KR100333895B1 - Method for processing mirror facet of semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 레이저 소자의 경면 처리 방법에 관한 것으로서, 상세히는 엑시머(excimer) 레이저 광을 소자의 경면(facet)에 조사하여 그 부분을 비정질화함으로써 비흡수성 미러(mirror)의 상태로 만드는 공정에 있어서, 엑시머 레어저 광의 조사 시 급격한 열충격에 의한 경면부의 결함발생을 방지할 수 있는 반도체 레이저 소자의 경면 처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mirror surface treatment method of a semiconductor laser device, and more particularly, to excimer laser light irradiated to a mirror surface of an element and to amorphize the portion thereof to make a non-absorbing mirror state. The present invention relates to a mirror surface treatment method of a semiconductor laser device capable of preventing the occurrence of defects in the mirror surface portion due to sudden thermal shock when irradiating excimer laser light.
오늘날, 반도체 레이저는 DAD(Digital Audio Disc), VD(Video Disc)와 같은 광디스크 장치나 기타 데이타 기록 시스템에서 점차적으로 그 사용이 증가되고 있다. 뿐만 아니라, 광섬유를 이용한 통신 시스템에서 광원으로서도 각광을 받고 있다.Today, semiconductor lasers are increasingly being used in optical disc devices such as digital audio discs (DAD) and video discs (VDs) or other data recording systems. In addition, it is attracting attention as a light source in a communication system using an optical fiber.
이와 같은 반도체 레이저에 있어서, 최근에는 최대 광출력을 얻기 위한 다양한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 그와 같은 연구/ 개발의 일환으로, 특히 페브리-페롯(Febry-Perot)형 반도체 레이저의 최대 광출력을 얻기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 그중에서 레이저 소자의 경면부를 어떤 특수한 방법에 의해 비흡수성의 미러로 만들면, 레이저 광이 방출되는 경면부에서 비발광 재결합(non-radiative recombination) 현상이 억제되어 써멀-런-어웨이(thermal-run-away) 현상에 의한 소자의 파손을 방지할 수 있으며, 높은 광출력을 얻을 수 있게 된다.In such a semiconductor laser, various researches and developments have been made in recent years to obtain the maximum light output. As part of such research / development, various methods have been tried in particular to obtain the maximum light output of a Fabry-Perot type semiconductor laser. Among them, if the mirror surface of the laser element is made into a non-absorbing mirror by a special method, the non-radiative recombination phenomenon is suppressed at the mirror surface where the laser light is emitted and thermal-run-away The breakage of the device due to the phenomenon can be prevented and high light output can be obtained.
제1도 내지 제3도는 종래 페브리-페롯형 레이저 다이오드의 엑시머 레이저광 조사에 의한 경면 처리 공정을 개략적으로 나타내 보인것으로서, 제1도는 공정 종료된 반도체 웨이퍼를 다수의 바의 형태로 절단한 상태도이고, 제2도는 제1도의 다수의 바를 절단면을 위로 하여 정렬한 상태도이며, 제3도는 유전체가 코팅된 상기 바의 절단면에 엑시머 레이저를 조사하는 상태도이다.1 to 3 schematically show a mirror surface treatment process by excimer laser light irradiation of a conventional Fabry-Perot type laser diode, and FIG. 1 is a state diagram in which the semiconductor wafer, which has been processed, is cut in the form of a plurality of bars. FIG. 2 is a state diagram in which a plurality of bars of FIG. 1 are aligned with their cut surfaces facing upward, and FIG. 3 is a state diagram in which an excimer laser is irradiated to the cut surfaces of the bars coated with a dielectric.
먼저, 제1도를 참조하면, 우선 공정이 종료된 소정 크기의 반도체 웨이퍼(11)를 다수의 바(bar:12)의 형태로 절단하게 된다. 그런 후, 제2도와 같이 다수의 바를 절단면(12a)을 위로 향하게 정렬하여 스퍼터(sputter)가 설치되어 있는 진공 챔버(chamber)에 집어 넣는다. 그런 다음, 유전체(예를 들면, SiO2등)를 바의 절단면(12a)에 소정의 두께로 코팅한다. 그리고, 그렇게 유전체막(13)이 형성된 다수의 바(12) 형태의 반도체 웨이퍼를 엑시머 레이저 처리용 챔버에 집어 넣고, 제3도에서와 같이 유전체막(13)이 형성된 각 바(12)의 절단면에 엑시머 레이저광(14)을 조사한다. 이렇게 하여 소자의 경면 처리는 완료된다.First, referring to FIG. 1, first, a semiconductor wafer 11 having a predetermined size after the process is cut is cut into a plurality of bars 12. Thereafter, as shown in FIG. 2, the plurality of bars are aligned with the cutting surface 12a facing upwards and placed in a vacuum chamber in which a sputter is installed. Then, a dielectric (for example, SiO 2, etc.) is coated on the cut surface 12a of the bar to a predetermined thickness. Then, the semiconductor wafer in the form of a plurality of bars 12 in which the dielectric film 13 is formed is inserted into the chamber for excimer laser processing, and the cut surface of each bar 12 in which the dielectric film 13 is formed as shown in FIG. The excimer laser beam 14 is irradiated to the tube. In this way, mirror processing of the element is completed.
그런데, 이와 같은 종래 방법은 원리면에서는 좋으나, 실제로 이 방식에 적용되는 엑시머 레이저 광의 강도(보통5∼10MW/Cm2)가 강력하여 소자의 경면부(보통 GaAs로 구성됨)가 손상을 입게 되며, 그에 따라 경면부에 디스로케이견(dislocation)과 같은 결함이 생성되는 단점이 있다.By the way, such a conventional method is good in principle, but the intensity of the excimer laser light (usually 5-10 MW / Cm 2 ) applied to this method is so strong that the mirror portion of the device (usually composed of GaAs) is damaged. Accordingly, there is a disadvantage in that defects such as dislocations are generated in the mirror portion.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 엑시머 레이저 광을 소자의 경면부에 조사하여 그 부분을 비정질화하여 비흡수성 미러의 상태로 만드는 공정에 있어서, 엑시머 레이저 광의 조사시 급격한 열충격에 의한경면부의 결함발생을 방지할 수 있는 반도체 레이저 소자의 경면 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in the process of irradiating excimer laser light to the mirror surface portion of the device to make the portion of the non-absorbing mirror in the state of the non-absorbing mirror, a sudden thermal shock when irradiating the excimer laser light It is an object of the present invention to provide a mirror surface treatment method of a semiconductor laser device that can prevent the occurrence of defects in the mirror surface portion.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자의 경면 처리방법은,In order to achieve the above object, the mirror surface treatment method of a semiconductor laser device according to the present invention,
반도체 웨이퍼를 복수의 바의 형태로 절단하는 단계;Cutting the semiconductor wafer into the form of a plurality of bars;
상기 바 형태로 절단된 반도체 웨이퍼의 경면부(절단면)에 소정의 반도체 막을 형성하는 단계: 및Forming a predetermined semiconductor film on a mirror surface portion (cut surface) of the semiconductor wafer cut into the bar shape; and
상기 반도체 막이 형성된 경면부에 유전체막을 형성하고 엑시머 레이저광을 조사하는 단계를 포함하여 된 점에 특징이 있다.And forming a dielectric film on the mirror-surface portion on which the semiconductor film is formed and irradiating excimer laser light.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제4도 내지 제6도는 본 발명의 반도체 레이저 소자의 경면 처리 방법에 의해 반도체 레이저 소자의 경면을 처리하는 과정을 나타내 보인것으로서, 제4도는 반도체 웨이퍼를 다수의 바의 형태로 절단한 상태도이고, 제5도는 제2도의 바의 형태로 절단된 반도체 웨이퍼의 경면부에 소정 반도체막을 형성한 상태도이며, 제6도는 상기 반도체 막이 형성된 웨이퍼의 경면부에 유전체막을 형성하고 엑시머 레이저광을 조사하는 상태도이다.4 to 6 show a process of processing the mirror surface of the semiconductor laser device by the mirror surface treatment method of the semiconductor laser device of the present invention, Figure 4 is a state diagram of cutting a semiconductor wafer in the form of a plurality of bars, 5 is a state diagram in which a predetermined semiconductor film is formed on the mirror surface of the semiconductor wafer cut in the form of a bar of FIG. 2, and FIG. 6 is a state diagram in which a dielectric film is formed on the mirror surface of the wafer on which the semiconductor film is formed and irradiated with excimer laser light. .
제4도를 참조하면, 먼저 반도체 웨이퍼(21)를 다수의 바(22)의 형태로 절단하게 된다. 그런 후, 그 바 형태로 절단된 반도체 웨이퍼(21)를 CVD(chemical vapor deposition)장치에 고정하고, 도포 소스(source)로서 설퍼 파우더(sulfur powder) 또는 유기 프리커서(precussor)를 적용하여 제5도와 같이 경면부(22a)에단일의 황(S) 또는 황화갈륨(GaS)등의 반도체막(23)을 형성한다. 이때, 도포되는 막의 두께는 mλ/4n(m은 정수, λ는 반도체 레이저의 파장, n은 반도체 레이저의 유효굴절률)의 식에 따라 정해진다.Referring to FIG. 4, first, the semiconductor wafer 21 is cut into a plurality of bars 22. Thereafter, the semiconductor wafer 21 cut into the bar shape is fixed to a chemical vapor deposition (CVD) apparatus, and a sulfur powder or an organic precursor is applied as a coating source. Similarly, a single semiconductor film 23 such as sulfur (S) or gallium sulfide (GaS) is formed on the mirror surface portion 22a. At this time, the thickness of the film to be applied is determined according to the formula of mλ / 4n (m is an integer, λ is a wavelength of a semiconductor laser, n is an effective refractive index of a semiconductor laser).
반도체막(23)의 형성이 완료되면, 제6도에서와 같이 소정 유전체를 도포하여 유전체막(24)을 형성하고, 엑시머 레이저(25)광을 유전체막(24)이 형성된 소자의 경면부에 조사한다. 이때, 소자의 경면부(22a)에서 일어나는 변화 혹은 현상에 대해 간단히 설명해 보기로 한다.After the formation of the semiconductor film 23 is completed, as shown in FIG. 6, a predetermined dielectric is applied to form the dielectric film 24, and the excimer laser 25 light is applied to the mirror surface of the element on which the dielectric film 24 is formed. Investigate. In this case, the change or phenomenon occurring in the mirror surface portion 22a of the device will be briefly described.
경면부(22a)에 도포된 단일 황은 반도체 레이저 구동 시, 경면부의 비발광재결합 현상을 억제하는 기능을 가지며, 엑시머 레이저 광이 이 황층을 통과할 때 흡수가 일어나 레이저 광의 강도가 크게 감소하게 된다. 그리고, 황화갈륨 레이저가 도포된 경우는 일반적인 반도체 레이저와 유사한 조성을 가지므로, 상기 단일 황의 경우보다 더 적용하기가 쉽다. 그리고, 이 두 물질 모두 일반적인 페브리-페롯형 반도체 레이저의 활성층(발광부)보다 더 큰 에너지 밴드 갭(band gap)을 가지므로, 레이저 소자 구동 시 방출되는 레이저 광이 경면부에서 흡수되지 않도록 하는 매개체 역할도 한다.The single sulfur applied to the mirror surface portion 22a has a function of suppressing the non-luminescent recombination phenomenon of the mirror surface portion when driving the semiconductor laser, and absorption occurs when the excimer laser light passes through the sulfur layer, thereby greatly reducing the intensity of the laser light. In addition, the gallium sulfide laser has a composition similar to that of a general semiconductor laser, and thus is easier to apply than the single sulfur. In addition, since both materials have a larger energy band gap than the active layer (light emitting part) of a conventional Fabry-Perot type semiconductor laser, the laser light emitted when driving the laser device is not absorbed at the mirror surface part. It also serves as a medium.
한편, SQW(strained quantum well) 구조의 레이저 다이오드에서는 바 절단 과정에서 스트레인 릴리스(strain release)에 의한 경면부 활성층의 밴드 갭 수축 현상이 있고, 그와 같이 밴드갭이 수축되면 황이 계속 흡수되어 써멀-런-어웨이 현상을 촉진하게 된다. 따라서, 이와 같은 SQW 구조의 레이저 다이오드에 본 발명의 경면 처리 방법을 수행할 경우 써멀-런-어웨이 현상을 확실히 억제할 수 있게 된다.On the other hand, in the laser diode of SQW (strained quantum well) structure, there is a band gap shrinkage phenomenon of the mirror active layer due to strain release during bar cutting process. It promotes run-away phenomenon. Therefore, when the mirror surface treatment method of the present invention is performed on the laser diode of the SQW structure, the thermal-run-away phenomenon can be reliably suppressed.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자의 경면 처리 방법은 소자의 경면부에 설퍼계의 반도체막을 형성하므로, 엑시머 레이저 광에 의한 소자의 경면부 처리 시 레이저 광이 상기 반도체막을 통과할 때 그 강도가 줄어 들어 경면부에서의 결함발생을 억제할 수 있다. 또한 상기 반도체막이 경면부와 강하게 화학적 결합을 하므로 반도체 레이저 구동 시 비발광재결합을 방지하여 써멀-런-어웨이 현상에 의한 디바이스의 조기 파손을 방지할 수 있다.As described above, the mirror surface treatment method of the semiconductor laser device according to the present invention forms a sulfur-based semiconductor film on the mirror surface of the device, and when laser light passes through the semiconductor film during the mirror surface treatment of the device by excimer laser light. Its strength is reduced, so that occurrence of defects on the mirror surface portion can be suppressed. In addition, since the semiconductor film is strongly chemically bonded to the mirror surface portion, it is possible to prevent non-luminescence recombination during driving of the semiconductor laser, thereby preventing premature failure of the device due to a thermal-run-away phenomenon.
제1도는 종래 반도체 레이저 소자의 경면 처리 공정에 있어서, 반도체 웨이퍼를 다수의 바의 형태로 절단한 상태도.1 is a state in which a semiconductor wafer is cut in the form of a plurality of bars in a mirror surface treatment step of a conventional semiconductor laser device.
제2도는 제1도의 다수의 바를 절단면을 위로 하여 정렬한 상태도.2 is a state in which a plurality of bars of FIG.
제3도는 유전체가 코팅된 상기 바의 절단면에 엑시머 레이저를 조사하는 상태도.3 is a state in which an excimer laser is irradiated to a cut surface of the bar coated with a dielectric.
제4도는 본 발명의 반도체 레이저 소자의 경면 처리 방법에 의해 소자의 경면을 처리하는 과정에 있어서, 반도체 레이저 소자를 다수의 바의 형태로 절단한 상태도.4 is a state diagram in which the semiconductor laser device is cut in the form of a plurality of bars in the process of processing the mirror surface of the device by the mirror surface treatment method of the semiconductor laser device of the present invention.
제5도는 제4도의 바의 형태로 절단된 반도체 레이저 소자의 경면부에 소정 반도체막을 형성한 상태도.FIG. 5 is a state diagram in which a predetermined semiconductor film is formed on the mirror surface of the semiconductor laser device cut in the form of the bar of FIG.
제6도는 상기 반도체 막이 형성된 반도체 레이저 소자의 경면부에 엑시머 레이저광을 조사하는 상태도.6 is a state diagram of irradiating excimer laser light to a mirror surface portion of a semiconductor laser device in which the semiconductor film is formed.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11,21...반도체 웨이퍼 12,22...절단된 바11,21 ... semiconductor wafer 12,22 ...
12a,22a...절단면(경면부) 13,24...유전체막12a, 22a ... Cutting surface (mirror) 13, 24 ... Dielectric film
14,25...엑시머 레이저광 23...반도체막14,25 ... excimer laser light 23 ... semiconductor film
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