KR950011996B1 - Laser diode manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
제1a도 ∼제1b도는 종래 레이저다이오드 제조 공정도.1A to 1B are conventional laser diode manufacturing process diagrams.
제2a도 ∼제2d도는 이 발명에 따른 레이저다이오드의 제조공정도이다.2A to 2D are manufacturing process diagrams of the laser diode according to the present invention.
이 발명은 레이저다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이중 이종접합형 레이저다이오드(Doubl Heterostructure Laser Diode ; 이하 DH-LD라 칭함)의 활성층에 소량의 In을 첨가하여 활성층내의 결함을 감소시키고 광효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 레이저다이오드의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a laser diode, and in particular, a small amount of In is added to an active layer of a double heterojunction laser diode (hereinafter referred to as DH-LD) to reduce defects in the active layer and to reduce light efficiency and reliability. It relates to a method of manufacturing a laser diode that can be improved.
GaAs 및 InP등과 같은 화합물 반도체는 Si에 비해 전자이동도가 크고, 고주파 및 저소비전력 등의 동작특성이 있으며, 직접 천이형 에너지 밴드갭을 갖는 물질은 전도대의 전자가 비전도대의 정공과 재결합할때 빛을 방출하며, 발광영역에 주입된 전하의 수명이 ns 정도로 아주 짧아 발광강도가 세고, 전류변화에 대한 광응답이 고속이므로 고속변조를 필요로 하는 분야 즉, 광통신광원등에 널리 사용되고 있다. 상기 화합물 반도체로 형성하는 광소자에는 발광다이오드(Light Emitting Diode) 및 레이저다이오드(Laser Diode; 이하 LD라 칭함)등이 있다.Compound semiconductors such as GaAs and InP have higher electron mobility than Si, and have operating characteristics such as high frequency and low power consumption, and materials with direct transition energy bandgap are used when electrons in the conduction band recombine with holes in the nonconductor band. It emits light, and the lifetime of the charge injected into the light emitting area is very short, about ns, so the light emission intensity is high, and the optical response to the change of current is high, so it is widely used in the field requiring high speed modulation, that is, optical communication light source. Optical devices formed of the compound semiconductor include light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (hereinafter referred to as LDs).
상기 발광다이오드는 자연방출에 의해 빛을 내며, LD는 유도방출에 의해 빛을 방출한다. 따라서 LD에서 방출되는 빛은 간섭성, 단광성 및 지향성등의 특성을 갖는다. 또한 상기 LD는 고체레이져 및 개스레이져 등과 같은 일반적인 레이저에 비해 소형이며, 광효율이 우수하고, 빛의 직접변조가 가능한 등의 특성이 있어 광통신 및 광디스크 메모리 등 그 이용분야가 확대되고 있다.The light emitting diode emits light by natural emission, and LD emits light by induction emission. Therefore, the light emitted from LD has characteristics such as coherence, monochromaticity and directivity. In addition, the LD is smaller than general lasers such as solid state lasers, gas lasers, and the like, and has excellent optical efficiency and direct modulation of light.
도1a∼1b는 종래의 레이저다이오드의 제조 공정도이다. 특히 LDP(Laser Disk Player), MODD(Magnetic Optical Disk Driver)등의 광원으로 널리 쓰이는 DH-LD의 제조 공정도이다.1A to 1B are manufacturing process diagrams of a conventional laser diode. In particular, it is a manufacturing process diagram of DH-LD widely used as a light source such as LDP (Laser Disk Player), MODD (Magnetic Optical Disk Driver).
도1a를 참조하면, n형 GaAs의 반도체기판(11) 표면에 액상 에피택시(Liquid Phase Epitaxy ; 이하 LPE라 칭함) 또는 유기금속화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 이하 MOCVD라 칭함)등의 방법으로 에피택시하여 n형 A1yGa(1-y)As의 제2클레드층(12). A1yGa(1-y)As의 활성층(13), p형 AlyGa(1-y)As의 제2클레드층(14) 및 p형 GaAs의 갭층(15)을 순차적으로 형성한다.Referring to FIG. 1A, liquid phase epitaxy (hereinafter referred to as LPE) or metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) on the surface of an n-type GaAs semiconductor substrate 11 is described. A second clad layer 12 of n-type A1 y Ga (1-y) As epitaxially by the method; A1 y Ga (1-y) As active layer (13), a p-type Al y Ga (1-y) As and a second form with large red layer 14, and successively the cap layer 15 of p-type GaAs.
도 1b를 참조하면, 상기 캡층(15)의 전표면에 산화규소 또는 질화규소를 절연층(16)을 형성한 후, 상기 절연층(16)을 일부 제거하여 접속창(17)을 형성한다. 상기 접속창(17)에 의해 노출된 캡층(16) 및 절연층(16)상에 p형 전극(18)을 형성한 후 반도체 기판(11)의 하부에 n형 전극(19)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, after the insulating layer 16 is formed of silicon oxide or silicon nitride on the entire surface of the cap layer 15, the insulating layer 16 is partially removed to form the connection window 17. The p-type electrode 18 is formed on the cap layer 16 and the insulating layer 16 exposed by the connection window 17, and then the n-type electrode 19 is formed under the semiconductor substrate 11.
상기와 같이 형성된 LD의 P형전극(18)과 n형전극(19) 사이에 전압을 인가하면 제1클레드층(12)을 통해 전자가, 상기 제2클레드층(15)을 통해 정공이 각각 활성층(14)으로 주입되어 재결합하며 활성층(14)의 Al의 몰비 y에 해당하는 파장의 빛이 발생한다. 이때, 상기 발생된 빛을 활성층(14)에 한정시키기 위해서는 활성층(14)이 제 1 및 제2클레드층(12),(15)보다 광굴절률이 크도록 화합물의 조성비 (1≥ X ＞ Y ≥ 0)이 되도록 한다.When a voltage is applied between the P-type electrode 18 and the n-type electrode 19 of the LD formed as described above, electrons pass through the first clad layer 12 and holes through the second clad layer 15. These are injected into the active layer 14 and recombined, respectively, and light of a wavelength corresponding to the molar ratio y of Al in the active layer 14 is generated. In this case, in order to limit the generated light to the active layer 14, the composition ratio of the compound (1 ≧ X> Y) such that the active layer 14 has a larger optical refractive index than the first and second clad layers 12 and 15. ≥ 0).
상술한 종래의 LD는 GaAs 기판상에 제1클레드층, 활성층, 제2클레드층 및 캡층을 순차적으로 에피택시하여 LD를 형성한다. 이때 AlGaAs로 형성된 활성층은 상기 제1 및 제2클레드층을 구성하는 GaAs와 서로 격자불일치(Iattice mismatch)가 심한 비틀림 층(strained layer)이 되어 활성층내에 전위 또는 빈격자점등과 같이 전자나 정공의 트랩으로 작용하는 결함들을 발생하며, 에피택시의 특성상 활성층에 발생된 결함들을 LD의 광효율과 신뢰성을 떨어뜨린다.The conventional LD described above sequentially epitaxy a first cladding layer, an active layer, a second cladding layer and a cap layer on a GaAs substrate to form LD. At this time, the active layer formed of AlGaAs becomes a strained layer having a severe mismatch between GaAs constituting the first and second clad layers, and thus, electrons or holes, such as dislocations or void lattice lights, are formed in the active layer. Defects that act as traps are generated, and defects generated in the active layer due to the nature of epitaxy lower the light efficiency and reliability of the LD.
따라서, 이 발명의 목적은 LD의 활성층을 클레드층과의 격자의 불일치가 적은 층 (unstrained layer ; 이하 UL이라 칭함)으로 형성하여 활성층과 클레드층 내의 전위 또는 빈격자점 등과 같은 결함을 방지하여 LD의 광효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LD의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to form an active layer of LD as an unstrained layer (hereinafter referred to as UL) having a small mismatch between the cladding layer and the cladding layer to prevent defects such as dislocations or void lattice points in the active layer and the cladding layer. It is to provide a method of manufacturing LD that can improve the light efficiency and reliability of the LD.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 이 발명은, 도1 전형의 반도체기판상에 도1전형의 제1클레드층을 형성하는 공정과, 상기 제1클레드층상에 활성층을 형성하는 공정과, 상기 활성층상에 도2 전형의 제2클레드층을 형성하는 공정과, 상기 제2클레드층의 표면에 도2 전형의 캡층을 형성하는 공정과, 상기 캡층의 상부에 절연층을 형성한 후 상기 절연층의 소정부위를 식각하여 캡층의 일부분이 노출되도록 접속창을 형성하는 공정과, 상기 절연층 및 캡층의 표면에 도2 전형의 전극을 형성하는 공정과, 상기 반도체기판의 하부 표면에 도1 전형의 전극을 형성하는 공정을 구비하는 레이저다이오드의 제조방법에 있어서, 상기 활성층을 In이 10% 이하의 몰비로 함유시켜 형성하는 레이저다이오드의 제조방법을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a process for forming a first cladding layer of FIG. 1 on a semiconductor substrate of FIG. 1, a process of forming an active layer on the first cladding layer, and Forming a second cladding layer of FIG. 2 typical on the active layer; forming a capping layer of FIG. 2 typical on the surface of the second cladding layer; and forming an insulating layer on the cap layer; Forming a connection window so that a portion of the cap layer is exposed by etching a predetermined portion of the insulating layer, forming a typical electrode of FIG. 2 on the surfaces of the insulating layer and the cap layer, and FIG. 1 on the lower surface of the semiconductor substrate. A method of manufacturing a laser diode having a step of forming a typical electrode, the method of manufacturing a laser diode formed by containing the active layer in a molar ratio of 10% or less.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 이 발명에 따른 LD의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the manufacturing method of the LD according to the present invention.
도2a∼2c는 이 발명에 따른 LD의 제조공정도로서, 특히 DH-LD의 제조공정도이다.2A to 2C are manufacturing process diagrams of the LD according to the present invention, in particular, the manufacturing process diagram of the DH-LD.
도2a를 참조하면, Si 등의 n형 불순물이 1E18이온/㎤ 정도의 도우즈로 도핑된 n형 GaAs의 반도체기판(31)상에 Te등의 n형 불순물이 1E17∼1E18이온/㎤ 정도의 도우즈로 도핑된 n형 A1yGa(1-y)As의 제1클레드층(32)을 2㎛정도의 두께로 형성한다. 그다음 상기 제1클레드층(32)상에 InαAlβGa(1-α -β)As의 활성층(33)을 0.1㎛ 정도의 두께로 형성한 후, 상기 활성층(33)상에 2n 또는 Mg 등의 p형 불순물이 1E17∼1E18이온/㎤ 정도 도핑된 p형 A1yGa(1-x)As의 제2클레드층(34)을 2㎛ 정도의 두께로 형성한다.Referring to Fig. 2A, an n-type impurity such as Te is contained in an n-type impurity of about 1E17 to 1E18 ion / cm 3 on an n-type GaAs semiconductor substrate 31 doped with a dose of about 1E18 ion / cm 3. A first clad layer 32 of n-type A1 y Ga (1-y) As doped with a dose is formed to a thickness of about 2 μm. Next, an active layer 33 of In α Al β Ga (1-α −β) As is formed on the first clad layer 32 to a thickness of about 0.1 μm, and then 2 n or more may be formed on the active layer 33. is formed to a thickness on the order of the p-type impurity such as Mg 2㎛ the 1E17~1E18 ion / ㎤ degree of the second large-doped p-type A1 y Ga (1-x) as layer Red 34.
이때 상기 활성층(33)가 제1 및 제2클레드층(32), (33)과의 격자 불일치를 감소시켜 활성층(33)을 UL로 향성하기 위해 격자 불일치가 가장 작아지는 0＜α≤β0.1 의 몰비로 In을 첨가하여 임계분해 전단응력(Critical Resolved Stress ; 이하 rcrss라 칭함)을 증가시켜 활성층(33)내의 전위 또는 빈격자점 등의 결함 생성을 감소시킨다. 상기 활성층(33)내의 결함이 감소되면 에피택시 방법의 특성에 의해 제2클레드층의 결함도 감소한다.At this time, the active layer 33 reduces the lattice mismatch with the first and second cladding layers 32 and 33 so that the lattice mismatch becomes smallest to direct the active layer 33 to UL. The addition of In at a molar ratio of .1 increases the critical resolved stress (hereinafter referred to as rcrss) to reduce defect generation such as dislocations or void lattice points in the active layer 33. If the defect in the active layer 33 is reduced, the defect of the second clad layer is also reduced by the characteristics of the epitaxy method.
그다음 상기 제2클레드층(34)상에 Zn 또는 Mg 등의 p형 불순물 1E18∼1E19이온/㎤ 정도 도핑된 p형 GaAs의 캡층(35)을 5㎛ 정도의 두께로 형성한다. 이때 상기 제1클레이드층(32), 활성층(33), 제2클레드층(34), 및 캡층(35)은 MOCVD 또는 LPE 등의 방법으로 순차적으로 성장시킨다. 또한 상기 활성층(33)내에 광을 제한하기 위해서는 활성층(33)의 광굴절율이 제1 및 제2클레드층(32)(34)의 광굴절을 보다 크도록 화합물 조정비를 0≤β＜y≤1이 되도록 조절하며, 원하는 파장의 레이저를 얻기 위해 활성층(33)의 Al 몰비를 0.1≤β≤0.2가 되도록 한다.Next, a cap layer 35 of p-type GaAs doped with p-type impurities 1E18 to 1E19 ions / cm 3, such as Zn or Mg, is formed on the second clad layer 34 to a thickness of about 5 μm. In this case, the first cladding layer 32, the active layer 33, the second cladding layer 34, and the cap layer 35 are sequentially grown by a method such as MOCVD or LPE. In addition, in order to limit the light in the active layer 33, the compound adjustment ratio is 0 ≦ β <y so that the light refractive index of the active layer 33 is larger than that of the first and second clad layers 32 and 34. It is adjusted to be ≤ 1, and the Al molar ratio of the active layer 33 is 0.1≤β≤0.2 in order to obtain a laser of a desired wavelength.
도3b를 참조하면, 상기 캡층(35)의 상부표면에 산화규소 또는 질화규소로 물리기상증착 또는 화학기상증착 방법으로 절연막(36)을 0.6㎛정도의 두께로 형성한 후 상기 절연막(36)의 중앙부분이 노출되도록 감광막패턴(37)을 형성한다.Referring to FIG. 3B, an insulating film 36 is formed to a thickness of about 0.6 μm by physical vapor deposition or chemical vapor deposition using silicon oxide or silicon nitride on the upper surface of the cap layer 35, and then the center of the insulating film 36 is formed. The photosensitive film pattern 37 is formed to expose portions.
도3c를 참조하면, 상기 감광막패턴(37)에 의해 노출된 절연막(36)을 제거하여 캡층(35)을 노출시킨 후 상기 감광막패턴(37)을 제거한다. 그 다음, 상기 제거되고 남은 절연층(36)과 노출된 캡층(35)의 표면에 P형의 상부전극(38)을 Ni로 형성한다.Referring to FIG. 3C, the cap layer 35 is exposed by removing the insulating layer 36 exposed by the photoresist pattern 37 and then removing the photoresist pattern 37. Next, a P-type upper electrode 38 is formed of Ni on the surfaces of the removed insulating layer 36 and the exposed cap layer 35.
상술한 바와 같이 이 발명은 LD의 제조방법에 있어서, 활성층에 소량의 In을 첨가하여 활성층의 τcrss를 증가시켜 활성층과 제2클레드층간의 격자 불일치를 감소시켜 활성층과 제2클레드층 및 캡층에 전위, 빈격자점 및 핀홀 등의 결함 생성을 방지하였다. 따라서 이발명은 전자 또는 정공의 트랩으로 작용하는 전위, 빈격자점 및 핀홀 등의 결함이 감소하여 LD의 광효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, in the method for preparing LD, by adding a small amount of In to the active layer, the τcrss of the active layer is increased to reduce the lattice mismatch between the active layer and the second clad layer, thereby reducing the active layer, the second clad layer, and the cap layer. The formation of defects such as dislocations, void lattice points, and pinholes was prevented. Therefore, the present invention has the advantage of reducing the defects such as potentials, void lattice points and pinholes acting as traps of electrons or holes, thereby improving the light efficiency and reliability of the LD.
Claims (4)
Priority Applications (1)
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| KR1019920006445A KR950011996B1 (en) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | Laser diode manufacturing method |
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| KR1019920006445A KR950011996B1 (en) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | Laser diode manufacturing method |
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Family Applications (1)
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- 1992-04-17 KR KR1019920006445A patent/KR950011996B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR930022647A (en) | 1993-11-24 |
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