KR100390394B1 - Method for fabricating semiconductor laser diode - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a semiconductor laser diode is provided to reduce a process time and improve the productivity by forming a clad layer and a cap layer under the temperature of 600 degree centigrade by using InGaAsP. CONSTITUTION: A buffer layer(22), a first clad layer(23), an active layer, and a second clad layer(25) are formed on a substrate(21). A current blocking layer(26) is formed on a predetermined region of the second clad layer(25). A second clad layer(28) is formed on the entire surface of the substrate(21) by growing InxGa1-xAsyP1-y. A cap layer(29) is formed on the second clad layer(28). A first electrode(30) is formed on the cap layer(29). A second electrode(31) is formed under the substrate(21).

Description

반도체 레이저 다이오드의 제조방법Manufacturing method of semiconductor laser diode

본 발명은 반도체 레이저에 관한 것으로서 특히, 반도체 레이저 다이오드의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor lasers, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor laser diode.

일반적으로, 레이저는 복사선의 유도방출에 의한 빛의 증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ; LASER)를 의미한다.In general, laser means Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER).

그리고 레이저의 종류에는 루비레이저, 가스레이저, 대형 펄스레이저, 반도체 레이저 등이 있다.Types of lasers include ruby lasers, gas lasers, large pulse lasers, and semiconductor lasers.

이때, 반도체 레이저는 한 형식의 물질에 한 접합만을 포함한 동종접합 (Hamo Junction) 레이저와, 광통신의 요건에 맞도록 실온에서 효율적으로 동작하도록 만든 이종접합(Hetero Junction) 레이저로 대별된다.The semiconductor laser is classified into a homojunction laser including only one junction to a type of material and a heterojunction laser that is efficiently operated at room temperature to meet the requirements of optical communication.

이하, 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 보여 주는 공정단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor laser diode according to the prior art.

먼저, 도 1a와 같이 n-GaAs 기판(1)상에 MOCVD(유기금속 화학기상증착) 방법에 의해 n-GaAs로 버퍼층(2)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, the buffer layer 2 is formed of n-GaAs on the n-GaAs substrate 1 by MOCVD (organic metal chemical vapor deposition).

이어, 버퍼층(2) 전면에 n-AlGaAs로 제 1 클래드층(3)을 형성한다.Subsequently, the first cladding layer 3 is formed of n-AlGaAs on the entire buffer layer 2.

그리고 제 1 클래드층(3) 전면에 활성층(4)을 형성한다.The active layer 4 is formed on the entire surface of the first cladding layer 3.

이어, 활성층(4) 전면에 P-AlGaAs로 1차 제 2 클래드층(5)을 형성한다.Subsequently, the primary second cladding layer 5 is formed of P-AlGaAs on the entire surface of the active layer 4.

이때, 1차 제 2 클래드층(5)내에 아연 불순물이 주입된다.At this time, zinc impurities are injected into the primary second cladding layer 5.

그리고, 1차 제 2 클래드층(5) 전면에 n-GaAs로 전류차단층(6)을 형성하여 MOCVD에 의한 1차 성장을 마친다.Then, the current blocking layer 6 is formed of n-GaAs on the entire surface of the primary second cladding layer 5 to complete the primary growth by MOCVD.

이어 도 1b와 같이 통전영역을 형성하기 위하여 전류차단층(6)의 전면에 포토레지스트(7)를 증착하여 일정영역의 전류차단층(6)이 노출되도록 포토레지스트(7)를 제거한다.Next, as shown in FIG. 1B, the photoresist 7 is deposited on the entire surface of the current blocking layer 6 to form a current conduction region, and the photoresist 7 is removed to expose the current blocking layer 6 in a predetermined region.

그리고, 도 1c와 같이 포토레지스트(7)를 마스크로 노출된 전류제한층(6)을 제거하고 남아 있는 포토레지스트(7)를 제거하여 통전영역을 형성한다.Then, as shown in FIG. 1C, the current limiting layer 6 exposed with the photoresist 7 as a mask is removed and the remaining photoresist 7 is removed to form an energization region.

이어 도 1d와 같이 MOCVD 방법으로 통전영역이 형성된 전류제한층(6) 전면에로 2차 제 2 클래드층(8)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. The secondary second cladding layer 8 is formed.

이때의 불순물 농도 P = 5∼10×1017/cm3, 조성비는 0.4≤x≤0.7이고 성장온도는 700℃이다.At this time The impurity concentration of P = 5 to 10 x 10 17 / cm 3 , the composition ratio is 0.4≤x≤0.7 and the growth temperature is 700 ° C.

그리고, 2차 제 2 클래드층(8) 전면에 p-GaAs로 캡층(9)을 형성한다.The cap layer 9 is formed of p-GaAs on the entire surface of the second secondary cladding layer 8.

이때 캡층(9)형성은 p-GaAs의 도핑(doping) 농도를 높이기 위해 약 620℃의 온도에서 이루어진다.At this time, the cap layer 9 is formed at a temperature of about 620 ° C. to increase the doping concentration of p-GaAs.

2차 제 2 클래드층(8)과 캡층(9)의 형성으로 2차 MOCVD 성장을 완료한다.Secondary MOCVD growth is completed by the formation of the secondary second clad layer 8 and the cap layer 9.

이어 캡층(9) 상부에 제 1 전극(10)을 형성하고 기판(11) 하부에 제 2 전극(11)을 형성하여 반도체 레이저 다이오드가 완성된다.Subsequently, the semiconductor laser diode is completed by forming the first electrode 10 on the cap layer 9 and the second electrode 11 below the substrate 11.

종래 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은 양질의 2차 제 2 클래드층(AlGaAs)을 얻기 위해 700℃ 이상의 고온공정에서 성장이 이루어지는데 상기의 고온성장이 진행되는 동안 1차 클래드층에 불순물로 첨가된 아연이 1차 제 2 클래드층 하부의 활성층으로 확산되어 발진파장을 변화시키고 발진개시 전류를 증가시켜 반도체 레이저 다이오드의 동작특성을 변환시키는 문제점이 있었다.In the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the prior art, growth is performed in a high temperature process of 700 ° C. or higher to obtain a high quality secondary second clad layer (AlGaAs). There is a problem in that the added zinc diffuses into the active layer under the first second cladding layer to change the oscillation wavelength and increase the oscillation start current to convert the operation characteristics of the semiconductor laser diode.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 고온성장에 의한 1차 제 2 클래드층에서 활성층으로의 아연확산을 방지할 수 있는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor laser diode that can prevent zinc diffusion from the primary second clad layer to the active layer due to high temperature growth. have.

도 la 내지 도 1d는 종래의 기술에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이고,La to 1d is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor laser diode according to the prior art,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

21 : 기판 22 : 버퍼층21 substrate 22 buffer layer

23 : 제 1 클래드층 24 : 활성층23: first cladding layer 24: active layer

25 : 1차 제 2 클래드층 26 : 전류차단층25: primary second cladding layer 26: current blocking layer

27 : 포토 레지스트 28 : 2차 제 2 클래드층27: photoresist 28: second secondary clad layer

29 :캡층 30 : 제 1 전극29 cap layer 30 first electrode

31 : 제 2 전극31: second electrode

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은 600℃ 정도의 성장온도에서 양질의 결정이 성장되는 InGaAsP를 2차 제 2 클래드층으로 사용함으로서 아연의 확산을 방지하여 소자의 신뢰성을 극대화 할 수 있는 특징이 있다.In the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, InGaAsP, in which high-quality crystals are grown at a growth temperature of about 600 ° C., is used as a secondary second clad layer to prevent zinc diffusion, thereby maximizing reliability of the device. There is this.

이하 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a semiconductor laser diode manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조공정을 보여주는 공정단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention.

먼저, n-GaAs 기판(21)상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :First, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) on the n-GaAs substrate 21:

유기금속 화학기상증착) 방법으로 n-GaAs 버퍼층(22)을 약 0.5μm 두께로 형성한다.Organometallic chemical vapor deposition) to form an n-GaAs buffer layer 22 having a thickness of about 0.5 μm.

이때, 불순물 농도 n = 1∼3×1018/cm3이다.At this time, impurity concentration n = 1-3 * 10 <18> / cm <3> .

이어, n-GaAs 버퍼층(22) 전면에제 1 클래드층(23)을 약 1.0/μm 두께로 형성한다.Next, the n-GaAs buffer layer 22 The first cladding layer 23 is formed to a thickness of about 1.0 / μm.

이때, 불순물 농도 n = 3∼10×10l7/cm3이고 조성비는 0.4≤x≤0.7이다.At this time, the impurity concentration n = 3-10 x 10 l7 / cm 3 and the composition ratio is 0.4≤x≤0.7.

그리고, 제 1 클래드층(23) 전면에 780nm 파장을 가지는 활성층(24)을 형성한다.An active layer 24 having a wavelength of 780 nm is formed on the entire surface of the first cladding layer 23.

이어, 활성층(24) 전면에1차 제 2 클래드층(25)을 0.2∼0.4μm 두께로 형성한다.Next, in front of the active layer 24 The primary second cladding layer 25 is formed to a thickness of 0.2 to 0.4 m.

이때 1차 제 2 클래드층(25)내에는 아연 불순물이 주입되고 불순물 농도 P = 3~7 ×1017/cm3이며 조성비는 0.4≤x≤0.7이다.At this time, zinc impurity is injected into the primary second cladding layer 25, and impurity concentration P = 3 to 7 x 10 17 / cm 3 and the composition ratio is 0.4≤x≤0.7.

그리고, 1차 제 2 클래드층(25) 전면에 n-GaAs 전류차단층(26)은 0.8∼1.0μm 두께로 형성하여 MOVCD에 의한 1차 성장을 마친다.Then, the n-GaAs current blocking layer 26 is formed on the entire surface of the primary second cladding layer 25 to a thickness of 0.8 to 1.0 μm, thereby completing the primary growth by MOVCD.

이때 1차 성장은 약 700℃의 온도에서 이루어진다.At this time, the primary growth is at a temperature of about 700 ℃.

이어 도 2b와 같이 통전영역을 형성하기 위하여 전류차단층(26)의 전면에 포토레지스트(27)를 증착하여 일정영역의 전류차단층(26)이 노출되도록 포토레지스트(27)를 제거한다.Next, as shown in FIG. 2B, the photoresist 27 is deposited on the entire surface of the current blocking layer 26 to remove the photoresist 27 so that the current blocking layer 26 of the predetermined region is exposed.

그리고, 도 2c와 같이 포토레지스트(27)를 마스크로 노출된 전류제한층(26)을 제거하고 남아 있는 포토레지스트(27)를 제거하여 통전영역을 형성한다.As shown in FIG. 2C, the current limiting layer 26 exposing the photoresist 27 as a mask is removed, and the remaining photoresist 27 is removed to form a conduction region.

이어 도 1d와 같이 MOCVD 방법으로 통전영역이 형성된 전류제한층(26) 전면에2차 제 2 클래드층(28)을 0.5∼0.6 μm 두께로 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. Secondary cladding layer 28 is deposited to a thickness of 0.5-0.6 μm.

이때 불순물 농도 p = 5∼10×1017/cm3이고 조성비 x는 약 0.45, y는 0.1이며성장온도는 약 600℃이다.At this time, the impurity concentration p = 5 ~ 10 × 10 17 / cm 3 , the composition ratio x is about 0.45, y is 0.1 and the growth temperature is about 600 ℃.

종래 기술에 따른 p-AlGaAs를 양질의 결정으로 형성시키기 위해서는 700℃ 이상의 고온에서 성장시켜야 하므로 1차 제 2 클래드층(26)에 함유된 아연이 활성층(24)으로 확산되었지만, 본 발명에 따른 p-InGaAsP는 600℃의 온도에서도 양질의 결정으로 형성시킬수 있으므로 아연확산을 방지할 수 있다.In order to form p-AlGaAs according to the prior art, it is necessary to grow at a high temperature of 700 ° C. or higher so that zinc contained in the primary second cladding layer 26 is diffused into the active layer 24. -InGaAsP can be formed into high quality crystal even at 600 ℃, so it can prevent zinc diffusion.

그리고, 도 2e와 같이 2차 제 2 클래드층(28) 전면에 p-GaAs 캡층(29)을 약 3μm 두께로 형성하여 2차 MOCVD 성장이 완료된다.As shown in FIG. 2E, the p-GaAs cap layer 29 is formed on the entire surface of the second secondary cladding layer 28 to have a thickness of about 3 μm, thereby completing the secondary MOCVD growth.

이때, 상기 캡층(29)의 형성은 종래의 기술에서 설명한 바와 같이 도핑농도를 높이기 위해 620℃ 이하에서 이루어져야 하는데, 본 발명은 종래의 기술과 달리 약 600℃의 온도에서 2차 제 2 클래드층(18)이 형성되고 이어서 캡층(29))을 형성시키므로 종래의 기술과 달리 온도를 재조정할 필요가 없고 2차 제 2 클래드층 성장과 캡층의 성장온도를 일정하게 유지한다.At this time, the cap layer 29 should be formed at 620 ° C. or lower to increase the doping concentration as described in the prior art. The present invention provides a secondary second cladding layer at a temperature of about 600 ° C. unlike the prior art. 18) is formed and then the cap layer 29 is formed, so that, unlike the prior art, there is no need to readjust the temperature, and the growth temperature of the secondary second clad layer growth and the cap layer are kept constant.

이어, 캡층(29) 상부에 제 1 전극(30)을 형성하고 기판(21) 하부에 제 2 전극(31)을 형성하여 반도체 레이저 다이오드가 완성된다.Subsequently, the semiconductor laser diode is completed by forming the first electrode 30 on the cap layer 29 and the second electrode 31 on the lower portion of the substrate 21.

본 발명에 따른 반도체 레이저 다이오드의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention has the following effects.

첫째, 2차 제 2 클래드층을 형성하기 위해 InGaAsP를 사용할 경우 AlGaAs에 비해 약 100℃ 이상 성장온도를 낮게 즉, 600℃에서 성장시킬수 있으므로 캡층 형성시 온도를 재조정할 필요가 없으므로 공정시간을 단축하여 생산성을 향상시킬수있는 효과가 있다.First, when InGaAsP is used to form the second secondary cladding layer, the growth temperature can be lowered by about 100 ° C or higher than that of AlGaAs, that is, it can be grown at 600 ° C. Therefore, it is not necessary to readjust the temperature when forming the cap layer, thereby shortening the process time. It has the effect of improving productivity.

둘째, 2차 제 2 클래드층 형성이 600℃에서 이루어져 활성층으로의 아연확산으로 인한 발진파장의 변화 및 발진개시 전류의 증가를 막아 소자의 신뢰성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.Second, since the formation of the second secondary cladding layer is performed at 600 ° C., the reliability of the device can be maximized by preventing the change of the oscillation wavelength and the increase of the oscillation start current due to zinc diffusion into the active layer.

Claims (4)

기판상에 버퍼층, 제 1 클래드층, 활성층, 1차 제 2 클래드층을 차례로 형성하는 스텝;Sequentially forming a buffer layer, a first cladding layer, an active layer, and a primary second cladding layer on the substrate; 상기 1차 제 2 클래드층의 소정영역에 전류차단층을 형성하는 스텝;Forming a current blocking layer in a predetermined region of the first second clad layer; 상기 전류차단층을 포함한 전면에를 성장시켜 2차 제 2 클래드층을 형성하는 스텝;On the front surface including the current blocking layer Growing a second cladding layer to form a second cladding layer; 상기 2차 제 2 클래드층 전면에 캡층을 형성하는 스텝; 그리고Forming a cap layer on the entire surface of the second secondary cladding layer; And 상기 캡층상에 제 1 전극을 형성하고 상기 기판 하부에 제 2 전극을 형성하는 스탭을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.And a step of forming a first electrode on the cap layer and a second electrode on the lower portion of the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기의 조성비 x는 약 0.45, y는 약 0.1로 함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.remind The composition ratio of x is about 0.45, y is about 0.1 method for manufacturing a semiconductor laser diode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 제 2 클래드층의 불순물 농도는 5~10×1017/㎤으로 함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.The impurity concentration of the secondary second cladding layer is a manufacturing method of a semiconductor laser diode, characterized in that 5 ~ 10 × 10 17 / cm 3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 제 2 클래드층 형성공정의 온도는 약 600℃로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드의 제조방법.And the temperature of the secondary second cladding layer forming process is about 600 ° C.
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