KR100300949B1 - 반도체레이저다이오드및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것으로 광 디스크용 및 광자기디스크의 광원으로 사용되는 가시광 파장의 SBR 레이저 다이오드에 관한 것이다.
본 발명 레이저 다이오드는 SBR 구조의 것으로, SBR 구조에서 매우 중요한 파라미터인 리지 스트라이프의 깊이를 종래의 식각법이 아닌 성장법에 의해 정확히 제어하고 리지부분의 계면 특성을 향상시키며, 종래의 숄더 성장을 없앰으로써, 소자 전체의 평탄화를 이루어 소지의 신뢰성을 향상시키고 있다. 또한 MBE공정의 경우 열에칭, MOCVD공정의 경우 HCI가스를 이용한 기상 에칭과 연속적인 재성장으로 우수한 계면 특성을 얻고 있다.

Description

반도체 레이저 다이오드 및 그 제조 방법
제1도는 종래의 레이저 다이오드의 수직 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제작 단계별 수직 단면도로써,
제2(a)도는 제1차 성장과,
제2(b)도는 체널 에칭과,
제2(c)도는 열/ 기상(Vapor Phase) 에칭과,
제2(d)도는 제2차 선택적 성장과,
제2(e)도는 제3차 성장을 도시한다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : n+_GaAs 기판 2 : n_GaInP 제1의 버퍼층
3 : n+_AlGaInP 제1의 크래드층 4 : GaInP 활성층
5 : p_AlGaInP 제2의 크래드층 6 : p_GaInP 제2의 버퍼층
7 : n+_GaAs 전류 제한층 8 : p+_GaAs 캡층
5a : p_AlGaInP 제2a의 크래드층
본 발명의 광 디스크나 광 자기 디스크 등의 광 정보 처리 기기에 사용되는 630~670nm 파장대의 SBR(Seiectively Buried Ridge)반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로, SBR구조에서 매우 중요한 파라미터인 리지 스트라이프(Ridge Stripe)의 깊이를 정확히 제어하고, 리지 부분의 계면 특성을 향상 시키는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
제1도는 종래의 전형적인 SBR구조의 레이저 다이오드를 도시한 것으로, n+_GaAs 기판(1) 상에, n_GaInP 제1의 버퍼층(2), n_AlGaInP 제1의 크래드층(3), GaInP 활성층(4), 리지를 가진 p_AlGaInP 제2의 크래드층(5)이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제2크래드층의 리지 위에는 p_GaInP 제2의 버퍼층(6)이, 리지 양쪽으로는 n+_GaAs 전류 제한층(7)이 적층되어 있으며, 맨 위에는 p+_GaAs 캡층(8)이 적층된 구조로 되어있다.
또한 그 제작 방법은, 통상 3단계 에피택시에 의해 제작이 이루어진다. 먼저, 도면 제1도에서와 같이 n+_GaAs 기판 상에(1), 제1의 버퍼층(2), n형의 제1의 크래드층(3), 활성층(4), p형의 제2의 크래드층(5) 및 제2의 버퍼층(6)을 성장시키고, 포토 에칭 공정에 의하여 리지 스트라이프의 식각을 행한 후, 상기 에칭 공정에서의 SiO2식각 마스크를 이용한 선택적 에피택셜 성장에 의하여 n+_GaAs의 전류 차단층(7)을 성장시킨다. 그 다음 상기 마스크를 제거 하고 캡층(8)을 성장시켜서 소자를 완성한다.
그런데, 상기 구조 및 제조 공정에서는 다음과 같은 문제점들이 따른다.
첫째, 일반적인 식각 공정에 의하여 리지의 깊이를 정확히 제어하기가 어렵다.
둘째로, 선택적 열 응력(Thermal Stress)이 리지의 상부에 좋지 않은 영향을 준다.
셋째로, 리지의 측면 상에 선택적으로 성장되는 전류 차단층에서 숄드(Shoulder)가 생기는 구조여서, 소자의 평탄화(Planarization)가 어렵고 신뢰성에 나쁜 영향을 준다는 결점에 있다.
본 발명은 상기된 종래의 레이저 다이오드의 기술상의 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 리지 깊이를 정확히 제어하고, 리지 상부의 계면 특성을 개선함과 아울러서, 종래의 선택적 제한층의 성장에 의한 리지 상부의 응력의 영향을 없애 주며, 전체적인 소자의 평탄화(Planarization)를 쉽게 할 수 있는 구조의 레이저 다이오드 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판: 상기 기판 위에 마련되는 제1의 크래드층; 상기 제1크래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 평면 성장층 및 리지층으로 구성된 제2크래드층; 상기 제2크래드층의 양쪽에 상기 제2크래드층과 같은 두께로 형성되어 그 상면이 상기 제2크래드층의 상면과 동일 평면을 이루는 전류 제한층; 상기 제2크래드층의 리지 상에 선택적 성장으로 형성된 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 및 전류 제한층 상에 형성된 캡층;을 구비하는 점에 특징이 있다.
또한 본 발명의 제조 방법은, 반도체 기판 상에; 제1의 버퍼 층, 제1의 크래드층, 활성층, 제2크래드층 및 전류 제한층을 통상의 MBE기법이나 MOCVD기법으로 순차적으로 성장시키는 제1공정; 상기 제1공정에 의해 형성된 전류 제한층의 중앙부를, 사진 식각 공정에 의해 소정의 두께만 남기고 1차로 식각한 다음, MBE기법의 경우 열 에칭으로, MOCVD기법의 경우 기상 에칭으로 재차 잔여 두께를 식각 하여 전류 주입 채널을 형성한 후, 상기 식각용 마스크를 이용한 선택적 에피택시에 의해 제2크래드층의 리지 부분 및 버퍼층을 형성시키는 제2공정; 상기 제2공정으로 형성된 전류 제한층 및 제2버퍼층 상에 마스크를 제거하고 캡층을 성장시키는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명 레이저 다이오드의 구조 및 그 제조 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 제2(e)도를 참조하면서 본 발명의 레이저 다이오드의 구조를 살핀다.
본 발명의 레이저 다이오드는, n+_GaAs 기판(1)을 사용한다. 그리고 상기 기판(1) 위에는 n_GaInP 제1의 버퍼층(2), n_AlGaInP 제1의크래드층(3), GaInP 활성층(4)이 순차로 적층되어 있다. 그리고 활성층(4) 위에는, 평면 성장층 및 리지층으로 구성된 p_AlGaInP 제2의 크래드층(5,5a), 상기 리지층 상에 선택적 성장으로 형성된 p_GaInP 제2의 버퍼층(6)과 상기 리지층 양쪽에 형성된 n+_GaAs 전류 제한층(7), 그리고 맨 위의 p+_GaAs 캡층(8)이 순차적으로 적층되어 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 본 발명의 레이저 다이오드의 제조 방법은 다음과 같다.
제2(a)도에 도시된 바와 같이, 통상의 MBE기법이나 MOCVD기법을 이용하여 반도체 기판(1) 상에, 제1버퍼층(2), 제1크래드층(3), 활성층(4), 제2크래드층(5), 전류 제한층(7)을 순차적으로 적층한다.
그 다음 제2(b)도에 도시된 바와 같이, 통상의 사진 식각 공정에 의해 SiO2마스크를 이용하여 전류 제한층 중앙에 전류 주입 채널을 식각한다. 이때 전류 제한층을 0.1um 정도 남기고 식각을 끝낸다.
그런 다음 MBE기법의 경우 열 에칭, MOCVD기법의 경우 기상 에칭으로 제2(c)도와 같이 나머지 0.1um를 식객하므로써 계면 특성을 좋게하고 평탄화를 도모한다.
다음으로 제2(d)도처럼 상기 식각용 SiO2마스크를 이용한 선택적 에피택시에 의해 제2의 크래드층의 리지 부분을 성장시킨 다음, 상기 리지 상에 제2버퍼층(6)을 선택 성장시킨다.
그리고, 마지막으로 제2(e)도와 같이 상기 제2버퍼층(6) 및 전류 제한층(7) 상에 캡층(8)을 성장시켜 소자를 완성한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 식각이 아닌, 성장에 의해 리지의 깊이를 제어하므로 정확한 깊이의 제어가 가능하고, 전류 제한층 대신 리지를 선택적으로 성장 시키므로, 리지 상부의 계면 특성이 상대적으로 우수하다.
즉, 종래의 SBR 레이저 다이오드는 AlGaInP의 리지 스트라이프 위에 p+_GaInP의 제2 버퍼층과 같은 반도체 물질을 선택적으로 성장시켜야 하는데, 통상 Al이 첨가된 화합물 위에는 재성장을 행하기가 어럽고 쉽게 산화되는 물질이기 때문에 에피택시 전, 처리를 신중히 해야 하는데 반해, 본 발명에서는 MBE 공정의 As4Flux를 이용한 열 에칭, 또는 MOCVD 공정의 HCl 가스를 이용한 기상 에칭과 연속적인 재성장으로 깨끗한 표면 위에 결정 성장이 이루어지므로 계면 특성이 우수하다.
또한 종래 기술과는 달리 평면 성장이 용이한 구조여서 전체적인 소자의 평탄화가 쉽게 이루어 질 수 있다.
이와 같이 본 발명은, 식각이 아닌 성장법에 의하여 리지의 깊이를 정확하게 컨트롤 할 수 있고, 종래처럼 전류 제한층을 성장시키는 대신, 제2크래드층의 리지를 선택적으로 성장시켜 상부의 계면 특성이 향상되며, 또한 전류 제한층의 숄더(Shoulderr)구조의 성장을 없앤 평면 성장이 용이한 평면 구조로 함으로써, 종래의 숄더 성장에 의한 리지 상부의 응력의 영향을 없애줌과 동시에 전체적으로 소자의 평탄화를 이루어 소자의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 기판: 상기 기판 위에 마련되는 제1의 크래드층; 상기 제1크래드층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 평면 성장층 및 리지층으로 구성된 제2의 크래드층; 상기 제2크래드층 양쪽에 상기 제2크래드층과 같은 두께로 형성되어 그 상면이 상기 제2크래드층의 상면과 동일 평면을 이루는 전류 제한층; 상기 제2크래드층의 리지 상에 선택적 성장으로 형성된 제2버퍼층; 상기 제2버퍼층 및 전류 제한층 상에 형성된 캡층;을 구비하는 점에 특징이 있는 반도체 레이저 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 제2크래드층을 상기 활성층 상에 형성된 평면 성장층과 상기 평면 성장층 위에 형성된 리지층으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
  3. 반도체 기판 상에; 제1의버퍼층, 제1의크래드층, 활성층, 제2크래드층 및 전류 제한층을 통상의 MBE기법이나 MOCVD기법으로 순차적으로 성장시키는 제1공정; 상기 제1공정에 의해 형성된 전류 제한층의 중앙부를, 사진 식각 공정에 의해 소정의 두께만 남기고 1차 식각한 다음, MBE기법의 경우 열 에칭으로, MOCVD기법의 경우 기상 에칭으로 재차 잔여 두께를 식각하여 전류 주입 채널을 형성한 후, 상기 식각용 마스크를 이용한 선택적 에피택시에 의해 제2크래드층의 리지 부분 및 제2의 버퍼층을 형성시키는 제2공정; 상기 제2공정으로 형성된 전류 제한층 및 제2버퍼층 상에 마스크를 제거하고 캡층을 성장시키는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류 제한층을 MBE기법이나 MOCVD기법으로 소정의 깊이만 남기고 1차 식각한 후, 잔여 깊이는 MBE기법의 경우 열 에칭, MOCVD기법의 경우 기상 에칭으로 2차 식각하여 계면 특성을 향상시키고, 평탄화를 도모하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105206516A (zh) * 2015-08-21 2015-12-30 中国东方电气集团有限公司 一种在半导体器件中形成场截止层的方法

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