KR100250953B1 - 양자세선 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양자세선 제조방법에 관한 것으로, 종래의 양자세선 제조방법은 기판에 형성한 V자 또는 U자 홈의 크기와 모양에 따라 그 크기가 결정되는 양자세선을 형성하여, 특정소자에 적용시 양자세선의 크기를 조절할 수가 없어 그 양자세선을 포함하는 광전소자에 적용편이성이 감소하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 기판에 형성한 홈의 모양과 크기에 관계없이 갈륨비소 에피층 형성시 CCl₄또는 CBr₄를 특정공정조건에서 주입하여, CCl₄또는 CBr₄농도와, 성장온도 및 Ⅴ/Ⅲ의 비를 조절하여 그 양자세선의 크기를 제어함으로써, 그 양자세선을 포함하는 광전소자의 제품적용성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

양자세선 제조방법

본 발명은 양자세선 제조방법에 관한 것으로, 특히 양자세선 제조를 목적으로, 에피층을 성장시키는 과정에서 CCl₄또는 CBr₄를 소량 도핑 시켜 성장되는 에피층의 측면 성장률을 조절하여 양자세선의 크기를 자유롭게 조절함으로써, 낮은 문턱전류의 레이저 다이오드 및 낮은 도파 손실의 광도파로 등을 용이하게 제조하는데 적당하도록 한 양자세선 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 양자우물, 양자세선, 양자점 등의 미세 양자구조를 이용한 광전소자들은 양자효과를 이용하여, 반도체 레이저에 응용될 경우 발진개시전류가 감소하고, 광이득이 크며, 발광선폭이 작고, 응답속도가 빠른 장점이 있어, 이에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 이러한 광전소자를 제조할 때는 여러 가지 복잡한 소자 제조공정이 뒤따르게 된다. 특히 최근 활발하게 진행중인 선택에피성장(SELECTIVE EPITAXY)기술은 복잡한 소자 제조공정 없이 한 번의 성장에 의하여 원하는 에피층구조를 3차원적으로 형성할 수 있으며, 소자 공정 중에 발생하는 계면손상을 방지하는 등 여러 가지 장점이 있다. 상기 광전소자에 구비된 미세 양자구조 중에서 양자세선은 갈륨비소기판에 U자 또는 V자형의 홈을 형성하고, 그 홈의 상부에 에피층을 성장시켜 제조하였으며, 이와 같은 종래 양자세선 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래 양자세선이 형성된 광전소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 상부에 특정 형태의 홈이 형성된 기판(1)과; 상기 기판(1)의 상부에 단차를 갖도록 증착된 버퍼층(2)과; 상기 버퍼층(2)의 상부에 증착된 제 1알루미늄갈륨비소층(3)과; 상기 제 1알루미늄갈륨비소층(3)의 단차 측면에 성장시킨 제 1양자세선(4)과; 상기 제 1알루미늄갈륨비소층(3) 및 제 1양자세선(4)의 상부에 단차를 갖도록 증착한 제 2알루미늄갈륨비소층(5)과; 상기 제 2알루미늄갈륨비소층(5)의 단차 측면에 성장시킨 제 2양자세선(6)과; 상기 제 2알루미늄갈륨비소층(5) 및 제 2양자세선(6)의 상부에 단차를 갖도록 증착한 제 3알루미늄갈륨비소층(7)과; 상기 제 3알루미늄갈륨비소층(7)의 단차 측면에 성장시킨 제 3양자세선(8)으로 구성된다.

이와 같은 구성의 종래 광전소자제조방법은 다음과 같다.

먼저, 갈륨비소(GaAs) 기판(1)의 상부에 사진식각공정을 통해 V자 또는 U자형의 홈을 형성한다. 이때 갈륨비소 기판(1)은 (111)A방향으로 6도 기울어진 (100)방위의 갈륨비소 기판(1)을 사용하여, 식각공정으로 (01

) 방향에 평행한 V자 또는 U자형의 홈을 형성한다.

그 다음, 상기 V자 또는 U자형의 홈이 형성된 기판(1)의 상부에 버퍼층(2)과 제 1알루미늄갈륨비소층(3)을 증착한다. 이때 버퍼층(2)과 제 1알루미늄갈륨비소층(3)은 상기 기판(1)에 형성된 V자 또는 U자형의 홈의 영향으로 단차를 갖도록 형성된다.

그 다음, 상기 제 1알루미늄갈륨비소층(3)에 형성된 단차의 측면에 유기금속화학증착법(이하, MOCVD)을 사용하여 갈륨비소 에피층을 성장시켜 제 1양자세선(4)을 형성한다. 이때 갈륨원자는 수평방향으로의 확산이 잘됨으로 상기 단차의 측면부에서 약간 두꺼운 제 1양자세선(4)이 형성되며, 이 경우 양자세선의 크기는 기판(1)의 패턴모양에만 의존하여 결정된다.

그 다음, 상기 제 1알루미늄갈륨비소층(3)과 제 1양자세선(4)의 상부에 제 2알루미늄갈륨비소층(5)을 단차를 갖도록 증착하고, 다시 그 단차의 측면에 갈륨비소를 성장시켜 제 2양자세선(6)을 형성한다.

그 다음, 상기와 같은 방법으로, 제 3알루미늄갈륨비소층(7)과 제 3양자세선(8)을 형성한다.

상기한 바와 같이 종래 양자세선 제조방법은 기판에 형성한 V자 또는 U자 홈의 크기와 모양에 따라 그 크기가 결정되는 양자세선을 형성하여, 특정소자에 적용시 양자세선의 크기를 조절할 수가 없어 그 양자세선을 포함하는 광전소자에 적용편이성이 감소하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 양자세선 형성시 양자세선의 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 양자세선 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 양자세선을 포함하는 광전소자의 단면도.

도2는 CCl₄또는 CBr₄유입량에 따른 갈륨비소 에피층의 수직 및 측면 성장율의 변화를 보인 그래프도.

도3은 CCl₄또는 CBr₄농도가 일정한 경우, 갈륨비소 에피층의 측면 성장률과 수직성장율의 온도 의존성을 나타낸 그래프도.

도4는 Ⅴ/Ⅲ 비에 따른 갈륨비소 에피층의 측면 성장률과 수직성장률이 변화를 나타낸 그래프도

상기와 같은 목적은 기판의 상부에 특정 형태의 홈을 형성하고, 그 기판의 상부에 단차를 갖는 알루미늄갈륨비소를 증착한 후, 그 단차의 측면에 유기금속화학증착법을 사용하여 갈륨비소 에피층을 성장시키는 양자세선 제조방법에 있어서, 상기 갈륨비소 에피층 성장시 농도의 비에 따라 갈륨비소의 성장률을 변화시키는 성장제어 화합물을 주입하고, 5족원소와 3족원소를 혼합하여 주입하며, 특정 온도분위기에서 성장시킴으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 CCl₄또는 CBr₄유입량에 따른 갈륨비소 에피층의 수직 및 측면 성장율의 변화를 보인 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 갈륨비소 에피층 즉, 양자세선의 수직성장률은 CCl₄또는 CBr₄농도에 영향을 받지 않으나 측면 성장률은 CCl₄또는 CBr₄의 농도에 따라 선형적으로 증가하며, 이때 도2에서 Ⅴ/Ⅲ은 원료개스인 AsH₃와 트리메틸갈륨(TMG)의 농도비를 나타내고, []는 내부에 표시된 화합물의 농도를 나타낸다. 이때의 수송개스는 고순도 수소를 사용하며, 총 유량은 분당 5리터로 제한하였으며, 5족 원료는 수소에 10% 희석된 비소가스(AsH₃)를 사용하였다.

이와 같이 양자세선을 형성하는 과정에서 CCl₄또는 CBr₄를 도핑 시키면 그 도핑비율에 따라 측면성장률을 변화시켜 양자세선의 크기를 조절할 수 있게 된다.

또한, 도3은 CCl₄또는 CBr₄농도가 일정한 경우, 갈륨비소 에피층의 측면 성장률과 수직성장율의 온도 의존성을 나타낸 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 수직성장률은 온도에 따라 변화가 없으나, 측면 성장률은 성장온도 700℃의 경우 가장 크고, 그 이상의 온도에서는 감소하는 것을 알 수 있다.

이와 같이 CCl₄또는 CBr₄농도가 일정한 경우, 갈륨비소 에피층 즉, 양자세선의 형성시 공정온도를 제한함으로써, 양자세선의 크기를 변화시킬 수 있게 된다.

그리고, 도4는 Ⅴ/Ⅲ 비에 따른 갈륨비소 에피층의 측면 성장률과 수직성장률이 변화를 나타낸 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 수직성장률은 Ⅴ/Ⅲ의 비에 따라 거의 변화하지 않으며, 측면 성장률은 Ⅴ/Ⅲ의 비가 40까지 증가하다가 그 이상이 되면 포화하는 것을 알 수 있으며, 수직성장률에 대한 측면성장율의 비는 최대 26정도 까지 변화시킴을 알 수 있다.

상기와 같이 양자세선을 성장시키는 과정에서 CCl₄또는 CBr₄농도를 조절하여 유입하면 양자세선의 수평방향의 성장률을 제어하여 양자세선의 폭을 조절할 수 있게 되며, 온도를 제한하고, Ⅴ/Ⅲ의 비를 조절하면 수평방향의 성장률을 조절하여 양자세선의 폭을 조절함이 가능해 진다.

상기한 바와 같이 본 발명 양자세선 제조방법은 기판에 형성한 홈의 모양과 크기에 관계없이 CCl₄또는 CBr₄농도와, 성장온도 및 Ⅴ/Ⅲ의 비를 조절하여 그 양자세선의 크기를 제어함으로써, 그 양자세선을 포함하는 광전소자의 제품적용성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 기판의 상부에 특정 형태의 홈을 형성하고, 그 기판의 상부에 단차를 갖는 알루미늄갈륨비소를 증착한 후, 그 단차의 측면에 유기금속화학증착법을 사용하여 갈륨비소 에피층을 성장시키는 양자세선 제조방법에 있어서, 상기 갈륨비소 에피층 성장시 농도의 비에 따라 갈륨비소의 성장률을 변화시키는 성장제어 화합물을 주입하고, 5족원소와 3족원소를 혼합하여 주입하며, 특정 성장온도분위기에서 성장시키는 것을 특징으로 하는 양자세선 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 성장제어 화합물은 CCl₄또는 CBr₄인 것을 특징으로 하는 양자세선 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 성장온도는 600 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 양자세선 제조방법.

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