KR940010167B1 - 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

제 1 도는 종래의 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 단면도.

제 2 (a)~(c) 도는 이 발명에 따른 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드이 제조 공정도.

이 발명은 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 선택적 에피택시법에 의해 45°거울 반사면을 형성시킬 수 있게 한 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드는 2차원적 어레이(array)가 가능하기 때문에 엣지(Eage) 방출형 레이저 다이오드에서 얻을 수 있는 최대의 1차원 어레이보다 큰 출력을 얻을 수 있고, 또 다른 응용분야로는 대규모 집적소자(VLSI)의 집적수준 이상의 반도체 소자간 고속신호 전달에 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드를 이용하는 경향이 대두되면서 이에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 상기 표면 방출형은 접합면에 수직방향으로 빛을 내게 하는 구조로서 활성층(Active layer)에서 발생한 빛이 자기 흡수 손실을 건의 받지 않고 외부로 방출되기 때문에 광방출 출력을 높이고 외부 광방출 효율을 향상시켜 주는데 적당한 이점이 있다.

이와같은 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드를 제작함에 있어서, 결정내에서 광 흡수를 줄여 외부 발광효율을 향상시키고 방출되는 빛에 지향성을 부여하기 위하여 45°거울반사면을 이용하는 등의 여러가지 방법이 제안되었다. 종래의 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드는 제 1 도에 도시한 바와 같이 반도체 레이저 다이오드 제작시 에피택시(epitaxy) 공정후 엣지에서 방출된 빔(beam)을 표면으로 향하기 하기 위하여 45°클래드층을 이용한다. 즉, 엣지에서 방출된 빔은 45°클래드층에서 반사되어 외부로 방출되므로 발광된 빛은 지향성을 가지게 된다. 또한, 에피택셜층이 성장된 반대편 즉 기판(1)의 후면에 히드 싱트(heat sint ; 5)가 정착되어 있다. 이와같이 기판의 전면쪽으로 광을 방출시키는 정션업(Junction-Up)형의 기하학 구조로 인하여 광을 방출하는 활성층 (3) 과 히트 싱트(5)간의 거리가 다소 떨어져서 형성됨으로 인하여 외부 발광효율이 나빠지는 단점을 갖게 되었다. 또한, 두 단계의 에피택시를 거쳐야 하므로 제조공정이 복잡한 문제점이 있었다. 또한, 거울 반사면의 반사성 저하로 샤프(Sharp)한 각도를 쉽게 재현하기 어려운 문제점 및 소자특성이 양호하지 못하므로 수율이 낮은 결점이 있었다. 따라서, 이 발명은 상기한 종래 기술의 결점을 해결하기 위한 것으로, 이 발명의 목적은 선택적 에피택시법의 이용과 한 단계의 에피택시 공정을 통해 활성층 도전형을 용이하게 형성할 수 있는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공함에 있다.

이 발명의 다른 목적은 공정의 안정화를 가하며 안정된 빔을 얻을 수 있는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공함에 잇다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 이발명은 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서, 제 2 도와 같이 도전형이 화합물 반도체 기판상에 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막의 일부분을 에칭하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 제 2 도전형의 제 1 클래드층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 클래드층의 상부에 제 2 도전형의 활성층을 형성하는 공정과, 상기 활성층의 상부에 제 1 도전형의 제 2 클래드층을 형성하는 공정과, 제 2 클래드층의 상부에 제 1 도전형의 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층의 상부에 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막의 소정부분을 제거하고 제 1 도전형의 전극을 형성하는 공정과 상기 화합물 반도체 기판의 후면에 포토레지스트를 도포한후 화합물 반도체 기판의 소정부분을 에친하는 공정과, 상기화합물 반도체, 기판의 후면에 제 2 도전형의 전극을 형성하는 공정과 상기 화합물 반도체 기판의 에칭된 부분에 거울 반사면을 형성하는 공정을 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 이 발명을 상세히 설명한다.

제 2 (a)~(c) 도는 이 발명에 따른 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조 공정도이다.

제 2a 도를 참조하면, P형 GaAs 화합물 반도체 기판(31)상에 실리콘산화막 (SiO₂; 33)을 화학 기상증착(CVD)법으로 1000~2000Å 정도의 두께로 증착하여 형성한후 통상의 포토리소그래픽(Photolithography)법에 의해 실리콘 산화막의 일부분을 에칭하여 레이저 다이오드가 형성될 영역을 만든다. 상기 실리콘산화막(33)은 에피택시 공정중 결정적층의 마스크로 이용된다. 그 다음 상기 구조의 전표면에 P형 AlGaAs층(35), P형 GaAs(37), N형 AlGaAs(39) 및 N⁺형 GaAs층(41)을 700~800 ℃ 의 온도로 LPE(Liquid Phase Epitaxy)를 이용한 선택적 에피택시법에 의해 순서적으로 형성한다. 이와같이 레이저 디이오드가 형성될 영역을 정의한 후 선택적 에피택시 공정을 수행하면 마스크가 존재하는 부분에는 AlGaAs와 GaAs층이 적층되지 않고, 마스크가 제거된 영역에만 선택적으로 결정이 적층되어진다. 이와같이 선택적 에피택시법에 의해 형성된 결정적층의 초기모양은 결정학적으로 사다리꼴로 형성되고, 결정적층이 진행되면 활성층이 꺽어지게 된다. 상기에서 P형 AlGaAs층(35)은 제 1 클래드층으로, N형 AlGaAs층(39)은 제 2클래드 층으로 이용되며 Si 또는 Te 등의 불순물이 5×10¹⁷~5×10¹⁸/㎠ 정도로 도우핑되어 1㎛ 정도의 두께로 각각 형성한다. 또한, 상기 P형 또는 GaAs층(37)은 활성층으로 이용되며, 0.1㎛ 정도의 두께로 형성한다. 그리고 N⁺형 GaAs층(41)은 캡층으로 이용되며, Si 또는 Te 등의 불순물이 1×10¹⁹/㎠ 정도의 고농도로 도우핑되어 0.5~1㎛ 정도의 두께로 형성된다. 그리고 전자와 정공의 재결합에 의해 발생되는 빛을 활성층(37)으로 제한하기 위해 활성층(37)의 굴절률은 제1및 제 2 클래드층(35),(39)보다 크게 함으로서 내부 전반사가 일어나 발진된 광이 외부로 퍼져 나가지 않으므로 손실이 적고, 한편으로는 양호한 특성으로 광학전송 레이저 발진 내지 광학변조를 행하는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드를 실현할 수 있다.

제 2b 도를 참조하면, 상기 N⁺형 GaAs층(41)의 상부에 표면 보호용 보호막(43)을 SiO₂로 화학 기상 증찰(CVD)법이나 스퍼터링(Sputtering)법으로 2000~3000Å 정도의 두께로 증착하여 형성한 후 전극영역이 될 부분의 보호막(43)을 통상의 포토리소그래피법에 의해 그 내에 창(window opening)을 개방하도록 선택적으로 에칭한다. 상기 창을 통하여 N⁺형 GaAs캡층(41)의 노출된 부분에 리프트 오프(Lift-off)법에 의해 접촉 저항 특성이 우수한 N형 전극인 Auge/Ni/Au를 진공 증착하여 N형 전극(45)을 형성한다. 그다음 에피택셜층이 성장된 반대편 즉, 화합물 반도체 기판(31)의 후면을 잘 연마해서 포토레지스트를 도포한다. 그다음 사진식각 방법에 의해 가판(31)의 후면에 도포된 포토레지스트를 선택 식각하여 구멍형성을 위한 창을 만든후, 황산계(H₂SO₄계)의 에칭용액으로 기판(31)을 에칭함으로서 거울 반사면이 형성될 영역(47)을 만든다. 그 다음 화합물 반도체 기판(31)의 후면에 P형 전극(49)을 형성한다. 이때 P형 전극(49)으로는 Cr/Au 를 진공증착으로 형성한후 열처리한다. 상기 N형 및 P형 전극(45),(49)은 상기 N⁺형 GaAs층(41) 및 P형 화합물 반도체 기판(31)과 각각 오믹접촉을 이룬다.

제 2c 도를 참조하면, 상기 화합물 반도체 기판(31)의 후면을 에칭한 후 형성된 거울 반사면 영역(47)에 거울 반사면(51)을 형성한다. 이와같이 형성된 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 레이저 빔은 활성층에서 방출된 후 거울면(51)을 통해 기판의 표면으로 방출되어진다.

이상에서와 같은 제조공정에 의해 제조된 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드는 SiO₂막이 형성된 기판상에 선택적 에피택시법을 이용하며 한 단계의 공정을 통해 한번의 에피택시 공정으로 에피택셜을 용이하게 형성시킬 수 있으며, 또한 거울면을 통해 기판의 후면 쪽으로 광을 방출시키는 정션 다운(Junction-down)형의 구조를 갖는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드를 구현할 수 있다. 따라서 이 발명에서는 SiO₂의 결정적층의 마스크를 이용하여 레이저 다이오드 형성부분을 정의하고, 그 정의 영역에 선택적 에피택시 공정에 의해 결정층을 형성하므로 종래의 기술엘 비해 한 단계로만 에피택셜 성장을 행할 수 있기 때문에 제조공정이 간단해지며 또한 제조상 재형성이 향상되어 원가 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 활성층 상부에 히트상트가 장착되므롤 활성층과 히트싱트간의 거리가 가까워져 안정된 빔을 얻을 수 있으므로 보다 신뢰성있는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드를 제작할 수 있는 이점이 있다.

이 발명의 실시예서는 GaAs계열의 물질에 대해 설명했지만 이것은 다른 재료라도 좋은바, 에컨대 InP계열의 물질등의 재료에서도 구현할 수 있다.

Claims (6)

1. 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드와 제조방법에 있어서, 제 2도전형 화합물 반도체 기판상에 절연막을 형성하는 공정과, 상기 절연막의 일부분을 에칭하는 공정과, 상기 에칭되는 노출된 기판상에 제 1클래드층을 일정한 경사면을 갖도록 형성하는 공정과, 상기 제 1 클래드층의 상부에 제 2 도전형의 활성층을 형성하는 공정과, 상기 활성층의 상부에 제 1도전형의 제 2 클래드층을 형성하는 공정과, 상기 제 2클래드층의 상부에 제 1 도전형의 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층의 상부에 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막의 소정부분을 제거하고 제 1 도전형의 전극을 형성하는 공정과, 상기 화합물 반도체 기판의 후면에 포토레지스트를 도포한 후 화합물 반도체 기판의 소정부분을 에칭하는 공정과, 상기 화합물 반도체 기판의 에칭된 부분에 거울 반사면을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도전형은 N형이고, 제 2 도전형은 P형임을 특징으로 하는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 도전형의 화합물 반도체 기판은 GaAs임을 특징으로 하는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 층들은 LPE법의 선택적 에피택시 공정에 의해 형성함을 특징으로 하는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은 SiO₂로 결정 성장시 마스크층으로 이용됨을 특징으로 하는 표면방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 선택적 에피택시법에 의해 형성된 반도체 레이저 다이오드는 거울 반사면을 통해 기판의 후면쪽으로 광을 방출시키는 정선 다운(Junction-Down)형 구조임을 특징으로 하는 표면 방출형 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.