KR100329681B1 - 반도체광집적회로및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

반도체광집적회로 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 성장층의 층두께나 조성을 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 또, 매립성장에 의해 전류저지층을 형성하는 공정을 보다 용이하게 고제조효율로 실행하기 위해서, 반도체기판 (1) 상에 형성한 절연막 패터닝마스크 (2) 를 사용한 영역선택성장에 있어서, 마스크폭 및 마스크간의 오픈스페이스의 가변범위를 수치한정하고, 동일한 결정성장공정에서 동일한 반도체기판 (1) 상에 연속적이며, 또한 성장층두께 또는 조성이 각 광소자영역에서 다른 여러개의 벡터반도체층 또는 양자웰구조 (3), (4) , (5) 를 형성하고, 이들 에너지준위의 차를 이용해서 다른 기능을 갖는 반도체광소자를 동일한 반도체기판 (1) 상에 집적화한다.
이러한 것에 의해, 성장층의 층두께나 조성을 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 전류저지층을 형성하는 공정을 용이하며, 또한 고제조효율로 실행할 수 있다.

Description

반도체광집적회로 및 그 제조방법
본 발명은 반도체광집적회로 및 그 제조방법, 특히 다른 기능의 반도체광소자가 동일 반도체기판상에 형성된 반도체광집적회로 및 그 제조에 있어서 절연막패터닝마스크를 사용한 영역선택성장을 실행하는 반도체광집적회로의 제조방법에 관한 것이다.
반도체레이저, 광변조기, 광스위치, 광검출기, 광증폭기 등의 다른 기능의 반도체소자를 동일 반도체기판상에 집적화하는 방법으로써 절연막 패터닝마스크를사용한 영역선택성장기술이 알려져 있다. 이 영역선택성장기술은 반도체기판상에 절연막 패터닝마스크를 형성하고, 마스크되어 있지 않은 반도체기판면이 노출되어 있는 영역에 반도체 결정을 기상성장하는 방법이다. 반도체광소자를 만들기 위해 광소자의 광의 전달방향으로 절연막 마스크의 폭이나 반도체기판면의 노출영역을 폭을 변화시켜 혼정반도체를 기상성장하면 혼정반도체결정을 구성하는 원자를 포함하는 각 원자종의 기상중의 농도구배나 표면마이그레이션에 의한 실효적인 이동거리가 원료의 종류의 따라서 다르기 때문에 상기 절연막 마스크의 폭이나 노출영역의 폭에 따라서 성장층의 조성이나 층두께가 다른 혼정반도체층이 동일한 공정에서 자동적으로 형성된다. 이 영역선택성장기술에 의해서 반도체기판상에 반도체레이저, 광변조기등의 다른 기능의 반도체광소자가 동일한 제조공정에서 형성된다. 그 때문에 형성전 광소자간의 양호한 광결합을 실행할 수 있다.
또, 영역선택성장기술에 의한 반도체광집적회로의 제조에 관한 문헌으르써, 예를들면 1991년 전자정보통신학회 추계전국대회 강연논문집C-131, 1992년 전자정보통신학회 춘계전국대회 강연논문집C-178 및 일본국 특허원 평성3-180746호를 들 수 있다.
상기 종래기술에서는 다수의 다른 층두께나 조성의 성장층을 형성하는 경우에 양자웰활성층의 주기수 (웰층과 장벽층의 반복수) 를 증가할수록 성장층의 구조와 조성의 불균일성에 의해 양자효과가 적어져 광반도체집적소자의 특성이 저하하는 것을 알 수 있었다.
또, 영역선택성장기술에 의해서 형성된 성장층을 에칭에 의해 메사스트라이프한후 매립성장에 의해 전류저지층등을 형성하는 공정을 실행하는 경우 성장층의 층두께나 조성이 일정하지 않는 부분이 있기 때문에 포토레지스트공정에 있어서 고도의 맞춤정밀도를 필요로 하므로 제조효율이 저하하기 쉽다.
또, 도면을 사용해서 상세하게 기술하면 제1도A에 도시한 바와 같이 반도체기판 (1) 상에 마스크폭이 광축방향에서 변화하는 절연막 마스크 (2)를 형성하고, 혼정반도체를 기상성장하면 혼정반도체결정을 구성하는 원자를 포함하는 각 원료의 기상중의 농도구배나 표면마이그레이션에 의한 실효적인 이동거리가 원료종간에서 다르기 때문에 마스크폭에 따라서 조성, 층두께가 다른 반도체층 (3), (4), (5) 가 형성된다. 그 때문에 제1도 D에 제1도 A의 x-x' 부의 단면도를 도시한 바와 같이 영역a-1과 a-2가 동일한 제조공정에서 결정성장되어 있으므로 영역a-1과 a-2의 의 천이영역은 매우 원활하게 결합하고, 각 영역에 형성되는 다른 기능 소자간의 광결합은 매우 좋다.
그러나, 양자웰활성층 (4) 를 성장시킨 경우, 예를들면 마스크간의 오픈스페이스폭을 좁게 (2㎛정도) 하면 제1도 B에 도시한 바와같이 양자웰활성층 (4) 의 웰층 (6) (I n G a A s ) 와 장벽층( I n G a A s P) (7) 의 성장시간을 각각 일정하게 해도 웰층 (6), 장벽층 (7) 의 막두께와 조성이 성장방향에서 변화한다.
한편, 오픈스페이스폭을 넓게 (80㎛정도) 한 경우 제1도 C에 도시한 바와 같이 혼정반도체층의 광축과 직교하는 면내방향으로 막두께와 조성이 분포를 발생시킨다. 마스크에 근접할수록 막두께가 증가하고, 마스크에 근접할수록 In조성이 증가한다. 이 결과 양자웰활성층의 주기수를 증가할수록 구조와 조성의 불균일성에의해 양자사이즈효과가 적어져 광반도체집적소자의 특성이 저하한다.
또, 제1도 C에는 광축과 직교하는 면내방향에서 양자웰활성층의 발광파장분포가 활형상으로 되고, 마스크에 근접할수록 장파장측으로 시프트한다. 이 때문에 마스크가 없는 기판상에 결정성장시킨 경우에 비해서 양자웰로 부터의 발광스펙트럼 반값 폭이 증가하여 소자특성이 저하한다. 또, 상술한 바와 같이 해서 형성된 성장층을 폭 1㎛정도의 메사형상으로 에칭하는 경우 위치가 어긋나면 발광파장이 변화하므로 제조효율이 저하한다.
본 발명의 목적은 영역선택성장기술에 의해서 단일 기판상에 다른 종류의 광소자를 형성하는 경우에 성장층의 층두께나 조성을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 반도체광집적회로의 제조방법을 실현하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 영역선택성장기술에 의해서 형성된 성장층에서 메사스트라이프를 형성한후 매립성장에 의해서 전류저지층을 형성하는 공정을 보다 용이하게 고제조효율로 실행하는 반도체광집적회로의 제조방법을 실현하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체기판상에 형성한 절연막 패터닝마스크를 사용한 영역선택성장기술을 사용하는 것에 의해 동일한 결정성장공정에서 반도체기판상의 임의의 위치의 성장층의 밴드갭에너지가 제어된 다른 종류의 광기능소자의 제조방법에 있어서, 적어도 1 기능소자의 광도파로부를 형성하기 위한 절연막 패터닝마스크간의 오픈스페이스폭 (성장영역폭) 과 마스크폭의 최적치수를 찾아내고, 그 최적치수에 따라서 광반도체소자를 제조한다. 즉, 여러개의 반도체광소자중 적어도 1개의 반도체광소자의 광도파로부가 형성되는 절연막 패터닝마스크간의 오픈스페이스폭을 10∼30㎛로 한다. 또, 상기 반도체광집적회로의 광도파로부의 양측에 위치하는 상기 절연막 패터닝마스크간의 광축과 직교하는 방향의 폭을 16-800㎛로 한다.
본 발명의 반도체광집적회로의 제조방법에는 영역선택성장에 의해서 형성된 성장층을 에칭해서 메사구조로 하는 공정을 갖는 경우도 포함된다.
영역선택성장에 의해서 형성된 성장층의 반도체의 주된 것은 웰층을 I n G a A s, 장벽층을 I n G a A s P로 한 다중웰층을 비롯해서 웰층을 I n G a A s P로 한 다중웰층이외에 다른 재료 예를들면 I n G a A l A s, G a A l A s, I n A l A s, G a A l A s P, I n A s P, G a A s P에 대해서도 적용할 수 있다. 상기 다른 종류의 광기능소자의 주요한 것으로써 반도체레이저, 광변조기, 광스위치, 광검출기, 광증폭기가 있다.
광도파로가 형성되는 절연막 패터닝마스크간의 오픈스페이스폭과 마스크폭을 각각 10∼30㎛의 범위, 16∼800㎛의 범위의 값으로 하는 것에 의해 용이하게 성장방향으로 균일한 막두께, 조성의 웰층, 장벽층으로 이루어지는 양자웰층을 형성할 수 있다. 또, 양자웰층을 갖는 도파로에 있어서, 광축과 직교방항으로 평탄한 면내발광파장분포가 얻어진다. 또, 종래의 매립공정의 적용을 용이하게 실행할 수 있다. 이러한 것에 의해, 고성능 양자웰구조의 광소자를 동일한 기판상에 매우 용이하게 집적화할 수 있으며, 또한 고제조효율인 광반도체소자외 제작이 가능하게 된다.
제2도에 도시한 바와 같이, 반도체기판 (1) 상에 절연막 패터닝마스크 (2)를 형성한후 선택성장해서 얻어지는 혼정반도체층 (8) 의 막두께 d의 분포는 다음 식으로 표현할 수 있다.
d = A e x p (- x / L) + d0
여기에서, A는 정수, L은 III족 원료종의 기상확산길이, d0은 마스크 (2) 에서 충분히 떨어져 마스크의 영향이 없는 위치의 막두께를 의미한다. 성장층의 층두께, 조성을 제어하기 위해서는 적어도 일부의 광기능소자를 위한 오픈스페이스폭은 기상확산층L이하인 조건이 필요하다. 본 발명에 있어서의 마스크의 오픈스페이스폭 10∼30㎛ III족 원료종의 기상확산길이L의 1.0∼0.125의 범위로 되고, 이 조건을 만족시킨다.
또, 성장층의 층두께가 평탄하게 되기 위해서도 마스크간의 오픈스페이스폭이 30㎛이하일 필요가 있다. 한편, 소자의 제조공정에 있어서의 전극, 포토레지스트등의 맞춤정밀도보다 10㎛이상이 필요하다. 또, 왜곡율 (격자부정합도), 성장방향의 성장속도의 증가의 관점에서 오픈스페이스폭은 5㎛이상이 바람직하다. 본 발명에 있어서의 오픈스페이스폭 10∼30㎛는 이 조건도 만족시킨다.
오픈스페이스폭 10∼30㎛로써 기판상에 혼정반도체를 기상성장하면 오픈스페이스폭상의 III족 원료종의 반도체광집적회로의 농도분포가 균일하게 되고, 오픈스페이스폭상에 선택적으로 형성되는 반도체층 (3), (4), (5) 의 조성과 막두께는 광축과 직교하는 면내방향으로 평탄한 분포가 얻어진다. 그 결과, 예를들면 마스크간의 오픈스페이스폭을 20㎛로 해서 양자웰층 (4) 의 웰층 (6) 에 I n G a A s, 장벽층 (7) 에 I n G a A s P를 형성한 경우의 양자웰층 발광파장은 제3도에 도시한 바와 같은 균일한 분포를 나타낸다.
성장을 저지하는 절연막 패터닝마스크 (2) 의 폭은 반도체장소자의 기능에 의해 결정되는 발광파장과 오픈스페이스폭에 따라서 결정하고 있다. 발광소자제작시는 1㎛정도의 메사형상으로 가공하는 공정이 있지만 메사위치가 어긋난 경우라도 파장은 변화하지 않아 제조 효율이 향상한다. 또, 미소영역에서의 메사내 가로방향의 발광파장이 균일하므로 소자특성은 향상한다. 또, 이 경우 성장막두께에 비해서 오픈스페이스폭은 충분히 넓고, 결정성장이 발생하기 쉬운 (111) B면에 의한 마스크효과는 무시할 수 있을 정도로 작다. 그 때문에 성장방향의 웰층 (6) 과 장벽층 (7) 의 박두께, 조성은 일정하여 양자사이즈효과가 손실되는 일은 없으므로 소자특성은 향상한다.
제4도는 원료가스 공급량, 성장온도등의 성장조건을 일정하게 하고, 양자웰층 (4) 를 유기금속기상성장한 경우의 패터닝마스크폭에 대한 발광파장을 조사한 결과이다. 여기에서는 웰층(6)을 I n G a A s 3원층과 장벽층 (7) 을 I n G a A s P 4 원층으로 한 경우의 1 예를 도시한다. 양자웰구조에서는 오픈스페이스폭과 마스크폭의 조합에 따라서 웰층, 장벽층의 성장층두께, 조성이 다른 양자웰구조가 자동적으로 형성되어 양자준위에 차가 생긴다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 동일 기판상에서 다른 마스크폭을 설정하는 것에 의해 발광파장을 여려 종류 자유로이 설정할 수 있다.
제5도에 양자웰층을 I n G a A s P 4 원층으로 하고, 패터닝마스크폭에 대한발광파장을 조사한 결과를 도시한다. 이들 제4도와 제5도의 예에서는 각각 마스크폭이 0㎛ (마스크를 마련하지 않은 경우) 에 있어서의 발광파장을 1.25㎛와 1.42㎛로 실정하고 있지만 반도체광소자의 기능에 따라서 발광파장을 임의로 설정할 수 있는 것은 물론이다. 이들 양 구조를 예를들면 좁은 에너지갭측 도파로층을 반도체발광소자, 넓은 에너지갭측 도파로층을 반도체 수동소자로써 사용하는 것에 의해 1회의 결정성장으로 다른 기능을 갖는 여러종류의 반도체광소자를 동일 기판상에 매우 용이하게 집적화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 사용해서 설명한다.
[실시예 1]
제6도는 본 발명의 반도체광집적회로의 제조방법의 제1실시예의 제조공정에 있어서의 반도체광집적회로의 사시도이다. n - I n P 기판 (1) 상의 영역e에 16∼800㎛범위의 폭을 갖는 절연막 패터닝마스크 (2) 를 형성하고, 영역f에 마스크는 형성하지 않는다 (마스크폭0㎛). 상기 패터닝마스크 (2) 의 오픈스페이스폭 (성장영역) 은 10∼30㎛의 범위내의 값이다. 패터닝기판 (1) 상에 유기금속기상성장법으로 화합물 반도체혼정 (3), (4), (5) 를 결정성장한다. 상기 절연막 패터닝마스크 (2) 의 폭과 오픈스페이스폭범위에서 형성된 화합물 반도체혼정 (4) 를 구성하는 다중웰층의 웰층 (6) 과 장벽층 (7) 은 평탄하며, 또한 균일한 두께의 층으로 된다.
[실시예 2]
제7도 A, B 및 C는 본 발명의 반도체광집적회로의 제조방법의 제2실시예의제조공정에 있어서의 반도체광집적회로의 사시도이다. 제7도 A에 도시한 바와 같이 n - I n P 기판 (1) 상에 반도체기판이 노출된 영역 (오픈스페이스영역) 이 광도파로방향 (X-X') 으로 회절격자(10)이 형성되어 있는 영역 (e) 와 형성되어 있지 않은 영역 (f) 에서 다르도록 영역 (e) 에서는 SiO2, SiNx등의 절연물로 이루어지는 패터닝마스크 (2)를 형성한다. 절연막패터닝마스크 (2) 의 폭은 16∼800㎛의 범위, 오픈스페이스폭 (성장영역)은 10∼30㎛의 범위의 값이다. 영역 (f) 에서 절연막 패터닝마스크는 마련되지 않는다. 다음에 상기 일부에 마스크 (2) 를 마련한 반도체기판(1)상에 I n G a A s P 4 원 도파로층 (3), I n G a A s웰층 (6), I n G a A s P 장벽층 (7)로 이루어지는 양자웰구조 (4) 와 p - I n P 클래드층 (5) 를 순차로 유기금속기상성장법으로 결정 성장한다. 마스크폭과 오픈스페이스폭이 다른 2개의 영역 e, f 에 있어서 웰층, 장벽층의 층두께, 조성이 다른 양자웰 구조 (4) 가 자동적으로 형성된다. 이 때문에 2개의 영역 e, f 에서 양자웰구조의 양자준위가 다르고, 이것에 의해 광도파로방향으로 등가적으로 밴드갭파장이 다른 광도파로구조가 생긴다. 제8도는 제7도 A의 광축방향 x-x' 의 단면도이다.
다음에 제7도 B에 도시한 바와 같이, 각 성장층 (3), (4), (5) 와 기판 (1) 의 일부를 B r 계 에천트에 의해 매사형상으로 에칭가공한다.
그후, 제7도 C에 도시한 바와 같이 유기금속기상성장법 또는 액상에피택시 (LPE) 법, 케미칼빔에피택시 (CBE) 법, 유기금속분자선 에피택시 (MOMBE) 법 등에 의해 전류저지층 (9) 를 매립성장한다.
제4도에서 2개의 영역 (e) 와 (f) 의 마스크폭을 각각 100㎛과 55㎛로 하는 것에 의해서 이득피크파장을 각각 1.55㎛와 1.45㎛로 설정할 수 있다. 영역 (e) 와 (f) 를 각각 분포귀환형 레이저, 광변조기스위치로써 사용하는 것에 의해 매우 용이하게 고성능, 고신뢰성의 광집적소자를 실현할 수 있다. 이와같이 종래의 매립성장공정을 도입하는 것에 의해 반도체광집적회로에 있어서도 종래의 단일의 반도체레이저와 동일한 생산성이 얻어진다.
제9도는 본 발명의 방법에 의해서 얻어진 반도체광집적회로의 구조를 도시한 사시도이다. 매립구조를 형성하고, 또 전류협착구조 도입후의 소자구조를 도시한다. 예를들면 반절연의 성질을 나타내는 철도프 I n P 반도체층을 포함하는 전류저지층을 매립구조에 사용한 경우 기생용량을 더욱 저감할 수 있어 고속변조용의 반도체광집적회로의 변조영역의 향상이 가능하게 된다. 그런데, 제9도에 도시한 반도체광집적회로의 메사내 다중양자웰구조 (4) 의 밴드갭파장은 레이저부와 변조기부에서 다르고, 또 천이영역을 제외하고 레이저부와 변조기부 각각에 있어서 균일하다. 여기에서, 레이저부와 변조기부 각각에 있어서 모든 웰층간 및 장벽층간의 막두께와 조성의 변동율이 각각 1%이하이다. 성장방향으로 다중양자웰구조의 웰층 및 장벽층의 막두께와 조성이 거의 일정하므로 양자사이즈효과가 충분히 발휘되어 양호한 특성을 갖는 반도체광집적회로가 얻어진다.
[실시예 3]
제10도는 본 발명의 반도체광집적회로의 제조방법의 제3의 실시예의 하나의 제조공정에 있어서의 반도체광집적회로의 사시도이다. 본 실시예는 제2실시예의 In G a A s, I n G a A s P로 이루어지는 양자웰구조 (4) 를 I n G s A s P층 활성층 (13) 으로 치환한 구조이다. 본 실시예도 오픈스페이스영역에 성장되는 4원 결정의 조성은 패터팅마스크폭 및 마스크간의 오픈스페이스폭의 조합을 제5도의 특성에서 2개의 영역 (e) 와 (f) 의 마스크폭을 각각 90㎛와 0㎛로 하는 것에 의해서 이득피크파장을 각각 1.55㎛와 1.42㎛로 설정해서 각각 분포귀환형 레이저와 광변조기스위치로 하고 있다.
제11도는 제10도의 구조에 또 매립구조, 전류협착구조 도입후의 반도체광집적회로의 사시도이다.
[실시예 4]
제12도는 본 발명의 반도체광집적회로의 제조방법의 제4의 실시예에 의해서 제조된 반도체광집적회로의 사시도이다. 본 실시예에 있어서는 기판 (1) 의 일부분에 회절격자 (10) 을 형성하고, 패터닝마스크가 형성된 n - I n P 기판 (1) 상에 I n G a A s P 도파로층 (3), I n G a A s, I n G a A s P로 이루어지는 양자웰구조 (4) 와 p - I n P 클래드층 (5) 를 순차로 유기금속기상성장법으로 결정성장한다. 제4도의 특성에서 마스크폭을 100㎛과 0㎛로 하는 것에 의해서 이득피크파장을 각각 1.55㎛와 1.25㎛로 설정한다. 본 구조를 각각 활성영역, 위상조정영역, 수동분포반사영역으로써 사용하는 것에 의해 매우 용이하게 선폭을 좁게, 광파장스위프를 할 수 있으며, 고신뢰성의 파장가변분포반사형 레이저를 구성한다.
[실시예 5]
제13도는 본 발명의 반도체광집적회로의 제조방법의 제4실시예에 의해서 제조된 반도체광집적회로의 사시도이다. 본 실시예에 있어서는 기판 (1) 의 일부분에 회절격자 (10) 을 형성하고, 패터닝마스크가 형성된 n - I n P 기판 (1) 상에 I n G a A s P 도파로층(3), I n G a A s, I n G a A s P로 이루어지는 양자웰구조 (4) 와 p - I n P 클래드층 (5) 를 순차로 유기금속기상성장법으로 결정성장한다. 제4도에서 마스크폭을 100㎛와 180㎛로 하는 것에 의해서 이득피크파장을 각각 1.55㎛와 1.60㎛로 설정한다. 각각 활성영역, 광검출영역을 분포귀환형 레이저와 광검출기로써 사용하는 것에 의해 매우 용이하게 고성능, 고신뢰도의 광검출기 집적형 분포 귀환형 레이저를 구성하고 있다.
[실시예 6]
제14도는 본 발명에 의한 반도체광집적회로를 사용한 광통신용 송신모듈의 구성을 도시한 도면이다. 제2실시예의 분포귀환형 레이저, 광변조기 집적소자 (11) 과 그 광축상에 구렌즈 (16) 을 거쳐 광파이버 (17) 을 고정하고, 또, 변조구동회로 (18)을 배치해서 광통신용 송신모듈 (19) 를 구성하고 있다. 본 광통신용 모듈 (19) 를 사용하면 고파이버광출력, 저챔핑의 고속 송신광신호를 용이하게 얻을 수 있다.
[실시예 7]
제15도는 본 발명에 의한 반도체광집적회로를 사용한 광통신용 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도면에 있어서, 송신장치 (21) 에는 제6실시예의 광송신모듈 (19) 와 송신제어회로 (20) 이 장착되고, 광송신모듈 (19) 로 부터의 송신광신호출 광파이버 (12) 에 의해서 수신장치 (15) 로 전송된다. 수신장치 (15) 에는 광통신용 광수신모듈 (22) 와 수신제어회로 (14) 가 장착되고, 간선계광통신시스템을 구성하고 있다. 본 시스템에 의하면 100km 이상의 무중계광전송을 용이하게 실현할 수 있다.
제 1 도 A, B, C 및 D는 각각 종래의 기술을 설명하기 위한 반도체소자의 사시도, 부분확대도 및 단면도.
제 2 도는 본 발명의 작용설명을 위한 도면.
제 3 도는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 특성도.
제 4 도는 본 발병의 제 1 실시예에 있어서의 마스크폭과 발광파장의 관계를 도시한 특성도.
제 5 도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 마스크폭과 발광파장의 관계를 도시한 특성도.
제 6 도는 본 발명의 반도체발광소자의 제조방법의 제 1 실시예의 제조공정에 있어서의 반도체발광소자의 사시도.
제 7 도 A, B 및 C는 본 발명의 반도체발광소자의 제조방법의 제 2 실시예의 제조공정에 있어서의 반도체발광소자의 사시도.
제 8 도는 제 7 도 A의 광축방향 x-x' 선의 단면도.
제 9 도는 본 발명의 반도체발광소자의 제조방법의 제 2 실시예에 의해서 제조된 반도체발광소자의 사시도.
제 10 도는 본 발명의 반도체발광소자의 제조방법의 제 3 실시예에 의해서제조된 반도체발광소자의 분해사시도.
제 11 도는 제 10 도의 제조에 또 매립구조, 전류협착구조 도입후의 반도체 발광소자의 사시도.
제 12 도는 본 발명의 반도체발광소자의 제조방법의 제 4 실시예에 의해서 제조된 반도체발광소자의 사시도.
제 13 도는 본 발명의 반도체발광소자의 제조방법의 제 4 실시예에 의해서 제조된 반도체발광소자의 사시도.
제 14 도는 본 발명에 의한 반도체발광소자를 사용한 광통신용 송신모듈의 구성을 도시한 도면.
제 15 도는 본 발명에 의한 반도체발광소자를 사용한 광통신용 시스템의 구성을 도시한 도면.

Claims (25)

  1. 단일의 반도체기판상에 선택성장 프로세스에 의해 적층된 여러개의 광소자를 집적하는 반도체광집적회로의 제조방법에 있어서,
    상기 선택성장 프로세스는 상기 여러개의 광소자 중 적어도 1개의 광소자의 광도파로부를 형성하기 위해, 상기 반도체기판상의 상기 1개의 광소자가 형성되는 영역에 상기 1개의 광소자의 광축방향과 평행하며 또한 상기 광축방향과 직교하는 방향의 폭이 일정한 1조의 절연막마스크가 오픈스페이스폭을 10∼30㎛로 해서 배치된 마스크를 사용해서 상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연막마스크의 광축방향과 직교하는 방향의 폭을 16∼800㎛로 하고, 상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 양자웰층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 3-5족 화합물 반도체층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 유기금속 기상성장법에 의해 결정성장을 실행하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 양자웰층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선택성장 프로세스에 의해서 적층된 성장층을 에칭하여 메사스트라이프를 형성하는 공정 및 상기 메사스트라이프의 양측에 전류소자층을 매립성장에 의해 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  7. 단일의 반도체기판상에 선택성장 프로세스에 의해 적층된 여러개의 광소자를 집적하는 반도체광집적회로의 제조방법에 있어서,
    상기 선택성장 프로세스는 상기 여러개의 광소자 중 적어도 1개의 광소자의 광도파로부를 형성하기 위해, 상기 반도체기판상의 상기 1개의 광소자가 형성되는 영역에 상기 1개의 광소자의 광축방향과 평행하고 또한 상기 광축방향과 직교하는 방향의 폭이 일정한 1조의 절연막마스크를, 오픈스페이스폭을 III족 원료종의 기상확산길이의 1.0∼0.125배의 범위내로 하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연막마스크의 광축방향과 직교하는 방향의 폭을 16∼800㎛로 하고, 상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 양자웰층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 3∼5족 화합물 반도체층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 유기금속 기상성장법에 의해 결정성장을 실행하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 영역상에 반도체층을 성장시키는 프로세스는 양자웰층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선택성장 프로세스에 의해서 적층된 성장층을 에칭하여 메사스트라이프를 형성하는 공정 및 상기 메사스트라이프의 양측에 전류소자층을 매립성장에 의해 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  13. 단일의 반도체기판상에 광학적으로 접속되는 제1 및 제2의 광소자를 갖는 반도체광집적회로를 선택성장 프로세스에 의해 형성하는 반도체광집적회로의 제조방법으로서,
    상기 선택성장 프로세스는 상기 제1의 광소자의 광도파로부를 형성하기 위해, 상기 반도체기판상의 상기 제1의 광소자가 형성되는 영역에 상기 제1의 광소자의 광축방향과 평행하며 또한 상기 광축방향과 직교하는 방향의 폭이 16∼800㎛범위의 일정한 절연막마스크의 1조를, 오픈스페이스폭을 III족 원료종의 기상확산길이의 1.0∼0.125배의 범위내에서 배치하고, 상기 제2의 광소자에는 절연막마스크를 사용하지 않고 화합물반도체층을 성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 영역상에 화합물 반도체층을 성장시키는 프로세스는 3-5족 화합물 반도체층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 영역상에 화합물 반도체층을 성장시키는 프로세스는 유기금속 기상성장법에 의해 결정성장을 실행하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 영역상에 화합물 반도체층을 성장시키는 프로세스는 양자웰층을 형성하는 프로세스인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 선택성장 프로세스에 의해서 적층된 성장층을 에칭하여 메사스트라이프를 형성하는 공정 및 상기 메사스트라이프의 양측에 전류소자층을 매립성장에 의해 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로의 제조방법.
  18. 특허청구의 범위 제1항∼제17항중의 어느 한항에 기재된 반도체광집적회로의 제조방법에 의해서 제조되고, 반도체기판상에서 성장층의 두께와 조성중 적어도 한쪽이 상기 기판면내에서 다른 여러개의 연속적인 다중양자웰층으로 형성되고, 각 양자웰층간의 결합부에서 성장층의 두께와 조성중 적어도 한쪽이 단조롭게 변화하는 집적도파로를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 여러개의 광소자의 광도파로부의 왜곡량이 다른 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 여러개의 광소자가 다중양자웰층의 도파로를 갖고, 상기 여러개의 광소자의 각 소자내의 다중양자웰의 모든 웰층간과 장벽층간의 조성 및 막두께의 변동율이 각각 1%이하인 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 여러개의 광소자는 분포귀환형 반도체레이저 및 반도체광변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 여러개의 광소자는 분포귀환형 반도체레이저 및 광스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체광집적회로.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 여러개의 광소자는 광검출기 및 분포귀환형 반도체레이저를 포함하는것을 특징으로 하는 반도체광집적회로.
  24. 단일의 반도체기판상에 서로 광학적으로 접속되는 제1 및 제2의 광소자를 갖고, 선택성장 프로세스에 의해 형성되는 반도체광집적회로의 제조방법으로서,
    상기 선택성장 프로세스는 상기 제1 및 상기 제2 광소자를 구성하는 화합물 반도체층을 성장시키는 공정을 포함하고,
    상기 제1의 광소자는 그들 사이에 오픈스페이스폭을 갖는 절연막마스크의 조를 사용하여 상기 반도체기판상의 특정영역에 형성되고,
    상기 오픈 스페이스폭은 III족 원료종의 기상확산길이의 1.0∼0.125배의 범위내이고,
    상기 마스크는 상기 제1의 광소자의 광축방향과 평행하게 배치되고,
    상기 마스크의 각각의 폭은 상기 광축방향에 대해 직교하고, 16∼800㎛범위내이고,
    상기 제2의 광소자는 상기 절연막마스크를 사용하지 않고 형성되며,
    상기 오픈스페이스폭은 10㎛∼30㎛의 범위인 반도체광집적회로의 제조방법.
  25. 광신호를 방사하는 광원 및
    상기 광신호를 전송하는 광파이버를 포함하는 광통신용 시스템에 있어서,
    상기 광원은 반도체층을 구비하는 양자웰구조를 갖는 활성영역, 반도체층을 구비하는 양자웰구조를 갖는 위상조정영역 및 반도체층을 구비하는 양자웰구조를갖는 수동분포 반사영역을 포함하고,
    상기 활성영역, 상기 위상조정영역 및 상기 수동분포 반사영역은 활성영역, 위상조정영역 및 수동분포 반사영역의 순으로 배치되고,
    상기 양자웰구조를 갖는 활성영역의 이득피크 파장은 상기 양자웰구조를 갖는 위상조정영역의 이득피크 파장보다 크고,
    상기 양자웰구조를 갖는 위상조정영역의 이득피크파장은 상기 양자웰구조를 갖는 수동분포 반사영역의 이득피크 파장보다 큰 광통신용 시스템.
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