KR940005760B1 - 반도체 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents

반도체 레이저 다이오드 제조방법 Download PDF

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Abstract

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Description

반도체 레이저 다이오드 제조방법
제1도는 반도체 레이저 다이오드의 개념도.
제2도는 종래의 공정단면도.
제3도 내지 제4도는 종래 기술의 설명도.
제5도는 본 발명의 공정단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : P형 GaAs기판 2 : 유전체박막
2a : 유전체막 스트라이프 3 : n+형 GaAs CBL층
4 : 활성층 4a : P형 Al0.5Ga0.5As 크래드층
4b : P형 Al0.14Ga0.86As 액티브층 4c : n형 Al0.5Ga0.5As 크래드층
4d : n+형 GaAs 캡층
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 특히 선택적인 에피택시(Epitaxy)공정을 이용하여 SEIS(Selective-Epitaxy-Inner-Stripe) 구조의 반도체 레이저 다이오드를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
내부전류 차단층(CBL : Current Blocking Layer)을 갖는 반도체 레이저 다이오드의 일반적인 구조를 제1도에 나타내었다.
제1도와 같은 내부전류 차단층을 갖는 VSIS(V-grooved Substrate Inner Stripe) 구조의 반도체 레이저 다이오드를 제조하기 위한 종래의 공정중 CBL층 형성공정을 첨부된 제2(a)도 내지 제2(d)도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 제2(a)도와 같이 P형 GaAs기판(10)위에 전체적으로 CBL층인 n형 GaAs에피(Epi)층(11)을 성장시킨 후, 제2(b)도와 같이 포토리토그래피(photo lithography) 공정을 거쳐 감광제로서 채널영역 한정용 마스크(12)를 만든다.
이어 제2(c)도와 같이 마스크(12)가 없는 오픈(open)된 영역을 화학에치법으로 제거하여 V홈 혹은 형태를 형성한 다음 제2(d)도와 같이 P형 Al0.5Ga0.5As 크래드(clad)층/P형 Al0.14Ga0.86As 액티브(Active)층/n형 Al0.5Ga0.5As(크래드층)/n+층 GaAs층을 포함하는 2차 에피층(13)을 차례로 적층한다.
상기 공정과 같이 제조되어지는 VSIS 구조의 레이저 다이오드의 특징을 첨부된 제1도를 참조하여 설명하면 1차로 적층된 CBL층중 채널이 형성된 영역 즉, 포토/화학에치공정을 거쳐 형성된 凹홈 영역에서는 정상적인 P-N 접합이 형성되고, 상기 채널밖의 부분에서는 P-N-P-N(P형 GaAs기판/n형 CBL/P형 Al GaAs 크래드층/n형 Al GaAs 크래드층 접합구조가 형성된다.
따라서, n형 및 p형 전극(Electrode)(1)(8)에서 주입된 전류가 상기 P-N-P-N구조를 갖는 채널밖으로는 도통하지 못하고 오로지 P-N 접합구조인 채널영역에서만 전류가 흐르게 되므로써 채널이 형성된 AlGaAs 활성층에서만 전류가 빛으로 바뀌어 레이저 현상을 일으키게 된다.
이는 반도체 레이저 다이오드의 기본원리로서 참고서적(S.M.SZE "Semiconductor Devices Physics & Technology" PP148)에 잘 나타나 있다.
그러나 상기 종래기술은 다음과 같은 단점이 있었다.
첫째, 제2도와 같이 전류차단층(CBL)은 n+형 GaAs층은 약 0.8μm의 두께이어서 화학에칭법으로 V형 그루부(Groove)나 凹홈을 형성할때 에칭시간의 조절이 까다로울 뿐만 아니라 에칭후 제거된 결정폐기물과 마스크 재질인 감광제의 잔여물이 제3도와 같이 작은폭(1~2μm)이 남게 되는 단점이 있었으며, 또한 강제로 결정을 제거하기 때문에 결정결함이 발생되어 소자의 수명을 단축시키게 되는 단점이 있었다.
둘째, n+형 GaAs 전류차단층을 LPE(Liquid Phase Epitaxy) 방법으로 결정성장시킬 경우 기판의 n+형 GaAs 두께 분포가 제4도와 같이 매우 불균일하고 기판상의 물질 형태가 심해지므로 V홈 또는 凹홈의 좁은 폭을 형성하기 위한 포토리토그래피(photo lithography) 공정과 화학에치 공정은 더욱 까다로워진다.
본 발명은 상기 단점을 제거키 위한 것으로 종래의 제조공정중 가장 어려운 단계인 1차 에피층 성장후 포토/에치공정을 거쳐 채널을 형성하는 공정과, 2차 에피층 성정공정을 선택적 에피택시 공정을 이용한 1차 에피택시 공정과 2차 에피택시 공정을 단순화시켜 전체수율 및 생산성 향상에 적합하도록 한 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은 기판표면위에 전류차단층 마스크용 유전체박막을 형성하는 단계, 상기 유전체박막위에 포토/에치공정을 실시하여 전류차단층 마스크인 소정폭의 유전체막 스트라이프(stripe)를 형성하는 단계, 상기 유전체막 스트라이프가 형성된 부분을 제외한 기판의 나머지 부위에 선택적 1차 에피택시 성장공정을 실시하여 전류차단층을 설정된 두께로 형성하는 단계, 기판에 세척공정을 실시하여 상기 유전체막 스트라이프를 제거하는 단계, 활성층 형성을 위한 2차 에피택시 공정을 실시하는 단계를 차례로 포함한다.
이를 일실시예인 첨부된 제5도를 참조하여 상술하면 다음과 같다.
먼저 제5(a)도와 같이 P형 GaAs기판(1)표면위에 전체적으로 PECVD법이나 스퍼터링(Sputtering)법으로 SiO2막(또는 Si3N4와 같은 유전체박막)(2)을 증착한다.
그리고 레이저 응용에 따라 상기 SiO2막 스트라이프(2a)위에 포토리토그래피 공정으로 CBL 패턴을 형성하고 에치공정을 거쳐(약 1~3μm폭의) CBL 마스크용 SiO2스트라이프(2a)를 남긴다.
이어 제5(b)도와 같이 LPE법 또는 MOCVD(Metal-Organic CVD)방법으로 상기 SiO2막 스트라이프(2a)를 마스크로 n+형 GaAs CBL층(n=2-5×1018/cm3, 두께 0.8~1.2μm)(3)을 에피택시 성장시킨다.
이때, 상기 제1차 에피택시 성장동안에 상기 SiO2막 스트라이프(2a) 위에는 결정성장이 이루어지지 않게 되고 단지 P형 GaAs기판(1)의 표면위에만 n+형 GaAs CBL(3)이 형성된다.
그리고 2차 에피택시를 위한 기판세척과정의 일부인 HF 용액에 담구는 과정과 DI용 액린스(Rinse)과정으로 이루어진 기판 세척공정을 반복하여 실시한다.
이때 상기 n+형 GaAs CBL 마스크인 SiO2막 스트라이프(2a)는 자연히 제거된다.
이에 제5(c)도와 같이 에피택시 성장공정을 실시하여 활성층(4)을 형성한다.
상기 활성층(4)은 먼저 세척된 P형 GaAs기판(1)위에 P형 Al0.5Ga0.5As 크래드층(두께 : 0.3~0.4μm, P=1018/cm3)(4a)과, P형 Al0.14Ga0.86As 액티브층(두께 : 0.06~0.1μm, P=5×107/cm3)(4b)과, n형 Al0.5Ga0.5As 크래드층(두께 : 1~2μm, n=5×1017/cm3)(4c) 및 n+형 GaAs 캡층(두께 : 5~10μm, n=2×1018/cm3)(4d)을 LPE법으로 차례로 결정 성장시키므로써 형성된다.
그리고 상기 활성층(4)의 표면에 n형 AuGe/Au 전극을 형성하고, P형 GaAs기판(1)의 뒷면을 감아낸 다음 그 표면에 P형 Mo/Au전극(또는 Cr/Au)을 형성하므로써 레이저 다이오드 제조공정이 완료된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 발생된다.
첫째, 반도체 레이저 다이오드 제조공정중 핵심 공정인 CBL층 형성을 위한 1차 에피택시 성장공정과 활성층 형성을 위한 2차 에피택시 성장공정 사이에 실시되는 종래 기술의 포토/에치공정이 불필요하게 되므로 활성층 형성을 위한 2차 에피택시 성장공정전 채널영역인 V홈 또는 凹홈내에 기판결정 결함의 발생 및 결정페기물 또는 감광제 찌거기가 남게 되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 소자의 특성 및 수율이 증가하게 된다.
둘째, 제1차 에피택시 성장공정과 같은 선택적 에피택시 성장공정으로 인해 종래 기술과 같이 채널내에 n형 GaAs CBL층이 남게 되는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 1,2차 에피택시 공정사이에 다른 공정이 실시되지 않으므로 공정의 재현성 및 소장의 생산성이 증대된다.

Claims (2)

  1. 기판위에 전류차단층 형성을 위한 마스크로 유전체 박막을 형성하는 단계, 상기 유전체 박막을 포토리토그래피 방법으로 패턴을 형성하여 채널영역에 유전체 박막 스트라이프를 형성하는 단계, 상기 유전체 박막 스트라이프를 마스크로 하여 기판위에만 전류제한층을 선택적으로 성장시키는 1차 에피택시 단계, 상기 전류제한층이 형성된 기판을 세척하여 상기 유전체 박막을 제거하는 단계, 상기 전류제한층 및 기판위에 1차 크래드층, 활성층, 2차 크래드층, 캡층으로 이루어진 이중접합층을 차례로 성장시키는 2차 에피택시 단계로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류차단층을 LPE법 또는 MOCVD법으로 형성함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 제조방법.
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