KR100839343B1

KR100839343B1 - 반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100839343B1
Application number: KR1020070006908A
Authority: KR
Inventors: 장성준; 이용탁
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-06-17
Also published as: US20080261157A1

Abstract

분포궤환 반도체 레이져 소자의 제조방법이 개시된다. 회절격자를 채널 내에만 형성하기 위해서, 광도파로 구조를 형성시에 이용된 식각마스크를 잔류시킨다. 또한 오믹콘택층의 측면 부위의 일부를 제거한다. 리프오프방식으로 회절격자의 위치 외에 잔류하는 금속층을 제거한다. 본 발명은 또한 분포궤환 레이저의 회절격자를 형성하는데 있어서 홀로그램 노광 방법 혹은 나노 임프린트 방법을 이용하며, 자기정렬 방식으로 회절격자가 형성된다. 본 발명에 따라 제조된 분포궤환 레이저는 대량생산에 적합한 기술과 구조를 사용할 수 있고, 또한 뛰어난 재현성을 보장하며, 나아가 생산 단가를 낮추어 기존 분포궤환 레이저의 단점을 보완할 수 있다.

분포궤환, 오믹콘택층, 자기정렬마스크, 홀로그램 노광

Description

반도체 레이저 소자 및 그 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}

도 1a 및 종래의 홀로그램 노광을 이용한 광 도파로형 분포궤환 레이저 소자의 제조 과정 중 일부를 나타낸 도면.

도 1b는 도 1a에 도시된 과정에 의해 형성된 광도파로가 있는 기판 상에 회절격자가 형성된 상태를 나타내는 전자현미경 사진.

도 2a는 종래의 홀로그램 노광을 이용한 광 도파로형 분포궤환 레이저 소자의 제조 과정 중 일부를 나타낸 도면.

도 2b는 도 2a에 도시된 과정에 의해 형성된, 광도파로가 있는 기판 상에 회절격자가 형성된 상태를 나타내는 전자현미경 사진.

도 3a 내지 도 3l는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저 소자의 제조의 공정도.

도 4도 본 발명의 반도체 레이저 소자의 제조방법에서 적용된 오믹콘택층의 언더컷의 유용성을 설명하기 위해 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 제작된 이중 채널 도파로 구조의 분포궤환 레이저의 전자현미경(SEM)사진.

본 발명은 반도체 레이저 소자에 관한 것으로서, 특히 광 도파로형(ridge waveguide) 분포궤환 레이저(DFB LD)의 제조방법에 관한 것이다.

분포궤환 레이저의 경우 단일 모드(single mode) 특성이 우수한 매립형(buried hetero structure) 구조를 일반적으로 사용해왔으나, 이는 재성장(regrowth)과정이 반드시 필요하기 때문에 생산 단가 측면이나 수율 측면에서 광 도파로형 구조에 비해 불리하다. 따라서 최근에는 낮은 단가로 구현이 가능한 광 도파로형 분포궤환 레이저에 관한 연구가 진행되고 있다. 또한 매립형의 경우 회절격자 형성 후 재성장 과정을 필요로 하기 때문에 주로 반도체 기판을 식각하여 회절격자를 형성하게 된다. 이러한 회절격자는 굴절율 결합(index coupling)을 하게 되는데, 이 또한 금속 회절격자에 의한 이득 결합(gain coupling)에 비해 단일 모드 수율면에서 불리하다는 것은 선행 연구 결과에 의해 이미 보고되었다.

일반적으로 광 도파로형 분포궤환 레이저의 경우, 광 도파로를 따라 가이딩(guiding)되는 빔과 광 도파로 바로 옆에 위치하는 회절격자와의 결합(coupling)을 통해 단일 모드로 동작을 하게 되므로, 회절격자가 광 도파로의 바로 옆 까지 정확하게 형성되는 것이 관건이다. 광 도파로가 기판 위에 돌출된 형태를 갖기 때문에 구조상 그 양쪽에 회절격자를 형성하기 위해서는 전자선(E-beam) 노광 방법을 주로 사용하게 된다. 그러나 전자선 노광 방법은 노광시간이 매우 길기 때문에 대량 생산 및 저가형 레이저 제조에는 적합하지 않다. 이를 대신하여 연구되고 있는 홀로그램 노광(Holographic Lithography) 방법의 경우, 짧은 노광 시간과 면적에 구애 받지 않는 점에서 대량 생산에 적합하나, 기판 위에 도파로와 같은 돌출 구조가 있을 경우 도파로 양 옆에 정확히 회절격자를 형성하는 것이 어렵다. 또한 기판 전체를 한 번에 노광하게 되므로 원하는 부분에만 회절격자를 형성하는 것 역시 어려움이 있다.

도 1a 및 종래의 홀로그램 노광을 이용한 광 도파로형 분포궤환 레이저 소자의 제조 과정 중 일부를 나타낸 도면이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 과정에 의해 형성된 광도파로가 있는 기판 상에 회절격자가 형성된 상태를 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 1a에 도시된 종래의 기술은 포토레지스트를 얇게 형성하는 방식에 관한 것이다. 도면을 참조하여, 반도체 기판(110)에 활성층(120)을 형성하고, 클래딩층(130)을 형성함으로써 광 도파로를 형성한다. 클래딩층(130) 위에는 오믹콘택층(미도시)이 형성된다. 종래의 방법은 이러한 구조물 위에 희석된 포토레지스트를 얇게 도포한 뒤 홀로그램 노광을 이용하여 회절격자를 형성하기 위한 자기정렬마스크(140)를 형성한다. 이와 같이 얇은 두께의 포토레지스트를 도포하고 홀로그램 노광을 통해 자기정렬마스크(140)를 형성하는 것은, 금속 회절격자를 추가 공정 없이 리프트 오프 공정만으로 형성하기 위함이다. 하지만 포토레지스트가 얇게 도포될 경우에는 도 1a 및 도 1b에서 확인 할 수 있듯이 평탄하지 않은 기판 구조 상에서 는 정확한 패턴의 형성이 어렵다. 다시 말해서, 도 1a에서 알 수 있는 바와 같이 회절격자가 형성될 부위에 포토레지스트를 완전하게 제거하기가 어렵고, 클래딩층(130)의 측면 부위에 포토레지스트가 잔류하는 등의 문제가 발생하게 된다.

도 2a는 종래의 홀로그램 노광을 이용한 광 도파로형 분포궤환 레이저 소자의 제조 과정 중 일부를 나타낸 도면이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 과정에 의해 형성된, 광도파로가 있는 기판 상에 회절격자가 형성된 상태를 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 2a는 또 다른 종래 기술로서 포토레지스트를 두껍게 도포하는 방식이다. 도면을 참조하여, 도 1a와 마찬가지로 반도체 기판(210) 상에 활성층(220)을 형성하고, 클래딩층(230)을 형성함으로써 광도파로를 형성한다. 클래딩층(230) 위에는 오믹콘택층(미도시)이 형성된다. 이 종래 기술은 이러한 구조물 위에 포토레지스트를 두껍게 도포한다. 이어, 요철 형상의 자기정렬마스크(240)를 형성하기 위해 회절격자를 형성하기 위해 홀로그램 노광 및 현상을 실시한다. 이 경우에 포토레지스트가 두껍게 형성되기 때문에 홀로그램 노광 및 현상에 의해서 요부 부위(도면에서 'B'가 완전하게 제거되지 않게 된다. 이 제거되지 않은 포토레지스트 부위(B)를 비등방성 식각으로 제거함으로써 회절격자가 형성되는 부위가 평탄하게 되는 것이다. 그러나 이러한 종래 기술은 도 2b에서도 알 수 있는 바와 같이, 광 도파로 위, 즉 클래딩층(230) 위에 형성되는 오믹콘택층 위에도 회절격자가 형성되기 때문에, 저항을 높이게 되는 등의 문제를 일으키며, 결과적으로 소자의 성능을 저하시킨다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 채널 내에만 회절격자가 형성되는, 분포궤환 반도체 레이저 소자의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 기판 상에 광도파로가 스택방식으로 형성되는, 분포궤환 반도체 레이저 소자의 제조방법으로서: (1) 적어도 활성층을 포함하는 하부 구조가 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계; (2) 상기 반도체 기판의 상기 하부 구조 상에 아래로부터 클래딩층, 오믹콘택층 및 마스크층의 순서로 된 돌출 적층 구조를 형성하는 단계; (3) 전면에 형성되어, 상기 클래딩층의 측방 위치인 회절격자가 형성되는 부위를 노출시키는, 포토레지스트의 자기정렬마스크층을 형성하는 단계; (4) 상기 자기정렬마스크층이 형성된 기판 전면에 회절격자를 형성하기 위한 금속층을 증착하는 단계; 및 (5) 상기 (3)단계의 자기정렬마스크층 및 상기 (2)단계의 마스크층을 제거함과 동시에 리프트오프로서 그 위에 형성된 회절격자를 형성하기 위한 금속층 부위를 제거함으로써 회절격자를 형성하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (2) 단계의 마스크층은 상기 클래딩층 및 상기 오믹콘택층의 패터닝에 이용된 식각마스크층을 잔류시킨다.

바람직하게는 상기 식각마스크층는 산화막일 수 있다.

또한 상기 (2) 단계는, 등방성 식각을 이용하여 상기 오믹콘택층의 측면 부위의 일부를 선택적으로 제거하는 공정을 더 포함한다.

바람직하게는 상기 등방성 식각에 의해 상기 회절격자가 형성될 부위가 노출된다.

바람직하게 상기 (3)단계의 포토레지스트의 자기정렬마스크층을 형성하는 단계는: 상기 적층구조 상에 비교적 포토레지스트를 비교적 평탄하도록 형성하는 공정; 상기 포토레지스트에 요철(凹凸) 형상을 형성하는 공정; 상기 포토레지스트의 철 부위 상에만 선택적으로 금속마스크층을 형성하는 공정; 및 상기 금속마스크층을 마스크로하여, 상기 회절격자가 형성되는 부위를 노출하도록 상기 포토레지스트의 요부 부위를 선택적으로 제거하는 공정을 포함한다.

또한 상기 포토레지스트에 요철 형상을 형성하는 것은 홀로그램 노광 방식을 이용할 수 있다.

이 경우에 상기 금속마스크층의 형성은, 상기 반도체 기판을 일측부가 상향되도록 경사지게 하여 금속마스크층의 일부를 증착하고 나서 상기 반도체 기판을 타측부가 상향되도록 경사지게 하여 금속마스크층의 일부를 증착하는 과정을 1회 이상 반복하여 수행할 수 있다.

또한 바람직하게 상기 포토레지스트의 요부 부위의 제거는 이온 식각으로 수행한다.

또한 상기 (3)단계의 포토레지스트의 자기정렬마스크층을 형성하는 단계는 나노임프린트 방식을 이용할 수 있다.

또한 상기 (1) 단계의 하부 구조는 최상면에 형성된 식각저지층을 포함한다.

또한 바람직하게 상기 (1) 단계의 하부 구조는, 상기 반도체 기판 상에 아래로부터 활성층, 스페이서층 및 식각정지층이 순차로 적층된 구조일 수 있다.

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 있음을 유의해야한다. 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 3l는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 레이저 소자의 제조의 공정도이다. 따라서 아래의 실시예는 레이저 다이오드 제조과정 중 불필요하다고 판단되는 상세한 설명은 생략하고, 발명의 요지가 되는 부분만을 설명한다. 도면에서 각 구성 물질층의 두께는 임의로 나타낸 것이며, 이들 구성 물질층의 실제 두께나 비례적인 두께를 의미하지 않는다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이 예를 들어 n-InP인 반도체 기판(310) 상에 활성층(320), 스페이서층(330), 식각정지층(340), 클래딩층의 형성을 위한 클래딩 재료층(350) 및 오믹콘택층의 형성을 위한 오믹콘택 재료층(360)을 차례로 형성한다.

여기에서 클래딩 재료층(350) 이하에 형성된 구조를 하부 구조라고 할 수 있 다. 이러한 하부 구조는 적어도 활성층(320)을 포함하는 적층된 구조이며, 활성층(320)은 하부도파로, 양자우물층 및 상부도파로를 포함하는 구성일 수 있다.

활성층(320)은 AlGaAs, InGaAsP, InGaAs, InAs 등으로 형성될 수 있다. 식각정지층(340)은 InGaAsP 등으로 형성될 수 있다. 클래딩 재료층(350)은 AlGaAs, InP, InAlAs, InGaAlP 등으로 형성될 수 있다. 오믹콘택 재료층(360)은 GaAs, InGaAs 등으로 형성될 수 있다. 스페이서층(330)은 클래딩 재료층(350)과 동일한 재료로 형성될 수 있다.

다시 도 3a를 참조하여, 이어 상기 오믹콘택 재료층(360)의 상면 전면에 광 도파로를 식각할 때 마스크로 사용할 산화막(370)을 소정 두께로 증착한다.

이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 증착된 실리콘산화막(370)을 이중 채널을 갖는 도파로 형태의 식각마스크(371)로 패터닝한다. 패터닝된 식각마스크(371)를 이용하여 건식 식각하여 오믹콘택층(361)과 클래딩층(351)을 형성한다. 여기에서 식각마스크(371)는 오믹콘택층 및 클래딩층의 식각을 위한 마스크로서 역할을 하게 된다. 따라서 도파로 형성용 마스크라고도 할 수 있다. 후술되지만 이러한 식각마스크(371)를 소정 공정까지 잔류시키는 것이 본 발명의 중요 부분 중의 하나이다. 오믹콘택층 형성용 마스크라고 할 수도 있다. 도시된 실시예에서는 광도파로 구조의 형성에 있어서 건식 식각과 습식 식각을 순차로 수행한다.

이어, 도 3c와 같이 습식 식각과 같은 등방성 식각을 이용하여 오믹콘택층(361)의 측면 부위 일부를 제거한다. 이 경우에 식각마스크(371)를 그대로 잔류시켜서 진행한다는 것이 중요하다. 잔류된 식각마스크(371)는 후술되는 바와 같이, 회절격자를 위한 금속층이 최종적으로 오믹콘택층 상에 형성되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 또한, 잔류된 식각마스크(371)는 등방성 식각 시에 언더컷된 오믹콘택층(361)을 형성하게 한다. 측면 부위가 일부 제거된 오믹콘택층(361)을 형성하는 것은, 차후 오믹콘택층(361) 상에 회절격자가 형성될 경우에, 그것을 식각마스크(371)를 제거하면서 동시에 제거할 수 있게 하고, 또한 도파로 옆면 부위에 형성될 수 있는 회절격자를 위한 금속층이 그 부분에서 단절될 수 있도록 한다. 또한, 이때 수행되는 등방성 식각은 식각정지층(340)을 노출시키도록 채널부위에 잔류하는 클래딩 재료층 부위를 제거하며, 그에 의해 클래딩층(351)이 형성된다. 클래딩층(351)의 형성은 이와 같이 일부를 잔류시킨 후 등방성 식각으로 제거하는 것이 균일한 제거를 위해 바람직하지만, 그러나 반드시 그에 제한되는 것은 아니고 도 3b의 단계에서 전부 제거하거나, 후속되는 다른 단계에서 제거될 수도 있다.

이상과 같이 바람직하게는 광도파로 구조를 건식식각과 습식식각을 모두 실시하여 도 3c에서와 같이 언더컷된 오믹콘택층(361)을 형성하는 것이다. 그러나, 오믹콘택층(361)의 언더컷을 수행하지 않고 건식식각만으로 광도파로 구조를 형성할 수도 있다. 이 경우에도 식각마스크(371)는 잔류된다. 따라서 이해를 돕기 위해, 도 3b와 도 3c에서 오믹콘택층(361)과 클래딩층(351)의 도면부호를 동일하게 하였다.

이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이 식각마스크(371)를 포함한 전면에 포토레지스트(380)를 평탄화되도록 두껍게 도포한다. 식각마스크(371)는 상기 언급한바와 같이 오믹콘택층(361) 상에 형성될 금속 회절격자 재료를 제거하기 위해 남겨둔다.

이어서, 홀로그램 노광방법을 이용하여 상기 평탄하게 도포된 포토레지스트(380)를 노광한 후 현상하거나, 혹은 나노임프린트 방법을 이용하여, 도 3e에 도시된 바와 같이 요철부(凹凸部)를 가지는 포토레지스트(381)를 형성한다.

이때, 도 3d의 평탄하게 도포된 포토레지스트(380)는 상기 형성된 광 도파로의 높이 이상으로 두껍게 도포되므로, 현상된 후의 포토레지스트(381)의 요(凹)부는 식각정지층(340)을 드러낼 정도로 완전히 제거되지 않는다.

또한 이 경우에 형상 반전 노광방법을 사용하면 이후 형성될 금속 회절격자의 듀티비를 조절할 수 있다. 형상 반전 노광시 일차 노광을 홀로그램 노광장치에 의해 수행하고, 열처리 후 이차 전면 노광을 하여 현상하는 방식으로 듀티비가 조절된 포토레지스트(381)의 요철부 패턴을 형성할 수 있다.

또한 이 경우에 나노 임프린트방법을 이용하면 서로 다른 주기를 갖는 다파장 분포궤환 레이저 어레이를 제작할 수도 있다.

이어서, 도 3f 및 도 3g에 도시된 바와 같이 포토레지스트(381)의 요(凹)부 부위를 식각하기 위한 금속마스크층(390)을 포토레지스트(381)의 철(凸)부 부위에만 증착이 되도록 선택적으로 증착한다. 여기서 도 3f 및 도 3g는 도 3의 다른 도면의 측면에서 바라본 도면이다. 바람직하게는 먼저 도 3f와 같이 기판의 일측부가 상향되도록 경사지게 하여 비스듬히 위치시킨 후 증착을 진행하여 마스크의 일부(391)를 형성한다. 이어서, 도 3g에 도시된 바와 같이 기판의 타측부가 상향되도록 경사지게 하여 마스크의 다른 일부(392)를 형성한다. 이와 같이하여 포토레지스트(381)의 철(凸)부 부위에만 선택적으로 금속마스크층(390)을 증착한다. 이 실시 예에서는 선택적으로 증착되는 금속마스크층(390)을 두 차례에 걸쳐서 다른 방향으로 기울여서 금속층을 증착하여 완성하였으나 응용범위에 따라 여러 가지 방법으로 변형될 수 있음은 물론이다. 따라서 기울이는 횟수나 반복 정도와 기울임 정도는 다양한 시도가 이루어질 수 있다.

이어서, 도 3h에 도시된 바와 같이 금속마스크층(390)을 이용하여 포토레지스트(381)의 요부 부위를 식각정지층(340)이 드러나도록 건식 식각하여 회절격자용 자기정렬마스크(382)를 형성한다. 이와 같이 포토레지스트를 두껍게 도포하여 평탄화시킨 후, 일부를 노광하여 제거하고 나머지는 금속마스크층(390)을 이용하여 식각함으로써, 도파로 등에 의해 표면이 균일하지 않은 기판 위에 미세한 회절격자를 제조하는데 있어서 재현성이 확보될 수 있다.

이어서, 도 3i에 도시된 바와 같이 상기 결과물 상에 회절격자로 형성될 금속 층(400) 예를 들어 Cr층을 증착한다. 이 금속층(400)은 채널부위 뿐만 아니라, 잔류된 식각마스크(371) 상면과 회절격자용 자기정렬마스크(382)의 상면 부위에 증착된다.

이어서, 도 3j 및 도 3k에 도시된 바와 같이 금속 회절격자(411)만을 남기고, 나머지 금속층(400) 부분 들을 제거한다. 즉, 도 3j와 같이 리프트오프 공정을 통해 포토레지스트인 회절격자용 자기정렬마스크(382)를 제거하면서 그 위 부분의 금속마스크층(390)을 제거한다. 이어, 도 3k에 도시된 바와 같이 상기 식각마스크(371)로 이용된 산화막을 제거함으로써 마찬가지로 리프트오프 방식으로 그 위에 형성되었던 금속층(400)의 부분을 제거한다. 이로써 금속 회절격자(411)는 이중 채 널 도파로 구조에서 채널에만 형성되게 된다. 이는 정확한 회절격자의 형성을 위해 두껍게 도포했던 포토레지스트에 의해 오믹콘택층(361) 위에 형성되어, p형 금속층(도 3l에서 430)과 오믹콘택층(361) 사이의 저항으로 작용할 수 있는 금속층 부분이 존재하지 않게 한다. 이는 원하는 부분에 얼라인 공정없이 회절격자를 형성하는 것이므로 자기정렬 회절격자 형성방법이라 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 반도체 레이저 소자의 제조방법에서 오믹콘택층의 언더컷의 유용성을 설명하기 위해 도시한 단면도이다. 좌측에 있는 도면에서 알 수 있는 바와 같이 오믹콘택층(361)의 언더컷 부위에서 회절격자용으로 형성된 금속층(310)은 실제 회절격자 부위(도면부호 411로 표시)와 오믹콘택층(361) 상에 형성된 부위(도면부호 400으로 표시)가 단절되어 있는 것을 알 수 있다.

이어서, 도 3l에 도시된 바와 같이 보호막(420)을 상기 결과물 상에 형성한 후 각각 상단과 하단 부에 p형 금속층(430) 및 n형 금속층(440)을 증착한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 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.

도 5는 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통해 제작된 이중 채널 도파로구조의 분포궤환 레이저의 전자현미경(SEM)사진이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 회절격자가 채널 부위에만 균일하게 형성되어 있음을 보여주고 있다.

나노임프린트 방법 역시 최근에 활발히 연구가 진행되는 분야로써, 대량 생산에 적합하고 패턴의 형태를 선택할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 분포궤환 레이저 제조의 경우처럼 미세한 패턴을 형성하는데 공정 효율 및 재현성이 확보되어 최근 활발히 연구되고 있다. 이러한 나노 임프린트 방법을 레이저 제작에 응용하면, 분포궤환 레이저의 주기적인 회절격자 뿐만 아니라 다파장 분포궤환 레이저 어레이를 위한 서로 다른 주기를 갖는 회절격자까지 제작할 수 있다.

본 발명을 통해 홀로그램 노광이라는 대량 생산 및 생산 단가 저하에 획기적인 기술을 광도파로형 분포궤환 레이저 제조에 적용할 수 있었고, 또한 원하는 부분에만 회절격자를 형성하도록 하는 자기정렬 기술로써 홀로그램 노광의 단점을 보완할 수 있었다. 이는 생산 단가가 상대적으로 낮은 광 도파로형 분포궤환 레이저 다이오드 제조 시, 더욱 획기적으로 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 나아가 재현성을 확보한 점에서 저가형 분포궤환 레이저의 가능성을 제시한다. 또한 나노임프린트 방법을 사용하여 미세 패턴 형성에 관한 재현성을 확보할 수 있고, 원하는 주기를 갖는 분포궤환레이저를 제작할 수 있어, 저가격의 다파장 분포궤환 레이저를 제조할 수 있다.

Claims

반도체 기판 상에 광도파로가 스택방식으로 형성되는, 분포궤환 반도체 레이저 소자의 제조방법에 있어서:

(1) 적어도 활성층을 포함하는 하부 구조가 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;

(2) 상기 반도체 기판의 상기 하부 구조 상에 아래로부터 클래딩층, 오믹콘택층 및 마스크층의 순서로 된 돌출 적층 구조를 형성하는 단계;

(3) 전면에 형성되어, 상기 클래딩층의 측방 위치인 회절격자가 형성되는 부위를 노출시키는, 포토레지스트의 자기정렬마스크층을 형성하는 단계;

(4) 상기 자기정렬마스크층이 형성된 기판 전면에 회절격자를 형성하기 위한 금속층을 증착하는 단계; 및

(5) 상기 (3)단계의 자기정렬마스크층 및 상기 (2)단계의 마스크층을 제거함과 동시에 리프트오프로서 그 위에 형성된 금속층을 선택적으로 제거함으로써 회절격자를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (2) 단계의 마스크층은 상기 클래딩층 및 상기 오믹콘택층의 패터닝에 이용된 식각마스크를 잔류시킨 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 식각마스크는 산화막인 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (2) 단계는,

등방성 식각을 이용하여 상기 오믹콘택층의 측면 부위의 일부를 선택적으로 제거하는 공정을 더 포함하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 4에 있어서,

상기 등방성 식각에 의해 상기 회절격자가 형성될 부위가 노출되는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (3)단계의 포토레지스트의 자기정렬마스크층을 형성하는 단계는:

상기 적층구조 상에 포토레지스트를 평탄하도록 형성하는 공정;

상기 포토레지스트에 요철(凹凸) 형상을 형성하는 공정;

상기 포토레지스트의 철 부위 상에만 선택적으로 금속마스크층을 형성하는 공정; 및

상기 금속마스크층을 마스크로하여, 상기 회절격자가 형성되는 부위를 노출하도록 상기 포토레지스트의 요부 부위를 선택적으로 제거하는 공정을 포함하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,

상기 포토레지스트에 요철 형상을 형성하는 것은 홀로그램 노광 방식을 이용하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 7에 있어서,

상기 금속마스크층의 형성은, 상기 반도체 기판을 일측부가 상향되도록 경사지게 하여 금속마스크층의 일부를 증착하고 나서 상기 반도체 기판을 타측부가 상향되도록 경사지게 하여 금속마스크층의 일부를 증착하는 과정을 1회 이상 반복하여 수행하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,

상기 포토레지스트의 요부 부위의 제거는 이온 식각으로 수행하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,

상기 (3)단계의 포토레지스트의 자기정렬마스크층을 형성하는 단계는 나노임프린트 방식을 이용하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (1) 단계의 하부 구조는 최상면에 형성된 식각정지층을 포함하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (1) 단계의 하부 구조는, 상기 반도체 기판 상에 아래로부터 활성층, 스페이서층 및 식각정지층이 순차로 적층된 조인 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
분포궤환 반도체 레이저 소자 제조방법에 있어서:

반도체 기판 상에 활성층, 스페이서층, 식각정지층, 클래딩 재료층 및 오믹콘택 재료층을 순차적으로 형성하는 단계;

상기 오믹콘택 재료층 상에 산화막으로된 식각마스크를 형성하는 단계;

상기 오믹콘택 재료층 및 상기 클래딩 재료층을 식각하여, 오믹콘택층 및 클래딩층을 형성하여 양쪽 측방에 채널을 가지는 광도파로 구조를 형성하는 단계;

상기 식각마스크를 잔류시킨 상태에서 포토레지스트를 도포하는 단계;

홀로그램 노광 및 현상을 이용하여, 포토레지스트에 회절격자 형성을 위한 요철 형상들을 형성하는 단계;

상기 포토레지스트의 철부들 상에 금속마스크층을 선택적으로 형성하는 단계;

상기 금속 마스크를 이용하여, 상기 식각정지층의 소정 영역이 노출되도록 상기 포토레지스트의 요부 부위들을 선택적으로 제거하는 단계;

상기 요부들이 제거된 포토레지스트를 포함하는 전면에 회절격자로 사용될 금속층을 증착하는 단계;

리프트-오프 공정으로, 잔여 포토레지스트 및 그 위의 금속마스크층을 제거하는 단계; 및

상기 식각마스크를 제거하면서 그 위에 형성된 금속층을 선택적으로 제거함으로써 상기 광도파로 구조의 양 측방에 회절격자를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 13에 있어서,

상기 광도파로 구조를 형성하는 단계는, 일차로 상기 식각마스크를 이용하여 건식식각을 행하고, 이차로 습식식각을 행하여 상기 오믹콘택층의 측면 부위의 일부를 제거하는 것을 포함하는 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 14에 있어서,

상기 건식식각에 의한 클래딩 재료층의 식각은, 상기 식각정지층이 노출되지 않을 정도까지 수행되고, 상기 습식식각은 상기 식각정지층이 노출되도록 수행되는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.
청구항 13에 있어서,

상기 포토레지스트의 철부들 상에 금속마스크층을 선택적으로 형성하는 단계는,

상기 반도체 기판을 일측부가 상향되도록 경사지게 하여 금속마스크층의 일부를 증착하고 나서 상기 반도체 기판을 타측부가 상향되도록 경사지게 하여 금속마스크층의 일부를 증착하는 과정을 1회 이상 반복하여 수행하는 것인 반도체 레이저 소자 제조방법.