KR20050066691A - A manufacturing method of semiconductor laser diode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은 n형 기판 위에 n형 클래드층, 활성층, p형 제 1 클래드층, 식각차단층(ESL), p형 제 2 클래드층, p형 캡(cap)층을 순차적으로 성장시킨 다음, 상기 p형 캡(cap)층과 p형 제 2 클래드층을 식각하여 리지(ridge)를 형성하고, 전류차단층(CBL)과 p형 캡(cap)층을 성장시켜, 상기 p형 캡(cap)층 상부와 n형 기판 하부에 각각 금속을 증착하여 전극을 형성함에 있어, 상기 p형 제 2 클래드층은 종래의 AlGaInP 대신에 AlGaAs을 사용함으로써 한번의 식각으로 리지(ridge)를 용이하게 형성할 수 있게 하여 650nm 레이저 다이오드의 제조공정을 단순화하는데 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor laser diode, the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention is an n-type cladding layer, an active layer, a p-type first cladding layer, an etching barrier layer (ESL), p on an n-type substrate After growing the second type cladding layer and the p-type cap layer sequentially, the p-type cap layer and the p-type second cladding layer are etched to form a ridge, and a current blocking layer ( CBL) and a p-type cap layer are grown to deposit electrodes on the p-type cap layer and the n-type substrate, respectively, to form electrodes. By using AlGaAs instead of AlGaInP, it is possible to easily form a ridge in one etching, thereby simplifying the manufacturing process of the 650 nm laser diode.
Description
본 발명은 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 650nm의 파장을 내는 레이저 다이오드를 제조함에 있어 종래의 적층물질 중 일부를 다른물질로 바꿈으로써 리지(ridge)를 용이하게 형성할 수 있게 하여, 보다 단순화된 650nm 반도체 레이저 다이오드 제조공정에 관한 것이다. 최근 광저장 장치는 CD-ROM/RW에서 DVD-ROM/RW로 점진적으로 대체되고 있다. 여기서 CD-ROM/RW는 780nm의 파장을 내는 레이저 다이오드가 사용되고, DVD-ROM/RW는 650nm의 파장을 내는 레이저 다이오드가 사용된다. 짧은 파장을 사용한 광저장 장치가 훨씬 많은 양의 데이터를 저장할 수 있어 650nm 레이저 다이오드가 많은 각광을 받고 있다. 그러나 650nm 레이저 다이오드를 제조하는 기술은 780nm 레이저 다이오드 제조 기술보다 훨씬 어렵다고 알려져 있다. 그 이유는, 도 1c와 같은, 종래 650nm 레이저 다이오드를 제조함에 있어, 780nm 레이저 다이오드에서 p형 클래드 물질로 사용하는 AlGaAs 대신에 AlGaInP을 사용함으로써 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법을 쓸 경우 양질의 결정도를 가지는 막을 성장시키기 어려운 점이 있으며, 도 1a와 같이, p형 제 1 클래드층(4) 뿐만 아나라 p형 제 2 클래드층(6) 모두를 AlGaInP로 할 경우 p형 제 2 클래드층(6)위에 GaAs으로 캡(cap : 8)층을 증착하기 위해선 두 물질의 격자구조의 차이 때문에 이를 완화시킬 InGaP로 중간층(smoothing layer : 7)을 먼저 성장시키는 것이 별도로 더 필요하며, 도 1b와 같이, 캡(cap : 8)층과 중간층(7) 그리고 p형 제 2 클래드층(6)을 식각하여 리지(ridge)를 만드는 공정도 780nm 레이저 다이오드에서 보다 복잡하기 때문이다.The present invention relates to a method for manufacturing a laser diode, and more particularly, in manufacturing a laser diode having a wavelength of 650 nm, it is possible to easily form a ridge by changing some of the conventional laminated materials to other materials. And a simplified 650 nm semiconductor laser diode manufacturing process. Recently, optical storage devices have been gradually replaced from CD-ROM / RW to DVD-ROM / RW. The CD-ROM / RW uses a laser diode with a wavelength of 780 nm and the DVD-ROM / RW uses a laser diode with a wavelength of 650 nm. Optical storage devices with short wavelengths can store much larger amounts of data, making 650nm laser diodes a popular destination. However, the technology of manufacturing 650nm laser diodes is known to be much more difficult than the technology of manufacturing 780nm laser diodes. The reason for this is that in manufacturing a conventional 650 nm laser diode as shown in FIG. 1C, AlGaInP is used instead of AlGaAs used as a p-type cladding material in a 780 nm laser diode. It is difficult to grow a film having crystallinity, and as shown in FIG. 1A, when not only the p-type first cladding layer 4 but also the p-type second cladding layer 6 is AlGaInP, the p-type second cladding layer 6 In order to deposit a cap layer (8) on GaAs, it is necessary to separately grow a middle layer (7) with InGaP to alleviate the difference due to the difference in the lattice structure of the two materials, as shown in FIG. This is because the process of forming a ridge by etching the cap (8) layer, the intermediate layer (7) and the p-type second cladding layer (6) is also more complicated in the 780 nm laser diode.
즉, 종래 650nm 레이저 다이오드의 리지(ridge)를 만들기 위한 식각 방법으로 건식식각도 있으나 이에 의할 경우 RIE(Reactive Ion Etching) 장비에 BCl3, Cl2, Ar등의 가스를 사용함으로써 웨이퍼 표면에 물리적인 손상(damage)를 줄 수 있으므로, 습식식각 방법에 의해야 하는데, 상기와 같은 종래 구조에서는 습식식각도 여러 단계를 거쳐야 하는 문제점이 있었다. 예를들면, 먼저 GaAs 캡(cap : 8)층을 NH4OH+H2O2+H2O 또는 N2SO4+H2 O2+H2O 용액을 사용하여 식각한 다음, InGaP 중간층(7)과 AlGaInP의 p형 제 2 클래드층(6) 일부를 HBr+H2O2+H2O 용액을 사용하여 식각하고, AlGaInP의 p형 제 2 클래드층(6) 나머지를 황산계 용액(온도가열)을 사용하여 InGaP로 된 식각차단층(ESL : 5)이 드러날 때까지 식각하는 단계를 거쳐야 한다.That is, there is dry etching as an etching method for making a ridge of a conventional 650nm laser diode, but in this case, by using gas such as BCl 3 , Cl 2 , Ar in a reactive ion etching (RIE) device, Phosphorus damage (damage) can be given, it should be by a wet etching method, there is a problem that the wet etching must go through several steps in the conventional structure as described above. For example, the GaAs cap layer is first etched using NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O or N 2 SO 4 + H 2 O 2 + H 2 O solution, and then the InGaP interlayer (7) and a portion of the p-type second cladding layer 6 of AlGaInP were etched using a HBr + H 2 O 2 + H 2 O solution, and the remainder of the p-type second cladding layer 6 of AlGaInP was sulfuric acid solution. (Temperature heating) should be used to etch until an InGaP etch barrier layer (ESL: 5) is revealed.
따라서, 본 발명의 목적은 650nm 레이저 다이오드를 제조함에 있어, p형 제 2 클래드층을 종래 AlGaInP 대신에 AlGaAs로 바꾸고 p형 제 2 클래드층 위에 바로 p형 GaAs로 캡(cap)을 형성함으로써, 리지(ridge)를 용이하게 형성할 수 있게하여 보다 단순한 650nm 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to fabricate a 650 nm laser diode by changing the p-type second cladding layer to AlGaAs instead of AlGaInP and forming a cap of p-type GaAs directly on the p-type second cladding layer. It is possible to easily form a ridge to provide a method for manufacturing a simpler 650 nm laser diode.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 제안하는 650nm 레이저 다이오드 제조방법은 n형 기판 위에 n형 클래드층, 활성층, p형 제 1 클래드층, 식각차단층(Etch Stop Layer : ESL), p형 제 2 클래드층, p형 캡(cap)층을 순차적으로 성장시킨 다음, 상기 p형 제 2 클래드층과 p형 캡(cap)층을 식각하여 리지(ridge)를 형성하고, 전류차단층(Current Blocking Layer : CBL)과 p형 캡(cap)층을 성장시켜, 상기 p형 캡(cap)층 상부와 n형 기판 하부에 각각 금속을 증착하여 전극을 형성함으로써 이루어진다.In order to achieve the above object, the 650nm laser diode manufacturing method proposed in the present invention is an n-type cladding layer, an active layer, a p-type first cladding layer, an etch stop layer (ESL), p-type on the n-type substrate After growing the 2 clad layer and the p-type cap layer sequentially, the p-type second clad layer and the p-type cap layer are etched to form a ridge, and a current blocking layer A layer is formed by growing a CBL) and a p-type cap layer, and depositing a metal on the upper portion of the p-type cap layer and the lower portion of the n-type substrate to form an electrode.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2C.
먼저, 도 2a와 같이, n형 기판(10) 위에 n형 버퍼층(도면에는 없음)을 성장시킨 다음, 순차적으로 n형 클래드층(20), 활성층(30), p형 제 1 클래드층(40), 식각차단층(ESL : 50), p형 제 2 클래드층(60), 그리고 p형 캡(cap : 70)층을 각각 성장시킨다(이하, 여기까지의 성장을 "제 1 차 성장"이라 함). First, as shown in FIG. 2A, an n-type buffer layer (not shown) is grown on the n-type substrate 10, and then the n-type cladding layer 20, the active layer 30, and the p-type first cladding layer 40 are sequentially formed. ), An etch barrier layer (ESL: 50), a second p-type cladding layer 60, and a p-type cap (cap: 70) layer are respectively grown (hereinafter referred to as "first growth". box).
이때 상기 n형 기판(10)과 n형 버퍼층은 n형 GaAs으로, 상기 n형 클래드층(20)은 n형 AlGaInP로, 상기 활성층(30)은 InGaP/AlGaInP로 구성된 다중양자우물(Multi-Quantum Well : MQW)로, 상기 p형 제 1 클래드층(40)은 p형 AlGaInP로, 상기 식각차단층(ESL : 50)은 InGaP로, 상기 p형 제 2 클래드층(60)은 p형 AlGaAs으로, 상기 p형 캡(cap : 70)층은 p형 GaAs으로 각각 할 수 있다. 그리고 상기 n형 기판(10) 위의 각 층 성장은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법으로 할 수 있다.In this case, the n-type substrate 10 and the n-type buffer layer are n-type GaAs, the n-type cladding layer 20 is n-type AlGaInP, and the active layer 30 is InGaP / AlGaInP. Well: MQW), the p-type first cladding layer 40 is p-type AlGaInP, the etch-blocking layer (ESL: 50) is InGaP, and the p-type second cladding layer 60 is p-type AlGaAs. The p-type cap layer may be p-type GaAs, respectively. Each layer growth on the n-type substrate 10 may be performed by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
다음은, 도 2b와 같이, 리지(ridge : 80) 구조를 만들기 위하여 상기 제 1 차 성장이 끝난 웨이퍼 위에 유전막을 증착하고 공지의 사진식각공정을 통하여 상기 유전막을 띠(stripe) 모양으로 패턴한 다음, 패턴에 따라 상기 p형 캡(cap : 70)층과 p형 제 2 클래드층(60)에 대한 식각을 행한다. Next, as shown in FIG. 2B, a dielectric film is deposited on the first-grown wafer to form a ridge structure, and the dielectric film is patterned into a stripe shape through a known photolithography process. , The p-type cap layer 70 and the p-type second cladding layer 60 are etched according to the pattern.
여기서 상기 유전막으로는 SiO2 혹은 Si3N4를 사용할 수 있으며, 상기 p형 캡(cap : 70)층과 p형 제 2 클래드층(60)에 대한 식각은 동시에 한 단계로 이루어질 수 있다. 이 때 상기 p형 캡(cap : 70)층과 p형 제 2 클래드층(60)에 대한 식각은 습식식각으로 NH4OH+H2O2+H2O 또는 N2SO4 +H2O2+H2O 용액을 사용할 수 있다(이 경우 50의 InGaP는 완벽한 식각차단층의 역할을 수행할 수 있다).Here, SiO 2 or Si 3 N 4 may be used as the dielectric layer, and etching of the p-type cap layer and the p-type second cladding layer 60 may be simultaneously performed in one step. At this time, the etching of the p-type cap (cap: 70) layer and the p-type second cladding layer 60 is a wet etching NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O or N 2 SO 4 + H 2 O A 2 + H 2 O solution can be used (in this case 50 InGaP can serve as a complete etch stop layer).
마지막으로, 도 2c와 같은 650nm 레이저 다이오드를 만들기 위해, 상기의 리지(ridge : 80) 구조를 만든 후 리지(80) 측면을 감싸며 식각차단층(50) 상부에 전류차단층(CBL : 90)을 p형 제 2 클래드층(60) 높이까지 성장시키고, 상기 리지(80)와 전류차단층(90) 상부 전면에 p형 캡(cap : 70)층을 다시 성장시킨 후 상기 p형 캡(cap : 70)층 상부와 n형 기판(10) 아래에 각각 금속(100, 110)을 증착하고, 비흡수영역(window layer)을 중심으로 칩절단(chip cleaving) 과정을 거쳐 레이저 다이오드 칩을 완성한다.Lastly, in order to make a 650 nm laser diode as shown in FIG. 2C, the ridge structure 80 is formed, and then a current blocking layer CBL 90 is formed on the etch barrier layer 50 while covering the side of the ridge 80. After the p-type second cladding layer 60 is grown to a height, the p-type cap (cap: 70) layer is grown on the upper surface of the ridge 80 and the current blocking layer 90 again, and the p-type cap 70) The metals 100 and 110 are deposited on the upper layer and the n-type substrate 10, respectively, and the laser diode chip is completed by a chip cleaving process around the non-absorbing region.
여기서 상기의 전류차단층(CBL : 90)과 제 2 의 p형 캡(cap : 70)층의 성장(이하, "제 2 차 성장"이라 함)은 상기 제 1 차 성장과 같이 공지된 MOCVD 방법으로, 전류차단층(CBL : 90)은 n형 AlGaAs으로, 제 2 의 p형 캡(cap : 70)층은 p형 GaAs으로 각각 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 의 p형 캡(cap : 70)층의 상부 금속 전극(100)은 Ti, Pt, 그리고 Au을 순차적으로 적층하여 형성하고, 상기 n형 기판(10) 하부의 금속 전극(110)은 AuGe, Ni, 그리고 Au을 순차적으로 적층하여 형성 할 수 있다.Wherein the growth of the current blocking layer (CBL: 90) and the second p-type cap (cap: 70) layer (hereinafter referred to as "secondary growth") is known MOCVD method as the first growth As a result, the current blocking layer CBL 90 may be formed of n-type AlGaAs, and the second p-type cap 70 may be formed of p-type GaAs. In addition, the upper metal electrode 100 of the second p-type cap layer 70 is formed by sequentially stacking Ti, Pt, and Au, and the metal electrode 110 under the n-type substrate 10. ) May be formed by sequentially stacking AuGe, Ni, and Au.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한, 650nm 레이저 다이오드 제조방법은 p형 제 2 클래드층을 종래 AlGaInP 대신에 AlGaAs으로 바꾸고 p형 제 2 클래드층 위에 바로 p형 GaAs으로 캡(cap)층을 형성함으로써, 리지(ridge) 구조의 형성에 기존의 780nm 레이저 다이오드 공정을 그대로 적용할 수 있게 하여, 650nm 레이저 다이오드 제조공정을 보다 단순화 할 수 있게 되었다.As described above, the 650 nm laser diode manufacturing method according to the present invention changes the p-type second cladding layer to AlGaAs instead of AlGaInP and forms a cap layer of p-type GaAs directly on the p-type second cladding layer. As a result, the existing 780 nm laser diode process can be applied as it is to the formation of a ridge structure, thereby simplifying the 650 nm laser diode manufacturing process.
도 1a와 도 1b는 종래 방법에 의한 650nm 레이저 다이오드의 리지(ridge) 형성 과정을 보여주는 단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a ridge forming process of a 650 nm laser diode according to a conventional method.
도 1c는 종래 방법에 의한 650nm 레이저 다이오드 구조를 보여주는 단면도.1C is a cross-sectional view showing a 650 nm laser diode structure by a conventional method.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 의한 650nm 레이저 다이오드의 리지(ridge) 형성 과정을 보여주는 단면도.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a ridge forming process of a 650 nm laser diode according to the present invention.
도 2c는 본 발명에 의한 650nm 레이저 다이오드 구조를 보여주는 단면도. Figure 2c is a cross-sectional view showing a 650nm laser diode structure according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 10 : n형 기판(n형 GaAs) 2, 20 : n형 클래드층(n형 AlGaInP)1, 10: n-type substrate (n-type GaAs) 2, 20: n-type cladding layer (n-type AlGaInP)
3, 30 : 활성층(MQW) 4, 40 : p형 제1클래드층(p형 AlGaInP)3, 30: active layer (MQW) 4, 40: p-type first cladding layer (p-type AlGaInP)
5, 50 : 식각차단층(InGaP) 6 : p형 제2클래드층(p형 AlGaInP)5, 50: etching barrier layer (InGaP) 6: p-type second cladding layer (p-type AlGaInP)
60 : p형 제2클래드층(p형 AlGaAs) 7 : 중간층(InGaP)60: p-type second cladding layer (p-type AlGaAs) 7: intermediate layer (InGaP)
8, 70 : p형 캡층(p형 GaAs) 80 : 리지(ridge)8, 70 p-type cap layer (p-type GaAs) 80: ridge
9 : 전류차단층(n형 AlInP) 90 : 전류차단층(n형 AlGaAs)9: current blocking layer (n-type AlInP) 90: current blocking layer (n-type AlGaAs)
11, 100 : p측 금속전극(Ti/Pt/Au) 12, 110 : n측 금속전극(AuGe/Ni/Au) 11, 100: p-side metal electrode (Ti / Pt / Au) 12, 110: n-side metal electrode (AuGe / Ni / Au)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100760150B1 (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-18 | 엘지전자 주식회사 | Laser Diode And Method Of Fabricating The Same |
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2003
- 2003-12-27 KR KR1020030098030A patent/KR20050066691A/en not_active Application Discontinuation
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