An exertion to realize the microlensed OEIC by integrating highly focusing AlGaAs microlensed LED and Double Heterojunction Bipolar Transistors (DHBT's) has been devoted to the thesis.
Surface emitting microlensed LED's with a variety of radius have been successfully fabricated. Meltback etching of GaAs substrate in Liquid Phase Epitaxy (LPE) has also been studied thoroughly. Zn-diffusion technique has been adopted for converting the doping-type of the epitaxial layers. Selective meltback etching of GaAs substrate and subsequent regrowth of AlGaAs lens layer and conventional LED layers respectively by LPE and MOCVD enabled us to integrate AlGaAs microlens and Light-Emitting Diodes (LED's) monolithically. The variety of lenses' radius has been obtained by various meltback etching mask opening widths, meltback etching time, and the regrowth time. Fabricated 30㎛-radius microlensed LED exhibited outstanding capability in focusing Infrared (IR) light output by collimating its light output within Full Width at Half Maximum (FWHM) of 17° in the Far Field Pattern Measurement. Double Heterojunction Bipolar Transistor (DHBT) is integrated to this microlensed LED to drive and modulate the LED output light. The microlensed LED in the integration shares the same epitaxial layers with DHBT by converting n-type emitter cap/emitter (GaAs/AlGaAs) into p-types by Zn-diffusion at 620℃ to produce Double Heterojunction LED. Integrated microlensed LED radiated about 35 mW of maximum light output, and its electronic driving DHBT with $10×15㎛^2$ emitter showed DC current gain of 20. Integration of microlensed DH LED on the collector side of DHBT is inevitably subject to a large offset voltage (2.2 V) in the I-V characteristics, which can be avoided by grading the abrupt emitter-base/collector-base heterojunctions.
광집속 성능이 뛰어난 AlGaAs microlens 를 가진 발광다이오드 (LED)와 이중이형접합 트랜지스터 (DHBT)를 집적하기 위한 기반기술 개발과 최종 소자 제작을 위한 연구를 수행하였다. 액상결정성장기법 (LPE)을 이용한 용액식각 (Meltback etching) 기술을 안정화 시켰으며, 기존의 선택적 재성장 기술을 탈피하여 전면성장을 추구함으로써 렌즈 소자의 균일한 배열(array)화에 성공하였다. 용액식각 마스크의 크기, 용액식각시간, 식각후 재성장시간의 단순한 변화에 의해 다양한 구경의 AlGaAs microlens를 제작하였다. 이렇게 제작된 30 ㎛반경의 microlens 를 가진 발광다이오드는 Far Field Pattern측정에서 17°의 각도내에 출력광을 집속하였다. 광전집적회로 (OEIC)의 최종 지향점은 단일 에피에 의한 성능이 우수한 광소자/전자소자의 공통제작인데, 그 한가지 시도로써 본 연구에서는 이중이형접합 트랜지스터 (DHBT)의 에피층을 그대로 공유하는 렌즈를 가진 이중이형접합 발광 다이오드 (microlensed DH LED)를 Zn-확산기술을 빌어 제작하여, 최고 광출력 35 mW의 특성을 보였다. 이때 사용된 Zn-확산기법은 closed ampoule 방법으로 620℃에서 13분간 행해졌고 예측되는 침투 깊이는 약 3000Å 으로 DHBT의 emitter와 base까지를 하나의 p-형 도핑형태로 바꾸어주기에 충분하다. 같이 제작된 이중이형접합 트랜지스터는 emitter 크기가 $10×15㎛^2$으로 약 20 정도의 전류이득 특성을 보였고, 전류특성 곡선상에서 1.3 V의 offset 전압을 보여주었다. 최종적으로 AlGaAs microlens를 갖는 이중이형접합 발광다이오드와 이를 구동하는 이중이형접합 트랜지스터를 직류 구동 하였다.
