KR19990003158A - Manufacturing method of laser diode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메사 식각 공정 진행시 발생되는 오버행을 감소시키기 위한 레이저 다이오드의 제조 방법에 판한 것으로, 제 1형 기판; 제 1형 InP 버퍼층; InGaAsP 활성충; 및 제 2형 InP 클래드층이 차례로 적층된 구조의 웨이퍼를 구비하는 레이저 다이오드의 제조 방법으로서, 상기 제 2형 InP 클래드층 상에 절연막을 증착한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 하부 폭이 상부 폭보다 넓게 테이퍼진 형태의 소정 크기의 절연막 패턴을 형성하는 단계; 상기 전체 구조 상에 레지스트를 도포하고, 사진 공정을 통하여 상기 절연막 패턴을 포함하는 소정 크기의 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트 패턴을 이용하여 하부의 웨이퍼를 메사 식각하는 단계; 및 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is directed to a method of manufacturing a laser diode for reducing the overhang generated during the mesa etching process, the first type substrate; A first type InP buffer layer; InGaAsP active insects; And a wafer having a structure in which a second type InP cladding layer is sequentially stacked, wherein an insulating film is deposited on the second type InP cladding layer, and then a lower width thereof is greater than an upper width through a photolithography process. Forming an insulating film pattern having a predetermined size in a tapered shape; Applying a resist on the entire structure, and forming a resist pattern having a predetermined size including the insulating layer pattern through a photographic process; Mesa etching a lower wafer using the resist pattern; And removing the resist pattern.

Description

레이저 다이오드의 제조 방법Manufacturing method of laser diode

본 발명은 레이저 다이오드의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 메사 식각 공정 진행시 발생되는 오버행을 감소시키기 위한 레이저 다이오드의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a laser diode, and more particularly, to a method of manufacturing a laser diode for reducing the overhang generated during the mesa etching process.

일반적으로, P-N 구조에 전류를 인가하여 동상의 광자(Photon)가 공진기 내의 매질을 통과하면서 밀도 반전이 충분히 이뤄진 부분에서 간섭성(Coherence)을 갖고 유도 방출되어 증폭된 빛을 내는 원리를 이용한 레이저 다이오드는 콤팩트 디스크, 레이저 프린터, 광 디스크 메모리 및 광 통신의 광원 등으로 이용된다. 평면 매립형 이종 접합 레이저 다이오드(Planar Buried Hetero- structure Laser Diode, 이하 PBH-LD)는 높은 밴드 갭을 갖는 전류 차단층 사이에 평면의 활성층이 매립된 구조로 이뤄진다.이러한 PBH-LD는 활성층으로 전류를 주입하여 효율을 높이고, 굴절율 차이에 의한 광의 국한을 증대시켜 문턱 전류를 감소시킬 뿐만 아니라 광학적 모드의 안정성을 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 특성을 얻기 위해서는 활성층에 인접하여 양호한 전류 차단층의 성장이 필수적으로 요구된다.In general, a laser diode using the principle of applying a current to a PN structure and causing in-phase photons to pass through a medium in the resonator and have coherence and induced emission and amplified light in a sufficiently inverted density region Is used as a compact disc, a laser printer, an optical disc memory, and a light source for optical communication. Planar Buried Hetero-structure Laser Diode (PBH-LD) is a structure in which a planar active layer is buried between a current blocking layer having a high band gap. Injecting can increase efficiency, increase the localization of light due to the difference in refractive index, reduce the threshold current, and obtain optical mode stability. However, in order to obtain these characteristics, growth of a good current blocking layer adjacent to the active layer is essential.

이러한 전류 차단층을 성장시키기 위하여, 도 1A와 같이 n형 기판(100), n형 InP 버퍼층(101), InGaAsP 활성층(102) 및 p형 InP 하부 클래드층(103)이 차례로 적층된 구조의 웨이퍼를 메사 식각을 하기 위한 마스크 패턴(104)을 형성한 다음, HBr계의 비선택성 식각 용액으로 식각을 한다. 이 때, 마스크 패턴(104)은 PECVD로 형성된 실리콘 산화막으로 구성된다. 그러나, 적절한 활성층의 폭을 맞추기 위하여 HBr계 용액을 사용하여 식각하는 경우, 식각 용액의 횡방향 식각 속도가 빠르기 때문에 마스크 패턴(104) 하부에 오버행(Overhang)이 발생한다. 이러한 오버행이 클 경우, 후속되는 전류 차단층의 성장시 그 아래 부분에서 반응 가스들의 원활한 반응이 저해되고, 특히 마스크 패턴과 하부 웨이퍼가 접하는 경계(a)에 결함을 발생시킨다.In order to grow such a current blocking layer, a wafer having a structure in which an n-type substrate 100, an n-type InP buffer layer 101, an InGaAsP active layer 102, and a p-type InP lower clad layer 103 are sequentially stacked as shown in FIG. 1A. After forming a mask pattern 104 for mesa etching, and then etched with a non-selective etching solution of HBr system. At this time, the mask pattern 104 is composed of a silicon oxide film formed by PECVD. However, when etching using the HBr-based solution in order to match the width of the appropriate active layer, an overhang occurs under the mask pattern 104 because the lateral etching speed of the etching solution is high. If this overhang is large, a smooth reaction of the reaction gases at the lower portion thereof is inhibited at the time of subsequent growth of the current blocking layer, and in particular, defects are generated at the boundary a between the mask pattern and the lower wafer.

상기에서 언급한 바와 같이, 활성층의 폭을 기준으로 식각하는 경우 마스크 패턴 하부에 오버행이 발생되고, 이것은 후속되는 전류 차단층의 성장시 반응 가스들을 소모하며 마스크 패턴과 웨이퍼의 경계 부근에 가스들간의 반응이 원활하게 이뤄지지 않아 결함을 발생시킨다.이러한 결함은 누설 전류의 경로로 작용하여 제품의 신뢰성을 저하시키며, 칩의 전반적인 특성을 저하하는 문제점이 있다.As mentioned above, when etching based on the width of the active layer, an overhang occurs in the lower portion of the mask pattern, which consumes reactant gases in the subsequent growth of the current blocking layer and between the gases near the boundary of the mask pattern and the wafer. The reaction does not occur smoothly, causing defects. These defects act as a path for leakage current, which lowers the reliability of the product and reduces the overall characteristics of the chip.

따라서, 본 발명은 웨이퍼의 메사 식각시 마스크 패턴으로 실리콘 산화막과 레지스트를 사용하여 오버행을 감소시킴으로써, 결함을 억제하여 칩의 특성을 향상시킬 수 있는 레이저 다이오드의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a laser diode that can suppress a defect and improve chip characteristics by reducing an overhang by using a silicon oxide film and a resist as a mask pattern during mesa etching of a wafer.

도 1A 및 도 1B는 종래의 PBH-LD 웨이퍼의 메사 형상을 형성하는 공정을 나타내는 단면도.1A and 1B are sectional views showing a process of forming a mesa shape of a conventional PBH-LD wafer.

도 2A 및 도 2C는 본 발명에 따른 PBH-LD 웨이퍼의 메사 형상을 형성하는 공정을 나타내는 단면도.2A and 2C are cross-sectional views illustrating a process of forming a mesa shape of a PBH-LD wafer according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100, 200 : n형 기판, 102, 202 : 활성층, 104, 204 : 마스크 패턴, 101, 201 : n형 InP 버퍼층, 103, 203 : p형 InP 클래드층, 205 : 레지스트 패턴100, 200: n-type substrate, 102, 202: active layer, 104, 204: mask pattern, 101, 201: n-type InP buffer layer, 103, 203: p-type InP clad layer, 205: resist pattern

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제 1형 기판; 제 1형 InP 버퍼층; InGaAsP 활성층; 및 제 2형 InP 클래드층이 차례로 적층된 구조의 웨이퍼를 구비하는 레이저 다이오드의 제조 방법으로서, 상기 제 2형 InP 클래드층 상에 절연막을 증착한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 하부 폭이 상부 폭보다 넓게 테이퍼진 형태의 소정 크기의 절연막 패턴을 형성하는 단계; 상기 전체 구조상에 레지스트를 도포하고, 사진 공정을 통하여 상기 절연막 패턴을 포함하는 소정 크기의 레지스트 패턴을 형성하는 단계 ; 상기 레지스트 패턴을 이용하여 하부의 웨이퍼를 메사 식각하는 단계 ; 및 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the first type substrate according to the present invention; A first type InP buffer layer; InGaAsP active layer; And a wafer having a structure in which a second type InP cladding layer is sequentially stacked, wherein an insulating film is deposited on the second type InP cladding layer, and then a lower width thereof is greater than an upper width through a photolithography process. Forming an insulating film pattern having a predetermined size in a tapered shape; Applying a resist on the entire structure, and forming a resist pattern having a predetermined size including the insulating layer pattern through a photographic process; Mesa-etching a lower wafer using the resist pattern; And removing the resist pattern.

[실시예]EXAMPLE

이하, 도면을 참조로하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2A 및 도 2C는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 다이오드의 메사 구조를 형성하는 공정 단면도이다. 도 2A에 도시된 바와 같이, n형 기판(200), n형 InP 버퍼층(201), InGaAsP 활성층(202) 및 p형 InP 클래드층(203)이 차례로 적층된 구조의 웨이퍼 상에, PECVD(Plasma enhanced CVD) 방식을 이용하여 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 증착한다. 그런 다음, 상기 웨이퍼를 메사 식각하기 위하여 상기 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 사진 식각 공정을 통하여 하부폭이 상부 폭보다 넓게 아래로 테이퍼(Taper)진 형태의 마스크 패턴(204)을 형성한다. 이 때, 형성된 마스크 패턴의 폭은 종래보다 좁게 형성한다. 이어서, 전체 구조 상에 레지스트를 도포하고, 사진 공정을 통하여 상기 마스크 패턴을 포함하도록 레지스트 패턴(205)을 넓게 형성한다. 이 레지스트 패턴의 대칭성을 위하여 사진 공정시 정확한 정렬이 요구된다. 그런 다음, 비선택 식각 용액으로 메사 식각을 한다. 이 때 메사 식각은, 도 2B와 같이 횡방향으로 식각되면서 먼저 레지스트 패턴(205)이 식각 마스크 역할을 하고, 어느 정도 식각이 진행되면 상기 마스크 패턴(204)이 식각 마스크 역할을 한다. 계속해서, 유기 용제로 레지스트를 제거하면 도 2C와 같은 메사 형상을 얻을 수 있다.그런 다음, 전류 차단층의 형성을 위하여 표면 처리를 한다.이후의 공정은 종래와 같다.2A and 2C are cross-sectional views of forming a mesa structure of a laser diode according to an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 2A, PECVD (Plasma) on a wafer having a structure in which an n-type substrate 200, an n-type InP buffer layer 201, an InGaAsP active layer 202, and a p-type InP clad layer 203 are sequentially stacked. A silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited using an enhanced CVD method. Then, in order to mesa etch the wafer, a mask pattern 204 having a tapered shape with a lower width wider than an upper width is formed through a photolithography process on the silicon oxide film or silicon nitride film. At this time, the width of the formed mask pattern is formed to be narrower than before. Subsequently, a resist is applied on the entire structure, and the resist pattern 205 is broadly formed to include the mask pattern through a photographic process. Accurate alignment is required in the photographic process for the symmetry of this resist pattern. Then, mesa etching is performed with a non-selective etching solution. In this case, the mesa etching is performed laterally as shown in FIG. 2B, while the resist pattern 205 serves as an etching mask, and when the etching is performed to some extent, the mask pattern 204 serves as an etching mask. Subsequently, if the resist is removed with an organic solvent, a mesa shape as shown in Fig. 2C can be obtained. Then, surface treatment is performed to form a current blocking layer. The subsequent steps are the same as before.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 PBH-LD의 메사 형상을 구현하기 위하여 종래의 실리콘 산화막으로 형성된 마스크 패턴을 포함하는 레지스트 패턴을 형성하여 메사 식각함으로써, 마스크 패턴 하부의 오버행을 감소시키고 전류 차단층 형성시 발생할 수 있는 결함을 억제시켜 칩의 전반적인 특성을 향상시킨다.As described above, the present invention forms a resist pattern including a mask pattern formed of a conventional silicon oxide film in order to realize the mesa shape of the PBH-LD, thereby reducing the overhang under the mask pattern and forming a current blocking layer. Suppress defects that may occur during formation to improve the overall characteristics of the chip.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

Claims (5)

제 1형 기판; 제 l형 버퍼층 : 활성층; 및 제 2형 클래드층이 차례로 적층된 구조의 웨이퍼를 구비하는 레이저 다이오드의 제조 방법으로서,A first type substrate; Type l buffer layer: active layer; And a wafer having a structure in which a second type cladding layer is sequentially stacked. 상기 제 2형 클래드층 상에 절연막을 증착한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 하부 폭이 상부 폭보다 넓게 테이퍼진 형태의 소정 크기의 절연막 패턴을 형성하는 단계;Depositing an insulating film on the second cladding layer, and then forming an insulating film pattern having a predetermined size in which a lower width is tapered so that a lower width is wider than an upper width through a photolithography process; 상기 전체 구조 상에 레지스트를 도포하고, 사진 공정을 통하여 상기 절연막 패턴을 포함하는 소정 크기의 레지스트 패턴을 형성하는 단계;Applying a resist on the entire structure, and forming a resist pattern having a predetermined size including the insulating layer pattern through a photographic process; 상기 레지스트 패턴을 이용하여 하부의 웨이퍼를 메사 식각하는 단계; 및Mesa etching a lower wafer using the resist pattern; And 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.And removing the resist pattern. 제 1항에 있어서, 상기 절연막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film. 제 1항에 있어서, 상기 레지스트 패턴을 유기 용제로 제거하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.The method of manufacturing a laser diode according to claim 1, wherein the resist pattern is removed with an organic solvent. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼층 및 클래드층은 IrP층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the buffer layer and the cladding layer are IrP layers. 제 1항에 있어서, 상기 활성층은 InGaAsP층인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the active layer is an InGaAsP layer.
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