KR20040050730A - 레이저 다이오드의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고출력 또는 저출력 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 거울면 코팅을 한 후 다시 열처리를 하였을 경우 레이저 다이오드의 전기 광학적 특성이 개선되는 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조 방법은, 전극 형성 공정이 끝난 웨이퍼를 일정한 캐비티 길이를 갖는 레이저 다이오드 칩바 형태로 절단하는 단계와, 상기 절단된 칩바는 거울면 코팅을 할 수 있도록 제작된 지그에 적층되는 단계와, 상기 적층이 끝난 후 상기 칩의 각각의 양면에 방향성을 갖는 스퍼터링법에 의해 비반사 및 고반사 코팅 반사막을 증착하는 단계와, 상기 코팅이 끝난 후에 다시 칩바를 분리하여 열처리 공정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 다이오드의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF RASER DIODE}

본 발명은 고출력 또는 저출력 반도체 레이저 다이오드에 관한 것으로서, 거울면 코팅(Mirror coating)을 한 후 다시 열처리를 하였을 경우 레이저 다이오드의 전기 광학적 특성이 개선되는 반도체 레이저 다이오드에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 레이저 다이오드의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드는 전, 후면의 양면에서 똑같은광출력으로 빛이 나오나, 전면으로의 광출력을 집중하기 위하여 일반적으로 후면의 반사율은 60~95%가 되도록 거울면 코팅을 하고, 전면은 3~35%의 반사율이 되도록 거울면 코팅을 실시한다.

도 2a 내지 도 2d는 종래의 레이저 다이오드의 제조 공정을 나타낸 도면이다.

먼저 전극 형성 공정이 끝난 웨이퍼(wafer)를 일정한 캐비티(cavity) 길이를 갖는 레이저 다이오드 칩바(laser diode chipbar) 형태로 절단한다(도 2a 참조).

절단된 칩바는 거울면 코팅(mirror coating)을 할 수 있도록 제작된 지그에 적층된다(도 2b 참조).

그 후 각각의 양면에 방향성을 갖는 스퍼터링(sputtering)법에 의해 AR(Anti-Reflection), HR(High Reflection) 코팅 반사막을 증착한다(도 2c 및 도 2d 참조).

상기와 같이 레이저 다이오드 칩바에 비반사, 고반사 거울면을 증착함으로써, 정면으로 광출력을 집중시켜서 레이저 다이오드의 광효율을 증가시키고, 동작 전류를 낮추어 안정한 상태에서의 고 신뢰성을 갖도록 한다.

가장 널리 알려져 있는 고반사 거울면 코팅(High Reflection mirror facet coating) 또는 비반사 거울면 코팅에 사용되는 전열체로서 α-Si, SiO2, Al₂O₃, TiO₂등이 알려져 있으나, 핀홀(pinhole), 미세균열(micro-crack), 공동(void)과 같은 결점이 없고, 물리 화학적으로 안정한 물질의 굴절율을 가지는 전열체를 선택하기는 매우 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저 다이오드 제작시 종래의 코팅제조기술에 더하여 열처리 공정을 추가해줌으로써 코팅 물질의 핀홀, 미세균열, 공동 또는 물리화학적 스트레스를 제거하여 레이저 다이오드의 전기 광학적 특성을 개선하고 또한 다이오드의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 레이저 다이오드의 사시도이다.

도 2a 내지 도 2d는 종래의 레이저 다이오드의 제조 공정을 나타낸 도면이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따라 코팅된 레이저 다이오드를 열처리 하였을 경우와 종래의 열처리하지 않은 경우를 전기 광학적 특성면에서 비교한 그래프이다.

도 4는 거울면 코팅을 한 후 열처리 유무에 따른 박막의 곡률 반경을 측정하고 응력을 계산한 결과를 나타낸 그래프이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 다이오드 제조 방법은, 전극 형성 공정이 끝난 웨이퍼를 일정한 캐비티 길이를 갖는 레이저 다이오드 칩바 형태로 절단하는 단계와, 상기 절단된 칩바는 거울면 코팅을 할 수 있도록 제작된 지그에 적층되는 단계와, 상기 적층이 끝난 후 상기 칩의 각각의 양면에 방향성을 갖는 스퍼터링법에 의해 비반사 및 고반사 코팅 반사막을 증착하는 단계와, 상기 코팅이 끝난 후에 다시 칩바를 분리하여 열처리 공정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 고반사 거울면 코팅 물질로는 Al₂O₃, TiO₂를 이용하여 80~95% 반사율을 갖도록 증착하는 것을 특징으로 한다.

또한, 비반사 거울면 코팅 물질로 Al₂O₃를 이용하여 5~35% 반사율을 갖도록 증착하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열처리 공정은 그 온도가 200~500℃ 정도에서 행해지며, 사용된 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명된다.

본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조 방법은 종래의 레이저 다이오드의 제조 공정에서 적층된 레이저 칩바를 스퍼터링을 이용하여 비반사 및 고반사 거울면 코팅을 실시한 후 열처리 공정을 추가함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레이저 다이오드의 그 열처리 공정은 너무 높은 온도에서 열처리를 하게 되면 레이저 다이오드에 치명적인 손상을 주게 되므로 적당한 온도와 적당한 분위기를 필요로 한다.

바람직하게는 그 온도가 200~500℃ 정도이며, 사용된 가스는 질소 가스이다.

이와 같이 코팅이 끝난 후에 다시 칩바를 분리하여 열처리 공정을 행하면, 코팅을 할 때 형성된 핀홀, 미세 균열, 공동 또는 물리화학적 스트레스를 제거하여 궁극적으로는 레이저 다이오드의 전기 광학적 특성을 개선시킬 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조 방법에 있어 열처리 공정 전의 모든 단계는 종래의 레이저 다이오드의 제조 방법(도 2a 내지 도 2d 참조)과 동일하므로 그 과정을 생략한다.

다만, 고반사 거울면 코팅 물질로는 Al₂O₃, TiO₂를 이용하여 80~95% 반사율을 갖도록 증착하였고, 비반사 거울면 코팅 물질로 Al₂O₃를 이용하여 5~35% 반사율을 갖도록 증착하였다.

또한, 코팅된 레이저 다이오드는 808nm AlGaAs 구조의 릿지 에미팅(Ridge emitting) 구조를 가지며 릿지 사이즈는 30㎛, 릿지 부분을 제외한 나머지 영역은 SiNx(전류 차단층)를 사용하며 제작하였다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따라 코팅된 레이저 다이오드를 열처리 하였을 경우와 종래의 열처리하지 않은 경우를 전기 광학적 특성면에서 비교한 그래프이다.

도 3a를 참조하면, 본 발명에 따라 열처리 공정을 하였을 경우(RTP(Rapid Thermal Process)300)에는 종래의 열처리를 하지 않은 경우(RTP NO)보다 문턱 전류(threshold current)가 현격히 감소하였음을 알 수 있다.

도 3b를 참조하면, 열처리 공정을 추가해 줌으로써 레이저 다이오드가 가지고 있는 응력과 미세균열등의 결함을 제거해줌으로써 결과적으로 문턱전류와 광효율이 증가하여 동작 전류가 개선되었음을 알 수 있다.

도 3c를 참조하면, 열처리를 한 경우에는 열처리를 하지않은 경우보다 광 효율(Slope efficiency)이 현저하게 개선됨을 알 수 있다.

도 3d를 참조하면, 코팅을 한 후 다시 열처리를 한 경우와 열처리를 안한 경우를 비교한 경우에는 열처리를 한 경우에 동작 전압(Operating voltage)이 개선되는 것으로 나타났다.

도 4는 거울면 코팅을 한 후 열처리 유무에 따른 박막의 곡률 반경을 측정하고 응력을 계산한 결과를 나타낸 그래프이다.

여기서, 열처리 후 코팅된 박막의 스트레스 감소 여부를 판단하기 위하여 레이저 스캐닝 방법(laser scanning method)을 이용하여 박막의 곡률반경을 측정하였고, 이에 따른 박막의 응력을 스토니(stoney) 식을 이용하여 계산하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 열처리 하지 않은 박막의 경우에는 약 300MPa의 전단 응력을 받고 있는 것으로 나타났고, 이를 열처리한 경우는 거의 수십 MPa의 전단 응력만 받는 것으로 나타났다. 즉, 코팅된 박막을 열처리한 경우 박막의 기계적 스트레스가 줄어들어 레이저 다이오드의 전기 광학적 특성이 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.

본 발명의 거울면 코팅 후 열처리 기술은 모든 반도체 레이저 구조에 그 적용이 가능하다.

예를 들면, 650nm DVD-ROM 레이저 다이오드, 780nm CD-RW 레이저 다이오드, 808nm 고출력 레이저 다이오드, 및 980nm 펌핑용 고출력 레이저 다이오드등에 적용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조 방법은 종래에 가지고 있는 코팅된 박막의 특성 문제점을 해결하여 모든 저출력 또는 고출력 레이저 다이오드에 적용 가능하다.

또한, 열처리 공정을 추가해줌으로써 기존 레이저 다이오드 거울면 코팅시 코팅 물질의 핀홀, 미세균열이나 공동, 또는 물리화학적인 스트레스를 감소시켜줌으로써, 벽계면 코팅을 한 후 레이저 다이오드의 전기 광학적 특성 및 신뢰성을 향상시켜 고출력, 저출력 레이저 다이오드(LD) 상품의 가치를 최대화 시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 전극 형성 공정이 끝난 웨이퍼를 일정한 캐비티 길이를 갖는 레이저 다이오드 칩바 형태로 절단하는 단계와,

   상기 절단된 칩바는 거울면 코팅을 할 수 있도록 제작된 지그에 적층되는 단계와,

   상기 적층이 끝난 후 상기 칩의 각각의 양면에 방향성을 갖는 스퍼터링법에 의해 비반사 및 고반사 코팅 반사막을 증착하는 단계와,

   상기 코팅이 끝난 후에 다시 칩바를 분리하여 열처리 공정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고반사 코팅 반사막을 증착하는 단계는 고반사 거울면 코팅 물질로는 Al₂O₃, TiO₂를 이용하여 80~95% 반사율을 갖도록 증착하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 비반사 코팅 반사막을 증착하는 단계는 비반사 거울면 코팅 물질로 Al₂O₃를 이용하여 5~35% 반사율을 갖도록 증착하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 열처리 공정은 그 온도가 200~500℃ 정도에서 행해지는 것을 특징으로하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 열처리 공정에 사용된 가스는 질소 가스인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.