㎛ 이고, 메사 구조내의 활성층의 폭은 1 내지 2㎛ 이다. LPE 공정에 의한 전류차단층의 성장은 약 590℃에서 시작 하였고 냉각 속도는 1.0 내지 1.5 ℃/분이었다. 성장된 전류차단층(22, 24)의 두께는 각각 대략 1㎛, 1㎛ 였다. LPE 공정에 있어서는, 먼저 In 용액에 의하여 기판을 약 2 초간 멜트백하여 메사를 형성하고 다음으로 전류차단층(22, 24)을 성장시켰다. 이때 멜트백에 의한 메사형성 및 전류차단층 성장은 한 번의 LPE 공정으로 완료된다. 산화규소막 스트라이프(62)가 제거된 후 성장시킨 클래드층(42)과 캡층(52)의 두께는 각각 대략 1㎛, 0.5㎛ 였다. 도면에는 도시되어 있지 않지만 레이저 다이오드를 완성시키는 최종 단계로, p-전극으로서 캡층(52) 위에 Ti/Pt/Au 를 증착하고, 래핑공정에 의하여 n-InP 기판을 연마하여 전체두께가 100 내지 250㎛ 가 되도록 한 다음, n-전극으로서 n-InP에 Cr/Au를 증착하여 레이저 다이오드를 완성하였다.
상기한 바와 같이, 종래의 액상성장법에 의한 BH LD의 제작방법에 있어서 메사구조를 형성하는 공정은 Br-메탄올계나 HBr계 에칭액을 사용하여 메사에칭하고 전류차단층을 성장시키는 과정으로 되어 있기 때문에 여러 번의 에칭 및 세정공정이 이용되어야 하는 것에 반하여, 본 발명에 있어서는 산화규소막 스트라이프를 이용하여 한번의 LPE 공정에 의하여 멜트백으로 메사를 형성하고 이어서 전류차단층을 성장시키고 있다. 따라서 Br-메탄올계나 HBr계 에칭액을 사용하는 별도의 메사에칭공정을 수행하지 않아도 되므로 종래 기술에 의한 제작 방법에 비하여 제작공정이 단축되어 공정단순화에 따른 비용절감 효과가 있다.

Claims (1)

  1. InGaAsP/InP 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드를 제작함에 있어서, n-InP 기판(10)에 n-InP 버퍼층(20), InGaAsP 활성층(30), p-InP 클래드층(40) 및 P+-InGaAsP 캡층(50)을 차례로 성장시키는 단계와, 캡층(50)을 제거한 후 p-InP 클래드층(40) 위에 산화규소막으로 스트라이프(62)를 형성하는 단계와, 액상성장법에 의하여 멜트백으로 메사를 형성하고, 전류차단층인 p-InP 층(22)과 n-InP 층(24)을 차례로 성장시키는 단계와, 산화규소막 스트라이프(62)를 제거한 후 p-InP 클래드층(42) 및 P+-InGaAsP 캡층(52)을 차례로 성장시키는 단계, 그리고 p-전극으로서 캡층(52) 위에 Ti/Pt/Au 를 증착하고, 래핑공정에 의하여 n-InP 기판(10)을 연마하여 전체두께가 100 내지 250㎛ 가 되도록 한 다음, n-전극으로서 n-InP 기판(10)에 Cr/Au를 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 InGaAsP/InP 매장형 이종접합구조 레이저 다이오드의 제작방법.
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