KR100532333B1 - 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법 - Google Patents

레이저 다이오드의 회절격자 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 기판 위에 적층된 다층 구조 반도체층의 예정된 일정 층에만 선택적으로 회절격자를 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판 위에 식각 정지층, 회절격자층, 캡층을 차례로 적층 형성하는 과정과; 상기 캡층 위에 예정된 격자주기로 배열된 감광막 패턴을 형성하는 과정과; 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용한 비선택 식각공정으로, 노출된 하부의 상기 캡층 전부와 상기 회절격자층의 상부 일부를 제거하는 과정과; 상기 감광막 패턴을 제거하는 과정과; 상기 캡층을 마스크로 이용한 선택 식각공정으로, 노출된 상기 회절격자층을 제거하여 예정된 격자주기를 갖는 회절격자를 형성하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

레이저 다이오드의 회절격자 제조방법{METHOD FOR FABRICATING GRATING OF LASER DIODE}
본 발명은 광통신 시스템에 광원으로 사용되는 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 특히 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 포톤 커플링(photon coupling)으로부터 우수한 광학모드를 제공하는 회절격자의 제조는 DFB(Distributed FeedBack)-레이저 다이오드 또는 EML(electroabsorption modulated laser) 제작 시 필수 공정이다. 이러한 회절격자 제조방법으로 레이저 광의 간섭성을 이용한 홀로그래픽 리소그래피(holographic lithography), E-빔 리소그래피 방법 등 여러 가지 방법을 사용하고 있으며, 우수한 단일모드의 스펙트럼을 얻기 위해서는 미세하고 정확한 회절격자의 격자주기(l)를 얻는 것이 중요하다.
도 1은 종래의 DFB-레이저 다이오드 제조과정 중 일부를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 과정에 의해 형성된 회절격자의 불균일을 나타낸 도면이다. 이를 통해 종래 DFB-레이저 다이오드의 회절격자 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 1의 (a)에서, 화합물 반도체 기판(11)에 활성층(12), 식각 정지층(13), 회절격자층(14), 캡층(15)을 차례로 성장시킨다.
도 1의 (b)에서, 상기 캡층(15) 위에 감광막(PR)을 도포한 다음 레이저 광의 간섭성을 이용한 홀로그래픽 리소그래피(holographic lithography)로 식각 마스크 패턴인 감광막 패턴(16)을 형성한다. 이어서, 상기 감광막 패턴(16)을 마스크로 이용한 선택식각 공정(selective etching)을 통해 하부의 상기 캡층(15)을 식각한다.
도 1의 (c)에서, 상기 캡층(15) 식각 후 계속해서 상기 회절격자층을 선택식각 하여 회절격자(14')를 형성한 다음, 상기 감광막 패턴을 제거한다.
그러나, 상기 종래기술은 성장과정에서 회절격자층(14)과 캡층 사이의 계면에 소자의 특성에 영향을 주지 않는 미세한 층(예를 들면, InAsP층)(17)이 불균일 하게 존재할 경우(도 2참조), 회절격자층만을 선택적으로 식각하는 것이 어렵고 회절격자층의 표면이 지저분해져 균일한 격자주기를 갖는 회절격자를 형성하는데 어려움이 따른다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 회절격자 형성을 위한 식각시 성장 계면의 문제로 인한 선택 식각의 불균일 및 공정상의 어려움을 해소하고, 균일한 격자주기를 갖는 회절격자를 형성할 수 있는 레이저 다이오드의 회절격자 형성방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 위에 적층된 다층 구조 반도체층의 예정된 일정 층에만 선택적으로 회절격자를 형성하는 방법에 있어서,
상기 기판 위에 식각 정지층, 회절격자층, 캡층을 차례로 적층 형성하는 과정과; 상기 캡층 위에 예정된 격자주기로 배열된 감광막 패턴을 형성하는 과정과;
상기 감광막 패턴을 마스크로 이용한 비선택 식각공정으로, 노출된 하부의 상기 캡층 전부와 상기 회절격자층의 상부 일부를 제거하는 과정과;
상기 감광막 패턴을 제거하는 과정과;
상기 캡층을 마스크로 이용한 선택 식각공정으로, 노출된 상기 회절격자층을 제거하여 예정된 격자주기를 갖는 회절격자를 형성하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 회절격자층의 아래 또는 위에 활성층을 형성하는 과정을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 회절격자층은 100 내지 1000Å 두께를 갖도록 형성되며, 상기 비선택 식각공정에 의해 상기 회절격자층의 상부로부터 10 내지 300Å 두께 정도 제거되도록 함을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 비선택 식각공정은 HBr계를 포함하는 혼합 용액에서 습식식각함으로써 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드의 회절격자 제조과정을 설명하기 위한 도면으로, DFB-레이저 다이오드 제조과정 중 일부를 나타낸 단면도이다. 도면에서 구성 물질층의 두께는 임의로 나타낸 것이며, 이들 물질층의 실제 두께나 비례적인 두께를 의미하지 않는다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 n-InP 기판(31) 위에 3 내지 10쌍의InGaAsP/InGaAs(P) 다층양자우물(MQW) 구조로 된 활성층(32), InGaAsP 식각 정지층(33), 100 내지 1000Å 두께를 갖는 n-InGaAsP 회절격자층(34), p-InP 캡층(35)을 차례로 성장시킨다. 참고로, 본 실시예에서는 활성층(32)이 회절격자층(34) 아래에 형성된 경우에 대해 설명할 것이나, 활성층은 회절격자층 위에 형성될 수도 있다.
도 3b에서 상기 p-InP 캡층(35) 위에 감광막(PR)을 도포한 다음 레이저 광의 간섭성을 이용한 홀로그래픽 리소그래피(holographic lithography)로 원하는 주기의 감광막 패턴(36)을 형성한다.
도 3c에서, 상기 감광막 패턴(36)을 마스크로 이용한 식각 공정을 통해 하부의 상기 캡층(35) 및 상기 회절격자층(34)의 상부 일부까지(예를 들면 100Å 정도) 동시에 식각한다. 상기 식각 공정은 비선택적 식각공정으로, 주로 HBr계 식각용액을 사용한다. 본 실시예에서는 일 예로 HBr : H2O2 : H2O가 혼합된 용액을 사용하였으나, 반도체 성장층의 구성에 따라 비선택적 식각용액을 적절히 선택할 수 있다. 상기 비선택적 식각공정에 의해 캡층과 회절격자층 사이의 계면에 존재하는 조성이 일정치 않은 미세한 불균일층을 제거할 수 있다.
도 3d에서, 상기 감광막 패턴(36)을 제거한다.
도 3e에서, 상기 식각정지층(33)까지 상기 회절격자층을 선택적으로 식각함으로써 원하는 격자주기를 갖는 회절격자(34')를 형성한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 회절격자 형성을 위한 식각시 회절격자층의 상부 일부까지 비선택적 식각에 의해 식각함으로써 캡층과 회절격자층 사이의 계면에 존재하는 조성이 일정치 않은 미세한 불균일층을 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 성장 계면의 문제로 인한 선택 식각의 불균일 또는 식각 공정의 어려움을 해소하고, 균일한 격자주기를 갖는 회절격자를 형성할 수 있다.
도 1은 종래의 DFB-레이저 다이오드 제조과정 중 일부를 나타낸 단면도,
도 2는 종래 기술에 따라 형성된 회절격자의 불균일을 나타낸 도면,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 DFB-레이저 다이오드 제조과정 중 일부를 나타낸 단면도.

Claims (5)

  1. 기판 위에 적층된 다층 구조 반도체층의 예정된 일정 층에만 선택적으로 회절격자를 형성하는 방법에 있어서,
    상기 기판 위에 식각 정지층, 회절격자층, 캡층을 차례로 적층 형성하는 과정과;
    상기 캡층 위에 예정된 격자주기로 배열된 감광막 패턴을 형성하는 과정과;
    상기 감광막 패턴을 마스크로 이용한 비선택 식각공정으로, 노출된 하부의 상기 캡층 전부와 상기 회절격자층의 상부 일부를 제거하는 과정과;
    상기 감광막 패턴을 제거하는 과정과;
    상기 캡층을 마스크로 이용한 선택 식각공정으로, 노출된 상기 회절격자층을 제거하여 예정된 격자주기를 갖는 회절격자를 형성하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회절격자층의 아래 또는 위에 활성층을 형성하는 과정을 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 회절격자층은
    100 내지 1000Å 두께를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비선택 식각공정에 의해
    상기 회절격자층의 상부로부터 10 내지 300Å 두께 정도 제거되도록 함을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비선택 식각공정은
    HBr계를 포함하는 혼합 용액에서 습식식각함으로써 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 회절격자 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101009408B1 (ko) * 2008-12-08 2011-01-19 한국광기술원 다중 영역 반도체 레이저 및 그의 제조방법

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