KR100287201B1 - 레이저다이오드의제조방법 - Google Patents

Abstract

레이저 다이오드의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 하부 전극이 형성된 기판 상에 메사구조의 전류차단층을 형성하여 상기 레이저 다이오드 칩 영역과 이를 분리하는 분리 영역을 한정한다. 상기 전류차단층 및 기판 상에 상기 메사구조에 대응되게 상기 기판에 대해 소정각도의 경사면들과 이들 사이의 평행면을 갖는 하부 클래드층과 활성층을 순차적으로 형성한다. 상기 활성층 상에 동시 도우핑 과정을 통하여 상기 경사면에 대응하는 제1도전형 영역과 상기 평행면에 대응하는 제2도전형 영역을 갖는 상부 클래드층을 형성한다. 상기 상부 클래드층 상에 동시 도우핑 과정을 통하여 상기 경사면에 대응하는 제1도전형 영역과 상기 평행면에 대응하는 제2도전형 영역을 갖는 캡층을 형성한다. 상기 레이저 다이오드 칩 영역 상에 상부 전극을 형성한다. 본 발명은 레이저 다이오드를 제작공정에 의해 레이저 다이오드칩 간의 분리를 행하므로써 작업시간 및 공정수를 줄여 원가를 줄이고 신뢰성이 높은 반도체 레이저 다이오드를 손쉽게 제작할 수 있다.

Description

레이저 다이오드의 제조방법

제1도는 종래기술의 레이저 다이오드를 간략하게 도시한 사시도.

제2도는 본발명에 의한 레이저 다이오드를 간략하게 도시한 사시도.

제3도 및 제4도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제작단계를 도시한 단면도.

본 발명은 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 레이저 다이오드칩과 칩간의 분리를 제조공정 중에 함으로써 양산에 적합하고 신뢰성 있는 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 레이저 다이오드는 P-N 접합을 기본으로 하여 양자 전자(Ouantum electron) 개념을 포함하는 반도체소자로서, 반도체 물질로 구성된 얇은 박막, 소위 활성층에 전류를 주입하여 인위적으로 전자-정공 재결합을 유도함으로써 재결합에 기인한 감소 에너지에 해당하는 빛을 발진하는 반도체 레이저 다이오드이다. 이 레이저 다이오드는 He-Ne 또는 Nd:YAG 레이저와 같은 고체 레이저에 비해서 크기가 작고, 가격 또한 저렴하고, 특히 전류 조절을 통해 강도조절이 가능하다는 특징을 가진다.

반도체 레이저 다이오드는 상기와 같은 특징 때문에 컴팩트 디스크 플레이어(CDP)나 광학 메모리, 고속 레이저 프린터 등의 정보처리기기 및 광통신용기기로서, 기존의 헬륨-네온등의 기체 레이저등을 대체하여 그 응용범위를 넓혀가고 있다.

최근 반도체 레이저의 성능은, 파장을 결정하는 재료의 개발과, 임계전류, 광출력, 발진효율, 단일파장, 스펙트럼선폭 따위의 특성과 신뢰성을 결정하는 소자구조를 실현하기 위한 에피택셜(Epitaxial)성장기술 및 미세가공 기술의 진보에 의하여 현저한 발전을 거듭하고 있다. 특히 에피택셜 성장기술에서는 종래의 액상성장법(Liquid Phase Epitaxy;LPE법)을 대신하여 유기금속 기상성장법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD) 및 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법등에 의하여 원자층 수준의 제어가 가능하게 되었다.

한편 레이저 다이오드를 제조하기 위하여는 1차 박막성장, 사진식각, 2차 박막성장, 금속증착등의 공정이 필요하며 상기 공정후에 각각의 레이저 다이오드를 분리식각하여 웨이퍼 상태에서 각각의 레이저 다이오드를 실험(test)하고 양호한 레이저 다이오드만을 선택하여 패키지 하게 된다.

제1도는 종래기술의 레이저 다이오드를 간략하게 도시한 사시도이다. 특히, 제1도는 종래 기술에 의하여 제조된 각각의 레이저 다이오드칩간의 관계를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

제1도를 참조하면, 저면에 p-금속층의 하부전극(1)이 형성된 기판(2) 상에 활성층(6) 마련되어 있고, 상기 활성층(6) 상부에 n-금속층의 상부전극(3)이 형성되어 있다.

특히, 종래의 레이저 다이오드는 레이저 다이오드칩 영역(4)와 V형 홈의 분리영역(5)으로 나뉘어져 있으며, 상부전극(3)은 소정의 패턴으로 증착되어 있으며, 하부전극(1)은 금속층으로 형성되어 있다. 상기 분리영역(5)은 분리식각을 통하여 형성되며 상기 분리식각은 통상적으로는 습식식각을 행한다.

상기 종래의 레이저 다이오드는 공정 진행후에 막대(BAR)모양으로 되며 이 상태에서 각각의 레이저 다이오드칩을 웨이퍼 상태에서 시험(test)하는데 이를 바시험(BAR TEST)이라 한다. 바시험 후에 양호한 레이저 다이오드칩만을 선택하여 절단한 후 패키지 공정을 한다.

종래 기술에 있어서는 레이저 다이오드칩을 시험(test) 할때 분리식각이 되어 있지 않으면 인접한 레이저 다이오드칩으로 전류가 누출되어 시험이 불가능하게 되어 반드시 분리식각을 해야 하며 상기 분리식각은 통상적으로 습식으로 행한다.

이상의 종래의 기술은 분리식각을 위하여 사진공정 및 습식식각 공정이 요구되어 제조공정이 복잡한 문제점이 있다.

또한 상기한 습식식각 공정 후에는 유기물질이 웨이퍼에 남기때문에 필히 세정기(wet sink)에서 레이저 다이오드를 세정해야 한다. 그러나 상기 세정공정후도 웨이퍼에서 유기물질은 완벽하게 제거되지 않으며 또 상기 습식 식각후에 레이저 다이오드침의 측면이 노출되어 레이저 다이오드칩의 소자특성 및 신뢰도를 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 개선하여 제조가공과 양산이 용이하고 신뢰성있는 레이저 다이오드의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목저을 달성하기 위하여 본 발명의 제조방법은 하부 전극이 형성된 기판 상에 메사구조의 전류차단층을 형성하여 상기 레이저 다이오드 칩 영역과 이를 분리하는 분리 영역을 한정하는 단계와, 상기 전류차단층 및 기판 상에 상기 메사구조에 대응되게 상기 기판에 대해 소정각도의 경사면들과 이들 사이의 평행면을 갖는 하부 클래드층과 활성층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 활성층 상에 동시 도우핑 과정을 통하여 상기 경사면에 대응하는 제1도전형 영역과 상기 평행면에 대응하는 제2도전형 영역을 갖는 상부 클래드층을 형성하는 단계와, 상기 상부 클래드층 상에 동시 도우핑 과정을 통하여 상기 경사면에 대응하는 제1도전형 영역과 상기 평행면에 대응하는 제2도전형 영역을 갖는 캡층을 형성하는 단계와, 상기 레이저 다이오드 칩 영역 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서 상기 제1도전형은 p형불순물을 상기 제2도전형은 n형불순물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 레이저 다이오드의 제조방법에 있어서 측면방향으로 N/P/N/P다이오드가 형성되어 레이저 다이오드 칩영역에서 인접한 다른 칩영역으로 전류가 누출되는 것을 방지하는 특징이 있다.

본 발명은 통상의 레이저 다이오드 제작공정에 의해 레이저 다이오드칩과 칩 간의 분리를 행하므로써 작업시간 및 공정수를 줄여 원가를 줄이고 신뢰성이 높은 반도체 레이저 다이오드를 손쉽게 제작할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 레이저 다이오드를 간략하게 도시한 사시도이다.

구체적으로, 저면에 p-금속층의 하부전극(10)이 마련된 기판(20) 상부에 n-금속층의 상부전극(100)이 형성되어 있으며, 상기 하부 전극(10)과 상부 전극(100) 사이에 활성층(50)이 형성되어 있다.

특히, 본 발명은 레이저 다이오드칩영역(31)과 레이저 다이오드칩영역(31)을 분리하기 위한 분리영역(32)이 따로 마련되어 있다. 그리고 상부전극(100)은 소정의 패턴 형태로 되어 있으며, 하부전극(10)은 금속층으로 형성되어 있다. 또한 본 발명은 종래기술에 비하여 분리식각으로 형성된 V홈 형태의 분리영역이 없는 특징이 있다.

제3도 및 제4도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드의 제작단계를 도시한 단면도이다. 특히, 제3도 및 제4도는 제2도에 도시한 레이저 다이오드 칩 영역과 분리영역간의 관계를 확대하여 도시한 도면들이다.

제3도를 참조하면, 저면에 p-하부전극(10)이 형성된 GaAS기판(20)상에 메사구조의 n-GaAs 전류차단층(30)을 형성하여, 상기 기판(20)을 레이저 다이오드칩 영역(31)과 분리영역(32)으로 분리한다. 상기 전류차단층(30)은 상기 레이저 다이오드칩 영역(31)에만 형성되고, 상기 분리영역(32)은 U형홈 형태로 상기 기판(20)에 대해 소정각도의 경사면이 존재한다.

다음에, 상기 전류차단층(30) 상에 p-InGaAlP 하부 클래드층(40)을 성장시킨다. 이렇게 되면, 상기 하부 클래드층(40)은 상기 메사구조의 전류차단층(30)으로 인하여 요철구조로 형성된다.

특히, 상기 하부 클래드층(40)은 레이저 다이오드칩 영역(31)과 분리영역(32) 상에 형성된다. 상기 레이저 다이오드칩 영역(31)의 하부 클래드층(40)은 상기 기판(20)에 대해 소정각도의 경사면과 이들 사이의 평행면(상기 경사면 이외의 면)을 갖게되며, 상기 분리영역(32)의 하부 클래드층(40)도 마찬가지로 상기 기판(20)에 대해 소정 각도의 경사면과 이들 사이의 평행면을 갖게 된다.

계속하여, 상기 요철 구조의 하부 클래드층(40) 상에 InGaP 활성층(50)을 형성한다. 이렇게 되면, 상기 활성층(50)도 상기 하부 클래드층(40)의 요철구조에 대응되게 형성된다. 즉, 상기 활성층(50)은 상기 기판(20)에 대해 소정 각도의 경사면과 이들 사이의 평행면을 갖게 된다.

도 4를 참조하면, 상기 활성층(50) 상에 InGaAlP 상부 클래드층(60, 70)을 유기금속 기상성장법(MOCVD)으로 형성한다. 상기 상부 클래드층(60, 70)도 상기 레이저 다이오드칩 영역(31)과 분리영역(32)의 상부에 형성하기 때문에, 기판(20)에 대해 소정각도의 경사면(70)과 이들 사이의 평행면(60, 상기 경사면 이외의 면)에서 성장된다.

특히 상기 상부 클래드층(60,70)을 성장시킬때 유기금속 기상성장법(MOCVD)의 동시도핑 기술을 이용하여 n형 불순물(예를 들면 H₂Se)과 p형 불순물(예를 들면 DMZn)을 동시에 공급하여, 상기 기판(20)에 대해 평행한 면<(100)>은 n형불순물로 도핑하여 n-InGaAlP층(60)이 되게 하며, 상기 경사면<(311) A면>은 p형 불순물로 도핑하여 p-InGaAlP(70)이 되게 한다. 이렇게 되면 경사면은 제1도전형영역으로, 평행면은 제2도전형 영역의 상부 클래드층(60,70)이 된다.

다음에, 상기 상부 클래드층(60,70) 상에 GaAs 캡층(80, 90)을 유기금속 기상성장법(MOCVD)으로 형성한다. 본 발명의 캡층(80, 90)도 상기 상부클래드층(60,70)과 마찬가지로 n형불순물과 p형 불순물을 동시에 공급하여 상기 기판(20)에 대해 평행한 면<(100)면>은 n형불순물로 도핑하여 n-GaAs층(80)이 되게 하며, 상기 경사면<(311) A면>은 p형 불순물로 동시 도핑하여 p-GaAs층(90)이 되게 한다. 이렇게 되면 경사면은 제1도전형 영역으로 평행면은 제2도전형 영역의 캡층(80,90)이 된다.

그다음에, 상기 레이저 다이오드칩 영역(31) 상에 상부전극(100)을 형성하여 레이저 다이오드의 제작단계를 완료한다.

상술한 본 발명의 레이져 다이오드와 상부 클래드층(60,70)과 캡층(80,90)은 레이저 다이오드칩 영역(31)과 분리영역(32)이 기판(20)에 대해 평행한 면과 경사진 면으로 구분된다. 이렇게 되면 레이저 다이오드는 측면(제4도에서 가로 방향)방향으로 N.P/N/P다이오드가 형성되어 레이저 다이오드 칩영역에서 인접한 다른 칩영역으로 전류가 누출되는 것을 방지한다.

본 발명은 종래의 레이저 다이오드칩영역을 분리하는 식각공정을 거치지 않고 통상의 레이저 다이오드를 제작공정에 의해 레이저 다이오드칩간의 분리를 행하므로써 작업시간 및 공정수를 줄여 원가를 줄이고 신뢰성이 높은 반도체 레이저 다이오드를 손쉽게 제작할 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 기술에 있어서 분리식각후에 활성층의 측면이 노출되는 문제점을 개선할 수 있고, 분리 식각후에 세정공정을 생략하고 바로 레이저 다이오드를 시험할 수 있으므로 레이저 소자의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명은 InGaP / InGaAlP계에 대해 주로 설명하였으나 상기 InGaP / InGaAlP계 이외에 GaAs / AlGaAs계, InGaAS / AlGaAs 및 InGaAs / AlGaAs 등에도 적용할 수 있다.

본 발명은, 위에서 설명된 상기 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 기술사상을 포함하는 다른 요소들의 구조개선 및 수치제한등의 부가가 이루어진다 하여도 본 발명의 범주에 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 하부 전극이 형성된 기판 상에 메사구조의 전류차단층을 형성하여 상기 레이저 다이오드 칩 영역과 이를 분리하는 분리 영역을 한정하는 단계;

   상기 전류차단층 및 기판 상에 상기 메사구조에 대응되게 상기 기판에 대해 소정각도의 경사면들과 이들 사이의 평행면을 갖는 하부 클래드층과 활성층을 순차적으로 형성하는 단계;

   상기 활성층 상에 동시 도우핑 과정을 통하여 상기 경사면에 대응하는 제1도전형 영역과 상기 평행면에 대응하는 제2도전형 영역을 갖는 상부 클래드층을 형성하는 단계;

   상기 상부 클래드층 상에 동시 도우핑 과정을 통하여 상기 경사면에 대응하는 제1도전형 영역과 상기 평행면에 대응하는 제2도전형 영역을 갖는 캡층을 형성하는 단계; 및

   상기 레이저 다이오드 칩 영역 상에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 도우핑 과정은 유기금속 기상성장법(MOCVD)의 동시도핑 기술을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1도전형은 p형불순물을, 상기 제2도전형은 n형불순물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 상부클래드층과 캡층의 경사면은 (311)A면, 상기 경사면을 제외한 면은 (100)면으로 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조방법.