KR950011998B1 - 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 - Google Patents

반도체 레이저 다이오드의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR950011998B1
KR950011998B1 KR1019920008887A KR920008887A KR950011998B1 KR 950011998 B1 KR950011998 B1 KR 950011998B1 KR 1019920008887 A KR1019920008887 A KR 1019920008887A KR 920008887 A KR920008887 A KR 920008887A KR 950011998 B1 KR950011998 B1 KR 950011998B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
heat treatment
laser diode
manufacturing
semiconductor laser
Prior art date
Application number
KR1019920008887A
Other languages
English (en)
Other versions
KR930024233A (ko
Inventor
이진희
이정희
이용탁
Original Assignee
재단법인한국전자통신연구소
양승택
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인한국전자통신연구소, 양승택 filed Critical 재단법인한국전자통신연구소
Priority to KR1019920008887A priority Critical patent/KR950011998B1/ko
Publication of KR930024233A publication Critical patent/KR930024233A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR950011998B1 publication Critical patent/KR950011998B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 레이저 다이오드의 제조방법
제1도는 종래의 기술에 의한 반도체 레이저 다이오드의 광특성을 나타낸 개략도로서,
a도는 다중모드 발진을 나타낸 것이고,
b도는 발진된 레이저 다이오드의 횡종비를 나타낸 그래프.
제2a 내지 f도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 다이오드의 제조공정도.
제3도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 다이오드의 발진특성을 나타낸 도면으로,
a도는 상온에서 펄스로 전류를 인가하였을 때 레이저 다이오드의 광전류 특성을 나타낸 그래프.
b도는 발진임계전류 이하에서의 자연방출광의 특성을 나타낸 그래프.
c도는 발진시 단일모드 레이저광의 특성을 나타낸 그래프.
d도는 발진시 활성층과 평행인 레이저광의 원거리(far field)발산특성을 나타낸 그래프.
e도는 발진시 활성층과 수직인 레이저광의 원거리 발산특성을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 기판 2 : 완충층(buffer layer)
3,5 : 집전 및 집광층(cladding layer) 4, 10 : 활성층(active layer)
6 : 표면층 7, 9, 11 : 질화막
8 : 확산층 12 : 감광막
13 : N-오믹층 14 : P-오믹층
본 발명은 반도체 레이저 다이오드(semiconductor LASER diode)의 제조방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 전력소비가 작고 단일모드 발진특성을 갖는 다중양자우물(multiple quantum well)구조의 반도체 레이저 다이오드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 레이저 다이오드를 제조함에 있어서 활성층에 대한 열처리는 확산전기로(diffusion electric furnace)를 이용하여 수행되고, 고립영역의 식각은 일단계의 습식식각 방법에 의해 수행된다.
이와같은 방법에 의해 제조된 종래의 반도체 레이저 다이오드는, 제1-(a)에 도시된 바와같이, 레이저빔단면내 복수의 진폭분포를 갖는 다중모드(multimode)로 발진하고, 발진된 레이저빔의 횡: 종의 비(ratio)가 제1-(b)도에 도시된 바와같이 거의 1 : 3에 가까워 빔의 원형성(circularity)이 매우 나쁘다.
또한, 원하는 단일모드를 얻기 위하여 여러가지 부가적인 공정들이 수행되지만 단일모드를 얻기가 쉽지 않다.
한편, 광전집적회로(opto-electronic integrated circuit) 또는 integrated optics등에 이용하기 위해서는 p,n 고립영역의 단차회복성(段差回復性)이 우수하여야 하나 종래의 기술은 일단계 식각 방법에 의해 상기 고립영역을 식각함으로써 단차회복성이 나빠지는 단점이 있었다.
본 발명으 목적은 발진레이저빔이 단일모드를 갖고 원형성이 뛰어난 반도체 레이저 다이오드를 제조 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발진문턱 전류가 낮고 양자효율이 우수한 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고립층의 단차회복성을 향상 시키는 방법을 제공하는 것이다.
이제부터, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 기술한다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 기판상에 완충층(buffer layer), 제1의 집전, 집광(cladding layer), r형의 활성층(active layer), 제2피복층 및 표면층이 순차로 적층된 구조의 에피텍셜층(epitaxial layer)을 성장시키는 단계와, 이 에피택셜층에 실리콘 질화막을 증착하고 리소그라피(lithography)에 의해 활성도우핑 영역을 정의한 후 상기 실리콘 질화막을 식각하는 단계와, 상기 활성도우핑 영역에 p형 확산원을 주입한 후 1차 열처리를 수행하여 확산층을 형성시키는 단계와, 웨이퍼의 표면에 보호층을 형성한 후 2차 열처리를 수행하여 p형 활성층을 형성하는 단계와, 상기 N,P 오믹접촉의 고립을 위해 2단계 식각함으로써 안정된 고립영역을 형성하는 단계를 포함한다. 제2a도 내지 f도는 본 발명에 의한 반도체 레이저 다이오드의 제작공정을 순서대로 나타낸 것이다.
제2a도는 레이저 다이오드의 제조를 위한 에피택셜층(epitaxial layer)의 성장구조를 개략적으로 나타낸 것이다. 기판(1)으로는 반절연 갈류비소 반도체가 사용된다.
상기 반도체 기판(1)사이에 갈륨비소의 완충층(2)을 형성하고, 이어 다음에 성장될 활성층을 보호하기 위한 접전, 집광(cladding layer)(3)으로 알루미늄 가룸비소(AlxGai-xAs) 층을 성장시킨다.
상기 피복층(3)상에 갈륨비소와 알루미늄 갈륨비소가 다중양자우물 구조를 이루는 n형 활성층(4)을 성장시키고, 다시 피복층(5)을 성장시킨다.
마지박으로 고농도의 갈륨 비소를 사용하여 저항성 접촉(ohmic contact)을 위한 표면층(6)을 성장시킨다.
이와같이 에피택셜층을 성장시킴에 있어서 n형 불순물로 실리콘(Si)이 사용된다.
제2b도는 활성층(4)의 모양을 개략적으로 나타낸 도면으로, GaAs(4b)와 AsyGai-yAl(4c)가 양자우물 구조를 이루고, 활성층(4)과 각 피복층(3, 5) 사이에는 AlzGai-zAs(z=0.3~0.65)의 경사층(grade layer)이 형성된다.
제2c도는 질화막을 마스크로 하여 아연(Zn)을 1차적으로 확산시킨 구조를 나타낸 것이다.
1차 아연 확산공정을 수행하기에 앞서 먼저, 에피택시(epitaxy)의 상기 표면층(6) 및 기판(1)의 바닥표면 상의 유기물을 세척하고 펴면산화막을 제거한 후, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)방법으로 에피택시의 양표면(즉, 기판(1) 및 표면층(6))상에 실리콘 질화막(7)을 균일하게 증착 시킨다.(이때, 질화막의 굴절율은 2, 균일도는 30% 이내가 된다.) 이어, 아연을 확산시키기 위한 질화막의 패턴을 정의하는 리소그라피 공정이 수행되는데, 아연(Zn)의 확산범위를 고려하여 활성도우핑 영역이 정방형으로 최대한 확산범위의 중앙에 위치할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 감광재(phtoresist)로는 AZ 5214E가 사용되고 노광에서는 접촉식 정렬기가 사용된다.
리프트 오프(lift-off)를 위하여 형상반전 공정이 이용되고 현상용액으로 MF314가 사용된다.
이와같은 리소그라피 공정에 의해 질화막의 패턴이 정의되면 반응성이 이온식각(reactive ion etching)장치를 이용하여 질화막을 건식식각 하되, 약 15%정도 과식각 한다.
이어 손상받은 감광막을 산소플라즈마를 이용하여 제거시킨다.
1차 아연확산 공정은 p형 불순물인 Zn을 소정의 깊이와 농도로 주입하는 공정이다.
확산원은 gaAs, ZnAs2, Zn2As3를 1:1:2로 혼합함으로써 Ga:As:Zn=1:1:1이 되게 하여 20시간 정도의 열처리에 의해 제조된다.
확산공정은 확산로(diffusion furnace)와 특히 급속열처리(rapid thermal annealing) 장치를 사용하여 수행되는데, 열처리 온도 및 시간은 불순물의 확산거리와 질화막의 안정도에 의하여 결정된다.
확산층(8)의 형성이 완료되면, Zn이 웨이퍼의 표면을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 물속에 급속냉각 시키고 HCL : H2O=1:1인 용액으로 웨이퍼의 표면을 세척한다.
제2-(d)도는 웨이퍼의 앞뒤에 보호층(cap layer)을 형성한 후 급속열처리한 상태를 나타낸 것이다.
2차 아연확산을 위한 열처리 공정 또한 확산로와 급속열처리 장치를 사용하여 수행되며 열처리 온도 및 시간은 불순물의 확산거리 및 질화막의 안정도를 고려하여 결정된다.
활성영역(10)의 원형성(圓型性) 및 급준성(急激性 stip)은 매우 중요한데 이때 급속열처리를 수행하는 경우 상기한 활성영역(10)의 원형성 및 급준성이 우수하게 된다.
2차 확산이 완료되면 Zn이 웨이퍼의 표면을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 물속에 급속냉각 시키고 웨이퍼의 표면을 HCL: H2O =1 : 1용액으로 세척한다.
제2e도는 감광막을 마스크로 하여 2단계 식각(two step etching)을 수행한 상태를 나타낸 것이다.
층과 n층을 고립시키기 위하여 NH0 3:H2O2: H20=20 : 7 : 974의 용액을 사용하여 GaAs보호층(9)을 1/2식각하고, NH4OH : H2O2: H2O = 20 :7 : 974의 용액을 사용하여 나머지 1/2을 식각한다.
그리고 건식식각 방법으로도 단차 회복성이 좋은 2단계 식각을 할 수 있다.
이와 같은 2단계 식각에 의해 첫단계 식각공정에서는 60°의 경사각(6a), 둘째단계 식각공정에서는 45°의 경사각(6b)을 얻을 수 있게 되어 식각 프로파일(etching profile)이 개선된다.
제2-(f)도는 n,p오믹접촉층을 형성하여 레이저 다이오드를 완성한 상태를 나타낸 것이다.
저항성 접촉공정은 금속이 쉽게 리프트 오프되도록 하기 위하여 형성반전 리소그라피 방법에 의해 수정된다.
n형 저항성 접촉공정은 전자빔 증착기를 사용하여 AuGe층, Ni층, Au층을 순차로 형성하고 낮은 저항을 얻기 위하여 급속열처리 시킨다.
p형 저항성 접촉공정은 전자빔 증착기를 사용하여 Cr층과 Au층을 차례로 형성한다.
다음에 수행되는 연마공정은 알루미나 가루를 탈이온수와 혼합하여 연마하고, 경면처리(polishing)공정은 클로록스(clorox) : H2O용액을 사용하여 식각함으로써 거울면을 형성한다.
마지막으로 광역 파브리페로(broad area Fabry-Perot)발진기를 만든다.
이상에서 설명된 바와같은 본 발명에 의한 반도체 레이저 다이오드의 발진특성을 첨부된 도면에 의해 상세히 기술하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명에 따라 급속열처리와 2단계 식각방법에 의한 반도체 레이저 다이오드의 발진특성을 나타낸 것이다.
제3a도는 상온에서 펄스로 전류를 인가하였을 때 레이저 다이오드의 광전류 특성을 나타낸 것으로, 2차 열처리를 일반 확산로에서 수행한 경우(A) 발진문턱전류는 40mA, 급속열처리 장치로 2차열처리를 수행한 경우(B) 발진문턱 전류 33mA로 나타났다.
이와같은 현상은 2차 열처리공정이 활성영역의 모양과 급준성(急峻性), 확산된 불순물의 안정한 자리잡기 및 불순물 제거에 크게 기여함을 알 수 있다.
그리고, 양자효율 특성을 보면 2차 열처리를 일반확산으로에서 수행한 경우의 양자효율(quantum efficiency)은 17%, 급속열처리 장치로 2차 열처리를 수행한 경우의 양자효율은 22%로 나타났다.
이와같이 양자효율이 향상된 주된 요인은 다중양자우물구조에 의한 우수한 케리어 채집력(carrier collection)과 접합경계의 급준성에 있다.
제3b도 및 제3c도는 급속열처리 장치로 2차 열처리를 수행한 경우 발진임계전류(Itn) 이하에서의 자연 방출광과, 발진시의 레이저광 특성을 각각 나타낸 것이다. 발진임계전류 이하(I=0.8Itn)에서 자연방출 스펙트럼이 n=1인 바운드 상태(bound state)(약 8130Å)에서 레이저모드가 발생하는 것을 볼 수 있다.
여기서, n=1인 바운드 상태에 해당하는 파장이 GaAs/ A0.3Ga0.7As 양자우물의 n=1인 바운드 상태에 해당하는 파장보다 단파장 쪽으로 이동한 것은 열처리 공정에서 활성층내의 알루미늄과 갈륨원자의 상호확산에 기인한 것이다.
발진시(I=1.2tn)의 레이저빔의 특성은 제3-(c)에 도시된 바와같이 발진파장이 8130Å인 단일모드 특성을 보여주고 있다.
또한, 스펙트럼의 선폭을 나타내는 FWHM(fullk width at half maximum : 반치전폭)이 3Å이하(측정한계)로 동작함을 알 수 있다.
제3d도 및 제3e도는 급속열처리 장치로 2차 열처리를 수행한 경우 발진시의 레이저빔의 원거리 발산(far field)특성을 나타낸 것으로, 활성층과 평행인 경우 발산각(θ11)이 22.5°(제3d도,활성층과 수직인 경우 발산각(θ)이 26°(제3e도)가 되어 횡 : 종의 비가 1 : 1.2가 되어 원형성이 우수함을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 레이저 다이오드를 제조하는 방법에 있어서, 반도체 기판(1)상에 완충층(2), 제1피복층(3), n형 활성층(4), 제2피복충(5) 및 표면층(6)이 순차로 적층된 구조의 에피택셜층을 성장시키는 단계와, 상기 에피택셜층에 실리콘 질화막(7)을 증착하고 형상반전 리소그라치에 의해 활성도우핑 영역을 정의한 후 상기 실리콘 질화막(7)을 식각하는 단계와, 상기 활성도우핑 영역에 p형 확산원을 주입한 후 1차 열처리를 수행하여 확산층(8)을 형성시키는 단계와, 웨이퍼의 표면에 보호층(9)을 형성한 후 2차 열처리를 급속열처리 방법을 사용하여 수행하여 p형 활성층(10)을 형성하는 단계와, 상기 보호층(9)의 오믹접촉 부분을 2단계 식각하므로써 안정된 고립영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 p형 확산원은 GaAs : ZnAs2: Zn2As3=1 : 1 : 2의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 활성층의 2차 열처리는 급속열처리로 수행되고 열처리 온도 및 시간은 불순물의 확산거리와 상기 실리콘 질화막(7)의 안정도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 1차 및 2차 열처리가 각각 수행된 직후에 상기 불순물에 의해 상기 웨이퍼가 오염되는 것을 방비하기 위해 급냉시키고 Hcl : H2O= 1 : 1의 용액으로 세척하는 단계를 각각 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보호층(9)을 식각하는 단계는 NHO3: H2O2: H2O=20 : 7 : 974의 용액을 사용하여 60°의 경사각으로 1/2식각하는 단계와, NH4OH : H2O2: H2O=20 : 7 : 974의 용액을 사용하여 45°의 경사각으로 1/2 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.
KR1019920008887A 1992-05-26 1992-05-26 반도체 레이저 다이오드의 제조방법 KR950011998B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019920008887A KR950011998B1 (ko) 1992-05-26 1992-05-26 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019920008887A KR950011998B1 (ko) 1992-05-26 1992-05-26 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR930024233A KR930024233A (ko) 1993-12-22
KR950011998B1 true KR950011998B1 (ko) 1995-10-13

Family

ID=19333577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019920008887A KR950011998B1 (ko) 1992-05-26 1992-05-26 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR950011998B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136230B1 (ko) * 2006-01-20 2012-04-17 엘지전자 주식회사 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR930024233A (ko) 1993-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6358316B1 (en) Method for producing semiconductor device, method for producing semiconductor laser device, and method for producing quantum wire structure
US5426658A (en) Semiconductor laser including ridge confining buffer layer
Meier et al. Problems related to the formation of lateral p–n junctions on channeled substrate (100) GaAs for lasers
GB2222307A (en) Semiconductor laser
CA1110367A (en) Current confinement in semiconductor devices
US5019519A (en) Method for the manufacture of optical semiconductor device
US5403774A (en) Method for fabricating index-guided semiconductor laser
US5108948A (en) Method of producing a semiconductor device having a disordered superlattice using an epitaxial solid diffusion source
JPS62160785A (ja) モノリシツク半導体構造およびその製造方法
JP4537549B2 (ja) 化合物半導体装置の製造方法
KR950011998B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드의 제조방법
JPS5811111B2 (ja) 半導体レ−ザ装置の製造方法
US5031185A (en) Semiconductor device having a disordered superlattice
CN110061416B (zh) 半导体激光器非吸收窗口及其制备方法和半导体激光器
JPS63178574A (ja) 半導体レ−ザ装置の製造方法
KR100234001B1 (ko) 양자세선 레이저 다이오드 제작방법
KR0146711B1 (ko) 인화합물 형성에 의한 표면방출 레이저 다이오드 공진표면의 비활성화 방법
RU2324999C2 (ru) Способ перемешивания квантовых ям в структуре полупроводникового устройства и структура полупроводникового устройства, изготовленная с использованием данного способа
JPH0634426B2 (ja) 半導体レ−ザ装置の製造方法
KR100265801B1 (ko) 레이저 다이오드 및 그의 제조 방법
KR910005392B1 (ko) 접합전류 제한 영역을 갖는 이중 헤테로 접합형 발광다이오드의 제조방법
KR0146712B1 (ko) 표면방출 레이저 다이오드의 제조방법
KR940011271B1 (ko) 레이저다이오드 어레이 제조방법
KR100239498B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드 제조방법
KR940011106B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20010927

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee