KR100489478B1 - 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법 - Google Patents

반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법에 관한 것으로서, 소정의 층(layer)에 형성된 홈과 이 홈이 형성되지 않은 영역에 포토 레지스트를 도포했을 때 그 도포되는 포토 레지스트의 두께가 달라짐으로써 그 두께에 따라 현상을 달리 수행할 수 있다는 것을 이용해 한번의 포토 작업으로 전류 주입을 위한 채널(channel) 형성 공정과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench) 형성 공정을 수행할 수 있도록 함으로써, 소자의 생산 시간 및 제조 비용을 줄여 생산 수율을 향상시킨다.

Description

반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법{Method for manufacturing semiconductor laser diode array}
본 발명은 소정의 층(layer)에 형성된 홈과 이 홈이 형성되지 않은 영역에 포토 레지스트를 도포했을 때 그 도포되는 포토 레지스트의 두께가 달라짐으로써 그 두께에 따라 현상을 달리 수행할 수 있다는 것을 이용해 한번의 포토 작업으로 전류 주입을 위한 채널(channel) 형성 공정과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench) 형성 공정을 수행하도록 함으로써, 소자의 생산 시간이나 제조 비용 및 그 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고출력 에지 방출(edge-emitting) 반도체 레이저 다이오드 어레이는 고체 상태(solid-state) 레이저 펌핑용, 자유 공간 광통신(free-space optical communication)용, 의료용 및 디스플레이용 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
도 1은 이러한 통상의 반도체 레이저 다이오드 어레이의 부분 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이는 n형으로 도핑된 GaAs 기판(10)(이하 "도핑되어 있다"는 의미를 "-"으로 대칭함)상부에 n-클래드층(11), 활성층(12), p-클래드층(13), p-캡층(14)이 순차적으로 형성되어 있다.
그리고, p-캡층(14) 상면에는 절연막(15)이 형성되어 있는데, "A"로 표시된 영역, 즉 외부로부터 전류가 인가되는 채널 형성 영역에는 절연막(15)이 형성되어 있지 않고 p-캡층(14)과 p-패드 전극(16)이 직접 접촉(contact)되어 있고, n-GaAs 기판(10)의 하면에는 n-패드 전극(17)이 형성되어 있다.
또한, 채널 형성 영역으로부터 일정 거리 이격된 양측부 즉, "B"로 표시된 영역에는 p-패드 전극(16)부터 n-GaAs 기판(10)의 일부까지 수직 방향으로 형성된 트렌치가(trench)가 각기 형성되어 있어, 인접하는 단위 반도체 레이저 다이오드 칩의 발광 영역으로 크랙(crack)과 같은 결함 등이 전파되는 것을 방지하도록 하고 있다.
이러한, 반도체 레이저 다이오드 어레이는 통상적으로 전류 주입을 위한 채널(channel)과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench)를 최소한 두 번 이상의 별도의 포토(photo) 작업을 통해 각기 수행하는데, 즉, 소자에 포토 레지스트를 도포하고 현상하는 등의 일련의 포토(photo) 작업을 채널 형성시 뿐만 아니라, 트렌치 형성시에도 동일하게 반복적으로 수행하며, 이러한 일련의 반복적인 포토 작업은 그 반도체 레이저 다이오드 어레이의 생산 시간을 지연시키고 그 제조 비용을 늘려 생산 수율을 저하시키는 등의 문제점을 초래한다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 소정의 층(layer)에 형성된 홈과 이 홈이 형성되지 않은 영역에 포토 레지스트를 도포했을 때 그 도포되는 포토 레지스트의 두께가 달라짐으로써 그 두께에 따라 현상을 달리 수행할 수 있다는 것을 이용해 한번의 포토 작업으로 전류 주입을 위한 채널(channel) 형성 공정과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench) 형성 공정을 수행하도록 하여, 소자의 생산 시간이나 제조 비용 및 그 생산 수율을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법을 제공한 데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은 n-GaAs 기판의 상면 일부를 식각시켜 제거하여 홈을 형성하는 단계;
상기 홈이 형성된 n-GaAs 기판의 상면과 동일한 형상으로 상기 n-GaAs기판의 상부 전면에 n-클래드층, 활성층, p-클래드층, p-캡층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 p-캡층의 상면을 따라 상기 p-캡층의 상면과 동일한 형상의 절연막을 형성하는 단계;
상기 절연막의 상면을 따라 포토 레지스트를 도포하고 홈이 형성된 이외의 영역에 도포된 포토 레지스트만 현상시키는 단계;
상기 현상된 포토 레지스트부터 상기 n-GaAs 기판의 일부까지 소정의 식각 용액을 이용해 수직 방향으로 식각하여 트렌치(trench)를 형성하는 단계;
상기 절연막에 형성된 홈 상면에 도포된 포토 레지스트를 현상하고, 소정의 식각 용액을 주입하여 상기 현상한 포토 레지스트부터 상기 유전막의 저면까지 수직 방향으로 식각하여 채널을 형성하는 단계;
상기 포토 레지스트를 제거하여 노출된 소자의 상면을 따라 p-패드 전극을 형성하고, 상기 n-GaAs기판의 하면에 n-패드 전극을 형성하는 단계로 이루어지도록 한다.
이하, 첨부된 도 2a 내지 도 2h를 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.
상기 도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 어레이의 제조 방법을 순서대로 도시한 공정 순서도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법은 n-GaAs 기판(20)의 상면 일부를 식각시켜 제거하여 홈을 형성하는데, 이 때, 상기 홈은 V-groove 형상이 되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 n-GaAs 기판(20)에서 홈이 형성되는 영역은 후속 공정에서 형성되는 활성층으로 전류가 인가되도록 하는 채널(channel) 형성 영역에 해당한다.
다음, V-groove 형상과 같은 소정 패턴의 홈이 형성된 n-GaAs 기판(20)의 상면과 동일한 형상으로 상기 n-GaAs기판(20)의 상부 전면에 금속 유기 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD) 등을 이용해 n-클래드층(21), 활성층(22), p-클래드층(23), p-캡층(24)을 순차적으로 증착한다(도 2b).
상기 n-클래드층(21)과 p-클래드층(23)은 일종의 웨이브 가이드층으로 n형으로 도핑된 AlGaAs층과 p형으로 도핑된 AlGaAs층이며, p-캡층(24)은 소자를 캡핑하는 층으로서 p형으로 도핑된 GaAs층이다.
다음, 상기 p-캡층(24)의 상부 전면에 상기 p-캡층(24)의 상면을 따라 절연체를 도포하고 패터닝하여 상기 p-캡층(24)의 상면과 동일한 형상의 절연막(25)을 증착한다(도 2c).
상기 절연막(25)은 실리콘(SiO2)박막이나, 실리콘 나이트 라이드(SiN)박막 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
다음, 상기 절연막(25)의 상부 전면에 포토 레지스트(26)를 도포하는데(도 2d), 이 때 도 에 도시된 바와 같이, 상기 절연막에서 홈이 형성된 영역에는 포토 레지스트가 두껍게 도포되고, 그 이외의 영역은 상기 홈이 형성된 영역보다 상대적으로 얇게 도포된다.
본 발명은 상기 절연막(25) 영역 중에서 홈과 이 홈이 형성되지 않은 영역에 도포되는 포토 레지스트의 두께가 달라짐으로써 그 두께에 따라 현상을 달리 수행할 수 있다는 것을 이용해 한번의 포토 작업으로 전류 주입을 위한 채널(channel) 형성 공정과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench) 형성 공정을 수행할 수 있게 된다.
한편, 상기 절연막(25)의 상부 전면에 포토 레지스트(26)가 도포되면, 포토 레지스트(26)가 도포된 소자를 현상액에 넣고 현상 시간을 조절하여 상기 홈 이외의 영역에 도포된 포토 레지스트(26)만 현상되도록 한다.
그런 다음, 상기 현상된 포토 레지스트(26)부터 상기 n-GaAs 기판(20)의 일부까지 소정의 식각 용액을 이용해 수직 방향으로 식각하여 트렌치(trench)를 형성하고, 상기 n-GaAs 기판(20)의 일부를 노출시킨다(도 2e).
즉, 먼저 HF계 식각 용액을 이용해 절연막(25)의 일영역을 식각하여 제거하고, 이어 암모니아계(NH4OH) 식각 용액을 이용해 상기 식각하여 제거한 절연막(25) 하면의 p-캡층(24)부터 상기 n-GaAs 기판(20)의 일부까지 수직 방향으로 식각하여 트렌치(trench)를 형성하고, n-GaAs 기판(20)의 일부를 노출시킨다.
한편, 상기 현상된 포토 레지스트(26)부터 n-GaAs 기판의 일부까지 소정의 식각 용액을 이용해 수직 방향으로 식각하여 트렌치(trench)가 형성되면, 소자를 다시 현상액에 넣어 상기 홈이 형성된 영역에 도포되어 있는 포토 레지스트(26)를 현상한다.
그런 다음, 이렇게 현상한 포토 레지스트(26)에 소정의 식각 용액을 주입하여 상기 현상한 포토 레지스트(26)부터 상기 절연막(25)의 저면까지 수직 방향으로 식각하여 활성층(22)으로 전류가 인가되도록 하는 채널을 형성하고, 상기 p-캡층(24)의 일부를 노출시키는데(도 2f), 상기 식각 용액은 HF계 식각 용액을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 활성층으로 전류를 주입하기 위한 채널(channel) 형성 공정과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench) 형성 공정을 한번의 포토 작업을 통해 수행할 수 있어 반도체 레이저 다이오드의 생산 시간이나 제조 비용 및 생산 수율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 전술한 포토 공정을 통해 활성층으로 전류를 주입하기 위한 채널 형성 공정과 트렌치 형성 공정이 종료되면, 상기 식각되지 않고 남아 있는 포토 레지스트를 제거한다(도 2g).
그런 다음, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스트를 제거함에 따라 노출된 소자의 상면을 따라 E-Beam법(E-Beam Evaporator법)을 이용해 금속(metal)을 증착하여 p-패드 전극(27)을 형성한다.
상기 p-패드 전극(27) 형성시 사용되는 금속으로는 Ti, Pt, Au 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 2종 이상으로 조합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 p-패드 전극(27) 형성과 동시에 또는 각기, 상기 n-GaAs 기판(20)의 하면에 금속을 증착하고 열처리하여 n-패드 전극(28)을 형성한다.
즉, 상기 p-패드 전극(27) 형성과 동시에 또는 각기 상기 n-GaAs 기판(20)의 하부 전면에 E-Beam법(E-Beam Evaporator법)을 이용해 n형으로 도핑된 금속을 증착하여 n-패드 전극(28)을 형성하여 본 발명을 종료하는데, 상기 n-패드 전극(28) 형성시 사용되는 금속(metal)으로는 AuGe나 Ni 또는 Au 중에서 선택된 어느 하나를 사용하거나 2종 이상으로 조합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법은, 소정의 층(layer)에 형성된 홈과 이 홈이 형성되지 않은 영역에 포토 레지스트를 도포했을 때 그 도포되는 포토 레지스트의 두께가 달라짐으로써 그 두께에 따라 현상을 달리 수행할 수 있다는 것을 이용해 한번의 포토 작업으로 전류 주입을 위한 채널(channel) 형성 공정과 발광 영역으로 크랙(crack)이 전파되는 것을 방지하기 위한 트렌치(trench) 형성 공정을 수행할 수 있도록 함으로써, 반도체 레이저 다이오드의 생산 시간이나 제조 비용 및 그 생산 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 일반적인 반도체 레이저 다이오드 어레이의 부분 단면도이고,
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법을 순서대로 도시한 공정 순서도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
20 : n-GaAs기판 21 : n-클래드층
22 : 활성층 23 : p-클래드층
24 : p-캡층 25 : 절연막
26 : 포토 레지스트 27 : p-패드 전극
28 : n-패드 전극

Claims (4)

  1. n-GaAs 기판의 상면 일부를 식각하여 홈을 형성하는 제 1 단계;
    상기 홈이 형성된 n-GaAs 기판의 상면과 동일한 형상으로 상기 n-GaAs기판의 상부 전면에 n-클래드층, 활성층, p-클래드층, p-캡층 및 절연막을 순차적으로 형성하는 제 2 단계;
    상기 절연막의 상면을 따라 포토 레지스트를 도포하고, 홈이 형성된 이외의 영역에 도포된 포토 레지스트만 현상시키는 제 3 단계;
    상기 현상된 포토 레지스트로부터 상기 n-GaAs 기판의 일부까지 소정의 식각 용액을 이용해 수직 방향으로 식각하여 트렌치(trench)를 형성하는 제 4 단계;
    상기 절연막에 형성된 홈 상면에 도포된 포토 레지스트를 현상하고, 소정의 식각 용액을 주입하여 상기 현상한 포토 레지스트로부터 상기 유전막의 저면까지 수직 방향으로 식각하여 채널을 형성하는 제 5 단계;
    상기 포토 레지스트를 제거하여 노출된 소자의 상면을 따라 p-패드 전극을 형성하고, 상기 n-GaAs기판의 하면에 n-패드 전극을 형성하는 제 6 단계로 이루어지는, 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 단계는;
    상기 현상한 포토 레지스트와 그 하부의 유전막을 HF계 식각 용액을 이용해 수직 방향으로 식각하여 제거하는 제 41 단계;
    상기 식각하여 제거한 유전막 하면의 p-캡층부터 상기 n-GaAs 기판의 일부까지 암모니아계(NH4OH) 식각 용액을 이용해 수직 방향으로 식각하여 트렌치(trench)를 형성하는 제 42 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 5 단계의 식각 용액은;
    HF계 식각 용액인 것을 특징으로 하는, 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 홈은;
    V-groove 형상인 것을 특징으로 하는, 반도체 레이저 다이오드 어레이 제조 방법.
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