KR19980084828A

KR19980084828A - 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR19980084828A
Application number: KR1019970020727A
Authority: KR
Inventors: 방동수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-05

Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 기판상에 중앙의 개구부를 갖는 마스크층을 형성하는 단계;와 상기 개구부로 노출된 상기 기판의 부분 위에 선택적 결정성장방법에 의해 순차적으로 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층을 포함하는 반도체층을 형성하는 단계와 상기 마스크층을 제거하는 단계와 상기 반도체층 양 측벽을 따라 상기 콘택트 층의 상면으로부터 소정 높이 아래까지 기판으로부터 제1전류차단층 및 제2전류차단층을 순차적으로 형성하는 단계와 상기 노출된 콘택트층 위에 전극으로 이용되는 상부 금속층을 형성하는 단계;를 포함한다. 이와 같이 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층을 식각에 의하여 그 채널폭을 형성하지 않고, 마스크층의 개구부에 의해 안내된 폭정도로 성장시킴으로써 식각에 의해 발생되던 채널폭의 불균일 및 언더컷부 발생의 문제점을 제거할 수 있어 결과적으로 성능 및 신뢰성이 향상된 매립형 레이저 다이오드를 제공한다.

Description

반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 단일모드로 발진하고, 낮은 전류에서 안정하게 동작하는 매립형 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

매립형 반도체 레이저 다이오드는 활성층이 굴절율이 낮은 클래드층으로 둘러싸인 헤테로구조에서 상기 활성층으로의 통전채널을 구조적으로 제한한 것으로서, 임계전류가 낮고 발진특성이 안정되어 통신용과 정보처리용으로 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 매립형 반도체 레이저 다이오드를 나타내보인 수직 단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 매립형 반도체 레이저 다이오드는 기판(1) 위에 소정폭의 스트라이프상으로 순차적으로 형성된 제1클래드층(2), 활성층(3), 제2클래드층(4), 콘택트층(5)과 상기 기판(1)에서 콘택트층에 이르는 높이로 순차적으로 형성된 제1 및 제2전류차단층(8)(9)과 콘택트층(5)의 상부에 상부 금속층(6) 및 기판(1) 저면에 하부금속층(7)이 각각 마련되어 있다.

이와 같은 매립형 헤테로 구조의 반도체 레이저 다이오드의 종래 제조공정을 살펴본다.

먼저, n형 InP기판(1) 위에 유기금속기상증착법(metal-organic chemical vapor deposition)을 사용하여, InP로 n형 제1클래드층(2), InGaAsP로 활성층(3), InP로 p형 제2클래드층(4), InGaAsP로 p형 콘택트층(5)을 순차적으로 성장시킨다. 다음은 성장된 웨이퍼의 콘택트층(5) 위에 마스크층을 형성한 후, 통상의 포토리소그라피에 의해 소정의 폭으로 식각하여 스트라이프상의 모양을 형성한다. 그리고나서 스트라이프상의 웨이퍼 측벽을 따라 유기금속기상증착법을 이용하여 p형 제1 전류차단층과(8) n형 제2전류차단층(9)을 형성한다. 이와 같은 공정을 거친 이후에는 마스크층을 제거한 후, 콘택트층(5)의 상부와 기판(1) 저면에 각각 상부 금속층(6)과 하부 금속층(7)을 형성하면 제작이 완료된다.

상기와 같은 공정을 통해 제작되는 반도체 레이저 다이오드는 단일모드발진을 하도록 스트라이프상의 패턴으로 식각시 활성층(3)의 폭(W)이 1.5μm 이내에서 기판(1)이 드러나도록 식각이 되어져야한다. 그렇지 않고 식각이 미숙하게 처리되면 이후 전류차단층(8)(9)들을 형성시켜도 누설전류가 발생되어 정상적인 발진을 방해한다. 이와 같은 이유로 통상 마스크층으로부터 기판(1)의 일부까지 약 3μm정도의 깊이로 습식에칭이 행해진다. 그러나, 습식에칭시 언터컷(undercut) 발생에 의해 이후 유기금속기상증착법에 의해 전류차단층(8)(9)형성시에 마스크층 저면에 부분적으로 막이 형성되지 않는 부분이 발생되는 등 이후 제조공정이 어려워지고, 웨이퍼를 1.5μm 이내의 일정한 선폭으로 균일하게 얻어내는 것이 쉽지않아 제조되는 레이저 다이오드의 특성이 일정하지 않게 되고 결과적으로 수율(yield)이 낮아지게 되어 제품의 원가가 상승되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 공정순서대로 진행하면서 습식에칭 대신에 건식에칭방법을 적용하기도 하지만, 웨이퍼가 쉽게 손상되는 문제점이 있고, 건식과 습식에칭을 병행하는 경우에도 공정만 복잡해질뿐 신뢰성 및 특성향상을 기대할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 활성층 및 클래드층 등을 일정한 선폭으로 형성하여 성능 열화방지 및 수율을 향상시키는 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 반도체 레이저 다이오드를 나타내보인 수직단면도이고,

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 단계별로 도시한 수직단면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11: 기판 2, 13: 제1클래드층

3, 14: 활성층 4, 15: 제2클래드층

5, 16: 콘택트층 6, 19: 상부 금속층

7, 20: 하부금속층 8, 17: 제1전류차단층

9, 18: 제2전류차단층 12: 마스크층

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 매립형 레이저 다이오드는 기판과 상기 기판상에 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층이 순차적으로 마련되되 그 단면형상이 삼각형으로 되어 있는 반도체층과 상기 반도체층의 양측에서 소정높이 순차적으로 마련된 제1전류제한층 및 제2전류제한층과 상기 콘택트층 위에 형성된 상부 금속층을 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 상기 기판, 제1 클래드층, 제2클래드층은 각각 InP로 조성되고, 상기 활성층 및 콘택트층은 InGaAs로 조성되거나 InGaAsP로 조성되며, 상기 제1전류차단층은 p형 InP로 조성되고, 상기 제2전류차단층은 n형 InP로 조성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 매립형 레이저 다이오드의 제조방법은, (가) 기판상에 중앙의 개구부를 갖는 마스크층을 형성하는 단계; (나) 상기 개구부로 노출된 상기 기판의 부분 위에 선택적 결정성장방법에 의해 순차적으로 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층을 포함하는 반도체층을 형성하는 단계; (다) 상기 마스크층을 제거하는 단계; (라) 상기 반도체층 양 측벽을 따라 상기 콘택트 층의 상면으로부터 소정 높이 아래까지 기판으로부터 제1전류차단층 및 제2전류차단층을 순차적으로 형성하는 단계; (마) 상기 노출된 콘택트층 위에 전극으로 이용되는 상부 금속층을 형성하는 단계;를 포함한다. 그리고, 상기 (라)단계는 상기 제1전류차단층과 제2전류차단층을 기판위에 형성하는 단계와 상기 제1전류차단층과 상기 제2전류차단층을 형성시 상기 반도체층의 측면외에 상기 콘택트층 상부로 적층된 막을 식각에 의해 제거하는 단계;를 포함한다.

여기서 상기 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층은 유기금속기상증착법(metal-organic chemical vapor deposition)에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 콘택트층은 성장시간을 충분히 길게 하여 이후 유기금속기상증착법에 의해 증착되는 상기 전류차단층들중 상기 콘택트층 위를 덮는 부분이 가능한한 얇게 형성되도록 단면모양이 삼각형이 되도록 피라밋모양으로 형성시키는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 제조방법에 따라 공정단계별로 도시한 도면들이다.

먼저 본 발명의 제조방법에 따라 제조완료된 반도체 레이저 다이오드의 단면도를 도시한 도 2g를 참조하면, 기판(11) 상부에 제1클래드층(13), 활성층(14), 제2클래드층(15) 및 콘택트층(16)으로 된 삼각형상의 반도체층이 형성되어 있고, 반도체층의 양측에서 순차적으로 제1전류차단층(17)과 제2전류차단층(18)이 적층되어 있으며, 기판(11) 하부와 콘택트층(16) 상부에는 하부금속층(20) 및 상부금속층(19)이 형성되어 있다.

상기와 같은 적층구조를 갖는 레이저 다이오드에서 기판(11), 제1 클래드층(13), 제2클래드층(15)은 각각 InP로 조성되고, 활성층(14) 및 콘택트층(16)은 InGaAs로 조성되거나 InGaAsP로 조성되며, 제1전류차단층(17)은 p형 InP로, 제2전류차단층(18)은 n형 InP로 각각 조성되어 있다.

이하 상기와 같은 구조를 갖는 매립형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 설명한다.

(가)단계에서는 기판(11)상에 중앙의 개구부를 갖는 마스크층(12)을 형성한다. 이를 위해 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, InP로 조성된 기판(11)상에 SiO₂또는 SiN과 같은 물질로 먼저 유전막(12)을 형성시킨다. 이때 유전막(12)은 화학증착법(CVD; chemical vapor deposition)을 사용하여 형성시키는 것이 바람직하다.

그리고 나서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 유전막(12)을 포토리소그라피방법에 의해 선택적으로 식각하여 개구부에 해당하는 스트라이프상의 홈을 만들면 목적하는 마스크층(12)이 형성된다.

(나)단계에서는 도 2c와 같이 개구부로 노출된 상기 기판(11)의 부분 위에 선택적 결정성장방법에 의해 유기금속 기상증착법(metal-organic chemical vapor deposition)으로 순차적으로 제1클래드층(13), 활성층(14), 제2클래드층(15) 및 콘택트층(16)을 포함하는 반도체층을 형성한다. 이때 스트라이프상의 개구부의 폭과 나란하게 성장되도록 선택적으로 증착을 제어하기 때문에 활성층(14)의 폭은 편차가 대단히 작은 범위에서 일정하게 유지되어 균일한 특성의 소자제조를 가능하게 한다. 상기 적층과정에서 제1클래드층(13), 활성층(14), 제2클래드층(15)은 설정된 적층두께로 각각 조절하여 성장시키고, 이후 적층되는 콘택트층(16)은 좌우의 경사면이 만나서 뽀족하게 될 때까 성장시켜도 된다. 여기서 단면이 삼각형 모양을 갖도록 콘택트층(16)을 형성하는 방법은 유기금속 기상증착법에 의한 증착시 (111)면의 성장속도가 (100)면의 성장속도보다 2배이상 느린점을 이용하기 때문에 성장시간을 충분히 길게하면 된다.

여기서 기판(11), 제1 클래드층(13), 제2클래드층(15)은 각각 InP로 조성되고, 활성층(14) 및 콘택트층(16)은 InGaAs 또는 InGaAsP로 조성된다.

콘택트층(16)까지의 형성이 완료되면 도 2d에 도시된 것처럼 마스크층(12)을 제거하는 (다)단계를 거친다.

(라)단계에서는 반도체층 양 측벽을 따라 콘택트 층의 상면으로부터 소정 높이 아래까지 기판(11)으로부터 제1전류차단층(17) 및 제2전류차단층(12)을 순차적으로 형성한다. 실질적으로는 제1전류차단층(17) 및 제2전류차단층(18) 형성시 제1전류차단층(17) 및 제2전류차단층(18)의 조성물질이 콘택트층(16) 상면위에 적층되기 때문에 먼저 제1전류차단층(17) 및 제2전류차단층(18)을 형성한 후에 콘택트층(16) 상부에 도포된 막을 그 일부가 노출되도록 제거해야 한다.

상세히 공정을 구분하면 먼저, 기판(11)의 노출된 상면으로부터 유기금속 기상증착법으로 InP로 p형 제1전류차단층(17)을 형성한다. 이때 활성층(14)의 높이 이상으로 적층시키는 p형 제1전류차단층(17)의 중앙일부는 앞서 적층된 콘택트층(16)의 피라밋 모양에 의해 얇게 적층된다. 같은 방법으로 InP로 n형 제2전류차단층(18)을 제1전류차단층(17) 위에 증착한다. 계속해서 도 2f에 도시된 바대로 상기 콘택트층(16)이 노출되도록 식각한다. 식각은 InP로 조성되는 상기 전류차단층(17)(18)만을 에칭해내고 다른 층과는 비반응하는 에칭액 예컨대 ( )혼합산을 이용하여 선택된 부분만을 에칭해 내는 것이 바람직하다.

이와 같은 과정을 마치면, (마)단계로 들어가 도 2g에 도시된 바와 같이 노출된 콘택트층(16) 위와 기판(11) 저면에 각각 전극으로 이용되는 상부 금속층(19)과 하부 금속층(20)을 형성하면 제작이 완료된다.

지금까지 설명된 바와 같이 상기 제조방법에 따라 제조된 반도체 레이저 다이오드는, 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층이 식각에 의하여 그 채널폭이 형성되지 않고, 유기금속기상증착법으로 선택적인 범위내로 성장시켜 형성시킴으로써 식각에 의해 발생되던 채널폭의 불균일 및 언더컷(undercut)부 발생의 문제점을 제거할 수 있어 결과적으로 성능 및 신뢰성이 향상된다.

Claims

(가) 기판상에 중앙의 개구부를 갖는 마스크층을 형성하는 단계;

(나) 상기 개구부로 노출된 상기 기판의 부분 위에 선택적 결정성장방법에 의해 순차적으로 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층을 포함하는 반도체층을 형성하는 단계;

(다) 상기 마스크층을 제거하는 단계;

(라) 상기 반도체층 양 측벽을 따라 상기 콘택트 층의 상면으로부터 소정 높이 아래까지 기판으로부터 제1전류차단층 및 제2전류차단층을 순차적으로 형성하는 단계;

(마) 상기 노출된 콘택트층 위에 전극으로 이용되는 상부 금속층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 (라)단계는 상기 제1전류차단층과 제2전류차단층을 기판위에 형성하는 단계와

상기 제1전류차단층과 상기 제2전류차단층을 형성시 상기 반도체층의 측면외에 상기 콘택트층 상부로 적층된 막을 식각에 의해 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 콘택트층 상부의 막의 식각은 ( )혼합산용액을 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 콘택트층은 성장시간을 제어하여 그 단면이 삼각형 모양이 되도록 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 마스크층은 SiO₂로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판, 제1 클래드층, 제2클래드층은 각각 InP로 조성되고, 상기 활성층 및 콘택트층은 InGaAs로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판, 제1 클래드층, 제2클래드층은 각각 InP로 조성되고, 상기 활성층 및 콘택트층은 InGaAsP로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1전류차단층은 p형 InP로 조성되고, 상기 제2전류차단층은 n형 InP로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 제1 클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층은 유기금속기상증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 마스크층은 화학증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
기판;과

상기 기판상에 제1클래드층, 활성층, 제2클래드층 및 콘택트층이 순차적으로 마련되되 그 단면형상이 삼각형으로 되어 있는 반도체층;과

상기 반도체층의 양측에서 소정높이 순차적으로 마련된 제1전류제한층 및 제2전류제한층;과

상기 콘택트층 위에 형성된 상부 금속층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제11항에 있어서, 상기 마스크층은 SiO₂로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제11항에 있어서, 상기 기판, 제1 클래드층, 제2클래드층은 각각 InP로 조성되고, 상기 활성층 및 콘택트층은 InGaAs로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제11항에 있어서, 상기 기판, 제1 클래드층, 제2클래드층은 각각 InP로 조성되고, 상기 활성층 및 콘택트층은 InGaAsP로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제1전류차단층은 p형 InP로 조성되고, 상기 제2전류차단층은 n형 InP로 조성된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드.