KR930011914B1 - 레이저 다이오드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

레이저 다이오드의 제조방법

제 1a~e도는 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 제조공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : P형 GaAs기판 2 : n형 GaAs 전류차단층,

3 : P형 Al_0.5Ga_0.5As 클래드층 4 : P형 GaAs 층

5 : 비도프된 Al_0.14GaAs 활성층 6 : n형 Al_0.5Ga_0.5As층

7 : n형 GaAs 층 8 : n형전극

9 : P형 전극

본 발명은 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 활성층 영역을 최소화할 수 있는 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 다이오드의 구조에 있어서 활성층 영역의 최소화는 낮은 문턱전류 및 높은 효율의 특성과 모드의 안정화, 즉 단일모드를 얻은데 중요한 요소로 작용하고 있다.

이와 같은 이유로, 현재 활성층 영역을 줄이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 레이저 다이오드는 2가지로 분류되는데, 스트라이프(Stripe)형 레이저 다이오드와, 인덱스 가이드(Index Guide)형 레이저 다이오드로 구분된다.

스트라이프형 레이저 다이오드는 스트라이프 폭에 의하여 활성층의 범위가 결정되는 것이며, 전류차단층을 갖는 인덱스 가이드형 레이저 다이오드는 또한 활성층 영역을 구조적으로 제한, 즉 구조 변형하여 제한된 활성층의 바깥부분에서 활성층과 굴절율을 다르게해서 광을 가이드하는 것과 광가이드층 및 활성층의 두께를 자연스럽게 변화시켜 주어 가로(Lateral) 방향의 굴절율차를 얻어내는 것으로 나눌 수 있다.

그러나, 이러한 레이저 다이오드들은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 즉, 스트라이프형 다이오드는 스트라이프 폭을 줄임으로써 전극의 면적에 반비례하는 저항이 급속히 커지게 되어, 특히 8㎛이내로 하여야 싱글모드를 이룰 수 있으나 5㎛이하로 할 경우 큰 저항값에 의해 레어저 다이오드의 동작에 어려움이 있었다. 또한 VSIS(V-groove Stripe inner Substrate), CSP(Channel Substrate Planner), BH(Buried Hetero Sructure)등의 상술한 활성층 영역의 구조제한된 인덱스 다이오드는 내부의 V-자홈의 폭을 5㎛이하로 할 경우 스트라이프형 다이오드와 마찬가지로 저항이 커지게 되어 레이저 다이오드의 구동이 제한되게 된다. 한편, 활성층의 두께를 자연스럽게 변화시키는 인덱스 가이드형 다이오드는 활성층의 두께 차를 크게 하여야 하는데, 만일 두께차에 의한 굴절율차가 10^-3정도가 되지 않으면 가로방향의 인덱스 가이드가 나빠지게 된다. 더욱이 두께차를 크게하기 위해 중심부분의 두께를 크게하면 문턱 전류의 증가 및 빔사이즈가 커지는 문제점이 있으며, 또한 전류의 제한이 원하는 활성층 영역으로 되지 않을 경우 전류누설이 발생될 수 있게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 목적의 전류차단층에 의해 전류를 제한하며, 활성층의 두께변화를 가장 효율적으로 하여 가로 방향의 인덱스 가이드를 극대화하며, 활성층을 양자웰(Quantum Well) 구조로 한 양자 와이어(Quantum Wire)의 레이저 다이오드를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 제1도전형의 GaAs 기판상에 제1도전형과 반대도전형인 제2도전형의 GaAs 전류차단층을 성장시키는 공정과, 제2도전형의 GaAs 전류차단의 소정의 부분을 제한하여 제1도전형의 GaAs 기판의 소정의 깊이까지 노출되도록 V-자홈을 형성하는 공정과, 전면에 V-자홈의 중심에서 곡면을 갖는 제1도전형의 Al GaAs 클래드층, V-자홈 부분이 완전히 채워지는 제1도전형의 GaAs 층을 LPE법으로 차례로 성장시키는 공정과, V-자홈의 범위로 제한하여 제1도전형의 GaAs층에 또다른 V-자홈을 곡면이 손상되지 않도록 형성하는 공정과, 그 위에 또 다른 V-자홈의 중심에 초생달 형상이 있는 비도프된 Al GaAs 활성층, 또 다른 V-자홈 부분을 채우는 제2도전형의 Al GaAs층, 제2도전형의 GaAs층을 차례로 MOCVD법으로 형성한 후 제2도전형의 GaAs층 상부에서는 제2도전형의 전극을 형성하고 제1도전형의 GaAs 기판하부에는 제1도전형의 전극을 형성하는 공정으로 이루어진 레이저 다이오드의 제조방법에 있다. 이하, 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명한다. 제 1a~e도는 논 발명에 따른 레이저 다이오드의 제조공정도이다. 우선, 제1a도에 도시한 바와 같이 P형 GaAs 기판(1) 상에 n형 GaAs 전류차단층(2)을 LPE(Liquid Phase Epitaxy)법으로 성장한 후, 제1b도와 같이 일반적인 포토공정으로 n형 GaAs 전류차단층(2)의 소정의 부분을 제한해서 1H₂SO₄: 2H₂O₂: 7CH₄(OH)₂용액으로 10분~20분 정도에 칭하여 P형 GaAs 기판(1)의 소정의 깊이까지 노출되는 V-자홈을 형성한다. 그 다음, 제1c도에 도시한 바와 같이 전면에 V-자홈의 중심에서 부드러운 곡면을 가지도록 P형 Al_0.5Ga_0.5As 클래드층(3)을 LPE법으로 성장하고 V-자홈 부분이 완전히 채워지도록 P형 GaAs층(4)을 재차 LPE법으로 성장시킨다. 그 다음 제1d도와 같이 포토공정에 의하여 상술한 V-자홈의 범위로 제한하여 P형 GaAs층(44)에 또 다른 V-자홈을 상술한 곡면이 손상되지 않도록 형성한다.

그 후, 제1e도와 같이, 전면에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Doposition)법으로 상술한 또 다른 V-자홈의 중심에 초생달 형상이 있는 비도프된(Undoped) Al_0.14GaAs 활성층(5), 상술한 또 다른 V-자홈 부분을 채우는 n형 Al_0.5Ga_0.5As 층(6), n형 GaAs층(7)을 차례로 형성한 후 n형 GaAs층(7)의 상부에 n형 전극(8)을, P형 GaAs 기판(1)의 하부에 P형 전극(9)을 각각 형성한다.

상술한 공정중에서 가장 중요한 것은 결정성장 특성에 대한 것으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, P형 Al_0.5Ga_0.5As 클래드층(3)을 LPE법의 성장에 의하여 V-자홈 밖의 평탄한 면의 두께가 0.2㎛이하가 되도록 하면 V-자홈의 중심에서 아주 완만하고 부드러운 곡면을 얻을 수 있다.

또한, P형 GaAs층(4)은 LPE법의 성장에 의하여 평탄한 부분의 두께가 1㎛ 정도 되면 V-자홈 부분을 채울 수 있다. 그 다음, P형 GaAs층(4)의 에칭시 1NH₄OH:30H₂O₂용액을 사용하면 P형 GaAs층(4)만 에칭되고 상술한 곡면은 손상되지 않게되며, MOCVD법에 의한 비도프된 Al_0.14GaAs 활성층(5)을 평탄한 부분이 50Å 정도가 되도록 길러주면 상술한 V-자홈의 중심에 100Å 정도되는 초생달형상( )의 양자 와이어가 만들어지게 된다. 이렇게 만들어진 양자와이어는 문턱전류가 10mA 이하이며 효율은 0.9이상이 되며, 또한 빔크기는 활성층 영역의 폭을 0.5㎛정도 조절가능하므로 아주 작은 원형의 빔이 얻어질 수 있게 된다.

더욱이 P형 GaAs 기판(1)으로 (100)을 사용할 경우 MOCVD 법에서는 (100)면위의 성장과 (111)면의 성장비가 50%정도 차이가 나게 되므로 좁은 영역의 활성층을 쉽게 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 양자 와이어를 쉽게 제작할 수 있으며, 그 결과 낮은 문턱전류 및 높은 효율, 안정된 단일모드 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다. 더욱이 빠른 정보전달에 필요한 디바이스에 직접 적용이 가능하다.

Claims (3)

1. 제1도전형의 GaAs 기판상에 제1도전형과 반대도전형인 제2도전형의 GaAs 전류차단층을 성장시키는 공정과, 상기 제2도전형의 GaAs 전류차단층의 소정의 부분을 제한하여 제1도전형의 GaAs 기판의 소정의 깊이까지 노출되도록 V-자홈을 형성하는 공정과, 전면에 상기 V-자홈의 중심에서 곡면을 갖는 제1도전형의 Al GaAs 클래드층, 상기 V-자홈 부분이 완전히 채워지는 제1도전형의 GaAs층을 LPE법으로 차례로 성장시키는 공정과, 상기 V-자홈의 범위로 제한하여 상기 제1도전형의 GaAs층에 또 다른 V-자홈을 상기 곡면이 손상되지 않도록 형성하는 공정과, 그 위에 상기 또 다른 V-자홈의 중심에 초생달 형상이 있는 비도프된 Al GaAs 활성층, 상기 또 다른 V-자홈 부분을 채우는 제2도전형의 Al GaAs층, 제2도전형의 GaAs층을 차례로 MOCVD법으로 형성한 후, 상기 제2도전형의 GaAs층 상부에서 제2도전형의 전극을 형성하고 상기 제1도전형의 GaAs 기판하부에는 제1도전형의 전극을 형성하는 공정으로 이루어진 레이저 다이오드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1도전형의 Al GaAs 클래드층은 상기 V-자홈 밖의 평탄한 면의 두께가 0.2㎛ 이하로 되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 비도프된 Al GaAs 활성층은 상기 또 다른 V-자홈의 중심에서 100Å이되도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.