KR920006857B1 - 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 용액식각 방법으로 제작되고, 렌즈면을 통해 광출력을 방출하는 형태의 표면 방출형 LED의 단면도.
제2도는 제1도와 같고 용액식각면을 반사경으로 이용하는 표면 방출형 LED의 단면도.
제3a도는 LED 형태로 한면은 평면경, 한면은 구면경인 공진기를 갖는 표면 방출형 레이저 다이오우드의 단면도.
제3b도의 제3a도의 레이저 다이오우드에서 전류제한영역을 갖는 개선된 레이저 다이오우드의 단면도.
제4도는 용액식각면을 수광렌즈로 이용하는 수광 다이오우드의 단면도.
제5도는 용액식각후 재결정 성장시 성장층의 재료에 따라 파장을 선택적으로 투과하는 마이크로 렌지의 단면도.
제6도는 제1도의 표면방출형 LED에 관한 평면도.
제7도는 제2도의 표면방출형 LED에 관한 평면도.
제8도는 제1도, 제2도, 제3도의 소자들에 관한 배면도.
제9도는 제4도의 소광다이오우드의 배면도.
제10도는 제5도의 마이크로렌즈에 관한 배면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : P형 GaAs 단결정 기판 2 : P형 AlGaAs 에피택시층(epitaxial layer)
3 : P형 GaAs 또는, AlGaAs 활성층(active layer)
4 : n형 AlGaAs 전류제한층 5 : n형 금속반도체 저항성 접촉
5' : P형 금속반도체 저항성 접촉 6 : n형 AlGaAs 또는 GaAs의 전류제한층
7 : 임의 파장 통과 렌즈를 위한 재결정 성장층
8 : p-i-n 수광다이오우드의 n형층
9 : p-i-n 수광다이오우드의 낮은 불순물 도핑층
10 : p-i-n 수광다이오우드의 P+형층.
본 발명은 화합물반도체를 기판으로 하여 선택적 용액식각과 재결정성장의 방법으로 렌즈형태를 얻어 집적형태의 광소자를 특히 표면방출형 LED, 레이저 다이오우드, 수광다이오우드, 마이크로렌즈에 이용하는데 관한 것이다.
지금까지의 GaAs/AlGaAs, InP/InGaAsP 발광다이오우드(LED)나 레이저 다이오우드(LD)의 경우 측면방출형으로써 큰 광출력을 얻기 어려우므로 표면방출형 소자를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이런 노력과 더불어 표면방출형 소자에 렌즈를 집적하여 광섬유와의 결합효율을 증대시키거나 실질적인 시감도를 증대시키는 일련의 활동들이 있어 왔다. 그러나 이들 방법은 대단히 숙련된 기술을 요구하고, 비싼 장비들이 요구되기 때문에 대량생산의 비용이 매우 높다고 할 수 있다.
한편 액상결정성장(LED)의 한 특징적인 현상인 용액식각은 지금까지 결정성장에 있어서 피해져 왔다. 그러나, 본 발명자는 불포화(under-saturation)된 Ⅲ족의 금속(Ga, In) 용액상태(melt)에 의해 화합물반도체 기판이 식각되는 것으로 등방적인 식각이 되고 이런 등방성식간에 의해 화학식각에서는 얻을 수 없는 원형의 식각면을 제1, 제2도 및 제3도의 곡면과 같이 얻을 수 있으며, 이러한 원형식각면을 재결정성장으로 채우면 렌즈형태를 얻을 수 있다는 것을 알게 되었다. 렌즈를 집적시킨 발광다이오우드는 발광효율이 우수하다는 것을 알게 되었다. 이러한 발광다이오우드가 제1도에 나타나 있다.
이 재결정성장면을 반사기로 사용하여 한쪽면은 평탄거울이고 다른 한쪽은 원형의 거울면으로 하는 표면방출형 레이저 다이오우드를 제작할 수 있다. 이런 방법의 레이저 다이오우드가 제2도에 나타나 있다.
또, 이 렌즈를 수광소자의 수광부 전단에 위치시킴으로써 수광효율을 증대시킬 수가 있다. 이 방법을 이용한 수광소자는 제3도와 같다.
이러한 렌즈의 표면을 광학적 평탄성을 유지하면서 선택적으로 식각하기 위해 AlGaAs와 GaAs의 경우 NH4OH : H2O2: H2O의 식각액을 이용할 수 있고 InP의 경우도 식각액을 사용할 수 있다.
또한, 용액식각후 재결정성장시 성장층의 재료에 따라 성장층의 파장을 선택적으로 투과하는 마이크로렌즈가 제5도에 나타나 있다. 따라서 본 발명은 발광소자에 있어서 광출력과 양자효율을 증대시킬 수 있으므로 발광다이오우드나 레이저 다이오우드의 광특성을 향상시킬 수 있고, 수광소자에서는 렌즈의 집적에 의해 수광효율을 증대시킬 수 있다. 이를 첨부도면에 의하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
[제조 실시예 1]
[선택적 용액식각을 이용한 표면방출형 LED]
제1도에 나타낸 바와 같이 P형 GaAs 단결정 기판(1)위에 P형 AlGaAs 에피택시층(2)을 성장시켜 이들 일부를 SiO2나 Si3N4등의 선택적 용액식각 및 결정 성장의 창을 사진 식각 방법에 의해 형성시킨다.
다음 액상결정성장장비내에서 용액식각후 재결정 성장을 하는데 이때 LED을 위한 단일이형접합(single hetero-junction) 혹은 이종이형접합(double hetero-junction) 즉 P형 GaAs 또는 AlGaAs 활성층(3)을 형성한다. 다음 사진식각을 거친 후 저항성접촉을 위한 n형 금속반도체(예 AuGe/Ni)(5)를 증착하고, 뒷면을 선택적 화학식각후 저항성 접촉을 위한 P형 금속반도체(예 AuZn)(5') 접합을 하여 LED 제작을 마친다. 도면부호 4는 n형 AlGaAs 전류제한층을 가리킨다. 이 LED는 용액식각에 의해 형성된 렌즈의 효과로 일반적인 표면방출형 LED 보다 광출력을 효과적으로 꺼낼 수 있는 장점을 가진다.
[제조 실시예 2]
제2도의 표면방출형 LED는 제1도의 LED와 유사한 과정에 의해 제작되나 광출력이 렌즈면쪽으로 나오게 한 것이 아니라 이를 하나의 거울로 이용하여 광출력을 얻는 형태의 LED이다. 제2도의 화살표는 광출력의 방향을 가리킨다.
[제조 실시예 3]
제3a도는 제1도와 그 제작과정이 유사한 레이저 다이오우드로서, 활성층의 두께를 높이고 곡면거울의 반사율을 증대시켜 전류주입에 의한 광증폭이 일어나게한 레이저 다이오우드이다.
[제조 실시예 4]
제3b도는 제3a도의 레이저 다이오우드에 n형 AlGaAs 또는 GaAs의 전류경로 제한층(6)을 두거나 굴절율이 작은 매립이 형접합(BH)층을 형성하여 전류경로제한 또는 광제한을 실현시킴으로써 레이저동작에 도움을 주게한 형태의 레이저 다이오우드이다.
[제조 실시예 5]
제4도는 제1도에서의 선택적 용액식각의 방법을 이용하여 렌즈면이 형성될 때 이를 수광소자(photo detector)의 수광부에 둠으로써 수광효율을 높이는 수광다이오우드이다. 여기서 도면부호 8은 p-i-n 수광다이오우드의 n형층, 9는 p-i-n 수광다이오우드의 낮은 불순물 도핑층, 10은 p-i-n 수광다이오우드의 P+형층을 각각 나타낸다.
[제조 실시예 6]
제5도는 제1도의 LED 제작 과정에서 투과시키기를 원하는 파장에 따라 AlGaAs 또는 InGaAsP의 구성재료 조성을 변화시킴으로서 파장을 선택적으로 투과하는 마이크로렌즈이다. 이 렌즈의 제조에는 결정성 장시 단 한층의 재결정 성장층을 필요로 한다.
물론, 화합물 반도체기판으로서 n형 반절연 기판의 GaAs나 InP 기판을 사용하는 것도 본 발명의 범위내에 있는 것이다.
Claims (8)
- 화합물 반도체 기판을 불포화된 Ⅲ족의 금속용액상태(melt)로 선택적용액식각하여 얻어진 원형식각면을 재결정성장으로 채워 형성시킨 렌즈면을 구비하는 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제1항에 있어서, 화합물반도체 기판위에 SiO2나 Si3N4등의 선택적용액식각 및 결정성장의 창을 사진식각방법에 의하여 형성시키고나서, 액상결정성장 장비내에서 용액식각을 하고 이때 LED를 위한 단일이형접합 혹은 이종이형접합을 형성한 다음 사진식각을 거친 후 n(또는 P형 금속)을 증착하고 뒷면을 선택적 화학식각후 P(또는 n형) 금속접합을 하여 제조되는 표면방출형 LED인 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제1항 내지 제2항중 어느 한항에 있어서, 렌즈면을 하나의 거울로 이용하여 광출력을 얻는 형태의 표면방출형 LED인 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제1항에 있어서, 화합물 반도체 기판위에 SiO2나 Si3N4등의 선택적용액식각 및 결정성장의 창을 사진식각방법에 의하여 형성시키고나서, 액상결정성장 장비내에서 용액식각을 하고 이때 LED를 위한 단일이형접합 혹은 이종이형접하여 활성층을 형성하는데, 이때 활성층의 두께를 늘이고, 곡면거울의 반사율을 증대시켜 전류주입에 의한 광증폭이 일어나게 하고, 사진식각을 거친 후 n 또는 P형 금속(AuGe/Ni)을 증착하고 뒷면을 선택적 화학식각후 P 또는 n형 금속접합을 한 것으로서 한면은 평면경, 이면은 구면경인 공진기를 갖는 표면방출형 레이저 다이오우드인 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제4항에 있어서, 상기 레이저 다이오우드에 전류경로제한층을 두거나 굴절율이 작은 매립이형접합(BH)층을 형성하여 전류경로제한 또는 광제한을 실현시킨 형태의 레이저 다이오우드인 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 렌즈면을 소자의 수광부에 둠으로써 수광효율을 증가시킨 p-i-n형 또는 쇼트키형 수광다이오우드인 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제1항에 있어서, 용액식각후 재결정성장시 성장층의 재료에 따라 성장층의 파장을 선택적으로 투과하게한 마이크로렌즈인 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
- 제1, 2, 4 또는 6항중 어느 한항에 있어서, 상기 화합물반도체 기판은 P형 GaAs 단결정기판, n형 반절연 GaAs 기판 또는 n형 반절연 InP 기판 및 기타유사한 화합물반도체 기판중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액상 결정성장에서 선택적 용액식각을 이용한 집적형태의 광소자.
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