KR100912622B1 - 반도체 광소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 광소자의 제조 방법에 열람해 동작시의 소자 저항값이 설계값과 일치하는 반도체 광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 불순물 도프된, 제1도전형인 BDR(Band Discontinuity Reduction)층 형성을 위한 BDR층 형성 공정과, BDR층에 접하여, BDR층 성장 후에 퇴적된, 전극형성을 위한, 상기 불순물과 동일한 불순물이 도프된 제1도전형인 콘택층 형성을 위한 콘택층 형성 공정과, 콘택층 형성 공정 후에 열처리를 행하기 위한, 열처리 공정을 구비한다.
열처리 공정, 불순물, 콘택층, 반도체 광소자

Description

반도체 광소자의 제조 방법{Method For Manufacturing Semiconductor Optical Device}
본 발명은, 반도체 광소자의 제조 방법에 관하며, 동작시의 소자 저항값이 설계값과 일치한 반도체 광소자를 제조하기 위한 것이다.
반도체 레이저는 광디스크 드라이브, 스캐너나 복사기 등에 폭 넓게 이용되고 있다. 이러한 반도체 레이저로서 일본국 공개특허공보 특개평 11-307810호 공보에 기재된 반도체 레이저가 제안되고 있다. 이 반도체 레이저의 특징은 이하의 2가지가 있다. 첫번째는, 콘택층과 클래드층 사이에 양자의 중간적인 밴드 갭을 가지는 중간 밴드 갭 층(이하 BDR(Band Discontinuity Reduction)층이라고 칭한다)을 도입하여 밴드 불연속 완화에 의한 소자저항 저감을 도모하는 것이다. 2번째는 콘택층에 C를 도프하여 콘택층과 전극 사이의 접촉저항을 저감하는 것이다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개2005-85848호
[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개평10-308551호
[특허문헌 3] 일본국 공개특허공보 특개2001-144322호
[특허문헌 4] 일본국 공개특허공보 특개평11-307810호
상기 종래의 반도체 레이저에 있어서는, BDR층으로 도프한 불순물이 콘택층으로 열확산하는 경우가 있다. 이 열확산은 콘택층의 성장시 및 성장후의 열처리가 원인으로 발생한다. 열확산에 의한 BDR층의 불순물 밀도의 저하에 의해, 반도체 광소자 동작시의 소자 저항값이 상승한다. 결과적으로 동작시의 소자저항이 설계값과 일치하지 않는다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위한 것으로, BDR층에서 콘택층으로의 불순물의 확산을 억제함으로써, 동작시의 소자 저항값이 설계값과 일치하는 반도체 광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
불순물 도프된, 제1도전형인 BDR(Band Discontinuity Reduction)층 형성을 위한 BDR층 형성 공정과, 상기 BDR층에 접하여, 상기 BDR층 성장 후에 퇴적되는, 전극형성을 위한 상기 불순물과 동일한 불순물이 도프된, 제1도전형인 콘택층 형성을 위한 콘택층 형성 공정과, 상기 콘택층 형성 공정 후에 열처리를 행하기 위한 열처리 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 동작시의 소자저항을 설계값과 일치시키는 것이 가능하다,
실시예 1
도 1은 본 실시예에 있어서의 반도체 레이저의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 각 층에 부여된 번호는 도 2에 나타내는 도표의 좌단의 번호와 일치하고 있다. 도 2에는 각 층의 명칭, 재료, 도팬트, 캐리어 농도, 두께의 정보가 기재되어 있다. 이하, 각 층에 대해 설명한다.
우선, GaAs기판(1)위에, n형 도팬트로서 Si가 도프된 Si-GaAs로 이루어지는 버퍼층(2)이 형성된다. 이어서, 마찬가지로 Si가 도프된 Si-InGaP로 이루어지는 클래드층 3이 형성된다. 계속해서, 마찬가지로 Si가 도프된 Si-AlGaAs로 이루어지는 클래드층 4가 형성되어 있다. 여기에서 버퍼층은 기판 위의 소자의 결정성을 높이기 위해 형성된다. 클래드층은 주로, 가이드층과 양자 우물층의 캐리어 밀도를 높이는 것과, 활성층의 빛의 감금하기 위한 기능을 한다. 또한 도팬트로서 사용한 Si는 Te, Se등이라도 본 발명의 효과는 바뀌지 않는다. 이어서, 도팬트를 도프 하지 않는 AlGaAs로 이루어지는 가이드층 5가 형성된다. 이어서, 마찬가지로 도팬트를 도프 하지 않는 AlGaAs로 이루어지는 우물층(6)이 형성된다. 계속해서, 마찬가지로 도팬트를 도프 하지 않는 AlGaAs로 이루어지는 가이드층 7이 적층된다. 여기에서 우물층은 캐리어 재결합에 의해 빛이 방출되는 층이다. 또 가이드층은 주로 전술의 빛을 활성층에 가두기 위한 층이다.
계속해서, p형 도팬트로서 Zn이 도프된 p형의 도전형인 Zn-AlGaAs로 이루어지는 클래드층 8이 형성된다. 계속해서 마찬가지로 Zn이 도프된 Zn-InGap로 이루어지는 클래드층 9가 형성된다. 그 후에 마찬가지로 Zn이 도프된 Zn-AlGaInP로 이루어지는 클래드층 10이 형성된다. 이어서, 마찬가지로 Zn이 도프된 Zn-InGaP로 이루 어지는 BDR층(11)이 적층 된다. 그 후에 C와 Zn이 동시에 도프된 p형의 도전형인 C-Zn-GaAs로 이루어지는 콘택층(12)이 형성된다. 콘택층(12)에 도프된 C는, 양호한 오믹 전극을 콘택층 위에 형성하는 것에 기여한다. 또 콘택층(12)에 도프된 Zn은 주로, BDR층(11)으로부터의 Zn의 확산을 방지하는 역할을 한다.
도 3은 실제의 제조 공정에 있어서 본 실시예의 반도체 레이저를 제조하는 플로우의 일부를 설명하기 위한 도면이다. MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)법을 사용하여 버퍼층(2)으로부터 각 층이 순차 퇴적된다. 각 층을 형성하기 위한 원재료로서, 트리메틸 인듐(TMI), 트리메틸 갈륨(TMG), 트리메틸 알루미늄(TMA), 포스핀(PH3), 아르신(AsH3), 실란(SiH4), 디메틸 아연(DMZn), 디에틸 아연(DEZn)등이 이용된다. 이들의 재료를 수소 가스와 혼합 후, 매스 플로우 콘트롤러(MFC)등으로 유량을 제어하여 성장시킴으로써 버퍼층(33)부터 p-BDR층(11)까지의 각층을 얻을 수 있다(스텝 100). 스텝 100에서 나타내는 각 층의 결정성장 시에 는 소자에 열이 가해진다. 이어서 p-콘택층(12)이 성막된다(스텝 102). 스텝 102에 있어서는 소자에 열이 가해진다. 콘택층(12)도, 기본적으로는 상기의 방법으로 형성되지만, 도팬트로서 C와 Zn이 동시에 도핑 된다. Zn의 p-콘택층(12)으로의 도프는, 디메틸 아연(DMZn)이나 디에틸 아연(DEZn)을 공급함으로써 행해진다. 한편 C의 도프는, 성장 온도를 540℃정도로 하고, V/III(TMG에 대한 AsH3의 유량비)을 1정도로 함으로써 행해진다. 이것은, TMG에 원래 포함되는 메틸기로부터 유리(遊離)한 C가 GaAs층으로 도입되는 것을 이용하는 방법이다. 이러한 C의 도프의 방법은 공지 기술이며, 특별한 재료의 도입을 필요로 하지 않는 점에 장점이 있다. (이후, 이 도프의 방법을 인트린식(Intrinsic)도팬트 도입법이라고 칭한다. 그것에 대해서 본 실시예의 Zn도프와 같이 도팬트 재료를 적극적으로 첨가하는 도프의 방법은, Intentionally 도팬트 도입법이라고 칭한다.)
이어서, 스텝 104에서는 열처리가 행해진다. 스텝 104의 열처리의 열은, p-콘택층의 성장후, MOCVD장치로부터 GaAs기판을 추출한 후의 디바이스 제작중, 소자에 가해지는 열이다.
본 실시예의 구성은 전술한 바와 같다. 본 발명의 특징은 p-콘택층에 C 이외에 Zn이 도프 되어 있는 점에 있다. 그 의의를 설명하기 위해, p-콘택층에 Zn이 도프되지 않는, 도 4의 구성을 가지는 반도체 레이저(이후, 비교예라고 칭한다)에 대하여 설명한다. 비교예의 구성이, 도 2에 나타내는 본 발명에 따른 구성과 서로 다른 점은 p-콘택층에 C 이외에 Zn을 가지지 않는 점뿐이다. 따라서, 비교예는 p-콘택층 형성 공정에 있어서의 가스 유량비를 제외하고 도 3을 사용하여 설명한 제조 공정과 동일한 공정에 의해 제조된다. 즉, 비교예에 있어서도 도 3의 스텝 102에서 소자에 가해지는 열 및 스텝 104의 열처리에 의해 소자에 가해지는 열(이후 전술한 2종류의 열을, 공정 기인 열이라고 칭한다.)이 존재하게 된다. 비교예에 있어서는, 이 공정 기인 열에 의해 p-BDR층의 도팬트인 Zn이, p-콘택층으로 확산되는 경우가 있다. 이에 따라, p-BDR층 안의 도팬트 밀도가 저하하고, 소자저항이 설계로부터 예상되는 값(이후, 설계값이라고 칭한다)과 비교하여 증대한다는 문제가 있었다.
도 2에 나타내는 본 실시예의 반도체 레이저는, p-BDR층에 도프된 도팬트의 공정 기인 열에 기인하는 확산을 방지할 수 있다. 이 확산 방지는 p-콘택층에 C와 함께 도프되는 도팬트(이후, 확산 억제 도팬트라고 칭한다)인 Zn에 의한 효과이다. 즉, 공정 기인 열에 기인하는 p-BDR층에 도프된 Zn의 p-콘택층으로의 확산은, 확산 억제 도팬트인 Zn에 의해 억제된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 확산 억제 도팬트는, p-BDR층에 도프되는 도팬트와 동일할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서 확산 억제 도팬트로서 Zn이 도프되어 있다.
도 2에 나타내는 본 실시예의 구성에 의하면, 확산 억제 도팬트의 효과에 의해 p-BDR층의 도팬트의 확산을 억제할 수 있다. 이에 따라 p-BDR층의 도팬트 밀도저하에 의한 소자저항증대를 방지할 수 있다. 즉, 소자저항을 설계값에 일치시킬 수 있다.
또한, p-콘택층의 캐리어 농도는 C만의 유도로 20.0-40.0(E18/cm3)이 바람직하다. 더 바람직하게는, 확산 억제 도팬트의 양은 p-BDR층의 도핑량과 같은 양이 좋다. 그러나 확산 억제 도팬트가 콘택층 안에 존재하고 있으면, 확산 억제 도팬트의 양이나 확산 억제 도팬트의 분포에 의하지 않고 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, p-클래드층 8, p-클래드층 9, p-클래드층 10, p-BDR층(11)의 도팬트, p-콘택층(12)의 확산 억제 도팬트는 Zn으로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 전술한 Zn이 아닌, 도 5, 도6에 나타나 있는 바와 같이 p형 도팬트로서 Mg이나 Be를 이용해도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, Mg과 Be는 각각 시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg), 시클로펜타디에닐베릴륨(Cp2Be)에 의해 도프된다. 여기에서, Mg 또는 Be의 경우도, 캐리어 농도는 C만의 유도로 20.0-40.0(E18/cm3)이 바람직하다. 더 바람직하게는, 확산 억제 도팬트의 양은 p-8DR층의 도핑량과 같은 양이 좋다. 확산 억제 도팬트가 콘택층 안에 존재하고 있으면, 확산 억제 도팬트의 양이나 확산 억제 도팬트의 분포에 의하지 않고 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 우물층을 1층 구비하는 단일 양자우물구조로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 복수의 우물층으로 이루어지는 다중 양자우물구조라도, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예의 가이드층 5, 7과 우물층(6)은 AlGaAs로 했지만 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 가이드층/우물층/가이드층으로 이루어지는 양자우물구조의 레이저의 발진 파장이 775nm-785nm대이면 어떤 재료의 조합이라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 클래드층(3)의 재료는, InGaP로 했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 클래드층(3)의 재료는 AlGaInP라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 콘택층(13)으로의 C의 도프 방법으로서 전술한 Intrinsic도팬트 도입법을 사용했지만 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 콘택층 13에 4염화탄소(CC14), 4염화취소(CBr4)등을 공급하여 C를 도프(Intentionally 도팬트 도입법)해도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 전형적인 릿지 도물결형 레이저이며, p-BDR층 50과 p-콘택층 52를 구비한다. 본 발명은 이러한 반도체 레이저에 사용해도 그 효과를 얻을 수 있다. 또 한 도 8은 전형적인 전류협착구조를 가지는 매립형 레이저이며, p-BDR층 54와 p-콘택층 56을 구비한다. 본 발명은 이러한 반도체 레이저에 사용해도 그 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 반도체 레이저의 예를 도시했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, LED(Light-Emitting Diode)등의 반도체 광소자라도, 확산 억제 도팬트가 BDR층에 도프된 도팬트의 확산을 억제하는 효과는 동일하므로, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 반도체 레이저로서 도 2에 나타내는 바와 같이 발진 파장이 775-785nm정도의 것을 기재했지만, 본 실시예는 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 9, 도 10, 도 11에 나타내는 바와 같은 발진 파장이 1250-1580nm정도의 반도체 레이저라도, 확산 억제 도팬트의 효과는 변하지 않으므로, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 9, 도 10, 도 11의 반도체 레이저에 있어서 재료계로서 InGaAsP를 들고 있지만, AlGaInAs라도 된다. 또한 n형 도팬트는 S이외의 것이라도 본 발명의 효과에 변함은 없다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 관한 외관을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 대해, 775-785nm정도의 파장으로 발진하는, p형 도팬트로서 Zn을 사용한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자의 제조 방법의 일부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1과의 비교예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 대해서, 775-785nm정도의 파장으로 발진하는, p형 도팬트로서 Mg을 사용한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 대해, 775-785nm정도의 파장으로 발진하는, p형 도팬트로서 Be를 사용한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 릿지 도파형 레이저의 외관을 나타내는 도면이다.
도 8은 전류협착구조를 가지는 매립형 레이저의 외관을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 대해서, 1250-1580nm정도의 파장으로 발진하는, p형 도팬트로서 Be를 사용한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 대해, 1250-1580nm정도의 파장으로 발진하는, p형 도팬트로서 Zn을 사용한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1의 반도체 광소자에 대해, 1250-1580nm정도의 파장으로 발진하는, p형 도팬트로서 Mg을 사용한 것을 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
11 : p-BDR층 12 : p-콘택층

Claims (5)

  1. 제1 불순물이 도프된, 제1도전형인 BDR(Band Discontinuity Reduction)층 형성을 위한 BDR층 형성 공정과,
    상기 BDR층에 접하여, 상기 BDR층 성장 후에 퇴적된, 전극형성을 위한 상기 제1 불순물과 제2 불순물이 도프된, 제1도전형인 콘택층 형성을 위한 콘택층 형성 공정과,
    상기 콘택층 형성 공정 후에 열처리를 행하기 위한, 열처리 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 광소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1도전형은 p형이며,
    상기 제1 불순물이 Mg, Be, Zn중 어느 하나의 불순물이며,
    상기 콘택층은 GaAs이며,
    상기 BDR층은 InGaP인 것을 특징으로 하는 반도체 광소자의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1도전형이 p형이며,
    상기 제1 불순물이 Mg, Be, Zn중 어느 하나의 불순물이며,
    상기 콘택층은 InGaAs이며,
    상기 BDR층은 InGaAsP인 것을 특징으로 하는 반도체 광소자의 제조 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 불순물은 C인 것을 특징으로 하는 반도체 광소자의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 불순물인 C는 인트린식(intrinsic) 도팬트 도입법에 의해 도프되는 것을 특징으로 하는 반도체 광소자의 제조 방법.
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