KR950013438B1 - 반도체레이저소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체레이저소자의 제조방법

제 1a 도 내지 제 1f 도는 종래 전류제한층을 구비하는 반도체 레이저소자의 제조방법을 나타낸 공정순서도.

제 2a 도 내지 제 2f 도는 본 발명에 따른 전류제한층을 구비하는 반도체 레이저소자의 제조방법을 나타낸 공정순서도.

본 발명은 반도체레이저소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체레이저소자의 출력을 높이고, 구동전류를 낮추기 위하여 사용되는 전류제한층을 구비하는 반도체레이저소자의 제조방법에 관한 것이다.

레이저(laser)라는 말은 복사선(輻射線)의 유도방출(誘導放出)에 의한 빛의 증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation : LASER)에 대한 두자어(頭字語)이며, 중요한 광학적 및 전자적 소자의 동작을 합친 것이다. 상기 레이저는 여기(勵起)된 전자가 낮은 에너지상태로 떨어질 때 방출되는 천이에너지를 광에너지로 방출해내는 것으로써, 그 지향성(指向性)이나 간섭성을 이용하여 다양한 목적으로 사용되고 있으며 점차 그 사용영역이 넓어지고 있다.

특히 반도체레이저는 방출된 복사가 단색광이며 빛이 방향성의 빔(beam)을 갖는다는 점에서 루비(ruby) 레이저나 헬류(He) - 네온(Ne) 가스레이저와 비슷하다. 그러나, 반도체레이저는 소형이며(0.1mm 정도), 고주파에서 바이어스 전류를 변조함으로서 쉽게 변조된다는 점이 다른 레이저와의 차이점이다. 이러한 특성때문에 반도체 레이저는 광통신을 위한 가장 중요한 광원(光源)의 하나이며, 최근의 레이저 응용기기, 예를들어 컴팩트 디스크 플레이어(CDP), 비디오 디스크 플레이어(VDP), 레이저 프린터, 복사기, 및 광 통신 시스템에 널리 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 반도체레이저는 고해상 가스 스펙트로스코피(spectroscope)나, 대기오염 모니터링과 같은 많은 기본적인 기술과 연구영역에서 매우 중요한 응용을 차지한다.

이와같은 반도체레이저에서는 출력을 높이고, 구동전류를 낮추기 위해서 전류제한층을 사용하는 경우가 많으며, 상기 전류제한층으로서는 PN접합이나 절연층을 주로 사용한다.

제 1a 도 내지 제 1f 도는 종래 전류제한층을 구비하는 반도체레이저소자의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.

제 1a 도는 제1 클래딩층(13), 활성층(16), 제2클래딩층(19), 캡층(20), 마스크패션(M)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 제1도전형의 반도체기판(10) 예컨대 n형 인듐 포스파이드 (Indium Phosphide : 이하, n-InP라 칭함)기판위에 n-InP로 이루어진 제1 클래딩층(13), 및 p형 인듐 갈륨아세나이드 포스파이드(Indium Gallium Arsenide Phosphide :이하, p-InGaAsP라 칭함)로 이루어진 활성층(16)을 순차적으로 에피택시(epitaxy) 성장법으로 성장시키고, 상기 활성층(16)위에 p형 인듐 포스파이드(이하, p-InP라 칭함)로 이루어진 제2클래딩층(19), 및 p-InGaAsP로 이루어진 캡층(20)을 적층 성장시킨다. 이어서, 상기 캡층(20)위에 절연막 예컨대 산화막을 형성한후 직경이 10μm정도가 되도록 패터닝하므로써, 상기 산화막으로 이루어진 마스크패턴(M)을 형성한다.

제 1b 도는 패터닝공정을 도시한 것으로, 상기 마스크패턴(M)을 적용하여 상기 캡층(20), 및 제2클래딩층(19)을 패터닝하므로써 도시된 바와 같이 상기 패터닝된 캡층(20), 및 제2클래딩층(19)의 메사(mesa)형태를 형성한다. 이때, 상기 패터닝공정은 브롬-메탄올(Br₂+CH₃OH)등과 같은 용액을 사용한 습식식각 공정을 통하여 이루어진다.

제 1c 도는 도시된 바와 같이, 상기 활성층(16)의 일부를 액상 에피택시(LPE)법을 사용해 재용해 시킨후의 공정을 나타낸다.

제 1d 도는 전류제한층(30)의 형성공정을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 에칭에 의해 제거된 부위에 2회의 에피택시 성장법을 사용해 p-InP로 이루어진 제1물질층(30A), n-InP로 이루어지는 제2물질층(30B), 및 p-InP로 이루어지는 제3물질층(30C)이 순차적으로 형성되어 이루어진 전류제한층(30)을 형성한다.

제 1e 도는 상기 제 1d 도는 공정후 상기 마스크패턴 및 상기 활성층에 대응되는 부분의 반도체기판을 제거한후의 공정을 나타낸다.

제 1f 도는 고반사막(33), 및 전극(35)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제 1e 도의 공정후 상기 마스크패턴 및 상기 활성층에 대응되는 부분의 반도체기판을 제거한 부분에 고반사막(33)을 각각 형성하고, 최종적으로 식각되지 않은 반도체기판의 하부부위, 및 상기 제1, 제2, 및 제3물질층으로 구성되는 전류제한층(30)과 고반사막(33)으로 이루어진 결과물전면에 전극(35)을 각각 형성한다.

상기와 같은 종래방법에 의하면, 상기 캡층 및 제2클래딩층의 습식식각시의 등방성식각 때문에 상기 메사형태가 오목해지는 문제가 발생한다. 따라서 오목한 메사형태위에 성장되는 전류제한용 에피택시층 표면에 돌기가 생기게 되어 전류제한층상의 반사막과 식각되지 않은 반도체기판 하부의 반사막이 평행하지 않게되어 공진구조에 악영향을 끼치게 된다. 또한, 건식식각법을 사용할 경우 상기 건식식각법을 상기 활성층을 손상시키는 문제가 있어 종래기술에서는 액상법으로 재용해시키는 방법을 사용하나 이는 조건조절이 어렵고 대면적 기판상에서의 균일성 확보가 어려운 결점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 메사형태 활성층의 패턴을 개선할 수 있는 반도체레이저소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 반도체기판상에 제1클리딩층, 활성층 및 제2클래딩층을 순차적으로 에피택시 성장시키고 성장된 에피택시층을 원형 메사형으로 에칭한후 에칭된 부분에 전류제한층을 형성하는 공정을 구비하는 반도체레이저소자의 제조방법에 있어서, 상기 원형 메사형으로 에칭하는 공정은 염산, 초산, 및 과산화수소로 이루어진 혼합용액을 에칭액으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.

제 2a 도 내지 제 2f 도는 본 발명에 따른 전류제한층을 구비하는 반도체 레이저소자의 제조방법을 나타내 공정순서도이다.

제 2a 도는 완충층(11), 식각저지층(12), 제1클래딩층(13), 활성층(16), 제2클래딩층(19), 및 마스크패턴(M)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 제1도전형의 반도체기판(10) 예컨대 n-InP기판위에 n-InP로 이루어진 완충층(11), n-InGaAsP로 이루어진 식각저지층(12), 및 n-InP로 이루어진 제1클래딩층(13)을 유기금속기상성장법(MOCVD), 분자선기상성장법(MBE) 또는 액상성장법(LPE)등을 이용한 에피택서 성장 법으로 성장시키고, 상기 제1클래딩층(13)위에 p-InGaAsP로 이루어진 활성층(16) 및 P-InP로 이루어진 제2클래딩층(19)을 역시 에피택시 성장법으로 적층 성장시킨다. 이어서, 상기 제2클래딩층(19)위에 절연막 예컨대 산화막을 형성한후 통상의 사진식각공정을 사용하여 직경이 10μm정도의 원형이 되도록 패터닝 함으로써, 상기 산화막으로 이루어진 마스크패턴(M)을 형성한다.

제 2b 도는 패터닝공정을 도시한 것으로, 상기 마스크패턴(M)을 적용하여 상기 제2클래딩층(19), 및 활성층(16)을 패터닝함으로써 도시된 바와 같이 상기 패터닝된 제2클래딩층(19), 및 활성층(16)의 메사형태를 형성한다. 이때, 상기 패터닝공정은 상기 제2클래딩층에 대하여는 염산 : 초산 : 과산화수소수의 부피비가 1 : 2 : 1의 혼합용액을 사용하고, 상기 활성층에 대하여는 염산 : 초산 : 과산화수소수의 부피비가 3 : 1 : 1의 혼합용액을 사용하여 선택적으로 식각함으로써, 원형 메사가 형성된다.

제 2c 도는 전류제한층(30)의 형성공정을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 에칭에 의해 제거된 부위에 에피택시 성장법을 사용해 p-InP로 이루어지는 제1물질층(30A), 및 p-InP로 이루어지는 제2물질층(30B)을 순차적으로 에피택시 성장시켜 상기 제1물질층(30A) 및 제2물질층(30B)의 PN접합으로 이루어지는 전류제한층(30)을 형성한다.

제 2d 도는 제3클래딩층(31), 및 접촉층(32)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 마스크패턴을 제거한후 결과물 전면에 p-InP로 이루어지는 제3클래딩층(31) 및 전극과의 전기적접촉을 좋게하기 위하여 p-InGaAsP로 이루어지는 접촉층(32)에 에피택시 성장법을 이용하여 적층 성장시킨다.

제 2e 도는 상기 제 2d 도의 공정후 상기 활성층에 대응되는 부분의 반도체기판을 통상의 사진식각공정을 통하여 제거한후의 공정을 나타낸다.

제 2f 도는 고반사막(33), 및 전극(35)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제 2e 도의 공정후 상기 활성층에 대응되는 부분의 접촉층(32) 및 상기 활성층에 대응되는 부분의 반도체기판을 제거한 부분에 고반사막(33)을 각각 형성하고, 최종적으로 식각되지 않은 반도체기판의 하부부위 및 고반사막(33)이 형성된 전면에 전극(35)을 각각 형성한다. 이때, 상기 식각되지 않은 반도체 기판의 하부부위에 형성된 전극(35B)은 음전극으로써 금(Au), 혹은 게르마늄(Ge), 혹은 니켈(Ni)등과 같은 물질로 형성되고, 상기 접촉층(32)위에 형성된 반사막(33)위의 전면에 형성된 전극(35A)은 양전극으로써 금(Au), 혹은 아연(Zu)등과 같은 물질로 형성된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 반도체레이저소자의 제조방법은 원형메사의 등방성이 생기지 않기 때문에 2회의 에피택시 성장법으로 성장된 전류제한층의 표면이 평탄하게 형성되어 만족할만한 레이저 공진구조를 제공할 수 있다. 또한, 활성층을 재현성있게 에칭하기 때문에 대면적 기판상에 균일한 반도체레이저소자를 만들 수 있다.

Claims (7)

1. 반도체기판상에 제1클래딩층, 활성층 및 제2클래딩층을 순차적으로 에피택시 성장시키고 성장된 에피택시층을 원형 메사형으로 에칭한후 에칭된 부분에 전류제한층을 형성하는 공정을 구비하는 반도체레이저소자의 제조방법에 있어서, 상기 원형 메사형으로 에칭하는 공정은 염산, 초산, 및 과산화수소수로 이루어진 혼합용액을 에칭액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체레이저소자의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1클래딩층은 p-InP로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체레이저소자의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2클래딩층은 p-InP로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체레이저소자의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 활성층은 p-InGaAsP로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체레이저소자의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 원형 메사형으로 에칭하는 공정은 상기 제2클래딩층, 및 상기 활성층의 에칭용액의 부피비를 각기 달리한 2단계의 에칭공정을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체레이저소자의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제2클래딩층의 식각에 대한 에칭용액의 부피비는 염산: 초산: 과산화수소수의 비가 1 : 2 : 1인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저소자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 활성층의 식각에 대한 에칭용액의 부피비는 염산 : 초산 : 과산화수소수의 비가 3 : 1 : 1인 것을 특징으로 하는 반도체레이저소자의 제조방법.