KR100430256B1 - 반도체 레이저 다이오드 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법은, 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와; 버퍼층 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층으로 이루어지는 레이저 발진층을 형성하는 단계와; P형 클래드층 상에 콘택트층을 형성하는 단계와; 콘택트층 상의 일부 영역에 Si계 유전체 마스크를 형성하는 단계와; 결과물에 대한 식각을 수행하여, Si계 마스크가 형성되지 않은 영역의 콘택트층과 P형 클래드층을 일정 두께로 식각하고, Si계 유전체 마스크, 콘택트층 및 P형 클래드층을 I 구조 형상의 리지로 형성하는 단계와; I 구조 형상의 리지 주위 및 상부에 전류 차단층으로 AlGaAs가 2차 성장되는 단계와; BOE를 사용하여 Si 계 유전체 마스크를 식각하는 단계; 및 스프레이를 사용하여 Si 계 유전체 마스크 상부에 형성된 전류 차단층을 제거하는 단계; 를 포함한다.

여기서, Si 계 유전체 마스크 상부에 형성된 전류 차단층을 제거한 이후에, NH₄OH 계의 에천트(etchant)를 사용하여 전류 차단층을 평탄화시키는 단계; 및 금속성 옴 접촉(metal ohmic)을 위한 3차 성장을 수행하는 단계; 를 더 구비한다.

또한, 스프레이는 질소(N₂), 순수(DI water), 아세톤(Acetone)으로 구성되며, NH₄OH 계 에천트는 NH₄OH, 과산화수소수, 에틸렌글리콜을 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 레이저 다이오드 제조 방법{Fabrication method for semiconductor laser diode}

본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 특히 SBR(Selectively Buried Ridge) 구조를 이용하여 고출력 반도체 레이저 다이오드를 제조함에 있어, 전류 차단층(2차 성장)이 형성된 후에, BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 습식 에칭법을 통하여 유전체 마스크를 용이하게 제거함으로써, 콘택트층에 전류 주입을 위한 중간 공정을 단순화 할 수 있는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 SBR 구조를 갖는 레이저 다이오드의 수직 단면도를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하여 그 구조를 살펴보면, 레이저 다이오드는 기판(1)과, 상기 기판(1) 위에 형성된 버퍼층(2)과, 상기 버퍼층(2) 위에 N형 클래드층(3), 활성층 (4) 및 P형 클래드층(5)으로 이루어지는 레이저 발진층과, 상기 레이저 발진층 위에 전류 차단층(CBL:Current Block Layer)(8), 콘택트층(6) 및 유전체 마스크(7)가 형성되어 있다.

이와 같은 SBR(Selectively Buried Ridge)은 제작 상의 단순함이 큰 장점이지만, 제작 시 구조적인 문제점을 가지고 있다. 즉, 유전체 마스크(7)를 사용하여 습식 식각을 통해 리지(ridge)를 형성하므로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부 리지 (ridge)(6)와 유전체 마스크(7) 사이에 언더컷(under cut)이 생기게 되고, 2차 성장(전류 차단층 형성) 시에 이 부분을 채워주지 못함에 따라 보이드(void)(9)가 존재하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로서, 도 2에 나타낸 바와 같은, 종래의 리지(ridge) 구조에서 발전된 I 구조(I-structure) 형상의 리지(ridge)가 이용되고 있다. 도 2는 일반적인 레이저 다이오드의 제조 공정 중에서, I 구조 형상의 리지(ridge)가 형성된 상태를 나타낸 도면이다.

이와 같이, I 구조 형상의 리지(ridge)를 이용하는 경우에는, 종래의 언더컷으로 인한 보이드 문제를 해결할 수는 있으나, 2차 성장되는 전류 차단층(7)으로 리지(ridge) 주위에 n-AlGaAs 층을 성장시킴에 있어 다소 문제가 발생된다.

즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 유전체 마스크(7) 위에까지 AlGaAs가 성장되어 리지부 전류 차단층(10)이 형성됨으로써, SBR 공정이 불가능하게 된다. 도 3은도 2에 나타낸 I 구조 형상의 리지가 형성된 상태에서 전류 차단층이 추가로 형성된 상태를 나타낸 도면이다.

여기서, 전류 차단층(8)으로 아몰퍼스(amorphous) 상태인 Si계 유전체 위에 GaAs를 성장시킬 경우에는 성장에 필요한 시드(seed) 역할을 할 수 있는 버퍼 레이어(buffer layer)가 없어서 별 문제가 발생되지 않는다. 하지만, 전류 차단층(8)으로 AlGaAs를 성장시킬 경우에는 부착력(adhesion)이 좋은 알루미늄 금속(Al metal)이 아몰퍼스(amorphous) 또는 폴리 크리스탈(poly-crystal) 형태로 상기 유전체 마스크(7) 위에 얇은 버퍼 레이어(buffer layer)를 형성하게 된다. 이에 따라, AlGaAs를 2차 성장시키는 경우에는 리지(ridge) 주위에 전류 차단층(8)이 형성될 뿐만 아니라, 상기 유전체 마스크(7) 위에도 리지부 전류 차단층(10)이 형성됨으로써, 전류 주입이 가능하도록 상기 리지부 전류 차단층(10)에 채널을 형성해야 한다.

도 4는 도 3과 같은 전류 차단층이 형성된 경우에, 종래 전류 주입의 통로를 형성하기 위한 공정 과정을 나타낸 순서도이다.

그러면, 도 4를 참조하여 레이저 발진층에 전류 주입을 위한 채널형성 과정을 간략히 설명하도록 한다. 이는 일반적인 반도체 제조 공정에 의하여 수행될 수 있는데, 도 4에 나타낸 바와 같이, SiNx 계의 채널 마스크(channel mask)를 증착하는 과정, 리지(ridge)에 맞추어 채널을 패터닝하는 과정, RIE(Reacted Ion Etching )와 같은 방식을 이용한 채널 마스크 오픈 과정, HBr 계를 이용한 채널 오픈 에칭과정 및 유전체 마스크 제거 과정으로 이루어진다.

이와 같이, I 구조 형상의 리지를 이용하고, AlGaAs를 전류 차단층으로 2차 성장시켜 SBR 구조를 갖는 고출력 반도체 다이오드를 제조하는 경우에는, 레이저 발진층에 전류 주입을 위한 채널을 형성하기 위하여 많은 추가적인 공정이 부가되어야 하는 단점이 있다.

특히, 패턴 형성 시에는 2㎛~5㎛ 정도의 리지 크기(ridge size) 위에 정렬, 노광을 수행하여야 하므로 작업의 숙련도가 요구되며, 이에 따라 오차가 발생될 수 있는 여지가 많이 존재하게 되는 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 여건을 감안하여 창출된 것으로서, SBR(Selectively Buried Ridge) 구조를 이용하여 고출력 반도체 레이저 다이오드를 제조함에 있어, 전류 차단층(2차 성장)이 형성된 후에, BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 습식 에칭법을 통하여 유전체 마스크를 용이하게 제거함으로써, 콘택트층에 전류 주입을 위한 중간 공정을 단순화 할 수 있는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 SBR 구조를 갖는 레이저 다이오드의 수직 단면도를 나타낸 도면.

도 2는 일반적인 레이저 다이오드의 제조 공정 중에서, I 구조 형상의 리지가 형성된 상태를 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 나타낸 I 구조 형상의 리지가 형성된 상태에서 전류 차단층이 추가로 형성된 상태를 나타낸 도면.

도 4는 도 3과 같은 전류 차단층이 형성된 경우에, 종래 전류 주입의 통로를 형성하기 위한 공정 과정을 나타낸 순서도.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, 도 3과 같은 전류 차단층이 형성된 경우에, 전류 주입의 통로를 형성하기 위한 공정 과정을 나타낸 순서도.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, 유전체 마스크가 제거된 상태를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, 리지 상부의 전류 차단층이 제거된 상태를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, NH₄OH 계의 에칭액을 이용하여 전류 차단층을 평탄화시킨 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1... 기판 2... 버퍼층

3... N형 클래드층 4... 활성층

5... P형 클래드층 6... 콘택트층

7... 유전체 마스크 8... 전류 차단층

10... 리지부 전류 차단층

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법은,기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와;상기 버퍼층 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층으로 이루어지는 레이저 발진층을 형성하는 단계와;상기 P형 클래드층 상에 콘택트층을 형성하는 단계와;상기 콘택트층 상의 일부 영역에 Si계 유전체 마스크를 형성하는 단계와;상기 결과물에 대한 식각을 수행하여, 상기 Si계 마스크가 형성되지 않은 영역의 콘택트층과 P형 클래드층을 일정 두께로 식각하고, 상기 Si계 유전체 마스크, 콘택트층 및 P형 클래드층을 I 구조 형상의 리지로 형성하는 단계와;상기 I 구조 형상의 리지 주위 및 상부에 전류 차단층으로 AlGaAs가 2차 성장되는 단계와;BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용하여 Si 계 유전체 마스크를 식각하는 단계; 및스프레이(spray)를 사용하여 상기 Si 계 유전체 마스크 상부에 형성된 전류 차단층을 제거하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 Si 계 유전체 마스크 상부에 형성된 전류 차단층을 제거한 이후에, NH₄OH 계의 에천트(etchant)를 사용하여 전류 차단층을 평탄화시키는 단계; 및 금속성 옴 접촉(metal ohmic)을 위한 3차 성장을 수행하는 단계; 를 더 구비하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기 스프레이는 질소(N₂), 순수(DI water), 아세톤(Acetone)으로 구성되며, 상기 NH₄OH 계 에천트는 NH₄OH, 과산화수소수, 에틸렌글리콜을 포함하여 이루어지는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면 SBR(Selectively Buried Ridge) 구조를 이용하여 고출력 반도체 레이저 다이오드를 제조함에 있어, 전류 차단층(2차 성장)이 형성된 후에, BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 습식 에칭법을 통하여 유전체 마스크를 용이하게 제거함으로써, 콘택트층에 전류 주입을 위한 중간 공정을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 고출력 레이저 다이오드 제작을 위하여 리지(ridge) 바닥 폭을 줄여 전류의 확산을 줄이며, 모드를 안정화 시키고 리지(ridge) 윗 면의 폭을 넓게 하여 저항을 줄여 주는 리지(ridge)를 형성한 후, 전류 차단층(CBL:Current Block Layer)으로 AlGaAs를 성장시킴에 있어, 레이저 발진층에 전류 주입을 위한 공정을 용이하게 처리할 수 있는 레이저 다이오드 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 특징적인 제조공정을 중심으로 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, 도 3과 같은 전류 차단층이 형성된 경우에, 전류 주입의 통로를 형성하기 위한 공정 과정을 나타낸 순서도이다.

종래기술에서 설명된 바와 같이, 일반적인 반도체 제조 공정을 통하여 I 구조 형상의 리지(ridge)에 전류 차단층으로 AlGaAs를 2차 성장시키면 도 3과 같은 형상을 얻게 된다. 즉, 기판(1)과, 상기 기판(1) 위에 형성된 버퍼층(2)과, 상기 버퍼층(2) 위에 N형 클래드층(3), 활성층(4) 및 P형 클래드층(5)으로 이루어지는 레이저 발진층과, 콘택트층(6) 및 Si 계의 유전체 마스크(7)가 형성되어 있으며, 전류 차단층(8) 및 리지부 전류 차단층(10)이 형성된다.

이와 같은 상태에서, 도 5에 나타낸 바와 같이, GaAs/AlGaAs에는 반응하지 않으면서, SiN과는 반응하는 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용하여 소정 시간(예컨대 1~2시간) 동안 에칭 처리를 수행한다(단계 501).

이에 따라, BOE에 의하여 SiN의 유전체 마스크(7)만이 식각되어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 그 유전체 마스크 자리(17)가 빈 공간으로 형성된다. 도 6은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, 유전체 마스크가 제거된상태를 나타낸 도면이다. 이때, Si 계의 유전체 마스크(7)는 리지부 전류 차단층 (10)에 의하여 덮혀지게 되지만, BOE 에천트가 단면 방향 등에서 작용을 하기 때문에, Si 계 유전체 마스크(7)는 식각되어 제거될 수 있게 된다.

그리고 상기 단계 501 이후에, 스프레이(spray)를 사용하여 강하게 불어 줌으로써, 도 7과 같은 구조를 형성할 수 있게 된다(단계 502). 도 7은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, 리지 상부의 전류 차단층이 제거된 상태를 나타낸 도면이다. 여기서, 상기 스프레이는 질소(N₂), 순수(DI water), 아세톤(Acetone)으로 구성된다.

또한 상기 단계 502 이후에, NH₄OH 계의 에천트(etchant)를 사용하여 GaAs 성분인 전류 차단층(8)의 상부(도 8의 타원형 점선 부분)를 에칭하여 평탄화 시켜준다(단계 503). 도 8은 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하여, NH₄OH 계의 에칭액을 이용하여 전류 차단층을 평탄화시킨 상태를 나타낸 도면이다. 이때, 사용되는 NH₄OH 계의 에천트는 NH₄OH, 과산화수소수, 에틸렌글리콜을 포함하여 마련될 수 있다.

이와 같은 과정을 통하여, 레이저 발진층에 전류 주입을 위한 공정을 단순화 시킬 수 있으며, SBR 공정이 가능하게 된다. 또한, NH₄OH 계의 에천트를 사용하여 GaAs 성분의 전류 차단층(8)을 평탄화 시켜줌으로써, 표면 자체를 평탄화시켜 금속성 옴 접촉(metal ohmic)을 위한 3차 성장을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조 방법에 의하면, SBR(Selectively Buried Ridge) 구조를 이용하여 고출력 반도체 레이저 다이오드를 제조함에 있어, 전류 차단층(2차 성장)이 형성된 후에, BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 습식 에칭법을 통하여 유전체 마스크를 용이하게 제거함으로써, 콘택트층에 전류 주입을 위한 중간 공정을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층 상에 N형 클래드층, 활성층 및 P형 클래드층으로 이루어지는 레이저 발진층을 형성하는 단계와;

   상기 P형 클래드층 상에 콘택트층을 형성하는 단계와;

   상기 콘택트층 상의 일부 영역에 Si계 유전체 마스크를 형성하는 단계와;

   상기 결과물에 대한 식각을 수행하여, 상기 Si계 마스크가 형성되지 않은 영역의 콘택트층과 P형 클래드층을 일정 두께로 식각하고, 상기 Si계 유전체 마스크, 콘택트층 및 P형 클래드층을 I 구조 형상의 리지로 형성하는 단계와;

   상기 I 구조 형상의 리지 주위 및 상부에 전류 차단층으로 AlGaAs가 2차 성장되는 단계와;

   BOE(Buffered Oxide Etchant)를 사용하여 Si 계 유전체 마스크를 식각하는 단계; 및

   스프레이(spray)를 사용하여 상기 Si 계 유전체 마스크 상부에 형성된 전류 차단층을 제거하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스프레이는 질소(N₂), 순수(DI water), 아세톤(Acetone)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 Si 계 유전체 마스크 상부에 형성된 전류 차단층을 제거한 이후에,

   NH₄OH 계의 에천트(etchant)를 사용하여 전류 차단층을 평탄화시키는 단계; 및

   금속성 옴 접촉(metal ohmic)을 위한 3차 성장을 수행하는 단계; 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 NH₄OH 계 에천트는 NH₄OH, 과산화수소수, 에틸렌글리콜을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조 방법.