KR19990003500A - 레이저 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 역 메사 형상을 갖는 RWG-LD의 활성층으로 다중 양자 우물층을 사용하여 문턱 전류를 낮추고 온도 특성을 향상시킨 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레이저 다이오드를 제조하는 방법으로, 제 1형 기판, 제 1형 버퍼층, 다중 양자 우물 구조의 활성층, 제 2형 클래드층 및 제 2형 콘택층이 차례로 성장시킨 웨이퍼를 제공하는 단계, 상기 웨이퍼를 역 메사 형상으로 형성하기 위하여, 사진 식각 공정을 통하여 상기 제 2형 클래드층의 소정 깊이까지 메사 식각하는 단계, 전체 구조 상에 절연막을 소정 두께 증착하는 단계, 전체 구조 상에 감광성막을 스핀 코팅하여, 상기 역 메사 형상으로 인해 형성된 측면의 홈을 매립하고 평탄화하는 단계, 상기 역 메사 형상의 상부층인 상기 제 2형 콘택층이 노출되도록 사진 공정을 통하여 소정 영역 감광성막을 제거한 다음 그 하부에 노출된 상기 절연막을 식각하는 단계 및 전체 구조 상에 전극 배선층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 역 메사 형상을 갖는 RWG-LD의 활성층으로 다중 양자 우물층을 사용하여 문턱 전류를 낮추고 온도 특성을 향상시킨 레이저 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, P-N 구조에 전류를 인가하여 동상의 광자(Photon)가 공진기내의 매질을 통과하면서 밀도 반전이 충분히 이뤄진 부분에서 간섭성(Coherence)을 갖고 유도 방출되어 증폭된 빛을 내는 원리를 이용한 레이저 다이오드는 광통신 시스템, 광CATV 시스템, 광대역 ISDN 등 광섬유를 통하여 광신호를 보내는 광원으로 사용된다. 리지형 도파관 레이저 다이오드(Ridge Waveguide Laser Diode, 이하 RWG-LD)는 약한 굴절율 도파형(Weakly index-guide)으로 횡방향 단일 모드 동작 조절이 쉬우며, 1회의 에피텍셜 성장으로 제작이 가능하여 우수한 공정 일관성을 갖는다.
도 1은 종래의 일반적인 RWG-LD를 나타내는 단면도이다. 이러한 RWG-LD의 제조는 고농도 n형 InP 기판(100) 상에 에피텍셜 성장으로 고농도 n형 InP버퍼층(101), 도핑되지 않은 InGaAsP 활성층(102), p형 InP 클래드층(103) 및 p형 InGaAs 또는 InGaAsP 콘택층(104)을 차례로 적층한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 하부의 p형 InP 클래드층(103)의 소정 깊이까지 수직으로 이방성 식각을 한다. 그런 다음, 전체 구조 상에 실리콘 산화막(105)을 적층한다. 또한, 실리콘 질화막도 가능하다. 계속해서, 사진 식각 공정을 통하여 상기 p형 콘택층(104)의 소정 부분이 노출되도록 상기 실리콘 산화막(105)을 식각한다. 이어서, 상기 전체 구조 상부와 고농도 n형 InP 기판(100) 하부에 전극 배선층(106a,106b)을 형성한다. 그러나 이와 같은 구조는 활성층이 도핑되지 않은 InGaAsP층이므로, 높은 문턱 전류를 갖으며 고온에서 동작 특성이 우수하지 못하다.
그러나, 이와 같은 구조의 RWG-LD는 활성층이 도핑되지 않은 InGaAsP층인 것으로 인해 높은 문턱 전류를 갖으며, 고온에서 동작 특성이 우수하지 못한 문제점이 있다. 또한, 수직 메사 형상이므로 메사 폭이 좁아지면 콘택층도 좁아지고, 따라서 전극 배선층과의 접촉 부분도 좁아져서 금속의 접촉 저항이 커지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 RWG-LD의 활성층이 스트레인층으로 형성된 다중 양자 우물(Strained Layer Multi Quantum Well, 이하 SL-MQW) 구조이고, 역 메사 형상을 갖는 RWG-LD를 제조함으로써, 낮은 문턱 전류와 고온에서 동작 특성이 우수한 레이저 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 RWG-LD 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 RWG-LD 구조를 나타내는 단면도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 RWG-LD의 제조 공정을 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100,200,300 : n형 InP 기판 101,201,301 : n형 InP 버퍼층
102,202,302 : 활성층
l03,203,205,303,305 : p형 InP 클래드층
104,206,306 : p형 InGaAs 콘택층 105,207,307 : 실리콘 산화막
106a,106b,209a,209b : 전극 배선층 208,308 : 폴리이미드
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 제 1형 기판, 제 1형 버퍼층, 활성층, 제 2형 클래드층, 제 2형 콘택층이 차례로 성장된 웨이퍼를 구비하는 레이저 다이오드로서, 다중 양자 우물 구조의 상기 활성층, 상기 제 2형 클래드층의 소성 깊이까지 식각된 역 메사 형상으로 형성된 상기 웨이퍼, 역 메사 형상으로 노출된 상기 제 2클래드층과 상기 역 메사 형상의 측면을 따라 소정 두께로 형성된 절연막, 역 메사 형상으로 인해 형성된 측면의 홈을 평탄화하기 위하여 상기 역 메사 형상과 같은 높이로 매립된 감광성막 및 전체 구조 상부에 형성된 전극배선을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레이저 다이오드를 제조하는 방법으로, 제 1형 기판, 제 1형 버퍼층, 다중 양자 우물 구조의 활성층, 제 2형 클래드층 및 제 2형 콘택층이 차례로 성장시킨 웨이퍼를 제공하는 단계, 상기 웨이퍼를 역 메사 형상으로 형성하기 위하여, 사진 식각 공정을 통하여 상기 제 2형 클래드층의 소정 깊이까지 메사 식각하는 단계, 전체 구조 상에 절연막을 소정 두께 증착하는 단계, 전체 구조 상에 감광성막을 스핀 코팅하여, 상기 역 메사 형상으로 인해 형성된 측면의 홈을 매립하고 평탄화하는 단계, 상기 역 메사 형상의 상부층인 상기 제 2형 콘택층이 노출되도록 사진 공정을 통하여 소정 영역 감광성막을 제거한 다음 그 하부에 노출된 상기 절연막을 식각하는 단계 및 전체 구조 상에 전극 배선층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[실시예]
본 발명에 따른 역 메사 형상의 RWG-LD는, 도 2에 도시된 바와 같이 고농도 n형 InP 기판(200), 고농도 n형 InP 버퍼층(201), SL-MQW 구조의 도핑되지 않은 InGaAsP 활성층(202), p형 InP 하부 클래드층(203), p형 InGaAsP 식각정지층(204), p형 InP 상부 클래드층(205) 및 p형 InGaAs 콘택층(206)이 차례로 성장된 웨이퍼는 상기 p형 InGaAsP 식각 정지층(204) 상부까지 식각되어 역 메사 형상을 이룬다. 이 때, 식각 정지층은 식각 깊이를 제어하기 위한 것으로, 선택적이다. 그리고, 역 메사 형상의 상부층인 p형 InGaAs 콘택층을 제외한 나머지 영역에 소정 두께의 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막(207)이 형성되어 있다. 역 메사 형상의 측면 홈은 폴리이미드(Polyimide)(208)와 같은 감광성막이 매립되어, 역 메사 구조와 같은 높이로 전체 구조를 평탄화된다. 그런 다음, 전체 구조 상부에 p형 전극 배선층(209a) 및 웨이퍼 뒷면에는 n형 전극 배선층(209b)이 형성된다.
이하, 도면을 참조로하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 역 메사 형상의 RWG-LD를 형성하는 공정 단면도이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 PWG-LD의 웨이퍼는 MOCVD(Metal Organic CVD) 장비 등을 이용하여 에피텍셜 성장된 고농도 n형 기판(300), 고농도 n형 InP 버퍼층(301), SL-MQW 구조의 도핑되지 않은 InGaAsP 활성층(302), p형 InP 하부 클래드층(303), p형 InGaAsP 식각 정지층(304), p형 InP 상부 클래드층(305), 및 p형 InGaAs 또는 InGaAsP 콘택층(306)으로 구성된다. 사진 식각 공정을 통하여, 상기 p형 InGaAsP 식각 정지층 상부까지 식각함으로써 역 메사 형상의 웨이퍼를 형성한다. 에피텍셜 성장으로 형성된 SL-MQW 구조는 MQW의 두께를 조절함으로써 발진 파장을 결정할 수 있고 높은 이득(Gain)을 얻을 수 있기 때문에, 낮은 문턱 전류와 고온에서 우수한 동작 특성을 얻을 수 있다. 또한, 역 메사 형상은 수직형 메사 형상보다 직렬 저항이 감소되고 도파관의 손실을 감소시킬 수 있다.
그런 다음, 전체 구조 상에 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방식으로 실리콘 산화막(307) 또는 실리콘 질화막을 증착한다. 이어서, 도 3b와 같이 역 메사 형상의 측면에 형성된 홈을 매립하기 위하여 폴리이미드(308)를 스핀 코팅한 다음, 베이킹한다. 이어서, 사진 공정을 거쳐 역 메사 구조의 콘택층(306) 상의 폴리이미드를 제거하고 고온 공정으로 패턴을 경화시킨다. 그런 다음, 폴리이미드 패턴으로 노출된 실리콘 산화막을 CF4와 CHF3플라즈마로 소정 두께 건식 식각한 다음, 완충 용액(BOE)로 습식 식각한 다음, 전체 구조의 상에 p형 전극 배선층(309a)을 형성한다. 또한, 웨이퍼의 뒷면을 얇게 연마(Lapping)한 다음, n형 전극 배선층(309b)을 형성한다. 이 때, 역 메사 구조로 인한 홈을 폴리이미드로 매립함으로써, 전극 배선을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 막의 스트레스를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 활성층을 SL-MQW 구조로 형성하고 역 메사 형상을 갖는 RWG-LD를 제조함으로써, 낮은 문턱 전류와 고온에서 동작 특성이 우수한 레이저 다이오드를 제조하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (15)
- 제 1형 기판, 제 1형 버퍼층, 활성층, 제 2형 클래드층, 제 2형 콘택층이 차례로 성장된 웨이퍼를 구비하는 레이저 다이오드로서, 다중 양자 우물 구조의 상기 활성층, 상기 제 2형 클래드층의 소정 깊이까지 식각된 역 메사 형상으로 형성된 상기 웨이퍼, 역 메사 형상으로 노출된 상기 제 2클래드층과 상기 역 메사 형상의 측면을 따라 소정 두께로 형성된 절연막, 역 메사형상으로 인해 형성된 측면의 홈을 평탄화하기 위하여 상기 역메사 형상과 같은 높이로 매립된 감광성막 및 전체 구조 상부에 형성된 전극 배선을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 1항에 있어서, 상기 다중 양자 우물 구조의 활성층은 스트레인층으로 형성된 도핑되지 않은 InGaAs 또는 InGaAsP인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1형 버퍼층과 제 2 형 클래드층은 InP인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2형 클래드층은 상부 InP 클래드층, InGaAsP식각 정지층, 상부 InP 클래드층으로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드
- 제 1항에 있어서, 상기 콘택층은 InGaAs 또는 InGaAsP인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 1항에 있어서, 상기 절연막은 플라즈마 인가 화학 기상 증착에 의해 형성된 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 1항에 있어서, 상기 감광성막은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드.
- 제 1형 기판, 제 1형 버퍼층, 다중 양자 우물 구조의 활성층, 제 2형 클래드층 및 제 2형 콘택층이 차례로 성장시킨 웨이퍼를 제공하는 단계, 상기 웨이퍼를 역 메사 형상으로 형성하기 위하여, 사진 식각 공정을 통하여 상기 제 2형 클래드층의 소정 깊이까지 메사 식각하는 단계, 전체 구조 상에 절연막을 소정 두께 증착하는 단계, 전체 구조 상에 감광성막을 스핀 코팅하여, 상기 역 메사 형상으로 인해 형성된 측면의 홈을 매립하고 평탄화하는 단계, 상기 역 메사 형상의 상부층인 상기 제 2형 콘택층이 노출되도록 사진 식각 공정을 통하여 소정 영역 감광성막을 제거한 다음 그 하부에 노출된 상기 절연막을 식각하는 단계 및 전체 구조 상에 전극 배선층을 증착하는 단계를 포함하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 제 1형 버퍼층은 InP인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 활성층은 스트레인층으로 형성된 도핑되지 않은 InGaAs 또는 InGaAsP인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 제 2형 클래드층은 상부 InP 클래드층 InGaAsP 식각 정지층, 상부 InP 클래드층으로 구성되고, 상기 InGaAsP 식각 정지층까지 메사 식각하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 콘택층은 InGaAs 또는 InGaAsP인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 절연막은 플라즈마 인가 화학 기상 증착(PECVD)에 의해 형성된 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항 또는 제 13항에 있어서, 상기 절연막은 CF4와 CHF3플라즈마로 소정 두께 건식 식각한 다음, 완층 용액(BOE)로 습식 식각하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 감광성막은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 제조 방법.
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