KR100272275B1 - Compound semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화합물 반도체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 레이져 다이오드 활성층의 파장을 안정화시킬 수 있는 화합물 반도체 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a compound semiconductor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a compound semiconductor capable of stabilizing a wavelength of a laser diode active layer and a method for producing the same.
일반적으로, 고속 데이타 전송 시스템을 구축하는데 있어서, 파장 분할 다중 모드(이하 WDM: wavelenth division multiplexing) 즉, 하나의 전송 라인에 다수개의 파장을 순차적으로 셀렉팅하여 실을 수 있는 단일 모드 발진이 필수적이다.In general, in constructing a high-speed data transmission system, wavelength division multiplexing (WDM: wavelenth division multiplexing), that is, a single mode oscillation capable of sequentially selecting and loading multiple wavelengths on one transmission line is essential. .
이러한 WDM 모드 화합물 반도체는, 제1도에 도시된 바와 같이, 하나의 화합물 웨이퍼 상에 여러 가지의 파장을 갖는 레이져 다이오드(L1, L2, ...)들이 일정한 간격으로 배열된다. 이때, 여러 가지 파장을 갖는 레이져 다이오드들을 하나의 웨이퍼상에 집적시키는 것은 단일의 모듈(module) 공정으로 제조 공기를 줄이기 위함이다. 여기서, 레이져 다이오드의 파장은 주변 온도 및 레이져 다이오드의 활성층에 주입되는 전류의 양에 의하여 변화된다.In the WDM mode compound semiconductor, as shown in FIG. 1, laser diodes L1, L2, ... having various wavelengths are arranged on a single compound wafer at regular intervals. At this time, integrating laser diodes having various wavelengths on one wafer is to reduce manufacturing air in a single module process. Here, the wavelength of the laser diode is changed by the ambient temperature and the amount of current injected into the active layer of the laser diode.
이렇게 각 부분별로 파장이 다른 다수개의 레이져 다이오드를 형성하므로서, 파장 셀렉팅이 용이하고, 하나의 전송 라인에 다수개의 셀렉팅된 파장을 실을 수 있어, 초고속 광통신용 소자로 이용하게 된다.Thus, since a plurality of laser diodes having different wavelengths are formed for each part, wavelength selection is easy, and a plurality of selected wavelengths can be loaded on one transmission line, thereby being used as an ultra-high speed optical communication device.
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 레이져 다이오드는, 주변 온도 또는 활성층에 주입되는 전류의 양이 수시로 변화됨에 따라, 레이져 다이오드 활성층의 파장이 변화된다.However, in the laser diode according to the prior art described above, the wavelength of the laser diode active layer changes as the ambient temperature or the amount of current injected into the active layer changes from time to time.
이로 인하여, 레이져 다이오드의 발진 파장을 정확히 조절하기 어렵다는 문제점이 있다.For this reason, there is a problem that it is difficult to accurately control the oscillation wavelength of the laser diode.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이져 다이오드의 주변 온도 및 주입 전류의 양을 제어하여, 발진 파장을 안정화시킬 수 있는 화합물 반도체를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a compound semiconductor capable of stabilizing an oscillation wavelength by controlling the ambient temperature and the amount of injection current of a laser diode.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 화합물 반도체의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the compound semiconductor.
제1도는 종래 기술에 따른 화합물 반도체 소자의 단면도.1 is a cross-sectional view of a compound semiconductor device according to the prior art.
제2(a)도 내지 제2(e)도는 본 발명에 따른 화합물 반도체 소자를 설명하기 위한 각공정별 사시도.2 (a) to 2 (e) is a perspective view for each step for explaining the compound semiconductor device according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1,3A,3B,3C,4 : 전류층 2 : 활성층1,3A, 3B, 3C, 4 Current layer 2: Active layer
5 : 접촉층 6A,6B : 마스크 패턴5:
7 : 트랜치 LD : 레이져 다이오드7: trench LD: laser diode
R : 저항R: resistance
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일견지에 따르면, 다층의 화합물층으로 이루어지고, 화합물층 중앙에 소정의 파장을 갖는 활성층을 구비한 레이져 다이오드와, 상기 레이져 다이오드의 양측에 동일한 간격으로 이격, 배치되고, 상기 레이져 다이오드의 활성층에 소정의 열을 제공하여, 파장을 안정화시키는 한쌍의 발열 수단을 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, according to one aspect of the present invention, a laser diode composed of a multi-layered compound layer, the active layer having a predetermined wavelength in the center of the compound layer, and the same spacing on both sides of the laser diode And a pair of heat generating means spaced apart from each other and arranged to provide predetermined heat to the active layer of the laser diode to stabilize the wavelength.
여기서, 발열 수단은 저항이다.Here, the heat generating means is resistance.
또한, 본 발명의 다른 견지에 의하면, 화합물 기판상에 제1전도 타입의 제1 InP층, 활성층 및 제2전도 타입의 제1 InP층을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 제2전도 타입의 제1 InP층, 활성층, 제1전도 타입의 제1 InP층을 소정 깊이로 식각하여 메사 형태의 구조물을 형성하는 단계; 상기 메사 형태의 구조물의 양측 공간에 제2전도 타입의 제2 InP층과 제1전도 타입의 제2 InP층을 순차적으로 성장시키는 단계; 상기 메사 형태의 구조물 상부 및 상기 제1전도 타입의 InP층 상부에 제2전도 타입의 제3 InP층을 형성하는 단계; 상기 제2전도 타입 제3 InP층 상부에 접촉층을 형성하는 단계; 및 상기 접촉층 및 제2전도 타입 제3 InP층을 소정 부분 식각하여, 레이져 다이오드와 저항을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another aspect of the invention, the step of sequentially growing a first InP layer of the first conductivity type, the active layer and the first InP layer of the second conductivity type on the compound substrate; Etching the second InP layer of the second conductivity type, the active layer, and the first InP layer of the first conductivity type to a predetermined depth to form a mesa structure; Sequentially growing a second InP layer of a second conductivity type and a second InP layer of a first conductivity type in both spaces of the mesa-type structure; Forming a third InP layer of a second conductivity type on top of the mesa structure and the InP layer of the first conductivity type; Forming a contact layer on the second conductivity type third InP layer; And etching a predetermined portion of the contact layer and the second conductivity type third InP layer to form a resistor with the laser diode.
본 발명에 의하면, 레이져 다이오드의 양측에 발열 기능을 갖는 저항을 각각 설치한다. 이에따라, 저항에 가해지는 전류량에 따라, 열량(주변 온도)을 조절하므로써, 레이져 다이오드 활성층의 파장이 안정화된다.According to the present invention, resistors each having a heat generating function are provided on both sides of the laser diode. Accordingly, the wavelength of the laser diode active layer is stabilized by adjusting the amount of heat (ambient temperature) in accordance with the amount of current applied to the resistance.
[실시예]EXAMPLE
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면 제2(a)도 내지 제2(e)도는 본 발명에 따른 화합물 반도체 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views for explaining a compound semiconductor and a method of manufacturing the same according to the present invention.
본 실시예는 PBH(plana buried heterostructure) 구조 레이져 다이오드의 발진 파장의 변화를 방지하기 위하여, 레이져 다이오드의 활성층 양측에 발열 기능을 갖는 저항을 형성한다. 이에따라, 저항에 소정의 전류를 인가함에 따라, 활성층에 가해지는 온도를 조절하므로써, 레이져 다이오드의 파장을 안정화한다.In this embodiment, in order to prevent a change in the oscillation wavelength of a planar buried heterostructure (PBH) structured laser diode, a resistor having a heat generating function is formed on both sides of an active layer of the laser diode. Accordingly, by applying a predetermined current to the resistor, the wavelength of the laser diode is stabilized by adjusting the temperature applied to the active layer.
즉, 제2(a)도를 참조하여, N형의 InP 기판(도시되지 않음) 상에 제1N형의 InP층(1)과, 활성층으로서의 불순물이 도핑되지 않은 InGaAsP층(2) 및 그 상부에 제1P형의 InP층(3A)이 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방식에 의하여 에피택셜 성장된다. 그런다음, P형의 InP층(3A)과 불순물이 도핑되지 않은 InGaAsP로 된 활성층(2) 및 제1N형의 InP층(1)의 소정 두께만큼이 메사 형태로 식각되어, 레이져 다이오드의 형태를 갖추게 된다. 이때, 상기 활성층(2)내에는 소정의 파장을 한정하기 위한 그레이팅이 형성되어 있다.That is, referring to FIG. 2 (a), the 1N-
그후, 메사 식각되어진 공간부에는 재성장 방식에 의하여 전류 차단층으로서의 제2P형 InP층(3B)과 제2N형의 InP층(4) 및 제3P형의 InP층(3C)이 순차적으로 에피택셜 성장된다. 연이어, 제3P형의 InP층(3C) 상에 P형의 InGaAs 접촉층(5)이 에피택셜 성장된다. 이때 활성층(2)은 상기 전류 차단층(3A, 3B, 3C, 4)에 의하여 매립된다.Thereafter, in the mesa-etched space, the second P-
이어, 제2(b)도에 도시된 바와 같이, 접촉층(5) 상에는 전극 형태를 한정함과 아울러, 저항 영역을 한정하기 위하여, 산화막으로 된 마스크 패턴(6A,6B)이 형성된다. 이때, 마스크 패턴(6A)은 이후 레이져 다이오드의 P형 전극 형성용 마스크 패턴이고, 마스크 패턴(6B)은 레이져 다이오드 양측에서, 활성층에 가해지는 열을 제어하기 위한 저항 형성용 마스크 패턴이다. 여기서, 상기 마스크 패턴(6A,6B)은 측벽 부분이 메사 형태를 갖는다.Subsequently, as shown in FIG. 2 (b),
그리고나서, 제2(c)도에 도시된 바와 같이, 이 마스크 패턴(6A,6B)에 의하여, 노출된 접촉층(5)과 제3P형의 전류 차단층(3C)이 메사 형태로 식각된다. 이로써, 레이져 다이오드 영역(LD) 및 저항(R)이 한정된다.Then, as shown in FIG. 2 (c), by the
그후에, 제2(d)도에 도시된 바와 같이, 상기 산화막으로 된 마스크 패턴(6A,6B)은 공지의 제거 방식으로 제거된다 이어서, 저항(R)상의 접촉층(3)은 저항의 길이 방향(X)에 대하여, 양단 부분에만 존재하도록 패터닝되어, (+)접촉 패턴(5a)과 (-) 접촉 패턴(5b)이 형성된다. 또한, 레이져 다이오드 영역상의 접촉층(5c)은 그 자체가 레이져 다이오드의 접촉 패턴이 된다. 여기서, 상기 저항(R)의 길이는 활성층(2)의 길이와 동일하게 형성함이 바람직하다.Thereafter, as shown in FIG. 2 (d), the
그리고나서, 제2(e)에 도시된 바와 같이, 저항(R) 영역의 외측의 전류 차단층(1,3B,3C,4)은 소정 깊이로 식각되어, 트랜치(7)가 형성된다. 트랜치(7)는 인접하는 다른 파장을 갖는 레이져 다이오드 영역과 전기적으로 분리시키는 역할을 한다.Then, as shown in the second (e), the
그후에, 도면에 도시되지는 않았지만, (+) 접촉 패턴(5a)과 콘택되는 본딩 패드, (-) 접촉 패턴(5b)과 콘택되는 본딩 패드 및 레이져 다이오드상의 접촉층(5)과 콘택되는 본딩 패드가 각각 공지의 방식으로 형성된다.Thereafter, although not shown in the figures, bonding pads in contact with the (+)
이러한 구성으로 된, 본 발명의 화합물 반도체 소자는 저항(R)의 본딩 패드에 소정의 전류가 인가되면, 쥬울(Joule)의 법칙(Q∝I2R)에 따라, 저항(R)에 인가되는 전류에 비례하는 쥬울열이 발생된다. 이렇게 발생된 열은 상기 활성층(2)에 전 달되어, 활성층(2)내의 파장을 조절하게 된다.The compound semiconductor device of the present invention having such a configuration, when a predetermined current is applied to the bonding pad of the resistor R, is applied to the resistor R in accordance with Joule's law (Q∝I 2 R). Joule heat is generated in proportion to the current. The heat generated in this way is transferred to the
이때, 저항(R)은 레이져 다이오드(LD)를 중앙에 두고, 양측으로 동일한 간격으로 이격, 설치되어 있으므로, 상기 레이져 다이오드(LD)의 활성층에는 균일한 열이 인가된다. 아울러, 상기 저항(R)과 레이져 다이오드(LD)를 일정 간격 이격시키므로서, 저항(R)에 인가되는 전류가 활성층에 인가되지 않도록 한다. 상기 활성층(2)의 파장은 전류와 열에 동시에 영향을 받으므로, 전류는 활성층(2)에 인가되지 않고, 균일한 열만이 인가되도록 함이 바람직하다.At this time, since the resistor R has the laser diode LD in the center and is spaced apart at equal intervals on both sides, uniform heat is applied to the active layer of the laser diode LD. In addition, the resistor R and the laser diode LD are spaced apart from each other at a predetermined interval so that a current applied to the resistor R is not applied to the active layer. Since the wavelength of the
그러면, 저항(R)에 인가되는 전류량에 따라, 저항(R)의 발열량이 조절되므로, 활성층(2)의 파장을 용이하게 조절할 수 있다.Then, since the calorific value of the resistor R is adjusted according to the amount of current applied to the resistor R, the wavelength of the
여기서, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되지는 않는다.Here, the present invention is not limited only to the above embodiment.
예를들어, 본 발명에서는 레이져 다이오드의 PBH 구조를 설명하였지만, 본 발명에서는 RWG(Ridge WaveGuide) 구조의 레이져 다이오드도 동일하게 적용할 수 있다.For example, although the PBH structure of the laser diode has been described in the present invention, the laser diode of the RWG (Ridge WaveGuide) structure may be similarly applied in the present invention.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 레이져 다이오드의 양측에 발열 기능을 갖는 저항을 각각 설치한다. 이에따라, 저항에 가해지는 전류량에 따라, 열량(주변 온도)을 조절하므로써, 레이져 다이오드 활성층의 파장이 안정화된다.As described in detail above, according to the present invention, resistors having a heating function are provided on both sides of the laser diode. Accordingly, the wavelength of the laser diode active layer is stabilized by adjusting the amount of heat (ambient temperature) in accordance with the amount of current applied to the resistance.
기타, 본 발명의 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, it can implement in various changes in the range which does not deviate from the summary of this invention.
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