KR100794380B1 - 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저다이오드의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서 기판상에 알루미늄을 포함하는 활성층과 클래드층을 메사형으로 형성하기 위한 식각 단계 이후에, 메사 측면으로 드러나는 활성층의 알루미늄 산화를 방지하는 폴리머 보호막을 메사 측면에 형성하는 공정을 추가하고, 메사 측면의 재성장 공정 전에 상기 폴리머 보호막을 진공장비 내에서 고온으로 열분해하여 제거하는 공정을 추가하는 제조방법을 포함한다.
매몰이종접합구조, 레이저 다이오드, 활성층, 메사형, 폴리머 보호막

Description

메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법{Manufacturing Method Of The Buried Heterostructure Type Laser Diode Having Activation Layer Protected By Mesa Sidewall Passivation}
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판상에 알루미늄을 포함하는 활성층과 클래드층을 메사형으로 형성한 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 횡단면도.
도2는 도1의 메사 구조의 측면에 폴리머 보호막을 형성한 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 횡단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 실리콘산화막 마스크(SiO2 mask)
2 : 활성층(Active layer)
3 : 클래드층(Clad layer)
4 : 기판(Substrate)
5 : 폴리머 보호막(Polymer passivation)
본 발명은 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서 기판상에 활성층과 클래드층을 메사형으로 형성하기 위하여 식각 단계를 행한 이후의 단계로서, 메사 측면으로 드러나는 활성층의 산화를 방지하기 위하여 폴리머 보호막을 메사 측면에 형성하였다가 메사 측면의 재성장 단계 전에 상기 폴리머 보호막을 열분해하여 제거하는 단계를 추가하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.
광통신용 광원으로 널리 사용되어 온 레이저 다이오드는 매몰형 이종접합구조(Buried Hetero Structure)의 레이저 다이오드인데, 기판에 알루미늄을 포함한 활성층과 클래드층을 1차 에피성장 시킨 후에 식각공정으로 메사구조를 형성하면 이 때 활성층의 알루미늄이 자연산화되고 이로 인해 레이저 다이오드의 특성 및 신뢰성에 영향을 미치게 되는 문제가 있다.
현재 이러한 문제점과 관련하여, 메사의 활성층 산화방지를 위해 사용하는 방법으로는 p형 인듐인(InP) 커버 구조를 형성하는 방법이 공지되어 있다. 이 방법은 메사 구조를 형성하기 위해 실리콘 산화막(SiO2)으로 마스크를 형성한 다음, 선택영역 성장방법으로 메사구조를 성장시키게 되는데, 실리콘 산화막 마스크 형성과 선택영역 성장의 공정이 추가로 소요되므로 공정이 복잡하게 되고 레이저 다이오드 의 수율이 저하될 가능성이 증가하게 된다. 또한 메사의 형태가 산화막 마스크에 의해서 결정되므로 메사 형태를 제어하는데 제약을 받게되는 난점이 있다.
본 발명의 목적은 기존의 매몰이종접합구조 레이저 다이오드 제조 단계에서 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고 활성층의 산화 방지를 해결하기 위하여 활성층이 외부에 노출된 메사 구조의 측면에 보호막을 형성하는 단계 및 2차 에피성장 전에 그 보호막을 제거하는 단계를 추가하여 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드를 제조하는 방법과 활성층의 산화로 인한 손실을 최소화하여 신뢰성이 우수한 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법은, 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서, 메사 구조를 형성한 후 형성된 메사 측면을 식각 방법으로 깍아내는 단계와, 상기 메사 측면으로 드러난 활성층의 산화를 방지하는 보호막을 상기 메사 측면에 형성하는 단계와, 상기 메사 측면의 재성장 단계에 앞서 상기 보호막을 진공장비 내에서 열분해로 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 메사 측면의 식각 방법은 건식 식각 방법인 것을 포함한다.
본 발명에서, 상기 활성층의 산화를 방지하는 보호막은 폴리머 보호막이 바람직하되, 상기 폴리머 보호막은 불화물 계열의 가스의 라디칼 폴리머인 것을 포함 한다.
본 발명에서, 상기 폴리머 보호막은 바람직하게는 CF4, C2F6, C4F8로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 이상을 사용하여 형성하는 것을 포함한다.
즉, 본 발명에서 식각 단계 이후에 메사 측면을 보호하기 위한 상기 폴리머 보호막은 바람직하게는 불화물 계열의 가스를 사용하므로 CFx형 폴리머 보호막을 형성한다. 불화물 계열은 가스는 주로 CF4, C2F6, C4F8을 사용하지만 반드시 이에 한정하지 아니한다.
본 발명에서, 상기 메사 측면을 건식식각 방법으로 깍아내는 단계에서 그 식각두께는 바람직하게는 30 ~ 50Å 인 것을 포함한다.
본 발명에서, 상기 진공장비 내의 열분해를 위한 바람직한 온도는 500-700℃ 인 것을 포함하되, 반드시 이에 한정하지는 아니한다.
본 발명에서, 상기 폴리머 보호막을 진공장비 내에서 열분해로 제거하는 단계는 상기 제거 효과를 증대시키기 위하여 바람직하게는 상기 진공장비 내에 수소를 가하는 것을 더 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법은, 상기 메사 구조를 형성하는 이전 단계에, 알루미늄이 포함된 활성층(2)과 클래드층(3)을 에피성장하는 단계와 메사 형태에 맞는 실리콘 산화막 마스크(1)를 형성하는 단계를 추가로 더 포함한다. 상기 발명에서, 상기 알루미늄을 포함하는 활성층과 클래드층은 InGaAlAs/InP계, InGaAlAs/GaAs계, GaAlAs/InP계, 및 GaAlAs/GaAs계가 속한 Ⅲ-Ⅴ족 화합물반도체 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드는, 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서, 메사 구조를 형성한 후 형성된 상기 메사 측면을 식각 방법으로 깍아내는 단계와, 상기 메사 측면으로 드러난 활성층의 산화를 방지하는 보호막을 상기 메사 측면에 형성하는 단계, 및 상기 메사 측면의 재성장 단계에 앞서 상기 보호막을 진공장비 내에서 열분해로 제거하는 공정에 의해 형성된다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메사 측면이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법 중에서 기판상에 알루미늄을 포함하는 활성층과 클래드층을 메사형으로 형성한 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 횡단면도이다.
상기 일 실시예에서, 먼저 기판(4)에 InGaAlAs 또는 GaAlAs 등 알루미늄이 포함된 활성층(2)과 인듐인(InP) 또는 갈륨비소(GaAs)로 이루어진 클래드층(3)을 기존의 방법대로 에피성장시킨다.
다음으로 상기 에피층 위에 메사 형태에 맞는 실리콘 산화막 마스크(SiO2 mask)(1)를 형성한 다음 연속적으로 건식식각 또는 습식식각의 방법으로 메사를 형성한다.
상기 식각단계의 말미에 활성층(2)의 산화를 방지하기 위해 메사 측면을 건식식각 방법으로 수십 Å을 깍아낸 다음 불화물 계열의 가스를 사용하여 폴리머 보호막(5)을 형성한다.
특히 알루미늄이 포함된 활성층은 알루미늄이 쉽게 산화되기 때문에 산화안정성이 낮으므로 레이저 다이오드의 신뢰도를 위하여 활성층의 산화를 방지해야 할 필요가 있다.
상기 실시예에서, 산화방지를 위한 단계 중 메사 측면의 식각두께는 30 ~ 50Å 이 바람직하다.
상기 불화물 계열의 가스는 폴리머를 생성할 수 있는 라디칼을 형성한다.
불화물 계열의 가스는 바람직하게는 CF4, C2F6, C4F8 중 어느 하나를 선택하여 사용한다.
즉, 상기 불화물 계열의 가스가 CFx형 라디칼(radical)을 형성하면 이들이 결합하여 폴리머를 이루게 되고, 메사 측면에 덮인 상기 폴리머 보호막은 활성층 내부로 산소가 유입되는 것을 방지하기 때문에 활성층의 산화를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 메사 구조의 측면에 폴리머 보호막(5)을 형성한 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 횡단면이다.
상기 일 실시예에서, 상기 폴리머 보호막(5)은 메사의 측면 부분에서 재에피성장을 하기 전까지 메사 측면의 활성층의 알루미늄 성분이 외부 공기에 노출되어 자연산화되는 것을 막아주는 역할을 하게 된다.
상기 폴리머 보호막(5)은 기존의 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드 제작 단계 중에서 재성장 단계를 하기 전 단계에서 제거되어야 한다. 이는 유기금속화학기상증착(MOCVD) 등의 진공장치 내에서 500-700℃ 정도의 높은 열을 가하여 열분해되어 제거할 수 있다. 상기 열분해를 통한 폴리머 보호막 제거 과정 시 반응 챔버 내부로 수소 기체를 가하면 보호막 제거 효과가 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
수소기체는 CFx형의 라디칼이 중합된 폴리머 보호막에 작용하여
C + 2H2 --> CH4 및 F2 + H2 --> 2HF 의 반응을 통해서 CFx형 라디칼 폴리머의 분해를 촉진시켜서 빠른 시간에 보호막을 제거되도록 한다.
상기의 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 의해 제조된 레이저 다이오드는 알루미늄이 포함된 활성층이 포함되었어도 알루미늄의 자연산화가 방지되도록 처리된 것이어서 산화안정성이 높고 레이저 다이오드의 특성 및 신뢰성이 향상된 것을 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, InGaAlAs계 또는 GaAlAs계 활성층을 포함하는 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서 레이저 다이오드 제조과정에서 발생되는 메사 측면을 통한 알루미늄의 산화를 방지할 수 있으므로 레이저 다이오드의 특성이나 신뢰성이 우수한 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 식각 단계 말미에 간단한 단계를 추가하는 것이어서 기존의 메사 활성층의 산화방지를 위해 사용되는 p형 인듐인 커버구조 형성방법에 비하여 레이저 다이오드 제조 공정이 간편하며, 따라서 레이저 다이오드의 수율이 높아지는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서,
    알루미늄이 포함된 활성층(2)과 클래드층(3)을 에피성장하는 단계;
    메사 형태에 맞는 실리콘 산화막 마스크(1)를 형성하는 단계;
    메사 구조를 형성한 후 형성된 상기 메사 측면을 식각 방법으로 깍아내는 단계;
    상기 메사 측면으로 드러난 활성층의 산화를 방지하는 보호막을 상기 메사 측면에 형성하는 단계; 및
    상기 메사 측면의 재성장 단계에 앞서 상기 보호막을 진공장비 내에서 열분해로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메사 측면의 식각 방법은 건식 식각 방법인 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 활성층의 산화방지 보호막은 폴리머 보호막인 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 폴리머 보호막은 불화물 계열의 가스의 라디칼 폴리 머인 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 폴리머 보호막은 CF4, C2F6, C4F8로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 그 이상을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 메사 측면을 식각 방법으로 깍아내는 단계에서 그 식각두께는 30 ~ 50Å 인 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 진공장비 내의 열분해를 위한 온도는 500-700℃ 인 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 보호막을 진공장비 내에서 열분해로 제거하는 단계에서 상기 진공장비 내에 수소를 가하는 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄을 포함하는 활성층과 클래드층은 InGaAlAs/InP계, InGaAlAs/GaAs계, GaAlAs/InP계, 및 GaAlAs/GaAs계가 속한 Ⅲ-Ⅴ족 화합물반도체 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 메사 측면 활성층이 보호처리된 매몰이종접합구조형 레이저 다이오드의 제조방법.
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