KR960010007B1 - 레이저 다이오드 제조방법 - Google Patents

레이저 다이오드 제조방법 Download PDF

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Abstract

요약 없음

Description

레이저 다이오드 제조방법
제1도는 종래기술에 이해 레이저 다이오드를 제조한 단면도.
제2A도 내지 제2E도는 본 발명에 의해 레이저 다이오드를 제조하기 위해 4단계 웰 에치를 실시한 것을 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : n+-InP기판2 : n-InP에피텍셜층
3 : n-InGaAsP웨이브 가이드층4 : 언도프된 InGaAsP활성층
5 : P-InP에피텍셜층6 : P-InP에피텍셜층
7 : n-InP에피텍셜층8 : P-InP에피텍셜층
9 : n-InGaAsP에피텍셜층10 : Zn확산영역
20 : 마스크층30 : 역메사패턴
본 발명은 화합물 반도체 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 특히 메사(Mesa) 형성을 위한 웰 에치 방법의 개선을 통하여 에치제어성, 재현성과 생산성을 향상시키는 레이저 다이오드 제조방법에 관한 것이다.
레이저 다이오드는 문턱전류 이상의 전류를 인가하면서 단일파장의 레이저빔이 방출되는 소자이다.
InP계열의 레이저 다이오드는 설계구조에 따라 다층으로 구성되고 적당한 에너지 갭을 갖는 재료를 활성층으로 용하여 1.3㎛ 혹은 1.55㎛의 단일파장을 만들어주는 장거리 광통신용 시스템의 핵심부품인 신호소오스로 사용되며, 그외 측정장비등에 사용된다.
광통신용으로 사용되는 레이저 다이오드는 대부분 버리드 헤태로 구조(Buried Heterostructure)로 되어있고, 빛을 발생하는 활성층을 매립시켜 빛을 활성층으로 모아 단일파장의 레이저가 발생된다. 이러한 구조는 더블-채널 플래너 버리드 헤태로 구조(Double channel Plannar Buried Heterostructure), 에치된 메사 버리드 헤태로 구조(Etched-Mesa Buried Heterostructure), 스트립 버리드 해태로 구조(Strip Buried Heterostructure), 채널 기판 버리드 헤태로 구조(Channeled Substrate Buried Heterostructure), 메사기판 버리드 헤태로 구조(Mesa Substrate Heterostructure), 플래나 버리드 헤태로 구조(Plannar Buried Heterostructure)등이 있다.
제1도는 종래의 플래나 버리드 헤태로 구조의 단면도를 도시한 것이다. 그 제조과정을 살펴보면 n+-InP기판(1) 상부에 n-InP에피텍셜층(2), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3), 언도프된 InGaAsP활성층(4)과 P-InP에피텍셜층(5)을 예정된 두께로 적층한 다음, 마스크층을 형성하고 웰 식각방법으로 예정된 부분의 P-InP에피텍셜층(5), 언도프된 InGaAsP활성층(4), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3), n-InP에피텍셜층(2)의 소정두께를 2스텝에치 또는 3스텝에치공정으로 에치(Etch)하여 역메사패턴(30)을 형성한 다음, 상기 마스크층을 제거하고 역메사패턴(30) 측면이 노출된 n-InP에피텍셜층(2) 상부에 P-InP에피텍셜층(6)을 성장시키고, 그 상부에 n-InP에피텍셜층(7)을 역메사패턴(30) 상부면까지 성장시키고, 노출된 P-InP에피텍셜층(5)과 n-InP에피텍셜층(7) 상부면에 P-InP에피텍셜층(8)을 성장시키고, 그 상부에 n-InGaAsP에피텍셜층(9)을 성장시키고, 상기 n-InGaAsP에피텍셜층(9)의 예정된 부분에 Zn을 확산시켜 Zn확산영역(10)을 형성한 것이다. 여기서 상기 n-InGaAsP웨이브 가이드층(3)은 생략할 수도 있다.
상기한 플래나 버리드 헤태로 구조의 레이저 다이오드 제조과정중 역메사 패턴형성을 위한 종래기술의 웰에치 방법은 2스텝 에치 또는 3스텝 에치공정으로 진행한다.
상기의 2스텝 에치공정의 경우는 첫번째 에치는 0.2% 브롬 메탄올(Br Methanal) 또는 HCl : H2O2: CH3: COOH(3 : 1 : 36) 에찬트를 사용하여 P-InP에피텍셜층(5), 언도프된 InGaAsP활성층(4), n-InGaAsP 웨이브 가이드층(3), n-InP에피텍셜층(2)의 소정부분까지 에치를 한다음, 두번째 에치로 HCl : H3PO4(1 : 2)에찬트를 사용하여 n-InP에피텍셜층(2)의 일정두께를 선택적으로 에치하는, 에치공정을 실시한다.
상기의 3스텝 에치공정의 경우는 첫번쩨 에치로 HCl : H3PO4(1 : 2)에찬트를 사용하여 P-InP에피텍셜층(5)을 에치하고, 두번째 에치로 HCl : H2O2: CH3COOH(3 : 1 : 36) 또는 0.2% 브롬-메탄올 에찬트를 사용하여 P-InP에픽텍셜층(5)을, 언도프된 InGaAsP활성층(4), n-InGaAsP 웨이브 가이드층(3), n-InP에피텍셜층(2)을 에치하고, 세번째 에치로 HCl : H3PO4(1 : 2)에찬트를 사용하여 n-InP에피텍셜층(2)을 선택적으로 에치하는 공정을 실시한다.
그러나 상기의 2스텝 에치공정은 에치비(Etch Rate)가 불안정하며 상대적으로 첫번째 에치공정을 장시간 걸쳐 실시하므로 에치재현성 불량과 첫번째 에찬트를 사용하여 에치를 하게되면 마스크층 하부에서 언더컷(Undercut)이 크므로 역메사 패턴폭과 활성층폭의 불균일과 두번째 에찬트는 InP층에 대한 선택적인 에찬트로 수직에치에 의한 에피텍셜층의 재현성이 민감하게 된다.
또한, 상기의 3스텝의 에치공정은 두번째 에치공정시 사용되는 HCl : H2O2: CH3: COOH(3 : 1 : 36)의 에찬트를 혼합한 후 시간별 에치비와 역메사패턴형상(Shape) 변동이 심하여, 마스크층 하부에 언더컷이 매우 크다. 한 브롬-메탄올 에찬트를 사용할 경우 에치비의 변동이 심하여 P-InP에피텍셜층 두께변동에 따른 활성층폭의 변화로 마스크폭의 변화가 심하다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 역메사 패턴형성을 위한 웰에치 방법을 4스텝으로 에치공정을 진행하는 레이저 다이오드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2A도 내지 제2E도는 본 발명에 의해 레이저 다이오드의 역메사패턴 제조방법을 도시한 단면도이다.
제2A도는 n+-InP기판(1) 상부에 n-InP에피텍셜층(2), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3), 언도프된 InGaAsP활성층(4), P-InP에피택셜층(5)을 연속적으로 예정된 두께를 갖도록 에피텍셜 성장시킨 다음, P-InP에피텍셜층(5) 상부에 마스크층(20) 예를들어 산화막 또는 질화막을 형성한 단면도이다.
제2B도는 리소그라피 기술로 마스크층(20)의 패턴을 형성한 다음, 본 발명의 4단계 에치공정의 첫번째 에치를 실시한 것으로, HCl : H3PO4(1 : 2)에찬트를 이용하여 노출된 P-InP에피텍셜층(5)을 선택적으로 에치한 단면도이다.
제2C도는 본 발명에 의한 두번째 에치를 실시한 것으로, InGaAsP층의 선택적인 에찬트인 H2SO4: H2O2: H2: O(3 : 1 : 1 또는 1 : 1 : 4)를 사용여 노출된 언도프된 InGaAsP활성층(4)과 n-InGaAsP웨이브 가이드층(3)을 에치한 단면도이다.
제2D도는 본 발명에 의한 세번째 에치를 실시한 것으로 InP층의 선택적인 에찬트인 HCl : H3PO4(1 : 2)를 사용하여 노출된 n-InP에피텍셜층(2)과 P-InP에피텍셜층(5)을 에치한 것으로 이때 언도프된 InGaAsP활성층(4), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3)의 일정폭이 에치된 것을 도시한 단면도이다.
제2E도는 본 발명에 의한 네번째 에치를 실시한 것으로, InP층(2, 5)과 언도프된 InGaAsP활성층(4), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3)에 대한 비선택적인 에찬트 HCl : H2O2: CH3COOH(3 : 1 : 36) 또는 브롬-메탄올 에찬트를 사용하여 전반적으로 n-InP에피텍셜층(2), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3), 언도프된 InGaAsP활성층(4) 및 P-InP에피텍셜층(5)의 노출된면을 일정부분 식각하여 역메사 패턴(30)을 형성한 단면도이다.
이후의 제조공정은 종래기술과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
상기한 본 발명에 의한 4단계 웰에치방법으로 역메사패턴의 레이저 다이오드를 제조할 경우 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 첫번째 에치는 언더컷을 최소화하고, 두번째 에치에서는 오버에치(Overetch)를 조절하여 역메사 패턴과 활성층폭의 조정이 가능토록 하였고, 본 발명의 세번째 에치에서 역메사패턴의 높이조절이 용이하고, 본 발명의 네번째 에치는 활성층 부근의 형상(Shape) 조절이 용이하다. 그로인하여 원하는 플래너 버리드 헤태로 구조의 레이저 다이오드 모양을 쉽게 제작할 수 있고, 역메사패턴의 높이, 활성층의 폭, 활성층 부근의 형성조절이 가능하므로 레이저의 특성을 향상시킬 수 있고, 에치제어성 및 균일성이 우수하다.

Claims (5)

  1. n+-InP기판(1) 상부에 n-InP에피텍셜층(2), n-InGaAsP웨이브 가이드층(3), 언도프된 InGaAsP활성층(4), P-InP에피택셜층(5)을 순차적으로 적층하고, 그 상부에 마스크층(20)을 형성한후 n+-InP기판 상부에 있는 층들의 소정부분을 웰에치 공정으로 에칭하여 역메사패턴(30)을 형성하고, 역메사패턴 측멱에 P-InP에피텍셜층(6), n-InP에피텍셜층(7)을 순차적으로 성장시키고, 전체구조 상부에 P-InP에피텍셜층(8), n-InGaAsP에피텍셜층(9)을 성장시켜 제조하는 플래너 버리드 헤태로 구조(Plannar Buried Heterodyne Structure)의 레이저 다이오드 제조방법에 있어서, 상기 역메사패턴을 형성하는 웰에치 공정을 4단계 웰에치로 실시하되 첫번째 에치는 P-InP에피텍셜층(5)이 선택적으로 에치되는 에찬트를 사용하고, 두번째 에치는 언도프된 InGaAsP활성층(4)과 n-InGaAsP웨이브 가이드층(3)의 선택적인 에찬트를 사용하고, 세번째 에치는 n-InP층(2)과 P-InP에피텍셜층(5)의 선택적인 에찬트를 사용하고, 네번째 에치는 InGaAsP층(3, 4)과 InP층(2, 5)에 대한 비선택적인 에찬트를 사용하여 예정된 역메사패턴(30)을 형성하는 웰에치 공정을 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 첫번째 에치공정의 에찬트는 HCl : H3PO4에찬트인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 두번째 에치공정의 에찬트는 H2SO4: H2O2: H2O에찬트인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세번째 에치공정의 에찬트는 HCl : H3PO4에찬트인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 두번째 에치공정의 에찬트는 HCl : H2O2: CH3COOH 또는 브롬-메탄올(Br Methanol)인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 제조방법.
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