KR900009229B1 - 선택적 에피택시법에 의한 표면 방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

선택적 에피택시법에 의한 표면 방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

제1도는 반도체 레이저 다이오드용 에피택시 공정후 결정층의 단면도.

제2도는 본 발명의 선택적 에피택시 공정에 사용될 마스크가 입혀진 GaAs 단결정기판 예시도.

제3도는 본 발명의 방법에 의해 좁은 영역위에 선택적 에피택시 공정후 생긴 45°거울반사면의 단면도.

제4도는 본 발명의 방법에 의해 45°거울반사면과 레이저 다이오드가 선택적 에피택시 공정으로 동시에 형성된 단면도.

제5도는 본 발명의 방법에 의한 표면방출형 반도체 레이저 다이오드의 완성된 모양의 단면도.

제6도는 본 발명의 반도체 레이저 다이오드 제조공정 순서도.

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 제작시 에피택시(Epitaxy) 공정자체내에서 자연적으로 45°거울반사면을 형성시킬 수 있게 한 선택적 에피택시법에 의한 표면방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 표면방출형 반도체 레이저 다이오드는 2차원적 어레이가 가능하기 때문에 엣지 방출형 레이저 다이오드에서 얻을 수 있는 최대의 1차원 어레이보다 엄청나게 큰 출력을 얻을 수 있고, 또 다른 응용분야로는 대규모 집적소자(VLSI)의 집적수준 이상의 반도체 소자간 고속신호 전달에 표면방출형 반도체 레이저 다이오드를 이용하는 경향이 대두되면서 급격히 연구가 시작되고 있는 실정이다.

그런데, 반도체 레이저 다이오드의 주종인 AlGaAs/GaAs의 경우 표면방출형 구조를 제작하는데 상당히 큰 어려움이 있었다.

일예로, 참고문헌[J.P.Donnelly et. al., A.P.L., 51, PP1138, Oct., 1987]에서 제안된 방식에 의하면, 엣지에서 방출된 빔을 표면으로 향하게 하기 위하여 45°거울반사면을 이용하나, 그 45°거울반사면을 제작하기 위해서 이온빔에 의한 화학식각(Ion Beam Assited Etching)법을 사용하여야 하므로 고가의 장비가 요구되고 수율도 낮으며, 생산량에 큰 제약이 뒤따르게 되는 결점이 있었다.

또한, 다른 참고문헌[K. Mitsunaga to. al., A.P.L., 50, PP1788, June., 1987]에서 제안된 방식에 의하면, AlGaAs 층에 그레이팅을 만들어야 하기 때문에 AlGaAs 층의 산화성 및 그레이팅의 균일성, 광분산으로 인하여 출력이 감소되는 결점이 있었다.

또한, 다른 참고문헌[K. Iga et. al., A.P.L., 45, PP348 Aug., 1987]에서 제안된 방식에 의하면, 2번의 에피택시 공정이 필요하여 공정이 복잡하게 되고, 거울반사면의 반사성 저하로 소자특성이 양호하지 못하게 되는 결점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 결점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 반도체 레이저 다이오드 제작시 필수인 에피택시 공정자체내에서 자연적으로 45°거울반사면을 형성시켜 표면방출형 레이저 다이오드를 손쉽게 제작할 수 있게함에 본 발명의 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은 에피택시 공정중 결정적층의 마스크를 이용하여 레이저 다이오드 형성부분과 45°거울반사면 형성부분을 정의하고, 그 정의 부분에만 선택적으로 AlGaAs/GaAs층을 적층하여 2개의 반도체 레이저와 1개의 45°거울반사면을 기본단위로 표면방출형 레이저 다이오드를 제작함으로써 달성되는 것으로, 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

반도체 레이저를 제작하는 과정에서 제일 중요하고 필수인 것은 GaAs 기판에 여러층의 AlGaAs와 GaAs층을 적층시키는 에피택시 공정이다. 그런데, 다층의 에피택시 이중 이종접합으로 n형 단결정기판을 사용할 경우 제1도에 도시된 바와같이, 기판(1)위에 n형 Al_yGa_1-yAs의 클래드층(2), 빛이 나오는 P형 Al_xGa_1-xAs의 활성층(3), P형 Al_yGa_1-yAs의 클래드층(4) 및 P형 GaAs의 캡층(5)이 차례로 적층된다(단, 여기서 0

x

0.15, y

x+0.3임).

제2도는 본 발명의 선택적 에피택시 공정에 사용될 마스크가 입혀진 GaAs 단결정기판 예시도로서 이에 도시된 바와같이, 상기에서 설명한 에피택시 공정이전에 단결정기판(1)위에 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막 마스크(6)를 이용하여 2개의 레이저 다이오드가 형성될 영역(8)을 정의하고, 두개의 레이저 다이오드 영역(8) 사이에 45°거울반사면 영역(7)을 정의한다.

이와같이 영역(7), (8)을 정의한 후 선택적 에피택시 공정을 수행하면 마스크(6)가 존재하는 부분에는 AlGaAs와 GaAs 층이 적층되지 않고, 마스크가 제거된 영역(7), (8)에만 선택적으로 결정이 적층되어 진다.

이와같이 선택적 에피택시를 수행할 경우 마스크로 둘러싼 영역위의 결정적층 모양은 제3도에 도시한 바와같이 된다.

결정적층 초기의 모양은 결정학적으로 사다리꼴(9)로 형성되고, 장기간 결정적층이 진행되면 사다리꼴(9)의 윗변이 점차 줄어들게 되어 삼각형모양(11)을 이루게된다. 그런데, 삼각형모양(11)과 기판(1)과의 각도는 결정학적으로 약 54°로 고정되기 때문에 45°거울반사면으로 부적절하게 된다.

그러나, AlGaAs가 GaAs 보다 물질특성상 더 단단하므로 삼각형모양(11)층이 AlGaAs 층이고 그위에 GaAs 층이 적층될 경우에 에피택시 공정중 질량이동(Mass Transport)이 일어나게 되고, 이에따라 GaAs층이 무너져 내리게 되어 삼각형모양(11)이 더 완만한 삼각형모양(12)으로 변하게 된다.

이 삼각형모양인 GaAs 층(12)이 AlGaAs의 삼각형모양(11)위에서 에피택시도중 무너져 내리는 정도를 조절하면 45°각도의 삼각형모양(12)이 형성되어 진다.

한편, 상기와 같은 선택적 에피택시의 경우 결정적층 속도는 마스크로 둘러쌓인 결정적층될 영역의 면적에 따라 크게 변하게 된다. 따라서 45°거울반사면 영역(7)의 면적이 레이저 다이오드 영역(8)의 면적보다 상당히 작으면(약 100배이상), 45°거울반사면 영역(7)에서의 결정적층 속도는 레이저 다이오드 영역(8)에서의 결정적층 속도보다 엄청나게 증가하기 때문에 레이저 다이오드 영역(8)위에서만 일반적 이중 이종접합이 이루어질 동안에 거울반사면 영역(7)에서는 이미 45°거울반사면이 형성되기 시작한다.

제4도에는 이런 고정을 거쳐 좁은 영역위에 형성된 45°거울반사면(13)과 그옆 양쪽에 2개의 레이저 다이오드(14)가 결정적층되어진 모양이 나타나 있다. 이와같이 에피택시 공정자체로 45°거울반사면(13)가 레이저 다이오드(14)가 동시에 형성될 수 있기 때문에 이온빔에 의한 화학식각법이 필요없게 된다.

한편, 상기와 같은 선택적 에피택시 공정후 제5도에 도시한 바와같이 레이저 다이도드(14)와 45°거울반사면(13)위에만 금속(16)을 증착하고, 이것을 마스크로 이용하여 레이저 다이오드(14)의 경사면을 약간 화학식각하며 레이저 다이오드 거울면(15)을 수직으로 형성하고, 또 단결정기판(1)의 뒷면을 갈아내고 그 뒷면에 n형 금속(17)을 증착한 후 열처리 하면 표면방출형 다이오드가 완성된다.

이와같이 형성된 표면방출형 레이저 다이오드에서 레이저빔은 엣지형 다이오드 활성층에서 방출된 후 45°거울반사면(13)에 부딪혀 표면으로 방출되어 진다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명의 표면방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드 제조공정 순서를 제6도를 참조하여 설명한다.

우선, 제6a도에 도시한 바와같이 n형 단결정 GaAs 기판(1)위에 실릴콘 산화막 혹은 실리콘 질화막(21)을 약 2000Å 정도 두께로 기상성장(CVD) 방법이나 스퍼터링 방법으로 증착하고, 이후 제6b도에 도시한 바와같이 포토레지스터(22)를 사용하는 포트리소그라피방법과 화학식각 공정을 이용하여 45°거울반사면 영역(23)은 약 10-20㎛폭, 레이저 다이오드 영역(24)은 약 200-400㎛ 폭으로 마스크를 제거하고, 이때 45°거울반사면 영역(23)과 레이저 다이오드 영역(24) 사이에는 응용에 따라 약 5-20㎛정도의 폭을 가지는 마스크가 존재하게 된다. 이후 제6c도에 도시한 바와같이 포토레지스터(22)만 제거하고 선택적 에피택시 공정을 거쳐 삼각형의 45°거울반사면(25)과 두개의 레이저 다이오드(26)를 형성한다. 여기서 45°거울반사면(25)과 레이저 다이오드(26)의 각 결정층은 n형 Al_yGa_1-yAs의 클래드층, P형 Al_xGa_1-xAs의 활성층, P형 Al_yGa_1-yAs의 클래드층 및 GaAs 캡층이 차례로 적층되어 있다.

이후, 제6d도에 도시한 바와같이 포토리소그라피법을 이용하여 45°거울반사면(25)과 레이저 다이오드(26)의 위에만 P형 금속층(27)을 증착한다. 이후 제6e도에 도시한 바와같이 상기 증착된 P형 금속층(27)을 마스크로 하여 H₂SO₄: H₂O₂: H₂O의 화학약품으로 레이저 다이오드(26)의 경사면을 수직면(28)으로 형성하고 이후의 전체 두께가 약 100㎛되게 n형 단결정 GaAs 기판(1)의 뒷면을 갈아내고 n형 금속층(29)을 증착한 후 열처리 함으로써 완료된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 반도체 레이저 제작시 에피택시 공정자체내레서 자연적으로 45°거울반사면을 형성시켜 표면방출형 레이저 다이오드를 제작하게 되므로 고가의 화학식각 장비가 필요하지 않게 되고, 제조공정이 간단해져 생산성이 향상됨과 아울러 대량생산이 가능해지고, 또 45°거울반사면의 반사성이 양호해지는 효과가 있다.

Claims (3)

1. n형 단결정 GaAs 기판(1)위에 실릴콘 산화막(21)을 증착한 후 포토레지스터(22)를 사용하는 포토리소그라피방법과 화학식각 공정을 이용하여 45°거울반사면 영역(23)과 레이저 다이오드 영역(24)의 마스크를 제거하고, 이후 상기 포토레지스터(22)만 제거하고 선택적 에피택시 공정을 거쳐 삼각형의 45°거울반사면(25)과 레이저 다이오드(26)를 형성한 후 그 위에 P형 금속층(27)을 증착하며, 이후 상기 P형 금속층(27)을 마스크로 하여 상기 레이저 다이오드(26)의 경사면을 수직면(28)으로 형성하고, 상기 n형 단결정 GaAs 기판(1)의 뒷면에 n형 금속층(29)을 증착한 후 열처리 하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 선택적 에피택시법에 의한 표면방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 45°거울반사면 영역(23)의 폭은 10-20㎛로하고, 레이저 다이오드 영역(24)의 폭은 200-400㎛로 함을 특징으로 하는 선택적 에피택시법에 의한 표면방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저다이오드의 제조방법버.
3. 제1항에 있어서, 선택적 에피택시법으로 삼각형의 AlGaAs 층위에 GaAs 층을 차례로 적층시킬 때 그 GaAs 층이 무너져 내리는 현상(Mass transport)을 이용하여 거울반사면(25)의 각도를 조정함을 특징으로 하는 선택적 에피택시법에 위한 표면방출형 AlGaAs/GaAs 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.

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