KR100537079B1 - Method for Manufactuing Quantum Dot Using Selective Area Growth And Optical Device using the same - Google Patents
Method for Manufactuing Quantum Dot Using Selective Area Growth And Optical Device using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR100537079B1 KR100537079B1 KR10-2002-0081481A KR20020081481A KR100537079B1 KR 100537079 B1 KR100537079 B1 KR 100537079B1 KR 20020081481 A KR20020081481 A KR 20020081481A KR 100537079 B1 KR100537079 B1 KR 100537079B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- quantum dot
- mask
- substrate
- selective area
- quantum dots
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N tert-butylarsenic Chemical compound CC(C)(C)[As] QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ZGNPLWZYVAFUNZ-UHFFFAOYSA-N tert-butylphosphane Chemical compound CC(C)(C)P ZGNPLWZYVAFUNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 claims 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/10—Semiconductor bodies
- H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
- H10F77/143—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies comprising quantum structures
- H10F77/1433—Quantum dots
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
본 발명은 기판상에 유전체 박막을 선택적으로 오픈하여 이 부위에 양자점을 형성함으로써, 양자점 파장을 조절할 수 있도록 하는 방법을 제시한다. 위치에 따라 서로 다른 선택적 면적을 허용하므로써 동시에 서로 다른 양자점 파장을 가지도록 할 수 있으며 이러한 기술을 활용하여 파장대역의 폭을 조절하거나 여러가지 기능이 한 칩 위에서 동작하는 단일칩으로 집적된 광자집적회로 소자를 구현할 수 있다. The present invention proposes a method of selectively opening a dielectric thin film on a substrate to form quantum dots in this region, thereby controlling the wavelength of the quantum dots. It is possible to have different quantum dot wavelengths at the same time by allowing different selective areas depending on the location. By utilizing these techniques, the width of the wavelength band can be adjusted, or a photon integrated circuit device in which various functions are integrated on a single chip. Can be implemented.
Description
본 발명은 선택적 면적 결정성장기법(selective area growth)에 의한 반도체 양자점 제작 방법 이를 이용하여 제조된 광소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for fabricating a semiconductor quantum dot by a selective area crystal growth technique.
종래 기술에 의한 양자점 반도체 레이저는 광/전 변환의 핵심층에 양자점을 형성시켜 양자특성을 얻는 것을 목표로 하고 있다. 그러나 현재까지 가장 우수한 결과를 나타내고 있는 양자점 자발형성의 경우에도 그 기본 원리적으로 양자점 형성에 제한이 따르는 문제로 인하여, 양자점의 발광 파장 조절 등이 용이하지 않은 실정이다. 즉, 종래 기술의 양자점 레이저는 양자점 자발 형성의 원리를 이용하여 양자점의 크기 및 밀도를 제한적으로 조절할 수 밖에 없는 실정이다. 따라서, 원하는 에너지 파장대에서 고밀도의 양자점을 형성하기 위하여 온도, 압력, 5족 대비 3족 원소의 비 등을 최적화하는 데에 초점을 맞추고 있다. The quantum dot semiconductor laser according to the prior art aims to obtain quantum characteristics by forming quantum dots in the core layer of the photoelectric conversion. However, even in the case of spontaneous quantum dot spontaneous formation, which shows the best results to date, it is not easy to control the emission wavelength of the quantum dot due to the problem that the quantum dot is formed in principle. That is, the quantum dot laser of the prior art is limited to the size and density of the quantum dot by using the principle of quantum dot spontaneous formation. Therefore, the focus is on optimizing the temperature, pressure, ratio of Group 5 to Group 3 elements, etc. in order to form high density quantum dots in a desired energy wavelength band.
이하, 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 종래기술에 의한 양자점 반도체 레이저의 제작과정을 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of a quantum dot semiconductor laser according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.
N+-InP로 구성된 n형 기판(1) 상에(1 0 0) 방향으로 GaAs, InAs, InGaAs, InAlAs 또는 InP 등의 소재로 구성된 양자점들을 포함하는 활성층(2)이 성장되며, 그 위에 p-InP의 p형 클래드층(3)을 형성하고(도 1a), (0 -1 1)면에 수직한 방향으로 레이저 공진기 방향을 설정한 다음, 이에 일치하도록 질화막(4)을 리쏘그래피 공정을 통하여 일정한 부위에 패터닝하고, 건식 또는 습식 식각 공정을 통하여 메사구조를 형성시킨다(도 1b).On the n-type substrate 1 composed of N + -InP (1 0 0), an active layer 2 including quantum dots composed of GaAs, InAs, InGaAs, InAlAs or InP, etc., is grown, on which p is deposited. A p-type cladding layer 3 of -InP is formed (FIG. 1A), the laser resonator direction is set in a direction perpendicular to the (0-1 1) plane, and the lithography process is performed on the nitride film 4 to coincide therewith. Patterning is carried out in a predetermined region through, and the mesa structure is formed through a dry or wet etching process (Fig.
이 경우, 메사구조의 측면은 활성층(2)이 그대로 노출되어 있고 건식 식각등에 의한 결정의 손상이 있을 수 있으므로 레이저 특성에 미치는 영향을 고려하여 측면처리를 신중하게 해야 하며 아울러 재현성 있는 공정조건을 개발하는 것이 매우 중요한 관건이 된다. 다음 공정 과정으로 다시 p-InP(5)와 n-InP(6) 전류차단층을 에피택시 장비를 통하여 재성장 시킨다(도 1c). 그 후, 질화막 마스크를 식각하여 제거한 다음 다시 그 위에 에피택시 장비를 통하여 p형 클래드층(7)과 p+-InGaAs 저항성 전극 접촉층(8)을 형성한다(도 1d).In this case, the side of the mesa structure may be exposed to the active layer 2 as it is, and there may be damage to the crystal due to dry etching. Therefore, the side treatment should be carefully considered in consideration of the effect on the laser characteristics and develop reproducible process conditions. Is very important. In the next process, the p-InP (5) and n-InP (6) current blocking layers are regrown through epitaxy equipment (FIG. 1C). Thereafter, the nitride film mask is etched and removed, and then a p-type cladding layer 7 and a p + -InGaAs resistive electrode contact layer 8 are formed thereon through epitaxy equipment (FIG. 1D).
이와 같이 제조된 매립형 양자점 레이저 구조에서 핵심이 되는 활성층의 양자점 형성은 양자점 자발적 형성의 원리를 이용하게 되므로, 단일 기능의 원하는 파장을 수월하게 조절하는 데에 어려움이 있을 뿐 아니라 단일칩으로 두가지 이상의 기능을 복합적으로 집적화하기는 더욱 어렵다.The quantum dot formation of the active layer, which is the core of the buried quantum dot laser structure manufactured as described above, uses the principle of quantum dot spontaneous formation. It is more difficult to combine them.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 종래 기술에 의한 양자점 형성 변수에 선택적 결정성장 기술을 적용하게 되면 단순히 사전에 설계된 유전막 마스크 기판을 사용하므로써 최적화 변수들의 허용 오차범위를 넓히고 아울러 광모드 변환 특성등이 집적된 광자집적회로에의 적용을 용이하게 할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and when the selective crystal growth technique is applied to the quantum dot formation parameters according to the prior art, the tolerance range of the optimization parameters may be widened by simply using a predesigned dielectric film mask substrate. In addition, it is an object of the present invention to facilitate the application to an integrated photonic integrated circuit having optical mode conversion characteristics.
또한, 양자점 형성시 크기와 밀도를 동시에 다양하게 제어할 수 있게 함으로서 대역폭이 넓은 광증폭기나 집적화된 나노 광소자를 제작하는데에 그 목적이 있다. In addition, the purpose is to manufacture a wide bandwidth optical amplifier or integrated nano-optical device by enabling the simultaneous control of the size and density when forming quantum dots.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일측면은 기판에 유전체 박막으로 선택적으로 오픈된 부위를 형성하여 이 부위에 양자점을 형성함으로써, 양자점 파장을 조절할 수 있도록 하는 방법을 제시한다. 즉, 양자점들이 형성될 기판을 준비하는 단계와, 기판 상의 소정 부위에 유전체 마스크를 잔류시키는 단계와, 유전체 마스크가 형성되지 않은 부위에 양자점을 형성하되, 잔류한 마스크의 면적 크기에 따라서, 원료 원자들이 기판의 오픈된 부분으로 이동하는 양을 조정하여 양자점의 크기를 변화시키면서 성장시키는 양자점 형성방법을 제공한다.In order to solve the above problems, an aspect of the present invention provides a method of controlling the wavelength of a quantum dot by forming a quantum dot in a portion selectively formed by opening a dielectric thin film on a substrate. That is, preparing a substrate on which the quantum dots are to be formed, leaving a dielectric mask in a predetermined portion on the substrate, and forming a quantum dot in a portion where the dielectric mask is not formed, but depending on the area size of the remaining mask, It provides a method for forming a quantum dot to grow while changing the size of the quantum dot by adjusting the amount of movement to the open portion of the substrate.
유전체 마스크는 200~300nm 두께의 질화규소막일 수 있으며, 형성된 양자점의 직경은 10nm 내지 30nm사이일 수 있다.The dielectric mask may be a silicon nitride film having a thickness of 200 to 300 nm, and the diameter of the formed quantum dot may be between 10 nm and 30 nm.
이와 같은 양자점의 형성은 MOCVD 또는 MBE장비를 이용하여 성장가능하되, MOCVD를 이용하는 경우는 TMGa(tri-methyl Gallium), TMIn(tri-methyl Indium), TBAs(tertiary butyl arsine) 또는 TBP(tertiary butyl phosphine)를 이용하여 600~650℃의 온도에서 성장시키며, MBE 공정 장비 사용시는 Ga, In, As4, P4를 포함하는 원료를 이용하여 450~550℃의 온도에서 성장시킬 수 있다.The formation of such quantum dots can be grown using MOCVD or MBE equipment, but in the case of using MOCVD, tri-methyl gallium (TMGa), tri-methyl indium (TMIn), tertiary butyl arsine (TBAs) or tertiary butyl phosphine (TBP) ) To grow at a temperature of 600 ~ 650 ℃, when using the MBE process equipment can be grown at a temperature of 450 ~ 550 ℃ using a raw material including Ga, In, As 4 , P 4 .
본 발명의 다른 일측면은 n형전극과 화합물 반도체 기판상 상에 순차적으로 형성된 n형 광도파층, 양자점들이 형성된 활성층, p형 광도파층, p형 클래드층 및 저항성 p전극을 포함하여 형성된 레이저와 광변조기가 집적된 광소자에 있어서, n형 전극은 공통 전극으로 형성되고, p전극은 레이저와 광변조기가 분리 형성되어 상기 레이저와 광변조기는 직렬연결되어 있으며, 레이저의 양자점들의 크기가 상기 광변조기의 양자점들의 크기 보다 크게 구성되는 레이저와 광변조기가 집적된 광소자를 제공한다.Another aspect of the present invention is a laser and light including an n-type optical waveguide layer formed sequentially on the n-type electrode and the compound semiconductor substrate, an active layer formed with quantum dots, a p-type optical waveguide layer, a p-type cladding layer and a resistive p-electrode In an optical device in which a modulator is integrated, an n-type electrode is formed as a common electrode, a p-electrode is formed by separating a laser and an optical modulator so that the laser and the optical modulator are connected in series, and the size of the quantum dots of the laser is the optical modulator. It provides an optical device integrated with a laser and an optical modulator configured to be larger than the size of the quantum dots.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 양자점 형성방법을 상세히 설명한다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.Hereinafter, a method of forming a quantum dot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
먼저, 양자점을 형성하기 위한 화합물 반도체 기판(예를 들어, (100)GaAs))을 준비하고, 그 위에 소정의 반도체 구조물을 형성한다. 반도체 구조물은 양자점이 형성될 하부층으로 버퍼층등의 다양한 층일 수 있다. 다음으로, 선택면적 성장법으로 양자점을 형성하기 위한 첫번째 단계로, 양자점이 형성될 반도체 구조물상에 질화규소(SiNx)등의 유전체 마스크(10)를 예를 들어 200~300nm의 두께로 증착한다. 그리고, 유전체 마스크(10)를 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 패터닝하되, 도 2에 도시하고 있는 바와 같이 부위별로 양자점 형성시 잔류마스크의 면적이 다르게 되도록 패터닝한다. 이때, 상기 잔류마스크는 기판 전체면적에 도포된 유전체 마스크에 상기 리소그라피 공정을 통하여 설계된 패턴 이외의 유전체가 제거된 뒤에 기판상에 남아있는 일정한 패턴형태의 질화규소 마스크를 뜻한다. 이 잔류된 마스크의 패턴은 도 2에 도시하고 있는 가로축 위치에 따른 세로축의 직사각형 모양에서와 같이 원리상 위치에 따라 빗금친 마스크의 면적이 달라지게 된다. 이에 따라, 후속 양자점 성장 단계시 모든 공간상에서 일정한 농도로 내려오는 원료 원자들이 잔류마스크인 유전체 위에는 부착될 수 없게 되어 세로방향으로의 마스크가 없는 부위로 이동하게 되는데, 이는 농도가 더해지는 역할을 하게 된다. 따라서, 가로축 위치에 따른 마스크 면적(도 2의 빗금친 부분)이 다르면 잔류마스크와 마스크 사이의 열려진 부위에 성장되는 양자점의 크기도 다르게 된다.First, a compound semiconductor substrate (for example, (100) GaAs) for forming a quantum dot is prepared, and a predetermined semiconductor structure is formed thereon. The semiconductor structure may be various layers such as a buffer layer as a lower layer on which the quantum dots are to be formed. Next, as a first step for forming the quantum dots by the selective area growth method, a dielectric mask 10 such as silicon nitride (SiNx) is deposited on the semiconductor structure on which the quantum dots are to be formed, for example, in a thickness of 200 to 300 nm. Then, the dielectric mask 10 is patterned using a photolithography process, and as shown in FIG. 2, the dielectric mask 10 is patterned so that the area of the residual mask is different when forming the quantum dots. In this case, the residual mask refers to a silicon nitride mask having a predetermined pattern form remaining on the substrate after the dielectric mask other than the pattern designed through the lithography process is removed from the dielectric mask applied to the entire area of the substrate. As for the pattern of this remaining mask, the area of the hatched mask varies in principle according to the position as in the rectangular shape of the vertical axis according to the horizontal axis position shown in FIG. As a result, in the subsequent quantum dot growth step, raw material atoms descending at a constant concentration in all spaces cannot be deposited on the dielectric, which is a residual mask, and move to a region without a mask in the vertical direction, which serves to increase concentration. . Therefore, if the mask area (hatched portion of FIG. 2) according to the horizontal axis position is different, the size of the quantum dots grown in the open area between the residual mask and the mask is also different.
다음으로, 양자점 형성 공정을 수행 한다. 양자점 형성은 MOCVD 또는 MBE 공정장비를 사용하여 형성할 수 있으며 격자상수의 차이에 의해 자발적으로 형성되며 광소자의 활성층으로 이용될 수 있다. MOCVD 사용시는 TMGa(tri-methyl Gallium), TMIn(tri-methyl Indium), TBAs(tertiary butyl arsine) 또는 TBP(tertiary butyl phosphine)를 이용하여 600~650℃의 온도에서 성장가능하며, MBE 공정 장비 사용시는 Ga, In, As4, P4등의 원료를 이용하여 450~550℃의 온도에서 성장가능하다.Next, a quantum dot forming process is performed. Quantum dot formation can be formed using MOCVD or MBE process equipment and spontaneously formed by the difference in lattice constant and can be used as an active layer of an optical device. When using MOCVD, it is possible to grow at temperature of 600 ~ 650 ℃ by using tri-methyl gallium (TMGa), tri-methyl indium (TMIn), tertiary butyl arsine (TBAs) or tertiary butyl phosphine (TBP), and when using MBE process equipment. It is possible to grow at a temperature of 450 ~ 550 ℃ using raw materials such as Ga, In, As 4 , P 4 .
이 때, 마스크(10) 사이의 오픈되어 있는 기판위에 성장되는 양자점의 크기는 도 2에 도시된 바와 같이, 마스크(10) 면적이 큰 경우 마스크 위쪽으로 근접한 원료 원자들이 열린 기판으로 많이 이동함에 따라 상대적으로 큰 양자점(A)을 형성하게 되며, 마스크 면적이 없는 경우는 상대적으로 작은 양자점(E)이 형성되며, 마스크(10)의 면적이 경사면을 연속적으로 변하는 경우는 연속적으로 변하는 크기의 양자점(B, C 및 D)들을 성장할 수 있게 된다. In this case, the size of the quantum dots grown on the open substrate between the masks 10 is large, as shown in FIG. A relatively large quantum dot (A) is formed, and if there is no mask area, a relatively small quantum dot (E) is formed. When the area of the mask (10) continuously changes the inclined plane, the quantum dots of continuously varying size ( B, C and D) can be grown.
마스크(10)가 질화규소 박막으로 200~300nm의 두께로 형성된 경우, 형성된 양자점의 경우의 대략적인 직경은 10nm 내지 30nm사이를 가지게 할 수가 있다. When the mask 10 is formed of a silicon nitride thin film with a thickness of 200 to 300 nm, the approximate diameter in the case of the formed quantum dots can be made to be between 10 nm and 30 nm.
마스크 면적이 큰 지역에서는 옆으로 이동하는 원료의 양이 많아지므로써 실제적인 평균 성장속도가 상대적으로 커지게되고 이로 인하여 양자점의 크기와 밀도에 직접적인 영향을 행사하게 된다. 따라서, 양자점 크기의 차이는 양자효과에 의하여 곧바로 발진 파장의 차이로 나타나게 되며, 필요에 따라 설계된 넓은 파장 대역폭이나 두가지 이상의 서로 다른 중심 파장 영역을 동시에 형성시킬 수 있게 된다. In areas where the mask area is large, the amount of raw material moving to the side increases, so that the actual average growth rate becomes relatively large, thereby directly affecting the size and density of the quantum dots. Therefore, the difference in the size of the quantum dot is immediately represented by the difference in the oscillation wavelength due to the quantum effect, it is possible to form a wide wavelength bandwidth or two or more different center wavelength region designed as needed.
상술한 원리를 바탕으로 양자점 활성층의 대역폭을 원하는대로 조정할 수 있게 되며 대표적인 응용예로서 레이저와 광 변조기의 집적된 구조로 마스크 면적이 상대적으로 큰 부분에 레이저를 위치시키고 마스크 면적이 작거나 없는 쪽에 광 변조기를 위치시키면 한번 성장으로 집적화된 양자점 광소자를 제작할 수 있게 된다.Based on the above-described principle, the bandwidth of the quantum dot active layer can be adjusted as desired. As a representative application, the integrated structure of the laser and the light modulator is used to position the laser in a relatively large area of the mask and to light the small or no mask area. Positioning the modulator enables the fabrication of integrated quantum dot photo devices in one growth.
이하에서는, 도 3을 참조하여 상기의 방법을 통하여 레이저와 광변조기가 집적된 광소자를 상세히 설명한다.Hereinafter, an optical device in which a laser and an optical modulator are integrated through the above method will be described in detail with reference to FIG. 3.
레이저와 광변조기가 집적된 광소자는 n+-InP의 (1 0 0) n형 기판(22), n-AlGaAs(또는 n-InGaAsP 혹은 n-InAlGaAs) 층의 SCH 구조(Separate Confinement Hetero-structure)로 이루어진 n형 광도파층(24) 상에 선택 면적 성장법에 의한 양자점들이 형성된 구조를 가진다.An optical device in which a laser and an optical modulator are integrated includes a SCH structure of a n + -InP (1 0 0) n type substrate 22 and an n-AlGaAs (or n-InGaAsP or n-InAlGaAs) layer. The n-type optical waveguide layer 24 is formed of a quantum dot formed by a selective area growth method.
양자점의 형성은 MOCVD 또는 MBE 공정장비를 사용하여 격자상수의 차이에 의해 자발적으로 형성하며 구체적인 공정조건은 전술한 바와 같다. 다만, 도 3의 레이져 영역은 큰 양자점들을 구비하도록 하고, 광변조기는 작은 양자점들을 구비하도록 마스크를 패터닝한다. 한편, 양소자의 전이 영역은 도 2에 도시된 바와 같이 순차적으로 크기가 변하는 양자점들(B,C,D)을 형성할 수 있다.Quantum dots are formed spontaneously by the difference in lattice constant using MOCVD or MBE process equipment, and the specific process conditions are as described above. However, the laser region of FIG. 3 has large quantum dots, and the optical modulator patterns the mask to have small quantum dots. On the other hand, the transition region of both devices may form quantum dots (B, C, D) that are sequentially changed in size as shown in FIG.
또한, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 양자점이 형성된 활성층(26)은 2층 이상의 다중 적층구조로 형성하는 것도 가능하다. 3, the active layer 26 in which a quantum dot is formed can also be formed in the multilayer structure of two or more layers.
양자점이 형성된 활성층(26) 상에 100nm 두께 정도의 p-AlGaAs (또는 p-InGaAsP, 혹은 p-InAlGaAs) p형 SCH 광도파층(30), 2um 두께 정도의 p-InP p형 클래드층(32), 300nm 두께의 p+-InGaAs 저항성 p전극 접촉층(34) 이 형성되며, 편의상 (011) 방향의 3um 스트라이프 폭을 가진 Ridge 광도파구조로 식각후, 그 상에 P형 전극(36, 38)이 형성된다. P형전극은 레이저 부위와 광변조기 부위를 각각 패터닝하여 분리하여 제조한다.P-AlGaAs (or p-InGaAsP, or p-InAlGaAs) p-type SCH optical waveguide layer 30 having a thickness of about 100 nm and p-InP p-type cladding layer 32 having a thickness of about 2 μm on the active layer 26 on which the quantum dots are formed. , A 300 nm thick p + -InGaAs resistive p-electrode contact layer 34 is formed, and for convenience, is etched into a ridge optical waveguide structure having a 3 um stripe width in the (011) direction, and then P-type electrodes 36 and 38 are formed thereon. Is formed. The P-type electrode is manufactured by separately separating the laser portion and the optical modulator portion.
이와 같은 방식으로 광변조가 집적된 레이저와 같이 동일한 기판에 두가지 이상의 기능을 가지는 집적형 나노 양자점 반도체 광소자를 제작할 수 있게 된다. In this manner, an integrated nano quantum dot semiconductor optical device having two or more functions on the same substrate as a laser in which optical modulation is integrated can be manufactured.
또한, 연속적인 이득 대역폭이 200nm 이상까지 가능한 넓은 대역의 광증폭 기능이 포함된 광소자를 손쉽게 제작할 수 있다.In addition, optical devices with wide-band optical amplification with continuous gain bandwidths up to 200nm can be easily manufactured.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, It is clear that the deformation | transformation and improvement are possible by the person of ordinary skill in the art within the technical idea of this invention.
상술한 바와 같은 구성을 통하여, 본 발명은 이미 선택적인 면적을 설계해 놓은 마스크가 형성된 기판을 사용하므로써 체계적으로 원하는 양자점 밴드갭 에너지를 변조할 수 있게 된다. Through the above-described configuration, the present invention can systematically modulate the desired quantum dot bandgap energy by using a substrate having a mask on which a selective area is already formed.
또한, 이러한 활성층의 정량적인 설계를 통하여 대역폭이 수백nm나 되는 넓은 이득 대역폭의 광증폭기나 레이저와 광변조기와 같은 두가지 기능이 한칩위에 동시에 형성되는 집적형 나노 광소자를 간단히 제작할 수 있게 된다.In addition, through the quantitative design of the active layer, it is possible to easily fabricate an integrated nano-optical device in which two functions such as an optical amplifier having a wide bandwidth of several hundred nm and a laser and an optical modulator are simultaneously formed on one chip.
즉, 위치에 따라 서로 다른 선택적 면적을 허용하므로써 동시에 서로 다른 양자점 파장을 가지도록 할 수 있으며 이러한 기술을 활용하여 파장대역의 폭을 조절하거나 여러가지 기능이 한 칩 위에서 동작하는 단일칩 집적된 광자집적회로 소자를 구현할 수 있다. In other words, it is possible to have different quantum dot wavelength at the same time by allowing different selective area according to the position, and using this technology, single-chip integrated photon integrated circuit that controls the width of the wavelength band or various functions operate on one chip. The device can be implemented.
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 의한 양자점 반도체 레이저의 제작과정의 흐름도들이다. 1A to 1D are flowcharts illustrating a manufacturing process of a quantum dot semiconductor laser according to the prior art.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 양자점 형성방법을 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating a quantum dot forming method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의하여, 레이저와 광변조기가 집적된 광소자의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of an optical device in which a laser and an optical modulator are integrated according to a preferred embodiment of the present invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2002-0081481A KR100537079B1 (en) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | Method for Manufactuing Quantum Dot Using Selective Area Growth And Optical Device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2002-0081481A KR100537079B1 (en) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | Method for Manufactuing Quantum Dot Using Selective Area Growth And Optical Device using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040054442A KR20040054442A (en) | 2004-06-25 |
KR100537079B1 true KR100537079B1 (en) | 2005-12-16 |
Family
ID=37347519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR10-2002-0081481A Expired - Fee Related KR100537079B1 (en) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | Method for Manufactuing Quantum Dot Using Selective Area Growth And Optical Device using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100537079B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8551868B2 (en) | 2010-03-24 | 2013-10-08 | The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior Universit | Irradiation assisted nucleation of quantum confinements by atomic layer deposition |
KR102397557B1 (en) * | 2020-10-22 | 2022-05-17 | 주식회사 오이솔루션 | Electro-absorption modulated laser |
-
2002
- 2002-12-18 KR KR10-2002-0081481A patent/KR100537079B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20040054442A (en) | 2004-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7941024B2 (en) | Buried heterostructure device having integrated waveguide grating fabricated by single step MOCVD | |
JP3540042B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JPH08107251A (en) | Manufacture of reflection digital tuning laser | |
JPH07221392A (en) | Quantum thin wire and its manufacture, quantum thin wire laser and its manufacture, manufacture of diffraction grating, and distributed feedback semiconductor laser | |
US10840673B1 (en) | Electrically pumped surface-emitting photonic crystal laser | |
US5242857A (en) | Method of manufacturing semiconductor structures | |
JPH04303982A (en) | Manufacture of optical semiconductor element | |
US7184640B2 (en) | Buried heterostructure device fabricated by single step MOCVD | |
US10969543B2 (en) | Semiconductor integrated optical device, and method of fabricating semiconductor integrated optical device | |
KR100537079B1 (en) | Method for Manufactuing Quantum Dot Using Selective Area Growth And Optical Device using the same | |
JP5096824B2 (en) | Nanostructure and method for producing nanostructure | |
JP2567008B2 (en) | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof | |
JPH06314657A (en) | Manufacture of optical semiconductor element | |
JP3317271B2 (en) | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same | |
US6261855B1 (en) | Method for fabricating a semiconductor optical device | |
JP2018006590A (en) | Optical semiconductor element | |
JP2932690B2 (en) | Method for manufacturing optical semiconductor device | |
JPH07221390A (en) | Semiconductor optical integrated device and manufacturing method thereof | |
JP2716717B2 (en) | Semiconductor laser device | |
KR20000037777A (en) | High Density Quantum Wire and Quantum Wire Laser Manufacturing Method | |
KR20000063836A (en) | Semiconductor Laser Diode and Method for Fabricating the Same | |
JPH09283846A (en) | Semiconductor laser manufacturing method | |
JPH0786679A (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
JPH07254747A (en) | Semiconductor laser device | |
JPH03148889A (en) | Semiconductor laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20021218 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
PG1501 | Laying open of application | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20041220 Patent event code: PE09021S01D |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20050610 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20051208 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20051209 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20051212 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20081202 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20091113 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20091113 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |