KR970007118B1 - 레이저 다이오드의 메사 형성방법 - Google Patents

레이저 다이오드의 메사 형성방법 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

레이저 다이오드의 메사 형성방법
제1도는 종래 기술에 따라 형성된 리지 도과관 레이저 다이오드의 단면도.
제2A도 내지 제2C도는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 다이오드의 메사 형성 공정도.
* 도면의 주요 부분의 간단한 설명
1 : n+형 InP기판 2 : n형 InP 완충층
3 : InGaAsP 활성층 4 : p형 InGaAsP 도파관층
5 : p형 InP클래딩층 6 : p+형 InGaAsP 음접촉층
7 : 절연층 8 : 금속층
9 : 실리콘산화막, 식각 장벽 패턴
본 발명은 화합물 반도체의 광소자인 레이저 다아오드(LASER Diode) 제조 공정중 메사 형성방법에 관한 것으로, 특히 메사 저면의 폭을 감소시켜 레이저 특성을 향상시키는 레이저 다이오드의 메사 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 화합물 반도체의 광소자인 리지 도파관 레이저 다이오드(Ridge Wave Guide LASER Diode; 흔히 RWG-LD라 약칭함)는 빛을 활성층으로 모아 적은 전류로 단일 모드의 레이징이 가능토록 하여 소자의 특성 및 효율을 향상시킬 목적으로 설계된 레이저 다이오드의 일종으로서, 중 장거리 광통신 시스템의 핵심부품인 신호원(signal source) 및 측정장비 등에 광범위하게 사용되고 있다.
한편, 리지 도파관 레이저 다이오드 제작시 도파관은 금속막 증착 단계에서 도파관에서의 금속막의 단선을 방지하기 위하여 측벽을 소정정도 경사지게 식각하여 메사(mesa)형으로 형성한다.
레이저 다이오드의 메사 형성방법은 에피택셜층이 구성된 웨이퍼 위에 전류를 통하는 부분만 남기고 습식식각하여 제거하는 방법으로서, 식각제의 선택에 따라 형성되는 패턴의 경사각이 달라지게 되는데, 종래의 주 식각제는 HCl과 H3PO4를 1 대 2의 비율로 혼합한 용액으로 상기 식각제를 사용할 경우 형성되는 메사는 첨부된 도면 제1도에 도시된 바와 같다.
참고로, 도면부호 1은 n+형 InP 기판, 2는 n형 InP 완충충, 3은 InGaAsP 활성층, 4는 p형 InGaSaP층(도파관), 5는 p형 InP 클래딩층, 6은 p+형 InGaAsP 읍접촉층, 7은 절연층, 8은 금속층을 각각 나타낸다.
그러나, 도시된 종래 방법에 의해 형성된 메사의 경사각이 식각 용액의 특성(선택적 식각)으로 인하여 30 내지 40° 정도로 완만하여 만일 음적촉층의 폭을 정하여 식각할 경우 메사 저면의 폭이 커짐에 따라 광통신용 레이저 다이오드 발진시에 임계전륙다 커지고 단일모드 형성이 어려워 레이저의 특성이 저하되는 문제점이 따랐다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 레이저 다이오드의 메사 형성을 위한 습식 식각시 음접촉층의 폭을 줄이지 않고, 클래딩층을 폭을 작게하여 임계 전류를 낮추고 단일 모드를 형성하여 레이저 특성을 향상시키는 레이저 다이오드의 메사 형성방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 화합물 반도체 기판 상에 완충층, 호라성층, 도파관층, 클래딩층, 음접촉층을 차례로 형성하고, 상기 음접촉층 상에 식각 장벽 패턴을 형성하는 단계; HCl, H2O2및 CH3COOH를 포함하는 제 1 식각 용액을 사용하여 상기 음접촉층과 상기 클래딩층을 식각하되, 상기 클래딩층의 소정 두께만큼을 잔류시키는 단계, 및 도파관층과 식각 선택비를 갖는 HCl 및 H3PO4을 포함하는 제2식각 용액을 사용하여 상기 잔류된 클래딩층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명은 화합물 반도체 기판 상에 완충층, 활성층, 도파관층, 클래딩층, 음접촉층을 차례로 형성하고, 상기 음접촉층 상에 식각 장벽 패턴을 형성하는 단계; 브롬-메탄올 용액을 사용하여 상기 음접촉층과 상기 클래딩층을 식각하되, 상기 클래딩층의 소정 두께만큼을 잔류시키는 단계; 도파관층의 식각 선택비를 갖는 HCl 및 H3PO4을 포함하는 식각 용액을 사용하여 사용하여 상기 잔류된 클래딩층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면 제2A도 내지 제2C도를 참조하여 본 발명을 상술한다.
도면 제2A도 내지 제2C도는 본 발명에 따른 일실시예의 메사 형성을 위한 식각공정 단면도로서, 상기 제 l도와 동일부분은 동일 부호로 표시한다.
먼저, 제2A도는 반도체기판에 n+형 InP층(1), n형 InP 완충층(2), InGaAsP 활성층(3), p형 InGaAsP 도파관층(4), p형 InP 클래딩층(5), p+형 InGaAsP 음접촉층(6)을 차례로 형성하고, 그 상부에 실리콘산화막(SiO2)(9)을 형성한 상태의 단면도이다. 이때, 실리콘산화막(9)은 식각 장벽 패턴을 형성하기 위한 것으로, 실리콘 질화막(Si3N4)으로 대체가 가능하다.
InGaAsP는 4원소 합금으로 파장의 선택과 격자 정합에 상당한 융통성을 허용할 수 있고, 합금의 조성을 선택함에 있어서 네 성분 모두를 변화시킬 수 있으므로 에너지 대역폭과 격자 상수를 동시에 선택할 수 있어 레이저 다이오드의 제작에 유용하다.
제2B도는 포토리소그래피 공정을 통하여 상기 실리콘 산화막(9)을 소정부위 식각하여 식각 장벽 패턴(9)을 형성한 다음, 식각 대상막인 p형 InGaAsP 도파관층(4) 및 p형 InP 클래딩층(5)에 대한 비선택적 식각 특성을 가지는 HCl, H2O2, CH3COOH을 약 3:1:36의 혼합비로 혼합한 용액 또는 0.2퍼센트의 브롬-메탄올(0.2% Br-Methanol)로 p+형 InGaAsP 음접촉층(6), p형 InP 클래딩층(5)을 차례로 소정부위 비선택 식각하되 p형 InP 클래딩층(5)의 저면을 소정정도 남긴 상태의 단
제2C도는 상기 식각단계에서 잔류된 p형 InP 클래딩층(5)을 p형 InGaAsP 도파관층(4)과 식각 선택비를 가지는 HCl과 H3PO4가 1:4의 비율로 혼합된 용액으로 완전히 제거한 상태의 단면도이다. 이때, 도면에 도시된 바와 같이 식각후 형성되는 메사의 기판과 이루는 경사각은 55°정도이다. 이때, 상기 선택식각제의 혼합비는 1 : 2 내지 6 정도면 가능하다.
일반적으로, 습식 식각을 수행할 때, 기판을 구성하는 물질과 식각 용액의 특성에 따라 식각되는 방향 및 패턴의 모양이 달라지게 된다. 즉, 식각 용액을 구성하는 화학제의 종류 및 그 혼합비에 따라 식각되는 방향 및 패턴의 모양이 달라지게 된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 식각후 메사의 경사각이 55° 정도로 메사 저면의 폭이 넓게 형성됨으로써 임계 전류값을 낮추고, 단일 모드를 형성하기 쉬워 리지 도파관 레이저 다이오드의 레이저 특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 화합물 반도체 기판 상에 완충층, 활성층, 도파관층, 클래딩층, 음접촉층을 차례로 형성하고, 상기 음접촉층 상에 식각 장벽 패턴을 형성하는 단계 ; Hcl, H2O2및 CH3COOH를 포함하는 제1식각 용액을 사용하여 상기 음접촉층과 상기 클래딩층을 식각하되, 상기 클래딩층의 소정 두께만큼을 잔류시키는 단계 ; 도파관층과 식각 선택비를 갖는 HCl 및 H3PO4을 포함하는 제 2 식각 용액을 사용하여 상기 잔류된 클래딩층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화합물 반도체 기판 및 상기 클래딩층은 InP, 상기 도파관층은 InGaAsP로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1식각 용액은 HCl, H2O2, CH3COOH의 혼합비가 3:1:36인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2식각 용액은 HCl, H3PO4의 혼합비가 약 1:2 내지 6인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  5. 화합물 반도체 기판 상에 완충층, 할성층, 도파관층, 클래딩층, 음접촉층을 차례로 형성하고, 상기 음접촉층 상에 식각 장벽 패턴을 형성하는 단계 ; 브롬-메탄올 용액을 사용하여 상기 음접촉층과 상기 클래딩층을 식각하되, 상기 클래딩층의 소정 두께만큼을 잔류시키는 단계 ; 도파관층과 식각 선택비를 갖는 HCl 및 H3PO4을 포함하는 식각 용액을 사용하여 상기 잔류된 클래딩층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 화합물 반도체 기판 및 상기 클래딩층은 InP, 상기 도파관층은 InGaAsP로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 브롬-메탄올 용액은 0.2% 농도로 희석된 용액인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 HCl 및 H3PO4을 포함하는 식각 용액은 HCl과 H3PO|4의 혼합비가 약 1:2 내지 6인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 메사 형성방법.
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