KR100280978B1 - 광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유 통신에 이용되는 광원중의 하나인 레이저 다이오드(LD)칩에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 칩의 절단 수율을 높일 수 있는 레이저 다이오드칩의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 레이저 다이오드 칩 제조방법은 광통신용 레이저 다이오드 칩을 제조하기 위해 (1) 3차 MOCVD 성장이 끝난 n형 InP, p형 InP, n형 InP, p형 InP 및 InGaAs층이 차례대로 적층된 웨이퍼의 표면에 질화박막(Si3N4)을 증착하고, 포토리소그라피 공정으로 V-메사(V-mesa)와 V-그루브(V-groove)를 에칭하기 위해 에칭용 원도우(window)를 열고, 황산, 과산화수소 및 증류수가 혼합된 용액을 이용하여 InGaAs층을 에칭하는 단계와; (2) 염산계 용액을 이용하여 전류차단층인 InP층을 에칭하는 단계와; (3) PECVD를 이용하여 질화박막(SiNx)을 증착하는 단계와; (4) 포토리소그라피 공정으로 전극을 형성하기 위해 전극형성용 윈도우를 열고, 웨이퍼의 표면에 P형 전극을 형성하는 단계와; (5) 웨이퍼의 뒷면을 연마한 후 뒷면에 N형 전극을 형성하는 단계와; (6) 전극의 형성이 완료되면 브레이커(breaker)를 이용하여 일정한 크기로 절단하는 단계를 포함한다.

Description

광통신용 레이저 다이오드 칩의 제조방법

본 발명은 광섬유 통신에 이용되는 광원중의 하나인 레이저 다이오드(LD)칩에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 칩의 절단 수율을 높일 수 있는 레이저 다이오드칩의 제조방법에 관한 것이다.

광섬유 통신시스템에서 전기신호들을 광파로 변환하는데 있어 많은 소자들이 이용될 수 있다. 그러나 현재 이 소자들중 두종류만이 광통신에 적합하다. 이 두소자는 발광다이오드(LED)와 레이저 다이오드(LD)로 입력전류를 직접 변환시켜서 변조되는 반도체 소자들이다.

이 두소자중 레이저 다이오드는 스펙트럼이 매우 좁고, 적외선 파장에서 동작한다. 따라서, 레이저 다이오드는 고속, 장거리시스템에 이용되는 추세이다.

광섬유 통신에 이용되는 레이저 다이오드는 매우 작은 크기의 소자이다. 즉, 설탕 한 알갱이 크기의 칩(chip) 형태이다. 이들의 활성영역의 크기는 결합되어야 할 광섬유 코어의 크기에 근접하게끔 맞추어져야 한다. 이를 정합(match)이라 한다.

이와같은 정합을 최적화 시키기 위해 두가지 방법이 사용되고 있다. 즉, 능동정렬방식(active alignment method)과 수동정렬방식(passive alignment method)이다.

상기 능동정렬방식은 레이저 다이오드가 탑재된 투캔(TO CAN)으로부터 나온 빛이 광섬유에 최대한 들어갈 수 있도록 투캔과 광섬유를 정렬할 때 레이저 다이오드에 전류를 주입, 투캔으로부터 나온 빛이 광섬유를 통해 광 검출기에 검출되게 한다. 이때, 가장 빛의 강도가 강한 지점에서 레이저 용접을 통해 레이저 다이오드를 고정시키는 방법이다.

이러한 능동정렬방식은 시간이 많이 소요되어 양산성이 없으며, 능동정렬을 위해 많은 부품이 소요되어 저가격화가 불가능하다는 단점이 있다.

이에반해, 수동정렬방식은 레이저 다이오드에 전류를 주입하지 않고, 레이저 다이오드와 광섬유를 직접 결합시키는 방법이다.

도 1 내지 도 2b를 참조하여 설명하면, 수동정렬방식은 레이저 다이오드 칩(1)의 탑재장치(5)에 광축맞춤선(4)이나 회전조절마크(3)와 같은 마크(marker)를 집어넣어 광섬유(6)와 레이저 다이오드 칩(1)의 활성영역(2)을 정합시키는 방법이다.

그러나, 이러한 수동정렬방식은 정밀한 분해능을 요구하는 고가의 플립칩 본딩(flip chip bonding)을 사용하여야 하기 때문에 부품수를 줄이는 효과는 있지만 공정시간에서 능동정렬방식보다 크게 유리하지 못하며, 장비의 설치비용도 크다는 단점이 있다.

이와같이, 광섬유와 레이저 다이오드 칩을 정합시키기 위한 방법들이 모두 긴 공정시간과 고가격화라는 단점을 내포하고 있는 이유는 레이저 다이오드 칩의 사이즈(size)를 1㎛ 이내로 제어하기가 불가능하기 때문이다.

종래에는 레이저 다이오드 칩을 약 300㎛ × 300㎛로 자르기 위해 스크라이빙(scribing) 및 브레이킹(breaking)을 사용하고 있으나, 이것은 원하는 정도의 사이즈 제어가 불가능하다는 문제점을 가진다.

따라서, 레이저 다이오드 칩의 사이즈를 제어하기 위해 기계적으로 칩을 절단하는 종래의 스크라이빙 공정을 대치할 새로운 공정개발이 시급하게 요청된다.

따라서, 본 발명은 이와같은 기술적 요청에 의해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 다이오드가 올바른 자리에 놓이도록 위치를 정해주는 탑재장치에 보다 빠른 시간내에 간단히 칩을 수동정렬시키는 사이즈 제어형 레이저 다이오드 칩의 제조공정을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적중의 하나는 레이저 다이오드를 자르기 위해 웨이퍼의 표면에 기계적으로 흠을 내는 스크라이빙 공정 대신에 화학적 식각법을 이용하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 광통신용 레이저 다이오드 칩을 제조하기 위해 (1) 3차 MOCVD 성장이 끝난 n형 InP, p형 InP, n형 InP, p형 InP 및 InGaAs층이 차례대로 적층된 웨이퍼의 표면에 질화박막(Si3N4)을 증착하고, 포토리소그라피 공정으로 V-메사(V-mesa)와 V-그루브(V-groove)를 에칭하기 위해 에칭용 원도우(window)를 열고, 황산, 과산화수소 및 증류수가 혼합된 용액을 이용하여 InGaAs층을 에칭하는 단계와; (2) 염산계 용액을 이용하여 전류차단층인 InP층을 에칭하는 단계와; (3) PECVD를 이용하여 질화박막(SiNx)을 증착하는 단계와; (4) 포토리소그라피 공정으로 전극을 형성하기 위해 전극형성용 윈도우를 열고, 웨이퍼의 표면에 P형 전극을 형성하는 단계와; (5) 웨이퍼의 뒷면을 연마한 후 뒷면에 N형 전극을 형성하는 단계와; (6) 전극의 형성이 완료되면 브레이커(breaker)를 이용하여 일정한 크기로 절단하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특히, 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해서 실현될수 있다.

명세서내에 통합되어 있고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하며, 상기한 일반적 설명 및 다음의 바람직한 실시예의 상세설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.

도 1은 종래의 수동정렬방식을 설명하기 위한 레이저 다이오드의 탑재장치를 도시한 것이다.

도 2a는 상기 도 1의 레이저 다이오드 탑재장치를 위에서 내려다본 평면도이다.

도 2b는 상기 도 1의 레이저 다이오드 탑재장치를 정면에서 바라다본 정면도이다.

도 3은 레이저 다이오드칩을 제조하기 위해 V-그루브를 에칭한 웨이퍼의 상태도이다.

도 4는 본 발명의 레이저 다이오드 칩의 사시도를 도시한 것이다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 레이저 다이오드 칩을 제조하기 위한 공정도를 나타낸다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

17: N형 InP 기판 18, 20: P형 InP층

19: N형 InP층 21: InGaAs 층

22: 질화박막층 11: 웨이퍼

15: 활성영역 25: P형 전극

27: N형 전극

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 대한 도면에서 전술한 도면상의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 것들에는 그것들과 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 도 3에 도시된 것과 같이 3차 MOCVD 성장이 끝난 웨이퍼(11)에 대해 칩 바(chip bar)를 만들기 위해 〈110〉방향으로 다이아몬드 커터로 스크라이빙하는 종래의 방식 대신에 〈110〉방향에 마스크를 이용하여 웨이퍼의 끝 부분에 화학적 식각법에 의해 V-메사(V-mesa)(12)를 형성하고, 칩 바에서 칩을 자르기 위해 〈110〉방향으로 다이아몬드 커터로 스크라이빙하는 종래의 방식 대신에 마스크를 이용하여 화학적 식각법에 의해 거의 수직에 가까운 V-그루브(V-groove)(13)를 형성한다.

여기서, 미설명부호 15는 활성영역을 나타낸다.

이하에서, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 레이저 다이오드 칩의 제조공정을 상세히 설명한다.

MOCVD공정에 의해 N형 InP 기판(17)위에 P형 InP층(18), N형 InP층(19) 및 P형 InP층(20)을 연속적으로 적층하고, 표면에는 InGaAs층(21)을 증착시킨다.

이와같이, 3차 MOCVD성장이 완료되면, InGaAs층(21) 위에 Si3N4 박막(22)을 증착시킨다. 질화박막(22)의 증착이 완료되면, 포토리소그라피 공정으로 V-메사(V-mesa)와 V-그루브(V-groove)를 에칭하기 위한 에칭용 윈도우(window)를 연다. 에칭용 윈도우(window)가 열리면 황산, 과산화수소 및 증류수의 혼합용액을 이용하여 기판의 맨위에 있는 InGaAs층(21)을 제거한다.(도 5참조)

InGaAs층의 식각이 완료되면 염산계 용액을 이용하여 전류차단층인 InP층(18,19, 20)을 에칭한다. (도 6 참조)

InP층의 에칭이 완료되면, PECVD공정을 이용하여 질화박막(SiNx)(22)을 증착시킨다. (도 7 참조)

질화박막(22)의 증착이 완료되면, 포토리소그라피 공정을 이용하여 전극을 형성하기 위한 에칭용 윈도우를 열고, P형 전극(25)을 형성한다. (도 8 참조)

P형 전극(25)의 형성되면, 웨이퍼의 뒷면을 연마한 후 뒷면에 N형 전극(27)을 형성한다. (도 9 참조)

P형 및 N형 전극이 모두 완성되면, 브레이킹(breaking)에 의해 웨이퍼를 일정한 크기로 절단함으로써 레이저 다이오드 칩의 사이즈를 제어하여 칩을 완성한다. 완성된 칩의 구성은 도 4와 같은 형상을 갖게 된다.

추가의 이점 및 변형이 이 분야의 지식을 가진자에게는 용이하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 광범한 양태에 있어, 본 발명은 본 명세서에 표시, 설명된 특정 상세 및 대표적 장치에 한정되지 않는다.

따라서, 여러 변형이 첨부된 특허청구범위 및 그 대등물에 의해 정의된 전반적 발명 개념의 정신 또는 범위에서 벗어나지 않고도 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 다이오드 칩을 에칭에 의해 절단함으로써 레이저 다이오드 칩의 사이즈를 1㎛ 이내로 제어가 가능하게 되어 설비가 간단하고, 정합을 위해 적은 시간이 소요되는 수동정렬이 가능해진다.

Claims (1)

1. 광통신용 레이저 다이오드 칩을 제조하기 위해

   (1) 3차 MOCVD 성장이 끝난 n형 InP, p형 InP, n형 InP, p형 InP 및 InGaAs층이 차례대로 적층된 웨이퍼의 표면에 질화박막(Si3N4)을 증착하고, 포토리소그라피 공정으로 V-메사(V-mesa)와 V-그루브(V-groove)를 에칭하기 위해 에칭용 원도우(window)를 열고, 황산, 과산화수소 및 증류수가 혼합된 용액을 이용하여 InGaAs층을 에칭하는 단계와;

   (2) 염산계 용액을 이용하여 전류차단층인 InP층을 에칭하는 단계와;

   (3) PECVD를 이용하여 질화박막(SiNx)을 증착하는 단계와;

   (4) 포토리소그라피 공정으로 전극을 형성하기 위해 전극형성용 윈도우를 열고, 웨이퍼의 표면에 P형 전극을 형성하는 단계와;

   (5) 웨이퍼의 뒷면을 연마한 후 뒷면에 N형 전극을 형성하는 단계와;

   (6) 전극의 형성이 완료되면 브레이커(breaker)를 이용하여 일정한 크기로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드칩의 제조방법.