KR940004426B1 - 리지 웨이브 가이드 레이저 다이오드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

리지 웨이브 가이드 레이저 다이오드의 제조방법

제1도는 종래 레이저 다이오드의 단면도.

제2a-e도는 본 발명의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : n-크래드층

3 : GRIN-SCH영역 4 : p-크래드층

5 : p+-캡층 6 : SiO₂층

7 : AlGaAs층 8 : GaAs층

9, 10 ; 전극

본 발명은 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 화학적 습식에칭으로 인하여 결정 성장과정에서 발생하는 산화막 문제를 해결하고, 고효율의 리지 웨이브 가이드 레이저 다이오드를 얻을 수 있도록 한 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 리지 웨이브 가이드(ridge Wave Guide) GRIN-SCH 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)는 제1도에 도시한 바와 같은 구조로서 이러한 레이저 다이오드는 기판위에 각 층을 순차적으로 성장시킨 후 선택적 화학 습식에칭(wet etching) 방법으로 메사(Mesa) 구조를 형성하고 SiO₂를 입히며 이어서 p-GaAs 접촉층위의 SiO₂를 제거하고 금속증착을 하여 레이져 다이오드를 완성하였다.

즉, 일반적인 리지 웨이브 가이드 레이저 다이오드는 활성층 및 기타 에피택셜층을 형성하고 전류를 제한적으로 흘려 주기 위해 일정한 너비의 스트라이프(strip)를 만들어준 후 이 스트라이프 이외의 부분은 에칭으로 제거해주는 형태를 가지며 이때 에칭으로 제거해 주는 부분은 에피택셜층의 산화방지 및 광의 손실을 막기 위해 SiO₂등을 증착하여 준다.

그리고 이렇게 하여 증착된 SiO₂막은 그 굴절율이 1, 4 정도되기 때문에 활성층의 굴절율가 어느 정도 차이를 가지는 웨이브 가이드(wave guide) 역할을 하게 된다.

상기와 같이 하여 제조된 종래 레이저 다이오드는 작동시 스트라이프 옆면 즉 에칭에 의해 제거된 부분으로도 광이 도달하게 되며 이 결과 SiO₂막과 반도체 사이의 경계 부분에서 열이 심하게 발생함으로써 산화가 일어나가 쉬우며 이 결과 옆방향의 광손실이 발생한다. 또한 이러한 레이저 다이오드는 제작시 행하여지는 화학에칭 및 SiO₂증착에 의하여 활성층이 산화된다.

상기한 바와 같이 SiO₂를 입힌 레이저 다이오드의 경우 SiO₂의 열팽창 계수와 반도체 결정의 열팽창 계수가 큰 차이가 남으로써 수명이 짧아지는 결함이 있었고, 화학적 습식에칭에 의해 에피택셜층이 작은영역(예 스트라이프의 폭이 4㎛)으로 남게 됨으로써 활성층의 옆면이 산화되어 기능이 저하되는 결함이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 화학에칭에 의한 스트라이프 형성방법에 따른 에칭면의 산화문제와 SiO₂와 GaAs계 화합물 반도체 사이의 서로 다른 열팽창 계수 차이에 의한 수명단축 문제를 해소하기 위하여 창안한 것으로 멜트 백(melt back)과 재성장(regrowth) 방법에 의한 리지 웨이브 가이드를 형성하여 레이저 다이오드의 특성을 개선시키고자 함에 목적이 있다.

이와 같은 본 발명의 리지 웨이브 가이드 레이저 다이오드의 제조방법은 먼저 MOCVD법으로 기판위에 n-크래드층(clading layer), GRIN-SCH영역, p-크래드층, p⁺-캡(cap)층을 순차적으로 적층하고, 이와 같이 적층된 에피웨이퍼위의 p+-캡층위에 SiO₂층을 PECVD법을 이용하여 증착하며, 이어서 광식각법(photolithography)을 이용하여 소정폭의 SiO₂만 남기고 그외의 SiO₂는 제거하고, 이어서 LPB법에 의해 p-크래드층 중간까지 멜트 백(melt back)함과 아울러 불순물이 주입되지 않는 AlGaAs(undoped AlGaAs), 불순물이 주입되지 않는 GaAs(undoped GaAs)를 순차적으로 성장시키며, 이후에 p⁺-캡층위에 있는 SiO₂층을 제거하고 금속을 증착하여 레이저 다이오드의 제작을 완료한다.

[실시예]

이하, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의하여 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2a도-제2e도는 본 발명에 의한 제조방법을 보인 공정도로서 제2a도에 도시한 바와 같이, n⁺-GaAs(1×10^-19㎤, Si Doped) 기판(1)위에 n-크래드층(2)으로서 n-Al_0.4Ga_0.6As(5×10¹⁷㎝^-3, Se doped)를 1μm 성장시키고, 그 위에 n-Al_xG_1-xAs(x=0.7-0.6)와 GaAsQw로 이루어진 GRIN-SCH영역(3)을 형성하며, 이어서 p-크래드층(4)으로서 p-Al_0.4Ga_0.6As(5×10¹⁷㎝^-3, Zn doped)를 형성하고,이어서 p⁺-캡층(5)으로서 p⁺-GaAs)2×10¹⁸㎝, Zn doped)를 형성한다.

이와 같이 한 후 제2b도와 같이 SiO₂층(6)을 증착한 후 폭 4㎛-5㎛로 시각하고, 이어서 제2c도와 같이 고순도의 H₂분위기에서 LPE법으로 SiO₂층(6)에서 n-Clad층(2)의 중간부까지 테이퍼형으로 멜트 백시키고, 이후에 제2d도와 같이 양쪽으로 경사측면에 Al_0.4Ga_0.6As(∼10¹⁶㎝^-3undoped)와 GaAs(∼10¹⁶㎝^-3)를 성장시켜 AlGaAS층(7)과 GaAs₂층(8)을 형성한 후, SiO₂층(6)을 제거한다.

이와 같이 한 후 제2d도와 같이 상하부에 전극(9)(10)을 형성하고 공정을 완료한다.

상기한 제조공정에서 SiO₂(6)을 식각하는 공정은 상기 SiO₂층(6)까지 형성된 웨이퍼를 750℃ Ga+As 평형용액에 접촉시킨 후, 그 평형용액을 780℃로 승온시키고 2-5초 지난 후 접촉분리시켜, 5㎛ 정도 깊이로 식각하는 과정으로 행하고 상기 AlGaAs층(7)과 GaAs층(8)을 형성하는 공정은 상기 SiO₂층(6)이 제거된 웨이퍼를 곧바로 AlGaAs용액과 GaAs 용액에 순차적으로 접촉시켜 각각 2㎛, 3㎛ 두께로 재성장시키는 과정으로 행한다.

이와 같이 된 본 발명은 기존의 리지 웨이브 가이드 레이저 다이오드에서의 SiO₂와 GaAs계 화합물 반도체 사이의 서로다른 열팽창 계수 차이에 의한 레이저 다이오드의 수명 단축과 화학적 습식에칭에 의한 에칭면의 산화막의 문제를 MOCVD법과 LPE법의 장점을 이용하여 해결하고 측면방향의 인덱스(index) 차이를 두어 문턱전류를 감소하고 좋은 광특성을 얻을 수 있으며, 소자의 수명을 길게하는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 기판(1)위에 n-크래드층(2), GRIN-SCH영역(3), p-크래드층(4) 및 p⁺-캡층(5)을 순차적으로 적층하고, 상기 p⁺-캡층(5)위에 SiO₂층(6)을 형성하여 소정폭으로 식각한 후, LPE법으로 SiO₂층(6)으로부터 n-크래드층(2)의 중간부까지 양측부를 테이퍼형으로 멜트 백시키고, 양쪽 경사측면에 AlGaAs층(7)과 GaAs층(8)을 재성장시킨 후 SiO₂층(6)을 제거하며, 이어서 전극(9)(10)을 형성함을 특징으로 하는 리지광가이드 레이저 다이오드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 SiO₂층(6)을 식각하는 공정은 상기 SiO₂층(6)까지 형성된 웨이퍼를 750℃ Ga +As 평형용액에 접촉시킨 후, 그 평형용액을 780℃로 승온시키고 2-5초 지난 후 접촉분리시켜, 5㎛ 정도 깊이로 식각하는 것임을 특징으로 하는 리지 광가이드 레이저 다이오드의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 AlGaAs층(7)과 GaAs층(8)을 형성하는 공정은 상기 SiO₂층(6)이 제거된 웨이퍼를 곧바로 AlGaAs 용액과 GaAs 용액을 순차적으로 접촉시켜 각각 2㎛, 3㎛ 두께로 재성장시키는 것임을 특징으로 하는 리지 광레이저 다이오드의 제조방법.