KR940003438B1 - 발광소자 어레이 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 종래 메사(mesa)형 구조 발광소자 어레이의 수직단면도.
제2도는 종래 평면(planar)형 구조 발광소자 어레이의 수직단면도.
제3도는 본 발명에 따른 발광소자 어레이의 최종 단면도.
제4a도 내지 d도는 본 발명을 실시하기 위한 제조공정 단면도이다.
본 발명은 반도체 발광소자 어레이 제조방법에 관한 것으로, 특히 복사기 및 팩시밀리 터미날등에 사용되는 광프린터의 핵심부품인 광프린터 헤드에 탑재되는 발광소자 어레이의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광소자 어레이로는 제1도에 도시한 메사(mesa)형 구조와 제2도와 같은 평면(planar)형 구조가 있다.
먼저, 제1도에 도시한 메사형 발광소자 어레이는 P형 GaAs기판(11)상에 액상성장법(Liquid Phase Epitaxy ; LPE) 또는 기상성장법(Vapor Phasw Epitaxy ; VPE)으로 P형 AlGaAs층(12), n형 AlGaAs층(13), n+형 GaAs층(14)을 순차적으로 성장시킨후 포토레지스트를 도포하고 통상의 사진공정으로 n+형 GaAs층(14), n형 AlGaAs층(13)을 도시한 바와같이 메사(mesa) 형태로 형성한다. 이때 식각깊이는 N형 AlGaAs층(13)과 p형 AlGaAs 층(12)의 경계면보다 조금 더 깊에 식각하여 pn접합을 형성한다. 그다음 기판(11)을 배면 연마한후 AuZn금속을 오믹 접촉하여 전극(16)을 형성하고 표면을 사진공정으로 n+형 GaAs층(14)이 드러나도록하여 AuGe/Ni금속을 오믹접촉하여 전극(15)을 형성하게 된다. 그러나 위와같은 방법으로 형성된 메사형 발광소자 어레이는 발광부분(13a)과 다른부분이 격리된 다음 나타나는 기판 표면의 요철로 인하여 전극을 형성하기 위한 금속증착공정에 필요한 사진공정에서 포토레지스트막의 평탄화가 곤란하여 사진공정이 어렵게되어 소자 제작시 수율의 저하를 초래하게 된다.
또한 광자의 생성부분이 소자표면에 드러나게되어 이 부분으로부터 광자의 방출이 일어나므로 인접소자와의 광신호 차단효과가 떨어지게 된다.
또한, 제2도에 도시한 평면(planar)형 발광소자 어레이는 n형 GaAs기판(21)상에 액상성장법(LPE) 또는 기상성장법(VPE)으로 n형 AlGaAs층(22)을 성장한후 화학기상성장(Chemical Vapor Deposition ; CVD)으로 질화막(23)은 적충한 다음 반응성 이온 엣칭(Reactive Ion Etching : RIE)법으로 상기 질화막(23)을 제거하여 아연확산영역을 형성한후 아연을 확산시켜 아연확산층(24)을 형성하며 상기 기판(21) 배면을 연마한후 금속을 증착하여 전극(25)을 형성한 다음 사진공정과 금속증착공정으로 전극(26)을 형성하여 소자를 제작하게 된다.
그러나 상기와 같은 방법으로 제조된 평면(planar)형 발광소자 어레이는 아연확산층 형성시 확산방지막으로 질화막을 이용하는데 질화막은 습식식각이 곤란하여 반응성 이온 엣칭 방식을 이용하여 식각해야하는 공정상의 문제가 있다.
또한 아연확산시 확산 표면층이 고농도층을 이루어 소자의 pn접합 부분에서 생성된 광자가 소자표면으로 방출될때 광자를 흡수하는 작용을 하여 소자의 광출력을 저하시키므로 프린터의 인쇄속도가 느려지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 메사형 및 평면형 발광소자 어레이가 갖는 제반 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 메사형 구조의 표면요철로 인한 사진공정의 불안정과 평면형 구조에 있어서 고농도 표면층에 의한 광출력 저하를 방지하여 공정이 용이하고 인쇄속도의 고속화를 도모할 수 있는 발광소자 어레이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명 발광소자 어레이의 제조방법 및 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제3도에 도시한 바와같이 광출력을 저하시키는 아연확산공정 대신 액상성장(Liquid Phase Epitaxy ; LPE)장치를 이용한 멜트-백(melt-back) 또는 화학식각방식으로 발광부분을 제거한후 재성장(regrowth)하여 소자의 pn접합을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발광소자 어레이의 제조방법은, 먼저 제4a도에 도시한 바와같이 P형 GaAs기판(1)위에 LPE방법을 이용하여 p형 AlGaAs층(2)을 성장한후, 화학기상성장(Chemical Vapor Deposition ; CVD) 또는 스퍼터링(sputtering)방법으로 유전막인 SiO2막(3)을 증착한후 사진식각공정을 이용하여 소자의 발광부분이 드러나도록 상기 SiO2막(3)의 일부를 습식식각하고, 제4b도와 같이 노출된 기판의 p형 AlGaAs층(2)을 습식식각방법으로 제거하거나 LPE방법을 멜트-백(melt-back)으로 용해시킨후, 제4c도에 도시한 것과 같이 n형 AlGaAs결정층(4)을 상기 SiO2막(3) 높이로 재성장(regrowth)시킨다. 이와같은 방법으로 n형 AlGaAs층(4)을 재성장시키면 SiO2막위에는 n-AlGaAs층(4)이 성장되지 않고 노출된 발광부분에만 선택적으로 성장되므로 기판 표면이 평면(planar)형을 이루게 된다.
재성장이 완료된 기판은 제4d도와 같이 상기 n형 AlGaAs결정층(4)상에는 AuGe/Ni금속(5)을 증착하며, 기판(1) 하부에는 AuZn금속(6)을 증착한후 얼로이하여 소자를 완성하게 한다.
이상에서 설명한 방법으로 제조한 발광소자는 순방향 바이어스하에서 동작하므로 n형 AlGaAs층(4)내의 다수 캐리어의 전자가 pn접합을 통해서 p형 AlGaAs층(2)으로 이동하고 p형 AlGaAs층(2)내의 다수 캐리어인 정공과 재결합하여 이때의 재결합 에너지가 광으로 방출된다. 또한 p형 AlGaAs층(2)으로부터 정공이 n형 AlGaAs층(4)으로 이동하여 광이 방출되기도 한다.
그러나 pn접합을 기준으로 볼때 정공보다 전자의 이동도가 높아서 이동하는 거리는 전자가 멀기 때문에 주발광영역은 p형 AlGaAs층이 된다. 이렇게 발광하는 광자는 내부흡수와 반사에 의해 발광영역을 통해서 소자 밖으로 방출된다.
본 발명에 따른 발광소자 어레이는 종래 평면형구조의 아연확산을 이용하지 않으므로 표면의 광자흡수층을 형성하지 않아 광출력을 증가시킬 수 있으며, 메사구조의 사진식각공정의 어려움도 동시에 해결할 수 있다.
또한 질화막 대신 유전막인 SiO2막을 이용하여 선택적 결정성장을 하므로 발광소자 어레이의 고해상도에서 나타나는 발광부간의 상호 발광강도 보강에 따른 인자격리의 어려움을 해소할 수 있으며 메사형 구조의 발광면적 감소를 막을 수 있다.
Claims (5)
- 반도체기판(1)상에 LPE(Liquid Phasw Epitaxy)방법으로 제1결정층(2)을 성장한후 CVD(Chemical Vapor Deposition)또는 스퍼터링(sputtering)방법으로 유전막(3)의 일부를 식각하는 제1공정과 ; 상기 공정에 의해 노출된 기판의 제1결정층(2)을 LPE방식에 의해 멜트-백(melt-back)으로 용해시키는, 제2공정 ; 상기 제2공정에 의한 구조의 상부에 제2결정층(4)을 상기 유전막(3) 높이로 재성장시키는 제3공정 ; 상기 제2결정층(4) 상부와 기판 하부에 금속을 증착하여 전극(5, 6)을 형성하는 제4공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 발광소자 어레이 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 결정층(4)은 발광부분을 습식식각법으로 제거한후 LPE방식에 의한 멜트-백으로 용해시킨후 재성장하여 형성시킴을 특징으로 하는 발광소자 어레이 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 발광소자 어레이를 제1결정층(2) 성장후 제2결정층(4)을 형성하는 2중 결정성장 방식에 의한 접합(junction)을 형성하는 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2결정층(4)을 노출된 발광부분에만 선택적으로 성장시켜 기판전체의 구조가 평면형이 되도록 형성함을 특징으로 하는 발광소자 어레이 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1결정층(2) 및 제2결정층(4)을 p형 AlGaAs, n형 AlGaAs로 형성하여 2중 결정성장시 pn접합이 되게함을 특징으로 하는 발광소자 어레이 제조방법.
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