KR100321393B1 - 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 서브 마운트와 포토 다이오드를 일체화시킴으로써 공정 단축, 불량률 감소, 코스트 다운 등을 도모할 수 있도록 된 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 데이터 전송용 레이저 다이오드 패키지에 있어서, 단일의 고저항 웨이퍼의 상면 일측부에 형성되어 레이저 다이오드의 후면 출사광을 수광하는 P+영역; 상기 P+영역 바깥으로 형성되는 N+가드링 영역; 상기 P+영역 및 N+가드링 영역의 일부 상면에 공통으로 증착되어 상기 레이저 다이오드의 출사광의 반사를 방지하는 반사방지막; 상기 P+영역 및 반사 방지막의 상면에 형성되는 전극 메탈; 상기 N+가드링 영역의 상면에 증착되는 상기 반사 방지막의 표면에 형성되어 레이저 다이오드를 부착시키기 위한 접착용 메탈; 상기 웨이퍼의 배면에 형성되는 전극 및 접착 겸용 메탈; 상기 웨이퍼와 전극 및 접착 겸용 메탈의 사이에 형성되는 N+영역을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명의 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 서브 마운트와 포토 다이오드를 일체화시킴으로써 공정 단축, 불량률 감소, 코스트 다운 등을 도모할 수 있고, 레이저 다이오드가 탑재되는 CD, DVD, DVR, 포인터 등의 광 픽업 시스템 개발을 진일보시킬 수 있도록 된 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
레이저 다이오드 패키지는 레이저 다이오드로부터의 출력광, 예컨대 가우시안 빔을 이용하는 것으로 이러한 출력광이 반사되는 양을 검출하여 레이저 다이오드의 출력을 조절하게 된다.
레이저 다이오드는 단일의 파장을 얻어야 하므로 활성층이 얇게 되고 유도 방출을 하기 위해서 고밀도 전류가 흐르게 된다. 이로 인해 레이저 다이오드는 열화되기 쉽고 온도에 따라 출력이 불안정하게 된다. 따라서, 레이저 다이오드는 단일로서 사용하지 못하고 열을 흡수하기 위한 서브 마운트와 출력을 모니터링하기 위한 수광 다이오드(포토 다이오드)가 함께 조립되어 진다.
도 1은 종래의 일반적인 레이저 다이오드 패키지의 구조도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에서의 서브 마운트의 평면도 및 단면도이며, 도 4 및 도 5는 도 1에서의 포토 다이오드의 평면도 및 단면도이다.
일반적으로 레이저 다이오드 패키지는 광통신 및 데이터 전송용으로 사용되는 레이저 다이오드의 구성은 패키지로 메탈 캔 타입 또는 에폭시 몰드 컴파운드 타입으로 대별되는 데, 그 내부의 구조는 도 1에 도시한 바와 같이 내부 공간이 형성되어진 패키지 (10), 리드 프레임(12), 발광을 하는 레이저 다이오드(16), 레이저 다이오드(16)을 접착시킴과 더불어 레이저 다이오드(16)의 열을 방산시키기 위한 서브 마운트(14), 레이저 다이오드(16)의 광출력을 피드백시켜 광출력의 량을 모니터링하기 위한 포토 다이오드(18)로 구성되고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 서브 마운트(14)는 표면에 레이저 다이오드(16)을 접착시키기 위한 메탈(30), 배면에 리드 프레임(12)에 접착하기 위한 메탈이 구성되며, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 포토 다이오드(18)는 중앙부에 형성된 수광 영역(40), 수광 영역(40) 표면의 소정의 위치와 배면에 전극용 메탈(42)이 구성된다. 도 1에서 미설명번호 20은 스탬(Stem)을 나타낸다.
그런데, 전술한 종래의 일반적인 레이저 다이오드 패키지는 서브마운트와 포토 다이오드가 분리되어 조립되기 때문에 각 구성품을 개별적으로 제조하는 데에 번거로움이 따르고, 구성품의 개별화로 인하여 패키지 소형화를 저해시키며, 조립시간이 길고, 코스트를 상승시키며, 불량률을 증가시켜 제품 경쟁력을 떨어뜨리는 근본적인 원인이 되었다.
이에, 본 발명을 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 서브 마운트와 포토 다이오드를 일체화시킴으로써 공정 단축, 불량률 감소, 코스트 다운 등을 도모할 수 있고, 레이저 다이오드가 탑재되는 CD(Compact Disc), DVD(Digital VideoDisc), DVR, 포인터 등의 광 픽업 시스템 개발을 진일보시킬 수 있도록 된 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지 및 그 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지는 데이터 검출욤 레이저 다이오드 패키지에 있어서, 단일의 고저항 웨이퍼의 상면 일측부에 형성되어 레이저 다이오드의 후방 출사광을 수광하는 P+영역; 상기 P+영역 바깥으로 형성되는 N+가드링 영역; 상기 P+영역 및 N+가드링 영역의 일부 상면에 공통으로 증착되어 상기 레이저 다이오드의 출사광의 반사를 방지하는 반사방지막; 상기 P+영역 및 반사 방지막의 상면에 형성되는 전극 메탈; 상기 N+가드링 영역의 상면에 증착되는 상기 반사 방지막의 표면에 형성되어 레이저 다이오드를 부착시키기 위한 접착용 메탈; 상기 웨이퍼의 배면에 형성되는 전극 및 접착 겸용 메탈; 상기 웨이퍼와 전극 및 접착 겸용 메탈의 사이에 형성되는 N+영역을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이퍼는 결정 성장 형태가 '111'인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법은 데이터 전송용 레이저 다이오드 패키지 제조 방법에 있어서, P+영역을 원하는 부분에만 형성하기 위하여 산화물(Oxide)을 에칭하는 기본 산화 과정; PN 접합을 형성하기 위하여 n-타입 웨이퍼에 고농도의 P+소스를 확산시키는 P+확산 과정; 웨이퍼가 배면 전극 메탈과의 오믹 콘택(Ohomic Contact)를 형성하기 위하여 이면에 고농도의 N+소스를 확산시키고, 리키지(Leakage) 특성을 향상시키기 위하여 표면에 고농도 N+소스를 확산시키는 N+확산 과정; 발광에 입사되는 광을 최소로 반사시키고 수광 효율을 증가시키기 위하여 반사방지막(SIN)을 형성하는 반사 방지막 증착 과정; 포토 다이오드의 2단자 중에서 일측 단자를 외부와 연결할 수 있도록 전극을 형성하는 표면 전극 형성 과정; 레이저 다이오드를 부착하기 위하여 칩 표면에 공정금속(Eutectic) 패드를 형성하는 서브 마운트 표면 공정금속 형성 과정; 전술한 표면 전극 형성 과정과 같은 방법으로 타측 단자를 외부와 연결할 수 있도록 전극을 형성하는 포토 다이오드 이면 전극 형성 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 일반적인 레이저 다이오드 패키지의 구조도.
도 2는 도 1에서의 서브 마운트의 평면도.
도 3은 도 1에서의 서브 마운트의 단면도.
도 4는 도 1에서의 포토 다이오드의 평면도.
도 5는 도 1에서의 포토 다이오드의 단면도.
도 6은 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지의 구조도.
도 7은 도 6에서의 레이저 다이오드 패키지의 평면도.
도 8은 도 6에서의 레이저 다이오드 패키지의 단면도.
도 9는 본 발명의 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법의 흐름도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
14 : 서브 마운트 16 : 레이저 다이오드
18 : 포토 다이오드
30 : 일체형 포토 다이오드
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지의 구조도이다. 도 6에서 도 1 내지 도 5와 동일한 기능을 수행하는 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지는 레이저 다이오드(16)를 고정 접착시키기 위한 서브 마운트가 레이저 다이오드(16)의 출사광을 모니터링하기 위한 PIN 포토 다이오드가 하나의 칩에 일체형으로 형성된다. 즉, 단일의 서브 마운트 및 포토 다이오드(30)가 형성된다. 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지는 원칩화 일체형 포토 다이오드(30) 위에 레이저 다이오드(16)를 직접 본딩하고 레이저 다이오드(16)의 정션(Junction)에서 발광되어지는 광은 렌즈를 통하여 디스크(도시하지 않음)쪽으로 향하고, 또한 수평면상의 일체형 포토 다이오드(30)로 향하게 되며 포토 다이오드는 광을 전류로 변환하여 계속적으로 레이저 다이오드(16)의 발광출력을 모니터링하여 시스템에 귀환함으로써 데이터 전송용 레이저 다이오드(16)의 발광 출력을 일정하게 유지시켜 준다. 본 발명의 웨이퍼는 1000Ω-cm 이상의 고저항 웨이퍼이므로 PIN 포토 다이오드(30)의 수광 효율 및 응답 스피드를 증가시킬 수 있고, 또한 '111'형이므로 광효율을 증가시킬 수 있다.
도 7 및 도 8은 각각 도 6에서의 서브 마운트와 포토 다이오드가 하나의 웨이퍼 위에 형성된 일체형 포토 다이오드(30)의 평면도 및 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 본 발명의 레이저 다이오드 패키지는 실리콘 칩(80)의 중앙 일측부에는 수광 에어리어로서의 P+영역(84)이 형성되고, P+영역(84)의 표면 일측부에는 전극용 메탈(82)이 형성되어 있으며, PIN 포토 다이오드의 수광 효율을 향상시키기 위하여 P+영역(84)의 바깥쪽으로 일정 거리가 이격된 상태에서 N+가드링 영역(86)이 형성된다. N+가드링 영역(86)의 표면에는 레이저 다이오드(16)를 접착시키기 위한 접착용 메탈(88)이 형성되어 있다.
또한, 본 발명의 레이저 다이오드 패키지는 칩(80)의 배면에는 전극용 메탈(82)과 대응됨과 더불어 접착용 메탈(86)과 대응되는 전극 및 접착용 메탈(92)이 형성되고, 웨이퍼(80)의 농도가 저농도이므로 전극 및 접착용 메탈(92)과의 오믹 콘택트를 형성하기 위하여 웨이퍼(80)와 전극 및 접착용 메탈(92)과의 사이에 고농도의 N+소스(94)를 확산시키게 된다. 그리고, 레이저 다이오드(16)로부터의 출사광을 최소로 반사시키고 수광 효율을 증가시키기 위하여 반사 방지막(90)을 증착시킨다.
도 9는 본 발명의 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우이다.
1. 기본 산화 과정(Initial Oxidation)
웨이퍼에 원하는 부분에만 P+영역을 형성하기 위하여 산화물(Oxide)을 에칭한다. 이때, 산화물이 에칭되지 않은 부분은 P+소스가 확산되지 않도록 막아주는 역할을 한다.
2. P+확산 과정
PN 접합을 형성하기 위하여 n-타입 웨이퍼에 고농도의 P+소스를 확산시켜 준다.
3. N+확산 과정
웨이퍼가 저농도이므로 배면 전극 메탈과의 오믹 콘택(Ohomic Contact)를 형성하기 위하여 이면에 고농도의 N+소스를 확산시키고, 소자의 특성 중 리키지(Leakage) 특성을 향상시키기 위하여 표면에 고농도 N+소스를 확산시킨다.
4. 반사 방지막 증착 과정
발광에 입사되는 광을 최소로 반사시키고 수광 효율을 증가시키기 위하여 반사방지막(SIN)을 형성한다.
5. 표면 전극 형성 과정
포토 다이오드는 2단자 소자이므로 그 중 하나의 단자를 외부와 연결할 수 있도록 전극을 형성한다.
6. 서브 마운트 표면 공정(共晶) 메탈 형성 과정
레이저 다이오드를 부착하기 위하여 칩 표면에 공정(Eutectic) 메탈 패드를 형성함으로써 조립 공정에서 Ag 에폭시 등 부수적인 공정을 제거한다.
7. 포토 다이오드 이면 전극 형성 과정
전술한 표면 전극 형성 과정과 같은 방법으로 배면에 외부와 연결할 수 있도록 전극을 형성한다.
본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 각 서브 마운트와 포토 다이오드로 된 2칩을 일체형으로 원칩화함으로써 공정이 단축됨은 물론 가격이 다운되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기존의 2칩은 메탈 캔 패키지만 가능하나 플래스틱 패키지로의 전환이 가능하게 되는 효과가 있다. 또한, 레이저 다이오드 패키지를 소형으로 제작할 수 있게 되는 효과가 있다. 또한, 전술한 바와 같이 원칩화함에 따라 레이저 다이오드의 제조시 양품률이 향상되는 효과가 있다.
Claims (3)
- 데이터 전송용 레이저 다이오드 패키지에 있어서,단일의 고저항 웨이퍼의 상면 일측부에 형성되어 레이저 다이오드의 출사광을 수광하는 P+영역;상기 P+영역 바깥으로 형성되는 N+가드링 영역;상기 P+영역 및 N+가드링 영역의 일부 상면에 공통으로 증착되어 상기 레이저 다이오드의 출사광의 반사를 방지하는 반사방지막;상기 P+영역 및 반사 방지막의 상면에 형성되는 전극 메탈;상기 N+가드링 영역의 상면에 증착되는 상기 반사 방지막의 표면에 형성되어 레이저 다이오드를 부착시키기 위한 접착용 메탈;상기 웨이퍼의 배면에 형성되는 전극 및 접착 겸용 메탈;상기 웨이퍼와 전극 및 접착 겸용 메탈의 사이에 형성되는 N+영역을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지.
- 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼는결정 성장 형태가 '111'인 것을 특징으로 하는 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지.
- 데이터 전송용 레이저 다이오드 패키지 제조 방법에 있어서,P+영역을 원하는 부분에만 형성하기 위하여 산화물(Oxide)을 에칭하는 기본 산화 과정;PN 접합을 형성하기 위하여 n-타입 웨이퍼에 고농도의 P+소스를 확산시키는 P+확산 과정;상기 웨이퍼가 배면 전극 메탈과의 오믹 콘택트(Ohomic Contact)를 형성하기 위하여 이면에 고농도의 N+소스를 확산시키고, 리키지(Leakage) 특성을 향상시키기 위하여 표면에 고농도 N+소스를 확산시키는 N+확산 과정;입사되는 광을 최소로 반사시키고 수광 효율을 증가시키기 위하여 반사방지막(SIN)을 형성하는 반사 방지막 증착 과정;상기 P+확산 과정에 의해 확산되어 활성화된 P+영역을 외부와 연결할 수 있도록 전극을 형성하는 표면 전극 형성 과정;레이저 다이오드를 부착하기 위하여 칩 표면에 공정(Eutectic) 금속 패드를 형성하는 서브 마운트 표면 공정금속 형성 과정;상기 N+확산 과정에 의해 확산되어 활성화된 상기 웨이퍼 이면의 N+ 영역을 외부와 연결할 수 있도록 전극을 형성하는 포토 다이오드 이면 전극 형성 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 서브 마운트와 포토 다이오드 일체형 레이저 다이오드 패키지 제조 방법.
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