KR910008440B1

KR910008440B1 - 2단계 화학식각법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법

Info

Publication number: KR910008440B1
Application number: KR1019890003619A
Authority: KR
Inventors: 권영세; 유희준
Original assignee: 한국과학기술원; 이상수
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1991-10-15
Also published as: KR900015397A

Abstract

내용 없음.

Description

2단계 화학식각법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법

제1도는 본 발명의 방법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작공정 설명도.

제2도는 본 발명의 방법에 의해 식각이 실제로 행해지는 과정을 보인 사진대용 예시도.

제3도는 본 발명의 방법에 의한 거울면의 모서리각 변화를 시간에 대한 함수로 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명의 방법에 의한 거울면의 빗면과 수직면 사이의 비를 시간에 대한 함수로 나타낸 그래프.

제5도는 본 발명의 방법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 기판 12, 14 : 클래딩(cladding)층

13 : 활성(active)층 15 : 오오믹 접속층

16 : 포토 레지스터

본 발명은 레이저 다이오드용 거울면 제작방법에 관한 것으로, 특히 2단계의 화학식각에 의한 간단한 방법에 의해 레이저 다이오드용 거울면을 식각특성이 균일하게 제작할 수 있는 2단계 화학식각법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 광통신 광원으로 사용되는 레이저 다이오드는 효율적인 레이저 발진을 위해서 수직반사 거울면이 필요하게 된다. 그런데, 종래의 레이더 다이오드의 거울면 제작 방법으로는 주로 클리빙(Cleaving)법이 사용되었다. 그러나, 이 경우 칩의 한변의 길이가 레이저 다이오드의 길이를 제한될 수밖에 없기 때문에 칩의 면적이 제한되어 전자소자의 집적도가 떨어지고, 이에 따라 집적도가 요구되는 광전집적회로용 공정으로는 부적합하게 되는 결점이 있었다.

이러한 결점을 극복하기 위한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법이 여러 가지 알려져 있다. 일예로, 화학식각법[참고문헌 1,2,3], 건식(Dry)식각법[참고문헌 4], 마이크로-클리빙법[참고문헌 5], 선택적 액상성장법[참고문헌 6], 그레이팅(Grating)법[참고문헌 7]등이 알려져 있다.

상기의 방법중 마이크로-클리빙법과 건식식각법에 의해 레이저 다이오드의 거울면을 제작했을 경우에 거울면의 특성은 좋으나, 수율이 좋지 않기 때문에 아직도 개발중에 있다. 또한, 선택적 액상성장법이나 그레이팅법은 그의 제작방법이 복잡하여 실제의 응용에 어려움이 많았다. 이에 비하여 화학식각법은 사용이 간편하며, 수율도 상대적으로 높아 대단히 유용하게 사용되고 있다.

이 화학식각법에 대한 기술은 J.L.Merz씨등의 의해 1979년에 포괄적으로 연구되었으나[참고문헌 1], 실제로 수직한 거울면의 제작은 극히 최근에 들어와서야 제안되기 시작하였다. 일예로, 1982년에 N.Bouama씨등은 다층의 금속막을 증착하고 이를 식각마스크로 활용하여 GaAs/AlGaAs 레이저 다이오드의 수직거울면을 제작하는데 성공하였다[참고문헌 2]. 그러나, 이러한 수직거울면의 제작방법은 금속마스크의 조성이 까다롭고, 금속마스크 하부의 언더커트(undercut)식각이 커서 금속의 오버행(overhang)이 남게 되며, 이를 제거하기 위하여 초음파로 세척시켜주어야 하는 등 제작이 다소 복잡하게 되는 결점이 있었다. 또한, 1985년 O.Wada씨등은 다층 이종접합 구조의 이등방성 식각 특성을 연구하여 수직 거울면의 제작에 성공하였다[참고문헌 3]. 그러나, 이 제작방법은 다층 이종접합 최상층에 소자의 동작에 관계없는 알루미늄(Al)의 조성비율이 높은 AlGaAs층을 길러주어야 하므로 수직거울면 식각이 끝난 후 AlGaAs를 다시 식각하여야 하는 번거로움이 뒤따랐다.

따라서, 본 발명의 목적은 레이저 다이오드용 수직거울면을 간단히 제작할 수 있음과 아울러 그 수직거울면의 식각특성이 균일하게 되는 수직거울면의 식각방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 상부에 도포된 포토레지스터를 마스크로하여 레이저용 이중이종 접합구조의 웨이퍼에 초기식각을 행한 뒤 그 도포된 포토레지스터를 모두 제거하고, 이후 그 이중이종접합구조의 웨이퍼를 원래의 식각액에 다시 담가 소정시간 동안 식각을 행함으로써 달성되는 것으로, 이를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 방법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작공정 설명도로서, 우선 a도에 도시한 바와 같이 GaAs 또는 InP의 웨이퍼(1)의 (100)면에 포토레지스터(2)로 (011)방향으로의 막대형 패턴(stripe pattern)을 형성하고, 이 웨이퍼(1)를 식각용기(3)내의 표면반응 제한형(Surface Reaction Limited) 화학식각용액에 넣어 식각을 행하면, 이등방성 식각 특성을 니타내 제1b도와 같이 예각을 갖는 모서리가 형성된다.

이후 상기 웨이퍼(1)에 도포되어 있는 포토레지스터(2)를 제1c도와 같이 완전히 제거하고, 이와 같이 한 웨이퍼(1)를 상기 식각용기(3)내의 표면반응제한형 화학식각용액에 다시 넣어 식각을 행하면, 제1d도와 같이 수직한 모서리를 얻을 수 있게 된다.

제2a도 내지 d도는 상기 원리를 바탕으로 하여 실제식각을 행하였을 때의 예를 보인 것이다. 이예에서 사용된 웨이퍼는 (100)GaAs 웨이퍼이며, 또 음성포토레지스터를 사용하였고, 식각액으로는 부피비가 H₂SO₄: H₂O₂: H₂O = 1 : 8 : 8인 용액을 4℃로 낮추어서 사용하였다.

제2a도는 초기식각이 끝난 웨이퍼의 단면으로 모서리가 예각임을 알 수 있고, 제2b도는 포토레지스터를 제거한 후 2분동안 2차식각을 행한 결과를 보여주는 것으로 모서리가 약간 무디어져 있음을 관찰할 수 있다. 또한, 제2c도는 2차식각을 4분동안 행한 결과를 보여주는 것으로 모서리가 수직으로 되고 있으며, 수직부분 아래쪽에는 경사부가 다시 형성되기 시작하여 점차로 수직부분에 대한 그 비율이 증가하고 있고, 제2d도는 2차식각을 6분동안 행한 결과를 보여주는 것으로 그 경사부가 상당한 비율을 차지하고 있음을 관찰할 수 있다.

이상의 관찰결과를 종합하여 그래프로 나타내면 제3도 및 제4도와 같이 되어진다.

제3도에서 가로축은 식각시간을 초기식각깊이(X₀)로 표준화한 것이며, 세로축은 모서리의 각(θ)을 나타낸 것으로, 이 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 초기식각깊이의 0.4배 정도를 식각할 시간만 경과하면 항상 90°의 모서리각을 얻을 수 있다.

또한, 제4도에서 가로축은 식각시간을 초기식각깊이(X₀)로 표준화한 것이고, 세로축은 수직부분에 대한 아래쪽 경사부 비율

을 나타낸 것으로, 이 제4도에서 알 수 있는 바와 같이 0.4배 정도 식각할 시간이 경과해도 AS(111)표면(즉 수직부분이 아래쪽의 경사부)대 수직부분에 대한 비율이 약 0.2에 불가하므로 충분히 큰 거울면을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상의 실험결과들을 종합하여 레이저 다이오드를 제작하는 일실시예에 대해 제5도를 참고하여 상세히 설명한다.

우선, 제5a도와 같이 기판(11)상에 클래딩(cladding)층(12), 활성층(13), 클래딩층(1) 및 오오믹 접속(Ohmic Contact)층(14)이 순차로 적층된 웨이퍼를 준비하되, 최상층의 오오믹 접속층(14)의 두께가 충분히 두꺼워서 식각을 행하여도 오오믹 접속에 문제가 없도록 준비한다. 이후 제5b도와 같이 오오믹 접속층(15)의 상부에 포토레지스터(16)를 도포한 뒤(001)방향으로 스트라이프 패턴(17)을 형성하고, 이 스트라이프 패턴(17)을 통해 식각을 행하여 소정깊이(X₀)의 홈(18)을 형성한다. 이때의 식각액은 표면 반응제한형이면 되며, 앞서 설명한 H₂SO₄용액을 사용해도 좋다. 이후 상기 포토레지스터(16)을 제거한 후 다시 식각액에 넣어 식각을 행하면, 제5c도와 같이 수직거울면이 형성된다. 여기서, 오오믹 접속층(15)의 최초두께를 di라 하고, 마지막 공정에서 얻은 오오믹 접속층(15)의 마지막 두께를 df라 할때, (di-df)＞0.35X₀의 관계를 만족하면 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 포토레지스터를 마스크로하여 1단계의 식각을 행하고, 그 포토레지스터를 제거한 후 다시 2단계의 식각을 행함으로써 수직거울면이 형성되는 것이므로 레이저 다이오드용 수직거울면 제작이 대단히 간편해지고, 그 수직거울면의 식각특성이 균일하게 되는 효과가 있다.

[참고문헌]

1. J.L. Merz, R.A. Longan, and A.M. Sergent, "GaAs Integrated Optical Circuits by Wet Chemical Etching, "IEEE J. Quantum Electron., vol.QE-15, pp.72-82, 1979.

2. N. Bouadma, J. Riou, and J.C. Bouley, "Short-Cavity GaAlAs Laser by Wet Chemical Etching, "Electron. Lett., vol.18, pp.879-880, 1982.

3. O. Wada, K. Hamada, t. Shibutani, H. Shimizu, M. Dume, K. Itoh, G. Kano, and I. Teramoto, "A New Chemical Etching Technique for Formation of Cavity Facets of (GaAl)As Lasers, "IEEE J. Quantum Electron., vol.Qu-6, pp.658-, 1985.

4. H. Yamada, H. Ho, and H. Inada, "Anisotropic Reactive Ion Etching Technique of GaAs and AlGaAs Materials for Intergrated Optical Device Frabrication, "J. Vac. Sci. Technol. B3, pp.884-888, 1985.

5. H. Blauvelt, n. Bar-Chaim, d. Fekete, S. Margalit, and A. Yariv, "AlgaAs lasers with micro-cleaved mirrors suitable for monolithic integration, "Appl. Phys. Lett., vol pp.289-290, 1982.

6. D.W. Bellavance and J.C. Campbell, "Room-temperature mesa lasers grown by selective liquid phase epitaxy, "Appl. Phys. vol.29, pp.162-164, 1976.

7. F.K. Reinhart, R.A. Logan, and C.V. Shank, "GaAs-Al_xGa_1-xinjection lasers with distributed Bragg reflectors, "Appl. Phys. Lett., vol.27, pp.45-48, 1975.

Claims

레이저 다이오드용 이중이종 접합구조의 (100) GaAs/AlGaAs 또는 InP/InGaAsP의 웨이퍼에 포토레지스터(011) 방향의 스트라이프 패턴을 형성하여 초기식각을 행하고, 이후 상기 포토레지스터를 제거한 후 다시 식각을 행하여 식각벽면의 각을 수직으로 하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 2단계 화학식각법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법.
제1항에 있어서, 식각을 행하는 식각액이 표면반응 제한형(Surface Reaction Limited)이고, 상기 웨이퍼 각층에서의 식각율이 동일함을 특징으로 하는 2단계 화학식각법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 최상층인 오오믹 접속층의 식각전 두께(di) 및 식각후 두께(df), 초기 식각의 깊이(X₀)사이의 관계가 (di-df)＞0.35X₀를 만족함을 특징으로 하는 2단계 화학식각법에 의한 레이저 다이오드용 거울면 제작방법.