KR890003418B1 - 반도체 발광다이오우드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본발명에 따라 제조한 발광다이오우드의 단면도.
제2(a)도-제2(e)도는 본발명에 따른 발광다이오우드의 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : P형전극 2,12 : P형 GaAs기판
3,13 : P형투과층 4,14 : P형 활성층
5,15 : n형캡층 6,16 : 절연막
7,19 : n형 전극 10 : 렌즈형상부
4a : 광방출영역
본 발명은 표면 방출형 발광다이오우드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 발광다이오우드의 외부 광방출 효율을 높이기 위한 렌즈모양을 갖는 표면 방출형 발광다이오우드의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오우드의 일반표시 소자로서 사용되고 있지만 광섬유를 통한 광통신 분야에 있어 중요한 광원으로서 사용되고 있다. 그러나 광섬유의 직경은 50-100/μm정도로써 광방출면적은 상기의 직경과 같거나 보다 작을 필요가 있으며 광방출 출력을 높이고 외부 광 방출 효율을 향상시켜주는 것이 필요하게 된다.
발광다이오우드는 발광 영역으로 부터 발생한 빛을 외부에 방출시키는 방법에 의해 표면 방출형과 단면 방출형으로 분류된다.
표면 방출형은 접합면에 수직방향으로 빛을 내게하는 구조로서 활성층에서 발생한 빛이 자기흡수 손실을 거의 받지않고 외부로 방출되기 때문에 그 출력을 실현하는데 상당한 이점이 있다.
이와같은 표면 방출형 발광다이오우드를 제작함에 있어서, 결정내에서의 광 흡수를 줄이고 외부 발광효율을 높혀주며 방출되는 빛에 지향성을 부여하기 위하여 기판에 구멍을 뚫거나 발광다이오우드의 전체 또는 일부를 렌즈모양으로 가공해 주는 등의 여러가지 방법이 제안되었다.
이와같은 종래의 발광다이오우드 자체의 렌즈가공에는 평탄한 기판에 에피택셜(epitaxial)층을 설장시킨 후, 기계적 연마 또는 화학방법에 의한 에칭, 이온밀링법등을 사용하여 외부로부터 가공시켜 주는 방법을 사용하여 왔다.
그러나 상기와 같이 기계적 연마를 하는 경우에는 소자 하나하나를 절단하여 가공하여야 하는 어려움이 있었으며 광집적회로에의 응용은 불가능하게 되었다. 또한 화학에칭방법 또는 이온밀링방법을 이용하는 경우에는 렌즈의 구면이 완만하여 소망의 구면이 되는 렌즈현상을 얻기가 어려웠을뿐만 아니라 비교적 큰 렌즈의 가공에 있어서는 어려움이 있어왔다.
따라서, 본 발명의 목적은 표면 반사의 영향이 매우 적은 렌즈모양의 외면을 가지는 표면 방출형 발광다이오우드의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 다수의 발광다이오우드를 1칩상에 집적화할수 있는 표면방출형 발광다이오우드의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광섬유와 같은 광 통신 매체에 광원으로써 사용이 될 수 있는 광 방출 효율이 높은 표면방출형 발광다이오우드의 제조방법을 제공함에 있다.
따라서 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 GaAs 반도체 기판상에 제1 절연막을 형성하고 렌즈형상부 형성용 패턴을 만드는 제1공정과, 상기 렌즈형상부 형성용 패턴 상부에 소정두께의 투과층과 활성층 및 캡층을 차례로 에피택셜 성장을 한 후 광 방출 영역 형성용 제2절연막을 성장시키는 제2공정과, 상기 성장된 반도체층의 반대쪽의 상기 반도체 기판을 에칭하여 렌즈형상부의 외부가 드러나게 하는 제3공정과, 상기 제2절연막의 렌즈형성부 중앙위치를 에칭하여 제1전극을 형성하고 상기 렌즈형상부(10)의 주위에 제2전극을 형성하는 제4공정으로 함을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 표면방출형 발공다이오우드의 제조방법에 따른 GaAs-A1GaAs 렌즈형 발광다이오우드 구조의 단면도를 나타낸 도면이다.
도면중 10은 본발명에 따른 제조방법에 의해 형성된 렌즈형상부이며, 1은 금을 증착시켜 전극을 형성한 경우의 양의 전압이 인가되는 전극이며, 2는 전극형성용 저항접촉을 위한 고농도 p형 GaAs층이며, 3은 p형 A1 GaAs의 투과층이고, 4는 p형 A1GaAs의 활성층이며, 5는 n형 캡층이며, 6은 Sio2등의 절연막, 7은 음의 전압이 인가되는 n 형 전극이다.
또한 4a는 광방출영역이 되며 광방출영역 (4a)는 렌즈형상부(10)의 중앙하부에 형성되도록 절연막(6)을 에칭시켜 n 형 전극(7)을 n 형 캡층(5)에 저항접촉을 시킨것이다.
따라서 제1도에 보인 바와같이 p 형 GaAs투과층의 외부를 렌즈형상부(10)와 같이 제조함으로써 전극(1) 및 (7)에 정방향 바이어스를 인가하면 광 방출영역(4a)로 부터 방출하는 광이 외부로 방출되는 각도를 크게 하여 상기 렌즈형상부 (10)에 접속되는 광의 커플링 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
이하 제1도의 렌즈형상을 갖는 표면방출형 발광다이오우드의 제조방법을 상세히 설명한다.
제2(a)도-제2(e)도는 제1도의 렌즈형 발광다이오우드의 제조공정을 구체화한 공정개략도이다.
출발물질은 p 형 단결정 고농도 GaAs 기판(12)으로 두께 350μmv표면결정면의 방향성은<100>이고, 에치피트밀도 (EPD : Etch Pit Density)는 5000이하인 것을 사용한 경우의 제조공정의 일실시예를 상술한다.
제2(a)도-제2(e)도는 한개의 렌즈형상을 갖는 표면 방출형 발광다이오우드의 제조공정을 보인것이나 한개의 기판상에 다수의 발광다이오우드를 동일 공정으로 제조할 수 있음을 유의해야 한다.
전술한 p 형 단결절 GaAs 기판(12)을 잘 세척한 후 잘 연마된 표면의 상부에 Sio2절연막(20)을 CVD(Chemical Vapor Deposition)방법에 의해 약 2000Å을 성장시킨 후 상기 절연막(20)상에 포토레지스터을 도포하고 렌즈형상부가 형성될 부분을 마스크를 사용하여 자외선을 노광한 후 현상하면 포리머된 포토레지스터(30)이 남게되며 BHF (Buffered HF)용액으로 상기 절연막(20)을 에칭하면 제2(a)도와 같이 된다.
여기서 상기 Sio2절연막(20)을 사용하는 것은 필수적인 것은 아니며 포토레지스트를 사용하여 렌즈 형상부를 형성시킬수도 있으나 렌즈부분의 크기가 커지고 장시간 에칭을 하는 경우에는 Sio2절연막(20)을 사용하여 기판(12)을 에칭하는 것이 바람직하다.
제2(a)도와 같이 렌즈형상부를 형성하기 위한 원도우를 오픈한 후 포리머된 포토레지스터(30)를 제거한후 p 형 단결정 GaAs 기판(12)을 에칭하여 렌즈형상부 형성을 위한 패턴을 만든다.
이때 사용되는 GaAs 기판(12) 에칭용액은 결정면<100>에 대한 등방성 에칭용액으로 Hcl : H2O2: H2O=40 : 4 : 1이 사용될 수 있으며 상기 에칭용액은 <11>면과 <11>면에 대해 곡면을 이루면서 등방성 에칭을 하게 되는데 에칭속도는 분당 5μm이상이 되며, 에칭깊이에 대한 언더컬(under cut)비율은 <11>과 <11>모두 0.54가 된다. 따라서 상기 에칭용액에 의해 제2(a)도의 GaAs기판을 에칭한 후 절연막(20)을 전술한 BHF 용액으로 모두 에칭해내면 제2(b)도와 같이 GaAs 기판(12)상에 렌즈형상부 형성을 위한 패턴(40)이 형성된다. 그후 제2(b)도와 같은 렌즈형상부 형성을 위한 패턴(40)의 상부에 다층의 에피택셜 성장층(13)(14)(15)를 성장시키는 공정을 제2(c)도와 같이 하게 된다.
제2(c)도와 같이 에피택셜 성장층인 p형 AlXGa1-xAs투과층(13)을 성장시키는 방법으로는 액상 결정성장(Liquid Phase Epitaxy) 법중 슬라이드 보오트법을 사용하여 성장하게 되는데 상기 액상 결정 성장법의 특성상 오목한 렌즈부분(40)은 성장속도가 빨라서 50-80μm두께의 두꺼운 p 형 AlXGa1-xAs투과층(13)을 성장시키는 동안 평탄해지게된다. 이어사 p형 활성층 (14)인 p형 AlyGa1-yAs를 성장시키게 되는데 이층의 두께는 0.5-1.0μm 정도로 결정성장을 하고 이 상부에 n형 캡층(15)을 두께 1.0-2.0μm성장을 시킨다. 그후 n형 캡층(15)의 상부에 CVD법에 의해 Sio2절연막(16)을 약 2000Å성장시킨다.
상기와 같은 에피택셜 성장 및 Sio2절연막 (16)의 성장이 끝난후 p 형 단결정 GaAs 기판(12)의 제거 공정을 하게 되는데 상기 성장된 에피택셜층을 포함하여 전체두께가 150-200μm이 되도록 기판(12)즉 에피택셜 성장층 반대편의 기판표면을 연마한 후 전술한 n형 캡층(15)의 상부에 피막된 Sio2(16)의 보호상태에서 기판인 GaAs만을 에칭하여 렌즈형상부(10)가 외형으로 나오도록 한다. 이때 에칭시간을 조적하여 제2(d)도와 같이 상기 p 형 GaAs기판의 5-15μm정도의 남은 부분인 p형 전극형성을 위한 층(18)이 형성될 수 있도록 한다.
그후 p 형 전극 형성을 위한 층(18)의 상부에 금을 증착시키고 사진식각 방법에 의해 p형 전극(11)을 형성시킨다. n형 전극은 전술한 Sio2절연막(16)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후 사진식각 방법에 의해 렌즈의 중심부에 맞추어 원형으로 상기 절연막을 에칭한 후 Au-Ge/Ni/Au의 금속을 증착시켜 n형 전극(19)을 형성시킨다.
상기 n형 전극 증착후 약400℃의 수소 분위기 속에서 1분간 열처리를 하여 상기 금속 전극을 부착력이 좋게 알로이 시킴으로서 렌즈형상을 갖는 표면방출형 발광다이오우드를 제조하게된다.
상술한 발광다이오우드의 제조방법은 GaAs-A1GaAs개의 재료를 사용한 제조방법을 설명한 것이지만 다른 재료 예를들면 Inp-InGaAsp 등에 대해서도 상기 방법을 사용하여 렌즈형상을 갖는 표면 방출형 발광다이오우드를 제조할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 에칭방법 및 사용재료에 따라서 렌즈모양만이 아닌 임의의 곡면형상을 가공할 수도 있다.
따라서 상술한 방법에 의한 발광다이오우드는 기판에칭을 이용하여 렌즈구조를 만들기 때문에 기계적연마 또는 이온밀링법등에서 오는 기계적, 화학적 손상을 받지 않으며 표면 반사를 최소화 할수 있어 고출력을 실현시킬 수 있으며 또한 소자 하나하나를 절단하여 가공할 필요가 없기 때문에 발광다이오우드를 포함한 광 집적회로의 제작이 가능하게 된다.
Claims (1)
- 표면 방출형 발광다이오우드의 제조방법에 있어서, GaAs 반도체 기판(12)상에 제1절연막(20)을 형성하고 렌즈형상부 형성 패턴(40)을 만드는 제1공정과, 상기 렌즈 형상부 형성패턴(40)상부에 소정두께에 투과층(13)과 활성층(14) 및 캡층(15)을 차례로 에피택셜 성장을 한후 광방출 영역(4a) 형성용 제2절연막(16)을 성장시키는 제2공정과, 상기 성장된 반도체층의 반대쪽의 상기 반도체기판(12)을 에칭하여 렌즈형상부(10)의 외부가 드러나게 하는 제3공정과, 상기 제2절연막(16)의 렌즈형상부 중앙위치를 에칭하여 제1전극(19)을 형성하고 상기 렌즈형상부(10)의 주위에 제2전극(11)을 형성하는 제4공정을 구비함을 특징으로 하는 발광다이오우드 제조방법.
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