KR20030037666A

KR20030037666A - 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법

Info

Publication number: KR20030037666A
Application number: KR1020010069213A
Authority: KR
Inventors: 전지나
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-14
Also published as: KR100396675B1

Abstract

본 발명은 종래 기술에서 실시하는 건식 식각과 활성화를 통한 질소 공간(nitrogen vacancy)을 낮은 파워의 플라즈마 처리를 이용해 효과적으로 질소를 공급 또는 패시베이션(passivation)함으로써, 전기적 특성을 개선하고 건식 식각으로 생긴 댄글링 본딩(dangling bonding)과 손상을 최소화하고 할 수 있고, 이에 따라서 박막의 특성을 향상시켜 줌으로써 특성이 양호한 반도체 레이저를 만들 수 있다.

Description

플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법{production method for blue semiconductor laser using plasma treatment}

본 발명은 청색 반도체 레이저의 제조공정에 관한 것으로, 특히 p-타입 특성을 갖도록 하기 위한 활성화로 인한 질소 공간(vacancy)과 건식 식각 후의 질소 댄글링(dangling)을 플라즈마 처리를 이용하여 보충시켜 줌으로써 반도체 레이저의 전기적 특성을 향상시키는 제작공정에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1h 는 종래 기술에 따른 청색 반도체 레이저 다이오드 제작공정을 나타낸 도면이다.

도 1a와 같이, 먼저 MOCVD 방법을 이용하여 기판(1) 위에 순차적으로 n-하부 콘택층(2), n-하부 클래드층(3), n-하부 광도파로층(4), 활성층(5), P-상부 광도파층(6), P-상부 클래드층(7), p-상부 콘택층(8)을 성장하여 청색 LD 구조를 p 타입 특성을 갖도록 활성화시킨다.

그리고 도 1b와 같이, PR 마스크(9)로 메사(mesa) 패턴을 형성한 후 건식 식각 방법으로 n-하부 콘택층(2)이 드러날 때까지 식각한다.

이어 메사가 끝나면 도 1c와 같이, 리지(ridge) 패턴(9)을 형성한 후에 p-상부 클래드층(8)의 일부가 드러날 때까지 건식 식각을 이용하여 리지를 식각한다.

메사 및 리지 형성 공정이 완료되면, 도 1d와 같이 n-하부 콘택층(2) 위에 n-전극(10)을 형성한 뒤 누설전류를 막기 위해 도 1e와 같이 산화막(11)을 전면에 증착한다.

그리고 도 1f와 같이 n-콘택층(10) 위의 산화막(11)을 습식 식각으로 제거 한 뒤, 최종적으로 도 1g와 같이 리지 위의 산화막(11)을 PR 패턴(12)을 뜬 후, 습식 식각으로 제거한다.

이어, 도 1h와 같이 리지 위에 p-전극(13)을 증착한다.

상기와 같은 방법에 의해서 제작되는 청색 반도체 레이저는 두 번의 건식 식각이 들어가게 된다.

이 건식 식각은 습식 식각에 비해 에피택시얼(epitaxial) 구조에서도 대칭적이고 수직적인 리지(ridge) 구조를 쉽게 구현할 수 있고, 식각 깊이 조절이 습식 식각에 비해 용이하며, 디바이스 제작에 여러 가지 잇점이 있다.

그러나 건식 식각시에는 갈륨(Ga)과 질소(N)의 본딩(bonding)을 끊어 놓기 위해 높은 파워의 플라즈마가 요구되고 이로 인한 손상(damage)으로 소자의 특성에 좋지 않은 영향을 미치며, p-타입 특성을 갖도록 하는 활성화는 표면의 질소 공공(vacancy)을 가져온다고 알려져 있다.

또한 깎인 n-하부 콘택층(2) 쪽에는 댄글링(dangling) 본딩이 생긴다.

그리고 건식 식각후 질소 공공과 손상을 충분히 풀어주지 못한다면 손상(damage)으로 인한 V_bi전압 증가와 n-전극(10)의 저항 증가로 온도 상승에 의한 I_th가 증가된다는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점으로 드러난 질소 공공(nitrogen vacancy)과 댄글링 본딩(dangling bonding)에 의한 특성 저하를 감소하고 전기적 특성을 향상시키고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1h 는 종래 기술에 따른 청색 반도체 레이저 다이오드 제작공정을 나타낸 도면

도 2a 내지 도 2h 는 본 발명에 따른 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판200 : n-하부 콘택층

300 : n-하부 클래드층400 : n-하부 광도파로층

500 : 활성층600 : p-상부 광도파로층

700 : p-상부 클래드층800 : p-상부 콘택층

900 : PR 마스크1000 : n-전극

1100 : 산화막층1200 : PR 마스크

1300 : p-전극

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법의 특징은 기판 위에 순차적으로 n-하부 콘택층, n-하부 클래드층, n-하부 광도파로층, 활성층, P-상부 광도파층, P-상부 클래드층, p-상부 콘택층을 성장하는 활성화 단계와, 건식 식각 방법을 이용하여 n-하부 콘택층이 노출될 때까지 소정영역 식각하는 제 1 식각 단계와, 상기 p-상부 콘택층에 리지(ridge) 패턴을 형성한 후에 p-상부 클래드층의 일부가 노출될 때까지 건식 식각을 이용하여 리지를 형성하는 제 2 식각 단계와, 상기 노출된 n-하부 콘택층과 p-상부 콘택층에 질소 공공(vacancy)과 댄글링 본딩(dangling bonding)의 질소를 보충시켜 전기적 특성을 향상시키는 플라즈마 처리 단계와, 상기 n-하부 콘택층 위에 n-전극을 형성한 뒤, 전면에 누설전류를 막기 위한 산화막을 증착하는 제 1 증착 단계와, 전극 위의 산화막을 습식 식각으로 제거하는 산화막 제거 단계와, 상기 리지 위의 산화막을 습식 식각으로 제거하여 리지 위에 p-전극을 증착하는 제 2 증착 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2h 는 본 발명에 따른 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법을 나타낸 도면이다.

도 2a와 같이, 먼저 MOCVD 방법을 이용하여 기판(100) 위에 순차적으로 n-하부 콘택층(200), n-하부 클래드층(300), n-하부 광도파로층(400), 활성층(500), P-상부 광도파층(600), P-상부 클래드층(700), p-상부 콘택층(800)을 성장하여 청색 LD 구조를 활성화시킨다.

그리고 PR 마스크(900)로 메사(mesa) 패턴을 형성한 후 건식 식각 방법으로 n-하부 콘택층(200)이 노출될 때까지 식각한다.

이어 메사가 끝나면 도 2b와 같이, 리지(ridge) 패턴(900)을 형성한 후에 p-상부 클래드층(800)의 일부가 노출될 때까지 건식 식각을 이용하여 리지를 식각한다.

그리고 도 2c와 같이, 상기 노출된 n-하부 콘택층(200)과 리지를 제외한 p-상부 클래드층(800)에 질소 공공(vacancy)과 댄글링 본딩(dangling bonding)에 질소를 효과적으로 보충시켜 전기적 특성을 향상시킨다.

그 방법으로 Ar와 N₂(1~100%)가 믹스된 분위기에서 플라즈마(10~300W)를 이용하여 처리하거나, 또는 Ar, N₂(1~100%)와 O₂(1~100%)가 믹스된 분위기에서 플라즈마(10~300W)를 이용하여 처리한다.

이때, 질소 분자들의 반응성이 매우 약하고 낮은 온도에서 분해(cracking)하기 어려우므로 공공(vacancy)을 채워 준다는 것은 상당히 어려우나, RIE, 스퍼터(Sputter), PECVD등의 플라즈마를 이용한다면 공공을 효과적으로 보충할 수 있다.

이와 같은 방법으로 질소를 효과적으로 보충하면서 메사 및 리지 형성 공정이 완료되면, 도 2d와 같이 n-하부 콘택층(200)위에 n-전극(1000)을 형성한 뒤, 도 2e와 같이 누설전류를 막기 위해 전면에 산화막(1100)을 증착한다.

그리고 도 2f와 같이 n-전극(1000) 위의 산화막(1100)을 습식 식각으로 제거한다.

이어 도 2g와 같이 리지 위의 산화막(1100)을 도면 번호 1200처럼 PR 패턴을 뜬 후, 습식 식각으로 제거하여 리지(800)을 노출시킨다.

이어 도 2h와 같이, 상기 산화막(1100)이 노출된 리지 위에 p-전극(1300)을 증착하여 레이저 다이오드를 완성한다.

이와 같이 본 발명은 RIE(Reactive Ion Etch) 플라즈마를 이용하여 RIE 챔버에서 후(post) 공정을 함으로써, 종래의 리지 공정이 끝난 뒤, 다른 챔버(chamber)로 옮길 때 공기와의 접촉과정 중 생기는 자연 산화막을 제거하기 위한 산처리를 하지 않아도 된다.

이에 따라 자연 산화막의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 공정의 단계를 줄임으로써 큰 효과를 거둘 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법은 p-타입 GaN을 만들기 위한 활성화와 건식 식각 후 표면에 질소 공공(vacancy)이 생기는 것을 플라즈마 처리를 해줌으로써, 표면 누설(surface leakage)이 감소하며, 건식 식각 손상(damage)으로 생긴 부분의 패시베이션(passivation) 역할을 하며, n-전극의 저항감소로 소자의 I-V 특성을 개선할수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

기판 위에 순차적으로 n-하부 콘택층, n-하부 클래드층, n-하부 광도파로층, 활성층, P-상부 광도파층, P-상부 클래드층, p-상부 콘택층을 성장한 후 p-타입 특성을 갖도록하는 활성화 단계와,

건식 식각 방법을 이용하여 n-하부 콘택층이 노출될 때까지 소정영역 식각하는 제 1 식각 단계와,

상기 p-상부 콘택층에 리지(ridge) 패턴을 형성한 후에 p-상부 클래드층의 일부가 노출될 때까지 건식 식각을 이용하여 리지를 형성하는 제 2 식각 단계와,

상기 노출된 n-하부 콘택층과 p-상부 콘택층에 질소 공공(vacancy)과 댄글링 본딩(dangling bonding)의 질소를 보충시켜 전기적 특성을 향상시키는 플라즈마 처리 단계와,

상기 n-하부 콘택층 위에 n-전극을 형성한 뒤, 전면에 누설전류를 막기 위한 산화막을 증착하는 제 1 증착 단계와,

상기 n-전극 위의 산화막을 습식 식각으로 제거하는 산화막 제거 단계와,

상기 리지 위의 산화막을 습식 식각으로 제거하여 노출된 리지 위에 p-전극을 증착하는 제 2 증착 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 플라즈마 처리단계는 Ar와 N₂(1~100%)가 믹스된 분위기에서 플라즈마(10~300W)를 이용하여 처리하거나, 또는 Ar, N₂(1~100%)와 O₂(1~100%)가 믹스된 분위기에서 플라즈마(10~300W)를 이용하여 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 플라즈마의 이용은 RIE, 스퍼터(Sputter), PECVD 등의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리를 이용한 청색 반도체 레이저의 제조 방법.